JPH07502840A - Light modulation device including improved electrodes - Google Patents

Light modulation device including improved electrodes

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JPH07502840A
JPH07502840A JP5512429A JP51242993A JPH07502840A JP H07502840 A JPH07502840 A JP H07502840A JP 5512429 A JP5512429 A JP 5512429A JP 51242993 A JP51242993 A JP 51242993A JP H07502840 A JPH07502840 A JP H07502840A
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アール. ギルバート,ローレンス
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ミネソタ マイニング アンド マニュファクチャリング カンパニー
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 向上した電極を含む光変調装置 関連明細書 本明細書は「紫外線重合性マトリックスおよび種々の光透過率を有するポリマー 分散液晶装置およびその製造法J (Pol)+ner−DispersedL iquid Crystal Device )laving an Ultr aviolet−PolymerizableMatrix and a Va riable 0ptical Transmission and Meth od forPreparing the Same)という題のMiller らの米国特許出願(事件整理番号箱44609USAIB、 1992年1月I O日出願)に関連し、それは本明細書と同時出願され、本願と同一の譲受人に指 定されている。これを引用によりここに取り入れる。[Detailed description of the invention] Light modulation device including improved electrodes Related statements This specification refers to ``UV polymerizable matrices and polymers with various light transmittances''. Dispersed liquid crystal device and its manufacturing method J (Pol)+ner-DispersedL iquid Crystal Device) loving an Ultr aviolet-PolymerizableMatrix and a Va riable 0ptical Transmission and Meth Miller entitled od for Preparing the Same) United States Patent Application (Case Docket No. 44609USAIB, January 1992 I 0), which was filed concurrently with this specification and is directed to the same assignee as the present application. has been established. This is incorporated herein by reference.

発明の背景 発明の分野 本発明は光変調装置用の向上した電極に関する。Background of the invention field of invention The present invention relates to improved electrodes for light modulators.

関連技術の説明 光変調装置は、その光学特性が電界に応答して変化し、その電界を逆にする、ま たは除去するときに元の状態に戻る装置である。光変調装置の1つの例は、エレ クトロクロミック(electrochromic)デバイスである。このよう な装置は光学特性の変化を生ぜしめる可逆性化学反応による。他の例は電界の印 加時に光学的外観が変化する液晶表示装置である。Description of related technology A light modulator is a light modulator whose optical properties change in response to an electric field to reverse or reverse the electric field. or a device that returns to its original state when removed. One example of a light modulator is an electronic It is an electrochromic device. like this The device relies on reversible chemical reactions that produce changes in optical properties. Another example is the electric field sign This is a liquid crystal display device whose optical appearance changes over time.

光変調装置の第三の例は、例えば、Fcrgasonの米国特許第4.435. 047号に記載の、所謂ネマティックカービリニアーアラインドフェーズ(M( !ma口c Curvilinear Aligned Phase(NCAP ))装置である。これらの装置は液晶材料がポリマーマトリックス中に封入され た液晶層を含む。対人材料は水性エマルジョン中で液晶材料とポリマーマトリッ クスとを組み合わせること、そしてエマルジョンからフィルムをキャスティング することにより製造される。これらの装置は、電界が存在しないときには光散乱 のために比較的半透明であるが、電界の印加時には比較的透明である。A third example of a light modulating device is, for example, U.S. Pat. No. 4.435. of Fcrgason. The so-called nematic linear aligned phase (M( ! ma mouth c Curvilinear Aligned Phase (NCAP )) device. These devices have a liquid crystal material encapsulated in a polymer matrix. Contains a liquid crystal layer. The material is a liquid crystal material and a polymer matrix in an aqueous emulsion. and casting the film from the emulsion Manufactured by These devices produce light scattering when no electric field is present. It is relatively translucent when an electric field is applied, but it is relatively transparent when an electric field is applied.

光変調装置の第四の例は、例えば、Doaneらの米国特許第4.688.90 0号に記載のポリマー分散液晶(PDLC)装置である。これらの装置は液晶液 滴がポリマーマトリックス全体にわたって分散している液晶層を含む。この液晶 層は、液晶と重合性マトリックスプリカーサ−(例えば、1種以上の紫外線重合 性モノマー)とを組み合わせること、そして、この混合物に重合条件を受けさせ ることにより製造される。重合は液晶材製1の相分離をもたらし、ポリマーマト リ・ノクス全体を通して分散した液晶液滴を形成する。NCAP装置のように、 PDLC装置は散乱のために電界のない条件で半透明で、電界のある条件で透明 である。A fourth example of a light modulating device is, for example, U.S. Pat. No. 4.688.90 to Doane et al. This is a polymer dispersed liquid crystal (PDLC) device described in No. 0. These devices are liquid crystal liquid The droplets include a liquid crystal layer dispersed throughout a polymer matrix. This LCD The layer includes a liquid crystal and a polymerizable matrix precursor (e.g., one or more UV polymerizable monomers) and subjecting this mixture to polymerization conditions. Manufactured by Polymerization results in phase separation of liquid crystal material 1, resulting in polymer maturation. Forming liquid crystal droplets dispersed throughout the linox. Like the NCAP device, PDLC devices are translucent in the absence of an electric field due to scattering and transparent in the presence of an electric field. It is.

全ての上記の光変調装置は、電気活性層の少なくとも片側上に、電界を印加する ための透明電極を必要とする。もう片方の電極は透明でも不透明であってもよい 。適切な透明電極は一般に2種に分類される。All of the above light modulation devices apply an electric field on at least one side of the electroactive layer. requires a transparent electrode. The other electrode can be transparent or opaque . Suitable transparent electrodes generally fall into two categories.

第一の分類は、インンウムー錫酸化物(ITo)または酸化錫のような非金属透 明導体である縮退型半導体を含む。Fergasonの米国特許第4.435. 047号に記載のNCAP装置はこのような電極を使用する。これらの電極は可 視光の高い透過率およびおよび低い反射率を示すという利点を有する。それらは 、例えば、液晶層への化学的劣化に対しても比較的安定であり、このように、そ れらに更なる保持表子7−502840 (3) 護を付与する必要がないであろう。しかし、それらの導電率および太陽光制御性 (即ち、電極が反射または吸収による不可視光の透過°を妨げる度合い)は特定 の用途では最適ではない。The first category consists of non-metal transparent materials such as indium tin oxide (ITo) or tin oxide. Contains degenerate semiconductors that are bright conductors. Ferguson U.S. Pat. No. 4.435. The NCAP device described in No. 047 uses such electrodes. These electrodes are It has the advantage of exhibiting high transmittance and low reflectance of visible light. They are , for example, is relatively stable against chemical deterioration to the liquid crystal layer; Additional retention table 7-502840 (3) There would be no need to provide protection. However, their conductivity and solar controllability (i.e., the degree to which the electrode impedes the transmission of invisible light by reflection or absorption) It is not optimal for this purpose.

第二の分類は薄膜として適用されるときには透明である銀のような金属導体を含 む。このような電極は高い導電率および良好な太陽光制御性を示すという利点を 有する。これらの導体のより高い導電率は部分的に導電性の電気活性材料を有す る大面積ディスプレー構造体を可能にする。しかし、それらは化学、熱および紫 外線劣化を受けやすく、そのため、装置寿命を制限する。更に、それらの透過お よび反射特性は最適ではない。The second classification includes metallic conductors such as silver that are transparent when applied as thin films. nothing. Such electrodes have the advantage of high conductivity and good solar control. have The higher conductivity of these conductors has partially conductive electroactive materials Enables large-area display structures. But they are chemical, thermal and purple It is susceptible to external radiation degradation, thus limiting device life. Furthermore, their penetration and reflection properties are not optimal.

金属表面を化学および物理的攻撃から保護するために誘電体層をオーバーコート した金属フィルム(例えば、銀フィルム)を提供することが知られる。しかし、 このような用途において、金属フィルムは電界を印加するためには用いられてい ない。例えば、Haasらの、^pplied 0ptics、 14(11) :2639〜44(+975)は、銀金属の反射率を同時に維持しながらスルフ ィドおよび湿分の攻撃による曇りから鈑金属を保護するためのAl2O,および S iOxフィルムによりコートされた銀鏡を記載している。Overcoating the metal surface with a dielectric layer to protect it from chemical and physical attack It is known to provide metal films (eg, silver films) that are but, In such applications, metal films are not used to apply the electric field. do not have. For example, Haas et al., pplied 0ptics, 14(11) :2639~44(+975) is a sulfur while maintaining the reflectance of silver metal at the same time. Al2O to protect the sheet metal from clouding due to hydride and moisture attack, and A silver mirror coated with SiOx film is described.

金属フィルムへの誘電体フィルムの適用が下層金属フィルムの光学特性を変化さ せうろことも知られている。例えば、Kusanoらの、J、 Vac、 Sc i、 and Tech、 、 A4(6) :2907〜10(1986)は 、例えば、酸化亜鉛および銀の透明熱反射性フィルムを記載している。ここで、 銀層は赤外線を反射し、酸化物層は可視光反射を抑制する。5aintyらの、 Appl、0ptics、23(7):1116〜19(19984)は金属フ ィルム上の誘電体フィルムは環境から金属を保護すること、およびその光学特性 を向上すること(例えば、その反射特性を変化させることによる)の2つの機能 を行うことができることを記載している。どちらの場合にも、しかしながら、金 属フィルムは電界の印加を用いない。Application of a dielectric film to a metal film changes the optical properties of the underlying metal film. It is also known as Seuroko. For example, Kusano et al., J, Vac, Sc i, and Tech, A4(6):2907-10 (1986) , for example, describes transparent heat reflective films of zinc oxide and silver. here, The silver layer reflects infrared light, and the oxide layer suppresses visible light reflection. 5ainty et al. Appl, Optics, 23(7):1116-19 (19984) The dielectric film on the film protects the metal from the environment and its optical properties. (e.g. by changing its reflective properties) It describes what can be done. In both cases, however, gold Genuine films do not use the application of an electric field.

