JP4846296B2 - Electrochromic display element - Google Patents

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Description

本発明は、エレクトロクロミック方式による画像表示素子の技術分野に関する。詳細には、透明トランジスタと積層構造を有するエレクトロクロミック方式による画像表示素子の技術分野に関する。   The present invention relates to a technical field of an image display element using an electrochromic method. Specifically, the present invention relates to a technical field of an electrochromic image display device having a transparent transistor and a laminated structure.

エレクトロクロミック(以下「EC」と略称する)表示素子を有するEC表示装置は、偏光板等が不要であるので視野角依存性がなく受光型で視認性に優れるという最大の利点を有する。またEC表示素子は、電気化学的酸化還元反応により可逆的に発色又は消色する前記EC材料を含む電解質と一対の電極とを少なくとも有すれば表示素子として作用するため、構造が簡単であり大型化が容易である。更に、前記EC材料の選択により多様な色調を得ることができ、且つ、電子の移動を遮断し酸化還元状態を保持するだけで表示状態を静止できるのでメモリー性に優れ、しかもその表示状態を維持するのに電力が不要であるので消費電力が少ない、等の種々の利点を有しているため、各種分野において応用されつつある。   An EC display device having an electrochromic (hereinafter abbreviated as “EC”) display element has the greatest advantage that it has no viewing angle dependency and has a light receiving type and excellent visibility because a polarizing plate or the like is unnecessary. An EC display element has a simple structure and a large size because it functions as a display element if it has at least an electrolyte containing the EC material that is reversibly colored or decolored by an electrochemical redox reaction and a pair of electrodes. Is easy. Furthermore, by selecting the EC material, various color tones can be obtained, and the display state can be stopped just by blocking the movement of electrons and maintaining the redox state, so it has excellent memory characteristics and maintains its display state. However, since it has various advantages such as low power consumption because it does not require power, it is being applied in various fields.

近年、例えば、一対の電極上に前記EC材料を蒸着し、該電極間に支持塩と溶媒とを封入したEC表示装置や、一対の電極間に前記EC材料と支持塩と溶媒とを封入したEC表示装置など、各種のEC表示装置が提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。   In recent years, for example, an EC display device in which the EC material is deposited on a pair of electrodes and a supporting salt and a solvent are sealed between the electrodes, or the EC material, the supporting salt and a solvent are sealed between a pair of electrodes. Various EC display devices such as an EC display device have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 3).

特に、EC色素を半導体ナノ多孔質層に担持してなるEC表示装置(例えば、特許文献4参照。)では、半導体ナノ多孔質層の微細孔の隅々まで電解質層中に含有させたEC色素が効率よく浸透するため、発色・消色反応に関与するイオンの移動速度を高めることができ、これにより反応速度が大幅に向上している。また、電極面積の拡大が図れるため、電極上の色素量の増大により、発色効率(より低い印加電圧で、より速く所望の発色濃度に到達させること)も向上している。   In particular, in an EC display device in which an EC dye is supported on a semiconductor nanoporous layer (see, for example, Patent Document 4), the EC dye contained in the electrolyte layer to every corner of the micropores of the semiconductor nanoporous layer. Efficiently penetrates, it is possible to increase the moving speed of ions involved in the color development / decoloring reaction, and the reaction speed is greatly improved. Further, since the electrode area can be increased, the coloring efficiency (to reach a desired coloring density faster with a lower applied voltage) is also improved by increasing the amount of the dye on the electrode.

ここで、積層型表示装置においては、一画素単位のマトリックス駆動の方法としては、単純マトリクス駆動、アクティブマトリクス駆動がある。単純マトリクス駆動は、V−T(電圧−透過率)特性において急峻性が要求される。アクティブマトリクス駆動には、アクティブ素子がダイオードであるMIM方式と、アクティブ素子がトランジスタであるTFT方式がある。TFTの材質としては、a−Si(アモルファスシリコン)TFTや、p−Si(ポリシリコン)TFTが実用化されている。   Here, in the multilayer display device, there are simple matrix driving and active matrix driving as a matrix driving method for each pixel. The simple matrix drive is required to have steepness in the VT (voltage-transmittance) characteristic. Active matrix driving includes an MIM system in which an active element is a diode and a TFT system in which an active element is a transistor. As a material of the TFT, an a-Si (amorphous silicon) TFT and a p-Si (polysilicon) TFT have been put into practical use.

これらシリコンを用いたTFTは、可視光に対して不透明で透明回路を構成することができないため、ディスプレイ画素の開口比が小さくなる。
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。
Since these TFTs using silicon are opaque to visible light and cannot form a transparent circuit, the aperture ratio of the display pixel becomes small.
In addition, since amorphous silicon TFTs and polysilicon TFTs generate conductive carriers by irradiation with visible light, transistor characteristics deteriorate under high light irradiation. That is, a photo-induced current is generated by backlight irradiation, and the switching characteristics as a switching element are deteriorated. In order to prevent such deterioration, it is necessary to provide a light-shielding film (black matrix) on the TFT for cutting off the backlight light. As a result, the aperture ratio is decreased, and there is a problem that display performance is deteriorated.

シリコン電界効果型トランジスタのこうした問題点は、シリコンに替わって、エネルギーバンド幅の大きな半導体材料を用いることにより、原理的に、解決することができる。実際に、透明酸化物半導体であるZnOを用いて、電界効果型トランジスタを作製する試みがなされ、反応性固相エピタキシャル法により作製した、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又はZnOを主たる構成成分として含有するホモロガスアモルファス薄膜を活性層とした電界効果型トランジスタの開示がなされている(例えば、特許文献5参照。)。   Such problems of the silicon field effect transistor can be solved in principle by using a semiconductor material having a large energy bandwidth instead of silicon. Actually, an attempt was made to produce a field effect transistor using ZnO, which is a transparent oxide semiconductor, and a homologous compound single crystal thin film containing ZnO as a main component or ZnO produced by a reactive solid phase epitaxial method. There has been disclosed a field effect transistor using a homologous amorphous thin film containing as a main component as an active layer (see, for example, Patent Document 5).

しかし、従来の透明トランジスタとEC表示素子を単純に組み合わせただけでは、TFTが電解質のイオン性物質の影響を受けるという課題がある。
特開平9−120088号公報 特開平7−152050号公報 特開平6−242474号公報 特開2003−270671号公報 特開2004−198689号公報
However, a simple combination of a conventional transparent transistor and an EC display element has a problem that the TFT is affected by the ionic substance of the electrolyte.
Japanese Patent Laid-Open No. 9-120088 JP 7-152050 A JP-A-6-242474 JP 2003-270671 A JP 2004-198689 A

本発明は、従来における前記問題点を解決し、以下の課題を解決することを目的とする。すなわち、本発明は、フルカラー表示に有効である積層型エレクトロクロミック表示素子において、高精細、高速応答に有効であるトランジスタを用いたときに課題となる、開口率の低下に起因する表示性能の劣化を抑えることを目的とする。   The present invention aims to solve the above-described problems and solve the following problems. In other words, the present invention is a multilayer electrochromic display element that is effective for full-color display, which is a problem when using a transistor that is effective for high-definition and high-speed response. It aims at suppressing.

前記課題を解決するための手段は以下の通りである。
<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り、
前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物InMO 3 (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エレクトロクロミック表示素子。
Means for solving the above-mentioned problems are as follows.
<1> On a substrate, an electrochromic layer including at least one electrochromic dye and an electrolyte, at least one transparent thin film transistor, a transparent pixel electrode arranged in a matrix, and a transparent counter electrode and the electrode, Ri name by stacking a plurality of structural units comprising a,
The thin film transistor is homologous compound InMO 3 (ZnO) m (M is an In, Fe, Ga, or an Al, m represents. An integer of 1 or more and less than 50) the Rukoto to have a thin film A characteristic electrochromic display element.

<1>の発明によれば、電極と薄膜トランジスタ(TFT)とが透明であるため、開口比が大きくなり、表示性能が向上する。特に、EC表示素子では、発色・消色反応速度にイオン移動速度が大きく影響を与えているため、積層構造における構成単位毎にTFTを備えることが極めて有効である。このような構造とするとTFTの設置数が多くなるため、TFTを透明にすることによる開口比向上の効果が極めて大きい。
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。
According to the invention <1>, since the electrode and the thin film transistor (TFT) are transparent, the aperture ratio is increased, and the display performance is improved. In particular, in an EC display element, since the ion migration speed greatly affects the color development / decoloration reaction speed, it is extremely effective to provide a TFT for each constituent unit in the laminated structure. With such a structure, since the number of TFTs to be installed increases, the effect of improving the aperture ratio by making the TFTs transparent is extremely large.
Further, by combining with a transparent TFT, halftone display is easy and high-definition image display is possible. Furthermore, by combining with a transparent TFT, the response speed is improved, and a display element that does not feel uncomfortable when rewritten can be realized.

<2> 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前記<1>に記載のエレクトロクロミック表示素子。 <2> It is characterized in that at least three structural units are laminated, and the electrochromic layers contained in the three structural units each independently contain yellow, cyan, or magenta electrochromic dyes. The electrochromic display element according to <1>.

<2>の発明によれば、フルカラー表示に有効である積層型の表示素子の構成であっても、これらの表示を駆動させるための薄膜トランジスタを透明であるため、開口比が小さくなるという問題が解消される。   According to the invention <2>, there is a problem in that the aperture ratio is small because the thin film transistor for driving these displays is transparent even in the structure of a multilayer display element effective for full color display. It will be resolved.

<3> 視認側に近い側から順に、前記マゼンタ、イエロー、シアンのエレクトロクロミック色素をそれぞれ含有してなるエレクトロクロミック層が積層されてなることを特徴とする前記<2>に記載のエレクトロクロミック表示素子。
<4> 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前記<1>〜<3>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。
<3> The electrochromic display according to <2>, wherein electrochromic layers each containing the magenta, yellow, and cyan electrochromic dyes are laminated in order from the side closer to the viewing side. element.
<4> The electro according to any one of <1> to <3> , wherein a surface of the counter electrode includes a semiconductor nanoporous layer as one of the electrochromic layers. Chromic display element.

> 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前記<>に記載のエレクトロクロミック表示素子。
< 5 > The electrochromic dye is reversibly developed or decolored by at least one of an electrochemical oxidation reaction and a reduction reaction, and the electrochromic dye is supported on the semiconductor nanoporous layer. ,
The electrochromic display element according to < 4 >, wherein an electrolyte layer is provided between the semiconductor nanoporous layer and the pixel electrode.

>及び<>の発明によれば、EC色素を半導体ナノ多孔質層に担持してなるため、表示層の隅々までEC色素を効率よく浸透させることができ、発色・消色反応に関与するイオンの移動速度を高められ、これにより反応速度が大幅に向上する。また、電極面積の拡大が図れるため、電極上の色素量の増大により、発色効率も向上する。 According to the inventions < 4 > and < 5 >, since the EC dye is supported on the semiconductor nanoporous layer, the EC dye can be efficiently penetrated to every corner of the display layer, and color development / decoloration reaction can be achieved. The movement speed of ions involved in the reaction can be increased, and the reaction speed is greatly improved. In addition, since the electrode area can be increased, the coloring efficiency is improved by increasing the amount of the dye on the electrode.

> 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前記<>に記載のエレクトロクロミック表示素子。 < 6 > The electrochromic display element according to < 5 >, wherein the electrolyte layer contains a charge transfer agent.

>の発明によれば、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、発色効率をより向上させることができる。 According to the invention < 6 >, by using the charge transfer agent and the EC dye together, a color-adding effect due to the simultaneous color development of both, and the interaction between the two, the oxidation-reduction reaction proceeds smoothly, and the color development efficiency is further improved. Can be improved.

> 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前記<>〜<>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。 < 7 > The semiconductor nanoporous layer includes semiconductor fine particles, and the semiconductor fine particles are at least one selected from the group consisting of a single semiconductor, an oxide semiconductor, a compound semiconductor, an organic semiconductor, a composite oxide semiconductor, and a mixture thereof. The electrochromic display element according to any one of the above < 4 > to < 6 >, wherein the electrochromic display element is a seed.

> 前記半導体微粒子が、SnO2−ZnO、Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、Nb25−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前記<>に記載のエレクトロクロミック表示素子。 < 8 > The semiconductor fine particles are SnO 2 —ZnO, Nb 2 O 5 —SrTiO 3 , Nb 2 O 5 —Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 —ZrO 2 , Nb 2 O 5 —TiO 2 , Ti—SnO. 2. The electrochromic display element according to < 7 >, which is at least one complex oxide semiconductor selected from the group consisting of Zr—SnO 2 , In—SnO 2 and Bi—SnO 2 .

> 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前記<1>〜<>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。 < 9 > The electrochromic display according to any one of <1> to < 8 >, wherein the electrochromic dye is at least one selected from the group consisting of an organic compound and a metal complex. element.

本発明によれば、フルカラー表示に有効である積層型エレクトロクロミック表示素子において、高精細、高速応答に有効であるトランジスタを用いたときに課題となる、開口率の低下に起因する表示性能の劣化を抑えたエレクトロクロミック表示素子を提供できる。   According to the present invention, in a multi-layer electrochromic display element that is effective for full-color display, degradation of display performance due to a decrease in aperture ratio, which is a problem when using a transistor that is effective for high-definition and high-speed response. It is possible to provide an electrochromic display element that suppresses the above.

本発明のエレクトロクロミック表示素子(以下、EC表示素子と称する場合がある。)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(以下、EC色素と称する場合がある。)と電解質とを含むエレクトロクロミック層(以下、EC層と称する場合がある。)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り、前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物InMO 3 (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。
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。
The electrochromic display element (hereinafter sometimes referred to as EC display element) of the present invention comprises at least one electrochromic dye (hereinafter sometimes referred to as EC dye) and an electrolyte on a substrate. An electrochromic layer (hereinafter sometimes referred to as EC layer), at least one transparent thin film transistor, a transparent pixel electrode arranged in a matrix, and a transparent counter electrode. structural unit comprising Ri Na by stacking a plurality of said thin film transistor, homologous compound InMO 3 (ZnO) m (M is an in, Fe, Ga, or an Al, m is either less than one or more 50 represents an integer.), characterized in Rukoto to have a thin film.
Hereinafter, after describing each composition, the structure of an electrochromic display element is demonstrated.

<透明薄膜トランジスタ>
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。
<Transparent thin film transistor>
The transparent thin film transistor used in the present invention is not particularly limited as long as it is transparent. A transparent thin film transistor typically has a semiconductor active layer, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, and a gate insulating film, and by making all these transparent, the entire thin film transistor can be made transparent.
As the material of the transparent constituent element of the thin film transistor, a conventionally known transparent material can be employed. For example, a gate electrode, a source electrode, a drain electrode, a gate insulating film, and a semiconductor active layer may be formed using a material containing zinc oxide (ZnO) as a base material. ZnO has a large energy band gap of 3 eV or more, and the conductivity can be controlled by doping impurities therein.
Particularly in transparent thin film transistor used in the present invention, Ru using homologous compound InMO 3 a (ZnO) m thin film as a semiconductor active layer. Here, in InMO 3 (ZnO) m , M represents In, Fe, Ga, or Al, preferably Ga or Fe, and m represents any integer of 1 to less than 50, preferably Represents an integer of 1 to 10. Hereinafter, it is synonymous in the chemical formula InMO 3 (ZnO) m .
Hereinafter, the gate electrode, the source electrode, the drain electrode, the gate insulating film, and the semiconductor active layer will be described in detail.

(ゲート電極、ソース電極、ドレイン電極)
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(In23)、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。
(Gate electrode, source electrode, drain electrode)
As a material of the gate electrode, the source electrode, and the drain electrode, any material may be used as long as it is transparent to visible light and can provide a low resistivity. For example, an oxide material such as indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), or ZnO, or a material obtained by doping impurities into this oxide material can be used as the transparent conductive film material.

具体的には、透明導電膜材料としては、例えば、In23に錫(Sn)をドープしたもの(一般的にITO(Indium Tin Oxide)と呼ばれる)、SnO2にアンチモン(Sb)又はフッ素(F)をドープしたもの、ZnOにInをドープしたもの、ZnOにガリウム(Ga)をドープしたもの(一般的にGZOと呼ばれる)、ZnOにAlをドープしたもの(一般的にAZOと呼ばれる)などを採用することができる。 Specifically, as the transparent conductive film material, for example, In 2 O 3 doped with tin (Sn) (generally called ITO (Indium Tin Oxide)), SnO 2 with antimony (Sb) or fluorine (F) doped, ZnO doped with In, ZnO doped with gallium (Ga) (generally called GZO), ZnO doped with Al (commonly called AZO) Etc. can be adopted.

