CN117425853A

CN117425853A - 电致变色元件及眼镜用镜片

Info

Publication number: CN117425853A
Application number: CN202280035327.5A
Authority: CN
Inventors: 宫崎滋树; 川上宏典
Original assignee: Hoya Lens Thailand Ltd
Current assignee: Hoya Lens Thailand Ltd
Priority date: 2021-05-17
Filing date: 2022-05-16
Publication date: 2024-01-19
Also published as: JP2022176429A; US20240219796A1; EP4343418A1; WO2022244719A1

Abstract

本发明的目的在于提供具有不产生裂纹的电极层的电致变色元件、以及使用了该电致变色元件的眼镜用镜片。本发明的电致变色元件(10)具有电极层(4,5)和电致变色层(6)，上述电极层优选为由无定形物形成的透明电极层。

Description

电致变色元件及眼镜用镜片

技术领域

本发明涉及能够通过电来可逆地控制显色消色的电致变色元件、以及使用了该电致变色元件的眼镜用镜片。

背景技术

利用了通过电压的施加而可逆地发生氧化还原反应从而使颜色可逆地变化的电致变色现象的电致变色元件例如可用作眼镜用镜片。电致变色元件由在基板的表面具有电极层、电致变色层的层叠结构形成。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2021-9368号公报

发明内容

发明所要解决的问题

如专利文献1中记载的那样，电极层一般使用由ITO等形成的透明电极层。在将电致变色(EC)元件组装于眼镜镜片的情况下，为了制作赋予了给定度数的处方镜片，必须以使凸面与凹面成大致球面的方式来调整元件的形状。由于难以从最初就制作球面形状的元件，因此，通常在制作了平面状的EC元件之后加工成球面形状。

然而，在球面加工时，产生了在由ITO形成的透明电极产生裂纹的问题。裂纹会成为阻碍元件的功能、或者降低长期可靠性的主要原因。

本发明是为了解决以上的问题而完成的，目的在于提供具有能够抑制裂纹的产生的电极层的电致变色元件、以及使用了该电致变色元件的眼镜用镜片。

解决问题的方法

本发明的电致变色元件具有电极层和电致变色层，上述电极层为由无定形物(amorphous)形成的透明电极层。

在本发明中，上述电极层优选为包含IZO的透明电极层。

在本发明中，上述电极层优选为包含导电性高分子材料的透明电极层。

本发明的电致变色元件具有电极层和电致变色层，上述电极层包含导电性纤维。

在本发明中，上述导电性纤维优选为碳纳米管或金属纳米线。

在本发明中，上述电极层可以形成为在透明电极层包含上述导电性纤维的构成。

在本发明中，可以以曲面形状形成上述电致变色元件。

本发明中的眼镜用镜片具有上述任一项所述的电致变色元件。

发明的效果

根据本发明的电致变色元件及使用了该电致变色元件的眼镜用镜片，通过对电极层的材质进行改良，能够抑制裂纹的产生。

附图说明

图1是本发明的实施方式的电致变色元件的剖面示意图。

图2为剖面示意图，示出了将本发明的实施方式的电致变色元件加工成了球面形状的状态。

图3为立体图，示出了在使用了以往的电致变色元件的眼镜产生了裂纹的情况。

图4A是示出本发明的实施方式的电极层的一例的剖面示意图，图4B是图4A的俯视示意图。

图5是使用了本发明的实施方式的电致变色元件的眼镜的立体图。

具体实施方式

以下，对本发明的具体实施方式(以下简称为“本实施方式”)进行详细的说明。首先，对电致变色元件10的整体结构进行说明。

＜电致变色元件的整体结构＞

电致变色(EC)元件是利用了通过对两极施加电压而可逆地发生氧化还原反应从而使颜色可逆地变化的电致变色现象的元件。例如，电致变色元件可以用作眼镜用镜片，在明亮的场所，能够作为太阳镜发挥功能，在黑暗的场所，能够作为透明镜片发挥功能。能够通过开关操作、或是自动地调整为最佳的亮度。

