JPS63104028A

JPS63104028A - 光学機能素子

Info

Publication number: JPS63104028A
Application number: JP61251355A
Authority: JP
Inventors: Yasunori Taga; 康訓多賀; Takeshi Owaki; 健史大脇; Yasuyuki Kageyama; 恭行景山
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1988-05-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、素子表面に耐紫外線性と視認性をあわせ持つ
光学機能素子に関する。

（発明の背景）昨今の情報化時代に呼応して電気信号により光学的性質
を制御する多種多様な光学機能表示素子が開発され実用
に供されている。又従来の蛍光表示管、プラズマ表示管
等の真空管を利用するものから軽くて小型で且つ電力消
費の少ないフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）への
移行が試みられている。ＦＰＤの代表的なものとして液
晶表示素子（ＬＣＤ）、エレクトロルミネッセンス表示
素子（ＥＬＤ）、エレクトロクロミック表示素子（ＥＣ
Ｄ）等がある。ところがこれらのＦＰＤもその言及につ
れて、従来の屋内での使用から屋外での利用要求が強ま
りつつある。具体的には車の窓ガラス、ミラー、ムーン
ルーフ、スカイルーフ、さらには住宅用窓ガラス、サン
ルーフ等である。

一方上記光学機能素子の屋外での使用時に基板となるガ
ラス又は透明樹脂表面に水滴が付着し。

視界を妨げたり２表示を見にくくすることがあった。と
くに透過型ＥＣＤ又はＬＣＤを調光膜として利用したり
反射型ＥＣＤ又はＬＣＤを防眩ミラーとして用いる場合
、基板表面への水滴の付着が問題化しつつある。

（従来技術）従来、前記光学機能素子の基板表面への水滴付着に対し
て、基板表面のぬれ性を改善する方法が考案され、有機
波膜の形成等が行イつれてきただけである。

（発明が解決しようとする問題点）しかし、屋外使用時の最大の問題はＦＰＤを構成する杓
゛機又は無機材料の紫外線による劣化である。今後期待
されるＦＰＤの広範な応用を考える時、紫外線による光
学機能素子の劣化は不可避と考えられるが現在迄有効な
対策が無かった。

また、屋外での使用環境は厳しく、有機膜では長期の使
用に耐えず１問題があった。

本発明の目的は２表示素子及び光学機能素子の紫外線か
らの保護及び水に対するぬれ性を制御し、視認性を確保
して、耐環境性にすぐれた光学機能素子を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段）本発明によれば一方又は両方が透明電極で構成される一
対の電極間に電気信号により光学的性質の変化する物質
層を充てんして成る電気光学素子であって、該素子表面
に無機化合物膜を被覆して成ることを特徴とする光学機
能素子により上記目的が達成される。

電気光学素子が液晶表示素子、エレクトロクロミック表
示素子、エレクトロルミネッセンス表示素子のいずれか
であること、及び無機化合物がＣｅＯ、ＴｉＯ、ＺｒＯ
、ＺｎＯ，Ｓｉｎ。

Ｓ１３Ｎ４のいずれか又は少なくともそれらの二種類以
上から成ることはそれぞれ好ましい。

以下本発明の基本的着想について略述する。

表示素子及び光学機能素子の紫外線からの保護、及び水
に対するぬれ性を制御し、視認性を確保する為にガラス
又は透明樹脂基板表面に下記４条件を満たす機能膜を形
成することを考えた。つまり、第１条件は可視域（３８
０ｎｍ〜７８０ｒ＋＋＋＋）で透明であること、第２条
件は紫外線（２００ｎｍ〜３８０ｎｍ）を遮蔽すること
、第３の条件は水に対して親水性（接触角θ≦ｌＯ＠）
か又は疎水性（接触角θ≧５０°）であること、そして
第４条件は屋外での使用を考え耐電性にすぐれているこ
と９等である。

（好適な実施の態様）本発明は、一方又は両方が透明電極で構成される一対の
電極間に電気信号により光学的性質の変化する物質層を
充てんして成る電気光学素子であって、該素子表面に無
機化合物膜を被覆して成ることを特徴とする光学機能素
子である。以下好ましい実施の態様について詳述する。

本発明にかかる光学機能素子の構造例を第１図により説
明する。基板１１．１５は通常透明なガラス又は樹脂で
ありその形状は平面板又は曲面板であってもよく電気信
号によりその光学特性の変化する電気光学素子を形成す
る物質層Ｉ３を保持するとともに第１図の場合は透過型
又第２図の場合は反射型の光学機能素子の表示面として
の役割を有する。透明導電膜（電極）　１２．１４を形
成する材料としてはＩ　Ｔ　Ｏ（ＩｎｄｉｕＩＩＩＴｉ
ｎ　０ｘｉｄｅ）　、　　Ａ　Ｔ　Ｏ（Ａｎｔｉｍｏｎ
ｙ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）　、等を使用することが出来
る。尚第２図に示す反射型光学機能素子に於いては、透
明導電膜２４をＩＴＯ，ＡＴＯ等で形成し１反射膜を兼
ねる電極膜２２を通常光学反射率の高いＡ、ｉ’＋　Ａ
ｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｃｕ等の金属又は合金膜で形成するこ
とが出来る。又基板２５は反射型光学機能素子の表示面
としての役割を有することは前述の通りである。

