CN104216191B - 电致变色膜 - Google Patents
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Abstract
一种电致变色膜，包括第一基板、第二基板以及设置于第一基板及第二基板间的带电微粒容纳层，第一基板朝向带电微粒容纳层的一侧设置多个第一电极，第二基板朝向带电微粒容纳层的一侧设置多个第二电极，带电微粒容纳层上对应第一电极及第二电极贯通开设有多个通孔，每个通孔的两端分别对应一个第一电极及一个第二电极，通孔为阶梯孔，其包括相互连通的第一通孔及第二通孔，第一通孔靠近第一电极，第二通孔靠近第二电极，电致变色膜还包括介电溶液，介电溶液容纳于阶梯孔中，介电溶液中分散有有色的带电微粒，带电微粒能够在第一电极与对应的第二电极间的电场作用下呈不同的排列状态。上述电致变色膜结构简单、能够局部变色且具有防眩功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种变色膜，尤其涉及一种通电后能够变色的变色膜。
背景技术
在光学材料领域中，通常的电致变色膜大致有两类：一种为利用液晶显示原理变色的电致变色膜，另一种为利用氧化还原反应原理变色的电致变色膜。在利用液晶显示原理的变色膜中，液晶容纳于两个平行的透明电极之间，而两个电极的外侧均设有偏振片。光线首先通过第一个偏振片及第一个电极，再穿过液晶之间的缝隙，然后由第二个电极及第二个偏振片射出。通过改变电极间的电场方向来改变液晶的排列方向，由此可以改变液晶件的缝隙，因而光线的射出量及色彩得到改变，达到变色膜变色的目的。然而这种变色膜需设置偏振片将光线偏振，导致变色膜的结构复杂化，制造成本较高。在利用氧化还原反应原理的变色膜中，电致变色材料在外加电场作用下发生氧化还原反应，得失电子，使材料的颜色发生变化以达到变色的目的。然而这种变色膜只能在模糊的范围内变色，其局部变色区域无法精确控制。
发明内容
鉴于上述情况，有必要提供一种结构简单、能够局部变色的电致变色膜。
一种电致变色膜，包括第一基板、第二基板以及设置于该第一基板及第二基板之间的带电微粒容纳层，该第一基板朝向该带电微粒容纳层的一侧设置多个第一电极，该第二基板朝向该带电微粒容纳层的一侧设置多个第二电极，该带电微粒容纳层上对应该多个第一电极及该多个第二电极贯通开设有多个通孔，每个通孔的两端分别对应一个第一电极及一个第二电极，该多个通孔为阶梯孔，每个阶梯孔包括第一通孔及与该第一通孔相互连通的第二通孔，该第一通孔靠近该第一电极，该第二通孔靠近该第二电极，每个第一通孔沿平行于该第一基板的方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔沿平行于该第一基板的方向的横截面的面积比值大于或等于3，每个通孔中的该第一电极与该第二电极平行相对且极性相反，该电致变色膜还包括介电溶液，该介电溶液容纳于该第一通孔及该第二通孔中，该介电溶液中分散有有色的带电微粒，该带电微粒能够在该第一电极与对应的该第二电极间的电场作用下被吸引到该第一电极或该第二电极上并呈不同的排列状态，从而遮盖该第一电极或堆叠于该第二电极上。
本发明的电致变色膜的第一通孔及第二通孔连通共同形成一个收容腔，包含带电微粒的介电溶液容纳于该收容腔内。由于每个第一通孔沿平行于第一基板的方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔沿平行于第一基板的方向的横截面的面积比值大于或等于3，通过改变第一电极及第二电极间的电场方向，带电微粒能在该收容腔内呈不同的排列状态以改变电致变色膜上光线的通过率，无需复杂结构即可实现电致变色膜的变色功能。且每一对第一电极及第二电极间电场的方向均可通过外接电路分别控制，因此可控制电致变色膜局部变色。
附图说明
图1为本发明实施方式提供的电致变色膜处于透明状态时的俯视图。
图2为图1所示的电致变色膜沿II-II线的截面示意图。
图3为图1所示的电致变色膜处于着色状态时的俯视图。
图4为图3所示的电致变色膜沿IV-IV线的截面示意图。
图5为图1所示的电致变色膜处于部分透明状态时沿II-II线的截面示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
