JPS6327694B2 - - Google Patents

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JPS6327694B2
JPS6327694B2 JP53078723A JP7872378A JPS6327694B2 JP S6327694 B2 JPS6327694 B2 JP S6327694B2 JP 53078723 A JP53078723 A JP 53078723A JP 7872378 A JP7872378 A JP 7872378A JP S6327694 B2 JPS6327694 B2 JP S6327694B2
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JP
Japan
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thin film
crystalline
electrons
electrochromic
optical properties
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JP53078723A
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Japanese (ja)
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JPS556357A (en
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Hiroshi Masuda
Kenji Matsuhiro
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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Priority to DE19792924898 priority patent/DE2924898A1/en
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電圧印加により可逆的な発消色を示す
いわゆるエレクトロクロミツク(以下ECという)
素子に関するものであり、更に詳しくは固体系の
透過型EC素子に関する。
[Detailed Description of the Invention] The present invention is a so-called electrochromic device (hereinafter referred to as EC) that exhibits reversible color development and decolorization upon application of voltage.
The present invention relates to elements, and more specifically relates to solid-state transmission type EC elements.

従来、酸化タングステン薄膜を用いるEC素子
がいくつか提案されている。
Conventionally, several EC elements using tungsten oxide thin films have been proposed.

これは酸化タングステン薄膜側を負にバイアス
した時に次式の反応によりカラーセンターが形成
されるためと一般に説明されている。
It is generally explained that this is because a color center is formed by the following reaction when the tungsten oxide thin film side is negatively biased.

WO3(無色)+XM++xe→MxWO3(青色) こゝで、M+はプロトン、アルカリ金属イオン、
銀イオンを示す。このようなEC素子は溶液系と
固体系とに大別される。前者は表示極と対極とを
対向させ、その間に液体の電解質を充填したもの
であり、着色濃度、応答速度等の特性は比較的良
いが、電解質を密閉する構造が困難、信頼性が乏
しい欠点がある。
WO 3 (colorless) +XM + +xe→MxWO 3 (blue) Here, M + is a proton, an alkali metal ion,
Indicates silver ion. Such EC elements are broadly classified into solution type and solid type. The former has a display electrode and a counter electrode facing each other and a liquid electrolyte is filled between them, and has relatively good characteristics such as color density and response speed, but has the drawback that the structure that seals the electrolyte is difficult and reliability is poor. There is.

また、後者は表示極と対極とを対向させ、その
間に固体のイオン透過性の絶縁膜を介在させたも
のである。
The latter has a display electrode and a counter electrode facing each other, with a solid ion-permeable insulating film interposed therebetween.

固体系は一般に液体系の難点を解消しうるが、
着色濃度、応答速度は遅い欠点をもつている。
Solid systems can generally overcome the difficulties of liquid systems, but
It has the disadvantage that color density and response speed are slow.

以下従来例の構成を図面に基づき説明する。 The configuration of the conventional example will be explained below based on the drawings.

第1図は透明電導膜12を有する透明基板11
上に表示極13として酸化タングステンを、又イ
オン透過性の絶縁膜14としてCaF2を積層し、
対極15にAuの薄膜を使用したものである。こ
の素子は対極15にAuの薄膜を使用しているた
め透過率が悪い、又対極15の反応として可逆的
なプロセスが用意されていないのでガスの発生が
あり寿命が短い欠点を有している。
FIG. 1 shows a transparent substrate 11 having a transparent conductive film 12.
Tungsten oxide is laminated on top as the display electrode 13, and CaF 2 is laminated as the ion-permeable insulating film 14.
A thin film of Au is used for the counter electrode 15. This device uses a thin Au film for the counter electrode 15, so it has poor transmittance, and since there is no reversible process for the reaction of the counter electrode 15, gas is generated and the device has a short lifespan. .