(ゲート絶縁膜)
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(Al23)、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。
(Gate insulation film)
The gate insulating film disposed between the gate electrode and the semiconductor active layer is mainly composed of, for example, silicon oxide (SiO 2 ), alumina (Al 2 O 3 ), silicon nitride (SiN), or silicon oxynitride. Can be formed. The gate insulating film may contain impurities as long as the object can be achieved.
The gate insulating film may have a two-layer structure by combining the above compositions.

(半導体活性層)
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。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。
(Semiconductor active layer)
The semiconductor active layer may be formed of a material that is transparent to visible light and has, for example, an energy band gap between the conduction band and the valence band of 3 eV or more and a carrier concentration of 10 18 cm −3 or less. .
As such a material, for example, such as those based on zinc oxide (ZnO) and the like, in the present invention, Ru is used as particularly homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film semiconductor active layer. The following (1) to (4) can be mentioned as advantages when using the homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film.

(1)反応性固相エピタキシャル法により製造したホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)m薄膜は、InO1.5層が原子レベルで平坦な薄膜表面を形成することから、ゲートと活性層の界面に欠陥が介在しにくく、ゲートリーク電流の少ない薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。
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。
(1) The homologous compound single crystal InMO 3 (ZnO) m thin film manufactured by the reactive solid phase epitaxial method has a defect at the interface between the gate and the active layer because the InO 1.5 layer forms a flat thin film surface at the atomic level. Thus, a thin film field effect transistor with little gate leakage current can be manufactured.
In InMO 3 (ZnO) m , the value of m is preferably an integer of 1 or more and less than 50. In principle, the value of m can be up to infinity, but in practice, if the value of m becomes too large, the variation of m in the film increases and oxygen defects are likely to occur. As a result, the electrical conductivity of the film increases, making it difficult to make a normally-off type FET.

(2)ZnOを主たる構成成分として含有するホモロガス化合物InMO3(ZnO)mのバンドギャップエネルギーは、3.3eVより大きいため、波長が400nm以上の可視光に対して透明である。したがって、ホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)m薄膜を活性層として用いることにより、可視光透過率が高く、可視光による光誘起電流の発生がない、薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。 (2) Since the band gap energy of the homologous compound InMO 3 (ZnO) m containing ZnO as a main constituent is larger than 3.3 eV, it is transparent to visible light having a wavelength of 400 nm or more. Therefore, by using a homologous compound single crystal InMO 3 (ZnO) m thin film as an active layer, a thin film field effect transistor with high visible light transmittance and no generation of photoinduced current due to visible light can be produced.

(3)反応性固相エピタキシャル法により製造したホモロガス化合物InMO3(ZnO)m単結晶薄膜は化学量論組成からのずれが極めて小さく、室温付近では良質な絶縁体であることから、ホモロガス化合物単結晶InMO3(ZnO)m薄膜を活性層として用いることにより、ノーマリーオフ作動で、スイッチング特性の良い透明薄膜電界効果型トランジスタを作製できる。 (3) The homologous compound InMO 3 (ZnO) m single crystal thin film produced by the reactive solid phase epitaxial method has a very small deviation from the stoichiometric composition and is a good insulator near room temperature. By using a crystalline InMO 3 (ZnO) m thin film as an active layer, a transparent thin film field effect transistor with good switching characteristics can be manufactured with a normally-off operation.

(4)ZnOを含むホモロガス化合物を反応性固相エピタキシャル法により室温で成膜したアモルファス状態は、1000℃程度の高温まで安定であり、その状態での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。したがって、ホモロガスアモルファス薄膜を活性層として用いた電界効果型トランジスタは、シリコンアモルファス電界効果型トランジスタに比較して、可視光透過率が高く、光照射に対して安定に動作し、さらに、高速動作することが期待できる。 (4) The amorphous state in which a homologous compound containing ZnO is formed at room temperature by the reactive solid phase epitaxial method is stable up to a high temperature of about 1000 ° C., and the electron carrier mobility in that state is higher than that of amorphous silicon. 10 times larger. Therefore, a field effect transistor using a homologous amorphous thin film as an active layer has a higher visible light transmittance than a silicon amorphous field effect transistor, operates stably against light irradiation, and operates at a higher speed. I can expect that.

なお、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場合には、上記ゲート絶縁膜はAl23であることが好適である。また、ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜の厚さは、50nm〜1000nmであることが好ましく、100nm〜500nmであることがより好ましい。
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。
When using a homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film as the semiconductor active layer, the gate insulating film is preferably Al 2 O 3 . Further, the thickness of the homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film is preferably 50 nm to 1000 nm, and more preferably 100 nm to 500 nm.
Hereinafter, a method for producing a homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film will be described in detail.

ホモロガス化合物InMO3(ZnO)m薄膜の形成方法としては、基板上に、MBE法、パルスレーザー蒸着法(PLD法)等により、ZnO単結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、次に、該ZnO薄膜上に、InMO3(ZnO)mと記述されるホモロガス化合物薄膜を、ターゲットとして、該酸化物の多結晶焼結体を使用して、MBE法、パルスレーザー蒸着法(PLD法)等により成長させる方法が挙げられる。
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Al23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。
As a method for forming a homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film, a ZnO single crystal thin film is epitaxially grown on the substrate by MBE method, pulse laser deposition method (PLD method) or the like, and then, on the ZnO thin film, Examples include a method of growing a homologous compound thin film described as InMO 3 (ZnO) m by a MBE method, a pulsed laser deposition method (PLD method) or the like using a polycrystalline sintered body of the oxide as a target. It is done.
The obtained homologous compound InMO 3 (ZnO) m thin film does not need to be a single crystal film, and may be a polycrystalline film or an amorphous film. Finally, it is preferable to cover the whole thin film with a high melting point compound such as Al 2 O 3 and to carry out a heat diffusion treatment at high temperature and atmospheric pressure containing ZnO vapor.

InMO3(ZnO)mとZnO膜が相互に拡散・反応し、温度を適切に設定すれば、均一組成InMO3(ZnO)m'となる。m’は、InMO3(ZnO)mとZnO膜厚比から決まるが、ZnO膜厚が5nm未満で、InMO3(ZnO)m膜厚が100nmを越える場合には、m’はmと略同じになる。 If InMO 3 (ZnO) m and the ZnO film diffuse and react with each other and the temperature is set appropriately, a uniform composition InMO 3 (ZnO) m ′ is obtained. m ′ is determined from the ratio of InMO 3 (ZnO) m and ZnO film thickness. When the ZnO film thickness is less than 5 nm and the InMO 3 (ZnO) m film thickness exceeds 100 nm, m ′ is substantially the same as m. become.

適切な温度は800度以上,1600度以下,より好ましくは1200度以上、1500度以下である。800度未満では拡散が遅く,均一組成のInMO3(ZnO)mが得られない。また,1600度を越えるとZnOの蒸発が抑えられなくなり均一組成のInMO3(ZnO)mが得られない。 A suitable temperature is 800 degrees or more and 1600 degrees or less, more preferably 1200 degrees or more and 1500 degrees or less. If it is less than 800 degrees, diffusion is slow and InMO 3 (ZnO) m having a uniform composition cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 1600 degrees, evaporation of ZnO cannot be suppressed and InMO 3 (ZnO) m having a uniform composition cannot be obtained.

また、反応性固相エピタキシャル成長法で得られたZnOを含むホモロガス単結晶膜は、化学量論組成に近く、室温では、10W・cm以上の高い絶縁性を示し、ノーマリーオフ電界効果型トランジスタに適している。 Moreover, the homologous single crystal film containing ZnO obtained by the reactive solid phase epitaxial growth method is close to the stoichiometric composition, exhibits a high insulating property of 10 8 W · cm or more at room temperature, and is a normally-off field effect type. Suitable for transistors.

次に、得られたZnOを主たる構成成分として含有するホモロガス単結晶薄膜を活性層とした、トップゲート型MIS電界効果型トランジスタの作製方法について説明する。   Next, a method for manufacturing a top gate type MIS field effect transistor using the obtained homologous single crystal thin film containing ZnO as a main component as an active layer will be described.

まず、基板上にエピタキシャル成長したZnOを主たる構成成分として含有するホモロガス単結晶薄膜上にゲート絶縁膜及びゲート電極用の金属膜を形成する。   First, a gate insulating film and a metal film for a gate electrode are formed on a homologous single crystal thin film containing ZnO epitaxially grown on a substrate as a main component.

ゲート絶縁膜には、Al23が最も適している。ゲート電極用金属膜は、Au,Ag,Al、又はCu等を用いることができる。光リゾグラフィー法及びドライエッチング、又はリフトオフ法により、ゲート電極を作製し、最後に、ソース電極及びドレイン電極を作製する。 Al 2 O 3 is most suitable for the gate insulating film. Au, Ag, Al, Cu, or the like can be used for the metal film for the gate electrode. A gate electrode is manufactured by optical lithography and dry etching or a lift-off method, and finally a source electrode and a drain electrode are manufactured.

(絶縁膜)
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。
(Insulating film)
In the electrochromic display element of the present invention, it is preferable to provide an insulating film so that the thin film transistor is not deteriorated by the influence of an ionic substance contained in the electrolyte layer described below. The composition of the insulating film is not particularly limited as long as it has insulating properties, but it is preferable to use polyimide.

図1に、本発明にかかる透明薄膜トランジスタの一例として、その構成の概略図を示す。
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(In23)、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。
FIG. 1 shows a schematic diagram of the configuration as an example of the transparent thin film transistor according to the present invention.
In FIG. 1, a top gate type MIS field effect transistor (MIS-FET) 10 is shown. In the transparent thin film transistor of FIG. 1, a homologous compound single crystal thin film (InMO 3 (ZnO) m ) containing ZnO as a main component used in the present invention is provided as a semiconductor active layer 12, and a drain electrode 14 and a source electrode 16 are formed thereon. Then, the insulating film 18 and the gate electrode 20 are formed.
The drain electrode 14, the source electrode 16, and the gate electrode 20 may be made of any material as long as it is transparent to visible light and can have a low resistivity. For example, an oxide material such as indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), or ZnO, or a material obtained by doping impurities into this oxide material can be used as the transparent conductive film material.

具体的には、透明導電膜材料としては、例えば、In23に錫(Sn)をドープしたもの(一般的にITO(Indium Tin Oxide)と呼ばれる)、SnO2にアンチモン(Sb)又はフッ素(F)をドープしたもの、ZnOにInをドープしたもの、ZnOにガリウム(Ga)をドープしたもの(一般的にGZOと呼ばれる)、ZnOにAlをドープしたもの(一般的にAZOと呼ばれる)などを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、Al23が最も適している。
Specifically, as the transparent conductive film material, for example, In 2 O 3 doped with tin (Sn) (generally called ITO (Indium Tin Oxide)), SnO 2 with antimony (Sb) or fluorine (F) doped, ZnO doped with In, ZnO doped with gallium (Ga) (generally called GZO), ZnO doped with Al (commonly called AZO) Etc. can be adopted.
As described above, Al 2 O 3 is most suitable for the gate insulating film 18.

本発明にかかる電界効果型トランジスタの形状は、トップゲート型MIS電界効果型トランジスタ(MIS−FET)、J−FET等も含まれる。   The shape of the field effect transistor according to the present invention includes a top gate type MIS field effect transistor (MIS-FET), J-FET, and the like.

ZnOを主たる構成成分として含有するホモロガスアモルファス薄膜を用いた場合であっても、同様に、トップゲート型MIS電界効果型トランジスタを作製することができる。また、アモルファス薄膜の場合は、エピタキシャル成長させる必要はないので、ZnOエピタキシャル成長及び高温アニールプロセスを除くことができる。このために、ゲート電極を基板と膜の間に作製することが可能で、ボトムゲート型MIS電界効果型トランジスタも作製することができる。   Even when a homologous amorphous thin film containing ZnO as a main constituent is used, a top-gate MIS field effect transistor can be similarly produced. In the case of an amorphous thin film, it is not necessary to perform epitaxial growth, so that ZnO epitaxial growth and a high temperature annealing process can be eliminated. Therefore, the gate electrode can be formed between the substrate and the film, and a bottom gate MIS field effect transistor can also be manufactured.

本発明のエレクトロクロミック表示素子において、透明トランジスタの半導体活性層下面からゲート電極までの高さは、50nm〜500nmであることが好ましく、100nm〜200nmであることがより好ましい。50nmよりも薄いと安定して製造することが困難となりとなり、500nmよりも厚いと駆動電圧が上がり、消費電力が高くなり、好ましくない。   In the electrochromic display element of the present invention, the height from the lower surface of the semiconductor active layer of the transparent transistor to the gate electrode is preferably 50 nm to 500 nm, and more preferably 100 nm to 200 nm. If it is thinner than 50 nm, it becomes difficult to produce stably, and if it is thicker than 500 nm, the driving voltage increases and power consumption increases, which is not preferable.

また、チャネル長は、0.01mm〜0.1mmであることが好ましく、0.02mmから0.08mmであることがより好ましい。チャネル幅は、0.1mm〜0.5mmであることが好ましく、0.1mm〜0.3mmであることがより好ましい。   The channel length is preferably 0.01 mm to 0.1 mm, and more preferably 0.02 mm to 0.08 mm. The channel width is preferably 0.1 mm to 0.5 mm, and more preferably 0.1 mm to 0.3 mm.

<画素電極及び対向電極(透明電極)>
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。
<Pixel electrode and counter electrode (transparent electrode)>
The pixel electrode and the counter electrode used in the present invention are transparent electrodes and are arranged so as to face each other. The pixel electrode and the counter electrode may have the same composition or different ones. The transparent electrode refers to an electrode having a light transmittance of at least 50%.
The transparent electrode is not particularly limited as long as it is transparent and can conduct electricity, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, indium tin oxide (ITO), tin oxide (NESA), fluorine-doped oxide Examples include tin (FTO), indium oxide, zinc oxide, platinum, gold, silver, rhodium, copper, chromium, and carbon. Among these, metal oxides represented by tin oxide-indium oxide (ITO), tin oxide, zinc oxide and the like are preferably used, and furthermore, the surface resistance value is low, the heat resistance is good, and the chemical stability is high. In view of high light transmittance, tin oxide (FTO) doped with fluorine and indium tin oxide (ITO) are preferable.
In particular, the electrochromic display element of the present invention may be provided with an electrolyte layer or a semiconductor nanoporous layer described below adjacent to the transparent electrode, and it must be chemically stable even when in contact therewith. Therefore, tin oxide (FTO) and indium tin oxide (ITO), which are oxides, are suitable.

画素電極及び対向電極の厚みは、特に制限がなく、目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.1μm以上、更に具体的には0.1μm〜20μmであるのが一般的である。   The thickness of the pixel electrode and the counter electrode is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, it is generally 0.1 μm or more, more specifically 0.1 μm to 20 μm. is there.

透明電極については、たとえば、「液晶デバイスハンドブック」(日本学術振興会第142委員会編、日刊工業新聞社、1989年)の第232〜239頁に記載のものが用いられる。透明電極は、スパッタ法、ゾルゲル法、印刷法により形成することができる。   As for the transparent electrode, for example, those described in pages 232 to 239 of “Liquid Crystal Device Handbook” (edited by the Japan Society for the Promotion of Science 142nd Committee, Nikkan Kogyo Shimbun, 1989) are used. The transparent electrode can be formed by a sputtering method, a sol-gel method, or a printing method.

また、反射型光学素子用途の場合には、目視方向から見て最も遠い方の電極としては、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層の他に、導電性高分子や、カーボン、銅、アルミニウム、金、銀、ニッケル、プラチナなどに代表される金属層を用いることも可能である。   In the case of a reflective optical element, the electrode farthest from the viewing direction is a metal oxide layer represented by tin oxide-indium oxide (ITO), tin oxide, zinc oxide, or the like. In addition, a conductive polymer or a metal layer represented by carbon, copper, aluminum, gold, silver, nickel, platinum, or the like can be used.

<エレクトロクロミック層>
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。
<Electrochromic layer>
The electrochromic layer in the present invention is a layer containing an electrochromic dye and an electrolyte. There is no restriction | limiting in particular except this, For example, what contained EC dye in the electrolyte layer containing electrolyte (electrolyte EC layer), what added EC dye to the semiconductor nanoporous layer mentioned later, etc. are mentioned. Of course, a layer containing an electrochromic dye may be formed separately from the electrolyte layer and the semiconductor nanoporous layer. That is, the electrochromic layer refers to a layer that can contain an EC dye, including an electrolyte layer, a semiconductor nanoporous layer, a layer containing an EC dye (including a layer having these functions), and the like.

