JP7247054B2 - electrochromic element - Google Patents
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本発明は、エレクトロクロミック素子、並びに、エレクトロクロミック素子を用いた光学フィルタ、レンズユニット、撮像装置及び窓材に関する。 The present invention relates to an electrochromic element, and an optical filter, lens unit, imaging device, and window material using the electrochromic element.
電気化学的な酸化還元反応により物質の光学特性(吸収波長、吸光度等)が変化する化合物を、エレクトロクロミック(以降、「エレクトロクロミック」を「EC」と記載する場合がある)化合物という。EC化合物を利用したEC素子は、表示装置、可変反射率ミラー、可変透過窓等に応用されている。EC化合物は、無機化合物と有機化合物の二つに分類されるが、このうち有機EC化合物は、吸収波長を比較的に自由度高く設計して変化させることが可能であり、高い着消色のコントラストを実現できるといった特徴を有する。
有機EC化合物を有する典型的なEC素子では、一対の電極の間に、EC化合物を含むEC層が配置され、そのEC層を保持する封止シールがEC層の外周を囲むように配置されている。この有機EC化合物を有する典型的なEC素子の一つの種類として、相補型のEC素子がある。この相補型のEC素子では、EC化合物として酸化により着色するアノード性EC化合物と還元により着色するカソード性EC化合物とを用いる。相補型のEC素子では一対の電極間に電圧を印加することによりアノードでアノード性EC化合物の酸化反応が進行して着色体が生成し、同時に対向するカソードでカソード性EC化合物の還元反応が進行して着色体が生成し、電流が流れる。そのため、基本的には素子全体ではアノード性EC化合物の着色体とカソード性EC化合物の着色体の量は等しくなる。
EC層の外周を囲む周辺封止シールは、EC層の素子外部への漏えいを低減するとともに、水分や酸素などのEC化合物の劣化を引き起こす物質のEC層への侵入を低減する目的で用いられる。この観点から周辺封止シールを構成する材料としては、低透湿性・低ガス透過性を有し、さらにEC層に含まれる溶媒への溶解性が低いものが好適である。特許文献1では、周辺封止シールを構成する材料としてエポキシノボラック樹脂混成物を用い、耐久性に優れたEC素子が開示されている。
また、EC素子の重要な課題の一つとして着色・消色時の応答性が挙げられる。この応答性を向上させる方法として、EC化合物の濃度を向上させることが知られている。
A compound whose optical properties (absorption wavelength, absorbance, etc.) change due to an electrochemical oxidation-reduction reaction is called an electrochromic (hereinafter, "electrochromic" may be referred to as "EC") compound. EC elements using EC compounds are applied to display devices, variable reflectance mirrors, variable transmission windows, and the like. EC compounds are classified into inorganic compounds and organic compounds. Of these, organic EC compounds are capable of designing and changing the absorption wavelength with a relatively high degree of freedom, and have high coloring and decoloring properties. It has the feature of being able to achieve contrast.
In a typical EC device having an organic EC compound, an EC layer containing the EC compound is arranged between a pair of electrodes, and a sealing seal holding the EC layer is arranged so as to surround the periphery of the EC layer. there is One type of typical EC device having this organic EC compound is a complementary EC device. In this complementary EC device, an anodic EC compound that is colored by oxidation and a cathodic EC compound that is colored by reduction are used as EC compounds. In a complementary EC device, when a voltage is applied between a pair of electrodes, the oxidation reaction of the anodic EC compound proceeds at the anode to form a colored body, while the reduction reaction of the cathodic EC compound proceeds at the opposing cathode. As a result, a colored body is generated and an electric current flows. Therefore, basically, the amount of the colored material of the anodic EC compound and the amount of the colored material of the cathodic EC compound are equal in the entire device.
The peripheral sealing seal that surrounds the outer periphery of the EC layer is used for the purpose of reducing leakage of the EC layer to the outside of the device and reducing the penetration of substances that cause deterioration of the EC compounds, such as moisture and oxygen, into the EC layer. . From this point of view, it is preferable that the material constituting the peripheral sealing seal has low moisture permeability, low gas permeability, and low solubility in the solvent contained in the EC layer.
Also, one of the important problems of EC devices is the responsiveness at the time of coloring and decoloring. As a method for improving this responsiveness, increasing the concentration of the EC compound is known.
本発明者らは、応答速度を向上させるため、EC化合物の濃度を増大させたEC素子について検討を行ったところ、EC層のうち周辺封止シール近傍の領域とそれ以外の領域で着色時の色に差が生じ、素子内の色が不均一になる事を見出した。このよう素子内の色に不均一性(以下、これを「色ムラ」と記載する場合がある)が生じると、EC素子を通過する光の色調に変化を生じるため問題となる。
そこで本発明は、周辺封止シールに起因する色ムラを低減したEC素子を提供することを目的とする。
In order to improve the response speed, the present inventors studied an EC element with an increased EC compound concentration. It was found that a color difference occurs and the color inside the device becomes non-uniform. Such non-uniformity in color within the element (hereinafter sometimes referred to as "color unevenness") causes a problem because the color tone of light passing through the EC element changes.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide an EC device in which color unevenness caused by a peripheral sealing seal is reduced.
本発明のエレクトロクロミック素子は、
第一の電極と、
第二の電極と、
前記第一の電極と、前記第二の電極との間に配置されている周辺封止シールと、
前記第一の電極と、前記第二の電極と、前記周辺封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記第一の電極と前記第二の電極のうち一方はアノード電極であり、他方はカソード電極であり、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記周辺封止シールが、前記周辺封止シールの近傍でアノード性エレクトロクロミック化合物の酸化反応を優先させるアノード優先的周辺封止シールであり、
SA<SCであることを特徴とする。
SA:前記アノード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
SC:前記カソード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
また、本発明の他のエレクトロクロミック素子は、
第一の電極と、
第二の電極と、
前記第一の電極と、前記第二の電極との間に配置されている周辺封止シールと、
前記第一の電極と、前記第二の電極と、前記周辺封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記第一の電極と前記第二の電極のうち一方はアノード電極であり、他方はカソード電極であり、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記周辺封止シールが、前記周辺封止シールの近傍でカソード性エレクトロクロミック化合物の還元反応を優先させるカソード優先的周辺封止シールであり、
SC<SAであることを特徴とする。
SA:前記アノード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
SC:前記カソード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
The electrochromic device of the present invention is
a first electrode;
a second electrode;
a peripheral sealing seal positioned between the first electrode and the second electrode;
an electrochromic layer disposed in a space defined by the first electrode, the second electrode, and the peripheral sealing seal;
one of the first electrode and the second electrode is an anode electrode and the other is a cathode electrode;
An electrochromic device, wherein the electrochromic layer comprises an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound,
the peripheral sealing seal is an anodic preferential peripheral sealing seal that preferentially oxidizes an anodic electrochromic compound in the vicinity of the peripheral sealing seal;
It is characterized by S A <S C .
S A : area of the anode electrode defined by the peripheral sealing seal SC : area of the cathode electrode defined by the peripheral sealing seal Further, another electrochromic device of the present invention comprises:
a first electrode;
a second electrode;
a peripheral sealing seal positioned between the first electrode and the second electrode;
an electrochromic layer disposed in a space defined by the first electrode, the second electrode, and the peripheral sealing seal;
one of the first electrode and the second electrode is an anode electrode and the other is a cathode electrode;
An electrochromic device, wherein the electrochromic layer comprises an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound,
The peripheral sealing seal is a cathodic preferential peripheral sealing seal that prioritizes the reduction reaction of the cathodic electrochromic compound in the vicinity of the peripheral sealing seal,
It is characterized by S C < SA .
S A : area defined by the peripheral sealing seal of the anode electrode SC : area defined by the peripheral sealing seal of the cathode electrode
本発明によれば、周辺封止シールに起因する色ムラを低減したEC素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an EC device in which color unevenness caused by a peripheral sealing seal is reduced.
≪EC素子(エレクトロクロミック素子)≫
図1を用いて、本実施形態に係るEC素子1について説明する。図1は、本実施形態に係るEC素子の一例を模式的に示す断面図である。ここで、断面は素子面(電極面)と直交する面である。EC素子1は、外部から光を取り込み、取り込んだ光をEC層13を通過させることで、所定の波長領域において出射光の強度を変化させるデバイスである。
≪EC device (electrochromic device)≫
An
本実施形態のEC素子は、第一の電極11aと、第二の電極11bと、を有している。第一の電極11a、第二の電極11bは、それぞれ第一の基板10a、第二の基板10b上に配置されていてもよい。本発明のEC素子では、第一の電極11aと第二の電極11bとの間に、周辺封止シール12が配置される。第一の電極11aと、第二の電極11bと、周辺封止シール12によって区画された空間にEC層(エレクトロクロミック層)13が配置される。EC層13は、溶媒と、アノード性EC化合物(アノード性エレクトロクロミック化合物)と、カソード性EC化合物(カソード性エレクトロクロミック化合物)と、を有する。以下、本発明のEC素子が有する構成要素について、それぞれ説明する。
The EC device of this embodiment has a
<電極11a,11b>
本発明においては、第一の電極11aと第二の電極11bのいずれか一方が透明であることが好ましい。ここで、「透明」とは、該当する電極が光を透過することを意味し、光の透過率が、50%以上100%以下であることが好ましい。第一の電極11a、第二の電極11bのうち少なくとも一方が透明電極であることによって、EC素子の外部より効率的に光を取り込み、EC化合物と相互作用させて、EC化合物の光学的特性を出射光に反映させることができるからである。また、ここでいう「光」とは、EC素子の対象とする波長領域における光のことである。例えば、EC素子を可視光領域の撮像装置のフィルタとして使用するのであれば、可視光領域の光が対象となり、赤外線領域の撮像装置のフィルタとして使用するのであれば、赤外線領域の光が対象となる。
<Electrodes 11a, 11b>
In the present invention, one of the
第一の電極11a、第二の電極11bはそれぞれ第一の基板10a、第二の基板10b上に配置されていてもよい。本発明においては、第一の基板10aと第二の基板10bのいずれか一方が透明であることが好ましい。電極11a,11bが配置される透明な基板としては、ガラス、透明性樹脂などが挙げられる。ガラスは、光学ガラス、石英ガラス、白板ガラス、青板ガラス、ホウケイ酸ガラス、無アルカリガラス、化学強化ガラス等を用いることができ、特に透明性や耐久性の点から無アルカリガラスを用いることができる。透明性樹脂は、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリノルボルネン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリメチルメタクリレート等が挙げられる。電極11a,11bが配置される透明でない基板としては、不透明性樹脂が挙げられる。不透明性樹脂はポリプロピレン、高密度ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタラート、ポリアミド等が挙げられる。
The
透明電極としては、透明導電性酸化物や、分散されたカーボンナノチューブ等の導電層や、透明な基板上に部分的に金属線が配置された透明電極を用いることができる。 As the transparent electrode, a transparent conductive oxide, a conductive layer such as dispersed carbon nanotubes, or a transparent electrode in which a metal wire is partially arranged on a transparent substrate can be used.
