JPH0372328A - 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
性に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２３［１１］（１９８０年）真空協会
Ｐ、５０３−５１４の文献にａ−ＷＯ３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。

ｘ　Ｍ　”　＋　ｘ　ｅ　−＋　Ｗ　Ｏ３＝Ｍ　ｘ　Ｗ
　Ｏ３・・・（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Ｌｌ　　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Ｗ　Ｏａ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１ｂ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ｌｂ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
。

なお、以上は従来のＥＣ素子の基本的事項と素子の一般
的な説明であるが、実際には下記文献に示されるように
動作時の応答性をよくするなどの目的で種々の改良を加
えたものが開示されている。

（イ）特開昭５４−１５８２４９号公報（ロ）特開昭５
４−１６０２５６号公報（ハ）特開昭６０−８４５７４
号公報 上記文献についての技術内容の説明は省略するが、これ
らに共通する従来の技術は、ＥＣ物質層の形成において
、ＥＣ物質層の見かけ密度を下げて、ＥＣ物質層を多孔
性のものとすることにより、発色に寄与する正イオンの
ＥＣ物質層中で拡散を容易にしたことを特徴としている
。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来のＥＣ素子は一般的に応答性が不十分
であり特に発色時の応答性がよくないという課題があっ
た。この点に関して、上記の文献に示されているように
ＥＣ物質層を種々の手段を用いて多孔性のものとするな
どの改良提案がなされているが、これらはいずれも発色
／消色の応答性は改善されるが、単位膜厚当りの吸光度
が減少するため、十分な発色を確保するためには膜厚を
厚くする必要があり薄型化の観点からは不都合であった
。

この発明はこのような課題を解決するためになされたも
ので、ＥＣ物質層に改良を加え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、一対の電極が電解質を介し
て対向し少なくとも一方の電極の対向面に形成された非
晶質（アモルファス）のＥＣ物質層が非晶質体の二層構
造になっていて、その電解質に接する側すなわち上層の
見かけ密度を下層の見かけ密度より小さくし、多孔性を
強めたものとしたものである。

［作用］ この発明においては、ＥＣ素子の発色体となるＥＣ物質
層を二層構造とし、電解質に面する部分すなわち上層を
下層より見かけ密度の小さいものとしたから、この上層
の部分は多孔性のものとなり表面積が増大する。このた
め電解質から発色に寄与する正イオンがＥＣ物質層に注
入され易くなり発色／消色の応答が早くなる。そして、
下層は通常の密度を有するＥＣ物質層又はそれに近い状
態で形成されるから、多孔性の単相膜に比較して発光時
の吸光度の低下をきたすことはなくなる。

［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、１１は発色電極、１２は発色電極
の表面に形成した第−ＥＣ物質層、１３はその上に形成
させた見かけ密度が第−ＥＣ物質層１３より小さい上層
の第二ＥＣ物質層、１４は対向電極である。発色電極１
１及び対向電極ｔ４の内側面には第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。第−ＥＣ物質層１２及び第二Ｅ
Ｃ物質層１３が設けられた発色電極１１と対向電極１４
とはスペーサ１６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１５がスペーサ１６によりシ
ールされて封入されている。

発色電極１１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ーティングされ
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。第−ＥＣ物質層１２及び第二
ＥＣ物質層１３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１
４は発色電極１１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１５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。第−ＥＣ物質層１２及び第二
ＥＣ物質層１３及び電解質１５はスペーサ１６によって
外界からシールされている。

