JPH0695168A

JPH0695168A - 調光ガラス

Info

Publication number: JPH0695168A
Application number: JP4247646A
Authority: JP
Inventors: Kajiro Ushio; 嘉次郎潮; Masayuki Yamada; 昌幸山田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1992-09-17
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】色ムラが少なくて、外観や耐久性の良好な調
光ガラスを提供する。【構成】少なくともエレクトロクロミック層とこれを
挟む一対の透明電極層とからなるエレクトロクロミック
素子を表面に形成した調光ガラスにおいて、前記一対の
透明電極層のシート抵抗を等しく又はほぼ等しくしたこ
とを特徴とする調光ガラス。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エレクトロクロミック
素子を表面に形成した調光ガラスに関する。

【０００２】

【従来の技術】電気素子を用いる調光ガラスは、液晶や
エレクトロクロミック素子（以下、ＥＣＤと略称する）
を利用するものなど、種々提案されており、液晶では既
に実用化されている。ＥＣＤを用いる調光ガラスは、実
用化は遅れているが、透過光のエネルギーを連続的に制
御でき、しかも視角依存性がない等の液晶にはない優れ
た特性を有する。ＥＣＤには、材料（主に電解質）の形
態として溶液型、ゲル型、全固体型等の種類がある。

【０００３】調光ガラスの大型化が要請され、ＥＣＤに
おいても大型化の研究開発が進められているが、ＥＣ着
色層、電解質層、電極層等をすべて薄膜状に連続的に形
成する全固体型ＥＣＤは、貼り合わせや液状材料密封と
いった工程が不要であり、工程上最も大型化が容易と考
えられている。一般に調光ガラスの電極層には透明導電
膜が用いられる。現在多く使われているのはＩＴＯであ
るが、ＺｎＯやＳｎＯ₂等その他の材料も検討されてい
る。これらの膜は通常、真空蒸着法やスパッタリング法
等で形成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＥＣＤ調光ガラスの大
型化には種々の技術的問題を伴うが、その中の大きな問
題点の一つに色ムラがある。この色ムラは、ＥＣＤ着色
時に時間が経過しても着色濃度がＥＣＤの全面で一定と
ならないで濃淡差ができる現象であり、外観不良の他、
耐久性低下の原因となる。

【０００５】五層構造のＥＣＤの場合、両側の透明電極
を除いたＥＣ三層（還元着色型ＥＣ層、イオン導電層、
可逆的電解酸化層）は、電子伝導については絶縁性を有
し、電荷注入は専らイオン電流として行われ、そのイオ
ンが着消色に寄与する。もしＥＣ三層の一部の電子絶縁
性が十分でなく、電子電流即ちリーク電流がある場合に
は、その部分においてイオン注入と引き出しが阻害され
て、特に着色が十分におこらなくなり、結果として前記
色ムラが発生する。

【０００６】局部的なリーク電流（ダスト、成膜ブツな
どによるもの）による色ムラは、調光ガラスの大型化に
伴って発生しやすくなるが、環境の清浄化や成膜条件の
適正化等の工程管理を強化することで、ある程度の改善
は可能である。しかし、ＥＣ三層の電子絶縁性が一様で
リーク電流が一様に分布している場合にも、取り出し電
極付近と電極から離れた中央部では色ムラが発生し、こ
の一様なリーク電流を十分におさえることは困難であ
る。この一様なリーク電流による色ムラは、調光ガラス
の大型化に伴って顕著になり問題がある。

【０００７】本発明の目的は、色ムラが少なくて外観や
耐久性の良好な調光ガラスを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そのため、本発明は「少
なくともエレクトロクロミック層とこれを挟む一対の透
明電極層とからなるエレクトロクロミック素子を表面に
形成した調光ガラスにおいて、前記一対の透明電極層の
シート抵抗を等しく又はほぼ等しくしたことを特徴とす
る調光ガラス。」を提供する。

【０００９】

【作用】図１に示す様な全固体型ＥＣＤにおける着色状
態を考える。イオン移動による着色が終了し、定常状態
に達してリーク電流だけが流れている状態では、上下の
電極間の電位差がその部分の着色濃度を示していると考
えてよい。今、上下の透明電極Ｍ１，Ｍ２間のＥＣ三層
Ｍｅの膜厚方向の抵抗率をｒｅ、厚さをｔｅとして場所
によらず一定とすると、この系は図２に示すような等価
回路を連続化したものとなり、下記の式１〜式３が成立
する。

【００１０】

【数１】

【００１１】

【数２】

【００１２】

【数３】

【００１３】ここで、Ｖ１，Ｉ１は上部電極層Ｍ１の取
り出し部からの距離がｘの位置における上部電極層Ｍ１
の電位と層内電流を、Ｖ２，Ｉ２は同じく距離がｘの位
置における下部電極層Ｍ２の電位と層内電流を、ｒ１，
ｒ２は上部電極層Ｍ１と下部電極層Ｍ２の抵抗率を、ｔ
１，ｔ２は上部電極層Ｍ１と下部電極層Ｍ２の膜厚をそ
れぞれ示し、またＩｅはＥＣ三層Ｍｅ内のリーク電流、
Ｌは電極間距離、Ｗは電極幅を示す。上下間の電位差Ｖ
＝Ｖ１−Ｖ２は、式１〜式３によって位置（ｘ）の関数
として求められ、式４に示す様になる。