透明導電性酸化物として、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、酸化亜鉛、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、ニオビウムドープ酸化チタン(TNO)等が挙げられる。これらの中でも、FTO又はITOが好ましい。透明導電性酸化物で電極を形成する場合、その膜厚は、好ましくは、10nm以上10000nm以下である。特に、膜厚が10nm以上10000nm以下であってFTO又はITOの層である透明導電性酸化物の層が好ましい。これにより、高透過性と化学的安定性を両立することが可能となるからである。尚、透明導電性酸化物の層は、透明導電性酸化物のサブレイヤーが積み重なった構成をなしていてもよい。これにより、高導電性と高透明性を実現しやすくなる。 Examples of transparent conductive oxides include tin-doped indium oxide (ITO), zinc oxide, gallium-doped zinc oxide (GZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), tin oxide, antimony-doped tin oxide (ATO), and fluorine-doped tin oxide. (FTO), niobium-doped titanium oxide (TNO), and the like. Among these, FTO or ITO is preferred. When forming an electrode with a transparent conductive oxide, the film thickness is preferably 10 nm or more and 10000 nm or less. In particular, a transparent conductive oxide layer having a film thickness of 10 nm or more and 10000 nm or less and being an FTO or ITO layer is preferable. This is because it is possible to achieve both high permeability and chemical stability. The layer of the transparent conductive oxide may have a structure in which sublayers of the transparent conductive oxide are stacked. This makes it easier to achieve high conductivity and high transparency.
基板上に配置され得る金属線としては、特に限定されるものではないが、Ag,Au,Pt,Ti等の、電気化学的に安定な金属材料の線が好ましく用いられる。また、金属線の配置パターンとしては、グリッド状のものが好ましく用いられる。金属線を有する電極は、代表的には平面電極であるが、必要に応じて湾曲したものも使用することができる。 The metal wires that can be arranged on the substrate are not particularly limited, but wires of electrochemically stable metal materials such as Ag, Au, Pt and Ti are preferably used. A grid pattern is preferably used as the arrangement pattern of the metal wires. Electrodes with metal wires are typically planar electrodes, but curved ones can also be used if desired.
第一の電極11a、第二の電極11bのうち、上述の透明電極以外の電極としては、EC素子の用途に応じて好ましいものが選択される。例えば、EC素子を透過型のEC素子とする場合には、第一の電極11aも第二の電極11bも上述の透明電極であることが好ましい。さらに電極が基板上に配置される時、第一の基板10aも第二の基板10bも透明であることが好ましい。一方、EC素子を反射型のEC素子とする場合には、第一の電極11a、第二の電極11bのうち、一方が上述の透明電極であり、他方が入射光を反射する電極であるのが好ましい。さらに電極が基板上に配置される時、少なくとも透明電極が配置される基板は透明であることが好ましい。一方で、電極間に反射層又は散乱層を形成することで、上述の透明電極以外の電極の光学特性の自由度を向上させることができる。例えば、電極間に反射層又は散乱層を導入した場合には、その後方の電極として、不透明な電極や、光を吸収する電極も用いることができる。
Among the
本発明のEC素子が、いずれの形態の素子であっても、第一の電極11a、第二の電極11bの構成材料としては、素子の動作環境において安定に存在し、外部からの電圧印加に応じて速やかに酸化還元反応を進行させることのできる材料が好ましく用いられる。
Regardless of the form of the EC device of the present invention, the constituent materials of the
第一の電極11a及び第二の電極11bの配置については、EC素子の電極配置として一般的に知られている配置を用いることができる。代表的な例としては、基板上にそれぞれ配置された第一の電極11aと第二の電極11bとが対向し、1μm以上500μm以下程度の電極間距離を設けた配置方式がある。電極間距離が長い場合、EC素子として有効に機能させるために十分な量のEC化合物を配置することができる点で着色時の透過率を低減できる点で有利である。一方、電極間距離が短い場合、速い応答速度を達成することができる点で有利である。
As for the arrangement of the
<EC層13>
本発明のEC素子は、第一の電極11aと第二の電極11bとの間に、アノード性EC化合物と、カソード性EC化合物を含む、好ましくはさらに溶媒を含むEC層13を有する。
<
The EC device of the present invention has an
[溶媒]
EC層13を構成する溶媒としては、EC化合物を始めとする溶質の溶解性、蒸気圧、粘性、電位窓等を考慮して、用途に応じて選択されるが、極性を有する溶媒であることが好ましい。具体的には、エーテル化合物、ニトリル化合物、アルコール化合物、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルピロリジノン等の有機極性溶媒や水が挙げられる。なかでも、炭酸プロピレン、炭酸エチレン、γ-ブチロラクトン、バレロラクトン、ジオキソラン等の環状エーテルを含む溶媒が、EC化合物の溶解性、沸点、蒸気圧、粘性、電位窓の観点から好ましく用いられ、中でも炭酸プロピレンを含む溶媒が最も好ましく用いられる。
[solvent]
The solvent constituting the
[EC化合物]
本発明において、EC化合物とは、酸化還元物質の一種であり、酸化還元反応により、素子の対象とする光波長領域において光吸収特性が変化する物質である。また、この酸化還元物質とは、所定の電位範囲において、繰り返し酸化還元反応を起こすことが可能な化合物である。ここでいう光吸収特性とは、代表的には、光吸収状態と光透過状態とであり、EC化合物は、典型的には光吸収状態と光透過状態とが切り替わる材料である。本発明のEC素子に使用されるEC化合物は、有機化合物であることが好ましい。本発明の有機EC化合物として好ましいのは、分子量が2000以下の低分子有機化合物である。
[EC compound]
In the present invention, the EC compound is a kind of oxidation-reduction substance, and is a substance whose light absorption characteristics change in the light wavelength region targeted by the device due to oxidation-reduction reaction. Further, the oxidation-reduction substance is a compound capable of repeatedly undergoing oxidation-reduction reactions within a predetermined potential range. The light-absorbing property referred to here is typically a light-absorbing state and a light-transmitting state, and the EC compound is typically a material that switches between a light-absorbing state and a light-transmitting state. The EC compound used in the EC device of the present invention is preferably an organic compound. A low-molecular-weight organic compound having a molecular weight of 2,000 or less is preferable as the organic EC compound of the present invention.
本明細書においては、EC化合物について、「アノード性EC化合物」、「カソード性EC化合物」と記述する場合がある。以下、それぞれについて詳細に説明する。 In this specification, an EC compound may be described as an "anodic EC compound" or a "cathodic EC compound". Each will be described in detail below.
(アノード性EC化合物)
アノード性EC化合物とは、素子の対象とする光波長領域において、アノード上で通常EC化合物から電子が取り去られる酸化反応によって光吸収特性が変化する材料を言う。典型的な例としては、光透過状態から光吸収状態に変化する材料が挙げられる。本明細書においては、EC化合物の変化をイメージしやすくするために、典型的な例である光透過状態から光吸収状態への変化を取り上げて記述することがある。また本明細書では、光透過状態にある分子を「消色体」、光吸収状態にある分子を「着色体」と表現することがある。その場合、素子の対象とする光波長領域において、アノード性EC化合物の還元体は光透過状態であり「消色体」と表現される。また、アノード性EC化合物の酸化体は光吸収状態であり「着色体」と表現される。
(anodic EC compound)
An anodic EC compound refers to a material whose light absorption properties are changed by an oxidation reaction in which electrons are usually removed from the EC compound on the anode in the light wavelength region of interest for the device. A typical example is a material that changes from a light-transmitting state to a light-absorbing state. In this specification, in order to make it easier to imagine the change of the EC compound, the change from the light transmitting state to the light absorbing state, which is a typical example, is sometimes described. Further, in this specification, a molecule in a light transmitting state is sometimes expressed as a "decolored body", and a molecule in a light absorbing state is sometimes expressed as a "colored body". In this case, the reductant of the anodic EC compound is in a light-transmissive state in the light wavelength region targeted by the device, and is expressed as a "decolorized body". Moreover, the oxidized form of the anodic EC compound is in a light absorbing state and is expressed as a "colored body".
アノード性EC化合物の例として、例えば、チオフェン誘導体、芳香環を有するアミン類(例えば、フェナジン誘導体、トリアリルアミン誘導体)、ピロール誘導体、チアジン誘導体、トリアリルメタン誘導体、ビスフェニルメタン誘導体、キサンテン誘導体、フルオラン誘導体、スピロピラン誘導体が挙げられる。これらの中でも、アノード性EC分子としては、低分子の芳香環を有するアミン類が好ましく、ジヒドロフェナジン誘導体が最も好ましい。 Examples of anodic EC compounds include thiophene derivatives, amines having an aromatic ring (e.g., phenazine derivatives, triallylamine derivatives), pyrrole derivatives, thiazine derivatives, triallylmethane derivatives, bisphenylmethane derivatives, xanthene derivatives, and fluorane. Derivatives, spiropyran derivatives. Among these, as the anodic EC molecule, amines having a low molecular weight aromatic ring are preferred, and dihydrophenazine derivatives are most preferred.
(カソード性EC化合物)
カソード性EC化合物とは、素子の対象とする光波長領域において、カソード上で通常電極からEC化合物に電子が供与される還元反応によって光吸収特性が変化する材料を言う。典型的な例としては、光透過状態から光吸収状態に変化する材料が挙げられる。本明細書の記述においては、素子の対象とする光波長領域において、カソード性EC化合物の還元体は光吸収状態であり、「着色体」と表現される。また、カソード性EC化合物の酸化体は光透過状態であり、「消色体」と表現される。
(Cathodic EC compound)
A cathodic EC compound refers to a material whose light absorption characteristics are changed by a reduction reaction in which electrons are donated from the electrode to the EC compound on the cathode in the light wavelength region of interest for the device. A typical example is a material that changes from a light-transmitting state to a light-absorbing state. In the description of this specification, the reduced form of the cathodic EC compound is in a light-absorbing state in the light wavelength region targeted by the device, and is expressed as a "colored body". Moreover, the oxidized form of the cathodic EC compound is in a light-transmitting state and is expressed as a "decolorized form".
カソード性EC化合物の例としては、ビオロゲン等のピリジン系化合物、キノン化合物等が挙げられる。中でも、ビオロゲン等のピリジン系化合物が最も好ましく用いられる。 Examples of cathodic EC compounds include pyridine-based compounds such as viologen, quinone compounds, and the like. Among them, pyridine compounds such as viologen are most preferably used.
