JPS60151616A - エレクトロクロミツク素子 - Google Patents

エレクトロクロミツク素子

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JPS60151616A
JPS60151616A JP59007773A JP777384A JPS60151616A JP S60151616 A JPS60151616 A JP S60151616A JP 59007773 A JP59007773 A JP 59007773A JP 777384 A JP777384 A JP 777384A JP S60151616 A JPS60151616 A JP S60151616A
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Ryoji Fujiwara
良治 藤原
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    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1523Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising inorganic material
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、全固体薄膜積層型エレクトロクロミック素子
(以下、「ECD」という)に関し、詳しくは改善され
た透明性を有する酸化発色層を用いた]18CDに関す
るものである。
ECDは、例えば数字表示素子、X−Yマトリクス表示
素子、光学シャッタや絞夛機構等に応用することができ
るもので、例えば第1図に示す全固体薄膜積層構造0E
CDが知られてbる。すなわち、第1図に示すECDは
、1対の電極12と16間に還元発色層13、中間層1
4と酸化発色層15の薄膜積層構造が配置されている。
このECDは、可逆的な電気化学反応によシ発色状態と
消色状態の光学変化が得られ、例えば還元発色層13の
側の電極12に負極性とし、酸化発色層15の側の電極
16に正極性とした電圧を印加することによって、還元
発色層13と酸化発色層15を発色状態とすることがで
き、又この電圧の極性をそれぞれ逆極性とすることによ
り発色状態から消色状態へと光学変化を生じさせること
ができる。
ところで、米国特許第4,191,453号公報には酸
化イリジウムがアノード反応で発色するECDのアノー
ド材料となることが提案されておル、又特開昭56−4
679号公報には酸化イリジウムを前述の如き全固体薄
膜積層型ECDの酸化発色層として適用したECDが提
案されている。
しかし、この様な従来で用いられている酸化イリジウム
の酸化発色層は、応答速度が遅い点や透過率が低いなど
実用上の点で十分な性能をもっていない欠点を有してい
る。
このため、例えば米国特許第4.258.984号公報
に記載されている様に、スパッタリングニよシ形成した
酸化イリジウムの薄膜あるいは金属イリジウムの薄膜を
硫酸水溶液中で低周波駆動による陽極酸化するウェット
プロセスにより、前述の欠点を解消する方法が提案され
ているが、この方法で形成した酸化イリジウム薄膜の透
過率はせいぜい70チ程度で、十分な透明性を有してお
らず、又この方法は薄膜積層構造体を作成する時のピン
ホール発生の原因となっていて、適当なものではない。
又、反応性スパッタリングにょ9作製した酸化イリジウ
ム薄膜もやはシ透明性の高いものが得られず、しかも十
分なEC特性(可逆的な電気化学反応特性)を得るため
には、この酸化イリジウム薄膜に前述の陽極酸化処理を
施す必要がある。
本発明者らは、ECDの酸化発色層として酸化イリジウ
ム薄膜を適用する際に生じていた前述の如き諸問題を解
決すべく、鋭意検討を重ねたところ、特に反応性スパッ
タリングにより酸化イリジウム又は水酸化イリジウムの
薄膜を形成する除の反応ガスとして酸素ガスと水素ガス
を含有する混合ガス、場合によっては水蒸気をも混合さ
せた混合ガスを用いることによって、前述の如き陽極酸
化処理(ウェットプロセス)を用いることなく全くのド
ライプロセスで良好なEC特性が得られる点、しかも高
い透明性を有する酸化イリジウム又は水酸化イリジウム
の薄膜が得られる点を見い出した。
従って、本発明の目的は酸化発色層として用いた酸化イ
