JP2007041259A - エレクトロクロミック表示素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 基板上に、少なくとも1種以上のエレクトロクロミック色素と電解質とを含むエレクトロクロミック層と、少なくとも1個以上の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とするエレクトロクロミック表示素子。
【選択図】 図2
Description
また、アモルファスシリコンTFTやポリシリコンTFTは、可視光照射により、伝導キャリアを生じるために、高光照射下ではトランジスタ特性が劣化してしまう。つまり、バックライト照射により光誘起電流が発生し、スイッチング素子としてのスイッチング特性が劣化してしまう。こうした劣化を防ぐため、バックライト光をカットするための遮光膜(ブラックマトリックス)をTFT上に設ける必要があり、結局開口比が小さくなってしてしまい、表示性能が低下するという問題がある。
<1> 基板上に、少なくとも1種以上のエレクトロクロミック色素と電解質とを含むエレクトロクロミック層と、少なくとも1個以上の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とするエレクトロクロミック表示素子。
さらに、透明TFTと組み合わせることで、中間調表示が容易であり、高精細な画像表示が可能となる。さらに、透明TFTと組み合わせることで、応答速度が向上し、書き換えるときに違和感のない表示素子が実現できる。
且つ、前記半導体ナノ多孔質層と前記画素電極との間に電解質層を有してなることを特徴とする前記<3>に記載のエレクトロクロミック表示素子。
以下、各組成について説明を行った後、エレクトロクロミック表示素子の構成について説明を行う。
本発明に用いる透明薄膜トランジスタは、透明であれば特に制限はない。透明薄膜トランジスタは、代表的には、半導体活性層、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極及びゲート絶縁膜を有し、これらをいずれも透明とすることで、薄膜トランジスタ全体を透明にすることができる。
薄膜トランジスタの透明な構成要素の材料としては、従来より知られている透明材料を採用することができる。例えば、酸化亜鉛(ZnO)を母材とする材料により、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜及び半導体活性層を形成すればよい。ZnOはエネルギーバンドギャップが3eV以上と大きく、また、これに不純物をドープすることで導電性を制御することができる。
特に本発明に用いる透明薄膜トランジスタでは、ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜を半導体活性層として用いることが好ましい。ここで、InMO3(ZnO)m中、Mは、In,Fe,Ga,又はAlを表し、好ましくは、Ga又はFeであり、mは、1以上50未満のいずれかの整数を表し、好ましくは、1〜10のいずれかの整数を表す。以下、化学式InMO3(ZnO)mにおいて同義である。
以下、ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極、ゲート絶縁膜及び半導体活性層について、詳細に説明する。
ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極の材料としては、可視光に対して透明であって、低抵抗率が得られるのであれば、どのような材料からなるものでもよい。例えば、酸化インジウム(In2O3)、酸化錫(SnO2)、ZnO等の酸化物材料や、この酸化物材料に不純物をドープしたものを透明導電膜材料として採用することができる。
ゲート電極と半導体活性層の間に配置するゲート絶縁膜は、例えば、酸化シリコン(SiO2)、アルミナ(Al2O3)、窒化シリコン(SiN)、又は酸窒化シリコンを主成分とするもので形成されることができる。また、ゲート絶縁膜には、その目的を達成できる範囲で、不純物を含んでいてもよい。
ゲート絶縁膜は、上記組成を組み合わせて二層構造としてもよい。
半導体活性層は、可視光に対して透明で、例えば、伝導帯と価電子帯の間のエネルギーバンドギャップが3eV以上であり、キャリア濃度が1018cm-3以下である材料により形成すればよい。
