JPH08220568A - エレクトロクロミック素子 - Google Patents

エレクトロクロミック素子

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JPH08220568A
JPH08220568A JP7023884A JP2388495A JPH08220568A JP H08220568 A JPH08220568 A JP H08220568A JP 7023884 A JP7023884 A JP 7023884A JP 2388495 A JP2388495 A JP 2388495A JP H08220568 A JPH08220568 A JP H08220568A
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JP
Japan
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layer
oxide
transparent electrode
substrate
thin film
Prior art date
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Pending
Application number
JP7023884A
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English (en)
Inventor
Tadahiko Saito
忠彦 斉藤
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 製造において、100℃前後に加熱したプラ
スチック基板上に少なくとも、第1透明電極層、エレク
トロクロミック層、第2透明電極層とを順次積層して形
成し、その後室温まで冷ましても薄膜の剥離やクラック
の発生がなく、また製品において、夏期の自動車内は8
0℃以上になることがあるので、その様な環境下におい
ても薄膜の剥離やクラック(割れ)の発生しないEC素
子を提供することを目的とする。 【構成】線膨張率が5×10-5-1〜1×10-4-1
範囲にあり、かつガラス転移温度が90℃以上である有
機高分子材料からなる基板上に、少なくとも、第1透明
電極層とエレクトロクロミック層と第2透明電極層とを
順次積層して形成してなるエレクトロクロミック素子。

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
子に関するものである。以下、エレクトロクロミックを
「EC」と略称し、EC素子を「ECD」と略称する。
【0002】
【従来の技術】物質に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、可逆的に着消色する現象を
エレクトロクロミズムと言う。このような現象を示すE
C物質を用いて、電圧調整により着消色するECD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を利用しようと
する試みは、20年以上も前から行われている。
【0003】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(EC層)、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52−46098参照)が全固体型EC
D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(WO3)薄膜が青色に着色す
る。その後、ECDに逆の電圧を印加すると、WO3
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おり、WO3及び絶縁膜(イオン
導電層)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。 陰極側: H2O → H+ + OH- WO3 + nH+ +ne- → HnWO3 (無色透明) (青色) 陽極側: OH- → (1/2)H2O + (1/4)O2 + (1/2)e- ところで、EC層を直接又は間接的に挟む一対の電極層
は、EC層の着消色を外部に見せるために、少なくとも
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、In23、I
TO(SnO2とIn23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
めに薄くせねばならず、この理由及びその他の理由から
ECDは基板、(例えばガラス板やプラスチック板)の
上に形成するのが普通である。また、ECDに外部電源
を供給するには、前記一対の電極層から電極を取り出す
必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】現在まで自動車用バッ
