JPH04120523A - エレクトロクロミック素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は表示デバイスあるいは調光ガラスなどに用いら
れるエレクトロクロミック素子に関するものである。

（従来の技術） エレクトロクロミック素子には、表示デバイスあるいは
調光ガラスなどの用途があり、その研究開発が活発に行
われている。これまで検討されてきているエレクトロク
ロミック素子は、第３図に示すように、基板１上に表示
電極２を設け、その表面にエレクトロクロミック材３を
固定し、これらに対向電極５を有する基板１をスペーサ
ー６を介して貼り合わせ、史に上記側基板１間に電解質
４を封止した基本構造を有している。しかしながら、上
記構造を有するエレクトロクロミック素子には、大面積
化する場合には色むらが生じたり、色変化が遅い、消費
電力が大きい、重いなどの素子上の問題あるいは封止す
る方法が難しいという作製上の問題などがあった。また
、近年研究開発が盛んに行われている固体電解質を電解
質４として用いたエレクトロクトロクロミック素子も提
案されている。ところが、このような素子において、電
解質４の膜厚が均一でない場合、電解質４とエレクトロ
クロミック材３をその表面上に固定している表示電極２
の間あるいは電解質４と対向電極５との間に、外部の温
度変化による固体電解質の膨脂・収縮や外部から素子に
加わる力により隙間が生じてしまい、このことにより色
残りや色むらか生しるという問題があった。更に、この
ような素子を、電解質４の膜厚を均一にして作製するこ
とは困難である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、色むらが少なく、色変化が早く、外部
環境の変化に強く、更に作製方法が容易であるエレクト
ロクロミック素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは上記課題を解決するために鋭意検討を行っ
た結果、表示電極及び対向電極を櫛型にパターニングす
るることにより、両者を同一基板上に設けることができ
、更に表示電極上にエレクトロクロミック材を固定する
ことにより、優れた特性を示し、また作製方法の容易な
エレクトロクロミック素子が得られることを見出だし本
発明を完成するに至った。すなわち本発明は、同一基板
上に、櫛型にパターニングされた表示電極及び該表示電
極と組み合うように櫛型にパターニングされた対向電極
を有し、エレクトロクロミック材が上記表示電極表面上
に固定されていることを特徴とするエレクトロクロミッ
ク素子である。以下、本発明を更に詳細に説明する。

第１図、第２図は、各々本発明のエレクトロクロミック
素子の構造の一例を示す平面図、断面図である。本発明
のエレクトロクロミック素子の表示電極２及び対向電極
５は、第１図に示すように各々組み合うように櫛型にパ
ターニングされて基板１上に形成されている。また、第
１図に示す素子の表示電極２、対向電極５の櫛型に組み
合った部分の断面は第２図により示されるが、本発明の
素子においてエレクトロクロミック材３は第２図に示す
ように表示電極２の表面上に固定され、更に対向電極５
の表面上にはイオン、電子を可逆的に受は入れる材料７
が固定される。

本発明のエレクトロクロミック素子における表示電極２
、対向電極５のパターニングは通常のリソグラフィー技
術あるいはスクリーン印刷技術などにより行なうことが
できる。すなわち、基板１表面上に適当な方法で形成さ
れた透明導電膜の上にスピンコード法、スクリーン印刷
法などの手法でレジストを塗布し、レジストの乾燥後、
櫛型にパターニングされたフォトマスクを経て露光、現
像し、透明電極をエツチング法により剥離し、続いてレ
ジストを除去することによって櫛型にパタニングされた
表示電極２及び対向電極５を有する基板を得ることがで
きる。これらの工程に用いられる手法及び材料は特に限
定されるものではなく、一般的なものでよい。また、櫛
型にパターニングされた表示電極２あるいは対向電極５
の電極幅は用途や素子の大きさにもよるが、広すぎると
色変化速度の低下や色むらが生じるおそれがあり、狭す
ぎると電極表面上へのエレクトロクロミック材の固定が
困難になることがあるので、０．ｌｌｌ１１から１００
−ｍ程度とすることが望ましい。更に表示電極２と対向
電極５との間の電極間幅は、広すぎると、有効電極表面
積が小さくなるためコントラストが低下したり、電極間
の抵抗が大きくなるため色変化速度の低下や消費電力の
増大につながることがある。また、狭すぎると電極の形
成の際の歩留の低下やエレクトロクロミック材を電極２
表面上に固定した際にショートが生じたり、それによる
コントラストの低下が生じることがある。

