JPH022526A - 新規なエレクトロクロミツク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発ｍ且 本発明は新規なエレクトロクロミック装置に関する。

本発明をより良く理解するため、まずエレクトロクロミ
ック材料におけるエレクトロクロミック現象の一般的説
明を試みる。エレクトロクロミズムは、ある種の材料が
電場内に置かれたときその材料に見られる発色現象であ
る。そのような材料は、１呪が存在しないときは通常無
色であるが、電場がその周囲にかけられると着色状態へ
と変化する。

そのような可逆的な色の変化を示′１Ｊ材料はエレクト
ロクロミック装置（ＥＣＭ）として知られている。この
電場に依存する無色状態から着色状態への転移現象はオ
プチカルスイッチング（色変換）と呼ばれる。もしその
ようなＥＣＭの薄に被覆がガラス支持体の上にかけられ
るならば、その全体の仕掛けはスイッヂャブル・ｒフィ
ンドウ（色変換窓）としで知られでいる。電場がＥＣＭ
上にかけられないときは、それは無色かつ透明なので、
その窓を透して見ることができる。他方で、電場がＥＣ
Ｍの上にかけられると、それによりＥＣＭは着色して窓
を透過する光の量を減する。光透過率の減少は部分的ま
たは仝体内であり、それにより窓を通過する光の吊を減
少させるかまたはそれを全く無くさびる。

ある種の遷移金属酸化物がエレクトロクロミズムを示す
ことで知られている。例えば、酸化タングステン、酸化
モリブデン、および酸化バナジウムのような物質がエレ
クトロクロミック材料として知られている。

エレクトロクロミック材料はＥＣＭ作用の態様により２
つの部類に分ける口とができる。ＥＣＭは陰極性ＥＣＭ
であるかまたは陽極性ＥＣＭであり１９る。これら２つ
の型のＥＣＭの作用は第１図と第２図を参照することに
より理解されるであろう。

第１図には、陰極性ＥＣＭが略図により説明されている
。陰極性の場合には、陰Ｉ４ｉ型のエレクトロクロミッ
ク材料は、例えば、ガラス支持体の上に置かれた陰極に
一番近く物理的に配置される。

陽電荷の軽いイオン、例えば、リヂウムイオン、を生成
する高速イオン伝導体材料がエレクトロクロミック材料
と陽極（これらまたガラス支持体の上に置かれることが
ある）との間に配置される。

陰極性の場合に、エレクトロタ１コミツク材料は、？ｆ
ｉ場がそれにかけられると、電子の減少または増加をさ
せられる。電場の適用は陽極において示されている多数
の十印と陰極に示されている多数のｍｍによって表現さ
れている。適当な強度と符号の陽極と陰極との間にかけ
られた電場の適用の結果として、正の軽イオンが高速イ
オン゛；七導体からエレクトロクロミック材料の中へ追
いやられて、電子が陰極からエレクトロクロミック材料
に供給される。

陽重鎖を帯びる軽いイオンと陰電荷を帯びる電子はエレ
クトロクロミック材料と協力してその材料をそれにより
基底状態から還元状態へ追い込む。

基底状態では、エレクトロクロミック材料は無色である
が、しかしその還元状態では着色される。

電場が除去されると、エレクトロクロミック材料はその
基底状態、すなわち、その無色の状態に戻るであろう。

この材料がその無色の状態に戻るために要する時間は材
料から材料へ変り、そして一般にＥＣＭのメモリーと呼
ばれている。ある材料は比較的短いメモリーを有し、ま
た他の材料は長いメモリーを有する。

陰極材料の作用が軽い陽イオンと陰電子のエレクトロク
ロミック材料中への包含によって説明されたが、その陰
極の作用はまたエレクトロクロミック材料からそれぞれ
高速イオン伝導体と陰極への軽い陰イオンと陽孔の抽出
によっても起ることがある。

