JPH01105917A - エレクトロクロミック表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、エレクトロクロミック表示装置に係り、特に
酸塩基反応を利用するエレクトロクロミック表示装置に
関する。

「従来の技術］ 従来のエレクトロクロミック表示装置は、電気化学的反
応により可逆的な発色変化を呈するエレクトロクロミッ
ク材をガラス板上に薄膜形成した電極を使用している。

エレクトロクロミック材として、無機物系では、酸化タ
ングステン（ＷＯ３）、水酸化イリジウム（Ｉｒ　（Ｏ
Ｈ）ｘ）、酸化チタン（ＴｉＯｚ）、酸化モリブデン（
ＭＯＯ３）、また、有機物系では、希土類、シフタロジ
アニン、ＴＴＦ化ポリスチレン、ビオロゲン色素等が用
いられている。例えば、上記エレクトロクロミック材を
用いた技術が、技術書「９０年代への技術情報」　（■
工業調査会発行）のＰ、１４８．７行目〜１１行目に開
示されている。その技術は、次のようでおる。ガラス基
板上にインジウム錫酸化膜（以後、ＩＴＯ膜という）は
、エツチングでパターニングして形成し、その上に酸化
タングステン（ＷＯ３）が、厚ざ５Ｑｍｍｌ、：薄膜形
成さｔ’Ｌル。

非水電解液としては、過塩素酸リチウム（Ｌ　ｉ　Ｃ１
０４）をプロピレンカーボネート（２−オキソ−４−メ
チルト３ジオキソラン）に溶解したものを用いる。その
結果、電極間に電圧を印加するとブルーブラックに着色
し、電圧を０．６Ｖに降下させると無色に変化するもの
である。

し発明が解決しようとする問題点］ しかしなから、エレクトロクロミック現象は、電気化学
的な反応が関係しており、またその電気化学反応は、２
つの相の境界面で起きる界面反応でおる。従来技術の固
体物質を利用した同相聞の反応では、反応速度は遅いた
め発消色の応答性が非常に遅い。更に、上記同相聞の反
応では、ガスが発生すると、そのガスによってエレクト
ロクロミック膜と電極とが分離され化学反応が進まない
という問題点があった。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決することを目的とした本発明の要旨は
、 酸塩基指示薬を含む電解質溶液を挾んで少なくとも１つ
が透明又は半透明である電極を少なくとも２つ配置し、
該両極間に外部電源より電圧を印加し、両極擲間の電気
の流れる向きを制御して、指示薬の発色を制御するエレ
クトロクロミック表示装置にある。

［作用］ 本発明の工しツクトロクロミック装置は、次のように作
用する。本発明装置の電解槽には、少なくとも２つの電
極を配置され、所定のｐＨ値の電解質水溶液に所定の酸
塩基指示薬を添加した電解質水溶液を注入されている。

上記電極間に水の理論分解電圧以上の電圧を印加する。

上記画電極の表面では、水の電気分解が起こり、 電解質水溶液がｐｉ−１＜＜７の場合は、陽極：　Ｈ２
０→１／２０２　＋２Ｈ＋２ｅ−・・・（１〉 陰極：　２Ｈ＋２ｅ−−＋Ｈ２−（２＞の反応が起こり
、 電解質水溶液が、ｐＨ＞＞７の場合は、陽極：　２０Ｈ
−→Ｈ２０＋１／２０２　＋２ｅ−・・・（３） 陰極：　２Ｈ２０＋２ｅ−→Ｈ２＋２０Ｈ−・・・（４
） の反応が起こる。

上記（１）〜（４）の反応式に示すように、電解質水溶
液のｌＩ値により、陽極、陰極上での反応は異なるが、
いずれの場合にも陽極近傍ではｐＨ値は下降し、陰極近
傍ではｐＨ値は、上昇する。

