(57)【要約】【課題】時間変化による表示濃度の劣化を抑制し、優れた表示特性を実現することが可能な電気化学表示装置およびその駆動方法を提供する。【解決手段】各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示するに際し、画素電極に書込電圧を加える時間を制御して階調表示を行う。このとき、書込電圧により画素に流れる電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２以下となるように設定し、書込電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールドにおいて電圧を印加するか否かを選択することで書込電圧を加える時間の制御を行う。【選択図】図１
2004170850.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、
前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を制御して階調表示を行うことを特徴とする電気化学表示装置。
【請求項２】
前記析出電圧は各画素において一定であることを特徴とする請求項１記載の電気化学表示装置。
【請求項３】
前記析出電圧により前記画素に流れる電流密度が、一定値以下であることを特徴とする請求項１記載の電気化学表示装置。
【請求項４】
前記析出電圧により前記画素に流れる電流密度が、５０ｍＡ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１記載の電気化学表示装置。
【請求項５】
前記析出電圧を印加する時間の制御は、電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドにおいて前記析出電圧を印加するか否かを選択するものであることを特徴とする請求項１記載の電気化学表示装置。
【請求項６】
基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、
前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する際に、前記析出電圧を多段階に変化させることを特徴とする電気化学表示装置。
【請求項７】
前記画素電極に前記析出電圧を印加する時間を制御することを特徴とする請求項６記載の電気化学表示装置。
【請求項８】
前記析出電圧の多段階変化は、
前記画素に流れる電流密度が一定値以上となる強調パルス電圧を印加した後に、
前記画素に流れる電流密度が一定値以下となる書込電圧を印加するものであることを特徴とする請求項６記載の電気化学表示装置。
【請求項９】
前記画素電極に印加する前記析出電圧の多段階変化は、
前記画素に流れる電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２以上となる強調パルス電圧を印加した後に、
前記画素に流れる電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２以下となる書込電圧を印加するものであることを特徴とする請求項６記載の電気化学表示装置。
【請求項１０】
基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、
前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールド期間中に電圧を印加するか否かを選択することで、前記画素電極に前記析出電圧を印加する時間を制御することを特徴とする電気化学表示装置。
【請求項１１】
前記各サブフィールドの持続期間がそれぞれ異なる時間であることを特徴とする請求項１０記載の電気化学表示装置。
【請求項１２】
前記各サブフィールドの持続期間は、各サブフィールドの時間長の比率をおよそ２のｎ乗（ｎは自然数）としたものであることを特徴とする請求項１０記載の電気化学表示装置。
【請求項１３】
前記サブフィールドの後に、全ての画素での金属の析出を停止する書込み停止期間を設けることを特徴とする請求項１０記載の電気化学表示装置。
【請求項１４】
基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、
前記画素回路が、金属の析出を行う画素を決定する選択トランジスタと、
前記画素電極に対して電圧の印加をする駆動トランジスタと、
前記駆動トランジスタのゲート電極に印加される電圧を保持する電圧保持容量とを有することを特徴とする電気化学表示装置。
【請求項１５】
基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、
前記画素回路が第一のトランジスタと、第二のトランジスタと、キャパシタとを有して、共通配線と接地配線とに接続され、
前記第一のトランジスタのソース・ドレイン電極の一方が前記信号配線に接続され、
前記第一のトランジスタのゲート電極が前記走査配線に接続され、
前記第一のトランジスタのソース・ドレイン電極の他方が前記第二のトランジスタのゲート電極および前記キャパシタの一方の電極に接続され、
前記キャパシタの他方の電極が前記接地配線に接続され、
前記第二のトランジスタのソース・ドレイン電極の一方が前記画素電極に接続され、
前記第二のトランジスタのソース・ドレイン電極の他方が前記共通配線に接続されることを特徴とする電気化学表示装置。
【請求項１６】
各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、
金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を制御して階調表示を行うことを特徴とする電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項１７】
前記析出電圧は各画素において一定であることを特徴とする請求項１６記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項１８】
前記析出電圧により前記画素に流れる電流密度が、一定値以下であることを特徴とする請求項１６記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項１９】
前記析出電圧により前記画素に流れる電流密度が、５０ｍＡ／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１６記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２０】
前記析出電圧を加える時間の制御は、電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールドにおいて前記析出電圧を印加するか否かを選択するものであることを特徴とする請求項１６記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２１】
各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、
前記画素電極に印加する金属を析出させるための析出電圧を多段階に変化させることを特徴とする電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２２】
前記析出電圧を加える時間を制御することを特徴とする請求項２１記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２３】
前記析出電圧の多段階変化は、
前記画素に流れる電流密度が一定値以上となる強調パルス電圧を印加した後に、
前記画素に流れる電流密度が一定値以下となる書込電圧を印加するものであることを特徴とする請求項２１記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２４】
前記析出電圧の多段階変化は、
前記画素に流れる電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２以上となる強調パルス電圧を印加した後に、