陽極性ＥＣＭの作用は略図により第２図に説明されてい
る。この場合に、エレクトロクロミック材料は陽極のす
ぐ近くに、そして高速イオン伝導体はエレクトロクロミ
ック材料と陰極との間に配置されている。陽極の作用で
は、ＥＣＭの酸化が起る。すなわら、エレクトロクロミ
ズムはＥＣＭが電子を失うときに引き起される。この場
合における電子の損失は、陽極における多数の１および
陰極における多数の−により表わされる゛４場の適用に
より説明されている。

陽極性ＥＣＭの場合に、゛市場が適当な強度と符号の陽
極と陰極の間にかけられると、軽い陰イオン（例えば、
ヒドロキシルイオン）が高速イオン電導体からＥＣＭの
中へ動き、そして陽孔が陽極からＥＣＭの中へ動く。こ
の移ＯＪの結果として、ＥＣＭは電子を失い、それによ
りその基底または無色状態から着色へと酸化される。再
び、陽極の材料は、電場がはずされるとその基底状態に
戻る。

その無色の状態へ戻る＠　１．’ｔｌはまたＥＣＭのメ
モリーに関係する。

陽極性ＥＣＭはまたＦＣＭから軽い陽イオンと陰電子を
それぞれ高速イオン伝導体と陽極へ引き扱くことにより
作用することもある。この場合に６またＥ　ＣＭ　Ｇ、
を着色状態に酸化される。

一般に陰極ＥＣＭかまたは陽極ＥＣＭのいずれにおいて
も、その材料の着色はＥＣＭに電場をかけてそれを基底
状態から非基底状態へと移すことにより生成する電気化
学的現象である。ＥＣＭにおける活性を引き起すために
要する強さと方向を有する電場の適用により、全体のエ
レクトし】クロミック装置の中に分極が生ずる。そのよ
うな分極に際して、イオンの解離が高速イオン伝導体中
に起って必要な電荷のＴＩ離の軽いイオンを造り出す。

これら軽いイオンは′ＷｉｔｉのためにＥＣＭの中へ移
動する。ひとたびＥＣＭに入ると、それらはＥＣＭの分
子と結合する。

上述したように、結合するイオンの電荷とそれに関連し
た電子または円孔に関係して、ＥＣＭの酸化または還元
が起る。これらのＥＣＭ材料は普通に多原子価状態の物
質であって、いろいろな酸化状態に対応するいろいろな
光の吸収および分数スペク１−ルを示す。これらのＥＣ
Ｍにつき、これらのいろいろな酸化および還元状態は適
当な電場条件の下ですべて安定である。

基底のＥＣＭｌ、：おいて、金属の原子価状態は一般に
最大値にあり、それによりそのような金属の酸化物はそ
の基底状態において最低の光吸収を示す。それらは一般
に高いエネルギーギセツブを有する良い絶縁体であり、
そのような条件において光学的に透明か゛つ無色である
。他方において、酸素欠損した酸化物並びに電場の適用
の結果として造り出される還元された酸化物は基底の酸
化物よりも高い光吸収を示す。酸素が欠損していると、
Ｅ、ＣＭはそれらが他の酸化状態の１つにあるときの選
択吸収を承り。異なるＥＣＭは、その特定の酸素欠掃の
金ｆ１酸化物の選択吸収帯のスペクトル位置に応じて、
異なる色を示づ。

これまでに述べられた陰極性および陽極性ＩＥＣＭにつ
いての上記の説明は出願人の最善の説明である。この出
願人の理論を゛電気化学方程式にまとめることが可能で
ある。その方程式では、陰極材料として動く基底状態の
ＥＣＭは軽い陽イオンと陰電子のＥＣＭ中への包含によ
り、または軽い陰イオンと円孔のＥＣＭからそれぞれ高
速イオン伝導体および陰極への抽出により還元を受けて
その陰極性ＥＣＭはその着色状態に還元されることにな
ろう。

