JP2774599B2 - Light modulation element - Google Patents

Light modulation element

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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) 本発明はエレクトロクロミック素子、特にその着色時
の吸収スペクトル特性が可視光域においてニュートラル
(ND)である全固体可変NDフィルターとして応用出来る
光変調素子に関する。
The present invention relates to an electrochromic device, and more particularly, to a light modulation applicable as an all-solid-state variable ND filter whose absorption spectrum characteristic during coloring is neutral (ND) in the visible light region. Related to the element.

(従来の技術) 従来の全固体型エレクトロクロミック素子の一般的な
構造例を第6図に示す。第6図に示すエレクトロクロミ
ック素子は、透明な基板61の上に透明導電体膜よりなる
第一電極62、第一エレクトロクロミック層63、誘電体膜
からなるイオン導電電子絶縁層64、第二エレクトロクロ
ミック層65、第二電極66を順次積層してなるものであ
る。
(Prior Art) FIG. 6 shows a general structure example of a conventional all solid-state electrochromic device. The electrochromic device shown in FIG. 6 has a first electrode 62 made of a transparent conductive film, a first electrochromic layer 63, an ion conductive electron insulating layer 64 made of a dielectric film, and a second The chromic layer 65 and the second electrode 66 are sequentially laminated.

基板61は一般にガラス板によって形成されるが、これ
はガラス板に限らず、プラスティック板又はアクリル板
等の無色透明な板ならばいずれの材料でもよく、又、そ
の位置に関しても第一電極62の下に限らず、第二電極66
の上にあってもよいし、目的に応じて(例えば、保護カ
バーとする等の目的で)両面に設けてもよい。
The substrate 61 is generally formed of a glass plate, but this is not limited to a glass plate, and may be any material as long as it is a colorless and transparent plate such as a plastic plate or an acrylic plate. Not only below but also the second electrode 66
And may be provided on both surfaces according to the purpose (for example, as a protective cover).

第一電極62及び第二電極66は、ITO膜(In2O3中にSnO2
を混入したもの)やNESA膜(SnO2:F)等で構成される。
The first electrode 62 and the second electrode 66 are formed of an ITO film (SnO 2 in In 2 O 3).
) And NESA film (SnO 2 : F).

酸化着色性の第一エレクトロクロミック層を構成する
物質としてはNiOx、FeOx、CoOx、IrOx、PtOx、Cr2O3、O
sOx等が挙げられる。尚、ここで添字“x"を用いている
理由は、上記の物質は一般に不定比化合物で化学量論比
からずれている為である。
NiO x , FeO x , CoO x , IrO x , PtO x , Cr 2 O 3 , O
sO x and the like. The reason why the suffix "x" is used here is that the above substances are generally nonstoichiometric compounds and deviate from the stoichiometric ratio.

イオン導電電子絶縁層64を構成する物質としてはZr
O2、HfO2、Ta2O5、Y2O3、SiO2、MgF2、Mb2O2、Cr2O3
が用いられる。
Zr is used as a material constituting the ion conductive electron insulating layer 64.
O 2 , HfO 2 , Ta 2 O 5 , Y 2 O 3 , SiO 2 , MgF 2 , Mb 2 O 2 , Cr 2 O 3 and the like are used.

第一エレクトロクロミック層に対向する還元性の第5
層を構成する物質としてはWO3、TiO2、CuO、SnO2等が挙
げられる。この様な構成のエレクトロクロミック素子
は、電極62、66間に電圧を印加することにより電気化学
的反応が誘起され、着色、消色を行う。
Fifth reducing property facing the first electrochromic layer
Examples of the material constituting the layer include WO 3 , TiO 2 , CuO, and SnO 2 . In the electrochromic device having such a configuration, an electrochemical reaction is induced by applying a voltage between the electrodes 62 and 66 to perform coloring and decoloring.