リジウム(IrOx ; 0.5(x≦2、好ましくは
1< x り2 )又は水酸化イリジウム(Ir (O
H)n% ; n≦2)の薄膜をドライプロセスで形成
し、しかもピンホールの発生していない電気化学的反応
性積層構造体を有するECDを提供することにある。
本発明の別の目的は、高い透J率特性をもっECDを提
供することにある。
すなわち、本発明は反応性スパッタリングによj)Ir
Ox膜又はxr(oion膜を形成する際の反応ガスと
して酸素ガスと水素ガスを含有する混合ガスを用いる点
に特徴を有している。
以下、本発明を図面に従って説明する。
本発明のECDは、第1図に示す薄膜積層構造体を用い
ることができ、図中の酸化発色層15として前述のI’
rOX膜又はIr(oH)n膜を設けたものである。又
、図中の還元発色層13は、省略することも可能である
本発明0ECDで用いうる還元発色層13としては、例
えば二酸化タングステン(wo2)、三酸化タングステ
ン(wo、二酸化七リブデン(MOOり 、三酸化モリ
ブデン(MOOa)や五酸化バナジウムff20+)な
どの薄膜を用いることができる。中間層14は、二酸化
ジルコン(zrO□)、酸化ケイ素(830) 、二酸
化ケイ素(Sing)五酸化タンタル(Ta、O,)な
どの酸化物あるいはフッ化リチウム(LiF) 、フッ
化マグネシウム(MgF、)などのフッ化物で代表され
る誘電体からなる絶縁膜である。
この様な酸化発色層15/中間層14/還元発色層13
からなる可逆的な電気化学反応性構造体は、電極12と
16の間に挾持され、電極12は基体11によって支持
されている。との基体11は一般的にガラス板によって
形成されるが、これはガラス板に限らず、プラスチック
板を用いることもでき、又その位置に関しても電極16
の側に設けてもよいし目的に応じて(例えば、採機カバ
ーとするなどの目的)両側に設けてもよい0又、電極1
2と16とじては酸化インジウム、酸化錫やI TO(
Indinm TinQxide )などの透明導電膜
を用いることがアきるが、必要に応じて電極12と16
のうち何れか1万を適当な金属膜とすることもできる。
本発明で用いる酸化発色層15は、第2図に示すIrO
x又はIr(OH)n薄膜作成スパッタリング装置によ
り形成することができる。
第2図に示すスパッタリング装置は、真空槽201の内
部にITO膜を設けたガラス板などの被蒸着体202(
図中では2つの被蒸着体202aと202bを配置)と
ターゲットなる金属イリジウム(Ir )パレット20
3がそれぞれ所定の位置に配置され、被蒸着体202は
冷却水循環バイブ204によって冷却されている支持体
205によって支えられており、スパッタリングの際に
は被蒸着体を室温程度に保つことができる。又金属イリ
ジウムパレット203はIN、硬体206ステンレスな
どの上に配置されている。又、この金属イリジウムパレ
ット203に代えて、他のイリジウム例えばイリジウム
酸化物、イリジウム水酸化物を用いることもできる。こ
の電極体206は高周波電源207に接続されたマツチ
ングボックス208とi&している。又、真空槽21に
はそれぞれ反応カスとL7て酸素ガスを導入する酸素ガ
スボンベ209、水素ガスを導入する水素ガスボンベ3
13と真空ポンプ310に接続され、それぞれにパルプ
311.314と312が取シ付けられている。
本発明の酸化発色層となるIrOx膜を形成するに際し
て、真空N201の内部を真空ポンプ310の作動によ
シ真空状態(lo Torr )とした後に、パルプ3
12を閉じて真空状態を維持する。しかる後に、パルプ
311と314を開放して酸素ガスボンベ209と水素
カスボンベ313よシ貞空槽201の内部に酸素ガスと
水素ガスを導入し、そのガス圧が0.ITorr以上、
好ましくは0. I Torr〜I Torrとなる様
にする。
その後、高周波電力(周波数13.56■Iz;電力I
 W / ci以下、好ましくは0.4W/m以下)を
電極体206に付写し、グロー放電を生じさせてスパッ
タリングを行なうことによって、−Ir Ox膜を被蒸
着体202aと202bの上に形成することができる。
この際に形成されるIrOx膜は一般的に300A〜1
000人の膜厚にすることによfi、ECDの酸化発色
層として有効に機能することができる。
この際に用いる混合ガスは、水素ガスと酸素ガスの容積
比、すなわちVH2(水素ガス容積)/Vo、(酸素ガ
ス容積)が0.1〜1.5で、好ましくは0.5〜1.
