(57)【要約】  本願は、マルチカラーエレクトロクロミック構造を開示し、この構造は、作用電極、電解質及び対電極を備え、前記電解質は、作用電極と対電極の間に分布し、前記作用電極は、エレクトロクロミック層を備え、前記エレクトロクロミック層は、互いに対向し且つ平行に設けられる第１反射面及び第２反射面を備え、前記第１反射面と第２反射面の間には、誘電体層が設けられ、前記第１反射面、第２反射面及び誘電体層により光学キャビティが構成され、前記誘電体層は、主にエレクトロクロミック材料から構成される。本願に係るマルチカラーエレクトロクロミック構造は、構造色とエレクトロクロミックを融合し、豊富な色変化を表現させ、且つ構造がシンプルであり、製造されやすく、コストが低く、応用の将来性が期待できる。本願は、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の製造方法、制御方法、及び前記マルチカラーエレクトロクロミック構造を備えるエレクトロクロミックデバイス、画像表示機器などをさらに開示する。【選択図】図２
2021517260.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用電極、電解質及び対電極を備え、前記電解質は、作用電極と対電極の間に分布し、前記作用電極は、エレクトロクロミック層を備えるマルチカラーエレクトロクロミック構造であって、
前記エレクトロクロミック層は、互いに対向し且つ平行に設けられる第１反射面及び第２反射面を備え、前記第１反射面と第２反射面の間には、誘電体層が設けられ、前記第１反射面、第２反射面及び誘電体層により光学キャビティが構成され、且つ入射光が前記光学キャビティに入射されるとき、前記第１反射面で形成される反射光と前記第２反射面で形成される反射光の位相シフトが
【数１】
2021517260.tif 000028
であり、ｄは、前記誘電体層の厚さであり、
【数２】
2021517260.tif 000029
は、前記誘電体層の屈折率であり、λは、前記入射光の波長であり、
【数３】
2021517260.tif 000030
は、第１反射面を透過するときの前記入射光の屈折角である、
ことを特徴とするマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項２】
前記第１反射面は、誘電体層の第１表面であり、前記第２反射面は、誘電体層の第２表面と金属層とが結合される界面であり、前記第１表面及び第２表面は、対向して設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項３】
前記誘電体層の第１表面上の媒体材料の屈折率を
【数４】
2021517260.tif 000031
として定義すれば、前記第１反射面の反射係数は
【数５】
2021517260.tif 000032
であり、ここで、
【数６】
2021517260.tif 000033
は、入射光の入射角であり、及び／又は、
前記誘電体層の第２表面上の媒体材料の屈折率を
【数７】
2021517260.tif 000034
として定義すれば、前記第２反射面の反射係数は
【数８】
2021517260.tif 000035
であり、ここで、
【数９】
2021517260.tif 000036
は、第２反射面を透過するときの入射光の屈折角である、
ことを特徴とする請求項２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項４】
前記エレクトロクロミック層の反射係数は、
【数１０】
2021517260.tif 000037
、
反射率は、
【数１１】
2021517260.tif 000038
として表される、
ことを特徴とする請求項３に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項５】
前記エレクトロクロミック層は、１つの金属反射層及び少なくとも１つの誘電体層を備え、前記誘電体層は、主にエレクトロクロミック材料から構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項６】
前記エレクトロクロミック材料は、遷移金属酸化物を含み、前記遷移金属酸化物として、ＷＯ３、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３又はＭｏＯ３が含まれる、
ことを特徴とする請求項５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項７】
前記誘電体層は、前記電解質に接触し、及び／又は、前記誘電体層の厚さは、５０〜２０００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項８】
前記金属反射層の厚さは、５０〜３０００ｎｍであり、及び／又は、前記金属反射層の材質は、金、銀、銅、タングステン又はチタンを含む不活性金属から選ばれ、及び／又は、前記金属反射層は、前記エレクトロクロミック層の集電体でもある、
ことを特徴とする請求項５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項９】
誘電体層上に金属フィルムを追加してマルチカラーフィルムの色を最適化させることができ、
前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉなどであってもよく、前記金属層の厚さは、０．１〜３０ｎｍである、
ことを特徴とする請求項５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１０】
誘電体層上に半導体材料を追加してマルチカラーフィルムの色を最適化させることができ、
前記半導体は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＳｉＮｘなどであってもよく、前記半導体の厚さは、０．１〜１００ｎｍである、
