JP3565346B2 - 全固体型エレクトロクロミック素子 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、光量制御や表示に使用されるエレクトロクロミック素子に関し、特に全固体型エレクトロクロミック素子等に関する。
背景技術
電圧を印加すると可逆的に電解酸化または還元反応が起こり、可逆的に着消色する現象をエレクトロクロミズムという。この様な現象を利用したエレクトロクロミック（以下、ＥＣと略す場合がある）素子は、光量制御素子（例えば、防眩ミラーや調光ガラスなどや、メーター類やＥＬ表示素子などの輝度調整素子など）や、セグメントを利用した数字表示やエレクトロクロミックディスプレイなどの表示素子に使用されている。ＥＣ素子は、ＥＣ素子を構成するＥＣ層の材料形態によって、溶液型、ゲル型、全固体型等に大別することができる。このうちイオン導電層も含めてＥＣ層が全て固体薄膜で構成されているものが全固体型ＥＣ素子である。
代表的な全固体型ＥＣ素子の構造を示したものが図９である。構造を簡単に説明すると、透明基板１上に下部電極膜２、酸化反応により着色する酸化発色膜、イオン導電膜である固体電解質膜、及び還元反応により着色する還元発色膜からなるＥＣ層３、及び上部電極膜４が順次積層されている。反射型のＥＣ素子の場合、下部電極膜２及び上部電極膜４の一方は透明であり、透過型のＥＣ素子の場合、下部電極膜２及び上部電極膜４の双方は透明である。これらの膜は、通常、全体的に封止樹脂（図示せず）により封止され、さらに封止樹脂の背面に封止ガラス（図示せず）が貼り合わされ、化学的、機械的に保護されている。
このようにして製造されたＥＣ素子の下部電極膜２と上部電極膜４との間に電圧を印加すると、着色層であるＥＣ層３内部で電気的な化学反応が起こり、素子は着色する。また、着色とは逆方向に電圧を印加すると逆反応により素子は消色する。
ところで現在、ＥＣ素子における下部電極膜２及び上部電極膜４をそれぞれ外部配線と接続するための電極取り出しは、図９に示すように、下部電極膜２と上部電極膜４のパターンをずらして成膜し、これにより基板１の両端に上部電極膜２及び下部電極膜４の端部をそれぞれ露出させ、下部電極膜２の露出部が下部電極膜２の取り出し電極２ａとなり、上部電極膜４の露出部が上部電極膜４の取り出し電極４ａとなる。これらの取り出し電極２ａ、４ａにクリップ電極５等を介して外部配線がそれぞれ接続される方式が用いられている。図８はこの構造を自動車用防眩インナーミラーに適用した例を示し、基板１の対向する２辺１ａ、１ｂに各電極膜の取り出し電極（図示せず）を設け、各取り出し電極にクリップ電極５及び導電線５’を介して外部配線がそれぞれ接続される。また、下部電極膜２や上部電極膜４などによる防眩素子としての応答性を十分に確保する観点から、基板の２辺又は３辺に一方の電極膜の取り出し電極を設け、他の１辺に他方の電極膜の取り出し電極を設け方式が用いられている（特開平８−２２９８５６号公報）。
しかしながら、上記方式では、例えば自動車用防眩ミラーの場合、基板上の複数の辺に取り出し電極領域があり、取り出し電極領域の面積が広いため、ミラーに写すことのできる有効面積が小さくなり、確保できる有効視界が狭くなってしまうという問題がある。また、配線長も長くなるという問題がある。
また、発光体素子（エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光体、ＬＥＤ、ブラウン管、各種ディスプレイ等）の輝度調整を行うために、発光体素子にＥＣ素子を重ねて用いる場合、例えば片側からの電極取り出しを必要とする発光体素子など発光表示素子の構造によっては、スペースの制約上、上記方式では電極取り出しが難しい場合があるという問題がある。
発明の開示
本発明では、成膜パターン構造と電極位置とを工夫し、電極取り出しをＥＣ素子の１辺で行うことにより、従来できなかったＥＣ素子の性能を損なうことなくＥＣ素子の着消色の有効面積を広げることができた。また、電極取り出しをＥＣ素子の１辺にまとめることで、配線が容易となり、配線長も短くできた。
例えば、自動車用防眩ミラーの場合、ミラー部分の有効面積が増加し有効視界が広くなるため安全性に寄与するだけでなく、ミラーの外周縁を覆うミラーリングのスリム化によってデザイン的にも見た目のスマートさが向上する。また、２以上の辺で電極取り出しを行う場合に比べ、同一有効視界を確保した上で軽量化が可能となる。
