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JPS6410033B2 - - Google Patents
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JPS6410033B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6410033B2
JPS6410033B2 JP59243245A JP24324584A JPS6410033B2 JP S6410033 B2 JPS6410033 B2 JP S6410033B2 JP 59243245 A JP59243245 A JP 59243245A JP 24324584 A JP24324584 A JP 24324584A JP S6410033 B2 JPS6410033 B2 JP S6410033B2
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JP
Japan
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oxide film
tungsten
tungsten oxide
forming
substrate
Prior art date
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Application number
JP59243245A
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Japanese (ja)
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JPS61123691A (en
Inventor
Tadatoshi Kamimori
Junichi Nagai
Mamoru Mizuhashi
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AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
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Publication date
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は酸化タングステン膜の形成方法に係
り、特に電気発消色装置(いわゆるエレクトロク
ロミツク装置)に適用して有効な酸化タングステ
ン膜の形成方法に関する。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a method for forming a tungsten oxide film, and is particularly applicable to an electrochromic device (so-called electrochromic device) to form a tungsten oxide film. Regarding the method.

(従来の技術) エレクトロクロミツク(以下「EC」と略記)
装置は、通常、表面に酸化錫被膜若しくは酸化錫
―酸化インジユウム(ITO)被膜等の透明電極又
はアルミニウム、金、銅等の金属被膜等を電極と
して形成したガラス又はプラスチツク等の基板上
に酸化タングステン、酸化モリブデン等のEC物
質層を形成し、該EC物質層を形成した電極基板
ともう一枚の対向する電極基板との間に電解質層
を挿入して構成される。
(Conventional technology) Electrochromic (hereinafter abbreviated as "EC")
The device usually uses tungsten oxide on a substrate such as glass or plastic with a transparent electrode such as a tin oxide film or a tin oxide-indium oxide (ITO) film, or a metal film such as aluminum, gold, or copper formed on the surface as an electrode. , an EC material layer such as molybdenum oxide is formed, and an electrolyte layer is inserted between the electrode substrate on which the EC material layer is formed and another opposing electrode substrate.

EC物質としては酸化タングステンが広く用い
られ、真空蒸着法により電極基板上に膜状に形成
するのが普通である。しかしEC装置が大型化す
るにつれEC物質膜も膜厚の厚いものが要求され、
真空蒸着法で膜を形成する場合には蒸着時間を長
くしなければならず製造コストを大きくする要因
となつていた。
Tungsten oxide is widely used as an EC material, and is usually formed in the form of a film on an electrode substrate by vacuum evaporation. However, as EC devices become larger, thicker EC material films are required.
When a film is formed by vacuum evaporation, the evaporation time must be increased, which is a factor that increases manufacturing costs.

一方、タングステンの有機化合物を有機溶媒中
に溶解した溶液を、透明電極を有するガラス基板
上に塗布した後、これを加熱し、熱分解して酸化
タングステン膜を形成する方法(特開昭56−
38379号公報)や、遷移金属化合物溶液を電極基
板上に塗布、乾燥させて膜を形成する方法(特開
昭55−11207号公報)も報告されている。
On the other hand, there is a method in which a solution of a tungsten organic compound dissolved in an organic solvent is applied onto a glass substrate having a transparent electrode, and then heated and thermally decomposed to form a tungsten oxide film (Japanese Patent Laid-Open No.
38379) and a method of forming a film by applying a transition metal compound solution onto an electrode substrate and drying it (Japanese Patent Laid-Open No. 11207/1983) has also been reported.

(発明が解決しようとする問題点) 以上に記述した従来の酸化タングステン膜の形
成方法においては、真空蒸着法によつては、膜厚
の厚い酸化タングステン膜を形成するのはコスト
高となり大型のEC装置には適さない。また、タ
ングステン化合物の溶液を基板に塗布し、乾燥さ
せて酸化タングステン膜を形成する方法では、比
較的膜厚の厚い(5000Å程度)酸化タングステン
膜が得られるが、以上の方法により形成された酸
化タングステン膜にも、EC装置として用いた場
合には、発消色回数が大きくなるに従い該酸化タ
ングステン膜中にリチウムイオン等の陽イオンが
蓄積し応答特性が劣下するという欠点があつた。
これは電解質層中の陽イオンが発消色動作に伴つ
て酸化タングステン膜中に漸次蓄積され応答時間
が長くなるものである。この様な現象があるた
め、EC装置を他の装置の一部として用いる場合
に、初期の応答特性に従つて他の装置を設計する
と応答時間の経時変化によりシステム全体として
の動作が狂つてしまうという欠点があつた。
(Problems to be Solved by the Invention) In the conventional method for forming a tungsten oxide film described above, forming a thick tungsten oxide film using the vacuum evaporation method is costly and requires large-sized work. Not suitable for EC equipment. In addition, by applying a solution of a tungsten compound to a substrate and drying it to form a tungsten oxide film, a relatively thick tungsten oxide film (approximately 5000 Å) can be obtained. Tungsten films also have the disadvantage that, when used as an EC device, as the number of times of color development and fading increases, positive ions such as lithium ions accumulate in the tungsten oxide film, degrading the response characteristics.
This is because cations in the electrolyte layer are gradually accumulated in the tungsten oxide film as the color develops and disappears, prolonging the response time. Due to this phenomenon, when using an EC device as part of other devices, if the other devices are designed according to the initial response characteristics, the operation of the entire system will be disrupted due to changes in response time over time. There was a drawback.

