TWI588580B - 全固態電致變色光圈裝置及其製造方法 - Google Patents

Description

全固態電致變色光圈裝置及其製造方法

本發明係與光圈(Aperture)有關，尤其是關於一種能夠應用於行動電子裝置超薄型化的全固態電致變色光圈裝置及其製造方法。

隨著行動電子裝置不斷發展，相關製造廠商亦持續縮減行動電子裝置之尺寸，以滿足消費者之需求。然而，由於現有的可變光圈鏡頭大多是以多塊光圈葉片來組成光圈並透過馬達來進行驅動，難以達到薄型化之要求，故不適用於規格愈來愈輕薄短小的行動電子裝置。這將會使得行動電子裝置之相機鏡頭無法透過調節光圈之方式來實現「光學變焦」的功能，導致其拍攝出之影像品質受到相當大的限制。

目前雖然已有液態變焦鏡頭被提出，然而，由於其應用於智慧型手機上及鏡片封裝上仍有許多技術困難之處尚待進一步克服，在可見的未來裡較難以被期待。因此，如何能夠發展出「超薄型化的全固態光圈裝置」已成為各大廠商發展超薄型化的行動電子裝置相機的關鍵技術之一。

有鑑於此，本發明提出一種全固態電致變色光圈裝置及其製造方法，以有效解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。

根據本發明之一具體實施例為一種全固態電致變色光圈裝置製造方法。於此實施例中，全固態電致變色光 圈裝置製造方法用以製造一全固態電致變色光圈裝置。全固態電致變色光圈裝置製造方法包含下列步驟：(a)提供一透明基板；(b)形成一第一透明導電層於透明基板上(c)形成一陽極電致變色層於第一透明導電層上；(d)形成一離子導電層於陽極電致變色層上；(e)形成一陰極電致變色層於離子導電層上；(f)形成一第二透明導電層於陰極電致變色層上，以產生一電致變色層狀結構；以及(g)對電致變色層狀結構進行一圖案化程序，以製成全固態電致變色光圈裝置。

於一實施例中，於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陽離子至陽極電致變色層。

於一實施例中，於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陰離子至陽極電致變色層；以及(d2)注入一價陽離子至陽極電致變色層。

於一實施例中，於步驟(c)與步驟(d)之間進一步包含下列步驟：(c1)注入一價陰離子至陽極電致變色層。

於一實施例中，於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陽離子至陽極電致變色層。

於一實施例中，於步驟(c)與步驟(d)之間進一步包含下列步驟：(c1)注入一價陰離子至陽極電致變色層；以及(c2)注入一價陽離子至陽極電致變色層。

於一實施例中，於步驟(b)至步驟(f)中，第一透明導電層、陽極電致變色層、離子導電層、陰極電致變色層及第二透明導電層均係以濺鍍(Sputtering)方式形成。

於一實施例中，步驟(a)所提供之透明基板係為一玻璃基板。

於一實施例中，步驟(g)中之圖案化程序係包含微影及蝕刻之步驟。

於一實施例中，步驟(f)所產生之電致變色層狀結構係具有阻擋紅外線之功能。

於一實施例中，步驟(f)所產生之電致變色層狀結 構可受低電量之驅動而產生電致變色的效果。

於一實施例中，第一透明導電層、陽極電致變色層、離子導電層、陰極電致變色層及第二透明導電層之厚度範圍分別為80~150nm、20~150nm、100~500nm、120~300nm及80~150nm。

根據本發明之另一具體實施例為一種全固態電致變色光圈裝置。於此實施例中，全固態電致變色光圈裝置包含透明基板及電致變色層狀結構。設置於透明基板上之電致變色層狀結構係經一圖案化程序處理並包含第一透明導電層、陽極電致變色層、離子導電層、陰極電致變色層及第二透明導電層。第一透明導電層形成於透明基板上。陽極電致變色層形成於第一透明導電層上。離子導電層形成於陽極電致變色層上。陰極電致變色層形成於離子導電層上。第二透明導電層形成於陰極電致變色層上。