また、例えば、ＥＣ素子を発光体素子の輝度調整用として用いた場合、電極取り出しをＥＣ素子の１辺にまとめることで、限られたスペースでの電極取り出しが可能となり、これにより従来困難であった片側からの電極取り出しを必要とする発光体素子（例えばメーター類やＥＬ表示素子など）の輝度調整が可能となった。
【図面の簡単な説明】
図１及び図２は本発明の一態様に係るエレクトロクロミック素子の構造を説明するための平面図、
図３は本発明の一態様に係るエレクトロクロミック素子の概略構成を示す斜視図、
図４はクリップ電極の他の態様を示す斜視図、
図５は本発明を自動車用防眩インナーミラーに適用した例を示す平面図、
図６は本発明を自動車用防眩インナーミラーに適用した場合の効果を説明するための平面図、
図７は本発明を片側からの電極取り出しを必要とする有機ＥＬパネルの輝度調整用に適用した例を示す斜視図、
図８は従来の電極取り出し方式を自動車用防眩インナーミラーに適用した例を示す平面図、
図９は代表的な全固体型ＥＣ素子の構造を示す断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明は、ＥＣ素子としての機能を発揮する有効領域より外側の基板周辺領域の一辺に、下部電極膜の取り出し電極と、上部電極膜の取り出し電極とを設けたことを特徴とする。
この場合、成膜パターン構造と電極位置とを工夫する。すなわち、例えば、図１に示すように、基板１の周辺領域の一辺に取り出し電極領域６を設定し、この取り出し電極領域６の一部に下部電極膜２をはみ出すように形成して下部電極膜２の取り出し電極２ａとする。そして、図２に示すように、ＥＣ層３を形成後上部電極膜４を形成する際に、取り出し電極領域６であって下部電極膜２の取り出し電極２ａとは重複（接触）しない部分に上部電極膜４をはみ出すように形成して上部電極膜４の取り出し電極４ａとする。得られたＥＣ素子の斜視図を図３に示す。図３では図１、２と同一番号を付してある。
上記成膜パターン構造を得るには、例えば、マスクを用いて、下部電極膜２及び上部電極膜４をそれぞれ異なるパターンで成膜（例えばマスク蒸着）する方法が挙げられる。なお、下部電極膜２を一旦基板全面に成膜した後、フォトリソグラフィー法によるエッチングによりパターニングし、上部電極膜４をマスクを用いて成膜する方法が最も好ましい。これは、下部電極膜２のパターニングのためのマスクが不要となり低コスト化に寄与でき、しかも上部電極膜４のパターニングにはマスクを用いた方がフォトリソグラフィー法によるエッチング法に比べ低コスト化に寄与できるからである。
本発明において、基板周辺領域の一辺に取り出し電極領域を設定する場合、上部電極膜の取り出し電極を形成する辺を、取り出し電極領域として設定することが好ましい。これを、図９を参照して説明すると、上部電極膜４の取り出し電極４ａを形成する辺では、エレクトロクロミック素子としての機能を発揮する有効領域１０の外側の基板周辺領域１１の幅が他の辺に比べもともと広いので都合がよいからである。
本発明においては、取り出し電極領域は、基板の長尺の一辺に設けることが好ましい。これは、上下の電極膜の各取り出し電極の長さや面積を十分に確保することができ、したがって電圧の安定、着消色の安定、信頼性、応答性を十分に確保できるからである。
本発明においては、下部電極膜及び上部電極膜を構成する透明導電膜のシート抵抗は１５Ω／□以下が望ましく、特に応答性を満たすためには１０Ω／□以下が必要となる。
本発明においては、透明導電膜の面積が３０ｃｍ角（３０ｃｍ×３０ｃｍ）以下であることが好ましい。これは、透明導電膜のシート抵抗によるので一概に言えないが、現在知られている透明導電膜の抵抗値では、透明導電膜の面積を３０ｃｍ角（３０ｃｍ×３０ｃｍ）以上とした場合、電極取り出しをＥＣ素子の１辺にまとめる本発明の態様では、電圧の安定、着消色の安定、信頼性、応答性を十分に確保することが難しいからである。同様の観点から、透明導電膜の面積は、５００ｃｍ²以下であることが好ましく、３５０ｃｍ²以下であることがより好ましく、２５０ｃｍ²以下であることが更に好ましい。透明導電膜が長方形であって、取り出し電極領域を透明導電膜の長尺の一辺に設ける場合、透明導電膜の長尺の辺の長さは３０ｃｍより長くても良いが、透明導電膜の短尺の辺の長さは３０ｃｍまでとすることが好ましい。
