(57)【要約】【課題】表示デバイスに用いた場合にはコントラストが高く視認性の良い表示デバイスを、また、調光材として用いた場合にはより多様な調光性をもつ調光デバイスを提供する。【解決手段】第一の基板の電極層と第二の基板の電極層がエレクトロクロミック層と電解質層を介して対向するように第一の基板と第二の基板を配置した構造の表示素子を少なくとも２つ以上積層してエレクトロクロミック素子を構成することとした。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の電極層が形成された第一の基板と、第二の電極層が形成された第二の基板と、前記第一の電極層と前記第二の電極層のいずれか一方の電極層上に形成さ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エレクトロクロミック層と、電解質層とを備え、
前記第一の電極層と前記第二の電極層が前記電解質層を介して対向するように前記第一の基板と第二の基板が配置された構造を有する表示素子が、少なくとも２つ以上積層されたことを特徴とするエレクトロクロミック素子。
【請求項２】
導電性材料からなる電極層が形成された上基板と、
導電性材料からなる電極層が形成された下基板と、
導電性材料からなる電極層が両面に形成された少なくとも１枚の中間基板と、
前記上基板の電極層と前記中間基板の電極層との間に、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及び電解質層を設けることで構成される第一の素子と、
前記下基板の電極層と前記中間基板の電極層との間に、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及び電解質層を設けることで構成される第二の素子と、
を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記第一の素子のエレクトロクロミック層と前記第二の素子のエレクトロクロミック層が異なる材料であることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項４】
前記第一の素子のエレクトロクロミック層と前記第二の素子のエレクトロクロミック層が異なる色に着色されることを特徴とする請求項２に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項５】
前記第一の素子が構成する画素パターンと前記外第二の素子が構成する画素パターンが同一であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載のエレクトロクロミック素子。
【請求項６】
前記第一の素子のエレクトロクロミック層と前記第二の素子のエレクトロクロミック層のうち、いずれか一層を可視光領域でほぼ均一な反射率を有する材料としたことを特徴とする請求項３に記載のエレクトロクロミック素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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】
従来のエレクトロクロミック素子は、ガラスなどの透明材料基板に酸化錫など透明な材料からなる第１の電極膜（陰極）、絶縁中間層、酸化タングステンや酸化モリブデンからなるエレクトロクロミック層、金フィルムからなる第２の電極膜（陽極）を順次積層した構造（例えば、特許文献１参照）、あるいは、透明基板の上に透明電極、酸化タングステンや酸化モリブデンなどからなるエレクトロクロミック層を形成した表示基板と基板上に対向電極を形成した対向基板とをスペーサーを介して構成し、基板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（例えば、特許文献２参照）であった。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５２−４６０９８号公報（第３−５頁）
【０００４】
【特許文献２】
特開昭５９−１１３４２２号公報（第１−２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、単層のエレクトロクロミック層を有するエレクトロクロミック素子を、例えば表示デバイスに用いた場合、単層では発色が薄いため、濃い発色を得ようとエレクトロクロミック層を厚くすることが考えられた。しかしながら、エレクトロクロミック層を厚くすると、エレクトロクロミック層が完全に着色に至るには時間を要するため、結果として表示速度が遅くなるなどの問題があった。また、調光材として用いた場合には、上記表示デバイスにあげた課題に加え、単層では着色が１種類に限られるうえ、光の透過率を変化させうる範囲に制限があること、また、可視光を反射させることで完全に遮断することなどが不可能であった。これらのことから、表示デバイスとしても調光材としてもエレクトロクロミック素子が広く応用されるに至っていない。
【０００６】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたもので、表示デバイスに用いた場合には、応答速度が速く、かつ、コントラストが高く視認性の良い表示デバイスを、また、調光材として用いた場合にはより多様な調光性をもつ調光デバイスを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記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、第一の電極層が形成された第一の基板と、第二の電極層が形成された第二の基板と、第一の電極層と第二の電極層のいずれか一方の電極層上に形成さ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エレクトロクロミック層と、電解質層とを備え、第一の電極層と第二の電極層が電解質層を介して対向するように第一の基板と第二の基板が配置された構造の表示素子を少なくとも２つ以上積層することとした。あるいは、上基板の電極層と中間基板の一方の電極層との間にエレクトロクロミック層と電解質層を設けることで構成された第一の素子と、下基板の電極層と中間基板の他方の電極層との間にエレクトロクロミック層と電解質層を設けることで構成された第二の素子を備えることとした。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエレクトロクロミック素子を、図面を参照して説明する。２つのエレクトロクロミック素子を積層した構成の実施例の模式的な部分断面図を図１に示す。図示するように、エレクトロクロミック素子１は、電極層３が形成された上基板２Ａと下基板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が設けられた状態で構成されたエレクトロクロミック素子を二素子積層したものである。
