電致變色裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電致變色裝置及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在施加電壓時(shí)，氧化和還原反應(yīng)可逆地進(jìn)行以使顏色可逆地變化的現(xiàn)象稱(chēng)為電致 變色。利用這種電致變色的裝置是電致變色裝置。為了實(shí)現(xiàn)得自電致變色性質(zhì)的應(yīng)用，對(duì) 電致變色裝置已經(jīng)進(jìn)行了多種研宄。
[0003] 對(duì)于用于電致變色裝置的電致變色材料，存在有機(jī)材料和無(wú)機(jī)材料。有機(jī)材料可 以取決于其分子結(jié)構(gòu)而顯色（著色，color)成各種顏色，且因此有機(jī)材料是有前景的用于 彩色顯示裝置的材料。另一方面，無(wú)機(jī)材料在控制顏色方面存在問(wèn)題。特別地，在使用固體 電解質(zhì)層的情況下，無(wú)機(jī)材料在耐久性方面優(yōu)異。因此，使用上述特性已經(jīng)研宄了無(wú)機(jī)材料 在光控制玻璃（調(diào)光玻璃）或ND過(guò)濾器（減光鏡，ND filter)中的應(yīng)用，該應(yīng)用為其中低 色度是優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用。然而，使用固體電解質(zhì)層的裝置具有響應(yīng)速度慢的問(wèn)題。
[0004] 電致變色裝置具有其中在面向彼此的兩個(gè)電極之間形成電致變色材料，且電極之 間的空間用能夠離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)填充的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。電 致變色是電化學(xué)現(xiàn)象，因而電解質(zhì)層的性能（離子傳導(dǎo)性）影響響應(yīng)速度或顏色的記憶效 應(yīng)。在電解質(zhì)層處于液態(tài)（其中電解質(zhì)溶解在溶劑中）的情況下，傾向于獲得期望的響應(yīng)。 然而，考慮到元件的強(qiáng)度和可靠性，已經(jīng)研宄了通過(guò)凝固或凝膠化對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。
[0005] 常規(guī)地，電解質(zhì)溶液已用于作為電化學(xué)元件的電池或電致變色裝置中。因此，電解 質(zhì)溶液泄漏，且電池內(nèi)部的內(nèi)容物由于溶劑的揮發(fā)（evaporation)而干燥。此外，在電池容 器內(nèi)部，部分隔板（隔膜，barrier)由于電解質(zhì)溶液的偏離而干燥。這些因素可導(dǎo)致內(nèi)部 阻抗的增加和內(nèi)部短路。
[0006] 特別是在電致變色裝置用作光控制玻璃或顯示器的情況下，電致變色裝置的至少 一面需要用透明材料（例如玻璃或塑料）密封。因此，難以用金屬等完全密封電解質(zhì)，因而 電解質(zhì)溶液的泄露或揮發(fā)是嚴(yán)重的問(wèn)題。
[0007] 對(duì)于解決上述問(wèn)題的方法，提出了使用聚合物固體電解質(zhì)。聚合物固體電解質(zhì)的 實(shí)例包括在含有氧乙烯鏈或氧丙烯鏈的基體聚合物與無(wú)機(jī)鹽之間的固態(tài)溶液。這些固態(tài)溶 液是完全的固體，并且它們具有優(yōu)異的加工性，但具有在電導(dǎo)率方面的問(wèn)題。
[0008] 為了改進(jìn)聚合物固體電解質(zhì)的電導(dǎo)率，提出了其中使有機(jī)電解質(zhì)溶液溶解在聚合 物中以形成為半固體的方法（參見(jiàn)，例如，日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)（JP-B)No. 03-73081)，以及如 下的方法：在該方法中，將電解質(zhì)加入到液體單體中并且通過(guò)聚合反應(yīng)使該液體單體反應(yīng)， 以由此形成含有電解質(zhì)的交聯(lián)的聚合物。然而，這些提出的方法尚未達(dá)到實(shí)際使用的水平。
[0009] 同時(shí)，電致變色裝置典型地通過(guò)如下制造：在面向彼此的兩個(gè)電極之間形成電致 變色材料，接著經(jīng)由能夠離子傳導(dǎo)的電解質(zhì)層結(jié)合（粘合，bond)。如果電致變色裝置可以 在沒(méi)有這種結(jié)合過(guò)程的情況下制造，則該裝置可以在各種部位（例如彎曲表面）上形成，因 而拓寬可應(yīng)用的范圍，且電致變色裝置可以以低的成本制造，因?yàn)橛幸幻嬷С煮w不是必需 的。
