JPH0373933A - エレクトロクロミック素子 - Google Patents
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Landscapes
- Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
この発明はエレクトロクロミック素子に関し、特に長寿
命のエレクトロクロミック素子に関するものである。
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［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。
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。
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”＋ｘｅ″″＋Ｗ Ｏ” ５Ｍ ｘ Ｗ Ｏａ・・
・（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！Ｌ１ 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Ｗ
Ｏ３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、ＷＯ８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。
・（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！Ｌ１ 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Ｗ
Ｏ３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、ＷＯ８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。
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。
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。
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。
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３
ａ ｓ透明電極３ｂとともに対向電極を構成している。
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。
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。
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／消色の繰り返し
によりＥＣ物質が電解質中へ溶解し、初期の発色／消色
特性が次第に劣化していくことが知られている。すなわ
ち、発色／消色の繰り返しによって、ＥＣ物質層中の例
えばＷＯ３が次第に電解質中に溶解してしまうことがあ
る。これはＷＯ３中に不可避的に存在する水分に起因す
るＷ−０−Ｈが電解質と反応することにより生ずるもの
と考えられている。その対策としてＷＯ３膜の表面にＳ
ｉｏ ２などの保護膜を形成すれば、ＷＯ３の溶解を
防止することができる。ところが、その場合にはＳ Ｉ
Ｏ２などの保護膜が発色に寄与する正イオンの移動に
対してバリア層として働くことになるので発色／消色特
性が悪化することになる。
によりＥＣ物質が電解質中へ溶解し、初期の発色／消色
特性が次第に劣化していくことが知られている。すなわ
ち、発色／消色の繰り返しによって、ＥＣ物質層中の例
えばＷＯ３が次第に電解質中に溶解してしまうことがあ
る。これはＷＯ３中に不可避的に存在する水分に起因す
るＷ−０−Ｈが電解質と反応することにより生ずるもの
と考えられている。その対策としてＷＯ３膜の表面にＳ
ｉｏ ２などの保護膜を形成すれば、ＷＯ３の溶解を
防止することができる。ところが、その場合にはＳ Ｉ
Ｏ２などの保護膜が発色に寄与する正イオンの移動に
対してバリア層として働くことになるので発色／消色特
性が悪化することになる。
この発明は上記のような課題を解決するためになされた
もので保護膜を用いることなく長寿命のＥＣ素子を提供
することを目的とするものである。
もので保護膜を用いることなく長寿命の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、ＥＣ素子の発色体を構成す
るＥＣ物質層を、酸化タングステンＷＯ３からなる下層
と、タングステンより酸化物の自由生成エンタルピーの
大きな金属酸化物又は非金属酸化物、あるいは金属酸化
物と非金属酸化物の混合物を添加したＷＯ３からなる上
層（電解質に接する側のＥＣ物質層）との二層構造とし
たものである。この場合、この上層に添加したタングス
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 Ｏ１ＡＩ２０３の少く３ とも一種であり、非金属酸化物はＳ ｉ Ｏ２である。
るＥＣ物質層を、酸化タングステンＷＯ３からなる下層
と、タングステンより酸化物の自由生成エンタルピーの
大きな金属酸化物又は非金属酸化物、あるいは金属酸化
物と非金属酸化物の混合物を添加したＷＯ３からなる上
層（電解質に接する側のＥＣ物質層）との二層構造とし
たものである。この場合、この上層に添加したタングス
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 Ｏ１ＡＩ２０３の少く３ とも一種であり、非金属酸化物はＳ ｉ Ｏ２である。