Van Konyncnbergらの5PIE第823巻、0ptical M aterialsTechnology for Energy Effici ency and 5olar [!nergy ConversionVl、 PP、 143〜50(1987)はNCAPCA相料層を含む太陽照射を制御 するための窓を記載している。電極の片方は「低放射率」ガラスであると言われ る。しかし、その組成は更に特定されてはいない。Van Konyncnberg et al. 5PIE Volume 823, 0ptical M materialsTechnology for Energy Efficiency ency and 5olar [! energy Conversion Vl, PP, 143-50 (1987) Controls Solar Irradiation Including NCAPCA Phase Material Layers The window for doing so is listed. One side of the electrode is said to be "low emissivity" glass. Ru. However, its composition has not been further specified.

Fergasonの米国特許第4.810.063号は液晶材料層を支持する基 材の裏側表面(即ち、液晶材料層から最も離れた表面)が「チューニングされた 」誘電体コーティングを含むNCAP装置を記載している。Ferguson, U.S. Pat. No. 4,810,063 describes a substrate supporting a layer of liquid crystal material. The back surface of the material (i.e., the surface furthest from the liquid crystal material layer) ” describes an NCAP device that includes a dielectric coating.

適切なコーティングの例はフッ化リチウムおよび酸化バリウムを含む。コーティ ングの目的は電界のない状態での照明を向上させるために選択的な建設的および 破壊的な光干渉を行うことである。しかし、コーティングは電極(インジウム− 錫酸化物、酸化錫、アンチモンドープされた酸化錫または導電性インクとして記 載された)に適用さねない。Examples of suitable coatings include lithium fluoride and barium oxide. coati The purpose of this is to provide selective constructive and This is to perform destructive optical interference. However, the coating Described as tin oxide, tin oxide, antimony doped tin oxide or conductive ink. (listed) may apply.

発明の要旨 一般に、本発明は、少なくとも片方の電極が透明である1対の金属N極を通して 電界が印加される電気活性層(即ち、光学特性が印加された電界に応答して変化 する層)を含み、ここで、少なくとも片方の電極は、電極の劣化耐性(例えば、 化学、熱、湿分および紫外光誘導劣化への耐性)を向上するために、電極と電気 活性層との間に挟まれた不動態化薄膜誘電体層を更に含む、光変調装置を含む。Summary of the invention In general, the present invention provides a method for connecting metal N-electrodes to a an electroactive layer to which an electric field is applied (i.e., the optical properties change in response to the applied electric field) layer), where at least one of the electrodes has a layer that is resistant to electrode degradation (e.g. Electrodes and electricity to improve resistance (to chemical, heat, moisture and ultraviolet light induced degradation) A light modulating device further includes a passivated thin film dielectric layer sandwiched between the active layer.

この誘電性不動態化層(即ち、10%より低い光吸収率を有し、且つ、I x  l O’ mho/cmより低い導電率を有する材料から製造された層)は好ま しくは光変調装置の両方の電極に適用される。このようにして、電極の寿命およ びそれにより装置の寿命は伸びる。This dielectric passivation layer (i.e. has a light absorption of less than 10% and Layers made from materials with a conductivity lower than lO' mho/cm) are preferred. or applied to both electrodes of the light modulator. In this way, electrode life and and thereby extend the life of the equipment.

両方の電極に誘電体層が付される場合、各電極の誘電体層はもう一つの電極の誘 電体層と同一であるか、または異なっていてよい。より厚い実質的に不透明な金 属電極も誘電体層によって保護されつる。If both electrodes are provided with a dielectric layer, the dielectric layer of each electrode is the same as the dielectric layer of the other electrode. It may be the same as or different from the electrical layer. thicker virtually opaque gold The metal electrodes are also protected by the dielectric layer.

電気活性層の腐蝕性化学成分は金属電極の劣化原因あるが、劣化速度は環境要因 、例えば、熱、湿分および紫外線により影響を受ける。電気活性層がエレクトロ クロミック材料(例えば、酸化タングステン)、液晶材料、PDLC材料または NCAP材利である場合、薄膜誘電性不動態化層を付された金属電極は保護され つる。Corrosive chemical components in the electroactive layer are responsible for the deterioration of metal electrodes, but the rate of deterioration is influenced by environmental factors. , for example, affected by heat, moisture and UV radiation. The electroactive layer is electrolytic. chromic materials (e.g. tungsten oxide), liquid crystal materials, PDLC materials or In the case of NCAP material, the metal electrodes are protected by a thin dielectric passivation layer. Vine.

適切な屈折率および厚さく電気活性層および金属層の両方の屈折率および厚さと 比較して)誘電体層を選択することにより、誘電体層は、電界の印加時に装置の 透過率を増加し、そして反射率を減少するチューニング層の更なる利点を提供し うる。装置が、例゛えば、建築または自動車用途のための窓に取り込まれた場合 、反射率および厚さは、可視スペクトルの中間点である550nmの波長での透 過率を増加し、反射率を減少するように選択されることは好ましい。Appropriate refractive index and thickness of both electroactive layer and metal layer By selecting a dielectric layer (in comparison), the dielectric layer can Provides the added benefit of a tuning layer that increases transmittance and decreases reflectance sell. If the device is incorporated into a window for e.g. architectural or automotive applications , reflectance and thickness are transmission at a wavelength of 550 nm, the midpoint of the visible spectrum. Preferably, it is selected to increase the transmittance and decrease the reflectance.

透過を最大にし、反射を最小にすることは、眩しさを減じ、窓の外観を向上する 。Maximizing transmission and minimizing reflection reduces glare and improves window appearance .

チューニング機能が望ましい場合、誘電体層の屈折率は電気活性層の屈折率と電 極の屈折率の間になるようにすべきである。金属電極の屈折率は効果的には非常 に高く(通常、2より高い)、電極の屈折率は誘電体層の屈折率の上限となる。If tunability is desired, the refractive index of the dielectric layer is similar to that of the electroactive layer. It should be between the refractive indices of the poles. The refractive index of metal electrodes is effectively very (usually higher than 2), and the refractive index of the electrode is the upper limit of the refractive index of the dielectric layer.

非等方性PDLCおよびNCAP層の場合、この目的のための層の屈折率はポリ マーマトリックスの屈折率と液晶材料の常光線屈折率および異常光屈折率との平 均と考えられるべきである。誘電体層と電気活性層との屈折率の差が大きいほど (金属電極の屈折率が上限である)、チューニング効果が顕著である。一般に、 その差は少なくとも0.2であるべきである。多くの電気活性層では、少なくと も1.9の屈折率の誘電体層を選択することによりこの要求は満たされる。For anisotropic PDLC and NCAP layers, the refractive index of the layer for this purpose is The average refractive index of the mer matrix and the ordinary and extraordinary refractive index of the liquid crystal material Should be considered average. The larger the difference in refractive index between the dielectric layer and the electroactive layer (the refractive index of the metal electrode is the upper limit), the tuning effect is significant. in general, The difference should be at least 0.2. In many electroactive layers, at least This requirement is met by selecting a dielectric layer with a refractive index of 1.9.

装置は電界の印加時に色を示す(透明である代わりに)ようにも製造されうる。The device can also be made to exhibit color (instead of being transparent) upon application of an electric field.

例えば、可視光領域での選択的な吸収により固有の色を示す誘電体層を選択する ことによりこのことは達成されうる。For example, select a dielectric layer that exhibits a unique color due to selective absorption in the visible light region. This can be achieved by:

別には、誘電体層の屈折率および厚さは色を達成するように選択されうる。更に 、金属電極自体は1層以上の金属および誘電体層(電気活性層に接触した誘電体 層に加えて)を含む複合材構造からなることができる。このような複合材の例は 2層の金属層の間に挟まれた誘電体層からなる電極でありうる。Alternatively, the refractive index and thickness of the dielectric layer can be selected to achieve the color. Furthermore , the metal electrode itself consists of one or more metal and dielectric layers (dielectric in contact with the electroactive layer). in addition to layers). Examples of such composites are The electrode may be a dielectric layer sandwiched between two metal layers.

最適な電気および太陽光制御性により、銀は金属電極に好ましい材料である。他 の適切な金属は金、銅、アルミニウム、チタン、クロム、鉄、ニッケルおよびそ れらの合金を含む。誘電体層に好ましい材料は(特に装置が窓において用いられ る場合に)可視スペクトル(即ち、400〜800nmの波長)の光線を実質的 に吸収しないものである。適切な材料は金属酸化物、スルフィド、ハリドおよび それらの組み合わせを含む。A120h 、Snow 、インジウム−錫酸化物 (IT○) 、ZnO,Cent 、Taz Os 、Zr(LおよびT i  Orのような金属酸化物は特に好ましい。Silver is the preferred material for metal electrodes due to its optimal electrical and solar control properties. other Suitable metals include gold, copper, aluminum, titanium, chromium, iron, nickel and the like. Contains these alloys. Preferred materials for the dielectric layer are rays in the visible spectrum (i.e., wavelengths between 400 and 800 nm) It is not absorbed into the body. Suitable materials are metal oxides, sulfides, halides and including combinations thereof. A120h, Snow, indium-tin oxide (IT○), ZnO, Cent, Taz Os, Zr (L and Ti Metal oxides such as Or are particularly preferred.

