(57)【要約】【課題】エレクトロクロミック表示素子の発色・消色速度を均一にすることで濃淡ムラを見えにくくするエレクトロクロミック表示装置及びその装置の駆動方法を提供する。【解決手段】基板上に、第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、エレクトロクロミック表示層、第２の電極層、及び透明基材が順次積層されてなる表示パネルを駆動するエレクトロクロミック表示装置であって、前記表示パネルの駆動時に、第１の電極層と第２の電極層との間に、所定のＤＣ電圧とパルス状に変化する微小電圧とを合成した駆動電圧を印加する駆動部を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、エレクトロクロミック表示層、第２の電極層、及び透明基材が順次積層されてなる表示パネルを駆動するエレクトロクロミック表示装置であって、
前記表示パネルの駆動時に、第１の電極層と第２の電極層との間に、所定のＤＣ電圧とパルス状に変化する微小電圧とを合成した駆動電圧を印加する駆動部を備えるエレクトロミック表示装置。
【請求項２】
基板上に、第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、エレクトロクロミック表示層、第２の電極層、及び透明基材が順次積層されてなる表示パネルを駆動する駆動方法であって、
前記表示パネルの駆動時に、第１の電極層と第２の電極層との間に、所定のＤＣ電圧とパルス状に変化する微小電圧とを合成した駆動電圧を印加する、駆動方法。
【請求項３】
アクティブマトリクス駆動方式によって前記表示パネルを駆動することを特徴とする、請求項２に記載の駆動方法。
【請求項４】
パッシブマトリクス駆動方式によって前記表示パネルを駆動することを特徴とする、請求項２に記載の駆動方法。
【請求項５】
セグメント駆動方式によって前記表示パネルを駆動することを特徴とする、請求項２に記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロクロミック表示装置に関するものであり、電気化学的酸化反応にて酸化還元反応させて発消色するエレクトロクロミック表示装置とその駆動方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報表示パネルとしてバックライトを使用した液晶が主流である。しかし、目の負担が大きく、長時間見続ける用途に適していない。
【０００３】
そこで、目の負担が小さい反射型表示装置として、一対の対向する電極と、その電極間に設けられた電気泳動式表示層を有する表示パネルが、電気泳動式表示装置として提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
この電気泳動式表示装置は、印刷された紙面と同様に、反射光によって文字や画像を表示するので、目に対する負荷が少なく、画面を長時間見続ける作業に適している。しかし、白反射率が十分に高くないため、別方式による高反射型の反射型表示装置が求められている。
【０００５】
その１つとして、電気化学的酸化反応にて酸化還元反応させて発消色するエレクトロクロミック材料を用いることにより、高反射率が期待できるエレクトロクロミック表示方式がある。このエレクトロクロミック表示方式は、低駆動電圧の利点があり、実用化が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５０−０１５１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エレクトロクロミズムとは、電気エネルギーによる可逆的な光学特性変化で、一般的には電気化学的な酸化還元反応によって引き起こされる物質の色調や色彩の変化であり、電気量で変化を引き起こす現象である。すなわち、エレクトロクロミック材料の色調や色彩を変化させるためには、所定の電荷量をエレクトロクロミックに与えればよい。
【０００８】