5の時が有効である。
第3図(Alは、発振波長633nmのヘリウム・ネオ
ンレーザに対する350λのIr0xfNの透過率と0
.4 W/mの高周波(13,56MHz ) TiC
力で且つ0.1 Torrのガス圧下、での酸素ガスと
水素ガスの混合比の関係を明らかにしている。すなわち
、スパッタリングの際の混合ガスの混合比(VH。
/Vo、)を0.0.5.1.0,1.5オよび2.0
と変化させた時に形成された350人のIrOx膜の透
過率をヘリウム・ネオンレーザを用いて測定したところ
、第3図(5)で示す良好な透過率特性の曲線31が得
られた。
又、第3図(B)は、ホール移動度(μH)と混合カス
の混合比の関係を表わしている。このホーファン デル
 バク ル移動度の測定は、Van der Pauw法で行な
った□ Van der Pauw法は、L、J−Va
n derフイリプス リサーチ レポート Pauw! ”Ph1lips、 Res、 Rept
、 13(1958) 1”に詳述されているが、その
概要を説明する。すなわちVan der Pauw法
は1g4図(Nに示す四角形のIrOx膜の西端をそれ
ぞれ41.42.43.44として、針電極を接触させ
て、電極41−42間に電流Iを流した時に、電極43
−44間に電圧V43−44が生じ、式(’l ; R
(41−42*43−44) = V43−44/Iが
成立し、式(1)を定義すればシート抵抗は となる。
また、ホール係は第4図に示す四角形に紙面から垂直方
向に向けて磁場Bを印加したとすると、入京められる。
ここでΔR(41−43、42−44)はR(41−4
3,42−44)の磁場Bによる変化である。ここで%
f(X)はO<x≦1で定義される関数で、次の超越方
程式の解である。
ρs トRsから、キャリアのホール移動度はからめら
れることになる。
従って、ホール移動度(μH)は、第4図(FS)に示
1す様に、四端41,42.43と44に相当するIr
Ox膜に針電極を接触させて測定値をめることによって
得ることができる0図中、45はスイッチングボックス
である0 第3図但)から判る様にホール移動度(μIr)は、曲
線32で示されているとおりどの場合も20〜60at
/v−3eC程度で、良好なものであった。
又、ホール係数のサインがプラスであることから、この
膜はP型の透明導電膜としての応用も可能である。
又、本発明の好ましい具体例ではスパッタリング時の酸
素ガスと水素ガスを含有する混合ガスのガス圧を0、I
Torr以上、好ましくは0.1〜ITorrとするこ
とによって高い透過率のIr Ox膜又はIr(OH)
H膜を得ることができる。又、混合ガス圧の上限値は、
均一なグロー放電を発生することができるまでの値に設
定すべきである。
又、前述のスパッタリングの際酸素ガスに代えて水蒸気
を用いることによってIr(OH)yl膜を形成するこ
とができ、さらに酸素ガス、水素ガスと水蒸気の混合ガ
スを用いることもでき、何れの場合において前述と同様
の効果が得られる。
又、本発明の酸化発色層を形成する際に用いた前のスパ
ッタリング装置の他に反応性高周波イオンブレーティン
グ法や反応性アーク放電イオンブレーティング法を用い
ることができ、この場合でも前述と同様の効果が得られ
る。
従来のスパッタリングで得たIrOx膜は、透過性が悪
く、陽極酸化等の後処理を必要としておシ、シかもこの
方法で形成した膜にはピンホールを発生して、好ましい
ものではなかったが、本発明によれば水素ガスを含有さ
せた混合ガスを反応ガスとしたスパッタリングを用いる
ことによって、高速応答性を有し、しかも高透過率を有
するECDを得ることができる。
以下、本発明を実施例に従って説明する。
建施例I ITO膜を設けた0、 8 vr*のガラス基板と金属
イリジウムを用意し、それぞれ第2図に示すスパッタリ
ング装置に取シ付けた。しかる後、スパッタリング装置
の真空槽中の空気を真空ポンプにより排気し、水素ガス
と酸素ガスの導入管よシ水素ガスと酸素ガスを真空槽内
に導入し、0、1 Torrの混合ガス圧状態とした。
次いで、周波数13.56 MHzの高周波を0.4W
/dの電力下で電極体に付与して、スパッタリングを行
い、■To膜上に350λのIrOx膜を形成した。こ
の際、混合ガスの比率(VH,/Vo、)を0.0.5
.1.0.1,5および2,0と変化させた。
コラして作成した5つのサンプルについて、それぞれI
rOx膜の上に、真空蒸着法によシTa2O,,膜を3
000人の膜厚で設けた。この時の真空度は2. I 
X 104Torr 、蒸着速度は8λ/seeであっ
た。さらに、この膜の上に還元発色層となるWO1膜を
真空蒸着法によシ4000スの膜厚で設け、さらに半透
明Au膜を30OAの膜厚で設けた。
この様にして作成した5種のECDの特性(発消色特性
)を測定したところ、第5図(3)および第5図(B)
中のプロットで示す結果が得られた。第5図tA)は、
混合ガスの混合比率に対する消色時の透過率(aAにお
