JP2623595B2 - Electrochromic device - Google Patents

Electrochromic device

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JP2623595B2
JP2623595B2 JP62204786A JP20478687A JP2623595B2 JP 2623595 B2 JP2623595 B2 JP 2623595B2 JP 62204786 A JP62204786 A JP 62204786A JP 20478687 A JP20478687 A JP 20478687A JP 2623595 B2 JP2623595 B2 JP 2623595B2
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、ガラス等の透明基体上に設けた透明電極
と、この透明電極に相対して設けられる対向電極板との
間にエレクトロクロミック現象を示現する発色部を備え
た、例えば表示装置などに好適なエレクトロクロミック
デバイスに関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention shows an electrochromic phenomenon between a transparent electrode provided on a transparent substrate such as glass and a counter electrode plate provided opposite to the transparent electrode. The present invention relates to an electrochromic device having a color developing section suitable for, for example, a display device.

従来の技術 硫酸や過塩素酸リチウム/プロピレンカーボネートな
どの液体電解質を用いたエレクトロクロミックディスプ
レイデバイス(Electro−chromic Disply Device以下EC
Dと略すが、特にデイスプレイデバイスに限定されるも
のでなくこの種のデバイスは光シャッターやアクティブ
カラーフィルム等にも使用されるのでこれらを含んでEC
Dと称す)は、完全な液封が必要であるとともに漏液あ
るいは電解質の凍結の懸念がある。固体電解質を用いた
全固体型ECDは使用温度範囲がより広く、高信頼性でマ
トリクス駆動も容易であり、将来的に実用上の表示素子
として期待されている。
2. Description of the Related Art Electro-chromic display devices (hereinafter referred to as ECs) using liquid electrolytes such as sulfuric acid and lithium perchlorate / propylene carbonate.
Although abbreviated as D, it is not particularly limited to display devices, and since this type of device is also used for optical shutters and active color films, etc.
D) requires complete liquid sealing, and there is a risk of leakage or freezing of the electrolyte. An all-solid-state ECD using a solid electrolyte has a wider operating temperature range, is highly reliable, can be easily driven in a matrix, and is expected to be a practical display device in the future.

全固体型ECDに用いられる固体電解質は、大別する
と、金属イオン導電体あるいはこれを樹脂中に分散した
ものを用いたもの、強誘電体膜を用いるもの,高分子系
固体電解質を用いるものの三種類あり、特に高分子系固
体電解質は、優れた成形性をもつことから従来より注目
され研究されてきた。
The solid electrolytes used in all-solid-state ECDs are roughly classified into those using metal ion conductors or their dispersion in resin, those using ferroelectric films, and those using polymer solid electrolytes. There are various types, and in particular, polymer-based solid electrolytes have been attracting attention and studied since they have excellent moldability.

既に、Nafion(登録商標:Du Pont社が開発したパーフ
ロロ・スルホン酸のポリマーイオン交換樹脂)を電解質
層として全固体型ECDが開発されている。しかし、Nafio
nは薄膜化できず(250μm)、またH+が高分子に吸着さ
れており、H+の移動に時間を要するため、応答時間が〜
1秒と悪い。また、テフロン粉末と白色顔料に電解質を
混合・加圧成形した材料(複合高分子型固体電解質)を
用いて全固体ECDを形成し、液体型と同等のコントラス
ト,応答速度が得られたと報告されている。
An all-solid-state ECD has already been developed using Nafion (registered trademark: polymer ion exchange resin of perfluorosulfonic acid developed by Du Pont) as an electrolyte layer. But Nafio
n cannot be formed into a thin film (250 μm), and H + is adsorbed by a polymer, and it takes time for H + to move.
One second is bad. It was also reported that an all-solid ECD was formed using a material obtained by mixing and pressing an electrolyte with a Teflon powder and a white pigment (composite polymer type solid electrolyte), and the contrast and response speed equivalent to those of a liquid type were obtained. ing.

一方、高分子ポリマーに無機塩および/または可塑剤
を分散させた高分子複合型固体電解質を用いたECDも検
討されている。可塑剤の添加によりイオンの移動が著し
く容易になり固体電解質として有効に働く。このタイプ
の電解質を用いた全固体型ECDは、従来の電解液タイプ
のECDと応答性(たとえば0.2秒),コントラストなど動
作特性は殆んど変わらず、優れた成型性をもっているの
で多用途に用いることが可能である。具体的にこの高分
子複合型固体電解質を用いたECDとしては、特開昭58−4
0531号公報,特開昭59−135431号公報などが提案されて
いる。ともに、コントラスト,応答性,繰返し寿命の向
上が図られている。
On the other hand, ECD using a polymer composite solid electrolyte in which an inorganic salt and / or a plasticizer is dispersed in a polymer is also being studied. The addition of the plasticizer greatly facilitates the transfer of ions and effectively works as a solid electrolyte. The all-solid-state ECD using this type of electrolyte has almost no change in response characteristics (for example, 0.2 seconds), contrast, and other operating characteristics, and has excellent moldability. It can be used. Specifically, ECD using this polymer composite type solid electrolyte is disclosed in JP-A-58-4.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 0531 and Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 59-135431 have been proposed. In both cases, the contrast, the responsiveness, and the repetition life are improved.

しかし、上記のECDのすべては、発色を呈する発色層
と,これにe-やH+又はイオンを注入する電解質層とが分
離したいわゆる二層構造のもので、発色層と電解質層と
の接触面積が限られるため、イオン注入効率は比較的に
引く、作用時のコントラストに限界があることが指摘さ
れている。
However, all of above ECD, the coloring layer show coloration, this e - contact or H + or a so-called two-layer structure and the electrolyte layer is separated implanting ions, with a color layer and the electrolyte layer It is pointed out that the ion implantation efficiency is relatively low due to the limited area, and the contrast during operation is limited.