電気光学素子を形成する物質層１３は透明導電膜（電極
）　１２．１４から印加される電気信号により自ら発光
するもの（自発光型アクティブ素子）及び入射又は反射
する光の特定の波長の光を吸収し。

着・消色するもの（光制御型パッシブ素子）等で構成さ
れる。自発光型電気光学素子であるＥＬＤにおいては発
光物質層１３として通常ＺｎＳ系の蛍光体が用いられる
。電極１２．１４間には交流又は直流の電界が印加され
蛍光体への電子の注入により発光する。一方光制御型電
気光学素子にはＥＣＤ、ＬＣＤ等がある。これらのうち
ＥＣＤに於いてはエレクトロクロミック物質層１３とし
て通常ＷＯ、ＭｏＯ、ＩｒＯ、ＮｉＯ等が用いられ電極
１２．１４間に印加される電界により素子中に含まれる
Ｈ２Ｃの電気分解により生じたＨ　又はＯＨ−と上記エ
レクトロクロミック物質層１３との間で酸化又は還元反
応が生じ、エレクトロクロミック物質層１３の吸光特性
が変化することにより着色・消色性の光制御を行うもの
である。またＬＣＤでは配向制御された有機化合物から
成る液晶が電気光学物質層１３として電極１２．１４間
に充てん封止されており電極１２．１４間への電界の印
加により入射又は反射する光の透過率を変化させ光制御
を行うものである。

本発明にかかる光学機能素子は電気光学物質層１３又は
基板Ｉ５上に無機化合物層１６を肢位して成るものであ
る。無機化合物層１６としては。

ＣｅＯ、ＴｉＯ、ＺｎＯ，ＺｒＯ、Ｓｉｎ。

Ｓ　Ｉ　Ｑ　Ｎ４及びそれらの少なくとも２種類以上か
ら成るものがよい。上記化合物層の役割は１例えば屋外
使用時に素子に入射する太陽光に含まれる紫外線を遮蔽
し電気光学素子を形成する物質層１３の紫外線劣化を防
止し保護することである。実験の結果、上記いずれの化
合物も良好な紫外線（２０００人〜３８００人）吸収能
を有することが確められた。しかし上記化合物間にも紫
外線遮蔽能力には自と相違があり必然的にその膜厚、密
度等と密接に関係している。つまり紫外線遮蔽能力の高
い材料では膜厚は薄くても電気光学機能素子の紫外線に
よる劣化は少ないが、逆に遮蔽能力の低い材料ではある
程度膜厚を厚くする必要がある。また膜の密度は高い程
、同じ膜厚でもすぐれた紫外線遮蔽能力を示す。従って
成膜手法は重要で通常スパッタリング、イオンブレーテ
ィング、真空蒸着等のＰ　Ｖ　Ｄ　（Ｐｈｙｓｉｃａｌ
　Ｖａｐｏｕｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）のほか、プラ
ズマを利用したＣ　Ｖ　Ｄ　（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａ
ｐｏｕｒＤｅｐｏｓ　ｉｔ　１ｏｎ）の適用も可能であ
る。いずれにせよ、紫外線遮蔽を目的とする場合膜厚は
少なくとも５００Å以上は必要である。しかし可視域で
透明な飼料と言えども、紫外線遮蔽能を高めようとして
その膜厚を過度に厚くすると可視光（３８００人〜７８
００人）透過率が低下し時として白濁化を生ずる問題が
生ずることから５００人〜５００００人の範囲が適当で
ある。なお紫外線遮蔽の目的には第１図及び第２図に示
すように基板１５又は基板２５の表面に紫外線遮蔽層（
無機化合物層１６及び２６）を形成する方法の外に第３
図に示すように基板３５と透明電極３４との間に無機化
合物層３６を形成しても同様の効果が得られる。

一方本発明を構成する他の重要な項目に基板１５又は２
５表面の水に対するぬれ性の問題がある。光学機能素子
として表示情報の視認性を確保する為には、！！板表面
の性質は親水性（水がぬれ易く接触角は小さい）が良い
か、疎水性（水がぬれ難く接触角は大きい）が良いかは
その使用環境により著しく影響を受ける。つまり風、振
動の強い環境下では疎水性表面が好ましく、付着した水
滴は落下、飛散し、視認性が確保出来る。逆に振動。

