CN109154755A - 电致变色装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电致变色装置，并且根据本发明的一个方面，提供了一种电致变色装置，其包括：第一电极层；设置在第一电极层上的第一电致变色层；设置在第一电致变色层上的电解质层；设置在电解质层上的第二电致变色层；和设置在第二电致变色层上的第二电极层，其中所述电致变色装置包括第一辅助电极层和第二辅助电极层，所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自设置在彼此对置的第一电致变色层和第二电致变色层各自的相对表面上，电解质层介于第一电致变色层和第二电致变色层之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种电致变色装置。
本申请要求基于2016年6月13日提交的韩国专利申请第10-2016-0072932号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
电致变色装置是指利用当电致变色材料引起电化学氧化或还原反应时出现的可逆颜色变化的元件。虽然这样的电致变色装置具有响应速度慢的缺点，但是即使以小成本也可以制造具有大面积的装置，并且最重要地，其具有功耗低的优点。因此，电致变色装置已经在各种领域例如智能窗、智能镜、电子纸或下一代建筑窗材料中引起关注。
常规的电致变色装置通过包括第一电极(例如ITO电极)、设置在第一电极上的电致变色层、设置在电致变色层上的电解质层、设置在电解质层上的离子存储层和设置在离子存储层上的第二电极(例如ITO电极)而形成。电致变色层和/或离子存储层可以包含电致变色材料，其中颜色可以根据施加的电压而变化。此外，还可以在第一电极和/或第二电极的一侧上设置由玻璃或聚合物树脂形成的透明基础材料。
为了克服常规电致变色装置的慢响应速度，需要引入具有低电阻的透明电极。特别地，常规ITO电极由于由高电阻引起的在大面积电致变色装置中出现的电压降而引起变色响应速度差异，作为克服这一点的技术，积极开发了具有低电阻的透明电极，例如金属网或OMO。
此外，开发了各种类型的辅助电极以提高电致变色装置的响应速度。
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供一种能够通过提高响应速度来高速驱动的电致变色装置。
此外，本发明要解决的问题是提供一种能够防止金属从辅助电极中溶出(elution)的电致变色装置。
此外，本申请要解决的问题是提供一种能够通过辅助电极在提高响应速度的同时在着色和脱色时调节透射率范围的电致变色装置。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种电致变色装置，其包括：第一电极层；设置在第一电极层上的第一电致变色层；设置在第一电致变色层上的电解质层；设置在电解质层上的第二电致变色层；和设置在第二电致变色层上的第二电极层，其中所述电致变色装置包括第一辅助电极层和第二辅助电极层，所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自设置在彼此对置的第一电致变色层和第二电致变色层各自的相对表面上，电解质层介于第一电致变色层和第二电致变色层之间。
此时，所述电致变色装置被设置成使得，当第一辅助电极层和第二辅助电极层各自投影到第一电极层上时，基于第一电极层的被第一辅助电极层和第二辅助电极层覆盖的面积，在着色和脱色时控制透射率。
此外，所述电致变色装置可以被设置成使得，当第一辅助电极层和第二辅助电极层各自投影到第一电极层上时，基于第一电极层的开口率，在着色和脱色时控制电致变色装置的特定位置处的透射率，所述开口率是投影之后第一电极层的未被第一辅助电极层和第二辅助电极层覆盖的面积与投影之前第一电极层的面积之比。
此外，电致变色装置可以被设置成使得随着开口率增加，透射率增加，并且随着开口率降低，透射率降低。
此外，每个辅助电极层可以由金属网或金属条带图案形成。
此外，每个辅助电极层可以包括由金属材料形成的电极部和围绕电极部以使电极部绝缘的绝缘部。
绝缘部可以被设置成防止离子或电子的渗透，并且绝缘部可以由树脂材料形成。
此外，绝缘部可以由丙烯酸酯或环氧树脂形成。
此外，绝缘部还可以包含无机填料或无机填充剂。
此外，绝缘部的宽度可以为5mm或更小，厚度可以为2mm或更小。
此外，电极部的宽度可以为3mm或更小，厚度可以为1mm或更小。
此外，第一辅助电极层和第二辅助电极层可以基于电解质层对称地布置。
此外，第一辅助电极层和第二辅助电极层可以基于电解质层非对称地布置。
此外，开口率可以根据第一辅助电极层和第二辅助电极层的线宽和间距来确定。
