JP5452433B2

JP5452433B2 - 表示装置

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Publication number: JP5452433B2
Application number: JP2010208850A
Authority: JP
Inventors: 克俊鈴木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2010-09-17
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2030-09-17
Also published as: US20120069420A1; JP2012063657A; US8482840B2

Description

本発明は、エレクトロクロミック層を有する表示装置に関する。

電気化学的な酸化還元により色が変化するエレクトロクロミズム現象を利用した表示装置が知られている。このようなエレクトロクロミズム現象を利用した表示装置では、低電圧で長時間の表示や長寿命等を期待することができる。

例えば下記の特許文献１には、相対向する基板の内面に対向電極（抵抗膜）及び発色膜を設け、各発色膜の間に電解質を充填したエレクトロクロミック調光板の発明が開示されている。

特許文献１では、更に各対向電極の両端に第１の電極取出部と第２の電極取出部とを設けており、第１の電極取出部にて発色電圧を印加して、発色膜の発色領域が所定領域に達した後、第２の電極取出部での消色電圧の印加と、第１の電極取出部での発色電圧の印加とを交互に繰り返す。これにより、発色領域を発色膜の一部だけに保持できるとしている。

しかしながら特許文献１に記載された発明では、発色膜の発色領域が所定領域に達した後、第２の電極取出部での消色電圧の印加と、第１の電極取出部での発色電圧の印加とを交互に繰り返すため、発色領域が揺らぎやすく表示が安定しない。更に、比較的大きな表示画面であればよいが、表示画面が小さい形態のものでは、発色領域が一部だけ保持されるように、発色電圧印加と消色電圧印加とを交互に時間制御するのは非常に難しいものと考えられる。

特許文献２に記載された発明では、対向電極間の距離を変えて表示領域における表示速度を変化させたものであるが、表示速度に適度な差を持たせるように対向電極間の距離を調整するのは非常に難しいと考えられるし、特許文献２の構成では何種類もの異なった表示を行うことができない。また特許文献２では発色が徐々に進行していくような表示形態にしか使用できず、すなわち発色領域を一部だけに保持できない。例えば特許文献２に示す図２（ｂ）の表示形態を保持するといったことが出来ない。

特開平１−２７７８２５号公報特開２０１０−６６５８５号公報

そこで本発明は上記従来の課題を解決するためのものであり、特に、単色表示以外のグラデーション表示等の色彩表示を安定且つ簡単に得ることが可能な表示装置を提供することを目的とする。

本発明における表示装置は、
一方の面が表示面である第１の基材と、前記第１の基材の前記表示面とは反対側の対向面に形成された第１の抵抗層と、前記第１の抵抗層の表面に形成された第１のエレクトロクロミック層と、前記第１の基材と高さ方向に間隔を空けて対向する第２の基材と、前記第２の基材の前記第１の基材に対向する対向面に形成された第２の抵抗層と、前記第１のエレクトロクロミック層の表面と前記第２の抵抗層との間に設けられた電解質層と、を有し、
前記第１の基材の前記対向面と前記第２の基材の前記対向面は、互いに直交するＸ軸とＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な平面であり、
前記第１の抵抗層に複数の第１の電極が接続され、Ｘ方向に対向して対を成す前記第１の電極が複数対とＹ方向に対向して対を成す前記第１の電極の複数対とが設けられ、前記第２の抵抗層には、それぞれの前記第１の電極と高さ方向に対向する複数の第２の電極が接続されており、
前記第１の抵抗層に電圧勾配が生じるように、対向する前記第１の電極間に電圧が印加され、前記第１の抵抗層とは逆の電圧勾配を前記第２の抵抗層に生じさせるように、対向する前記２の電極間に電圧が印加されることを特徴とするものである。

本発明では、第１の抵抗層の平面に沿った任意の方向に電圧勾配を生じさせることで、第１のエレクトロクロミック層では全面に一律な化学反応でなく、電圧勾配に応じて酸化と還元との間で化学反応を徐々に変化させたり、あるいは反応速度を変化等させることが可能になる。この結果、第１のエレクトロクロミック層の全面にて色の変化を発色と消色の間で切り替える単色表示だけでなく、色の濃淡が徐々に変化するグラデーション表示等を得ることが出来る。また、第１の電極の形成位置や個数を変えることで、単色表示以外の様々な色彩表示を得ることができる。