请一并参阅图1及图2，本发明实施方式的电致变色膜100包括第一基板10、第一膜层30、第二膜层50、第二基板70以及介电溶液90。第一基板10、第一膜层30、第二膜层50及第二基板70均为透明膜状且依次层叠设置，介电溶液90容纳于第一膜层30及第二膜层50内。
第一基板10为透明薄膜，其一个表面上形成呈矩阵排列的多个第一电极12。第一电极12为透明电极。在本实施例中，第一电极12为氧化铟锡(ITO)电极，其为矩形，第一电极12通过印刷粘附于第一基板10的表面。每个第一电极12均与一个外围控制电路(图未示)电性连接，并可受该控制电路控制。
第一膜层30为透明薄膜，其光学特性与第一基板10相同。第一膜层30层叠设置于第一基板10上设置有第一电极12的一侧，第一膜层30上对应第一电极12贯通开设有多个第一通孔32，第一通孔32用于容纳介电溶液90。第一通孔32呈矩阵排列且与第一电极12一一对应。在本实施例中，第一通孔32为矩形通孔。每个第一通孔32靠近第一基板10的一侧被对应的一个第一电极12密封。每个第一通孔32沿平行于第一基板10的方向的横截面的面积范围可以按照变色范围所需的控制精度进行适当选取，可以选择纳米级精度至百微米级精度。在本实施例中，每个第一通孔32沿平行于第一基板10的方向的横截面的面积在0.04mm2至0.09mm2范围内选取。在本实施例中，每个第一通孔32沿平行于第一膜层30的方向的横截面的面积与对应的第一电极12的面积相同，使得每个第一电极12能够完全收容于对应的第一通孔32。
第二膜层50为透明薄膜，其光学特性与第一基板10相同。第二膜层50层叠设置于第一膜层30背离第一基板10的一侧。第二膜层50上贯通开设有多个第二通孔52，第二通孔52用于容纳介电溶液90。该多个第二通孔52呈矩阵排列且与第一通孔32一一对应，每个第二通孔52与对应的一个第一通孔32相互连通。在本实施例中，第二通孔52为圆形通孔，每个第一通孔32沿平行于第一基板10方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔52沿平行于第一基板10方向的横截面的面积比值大于或等于3，使得第一通孔32与对应的第二通孔52共同形成的收容腔呈倒“T”形。可以理解，每个第一通孔32沿平行于第一基板10方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔52沿平行于第一基板10方向的横截面的面积比值可以大于3，例如，可以取为4、5、6或其他能够实现的比值。可以理解，第二通孔52可为矩形通孔、三角形通孔或其他几何形状的通孔。
第二基板70为透明薄膜，其光学特性与第一基板10相同。第二基板70层叠设置于第二膜层50背离第一膜层30的一侧。第二基板70贴合于第二膜层50的表面上设置有多个第二电极72，第二电极72为透明电极，其呈矩阵排列于第二基板70上。在本实施例中，第二电极72为氧化铟锡(ITO)电极，其为圆形，第二电极72通过印刷粘附于第二基板70的表面。每个第二电极72均对应一个第二通孔52，且将该第二通孔52靠近第二基板70的一端密封。在本实施例中，每个第二电极72的面积与对应的一个第二通孔52沿平行于第二膜层50的方向的横截面的面积相同，使得每个第二电极72能够完全嵌入对应的第二通孔52中。可以理解，第二电极72可以取其他形状，仅需保证每个第二电极72可以收容于对应的一个第二通孔52中即可。例如，第二电极72可为矩形电极、三角形电极或其他几何形状的电极。每个第二电极72均与对应的一个第一电极12平行相对，且均与外围控制电路(图未示)电性连接，并可受对应控制电路控制以配合对应的第一电极12形成电场。每个第一电极12收容于第一通孔32内的面积与对应的一个第二电极72收容于第二通孔52内的面积比大于或等于3，可以理解，该比值可以大于3，例如，该比值可取为4、5、6等。
介电溶液90容纳于第一通孔32及与第一通孔32对应的第二通孔52中，其光学特性与第一基板10的光学特性相同。介电溶液90可取一般性的电泳缓冲液，用于保持溶液的导电性。介电溶液90中含有带电微粒92，带电微粒92为有色微粒，以利于电致变色膜100达到变色的目的。在第一电极12及第二电极72未通电的状态下，带电微粒92分散于介电溶液90中，并能够在介电溶液90中自由移动。而在第一电极12及第二电极72间的电场作用下，带电微粒92能够随电场方向呈不同的排列状态。第一通孔32及与第一通孔32对应的第二通孔52中的带电微粒92的数量要求为：带电微粒92至少平铺满对应的第一电极12，最多堆叠填满第二通孔52。
