JPS5816166B2

JPS5816166B2 - エレクトロクロミック表示素子の駆動方法

Info

Publication number: JPS5816166B2
Application number: JP7083877A
Authority: JP
Inventors: 小柳克文; 上出久; 中内宏
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1977-06-14
Filing date: 1977-06-14
Publication date: 1983-03-30
Also published as: JPS545458A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は少なくとも三方が透明な２枚の基板と該基板の
互いに対向する面上に設けた少なくとも一方は透明な電
極とこれらの電極に印加された電圧もしくは電流により
可逆的に可視吸収特性の変化を示す物質（所謂、エレク
トロクロミック・ディスプレイ以下Ｅ’ＣＤと略す。

）の駆動方法に関するものである。

まず、ＥＣＤの概要について述べる。

ＥＣＤには大別して２種類あることが知られている。

（例えばＬ０Ａ０Ｇｏｏｄｍａｎ、”Ｐａ５ｓｉ
ｖｅＬｉｑｕｉｄＤｉｓｐｌａｙｓ”、ＲＣＡＲｅ
ｐｏｒｔ６１３２５８参照。

）一つは無機固体膜を用いたもので典型的な構造は第
１図に示す如くである。

第１図において、１は透明絶縁物基板であり、２は表示
電極、３は対向電極、４は参照電極、５はスペーサ、６
は電解液、７はＥＣ物質膜、８は絶縁膜である。

この例では対向電極の上にも作用物質としてＥＣ物質の
膜が設けである。

最も一般に使用されている無機物質７は酸化タングステ
ン（ＷＯ３）、酸化モリブデン（ＭＯＯ３）であへその
膜厚は約１μｍである。

電解液６は硫酸、グリセリン等のアルコール及び酸化チ
タン等の白い微粉末の混合物である。

アルコールは酸を希釈するためであり、粉末は着色現象
に対して白い背景を与えるためである。

電解液層の厚さは通常１龍程度である。

対向電極には表示装置として動作するに適当な物質が選
ばれる。

このＥＣＤに対向電極３から表示電極２に電流を流すと
、流れた電荷量に通じて青く着色（以下書込と称す。

）し、同じ電荷量を逆向きに流すと非着色状態にもどる
。

（以下消去と称す。

）この着色は電子とプロトンの酸化タングステン膜への
注入により起こり、脱色は電子とプロトンかもとへ戻る
ためである。

脱色電圧を印加しなければ、着色状態は着色電圧を取り
除いた後も数日間持続する。

（メモリー効果）ＥＣＤの他の一つは電気化学反応に依
り無色の液体を還元し、着色不溶の膜を陰極上に生成さ
せるものである。

電圧極性を逆転すれば着色膜は溶解し、同時に色も消え
る。

このタイプのＥＣＤ材料としは支持電解質として臭化カ
リウム、着色膜を生じさせる物質として、ヘプチル・ビ
オロゲン・ブロマイドを用いた水溶液がある。

基本的なセル構造を第２図に示す。

液体の厚さは普通１ｍｍ程度である。

ビオロゲンを用いたＥＣＤは透明電極を両電極に用いて
透過型、また反射用顔料を液に混合して反射型として用
いることができる。

以上述べた事がＥＣＤの簡単な動作原理である。

第２図中、９はガラス基板、１０は対向電極、１１は表
示電極、１２はビオロゲン混合液、１３はスペーサであ
る。

以下ＥＣＤの特徴を列挙する。

（１）視角が非常に広い。

（２）コントラストが良好で視角に依存しない。

（３）低電圧で１駆動できる。

（数ボルト以下）（４）印加電圧を除去した後も数時間
ないし数日間表示状態が維持できる。

（メモリー効果）（５）着色濃度は流れた電荷量によっ
て一義的に決まる。

（６）消費エネルギーは表示面積及び着色−消色のサイ
クル数に比例する。

このような特徴をもつＥＣＤはその低電圧駆動特性を生
かして電池駆動による携帯用電子機器の表示装置として
の応用が注目されている。

このＥＣＤの１駆動方法には、大別して以下のごとく３
種類の駆動方法が知られている。

（１）定電位駆動法この駆動法は、電極反応解析に用いられる定電位電解法
をＥＣＤ駆動に用いるものであり、第４図に示すように
表示電極２と参照電極４との電位差が設定値Ｕと等しく
なるように対向電極３に印加される電圧が制御される。

