CN110494799B - 电致变色装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及电致变色装置。本申请的电致变色装置可以包括在第一方向和第二方向二者上彼此间隔开的复数个辅助电极。如上所述的本申请的装置可以改善电致变色速率并防止由辅助电极的氧化引起的驱动失效问题的扩散。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求基于2017年3月21日提交的韩国专利申请第10-2017-0035157号的优先权的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术领域
本申请涉及电致变色装置。
背景技术
电致变色是指其中电致变色材料的光学特性通过电化学氧化或还原反应而改变的现象，其中利用该现象的装置称为电致变色装置。具体地，电致变色装置以这样的方式改变其光学特性：当向装置施加电势时，电解质离子插入电致变色材料中或从电致变色材料中除去，同时电子通过外电路移动。这样的电致变色装置能够以小成本生产大面积装置并且具有低功耗，从而作为智能窗或智能镜以及其他下一代建筑窗材料而吸引关注。然而，由于电解质离子的插入反应和/或消除反应花费长时间以改变光学特性，因此存在颜色转换速度慢的缺点。当电致变色装置为大尺寸时，这样的问题是明显的。
对于改善颜色转换速度，已经尝试改变电极材料和电极形状。例如，由于已经指出由ITO代表的透明导电电极的高表面电阻是颜色转换速度降低和颜色转换不均匀性的主要原因，因此已经尝试用低电阻透明电极例如金属网或OMO(氧化物/金属/氧化物)代替常规电极例如ITO。然而，仅引入低电阻电极在改善颜色转换速度方面具有限制，并且最重要的是，存在装置的单价迅速增加的问题。
发明内容
技术问题
本申请的一个目的是提供具有改善的颜色转换速度或电致变色转换速度的电致变色装置。
本申请的另一个目的是提供能够改善由辅助电极的氧化引起的装置的耐久性劣化问题的电致变色装置。
本申请的上述目的和其他目的可以通过以下详细描述的本申请来全部解决。
技术方案
为了解决上述目的，根据本申请的一个实例，可以提供电致变色装置，其顺序地包括第一电极层、电致变色层、电解质层和第二电极层。
在本申请的一个实施方案中，电致变色装置可以包括辅助电极。
在本申请的另一个实施方案中，辅助电极包括在第一方向上并排布置的复数个第一辅助电极，其中复数个第一辅助电极可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置还包括在第二方向上并排布置的复数个第二辅助电极，其中复数个第二辅助电极可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置可以包括在电致变色层的一侧上的第一辅助电极或第二辅助电极。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置可以包括在电致变色层的面向电解质层的一侧的一侧上的第一辅助电极和第二辅助电极二者。
在本申请的另一个实施方案中，第一辅助电极和第二辅助电极可以具有至少一个相交点。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置还可以包括在电解质层与第二电极层之间的离子存储层。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置还可以包括在离子存储层的一侧上在第一方向上并排布置的复数个第三辅助电极。复数个第三辅助电极可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置还可以包括在离子存储层的一侧上在第二方向上并排布置的复数个第四辅助电极。复数个第四辅助电极可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在本申请的另一个实施方案中，电致变色装置可以包括在离子存储层的面向电解质层的一侧的一侧上的第三辅助电极和第四辅助电极。
