JP6341577B2 - 調光素子及びそれを含む製品 - Google Patents
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Description
材料を含み、エレクトロクロミック材料の光物性を変化させることで調光する素子及びこ
れを用いた製品、例えばディスプレイなどの表示装置、外部から入射する光量を調節する
調光フィルタ、防眩ミラー等に好適なものに関する。
ている。
置(表示装置)は、近年の情報化社会において欠かすことのできない装置である。また、
外部から入射する光量を調節する調光フィルタ、防眩ミラー等は、屋内、車、航空機等の
空間において、外部からの光を調節することができるためカーテン等と同様の効果を有し
、生活において非常に役立つものである。
けることができる。表示装置を製造する者は、表示装置の製造において、表示装置の置か
れる環境を想定して好ましい表示方式を選択するのが一般的である。
るさの環境に携帯移動して表示装置を使用する機会が非常に多くなってきており、ユーザ
ーのニーズも多様化してきている。表示装置のモードとして、例えば、明暗の表示だけで
なく、表示画面を鏡面状態にするニーズ等も求められてきている。この点は、調光フィル
タ等においても同様である。
されているエレクトロクロミックミラーが開示されている。
って、エレクトロクロミック表示素子の鏡面状態を変化させるものに過ぎず、表示装置と
しての使用については検討しておらず、仮に使用したとしても反射型の表示装置でしか使
用できないといった課題がある。
を可能とする高品質な鏡面状態を有する調光素子及びそれを含む製品を提供することを目
的とする。
、一方がナノオーダーの凹凸のある透明電極である一対の電極と、一対の電極の間に挟持
され、電解質、銀を含むエレクトロクロミック材料及びメディエータを含む電解質層と、
を有することを特徴の一つとする。
高品質な鏡面状態を有する調光素子及びそれを含む製品となる。
異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない
。
」という。)1の概略断面を示す図である。図1で示すように、本表示装置1は、一対の
基板2、3と、一対の基板の対向する面に形成される一対の電極21、31と、一対の電
極21、31の間に挟持され、銀を含むエレクトロクロミック材料及びメディエータを含
む電解質層4と、を有する。
ものであって、基板2、3の少なくとも一方が透明であればよいが、双方透明であれば、
透過型の表示装置を実現することができる。本実施形態では説明のため双方透明な場合で
説明する。なお、基板の材料としては、ある程度の硬さ、化学的安定性を有し、安定的に
材料層を保持することができる限りにおいて限定されるわけではないが、ガラス、プラス
チック、金属、半導体等を採用することができ、透明な基板として用いる場合はガラスや
プラスチックを用いることができる。
電極21、31が形成されている。この電極は一対の基板2、3によって挟持される材料
層に電圧を印加するために用いられるものである。電極の材料としては、好適な導電性を
有する限りにおいて限定されるわけではないが、例えば基板の材質が透明な基板である場
合はITO、IZO、SnO2、ZnO等の少なくともいずれかを含む透明電極であるこ
とが好ましい。
れた透明導電性の粒子修飾電極であり、他方が平滑な電極であることが好ましい。ここで
粒子修飾電極とは粒子が電極表面に固定され比較的大きな凹凸、ナノオーダーの凹凸が形
成された電極をいう。粒子修飾電極の凹凸の大きさとしては限定されるわけではないが、
測定した領域における凹凸の高低差(最大高さと最小高さの差)が50nm以上500n
m以下の範囲にあることが好ましく、より好ましくは100nm以上500nm以下の範
囲である。これは、例えば、粒径が50nm以上500nm以下、より好ましくは100
nm以上500nm以下の粒子を基板に配置、固定したもので実現することができる。粒
子の材料としては限定されるわけではないが、ITO、IZO、酸化チタン、NiO、S
nO2及びZnO等を例示することができ、ITO、IZOの粒子、特にITOであるこ
とは導電性を確実にすることができる観点からより好ましい。また一方で、平滑な電極は
、上記ほど凹凸のない、凹凸があってもナノオーダー以下である電極であって、限定され
るわけではないが、高低差が20nm以下であることが好ましく、より好ましくは10n
m以下、更に好ましくは5nm以下である。平滑な電極の材料としては、上記粒子修飾電
極と同様の材料を採用することができる。
よる表面粗さ(Ra)が、100nm以上400nm以下の範囲にあることが好ましく、
