JPH0342635A - エレクトロクロミック素子 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明はエレクトロクロミック素子に関し、特にエレ
クトロクロミック材料を改良した長寿命のエレクトロク
ロミック素子に関するものである。

［従来の技術］ エレクトロクロミック（以下ＥＣと略称する）素子は電
気化学反応に伴って色が可逆的に変化するＥＣ材料を発
色体として用いた非発光型の表示素子である。ＥＣ素子
に関しては、真空２３［ＩＬ］（１９８０年）真空協会
Ｐ、５０Ｂ−５１４の文献にａＷＯ３膜のエレクトロク
ロミック特性と表示素子への応用“と題する解説論文が
開示されている。

ＥＣ素子の発色／消色の原理は、例えばＥＣ材料として
酸化タングステンＷＯ３を用いた場合、次に示す（１）
式で説明されている。

ｘＭ”　十ｘｅ−＋ＷＯ”　５ＭｘＷＯ３・・・（１） （１）式において、ＭはＨ，Ｌｉ、Ｎａ、になどである
。上記のＷＯ３は現在代表的なＥＣ材料であり、この物
質はＨ＋やＬｉ＋などの正イオンとともに電子も通す混
合導電体である。（１）式の反応において、電解質中で
ＷＯ３をカソード側にして電圧を印加するとＷＯ３に正
イオン（Ｍ＋）が注入されて青色（タングステンブロン
ズと呼ばれる）を示す。そして逆にＷＯ３をアノード側
にして電圧を印加するとＷＯ３中の正イオンが電解質に
戻り消色する。換言すれば、ＷＯ３の電解還元を行うと
Ｍ＋がＷＯ３中に潜り込んで電気的中性を保ちＭ　ｘ　
Ｗ　Ｏが生成する。ＷＯ３は無色であるか、Ｍ　ｘ　Ｗ
　Ｏｓは青色であるので電解還元によって発色させるこ
とができる。逆に電解酸化すると無色のＷＯ３に戻る。

つまり表示素子に適用した場合、電圧を印加することに
より書き込み／消去あるいは発色／消色を繰返して行う
ことかできる。

この表示法は液晶などの非発光材料と類似するが、大き
く異なる点は一旦発色したら逆電圧をかけない限り表示
がそのまま残るという利点がある。

また、ＥＣ素子は美しい見やすい色の表示素子として定
評がある。このような特長をもつＥＣ素子は受光型の表
示素子、メモリ素子、あるいは調光材料などへの応用分
野が考えられている。

第２図は従来のＥＣ素子の一基本構成を示す模式的な断
面図である。図において、１ａは透明なガラス基板であ
り、１ｂはガラス基板１ａの面に成膜した透明電極であ
り、ガラス基板１ａと透明電極１ｂとで発色電極を構成
している。２ａは透明電極１ｂ上に形成したＥＣＣ科料
らなるＥＣ物質層で、例えば非晶質Ｗ　Ｏ（ａ　　Ｗ　
Ｏａと称される）を用いて発色体を形成している。６は
透明電極１ｂ上のＥＣ物質層２ａによる表示パターン膜
を形成するために設けた分離用の絶縁膜である。

一方、ガラス基板１ａと対向するガラス基板３ａ上にも
透明電極３ｂが形成され、通常は透明電極３ｂ上には図
示しない対向電極膜が形成されていて、ガラス基板３ａ
、透明電極３ｂとともに対向電極を構成している。そし
て、上述の発色電極と対向電極はシールを兼ねたスペー
サ５て等間隔に配設され、これらが形成する空間部分に
電解質４が密封されている。

以上が従来からのＥＣ素子の基本構成であるか、発色電
極及び対向電極と電解質４とにより一単位素子分の電解
槽が構成される。この場合、透明電極１ｂ、３ｂからそ
れぞれ図示しない電極端子を取り出すことにより、発色
電極及び対向電極を任意に一対のアノード（正極）及び
カソード（負極）として使用することができるようにな
っている。

実際の発色／消色の動作については前述した通りである
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のＥＣ素子は発色／消色の動作を繰返
した場合に、初期の特性が劣化し、寿命が十分でないと
いう課題が指摘されている。現在もその原因を究明しよ
うとする研究が下記文献に示されるように進行中である
。