しかしながら、エレクトロクロミックの変色は、酸化還元の化学反応が伴うため変色速度が遅いという問題がある。エレクトロクロミック素子に電圧をかけると、時間とともに徐々に変色するが、エレクトロクロミック層や電解質層の厚みの不均一や、電極抵抗値の不均一により、変色速度に違いが生じ、濃淡ムラが見えるという課題がある。
【０００９】
よって、本発明の目的は上記課題に鑑みてなされたものであり、エレクトロクロミック表示素子の発色・消色速度を均一にすることで濃淡ムラを見えにくくすることである。それを実現するためのエレクトロクロミック表示装置及びその装置の駆動方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の第１態様は、基板上に、第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、エレクトロクロミック表示層、第２の電極層、及び透明基材が順次積層されてなる表示パネルを駆動するエレクトロクロミック表示装置であって、前記表示パネルの駆動時に、第１の電極層と第２の電極層との間に、所定のＤＣ電圧とパルス状に変化する微小電圧とを合成した駆動電圧を印加する駆動部を備えるエレクトロミック表示装置である。
【００１１】
また、上記課題を解決するための本発明の第２態様は、基板上に、第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、エレクトロクロミック表示層、第２の電極層、及び透明基材が順次積層されてなる表示パネルを駆動する方法であって、前記表示パネルの駆動時に、第１の電極層と第２の電極層との間に、所定のＤＣ電圧とパルス状に変化する微小電圧とを合成した駆動電圧を印加する駆動部を備えるエレクトロミック駆動方法である。
【００１２】
この第２態様では、アクティブマトリクス駆動方式又はパッシブマトリクス駆動方式によって、表示パネルを駆動することができる。また、マトリクス駆動方式でなくとも、セグメント駆動方式の表示パネルでも駆動可能である。
【発明の効果】
【００１３】
エレクトロクロミック材料の色調や色彩を変化させるためには、酸化還元反応に必要な電荷をエレクトロクロミックに与える必要がある。エレクトロクロミック素子は電荷量に応じた反射率となるが、表示エレクトロクロミック層の酸化還元反応が起きるとき、対極の電荷蓄積層では同量の電荷移動が発生して、表示エレクトロクロミック層とは逆反応が起こる。すなわち、反応速度は電解質層のイオン導電性や電極抵抗に左右される。このとき、電解質層の厚さが不均一の場合や、電極抵抗値が不均一であると、反応速度が一定ではなく変色途中で濃淡ムラが現れる。
【００１４】
本発明では、電解質層のイオン導電性や電極抵抗などの不均一要素で発生する濃淡ムラに、ＤＣ電圧と微小電圧パルスを合成させて駆動することで、濃淡ムラをぼかし見えにくくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る背面共通電極タイプのエレクトロクロミック表示装置の層構成を説明する断面図
【図２】本発明の一実施形態に係る背面分離電極タイプのエレクトロクロミック表示装置の層構成を説明する断面図
【図３】エレクトロクロミック駆動時の電圧波形を示す図
【図４】アクティブマトリクス駆動方式のＴＦＴ回路部の構成例
【図５】実施例１に係るエレクトロクロミック表示装置における駆動開始からの時間経過と輝度との関係を示す図
【図６】比較例１に係るエレクトロクロミック表示装置における駆動開始からの時間経過と輝度との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示装置及びその駆動方法について、図面を参照しながら説明を行う。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係る背面共通電極タイプのエレクトロクロミック表示装置の層構造を説明する概略断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る背面分離電極タイプのエレクトロクロミック表示装置の層構造を説明する概略断面図である。
