JPS6186735A - Electrochromic element - Google Patents

Electrochromic element

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JPS6186735A
JPS6186735A JP20871984A JP20871984A JPS6186735A JP S6186735 A JPS6186735 A JP S6186735A JP 20871984 A JP20871984 A JP 20871984A JP 20871984 A JP20871984 A JP 20871984A JP S6186735 A JPS6186735 A JP S6186735A
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JP
Japan
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film
layer
electrochromic
electrode
insulating layer
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JP20871984A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Ishiwatari
和也 石渡
Ryoji Fujiwara
良治 藤原
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Canon Inc
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Canon Inc
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

PURPOSE:To obtain an electrochromic (EC) element having an increased response speed and a prolonged life by interposing an insulating layer consisting of laminated thin ZrO2 and SiO2 films between anode and cathode side EC layers. CONSTITUTION:The 1st transparent electrode 2 is formed on a transparent substrate 1, and an Ir(OH)2 film as an anode side EC layer 3 is formed on the electrode 2. An insulating layer consisting of laminated two layers is formed on the layer 3 by laminating a thin SiO2 film 4b and a thin ZrO2 film 4a. A cathode side EC layer 6 such as a WO3 film is formed on the film 4a, and the 2nd electrode 5 of transparent or translucent Au or the like is formed on the layer 6. Since the insulating layer is formed by laminating the SiO2 film 4b having high electron blocking property and stability and the ZrO2 film 4a having high ionic conductivity, an EC element having an increased response speed and a prolonged life is obtd.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電気化学的発消色現象すなわちエレクトロクロ
ミック現象を利用したエレクトロクロミック素子に関す
るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an electrochromic device that utilizes an electrochemical coloring/decoloring phenomenon, that is, an electrochromic phenomenon.

このようなエレクトロクロミック現象を利用する電気化
学的発消色素子すなわちエレクトロクロミック素子は、
例えば、数字表示素子、X−Yマトリクスディスプレイ
、光学シャッタ、絞り機構等に応用できるもので、その
材料で分類すると液体盤と固体型に分けられるが、本発
明は特に全固体型のエレクトロクロミック素子に関する
ものである。
Electrochemically quenched dye elements, or electrochromic devices, utilize such electrochromic phenomena.
For example, it can be applied to numeric display elements, X-Y matrix displays, optical shutters, aperture mechanisms, etc. Classified by material, it can be divided into liquid discs and solid types, but the present invention is particularly applicable to all-solid type electrochromic elements. It is related to.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

エレクトロクロミ、り現象を利用したエレクトロクロミ
ック素子の2つの構造例を第2図および第3図に示す。
Two structural examples of electrochromic elements utilizing the electrochromic phenomenon are shown in FIGS. 2 and 3.

これらの図はエレクト四りロミ。These figures are electrified.

り素子の一般的な構造を示すものである。This figure shows the general structure of the element.

第2図に示すエレクトロクロミック素子は、透明な基板
1の上に、透明導電体膜よリマる第1電極2、陽極側発
色層でちるエレクトロクロミック層3、誘電体膜からな
る絶縁層4、導電体膜より成る第2電極5を順次積層し
てなるものである。
The electrochromic device shown in FIG. 2 includes a transparent substrate 1, a first electrode 2 formed from a transparent conductive film, an electrochromic layer 3 formed from a coloring layer on the anode side, an insulating layer 4 made of a dielectric film, The second electrode 5 made of a conductive film is sequentially laminated.

また、第3図に示すエレクトロクロミ、り素子は、第2
図に示す構造における絶縁層4と第2電極5との間に、
さらに、陰極側発色層である第2のエレクトロクロミッ
ク層6を積層したものである。
Furthermore, the electrochromic element shown in FIG.
Between the insulating layer 4 and the second electrode 5 in the structure shown in the figure,
Further, a second electrochromic layer 6, which is a coloring layer on the cathode side, is laminated.