本発明はこの様な従来の酸化タングステン膜の
形成方法の欠点を解消するためになされたもの
で、比較的膜厚の厚い酸化タングステン膜を低コ
ストで形成することができ、かつ、EC装置とし
て用いた場合に多数回の発消色動作によつても応
答時間に変化のない、即ち、応答特性の経時変化
のない酸化タングステン膜を形成することのでき
る酸化タングステン膜の形成方法を提供すること
を目的とする。
The present invention was made in order to eliminate the drawbacks of the conventional tungsten oxide film formation method, and it is possible to form a relatively thick tungsten oxide film at low cost, and it can be used as an EC device. To provide a method for forming a tungsten oxide film capable of forming a tungsten oxide film that does not change its response time even after repeated coloring and fading operations, that is, its response characteristics do not change over time. With the goal.

(問題点を解決するための手段) 本発明の酸化タングステン膜の形成方法は、タ
ングステンのアルコキシド若しくはフエノキシド
又は水酸化タングステンを有機溶媒に溶解したタ
ングステン化合物の溶液に1価又は2価の陽イオ
ンを溶解させ、該陽イオンを含んだタングステン
化合物の溶液を基板に塗布し、所定の温度で乾燥
又は/及び焼成し、該基板上に前記1価又は2価
の陽イオンを含んだ酸化タングステン膜を形成す
ることを特徴とする。
(Means for Solving the Problems) The method for forming a tungsten oxide film of the present invention involves adding monovalent or divalent cations to a solution of a tungsten compound in which tungsten alkoxide or phenoxide or tungsten hydroxide is dissolved in an organic solvent. A tungsten oxide film containing the monovalent or divalent cations is formed on the substrate by applying a solution of the tungsten compound containing the monovalent or divalent cations to the substrate and drying and/or baking at a predetermined temperature. It is characterized by forming.

タングステンのアルコキシドとしては、メトキ
シド〔W(CH3O)6〕、エトキシド〔W
(C2H5O)6〕、プロポキシド〔W(C3H7O)6〕、ブト
キシド〔W(C4H9O)6〕等が用いられ、また、タ
ングステンのフエノキシド〔W(C6H5O)6〕も良
好な酸化タングステン膜を形成する。
Examples of tungsten alkoxides include methoxide [W(CH 3 O) 6 ], ethoxide [W
(C 2 H 5 O) 6 ], propoxide [W (C 3 H 7 O) 6 ], butoxide [W (C 4 H 9 O) 6 ], etc., and tungsten phenoxide [W (C 6 H 5 O) 6 ] also forms a good tungsten oxide film.

この様なタングステンアルコキシド又はタング
ステンフエノキシドは、タングステンのハロゲン
化合物(例えば塩化タングステン〔WCl6〕)をヒ
ドロキシ基を含有する有機溶媒に溶解して WCl6+6ROH→W(OR)6+HCl として得られる。
Such tungsten alkoxide or tungsten phenoxide can be obtained by dissolving a tungsten halogen compound (for example, tungsten chloride [WCl 6 ]) in an organic solvent containing a hydroxy group as WCl 6 +6ROH→W(OR) 6 +HCl. .

なお、上記でRはアルキル基又はアリール基を
表わしてしている。又、本発明のヒドロキシ基を
含有する有機溶媒としては、メチルアルコール、
エチルアルコール、ブチルアルコール等の1価の
アルコール類、エチレングリコール、ジエチレン
グリコール等の多価アルコール類、フエノール、
メチルフエノール等のフエノール類等が使用でき
る。なお、有機溶媒ROHは過剰に存在し、その
まま、生成されたW(OR)6の溶媒として作用す
る。
Note that R in the above represents an alkyl group or an aryl group. In addition, examples of the organic solvent containing a hydroxy group of the present invention include methyl alcohol,
Monohydric alcohols such as ethyl alcohol and butyl alcohol, polyhydric alcohols such as ethylene glycol and diethylene glycol, phenol,
Phenols such as methylphenol can be used. Note that the organic solvent ROH is present in excess and acts as it is as a solvent for the produced W(OR) 6 .

この場合に副産物の塩酸(HCl)はそのままタ
ングステン化合物の溶液中に残留させて、形成す
る酸化タングステン膜中に含ませても良いが、酸
化タングステン膜をITOを被膜した基板上に形成
する場合には、HClがITOを侵蝕する虞れがあ
る。そのため、HClを含む溶液にアルカリ金属の
アルコキシド又はフエノキシド(MOR)かアン
モニアガス(NH3)を加えてHClの一部又は大
部分を、 HCl+MOR→ROH+MCl 又は HCl+NH3→NH4Cl として中和処理を行なう。
In this case, the by-product hydrochloric acid (HCl) may be left in the tungsten compound solution and included in the tungsten oxide film to be formed, but when the tungsten oxide film is formed on an ITO-coated substrate, There is a risk that HCl will corrode ITO. Therefore, alkali metal alkoxide or phenoxide (MOR) or ammonia gas (NH 3 ) is added to a solution containing HCl to neutralize part or most of the HCl as HCl + MOR → ROH + MCl or HCl + NH 3 → NH 4 Cl. Let's do it.

