JPH0695172A

JPH0695172A - エレクトロクロミック素子

Info

Publication number: JPH0695172A
Application number: JP4241778A
Authority: JP
Inventors: Koji Aoyama; 浩二青山; Toshio Hashimoto; 利夫橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1992-09-10
Filing date: 1992-09-10
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】固体電解質膜４と還元発色膜６との剥離を抑制
できるエレクトロクロミック素子を提供すること。【構成】エレクトロクロミック素子は、透明ガラス製の
基板１の表面に第１電極膜２、２ａと酸化発色膜３と固
体電解質膜４と混合膜５と還元発色膜６と第２電極膜７
とを、順に積層して構成したものである。酸化発色膜３
はＩｒ０ｘで構成されている。還元発色膜６はＷ０₃で
構成されている。固体電解質膜４はＴａ₂０₅に水成分
を含ませて構成されている。混合膜５は、還元発色膜６
の成分であるＷ０₃と固体電解質膜４の成分であるＴａ
₂０₅とが傾斜組成をもつ様に混合したものである。着
色反応により還元発色膜６が膨張したとしても、還元発
色膜６と固体電解質膜４の境界域における応力集中は軽
減され、還元発色膜６と固体電解質膜４との間の剥離は
抑制される。

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
子に関する。本発明の素子は電気信号に応じて発色して
表示を行うデイスプレイに適用できる。

【０００２】

【従来の技術】エレクトロクロミック素子は、電圧の印
加により電気化学的な酸化還元反応を誘起し、着色及び
消色を生じさせる素子であり、デイスプレイ等に利用さ
れている。エレクトロクロミック素子として、図５に示
す様に、透明ガラス基板１００と、透明な第１電極膜１
０１、給電膜１０１ａと、透明あるいは光反射性をもつ
第２電極膜１０２と、電極膜１０１、１０２間に配置さ
れ一方の電極膜１０１に対面する酸化イリジウム（Ｉｒ
０ｘ）からなる酸化発色膜１０３と、電極膜１０１、１
０２間に配置され他方の電極膜１０２に対面する酸化タ
ングステン（Ｗ０₃）からなる還元発色膜１０４と、酸
化発色膜１０３と還元発色膜１０４との間に配置された
固体電解質膜１０５とで構成されたものが知られてい
る。

【０００３】ここで、電極膜１０１、１０２間に直流電
圧が印加されると、固体電解質膜１０５からイオンが酸
化発色膜１０３及び還元発色膜１０４に供給され、酸化
発色膜１０３及び還元発色膜１０４に着色反応が誘起さ
れ、着色する。また、電極膜１０１、１０２間に逆電圧
が印加されると、消色する。また、特公昭５８−５２５
６６号公報には、電極間の任意の位置に、例えば、電極
膜と酸化発色膜との間、あるいは、還元発色膜と酸化発
色膜との間に絶縁膜を配置し、これにより電極間の電圧
を切った後の放電に伴う消色を抑制し、電圧を切った後
においても発色をできるだけ長く維持させる効果を奏す
るエレクトロクロミック素子が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図５に示す
エレクトロクロミック素子では、印加電圧が大きな場合
等において、発色膜に剥離が生じることがある。特に、
固定電解質膜１０５と還元発色膜１０４との密着性は良
好でなく、剥離が生じ易い。この場合、エレクトロクロ
ミック素子による表示に支障を来す。

【０００５】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、その目的は、印加電圧が大きな場合であって
も、エレクトロクロミック発色膜の剥離を抑制できるエ
レクトロクロミック素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記した目的
のもとに鋭意研究を進め、発色膜の成分と固体電解質膜
との成分が混合した混合膜を発色膜と固体電解質膜との
境界域に配置すれば、発色膜の剥離を抑制できることを
知見し、試験で確認し、本発明を開発した。剥離を抑制
できる理由は以下の様に推察されている。即ち、固体電
解質膜からのイオンの供給に起因して発色膜が膨張し、
この膨張差に起因して応力集中が発色膜と固体電解質膜
との界面に生じ、剥離が誘起される。

