CN202563219U

CN202563219U - 电致变色组件

Info

Publication number: CN202563219U
Application number: CN2011204741300U
Authority: CN
Inventors: 李炳寰
Original assignee: ASIATREE TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: ASIATREE TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2021-11-24

Abstract

本实用新型公开了一种电致变色组件。该电致变色组件主要包含：第一可挠性基材；第一透明导电层；电致变色层；反射金属层；第二可挠性基材；第二透明导电层；辅助电致变色层；以及电解质。通过可挠性基材与反射金属层的设置再搭配电极交错平行交迭的封装结构，可使电致变色组件具备较佳稳定性、容易控制着色及去色状态，以及可调控着色深浅等优点。

Description

电致变色组件

技术领域

本实用新型涉及一种电致变色组件，特别涉及一种电致变色组件，通过可挠性基材与反射金属层的设置再搭配电极交错平行交迭的封装结构，可使电致变色组件具备较佳稳定性、容易控制着色及去色状态，以及可调控着色深浅等优点。

背景技术

电致变色材料目前可应用于各种领域，例如：车辆镶嵌玻璃(如车窗、天窗)、大楼镶嵌玻璃、显示设备、光学组件、镜体及电磁波照射的遮蔽物等等，其功用在于可有效地阻隔外界(如光、热)的干扰。电致色变材料一般可分为有机材料及无机材料，而针对稳定性而言，以无机材料为较佳，例如氧化钨、氧化钛等。

习知电致变色装置大多使用玻璃作为基材，于实际使用时，常会受限于基材的材质而无法任意弯折，同时使其用途受到限制。此外，习知电致变色装置也无法使用卷带式(roll to roll)来进行制备，使得较无法提供一具低成本的电致变色装置。

美国专利公告第6,193,379号揭示一种电致变色装置，主要用于车内的后视镜(rearview mirror)。此专利的电致变色装置的电致变色材料与用于传导离子的电解质掺混在一起，所以必须持续通入较高电压，才可维持在变色状态，因而无法具有着色记忆(color memory effect)的功效。此外，由于该电致变色材料是以溶液状填入该隔间中，所以此专利的基板表面必须选用曝露于有机溶剂中仍可完全保持其性质且包含脂族烃的高分子材料。但是此专利并未提及或教示该基板为可挠式的，再加上该腔室内所含的电致变色材料为溶液状，当整个装置被弯折时，将可能致使该电致变色材料渗露出，如此亦同时影响后续应用范围。此外，以往的电致变色装置往往无法侦测各方向的光源或残光即进行变色反应，造成认知上的误差。因此，使任何角度的光源或残光均能智能地被电致变色装置所侦测到，进而进行合适的变色反应是势在必行的。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的主要目的在于提出一种电致变色组件，利用可挠性基材与反射金属层的设置再搭配电极交错平行交迭的封装结构，可使电致变色组件具备较佳稳定性、容易控制着色及去色状态，以及可调控着色深浅等优点。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电致变色组件，包括：第一可挠性基材；第一透明导电层；电致变色层；反射金属层；第二可挠性基材；第二透明导电层；辅助电致变色层；以及电解质。其中，第一透明导电层，被覆于第一可挠性基材的一表面；电致变色层，被覆于第一透明导电层的表面；反射金属层，被覆于第一可挠性基材的另一表面；第二透明导电层，被覆于第二可挠性基材的一表面；辅助电致变色层，被覆于第二透明导电层的表面；以及电解质，填充于电致变色层与辅助电致变色层之间，其中，电致变色组件的驱动电压为0.5伏特至2.5伏特之间，且电致变色装置的调光时间为100毫秒至60秒之间。

一种电致变色组件，包括：一第一可挠性基材；一第一透明导电层，被覆于第一可挠性基材的一表面；一电致变色层，被覆于第一透明导电层的表面；一第二可挠性基材；一第二透明导电层，被覆于第二可挠性基材的一表面；一辅助电致变色层，被覆于第二透明导电层的表面；一反射金属层，被覆于第二可挠性基材的另一表面；以及一电解质，填充于电致变色层与辅助电致变色层之间。

在本实用新型电致变色组件中，所述第一可挠性基材与第二可挠性基材选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或丙烯酸。

在本实用新型电致变色组件中，所述反射金属层选自银或铝。

本实用新型电致变色组件具有以下功效：

本实用新型的电致变色组件利用其弯折后仍具有良好光调节度，特别可应用于一具有弧形表面的节能产品，例如汽车零组件(如玻璃、天窗、后照镜)、电子纸、电子产品及智能型窗户等应用上。