誘電体層用に選択された材料、その厚さおよび付着法は、その適用により電極の 導電率または光学特性が材料的に劣化しないように選択されることは重要である 。誘電体層適用後の電極の導電率は少なくともO,OO1mhos/sq、 、 好ましくは0.1mhos/SQ、である。誘電体層は、このレベルの導電率が 維持されることを確実にするために劣化から金属を保護するように設計される。The material selected for the dielectric layer, its thickness and method of deposition will depend on the application of the electrode. It is important that the material is selected so that its conductivity or optical properties are not degraded. . The conductivity of the electrode after application of the dielectric layer is at least O, OO1 mhos/sq, Preferably it is 0.1 mhos/SQ. The dielectric layer has this level of conductivity. Designed to protect the metal from deterioration to ensure that it is maintained.

好ましい態様の詳細な説明で完全に説明されるように、保護された電極の導電率 の少なくとも50%、好ましくは少なくとも75%は、24Hr、50%衝撃係 数の紫外線ランプを含む水浴チャンバーに20週間さらした後に保持されること が望ましい。The conductivity of the protected electrode, as fully explained in the detailed description of the preferred embodiments. at least 50%, preferably at least 75% of the Retained after 20 weeks of exposure to a water bath chamber containing several UV lamps is desirable.

誘電体層は、電気接触を維持するために、そして剥離による目に見える欠陥(例 えば、ギャップ)の形成を防ぐために電気活性層に良好に付着することも重要で ある。好ましくは、電気活性層から誘電体層を分離するために必要な力(電極を 電気活性層から引き剥がすことによる)は1800剥離試験で少なくとも100 gm/2゜54cm (]00gm/in)である。The dielectric layer is used to maintain electrical contact and to prevent visible defects due to delamination (e.g. Good adhesion to the electroactive layer is also important to prevent the formation of gaps, e.g. be. Preferably, the force required to separate the dielectric layer from the electroactive layer (electrode by peeling from the electroactive layer) is at least 100 in the 1800 peel test. gm/2°54cm (]00gm/in).

シェーディング係数は装置が示す太陽光制御性の度合いの測定である。好ましい 態様の詳細な説明で完全に説明されるように、それは、光変調装置を付された窓 を入射する太陽光エネルギー量と装置を有しない窓を入射する太陽光エネルギー 量との比較により計算される。一般に、シェーディング係数が低い値であれば、 電界の存在で窓に拒絶される(即ち、吸収またはより好ましくは反射による)太 陽光の量は高い。電極に薄膜誘電性不動態化層を付することにより、装置が付さ れた窓のシェーディング係数は好ましくは電界印加状態で0.5以下である。The shading factor is a measure of the degree of solar control that the device exhibits. preferable As fully explained in the Detailed Description of the Embodiments, it includes a window fitted with a light modulating device. The amount of solar energy incident on the window and the amount of solar energy incident on the window without a device Calculated by comparison with quantity. In general, if the shading coefficient is a low value, Thickness rejected by the window (i.e. by absorption or more preferably reflection) in the presence of an electric field. The amount of sunlight is high. By applying a thin dielectric passivation layer to the electrode, the device can be attached. The shading coefficient of the window is preferably 0.5 or less when an electric field is applied.

現在まで光変調装置での実際的な使用を制限してきた劣化から透明金属電極を保 護しながら、透明金属電極がインジウム−錫酸化物のような非金属電極を上回る 利点(例えば、優れた太陽光制御性および電気伝導性)を活用する光変調装置を 提供する。更に、屈折率および厚さの注意深い選択により、誘電体層は、下層金 属電極を保護すること、および、電界の存在下で透過率を最大にし、反射を減少 するために入射光をチューニングすること(それによりまぶしさを減じる)の2 機能を行うことができる。これらの特徴により、このような保護された金属電極 を含む光変調装置を建築および自動車用途のための窓において特に有用になる。Protects transparent metal electrodes from deterioration that has until now limited their practical use in light modulators. Transparent metal electrodes outperform non-metallic electrodes such as indium-tin oxide while protecting Light modulators that take advantage of advantages (e.g., superior solar control and electrical conductivity) provide. Furthermore, through careful selection of refractive index and thickness, the dielectric layer Protects the metal electrode and maximizes transmittance and reduces reflections in the presence of electric fields 2. Tuning the incident light to reduce glare (thereby reducing glare) Able to perform functions. These features make such protected metal electrodes Light modulating devices containing the present invention become particularly useful in windows for architectural and automotive applications.

本発明の他の特徴および利点は次の好ましい態様の詳細な説明お図面の簡単な説 明 本発明は本発明の電極を含むPDLC装置の部分断面図である図1を参照して、 より完全に理解されるであろう。Other features and advantages of the invention include the following detailed description of the preferred embodiments and a brief description of the drawings. Akira Referring to FIG. 1, which is a partial cross-sectional view of a PDLC device including an electrode of the present invention, the present invention includes: will be more fully understood.

好ましい態様の詳細な説明 本発明は、種々の光変調装置に有用である、薄膜の、保護の、不動態化のための 誘電体層を付した透明なまたは不透明な金属電極(即ち、可視スペクトルの光に 透明である)に関する。公知の光変調装置は電気活性層(即ち、電界の印加時に 光学特性が変化する層)が、エレクトロクロミック、液晶、PDLCまたはNC AP材料である装置を含む。これらの全ての装置において、金属電極は、電気活 性層の成分による化学攻撃、並びに、熱、湿分および紫外線のような環境要因に よる攻撃を受けやすい。例えば、酸化タングステンを基礎とする、例えば、エレ クトロクロミック装置は、通常、光学的な変化を起こすためには水素イオンの移 動に部分的に依存する。Detailed description of preferred embodiments The present invention is useful for thin film, protective, passivation applications in a variety of light modulating devices. A transparent or opaque metal electrode with a dielectric layer (i.e., transparent to light in the visible spectrum) transparent). Known light modulators include an electroactive layer (i.e., when an electric field is applied) layer whose optical properties change) is electrochromic, liquid crystal, PDLC or NC Contains devices that are AP materials. In all these devices, metal electrodes are electrically active. chemical attack by components of the sexual layer, as well as environmental factors such as heat, moisture and ultraviolet radiation. vulnerable to attacks. For example, based on tungsten oxide, e.g. Ctrochromic devices typically require the transfer of hydrogen ions to produce optical changes. Partially dependent on movement.

しかし、これらのイオンが金属電極と接触するときに、腐蝕が起こりうる。液晶 、PDLCおよびNCAP層の場合、液晶自体が腐蝕性でありうる。PDLCお よびNCAP層はポリマーが電極を攻撃しうるという点に関して更なる欠点に悩 まされる。However, when these ions come into contact with metal electrodes, corrosion can occur. liquid crystal In the case of , PDLC and NCAP layers, the liquid crystal itself can be corrosive. PDLC and NCAP layers suffer from further drawbacks in that the polymer can attack the electrodes. will be treated.

本発明はPDLC装置に特に有用である。好ましいPDLC装置およびそれらの 製造法の例は上記の関連のMillerらの米国特許出願に記載されている。こ れらの装置は、金、銅、アルミニウム、チタン、クロム、鉄およびニッケル(お よびそれらの合金)も使用しうるが、通常、金属銀電極を使用する。銀は窓を含 む用途に特に望ましい電極材料である。というのは、それは良好な導電性(例え ば、て約7xlO” mhos/cm)およびシェーディング係数(下記でより 詳細に説明されるであろう。)により測定して太陽光制御性を示すからである。The present invention is particularly useful in PDLC devices. Preferred PDLC devices and their Examples of manufacturing methods are described in the above-referenced Miller et al. patent application. child These devices are made of gold, copper, aluminum, titanium, chromium, iron and nickel (mostly Metallic silver electrodes are typically used, although metal silver electrodes (and alloys thereof) may also be used. Silver includes windows. It is a particularly desirable electrode material for applications such as This is because it has good conductivity (e.g. For example, approximately 7xlO” mhos/cm) and shading coefficient (more below) It will be explained in detail. ), it shows sunlight controllability.

しかし、このような利点にも係わらず、銀金属電極の用途は制限される。という のは、銀は液晶およびポリマーマトリックスの両方により攻撃される傾向がある からである。PDLCマトリックスが、例えば、上記のMillerらの同時係 属出願に記載のように、UV硬化性チオール−エンマトリックスである場合に、 このことは特に当てはまる。チオール−エンマトリックスの場合、未反応メルカ プタン部分は銀金属電極を攻撃し、化学的に劣化させうる。電極上に薄膜不動態 化誘電体層を提供することは、このような攻撃から保護する。However, despite these advantages, the applications of silver metal electrodes are limited. That's called The silver tends to be attacked by both the liquid crystal and the polymer matrix. It is from. If the PDLC matrix is e.g. In the case of a UV curable thiol-ene matrix, as described in the This is especially true. In the case of a thiol-ene matrix, unreacted mercap The butane moieties can attack and chemically degrade silver metal electrodes. Thin film passivation on electrode Providing a dielectric layer protects against such attacks.

