JPS61228422A - Electrochromic display element - Google Patents

Electrochromic display element

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JPS61228422A
JPS61228422A JP60068978A JP6897885A JPS61228422A JP S61228422 A JPS61228422 A JP S61228422A JP 60068978 A JP60068978 A JP 60068978A JP 6897885 A JP6897885 A JP 6897885A JP S61228422 A JPS61228422 A JP S61228422A
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JP
Japan
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film
current
anode
electrochromic
electrochromic display
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Application number
JP60068978A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahito Uda
雅人 右田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)
  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an electrochromic display element having good optical characteristics by forming an thin org. film having electrochromic characteristics and a proton donor between transparent electrodes. CONSTITUTION:An electrolytic soln. is prepared by dissolving 5ml of aniline in an aq. soln. of 1M sulfuric acid, a quartz electrode coated with a 20nm thick vapor-deposited gold film is used for an anode, a tantalum metal plate is used for a cathode, and 0.3 A current is conducted at a voltage of 1.5 V. After conducting the current an about 0.5mum thick deep green film is formed on the anode in about 2sec, then, current is likewise conducted in an aq. soln. of 1M HCl by using the gold quartz electrode having this thin org. film as the cathode and the tantalum plate as the anode, resulting in changing color tone form the deep green to yellow in about 20msec, and, on the contrary, the color tone is restored from the yellow to the deep green in about 20msec by reversing the current direction.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は表示素子に係り、特にエレクトロクロミック素
子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to display devices, and particularly to electrochromic devices.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

子自体が発光するものと、発光しないで周囲光を変調す
るものとに分類される。後者の非発光形の素子は、集積
回路で直接駆動できる低消費電力のものが作れる利点が
ある。ところで、非発光形の表示素子は、液体を2枚の
基板の間に挟んだ構造をとっている。現在実用されてい
るのは主として液晶表示素子(LCD)とエレクトロク
ロミック表示素子(ECD)である。現在実用されてい
るネマテイク方式のLCDは、液晶の分子配向による偏
光透過光を利用しているため、′明暗による表示のコン
トラストが悪いうえ、表示認識可能な視野の角度が狭く
、又、低温における応答速度が不十分であることなどの
問題がある。一方、ECDには有機系と無機系とがあり
、有機系ではヴイオローゲンを用いたものが、特開昭5
0−136000に於いて公知であり、無機系ではWo
、を用いたものが最もよく知られている(特公昭52−
46098) 、 L遊離が起こり、消色が行なわれ難
くなり、また、実用化するには寿命が短かすぎる欠点が
ある。一方Wo3を用いたものでは、W03結晶中のイ
オン拡散速度が遅く、本質的に応答速度が遅いうえ。
They are classified into those that emit light themselves and those that do not emit light but modulate the surrounding light. The latter non-emissive type element has the advantage that it can be manufactured with low power consumption and can be directly driven by an integrated circuit. Incidentally, a non-emissive display element has a structure in which a liquid is sandwiched between two substrates. The devices currently in practical use are mainly liquid crystal display devices (LCD) and electrochromic display devices (ECD). Nematake type LCDs currently in use use polarized transmitted light due to the molecular orientation of liquid crystals, so they have poor display contrast due to brightness and darkness, have a narrow field of view that can be recognized, and can be used at low temperatures. There are problems such as insufficient response speed. On the other hand, there are organic and inorganic types of ECD, and the organic type uses viologen.
0-136000, and in inorganic systems, Wo
The most well-known one is the one using
46098), L is liberated, making it difficult to decolor, and the service life is too short for practical use. On the other hand, in the case of using Wo3, the ion diffusion speed in the W03 crystal is slow, and the response speed is essentially slow.

書き込み消去によりWO2層が電解腐食される欠点があ
る。このような欠点を持たない新しい表示素子が要求さ
れている。
There is a drawback that the WO2 layer is electrolytically corroded by writing and erasing. There is a need for new display elements that do not have these drawbacks.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、上記の欠点を改善し、良好な光学特性
を有するエレクトロクロミック表示素子を提供すること
にある。
An object of the present invention is to improve the above-mentioned drawbacks and provide an electrochromic display element having good optical properties.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

ルを生成することは、モヒルナ−(D、M、Mohil
ner)らによりジャーナル・オブ・アメリカン・ケミ
カル・ソサエティー(J、 Al1er、 Chew、
 Soc、、84(1962) 3618)に報告され
ている。
Generating a Mohilner (D, M, Mohil)
ner) et al. in the Journal of the American Chemical Society (J, Aller, Chew,
Soc, 84 (1962) 3618).