参照電極４に対して表示電極２の電位を一定値（閾電位
、以下Ｅｔｈと略す。

）よりも低く保つと着色が始まり、高く保つと消色する
。

なお第４図の回路では表示電極２を接地しているのでＵ
を正にすると参照電極４に対する表示電極２の電位を低
くすることになる。

第４図中、１４は線形増幅器、１５はセグメント選択ス
イッチである。

（複数個の表示電極２を設け、それらを適当に選択して
着色させ、数字、記号、文字等を表示する場合、個々の
表示電極２をセグメントと称する。

第３図に７セグメントを用いＯ〜９の数字を表示するパ
ターンの一例を示す。

）着色及び消色は希望するセグメント選択スイッチを閉
じ、上記のごとく行なうが、セグメント選択スイッチを
開いておけば、他のセグメントを駆動しても影響は受け
ず、メモリー状態となり、そのままの表示状態を保つ。

この、駆動法は着色に重要な表示電極２界面の電位差を
一定に設定するため、多セグメント表示の際、セグメン
ト間の着色濃度を同一にすることが可能な反面、参照電
極という第３の電極を使用することからセル構造の複雑
化、又、線形増幅器を使用するため回路が複雑であり、
コスト高になる欠点がある。

（２）定電流駆動法これは第５図に示すように、定電流源１６に接続して駆
動する。

この場合も書込および消去時のみ、書込・消去切換連動
スイッチ１７をそれぞれの側に接続し、表示状態を保つ
間は切り離しておく。

第５図中Ｗは書込、Ｍはメモリー、Ｅは消去の各端子を
示す。

この駆動法の特徴は、流れる電荷量を任意に設定でき、
従って着色濃度も任意に設定できるので、電極引出部の
抵抗値による電圧降下が問題になる場合や、ＥＣ物質自
体の特性のバラツキがある場合でも、着色濃度を一定値
にできる。

又、周囲温度が変動しても一定電流を流すことが可能で
ある。

反面、この駆動法においては、書込時と消去時の電荷設
定にわずかでも誤差があると、書込−消去のサイクルを
操り返す毎に誤差が累積され、反応が一方向にかたよっ
ていく。

つまり、書込時の電荷量が消去時の電荷量よりも大きけ
れば着色が進行し、完全に消去されなくなる。

又、消去時の電荷量が書込時の電荷量よりも大きい場合
には消去が完了しても電流を流し込まれるので必然的に
電解液の分解、電極の劣化等の望ましくない副反応がひ
き起こされる欠点がある。

（３）定電圧駆動法定電流駆動法とほぼ同様で定電流源の代りに第６図のよ
うに書込用定電圧源１８及び消去用定電圧源１９を接続
する。

そして切換スイッチ２０で切り換える。

この１駆動法では回路が前記２つの駆動法に比べて簡単
であり、電源のエネルギー利用率も一番高いので電池駆
動の電子機器にＥＣＤを利用する場合のように低消費電
力を指向する場合には有利である。

又、消費時に高抵抗を示す酸化タングステン膜の性質よ
り、消去時には表示電極界面によく電圧がかかるため、
前記２つの駆動法に比較して望ましくない副反応をひき
起こすほどの高電圧を印加することなく、応答速度の速
い消去が可能である。

しかし、着色の場合は表示電極と対向電極間に印加され
た電圧のうち対向電極界面における電圧降下の影響を大
きく受け、着色に関係ある表示電極界面の電位差が変動
する。

よって、多セグメント表示の場合、着色面積が変化する
度に各セグメント間の着色濃度に違いがでて、表示品位
が低下する。

以上、各駆動法の概略とメリット及びデメリットをあげ
たが、本発明は書込時は定電流駆動にて消去時には定電
圧１駆動にて駆動することで両者のメリットを生かし、
より効果的なＥＣＤ駆動方式を提供するものである。

これにより、第３電極及びアナログ線形増幅器の使用に
よるセル構造及び駆動回路の複雑化を避け、着色濃度差
のない表示品位の高い着色を得ると共に、前記の定電流
駆動法におけるデメリットをなくし、望ましくない副反
応を起こさない範囲の印加電圧にて応答速度の速い消去
が簡単な回路にて得られる。