前記EC色素は、酸化還元反応により可逆的に黒色に発色又は消色するものであり、具体的には、波長300〜750nmの光透過率が10%以下であることが好ましく、波長350〜700nmの光透過率が10%以下であることがより好ましく、波長400〜600nmの光透過率が10%以下であることがさらに好ましい。このような発色消色挙動を示すEC色素は、特に制限されないが、2種以上のEC色素を併用することが好ましく、具体的な組み合わせについては後述する。   The EC dye is reversibly blackened or decolored by an oxidation-reduction reaction. Specifically, the light transmittance at a wavelength of 300 to 750 nm is preferably 10% or less, and a wavelength of 350 to 700 nm. The light transmittance is more preferably 10% or less, and the light transmittance at a wavelength of 400 to 600 nm is further preferably 10% or less. The EC dye exhibiting such color development and decoloring behavior is not particularly limited, but two or more EC dyes are preferably used in combination, and specific combinations will be described later.

(半導体ナノ多孔質層)
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。
(Semiconductor nanoporous layer)
The semiconductor nanoporous layer is formed between at least one or both of the inner surfaces of the transparent electrode, preferably on the counter electrode side, between the transparent electrodes.
The semiconductor nanoporous layer has a porous structure so that the surface and the inside thereof have many micropores capable of supporting an EC dye and, if necessary, a charge transfer agent.

前記半導体ナノ多孔質層は、単層構造であってもよいが、多層構造、例えば2〜4層構造に形成し、該多層構造の半導体ナノ多孔質層毎に同一種類のEC色素を担持することにより、発色強度を調整でき、発色強度を増強させることができる。また、多層構造の半導体ナノ多孔質層の各層毎に異なる色のEC色素を担持させることにより黒色化を容易達成することができる。   The semiconductor nanoporous layer may have a single layer structure, but is formed in a multilayer structure, for example, a 2-4 layer structure, and carries the same type of EC dye for each semiconductor nanoporous layer of the multilayer structure. Thus, the color intensity can be adjusted and the color intensity can be enhanced. Moreover, blackening can be easily achieved by carrying EC dye of a different color for each layer of the semiconductor nanoporous layer having a multilayer structure.

半導体ナノ多孔質層の比表面積は、1〜5000m2/gが好ましく、10〜2500m2/gがより好ましい。ここで、比表面積は窒素ガスの吸着量から求めたBET比表面積を意味する。比表面積が小さすぎるとEC色素の吸着量を増大させることができなり、本発明の目的を達成できなくなる場合がある。
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。
1-5000 m < 2 > / g is preferable and, as for the specific surface area of a semiconductor nanoporous layer, 10-2500 m < 2 > / g is more preferable. Here, the specific surface area means the BET specific surface area obtained from the adsorption amount of nitrogen gas. If the specific surface area is too small, the adsorption amount of the EC dye cannot be increased, and the object of the present invention may not be achieved.
The thickness of the semiconductor nanoporous layer (total thickness in the case of a multilayer structure) is preferably 5 μm to 200 μm, and more preferably 10 μm to 50 μm. If the thickness is less than 5 μm, the amount of dye adsorbed decreases, so that the display performance deteriorates. If the thickness is more than 200 μm, the driving voltage increases, which is not preferable.

半導体ナノ多孔質層は、いかなる構成であってもよいが、微粒子を充填させることで多孔質状態を形成することが製造の簡便さから好ましい。半導体ナノ多孔質層に含まれる半導体微粒子としては、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、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、又はこれらの混合物が挙げられ、これらにはドーパントとして不純物が含まれていてもよい。なお、半導体の形態の制限は特になく、単結晶、多結晶、非晶質又はこれらの混合形態であってもよい。   The semiconductor nanoporous layer may have any configuration, but it is preferable from the viewpoint of ease of production to form a porous state by filling fine particles. The semiconductor fine particles contained in the semiconductor nanoporous layer are not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. For example, a single semiconductor, an oxide semiconductor, a compound semiconductor, an organic semiconductor, a composite oxide semiconductor, Or a mixture thereof may be mentioned, and these may contain impurities as a dopant. There is no particular limitation on the form of the semiconductor, and it may be single crystal, polycrystal, amorphous, or a mixed form thereof.

前記単体半導体としては、例えば、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)、テルル(Te)、などが挙げられる。   Examples of the single semiconductor include silicon (Si), germanium (Ge), and tellurium (Te).

前記酸化物半導体は、金属酸化物で半導体の性質を持つものであり、例えば、TiO2,SnO2、Fe23、SrTiO3、WO3、ZnO、ZrO2、Ta25、Nb25、V25、In23、CdO、MnO,CoO、TiSrO3、KTiO3、Cu2O、チタン酸ナトリウム、チタン酸バリウム、ニオブ酸カリウム、などが挙げられる。 The oxide semiconductor is a metal oxide and has semiconductor properties. For example, TiO 2 , SnO 2 , Fe 2 O 3 , SrTiO 3 , WO 3 , ZnO, ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 Examples thereof include O 5 , V 2 O 5 , In 2 O 3 , CdO, MnO, CoO, TiSrO 3 , KTiO 3 , Cu 2 O, sodium titanate, barium titanate, and potassium niobate.

前記化合物半導体としては、例えば、カドミウムの硫化物、亜鉛の硫化物、鉛の硫化物、銀の硫化物、アンチモンの硫化物、ビスマスの硫化物、カドミウムのセレン化物、鉛のセレン化物、カドミウムのテルル化物、亜鉛のリン化物、ガリウムのリン化物、インジウムのリン化物、カドミウムのリン化物、ガリウム−ヒ素のセレン化物、銅−インジウムのセレン化物、銅−インジウムの硫化物、などが挙げられる。   Examples of the compound semiconductor include cadmium sulfide, zinc sulfide, lead sulfide, silver sulfide, antimony sulfide, bismuth sulfide, cadmium selenide, lead selenide, cadmium Examples include telluride, zinc phosphide, gallium phosphide, indium phosphide, cadmium phosphide, gallium-arsenic selenide, copper-indium selenide, copper-indium sulfide, and the like.

前記有機半導体としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンスルフィド、等が挙げられる。   Examples of the organic semiconductor include polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, polyphenylene vinylene, polyphenylene sulfide, and the like.

前記複合体酸化物半導体としては、例えば、SnO2−ZnO、Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、Nb25−TiO2、Ti−SnO2、Zr−SnO2、Bi−SnO2、In−SnO2、などが挙げられる。前記SnO2−ZnOは、比較的大きなZnO粒子(粒径約0.2μm)を中心に周りをSnO2超微粒子(粒径約15nm)で被覆したものであり、両者の複合化は質量比でSnO2:ZnO=70:30〜30:70の範囲であることが好ましい。前記Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、及びNb25−TiO2などのNb25複合体は、Nb25との質量比が8:2〜2:8となるように複合化される。 Examples of the complex oxide semiconductor include SnO 2 —ZnO, Nb 2 O 5 —SrTiO 3 , Nb 2 O 5 —Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 —ZrO 2 , Nb 2 O 5 —TiO 2 , Ti-SnO 2, Zr-SnO 2, Bi-SnO 2, In-SnO 2, and the like. The SnO 2 —ZnO is obtained by coating relatively large ZnO particles (particle size: about 0.2 μm) around the center with SnO 2 ultrafine particles (particle size: about 15 nm). SnO 2: ZnO = 70: 30~30 : is preferably in the range of 70. The Nb 2 O 5 -SrTiO 3, Nb 2 O 5 -Ta 2 O 5, Nb 2 O 5 -ZrO 2, and Nb 2 O 5 complex, such as Nb 2 O 5 -TiO 2 includes a Nb 2 O 5 The mass ratio is 8: 2 to 2: 8.

前記半導体微粒子の形状は、特に制限はなく、目的に応じて適宜選定することができ、球形、ナノチューブ状、棒状、ウィスカー状のいずれの形状であっても構わず、形状の異なる2種類以上の微粒子を混合することもできる。前記球形粒子の場合には、個数平均粒径が0.1〜1000nmが好ましく、1〜100nmがより好ましい。なお、粒径分布の異なる2種類以上の微粒子を混合しても構わない。また、前記棒状粒子の場合には、アスペクト比が2〜50000が好ましく、5〜25000がより好ましい。   The shape of the semiconductor fine particles is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose. The shape may be any of a spherical shape, a nanotube shape, a rod shape, and a whisker shape, and two or more types having different shapes may be used. Fine particles can also be mixed. In the case of the spherical particles, the number average particle size is preferably 0.1 to 1000 nm, more preferably 1 to 100 nm. Two or more kinds of fine particles having different particle size distributions may be mixed. In the case of the rod-like particles, the aspect ratio is preferably 2 to 50000, and more preferably 5 to 25000.

前記半導体ナノ多孔質層を形成する方法としては、特に制限はなく、半導体の種類に応じて適宜選定することができ、例えば、金属陽極酸化法、陰極析出法、スクリーン印刷法、ゾルゲル法、熱酸化法、真空蒸着法、DC及びDFスパッタ法、化学気相堆積法、有機金属化学気相堆積法、分子線堆積法、レーザーアブレーション法などが挙げられ、また、上記方法を組み合わせて前記半導体ナノ多孔質層を作製することもできる。   The method for forming the semiconductor nanoporous layer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the type of semiconductor. For example, metal anodization, cathode deposition, screen printing, sol-gel method, heat Examples include oxidation, vacuum deposition, DC and DF sputtering, chemical vapor deposition, metalorganic chemical vapor deposition, molecular beam deposition, laser ablation, and the like. A porous layer can also be produced.

(酸化物半導体ナノ多孔質層の形成方法)
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)。
(Method for forming oxide semiconductor nanoporous layer)
As one method for forming an oxide semiconductor (metal oxide) nanoporous layer, in a solution containing a metal oxide precursor and a compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor A first step of producing a composite gel by reacting the metal oxide precursor to obtain a colloidal dispersion sol composed of metal oxide fine particles, and applying the sol to a support and drying or baking the sol And a second step of forming a semiconductor nanoporous layer having micropores on the transparent conductive film on the transparent insulating substrate (hereinafter also referred to as “composite gelation method”). ).

前記第1の工程では、拡散が規制されたゲル中で金属酸化物微粒子の形成反応が進行するため、粗大粒の形成や粒子の沈降が起こらず、粒径の小さな微粒子が均一に分散したコロイド分散ゾル溶液を得ることができる。いわゆるゾル−ゲル法では、金属酸化物前駆体同士が、例えば金属アルコキシドの場合、加水分解、脱水縮合反応することでゲル化するが、この場合には、−M−O−M−(ここで、Mは金属元素であり、Oは酸素元素である。)の化学的強固な3次元結合のネットワークが形成され、再びゾル化させることはできず、一旦ゲル化すると塗布等の手段による加工ができない。これに対して前記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化合物とを含む溶液中で、金属酸化物前駆体を反応させて複合ゲルを得る方法では、金属酸化物前駆体と相互作用する化合物の相互作用の性質を利用することで再びゾル化させることができ、優れた加工性を持たせることが可能となる。   In the first step, since the formation reaction of metal oxide fine particles proceeds in a gel whose diffusion is restricted, colloid in which fine particles having a small particle diameter are uniformly dispersed without formation of coarse particles or sedimentation of particles. A dispersed sol solution can be obtained. In the so-called sol-gel method, when metal oxide precursors are, for example, metal alkoxides, they are gelled by hydrolysis and dehydration condensation reaction. In this case, -M-OM- (here , M is a metal element, and O is an oxygen element), a chemically strong three-dimensional bond network is formed and cannot be solated again. Once gelled, it can be processed by means such as coating. Can not. On the other hand, in a method of obtaining a composite gel by reacting a metal oxide precursor in a solution containing the metal oxide precursor and a compound that interacts with the metal oxide precursor, By utilizing the interaction property of the compound that interacts with the body, it can be made into a sol again and can have excellent processability.

ここで、前記金属酸化物前駆体としては、使用する溶媒に可溶である金属ハロゲン化物、金属錯化合物、金属アルコキシド、金属カルボン酸塩あるいはキレート化合物等の金属化合物等が挙げられる。具体的な化合物としては、例えば、TiCl4(四塩化チタン)、ZnCl2(塩化亜鉛)、WCl6(六塩化タングステン)、SnCl2(塩化第一錫)、SrCl6(塩化ストロンチウム)等の金属ハロゲン化物、Ti(NO34(硝酸チタン)、Zn(NO32(硝酸亜鉛)、Sr(NO32(硝酸ストロンチウム)等の硝酸塩や、一般式:M(OR)n(但し、Mは金属元素、Rはアルキル基、nは金属元素の酸化数である。)で表される金属アルコキシド等が挙げられる。 Here, examples of the metal oxide precursor include metal compounds such as metal halides, metal complex compounds, metal alkoxides, metal carboxylates, and chelate compounds that are soluble in the solvent used. Specific examples of the compound include metals such as TiCl 4 (titanium tetrachloride), ZnCl 2 (zinc chloride), WCl 6 (tungsten hexachloride), SnCl 2 (stannous chloride), and SrCl 6 (strontium chloride). Halides, nitrates such as Ti (NO 3 ) 4 (titanium nitrate), Zn (NO 3 ) 2 (zinc nitrate), Sr (NO 3 ) 2 (strontium nitrate), and general formula: M (OR) n (however, , M is a metal element, R is an alkyl group, and n is an oxidation number of the metal element).

前記金属アルコキシドとしては、例えば、亜鉛ジエトキシド、タングステンヘキサエトキシド、バナジルエトキシド、錫テトライソプロポキシド、ストロンチウムジイソプロポキシド等が挙げられる。   Examples of the metal alkoxide include zinc diethoxide, tungsten hexaethoxide, vanadyl ethoxide, tin tetraisopropoxide, strontium diisopropoxide, and the like.

例えば、酸化チタンの金属酸化物層を形成する場合、金属アルコキシドとしては、例えば、チタニウムテトライソプロポキシド、チタニウムテトラノルマルプロポキシド、チタニウムテトラエトキシド、チタニウムテトラノルマルブトキシド、チタニウムテトライソブトキシド、チタニウムテトラターシャリーブトキシド等が好ましく使用できる。   For example, when forming a metal oxide layer of titanium oxide, examples of the metal alkoxide include titanium tetraisopropoxide, titanium tetranormal propoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetranormal butoxide, titanium tetraisobutoxide, and titanium tetra. Tertiary butoxide and the like can be preferably used.

また、前記金属酸化物前駆体と相互作用する官能基としては、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基等が挙げられる。また、金属酸化物前駆体と相互作用する官能基としては、アミド酸構造のような前記官能基を1種以上有するものでもよい。また、前記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は、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、アミノ酸構造から選択される官能基を1種以上有する化合物である。特に好ましくは高分子化合物である。このような低分子化合物の具体例としては、ジカルボン酸、ジアミン、ジオール、ジアミド酸等が挙げられる。   Examples of the functional group that interacts with the metal oxide precursor include a carboxyl group, an amino group, and a hydroxyl group. Moreover, as a functional group which interacts with a metal oxide precursor, you may have 1 or more types of the said functional groups like an amic acid structure. The compound having at least one functional group that interacts with the metal oxide precursor is a compound having at least one functional group selected from a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, and an amino acid structure. Particularly preferred are polymer compounds. Specific examples of such a low molecular weight compound include dicarboxylic acid, diamine, diol, diamic acid and the like.

また、高分子化合物の具体例としては、カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、アミド酸構造から選択される官能基を主鎖、側鎖又は架橋部分に1種以上有する高分子化合物が挙げられる。前記高分子化合物の主鎖構造としては、特に限定されるものではないが、ポリエチレン系構造、ポリスチレン系構造、ポリアクリレート系構造、ポリメタクリレート系構造、ポリカーボネート系構造、ポリエステル系構造、セルロース系構造、シリコーン構造、ビニル系重合体構造、ポリアミド系構造、ポリアミドイミド系構造、ポリウレタン系構造、ポリウレア系構造等、又はこれら共重合体構造等の任意の構造を有するものが挙げられる。   Specific examples of the polymer compound include a polymer compound having at least one functional group selected from a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, and an amic acid structure in the main chain, side chain, or cross-linked portion. The main chain structure of the polymer compound is not particularly limited, but a polyethylene structure, a polystyrene structure, a polyacrylate structure, a polymethacrylate structure, a polycarbonate structure, a polyester structure, a cellulose structure, Examples thereof include a silicone structure, a vinyl polymer structure, a polyamide structure, a polyamideimide structure, a polyurethane structure, a polyurea structure, etc., or an arbitrary structure such as a copolymer structure.

