JPH0617960B2 - エレクトロクロミック・ディスプレイ素子 - Google Patents

エレクトロクロミック・ディスプレイ素子

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JPH0617960B2
JPH0617960B2 JP25336587A JP25336587A JPH0617960B2 JP H0617960 B2 JPH0617960 B2 JP H0617960B2 JP 25336587 A JP25336587 A JP 25336587A JP 25336587 A JP25336587 A JP 25336587A JP H0617960 B2 JPH0617960 B2 JP H0617960B2
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graphite
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conductive layer
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pyrolytic carbon
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友成 鈴木
和田  弘
芳和 好本
勝 吉田
重夫 中島
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、黒鉛層間化合物のステージ構造変化による色
の変化を用いたエレクトロクロミック・ディスプレイ素
子に関するものである。
<従来の技術> 黒鉛は層状構造を有し、その層間に種々の原子及び分子
を規則正しく取り込んで、層間化合物を形成することが
できる。これら層間化合物は、挿入原子(分子)の種類
及びステージ構造により異なった色を呈する。アルカリ
金属であるリチウムを挿入原子種としたリチウム−黒鉛
層間化合物のステージ構造の可逆的変化による色の変化
を用いて、エレクトロクロミック・ディスプレイ素子を
形成できることが、すでにフルーガ(P.Pfluger)ら
により指摘されており、また彼らはその試作も行ってい
る(Appl.Phys.Lett.35(1979)771,Synt
h.Met.3(1981)27)。
フルーガらは、作用極となる黒鉛にHOPG(Highly
Oriented Pyrolytic Graphite,ユニオンカーバイド
社製)を、対極に金属リチウムを用いたものであり、リ
チウムイオンの移動層となるイオン伝導層としては、D
MSO(ディメチル・スルホオキサイド)等の有機溶媒
(液体電解質)か、または、固体イオン伝導体であるL
Nを用いている。
第4図は、LiNをイオン伝導層に用いた場合のフル
ーガらの試作したエレクトロクロミック・ディスプレイ
素子の一例を示す。ガラス窓材(ガラス基板)21の上
に、透明電極22、作用極23、イオン伝導層24、対
極25、電極26、ガラス基板27が順次積層された構
造を有する。電極22,26の間に電圧が加えられる
と、リチウムが対極25からイオン伝導層24を通って
作用23に注入され、又逆に放出されて、作用23の色
が可逆的に変化する。電極26が透明であれば、色の変
化はガラス窓材21,27の両方の側から観測すること
ができる。
<発明が解決しようとする問題点> 作用極にHOPGを用いたエレクトロクロミック・ディ
スプレイ素子には、次のような問題点がある。
イオン伝導層24に有機溶媒を用いた素子は、0.2秒
という速い応答速度を示すが、その安定性に難点をも
つ。作用極23として用いられているHOPGはその高
結晶性及び高配向性の故にディスプレイ機能の作動中に
おいて、リチウム原子のみならず、イオン伝導層24と
して用いられている有有機溶媒分子をもまた同時に層間
に取り込む。有機溶媒分子は大きな分子であるため、H
OPGの層間距離は、これらの分子を取り込むと大幅に
膨張するが、このことによりHOPGの結晶構造の崩壊
がしばしばひき起こされる。イオン伝導層に有機溶媒を
用いた場合のディスプレイ機能の不安定性は、この有機
溶媒分子のHOPG中への挿入に起因する。
一方、イオン伝導層24として固体イオン伝導体である
LiNを用いた素子(第4図参照)においては、上記
の様な不安定性は解決されるが、応答速度が大幅に低下
する。この構造においては、イオン伝導層24が不透明
であるので、黒鉛層間化合物の色の変化は黒鉛作用極2
3のイオン伝導層24に接した側ではなく、その反対側
からしか観測できない。従って、イオン伝導体に接した
側から挿入されたリチウム原子が観測窓21の側まで作
用極23の黒鉛中を拡散していく時間の分だけ応答速度
が遅くなることになる。
この応答速度の低下を防ぐには、作用極23の黒鉛の厚
さを数100Å程度に薄くする必要がある。HOPGは
剥離させることにより薄くすることができるが、数10
0Å程度の薄膜を剥離により制御性よく得ることは困難
