JPH04324842A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規なエレクトロクロミ
ック素子、さらに詳しくは、大面積化が可能で、応答が
速く、例えば建築分野におけるＥＣウインドーのような
透過型調光素子などとして好適なエレクトロクロミック
素子に関するものである。

【０００２】

【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、通常透明電極基板上にＥＣ材料から成る
層（以下ＥＣ層と略称する）を有するＥＣ電極と対向電
極との間に電解質を介在させた構造を有しており、両極
間に電圧を印加すると、電圧に応じて該ＥＣ層の色調が
可逆的に変化する性質を有している。このようなＥＣ素
子は比較的広い面積表示が可能である、駆動寿命が長い
、応答速度が速い、着色効率が高い、鮮やかな色が出せ
る、消色時の透過率が高いなどの特徴を有することから
、近年色調の変化を利用して表示素子や調光素子に、あ
るいは適度の応答速度を利用した防眩材料、メモリー性
を利用した記憶センサーなどに用いられている。ところ
で、従来のＥＣ素子においては、ＥＣ電極として、通常
透明基板上に、厚さ１０００〜５０００Å程度の酸化イ
ンジウムスズや酸化スズなどの透明導電膜を形成させ、
さらにその上にＥＣ層を設けたものが用いられている。 しかしながら、このようなＥＣ電極を用いたＥＣ素子は
、例えば建築分野におけるＥＣウインドーなどの大面積
が要求される用途に用いる場合、該透明導電膜の厚さが
薄いために、両極間に電圧を印加しても、電流が全透明
導電膜に均質に流れにくく、かつ、応答が遅いなどの好
ましくない事態を招来し、満足しうる調光が得られない
という欠点を有している。したがって、大面積化が可能
で、応答の速いＥＣ素子の開発が強く望まれていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情のもとで、大面積化が可能で、応答が速く、例えば建
築分野におけるＥＣウインドーのような大面積が要求さ
れる透過型調光素子などの用途に好適なＥＣ素子を提供
することを目的としてなされたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは大面積化が
可能で、応答の速いＥＣ素子を開発すべく鋭意研究を重
ねた結果、透明基板上に設けられた透明導電膜の上に、
カーボン粒子を含有する銀ペーストをスクリーン印刷し
て集電電極を形成させ、さらにＥＣ層を設けて成るＥＣ
電極は、大面積であっても電流が全体に均質に流れ、応
答の速いＥＣ層の色調の変化をもたらし、かつ該集電電
極がカーボン粒子を含有しているため外部から目立ちに
くいという特徴を有し、このＥＣ電極を用いたＥＣ素子
が前記目的に適合しうることを見い出し、この知見に基
づいて本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は
、ＥＣ電極と対向電極との間に電解質を介在させて成る
ＥＣ素子において、該ＥＣ電極として透明基板上に設け
られた透明導電膜の上に、カーボン粒子を含有する銀ペ
ーストをスクリーン印刷して集電電極を形成させ、さら
にＥＣ層を設けたものを用いたことを特徴とするＥＣ素
子を提供するものである。

【０００５】以下、本発明を詳細に説明する。本発明Ｅ
Ｃ素子においては、ＥＣ電極として、支持体である透明
基板上に設けられた透明導電膜の上に、カーボン粒子を
含有する銀ペーストをスクリーン印刷して集電電極を形
成させ、さらにＥＣ層を設けたものが用いられる。ＥＣ
電極の支持体である透明基板については特に制限はなく
、従来ＥＣ素子における透明基板として慣用されている
ものを用いることができる。このようなものとしては、
例えばガラス板や透明プラスチック板などが挙げられる
。この透明基板の厚さは、通常１００μｍ〜１５ｍｍの
範囲で選ばれる。