さらに、前記カルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、アミド酸構造から選択される官能基を主鎖、側鎖又は架橋部分に1種以上有する高分子化合物としては、金属酸化物前駆体と相互作用の形態が適当である観点から、側鎖にカルボキシル基を有するポリアクリル酸の使用が特に好ましい。そして、前記金属酸化物前駆体と相互作用する官能基を1種以上有する高分子化合物は、相互作用する官能基を有する高分子化合物とカルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、アミド酸構造を有さない前記同様の主鎖構造を有する高分子化合物との共重合体であってもよい。前記金属酸化物前駆体と相互作用する官能基を1種以上有する高分子化合物は、目的に応じて、2種以上の混合系、又はカルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシル基、アミド酸構造を有さない前記同様の主鎖構造を有する高分子化合物との混合系を使用してもよい。前記金属酸化物前駆体と相互作用する官能基を1種以上有する高分子化合物の平均重合度は、100〜10,000,000が好ましく、5,000〜250,000がより好ましい。   Furthermore, as a polymer compound having at least one functional group selected from the carboxyl group, amino group, hydroxyl group, and amic acid structure in the main chain, side chain, or cross-linked portion, the polymer compound interacts with the metal oxide precursor. From the viewpoint of suitable form, the use of polyacrylic acid having a carboxyl group in the side chain is particularly preferred. The polymer compound having at least one functional group that interacts with the metal oxide precursor has a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, and an amic acid structure with the polymer compound having an interacting functional group. It may be a copolymer with a polymer compound having the same main chain structure as described above. The polymer compound having at least one functional group that interacts with the metal oxide precursor has a mixed system of two or more, or a carboxyl group, an amino group, a hydroxyl group, and an amic acid structure, depending on the purpose. A mixed system with a polymer compound having a main chain structure similar to that described above may be used. The average degree of polymerization of the polymer compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor is preferably 100 to 10,000,000, and more preferably 5,000 to 250,000.

前記溶媒としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール類や、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキサン、ベンゼン等の金属酸化物前駆体を溶解し、かつ金属酸化物前駆体とは反応しないものであれば用いることができる。   As the solvent, alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol and butanol, and metal oxide precursors such as formamide, dimethylformamide, dioxane and benzene can be dissolved and do not react with the metal oxide precursor. Can be used.

以下、金属酸化物前駆体として金属アルコキシドを用いた場合を例として、半導体ナノ多孔質層の形成方法を詳しく説明する。   Hereinafter, the method for forming a semiconductor nanoporous layer will be described in detail by taking as an example the case of using a metal alkoxide as the metal oxide precursor.

まず、前記金属アルコキシドを前記溶媒(例えば、アルコール類等の有機溶媒)に添加する。さらに、前記金属アルコキシドを部分的に加水分解するのに必要な水と、触媒として、塩酸、硝酸、硫酸又は酢酸等の酸類を添加する。ここで添加する水及び酸類の量は、用いる前記金属アルコキシドの加水分解性の程度に応じて適宜選択することができる。
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。
First, the metal alkoxide is added to the solvent (for example, an organic solvent such as alcohol). Further, water necessary for partially hydrolyzing the metal alkoxide and an acid such as hydrochloric acid, nitric acid, sulfuric acid or acetic acid are added as a catalyst. The amount of water and acids added here can be appropriately selected according to the degree of hydrolyzability of the metal alkoxide used.
Next, the resulting mixed solution is heated or refluxed at room temperature (about 25 ° C., the same applies to room temperature) to 150 ° C., preferably room temperature to 100 ° C. under a stream of dry nitrogen while stirring. The reflux temperature and time can also be appropriately selected according to the hydrolyzability of the metal oxide precursor used.
As a result of the reflux, the metal alkoxide is partially hydrolyzed. That is, since the amount of the water contained in the mixed solution is small enough not to sufficiently hydrolyze the alkoxyl group of the metal alkoxide, the metal represented by the general formula: M (OR) n In alkoxides, all of the —OR groups are not hydrolyzed, resulting in a partially hydrolyzed state. In the partially hydrolyzed metal alkoxide, the polycondensation reaction does not proceed. For this reason, even if the chain | strand of -MOMM is formed between the said metal alkoxides, the said metal alkoxide will be in an oligomer state. The mixed solution after reflux containing the metal alkoxide in the oligomer state is colorless and transparent and hardly increases in viscosity.

次に、前記還流後の混合溶液の温度を室温に下げ、該混合溶液にカルボキシル基、アミノ基、ヒドロキシ基、アミノ酸構造から選択される官能基を1種以上有する高分子化合物(好ましくはポリアクリル酸)を添加する。この場合、本来アルコール類等の有機溶媒には溶解しにくい前記高分子化合物が、この混合溶液には容易に溶解し透明ゾルが得られる。これは、前記高分子化合物のカルボキシル基と前記金属アルコキシドとが塩形成反応により結合し、高分子錯体状の化合物が形成されるためであると考えられる。この透明ゾルは、通常、無色透明な均一溶液である。   Next, the temperature of the mixed solution after reflux is lowered to room temperature, and the mixed solution is a polymer compound (preferably polyacrylic acid) having at least one functional group selected from a carboxyl group, an amino group, a hydroxy group, and an amino acid structure. Acid). In this case, the polymer compound that is originally difficult to dissolve in an organic solvent such as alcohols is easily dissolved in the mixed solution to obtain a transparent sol. This is considered to be because the carboxyl group of the polymer compound and the metal alkoxide are bonded by a salt formation reaction to form a polymer complex compound. This transparent sol is usually a colorless and transparent uniform solution.

この透明ゾルにさらに過剰量の水を加えて、室温〜150℃、好ましくは室温〜100℃程度に保持してさらに反応を継続させることにより、数分(例えば、5分)から1時間程度で該透明ゾルがゲル化し、前記高分子化合物と前記金属アルコキシドとの架橋状構造を有する複合ゲルが形成される。   By adding an excessive amount of water to the transparent sol and maintaining the reaction at room temperature to 150 ° C., preferably about room temperature to 100 ° C., the reaction is continued for several minutes (for example, 5 minutes) to about 1 hour. The transparent sol is gelled to form a composite gel having a crosslinked structure of the polymer compound and the metal alkoxide.

得られる複合ゲルをさらに室温〜90℃(通常、80℃程度)で5〜50時間保持し反応を継続させると、該複合ゲルは再び溶解し半透明な金属酸化物微粒子コロイド分散ゾルが得られる。これは、前記金属アルコキシドの加水分解反応により重縮合反応が進行するとともに、前記高分子化合物と前記金属アルコキシドとによる塩構造が分解して、金属酸化物微粒子とカルボン酸エステル等とに変化することによるものである。   When the resulting composite gel is further maintained at room temperature to 90 ° C. (usually about 80 ° C.) for 5 to 50 hours and the reaction is continued, the composite gel is dissolved again to obtain a translucent metal oxide fine particle colloidal dispersion sol. . This is because the polycondensation reaction proceeds by the hydrolysis reaction of the metal alkoxide, and the salt structure of the polymer compound and the metal alkoxide is decomposed to change into metal oxide fine particles, carboxylic acid ester, and the like. Is due to.

以上により得られた半透明な金属酸化物微粒子コロイド分散ゾルを、基板上に設けられた電極層に塗布後、乾燥又は焼成することにより、微細孔を有した金属酸化物膜が形成される。   The semitransparent metal oxide fine particle colloidal dispersion sol obtained as described above is applied to an electrode layer provided on a substrate, and then dried or baked to form a metal oxide film having fine pores.

前記塗布法は、特に限定なく公知の方法で行うことができる、具体的には、ディップコーティング法、スピンコーティング法、ワイヤーバー法、スプレーコーティング法が挙げられる。また、乾燥には、例えば、風乾、オーブン等の乾燥器を用いて行う乾燥、真空凍結乾燥が可能である。また、ロータリーエバポレーター等の機器を用いて溶媒を蒸発させる方法でもよい。この場合、乾燥の温度、時間等を目的に応じて適且選択することができる。   The coating method can be performed by a known method without any particular limitation. Specific examples include a dip coating method, a spin coating method, a wire bar method, and a spray coating method. In addition, for example, air drying, drying using an oven or the like, and vacuum freeze drying are possible for drying. Moreover, the method of evaporating a solvent using apparatuses, such as a rotary evaporator, may be used. In this case, the drying temperature, time, etc. can be appropriately selected according to the purpose.

また、乾燥温度により、前記金属酸化物微粒子コロイド分散ゾルを乾燥(前記溶媒を含む液体成分の除去)しただけは、前記高分子化合物又はその反応生成物が除去できないことがある。かかる場合には、さらにこれらを除去し純粋な金属酸化物とするため、焼成を行うのが好ましい。前記焼成は、例えば炉等を用いて行うことができ、焼成の温度としては用いた前記官能基を有する高分子化合物の種類により異なるが、低温であることが多層化を図る上で好適であり、約100℃〜700℃が好ましく、100℃〜400℃がより好ましい。   Further, the polymer compound or its reaction product may not be removed only by drying the metal oxide fine particle colloidal dispersion sol (removal of the liquid component containing the solvent) at a drying temperature. In such a case, it is preferable to perform firing in order to remove these further to obtain a pure metal oxide. The firing can be performed using, for example, a furnace, and the firing temperature varies depending on the type of the polymer compound having the functional group used, but a low temperature is suitable for multi-layering. About 100 ° C to 700 ° C is preferable, and 100 ° C to 400 ° C is more preferable.

前記焼成により、金属酸化物微粒子の結晶化と金属酸化物微粒子の焼結が起こると同時に、有機高分子成分が熱分解して消失する。   The firing causes crystallization of the metal oxide fine particles and sintering of the metal oxide fine particles, and at the same time, the organic polymer component is thermally decomposed and disappears.

前記半導体ナノ多孔質層の形成においては、拡散が規制された複合ゲル中で金属酸化物微粒子の形成反応が進行するため、粗大粒子の形成や、粒子の沈降による凝集等が起こらず、粒径の小さな超微粒子が均一に分散した金属酸化物微粒子コロイド分散ゾルを得ることができる。   In the formation of the semiconductor nanoporous layer, the formation reaction of metal oxide fine particles proceeds in a composite gel in which diffusion is regulated, so that formation of coarse particles, aggregation due to sedimentation of particles does not occur, and the like. A metal oxide fine particle colloidal dispersion sol in which small ultrafine particles are uniformly dispersed can be obtained.

前記半導体ナノ多孔質層の金属酸化物微粒子の大きさ、金属酸化物微粒子凝集構造の周期、金属酸化物微粒子凝集相と空隙相との体積比等については、例えば、前記金属酸化物前駆体に対する、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の添加量と、前記金属酸化物前駆体と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合わせた固形成分の前記混合溶液全体に対する割合で、所望の程度に制御することができる。   Regarding the size of the metal oxide fine particles of the semiconductor nanoporous layer, the period of the metal oxide fine particle aggregated structure, the volume ratio of the metal oxide fine particle aggregated phase and the void phase, etc., for example, relative to the metal oxide precursor The addition amount of the compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor is combined with the compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor and the metal oxide precursor. The ratio of the solid component to the whole mixed solution can be controlled to a desired level.

即ち、金属酸化物前駆体と焼成する官能基を1種以上有する化合物の添加量を増やすと、得られる半導体ナノ多孔質層における空隙相の体積比が増し、前記金属酸化物前駆体と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合わせた固形成分の前記混合溶液全体に対する割合を減らすと、得られる金属酸化物微粒子凝集構造の周期が小さくなり、空隙相の密度は増すが、金属酸化物微粒子そのものの大きさは大きくなる。   That is, when the addition amount of the compound having one or more functional groups to be fired with the metal oxide precursor is increased, the volume ratio of the void phase in the obtained semiconductor nanoporous layer is increased, and the metal oxide precursor and the metal oxide are oxidized. If the ratio of the solid component combined with the compound having at least one functional group that interacts with the precursor of the compound to the whole mixed solution is reduced, the cycle of the resulting metal oxide fine particle aggregated structure becomes smaller, and the density of the void phase However, the size of the metal oxide fine particles themselves increases.

前記金属酸化物前駆体に対する、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の添加量は、前記固形成分の前記混合溶液全体に対する割合に応じて異なり適宜選択可能であり、一般には質量比で0.1〜1が好ましく、さらには0.2〜0.8が好ましい。このような範囲とすることにより、−M−O−M−の大きな3次元ネットワークが形成されて複合ゲルの再溶解の妨げとなるのをより効果的に防ぎ、マクロ孔が少ない緻密な半導体ナノ多孔質層がよりできやすくする。また、逆に添加量を上げて、1を超えると比較的大きな空隙が生じ透明な半導体ナノ多孔質層となりやすい。   The addition amount of the compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor with respect to the metal oxide precursor can be appropriately selected depending on the ratio of the solid component to the whole mixed solution, In general, the mass ratio is preferably 0.1 to 1, and more preferably 0.2 to 0.8. By setting it as such a range, it is possible to more effectively prevent the formation of a large three-dimensional network of -M-OM- and hinder the re-dissolution of the composite gel, and the dense semiconductor nanometer with few macropores. Make the porous layer easier. On the other hand, if the addition amount is increased to exceed 1, relatively large voids are generated, and a transparent semiconductor nanoporous layer tends to be formed.

前記固形成分の前記混合溶液全体に対する割合としては、前記金属酸化物前駆体と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の添加量に応じて異なるため適宜選択可能であるが、一般には1〜10質量%が好ましく、2〜5質量%がより好ましい。前記割合が、1質量%未満であると、複合ゲル化反応の進行が遅く、流動性の高い透明ゾル状態で金属酸化物微粒子が形成され、粗大な微粒子が形成されてしまい、一方、10質量%を超えると透明ゾルから複合ゲルへの進行が速く均一な複合ゲルが得られないことがある。   The ratio of the solid component to the entire mixed solution can be appropriately selected because it varies depending on the amount of the metal oxide precursor and the compound having one or more functional groups that interact with the metal oxide precursor. However, generally 1-10 mass% is preferable and 2-5 mass% is more preferable. When the proportion is less than 1% by mass, the progress of the complex gelation reaction is slow, and metal oxide fine particles are formed in a transparent sol state with high fluidity, and coarse particles are formed, whereas 10% by mass. If it exceeds 50%, the progress from the transparent sol to the composite gel is fast, and a uniform composite gel may not be obtained.

以下に、金属アルコキシドとしてタングステンヘキサエトキシドを用いた場合を例にして、酸化タングステン多孔質層の形成方法についてさらに詳しく説明する。   Below, the case where tungsten hexaethoxide is used as the metal alkoxide is taken as an example, and the method for forming the tungsten oxide porous layer will be described in more detail.

まず、タングステンヘキサエトキシドをアルコールに添加して混合溶液を調製する。この際アルコールには、水と、触媒としての酸とが添加されるが、該水は、タングステンヘキサエトキシドに対して0.1倍モル〜等モルが好ましく、該酸は、タングステンヘキサエトキシドに対して0.05倍モル〜0.5倍モルが好ましい。得られる混合溶液を、例えば、室温〜80℃で攪拌しながら乾燥窒素気流下で還流する。ここでの還流温度及び時間は、80℃で30分〜3時間程度が好ましい。この還流の結果、透明な混合溶液が得られる。   First, tungsten hexaethoxide is added to alcohol to prepare a mixed solution. In this case, water and an acid as a catalyst are added to the alcohol, and the water is preferably 0.1 mole to equimolar to tungsten hexaethoxide, and the acid is tungsten hexaethoxide. The molar amount is preferably 0.05 times to 0.5 times mol. The resulting mixed solution is refluxed under a stream of dry nitrogen with stirring, for example, at room temperature to 80 ° C. The reflux temperature and time here are preferably about 30 minutes to 3 hours at 80 ° C. As a result of this reflux, a transparent mixed solution is obtained.

この混合溶液中では、タングステンヘキサエトキシドは部分的に加水分解された状態になっており、オリゴマー状態にある。この混合溶液の温度を室温まで下げ、ポリアクリル酸を添加する。本来アルコールには溶けにくいポリアクリル酸が、この混合溶液には容易に溶解し無色の透明ゾルが得られる。これは、ポリアクリル酸のカルボン酸とタングステンヘキサエトキシドとが塩形成反応により結合し、高分子錯体状の化合物が形成されているためである。この透明ゾルにさらに過剰量の水を加えて、室温〜80℃に保持すると数分間〜1時間程度で該透明ゾルがゲル化し、ポリアクリル酸とタングステンヘキサエトキシドとを少なくとも含む架橋構造の複合ゲル化が形成される。   In this mixed solution, tungsten hexaethoxide is partially hydrolyzed and is in an oligomer state. The temperature of the mixed solution is lowered to room temperature and polyacrylic acid is added. Polyacrylic acid, which is essentially insoluble in alcohol, dissolves easily in this mixed solution, and a colorless transparent sol is obtained. This is because the carboxylic acid of polyacrylic acid and tungsten hexaethoxide are bonded by a salt formation reaction to form a polymer complex compound. When an excessive amount of water is further added to this transparent sol and kept at room temperature to 80 ° C., the transparent sol gels in about several minutes to 1 hour, and a composite of a crosslinked structure containing at least polyacrylic acid and tungsten hexaethoxide Gelation is formed.