クミラーや眼鏡レンズなどで実用化されているECDの
基板にはガラスが用いられていた。しかし、最近の高分
子材料や成形加工技術の進歩に伴って、プラスチックは
軽量で、染色が比較的容易であるという利点を有するの
でECDにおいても、基板のプラスチック化が強く求め
られてきている。
【0005】尚、光学機器レンズ及び眼鏡レンズなどで
実用化されているプラスチック基板の材料としては、ポ
リビニルエステル系、ポリウレタン系、ポリカーボネー
ト系の各プラスチックが主流である。現在実用化されて
いる眼鏡用プラスチックレンズ基板は、線膨張率が8×
10 -5-1〜15×10-5-1の範囲にあるか或いはガ
ラス転移温度が70℃程度である有機高分子(プラスチ
ック)材料からなり、その線膨張係数は、ECDに用い
る薄膜と比べて一桁程度大きい。従って、例えば、約1
00℃に加熱したプラスチック基板に薄膜を形成し、そ
の後室温まで冷ますと、基板と薄膜との線膨張係数の差
により、薄膜は基板に引っ張られ余分に収縮することに
なり、圧縮応力により基板から薄膜が剥離したり、薄膜
にクラックが発生しやすくなる。
【0006】また、薄膜が剥離したり、薄膜にクラック
が発生することがない場合でも、再び約50℃に温度を
上げると、基板と薄膜の線膨張率の差により、薄膜は基
板に引っ張られ余分に延びることになり引っ張り応力が
生じ、薄膜の剥離或いはクラック(割れ)の発生を引き
起こす。薄膜の剥離、クラック(割れ)が発生したEC
素子は外観不良となり、さらに電気的な断線・短絡の原
因となる。
【0007】本発明はかかる問題に鑑みてなされたもの
であり、製造において、100℃前後に加熱したプラス
チック基板上に少なくとも、第1透明電極層、エレクト
ロクロミック層、第2透明電極層とを順次積層して形成
し、その後室温まで冷ましても薄膜の剥離やクラックの
発生がなく、また製品において、夏期の自動車内は80
℃以上になることがあるので、その様な環境下において
も薄膜の剥離やクラック(割れ)の発生しないEC素子
を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者は前記目的を達
成するために鋭意研究を行った結果、本発明は、第一に
「線膨張率が5×10-5-1〜1×10-4-1の範囲に
あり、かつガラス転移温度が90℃以上である有機高分
子材料からなる基板上に、少なくとも、第1透明電極層
とエレクトロクロミック層と第2透明電極層とを順次積
層して形成してなるエレクトロクロミック素子(請求項
1)」を提供する。
【0009】また、本発明は第二に「前記透明電極がI
TO膜であることを特徴とする請求項1記載のエレクト
ロクロミック素子(請求項2)」を提供する。また、本
発明は第三に「前記エレクトロクロミック層が酸化スズ
と酸化イリジウムとの混合物からなる可逆的電解酸化層
と、酸化タンタルからなる固体電解質層と、酸化タング
ステンからなる還元型発色層とを順次積層して形成して
なることを特徴とする請求項1又は2記載のエレクトロ
クロミック素子(請求項3)」を提供する。
【0010】
【作用】線膨張率が5×10-5-1〜1×10-4-1
範囲にあり、かつガラス転移温度が90℃以上である有
機高分子材料からなる基板上に、少なくとも、第1透明
電極層とエレクトロクロミック層と第2透明電極層とを
順次積層して形成してなるEC素子は、原因は明確では
ないが、約100℃の環境下でEC素子を構成する各薄
膜を形成し、その後室温まで冷却しても薄膜の剥離やク
ラック(割れ)は発生しないことがわかった。
【0011】また、眼鏡レンズに要求される耐熱温度で
ある80℃の環境下においても薄膜の剥離やクラック
(割れ)は発生しないことがわかった。尚、線膨張率が
5×10-5-1〜1×10-4-1の範囲にあっても、ガ
ラス転移点が90℃より小さい有機プラスチック材料か
らなる基板上に前記薄膜を形成した場合は、薄膜の剥離
やクラック(割れ)が発生する場合があることもわかっ
た。
【0012】以下、実施例により本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明はかか実施例に限定されるもので
はない。
【0013】
【実施例】
〔実施例1〕図1は、本発明の実施例1に係るECDの
概略断面図を示し、眼鏡レンズ16を基板として使用し
ている。眼鏡レンズの基板は屈折率1.6、比重1.22、線
膨張率8×10-5-1、ガラス転移点120℃のプラス
チックである。以下に示すように本実施例のECDを製
作した(以下、「サンプル1」という)。
【0014】眼鏡レンズ16の両端面はサングラスフレ
ーム枠に組み込む易いように、角縁の形状に形成してお
り、この形状により、各端面に生じた一方の斜面16a
から他方の斜面16bにかけて、スパッタリング法によ
り厚さ約1μmで銀(Ag)の薄膜17a、17b、そ
の後に厚さ約500Åで金(Au)の薄膜18a、18
bを順次形成し、銀/金の2層膜からなる導電性薄膜1