このような材料としては、例えば酸化亜鉛(ZnO)を主成分とするもの等が挙げられるが、本発明においては、特にホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜を半導体活性層として用いることが好ましい。ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜を用いた場合の利点としては、以下の(1)〜(4)を挙げることができる。
なお、InMO3(ZnO)m中、mの値は1以上50未満の整数が好ましい。原理的には、mの値は、無限大まで可能であるが、実用上、mの値が大きくなりすぎると、膜内でのmのばらつきが大きくなり、酸素欠陥が生じやすくなる。その結果、膜の電気伝導度が大きくなり、ノーマリオフ型のFETが作り難くなる。
以下、ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜の製造方法について詳細に説明する。
得られたホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜は、単結晶膜である必要はなく、多結晶膜でも、アモルファス膜でも良い。最後に、薄膜全体を被覆できるように高融点化合物,例えばAl2O3を被せ、高温で、ZnO蒸気を含む大気圧中で加熱拡散処理を行なうことが好ましい。
本発明のエレクトロクロミック表示素子において、薄膜トランジスタが下記電解質層に含まれるイオン性物質の影響により劣化しないよう、絶縁膜を設けることが好ましい。絶縁膜の組成としては、絶縁性を有すれば特に限定されないが、ポリイミドを用いることが好適である。
図1では、トップゲート型MIS電界効果型トランジスタ(MIS−FET)10を示す。図1の透明薄膜トランジスタでは、本発明で用いるZnOを主たる構成成分として含有するホモロガス化合物単結晶薄膜(InMO3(ZnO)m)を半導体活性層12として設け、その上にドレイン電極14、ソース電極16、絶縁膜18、ゲート電極20を形成する。
ドレイン電極14、ソース電極16、ゲート電極20としては、可視光に対して透明であって、低抵抗率が得られるのであれば、どのような材料からなるものでもよい。例えば、酸化インジウム(In2O3)、酸化錫(SnO2)、ZnO等の酸化物材料や、この酸化物材料に不純物をドープしたものを透明導電膜材料として採用することができる。
ゲート絶縁膜18には、既述のように、Al2O3が最も適している。
本発明で用いる画素電極及び対向電極は透明電極であり、対向するように配置される。画素電極と対向電極とは、同一の組成のものであってもよいし、異なるものであってもよい。なお、透明電極とは、少なくとも50%以上の光透過率を有する電極をいう。
透明電極としては、透明で電気を通すものであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、酸化スズインジウム(ITO)、酸化スズ(NESA)、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)、酸化インジウム、酸化亜鉛、白金、金、銀、ロジウム、銅、クロム、炭素等が挙げられる。これらの中でも、酸化錫−酸化インジウム(ITO)、酸化錫、酸化亜鉛などに代表される金属酸化物が好ましく用いられ、更に、表面抵抗値が低い、耐熱性が良い、化学的な安定性がある、光透過率が高い、等の点からフッ素をドーピングした酸化スズ(FTO)、酸化スズインジウム(ITO)が好ましい。
特に本発明のエレクトロクロミック表示素子では、透明電極に隣接して下記に説明する電解質層や半導体ナノ多孔質層を備える場合があり、これらに接触しても化学的に安定である必要があることからも、酸化物たる酸化スズ(FTO)や酸化スズインジウム(ITO)は好適である。
本発明におけるエレクトロクロミック層は、エレクトロクロミック色素と電解質を含む層である。これ以外は特に制限はなく、例えば、電解質を含む電解質層にEC色素を含ませたもの(電解質EC層)や、後述する半導体ナノ多孔質層にEC色素を含ませたもの等が挙げられる。もちろん、電解質層や半導体ナノ多孔質層とは別にエレクトロクロミック色素を含む層を構成していてもよい。すなわち、エレクトロクロミック層は、電解質層、半導体ナノ多孔質層、EC色素を含む層(これらの機能を兼ね備えた層を含む)などを包含する、EC色素を含有し得る層をいう。
前記半導体ナノ多孔質層は、透明電極間であって、該透明電極の内側の表面の少なくとも一方又は両方の表面に形成され、好ましくは対向電極側に形成される。
半導体ナノ多孔質層は、その表面及び内部に、EC色素、必要に応じて電荷移動剤を担持可能な微細孔を多く有するよう、多孔質の構成となっている。