である。また、作用極23として数100Å程度の薄膜
をガラス板21,27中にはさみこんで第4図のような
素子構造を形成するという複雑な工程は工業的な生産に
は適さない。
更に、HOPGは高圧下かつ2000℃以上の高温での
熱処理という複雑な工程を経て合成されるために高価で
あるという問題点がある。液晶等の多種のディスプレイ
素子の存在する中で需要を見出すためには、より安価な
黒鉛を作用極としてエレクトロクロミック・ディスプレ
イ素子を形成することが望ましい。
本発明の目的は、上記従来の現状に鑑みてなされたもの
であり、安定でかつ高応答速度のディスプレイ機能を示
し、工業的生産に適した低価格の黒鉛層間化合物を用い
たエレクトロクロミック・ディスプレイ素子を提供する
ことである。
<問題点を解決するための手段> 本発明に係るエレクトロクロミック・ディスプレイ素子
は、イオン伝導層を介して作用極と対極が設けられてい
るエレクトロクロミック・ディスプレイ素子であって、
上記作用極は、炭化水素化合物の約1000℃での熱分
解により合成された黒鉛構造を有する微結晶の集合体か
らなる熱分解炭素膜からなり、上記微結晶間でのC軸方
向の乱れが±45゜以下であることを特徴とする。
<作 用> 熱分解炭素は、炭化水素化合物の1000℃前後での熱
分解で得られるものであり、黒鉛構造を有する微結晶の
集合体である。この熱分解炭素は、これを更に2000
℃程度以上の高温で熱処理することにより得られるもの
であるところの、黒鉛の結晶構造のよく発達した、HO
PG等の熱分解黒鉛とは区別される。熱分解炭素の黒鉛
微結晶(結晶子)は、通常ランダムな配列をしている
が、その合成方法にCVD(化学堆積)法を用い、合成
条件を制御することにより、結晶子間の配向性を向上さ
せることができ、C軸方向の乱れが、±45゜以下の高
配向性熱分解炭素の合成が可能である。
熱分解炭素はリチウム等の比較的小さな原子種を層間に
取り込んで層間化合物を形成し、HOPGの場合と同様
なステージ構造及び色の変化を示す。とくに前述の高配
向性熱分解炭素は、小さな原子種の膜中での拡散速度が
HOPGと同等程度に速い。従って、これを作用極とし
て用いたエレクトロクロミック・ディスプレイ素子の形
成が可能である。
リチウムのような小さな原子種が黒鉛層間化合物を形成
する際には、これらの原子種は黒鉛結晶子の層間のみで
はなく、黒鉛の結晶欠陥を通路として黒鉛内部へと拡散
していく。高配向性熱分解炭素は、HOPG等の熱分解
黒鉛と比較するとはるかに多くの結晶欠陥を有するた
め、小さな原子種の挿入には非常に適している。
一方、有機溶媒分子の大きな分子は、黒鉛結晶子の層間
のみを通路とし、隣接した結晶子間を乗り移るようにし
て、黒鉛内部へと拡散していく。故に、隣接した結晶子
間の平行性(即ち配向性)が悪く、また、結晶子が小さ
いために結晶子間の境界の多い黒鉛種では、大きな分子
を挿入種とした層間化合物は形成されにくい。高配向性
熱分解炭素は、熱分解炭素としては高配向性であるが、
HOPG(C軸方向の乱れは±1゜以内)に比較すると
結晶子間の平行性が悪く、また結晶子の大きさは、径1
00Å程度とHOPGの約1μmに比較してはるかに小
さいため、有機溶媒分子のような大きな分子種の挿入は
起こらない。
従って、高配向性熱分解炭素を作用極に用いたエレクト
ロクロミック・ディスプレイ素子では、イオン伝導層に
有機溶媒を用いた場合においても、黒鉛の層間への溶媒
分子の挿入は起こらず、リチウム原子のみが選択的に挿
入されるため、安定なディスプレイ素子機能を得ること
ができる。
また、この高配向性熱分解炭素は1000℃前後の比較
的低温で合成されるため、石英ガラス等の透明基板上に
合成でき、更にCVD反応の反応時間を制御することで
厚さ100Å程度の膜を容易に制御性よく得ることがで
きる。従って、この高配向性熱分解炭素を作用極として
用いると、LiNのような不透明なイオン伝導層を用
いた場合においても、膜厚の薄さの故に速い応答速度の
ディスプレイ機能を得ることができる。また、熱分解炭
素合成の基板に用いた透明ガラス板をそのままディスプ
レイ素子の窓材として用いることにより、厚さ数100
Å程度の薄膜をガラス板ではさむという複雑な工程を経
ずにエレクトロクロミック・ディスプレイ素子を製造す
ることができる。
更に、この高配向性熱分解炭素は、HOPGと比較して
低温で合成でき、かつ高圧下での熱処理等の複雑な工程
を必要としないため、製造コストがはるかに低く、より
安価なエレクトロクロミック・ディスプレイ素子を製造
することができる。
<実施例> 以下、添付の図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。
<例1> 第1図に、本発明により構成された、イオン伝導層3に
有機溶媒を用いた場合のエレクトロクロミック素子の素
子構成を示す。石英ガラスのガラス窓材1の上に透明電
極2を形成する。イオン伝導層(液体電解質)3に用い
る有機溶媒にはDMSO(ジメチルスルホオキサイ
