JPS6355047B2 - - Google Patents

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JPS6355047B2
JPS6355047B2 JP56026358A JP2635881A JPS6355047B2 JP S6355047 B2 JPS6355047 B2 JP S6355047B2 JP 56026358 A JP56026358 A JP 56026358A JP 2635881 A JP2635881 A JP 2635881A JP S6355047 B2 JPS6355047 B2 JP S6355047B2
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JP
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acid
electrolyte layer
electrochromic
electrochromic display
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JP56026358A
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Osahisa Matsudaira
Kyoshi Masui
Kanenori Yoshida
Kenzo Fukuyoshi
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Toppan Inc
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Toppan Printing Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はエレクトロクロミツク表示体に用いる
固形状電解質の主成分としてチタン酸、スズ酸、
アンチモン酸、ジルコニウム酸、ケイ酸から選択
される一種もしくは二種以上の混合物を用いる
か、プロトン導電性固体と、前記のチタン酸、ス
ズ酸、ジルコニウム酸、アンチモン酸、ニオブ
酸、タンタル酸、ケイ酸から選択される一種もし
くは二種以上の混合物とを共存させたものを用
い、さらに必要に応じて多価アルコールを含有さ
せたものに関する。これらの化合物は白色の粉末
として容易に入手出来るため電解質として用いる
ことにより、低コストとなり、白色下地上に鮮明
でコントラストの高い表示が得られる。
又、これらの化合物自身がプロトン導電体であ
るため、発色濃度、応答スピードをも改善され
る。しかもこれらの化合物は粉末として得られ、
インキ化することが出来るから、例えばスクリー
ン印刷法等の手段にて塗布すれば簡単に層として
形成でき、セル構造が簡単で、作成が容易なエレ
クトロクロミツク表示体が得られる。
従来、エレクトロクロミツク体を形成する遷移
金属酸化物としては、酸化チタン(TiO2)、酸化
ニツケル(NiOまたはNi2O3)、酸化セリウム
(CeO2)、五酸化バナジウム(V2O5)、酸化イリ
ジウム(Ir2O3)、酸化ロジウム(Rh2O3)、酸化
ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化
クロム(Cr2O3)、酸化モリブテン(MoO3)、酸
化タングステン(WO3)、二酸化マンガン
(MnO2)、酸化レニウム(Re2O7)、酸化オスミウ
ム(OsO4)、酸化コバルト(Co2O3)等が知られ
ており、なかでもWO3、MoO3、TiO2、Ir2O3
Rh2O3、NiO、V2O5等が賞用されている。酸化
タングステンに代表される遷移金属酸化物よりな
る表示素子をエレクトロクロミツク体として用い
た場合、濃度0.1規定の硫酸のような電解液と組
合せることによつて、電圧の印加によつてブルー
に酸化タングステン層が発色するエレクトロクロ
ミツク表示体が知られている。しかし、電解液を
用いると液もれを防止する必要があり、セルの構
造が複雑化してしまつており、しかも酸化タング
ステン等のエレクトロクロミツク層が溶解するな
どの欠点があり、電解質を固体化することが望ま
れている。かかる立場から例えば、特開昭53−
12348号公報にみられるようにヘキサメチレンテ
トラミンと硫酸よりなる酸付加塩等の公知のプロ
トン導電性固体電解質層に用いることが提案され
ている。このプロトン導電性固体は白色結晶であ
るため、エレクトロクロミツク表示体に用いる
と、白色下地にブルーの鮮かな表示が得られる。
しかし、そのプロトン導電率が低いため、応答性
を上げるために電解質層を薄くしようとすると、
アノード電極の色がすかして見えるようになりベ
ースの色濃度が上つてしまい、白色度を上げる必
要がでてくる。従来より表示を鮮かに見せるため
に白色顔料の使用が考えられており、特開昭51−
99057号公報にみられるように酸化チタン
(TiO2)を電解液中に添加したものがある。しか
し、TiO2は絶縁体であり、その比抵抗は1×108
Ω/cmとかなり高く、電解液のようにその抵抗が
低い場合にはTiO2を添加しても、応答性への影
響は大きくないが、ヘキサメチレンテトラミンと
硫酸からなるプロトン導電性固体電解質などでは