[EC層の形成方法]
EC素子内にEC化合物を含む溶液を導入する方法としては、例えば、対向している電極11a,11bの接合時に、電極11a,11b又は周辺封止シール12の一部に開口部を形成し、その後に開口部を通じて溶液を注入することが挙げられる。またEC化合物を含む溶液をセルに注入する具体的な方法としては、真空注入法、大気注入法、メニスカス法等が挙げられる。上記セルにEC化合物を含む溶液を注入した後は、開口部を封止することで当該溶液をセル中に安定に保持することができる。
[Method of Forming EC Layer]
As a method for introducing a solution containing an EC compound into the EC element, for example, when the facing
<周辺封止シール12>
第一の電極11aと第二の電極11bは、両電極面を対向させた配置で周辺封止シール12によって接合されていることが好ましい。周辺封止シール12は、第一の電極11aと第二の電極11bの空間的配置の保持の他、EC層13のEC素子外部への漏えい低減、外部物質との接触からの保護の役割を担う。
<Peripheral sealing
It is preferable that the
上記の観点から、周辺封止シール12を構成する材料としては、化学的に安定で、低透湿性・低ガス透過性を有し、さらにEC層13に含まれる溶媒への溶解性が低い材料で構成されていることが好ましい。例えば、ガラスフリット等の無機材料、エポキシ系、アクリル系樹脂等の有機材料、金属等を用いることができる。尚、周辺封止シールは、スペーサー材料を含有する等して第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定する機能を有していてもよい。周辺封止シール12が第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定する機能を有していない場合は、別途スペーサーを配置して両電極間の距離を保持してもよい。スペーサーの素材としては、シリカビーズ、ガラスファイバー等の無機材料や、ポリイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリジビニルベンゼン、フッ素ゴム、エポキシ樹脂等の有機材料を用いることができる。この場合、このスペーサーにより、EC素子を構成する第一の電極11aと第二の電極11bとの間の距離を規定、保持することが可能となる。
From the above point of view, the material constituting the peripheral sealing
本発明者らは、EC層13のうち周辺封止シール12の近傍でアノード性EC化合物またはカソード性EC化合物のいずれかが他方よりも優先して着色することがある事を見出した。ここで、「優先して着色する」とは、EC素子を駆動させ、素子の光学濃度が目的濃度付近を遷移する安定状態に到達した時に、アノード性EC化合物またはカソード性EC化合物のいずれかの着色体が他方の着色体よりも多く存在していることを意味する。例えば、「周辺封止シール12の近傍においてアノード性EC化合物が優先して着色する」とは、周辺封止シール12の近傍において、EC素子駆動後、素子の光学濃度が安定した段階で、アノード性EC化合物の着色体がカソード性EC化合物の着色体よりも多く存在していることを示す。具体的には、アノード性EC化合物の着色体の色がカソード性EC化合物の着色体の色よりも強く発現されていることを示す。このように周辺封止シール12の近傍でアノード性EC化合物またはカソード性EC化合物の優先的な着色が見られると、EC層13のうち周辺封止シール12の近傍と、それ以外の領域でEC素子駆動時の色に差が生じ、素子面内に色ムラが生じることとなる。
The inventors have found that either the anodic EC compound or the cathodic EC compound may preferentially color over the other in the vicinity of the peripheral sealing
図2に周辺封止シール12の近傍で見られる典型的な優先着色領域の分布を示す。ここで図2はEC素子を素子面に垂直な方向から俯瞰した図である。図2に示すように優先着色領域は、「周辺封止シール最近傍13a」と「周辺封止シール準近傍13b」の二つの領域に発生する。ここで「周辺封止シール最近傍13a」とは、EC層13のうち周辺封止シール12とEC層13が接する境界付近の領域であり、「周辺封止シール準近傍13b」とは、EC層13のうち周辺封止シール最近傍13aを含まない領域の外縁部である。「周辺封止シール最近傍13a」の領域は、周辺封止シール12のEC層13と接する側の境界から約200μmの幅を有しており、この幅は上下電極間距離にはほとんど依存しない。また、「周辺封止シール最近傍13a」における優先着色の現れ方によって、周辺封止シール12はアノード優先的周辺封止シール、カソード優先的周辺封止シール、およびこれら二つに該当しないその他の周辺封止シールの3つに分類される。以下は、アノード優先的周辺封止シール、カソード優先的周辺封止シールの二つについて説明する。
FIG. 2 shows a typical preferential colored area distribution found near the
[アノード優先的周辺封止シール]
アノード優先的周辺封止シールは、周辺封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物の優先的な着色を示す周辺封止シール12として規定される。また、アノード優先的周辺封止シールでは、周辺封止シール準近傍13bにおいてカソード性EC化合物の優先的な着色が生じる。
[Anode preferential peripheral sealing seal]
An anodic preferential peripheral sealing seal is defined as a peripheral sealing
アノード優先的周辺封止シールとしての性質を示すシール材料の特徴としては、比較的極性が大きい樹脂で構成されていること、酸化性化合物が含まれていること等が挙げられる。 Features of the sealing material exhibiting properties as an anode-preferential peripheral sealing seal include that it is composed of a resin with relatively high polarity and that it contains an oxidizing compound.
このうち前者の理由に関しては以下の通りである。代表的なカソード性EC化合物であるビオロゲン系化合物の消色体は正の電荷を有している一方、トリフェニルアミン類やフェナジン類などの芳香族アミン系化合物や、チオフェン系化合物に代表されるようにアノード性EC化合物の消色体は電荷を有していない。そのため、カソード性EC化合物の消色体は、アノード性EC化合物の消色体と比較して大きな極性を有している。後述するように、周辺封止シール最近傍13a、周辺封止シール準近傍13bでは、電極表面に周辺封止シールを構成する材料からなる薄膜が存在する。このうち周辺封止シール最近傍13aの領域では周辺封止シール準近傍13bに対して薄膜の膜厚が比較的大きい。従って、周辺封止シール最近傍13aの領域では、周辺封止シールが極性の大きい樹脂で構成される場合、極性の高いカソード性EC化合物の消色体と、極性の大きい樹脂との相互作用が、極性の低いアノード性EC化合物の消色体と比較して大きい。その結果カソード性EC化合物の消色体の電極表面への移動が、アノード性EC化合物の消色体と比較して大きく阻害される。その結果、周辺封止シール最近傍13aにおいてアノード性EC化合物が優先的に着色する。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、エポキシ樹脂を有する周辺封止シールなどが挙げられる。
The reason for the former is as follows. Viologen-based compounds, which are typical cathodic EC compounds, have a positive charge, while they are represented by aromatic amine-based compounds such as triphenylamines and phenazines, and thiophene-based compounds. As such, the bleaching body of the anodic EC compound has no charge. Therefore, the cathodic EC compound decolored body has a greater polarity than the anodic EC compound decolored body. As will be described later, in the peripheral sealing seal
また、後者の理由は以下の通りである。酸化性化合物が周辺封止シールに含まれている場合、周辺封止シールの近傍に存在するアノード性EC化合物へのプロトン付加やアノード性EC化合物から電子を奪い酸化作用を起こすことがある。酸化されたアノード性EC化合物が可視域に吸収を持つ場合には、周辺封止シールの近傍でアノード性EC化合物の酸化着色種に由来した吸収が強く表れる。上述の特徴を満たすものとしては、例えば熱・光硬化性エポキシ系樹脂や光硬化性アクリル系樹脂の硬化剤や硬化促進剤を含む周辺封止シールなどが挙げられ、具体的には酸無水物、フェノール系樹脂、アンチモン系化合物などのオニウム塩から副生したルイス酸などを含む周辺封止シールが挙げられる。アノード優先的周辺封止シールに含まれうる硬化剤や硬化促進剤のより具体的な例としては、スルホニウム塩、ベンゾチアゾリウム塩、アンモニウム塩、ホスホニウム塩等のオニウム塩と、アンチモネート系やホスフェート系を組み合わせた潜在的熱酸発生剤や、ハロゲン含有トリアジン系化合物、ジアゾケトン系化合物、オニウム塩系化合物、スルホン酸系化合物の潜在的光酸発生剤、ノボラック樹脂やクレゾール樹脂等のフェノール樹脂系硬化剤、無水フタル酸類や無水マレイン酸類、無水ピロメリット酸類等の酸無水物、さらにDBU(1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7)のp-トルエンスルホン酸塩およびフェノール塩、DBN(1,5-ジアザビシクロ(4,3,0)-ノネン-5)のp-トルエンスルホン酸塩およびフェノール塩等の硬化促進剤などが挙げられる。 The reason for the latter is as follows. When an oxidizing compound is contained in the peripheral sealing seal, it may add protons to the anodic EC compound present in the vicinity of the peripheral sealing seal or remove electrons from the anodic EC compound to cause oxidation. When the oxidized anodic EC compound has absorption in the visible region, the absorption derived from the oxidized colored species of the anodic EC compound appears strongly in the vicinity of the peripheral sealing seal. Examples of those that satisfy the above characteristics include peripheral sealing seals containing curing agents and curing accelerators for heat/photocurable epoxy resins and photocurable acrylic resins. Specifically, acid anhydrides , phenol-based resins, and peripheral sealing seals containing Lewis acid, which is a by-product of onium salts such as antimony-based compounds. More specific examples of curing agents and curing accelerators that can be contained in the anode preferential peripheral sealing seal include onium salts such as sulfonium salts, benzothiazolium salts, ammonium salts, and phosphonium salts; Potential thermal acid generators combined with phosphates, halogen-containing triazine compounds, diazoketone compounds, onium salt compounds, potential photoacid generators of sulfonic acid compounds, phenolic resins such as novolac resins and cresol resins. Curing agents, acid anhydrides such as phthalic anhydrides, maleic anhydrides, pyromellitic anhydrides, p-toluenesulfonate of DBU (1,8-diazabicyclo(5,4,0)-undecene-7) and phenol curing accelerators such as salts, p-toluenesulfonate and phenol salts of DBN (1,5-diazabicyclo(4,3,0)-nonene-5);
尚、周辺封止シールの種類の分類は、上述の成分含有の有無によらず、後述する周辺封止シールの種類の判別方法に従って判断する。 The classification of the type of the peripheral sealing seal is determined according to the method for determining the type of the peripheral sealing seal, which will be described later, regardless of whether or not the above ingredients are contained.
[カソード優先的周辺封止シール]
カソード優先的周辺封止シールは、周辺封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物の優先的な着色を示す周辺封止シール12として規定される。また、カソード優先的周辺封止シールでは、周辺封止シール準近傍13bにおいてアノード性EC化合物の優先的な着色が生じる。
[Cathode preferential peripheral sealing seal]
A cathodic preferential peripheral sealing seal is defined as a peripheral sealing
カソード優先的周辺封止シールとしての性質を示すシール材料の特徴としては、比較的極性が小さい材料で構成されていること、還元性化合物が含まれていること等があげられる。 The characteristics of the sealing material exhibiting properties as a cathode-preferential peripheral sealing seal include that it is composed of a material with relatively low polarity, that it contains a reducing compound, and the like.
このうち前者の理由に関しては以下の通りである。前述したように、周辺封止シール最近傍13aでは電極表面に比較的膜厚の大きい薄膜が存在する。そのため、周辺封止シールが極性の小さい材料で構成される場合、周辺封止シール最近傍13aでは極性の小さいアノード性EC化合物の消色体と、極性の小さい周辺封止シールとの相互作用が、極性の高いカソード性EC化合物の消色体と比較して大きい。その結果アノード性EC化合物の消色体の電極表面への移動が、極性の大きいカソード性EC化合物の消色体と比較して大きく阻害される。その結果、周辺封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物が優先的に着色する。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、合成ゴムを有する周辺封止シールなどが挙げられる。
The reason for the former is as follows. As described above, a relatively thick thin film exists on the electrode surface in the
また、後者の理由は以下の通りである。還元性化合物が周辺封止シールに含まれている時、膜最表面に存在する還元性化合物や溶出した還元性化合物が周辺封止シール近傍に存在するカソード性EC化合物の還元反応を引き起こす場合がある。これにより、周辺封止シール最近傍13aにおいてカソード性EC化合物の着色が強くあらわれることになる。上述の特徴を満たすものとしては、例えば、低分子アミン系化合物やポリアミドアミン、イミダゾール系化合物、トリアリールホスフィン系化合物などの硬化剤および硬化促進剤を含む周辺封止シールなどが挙げられる。カソード優先的周辺封止シールに含まれうる硬化剤や硬化促進剤のより具体的な例としては、カルバメート類、カルバモイルオキシム類、芳香族スルホンアミド類、α-ラクトン類、ベンズヒドリルアンモニウム塩、イミダゾール塩、アミジン塩等の潜在的光アミン発生剤や、ピペリジンカルボキシレート類の潜在的熱アミン発生剤、トリエチレンテトラミン等の脂肪族ポリアミン系やジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミン系の低分子アミン、さらにアルキルアミノベンゾフェノン等の増感剤やDBU(1,8-ジアザビシクロ(5,4,0)-ウンデセン-7)、DBN(1,5-ジアザビシクロ(4,3,0)―ノネン-5)等の硬化促進剤などが挙げられる。
The reason for the latter is as follows. When a reducing compound is contained in the peripheral sealing seal, the reducing compound existing on the outermost surface of the film or the eluted reducing compound may cause a reduction reaction of the cathodic EC compound existing in the vicinity of the peripheral sealing seal. be. As a result, the coloring of the cathodic EC compound appears strongly in the
尚、周辺封止シールの種類の分類は、上述の成分含有の有無によらず、後述する周辺封止シールの種類の判別方法に従って判断する。 The classification of the type of the peripheral sealing seal is determined according to the method for determining the type of the peripheral sealing seal, which will be described later, regardless of whether or not the above ingredients are contained.
