CN102478740B - 一种液态充填型的变色装置和其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种液态充填型的变色装置和其制作方法，该装置的制作及操作方法在一变色层与一基板层之间的间隙填充一液态离子传导物质，该离子传导物质选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水、添加乙二醇的水以及含锂的过氯酸根离子的水所组成的群，以及对该液态离子传导物质施加一电场，驱使液态离子传导物质中的离子进入该变色层中，导致该变色层的光通透率改变，当该电场反转时，该变色层的光通透率恢复起始状态。
Description
技术领域
本案关于一种变色装置和其制作方法，尤其，本发明关于一种液态充填型的变色装置及其制作方法，只需溅镀一层导电层于一载具，透过水的解离产生氢离子，使氢离子与电致变色层结合，达到变色效果。
背景技术
电致变色是指在一透明载具上镀制一层铟锡氧化物(ITO)和一或多层电致变色层，另一载具则镀制有一层ITO，将两载具互相封合在一起，其中两载具间的空隙填入离子传导物质，当通电后，电场改变趋使离子传导物质中的阳离子进入电致变色层，阳离子嵌入电致变色层中氧化物的间隙中，进而改变电致变色层的透光率。
离子传导物质可为固态或液态，固态离子传导物质包括有机材质及无机材质两种。一般说来，有机材质因为结构关系而具有弹性，可以消除离子进入电致变色层时所引起的应力，但有结构劣化、使用寿命降低等问题；而无机材料比较脆，容易因为应力改变而碎裂，不易使用于挠性基板的场合。液态离子传导物质在元件的封装上较为不便而且有溢漏的疑虑，此外，液态离子传导物质有劣化及回收处理不易等问题。
申请人鉴于现有技术中的不足，经过悉心试验与研究，并一本锲而不舍的精神，终构思出本案《一种液态充填型的变色装置和其制作方法》，能够克服现有技术的不足，以下为本案的简要说明。
发明内容
本发明为了改善现有电致变色技术的缺点，本发明的目的在于提供一种绿色环保的变色装置，并且能简化变色装置的结构、制作程序和降低成本，以使电致变色技术更具商业价值。
为达成前述发明目的，本发明的方法在基板层与变色层之间的间隙填充一液态离子传导物质，以及对该液态离子传导物质施加一电场。为简化变色装置的结构、制作程序和降低成本，本发明的变色层为单一变色层，该单一变色层上设置有一导电层和至少一层的电致变色层，且基板层不需进行任何溅镀加工。
为了节省制作成本，以及避免离子传导层(物质)受阳光照射而劣化，本发明以液态离子传导物质取代固态或半固态离子传导物质，液态离子传导物质材质可以为自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群。
另外本发明的电场是由导电层和一金属导线串联形成，此导线设置于该离子传导层内，可以省去在基板层上镀制导电层，以简化制作程序和成本。
附图说明
图1为液态充填型的变色装置的制作流程图；
图2为液态充填型的变色装置的立体示意图；
图3为液态离子传导物质受电场驱使的化学反应式；
图4为液态充填型的变色装置的剖面图；
图5为液态充填型的变色装置的剖面图；
图6为液态充填型的变色装置的剖面图；
图7(A)、(B)及(C)为液态充填型的变色装置的金属导线架构的示意图。
【主要元件符号说明】
S1～S5步骤
1液态充填型的变色装置
11透明载具
12导电层
13电致变色层
14离子传导层
15基板层
16变色层
17金属导线
18电源供应装置
2金属导线架构
21网状金属导线
22行列状金属导线
23单一金属导线
L1导电层
L2电致变色层
L3离子传导物质层
L4基板层
具体实施方式