上記のMillerらの願書に記載の光変調装置は正の誘電異方性を示し、ここ て、PDLCフィルム中の液晶材料は電流が装置に流れたときに整列し、装置は 透明になる。本発明の電極は負の誘電異方性を示す光変調装置にも等しく適応で き、電界なしの状態で液晶は整列し、装置は透明であり、電界印加状態で装置は 不透明になる。ここでの議論は、一般に、正の誘電異方性を示す装置内部の不動 態化誘電体層を記載し、負の誘電異方性を示す装置への記載されたパラメーター の適切な変更は当業者に明らかであろう。The light modulating device described in the above Miller et al. application exhibits positive dielectric anisotropy; Therefore, the liquid crystal material in the PDLC film aligns when current is passed through the device, and the device Becomes transparent. The electrode of the invention is equally applicable to light modulators exhibiting negative dielectric anisotropy. With no electric field, the liquid crystals are aligned and the device is transparent, and with an electric field applied, the device is transparent. Becomes opaque. The discussion here generally focuses on immobile parts inside devices that exhibit positive dielectric anisotropy. The described parameters for the device describe the dielectric layer and exhibit negative dielectric anisotropy. Suitable modifications will be apparent to those skilled in the art.

本発明の電極を含む薄膜PDLC装置10の例を図1に示す。この態様において 、装置IOはポリマーマトリックス16中に分散した液晶液滴14の多重性を有 するPDLCフィルム12を含む。第一および第二の軟質基材18および20は 薄膜金属電極22および24を支持し、薄膜金属電極は次に薄膜不動態化誘電体 層26および28によりコートされる。基材18および20はPDLCフィルム 12に接触した不動態化層26および28を含むPDLCフィルム12を含むサ ンドイッチを形成する。このように、PDLCフィルム12がPDLCフィルム 12における潜在的に腐蝕性の材料から電極を保護するバリアーを提供する不動 態化層と直接的に接触するので、電極22および24は劣化から保護される。An example of a thin film PDLC device 10 including an electrode of the present invention is shown in FIG. In this aspect , the device IO has a multiplicity of liquid crystal droplets 14 dispersed in a polymer matrix 16. A PDLC film 12 is included. The first and second soft base materials 18 and 20 are supporting thin film metal electrodes 22 and 24, which in turn support a thin film passivated dielectric. Coated by layers 26 and 28. Base materials 18 and 20 are PDLC films A cell comprising a PDLC film 12 with passivation layers 26 and 28 in contact with 12. form a switch. In this way, the PDLC film 12 is a PDLC film. Immobility that provides a barrier to protect the electrodes from potentially corrosive materials at 12 Because they are in direct contact with the oxidized layer, electrodes 22 and 24 are protected from degradation.

軟質基材I8および19には、ポリエチレンテレフタレー1−(PET)、コポ リエステル、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリ (エチレンナフタレー ト)、ポリ(メチルメタクリレート)およびポリカーボネートを含む種々の材料 が用いられつる。PETは好ましい材料である。Soft base materials I8 and 19 include polyethylene terephthalate 1-(PET) and copolymer. polyester, polyether sulfone, polyimide, poly(ethylene naphthalene) various materials including is used. PET is the preferred material.

PDLC装置IOの電極22および24は、リード線30および32を通して種 々の電圧出力を有する交流電流(A C)供給電源34に接続されている。交流 電界の周期は好ましくは40〜100ヘルツの範囲であるべきである。電界印加 状態で装置を観測する人間がちらつきを感しないほど充分に急速に電界は変化す べきである。Electrodes 22 and 24 of the PDLC device IO are connected to the seeds through leads 30 and 32. It is connected to an alternating current (AC) supply power source 34 having different voltage outputs. Alternating current The period of the electric field should preferably be in the range 40-100 hertz. Electric field applied The electric field changes rapidly enough so that a person observing the device under normal conditions does not notice any flicker. Should.

光変調装置の種類に関係なく、誘電体層が有用であるために適合しなければなら ない基礎的要件が幾つかある。第一に、層の厚さおよび密度は、層が電気活性層 から電極への化学種の拡散に対してバリアーとして機能しつる、そして環境に対 してバリアーとして機能するような厚さでなければならない。しかし、それは、 電気活性層に印加された電界を実質的に減じないように充分に薄くなくてはなら ない。Regardless of the type of light modulator, the dielectric layer must be compatible to be useful. There are some basic requirements that do not exist. First, the thickness and density of the layers are such that the layers are electroactive layers. The vine acts as a barrier to the diffusion of chemical species from the electrode to the electrode, and the environment The thickness must be such that it acts as a barrier. However, it is It must be thin enough not to substantially reduce the electric field applied to the electroactive layer. do not have.

密度および厚さの特定の値は用いられる特定の誘電材料および電気活性材料に依 存するであろう。一般に、それは光学的厚さの1/4波長であるべきである。1 /4波長寸法は、入射光の透過を最大にし、反射を最小にするような厚さて電極 上に誘電材料を付着させることにより決定される。所定の誘電材料のl/4波長 厚さは電極に用いられる金属に依存して変化するであろう。電気活性層を横切る 電界の減少のために、各誘電体層の厚さは好ましくは電気活性層の厚さの10% 以下である。典型的なPDLC装置において、これは約5〜2000nmの厚さ であると解釈される。Specific values for density and thickness depend on the particular dielectric and electroactive materials used. There will be. Generally it should be 1/4 wavelength of the optical thickness. 1 The /4 wavelength dimension is such that the electrode thickness maximizes transmission of incident light and minimizes reflection. Determined by depositing a dielectric material on top. l/4 wavelength of a given dielectric material The thickness will vary depending on the metal used for the electrode. cross the electroactive layer For electric field reduction, the thickness of each dielectric layer is preferably 10% of the thickness of the electroactive layer. It is as follows. In a typical PDLC device, this is approximately 5-2000 nm thick. It is interpreted that

第二の要件は、誘電材料およびその付着法が下層の電極と適合性でなければなら ないということである。「適合性Jとは、材料自体および電極へそれを付着させ るために用いられる方法の両方が電極の電気および光学特性を材料的に劣化しな いであろうということを意味する。例えば、しばしば、酸化物付着プロセスは、 特に酸化物が電極上にスパッターコーティングされる場合に金属電極を加熱し、 または酸化し、それにより導電性を減じる。The second requirement is that the dielectric material and its method of deposition must be compatible with the underlying electrode. That means no. “Compatibility J refers to the material itself and its attachment to the electrode. Both of the methods used to It means that it will be possible. For example, oxide deposition processes often heating a metal electrode, especially when an oxide is sputter coated onto the electrode; or oxidize, thereby reducing conductivity.

第三の要件は、誘電体層は、この層が色を提供するために選択されたときを除い ては、実質的に装置の性能に光学的に不活性でなければならないということであ る。The third requirement is that the dielectric layer is This means that it must be optically inert to substantially affect the performance of the device. Ru.

第四の要件は、誘電体層は下層の電極および電気活性層の両方に充分に付着しな ければならないということである。付着が充分でなければ、電極および電気活性 層の間の電気接触は失われるであろう。The fourth requirement is that the dielectric layer must adhere well to both the underlying electrode and electroactive layer. This means that it must be done. If adhesion is not sufficient, the electrode and electroactivity Electrical contact between the layers will be lost.

剥離も、剥離領域に対応する電気活性層を横切る電界が減じられるために、スイ ッチング時に視覚的な欠陥をもたらすであろう。装置の視覚的な欠陥は、また、 金属電極および電気活性層の間での低屈折率を有する空気の存在のために、電界 のない状態で明らかであろう。Delamination also occurs due to the reduced electric field across the electroactive layer corresponding to the region of delamination. It will result in visual defects when etching. Visual defects in the device may also Due to the presence of air with a low refractive index between the metal electrodes and the electroactive layer, the electric field It would be obvious in the absence of .

剥離強度は電極間の電気活性層と2組の電極を分離するために必要な力の尺度で ある。少なくとも1層の軟質基材を有する装置では、剥離強度は15. 2 c m/m i n (6i n/m i n)の速度でInstrumentor s 5lip/Peel Te5terを用いて1800剥離試験により測定さ れる。例えば、適切な液滴生成および硬化を有するPDLC装置は、一般に、誘 電体層および電気活性層の間の接着層破壊を示す。好ましくは、剥離力はPDL CまたはNCAP装置において少なくとも100gm/2.54cm (100 g/in)であるべきである。二番目に最も一般的な破壊モードは基材および付 着した金属の間の接着層破壊であり、誘電体層および金属電極の間の接着性は最 も大きい。Peel strength is a measure of the force required to separate the electroactive layer between the electrodes and the two sets of electrodes. be. For devices with at least one layer of soft substrate, the peel strength is 15. 2c Instrumentor at a speed of m/m i n (6i n/m i n) Measured by 1800 peel test using s5lip/Peel Te5ter. It will be done. For example, PDLC devices with proper droplet generation and curing generally require Figure 3 shows adhesive layer failure between the electrical layer and the electroactive layer. Preferably, the peel force is PDL At least 100 gm/2.54 cm (100 g/in). The second most common failure mode is This is the breakdown of the adhesive layer between the attached metals, and the adhesion between the dielectric layer and the metal electrode is the best. It's also big.