此外，根据本发明的另一个方面，提供了一种电致变色装置，其包括：第一电极层；设置在第一电极层上的第一电致变色层；设置在第一电致变色层上的电解质层；设置在电解质层上的第二电致变色层；和设置在第二电致变色层上的第二电极层，其中所述电致变色装置包括第一辅助电极层和第二辅助电极层，所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自设置在彼此对置的第一电极层和第二电极层各自的相对表面上，电解质层介于第一电极层和第二电极层之间。
在此，电致变色装置被设置成使得，当第一辅助电极层和第二辅助电极层各自投影到第一电极层上时，基于第一电极层的被第一辅助电极层和第二辅助电极层覆盖的面积，在着色和脱色时控制透射率。
有益效果
如上所述，根据本发明的一个实施方案的电致变色装置具有以下效果。
通过使一对辅助电极面对或者将它们错开布置，电致变色装置可以具有提高的响应速度，从而具有可以高速驱动的优点。此外，可以通过绝缘防止金属从辅助电极中溶出。此外，可以通过辅助电极在着色和脱色时控制透射率范围。
附图说明
图1为示出与本发明的第一实施方案有关的电致变色装置的概念图。
图2为示出与本发明的第二实施方案有关的电致变色装置的概念图。
图3至7为示出第一辅助电极层的概念图。
图8和9为用于说明由辅助电极层引起的电致变色装置的响应速度变化的图。
图10和11为用于说明开口率与透射率之间的关系的表。
图12至14为用于说明第一辅助电极层和第二辅助电极层的布置的概念图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述根据本发明的一个实施方案的电致变色装置。
此外，无论附图标记如何，相同或相似的附图标记被给予相同或相应的部件，将省略其多余说明，并且为了方便说明，可以放大或缩小所示的每个组成构件的尺寸和形状。
图1为示出与本发明的第一实施方案有关的电致变色装置(100)的概念图，图2为示出与本发明的第二实施方案有关的电致变色装置(200)的概念图。
图3至7为示出第一辅助电极层(180)的概念图。
参照图1，与第一实施方案有关的电致变色装置(100)包括第一电极层(130)；设置在第一电极层(130)上的第一电致变色层(150)；设置在第一电致变色层(150)上的电解质层(170)；设置在电解质层(170)上的第二电致变色层(160)；和设置在第二电致变色层(160)上的第二电极层(140)。
此外，附图标记110表示其上设置有第一电极层(130)的第一基底，附图标记120表示其上设置有第二电极层(140)的第二基底。
此外，电致变色装置(100)包括第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)，所述第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自设置在彼此对置的第一电致变色层(150)和第二电致变色层(160)各自的相对表面上，电解质层(170)介于第一电致变色层(150)和第二电致变色层(160)之间。
参照图2，与第二实施方案有关的电致变色装置(200)包括第一电极层(130)；设置在第一电极层(130)上的第一电致变色层(150)；设置在第一电致变色层(150)上的电解质层(170)；设置在电解质层(170)上的第二电致变色层(160)；和设置在第二电致变色层(160)上的第二电极层(140)。
此外，电致变色装置(200)包括第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)，所述第一辅助电极层(180)和所述第二辅助电极层(190)各自设置在彼此对置的第一电极层(130)和第二电极层(140)各自的相对表面上，电解质层(170)介于第一电极层(130)和第二电极层(140)之间。
参照图1和图2，第一实施方案的电致变色装置(100)与第二实施方案的电致变色装置(200)的区别仅在于形成第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)的位置，并且每个辅助电极层(180、190)具有相同的结构。即，在图1和图2中，由相同的附图标记表示的部件相同。
第一基底(110)和第二基底(120)可以由玻璃或聚合物树脂(例如PET、PES等)形成。
第一电极层(130)和第二电极层(140)是用于向电致变色层(150、170)提供电荷的部件，其中第一电极层(130)和第二电极层(140)各自可以通过包含以下的任一种来形成：选自ITO(铟锡氧化物)、FTO(氟掺杂的锡氧化物)、AZO(铝掺杂的锌氧化物)、GZO(镓掺杂的锌氧化物)、ATO(锑掺杂的锡氧化物)、IZO(铟掺杂的锌氧化物)、NTO(铌掺杂的钛氧化物)、ZnO、OMO(氧化物/金属/氧化物)和CTO的透明导电氧化物；银(Ag)纳米线；金属网；或OMO(氧化物金属氧化物)。第一电极层(130)和第二电极层(140)各自为透明电极层，其可以通过包含具有高光透射率、低薄层电阻和抗渗透性的材料来形成，并且可以包括电极板形状。