応用物理　５１［４コ（１９８２）　Ｐ、４８８−４９
４ＤＥＮＫＩ　　ＫＡＧＡＫＵ　　　５４［５コ（１９
８Ｂ）　　Ｐ、４２３−４３０以上の研究の結果、例え
ばＷＯ３の場合、ＷＯ３中に捕らえられたＬＬ＋などの
正イオンが消色時に完全に電解質中にもどりきらないで
蓄積することがわかったので、次の発色時に必要な正イ
オンのＷＯ３中への注入可能な量が減少しコントラスト
が低下するものとされている。このような正イオンの蓄
積がＥＣ素子の劣化の原因とされている。そしてこの正
イオンの蓄積はＷＯ３中に不可避的に存在する一Ｃ）Ｈ
基のＨと正イオンが置換、されることにより生じている
ものと考えられている。

この発明は上記のような課題を解決するためになされも
ので、ＥＣ物質の改良により長寿命のＥＣ素子を提供す
ることを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係るＥＣ素子は、タングステンより酸化物の
自由生成エンタルピーの大きな金属酸化物をＷＯ３に添
加したＥＣ物質層を発色体としたものである。より具体
的には上記の金属酸化物はＣｒ　　Ｏ、Ａｎ　　Ｏ、Ｓ
　ｉＯ２のうちのいず２３　　２３ れか一種、又はその二種以上を用いて添加するものであ
る。

［作用］ この発明においては、ＥＣ物質として、ＷＯ３にタング
ステンより酸化物の自由生成エンタルピーの大きな金属
酸化物を添加（含有量として０．１〜３０原子％の範囲
内）するから、前述したようなＷＯ３中に不可避的に存
在した一〇Ｈ基の量を少なくしたり、あるいはなくする
ことができる。このため、発色反応で支持電解質の正イ
オン例えばＬｉ＋と−ＯＨ基のＨとの入れ替りすなわち
置換が減少し、−Ｗ−〇”−Ｌｉ＋という形でのＬｌ＋
の蓄積がおこりにくくなり、発色時はＬｉｘＷＯ３が主
生成物となる。したがって、消色反応毎の正イオンの蓄
積量も少なくなる。

［実施例］ 第１図はこの発明によるＥＣ素子の一実施例の基本構成
を第２図の従来例よりさらに簡略して示した模式説明図
である。図において、１は発色電極、２は発色電極１の
内面に形成したＥＣ物質層、３は対向電極である。発色
電極１及び対向電極３の内面には第２図の従来例で示し
た透明電極のそれぞれｌｂ、３ｂが形成されているが、
図示は省略している。ＥＣ物質層２が設けられた発色電
極１と対向電極３とはスペーサ５を介して対向しており
、これらの部材が形成する空隙部に電解質４がスペーサ
５によりシールされて封入されている。

発色電極１には前述のようにＩＴＯと呼ばれているイン
ジウム錫酸化物なとの透明導電膜がコティングされたガ
ラス（透光型表示用）、あるいは金属板（反射型表示用
）などが用いられる。ＥＣ物質層２の形成は例えば真空
蒸着、スパッタリング、イオンブレーティングなどのド
ライプロセス、あるいは各種の湿式プロセスによって行
われる。対向電極３は発色電極１と同様な透明導電膜付
きのガラス、あるいは白金などの金属が用いられる。電
解質４はアルカリ金属塩を含んだ非水溶媒に溶解したも
のや硫酸等の酸などの液体電解質や各種のイオン伝導体
からなる固体電解質が使用可能である。ＥＣ物質層２及
び電解質４はスペーサ５によって外界からシールされて
いる。

以下、この発明の代表的な実施例として、母材のＥＣ材
料をＷＯ３とし、添加するＷより酸化物の自由生成エン
タルピーの大きな金属の酸化物をＣｒ２Ｏ３とした場合
の具体的事項について説明する。

