JPH10311990A - 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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JPH10311990A
JPH10311990A JP9123634A JP12363497A JPH10311990A JP H10311990 A JPH10311990 A JP H10311990A JP 9123634 A JP9123634 A JP 9123634A JP 12363497 A JP12363497 A JP 12363497A JP H10311990 A JPH10311990 A JP H10311990A
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JP
Japan
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layer
electrochromic
color
oxidative
forming
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Withdrawn
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JP9123634A
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English (en)
Inventor
Junji Terada
順司 寺田
Shigeru Hashimoto
茂 橋本
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Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 カラーバランスをND化したエレクトロクロ
ミック素子において、高コントラスト時の応答速度、消
色時の透過率、繰り返し耐久性の向上を図る。 【解決手段】 透明基板1a上に、ITOからなる透明
電極層1a、Irからなる酸化発色性エレクトロクロミ
ック物質単独層2a、Irの酸化物と水酸化物との混合
物とAlをドープしたZnoとからなる混合層2b、T
25 からなる透明イオン導電層3、WO3 とMoO
3 からなる還元発色性エレクトロクロミック層4、IT
Oからなる透明電極層1bを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は透過率可変フィルタ
ー、表示素子等に用いられるエレクトロクロミック素子
に関する。
【0002】
【従来の技術】電圧を印加することにより着消色するエ
レクトロクロミック素子(以下「EC素子」と記す)
は、液晶素子等と比較して、消色時の透過率が高い、偏
光の影響を受けない、メモリ性があるといった特徴があ
るため、表示素子や透過率可変フィルターへの適用が研
究されている。
【0003】その一つとして、透明電極層間にWO3
らなる還元発色性エレクトロクロミック層、Ir又はそ
の酸化物或いは水酸化物からなる酸化発色性エレクトロ
クロミック層を挟持してなる相補型EC素子が特公昭6
0−31355号公報に提案されている。
【0004】また、酸化発色性エレクトロクロミック層
を酸化発色性エレクトロクロミック物質と金属酸化物と
の混合物で形成したEC素子が特開昭59−18052
6号公報に提案されている。
【0005】またさらに、酸化発色性エレクトロクロミ
ック層を、Ir又はその酸化物或いは水酸化物からなる
分散質と導電性無機酸化物からなる透明固体分散媒とか
らなる透明分散層としたEC素子が特公平5−3337
3号公報に提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
EC素子は、応答速度や耐久性、消色時の透過率が不十
分であった。
【0007】例えば、前記特公平5−33373号公報
に提案されたEC素子では、コントラスト比(=消色時
の透過率/着色時の透過率)を10以上とした場合に応
答速度が遅くなる。また、透明分散層の導電性無機酸化
物がIn23 やITOの場合にはその繰り返し耐久性
が著しく低下する。
【0008】一方で、小型高画質のデジタルカメラ等の
絞りとして、CCDを小型化した場合、機械的な絞りで
は回折による解像度低下が生じるため、EC素子の適用
が検討されてきた。上記透明分散層を用いたEC素子を
この絞りに用いた場合、還元発色性エレクトロクロミッ
ク層の材料を種々変えて着色時のカラーバランスを青色
(WO3 )から暗青色又は黒色(WO3 とMoO3 の混
合物)に変えると、透明分散層の導電性無機酸化物がS
nO2 やZnOの場合でも、高コントラスト時(絞り4
段相当のコントラスト比16以上)での応答速度が目立
って遅くなり、また繰り返し耐久性が劣化するという問