[周辺封止シールの種類を判別する方法]
周辺封止シールは上述したアノード優先的周辺封止シール、カソード優先的周辺封止シール、およびこれら二つに該当しないその他の周辺封止シールに分類される。これらの分類を行うための方法を、図3のフローチャート参照しながら説明する。
[Method for determining the type of peripheral sealing seal]
Perimeter seals are classified as the above-mentioned anode-preferred perimeter seals, cathodic-preferred perimeter seals, and other perimeter seals that do not fit into these two. A method for making these classifications is described with reference to the flow chart of FIG.
まず、EC素子に電圧を印加して着色状態とし、EC素子中央部の着色、および周辺封止シール最近傍13aの着色を確認する。次に、EC素子の中央部の着色と周辺封止シール最近傍13aの着色を比較する。EC素子の中央部の規定方法について図4を参照しながら説明する。まず、周辺封止シール12の内側の領域を、最大面積を有する矩形領域14で規定する。このように規定された矩形領域の重心を中心とし、直径が矩形領域の短辺の1/5倍の長さである円形領域15をEC素子の中央部として規定する。
First, a voltage is applied to the EC element to bring it into a colored state, and the coloring of the central portion of the EC element and the coloring of the
また、周辺封止シール最近傍13aの領域の着色を確認する時は、周辺封止シールとEC層の境界から1mm以内の距離にあるEC層中の領域の着色を確認し、その領域の一部、あるいは領域全体において、EC素子中央部と比較して一方のEC化合物の着色が強く表れる時、「優先着色あり」と判定する。
In addition, when checking the coloring of the
上述の中央部の規定条件から、EC素子中央部の着色はEC層のうち、周辺封止シールの近傍から離れた領域における着色であり、色ムラ、すなわち優先着色がない時のEC素子の着色を反映している。従って、EC素子中央部と比較して、周辺封止シール最近傍でアノード性EC化合物、またはカソード性EC化合物の着色が強く表れているとき、周辺封止シール最近傍では優先着色があると判定される。色の比較は、目視、カメラ等による画像解析等で行うことができる。また、EC素子中央部と周辺封止シール最近傍13aの着色スペクトルを取得し比較してもよい。図5は、優先着色がない時の着色スペクトル、およびアノード性EC化合物が優先着色した時の着色スペクトル、およびカソード性EC化合物が優先着色した時の着色スペクトルの一例を示す。このように、優先着色時には、優先着色がない時と比べ、優先着色するアノード性EC化合物またはカソード性EC化合物に対応する吸収が大きくなり、他方のEC化合物に対応する吸収が小さくなる。そのため、優先着色がない時と比較して色が変化する。そのため、目視、画像による比較や、スペクトルの形状変化から、優先着色の有無、および優先着色するEC化合物の種類を判定することが可能である。このように、EC素子中央部と周辺封止シール最近傍13aの着色を確認した結果、優先着色がない場合、周辺封止シールは「その他の周辺封止シール」と判定される。優先着色が確認される場合、さらに以下の過程により、周辺封止シールの種類を判別する。
From the above-mentioned conditions for defining the central portion, the coloring of the central portion of the EC element is the coloring of the EC layer in the region away from the vicinity of the peripheral sealing seal. reflects. Therefore, when the coloring of the anodic EC compound or the cathodic EC compound appears more strongly in the vicinity of the peripheral sealing seal than in the center of the EC element, it is determined that the peripheral sealing seal has preferential coloring. be done. Color comparison can be performed visually, by image analysis using a camera, or the like. Also, the coloring spectra of the central portion of the EC element and the
EC素子に印加する電圧の極性を反転させ、再度周辺封止シール最近傍の着色を確認する。このとき優先着色するEC化合物の種類(アノード性EC化合物/カソード性EC化合物)が変化する時、周辺封止シールは「その他の周辺封止シール」と判定される。 The polarity of the voltage applied to the EC element is reversed, and the coloration in the vicinity of the peripheral sealing seal is confirmed again. At this time, when the type of EC compound (anodic EC compound/cathodic EC compound) that preferentially colors changes, the peripheral sealing seal is determined as "another peripheral sealing seal".
極性反転により、優先着色するEC化合物の種類が変化しなかった場合は以下のように判定される。周辺封止シール最近傍13aで優先着色するEC化合物がアノード性EC化合物である時、周辺封止シールは「アノード優先的周辺封止シール」と判定される。また、周辺封止シール最近傍13aで優先着色するEC化合物がカソード性EC化合物である時、周辺封止シールは「カソード優先的周辺封止シール」と判定される。
When the polarity reversal does not change the type of EC compound that preferentially colors, the determination is made as follows. When the EC compound that preferentially colors in the
この極性反転による判別を実施する理由を以下に記述する。「アノード優先的周辺封止シール」および「カソード優先的周辺封止シール」のいずれでもない「その他の周辺封止シール」である場合においても、周辺封止シールの近傍で優先着色が発生する場合がある。このようなケースの代表例としては、電極のどちらか一方にEC化合物の電極表面への移動を妨害する障害物が存在するケースがあげられる。このようなケースでは、EC駆動時において障害物が存在しない側の電極で、その電極の極性に応じたEC化合物の着色が優先的に生じる。(このような現象を電極障害物色ムラと記載することがある。)具体的には、カソードにこのような障害物が存在し、アノードに障害物が存在しない領域ではアノード性EC化合物の着色が優先する。またアノードにこのような障害物が存在し、カソードに障害物が存在しない領域ではカソード性EC化合物の着色が優先する。ここで、周辺封止シール12近傍では、一方の電極が周辺封止シールを構成する材料から成る薄膜によって被覆され、他方の電極に被覆がない領域が生じることがある。このような領域では、電極障害物色ムラが顕著に現れる。
The reason for performing the discrimination by this polarity reversal will be described below. Even in the case of "other peripheral sealing seals" that are neither "anode preferential peripheral sealing seals" nor "cathode preferential peripheral sealing seals", if preferential coloring occurs in the vicinity of the peripheral sealing seals There is A typical example of such a case is the case where either one of the electrodes has an obstacle that impedes the migration of the EC compound to the electrode surface. In such a case, the coloring of the EC compound according to the polarity of the electrode preferentially occurs on the electrode on the side where the obstacle does not exist during the EC drive. (Such a phenomenon is sometimes referred to as electrode obstacle color unevenness.) Specifically, in a region where such an obstacle exists on the cathode and no obstacle exists on the anode, coloring of the anodic EC compound occurs. Prioritize. Also, in regions where such obstacles exist on the anode and no obstacles exist on the cathode, coloring of the cathodic EC compound takes precedence. Here, in the vicinity of the
電極障害物色ムラは、EC素子駆動時に外部から印加する電圧の極性を反転することで、優先的に着色するEC化合物が他方のEC化合物へと変化する。具体的には電圧の極性を反転させることにより、アノード性EC化合物の優先着色はカソード性EC化合物の優先着色と変化し、カソード性EC化合物の優先着色はアノード性EC化合物の優先着色と変化する。一方、アノード優先的周辺封止シール、カソード優先的周辺封止シールに起因する色ムラでは電圧の極性反転に対して、優先着色するEC化合物の種類が変化しないため、これら非優先的周辺封止シールの近傍で生じる色ムラと区別することができる。 Electrode obstacle color unevenness is caused by reversing the polarity of the voltage applied from the outside when the EC element is driven, so that the EC compound that preferentially colors changes to the other EC compound. Specifically, by reversing the polarity of the voltage, the preferential coloring of the anodic EC compound changes with the preferential coloring of the cathodic EC compound, and the preferential coloring of the cathodic EC compound changes with the preferential coloring of the anodic EC compound. . On the other hand, in the color unevenness caused by the anode-preferential peripheral sealing seal and the cathode-preferential peripheral sealing seal, the type of EC compound that preferentially colors does not change with respect to the polarity reversal of the voltage, so these non-preferential peripheral sealing It can be distinguished from color unevenness that occurs in the vicinity of the seal.
[EC化合物の濃度と周辺封止シール12に起因する色ムラの関係]
図6に、EC化合物の濃度と周辺封止シール12に起因する色ムラの程度の関係を示す。図6の横軸であるEC化合物の濃度とはEC層13中に含まれる、アノード性EC化合物の濃度とカソード性EC化合物の濃度の和を意味する。尚、図6に示すデータの取得においては、周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールであり、アノード電極の周辺封止シール12で区画された面積(SA)が、カソード電極の周辺封止シール12で区画された面積(SC)よりも大きい素子を使用した。この素子において、アノード性EC化合物の濃度とカソード性EC化合物の濃度は等しい。また、図6の縦軸である色ムラの程度(ΔE00)に関しては後に説明する。ここから、EC化合物の濃度が0.1mol/L以上の濃度領域において、周辺封止シール12に起因する色ムラの程度が大きくなり、EC化合物の濃度が0.4mol/L以上の濃度領域においてさらに色ムラの程度が大きくなることがわかる。本発明の目的は、周辺封止シール12に起因する色ムラの程度を低減することであり、本発明の効果は、0.1mol/L以上、特に0.4mol/L以上の濃度領域において強く表れることになる。
[Relationship between concentration of EC compound and color unevenness caused by peripheral sealing seal 12]
FIG. 6 shows the relationship between the EC compound concentration and the degree of color unevenness caused by the peripheral sealing
≪周辺封止シール12に起因する色ムラの発現メカニズム≫
前述の様に、周辺封止シール最近傍13aにアノード性EC化合物の優先的な着色がみられる(周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールである)場合には、同時に周辺封止シール準近傍13bでカソード性EC化合物の優先的な着色が生じる。また、周辺封止シール最近傍13aにカソード性EC化合物の優先的な着色がみられる(周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールである)場合には、同時に周辺封止シール準近傍13bでアノード性EC化合物の優先的な着色が生じる。
<<Mechanism of appearance of color unevenness caused by peripheral sealing
As described above, when the anodic EC compound is preferentially colored in the
本発明者らはEC素子駆動時においてこのような着色の分布が生じる原因を特定するため、周辺封止シール12近傍の電極11a,11b表面についての観察と、分析を行った。その結果、周辺封止シール12近傍の電極11a,11b表面には、周辺封止シール12を構成する成分による薄膜が形成されていることが明らかとなった。さらに、アノード優先的周辺封止シールについて電気化学測定を行った。具体的には、薄膜を様々な厚みで形成した電極を作成し、薄膜表面でのアノード性EC化合物及びカソード性EC化合物の着色反応性を着色反応時の電流から調べたところ以下のことが明らかとなった。
(1)薄膜の存在する電極上では、薄膜の存在しない電極と比較して、カソード性EC化合物とアノード性EC化合物の着色反応速度が低下し、その度合いは膜厚の増加とともに大きくなる。
(2)最も薄膜の膜厚が小さい電極上では、アノード性EC化合物の着色反応速度が低下し、着色反応速度の大小関係は、カソード性EC化合物>アノード性EC化合物となる。
(3)それより薄膜の膜厚が大きい電極上では、いずれの着色反応速度も大きく低下するが、着色反応速度の大小関係は、アノード性EC化合物>カソード性EC化合物となる。
The present inventors observed and analyzed the surfaces of the
(1) On the electrode with the thin film, the coloring reaction rate of the cathodic EC compound and the anodic EC compound is lower than that on the electrode without the thin film, and the rate increases as the film thickness increases.
