CN104122730A - 一种反射型电致变色器件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以调节可见光反射率的反射型电致变色器件。本器件主要包括透明非导电基底、金属电极、电致变色层、金属反射层及透明导电层。所述器件的特点是将金属反射层夹入两个电致变色层之间，其既可以做为电解质层用于传导锂离子或氢离子，又可以作为反射层对入射光线进行反射。通过改变外加电场的极性和强度，可以改变器件对可见光的反射率，并且由于锂离子的注入和抽取总量跟外加电场的强度成正比，导致器件对可见光的反射率可以实现连续的渐变式调节。

Description

一种反射型电致变色器件

技术领域

本发明涉及一种电致变色器件的结构和制作方法，特别是一种反射型电致变色器件的结构和制作方法。

背景技术

反射型电致变色器件是指利用材料的电致变色性能，使用外加电场控制光线的反射强度的器件。这种器件可以用于汽车的防眩目后视镜、可调光镜子及反射型显示器等。

反射型电致变色器件的原理是在一层透光率较高的材料和一层反射率较高的材料之间夹入电致变色材料层，利用外加电场控制电致变色材料的颜色深浅，从而控制器件对光线的反射强度，其结构如附图1所示。其中的电致变色材料层一般包括阴极着色材料层、电解质层和离子存储层（一般为阳极着色材料层）。现在广泛用于一些高级轿车的自动防眩后视镜中的，就是这种反射型电致变色器件，如发明专利CN 101457138B就是这一应用的代表，为降低成本，一般采用有机电致变色材料和液态电解质。但由于液态电解质容易泄漏，对器件封装要求非常高，现在新的发展方向是利用固态含锂化合物或聚合物做为电解质材料制成全固态的电致变色器件。但是固态含锂化合物非常容易吸附空气中的水分及与空气中的一些阳离子如：H⁺和Na⁺发生反应，而照成器件失效，因此如发明专利-CN100523975C提出了利用Ta₂O₅做为电解质材料，并使用离子绝缘氧化膜（Al₂O₃或Ta₂O₅）来阻止空气中的水分及其他阳离子对电致变色材料的侵入，从而提高器件的稳定性和使用寿命，但是这样也会同时增加器件制作的复杂性和成本。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种反射型电致变色器件的新结构，所述器件包括透明非导电基底、金属电极、电致变色层、金属反射层及透明导电层。所述器件的特点是将金属反射层夹入两个电致变色层之间，其既可以做为电解质层用于传导锂离子或氢离子，又可以作为反射层对入射光线进行反射。这样，就可以取代一般用做电解质层的固态含锂化合物，既简化了制作工艺，又降低了空气中的水分和其它阳离子对器件的影响，提高了器件的稳定性和使用寿命。

如附图2所示，本发明所述的反射型电致变色器件包括透明非导电基底、金属电极、电致变色层1和电致变色层2、处于两个电致变色材料层之间的金属反射层、以及在电致变色层之上的透明导电层。

在本发明的一种实施方案中，所述器件基底是至少一个透明非导电基底，可以是无机材料，如玻璃，也可以是有机材料，如PET薄膜、塑料。

在本发明的一种实施方案中，在透明非导电基底上形成金属电极。

在本发明的一种实施方案中，在金属电极上形成电致变色层1和电致变色层2。所述电致变色层1是已经锂化后的阴极着色电致变色薄膜，包括但不仅限于：Li _x WO3、Li _x MoO₃、Li _x Nb₂O₅、Li _x TiO₂、Li _x V₂O₅。所述电致变色层2是没有经过锂化的阴极着色材料，包括但不仅限于：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅。

在本发明的一种实施方案中，在两个电致变色层之间形成金属反射层，如：Al、Ag、Ni、Cr、Ni、Ni-Cr、Rh、Ru、Pd。所述金属反射层对可见光的反射率较高，且可以让锂离子通过，既可以做为电解质层用于传导锂离子或氢离子，又可以作为反射层对入射光线进行反射。

在本发明的一种实施方案中，在电致变色层之上形成透明导电层，所述透明导电层包括无机透明导电材料，如：In₂O₃:Sn(ITO)，SnO₂:F(FTO)，ZnO:Al(AZO)。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本发明进一步说明：

图1为现有技术所采用的反射型电致变色器件的结构图。图中，100是器件基板，201是金属反射层，300是电致变色层，包括：301阴极着色电致变色材料层，302电解质层，和303离子存储层（一般为阳极着色电致变色材料），500是透明导电层；

图2为本发明所设计的新型反射型电致变色器件的结构图。图中，100是器件基板，202是金属电极，401是锂化后的阴极着色电致变色层，201是金属反射层，402是没有锂化的阴极着色电致变色层，500是透明导电层。

具体实施方案

实施实例1：具体实施步骤如下：

（1）如附图2所示，利用真空蒸镀法或直流磁控溅射法在透明非导电基底100上制备金属电极202，其厚度在100nm-500nm之间；

（2）利用真空蒸镀法或磁控溅射法在金属电极上制作阴极着色的电致变色层401，如：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅，其厚度在100nm-500nm之间；

（3）对电致变色层401进行锂化，将器件浸入含锂盐的电解质溶液（如：LiClO₄ + Propylene carbonate, LiPF₆ + Ethylene carbonate + Dimethyl carbonate）中，以Pt金属为对电极，组成三电极系统，然后通过施加外加电场，经过电化学循环将锂离子注入到材料之中。锂化后的电致变色层401变成：Li _x WO₃、Li _x MoO₃、Li _x Nb₂O₅、Li _x TiO₂、Li _x V₂O₅；