【００１８】
本実施形態のエレクトロクロミック表示装置は、背面電極層６（第１の電極層）が形成された背面基板７の上に、電荷蓄積層５と電解質層４とエレクトロクロミック表示層３とが順番に積層され、このエレクトロクロミック表示層３の上に、透明電極層（第２の電極層）２を設けた透明基材１をさらに積層し、透明電極層（第２の電極層）２と背面電極層６（第１の電極層）に駆動電圧を印加する駆動部８を備える構成からなる。
【００１９】
まず、本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示装置の表示原理の概略を述べるとともに、本発明の骨子を記す。
【００２０】
図１に示すエレクトロクロミック表示装置において、透明基材１は、発色を視覚的に見るためのもので、発色を起こす電極には透明電極層２が用いられる。その透明電極層２の上で電気化学反応を誘起させるため、エレクトロクロミック表示層３を設ける。電解質層４には、液体、無機固体、高分子、及びゲル等が用いられる。ここで、発色電極の電気化学反応で費やされる電荷量と同じ電荷量が、対極である背面電極層６の電荷蓄積層５でも消費される。これらの各層全体は、背面基板７によって支持される。
【００２１】
図２に示すエレクトロクロミック表示装置では、背面電極層６をそれぞれ個別に駆動可能な複数の画素電極６ａに分割している。この複数の画素電極６ａは、画素に対応しており、各々のスイッチング素子に接続されていて、透明電極層２との間に電圧を印加することができる。
【００２２】
エレクトロクロミック表示装置の駆動には、アクティブマトリクス駆動方式やパッシブマトリクス駆動方式等が採用される。また、マトリクス方式でなくとも、セグメント方式でも駆動可能である。この実施形態では、画像表示するための最も一般的なアクティブマトリクス型駆動方式を用いて、エレクトロクロミック表示装置の表示原理を説明する。
【００２３】
画像表示するために、背面電極層６は、アクティブマトリクス型駆動方式の回路構成の電源に接続される。背面電極層６に電圧を印加すると、エレクトロクロミック表示層３に電流が流れる。
【００２４】
背面電極層６が正極性のとき、電荷蓄積層５は電子を失って酸化され、対極となる透明電極層２に接するエレクトロクロミック表示層３には電子が供与されて還元される。反対に、背面電極層６が負極性のとき、電荷蓄積層５には電子が供与されて還元され、エレクトロクロミック表示層３は電子を失って酸化される。
【００２５】
このエレクトロクロミック表示層３の酸化還元に伴い、可視光の吸収波長域が現れる又は移動することで色が変化する。エレクトロクロミック表示層３による可視光吸収がなく無色透明な場合には、電解質層４に分散されている反射材料による発色が観察される。
【００２６】
エレクトロクロミック構造は図１に示したように一対の電極で電解質層を挟む非常に単純な構造である。陰極と陽極からなる２電極式で、発色電極の電気化学反応で費やされる電荷量と同じ電荷量が対極でも消費される。
【００２７】
つまり、エレクトロクロミック表示装置は、製造時の精度の問題により、電子の移動を助ける電極層の抵抗値が不均一の場合や、電気化学的な反応に寄与するイオンの供給あるいは運搬する電解質層４の厚さが不均一になると、反応速度も不均一になる。
【００２８】
反応速度の違いは、エレクトロクロミックの変色途中で、濃淡ムラとして現れるという問題がある。この問題を解決するために、ＤＣ電圧と微小電圧パルスとを合成した駆動波形でエレクトロクロミック表示装置を駆動する。この場合、ノイズ成分（微小電圧パルス）によるぼかしにより、濃淡ムラがみえにくくなる効果が得られる。
【００２９】
通常のＤＣ電圧駆動の場合、図１に示す背面電極層６に対して、図３（ａ）の実線で示す波形の＋１．５ＶのＤＣ電圧が印可される。電荷蓄積層５は電子を失って酸化され、対極となる透明電極層２に接するエレクトロクロミック表示層３には電子が供与されて還元される。反対に、背面電極層６に−１．５ＶのＤＣ電圧が印可されると、電荷蓄積層５には電子が供与されて還元され、対極となる透明電極層２に接するエレクトロクロミック表示層３は電子を失って酸化される。