半導体ナノ多孔質層の厚さ(多層構造の場合には合算した厚さ)は、5μm〜200μmであることが好ましく、10μm〜50μmであることがより好ましい。5μmよりも薄いと、色素の吸着量が減るために表示性能が低下し、200μmよりも厚いと駆動電圧があがるため好ましくない。
酸化物半導体(金属酸化物)ナノ多孔質層を形成する1つの方法として、金属酸化物前駆体と、該金属酸化物前駆体と相互作用する官能基を1種以上有する化合物とを含む溶液中で、前記金属酸化物前駆体を反応させて複合ゲルを生成し、金属酸化物微粒子からなるコロイドの分散ゾルを得る第1の工程と、該ゾルを支持体に塗布し、これを乾燥又は焼成して、前記透明絶縁基板上の透明導電性膜上に微細孔を有する半導体ナノ多孔質層を形成する第2の工程とを含む方法が挙げられる(以下「複合ゲル化法」ということもある)。
次に、得られる前記混合溶液を攪拌しながら乾燥窒素気流下で室温(約25℃をいい、室温について以下同じ。)〜150℃、好ましくは、室温〜100℃で加熱又は還流する。前記還流温度及び時間についても、用いる前記金属酸化物前駆体の加水分解性に応じて適且選択することができる。
前記還流の結果、前記金属アルコキシドは部分的に加水分解された状態になる。即ち、前記混合溶液に含まれる前記水の量は、前記金属アルコキシドのアルコキシル基を十分に加水分解するには十分でない程度少量であるため、一般式:M(OR)nで表される前記金属アルコキシドにおいては、その総ての−OR基は加水分解されず、結果として部分的に加水分解された状態になる。この部分的に加水分解された状態の前記金属アルコキシドにおいては、重縮合反応は進行しない。このため、前記金属アルコキシド間において−M−O−M−の鎖は形成されていても、前記金属アルコキシドはオリゴマー状態となる。このオリゴマー状態にある前記金属アルコキシドを含む前記還流後の混合溶液は、無色透明で粘度の上昇もほとんどない。
前記化合物半導体ナノ多孔質層の形成方法としては、(1)電解析出法、(2)化学浴堆積法、(3)光化学堆積法があり、具体的には以下に示すとおりである。
前記電解析出法は、少なくとも堆積される元素のイオンを含む電解質中に、透明絶縁基板上の透明導電性膜を形成した電極と、該電極に対向する電極とを配置し、これら電極間で電気化学的に酸化還元反応を起こし、前記化合物半導体層を、透明導電性膜を形成した電極上に形成するものである。「表面技術」Vol.49,No.1、3ページ、1998年、を参照できる。
前記化学浴堆積法は、少なくとも堆積されるイオンを1種以上含む溶液中に、透明絶縁基板上の透明導電性膜を形成した電極を配置し、前記溶液の温度調整とイオン濃度調整とにより還元反応を起こし、前記化合物半導体層を電極上に形成するものである。「Journal of Applied Physics」 vol.82,2,655,1997を参照できる。
前記光化学堆積法は、少なくともチオ硫酸ナトリウム及び金属イオンを1種以上含む溶液中に、透明絶縁基板上に透明導電性膜を形成した電極を配置し、該電極に紫外線を照射して光反応を生じさせ、前記化合物半導体層を電極上に形成するものである。「Japan Journal Applied Physics」 vol.36,L1146, 1997年、を参照できる。
前記複合体酸化物半導体ナノ多孔質層は、上記方法により形成した酸化物半導体ナノ多孔質層上にさらにゾルゲル法により酸化物半導体ナノ多孔質層を形成し、複合化する方法、又は2種類の酸化物半導体粒子を混合したペーストを電極上に塗布する方法、などが挙げられる。
エレクトロクロミック色素(EC色素)は、前記半導体ナノ多孔質層の表面及び内部の微細孔に担持されると共に、必要に応じて、電解質層中に溶解乃至分散された状態で含有されることが好ましい。EC色素としては、電気化学的な酸化反応及び還元反応の少なくとも一方により黒色に発色又は消色する作用を示す限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、有機系色素、金属錯体系色素などが好適に挙げられ、好ましくは有機系色素である。これらEC色素は、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
従って、EC色素が、半導体ナノ多孔質層に含まれるとは、半導体ナノ多孔質層の表面にEC色素が塗布されている場合も含む趣旨である。
もちろん、本発明のEC色素は、必ずしも半導体ナノ多孔質層に含める必要はなく、本発明の趣旨を逸脱しない限り、他の層に含めてもよいことは上述のとおりである。