一方、塩基性溶液中では、同様のラジカルとともに陽極
電極上に高分子膜が生成することが見出されている(栓
用ら1日本欧文化学会誌(Bull。
On the other hand, in a basic solution, it has been found that a polymer film is formed on the anode electrode along with similar radicals (Bull et al. 1 Journal of Japanese and European Culture Studies).

Chew、 Sac、 Jpan、) 44.  (1
971) 2960)一本発明者は、弱酸性中に於いて
もアニリン及びアニリン誘導体のタンタル、金、白金電
極を用いた陽極反応で高分子薄膜が形成されることを見
出した。しかも、形成された電極上膜を乾燥した後、ア
ニリン及びアニリン誘導体を含まないプロトン性電解質
溶液中で、0.5〜1.5 vの負電荷を印加した所、
深緑色を呈する膜が黄色透明膜へと吸収色が数十ミリ秒
の速さで変化した。即ちエレクトロクロミック特性が観
測された。この特性はメモリ効果があり、低電力で色調
の変化を引き起こすことが確められた。同様の効果は、
後述の(■)。
Chew, Sac, Japan, ) 44. (1
971) 2960) The present inventor has discovered that a polymer thin film can be formed by an anodic reaction of aniline and aniline derivatives using tantalum, gold, or platinum electrodes even in weak acidity. Furthermore, after drying the formed electrode film, a negative charge of 0.5 to 1.5 V was applied in a protic electrolyte solution that did not contain aniline or aniline derivatives.
The absorption color changed from a deep green film to a yellow transparent film in a few tens of milliseconds. That is, electrochromic properties were observed. It was confirmed that this property has a memory effect and causes a change in color tone at low power. A similar effect is
(■) mentioned below.

(II)、(m)などの構造を持つアニリン誘導体でも
観測された。このエレクトロクロミック特性を示す反応
は、陽極酸化で生成した高分子膜1bとそのプロトン(
H4)付加体であるICとの間の異性化反応が主反応で
ある。
It was also observed in aniline derivatives with structures such as (II) and (m). This reaction exhibiting electrochromic properties is caused by the polymer film 1b generated by anodic oxidation and its protons (
H4) The main reaction is an isomerization reaction with IC, which is an adduct.

0.5  N塩酸溶液中で、反応(1) ハフ000A
(7)膜厚に作製した場合20m5ecのスイッチング
時間で6万回以上の安定動作を行なった。
Reaction (1) Hough 000A in 0.5 N hydrochloric acid solution
(7) When fabricated with a film thickness, stable operation was performed over 60,000 times with a switching time of 20 m5 ec.

このスイッチング時間は、従来のLCD(100〜30
0m5ec) 、 ECD (100−500m5ec
)に比べ数倍から1桁速いものである。次に、固体素子
化を試みた。素子構造の一例を第1図に示す。
This switching time is similar to that of conventional LCDs (100 to 30
0m5ec), ECD (100-500m5ec)
) is several times to an order of magnitude faster. Next, we attempted to create a solid-state device. An example of the element structure is shown in FIG.

この素子ではプロトン供給源に固定化酵素膜と膜中に分
散溶解した基質との反応を利用している。
This device uses a reaction between an immobilized enzyme membrane and a substrate dispersed and dissolved in the membrane as a proton supply source.

この反応は、例えば、酵素センサーとしてすでに確立し
た技術であり、信頼性が高いことがわかっている0本発
明では、表示素子用プロトン供給源に用いたところも特
徴がある。
This reaction is a technology that has already been established as an enzyme sensor, for example, and is known to be highly reliable.The present invention is also characterized in that it is used as a proton supply source for display elements.