他方、ECDの動作特性の向上を図ろうとする一方で、
実用性の観点から製造上の諸問題すなわち製造の容易
性,多量生産の可能性,コストなどの経済性を考慮し
て、たとえば特開昭58−30731号公報のように、有機固
体電解質フィルムを用いた例も提案されているが、二層
構造のものでは必然的に工程が複雑化し、またコスト高
を招くことから実用化が遅れている。
On the other hand, while trying to improve the operating characteristics of ECD,
From the viewpoint of practicality, in consideration of production problems, that is, easiness of production, possibility of mass production, and economical efficiency such as cost, an organic solid electrolyte film is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-30731. Although an example using the same has been proposed, the practical use of the two-layer structure is delayed because the process is inevitably complicated and the cost is increased.

発明の目的 本発明の主たる目的は、従来とは異なる、単層の発色
部を備え、イオン移動度が高くかつ長寿命のECDを提供
することである。
A main object of the present invention is to provide an ECD having a single-layer color-developing portion, which has a high ion mobility and a long life, which is different from the conventional one.

本発明の他の目的は、化学的特性のみならず物理的特
性においても、さらに耐熱・耐湿など耐環境性にも優れ
たECDを提供することである。
It is another object of the present invention to provide an ECD which is excellent not only in chemical properties but also in physical properties and also in environmental resistance such as heat resistance and moisture resistance.

本発明のその他の目的は、ECDの製造上、その工程を
簡易化できるようにすることである。
Another object of the present invention is to make it possible to simplify the steps of ECD production.

発明の概要 上記の目的を達成するため、本発明は、透明基体上に
設けた透明電極と、この透明電極に相対して設けられる
対向電極との間にエレクトロクロミック現象を示現する
発色部を備えたエレクトロクロミックデバイスにおい
て、前記発色部が、固体電解質と有機化合物を原料とす
るプラズマ重合膜からなり、前記固体電解質はアルカリ
金属と電気陰性度の大きい元素を組成とする化合物であ
り、前記プラズマ重合膜を構成する炭素の構造において
は不飽和結合をもつ炭素の数と飽和結合をもつ炭素の数
との比が1:1.4ないし1:0.25であることを基本的な特徴
としている 前記電気陰性度が大きい元素は、F,O,N,Cl,Sあるいは
これらを含んで構成される有機極性基などであり、アル
カリ金属イオンたとえばLi+,Na+,K+などを静電気的に引
き寄せるものである。また、この電気陰性度の大きい元
素は、プラズマ重合膜中で基を構成するもの(たとえば
エーテル基の酸素など)でよい。
SUMMARY OF THE INVENTION To achieve the above object, the present invention comprises a transparent electrode provided on a transparent substrate, and a color-forming portion exhibiting an electrochromic phenomenon between a counter electrode provided opposite to the transparent electrode. In the electrochromic device, the color-forming portion comprises a solid electrolyte and a plasma polymerized film using an organic compound as a raw material, and the solid electrolyte is a compound having a composition of an alkali metal and an element having a large electronegativity, and the plasma polymerization In the structure of carbon constituting the film, the ratio of the number of carbons having an unsaturated bond to the number of carbons having a saturated bond is basically 1: 1.4 to 1: 0.25. element is large, F, O, N, Cl, and the like organic polar group configured to include S or these, attract alkali metal ions such Li +, Na +, K +, etc. electrostatically Than it is. The element having a high electronegativity may be one that forms a group in the plasma polymerized film (for example, oxygen of an ether group).

上記の構造のECDは、EC発色部と透明電極,その他の
電極とが共に真空系内で形成できるので、ECDを同一の
装置系において製造でき、液体系のように製造装置系が
複数に分散し(例えば電解液の封止などの工程)複雑な
工程を減るということがない。
In the ECD with the above structure, the EC coloring part, the transparent electrode, and other electrodes can both be formed in a vacuum system, so that the ECD can be manufactured in the same equipment system, and the manufacturing equipment systems are dispersed into multiple units like liquid systems. In addition, the number of complicated steps is not reduced (for example, a step of sealing an electrolytic solution).

実施例 以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。Examples Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples.

第1図は一実施例に係るECDの作製装置の概要を示し
ている。図において、(1)はベースプレートで、この
ベースプレート(1)上にベルジャー(2)を気密に設
け、ベルジャー(2)内の空気を図示しない真空ポンプ
で排気し、真空度は図示しない真空計で測定する。
FIG. 1 shows an outline of an ECD manufacturing apparatus according to one embodiment. In the figure, (1) is a base plate, a bell jar (2) is provided on this base plate (1) in an airtight manner, and the air in the bell jar (2) is exhausted by a vacuum pump (not shown). Measure.

ECD用の基板(3)が載置される基板ホルダー(4)
は、その支持ロッド(4a)がベースプレート(1)に対
し摺動自在に嵌合して上下動可能で、基板(3)の置く
上下の位置を可変しうる構成である。また、基板ホルダ
ー(4)には、基板加熱用のヒータ(5)が装備されて
おり、必要な場合において温度調節用の外部制御回路を
作動させて基板(3)の温度を一定に保つことができ
る。基板(3)の温度を検出する温度センサは、基板ホ
ルダー(4)の所定箇所に設けられている。さらに、基
板(3)の冷却を必要とする場合を考慮して、基板ホル
ダー(4)に図示しない水冷装置を付属させている。
Substrate holder (4) on which ECD substrate (3) is placed
Has a structure in which the support rod (4a) is slidably fitted to the base plate (1) and can move up and down, so that the vertical position of the substrate (3) can be changed. The substrate holder (4) is equipped with a heater (5) for heating the substrate, and operates a temperature control external control circuit to keep the temperature of the substrate (3) constant when necessary. Can be. A temperature sensor for detecting the temperature of the substrate (3) is provided at a predetermined position of the substrate holder (4). Furthermore, in consideration of the case where the substrate (3) needs to be cooled, a water cooling device (not shown) is attached to the substrate holder (4).