【０００７】しかし発色膜と固体電解質膜との間に上記
混合膜を設ければ、上記応力集中が軽減され、剥離が抑
制されるものと推察されている。即ち、本発明のエレク
トロクロミック素子は、基板と、互いに対向する一対の
電極膜と、電極膜間に位置して一方の電極膜に積層され
たエレクトロクロミック発色膜と、一対の電極膜間に配
置されエレクトロクロミック発色膜に着色反応を誘起す
るイオンを供給する固体電解質膜とで構成され、エレク
トロクロミック発色膜と固体電解質膜との境界域には、
エレクトロクロミック発色膜の構成成分と固体電解質膜
の構成成分とが混合した混合膜が積層されていることを
特徴とするものである。

【０００８】電極膜は透明型の場合にはインジウム−チ
ン−オキサイド（ＩＴＯ）、二酸化スズ（Ｓｎ０₂）等
で構成でき、反射型の場合にはアルミニウム（Ａｌ）等
で構成できる。エレクトロクロミック発色膜は還元発色
膜と酸化発色膜とで構成できる。還元発色膜は酸化タン
グステン（Ｗ０₃）、酸化モリブデン（Ｍｏ０₃）、酸
化バナジウム等で構成できる。酸化発色膜は酸化イリジ
ウム（Ｉｒ０ｘ）、ＮｉＯ等で構成できる。なお、発色
とは透明化も含む意味である。固体電解質膜は水成分等
の電解成分をもつ固体状態の膜であり、例えば、五酸化
二タンタル（Ｔａ₂０₅）、酸化シリコン（Ｓｉ
Ｏ₂）、酸化クロム（Ｃｒ₂Ｏ ₃）等をマトリックスと
して構成できる。なお、上記した膜は電子ビーム蒸着
法、加熱蒸着法、スパッタリング法等公知の薄膜製造手
段で形成できる。

【０００９】

【作用】混合膜はエレクトロクロミック発色膜の構成成
分と固体電解質膜との構成成分が混合して構成されてい
る。そのため、着色反応に伴い発色膜が膨張したとし
も、発色膜と固体電解質膜との境界域における応力集中
は、軽減される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明素子の実施例を図１〜図３を参
照して説明する。このエレクトロクロミック素子は、基
板１の表面に第１電極膜２、給電膜２ａと酸化発色膜３
と固体電解質膜４と混合膜５と還元発色膜６と第２電極
膜７とを、順に積層して構成したものである。

【００１１】基板１は透明ガラスで構成されている。第
１電極膜２はＩＴＯで厚みが１５０ｎｍとなる様に構成
されている。本素子は、基板１側から入光する反射型の
ため、第２電極膜７はアルミニウム（Ａｌ）で厚みが１
５０ｎｍとなる様に構成されている。酸化発色膜３は酸
化イリジウム（Ｉｒ０ｘ）で厚みが３００ｎｍとなる様
に構成されている。還元発色膜６は酸化タングステン
（Ｗ０₃）で厚みが５００ｎｍとなる様に構成されてい
る。固体電解質膜４は酸化発色膜３と還元発色膜６との
間に位置しており、五酸化二タンタル（Ｔａ₂０₅）で
厚みが８００ｎｍとなる様に構成されており、イオンと
なる水成分が微量含まれている。

【００１２】さて、本例を特色づける混合膜５は、還元
発色膜６と固体電解質膜４との境界域に配置されてい
る。混合膜５は、還元発色膜６の成分である酸化タング
ステンと固体電解質膜４の成分である五酸化二タンタル
とが混合したものである。混合膜５は傾斜組成をもつ。
即ち、図２の特性線Ａ１に模式的に示す様に、固体電解
質膜４の構成成分（五酸化二タンタル）の割合は、その
厚み方向において、還元発色膜６に向かうにつれて次第
に低下している。また図２の特性線Ａ２に模式的に示す
様に、還元発色膜６の構成成分（酸化タングステン）の
割合は、固体電解質膜４に向かうにつれて次第に低下し
ている。なお、本素子全体は樹脂等でシールされてい
る。