本实用新型的反射金属层的设置，可使任何角度的残光皆能被电致变色组件所侦测到，进而进行合适的变色反应。

本实用新型的电致变色组件的驱动电压为30伏特至50伏特之间，且调光时间为100毫秒至60秒之间。

为让本实用新型的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型电致变色组件的一实施例；

图2为本实用新型电致变色组件的俯视图；

图3为本实用新型电致变色组件的另一实施例。

【主要组件符号说明】

具体实施方式

现请参考图1，本实用新型电致变色组件100包含：第一可挠性基材110；第一透明导电层120；电致变色层130；反射金属层140；第二可挠性基材150；第二透明导电层160；辅助电致变色层170；以及电解质180。其中，本实用新型所使用的基板皆由高分子所制成，因而可通过制程控制高分子的密度及厚度，而让基板具有较佳可挠性，利用其受弯折后仍具有良好的光调节度，而使后续用途更为广泛[例如汽车零组件(如玻璃、天窗、后照镜)、电子纸、电子产品及智能型窗户等，特别可应用于一具弧形表面的应用上]。其中，该第一可挠性基材110与该第二可挠性基材150选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或丙烯酸。须注意的是，本实用新型的一特征为：第一可挠性基材110与第二可挠性基材150可在弯折后变回原状，且弯折后仍具有良好的光调节度，特别是将本实用新型的电致变色组件100弯曲至90°时，仍具有极佳的光调节度。此外，第一可挠性基材110的长111与第二可挠性基材150的长151的范围为1公尺至2公尺之间，而宽112与152的范围为0.5公尺至1.5公尺之间。

该第一透明导电层120，被覆于该第一可挠性基材110的表面；第二透明导电层160，被覆于第二可挠性基材150的表面。其中，第一透明导电层120与第二透明导电层160在电致变色装置100中扮演导电电极的角色，提供变色过程所需的电流，因此必须采用兼具高穿透率及高导电度的透明导电材料。故，于本实用新型中，该透明导电层选自于氧化铟钖(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化铝锌(Aluminum Zinc Oxide，AZO)、掺氟氧化锡薄膜(Fluorine Tin Oxide，FTO)之一。较佳地，又由于掺氟氧化锡薄膜(FTO)耐酸碱、耐热、耐湿以及成膜原料便宜且生产成本低，因此，在本实用新型中使用掺氟氧化锡薄膜。此外，该第一透明导电层120与该第二透明导电层160的沉积方法选自溅镀法、蒸镀法、电镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法、浸渍法、电化学法之一，且成膜的厚度为50奈米至300奈米之间。

该电致变色层130，被覆于该第一透明导电层120的表面；该反射金属层140，被覆于第一可挠性基材120的另一表面。其中，反射金属层140可含有任何具备光反射性质的金属，使任何角度的残光皆能被电致变色组件100所侦测到，进而进行合适的变色反应。较佳地，反射金属层140含有一选自于由下列所构成的群组中的金属：银或铝。选择性地，该反射金属层140上更包含一保护层141，其目的在于防止该反射金属层140被刮伤。较佳地，该保护层141选自于氧化硅、氧化钛、氧化铝、氮化硅、环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯树脂、硅胶树脂、聚对环二甲苯树脂或聚酰亚胺。

该辅助电致变色层170，被覆于该第二透明导电层160的表面；以及该电解质180，填充于该电致变色层130与该辅助电致变色层170之间。

于本实用新型中，该电致变色层130通常选自于氧化钨、氧化钼、氧化钛、氧化铌、氧化铱之一。其中，较佳地，目前最受瞩目且广为研究的电致变色材料的是氧化钨，因其具有高的着色效率(Coloration efficiency)、可逆性佳、相对价格低、寿命最长且无毒等优点。氧化钨薄膜在1969年被发现具有电致色变性质，其变色机制为施加负电位于氧化钨时，电子及阳离子(或质子)同时迁入于氧化钨裡，而生成MxWO₃，其变色反应方程式如式所示：

WO₃+xM⁺+xe^-←→M_xWO₃

(无色或淡黄色)(蓝色或深蓝色)

其中，M⁺为H⁺、Li⁺或Na⁺等一价金属阳离子，M_xWO₃俗称为Tungsten bronze 呈青铜色或深蓝色，x值大约在0-0.5之间，其大小是由通入薄膜的电量来决定。通入电流使氧化钨发生还原反应，此时M⁺及e^-同时进入WO₃薄膜中，而形成蓝色的M_xWO₃，为着色的反应。去色反应为M_xWO₃薄膜中的M⁺及e^-同时离开而形成无色的WO³。经由此一可逆的电化学反应在氧化态与还原态之间作反复的去色及着色。当停止外加电位后，离子以极缓慢的扩散方法离开，形成电致色变组件特有的记忆效应，相对于其它产品需随时施以外加电位，具有节能的优点。

