JP4412529B2 - エレクトロクロミック素子 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示デバイスや調光材料として使用されるエレクトロクロミック素子に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エレクトロクロミック素子は、可視光領域において光透過性を有する材料からなる基板上に、電極とエレクトロクロミック層が形成された表示基板と、導電性を有する材料からなる対向電極が基板上に形成された対向基板とをスペーサーを介して対向させ、両者の間に電解液または固体電解質からなる電解層を設けた構造が考案されていた(例えば、特許文献1参照)。ここで、表示基板の電極は、可視光領域において光透過性を有し、かつ導電性を有する材料で形成され、また、エレクトロクロミック層は酸化タングステンや酸化モリブデンなどで形成されていた。
【0003】
【特許文献1】
特開昭59−113422号公報(第1−2頁)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来のエレクトロクロミック素子に用いられる、可視光領域において光透過性を有し、かつ導電性を有する電極の材料には、例えばインジウム−錫酸化物(ITO)が知られている。しかし、ITOによる配線のみでは配線抵抗が大きいという課題があった。特に、液晶ディスプレイと比較して、エレクトロクロミック素子は流れる電流が大きいため、配線抵抗が大きいと応答速度が遅くなったり、端子からの距離によって表示速度にばらつきが生じたり、配線抵抗部分でのエネルギーロスにより消費電力が増大したりする等の課題があった。そこで、本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、簡便に応答速度の速いエレクトロクロミック素子を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するため、本発明のエレクトロクロミック素子は、可視光領域で高い光透過性と導電性を有する材料からなる上部電極層が形成されるとともに可視光領域で高い光透過性を有する材料からなる上部基板と、上部電極層と上部基板との間に形成された低抵抗配線層と、導電性材料からなる下部電極層が形成されるとともに上部基板と対向するように設けられた下部基板と、上部基板と下部基板との間に設けられるとともに可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層と、上部基板と下部基板との間に設けられた電解質層とを備えることとした。
【0006】
あるいは、可視光領域で高い光透過性と導電性を有する材料からなる上部電極層が形成されるとともに可視光領域で高い光透過性を有する材料からなる上部基板と、導電性材料からなる下部電極層が形成されるとともに上部基板と対向するように設けられた下部基板と、上部基板と下部基板との間に設けられるとともに可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層と、上部基板と下部基板との間に設けられた電解質層と、上部電極層とエレクトロクロミック層との間に形成された低抵抗配線層と、を備える構成とした。
【0007】
さらに、低抵抗配線層を金属薄膜で構成し、可視光領域に10%以上の透過率を有する厚み、あるいは、配線幅であることとした。さらに、基板を可視光領域での透過率の高い材料、例えば、透明なガラス、あるいは透明な樹脂で形成した。具体的にはアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、メチルメタクリレート/スチレン共重合樹脂などの透光性を持った樹脂があげられる。
【0008】
【発明の実施の形態】
本発明のエレクトロクロミック素子を図面に基づいて説明する。図1に、本発明のエレクトロクロミック素子の部分断面を模式的に示す。図示するように、エレクトロクロミック素子1は、低抵抗配線層6と電極層3が形成された上部基板2Aと、電極層3が形成された下部基板2Bとの間に、エレクトロクロミック層4および電解質層5が設けられている。低抵抗配線層6は上部基板2Aと電極層3の間に設けられている。低抵抗配線層6の形成に際しては、上部基板2Aと低抵抗配線層6と電極層3を重ね合わせた状態での可視光透過率が10〜100%の範囲となるように、低抵抗配線層6の膜厚を調節する。一方、上部基板2Aに設けられた電極層3の上に低抵抗配線層6が形成された構成を図2に示す。すなわち、電極層3と低抵抗配線層6が形成された上部基板2Aと、電極層3が形成された下部基板2Bとの間に、エレクトロクロミック層4および電解質層5が設けられている。そして、低抵抗配線層6は、電極層3とエレクトロクロミック層4の間隙に形成されている。この時、上部基板2Aと低抵抗配線層6と電極層3を重ね合わせた状態での可視光透過率が10〜100%の範囲となるように、低抵抗配線層6の幅は、電極層3の幅よりも著しく小さく形成している。ここで、上部基板および下部基板はそれ自体の表面は非導電性である。
【0009】