同様な方法で、電気化学方程式を陽極性ＥＣＭのために
同じく書くことができよう。この場合に、軽い陰イオン
と円孔のＥＣＭ中への包含または軽い陽イオンと陰電子
の高速イオン伝導体および陽極への抽出は陽極材料を着
色状態へ酸化するため十分である。

☆　　　　　☆　　　　　☆ 出願人は個人的に米国特許商標局においてこの明ＩＩ　
１の主題について調査を行った。その調査の結果として
、出願人は本発明として教示されるべき主題と僅かなが
ら関係のあると思われる特許を２注だけ発見した。それ
らの特許は米国特許用４゜２９８．４４８号および米国
特許用４．６５２゜０９０号であった。

米国特許用４．２９８．４４８号は「′Ｆｉ気泳動表示
」について１９８１年１１月３日に発行された。この特
許は２枚の、間隔を置かれかつ少なくとも区域上電極を
提供している板を有する゛４池を含む電気泳動表示装置
を開示している。少なくと６１枚の板と観察者に対面す
る組合けられた電極は透明である。その電池は、不活性
な誘電体液相と分散固定相（その少なくとも一部は光学
的に識別される電気泳動粒子である）から成る懸濁液を
含む。個々の電気泳動粒子はそれぞれ実際上液相と同じ
密度である。少なくとも若干の電気泳動粒子は有機材料
の被膜を与えられており、そしてその被膜は電池の作用
温度では固体であるが、より高い温度では融解するもの
である。この被膜は少なくとも１種の電荷制御剤、好ま
しくは２価の金属またはそれより高い原子価の金属のそ
して有機酸の塩、を含み、その電荷制御剤は良く規定さ
れた、均一な表面電荷と良く規定された、均一な表面ポ
テンシアルを粒子に与える。本質的に、この特許は調製
することが非常に難かしい電気泳動表示を教示している
。

米国特許用４，６５２．０９０号は゛分散されたイリジ
ウムに基づ（補足的エレクト］コクロミツク装置″につ
いて１９８フイＦ、　３　／］２４日に発行されている
。この特許は、１つの電極層、陰極として着色するエレ
クトロクロミック層、（もし要すれば）イオン伝導層、
可逆的酸化層および他の１つの電極層を含むエレクトロ
クロミック装置を開示している。陰極として着色するエ
レクトロクロミック層、イオン伝ｉ＃層および可逆的酸
化層のうら少なくとも１つはプロトンを含むかまたは電
圧がかけられるとプロトンを放出するためのプロトン源
を含むように適合させられている。可逆的酸化層は、薄
膜ｖＪ造方法の真空薄膜形成技術により作られる透明分
散層を含み、そしてイリジウム金属、酸化イリジウムま
たは水酸化イリジウムの分散相および透明な固体分散媒
とから成る。その代りとして、可逆的酸化相と他の電極
は単独の透明な伝導性分散材料層に取り替えられ、後者
の層は厚膜形成技術または厚膜製造方法の真空薄膜形成
技術により作られ、そして金属イリジウム、酸化イリジ
ウムまたは水酸化インジウムの分散相および透明な固体
分散媒を含む。

本発明の目的は新規なエレクトロクロミック装置を提供
することである。

本発明の特徴は、エレクトロクロミック粒子とイオン生
成粒子の両者とら同じマトリックスに支持されている新
規なエレクト１］クロミツク装置が提供されることであ
る。

本発明の利点は、エレクトロクロミック粒子とイオン生
成粒子の両者とも同じマトリックスに保持されている新
規なエレクトロクロミック装置が提供されることである
。

本発明の他の１つの目的はエレクトロクロミック層を作
る方法を提供することである。

本発明の他の１つの特徴は、エレクトロクロミック粒子
とイオン生成粒子の両者とも同じマトリックスに保持さ
れているエレクトロクロミック層を作る方法を提供する
ことである。