ベルジャー(2)上部小径部には、RF電源(6)に接
続された高周波コイル(7)が設けられ、この高周波コ
イル(7)は電磁誘導により導入ガスをプラズマ化す
る。なお、高周波コイル(7)には冷却水が循環するパ
イプを付帯させている。
A high-frequency coil (7) connected to an RF power supply (6) is provided at the upper small-diameter portion of the bell jar (2), and the high-frequency coil (7) turns the introduced gas into plasma by electromagnetic induction. The high-frequency coil (7) is provided with a pipe through which cooling water circulates.

ベルジャー(2)の頂部に開口したガス導入口(8)
にはキャリアガスを導入する。高周波コイル(7)の下
方に開口した三つのガス導入口(9),(10),(11)
には、基板(3)に形成すべき膜材料の原料ガスを導入
する。このソースは気体,液体,固体のいずれでもよく
(いわゆるモノマー材料やメタン列の炭化水素をさ
す)、液体,固体の場合は、温調器で温調をかけて減圧
下へベーパライズし、ガス状にして導入すればよい。本
例では、第1,第2の原料ガス導入口(9),(10)に、
形成膜の主たる成分ガスを導入でき、第3の原料ガス導
入口(11)には、ブレント用ガスを導入する。もちろ
ん、この導入口から酸素を含んでいるモノマーガスを導
入してもかまわない。なお、第3のガス導入口(11)は
本図においては筒状のパイプの先端がベルジャー(1)
の中心部に位置しているが如く示されているが、これは
説明の便宜のためであって実際には紙面と直交する方向
に開口している。このような方向から導入するほうがガ
スをよくミキシングできムラを生じにくい。また、上記
のように三つの原料ガス導入口(9),(10),(11)
を設けているのは、放電電極すなわち高周波コイル
(7)と原料ガスの導入部との間の距離を可変できるよ
うにし、これによりフリーラジカルや活性種,イオンの
寿命を制御して、膜製造(膜質)を変化させようとする
ものである。すなわち、基板上に堆積するスピーシズの
種類が選択可能でこれにより、膜の組成・構造を変え、
膜の性質を変えられる。同様な趣旨により、ラジカルの
基板(3)への到達数を可変できるように、基板ホルダ
ー(4)を上下動可能に構成している。したがって、こ
の両者を組合わせることが、膜質を最適化できるという
好ましい可能性を示唆する。
Gas inlet (8) opened at the top of the bell jar (2)
, A carrier gas is introduced. Three gas inlets (9), (10), and (11) opened below the high-frequency coil (7)
, A source gas of a film material to be formed on the substrate (3) is introduced. This source may be a gas, liquid, or solid (so-called monomeric material or hydrocarbons in the methane series). In the case of liquid or solid, the temperature is adjusted with a temperature controller and vaporized under reduced pressure to obtain a gaseous state. It is sufficient to introduce it. In this example, the first and second source gas inlets (9) and (10)
A main component gas of the formed film can be introduced, and a Brent gas is introduced into the third source gas inlet (11). Of course, a monomer gas containing oxygen may be introduced from this inlet. The third gas inlet (11) has a bell jar (1) as shown in FIG.
Although it is shown as though it is located at the center of the drawing, this is for convenience of explanation, and is actually opened in a direction perpendicular to the paper surface. When the gas is introduced from such a direction, the gas can be mixed well and unevenness is less likely to occur. Also, as described above, the three source gas inlets (9), (10), (11)
Is provided so that the distance between the discharge electrode, that is, the high-frequency coil (7), and the introduction portion of the source gas can be varied, thereby controlling the lifetime of free radicals, active species, and ions, and producing a film. (Film quality). That is, the type of species deposited on the substrate can be selected, thereby changing the composition and structure of the film,
The properties of the film can be changed. For the same purpose, the substrate holder (4) is configured to be vertically movable so that the number of radicals reaching the substrate (3) can be varied. Therefore, a combination of the two suggests a preferable possibility that the film quality can be optimized.