そのプロトン導電性が低いためTiO2を添加する
ことにより表示の鮮かさは上昇するが応答性が低
下してしまう。
本発明は以上の事情を考え、プロトン導電率を
落さずにしかも白色度を上げることを目的として
種々検討を行なつた結果、チタン酸、スズ酸、ジ
ルコニウム酸、アンチモン酸、ニオブ酸、タンタ
ル酸、ケイ酸が白色粉末で下地の白色度を上げる
のに有効であり、しかもそれ自体プロトン導電性
を示し、その抵抗値が1×104〜1×105Ω/cmと
低く、これらを添加したものは発色応答性が悪く
なることはなく、反応に応答スピード、発色濃度
とも改善されることをみいだしたものである。
又、チタン酸、スズ酸、ジルコニウム酸、アンチ
モン酸、ニオブ酸、タンタル酸、チタン酸のそれ
ぞれに印刷インキに用いられるバインダーを少量
添加し、酸化タングステンに代表される遷移金属
酸化物層に隣接して印刷塗布して積層したものに
電圧を印加してもブルーの発色が得られ、それ自
身がエレクトロクロミツク表示体の電解質として
有効なこともわかつた。
本発明に用いられるこれらの化合物に関しては
詳細な研究が報告されているがまだ確かではな
い。チタン酸はH4TiO4で示されるが、これに水
が不定量についている。TiO(OH)2・nH2Oや
TiO(2−x)(OH)2x・yH2O(x>1)という報
告もある。又10個のチタン原子あたり3個のプロ
トンが存在するといる報告もある。
スズ酸はオルトスズ酸H4SO4、メタスズ酸
H2SnO3ヘキサヒドロオクソスズ酸H2〔Sn
(OH)6〕などが知られているが最近ではSnO2
xH2Oとも書かれ、その水は、(1)付着水:200℃
以下で脱離するが、表面や空孔に連結し、その量
は調整法により変動する(2)結合水:水素結合で母
体と結合し200〜400℃で脱離する(3)構造水:400
℃以上で脱離するなど、水の結合の強さが連続的
に変化していくこともわかつてきた。
アンチモン酸にはオルトアンチモン酸
H3SbO4、メタアンチモン酸HSbO3、ピロアンチ
モン酸(二アンチモン酸)H4Sb2O7)、三アンチ
モン酸H5Sb3O10などがあるが、Sb2O3・xH2Oや
Sb2O5・xH2Oのように書かれることもある。1
原子のアンチモンにに1個の水酸基と1個の自由
水が存在することが分かつておりX線回折による
と結晶性のものは{〔H3Sb3O5(OH)8〕}3
〔H5Sb5O6(OH)18〕の組成をもち、これが単位格
子となり14個の交換可能な水素原子をもつている
ことがわかつている。
ジルコニウム酸はZr(OH)4・xH2Oと書かれる
もので他の第族元素の水酸物の通性に従つて、
これを酸とみることもできるが、酸としての性質
は少ない。タンタル酸はHTaO3の形が与えられ
ているがこれに不定量の水が付きTa2O5・nH2O
と書かれる。ニオブ酸はNb2O5・xH2Oと書かれ
る。
ケイ酸にはオルトケイ酸H4SiO4、メタケイ酸
H2SiO3、メソ二ケイ酸、H2Si2O5、メソ三ケイ
酸H4Si3O8、メソ四ケイ酸H6Si4O4などがあるが
正確にこの組成のものを得るのはむずかしく、白
色粉末として得られる。以上の化合物はすべて白
色の粉末として容易に入手可能である。
チタン酸、スズ酸、アンチモン酸、ジルコニウ
ム酸、タンタル酸、ニオブ酸およびケイ酸は含水
物の状態であるが、その水が化学的に結合してお
り表面が水でおおわれたプロトン導電性の固体で
あり酸としての性質を持つようになるが、遷移金
属酸化物をおかすことがなくエレクトロクロミツ
ク表示体の電解質としても有効であり、単に酸化
チタン、酸化スズ、酸化アンチモン、酸化ジルコ
ニウム、酸化タンタル、酸化ニオブに水を混ぜた
ものとは異なつている。
また、チタン酸、スズ酸、アンチモン酸、ジル
コニウム酸、タンタル酸、ニオブ酸、ケイ酸など
の電解質層用の固体電解質は20℃における蒸気圧
が0.1mmHg以下、特に0.05mmHg以下で常態で液体
の多価アルコール類を含有せしめることができ低
湿度条件下での導電性を一層顕著に向上させるこ
とができる。この理由はこれらの多価アルコール
がプロトンの解離エネルギーを低減させるように
作用させることにあるものと思われる。用いる多
価アルコールの量には一定の適当な範囲があり電
解質層の主成分たる固形分に対して0.5乃至30%
特に5乃至20%の範囲の量で用いるのが望ましく
この範囲外では導電性がむしろ低下する傾向があ
りさらに膜強度も低下させる。
多価アルコールとしては式 HO−(R−O)−oH (式中、Rは炭素類2乃至10のアルキレン基であ
り、nは1以上の数であつて、nは多価アルコー
ルが常態であるように選択される) で表わされるグリコール類やグリセリン・ジグリ
セリン等が好適に使用される。
グリコールとして適当な例は次の通りである。
エチレングリコール、ジエチレングリコール、ト
リエチレングリコール、テトラエチレングリコー
ル、n=5以上のポリエチレングリコール、(分
子量400以下)、プロピレングリコール、ジプロピ
レングリコール、n=3以上のポリプロピレング
リコール(分子量40以下)、ブチレン−1.4−グリ
コール、ヘキシレングリコール、オクチレングリ
コール等を使用することができる。なおペンタエ
リスリトール、マンニツト、ソルビツト、グリコ
ース等の常態で固体の多価アルコールは低湿度下