【００１４】

【数４】

【００１５】ここで、Ｖｐは印加電圧である。サイズ４
５ｃｍ×４５ｃｍの全固体透過型ＥＣＤにおいて、代表
的な物性値を式４に当てはめて行った計算から得られた
電位差（Ｖ１−Ｖ２）即ち着色濃度の分布を図３に示
す。上部電極層Ｍ１と下部電極層Ｍ２のシート抵抗は、
両方とも２０Ω、印加電圧は２Ｖであり、ＣＲ１，ＣＲ
２，ＣＲ３，ＣＲ４の曲線は、それぞれＥＣ三層Ｍｅの
抵抗（ｒｅ・ｄｅ／Ｗ）が約７７５０、１３４０、４４
０、１４０Ωｃｍの場合の分布を示す。図３から、リー
ク電流が大きいほど（ＥＣ三層の抵抗が小さいほど）電
位差（着色濃度）は低下し、電極取り出し部と中央部の
電位差（着色濃度の差）即ち色ムラは大きくなることが
わかる。

【００１６】次に、色ムラを上下の電極層Ｍ１，Ｍ２の
シート抵抗値の大小関係に着目して比較する為に、図４
に上部電極層のシート抵抗が２０Ω、下部電極層のシー
ト抵抗が５Ωの時の電位差（着色濃度）分布を示す。Ｃ
Ｒ１１，ＣＲ１２，ＣＲ１３，ＣＲ１４の曲線は、それ
ぞれ図３のＣＲ１〜ＣＲ４と同じＥＣ三層の抵抗値（７
７５０〜１４０Ωｃｍ）におけるデータを示す。これら
を比べると、電位差（着色濃度）自体は下部電極層Ｍ２
の抵抗が小さい方（図４）が大きくなるが、場所による
電位差（着色濃度）の分布についてみると、図３の場合
の方が小さくなっている。図３、４の場合以外の様々な
上下電極層の抵抗値における計算から、上下の電極層の
シート抵抗が等しいか、又はなるべく近いほうが、色ム
ラを少なくするためには望ましいという結果が得られ
た。電位差（着色濃度）の絶対値は印加電圧を大きくす
ることで増すことができるので、色ムラの少ない例えば
図３のような特性を有する調光ガラスが実用上は望まし
い。

【００１７】以上、説明した様に調光ガラスの色ムラは
上下電極層Ｍ１，Ｍ２のシート抵抗を等しくするか、又
はなるべく近づけることにより少なくできる。上下電極
層Ｍ１，Ｍ２のシート抵抗（ｒ１／ｄ１，ｒ２／ｄ２）
を等しくするためには、抵抗率ｒ１，ｒ２及び／または
膜厚ｄ１，ｄ２を制御すれば良い。着色濃度からいって
も、着消色の応答速度からいっても上下電極層Ｍ１，Ｍ
２のシート抵抗の絶対値は、できるだけ小さい方が好ま
しい。しかし、一般に低抵抗率の透明電極層を得るため
には、蒸着、スパタリング等のような方法においても成
膜時の加熱（２００〜３００°Ｃ）が必要であることが
多いが、ＥＣ層をこのような高温で加熱するとその着消
色動作が劣化する。この原因は、着消色動作に大きな役
割を果たすといわれている膜中含有水が除去されるため
と考えられる。従って、ＥＣ層成膜前に行う下部透明電
極層の成膜にくらべるとＥＣ層成膜後に行う上部透明電
極層の成膜ではＥＣ層の劣化を防ぐために成膜時の温度
を低くせざるを得ず、結果として上部透明電極層の抵抗
率は下部透明電極層のそれよりも高くなってしまう。

【００１８】そこで、上下の透明電極層のシート抵抗を
等しくするためには、下部透明電極層の抵抗率を上部透
明電極層に合わせて高くするか、または上部透明電極層
の膜厚を厚くするか、または下部透明電極層の膜厚を薄
くするか、あるいはこれらの組み合わせを行うと良い。

【００１９】

【実施例】図５に示す４５ｃｍ×４５ｃｍサイズの全固
体型ＥＣＤ調光ガラスを以下の手順で作製した。（１）４５ｃｍ×４５ｃｍサイズのガラス製素子基板Ｓ
の表面全体にスパッタリングによりＩＴＯ電極層を形成
した。スパッタリング時の基板加熱温度は２００°Ｃ、
ＩＴＯ電極層の膜厚は１０００Å、ＩＴＯ電極層のシー
ト抵抗は２０Ωであった。