在本实施例中，介电溶液90为溶胶凝胶溶液，带电微粒92为电泳粒子微胶囊。可以理解，介电溶液90还可以为其他常用的电泳缓冲液，例如硼酸电泳缓冲液或磷酸电泳缓冲液等。带电微粒92可根据需要选取其他有色微粒，例如，带电微粒92还可以选取有机带电基团或有色金属离子如铜离子、铁离子等。
组装电致变色膜100时，首先，根据第一通孔32及第二通孔52的容积计算出带电微粒92的需要量，以确定介电溶液90中带电微粒92的含量及浓度，配制含有带电微粒92的介电溶液90。其次，将第一膜层30层叠于第一基板10上，使得第一通孔32与第一电极12一一对应。再将第二膜层50层叠于第一膜层30上，使得第二通孔52与第一通孔32一一对应并连通。然后，将介电溶液90注入第一通孔32与第二通孔52组成的收容腔中。最后，将第二基板70层叠于第二膜层50上，使得第二电极72与第二通孔52一一对应。
使用电致变色膜100时，将第一电极12及第二电极72通电，使得第一电极12带正电，第二电极72带负电，形成第一电场方向。在本实施例中，带电微粒92带正电。在第一电场方向作用下，带正电的带电微粒92被吸引至堆叠于带负电的第二电极72上。此时，光线可穿透电致变色膜100的其余部分，而带电微粒92能够阻挡光线的实体面积非常有限，因此在肉眼观察下，此时的电致变色膜100大致呈透明状态。
请一并参阅图3及图4，改变第一电极12及第二电极72之间的电场方向为第二电场方向，使得第一电极12带负电，第二电极72带正电。带正电的带电微粒92被吸引至带负电的第一电极12的一侧并遮盖第一电极12。此时，带电微粒92大致呈平铺状态，其能够阻挡光线的实体面积大大增加，使得大部分光线被带电微粒92反射，因此在肉眼观察下，此时的电致变色膜100大致呈着色状态，其颜色为带电微粒92本身的颜色。
请一并参阅图5，分别控制每一对第一电极12及第二电极72之间的电场方向，使得所有的电场方向不全相同，即一部分电场为第一电场方向，另一部分为第二电场方向。则部分带电微粒92被吸引至第一电极12的一侧并遮盖第一电极12，而另一部分带电微粒92被吸引至堆叠于第二电极72上。此时，仅部分带电微粒92能够阻挡光线，由此可以改变光线的穿透量及反射量，因此在肉眼观察下，电致变色膜100呈部分透明状态，可作为防眩膜使用。
本发明的电致变色膜100的每个第一通孔32与对应的一个第二通孔52相互连通共同形成一个收容腔，包含带电微粒92的介电溶液90容纳于该收容腔内。每个第一通孔32沿平行于第一基板10方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔52沿平行于第一基板10方向的横截面的面积比值大于或等于3，通过改变第一电极及第二电极间的电场方向，带电微粒92能在该收容腔内呈不同的排列状态。当电致变色膜100内所有的带电微粒92受电场作用遮盖第一电极12时，大部分光线被带电微粒92反射，电致变色膜100大致呈着色状态，显出带电微粒92的颜色。当电致变色膜100内所有的带电微粒92受电场作用堆叠于第二电极72上时，光线可穿过电致变色膜100上大部分面积，则电致变色膜100大致呈透明状态。即，通过改变第一电极12及第二电极72间的电场方向，无需复杂结构即可实现电致变色膜100的变色功能。而每一对第一电极12及第二电极72间电场的方向均可通过外接电路分别控制，因此可精确控制电致变色膜100局部变色。通过分别控制每个第一电极12及与其对应的第二电极72之间的电场方向，使得电致变色膜100局部变色来改变光线的穿透量及反射量，又可使电致变色膜100具有防眩光的功能。所以，本发明的电致变色膜100结构简单、能够精确控制局部变色且能够防眩光。
可以理解，第一通孔32还可以为圆形通孔、三角形通孔或其他几何形状的通孔。对应地，第一电极12可以取其他形状，仅需保证每个第一电极12可以收容于对应的第一通孔32中即可。例如，第一电极12可为圆形电极、三角形电极或其他几何形状的电极。
可以理解，第一电极12及第二电极72的面积可有多种选择。例如，第一电极12的面积大于第一通孔32沿平行于第一膜层30的方向的横截面的面积，每个第一电极12覆盖对应的一个第一通孔32。再如，第一电极12面积小于第一通孔32沿平行于第一膜层30方向的横截面面积，每个第一电极12收容于对应的一个第一通孔32中。相应地，第二电极72面积大于第二通孔52沿平行于第二膜层50的方向的横截面的面积，每个第二电极72覆盖对应的一个第二通孔52。或者，第二电极72面积小于第二通孔52沿平行于第二膜层50的方向的横截面的面积，每个第二电极72收容于对应的一个第二通孔52中。