あるいは、酸化タングステン膜をその上に形成
する基板として、ITOの上に酸化チタン
(TiO2)、酸化珪素(SiO2)等の族元素の酸化
物の500Å程度の薄膜を形成した基板を用いれば、
この酸化物被膜がITOをその導電性を阻害するこ
となく、HClの浸蝕から保護するので中和処理は
不要となる。
Alternatively, if a thin film of about 500 Å of an oxide of a group element such as titanium oxide (TiO 2 ) or silicon oxide (SiO 2 ) is formed on ITO as the substrate on which the tungsten oxide film is formed, a thin film of about 500 Å can be used. ,
This oxide film protects the ITO from HCl attack without interfering with its conductivity, eliminating the need for neutralization.

上述の様にして生成したタングステンアルコキ
シド又はタングステンフエノキシドの溶液に水を
加えると、 W(OR)6+3H2O→W(OH)6+6ROH と加水分解する。このとき加える水は、アルコキ
シド又はフエノキシドを加水分解してより高次元
のポリマーを形成する働きがあるため、W
(OR)6モノマーの安定化、乾燥、焼成条件の緩和
の役割を果たす。
When water is added to the solution of tungsten alkoxide or tungsten phenoxide produced as described above, it is hydrolyzed as follows: W(OR) 6 +3H 2 O→W(OH) 6 +6ROH. The water added at this time has the function of hydrolyzing alkoxides or phenoxides to form higher-dimensional polymers, so W
(OR) 6 plays a role in stabilizing the monomer and easing drying and calcination conditions.

この水酸化タングステン〔W(OH)6〕の溶液
に後述する1価又は2価の陽イオンを加え、基板
に塗布し10℃程度以上の室温から100℃程度まで
の温度、35%ないし95%の湿度中で乾燥させる
と、 W(OH)6→WO3+3H2O の反応で脱水縮合して酸化タングステン(WO3
膜が形成される。
Monovalent or divalent cations (described later) are added to this tungsten hydroxide [W(OH) 6 ] solution, and the mixture is coated on a substrate at a temperature of 35% to 95% from room temperature of about 10°C or higher to about 100°C. When dried in a humidity of
A film is formed.

このWO3膜を形成した基板を、100℃ないし
300℃で焼成すると、後述するポロシテイ制御の
ために加える添加剤が存在する場合は、該添加剤
が蒸発し、孔の多い(ポーラスな)WO3膜が形
成される。なお、この様にして形成されるWO3
膜中には前述の陽イオンが含まれるが、上記の反
応式中ではその記述は省略している。
The substrate on which this WO 3 film was formed was heated to 100℃ or
When fired at 300° C., if there is an additive added for porosity control (described later), the additive evaporates and a porous WO 3 film is formed. In addition, WO 3 formed in this way
Although the above-mentioned cations are contained in the membrane, their description is omitted in the above reaction formula.

上述のW(OH)6の溶液に加える1価又は2価
の陽イオンとしては、リチウムイオン(Li+)、ナ
トリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)、
ルビジウムイオン(Rb+)、セシウムイオン
(Cs+)等のアルカリ金属イオンや、ベリリウム
イオン(Be2+)、マグネシウムイオン(Mg2+)、
カルシウムイオン(Ca2+)、ストロンチウムイオ
ン(Sr2+)、バリウムイオン(Ba2+)などのアル
カリ土類金属イオンやアンモニウムイオン
(NH4 +)や4級アルキルアンモニウム(NR4 +
などを塩(ハロゲン化物、硝酸塩、炭酸塩、過塩
素酸塩、硫酸塩等)や水酸化物又はアルコキシ
ド、フエノキシドとして添加すれば良い。その他
に、これらの陽イオンの添加方法としては、強酸
型のイオン交換樹脂に陽イオンをつけておき、そ
のカラムに前記タングステン化合物の溶液を通す
方法もある。
Monovalent or divalent cations added to the above-mentioned W(OH) 6 solution include lithium ions (Li + ), sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ),
Alkali metal ions such as rubidium ion (Rb + ), cesium ion (Cs + ), beryllium ion (Be 2+ ), magnesium ion (Mg 2+ ),
Alkaline earth metal ions such as calcium ions (Ca 2+ ), strontium ions (Sr 2+ ), and barium ions (Ba 2+ ), ammonium ions (NH 4 + ), and quaternary alkyl ammonium (NR 4 + )
etc. may be added as salts (halides, nitrates, carbonates, perchlorates, sulfates, etc.), hydroxides, alkoxides, and phenoxides. In addition, as a method for adding these cations, there is also a method in which cations are attached to a strong acid type ion exchange resin and a solution of the tungsten compound is passed through the column.

この様にして添加する陽イオンの濃度は、タン
グステン化合物中のタングステンとの原子数比
(M+/W比又は、M2+/W比)で0.05ないし1程
度までが望ましい。何故ならば、原子数比が0.05
より小さい場合には、形成した酸化タングステン
膜が白濁して透明化しない場合が多く、原子数比
が1より大きい場合には、形成した酸化タングス
テン膜をEC装置として用いた場合に発消色の応
答速度が遅くなりすぎてしまうからである。な
お、原子数比で0.3ないし0.7程度の濃度にすると
更に安定した応答特性が得られる。
The concentration of the cations added in this way is preferably about 0.05 to 1 in terms of atomic ratio (M + /W ratio or M 2+ /W ratio) to tungsten in the tungsten compound. This is because the atomic ratio is 0.05.
If the tungsten oxide film is smaller, the formed tungsten oxide film often becomes cloudy and does not become transparent, and if the atomic ratio is larger than 1, the formed tungsten oxide film may not change color or fade when used as an EC device. This is because the response speed becomes too slow. Note that even more stable response characteristics can be obtained by setting the concentration to about 0.3 to 0.7 in terms of atomic ratio.

