TWI521293B - 電致色變材料之著色與去色的控制方法 - Google Patents

Description

電致色變材料之著色與去色的控制方法

本發明係有關於一種控制方法，尤其是指一種用以控制電致色變材料之著色與去色的方法，使電致變色元件達到最佳變色效果。

當給予物質一個外加電位，而該物質呈現可逆性顏色變化時，該物質稱為電致色變材料(electrochromic materials)。即，電致色變材料藉由外加電場所引起的顏色變化現象，而產生氧化還原狀態之可逆變化以呈現不同之吸收光譜變化；因此，電致色變也可以稱為電變色，且電致色變材料因氧化還原的狀態不同，呈現顏色的差異。於是，由電致色變所組成的元件，可以藉由操作電壓調控其顏色或穿透度變化，亦即只要以極小的電壓驅動後，便能使電致色變元件進行著色動作，當停止外加電位時，離子將緩慢地以擴散方式離開變色層而去色，因此藉由對兩極反覆切換正負電壓，使電致色變元件內部發生電化學反應，產生著色(coloured)及去色(bleached)之視覺色彩上的改變。而電致色變元件之著色及去色效率決定於離子在變色層中移動的速率。

由於電致色變材料能經由外加電位的控制，產生穿透率的變化，並具有可逆性與記憶效應，達到濾光、控制明暗及節能之目的，因此 近年來逐漸受到重視。常見的電致色變材料可區分為以下四大類：(1)過渡金屬氧化物(transition metal oxides)：節能窗戶中常用的三氧化鎢(tungsten oxide)為典型的代表，其氧化狀態為無色、還原態則呈現藍色；(2)金屬氰化鐵錯合物(metalhexacyanoferrates)：由金屬離子和赤血鹽(ferric cyanide)沈積而得，電化學可逆性極佳，如普魯士藍(prussian blue)，還原態下無色透明，但氧化後可顯現藍色或綠色；(3)雜環導電高分子(heterocyclicconducting polymers)：種類繁多，色彩豐富，例如聚苯胺(polyaniline)，可隨著氧化電位的施加依序呈現淺黃色、綠色、藍色及紫色的變化；(4)機聯啶分子(organic bipyridiliums)：例如與農藥巴拉刈(paraquat)結構相似的紫精分子(heptyl viologen)已廣泛地被用在高級房車的變色後視鏡中，其氧化態為無色、還原態呈現紫色。

然而，一般用於控制電致色變材料的著色與去色的方式，均是直接接設直流正電壓與直流負電壓(參看第二圖)，即當欲令電致色變材料著色時，係對電致色變材料施予一直流正電壓值，若欲令電致色變材料去色時，則施以一直流負電壓值予電致色變材料；由於直流正電壓與直流負電壓在施予電致色變元件一段時間之後，其電流值趨於平緩，維持在一穩定的氧化、還原電流，最後電致色變元件可達到完全的著色與去色狀態，但此現象會造成元件著色不均勻的像現象發生。為了改善元件變色均勻性，一般會透過限制輸入元件電流的模式進行之，可以改善顏色不均勻的 現象，但因為限電流的模式會使變色速度變的非常慢，無法達到最佳的著去色效果。

今，本發明人即是鑑於傳統在控制電致色變元件的著色與去色之技術所產生之反應速度慢、著色不均勻的缺失狀況，而進一步研發出本發明之控制方法。

本發明之主要目的，為提供一種能縮短著色或去色時間，使電致色變元件快速著色或去色，以進一步降低電能的耗費，又能使顏色均勻呈現。

上述本發明之主要目的，是由以下之具體技術手段所達成：一種電致色變材料之著色控制方法，係令供應電致色變材料之著色電源為一直流脈波正電壓，該直流脈波正電壓由V₁~V_r間循環變化，其頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%。

如上所述之電致色變材料之著色控制方法，其中，該直流脈波正電壓之V₁電壓範圍為0~1.2V，V_r電壓範圍為0.8~3V。

一種電致色變材料之去色控制方法，係令供應電致色變材料之著色電源為一直流脈波負電壓，該直流脈波負電壓由V₂~V_S間循環變化，其頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%。

如上所述之電致色變材料之去色控制方法，其中，該直流脈波負電壓之V₂電壓範圍為0~-1.2V，V_S電壓範圍為-0.8~-3V。

本發明之控制方法與傳統之方法相較，本發明之優點為：本發明透過以所界定之頻率、工作週期甚至是循環變化的電 壓範圍值之直流脈波正電壓或直流脈波負電壓供應給電致色變元件，能使電致色變元件之氧化還原動作不斷受到逐次升高之峰值的影響，在不影響著色均勻性的情形下，而加速著色與去色之速度，達到縮短著色與去色時間，並有效降低電能的消耗之效果。

第一圖：本發明之電致色變材料於著色時之電壓、電流及著色時間的波形圖

第二圖：本發明之電致色變材料於去色時之電壓、電流及著色時間的波形圖

第三圖：習知之電致色變材料於著色時之電壓、電流及著色時間的波形圖

第四圖：習知之電致色變材料去色之電壓、電流及著色時間的波形圖

為令本發明所運用之技術內容、發明目的及其達成之功效有更完整且清楚的揭露，茲於下詳細說明之，並請一併參閱所揭之圖式及圖號：請參看第一圖及第二圖所示，其分別係本發明之電致色變材料於著色時之電壓、電流及著色時間的波形圖與去色時之電壓、電流及著色時間的波形圖。

