TWI430005B - Method for manufacturing electrochromic element - Google Patents

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Description

電致變色元件製造方法
本發明係關於一種變色元件製造方法，尤指一種電致變色元件製造方法。
一般習知電致變色單元係呈夾層結構，而夾層結構之一側面係具有垂直排列之至少一透明電極。習知電致變色單元通常係由一對玻璃基板所組成，若電致變色單元係於汽車鏡之中，其中一玻璃基板係為可反射的。該等玻璃基板之一側面係設有透明導電層，例如，銦-錫氧化物(ITO)塗在整個側面上。該等玻璃基板係相互面對且其中夾設電致變色層而一電致變色單元。該電致變色單元係經由ITO層連結至電壓電源。
當上述之習知電致變色單元施加驅動電壓時會產生顏色變化，且顏色之變化不同的驅動電壓而有所不同，但習知電致變色單元所需之驅動電壓較高、能呈現之色階較少、色對比較差，且當習知電致變色單元加壓斷電後，其能保持顏色之時間較短。並且，一般習知電致變色單元為液晶元件，所需之驅動電壓較高、且當斷電後，無法保持顏色狀態，並且對於紅外線熱源幅射區段具有較高之穿透率，無法隔絕紅外線及有害光波頻率。
因此，為解決上述問題，本發明之主要目的係在提供一種電致變色元件製造方法，可利用電壓變化改變電致變色元件之透光率與顏色，予以隔絕紅外線及有害光波頻率，並且具有較 低之驅動電壓、較佳之色對比及長時間之變色記憶效應。
為達到上述目的，本發明所使用的主要技術手段是採用以下技術方案實現的：一種電致變色元件製造方法，其包括以下步驟：(a)提供一第一基板及一第二基板，該第一基板包括一第一基材層及一第一透明導電層，該第二基板包括一第二基材層及一第二透明導電層；(b)形成一離子儲存層於該第一透明導電層之一表面，及形成一電致變色層於該第二透明導電層之一表面；(c)形成一電解質層於該電致變色層之一表面；及(d)使該離子儲存層與該電解質層面對並相結合。
本發明之目的及解決其技術問題還可以採用以下技術措施進一步實現。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該第一基材層及該第二基材層之材質係為玻璃、塑膠或金屬。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該金屬之材質係為鋁、鉻、銀或鎳。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該第一透明導電層及該第二透明導電層之材質係為氧化銦錫(ITO)、氟/氧化錫(FTO)、鋁/氧化鋅(AZO)或鎵/氧化鋅(GZO)、奈米碳材料、導電高分子或導電金屬。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該離子儲存層及該電致變色層係包括過渡金屬氧化物、價間嵌入化合物及有機化合物。
依上述之一種電致變色元件製造方法，係利用濺鍍方法形成該離子儲存層及該電致變色層。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該過渡金屬氧化物係為WO3、NiOX、V2O5或CuOx，該價間嵌入化合物係為Fe4[Fe(CN)6]3，該有機化合物係為Poly(aniline)或viologen。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該電解質層之材質係為高分子材料、金屬離子鹽類及添加劑。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該高分子材料係為聚甲基丙烯酸甲酯(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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)聚甲基丙烯酸羥乙酯(polyhydroxyethyl methacrylate,PHEMA)聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)，該金屬離子鹽類係為鋰鹽、酸係鹽或鉀鹽，該添加劑係為含碳酸脂類材料。