本案所提出的《一种液态充填型的变色装置和其制造方法》将可由以下的实施例说明而得到充分了解，使得熟习本技艺的人士可以完成，然而本案的实施并非可由下列实施例而被限制其实施型态，熟习本技艺的人士仍可依据除既揭露的实施例的精神推演出其他实施例，该等实施例皆当属于本发明的范围。
请参照图1，本发明液态充填型的变色装置的制作流程图，本发明液态充填型的变色装置的制作方法先提供一导电载具(步骤S1)，之后溅镀单层或是多层的电致变色层(步骤S2)于导电载具上，完成电致变色层溅镀加工的工件称做变色层，提供一基板层封合变色层(步骤S3)，封合后，在基板层和变色层之间形成间隙，并设置金属导线于该间隙(步骤S4)，填充离子传导物质于间隙内(步骤S5)，完成液态充填型的变色装置的制作。
在本发明的较佳实施例中，该导电载具选择为一溅镀有金属导电层的透明载具，但不以此为限，该导电载具亦可为金属(如铂(Pt))或合金(如铑合金(Rhodiumalloy))；该金属导电层为铟锡氧化物(IndiumTinOxide，ITO)。在步骤S2中，该电致变色层溅镀于金属导电层上，该电致变色层选择为氧化钨，溅镀层数为3层，总厚度≤946nm(纳米)，电致变色层的溅镀设定为，制程压力3～4mTorr(毫托)、氮氧比为1～1.25，以电流0.8～1.5A(安)溅镀第一层氧化钨，操作时间不超过20分钟；及制程压力3.2～4mTorr、氮氧比为1～1.21，以电流1.5～2A溅镀第二层氧化钨，操作时间不超过20分钟；及制程压力3.5～4mTorr、氮氧比为1～1.25，以电流2A溅镀第三层氧化钨，操作时间15～30分钟。当电致变色层选择为氧化镍(NiO)时，制程参数为制程压力3～4.6mTorr、氮氧比2.4～4.2，以电流0.8～2.5A，溅镀NiO时间15～75分钟。
本发明的离子传导物质系选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群，于本实施例，离子传导物质选择为蒸馏水。
在其他应用上，可于填充离子传导物质于间隙内的步骤(步骤S5)之前或之后，在离子传导物质内添加防冻剂，如甲醇、乙二醇、丙二醇及上述物质的组合，以防止离子传导物质因温度低而凝固。
请参照图2，本发明液态充填型的变色装置1的立体示意图，本发明液态充填型的变色装置1包含一变色层16及一基板层15，基板层15与变色层16之间形成一间隙；离子传导物质14填充于此间隙；以及一金属导线17，设置在该间隙中，金属导线17和变色层16形成回路。
在本发明的较佳实施例中，该变色层16包含一导电载具及溅镀于其上的一层或多层堆迭的电致变色层13，该导电载具选择为一非金属材质的透明载具11，该透明载具11具有一表面，其上溅镀金属导电层12，但不以此为限，该导电载具可为金属(如铂)或合金(如铑合金)。金属导电层12为ITO层，电致变色层13是溅镀于金属导电层12上。金属导线17和金属导电层12形成回路，回路安接于电源供应装置18，电源供应装置18可视需求改变电场方向。
请继续参照图2，透明载具11的材料包括但不限于玻璃、聚乙稀(PE)、聚碳酸酯(PC)、压克力(Acrylics)聚合物、高分子聚合物或/及其组合，电致变色层13的材料包括但不限于氧化钨、氧化镍、氧化钽或/及其组合，电致变色层13和金属导电层12之间可选择性溅镀上抗紫外线层(未示出)，抗紫外线层的材料包括但不限于金、银、氧化钛、氧化硅等金属薄膜，基板层15的材料包括但不限于玻璃、聚乙稀、聚碳酸酯、压克力聚合物或者高分子聚合物，离子传导物质14的材料选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群。