この複合ゲルを80℃程度で5〜50時間保持すると、該複合ゲルは再び溶解し半透明なゾルが得られる。これは、タングステンヘキサエトキシドの加水分解反応及び重縮合反応が進行するとともに、ポリアクリル酸とタングステンヘキサエトキシドとの塩構造が分解して、酸化チタンとカルボン酸エステルとに変化するためである。   When this composite gel is held at about 80 ° C. for 5 to 50 hours, the composite gel is dissolved again to obtain a translucent sol. This is because the hydrolysis and polycondensation reaction of tungsten hexaethoxide proceeds, and the salt structure of polyacrylic acid and tungsten hexaethoxide decomposes to change into titanium oxide and carboxylic acid ester. .

得られたゾル溶液を、ディップコーティング法等によって適当な基板に塗布し、約100℃〜600℃の高温に加熱する。この加熱により酸化タングステン微粒子の結晶化と酸化タングステン微粒子同士の焼結が進行すると同時に、高分子相が熱分解し、酸化タングステンが相分離状態に凝集した膜状の酸化タングステン微粒子が形成されることとなる。   The obtained sol solution is applied to a suitable substrate by a dip coating method or the like and heated to a high temperature of about 100 ° C. to 600 ° C. With this heating, crystallization of tungsten oxide fine particles and sintering between the tungsten oxide fine particles proceed, and at the same time, the polymer phase is thermally decomposed to form film-like tungsten oxide fine particles in which tungsten oxide is aggregated in a phase separated state. It becomes.

タングステンヘキサエトキシドに対するポリアクリル酸の量としては、重量比で0.3〜0.7が好ましい。前記質量比を0.3以上にすることにより、−M−O−M−の大きな3次元ネットワークが形成されることによってゲルが溶解しない場合が生ずるのを防ぎ、0.7以下とすることにより、比較的大きな空隙が生じ透明な層となることをより効果的に防ぐことができる。   The amount of polyacrylic acid relative to tungsten hexaethoxide is preferably 0.3 to 0.7 by weight. By setting the mass ratio to 0.3 or more, it is possible to prevent the case where the gel does not dissolve due to the formation of a large three-dimensional network of -MOMM, and to 0.7 or less. It is possible to more effectively prevent a relatively large void from being formed and forming a transparent layer.

また、タングステンヘキサエトキシドとポリアクリル酸との固形成分の前記混合溶液全体に対する割合としては、1〜10質量%が好ましい。前記割合を1質量%以上とすることにより、複合ゲル化反応の進行が遅く、流動性の高いゾル状態で酸化タングステン微粒子が形成され、粗大な酸化タングステン微粒子が形成されうることをより効果的に防ぐことができる。一方、10質量%以下とすることにより、透明ゾルから複合ゲルへの進行が速く均一な複合ゲルが得られなくなる場合をより起こりにくくできる。   Moreover, as a ratio with respect to the said whole mixed solution of the solid component of tungsten hexaethoxide and polyacrylic acid, 1-10 mass% is preferable. By making the ratio 1% by mass or more, the progress of the composite gelation reaction is slow, and tungsten oxide fine particles can be formed in a highly fluid sol state, so that coarse tungsten oxide fine particles can be formed more effectively. Can be prevented. On the other hand, when the content is 10% by mass or less, the case where a uniform composite gel cannot be obtained with a rapid progress from the transparent sol to the composite gel can be more unlikely to occur.

(化合物半導体ナノ多孔質層の形成方法)
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。
(Method for forming compound semiconductor nanoporous layer)
Examples of the method for forming the compound semiconductor nanoporous layer include (1) electrolytic deposition, (2) chemical bath deposition, and (3) photochemical deposition, and are specifically described below.

(1)電解析出法
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。
(1) Electrolytic Deposition Method The electrolytic deposition method includes an electrode in which a transparent conductive film on a transparent insulating substrate is formed in an electrolyte containing at least ions of elements to be deposited, and an electrode facing the electrode. It arrange | positions and raise | generates an oxidation-reduction reaction electrochemically between these electrodes, The said compound semiconductor layer is formed on the electrode in which the transparent conductive film was formed. “Surface Technology” Vol. 49, no. See pages 1, 3 and 1998.

(2)化学浴堆積法
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。
(2) Chemical bath deposition method In the chemical bath deposition method, an electrode on which a transparent conductive film is formed on a transparent insulating substrate is placed in a solution containing at least one kind of deposited ions, and the temperature of the solution is adjusted. And the ion concentration adjustment causes a reduction reaction to form the compound semiconductor layer on the electrode. “Journal of Applied Physics” vol. 82, 2, 655, 1997 can be referred to.

(3)光化学堆積法
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。
(3) Photochemical deposition method In the photochemical deposition method, an electrode in which a transparent conductive film is formed on a transparent insulating substrate is placed in a solution containing at least one kind of sodium thiosulfate and metal ions, and ultraviolet rays are applied to the electrode. Irradiation causes a photoreaction, and the compound semiconductor layer is formed on the electrode. “Japan Journal Applied Physics” vol.36, L1146, 1997 can be referred to.

(複合体酸化物半導体ナノ多孔質層の形成方法)
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。
(Formation method of composite oxide semiconductor nanoporous layer)
The composite oxide semiconductor nanoporous layer is a method in which an oxide semiconductor nanoporous layer is further formed by a sol-gel method on the oxide semiconductor nanoporous layer formed by the above method, or two types of composites are formed. Examples thereof include a method of applying a paste mixed with oxide semiconductor particles on an electrode.

具体的には、酸化物半導体コロイド水溶液に酢酸を滴下し、乳鉢でよく混合したゲル状溶液に対して複合対象となる酸化物半導体粉末、アルコールを少しずつ加えてよく混合する。さらに、界面活性剤を加えてよく混合し、これを、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、焼成することにより、半導体微粒子の結晶化と半導体微粒子同士の焼成とが進行し、所望の多孔質を有する複合体酸化物半導体ナノ多孔質層を形成する。   Specifically, acetic acid is dropped into an aqueous oxide semiconductor colloid solution, and the oxide semiconductor powder and alcohol to be combined are added little by little to the gel solution mixed well in a mortar and mixed well. Further, a surfactant is added and mixed well, and this is spray-coated on a hot plate (100 to 120 ° C.) on a fluorine-doped tin oxide conductive film glass (FTO) electrode and baked, thereby producing semiconductor fine particles. Crystallization and firing of semiconductor fine particles proceed to form a composite oxide semiconductor nanoporous layer having a desired porosity.

(エレクトロクロミック色素)
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。
(Electrochromic dye)
The electrochromic dye (EC dye) is preferably carried in the surface of the semiconductor nanoporous layer and in the internal micropores and, if necessary, contained in a dissolved or dispersed state in the electrolyte layer. . The EC dye is not particularly limited as long as it exhibits an effect of developing or erasing black by at least one of an electrochemical oxidation reaction and a reduction reaction, and can be appropriately selected according to the purpose. For example, an organic dye And metal complex dyes are preferred, and organic dyes are preferred. These EC dyes may be used alone or in combination of two or more.

前記金属錯体系色素としては、例えば、プルシアンブルー、金属−ビピリジル錯体、金属フェナントロリン錯体、金属−フタロシアニン錯体、メタフェリシアニド、これらの誘導体などが挙げられる。   Examples of the metal complex dye include Prussian blue, metal-bipyridyl complex, metal phenanthroline complex, metal-phthalocyanine complex, metaferricyanide, and derivatives thereof.

前記有機系色素としては、例えば、(1)ピリジン化合物類、(2)導電性高分子類、(3)スチリル化合物類、(4)ドナー/アクセプター型化合物類、(5)その他有機色素類、などが挙げられる。   Examples of the organic dye include (1) pyridine compounds, (2) conductive polymers, (3) styryl compounds, (4) donor / acceptor type compounds, (5) other organic dyes, Etc.

前記(1)ピリジン化合物類としては、例えば、ビオローゲン、ヘプチルビオローゲン(ジヘプチルビオローゲンジブロミド等)、メチレンビスピリジニウム、フェナントロリン、アゾビピリジニウム、2,2−ビピリジニウム錯体、キノリン・イソキノリン、などが挙げられる。   Examples of (1) pyridine compounds include viologen, heptyl viologen (such as diheptyl viologen dibromide), methylene bispyridinium, phenanthroline, azobipyridinium, 2,2-bipyridinium complex, and quinoline / isoquinoline.

前記(2)導電性高分子類としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリフェニレンジアミン、ポリアミノフェノール、ポリビニルカルバゾール、高分子ビオローゲンポリイオンコンプレックス、TTF、これらの誘導体などが挙げられる。   Examples of the conductive polymer (2) include polypyrrole, polythiophene, polyaniline, polyphenylenediamine, polyaminophenol, polyvinylcarbazole, polymer viologen polyion complex, TTF, and derivatives thereof.

前記(3)スチリル化合物類としては、例えば、2−[2−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]エテニル]−3,3−ジメチルインドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、2−[4−[4−(ジメチルアミノ)フェニル]−1,3−ブタジエニル]−3,3−ジメチルインドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、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−メチルスルホニルインドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、2−[4−[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−スルホニルインドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、3,3−ジメチル−2−[2−(9−エチル−3−カルバゾリル)エテニル]インドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、2−[2−[4−(アセチルアミノ)フェニル]エテニル]−3,3−ジメチルインドリノ[2,1−b]オキサゾリジン、などが挙げられる。   Examples of the (3) styryl compounds include 2- [2- [4- (dimethylamino) phenyl] ethenyl] -3,3-dimethylindolino [2,1-b] oxazolidine, 2- [4- [4- (Dimethylamino) phenyl] -1,3-butadienyl] -3,3-dimethylindolino [2,1-b] oxazolidine, 2- [2- [4- (dimethylamino) phenyl] ethenyl]- 3,3-dimethyl-5-methylsulfonylindolino [2,1-b] oxazolidine, 2- [4- [4- (dimethylamino) phenyl] -1,3-butadienyl] -3,3-dimethyl-5 -Sulfonylindolino [2,1-b] oxazolidine, 3,3-dimethyl-2- [2- (9-ethyl-3-carbazolyl) ethenyl] indolino [2,1-b] oxazolidine 2- [2- [4- (acetylamino) phenyl] ethenyl] -3,3-dimethyl-indolino [2,1-b] oxazolidine, and the like.

前記(4)ドナー/アクセプター型化合物類としては、例えば、テトラシアノキノジメタン、テトラチアフルバレン、などが挙げられる。   Examples of the (4) donor / acceptor type compounds include tetracyanoquinodimethane and tetrathiafulvalene.

前記(5)その他有機色素類としては、例えば、カルバゾール、メトキシビフェニル、アントラキノン、キノン、ジフェニルアミン、アミノフェノール、Tris−アミノフェニルアミン、フェニルアセチレン、シクロペンチル化合物、ベンゾジチオリウム化合物、スクアリウム塩、シアニン、希土類フタロシアニン錯体、ルテニウムジフタロシアニン、メロシアニン、フェナントロリン錯体、ピラゾリン、酸化還元指示薬、pH指示薬、これらの誘導体、などが挙げられる。   Examples of (5) other organic dyes include carbazole, methoxybiphenyl, anthraquinone, quinone, diphenylamine, aminophenol, Tris-aminophenylamine, phenylacetylene, cyclopentyl compound, benzodithiolium compound, squalium salt, cyanine, rare earth Examples include phthalocyanine complexes, ruthenium diphthalocyanines, merocyanines, phenanthroline complexes, pyrazolines, redox indicators, pH indicators, and derivatives thereof.

また、前記EC色素としては、酸化状態では無色乃至極淡色を示し、還元状態で発色する還元発色型のもの、還元状態では無色乃至極淡色を示し、酸化状態で発色する酸化発色型のもの、還元状態でも酸化状態でも発色を示し、還元又は酸化の程度により数種類の色が発現する多色発色型のもののいずれであってもよく、目的に応じて適宜選択することができる。   Further, as the EC dye, a reduction coloring type that shows colorless or ultra-light color in the oxidation state and develops color in the reduction state, an oxidation coloring type that shows colorless or ultra-light color in the reduction state and develops color in the oxidation state, It may be any of the multicolor coloring types that exhibit color development in the reduced state or the oxidized state, and develop several kinds of colors depending on the degree of reduction or oxidation, and can be appropriately selected according to the purpose.

前記EC色素において、酸化還元反応により黒色に発色又は消色するものの組み合わせとしては、酸化発色型色素の組み合わせであれば、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〕オキサゾリンと、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〕オキサゾリンと、2−{2−〔4−(メトキシ)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〕オキサゾリンの組み合わせ、等が挙げられる。また、還元発色型色素の組み合わせであれば、ビス−(2−ホスホノエチル)−4,4’−ビピリジニウムジブロミドと、〔β−(10−フェノチアジル)プロポキシ〕ホスホン酸の組み合わせ、などが挙げられる。   In the EC dye, a combination of coloring and decoloring black by oxidation-reduction reaction is 2- {2- [4- (dimethylamino) phenyl] ethenyl} -3, 3-dimethyl-5-phosphonoindolino [2,1-b] oxazoline and 2- {2- [4- (dimethylamino) phenyl] -1,3-butadienyl} -3,3-dimethyl-5 Carboxyindolino [2,1-b] oxazoline and 2- {2- [4- (methoxy) phenyl] ethenyl} -3,3-dimethyl-5-phosphonoindolino [2,1-b] oxazoline Combination, etc. are mentioned. Examples of the combination of reducing coloring dyes include a combination of bis- (2-phosphonoethyl) -4,4'-bipyridinium dibromide and [β- (10-phenothiazyl) propoxy] phosphonic acid.

本発明に用いられるEC色素として、吸収極大ならびに吸収帯に関しては、いかなるものであってもよいが、イエロー域(Y)、マゼンタ域(M)、あるいはシアン域(C)に吸収極大を有する色素を用いることが好ましい。イエロー色素、マゼンタ色素ならびにシアン色素を混合することによるフルカラー化表示を行う方法については、「カラーケミストリー」(時田澄男著、丸善、1982年)に詳しい。ここでいう、イエロー域とは、430〜490nmの範囲、マゼンタ域とは、500〜580nmの範囲、シアン域とは600〜700nmの範囲である。   As the EC dye used in the present invention, any absorption maximum and absorption band may be used, but a dye having an absorption maximum in the yellow region (Y), magenta region (M), or cyan region (C). Is preferably used. A method for performing full color display by mixing a yellow dye, a magenta dye and a cyan dye is detailed in “Color Chemistry” (written by Sumio Tokita, Maruzen, 1982). Here, the yellow region is a range of 430 to 490 nm, the magenta region is a range of 500 to 580 nm, and the cyan region is a range of 600 to 700 nm.

前記半導体ナノ多孔質層の表面及び内部にEC色素を担持させる方法としては、特に制限はなく、公知の技術を使用できる。例えば、真空蒸着法等のドライプロセス、スピンコート等の塗布法、電界析出法、電界重合法や担持させる化合物の溶液に浸す自然吸着法等の方法を適宜選ぶことができる。中でも自然吸着法は、金属酸化物層の微細孔のすみずみまでムラなく確実に機能性分子を担持させうる、特別な装置を必要としない、多くの場合は単分子層程度であり必要以上に余分な量がつかない等の多くの利点を有しており好ましい方法である。   There is no restriction | limiting in particular as a method to carry | support EC pigment | dye on the surface and the inside of the said semiconductor nanoporous layer, A well-known technique can be used. For example, a dry process such as a vacuum deposition method, a coating method such as spin coating, an electric field deposition method, an electric field polymerization method, or a natural adsorption method in which a solution of a compound to be supported is immersed can be appropriately selected. Above all, the natural adsorption method does not require special equipment that can support functional molecules evenly throughout the fine pores of the metal oxide layer and does not require special equipment. It has many advantages such as no extra amount and is a preferred method.

具体的には、EC色素の溶液中に良く乾燥した半導体ナノ多孔質層を有する透明基板を浸漬するか、色素の溶液を半導体ナノ多孔質層に塗布する方法を用いることができる。前者の場合、浸漬法、ディップ法、ローラ法、エアーナイフ法等が使用可能である。浸漬法の場合、色素の吸着は室温で行ってもよいし、特開平7−249790号公報に記載されているように加熱還流して行ってもよい。また、後者の塗布方法としては、ワイヤーバー法、スライドホッパー法、エクストルージョン法、カーテン法、スピン法、スプレー法等がある。   Specifically, a method of immersing a transparent substrate having a well-dried semiconductor nanoporous layer in an EC dye solution or applying a dye solution to the semiconductor nanoporous layer can be used. In the former case, an immersion method, a dip method, a roller method, an air knife method or the like can be used. In the case of the dipping method, the dye may be adsorbed at room temperature, or may be carried out by heating and refluxing as described in JP-A-7-249790. Examples of the latter application method include a wire bar method, a slide hopper method, an extrusion method, a curtain method, a spin method, and a spray method.