[0010] 然而，在常規(guī)技術(shù)中，一直難以依照薄膜法在支持體上形成電致變色裝置。具體而 言，在其中在電解質(zhì)層上形成電極以便省略結(jié)合過(guò)程的情況下，存在當(dāng)使用全固體電解質(zhì) 層時(shí)響應(yīng)速度慢的上述問(wèn)題。此外，如果使用有機(jī)材料層作為全固體電解質(zhì)層，則要在電 解質(zhì)層上形成的電極層的電阻傾向于是高的，且電致變色裝置不能用氧化還原有規(guī)律地驅(qū) 動(dòng)。特別是當(dāng)?shù)湫偷夭捎猛ㄟ^(guò)真空成膜形成的氧化物層例如ITO、SnOjP AZO作為透明電 極時(shí)，存在難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)透明性和電導(dǎo)率的問(wèn)題。
[0011] 另一方面，在無(wú)機(jī)材料層用作全固體電解質(zhì)層的情況下，所使用的電致變色化合 物限于無(wú)機(jī)電致變色化合物。其中使用無(wú)機(jī)電致變色化合物的實(shí)例包括具有如下結(jié)構(gòu)的電 致變色元件：在所述結(jié)構(gòu)中，還原顯色層和氧化顯色層設(shè)置成面向彼此，且固體電解質(zhì)層在 其間。
[0012] 在電致變色元件中，還原顯色層由含有氧化鎢和氧化鈦的材料構(gòu)成，氧化顯色層 由含有氧化鎳的材料構(gòu)成。此外，提出其中在氧化顯色層和固體電解質(zhì)層之間設(shè)置透明中 間層的電致變色元件，所述透明中間層由除氧化鎳之外的金屬氧化物、或金屬、或含有除氧 化鎳之外的金屬氧化物和金屬的復(fù)合物作為主要組分構(gòu)成（參見(jiàn)，例如，日本專(zhuān)利（JP-B) No. 4105537)。該文獻(xiàn)公開(kāi)了通過(guò)形成中間層改進(jìn)了重復(fù)性（repetition property)和響 應(yīng)，從而可以在數(shù)秒內(nèi)實(shí)施顯色-消色（discharging)。
[0013] 然而，這種提出的電致變色元件具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，且當(dāng)通過(guò)真空成膜形成多層無(wú) 機(jī)化合物層時(shí)不能容易地增大其面，而且提高成本。此外，其不能避免來(lái)自成膜過(guò)程期間熱 的影響，且因此所使用的基材限于耐熱材料，例如玻璃。而且，無(wú)機(jī)電致變色反應(yīng)容易受到 濕氣影響，且無(wú)機(jī)電致變色化合物的色調(diào)限于藍(lán)色色調(diào)。
[0014] 因此，需要立即提供可以在沒(méi)有結(jié)合過(guò)程的情況下制造的電致變色裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的目的是提供可以在沒(méi)有結(jié)合過(guò)程的情況下制造的高性能電致變色裝置。
[0016] 作為用于解決上述問(wèn)題的手段，本發(fā)明的電致變色裝置包括：
[0017] -個(gè)支持體；
[0018] 形成在所述支持體上的第一電極層；
[0019] 設(shè)置成面向所述第一電極層的第二電極層；
[0020] 設(shè)置成與所述第一電極層或所述第二電極層接觸的電致變色層；
[0021] 含有無(wú)機(jī)顆粒的固體電解質(zhì)層，其填充在所述第一電極層和所述第二電極層之 間，且設(shè)置成與所述電致變色層接觸；和
[0022] 設(shè)置在所述第二電極層上的保護(hù)層。
[0023] 本發(fā)明可以解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述各個(gè)問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)上述目的，并且可以提供 能夠在沒(méi)有結(jié)合過(guò)程的情況下制造的高性能電致變色裝置。
【附圖說(shuō)明】
[0024] 圖1是示出第一實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
[0025] 圖2是示出第二實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
[0026] 圖3是示出第三實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