この場合添加物の含有量はＷＯ３に対して０．１〜３０
原子％とするのが望ましい。
原子％とするのが望ましい。
［作用］
この発明においては、ＥＣ素子のＥＣ物質層をＷＯ３か
らなる下層とタングステンより酸化物の自由生成エンタ
ルピーの大きい金属酸化物又は非金属酸化物を少くとも
一種ＷＯ３に添加した上層との二層構造としたから、こ
の上層が前述のようなＥＣ素子の発色／消色の繰り返し
によりＷＯ３が電解質化に溶解してしまうという現象に
対する保護膜として機能するようになる。すなわち、こ
のようにして形成した保護膜中にはＷＯ３に付随するＷ
−０−Ｈという構造をとり得るサイトが、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又は非
金属の酸化物の金属又は非金属と結合するためＷ−０−
Ｈという構造が存在しなくなる。そのため、発色／消色
を繰り返してもＷＯ３が電解質と反応しないので、ＷＯ
３が電解質中に溶出しなくなる。
らなる下層とタングステンより酸化物の自由生成エンタ
ルピーの大きい金属酸化物又は非金属酸化物を少くとも
一種ＷＯ３に添加した上層との二層構造としたから、こ
の上層が前述のようなＥＣ素子の発色／消色の繰り返し
によりＷＯ３が電解質化に溶解してしまうという現象に
対する保護膜として機能するようになる。すなわち、こ
のようにして形成した保護膜中にはＷＯ３に付随するＷ
−０−Ｈという構造をとり得るサイトが、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又は非
金属の酸化物の金属又は非金属と結合するためＷ−０−
Ｈという構造が存在しなくなる。そのため、発色／消色
を繰り返してもＷＯ３が電解質と反応しないので、ＷＯ
３が電解質中に溶出しなくなる。
［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
１１の内面に形成したＷＯ３からなる第−ＥＣ物質層、
１３は第−ＥＣ物質層１２上に形成した上層の第二ＥＣ
物質層であり、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又は非金属の酸化物を添加したＷ
Ｏ３で構成されている。第二ＥＣ物質層１３は電解質１
５を介して対向電極１４に対向して配置されており、第
−ＥＣ層１２、第二ＥＣ層１３及び電解質１５の側面に
はスペーサ１Ｂが設けられて電解質１５をシールするよ
うになっている。
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
１１の内面に形成したＷＯ３からなる第−ＥＣ物質層、
１３は第−ＥＣ物質層１２上に形成した上層の第二ＥＣ
物質層であり、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又は非金属の酸化物を添加したＷ
Ｏ３で構成されている。第二ＥＣ物質層１３は電解質１
５を介して対向電極１４に対向して配置されており、第
−ＥＣ層１２、第二ＥＣ層１３及び電解質１５の側面に
はスペーサ１Ｂが設けられて電解質１５をシールするよ
うになっている。
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よって外
界からシールされている。
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をＥＣ材料にＷＯ３を
用いた場合につい説明する。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１００７口の透明導電性ガラスの基板を発色電極１１
とし、７ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒの真空中で、はじめに
、ＷＯ３を電子線加熱により蒸発させて主発色体として
第−ＥＣ物質層１２を発色電極ｌｌ上に底膜した。次に
、この第−ＥＣ物質層１２上に上層として、ＷＯと５１
０２（非金属酸化物）を電子線加熱によりそれぞれ別の
るつぼから蒸発させてＷＯ−８ｉＯ２薄膜からる第二Ｅ
３ Ｃ物質層（３を成膜した。このようにして第−ＥＣ物質
層１２、第二ＥＣ物質層１３が形成された発色電極１１
を表示極、白金を対向電極１４とし、電解質１５に０．
１Ｎの希硫酸を用いてＥＣ素子を作製した。
用いた場合につい説明する。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１００７口の透明導電性ガラスの基板を発色電極１１
とし、７ Ｘ １０−’Ｔｏｒｒの真空中で、はじめに
、ＷＯ３を電子線加熱により蒸発させて主発色体として
第−ＥＣ物質層１２を発色電極ｌｌ上に底膜した。次に
、この第−ＥＣ物質層１２上に上層として、ＷＯと５１
０２（非金属酸化物）を電子線加熱によりそれぞれ別の
るつぼから蒸発させてＷＯ−８ｉＯ２薄膜からる第二Ｅ
３ Ｃ物質層（３を成膜した。このようにして第−ＥＣ物質
層１２、第二ＥＣ物質層１３が形成された発色電極１１
を表示極、白金を対向電極１４とし、電解質１５に０．
１Ｎの希硫酸を用いてＥＣ素子を作製した。
このＥＣ素子について、印加電圧２．５Ｖ、発色時間／
消色時間がそれぞれ１８０秒という条件で発色／消色の
繰り返し試験を行ったところ、ＥＣ素子の寿命がＷＯ３
単相膜をＥＣ物質層する従来のＥＣ素子に比して約２倍
に向上した。
消色時間がそれぞれ１８０秒という条件で発色／消色の
繰り返し試験を行ったところ、ＥＣ素子の寿命がＷＯ３
単相膜をＥＣ物質層する従来のＥＣ素子に比して約２倍
に向上した。
以上の実施例のほか、第二ＥＣ物質層ｔ３を形成すると
きＷＯ３に添加する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い酸化物をＣｒ Ｏ又はＡｆ１２
０３の金属酸化物とした場３ 合も上記実施例と同様の優れた寿命特性が得られた。
