JP2010217367A - 全固体型エレクトロクロミック素子 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の全固体型エレクトロクロミック素子10は、第一基材と、該第一基材の一方の面上に順に積層された電極層、第一イオン供給層、第二イオン供給層、固体電解質層、発色層、透明電極層および第二基材と、を備え、前記第一イオン供給層はスピネル構造のマンガン酸リチウムからなり、前記第二イオン供給層はオリビン構造のリン酸鉄リチウムからなることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
これらの表示素子は、電圧を印加している間のみ色が変化し、文字や画像を表示することができるが、表示には、比較的高い電圧を必要とするため、消費電力が多く、用途によっては、作動用の電池(バッテリー)の交換を頻繁に行う必要があった。したがって、ICカードなどのように、接着材などによって、ICチップ、表示素子などの内装品が封止された構造のものでは、電池(バッテリー)を随時交換することが難しく、液晶表示素子や有機EL素子は不向きであった。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
図1は、本発明の全固体型エレクトロクロミック素子の一実施形態を示す概略断面図である。
この実施形態の全固体型エレクトロクロミック素子10は、第一基材11と、第一基材11の一方の面11a上に順に積層された電極層12、第一イオン供給層13、第二イオン供給層14、固体電解質層15、発色層16、透明電極層17および第二基材18とから概略構成されている。
電極層12は背面電極をなし、透明電極層17は表面電極をなしている。
これらの中でも、第一基材11と第二基材18としては、ポリエチレンテレフタレートまたはポリイミドからなる電気絶縁性のフィルムまたはシート、あるいは、紙基材が好適に用いられる。
電極層12は、発色層15と対向する位置に設けられていないので、可視光透過率が問題になることはないから、透明でなくてもよい。
透明電極層17の厚みは、特に限定されないが、5nm〜5000nmの範囲で、目的とする導電性や可視光透過率などに応じて、適宜調整される。
ここで、スピネルとは、マグネシウムとアルミニウムの酸化物(MgAl2O4)からなる等軸晶系の八面体の結晶のことであり、スピネル構造とは、この結晶と同じ構造のことである。
ここで、オリビン構造とは、空間群Pmnbの対称性を有する斜方晶のことである。オリビン構造のリン酸鉄リチウムとは、酸素(O)が六方最密充填構造を形成し、リチウム(Li)と鉄(Fe)が六配位八面体を占有し、リン(P)が四配位四面体を占有している構造である。
アモルファスイオン伝導透明層を構成する物質としては、一般式;LiwAxByOz(但し、AはLa、Siから選択された1種または2種、BはTi、Pから選択された1種または2種、0<w≦4、0≦x≦1、0<y≦1、0≦z≦12を示す。)にて表されるリチウム複合酸化物から選択される1種または2種以上が挙げられる。
リチウム複合酸化物としては、具体的には、La0.57Li0.26TiO3、Li3.5Si0.5P0.5O4、Li3PO4などが挙げられる。
次に、図1を参照して、この実施形態の全固体型エレクトロクロミック素子の製造方法を説明する。
この実施形態では、パルスレーザー堆積法(Pulsed Laser Deposition、PLD法)を用いて、第一基材11上に、電極層12、第一発色層13、第二発色層14、固体電解質層15、イオン供給層16および透明電極層17からなるクロミック層を形成する。
まず、第一基材11を真空室内に配置して、この第一基材11を常温に維持する。
次いで、第一基材11の一方の面11aの最表面から所定の離間位置に、スズドープ酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズなどの電極層12用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜10Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、第一基材11の一方の面11a上に、アモルファスの電極層12を積層する。
次いで、第一基材11上に設けられた電極層12の最表面から所定の離間位置に、スピネル構造のマンガン酸リチウム(LiMn2O4)からなる第一イオン供給層13用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜50Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、電極層12上に、アモルファスの第一イオン供給層13を積層する。
次いで、第一基材11上に設けられた第一イオン供給層13の最表面から所定の離間位置に、オリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)からなる第二イオン供給層14用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜50Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、第一イオン供給層13上に、アモルファスの第二イオン供給層14を積層する。
第一基材11上に設けられた第二イオン供給層14の最表面から所定の離間位置に、ペロブスカイト型のLa2/3-xLi3xTiO3からなる固体電解質層15用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜50Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、第二イオン供給層14上に、アモルファスの固体電解質層15を積層する。
第一基材11上に設けられた固体電解質層15の最表面から所定の離間位置に、WO3、リチウムイオンドープのアモルファスLiyWO3−x、ナトリウムイオンドープのアモルファスNaxWO3などの発色層16用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜30Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、固体電解質層15上に、アモルファスの発色層16を積層する。
第一基材11上に設けられた発色層16の最表面から所定の離間位置に、スズドープ酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズなどの透明電極層17用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を0.1Pa〜10Paに保持する。
