CN107402488A - 电致变色元件的驱动方法及决定褪色电压的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电致变色元件的驱动方法及决定褪色电压的方法。该驱动方法用以驱动电致变色元件。电致变色元件驱动方法包括下列步骤：施加在电压区间内变动的感测电压于电致变色元件，以感测出电致变色元件开始变色时所对应到的临限电压值，且临限电压值落在电压区间内；根据该临限电压值决定褪色电压；在感测出临限电压值之后，施加驱动电压于电致变色元件，以使电致变色元件变色；以及施加褪色电压于电致变色元件，以加速电致变色元件的褪色。
Description
技术领域
本发明涉及一种藉由电压驱动的电子元件的驱动方法，且特别涉及一种电致变色元件的驱动方法与决定电致变色元件的褪色电压的方法。
背景技术
电致变色元件(electrochromic device，ECD)具有低驱动电压及双稳态的特性。在外加电压的作用下，电致变色元件会发生稳定且可逆的颜色变化现象。此外，根据不同的环境需求，可使用不同的电致变色材料、电致变色电解质或是上述两者间的搭配，以使电致变色元件产生不同的颜色变化。现已有多种电致变色元件应用于汽车天窗与防眩光后视镜、飞机观景窗、建筑技术上的节能智能窗户及艺术玻璃中，通过电致变色元件颜色变化的机制达到改变环境光强度、人为光照程度调制和/或防窥的目的，进而提供一光智能调制解决方案，以提供情境光源、提高视觉呈现效果以及解决环境光污染等问题。
电致变色元件在经过适当的驱动电压驱动之后，在未被施加电压的情况下可以缓慢地褪色。在现有的技术中，可通过施加于电致变色元件一个与驱动电压反向的褪色电压以使得褪色的过程加速。然而，现有技术并未针对如何决定并且施加正确的反向褪色电压提出解决的方案。
发明内容
本申请案提供一种电致变色元件的驱动方法以及一种决定褪色电压的方法。
本申请案的一实施例提供一种电致变色元件的驱动方法，其包括下列步骤：施加在一电压区间内变动的一感测电压于电致变色元件，以感测出电致变色元件开始变色时所对应到的一临限电压值，且临限电压值落在电压区间内；根据临限电压值决定一褪色电压；在感测出临限电压值之后，施加一驱动电压于电致变色元件，以使电致变色元件变色；以及施加褪色电压于电致变色元件，以加速电致变色元件的褪色。
本申请案的另一实施例提供一种决定褪色电压的方法，适于决定一已变色的电致变色元件的一褪色电压，此方法包括：施加在一电压区间内变动的一感测电压于电致变色元件，以感测出电致变色元件开始变色时所对应到的一临限电压值，且临限电压值落在电压区间内；以及根据临限电压值决定褪色电压。
基于上述，本申请案的上述实施例藉由施加在特定电压区间内变动的感测电压于电致变色元件，以感测出电致变色元件开始变色时所对应到的临限电压值，并且根据此临限电压值决定出一适当的褪色电压，进而达到加速电致变色元件的褪色。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A至图1C分别为本申请案的一实施例中的电致变色元件在被驱动而改变颜色之前、被驱动而改变颜色之后以及施加过当的褪色电压之后的剖面示意图。
图2为本申请案的一实施例中电致变色元件的透光率随时间变化的曲线图。
图3为本申请案的一实施例中施加于电致变色元件的电压以及电致变色元件的透光率随时间变化的曲线图。
图4A与图4B为本申请案的一实施例中电致变色元件被应用于显示面板中的示意图。
图5是本申请案的一实施例中驱动方法的流程示意图。
图6A与图6B分别为本申请案不同实施例中驱动方法的示意图。
【符号说明】
100：电致变色元件
400：电致变色面板
110：第一基材
120：第二基材
130：第一电极层
140：第二电极层
150：电解质层
160：电致变色材料
210、220、230：曲线
310：透光率曲线
320：电压曲线
410：像素结构
420：感测元件
430：栅极驱动电路
440：源极驱动电路
V：电压
P1：第一周期
P2：第二周期
P3：第三周期
t1、t2、t3、t4：时间
TX：驱动电极
RX：感应电极
具体实施方式
