TWI829072B - 電致變色元件及其形成方法 - Google Patents

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連詹田
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Abstract

一種電致變色元件包括：第一基板、第二基板、電致變色層、第一導電膠以及第二導電膠。電致變色層配置在第一基板與第二基板之間。電致變色層包括聚乙烯醇（PVA）膜與染色於其中的電致變色離子。電致變色離子沿著電致變色層的水平方向有序排列，以降低電致變色層的水平電阻。第一導電膠配置在第一基板與電致變色層之間。第二導電膠配置在第二基板與電致變色層之間。另提供一種電致變色元件的形成方法。

Description

電致變色元件及其形成方法
本發明是有關於一種可控變色元件及其形成方法，且特別是有關於一種電致變色元件及其形成方法。
隨著科技日新月異，能源危機、全球暖化、環境汙染等問題日趨嚴峻，在享受科技帶來便利的同時，維持經濟及環境永續發展，開發環保節能減碳的產品及技術迫在必行，變色材料是指材料經由外部刺激，如光、溫度或電場進而產生可逆光學性質變化，通過顏色深淺及透明度的變化，可調節光線入射強弱並能選擇吸收或反射太陽輻射熱量或阻止內部熱擴散，減少照明設備及空調等電力的使用，有效降低能耗，變色材料因此引起科學家廣泛的重視及大量的研究。
本發明提供一種電致變色元件，其具有穩定性高，變色循環壽命長、大面積變色均勻性佳等功效。
本發明提供一種電致變色元件的形成方法，其可通過連續卷對卷大面積批量化生產，以降低生產成本，更易達到商品化。
本發明實施例提供一種電致變色元件的形成方法包括：通過染色法將電致變色材料染色至聚乙烯醇（PVA）膜中，以形成電致變色層；以及通過第一導電膠與第二導電膠將電致變色層貼合在第一基板與第二基板之間。
在本發明的一實施例中，上述的染色法包括：對PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將電致變色材料染色於其中。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色材料中的電致變色離子沿著延伸步驟的延伸方向有序排列，以降低電致變色層的水平電阻。
在本發明的一實施例中，上述的第一導電膠以及/或第二導電膠為變色透明導電膠，且變色透明導電膠是通過在透明導電膠中添加0 wt%~50 wt%的變色材料所形成。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一導電電極形成在第一基板與第一導電膠之間；以及將第二導電電極形成在第二基板與第二導電膠之間。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色材料包括：變色材料，其含量為1 wt%~25 wt%；電解質材料，其含量為0.1 wt%~99 wt%；還原劑，其含量為0.1 wt%~25 wt%；以及有機溶劑，其含量為0.5 wt%~90 wt%。
本發明實施例提供一種電致變色元件的形成方法包括：將第一導電電極形成在第一基板上；將第二導電電極形成在第二基板上；以及通過染色法將電解質染色至聚乙烯醇（PVA）膜中，以在第一導電電極與第二導電電極之間形成電解質膜。
在本發明的一實施例中，上述的染色法包括：對PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將電解質染色於其中。
在本發明的一實施例中，上述的電解質中的電解質離子沿著延伸步驟的延伸方向有序排列，以降低電解質膜的水平電阻。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一電致變色層形成在第一導電電極與電解質膜之間；以及將第二電致變色層形成在第二導電電極與電解質膜之間。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一電致變色層形成在第一導電電極與電解質膜之間；以及將聚合物分散液晶（PDLC）層形成在第二導電電極與電解質膜之間。
本發明實施例提供一種電致變色元件包括：第一基板、第二基板、電致變色層、第一導電膠以及第二導電膠。電致變色層配置在第一基板與第二基板之間。電致變色層包括聚乙烯醇（PVA）膜與染色於其中的電致變色離子。電致變色離子沿著電致變色層的水平方向有序排列，以降低電致變色層的水平電阻。第一導電膠配置在第一基板與電致變色層之間。第二導電膠配置在第二基板與電致變色層之間。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件更包括：第一導電電極，配置在第一基板與第一導電膠之間；以及第二導電電極，配置在第二基板與第二導電膠之間。
本發明的一實施例中，上述的第一導電膠以及/或第二導電膠為變色透明導電膠，且變色透明導電膠包括0 wt%~50 wt%的變色材料。
