TWI578076B - 電控變色貼紙及其製作方法 - Google Patents

Description

電控變色貼紙及其製作方法

本發明是有關於一種電控變色元件及其製作方法，且特別是有關於一種電控變色貼紙及其製作方法。

具有電活性(Electroactive)的電致變色材料在電場作用下，發生電化學氧化還原反應，而得失電子，使得材料的能階改變而造成顏色的變化。一般來說，電致變色元件包括下玻璃基板以及依序配置於下玻璃基板上的透明導電層、離子儲存層、電解質層、電致變色材料層、透明導電層以及上玻璃基板。元件運作時，在兩個透明導電層之間施加一定的電場，電致變色材料在電場作用下發生氧化還原反應，使得材料顏色產生變化。電解質層通常為諸如過氯酸鋰等的電解溶液或固體電解質材料。離子儲存層在電致變色材料發生氧化還原反應時儲存相對應的反向離子，保持整個電荷平衡的作用。

電致變色技術可以廣泛地應用於建築玻璃、汽車天窗及防眩光後視鏡、電子紙、電子標籤及顯示器等。然而，由於目前的 電致變色元件的製作必須對導電玻璃或導電軟板進行變色材料的沈積，並以液態電解液作為離子互換變色層，因此具有結構厚重以及封裝不便等缺點。此外，若要取代固有無變色功能的傳統玻璃，則需將傳統玻璃拆卸並報廢，造成廢棄物的產生。

本發明提供一種電控變色貼紙，具有輕薄與可撓的特性。

本發明另提供一種電控變色貼紙的製作方法，能製作出具有輕薄與可撓的特性的電控變色貼紙。

本發明的電控變色貼紙包括一離子交換膜、一第一電致變色膜、一第一透明導電膜以及一第二透明導電膜。離子交換膜具有一第一表面與一第二表面，其中離子交換膜具可撓性。第一電致變色膜包括一第一過渡金屬氧化物，配置於第一表面上，當施加一電壓至第一電致變色膜，第一電致變色膜會藉由變色而改變透光度。第一透明導電膜配置於離子交換膜的第一表面上，其中第一電致變色膜配置於離子交換膜與第一透明導電膜之間。第二透明導電膜配置於離子交換膜的第二表面上。電控變色貼紙的厚度小於1mm。

在本發明的一實施例中，上述之離子交換膜包括具有以下結構式的聚全氟磺酸膜： ，其中x與y分別為正整數。

在本發明的一實施例中，上述的離子交換膜的厚度介於10um~400um。

在本發明的一實施例中，上述的第一過渡金屬氧化物選自由氧化鎢、氧化鈦、氧化鈮以及氧化鉬所構成之族群。

在本發明的一實施例中，更包括一第二電致變色膜，包括一第二過渡金屬氧化物，配置於第二透明導電膜與離子交換膜之間。

在本發明的一實施例中，上述的第二過渡金屬氧化物選自由氧化鎳、氫氧化鎳以及氧化銥所構成之族群。

在本發明的一實施例中，上述的第二過渡金屬氧化物與第一過渡金屬氧化物不同。

在本發明的一實施例中，上述的第一過渡金屬氧化物為陰極著色型過渡金屬與陽極著色型過渡金屬中一者，以及第二過渡金屬氧化物為陰極著色型過渡金屬與陽極著色型過渡金屬中另一者。

本發明的電控變色貼紙的製作方法包括以下步驟。提供一離子交換膜，其具可撓性。直接於離子交換膜的第一表面上形成一電致變色膜，電致變色膜包括一過渡金屬氧化物，其中當施加一電壓至電致變色膜，電致變色膜會藉由變色而改變透光度。形成一第一透明導 電膜與一第二透明導電膜，其中第一透明導電膜直接形成於電致變色膜上，第二透明導電膜形成於第二表面上。