图1A至图1C分别为本申请案的一实施例中的电致变色元件在被驱动而改变颜色之前、被驱动而改变颜色之后以及施加过当的褪色电压之后的剖面示意图。如图1A至图1C所示，本实施例的电致变色元件100包括第一电极层130、第二电极层140、电解质层150以及电致变色材料160，其中此电解质层150与电致变色材料160位于第一电极层130与第二电极层140之间。在本实施例中，前述的电致变色元件100可进一步包括第一基材110与第二基材120，其中第一电极层130位于第一基材110与电致变色材料160之间，且第二电极层140位于第二基材120与电致变色材料160之间。换句话说，第一基板110与第二基板120用以承载第一电极层130、第二电极层140以及位于第一电极层130与第二电极层140之间的电解质层150及电致变色材料160。在本实施例中，第一基板110与第二基板120可为硬质基板(rigidsubstrates)或可挠性基板(flexible substrates)，而第一基板110与第二基板120例如为玻璃基板或塑胶基板，然本实施例不限于此。
依据电致变色元件100的应用领域以及其类型，电致变色元件100中的第一电极层130与第二电极层140可以采用不同的设计。在一实施例中，第一电极层130与第二电极层140为透明导电层，且第一电极层130与第二电极层140的材质例如为铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或氧化铝锌(AZO)等，然本申请案并不限于此。在另一实施例中，第一电极层130与第二电极层140中的一个为透明导电层，而第一电极层130与第二电极层140中的另一个为不透明导电层。举例而言，第一电极层130可为透明导电层，而第二电极层140可为不透明导电层(例如反射电极)；或者，第一电极层130可为不透明导电层(例如反射电极)，而第二电极层140可为透明导电层。如图1A至图1C所示，电致变色元件100的驱动可通过施加于第一电极层130与第二电极层140之间的电压V来达成。
电解质层150通常由导电离子材料组成，例如过氯酸锂(LiClO4)、过氯酸钠(NaClO4)或固体电解质等材料，然本申请案亦不限于此。电致变色材料160包括无机材料或有机材料。无机材料例如为三氧化钨(WO3)或共价金属错合物普鲁士蓝(Prussian Blue，Fe4[Fe(CN)6]3)等材料，而有机材料例如为紫精(Viologen)或聚乙二氧基噻吩(Polyethylenedioxythiophene，PEDOT)等材料，然本申请案亦不限于此。
请参考图1A与图1B，本实施例的电致变色元件100在未被驱动时，其状态如图1A所示。当电致变色元件100被驱动而开始运作时，在第一电极层130与第二电极层140之间施加一个驱动电压以使电致变色材料160在所施加的驱动电压的作用下发生氧化还原反应，进而使得电致变色材料160颜色产生变化。
电解质层150也可以使用与电致变色材料160电性相反的第二电致变色材料所制成，以致于电致变色材料160在发生颜色改变时，电解质层150的颜色也同步发生改变，使得电解质层150与电致变色材料160之间达到颜色加成或互补的作用。举例而言，电致变色材料160采用的是氧化型的变色材料，则电解质层150可用还原型的变色材料当作第二电致变色材料。在通过第一电极130与第二电极140施加驱动电压至上述电致变色材料160与电解质层150时，电致变色材料160因氧化作用而变色，而电解质层150因还原作用而变色，然本申请案所提出的驱动方法并不限于此。
继续参考图1A与图1B，在电致变色元件100被驱动而变色之后，若是停止施加电压于已变色的电致变色元件100上，电致变色元件100会缓慢地褪色成如图1A所绘示的状态。在电致变色元件100被驱动而变色之后，若是施加与驱动电压反向的褪色电压于已变色的电致发光元件100上，则可以使电致发光元件100加速褪色。
请参考图1C，在电致变色元件100被驱动而变色之后，若是施加过大的反向电压于已变色的电致发光元件100上，则会使电致发光元件100在褪色过程中进一步重新改变颜色。具体而言，施加于电致变色元件100的驱动电压会使得电致变色材料160在邻近于第二电极层140处被反应成有颜色的化合物(如图1B所示)；若是施加反向电压(即褪色电压)会使得电致变色元件100开始褪色，而在电致发光元件100褪色的过程中，若前述所施加的褪色电压过当，则电致变色材料160会在邻近于第一电极层130处被反应成有颜色的化合物，进而导致电致发光元件100在褪色过程中进一步重新改变颜色，导致电致发光元件100的褪色速度下降。