より好ましくは、50nm以上400nm以下の範囲である。この範囲とすることで後に
詳述する黒状態を実現することができる。一方、平滑な電極の場合、表面粗さはこれ以下
であることが好ましく、具体的には触針式の測定による表面粗さ(Ra)が20nm、よ
り好ましくは10nm以下、より好ましくは5nm以下であることが好ましい。この範囲
とすることで、後に詳述する鏡状態を実現することができる。
状として形成してもよく、また、同じ複数の領域毎に区分された電極パターンを複数基板
上に並べて形成したものであってもよい。複数の領域毎に区分すると、この各領域を画素
とし、画素毎に表示を制御し、複雑な形状の表示にも対応できるといった利点がある。
して十分析出し、消失する電界を印加することができる限りにおいて限定されるわけでは
ないが、1μm以上10mm以下が可能であり、望ましくは1μm以上1mm以下の範囲
である。
おり、この電源のON、OFFにより材料層に電圧の印加、印加の解除を制御することが
できる。
を含むエレクトロクロミック材料及びメディエータを含んでいる。また本実施形態に係る
電解質層4は、上記銀を含むエレクトロクロミック材料41及びメディエータ42のほか
、これら材料を保持するための溶媒を含んでいる。
進するためものであり支持塩であることは好ましい一例である。電解質は、臭素イオンを
含むことが好ましく、例えばLiBr、KBr、NaBr、臭化テトラブチルアンモニウ
ム(TBABr)等を例示することができる。なお、電解質の濃度としては、限定される
わけではないが、モル濃度でエレクトロクロミック材料の5倍程度、具体的には3倍以上
6倍以下含んでいることが好ましく、例えば3mM以上6M以下であることが好ましく、
より好ましくは5mM以上5M以下、より好ましくは6mM以上3M以下、更に好ましく
は15mM以上600mM以下、更に好ましくは25mM以上500mM以下、30mM
以上300mM以下の範囲である。
び電解質を安定的に保持することができる限りにおいて限定されるわけではないが、水等
の極性溶媒であってもよいし、極性のない有機溶媒等一般的なものも用いることができる
。溶媒としては、限定されるわけではないが、例えばDMSOを用いることができる。
酸化還元反応を起こす材料であり、銀イオンを含む塩であることが好ましい。このエレク
トロクロミック材料は酸化還元反応によって銀微粒子を析出、又は消失させ、これに基づ
く色の変化を生じさせ表示を行なうことができる。銀を含むエレクトロクロミック材料と
しては限定されるわけではないが、AgNO3、AgClO4、AgBr、を挙げること
ができる。なお、エレクトロクロミック材料の濃度については、上記機能を有する限りに
おいて特に限定されるわけではなく、材料によって適宜調整が可能であるが、5M以下で
あることが望ましく、より望ましくは1mM〜1M、さらに望ましくは5mM〜100m
Mである。
元を行なうことのできる材料をいう。メディエータの酸化体が銀から随時電子を授受する
ことによって酸化による消色反応を補助することができる。なお、メディエータとしては
、上記機能を有する限りにおいて限定されるわけではないが、銅(II)イオンの塩であ
ることが好ましく、例えばCuCl2、CuSO4、CuBr2を挙げることができる。
なおメディエータの濃度としては、上記機能を奏する限りにおいて限定されず、また材料
によって適宜調整が可能であるが、5mM以上20mM以下であることが望ましく、より
望ましくは15mM以下である。20mM以下とすることで過度の色付きを防止すること
ができる。なお、銀イオンと銅(II)イオンの濃度比としては、限定されるわけではな
いが、銀イオンを10とした場合、銅(II)イオンは1以上3以下の範囲であることが
好ましい。
る。増粘剤を加えることでエレクトロクロミック素子のメモリ性を向上させることができ
る。なお増粘剤の例としては、特に限定されるわけではないが、例えばポリビニルアルコ
ールを例示することができる。なお増粘剤の濃度としては、特に限定されるわけではない
が、例えば電解質層の総重量に対し5重量%以上20重量%以下の範囲で含ませておくこ
とが好ましい。
態で透過状態を実現することができる。本実施形態に係る素子の状態の概念図を図2に示
しておく。なお図2(A)は鏡表示の状態を示し、図2(B)は黒表示の状態を示す。
の銀イオンが還元されて銀として析出する一方、電圧を解除すると、銀は再び銀イオンと
して溶解する。この場合において、銀が平滑な電極状に形成されれば鏡状態となり、粒子
修飾電極上に形成されれば、光は乱反射され黒状態となる。なおこの場合において、観測
者にとって、平滑な電極が形成される基板が手前、凹凸のある粒子修飾電極が形成された