電気活性層に印加された電界を実質的に減じることなく、バリアー特性、光学特 性、接着特性および材料適合性を示す単一の誘電材料の能力は驚くべき発見てあ った。注目すべきことに、誘電体層は電極および誘電体層を通した供給電源の間 の電気接続をする能力を害しなかった。誘電体層は、実際、接着剤電気コネクタ ーからの化学的攻撃から電極を保護することができる。更に驚くべきことは、数 種の誘電材料は、特性の望ましいバランスをもたらすことができることが確認さ れたという事実であった。barrier properties, optical properties without substantially reducing the electric field applied to the electroactive layer. The ability of a single dielectric material to exhibit properties, adhesive properties, and material compatibility is a surprising discovery. It was. Notably, the dielectric layer is connected between the electrode and the power supply through the dielectric layer. did not impair the ability to make electrical connections. The dielectric layer is actually an adhesive electrical connector can protect the electrode from chemical attack from What is even more surprising is that the number It has been determined that different dielectric materials can provide the desired balance of properties. The fact is that

劣化に対する保護を提供することに加えて、誘電体層は装置の光学特性を向上す るように選択されることもできる。例えば、誘電体層の光学的厚さはその屈折率 とその物理的厚さの積である。誘電体層の光学的厚さは装置の透過および反射特 性に影響を与える。電気活性層の屈折率よりも充分に大きい屈折率を有する誘電 体層を選択することにより、誘電体層は電界の印加時に可視光の透過を最大にし 、反射を最小にするための光学「チューニング」層として機能する。このような 特性は窓を含む用途に特に有用である。というのは、それらは眩しさを減じるこ とにより光学透明性を向上するからである。このような用途において、550n mで透過を最大にし、反射を最小にすることが望ましい。In addition to providing protection against degradation, dielectric layers improve the optical properties of the device. It can also be selected to For example, the optical thickness of a dielectric layer is determined by its refractive index and its physical thickness. The optical thickness of the dielectric layer determines the transmission and reflection characteristics of the device. affect sexuality. A dielectric with a refractive index sufficiently larger than that of the electroactive layer. By selecting the body layers, the dielectric layer maximizes the transmission of visible light when an electric field is applied. , which acts as an optical "tuning" layer to minimize reflections. like this The properties are particularly useful for applications involving windows. This is because they do not reduce glare. This is because optical transparency is improved by this. In such applications, 550n It is desirable to maximize transmission and minimize reflection at m.

屈折率のわずかな差によりある程度のチューニング効果を達成することも可能で ある。しかし、チューニングが望ましいならば、屈折率の差を最大にすることが 好ましい。Millerらにより記載されたPDLC材料の場合、屈折率が少な くとも1.9(好ましくは2゜0以上)である誘電体層を選択することにより充 分な差が達成される。It is also possible to achieve a certain degree of tuning effect with a small difference in refractive index. be. However, if tuning is desired, maximizing the refractive index difference is preferable. In the case of the PDLC material described by Miller et al., the refractive index is small. Charging can be achieved by selecting a dielectric layer that is at least 1.9 (preferably 2° or more). A significant difference is achieved.

チューニング用途のための誘電体層の厚さは誘電材料並びに電気活性層の組成に 依存するであろう。一般に、誘電体層の厚さは、層の保護能力およびチューニン グ効果の両方を活用するために25〜1100nの間である。The thickness of the dielectric layer for tuning applications depends on the dielectric material as well as the composition of the electroactive layer. It will depend. Generally, the thickness of the dielectric layer depends on the layer's protective ability and tuning. between 25 and 1100n to take advantage of both the

可視光範囲において、得られた装置の光透過率および反射率が波長とともに変化 するならば、誘電体層は装置に色を付与するためにも用いられうる。吸収により 固有に着色される誘電体層を用いること、充分に高屈折率の単一層を用いること 、または多層誘電体層もしくは金属層を用いることにより、このことは達成され うる。多層金属層が用いられるならば、金属−誘電体−金属(MDM)構造体に おいて、金属間の誘電材料の厚さはl/2波長厚さを用いることによりチューニ ングは達成されうる。最も内側の金属電極は更なる誘電保護層により電気活性層 から保護されるであろう。In the visible light range, the optical transmittance and reflectance of the resulting device vary with wavelength If so, the dielectric layer can also be used to impart color to the device. by absorption Using an inherently colored dielectric layer, using a single layer with a sufficiently high refractive index , or by using multiple dielectric or metal layers, this can be achieved. sell. If multiple metal layers are used, metal-dielectric-metal (MDM) structures In this case, the thickness of the dielectric material between the metals can be tuned by using the l/2 wavelength thickness. can be achieved. The innermost metal electrode is an electroactive layer with an additional dielectric protection layer. will be protected from.

透明金属電極の使用は光変調装置の太陽光制御性を向上する。太陽光制御性とは 、可視光以外のスペクトル部分(例えば、赤外線)の放射線をブロックしながら 可視光を装置に透過させる能力を意味する。望まない放射線を吸収する、または 反射することによりブロッキングは達成され、反射は好ましい。The use of transparent metal electrodes improves the solar control properties of the light modulator. What is solar controllability? , while blocking radiation in parts of the spectrum other than visible light (e.g. infrared). Refers to the ability to transmit visible light into a device. absorb unwanted radiation, or Blocking is achieved by reflection, and reflection is preferred.

装置により示される太陽光制御性の度合いはそのシェーディング係数により表す ことができる。シェーディング係数(S c)は光変調装置を装備した窓に入射 する太陽光エネルギー量と、透明なl/8インチ厚さの窓ガラスに入射する量と 比較した比である。シェーディング係数が低いほど、ブロックされる太陽光エネ ルギーの量は大きい。シェーディング係数は次の等式により計算される。The degree of solar control exhibited by a device is expressed by its shading coefficient. be able to. The shading coefficient (Sc) is incident on a window equipped with a light modulation device. and the amount of solar energy incident on a transparent 1/8 inch thick window glass. This is the comparative ratio. The lower the shading coefficient, the more solar energy is blocked. The amount of lugie is large. The shading coefficient is calculated by the following equation.

ここで、Scはシェーディング係数であり;Tsfは光変調装置を装備した窓の 太陽光透過率であり:Tsgは窓ガラスの太陽光透過率であり;Asfは光変調 装置を装備した窓の太陽光吸光率であり;Asgは窓ガラスの太陽光吸光率であ り:Rは窓の用途で変化する重みファクターである。where Sc is the shading coefficient; Tsf is the shading coefficient of the window equipped with the light modulator. is the sunlight transmittance: Tsg is the sunlight transmittance of the window glass; Asf is the light modulation Asg is the solar absorption coefficient of the window equipped with the device; Asg is the solar absorption coefficient of the window glass. R: R is a weighting factor that varies depending on the window application.

Air Mass 2太陽光スペクトルをシェーディング係数を計算するために 用いた。Air Mass 2 To calculate the shading coefficient of the sunlight spectrum Using.

基本的にRは、窓により吸収された太陽光エネルギーの量と、次いで対流および 外部への伝導により窓から除去された、吸収されたエネルギー員より少ない内部 へ伝導した量との相対量の尺度である。Essentially R is the amount of solar energy absorbed by the window, followed by convection and Less energy inside than absorbed, removed from the window by conduction to the outside It is a measure of the amount relative to the amount conducted to.

この外部および内部のエネルギー増加および損失の収支はガラスとガラス上の空 気流の角度の関数である。空気流のない垂直コンフィグレーションにおいて一般 的な窓ガラスについて、Rは0,25であり、Tsgは92%であり、Asgは 0%である(ASHRAE Handbookof Fundamentals 、 Chapter 27. p、27.24.(+989)を参照された0゜ )。This balance of external and internal energy gains and losses is It is a function of the angle of airflow. Common in vertical configurations with no airflow For a typical window glass, R is 0.25, Tsg is 92% and Asg is 0% (ASHRAE Handbook of Fundamentals , Chapter 27. p, 27.24. 0° referred to (+989) ).

不動態化誘電体層の使用は、金属電極の実際上の使用に低い太陽光エネルギー透 過率および高い太陽光反射率を可能にし、低0シエーデイング係数となる。好ま しくは0.5より低いシェーディング係数が得られる。半透明性を達成するため の電界のない状態での光散乱および透明性を増加するための電界のある状態での 液晶の整列によるP D L CおよびNCAP装置の場合、シェーディング係 数は電界のない状態よりも電界のある状態のほうが若干高目上記の議論から明ら かなように、不動態化誘電体層用の特定の材料の選択は、層が担う機能(例えば 、劣化に対する保護のみ、または保護およびチューニングの組み合わせ)、並び に、電気活性層を形成する特定の材料に依存するであろう。一般に、適切な材料 は金属酸化物(例えば、Hf0z 、Yi Os 、Zr0t 、Pr* Oz 。The use of a passivated dielectric layer allows for low solar energy transmission for practical use of metal electrodes. It allows for high solar reflectivity and low 0-shading coefficient. Like Alternatively, a shading coefficient lower than 0.5 is obtained. To achieve translucency light scattering in the absence of an electric field and in the presence of an electric field to increase transparency. In the case of PDLC and NCAP devices based on alignment of liquid crystals, shading It is clear from the above discussion that the number is slightly higher in the presence of an electric field than in the absence of an electric field. As such, the selection of a particular material for the passivating dielectric layer depends on the function the layer will perform, e.g. , protection against degradation only, or a combination of protection and tuning), and will depend on the particular material forming the electroactive layer. In general, suitable materials is a metal oxide (e.g. Hf0z, YiOs, Zr0t, Pr*Oz .

