电致变色装置及其制造方法

电致变色装置及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电致变色装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002] 在施加电压时，氧化和还原反应可逆地进行以使颜色可逆地变化的现象称为电致 变色。利用这种电致变色的装置是电致变色装置。为了实现得自电致变色性质的应用，对 电致变色装置已经进行了多种研宄。
[0003] 对于用于电致变色装置的电致变色材料，存在有机材料和无机材料。有机材料可 以取决于其分子结构而显色（着色，color)成各种颜色，且因此有机材料是有前景的用于 彩色显示装置的材料。另一方面，无机材料在控制颜色方面存在问题。特别地，在使用固体 电解质层的情况下，无机材料在耐久性方面优异。因此，使用上述特性已经研宄了无机材料 在光控制玻璃（调光玻璃）或ND过滤器（减光镜，ND filter)中的应用，该应用为其中低 色度是优势的应用。然而，使用固体电解质层的装置具有响应速度慢的问题。
[0004] 电致变色装置具有其中在面向彼此的两个电极之间形成电致变色材料，且电极之 间的空间用能够离子传导的电解质填充的结构。在这种结构中，进行氧化和还原反应。电 致变色是电化学现象，因而电解质层的性能（离子传导性）影响响应速度或颜色的记忆效 应。在电解质层处于液态（其中电解质溶解在溶剂中）的情况下，倾向于获得期望的响应。 然而，考虑到元件的强度和可靠性，已经研宄了通过凝固或凝胶化对其进行改进。
[0005] 常规地，电解质溶液已用于作为电化学元件的电池或电致变色装置中。因此，电解 质溶液泄漏，且电池内部的内容物由于溶剂的挥发（evaporation)而干燥。此外，在电池容 器内部，部分隔板（隔膜，barrier)由于电解质溶液的偏离而干燥。这些因素可导致内部 阻抗的增加和内部短路。
[0006] 特别是在电致变色装置用作光控制玻璃或显示器的情况下，电致变色装置的至少 一面需要用透明材料（例如玻璃或塑料）密封。因此，难以用金属等完全密封电解质，因而 电解质溶液的泄露或挥发是严重的问题。
[0007] 对于解决上述问题的方法，提出了使用聚合物固体电解质。聚合物固体电解质的 实例包括在含有氧乙烯链或氧丙烯链的基体聚合物与无机盐之间的固态溶液。这些固态溶 液是完全的固体，并且它们具有优异的加工性，但具有在电导率方面的问题。
[0008] 为了改进聚合物固体电解质的电导率，提出了其中使有机电解质溶液溶解在聚合 物中以形成为半固体的方法（参见，例如，日本专利申请公开（JP-B)No. 03-73081)，以及如 下的方法：在该方法中，将电解质加入到液体单体中并且通过聚合反应使该液体单体反应， 以由此形成含有电解质的交联的聚合物。然而，这些提出的方法尚未达到实际使用的水平。
[0009] 同时，电致变色装置典型地通过如下制造：在面向彼此的两个电极之间形成电致 变色材料，接着经由能够离子传导的电解质层结合（粘合，bond)。如果电致变色装置可以 在没有这种结合过程的情况下制造，则该装置可以在各种部位（例如弯曲表面）上形成，因 而拓宽可应用的范围，且电致变色装置可以以低的成本制造，因为有一面支持体不是必需 的。
[0010] 然而，在常规技术中，一直难以依照薄膜法在支持体上形成电致变色装置。具体而 言，在其中在电解质层上形成电极以便省略结合过程的情况下，存在当使用全固体电解质 层时响应速度慢的上述问题。此外，如果使用有机材料层作为全固体电解质层，则要在电 解质层上形成的电极层的电阻倾向于是高的，且电致变色装置不能用氧化还原有规律地驱 动。特别是当典型地采用通过真空成膜形成的氧化物层例如ITO、SnOjP AZO作为透明电 极时，存在难以同时实现透明性和电导率的问题。
[0011] 另一方面，在无机材料层用作全固体电解质层的情况下，所使用的电致变色化合 物限于无机电致变色化合物。其中使用无机电致变色化合物的实例包括具有如下结构的电 致变色元件：在所述结构中，还原显色层和氧化显色层设置成面向彼此，且固体电解质层在 其间。
[0012] 在电致变色元件中，还原显色层由含有氧化钨和氧化钛的材料构成，氧化显色层 由含有氧化镍的材料构成。此外，提出其中在氧化显色层和固体电解质层之间设置透明中 间层的电致变色元件，所述透明中间层由除氧化镍之外的金属氧化物、或金属、或含有除氧 化镍之外的金属氧化物和金属的复合物作为主要组分构成（参见，例如，日本专利（JP-B) No. 4105537)。该文献公开了通过形成中间层改进了重复性（repetition property)和响 应，从而可以在数秒内实施显色-消色（discharging)。
[0013] 然而，这种提出的电致变色元件具有复杂的结构，且当通过真空成膜形成多层无 机化合物层时不能容易地增大其面，而且提高成本。此外，其不能避免来自成膜过程期间热 的影响，且因此所使用的基材限于耐热材料，例如玻璃。而且，无机电致变色反应容易受到 湿气影响，且无机电致变色化合物的色调限于蓝色色调。
[0014] 因此，需要立即提供可以在没有结合过程的情况下制造的电致变色装置。