【００１３】本実施例では、混合膜５を成膜するにあた
り、２元電子ビーム蒸着装置８を用いた。図３に示す様
に、この蒸着装置８は、真空室８０をもつ真空槽８１
と、真空室８０に配置された第１ホルダー部８１及び第
２ホルダー部８２と、真空室８０に配置された第１フィ
ラメント８３及び第２フィラメント８４と、第１ホルダ
ー部８１及び第２ホルダー部８２に対面する基板ホルダ
ー８５と、基板ホルダー８５を回転させる回転軸８６
と、第１フィラメント８３及び第２フィラメント８４に
給電する図略の給電系と、真空室８０内を排気する排気
系とを備えている。

【００１４】そして第１電極膜２、酸化発色膜３、固体
電解質膜４を積層した基板１を基板ホルダー８５に保持
する。同様に、図３に示すごとく、五酸化二タンタルか
らなる第１蒸発源８７を第１ホルダー部８１に保持する
と共に、酸化タングステンからなる第２蒸発源８８を第
２ホルダー部８２に保持する。この状態で、真空室８０
を４×１０^-4Ｔｏｒｒ程度にする。

【００１５】そして、回転軸８６により基板ホルダー８
５を回転速度２０〜４０ｒｐｍで回転させつつ、給電系
を制御して、固体電解質膜４の成分である五酸化二タン
タルからなる第１蒸発源８７に第１フィラメント８３か
らの電子ビームＰ１をあてると共に、還元発色膜６の成
分である酸化タングステンからなる第２蒸発源８８に第
２フィラメント８４からの電子ビームＰ２をあてる。

【００１６】このとき、五酸化二タンタルの成膜速度を
成膜当初から成膜終期に向けて次第に減少すると共に、
酸化タングステンの成膜速度を成膜当初から成膜終期に
向けて次第に増加する。具体的には、五酸化二タンタル
の成膜速度は、成膜当初は１０Å／ｓであり、成膜終期
は１Å／ｓとなる。また、酸化タングステンの成膜速度
は、成膜当初は１Å／ｓであり、成膜終期は１０Å／ｓ
となる。これにより図２に模式的に示す様な傾斜組成を
もつ混合膜５が成膜される。

【００１７】なお本実施例では、酸化発色膜３はスパッ
タリング法、固体電解質膜４はイオンプレーティング
法、還元発色膜６はイオンプレーティング法、第１電極
膜２はスパッタリング法、第２電極膜７は蒸着法で成膜
した。ところで、上記したエレクトロクロミック素子の
使用の際には、第１電極膜２を正極に、第２電極膜７を
負極にした状態で、電極膜２、７間に直流電圧（例えば
０．２〜１．３ボルト程度）を印加する。すると、固体
電解質膜４から陰イオン（ＯＨ^-）が正極側の酸化発色
膜３に移行して酸化発色膜３で着色反応が生じ、酸化発
色膜３が灰色になる。また、固体電解質膜４から陽イオ
ン（Ｈ⁺）が負極側の還元発色膜６に移行して還元発色
膜６で着色反応が生じ、還元発色膜６が青色になり、こ
れにより表示が行われる。なお、電圧印加方向を逆にす
ると、酸化発色膜３は無色になり、還元発色膜６は透明
になる。

【００１８】以上説明した様に本実施例では、混合膜５
は還元発色膜６の構成成分と固体電解質膜４との構成成
分が混合して構成されているので、着色反応に起因して
還元発色膜６が膨張したとしても、混合膜５により、還
元発色膜６と固体電解質膜４の境界域における応力集中
は軽減される。従って、還元発色膜６と固体電解質膜４
との間の剥離は抑制され、長期間にわたり良好な表示を
行うことができる。