Sez Oi、5ioSSbz Oi、Bit Oi、5iOz、Ta205  、T 4CL 、Tha2、特に、A I20s 、5no2、ITO1ZnO 1CeO2、Taz Os 1.Zr0tおよびT102)、硫化物(例えば、 Zn5)、ハロゲン化物(例えば、AgCL MgF+ )、溶液もしくは気相 コート化有機ポリマー、またはそれらの組み合わせを基礎とする。PDLC装置 の場合、保護のみの層が望ましいときにはA l 20 +が好ましく、一方、 保護およびチューニングの両方のためにはS n O2が好ましい(Snowと 殆どのPDLC材料の屈折率の差はA1.O,を用いたときに示す差と比較して 、より大きい。)。Sez Oi, 5ioSSbz Oi, Bit Oi, 5iOz, Ta205 , T4CL, Tha2, especially A I20s, 5no2, ITO1ZnO 1CeO2, Taz Os 1. Zr0t and T102), sulfides (e.g. Zn5), halides (e.g. AgCL MgF+), solution or gas phase Based on coated organic polymers, or combinations thereof. PDLC device In the case of , A l 20 + is preferred when a protective only layer is desired; SnO2 is preferred for both protection and tuning (Snow and The difference in refractive index of most PDLC materials is A1. Compared to the difference shown when using O, , greater than. ).

不動態化誘電体層は、一般に、標準薄膜堆積法を用いて金属電極上に適用される 。これらの技術は、真空蒸着、スパッターコーティング、カソードアーク蒸着、 噴霧熱分解および化学的気相蒸着(CVD)を含む。特定の堆積法および堆積条 件(例えば、温度、反応性ガス圧力等)は装置に使用される特定の材料(即ち、 誘電性材料、金属電極および電気活性材料)に関係する。A passivating dielectric layer is generally applied over the metal electrode using standard thin film deposition techniques. . These techniques include vacuum deposition, sputter coating, cathodic arc deposition, Includes spray pyrolysis and chemical vapor deposition (CVD). Specific deposition methods and rows conditions (e.g., temperature, reactive gas pressure, etc.) may vary depending on the specific materials used in the equipment (i.e., dielectric materials, metal electrodes and electroactive materials).

本発明は次の実施例を参照して、より完全に理解されるであろう。The invention will be more fully understood with reference to the following examples.

それは本発明の範囲を制限すると解釈されるべきでない。It should not be construed as limiting the scope of the invention.

電極の一般製造法 本発明の電極の製造および特徴を下記に記載する。General manufacturing method of electrodes The manufacture and characteristics of the electrode of the invention are described below.

蒸発およびスパッター法の両方により真空ウェブコーター中で25μPET基村 上に銀電極を真空蒸着した。銀の真空蒸発に関して、窒化はう素るつぼ中に含ま れた抵抗加熱されたAg源を12.2m/m i n (40f t/m i  n)の速度で移動している自由径間のウェブ上に蒸着した。スパッターされた銀 に関して、5μ圧力でスパッターガスとしてアルゴンを用いて、4. 6m/m i n (15f t/m1n)の速度で移動している自由径間のウェブ上に金 属ターゲットをマグネトロンスパッターした。金属源へ印加した出力レベルは5 50nm波長で測定して60%、55%、50%および45%の透過率を提供す る厚さを有する銀層を堆積するように選択された。25 μPET base coat in vacuum web coater by both evaporation and sputtering methods. A silver electrode was vacuum deposited on top. Regarding the vacuum evaporation of silver, nitriding is included in the borosilicate crucible. 12.2 m/m i (40 f t/m i n) on a free span web moving at a speed of n). sputtered silver For 4. using argon as sputtering gas at 5μ pressure. 6m/m Gold is deposited on the free span web moving at a speed of i (15ft/m1n). The target was magnetron sputtered. The output level applied to the metal source is 5 Provides transmittance of 60%, 55%, 50% and 45% measured at 50nm wavelength. The silver layer was chosen to deposit a silver layer with a thickness of

これらの銀フィルムのおおよその厚さはコートされた電極の光学特性から計算し て、それぞれ、12.0om、13.Znm、14゜6omおよび16,8om てあった。The approximate thickness of these silver films is calculated from the optical properties of the coated electrodes. , respectively, 12.0 om and 13. Znm, 14°6om and 16,8om There was.

50%透過率銀フィルムおよび45%透過率フィルム上にS n O2の不動態 化誘電体層を、冷却ロールにより冷却されたウェブ上で反応性マグネトロンスパ ッター法の手段によりスパッターコートした。Passivation of SnO2 on 50% transmittance silver film and 45% transmittance film The dielectric layer is heated by reactive magnetron spacing on the web, which is cooled by a cooling roll. Sputter coating was performed by means of a sputtering method.

スパッタリングガス組成物は70標準立方センチメートル(SCCm)の酸素お よびloO8ccmのアルゴンの混合流により生じた均一混合物であった。Al 2O,の不動態化誘電体層は、AI金金属含む抵抗加軌されたアルミするつぼか ら60%透過率銀フィルムおよび50%透過率フィルム上に反応蒸着された。7 xlO’ トールの圧力になった、470secmの流速に維持された酸素は反 応蒸着法において反応性ガスとして用いられた。フィルム厚さは、劣化耐性およ び550nmでの透過率の最大化の両方の機能を提供するように選択された。S  n 02フイルムに関して、厚さは約35nmであり、Al2O+フイルムの 場合、それは約45nmであった。インジウムー錫酸化物電極(ALTAIR− 0−30,7ミルPET)をSoujhwall Technologies、  Pa1o Alto、 CA、から購入した。The sputtering gas composition contains 70 standard cubic centimeters (SCCm) of oxygen or A homogeneous mixture was produced by a mixed flow of argon and loO of 8 ccm. Al The passivated dielectric layer of 2O, is a resistive aluminum crucible containing AI gold metal. were reactively deposited onto a 60% transmittance silver film and a 50% transmittance film. 7 Oxygen, maintained at a flow rate of 470 sec at a pressure of xlO' Torr, reacts. Used as a reactive gas in reactive vapor deposition methods. Film thickness is determined by aging resistance and was chosen to provide both the functionality of maximum transmission at 550 nm and maximum transmission at 550 nm. S Regarding the n02 film, the thickness is about 35 nm, which is the same as that of the Al2O+ film. In this case, it was approximately 45 nm. Indium-tin oxide electrode (ALTAIR- 0-30,7 mil PET) from Soujhwall Technologies, Purchased from Pa1o Alto, CA.

金属−誘電体−金属(MDM)電極はPET支持体(25μ厚さ)上に約13n m厚さて第一層であるAgをスパッターコーティングすること、次いで、530 nmての1/2波長離隔に対応する90nm厚さでAl2O8誘電体層を反応蒸 着すること、そして、Al2O3層上に約17nmの第二のAg層をスパッター コーティングすることにより製造された。第二の、即ち、最も外側のAg層をA 1□03の誘電保護層によりPDLCフィルムから保護した。The metal-dielectric-metal (MDM) electrode was approximately 13n on a PET support (25μ thick). Sputter coating a first layer of Ag with a thickness of 530 m Reactively evaporate an Al2O8 dielectric layer with a thickness of 90 nm, corresponding to a half-wavelength separation in nm. and sputtering a second Ag layer of approximately 17 nm on the Al2O3 layer. Manufactured by coating. The second or outermost Ag layer is A It was protected from the PDLC film by a dielectric protective layer of 1□03.

光学測定(即ち、%可視光透過率、%可視光反射率、%太陽光透過率、および% 太陽光反射率)を、積分球を有するPerkin ElmerLambda 9 分光光度計を用いて測定した。全ての測定は印加電界なしに行われた。積分球の ポート上に直接的に試料を置き、全透過量および反射量が測定されるようにした 。光学測定の結果を表1に示し、「T」は透過率を意味し、「R」は反射率を意 味する。Optical measurements (i.e., % visible light transmittance, % visible light reflectance, % solar transmittance, and % Perkin Elmer Lambda 9 with an integrating sphere Measured using a spectrophotometer. All measurements were performed without an applied electric field. of integrating sphere A sample was placed directly on the port to measure total transmission and reflection. . The results of the optical measurements are shown in Table 1, where "T" means transmittance and "R" means reflectance. Taste.

表 1 PDLCコーティング前の電極の光学特性表1の結果は、実施例1〜5に示すよ うに、誘電不動態化材料の薄膜層の含有はコートされていない銀フィルムと比較 して、可視光透過率値はインジウム−錫酸化物(ITO)試料(C−1)に近づ き、反射率はコートされていない材料(C−2およびc−3)よりも低いといっ たように、向上した光学特性をもたらしたことを示す。Table 1 Optical properties of the electrode before PDLC coating The results in Table 1 are as shown in Examples 1 to 5. The inclusion of a thin layer of dielectric passivating material compared to an uncoated silver film Therefore, the visible light transmittance value approaches that of the indium-tin oxide (ITO) sample (C-1). The reflectance is said to be lower than that of uncoated materials (C-2 and C-3). This shows that improved optical properties were obtained.