電荷移動剤は、前記EC色素と同様に、半導体ナノ多孔質層の表面及び内部の微細孔に担持され、電解質層又は半導体ナノ多孔質層中に溶解ないし分散された状態で含有されることが好ましい。なお、電荷移動剤の半導体ナノ多孔質層への担持はEC色素と同様の方法で行うことができる。前記電荷移動剤とEC色素とを併用することにより、両者の同時発色による加色効果、両者の相互作用にして酸化還元反応がスムーズに進行し、発色効率がより向上する。
前記電解質層は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、EC色素及び/又は電荷移動剤を含有することが好ましく、EC色素及び電荷移動剤としては、上述したものの中から適宜選択して用いることができるが、半導体ナノ多孔質層に担持させたEC色素や電荷移動剤と同じものが好ましい。前記電解質層の形態としては、(1)液体、(2)固体、(3)ゲル状のいずれであっても構わない。
前記支持電解質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、無機電解質であってもよいし、有機電解質であってもよい。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよく、また、市販品であってもよく、適宜合成しても構わない。
前記マトリックス材としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ヘテロ原子を有する高分子化合物、などが挙げられる。
本発明に用いられる基板としては、プラスチック基板、ガラス基板、紙、金属基板などが用いられるが、構成単位を積層してなるため透明基板であることが好ましく、透明なプラスチック基板又はガラス基板が好適である。特に本発明では、基板上にTFTを作製するため、耐熱の観点からガラス基板がより好適である。
前記プラスチック基板としては、たとえば、トリアセチルセルロース(TAC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、シンジオタクチックポリスチレンン(SPS)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート(PAr)、ポリスルフォン(PSF)、ポリエステルスルフォン(PES)、ポリエーテルイミド(PEI)、環状ポリオレフィン、ポリイミド(PI)などが挙げられる。好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)である。
さらに基板のヘイズは3%以下であることが好ましく、より好ましくは2%以下、さらに好ましくは1%以下、全光透過率は70%以上が好ましく、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上である。ヘイズは、ヘイズメーター(例えば、日本電色工業製)によって測定され、全光透過率は、可視・紫外吸収スペクトロスコピーによって測定される。
以下では、本発明のエレクトロクロミック表示素子(EC表示素子)の構成について説明する。
本発明のEC表示素子は、基板上に、少なくとも1種以上のエレクトロクロミック色素と電解質とを含むエレクトロクロミック層と、少なくとも1つ以上の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなる。本発明のEC表示素子は、少なくとも上記構成単位を2つ以上有していれば、それ以外の構成単位を含んでいても良い。例えば、反射型光学素子用途の場合には、目視方向から最も遠い側に配される構成単位においては、既述のように非光透過性の電極を用いても良いし、基板も非光透過性のものであってもよい。また、電解質を含まないエレクトロクロミック層を有する構成単位を有していても良い。
特に、本発明のエレクトロクロミック表示素子は、前記構造単位を少なくとも3個積層してなり、かかる3個の構造単位に含まれるエレクトロクロミック層が、各々独立にイエロー、シアン、又はマゼンタのエレクトロクロミック色素を含有してなるカラー画像を表示するものであることが好ましい。このように上記構造単位を垂直方向に積層する表示素子の場合、カラー画像を表現する方法は印刷物の網点と同様の原理である。イエロー、シアン、又はマゼンタの積層順は、目視方向手前から、マゼンタ、イエロー、シアンであることが好ましい。