ことを特徴とする請求項５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１１】
前記対電極は、前記電解質に接触するイオン貯蔵層を有する透明導電性電極を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１２】
前記作用電極は、基板をさらに備え、前記エレクトロクロミック層は、前記基板上に設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１３】
前記基板の材質は、ガラス、有機ガラス、プラスチック板、木材板又は金属を含む、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１４】
前記電解質は、液体電解質、ゲル電解質又は固体電解質を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１５】
前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の作動電圧が、−４Ｖ〜４Ｖである、
ことを特徴とする請求項１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【請求項１６】
請求項１−１５のいずれか１項に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造の製造方法であって、
金属反射層及び誘電体層を作製して、作用電極を形成することと、
作用電極、電解質、対電極を組み立ててマルチカラーエレクトロクロミック構造を形成することと、を含む、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１７】
マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積の少なくともいずれか１種の方式で、前記金属反射層、誘電体層を作製する、
ことを特徴とする請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
請求項１−１５のいずれか１項に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造の制御方法であって、
作用電極、対電極を電源に接続して、作動回路を形成することと、
作用電極と対電極の間の電位差を調整し、少なくとも誘電体層のエレクトロクロミック材料の屈折率を変えることにより、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の色を制御することと、を含む、
ことを特徴とする制御方法。
【請求項１９】
請求項１−１５のいずれか１項に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造を備えるエレクトロクロミックデバイス。
【請求項２０】
請求項１−１５のいずれか１項に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造又は請求項１４に記載のエレクトロクロミックデバイスを備える画像表示機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、エレクトロクロミックデバイスに関し、具体的には、マルチカラーエレクトロクロミック構造、その製造方法及び応用に関し、光電技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
エレクトロクロミックは、エレクトロクロミック材料の電子構造及び光学的特性（反射率、透過率、吸収率など）が印加電界又は電流の作用下で安定的かつ可逆的に変化する現象であり、外観から見ると色や透明度が可逆的に変化する。エレクトロクロミック材料で製造されるエレクトロクロミックデバイスは、スマートウィンドウ、ディスプレイ、画像形成機器などに幅広く利用されている。従来のエレクトロクロミックは、透過型エレクトロクロミックデバイス及び反射型エレクトロクロミックデバイスの2つのモデルに分けられるが、エレクトロクロミックデバイスの色が、エレクトロクロミック自体の電子構造及び光学的特性だけにより決まる。有機分子又は有機重合体エレクトロクロミック材料に比べて、無機エレクトロクロミック材料は、より優れているサイクル安定性、優れた熱安定性、化学的安定性及びより長い耐用年数を示すものの、これらの色調が非常に単一である。これは、以下の２つの点から理解できる。（１）無機エレクトロクロミック材料の変色状態が単一であり、たとえば、ほとんどの無機エレクトロクロミック材料は、色が透明状態と青色状態の間でしか変換できない。（２）無機エレクトロクロミック材料では、色を微細に調色することができず、たとえば、三原色のうちの１つである青色は、色調の違いによって、さらにアジュール、水色、シーブルー、ピーコックブルー、濃紺などに分けられる。しかしながら、従来のエレクトロクロミック材料、たとえば、酸化タングステン材料は、青色の明るさだけを変化させ、青色の色調を変えることができない。
【０００３】
したがって、無機エレクトロクロミックによるマルチカラーの調色は、従来から、無機エレクトロクロミックディスプレイ、画像形成機器の応用の拡大を制限する難問である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願の主な目的は、従来技術の欠陥を解決するために、マルチカラーエレクトロクロミック構造、その製造方法及び応用を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述発明目的を達成させるために、本願が採用する技術案は、以下を含む。
【０００６】