前記画素に流れる電流密度が５０ｍＡ／ｃｍ２以下となる書込電圧を印加するものであることを特徴とする請求項２１記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２５】
各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、
金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールド期間中に電圧を印加するか否かを選択することで、前記画素電極に前記析出電圧を印加する時間を制御することを特徴とする電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２６】
前記各サブフィールドの持続期間がそれぞれ異なる時間であることを特徴とする請求項２５記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２７】
前記各サブフィールドの持続期間は、各サブフィールドの時間長の比率をおよそ２のｎ乗（ｎは自然数）としたものであることを特徴とする請求項２５記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【請求項２８】
前記サブフィールドの後に、全ての画素での金属の析出を停止する書込み停止期間を設けることを特徴とする請求項２５記載の電気化学表示装置の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画素電極に電圧を印加し、金属を析出および溶解させて画像を表示する電気化学表示装置およびその駆動方法に関し、いわゆる電子ペーパーに適した電気化学表示装置およびその駆動方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ネットワークの普及に伴い、これまで印刷物の形態で配布されていた文書類が、いわゆる電子書類の形態で配信されるようになってきている。さらに、書籍や雑誌なども、いわゆる電子出版の形で提供される場合が多くなりつつある。これらの情報を閲覧するために、従来、コンピュータのＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ  ｒａｙ  ｔｕｂｅ）や液晶ディスプレイから読み取ることが広く行われている。
【０００３】
しかしながら、上記ＣＲＴのような発光型のディスプレイでは、人間工学的理由から疲労が著しく、長時間の読書などには耐えられないことが指摘されている。また、液晶ディスプレイのようなバックライト型のディスプレイであっても、蛍光管特有のちらつきから、同様に読書には向かないとされている。さらに、いずれも読む場所がコンピュータの設置場所に限られるという難点がある。
【０００４】
近年、バックライトを使用しない反射型液晶ディスプレイも実用になっているが、液晶の無表示（白色表示）における反射率は３０〜４０％であり、これは紙への印刷物の反射率（ＯＡ用紙及び文庫本の反射率７５％、新聞紙の反射率５２％）に比べて著しく視認性が悪い。また、反射板によるぎらつきなどから疲労が生じやすく、これも長時間の読書に耐え得るものではない。
【０００５】
そこで、これらの問題点を解決するために、いわゆるペーパーライクディスプレイ、あるいは電子ペーパーと呼ばれるものが開発されつつある。これらは主に電気泳動法により着色粒子を電極間で移動させるか、二色性を有する粒子を電場で回転させることにより着色させている。しかしながら、これらの方法では、粒子間の隙間が光を吸収し、その結果としてコントラストが悪くなり、また、駆動する電圧を１００Ｖ以上にしなければ実用上の書き込み速度（１秒以内）が得られないという難点がある。
【０００６】
これらの表示方式のディスプレイに対して、電気化学的な作用に基づき発色を行う電気化学表示素子（エレクトロクロミックディスプレイ：ＥＣＤ）は、コントラストの高さという点で上記方式のディスプレイに比べて優れており、例えば調光ガラスや時計用のディスプレイとして既に実用化されている。ただし、調光ガラスや時計用ディスプレイは、そもそもマトリクス駆動の必要が無いことから、そのままでは電子ペーパーのようなディスプレイ用途には適さない。また、一般的に黒色の品位に劣り、反射率も低いレベルに止まっている。
【０００７】
また、電子ペーパーのようなディスプレイにおいては、その用途上、太陽光や室内光に晒され続けることになるが、上記調光ガラスや時計用ディスプレイにおいて実用化されているような電気化学表示素子では、黒色の部分を形成するために有機材料が使用されており、耐光性の点で問題が生ずる。一般に、有機材料は耐光性に乏しく、長時間使用した場合には褪色して黒色濃度が低下する。
【０００８】
このような技術的な課題を解決するために、色の変化を行う材料として金属イオンを用いた電気化学表示素子およびこれを用いた電気化学表示装置が提案されている。この電気化学表示装置では、高分子電解質層に金属イオンを溶解させておき、電気化学的な酸化・還元により金属を析出・溶解させ、これに伴う色の変化を利用して表示を行う。ここで、例えば高分子電解質層に着色材を含有させておけば、色の変化が生じた場合のコントラストを高くすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した電気化学表示素子を用いた表示装置においては、表示内容を一度表示した後には表示内容の書き換えを頻繁には行わず、表示内容を一定時間保持するという使用方法が取られる。金属の析出・溶解によって反射率を変化させて画素における表示と非表示を切り替える電気化学表示装置においては、表示後の時間経過に伴って析出していた金属が溶解して、表示濃度が経時的に変化してしまい、特に多段階の階調表示を行う場合に表示内容の変化や視認性の低下などを引き起こしてしまうため、表示特性が劣化するという問題があった。
【００１０】
したがって本願発明は、経時変化による表示濃度の劣化を抑制し、優れた表示特性を実現することが可能な電気化学表示装置およびその駆動方法を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置は、基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を制御して階調表示を行うことを特徴とする。
【００１２】
金属を析出させるための析出電圧を画素電極に印加する時間を制御することによって、画素に析出する金属の量を制御して反射率を変化させて、電気化学表示装置で階調表示を行うことができる。
【００１３】
このとき画素電極に印加する析出電圧を一定として、画素に流れる電流密度が一定値以下となるように金属の析出を行うことで、析出した金属が溶解して表示濃度が経時変化してしまうことを防止することが可能となる。また、画素に流れる電流密度は、５０ｍＡ／ｃｍ２以下であることが望ましい。書込電圧を加える時間の制御は、電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールドにおいて析出電圧を印加するか否かを選択することでも実現される。
【００１４】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置は、基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する際に、前記析出電圧を多段階に変化させることを特徴とする。
【００１５】
金属を析出させるための析出電圧を多段階に変化させることにより、単位時間当たりに析出する金属の量を多段階に変化させることができ、所定の金属量を画素に析出させるための時間を変化させることが出来る。
【００１６】
このとき、画素に流れる電流密度が一定値以上となる強調パルス電圧を印加した後に、電流密度が一定値以下となる書込電圧を印加することで、画素の表示が目的の反射率になるまでの時間を短縮することが可能となる。また、このとき画素に流れる電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ２以上から５０ｍＡ／ｃｍ２以下と変化させることで、析出した金属が溶解することを効果的に抑制することが出来るため、反射率の経時変化を低減して良好なコントラストを維持することが可能となる。
【００１７】