【００３０】
これに対して、本実施形態では、駆動部８が、図３（ａ）に実線で示す波形の１．５ＶのＤＣ電圧と、図３（ａ）に破線で示す微少なパルス状の電圧とを合成した波形の電圧（図３の（ｃ））を背面電極層６と透明電極層２との間に印可する。図１に示す背面電極層６に対して負の電圧を印可する場合も同様に、駆動部８が、図３（ｂ）に実線で示す波形の−１．５ＶのＤＣ電圧と、図３（ｂ）に破線で示す微少なパルス状の電圧とを合成した波形の電圧（図３（ｄ））を背面電極層６と透明電極層２との間に印可する。このようにエレクトロクロミック表示装置を駆動することで、エレクトロクロミック表示層の濃淡が発生する境界をぼかすことができる。
また、図２に示す複数の画素電極６ａのそれぞれに対しても、上記と同様に駆動電圧を印加する。つまり、駆動部８が、合成した波形の電圧（図３の（ｃ））を画素電極６ａのそれぞれと透明電極層２との間に印可する。負の電圧を印可する場合も同様に、駆動部８が、合成した波形の電圧（図３（ｄ））を画素電極６ａのそれぞれと透明電極層２との間に印可する。
【００３１】
本実施形態では、エレクトロクロミック表示装置をＤＣ電圧と微小電圧パルスを合成した駆動波形で駆動するが、合成パルスの電圧及び幅（時間）は、そのエレクトロクロミック素子の必要電荷量に基づいて設定される。
【００３２】
次に、アクティブマトリクス駆動を説明する。
【００３３】
図４は、２つのトランジスタ方式（２Ｔｒ方式）のＴＦＴ駆動回路の代表例を示す図である。図４に示すＴＦＴ駆動回路は、駆動ＴＦＴ１５と選択ＴＦＴ１４との２つの薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、その間のキャパシタ１３と、駆動ＴＦＴ１５に直列につながれたエレクトロクロミック素子（ＥＣＤ）１６とで構成される。選択信号線１２に選択電圧Ｖｓｅｌｅｃｔが印可されると、選択ＴＦＴ１４がＯＮする。選択ＴＦＴ１４がＯＮすると、信号線１０に印可される信号電圧Ｖｄａｔａがキャパシタ１３に書き込まれ、駆動ＴＦＴ１５がＯＮする。そのとき、信号線に印可される信号電圧Ｖｄａｔａに応じて選択ＴＦＴ１４のゲート電圧Ｖｇｓ（＝信号電圧Ｖｄａｔａ−ソース電圧Ｖｓｏｕｒｃｅ）が決まるので、駆動ＴＦＴ１５の導電率が定まる。そして、その導電率に応じた電流が電源からエレクトロクロミック素子（ＥＣＤ）１６に流れる。尚、図４に例示したＴＦＴ駆動回路と、電流供給対象となる背面電極層６及び透明電極層２との接続は、スイッチにより切り替えても良い。あるいは、正電流供給用のＴＦＴ駆動回路と、不電流供給用のＴＦＴ駆動回路とをそれぞれ設けても良い。
【００３４】
以下に、本発明に使用する材料や部材とその構成について説明する。
【００３５】
エレクトロクロミック表示層３は、エレクトロクロミック材料、支持電解質、反射材料、及び電荷蓄積材料によって形成される。
【００３６】
エレクトロクロミック材料は、一般的な有機化合物及び無機化合物を用いることができる。具体的には、ビオロゲン類、フェノチアジン類、アントラキノン類、スチリルスピロピラン類、ピラゾリン類、フルオラン類、スチリルスピロピラン色素、フタロシアニン類等の低分子系有機エレクトロクロミック化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性高分子化合物や、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化イリジウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化イリジウム、酸化ニッケル、プルシアンブルー、また配位金属を鉄以外に置換したプルシアンブルー類似体等の無機系エレクトロクロミック化合物等が挙げられる。
【００３７】
さらに、一般に電気供与性有機物であるロイコ染料も電気的に発色や消色が可能であることが分かっている。例えば、ロイコオーラミン類、ジアリールフタリド類、ポリアリールカルビノール類、アシルオーラミン類、アリールオーラミン類、ローダミンＢラクタム類、インドリン類、スピロピラン類、及びフルオラン類等の電子供与性染料前駆体が挙げられる。なお、低分子の材料については、電極層上に酸化チタン等の鉱物で多孔質構造の層を形成し、吸着させてもよい。