在本發明的一實施例中，上述的形成第一透明導電膜的方法包括一濺鍍製程或一浸泡鍍膜製程。

基於上述，本發明使用具可撓性的離子交換膜作為固態電解質，並直接於其上形成電致變色膜與透明導電膜，以完成電控變色貼紙的製作。如此一來，電控變色貼紙具有較薄的厚度與可撓性。因此，電控變色貼紙可以輕易地黏貼於具有各種弧度的基材上，以達到調節溫度與節能等效果。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧電控變色貼紙

110‧‧‧離子交換膜

112‧‧‧第一表面

114‧‧‧第二表面

120‧‧‧第一電致變色膜

122‧‧‧第二電致變色膜

130‧‧‧第一透明導電膜

140‧‧‧第二透明導電膜

150‧‧‧電源

160a、160b‧‧‧保護層

圖1為依照本發明一實施例所繪示之電控變色貼紙的剖面示意圖。

圖2A至圖2B為依照本發明一實施例所繪示之電控變色貼紙的製作方法的流程示意圖。

圖3為依照本發明一實施例所繪示之電控變色貼紙的剖面示意圖。

圖4為依照本發明一實施例所繪示之電控變色貼紙的剖面示意圖。

圖1為依照本發明一實施例所繪示之電控變色貼紙的剖面示意圖。電控變色貼紙100包括離子交換膜110、第一電致變色膜120、第一透明導電膜130以及第二透明導電膜140。離子交換膜110具有位於相對兩側的第一表面112與第二表面114。離子交換膜110為固態且具可撓性。離子交換膜110的厚度例如是介於10um~400um。在本實施例中，離子交換膜110例如是質子交換膜，其可以是具有以下結構式的聚全氟磺酸(polymerized perfluorosulfonic acid，PFSA)膜： ，其中x與y分別為正整數。聚全氟磺酸主要包括三個部分，其中主幹區由類似鐵氟龍結構((-CF₂-)_x)所組成，結構強韌而穩定，其為疏水性部分；離子簇由亞硫酸根離子(SO₃-)與氫離子(H⁺)、水分子(H₂O)等固定離子或相對離子所組成，又稱質子交換側；側鏈結構為-CF(O)-CF(O)-CF₂-CF(O)-CF₂，其功用是連結主幹分子與離子簇，其用以運輸的氫質子。聚全氟磺酸膜可以是購自杜邦(Du Pont)公司的Nafion^®薄膜。聚全氟磺酸膜具有耐化學性、機械強度佳、透氣阻隔性佳以及H+傳導電阻較小等特性。

第一電致變色膜120包括第一過渡金屬氧化物，配置於第一表面112上。在本實施例中，第一過渡金屬氧化物可為陰極著色型過 渡金屬或陽極著色型過渡金屬，其中陰極著色型過渡金屬例如是選自由氧化鎢、氧化鈦、氧化鈮以及氧化鉬所構成之族群，陽極著色型過渡金屬例如是選自由氧化鎳、氫氧化鎳以及氧化銥所構成之族群。第一過渡金屬氧化物可以是奈米線絲或薄膜。第一電致變色膜120可以更包括石墨烯。在本實施例中，第一電致變色膜120的形成方法例如是濺鍍製程。第一電致變色膜120的厚度例如是300~400μm。

第一透明導電膜130配置於離子交換膜110的第一表面112上，其中第一電致變色膜120配置於離子交換膜110與第一透明導電膜130之間。第一透明導電膜130的形成方法包括濺鍍製程或浸泡鍍膜製程。第一透明導電膜130的材料例如是選自由銦錫氧化物、AZO、FTO、GZO以及石墨烯透明導電膜所構成之族群。

第二透明導電膜140配置於離子交換膜110的第二表面114上。第二透明導電膜140的形成方法包括濺鍍製程或浸泡鍍膜製程。第二透明導電膜140的材料例如是選自由銦錫氧化物、AZO、FTO、GZO以及石墨烯透明導電膜所構成之族群。電控變色貼紙100的厚度小於1mm。