例えば、第6図において、酸化発色層63をIrOx、還元
発色層65をWO3で構成し、酸化発色層3側をプラス
(+)、還元発色層65側をマイナス(−)に印加する
と、IrOx及びWO3は夫々 IrOx+yH2Oad→IrOx(OH)+yH++ye WO3+yH++ye→HyWO3 (但しH2Oadは素子中に含まれる吸着水を示す)なる反
応により、着色種IrOx(OH)・HyWO3が生成して発色
し、電界を逆転することにより上式と逆の反応が起こり
消色するものと考えられる。
For example, in FIG. 6, when the oxidized coloring layer 63 is composed of IrO x , the reduced coloring layer 65 is composed of WO 3 , and the oxidized coloring layer 3 side is plus (+) and the reduced coloring layer 65 side is minus (−). , IrO x, and WO 3 is respectively IrO x + yH 2 Oad → IrO x (OH) y + yH + + ye WO 3 + yH + + ye → H y WO 3 ( where H 2 Oad shows the adsorbed water contained in the device) It is considered that the reaction produces the colored species IrO x (OH) y · H y WO 3 and develops a color, and by reversing the electric field, the reverse reaction to the above equation occurs and the color is erased.

(発明が解決しようとしている問題点) 上記の様な構成において、酸化着色性物質としてIr
Ox、NiOx、CoOx等に代表される様に、着色時の吸収スペ
クトルがニュートラルなものが存在するが、還元着色性
物質については今まで着色時の吸収スペクトルがニュー
トラルである物質が発見されず、例えば、還元着色性色
であるWO3の熱処理等による非着色化による着色時のニ
ュートラル化等での可変ND素子の提案が行われていた
(特開昭62−203133号参照)。
(Problems to be Solved by the Invention) In the above-described structure, Ir is used as an oxidative coloring substance.
There is a substance whose absorption spectrum at the time of coloring is neutral, as represented by O x , NiO x , CoO x, etc. Instead, for example, there has been proposed a variable ND element for neutralizing during coloring by non-coloring of WO 3 which is a reducible coloring color by heat treatment or the like (see JP-A-62-203133).

しかしながら、上記提案の様な素子では系のインピー
ダンスが高くなってしまって、系の電位バランスが崩れ
着色濃度が低下したり、それを回避する為素子に高電圧
を印加することで寿命が短くなってしまう等の問題点が
あった。
However, in a device such as the one proposed above, the impedance of the system becomes high, the potential balance of the system is lost, the coloring density is reduced, and the life is shortened by applying a high voltage to the device to avoid it. There was a problem that it would.

従って本発明の目的は、上述の問題を解決し、信頼性
の高いニートラルな吸収スペクトル特性を有するエレク
トロクロミック素子を実現することで、従来実用化レベ
ルまで達していなかった可変ND素子の実用化をはかるこ
とである。
Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and realize a highly reliable electrochromic element having a neutral absorption spectrum characteristic, thereby realizing the practical use of a variable ND element that has not yet reached the practical use level. It is to measure.

(問題点を解決する為の手段) 上記目的は以下の本発明により達成される。(Means for Solving the Problems) The above object is achieved by the present invention described below.

即ち、本発明は、2つの透明電極間に第一エレクトロ
クロミック層、中間イオン伝導電子絶縁層及び第二エレ
クトロクロミック層を挟持した全固体可変ND素子におい
て、上記第一エレクトロクロミック層がイリジウム酸化
物若しくは水酸化物からなり、且つ第二エレクトロクロ
ミック層がインジウム酸化物にタングステン酸化物若し
くはモリブデン酸化物がドープされた混合酸化物からな
ることを特徴とする光変調素子である。
That is, the present invention provides an all-solid-state variable ND device in which a first electrochromic layer, an intermediate ion-conducting electron insulating layer, and a second electrochromic layer are sandwiched between two transparent electrodes, wherein the first electrochromic layer is formed of iridium oxide. Alternatively, the light modulation element is made of a hydroxide, and the second electrochromic layer is made of a mixed oxide of indium oxide doped with tungsten oxide or molybdenum oxide.

(作用) 本発明によれば、前記第一エレクトロクロミック層に
着消色が可視光領域においてニュートラルな変化をする
IrOxを用い、これに対向する第二エレクトロクロミック
層に還元性電気化学反応(還元側で反応電流が流れる)
をする低インピーダンスな混合酸化物を用いることによ
り、素子全体を低インピーダンス化し、且つ系全体の電
位バランスが良好になり、結果として信頼性の高い可変
ND素子を提供し、可変ND素子の実用化をより高めること
が出来る。
(Function) According to the present invention, the color on the first electrochromic layer changes neutrally in the visible light region.
Reducing electrochemical reaction (reaction current flows on the reducing side) in the second electrochromic layer facing IrO x
By using a low-impedance mixed oxide, the impedance of the entire device is reduced, and the potential balance of the entire system is improved.
By providing an ND element, the practical application of the variable ND element can be further enhanced.