前記EC色素を溶解する溶媒としては、例えば、水、アルコール類(メタノール、エタノール、t−ブタノール、ベンジルアルコール等)、ニトリル類(アセトニトリル、プロピオニトリル、3−メトキシプロピオニトリル等)、ニトロメタン、ハロゲン化炭化水素(ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、クロロベンゼン等)、エーテル類(ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等)、ジメチルスルホキシド、アミド類(N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセタミド等)、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、3−メチルオキサゾリジノン、エステル類(酢酸エチル、酢酸ブチル等)、炭酸エステル類(炭酸ジエチル、炭酸エチレン、炭酸プロピレン等)、ケトン類(アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノン等)、炭化水素(へキサン、石油エーテル、ベンゼン、トルエン等)やこれらの混合溶媒が挙げられる。   Examples of the solvent for dissolving the EC dye include water, alcohols (methanol, ethanol, t-butanol, benzyl alcohol, etc.), nitriles (acetonitrile, propionitrile, 3-methoxypropionitrile, etc.), nitromethane, Halogenated hydrocarbons (dichloromethane, dichloroethane, chloroform, chlorobenzene, etc.), ethers (diethyl ether, tetrahydrofuran, etc.), dimethyl sulfoxide, amides (N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, etc.), N -Methylpyrrolidone, 1,3-dimethylimidazolidinone, 3-methyloxazolidinone, esters (ethyl acetate, butyl acetate, etc.), carbonates (diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, etc.), ketones (acetone, 2 − Thanong, cyclohexanone), hydrocarbons (hexane, petroleum ether, benzene, toluene, etc.) or mixed solvents thereof.

前記EC色素の吸着量は、例えば、半導体ナノ多孔質層の単位表面積(1m2)当たり0.01〜100mmolが好ましい。また、EC色素の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g当たり0.01〜100mmolの範囲であるのが好ましい。また、EC色素の電解質中濃度は、0.001〜2mol/Lが好ましく、0.005〜1mol/Lがより好ましい。
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。
The adsorption amount of the EC dye is preferably 0.01 to 100 mmol per unit surface area (1 m 2 ) of the semiconductor nanoporous layer, for example. Further, the adsorption amount of the EC dye to the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.01 to 100 mmol per 1 g of the semiconductor fine particles. Moreover, 0.001-2 mol / L is preferable and, as for the density | concentration in electrolyte of EC pigment | dye, 0.005-1 mol / L is more preferable.
Therefore, the EC dye is included in the semiconductor nanoporous layer is intended to include the case where the EC dye is applied to the surface of the semiconductor nanoporous layer.
Of course, the EC dye of the present invention is not necessarily included in the semiconductor nanoporous layer, and may be included in other layers as long as it does not depart from the spirit of the present invention.

(電荷移動剤)
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。
(Charge transfer agent)
Like the EC dye, the charge transfer agent is supported on the surface and inside of the semiconductor nanoporous layer and contained in a state of being dissolved or dispersed in the electrolyte layer or the semiconductor nanoporous layer. preferable. The charge transfer agent can be supported on the semiconductor nanoporous layer by the same method as for EC dyes. By using the charge transfer agent and the EC dye in combination, a redox reaction proceeds smoothly due to the color-adding effect by the simultaneous color development of both, and the interaction between the two, and the color development efficiency is further improved.

前記電荷移動剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、エレクトロクロミック性を示すものが好適であり、例えば、ヒドラゾン、フェノチアジンなどが挙げられ、これらの1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The charge transfer agent is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. However, those exhibiting electrochromic properties are suitable, and examples thereof include hydrazone and phenothiazine. It can use individually or in combination of 2 or more types.

前記電荷移動剤の吸着量は、例えば、半導体ナノ多孔質層の単位表面積(1m2)当たり0.01〜100mmolが好ましい。また、電荷移動剤の半導体微粒子に対する吸着量は、半導体微粒子1g当たり0.01〜100mmolの範囲であるのが好ましい。また、電荷移動剤の電解質中濃度は、0.001〜2mol/Lが好ましく、0.005〜1mol/Lがより好ましい。 The amount of adsorption of the charge transfer agent is preferably 0.01 to 100 mmol per unit surface area (1 m 2 ) of the semiconductor nanoporous layer, for example. The amount of charge transfer agent adsorbed on the semiconductor fine particles is preferably in the range of 0.01 to 100 mmol per gram of semiconductor fine particles. The concentration of the charge transfer agent in the electrolyte is preferably 0.001 to 2 mol / L, and more preferably 0.005 to 1 mol / L.

(電解質層)
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。
(Electrolyte layer)
The electrolyte layer is not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose, but preferably contains an EC dye and / or a charge transfer agent, and the EC dye and the charge transfer agent include those described above. However, it is preferable to use the same EC dye or charge transfer agent supported on the semiconductor nanoporous layer. The electrolyte layer may be any of (1) liquid, (2) solid, and (3) gel.

(1)液体の電解質層の場合、前記電解質層が液体の場合には、I−/I3-、Br-/Br3-、キノン/ヒドロキノン対等のレドックス対(酸化還元対)を含み、電極間を十分な速度で輸送可能な電解質等の電荷輸送性物質を溶媒に溶かして用いることが好ましい。 (1) In the case of a liquid electrolyte layer, when the electrolyte layer is a liquid, it includes redox pairs (redox couples) such as I− / I 3− , Br / Br 3− , quinone / hydroquinone pairs, It is preferable to use a charge transporting substance such as an electrolyte that can be transported at a sufficient speed in a solvent.

前記電解質としては、例えば、ヨウ素、臭素、LiI、NaI、KI、CsI、CaI2、LiBr、NaBr、KBr、CsBr、CaBr2等の金属ハロゲン化物、ヨウ化テトラエチルアンモニウム、ヨウ化テトラプロピルアンモニウム、ヨウ化テトラブチルアンモニウム、臭化テトラメチルアンモニウム、臭化テトラエチルアンモニウム、臭化テトラブチルアンモニウム等のアンモニウム化合物のハロゲン化塩、メチルビオロゲンクロリド、ヘキシルビオロゲンブロミド等のアルキルビオロゲン、ハイドロキノン、ナフトハイドロキノン等のポリヒドロキシベンゼン、フェロセン、フェロシアン酸塩等の鉄錯体等の少なくとも1種を用いることができるが、これに限定するものではない。また、ヨウ素とヨウ化リチウム等の組合せのように、予めレドックス対(酸化還元対)を生成させる複数の電解質を混合して用いると、EC表示素子の性能、特に電流特性を向上させることが可能となる。これらの中でも、ヨウ素とアンモニウム化合物、ヨウ素と金属ヨウ化物の組合せ等が好適に挙げられる。 Examples of the electrolyte include iodine, bromine, LiI, NaI, KI, CsI, CaI 2 , LiBr, NaBr, KBr, CsBr, CaBr 2 and other metal halides, tetraethylammonium iodide, tetrapropylammonium iodide, iodine Halogenated salts of ammonium compounds such as tetrabutylammonium bromide, tetramethylammonium bromide, tetraethylammonium bromide and tetrabutylammonium bromide, alkyl viologens such as methyl viologen chloride and hexyl viologen bromide, polyhydroxy such as hydroquinone and naphthohydroquinone At least one of iron complexes such as benzene, ferrocene, and ferrocyanate can be used, but is not limited thereto. In addition, when a plurality of electrolytes that generate redox pairs (redox couples) in advance are used, such as a combination of iodine and lithium iodide, it is possible to improve the performance of EC display elements, particularly current characteristics. It becomes. Among these, a combination of iodine and an ammonium compound, iodine and a metal iodide, and the like are preferable.

これらの電解質を溶解する溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート化合物、ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル等のエーテル類、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール等のアルコール類、アセトニトリル、ベンゾニトリル等のニトリル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、炭酸プロピレン、炭酸エチレン等の非プロトン性極性溶媒、水等を用いることができるが、これらに限定されるものではない。   Solvents for dissolving these electrolytes include carbonate compounds such as ethylene carbonate and propylene carbonate, ethers such as dioxane, diethyl ether and ethylene glycol dialkyl ether, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol and the like Alcohols, nitriles such as acetonitrile and benzonitrile, aprotic polar solvents such as dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, propylene carbonate and ethylene carbonate, water, and the like can be used, but are not limited thereto.

前記溶媒における前記電解質の電解質濃度としては、0.001〜2mol/Lが好ましく、0.005〜1mol/Lがより好ましい。電解質濃度を0.001mol/L以上とすることにより、キャリアとしての機能がより効果的に保たれ、特性を十分に保つことができる。一方、2mol/L以下とすることにより、キャリアとしての機能がより効果的に保たれ、また、電解質溶液の粘性が高くなり過ぎるのを防ぎ、電流の低下をより効果的に抑止できる。   The electrolyte concentration of the electrolyte in the solvent is preferably 0.001 to 2 mol / L, and more preferably 0.005 to 1 mol / L. By setting the electrolyte concentration to 0.001 mol / L or more, the function as a carrier can be more effectively maintained and the characteristics can be sufficiently maintained. On the other hand, by setting it to 2 mol / L or less, the function as a carrier can be maintained more effectively, the viscosity of the electrolyte solution can be prevented from becoming too high, and a decrease in current can be more effectively suppressed.

(2)固体の電解質層の場合前記電解質層が固体の場合には、イオン導電性又は電子伝導性を示すいずれの物質であってもよく、例えば、AgBr、AgI、CuCl、CuBr、CuI、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl4、LiAlF4、等のハロゲン化物、AgSBr、C55NHAg56、Rb4Cu167Cl13、Rb3Cu7Cl10等の無機復塩、LiN、Li5NI2、Li6NBr3等の窒化リチウム及びその誘導体、Li2SO4、Li4SiO4、Li3PO4等のリチウムの酸素酸塩、ZrO2、CaO、Gd23、HfO2、Y23、Nb25、WO3、Bi23、及びこれらの固溶体等の酸化物、CaF2、PbF2、SrF2、LaF3、TISn25、CeF3等のフッ化物、Cu2S、Ag2S、Cu2Se、AgCrSe2等のカルコゲニド、フッ化ビニル系高分子にパーフルオロスルホン酸を含む高分子(例えば、ナフィオン)、有機電荷輸送性物質として、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール等の化合物、トリフェニルアミン等の芳香族アミン化合物、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール化合物やポリメチルフェニルシラン等のシラン化合物を用いることができるが、これに限定されるものではない。 (2) In the case of a solid electrolyte layer When the electrolyte layer is solid, it may be any substance exhibiting ionic conductivity or electronic conductivity, for example, AgBr, AgI, CuCl, CuBr, CuI, LiI. , LiBr, LiCl, LiAlCl 4, LiAlF 4, halides etc., AgSBr, C 5 H 5 NHAg 5 I 6, Rb 4 Cu1 6 I 7 Cl 13, Rb 3 Cu 7 Cl 10 and the like of the inorganic Fukushio, LiN, Lithium nitride such as Li 5 NI 2 , Li 6 NBr 3 and derivatives thereof, lithium oxyacid salts such as Li 2 SO 4 , Li 4 SiO 4 , Li 3 PO 4 , ZrO 2 , CaO, Gd 2 O 3 , HfO 2 , Y 2 O 3 , Nb 2 O 5 , WO 3 , Bi 2 O 3 , oxides such as these solid solutions, CaF 2 , PbF 2 , SrF 2 , LaF 3 , TISn 2 F 5 , CeF 3, etc. Fluoride, Cu Chalcogenides such as 2 S, Ag 2 S, Cu 2 Se, AgCrSe 2 , polymers containing perfluorosulfonic acid in vinyl fluoride polymers (for example, Nafion), polythiophene, polyaniline, polypyrrole as organic charge transport materials And the like, aromatic amine compounds such as triphenylamine, carbazole compounds such as polyvinyl carbazole, and silane compounds such as polymethylphenylsilane are not limited thereto.

(3)ゲル電解質層の場合、前記電解質層がゲル状の場合には、ポリマー添加、オイルゲル化剤添加、多官能モノマー類を、前記電解質及び前記溶媒に混合して用いることができる。前記ポリマー添加によりゲル化させる場合は、「Polymer Electrolyte Revi ews−1及び2」(J.R.MacCallumとC.A.Vincentの共編、ELSEVIER APPLIED SCIENCE)などに記載された化合物を使用することができるが、特に、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデンなどが好適である。前記オイルゲル化剤添加によりゲル化させる場合は、「J.Chem Soc.Japan,Ind.Chem.Sec.,46,779(1943)」、「J.Am.Chem.Soc.,111,5542(1989)」、「J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1993,390」、「Angew.Chem.Int.Ed.Engl.,35,1949(1996)」、「Chem.Lett.,1996,885」、「J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1997,545」などに記載されている化合物を使用することができるが、特に、分子構造中にアミド構造を有する化合物が好ましい。 (3) In the case of a gel electrolyte layer, when the electrolyte layer is in a gel form, polymer addition, oil gelling agent addition, and polyfunctional monomers can be mixed and used in the electrolyte and the solvent. In the case of gelation by adding the polymer, compounds described in “Polymer Electrolyte Reviews-1 and 2” (JRMacCallum and CAVincent co-edit, ELSEVIER APPLIED SCIENCE) can be used. Acrylonitrile, polyvinylidene fluoride, and the like are preferable. When gelation is performed by adding the oil gelling agent, “J. Chem Soc. Japan, Ind. Chem. Sec., 46, 779 (1943)”, “J. Am. Chem. Soc., 111, 5542 (1989) ], "J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1993, 390", "Angew. Chem. Int. Ed. Engl., 35, 1949 (1996)", "Chem. Lett., 1996, 885". "," J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1997, 545 "and the like can be used. In particular, compounds having an amide structure in the molecular structure are preferred.

(4)また、マトリックス材と支持電解質との混合液を重合させてフイルム状とした固体電解質層を用いることもできる。 (4) A solid electrolyte layer formed by polymerizing a mixed solution of a matrix material and a supporting electrolyte to form a film can also be used.

−支持電解質−
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。
-Supporting electrolyte-
There is no restriction | limiting in particular as said supporting electrolyte, According to the objective, it can select suitably, An inorganic electrolyte may be sufficient and an organic electrolyte may be sufficient. These may be used individually by 1 type, may use 2 or more types together, may be a commercial item, and may synthesize | combine suitably.

前記無機電解質としては、例えば、無機酸陰イオン−アルカリ金属塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属などが挙げられ、これらの中でも無機酸陰イオン−アルカリ金属塩が好ましく、無機酸リチウム塩がより好ましい。   Examples of the inorganic electrolyte include inorganic acid anions-alkali metal salts, alkali metal salts, alkaline earth metals, etc. Among these, inorganic acid anions-alkali metal salts are preferable, and inorganic acid lithium salts are more preferable. preferable.

前記無機酸陰イオン−アルカリ金属塩としては、例えば、XAsF6、XPF6、XBF4、XClO4、などが挙げられ(但し、これらにおいてXは、H、Li、K又はNaを表す。)、具体的には過塩素酸リチウムなどが好適に挙げられる。 Examples of the inorganic acid anion-alkali metal salt include XAsF 6 , XPF 6 , XBF 4 , XClO 4 , etc. (where X represents H, Li, K, or Na). Specifically, lithium perchlorate and the like are preferable.

前記アルカリ金属塩としては、例えば、LiI、KI、LiCF3SO3、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiSCN、LiAsF6、NaCF3SO3、NaPF6、NaClO4、NaI、NaBF4、NaAsF6、KCF6SO3、KPF6、などが挙げられる。 Examples of the alkali metal salt include LiI, KI, LiCF 3 SO 3 , LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiSCN, LiAsF 6 , NaCF 3 SO 3 , NaPF 6 , NaClO 4 , NaI, NaBF 4 , NaAsF 6. , KCF 6 SO 3 , KPF 6 , and the like.

前記有機電解質としては、例えば、有機酸陰イオン−アルカリ金属塩、四級アンモニウム塩、アニオン性界面活性剤、イミダゾリウム塩、などが挙げられ、これらの中でも有機酸陰イオン−アルカリ金属塩が好ましく、有機酸リチウム塩がより好ましい。   Examples of the organic electrolyte include organic acid anion-alkali metal salts, quaternary ammonium salts, anionic surfactants, imidazolium salts, etc. Among these, organic acid anions-alkali metal salts are preferable. An organic acid lithium salt is more preferable.