形成每个电极层(150、170)的方法没有特别限制，可以没有限制地使用任何已知的方法。例如，可以通过诸如溅射或印刷(丝网印刷、凹版印刷、喷墨印刷等)的方法在玻璃基础层上形成包含透明导电氧化物颗粒的薄膜电极层。由此制备的电极层在真空方法的情况下的厚度可以在10nm至500nm的范围内，而在印刷方法的情况下的厚度可以在0.1μm至20μm的范围内。在一个实例中，包括该电极层的电致变色装置的可见光透射率可以为70％至95％。在该文献中，电致变色装置的透射率为包括电极层的透射率并且意指对可见光的透射率。
此外，第一电致变色层(150)可以包含变色材料，所述变色材料具有与包含在第二电致变色层(160)中的电致变色材料的显色特性互补的显色特性。互补的显色特性是指可以使电致变色材料着色的反应类型彼此不同的情况，例如，其意指当在第二电致变色层(160)中使用氧化性变色材料时，在第一电致变色层(150)中使用还原性变色材料的情况。由于在第一电致变色层(150)和第二电致变色层(160)中分别包含具有互补的显色特性的变色材料，例如，可以同时进行使第一电致变色层(150)通过还原反应着色和使第二电致变色层(160)通过氧化反应着色，并且在相反的情况下，可以同时进行第一电致变色层(150)和第二电致变色层(160)的脱色。因此，可以同时进行整个装置的着色和脱色。如上的着色和脱色可以根据向装置施加的电压的极性来交替。
在一个实例中，当将氧化性变色材料用于第二电致变色层(160)时，第一电致变色层(150)可以包含还原性变色材料例如钨氧化物(WOx)作为电致变色材料。形成包含电致变色材料的第一电致变色层(150)和第二电致变色层(170)的方法没有特别限制，并且可以通过例如气相沉积来进行。
氧化性变色材料可以意指当氧化反应发生时变色的材料，还原性变色材料可以意指当还原反应发生时变色的材料。作为氧化性变色材料，使用Co、Rh、Ir、Ni、Cr、Mn和Fe的氧化物，例如LiNiO2、IrO2、NiO、V2O5、LixCoO2、Rh2O3或CrO3等，作为还原性变色材料，使用Ti、V、Nb、Ta、Mo和W的氧化物，例如WO3、MoO3、Nb2O5、Ta2O5或TiO2等，但本申请的变色材料不限于以上氧化物。
在电解质层(170)中，作为提供用于使电致变色材料变色或脱色的氢离子或锂离子的移动环境的材料，电解质层中使用的电解质的类型没有特别限制，并且可以使用液体电解质、凝胶聚合物电解质或无机固体电解质。
电解质可以包含一种或更多种化合物，例如包含H+、Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+的化合物。在一个实例中，电解质层可以包含锂盐化合物，例如LiClO4、LiBF4、LiAsF6或LiPF6。电解质中包含的离子可以在根据施加的电压的极性被嵌入或移出第一电致变色层(150)或第一电致变色层(170)时对装置的变色或透光率变化发挥作用。
在一个实例中，电解质还可以包含碳酸酯化合物。由于基于碳酸酯的化合物具有高介电常数，所以可以增加由锂盐提供的离子导电率。作为基于碳酸酯的化合物，可以使用以下中的至少一种：PC(碳酸亚丙酯)、EC(碳酸亚乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)和EMC(碳酸乙基甲酯)。
在一个实例中，当在电解质层中使用无机固体电解质时，电解质可以包含LiPON或Ta2O5。此外，无机固体电解质可以为其中LiPON或Ta2O5被添加有诸如B、S和W的组分的电解质。
此外，电致变色装置(100、200)还可以包括用于向电致变色层(150、170)施加电压的电源(驱动部分)。
此外，第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自可以由具有高导电率的金属材料形成，例如，可以由具有高导电率的材料例如银(Ag)或铜(Cu)形成。此外，第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自可以具有金属网或金属条带图案。此外，由于第一第二辅助电极层(190、180)具有相同的结构，所以将描述第一辅助电极层作为实例。参照图4和5，金属网图案(180-1)可以包括在第一方向上延伸的第一组成部分和在与第一组成部分相交的第二方向上延伸的第二组成部分。此时，其通过多个第一组成部分和第二组成部分的交叉结构而具有多个开口。此外，金属条带图案(180-2)具有在一个方向上延伸的条带形状。