在本申请的另一个实施方案中，第三辅助电极和第四辅助电极可以具有至少一个相交点。
在本申请的另一个实施方案中，第一辅助电极至第四辅助电极可以包括导线和围绕导线的绝缘部分。
在本申请的另一个实施方案中，导线可以包含选自银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、镍(Ni)的金属及其合金；石墨烯；或碳纳米管。
在本申请的另一个实施方案中，绝缘部分可以包含电导率为10-6S/m或更小的绝缘材料。
在本申请的另一个实施方案中，绝缘材料可以包含(甲基)丙烯酸酯树脂或环氧树脂。
在本申请的另一个实施方案中，第一电极层和第二电极层可以包含透明导电化合物、金属网或OMO(氧化物/金属/氧化物)。
在本申请的另一个实施方案中，离子存储层和电致变色层可以包含具有彼此不同的显色(反应)特性的电致变色材料。
在下文中，将参照附图对根据本申请的一个实施方案的电致变色装置进行详细描述。
有益效果
根据本申请的一个实例的电致变色装置提供了这样的本发明的效果：可以在不增加制造成本的情况下改善颜色转换速度。此外，本申请可以提供能够防止或改善在引入辅助电极时由暴露的导线的氧化引起的耐久性劣化问题的电致变色装置。
附图说明
图1是当辅助电极的导线的一部分在暴露的同时被氧化时拍摄电极的损坏的扩展外观的图像。
图2示意性地示出了辅助电极根据本申请的一个实施方案而布置的外观。
图3示意性地示出了辅助电极根据本申请的另一个实施方案而布置的外观。
具体实施方式
在本申请的一个实例中，本申请涉及电致变色装置。本申请的电致变色装置可以顺序地包括第一电极层、电致变色层、电解质层和第二电极层。即，本申请的电致变色装置可以包括第一电极层、设置在第一电极层上的电致变色层、设置在电致变色层上的电解质层、以及设置在电解质层上的第二电极层。在本申请中，关于构成之间的位置使用的术语“在……上”用作对应于“上面”或“上部”的含义，并且除非另外特别说明，否则其还可以意指具有相关位置的构成直接接触另一构成，同时在另一构成的顶部，并且其还可以意指在它们之间存在其他构成。
第一和第二电极层的种类没有特别限制。例如，只要其为可以用作电极层的对可见光的透射率为60％或更大的电极材料，就没有特别限制。在本申请中，术语“可见光”可以意指波长范围为380nm至780nm的光，更具体地，波长为550nm的光。
在一个实例中，电极层可以包含透明导电氧化物。作为透明导电氧化物的实例，可以使用ITO(铟锡氧化物)、In2O3(铟氧化物)、IGO(铟镓氧化物)、FTO(氟掺杂氧化锡)、AZO(铝掺杂氧化锌)、GZO(镓掺杂氧化锌)、ATO(锑掺杂氧化锡)、IZO(铟掺杂氧化锌)、NTO(铌掺杂氧化钛)、ZnO(锌氧化物)或CTO(铯钨氧化物)等。
在另一个实例中，电极层可以包含OMO(氧化物金属氧化物)。OMO可以包括第一金属氧化物层和第二金属氧化物层，以及在这两个金属氧化物层之间的包含低电阻材料例如银(Ag)的金属层。第一或第二金属氧化物层可以包含选自Sb、Ba、Ga、Ge、Hf、In、La、Ma、Se、Si、Ta、Se、Ti、V、Y、Zn和Zr中的一种或更多种金属氧化物。此外，金属层可以包含低电阻材料，除银(Ag)之外，例如铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)和镍(Ni)。
在另一个实例中，第一和第二电极层可以为金属网形式的电极。更具体地，电极层可以为这样的金属网：其中包含银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)或镍(Ni)的电极线形成格子形状。
电致变色层可以是包含能够通过由待施加的电压引起的电化学反应而发生颜色转换的材料(即电致变色材料)的层。作为电致变色材料，例如，可以使用有机电致变色材料或无机电致变色材料。作为有机电致变色材料，可以使用诸如紫精(viologen)、蒽醌和吩噻嗪的材料以及诸如聚吡咯、聚苯胺、聚吡啶、聚吲哚和聚咔唑的聚合物。
