JPH05107565A - エレクトロクロミツク素子の製造方法 - Google Patents

エレクトロクロミツク素子の製造方法

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JPH05107565A
JPH05107565A JP3269179A JP26917991A JPH05107565A JP H05107565 A JPH05107565 A JP H05107565A JP 3269179 A JP3269179 A JP 3269179A JP 26917991 A JP26917991 A JP 26917991A JP H05107565 A JPH05107565 A JP H05107565A
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electrochromic
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Masayuki Yamada
昌幸 山田
Tatsuo Niwa
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 矩形のガラス製またはプラスチック製の素子
基板(S)上にエレクトロクロミック素子を積層する際
に、エレクトロクロミック物質層をアルゴンガスと酸素
ガスによる反応性直流スパッタリング法によって成膜す
る。 【効果】 基板温度上昇によるガラス基板の割れやプラ
スチック基板の変形を起こさずに成膜レートを増大させ
ることができ、また成膜速度を上げるために増大しても
ターゲットが割れ易くなることがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロクロミック
素子の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧を印加すると可逆的に電解酸化また
は還元反応が起こり可逆的に着色する現象をエレクトロ
クロミズムと言う。このような現象を示すエレクトロク
ロミック(以下、ECと略称する)物質を用いて、電圧
操作により着消色するEC素子(以下、ECDと略称す
る)を作り、このECDを光量制御素子(例えば、防眩
ミラー)や7セグメントを利用した数字表示素子に利用
しようとする試みは20年以上前から行なわれている。
例えばガラス基板の上に透明電極膜(陰極)、三酸化タ
ングステン薄膜、二酸化ケイ素のような絶縁膜、電極膜
(陽極)を順次積層してなるECD(特公昭52−46
098参照)が全固体型ECDとして知られている。こ
のECDに電圧を印加すると三酸化タングステン(WO
3 )薄膜が青色に着色する。その後、このECDに逆の
電圧を印加するとWO3 薄膜の青色が消えて無色にな
る。この着色、消色する機構は詳しくは解明されていな
いが、WO3 薄膜及び絶縁膜(イオン良導層)中に含ま
れる少量の水分がWO3 の着色、消色を支配していると
理解されている。着色の反応式は下記のように推定され
ている。
【0003】陰極側: H2 O→H+ +OH- WO3 +nH+ +ne- →HnWO3 (無色透明) (青 色) 陽極側: OH- →1/2H2 O+1/4O2 ↑+1/2e- ところで、EC層を直接又は間接的に挾む一対の電極層
は、EC層の着消色を外部に見せる為にすくなくとも一
方は透明でなければならない。特に透過型のECDの場
合には、両方とも透明でなければならない。透明な電極
材料としては、現在のところSnO2 、In2 3 、I
TO(SnO2 とIn2 3 との混合物)、ZnOなど
が知られているが、これらの材料は比較的透明度が悪い
ために薄くしなければならず、この理由及びその他の理
由から一般的にECDは基板、例えばガラス板やプラス
チック板の上に形成する。このようなECDの構造の一
例を図1に示す。
【0004】図1において(A)は上部透明電極、
(B)は下部透明電極、(E)は還元着色性EC層(例
えばWO3 )、(D)はイオン良導層、(C)は可逆的
電解酸化層または酸化着色性EC層(例えば酸化または
水酸化イリジウム)をそれぞれ示し、基本的にはこの
(A)〜(B)の積層構造だけでECDが構成される
が、前述のとおり、これらのECDは基板(S)上に形
成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エレクトロクロミック素子の製造方法では、EC物質層
をスパッタリング法で成膜する際に、ガラス基板の割れ
やプラスチック基板の変形が起こり易いという問題があ
った。この問題は、基板冷却のできないスパッタリング
装置で特に生じ易かった。また成膜レートを上げるため
に入力パワーを増大すると金属酸化物ターゲットが割れ
易くなるという問題もあった。
【0006】本発明の目的は上記問題を発生させないで
成膜レートを向上することにある。
【0007】
【問題点を解決する為の手段】従来のEC素子の製造方
法では、EC物質層を放電が安定な金属酸化物ターゲッ
トの高周波スパッタリング法により成膜していた。本発
明者らが研究したところ、金属酸化物ターゲットの高周
波スパッタリング法では成膜レートを増大すると輻射熱
により基板温度の上昇が著しくなり、このためにガラス
基板の割れやプラスチック基板の変形が起こり易くなる
ことがわかった。そして、EC物質層を金属ターゲット