従って、電極間幅は０．０５＋ａｍから１０龍程度とす
ることが好ましい。

表示電極２表面上にエレクトロクロミック材３を固定す
る方法としては特に限定はないが、エレクトロクコミッ
ク材の量やその厚みの制御が容易になることから、電解
析出法を採用することが望ましく、この方法によれば、
用いられるエレクトロクロミック材は電解酸化あるいは
電解還元により電極表面上に析出するものであれば制限
されない。例えば電解酸化により電極表面上に析出する
有機物としてはビロール、チオフェンに代表される複素
五員環化合物及びそれらの誘導体、アニリンに代表され
るアミノ基を有する芳香族化合物及びその誘導体などを
挙げることができ、また電解還元により電極表面上に析
出する有機物としてはポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）
などのビニル基を有する有機物を挙げることかできる。

更に電解重合法により電極表面上に得られる電気化学的
に不活性な支持体膜中に、エレクトロクロミック特性を
示すビオローゲン類あるいはバソフェナンドロリン錯体
を固定したものもエレクトロクロミック材として用いる
ことができる。また無機物としては電解還元により電極
表面上に析出するプルシアンブルー及びその類似体、三
酸化タングステン、三酸化モリブデン、五酸化ニバナジ
ウムあるいは酸化イリジウムや電解酸化により電極表面
上に析出スルコバルト、ニッケル、マンガンなどの遷移
金属酸化物などをエレクトロクロミック材として用いる
ことができる。一方、対向電極５上にはエレクトロクロ
ミック材の酸化還元反応に伴うイオンと電子の移動を可
逆的に受は入れる能力をもつ材料７が固定される。この
材料としては、例えばエレクトロクロミック特性を示さ
ない酸化還元対、着色効率の悪い酸化還元対あるいは電
極上に固定されたエレクトロクロミック材と逆反応で発
色するエレクトロクロミック材などを挙げることができ
る。これらの材料の固定方法についても特に限定されな
いが、材料の固定か容易に行なうことかできることなど
から電解析出法か好ましく採用される。

また、本発明のエレクトロクロミンク素子において用い
られる電解質４は、素子を駆動するのに十分安定な電位
相および適当なイオン伝導度を有していれば特に限定さ
れるものではない。例えば水、アセトニトリル、プロピ
レンカーボネート。

γ−ブチロラクトンなどの極性溶媒に、支持電解質とし
て過塩素酸塩類、硫酸塩類、ヘキサフルオロりん酸塩、
トリフルオロメチルスルホン酸塩あるいはテトラフルオ
ロはう酸塩などを添加した液体型電解質を例示すること
ができる。また、上述の液体型電解質のみならず、β−
アルミナ、酸化タンタルなどの無機系固体電解質、過塩
素酸リチウムなどの電解質を含むポリエチレンオキサイ
ドやプロピレンオキサイドなどの有機固体電解質、ポリ
　（２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルフォ
ン酸）、ナフィオン（デュポン社製　商品名）、ポリス
チレンスルフォン酸などの半固体状高分子電解質を挙げ
ることができる。本発明の素子は、表示電極と対向電極
が櫛型にパターンニングされ、両者は同一基板上で近い
距離で向き合って固定されている。従って、本発明の素
子を上述の固体あるいは半固体状高分子電解質を用いて
作製する場合、電解質が表示電極と対向電極間に存在す
るようにすればよく、電解質の膜厚の均一性は特に問題
とはならない。

更に、以上の構造を有する本発明のエレクトロクロミッ
ク素子は封止して用いられる。この封止方法は液体電解
質を用いた場合には一般に行なわれているスペーサーを
用いた封止方法が採用される。また、固体あるいは半固
体電解質を用いた場合には電解質を一枚膜として取り扱
うことが可能であるため、例えばラミネートフィルムで
はさむなどの簡便な方法で封止を行うことができる。

（実施例） 本発明をさらに詳細に説明するために以下に実施例をあ
げるが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例１ 表面抵抗１０Ω／口のＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物
）電極を基板１上に設け、ＩＴＯ電極表面上にスピンコ
ード法によりフォトレジストを塗布、乾燥し、その後フ
ォトマスクを通してレジストを露光し、現像した。現像
後、塩酸−硝酸水溶液中でＩＴＯをエツチングした後、
レジストを剥離し、基板１上に第１図に示すように櫛型
にパタニングされた表示電極２及び対向電極５を得た。

また、これらの電極幅は０．５ｍｍ、電極間幅は０．１
＋ｌＩＩとした。

次に、基板１上に形成した電極２からリードを取り、基
板１を２０ｍＭの塩化鉄（ＩＩＩ）及び２０−Ｍのフェ
リシアン化カリウムを含む水溶液中に移し、電解還元法
により青色のプルシアンブルー膜を表示電極２上に形成
した。続いて対向電極５からリードを取り、１０履Ｘの
モリブデン酸リチウムを含む硫酸水溶液中で電解還元法
により青色の酸化モリブデン膜を対向電極５上に得た。