图2绘示出本申请案的一实施例中电致变色元件的透光率随时间变化的曲线图。请参照图2，在电致变色元件100被驱动而变色(例如透光率下降)之后，若未施加褪色电压于电致变色元件100时，电致变色元件100的透光率变化如曲线210所示；在电致变色元件100被驱动而变色之后，若施加适当的褪色电压于电致变色元件100时，电致变色元件100的透光率变化如曲线220所示；以及在电致变色元件100被驱动而变色之后，若施加过当的褪色电压于电致变色元件100时，电致变色元件100的透光率变化如曲线230所示。从图2可知，在电致变色元件100被驱动而变色之后，若施加适当的褪色电压于电致变色元件100时，其褪色速度(即曲线220)优于其他状况。值得注意的是，在电致变色元件100被驱动而变色之后，若施加过当的褪色电压于电致变色元件100时，其褪色速度(即曲线230)最慢。
图3绘示出本申请案的一实施例中施加于电致变色元件的电压以及电致变色元件的透光率随时间变化的曲线图。请参照图3，施加于电致变色元件100的电压以及电致变色元件100的透光率会随着时间而变化，如图3所示，电致变色元件100的驱动过程可区分为介于第一时间点t1与第二时间点t2之间的第一区间P1、介于第二时间点t2与第三时间点t3之间的第二区间P2以及介于第三时间点t3与第四时间点t4之间的第三区间P3。
如图3所示，在第一区间P1、第二区间P2与第三区间P3中，施加于电致变色元件100上的电压变化如电压曲线320所示，而当所施加的电压不同时，电致变色元件100在第一区间P1、第二区间P2与第三区间P3会分别呈现出不同的透光率，如透光率曲线310。在第一区间P1内所施加的电压为电致变色元件100的感测电压，其电压极性与第二区间P2内所施加的驱动电压反向且呈现递增/减状(视第二区间P2内所施加的电压极性而定)。在第二区间P2内所施加的电压为电致变色元件100的驱动电压，用以驱动电致变色元件100变色，进而使得电致变色元件100在第二区间P2内的透光率曲线310下降。在第三区间P3内所施加的褪色电压与驱动电压反向，用以使电致变色元件100褪色，进而使得电致变色元件100在第三区间P3内的透光率曲线310逐渐升高(恢复透光率)。值得注意的是，褪色电压的施加时间可以短于或等于第三区间P3。
在本申请案的一实施例中，在第二区间P2之前的第一区间P1内，施加与驱动电压反向的感测电压于电致变色元件100中。此与驱动电压反向的感测电压例如是由0开始随时间递增或递减，直到电致变色元件100的相对应的透光率曲线310开始下降为止。意即，当驱动电压为负值时，感测电压由0开始随时间递增，而当当驱动电压为正值时，感测电压由0开始随时间递减。换句话说，前述的感测电压在一电压区间内变动，电压范围为0V至P2所施加的最大电压值，且此感测电压的变化可使用波形来表示，而此用以代表感测电压变化的波形例如为具有特定斜率的三角波形或阶梯波形，然本申请案亦不限于此。举例而言，在第二时间点t2上所得的电压值可被定义为临限电压值，并且第三区间P3中施加于电致变色元件100的褪色电压是以此临限电压值来决定。值得注意的是，前述的临限电压值不限定必须是第二时间点t2所对应到的电压值，前述的临限电压值可以是第一区间P1内特定时间的所对应到的电压值，其对应的状况会依不同的电致变色材料与电解质材料系统而有所不同。
除了检测电致变色元件100的透光率之外，临限电压值的感测方法也可由电致变色元件100的电流或电压的变化来决定。换句话说，前述的临限电压值的感测方法可由电致变色元件100的透光率、电流以及电压中的其中一个的变化来决定。另一方面，在第一区间P1中，电致变色元件100开始变色取决于其透光率的下降，本领域技术人员可预先设定一相对透光率的下降幅度以判断电致变色元件100是否开始变色。举例而言，变色与否取决于前述的相对透光率的下降幅度，例如，设定原透光率为100％，当透光率下降至原透光率的90％或其他门槛值时，则可视为开始变色。
在本申请案的一实施例中，上述的临限电压值为负值，所对应到的感测电压与褪色电压为负电压，且驱动电压为正电压。在本申请案的另一实施例中，上述的临限电压值为正值，所对应到的感测电压与褪色电压为正电压，且驱动电压为负电压。换句话说，施加于电致变色元件100中的感测电压与褪色电压的极性相同，且施加于电致变色元件100中的感测电压与驱动电压的极性相反。
