JP2015172666A - エレクトロクロミック素子および表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を有するエレクトロクロミック素子および表示装置を提供する。【解決手段】作用電極シート、対極シート、エレクトロクロミック化合物および電解質を含むエレクトロクロミック素子であって、前記作用電極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。【選択図】図１

Description

本発明は、エレクトロクロミック素子および表示装置に関する。

近年、携帯情報端末や高度情報通信網などの発達に伴い、薄型かつ軽量で、携帯性に優れた表示装置の開発に注目が集まっている。なかでも、電界により光学的吸収特性や光学的反射特性を変化させて像表示を行い、紙と同様なフレキシビリティと電子情報を容易に書き換えることが可能な機能を有する表示装置、いわゆる電子ペーパー、ペーパーライクディスプレイ、デジタルペーパーなどと呼ばれる表示装置への期待が高まっている。

例えば特許文献１には、ポリオレフィン系材料からなる樹脂シート状基板上にＩＴＯを作用電極として蒸着したフィルムを用いたフレキシブルなシート型表示装置が記載されている。特許文献１のシート型表示装置は、銀等の酸化と還元を利用したエレクトロクロミック作用により、発色と消色が行われている。

特開２００４−３３３９４０号公報

特許文献１に記載のシート型表示装置では、表面にＩＴＯ膜が蒸着された樹脂シート状基板が用いられている。ＩＴＯ膜は、低温で蒸着され、パターニングされている。このため、特許文献１に記載のシート型表示装置は、樹脂シート状基板の耐熱性が低く、低温で蒸着されたＩＴＯ膜は電気抵抗が高くなりやすい。また、シート型表示装置に含まれる電解質に対する樹脂シート状基板の耐性もあまり高くないため、樹脂シート状基板が経時的に劣化し、その結果、パターニングされたＩＴＯ膜が樹脂シート状基板から剥がれやすくなり、ＩＴＯ膜の電気抵抗が経時的に高くなりやすい。従って、特許文献１に記載のシート型表示装置には、信頼性が低いという問題がある。

本発明の主な目的は、高い信頼性を有するエレクトロクロミック素子および表示装置を提供することにある。

本発明のエレクトロクロミック素子は、作用電極シート、対極シート、エレクトロクロミック化合物および電解質を含むエレクトロクロミック素子であって、前記作用電極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備えることを特徴とする。

本発明のエレクトロクロミック素子は、前記対極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備えることが好ましい。

本発明のエレクトロクロミック素子では、前記ガラスシートが、無アルカリガラスシートであることが好ましい。

本発明のエレクトロクロミック素子では、前記ガラスシートが、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ３〜１５％及びＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜１８％を含有することが好ましい。

本発明のエレクトロクロミック素子では、前記透明導電性酸化物膜が、ＩＴＯ膜であることが好ましい。

本発明のエレクトロクロミック素子では、前記ＩＴＯ膜が、結晶性ＩＴＯ膜であることが好ましい。

本発明の表示装置は、前記いずれかに記載のエレクトロクロミック素子を含むことを特徴とする。

本発明によれば、高い信頼性を有するエレクトロクロミック素子および表示装置を提供することができる。

本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック素子の模式的断面図である。 実施例１において形成した作用電極シートのＸＲＤチャートである。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

図１は、本実施形態に係るエレクトロクロミック素子の模式的断面図である。なお、このエレクトロクロミック素子の表示は図１中の矢印方向から観察することになる。

図１に示されるように、エレクトロクロミック素子１は、作用電極シート１０を有する。作用電極シート１０は、シート状基板１０ａと、作用電極１０ｂとを備えている。作用電極シート１０の下方には、対極シート１１が配されている。対極シート１１は、シート状基板１１ａと、対極１１ｂとを備えている。対極シート１１は、対極１１ｂが作用電極１０ｂに対向するように配されている。作用電極シート１０の周縁部と、対極シート１１の周縁部とは、封止部１２によって封止されている。作用電極１０ｂと対極１１ｂとの間には、エレクトロクロミック化合物を含むエレクトロクロミック層１３と電解質１４が配されている。