此外，第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自可以包括金属材料的电极部和用于使电极部绝缘以防止电极部在电致变色装置(100、200)运行时溶出的绝缘部。具体地，由于离子或电子的渗透，可能发生电极部的溶出问题。绝缘部可以具有围绕电极部的层结构。例如，在图1中，绝缘部可以围绕电极部以使电极部与电解质层(170)绝缘。此外，在图2中，绝缘部可以围绕电极部以使电极部分别与第一电致变色层(150)和第二电致变色层(170)绝缘。
绝缘部可以通过包含树脂材料作为可以防止离子或电子渗透的材料来构成。
图3为示出第一辅助电极层(180)的概念图，参照图3，对于每个电极部(181)和绝缘部(182)，在一个实例中，a(绝缘部的宽度)可以为5mm或更小，b、c(电极部的宽度)和d各自可以为3mm或更小，e(电极部的厚度)可以为1mm或更小，以及f(绝缘部的厚度)可以为2mm或更小。此外，c/a可以为0.9或更小，以及b/d可以为1.5或更小。
图8和9为用于说明由辅助电极层引起的电致变色装置的响应速度变化的图。具体地，图8和9为用于说明在着色(图8)和脱色(图9)时形成电极层和间距为500且线宽为10μm的辅助电极层两者的情况(情况2)和仅形成电极层(ITO)的情况(情况1)的响应速度差异的图。参照图8和9，根据仅使用ITO电极层的情况(情况1)与一起使用辅助电极层的情况(情况2)的比较，可以确定在80％反应时间下的速率在着色时增加至约2.7倍以及在脱色时增加至约4倍。
图10和11为用于说明开口率与透射率之间的关系的表。
当第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自投影到第一电极层(130)(或第二电极层)上时，电致变色装置(100、200)被设置成使得基于第一电极层(130)(或第二电极层)的被第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)覆盖的面积，在着色和脱色时控制透射率。具体地，当第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)各自投影到第一电极层(130)上时，该电致变色装置可以被设置成基于第一电极层的开口率，在着色和脱色时控制电致变色装置的特定位置处的透射率，所述开口率为投影之后第一电极层(130)的未被第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)覆盖的面积与投影之前第一电极层(130)的面积之比。
图10为用于根据金属网类型中的间距和线宽来说明开口率与透射率之间的关系的表。参照图10，可以确定随着开口率增加，透射率增加，并且随着开口率降低，透射率降低。即，随着投影之后第一电极层(130)(或第二电极层)上被第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)覆盖的面积增加，透射率降低，反之，第一电极层(130)(或第二电极层)上被第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)覆盖的面积减小，透射率增加。
参照图11，术语单侧施加为PET/ITO/WO3结构中的测量结果，该结构为电致变色装置中整个层结构的一半区域；术语双侧施加意指PET/ITO/WO3/GPE/PB/ITO/PET结构中的测量结果，该结构为电致变色装置中整个层结构的全部区域。参照图11，可以确定开口率和透射率根据第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)的线宽和间距来确定。
图12至14为用于说明第一辅助电极层和第二辅助电极层的布置的概念图。在这些图中，附图标记300表示其上可以形成有第一辅助电极层的第一电极层或第一电致变色层，附图标记400表示其上可以形成有第二辅助电极层的第二电极层或第二电致变色层。
第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)可以基于电解质层对称地布置。与此不同，参照图12至14，第一辅助电极层(180)和第二辅助电极层(190)可以基于电解质层非对称地布置。即，第一第二辅助电极层(190、180)可以基于电解质层(170)错开布置。
如图13和14中，根据电场的密度程度，达到特定的透射率所需的时间可能存在差异。
此外，在一个实例中，考虑到第一和第二辅助电极层(190、180)的形成面积，电致变色装置(100、200)可以设置成具有约50％至95％的开口率和约40％至约93％的透射率。