図1および図2において、電解質層5の形成方法としては、固体の電解質を重ね合わせて形成したり、エレクトロクロミック層4と下部基板2Bを対向させてできた間隙に、液状またはゲル状の電解質層を充填したりする方法などが可能である。また、上部基板2Aおよび下部基板2Bは透光性を有しており、例えば、ガラス、もしくはアクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、メチルメタクリレート/スチレン共重合樹脂などの透光性を有する材料を使用できる。
【0010】
電極層3としては、透明導電性皮膜、例えばインジウム−錫酸化物(ITO)や、フッ素−錫酸化物(FTO)、酸化亜鉛、酸化錫、透明導電性高分子などが使用できる。エレクトロクロミック層4としては、酸化モリブデン、酸化イリジウム 、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、ニッケルマグネシウム合金、ビオロゲン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、金属フタロシアニン、ピラゾリン、フェニレンジアミン、フェナジン、フェノキサジン、フェノチアジン、テトラチアフルバレン及びフェロセンやこれらの誘導体があげられる。電解質層5としては、液状電解質、ゲル状電解質あるいは固体電解質のいずれかを用いることができる。液状電解質には、例えば、溶媒に塩類、酸類、もしくはアルカリ類の支持電解質を溶解したものを用いることができる。この場合の溶媒としては、支持電解質を溶解できるものであれば特に限定されないが、特に極性を示すものがよい。具体的には水、メタノール、エタノール、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルスルホキシド、ジメトキシエタン、アセトニトリル、γ−ブチロラクトン、スルホラン、1,3−ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、1,2−ジメトキシエタンおよびテトラヒドロフランの有機極性溶媒があげられ、これらを単独もしくは混合物として用いることができる。支持電解質としての塩類も特に限定されず、各種のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩の無機イオン塩や、四級アンモニウム塩や環状四級アンモニウム塩、四級ホスホニウム塩があげられる。具体的にはLiClO4、LiSCN、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiPF6、LiI、NaI、NaSCN、NaClO4、NaBF4、NaAsF6、KSCN、およびKClのLi、Na、Kのアルカリ金属塩;(CH3)4NBF4、(C2H5)4NBF4、(n−C4H9)4NBF4、(C2H5)4NBr、(C2H5)4NClO4および(n−C4H9)4NClO4の四級アンモニウム塩および環状四級アンモニウム塩、およびこれらの混合物があげられる。支持電解質としての酸類も特に限定されず、無機酸、有機酸が使用でき、これには硫酸、塩酸、リン酸類、スルホン酸類およびカルボン酸類がふくまれる。支持電解質としてのアルカリ類も特に限定されず、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムおよび水酸化リチウムがあげられる。
【0011】
ゲル状電解質としては、液状電解質に、さらにポリマーやゲル化剤を含有させて粘稠液としたもの、もしくはゲル状としたものを用いることができる。ポリマーは特には限定されず、例えば、ポリアクリロニトリル、カルボキシメチルセルロース、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンオキサイド、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリアミド、ポリアクリルアミド、セルロース、ポリエステル、ポリプロピレンオキサイドおよびナフィオン(登録商標)があげられる。ゲル化剤も特に限定されず、例えば、オキシエチレンメタクリレート、オキシエチレンアクリレート、ウレタンアクリレート、アクリルアミドおよび寒天があげられる。なお、ゲル状電解質は、ポリマーの前駆体であるモノマーやゲル化剤の前駆体を液状電解質と混合してこれをエレクトロクロミック層4と下部基板2Aの間隙に注入した後、重合又はゲル化させることで対向するエレクトロクロミック層4と下部基板2Aの間に形成することができる。固体電解質としては、室温で固体であり、かつイオン導電性を有するものであれば特に限定されず、その具体例としては、ポリエチレンオキサイド、オキシエチレンメタクリレートのポリマー、ナフィオン(登録商標)およびポリスチレンスルホン酸があげられる。高分子固体電解質を用いることも好ましい。
【0012】
低抵抗配線層6としては、金、白金、銀、クロム、銅、ニッケル、パラジウム、タングステン、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、等の金属薄膜あるいは、これらの金属の少なくとも1種類を含む合金薄膜があげられる。金属薄膜の形成には、任意の方法、例えば、真空蒸着法、イオンプレーティング法又はスパッタリング法やメッキ法を適宜採用することができる。