きＷＯ３に添加する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い酸化物をＣｒ Ｏ又はＡｆ１２
０３の金属酸化物とした場３ 合も上記実施例と同様の優れた寿命特性が得られた。
なお、上記の第二のＥＣ物質層１３のＷＯ３の添加物は
ＷＯ３の発色作用を妨害しないもので、かつタングステ
ン（Ｗ）より酸化物の自由生成エンタルピーの大きい金
属酸化物あるいは非金属酸化物であればよく、またそれ
らの二種以上の混合物であっても同様の長寿命特性が得
られる。
ＷＯ３の発色作用を妨害しないもので、かつタングステ
ン（Ｗ）より酸化物の自由生成エンタルピーの大きい金
属酸化物あるいは非金属酸化物であればよく、またそれ
らの二種以上の混合物であっても同様の長寿命特性が得
られる。
［発明の効果コ
以上のようにこの発明によればＥＣ素子の発色体となる
ＥＣ物質層をＷＯ３からなる第−ＥＣ物質層とＷＯ８に
ダンゲステンより酸化物の自由生成エンタルピーの大き
な金属又は非金属の酸化物の単体又は混合物を添加した
第二ＥＣ物質層とからなる二層構造としたので、第二Ｅ
Ｃ物質層が保護膜となって、発色／消色の繰り返しによ
るＷＯ３の電解質への溶出を防止するので、ＥＣ素子の
長寿命化が達成される。
ＥＣ物質層をＷＯ３からなる第−ＥＣ物質層とＷＯ８に
ダンゲステンより酸化物の自由生成エンタルピーの大き
な金属又は非金属の酸化物の単体又は混合物を添加した
第二ＥＣ物質層とからなる二層構造としたので、第二Ｅ
Ｃ物質層が保護膜となって、発色／消色の繰り返しによ
るＷＯ３の電解質への溶出を防止するので、ＥＣ素子の
長寿命化が達成される。
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、ｔｉは発色電極、１２は第−ＥＣ物質層、
１３は第二ＥＣ物質層、１４は対向電極、１５は電解質
、１Ｂはスペーサである。
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、ｔｉは発色電極、１２は第−ＥＣ物質層、
１３は第二ＥＣ物質層、１４は対向電極、１５は電解質
、１Ｂはスペーサである。
Claims (5)
- （１）一対の電極が電解質を介して対向し、少なくとも
一方の電極の内側の面にエレクトロクロミック物質層が
設けられているエレクトロクロミック素子において、前
記エレクトロクロミック物質層が、前記電解質と接する
側がタングステンより酸化物の自由生成エンタルピーの
大きな金属酸化物の少くとも一種を添加した酸化タング
ステンで形成された上層と、酸化タングステンで形成さ
れた下層とからなる二層構造をもつことを特徴とするエ
レクトロクロミック素子。 - （２）一対の電極が電解質を介して対向し、少なくとも
一方の電極の内側の面にエレクトロクロミック物質が設
けられているエレクトロクロミック素子において、前記
エレクトロクロミック物質層が、前記電解質と接する側
がタングステンより酸化物の自由生成エンタルピーの大
きな非金属酸化物の少くとも一種を添加した酸化タング
ステンで形成された上層と、酸化タングステンで形成さ
れた下層とから成る二層構造をもつことを特徴とするエ
レクトロクロミック素子。 - （３）一対の電極が電解質を介して対向し、少なくとも
一方の電極の内側の面にエレクトロクロミック物質層が
設けられているエレクトロクロミック素子において、前
記エレクトロクロミック物質層が、前記電解質と接する
側がタングステンより酸化物の自由生成エンタルピーの
大きな金属酸化物及び非金属酸化物の少くとも一種を添
加した酸化タングステンで形成された上層と、酸化タン
グステンで形成された下層とからなる二層構造をもつこ
とを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - （４）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
のうちの少なくとも一種であることを特徴とする請求項
１又は３記載のエレクトロクロミック素子。 - （５）タングステンより酸化物の自由生成エンタルピー
の大きな非金属酸化物はＳｉＯ＿２であることを特徴と
する請求項２又は３記載のエレクトロクロミック素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1209678A JPH0373933A (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | エレクトロクロミック素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1209678A JPH0373933A (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | エレクトロクロミック素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0373933A true JPH0373933A (ja) | 1991-03-28 |
Family
ID=16576804
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1209678A Pending JPH0373933A (ja) | 1989-08-15 | 1989-08-15 | エレクトロクロミック素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0373933A (ja) |
-
1989
- 1989-08-15 JP JP1209678A patent/JPH0373933A/ja active Pending
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