また本発明では、第１の抵抗層に接続された複数の第１の電極に対し、電圧印加時の極性を反転させたり、あるいは第１の電極に印加される電圧値を容易に変更することができ、よってグラデーション領域の大きさや場所を変化させたり、さらには一部だけ発色させた状態で表示を保持したり、あるいは発色領域を時間的に徐々に変化させたり、様々な表示形態を安定且つ容易に得ることができる。

本発明では、前記第１の抵抗層の平面視が四角形であり、前記第１の電極が、前記四角形の四隅と、隣り合う隅の中間位置の計８箇所に設けられ、前記第１の電極に対向する第２の電極も計８か所に設けられていることが好ましい。

上記において、前記第２の抵抗層の表面に第２のエレクトロクロミック層を形成し、前記第１のエレクトロクロミック層と前記第２のエレクトロクロミック層との間に前記電解質層を設けることができる。

本発明の表示装置によれば、単色表示以外のグラデーション表示等の色彩表示を安定且つ簡単に得ることができる。

図１（ａ）は、本発明の基本構造を説明するための表示装置の部分縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す第１の抵抗層及び第１の電極の平面図、図１（ｃ）は、第１の抵抗層に印加される電圧分布の模式図、図１（ｄ）は、表示面から見たグラデーション表示の模式図、図２（ａ）〜（ｃ）は、図１（ｃ）と異なる第１の抵抗層に印加される電圧分布の一例を示す模式図、図３（ａ）（ｂ）は、本発明の実施の形態における第１の抵抗層に接続される複数の第１の電極の配置、及び第１のエレクトロクロミック層の表示形態を説明するための平面図。

図１（ａ）は、本発明の基本構造を説明するための表示装置の部分縦断面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す第１の抵抗層及び第１の電極の平面図、図１（ｃ）は、第１の抵抗層に印加される電圧分布の模式図、図１（ｄ）は、表示面から見たグラデーション表示の模式図を示す。

図１（ａ）に示すように、表示装置１を構成する第１の絶縁基材２と第２の絶縁基材３とが高さ方向（Ｚ）にて間隔を空けて対向している。

第１の絶縁基材２は、その外面が表示面２ａで構成される。図１（ａ）に示すように、第２の絶縁基材３の外面全体が表示面２ａでなく例えば表示面２ａの周囲が加飾層１６により囲まれた形態としてもよい。これにより表示面２ａの部分が透光性、加飾層１６の部分が非透光性となる。

第１の絶縁基材２には樹脂フィルムやガラス基材を好ましく適用できる。樹脂フィルムとしては、ＰＥＴ基材、ＰＥＮ基材、ＰＰＳ基材、ＰＣ基材等を提示できる。なお第２の絶縁基材３にも同様の素材を用いることが可能であるが透明な基材でなくてもよい。

一方、表示面２ａを有する第１の絶縁基材２は透明な基材である。ここで「透明」「透光性」とは可視光線透過率が６０％以上（好ましくは８０％以上）の状態を指す。

図１（ａ）に示すように、第１の絶縁基材２の内面（表示面と反対側の面）２ｂには、第１の抵抗層４が形成されている。また図１（ａ）に示すように、第２の絶縁基材３の内面３ａには第２の抵抗層５が形成されている。

第１の抵抗層４及び第２の抵抗層５は、透明抵抗膜で形成される。材質は特に限定されないが、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）が好ましく使用される。これら抵抗層４，５は、各絶縁基材２，３の内面にスパッタ等の既存の方法で形成される。