本願の実施例は、マルチカラーエレクトロクロミック構造を提供し、該マルチカラーエレクトロクロミック構造は、作用電極、電解質及び対電極を備え、前記電解質は、作用電極と対電極の間に分布し、前記作用電極は、エレクトロクロミック層を備え、前記エレクトロクロミック層は、互いに対向し且つ平行に設けられる第１反射面及び第２反射面を備え、前記第１反射面と第２反射面の間には、誘電体層が設けられ、前記第１反射面、第２反射面及び誘電体層により光学キャビティが構成され、且つ入射光が前記光学キャビティに入射されるとき、前記第１反射面で形成される反射光と前記第２反射面で形成される反射光の位相シフトが
【数１】
2021517260.tif 000003
であり、ｄは、前記誘電体層の厚さであり、
【数２】
2021517260.tif 000004
は、前記誘電体層の屈折率であり、λは、前記入射光の波長であり、
【数３】
2021517260.tif 000005
は、第１反射面を透過するときの前記入射光の屈折角である。
【０００７】
いくつかの実施態様では、前記第１反射面は、誘電体層の第１表面であり、前記第２反射面は、誘電体層の第２表面と金属層とが結合される界面であり、前記第１表面及び第２表面は、対向して設けられる。
【０００８】
いくつかの実施態様では、前記エレクトロクロミック層は、１つの金属反射層及び少なくとも１つの誘電体層を備え、前記誘電体層は、主にエレクトロクロミック材料、特に無機エレクトロクロミック材料から構成される。
【０００９】
いくつかの実施態様では、前記金属反射層は、前記エレクトロクロミック層の集電体でもある。
【００１０】
本願の実施例は、さらに前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の製造方法を提供し、この製造方法は、
金属反射層及び誘電体層を作製して、作用電極を形成することと、
作用電極、電解質、対電極を組み立ててマルチカラーエレクトロクロミック構造を形成することと、を含む。
【００１１】
本願の実施例は、さらに前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の制御方法を提供し、この制御方法は、
作用電極、対電極を電源に接続して、作動回路を形成することと、
作用電極と対電極の間の電位差を調整し、少なくとも誘電体層のエレクトロクロミック材料の屈折率を変えることにより、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の色を制御することと、を含む。
【００１２】
本願の実施例は、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の用途、たとえば、エレクトロクロミックデバイス、画像表示機器の作製における応用をさらに提供する。
【発明の効果】
【００１３】
従来技術に比べて、本願の実施例は、エレクトロクロミック層における金属反射層の材質、誘電体層の材質及び／又は厚さを調整することで、豊富な構造色を得ることができ、また、エレクトロクロミック層へ電圧を印加して、イオンをエレクトロクロミック材料に対して脱嵌させ、エレクトロクロミック材料の屈折率変化を引き起こし、さらに誘電体層の光学パラメータを変え、最終的にエレクトロクロミック層の色を変え、このようにして、構造色とエレクトロクロミックを融合することにより色変化が豊富なマルチカラーエレクトロクロミック構造を構成することができ、さらに、製造プロセスがシンプルであり、コストが低く、大規模な生産及び応用に適しており、光電技術分野において応用の将来性が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願の代表的な一実施態様によるマルチカラーエレクトロクロミック構造の模式図である。
【図２】図１におけるエレクトロクロミック層の構造模式図である。
【図３】本願の実施例１におけるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック層の構造模式図である。
【図４】本願の実施例１における、異なる酸化タングステンの厚さでのマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック電極の写真である。
【図５】本願の実施例１における、オリジナルな色がピンクの作用電極の各電圧での写真である。
【図６】本願の実施例１における、オリジナルな色がピンクの作用電極のサイクル安定性をテストした図である。
【図７】本願の実施例１における、オリジナルな色が青色の作用電極の各電圧での写真である。
【図８】本願の実施例１における、オリジナルな色が青色の作用電極のサイクル安定性をテストした図である。
【図９】本願の実施例２におけるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック層の構造模式図である。
【図１０】本願の実施例２における、異なる酸化タングステンの厚さでのマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック電極の写真である。
【図１１】本願の実施例３におけるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック層の構造模式図である。
【図１２】本願の実施例３における、異なる酸化ニッケルの厚さでのマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック電極の写真である。
【図１３】本願の実施例４におけるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック層の構造模式図である。
【図１４】本願の実施例４における、酸化タングステンの厚さがさまざまであり且つ銀最適化層を有する場合のマルチカラーエレクトロクロミックデバイスのエレクトロクロミック電極の各電圧での写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本願の実施例又は従来技術における技術案をより明瞭に説明するために、以下、実施例又は従来技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、明らかなように、以下の説明における図面は、本願に記載の一部の実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な努力を必要とせずに、これら図面に基づいてほかの図面を取得し得る。