ベルジャー(2)内の、基板ホルダー(4)と最下に
位置する第3ガス導入口(11)との間に、基板ホルダー
(4)と平行にかつ所定間隔をおいて、金属製の二板の
メッシュ電極(12),(13)が設けられている。上側の
メッシュ電極(12)にはDC電圧+Vbを印加でき、下側の
メッシュ(13)はアース電位もしくは−VbのDC電圧を印
加できる構成である。このメッシュ電極(12),(13)
は、プラズマ中の電子及び荷電粒子を捕獲,捕集するグ
リッドの作用をなし、プラズマ・ボンバードをなくす。
なお、グリッドとしてメッシュ電極以外に、例えば多数
の微細孔を形成した導電性フィルタなどでもよい。もっ
とも、目詰まりを生じさせないようにするにはメッシュ
電極を使用するのが最も好ましい。また、メッシュ電極
は図示の逆極性の二枚(12),(13)に限らず、捕集効
率,捕集制御等のために二枚より多く設けるようにして
もよい。更に、メッシュ電極の網目の大きさは、8mm角
以内がよく、好ましくは1〜4mm角である。8mm角より大
きくすると、メッシュ開口部から電子および荷電粒子が
もれる不都合を生じ、ラジカル(中性種)のみを基板
(3)へ到達させようとする効果が半減する。逆に、1m
m角より小さいと、荷電粒子がメッシュ孔に付着し、基
板(3)へのラジカル到達数を減少させ堆積速度を極端
に低下させる。
In the bell jar (2), between the substrate holder (4) and the third gas inlet (11) located at the bottom, a metal cylinder is provided parallel to the substrate holder (4) and at a predetermined interval. Plate mesh electrodes (12) and (13) are provided. The upper mesh electrode (12) can apply a DC voltage + Vb, and the lower mesh (13) can apply a ground potential or a -Vb DC voltage. This mesh electrode (12), (13)
Works as a grid that captures and collects electrons and charged particles in the plasma, eliminating plasma bombardment.
In addition, other than the mesh electrode, for example, a conductive filter having a large number of fine holes may be used as the grid. However, it is most preferable to use a mesh electrode to prevent clogging. Further, the number of mesh electrodes is not limited to two (12) and (13) having opposite polarities as shown in the figure, and more than two mesh electrodes may be provided for collection efficiency and collection control. Further, the size of the mesh of the mesh electrode is preferably within 8 mm square, and more preferably 1 to 4 mm square. If the size is larger than 8 mm square, there is a disadvantage that electrons and charged particles leak from the mesh openings, and the effect of allowing only radicals (neutral species) to reach the substrate (3) is reduced by half. Conversely, 1m
When the angle is smaller than the m-angle, charged particles adhere to the mesh holes, reduce the number of radicals reaching the substrate (3), and extremely lower the deposition rate.

次に、製作例を説明する。 Next, a production example will be described.

実施例〔1〕 プラズマ条件は、圧力0.9Torr(絶対圧;ダイヤフラ
ム型真空ゲージで測定),RF数端数13.56MHz,電力は80W
とし、キャリアガス導入口(8)にはArガスを40sccmの
割合で導入する。原料ガスの導入口(9)からは、リチ
ウムターシャリーブチレート(LiOtC4H9:沸点110℃/0.1
Torr)を図示しない気化器で昇華させチャンバー中へ約
10sccmの割合で導入する。導入口(10)には、1,3−ブ
タジエンモノマーを約50sccm導入する。そして、導入口
(11)には、100%のO2ガスをブレンド用ガスとして約
1.5sccm供給する。尚、ブレンド用ガスはO2に替えてN2O
でもよい。電圧印加スイッチをオンし、メッシュ電圧
(12),(13)に同時に+Vb−Vbのバイアスをかける。
Example [1] The plasma conditions were a pressure of 0.9 Torr (absolute pressure; measured with a diaphragm type vacuum gauge), an RF fraction of 13.56 MHz, and a power of 80 W.
Ar gas is introduced into the carrier gas inlet (8) at a rate of 40 sccm. From the raw material gas inlet (9), lithium tertiary butyrate (LiOtC 4 H 9 : boiling point 110 ° C./0.1
(Torr) with a vaporizer (not shown) and into the chamber.
Introduce at a rate of 10 sccm. About 50 sccm of 1,3-butadiene monomer is introduced into the inlet (10). The inlet (11) is filled with 100% O 2 gas as a blending gas.
Supply 1.5sccm. The gas for blending is N 2 O instead of O 2.
May be. The voltage application switch is turned on, and a bias of + Vb−Vb is applied to the mesh voltages (12) and (13) at the same time.

基板(3)は、ガラス上に導電性の透明膜ITOを形成
したもの、即ちネサガラススである。基板(3)の温度
は約65℃に保持する。なお、ここで、上述したヒータ
(5)及び水冷装置を作動させてはいない。常温(〜30
℃)から稼動させてもプラズマによるエネルギーで加熱
され、約65℃にすることができる。もちろん、プラズマ
生成に投入する電圧との兼ね合いで基板(3)が異常に
高温になる場合には、水冷装置を作動させて温度を下げ
る。
The substrate (3) is formed by forming a conductive transparent film ITO on glass, that is, Nesa glass. The temperature of the substrate (3) is kept at about 65 ° C. Here, the above-mentioned heater (5) and water cooling device were not operated. Room temperature (~ 30
C), it can be heated to about 65 ° C by the energy of the plasma. Of course, if the substrate (3) becomes abnormally high due to the voltage applied to the plasma generation, the water cooling device is operated to lower the temperature.

このようにして、ネサガラス(3)上に約1.7μm/hの
成膜速度でエーテル基をもった高分子重合膜が堆積し
た。本例では膜厚約12μmとした。こうして得られたプ
ラズマ重合間を分析したところ、膜中の炭素において不
飽和結合をもつものの数(n1)と飽和結合をもつものの
数(n2)の比n1:n2は1:0.53であった。
In this manner, a polymer polymer film having an ether group was deposited on the Nesa glass (3) at a film forming rate of about 1.7 μm / h. In this embodiment, the thickness is about 12 μm. An analysis of the thus obtained plasma polymerization revealed that the ratio n 1 : n 2 of the number of unsaturated bonds (n 1 ) to the number of saturated bonds (n 2 ) in the carbon in the film was 1: 0.53. Met.

