CN102183862A - 一种具有单基板结构的电致变色器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致变色器件，包括导电基板(1)，和自下而上依次沉积在该基板上的电致变色层(2)，离子导电层(3)，绝缘反射层(4)和对电极层(5)。通过各项测试表明，该种单基板结构的电致变色器件需要施加的偏压较小，节约能源，变色性能良好，颜色鲜明，响应速度快，使用寿命长。这种结构的电致变色器件不仅生产工艺简单，而且成本低廉，能够应用于单色显示器件中，如字幕广告牌，交通指示灯等，通过使用不同的电致变色材料，可以得到不同的颜色变化，有望应用于高对比度无偏视角的显示器中。该结构和制备技术具有很大的发展潜力和良好的应用前景。

Description

一种具有单基板结构的电致变色器件
技术领域
本发明涉及一种电致变色器件，属于显示器件领域。
背景技术
电致变色可以定义为一种材料被施加电压后，发生对光的吸收或反射而产生的颜色变化的一种性质或者现象。在上个世纪五六十年代人们就开始关注这一现象，在之后的几十年里电致变色材料被广泛研究，电致变色材料目前有很多种，一般分为无机电致变色材料和有机电致变色材料。无机电致变色材料一般化学稳定性好，容易实现全固化，其中研究的最深入最详细的材料是WO3，实用化前途较好，但无机电致变色材料存在响应时间长，可改变的颜色单一等缺点。而有机电致变色材料种类繁多，色彩丰富，响应时间短，但化学稳定性不高，有待进一步的研究。
电致变色仅需要2V左右的电压即可实现，且在开路状态下一般可以继续保持着色或者褪色状态，因而耗能低。根据目前的研究，相关的电致变色器件有望得到实际应用，如可以应用在高对比度显示器件，汽车后视镜等器件上；可以用在建筑物、车辆、轮船和飞机等玻璃窗上以调节和控制能量。
传统的电致变色器件通常设计成“三明治”结构，位于最外面的两层是透明导电层，两个次外层分别为电致变色层和对电极层，电解质层即离子导电层在中间。当在两个透明导电层间施加电压时，电致变色层就发生电化学反应产生颜色变化显示出电致变色效应，对电极层也发生相应的反应，电解质起到隔离电子导通离子的作用。
这种传统的“三明治”结构，由于整个器件是透明的，可以用在玻璃窗上通过变色来调节控制能量和保护隐私，也可以用于显示器，但由于采用两层透明导电层，成本高，不利于和其他显示器件的商业应用上的竞争。另一方面，这种结构的电致变色器件一般采用液态电解质，从而具有较好的显色性能(如响应时间，变色效率等)，但是液态电解质存在溶剂挥发、泄漏导致的污染问题，器件的封装等问题。如果采用固态电解质，就可以解决这些问题，但与此同时，由于固态电解质不能够像液态电解质一样与对电极充分的接触，导致器件对电极处的电子转移电阻大幅增加，从而影响器件的变色性能，降低了变色的响应速度和变色效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种成本低廉，生产工艺简单的电致变色器件，在单基板上采用以碳材料为对电极制备的电致变色器件，可以同时解决采用双透明导电层的成本问题和固态器件变色性能问题，具有变色性能好，响应速度快的优点。
为达到上述目的，本发明采用一块导电玻璃作为导电基板，石墨等制成的导电薄膜作为对电极。器件依次由导电玻璃，电致变色层，离子导电层，绝缘反射层，对电极层构成。电致变色层采用吸附了有机电致变色材料的无机纳米氧化物薄膜，离子导电层为含有锂盐的有机溶液，或者含有锂盐的聚合物导电材料，绝缘反射层为无机纳米氧化物薄膜。
碳材料作为电极材料已经广泛的应用于各种电池中，因为碳材料有较高的热稳定性和化学稳定性，同时碳材料具有较高的导电性以及较高的催化活性，与其他传统电极材料相比，碳材料来源广泛，制备工艺简单，生产成本低，对环境无破坏作用。采用刮涂法或者丝网印刷技术可以制备各层薄膜包括碳对电极薄膜，以此碳导电薄膜为对电极的电致变色器件只含有一层导电玻璃，因而大大降低了器件的成本，而且由于碳膜具有较大的比表面积和大的空隙率，可以增大器件对电极与电解质的接触面积，大大增强了对电极处电子与电解质，尤其是固态电解质的交换速度，从而有效提高固态电致变色器件的变色性能，提高器件的变色速度和变色效率。
由于碳对电极是黑色的不透光，将影响甚至遮盖器件的变色效果，为了解决此问题，在电致变色层与碳对电极层之间加了一层绝缘反射层，该层采用无机纳米氧化物薄膜，既能绝缘又可以作为背景反射颜色变化，从而消除黑色碳电极带来的问题，除了玻璃窗，不要求透射的地方都可以应用这种结构的电致变色器件，如显示器件等。
本发明采用碳材料为对电极制作电致变色器件，生产工艺简单，并大大降低了成本，通过各项测试表明其响应时间短，变色效率高，且可应用固态电解质制备固态器件，有利于实现电致变色器件的实际应用。
附图说明
图1为单基板电致变色器件的结构示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
单基板电致变色器件的结构如图1所示，器件以导电玻璃1为导电基板，自下而上依次由电致变色层2，离子导电层3，绝缘反射层4，对电极层5组成。
实施例1
器件以导电玻璃为导电基板，自下而上以丝网印刷的方式依次制备纳米二氧化钛层，绝缘反射层，对电极层，在纳米二氧化钛层吸附有机电致变色材料作为电致变色层，以真空填充法填充电解质作为离子导电层。纳米二氧化钛颗粒为20nm，二氧化钛层厚度约为5μm。绝缘反射层为纳米氧化锆薄膜，厚度约为5μm。电解质为高氯酸锂的甲氧基丙腈溶液，对电极层是由石墨、炭黑制成的导电薄膜。为了防止液态电解质泄漏和挥发，采用热熔胶和一块普通玻璃对该器件进行封装处理。施加1V电压测试结果表明，着色时间为2.1s，褪色时间为4.7s。
实施例2
器件以导电玻璃为导电基板，自下而上以丝网印刷的方式依次制备纳米二氧化钛层，绝缘反射层，对电极层，在纳米二氧化钛层吸附有机电致变色材料作为电致变色层，以真空填充法填充电解质作为离子导电层。纳米二氧化钛颗粒为20nm，二氧化钛层厚度约为8μm。绝缘反射层为纳米二氧化钛薄膜，厚度约为5μm。电解质为三氟甲烷磺酸锂的甲氧基丙腈溶液。对电极层是由石墨、炭黑制成的导电薄膜。为了防止液态电解质泄漏和挥发，采用热熔胶和一块普通玻璃对该器件进行封装处理。施加1V电压测试结果表明，着色时间为2.8s，褪色时间为6s。
实施例3
器件以导电玻璃为导电基板，自下而上以丝网印刷的方式依次制备纳米二氧化钛层，绝缘反射层，对电极层，在纳米二氧化钛层吸附有机电致变色材料作为电致变色层，以旋涂法填充电解质作为离子导电层。纳米二氧化钛颗粒为25nm，二氧化钛层的厚度约为8μm。绝缘反射层为氧化锆薄膜，厚度约为8μm。电解质为高氯酸锂的乙腈溶液。对电极层是由石墨、炭黑制成的导电薄膜。为了防止液态电解质泄漏和挥发，采用热熔胶和一块普通玻璃对该器件进行封装处理。施加1V电压测试结果表明，着色时间为2.7s，褪色时间为6s。
实施例4
器件以导电玻璃为导电基板，自下而上以丝网印刷的方式依次制备纳米二氧化钛层，绝缘反射层，对电极层，在纳米二氧化钛层吸附有机电致变色材料作为电致变色层，以旋涂法填充电解质作为离子导电层。纳米二氧化钛颗粒为25nm，二氧化钛层厚度约为10μm。绝缘反射层为纳米二氧化钛薄膜，厚度为8μm。电解质为含LiI，I2的PEO聚合物电解质。对电极层是由石墨、炭黑制成的导电薄膜。该器件为固态电致变色器件，无须封装。施加1V电压测试结果表明，着色时间为4s，褪色时间为8s。