基板が奥側となる。なお、この直流電圧印加の際の電圧の強度としては、一対の基板間の
距離、一対の電極間の距離によって適宜調整が可能であり、限定されるものではなく、電
界強度として例えば1.0×103V/m以上1.0×105V/m以下の範囲にあるこ
とが好ましく、より好ましくは1.0×104V/m以下の範囲内である。
する高品質な鏡面状態を有する表示装置となる。特に本実施形態では、メディエータを有
しており、銀よりも低いエネルギーで酸化還元材料が可能となり、繰り返し耐久性が非常
に優れたものとなっている。この結果、透過型でも使用が可能であり、高いコントラスト
比を可能とする高品質な鏡面状態を有する調光素子及びそれを含む製品を提供することが
できる。
クロミック材料としてAgNO3を用い、溶媒としてDMSOを、支持電解質(対極反応
材料)としてTBABrを、メディエータとしてCuCl2を用いた。なお本実施例にお
いて、一方の電極は平滑なITOが形成された電極基板(ITO電極)とし、他方はIT
O電極上に100nm〜300nm程度の粒径のITO粒子分散液をスピンコート(50
0rpm×5秒、1500rpm×15秒)で塗布し、250℃で1時間焼成したもの(
ITO粒子修飾電極)を用いた。また、本実施例において、AgNO3の濃度は50mM
、TBABrの濃度は250mM、メディエータの濃度は10mMとした。また、スペー
サーを用い、一対の電極間の距離を500μmとして上記電解質層を一対の基板間に挟持
させた。図3に、ITO電極及びITO粒子修飾電極の表面プロファイルを示しておく。
なお、この表面プロファイルは3mm幅の広い範囲において行っている。
粒子修飾電極において約400nmの最大高さと最小高さの差があったことを確認した。
一方、平滑な電極では、ほぼ凹凸はなく、20nm以下程度の最大高さと最小高さの差程
度しかなかった。
極においては189nmであり、平滑な電極においては1nmであることが確認でき、粒
子修飾電極においてはナノオーダーの凹凸が形成されている一方、平滑な電極においては
これ以下の凹凸となっており、非常に粗さが異なることが確認できた。
定を行った。この結果を図4に示しておく。この結果、+2.5V及び−2.5Vのいず
れの状態においても、光を十分に遮断させていることが確認でき、消色時には十分光を透
過できていることが確認できた。
5に示しておく。この結果、−2.5Vでは、十分な反射特性を有している一方、+2.
5Vでは、非常に低い反射率を示していることが確認でき、黒状態となっていることが確
認できた。即ち、上記の結果から−2.5Vでは、反射状態即ち鏡状態を実現でき、+2
.5Vでは黒状態、消色時には光透過状態を実現できていることが確認できた。また、こ
のそれぞれの状態における写真図を図6乃至8に示しておく。図6は消色時、図7は反射
表示時、図8は黒表示時をそれぞれ示している。
秒行なった場合の700nmの透過率及び反射率を図9に示しておく。この結果、ITO
電極側では、−2.5V印加時では反射率が上昇する一方透過率が下がり反射状態である
ことが確認でき、0.5Vでは透過率が上昇する一方反射率が減少し透過状態となってい
ることが確認でき、2.5Vでは透過率が下がる一方反射率も減少した状態であり黒状態
であることが確認でき、−0.5Vでは透過率が上昇し反射率が減少したままであるため
透過状態であることが確認できた。しかも、この状態は、上記電圧サイクルを1000回
繰り返し行なっても維持できていることが確認できた。この結果を図10に示しておく。
図12に示しておく。図11は、−2.5Vを10秒、−0.5Vを15秒を4000回
程度繰り返し行なった場合の700nmの透過率を、図12はそのうち10回程度間での
範囲を拡大したものである。なお、比較例として、本実施例と同様の素子であるが、Cu
Cl2を含ませていない素子を作成して同様の評価を行なっている(図12参照)。この
結果、CuCl2を含ませることで極めて優れた繰り返し耐久性を有していることが確認
できた。
料を含む調光素子及びそれを含む装置を実現できることを確認した。
Claims (1)
- 一対の基板と、
前記一対の基板の対向する面に形成される一対の透明電極と、
前記一対の電極の間に挟持され、電解質、銀を含むエレクトロクロミック材料及びメデ
ィエータを含む電解質層と、を有し、
前記一対の電極の一方が、透明導電性粒子修飾電極であり、
前記透明導電性粒子修飾電極の表面の凹凸の最大高さと最小高さの差が50nm以上5
00nm以下の範囲にある調光素子。
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