(2) On the electrode with the smallest thin film thickness, the coloring reaction rate of the anodic EC compound decreases, and the magnitude relationship of the coloring reaction rate is cathodic EC compound>anodic EC compound.
(3) On an electrode with a thicker film thickness than that, the coloring reaction rate is greatly reduced, but the magnitude relationship of the coloring reaction rate is anodic EC compound > cathodic EC compound.
以上の3点は、アノード優先的周辺封止シールに関する実験事実である。また、カソード優先的周辺封止シールでは、(1)は同じであるが、(2)、(3)に関してアノード優先的周辺封止シールと着色反応速度の大小関係が反転する。つまり、薄膜の膜厚が小さいとき、着色反応速度の大小関係は、アノード性EC化合物>カソード性EC化合物となる。薄膜の膜厚が大きい時は、着色反応速度の大小関係は、カソード性EC化合物>アノード性EC化合物となる。 The above three points are experimental facts regarding the anode-preferred perimeter sealing seal. In the case of the cathode-preferred peripheral sealing seal, (1) is the same, but (2) and (3) are reversed in magnitude relation between the anode-preferential peripheral sealing seal and the coloring reaction rate. That is, when the film thickness of the thin film is small, the magnitude relationship of the coloring reaction rate is anodic EC compound>cathodic EC compound. When the film thickness of the thin film is large, the magnitude relationship of the coloring reaction rate is cathodic EC compound>anodic EC compound.
図7は、これらの実験事実から導かれた色ムラの発現メカニズムを模式的に示す図である。図7は、EC素子の断面図のうち、周辺封止シール12近傍を示している。ここで、断面は素子面と直交する面である。図7(a)は周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールにおける色ムラの発現メカニズムであり、図7(b)は周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールにおける色ムラの発現メカニズムである。図7において、第一の電極11aがアノード電極、第二の電極11bがカソード電極である。また、黒抜きの「A」(○内のA)はアノード性EC化合物の消色体を、白抜きの「A」(●内のA)はアノード性EC化合物の着色体を示す。また、黒抜きの「C」(○内のC)はカソード性EC化合物の消色体を示し、白抜きの「C」(●内のC)はカソード性EC化合物の着色体を示す。
FIG. 7 is a diagram schematically showing the color unevenness development mechanism derived from these experimental facts. FIG. 7 shows the vicinity of the peripheral sealing
図7(a)が示すように、周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールである場合、電極上の薄膜(周辺封止シール12)の膜厚が比較的小さい周辺封止シール準近傍13bにおいてカソード性EC化合物の着色体がアノード性EC化合物の着色体よりも多く発生する。EC素子駆動時にはアノード・カソードの両電極は電気的に閉回路を形成しているため、素子全体では基本的に両化合物の着色体の量は等しくなる。従って、周辺封止シール準近傍13bで発生した着色体のインバランスは補償される必要がある。これは周辺封止シール最近傍13aでアノード性EC化合物の着色体の量がカソード性EC化合物の着色体の量よりも多くなることで補償される。
As shown in FIG. 7(a), when the
また、周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールである場合には、図7(b)に示すように、電極上の薄膜の膜厚が比較的小さい周辺封止シール準近傍13bにおいてアノード性EC化合物の着色体がカソード性EC化合物の着色体よりも多く発生する。前述したように両電極は電気的に閉回路を形成しているため、周辺封止シール準近傍13bで発生した着色体のインバランスを補償する必要がある。これは、周辺封止シール最近傍13aでカソード性EC化合物の着色体の量が、アノード性EC化合物の着色体の量よりも多くなることで補償される。
Further, when the peripheral sealing
≪周辺封止シール12に区画される電極面積の規定方法≫
後述するように、本発明ではアノード・カソード電極の周辺封止シール12により区画される面積の大小関係を制御することで、色ムラの改善を行う。周辺封止シール12に区画される電極面積の規定方法には二通りが挙げられる。以下、それぞれについて詳細に説明する。
<<Method of defining the electrode area defined by the peripheral sealing
As will be described later, in the present invention, color unevenness is improved by controlling the size relationship of the areas defined by the peripheral sealing seals 12 of the anode and cathode electrodes. There are two methods for defining the electrode area defined by the peripheral sealing
<周辺封止シール12の境界を直接観察する方法>
図8に周辺封止シール12に区画される電極面積の概念図を示す。図8(a)はEC素子を電極面に垂直な方向に切断した時の断面図である。図8(b)はEC素子を電極面に垂直な方向から観察した上面図である。図8において、第一の電極11aがアノード電極、第二の電極11bがカソード電極である。図8に示すように、周辺封止シール12により区画される面積とは、電極面上において、周辺封止シール12により被覆されている領域と被覆されていない領域の境界16(以下、これを「周辺封止シール境界」と呼ぶことがある)によって取り囲まれた領域の面積である。ここで、周辺封止シール12により被覆される領域とは、周辺封止シール12が電極表面上に100[nm]以上の厚みで存在する領域と規定される。この理由は、表面上に100[nm]程度の膜厚で周辺封止シール12が被覆した電極上では、アノード性EC化合物およびカソード性EC化合物ともに着色反応が起きないためである。周辺封止シール境界16の位置は、例えば走査電子顕微鏡を用いて電極表面を直接観察することで決定する。
<Method of directly observing the boundary of the peripheral sealing
FIG. 8 shows a conceptual diagram of the electrode area defined by the peripheral sealing
図9に、後述する実施例に基づき製作したEC素子を電極面に対し垂直な方向に切断し、周辺封止シール12近傍における電極表面を観察した図を示す。図9(a)は観察箇所における電極および周辺封止シール12の位置関係を示す模式図である。図9(a)において、第一の電極11aがアノード電極、第二の電極11bがカソード電極である。図9(b)は走査型電子顕微鏡での観察像である。図9(c)は図9(b)と同一の画像に重ねて周辺封止シール12の位置と周辺封止シール境界16を明示したものである。尚、図9(b)、(c)においては図9(a)に示した第一の電極11a(アノード電極)は観察のため除去されている。また、図9(c)において斜線で塗られている領域は、周辺封止シール12の切断面を示している。また、周辺封止シール12の切断面端部の白丸は周辺封止シール12と電極表面の境界であり、図8の周辺封止シール境界16に該当する。このようにして、周辺封止シール境界16の位置を直接観察することによって、アノード電極11aの周辺封止シール12によって区画される面積SA、及びカソード電極11bの周辺封止シール12によって区画される面積SCを決定することができる。
FIG. 9 shows a view of the electrode surface in the vicinity of the peripheral sealing
また、周辺封止シール境界16によって取り囲まれた電極面上の領域に、開口部などの孔が設けられて開口部の部分に電極が存在しない場合は、周辺封止シール12に区画された面積SA、SCの規定方法として周辺封止シール12の境界を直接観察することが好ましい。このような場合は以下のように規定する。上下基板にもうけられた開口部の面積の合計がSA、SCのうち小さい方の面積の1/10以下である場合には、開口部の領域も電極の面積として含む。開口部の領域では、開口部が設けられた側には電極がなく、対向する側のみに電極が存在する。そのため、この領域ではEC素子駆動時において電極が存在する側のみで着色反応が生じる。すなわちアノード電極11aに開口部が設けられている場合は、カソード性EC化合物の着色のみが発生する。カソード電極11bに開口部が設けられている場合は、アノード性EC化合物の着色のみが発生する。ここで、EC素子駆動時にはアノード・カソードの両電極は電気的に閉回路を形成しているため、素子全体では基本的に両化合物の着色体の量は等しくなる。従って、開口部の周辺には、開口部で発生した着色体のインバランスを補償するために、他方の着色体が優先的に着色する領域が生じる。ここで、本発明者らが一連の実験を行ったところ、開口部の面積が、SA、SCのうち小さい方の面積の1/10以下である場合において、開口部に起因して生じる色ムラが周辺封止シール近傍において発生する色ムラへ及ぼす影響が小さいことが確認された。従って、周辺封止シール12に起因する色ムラを対象とする本明細書では、上記の要件を満たす開口部に関してはその領域を電極の面積として含んだ上で、電極の面積の大小関係を比較する。
In addition, when a hole such as an opening is provided in the area on the electrode surface surrounded by the peripheral sealing
<電気化学的に規定する方法>
EC化合物の着色反応を引き起こす電気化学反応において、電流量、電荷量は電極面積に比例することを利用して電極面積の大小を規定する方法について説明する。まず、アノード性EC化合物、カソード性EC化合物、溶媒を含むEC溶液を準備する。このEC溶液をアノード性EC化合物もしくはカソード性EC化合物の反応が、他方のEC化合物の反応よりもはるかに起こりやすい条件とする。例としては、アノード性EC化合物の濃度をカソード性EC化合物の濃度の10倍とすることで、アノード性EC化合物の反応をカソード性EC化合物の反応よりもはるかに起こりやすい条件とすることが挙げられる。このEC溶液をEC層13として使用した場合、素子を流れる電流の制限要因は、反応がはるかに起こりにくい極性のEC化合物の反応となる。(例に挙げたケースでは、10倍濃度の低いカソード性EC化合物の反応が電流制限要因となる。)そのため、この制限要因となる反応が起こる極性の電極反応が素子の電流を制限することになる。ここで、第一の電極11a、第二の電極11bに印加する電圧値を一定とし極性を反転してEC素子を着色させた場合、電流量は電極面積に比例するため、素子を流れる電流は制限要因となる反応が起こる側の電極の面積に比例することになる。例に挙げたケースでは、第一の電極11aをカソードとした場合と、第二の電極11bをカソードとした場合と、それぞれの電流を比較して、より大きな電流が流れた方の電極の面積が、他方の電極の面積よりも大きいということになる。このようにして、アノード電極の周辺封止シールによって区画される面積SA、及びカソード電極の周辺封止シールによって区画される面積SCの大小関係を規定することができる。
<Method for electrochemical regulation>
In the electrochemical reaction that causes the coloring reaction of the EC compound, a method for defining the size of the electrode area will be described using the fact that the amount of current and the amount of charge are proportional to the electrode area. First, an EC solution containing an anodic EC compound, a cathodic EC compound, and a solvent is prepared. The EC solution is subjected to conditions in which either the anodic EC compound or the cathodic EC compound reacts much more favorably than the other EC compound. For example, the concentration of the anodic EC compound is ten times the concentration of the cathodic EC compound, thereby making the reaction of the anodic EC compound much more favorable than the reaction of the cathodic EC compound. be done. When this EC solution is used as the
≪周辺封止シール12に区画される電極面積の制御≫
SAとSCの大小関係の制御は、例えば、EC素子製造時において、周辺封止シール12を一方の電極に塗布した後に、電極に加える熱条件を変えることによって行うことができる。熱条件としては、例えば電極の温度と、電極をその温度に保つ時間が挙げられる。本明細書が示す適切なSAとSCの大小関係を実現するための最適な熱条件は、周辺封止シールの構成成分や硬化条件によって変化する。例えば、塗布時に溶媒を多く含む周辺封止シールでは、塗布後に加える温度を低くすると、溶媒が揮発するまでの時間が長くなるため、温度が高いときに比べて周辺封止シールが塗布した基板上により拡がる事となる。これにより、塗布後に加える温度を低くすると、温度が高い時と比較して塗布側の電極における周辺封止シールに区画される面積はより小さくなる。
<<Control of the electrode area defined by the peripheral sealing
The magnitude relationship between S A and S C can be controlled, for example, by changing the heat conditions applied to the electrodes after the peripheral sealing
≪周辺封止シールに起因する色ムラの解決方法≫
前述したように、着色時においては素子全体でアノード性EC化合物の着色体とカソード性EC化合物の着色体の量は等しくなる。周辺封止シール12に起因する色ムラでは、周辺封止シール準近傍13bで発生した着色体のインバランスは周辺封止シール最近傍13aにおいて補償されており、上記の条件が満たされる。そこで本発明者らは、周辺封止シール最近傍13aにおける着色体のインバランスの補償を妨げることにより、周辺封止シール準近傍13bにおける着色体のインバランスを低減し色ムラを低減することを考案した。以下、周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールである場合と、カソード優先的周辺封止シールである場合に分けて具体的に解決策を説明する。
≪Method for solving color unevenness caused by peripheral sealing seals≫