第1図において、導入されたArガスは放電電極(7)
によりプラズマ化される。このArプラズマ(14)は、そ
の励起エネルギによりリチウムターシャリーブチレート
ガスと1,3−ブタジエンガス及びO2を励起し、プラズマ
化する。このプラズマガス(15)には、ラジカル,イオ
ン,活性原子,分子及び電子を含む。正バイアスのメッ
シュ電極(12)により、負のイオン,電子が捕獲・捕集
される。さらに、負のバイアスのメッシュ電極(13)に
よって正のイオンが捕獲され、両メッシュ電極を通過し
てくるのは、中性のラジカル,中性活性原子,分子のみ
となる。
In FIG. 1, the introduced Ar gas is a discharge electrode (7).
Is converted into plasma. The Ar plasma (14) excites lithium tertiary butyrate gas, 1,3-butadiene gas, and O 2 by its excitation energy, and turns into plasma. This plasma gas (15) contains radicals, ions, active atoms, molecules and electrons. Negative ions and electrons are captured and collected by the positively biased mesh electrode (12). Furthermore, positive ions are trapped by the mesh electrode (13) having a negative bias, and only neutral radicals, neutral active atoms and molecules pass through both mesh electrodes.

メッシュ電極がない通常の装置系(第1図の構成)は
確かに、基板とプラズマ部を分離した系で原料ガスの構
造を破壊することなく可能な限り原料のもつ特性を損な
らずに堆積させうるものであるが、適当なデポジション
・レートを保つためには或る程度パワーを上げる必要が
ある。しかしこのようにすると、今度はプラズマ部が基
板近傍にまでひろがりプラズマタメージを起こす。印加
パワーを上げると堆積速度は速くなるもののプラズマダ
メージにより分解も進み、これに比例して膜質が劣化す
る。例えばアルカリ金属イオンのLi+がうまく入り込ま
ない、架橋が進行しすぎてLi+を導きくくなるなどの弊
害が生じる。しかし、上記の両メッシュ電極を用いるこ
とによって、プラズマダメージを引き起こすスピーシズ
はほほ完全に取り除かれ、中性のラジカル及びその他の
中性励起種のみが堆積に寄与することとなり、工業的に
成り立ちうるデポジションレートを保ちながら所望の機
能をもった薄膜を作成することが可能となる。
The normal system without the mesh electrode (the configuration shown in Fig. 1) is certainly a system in which the substrate and the plasma part are separated, and deposits as much as possible without damaging the characteristics of the raw material without destroying the structure of the raw material gas. Although it is possible, it is necessary to increase the power to a certain extent in order to maintain an appropriate deposition rate. However, in this case, the plasma portion spreads to the vicinity of the substrate and causes plasma damage. When the applied power is increased, the deposition rate is increased, but the decomposition proceeds due to plasma damage, and the film quality is deteriorated in proportion to this. For example, there are adverse effects such as the inability of the alkali metal ion Li + to enter well, and the excessive progress of the crosslinking to lead to Li + . However, by using both mesh electrodes described above, the species that cause plasma damage are almost completely removed, and only neutral radicals and other neutral excited species contribute to the deposition, which is industrially feasible. A thin film having a desired function can be formed while maintaining the position rate.

原料ガスの導入口(9),(10)の2つのケースにつ
いて試作したが、Arプラズマの終端に近い導入口(10)
からリチウムターシャリーブチレートと1,3−ブタジエ
ンの原料ガスを混合して導入した場合の方が膜質は良好
であつた。原料ガスを直接プラズマ化せず、Arプラズマ
で間接的に励起するとともに、その励起も緩やかにする
方が良いことが判明した。おだやかなラジカル重合、す
なわちラジカル(中性種)の拡散が中心となって基板上
に堆積するものと考えられ、荷電粒子,電子等のボンバ
ードの影響があっても極めて小さく、これと相埃って膜
質がEC発色部として向上するものと考えられる。なお、
導入口(10)には原料ガスのみを導入するとしたが、原
料ガスにさらにO2ガスを加えた混合ガスとしてもよい。
また、条件の選択によっては、ブレンド用ガス導入口
(11)に上記混合ガスの全てを導入してもよい。尚ま
た、この実施例においては、導入口(9)と導入口(1
0)間の距離は約2cmとした。
Prototype gas inlets (9) and (10) were prototyped, but the inlet (10) near the end of the Ar plasma
The film quality was better when lithium tertiary butyrate and a raw material gas of 1,3-butadiene were mixed and introduced. It has been found that it is better to excite the raw material gas indirectly with Ar plasma instead of directly converting it into plasma, and to make the excitation gentle. It is thought that mild radical polymerization, that is, diffusion of radicals (neutral species) plays a central role and deposits on the substrate. Even if bombardment of charged particles, electrons, etc. is small, it is extremely small. It is considered that the film quality is improved as an EC coloring portion. In addition,
Although only the source gas is introduced into the inlet (10), a mixed gas obtained by further adding O 2 gas to the source gas may be used.
Further, depending on the selection of conditions, all of the above-mentioned mixed gas may be introduced into the gas inlet for blending (11). In addition, in this embodiment, the inlet (9) and the inlet (1
The distance between 0) was about 2 cm.

第2図に実施例の断面構造の概略を示す。(21)は透
明基体としてのガラス基板、(22)は透明電極としての
ITO膜、(23)は上記製作に係るEC性を示す単相の発色
部、(24)は透明電極に相対して形成された対向電極
で、ここでは(22)と同様に透明なITO膜である。発色
部(23)のプラズマ重合膜は、ネサガラスすなわちガラ
ス基板(21)にITO膜(22)を形成したものの上に形成
されている。ガラス基板(21)上に形成されたITO膜(2
2)は、真空蒸着またはスパッタリング法によりIn2O3
SnO2を0.1〜0.5μmの膜厚で設けている。発色部の層
(23)を形成後、この上へITOすなわちIn2O3−SnO2をス
パッタリング蒸着により0.1〜0.5μmの膜厚で形成し、
ECD(20)を完成した。
FIG. 2 shows a schematic cross-sectional structure of the embodiment. (21) is a glass substrate as a transparent substrate, and (22) is a glass substrate as a transparent electrode.
An ITO film, (23) is a single-phase color-developing part exhibiting EC properties according to the above-mentioned fabrication, (24) is a counter electrode formed opposite to a transparent electrode, and here is a transparent ITO film as in (22). It is. The plasma polymerized film of the coloring portion (23) is formed on a Nesa glass, that is, a glass substrate (21) on which an ITO film (22) is formed. ITO film (2
2) is In 2 O 3 − by vacuum evaporation or sputtering.
SnO 2 is provided in a thickness of 0.1 to 0.5 μm. After forming the layer (23) of the color forming portion, ITO, that is, In 2 O 3 —SnO 2 is formed thereon with a thickness of 0.1 to 0.5 μm by sputtering deposition,
ECD (20) was completed.