本発明の伯の１つの利点は、エレクＩ−ロクロミツク粒
子とイオン生成粒子の両者とも同じントリックスに保持
されているエレクトロクロミック層を作るために１つの
方法が提供されることである。

発明の開示 本発明は新規なエレクトロクロミック装置に向けられて
いる。本発明によればその装置は第１と第２の電極を有
する。第１と第２の電極の間にエレクトロクロミック層
が位置する。エレクトロクロミック層はエレクトロクロ
ミック粒子およびイオン生成粒子を、その中に固定され
ているが通常（よ分散されている位置に保持する無機物
を基にするバルク材料から成る。バルク材料は第１と第
２の電極の間に電圧の変化があるとイオン生成粒子によ
り生成したイオンがエレクトロクロミック粒子の方へお
よびその反対方向へ移動することを許す。バルク材料は
また第１電極と第２電極との間に電圧がかけられるとき
電子の通過を１ｌ１１１ｈＬ、それにより電場が第１と
第２の電極の間に蓄積されて、それがイオンの移動を引
き起す。

本発明の好ましいｉ様の詳細によれば、電極の片方また
は両方共透明な電極である。好ましくは無機物を基にす
るバルク材料は酸化アルミニウム、酸化タンタル、また
は酸化ケイ素、あるいはこれらの化合物の２秒以上の混
合物を含む。エレクトロクロミック粒子は陽極エレクト
ロクロミック粒子または陰極エレクトロクロミック粒子
、あるいは前記２秤のエレクトロクロミック粒子の混合
物であってさえよい。好ましくは、すべての陽極性また
は陰極性エレクトロクロミック粒子は同じものである。

また本発明によれば、エレクトロクロミック層を形成η
ることのできる材料を作る方法が教示される。その方法
は次の段階を有する。無機物を基にする材料、エレクト
ロクロミック粒子およびイオン生成粒子を混合し、それ
から電極の−ｈにその混合物を約１０’ｔ−ルの真空中
で熱蒸弁することにより塗布する。その混合物は被覆さ
れるべき電極から約１０ｃｍの距離をへだてられる。無
機物を基にする材料はそれを通過するイオンの移動を許
すが、電子の通過を阻止する。そのようにして無機のバ
ルク材料はエレクトロクロミック粒子およびイオン生成
粒子を、その中に固定されているが通常は分散されてい
る位置に保持しており、それによりエレクトロクロミッ
ク装置が調製される。

本発明の好ましい態様の詳細によれば、無機物を基にす
るバルク材料は酸化アルミニウム、または酸化タンタル
、または酸化ケイ素、あるいはこれらの化合物の２種以
上の混合物を含む。エレクトロクロミック粒子は陽極性
エレクトロクロミック粒子または陰極性エレクトロクロ
ミック粒子、あるいは前記２種のエレクトロクロミック
粒子の混合物でさえあってよい。好ましくは、すべての
陽極性または陰極性エレクトロクロミック粒子は同じも
のである。

好ましい実施態様の説明 本発明の好ましい態様と考えられるものを次に説明する
。次の説明はまた本発明のエレクトロクロミック装置の
ために最善の構造Ｈ！Ｘであると出願人が現在考えてい
るものを述べる。この説明は本発明のより広い原理の上
にある制限を置くことを意図するものではない。

第３〜５図は本発明のエレクトロクロミック装置を略図
により説明している。第４図は電場の存在しないときの
マトリックス材料を説明し、そして第５図は電場の存在
するときのマトリックス材料を説明づる。エレクトロク
ロミック装置は陽極エレクトロクロミック特性をまたは
陰極エレクトロクロミック特性を、あるいは両者を有す
るよう望み通りに製造されることができる。