图1是电致变色元件10的剖面示意图。电致变色元件10具有一对第一基板1及第二基板2、配置于各基板1、2的内侧的第一电极层4及第二电极层5、以及设置于各电极层4、5之间的电致变色层6。进一步，电致变色层6具有配置于第一电极层4侧的还原层7、配置于第二电极层5侧的氧化层8、以及设置于还原层7与氧化层8之间的电解质层9而构成。

如图1所示，第一基板1及第二基板2的两端部相比于电致变色层6向外侧伸出，在各基板1、2之间、且电致变色层6的周围设置有密封层14。密封层14为现有的绝缘树脂材料，通过密封层14使基板1、2之间粘接。

电致变色元件10为膜状，例如，可以构成在未图示的镜片基材的表面粘接有图1的电致变色膜的眼镜用镜片。或者，也可以将第一基板1及第二基板2作为镜片基材，以图1所示的电致变色元件10构成眼镜用镜片。

构成电致变色元件10的基板1、2例如为膜或片状，要求其为透明的、透射率高。基板1、2例如为聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂等可成形的树脂基板、玻璃基板等。基板1、2由聚碳酸酯树脂形成时能够获得透明性和高透射率，并且从制造成本的方面考虑是有利的。

构成电致变色层6的还原层7是伴随着还原反应而显色的层。还原层7可以使用现有的还原型电致变色化合物。无论是有机物还是无机物，都没有限定，可举出例如：偶氮苯类、蒽醌类、二芳基乙烯类、二氢戊二烯(dihydroprene)类、联吡啶类、苯乙烯基类、苯乙烯基螺吡喃类、螺嗪类、螺噻喃类、硫靛蓝类、四硫富瓦烯类、对苯二甲酸类、三苯基甲烷类、三苯基胺类、萘吡喃类、紫罗碱类、吡唑啉类、吩嗪类、苯二胺类、吩/>嗪类、吩噻嗪类、酞菁类、荧烃类、俘精酐类、苯并吡喃类、茂金属类、氧化钨、氧化钼、氧化铱、氧化钛等。

构成电致变色层6的氧化层8是伴随着氧化反应而显色的层。氧化层8可以使用现有的氧化型电致变色化合物。无论是有机物还是无机物，都没有限定，例如可以从包含具有三芳基胺的自由基聚合性化合物的组合物、普鲁士蓝型络合物、氧化镍、氧化铱等中选择。

构成电致变色层6的电解质层9具备电子绝缘性和离子导电性，而且优选是透明的。电解质层9可以是固体电解质、凝胶状、液体状等。为了保持高的离子导电性，优选为凝胶状。虽无限定，但可以使用例如：碱金属盐、碱土金属盐等无机离子盐、季铵盐、酸类等现有的电解质材料。

图2是成型为球面形状的电致变色元件的剖面示意图。本实施方式的电致变色元件10例如可以适用于眼镜镜片。此时，必须将电致变色元件加工成球面形状的元件，但从最初就制作球面形状的元件是困难的，因此，一般可采用在制作了图1所示的平面状的电致变色元件10之后进行边加热边按压至给定的模具等的处理而将电致变色元件10成型为球面形状等的方法。

＜关于电致变色元件的现有问题＞

另一方面，从透明性、导电性等观点考虑，电致变色元件10的电极层4、5一般使用ITO(氧化铟锡；Indium Tin Oxide)。

与以往相比，一般而言采用的ITO膜是结晶性的，因此，在将电致变色元件10加工成三维曲面时容易产生裂纹。

如上所述，电致变色元件10例如可以适用于眼镜镜片，电致变色元件10可弯折成三维曲面，但此时，有时会在形成于电致变色元件10的大致整面的ITO膜产生裂纹。即，如图3所示，在将电极层4、5由ITO形成的电致变色元件适用于眼镜100的镜片101时，有时会在镜片101的内表面出现由裂纹102导致的损伤。裂纹102包括从能够肉眼观察到的大小到不用显微镜观察则看不出来的微小的微观裂纹的各种症状，均会成为妨碍元件的功能、或降低长期可靠性的主要原因。