在一个实例中，可以使用无机电致变色材料作为电致变色材料。更具体地，可以使用通过氧化反应改变颜色的氧化无机电致变色材料或通过还原反应改变颜色的还原无机电致变色材料。作为氧化电致变色材料的没有限制的实例，可以使用选自Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Rh和Ir中的金属的一种或更多种氧化物，例如LiNiOx、IrO2、NiO、V2O5、LixCoO2、Rh2O3或普鲁士蓝。作为还原电致变色材料的没有限制的实例，可以使用选自Ti、Nb、Mo、Ta或W中的金属的一种或更多种氧化物，例如WO3、MoO3、Nb2O5、Ta2O5或TiO2。用于提供包含无机电致变色材料的电致变色层的方法没有特别限制。例如，可以经由湿涂法通过将包含无机电致变色颗粒的组合物施加至基础材料上来提供电致变色层，或者可以通过使用该无机组分利用沉积法来提供电致变色层。
电解质层可以提供颜色转换反应中涉及的电解质离子。电解质离子可以例示为H+、Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+。用于电解质层的电解质的类型没有特别限制，并且可以没有限制地使用液体电解质、凝胶聚合物电解质或无机固体电解质。
如果电解质可以包含能够为电致变色层或以下待描述的离子存储层提供H+、Li+、Na+、K+、Rb+或Cs+的化合物，则电解质层中包含的电解质的具体组成没有特别限制。例如，电解质层可以包含锂盐化合物例如LiClO4、LiBF4、LiAsF6或LiPF6，或者钠盐化合物例如NaClO4。
在另一个实例中，电解质还可以包含碳酸酯化合物作为溶剂。由于基于碳酸酯的化合物具有高的介电常数，因此可以提高离子导电性。作为没有限制的实例，可以使用诸如PC(碳酸亚丙酯)、EC(碳酸亚乙酯)、DMC(碳酸二甲酯)、DEC(碳酸二乙酯)或EMC(碳酸乙基甲酯)的溶剂作为基于碳酸酯的化合物。
本申请的电致变色装置可以包括辅助电极。作为与第一电极层和第二电极层不同的构成，辅助电极可以包括导线和围绕导线的绝缘部分。包括导线的辅助电极可以改善装置的反应速率。此外，绝缘部分可以防止电解质离子渗透至导线中，从而改善或防止形成导线的金属组分的洗脱、其反应速率劣化以及装置的耐久性劣化问题。
在一个实例中，导线可以包含选自以下的金属组分：银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、镍(Ni)及其合金。在另一个实例中，导线可以包含石墨烯或碳纳米管。
绝缘部分可以包含电导率为10-6S/m或更小的绝缘材料。电导率的下限没有特别限制，因为电导率越低，绝缘材料的特性可以得到改善。测量电导率的方法没有特别限制，电导率可以通过各种已知方法测量。
如果可以满足上述范围内的电导率，则可用绝缘材料的类型没有特别限制。例如，可以使用丙烯酸类树脂或环氧树脂作为绝缘材料，并且可以使用其他有机和/或无机材料作为绝缘材料。
本申请的发明人已经确定，虽然辅助电极的绝缘部分保护导线免受外部电解质离子的影响，但是存在限制。特别地，已经确定，当被绝缘部分围绕的导线的一部分暴露于电解质离子时，导线被氧化并且由氧化引起的损坏沿着导线连续地发生，从而使损坏扩大，如图1所示。当损坏扩大时，辅助电极无法执行其功能。考虑到这一点，本申请的发明人如下设计了辅助电极，使得部分发生的导线的氧化不会不利地影响相邻的辅助电极。
在一个实例中，本申请的电致变色装置可以包括在任一方向上布置并且彼此电短路(断开)的复数个辅助电极。具体地，如图2所示，本申请的装置可以包括在第一方向上布置的复数个第一辅助电极，其中复数个第一辅助电极在第一方向和第二方向上彼此间隔开。在本申请中，第一辅助电极可以用作统称复数个第一辅助电极的含义，并且每个单独的第一辅助电极可以称为“次级第一辅助电极”。辅助电极起作用的区域可以通过如上所述的构成单独分隔，因此，即使辅助电极中的导线在暴露的同时被氧化，也可以防止由氧化引起的损坏区域中的操作失效问题扩散到相邻区域。在本申请中，当假设在每个方向上延伸的虚拟直线时，第一方向和第二方向意指其中虚拟直线可以相交而不彼此平行的相对方向。第一方向上的电极线与第二方向上的电极线相交处的角度没有特别限制，其可以为例如90°。