実施例1において製造された電極の導電率もLRI非接触導電プローブを用いて 測定し、その結果を表2に示した。The conductivity of the electrode manufactured in Example 1 was also determined using an LRI non-contact conductive probe. The results are shown in Table 2.

表 2 PDLCコーティング前の電極の電気特性導電率の結果は、不動態化誘電性材料 (実施例1および2)でコートした電極の導電率はコートされていない銀電極( 例C−1および2)と実質的に変化がないことを示す。全ての金属電極はインジ ウム−錫酸化物(例C−1)より実質的に高い導電率を有した。Table 2 Electrical properties of the electrode before PDLC coating Conductivity results of the passivated dielectric material The conductivity of the coated electrodes in (Examples 1 and 2) is the same as that of the uncoated silver electrodes (Examples 1 and 2). This shows that there is no substantial change from Examples C-1 and 2). All metal electrodes are indica It had a substantially higher conductivity than the umium-tin oxide (Example C-1).

PDLCの一般製造法 電気活性層がPDLCフィルムである光変調装置を実施例1で製造した電極を用 いて製造した。それらはMillerらの米国特許出願番号第(出願事件整理番 号第44609USAIB、 1992年1月10日出願)ニ開示された技術を 用いて製造された。一般に、製造法は次の通りである。等しい重量部のLICR ISTAL E7(EM Industries、 Hawthorne、 N Y)およびN0A65(Norland Products、Inc、、 Ne w Brunswick、 NJから入手可能なチオール−エンを基礎とするマ トリックス材料)を液晶材料が完全に溶解するまで混合しながら約60℃に加熱 した。この液晶/未硬化ポリマーマトリックス材料ブレンドを、事前に透明電極 (保護不動態化材料コーティングを有する、または有しない)により各フィルム の片側表面上でコートされた、1対の25ミクロン厚さのポリエステルフィルム 間に注いだ。2枚のフィルムは精密二本ロールニップコーターのニップロールに より電極コートされた表面が向かい合った関係で保持された。ニップロール間の 間隔は液晶材料/未硬化ポリマーマトリックス材料のフィルム厚さが10〜21 ミクロンになるように設定された。General manufacturing method of PDLC Using the electrode manufactured in Example 1, a light modulating device in which the electroactive layer is a PDLC film is used. Manufactured using They are Miller et al.'s U.S. Patent Application No. No. 44609 USAIB, filed on January 10, 1992) Manufactured using. Generally, the manufacturing method is as follows. Equal parts by weight of LICR ISTAL E7 (EM Industries, Hawthorne, N Y) and N0A65 (Norland Products, Inc., Ne w Thiol-ene based polymers available from Brunswick, NJ. trix material) to approximately 60°C while mixing until the liquid crystal material is completely dissolved. did. This liquid crystal/uncured polymer matrix material blend is applied to transparent electrodes in advance. Each film (with or without a protective passivating material coating) A pair of 25 micron thick polyester films coated on one side of the I poured it in between. The two films are placed on the nip roll of a precision two-roll nip coater. The electrode-coated surfaces were held in face-to-face relationship. between the nip rolls The spacing is such that the film thickness of the liquid crystal material/uncured polymer matrix material is 10 to 21. It was set to be microns.

本発明の電極を利用するPDLC装置の製造に有用な他の市販の液晶材料はLI CRISTAL BLOO6、BLOO9、BLO36、BLO38、MLIO 05、MLI08.17151 、17153および17315(全てEM I ndustries、 )Iawthorne。Other commercially available liquid crystal materials useful in the fabrication of PDLC devices utilizing electrodes of the present invention include LI CRISTAL BLOO6, BLOO9, BLO36, BLO38, MLIO 05, MLI08.17151, 17153 and 17315 (all EM I industries, ) Iawthorne.

NYから入手可能)を含む。(available from NY).

本発明の電極を利用するPDLC装置の製造に有用な他のチオール−エンを基礎 とするポリマーマトリックス材料はN0A68(NorlandProduct s、 Inc、、 New Brunswick、 NJから入手可能)である 。Other thiol-ene-based materials useful in the fabrication of PDLC devices utilizing the electrodes of the present invention. The polymer matrix material used is N0A68 (Norland Product available from New Brunswick, NJ). .

2枚の電極コートされた基材および液晶材料/未硬化マトリックス材料を含むサ ンドイッチ状構造体を蛍光曙光燐光源(fluorescentblack l ight phosphor lighting elements)の1対の 向かい合ったバンクの間に置くことによりポリマーマトリックスは重合され、こ こで、各バンクはポリエステルフィルムの片方を照らすように置かれている。3 00 nm〜400nmのスペクトル分布および351nmで最大出力を有する 光源を用いた。A sample containing two electrode-coated substrates and a liquid crystal material/uncured matrix material. The switch-like structure is used as a fluorescent light source (fluorescent black). a pair of phosphor lighting elements) The polymer matrix is polymerized by placing it between opposite banks; Here, each bank is placed so that one side of the polyester film is illuminated. 3 Spectral distribution from 00 nm to 400 nm and maximum output at 351 nm A light source was used.

この光源は、各電極コートされたポリエステルフィルムを通して1.1mW/c m2の平均強度を提供するように調節された。サンドイッチ状構造体の各面は] 00mJ/Cm”の総エネルギー照射を受けた。この構造体は全体として200 mJ/cm”の総エネルギーにさらされた。試料8への平均強度は0.5mW/ Cm2であり、総照射は330mJ/cm2であった。300〜400nm範囲 にスペクトル応答を有するBIT低強度UVIMAP放射計により入射放射線量 を決定し、358nmで最大透過を有した。The light source was 1.1 mW/c through each electrode coated polyester film. was adjusted to provide an average intensity of m2. Each side of the sandwich-like structure] 00 mJ/Cm" total energy irradiation. The structure as a whole received 200 mJ/Cm" mJ/cm” total energy.The average intensity on sample 8 was 0.5 mW/cm”. Cm2, and the total irradiation was 330 mJ/cm2. 300-400nm range The incident radiation dose was determined by the BIT low-intensity UVIMAP radiometer with a spectral response of was determined and had a maximum transmission at 358 nm.

電気伝導性接着剤テープ(即ち、3M銅ホイルテープ上に置かれた3M9703  z−軸導電性テープ)は液晶/マトリックス材料により事前にコートされなか った縁に沿って各々の電極コートされた基)オの一部分に固定された。次いで、 各テープを種々の電圧出力を有する交流(A C)供給電源に接続され、装置を 電界のある状態および電界のない状態にスイッチできるようにした。Electrically conductive adhesive tape (i.e. 3M9703 placed on 3M copper foil tape) z-axis conductive tape) is not pre-coated with liquid crystal/matrix material. Each electrode was fixed to a portion of the coated base (A) along the edge. Then, Each tape is connected to an alternating current (AC) power supply with various voltage outputs to power the device. It is now possible to switch between a state with an electric field and a state without an electric field.

装置の光学特性は、電極の光学特性測定のために記載した手順と同一の手順を用 いて測定したが、光学測定は電界のない状態の装置で測定した。反射率測定の場 合、装置の上面および底面で別々の測定を行った(装置において用いられた電極 が異なる組成を有したから、それらの反射特性は異なることが期待される。)。The optical properties of the device were determined using the same procedure described for measuring the optical properties of the electrodes. However, optical measurements were performed using a device without an electric field. Place for reflectance measurement separate measurements were taken on the top and bottom of the device (depending on the electrodes used in the device). Since they had different compositions, their reflection properties are expected to be different. ).

結果を表4に示す。各装置の7エーデイング係数を計算し、結果を表4に示しj こ。The results are shown in Table 4. The 7 aging coefficients for each device were calculated and the results are shown in Table 4. child.

表3 PDLC装置の電極コンフィグレーションPDLC装置の光学特性 表4に示した結果は、薄膜不動態化誘電体層を用いて製造したPDLC装置は向 上した光学特性を示しうろことを示す(即ち、7および8)。非凝縮性の水浴チ ャンバー中で24Hr、50%の衝撃係数のUVサンランプ、GE型R3M−6 にさらして測定した。電極の安定性は、PDLCマトリックスの導電率でなく、 電極の面積導電率を測定するLEI非接触導電プローブにより電極の導電率をモ ニターすることにより測定した。P D L Cフィルム中の腐蝕性成分のAg とのいかなる反応も電極の導電率を減少させた。保護された電極および保護され ていない電極は、示されるように、次の液晶/ポリマーマトリックス混合物:  E7/N0A65、BLOO9/N0A65初の20週間で、保護された電極は 保護されていない電極よりも導電率の良好な保持を示した。金属電極およびPD LC層の間の酸化アルミニウムまたは酸化錫層は試験条件で腐蝕から薄膜Ag電 極を保護する。導電率の少量の初期低下後、多くの不動態化試料は環境チャンバ ーへの暴露を増加しても殆ど、または全く変化を示さない。Table 3 Electrode configuration of PDLC device Optical characteristics of PDLC device The results shown in Table 4 show that PDLC devices fabricated using thin film passivated dielectric layers The scales exhibit the optical properties listed above (i.e., 7 and 8). Non-condensable water bath UV sun lamp, GE type R3M-6, 24 Hr in chamber, 50% impact coefficient It was measured by exposing it to. The stability of the electrode is determined by the conductivity of the PDLC matrix, and not by the conductivity of the PDLC matrix. The conductivity of the electrode is monitored by the LEI non-contact conductivity probe that measures the area conductivity of the electrode. It was measured by monitoring. Ag, a corrosive component in P D L C film Any reaction with reduced the conductivity of the electrode. protected electrode and protected The electrodes without the following liquid crystal/polymer matrix mixture as shown: In the first 20 weeks of E7/N0A65, BLOO9/N0A65, the protected electrodes It showed better retention of conductivity than unprotected electrodes. Metal electrode and PD The aluminum oxide or tin oxide layer between the LC layers resists corrosion under the test conditions. Protect poles. After a small initial decrease in conductivity, many passivated samples remain in an environmental chamber. Increasing exposure to - shows little or no change.

