CN111983869B - 改善变色反应速度的电致变色器件及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提高变色反应速度，对大面积也能够以迅速应答速度变色的电致变色器件及其制作方法。根据本发明的电致变色器件作为在形成于相互面对的透明基板的电极层介入电解质层从而形成变色层的电致变色器件，其特征在于，在电极层的表面形成由多个变色层的变色复合层介入所述电解质层，以长度方向上下交替配置。
Description
技术领域
本发明涉及电致变色器件及其制造方法，更详细地说涉及将电极层表面形成多个变色层的变色复合层以器件的长度方向上下交替形成，使电荷或离子向着由施加电极层的电源形成变色复合层的单向路线移动，从而提高变色反应速度，在大面积也能够以迅速应答变色的电致变色器件及其制作方法。
背景技术
电致变色(Electrochromism)是指施加电压后根据电场方向发生可逆变色的现象，拥有此特性的器件被称为电致变色器件(Electrochromic Devices)。电致变色器件拥有在外部没有电子移动时没有色彩，当有电子被供给并还原或者失去电子并氧化时会呈现色彩，或者相反地，外部无电子供给时呈现色彩，当有电子被供给并还原或者失去电子并氧化时色彩会消失的特性。
电致变色器件用于调整建筑用窗玻璃或汽车镜的透光度或反光度，最近被发现除了在可视光线领域中的颜色变化之外还拥有红外线阻断效果，作为节能产品的可利用性正备受瞩目。
参照示出电致变色器件的结构的图7，电致变色器件在以一定间隔互相面对的第一、第二透明基板11、17之间依次层叠第一透明电极层12、第一变色层13、电解质层14、第二变色层15、第二透明电极层16。通常来讲，第一变色层13使用氧化变色的氧化镍(NiOx)，第二变色层使用还原变色的氧化钨(WOx)等无机物质。外部电源施加在第一透明电极层12和第二透明电极层16后，H+、Li+、Na+等电解质离子向变色层13、15移动时电子也会同时移动并完成着色或脱色。
在这样的电致变色器件中，连接电源的透明电极随着被叠层为面状会拥有面电阻，虽然根据材质或厚度会有偏差，但通常会拥有1Ω～120Ω的面电阻。因此，在电致变色器件的两侧施加电源的话，由于透明电极的面电阻，器件中心的电压会较低，器件中部的变色速度比两侧更慢，因此会发生变色不均匀，变色速度降低的问题。
为了改善如上所述的电致变色器件的变色速度，提出了降低透明电极的面电阻或提高电致变色层的导电度等方法。作为降低透明电极的面电阻的方法，韩国专利注册第10-0939842号公开了在形成透明电极时适用通过调整厚度和曲折率来提高可视光线的透光率的高度的金属氧化物/金属的多层薄膜结构的方法，但由于金属的电化学稳定性问题，耐久性会降低。
专利公开第2015-0076780号公开了使用纳米粒子提高变色层的导电度的方法，但改善变色层的导电度有限，适用于大面积时由于面电阻会增加，发生变色速度变慢和变色不均匀的问题。
【先行技术文献】
【专利文献】
(专利文献0001)韩国专利注册公报第10-0939842号(发明名称：电致变色透明板及其制作方法)
(专利文献0002)韩国公开专利公报第2015-0076780号(发明名称：电致变色器件及其制作方法)
发明内容
(要解决的问题)
因此，本发明是为解决所述问题所创的，本发明的目的在于提供提高变色反应速度，在大面积也能以快速应答均匀变色的电致变色器件及其制作方法。
(解决问题的手段)
为了解决上述问题，根据本发明的电致变色器件作为在形成于相互面对的透明基板的电极层介入电解质层从而形成变色层的电致变色器件，其特征在于，在所述电极层的表面形成由多个变色层形成的变色复合层，所述变色复合层介入所述电解质层，以长度方向上下交替形。
根据本发明，所述多个变色层由氧化变色的第一变色层与还原变色的第二变色层能够成一对邻接形成，并能够以100nm～2000nm的厚度形成。
根据本发明，所述变色复合层以按上下方向一侧区间能够相互面对的方式形成，且第一变色层和第二变色层能够相互面对的形态形成。
根据本发明，相互面对的所述变色复合层的第一变色层和第二变色层能够由绝缘隔壁所划分，绝缘隔壁能够以长度方向上下交替形成从而使一端连接到透明基板。
根据本发明，供电时，电荷或离子向相互面对的所述变色复合层的第一变色层、第二变色层及电极层形成的单向路线移动，能够使得所述第一、第二变色层变色。
根据本发明，所述单向路线可以是经过在一侧配置的第一变色复合层的电极层及在第一变色层与所述第一变色复合层相互面对的第二变色复合层的第二变色层以及邻接于电极层与所述第二变色复合层的第二变色层的第一变色层，连接与所述第一变色复合层相邻的第三变色复合层的第二变色层以及电极层所形成的路线。