題を生じた。
【0009】EC素子の応答速度を速くするためには、
還元発色性エレクトロクロミック層と酸化発色性エレク
トロクロミック層を厚くする方法がある。しかしなが
ら、提案されている製造方法で得られる酸化発色性エレ
クトロクロミック層と透明分散層ではこれらの層自体の
吸収が大きく、透明分散層の膜厚を50nm以上にした
場合、特に500nm以下の短波長側での吸収が大き
く、消色時の波長400〜700nmの平均透過率を7
5%以上にできなかった。また、高コントラスト時の繰
り返し耐久性も充分ではなかった。
【0010】本発明の目的は、応答速度や耐久性、消色
時の透過率が充分なEC素子を提供することにあり、特
に着色時のカラーバランスを変えた(ND化された)E
C素子の高コントラスト時の応答速度と繰り返し耐久
性、消色時の透過率の改善を図ることにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の透明電
極層間に、還元発色性エレクトロクロミック層と透明イ
オン導電層と酸化発色性エレクトロクロミック層とを挟
持してなるエレクトロクロミック素子において、上記酸
化発色性エレクトロクロミック層の少なくとも一部が、
Sb、F、Alの少なくとも一種をドープしたSnO
2 、ZnOの少なくとも一種からなる酸化物半導体物質
と酸化発色性エレクトロクロミック物質との混合層から
なることを特徴とするエレクトロクロミック素子であ
る。
【0012】本発明においては、酸化発色性エレクトロ
クロミック層に、酸化物半導体物質と酸化発色性エレク
トロクロミック層からなる混合層を用いることで、前記
した本発明の目的を達成するが、その理由としては、前
記した導電性無機酸化物を用いた透明分散層に比較し
て、上記混合層を用いることにより、酸化発色性エレク
トロクロミック層の抵抗率と還元発色性エレクトロクロ
ミック層の抵抗率とのバランスがとれ、また化学的にも
安定しているため、と考えられる。
【0013】
【発明の実施の形態】本発明のEC素子の一実施形態の
断面模式図を図1に示す。図中、1a,1bは透明電極
層、2は酸化発色性エレクトロクロミック層で、酸化発
色性エレクトロクロミック物質単独層2aと酸化物半導
体物質と酸化発色性エレクトロクロミック物質との混合
層2bからなる。3は透明イオン導電層、4は還元発色
性エレクトロクロミック層、5はガラス等の透明基板で
ある。
【0014】本発明において特徴的な構成である、混合
層2bはSb、F、Alの少なくとも一種をドープした
SnO2 、ZnOの少なくとも一種からなる酸化物半導
体物質と酸化発色性エレクトロクロミック物質からなる
が、好ましくは、酸化物半導体物質は、Sbをドープし
たSnO2 (ATO)、FをドープしたSnO2 (FT
O)、AlをドープしたZnO(AZO)から1種以上
を選択する。Sb、F、Alのドープ量としては1〜1
0重量%が好ましい。また、酸化発色性エレクトロクロ
ミック物質としては、Co、Ni、Fe、Rh、Ir、
又はこれらの酸化物、或いは水酸化物から1種以上を選
択して用いるのが好ましい。
【0015】上記混合層2bにおける組成比は、重量比
で1/1≧酸化発色性エレクトロクロミック物質/酸化
物半導体物質≧1/50が好ましく、膜厚としては10
nm〜5000nmが応答速度や透過率の点から望まし
い。上記組成比が1より大きくなると混合層2bの吸収
が大きくなり透過率が低下し、また、1/50より小さ
くなると着色速度が遅くなったり、繰り返し耐久性が悪
くなるため好ましくなり。また、膜厚が5000nmよ
り厚くなると吸収が大きくなり、10nmより薄くなる
と着色速度が遅くなったり、繰り返し耐久性が悪くなる
ため好ましくない。
【0016】本発明において上記混合層2bは、Ar、
水蒸気、或いはこれらの混合ガス(流量比:水蒸気/A
r=20〜0.5)の2Pa以上の雰囲気中で、金属タ
ーゲットと酸化物半導体ターゲットの2元スパッタ成膜
により形成することが好ましい。特に本発明において
は、金属ターゲットと酸化物半導体ターゲットに投入す
るパワーを各々制御することにより、酸化発色性エレク
トロクロミック物質の含量が透明イオン導電層に向かっ
て漸減するように成膜することが好ましい。このように
混合層内で組成比に傾きを設けることで、応答速度をよ
り速めることができる。
【0017】また、本発明においては、酸化発色性エレ
クトロクロミック物質単独層2aを透明電極層1aと混
合層2bとの間に設けることで、より繰り返し耐久性が
向上するため好ましい。当該酸化発色性エレクトロクロ
ミック物質としては、混合層2bで用いられる酸化発色
性エレクトロクロミック物質が好ましく用いられる。
【0018】本発明において、透明電極層1a,1bに
は、ITO(In23 とSnO2の混合物)、In2
3 、SnO2 、還元発色性エレクトロクロミック層4
にはWO3 、MoO3 またはこれらの混合物、透明イオ