本発明に用いられる有機物質として好ましいものの一例
を上げると、アニリンのほか一般式で示されるものがあ
る。R1,R2の置換基の例としては−H,−NH,、
−N)ICH,−N〆(CL )z −−GO,H−8
o、H,−OCH,などが挙げられる。この場合、同じ
置換基を有する場合も、異なる置換基を有する場合も含
まれる。具体例を示すと、 などが挙げられる。
Preferred examples of organic substances used in the present invention include those represented by the general formula in addition to aniline. Examples of substituents for R1 and R2 are -H, -NH,,
-N)ICH, -N〆(CL)z --GO,H-8
o, H, -OCH, etc. In this case, both cases in which the substituents have the same substituent and cases in which they have different substituents are included. Specific examples include the following.

なお、芳香族環が一ケの一般式(1)の化合物は、R1
,R,のうち1ケはHであることが好ましい、一般式(
II)の化合物においてR1,R。
In addition, the compound of general formula (1) having one aromatic ring is R1
, R, one of which is preferably H, the general formula (
In the compound II) R1, R.

は同一の芳香族環についているように示したが、別の芳
香族環に1ケずつついていてもよい。また一般式(m)
の化合物では、Rx −Rxは別々の芳香族環について
いるように記載したが、−ヶの芳香族環にR1,R,が
あってもさしつかえない。
are shown attached to the same aromatic ring, but they may be attached one by one to different aromatic rings. Also, general formula (m)
In the compound, Rx -Rx are described as attached to separate aromatic rings, but it is also possible for R1, R, to be present on the - aromatic ring.

また置換基は2つでなく3つ以上あってもさしつかえな
い。
Moreover, the number of substituents may be three or more instead of two.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

以下、本発明の一実施例を説明するが1本発明がこれら
に限定されるものではない。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

実施例1 5ccのアニリンを1M硫酸水溶液中に溶解させ、電解
質溶液とする。この溶液に、200人の膜厚に金蒸着し
た石英電極を陽極、タンタル金属板を陰極とし、1.5
  V、0.3  Aの電流を通電する。
Example 1 5 cc of aniline is dissolved in a 1M sulfuric acid aqueous solution to prepare an electrolyte solution. In this solution, a quartz electrode with gold vapor deposited to a thickness of 200 mm was used as an anode, and a tantalum metal plate was used as a cathode.
V, a current of 0.3 A is applied.

その結果、通電開始後、約2秒で0.5 μmの膜厚を
有する深緑色の膜が陽極板上に形成された。
As a result, a dark green film having a thickness of 0.5 μm was formed on the anode plate in about 2 seconds after the start of current application.

この膜は、赤外吸収スペクトル、紫外可視吸収スペクト
ル、薄膜クロマトグラフィー及びC,H。
This membrane can be used for infrared absorption spectrum, ultraviolet-visible absorption spectrum, thin film chromatography and C,H.

N[素分析により、主に以下の反応によって生成した、
1bの構造を有する高分子薄膜であると考えられる(R
=H)。
N [By elementary analysis, mainly produced by the following reaction,
It is considered to be a polymer thin film having the structure 1b (R
=H).

几         R尺 b この反応はRが、CH,、SO,H、OCH。几      R shaku b In this reaction, R is CH, SO, H, OCH.

などに於いても同様に起った。The same thing happened in other cases as well.

次に、形成された有機薄膜を、1M塩酸水溶液中におい
て、有機膜を有するAu/石英電極を陰極に、一方タン
タル板を陽極にして、1,5  V。
Next, the formed organic thin film was placed in a 1M hydrochloric acid aqueous solution at 1.5 V using the Au/quartz electrode having the organic film as a cathode and the tantalum plate as an anode.

0.3  Vの電流を通電した所、約20m5ecの速
さで深緑色から黄色への色調変化がみられた0次に正負
通電方向を逆にして通電したところ、同じく約20m5
ecの速さで、黄色から深緑色への色調の回復がみられ
た0色調のスペクトル変化の様子を第2図に示す。
When a current of 0.3 V was applied, a color change from deep green to yellow was observed at a speed of about 20 m5 ec.
FIG. 2 shows the spectral change of tone 0, in which the tone recovered from yellow to deep green at a speed of ec.