本实施例藉由电致变色元件100的透光率、电流以及电压中的至少其中一个的变化来决定临限电压值，在决定临限电压值之后，可进一步根据临限电压值决定出于第三区间P3内所欲施加至电致变色元件100的褪色电压。换句话说，褪色电压与临限电压值之间存在一特定关系。在本申请案的一实施例中，褪色电压为临限电压值乘上一个小于或等于1的正数。举例而言，前述的正数例如为0.8。
临限电压值与施加于电致变色元件100中的褪色电压之间的对应关系可以找查表(look-up table，LUT)的方式记录于电致变色元件100的控制电路中。举例而言，前述的找查表可以固件方式存储于电致变色元件100的存储器内。此外，临限电压值与施加于电致变色元件100中的褪色电压之间的对应关系可以依据电致变色元件100本身老化的情况而随时被更新。据此，本实施例可快速地决定出电致变色元件100的正确褪色电压，且此褪色电压能够随着电致变色元件100本身老化的情况而适当地被调整与更新。
在本申请案的一实施例中，电致变色元件100会持续地被驱动电压驱动多次，而在每次施加驱动电压(第二区间P2)之前，都可施加感测电压(第一区间P1)于电致变色元件100中。换句话说，每个第二区间P2之前都存在有第一区间P1，如图6A所示。在本申请案的其他实施例中，电致变色元件100会持续地被驱动电压驱动多次，而感测电压的施加频率(即第一区间P1的出现频率)可低于驱动电压的施加频率(即第二区间P2的出现频率)，进而达到节省电力的效果。换句话说，每两个第一区间P1之间存在有多个第二区间P2，如图6B所示。
图4A与图4B绘示出本申请案的一实施例中电致变色元件被应用于显示面板的示意图。如图4A所示，电致变色面板400包括了多个像素结构410、多个感测元件420、栅极驱动电路430、源极驱动电路440、驱动电极TX以及感测电极RX。在图4A中，每一个像素结构410包含有电致变色材料以及用以驱动电致变色材料的一对电极，并且每一个感测元件420分别对应于其中一个像素结构410，以测量像素结构410的透光率。此外，每一个像素结构410皆通过对应的扫描线、数据线与栅极驱动电路430、源极驱动电路440电性连接，而每一个感测元件420皆与所对应的驱动电极TX与感测电极RX电性连接。换句话说，每一个像素结构410会与对应一个感测元件420，然本实施例不限于此。举例而言，并非每一个像素结构410的透光率都必须藉由感测元件420进行测量，在其他可行的实施例中，感测元件420的数量可以少于像素结构410的数量，如图4B所示。换句话说，感测元件420仅针对部分的像素结构410进行透光率的测量。
图5绘示本申请案的一实施例的电致变色元件驱动方法的步骤流程图。请参考图1A、图4A、图4B与图5，本实施例的电致变色元件驱动方法(绘示于图5中)至少可适用于图1A、图4A及图4B中的电致变色元件100、电致变色面板400。以图1A的电致变色元件100为例，在步骤S500中，施加在电压区间内变动的感测电压V1至电致变色元件100。在步骤S510中，测量电致变色元件100的透光率、电流以及电压中的至少其中一个的变化，以判断是否开始变色。在步骤S510中，若电致变色元件100并未开始变色，则执行步骤S520，随时间递增或递减感测电压V1。在步骤S510中，若电致变色元件100开始变色，则执行步骤S530，感测出电致变色元件100开始变色时所对应到的临限电压值，且临限电压值落在电压区间内，并且将临限电压值乘上小于或等于1的正数以得到褪色电压V3。在步骤S540中，施加驱动电压V2至电致变色元件100使电致变色元件变色。在步骤S550中，施加褪色电压V3于电致变色元件100以加速电致变色元件的褪色。在步骤S560中，测量电致变色元件100的透光率、电流以及电压中的至少一个的变化，以判断电致变色元件100是否完成褪色。在步骤S560中，若电致变色元件100并未完成褪色，则重复执行步骤S550如上述。在步骤S560中，若电致变色元件100已完成褪色，则执行步骤S570，停止施加褪色电压V3。值得注意的是，在其他可行的实施例中，步骤S570也可在电致变色元件100尚未完成褪色之前执行步骤S570，换句话说，可在电致变色元件100尚未完成褪色之前就停止施加褪色电压V3。承上述，不论褪色电压V3施加时间的长短，皆可达到加速电致变色元件褪色的效果。