ン導電性3にはTa25 、ZrO2 、SiO2 、Mg
2 をそれぞれ用いることができ、好ましくは、ITO
からなる透明電極層、WO3 とMoO3 との混合物から
なる還元発色性エレクトロクロミック層、Ta25
らなる透明イオン導電層の組み合わせを用いる。また、
これらの層の成膜法としては、公知の成膜法として、真
空蒸着、スパッタ、イオンプレーティング、CVD等が
好ましく用いられる。また、各層の膜厚としては1nm
〜5000nmが望ましく、要求される光学特性、繰り
返し耐久性等により決定される。
【0019】
【実施例】
[実施例1]第1の実施例として、図1に示す断面構造
のEC素子を作製した。
【0020】先ず透明ガラス基板上に透明電極層とし
て、ITOを基板温度=300℃、O2 分圧=5×10
-2Paの条件で膜厚が150nmになるように真空蒸着
した。
【0021】その上に、酸化発色性エレクトロクロミッ
ク物質単独層として、金属Irをターゲットとして、基
板温度=室温、水蒸気とArの混合ガス圧=5Pa(流
量比:水蒸気ガス/Arガス=3)の条件で膜厚5nm
になるように高周波スパッタによりIrを成膜した。
【0022】次に、混合層として、金属Irターゲット
とZnOにAl23を5重量%ドープした酸化物半導体
AZOをターゲットとして、基板温度=室温、水蒸気と
Arの混合ガス圧=5Pa(流量比:水蒸気ガス/Ar
ガス=3)の条件で、2元高周波スパッタにより、Ir
の酸化物と水酸化物の混合物とAZOからなる膜厚40
0nmの混合層を形成した。
【0023】さらに、透明イオン導電層として、基板温
度=300℃、O2 分圧=3×10-2Paの条件でTa
25 を膜厚300nmになるように真空蒸着した。
【0024】その上に、WO3 とMoO3 の混合物(重
量比:WO3 /MoO3 =9/1)を基板温度=300
℃、O2 分圧=5×10-2Paの条件で、膜厚が100
0nmになるように真空蒸着し、還元発色性エレクトロ
クロミック層を形成した。
【0025】最後に、透明電極層として、ITOを基板
温度=300℃、O2 分圧=5×10-2Pa、高周波パ
ワー=150Wで高周波イオンプレーティングにより膜
厚450nmになるように成膜した。
【0026】以上のようにして6層構造のEC素子を
得、これを樹脂封止した後、上下透明電極層に±2Vの
電圧を印加して、波長400〜700nmでの平均透過
率のコントラスト比が16以上になる応答速度を測定し
たところ、10msecであった。この時の着色は黒色
であった。また、消色時の透過率は80%で、繰り返し
耐久性は100万回以上であった。
【0027】[実施例2]混合層を形成する際に、Ir
ターゲットとAZOターゲットへのパワーを制御して、
IrとAZOの組成比が、膜厚方向に徐々にIrが少な
くなるようにする以外は実施例1と同様にしてEC素子
を得、同様にして応答速度を測定したところ8msec
であった。また、消色時の透過率は82%、繰り返し耐
久性も100万回以上であった。
【0028】[実施例3]混合層のAZOの変わりにS
nO2にSb23を5重量%ドープしたATOを用いる
以外は実施例1と同様にしてEC素子を得、樹脂封止し
た。この素子の応答速度は10msec、消色時の透過
率は80%、繰り返し耐久性は100万回以上であっ
た。さらに、ATOの変わりに、FTOを用いた場合
や、FTO、ATO、AZOを混合した場合も同様の結
果が得られた。
【0029】[実施例4]混合層のIrターゲットを金
属Coに変える以外は実施例1と同様にしてEC素子を
得、樹脂封止した。この素子の応答速度は12mse
c、消色時の透過率は80%、繰り返し耐久性は100
万回以上であった。さらに、Coに変えて、Fe、R
h、Niを用いたり、これらから選択される2種以上の
合金ターゲットを用いたEC素子についても同様の結果
が得られた。
【0030】[実施例5]酸化発色性エレクトロクロミ
ック物質単独層のIrターゲットを金属Coに変える以
外は実施例1と同様にしてEC素子を得、樹脂封止し
た。この素子の応答速度は15msec、消色時の透過
率は80%、繰り返し耐久性は100万回以上であっ
た。さらに、Coに変えて、Fe、Rh、Niを用いた
り、これらから選択される2種以上の合金ターゲットを
用いたEC素子についても同様の結果が得られた。
【0031】[実施例6]還元発色性エレクトロクロミ
ック層のWO3 とMoO3 の混合物をWO3 単独に変え
る以外は実施例1と同様にしてEC素子を得、樹脂封止
した。この素子の応答速度は、着色が青色で、青色帯域
の透過率変化が遅いため、30msecであった。ま
た、消色時の透過率は80%、繰り返し耐久性は100
万回以上であった。
【0032】[実施例7]酸化発色性エレクトロクロミ
ック物質単独層を形成しない以外は実施例1と同様にし
てEC素子を得、樹脂封止した。この素子の応答速度は
20msec、消色時の透過率は81%で、繰り返し耐