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中形成該電解質層之步驟包括以下步驟：塗佈一電解質材料於該電致變色層之一表面以形成一薄膜；及進行一第一乾燥程序，乾燥該薄膜以形成該電解質層。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該塗佈方式包括網印、刮刀成型或滾輪壓膜。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該第一乾燥製程依序包括三階段：以55~65℃乾燥8~12分鐘、以80~100℃乾燥6~15分鐘及以110~130℃乾燥8~12分鐘。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中在該第一乾燥 製程之後另包括一整形該電解質層之步驟。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中在該第一乾燥製程後另包括一設置助劑於該離子儲存層與該電解質層相對邊緣之間的步驟，且以傾斜式逐漸貼合方法貼合該離子儲存層與該電解質層。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該助劑係為含碳酸脂類材料。
依上述之一種電致變色元件製造方法，另進行一第二乾燥程序，使該助劑融入該電解質層中。
依上述之一種電致變色元件製造方法，其中該第二乾燥製程依序包括三階段：以55~65℃乾燥8~12分鐘、以80~100℃乾燥6~15分鐘及以110~130℃乾燥8~12分鐘。
依上述之一種電致變色元件製造方法，另包括一塗佈一紫外線膠於該電解質層周圍之步驟。
依上述之一種電致變色元件製造方法，另包括一塗佈一紫外線膠於層疊之該第一基板、該第二基板、該離子儲存層及該電解質層周圍之步驟。
依上述之一種電致變色元件製造方法，另包括一固化該紫外線膠之步驟。
相較於習知技術，本發明之電致變色元件可呈現較多之色階，可見光穿透率15~70%，紅外線熱源幅射區段穿透率可低於3%，加壓斷電後仍能保持顏色1~8小時，因此，可隔絕紅外線及有害光波頻率，並且具有較低之驅動電壓、較佳之色對比及長時間之變色記憶效應。
為了讓本發明之上述目的、特徵、優點能更淺顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖示，做詳細說明如下，其中：第1圖為本發明一較佳實施例電致變色元件製造方法之流程圖；及第2至6圖為本發明一較佳實施例電致變色元件製造方法過程示意圖。
請配合參閱第1圖及第2圖，首先進行步驟S11，提供一第一基板(12)及一第二基板(14)，該第一基板(12)包括一第一基材層(121)及一第一透明導電層(122)，該第二基板(14)包括一第二基材層(141)及一第二透明導電層(142)。該第一基材層(121)及該第二基材層(141)之材質可為玻璃、塑膠或金屬，其中該金屬之材質可為鋁、鉻、銀或鎳，厚度為1um-100um。該第一透明導電層(122)及該第二透明導電層(142)之材質係為氧化銦錫(ITO)、氟/氧化錫(FTO)、鋁/氧化鋅(AZO)或鎵/氧化鋅(GZO)、奈米碳材料、導電高分子或導電金屬。
請配合參閱第1圖及第3圖，接著進行步驟S12，形成一離子儲存層(16)於該第一透明導電層(122)之一表面，及形成一電致變色層(18)於該第二透明導電層(142)之一表面。在本實施例中係利用濺鍍方法形成該離子儲存層(16)及該電致變色層(18)，可理解的是，亦可利用電化學沉積法、真空蒸鍍法、溶膠凝膠法(sol-gel)等形成該離子儲存層(16) 及該電致變色層(18)，但不以此為限。
該離子儲存層(16)及該電致變色層(18)係包括過渡金屬氧化物、價間嵌入化合物及有機化合物。其中該過渡金屬氧化物係為WO3、NiOX、V2O5或CuOx，該價間嵌入化合物係為Fe4[Fe(CN)6]3，該有機化合物係為Poly(aniline)或viologen。
當一區電動壓輸入該電致變色元件時，該電致變色層(18)中各材料(過渡金屬氧化物、價間嵌入化合物及有機化合物)之顏色變化如下表所列，其中還原態(-)及氧化態(+)係分別表示該電致變色層(18)中各材料變色前及變色後之狀態：