上記の構造において、基板1は一般的にガラス板てよっ
て形成されるが、これはガラス板に限らず、プラスチッ
ク板またはアクリル板等の無色透明な板ならばよく、ま
た、−七の位置に関しても、第1電極2の下ではなく、
第2電極5の上にあってもよいし、目的に応じて(例え
ば、保護カバーとするなどの目的で)両側に設けてもよ
い。ただし、これらの場合に応じて、第2電極5を透明
導電膜にしたり、両側の電極とも透明導電膜にする必要
がある。両方の電極を透明電極とすれば、透明塵の素子
ができる。絶縁層4は誘電体のみではなく、固体電解質
等のようなものでもよい。
In the above structure, the substrate 1 is generally formed of a glass plate, but this is not limited to a glass plate, and may be any colorless and transparent plate such as a plastic plate or an acrylic plate. Also, not under the first electrode 2,
It may be provided on the second electrode 5, or may be provided on both sides depending on the purpose (for example, to serve as a protective cover). However, depending on these cases, it is necessary to make the second electrode 5 a transparent conductive film, or to make both the electrodes on both sides transparent conductive films. If both electrodes are transparent, a transparent dust element can be created. The insulating layer 4 may be made of not only a dielectric but also a solid electrolyte or the like.

透明導電膜としては、ITO膜(酸化インジウムIn2
O3中に酸化錫5n02をドープしたもの)やネサ膜等
が用いられる。陽極側発色層であるエレクトロクロミッ
ク層3は、従来、三酸化り四ム(CrzOs )、水酸
化イリジウム(Ir(OH)2)、水酸化ニッケル(N
t(oH)z )等によって形成されている。誘電体か
らなる絶縁層4は、二酸化ジルコン(Zr02)、五酸
化タンタル(Ta205 )、酸化ケイ素(810,5
i02)等に代表される酸化物、あるいは7ツ化リチウ
ム(LiF ) 、フッ化マグネシウム(MgFz)等
に代表されるフッ化物を用いて形成する。また、陰極側
発色層であるエレクトロクロミ、り層6は、酸化タング
ステン(WO2#WO3)、酸化モリブデン(Mo02
゜Mo03) 、五酸化バナジウム(V2O3)等を用
いて形成する。
The transparent conductive film is an ITO film (indium oxide In2
O3 doped with tin oxide 5n02), NESA film, etc. are used. The electrochromic layer 3, which is the coloring layer on the anode side, has conventionally been made of tetratrioxide (CrzOs), iridium hydroxide (Ir(OH)2), nickel hydroxide (N
t(oH)z ), etc. The insulating layer 4 made of dielectric material is made of zircon dioxide (Zr02), tantalum pentoxide (Ta205), silicon oxide (810,5
It is formed using an oxide such as i02) or a fluoride such as lithium heptadide (LiF) or magnesium fluoride (MgFz). In addition, the electrochromic layer 6, which is the coloring layer on the cathode side, is made of tungsten oxide (WO2#WO3), molybdenum oxide (Mo02
It is formed using ゜Mo03), vanadium pentoxide (V2O3), etc.

この様な構造をもつエレクトロクロミック素子は、第1
電極2と第2電極5の間に電圧を印加することにより電
気化学反応が起き、着色、消色をする。この着色機構は
、例えば、エレクトロクロミック層6へのカチオンと電
子のダブルインジェクションによるブロンズ形成にある
と一般的に言われている。例えば、エレクトロクロミッ
ク物質として、wo、5を用いる場合には、次の(1)
式で表わされる酸化還元反応が起き着色する。
An electrochromic element with such a structure has a first
By applying a voltage between the electrode 2 and the second electrode 5, an electrochemical reaction occurs, resulting in coloring and decoloring. It is generally said that this coloring mechanism is based on formation of bronze by double injection of cations and electrons into the electrochromic layer 6, for example. For example, when using WO,5 as an electrochromic substance, the following (1)
The oxidation-reduction reaction expressed by the formula occurs, resulting in color.

WO3+ xH+ + xe−−: HJCWO3(1
)(1)式に従って、タングステンブロンズHxWo 
5が形成され着色するが、ここで印加電圧を逆転すれば
消色状態となる。(1)式のこの様な反応は、エレクト
ロクロミ、り素子においては、素子内部の絶縁層によっ
てプロトンH+が供給され着色する。
WO3+ xH+ + xe−-: HJCWO3(1
) According to formula (1), tungsten bronze HxWo
5 is formed and colored, but if the applied voltage is reversed at this point, it becomes a decolored state. In an electrochromic element, such a reaction of formula (1) is caused by protons H+ being supplied by an insulating layer inside the element and causing coloration.