第2図は透明電導膜22を有する透明基板21
上に、表示極23として酸化タングステン膜を、
又イオン透過性の絶縁膜24としてAgイオンの
伝導体であるRbAg4I5を積層し、対極25にAg
の薄膜を用いたものである。この素子は対極で Ag→Ag++e の反応が起こるので、電荷のバランスは保たれる
が、RbAg4I5が不安定であり、Agイオンが表示
極で放電してデントライト状に析出する難点を有
し、又Agイオンのサイズが大きいため応答が遅
い欠点がある。
FIG. 2 shows a transparent substrate 21 having a transparent conductive film 22.
A tungsten oxide film is placed on top as the display electrode 23,
In addition, RbAg 4 I 5, which is a conductor of Ag ions, is laminated as the ion-permeable insulating film 24, and Ag is deposited on the counter electrode 25.
It uses a thin film of In this device, the reaction Ag→Ag + +e occurs at the counter electrode, so the charge balance is maintained, but RbAg 4 I 5 is unstable, and Ag ions are discharged at the display electrode and precipitate in the form of dentrite. There are also disadvantages of slow response due to the large size of Ag ions.

第3図は透明電導膜32を有する透明基板31
上に、表示極33として酸化タングステンを、
又、イオン透過性の絶縁膜34としてクロミアと
を積層し対極35にAu膜を用いたものである。
この素子はクロミア中の徴量の水分から出るプロ
トンが電荷のキヤリアーとして働くものである。
この素子の場合も対極にAu膜を用いているため
透過率が低いという欠点があつた。
FIG. 3 shows a transparent substrate 31 having a transparent conductive film 32.
On top, tungsten oxide is placed as a display electrode 33.
Further, chromia is laminated as the ion-permeable insulating film 34, and an Au film is used as the counter electrode 35.
In this element, protons emitted from the water in chromia act as charge carriers.
This element also had the disadvantage of low transmittance because it used an Au film for the counter electrode.

本発明者らは、以上のような固体系の素子の現
状に鑑み、種々の検討を重ねた結果、透明電導
膜、陽イオンとその電荷を補償する量の電子の可
逆的な出入りが起こるが実質的に可視域での光学
的性質が変化しない結晶質EC薄膜、イオン透過
性の絶縁膜、陽イオンとその電荷を補償する量の
電子の可逆的な出入が可能であり、それににより
可視域での光学的性質が変化するEC薄膜、透明
電導膜を積層した構成を少なくとも含む素子にす
ることにより前記の欠点を解消したものである。
In view of the current state of solid-state devices as described above, the inventors of the present invention have conducted various studies and found that a transparent conductive film allows reversible inflow and outflow of positive ions and electrons in an amount that compensates for their charges. A crystalline EC thin film with virtually no change in optical properties in the visible range, an ion-permeable insulating film, and the reversible entry and exit of cations and electrons in an amount that compensates for their charge, thereby making it possible to maintain optical properties in the visible range. The above drawbacks are solved by creating an element that includes at least a laminated structure of an EC thin film whose optical properties change and a transparent conductive film.

第4図は本発明に係る固体系の透過型EC素子
の一例であり、酸化インヂウム、酸化スズ等の透
明電導膜42を形成した透明基板41上に、陽イ
オンとその電荷を補償する量の電子の可逆的な出
入りが起こるが実質的に可視域での光学的性質が
変化しない対極としての結晶質EC薄膜43を形
成する。
FIG. 4 shows an example of a solid-state transmission type EC element according to the present invention, in which cations and an amount to compensate for their charges are placed on a transparent substrate 41 on which a transparent conductive film 42 of indium oxide, tin oxide, etc. is formed. A crystalline EC thin film 43 is formed as a counter electrode in which electrons reversibly enter and exit, but the optical properties in the visible range do not substantially change.

該結晶質EC薄膜43は次の様な性質を有する。 The crystalline EC thin film 43 has the following properties.

(1) 電位の制御によりイオンが拡散しうる程度の
多孔構造を有する。
(1) It has a porous structure that allows ions to diffuse by controlling the potential.

(2) 拡散したイオンの電荷を補償する電子がドリ
フトしてイオンの近傍に到達するような易動度
を有する。
(2) It has such mobility that electrons that compensate for the charge of the diffused ions drift and reach the vicinity of the ions.

(3) 母格子、イオン、電子の3者が相互作用を行
ないカラーセンターを形成する。
(3) The mother lattice, ions, and electrons interact to form a color center.