の反応性直流スパッタリング法で成膜することにより成
膜レートを大きくしても前記のような問題がおこらない
ことを見いだし、本発明を成すに到った。
【0008】よって本発明は、一方または両方が透明な
一対の電極層とエレクトロクロミック物質層とイオン良
導層とからなるエレクトロクロミック素子の製造方法に
おいて、前記エレクトロクロミック物質層をアルゴンガ
スと酸素ガスによる反応性直流スパッタリング法により
成膜したことを特徴とするエレクトロクロミック素子の
製造方法を提供するものである。
【0009】また、エレクトロクロミック物質層は酸化
タングステンであることが好ましい(請求項第2項)。
さらに、反応性直流スパッタリング法でEC物質層を成
膜する際の酸素ガス分圧の範囲は1×10-4torrから8
×10-3torrであることが好ましい(請求項第3項)。
【0010】
【作用】EC物質層を金属ターゲットの反応性直流スパ
ッタリング法で成膜すると、成膜レートを増大しても輻
射熱による基板温度上昇が小さくガラス基板の割れやプ
ラスチック基板の変形が発生しにくい。また入力パワー
を増大してもターゲットが割れ易くなることもない。し
たがって金属酸化物ターゲットの高周波スパッタリング
法と比較して成膜レートを充分、大きくすることができ
る。
【0011】金属ターゲットの反応性直流スパッタリン
グ法は、金属酸化物ターゲットの高周波スパッタリング
法と比較して放電が不安定になる傾向があるが、本発明
の実施例においては特に問題となってはいない。本発明
におけるECDの積層構造は、特にどれと限定されるも
のではないが固体型ECDの構造としては例えば電極
層/EC層/イオン良導層/電極層 のような4層構
造;電極層/還元着色型EC層/イオン良導層/可逆
的電解酸化層 のような5層構造があげられる。
【0012】透明電極の材料としては、例えばSn
2 、In 2 3 、ITOなどが使用される。このよう
な電極層は一般には真空蒸着、イオンプレーティング、
スパッタリングなどの真空薄膜形成技術で成膜される。
還元着色性EC層としては、一般にWO3 、MoO3
どが使用される。イオン良導層としては、例えば酸化ケ
イ素、酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニウム、
酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化
ランタン、フッ化マグネシウムなどが使用される。これ
らの物質薄膜は電子に対して絶縁体であるが、プロトン
(H+ )及びヒドロキシイオン(OH- )に対しては良
導体となる。EC層の着消色反応にはカチオンが必要と
され、H+ イオンやLi+ イオンをEC層その他に含有
させる必要がある。H+ イオンは初めからイオンである
必要はなく電圧が印加されたときにH+ イオンが生じれ
ばよく、したがってH+ イオンの代わりに水を含有させ
てもよい。この水は非常に少なくて充分であり、しばし
ば大気中から自然に侵入する水分でも着消色する。
【0013】EC層とイオン良導層とは、どちらを上に
しても下にしてもよい。更にEC層に対して間にイオン
良導層を挟んで(場合により酸化着色性EC層ともな
る)可逆的電解酸化層ないし触媒層を配設してもよい。
このような層としては、例えば酸化ないし水酸化イリジ
ウム、同じくバナジウム、同じくルテニウム、同じくロ
ジウムなどがあげられる。これらの物質はイオン良導層
または透明電極中に分散されていてもよいし、逆にそれ
らを分散していてもよい。不透明な電極層は反射層と兼
用していてもよく、例えば金、銀、アルミニウム、クロ
ム、スズ、亜鉛、ニッケル、ルテニウム、ロジウム、ス
テンレスなどの金属が使用される。
【0014】EC物質層として酸化タングステンを使用
すると特性が良好なEC素子が得られ易い。また、酸化
タングステン薄膜層はスパッタリング法で容易に成膜で
きる。この酸化タングステン薄膜層を金属ターゲットの
反応性直流スパッタリング法で成膜する時の酸素ガス分
圧の範囲を1×10-4torr〜8×10-3torrにすると放
電が比較的安定である。しかも、基板温度上昇によるガ
ラス基板の割れやプラスチック基板の変形という問題を
起こさずに成膜レートを増大することができる。
【0015】酸素ガス分圧が1×10-4torr未満の場合
は吸収が大きく低透過率の酸化タングステン膜や金属に
近い膜が成膜されやすいという問題がある。また8×1
-3torrを越える場合は放電が不安定になりやすく均一
な膜が得られないという問題がある。以下、実施例によ
り本発明を具体的に説明する。
【0016】
【実施例】矩形のガラス製またはプラスチック製の素子
基板(S)の表面全体にITO電極層を形成し、次にフ
ォトエッチングまたはレーザーカッティングにより上部
電極(A)用の取り出し電極層(F)と下部電極層
(B)との間に溝を形成した。これにより取り出し部
(F)とそれより隔離した矩形の下部電極(B)を形成
した。なお、ITOをマスク蒸着することにより直接に
これらのパターンを形成してもよい。
【0017】次に酸化イリジウムと酸化スズとの混合物
からなる可逆的電解酸化層(C)とイオン良導層(D)
である酸化タンタルを順に成膜した後、EC物質層
(E)である酸化タングステンをタングステン金属ター
ゲットの反応性直流スパッタリング法により成膜する。