As described above, during coloring, the amounts of the anodic EC compound colored body and the cathodic EC compound colored body are equal in the entire device. In the color unevenness caused by the peripheral sealing
<周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールの場合>
周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールにおいては、アノード電極11aの周辺封止シール12により区画される面積SAと、カソード電極11bの周辺封止シール12により区画された面積SCについて、SA<SCとする。好ましくはSA<SC、かつSC<2SAとする。より好ましくはSA<SC<2SA、かつSC-SA≧200[μm]×LCとする。ここでLCとは、カソード電極11b上における周辺封止シール境界16の長さ[μm]である。これらの理由は以下の通りである。
<When the peripheral sealing
When the peripheral sealing
[SA<SC]
この条件により、周辺封止シール最近傍13aにおいてアノード電極11a上の周辺封止シール12によって被覆された領域は、対向するカソード電極11b上の周辺封止シール12によって被覆された領域よりも大きくなる。この結果、SA≧SCである場合に比べて、周辺封止シール最近傍13aではアノード性EC化合物の着色反応がより阻害される。以上により、周辺封止シール準近傍13bにおけるカソード性EC化合物の優先的な着色が低減され、色ムラは低減される。そのため、SA<SCであることは、その差異が小さい場合であっても、SC=SAである場合と比較して色ムラ低減に効果がある。
[S A <S C ]
With this condition, the area covered by the peripheral sealing
[SC<2SA]
SA<SCである時、アノード電極11a上に周辺封止シール12の被覆があるが、対向するカソード電極11b上には周辺封止シール12の被覆がない領域(以下、「領域1」と称する場合がある)の面積はSCとSAの差であるSC-SAに等しい。領域1ではEC素子駆動時において、カソード電極11b上でのみ着色反応が生じ、その結果カソード性EC化合物の着色体のみが生じることになる。ここで、EC素子駆動時にはアノード・カソードの両電極は電気的に閉回路を形成しているため、素子全体では基本的にアノード性・カソード性の両化合物の着色体の量は等しくなる。従って、この領域で発生した着色体のインバランスを補償するため、領域1の外にアノード性EC化合物の着色体が優先的に発生するアノード優先着色領域(以下、「領域2」と称する場合がある)が生じることになる。本発明者らが一連の実験を行ったところ、これらインバランスの補償の関係にある二つの領域(領域1と領域2)は、面積が同程度となることが確認された。今、両電極に周辺封止シールの被覆がない領域(以下、「領域3」と称する場合がある)の面積は、SC、SAの内、面積の小さいSAと等しい。従って、SC-SA<SAであるとき、アノード優先着色領域(領域2)は両電極に周辺封止シールの被覆がない領域(領域3)よりも面積が小さくなり、EC素子を通過する像の色再現性の観点から好ましい。以上の議論から上述の条件が得られる。
[S C <2S A ]
When S A <S C , a region (hereinafter referred to as “
[SC-SA≧200[μm]×LC]
本発明者らの一連の実験で、周辺封止シール最近傍13aの領域は、周辺封止シール12によって区画された面積が大きい方の電極(カソード電極11b)上における周辺封止シール境界16からEC層13の内側に向けて約200[μm]の幅で存在する事が確認された。従って、カソード電極上における周辺封止シール境界16の長さをLC[μm]とすると、周辺封止シール最近傍13aの面積は大きくとも200[μm]×LCとなる。従って、SC-SA≧200[μm]×LCの時において、周辺封止シール最近傍13aにおいて発生するアノード性EC化合物の優先的な着色の全体を阻害することができるため、色ムラ低減の目的からは好ましい。
[S C -S A ≧200 [μm]×L C ]
In a series of experiments conducted by the present inventors, the region of the peripheral sealing seal nearest
<周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールの場合>
周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールにおいては、カソード電極11bの周辺封止シール12により区画される面積SCと、アノード電極11aの周辺封止シール12により区画された面積SAについて、SC<SAとする。好ましくはSC<SA、かつSA<2SCとする。より好ましくはSC<SA<2SC、かつSA-SC≧200[μm]×LAとする。ここでLAとは、アノード電極11a上における周辺封止シール境界16の長さ[μm]である。これらの理由は以下の通りである。
<When the peripheral sealing
When the peripheral sealing
[SC<SA]
この条件により、周辺封止シール最近傍13aにおいてカソード電極11b上の周辺封止シール12によって被覆された領域は、対向するアノード電極11a上の周辺封止シール12によって被覆された領域よりも大きくなる。この結果、SC≧SAである場合に比べて、周辺封止シール最近傍13aではカソード性EC化合物の着色反応がより阻害される。以上により、周辺封止シール準近傍13bにおけるアノード性EC化合物の優先的な着色が低減され、色ムラは低減される。そのため、SC<SAであることは、その差異が小さい場合であっても、SC=SAである場合と比較して色ムラ低減に効果がある。
[S C <S A ]
With this condition, the area covered by the peripheral sealing
[SA<2SC]
SC<SAである時、カソード電極11b上に周辺封止シール12の被覆があるが、対向するアノード電極11a上には周辺封止シール12の被覆がない領域(以下、「領域4」と称する場合がある)の面積はSAとSCの差であるSA-SCに等しい。領域4ではEC素子駆動時において、アノード電極11a上でのみ着色反応が生じ、その結果アノード性EC化合物の着色体のみが生じることになる。ここで、EC素子駆動時にはアノード・カソードの両電極は電気的に閉回路を形成しているため、素子全体では基本的にアノード性・カソード性の両化合物の着色体の量は等しくなる。従って、この領域で発生した着色体のインバランスを補償するため、領域4の外にカソード性EC化合物の着色体が優先的に発生するカソード優先着色領域(以下、「領域5」と称する場合がある)が生じることになる。本発明者らが一連の実験を行ったところ、これらインバランスの補償の関係にある二つの領域(領域4と領域5)は、面積が同程度となることが確認された。今、両電極に周辺封止シールの被覆がない領域(以下、「領域6」と称する場合がある)の面積は、SC、SAの内、面積の小さいSCと等しい。従って、SA-SC<SCであるとき、カソード優先着色領域(領域5)は両電極に周辺封止シールの被覆がない領域(領域6)よりも面積が小さくなり、EC素子を通過する像の色再現性の観点から好ましい。以上の議論から上述の条件が得られる。
[S A <2S C ]
When S C < SA , a region (hereinafter referred to as “
[SA-SC≧200[μm]×LA]
前述した通り、周辺封止シール最近傍13aの領域は、周辺封止シール12によって区画された面積が大きい方の電極(アノード電極11a)上における周辺封止シール境界16からEC層13の内側に向けて約200[μm]の幅で存在する。従って、アノード電極上における周辺封止シール境界16の長さをLA[μm]とすると、周辺封止シール最近傍13aの面積は大きくとも200[μm]×LAとなる。従って、SA-SC≧200[μm]×LAの時において、周辺封止シール最近傍13aにおいて発生するアノード性EC化合物の優先的な着色の全体を阻害することができるため、色ムラ低減の目的からは好ましい。
[S A −S C ≧200 [μm]×L A ]
As described above, the
尚、本発明のように周辺封止シール12によって区画される両電極の面積に差を設けた場合は、EC素子駆動時に外部から印加する電圧の極性に応じて色ムラの程度が変化する。これは極性の反転により電極のアノード・カソードが入れ替わることで、アノード・カソード電極の面積の大小関係が反転前と逆転するためである。具体的には、周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールであり、SA<SCである場合において、極性の反転により色ムラの程度は悪化する。これは極性の反転により、SC<SAとなるためであり、反転後における面積の大小関係は本発明の面積の大小関係と逆転している。また、周辺封止シールがカソード優先的周辺封止シールであり、SC<SAである場合において、極性の反転により色ムラの程度は悪化する。これは極性の反転により、SA<SCとなるためであり、この場合も反転後における面積の大小関係は本発明の面積の大小関係と逆転している。
Incidentally, when a difference is provided in the areas of both electrodes partitioned by the peripheral sealing
≪色ムラの評価方法≫
素子内の色不均一性である色ムラの評価方法について、図10を参照しながら説明する。図10(a)は評価系の構成要素とその配置を示す。図10(b)はこれにより得られる取得画像と解析領域の関係を模式的に示した図である。
<<Evaluation method of color unevenness>>
A method for evaluating color unevenness, which is color non-uniformity within the element, will be described with reference to FIG. FIG. 10(a) shows the components of the evaluation system and their arrangement. FIG. 10(b) is a diagram schematically showing the relationship between the obtained image and the analysis area.
透過型のEC素子1に対し、光軸が素子面に対し垂直となるように面照明21と撮像装置22を配置する。EC素子1駆動直後から24時間の間、経時的に画像を取得する。画像の内、周辺封止シール12に囲まれた領域を最大面積をとる矩形領域24に近似し、この矩形領域24に対し、下記4つの条件により決定される矩形領域を後述する解析を行う解析領域25とした。
(i)長辺が0.8倍
(ii)短辺が0.74倍
(iii)重心が一致
(iv)長辺が元の長方形の長辺と平行
A
(i) 0.8 times the long side (ii) 0.74 times the short side (iii) the center of gravity matches (iv) the long side is parallel to the long side of the original rectangle
解析領域25に含まれる全ピクセルのR値、B値、G値それぞれを平均化して基準のRGB値を取得した。さらに解析領域25を縦16×横16の計256の矩形領域に分割し、各領域における平均のRGB値と基準のRGB値の色差ΔE00をCIEDE2000の定義に基づく色差式を用いて算出した。尚、CIEDE2000の色差式はSharma,Gaurav;Wu,Wencheng;Dalal,Edul N.“The CIEDE2000 color-difference formula:Implementation notes,supplementary test data,and mathematical observations”Color Research&Applications30(1),21-30(2005)を参照した。このようにして得られた各点の色差ΔE00のうちの最大値を各時間における色ムラの絶対値とした。
A reference RGB value was obtained by averaging the R, B, and G values of all pixels included in the
本実施形態に係るEC素子1の応用用途としては、表示装置、可変反射率ミラー、可変透過窓、光学フィルタ等を挙げることができる。これらの応用用途において色ムラが発生した場合には、EC素子面の各点で透過光または反射光の色のバランスが意図せず変化することになり、いずれの用途においても好ましくない。
Applications of the
このΔE00の値について、一例として、このEC素子をカメラの光学フィルタ、特にNDフィルタとして使用する場合について考える。NDフィルタとして使用するEC素子に色ムラが生じると、撮像して得られる画像の各点で色味が変化することとなる。具体的には、EC素子に使用される周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールである場合には、周辺封止シール準近傍13bの領域においてカソード性EC化合物の着色(典型的には緑~青)が強く現れる。一方、EC素子に使用される周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールである場合には周辺封止シール準近傍13bの領域においてアノード性EC化合物の着色(典型的には赤)が強く現れる。これにより周辺封止シール12に起因する色ムラの程度が大きい場合には、取得される画像の品位が著しく低下するため、好ましくない。
As an example of this ΔE 00 value, consider the case where this EC element is used as an optical filter of a camera, especially as an ND filter. If color unevenness occurs in the EC element used as the ND filter, the color will change at each point of the image obtained by imaging. Specifically, when the peripheral sealing
このように、EC素子を光学フィルタ等の用途に用いる際には、色ムラの程度が低減されていることが求められる。具体的には、色差ΔE00が3.2以下となる事が好ましい。この理由としては、一般に、二つの色の色差が3.2以下の場合において人間の目視確認で二つの色が同色と判断されるためである。すなわちEC素子を光学フィルタとして用いる場合においても、取得される画像の品位を保つためには面内のΔE00の最大値が3.2以下の条件を満たす事が重要となる。これにより、例えば画面の周辺部で物体が中央部の色よりも緑がかって見えたり、あるいは赤みがかって見える、といったことを低減することができる。 Thus, when the EC element is used for applications such as optical filters, it is required that the degree of color unevenness be reduced. Specifically, the color difference ΔE 00 is preferably 3.2 or less. The reason for this is that, in general, when the color difference between two colors is 3.2 or less, the two colors are judged to be the same color by human visual confirmation. That is, even when the EC element is used as an optical filter, it is important to satisfy the condition that the maximum value of ΔE 00 in the plane is 3.2 or less in order to maintain the quality of the acquired image. As a result, for example, it is possible to reduce the appearance of objects appearing greener or reddish in the peripheral portion of the screen than in the central portion.