【００２０】（２）フォトエッチングまたはレーザーカ
ッティングにより上部ＩＴＯ電極層Ａ用の取り出し電極
層Ｆと下部電極層Ｂとの間に溝を形成した。これにより
取り出し部Ｆとそれより隔離した下部ＩＴＯ電極層Ｂを
形成した。尚、ＩＴＯをマスク蒸着することにより直接
にこれらのパターンを形成してもよい。（３）スパッタリングにより酸化イリジウムと酸化スズ
との混合物からなる可逆的電解酸化層Ｃ、酸化タンタル
のイオン導電層Ｄ、酸化タングステン層Ｅを順次形成し
た。

【００２１】（４）スパッタリングにより上部ＩＴＯ電
極層Ａを形成して、ＥＣＤを作製した。この時、ＩＴＯ
電極層は既に素子基板Ｓ上に形成された取り出し部Ｆと
一端が接触するように形成した。また、スパッタリング
時の基板加熱は行わず（抵抗率は下部電極層のそれより
も高くなる）、上部ＩＴＯ電極層Ａの膜厚を３０００Å
にして上部ＩＴＯ電極層Ａのシート抵抗が下部電極層Ｂ
と同じ２０Ωになるようにした。

【００２２】（５）断面がコの字型で長さが４５ｃｍの
リン青銅またはステンレス製の導電性クリップＨを２本
用意した。この導電性クリップＨ２本を図６に示す様に
素子基板Ｓの対抗する辺に装着し、これにより導電性ク
リップＨが上部、下部各電極層の取り出し部を圧着する
ようにした。（６）エポキシ樹脂Ｒ及びガラス製の封止基板Ｇにより
素子を封止した。そして、上部電極層及び下部電極層の
取り出し部にそれぞれ外部配線ＬＡ，ＬＢをボンディン
グして本発明実施例の調光ガラスを作製した。

【００２３】この様にして作製した調光ガラスに駆動電
源Ｓｕから２Ｖの着色電圧を２分間印加して、この時の
調光ガラス全面におけるＣ光源による透過率分布を測定
したところ３０〜３３％であり、気になる色ムラは観察
されなかった。次に、−２Ｖの消色電圧を１分間印加す
ると透過率は７０〜７２％に回復し、消色中も消色後も
気になる色ムラは観察されなかった。

【００２４】

【比較例】下部ＩＴＯ電極層の膜厚を４０００Åとして
シート抵抗を５Ωとした他は実施例と全く同様にして調
光ガラスを作製した。この調光ガラスに駆動電源から２
Ｖの着色電圧を２分間印加して調光ガラス全面における
Ｃ光源による透過率分布を測定したところ２２〜３２％
であり、明らかな色ムラが観察された。次に、−２Ｖの
消色電圧を１分間印加すると透過率は６２〜６５％に回
復したが、消色中に気になる色ムラが観察された。

【００２５】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、調光ガラ
スの上下一対の透明導電層のシート抵抗を等しく又はほ
ぼ等しくしているので、調光ガラスの色ムラを低減して
外観や耐久性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明にかかる調光ガラスの構成及び電気
的状態を示す説明図である。

【図２】は、本発明にかかる調光ガラスの電子等価回路
図である。

【図３】は、上下電極層のシート抵抗値を等しく（２０
Ω）した時の４５ｃｍ×４５ｃｍサイズ調光ガラスの電
位差（着色濃度）分布を計算により求めたデータ図であ
る。

【図４】は、同じ大きさの調光ガラスで上部電極層のシ
ート抵抗値を２０Ω、下部電極層のシート抵抗値を５Ω
とした時の電位差（着色濃度）分布を計算により求めた
データ図である。

【図５】は、本発明の実施例である調光ガラスの概略垂
直断面図である。

【図６】は、実施例の製造途中にある調光ガラスの概略
垂直断面図である。

【符号の説明】

Ａ・・・上部ＩＴＯ電極層Ｂ・・・下部ＩＴＯ電極層Ｅ・・・酸化タングステン層Ｄ・・・イオン導電層Ｃ・・・可逆的電解酸化層ＥＣＤ・・・エレクトロクロミック素子Ｓ・・・素子基板Ｈ・・・導電性クリップＭ１・・上部電極層Ｍ２・・下部電極層Ｍｅ・・ＥＣ三層Ｖ１・・上部電極層Ｍ１の電位Ｖ２・・下部電極層Ｍ２の電位Ｉ１・・上部電極層Ｍ１の層内電流Ｉ２・・下部電極層Ｍ２の層内電流Ｉｅ・・ＥＣ三層Ｍｅ内のリーク電流ｄ１・・上部電極層Ｍ１の膜厚ｄ２・・下部電極層Ｍ２の膜厚ｄｅ・・ＥＣ三層Ｍｅの膜厚Ｗ・・・電極幅Ｌ・・・電極間距離ｒ１・・上部電極層Ｍ１の抵抗率ｒ２・・下部電極層Ｍ２の抵抗率ｒｅ・・ＥＣ三層Ｍｅの膜厚方向の抵抗率

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともエレクトロクロミック層とこ
れを挟む一対の透明電極層とからなるエレクトロクロミ
ック素子を表面に形成した調光ガラスにおいて、前記一
対の透明電極層のシート抵抗を等しく又はほぼ等しくし
たことを特徴とする調光ガラス。