DE2731718C3

DE2731718C3 - Elektrochrome Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE2731718C3
Application number: DE2731718A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Tenri Hamada; Tadanori Kashihara Hishida; Hiroshi Nara Nakauchi; Kozo Tenri Yano
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1976-07-16
Filing date: 1977-07-13
Publication date: 1979-08-16
Also published as: CH614784A5; US4153344A; JPS5310297A; DE2731718A1; JPS6119996B2; DE2731718B2

Description

— auf einem der Substrate (1) aufgebrachte Anschlußfahnen (13) zum Anschließen der einzelnen Anzeigesegmenteiektroden (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 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandwert der Zuführungen durch die Querschnittsabmessung der jeweiligen Zuführungen bestimmt ist.

4. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche mit sieben Anzeigesegmentelektroden (11, a—g) in einer Ziffer-8-Anordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächengrößen der Anzeigesegmentelektroden unterschiedlich sind.

5. Anzeigevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungen aus einem I^Cb-Film 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 Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

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

Als typischer Vertreter für eine farblose Flüssigkeit, die sich für die erste Art von ECD-Elementen eignet, sei auf die wäßrige Lösung eines elektrisch leitenden Salzes, z. B. KBr, und eines elektrochromen 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 eines Übergangsmetalls, etwa aus Wolframoxid (WO₃). Dieser Film wirkt mit einem Elektrolyten zusammen; 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 (1975) veröffentlicht ist

Bei den erwähnten Arten von ECD-Elementen 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 Segmentelektroden verbundenen Zuleitungselektroden auf. 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 Ablesbarkeit bzw. den Kontrast und die gleichmäßige Ausleuchtung bei elektrochromen Anzeigevorrichtungen zu verbessern, die insbesondere eine sogenannte Segmentanzeige aufweisen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser technischen Aufgabe ist im Patentanspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Bei der Ausführungsform der Erfindung sind die Zuleitungen zu den einzelnen Anzeigesegmentelektrojs den des Anzeigeelements so geformt, daß ihre jeweiligen Widerstandswerte umgekehrt proportional sind zur Fläche der jeweils mit diesen verbundenen Anzeigesegmentelektroden. Damit ergibt sich der erfindungsgemäße Vorteil, daß die Spannungsabfälle oder Spannungsverminderungen an den jeweiligen Anzeigesegmenten einander gleich sind, unabhängig davon, ob die Flächen der einzelnen Anzeigesegmentelektroden voneinander abweichen. Dadurch wird der Färbungsgrad der einzelnen Anzeigesegmentelektro- 4^r> den auf einen gleichmäßigen Wert hin stabilisiert.

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

>o F i g. 1 in Schnittansicht den grundsätzlichen Aufbau eines Flüssig-ECD-Anzeigeelements,

F i g. 2 in Schnittdarsteüung den grundsätzlichen Aufbau eines Festkörper-ECD-Anzeigeelements,

F i g. 3 das Prinzipschaltbild einer typischen Treiberschaltung für ein an konstantes Potential zu legendes ECD-Element,

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

bo F i g. 5 das Layout für ein typisches Sieben-Segment-Ziffernanzeigemuster,

F i g. 6 das Layout eines typischen Segmentmusters für eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung, wie sie für elektronische Uhren Verwendung findet,

F i g. 7 in graphischer Darstellung die Kennwerte des Stromverlaufs über der Zeit bei einem Stromfluß durch die ECD-ZeIIe während des Schreib- bzw. während des Löschbetriebs und

Fig.8 das Layout einer Ausführungsform eines Segmentmusters für ein ECD-EIement mit erfindungsgemäßen Merkmalen.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, sei zunächst der grundsätzliche Aufbau eii.es ECD-EIements, von typischen Treiberschaltungen für solche Elemente und eines bekannten Layouts für ein Anzeigemuster unter Bezug auf die F i g. 1 bis 6 erläutert:

Bei dem Flüssig-ECD-Element nach F i g. 1 entsteht durch elektrisch induzierte chemische Reduktion einer farblosen Flüssigkeit ein farbiger unlöslicher Film an einer Elektrodenfläche. Die Flüssig-ECD-Zelle umfaßt 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:

(lichtdurchlässig)

A++X-(purpurartig)

worin mit der Größe A die Verbindung

C₇H₁₅-N^>-<^ÖjN—C₇H₁₅

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 Anzeigeelektrode 2 elektrisch von der Treiberschaltung getrennt bleibt (Speichereffekt).

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

Bei dem Festkörper-ECD-Element nach Fig. 2 wird die Farbvariation durch Änderung der Opazität eines anorganischen festen Films, insbesondere eines Oxidfilms eines Übergangsmetalls, bewirkt, der an den Anzeigeelektroden befestigt ist. Die den Teilen in F i g. 1 entsprechenden Elemente sind mit den gleichen Bezugshinweisen gekennzeichnet.