相較於先前技術，本發明所提出的全固態電致變色光圈裝置及其製造方法具有下列技術特徵及優點：

(1)提出一種能夠改善全固態電致變色光圈元件效能之製程方式，於製程上係藉由離子注入步驟打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度，並藉由微影製程技術達成多階光圈控制應用。

(2)採用單一基板之薄型化全固態光圈元件除可有效避免傳統的液態變焦鏡頭元件常見的漏液及封裝問題外，更可提升元件操作之可靠度。

(3)藉由電致變色薄膜本身所具有的紅外線阻擋功能，有效阻擋紅外線對於光感測元件的影響，於鏡頭封裝上可省去紅外線濾光片之設置，故可降低成本。

(4)藉由使用低電量驅動的電致變色材料特性來達成光圈大小的變化，故其耗電量亦可有效降低，還可搭載於現有行動裝置上，以提供現有行動裝置之相機功能升級之應用。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

1‧‧‧全固態電致變色光圈裝置

11‧‧‧透明基板

CLS‧‧‧電致變色層狀結構

12‧‧‧第一透明導電層

13‧‧‧陽極電致變色層

14‧‧‧離子導電層

15‧‧‧陰極電致變色層

16‧‧‧第二透明導電層

Li⁺‧‧‧鋰離子

OH^-‧‧‧氫氧離子

S30~S36、S50~S58、S70~S76、S90~S96‧‧‧步驟

圖1係繪示本發明之一具體實施例之全固態電致變色光圈裝置1的剖面圖。

圖2係繪示圖1之全固態電致變色光圈裝置1的上視圖。

圖3係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第一具體實施例的流程圖。

圖4A至圖4D係繪示分別對應於圖3中之各步驟的示意圖。

圖5係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第二具體實施例的流程圖。

圖6A至圖6E係繪示分別對應於圖5中之各步驟的示意圖。

圖7係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第三具體實施例的流程圖。

圖8A至圖8D係繪示分別對應於圖7中之各步驟的示意圖。

圖9係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第四具體實施例的流程圖。

圖10A至圖10D係繪示分別對應於圖9中之各步驟的示意圖。

根據本發明之一較佳具體實施例為一種全固態電致變色光圈裝置。於實際應用中，本發明之全固態電致變色光圈裝置實現了一種薄型化的全固態光圈裝置，可廣泛應用於各種不同類型的行動裝置之相機，例如智慧型手機、平板電腦、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦等，藉以使得上述 行動裝置之相機能夠透過調節光圈之方式來實現「光學變焦」的功能，故能有效增進其拍攝出之影像品質。

請參照圖1及圖2，圖1係繪示此實施例中之全固態電致變色光圈裝置1的剖面圖。圖2係繪示圖1之全固態電致變色光圈裝置1的上視圖。

如圖1所示，全固態電致變色光圈裝置1包含透明基板11及電致變色層狀結構CLS。電致變色層狀結構CLS係設置於透明基板11上並係經過一圖案化程序處理。需注意的是，本發明之電致變色層狀結構CLS係具有阻擋紅外線之功能並可受低電量之驅動而產生電致變色的效果。

於實際應用中，透明基板11可以是一玻璃基板，但不以此為限，並且其厚度並無特定之限制。至於上述圖案化程序可包含常見的微影及蝕刻等步驟，亦可藉由微影製程技術來達成多階光圈之控制應用，但不以此為限。

需說明的是，圖1及圖2所繪示之全固態電致變色光圈裝置1的經圖案化程序處理後之電致變色層狀結構CLS所呈現的圖案及形狀僅為一實施例，可依照實際需求而改變，並不以此為限。

如圖1所示，電致變色層狀結構CLS包含第一透明導電層12、陽極電致變色層13、離子導電層14、陰極電致變色層15及第二透明導電層16。其中，第一透明導電層12係形成於透明基板11上；陽極電致變色層13形成於第一透明導電層12上；離子導電層14形成於陽極電致變色層13上；陰極電致變色層15形成於離子導電層14上；第二透明導電層16形成於陰極電致變色層15上。