金策３図を参照する。この好ましい実施態様において、
陽極性ＥＣＭＳ間示されている。第１のガラスシートは
その上に陽極を有し、そして第２のガラスシートはその
上に陰極を有する。両者の場合に、本発明の好ましい実
流態様によると、ガラスシートは１／８インヂの厚さを
有し、そして電極は約２０００オンゲス１−ロームの厚
さを有する。その好ましい実ＩＩｉ態様の教示に従うと
、陽極ど１１３　＋の両茜共にフッ素でドーピングされ
た酸化スズから形成される。そのような被膜は当業界に
おいて公知の熱分解方法により加工されることができる
。もらろ／Ｖ、明らかにその他の電１４祠料、も使用さ
れてもよいし、また曲の材料、例えば、６英、プラスチ
ックなど、がガラスシートに代替されてもＪ、い。一般
に、電極支持体の片方または両方共、エレクトロクロミ
ック材料中に発生した色が見えるように透明でなければ
ならない。

第３図に示されるように好ましい実施態様において、マ
トリックス材料はその中に細分されたイオン生成粒子お
よび細分されたエレクトロクロミック材料の両者を陰極
と陽極の間に保持している。

その中に細分されたイオン生成粒子と細分されたエレク
トロクロミック材料の両者を保持するマトリックス材料
の製造の１例をＦ記に述べる。

実施例 マトリックス材料が容積に基づいて１％のＬＩＣ，ｉ！
（イオン生成材料）、６０％のＡｌ２Ｏ３（無機物を基
にするバルク材Ｆｌ）　、（＋３よび３９％のＷＯ３（
エレクトロクロミック材料）を混合することにより調製
された。この混合物をタンタルのボートに載せて、それ
を蒸発温度以下の温度に半時間加熱して、混合物を形成
する化合物がそれらの基底状態にあることを確実にする
。

混合物の温度を次にその蒸発温度へ上げ、その熱蒸発を
約１０−４トルの真空圧で行う。混合物は被覆されるべ
き電極から約１０ｃｍｌ１ｌシて置かれた。

この方法で、エレクトロクロミック粒子およびイオン生
成粒子を、その中に固定されているが通常は分散された
位置に保持する無機物を基にするバルク材料が電極に加
工された。この調製の後に、第２の電極が露出された無
機物を基にするバルク材料に加工されてエレクトロクロ
ミック装置を形成した。

上記のように、前記混合物に添加された細分化エレクｌ
−１コクロミツク材料はＷＯ３であった。混合物に添加
されたＷＯ３の量は１つの゛１甘極の上に４０００人の
厚さを有する層を生成するに必要となるＷＯの量である
。ＷＯ３添加の範囲は３０００人〜５０００人の範囲内
の厚さを有する層を生成するに十分なＷＯ３であろう。

Ｔレフ１−ロクロミツクＷＯ３は陰極性エレクトロクロ
ミック材料である。

その中に細分されたイオン生成材料と細分されたエレク
トロクロミック材料を固定されているが通常は分散され
た位置に保持している無機物を基にするバルクマトリッ
クス材料は＠３図に示すようにその際２つの１ｆｆｉの
間に配置されている。マトリックス材料は使用される材
料の種類およびそれに添加される材料の種類に関連する
厚さを有する。好ましい場合には、マトリックスは約６
０００人のＩりさをａする。ＷＯ２は陰極性材料である
ので、負の５ボルトが陽極と陰極の間にかけられると、
青色がエレクトロクロミック装置に結果として生じる。

青色の生成は第４図と第５図の助けにより説明されるこ
とができよう。第４図は細分されたイオン生成材料と細
分されたエレクトロクロミック材料を含み、第３図のル
り１−ロクロミツク装置のｒ４Ａ極と陰極に電圧がかり
られてない条件にある７１−ワックスの略図を示す。こ
の場合にエレクトロクロミック粒子はそれに結びつりら
れた電荷を有せず、そしてイオンは、正と負両方共、ラ
ンダムに位置している。

