CN100460974C

CN100460974C - 压感电致变色组件及其制造方法

Info

Publication number: CN100460974C
Application number: CNB2006100925830A
Authority: CN
Inventors: 彭震; 刘培毅; 吴丰旭
Original assignee: Daxon Technology Inc
Current assignee: BenQ Materials Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2006-06-16
Publication date: 2009-02-11
Anticipated expiration: 2026-06-16
Also published as: CN101089716A

Abstract

一种压感电致变色组件，至少包括：一第一基板及相对设置的一第二基板，至少第一基板和第二基板，其中之一为一可挠性材料所制；一压感层，设置在第一基板上；一电致变色层，设置在压感层上；一第三导电层，设置在电致变色层和第二基板之间。其中，压感层包括：一第一导电层，设置在第一基板上；一绝缘层，设置在第一导电层上，且绝缘层内分布有多个导电颗粒；及一第二导电层，设置在绝缘层上。此外，一外接电路连接第一导电层和第三导电层。

Description

压感电致变色组件及其制造方法

技术领域

本发明是有关于一种电致变色组件及其制造方法，且特别是有关于一种压感式(pressure sensitive)电致变色组件及其制造方法。

背景技术

电致变色(Electrochromic)技术在近三十年的光电科技中逐渐兴起并受到重视，主要是利用一物质在经过可逆的电化学反应后，而造成该物质颜色及穿透度变化的一种现象，而此变化多具有持续性。颜色变化通常可区分为着色态(或颜色较深)至去色态(或颜色较浅)。简单的说，电致变色物质就是经由一可逆的电化学反应在氧化态和还原态之间进行反复的去色或着色。

以无色或淡黄色的氧化钨(WO3)为例，其电致变色性质由于电子和阳离子的迁入而生成蓝色或深蓝色的钨青铜(Tungsten Bronze，MxWO3)，其变色反应方程式如下：

其中，M+为氢离子(H+)、锂离子(Li+)或钠离子(Na+)等阳离子，视电解质种类而定；x值大约为0～0.5之间，其大小由通入薄膜的电流量而定。

当电流通入使氧化钨发生还原反应时，M+和e-同时进入氧化钨薄膜中，而形成蓝色的M_xWO₃，此即为着色反应。若M+和e-同时离开蓝色的M_xWO₃则形成无色的氧化钨，此即为去色反应。因此，氧化钨为还原态着色的电致变色物质。

当然，其它还有许多已知的电致变色物质，除了和氧化钨一样为还原态着色(Cathodic Coloration)的物质外，还有氧化态着色(Anodic Coloration)的物质，和还原态/氧化态均着色(Cathodic/Anodic Coloration)的物质。在目前的电致变色材料中，又以前述的氧化钨薄膜具有最高的着色效率，且具有可逆性良好、相对价格低、无毒性等优点，因此为最被广泛研究及使用的电致变色物质。

电致变色组件是包括了一或两种电致变色物质的一种装置。，基本上是一种电化学系统，由多层薄膜所组成。请参照图1，其示出一种传统的电致变色组件结构的示意图。传统的电致变色组件1包括一第一基板11、一第二基板12，例如透明玻璃；一第一透明导电薄膜13和一第二透明导电薄膜14，分别位于第一基板11和第二基板12上，材料例如是例如氧化铟锡(ITO)；一阴极15和一阳极16；一电解质层17，位于阴极15和阳极16之间，可为固态或液态的电解质。并在第一透明导电薄膜13和一第二透明导电薄膜14之间提供一外接电压，例如一直流电池。其中，阴极15和阳极16至少其中一层具有电致变色材料，为电致变色组件产生颜色变化的主要部分，又称电致变色工作电极(Electrochromic working electrode)；而另一层则为辅助电极(Counter electrode)。借着调整电压或电流大小，使电致变色材料产生电化学反应，其产物对特定波长的光具有不同程度的吸收度，而表现出不同的颜色。