出于举例说明的目的，公开了如上所述的本发明的优选实施方案，本领域技术人员可以在本发明的构思和范围内对这些优选实施方案进行修改、改变和添加，并且认为这样的修改、改变和添加落入以上权利要求书范围内。
工业适用性
根据本发明，可以提高电致变色装置的响应速度，并因此，存在可以高速驱动的优点。
此外，可以通过辅助电极在着色和脱色时控制透射率范围。
Claims (14)
1.一种电致变色装置，包括：
第一电极层；设置在所述第一电极层上的第一电致变色层；设置在所述第一电致变色层上的电解质层；设置在所述电解质层上的第二电致变色层；和设置在所述第二电致变色层上的第二电极层，
其中所述电致变色装置包括第一辅助电极层和第二辅助电极层，所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自设置在彼此对置的所述第一电致变色层和所述第二电致变色层各自的相对表面上，所述电解质层介于所述第一电致变色层和所述第二电致变色层之间，以及
所述电致变色装置被设置成使得，当所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自投影到所述第一电极层上时，基于所述第一电极层的被所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层覆盖的面积，在着色和脱色时控制透射率。
2.根据权利要求1所述的电致变色装置，
所述电致变色装置被设置成使得，当所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自投影到所述第一电极层上时，基于所述第一电极层的开口率，在着色和脱色时控制所述电致变色装置的特定位置处的透射率，所述开口率是投影之后所述第一电极层的未被所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层覆盖的面积与投影之前所述第一电极层的面积之比。
3.根据权利要求2所述的电致变色装置，
其中随着所述开口率增加，透射率增加，并且随着所述开口率降低，透射率降低。
4.根据权利要求1所述的电致变色装置，
其中每个所述辅助电极层由金属网或金属条带图案形成。
5.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中每个所述辅助电极层包括：
由金属材料形成的电极部；和围绕所述电极部以使所述电极部绝缘的绝缘部。
6.根据权利要求5所述的电致变色装置，
其中所述绝缘部由树脂材料形成。
7.根据权利要求6所述的电致变色装置，
其中所述绝缘部由丙烯酸酯或环氧树脂形成。
8.根据权利要求6所述的电致变色装置，
其中所述绝缘部还包含无机填料或无机填充剂。
9.根据权利要求5所述的电致变色装置，
其中所述绝缘部的宽度为5mm或更小，以及厚度为2mm或更小。
10.根据权利要求5所述的电致变色装置，
其中所述电极部的宽度为3mm或更小，以及厚度为1mm或更小。
11.根据权利要求1所述的电致变色装置，
其中所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层基于所述电解质层对称地布置。
12.根据权利要求1所述的电致变色装置，
其中所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层基于所述电解质层非对称地布置。
13.根据权利要求2所述的电致变色装置，
其中所述开口率根据所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层的线宽和间距来确定。
14.一种电致变色装置，包括：
第一电极层；设置在所述第一电极层上的第一电致变色层；设置在所述第一电致变色层上的电解质层；设置在所述电解质层上的第二电致变色层；和设置在所述第二电致变色层上的第二电极层，
所述电致变色装置包括第一辅助电极层和第二辅助电极层，所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自设置在彼此对置的所述第一电极层和所述第二电极层各自的相对表面上，所述电解质层介于所述第一电极层和所述第二电极层之间，以及
所述电致变色装置被设置成使得，当所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层各自投影到所述第一电极层上时，基于所述第一电极层的被所述第一辅助电极层和所述第二辅助电极层覆盖的面积，在着色和脱色时控制透射率。
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