電圧がエレクトロクロミック装置に上記のようにしてか
けられると、エレクトロクロミック粒子はそのとき、第
５図においてエレクトロクロミック粒子の上の十と−の
記号により示されているように、それに結合した電荷（
分極現象）をもつ。

この電荷が生じると、かけられた電場に従って移動する
正の軽イオンはエレクトロクロミック粒子の負の末端に
引っばられ、そして負の軽イオンはエレクトロクロミッ
ク粒子の正の末端へ引っばられる。この行動はエレクト
ロクロミックＷＯ３の還元を引き起し、ぞして結果とし
て青色を生成させる。

本発明の教示によれば、いろいろな材料を無機バルク材
料を作るために使用することができる。

例えば、酸化アルミニウム、酸化タンタル、または酸化
ケイ素、または他の公知の固体イオン伝導体、あるいは
これらの化合物の２種以上の混合物を使用することがで
きる。エレクトロクロミック粒子はすべての適当なエレ
クトロクロミック材料またはそのような材料の混合物か
ら作られることができる。イオン生成粒子もまた所望の
イオンを生成するずべての材料から選択されることがで
きる。マトリックスエレク１−ロクロミツク層を製造す
るために前記に例示した熱蒸発技術以外の析出技術を使
うことができる。例えば、スパッタリング、スプレー、
ゾル−ゲル、ＣＶＤのような技術、またはその他の公知
技術をマトリックスエレク１〜ロクロミックスを形成づ
るために使用することができる。

☆　　　　　☆　　　　　☆ 上記の実施例はマトリックス中に埋め込まれた陰極性エ
レクトロクロミック粒子の使用を示すが、陽極性および
陰極性の粒子を７１へワックス中に同時に埋め込むこと
も可能である。もしこれがなされるとすれば、２種の粒
子がそれらの無色と有色の状態の間にほぼ同じスイッチ
ング時間有することが好ましい。また全く陽極性または
陰極性粒子が使用されることになれば、それらの粒子は
いろいろな種類の陽極性または陰極性粒子の混合物であ
ってもよい。その場合もまた、それらいろいろな種類の
粒子がその無色と有色状態の間にほぼ同じスイッチング
時間を有することが好ましい。

本発明の特定の実施態様が例示されかつ説明されたが、
本発明から逸脱することなくいろいろな変更や修正がな
され得ることは当業者には明らかであろう。また添付の
特許請求の範囲の中にすべてそのような修正おＪ：び相
当物を本発明の真の精神と範囲の中に入るように包含す
ることが悪因されている。

図面の簡単な説明 第１図および第２図は、前記に述べたように、それぞれ
陰極性エレクトロクロミック装置および陽極性エレクト
ロクロミック装置の作用の略図による説明である。

第３図は本発明のエレクトロクロミック装置の作用態様
の略図による説明である。

第４図および第５図は、第３図のエレクトロクロミック
装置に使用される７トリツクス材料の拡大概要図であっ
て、第４図では電場がそれにかけられていないときの７
１−ワックス材料を示し、そして第５図では電場がそれ
にかけられたときのマトリックス材料を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１電極、第２電極および前記第１と第２の電極
   の間のエレクトロクロミック層から成るエレクトロクロ
   ミック装置であつて、前記エレクトロクロミック層が、
   エレクトロクロミック粒子およびイオン生成粒子を、そ
   の中に固定されているが通常は分散された位置に保持す
   る無機物を基にするバルク材料から成り、前記バルク材
   料は第１と第２の電極の間に電圧の変化があるとイオン
   生成粒子により生成したイオンがエレクトロクロミック
   粒子の方へおよびその反対方向に移動することを許し、
   また前記バルク材料は第１電極と第２電極との間に電圧
   がかけられるとき電子の通過を阻止し、それにより電場
   が第１と第２の電極の間に蓄積されて、それが前記イオ
   ンの移動を引き起すことを特徴とする前記のエレクトロ
   クロミック装置。