また、画素電極に析出電圧を加える時間を制御することによって、画素に析出する金属の量を制御して反射率を変化させて、電気化学表示装置で階調表示を行うことができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置は、基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、前記画素回路が金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールド期間中に電圧を印加するか否かを選択することで、前記画素電極に前記析出電圧を印加する時間を制御することを特徴とする。
【００１９】
画素での黒表示濃度である反射率は、画素中に析出した金属量に依存するため、画素電極に電圧を加える時間を複数に分割したサブフィールドを適宜選択して組み合わせることで、画素電極に析出電圧を印加する時間を制御し、多段階の階調表示をすることができる。
【００２０】
また、画素電極に電圧を加える時間を複数に分割したサブフィールドを、各サブフィールドの持続期間がそれぞれ異なる時間とし、各サブフィールドの時間長の比率をおよそ２のｎ乗（ｎは自然数）としたものとすることで、電圧印加時間をｎ個のサブフィールドに分割することで２ｎ段階の階調表示を行うことが出来るようになる。これにより、全てのサブフィールドで印加される電圧を一定値として、電圧を供給するデータドライバを多値の出力を必要としないＯＮ／ＯＦＦの２値とすることができ、回路規模を小さくしてモジュールの低価格化を図ることが出来る。
【００２１】
また、サブフィールドの後に全ての画素での金属の析出を停止する書込み停止期間を設けることで、サブフィールドごとに析出する金属量を限定することが出来るため、サブフィールドを選択して組み合わせた際の金属の析出量を制御することができ、良好な表示特性を得ることが出来る。
【００２２】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置は、基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、前記画素回路が、金属の析出を行う画素を決定する選択トランジスタと、前記画素電極に対して電圧の印加をする駆動トランジスタと、前記駆動トランジスタのゲート電極に印加される電圧を保持する電圧保持容量とを有することを特徴とする。
【００２３】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置は、基板上に複数の信号配線と複数の走査配線とが行方向と列方向に配されると共に、前記信号配線と前記走査配線との交差部に画素回路が形成され、前記画素回路が各画素の表示領域に配された画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する電気化学表示装置であって、前記画素回路が第一のトランジスタと、第二のトランジスタと、キャパシタとを有して、共通配線と接地配線とに接続され、前記第一のトランジスタのソース・ドレイン電極の一方が前記信号配線に接続され、前記第一のトランジスタのゲート電極が前記走査配線に接続され、前記第一のトランジスタのソース・ドレイン電極の他方が前記第二のトランジスタのゲート電極および前記キャパシタの一方の電極に接続され、前記キャパシタの他方の電極が前記接地配線に接続され、前記第二のトランジスタのソース・ドレイン電極の一方が前記画素電極に接続され、前記第二のトランジスタのソース・ドレイン電極の他方が前記共通配線に接続されることを特徴とする。
【００２４】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置の駆動方法は、各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を制御して階調表示を行うことを特徴とする。
【００２５】
金属を析出させるための析出電圧を画素電極に印加する時間を制御することによって、画素に析出する金属の量を制御して反射率を変化させて、電気化学表示装置で階調表示を行うことができる。
【００２６】
このとき画素電極に印加する析出電圧を一定として、画素に流れる電流密度が一定値以下となるように金属の析出を行うことで、析出した金属が溶解して表示濃度が経時変化してしまうことを防止することが可能となる。また、画素に流れる電流密度は、５０ｍＡ／ｃｍ２以下であることが望ましい。書込電圧を加える時間の制御は、電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールドにおいて析出電圧を印加するか否かを選択することでも実現される。
【００２７】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置の駆動方法は、各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、前記画素電極に印加する金属を析出させるための析出電圧を多段階に変化させることを特徴とする。
【００２８】
金属を析出させるための析出電圧を多段階に変化させることにより、単位時間当たりに析出する金属の量を多段階に変化させることができ、所定の金属量を画素に析出させるための時間を変化させることが出来る。
【００２９】
このとき、画素に流れる電流密度が一定値以上となる強調パルス電圧を印加した後に、電流密度が一定値以下となる書込電圧を印加することで、画素の表示が目的の反射率になるまでの時間を短縮することが可能となる。また、このとき画素に流れる電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ２以上から５０ｍＡ／ｃｍ２以下と変化させることで、析出した金属が溶解することを効果的に抑制することが出来るため、反射率の経時変化を低減して良好なコントラストを維持することが可能となる。
【００３０】
また、画素電極に析出電圧を加える時間を制御することによって、画素に析出する金属の量を制御して反射率を変化させて、電気化学表示装置で階調表示を行うことができる。
【００３１】
また、上記課題を解決するために本願発明の電気化学表示装置の駆動方法は、各画素において画素電極に電圧を印加し、金属を析出、溶解させて画像を表示する際に、金属を析出させるための析出電圧を前記画素電極に印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、前記各サブフィールド期間中に電圧を印加するか否かを選択することで、前記画素電極に前記析出電圧を印加する時間を制御することを特徴とする。
【００３２】
画素での黒表示濃度である反射率は、画素中に析出した金属量に依存するため、画素電極に電圧を加える時間を複数に分割したサブフィールドを適宜選択して組み合わせることで、画素電極に析出電圧を印加する時間を制御し、多段階の階調表示をすることができる。
【００３３】
また、画素電極に電圧を加える時間を複数に分割したサブフィールドを、各サブフィールドの持続期間がそれぞれ異なる時間とし、各サブフィールドの時間長の比率をおよそ２のｎ乗（ｎは自然数）としたものとすることで、電圧印加時間をｎ個のサブフィールドに分割することで２ｎ段階の階調表示を行うことが出来るようになる。これにより、全てのサブフィールドで印加される電圧を一定値として、電圧を供給するデータドライバを多値の出力を必要としないＯＮ／ＯＦＦの２値とすることができ、回路規模を小さくしてモジュールの低価格化を図ることが出来る。
【００３４】
また、サブフィールドの後に全ての画素での金属の析出を停止する書込み停止期間を設けることで、サブフィールドごとに析出する金属量を限定することが出来るため、サブフィールドを選択して組み合わせた際の金属の析出量を制御することができ、良好な表示特性を得ることが出来る。
【００３５】
【発明の実施の形態】
［第一の実施の形態］
以下、本願発明を適用した電気化学表示装置および電気化学表示装置の駆動方法について、第一の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお本願発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【００３６】