次いで、ターゲットに、エネルギー密度0.1J/cm2〜100J/cm2のレーザー光を照射して、発色層16上に、アモルファスの透明電極層17を積層する。
一方、固体電解質層の形成において、スパッタリング法を用いれば、不純物の含有率が1%の結晶化固体電解質層が形成される。この結晶化固体電解質が設けられた全固体型エレクトロクロミック素子は、歩留まりが約90%となる。これは、スパッタリング法では、真空室内の酸素雰囲気圧を2Pa以下にしなければならないため、真空室内に存在する不純物の割合がパルスレーザー堆積法と比較して高くなることに起因すると思われる。
(電極層の形成)
第一基材を真空室内に配置して、この第一基材を常温に維持し、第一基材の一方の面の最表面から所定の離間位置に、スズドープ酸化インジウムからなる電極層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を2Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度7.1J/cm2のレーザー光を照射して、第一基材の一方の面上に、アモルファスの電極層を積層した。
次いで、第一基材上に設けられた電極層の最表面から所定の離間位置に、スピネル構造のマンガン酸リチウム(LiMn2O4)からなる第一イオン供給層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を30Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度3J/cm2のレーザー光を照射して、電極層上に、アモルファスの第一イオン供給層を積層した。
次いで、第一基材上に設けられた第一イオン供給層の最表面から所定の離間位置に、オリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)からなる第二イオン供給層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を30Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度3J/cm2のレーザー光を照射して、第一イオン供給層上に、アモルファスの第二イオン供給層を積層した。
第一基材上に設けられた第二イオン供給層の最表面から所定の離間位置に、一般式;LiwAxByOz(但し、AはLa、Siから選択された1種または2種、BはTi、Pから選択された1種または2種、0<w≦4、0≦x≦1、0<y≦1、0≦z≦12)にて表されるリチウム複合酸化物から選択される1種または2種以上からなる固体電解質層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を10Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度5.5J/cm2のレーザー光を照射して、第二イオン供給層上に、アモルファスの固体電解質層を積層した。
第一基材上に設けられた固体電解質層の最表面から所定の離間位置に、WO3からなる発色層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を12Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度5.5J/cm2のレーザー光を照射して、固体電解質層上に、アモルファスの発色層を積層した。
第一基材上に設けられた発色層の最表面から所定の離間位置に、スズドープ酸化インジウムからなる透明電極層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を2Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度7.1J/cm2のレーザー光を照射して、発色層上に、アモルファスの透明電極層を積層した。
第一イオン供給層上に、第二イオン供給層を設けなかった以外は実施例と同様にして、比較例1の全固体型エレクトロクロミック素子を得た。
第一基材上に設けられた電極層の最表面から所定の離間位置に、オリビン構造のリン酸鉄リチウム(LiFePO4)からなる第一イオン供給層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を30Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度3J/cm2のレーザー光を照射して、電極層上に、第一イオン供給層を積層し、次いで、第一基材上に設けられた第一イオン供給層の最表面から所定の離間位置に、スピネル構造のマンガン酸リチウム(LiMn2O4)からなる第一イオン供給層用ターゲットを配置し、真空室内の酸素雰囲気圧を30Paに保持し、ターゲットに、エネルギー密度3J/cm2のレーザー光を照射して、第一イオン供給層上に、第二イオン供給層を積層した以外は実施例と同様にして、比較例2の全固体型エレクトロクロミック素子を得た。
実施例および比較例1,2の全固体型エレクトロクロミック素子に対して、電圧3Vを4秒間印加したときの、680nmの可視光に対する、電圧印加前のエレクトロクロミック素子の反射率(百分率)を、電圧印加後の反射率の(百分率)で除することにより、それぞれの全固体型エレクトロクロミック素子の初期コントラストを測定した。
比較例1の全固体型エレクトロクロミック素子の初期コントラストは2.6であった。
比較例2の全固体型エレクトロクロミック素子は動作(発色)しなかった。
実施例および比較例1,2の全固体型エレクトロクロミック素子に対して、コントラストが2になるまで、電圧3Vを4秒間印加して、発色を何回まで繰り返せるか確認した。
比較例1の全固体型エレクトロクロミック素子は発色を50回繰り返せた。
比較例2の全固体型エレクトロクロミック素子は動作(発色)しなかった。
Claims (2)
- 第一基材と、該第一基材の一方の面上に順に積層された電極層、第一イオン供給層、第二イオン供給層、固体電解質層、発色層、透明電極層および第二基材と、を備えた全固体型エレクトロクロミック素子であって、
前記第一イオン供給層はスピネル構造のマンガン酸リチウムからなり、前記第二イオン供給層はオリビン構造のリン酸鉄リチウムからなることを特徴とする全固体型エレクトロクロミック素子。 - 前記第一基材および/または前記第二基材は紙基材であることを特徴とする請求項1に記載の全固体型エレクトロクロミック素子。
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