在本實施例中，電控變色貼紙的製作方法例如是包括以下步驟。首先，如圖2A所示，提供離子交換膜110，其具可撓性。接著，直接於離子交換膜110的第一表面112上形成第一電致變色膜120，第一電致變色膜120包括第一過渡金屬氧化物。第一電致變色膜120的形成方法例如是濺鍍製程。然後，如圖2B所示，形成第一透明導電膜130與第二透明導電膜140，其中第一透明導電膜130直接形成於 第一電致變色膜120上，第二透明導電膜140形成於第二表面114上。而後，再進行封裝製程(未繪示)，諸如於透明導電層上接出電極等步驟。第一透明導電膜130與第二透明導電膜140的形成方法例如是濺鍍製程或浸泡鍍膜製程。在本實施例中，第二透明導電膜140例如是直接形成於第二表面114上。

當施加一電壓至第一電致變色膜120，第一電致變色膜120會藉由變色而改變透光度。詳細地說，第一透明導電膜130與第二透明導電膜140分別電性連接至一電源150。在第一透明導電膜130與第二透明導電膜140上施加一電壓差(例如1.5~2伏特等小於5伏特的低驅動電壓)以通電此電控變色貼紙100時，電控變色貼紙100會因電流流通而產生一可逆化學變化，例如是氧化還原反應，以使第一電致變色膜120改變其透光係數。然而，當關閉電源不再供電時，則第一電致變色膜此時的透光係數經由此可逆化學變化，轉變回未通電前的透光係數。第一電致變色膜120在通電前是透明狀態還是不透明狀態，端視所應用的第一電致變色膜120本身的材質特性而定。舉例而言，當第一電致變色膜120在無電流通過時為一透明狀態，則在第一透明導電膜130與第二透明導電膜140上施加電壓差時第一電致變色膜由透明轉變成不透明狀態。於另一實施例中，當第一電致變色膜120在無電流通過時為一不透明狀態，則在第一透明導電膜130與第二透明導電膜140上施加電壓差時電致變色層由不透明轉變成透明狀態，其中第一透明導電膜130與第二透明導電膜140的材料可為氧化鎢，其具有高的著色效率(Coloration efficiency)、可逆性佳、相對價格低、 壽命最長且無毒等優點。

在本實施例中，根據第一電致變色膜120為陰極著色型過渡金屬或陽極著色型過渡金屬，電控變色貼紙100可以是陰極著色型電控變色元件或陽極著色型電控變色元件，但本發明不限於此。在另一實施例中，如圖3所示，電控變色貼紙100也可以更包括第二電致變色膜122。第二電致變色膜122包括第二過渡金屬氧化物，配置於第二透明導電膜140與離子交換膜110之間。在本實施例中，藉由濺鍍直接於離子交換膜110的第一表面112與第二表面114上形成第一電致變色膜120與第二電致變色膜122，再藉由濺鍍或浸泡於第一電致變色膜120與第二電致變色膜122上形成第一透明導電膜130以及第二透明導電膜140，以完成電控變色貼紙100的製作。其中，第一過渡金屬氧化物為陰極著色型過渡金屬與陽極著色型過渡金屬中一者，以及第二過渡金屬氧化物為陰極著色型過渡金屬與陽極著色型過渡金屬中另一者。因此，電控變色貼紙100例如是互補型電控變色元件。再者，在又一實施例中，如圖4所示，電控變色貼紙100可以更包括保護層160a、160b，保護層160a位於第一透明導電膜130上，以及保護層160b位於第二透明導電膜140上。保護層160a、160b的材料是膠膜，用以避免電控變色貼紙100受到外部環境影響。

在上述的實施例中，使用軟性薄型固態電解質(即離子交換膜110)取代習知電致變色元件中的液態電解質，且其可作為軟性基材，因此可以省略諸如玻璃等基板的配置，以及避免封裝不便。如此，能製作出厚度小於1mm的電控變色貼紙100。電控變色貼紙100 具有輕薄與可撓的特性，因此電控變色貼紙100可以貼紙的形式隨意地貼附於任何弧形光滑物品上，不會受限於平面物品。由於電控變色貼紙100具有輕薄、可撓且可輕易貼附的特性，因此其可貼附於現有的傳統玻璃、車用玻璃、眼鏡等所需構件的表面上，且可透過小電壓進行電致變色貼紙的變色與否。因此，本實施例的電致變色貼紙100與目前需配合陽光、溫度等變色玻璃不同，可以減省更換玻璃的麻煩性與高成本，以及避免廢棄物的產生。如此一來，能將電控變色貼紙100廣泛地應用於諸如建築玻璃、汽車天窗及防眩光後視鏡、電子紙、電子標籤及顯示器等，可達到調節溫度與節能之效果。