本例の表示装置は、電気析出特性を利用して金属の析出、溶解により表示が行われる電気化学表示装置（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｄｉｓｐｌａｙ：ＥＤＤ）であり、アクティブマトリクス駆動方式により駆動されるものである。図１は本願発明の電気化学表示装置の構造を模式的に示す図であり、背面基板１上にデータ配線２とゲート走査配線３と共通配線４とＧＮＤ配線５とが配線され、各電極の交差部には画素回路６が形成されている。データ配線２とゲート走査配線３とは互いに直交して行方向と列方向に配置されており、データ配線２とゲート走査配線３との交差部には、画素回路６と接続された画素電極９が形成されて画素が形成されている。データ配線２とゲート走査配線３と共通配線４とＧＮＤ配線５は、それぞれ別の電位によって画素回路６を駆動する電極群であるので、互いに接触することがないように図示しない絶縁膜により隔てられている。
【００３７】
各電極群および画素電極９上には高分子電解質層７が積層して配され、高分子電解質層７上には透明電極８が積層して配置されている。したがって、高分子電解質層７は背面基板１上に形成された画素電極９と透明電極８とによって挟持され、透明電極８と画素電極９との間に印加された電圧により、高分子電解質層７中で金属の析出および溶解が行われて画像表示を行う。
【００３８】
高分子電解質層７に用いるマトリクス（母材）用高分子としては、骨格ユニットがそれぞれ−（Ｃ−Ｃ−Ｏ）ｎ−、−（Ｃ−Ｃ−Ｎ）ｎ−、−（Ｃ−Ｃ−Ｓ）ｎ−で表されるポリエチレンオキサイド、ポリエチレンイミン、ポリエチレンスルフィドが挙げられる。これらを主鎖構造として、枝分があってもよい。また、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニリデンクロライド、ポリカーボネート等も好ましい。
【００３９】
高分子電解質層７を形成する際には、前記マトリクス高分子に所要の可塑剤を加えるのが好ましい。好ましい可塑剤としては、マトリクス高分子が親水性の場合には、水、エチルアルコール、イソプロピルアルコールおよびこれらの混合物等が好ましく、疎水性の場合にはプロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、スルフォラン、ジメトキシエタン、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、ジメチルフォルムアミド、ジメチルスルフォキシド、ジメチルアセトアミド、ｎ−メチルピロリドンおよびこれらの混合物等が好ましい。
【００４０】
高分子電解質層７は、前記マトリクス用高分子に電解質を溶解せしめて形成されるが、電解質としては、表示のための発色材料として機能する金属塩の他、四級アンモニウムハライド（Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ）やアルカリ金属ハライド（ＬｉＣｌ，ＬｉＢｒ，ＬｉＩ，ＮａＣｌ，ＮａＢｒ，ＮａＩ等）、シアン化アルカリ金属塩、チオシアン化アルカリ金属塩等を挙げることができ、これらから選ばれた少なくとも１種類の支持電解質を含有したものを電解質として溶解せしめる。ここで、表示のための発色材料として機能する金属塩を構成する金属イオンとしては、ビスマス、銅、銀、リチウム、鉄、クロム、ニッケル、カドミウム等を挙げることができ、これらを単独、若しくは組み合わせて用いる。金属塩としては、これら金属の任意の塩を用いればよく、銀塩を例にすれば、硝酸銀、ホウフッ化銀、ハロゲン化銀、過塩素酸銀、シアン化銀、チオシアン化銀等を挙げることができる。
【００４１】
また、高分子電解質層７は、コントラストを向上させるために、着色材を添加してもよい。金属の析出による着色が黒色の場合には、背景色としては白色とすることが好ましく、白色の隠蔽性の高い材料を着色材として導入することが好ましい。このような材料としては、着色用の白色粒子を用いることができ、着色用の白色粒子としては、二酸化チタン、炭酸カルシウム、シリカ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等を使用することができる。
【００４２】
このとき、白色顔料を混ぜる割合としては、無機粒子による場合、約１〜２０重量％が好ましく、より好ましくは約１〜１０重量％であり、さらに好ましくは約５〜１０重量％である。このような割合に規制するのは、酸化チタンなどの白色顔料は、高分子への溶解性はなく分散するだけであって、混合する割合が増えると、白色顔料が凝集する結果、光学濃度が不均一になってしまうからである。また、白色顔料にはイオン導電性がないため、混合割合の増加は高分子電解質の導電性の低下を招く。両者を考慮すると、混合割合の上限はおよそ２０重量％である。
【００４３】
上記のように無機粒子を着色材として高分子電解質層７に混入する場合、高分子電解質層７の厚さは１０〜２００μｍとすることが好ましく、より好ましくは１０〜１００μｍ、さらに好ましくは１０〜５０μｍである。高分子電解質層７は、薄い方が電極間の抵抗が小さくなるので発色、消色時間の短縮や消費電力の低減に繋がり好ましい。しかしながら、高分子電解質層７の厚さが１０μｍ未満になると、機械的強度が低下して、ピンホールや亀裂が生ずる等の不都合が発生する。また、高分子電解質層７の厚さがあまり薄い場合には、結果として上記無機粒子の混入量が少なくなり、白色性（光学濃度）が十分でなくなる虞れがある。
【００４４】
なお、高分子電解質層７に混入する着色材として色素を用いる場合、着色材を混入する割合としては、１０重量％以下であってもよい。これは、色素の発色効率が無機粒子に比べて遙かに高いためである。したがって、電気化学的に安定した色素であれば、少ない量でも十分なコントラストを得ることができる。かかる色素としては、例えば油溶性染料が好ましい。
【００４５】
電気化学表示装置の画素を駆動するための画素回路６の一例を図２に示す。データ配線２と共通配線４が図面上下方向を長手方向として互いに平行に配線され、ゲート走査配線３とＧＮＤ配線５が図面左右方向を長手方向として互いに平行に配線されている。また画素回路６は、キャパシタ１１と第１トランジスタ１２と第２トランジスタ１３とを有している。
【００４６】
データ配線２は、画素回路６を駆動するためのデータ電位を供給する信号配線として機能する。ゲート走査配線３は、背面基板１上に形成された画素回路６を線順次に走査して、駆動する画素回路６を選択する走査配線として機能する。共通配線４とＧＮＤ配線（接地配線）５とは互いの電位差によって、高分子電解質層７に印加される電圧を決定する。
【００４７】
キャパシタ１１の一方の電極はＧＮＤ配線５に接続され、もう一方の電極は第１トランジスタ１２のソース・ドレイン電極１２ａおよび第２トランジスタ１３のゲート電極に接続されている。第１トランジスタ１２のゲート電極はゲート走査配線３に接続され、第１トランジスタ１２のソース・ドレイン電極１２ｂはデータ配線２に接続され、第１トランジスタ１２のソース・ドレイン電極１２ａは第２トランジスタ１３のゲート電極およびキャパシタ１１に接続されている。第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ａは共通配線４に接続され、第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ｂは画素電極９に接続され、第２トランジスタ１３のゲート電極には第１トランジスタ１２のソース・ドレイン電極１２ａおよびキャパシタ１１の一方の電極が接続されている。
【００４８】
第１トランジスタ１２は、金属の析出を行う画素を決定する選択トランジスタとして機能し、第２トランジスタ１３は、画素電極に対して電圧の印加をする駆動トランジスタとして機能し、キャパシタ１１は、第２トランジスタ１３のゲート電極に印加される電圧を保持する電圧保持容量として機能する。画素電極９は、画素回路６上に重畳して配置されている高分子電解質層７と接触しており、対向する透明電極８と対になって高分子電解質層７に対して電圧を印加する。
【００４９】
以上が電気析出特性を利用した電気化学表示装置の構成であるが、次に、この表示装置の駆動方法について説明する。
【００５０】