その後、画電極を充分乾燥した後、ポリエチレンオキサ
イドおよび過塩素酸リチウムを含むアセトニトリル溶液
を塗布・風乾して電解質４を形成し、エレクトロクロミ
ック素子を作製した。また、この素子の封止はラミネー
トフィルムで挾み、加熱することにより行なった。

次に、得られた素子の対向電極５を基準にして−１，５
Ｖ印加したところ、素子は透明になり、また＋１８５ｖ
印加したところ素子は濃い青色になったことが確認され
た。更にこの状態で開回路にしたところ、５０時間後で
も素子の色に変化はみられず、また、上記の電圧変化を
５０００回繰り返しても、素子の色変化速度および色調
に変化は見られなかった。

実施例２ 実施例１と同様の方法で基板１上に櫛型にパタニングさ
れた表示電極２及び対向電極５を得た。

次に表示電極２側からリードを取り、基板１を０．１Ｍ
のＮ、Ｎ−ジメチルアニリン、１０１１Ｍ□）バソフェ
ナンドロリンスルフォン酸Ｍ及び０．５Ｎ１の硫酸ナト
リウムを含む酸性水溶液（ｐＨ−１）に移し、電解酸化
することにより無色のポリ（ＮＮ−ジメチルアニリン）
−バソフェナンドロリンスルフォン酸鉄複合膜を表示電
極２表面上に得、この表示電極２を硫酸水溶液に移し還
元することにより得られた膜を赤色にした。続いて対向
電極５側からリードを取り、基板１を１０ｍＭの硫酸マ
ンガン及び０．１Ｍの硫酸ナトリウムを含む水溶液に移
して電解酸化することにより茶色のマンガン酸化物膜を
対向電極５上に得た。その後、側柵を充分乾燥した後、
液体状のナフィオン（デュポン社製　商品名）を塗布・
風乾して電解質４を形成し、エレクトロクロミック素子
を作製した。なお、この素子の封止は、素子をラミネー
トフィルムで挾み　加熱することにより行なった。

次に、得られた素子の対向電極５を基準にして＋１．５
Ｖ印加したところ素子は透明になり、１．５Ｖ印加した
ところ素子は濃い茶色になった。

更にこの状態で開回路にしたところ、２５時間後でも素
子の色の変化は確認できなかった。また、上記の電圧変
化を３０００回繰り返しても素子の色変化速度および色
調に変化は見られなかった。

実施例３ 実施例１と同様の方法で基板上に表示電極及び対向電極
を得た。次に表示電極側からリードを取り、基板を０．
１Ｍのアニリン及び０．５Ｍの硫酸ナトリウムを含む酸
性水溶液（ｐＨ＝１）に移し、電解酸化を行ない、表示
電極表面上に緑色のポリアニリン膜を得た。また対向電
極の端にはスペーサを置き、更にその上にガラス板をお
いた後、エポキシ系接着剤でその周辺を封止してエレク
トロクロミック素子を得た。なお、電解質としては０．
５Ｍの硫酸ナトリウムを含む酸性水溶液（ｐＨ−１）を
用い、これを基板とガラス板間に満たした。

次に得られた素子の対向電極に対して＋２６５Ｖ印加し
たところ、素子は青色になり、−２，５Ｖ印加したとこ
ろ、素子はうすい黄色になった。

またこの状態で開回路にしたところ、２５時間後でも色
の変化は確認されず、上記の電圧変化を３０００回繰り
返しても素子の色変化速度および色調に変化は見られな
かった。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように１本発明のエレクトロク
ロミック素子は色むらが少なく１色変化が早く、外部環
境の変化に強いものとなる。更に、電解質として固体あ
るいは半固体状電解質を用いる場合、膜厚分布の均一性
はあまり問題にならず、かつ電解質を基板と一体となっ
ている膜として取り扱うことができるので、素子の封止
が非常に簡便である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のエレクトロクロミック素子の構造の一
例を示す平面図である。 第２図は本発明のエレクトロクロミック素子の構造の一
例を示す断面図である。 第３図は従来のエレクトロクロミック素子の構造を示す
断面図である。 図中、 １　・ 基板 ２・・・表示電極 、エレクトロクロミ ツク材 電解質 ５・・ 対向電極 ６・・・スペ サー ７・・・イオン、電子を可逆的に受は入れる材料を各々
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一基板上に、櫛型にパターニングされた表示電
   極及び該表示電極と組み合うように櫛型にパターニング
   された対向電極を有し、エレクトロクロミック材が上記
   表示電極表面上に固定されていることを特徴とするエレ
   クトロクロミック素子。