另一方面，辅助变色层170可为一般电极或另一种电致变色物质，用来加强颜色或穿透率变化。当辅助电极与另一种工作电极搭配组成的电致变色组件称为「互补式电致色变组件」(Complementary electrochromic device)。若电致变色层为还原态着色的材料，辅助电极层则需使用氧化态着色的材料。因此，互补式电致色变组件通电时两极同时着色或去色，具有高的着色效率以及较大的光学密度差等优点。而该辅助电致变色层170通常选自于氧化钒、氧化镍、氧化铬、氧化锰、氧化铁、氧化铜、氧化铑之一。较佳地为氧化镍，其为廉价、高效率且高稳定性的电致色变材料，其穿透调节率虽不如氧化钨薄膜，但其为氧化态着色，且具储存离子的能力，可以搭配还原态的氧化钨薄膜制成互补式电致色变组件。此外，氧化镍薄膜在着色时呈深褐色，去色时为透明无色，颜色对比非常明显，且具有良好的光学特性与耐久性质。当施加外加电位于氧化镍薄膜时，由于离子与电子同时注入或移出，使薄膜氧化还原发生价数改变造成颜色变化。而于本实用新型的一具体例中，该电致变色层是由氧化钨所制成，该辅助电致变色层则是由氧化镍所制成。其中，该电致变色层130与该辅助电致变色层170的沉积方法选自溅镀法、蒸镀法、电镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法、浸渍法、电化学法之一，且成膜的厚度为80奈米至600奈米之间。

值得注意的是，含有电致变色层130的该第一可挠性基材110与含有该辅助电致变色层170的该第二可挠性基材150预留一边界范围，并以一交错平行的方法交迭，以形成两组L型边界线111a及151a。交迭后的该两可挠性基材的长与长及宽与宽之间的相对距离为0.5至3公分之间，如图2所示。由于此种交迭方法可使第一可挠性基材110与第二可挠性基材150的可用面积增大进而使整体组件的操作电压降低。

于本实用新型中的电解质180层，其功用为提供及传导离子给予电致变色材料，故须储存大量的阳离子，并能快速扩散进入变色层，使之反应产生颜色的变化，因此在应用上良好的离子传导层应具有高电子电阻值与良好的离子传导能力。其中，于本实用新型中电解质180选用固态、液态、胶态之一。较佳地，采用胶态。早期采用液态电解质在组件封装上相当不方便，而且有溢漏的疑虑，故现今多使用固态电解质组成全固态电致色变组件(All-solid-state electrochromic device)。然而，习知固态电解质(例如LiNbO₃或Ta₂O₅)需要在持续施加较高电压下才可完成着色或去色，且所花费的时间较长，而呈胶状的电解质层将可有效增加离子传导速度，并缩短去/着色时间，同时仅需施加一较低电压便可完成去色或着色状态。

其中，本实用新型中的电解质180由一离子液体与一胶状聚合物所混合而成。一般而言，该离子液体由一金属阳离子以及一非金属阴离子组成，如盐(NaCl)溶解于800℃高温或更高温度，相反的，该离子液体是指一以液态存在的离子盐类，温度在100℃或更低，更具体的，在室温下以液态存在的离子液体称之为RTIL(room temperature ionic liquid)。其中，由于离子液体不具挥发性，因此没有蒸汽压，且离子导电度也高；更具体的说，由于离子液体具有高极性，所以对于无机或有机化合物的溶解力很好，且液态下的特性可以在广大的温度范围下呈现，因此可应用于多种化学领域，包括结晶学，分离技术以及电化学。此外，因为离子液体的低对称性，分子间吸引力较弱以及电荷分布于阳离子等特性，所以具有低熔点，甚至，离子液体不具毒性、不易燃，温度稳定性高，其物化特性优于具有环保特点的溶剂，因此可取代传统具毒性的有机溶剂。物化特性包括可在广大的温度范围下呈现为液态，高溶剂化特性以及形成不对等键结的能力。因离子液体聚合的电解质180的离子浓度与传统以有机溶剂为主的电解质为高，因此电致变色装置的显影/骤熄速率较高。比较本实用新型电致变色装置与一使用液体电解质的电致变色装置，其反应速率不相上下，因为离子液体的离子导电度高达10^-3～10^-6S/cm之间。在实用上，本实用新型使用的该离子液体与该胶状聚合物所混合而成的电解质180的电致变色装置，提供了下述优点：

(1)胶状电解质可保持离子液体，并解决电解质溢漏的问题；

(2)本实用新型电致变色组件更提供一个具有高记忆效应(Memory Effect)的电致变色装置；

(3)离子液体具有最大电化学电压范围(electrochemical window)，也因此与一利用有机溶剂为主的电解质相比较，本实用新型中电解质的分解可能性较低；