本発明の回路図を第７図に示す。

書込時および消去時に、書込・消去切換スイッチ２３に
より書込時は定電流源２１側へ閉じ、消去時は定電圧源
２２側へ閉じ、又、メモリー状態は切り離して駆動する
。

第７図中Ｗは書込、Ｍはメモリー、Ｅは消去の端子であ
る。

次に上記回路の具体的な一実施例を第８図に示す。

第９図はタイムチャートである。

第８図は図面の簡単化のため３セグメントのみ示してい
る。

第８図中、３は対向電極、８１〜Ｓ３はセグメント％
ＴＳＩ〜ＴＳ３はセグメント選択用アナログスイッチ、
ＴＯｔ〜ＴＯ３は書込特電流値選択用スイッチ、ＴＥは
消去用スイッチＲｏ−Ｒ３は抵抗、Ｔｒ１〜Ｔｒ４はト
ランジスタ、Ｄ及びＲ５はトランジスタＴｒ３を活性傾
城中に動作する際、特性のバラツキを押えるためのダイ
オード及び抵抗、Ｒ４は抵抗、ＣＬはＤフリップフロッ
プ２４のクロック信号、Ｗは着色タイミング信号、Ｅは
脱色タイミング信号、ＳＳＩはセグメントＳ１の表示
状態を指定するセグメント信号であり、Ｈレベルの場合
は着色、Ｌレベルの場合は脱色を示す。

−ｖ１’ 、 −ｖ３．＋ｖ２．＋ｖ、は電源、
信号ＣＬ、 ’Ｗ、Ｅは総てのセグメントに共通
した信号である。

また表示ノ゛々ターンの変化はＣＬの後端で起こり、そ
の変化間隔はＣＬの周期と同じもしくは整数倍とする。

次に第８図の動作を説明する。

セグメント信号の変化はイクスクルーシブオア２５でＤ
フリップフロップ２４のＱ出力と排他的論理により検出
され、その信号はＣＬの周期だけＨレベルになりこの信
号がＣｈ、である。

変化がない限り信号Ｃｈ１はＬレベルのままである。

オア２６の出力Ｇ１には、信号Ｓｓ１がＨレベルの場
合には着色タイミング信号Ｗが現われ、Ｌレベルの場合
には脱色タイミング信号Ｅが現われる。

上記信号Ｃｈ１とＧ１との論理積が信号Ｃ１である。

つまりセグメント信号Ｓ８１に変化が起った場合にのみ
、そしてその変化がＬ−＋Ｈの時には着色タイミング信
号ＷがＨ−）Ｌの時には脱色タイミング信号Ｅが各々１
個だけ信号Ｃ１に現れることになる。

これによりＥＣＤのもつメモリー作用を活かし一つの表
示パターンから他のパターンへ変化する際に二つの表示
パターンに共通するセグメントには電流を加えることな
く着色・脱色状態をそのまま残し、表示状態の変化すべ
きセグメントのみ着色もしくは脱色させるべく電流を流
すことにより駆動電力の低減が計かられる。

一方信号Ｃ１と書込タイミング信号Ｗとの論理積が、電
流値選択用スイッチＴＯｔの入力信号Ｈ１となり、こ
の入力信号がＨレベルの時電源−■。

と導通ずる。

又信号Ｃ１と脱色タイミング信号Ｅとの論理積が信号Ｐ
１となり、他の同様なＳ２゜Ｓ３セグメントの信号
Ｐ２．Ｐ３と論理和をつくり、この信号が消去用スイッ
チＴＥの入力信号にとなり、この入力信号がＨレベルの
時電源＋Ｖａと導通する。

この図では簡単のためセグメント信号ＳＳｔに関した
回路しか描いていないが、実際には他のセグメント信号
もＳＳ］と同様に処理されＴＳ２ｔ ’Ｉ；
ｃ２ｊＴＳ３、Ｔｅ３を制御する。

以上のことから、例えばセグメント信号５８１Ｌ−）Ｈ
に変化した時には次のようになる。

信号Ｃ１及びＨｌに着色したタイミング信号Ｗが１個
だけ現われ、スイッチＴＳｔ及びＴＯｔを同時にオンに
する。

これにより電源の一■、が導通し印加されるのでトラン
ジスタＴｒ１はオンとなり、その結果ダイオードＤもオ
ン、更にトランジスタＴｒ３もオンとなる。

ダイオードＤとトランジスタＴｒ３のベース接合と
の特性が似ていればトランジスタＴｒｌのコレクター電
流とトランジスタＴｒ３のコレクター電流とが等しくな
る。

図から分かるように、トランジスタＴｒ］のコ１／
クク電流はほぼ＼’１／Ｒ１であるから、トランジスタ
Ｔｒ３は定電流を引き出すことになり、セグメン］・Ｓ
ｌは着色する。