於實際應用中，電致變色層狀結構CLS中之第一透明導電層12、陽極電致變色層13、離子導電層14、陰極電致變色層15及第二透明導電層16可均以濺鍍(Sputtering)方式形成，但不以此為限。

於一較佳具體實施例中，第一透明導電層12及 第二透明導電層16可由氧化銦錫(Indium Tin Oxide,ITO)構成，但不以此為限；陽極電致變色層13可由一氧化鎳(NiO)構成，但不以此為限；離子導電層14可由五氧化二鉭(Ta₂O₅)構成，但不以此為限；陰極電致變色層15可由三氧化鎢(WO₃)構成，但不以此為限。

於另一較佳具體實施例中，電致變色層狀結構CLS中之第一透明導電層12、陽極電致變色層13、離子導電層14、陰極電致變色層15及第二透明導電層16的厚度範圍可分別為80~150nm、20~150nm、100~500nm、120~300nm及80~150nm，但亦均不以此為限。

接下來，將透過下列的不同具體實施例來詳細說明本發明之全固態電致變色光圈裝置的各種可能製程，但本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法並不以下列這些具體實施例為限。

請參照圖3及圖4A至圖4D，圖3係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第一具體實施例的流程圖。圖4A至圖4D則係繪示分別對應於圖3中之各步驟的示意圖。

首先，如圖3及圖4A所示，於步驟S30中，該方法係以濺鍍方式於透明基板11上依序鍍製第一透明導電層12、陽極電致變色層13及離子導電層14。

接著，如圖3及圖4B所示，於步驟S32中，該方法係以電化學法將一價陽離子(例如鋰離子Li⁺，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

需說明的是，步驟S32係藉由離子注入之方式打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度。

然後，如圖3及圖4C所示，於步驟S34中，該方法再以濺鍍方式於離子導電層14上依序鍍製陰極電致變色層15及第二透明導電層16，藉以實現電致變色層狀結構CLS。

最後，如圖3及圖4D所示，於步驟S36中，該方法對電致變色層狀結構CLS進行一圖案化程序，以完成本發明之全固態電致變色光圈裝置1。

請參照圖5及圖6A至圖6E，圖5係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第二具體實施例的流程圖。圖6A至圖6E係繪示分別對應於圖5中之各步驟的示意圖。

首先，如圖5及圖6A所示，於步驟S50中，該方法係以濺鍍方式於透明基板11上依序鍍製第一透明導電層12、陽極電致變色層13及離子導電層14。

接著，如圖5及圖6B所示，於步驟S52中，該方法係以電化學法將一價陰離子(例如氫氧離子OH^-，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

然後，如圖5及圖6C所示，於步驟S54中，該方法再以電化學法將一價陽離子(例如鋰離子Li⁺，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

需說明的是，步驟S52及S54係藉由離子注入之方式打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度。

接著，如圖5及圖6D所示，於步驟S56中，該方法再以濺鍍方式於離子導電層14上依序鍍製陰極電致變色層15及第二透明導電層16，以實現電致變色層狀結構CLS。

最後，如圖5及圖6E所示，於步驟S58中，該方法對電致變色層狀結構CLS進行一圖案化程序，以完成本發明之全固態電致變色光圈裝置1。

請參照圖7及圖8A至圖8D，圖7係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第三具體實施例的流程圖。圖8A至圖8D係繪示分別對應於圖7中之各步驟的示意圖。

首先，如圖7及圖8A所示，於步驟S70中，該 方法係以濺鍍方式於透明基板11上依序鍍製第一透明導電層12及陽極電致變色層13並以電化學法將一價陰離子(例如氫氧離子OH^-，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

接著，如圖7及圖8B所示，於步驟S72中，該方法係以濺鍍方式於陽極電致變色層13上鍍製離子導電層14並以電化學法將一價陽離子(例如鋰離子Li⁺，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

需說明的是，步驟S70及S72係藉由離子注入之方式打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度。