更に、前記タングステン化合物の溶液中には酸
化タングステン膜の形成を助ける種々の添加剤を
加えることも出来る。
Furthermore, various additives that help form a tungsten oxide film can also be added to the tungsten compound solution.

そのような添加剤としては、タングステン化合
物溶液の基板あるいは基板上の電極との濡れ性を
向上させるための界面活性剤や、該タングステン
化合物溶液のPH調整や加水分解、縮合の程度を調
整するための、フツ酸(HF)、塩酸(HCl)、硝
酸(HNO3)、酢酸(CH3COOH)等の酸や、水
酸化アンモニウム(NH4OH)、水酸化リチウム
(LiOH)、カ性ソーダ(NaOH)等のアルカリ
や、沃素イオン(I-)、臭素イオン(Br-)等の
ハロゲンイオン等が用いられる。
Such additives include surfactants to improve the wettability of the tungsten compound solution to the substrate or electrodes on the substrate, and to adjust the pH and degree of hydrolysis and condensation of the tungsten compound solution. Acids such as hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), acetic acid (CH 3 COOH), ammonium hydroxide (NH 4 OH), lithium hydroxide (LiOH), caustic soda ( Alkali such as NaOH) and halogen ions such as iodine ions (I - ) and bromine ions (Br - ) are used.

また、タングステン化合物の溶液中に分子サイ
ズの大きな溶媒を加えておけば、前述したよう
に、該溶媒が酸化タングステン膜の形成時に蒸発
して、形成された酸化タングステン膜に孔(ポ
ア)を残す。従つて、添加する溶媒の分子量によ
り酸化タングステン膜の有孔度(ポロシテイ)を
制御することができる。EC装置として用いた場
合の酸化タングステン膜は、ポロシテイが大きい
程電圧印加時に該酸化タングステン膜中にイオン
交換の行なわれる拡散速度が大きくなり、着消色
反応の応答速度が速くなる。この様なポロシテイ
制御の為の添加剤としては、アルコール類やグリ
コール類、セロソルブ等の沸点が乾燥温度より高
く分子量が大きな溶媒が適している。
Additionally, if a solvent with a large molecular size is added to the tungsten compound solution, as described above, the solvent will evaporate during the formation of the tungsten oxide film, leaving pores in the formed tungsten oxide film. . Therefore, the porosity of the tungsten oxide film can be controlled by controlling the molecular weight of the solvent added. When a tungsten oxide film is used as an EC device, the larger the porosity, the faster the diffusion rate of ion exchange in the tungsten oxide film when a voltage is applied, and the faster the response speed of the coloring/decoloring reaction. Suitable additives for such porosity control include solvents such as alcohols, glycols, and cellosolves, which have a boiling point higher than the drying temperature and have a large molecular weight.

この様にして作成したタングステン化合物の溶
液を基板上に塗布する方法としては、溶液を入れ
た槽中に基板を浸漬して塗布するデイツプ法、基
板を回転させながら基板上の一点に溶液をスプレ
イして該溶液を基板上に均一に塗布するスピンコ
ート法、基板を固定して溶液の噴出源を移動させ
るスプレイ法、溶液の供給源を基板から所定の距
離をおいて設置し基板面と供給源との間に溶液を
架橋して該溶液の表面張力を利用しながら供給源
又は基板を移動させ一定の膜厚で該溶液を塗布す
る方法等が用いられる。
Methods for applying the tungsten compound solution prepared in this way onto a substrate include the dip method, in which the substrate is immersed in a tank containing the solution, and the solution is sprayed onto a single point on the substrate while rotating the substrate. spin coating method, in which the solution is applied uniformly onto the substrate; spray method, in which the substrate is fixed and the solution ejecting source is moved; A method is used in which a solution is cross-linked with a source and the solution is coated with a constant thickness by moving the source or the substrate while utilizing the surface tension of the solution.

タングステン化合物の溶液を塗布した基板は、
次に、前述した様に、適温で乾燥させた後100℃
ないし350℃で焼成する。この場合に、100℃より
低温で焼成させると形成される酸化タングステン
膜上に結晶が析出し膜表面に模様が表われてしま
い、350℃よりも高温で焼成すると、酸化タング
ステン膜全体が結晶性となつてしまい、EC装置
として利用した場合に酸化タングステン膜が発消
色しにくく応答時間が遅くなつてしまうので、い
ずれの焼成条件も好ましくない。
The substrate coated with a solution of tungsten compound is
Next, as mentioned above, after drying at an appropriate temperature, 100℃
or bake at 350℃. In this case, if the tungsten oxide film is fired at a temperature lower than 100°C, crystals will precipitate on the formed tungsten oxide film and a pattern will appear on the film surface, and if the tungsten oxide film is fired at a higher temperature than 350°C, the entire tungsten oxide film will become crystalline. Therefore, when used as an EC device, the tungsten oxide film is difficult to develop and fade, and the response time becomes slow, so neither of the firing conditions is preferable.