本実施形態では、シート状基板１０ａは、厚み２００μｍ以下のガラスシートにより構成されている。ガラスシートは、電解質に対する耐性が高い。また、ガラスシートの厚みが２００μｍ以下であるため、エレクトロクロミック素子のフレキシブル化が可能となる。ガラスシートの厚みは、１５０μｍ以下であることが好ましく、１００μｍ以下であることがより好ましい。

ガラスシートの組成は、特に限定されない。ガラスシートは、例えば、アルカリ金属を含んでいてもよいが、無アルカリガラスシートからなることが好ましい。なかでも、ガラスシートが、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ３〜１５％及びＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜１８％を含有する無アルカリガラスシートからなることがより好ましい。このような組成を有するガラスとしては、例えば、日本電気硝子株式会社社製ガラスシート（ＯＡ−１０Ｇ）等が挙げられる。

ここで、「無アルカリガラスシート」とは、アルカリ金属を実質的に含まないガラスシートのことをいう。

「アルカリ金属を実質的に含まない」とは、アルカリ金属を意図的に添加していないことを意味する。従って、無アルカリガラスシートは、不可避不純物としてのアルカリ金属を含み得る。通常、無アルカリガラスシートにおいて、アルカリ金属の含有量は、０．２質量％以下である。

作用電極１０ｂは、透明導電性酸化物膜により構成されている。具体的には、作用電極１０ｂは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）、ガリウム亜鉛酸化物（ＧＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）膜またはアンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）膜が挙げられる。なかでも、作用電極１０ｂの抵抗率を低くする観点から、作用電極１０ｂが、ＩＴＯ膜であることが好ましく、結晶性ＩＴＯ膜であることがより好ましい。ここで、「インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）膜」とは、インジウムスズ酸化物を主成分とする膜をいう。インジウムスズ酸化物は、具体的には、スズがドープされたインジウム酸化物である。

ここで、「結晶性ＩＴＯ膜」とは、ＸＲＤ（Ｘ‐ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）チャートにおいて結晶性回折ピークを有するＩＴＯ膜のことをいい、具体的には、空間群Ｉａ−３に属する立方晶系結晶に帰属される結晶性回折ピークを有するＩＴＯ膜のことをいう。

結晶性ＩＴＯ膜は、例えば、スパッタリング法や化学気相蒸着（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＣＶＤ）法等により、ガラスシートを１５０℃以上といった高温で保持して、形成することができる。結晶性ＩＴＯ膜の形成温度は、２００℃以上であることがより好ましく、２５０℃以上であることがさらに好ましい。

作用電極１０ｂの厚みは、特に限定されない。作用電極１０ｂの厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすることができる。

作用電極１０ｂのシート抵抗は、２００Ω／□以下であることが好ましく、１００μΩ／□以下であることがより好ましい。同様に、作用電極１０ｂの抵抗率は、２５０Ωｃｍ以下であることが好ましく、２００μΩｃｍ以下であることがより好ましい。

シート状基板１１ａは、金属シートまたは厚み２００μｍ以下のガラスシートにより構成されている。ガラスシートは、シート状基板１０ａと同じものを使用してもよい。シート状基板１１ａの厚みは、２００μｍ以下であることが好ましく、１５０μｍ以下であることがより好ましく、１００μｍ以下であることがさらに好ましい。

対極１１ｂは、金属膜または透明導電性酸化物膜により構成されている。金属膜は、具体的には、Ａｇ膜、Ａｕ膜、Ｐｔ膜、Ａｌ膜またはＣｕ膜が挙げられる。透明導電性酸化物膜は、作用電極１０ｂと同様のものが挙げられる。対極１１ｂの厚みは、特に限定されない。作用電極１０ｂの厚みは、例えば、１０ｎｍ〜３００ｎｍ程度とすることができる。対極１１ｂのシート抵抗は、２００Ω／□以下であることが好ましく、１００Ω／□以下であることがより好ましい。同様に、対極１１ｂの抵抗率は、２５０μΩｃｍ以下であることが好ましく、２００μΩｃｍ以下であることがより好ましい。