該電致色變材料之著色與去色的控制方法，係令供應電致色變材料之著色電源為一直流脈波正電壓，而令供應電致色變材料之著色電 源為一直流脈波負電壓，其中，該直流脈波正電壓由V₁~V_r間循環變化，而直流脈波負電壓由V₂~V_S間循環變化。其中，該直流脈波正電壓頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%，其V₁電壓範圍為0~1.2V，V_r電壓範圍為0.8~3V；該直流脈波負電壓頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%，其V₂電壓範圍為0~-1.2V，V_S電壓範圍為-0.8~-3V。

如此一來，當V_r電壓輸入電致色變材料時，瞬間產生一峰值電流，並在經過一時間t₁後，輸入電壓轉換為V₁，再過一時間t₂後，再輸入V_r電壓，同時瞬間產生一峰值電流，透過如此反覆之輸入電壓V₁~V_r間的循環變化，將使每次施加於電致色變材料之電壓因為由V_r變為V₁之轉變所產生之峰值，隨該直流脈波正電壓循環次數而增加，其峰值也逐漸上升，而得以在保持著色均勻性情形下，加速電致色變元件之著色時間，而由於著色時間縮短，相對的令所需之電能消耗也因此減少，達到節省能源之效果。

反之，於去色時，當V_S電壓輸入電致色變材料時，瞬間產生一峰值電流，並在經過一時間t₁後，輸入電壓轉換為V₂，再過一時間t₂後，再輸入V_S電壓，同時瞬間產生一峰值電流，透過如此反覆之輸入電壓V₂~V_S間的循環變化，將使每次施加於電致色變材料之電壓因為由V_S變為V₂之轉變所產生之峰值，隨該直流脈波負電壓循環次數而增加，其峰值也逐漸上升，在保持去色均勻性的情形下，而加速電致色變元件之去色時間，而相對令所需之電能消耗減少，達到節省能源之效果。

為證實本案技術確實可以達到加速著色時間，茲進一步對採用本案技術及以直流電驅動電致變色元件之著色時間進行試驗，試驗結果 如下表所示：

又為證實本案技術確實可以達到加速去色時間，茲進一步對採用本案技術及以直流電驅動電致變色元件之去色時間進行試驗，試驗結果如下表所示：

由以上著色與去色試驗結果表之揭示可知，當採用直流電輸 入、不限流(未限制電流值)方式驅動電致變色元件時，靠近電致變色元件正負兩極端位置顏色變色較深，中間位置顏色變色較淺，有變色不均勻之情形，其原因是：正負極之間匯入大量”電流通量”變成正負極之間變色層氧化物快速接收能量，導致靠近正負兩極變色較深，中間位置顏色較淺之變色不平均現象。當採用直流電輸入、限流(限制電流值)方式驅動電致變色元件時，電致變色的時間增長，其原因是：正負極之間匯入適當”電流通量”改善了第一階段電致變色元件顏色不均之問題，但因為電流限制住而產生電致變色時間增長，此即為電子元件的習知概念。當採用由V₁~V_r間循環變化之直流脈波正電壓與由V₂~V_S間循環變化之直流脈波負電壓、且不限流方式驅動電致變色元件時，因第一脈衝匯入後即有時間可暫緩匯入電流通量，當第二脈衝再匯入後，再暫緩匯入電流通量，如此一波接一波的匯入電流通量不僅能改善電致變色元件顏色不均之問題，同時有效的控制工作週期，是可以有效縮短電致變色時間，達到最佳的著去色效果。

經由以上所述，本發明之著色與去色控制方法，係透過以所界定之頻率、工作週期甚至是循環變化的電壓範圍值之直流脈波正電壓或直流脈波負電壓供應給電致色變元件，能使電致色變元件之氧化還原動作不斷受到逐次升高之峰值的影響，在不影響著色均勻性的情形下，而加速著色與去色之速度，達到縮短著色與去色時間，並有效降低電能的消耗之效果。

以上所舉者僅係本發明之部份實施例，並非用以限制本發明，致依本發明之創意精神及特徵，稍加變化修飾而成者，亦應包括在本專利範圍之內。

綜上所述，本發明實施例確能達到所預期之使用功效，又其所揭露之具體技術手段，不僅未曾見諸於同類產品中，亦未曾公開於申請前，誠已完全符合專利法之規定與要求，爰依法提出發明專利之申請，懇請惠予審查，並賜准專利，則實感德便。

Claims (4)

1. 一種電致色變材料之著色控制方法，係令供應電致色變材料之著色電源為一直流脈波正電壓，該直流脈波正電壓由V₁~V_r間循環變化，其頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電致色變材料之著色控制方法，其中，該直流脈波正電壓之V₁電壓範圍為0~1.2V，V_r電壓範圍為0.8~3V。
3. 一種電致色變材料之去色控制方法，係令供應電致色變材料之著色電源為一直流脈波負電壓，該直流脈波負電壓由V₂~V_S間循環變化，其頻率為10~1000Hz，工作週期為60%~90%。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電致色變材料之去色控制方法，其中，該直流脈波負電壓之V₂電壓範圍為0~-1.2V，V_S電壓範圍為-0.8~-3V。