JP2004325717A - Electrochromic element - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示デバイスや調光材料として使用されるエレクトロクロミック素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のエレクトロクロミック素子は、ガラスなどの透明材料基板に酸化錫など透明な材料からなる第1の電極膜(陰極)、絶縁中間層、酸化タングステンや酸化モリブデンからなるエレクトロクロミック層、金フィルムからなる第2の電極膜(陽極)を順次積層した構造(例えば、特許文献1参照)、あるいは、透明基板の上に透明電極、酸化タングステンや酸化モリブデンなどからなるエレクトロクロミック層を形成した表示基板と基板上に対向電極を形成した対向基板とをスペーサーを介して構成し、基板の間に電解液または固体電解質からなる電解層を設けた構造(例えば、特許文献2参照)であった。
【0003】
【特許文献1】
特公昭52−46098号公報(第3−5頁)
【0004】
【特許文献2】
特開昭59−113422号公報(第1−2頁)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単層のエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子を、例えば表示デバイスに用いた場合、単層では発色が薄いため、濃い発色を得ようとエレクトロクロミック層を厚くすることが考えられた。しかしながら、エレクトロクロミック層を厚くすると、エレクトロクロミック層が完全に着色に至るには時間を要するため、結果として表示速度が遅くなるなどの問題があった。また、調光材として用いた場合には、上記表示デバイスにあげた課題に加え、単層では着色が1種類に限られるうえ、光の透過率を変化させうる範囲に制限があること、また、可視光を反射させることで完全に遮断することなどが不可能であった。これらのことから、表示デバイスとしても調光材としてもエレクトロクロミック素子が広く応用されるに至っていない。
【0006】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、表示デバイスに用いた場合には、応答速度が速く、かつ、コントラストが高く視認性の良い表示デバイスを、また、調光材として用いた場合にはより多様な調光性をもつ調光デバイスを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のエレクトロクロミック素子は、第一の電極層が形成された第一の基板と、第二の電極層が形成された第二の基板と、第一の電極層と第二の電極層のいずれか一方の電極層上に形成されるとともに可視光領域における光透過性を電気的に変化させるエレクトロクロミック層と、電解質層とを備え、第一の電極層と第二の電極層が電解質層を介して対向するように第一の基板と第二の基板が配置された構造の表示素子を少なくとも2つ以上積層することとした。あるいは、上基板の電極層と中間基板の一方の電極層との間にエレクトロクロミック層と電解質層を設けることで構成された第一の素子と、下基板の電極層と中間基板の他方の電極層との間にエレクトロクロミック層と電解質層を設けることで構成された第二の素子を備えることとした。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエレクトロクロミック素子を、図面を参照して説明する。2つのエレクトロクロミック素子を積層した構成の実施例の模式的な部分断面図を図1に示す。図示するように、エレクトロクロミック素子1は、電極層3が形成された上基板2Aと下基板2Bとの間に、エレクトロクロミック層4および電解質層5が設けられた状態で構成されたエレクトロクロミック素子を二素子積層したものである。
【0009】
ここで、電解質層5の形成方法としては、固体の電解質を重ね合わせて形成したり、エレクトロクロミック層4と下基板2Bを対向させてできた間隙に、液状またはゲル状の電解質層を充填したりする方法などが可能である。また、上基板2A、下基板2Bには、透光性を有し、少なくとも表面が非導電性である材質を用いる。例えば、ガラス、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、メチルメタクリレート/スチレン共重合樹脂などを用いることができる。
【0010】
電極層3としては、透明導電性皮膜、例えばインジウム−錫酸化物(ITO)や、フッ素−錫酸化物(FTO)、酸化亜鉛、酸化錫、透明導電性高分子などが使用できる。エレクトロクロミック層4としては、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、ニッケルマグネシウム合金、ビオロゲン、ピラゾリン、フェニレンジアミン、フェナジン、フェノキサジン、フェノチアジン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、金属フタロシアニン、テトラチアフルバレンおよびフェロセンやこれらの誘導体を用いることができる。全てのエレクトロクロミック層4に、これらの材料のうちいずれか一種類を用いても良いし、あるいはそれぞれのエレクトロクロミック層4ごとに異なる材料を用いても良い。エレクトロクロミック層4ごとに異なる材料を用いた場合には、着色させる層を選択することで、異なる色を現出させることが可能である。また、エレクトロクロミック層4に、着色状態において可視光領域内でほぼ均一な反射率を有する材料(例えばニッケルマグネシウム合金等)を用いた場合には、可視光を完全に遮光することが可能となる。電極層3とエレクトロクロミック層4は基板上に全面に形成されていている、表示内容に合わせてパターニングされている、あるいは、マトリクス状にパターニングされているのいずれでもかまわない。
【0011】
電解質層5としては、液状電解質、ゲル状電解質、固体電解質のいずれかを用いることができる。液状電解質としては、例えば、溶媒に塩類、酸類、もしくはアルカリ類の支持電解質を溶解したものを用いることができる。この場合の溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、特に極性を示すものがよい。具体的には、水、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,3−ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、1,2−ジメトキシエタンおよびテトラヒドロフランの有機極性溶媒があげられ、これらを単独もしくは混合物として用いることができる。支持電解質としての塩類も特に限定されず、各種のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩の無機イオン塩や、四級アンモニウム塩や環状四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩があげられる。具体的には、LiClO4、LiSCN、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiPF6、LiI、NaI、NaSCN、NaClO4、NaBF4、NaAsF6、KSCN、およびKClのLi、Na、Kのアルカリ金属塩;(CH3)4NBF4、(C2H5)4NBF4、(n−C4H9)4NBF4、(C2H5)4NBr、(C2H5)4NClO4および(n−C4H9)4NClO4の四級アンモニウム塩および環状四級アンモニウム塩、およびこれらの混合物があげられる。支持電解質としての酸類も特に限定されず、無機酸、有機酸が使用でき、これには硫酸、塩酸、リン酸類、スルホン酸類およびカルボン酸類がふくまれる。支持電解質としてのアルカリ類も特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムがあげられる。