〔発明が解決Qようとする問題点〕[Problems that the invention attempts to solve]

このようなエレクトロクロミック素子においては、応答
速度および寿命の点で未だ問題がある。
Such electrochromic elements still have problems in terms of response speed and lifespan.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、このようなエレクトロクロミ、り素子におい
て、従来よりも、応答速度、寿命が良いエレクトロクロ
ミック素子を提供しようとするものである。
The present invention aims to provide such an electrochromic element that has better response speed and longer life than conventional electrochromic elements.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明によるエレクトロクロミック素子の特徴とすると
ころは、導電体膜より成る第1電極と、陽極側発色層で
あるエレクトロクロミック層と、誘電体からなる絶縁層
と、陰極側発色層である第2のエレクトロクロミック層
と、導電体膜よりなる第2電極をj@次次層層たエレク
トロクロミック素子において、絶縁層を2層の積層型と
し、その2層が、ZrO2層とS loz層からなって
いることにある。
The electrochromic device according to the present invention is characterized by a first electrode made of a conductive film, an electrochromic layer which is an anode side coloring layer, an insulating layer made of a dielectric, and a second electrode which is a cathode side coloring layer. In an electrochromic element having an electrochromic layer and a second electrode made of a conductive film, the insulating layer is a two-layer stacked type, and the two layers are made of a ZrO layer and a S loz layer. It is in the fact that

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

ZrO2膜は、エレクトロクロミ、り素子のいわゆる絶
縁層(固体電解質とみなしても良い)としては、かなり
良いが、電子f四、キングが8102膜より性能が落ち
、さらに、単膜のみでは、安定性(寿命)も悪い。一方
、5to2膜は、電子ブロッキングの性能は良いが、イ
オン導伝性が悪く、単膜のみでは、エレクトロクロミッ
ク素子の特性を悪くしてしまう。
ZrO2 film is quite good as the so-called insulating layer (which can be considered as a solid electrolyte) of electrochromic elements, but the performance of electron f4 and king is lower than that of 8102 film, and furthermore, it is not stable when used as a single film. The quality (lifespan) is also bad. On the other hand, although the 5to2 film has good electron blocking performance, it has poor ionic conductivity, and using only a single film deteriorates the characteristics of the electrochromic device.

本発明によるエレクトロクロミック素子は、上記のよう
にZrO2膜とSiO2膜の積層体によって絶縁層を構
成することによって、これらの薄膜における上記の欠点
を相補い、それぞれの単膜のみでは出しえなかった性能
を、積層することにより、発揮させ従来よりも、はるか
に優れたエレクトロクロミ、り素子を提供するのである
The electrochromic device according to the present invention has an insulating layer made of a laminate of ZrO2 film and SiO2 film as described above, thereby compensating for the above-mentioned drawbacks of these thin films, which could not be achieved with a single film of each film alone. By stacking layers, we can bring out the performance and provide electrochromic elements that are far superior to conventional ones.

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

本発明によるエレク)aクロミック素子の一実施例を第
1図に示す。このエレクトロクロミック素子の基本的構
成は第3図に示すものと同様であるので、第3図に示す
部分と同じ部分は同じ符号によって指示する。
An embodiment of the electrochromic element according to the present invention is shown in FIG. Since the basic structure of this electrochromic element is the same as that shown in FIG. 3, the same parts as shown in FIG. 3 are designated by the same reference numerals.

図示の実施例において、1は透明な基板、2は透明導電
体より成る第1の電極、3は陽極側発色層である第1の
エレクトロクロミ、り層、6は陰極側発色ノコである第
2のエレクトロク四ミ、り層、5は導電体膜より成る第
2電極を示す。
In the illustrated embodiment, 1 is a transparent substrate, 2 is a first electrode made of a transparent conductor, 3 is a first electrochromic layer which is a coloring layer on the anode side, and 6 is a coloring layer on the cathode side. Reference numeral 2 indicates an electroconductive layer, and reference numeral 5 indicates a second electrode made of a conductive film.

第1および第2のエレクトロクロミック層3および6の
間に配置された絶縁層はZrO2膜4aと5to2膜4
bによって構成されている。
The insulating layer disposed between the first and second electrochromic layers 3 and 6 includes a ZrO2 film 4a and a 5to2 film 4.
It is composed of b.