（4）利用真空蒸镀法或直流磁控溅射法制备金属反射层501，如：Ni、Ni-Cr、Rh、Ru、Pd，其厚度在30nm-200nm之间；

（5）利用真空蒸镀法或磁控溅射法制作电致变色材料层402，如：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅，其厚度在100nm-500nm之间；

（6）制作透明导电层500，如：In₂O₃:Sn(ITO), SnO₂:F(FTO)，ZnO:Al(AZO)，其厚度在100nm-300nm之间，方块电阻小于100W/□，且可见光透光率大于85%。

实施实例2：具体实施步骤如下：

（1）如附图2所示，利用真空蒸镀法或直流磁控溅射法在透明非导电基底100上制备金属电极202，其厚度在100nm-500nm之间；

（2）利用真空蒸镀法或磁控溅射法在已经镀有透明导电材料200的基底100上制作阴极着色的电致变色层401，如：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅，其厚度在100nm-500nm之间；

（3）对电致变色层401进行锂化，利用磁控溅射法在电致变色层401之上镀膜，可以使用纯锂靶材，也可使用一些含锂化合物如：Li₂CO₃,LiSi。锂化后的电致变色层401变成：Li _x WO₃、Li _x MoO₃、Li _x Nb₂O₅、Li _x TiO₂、Li _x V₂O₅；

（4）利用真空蒸镀法或直流磁控溅射法制备金属反射层501，如：Ni、Ni-Cr、Rh、Ru、Pd，其厚度在30nm-200nm之间；

（5）利用真空蒸镀法或磁控溅射法制作电致变色材料层402，如：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅，其厚度在100nm-500nm之间；

（6）制作透明导电层500，如：In₂O₃:Sn(ITO), SnO₂:F(FTO)，ZnO:Al(AZO)，其厚度在100nm-300nm之间，方块电阻小于100W/□，且可见光透光率大于85%。

这样，虽然锂化后的阴极着色电致变色材料颜色较深，但其位于金属反射层的下面，主要起存储锂离子的作用。在没有外加电场时，初始状态的阴极着色的电致变色层402处于浅色状态，器件对可见光的反射较高。如果在透明导电层500端加上负电压，而在金属电极202端加上正电压，存储在电致变色层401中的锂离子会在电场的作用下经过金属反射层501注入到电致变色层402之中，导致材料变成深色，此时器件对可见光的反射率降低。然后，如果将外加电场的极性反转，在电致变色层402之中的锂离子又会被抽取出来经过金属反射层501，重新回到电致变色层401中，器件对可见光的反射率增高。因而，通过改变外加电场的方向和强度，就可以改变器件对可见光的反射率，并且由于锂离子的注入和抽取总量跟外加电场的强度成正比，导致器件对可见光的反射率可以实现连续的渐变式调节。

与现有技术相比，这种新型电致变色器件利用金属反射层取代固态含锂化合物来实现锂离子的传导，同时又可以达到对光线的反射，既简化了制作工艺，又降低了空气中的水分和其它阳离子对器件的影响，提高了器件的稳定性和使用寿命。

Claims (10)

1.一种反射型电致变色器件，其特征在于，包括：透明非导电基底；金属电极，其形成于所述透明非导电基底之上；电致变色材料层1和电致变色材料层2，其形成于金属电极之上；金属反射层，其形成于两个电致变色材料层之间；透明导电层，其形成于电致变色材料层之上。

2.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件，其特征在于，所述透明非导电基底包括无机材料或有机材料，包括：玻璃、PET薄膜、塑料。

3.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料层1是锂化后的阴极着色电致变色材料，包括：Li _x WO₃、Li _x MoO₃、Li _x Nb₂O₅、Li _x TiO₂、Li _x V₂O₅。

4.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件，其特征在于，所述电致变色材料层2是阴极着色电致变色材料，包括：WO₃、MoO₃、Nb₂O₅、TiO₂、V₂O₅。

5.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件，其特征在于，所述金属反射层对可见光的反射率大于50%，且可以让锂离子通过，包括：Al、Ag、Ni、Cr、Ni-Cr、Rh、Ru、Pd。

6.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件，其特征在于，所述透明导电层方块电阻小于100W/□，且可见光透光率大于85%，包括：In₂O₃:Sn(ITO), SnO₂:F(FTO)，ZnO:Al(AZO)。

7.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件的制作方法，其特征在于，所述电致变色材料层1是锂化后的阴极着色电致变色材料，所述锂化的方法包括：将电致变色材料浸入含锂盐的电解质溶液中，并以Pt金属为对电极，组成三电极系统，然后通过施加外加电场，经过电化学循环将锂离子注入到材料之中的方法。

8.根据权利要求书7所述的反射型电致变色器件的制作方法，其特征在于，所述含锂盐的电解质溶液，包括：LiClO₄ + Propylene carbonate, LiPF₆ + Ethylene carbonate + Dimethyl carbonate。

9.根据权利要求书1所述的反射型电致变色器件的制作方法，其特征在于，所述电致变色材料层1是锂化后的阴极着色电致变色材料，所述锂化的方法包括：使用磁控溅射在电致变色材料层1上镀膜，以含锂的化合物或者金属锂为靶材，将锂离子注入到材料之中的方法。

10.根据权利要求书9所述的反射型电致变色器件的制作方法，其特征在于，所述靶材为含锂的化合物，包括：Li₂CO₃,LiSi。