可以理解，第一膜层30及第二膜层50可以一体成型为一个带电微粒容纳层，仅需在该带电微粒容纳层上开设若干呈矩阵排列的通孔，且该通孔为阶梯孔，该阶梯孔由第一通孔32及第二通孔52组成，同时满足每个第一通孔32沿平行于第一基板10的方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔52沿平行于第一基板10的方向的横截面的面积比值大于或等于3，且每个第二通孔52沿平行于第一基板10的方向的横截面的面积精度范围可以选择纳米级精度至百微米级精度。
可以理解，第一基板10、第二基板70、第一膜层30及第二膜层50可以选取有色膜，仅需保证其具有一定透光性且颜色与带电微粒92的颜色不相同以利于电致变色膜100达到变色的目的即可。相应地，介电溶液90也可以选取与第一基板10、第二基板70、第一膜层30及第二膜层50颜色相一致的溶液。
本发明的电致变色膜100可应用于居室窗户、汽车车窗等场所，通过变色以改变窗内的光线状况；同时还可以用于汽车车灯上，起到防眩光的保护功能。可以理解，本发明的电致变色膜100还可以应用于其他需要变色或防眩的场所。
另外，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种电致变色膜，包括第一基板、第二基板以及设置于该第一基板及第二基板之间的带电微粒容纳层，该第一基板朝向该带电微粒容纳层的一侧设置多个第一电极，该第二基板朝向该带电微粒容纳层的一侧设置多个第二电极，该带电微粒容纳层上对应该多个第一电极及该多个第二电极贯通开设有多个通孔，每个通孔的两端分别对应一个第一电极及一个第二电极，其特征在于：该多个通孔为阶梯孔，每个阶梯孔包括第一通孔及与该第一通孔相互连通的第二通孔，该第一通孔靠近该第一电极，该第二通孔靠近该第二电极，每个第一通孔沿平行于该第一基板的方向的横截面的面积与对应的一个第二通孔沿平行于该第一基板的方向的横截面的面积比值大于或等于3，每个通孔中的该第一电极与该第二电极平行相对且极性相反，该电致变色膜还包括介电溶液，该介电溶液容纳于该第一通孔及该第二通孔中，该介电溶液中分散有有色的带电微粒，该带电微粒能够在该第一电极与对应的该第二电极间的电场作用下被吸引到该第一电极或该第二电极上并呈不同的排列状态，从而遮盖该第一电极或堆叠于该第二电极上。
2.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该第一通孔沿平行于该第一基板的方向的横截面的面积取值范围为0.04mm2至0.09mm2。
3.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该带电微粒容纳层包括层叠设置的第一膜层及第二膜层，该第一通孔设置于该第一膜层上，该第二通孔设置于该第二膜层上。
4.如权利要求3所述的电致变色膜，其特征在于：每个第一电极收容于该第一通孔内的面积与对应的一个第二电极收容于该第二通孔内的面积比大于或等于3。
5.如权利要求4所述的电致变色膜，其特征在于：每个第一通孔及对应的该第二通孔中的该带电微粒至少能平铺满对应的该第一电极，且最多堆叠填满该第二通孔。
6.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该第一通孔及该第二通孔均为矩形通孔。
7.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该第一通孔及该第二通孔均为圆形通孔。
8.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该第一基板、该第二基板及该带电微粒容纳层均为透明膜且光学特性相同。
9.如权利要求1所述的电致变色膜，其特征在于：该第一基板、该第二基板及该带电微粒容纳层均为有色透光膜且光学特性相同。
10.如权利要求8或9所述的电致变色膜，其特征在于：该介电溶液的光学特性与该第一基板、该第二基板及该带电微粒容纳层的光学特性相同。
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