ド)、透明電極2にはITO(インジウムスズ酸化物)
を用いた。
一方、作用極5には、透明石英ガラス板上に1000℃
でのベンゼンの熱分解CVD(化学堆積)法で反応条件
を制御して合成された高配向性熱分解炭素膜を用い、石
英ガラス板の片面の炭素膜を削りおとしたものをそのま
ま窓材6として用いた。熱分解炭素の集電は第2図に示
したような枠状のニッケル板を集電板4として、作用極
5の上に配置する。そして、イオン伝導層3を透明電極
2と作用極5とではさんで組立てる。色の変化は、ガラ
ス窓材1の側から観測される。
作用極5の高配向性熱分解炭素膜に、第1ステージの組
成(CLi)にまでリチウム原子を挿入した後、第1
図に示す素子を形成する。そして両電極2,5間に−3
Vの電圧を印加することにより作用極5は第1ステージ
リチウムグラファイト層間化合物(CLi)の金色を
呈し、−1.5Vの電圧をかけることにより第2ステー
ジリチウム−グラファイト層間化合物(C12Li)の
青色を呈した。
色変化の応答時間は0.2秒で、800万回の駆動後も
安定なディスプレイ機能を示した。
<例2> 第3図にイオン伝導層13にLiNを用いた場合のエ
レクトロクロミック・ディスプレイ素子の素子構成を示
す。ガラス基板11の上に電極12を形成し、さらにそ
の上に対極(リチウム)17を積層する。イオン伝導層
13には、固体電解質であるLiNを用いる。一方、
例1と同様に石英ガラス板の窓材16の上に高配向性熱
分解炭素膜(厚さ200Å)を作用極15として形成
し、その上に枠状のニッケル板である集電極14を配置
する。そしてイオン伝導層13を対極17と作用極15
ではさんで組立てる。色の変化は窓材16の側から観測
される。
この例2のエレクトロクロミック・ディスプレイ素子は
例1の素子と同様な色の変化を呈し、また色変化の応答
時間は0.3秒であった。
<発明の効果> 以上ように、本発明のエレクトロクロミック・ディスプ
レイ素子は、イオン伝導層に有機溶媒を用いた場合にも
安定なディスプレイ機能を示し、また、イオン伝導層に
LiNのように不透明な物質を用いた場合にも速い応
答速度を示す。
更に、作用極である熱分解炭素の成長基板である石英ガ
ラスをそのままディスプレイ素子の窓材に用いることに
より素子の製造工程を簡略化するこができ、かつ作用極
にHOPGを用いた場合に比較して低価格のディスプレ
イ素子である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の1実施例のエレクトロクロミック・
ディスプレイ素子の素子構成図である。 第2図は、作用極である熱分解炭素膜の集電方法を示す
斜視図である。 第3図は、本発明の別実施例のエレクトロクロミック素
子の素子構成図である。 第4図は、従来のエレクトロクロミック素子の一例の素
子構成図である。 2,12……透明電極、3,13……イオン伝導層、
5,15……作用極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 勝 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内 (72)発明者 中島 重夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ヤープ株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】イオン伝導層を介して作用極と対極が設け
    られているエレクトロクロミック・ディスプレイ素子で
    あって、 上記作用極は、炭化水素化合物の約1000℃での熱分
    解により合成された黒鉛構造を有する微結晶の集合体か
    らなる熱分解炭素膜からなり、上記微結晶間でのC軸方
    向の乱れが±45゜以下であることを特徴とするエレク
    トロクロミック・ディスプレイ素子。
JP25336587A 1987-10-06 1987-10-06 エレクトロクロミック・ディスプレイ素子 Expired - Lifetime JPH0617960B2 (ja)

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JP25336587A JPH0617960B2 (ja) 1987-10-06 1987-10-06 エレクトロクロミック・ディスプレイ素子
DE8888309338T DE3878383T2 (de) 1987-10-06 1988-10-06 Sekundaerbatterie.
EP88309338A EP0311410B1 (en) 1987-10-06 1988-10-06 Secondary battery
US07/381,262 US4917973A (en) 1987-10-06 1989-07-18 Secondary battery

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