前記有機酸陰イオン−アルカリ金属塩としては、例えば、XCF3SO3、XCnF2n+1SO3(n=1〜3)、XN(CF3SO22、XC(CF3SO23、XB(CH34、XB(C654、などが挙げられ(但し、これらにおいてXは、H、Li、K又はNaを表す)、具体的には、ポリメタクリル酸リチウムなどが好適に挙げられる。 Examples of the organic acid anion-alkali metal salt include XCF 3 SO 3 , XCnF 2n + 1 SO 3 (n = 1 to 3), XN (CF 3 SO 2 ) 2 , XC (CF 3 SO 2 ) 3 , XB (CH 3 ) 4 , XB (C 6 H 5 ) 4 , etc. (in which X represents H, Li, K or Na), specifically, polylithium methacrylate, etc. Are preferable.

前記四級アンモニウム塩としては、例えば、[CH3(CH234N・Y、Cn2n+1N(CH33・Y(n=10〜18)、(Cn2n+12N(CH32・Y(n=10〜18)、などが挙げられる(但し、これらにおいてYは、BF4、PF6、ClO4、F、Cl、Br又はOHを表す。) Examples of the quaternary ammonium salt include [CH 3 (CH 2 ) 3 ] 4 N · Y, C n H 2n + 1 N (CH 3 ) 3 · Y (n = 10 to 18), (C n H 2n + 1 ) 2 N (CH 3 ) 2 · Y (n = 10 to 18), etc. (in which Y represents BF 4 , PF 6 , ClO 4 , F, Cl, Br or OH). To express.)

前記アニオン性界面活性剤としては、例えば、CnH2n+1COO・X(n=10〜18)、Cn2n+1OCm2mCOO・X(n=10〜18、m=10〜18)、C107COO・X、Cn2n+1106COO・X(n=10〜18)、Cn2n+1SO3・X(n=10〜18)、Cn2n+1OCm2mSO3・X(n=10〜18、m=10〜18)、C107SO8・X、Cn2n+1106SO3・X(n=10〜18)、Cn2n+1OSO3・X(n=10〜18)、などが挙げられる(但し、これらにおいてXは、H、Li、K又はNaを表す。)。 Examples of the anionic surfactant include CnH 2n + 1 COO · X (n = 10 to 18), C n H 2n + 1 OC m H 2m COO · X (n = 10 to 18, m = 10 to 10). 18), C 10 H 7 COO · X, C n H 2n + 1 C 10 H 6 COO · X (n = 10 to 18), C n H 2n + 1 SO 3 · X (n = 10 to 18), C n H 2n + 1 OC m H 2m SO 3 · X (n = 10~18, m = 10~18), C 10 H 7 SO 8 · X, C n H 2n + 1 C 10 H 6 SO 3 · X (n = 10~18), C n H 2n + 1 OSO 3 · X (n = 10~18), and the like (however, in these X represents H, Li, K or Na.) .

前記支持電解質として、特に、無機酸リチウム塩と有機酸リチウム塩とを含むのが好ましい。   In particular, the supporting electrolyte preferably contains an inorganic acid lithium salt and an organic acid lithium salt.

−マトリックス材−
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。
-Matrix material-
There is no restriction | limiting in particular as said matrix material, According to the objective, it can select suitably, For example, the high molecular compound which has a hetero atom, etc. are mentioned.

前記ヘテロ原子を有する高分子化合物としては、例えば、酸素原子を有する高分子化合物、窒素原子を有する高分子化合物、硫黄原子を有する高分子化合物、ハロゲン原子を有する高分子化合物、などが挙げられる。   Examples of the polymer compound having a hetero atom include a polymer compound having an oxygen atom, a polymer compound having a nitrogen atom, a polymer compound having a sulfur atom, and a polymer compound having a halogen atom.

前記酸素原子を有する高分子化合物としては、例えば、R1−(OCH2CH2nO−R2(nは、整数を表し、R1は、エチレン基、スチレン基、プロピレン基、ブテン基、ブタジエン基、塩化ビニル基、酢酸ビニル基、アクリル酸基、アクリル酸メチル基、メタクリル酸基、メタクリル酸メチル基、メチルビニルケトン基、アクリルアミド基等を表し、R2は、H、CH3又はR1を表す。)で表される化合物などが好適に挙げられ、具体的には、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、非ポリエーテル類(例えば、ポリ(3−ヒドロキシプロピオン酸)、ポリ酢酸ビニル)、などが好適に挙げられる。 Examples of the polymer compound having an oxygen atom include R 1 — (OCH 2 CH 2 ) n O—R 2, where n represents an integer, and R 1 represents an ethylene group, a styrene group, a propylene group, or a butene group. Represents a butadiene group, a vinyl chloride group, a vinyl acetate group, an acrylic acid group, a methyl acrylate group, a methacrylic acid group, a methyl methacrylate group, a methyl vinyl ketone group, an acrylamide group or the like, and R 2 represents H, CH 3 or And a compound represented by R 1. ), Specifically, polyethylene glycol, polypropylene glycol, non-polyethers (for example, poly (3-hydroxypropionic acid), polyvinyl acetate), Etc. are preferable.

前記窒素原子を有する高分子化合物としては、例えば、R1−(NHCH2CH2nNH−R2(nは、整数を表し、R1は、エチレン基、スチレン基、プロピレン基、ブテン基、ブタジエン基、塩化ビニル基、酢酸ビニル基、アクリル酸基、アクリル酸メチル基、メタクリル酸基、メタクリル酸メチル基、メチルビニルケトン基、アクリルアミド基等を表し、R2は、H、CH3又はR1を表す。)で表される化合物などが好適に挙げられ、具体的には、ポリエチレンイミン、ポリ−N−メチルエチレンイミン、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。 Examples of the polymer compound having a nitrogen atom include R 1 — (NHCH 2 CH 2 ) n NH—R 2 (n represents an integer, and R 1 represents an ethylene group, a styrene group, a propylene group, or a butene group. Represents a butadiene group, a vinyl chloride group, a vinyl acetate group, an acrylic acid group, a methyl acrylate group, a methacrylic acid group, a methyl methacrylate group, a methyl vinyl ketone group, an acrylamide group or the like, and R 2 represents H, CH 3 or R 1 represents a compound represented by R 1 ), and specific examples thereof include polyethyleneimine, poly-N-methylethyleneimine, polyacrylonitrile, and the like.

前記硫黄原子を有する高分子化合物としては、例えば、R1−(SCH2CH2nS−R2(nは、整数を表し、R1は、エチレン基、スチレン基、プロピレン基、ブテン基、ブタジエン基、塩化ビニル基、酢酸ビニル基、アクリル酸基、アクリル酸メチル基、メタクリル酸基、メタクリル酸メチル基、メチルビニルケトン基、アクリルアミド基等を表し、R2は、H、CH3又はR1を表す。)で表される化合物などが好適に挙げられ、具体的には、ポリアルキレンサルファイド類、などが挙げられる。 Examples of the polymer compound having a sulfur atom include R 1 — (SCH 2 CH 2 ) n S—R 2 (n represents an integer, and R 1 represents an ethylene group, a styrene group, a propylene group, or a butene group. Represents a butadiene group, a vinyl chloride group, a vinyl acetate group, an acrylic acid group, a methyl acrylate group, a methacrylic acid group, a methyl methacrylate group, a methyl vinyl ketone group, an acrylamide group or the like, and R 2 represents H, CH 3 or R 1 represents a compound represented by R 1 ), and specific examples thereof include polyalkylene sulfides.

前記マトリックス材の分子量としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、低いほうが常温で流動性を有する場合が多いため、製膜性の観点からは低いほうが好ましく、例えば、数平均分子量で1000以下であるのが好ましい。   The molecular weight of the matrix material is not particularly limited and can be appropriately selected according to the purpose.However, since the lower one often has fluidity at room temperature, the lower one is preferable from the viewpoint of film forming property. The number average molecular weight is preferably 1000 or less.

前記マトリックス材の前記電解質層における使用量としては、前記支持電解質とのモル比(マトリックス材:支持電解質)が、70:30〜5:95であるのが好ましく、50:50〜10:90であるのがより好ましく、50:50〜20:80であるのが特に好ましい。   The amount of the matrix material used in the electrolyte layer is preferably such that the molar ratio to the supporting electrolyte (matrix material: supporting electrolyte) is 70:30 to 5:95, and is 50:50 to 10:90. More preferably, it is particularly preferably 50:50 to 20:80.

なお、前記モル比は、前記マトリックス材のモル量と、前記支持電解質のイオンのモル量との比を意味する。該マトリックス材のモル量とは、高分子化合物のモノマー単位を1分子として換算したモル量を意味する。   The molar ratio means the ratio between the molar amount of the matrix material and the molar amount of ions of the supporting electrolyte. The molar amount of the matrix material means a molar amount in which the monomer unit of the polymer compound is converted into one molecule.

<基板>
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。
<Board>
As the substrate used in the present invention, a plastic substrate, a glass substrate, paper, a metal substrate, and the like are used. However, a transparent substrate is preferable because a structural unit is laminated, and a transparent plastic substrate or glass substrate is preferable. It is. In particular, in the present invention, since a TFT is formed on a substrate, a glass substrate is more preferable from the viewpoint of heat resistance.
Examples of the plastic substrate include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), and polyarylate. (PAr), polysulfone (PSF), polyester sulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, polyimide (PI) and the like. Polyethylene terephthalate (PET) is preferable.

本発明における基板の厚みは、特に規定されないが30μm〜700μmが好ましく、より好ましくは40μm〜200μm、さらに好ましくは50μm〜150μm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。
The thickness of the substrate in the present invention is not particularly defined, but is preferably 30 μm to 700 μm, more preferably 40 μm to 200 μm, and still more preferably 50 μm to 150 μm.
Further, the haze of the substrate is preferably 3% or less, more preferably 2% or less, further preferably 1% or less, and the total light transmittance is preferably 70% or more, more preferably 80% or more, and still more preferably 90%. % Or more. The haze is measured by a haze meter (for example, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.), and the total light transmittance is measured by visible / ultraviolet absorption spectroscopy.

なお、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の基板には、透明でない非光透過性基板を用いることもできる。非光透過性基板としては、光反射性を有する白色の支持体を用いることができる。白色支持体としては、酸化チタン、酸化亜鉛などの無機顔料を添加したプラスチック基板が挙げられる。   In the case of a reflective optical element, a non-transparent non-light transmissive substrate can be used as the substrate farthest from the viewing direction. As the non-light transmissive substrate, a white support having light reflectivity can be used. Examples of the white support include a plastic substrate to which an inorganic pigment such as titanium oxide or zinc oxide is added.

<エレクトロクロミック表示素子>
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。
<Electrochromic display element>
Below, the structure of the electrochromic display element (EC display element) of this invention is demonstrated.
An EC display element according to the present invention includes an electrochromic layer containing at least one electrochromic dye and an electrolyte, at least one transparent thin film transistor, and a transparent pixel electrode arranged in a matrix on a substrate. And a plurality of structural units each having a transparent counter electrode. The EC display element of the present invention may include other structural units as long as it has at least two or more of the above structural units. For example, in the case of a reflective optical element, a non-light transmissive electrode may be used as described above in the structural unit arranged on the side farthest from the viewing direction, and the substrate is also non-light transmissive. It may be of sex. Moreover, you may have a structural unit which has an electrochromic layer which does not contain electrolyte.
In particular, the electrochromic display element of the present invention is formed by laminating at least three structural units, and the electrochromic layers contained in the three structural units are each independently an electrochromic dye of yellow, cyan, or magenta. It is preferable to display a color image containing. As described above, in the case of a display element in which the structural units are stacked in the vertical direction, a method for expressing a color image is based on the same principle as that for a halftone dot of a printed material. The stacking order of yellow, cyan, or magenta is preferably magenta, yellow, cyan from the front of the viewing direction.

本発明のEC表示素子の一例を、図2に示す。図2は、本発明のEC表示素子の構成を示す断面概略図である。
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。
An example of the EC display element of the present invention is shown in FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the EC display element of the present invention.
In the EC display element of FIG. 2, a counter electrode (transparent electrode) 321 is provided on the surface of the substrate 301, and a semiconductor nanoporous layer 341 is further provided on the surface of the counter electrode (transparent electrode) 321. On the surface of the substrate 303, a pixel electrode (transparent electrode) 361 and a thin film transistor (TFT) 10 are arranged for each pixel, and the pixel electrodes (transparent electrode) 361 are arranged in a matrix. An electrolyte layer 381 is interposed between the pixel electrode (transparent electrode) 361 or the thin film transistor (TFT) 10 and the semiconductor nanoporous layer 341. In order to control the thickness of the electrochromic layer, the electrolyte layer 381 may be provided with a spacer or a support (resin structure) (not shown). As the spacer and the resin structure, known ones can be appropriately selected and applied. The distance between the counter electrode (transparent electrode) 321 and the pixel electrode (transparent electrode) 361 is preferably 0.01 mm to 1 mm, and more preferably 0.1 mm to 0.5 mm. If it is narrower than 0.01 mm, it becomes easy to energize, so that the display performance tends to deteriorate, and if it is wider than 1 mm, the driving voltage increases.

図2のEC表示素子では、このような構造単位を3個積層し、構造単位401、403、405を有する。最も目視側から遠い構成単位405の外側には、散乱白色反射層50を設け、更にその外側に基板307を設ける。
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。
In the EC display element of FIG. 2, three such structural units are stacked to have structural units 401, 403, and 405. A scattering white reflective layer 50 is provided outside the structural unit 405 farthest from the viewing side, and a substrate 307 is further provided outside.
Since the EC display element of the present invention has a TFT for each structural unit, it is not necessary to make electrical connection with a contact hole or the like in the vertical direction, and the manufacture is simple.

図3は、図2に示す構成単位40を拡大した図である。半導体ナノ多孔質層34が、電解質層38に含有されていたEC色素60を担持している様子を示している。
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。
FIG. 3 is an enlarged view of the structural unit 40 shown in FIG. The state in which the semiconductor nanoporous layer 34 carries the EC dye 60 contained in the electrolyte layer 38 is shown.
1 and 2 show the case where the semiconductor nanoporous layer 34 is a single layer, the semiconductor nanoporous layer 34 having a two-layer structure or a multilayer structure may be provided.
Further, although the positions of the thin film transistors in the same pixel are shown as overlapping positions when viewed from the viewing direction, the positions of the thin film transistors may be shifted. As described above, although the thin film transistor is transparent, the light transmittance in the portion where the thin film transistor is formed tends to be lower than that in the portion where the thin film transistor is not formed, and the EC layer has a height corresponding to the height of the thin film transistor. Since the thickness is reduced, the color density tends to decrease. Therefore, by shifting the position of the thin film transistor of the same pixel, it is possible to suppress uneven brightness of the display screen as compared with the case where the thin film transistors of the same pixel are arranged at positions overlapping each other.
Further, although the scattering white reflection layer 50 is provided in FIG. 1, the scattering white reflection layer 50 is not provided, and the substrate 307 farthest from the viewing side may be a white substrate having light reflectivity. In addition, after providing the scattering white reflection layer 50, the substrate 307 may be a white substrate having light reflectivity.

図4は、本発明のエレクトロクロミック素子の平面概略図を示す。
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。
FIG. 4 shows a schematic plan view of the electrochromic device of the present invention.
In the electrochromic element, pixel electrodes (transparent electrodes) 36 are arranged in a matrix for each pixel in order to perform active matrix driving. In addition, in order to apply a voltage to each pixel electrode 36, a thin film transistor TFT10, and a gate line 72 and a source line 74 for driving the thin film transistor 10 are formed.

図2〜図4のEC表示素子は、対向電極(透明電極)32と画素電極(透明電極)36との間に電圧を印加して半導体ナノ多孔質層に担持されたEC色素60を発消色させるものである。本発明の積層型EC表示素子においては、エレクトロクロミック層は基板面に略垂直な縦電界が印加される。駆動対象画素の画素電極には、それに接続された薄膜トランジスタ10を介して電圧が印加される。画像を形成するための電圧としては、特に制限はなく目的に応じて適宜選択することができるが、例えば、0.5〜10V程度が好ましく、1〜5V程度がより好ましい。   2 to 4, the voltage is applied between the counter electrode (transparent electrode) 32 and the pixel electrode (transparent electrode) 36 to extinguish the EC dye 60 carried on the semiconductor nanoporous layer. It is what makes it color. In the multilayer EC display element of the present invention, a vertical electric field substantially perpendicular to the substrate surface is applied to the electrochromic layer. A voltage is applied to the pixel electrode of the pixel to be driven through the thin film transistor 10 connected thereto. The voltage for forming an image is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose. For example, about 0.5 to 10 V is preferable, and about 1 to 5 V is more preferable.