電気析出特性を利用した表示装置において、三角波電圧を透明電極８−画素電極９間に印加した場合、図３に示すような電流−電圧過渡応答特性を示す。上記透明電極８−画素電極９間にゼロからマイナス側に電圧を加えていくと、しばらくは銀は析出せず、析出閾値電圧Ｖｔｈ−ｏｎを越えたところで透明電極８への銀の析出が始まる。
【００５１】
銀の析出は、三角波電圧の頂点に相当する書き込み電圧を越え、次第に電圧が下がっても続き、先の析出閾値電圧Ｖｔｈ−ｏｎを下回っても続く。銀の析出が終わるのは、印加電圧が溶解閾値電圧Ｖｔｈ−ｏｆｆまで下がった時である。一方、逆極性（プラス）の電圧を透明電極８−画素電極９間に印加すると、銀の溶解が始まり、溶解最大電圧Ｖｏｆｆ−ｍａｘに到達した時点で析出していた銀は消失する。
【００５２】
上述した電気化学表示装置での画像形成を行うための書き込み時の動作シーケンスを図４に示す。図４はデータ配線２とゲート走査配線３と共通配線４と透明電極８とに印加されている電位について、画面全体のゲート走査配線３を線順次に走査するのに必要な時間である１サブフィールド期間内のシーケンスを示したものである。共通配線４に印加される電圧をＶｃｏｍ１と表し、透明電極８に印加される電圧をＶｃｏｍ２で表す。また画面全体ではゲート走査配線３がＮ本形成され、データ配線２がＭ本形成されているとする。一本のゲート走査配線３に電圧が印加される時間であるゲート走査配線選択期間を１Ｈと表すと、１サブフィールドに要する時間は１Ｈ×Ｎで表される。
【００５３】
第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ａに接続されている共通配線４の電位であるＶｃｏｍ１は、サブフィールド期間全体を通して接地電位とされている。透明電極８にはサブフィールド期間全体を通して、高分子電解質層７に金属を析出させるための析出電圧として、図３に示した析出閾値電圧Ｖｔｈ−ｏｎより低いマイナスの電位Ｖｃｏｍ２が印加されている。
【００５４】
各ゲート走査配線３には一番目の配線からＮ番目の配線まで、各ゲート走査配線３に対してゲート走査配線選択期間中にゲート選択電圧Ｖｇが印加されることで、線順次に走査が行われていく。ゲート選択電圧Ｖｇがゲート走査配線３に印加されていない期間は、ゲート走査配線３には接地電位が印加されている。ゲート走査配線３に印加されたゲート選択電圧Ｖｇに同期して、金属の析出を行う画素に相当するデータ配線２にはデータ電圧Ｖｄが印加される。データ電圧Ｖｄがデータ配線２に印加されていない期間は、データ配線２には接地電位が印加されている。このとき、ゲート選択電圧Ｖｇは第１トランジスタ１２をＯＮにするのに必要な電圧以上であり、データ電圧Ｖｄは第２トランジスタ１３をＯＮにするのに必要な電圧以上であるとする。
【００５５】
線順次にゲート選択電圧Ｖｇが印加されると、ゲート選択電圧Ｖｇが印加されているゲート走査配線３に接続されている画素では、図２に示した画素回路６での第１トランジスタ１２のゲート電極に電圧が印加され、第１トランジスタ１２がＯＮ状態となる。金属の析出を行わない画素においては、データ配線２が接地電位であるために第２トランジスタ１３のゲート電極も接地電位であり、第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ａとソース・ドレイン電極１３ｂとの間は電流が流れず、高分子電解質層７にも電流が流れることはない。また、キャパシタ１１の両極が接地電位となっているのでキャパシタ１１に蓄積されている電荷量はゼロである。
【００５６】
しかし、金属の析出を行う画素においては、データ配線２に対してデータ電圧Ｖｄが印加されているため、第２トランジスタ１３がＯＮ状態となり第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ａとソース・ドレイン電極１３ｂとの間には電流が流れるため、透明電極８と画素電極９との間に挟持されている高分子電解質層７には、金属を析出させる析出電圧Ｖｃｏｍ２が印加されて電流が流れることとなる。また、キャパシタ１１にはデータ電圧Ｖｄに応じて電荷が蓄積された状態となる。このため、ゲート走査配線３にゲート選択電圧Ｖｇが印加されなくなって第１トランジスタ１２がＯＦＦ状態となった場合にも、キャパシタ１１に蓄積された電荷によって第２トランジスタ１３のゲート電極にはデータ電圧Ｖｄが保持され、第２トランジスタ１３はＯＮ状態が保持されるため高分子電解質層７には電流が流れ続けることとなる。
【００５７】
キャパシタ１１に蓄積された電荷による第２トランジスタ１３がＯＮである状態は、次回以降のサブフィールドにおいてゲート走査配線３にゲート選択電圧Ｖｇが印加されると同時にデータ配線２が接地電位となるまで持続する。このとき、ゲート走査配線３にはゲート選択電圧Ｖｇが印加されているために第１トランジスタ１２はＯＮ状態となり、データ配線２が接地電位であるためにキャパシタ１１に蓄積されていた電荷がゼロになり、第２トランジスタ１３のゲート電極も接地電位となり第２トランジスタ１３がＯＦＦ状態となる。したがって第２トランジスタ１３のソース・ドレイン電極１３ａとソース・ドレイン電極１３ｂとの間は電流が流れなくなり、高分子電解質層７にも電流は流れなくなり、金属の析出が停止する。
【００５８】
上述した様に本願発明の電気化学表示装置では、あるサブフィールド期間に選択された画素の高分子電解質層７に電流が流れて金属の析出が行われると、次回以降のサブフィールド期間において、当該画素のゲート走査配線３に印加されるゲート選択電圧Ｖｇと同期してデータ配線２に接地電位が与えられるまで、金属の析出が持続することとなる。これにより、高分子電解質層７の画素に相当する位置に金属を析出させる時間を調整することが可能となる。
【００５９】
次に図５乃至図１０を用いて、金属を析出させるために高分子電解質層７に流す電流の電圧および光学応答特性について、高分子電解質層７に一定値の電流が流れる時間を制御することによって、電気化学表示装置の階調表示を実現できる理由、および、高分子電解質層７に流れる電流密度を小さくすることで反射率の経時変化を抑制して表示内容を維持することが可能な理由を説明する。
【００６０】
図５は、高分子電解質層７に電圧を印加した場合の反射率の時間変化を示す光学応答特性のグラフである。横軸は時間経過を示し単位は秒であり、０．０５秒から０．１５秒の間が電圧が印加されている期間である。縦軸は画素に入射した光が反射していく割合である反射率を示し、反射率の数値が小さいほど濃い黒表示であることを示している。
【００６１】
−２．４Ｖ〜−０．８Ｖの電圧を印加したところ、全ての電圧において時間の経過と共に反射率が低下する傾向が見られた。電圧の印加を止めた時刻ｔ＝０．１５秒の時点での反射率は、反射率が大きいほうから−０．８Ｖ，−１．１Ｖ，−１．３Ｖ，−１．４Ｖ，−１．５Ｖ，−１．７Ｖ，−１．８Ｖ，−１．９Ｖ，−２．４Ｖ，−２．３Ｖ，−２．０Ｖの電圧印加であった。これにより、電位差が小さい場合には反射率の低下が小幅なものにとどまり、電位差が大きい場合には反射率の低下は顕著になることがわかる。これは、時間経過と共に金属の析出が連続して行われ、電位差が大きい場合には流れる電流が大きいために析出する金属量も多くなるためと理解できる。
【００６２】
次に、高分子電解質層７に電圧を印加した時に流れる電流密度の時間変化のグラフを図６に示す。横軸は時間経過を示し単位は秒であり、０．０５秒から０．１５秒の間が電圧が印加されている期間である。縦軸は高分子電解質層７に流れる電流の電流密度を示し単位はｍＡ／ｃｍ２である。
【００６３】
図６に示したグラフは、−２．５Ｖ〜−０．８Ｖの電圧を印加したときの電流密度の時間変化を示しており、時刻ｔ＝０．０６秒の時点での電流密度が小さい方から−０．８Ｖ，−１．１Ｖ，−１．３Ｖ，−１．４Ｖ，−１．５Ｖ，−１．７Ｖ，−１．８Ｖ，−１．９Ｖ，−２．０Ｖ，−２．３Ｖ，−２．４Ｖ，−２．５Ｖの電圧印加を示している。電流密度−５０ｍＡ／ｃｍ２以下となる電位差−１．５Ｖ以下では電圧印加期間中の電流密度は一定値であるとみなすことが出来るが、電流密度が−５０ｍＡ／ｃｍ２よりも大きい場合である電位差が−１．５Ｖより大きい場合には、電圧印加の初期には電流密度が大きいが時間経過と共に電流密度が小さくなっていくことがわかる。
