[发明专利]电致变色装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及电致变色装置及其制造方法。

背景技术

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究。

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究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。

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，已经研究了通过凝固或凝胶化对其进行改进。

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。

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。

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。

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。

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。

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、SnO₂和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。

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。

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)。