なお、上記の構成において、第1のエレクトロクロミッ
ク層3と第2のエレクトロクo iツク層6は逆にして
も良い。また、ZrO2膜4aと5to2膜4bを積層
した絶縁層は、好ましくは、ZrO2膜4a側が陰極側
発色層に接しているのが良い。また、それぞれの膜厚も
、ZrO2膜は1000〜4000 X 。
In the above structure, the first electrochromic layer 3 and the second electrochromic layer 6 may be reversed. Further, in the insulating layer formed by laminating the ZrO2 film 4a and the 5to2 film 4b, it is preferable that the ZrO2 film 4a side is in contact with the coloring layer on the cathode side. Further, the thickness of each film is 1000 to 4000× for the ZrO2 film.

s io2膜は30〜500Xの間が好ましい。The sio2 film is preferably between 30 and 500X.

実施例1 透明な基板1上に、適当な引き出し電極部及びリード部
を備えたITO膜よりなる電極2を形成した。H2ガス
と02ガスの比が1:2となっているガスを導入し、0
.4 Torrの圧力下で、金属Irをターダクトにし
た、反応性高岡波スA 、夕方法で、上記の電極2上に
、陽極側発色層である第1のエレクトロクロミ、り層3
として、I r (OH)2膜500Xを形成した。次
に、絶縁層4m、4bとして、真空蒸着方法により、S
iO2膜を1001.ZrO2膜を28001 (それ
ぞれ、5i02.ZrO2を蒸着材料として)形成した
。陰極側発色層であるエレクトロクロミック層6として
WO3膜を40001形成し、さらにそれらの膜の上に
、第2電極5として、半透明Au電極をつけた。
Example 1 On a transparent substrate 1, an electrode 2 made of an ITO film having appropriate extraction electrode parts and lead parts was formed. Introducing a gas with a ratio of H2 gas and 02 gas of 1:2,
.. Under a pressure of 4 Torr, the first electrochromic layer 3, which is a coloring layer on the anode side, is formed on the above electrode 2 using a reactive Takaoka wave A layer containing metal Ir as a tarduct.
As a result, an I r (OH) 2 film 500X was formed. Next, as the insulating layers 4m and 4b, S
The iO2 film was 1001. 28001 ZrO2 films (respectively, 5i02.ZrO2 was used as the vapor deposition material) were formed. 40,001 WO3 films were formed as the electrochromic layer 6, which is a coloring layer on the cathode side, and a semi-transparent Au electrode was attached as the second electrode 5 on top of these films.

この様にして形成したエレクトロクロミック素子は、2
.2Vの定電圧駆動で、ΔC0D0.3になるまでの応
答速度が150m5ec、寿命も106回にまでなり、
応答速度および寿命に、かなりの改善がみられた。
The electrochromic device formed in this way has two
.. With constant voltage drive of 2V, the response speed until ΔC0D0.3 is 150m5ec, and the lifespan is 106 times.
Significant improvements were seen in response speed and lifespan.

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

第1図は、本発明に係るエレクトロクロミック素子の実
施例を示す断面図、第2図および第3図はエレクトロク
ロミック素子の一般的構造を示す断面図である。 1・・・基板、      2・・・第1電極、3・・
・エレクトロクロミ、り層、 4・・・絶縁層、5−・・第2電極、 6・・・エレクトロクロミック層、 4a、4b・・・絶縁層。 第1図 第2図 第3図
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of an electrochromic device according to the present invention, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views showing the general structure of the electrochromic device. 1... Substrate, 2... First electrode, 3...
- Electrochromic layer, 4... Insulating layer, 5-... Second electrode, 6... Electrochromic layer, 4a, 4b... Insulating layer. Figure 1 Figure 2 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 導電体膜より成る第1電極と、陽極側発色層であるエレ
クトロクロミック層と、誘電体膜からなる絶縁層と、陰
極側発色層である第2のエレクトロクロミック層と、導
電体膜よりなる第2電極とを順次積層してなるエレクト
ロクロミック素子において、絶縁層を、ZrO_2簿膜
とSiO_2簿膜の積層にしたことを特徴とするエレク
トロクロミック素子。
A first electrode made of a conductive film, an electrochromic layer which is an anode side coloring layer, an insulating layer made of a dielectric film, a second electrochromic layer which is a cathode side coloring layer, and a second electrochromic layer made of a conductive film. An electrochromic device comprising two electrodes laminated in sequence, characterized in that the insulating layer is a lamination of a ZrO_2 film and a SiO_2 film.
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