本発明においては、各取り出し電極の長さ（図２における２ｂ、４ｂ）をそれぞれ、各取り出し電極に少なくとも２つ以上のクリップ電極を取り付け可能な長さとすることが好ましい。これは、クリップ電極の１つが接触不良となっても接続状態を維持可能だからである。特に自動車搭載用ＥＣ素子の場合、激しい振動によって接触不良となりやすいので、このことは重要である。
本発明においては、各取り出し電極の長さ（図２における２ｂ、４ｂ）や面積を、各電極膜の材料の違いによる薄膜抵抗（面抵抗）に応じて電圧安定・着消色安定となる比率とすることが好ましい。具体的には、例えば、ＩＴＯなどの透明電極の電極取り出し部の長さ（面積）を大きくとり、アルミなどの電極兼反射膜の電極取り出し部の長さ（面積）を前者に比べ小さくとる。
本発明においては、各取り出し電極の長さ（図２における２ｂ、４ｂ）や面積を、各電極膜の材料が同じ場合、等しい長さとすることが好ましい。これは、電圧安定・着消色安定のためである。
本発明において、各取り出し電極と外部配線との接続は、クリップ電極を介して行うことが、簡単かつ確実な接続が可能であり、曲率等にも容易に対応できるため、好ましい。図４はクリップ電極の他の態様を示す。図４に示す態様のクリップ電極の場合、工数の削減、接続の確実性等の利点がある。
本発明において、エレクトロクロミック層は、全固体型のＥＣ層として機能するものであれば特に限定されないが、例えば、酸化イリジウム(ＩｒＯ_x)や酸化ニッケル(ＮｉＯ_x)などの酸化発色膜、五酸化タンタル(Ｔａ₂Ｏ₅)やフッ化マグネシウム(ＭｇＦ₂)などの固体電解質膜、及び三酸化タングステン(ＷＯ₃)や三酸化モリブデン(ＭｏＯ₃)などの還元発色膜からなる三層構造で構成できる。より具体的には、通常はミラーの表面が無色で、防眩時に青色に変化するように、エレクトロクロミック層をＩｒＯ_x−Ｔａ₂Ｏ₅−ＷＯ₃の三層構造とすることができる。
電極兼反射膜としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属膜が使用される。
透明導電膜としては、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）、ＳｎＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₂、ＺｎＯ等の膜が使用される。
これらの膜は蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法など公知の薄膜形成法によって形成できる。
図５は本発明を自動車用防眩インナーミラーに適用した例を示す平面図である。図５に示すように、ミラー２０の１辺に、下部電極膜の取り出し電極（図示せず）を設け、この下部電極膜の取り出し電極にクリップ電極２１及び導電線２１’を接続するとともに、上部電極膜の取り出し電極（図示せず）を設け、この上部電極膜の取り出し電極にクリップ電極２２及び導電線２２’を接続し、これらのクリップ電極及び導電線を介して外部配線がそれぞれ接続される。
なお、自動車用インナーミラーサイズ（２５０ｍｍ×７０ｍｍ）のＩＴＯ膜付きガラス基板に、ＩｒＯ_x−Ｔａ₂Ｏ₅−ＷＯ₃の三層構造からなるエレクトロクロミック層および電極兼反射膜となるＡｌ膜を蒸着により形成して作成した本発明のサンプルでは、反射率を１０％〜７０％に変化させることが可能であり、防眩ミラーとしての機能を満たすことを確認した。自動車用インナーミラーでは、図５に示す各クリップ電極の幅Ｗを３〜４ｍｍとし、クリップ電極間の間隔Ｓを１ｍｍ程度とした。
図６は本発明を自動車用防眩インナーミラーに適用した場合の効果を説明するための平面図である。図６に示すように、ミラー２０の有効領域の外側の基板外周縁を覆うミラーリング２３のスリム化によってデザイン的にも見た目のスマートさが向上する。なお、図６において、点線２４より外側の領域は従来ミラーリングで覆われていた周辺部分を示す。本発明によれば、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＜Ｄとなる設計が可能となる。このとき、Ａ、Ｂ、Ｃの少なくとも一辺は従来と比較し半分以下の幅になる。このことにより、ミラー部分の有効面積が拡大され、有効視界が広くなるため安全性に寄与する。さらに、２以上の辺で電極取り出しを行う場合に比べ、同一有効視界を確保した上で軽量化が可能となる。
このように、本発明は、自動車用インナーミラー又はアウタミラーに適用されると、これらのミラーはスマートに見えることが特に要求されるため好ましい。