若辅助电极由另一电致变色材料层所取代，使电致变色组件1同时包括了阴极和阳极的电致变色材料，此两种材料可以同时着色或去色，即称为互补式电致变色组件。借由互补式电致变色可增加组件的光学密度变化、提升穿透率变化量和提供多彩的颜色变化。

目前，电致变色组件的应用相当广泛。若组件中除了电致变色材料层具有颜色变化的特性外，其它各层均具有高透光率，则此组件可应用在建筑物或汽车的窗户上，达到智慧节能的目的。当阳光很强时，只要控制电位或电流便可改变窗户的颜色，进而控制阳光通过窗户的强度且阻挡部份的热量，达到调节温度和降低热负荷的目的，减少能源的浪费。其它应用还包括了太阳眼镜，利用颜色交换的广告广告牌显示器，可调整适当折射率的防炫光汽车后视镜、电量指示器以及滤光器等等。

和其它的显示技术如液晶和电激发光等相较，电致变色组件并无液晶显示器在视角上的限制，且具有高对比、操作温度范围广泛、适当的着色-去色转换率以及对紫外光稳定(UV-stability)的性质。再者，电致变色组件还有操作电压低、减少能源使用、增加隐私性及具有记忆功能等优点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种压感电致变色组件及其制造方法。主要是将一电致变色组件与一压感式开关结合，成为一种压感电致变色组件。

根据本发明的目的，提出一种压感电致变色组件，至少包括：一第一基板及相对设置的一第二基板，至少第一基板和第二基板其中之一为一可挠性材料所制；一压感层(pressure sensitive layer)，设置在第一基板上；一电致变色层，设置在压感层上；一第三导电层，设置在电致变色层和第二基板之间。其中，压感层包括：一第一导电层，设置在第一基板上；一绝缘层，设置在第一导电层上，且绝缘层内分布有多个导电颗粒(conductive particles)；及一第二导电层，设置在绝缘层上。此外，一外接电路连接第一导电层和第三导电层。

本发明还提出了一种压感电致变色组件的制造方法，包括：提供一第一基板及一第二基板，至少其中之一为一可挠性材料；提供一压感层在该第一基板上，该压感层包括形成一第一导电层在该第一基板上、形成一内部分布有多个导电颗粒的绝缘层在该第一导电层上、及形成一第二导电层在该绝缘层上；形成一第三导电层在该第二基板上；形成一电致变色层在该第三导电层上；对组该第一基板和该第二基板，使该电致变色层位于该第三导电层和该压感层之间；和提供一外接电路，以连接该第一导电层和该第三导电层。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

图1示出一种传统的电致变色组件结构的示意图。

图2示出依照本发明一优选实施例的压感电致变色组件的示意图。

图3A、图3B示出本发明一优选实施例的压感电致变色组件受到外部压力作用而变色的示意图。

主要组件符号说明

1、2：电致变色组件

11、21：第一基板

12、22：第二基板

13：第一透明导电薄膜

14：第二透明导电薄膜

15：阴极

16：阳极

17、27：电解质层

23：压感层

231：第一导电层

233：绝缘层

234：导电颗粒

235：第二导电层

24：第三导电层

25：离子传输层

26：电致变色层

具体实施方式

本发明是将一电致变色组件与一压感式开关结合，成为一种压感电致变色组件，以拓展电致变色组件应用的可能性。以下是以一实施例做本发明的详细说明，然而，此实施例并不会限缩本发明欲保护的范围。另外，图标中省略不必要的组件，以清楚显示本发明的技术特点。

请参照图2，其示出依照本发明一优选实施例的压感电致变色组件的示意图。压感电致变色组件2至少包括：一第一基板21及相对设置的一第二基板22；设置在第一基板21上的一压感层(pressure sensitive layer)23；设置在压感层上方的一电致变色层26；设置在电致变色层26上的一第三导电层24；以及一外接电路。

其中，压感层23包括：一第一导电层231，设置在第一基板上21；一绝缘层233，设置在第一导电层231上，且绝缘层内分布有多个导电颗粒(conductive particles)234；及一第二导电层235，设置在绝缘层233上。而外接电路则连接第一导电层231和第三导电层24。其中，第一导电层231、第二导电层235、第三导电层24的材质例如是氧化铟锡、透明导电胶或导电塑料等。