この実施例1のECD(20)に電圧印加極性のスイッチ
ング可能なDC電源(30)により約2.2Vを印加したとこ
ろ、良好な発色性を示した。応答速度は数m・sec,繰返
し寿命は5×107回以上,使用温度域は−30〜85℃であ
った。
When about 2.2 V was applied to the ECD (20) of Example 1 by the DC power supply (30) capable of switching the polarity of the applied voltage, good color development was exhibited. The response speed was several msec, the repetition life was 5 × 10 7 times or more, and the operating temperature range was -30 to 85 ° C.

実施例〔2〕 上記実施例〔1〕と同様に実施例〔2〕を作成した。
異なるのは、発色部(23)の構成で、第1図の装置系で
O2ガスを導入せず原料ガスを代替させた。リチウムメタ
クリレートモノマー(Li−MAモノマー)とアセチレンガ
スを使用した。形成されたプラズマ重合膜の炭素分析に
よれば、膜中炭素のうち不飽和結合を有する炭素の数
(n1)とこれをもたない飽和結合のみの炭素の数(n2
の比n1:n2は1:0.9であった。そして、実施例〔2〕も実
施例〔1〕とほぼ同様のEC特性を示した。
Example [2] Example [2] was prepared in the same manner as in Example [1].
The difference is in the configuration of the color-forming section (23).
The source gas was substituted without introducing O 2 gas. Lithium methacrylate monomer (Li-MA monomer) and acetylene gas were used. According to the carbon analysis of the formed plasma-polymerized film, the number of carbons having an unsaturated bond (n 1 ) and the number of carbons having only a saturated bond without this (n 2 ) among the carbons in the film are shown.
The ratio n 1 : n 2 was 1: 0.9. In addition, Example [2] also showed almost the same EC characteristics as Example [1].

実施例〔3〕 実施例〔1〕と同様にして実施例〔3〕を作成した。
異なるのは、発色部(23)の構成で、第1図の装置系で
原料ガスのみを代替させた(O2ガスは同様に導入し
た)。原料ガスとして、リチウムアクリレートモノマー
(Li−Aモノマー)とスチレンモノマーとを使用した。
形成されたプラズマ重合膜における不飽和結合を有する
炭素数(n1)と飽和結合を有する炭素数(n2)の比n1:n
2は1:0.71であった。そして、実施例〔3〕も実施例
〔1〕と同様の好ましいEC特性を示した。
Example [3] Example [3] was prepared in the same manner as in Example [1].
The difference is in the configuration of the color forming section (23), in which only the source gas was substituted in the apparatus system of FIG. 1 (O 2 gas was introduced similarly). As a raw material gas, a lithium acrylate monomer (Li-A monomer) and a styrene monomer were used.
Ratio of the number of carbon atoms having an unsaturated bond (n 1 ) to the number of carbon atoms having a saturated bond (n 2 ) in the formed plasma polymerized film n 1 : n
2 was 1: 0.71. Example [3] also showed the same preferable EC characteristics as Example [1].

ところで、実施例〔1〕,〔2〕,〔3〕と同様にし
て、原料ガスの相対量を替え各例に対し3〜4の製作
例,比較例を作成したが、いずれの場合においても、
n1:n2が1:1.4以上となる、すなわちn2が多いプラズマ重
合膜についてはEC性が良好でなかった。すなわち、第2
図の構成にしてもEC膜としての機能が著しく小さくなり
発色のコントラストが微弱で膜自体の色も当初からかっ
色に近くなり(透明性が低い)、可逆性すなわち直流電
圧を印加し消色のための逆バイアスをかけても元に戻ら
ないという性質を示した。
By the way, in the same manner as in Examples [1], [2], and [3], the relative amounts of the source gases were changed, and 3 to 4 production examples and comparative examples were prepared for each example. ,
The ratio of n 1 : n 2 was 1: 1.4 or more, that is, the plasma polymerized film containing a large amount of n 2 did not have good EC properties. That is, the second
Even in the configuration shown in the figure, the function of the EC film is significantly reduced, the contrast of color development is weak, and the color of the film itself is close to brown from the beginning (low transparency). It does not recover even if a reverse bias is applied.

また、n1:n2=1:0.25以下であった場合、すなわちn2
が少なすぎるプラズマ重合膜においては、これを大気中
に出すとその経時変化が大きく、実用に耐え難いものと
判断された。大気中の水分やO2ガスの吸着の影響を受け
易いからだと考えられる。この点において、耐気中性の
保護膜を設けると良く、比率制約の改善が可能である。
When n 1 : n 2 = 1: 0.25 or less, that is, n 2
In a plasma polymerized film having too little, when exposed to the atmosphere, the change with time was large, and it was judged that the film was not practically usable. This is considered to be due to the susceptibility to adsorption of atmospheric moisture and O 2 gas. In this regard, it is preferable to provide an air-neutral protective film, and the restriction on the ratio can be improved.

