DE2731718B2 - Elektrochrome Anzeigevorrichtung - Google Patents

Description

— auf einem der Substrate (1) aufgebrachte Anschlußfahnen (13) zum Anschließen der einzelnen Anzeigesegmentelektroden (11) an die Treiberschaltung und

— zwischen die einzelnen Anschlußfahnen und die Anzeigesegmentelektroden (11) geschaltete, ebenfalls auf das Substrat aufgebrachte Zuführungen (12), deren elektrischer Widerstand umgekehrt proportional zur Fläche der jeweiligen Anzeigesegmentelektrode gewählt ist.

2. Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Widerstandswert der Zuführungen durch die Längenabmessung der jeweiligen Zuführungen bestimmt ist.

3. Anzeigevorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandwert der Zuführungen durch die Querschnittsabmessung der jeweiligen Zuführungen bestimmt ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit sLben A zeigesegmentclektroden (11, a—g) in einer Ziffer-8-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächt größen der An/.eigesegmentelektroden unterschiedlich sind.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen aus einem In₂Oi-FiIm bestehen.

Gegenstand der Erfindung ist eine elektrooptische Anzeigevorrichtung, die ein zwischen zwei mit Elektroden versehenen Trägerplatten eingebrachtes elektrochromes Material aufweist und bei der sich durch Anlegen von in bestimmter Weise gesteuerten Spannungen oder Strömen reversible Änderungen der Lichtabsorptionseigenschaften bewirken lassen. Eine Anzeigevorrichtung dieses Typs wird nachfolgend als »ECD-Element« bezeichnet (ECD = Electrochromic Display). Insbesondere betrifft die Erfindung eine elektrochrome Anzeigevorrichtung nach dem Oberbegriffes Patentanspruchs I.

Es gibt zwei Arten von elektrochromen Anzeigevorrichtungen. Bei der ersten Art wird zur Erzeugung eines farbigen unlöslichen Films auf einer Kathodenobcrflächc eine elektrisch induzierte chemische Reduktion einer farblosen Flüssigkeit ausgenützt. Bei der /weilen Art wird die Farbvariation durch Änderung der Opazität oder Strahlenundurchlässigkcit eines anorganischen, auf Elcktrodcnflächcn ausgebildeten festen Films hervorgerufen.

Als typischer Vertreter für eine farblose flüssigkeil, die sich für die erste Art von ECD-Elemenien eignet, sei auf die wäßrige Lösung eines elektrisch leitenden Salzes, z. B. KBr, und eines eleklroehromen Materials, z. B. Viologen, hingewiesen, mit denen sich bei der -, elektrochemischen Reduktion ein purpurartiger Film erzeugen läßt (vgl. beispielsweise den Aufsatz von C. J. S h ο ο t et al., Appl. Phys. Lett. 23,64 [1973]).

Der bei der zweiten Art von ECD-Elementen verwendete anorganische Film besteht aus dem Oxid

in eines Übergangsmetalls, etwa aus Wolfrarcoxid (WOj). Dieser Film wirkt mit einem Elektrolyten zu-ammen; ein typischer Vertreter dieser Systeme von ECD-Elementen ist in einem Fachaufsatz von W. W. F a u g h nan et al. beschrieben, der in RCA Review 36, 177

π (1975) veröffentlicht ist.

Bei den erwähnten Arten von ECD-Elemenien fließt ein relativ sehr großer Strom durch die Zelle. Es tritt daher ein beträchtlich großer Spannungsabfall bei Stromfluß durch die Zelle an den mit den Segmentelek-

->ii troden verbundenen Zuleitungselektroden ?uf. Dies führt zu Änderungen im Grad der Färbung bei den einzelnen Segmentelektroden, die zur Darstellung eines Zeichens gleichzeitig zu Leuchten gebracht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

i; Ablesbarkeit bzw. den Kontrast und die gleichmäßige Ausleuchtung bei elektrochromen Anzeigevorrichtungen zu verbessern, die insbesondere eine sogenannte Segmentanzeige aufweisen.