【0013】
以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【0014】
(実施例1)
図1で示したエレクトロクロミック素子の具体的実施例について記述する。上部基板2Aとしてガラス基板を用い、スパッタリング法により厚さ約10nmのクロム薄膜を低抵抗配線層6として形成した。さらに、スパッタリング法により厚さ約200nmの透明導電性皮膜(ITO)を電極層3として形成した。このように作製した基板に、めっき法により厚さ300nmの酸化ニッケルからなるエレクトロクロミック層4を形成した。さらに、固体高分子電解質からなる電解質層5を重ねて形成し、スパッタリング法により厚さ約200nmの透明導電性皮膜(ITO)を電極層3として形成した下部基板2Bであるガラス基板で挟み込むことによりエレクトロクロミック素子1を作製した。低抵抗配線層6を設けることにより、応答速度が改善された。
【0015】
さらに、低抵抗配線層6を薄くすることで可視光領域において透明、もしくは透明に近い状態とした。これにより上部基板2Aと低抵抗配線層6と電極層3を重ね合わせた状態での可視光透過率が10〜100%の範囲とすることが可能となる。
【0016】
(実施例2)
図2で示したエレクトロクロミック素子における、具体的実施例について記述する。上部基板2Aとして用いたガラス基板に、スパッタリング法により厚さ約200nmの透明導電性皮膜(ITO)を電極層3として形成した。配線幅は約100μmとした。さらに、真空蒸着法により厚さ約100nmのアルミ薄膜を低抵抗配線層6として形成した。配線幅は約10μmとした。
【0017】
電極層3および低抵抗配線6の形成例を示す部分平面図を図3に示す。こうして作製した基板にゾル−ゲル法により厚さ300nmの酸化タングステンからなるエレクトロクロミック層4を形成した。さらに、固体高分子電解質からなる電解質層5を重ねて形成し、スパッタリング法により厚さ約200nmの透明導電性皮膜(ITO)を電極層3として形成した下部基板2Bであるガラス基板で挟み込むことによりエレクトロクロミック素子1を作製した。このように、低抵抗配線6を設けることで応答速度が改善された。
【0018】
さらに、低抵抗配線層6を電極層3と比較して細くパターニングすることで可視光領域において透明、もしくは透明に近い状態とした。これにより上部基板2Aと低抵抗配線層6と電極層3を重ね合わせた状態での可視光透過率が10〜100%の範囲とすることが可能となる。
【0019】
【発明の効果】
本発明によれば、配線抵抗が大きいことによる応答速度の低下や、端子からの距離によって表示速度にばらつきが生じたり、配線抵抗部分でのエネルギーロスにより消費電力が増大したりする等の課題を解決でき、簡便に応答速度の速いエレクトロクロミック素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエレクトロクロミック素子の構成を模式的に示す部分断面図である。
【図2】本発明のエレクトロクロミック素子の構成を模式的に示す部分断面図である。
【図3】本発明による低抵抗配線層の形成例を模式的に示す平面図である。
【符号の説明】
1 エレクトロクロミック素子
2A 上部基板
2B 下部基板
3 電極層
4 エレクトロクロミック層
5 電解質層
6 低抵抗配線層
Claims (2)
- 可視光領域で高い光透過性と導電性を有する材料からなる上部電極層が形成され、可視光領域で高い光透過性を有する材料からなる上部基板と、
前記上部電極層と前記上部基板との間に形成され、金属薄膜から構成され、可視光領域に透過性を有する厚みを有する低抵抗配線層と、
導電性材料からなる下部電極層が形成され、前記上部基板と対向するように設けられた下部基板と、
前記上部基板と前記下部基板との間に設けられ、可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層と、
前記上部基板と前記下部基板との間に設けられた電解質層と、を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。 - 可視光領域で高い光透過性と導電性を有する材料からなる上部電極層が形成され、可視光領域で高い光透過性を有する材料からなる上部基板と、
導電性材料からなる下部電極層が形成され、前記上部基板と対向するように設けられた下部基板と、
前記上部基板と前記下部基板との間に設けられ、可視光領域における光透過性を電気的に変化させることが可能なエレクトロクロミック層と、
前記上部基板と前記下部基板との間に設けられた電解質層と、
前記上部電極層と前記エレクトロクロミック層との間に形成され、金属薄膜から構成され、可視光領域に透過性を有する厚みを有する低抵抗配線層と、を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
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