環境安定性スタディ−試験の初期および20週間終了後の導電率測定を表6に報 告する。このデータは、風化時に、スタディ−条件下で、液晶E7を含むPDL C装置は導電率の最も大きな低下を受け、液晶BLOO9を含むPDLC装置は 中間の導電率損失を受け、液晶材料を含まない装置は最も安定であることを示す 。Environmental Stability Study - Conductivity measurements at the beginning of the test and after 20 weeks are reported in Table 6. I will inform you. This data shows that when weathered, under study conditions, PDLs containing LCD E7 C devices suffered the greatest reduction in conductivity, while PDLC devices containing liquid crystal BLOO9 We show that devices that suffer intermediate conductivity losses and do not contain liquid crystal material are the most stable. .

上記のPDLC装置の180°剥離強度測定は上記に記載の試験手順により行わ れ、結果を表7に示す。The 180° peel strength measurement of the above PDLC device was performed according to the test procedure described above. The results are shown in Table 7.

表 7 誘電体保護されたおよびされないPDLC装置の剥離強度上記の明細書および図 面の範囲内で理にかなった変更および改良は添付の請求の範囲に定義される本発 明の有効範囲を逸脱することなく可能である。Table 7 Peel strength of PDLC devices with and without dielectric protection Specifications and figures above Reasonable changes and improvements within the scope of this invention may be made within the scope of the invention as defined in the appended claims. This is possible without departing from the scope of the present invention.

illusion

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.少なくとも片方の電極が透明である1対の金属電極を通して電界が印加され る電気活性層を含む光変調装置であって、ここで、前記の1対の電極の少なくと も片方が、前記の電極の劣化耐性を向上するために、前記の電極と前記の電気活 性層の間に挟まれた薄膜不動態化誘電体層(thin passivating  dielectric layer)を更に含む光変調装置。1. An electric field is applied through a pair of metal electrodes, at least one of which is transparent. a light modulating device comprising an electroactive layer comprising at least one of said pair of electrodes; In order to improve the deterioration resistance of the electrode, one of the electrodes is connected to the electrically active electrode. a thin passivating dielectric layer sandwiched between A light modulation device further including a dielectric layer. 2.前記の電気活性層がPDLC材料層を含む請求項1に記載の装置。2. 2. The device of claim 1, wherein said electroactive layer comprises a layer of PDLC material. 3.前記の電気活性層が液晶を含む材料の層を含む請求項1に記載の装置。3. 2. The device of claim 1, wherein said electroactive layer comprises a layer of material that includes liquid crystals. 4.前記の電気活性層がエレクトロクロミック材料である請求項1に記載の装置 。4. The device of claim 1, wherein said electroactive layer is an electrochromic material. . 5.前記の電極の両方が劣化耐性を向上するために薄膜不動態化誘電体層を備え た請求項1に記載の装置。5. Both of the aforementioned electrodes feature a thin passivated dielectric layer to improve resistance to degradation. The apparatus according to claim 1. 6.前記の誘電体層の屈折率および厚さが、電界の存在下において前記の装置に よる透過を増加し、反射を減少するように選択される請求項1に記載の装置。6. The refractive index and thickness of said dielectric layer are such that the refractive index and thickness of said dielectric layer 2. The device of claim 1, wherein the device is selected to increase transmission by and decrease reflection. 7.前記の誘電体層の屈折率と前記の電気活性層の屈折率の差が少なくとも0. 2である請求項6に記載の装置。7. The difference between the refractive index of the dielectric layer and the electroactive layer is at least 0. 7. The device according to claim 6, wherein: 8.前記の金属電極用の材料が、銀、金、銅、アルミニウム、チタン、クロム、 ニッケル、鉄、およびそれらの合金からなる群より選ばれる請求項1に記載の装 置。8. The materials for the metal electrodes include silver, gold, copper, aluminum, titanium, chromium, The device according to claim 1, which is selected from the group consisting of nickel, iron, and alloys thereof. Place. 9.前記の誘電体層が可視領域の光を実質的に吸収しない請求項1に記載の装置 。9. The device of claim 1, wherein the dielectric layer does not substantially absorb light in the visible region. . 10.前記の誘電体層が、金属酸化物、硫化物、ハロゲン化物、およびそれらの 組み合わせからなる群より選ばれる請求項1に記載の装置。10. The dielectric layer may contain metal oxides, sulfides, halides, and their like. 2. The device of claim 1, wherein the device is selected from the group consisting of: 11.前記の誘電体層を備えた前記の電極の導電率が少なくとも0.001mh os/sq.である請求項1に記載の装置。11. said electrode with said dielectric layer has a conductivity of at least 0.001 mh; os/sq. The apparatus according to claim 1. 12.前記の装置のシェーディング係数が0.5より低い請求項1に記載の装置 。12. Apparatus according to claim 1, wherein the shading coefficient of the apparatus is lower than 0.5. . 13.24Hr、50%の衝撃係数の紫外線サンランプを含む水浴チャンバーに 20週間さらした後に、前記の誘電体層を備えた前記の電極の導電率の少なくと も50%が保持される請求項1に記載の装置。13.24 Hr, in a water bath chamber containing an ultraviolet sun lamp with an impact coefficient of 50%. After 20 weeks of exposure, the conductivity of said electrode with said dielectric layer is at least 2. The device of claim 1, wherein 50% is retained. 14.1対の透明銀電極を通して電界が印加される電気活性PDLC層を含む光 変調装置であって、ここで、前記の電極は、前記の電極の劣化耐性を向上するた めに、前記の電極と前記のPDLC層の間に挟まれた薄膜不動態化誘電体層を更 に備え、前記の誘電体層が、Al2O3、SnO2、インジウム一錫酸化物、Z nO、CeO2、Ta2O5、ZrO2およびTiO2からなる群より選ばれる 光変調装置。14. Light containing an electroactive PDLC layer where an electric field is applied through a pair of transparent silver electrodes A modulation device, wherein the electrode is configured to improve resistance to deterioration of the electrode. For this purpose, a thin passivated dielectric layer sandwiched between said electrode and said PDLC layer is further In preparation for this, the dielectric layer is made of Al2O3, SnO2, indium monotin oxide, Z selected from the group consisting of nO, CeO2, Ta2O5, ZrO2 and TiO2 Light modulator. 15.少なくとも片方の電極が透明である1対の金属電極を通して電界が印加さ れる電気活性層を含む光変調装置であって、ここで、前記の1対の電極の少なく とも片方が、前記の電極の劣化耐性を向上するために、前記の電極と前記の電気 活性層の間に挟まれた薄膜不動態化誘電体層を更に含み、前記の光変調装置が交 流供給電源を更に含む光変調装置。15. An electric field is applied through a pair of metal electrodes, at least one of which is transparent. 2. A light modulating device comprising an electroactive layer, wherein one or more of said pair of electrodes In order to improve the deterioration resistance of the electrode, one of the electrodes and the electric further comprising a thin film passivated dielectric layer sandwiched between the active layers, the light modulating device A light modulating device further comprising a current supply power source. 16.腐蝕性汚染物に対する向上した耐性を有する薄膜金属電極を有する光変調 装置の製造方法であって、前記の方法は、前記の電極上に不動態化誘電体材料の 薄膜を適用すること;少なくとの片方の電極が不動態化材料薄膜を含む1対の電 極間に含まれた電気化学的に活性な材料を有する層状構造体を形成すること(こ こで、前記の不動態化材料は前記の電気化学的に活性な材料と前記の金属電極に 挟まれており、前記の電気化学的に活性な材料は少なくとも1種の重合性モノマ ーとの混合物で電気化学的に活性な材料を含む。);および、 前記の電気化学的に活性な材料を封入するマトリックスを形成するように、前記 の重合性モノマーを重合すること;の工程を含む方法。16. Light modulation with thin film metal electrodes with improved resistance to corrosive contaminants A method of manufacturing a device, the method comprising depositing a passivated dielectric material on the electrode. applying a thin film; a pair of electrodes in which at least one electrode includes a thin film of passivating material; forming a layered structure with an electrochemically active material contained between the electrodes; wherein said passivating material is bonded to said electrochemically active material and said metal electrode. sandwiched between the electrochemically active materials and at least one polymerizable monomer. containing electrochemically active materials in mixtures with );and, said electrochemically active material so as to form a matrix encapsulating said electrochemically active material. A method comprising the steps of: polymerizing a polymerizable monomer.
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