風の無い環境下では、親水性表面が好ましい。

通常のガラス基板１５又は２５表面はその接触角が約３
０＠と中途半端であり表示情報の視認性が著しく妨げら
れていた。保護膜（無機化合物層１Ｂ）用材料を検討し
た結果、ＴｉＯ、ＣｅＯ□。

ＺｒＯ、ＺｎＯ，５ｔ３Ｎ４が疎水性でありＳｉｎ、５
ｉＯ−３ｉ３Ｎ４が親水性であることが判った。

尚、保護膜材Ｔｉｅ７．ＣｅＯ、ＺｒＯ２゜ＺｎＯ，Ｓ
ｔ　　Ｎ　　、ＳｉＯ等はいずれもある程度耐摩性等の
機械的性質がすぐれていることが確認された。

（実施例）本発明の具体的実施例は電気光学素子としてＥＬＤ、Ｅ
ＣＤ及びＬＣＤを選びそれらを無機化合物膜で肢覆し９
反射型の光学機能素子として動作させることによって行
った。ＥＬＤ、ＥＣＤ。

ＬＣＤの構成図をそれぞれ第４〜６図に示す。

第４図はＥＬＤ素子の断面を示すもので透明ガラス基板
５１上に透明導電膜５２としてＩＴＯを２０００人の厚
さに真空蒸着し、続いて絶縁膜５３として５１３Ｎ４を
３０００人、電界発光層５４として５％Ｍｎを含むＺｎ
Ｓを３０００人、さらに絶縁膜５５として５１３Ｎ　４
を３０００人及び電極兼反射膜５ＧとしてＡＪ２を２０
００人いずれもスパッタリング法により形成した。そし
て最後に本発明になる無機化合物膜５７としてＣｅ　Ｏ
、Ｔ　ｉＯ２等を５００人〜５００００人の厚さに形成
した。

第５図はＥＣＤ素子の断面を示すもので電極膜としてＴ
ａを真空蒸着により２０００人形成したガラス基板６１
とＩＴＯ８５を２０００人、ＥＣ層としてＷＯ３膜６４
を４０００人いずれも真空蒸着したガラス基板６６とを
対向させ、その間に電解質６３（ＩＭ／Ｊ　Ｌ　Ｉ　Ｃ
１０４を加えたプロピレンカーボネート液）を充てんし
て成る。ＥＣＤセルとして封止後本発明になる無機化合
物膜Ｇ７としてＣｅ　Ｏ２。

ＴｉＯ３等を５００人〜５００００人の厚さに形成した
。

第６図はＬＣＤ素子の断面を示すもので電極兼反射膜と
して八（７２を２０００人真空蒸青しその上にＳｉＯか
ら成る配向膜７３を真空蒸着により形成したガラス基板
７１とＩＴＯ膜７６及びＳｉＯから成る配向膜７５を形
成したガラス基板７７とを対向させその間に液晶７４を
充てんし封止することによりＬＣＤセルとした。ガラス
基板７７上に本発明になる無機化合物膜７８を５００人
〜５００００人の厚さに形成した。

第４図〜第６図に示す光学機能素子の評価は以下の方法
で行った。まず紫外線遮蔽能については膜厚を５００人
一定としフェードメーター法により紫外線を２００時間
照射し光学機能の低下を７１Ｉｌｊ定した。ここで言う
光学機能とはＥＬＤでは輝度を又ＥＣＤ、ＬＣＤでは光
学密度を意味する。輝度又は光学密度の初期値を１゜と
し紫外線照射後のそれを１１とすると素子の劣化ｆはと定義出来る。−刃表面の水に対するぬれ性については
接触角の測定により評価した。

実施例ＩＥＬＤ素子上にＴ　ｉＯ２膜をスパッタ法により５００
人形成し素子を保護し、紫外線を２００時間照射後ＥＬ
Ｄの発光輝度の変化を調べたところ５％低下していた。

又接触角は８０°と大きかった。

実施例２〜実施例２１同様に第１表に記載の条件の素子を評価した。

比較例１〜３本発明の無機化合物膜の無い状態で紫外線を２００時間
照射すると例えばＥＬＤでは初期輝度の２０％に迄低下
した。一方ガラス表面自身の接触角は３０°であった。

以上の各条件の素子の評価結果を第１表に示す。

（以下余白）第１表　実施例及び比較例評価結果実施例では表示素子としての応用を中心に記載したが、
透過型ＥＣＤ又はＬＣＤを調光ガラスとして使用する場
合、ガラス基板上の視認性を確保したい部分にのみ本発
明の無機化合物膜を形成することが可能である。具体的
応用例を第７図、第８図に示す。第７図は自動車用窓ガ
ラス（フロント）であり１部分的にサンバイザーの役割
をＥＣＤ又はＬＣＤで行い、全面は視認性を確保すべく
走行時の風を想定しＣｅ　Ｏ２膜を形成し疎水化したも
のである。又第８図は運転席横の窓ガラスへの応用で、
ＥＣＤ又はＬＣＤによるサンバイザーの外にドアミラー
の視認性確保の為ＳｉＯを部分的に形成したものである
。この場合、風による水滴の飛散は期待出来ないのでＳ
ｉＯにより親水化した。

