JPS6033256B2 - 表示セル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はェレクトロクロミック現象を利用した表示セル
の改良に関する。

一般にェレクトロクロミツク材料とは通電により発色、
逆極性の通電によって可逆的に消色する電気的極性に依
存する現象を示す物質の総称である。

代表的な材料には大別して有機物質と無機物質があり、
前者では米国特許明細書第３８０６２２９号にみられる
ビオロゲン塩、後者では同じく米国特許明細書第３７１
２７１び号‘こ記載された酸化タングステン、酸化モリ
ブデン等の遷移金属酸化物をェレクトロクロミック発色
層（以下発色層と略す）とし、硫酸、リン酸や過塩素酸
リチウム溶液を電解質とした組合わせがよく用いられて
いる。最近この現象を表示セルに応用することが試みら
れ、その代表的な構成は第１図の如きである。透明なガ
ラス等より成る基体１上に数字、文字、図形等を示すパ
ターン状電極２を設け、対向する基体３上に対向電極４
を設け、前記両基体間に絶縁性スベーサ５を介して前記
電極間にェレクトロクロミック材料６を設けたものであ
る。表示操作はスイッチ７で両電極間に電源８により通
電発色せしめ発色状態を通常、ェレクトロクロミック材
料中に置いた背景の色に対比させて表示を行う。以上の
表示セルは周囲の光を吸収して濃淡を示すいわゆるパッ
シブな表示の為、観察者の目に疲労を与えず、視角依存
性も無いことから優れた表示品位を有すると共に一度発
色するとスイッチを切っても表示が保持されるメモリ性
があり、多方面への応用が期待されている。以上数々の
長所を有してはいるが最大の欠点は現在のところ、セル
の寿命が短いことである。その主要な原因はくり返し使
用後の端部からの発色層及び電極の剥離や港出にある。
前記の欠点を除去することはェレクトロクロミック材料
を用いた表示セルの実用化において、必至の問題であっ
た。この問題の解決策として米国特許明細書第３８３６
２２少敦こは第２図に示すように表示用電極９と発色層
１０の端部とを絶縁保護層１１で保護することが提案さ
れている。しかしこの構造でも発色層の端部に新たに電
流密度の集中がおこるエッジ効果により電蝕が激しくな
りセルの寿命はそれ程改善されない。また実際のセルで
は電極と発色層に関して前記第２図の構造の部分はあま
りなく、表示パターンの端部は第３図のようになってい
るのが普通である。そして、この部分ではエッジ効果に
よる発色層１２と電極１３の蚕蝕が問題となっている。
とくに電極として酸化錫等の酸化物透明電極を用いた場
合、電解質及び動作中に発生する活性イオンにより電極
が劣化することが多かった。これに対する解決策として
、特顔昭５２−５４０６５の明細書には第４図に示すよ
うに発色層１４により、これを発色せ七山める電極１５
を包囲し、電解質から電極を完全にしやへし、すること
により電極の劣化を防止する構造が提案されている。と
くに第４図のＣの部分の寸法をａミｃＳノー４７〆ｎＡ
（ただしａ：発色層の厚さ、Ｄ：発色層中の電子の拡散
係数、丁：人間の目の外部光変化への追随時間、Ａ：人
間の目の濃淡判別能力の範囲）に設定することにより表
示遅れの生じないセルが得られ、時計や計算器等のサイ
クルの早い表示にも充分対応可能としている。この構造
は電極端部が発色層に大きく覆われている為、電界の集
中が緩和されて寿命が向上するが、更に長期的にみた場
合に、発色層自体が電解質中に溶け込んだり剥離する現
象が起こり、これに対する解決は未だなされていなかっ
た。特に発色層周辺部分から溶出が進むこと、及び外部
の温度変化や発色メモリ時に発色層の膜が周辺から剥離
してくることがいよいよあることから発色層端部を改善
することが必要であった。本発明は上述した点に鑑みな
されたもので、発色層により、これを発色せしめる電極
を包囲、電解質から完全にしやへし、し、かつ前記発色
層の端部に保護層を設けて、電極、発色層の劣化を防ぐ
と共に前記電極の端部から前記保護層が積層された発色
層の端部までの発色層を表示遅れのないような長さにし
た長寿命の表示セルを提供するものである。

以下、本発明に係る表示セルの−実施例について図面を
参照して説明する。

第５図には７セグメントにより構成された１桁の数字表
示のセルを示す。２枚のガラス平板１６，１７を１ミリ
メートルの一定間隔にェポキシ系接着剤で封じた密封客
器の上面の内側にはパターニングした酸化錫電極並びに
リード部１８が形成され、更にその上に発色層１９とし
て酸化タングステン蒸着膜が０．３ミクロンの厚さに形
成されている。