【００１６】
また、なお、本明細書では、たとえば、第１及び第２などのような関係用語は、１つのエンティティ又は操作を別のエンティティ又は操作から区別するために過ぎず、必ずしもこれらエンティティ又は操作の間にこのような実際な関係又は順番が存在することを要求又は示唆するわけではない。さらに、用語「備える」、「含む」又はほかの任意の変体は、非排他的な包含をカバーすることを意図し、このため、一連の要素を含むプロセス、方法、物品又は機器は、これら要素だけでなく、明確に挙げられていないほかの要素を含むか、又はこのようなプロセス、方法、物品又は機器に固有の要素を含む。さらなる制限がない限り、句「……を備える」により限定される要素は、前記要素を含むプロセス、方法、物品又は機器には、別の同じ要素が存在する場合を排除しない。
【００１７】
本願の実施例の一局面は、マルチカラーエレクトロクロミック構造を提供し、このマルチカラーエレクトロクロミック構造は、作用電極、電解質及び対電極を備え、前記電解質は、作用電極と対電極の間に分布し、前記作用電極は、エレクトロクロミック層を備え、前記エレクトロクロミック層は、互いに対向し且つ平行に設けられる第１反射面及び第２反射面を備え、前記第１反射面と第２反射面の間には、誘電体層が設けられ、前記第１反射面、第２反射面及び誘電体層により光学キャビティが構成され、且つ入射光が前記光学キャビティに入射されるとき、前記第１反射面で形成される反射光と前記第２反射面で形成される反射光の位相シフトが
【数４】
2021517260.tif 000006
であり、ｄは、前記誘電体層の厚さであり、
【数５】
2021517260.tif 000007
は、前記誘電体層の屈折率であり、λは、前記入射光の波長であり、
【数６】
2021517260.tif 000008
は、第１反射面を透過するときの前記入射光の屈折角である。
【００１８】
さらに、前記第１反射面は、誘電体層の第１表面であり、前記第２反射面は、誘電体層の第２表面と金属層とが結合される界面であり、前記第１表面及び第２表面は、対向して設けられる。
【００１９】
さらに、本願に係るマルチカラーエレクトロクロミック構造が作動するときに、入射光が誘電体層の第１表面（即ち、第１反射面）で形成する反射光と、前記誘電体層を透過した入射光が金属層表面（即ち、第２反射面）で形成する反射光とが、干渉して重畳する。
【００２０】
さらに、前記誘電体層の第１表面上の媒体材料の屈折率を
【数７】
2021517260.tif 000009
として定義すれば、前記第１反射面の反射係数は
【数８】
2021517260.tif 000010
であり、ここで、
【数９】
2021517260.tif 000011
は、入射光の入射角である。
【００２１】
さらに、前記誘電体層の第２表面上の媒体材料の屈折率を
【数１０】
2021517260.tif 000012
として定義すれば、前記第２反射面の反射係数は、
【数１１】
2021517260.tif 000013
であり、ここで、
【数１２】
2021517260.tif 000014
は、第２反射面を透過するときの入射光の屈折角である。
【００２２】
さらに、前記エレクトロクロミック層の反射係数は、
【数１３】
2021517260.tif 000015
、
反射率は、
【数１４】
2021517260.tif 000016
として表される。
【００２３】
さらに、前記エレクトロクロミック層は、１つの金属反射層、及び少なくとも１つの誘電体層を備え、前記誘電体層は、主にエレクトロクロミック材料から構成される。
【００２４】
図１には、本願の代表的な一実施態様におけるマルチカラーエレクトロクロミック構造が示されており、該マルチカラーエレクトロクロミック構造は、作用電極１、対電極３及び電解質層２を備え、電解質層２は、作用電極１と対電極３の間に設けられる。
【００２５】
前記電解質層２として、適切な水相電解液、有機相電解液又はゲル電解質が使用可能であり、たとえば、ＬｉＣｌ、ＡｌＣｌ３、ＨＣｌ、Ｈ２ＳＯ４水溶液、ＬｉＣｌＯ４のプロピレンカーボネート電解液などが挙げられるが、これらに制限されない。
【００２６】
さらに、図２に示されるように、前記作用電極１は、エレクトロクロミック層を備え、前記エレクトロクロミック層は、金属反射層１１及び誘電体層１２を備え、前記誘電体層１２は、エレクトロクロミック材料から構成される。
【００２７】
前記のとおり、金属反射層、誘電体層の材質及び誘電体層の厚さなどを調整することにより、エレクトロクロミック層の構造色を変えることができる。さらに、エレクトロクロミック材料に印加される電圧、電流などを調整することによって、誘電体層の色を変えることもできる。
【００２８】
前記エレクトロクロミック材料は、無機エレクトロクロミック材料又は有機エレクトロクロミック材料であってもよいが、好ましくは、前者である。
【００２９】
本願の実施例に使用され得る無機エレクトロクロミック材料は、たとえば、ＷＯ３、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３又はＭｏＯ３などから選ばれる遷移金属酸化物を含んでもよいが、これらに制限されず、たとえば、プルシアンブルーなども利用できる。
【００３０】
前記誘電体層には、薄い金属層又は半導体層を追加して快適化させることもでき、金属の場合は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉなどが含まれるが、これらに制限されず、半導体の場合は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＳｉＮｘなどが含まれるが、これらに制限されない。
【００３１】
いくつかの実施態様では、前記誘電体層は、前記電解質に接触する。
【００３２】