分布于绝缘层233内的导电颗粒234，可以是透明或不透明材质，例如是碳粉(不透明颗粒)、氧化铟锡(ITO)颗粒(透明颗粒)等，而导电度优选地介于导体和半导体之间。材质的选择则视实际应用产品的需求而决定，本发明对此并没有特别的限制。

第一基板和第二基板例如是玻璃、金属或塑料材质，但至少第一基板21和第二基板22其中之一为一可挠性材料所制。以可挠性塑料为例，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene terephthalate，PET)或聚碳酸酯(poly carbonate，PC)等可挠性高分子均可用来作为第一基板21和第二基板22其中之一。

当尚未施任何一外部压力于组件2时，即如图2所示，组件2尚未变形。此时由于绝缘层233之作用，第一导电层231和第三导电层24呈一断路状态，电致变色层26尚未产生任何颜色变化。

当施一外部压力于组件2，使受挤压而接近彼此的导电粒子234，可导通第一导电层231和第三导电层24时，电致变色层26可产生颜色变化。图3A、图3B示出本发明一优选实施例的压感电致变色组件受到外部压力作用而变色的示意图。图3A中，至少第一基板21须为可挠性材质；图3B中，至少第二基板22须为可挠性材质。当第一基板21或第二基板22受到一压力P时，绝缘层233亦受形变的基板挤压，使导电粒子234相互接近甚至接触，而使电致变色层26变色。

值得注意的是，本发明优选实施例中的电致变色层26可包括一种或两种以上的电致变色材料(例如是氧化钨等无机或有机材料，本发明对此并没有特别限制)。当不同的压力施于组件2时，会有不同的电流或电压通过，而使电致变色层26中的一种或两种以上的电致变色材料产生不同程度的颜色变化。以电致变色层26包括两种变色电位不同的电致变色材料A、B为例，若材料A的变色电位是3伏特，材料B的变色电位是5伏特，当施一外部压力使电位达到3伏特时，材料A变色，使组件2产生第一色态；当外部压力继续增加而使电位达到5伏特时，除了已经变色的材料A之外，材料B亦变色，使组件2产生第二色态。

再者，依照所选择的电致变色材料，压感电致变色组件2中可优选地在压感层23上和电致变色层26之间设置一离子传输层25和一电解质层27。其中，离子传输层25例如是包括氢离子或锂离子，而电解质层27可为固态、液态、或溶胶态的电解质。

另外，制造本发明优选实施例的压感电致变色组件时，可包括步骤如下。请同时参照图2。首先，提供一第一基板21及一第二基板22，且至少其中之一为一可挠性材料所制。接着，形成一压感层23于第一基板21上，其中压感层23包括形成于第一基板21上的第一导电层231；形成于第一导电层231上的绝缘层233，且绝缘层233内分布有多个导电颗粒(如碳粉或ITO颗粒)234；及形成于绝缘层上的第二导电层235。

在第二基板22上则形成一第三导电层24，并于第三导电层24上形成一电致变色层26。其中，电致变色层26可包括一种或两种以上的电致变色材料。再者，依照选择的电致变色材料所须，是在第二导电层235上形成一离子传输层25，在离子传输层25上形成一电解质层27。之后，对组第一基板21和第二基板22，使电致变色层26位于第三导电层24和电解质层27之间；并形成一外接电路而连接第一导电层231和第三导电层24，以完成如图2所示的压感电致变色组件2。

另外，如图2所示的组件2中，各层材料的选择需根据实际应用而定。例如，应用时须要制成一个完全透明的组件则各层，包括第一基板21、第二基板22、绝缘层和其中的导电颗粒234等等，均需选择透明材质。若另一个应用产品在使用时，人眼是自第二基板22往第一基板21的方向看入，则至少第一基板21需为透明材质，其它各层则视应用条件而定。