【０００６】このような透明基板上に設けられる透明導
電膜には、通常酸化インジウムスズや酸化スズが用いら
れ、また、その厚さは一般的には１０００〜８０００Å
程度である。本発明はこの透明導電膜上に、カーボン粒
子を含有する銀ペーストをスクリーン印刷して集電電極
を形成させることを特徴とするものであり、該カーボン
粒子を含有する銀ペーストとしては、例えば銀粒子とカ
ーボン粒子と少量のバインダーと必要に応じて用いられ
る溶媒とを均質に混合したものが用いられる。カーボン
粒子は外部から集電電極を見えにくくする役割を果たし
、その含有量は通常銀粒子に対し１〜４重量％の範囲で
選ばれる。この量が１重量％未満ではカーボン粒子を含
有させた効果が十分に発揮されず、集電電極の反射率が
高く、外部から見えやすくなるし、４重量％を超えると
集電電極の抵抗値が高くなり、集電能力が低下する傾向
がみられる。該カーボン粒子の含有量が前記範囲内であ
れば、集電電極の反射率は通常１０％未満となる。また
、該バインダーとしては、液状であって加熱や紫外線照
射などにより硬化する樹脂などが好ましく用いられる。

【０００７】集電電極を形成させる方法としては、例え
ば前記のカーボン粒子を含有する銀ペーストを、該透明
導電膜上に従来慣用されているスクリーン印刷法に従っ
てスクリーン印刷を施し、必要ならば自然乾燥又は加熱
乾燥により溶媒をとばしたのち、加熱又は紫外線照射し
てバインダーを硬化させ、集電電極を形成させる方法な
どを用いることができる。このようにして形成された集
電電極は、太さが０．１〜０．８ｍｍで、厚さが１０〜
５０μｍの範囲にあり、かつ電極間隔が２〜２０ｃｍの
範囲にあるのが望ましい。

【０００８】次に、このようにして集電電極が形成され
た透明導電膜上に、ＥＣ層を設けるが、このＥＣ層を構
成するＥＣ材料としては、還元着色するカソーディック
材料及び酸化着色するアノーディック材料のいずれも用
いることができる。還元着色するカソーディック材料と
しては、例えばＷＯ３、ＭｏＯ３、ＭｏＳ３、Ｖ２Ｏ５
、ＭｇＷＯ４、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｗ４Ｏ６（Ｃ２
Ｏ４）ｘなどが挙げられるが、これらの中でＷＯ３が代
表的な還元着色材である。このＷＯ３をＥＣ層に用いた
場合、例えば電解質からＨ＋、Ｌｉ＋などイオン半径の
小さなカチオンと電源から電子が注入されると青色に着
色してくる。プロトン酸及びリチウム塩を電解質として
用いた場合を例にすると、それぞれ

【０００９】

【化１】

【００１０】

【化２】

【００１１】で示される反応を行う。この反応は可逆的
であるがＨｘＷＯ３及びＬｉｘＷＯ３の状態で電源回路
を開放すると、青色（還元状態）は長時間保持される。 また、酸化着色するアノーディック材料としては、例え
ばＩｒＯｘ、ＮｉＯｘ、ＣｏＯｘ、プルシアンブルー、
ポリアニリン、さらには結晶状態の異なるＷＯ３などが
挙げられる。また、ＥＣ層の厚さは、通常１０００〜６
０００Åの範囲で選ばれる。

【００１２】本発明ＥＣ素子における、対向電極につい
ては、特に制限はなく、該ＥＣ素子の用途により適宜選
ばれる。例えば該ＥＣ素子を反射型表示素子として用い
る場合、対向電極は水素や酸素の発生が少なく、かつ電
気化学的酸化還元反応に対して可逆性の良い電気容量の
大きな材料が用いられる。このような材料としては、例
えばカーボン、遷移金属化合物とカーボンとの複合材、
金属酸化物とカーボンとの複合材などが挙げられる。こ
の対向電極の厚さは、通常１０００Åないし１０μｍの
範囲で選ばれる。また、この場合、対向電極の支持体で
ある基板は必ずしも透明板である必要がなく、不透明板
であってもよい。

【００１３】一方、本発明ＥＣ素子を透過型表示素子や
透過型調光素子などとして用いる場合、対向電極として
は、透明基板を支持体とするＥＣ電極が好ましい。この
ＥＣ電極としては、前記で説明したＥＣ電極と同様に、
支持体である透明基板上に設けられた透明導電膜の上に
、カーボン粒子を含有する銀ペーストをスクリーン印刷
して集電電極を形成させ、さらにＥＣ層を設けたものが
好適である。この際、該ＥＣ層には、先のＥＣ電極にお
けるＥＣ層に還元着色するカソーディック材料又は酸化
着色するアノーディック材料を用いた場合、それぞれに
対応してアノーディック材料又はカソーディック材料が
用いられる。