いくつかの実施態様では、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の彩度をより高くするために、前記誘電体層の厚さは、好ましくは５０〜２０００ｎｍである。
【００３３】
いくつかの実施態様では、前記金属反射層の厚さは、任意であってもよく、たとえば、好ましくは、２０ｎｍ以上、特に好ましくは、５０〜３０００ｎｍである。
【００３４】
いくつかの実施態様では、前記金属反射層の材質は、たとえば金、銀、銅、タングステン、チタン又はこれらの合金などの不活性金属から選ばれてもよいが、これらに制限されない。
【００３５】
いくつかの好適実施態様では、前記金属反射層は、前記エレクトロクロミック層の集電体としても機能する。
【００３６】
いくつかの実施態様では、前記対電極は、イオン貯蔵層を有する透明導電性電極を備え、たとえばＮｉＯ、Ｆｅ２Ｏ３、ＴｉＯ２などから選ばれるが、これらに制限されない。前記イオン貯蔵層は、前記電解質に接触する。
【００３７】
いくつかの実施態様では、図２に示されるように、前記作用電極は、基板１０をさらに備えてもよく、前記エレクトロクロミック層は、前記基板上に設けられる。
【００３８】
前記基板の材質は、無機又は有機材質であってもよく、たとえば、ガラス、有機ガラス、プラスチック板、木材板又は金属などを含むが、これらに制限されない。
【００３９】
いくつかの実施態様では、前記電解質は、液体電解質、ゲル電解質又は固体電解質を含む。
【００４０】
いくつかの特定の実施態様では、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の作動電圧が、−４Ｖ〜＋４Ｖであり、勿論、それに制限されない。
【００４１】
本願の実施例の別の局面による前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の製造方法は、
金属反射層及び誘電体層を作製して、作用電極を形成することと、
作用電極、電解質、対電極を組み立ててマルチカラーエレクトロクロミック構造を形成することと、を含む。
【００４２】
いくつかの実施態様では、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積の少なくともいずれか１種の方式で、前記的金属反射層、誘電体層を作製する。
【００４３】
より具体的には、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積などの方式で、誘電体層を製造できる。
【００４４】
より具体的には、マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着などの方式で、金属反射層を製造できる。
【００４５】
いくつかの実施態様では、液体電解液を封入するか又はゲル電解質を緊密にプレスして電解質層を形成し、作用電極と対電極の間に結合する。
【００４６】
さらに、金属反射層及び誘電体層は、順次基板上に形成されてもよい。
【００４７】
本願の実施例の別の態様によるマルチカラーエレクトロクロミック構造の制御方法は、
作用電極、対電極を電源に接続して、作動回路を形成することと、
作用電極と対電極の間の電位差を調整し、少なくとも誘電体層のエレクトロクロミック材料の屈折率を変えることにより、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の色を制御することと、を含む。この制御プロセスは、動的としてもよい。
【００４８】
いくつかの実施態様では、金属反射層の材質及び／又は誘電体層の厚さ及び／又は材質を調整することによって、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の色を調整してもよい。
【００４９】
本願の実施例の別の局面は、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造を備えるエレクトロクロミックデバイスを提供する。前記エレクトロクロミックデバイスは、付属するパッケージ構造、コントロールモジュール、電源モジュールなどのユニットをさらに備え、これら付属するユニットは、一般的な方式で、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造に結合される。
【００５０】
本願の実施例の別の局面は、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造又は前記エレクトロクロミックデバイスを備える画像表示機器を提供し、この画像表示機器は、表示画面、画像形成機器などであってもよく、これらに制限されない。
【００５１】
本願の実施例の別の局面は、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造、前記エレクトロクロミックデバイス又は前記画像表示機器を備える装置を提供し、たとえば、ハウス、交通工具などのドアや窓又は外周壁構造、屋外看板などが挙げられるが、これらに制限されない。
【００５２】
本願の実施例によるマルチカラーエレクトロクロミック構造は、色が単一であるという従来の無機エレクトロクロミックデバイスの欠点を解決し、カラフルな構造色とエレクトロクロミックを融合して、エレクトロクロミックデバイスによる調色を豊富にし、マルチカラーを動的に制御することを実現する。エレクトロクロミック層は、主に金属反射層及び誘電体層から構成され、誘電体層は、エレクトロクロミック材料から構成される。前記エレクトロクロミック層は、金属層材料、誘電体層材料、誘電体層の厚さなどを調節することで、豊富な構造色を得ることができる。また、前記エレクトロクロミック層を作用電極として、電圧を印加することで、電解質層におけるイオンをエレクトロクロミック材料に対して脱嵌させ、エレクトロクロミック材料の屈折率変化を引き起こし、誘電体層の光学パラメータを変え、最終的に色を変える。本願の実施例では、マルチカラーエレクトロクロミック構造は、構造色とエレクトロクロミックを融合することによって、エレクトロクロミック材料、特に無機エレクトロクロミック材料による豊富な色変化を達成させる。また、本願の実施例によるマルチカラーエレクトロクロミック構造では、金属反射層がエレクトロクロミック層の集電体としても機能できるため、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造が簡素化され、コストが低下し、且つデバイスがより軽量化、薄型化及びコンパクト化する。