図2のEC表示素子では、基板301表面に対向電極(透明電極)321が設けられ、更に対向電極(透明電極)321表面に半導体ナノ多孔質層341が設けられる。基板303表面に、画素電極(透明電極)361と薄膜トランジスタ(TFT)10とが画素毎に、配置され、画素電極(透明電極)361は、マトリックス状に配置される。画素電極(透明電極)361又は薄膜トランジスタ(TFT)10と、半導体ナノ多孔質層341との間に、電解質層381を介在させる。電解質層381には、エレクトロクロミック層の厚みを制御するため、図示しないスペーサーや支柱(樹脂構造物)を設けてもよい。スペーサーや樹脂構造物は公知のものを適宜選択して適用することができる。対向電極(透明電極)321と画素電極(透明電極)361との間の距離は、0.01mm〜1mmであることが好ましく、0.1mm〜0.5mmであることがより好ましい。0.01mmよりも狭いと、通電しやすくなるため表示性能が悪化しやすくなり、1mmよりも広いと、駆動電圧が上がってしまう。
本発明のEC表示素子は、構成単位ごとにTFTを有するため、垂直方向に対してコンタクトホール等での電気的な接続を行う必要が無く、製造が簡易である。
なお、図1及び図2では半導体ナノ多孔質層34が単層の場合で示しているが、2層構造或いは多層構造の半導体ナノ多孔質層34を設けてもよい。
また、同一画素における薄膜トランジスタの位置が、目視方向から見て重なるような位置で示しているが、薄膜トランジスタの位置はそれぞれずらしてもよい。前述のように薄膜トランジスタは透明ではあるが、薄膜トランジスタが形成されていない部分に比べて、薄膜トランジスタが形成されている部分における光の透過率は低くなりやすく、また薄膜トランジスタの高さの分だけEC層の厚さが薄くなるため、発色した濃度も低くなりやすい。そこで、同一画素の薄膜トランジスタの位置をずらすことで、同じ画素の薄膜トランジスタが互いに重なる位置に配置されている場合に比べて、表示画面の明るさのむらを抑制することができる。
さらに、図1では散乱白色反射層50を設けているが、散乱白色反射層50を設けず、目視側から最も遠い基板307を光反射性を有する白色基板としてもよい。また、散乱白色反射層50を設けた上で、基板307を光反射性を有する白色基板としてもよい。
エレクトロクロミック素子には、アクティブマトリクス駆動を行うために、各画素に対してそれぞれ画素電極(透明電極)36がマトリクス状に配置されている。また、各画素電極36に電圧印加するために、薄膜トランジスタTFT10と、薄膜トランジスタ10を駆動するためのゲート線72とソース線74とが形成されている。
更に、薄膜トランジスタ10の半導体活性層として、ホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)m薄膜を用いると、ゲートと活性層の界面に欠陥が介在しにくく、ゲートリーク電流が少なくなり、安定したアクティブマトリクス駆動を行うことができる。また、ホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)mのバンドギャップエネルギーは3.3eVより大きいので、400nm以上の波長である可視光に対して透明であり、可視光による光誘起電流の発生がなくなる。その結果、可視光が入射しても薄膜トランジスタ10は誤動作しないため、ブラックマトリクスマスク等の遮光層を薄膜トランジスタ10上に設ける必要がなくなり、開口率の向上を達成でき、明るい表示を行うことができる。さらに、ホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)m薄膜は、室温付近では良質な絶縁体であることから、ノーマリーオフ作動で、スイッチング特性が良好となり、1000℃程度の高温まで安定であり、電子キャリア移動度はアモルファスシリコンに比較して10倍以上大きいため、高速動作することが期待できる。
本発明のEC表示素子は、各種分野において好適に使用することができ、例えば、ECD(Electrochromic Display)、大型表示板、防眩ミラー、調光ガラス等の調光素子、タッチパネル式キースイッチ等の低電圧駆動素子、絞り装置、光スイッチ、光メモリー、電子ペーパー、電子アルバムなどに好適に使用することができる。
図2に示す反射型表示素子を作製した。作製方法の詳細を述べる。
厚さ1mmのガラス基板(コーニング社製、商品名コーニング1737)に導電性二酸化スズを蒸着により付設して、支持体を作製した。
1)半導体粒子の調製
C.J.BarbeらのJ.Am.Ceramic Soc.80巻,p3157の論文に記載の製造方法に従い、チタン原料にチタニウムテトライソプロポキシドを用い、オートクレーブ中での重合反応の温度を230℃に設定して二酸化チタン濃度11質量%のアナターゼ型二酸化チタンの分散液を合成した。得られた二酸化チタン粒子の一次粒子のサイズは10〜30nmであった。得られた分散液を、超遠心分離機にかけて、粒子を分離し、凝集物を乾燥した後、メノウ乳鉢上で粉砕して白色粉末とした。