上記説明したように各画素をそれぞれアクティブマトリクス駆動することで、各エレクトロクロミック層に含まれるエレクトロクロミック色素が発色・消色し、フルカラー表示を行うことができる。   As described above, by driving each pixel in an active matrix, the electrochromic dye contained in each electrochromic layer is colored and decolored, and full color display can be performed.

以上説明した本発明のエレクトロクロミック表示素子に用いる薄膜トランジスタ10は透明であり、開口比を大きくすることができる。
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。
The thin film transistor 10 used for the electrochromic display element of the present invention described above is transparent, and the aperture ratio can be increased.
Further, when a homologous compound single crystal InMO 3 (ZnO) m thin film is used as the semiconductor active layer of the thin film transistor 10, defects are less likely to be present at the interface between the gate and the active layer, gate leakage current is reduced, and stable active matrix driving is achieved. It can be performed. In addition, since the band gap energy of the homologous compound single crystal InMO 3 (ZnO) m is larger than 3.3 eV, it is transparent to visible light having a wavelength of 400 nm or more, and generation of a photo-induced current due to visible light is eliminated. As a result, since the thin film transistor 10 does not malfunction even when visible light is incident, it is not necessary to provide a light blocking layer such as a black matrix mask on the thin film transistor 10, so that the aperture ratio can be improved and bright display can be performed. Furthermore, since the homologous compound single crystal InMO 3 (ZnO) m thin film is a good insulator near room temperature, it has normally-off operation, good switching characteristics, and is stable up to a high temperature of about 1000 ° C. Since the carrier mobility is 10 times higher than that of amorphous silicon, it can be expected to operate at high speed.

本発明のEC表示素子は、用途に応じて異なるが、透過型素子の場合は到達透過率となるまでの応答速度が100msec以下であることが好ましく、10msec以下がより好ましい。また、反射型素子の場合には到達吸光度になるまでの応答速度が100msec以下が好ましく、10msec以下がより好ましい。   The EC display element of the present invention varies depending on the application, but in the case of a transmissive element, the response speed until reaching the ultimate transmittance is preferably 100 msec or less, and more preferably 10 msec or less. In the case of a reflective element, the response speed until reaching the ultimate absorbance is preferably 100 msec or less, and more preferably 10 msec or less.

<用途>
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。
<Application>
The EC display element of the present invention can be suitably used in various fields, such as a light control element such as an ECD (Electrochromic Display), a large display board, an antiglare mirror, and a light control glass, a touch panel key switch, etc. It can be suitably used for a low voltage drive element, an aperture device, an optical switch, an optical memory, electronic paper, an electronic album, and the like.

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。   The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

[実施例1]
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。
[Example 1]
A reflective display element shown in FIG. 2 was produced. Details of the manufacturing method will be described.

<支持体の作製>
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。
<Production of support>
Conductive tin dioxide was attached to a 1 mm-thick glass substrate (trade name Corning 1737, manufactured by Corning) by vapor deposition to prepare a support.

<エレクトロクロミック層の作製>
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。
<Preparation of electrochromic layer>
1) Preparation of semiconductor particles
In accordance with the production method described in the paper by CJBarbe et al., J. Am. Ceramic Soc. 80, p3157, titanium tetraisopropoxide is used as a titanium raw material, and the temperature of the polymerization reaction in an autoclave is set to 230 ° C. A dispersion of anatase-type titanium dioxide having a titanium concentration of 11% by mass was synthesized. The primary particle size of the obtained titanium dioxide particles was 10 to 30 nm. The obtained dispersion was applied to an ultracentrifuge to separate the particles, and the agglomerates were dried, and then pulverized on an agate mortar to obtain a white powder.

2)多孔質半導体微粒子層の作製
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。
2) Preparation of porous semiconductor fine particle layer The semiconductor fine particle of 1) above was added to a mixed solvent consisting of water and acetonitrile in a volume ratio of 4: 1 at a concentration of 32 g per 100 ml of solvent, and a rotating / revolving mixing conditioner was prepared. The resulting mixture was uniformly dispersed and mixed to obtain a porous semiconductor fine particle layer coating solution. As a result, the obtained white dispersion becomes a high-viscosity paste of 500 to 1500 P (= 50 to 150 N · s / m 2 ), and has liquid properties suitable for use as it is. all right.
The porous semiconductor fine particle layer coating solution is applied to the support coated with the conductive tin dioxide film with a uniform liquid thickness of 40 to 70 μm using an applicator, and the coating layer is dried at room temperature for about 1 hour. I let you. Furthermore, after the coating layer was dried at 120 ° C. for 30 minutes, it was exposed to UV light from a 100 W mercury lamp ultraviolet light source for 30 minutes to perform post-treatment. In this way, a porous semiconductor fine particle layer was produced.

3)EC色素の吸着
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。
3) Adsorption of EC dye Next, 0.02M of 2- {2- [4- (dimethylamino) phenyl] ethenyl} -3,3 as an EC dye was applied to the porous semiconductor fine particle layer prepared in 2) above. -Dilute-5-phosphonoindolino [2,1-b] oxazoline was immersed in an acetonitrile solution, dye adsorption treatment was performed, and a part 1 that developed a yellow color was produced. Same as Part 1, except that the EC dye was 0.02M 2- {2- [4- (dimethylamino) phenyl] -1,3-butadienyl} -3,3-dimethyl-5-carboxyindolino, respectively. [2,1-b] oxazoline or 0.02M 2- {2- [4- (methoxy) phenyl] -1,3,5-hexatrienyl} -3,3-dimethyl-5-phosphonoindo In place of Reno [2,1-b], a part 2 that develops magenta and a part 3 that develops cyan are produced.

<透明トランジスタの作製>
(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。
<Production of transparent transistor>
(Preparation of single crystal InGaO 3 (ZnO) 5 thin film)
A patterned ZnO thin film having a thickness of 2 nm was epitaxially grown on a glass substrate at a substrate temperature of 700 degrees by a PLD method through a mask. Next, the substrate temperature was cooled to room temperature, and a polycrystalline InGaO 3 (ZnO) 5 thin film having a thickness of 150 nm was deposited on the ZnO epitaxial thin film by the PLD method. The two-layer film produced in this way was taken out into the atmosphere, subjected to a heat diffusion treatment in the atmosphere at 1400 degrees for 30 minutes using an electric furnace, and then cooled to room temperature.

(MISFET素子の作製)
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Al23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。
(Preparation of MISFET device)
A top gate type MISFET device was fabricated by photolithography. ITO and amorphous Al 2 O 3 were used for the source and drain electrodes and the gate insulating film, respectively. The channel length and channel width were 0.05 mm and 0.2 mm, respectively.

(絶縁膜の設置)
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。
(Installation of insulation film)
A polyimide film (thickness 10 μm, manufactured by Nissan Chemical Co., Ltd.) was installed as an insulating film on the transparent transistor by coating.

<EC表示素子>
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。
<EC display element>
The EC display element was assembled by superimposing three pairs of yellow, magenta, and cyan on the EC layer side of parts 1 to 3 and the electrode substrate provided with the transparent transistor. Here, the distance between each electrode was 0.2 mm. A 0.2M tetrabutylammonium perchlorate propylene carbonate solution was used as the electrolyte solution. In addition, the magnitude | size of the produced pair electrode was 5 mm x 5 mm. A pair of electrodes in the obtained EC display element was connected with lead wires (a dye-coupled electrode on the anode and a transparent transistor electrode substrate on the cathode) to produce a display device.

<表示素子の評価>
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。
<Evaluation of display element>
In this display device, when a voltage of 3 V was applied to the magenta coloring structural unit (part 2) at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode and changed from colorless to magenta. Next, when a voltage of 3 V was applied to the cyan color developing structural unit (part 3) at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode and changed from colorless to cyan. Further, when a voltage of 3 V was applied to the yellow coloring structural unit (part 1) at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode and changed from colorless to yellow.

更に、マゼンタ発色構造単位とシアン発色構造単位に対して室温で同時に3Vの電圧を印加したところ、それぞれの構造単位の陽極においてスチリル誘導体が酸化されてマゼンタとシアンに発色し、全体では無色から青色に変化した。次に、マゼンタ発色構造単位とイエロー発色構造単位に対して室温で同時に3Vの電圧を印加したところ、それぞれの構造単位の陽極においてスチリル誘導体が酸化されてマゼンタとイエローに発色し、全体では無色から赤色に変化した。また、シアン発色構造単位とイエロー発色構造単位に対して室温で同時に3Vの電圧を印加したところ、それぞれの構造単位の陽極においてスチリル誘導体が酸化されてシアンとイエローに発色し、全体では無色から緑色に変化した。   Further, when a voltage of 3 V was applied simultaneously to the magenta color structural unit and the cyan color structural unit at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode of each structural unit and colored to magenta and cyan. Changed. Next, when a voltage of 3 V was simultaneously applied to the magenta coloring unit and the yellow coloring unit at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode of each structural unit to develop magenta and yellow. It turned red. In addition, when a voltage of 3 V was applied simultaneously to the cyan color developing unit and the yellow color developing unit at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode of each structural unit to develop cyan and yellow, and the whole was colorless to green. Changed.

更に、三つの発色構造単位に対して室温で同時に3Vの電圧を印加したところ、それぞれの構造単位の陽極においてスチリル誘導体が酸化されてマゼンタ、シアン、イエローに発色し、全体では無色から黒色に変化した。   Furthermore, when a voltage of 3 V was simultaneously applied to the three colored structural units at room temperature, the styryl derivative was oxidized at the anode of each structural unit and colored to magenta, cyan, and yellow, and the whole changed from colorless to black. did.

なお、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。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。
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。
Note that the response speed until reaching the reached transmittance was 80 msec in all cases. Even after the voltage application was stopped, color development continued for over 600 seconds. In addition, even when the color development / decoloration was repeated 10,000 times, the color density during color development and the transparency during color erasure hardly changed.
Note that the aperture ratio of the obtained element was 95% and the reflectance was 60%, so that a very bright display was possible.

[比較例1]
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。
[Comparative Example 1]
A comparative electrochromic display element was produced in the same manner as in Example 1 except that the transparent thin film transistor having the InGaO 3 (ZnO) 5 thin film was replaced with the following nontransparent transistor.

(比較のトランジスタの作製)
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。
(Production of comparative transistor)
The semiconductor active layer was prepared by vapor-depositing morphous silicon, and a black matrix using carbon black was attached on top of the thin film transistor.

得られた比較のエレクトロクロミック表示素子は、実施例1の本発明のエレクトロクロミック表示素子に比べ、開口率が小さいため素子の反射率が低下した。   Since the comparative electrochromic display element obtained had a smaller aperture ratio than the electrochromic display element of the present invention of Example 1, the reflectance of the element was lowered.

[実施例2]
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。
[Example 2]
In Example 1, an EC display element was produced in the same manner as in Example 1 except that the following ZnO / SnO 2 mixed porous semiconductor fine particle layer was used instead of the titanium oxide porous semiconductor fine particle layer.

(ZnO/SnO2混合多孔質半導体微粒子層)
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。
(ZnO / SnO 2 mixed porous semiconductor fine particle layer)
Acetic acid (0.3 ml) was added dropwise to 1.5 ml of a 15 mass% SnO 2 colloidal aqueous solution (particle size: 15 nm), and 0.3 g of ZnO powder (particle size: 0.2 μm) and 20 ml of methanol were slightly added to the gel solution mixed well in a mortar. Add one by one and mix well. Further, 0.2 ml of Triton X-100 was added and mixed well, and this was masked to 0.5 × 0.5 cm 2 on two fluorine-doped tin oxide conductive film glass (FTO) electrodes with a hot plate (100 To 120 ° C) and fired at 550 ° C to form a ZnO / SnO 2 mixed porous membrane electrode. When the fine structure of the film was examined by SEM observation, the ZnO and SnO 2 particles were not aggregated separately, but SnO 2 fine particles were adhered to surround the periphery of ZnO having a large particle diameter. The specific surface area of the fired product film (transparent conductive film) was 100 g / cm 2 . The specific surface area was measured by a method of adsorbing nitrogen gas at a liquid nitrogen temperature using a BET surface area measuring device (manufactured by Mitsuwa Richemical Co., Ltd., Multi Soap 12).

(表示性能の評価)
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。
(Evaluation of display performance)
When the display performance of the obtained EC display element was evaluated in the same manner as in Example 1, the response speed until reaching the ultimate transmittance was 80 msec in all cases. Even when the voltage application was stopped, color development continued for 600 seconds or more. In addition, even when the color development / decoloration was repeated 10,000 times, the color density during color development and the transparency during color erasure hardly changed.

本発明にかかる透明薄膜トランジスタの構成を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of the transparent thin-film transistor concerning this invention. 本発明のエレクトロクロミック表示素子の一例の構成を示す断面概略図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the structure of an example of the electrochromic display element of this invention. 本発明のエレクトロクロミック表示素子の一部を拡大した図である。It is the figure which expanded a part of electrochromic display element of this invention. 本発明のエレクトロクロミック表示素子の一例の構成を示す平面概略図である。It is a plane schematic diagram showing the composition of an example of the electrochromic display element of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 薄膜トランジスタ
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)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thin-film transistor 12 Semiconductor active layer 301,303,305,307 Substrate 34,341,343,345 Semiconductor nanoporous layer 36,361,363,365 Pixel electrode 38,381,383,385 Electrolyte layer 40,401,403, 405 Structural unit 60 Electrochromic dye (EC dye)

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り、
前記薄膜トランジスタが、ホモロガス化合物InMO 3 (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エレクトロクロミック表示素子。
On a substrate, an electrochromic layer including at least one electrochromic dye and an electrolyte, at least one transparent thin film transistor, a transparent pixel electrode arranged in a matrix, a transparent counter electrode, Ri Na by stacking a plurality of structural units comprising a,
The thin film transistor is homologous compound InMO 3 (ZnO) m (M is an In, Fe, Ga, or an Al, m represents. An integer of 1 or more and less than 50) the Rukoto to have a thin film A characteristic electrochromic display element.
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。   The at least three structural units are laminated, and the electrochromic layers included in the three structural units each independently contain a yellow, cyan, or magenta electrochromic dye. 2. The electrochromic display element according to 1. 視認側に近い側から順に、前記マゼンタ、イエロー、シアンのエレクトロクロミック色素をそれぞれ含有してなるエレクトロクロミック層が積層されてなることを特徴とする請求項2に記載のエレクトロクロミック表示素子。  3. The electrochromic display element according to claim 2, wherein electrochromic layers each containing the magenta, yellow, and cyan electrochromic dyes are laminated in order from the side closer to the viewing side. 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請求項3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。 Wherein the surface of the counter electrode, electrochromic display element according to any one of claims 1 to 3, characterized by comprising a semiconductor nanoporous layer as one of the electrochromic layer. 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に記載のエレクトロクロミック表示素子。
The electrochromic dye is reversibly developed or decolored by at least one of an electrochemical oxidation reaction and a reduction reaction, and the electrochromic dye is supported on the semiconductor nanoporous layer,
The electrochromic display element according to claim 4 , further comprising an electrolyte layer between the semiconductor nanoporous layer and the pixel electrode.
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に記載のエレクトロクロミック表示素子。 The electrochromic display element according to claim 5 , wherein the electrolyte layer contains a charge transfer agent. 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〜請求項のいずれか1項に記載のエレクトロクロミック表示素子。 The semiconductor nanoporous layer includes semiconductor fine particles, and the semiconductor fine particles are at least one selected from the group consisting of a single semiconductor, an oxide semiconductor, a compound semiconductor, an organic semiconductor, a complex oxide semiconductor, and a mixture thereof. The electrochromic display element according to any one of claims 4 to 6 , wherein the electrochromic display element is provided. 前記半導体微粒子が、SnO2−ZnO、Nb25−SrTiO3、Nb25−Ta25、Nb25−ZrO2、Nb25−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に記載のエレクトロクロミック表示素子。 The semiconductor fine particles are SnO 2 —ZnO, Nb 2 O 5 —SrTiO 3 , Nb 2 O 5 —Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 —ZrO 2 , Nb 2 O 5 —TiO 2 , Ti—SnO 2 , Zr. The electrochromic display element according to claim 7 , wherein the electrochromic display element is at least one complex oxide semiconductor selected from the group consisting of —SnO 2 , In—SnO 2, and Bi—SnO 2 . 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。 The electrochromic dye, electrochromic display element according to any one of claims 1 to 8, characterized in that at least one member selected from the group consisting of organic compounds, and metal complexes.
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