また２川まシリコーンワニス製の絶縁保護層である。ま
た下面の内側には全面に対向電極２１としてタンタルが
スパッタリングにより形成され、その上には酸化タング
ステン蒸着膜２２が０．３ミクロンの厚さに形成されて
いる。前記両面間には孔径５ミクロン、有孔率２５パー
セント、厚さ５０ミクロンのテフロン製多孔シートが挿
入され白色の背景を提供している。更に、注入口２３か
ら内部の間隙に注入された電解質２４として、脱水処理
をした硫酸とグリセリンを１：５に混合したゲルを用い
ている。第６図は第５図における鎖線Ａ−Ａ′に対応す
る断面図である。表示用電極１８のセグメントは発色層
１９で完全に覆い尽くされている。更に発色層の端部を
絶縁保護層２０で被覆する。このとき第６図のｂの部分
の長さを以下の計算により導出した式に基づいて実施例
では５０ミクロンとした。ｂの部分の範囲は次のように
求めた。本実施例に用いた発色層の表示機構としては、
電解質から水素イオンが発色層中に供給され、これが電
極から同じく発色層中に注入される電子共々酸化タング
ステン構造中に結びついて発色が起るものと一応理解さ
れる。この時の酸化タングステン発色層中の電子の拡散
係数はＡｐｐｌ・Ｐｈｙ・Ｌｅｔにｒ２６，１２０（１
９７５）によれば、０．００２５十０．００６地／ｓｅ
ｃであり、又同文献によれば、第６図のｂの部分のよう
に厚さに比べ表面積が大きく、かつ電解質に接している
場合、その部分の発消色は水素イオンより電子の拡散係
数に支配されるからｂの部分の長さの最大値は、発色物
質中の電子の拡散速度を既知の方法で測定すれば一義的
に決定される。ｂ部分の電子の拡散は、その断面におい
て一次元とみなしてかまわないので、いま第６図のよう
に電子の拡散方向を正に、電極の端を原点にしたｘ軸上
で考える。ｘ＝０で電子の濃度を一定Ｃｓとすると次の
微分方程式及び境界条件が成立する。ただしＤは電子の
拡散係数、ｔは経過時間、濃度をＣとする。翁＝Ｄ溝
…．・・．．・【１’初期条件、 ｘ＝。

でＣ（０，ｔ）＝Ｃｓ …・・・・・・【２）こ
れを解くと次の式を得る。Ｃ（Ｘ’ｔ）＝ＣＳｅＸｐ（
−農） ．．．．．糊目で判別できない限界時間↑秒後
にｘ＝０からの距離その点での濃度がＣｓと同一視でき
るＣ′ｓとなるような距離〆を求めれば、それがｂ部分
の最大値である。

前記｛３１式のｘにそ，ｔに７を代入して整理すると次
のようになる。仇寮−孝 肌…【４） れこついて書き直すと、 夕＝ノ−岬仇琴 ．・・・…【５’ 従って第６図のｂは、人間の目の濃淡判別能力で協賛を
Ａ僧類直して、ｂミノー４Ｄ７〆ｍＡ
・…・・・・・｛６１また上記ｂの下限値は電極の保
護上なるべく大きい方が良いが、微細な表示等の場合を
鑑みて、ピンホールの影響をさげる為ｂ〜−ａ
””“…【７１（ａは
第６図の発色層の厚さ）とするとよい。

−般に７の値としては１／１６ｅｃ，ａの値としては０
．９５が知られており、前記文献からＤの値として０．
００２５ｃ髭／ｓｅｃを引用しａ＝０．３ミクロンを各
々側，｛７｝式に代入すると０．３Ｓｂ＜５７（ミクロ
ン）である。このセルに表示用電極をマイナス、対向電
極をプラスに通電すると発色層中に電解質から水素イオ
ンが供給され、電極側から電子が注入されて発色層が発
色する。電極が電解質に対して露出していないので、水
素イオン、とりわけ通電時に生じた発生期の水素がその
保持するところの還元性により電極をおかすことがなく
、また電極端部が絶縁部材でなくイオンの出入可能な発
色層自身で大きくとりかこまれている為に電界の集中に
よるイオンの局所的な注入、延し、ては過度の着色によ
る膜の早期劣化が緩和され、更には発色層の端部が電解
質に対して保護されているのでこの部分から生ずる溶出
や剥離が軽減されてセルの寿命が著しく高まった。発明
のセルと従来のセルにパルス電圧を印加、通電して着消
色サイクルをくり返し寿命を比較したところ、従来のセ
ルは１ぴ回のサイクルで劣化が進み表示不能となったが
、本発明のセルは６×１ぴ回経過後も変化がみられなか
った。応答性の点では電極が下部に無い発色層の部分の
長さｂを式側，‘７’の範囲に設定したことにより表示
の遅れが生じず、実用性の高い特性を有している。以上
述べたように本発明によればェレクトロクロミツクセル
の寿命を長期化でき、安定な表示セルが実用化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のェレクトロクロミックセルの構成を示す
見取図、第２図は改良されたェレクトロクロミックセル
の断面図、第３図は従釆技術を説明する為の要部断面構
造を示す図、第４図は改良された技術を説明する為のの
要部断面構造を示す図、第５図は本発明の一実施例のェ
レクトロクロミックセルを示す構成図、第６図は第５図
における要部断面構造を示す図である。 １８．・・・・・表示用電極、１９・・・・・・ェレク
トロクロミック発色層、２０・・・・・・絶縁保護層、
２１…・・・対向電極、２４・・・・・・電解質。 第２図 第３図 第１図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 表示用電極と、前記表示用電極の表示部分の表面及
   び端部を覆うように形成したエレクトロクロミツク発色
   層と、前記エレクトロクロミツク発色層の端部を覆うべ
   く積層した絶縁保護層と、前記表示用電極と一定の距離
   を隔てて置かれた対向電極と、前記両電極間に配置され
   た電解質を有する表示セルにおいて、前記表示用電極の
   端部から前記絶縁保護層が積層されたエレクトロクロミ
   ツク発色層の端部までのエレクトロクロミツク発色層の
   長さをｂとして、ａ≦ｂ≦√（−４ＤτｌｎＡ）（ただ
   しａ：発色層の厚さ、Ｄ：発色層中の電子の拡散係数、
   τ：人間の目の外部光変化への追随時間、Ａ：人間の目
   の濃淡判別能力）の範囲に設定したことを特徴とする表
   示セル。