請配合參閱第1圖及第4圖，接著進行步驟S13，形成一電解質層(20)於該電致變色層(18)之一表面。其中該電解質層(20)之材質係為高分子材料、金屬離子鹽類及添加劑。該高分子材料係為聚甲基丙烯酸甲酯(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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)聚甲基丙烯酸羥乙酯(polyhydroxyethyl methacrylate,PHEMA)聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)，該金屬離子鹽類係為鋰鹽、酸係鹽或鉀鹽，該添加劑係為含碳酸脂類材料。
在本實施例中，步驟S13包括以下步驟：塗佈一電解質材料於該電致變色層(18)之一表面以形成一薄膜；及進行一第一乾燥程序，乾燥該薄膜以形成該電解質層(20)。該塗佈方式包括網印、刮刀成型或滾輪壓膜，在本實施例中，該第一乾燥製程依序包括三階段：以55~65℃乾燥8~12分鐘、以80~100℃乾燥6~15分鐘及以110~130℃乾燥8~12分鐘。較佳地，在該第一乾燥製程之後另包括一整形該電解質層(20)之步驟，用以將乾燥後之該電解質層(20)的撓曲表面及邊緣整平。
請配合參閱第1圖及第5~6圖，接著進行步驟S14，使該離子儲存層(16)與該電解質層(20)面對並相結合。該離子儲存層(16)與該電解質層(20)可利用輥對輥(roll-to-roll)之方式相結合，但不以此為限。
在本實施例中，在整形該電解質層(20)之步驟後較佳另包括一設置助劑(22)於該離子儲存層(16)與該電解質層(20)相對邊緣之間的步驟，且以傾斜式(例如：頃斜大約45度)逐漸貼合方法貼合該離子儲存層(16)與該電解質層(20)，可理解的是，亦可以垂直上下對貼或其他任何適當之方式貼合該離子儲存層(16)與該電解質層(20)，接著另進行一第二 乾燥程序，使該助劑(22)融入該電解質層(20)中並完成該離子儲存層(16)與該電解質層(20)之結合。
該助劑(22)可為含碳酸脂類材料。該助劑(22)可增加該離子儲存層(16)與該電解質層(20)間之結合性及強度，可提昇該離子儲存層(16)與該電解質層(20)間之電子穿透能力，可降低電致變色元件之驅動電壓。在本實施例中，該第二乾燥製程依序包括三階段：以55~65℃乾燥8~12分鐘、以80~100℃乾燥6~15分鐘及以110~130℃乾燥8~12分鐘。
較佳地，在步驟S14之後另包括一塗佈一紫外線(UV)膠於層疊之該第一基板(12)、該第二基板(14)、該離子儲存層(16)及該電解質層(20)周圍之步驟，接著另進行一固化該UV膠之步驟，以形成一紫外線膠框。在本實施例中係以UV燈源照射該UV膠約30秒即完成固化，其中UV波長約是315nm。該紫外線膠框可保護該第一基板(12)、該第二基板(14)、該離子儲存層(16)及該電解質層(20)。
基於本發明之精神，紫外線膠框之設置可加以變化設計，例如在步驟S14之前，係塗佈一UV膠於該電解質層(20)周圍，接著另進行一固化該UV膠之步驟，以形成一紫外線膠框。該紫外線膠框可保護該電致變色元件中最為重要且較為脆弱之該離子儲存層(16)及該電解質層(20)。
本發明之電致變色元件在以不同的電壓進行驅動下，若驅動電壓越低則顏色越淡，驅動電壓越高則顏色越深，該電致變色元件所能呈現之色階甚至可達20階，可見光穿透率15~70%，紅外線熱源幅射區段穿透率可低於3%，加壓斷電後仍能 保持顏色1~8小時。
綜上所述，本發明提供一種電致變色元件，功能為利用電壓變化改變電致變色元件之透光率與顏色，予以隔絕紅外線及有害光波頻率。並且，本發明之電致變色元件具有較低之驅動電壓、較佳之色對比及長時間之變色記憶效應。
此於同類產品當中實屬首創，符合發明專利要件，爰依法俱文提出申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施態樣，舉凡應用本發明說明書、申請專利範圍或圖式所為之等效結構變化，理應包含在本發明之專利範圍內。
12‧‧‧第一基板
14‧‧‧第二基板
16‧‧‧離子儲存層
18‧‧‧電致變色層
20‧‧‧電解質層
22‧‧‧助劑
121‧‧‧第一基材層
122‧‧‧第一透明導電層
141‧‧‧第二基材層
142‧‧‧第二透明導電層
S11~S14‧‧‧本發明方法之步驟
第1圖為本發明一較佳實施例電致變色元件製造方法之流程圖；及第2至6圖為本發明一較佳實施例電致變色元件製造方法過程示意圖。
S11~S14‧‧‧本發明方法之步驟

Claims (17)