水とアセトニトリルの容量比4:1からなる混合溶媒に、上記1)の半導体微粒子を溶媒100mlあたり32gの濃度で添加し、自転/公転併用式のミキシングコンディショナーを使って均一に分散、混合し、多孔質半導体微粒子層塗布液を得た。この結果、得られた白色の分散液は500〜1500P(=50〜150N・s/m2)の高粘度のペースト状となり、このまま塗布に用いるのに適した液物性を有していることがわかった。
上記導電性二酸化スズ膜が被覆された支持体に、アプリケータを使って40〜70μmの均一な液厚みで上記多孔質半導体微粒子層塗布液を塗布し、塗布層を室温下でおよそ1時間乾燥させた。さらに、塗布層を120℃のもとで30分間乾燥した後に、100Wの水銀灯紫外線光源のUV光に30分間露光して、後処理を行った。このようにして多孔質半導体微粒子層を作製した。
次いで、上記2)で作製した多孔質半導体微粒子層に、EC色素として、各々0.02Mの2−{2−〔4−(ジメチルアミノ)フェニル〕エテニル}−3,3−ジメチル−5−ホスホノインドリノ〔2,1−b〕オキサゾリンを含むアセトニトリル溶液に浸漬させ、色素吸着処理を行い、イエロー色を発色するパーツ1を作製した。パーツ1と同様にして、但しEC色素をそれぞれ、0.02Mの2−{2−〔4−(ジメチルアミノ)フェニル〕−1,3−ブタジエニル}−3,3−ジメチル−5−カルボキシルインドリノ〔2,1−b〕オキサゾリン、又は0.02Mの2−{2−〔4−(メトキシ)フェニル〕−1,3,5−ヘキサトリエニル}−3,3−ジメチル−5−ホスホノインドリノ〔2,1−b〕に変えて、マゼンタ色を発色するパーツ2及びシアン色を発色するパーツ3を作製した。
(単結晶InGaO3(ZnO)5薄膜の作製)
ガラス基板上にマスクを通してPLD法により厚み2nmのパターン化されたZnO薄膜を基板温度700度でエピタキシャル成長させた。次に、基板温度を室温まで冷却し、該ZnOエピタキシャル薄膜上にPLD法により、厚み150nmの多結晶InGaO3(ZnO)5薄膜を堆積させた。こうして作製した二層膜を大気中に取り出し、電気炉を用いて、大気中、1400度、30min加熱拡散処理した後、室温まで冷却した。
フォトリソグラフィー法により、トップゲート型MISFET素子を作製した。ソースとドレイン電極及びゲート絶縁膜にはITO及びアモルファスAl2O3をそれぞれ用いた。チャネル長及びチャネル幅はそれぞれ0.05mm及び0.2mmとした。
上記透明トランジスタの上部に絶縁膜としてポリイミド膜(厚み10μm、日産化学製)を塗布により設置した。
上記パーツ1〜3のEC層側と上記透明トランジスタが付設された電極基板とを3対、イエロー、マゼンタ、シアンの順に重ねることでEC表示素子を組立てた。ここで、各電極間の距離は0.2mmとした。電解質液として、0.2Mのテトラブチルアンモニウムパークロレートのプロピレンカーボネート溶液を用いた。なお、作製した一対の電極の大きさはいずれも5mm×5mmとした。得られたEC表示素子における一対の電極をリード線で結線(陽極に色素結合電極、陰極に透明トランジスタ電極基板)して表示装置を作製した。
この表示装置において、マゼンタ発色構造単位(パーツ2)に対して室温で3Vの電圧を印加したところ、陽極においてスチリル誘導体が酸化されて、無色からマゼンタに変った。次に、シアン発色構造単位(パーツ3)に対して室温で3Vの電圧を印加したところ、陽極においてスチリル誘導体が酸化されて、無色からシアンに変った。また、イエロー発色構造単位(パーツ1)に対して室温で3Vの電圧を印加したところ、陽極においてスチリル誘導体が酸化されて、無色からイエローに変った。
なお、得られた素子の開口率は95%、反射率は60%であり、非常に明るい表示を行うことが可能であった。
実施例1において、InGaO3(ZnO)5薄膜を有する透明な薄膜トランジスタを用いたところを、以下の透明でないトランジスタに変更した以外は同様にして比較のエレクトロクロミック表示素子を作製した。
半導体活性層はモルファスシリコンを蒸着させることで作製し、薄膜トランジスタの上部にはカーボンブラックを用いたブラックマトリックスを付設した。
実施例1において、酸化チタン多孔質半導体微粒子層のかわりに、下記のZnO/SnO2混合多孔質半導体微粒子層を用いた以外は、実施例1と同様にしてEC表示素子を作製した。