1bが9であり、1cが10のスペクトルである。1b is a spectrum of 9 and 1c is a spectrum of 10.

この可逆変化は、中性及び塩基性雰囲気下では進行しな
いことから、主反応機構は、前述のH0 であると考えられる。動作電圧を4V (0,5A)ま
で増加すると、スイッチング時間は20m5ecまで高
速化した。しかし、膜はがれが起りやすくなった。
Since this reversible change does not proceed in a neutral or basic atmosphere, the main reaction mechanism is thought to be the aforementioned H0. When the operating voltage was increased to 4V (0.5A), the switching time was increased to 20m5ec. However, the film became more likely to peel off.

実施例2 素子構造の一例を第1図に示す。1はCMOS・LSI
を用いた駆動回路、2はパッシベーション膜である。3
はタンタル電極、6は200人膜厚のA u /ガラス
電極であり、5は1M硫酸中に3ccのオルト−スルフ
ァニル酸を溶解し、1.5V、0.3 Vの電流を通電
しAu電極上に形成した有機エレクトロクロミック膜で
ある。膜厚は7000人である。4は、プロトン供給層
であり、以下のもので形成される。IIIIlの膜厚を
有するコラーゲンゲル膜中に脂質分解酵素であるリパー
ゼ酵素を抱括固定化し、同時に、0.2cc水溶液中に
10−”Mの中性脂質であるC3 R5(COOCH3
)3を分散させ、コラーゲンゲル膜中に含ませたものを
プロトン供給源として使用した。この膜中では以下の反
応によってプロトンを生成することが知られている。第
1図に示した構造の素子を作製し、駆動回路1より、第
3図に示すΔT工”Loom秒ΔT2=10秒2vの駆
動波電圧を印加した所、数10秒の周期で、深緑色と黄
色との間の色調変化を示した。この時Au/ガラス及び
タンタル両電極付近での気体の発生は観測されなかった
。これは、反応の消費電力が少なく、従って、電極付近
で生成すると考えられる、爵6..CH1等のガス量が
、少なく、電解質層中に分散溶解するためと考えられる
Example 2 An example of an element structure is shown in FIG. 1 is CMOS/LSI
2 is a passivation film. 3
6 is a tantalum electrode, 6 is an Au/glass electrode with a film thickness of 200 mm, and 5 is an Au electrode by dissolving 3 cc of ortho-sulfanilic acid in 1 M sulfuric acid and applying currents of 1.5 V and 0.3 V. This is an organic electrochromic film formed on top of the organic electrochromic film. The film thickness is 7,000 people. 4 is a proton supply layer, which is formed of the following. A lipase enzyme, which is a lipolytic enzyme, is immobilized in a collagen gel membrane having a thickness of 1.3 mm, and at the same time, 10-''M of C3 R5 (COOCH3), a neutral lipid, is immobilized in a 0.2 cc aqueous solution.
) 3 was dispersed and included in a collagen gel membrane and used as a proton source. It is known that protons are generated in this membrane through the following reaction. An element having the structure shown in Fig. 1 was fabricated, and when a driving wave voltage of 2V was applied from the drive circuit 1 as shown in Fig. 3 for ΔT2 = 10 seconds, the deep It showed a color tone change between green and yellow. At this time, no gas was observed near both the Au/glass and tantalum electrodes. This is because the power consumption of the reaction is low, and therefore no gas is generated near the electrodes. This is thought to be because the amount of gas such as CH1 is small and dispersed and dissolved in the electrolyte layer.