Die erfindungsgir-näße Lösung dieser technischen

in Aufgabe ist im Patentanspruch I angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der Ausführungsform der Erfindung sind die Zuleitungen zu den einzelnen Anzeigesegmentelektro-

i'i den des Anzeigeelements so geformt, daß ihre jeweiligen Widerstandswerte umgekehrt proporlional sind zur Fläche der jeweils mil diesen verbundenen Anzeigesegmcntclektroden. Damit ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil, daß die .Spannungsabfälle

in oder Spannungsverminderungen an den jeweiligen Anzeigesegmenten einander gleicn sind, unabhängig davon, ob die Flächen der einzelnen Anzeigesegment· elektroden voneinander abweichen. Dadurch wild der Färbungsgrad der einzelnen Anzeigesegmentclcktro-

r, den auf einen gleichmäßigen Wert hin stabilisiert.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf die Zeichnung in bcispiclsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigt

,ei Fig. I in .Schnittansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Flüssig-ECD-/\nzeigeelements,

Fig. 2 in Schnitldarstcllung den grundsätzlichen Aufbau eines Festkörper-ECD-Anzcigcclcmcnts.

Fig. 3 das Prinzipschallbild einer typischen Treibcr-

v> schaltung für ein an konstantes Potential zu legendes ECD-Element,

Fig. 4 das Schaltbild einer lypischcn Treiberschaltung für ein mit konstanter Spannung zu betreibendes ECD-Element.

mi F i g. 5 das Layout für ein typisches Sieben-Segment-Ziffernanzcigcmustcr,

Fig. 6 das Layout eines typischen Segmcntmiislers für eine Flüssigkrisfall-Anzeigcvorrichtung, wie «.ic für elektronische Uhren Verwendung findet,

h'i F-" i g. 7 in graphischer Darstellung die Kennwerte des .Stromverlaufs über der Zeit bei einem Siromfluß durch die ECD-ZcIIc während des Schreib- bzw. während des l.öschbclricbs und

Fig.8 das Layout einer Ausführungsform eines Segmentmusters für ein ECD-Element mit erfindungsgcmäöen Merkmalen.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei zunächst der grundsätzliche Aulbau eines ECD-EIements, von typischen Treiberschaltungen für solche Elemente und eines bekannten Layouts für ein Anzeigemuster unter Bezug auf die Fig. I bis 6 erläutert:

Bei dem Flüssig-ECD-tlement nach Fig. I entsteht durch elektrisch induzierte chemische Redukt'on einer farblosen Flüssigkeit ein farbiger unlöslicher Film an einer Elektrodenfläche. Die FIüssig-ECD-Zelle umfaBt als wesentliche Bauteile zwei Glassubstrate 1, Anzeigeelektroden 2, eine Gegenelektrode 3, eine Bezugselektrode 4, ein Abstandsstück 5 sowie die flüssige Mischung 6 eines elektrochromen Materials. Wird die Anzeigeelektrode 2 auf einem Potential gehalten, das niedriger liegt als ein bestimmter Pegel (ein sogenannter Schwellwertpegel), so läuft die folgende Reaktion ab, die zur Erzeugung eines purpurfarbenen Films an der Anzeigeelektrode 2 führt:

A²* +c ^A '
(lichtdurchlässig)

(purpurartig)
worin mit der Größe A die Verbindung

C₇II₁, N()/ '■'. O N C₇II₁₅

und mit X das Element Brom (Br) bezeichnet sind.

Der farbige Zustand bleibt für mehrere Stunden bis zu mehreren Tagen aufrechterhalten, nachdem das obenerwähnte Potential abgeschaltet bzw. entfernt worden ist. solange die Anzeigeelcktrode 2 elektrisch von der Treiberschaltung getrennt bleibt (Speichereffekt).

Wird andererseits die farbige Anzeigeelektrodc 2 auf einem Potential gehalten, das höher liegt als der Schwellwertpcgcl. so läuft die Reaktion umgekehrt ab. d. h., der farbige Film wird oxidiert und löst sich auf, so daß die elcktrochrorne Flüssigkeitsmischung 6 lichtdurchlässigwird.

Bei dem Fcstkörpcr-ECD-Elcmcnt nach F i g. 2 wird die Farbviriation durch Änderung der Opazität eines anorganischen festen Films, insbesondere eines Oxidfilms eines Übergangsnietalls, bewirkt, der an der, Anzcigeclcklrodcn befestigt ist. Die den Teilen in F i g. 1 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Ein Filii' 7 aus einem elektrochromen Material ist an der An/eigeelcktrode 2 befestigt und sieht in Kontakt mit einem F.lektrolylen 8. Die Kolorierung und die .Speicherfunktion werden in ähnlicher Weise bewirkt wie bei der Flüssig-ECD-ZcIIc nach Fig. I. Wird ein Wolframoxidfilni (WO₁) verwendet, so verfärbt sich tier Film 7 blau.