(4) カラーセンターにトラツプされた電子がかな
りな程度非局在化できるような結晶性を有し、
カラーセンターは可視域に吸収を持たない。
(4) It has crystallinity such that electrons trapped in the color center can be delocalized to a considerable degree;
Color centers have no absorption in the visible range.

かゝる結晶質EC薄膜43は、タングステン、
モリブデン、バナジウム、クロム、マンガン、ニ
オブ、タンタルの酸化物或は硫化物で形成するこ
とができるが、最も好ましくは多孔構造を有する
結晶質酸化タングステン膜である。酸化タングス
テンを例にとり形成法を説明すれば、先ず酸化タ
ングステンを1×10-4〜5×10-3Torr、より好
ましくは5×10-4〜2×10-3Torrの真空度にお
いて蒸着して多孔性の酸化タングステン非晶質薄
膜を形成し、次いで350℃〜450℃の温度で熱処理
して多孔性の結晶質薄膜としたものである。
Such crystalline EC thin film 43 is made of tungsten,
Although it can be formed from an oxide or sulfide of molybdenum, vanadium, chromium, manganese, niobium, or tantalum, it is most preferably a crystalline tungsten oxide film having a porous structure. To explain the formation method using tungsten oxide as an example, first, tungsten oxide is vapor deposited at a vacuum level of 1×10 -4 to 5×10 -3 Torr, more preferably 5×10 -4 to 2×10 -3 Torr. A porous tungsten oxide amorphous thin film is formed by heating, and then heat-treated at a temperature of 350°C to 450°C to form a porous crystalline thin film.

この様にして形成して対極としての結晶質EC
薄膜43上に、陽イオンは通すが電子は実質的に
通さない絶縁膜44を形成する。かゝるイオン透
過性絶縁膜44としては公知の材料、例えばフツ
化カルシウム、フツ化鉛()、酸化ケイ素、ク
ロミア、β−アルミナ、窒化リチウム、リチウム
アルミネート、リチウムシリケート、リチウム亜
鉛ゲルマネート、リチウムマグネシウムゲルマネ
ートが用いられる。
Crystalline EC formed in this way as a counter electrode
On the thin film 43, an insulating film 44 is formed that allows cations to pass through but substantially does not allow electrons to pass therethrough. Such ion-permeable insulating film 44 may be made of known materials, such as calcium fluoride, lead fluoride, silicon oxide, chromia, β-alumina, lithium nitride, lithium aluminate, lithium silicate, lithium zinc germanate, etc. Lithium magnesium germanate is used.

かゝる絶縁膜44上に、陽イオンとその電荷を
補償する量の電子の可逆的な出入りが可能であ
り、しかもそれにより可視域での光学的性質が変
化する表示極としてのEC薄膜45と透明電導膜
46を形成することにより本発明の透過型EC素
子は得られる。
On such an insulating film 44, there is an EC thin film 45 as a display electrode in which cations and electrons in an amount that compensates for their charges can reversibly enter and exit, and the optical properties in the visible range change thereby. By forming the transparent conductive film 46, the transmission type EC element of the present invention can be obtained.

表示極としてのEC薄膜45は、負にバイアス
した場合陽イオンとその電荷を補償する量の電子
をとり込んで、母格子、陽イオン、電子との相互
作用でカラーセンターを形成するものでありタン
グステン、レニウム、バナジウム、ニオブ、タン
タル、クロム、マンガン、チタンの酸化物、硫化
物が挙げられるが、好ましくは酸化タングステン
を含む非晶質薄膜が用いられる。
When the EC thin film 45 serving as a display electrode is negatively biased, it takes in cations and electrons in an amount that compensates for their charge, and forms a color center through interaction with the mother lattice, cations, and electrons. Examples include oxides and sulfides of tungsten, rhenium, vanadium, niobium, tantalum, chromium, manganese, and titanium, but preferably an amorphous thin film containing tungsten oxide is used.