【００３８】
エレクトロクロミック表示層３の形成方法としては、上述したエレクトロクロミック材料を直接又はバインダーを混ぜて塗料にして、スクリーン印刷、マイクログラビアコーター、キスコーター、コンマコーター、ダイコーター、バーコーター、スピンコーター等の一般的な塗布手法を用いることができる。
【００３９】
支持電解質（支持塩）としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、４級アンモニウム塩や酸類、アルカリ類等が挙げられる。支持塩のさらなる具体的な例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯＯ、ＫＣｌ、ＮａＣｌＯ３、ＮａＣｌ、ＮａＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＢＦ４、Ｍｇ(ＣｌＯ４)２、Ｍｇ(ＢＦ４)２等が挙げられる。
【００４０】
電解質層４に分散させる反射材料を例示すると、白色材料としては、例えば、酸化マグネシウム、硫酸バリウム、酸化チタン等が挙げられる。また、黒色材料としては、例えば、ランプブラックやボーンブラック等の炭素からなるカーボンブラックや、無機材料によるチタンブラック粉末等が挙げられる。さらに、青色材料としては、例えば、アルミ酸コバルト、コバルトクロム青、フタロシアニン類が挙げられる。赤色材料としては、例えば、アントラキノンやアゾ化合物等が挙げられる。反射材料を電解質層４に分散させるため、電解質層４にアクリル樹脂やウレタン樹脂等の高分子材料を溶解させることで電解質層４の粘度を高めてもよい。又は、電解質層４に分散剤や界面活性剤を添加してもよい。
【００４１】
電荷蓄積材料には、上述したエレクトロクロミック材料と同じ材料を使用することができる。ただし、プルシアンブルーやフェロセンのような酸化体、還元体の両状態で他化合物と反応しにくい安定している材料が好ましい。
【００４２】
透明基材１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルム、あるいはガラス等を使用することができる。透明電極層２として使用することができるものは、例えば、ＩＴＯ等の酸化インジウム系、酸化スズ系、酸化亜鉛系のような透明性を有する導電性酸化物等である。この透明電極層２の形成には蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の従来技術を用いることができる。
【００４３】
背面電極層６が形成された背面基板７として、一般に液晶パネルの駆動に採用されているアモルファスシリコン又は多結晶シリコンを用いた薄型トランジスタを配置したアクティブマトリクス型の電極板を用いることができる。又は、背面電極層６が形成された背面基板７として、プリント基板の前面に格子状に多数の電極を配置して電極ごとに貫通孔を通して裏面に配線を敷くことにより大型のアクティブマトリクス駆動が可能な電極板を用いてもよい。
【実施例１】
【００４４】
酸化インジウム錫電極がガラス基板上に蒸着された２０ｍｍ×２０ｍｍサイズの透明電極基板上に、エレクトロクロミック材料として、プルシアンブルーを水に分散させたプルシアンブルー分散液（１．０ｍｏｌ／ｌ）をスピンコーターで塗布し、１００℃で５分間乾燥させ、約０．３μｍの塗膜を有する前面電極基板を得た。
【００４５】
背面基板として、上記準備したプルシアンブルー分散液を前面電極基板と同様にスピンコーターにより塗布し、プルシアンブルーを電荷保持層とする背面電極基板を得た。
【００４６】
さらに、炭酸プロピレンに対し電解質として０．１ｍｏｌ／ｌのヘキサフルオロ燐酸カリウムと、ＰＭＭＡ（和光純薬）と、酸化チタン（Ｒ−８３０、石原産業製）とを分散させて電解液を調合した。
【００４７】