Der chemische Abiauf bei der Kolorierung läßt sich aus den folgenden Beziehungen ersehen:

worin mil der Ciröße M' die Elcmcntioncn H⁴, I.,'. Ν.,',Κ¹ usw. bezeichnet sind.

Der WOi-FiIm besteht vorzugsweise aus einem amorphen Wolframoxid und wird durch eine Verdampfungstechnik oder Aufsprühen erzeugt. Die Dicke des Films liegt vorzugsweise bei etwa I μΐη.

Bei den ECD-Elementen nach den Fig. I und 2 dient die Bezugselektrode 4 zur Abfrage des Potentials der ι Anzeigeelektrode 2.

Die Fig.3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung für eine mit konstantem Potential zu betreibende ECD-ZeIIe, wobei die Potentialdifferenz zwischen dem Anzeigesegment 2 und der Bezugselek-Ui trode 4 auf einem festgelegten Pegel gehalten wird. Ein Strom fließt von der Gegenelektrode 3 in den Elektrolyten 8.

Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel einer

Treiberschaltung für eine mit konstanier Spannung zu

ii betreibende ECD-ZeIIe, wobei die Treiberspannung direkt zwischen dem Anzeigesegment 2 und der Gegenelektrode 3 angelegt wird.

Obgleich die Grundlagen dieser typischen ECD-Anzeigeelemente in Einzelheilen erläutert wurden, seien jo hier noch die charakteristischen Eigenschaften solcher Elemente zusammengestellt:

1. Der Sicht- oder Abstrahlwinkei ist extrem weit:

2. der Kontrast ist vergleichsweise sehr hoch, _>-, unabhängig vom Blickwinkel;

3. die Treiberspannung liegt niedrig (etwa 1 bis 3 Volt);

4. es lassen sich Speichereffekte erreichen, durch die der Anzeigezustand für mehrere Stunden bis zu

«ι mehreren Tagen aufrechterhalten werden kann,

nachdem die zugeführte Spannung abgeschaltet worden ist;

5. der Grad der Färbung ist bestimmt durch die durchfließende Ladungsmenge und

γ. 6. der Leistungsverbrauch oder die Verlustleistung ist proportional zur Anzeigefläche und der Anzahl von Arbeitszyklen, also dem Wechsel von Färbung zu Bleichen (Löschen).

in Die soweit beschriebenen ECD-Elemente eignen sich für Anzeigevorrichtungen von tragbaren batteriebetriebenen elektronischen Geräten, da die ECD-Elemente sich gut bei geringen Spannungen beireiben lassen.
Es sei nun angenommen, daß bei einem ECD-Element

i". eine Sieben-Segment-Ziffernanzeige vorgesehen sei, wie in F i g. 5 veranschaulicht. Bei dieser Scgmenlanordnung ist eine Segmentelektrode Il elekfisch mit einem an der Peripherie des Glassubstrats 1 liegenden Anschluß 13 über eine Zuleitungselektrode 12 verbun-

M) den. Bei dieser Auslegung beeinflußt der Widerstandswert der Zuleitungselektrode 12 in starkem Maße die Sichtbarkeit bzw. den Kontrast des jeweiligen Anzeigesegments.

Bei einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anz.eigevcr-

■> ι richtung besitzt die Flüssigkristall-Schicht eine sehr hohe Impedanz. Daher ist der Spannungsabfall an der transparenten Zuleitungselektrode, die beispielsweise aus In₂O₁ oder SnO₂ besteht, vernachlässigbar. Das Muster der Zuleitungselektroden kann daher in

Mt irgendeiner beliebigen geeigneten Konfiguration ausgelegt werden. Die F ■ g. 6 zeigt ein typisches Segmentmuster und läßt insbesondere das Muster der Zulcitungselektroden bei einer Flüssigkristall-Anzeigcvorrichiung erkennen, die für eine elektronische Uhr vorgesehen ist.

i>> Bei ECD-Elcmentcn jedoch fließi ein beträchtlich hoher Strom durch die Vorrichtung, woraus folgt, daß die Spannungsreduli lion im Verhältnis zur Treiberspannung an dem Anzeigeelement nicht mehr vernachlässig-

bar ist. Der Stromsignalverlauf hängt nämlich in diesem (■'all stark von dem Widcrstandswerl der jeweiligen Zulcitungseleklrodc ab.