  1. 一種電致變色元件製造方法，包括以下步驟：(a)提供一第一基板及一第二基板，該第一基板包括一第一基材層及一第一透明導電層，該第二基板包括一第二基材層及一第二透明導電層；(b)形成一離子儲存層於該第一透明導電層之一表面，及形成一電致變色層於該第二透明導電層之一表面；(c)形成一電解質層於該電致變色層之一表面；及(d)設置助劑於該離子儲存層與該電解質層相對邊緣之間，且以傾斜式逐漸貼合方法貼合該離子儲存層與該電解質層，使該離子儲存層與該電解質層面對並相結合，接著進行烘烤，完成元件的製作。
  2. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中該第一基材層及該第二基材層之材質係為玻璃、塑膠或金屬其中之一。
  3. 依申請專利範圍第2項所述之電致變色元件製造方法，其中該金屬之材質係為鋁、鉻、銀或鎳其中之一。
  4. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中該第一透明導電層及該第二透明導電層之材質係為氧化銦錫(ITO)、氟/氧化錫(FTO)、鋁/氧化鋅(AZO)或鎵/氧化鋅(GZO)、奈米碳材料、導電高分子或導電金屬其中之一。
  5. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中該 離子儲存層及該電致變色層係包括過渡金屬氧化物、價間嵌入化合物及有機化合物。
  6. 依申請專利範圍第5項所述之電致變色元件製造方法，其中該過渡金屬氧化物係為WO3、NiOX、V2O5或CuOx，該價間嵌入化合物係為Fe4[Fe(CN)6]3，該有機化合物係為Poly(aniline)或viologen。
  7. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，係利用濺鍍方法形成該離子儲存層及該電致變色層。
  8. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中該電解質層之材質係為高分子材料、金屬離子鹽類及添加劑。
  9. 依申請專利範圍第8項所述之電致變色元件製造方法，其中該高分子材料係為聚甲基丙烯酸甲酯(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)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)聚甲基丙烯酸羥乙酯(polyhydroxyethyl methacrylate,PHEMA)聚乙烯醇縮丁醛(Polyvinyl Butyral,PVB)或乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(Ethylene Vinyl Acetate,EVA)其中之一，該金屬離子鹽類係為鋰鹽、酸係鹽或鉀鹽其中之一，該添加劑係為含碳酸脂類材料。
  10. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中步驟(c)包括以下步驟： (c1)塗佈一電解質材料於該電致變色層之一表面以形成一薄膜；及(c2)進行一第一乾燥程序，乾燥該薄膜以形成該電解質層。
  11. 依申請專利範圍第10項所述之電致變色元件製造方法，其中該塗佈方式包括網印、刮刀成型或滾輪壓膜。
  12. 依申請專利範圍第10項所述之電致變色元件製造方法，其中該第一乾燥製程依序包括三階段：以55~65℃乾燥8~12分鐘、以80~100℃乾燥6~15分鐘及以110~130℃乾燥8~12分鐘。
  13. 依申請專利範圍第10項所述之電致變色元件製造方法，其中在該第一乾燥製程之後另包括一整形該電解質層之步驟。
  14. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中該助劑係為含脂類溶劑。
  15. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中在步驟(d)之前，另包括一塗佈一紫外線膠於該電解質層周圍之步驟。
  16. 依申請專利範圍第1項所述之電致變色元件製造方法，其中在步驟(d)之後，另包括一塗佈一紫外線膠於層疊之該第一基板、該第二基板、該離子儲存層及該電解質層周圍之步驟。
  17. 依申請專利範圍第15或16項所述之電致變色元件製造方法，其中在步驟(d)之後，另包括一固化該紫外線膠之步驟。
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