在一个实例中，电致变色装置还可以包括在第二方向上并排布置的复数个第二辅助电极。此时，复数个第二辅助电极也可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在一个实例中，电致变色装置可以包括在电致变色层的一侧上的第一辅助电极或第二辅助电极。
在另一个实例中，电致变色装置可以包括在电致变色层的面向电解质层的一侧的一侧上的第一辅助电极和第二辅助电极二者。
在一个实例中，第一辅助电极和第二辅助电极可以具有至少一个相交点。例如，如图3所示，本申请的装置可以配置成使得第一辅助电极和第二辅助电极具有复数个相交点。
本申请的电致变色装置还可以包括在电解质层与第二电极层之间的离子存储层。离子存储层可以意指为了在用于电致变色层中包含的电致变色材料的颜色转换的可逆氧化/还原反应时与电致变色层匹配电荷平衡而形成的层。
在一个实例中，离子存储层可以包含具有与电致变色层中包含的电致变色材料不同的颜色转换反应特性的电致变色材料。更具体地，当电致变色层包含还原电致变色材料时，离子存储层可以包含氧化电致变色材料。
本申请的电致变色装置还可以包括设置在与上述第一辅助电极和第二辅助电极不同的平面上的另外的辅助电极。在一个实例中，与第一和第二辅助电极不同，待添加的辅助电极可以位于离子存储层的一侧上。
在一个实例中，电致变色装置还可以包括在离子存储层的一侧上在第一方向上并排布置的复数个第三辅助电极。复数个第三辅助电极可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在另一个实例中，电致变色装置还可以包括在离子存储层的一侧上在第二方向上并排布置的复数个第四辅助电极。复数个第四辅助电极也可以在第一方向和第二方向上彼此间隔开。
在一个实例中，电致变色装置可以包括在离子存储层的面向电解质层的一侧的一侧上的第三辅助电极或第四辅助电极。
在另一个实例中，电致变色装置可以包括在离子存储层的面向电解质层的一侧的一侧上的第三辅助电极和第四辅助电极二者。在这种情况下，第三辅助电极和第四辅助电极可以具有至少一个相交点。
本申请的电致变色装置可以包括电阻值彼此不同的辅助电极。例如，如图2所示，当第一辅助电极在第一方向和第二方向上彼此间隔开并且包括在第一方向上并排布置的复数个次级辅助电极时，单独的辅助电极可以各自具有彼此不同的电阻值。具体地，由于电致变色装置由复数个层层合，因此存在多种电阻元件。特别地，即使在单个电致变色层中，在每个点处的薄膜密度或孔隙率也可能存在差异，此外，在需要颜色转换的电致变色层的每个点处，与电源或电极的距离存在差异。即使在共面电致变色层中，这些因素也导致局部颜色转换速度差异，并因此可能使器件的光学特性不均匀。因此，本申请可以通过根据每个辅助电极所设置的位置将电阻值控制为彼此不同来使装置的光学特性均匀。例如，当考虑器件的各层构成，确定电致变色层中的中心部分的颜色转换程度比边缘部分的颜色转换程度更不充分，或者电致变色层中的中心部分的颜色转换速度比边缘部分的颜色转换速度更慢时，可以将位于电致变色层中的中心部分上的辅助电极配置为电阻值相对低于位于电致变色层中的边缘部分上的辅助电极的电阻值。由于电阻是相应辅助电极之间比较的相对值，所以电阻值的具体单位及其测量方法没有特别限制。
在一个实例中，构成第一辅助电极的各个辅助电极可以具有彼此不同的电阻值。即，第一辅助电极可以包括具有彼此不同的电阻值的次级第一辅助电极。该配置也可以同等地应用于第二至第四辅助电极。
在另一个实例中，第一至第四辅助电极还可以考虑装置的各层构成和装置作为整体的光学特性而被配置成具有彼此不同的电阻值。在这种情况下，构成第一辅助电极的各个辅助电极可以具有相同或不同的电阻值。该配置也可以同等地应用于第二至第四辅助电极。
如上所述，不仅限于在光学特性的均匀性方面将各个辅助电极的电阻值配置成彼此不同。具体地，在本申请中，可以考虑客户的需要、感官或其他目的等将各个辅助电极的电阻值配置成彼此不同，使得即使在同一平面上，也可以有意地实现不同的颜色转换速度或透射率。