Die F'i g. 7 verdeutlicht die Stromverläufe durch ein ECD-Elcmcnt, das eine Zuleiliingselcktrode mit einem sehr niedrigen Widerstand aufweist und das durch clic Konslantpotential-Treiberschalüing nach I' i g. 3 beaufschlagt wird, F i g. 7 läßt erkennen, dall der Stromverlauf sich ändert, wenn der Widerstand in Reihe /wischen dem betreffenden Anzeigesegment und Masse liegt. Das Ansprechintervall (die Zeitperiode, um einen bestimmten Grad von Farbsältigung am Segment zu erreichen) wird langer, wenn der Widerslandswcrt des Anschluß Widerstands für das betreffende Segment hoch ist. Oder anders ausgedrückt ist die Zeitperiode, während der die Traberspannung an der Anzeigevorrichtung liegt, festgelegt, so wird der Färbungsgrad mit steigendem Widerstandswert kleiner.

Wird das Anzcigemiister des ECD-Elemenls so ausgelegt wie in I- i g. ^r) dargestellt, so unterscheiden sieh ιίιι: Längen ilei jeweiligen Zuieiiungseickitoucn Ί2 /ur Verbindung der Segmenteleklroden Il mit den zugeordneten AnschluBfahnen 13 voneinander. Weisen die jeweiligen Zulcitiingselcktroden die gleiche Breite auf. so unterscheiden sich die einzelnen Zulcitiingselcktroden hinsichtlich ihrer Widerstandswerte voneinander. Dies führt aus den oben dargelegten Gründen zu Abweichungen im Grad der Farbsältigung bei den einzelnen Anzeigesegmenten oder, anders ausgedrückt, bedingt unterschiedlich lange Ansprechintcrvallc. Γ-'iir eine einwandfreie Anzeige mit gutem Kontrast sind solche Abweichungen unerwünscht.

Die Fig. 8 verdeutlicht ebenfalls ein etwas anders angeordnetes Segmentmiistcr. bei dem insbesondere nicht alle Seg.'nenteiektroden gleiche I lächcngröüe aufweisen um die Qualität und Lesbarkeit der Zeichenanzeige zu verbessern In diesem Fall variiert der Strom in Abhängigkeit von der Grolle der Anzeigesegmente beträchtlich, selbst wenn die jeweiligen Zuleitiingsclcktroden so ausgelegt sind, daß sie den gleichen Widerstandswert darstellen.

Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert:

Fin lichtdurchlässiger leitender Film aus In₂Os ist auf einem Substrat erzeugt, das aus einem Sodaglas mit einer Dicke von 2000 Ä besteht und durch eine Elektronenstrahl Verdampfungstechnik aufgebracht ist. Der Oberflächenwiderstand des Films beträgt 20 Ω/Flächencinheit. Auf dem transparenten leitenden Film ist ein WO₁-[Um mittels herkömmlicher Verdampfungstcchnik aufgebracht: dieser WOj-Film wirkt als eiektrochromes Material. F'ür die Verdampfungsbedingung gilt foi^en-ies: .Substrattemperatur: 350⁰C, Filmdicke: 5000A: Verdampfungsgeschwindigkeit: 10 Ä/ Sek.; Druck: 5XlO-¹ Torr (Oj-Leck). Danach werden die Segmentelektroden 11 (a. b, c d, e, fund ^J und die Zuleitungseiektroden 12 in der aus Fig. 8 ersichtlichen Konfiguration mittels eines bekannten Photoätzverfahrens ausgebildet.

Die jeweiligen Zuleitungselektroden 12 sind so geformt, daß ihre Widerstandswerte umgekehrt proportional sind zur Flächengröße des jeweils zugeordneten Anzeigesegments a—g. Insbesondere beträgt die Größe der Anzeigesegmente a und d beispielsweise 6,8 mm², die der Anzeigesegmente bund cbeispielsweise 4,2 mm² und die des Anzeigesegments beispielsweise 6,0 mm-. Hei dieser Flächenverteilung werden die mil den Anzeigesegmenten ./ und ti verbundenen Zuleitungseiektroden auf einen Widerstandswert von etwa 60 Π bemessen, die Zuleitungsclcklroden für die Anzcigesegmcnle h und c auf einen Widerslandswerl von etwa 100 Ω und die Zuleitungselektrode für das Anzeigcscgment (/auf einen Widerstandswert von etwa 70 LI.