≪本発明の効果≫
本発明では、アノード性EC化合物及びカソード性EC化合物を含むEC層13が、対向する二つの電極11a,11bと周辺封止シール12に区画された空間に配置されており、EC化合物が電極において酸化還元反応する相補型のEC素子を対象とする。このEC素子では、駆動時において周辺封止シール12の近傍でアノード性EC化合物及びカソード性EC化合物の一方が優先的に着色し、素子面内に色ムラが生じる事がある。応答性と光学濃度の観点からはEC化合物濃度を増大させることが求められるが、このような周辺封止シール12に起因する色ムラの程度は、EC層13中のEC化合物濃度(アノード性EC化合物とカソード性EC化合物の濃度の和)の増大とともに大きくなる。本発明では、SAとSCの大小関係を制御することで、EC化合物濃度を高くした場合にも周辺封止シール12に起因する色ムラを低減することが可能である。
<<Effects of the present invention>>
In the present invention, an
≪光学フィルタ、レンズユニット、撮像装置≫
EC素子1は、光学フィルタに用いることができる。本発明の別の実施形態に係る光学フィルタは、EC素子1と、このEC素子1に接続された能動素子と、を有している。能動素子は、EC素子を透過する光量を調整する素子であり、具体的には、EC素子の透過率を制御するためのスイッチング素子が挙げられる。スイッチング素子として、例えば、TFTやMIM素子が挙げられる。TFTは、薄膜トランジスタとも呼ばれ、その構成材料としては、半導体や酸化物半導体が用いられる。具体的には、アモルファスシリコン、低温ポリシリコン、InGaZnOを構成材料とする半導体等が挙げられる。
<<Optical filters, lens units, imaging devices>>
The
EC素子1は、撮像装置およびレンズユニットに用いることができる。本発明の別の実施形態に係る撮像装置は、EC素子を有する上述の光学フィルタと、光学フィルタを通過した光を受光する受光素子110と、を有する。
The
また、本発明の別の実施形態に係るレンズユニットは、EC素子を有する上述の光学フィルタと、撮像光学系と、を有する。撮像光学系は、好ましくは複数のレンズを有するレンズ群である。光学フィルタは、光学フィルタを通過した光が撮像光学系を通過するように配置されていてもよいし、撮像光学系を通過した光が光学フィルタを通過するように配置されていてもよい。また、光学フィルタは、複数あるレンズとレンズとの間に配置されていてもよい。光学フィルタは、レンズの光軸上に設けられるのが好ましい。光学フィルタにより撮像光学系を通過する光、または通過した光の光量を調整することができる。 A lens unit according to another embodiment of the present invention includes the above optical filter having an EC element and an imaging optical system. The imaging optical system is preferably a lens group having a plurality of lenses. The optical filter may be arranged so that light that has passed through the optical filter passes through the imaging optical system, or may be arranged so that light that has passed through the imaging optical system passes through the optical filter. Also, the optical filter may be arranged between a plurality of lenses. The optical filter is preferably provided on the optical axis of the lens. The optical filter can adjust the amount of light passing through or passing through the imaging optical system.
図11は、光学フィルタを用いた撮像装置およびレンズユニットの一例を模式的に示す図である。図11(a)は、光学フィルタ101を用いたレンズユニット102を有する撮像装置を、図11(b)は、光学フィルタ101を有する撮像装置を、それぞれ示している。図11(a)に示すように、レンズユニット102はマウント部材(不図示)を介して撮像ユニット103に着脱可能に接続されている。
FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of an imaging device and a lens unit using optical filters. 11(a) shows an imaging apparatus having a
レンズユニット102は、複数のレンズあるいはレンズ群を有するユニットである。例えば、図11(a)において、レンズユニット102は、絞りより後でフォーカシングを行うリアフォーカス式のズームレンズを表している。レンズユニット102は、被写体側(紙面向かって左側)より順に正の屈折力の第1のレンズ群104、負の屈折力の第2のレンズ群105、正の屈折力の第3のレンズ群106、正の屈折力の第4のレンズ群107の4つのレンズ群を有する。第2のレンズ群105と第3のレンズ群106の間隔を変化させて変倍を行い、第4のレンズ群107の一部のレンズ群を移動させてフォーカスを行う。レンズユニット102は、例えば、第2のレンズ群105と第3のレンズ群106の間に開口絞り108を有し、また、第3のレンズ群106と第4のレンズ群107の間に光学フィルタ101を有する。レンズユニット102を通過する光は、各レンズ群104乃至107、開口絞り108および光学フィルタ101を通過するよう配置されており、開口絞り108および光学フィルタ101を用いて光量の調整を行うことができる。
A
また、レンズユニット102内の構成は適宜変更可能である。例えば、光学フィルタ101は開口絞り108の前(被写体側)あるいは後(撮像ユニット103側)に配置でき、また、第1のレンズ群104よりも前に配置しても良く、第4のレンズ群107よりも後に配置しても良い。光の収束する位置に配置すれば、光学フィルタ101の面積を小さくできるなどの利点がある。また、レンズユニット102の形態も適宜選択可能であり、リアフォーカス式の他、絞りより前でフォーカシングを行うインナーフォーカス式であっても良く、その他の方式であっても構わない。また、ズームレンズ以外にも魚眼レンズやマクロレンズなどの特殊レンズも適宜選択可能である。
Also, the configuration inside the
撮像ユニット103は、ガラスブロック109と受光素子110を有する。ガラスブロック109は、ローパスフィルタやフェースプレートや色フィルタ等のガラスブロックである。また、受光素子110は、レンズユニット102を通過した光を受光するセンサ部であって、CCDやCMOS等の撮像素子が使用できる。また、フォトダイオードのような光センサであっても良く、光の強度あるいは波長の情報を取得し出力するものを適宜利用可能である。
The
図11(a)のように、光学フィルタ101がレンズユニット102に組み込まれている場合、能動素子等の駆動手段はレンズユニット102内に配置されても良く、レンズユニット102外に配置されても良い。レンズユニット102外に配置される場合は、配線を通してレンズユニット102内外のEC素子と駆動手段を接続し、駆動制御する。
As shown in FIG. 11A, when the
図11(b)に示す様に、撮像装置自体が光学フィルタ101を有していても良い。光学フィルタ101は撮像ユニット103内部の適当な箇所に配置され、受光素子110は光学フィルタ101を通過した光を受光するよう配置されていれば良い。図11(b)においては、例えば光学フィルタ101は受光素子110の直前に配置されている。撮像装置自体が光学フィルタ101を内蔵する場合、接続されるレンズユニット102自体が光学フィルタ101を持たなくても良いため、既存のレンズユニットを用いた調光可能な撮像装置を構成することが可能となる。
As shown in FIG. 11B, the imaging device itself may have an
このような撮像装置は、光量調整と受光素子の組合せを有する製品に適用可能である。例えばカメラ、デジタルカメラ、ビデオカメラ、デジタルビデオカメラに使用可能であり、また、携帯電話やスマートフォン、PC、タブレットなど撮像装置を内蔵する製品にも適用できる。 Such an imaging device can be applied to products having a combination of light amount adjustment and light receiving element. For example, it can be used for cameras, digital cameras, video cameras, and digital video cameras, and can also be applied to products with built-in imaging devices, such as mobile phones, smart phones, PCs, and tablets.
本実施形態に係る光学フィルタを調光部材として用いることで、調光量を一つのフィルタで適宜可変させることが可能となり、部材点数の削減や省スペース化といった利点がある。 By using the optical filter according to this embodiment as a light control member, it is possible to appropriately vary the amount of light control with one filter, and there are advantages such as a reduction in the number of components and a space saving.
本実施形態の光学フィルタ、レンズユニット及び撮像装置によれば、EC素子における周辺封止シールに起因する色ムラを低減することができる。そのため、光学フィルタを透過または反射させた光を撮像して得られる画像の品位の低下を低減することができる。 According to the optical filter, the lens unit, and the imaging device of this embodiment, it is possible to reduce color unevenness caused by the peripheral sealing seal in the EC element. Therefore, it is possible to reduce deterioration in quality of an image obtained by imaging light transmitted or reflected by the optical filter.
≪窓材≫
本発明の別の実施形態に係る窓材は、EC素子1と、EC素子に接続された能動素子とを有する。図12は、本実施形態に係る窓材の一例を模式的に示す図であり、図12(a)は斜視図、図12(b)は図12(a)のX-X’断面図である。
≪Window materials≫
A window material according to another embodiment of the present invention has an
図12の窓材111は調光窓であり、EC素子1と、それを挟持する透明板113(一対の基板)と、全体を囲繞して一体化するフレーム112とから成る。能動素子は、EC素子1を透過する光量を調整する素子であり、EC素子1に直接接続されていてもよいし、間接的に接続されていてもよい。また、能動素子は、フレーム112内に一体化されていても良く、フレーム112外に配置され配線を通してEC素子1と接続されていても良い。
A
透明板113は光透過率が高い材料であれば特に限定されず、窓としての利用を考慮すればガラス素材であることが好ましい。図12において、EC素子1は透明板113と独立した構成部材であるが、例えば、EC素子1の基板10を透明板113と見なしても構わない。
The
フレーム112は材質を問わないが、EC素子1の少なくとも一部を被覆し、一体化された形態を有するもの全般をフレームとして見なして構わない。
The
係る調光窓は、電子カーテンを有する窓材と呼ぶこともでき、EC素子1が消色状態では入射光に対して充分な透過光量が得られ、また着色状態では入射光を確実に遮光及び変調した光学的特性が得られる。本実施形態に係る窓材は、例えば日中の太陽光の室内への入射量を調整する用途に適用できる。太陽の光量の他、熱量の調整にも適用できるため、室内の明るさや温度の制御に使用することが可能である。また、シャッターとして、室外から室内への眺望を遮断する用途にも適用可能である。このような調光窓は、建造物用のガラス窓の他に、自動車や電車、飛行機、船など乗り物の窓、時計や携帯電話の表示面のフィルタにも適用可能である。
Such a light control window can also be called a window material having an electronic curtain. When the
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明していくが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.