【００６４】
電流密度が一定値であるとみなせる電位差−１．５Ｖ以下の場合、図５を参照すると反射率の時間変化は、ほぼ直線的な変化であるということがわかる。これは、高分子電解質層７を流れる電流密度がほぼ一定であるために、金属の析出する量もほぼ一定であり反射率の変化も一定の割合で変化していると考えることが出来る。したがって、高分子電解質層７に印加する電圧を−１．５Ｖ以下の一定値として、電圧を印加する時間を変更することにより、画素の反射率を変化させて階調表示を行うことが出来る。
【００６５】
図７は、高分子電解質層７に析出電圧として−１．５Ｖを印加して、析出電圧を印加する時間を変化させた際に得られる反射率を示すグラフである。電圧印加時間が０．０８秒のときの反射率が約４４％であり、０．１０秒のときの反射率が約３８％であり、０．１２秒のときの反射率が約３０％であり、０．１４秒のときの反射率が約２３％であった。したがって、画素ごとに析出電圧を印加する時間を制御することにより、画素ごとに異なる反射率の表示を行う階調表示を実現できることがわかる。
【００６６】
本願発明の電気化学表示装置は、電子ペーパーとして表示内容を一定期間保持する使用方法が想定されているため、画面全体での金属の析出が完了した後に、表示状態を保持するメモリー期間が必要とされる。そのため、高分子電解質層７に析出電圧を印加して各画素において金属を析出させた後の表示特性が重要である。高分子電解質層７に電圧を印加した後での反射率の時間変化を表した光学応答特性のグラフを図８に示す。横軸は時間経過を示し単位は秒であり、０．０５秒から０．１５秒の間が析出電圧が印加されている析出期間である。縦軸は画素に入射した光が反射していく割合である反射率を示している。金属の析出が行われる期間と比較して、メモリー期間を長時間に設定した場合の反射率の時間変化を知るために、時間ｔは４５０秒まで表示している。グラフ中には表示していないが、析出期間とメモリー期間との間には、全ての画素のデータ配線２に接地電位が印加されて第２トランジスタ１３がＯＦＦ状態となる、書き込み停止期間が設けられている。
【００６７】
グラフ中の各曲線は、メモリー期間の初期における反射率が大きいほうから−０．８Ｖ，−１．０Ｖ，−１．２Ｖ，−１．４Ｖ，−１．６Ｖ，−１．８Ｖ，−２．０Ｖの電圧印加の場合を示している。−０．８Ｖ〜−１．４Ｖまでの電位差を印加した場合には、メモリー期間を通してほぼ一定の反射率であるとみなすことが出来るが、−１．６Ｖよりも大きい電位差を印加した場合には、時間経過と共に反射率が変化していき黒表示の濃度が低下していることがわかる。メモリー期間内に画素の表示濃度が変化してしまうということは、表示画面上でのコントラストが変化することを意味するので、反射率が経時変化してしまうような電圧を印加することは表示特性上好ましくない。
【００６８】
時間の経過と共に表示濃度が低下している点から、析出期間中に析出した金属が高分子電解質層７中に溶解していることがわかる。また、加えられる析出電圧が大きいほど反射率の変化が大きいことから、析出期間に流れた電流密度が大きいほどメモリー期間に溶解していく金属量が多いことがわかる。これらのことから、析出期間に印加される析出電圧が大きいと、高分子電解質層７に流れる電流密度が大きいため、単位時間当たりに析出する金属の量は多いが、金属の析出はポーラス状になっており体積に対する表面積の割合が大きく、電圧の印加を止めた状態での金属の溶解が起こりやすくなっていると推測される。
【００６９】
高分子電解質層７に印加される析出電圧が大きいときに、反射率が時間変化してしまう理由としては以上の理由が考えられるため、析出期間に高分子電解質層７に流れる電流密度はある一定値以下であることが望まれる。図８のグラフでは−１．４Ｖでは反射率の変化が見られなかったが、−１．６Ｖでは若干の反射率変化が見られた。図６のグラフを参照すると、電流密度が−５０ｍＡ／ｃｍ２の水準が境界線になっているとわかる。したがって、金属を析出させる析出期間に高分子電解質層７に流れる電流密度を−５０ｍＡ／ｃｍ２以下とすることが望ましいことがわかる。
【００７０】
上記知見に基づいて、高分子電解質層７に対して低電圧を印加して−５０ｍＡ／ｃｍ２以下の電流密度で金属の析出を行わせて、画面表示を行う実験を行った。図９は、高分子電解質層７に析出電圧として−１．２Ｖを印加した場合の光学応答特性を示したグラフである。横軸は時間経過を示し単位は秒であり、縦軸は画素に入射した光が反射していく割合である反射率を示している。電圧印加時に高分子電解質層７に流れる電流の電流密度は−３０ｍＡ／ｃｍ２程度でほぼ一定であり、析出電圧を印加する析出期間を０．０５秒〜０．７０秒まで変化させた場合の光学応答特性を示している。
【００７１】
グラフ中の時刻ｔ＝０．４秒以降での反射率が大きい方から、析出期間が０．０５秒，０．１秒，０．２秒，０．５秒，０．６秒，０．７秒の場合のグラフとなっている。析出期間が０．５秒までは、析出期間の長さに応じて反射率が小さくて濃い黒表示となっていることがわかる。析出期間が０．５秒以上では最終的に到達する反射率に大きな差は生じていないが、析出期間を制御することにより電気化学表示装置の表示濃度を制御することが可能であることがわかる。
【００７２】
図１０は、析出期間によって表示濃度の制御を行った場合での反射率の経時変化を示すグラフであり、図９に示した条件で析出期間後のメモリー期間を５００秒まで示したものである。反射率の大きい方から析出期間が０．０５秒，０．１秒，０．２秒，０．５秒，０．６秒，０．７秒の場合を示しており、時間が経過しても反射率の変化が少ないことがわかる。これは、高分子電解質層７に流れる電流密度が−５０ｍＡ／ｃｍ２以下であるために、金属の析出がポーラス状ではなく均一に行われ、メモリー期間中に金属が溶解しにくいためであると考えられる。
【００７３】
したがって、析出期間中に高分子電解質層７に流れる電流密度を小さくして、析出期間を制御して析出する金属を制御することで、電気化学表示装置の表示濃度を制御して階調表示することができる。また、析出期間中に高分子電解質層７に流れる電流密度を−５０ｍＡ／ｃｍ２以下と設定することで、メモリー期間で金属が溶解することを抑制し、反射率の経時変化を低減させて、良好な表示状態の維持を実現することが可能となる。
【００７４】
また、図２に示した画素回路６および図４に説明したサブフィールドによる駆動シーケンスを用いることにより、あるサブフィールド期間に選択された画素で金属の析出が行われると、次回以降のサブフィールド期間において、当該画素のデータ配線２に接地電位が与えられるまで金属の析出が持続する。したがって、金属の析出を行うサブフィールド数を設定することで、高分子電解質層７の画素ごとに金属を析出させる析出期間を調整し、一定電圧の条件下で反射率を制御することができるようになり、電気化学表示装置の画面全体において黒濃度が異なる画素を表示して階調表示を行うことが可能となる。
【００７５】
このとき、高分子電解質層７に流れる電流の電流密度を−５０ｍＡ／ｃｍ２以下とすることで、析出期間後のメモリー期間における反射率の経時変化を抑制することが可能となり、画素ごとに異なる反射率を表示した階調表示でのコントラストを維持することができ、良好な表示特性を得ることが出来る。
【００７６】
［第二の実施の形態］
以下に、本願発明を適用した電気化学表示装置および電気化学表示装置の駆動方法について、第二の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に示す電気化学表示装置の構成は、前述した第一の実施の形態で図１乃至図３を用いて説明したのと同様のものであるため、重複を避けるため説明を省略する。本実施の形態で説明する電気化学表示装置の駆動方法は、金属を析出させるために高分子電解質層に印加する析出電圧を、大電流を流すための強調パルス電圧と小電流を流すための書込電圧とに分けて多段階の電圧印加として、析出期間に高分子電解質層に流れる電流密度を変化させるものである。
【００７７】