以上にように、水の理論分解電圧以上の電圧を印加する
と電解質水溶液のｐＨ値が変化する。

次に、上記電解質水溶液中の電極に外部電源より印加さ
れる電圧と電流値とを制御することにより、電極近傍の
電解質水溶液を所定のｐＨ値に制御できる。上記両極の
内、一方の電極近傍の電解質水溶液のｐＨ値が、酸塩基
指示薬の変色領域のｐＨ値以上になると酸塩基指示薬は
例えば、無色から有色、有色から無色、あるいはある色
から他の色といった変色をする。他方の電極近傍の電解
質水溶液のｐＨ値は下降し酸塩基指示薬の変色領域のｐ
Ｈ値より小さくなると上記指示薬は変色する。また、両
極間の通電方向を逆にすると、上記一方の電極近傍の電
解質水溶液のｐＨ値は下降し、上記指示薬の変色域のｐ
Ｈ値より小さくなると上記指示薬は変色する。上記他方
の電極近傍の電解質水溶液のｐＨ値は上昇し、上記指示
薬の変色領域のｐＨ値以上になると上記指示薬は変色す
る。

よって、両極間の通電方向を制御することによって両極
近傍の電解質水溶液中の上記指示薬の変色が制御される
。従って、上記指示薬の変色を制御することによってエ
レクトロクロミック装置としての作用をなすことができ
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１実施例 第１図は、本発明の第１実施例であるエレクトロクロミ
ック表示装置の全体斜視図である。第１実施例のエレク
トロクロミック装置１は、エレクトロクロミック表示部
（以下、ＥＣＤという）２と制御部３とから構成されて
いる。次に、第２図は、第１図に示した上記ＥＣＤ２の
Ａ−Ａ　”における断面斜視図と上記制御部３の構成と
を示す回路図である。第２図に示すＥＣＤ２は、マトリ
ックス形アクセス・スクリーンからなる。また、上記ス
クリーンは、直交配列された導電性の平行ストリップ４
，５を支持する二枚の支持板６，７で形成されている。

上記二枚の支持板６，７は、例えばガラス基板からなっ
ている。上記平行ストリップ４，５は例えばＩＴＯ膜か
らなり、二枚の支持板６，７例えばガラス基板に、薄膜
形成、蒸着スパッタあるいは、イオンブレーティングに
より形成されている。また、酸塩基指示薬を含む電解質
水溶液の入った溶液槽８が、上記ガラス基板６゜７の間
に形成され、他のガラス基板１３により密封されている
。本第１実施例の電極である一方の平行ストリップ４は
、デイスプレィ・マトリックスのコラム（縦）結線であ
り、他方の平行ストリップ５は、同マトリックスのライ
ン（横）結線である。第２図は、複雑にしないように、
スクリーンのラインもコラムも２本しか図示していない
。

符号や画像を表わす入力信号は、最初、総て分離回路９
に入力され、この分離回路９によってコラムに割り当て
た信号とラインに割り当てた信号とを分離する。１本の
ラインと１本のコラムとの交点によって定められるスク
リーンの各画素に電場を与える信号は、バッファメモリ
を備えているライン制御回路１２に入力される。各コラ
ムを連続して流れる制御信号は、コラム制御回路１１に
与えられる。次に、クロック回路１０は、上記分離回路
９によって分離されたコラムとラインとの各信号に対す
る同期信号をコラム制御回路１１とライン制御回路１２
とに送る。

次に、上記酸塩基指示薬を含む電解質水溶液について説
明する。第１実施例の酸塩基指示薬は、フェノールフタ
レインを使用し、電解質水溶液は、硫酸ナトリウム（Ｎ
ａ２　ＳＯ４）の１モル／Ｑ水溶液に＠酸（Ｈ２８Ｏ４
）を加えてｐＨ＝５．０とした溶液である。

上述した構成からなる第１実施例のエレクトロクロミッ
ク装置１に、第３図に示すような矩形波の入力信号を加
える。上記加えた入力信号の電圧ＩＶＩは水の理論分解
電圧１．２２９Ｖ以上であり、正負の信号の電圧を付加
する期間をａ、ｂとして制御する。本第１実施例のｐＨ
値が５．０の電解質水溶液からなるエレクトロクロミッ
ク表示装置に第３図に示す矩形波の入力信号を期間ａだ
け印加すると、陽極附近では、下式（１）のように水が
分解して酸素と水素イオンと電子を生成し、陰極附近で
は、下式（２）のように水素イオンと電子とから水素ガ
スが発生する。