本発明の透過型EC素子を可逆的に動作させる
ためには対極としての結晶質EC薄膜43又は表
示極としてのEC薄膜45のいずれか一方に事前
に陽イオンとその電荷を補償する量の電子を注入
しておく必要がある。製法上からは対極としての
結晶質EC薄膜43に陽イオンと電子を注入して
おくのが望ましく、透明電導膜42を有する透明
基板41上に前述の如く対極としての結晶質EC
薄膜43を形成し、かゝる状態で陽イオンを含む
電解質中に浸し電圧を印加することにより注入さ
れる。
In order to operate the transmission type EC element of the present invention reversibly, in advance, either the crystalline EC thin film 43 as a counter electrode or the EC thin film 45 as a display electrode is charged with cations and an amount of electrons to compensate for the charge. need to be injected. From the viewpoint of the manufacturing method, it is desirable to inject cations and electrons into the crystalline EC thin film 43 as the counter electrode, and as described above, the crystalline EC thin film 43 as the counter electrode is injected onto the transparent substrate 41 having the transparent conductive film 42.
A thin film 43 is formed, and in this state it is immersed in an electrolyte containing cations and a voltage is applied to inject it.

一例として対極としての結晶質EC薄膜43に
Liイオンと電子を注入した多孔構造を有する結晶
質酸化タングステンを用い、表示極として非晶質
酸化タングステン薄膜45を用いて構成した素子
を例にとり、動作させたときの透過率特性を第5
図に基づき説明する。
As an example, for the crystalline EC thin film 43 as a counter electrode.
Taking as an example a device constructed using crystalline tungsten oxide with a porous structure into which Li ions and electrons are injected, and using an amorphous tungsten oxide thin film 45 as a display electrode, the transmittance characteristics when operated are shown in Table 5.
This will be explained based on the diagram.

電圧を印加しないとき表示極としてのEC薄膜
45の分光曲線は第5図1であり、対極としての
結晶質EC薄膜43の分光曲線は第5図2であり
透過型素子である。かゝる素子の表示極側を負に
対極側が正になるように電圧を印加すると、対極
側の結晶質EC薄濃43は、次式により、 LixWO3→xLi++xe+WO3 Liイオンが遊離する。表示極としてのEC薄膜4
5は次式の反応により、 xLi++xe+WO3→LixWO3 LixWO3を形成し青色に着色する。このときの分
光曲線を第5図3に示す。
When no voltage is applied, the spectral curve of the EC thin film 45 as a display electrode is shown in FIG. 51, and the spectral curve of the crystalline EC thin film 43 as a counter electrode is shown in FIG. 52, which is a transmission type element. When a voltage is applied so that the display electrode side of such an element is negative and the counter electrode side is positive, the crystalline EC thin concentration 43 on the opposite electrode side liberates Li ions according to the following formula: LixWO 3 →xLi + +xe+WO 3 . EC thin film as display electrode 4
5 forms xLi + +xe+WO 3 →LixWO 3 LixWO 3 by the reaction of the following formula, and is colored blue. The spectral curve at this time is shown in FIG. 5.

次に表示極側を正、対向側を負にするように電
圧を印加すると上記と逆の反応が起こり、透過型
の素子となる。
Next, when a voltage is applied so that the display electrode side is positive and the opposite side is negative, a reaction opposite to the above occurs, resulting in a transmission type element.

上述のとおり、表示極としてのEC薄膜、対極
としてのEC薄膜とも可逆的な電子の授受が起る
ので電荷のバランスが保たれ劣化が防止される。
As mentioned above, since reversible exchange of electrons occurs between the EC thin film serving as the display electrode and the EC thin film serving as the counter electrode, charge balance is maintained and deterioration is prevented.

又、透過の状態では従来のようにAuの薄膜で
はなく透明電導膜を使用しているため透過率は優
れている。
Furthermore, in the transparent state, the transmittance is excellent because a transparent conductive film is used instead of the conventional thin Au film.

また、透過型であるため、後方或は側面からの
照明を用いて見易い表示が可能であり、更には後
方に反射板或はカラーの背景板を配置し表示コン
トラストを高めることも可能である。
Furthermore, since it is a transmissive type, it is possible to display an easy-to-read display using illumination from the rear or side, and it is also possible to increase the display contrast by arranging a reflective plate or a color background plate at the rear.