綜上所述，本發明是使用具可撓性的離子交換膜與電致變色膜相互搭配，以組成電控變色貼紙。藉由電壓，可以控制電控變色貼紙的變色效果，以達到透光度改變。其中，離子交換膜取代習知厚重的導電玻璃以及電解液，因此大幅縮減電控變色元件的厚度，以形成具有輕薄與可撓特性的電控變色貼紙。電控變色貼紙可以隨易地黏貼於具有各種弧度的基材上。舉例來說，藉由在所需物件的表面上黏貼電控變色貼紙，就能將電控變色技術廣泛地應用於現有的傳統玻璃、車用玻璃、眼鏡等構件上，以達到美觀、調節亮度、調節溫度以及節能等效果。也就是說，電控變色貼紙具有極佳的使用便利性，能避免習知需更換玻璃的麻煩性與高成本，以達到所需效果。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的 精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電控變色貼紙

110‧‧‧離子交換膜

112‧‧‧第一表面

114‧‧‧第二表面

120‧‧‧第一電致變色膜

130‧‧‧第一透明導電膜

140‧‧‧第二透明導電膜

150‧‧‧電源

Claims (9)

1. 一種電控變色貼紙，包括：一離子交換膜，具有一第一表面與一第二表面，其中該離子交換膜具可撓性且包括具有以下結構式的一聚全氟磺酸膜： ，其中x與y分別為正整數；一第一電致變色膜，包括一第一過渡金屬氧化物，配置於該第一表面上，當施加一電壓至該第一電致變色膜，該第一電致變色膜會藉由變色而改變透光度；一第一透明導電膜，配置於該離子交換膜的該第一表面上，其中該第一電致變色膜配置於該離子交換膜與該第一透明導電膜之間；以及一第二透明導電膜，配置於該離子交換膜的該第二表面上，其中該電控變色貼紙的厚度小於1mm。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電控變色貼紙，其中該離子交換膜的厚度介於10um~400um。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電控變色貼紙，其中該第一過渡金屬氧化物選自由氧化鎢、氧化鈦、氧化鈮以及氧化鉬所構成之族群。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電控變色貼紙，更包括一第二電 致變色膜，包括一第二過渡金屬氧化物，配置於該第二透明導電膜與該離子交換膜之間。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電控變色貼紙，其中該第二過渡金屬氧化物選自由氧化鎳、氫氧化鎳以及氧化銥所構成之族群。
6. 如申請專利範圍第4項所述之電控變色貼紙，其中該第二過渡金屬氧化物與該第一過渡金屬氧化物不同。
7. 如申請專利範圍第4項所述之電控變色貼紙，其中該第一過渡金屬氧化物為陰極著色型過渡金屬與陽極著色型過渡金屬中一者，以及該第二過渡金屬氧化物為該陰極著色型過渡金屬與該陽極著色型過渡金屬中另一者。
8. 一種電控變色貼紙的製作方法，包括：提供一離子交換膜，具有一第一表面與一第二表面，其中該離子交換膜具可撓性且包括具有以下結構式的一聚全氟磺酸膜： ，其中x與y分別為正整數；直接於該離子交換膜的該第一表面上形成一電致變色膜，該電致變色膜包括一過渡金屬氧化物，其中當施加一電壓至該電致變色膜，該電致變色膜會藉由變色而改變透光度；以及形成一第一透明導電膜與一第二透明導電膜，其中該第一透明導 電膜直接形成於該電致變色膜上，該第二透明導電膜形成於該第二表面上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電控變色貼紙的製作方法，其中形成該第一透明導電膜的方法包括一濺鍍製程或一浸泡鍍膜製程。