陽極：Ｈ２０−＋１／２０２　＋２Ｈ＋２ｅ・・・（１
） 陰極：　２Ｈ＋２ｅ−−１−ｈ　　　　　−（２＞これ
により、一方の陽極附近では、水素イオンが多聞に発生
して水素イオン濃度が高くなりり、Ｈ値が小さくなる。

従って、電解質水溶液中に含まれるフェノールフタレイ
ン指示薬は、変色領域のｐＨ値が、８．３であるので、
上記水溶液中では無色を示す。他方の陰極附近では、水
素イオンが減少してｐＨ値が大きくなる。従って、電解
質水溶液のｐＨ値が、上記フェノールフタレイン指示薬
の変色領域のＤＨ値８．３以上になると上記指示薬は、
赤色を発色する。

次に両極の通電方向を逆にして期間すだけ通電する。今
回、上記発色した溶液近傍の電極は、陽極となり、無色
を示した溶液近傍の電極は、陰極となる。陽極近傍の電
解質水溶液は、ｐＨ＞＞７であるので水酸イオンより水
と酸素と電子が生成される。

陽極：　２０Ｈ−→Ｈ２０＋１／２０２＋２ｅ−・・・
（３〉 また、陰極近傍の電解質水溶液は、ｐＨ＜＜７であるの
で水素イオンと電子とから水が生成される。

陰極：　２Ｈ＋２ｅ−−Ｈ２０・・・（２＞これにより
、一方の陽極附近では、水酸イオンが減少してＩＩ値が
小さくなる。従って、電解質水溶液のＤＨ値がフェノー
ルフタレイン指示薬の変色領域のＤＨ値８．３より小さ
くなると、上記指示薬は無色を示す。他方の陰極附近で
は、水素イオンが減少してｐＨ値が大きくなる。従って
電解質水溶液のｐＨ値が、上記フェノールフタレイン指
示薬の変色領域のＤＨ値８．３以上になると上記指示薬
は赤色を発色する。

以後、両極間の通電方向を第３図に示す入力信号によっ
て反転さぼることにより、上記指示薬による発消色の現
象が交互に両極近傍の電解質水溶液中で起きる。この結
果、入力信号の変化にともなう上記水溶液中の指示薬の
例えば、発色から潤色までの応答時間が非常に短い。即
ち、本第１実施例によって、一つの電極近傍で連続的に
上記溶液中の指示薬を変色させると上記溶液中の変色範
囲が広くなり、次の入力信号によって上記溶液中の指示
薬を変色させようとするとき、上記範囲をすべて変色さ
せるまでに長時間を要するといった問題点が解決できる
。

従って、本第１実施例のエレクトロクロミック装置は、
通電の向きを制御して電極近傍での電解質水溶液のｐＨ
値を変化させ酸塩基指示薬の発消色を制御することがで
きる。例えば、無色の地に赤色のパターンを表示したり
、赤地の地に無色のパターンを表示するといった赤色と
無色との２種の表示ができる。

第２実施例 本発明の第２実施例のエレクトロクロミック装置１は、
上述した第１実施例のエレクトロクロミック装置と比べ
て構成において酸塩基指示薬を含む電解質水溶液を除い
た他の構成は全く同じ構成である。

第２実施例の酸塩性指示薬は、２，６ジニトロフエノー
ルを使用し、電解質水溶液は、硫酸ナトリウム（Ｎａ２
５Ｏ４）の１モル／Ｑ水溶液に硫酸（Ｈ２ＳＯ４）を加
えてｐＨ＝２．０とした溶液である。上述した電解質水
溶液を備えたエレクトロクロミック装置１に、第１実施
例で印加した第３図に示す矩形波の入力信号を加えると
、上記指示薬の変色領域のｐＨ値が３．６７であること
から陽極附近で上記指示薬は、無色を示し、ｉｔ附近で
は、黄色を発色する。次に、両極の通電方向を逆にする
と、極性が反転した陽極附近では、指示薬は無色を示し
同様に極性が反転した陰極附近では黄色を発色する。以
後、両極間の通電方向を入力信号の変化によって反転さ
せることにより、上記指示薬の発消色の現象が交互に両
極近傍の電解質水溶液中で起きる。従って、本第２実施
例のエレクトロクロミック装置は、黄色と無色の２種の
表示ができ、第１実施例と同様の効果が得られる。