前面電極基板と背面電極基板との端部に、直径約１００μｍのビーズを混合した紫外線硬化型樹脂（ＴＢ３０２６Ｅ、スリーボンド製）をディスペンサーにより塗布し、ダムを形成した。続き、上述の調合した電解液でダムを満たし、５００ｍＪ／ｃｍ２（４２０ｎｍ）の光を照射して前面電極基板と背面電極基板とを接着した。
【００４８】
完成した前面背面基板間に、図３に示すＤＣ電圧と微小電圧パルスを合成し駆動波形（電圧：＋１．３Ｖ,＋１．５Ｖ,＋１．７Ｖ,＋１．５Ｖの繰返し、周期：０．１秒）を３秒間印加して、エレクトロクロミック層に対して青から透明に着色変化を促したところ、画素は約２秒後に酸化充電がほぼ完了して透明へと変化し、電解液中の酸化チタンにより、白色画素として観察された。このとき、青から透明（白）への着色変化を高速カメラにて撮影し、変色過程の反射輝度を数値化（画像解析の断面プロット）した。
【００４９】
図５に、実施例１に係るエレクトロクロミック表示装置における駆動開始からの時間経過と輝度との関係を示す。図中の実線が最大輝度部の輝度変化で、点線部が最小輝度部の輝度変化を表す。実施例１では、駆動開始１．５秒後の最大輝度部と最小輝度部との輝度差が６であった。
【００５０】
また、観察の結果、駆動開始直後より画素中央部に、周辺部に比べ輝度の高い帯状のムラが発生したが、徐々に均一になり、駆動開始３秒後には反射輝度がほぼ均一となった。これは、変色途中で電解質の膜厚に起因する濃淡ムラが発生しているためと考えられる。
【比較例１】
【００５１】
実施例１と同じ前面背面基板間に、図３に太線で示すＤＣ電圧波形（電圧＋１．５Ｖ）を３秒間印加して、エレクトロクロミック層に対して青から透明に着色変化を促したところ、画素は約２秒後に酸化充電がほぼ完了し透明へと変化し、電解液中の酸化チタンにより、白色画素として観察された。このとき、青から透明（白）への着色変化を高速カメラにて撮影し、変色過程の反射輝度を数値化した。
【００５２】
図６に比較例１に係るエレクトロクロミック表示装置における駆動開始からの時間経過と輝度との関係を示す。図中の実線が最大輝度部の輝度変化で、点線部が最小輝度部の輝度変化を表す。実施例１では、駆動開始１．５秒後のときの輝度差が１１となった。
【００５３】
また、観測の結果、実施例１と同様に、駆動開始直後より画素中央部に、周辺部に比べ輝度の高い帯状のムラが発生したが、徐々に均一になり、駆動開始３秒後には反射輝度がほぼ均一となった。
【００５４】
実施例１及び比較例１のエレクトロクロミック表示装置の画像解析で求めた、駆動開始１．５秒後の最大輝度、最小輝度、平均輝度、最大輝度−最小輝度差を表１に示す。
【００５５】
【表１】
2016109853.tif 000003
【００５６】
駆動開始１．５秒後は、エレクトロクロミック層の青から透明への変色途中に相当する。実施例１のように、ＤＣ電圧と微小電圧パルスを合成させた駆動波形で電圧を印可した場合、ＤＣ電圧のみを印可した比較例一と比べて、変色途中（駆動開始１．５秒）における最大輝度と最小輝度との輝度差が小さくなった。これにより、実施例１における駆動方法によれば、エレクトロクロミック層の変色途中に濃淡ムラを見えにくくできることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、電圧印加によって表示内容を変化させるエレクトロクロミック表示装置に利用できる。
【符号の説明】
【００５８】
１…透明基材
２…透明電極層（第１の電極層）
３…エレクトロクロミック表示層
４…電解質層
５…電荷蓄積層
６…背面電極層（第２の電極層）
６ａ…画素電極
７…背面基板
１０…信号線
１１…ソース信号線
１２…選択信号線
１３…キャパシタ
１４…選択ＴＦＴ
１５…駆動ＴＦＴ
１６…エレクトロクロミック素子（ＥＣＤ）
【図１】
2016109853.tif 000004
【図２】
2016109853.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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