まず、あらかじめＩＴＯをコーティングして形成したシ
ート抵抗１０Ω／口（口はｃＪ）の透明電極（第２図の
ｌａ）を有する透明導電性ガラスの基板を用意する。つ
いて、７　Ｘ　１Ｏ＝Ｔｏｒｒの真空中で、ＷＯとＣｒ
２Ｏ３とをそれぞれ別のるつぼから電子線加熱により同
時に所定の蒸発率で蒸発させて、上述のガラス基板（発
色電極］）上に蒸着しＷＯ−Ｃｒ２０３薄膜からなるＥ
Ｃ物質層２を成膜した。このＷＯ−Ｃｒ２０３薄膜のＣ
ｒ　２０３の含有量は０．３〜２０原子％の範囲内が好
ましいが、０．１〜３０原子％の範囲まで使用可能であ
る。

このＷＯ−Ｃｒ２０３薄膜からなるＥＣ物質層２を表示
電極、白金板を対向電極３として、電解質４には１．Ｍ
（モル）のＬ　ｉＣｉｔ　Ｏ４／プロピレンカーボネー
ト溶成を用いてＥＣ素子を作製した。この場合Ｌ　ｉＣ
Ｄ　Ｏ４はプロピレンカーボネート（ＰＣともいう）電
解液の支持電解質として使用されるものである。すなわ
ち、この実施例のようにプロピレンカーボネートを電解
液として用いた場合、（１）式に示したＥ’　Ｃ反応に
直接関与するのは支持電解質のＬ１＋である。

上記のようにして作製したＥＣ素子に対して、印加電圧
２．５Ｖ、−回の発色時間／消色時間がそれぞれ１８０
秒の条件で発色／消色の繰返し試験を行った結果、ＷＯ
３の単体膜をＥＣ物質層２とした場合のＥＣ素子に比し
て、５倍以上の寿命を示した。

また、上記の実施例と同様にして成膜したＷＯ−８ｉＯ
膜およびＷＯ−１２０３膜３　　　２　　　　　３ を用いてＥＣ素子を作製した。これらの素子に対して、
印加電圧２，５Ｖ、−回の発色時間／消色時間がそれぞ
れ０．５秒の条件で発色／消色の繰り返し試験を行った
ところ、ＷＯ３膜単体のＥＣ物質層２の場合に比べて、
２〜３倍の寿命を示した。

また、ＷＯ３にＣｒ２Ｏ３，Ａρ２０３゜ＳｉＯ２の二
種以上の組合せによる混合物を添加した場合、すなわち
ＷＯ３−Ｃ「２０３−ＡＤ２０　系、Ｗ　ＯＣｒ　　Ｏ
Ｓ　１０２系、３　　　　　　３　　　　　２　３ Ｗ　Ｏ’Ａ　Ｄ　　ＯＳ　１０２系、ＷＯ３３２３ Ａ　！；ｌ　　ＯＳ　ｔ　ＯＣｒ　２　Ｏａ系の薄膜を
Ｅ２　　３　　　　　　　２ Ｃ物質層とした場合も、同様にＷＯ３単体薄膜の場合よ
り２〜３倍の寿命向上が得られた。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、ＷＯ３にＷより酸化物
の自由生成エンタルピーの大きな金属酸化物を少なくと
も一種添加したＥＣ物質層を発色体とする構成としたの
で、Ｗ　Ｏｓの単体をＥＣ物質層とした従来のＥＣ素子
に比べて長寿命の素子が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すＥＣ素子の基本構成
を示す模式説明図、第２図は従来のＥＣ素子の一構成を
示す模式断面図である。 図において、１は発色電極、２はＥＣ物質層、３は対向
電極、４は電解質、５はスペーサである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）タングステンより酸化物の自由生成エンタルピー
   の大きな金属酸化物を酸化タングステンに添加した物質
   を発色体としたことを特徴とするエレクトロクロミック
   素子。
2. （２）タングステンより酸化物の自由生成エンタルピー
   の大きな金属酸化物はＣｒ＿２Ｏ＿３、Ａｌ＿２Ｏ＿３
   、ＳｉＯ＿２のうち少なくとも一種であることを特徴と
   する請求項１記載のエレクトロクロミック素子。