本发明上述实施例所公开的压感电致变色组件可应用的用途很多，例如可模拟真人皮肤受压反应的机器人皮肤，及字迹在书写一段时间后可自动或因进行一可逆反应而消失的压感式白板等等。只要是需要借由压力不同而表现出颜色变化的产品，均可应用本发明的组件结构。因此，本发明为传统的电致变色技术开拓了更多更广的应用可能性。另外，若和传统的触控式显示技术(如液晶和电激发光)相比，应用本发明的压感电致变色组件并无视角上的限制，且具有高对比、操作电压低、操作温度范围广泛、适当的着色-去色转换率、对紫外光稳定(UV-stability)、减少能源使用、增加隐私性及具有记忆功能等多项优点。

综上所述，虽然本发明已以一优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims

1.一种压感电致变色组件，至少包括：

一第一基板及相对设置的一第二基板，其中至少该第一基板和该第二基板之一为一可挠性材料所制；

一压感层，包括一第一导电层、一绝缘层及一第二导电层，其中该第一导电层设置在该第一基板上；该绝缘层设置在该第一导电层上，且该绝缘层内分布有多个导电颗粒；并且该第二导电层设置在该绝缘层上；

一电致变色层，设置在该压感层上；

一第三导电层，设置在该电致变色层和该第二基板之间；和

一外接电路，连接该第一导电层和该第三导电层。

2.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，该电致变色层包括至少两种变色电位不同的电致变色材料。

3.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，分布在该绝缘层内的该些导电颗粒为多个不透明颗粒。

4.根据权利要求3所述的压感电致变色组件，其特征在于，该些不透明颗粒为碳粉。

5.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，分布在该绝缘层内的该些导电颗粒为多个透明氧化铟锡颗粒。

6.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，该第一基板和该第二基板分别选自一玻璃、一金属或一塑料材质。

7.根据权利要求6所述的压感电致变色组件，其特征在于，该塑料材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯。

8.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，该第一、第二、第三导电层为一氧化铟锡材质、一透明导电胶或一导电塑料。

9.根据权利要求1所述的压感电致变色组件，其特征在于，还包括：

一离子传输层，设置在该压感层和该电致变色层之间。

10.根据权利要求9所述的压感电致变色组件，其特征在于，还包括：

一电解质层，设置在该离子传输层和该电致变色层之间。

11.一种压感电致变色组件的制造方法，包括：

提供一第一基板及一第二基板，至少其中之一为一可挠性材料；

提供一压感层在该第一基板上，该压感层包括形成一第一导电层在该第一基板上、形成一内部分布有多个导电颗粒的绝缘层在该第一导电层上及形成一第二导电层在该绝缘层上；

形成一第三导电层在该第二基板上；

形成一电致变色层在该第三导电层上；对组该第一基板和该第二基板，使该电致变色层位于该第三导电层和该压感层之间；和

提供一外接电路，以连接该第一导电层和该第三导电层。

12.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该电致变色层包括至少两种变色电位不同的电致变色材料。

13.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，分布在该绝缘层内的该些导电颗粒为多个不透明颗粒。

14.根据权利要求13所述的制造方法，其特征在于，该些不透明颗粒为碳粉。

15.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，分布在该绝缘层内的该些导电颗粒为多个透明氧化铟锡颗粒。

16.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该第一基板和该第二基板分别选自一玻璃、一金属或一塑料材质。

17.根据权利要求16所述的制造方法，其特征在于，该塑料材质包括聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚碳酸酯。

18.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，该第一、第二、第三导电层为一氧化铟锡材质、一透明导电胶或一导电塑料。

19.根据权利要求11所述的制造方法，其特征在于，还包括：

形成一离子传输层在该第二导电层上，对组该第一基板和该第二基板后，该离子传输层位于该压感层和该电致变色层之间。

20.根据权利要求19所述的制造方法，其特征在于，还包括：

形成一电解质层在该离子传输层上，对组该第一基板和该第二基板后，该电解质层位于该离子传输层和该电致变色层之间。