本申请的电致变色装置还可以包括透光基础材料。透光基础材料可以设置在装置的外侧上，具体地，在第一电极层和第二电极层上。
透光基础材料可以为例如可见光透射率为约60％至95％的基础材料。如果满足上述范围的透射率，则待使用的基础材料的类型没有特别限制。例如，可以使用玻璃或聚合物树脂。更具体地，可以使用聚酯膜，例如PC(聚碳酸酯)、PEN(聚(萘二甲酸乙二醇酯))或PET(聚(对苯二甲酸乙二醇酯))；丙烯酸类膜，例如PMMA(聚(甲基丙烯酸甲酯))；或者聚烯烃膜，例如PE(聚乙烯)或PP(聚丙烯)等，但不限于此。
在一个实例中，电致变色装置还可以包括能够向电极施加电压的电源。将电源电连接至装置的方式没有特别限制，这可以由本领域技术人员适当地进行。
Claims (15)
1.一种电致变色装置，顺序地包括第一电极层、电致变色层、电解质层和第二电极层，
其中，所述电致变色装置还包括在第一方向上并排布置的复数个第一辅助电极，并且所述第一辅助电极在所述第一方向和第二方向上彼此间隔开；以及
其中位于所述电致变色层中的中心部分上的辅助电极配置为电阻值相对低于位于所述电致变色层中的边缘部分上的辅助电极的电阻值。
2.根据权利要求1所述的电致变色装置，还包括在所述第二方向上并排布置的复数个第二辅助电极，其中所述第二辅助电极在所述第一方向和所述第二方向上彼此间隔开。
3.根据权利要求2所述的电致变色装置，包括在所述电致变色层的一侧上的所述第一辅助电极或所述第二辅助电极。
4.根据权利要求3所述的电致变色装置，包括在所述电致变色层的面向所述电解质层的一侧的一侧上的所述第一辅助电极或所述第二辅助电极。
5.根据权利要求4所述的电致变色装置，包括在所述电致变色层的面向所述电解质层的一侧的一侧上的所述第一辅助电极和所述第二辅助电极，其中所述第一辅助电极和所述第二辅助电极具有至少一个相交点。
6.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中所述电致变色装置还包括在所述电解质层与所述第二电极层之间的离子存储层。
7.根据权利要求6所述的电致变色装置，还包括在所述离子存储层的一侧上在所述第一方向上并排布置的复数个第三辅助电极，其中所述第三辅助电极在所述第一方向和所述第二方向上彼此间隔开。
8.根据权利要求7所述的电致变色装置，还包括在所述离子存储层的一侧上在所述第二方向上并排布置的复数个第四辅助电极，其中所述第四辅助电极在所述第一方向和所述第二方向上彼此间隔开。
9.根据权利要求8所述的电致变色装置，包括在所述离子存储层的面向所述电解质层的一侧的一侧上的所述第三辅助电极和所述第四辅助电极，其中所述第三辅助电极和所述第四辅助电极具有至少一个相交点。
10.根据权利要求9所述的电致变色装置，其中所述第一辅助电极至所述第四辅助电极包括导线和围绕所述导线的绝缘部分。
11.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述导线包含选自银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)、镁(Mg)、金(Au)、铂(Pt)、钨(W)、钼(Mo)、钛(Ti)、镍(Ni)的金属，及其合金；石墨烯；或碳纳米管。
12.根据权利要求10所述的电致变色装置，其中所述绝缘部分包含电导率为10-6S/m或更小的绝缘材料。
13.根据权利要求12所述的电致变色装置，其中所述绝缘材料包含(甲基)丙烯酸酯树脂或环氧树脂。
14.根据权利要求1所述的电致变色装置，其中所述第一电极层和所述第二电极层包含透明导电化合物、金属网或氧化物/金属/氧化物。
15.根据权利要求6所述的电致变色装置，其中所述离子存储层和所述电致变色层包含具有彼此不同的显色特性的电致变色材料。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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