综上所述，本申请案的上述实施例可藉由感测电压的施加以决定出电致变色元件所需的褪色电压，进而减少电致变色元件褪色所需的时间。
虽然本申请案已以实施例公开如上，然其并非用以限定本申请案，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本申请案的保护范围当视所附权利要求书界定范围为准。
Claims (16)
1.一种驱动方法，用以驱动电致变色元件，特征在于该电致变色元件驱动方法包括：
施加在电压区间内变动的感测电压于该电致变色元件，以感测出该电致变色元件开始变色时所对应到的临限电压值，且该临限电压值落在该电压区间内；
根据该临限电压值决定褪色电压；
在感测出该临限电压值之后，施加驱动电压于该电致变色元件，以使该电致变色元件变色；以及
施加该褪色电压于该电致变色元件，以加速该电致变色元件的褪色。
2.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该电致变色元件包括双极性电致变色元件。
3.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该电致变色元件包括：
第一电极层；
第二电极层；
电致变色材料；以及
电解质层，其中该电致变色材料以及该电解质层位于该第一电极层与该第二电极层之间。
4.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于该电解质层包括电致变色电解质。
5.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该临限电压、该感测电压与该褪色电压的极性相同，且该感测电压与该驱动电压的极性相反。
6.如权利要求5所述的驱动方法，其特征在于该临限电压、该感测电压与该褪色电压为相同极性，该临限电压与该驱动电压为相反极性。
7.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该临限电压值的感测方法包括：
测量该电致变色元件的透光率、电流以及电压中的至少其中一个的变化，以决定出该临限电压值。
8.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该感测电压随着时间递增或递减。
9.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于该感测电压的施加频率低于或等于该驱动电压施加频率。
10.如权利要求1所述的驱动方法，其特征在于根据该临限电压值以决定该褪色电压的方法包括：将该临限电压值乘上一小于或等于1的正数，以得到该褪色电压。
11.一种决定褪色电压的方法，适于决定已变色的电致变色元件的褪色电压，特征在于该方法包括：
施加在电压区间内变动的感测电压于该电致变色元件，以感测出该电致变色元件开始变色时所对应到的临限电压值，且该临限电压值落在该电压区间内；以及
根据该临限电压值决定该褪色电压。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于该感测电压与该褪色电压的极性相同。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于该临限电压、感测电压与该褪色电压为相同极性。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于该临限电压值的感测方法包括：
测量该电致变色元件的透光率、电流以及电压中的至少其中一个的变化，以决定出该临限电压值。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于该感测电压随着时间递增或递减。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于该根据该临限电压值以决定该褪色电压的方法包括：将该临限电压值乘上一小于或等于1的正数，以得到该褪色电压。
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