Als /u bevorzugender Photoresist wird der Typ ΑΖ-1Ι9Λ in Verbindung mit dem Entwickler ΛΖ-3Ο3Α (beide hergestellt durch die Firma Shipley Company) verwendet. Der WOi-FiIm wird durch Anwendung des Entwicklers des Photoresists geätzt, während der In₂Oi-Film durch Anwendung eines Gemisches von EeCIi-IICI geätzt wird. Die Zuleitungselektroden 12, die keine Anzeigesegmente festlegen, werden mit einem Epoxidharz überzogen (beispielsweise dem Typ K-2401/ 11-160 der Firma Somal KogyoKK).

Die Gegenelektrode besteht aus einem Kohlenstoff film (beispielsweise aus dem Material Everyohm Nr. 30.

vei (neuen uuil'm uiC- ι tiiiui tNij/pwM ν Λϊι'ήιΏ ν Ompciny^ und ist auf dem Glassubstrat aufgebracht. Die beiden Glassubstrate werden gegeneinander festgelegt und fixiert mittels eines Glasabstandsstücks 5 mit einer Stärke von etwa I mm. Der Elektrolyt enthält Ccllosolve-Acetat

(CH,COOC₂II₄OC,II,)

und I .!·"' TJa in einer Konzentration von 1.0 Mol/l. Dieser Lösung ist BaS()4 in einem Gcwichtsvcrhällnis von I : I zur Erzeugung eines weißen Hintergrunds beigefügt. Diese Mischung wird geknetet, um eine Paste zu erhalten, die in die EXD-ZeIIc eingedrückt wird.

Die so hergestellte F.CD-Zcllc wird durch die Konstantpotential-Treiberschaltung nach F i g. 3 betätigt. Die jeweiligen Anzeigesegmente n bis g sind hinsichtlich der Bezugselektrode 4 aus In₂Oi parallel geschaltet. Wenn ein jeweiliges Anzeigesegment auf einem Potential gehalten wird, das um 0.8 bis I₁OVoIt niedriger liegt als das der Bezugselektrode 4, so fließt eine Ladung von 3,16 mc (lOmc/cm²) innerhalb von 200 msec, wodurch eine Anzeige erzielt wird, deren Kontrastverhältnis größer ist als IO : I. Wird das Anz.eigcsegment umgekehrt auf einem Potential gehalten, das um 1.0 bis 1.5 Volt über dem der Bezugselektrode 4 liegt, so fließt eine ebenso große Ladungsmenge wie beim Einschreibbetrieb innerhalb von 200 msec in Gegenrichtung, so daß die Anzeige auf den nichtgefärbten Zustand umschaltet.

Die Änderungen der Ansprechintervalle werden nicht abgefragt. Das angegebene Kontrastverhältnis bezieht sich auf die Reflexion von monochromatischer. Licht mit einer Wellenlänge von 590 nm (gemessen mit dem Modell UV-200 der Firma Shimazu Company).

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß mit der Erfindung die gestellte Aufgabe in vollem Umfang gelöst wurde, nämlich bei einer elektrochromen Anzeigezelle mit Segmentelektrodenanzeige einen durchweg gleichmäßigen Kontrast der Farbanzeige dadurch zu erreichen, daß die Zuleitungselektroden zu den einzelnen Anzeigesegmenten so gestaltet werden, daß ihre jeweiligen Widerstandswerte umgekehrt proportional sind zur Fläche der jeweils zugeordneten Anzeigesegmentelektrode.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrochrome Anzeigevorrichtung mit zwei auf festgelegten Abstand voneinander fixierten plattenförmigen Substraten, mit auf einem der Substrate aufgebrachten Anzeigssegmentelektroden und einer auf dem anderen Substrat aufgebrachten Gegenelektrode sowie mit einem zwischen die Substrate eingebrachten elektrochromen Material zur auswahlweisen Färbung der Anzeigesegmentelektroden bei Zuführung eines Stroms bzw. einer Spannung über eine Treiberschaltung, gekennzeichnet durch