请参照图2和3，本发明较佳的实施例中，离子传导物质14的材料为蒸馏水，电致变色层13的材料为氧化钨，当对离子传导物质14施加一电场，离子传导物质14中的蒸馏水电解成为H+和OH-，H+在电场的驱动下会朝负极所在的金属导电层12移动，因而造成H+进入电致变色层13，并嵌入电致变色层13中的氧化钨间隙形成蓝色错合物，造成电致变色层13的光通透率改变；当电场方向反转，使金属导电层12为正极，则电场驱使和氧化钨结合的H+进入水中，使氧化钨恢复成透明，电致变色层13的光通透率恢复原状。因此，光通透率的改变可以造成颜色的改变。本发明的较佳实施方式以电压±3～±5V施加电场，施加时间为30秒着色与30秒去色，其颜色可维持16～24小时。
在其他应用上，可于离子传导物质内添加防冻剂，如甲醇、乙二醇、丙二醇及上述物质的组合，以防止离子传导物质因温度低而凝固。
请参照图4～6，为不同液态充填型的变色装置的剖面图，L1层为溅镀有ITO的导电载具，电致变色层L2的材料为氧化钨、氧化镍、氧化钽或/及其组合，离子传导物质层L3的材料选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群，离子传导物质层中装置有一金属导线，最下层为未经溅镀加工处理过的基板层L4。
请继续参照图4～6，本发明的特点为采用单一变色层、离子传导物质为水以及金属导线系设置于离子传导物质层中并与导电载具形成回路。本发明的金属导线取代了在基板层溅镀金属导电层的现有技术，本发明可以减少金属导电层溅镀的制作成本；水不受阳光照射而裂解，可提高使用寿命，没有回收处理的问题，亦不会造成污染，并且取得容易，可降低制作成本。
请参照图7(A)、(B)及(C)，液态充填型的变色装置的金属导线架构2的示意图，配置在变色层与基板层之间与液态离子传导物质连接的金属导线可以为行列状金属导线22(如图7(B)所示)或是网状金属导线21(如图7(A)所示)，网状金属导线21或经排列配置的行列状金属导线22可降低变色机制的响应时间，金属导线的材料包括但不限于金、银、钨、镍、铜、锡、上述材料的合金以及不锈钢等。
请参照图7(A)，网状金属导线21材料为金，线径为0.5mm，其与基板层15的边框相距1cm(厘米)，导线彼此间隔4mm(毫米)。请参照图7(B)，行列状金属导线22的线径也为0.5mm，经排列配置后的金属导线外框与基板层边框相距1cm，同一方向的单一导线之间以间隔2mm平行排列。不同方向的单一导线之间以间隔1mm穿插排列。请参照图7(C)，单一金属导线23材料为银，形成回圈状，线径为小于0.5mm，其与基板层15的边框相距1cm。
实施例
1、一种液态充填型的变色装置，包括：
一变色层；
一基板层，相对于该变色层而设置并与该变色层之间具有一间隙；
一离子传导物质，填充于该间隙，该离子传导物质系选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群；以及
一金属导线，与该离子传导物质连接而与该变色层形成一回路。
2、根据实施例1所述的变色装置，其中该变色层包括一导电载具与一电致变色层。
3、根据上述实施例中任一个实施例所述的变色装置，其中该导电载具包括一透明载具与一金属导电层，该透明载具具有一表面，该金属导电层设置于该该透明载具的该表面，该电致变色层形成于该金属导电层上。
4、根据上述实施例中任一个实施例所述的变色装置，其中该电致变色层为一层或多层堆迭的氧化物。
5、根据上述实施例中任一个实施例所述的变色装置，其中该基板层选自由玻璃、聚乙稀(PE)、聚碳酸酯(PC)、压克力(Acrylics)聚合物及高分子聚合物所组成的群，且该基板层未经溅镀加工。
6、根据上述实施例中任一个实施例所述的变色装置，其中该金属导线的材料选自由金、银、钨、铜、镍、锡、上述材料的合金以及不锈钢所组成的群。
7、根据上述实施例中任一个实施例所述的变色装置，另包含一防冻剂，添加于该离子传导物质中，以防止该离子传导物质因温度过低而凝固。