(実施例) 本発明の光変調素子について実施例をもとに更に詳し
く説明する。
(Example) The light modulation element of the present invention will be described in more detail based on examples.

実施例1 第1図に本発明の光変調素子の構成を示す。厚さ1,00
0ÅのITO透明電極層12の形成されたガラス基板11を用意
し、導電層12の上に高周波反応性スパッタリングにより
膜厚30ÅのIrOx層、更に膜厚400Åの金属イリジウムを
形成させ、これを0.01NH2SO4水溶液中で矩形波による陽
極酸化して、1,200Åの酸化イリジウム層13を形成させ
た。
Embodiment 1 FIG. 1 shows a configuration of a light modulation element of the present invention. Thickness 1,00
A glass substrate 11 on which a 0Å ITO transparent electrode layer 12 is formed is prepared, and a 30Å-thick IrO x layer and a 400Å-thick metal iridium are formed on the conductive layer 12 by high-frequency reactive sputtering. Anodization was performed by a rectangular wave in a 0.01NH 2 SO 4 aqueous solution to form an iridium oxide layer 13 of 1,200 °.

続いて電子ビーム加熱法にてTa2O5層14を8,000Å積層
させ、更にIn2O3とWO3(1重量%乃至10重量%)との混
合ペレットを蒸発源としてO2の反応性イオンプレーティ
ング法にてIn2O3とWO3との混合酸化物層15を1,500Å形
成した後、同じくO2の反応性イオンプレーティング法で
ITO透明電極16を1,200Å形成して本発明の素子を作成し
た。
Subsequently, a Ta 2 O 5 layer 14 is laminated 8,000 mm by an electron beam heating method, and the reactivity of O 2 is further determined using a mixed pellet of In 2 O 3 and WO 3 (1 to 10% by weight) as an evaporation source. After forming a mixed oxide layer 15 of In 2 O 3 and WO 3 by 1,500 に て by an ion plating method, the reactive ion plating method of O 2 is also used.
The device of the present invention was formed by forming 1,200 mm of the ITO transparent electrode 16.

尚、混合酸化物層の組成はIMA及び蛍光X線分析で分
析した。第2図は本混合酸化物膜のシート抵抗と光学的
バンドギャップの組成比に対する関係である。
The composition of the mixed oxide layer was analyzed by IMA and X-ray fluorescence analysis. FIG. 2 shows the relationship between the sheet resistance of the mixed oxide film and the composition ratio of the optical band gap.

以上の様にして形成した各組成比の混合酸化物膜を用
いた素子の駆動を行った結果、組成比(W/In:at.%)1
乃至10at.%を用いた素子は駆動電圧±1.5VでΔ0D〜0.5
に約500msec.の応答で動作し、その吸収スペクトルは可
視域でほぼニュートラルであった。第3図にそのときの
応答特性を、第4図に透過率の波長特性を示す。
As a result of driving the device using the mixed oxide films having the respective composition ratios formed as described above, the composition ratio (W / In: at.%) Was 1
The device using 10 to 10 at.% Has a driving voltage of ± 1.5 V and Δ0D to 0.5
It operated with a response of about 500 msec., And its absorption spectrum was almost neutral in the visible region. FIG. 3 shows the response characteristics at that time, and FIG. 4 shows the wavelength characteristics of the transmittance.

実施例2 実施例1の構成において、第1図15の層のみをIn2O3
とMoO3(1重量%乃至10重量%)との混合ペレットを蒸
発源としてのO2の反応性イオンプレーティング法にて混
合酸化物層に代え、他の層は実施例1と同様な構成の本
発明の素子を形成したところ、実施例1とほぼ同様に吸
収スベクトルが可視域でニュートラルな特性を得た。
In the configuration of Example 1, only the layer of the first FIG. 15 an In 2 O 3
A mixed pellet of Mo and MoO 3 (1% to 10% by weight) was replaced with a mixed oxide layer by a reactive ion plating method of O 2 as an evaporation source, and the other layers were the same as in Example 1. When the element of the present invention was formed, the absorption spectrum was neutral in the visible region almost in the same manner as in Example 1.