9a、19bを形成した。
【0015】レンズ基板16の表面の一部から一方の導
電性薄膜19bの一部にかけて、ITOからなる透明電
極層2を厚さ約200nmで蒸着した。その後に、EC
層として、酸化スズと酸化イリジウムとの混合物からな
る可逆的電解酸化層3、酸化タンタルからなる固体電解
質層4、そして酸化タングステンからなる還元型発色層
5を順次形成した。各層3〜5の厚さは、可逆的電解酸
化層3から順に約150nm、500nm、500nm
であった。
【0016】最後に還元型発色層5の上面から他方の導
電性薄膜19aの一部にかけて、ITOからなる透明電
極層6を厚さ約200nmで形成した。比較のため、基
板材料が屈折率1.5、比重1.32、線膨張率11×10-5
-1、ガラス転移点75℃である従来の眼鏡用プラスチ
ックレンズ(CR−39)を基板として、実施例1と同
様に製作した(以下、「サンプル2」という)。 〔比較実験〕サンプル1、2を50℃の熱風循環式恒温
層中に5分間放置した後取り出し、肉眼及び顕微鏡によ
りクラックの有無を確認した。
【0017】さらに、恒温層の温度を5℃刻みで上げな
がら同様の実験を繰り返し、クラック発生温度を測定し
た。クラック発生温度は、本発明によるサンプル1は1
25℃であり、眼鏡レンズの耐熱性規格に合格している
が、従来の眼鏡用プラスチックズをもちいたサンプル2
は75℃であり不合格であった。 〔実施例2〕図2は本発明の実施例2に係るECDの概
略断面図である。
【0018】基板は屈折率1.5、比重1.19、線膨張率5
×10-5-1、ガラス転移点125℃のプラスチックで
ある。以下に示すように本実施例のECDを製作した
(以下、「サンプル3」という)。図2に示すプラスチ
ック基板1の上面においてその一部1aに、例えば金
(Au)からなる導電性薄膜11をプラズマ溶射法によ
り形成し、次いで取り出し電極部2cが薄膜11の一部
(図示では斜面部)の上に乗るように、真空蒸着法によ
り透明電極層2を形成した。
【0019】その後、EC層として、酸化スズと酸化イ
リジウムとの混合物からなる可逆的電解酸化層3を酸化
タンタルからなる固体電解質層4を、そして酸化タング
ステンからなる還元型発色層5を順次形成した。次い
で、還元型発色層5を覆うように、アルミニウム(A
l)からなる反射性電極層12を蒸着し、このとき、そ
の一部がプラスチック基板1の端部1bに接触するよう
にした。
【0020】最後に反射性電極層12の端部12aを除
いて、電極層12の上部から透明電極層2の取り出し部
2cにかけて覆うように、エポキシ樹脂封止7及び封止
基板8により封止して、本実施例のECDを作成した。
サンプル3のクラック発生温度の測定を比較実験と同様
な方法で行った。サンプル3のクラック発生温度は13
0℃であった。
【0021】
【発明の効果】本発明のECDによれば製造方法におい
て、100℃前後に加熱したプラスチック基板上に、少
なくとも、第1透明電極層、エレクトロクロミック層、
第2透明電極層とを順次積層して形成し、その後室温ま
で冷ましても薄膜の剥離やクラックの発生がなく、また
製品において要求される耐熱温度である80℃の環境下
においても薄膜の剥離やクラック(割れ)が発生しな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施例1に係るECDの概略断面図
である。
【図2】 本発明の実施例2に係るECDの概略断面図
である。
【符号の説明】
1、・・・プラスチック基板 2、6・・・透明電極層 2b、2c、6a・・・取り出し電極部 3・・・可逆的電解酸化層 4・・・固体電解質層 5・・・還元型発色層 7・・・エポキシ樹脂封止剤 8・・・封止基板 12・・・反射性電極層 12a・・・反射性電極層12の端部 11、19a、19b・・・低抵抗の導電性薄膜 La、Lb・・・外部配線

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 線膨張率が5×10-5-1〜1×10-4
    -1の範囲にあり、かつガラス転移温度が90℃以上で
    ある有機高分子材料からなる基板上に、少なくとも、第
    1透明電極層とエレクトロクロミック層と第2透明電極
    層とを順次積層して形成してなるエレクトロクロミック
    素子。
  2. 【請求項2】 前記透明電極がITO膜であることを特
    徴とする請求項1記載のエレクトロクロミック素子。
  3. 【請求項3】 前記エレクトロクロミック層が酸化スズ
    と酸化イリジウムとの混合物からなる可逆的電解酸化層
    と、酸化タンタルからなる固体電解質層と、酸化タング
    ステンからなる還元型発色層とを順次積層して形成して
    なることを特徴とする請求項1又は2記載のエレクトロ
    クロミック素子。
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