また、例えば図６に示すように、ミラー取り付け時のミラー上部の辺に、取り出し電極領域が来るようにすることが好ましい。これは、ミラー上部に取り出し電極領域を配設すると、よりスマートに見え好ましいからであり、特にインナーミラーの場合、ミラー取り付け時のミラー上部のミラーリングの幅が多少あっても見た目に気にならないので好ましい。
エレクトロクロミック防眩ミラーは、フラットミラータイプに限定されず、曲率ミラータイプのものであってもよい。
図７は片側からの電極取り出しを必要とする有機ＥＬパネルの輝度調整用に本発明のＥＣ素子を適用した例を示す斜視図である。図７に示すように、ＥＬパネル３０の取り出し電極３１の位置は、片側からの電極取り出しを必要とする。本発明のＥＣ素子４０は、ＥＣ素子の一辺に、下部電極膜の取り出し電極４１と、上部電極膜の取り出し電極４２とを設けてある。このように、ＥＬパネル３０にＥＣ素子４０を重ねて用いる場合、ＥＬパネル３０の取り出し電極３１と、ＥＣ素子４０の取り出し電極４１、４２とを１辺にまとめることで、片側から全ての電極を取り出すことができるので限られたスペースでの電極取り出しが可能となり、これにより従来困難であった片側からの電極取り出しを必要とするＥＬパネルの輝度調整が可能となった。
なお、サイズ（３００ｍｍ×１００ｍｍ）で作成したＥＣ素子４０の本発明のサンプルでは、透過率を２０％〜８０％に変化させることが可能であり、輝度調整としての機能を満たすことを確認した。
産業上の利用可能性
この発明のエレクトロクロミック素子は、例えば、エレクトロクロミックミラー、特に自動車用インナーミラー又はアウタミラーとして構成されてなるエレクトロクロミック防眩ミラーや、片側からの電極取り出しを必要とする発光体素子などその構造によって複数の辺からの電極取り出しが困難な素子の輝度調整や光量制御に特に有用である。

Claims (6)

1. 基板上に、下部電極膜と、酸化又は還元反応により発色する発色膜と電解質膜とを含むエレクトロクロミック層と、上部電極膜とが順次積層されて成る固体型エレクトロクロミック素子であって、
   エレクトロクロミック素子としての機能を発揮する有効領域より外側の基板周辺領域の一辺に取り出し電極領域を設定し、この取り出し電極領域の一部に下部電極膜をはみ出すように形成して下部電極膜の取り出し電極が形成され、かつ、取り出し電極領域であって下部電極膜の取り出し電極とは重複（接触）しない部分に上部電極膜をはみ出すように形成して上部電極膜の取り出し電極が形成された構造を有し、
   前記上部電極膜及び前記下部電極膜の一方は透明電極であり、他方は、電極兼反射膜であり、
   前記透明電極の取り出し電極の長さは、前記電極兼反射膜の取り出し電極の長さより大きいことを特徴とする固体型エレクトロクロミック素子。
2. 前記固体型エレクトロクロミック素子は、自動車用インナーミラー又はアウタミラーとして構成されてなる固体型エレクトロクロミック防眩ミラーに用いられ、
   前記取り出し電極領域を、前記基板の長尺の一辺に設けたことを特徴とする請求項１に記載の固体型エレクトロクロミック素子。
3. 前記固体型エレクトロクロミック防眩ミラーは、自動車用インナーミラーとして構成されてなり、
   ミラー取り付け時のミラー上部の辺に、前記取り出し電極領域が来るようにしたことを特徴とする請求項２に記載の固体型エレクトロクロミック素子。
4. 前記各取り出し電極の長さをそれぞれ、各取り出し電極に少なくとも２つ以上のクリップ電極を取り付け可能な長さとすることを特徴とする請求項２又は３のいずれかに記載の固体型エレクトロクロミック素子。
5. 前記固体型エレクトロクロミック素子は、発光体素子の輝度調整を行うために構成されてなり、前記発光体素子と重ねて用いられ、
   前記下部電極膜の取り出し電極と、前記上部電極膜の取り出し電極とが形成されている前記基板の一辺から取り出すように、前記発光体素子の取り出し電極が形成されたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の固体型エレクトロクロミック素子。
6. 前記発光体素子はＥＬパネルであることを特徴とする請求項５に記載の固体型エレクトロクロミック素子。

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