【0012】
ゲル状電解質としては、前述の液状電解質に、さらにポリマーやゲル化剤を含有させて粘稠液としたもの、もしくはゲル状としたものを用いることができる。ポリマーは特には限定されず、例えば、ポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキサイド、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレンオキサイドおよびナフィオン(登録商標)をあげられる。ゲル化剤も特には限定されず、例えば、オキシエチレンメタクリレート、オキシエチレンアクリレート、ウレタンアクリレート、アクリルアミドおよび寒天があげられる。なお、ゲル状電解質は、ポリマーの前駆体であるモノマーやゲル化剤の前駆体を液状電解質と混合してこれをエレクトロクロミック層4と下基板2Aの間隙に注入した後、重合又はゲル化させることで対向するエレクトロクロミック層4と下基板2Aの間に形成することができる。
【0013】
固体電解質としては、室温で固体であり、かつイオン導電性を有するものであれば特に限定されず、その具体例としては、ポリエチレンオキサイド、オキシエチレンメタクリレートのポリマー、ナフィオン(登録商標)およびポリスチレンスルホン酸があげられる。高分子固体電解質を用いることも好ましい。
【0014】
図2はエレクトロクロミック層を2層形成した構成の実施例を示す模式的な部分断面図である。図示するように、エレクトロクロミック素子1は、電極層3が形成された上基板2Aと下基板2Bとの間に、エレクトロクロミック層4と電極層3が両面に形成された中間基板6、および電解質層5が設けられている。
【0015】
図3はエレクトロクロミック層を3層形成した構成の実施例を示す模式的な部分断面図である。図示するように、エレクトロクロミック素子1は、電極層3がそれぞれ形成された上基板2Aと下基板2Bとの間に、エレクトロクロミック層4と電極層3が両面に形成された中間基板6A、6Bおよび電解質層5が設けられている。同様に、中間基板を増やしてエレクトロクロミック層を任意の層数にすることができる。
【0016】
図4はエレクトロクロミック素子1の制御方法を表す概略図である。エレクトロクロミック素子1は、制御回路7によりエレクトロクロミック層4の着消色をそれぞれ独立に制御可能としてある。そのため、それぞれのエレクトロクロミック層4の着色消色を同時または別々にコントロールすることが可能である。
【0017】
【発明の効果】
本発明によれば、表示デバイスとして利用する場合には、エレクトロクロミック層が二層以上であるため、エレクトロクロミック層としてそれぞれ着色時の色調が異なる材料を選択することで複数の色表現が可能であり、着色時の色調が同じとなる材料を選択した場合には、高い応答速度と、高いコントラストを同時に得ることができる。また、両面に電極層が形成された中間基板を用いて積層した場合には、薄型化を実現できる。調光材として利用する場合には、上記表示デバイスとして利用する場合の効果に加え、エレクトロクロミック層のうち一層を可視光領域でほぼ均一な反射率を有する材料とすることにより、着色により段階的に可視光透過率をコントロールすることだけでなく可視光を完全に遮断することが容易となることから、より多様な調光性をもつ調光デバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエレクトロクロミック素子の構成を模式的に示す部分断面図
【図2】本発明のエレクトロクロミック素子の構成を模式的に示す部分断面図
【図3】本発明のエレクトロクロミック素子の構成を模式的に示す部分断面図
【図4】本発明のエレクトロクロミック素子の制御方法を模式的に示す概略図
【符号の説明】
1 エレクトロクロミック素子
2A 上基板
2B 下基板
3 電極層
4 エレクトロクロミック層
5 電解質層
6A 第一の中間基板
6B 第二の中間基板
7 制御回路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrochromic device used as a display device or a light control material.
[0002]
[Prior art]
A conventional electrochromic device includes a first electrode film (cathode) made of a transparent material such as tin oxide on a transparent material substrate such as glass, an insulating intermediate layer, an electrochromic layer made of tungsten oxide or molybdenum oxide, and a gold film. A structure in which a second electrode film (anode) is sequentially laminated (for example, see Patent Document 1), or a display substrate and a substrate in which a transparent electrode and an electrochromic layer made of tungsten oxide, molybdenum oxide, or the like are formed on a transparent substrate This structure has a structure in which a counter substrate on which a counter electrode is formed is interposed with a spacer, and an electrolytic layer made of an electrolytic solution or a solid electrolyte is provided between the substrates (for example, see Patent Document 2).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-B-52-46098 (pages 3-5)
[0004]
[Patent Document 2]
JP-A-59-113422 (page 1-2)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, when an electrochromic element having a single electrochromic layer is used for, for example, a display device, the single layer has a small color, and therefore, it has been considered to increase the thickness of the electrochromic layer in order to obtain a dark color. However, when the electrochromic layer is made thicker, it takes time for the electrochromic layer to be completely colored, resulting in a problem such as a reduction in display speed. In addition, when used as a light modulating material, in addition to the above-mentioned problems of the display device, in a single layer, coloring is limited to one type, and a range in which light transmittance can be changed is limited. However, it was impossible to completely block the light by reflecting visible light. For these reasons, the electrochromic element has not been widely applied as a display device or a light control material.