【００５３】
以下、いくつかの実施例にて、図面を参照しながら、本願の技術案をさらに詳細に説明する。しかしながら、説明される実施例は、本願を説明するために過ぎず、本願の範囲を制限するものではない。
【００５４】
（実施例１）
本実施例１で開示されるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスは、作用電極、電解質層及び対電極を備え、電解質層は、作用電極と対電極の間に設けられる。
図３に示されるように、該作用電極は、基板上に設けられるエレクトロクロミック層を備え、該エレクトロクロミック層は、金属反射層及び誘電体層を備え、金属反射層は、タングステンで形成され、誘電体層は、酸化タングステンで形成される。基板は、ＰＥＴプラスチック板などとしてもよい。
該作用電極の製造方法は、以下のとおりである。きれいなＰＥＴプラスチック板上に、まず、マグネトロンスパッタリングにより、好ましくはスパッタリング厚さが約３００ｎｍのタングステン膜をスパッタリングする。次に、マグネトロンスパッタリングにより、タングステン膜上に、好ましくは厚さ１５０ｎｍ〜４００ｎｍの酸化タングステン層をスパッタリングする。
勿論、前述タングステン膜は、電子ビーム蒸着、熱蒸着など、当該分野において公知の方式で製造されてもよい。前述酸化タングステン層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積など、当該分野に公知の方式で製造されてもよい。
図４に示されるように、酸化タングステン層の厚さをさまざまに制御することにより、異なる色のエレクトロクロミック層を得て、カラー膜状にすることができる。
上記で製造されたカラー膜をエレクトロクロミック層として、一層の対電極層、たとえばＮｉＯ対電極層を製造し、ＬｉＣｌＯ４−ＰＣ電解液をパッケージした後、リード線を引き出して、マルチカラーエレクトロクロミックデバイスを製造した。電圧が印加されることにより、得られたカラーエレクトロクロミックデバイスの色をさらに調色することができる。
図５−図６は、本実施例１における、オリジナルな色がピンクの作用電極の、オープンシステムの各電圧での反射率変調図、及びそのうちの３つの電圧での色の写真を示している。オープンシステムテストには、Ｐｔ糸は、対電極として、Ａｇ／ＡｇＣｌは、参照電極として使用される。膜の色が赤色から黄色、さらに黄色から緑色に調色されることが認められた。
図７−図８は、本実施例１におけるオリジナルな色が青色のエレクトロクロミック電極の、オープンシステムの各電圧での反射率変調図、及びそのうちの５つの電圧での色の写真を示している。オープンシステムテストには、Ｐｔ糸は、対電極として、Ａｇ／ＡｇＣｌは、参照電極として用いられる。膜の色が異なる青色の間で変化できることが認められた。
【００５５】
（実施例２）
本実施例２で開示されるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスは、作用電極、電解質層及び対電極を備え、電解質層は、作用電極と対電極の間に設けられる。
図９に示されるように、該作用電極は、基板上に設けられるエレクトロクロミック層を備え、該エレクトロクロミック層は、金属反射層及び誘電体層を備え、金属反射層は、銅で形成され、誘電体層は、酸化タングステンで形成される。基板は、ＰＥＴプラスチック板などとしてもよい。
該作用電極の製造方法は、以下のとおりである。きれいなＰＥＴプラスチック板上に、まず、マグネトロンスパッタリングにより、好ましくはスパッタリング厚さが約１００ｎｍの銅膜をスパッタリングする。次に、マグネトロンスパッタリングにより、タングステン膜上に、好ましくは厚さ１５０ｎｍ〜４００ｎｍの酸化タングステン層をスパッタリングする。
勿論、前述銅膜は、電子ビーム蒸着、熱蒸着など、当該分野において公知の方式で製造されてもよい。前述酸化タングステン層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積など、当該分野に公知の方式で製造されてもよい。
図１０に示されるように、酸化タングステン層の厚さをさまざまに制御することによって、異なる色のエレクトロクロミック層を得て、カラー膜状にすることができる。
【００５６】
（実施例３）
本実施例３で開示されるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスは、作用電極、電解質層及び対電極を備え、電解質層は、作用電極と対電極の間に設けられる。
図１１に示されるように、該作用電極は、基板上に設けられるエレクトロクロミック層を備え、該エレクトロクロミック層は、金属反射層及び誘電体層を備え、金属反射層は、銀で形成され、誘電体層は、酸化ニッケルで形成される。基板は、ＰＥＴプラスチック板などとしてもよい。
該作用電極の製造方法は、以下のとおりである。きれいなＰＥＴプラスチック板上に、まず、マグネトロンスパッタリングにより、好ましくはパッタリング厚さが約２００ｎｍの銀膜をスパッタリングする。次に、マグネトロンスパッタリングにより、タングステン膜上に、好ましくは厚さ５０ｎｍ〜３００ｎｍの酸化ニッケル層をスパッタリングする。
勿論、前述銀膜は、電子ビーム蒸着、熱蒸着など、当該分野において公知の方式で製造されてもよい。前述酸化ニッケル層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積など、当該分野において公知の方式で製造されてもよい。