8、一种液态充填型的变色装置的制作方法，其步骤包括：
提供一变色层与一基板层，该变色层与该基板层之间具有一间隙；
设置一金属导线于该间隙；以及
填充离子传导物质于该间隙，并与该金属导线接触，该离子传导物质选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群。
9、根据实施例8所述的方法，其中该变色层包含一导电层及一电致变色层，该基板层相对该电致变色层设置，该基板层与该电致变色层之间形成该间隙。
10、根据上述实施例中任一个实施例所述的方法，其中该基板层选自由玻璃、聚乙稀(PE)、聚碳酸酯(PC)、压克力(Acrylics)聚合物及高分子聚合物所组成的群，且该基板层未经溅镀加工。
11、根据上述实施例中任一个实施例所述的方法，还包含在该离子传导物质内添加一防冻剂，以防止该离子传导物质因温度过低而凝固。
本发明可以由本领域技术人员做任何修改，但不脱离如权利要求书所要保护的范围。
Claims (11)
1.一种液态充填型的变色装置，包括：
一变色层；
一基板层，相对于该变色层而设置并与该变色层之间具有一间隙；
一离子传导物质，填充于该间隙，该离子传导物质系选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群；以及
一行列状或网状金属导线，设置于该间隙中且与该离子传导物质直接电连接而与该变色层形成一回路，其中该网状金属导线彼此间隔一第一距离，该行列状金属导线中在同一方向的单一导线之间以间隔一第二距离平行排列，在不同方向的单一导线之间以间隔一第三距离穿插排列，或该行列状金属导线形成回圈状。
2.如权利要求1所述的变色装置，其中该变色层包括一导电载具与一电致变色层。
3.如权利要求2所述的变色装置，其中该导电载具包括一透明载具与一金属导电层，该透明载具具有一表面，该金属导电层设置于该透明载具的该表面，该电致变色层形成于该金属导电层上。
4.如权利要求2所述的变色装置，其中该电致变色层为一层或多层堆迭的氧化物。
5.如权利要求1所述的变色装置，其中该基板层选自由玻璃、聚乙稀(PE)、聚碳酸酯(PC)、压克力(Acrylics)的聚合物及高分子聚合物所组成的群，且该基板层未经溅镀加工。
6.如权利要求1所述的变色装置，其中该金属导线的材料选自由金、银、钨、铜、镍、锡、上述材料的合金以及不锈钢所组成的群。
7.如权利要求1所述的变色装置，另包含一防冻剂，添加于该离子传导物质中，以防止该离子传导物质因温度过低而凝固。
8.一种液态充填型的变色装置的制作方法，其步骤包括：
提供一变色层与一基板层，该变色层与该基板层之间具有一间隙；
设置一行列状或网状金属导线于该间隙，其中该网状金属导线彼此间隔一第一距离，该行列状金属导线中同一方向的单一导线之间以间隔一第二距离平行排列，不同方向的单一导线之间以间隔一第三距离穿插排列，或该行列状金属导线形成回圈状；以及
填充离子传导物质于该间隙，并与该金属导线直接电性接触，该离子传导物质选自由自来水、蒸馏水、中性去离子水以及上述物质的组合所组成的群。
9.如权利要求8所述的方法，其中该变色层包含一导电层及一电致变色层，该基板层相对该电致变色层设置，该基板层与该电致变色层之间形成该间隙。
10.如权利要求8所述的方法，其中该基板层选自由玻璃、聚乙稀(PE)、聚碳酸酯(PC)、压克力(Acrylics)聚合物及高分子聚合物所组成的群，且该基板层未经溅镀加工。
11.如权利要求8所述的方法，还包含在该离子传导物质内添加一防冻剂，以防止该离子传导物质因温度过低而凝固。
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