（発明の作用および効果）保護膜（無機化合物層１６又は２６）の紫外線遮蔽能は
材料の固有物性に係るものであり、　２０００人〜３８
００人の紫外域に吸収端が存在することが必要である。

−刃作護膜（無機化合物層Ｉ６又は２Ｂ）の水に対する
ぬれ性は膜材ｆＩ衣表面表面張力と関係ある。つまり表
面張力の大きな材料は接触角が小さくぬれ易く、逆に表
面張力の小さな材料は接触角が大きく疎水性（又は撥水
性）となる。いずれにせよ１表面張力は材料の分散力（
原子核をとりまく電子雲の瞬間的ひずみに基づく引力）
、静電力（永久双極子に基づく分散力）、及び化学力（
付着物との電子の授受に基づく引力）等の影響を強く受
ける。

本発明になる光学機能素子は紫外線遮蔽性と水に対する
ぬれ性が大きい（少なくとも接触角で５０°以Ｌ）か小
さい（接触角で１０°以下）かを同時に満足させるもの
である。つまり、晴天下では紫外線から素子を保護し、
雨天下では水の付着による視認性低下を防ぐと言う複合
効果をｒｆする光学機能素子である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の透過型光学機能素子断面図。第２図は１本発明の反射型光学機能素子断面図。第３図は２本発明の反射型又は透過型光学機能素子断面
図。第４図は２本発明のＥＬＤ素子断面図。第５図は９本発明のＥＣＤ素子断面図。第６図は２本発明のＬＣＤ素子断面図。第７図は、自動車用フロントガラスへの応用を示す図。第８図は、自動車用サイドガラスへの応用を示す図。Ａ・・・入射光（太陽光）、　　Ｂ・・・透過光。Ｃ・・・反射光、　　　　　　　　Ｄ、Ｄ’・・・眼。２１、３１・・・基板、　　　　２２．３２・・・透明
電極膜。２３、３３・・・発光物質層。５■・・・ガラス基板。５２・・・透明導電膜ＩＴ０゜５３・・・絶縁膜、　　Ｓ　１３Ｎ　４　。５４・Ｅ　Ｌ層　ＺｎＳ−５％Ｍ　ｎ　。５５・・・絶縁膜　５１３Ｎ４゜５６・・・Ａ（電極、５７・・・無機化合物膜。６１・・・ガラス基板、６２・・・Ｔａ電極。６３・・・電解質、Ｉ　Ｍ　／　ｊ’　Ｌ　ｉ　Ｃ１０
ｔ、を加えたプロピレンカーボネート液。６４・・・ＥＣ層、Ｗｏ、１３５・・・ＩＴｏ。６６・・・ガラス基板、６７・・・無機化合物膜。７１・・・ガラス基板、７２・・・Ａｊ２電極。７３・・・配向膜、Ｓｉｎ、　　　７４・・・液晶。７５・・・配向膜、Ｓｉｎ、　　　７８・・・ＩＴｏ。７７・・・ガラス基板、７８・・・無機化合物膜。８０・・・自動車用フロントガラス。８１・・・疎水化及び紫外線遮蔽領域（Ｃｅ　Ｏ２形成）。８２・・・ＥＣＤ又はＬＣＤによる調光可能領域。９０・・・自動車用サイドガラス。９１・・・視認性確保の為のＳｉＯ形成領域（親水性）
。９２・・・ＥＣＤ又はＬＣＤによる調光領域（紫外線遮
蔽ＣｅＯ，膜付き）。第　１　図第２図第３図第４図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）一方又は両方が透明電極で構成される一対の電極
間に電気信号により光学的性質の変化する物質層を充て
んして成る電気光学素子であって、該素子表面に無機化
合物膜を被覆して成ることを特徴とする光学機能素子。
（２）上記電気光学素子は液晶表示素子、エレクトロク
ロミック表示素子、エレクトロルミネッセンス表示素子
のいずれかであることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の光学機能素子。
（３）上記無機化合物はＣｅＯ＿２、ＴｉＯ＿２、Ｚｒ
Ｏ＿２、ＺｎＯ、ＳｉＯ、Ｓｉ＿３Ｎ＿４のいずれか、
又は少なくともそれらの二種類以上から成ることを特徴
とする特許請求の範囲第１項又は第２項記載の光学機能
素子。