なお、前述の第−ＥＣ物質層１２及び第二ＥＣ物質層（
３は第二ＥＣ物質層の方が見かけ密度が小さくなるよう
に形成されるが、このような二層構造のＥＣ物質層は次
に示すような実験事実をもとにして、例えばＷＯ３薄膜
の密度又は傾斜性の制御ができることを利用したもので
ある。すなわち、あらかじめインジウム錫酸化物（ＩＴ
Ｏ）をコーティングしであるシート抵抗１０Ω／口（口
はＣ−の慣用記号）の透明導電性ガラスを基板とし、７
×１０＝Ｔｏｒｒの真空中で、ＷＯ３を電子線加熱によ
り蒸着速度１００人／秒、及び２０人／秒で蒸発させて
成膜する。それぞれの蒸着速度で得られた二種のＷＯ３
薄膜の表面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、表面
にみられる微小粒の粒径は２０人／秒で成膜した試料（
ＷＯ３薄膜）は１００人／秒で成膜した試料の２倍の大
きさになっていることがわかり、相対的により多孔質に
なっていることがわかった。つまり同一のＥＣ材料で、
蒸着速度をおそくして得られ膜の方が早くしたものより
膜の密度を小さくすることのできる制御方法が見出され
たもので、この手法を用いることによって見かけ密度の
異なる二層構造のＥＣ物質層の形成が可能である。なお
、上記の形成方法で得られるＷＯ３薄膜は、電子線回折
又はＸ線回折などによる構造解析の結果から、非晶質（
アモルファス）であることが確認されている。

以下、この発明による一実施例をＥＣ材料にＷＯ３を用
いた場合について説明する。まず、あらかじめインジウ
ム錫酸化物（ＩＴＯ）をコーティングしであるシート抵
抗１０Ω１０の透明導電性ガラスの基板を発色電極１１
とし、はじめに７×１０＝Ｔｏｒｒの真空中で、この基
板にＷＯ３を電子線加熱により蒸着速度１００人／秒で
蒸着させて非晶質のＷ　Ｏａ薄膜からなる第−ＥＣ物質
層１２を成膜し、さらにその上に蒸着速度２０人／秒で
ＷＯ３を蒸着させることにより非晶質のＷＯ３薄膜から
なる第二ＥＣ物質層（３を成膜した。

第−ＥＣ物質層１２及び第二ＥＣ物質層１３を有する発
色電極１１を表示極、白金を対向電極１４とし、電解質
Ｌ５にＩ　Ｍ　Ｌ　ｉＣＤ　Ｏ４／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ＥＣ素子を
印加電圧２．５ｖで発色させ、このＥＣ素子の波長８５
０ｎｍにおける光の透過率の時間変化を測定したところ
、透過率が発色前の２分の１になるのに要した時間がＷ
Ｏ３単相膜の場合と比べて約８５％になり、応答性の向
上が確認された。

なお、ＥＣ材料としてＷＯ３の代りにＭ　ｏ　Ｏａ、及
びＷＯとＭ　ｏ　Ｏａとの混合物を用い、上記実絶倒と
同様な形成法によって上層の密度を小さくした二層構造
のＥＣ物質層を用いてＥＣ素子を作製したものもＭ　ｏ
　Ｏｓの単相膜又はＷＯ３とＭ　ｏ　Ｏａとの混合膜を
用いたＥＣ素子よりも、上記実施例と同様に、優れた応
答性を示した。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、ＥＣ素子のＥＣ物質層
が同質のアルモファスのＥＣ材料からなる二層構造にな
っていて、電解質と接する側の上層の見かけ密度が下層
の見かけ密度より小さいようになっているので、発色時
の単位膜厚当りの吸光度の低下を極力避けながら発色／
消色時の応答性が優れたＥＣ素子を得ることができる。

【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、１１は発色電極、１２は第−ＥＣ物質層、
１３は第二ＥＣ物質層、ｔ４は対向電極、１５は電解質
、１６はスペーサである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対の電極が電解質を介して対向し、少くとも一
   方の電極の対向面に非晶質のエレクトロクロミック物質
   層を有するエレクトロクロミック素子において、前記エ
   レクトロクロック物質層が非晶質の二層構造からなり、
   前記電解質に接する側の上層の見かけ密度が下層の見か
   け密度より小さいことを特徴とするエレクトロクロミッ
   ク素子。
2. （２）エレクトロクロミック物質層を形成するエレクト
   ロクロミック物質が酸化タングステン及び酸化モリブデ
   ンのうちの少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。