[0006]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems. When used in a display device, the present invention provides a display device having a high response speed, high contrast, and high visibility. It is an object of the present invention to provide a light control device having more various light control properties when used as a light material.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the electrochromic device of the present invention has a first substrate on which a first electrode layer is formed, a second substrate on which a second electrode layer is formed, and a first electrode layer. An electrochromic layer formed on one of the electrode layers of the second electrode layer and electrically changing light transmittance in the visible light region, and an electrolyte layer, the first electrode layer and the second At least two or more display elements having a structure in which the first substrate and the second substrate are arranged so that the two electrode layers face each other with the electrolyte layer interposed therebetween are stacked. Alternatively, a first element constituted by providing an electrochromic layer and an electrolyte layer between the electrode layer of the upper substrate and one electrode layer of the intermediate substrate, and the other electrode of the electrode layer of the lower substrate and the intermediate substrate A second element constituted by providing an electrochromic layer and an electrolyte layer between the layers was provided.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the electrochromic device of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic partial cross-sectional view of an embodiment having a configuration in which two electrochromic elements are stacked. As shown in the figure, the electrochromic device 1 is configured such that an
[0009]
Here, as a method of forming the
[0010]
As the
[0011]
As the
[0012]
As the gel electrolyte, a viscous liquid obtained by further adding a polymer or a gelling agent to the above-mentioned liquid electrolyte, or a gel electrolyte can be used. The polymer is not particularly limited, and examples thereof include polyacrylonitrile, carboxymethylcellulose, polyvinyl chloride, polyethylene oxide, polyurethane, polyacrylate, polymethacrylate, polyamide, polyacrylamide, cellulose, polyester, polypropylene oxide and Nafion (registered trademark). Can be The gelling agent is not particularly limited, and examples thereof include oxyethylene methacrylate, oxyethylene acrylate, urethane acrylate, acrylamide and agar. The gel electrolyte is prepared by mixing a monomer as a precursor of a polymer or a precursor of a gelling agent with a liquid electrolyte, injecting the mixture into the gap between the
[0013]
The solid electrolyte is not particularly limited as long as it is a solid at room temperature and has ionic conductivity. Specific examples thereof include polyethylene oxide, a polymer of oxyethylene methacrylate, Nafion (registered trademark) and polystyrene sulfonic acid. Is raised. It is also preferable to use a solid polymer electrolyte.