比較例 なお比較例として、酸化タングステンの蒸着膜(発色
層)上に、塩素酸リチウム(LiClO4)の1モル電解液に
プロピレンカーボネートを加えた電解質層を使用した場
合のECD(固相−液相タイプ,電極はITO)を挙げる。こ
のECDに対し、直流電圧2Vを印加すると、応答速度は2se
c,繰返し寿命は106回以下で色沈着が甚だしい、また使
用温度域は−20〜70℃である。この比較例と対照すれ
ば、少なくとも応答速度は2ケタ以上向上するとともに
繰返し寿命も1〜2ケタ以上の大幅な向上がみられる。
Comparative Example As a comparative example, an ECD (solid-phase-liquid) in the case of using an electrolyte layer obtained by adding propylene carbonate to a 1 mol electrolyte of lithium chlorate (LiClO 4 ) on a tungsten oxide deposited film (color-forming layer) was used. Phase type, electrodes are ITO). When a DC voltage of 2 V is applied to this ECD, the response speed is 2se
c, The repetition life is less than 10 6 times, color deposition is severe, and the operating temperature range is -20 to 70 ° C. Compared with this comparative example, at least the response speed is improved by 2 digits or more and the repetition life is significantly improved by 1 to 2 digits or more.

従来のECDが広汎に実用化されないのは、応答速度と
繰返し寿命に未だ難点があるからである。これは、EC発
色層と電解質層が液層−固層の二層構造であると、EC層
とイオン注入部の接触面での発色反応速度と電解質層中
のイオン移動度が遅いこと、及び通電時のジュール熱に
よる化学反応が促進され、EC層に色沈着が生じ発色が劣
化することの要因が大きいためである。本実施例〔1〕
などのように、発色層をプラズマ重合による高分子層と
することにより、イオン移動度や反応速度が向上し、通
電による化学沈着も有効に防止できることとなる。
The reason that conventional ECDs are not widely used is that there are still difficulties in response speed and repeated life. This is because, when the EC coloring layer and the electrolyte layer have a two-layer structure of a liquid layer and a solid layer, the coloring reaction rate at the contact surface between the EC layer and the ion implantation part and the ion mobility in the electrolyte layer are low, and This is because the chemical reaction due to Joule heat at the time of energization is promoted, causing color deposition in the EC layer and deteriorating the color development. Example [1]
By forming the coloring layer as a polymer layer formed by plasma polymerization as in the above, ion mobility and reaction rate are improved, and chemical deposition due to energization can be effectively prevented.

すなわち、実施例〔1〕などのような電気陰性度が大
きい元素(例えばO,極性基構造の例えエーテル基の元素
を含む)に静電気的にアルカリ金属イオン(例えばL
i+)が引き寄せられ、通常の電解液(例えばLiClO4)中
に存在する場合よりも正負両イオン間(例えばLi+とClO
4 -)の静電引力が弱められ移動しやすくなる。さらに、
プラズマ重合によりこのアルカリ金属を高分子中にさら
に効率よく取り込むことができる。また、誘導型のプラ
ズマ重合装置で堆積した膜は、容量結合型の装置による
ものより架橋度が低く、その構造自体がある程度フレキ
シブルな網目構造をなし、アルカリ金属の存在する密度
も大きくなる。
That is, an element having a large electronegativity (eg, O, including an ether group element having a polar group structure) as in Example [1] is electrostatically charged with an alkali metal ion (eg, L
i + ) is attracted and more positive and negative ions (eg, Li + and ClO) than are present in a normal electrolyte (eg, LiClO 4 ).
4 -) electrostatic attraction easily move weakened the. further,
This alkali metal can be more efficiently incorporated into the polymer by plasma polymerization. Further, the film deposited by the inductive type plasma polymerization apparatus has a lower degree of crosslinking than that of the film formed by the capacitive coupling type apparatus, the structure itself has a somewhat flexible network structure, and the density of the presence of the alkali metal increases.

また、炭化水素の方へイオンやe-が電圧で引き寄せら
れて発色するが、電解質が高度に分散された形でその確
率が相当に高くなっているから、発色反応が強められ、
その結果、反応速度が速くなるものと解せられる(理論
上は未だ不明な点を多く残す)。尚、実施例では第1図
のような誘導結合型の装置としたが容量結合型の装置の
使用を妨げるものではない。ただ、後者の場合、ラジカ
ル中性種をおだやかに拡散させて基板に導く、例えば基
板を電気的に浮かせるなどの工夫を必要とする。
In addition, ions and e - are attracted by a voltage toward hydrocarbons to generate color, but the probability is considerably high in the form of highly dispersed electrolyte, so the color reaction is strengthened,
As a result, it can be understood that the reaction rate is increased (there are many points that are still unknown in theory). In the embodiment, the inductive coupling type device as shown in FIG. 1 is used, but this does not prevent the use of the capacitive coupling type device. However, in the case of the latter, it is necessary to devise radical neutral species diffused smoothly to guide the radical neutral species to the substrate, for example, to electrically float the substrate.

また、通電によるジュール熱が化学反応(発色反応)
を促進させるが、従来例に見られるように、固相−液相
間の界面の化学反応が逆に激しくなるので、イオン種が
化学的に反応して安定な化合物となり、これが界面に固
定化し発色性が劣化するが、実施例では比較例より化学
的な沈着反応が小さくなると考えられることからジュー
ル熱の発生下においても沈着が抑制されると推論され
る。
In addition, Joule's heat due to energization is a chemical reaction (coloring reaction).
However, as seen in the conventional example, the chemical reaction at the interface between the solid phase and the liquid phase becomes intense, so that the ionic species chemically react to become a stable compound, which is immobilized on the interface. Although the coloring property is deteriorated, the chemical deposition reaction is considered to be smaller in the example than in the comparative example, so it is inferred that the deposition is suppressed even under generation of Joule heat.