≪EC素子の作製≫
図1に示される構造を有するEC素子を以下の方法により作製した。
インジウムドープ酸化スズ(ITO)膜(電極11a,11b)が成膜されている透明導電性ガラス基板(10a,10b)を2枚用意した。片方の基板について、ブラスト加工により二箇所の貫通孔(不図示)を形成した。
<<Production of EC element>>
An EC device having the structure shown in FIG. 1 was produced by the following method.
Two transparent conductive glass substrates (10a, 10b) having indium-doped tin oxide (ITO) films (
次に、ギャップ制御粒子(積水化学工業製、ミクロパール SP250(直径50μm))と熱硬化性エポキシ樹脂混合物(三井化学製、ストラクトボンドHC-1850)と、を混練して、周辺封止シール12の未硬化体を調製した。次に、電極11aまたは11bの面上に、ディスペンサ装置を使用して周辺封止シール12の未硬化体を塗布した。この時の塗布パターンは、後述するガラスの貼り合わせ工程後に、片方のガラスに設けた二箇所の貫通孔が周辺封止シール12で囲まれた領域内に配置されるように描画した。次に、周辺封止シール12の未硬化体を塗布した基板を10分間90℃に加熱し周辺封止シール12の未硬化体に含まれる溶媒を揮発させた。次に、周辺封止シール12の未硬化体を塗布した基板と、もう一方の基板とを、電極(11a、11b)が対向するように貼り合わせた後、2時間150℃の環境下に曝すことで封止シール12の未硬化体を硬化させた。
Next, gap control particles (Micropearl SP250 (diameter 50 μm), manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd.) and a thermosetting epoxy resin mixture (Structbond HC-1850, manufactured by Mitsui Chemicals) are kneaded to form a peripheral sealing
このようにしてEC溶液を含まない状態の素子を複数作製し、そのいくつかについて電極面に垂直な面で切断し、周辺封止シール12近傍の電極表面を走査型電子顕微鏡により観察した。図9(b)、(c)はその結果を示している。観察の結果、周辺封止シールを塗布した基板側の電極をカソード電極、他方の電極をアノード電極と仮定すると、SAが159.48[mm2]、SCが160.00[mm2]である事が確認された。このことからSCとSAの差SC-SAは0.52[mm2]であることが確認された。以上のことから、SA<SCである事(周辺封止シールを塗布した基板側の電極の方が、周辺封止シールによって区画される面積が大きい事)が確認された。さらに、SC<2SAの条件を満たすことも確認された。
A plurality of elements containing no EC solution were prepared in this way, and some of them were cut along a plane perpendicular to the electrode surface, and the electrode surface near the peripheral sealing
次に、アノード性EC化合物(ジヒドロフェナジン誘導体)と、カソード性EC化合物(ビオロゲン誘導体)をそれぞれ233[mmol/L]の濃度になるように炭酸プロピレンに溶解し、EC溶液を調製した。 Next, an anodic EC compound (dihydrophenazine derivative) and a cathodic EC compound (viologen derivative) were each dissolved in propylene carbonate to a concentration of 233 [mmol/L] to prepare an EC solution.
次に、窒素雰囲気下において、EC溶液を、対向する電極(11a、11b)と周辺封止シール12によって区画された空間に前述の貫通孔を経由して充填し、EC層13を得た。次に、紫外線硬化型アクリル樹脂(スリーボンド製、TB3035B)を貫通孔周辺に塗布したのち、孔を塞ぐように整形し、UV照射により硬化させた。さらに、紫外線硬化型エポキシ樹脂(積水化学工業製、フォトレックE-1220B)を同部位に塗布し、UV照射により硬化させ、EC素子1を得た。
Next, in a nitrogen atmosphere, the EC solution was filled into the space defined by the opposing electrodes (11a, 11b) and the peripheral sealing
≪色ムラの評価≫
上記EC素子を素子面が水平となるように配置した。次に、図10に示すように、光軸が素子面に対し垂直となるように素子1の上方に撮像装置22(Canon Eos kiss x5)を、素子1の下方に面照明21(FUJICOLOR HR-2)を配置した。EC素子をアノード・カソード間に0.7Vの電圧をかけることで駆動させ、EC素子駆動直後から24時間の間、30分間隔で画像を取得した。取得した画像を200px×134pxにリサイズした。画像の内、前述した解析領域25に含まれる全ピクセルのR値、B値、G値それぞれを平均化して基準のRGB値を取得した。さらに解析領域25を縦16個×横16個の計256個の長方形領域に分割し、各領域における平均のRGB値と基準のRGB値の色差ΔE00をCIEDE2000の定義に基づく色差式を用いて算出した。このようにして得られた各点の色差ΔE00のうちの最大値を各時間における色ムラの絶対値とし、24時間後の色ムラの絶対値で評価を行った。
≪Evaluation of color unevenness≫
The EC element was arranged so that the element surface was horizontal. Next, as shown in FIG. 10, an imaging device 22 (Canon Eos kiss x5) is placed above the
≪評価結果≫
まず、EC溶液を充填したEC素子について、周辺封止シールを塗布した基板側の電極がアノード(SA>SC)となるように電圧を印加し着色状態とした後、素子中央部、および周辺封止シール最近傍13aの着色スペクトルを取得した。得られたスペクトル形状から、周辺封止シール最近傍13aでは、アノード性EC化合物が優先着色していることが確認された。さらに、EC素子に印加する電圧の極性を反転し、再度周辺封止シール最近傍13aの着色スペクトルを確認したところ、反転前と同様にアノード性EC化合物の優先着色が確認された。以上の結果から、実施例の周辺封止シールはアノード優先的周辺封止シールであることが確認された。
<<Evaluation result>>
First, the EC element filled with the EC solution is colored by applying a voltage so that the electrode on the substrate side to which the peripheral sealing seal is applied becomes the anode (S A >S C ). A color spectrum of the peripheral sealing seal nearest
図13は、周辺封止シールを塗布した基板側の電極をカソード電極とした場合(SA<SC)と、アノード電極とした場合(SA>SC)の二条件について、色ムラの指標であるΔE00を測定した結果を示すグラフである。図13から、SA<SCの場合の色差がSA>SCの場合に比べ約2.8程度小さくなり、前述のΔE00≦3.2の条件が満たされることが確認された。 FIG. 13 shows the color unevenness under two conditions: when the electrode on the substrate side to which the peripheral sealing seal is applied is used as a cathode electrode (S A <S C ) and when it is used as an anode electrode (S A >S C ). 4 is a graph showing the results of measuring ΔE 00 as an index. From FIG. 13, it was confirmed that the color difference in the case of S A <S C is about 2.8 smaller than that in the case of S A >S C , satisfying the condition of ΔE 00 ≦3.2.
この実施例より、以下の効果が確認された。
(A)相補型のEC素子であって、周辺封止シール12がアノード優先的周辺封止シールであるEC素子において、SA<SCを満たすことにより、周辺封止シール12に起因する色ムラを高度に低減することができる。
(B)SA<SCを満たすEC素子は、EC化合物の濃度が0.1mol/Lより高い濃度においても、周辺封止シール12に起因する色ムラを高度に低減することができる。
The following effects were confirmed from this example.
(A) In a complementary EC device where the peripheral sealing
(B) An EC element that satisfies S A <S C can highly reduce color unevenness caused by the peripheral sealing
尚、周辺封止シール12がカソード優先的周辺封止シールであるEC素子においても、同様の効果が確認できる。
A similar effect can be confirmed even in an EC device in which the peripheral sealing
1:EC素子、10a:第一の基板、10b:第二の基板、11a:第一の電極、11b:第二の電極、12:周辺封止シール、13:EC層、13a:周辺封止シール最近傍、13b:周辺封止シール準近傍、14:矩形領域、15:素子中央部、16:周辺封止シール境界 1: EC element, 10a: first substrate, 10b: second substrate, 11a: first electrode, 11b: second electrode, 12: peripheral sealing seal, 13: EC layer, 13a: peripheral sealing 13b: Quasi-near the peripheral sealing seal; 14: Rectangular area; 15: Element central part; 16: Peripheral sealing seal boundary
Claims (14)
第二の電極と、
前記第一の電極と、前記第二の電極との間に配置されている周辺封止シールと、
前記第一の電極と、前記第二の電極と、前記周辺封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記第一の電極と前記第二の電極のうち一方はアノード電極であり、他方はカソード電極であり、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記周辺封止シールが、前記周辺封止シールの近傍でアノード性エレクトロクロミック化合物の酸化反応を優先させるアノード優先的周辺封止シールであり、
SA<SCであることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
SA:前記アノード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
SC:前記カソード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積 a first electrode;
a second electrode;
a peripheral sealing seal positioned between the first electrode and the second electrode;
an electrochromic layer disposed in a space defined by the first electrode, the second electrode, and the peripheral sealing seal;
one of the first electrode and the second electrode is an anode electrode and the other is a cathode electrode;
An electrochromic device, wherein the electrochromic layer comprises an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound,
the peripheral sealing seal is an anodic preferential peripheral sealing seal that preferentially oxidizes an anodic electrochromic compound in the vicinity of the peripheral sealing seal;
An electrochromic device characterized in that S A <S C .
S A : area defined by the peripheral sealing seal of the anode electrode SC : area defined by the peripheral sealing seal of the cathode electrode
LC[μm]:前記カソード電極上における前記周辺封止シールの境界の長さ 3. The electrochromic device according to claim 2, wherein S C −S A ≧200 [μm]×L C .
L C [μm]: length of the boundary of the peripheral sealing seal on the cathode electrode
第二の電極と、
前記第一の電極と、前記第二の電極との間に配置されている周辺封止シールと、
前記第一の電極と、前記第二の電極と、前記周辺封止シールによって区画された空間に配置されたエレクトロクロミック層と、を有し、
前記第一の電極と前記第二の電極のうち一方はアノード電極であり、他方はカソード電極であり、
前記エレクトロクロミック層が、アノード性エレクトロクロミック化合物と、カソード性エレクトロクロミック化合物と、を有するエレクトロクロミック素子であって、
前記周辺封止シールが、前記周辺封止シールの近傍でカソード性エレクトロクロミック化合物の還元反応を優先させるカソード優先的周辺封止シールであり、
SC<SAであることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
SA:前記アノード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積
SC:前記カソード電極の前記周辺封止シールによって区画された面積 a first electrode;
a second electrode;
a peripheral sealing seal positioned between the first electrode and the second electrode;
an electrochromic layer disposed in a space defined by the first electrode, the second electrode, and the peripheral sealing seal;
one of the first electrode and the second electrode is an anode electrode and the other is a cathode electrode;
An electrochromic device, wherein the electrochromic layer comprises an anodic electrochromic compound and a cathodic electrochromic compound,
The peripheral sealing seal is a cathodic preferential peripheral sealing seal that prioritizes the reduction reaction of the cathodic electrochromic compound in the vicinity of the peripheral sealing seal,
An electrochromic device characterized in that S C < SA .
S A : area defined by the peripheral sealing seal of the anode electrode SC : area defined by the peripheral sealing seal of the cathode electrode
LA[μm]:前記アノード電極上における前記周辺封止シールの境界の長さ 6. The electrochromic device according to claim 5, wherein S A −S C ≧200 [μm]× LA .
L A [μm]: length of boundary of the peripheral sealing seal on the anode electrode
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