Ein Film 7 aus einem elektrochromen Material ist an der Anzeigeelektrode 2 befestigt und steht in Kontakt mit einem Elektrolyten 8. Die Kolorierung und die Speicherfunktion werden in ähnlicher Weise bewirkt wie bei der Flüssig-ECD-Zelle nach Fig. 1. Wird ein Wolframoxidfilm (WO₃) verwendet, so verfärbt sich der Film 7 blau.

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

worin mit der Größe M⁺ die Elementionen H ⁺ , L₁ ⁺, Na⁺, K⁺ usw. bezeichnet sind.

Der W03-Film besteht vorzugsweise aus einem amorphen Wolframoxid und wird durch eine Verdampfungstechnik oder Aufsprühen ereeugt Die Dicke des Films liegt vorzugsweise bei etwa 1 μτη.

Bei den ECD-Elementen nach den h i g. 1 und 2 dient die Bezugselektrode 4 zur Abfrage des Potentials der Anzeigeelektrode 2.

Die Fig.3 zeigt das Ausführungsbeispiel einer Treiberschaltung für eine mit konstantem Potential zu betreibende ECD-Zelle, wobei die Potentialdifferen7 zwischen dem Anzeigesegment 2 und der Bezugseleklu trode 4 auf einem festgelegten Pegel gehalten wird. Ein Strom fließt von der Gegenelektrode 3 in den Elektrolyten 8.

Fig.4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispie! einer

Treiberschaltung für eine mit konstanter Spannung zu betreibende ECD-Zelle, wobei die Treiberspannung direkt zwischen dem Anzeigesegment 2 und der Gegenelektrode 3 angelegt wird.

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

1. Der Sicht- oder Abstrahlwinkel 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

jo mehreren Tagen aufrechterhalten werden kann, nachdem die zugeführte Spannung abgeschaltet worden ist;

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

J5 6. der Leistungsverbrauch oder die Verlustleistung ist proportional zur Anzeigefläche und der Anzahl von Arbeitszyklen, also dem Wechsel von Färbung zu Bleichen (Löschen).

Die soweit beschriebenen ECD-Elemente eignen sich für Anzeigevorrichtungen von tragbaren batteriebetriebenen elektronischen Geräten, da die ECD-Elemente sich gut bei geringen Spannungen betreiben lassen.
Es sei nun angenommen, daß bei einem ECD-Element eine Sieben-Segment-Ziffernanzeige vorgesehen sei, wie in F i g. 5 veranschaulicht Bei dieser Segmenianordnung ist eine Segmentelektrode 11 elektrisch mit einem an der Peripherie des Glassubstrats 1 liegenden Anschluß 13 über eine Zuleitungselektrode 12 verbunden. Bei dieser Auslegung beeinflußt der Widerstandswert der Zuleitungselektrode 12 in starkem Maße die Sichtbarkeit bzw. den Kontrast des jeweiligen Anzeigesegments.
Bei einer herkömmlichen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung besitzt die Flüssigkristall-Schicht eine sehr hohe Impedanz. Daher ist der Spannungsabfall an der transparenten Zuleitungselektrode, die beispielsweise aus In₂O₃ oder SnO₂ besteht, vernachlässigbar. Das Muster der Zuleitungselektroden kann daher in

bo irgendeiner beliebigen geeigneten Konfiguration ausgelegt werden. Die F i g. 6 zeigt ein typisches Segmentmuster und läßt insbesondere das Muster der Zuleitungselektroden bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ernennen, die für e'iTr^ elektronische ünr vorgesehen ist.

b5 Bei ECD-Elementen jedoch fiielit ein beträchtlich hoher Strom durch die Vorrichtung, woraus folgt, daß die Spannungsreduktion im Verhältnis zur Treiberspannung an dem Anzeigeelement aiern nichr vernachlässig-

bar ist. Der Stromsignalverlauf hängt nämlich in diesem Fall stark von dem Widerstandswert der jeweiligen Zuleitungselektrode ab.

Die Fig. 7 verdeutlicht die Stromverläufe durch ein ECD-E!ement, das eii.e Zuleitungselektrode mit einem sehr niediigen Widerstand aufweist und das durch die Konstainpotentiai-Treiberschaltung nach F i g. 3 beaufschlagt wird. F i g. 7 läßt erkennen, daß der Stromverlauf sich ändert, wenn der Widerstand in Reihe zwischen dem betreffenden Anzeigesegment und Masse liegt. Das Ansprechintervail (die Zeitperiode, um einen bestimmten Grad von Farbsättigung am Segment zu erreichen) wird länger, wenn der Widerstandswert des Anschlußwiderstands für das betreffende Segment hoch ist. Oder anders ausgedrückt ist die Zeitperiode, während der die Treiberspannung an der Anzeigevorrichtung liegt. festgelegt, so wird der Färbungsgrad mit steigendem Widerstandswert kleiner.