実施例のECDは薄型化が容易である。すなわち、通常
の高分子では、例えばディップ・スプレー法などにより
塗布する場合では数百〜コンマ数μmの膜厚とするに
は、相当に粘度を下げたり(希釈する)バイダーが必要
となるが、この結果、溶剤成分やバイダーが多くなって
極性基やアルカリ金属の絶対量が少なくなるので薄膜化
が難しい。プラズマ重合法によれば、その原料をそのま
まプラズマ重合でき、またその膜厚の制御が単に時間に
よって行えるので薄膜化が容易である。
The ECD of the embodiment can be easily thinned. That is, in the case of a normal polymer, for example, in the case of coating by a dip spray method or the like, a binder is required to considerably lower the viscosity or to dilute the film in order to obtain a film thickness of several hundreds to several micrometers. As a result, the solvent component and the binder are increased, and the absolute amounts of the polar group and the alkali metal are reduced, so that it is difficult to form a thin film. According to the plasma polymerization method, the raw material can be plasma-polymerized as it is, and the thickness can be easily controlled because the thickness can be controlled simply by time.

さらに、プラズマ重合膜は、物理化学的な蒸着膜など
とは異なり、化学的結合に基づくものであるから、膜質
そのものが強固であり一般的に耐湿性,耐熱性,耐酸化
性,耐ガス性に富み、環境に左右されにくい利点をも
つ。
Further, unlike a physicochemical vapor-deposited film, the plasma-polymerized film is based on a chemical bond, so the film itself is strong and generally has moisture resistance, heat resistance, oxidation resistance, and gas resistance. It has the advantage of being rich in environment and less affected by the environment.

上記実施例において、特に第2図に断面で図解したEC
Dは透過型のものであるが、表示極と対向電極との間に
例えば白色の背景材を入れた反射型のものでも、この発
明の趣旨を逸脱しない範囲で同様に適用しうる。
In the above embodiment, in particular the EC illustrated in section in FIG.
D is a transmission type, but a reflection type in which, for example, a white background material is inserted between a display electrode and a counter electrode can be similarly applied without departing from the gist of the present invention.

発明の効果 以上のように、本発明によれば、ECDの発色部を、ア
ルカリ金属と電気陰性度が大きい元素を組成とする化合
物と,有機化合物とを原料にしたプラズマ重合による単
層の薄膜により構成したので、イオン移動度が向上する
とともに、従来のようなEC層界面での色沈着が有効に防
止でき、応答速度が速くコントラストも高くしかも繰返
し寿命の長い実用的汎用の優れたECDを提供できる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, a single-layer thin film formed by plasma polymerization using a compound containing an alkali metal and an element having a large electronegativity and an organic compound as a raw material is used as a coloring part of an ECD. In addition to improving ion mobility, it is possible to effectively prevent color deposition at the interface of the EC layer as in the past, and to provide a practical, general-purpose excellent ECD with a high response speed, high contrast, and a long repetition life. Can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の一実施例に係るエレクトロクロミック
デバイスの製作装置の概要を示す図、第2図は一実施例
のエレクトロクロミックデバイスの模式的な断面図であ
る。 2……ベルジャー、3……基板、4……基板ホルダー、
7……高周波コイル、9,10,11……原料ガスの導入口、1
2,13,……メッシュ電極、23……プラズマ重合による単
層の発色部。
FIG. 1 is a diagram showing an outline of an apparatus for manufacturing an electrochromic device according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a schematic sectional view of the electrochromic device according to one embodiment. 2 ... bell jar, 3 ... board, 4 ... board holder,
7… High frequency coil, 9,10,11… Inlet for raw material gas, 1
2,13, ... mesh electrode, 23 ... single layer colored part by plasma polymerization.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】透明基体上に設けた透明電極と、この透明
電極に相対して設けられる対向電極との間にエレクトロ
クロミック現象を示現する発色部を備えたエレクトロク
ロミックデバイスにおいて、 前記発色部が、固体電解質と有機化合物を原料とするプ
ラズマ重合膜からなり、前記固体電解質はアルカリ金属
と電気陰性度の大きい元素を組成とする化合物であり、
前記プラズマ重合膜を構成する炭素の構造においては不
飽和結合をもつ炭素の数と飽和結合をもつ炭素の数との
比が1:1.4ないし1:0.25であることを特徴とするエレク
トロクロミックデバイス。
1. An electrochromic device comprising a color-forming portion exhibiting an electrochromic phenomenon between a transparent electrode provided on a transparent substrate and a counter electrode provided opposite to the transparent electrode, wherein the color-forming portion is provided. A solid electrolyte and a plasma polymerized film made of an organic compound as raw materials, wherein the solid electrolyte is a compound having a composition of an alkali metal and an element having a large electronegativity,
An electrochromic device, wherein the ratio of the number of carbons having unsaturated bonds to the number of carbons having saturated bonds is 1: 1.4 to 1: 0.25 in the structure of carbon constituting the plasma polymerized film.
【請求項2】前記電気陰性度の大きい元素は、フッ素,
酸素,窒素,塩素,硫黄またはこれらを含んでなる有機
極性基である、特許請求の範囲第(1)項記載のエレク
トロクロミックデバイス。
2. The element having a high electronegativity is fluorine,
2. The electrochromic device according to claim 1, wherein said electrochromic device is oxygen, nitrogen, chlorine, sulfur or an organic polar group containing these.
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