然後，如圖7及圖8C所示，於步驟S74中，該方法再以濺鍍方式於離子導電層14上依序鍍製陰極電致變色層15及第二透明導電層16，以實現電致變色層狀結構CLS。

最後，如圖7及圖8D所示，於步驟S76中，該方法對電致變色層狀結構CLS進行一圖案化程序，以完成本發明之全固態電致變色光圈裝置1。

請參照圖9及圖10A至圖10D，圖9係繪示本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法之第四具體實施例的流程圖。圖10A至圖10D係繪示分別對應於圖9中之各步驟的示意圖。

首先，如圖9及圖10A所示，於步驟S90中，該方法係以濺鍍方式於透明基板11上依序鍍製第一透明導電層12及陽極電致變色層13並以電化學法將一價陰離子(例如氫氧離子OH^-，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

接著，如圖9及圖10B所示，於步驟S92中，該方法係以電化學法將一價陽離子(例如鋰離子Li⁺，但不以此為限)注入至陽極電致變色層13中。

需說明的是，步驟S90及S92係藉由離子注入之方式打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度。

然後，如圖9及圖10C所示，於步驟S94中，該方法再以濺鍍方式於陽極電致變色層13上依序鍍製離子導電層14、陰極電致變色層15及第二透明導電層16，以實現電致變色層狀結構CLS。

最後，如圖9及圖10D所示，於步驟S96中，該方法對電致變色層狀結構CLS進行一圖案化程序，以完成本發明之全固態電致變色光圈裝置1。

需特別說明的是，本發明之全固態電致變色光圈裝置製造方法並不以上述第一至第四具體實施例為限，於實際應用中亦可依照不同需求而改變其製程步驟之順序或其各層所採用之材料或厚度。

相較於先前技術，本發明所提出的全固態電致變色光圈裝置及其製造方法具有下列技術特徵及優點：

(1)提出一種能夠改善全固態電致變色光圈元件效能之製程方式，於製程上藉由離子注入步驟打開離子通道提升元件上退色速度及電致變色薄膜活化提升元件之光學穿透度，並藉由微影製程技術達成多階光圈控制應用。

(2)採用單一基板之薄型化全固態光圈元件除可有效避免傳統的液態變焦鏡頭元件常見的漏液及封裝問題外，更可提升元件操作之可靠度。

(3)藉由電致變色薄膜本身所具有的紅外線阻擋功能，有效阻擋紅外線對於光感測元件的影響，於鏡頭封裝上可省去紅外線濾光片之設置，故可降低成本。

(4)藉由使用低電量驅動的電致變色材料特性來達成光圈大小的變化，故其耗電量亦可有效降低，還可搭載於現有行動裝置上，以提供現有行動裝置之相機功能升級之應用。

由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希 望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧全固態電致變色光圈裝置

11‧‧‧透明基板

CLS‧‧‧電致變色層狀結構

12‧‧‧第一透明導電層

13‧‧‧陽極電致變色層

14‧‧‧離子導電層

15‧‧‧陰極電致變色層

16‧‧‧第二透明導電層

Claims (24)