図１２に示されるように、酸化ニッケル層の厚さをさまざまに制御することによって、異なる色のエレクトロクロミック層を得て、カラー膜状にすることができる。
【００５７】
（実施例４）
本実施例４で開示されるマルチカラーエレクトロクロミックデバイスは、作用電極、電解質層及び対電極を備え、電解質層は、作用電極と対電極の間に設けられる。
図１３に示されるように、該作用電極は、基板上に設けられるエレクトロクロミック層を備え、該エレクトロクロミック層は、金属反射層、誘電体層及び最適化層を備え、金属反射層は、タングステンで形成され、誘電体層は、酸化タングステンで形成され、最適化層は、銀から構成される。基板は、ＰＥＴプラスチック板などとしてもよい。
該作用電極の製造方法は、以下のとおりである。きれいなＰＥＴプラスチック板上に、まず、マグネトロンスパッタリングにより、好ましくはスパッタリング厚さが約１００ｎｍのタングステン膜をスパッタリングする。次に、マグネトロンスパッタリングにより、タングステン膜上に、好ましくは厚さ１５０ｎｍ〜４００ｎｍの酸化タングステン層をスパッタリングする。次に、マグネトロンスパッタリングにより、酸化タングステン層上に、好ましくは厚さ１ｎｍ〜１５ｎｍの銀層をパッタリングする。
勿論、前述的タングステン膜は、電子ビーム蒸着、熱蒸着など、当該分野において公知の方式で製造されてもよい。前述酸化タングステン層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積など、当該分野に公知の方式で製造されてもよい。前述銀層は、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積など、当該分野に公知の方式で製造されてもよい。
図１４に示されるように、銀層の厚さをさまざまに制御することによって、実施例１に比べて、薄膜の色をさらに最適化させ、図１４は、Ａｇ最適化層を追加した、異なる酸化タングステンの厚さを有するサンプルの各電圧での色の表示である。
【００５８】
なお、本願の発明者は、前述実施例における対応する材料を本明細書に記載のほかのエレクトロクロミック材料、金属反射材料、基板材料などに代えて試験を行ったところ、得られたマルチカラーエレクトロクロミック構造及びデバイスのいずれも類似した利点を有することを見出した。
【００５９】
本願の実施例によるマルチカラーエレクトロクロミック構造は、構造色とエレクトロクロミックを融合し、豊富な色変化を示すことができ、マルチカラーエレクトロクロミックの応用のために強固な基盤を築き、将来性が期待できる。
【００６０】
なお、上記実施例は、本願の技術的構想及び特徴を説明するために過ぎず、当業者が本願の内容を把握して本願を実施できるようにすることを目的とし、本願の特許範囲を制限するものではない。本願の趣旨に基づいて行われる同等変化又は修飾であれば、本願の特許範囲に含まれる。
【００６１】
（付記）
（付記１）
作用電極、電解質及び対電極を備え、前記電解質は、作用電極と対電極の間に分布し、前記作用電極は、エレクトロクロミック層を備えるマルチカラーエレクトロクロミック構造であって、
前記エレクトロクロミック層は、互いに対向し且つ平行に設けられる第１反射面及び第２反射面を備え、前記第１反射面と第２反射面の間には、誘電体層が設けられ、前記第１反射面、第２反射面及び誘電体層により光学キャビティが構成され、且つ入射光が前記光学キャビティに入射されるとき、前記第１反射面で形成される反射光と前記第２反射面で形成される反射光の位相シフトが
【数１５】
2021517260.tif 000017
であり、ｄは、前記誘電体層の厚さであり、
【数１６】
2021517260.tif 000018
は、前記誘電体層の屈折率であり、λは、前記入射光の波長であり、
【数１７】
2021517260.tif 000019
は、第１反射面を透過するときの前記入射光の屈折角である、
ことを特徴とするマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６２】
（付記２）
前記第１反射面は、誘電体層の第１表面であり、前記第２反射面は、誘電体層の第２表面と金属層とが結合される界面であり、前記第１表面及び第２表面は、対向して設けられる、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６３】
（付記３）
前記誘電体層の第１表面上の媒体材料の屈折率を
【数１８】
2021517260.tif 000020
として定義すれば、前記第１反射面の反射係数は
【数１９】
2021517260.tif 000021
であり、ここで、
【数２０】
2021517260.tif 000022
は、入射光の入射角であり、及び／又は、
前記誘電体層の第２表面上の媒体材料の屈折率を
【数２１】
2021517260.tif 000023
として定義すれば、前記第２反射面の反射係数は
【数２２】
2021517260.tif 000024
であり、ここで、
【数２３】
2021517260.tif 000025
は、第２反射面を透過するときの入射光の屈折角である、
ことを特徴とする付記２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６４】
（付記４）
前記エレクトロクロミック層の反射係数は、
【数２４】
2021517260.tif 000026
、
反射率は、
【数２５】
2021517260.tif 000027
として表される、
ことを特徴とする付記３に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６５】
（付記５）
前記エレクトロクロミック層は、１つの金属反射層及び少なくとも１つの誘電体層を備え、前記誘電体層は、主にエレクトロクロミック材料から構成される、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６６】
（付記６）
