JPH0371112A - 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、特に応答
性の優れた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２８［１１］（１９８０年）真空協会
Ｐ、５０３−５１４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ｘ　ｅ−＋ＷＯ３＝ＭｘＷＯａ・・・（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は無色であるが、Ｍ　ｘ　Ｗ
　Ｏａ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
ことができる。

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ｌｂ上に形成したＥＣ材料か
らなるＥＣ物質層で、例えば非晶質ＷＯ３（ａ−ＷＯ３
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３　
ａ　ｓ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で等間隔に配設され、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が、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（イ）色が鮮やかで視野
角特性に優れ、（ロ）メモリ効果を有することなど液晶
素子などに比べ優れた特長をもつが、反面応答性が不十
分であり、特に発色時の応答性がよくなかったという課
題がある。この問題は今後ＥＣ素子が実用に供しうる表
示素子とするための解決しておかねばならない大きな課
題の一つの因子と考えられている。

この発明は上述のような課題を解決するためになされた
もので発色体となるＥＣ物質層の物質を改良することに
より応答性の優れた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素子は酸化タングステン又は酸化モ
リブデンの単体やあるいはこれらの混合物に例えばＩｎ
２Ｏ３，ＳｎＯ２のうちの少くとも一種の電子伝導性の
酸化物を添加した物質を発色体として構成したものであ
る。

［作用］ この発明においては、従来のＥＣ物質として用いられる
酸化タングステン又は酸化モリブデン、あるいはその混
合物に電子伝導性の酸化物を添加するから、ＥＣ材料の
電子伝導度を増大させ、ひいては発色／消色の応答性が
高められる。

［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
ジウム錫酸化物などの透明導電膜がコ−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（添加前
）のＥＣ材料をＷＯ３とし、電子伝導性のＳ　ｎ　Ｏ２
（酸化錫）を母材に添加したＥＣ素子について説明する
。

つぎに、あらかじめＩＴＯをコーティングして形成した
シート抵抗１００７口（口はｃｄ）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。

ついで、７　Ｘ　１０６Ｔｏｒｒの真空中で、ＷＯとＳ
　ｎ　Ｏ２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１）上に蒸着しＷ　ＯＳ　ｎ　Ｏ２薄膜から
なるＥＣ物質層２を成膜した。このＷ　ＯＳ　ｎ　Ｏ２
薄膜のＳ　ｎ　Ｏ２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Ｗ　ＯＳ　ｎ　Ｏ２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ＩＭ
（モル）のＬ　ｉＣ，Ｑ　Ｏ，ａ　／プロピレンカーボ
ネート溶液を用いてＥＣ素子を作製した。

この場合Ｌ　ｉＣｆｌ　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ＥＣ反応に直接関与するのは支持電解質のＬｉ＋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、印加時間１８０秒の条件で、発色−消色→発
色の試験を行ない、表示極すなわちＥＣ物質層２の光学
密度を測定した。２回目の発色後と成膜のままのときの
波長８００ｎｍにおける単位膜厚当りの光学密度（吸光
度に相当するもの）の差ＷＯ単相膜をＥＣ物質層２に用
いたＥＣ素子の値に比べて約５％向上した。すなわち、
単位膜厚当りの光学密度の変化量が等しいならば、その
変化に要する時間はＷ　ＯＳ　ｎ　Ｏ２薄膜の場合の方
がＷＯ３単相膜の場合に比べて短くなった。

また、電圧印加直後の発色電流減少の度合いもＷＯの単
相膜の場合より小さくなり、ＥＣ素子の応答性向上が示
された。

以上のほか、Ｓ　ｎ　Ｏ２を電子伝導性酸化物として、
Ｉｎ　　ＯあるいはＩｎ　　ＯとＳ　ｎ　Ｏ２と２　３
　　　　　　　　　２　３ の混合物を用いて、それぞれＷＯ３と同時蒸着を行うこ
とにより成膜して得たＥＣ物質層２を用いて作製したＥ
Ｃ素子の場合も同様にＷＯ３単相膜をＥＣ物質層２とす
る。ＥＣ素子よりも優れた応答特性を示した。

以上の実施例はＥＣ物質層２の母材（添加前の材料）と
してＷＯ３の場合について示したが、母材に酸化モリブ
デン又は酸化タングステンと酸化モリブデンの混合物を
用いた場合について電子伝導性物質としてＩｎ　　Ｏま
たはＳ　ｎ　Ｏ２、ある３ いはＩｎ２Ｏ３とＳ　ｎ　Ｏ２の混合物を添加した場合
も同様の好特性が得られた。

ここで、ＷＯ３に例えばＩＴＯを添加した場合のＥＣ物
質層２についてこの薄膜の抵抗率について検討した結果
を以下説明する。

すなわち電子伝導性酸化物として１ｎ２０３とＳ　ｎ　
Ｏ２との混合物つまりＩＴＯを用い、７×１０６Ｔｏｒ
ｒの真空中でｗｏ　　とＩＴＯとをそれぞれ別のるつぼ
から電子線加熱によりガラス基板上に同時に蒸発させて
ＷＯ３−ＩＴＯ薄膜を成膜し、ＥＣ物質層２を形成した
。この薄膜の抵抗率を測定したところＷＯ３単相膜に比
べて約１００分の１の抵抗率に低下した。この結果から
明らかなように、前述の実施例でＳｎＯ□を電子伝導性
酸化物をＷＯ３に添加した場合と同様にＥＣ材料に電子
伝導度酸化物を添加したものはＥＣ材料の電子伝導度が
増大するので、発色／消色の応答速度の高いＥＣ素子が
得られる。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、酸化タングステン又は
酸化モリブデンのいずれか一つ又は両者の混合物に、例
えばＩｎ　　ＯやＳ　ｎ　Ｏ２のよう３ な電子伝導性の酸化物を混合したＥＣ物質層をＥＣ素子
の発色体としたので発色／消色の際の応答性のよいＥＣ
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）酸化タングステン及び酸化モリブデンのうちのい
   ずれか一種の単一物、又は上記酸化タングステン及び酸
   化モリブデンの混合物に電子伝導性の酸化物を添加した
   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）電子伝導性の酸化物がＩｎ＿２Ｏ＿３及びＳｎＯ
   ＿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。