【００１４】本発明ＥＣ素子は、特に大面積の透過型調
光素子として好適に用いられ、この場合、対向電極とし
て、前記したようなＥＣ電極が一般に使用される。本発
明のＥＣ素子において、ＥＣ電極と対向電極との間に介
在させる電解質については特に制限はなく、従来ＥＣ素
子の電解質として慣用されているもの、例えば液体電解
質、ゲル状電解質、固体電解質のいずれも用いることが
できるが、特に高分子多孔性薄膜の空孔中に、イオン導
電体を充填した高分子電解質薄膜から成る固体電解質が
好適である。

【００１５】一般に、液体電解質はイオン電導度が大き
いので応答性に優れているものの、液体であるため、素
子の構造及び組み立て上、液漏れ対策が必要であり、ま
た液漏れ対策をしても破損により、あるいは使用中に液
漏れが生じるおそれがあるなどの欠点を有している。こ
れに対し、ゲル状又は通常の固体電解質は前記のような
問題はないものの、イオン電導度が小さいために、応答
性が悪いという欠点がある。

【００１６】そこで、本発明者らは、イオン電導度の大
きな固体電解質を開発するために研究を重ね、先に高分
子多孔性薄膜の空孔中にイオン導電体を充填して成る高
分子電解質薄膜が、全体として固体として取り扱うこと
ができ、液漏れのおそれがない上、イオン導電性に優れ
ていることを見い出した。このような高分子電解質薄膜
をＥＣ素子の電解質として用いる場合、電極形成後に該
薄膜を両極間に挟めばよく、したがって電極形成時に該
電解質を劣化させることがない上、合わせガラスのプロ
セスでＥＣ素子を製作しうるなどの利点がある。

【００１７】前記高分子電解質薄膜は、高分子多孔性薄
膜の空孔中に、イオン導電体を充填させることにより得
られるが、該高分子多孔性薄膜としては、例えばポリオ
レフィン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリメタ
クリレート、ポリアセタール、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなど
の高分子材料、好ましくはポリオレフィン、ポリフッ化
ビニリデン及びポリテトラフルオロエチレン、より好ま
しくは重量平均分子量が５×１０５以上のポリオレフィ
ンから成る、膜厚０．１〜５０μｍ、より好ましくは１
〜２５μｍ、空孔率４０〜９０％、破断強度２００ｋｇ
／ｃｍ２以上、平均貫通孔径０．００１〜１．０μｍの
ものが用いられる。

【００１８】該ポリオレフィンとしては、例えばエチレ
ン、プロピレン、ブテン−１、４−メチルペンテン−１
などのα−オレフィンの単独重合体又は共重合体から成
る結晶性のポリオレフィン、具体的にはポリエチレン、
ポリプロピレン、エチレン−プロピレン共重合体、ポリ
ブテン−１、ポリ４−メチルペンテン−１などが好まし
く用いられる。これらの中で、特に重量平均分子量が５
×１０５以上のポリエチレン及びポリプロピレンが好適
である。

【００１９】このような高分子多孔性薄膜の空孔中に充
填させるイオン導電体としては、適当な有機溶媒と電解
質とから成る複合体が用いられる。該有機溶媒としては
、例えばプロピレンカーボネート、ジメトキシエタン、
γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ポリエチレンオ
キシド、ポリプロピレンオキシド、ベンゾニトリル、ベ
ンズアルデヒド、サリチル酸メチル、ベンジルアルコー
ル、３−クロロベンジルニトリル、ベンジルニトリル、
α−トリニトリルなどが挙げられ、これらは１種用いて
もよいし、２種以上を組み合わせて用いてもよい。