ける変化を表わしている。
第5図(B)は、消色時の透過率(イ)を100として
、ECDの電極(ITO膜と半透明Au膜)間に2,2
Vの直流電圧(ITO膜電極を正極性にし、半透明Au
膜電極を負極性にした)を0.2秒間印加した時の透過
率(イ)の変化率(1)を表わしたものでおる。
実施例2 実施例1で用いた酸素ガスに代えて水蒸気を用いた以外
は、実施例1と同様の方法でECDを作成し、さらにそ
れの評価を行なったところ、実施例1と同様の結果が得
られた。
【図面の簡単な説明】
第1図は、エレクトロクロミック素子の断面図である。 第2図は、本発明で用いたスパッタリング装置を模式的
に表わす断面図である。第3図+A)は、混合ガスの混
合比とIrOx膜の透過率との関係を表わす説明図であ
る。第3図tB)は、混合ガスの混合比とIrOx膜の
ホール移動度との関係を表わす説明図である。第4図(
Nは、ホール移動度を測定する際に用いたIrOx膜め
四角形を表わす平面図である。第4図(Blは、ホール
移動度の測定法を示す装置の説明図である。 第5図tA)は、ECDの消色時の透過率と混合ガスの
混合比との関係を示す説明図である。第5図(Blは、
ECDの消色時の透過率を100とし、0.2秒間通電
時の透過率の変化率と混合ガスの混合比との関係を表わ
す説明図である。 ll;基板、12,16;電極、13;還元発色層、1
4;中間層、15;酸化発色層、201 ;真空槽、2
02;被蒸着体、203;金属イリジウムパレット、2
04;冷却水循環バイブ、205:支持体、206;電
極、207;高周波電源、208;マツチングボックス
、209;dEEガスボンベ、310;真空ポンプ、3
13;水素カスボンベ、311,312゜314;パル
プ。 特許出願人 キャノン株式会社 VH2/ Voz * ’htz / Vote 0、E 1.0 1.5 ?!、(I VH−/ Vo2D VH2/Vot比

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一対の電極間に酸化発色層を備えたエレクトロク
    ロミック素子において、前記酸化発色ノーが水素ガスを
    有する混合ガスの存在下でイリジウムをスパッタリング
    することにより形成した薄膜となっていることを特徴と
    するエレクトロクロミック素子。
  2. (2) 前記イリジウムが金属イリジウムである特許請
    求の範囲第1項記載のエレクトロクロミック素子。
  3. (3) 前記混合ガスが0.1Torr以上のガス圧を
    有している特許請求の範囲第1項記載のエレクトロクロ
    ミック素子。
  4. (4) 前記混合ガスが水素ガスと酸素ガスを含有する
    混合ガスである特許請求の範囲第1項記載のエレクトロ
    クロミック素子。
  5. (5) 前記混合ガスが酸素ガスの1容積に対して0.
    1〜1.5容積の割合で含有している特許請求の範囲第
    4項記載のエレクトロクロミック素子0
  6. (6) 前記混合ガスが酸素ガスの1容積に対して0.
    5〜1.5容積の割合で含有している特許請求の範囲第
    4項記載のエレクトロクロミック素子。
  7. (7) 前記混合ガスが酸素ガスの1容積に対してほぼ
    1容積の割合で含有している特許請求の範囲第4項記載
    のエレクトロクロミック素子。
  8. (8) 前記混合ガスが水素ガスと水蒸気を含有する混
    合ガスである特許請求の範囲第1項記載のエレクトロク
    ロミック素子。
  9. (9)前記混合ガスが水素ガス、水蒸気と酸素ガスを含
    有する混合ガスである特許請求の範囲第1項記載のエレ
    クトロクロミック素子。
JP59007773A 1984-01-18 1984-01-18 エレクトロクロミツク素子 Granted JPS60151616A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62267726A (ja) * 1986-05-16 1987-11-20 Canon Inc 全固体エレクトロクロミック素子用酸化イリジウム膜の製造方法
FR2629222A1 (fr) * 1988-03-25 1989-09-29 Saint Gobain Vitrage Vitrage a transmission variable du type electrochrome
US5241411A (en) * 1987-07-02 1993-08-31 Saint-Gobain Vitrage Electrochromic variable transmission glazing
KR100526640B1 (ko) * 1996-03-27 2006-01-27 쌩-고벵 글래스 프랑스 전기화학장치

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