[0014]
FIG. 2 is a schematic partial cross-sectional view showing an embodiment in which two electrochromic layers are formed. As shown in the drawing, the electrochromic element 1 has an intermediate substrate 6 having an
[0015]
FIG. 3 is a schematic partial sectional view showing an example of a configuration in which three electrochromic layers are formed. As shown in the figure, an electrochromic element 1 has
[0016]
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a control method of the electrochromic device 1. In the electrochromic element 1, the control circuit 7 can independently control the coloration and decoloration of the
[0017]
【The invention's effect】
According to the present invention, when used as a display device, since there are two or more electrochromic layers, it is possible to express a plurality of colors by selecting materials having different color tones as the electrochromic layers. If a material having the same color tone at the time of coloring is selected, a high response speed and a high contrast can be obtained at the same time. In addition, when lamination is performed using an intermediate substrate having electrode layers formed on both surfaces, a reduction in thickness can be realized. When used as a light modulating material, in addition to the effect obtained when the device is used as a display device, one layer of the electrochromic layer is made of a material having a substantially uniform reflectance in the visible light region, so that it is stepped by coloring. In addition, since it becomes easy to completely control the visible light transmittance as well as to completely block the visible light, it is possible to provide a light control device having more various light control properties.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an electrochromic device of the present invention. FIG. 2 is a partial cross-sectional view schematically illustrating a configuration of an electrochromic device of the present invention. FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of the electrochromic device of the present invention.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (6)
前記第一の電極層と前記第二の電極層が前記電解質層を介して対向するように前記第一の基板と第二の基板が配置された構造を有する表示素子が、少なくとも2つ以上積層されたことを特徴とするエレクトロクロミック素子。A first substrate on which a first electrode layer is formed, a second substrate on which a second electrode layer is formed, and any one of the first electrode layer and the second electrode layer An electrochromic layer formed on top and electrically changing light transmittance in a visible light region, and an electrolyte layer,
At least two or more display elements having a structure in which the first substrate and the second substrate are arranged such that the first electrode layer and the second electrode layer face each other with the electrolyte layer interposed therebetween An electrochromic device characterized by being performed.
導電性材料からなる電極層が形成された下基板と、
導電性材料からなる電極層が両面に形成された少なくとも1枚の中間基板と、
前記上基板の電極層と前記中間基板の電極層との間に、可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層及び電解質層を設けることで構成される第一の素子と、
前記下基板の電極層と前記中間基板の電極層との間に、可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層及び電解質層を設けることで構成される第二の素子と、
を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。An upper substrate on which an electrode layer made of a conductive material is formed,
A lower substrate on which an electrode layer made of a conductive material is formed,
At least one intermediate substrate having an electrode layer made of a conductive material formed on both surfaces,
A first electrode layer formed by providing an electrochromic layer and an electrolyte layer capable of electrically changing light transmittance in a visible light region between an electrode layer of the upper substrate and an electrode layer of the intermediate substrate. Of the element,
A second electrode layer formed by providing an electrochromic layer and an electrolyte layer capable of electrically changing light transmittance in a visible light region between the electrode layer of the lower substrate and the electrode layer of the intermediate substrate. Of the element,
An electrochromic device comprising:
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