用途としては表示装置以外にも、光変調ガラス
としてカーテンレスの窓、自動車用防眩ミラー、
光量可変のサンバイザー、光量を調節できる眼鏡
等に利用できることは勿論である。
In addition to display devices, applications include curtainless windows as light modulating glass, anti-glare mirrors for automobiles,
Of course, it can be used in sun visors with variable light intensity, glasses with adjustable light intensity, and the like.

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

第1図〜第3図は従来のEC素子の側面図、第
4図は本発明の透過型EC素子の側面図、第5図
は分光曲線を示す図。 11,21,31,41……透明基板、12,
22,32,42,46……透明電導膜、13,
23,33……表示極、14,24,34……絶
縁膜、15,25,35……対極、43……結晶
質EC薄膜、44……イオン透過性絶縁膜、45
……EC薄膜。
1 to 3 are side views of a conventional EC element, FIG. 4 is a side view of a transmission type EC element of the present invention, and FIG. 5 is a diagram showing a spectral curve. 11, 21, 31, 41...transparent substrate, 12,
22, 32, 42, 46...transparent conductive film, 13,
23, 33... Display electrode, 14, 24, 34... Insulating film, 15, 25, 35... Counter electrode, 43... Crystalline EC thin film, 44... Ion-permeable insulating film, 45
...EC thin film.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 透明基板、該基板上に配設した透明電導膜、
陽イオンとその電荷を補償する量の電子の可逆的
な出入りが起るが実質的に可視域での光学的性質
が変化しない結晶質エレクトロクロミツク薄膜、
上記陽イオンは通すが電子は実質的に通さない絶
縁膜、陽イオンとその電荷を補償する量の電子の
可逆的な出入りが可能であり、しかもそれにより
可視域での光学的性質が変化するようなエレクト
ロクロミツク薄板、透明電導膜の積層構造を少な
くとも含むことを特徴とする透過型エレクトロク
ロミツク素子。 2 可視域での光学的性質が変化しない結晶質エ
レクトロクロミツク薄膜が、イオンが出入りする
に充分な多孔構造を有する酸化タングステンを含
む結晶質薄膜である特許請求の範囲第1項記載の
透過型エレクトロクロミツク素子。 3 可視域での光学的性質が変化するようなエレ
クトロクロミツク薄膜が、イオンが出入りするに
充分な多孔構造を有する酸化タングステンを含む
非晶質薄膜である特許請求の範囲第1項又は第2
項記載の透過型エレクトロクロミツク素子。
[Claims] 1. A transparent substrate, a transparent conductive film disposed on the substrate,
a crystalline electrochromic thin film in which cations and electrons reversibly enter and exit in an amount that compensates for their charge, but whose optical properties in the visible range remain substantially unchanged;
The above-mentioned insulating film allows cations to pass through but does not substantially allow electrons to pass through, allowing reversible entry and exit of cations and electrons in an amount that compensates for their charge, and this changes the optical properties in the visible range. A transmission type electrochromic element comprising at least a laminated structure of an electrochromic thin plate and a transparent conductive film. 2. The transmission type according to claim 1, wherein the crystalline electrochromic thin film whose optical properties do not change in the visible range is a crystalline thin film containing tungsten oxide and having a porous structure sufficient for ions to enter and exit. Electrochromic device. 3. Claim 1 or 2, wherein the electrochromic thin film whose optical properties in the visible range change is an amorphous thin film containing tungsten oxide and having a porous structure sufficient for ions to enter and exit.
Transmission type electrochromic device as described in .
JP7872378A 1978-06-20 1978-06-30 Transmission type electrochromic element Granted JPS556357A (en)

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FR7915132A FR2434448A1 (en) 1978-06-20 1979-06-13 COUNTER ELECTRODE FOR USE IN AN ELECTROCHROMIC DEVICE
DE19792924898 DE2924898A1 (en) 1978-06-20 1979-06-20 COUNTERELECTRODE FOR AN ELECTROCHROME DEVICE
GB7921530A GB2023867B (en) 1978-06-20 1979-06-20 Counter electrode for electrochromic device

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