各抵抗層４，５の形状は使用形態等に基づき決めることができ、特に形状を限定するものではないが、例えば図１（ｂ）に示すような矩形状である。

第１の抵抗層４の表面（第２の絶縁基材３との対向面）４ａには第１のエレクトロクロミック層６が形成されている。

また第２の抵抗層５の表面（第１の絶縁基材２との対向面）５ａには第２のエレクトロクロミック層７が形成されている。

エレクトロクロミック層６，７は、エレクトロクロミック材料（エレクトロクロミック色素）やエレクトロクロミック材料を担持可能な担持体（例えば、金属酸化物や多孔質物質等のナノ粒子）を有して構成される。エレクトロクロミック材料としては電気化学的な酸化還元反応により可逆的な色の変化（有色と無色の間での変化；エレクトロクロミズム）を示すものであれば、特に限定されない。このような材料としては、金属錯体、金属酸化物、ポリマー系等の既存のエレクトロクロミック化合物を用いることが出来る。金属錯体としては、例えばプルシアンブルー錯体を提示できる。プルシアンブルー錯体をナノ粒子化し、インク化することで、エレクトロクロミック材料を有するエレクトロクロミック層６，７を印刷等により形成できる。これによりエレクトロクロミック層６，７を各抵抗層４，５の表面に簡単に形成でき、且つ、抵抗層４，５に比べて薄い膜厚で形成できる。

図１（ａ）に示すように、一対の絶縁基材２，３間には電解質層１１が設けられている（充填されている）。図１（ａ）に示すように、電解質層１１は、第１のエレクトロクロミック層６及び第２のエレクトロクロミック層７と接している。電解質には、液体状電解質のみならず、ゲル状の電解質、固体電解質を用いることが出来る。電解質としては、過塩素酸塩、鉄錯体、金属ハロゲン化物、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等を提示でき、溶媒としては、エーテル類、カーボネート類、アルコール類等を提示できる。

図１（ａ）（ｂ）に示すように、第１の抵抗層４のＸ１−Ｘ２方向のＸ１側端部４ｂ及びＸ２側端部４ｃには夫々、第１の電極１２，１３が電気的に接続されている。第１の電極１２，１３は、図１（ａ）に示すように、第１の抵抗層４の表面４ａから第１の絶縁基材２の内面２ｂにかけて形成されているが、第１の電極１２，１３を第１の抵抗層４の表面４ａにのみ重ねて形成してもよいし、あるいは、第１の電極１２，１３を第１の抵抗層４の各両端部の側面に突き合せて電気的に接続してもよい。

また図１（ａ）に示すように、第２の抵抗層５のＸ１−Ｘ２方向のＸ１側端部５ｂ，及びＸ２側端部５ｃには夫々、第２の電極１４，１５が電気的に接続されている。

第１の電極１２と第２の電極１４とは高さ方向（Ｚ）で対向し、第１の給電部１７を構成する。また、第１の電極１３と第２の電極１５とは高さ方向（Ｚ）で対向し、第２の給電部１８を構成する。第１の電極１２と第２の電極１４、及び、第１の電極１３と第２の電極１５とが、平面視にて、多少、ずれて配置されていてもよい。

図１（ａ）に示すように第１の給電部１７には第１の駆動回路１９が接続されており、第２の給電部１８には第２の駆動回路２０が接続されている。

各電極１２〜１５は各抵抗層４，５よりも電気抵抗値の低い導電性に優れた材質であることが好適である。また図１（ａ）に示すように、各電極１２〜１５が加飾層１６下の非透光性の領域に形成される形態であれば、各電極１２〜１５は透明な材質以外の導電材料を適用することが可能である。

図１（ａ）の実施形態では、第１の駆動回路１９と第２の駆動回路２０とを別々に駆動させることができ、例えば第１の駆動回路１９では第１の電極１２にプラス電圧を、第２の駆動回路２０では第１の電極１３にマイナス電圧を夫々同じタイミングで印加する。これにより、図１（ｃ）に示すように、第１の抵抗層４の両端部４ｂ，４ｃ間（第１の電極１２，１３間）にはＸ１−Ｘ２方向に向けて電圧が徐々に変化する電圧勾配αが形成される。このように電圧勾配αは、第１の電極１２，１３の並び方向（平面方向）に向けて形成される。

なお図１（ｃ）では、電圧勾配αを直線状に図示したが、第１の抵抗層４の形状等に応じて、直線状以外に湾曲状になってもよい。後述する図２に示す電圧勾配についても同様である。