15質量%SnO2コロイド水溶液(粒径15nm)1.5mlに酢酸0.3mlを滴下し、乳鉢でよく混合したゲル状溶液にZnO粉末(粒径0.2μm)0.3g、メタノール20mlを少しづつ加えてよく混合した。さらに、TritonX−100の0.2mlを加えてよく混合し、これを0.5×0.5cm2にマスクした2枚のフッ素ドープ型酸化スズ導電性膜ガラス(FTO)電極にホットプレート(100〜120℃)上で噴霧塗布し、550℃で焼成してZnO/SnO2混合多孔質膜電極を形成した。膜の微細構造をSEM観察により調べたところ、ZnOとSnO2粒子は別々に凝集しているのではなく、粒子径の大きなZnOを中心に周囲を取り囲むようにSnO2微粒子が付着していた。この焼成物膜(透明伝導性膜)の比表面積は100g/cm2であった。なお、比表面積は、BET表面積測定装置(ミツワ理化学工業製、マルチソープ12)を用い、液体窒素温度で窒素ガスを吸着させる方法により行った。
得られたEC表示素子について、実施例1と同様の表示性能の評価を行ったところ、到達透過率となるまでの応答速度はいずれの場合も80msecであった。また、電圧をかけるのを止めても発色は600秒以上も続いた。また、発色−消色を1万回繰り返しても発色時の色の濃さも、消色時の透明度もほとんど変わらなかった。
12 半導体活性層
301,303,305,307 基板
34,341,343,345 半導体ナノ多孔質層
36,361,363,365 画素電極
38,381,383,385 電解質層
40,401,403,405 構成単位
60 エレクトロクロミック色素(EC色素)
Claims (9)
- 基板上に、少なくとも1種以上のエレクトロクロミック色素と電解質とを含むエレクトロクロミック層と、少なくとも1個以上の透明な薄膜トランジスタと、マトリクス状に配置された透明な画素電極と、透明な対向電極と、を有してなる構造単位を複数個積層してなることを特徴とするエレクトロクロミック表示素子。
- 前記構造単位を少なくとも3個積層してなり、3個の構造単位に含まれるエレクトロクロミック層が、各々独立にイエロー、シアン、又はマゼンタのエレクトロクロミック色素を含有してなることを特徴とする請求項1に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記対向電極の表面に、前記エレクトロクロミック層の1つとして半導体ナノ多孔質層を有してなることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記エレクトロクロミック色素が、電気化学的な酸化反応及び還元反応の少なくとも一方により可逆的に発色又は消色するものであり、該エレクトロクロミック色素が前記半導体ナノ多孔質層に担持されてなり、
且つ、前記半導体ナノ多孔質層と前記画素電極との間に電解質層を有してなることを特徴とする請求項3に記載のエレクトロクロミック表示素子。 - 前記電解質層が、電荷移動剤を含有してなることを特徴とする請求項4に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記半導体ナノ多孔質層が半導体微粒子を含み、該半導体微粒子が単体半導体、酸化物半導体、化合物半導体、有機半導体、複合体酸化物半導体及びこれらの混合物からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記半導体微粒子が、SnO2−ZnO、Nb2O5−SrTiO3、Nb2O5−Ta2O5、Nb2O5−ZrO2、Nb2O5−TiO2、Ti−SnO2、Zr−SnO2、In−SnO2及びBi−SnO2からなる群より選択される少なくとも一種の複合体酸化物半導体であることを特徴とする請求項6に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記エレクトロクロミック色素が、有機化合物及び金属錯体からなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック表示素子。
- 前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m(Mは、In,Fe,Ga,又はAlを表し、mは、1以上50未満のいずれかの整数を表す。)薄膜を有することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック表示素子。
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