前記エレクトロクロミック材料は、遷移金属酸化物を含み、前記遷移金属酸化物として、ＷＯ３、ＮｉＯ、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３又はＭｏＯ３が含まれる、
ことを特徴とする付記５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６７】
（付記７）
前記誘電体層は、前記電解質に接触し、及び／又は、前記誘電体層の厚さは、５０〜２０００ｎｍである、
ことを特徴とする付記１又は２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６８】
（付記８）
前記金属反射層の厚さは、５０〜３０００ｎｍであり、及び／又は、前記金属反射層の材質は、金、銀、銅、タングステン又はチタンを含む不活性金属から選ばれ、及び／又は、前記金属反射層は、前記エレクトロクロミック層の集電体でもある、
ことを特徴とする付記５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００６９】
（付記９）
誘電体層上に金属フィルムを追加してマルチカラーフィルムの色を最適化させることができ、
前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉなどであってもよく、前記金属層の厚さは、０．１〜３０ｎｍである、
ことを特徴とする付記５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７０】
（付記１０）
誘電体層上に半導体材料を追加してマルチカラーフィルムの色を最適化させることができ、
前記半導体は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＺｎＳ、ＭｇＦ２、ＳｉＮｘなどであってもよく、前記半導体の厚さは、０．１〜１００ｎｍである、
ことを特徴とする付記５に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７１】
（付記１１）
前記対電極は、前記電解質に接触するイオン貯蔵層を有する透明導電性電極を備える、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７２】
（付記１２）
前記作用電極は、基板をさらに備え、前記エレクトロクロミック層は、前記基板上に設けられる、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７３】
（付記１３）
前記基板の材質は、ガラス、有機ガラス、プラスチック板、木材板又は金属を含む、
ことを特徴とする付記１２に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７４】
（付記１４）
前記電解質は、液体電解質、ゲル電解質又は固体電解質を含む、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７５】
（付記１５）
前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の作動電圧が、−４Ｖ〜４Ｖである、
ことを特徴とする付記１に記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造。
【００７６】
（付記１６）
付記１−１５のいずれか１つに記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造の製造方法であって、
金属反射層及び誘電体層を作製して、作用電極を形成することと、
作用電極、電解質、対電極を組み立ててマルチカラーエレクトロクロミック構造を形成することと、を含む、
ことを特徴とする製造方法。
【００７７】
（付記１７）
マグネトロンスパッタリング、電子ビーム蒸着、熱蒸着、電気化学的堆積の少なくともいずれか１種の方式で、前記金属反射層、誘電体層を作製する、
ことを特徴とする付記１６に記載の製造方法。
【００７８】
（付記１８）
付記１−１５のいずれか１つに記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造の制御方法であって、
作用電極、対電極を電源に接続して、作動回路を形成することと、
作用電極と対電極の間の電位差を調整し、少なくとも誘電体層のエレクトロクロミック材料の屈折率を変えることにより、前記マルチカラーエレクトロクロミック構造の色を制御することと、を含む、
ことを特徴とする制御方法。
【００７９】
（付記１９）
付記１−１５のいずれか１つに記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造を備えるエレクトロクロミックデバイス。
【００８０】
（付記２０）
付記１−１５のいずれか１つに記載のマルチカラーエレクトロクロミック構造又は付記１４に記載のエレクトロクロミックデバイスを備える画像表示機器。
【図１】
2021517260.tif 000039
【図２】
2021517260.tif 000040
【図３】
2021517260.tif 000041
【図４】
2021517260.tif 000042
【図５】
2021517260.tif 000043
【図６】
2021517260.tif 000044
【図７】
2021517260.tif 000045
【図８】
2021517260.tif 000046
【図９】
2021517260.tif 000047
【図１０】
2021517260.tif 000048
【図１１】
2021517260.tif 000049
【図１２】
2021517260.tif 000050
【図１３】
2021517260.tif 000051
【図１４】
2021517260.tif 000052
【国際調査報告】
2021517260.tif 000053
2021517260.tif 000054
2021517260.tif 000055
2021517260.tif 000056