図１（ｃ）に示す電圧Ｖ１は、発色電圧（閾値電圧）であり、この電圧Ｖ１よりも高い第１のエレクトロクロミック層６のＸ１側領域では電解質層１１の電荷の移動に伴う酸化が起こり、例えば第１のエレクトロクロミック層６がプルシアンブルー錯体を有しているとき青色に発色する。その発色状態を図１（ｄ）では模式図的に示した。なお図１（ｄ）は、第１のエレクトロクロミック層６の発色状態を表示面２ａから見た模式図である。そして、図１（ｃ）に示すように、第１の抵抗層４のＸ１側端部４ｂ（第１の電極１２）からＸ２側端部４ｃ（第１の電極１３）にかけて徐々に電圧は低下しているため、第１のエレクトロクロミック層６の酸化反応もそれに伴い徐々に弱まり、図１（ｄ）に示すように、Ｘ１方向からＸ２方向に向けて徐々に色が薄くなる（発色が弱まる）。

一方、図１（ｃ）に示すように、第１の抵抗層４のＸ２側領域では発色電圧Ｖ１を下回っていることで第１のエレクトロクロミック層６では、優先的に還元反応が起こり、図１（ｄ）に示すように消色する（透明になる）。

以上により図１（ｄ）に示すように第１のエレクトロクロミック層６の発色状態を、Ｘ１−Ｘ２方向に向けて色の濃淡が変化するグラデーション表示にできる。従来では、第１のエレクトロクロミック層６が発色するか消色するかのどちらかであったが本実施形態によれば、単色表示以外のグラデーション表示のようなアナログ的な色彩表示を可能とする。

また図１（ａ）の表示装置１の構成では、第２の抵抗層５に第１の抵抗層４とは逆勾配の電圧勾配が生じ、第２のエレクトロクロミック層７では第１のエレクトロクロミック層６と逆の酸化還元反応が生じている。したがって第２のエレクトロクロミック層７が第１のエレクトロクロミック層６と同様にプルシアンブルー錯体を有したものであると、第１のエレクトロクロミック層６と異なってＸ２側領域が青色に発色し、Ｘ１側領域が消色する。

よって、図１（ａ）に示すように、表示面２ａから見て、第２のエレクトロクロミック層７の色彩表示が第１のエレクトロクロミック層６の色彩表示と重ならないように、第１のエレクトロクロミック層６と第２のエレクトロクロミック層７との間の位置に酸化チタン等の反射層２１を設け、これにより第１のエレクトロクロミック層６のみを表示させることができる。

ただし図１（ａ）と異なって、例えば、第２のエレクトロクロミック層７を設けない形態や、あるいは第２のエレクトロクロミック層７に使用するエレクトロクロミック材料を第１のエレクトロクロミック層６と異なるもの等とし、第１のエレクトロクロミック層６と第２のエレクトロクロミック層７との各色彩表示を表示面２ａから見て重ね合わせたい場合には、反射層２１を設けない形態にすることが出来る。

すなわち本実施形態では、第１の抵抗層４とともに第２の抵抗層５に電圧勾配を生じさせることが可能であるが、このとき、第２の抵抗層５を第１の抵抗層４との間で起こる酸化還元反応の電極板としてのみ使用してもよいし、あるいは、第２の抵抗層５に生じた電圧勾配を利用して、第１のエレクトロクロミック層６と第２のエレクトロクロミック層７とで様々な表示形態を得ることも可能になる。

図１（ｃ）では、第１の駆動回路１９にて第１の電極１２にプラス電圧を印加し、第２の駆動回路２０にて第１の電極１３にマイナス電圧を印加したが、第１の駆動回路１９にて第１の電極１２にマイナス電圧を印加し、第２の駆動回路２０にて第１の電極１３にプラス電圧を印加することで図２（ａ）に示すように、第１の抵抗層４に生じる電圧勾配βを図１（ｃ）とは逆勾配にできる。これにより第１のエレクトロクロミック層６で生じる酸化還元反応も逆転して、図１（ｄ）に示すグラデーション表示を１８０度反転させたグラデーション表示を得ることが出来る。