での導電性を向上させる効果を有していない。
本発明のエレクトロクロミツク表示体の構造の
一例を示せば第1図に示すように透明基板1上に
パターン化された透明電極2を設け、さらに発色
層であるエレクトロクロミツク体層3として同じ
くパターン化された遷移金属酸化物層一例として
酸化タングステン層を設ける。電気のリークを防
ぐために絶縁層4を非表示部に設け、その上に電
解質層5としてチタン酸、スズ酸、アンチモン
酸、ジルコニウム酸、ニオブ酸、タンタル酸、ケ
イ酸あるいは複数の混合物か、それらをさらにプ
ロトン導電性固体に混合したものを塗布し、その
上に対向電極6を設けた形状となつている。
前記2つの電極間に電圧を印加することによつ
て、上記金属の酸化物に化学的に結合している水
の部が容易にプロトンを放出し、酸化タングステ
ン層を還元発色させる。本発明は従来の固体電解
質型のエレクトロクロミツク表示体に比較してプ
ロトンの解離とその移動度が高いため、きわめて
高い応答スピードと高い発色濃度を得ることが可
能である。そして、逆電圧を印加すれば、速かに
発色層は消色される。
なお、説明が前後したが、前述したようなチタ
ン酸、スズ酸、アンチモン酸、ジルコニウム酸、
ニオブ酸、タンタル酸、ケイ酸などと共存して電
解質層の主成分とすることのできるプロトン導電
性固体の例をあげると、酸成分がスルホン酸で塩
基成分が尿素類である酸付加塩のプロトン導電性
固体をあげることができ、その具体例は以下の如
くである。
(1) 尿素〜Pトルエンスルホン酸 混合モル比
(1:1.2) (2) 尿素〜ベンゼンスルホン酸 混合モル比
(1:1.2) (3) 尿素〜フエノールスルホン酸 混合モル比
(1:1.2) 本発明を以下の実施例で更に詳細に説明する。
実施例 1 酸化インジウムの透明電極をパターン状にガラ
ス基板上に設け、さらにその上に酸化タングステ
ンを電子ビーム加熱法により約0.5μmの膜厚に真
空蒸着した。次に非表示部にスクリーン印刷法に
より東洋インキ製造(株)商品名SS−2500の絶縁層
を設けた。
次に電解質としてメタスズ酸(三津和化学薬品
灼熱減量15%)とグリセリンとを重量比で4:1
で混合し、モルブデンよりなる対向電極の間サン
ドイツチし両電極間1〜2Vの電圧を印加させる
と白色下地にブルーの発色が得られた。
実施例 2 ガラス基板上に、透明電極と酸化タングステン
層を設けさらに非表示部にスクリーン印刷法によ
り東洋インキ製造(株)商品名SS−2500の絶縁層を
設けたものと、モリブデンよりなる対向電極の間
に尿素・Pトルエンスルフオン酸のモル比1:
1.2よりなる固体電解質にメタスズ酸、グリセリ
ン、バインダー(スチレンアクリル共重合体エマ
ルジヨン商品名トークリルK−70〔東洋インキ製
造(株)〕)を重量比1.6:0.4:0.3:0.3の割合で混合
したものをサンドイツチし、これに1.3Vの電圧
を印加した。このときの発色濃度は通電5秒で
0.4になつた。一方メタスズ酸を加えずに作成し
たセルの場合1.3Vを印加し、発色濃度0.4を得る
のに15秒かかり応答スピードで3倍の増加が得ら
れた。又下地の白色度も向上し、表示の鮮かさも
非常に増し、見やすくなつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のエレクトロクロミツク表示体
の一実施例を示す概略断面図である。 1……透明基板、2……透明電極、3……エレ
クトロクロミツク体層、4……絶縁層、5……電
解質層、6……対向電極。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 透明なパターン電極と対向電極との間に少な
    くとも遷移金属酸化物よりなるエレクトロクロミ
    ツク体層と電解質層を設けてなるエレクトロクロ
    ミツク表示体において、電解質層の主成分として
    チタン酸、スズ酸、アンチモン酸、ジルコニウム
    酸、ニオブ酸、タンタル酸、およびケイ酸から選
    択された一種もしくは二種以上の混合物を用いる
    ことを特徴とするエレクトロクロミツク表示体。 2 透明なパターン電極と、対向電極との間に少
    なくとも遷移金属酸化物よりなるエレクトロクロ
    ミツク体層と電解質層を設けてなるエレクトロク
    ロミツク表示体において、電解質層の主成分とし
    てチタン酸、スズ酸、アンチモン酸、ジルコニウ
    ム酸、ニオブ酸、タンタル酸、およびケイ酸から
    選択された一種もしくは二種以上の混合物とプロ
    トン導電性固体とを共存させたものを用いること
    を特徴とするエレクトロクロミツク表示体。 3 電解質層の主成分に対して、20℃における蒸
    気圧が0.1mmHg以下でかつ常態で液体の多価アル
    コールを0.5〜30重量パーセント添加した特許請
    求の範囲第1項記載のエレクトロクロミツク表示
    体。 4 電解質層の主成分に対して、20℃における蒸
    気圧が0.1mmHg以下でかつ常態で液体の多価アル
    コールを0.5〜30重量パーセント添加した特許請
    求の範囲第2項記載のエレクトロクロミツク表示
    体。
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