根据本发明，所述变色复合层以长度方向上下交替配置n个，所述单向路线可以是从所述第一变色复合层上下交替连接并抵达第n变色复合层的路线。
根据本发明，所述变色复合层的第一变色层和第二变色层能够分别成群地互相电连接。
并且，本发明提供包括在一对透明基板形成电极层的步骤；在所述电极层邻接形成多个变色层的步骤；在形成所述多个变色层的电极层之间形成绝缘隔壁，从而形成以所述透明基板的长度方向划分的多个变色复合层的步骤；根据所述变色复合层的长度方向上下交替接合的步骤；及在由所述绝缘隔壁划分的内部形成并封装电解质层的步骤的电致变色器件的制作方法。
根据本发明，将氧化变色的第一变色层与还原变色的第二变色层邻接成一对形成在所述电极层，能够以所述透明基板的长度方向交替形成。
根据本发明，所述变色复合层以按上下方向第一变色层和第二变色层相互面对方式接合。
(发明的效果)
根据本发明，将在电极层表面形成的多个变色层的变色复合层以器件的长度方向上下交替配置，使电荷或离子向着由施加电极层的电源形成变色复合层的单向路线移动，从而提高变色反应速度，在大面积也能够以迅速应答并变色，不需要赋予绝缘膜或导电膜等附加结构也能够实现，因此能够提高生产性。
附图说明
图1是示出根据本发明的电致变色器件的结构图。
图2是示出根据发明的变色复合层形成的单位变色器件内的电荷流动的图。
图3是示出变色复合层的相同变色层的电连接状态的剖面图。
图4是示出图3的平面图。
图5是示出根据本发明的变色器件的制作方法的顺序图。
图6是概略示出根据本发明的变色器件制作工程的图。
图7是示出以往的电致变色器件的结构的图。
(符号说明)
110：上部透明基板 120：上部电极层
130、150：变色层 140：电解质层
160：下部电极层 170：下部透明基板
200-1：第一变色复合层 200-2：第二变色复合层
200-3：第三变色复合层 200-4：第四变色复合层
200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N：变色复合层
300：绝缘隔壁 401：第一单位变色器件
402：第二单位变色器件
400-1、400-2、…、400-N：单位变色器件 C：单向路线
具体实施方式
以下，参照附图详细说明跟发明的实施例。但是，在下文示例的本发明的实施例能够变形为其他不同形态，本发明的范围不限定于下述的实施例。
图1是示出根据本发明的电致变色器件的结构的图，参照图1，在本发明的上部及下部相互面对配置的透明基板110、170之间依次形成电极层120、160，变色层130、150，电解质层140。
透明基板110、170是能够透光的基板，可以是玻璃、塑料，或者是柔性的高分子胶片。柔性高分子胶片可以由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚乙烯萘酚树脂(PEN)、聚醚砜树脂(PES)、环烯烃类共聚物(COC)、TAC(Triacetyl cellulose，三乙酰纤维素)胶片、聚乙烯醇(PVA)胶片、聚酰亚胺(PI)胶片、聚苯乙烯(PS)中的一个构成。
电极层120、160由分别形成在上部和下部透明机关110、170，不妨碍透光且能够导电的透明导电材料形成，可以使用ITO、ATO、FTO、IZO、ZnO、铜氧化物、锌氧化物、钛氧化物等金属氧化物。电极层120、160通过溅射等公知的镀膜工程以薄膜的胶片形态形成于透明基板110、170，优选为100nm～2000nm厚度。
变色层130、150形成于电极层120、160上，是通过由施加的电源流入的电荷或电解质离子的移动发生变色的层。第一变色层130是还原变色层，第二变色层150是氧化变色层。第一变色层130和第二变色层150包括根据电子信号变色的电致变色物质，可以是有机或无机的电致变色物质。有机电致变色物质可以由紫罗精、蒽醌、聚苯胺、多酚、聚噻吩构成，无机变色物质可以包括Ti、Nb、Mo、Ta、W、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Rh、Ir中一个以上的氧化物。
电解质层140是为了变色层130、150的变色或脱色提供氢离子或锂离子的移动环境的层，可以使用根据紫外线照射硬化的液态高分子电解质。紫外线硬化树脂可以混合PEG低聚物、低分子量的PEGDMe、光敏引发剂组成，并且再混合电解质盐形成电解质。电解质盐可以是包含H+、Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的化合物，比如可以使用LiClO4、LiBF4、LiAsF6或者LiPF6等锂盐化合物。