この時の成膜条件を以下に示す。 到達真空度:3×10-6torr スパッタガス圧:1×10-2torr(Ar、O2 ) 酸素ガス分圧:2×10-3torr 成膜レート:240Å/min 最後に、上部電極(A)としてITO層を形成してEC
Dを製造した。この時ITOは既に基板(S)上に形成
された取り出し部(F)と一端が接触するように形成し
た。
【0018】ここで断面がコの字型のリン青銅製の導電
性クリップ(H)を2本用意した。このクリップ(H)
2本を素子基板(S)の短辺側にそれぞれ装着し、これ
によりクリップ(H)が上部、下部各電極の取り出し部
を圧着するようにした(図2参照)。なお、この導電性
クリップ(H)の形状及び寸法は封止基板(G)の位置
決めとECD周辺の非表示部のマスキングができるよう
に設定した。
【0019】その後エポキシ樹脂(R)及びガラス製ま
たはプラスチック製の封止基板(G)により素子を封止
する。そして上部電極および下部電極の取り出し部に装
着された2本の導電性クリップ(H)それぞれに外部配
線LA 、LB をボンディングすると本実施例のECDが
出来上がる。これが図1に示すECDである。このEC
Dに駆動電源(Su)から着色電圧(+1.35V)を印
加すると基板に入射させた波長633nmの光に対して透
過率は20%に減少し(10秒後)、この透過率は電圧
印加を止めてもしばらく保たれた。今度は消色電圧(−
1.35V)を印加すると同じく透過率は70%に回復し
た(10秒後)。
【0020】〔比較例〕実施例のEC物質層である酸化
タングステンを、タングステン酸化物ターゲットの高周
波スパッタリング法により成膜したほかは全く同様にE
C素子を製造した。この時の酸化タングステン層の成膜
条件を以下に示す。 到達真空度:3×10-6torr スパッタガス圧:1×10-2torr(Arガスのみ) 成膜レート:100Å/min 成膜レートを更に増大するとガラス基板が割れたり、プ
ラスチック製基板が変形して素子を製造することができ
なかった。またターゲット表面にヒビ割れが発生しやす
くなった。
【0021】
【発明の効果】以上の通り、本発明によればEC物質層
を金属ターゲットの反応性直流スパッタリング法により
成膜するので成膜レートを増大しても輻射熱による基板
温度上昇が小さく、ガラス基板の割れやプラスチック基
板の変形が発生しにくい。また入力パワーを増大しても
ターゲットが割れやすくなることもない。従って、金属
酸化物ターゲットの高周波スパッタリング法と比較して
成膜レートを充分、大きくすることができる。
【0022】またEC物質層を酸化タングステンにする
ことにより、金属ターゲットの反応性直流スパッタリン
グ法で容易に成膜でき、また特性の良好な素子が得られ
易い。更に酸化タングステン層の成膜において、酸素ガ
ス分圧の範囲を1×10-4torr〜8×10-3torrにする
ことにより高透過率で均一な膜が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例にかかるECDの概略垂直断面
図である。
【図2】実施例の製造途中にあるECDの概略垂直断面
図である。
【主要部分の符号の説明】
A 上部電極 B 下部電極 E WO3 層または還元着色性EC層 D イオン良導層 C 可逆的電解酸化層 ECD エレクトロクロミック素子(積層構造) S 素子基板 G 封止基板 R 封止樹脂 H 導電性クリップ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一方または両方が透明な一対の電極層
    と、エレクトロクロミック物質層と、イオン良導層とか
    らなるエレクトロクロミック素子の製造方法において、
    前記エレクトロクロミック物質層をアルゴンガスと酸素
    ガスによる反応性直流スパッタリング法により成膜した
    ことを特徴とするエレクトロクロミック素子の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記エレクトロクロミック物質層は酸化
    タングステンであることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のエレクトロクロミック素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記反応性直流スパッタリング法の酸素
    ガス分圧の範囲が1×10-4torrから8×10-3torrで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第2項記載のエレ
    クトロクロミック素子の製造方法。
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WO2012099975A3 (en) * 2011-01-18 2012-11-01 Applied Materials, Inc. Electrochromic tungsten oxide film deposition

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012099975A3 (en) * 2011-01-18 2012-11-01 Applied Materials, Inc. Electrochromic tungsten oxide film deposition
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