以上のように形成されるWO3膜は比較的厚膜
(5000Å程度)で、膜中のタングステン量は200μ
g/cm2程度のものが容易に得られ、EC装置に十
分適用し得る。
The WO 3 film formed as described above is relatively thick (about 5000 Å), and the amount of tungsten in the film is 200 μm.
g/cm 2 can be easily obtained and can be sufficiently applied to EC devices.

(作用) 酸化タングステン膜を形成した基板をEC装置
として焼成した場合に、酸化タングステン膜の発
消色現象は WO3+x(M++e-)MxWO3 の反応として説明できる。式中Mは1価又は2価
の陽イオンで、式では1価の陽イオンの場合を代
表的に示している。1価の陽イオンがリチウムイ
オンである場合にはMxWO3はリチウムタングス
テンブロンズ(LixWO3)となり青い鮮明な発色
を示す。
(Function) When a substrate on which a tungsten oxide film is formed is fired using an EC device, the phenomenon of color development and fading of the tungsten oxide film can be explained as a reaction of WO 3 +x(M + +e )MxWO 3 . In the formula, M is a monovalent or divalent cation, and the formula typically shows the case of a monovalent cation. When the monovalent cation is a lithium ion, MxWO 3 becomes lithium tungsten bronze (LixWO 3 ) and exhibits a clear blue color.

しかしこの酸化タングステン膜を用いて何度も
発消色動作を繰り返していると、前述したよう
に、次第に発消色動作の応答時間が遅くなる。こ
れは、酸化タングステン膜中に電解質層から供給
された1価又は2価の陽イオンが蓄積され起電力
が負側にシフトするからである。
However, if the coloring/decoloring operation is repeated many times using this tungsten oxide film, the response time of the coloring/decoloring operation gradually slows down as described above. This is because monovalent or divalent cations supplied from the electrolyte layer are accumulated in the tungsten oxide film, and the electromotive force shifts to the negative side.

このことを更に詳細に検討してみる。 Let's consider this in more detail.

第1図は酸化タングステン膜中に蓄積される陽
イオン量と、一定の電圧を印加した際に一定の時
間内に酸化タングステン膜中に注入される電荷量
の関係を示している。図において、横軸は発消色
の駆動サイクル数を目盛り、発消色駆動を重ねる
に従つて陽イオンが膜中に蓄積されるという酸化
タングステン膜の性質から、結局、膜中の蓄積陽
イオン量を示すものである。図に示すように、所
定印加電圧、所定時間での膜内への注入電荷量は
膜内に蓄積される陽イオン量が大きくなるに従つ
て減少する。我々は、この際、酸化タングステン
膜中に一定の陽イオンを予め蓄積させておけば発
消色のサイクル回数に対する所定印加電圧、所定
時間内の注入電荷量がほぼ一定となることを究明
した。即ち、第1図及び第2図において、グラフ
1,2,3は酸化タングステン膜中への初期陽イ
オン混入量の相違による注入電荷量曲線の相違を
示しているが、グラフ1よりもグラフ2の方が初
期陽イオン混入量が大きく、グラフ2よりもグラ
フ3の方が初期陽イオン混入が大きい。グラフ3
の段階ではサイクル回数に対する注入電荷量はほ
ぼ一定となつている。この様にほぼ一定の特性が
得られる陽イオン混入量、即ち酸化タングステン
膜を形成するタングステン化合物の溶液中の1価
又は2価の陽イオンの濃度は、前述したように、
タングステンとの原子数比で0.05ないし1程度で
ある。
FIG. 1 shows the relationship between the amount of cations accumulated in the tungsten oxide film and the amount of charge injected into the tungsten oxide film within a certain period of time when a certain voltage is applied. In the figure, the horizontal axis indicates the number of color development/decolorization drive cycles. Due to the property of the tungsten oxide film that cations accumulate in the film as the color development/decolorization drive is repeated, the accumulated cations in the film eventually It indicates the amount. As shown in the figure, the amount of charge injected into the membrane at a predetermined applied voltage and for a predetermined time decreases as the amount of cations accumulated in the membrane increases. At this time, we have found that if a certain number of cations are accumulated in the tungsten oxide film in advance, the predetermined applied voltage and the amount of charge injected within a predetermined period of time for the number of color development/decolorization cycles will be approximately constant. That is, in FIGS. 1 and 2, graphs 1, 2, and 3 show differences in the injection charge amount curves due to differences in the initial amount of cations mixed into the tungsten oxide film, but graph 2 The initial amount of cations mixed in is larger in Graph 3, and the initial cations mixed in is larger in Graph 3 than in Graph 2. Graph 3
At the stage , the amount of charge injected with respect to the number of cycles is almost constant. As mentioned above, the amount of cations mixed in which almost constant characteristics can be obtained, that is, the concentration of monovalent or divalent cations in the solution of the tungsten compound forming the tungsten oxide film, is as follows:
The atomic ratio with tungsten is about 0.05 to 1.