【００２０】一方、該電解質については、前記溶媒に可
溶なものであればよく、特に制限されず、例えばアルカ
リ金属塩、アルカリ土類金属塩、プロトン酸などが用い
られる。これらの電解質の陰イオンとしては、例えばハ
ロゲンイオン、硫酸イオン、リン酸イオン、過塩素酸イ
オン、チオシアン酸イオン、トリフッ化メタンスルホン
酸イオン、ホウフッ化イオンなどが挙げられる。該電解
質の具体例としては、フッ化リチウム、ヨウ化リチウム
、ヨウ化ナトリウム、過塩素酸リチウム、チオシアン酸
ナトリウム、トリフッ化メタンスルホン酸リチウム、ホ
ウフッ化リチウム、ヘキサフッ化リン酸リチウム、リン
酸、硫酸、トリフッ化メタンスルホン酸、テトラフッ化
エチレンスルホン酸、ヘキサフッ化ブタンスルホン酸な
どが挙げられ、これらは１種用いてもよいし、２種以上
を組み合わせて用いてもよい。高分子多孔性薄膜の空孔
に、前記イオン導電体を充填する方法については、特に
制限はなく、従来高分子多孔性薄膜にイオン導電体を充
填するのに慣用されている方法、例えば浸漬、塗布、ス
プレーなどの方法の中から任意の方法を選択して用いる
ことができる。

【００２１】

【実施例】次に本発明の実施態様の１例を添付図面に従
って説明すると、図１は透過型調光素子として用いる場
合の本発明ＥＣ素子の１例の断面図であって、透明基板
１上に、スクリーン印刷により形成された集電電極３を
有する透明導電膜２とＥＣ層４とから構成されるＥＣ電
極Ｉ、電解質層５、ＥＣ層６とスクリーン印刷により形
成された集電電極７を有する透明導電膜８とから構成さ
れるＥＣ電極ＩＩ（対向電極）及び透明基板９が順次積
層された構造を示している。

【００２２】透明基板１及び９には、通常ガラス板が用
いられ、透明導電膜２及び８は、酸化インジウムスズや
酸化スズなどで形成される。集電電極３及び７は、カー
ボン粒子を含有する銀ペーストを、それぞれ透明導電膜
２及び８上にスクリーン印刷することにより形成される
。ＥＣ層４には、還元着色するカソーディックＥＣ材料
、例えばＷＯ３やＭｏＯ３などが用いられ、一方、ＥＣ
層６には酸化着色するアノーディックＥＣ材料、例えば
ＩｒＯｘやプルシアンブルー錯体などが用いられる。も
ちろん、これとは逆であってもよい、また、電解質５と
しては、多孔性高分子薄膜の空孔に、イオン導電体を充
填して成る高分子電解質薄膜が好ましく用いられる。

【００２３】このような構造のＥＣ素子の両電極間に電
圧を印加してＥＣ層４及びＥＣ層６を着色させると、こ
のＥＣ素子は調光ガラス（ＥＣウインドー）として作用
する。またＥＣ層４及びＥＣ層６をパターン化すれば透
過型の表示素子としても使用できる。このような構造の
ＥＣ素子においては、表示モード時の入射光の透過率は
２０〜８０％程度であり、また耐久寿命は１０４〜１０
７回と長い。

【００２４】

【発明の効果】本発明ＥＣ素子は、ＥＣ電極として、透
明基板上に設けられた透明導電膜の上に、カーボン粒子
を含有する銀ペースをスクリーン印刷して集電電極を形
成させ、さらにＥＣ層を設けたものを用いたものであっ
て、大面積化が可能で、応答が速く、例えば建築分野に
おけるＥＣウインドーのような大面積の透過型調光素子
などとして好適に用いられる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は透過型調光素子として用いる場合の本発
明ＥＣ素子の１例の断面図である。

【００２６】

【符号の説明】

１　　透明基板 ２　　透明導電膜 ３　　集電電極 ４　　ＥＣ層 ５　　電解質層 ６　　ＥＣ層 ７　　集電電極 ８　　透明導電膜 ９　　透明基板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エレクトロクロミック電極と対向電極との
   間に電解質を介在させて成るエレクトロクロミック素子
   において、該エレクトロクロミック電極として、透明基
   板上に設けられた透明導電膜の上に、カーボン粒子を含
   有する銀ペーストをスクリーン印刷して集電電極を形成
   させ、さらにエレクトロクロミック材料から成る層を設
   けたものを用いたことを特徴とするエレクトロクロミッ
   ク素子。
2. 【請求項２】カーボン粒子を含有する銀ペーストが、該
   カーボン粒子を銀粒子に対して１〜４重量％の割合で含
   有するものである請求項１記載のエレクトロクロミック
   素子。
3. 【請求項３】透過型調光素子である請求項１又は２記載
   のエレクトロクロミック素子。