Claims (10)

1.一种电致变色器件，其特征在于，包括导电基板(1)和自下而上依次沉积在该基板上的电致变色层(2)，离子导电层(3)，绝缘反射层(4)和对电极层(5)。
2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，所述对电极层(5)为由碳材料制成的碳对电极层。
3.根据权利要求1或2所述的电致变色器件，其特征在于，所述碳对电极层(5)为由石墨、炭黑和无机纳米氧化物混合制成的导电薄膜。
4.根据权利要求1-3之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层(2)为吸附了电致变色材料的无机纳米氧化物薄膜。
5.根据权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料为紫精衍生物的有机材料。
6.根据权利要求1-5之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述绝缘反射层(4)为无机纳米氧化物薄膜。
7.根据权利要求3-6之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述的无机纳米氧化物为纳米二氧化钛、纳米氧化锆、纳米氧化锌、纳米氧化铝和纳米二氧化硅中的至少一种，粒径为10-400nm。
8.根据权利要求1-7之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色层(2)、绝缘反射层(4)和碳对电极层(5)厚度为2-20μm。
9.根据权利要求1-8之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述的导电基板(1)为导电玻璃。
10.根据权利要求1-9之一所述的电致变色器件，其特征在于，所述离子导电层为含有锂盐的电解质或全固态离子聚合物电解质，其中，所述的锂盐为碘化锂，高氯酸锂和三氟甲烷磺酸锂中至少一种。
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