久性については1万回で消色時の透過率が低下した。
【0033】[比較例1]混合層を形成しない以外は実
施例1と同様にしてEC素子を得、樹脂封止した。この
素子の応答速度は1000msec、消色時の透過率は
82%で、繰り返し耐久性については2万回で応答しな
くなった。
【0034】[比較例2]混合層のAZOターゲットを
金属Snターゲットに変える以外は実施例1と同様にし
てEC素子を得、樹脂封止した。この素子の応答速度は
500msec、消色時の透過率は80%で、繰り返し
耐久性については100万回以上であった。
【0035】[比較例3]酸化発色性エレクトロクロミ
ック物質単独層を形成しない以外は比較例2と同様にし
てEC素子を得、樹脂封止した。この素子の応答速度は
700msec、消色時の81%であった。また繰り返
し耐久性については1万回で消色時の透過率が低下し
た。
【0036】また、混合層のSnターゲットをZnOに
変えた場合の応答速度は700msec、消色時の透過
率は81%であり、繰り返し耐久性については1万回で
消色時の透過率が低下した。
【0037】さらに、SnターゲットをITO、In2
3 ターゲットに変更した場合、いずれも応答速度は7
00msec、消色時の透過率は81%であり、繰り返
し耐久性は100回で消色時の透過率が低下した。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラーバランスをND化したEC素子において、高コン
トラスト時の応答速度、消色時の透過率と繰り返し耐久
性が改善される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態の断面模式図である。
【符号の説明】
1a,1b 透明電極層 2 酸化発色性エレクトロクロミック層 2a 酸化発色性エレクトロクロミック物質単独層 2b 混合層 3 透明イオン導電層 4 還元発色性エレクトロクロミック層 5 透明基板

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一対の透明電極層間に、還元発色性エレ
    クトロクロミック層と透明イオン導電層と酸化発色性エ
    レクトロクロミック層とを挟持してなるエレクトロクロ
    ミック素子において、上記酸化発色性エレクトロクロミ
    ック層の少なくとも一部が、Sb、F、Alの少なくと
    も一種をドープしたSnO2 、ZnOの少なくとも一種
    からなる酸化物半導体物質と酸化発色性エレクトロクロ
    ミック物質との混合層からなることを特徴とするエレク
    トロクロミック素子。
  2. 【請求項2】 上記酸化物半導体物質が、Sbをドープ
    したSnO2 、FをドープしたSnO2 、Alをドープ
    したZnOから選択される1種以上からなる請求項1記
    載のエレクトロクロミック素子。
  3. 【請求項3】 上記酸化発色性エレクトロクロミック物
    質が、Co、Ni、Fe、Rh、Ir、又はこれらの酸
    化物、或いは水酸化物から選択される1種以上である請
    求項1又は2記載のエレクトロクロミック素子。
  4. 【請求項4】 上記混合層において、酸化発色性エレク
    トロクロミック物質の含量が透明イオン導電層に向かっ
    て漸減する請求項1〜3いずれかに記載のエレクトロク
    ロミック素子。
  5. 【請求項5】 上記酸化発色性エレクトロクロミック層
    が、上記混合層と、該混合層と透明電極層間に位置する
    酸化発色性エレクトロクロミック物質単独層からなる請
    求項1〜4いずれかに記載のエレクトロクロミック素
    子。
  6. 【請求項6】 上記酸化発色性エレクトロクロミック物
    質単独層が、Co、Ni、Fe、Rh、Ir、又はこれ
    らの酸化物、或いは水酸化物から選択される1種以上か
    らなる請求項5記載のエレクトロクロミック素子。
  7. 【請求項7】 上記透明電極層がITOからなり、還元
    発色性エレクトロクロミック層がWO3 とMoO3 との
    混合物からなり、透明イオン導電層がTa25 からな
    る請求項1〜6いずれかに記載のエレクトロクロミック
    素子。
  8. 【請求項8】 上記混合層における組成比が、重量比で
    1/1≧酸化発色性エレクトロクロミック物質/酸化物
    半導体物質≧1/50である請求項1記載のエレクトロ
    クロミック素子。
  9. 【請求項9】 上記混合層の膜厚が10nm〜5000
    nmである請求項1記載のエレクトロクロミック素子
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Cited By (3)

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