本実施の形態における画像形成を行うための書き込み時の動作シーケンスは、図１乃至図４を用いて説明した第一の実施の形態と同様のサブフィールド駆動を用いる。したがって、あるサブフィールド期間に選択された画素の高分子電解質層７に電流が流れて金属の析出が行われると、次回以降のサブフィールド期間において、当該画素のゲート走査配線３に印加されるゲート選択電圧Ｖｇと同期してデータ配線２に接地電位が与えられるまで、金属の析出が持続することとなる。これにより、高分子電解質層７の画素に相当する位置に金属を析出させる時間を調整することが可能である。
【００７８】
本実施の形態では、上述したサブフィールドによる析出期間の制御に加えて、析出期間を強調パルス印加期間と書き込み電圧印加期間に分割し、強調パルス印加期間に高分子電解質層７に印加する強調パルス電圧Ｖｗｒ１を、書き込み電圧印加期間に高分子電解質層７に印加する書込電圧Ｖｗｒ２よりも大きいものにする。つまり、金属を析出させるために高分子電解質層に印加する析出電圧は、大電流を流すための強調パルス電圧Ｖｗｒ１と、小電流を流すための書込電圧Ｖｗｒ２との多段階の電圧印加になる。ここで、強調パルス電圧Ｖｗｒ１を高分子電解質層７に印加した際に流れる電流の電流密度は−５０ｍＡ／ｃｍ２よりも大きくてもよいが、Ｖｗｒ２を高分子電解質層７に印加した際に流れる電流の電流密度は−５０ｍＡ／ｃｍ２以下であるとする。
【００７９】
このような高分子電解質層７に対する多段階の電圧印加は、透明電極８に印加する電位Ｖｃｏｍ２を、強調パルス印加期間に相当するサブフィールド期間においてＶｗｒ１とし、書き込み電圧印加期間に相当するサブフィールド期間においてＶｗｒ２とすることで実現される。
【００８０】
図１１は、析出期間の最初に強調パルス印加期間を０．０５秒設け、その後に書き込み電圧印加期間を０．２５秒設けたときの光学応答特性を示したグラフである。強調パルス印加期間に印加される電圧Ｖｗｒ１は−２．０Ｖで、高分子電解質層７に流れる電流の電流密度は−１００ｍＡ／ｃｍ２程度であり、書き込み電圧印加期間に印加される電圧Ｖｗｒ２は−１．２Ｖで、電流密度は−３０ｍＡ／ｃｍ２程度であった。
【００８１】
強調パルス印加期間には、高分子電解質層７に流れる電流の電流密度が大きいために金属の析出量が多く、反射率の低下が急速に行われているが、書き込み電圧印加期間には、電流密度が小さいために金属の析出量が低下し、緩やかに反射率が低下していくことがわかる。したがって、強調パルス印加期間にＶｗｒ１を印加して電流密度が大きい電流を流すことにより、強調パルス印加期間に目的の金属量の大部分を析出させて、析出期間全域にわたってＶｗｒ２を印加するよりも短時間で目的の反射率による表示を実現することができる。
【００８２】
上述した様に、析出期間を強調パルス印加期間と書き込み電圧印加期間に分割し、強調パルス印加期間に高分子電解質層７に印加する強調パルス電圧Ｖｗｒ１を、書き込み電圧印加期間に高分子電解質層７に印加する書込電圧Ｖｗｒ２よりも大きいものにして、析出期間の短縮化を図った場合における析出期間後の反射率の経時変化を図１２に示す。
【００８３】
図１２は、析出期間直後の反射率が異なるものになるように、強調パルス印加期間と書き込み電圧印加期間の設定を変化させ、析出期間後のメモリー期間での反射率の経時変化を示したグラフである。横軸は時間経過を示し単位は秒であり、縦軸は画素に入射した光が反射していく割合である反射率を示している。メモリー期間を通して反射率の経時変化がほとんど見られず、ほぼ一定の反射率を維持していることがわかる。実施の形態１と同様に、析出期間とメモリー期間との間には、全ての画素のデータ配線２に接地電位が印加されて第２トランジスタ１３がＯＦＦ状態となる、書き込み停止期間が設けられている。
【００８４】
これは、強調パルス印加期間に高分子電解質層７に流れる電流の電流密度は−５０ｍＡ／ｃｍ２よりも大きく、析出している金属はポーラス状であるが、書き込み電圧印加期間に流れる電流密度が−５０ｍＡ／ｃｍ２以下であるため、ポーラス状に析出した金属上に均一な金属の析出が行われて、メモリー期間における金属の溶解が起こりにくくなったためと考えられる。
【００８５】
したがって、電気化学表示装置の動作シーケンス中に透明電極８に印加する電位Ｖｃｏｍ２を、強調パルス印加期間に相当するサブフィールド期間に大きくし、書き込み電圧印加期間に相当するサブフィールド期間に小さくして多段階に変化させることで、金属を析出させる析出期間に高分子電解質層７に流れる電流の電流密度を多段階とし、析出期間を短縮して動作速度を向上させることが可能になる。
【００８６】
また、金属の析出を行うサブフィールド数を設定することで、高分子電解質層７の画素ごとに金属を析出させる析出期間を調整し、一定電圧の条件下で反射率を制御することができるようになり、電気化学表示装置の画面全体において黒濃度が異なる画素を表示して階調表示を行うことが可能となる。
【００８７】
さらに、書き込み電圧印加期間に高分子電解質層７に流れる電流の電流密度を−５０ｍＡ／ｃｍ２以下とすることで、析出期間後のメモリー期間における反射率の経時変化を抑制することが可能となり、画素ごとに異なる反射率を表示した階調表示でのコントラストを維持することができ、良好な表示特性を得ることが出来る。
【００８８】
［第三の実施の形態］
以下に、本願発明を適用した電気化学表示装置および電気化学表示装置の駆動方法について、第三の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施の形態に示す電気化学表示装置の構成は、前述した第一の実施の形態で図１乃至図３を用いて説明したのと同様のものであるため、重複を避けるため説明を省略する。本実施の形態で説明する電気化学表示装置の駆動方法は、画像形成を行うための動作シーケンスにおいて、複数のサブフィールドを重ね合わせて析出期間を制御する際に、各サブフィールドの持続時間を異なるものに設定して析出期間を決定するものである。
【００８９】
本実施の形態における画像形成を行うための書き込み時の動作シーケンスは、図１乃至図４を用いて説明した第一の実施の形態と同様のサブフィールド駆動を用いる。したがって、あるサブフィールド期間に選択された画素の高分子電解質層７に電流が流れて金属の析出が行われると、次回以降のサブフィールド期間において、当該画素のゲート走査配線３に印加されるゲート選択電圧Ｖｇと同期してデータ配線２に接地電位が与えられるまで、金属の析出が持続することとなる。これにより、高分子電解質層７の画素に相当する位置に金属を析出させる時間を調整することが可能である。
【００９０】
図１３は、本実施の形態における電気化学表示装置の駆動方法で用いる各サブフィールドの持続時間の配分を示す模式図である。図中横軸方向は時間経過を表し、縦軸方向はゲート走査配線３の１〜Ｎ本目を表しており、図中に平行四辺形で表されているサブフィールドｓｕｂ１乃至ｓｕｂ４は、それぞれ図４に示したサブフィールドの動作シーケンスによるものである。また、サブフィールドｓｕｂ１の持続期間Ｔｓｕｂ１と、サブフィールドｓｕｂ２の持続期間Ｔｓｕｂ２と、サブフィールドｓｕｂ３の持続期間Ｔｓｕｂ３と、サブフィールドｓｕｂ４の持続期間Ｔｓｕｂ４との長さの比率は、Ｔｓｕｂ１：Ｔｓｕｂ２：Ｔｓｕｂ３：Ｔｓｕｂ４＝１：２：４：８となっている。
【００９１】
各サブフィールドの間には、全ての画素のデータ配線２に接地電位が印加されて、第２トランジスタ１３がＯＦＦ状態となる書き込み停止期間が設けられている。したがって、各サブフィールドにおいて金属が析出していた画素では、書き込み停止期間に金属の析出が停止するため、以後のサブフィールドで当該画素が再度選択されて金属の析出が開始するまで金属の析出は起こらない。
【００９２】
サブフィールドｓｕｂ１乃至ｓｕｂ４の持続期間Ｔｓｕｂ１乃至Ｔｓｕｂ４の比率は、図４を参照すると、一本のゲート走査配線３にパルス電圧が印加される時間であるゲート走査配線選択期間である１Ｈを、サブフィールドｓｕｂ１乃至ｓｕｂ４ごとに１：２：４：８の比率にすることで実現される。または、全てのサブフィールドでのゲート走査配線選択期間である１Ｈを同一の時間にして、書き込み停止期間までの時間を制御することで画素中の金属の析出を持続させ、サブフィールド毎に金属の析出する時間を１：２：４：８とすることによっても、サブフィールドｓｕｂ１乃至ｓｕｂ４の持続期間Ｔｓｕｂ１乃至Ｔｓｕｂ４の比率を制御することができる。
【００９３】