又、セグメント信号ＳＳ＋とＳｓ２が同時に１．→Ｉ（
レベルへ変化した場合には、上記同様な経過よりＴＯ１
＋Ｔｅ３がオンとなこさになり、この時スイッチＴＳ
＋ｊＴＳ２はオン状態になっているため、セグメン
トＳｌ３８２が着色される。

このようにして表示状態の変ずしするセグメント数に応
じて定電流の友きさを変化させることにより定電流書込
を行っている。

なお抵抗層、Ｒ２゜Ｒ３の値は、これらの抵抗の逆数、
即ち１／Ｒ１゜１／Ｒ２＋１− ／Ｒ３の比が
各々関係するセグメン１〜Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３の面
積の比に一致するようにしておけば着色すべきセグメン
トの合計面積と定電流値とを比例させることができ、単
位面積当たり流れる電荷量を一定に保つことができ、総
ての表示パターンにおいて着色濃度を一定にすることが
できる。

一方消色の場合はセグメン］・信号ＳＳＩ〜８ｓ２の少
なくとも１つがＩ−Ｉ−）Ｌレベルに変化した時、出力
Ｋ及び変化したセグメント信号に該当する出力Ｃ１，Ｃ
２，Ｃ３信号に脱色タイミング信号Ｅが１個だけ現れ、
スイッチＴＥ及び消色すべきセグメント選択スイッチ（
Ｔｓｌ＋ＴＳ２、ＴＳ３のうち＾亥当するスイッ
チ）がオンとなる。

こね、（・こより電源」−ｖ２が導通し印加されるので
、トラフジスクＴｒ２ＭヒＴｒ４がオンと
なり、該当するセグメント選択スイッチが同時にオンに
なっているため、電流が流れ、該当するセグメントは消
色する。

トラフジスクＴｌ：４は飽和領域にて使）一目する
ため、定電圧（〜−■３）消色になっている。

以上述べてきたように本発明のごとぐ書込Ｈ，′Ｉ′は
定電流駆動にて及び消去時は定電圧駆動によるＥＣＤ、
駆動法に依り、表示品位の高い動作を比較的簡単なセル
構造及び簡単な、駆動回路にて実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は固体ＥＣＤの基本構成を示す断面図、第２図は
液体ＥＣＤの基本構成を示す断面図、第３図ａは日の字
型数字表示パターンのセグメント配置図、第３図すは日
の字型セグメントの駆動タイムチャード、第４図は定電
位駆動装置の基本回路図、第５図は定電流１駆動装置の
基本回路図、第６図は定電圧４駆動装置の基本回路図、
第１図は本発明による１駆動装置の基本回路図、第８図
は本発明の１駆動装置の一実施例の回路図、第９図は第
８図の各部の信号のタイムチャートである。１・・・・・・透明絶縁物基板、２・・・・・・表示電
極、３・・・・・・対向電極、４・・・・・・参照電極
、５・・・・・・スペーサ、６・・・・・・電解液、７
・・・・・・ＥＣ物質膜、８・・・・・・絶縁膜、９・
・・・・・ガラス基板、１０・・・・・・対向電極、１
１・・・・・・表示電極、１２・・・・・・ビオロゲン
混合液、１３・・・・・・スペーサ、１４・・・・・・
線形増幅器、１５・・・・・・セグメント選択スイッチ
、１６・・・・・・定電流源、１７・・・・・・書込消
去切換連動スイッチ、１８・・・・・・書込用定電流源
、１９・・・・・・消去用定電圧源、２０・・・・・・
書込・消去切換スイッチ、２１・・・・・・書込用定電
流源、２２・・・・・・消去用定電圧源、２３・・・・
・・書込・消去切換スイッチ。

Claims

【特許請求の範囲】

１電流の印加により着色又は脱色するエレクトロクロ
ミック現象を用ｌ）た表示装置において、上記着色は定
電流駆動法によって行ない、上記脱色は定電圧駆動法に
よって行なうことを特徴とするエレクトロクロミック表
示装置の駆動方法。