1. 一種全固態電致變色光圈裝置製造方法，用以製造一全固態電致變色光圈裝置，該全固態電致變色光圈裝置製造方法包含下列步驟：(a)提供一透明基板；(b)形成一第一透明導電層於該透明基板上；(c)形成一陽極電致變色層於該第一透明導電層上；(d)形成一離子導電層於該陽極電致變色層上；(e)形成一陰極電致變色層於該離子導電層上；(f)形成一第二透明導電層於該陰極電致變色層上，以產生一電致變色層狀結構；以及(g)對該電致變色層狀結構進行一圖案化程序，以製成該全固態電致變色光圈裝置；其中，該全固態電致變色光圈裝置製造方法係於步驟(d)與步驟(e)之間由外界將離子注入至原先無離子存在之該離子導電層及原先無離子存在之該陽極電致變色層，並且由外界注入之離子係經由原先無離子存在之該離子導電層進入至原先無離子存在之該陽極電致變色層，致使原先無離子存在之該離子導電層的離子通道開啟並活化原先無離子存在之該陽極電致變色層，以提升元件上退色速度及元件之光學穿透度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陽離子至該陽極電致變色層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陰離子至該陽極電致變色層；以及(d2)注入一價陽離子至該陽極電致變色層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(c)與步驟(d)之間進一步包含下列步驟：(c1)注入一價陰離子至該陽極電致變色層。
5. 如申請專利範圍第4項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(d)與步驟(e)之間進一步包含下列步驟：(d1)注入一價陽離子至該陽極電致變色層。
6. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(c)與步驟(d)之間進一步包含下列步驟：(c1)注入一價陰離子至該陽極電致變色層；以及(c2)注入一價陽離子至該陽極電致變色層。
7. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中於步驟(b)至步驟(f)中，該第一透明導電層、該陽極電致變色層、該離子導電層、該陰極電致變色層及該第二透明導電層均係以濺鍍(Sputtering)方式形成。
8. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中步驟(a)所提供之該透明基板係為一玻璃基板。
9. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中步驟(g)中之該圖案化程序係包含微影及蝕刻之步驟。
10. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中步驟(f)所產生之該電致變色層狀結構係具有阻擋紅外線之功能。
11. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法，其中步驟(f)所產生之該電致變色層狀結構可受低電量之驅動而產生電致變色的效果。
12. 如申請專利範圍第1項所述之全固態電致變色光圈裝置製造方法， 其中該第一透明導電層、該陽極電致變色層、該離子導電層、該陰極電致變色層及該第二透明導電層之厚度範圍分別為80~150nm、20~150nm、100~500nm、120~300nm及80~150nm。
13. 一種全固態電致變色光圈裝置，包含：一透明基板；以及一電致變色層狀結構，設置於該透明基板上，該電致變色層狀結構係經一圖案化程序處理並且包含：一第一透明導電層，形成於該透明基板上；一陽極電致變色層，形成於該第一透明導電層上；一離子導電層，形成於該陽極電致變色層上；一陰極電致變色層，形成於該離子導電層上；以及一第二透明導電層，形成於該陰極電致變色層上；其中，當該離子導電層已形成於該陽極電致變色層上且該陰極電致變色層尚未形成於該離子導電層上時，該全固態電致變色光圈裝置係由外界將離子注入至原先無離子存在之該離子導電層及原先無離子存在之該陽極電致變色層，並且由外界注入之離子係經由原先無離子存在之該離子導電層進入至原先無離子存在之該陽極電致變色層，致使原先無離子存在之該離子導電層的離子通道開啟並活化原先無離子存在之該陽極電致變色層，以提升元件上退色速度及元件之光學穿透度。
14. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該陽極電致變色層係被注入一價陽離子，並且該一價陽離子係於該陰極電致變色層形成於該離子導電層上之前被注入於該陽極電致變色層。
15. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該陽極電致變色層係依序被注入一價陰離子及一價陽離子，並且該一價 陰離子及該一價陽離子係於該陰極電致變色層形成於該離子導電層上之前被注入於該陽極電致變色層。
16. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該陽極電致變色層被注入一價陰離子，並且該一價陰離子係於該離子導電層形成於該陽極電致變色層上之前被注入於該陽極電致變色層。
17. 如申請專利範圍第16項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該陽極電致變色層被注入一價陽離子，並且該一價陽離子係於該陰極電致變色層形成於該離子導電層上之前被注入於該陽極電致變色層。
18. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該陽極電致變色層係依序被注入一價陰離子及一價陽離子，並且該一價陰離子及該一價陽離子係於該離子導電層形成於該陽極電致變色層上之前被注入於該陽極電致變色層。
19. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該第一透明導電層、該陽極電致變色層、該離子導電層、該陰極電致變色層及該第二透明導電層均係以濺鍍方式形成。
20. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該透明基板係為一玻璃基板。
21. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該圖案化程序係包含微影及蝕刻之步驟。
22. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該電致變色層狀結構係具有阻擋紅外線之功能。
23. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該電致變色層狀結構可受低電量之驅動而產生電致變色的效果。
24. 如申請專利範圍第13項所述之全固態電致變色光圈裝置，其中該第 一透明導電層、該陽極電致變色層、該離子導電層、該陰極電致變色層及該第二透明導電層之厚度範圍分別為80~150nm、20~150nm、100~500nm、120~300nm及80~150nm。