第5図はMo/In(at.%)1乃至10at.%のときの混合
酸化物膜のシート抵抗と光学的バンドギャップの組成比
に対する関係である。
FIG. 5 shows the relationship between the sheet resistance of the mixed oxide film and the composition ratio of the optical band gap when Mo / In (at.%) Is 1 to 10 at.%.

(発明の効果) 以上説明した様に全固体可変ND素子の実現に、着消色
が可視光領域において吸収スペクトルがニュートラルで
あるIrOxを第一エレクトロクロミック層としたエレクト
ロクロミック素子を用い、これに対向する第二エレクト
ロクロミック層に還元性電気化学反応(還元側で反応電
流が流れる)をする低インピーダンスな混合酸化物を用
いることにより素子全体を低インピーダンス化し、且つ
系全体の電位バランスを良好にすることで、実用化が大
で信頼性の高い全固体ND素子を提供することが出来た。
(Effect of the Invention) As described above, in order to realize an all solid-state variable ND element, an electrochromic element using IrO x whose absorption spectrum is neutral in the visible light region and whose absorption spectrum is neutral in the visible light region as a first electrochromic layer is used. By using a low-impedance mixed oxide that undergoes a reducing electrochemical reaction (a reaction current flows on the reducing side) in the second electrochromic layer opposite to the device, the impedance of the entire device is reduced, and the potential balance of the entire system is improved. By doing so, it was possible to provide a highly reliable all-solid-state ND device that was practically used.

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

第1図は本発明の全固体可変ND光変調素子の構成図、 第2図及び第5図は本発明の混合酸化膜のシート抵抗と
光学的バンドギャップの組成比に対する関係、 第3図は本発明の光変調素子の応答特性、 第4図は本発明の光変調素子の透過率の波長特性、 第6図は従来の全固体エレクトロクロミック素子の構成
図である。 11、61:基板 12、62:第一透明電極 13、63:第一エレクトロクロミック層 14、64:イオン導電電子絶縁層 15:第二エレクトロクロミック層 16、66:第二透明電極 65:本発明の混合酸化物膜からなる第二エレクトロクロ
ミック層
FIG. 1 is a block diagram of an all-solid-state variable ND light modulation device of the present invention. FIGS. 2 and 5 show the relationship between the composition ratio of the sheet resistance and the optical band gap of the mixed oxide film of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing a response characteristic of the light modulation device of the present invention, FIG. 4 is a wavelength characteristic of transmittance of the light modulation device of the present invention, and FIG. 11, 61: substrate 12, 62: first transparent electrode 13, 63: first electrochromic layer 14, 64: ion conductive electron insulating layer 15: second electrochromic layer 16, 66: second transparent electrode 65: the present invention Electrochromic layer made of mixed oxide film

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】2つの透明電極間に第一エレクトロクロミ
ック層、中間イオン伝導電子絶縁層及び第二エレクトロ
クロミック層を挟持した全固体可変ND素子において、上
記第一エレクトロクロミック層がイリジウム酸化物若し
くは水酸化物からなり、且つ第二エレクトロクロミック
層がインジウム酸化物にタングステン酸化物若しくはモ
リブテン酸化物がドープされた混合酸化物からなること
を特徴とする光変調素子。
1. An all-solid-state variable ND device having a first electrochromic layer, an intermediate ion-conducting electron insulating layer, and a second electrochromic layer sandwiched between two transparent electrodes, wherein the first electrochromic layer is formed of iridium oxide or iridium oxide. A light modulation element comprising a hydroxide, and wherein the second electrochromic layer comprises a mixed oxide of indium oxide doped with tungsten oxide or molybdenum oxide.
【請求項2】第二エレクトロクロミック層のドーパント
酸化物の割合が1乃至10重量%である請求項1に記載の
光変調素子。
2. The light modulation device according to claim 1, wherein the proportion of the dopant oxide in the second electrochromic layer is 1 to 10% by weight.
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