このことは第2図から理解することができる。
即ち、酸化タングステン膜が発消色動作をする際
の起電力は、第2図イに示すように、酸化タング
ステン膜中へ注入される電荷量に応じて減少す
る。これに対して、図示するように、酸化タング
ステン膜中に予め1価又は2価の陽イオンを混入
しておけば、注入電荷量対起電力の曲線はほぼ並
行して負方向へ移動する〔第2図ロ,ハ〕。
This can be understood from FIG.
That is, the electromotive force when the tungsten oxide film performs the coloring/discoloring operation decreases in accordance with the amount of charge injected into the tungsten oxide film, as shown in FIG. 2A. On the other hand, as shown in the figure, if monovalent or divalent cations are mixed into the tungsten oxide film in advance, the curves of the amount of injected charge versus the electromotive force move almost in parallel in the negative direction. Figure 2 B, C].

以上説明したように、所定の陽イオンを予め酸
化タングステン膜中に混入して該膜を形成した場
合には、発消色駆動のサイクル回数を重ねても該
膜への所定の印加電圧、時間内での注入電荷量が
一定となるので、該膜の発消色現象に関与する起
電力は、駆動サイクル回数にかかわらず一定とな
る。従つて予め陽イオンを混入して形成した酸化
タングステン膜の発消色の応答時間は、定電圧駆
動をしても、経時変化を起こさず一定となるので
ある。
As explained above, when a tungsten oxide film is formed by pre-mixing predetermined cations into the tungsten oxide film, the predetermined applied voltage and time to the film can be maintained even if the number of cycles of color development/decolorization drive is repeated. Since the amount of charge injected into the film remains constant, the electromotive force involved in the coloring and fading phenomenon of the film remains constant regardless of the number of driving cycles. Therefore, the response time for color development and fading of a tungsten oxide film formed by pre-mixing cations does not change over time and remains constant even when driven at a constant voltage.

(実施例) 実施例 1 0.5モル(M)のWCl6のエチルアルコール溶液
に塩化リチウム(LiCl)をLi/Wの原子数比で
0.3加え、この溶液を、表面にITO電極被膜を形
成したガラス基板上にスプレー法で塗布し、該基
板を室温で湿度95%に保ち1回保存後、150℃で
1時間焼成し該基板上に厚さ1μmのWO3膜を得
た。
(Example) Example 1 Lithium chloride (LiCl) was added to an ethyl alcohol solution of 0.5 mol (M) of WCl 6 at the atomic ratio of Li/W.
0.3, and this solution was applied by spraying onto a glass substrate with an ITO electrode coating formed on the surface, and the substrate was kept at room temperature and humidity of 95%, stored once, and then baked at 150°C for 1 hour to coat the substrate. A WO 3 film with a thickness of 1 μm was obtained.

この様にして作成したWO3膜を、γ―ブチロ
ラクトン溶媒に過塩素酸リチウム(LiClO4)を
1M溶解した溶液に浸して白金(Pt)電極を対
極、飽和カロメル電極(SCE)を参照電極とし
て、50mv/secの三角波で掃引し第3図に示す電
圧―電流特性を測定した。図において、実線で描
いたグラフが本実施例のWO3膜の特性であり、
破線で描いたグラフは真空蒸着法で作成し、かつ
予め陽イオンを膜中に含まない、同一膜厚
(1μm)のWO3膜を同一条件で測定した特性であ
る。図から明らかな様に、同一の電流値を得る起
電力は、真空蒸着膜に比し本実施例のWO3膜に
おいては、負にシフトしており、第2図に示すの
と同様の傾向が表われている。
The WO 3 film prepared in this way was treated with lithium perchlorate (LiClO 4 ) in γ-butyrolactone solvent.
The electrode was immersed in a 1M solution, a platinum (Pt) electrode was used as a counter electrode, and a saturated calomel electrode (SCE) was used as a reference electrode, and the electrode was swept with a triangular wave at 50 mv/sec to measure the voltage-current characteristics shown in Figure 3. In the figure, the graph drawn with a solid line is the characteristic of the WO 3 film of this example,
The graph drawn with a broken line is the characteristic measured under the same conditions for a WO 3 film of the same thickness (1 μm) that was created by vacuum evaporation and did not contain cations in advance. As is clear from the figure, the electromotive force for obtaining the same current value is negatively shifted in the WO 3 film of this example compared to the vacuum-deposited film, which is the same tendency as shown in Fig. 2. is shown.

第4図は、本実施例のWO3膜と、γ―ブチロ
ラクトンの溶媒に1MのLiClO4を溶融した電解質
溶液とを用いてEC装置を構成し、該EC装置の電
極に±1.25Vの電圧を1Hzの周波数で印加し発消
色動作を切り返した場合にWO3膜に注入される
電荷量を測定した所謂サイクルテストのデータを
プロツトしたグラフである。図において、実線は
本実施例のWO3膜を用いたEC装置のデータを表
わし、破線は上に示した真空蒸着法によるWO3
膜を用いたEC装置のデータを示す。図より明ら
かなように、真空蒸着膜のEC装置では、注入電
荷量に経時変化が見られるのに対し、本実施例の
WO3膜を用いたEC装置では、60万回以上のサイ
クルテストに対してもほとんど経時変化が見られ
なかつた。
Figure 4 shows an EC device constructed using the WO 3 membrane of this example and an electrolyte solution containing 1M LiClO 4 dissolved in a γ-butyrolactone solvent, and a voltage of ±1.25V applied to the electrodes of the EC device. This is a graph plotting the data of a so-called cycle test in which the amount of charge injected into the WO 3 film was measured when the coloring/decoloring operation was switched back and forth by applying the same at a frequency of 1 Hz. In the figure, the solid line represents the data of the EC device using the WO 3 film of this example, and the broken line represents the WO 3 film obtained by the vacuum evaporation method shown above.
Data for an EC device using a membrane is shown. As is clear from the figure, in the EC device using a vacuum-deposited film, there is a change in the amount of injected charge over time, whereas in this example
In the EC device using the WO 3 membrane, almost no change over time was observed even after more than 600,000 cycle tests.