【发明内容】

[0015] 本发明的目的是提供可以在没有结合过程的情况下制造的高性能电致变色装置。
[0016] 作为用于解决上述问题的手段，本发明的电致变色装置包括：
[0017] -个支持体；
[0018] 形成在所述支持体上的第一电极层；
[0019] 设置成面向所述第一电极层的第二电极层；
[0020] 设置成与所述第一电极层或所述第二电极层接触的电致变色层；
[0021] 含有无机颗粒的固体电解质层，其填充在所述第一电极层和所述第二电极层之 间，且设置成与所述电致变色层接触；和
[0022] 设置在所述第二电极层上的保护层。
[0023] 本发明可以解决现有技术中的上述各个问题，可以实现上述目的，并且可以提供 能够在没有结合过程的情况下制造的高性能电致变色装置。
【附图说明】
[0024] 图1是示出第一实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
[0025] 图2是示出第二实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
[0026] 图3是示出第三实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
[0027] 图4是示出第四实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
[0028] 图5是示出第五实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
[0029] 图6是示出第六实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0030] (电致变色装置以及电致变色装置的制造方法）
[0031] 本发明的电致变色装置包括：一个支持体；形成在所述支持体上的第一电极层； 设置成面向所述第一电极层的第二电极层；设置成与所述第一电极层或所述第二电极层接 触的电致变色层；含有无机颗粒的固体电解质层，其填充在所述第一电极层和所述第二电 极层之间，且设置成与所述电致变色层接触；和设置在所述第二电极层上的保护层。本发明 的电致变色装置根据需要可进一步包括其它层。
[0032] 由于电致变色装置包括一个支持体，且无需其它支持体（在另一面），所述电致变 色装置在其生产率方面优异，且可以提供大尺寸电致变色装置。
[0033] 电解质层是其中混合无机颗粒的固体电解质层。通过混合无机颗粒，可以减少由 于在形成第二电极层时的热而施加至电解质层的破坏，且第二电极层可以均匀地形成，并 且可以进行优异的氧化还原反应。
[0034] 其它层的实例包括抗劣化层和剥离层。
[0035] 用于制造根据本发明的电致变色装置的方法是本发明的电致变色装置的制造方 法。所述方法包括从支持体剥离存在于第二电极层之上的部分，以由此形成与所述第二电 极层的接触区域，且可进一步包括其它步骤。
[0036] 在电致变色装置的制造方法中，与第二电极层的接触区域是通过剥离存在于第二 电极层之上的部分，使得线（配线，line)可以在预定位置与第二电极层连接而形成的。因 此，在支持体上形成的电致变色装置可以在加工成预定形状之后进行组装。此外，不必取决 于产品的形状制备模具或构件（部件，member)，因而容易少量生产各种类型的产品。
[0037] 根据电致变色装置的制造方法，电致变色装置可以在没有结合过程的情况下制 造。因此，电致变色装置可以在各种部位上形成，且可以拓宽电致变色装置的可能的应用。
[0038] 其它步骤的实例包括：将第一电极层和电致变色层依序地设置在支持体上的步 骤；在电致变色层上形成电解质层的步骤；在电解质层上形成第二电极层的步骤；和在第 二电极层上形成保护层的步骤。
[0039] 在下文中参照【附图说明】实施方式。注意，在各图中，相同的参考编号被设置给相同 的构成组件，并且之后可省略重复的描述。
[0040] 〈第一实施方式的电致变色装置及其制造方法〉
[0041] 图1是示出第一实施方式的电致变色装置的一个实例的示意性截面图。参照图1， 电致变色装置10包括支持体11以及依序地设置在支持体11上的第一电极层12、电致变色 层13、电解质层14、第二电极层15和保护层16。
[0042] 在电致变色装置10中，第一电极层12设置在支持体11上，并且电致变色层13与 第一电极层12接触设置。在电致变色层13上，第二电极层15以第二电极层经由电解质层 14面向第一电极层12的方式设置。
[0043] 为方便起见，在第一电极层12和第二电极层15各自的描述中，第一电极层12和 第二电极层15的面向彼此的表面各自称为"内面"，且与其内面相对的表面各自称为"外 面"。在本实施方式中，第一电极层12的内面与电致变色层13接触，并且第一电极层12的 外面与支持体11接触。此外，第二电极层15的内面与电解质层14接触，并且第二电极层 15的外面与保护层16接触。注意，内面和外面可各自为平表面或弯曲表面。
[0044] 第一实施方式的电致变色装置10的制造方法包括：