＜关于第1实施方式的电极层＞

对本实施方式的电极层进行说明。首先，如图1所示，各电极层4、5分别与各基板1、2相接，或者夹隔着反射抑制层等功能层配置于基板表面。

作为对电极层4、5要求的特性，可举出为透明的、透射率高、及传导性优异的特性。如上所述，在ITO膜中，有时会产生裂纹，因此，期望使用即使从平面形状成型为球状形状也不会产生裂纹的电极材料来代替ITO。

为此，本发明人等进行了深入研究，结果使用导电性的无定形(非晶质)材料作为电极层4、5的材料，以由无定形物形成的透明电极层形成了电极层4、5。

导电性的无定形材料可以是无机材料及有机材料中的任意材料，或者，也可以为杂化材料。作为无机材料，可优选采用IZO(氧化铟锌；Indium Zinc Oxide)。另外，作为有机材料，材质虽没有限定，但优选使用聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)类、聚乙炔类、聚吡咯类、聚苯胺类、聚噻吩类、聚对苯类、聚芴类、聚对苯乙炔类、聚噻吩乙炔类、聚并苯类、石墨烯类的导电性高分子材料等。上述的电极材料具有一定程度的柔软性，也可以设为随机的层叠分布，能够使其对局部的断线具有冗余性。因此，通过将这些材料用于电致变色元件10的各电极层4、5，能够在将电致变色元件10成型为三维曲面时，在各电极层4、5抑制裂纹。

第1实施方式中，第一电极层4及第二电极层5特别优选使用IZO。IZO作为透明电极膜用材料而具有常温成膜时的低电阻性、高透射率性、无定形稳定且具有优异的表面平滑性、耐弯折性、优异的蚀刻特性。另外，IZO由于结块(nodule)的产生少，极其不易发生异常放电(arcing)，因此，能够抑制颗粒(particle)。以下，关于使用了IZO的电极，对与以往的使用了ITO的电极相比作为透明电极的基本特性优异的情况进行说明。

[ITO与IZO的特性比较]

与ITO相比，IZO具有高导电特性。例如，以相对于ITO及IZO的退火温度(℃)而比较了电阻率(mΩ·cm)的情况进行说明。在该情况下，在电阻率方面，在退火温度为约0～200℃的范围内，与ITO相比，IZO能够保持低电阻率。具体而言，IZO的电阻率为0.5(mΩ·cm)以下，优选为0.4(mΩ·cm)以下。像这样地，IZO在室温成膜时或低温退火时，与ITO相比电阻率低，具有优异的导电特性。

与ITO相比，IZO具有优异的光学特性。例如，已知在波长400nm～780nm的范围的可见光区，IZO的透射率比ITO高。具体而言，在退火温度为0℃～180℃的范围内，IZO的透射率为约80％以上、优选为83％以上、更优选为85％以上、进一步优选为87％以上，最优选为90％以上。像这样地，IZO在室温成膜时或低温退火时，与ITO相比具有高透射性。

与ITO相比，IZO具有优异的耐弯折特性。例如，将IZO膜及ITO膜(基材为透明聚酰亚胺)设置于能够改变倾斜角度的台上，一边使台的倾斜角度(10～90度)向着各膜的两端接近的方向变化，一边将各膜弯折。已知IZO与ITO相比，相对于弯曲次数的电阻变化率(ΔR/R₀)低，具有优异的耐弯折特性。即，已知ITO比IZO更容易因弯折而产生裂纹。电阻变化率(ΔR/R₀)可以以弯曲次数为零时的电阻变化量ΔR相对于电阻值R₀的比率表示。弯折次数为30000次以内时，IZO(未退火)的电阻变化率(ΔR/R₀)为0.03％以下，优选为0.02％以下，更优选为0.01％以下。像这样地，IZO与ITO相比，具有高的耐弯折特性。

根据以上内容，与ITO相比，IZO的电阻低且具有优异的导电特性和高透射率，此外，具有优异的耐弯折特性，无定形稳定性也良好，与ITO相比不易产生裂纹。因此，如果将IZO用作电致变色元件10的各电极层4、5，则可抑制将电致变色元件10由图1的平面结构成形为图2的球面结构时的裂纹，不易发生不良。