根据本发明的电致变色器件如图1所示，在电极层120、160形成多个变色层130、150的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N介入电解质层140以器件的长度方向形成。变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N在相互面对的上部及下部相互交替形成，参照图1，上部有第一变色复合层200-1、第三变色复合层200-3、…、第N-1变色复合层200-N-1，下部有第二变色复合层200-2、第四变色复合层200-4、…、第N变色复合层200-N被绝缘隔壁300所划分，以相互面对的形态以长度方向形成。
以长度方向上下交替形成的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N以按上下方向一侧区间相互面对方式形成从而使电荷或离子通过供应的电源移动，优选的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N中大概一半区间以按上下方向排列。如此的示例在图1中示出，在第二变色复合层200-2的一半区间形成的第一变色层130介入第一变色复合层200-1的一半区间形成的第二变色层150和电解质层140，以按上下方向相互面对形成，第二变色复合层200-2的剩余一半区间形成的第二变色层150介入第三变色复合层200-1的剩余一半区间形成的第一变色层130和电解质层140以按上下方向相互面对形成。
如此的以长度方向上下交替形成的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N与以按上下方向形成的规定的路线C电连接并形成如图2所示的单位变色器件400-1、400-2、…、400-N，随着相同的单位变色器件400-1、400-2、…、400-N以长度方向连接，单位变色器件400-1、400-2、…、400-N会施加相同的电压，使变色器件两侧和内部中心的变色速度不会变慢。
图2示出单位变色器件400-1、400-2、…、400-N内部的电荷或离子移动的路线C，参照图2，第一单位变色器件400-1的下部电极层160连接-端，与第一单位变色器件400-1相邻的第二单位变色器件400-2的上部电极层120连接+端，施加外部电源时，电解质层140内的离子或通过电源流入的电荷，如图2所示电荷或离子向着单位变色器件401、402形成的单向路线C移动。即，电荷或离子经过在第一单位变色器件401的电极层160、第一变色层130相互面对的第二变色层150、与电极层120邻接第二变色层150的第一变色层130，向下部的第二变色层150及电极层160移动，并按顺时针方向移动至相邻配置的第二单位变色器件402。优选地，为使单位变色器件400-1、400-2、…、400-N内的电荷量更均匀，如图3、4所示连接单位变色器件400-1、400-2、…、400-N的相同变色层130、150，即分别电连接第一变色层130和第二变色层150从而使单位变色器件400-1、400-2、…、400-N内维持相同的电荷量，接触器件内部的变色不均匀性。另一方面，图1、2的N个单位变色器件400-1、400-2、…、400-N在单向路线C串联，串联的单位变色器件的数量由一个单位变色器件的驱动电压和供给的电源电压所决定。
以下，说明如所述结构形成的根据本发明的电致变色器件的制作方法。图5是根据本发明的变色器件的制作方法的顺序图，图6是概略示出根据本发明的变色器件制作工程的图。
参照图5、6，本发明包括在一对透明基板110、170形成电极层120、160的步骤S110；在电极层120、160邻接形成多个变色层130、150的步骤S120；在形成多个变色层130、150的电极层120、160之间形成绝缘隔壁300，形成以一对透明基板110、170的长度方向划分的多个变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N的步骤S130；接合变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N使得以长度方向上下交替的步骤S140；在由绝缘隔壁300划分的内部形成并封装电解质层140的步骤S150。
如前述，在电极层120、160形成的多个变色层130、150由还原变色的变色层130和氧化变色的变色层150形成，在电极层120、160形成多个变色层130、150的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N以按上下方面一侧区间相互面对的方式接合。
