(57)【要約】【課題】従来のＩＴＯ等の透明導電性材料を電極として用いたエレクトロクロミック素子は、配線抵抗が高いため、応答速度が遅いという課題があった。【解決手段】光透過性と導電性を有する材料からなる電極と光透過性を有する基板との間、あるいは、光透過性と導電性を有する材料からなる電極とエレクトロクロミック層との間に、基板と電極の光透過性を損なわない厚みあるいは幅に低抵抗配線層を形成した構造とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、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。
【請求項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、
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た低抵抗配線層と、を備えることを特徴とするエレクトロクロミック素子。
【請求項３】
前記低抵抗配線層が金属薄膜から構成され、可視光領域に１０％以上の透過率を有する厚み、あるいは、配線幅であることを特徴とする請求項１または２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、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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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