各サブフィールドの間に高分子電解質層７に印加される析出電圧、つまり透明電極８に印加されている電圧Ｖｃｏｍ２は、高分子電解質層７に流れる電流の電流密度が−５０ｍＡ／ｃｍ２以下となる電圧とする。電流密度を−５０ｍＡ／ｃｍ２以下にすることで、各サブフィールドで析出した金属が書き込み停止期間後に溶解していく量が少なく、画素での金属の析出量は式１に示すように、画素中に流れた電流量の総和に依存したものになる。
【式１】
2004170850.tif 000003
【００９４】
したがって画素での金属析出量は、各サブフィールドで析出した金属量の和になる。各サブフィールドの時間比率を１：２：４：８という２ｎ（ｎは自然数）としていることにより、サブフィールドｓｕｂ１乃至サブフィールドｓｕｂ４までの組み合わせで、金属の析出量を２進数で表現したものとすることができる。例えばある画素でサブフィールドｓｕｂ１とサブフィールドｓｕｂ４でだけ金属の析出が行われたとすると、当該画素に析出する金属はサブフィールドｓｕｂ１に析出する金属の５倍となる。
【００９５】
画素での黒表示濃度である反射率は、画素中に析出した金属量に依存するため、各画素毎に金属を析出させるサブフィールドの組み合わせを適宜組み合わせることにより、多段階の階調表示をすることができる。
【００９６】
図９を参照すると、析出期間が０．５秒を超えても最終的に到達する反射率に変化が見られないため、サブフィールドｓｕｂ１からサブフィールドｓｕｂ４までの和が０．５秒となるように、Ｔｓｕｂ１＝０．０３３秒，Ｔｓｕｂ２＝０．０６６秒，Ｔｓｕｂ３＝０．１３２秒，Ｔｓｕｂ４＝０．２６４秒と設定する。各サブフィールドの期間を上述のように設定し、金属を析出させるサブフィールドを組み合わせることで、１６階調の黒表示を実現することができる。
【００９７】
高分子電解質層７に金属を析出させる析出期間を複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールドの時間比率を１：２：４：８という２ｎ（ｎは自然数）とし、サブフィールドを組み合わせて選択することで多段階の階調表示をすることができる。また、全てのサブフィールドでの透明電極８（Ｖｃｏｍ２）に印加されるデータ電圧Ｖｄは一定値であるため、データ電圧を供給するデータドライバが多値の出力を必要としないＯＮ／ＯＦＦの２値とすることができ、回路規模を小さくしてモジュールの低価格化を図ることが出来る。
【００９８】
【発明の効果】
金属を析出させるための析出電圧を画素電極に印加する時間を制御することによって、画素に析出する金属の量を制御して反射率を変化させて、電気化学表示装置で階調表示を行うことができる。このとき画素電極に印加する析出電圧を一定として、画素に流れる電流密度が一定値以下となるように金属の析出を行うことで、析出した金属が溶解して表示濃度が経時変化してしまうことを防止することが可能となる。また、画素に流れる電流密度は、５０ｍＡ／ｃｍ２以下であることが望ましい。書込電圧を加える時間の制御は、電圧を印加する時間を複数のサブフィールドに分割し、各サブフィールドにおいて析出電圧を印加するか否かを選択することでも実現される。
【００９９】
金属を析出させるための析出電圧を多段階に変化させることにより、単位時間当たりに析出する金属の量を多段階に変化させることができ、所定の金属量を画素に析出させるための時間を変化させることが出来る。このとき、画素に流れる電流密度が一定値以上となる強調パルス電圧を印加した後に、電流密度が一定値以下となる書込電圧を印加することで、画素の表示が目的の反射率になるまでの時間を短縮することが可能となる。また、このとき画素に流れる電流密度を５０ｍＡ／ｃｍ２以上から５０ｍＡ／ｃｍ２以下と変化させることで、析出した金属が溶解することを効果的に抑制することが出来るため、反射率の経時変化を低減して良好なコントラストを維持することが可能となる。
【０１００】
また、画素電極に電圧を加える時間を複数に分割したサブフィールドを、各サブフィールドの持続期間がそれぞれ異なる時間とし、各サブフィールドの時間長の比率をおよそ２のｎ乗（ｎは自然数）としたものとすることで、電圧印加時間をｎ個のサブフィールドに分割することで２ｎ段階の階調表示を行うことが出来るようになる。これにより、全てのサブフィールドで印加される電圧を一定値として、電圧を供給するデータドライバを多値の出力を必要としないＯＮ／ＯＦＦの２値とすることができ、回路規模を小さくしてモジュールの低価格化を図ることが出来る。また、サブフィールドの後に全ての画素での金属の析出を停止する書込み停止期間を設けることで、サブフィールドごとに析出する金属量を限定することが出来るため、サブフィールドを選択して組み合わせた際の金属の析出量を制御することができ、良好な表示特性を得ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】電気化学表示装置の構造を模式的に示す図である。
【図２】電気化学表示装置の画素を駆動するための画素回路６の一例を示す回路図である。
【図３】三角波電圧をカラム電極−ロウ電極間に印加した場合の電流−電圧過渡応答特性を示す特性図である。
【図４】電気化学表示装置での画像形成を行うための書き込み時の動作シーケンスである。
【図５】高分子電解質層に電圧を印加した場合の反射率の時間変化を示す光学応答特性のグラフである。
【図６】高分子電解質層に電圧を印加した時に流れる電流密度の時間変化を示すグラフである。
【図７】高分子電解質層に−１．５Ｖを印加して、電圧印加時間を変化させた場合に得られる反射率を示す光学応答特性のグラフである。
【図８】高分子電解質層に電圧を印加した後での反射率の時間変化を示す光学応答特性のグラフである。
【図９】高分子電解質層に−１．２Ｖの電圧を印加した場合の光学応答特性を示したグラフである。
【図１０】析出期間によって表示濃度の制御を行った場合での反射率の経時変化を示すグラフである。
【図１１】析出期間の最初に強調パルス印加期間を０．０５秒設け、その後に書き込み電圧印加期間を０．２５秒設けたときの光学応答特性を示したグラフである。
【図１２】強調パルス印加期間と書き込み電圧印加期間の設定を変化させ、析出期間後のメモリー期間での反射率の経時変化を示したグラフである。
【図１３】電気化学表示装置の駆動方法で用いるサブフィールドの重み付けの概念を示す模式図である。
【符号の説明】
１    背面基板
２    データ配線
３    ゲート走査配線
４    共通配線
５    ＧＮＤ配線
６    画素回路
７    高分子電解質層
８    透明電極
９    画素電極
１１    キャパシタ
１２    第１トランジスタ
１３    第２トランジスタ
Ｖｄ    データ電圧
Ｖｇ    ゲート選択電圧
【図１】
2004170850.tif 000004
【図２】
2004170850.tif 000005
【図３】
2004170850.tif 000006
【図４】
2004170850.tif 000007
【図５】
2004170850.tif 000008
【図６】
2004170850.tif 000009
【図７】
2004170850.tif 000010
【図８】
2004170850.tif 000011
【図９】
2004170850.tif 000012
【図１０】
2004170850.tif 000013
【図１１】
2004170850.tif 000014
【図１２】
2004170850.tif 000015
【図１３】
2004170850.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成15年11月21日(2003.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004170850.tif 000017
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2004170850.tif 000018
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2004170850.tif 000019
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１０】
2004170850.tif 000020