実施例 2 実施例1と同一のタングステンアルコキシド溶
液に、ナトリウムエトキシド(C2H5ONa)を
Na/Wの原子比で0.5加え、更にプロピレングリ
コールを10%加えた溶液の沈殿物を過した溶液
をスピンコート法でITO電極基板上に塗布し、
200℃1時間焼成し、WO3密度3.2g/cm3の多孔質
な1μm厚のWO3膜を得た。
Example 2 Sodium ethoxide (C 2 H 5 ONa) was added to the same tungsten alkoxide solution as in Example 1.
A solution obtained by adding 0.5 Na/W atomic ratio and further adding 10% propylene glycol was coated on the ITO electrode substrate using a spin coating method.
The mixture was fired at 200° C. for 1 hour to obtain a porous WO 3 film having a WO 3 density of 3.2 g/cm 3 and a thickness of 1 μm.

このWO3膜の電圧―電流特性、サイクルテス
トの測定を行なつた結果、第3図、第4図に示す
実施例1のデータとほぼ同一のデータが得られ
た。これは陽イオン量が多いだけの起電力の負方
向へのシフト分による応答時間の遅れ分を、
WO3膜をポーラスにしたことにより補償したた
めである。
As a result of measuring the voltage-current characteristics and cycle test of this WO 3 film, almost the same data as the data of Example 1 shown in FIGS. 3 and 4 were obtained. This is due to the delay in response time due to the shift in the negative direction of the electromotive force due to the large amount of cations.
This is because compensation was achieved by making the WO 3 film porous.

実施例 3 ITO上に500Å厚のTiO2膜を形成した電極基板
上に実施例1と同一溶液を同一方法で塗布焼成
し、該電極基板上に1μm厚のWO3膜を得た。こ
のWO3膜を用いてEC装置を構成しサイクルテス
トを行なつたところ、80万回以上のサイクルテス
トによつても特性上の劣化を示さなかつた。
Example 3 The same solution as in Example 1 was applied and baked in the same manner on an electrode substrate on which a 500 Å thick TiO 2 film was formed on ITO to obtain a 1 μm thick WO 3 film on the electrode substrate. When an EC device was constructed using this WO 3 film and a cycle test was performed, no deterioration in characteristics was shown even after more than 800,000 cycle tests.

これは、TiO2膜がITO膜より多くの表面水酸
基をもつこと、又、タングステンエトキシド溶液
中のHClをTiO2膜がブロツクすることによる効
果である。
This is due to the fact that the TiO 2 film has more surface hydroxyl groups than the ITO film, and also because the TiO 2 film blocks HCl in the tungsten ethoxide solution.