また図２（ｂ）では、第１の駆動回路１９にて第１の電極１２に印加されるプラス電圧を図１（ｃ）の場合に比べて高く設定している。なお第２の駆動回路２０にて第１の電極１３に印加されるマイナス電圧は図１（ｃ）と同じにしている。これにより得られた電圧勾配γの傾きを図１（ｃ）よりも急勾配にできる。したがって、ちょうど発色電圧Ｖ１となる第１の抵抗層４での位置は、図１（ｃ）の位置Ｒ１から図２（ｂ）の位置Ｒ２へ移動する。そして、図２（ｂ）におけるＸ１側端部４ｂから位置Ｒ２までの領域の長さは、図１（ｃ）におけるＸ１側端部４ｂから位置Ｒ１までの領域の長さよりも長くなる。よって、図２（ｂ）のほうが図１（ｃ）に比べて第１のエレクトロクロミック層６の酸化反応領域が増え、すなわち第１のエレクトロクロミック層６における発色領域は図１（ｄ）よりもＸ２方向に向けて広がるとともに、グラデーション領域（色の濃淡が徐々に（連続的に）変化している領域）を図１（ｄ）よりも、もっとＸ２側端部４ｃ寄りに位置させることができる。

また図２（ｂ）に示すように、電圧勾配γの傾きを図１（ｃ）の電圧勾配αよりも急にすると、第１のエレクトロクロミック層６における酸化反応領域と還元反応領域とがＸ１−Ｘ２方向において急峻に変化する。このためグラデーション領域（色の濃淡が徐々に（連続的に）変化している領域）のＸ１−Ｘ２方向への幅を小さくすることができる。

なお各電極１２，１３に対するプラス電圧やマイナス電圧の電圧値を変更して、電圧勾配の傾きを図１（ｃ）や図２（ａ）より緩やかにすることができる。

上記では、第１の電極１２，１３に対して一方にプラス電圧を印加し、他方にマイナス電圧を印加しているが、例えば図２（ｃ）に示すように、第２の電極１４，１５側をグランド電位にして、第１の電極１２，１３に共に第２の電極１４，１５よりも高い電圧を印加するが（プラス電圧）、このとき各第１の電極１２，１３への印加電圧値を異ならせることで、第１の抵抗層４の各第１の電極１２，１３間に電圧勾配δを生じさせることも出来る。

なお上記では、いずれも第１の抵抗層４に電圧勾配を形成することについて説明したが、当然、第１の駆動回路１９にて第１の電極１２、及び、第２の駆動回路２０にて第１の電極１３に、夫々同じ電圧値を印加して第１の抵抗層４全体を同じ電圧値となるように制御し、第１のエレクトロクロミック層６全体を発色あるいは消色させることもできる。

また、本実施形態では図１（ｄ）に示すグラデーション表示を固定保持することができるとともに、図２（ａ）〜（ｃ）で示したような電圧勾配を逆勾配に変更したり、あるいは電圧勾配の傾きを変更する制御を表示時間中に連続的にあるいは断続的に行うことで、グラデーション表示を動的に変化させていくことが可能である。

図１に示す基本構造を説明するための表示装置１では、第１の抵抗層４及び第２の抵抗層５に接続される複数の電極１２〜１５はＸ１−Ｘ２方向の両端のみであったが、本発明の実施の形態では、例えば、図３（ａ）に示すように、第１の抵抗層３０のＸ方向の両端、Ｙ方向の両端、第１の抵抗層３０の四隅の計、八箇所に第１の電極３１〜３８を設ける。

なお図３（ａ）には示されていないが、第１の抵抗層３０と高さ方向にて対向する第２の抵抗層にも第１の電極３１〜３８と同じ位置に計８個の第２の電極が設けられている。そして高さ方向で対向する各第１の電極３１〜３８と各第２の電極とを組にした８つの給電部が設けられている。