[0027] 圖4是示出第四實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
[0028] 圖5是示出第五實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
[0029] 圖6是示出第六實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] (電致變色裝置以及電致變色裝置的制造方法）
[0031] 本發(fā)明的電致變色裝置包括：一個(gè)支持體；形成在所述支持體上的第一電極層； 設(shè)置成面向所述第一電極層的第二電極層；設(shè)置成與所述第一電極層或所述第二電極層接 觸的電致變色層；含有無(wú)機(jī)顆粒的固體電解質(zhì)層，其填充在所述第一電極層和所述第二電 極層之間，且設(shè)置成與所述電致變色層接觸；和設(shè)置在所述第二電極層上的保護(hù)層。本發(fā)明 的電致變色裝置根據(jù)需要可進(jìn)一步包括其它層。
[0032] 由于電致變色裝置包括一個(gè)支持體，且無(wú)需其它支持體（在另一面），所述電致變 色裝置在其生產(chǎn)率方面優(yōu)異，且可以提供大尺寸電致變色裝置。
[0033] 電解質(zhì)層是其中混合無(wú)機(jī)顆粒的固體電解質(zhì)層。通過(guò)混合無(wú)機(jī)顆粒，可以減少由 于在形成第二電極層時(shí)的熱而施加至電解質(zhì)層的破壞，且第二電極層可以均勻地形成，并 且可以進(jìn)行優(yōu)異的氧化還原反應(yīng)。
[0034] 其它層的實(shí)例包括抗劣化層和剝離層。
[0035] 用于制造根據(jù)本發(fā)明的電致變色裝置的方法是本發(fā)明的電致變色裝置的制造方 法。所述方法包括從支持體剝離存在于第二電極層之上的部分，以由此形成與所述第二電 極層的接觸區(qū)域，且可進(jìn)一步包括其它步驟。
[0036] 在電致變色裝置的制造方法中，與第二電極層的接觸區(qū)域是通過(guò)剝離存在于第二 電極層之上的部分，使得線(xiàn)（配線(xiàn)，line)可以在預(yù)定位置與第二電極層連接而形成的。因 此，在支持體上形成的電致變色裝置可以在加工成預(yù)定形狀之后進(jìn)行組裝。此外，不必取決 于產(chǎn)品的形狀制備模具或構(gòu)件（部件，member)，因而容易少量生產(chǎn)各種類(lèi)型的產(chǎn)品。
[0037] 根據(jù)電致變色裝置的制造方法，電致變色裝置可以在沒(méi)有結(jié)合過(guò)程的情況下制 造。因此，電致變色裝置可以在各種部位上形成，且可以拓寬電致變色裝置的可能的應(yīng)用。
[0038] 其它步驟的實(shí)例包括：將第一電極層和電致變色層依序地設(shè)置在支持體上的步 驟；在電致變色層上形成電解質(zhì)層的步驟；在電解質(zhì)層上形成第二電極層的步驟；和在第 二電極層上形成保護(hù)層的步驟。
[0039] 在下文中參照【附圖說(shuō)明】實(shí)施方式。注意，在各圖中，相同的參考編號(hào)被設(shè)置給相同 的構(gòu)成組件，并且之后可省略重復(fù)的描述。
[0040] 〈第一實(shí)施方式的電致變色裝置及其制造方法〉
[0041] 圖1是示出第一實(shí)施方式的電致變色裝置的一個(gè)實(shí)例的示意性截面圖。參照?qǐng)D1， 電致變色裝置10包括支持體11以及依序地設(shè)置在支持體11上的第一電極層12、電致變色 層13、電解質(zhì)層14、第二電極層15和保護(hù)層16。
[0042] 在電致變色裝置10中，第一電極層12設(shè)置在支持體11上，并且電致變色層13與 第一電極層12接觸設(shè)置。在電致變色層13上，第二電極層15以第二電極層經(jīng)由電解質(zhì)層 14面向第一電極層12的方式設(shè)置。
[0043] 為方便起見(jiàn)，在第一電極層12和第二電極層15各自的描述中，第一電極層12和 第二電極層15的面向彼此的表面各自稱(chēng)為"內(nèi)面"，且與其內(nèi)面相對(duì)的表面各自稱(chēng)為"外 面"。在本實(shí)施方式中，第一電極層12的內(nèi)面與電致變色層13接觸，并且第一電極層12的 外面與支持體11接觸。此外，第二電極層15的內(nèi)面與電解質(zhì)層14接觸，并且第二電極層 15的外面與保護(hù)層16接觸。注意，內(nèi)面和外面可各自為平表面或彎曲表面。
[0044] 第一實(shí)施方式的電致變色裝置10的制造方法包括：