酸塩基指示薬としては、第１実施例で使用したフェノー
ルフタレイン、第２実施例で使用した２・６ジニトロフ
エノール以外にも様々な酸塩基指示薬を用いることがで
きる。酸塩基指示薬の変色領域に応じて電解質水溶液の
ｐｔ−ｔ＠調整すればよい。

電極近傍のＤＨ値により無色と有色との間で変化する酸
塩基指示薬の例と、無色を呈する電解質水溶液で好適な
溶液のｐＨ値の関係を表１に示す。

上記電解質は、硫酸ナトリウム（Ｎａ２３０４　）にか
ぎらず、ｐＨに直接関係のないものであって、水溶液と
したとき酸塩基指示薬の変色領域外のｐＨ値を示すもの
であればよい。

第１表 本願実施例のエレクトロクロミック装置は、通電により
電解質水溶液中の電極上にガスが発生しても、ガス発生
の反応かＩＴＯ膜表膜上面上行しており、エレクトロク
ロミック物質上では進行していない。その結果、本願実
施例装置は、分極作用の影響を受けず作用することから
、耐久性がよい。例えば、従来の同相反応を利用したも
のの耐久性は、１０５回程度であったが、液相反応を利
用した本願の実施例装置は、１０　回収上の動作に対し
て何等の特性変化を生じないという優れた効果かある。

また、液相の反応は、固相の反応より非常に速いことに
より、液相の反応を利用した本願実施例装置の発消色（
変色）の応答性は非常に速い。例えば、従来の同相反応
を利用した発消色の反応速度は、１００ｍ５でおるのに
対して、液相反応を利用した本願の実施例装置の発消色
は１ｍｓと非常に速い。また、本願実施例装置を反射性
スクリーンに用いるには、本願実施例の支持板６，７の
一方は透明なガラス基板とし、他方を反則性のカラス基
板として組み合せて構成すればよい。また、本願実施例
装置を透過性スクリーンに用いるには、本願実施例の支
持板６，７の両者を透明なガラス基板に構成すればよい
、更に、透過性スクリーンの構成にした本願の実施例装
置は電解質水溶液中の指示薬を特定化することにより、
カラーフィルター、干渉フィルターとして利用できる。

［発明の効果］ 以上詳記したように、本発明のエレクトロクロミック表
示装置は、電解槽に酸塩基指示薬を含む電解質水溶液を
はさんで電極が配置されていることから、従って、両極
間に外部電源より電圧を印加し、両極板間の電気の流れ
る向きを制御することによって、電解質溶液中の酸塩基
指示薬の発色を制御することができる。

また、付随的に本発明のエレクトロクロミック表示装置
は、発消色（変色）にともなう反応が液相の反応により
、応答性が非常に速く、電解質水溶液中にガスが発生し
てもその影響を受けないため耐久性がよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例であるエレクトロクロミック
表示装置の全体斜視図、第２図は、同実施例のエレクト
ロクロミック表示部の断面斜視図と制御部との構成図、
第３図は、同実施例の入力信号の矩形波形図でおる。 ２・・・エレクトロクロミック表示部 ３・・・制御部 ４．５・・・平行ストリップ ８・・・溶液槽

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 酸塩基指示薬を含む電解質溶液を挾んで少なくとも１つ
   が透明又は半透明である電極を少なくとも２つ配置し、
   該両極間に外部電源より電圧を印加し、両極間の電気の
   流れる向きを制御して、指示薬の発色を制御するエレク
   トロクロミック表示装置。