形成所述电极120、160，变色层130、150或电解质层140的方法并不受限，可以使用周知的方法。例如，可以通过沉积(deposition)、旋转镀膜(spin coating)、浸涂(dipcoating)、丝网印刷、凹面涂布、凝胶(sol-Gel)法、或者狭缝型挤压式涂布(slot die)中的某一个方法形成各层。
另一方面，将层叠在一对透明基板110、170的电极层120、160和变色层130、150以50～500um的宽度蚀刻后，填补蚀刻处形成绝缘隔壁300，绝缘隔壁300可以通过丝网印刷(Screen Printing)、偏置印刷(Off Set)狭缝型挤压式涂布(Slot die)，喷墨印刷(Inkjet)中的任意一个方法形成。绝缘隔壁300如图1所示，为使在划分的内部区域形成电解质层140且其中心与第一变色层130和第二变色层150之间相连，比电极层120、160和变色层130、150蚀刻的深度更加延长地形成。此时，优选地，绝缘隔壁300使用透明材料，从而在变色时看不到蚀刻和隔壁划分的区域。
如此形成的变色器件，形成了第一变色层130和第二变色层150的变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N以器件的长度方向交替配置，使电荷或离子向着由施加上、下部电极层120、160的电源形成变色复合层200-1、200-2、200-3、200-4、…、200-N的单向路线移动从而提高变色反应速度，适用于大面积也能够迅速应答并变色。
Claims (14)
1.一种电致变色器件，在形成于相互面对的透明基板的电极层介入电解质层从而形成变色层，其特征在于，
包括多个变色复合层，所述变色复合层由在所述电极层及所述电极层的表面形成的多个变色层形成，
所述多个变色复合层介入所述电解质层，以长度方向上下交替形成，
所述多个变色层包括由氧化变色的第一变色层与还原变色的第二变色层，所述第一变色层和第二变色层相邻形成。
2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，
所述多个变色层由所述第一变色层与所述第二变色层成一对形成。
3.根据权利要求2所述的电致变色器件，其特征在于，
所述第一变色层和第二变色层以100nm～2000nm的厚度形成。
4.根据权利要求2所述的电致变色器件，其特征在于，
所述变色复合层以按上下方向一侧区间相互面对的方式形成。
5.根据权利要求4所述的电致变色器件，其特征在于，
所述变色复合层以按上下方向第一变色层和第二变色层相互面对的方式形成。
6.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，
相互面对的所述变色复合层的第一变色层和第二变色层由绝缘隔壁划分。
7.根据权利要求6所述的电致变色器件，其特征在于，
所述绝缘隔壁以长度方向上下交替形成从而使一端连接到透明基板。
8.根据权利要求5所述的电致变色器件，其特征在于，
供电时，电荷或离子向相互面对的所述变色复合层的第一变色层、第二变色层及电极层形成的单向路线移动，使得所述第一、第二变色层变色。
9.根据权利要求8所述的电致变色器件，其特征在于，
所述单向路线是经过在一侧配置的第一变色复合层的电极层、在第一变色层与所述第一变色复合层相互面对的第二变色复合层的第二变色层以及电极层与所述第二变色复合层的第一变色层，连接与所述第一变色复合层相邻的第三变色复合层的第二变色层以及电极层所形成的路线。
10.根据权利要求9所述的电致变色器件，其特征在于，
所述变色复合层以长度方向上下交替配置n个，所述单向路线是从所述第一变色复合层上下交替连接并抵达第n变色复合层的路线。
11.根据权利要求9所述的电致变色器件，其特征在于，
所述变色复合层的第一变色层和第二变色层分别成群地互相电连接。
12.一种电致变色器件的制造方法，在形成于相互面对的透明基板的电极层介入电解质层从而形成变色层，其特征在于，包括：
在一对透明基板形成电极层的步骤；
在所述电极层邻接形成多个变色层的步骤；
在形成所述多个变色层的电极层之间形成绝缘隔壁，从而形成以所述透明基板的长度方向划分的多个变色复合层的步骤；
根据所述变色复合层的长度方向上下交替接合的步骤；及
在由所述绝缘隔壁划分的内部形成并封装电解质层的步骤，
所述多个变色层包括由氧化变色的第一变色层与还原变色的第二变色层，所述第一变色层和第二变色层相邻形成。
13.根据权利要求12所述的电致变色器件的制造方法，其特征在于，
将所述第一变色层与所述第二变色层邻接成一对形成在所述电极层，以所述透明基板的长度方向交替形成。
14.根据权利要求13所述的电致变色器件的制造方法，其特征在于，
所述变色复合层以按上下方向第一变色层和第二变色层相互面对方式接合。
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