このように第１の電極３１〜３８の数を増やせば、様々な色彩表示が可能になる。例えば、第１の電極３１，３２，３３，３５，３６，３７をプラス電圧（発色電圧よりも高い）にし、第１の電極３４，３８をマイナス電圧とすると、第１の抵抗層３０の表面に形成される第１のエレクトロクロミック層２９が酸化により発色するエレクトロクロミック材料を有するものであれば、第１の電極３１，３２，３３，３５，３６，３７に最も近い第１領域４０，４１を発色領域にでき、第１領域４０，４１よりも内側の第２領域４２，４３を、第１領域４０，４１から離れるにしたがって徐々に色が薄くなるグラデーション領域にでき、第１のエレクトロクロミック層２９の中央に位置する第３領域４４を消色領域にできる。

上記とは逆に、第１の電極３１，３２，３３，３５，３６，３７をマイナス電圧にし、第１の電極３４，３８をプラス電圧とすると、第１領域４０，４１を消色領域にでき、第２領域４２，４３を、徐々に第１領域４０，４１から第３領域４４に向けて色が濃くなるグラデーション領域にでき、第３領域４４を発色領域にできる。

あるいは図３（ｂ）では、第１の電極３３，３７をプラス電圧（発色電圧よりも高い）に設定し、第１の電極３１、３５をマイナス電圧に設定する。第１の電極３２，３４，３６，３８については、例えば、発色電圧付近の電圧値に設定する。

これにより、第１のエレクトロクロミック層２９の斜め方向に発色領域を形成することができる。例えば図３（ｂ）に示す斜め中央の第４領域４５を発色領域にでき、第４領域の両側の第５領域４６，４７を、第４領域４５から離れるにしたがって徐々に色が薄くなるグラデーション領域にでき、更に第５領域４６，４７の両側に位置する第６領域４８，４９を消色領域にできる。

各第１の電極３１〜３８に印加される電圧を変更すれば、発色領域、グラデーション領域、消色領域の場所や幅を適宜変更することができる。

また、第１の抵抗層に接続される複数の第１の電極の個数や配置を変更することで、単色表示以外の様々な色彩表示を簡単に自由に設定することが可能である。

１表示装置
２、３絶縁基材
２ａ表示面
４、３０第１の抵抗層
５第２の抵抗層
６、２９第１のエレクトロクロミック層
７第２のエレクトロクロミック層
１２、１３、３１〜３８第１の電極
１４、１５第２の電極
１７、１８給電部
１９、２０駆動回路
４０〜４９領域

Claims

一方の面が表示面である第１の基材と、前記第１の基材の前記表示面とは反対側の対向面に形成された第１の抵抗層と、前記第１の抵抗層の表面に形成された第１のエレクトロクロミック層と、前記第１の基材と高さ方向に間隔を空けて対向する第２の基材と、前記第２の基材の前記第１の基材に対向する対向面に形成された第２の抵抗層と、前記第１のエレクトロクロミック層の表面と前記第２の抵抗層との間に設けられた電解質層と、を有し、
前記第１の基材の前記対向面と前記第２の基材の前記対向面は、互いに直交するＸ軸とＹ軸を含むＸ−Ｙ平面と平行な平面であり、
前記第１の抵抗層に複数の第１の電極が接続され、Ｘ方向に対向して対を成す前記第１の電極が複数対とＹ方向に対向して対を成す前記第１の電極の複数対とが設けられ、前記第２の抵抗層には、それぞれの前記第１の電極と高さ方向に対向する複数の第２の電極が接続されており、
前記第１の抵抗層に電圧勾配が生じるように、対向する前記第１の電極間に電圧が印加され、前記第１の抵抗層とは逆の電圧勾配を前記第２の抵抗層に生じさせるように、対向する前記２の電極間に電圧が印加されることを特徴とする表示装置。
前記第１の抵抗層の平面視が四角形で、前記第１の電極が、前記四角形の四隅と、隣り合う隅の中間位置の計８箇所に設けられ、前記第１の電極に対向する第２の電極も計８か所に設けられている請求項１記載の表示装置。
前記第２の抵抗層の表面に第２のエレクトロクロミック層が形成され、前記第１のエレクトロクロミック層と前記第２のエレクトロクロミック層との間に前記電解質層が設けられる請求項１又は２に記載の表示装置。