エレクトロクロミック層１３に含まれるエレクトロクロミック化合物は、作用電極１０ｂと対極１１ｂとの間に印加される電圧が変化したときに、発色したり、消色したり、色調が変化したりする化合物であれば、周知のものを使用することができる。

電解質１４は、電子伝導性が低く、イオン伝導性が高いものであれば、周知のものを使用することができる。

本発明の表示装置は、前記いずれかに記載のエレクトロクロミック素子を含むことを特徴とする。長期の使用に対して、輝度や色調が変化しにくく、信頼性に優れる。

以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

（実施例１）
厚みが１００μｍである、１００ｍｍ×３００ｍｍのガラスシート（日本電気硝子株式会社社製ＯＡ−１０Ｇ）の一主面の上に、スパッタリング法により、以下の条件で膜厚が１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成して、作用電極シート及び対極シートを得た。

成膜チャンバの圧力：０．７Ｐａ
成膜時のガラスシートの保持温度：２５０℃
図２に、実施例１において形成した作用電極シートのＸＲＤチャートを示す。図２に示されるＸＲＤチャートから、空間群Ｉａ−３に属する立方晶系結晶に帰属される結晶性回折ピークが確認された。したがって、実施例１において形成したＩＴＯ膜は、結晶性ＩＴＯ膜であることが分かる。

実施例１において形成したＩＴＯ膜のシート抵抗は９．６Ω／□であり、抵抗率は１４４Ωｃｍであった。

実施例１において形成した作用電極シートおよび対極シートを用いて、エレクトロクロミック素子を作製した。得られたエレクトロクロミック素子を、１週間、所定の電圧を印加し続けたあと、エレクトロクロミック素子を分解し、作用電極シートのＩＴＯ膜のシート抵抗を測ると、９．８Ω／□とほとんど変わらなかった。

（比較例１）
厚みが１００μｍである、１００ｍｍ×３００ｍｍのポリカーボネートシートの一主面の上に、スパッタリング法により、以下の条件で膜厚が１５０ｎｍのＩＴＯ膜を形成して、作用電極シート及び対極シートを得た。

成膜チャンバの圧力：０．７Ｐａ
成膜時のポリカーボネートシートの保持温度：２５℃
作用電極シートのＸＲＤ測定を行ったところ、結晶性の回折ピークが確認されず、比較例１において形成したＩＴＯ膜は、アモルファスＩＴＯ膜であることが分かる。

比較例１において形成したＩＴＯ膜のシート抵抗は３０Ω／□であり、抵抗率は４５０Ωｃｍであった。

比較例１において形成した作用電極シートおよび対極シートを用いて、エレクトロクロミック素子を作製した。得られたエレクトロクロミック素子を、１週間、所定の電圧を印加し続けたあと、エレクトロクロミック素子を分解し、作用電極シートのＩＴＯ膜のシート抵抗を測ると、３６Ω／□と高くなった。

以上より、作用電極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備えることにより、高い信頼性を有するエレクトロクロミック素子および表示装置を提供するができる。

１：エレクトロクロミック素子
１０：作用電極シート
１０ａ：シート状基板
１０ｂ：作用電極
１１：対極シート
１１ａ：シート状基板
１１ｂ：対極
１２：封止部
１３：エレクトロクロミック層
１４：電解質

Claims (7)

1. 作用電極シート、対極シート、エレクトロクロミック化合物および電解質を含むエレクトロクロミック素子であって、
   前記作用電極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
2. 前記対極シートが、厚み２００μｍ以下のガラスシートと、前記ガラスシートの上に成膜された透明導電性酸化物膜を備え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素子。
3. 前記ガラスシートが、無アルカリガラスシートであることを特徴とする請求項１または２に記載のエレクトロクロミック素子。
4. 前記ガラスシートが、質量％で、ＳｉＯ_２ ５０〜７０％、Ａｌ_２Ｏ_３ １０〜２０％、Ｂ_２Ｏ_３ ３〜１５％及びＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ １０〜１８％を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
5. 前記透明導電性酸化物膜が、ＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子。
6. 前記ＩＴＯ膜が、結晶性ＩＴＯ膜であることを特徴とする請求項５に記載のエレクトロクロミック素子。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載のエレクトロクロミック素子を含むことを特徴とする表示装置。