＜关于第2实施方式的电极层＞

在第2实施方式中，一对第一电极层4及第二电极层5由多条导电性纤维形成。即，第2实施方式中的透明电极层由导电性纤维的单层结构形成。导电性纤维没有限定，为亚微米程度的纤维(管或线)，优选使用碳纳米管(CNT)或金属纳米线材料。金属纳米线材料没有限定，优选使用银(Ag)纳米线。另外，优选将这些材料复合而使用，特别优选将碳纳米管(CNT)与银(Ag)纳米线复合而使用。通过将这些材料用于电极层，能够对局部的断线具有冗余性，从而能够在元件整面保持均匀的供电。

在本实施方式中，通过以网眼状的矩阵形成导电性纤维，能够确保电极层4、5的透明性，并且能够确保导电路径的稳定性。

＜关于第3实施方式的电极层＞

第3实施方式的电极层与第2实施方式不同，为在透明电极层包含导电性纤维的构成。例如，如图4A及图4B所示，电极层4、5为在形成于基板1、2的表面(内表面)的透明电极层15的表面层叠有多条导电性纤维13的构成。如图4B所示，导电性纤维13在透明电极层15的表面整面均匀地形成了网眼状的矩阵。需要说明的是，导电性纤维13也可以在透明电极层15内混合存在。

这里，图4A及图4B所示的透明电极层15可以为ITO，或者，也可以为第1实施方式中的由导电性的无定形材料形成的透明电极层。例如，在第3实施方式中，透明电极层15为ITO，导电性纤维13特别优选将碳纳米管(CNT)与银(Ag)纳米线复合而使用。

通过形成为图4A及图4B所示的电极结构，即使在电极层4及5产生断线，例如，透明电极层15为ITO，即使在ITO膜产生裂纹，也会表现出由导电性纤维带来的冗余性，可通过使该部分导通而在元件整面保持均匀的供电。

需要说明的是，可以将第3实施方式中的导电性纤维13存在于图1、图2所示的第一电极层4与还原层7之间的第一界面11、及第二电极层5与氧化层8之间的第二界面12。由此，各电极层4、5与电致变色层6相接，因而能够得到稳定的电致变色现象，能够保持优异的响应性。

＜用途＞

本实施方式的电致变色元件的用途并无限定，可以优选地应用于调光眼镜镜片。在眼镜用镜片中，使用图2所示的加工成三维曲面的电致变色元件10。电致变色元件10例如为电致变色膜，可以使用在第二基板2侧模塑有镜片基材的眼镜镜片。

图5是使用了本发明的实施方式中的电致变色元件的眼镜200的立体图。通过将本发明的实施方式中的电致变色元件三维地成型为球面或曲面形状并用作眼镜用镜片201，能够制造出不产生裂纹的眼镜200。

也可以将本实施方式的电致变色元件应用于眼镜用镜片以外。例如电致变色调光装置、防眩镜等。

工业实用性

根据本发明的电致变色元件及使用了该电致变色元件的眼镜用镜片，能够对局部的断线具有冗余性，从而能够抑制裂纹的产生，在EC元件整面保持均匀的供电。

本申请基于2021年5月17日申请的日本特愿2021-82863，在本申请中包含其全部内容。

Claims

1.一种电致变色元件，其具有电极层和电致变色层，

所述电极层是由无定形物形成的透明电极层。

2.根据权利要求1所述的电致变色元件，其中，

所述电极层为包含IZO的透明电极层。

3.根据权利要求1所述的电致变色元件，其中，

所述电极层为包含导电性高分子材料的透明电极层。

4.一种电致变色元件，其具有电极层和电致变色层，

所述电极层包含导电性纤维。

5.根据权利要求4所述的电致变色元件，其中，

所述导电性纤维为碳纳米管或金属纳米线。

6.根据权利要求4或5所述的电致变色元件，其中，

所述电极层在透明电极层包含所述导电性纤维。

7.根据权利要求1或4所述的电致变色元件，其中，

所述电致变色元件以曲面形状形成。

8.一种眼镜用镜片，其具有权利要求7所述的电致变色元件。