Wird das Anzeigemuster des ECD-Elements so ausgelegt wie in F i g. 5 dargestellt, so unterscheiden sich die Längen der jeweiligen Zuleitungselektroden 12 zur Verbindung der Segmentelektroden 11 mit den zugeordneten Anschlußfahnen 13 voneinander. Weisen die jeweiligen Zuleitungselektroden die gleiche Breite auf, so unterscheiden sich die einzelnen Zuleitungselektroden hinsichtlich ihrer Widerstandswerte voneinander. Dies führt aus den oben dargelegten Gründen zu Abweichungen im Grad der Farbsättigung bei den einzelnen Anzeigesegmenten oder, anders ausgedrückt, bedingt unterschiedlich lange Ansprechintervalle. Für eine einwandfreie Anzeige mit gutem Kontrast sind solche Abweichungen unerwünscht.

Die F i g. 8 verdeutlicht ebenfalls ein etwas anders angeordnetes Segmentmuster, bei dem insbesondere nicht alle Segmentelektroden gleiche Flächengröße aufweisen, um die Qualität und Lesbarkeit der Zeichenanzeige zu verbessern. In diesem Fall variiert der Strom in Abhängigkeit von der Größe der Anzeigesegmente beträchtlich, selbst wenn die jeweiligen Zuleitungselektroden so ausgelegt sind, daß sie den gleichen Widerstandswert darstellen.

Nachfolgend wird ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel erläutert:

Ein lichtdurchlässiger leitender Film aus Ιη2θ3 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/Flächeneinheit. Auf dem transparenten leitenden Film ist ein WOß-Film mittels herkömmlicher Verdampfungstechnik aufgebracht; dieser W03-Film wirkt als elektrochromes Material. Für die Verdampfungsbedingung gilt folgendes: Substrattemperatur: 350°C, Filmdicke: 5000A; Verdampfungsgeschwindigkeit: 10 A/ Sek.; Druck: 5 χ 10~⁴ Torr (O₂-Leck). Danach werden die Segmentelektroden 11 (a, b, c, d, e, /und g)\md die Zuleitungselektroden 12 in der aus F i g. 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 6 und cbeispielsweise 4,2 mm² und die des An/eigcsegments beispielsweise 6,0 mm². Bei dieser Flächenverteilung werden die mit (ΐτ· Anzeigesegmenten 3 und d verbundenen Zulcitungselektrodcn auf einen Widerstandswert von etwa 60 Ω

■"> bemessen, die Zuleitungselektroden für die Anzeigesegmente b und c auf einen Widerstandswert von etwa 100 Ω und die Zuieitungselektrod^ für das Anzeigesegment r/auf einen widerstandswert von etwa 70 Ω.
Als zu bevorzugender Photoresist wird der Typ

in AZ-119A in Verbindung mit dem Entwickler AZ-303A (beide hergestellt durch die Firma Shipley Company) verwendet. Der WCh-FiIm wird durch Anwendung des Entwicklers des Photoresists geätzt, während der IrfcOa-Kilm durch Anwendung eines Gemisches von FeCl₃-HCl geätzt wird. Die Zuleitungselektroden 12, die keine Anzeigesegmente festlegen, werden mit einem Epoxidharz überzogen (beispielsweise dem Typ R-2401/ H-160 der Firma Somal Kogyo KK).

Die Gegenelektrode besteht aus einem Kohlenstofffilm (beispielsweise aus dem Material Everyohm Nr. 30, vertrieben durch die Firma Nippon Carbon Company) und ist auf dem Glassubstrat aufgebracht Die beiden Glassubstrate werden gegeneinander festgelegt und fixiert mittels eines Glasabstandsstücks 5 mit einer Stärke von etwa 1 mm. Der Elektrolyt enthält Cellosolve-Acetat

(CH₃COOC₂H₄OC₂H₅)

jo und L1CIO4 in einer Konzentration von 1,0 Mol/I. Dieser Lösung ist BaSO« in einem Gewichtsverhältnis von 1 : 1 zur Erzeugung eines weißen Hintergrunds beigefügt Diese Mischung wird geknetet um eine Paste zu erhalten, die in die ECD-Zelle eingedrückt wird.

j5 Die so hergestellte ECD-Zelle wird durch die Konstantpotential-Treiberschaltung nach Fig.3 betätigt. Die jeweiligen Anzeigesegmente a bis g sind hinsichtlich der Bezugselektrode 4 aus injOj parallel geschaltet. Wenn ein jeweiliges Anzeigesegment auf

4(i einem Potential gehalten wird, das um 0,8 bis 1,0VoIt niedriger liegt als das der Bezugselektrode 4, so fließt eine Ladung von 3,16 mc (10mc/cm²) innerhalb von 200 msec, wodurch eine Anzeige erzielt wird, deren Kontrastverhältnis größer ist als 10:1. Wird das

4ϊ Anzeigesegment 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 nichtgefärb-

iii ten Zustand umschaltet.

Die Änderungen der Ansprechintervalle werden nicht abgefragt Das angegebene Kontrastverhältnis bezieht sich auf die Reflexion von monochromatischem 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

b5 Anzeigesegmentelektrode.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrochrome Anzeigevorrichtung mit zwei auf festgelegten Abstand voneinander fixierten plattenförmigen Substraten, mit auf einem der Substrate aufgebrachten Anzeigesegmentelektroden 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