(発明の効果) 本発明になる酸化タングステン膜の形成方法に
おいては、タングステンのアルコキシド若しくは
フエノキシド又は水酸化タングステンを有機溶媒
に溶解したタングステン化合物の溶液に1価又は
2価の陽イオンを溶解した溶液を基板に塗布、焼
成し酸化タングステン膜を形成するようにしたの
で、比較的膜厚の厚い酸化タングステン膜を容易
にかつ低コストで得られ、大型のEC装置等を生
産する上で極めて好都合である。また、形成され
た酸化タングステン膜中には予め陽イオンが含有
されているので、EC装置として用いた場合に発
消色の応答時間に経時変化が起らず、安定した
EC装置が得られる。なお、応答時間のうち着色
時間が発消色動作の初期において、陽イオンを予
め注入していない膜と比較して一見遅れてしまい
そうに見えるが、この遅れ分は印加電圧を大きく
することにより十分に回復し得るものである。ま
た同時に消色時間がその分短くなることになる。
更に、タングステン化合物の溶液中に添加剤を混
入せしめることにより、適度のポロシテイを有す
る酸化タングステン膜を形成することができ、そ
のことにより酸化タングステン膜中でMxWO3
なつていく拡散速度を制御することができるの
で、この面からも発消色の応答速度を向上させる
ことができる。
(Effects of the Invention) In the method for forming a tungsten oxide film according to the present invention, a solution in which a monovalent or divalent cation is dissolved in a solution of a tungsten compound in which a tungsten alkoxide, phenoxide, or tungsten hydroxide is dissolved in an organic solvent is used. Since the tungsten oxide film is formed by coating and firing the tungsten oxide film on the substrate, a relatively thick tungsten oxide film can be obtained easily and at low cost, which is extremely convenient for producing large EC devices, etc. be. In addition, since the formed tungsten oxide film contains cations in advance, when used as an EC device, the response time for color development and fading does not change over time, making it stable.
An EC device is obtained. Note that the coloring time of the response time appears to be delayed at the initial stage of the coloring/decoloring operation compared to a film that has not been pre-injected with cations, but this delay can be compensated for by increasing the applied voltage. It is fully recoverable. At the same time, the erasing time will be correspondingly shortened.
Furthermore, by mixing additives into the tungsten compound solution, it is possible to form a tungsten oxide film with appropriate porosity, thereby controlling the diffusion rate of MxWO 3 in the tungsten oxide film. Therefore, from this point of view as well, the response speed of color development and fading can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図、第2図は本発明の酸化タングステン膜
の形成方法により形成された酸化タングステン膜
の動作原理を示すグラフ、第3図、第4図は本発
明の一実施例による酸化タングステン膜の動作特
性を示すグラフである。
1 and 2 are graphs showing the operating principle of a tungsten oxide film formed by the tungsten oxide film forming method of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are graphs showing a tungsten oxide film formed by an embodiment of the present invention. It is a graph showing operating characteristics.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 タングステンのアルコキシド若しくはフエノ
キシド又は水酸化タングステンを有機溶媒に溶解
したタングステン化合物の溶液に1価又は2価の
陽イオンを溶解させ、該陽イオンを含んだタング
ステン化合物の溶液を基板に塗布し、所定の温度
で乾燥又は/及び焼成し、該基板上に前記1価又
は2価の陽イオンを含んだ酸化タングステン膜を
形成することを特徴とする酸化タングステン膜の
形成方法。 2 1価の陽イオンは、水素原子又はアルカリ金
属又はアンモニウムイオン又は4級アルキルアン
モニウムである特許請求の範囲第1項記載の酸化
タングステン膜の形成方法。 3 2価の陽イオンはアルカリ土類金属である特
許請求の範囲第1項記載の酸化タングステン膜の
形成方法。 4 基板は電極をその表面に形成した基板である
特許請求の範囲第1項ないし第3項のいずれか1
項記載の酸化タングステン膜の形成方法。 5 電極は透明導電膜である特許請求の範囲第4
項記載の酸化タングステン膜の形成方法。 6 電極は酸化錫被膜又は酸化錫―酸化インジウ
ム(ITO)被膜である特許請求の範囲第5項記載
の酸化タングステン膜の形成方法。 7 電極は金属被膜である特許請求の範囲第4項
記載の酸化タングステン膜の形成方法。 8 基板は電極の上に更に薄膜を形成した基板で
ある特許請求の範囲第4項記載の酸化タングステ
ン膜の形成方法。 9 薄膜は第族元素の酸化物である特許請求の
範囲第8項記載の酸化タングステン膜の形成方
法。 10 タングステン化合物の溶液は水を含む特許
請求の範囲第1項記載の酸化タングステン膜の形
成方法。 11 タングステン化合物の溶液は、形成される
酸化タングステン膜のポロシテイを制御する添加
剤を含む特許請求の範囲第1項記載の酸化タング
ステン膜の形成方法。 12 タングステン化合物の溶液は、該溶液のPH
を調整する添加剤又は加水分解の程度を調整する
添加剤又は該溶液中のタングステンモノマーの縮
合の程度を制御する添加剤又は該溶液と基板表面
との濡れ性向上のための添加剤を含む特許請求の
範囲第1項記載の酸化タングステン膜の形成方
法。 13 タングステンアルコキシド又はタングステ
ンフエノキシドはタングステンのハロゲン化合物
をヒドロキシ基を含有する有機溶媒に溶解して生
成する特許請求の範囲第1項記載の酸化タングス
テン膜の形成方法。
[Claims] 1. Monovalent or divalent cations are dissolved in a solution of a tungsten compound in which tungsten alkoxide or phenoxide or tungsten hydroxide is dissolved in an organic solvent, and a solution of the tungsten compound containing the cation is prepared. A method for forming a tungsten oxide film, the method comprising applying the tungsten oxide film to a substrate and drying and/or baking at a predetermined temperature to form a tungsten oxide film containing the monovalent or divalent cations on the substrate. 2. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 1, wherein the monovalent cation is a hydrogen atom, an alkali metal, an ammonium ion, or a quaternary alkyl ammonium. 3. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 1, wherein the divalent cation is an alkaline earth metal. 4. Any one of claims 1 to 3, wherein the substrate is a substrate with electrodes formed on its surface.
The method for forming a tungsten oxide film described in Section 1. 5 Claim 4 in which the electrode is a transparent conductive film
The method for forming a tungsten oxide film described in Section 1. 6. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 5, wherein the electrode is a tin oxide film or a tin oxide-indium oxide (ITO) film. 7. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 4, wherein the electrode is a metal film. 8. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 4, wherein the substrate is a substrate on which a thin film is further formed on the electrode. 9. The method of forming a tungsten oxide film according to claim 8, wherein the thin film is an oxide of a group element. 10. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 1, wherein the tungsten compound solution contains water. 11. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 1, wherein the tungsten compound solution contains an additive for controlling the porosity of the tungsten oxide film to be formed. 12 The tungsten compound solution has a pH of
A patent containing an additive for adjusting the degree of hydrolysis, an additive for controlling the degree of condensation of tungsten monomer in the solution, or an additive for improving the wettability between the solution and the substrate surface A method for forming a tungsten oxide film according to claim 1. 13. The method for forming a tungsten oxide film according to claim 1, wherein the tungsten alkoxide or tungsten phenoxide is produced by dissolving a tungsten halogen compound in an organic solvent containing a hydroxyl group.
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