【００１９】なお本実施例では、酸化発色膜３と固体電
解質膜４との境界の密着強度は、確保され、通常の使用
段階では酸化発色膜３の剥離は生じない。そのため、酸
化発色膜３の成分と固体電解質膜４との成分が混合した
混合膜を、酸化発色膜３と固体電解質膜４との間に形成
せずとも足りる。しかし、場合によっては混合膜を形成
しても良い。

【００２０】ところで、図４は一般的なエレクトロクロ
ミック素子の電圧特性を示す。図４の縦軸は反射率を示
し、横軸は時間を示す。ここで、反射率が小さいこと
は、還元発色膜６の着色が進んでいるため、光の透過が
少ないことを意味する。また、反射率が大きいことは、
還元発色膜６の着色反応が進んでいないため、光の透過
が多いことを意味する。ここで一般的なエレクトロクロ
ミック素子では、図４の特性線から理解できる様に、印
加電圧が高い場合には、反射率が低下するものである。
即ち、印加電圧が高い場合には、還元発色膜６の着色反
応の進行が大きくなり、還元発色膜６の膨張が大きくな
るものであり、そのため還元発色膜６の剥離のおそれが
増す。この関係で、一般的なエレクトロクロミック素子
では駆動電圧の上限は約１．３５Ｖである。それ以上の
電圧印加は、短時間印加の場合を除いて通常は行わな
い。

【００２１】しかし本実施例では前述した様に混合膜５
の作用により還元発色膜６の耐剥離性を向上させている
ので、高い電圧印加が可能となり、駆動電圧を例えば
１．６Ｖ程度にすることも可能となり、着色応答性の向
上、着色量可変範囲の拡大を図ることができる。（他の例）上記した例のエレクトロクロミック素子は反
射型のため、第２電極膜７はＡｌ膜で形成されている
が、エレクトロクロミック素子が透過型の場合には、第
２電極膜７を透明性をもつＩＴＯ膜で形成することもで
きる。

【００２２】また上記した例では、図２の特性線Ａ１、
Ａ２に示す様に、混合膜５の構成成分の割合は直線的に
変化しているが、これに限らず、混合膜５の構成成分の
割合が非直線的に変化している形態であっても良い。

【００２３】

【発明の効果】本発明のエレクトロクロミック素子で
は、混合膜はエレクトロクロミック発色膜の成分と固体
電解質膜との成分が混合して構成されているので、着色
反応に起因して発色膜が膨張したとしも、発色膜と固体
電解質膜の境界域における応力集中は軽減される。従っ
て、発色膜と固体電解質膜との間の剥離は抑制され、長
期間にわたり良好な表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】エレクトロクロミック素子を模式的に示す断面
図である。

【図２】混合膜の組成割合を模式的に示すグラフであ
る。

【図３】蒸着装置を模式的に示す断面図である。

【図４】エレクトロクロミック素子の電圧特性を示すグ
ラフである。

【図５】従来例に係るエレクトロクロミック素子を模式
的に示す断面図である。

【符号説明】

図中、１は基板、２は第１電極膜、３は酸化発色膜、４
は固体電解質膜、５は混合膜、６は還元発色膜、７は第
２電極膜を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、互いに対向する一対の電極膜と、
該電極膜間に位置して一方の電極膜に積層されたエレク
トロクロミック発色膜と、該一対の電極膜間に配置され
該エレクトロクロミック発色膜に着色反応を誘起するイ
オンを供給する固体電解質膜とで構成され、該エレクトロクロミック発色膜と該固体電解質膜との境
界域には、該エレクトロクロミック発色膜の構成成分と
該固体電解質膜の構成成分とが混合した混合膜が積層さ
れていることを特徴とするエレクトロクロミック素子。