なお、アニリン誘導体として芳香環1ケの化合物のみで
なく、前記のような芳香族を2ケ又は3ケもつ化合物に
ついても実施したところ、同様の素子を得ることができ
た。
In addition, similar devices were obtained when the aniline derivative was carried out not only with a compound having one aromatic ring but also with a compound having two or three aromatic rings as described above.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、広い視野角を有し、色調変化が深緑色
と淡黄色との変化であり明瞭で美しく、またそれらの色
変化が50ミリ秒乃至はそれ以下の高速動作が可能で、
又5v以下の低電圧駆動が可能であり、しかも安価なエ
レクトロクロミック表示素子を提供し得る効果がある。
According to the present invention, it has a wide viewing angle, the color tone changes from deep green to light yellow, and is clear and beautiful, and the color changes can be performed at high speed in 50 milliseconds or less.
Further, it is possible to drive at a low voltage of 5 V or less, and has the effect of providing an inexpensive electrochromic display element.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、エレクトロクロミック素子の縦断面図、第2
図は、色調変化を示す吸収スペクトル図、第31iif
fは、周期的電圧波形図である。 1・・・駆動回搭、2・・・耐湿膜、3・・・電極、4
・・・水素イオン供給源、5・・・有機薄膜、6・・・
透明電極、7・・・ガラス担板、8・・・透過光、9,
10・・・吸収スペクトル。 第 1 目 t z ロ 514(ガ竺ン 手  続  補  正  書            
  補昭和6% 7月2981 「0 特許庁長官殿              2事件の表
示               と補昭和60年  
 特 許 願  第68978  号     3補正
をする者 事件との関係   特 許 出 願 人名称(510)
    株式会社 日 立 製 作 新式  理  人 居所〒100    東京都千代田区丸の内−丁目5番
1号株式会社 日 立 製 作 所 内 置  話 東 京212−1111(大代表)正の内容 、本願明細書第8頁3行のrlMJを 、IN」と補正する。 、同第8頁最終行の「IM」をro、INJ正する。 、同第10頁2行の「IM」をro、lNJ正する。
Fig. 1 is a longitudinal cross-sectional view of an electrochromic element, Fig.
The figure is an absorption spectrum diagram showing color tone change, No. 31iif
f is a periodic voltage waveform diagram. 1... Drive circuit, 2... Moisture-resistant membrane, 3... Electrode, 4
...Hydrogen ion supply source, 5...Organic thin film, 6...
Transparent electrode, 7...Glass carrier plate, 8...Transmitted light, 9,
10...Absorption spectrum. Part 1 t z ro 514 (Amendment to Gap Procedures)
Supplementary Showa 6% July 2981 ``0 Director General of the Patent Office Indication of 2 cases and supplementary 1985
Patent Application No. 68978 Relationship with the case of the person making the 3 amendments Patent applicant name (510)
Manufactured by Hitachi Co., Ltd. Shinshiki Ri Residence Address: 5-1 Marunouchi-chome, Chiyoda-ku, Tokyo 100 Hitachi Co., Ltd. Address: 212-1111 Tokyo (main representative) True content, No. 8 of the specification of the present application Correct rlMJ in line 3 of the page to "IN". , correct "IM" in the last line of page 8 to ro, INJ. , correct "IM" in the second line of page 10 by ro, lNJ.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、少なくとも片面が透明電極である電極板間に、電気
分解重合法により形成したエレクトロクロミック特性を
示す有機物薄膜とプロトン供給源とを設けたことを特徴
とするエレクトロクロミック表示素子。 2、上記有機物薄膜はプロトン性電解質雰囲気中で、パ
ラ位に水素を有するアミノベンゼン環構造をもつ有機化
合物分子を電気分解重合することによって形成された有
機物薄膜であることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載のエレクトロクロミック表示素子。 3、上記プロトン供給源は、固定化酵素と基質よりなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
のエレクトロクロミック表示素子。
[Scope of Claims] 1. An electrochromic display characterized in that an organic thin film exhibiting electrochromic characteristics formed by electrolytic polymerization and a proton supply source is provided between electrode plates each having a transparent electrode on at least one side. element. 2. The organic thin film is an organic thin film formed by electrolytically polymerizing organic compound molecules having an aminobenzene ring structure with hydrogen at the para position in a protic electrolyte atmosphere. The electrochromic display element according to scope 1. 3. The electrochromic display element according to claim 1 or 2, wherein the proton supply source comprises an immobilized enzyme and a substrate.
JP60068978A 1985-04-03 1985-04-03 Electrochromic display element Pending JPS61228422A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63225688A (en) * 1987-03-14 1988-09-20 Fujikura Ltd Electrochromic element

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63225688A (en) * 1987-03-14 1988-09-20 Fujikura Ltd Electrochromic element

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