【０００９】
ここで、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、上基板２Ａ、下基板２Ｂには、透光性を有し、少なくとも表面が非導電性である材質を用いる。例えば、ガラス、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を用いることができる。
【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、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、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、テトラチアフルバレンおよびフェロセンやこれらの誘導体を用いることができる。全てのエレクトロクロミック層４に、これらの材料のうちいずれか一種類を用いても良いし、あるいはそれぞれのエレクトロクロミック層４ごとに異なる材料を用いても良い。エレクトロクロミック層４ごとに異なる材料を用いた場合には、着色させる層を選択することで、異なる色を現出させることが可能である。また、エレクトロクロミック層４に、着色状態において可視光領域内でほぼ均一な反射率を有する材料（例えばニッケルマグネシウム合金等）を用いた場合には、可視光を完全に遮光することが可能となる。電極層３とエレクトロクロミック層４は基板上に全面に形成されていている、表示内容に合わせてパターニングされている、あるいは、マトリクス状にパターニングされているのいずれでもかまわない。
【００１１】
電解質層５としては、液状電解質、ゲル状電解質、固体電解質のいずれかを用いることができる。液状電解質としては、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。
【００１２】
ゲル状電解質としては、前述の液状電解質に、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）をあげられる。ゲル化剤も特には限定されず、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と下基板２Ａの間に形成することができる。
【００１３】
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。
【００１４】
図２はエレクトロクロミック層を２層形成した構成の実施例を示す模式的な部分断面図である。図示するように、エレクトロクロミック素子１は、電極層３が形成された上基板２Ａと下基板２Ｂとの間に、エレクトロクロミック層４と電極層３が両面に形成された中間基板６、および電解質層５が設けられている。
【００１５】
図３はエレクトロクロミック層を３層形成した構成の実施例を示す模式的な部分断面図である。図示するように、エレクトロクロミック素子１は、電極層３がそれぞれ形成された上基板２Ａと下基板２Ｂとの間に、エレクトロクロミック層４と電極層３が両面に形成された中間基板６Ａ、６Ｂおよび電解質層５が設けられている。同様に、中間基板を増やしてエレクトロクロミック層を任意の層数にすることができる。
【００１６】
図４はエレクトロクロミック素子１の制御方法を表す概略図である。エレクトロクロミック素子１は、制御回路７によりエレクトロクロミック層４の着消色をそれぞれ独立に制御可能としてある。そのため、それぞれのエレクトロクロミック層４の着色消色を同時または別々にコントロールすることが可能である。
【００１７】
【発明の効果】
本発明によれば、表示デバイスとして利用する場合には、エレクトロクロミック層が二層以上であるため、エレクトロクロミック層としてそれぞれ着色時の色調が異なる材料を選択することで複数の色表現が可能であり、着色時の色調が同じとなる材料を選択した場合には、高い応答速度と、高いコントラストを同時に得ることができる。また、両面に電極層が形成された中間基板を用いて積層した場合には、薄型化を実現できる。調光材として利用する場合には、上記表示デバイスとして利用する場合の効果に加え、エレクトロクロミック層のうち一層を可視光領域でほぼ均一な反射率を有する材料とすることにより、着色により段階的に可視光透過率をコントロールすることだけでなく可視光を完全に遮断することが容易となることから、より多様な調光性をもつ調光デバイス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
【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
【図３】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
【図４】本発明のエレクトロクロミック素子の制御方法を模式的に示す概略図
【符号の説明】
１  エレクトロクロミック素子
２Ａ  上基板
２Ｂ  下基板
３  電極層
４  エレクトロクロミック層
５  電解質層
６Ａ  第一の中間基板
６Ｂ  第二の中間基板
７  制御回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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