(4)因本实用新型装置使用一较稳定的离子液体，因此可降低电致变色装置的副反应；

(5)离子胶体聚合电解质没有蒸汽压力，因此没有与电解质的挥发与耗尽相关的问题。

此外，利用锂或氢进行电致变色装置的色彩显影/骤熄的现象，会因为离子导电度以及电解质180中的离子浓度所影响；一般而言，离子导电度系指量测离子在电解质180溶液中的移动程度。因此，溶液黏度以及溶液中的离子浓度均会影响离子导电度。当溶液中黏度下降，离子可自由移动，且造成离子导电度上升；而当溶液中离子浓度增加，离子数量就会增加，而造成离子导电度相对增加；传统液体电解质具有较低黏度，因此其离子浓度约为10^-2～10^-4S/cm之间；而本实用新型使用的该离子液体与该胶状聚合物所混合而成的电解质180，其离子导电度约在10^-3-10^-6S/cm之间。于本实用新型中，该离子液体中的阳离子与阴离子皆无限制。另一方面，该胶状聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride，PVDF)、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)、聚氧化乙烯(polyethylene oxide，PEO)以及聚甲基丙烯酸羟乙酯(polyhydroxyethyl methacrylate，PHEMA)、乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl accetate copolymer，EVA)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol，PVA)之一。

电解质180与PVB胶材(或其他胶材)的混合材料，可使用方法有：

直接涂布(网印)于高分子基材后再加热烘干硬化；

将含电解质180的胶材制成薄膜后裁剪适当大小覆贴于高分子基材后再经层压机加热压合两片高分子基材。

现请参考图3，其显示为本实用新型的一种电致变色组件100的另一实施例。该电致变色组件100主要包含：第一可挠性基材110；第一透明导电层120；电致变色层130；第二可挠性基材150；第二透明导电层160；辅助电致变色层170；反射金属层140；以及电解质180。

须注意的是，此结构大致与第1图相同，主要差异在于将反射金属层140被覆于该第二可挠性基材的另一表面。且该反射金属层上更包含一保护层141。

在使用本实用新型的电致变色组件100时，是将该组件的第一导电基材及第二导电基材与一直流电源电性连接，再通入电压，即可使产生电致变色的效果。其中，利用交错平行的方法交迭的封装技术可使电致变色组件100的驱动电压为30伏特至50伏特之间，且调光时间为100毫秒至60秒之间。

综上所述，本实用新型的一种电致变色组件具有以下的功效：

本实用新型的反射金属层的设置，可使任何角度的残光皆能被电致变色组件100所侦测到，进而进行合适的变色反应。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种电致变色组件，其特征在于，包括：

一第一可挠性基材；

一第一透明导电层，被覆于第一可挠性基材的一表面；

一电致变色层，被覆于第一透明导电层的表面；

一反射金属层，被覆于第一可挠性基材的另一表面；

一第二可挠性基材；

一第二透明导电层，被覆于第二可挠性基材的一表面；

一辅助电致变色层，被覆于第二透明导电层的表面；以及

一电解质，填充于电致变色层与该辅助电致变色层之间；

其中，电致变色组件的驱动电压为0.5伏特至2.5伏特之间，且电致变色装置的调光时间为100毫秒至60秒之间。

2.根据权利要求1所述的电致变色组件，其特征在于，所述第一可挠性基材与第二可挠性基材分别选自聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯或丙烯酸。

3.根据权利要求1所述的电致变色组件，其特征在于，所述第一可挠性基材与第二可挠性基材皆为长方体的结构，其长的范围为1公尺至2公尺之间，且其宽的范围为0.5公尺至1.5公尺之间。

4.根据权利要求1所述的电致变色组件，其特征在于，所述反射金属层选自银或铝。

5.根据权利要求1所述的电致变色组件，其特征在于，所述反射金属层上更包含一保护层。

6.根据权利要求5所述的电致变色组件，其特征在于，所述保护层选自于氧化硅、氧化钛、氧化铝、氮化硅、环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯树脂、硅胶树脂、聚对环二甲苯树脂或聚酰亚胺。

7.一种电致变色组件，其特征在于，包括：

一第一可挠性基材；

一第一透明导电层，被覆于第一可挠性基材的一表面；

一电致变色层，被覆于第一透明导电层的表面；

一第二可挠性基材；

一第二透明导电层，被覆于第二可挠性基材的一表面；

一辅助电致变色层，被覆于第二透明导电层的表面；

一反射金属层，被覆于第二可挠性基材的另一表面；以及

一电解质，填充于电致变色层与辅助电致变色层之间。

8.根据权利要求7所述的电致变色组件，其特征在于，所述反射金属层选自银或铝。

9.根据权利要求7所述的电致变色组件，其特征在于，所述反射金属层上更包含一保护层。

10.根据权利要求9所述的电致变色组件，其特征在于，所述保护层选自于氧化硅、氧化钛、氧化铝、氮化硅、环氧树脂、丙烯酸系树脂、胺基甲酸酯树脂、硅胶树脂、聚对环二甲苯树脂或聚酰亚胺。