本發明實施例提供一種電致變色元件包括：第一基板、第二基板、電解質膜、第一導電電極以及第二導電電極。電解質膜配置在第一基板與第二基板之間。電解質膜包括第一聚乙烯醇（PVA）膜與染色於其中的電解質離子。電解質離子沿著電解質膜的水平方向有序排列，以降低電解質膜的水平電阻。第一導電電極配置在第一基板與電解質膜之間。第二導電電極，配置在第二基板與電解質膜之間。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件更包括：第一電致變色層，配置在第一導電電極與電解質膜之間，且與第一導電電極以及電解質膜直接接觸；以及第二電致變色層，配置在第二導電電極與電解質膜之間，且與第二導電電極以及電解質膜直接接觸。
在本發明的一實施例中，上述的第一電致變色層包括第二PVA膜與染色於其中的第一電致變色離子，第一電致變色離子沿著第一電致變色層的水平方向有序排列，以降低第一電致變色層的水平電阻。
在本發明的一實施例中，上述的第二電致變色層包括第三PVA膜與染色於其中的第二電致變色離子，第二電致變色離子沿著第二電致變色層的水平方向有序排列，以降低第二電致變色層的水平電阻。
在本發明的一實施例中，上述的電致變色元件更包括：第一電致變色層，配置在第一導電電極與電解質膜之間，且與第一導電電極以及電解質膜直接接觸；以及聚合物分散液晶（PDLC）層，配置在第二導電電極與電解質膜之間，且與第二導電電極以及電解質膜直接接觸。
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之標號表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。
圖1A至圖1D是依照本發明一實施例的一種電致變色層的製造流程的剖面示意圖。
本實施例提供一種電致變色層的形成方法，其包括以下步驟。首先，如圖1A所示，提供聚乙烯醇（PVA）膜10a。在一實施例中，PVA膜10a包括多個聚乙烯醇分子12均勻分布在膜中。
請參照圖1B至圖1C，通過染色法將電致變色材料染色至PVA膜10a中，以形成電致變色層100。在一實施例中，上述染色法包括：對所述PVA膜10a依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將電致變色材料染色於其中。具體來說，將PVA膜10a水洗且充分澎潤後，將PVA膜10a浸泡電致變色材料（例如是變色溶液）中，使電致變色材料中的電致變色離子14擴散滲入PVA膜10a內，以形成PVA膜10b，如圖1B所示。在此實施例中，聚乙烯醇分子12與電致變色離子14是在PVA膜10b中無序排列。也就是說，聚乙烯醇分子12與電致變色離子14是在PVA膜10b的排列是無規則性的。接著，對染色後的PVA膜10b進行延伸步驟，使得使PVA膜10b中的聚乙烯醇分子12與電致變色離子14受拉力延伸後成為沿著延伸步驟的延伸方向（例如是XY平面方向）排列的聚乙烯醇分子22與電致變色離子24，進而形成電致變色層100，如圖1C所示。
在一實施例中，電致變色材料包括：含量為1 wt%~25 wt%的變色材料、含量為0.1 wt%~99 wt%的電解質材料、含量為0.1 wt%~25 wt%的還原劑以及含量為0.5 wt%~90 wt%的有機溶劑。
在一實施例中，上述的變色材料可包括(1)無機金屬錯合物和金屬氧化物，如V 2O 5、ZnO、Ir(OH) X、NiO XH Y、Nb 2O 5、TiO 2、WO 3、CuO X、MoO 3及其衍生複合物等、(2)金屬鹵化物，如碘化鈣和碘化汞、氯化銅、氯化銀、溴化銀、氯化亞鐵、溴化鋰、鈣鈦礦及其衍生複合物等、(3)有機聚合物，如聚(亞乙基二氧硫代酚)-聚(磺酸苯乙烯)（PEDOT-PSS）、聚吡咯、聚苯胺、聚(2,5-二甲氧苯胺)、聚甘菊環、聚噻吩、聚嘧啶、聚吲哚、聚哢唑、聚吖嗪、聚醌及其衍生複合物等、(4)有機化合物，如普魯士藍、金屬酞菁、紫精、吡唑啉、蒽醌、吩噻嗪二苯基乙烯、螺唔嗓、螺吡喃、螺1,4-氧氮六圜、螺噁嗪、偶氮苯、相關雜環化合物及其衍生複合物等、(5)有機-無機複合物以及(6)液晶類材料等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，上述的電解質材料包括凝膠態電解質、液體電解質或離子液體，包含0.1%~25%離子源溶質與0%~90%高分子電解質、0.1%~25%還原劑、0%~5%色精或染料。離子源溶質可使用無機鹽（例如，鹼金屬鹽和鹼土金屬鹽）、季銨鹽、酸或鹼類，無特别限制，可為已公開使用的任何材料，其中以H +、Li +離子源較佳，如過氯酸锂(LiClO 4)、四氟硼酸锂(LiBF 4)、六氟磷酸锂(LiPF 6)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PFe)、氫氧化鈉、鹽酸等；而膠態電解質則需考慮材料需為低结晶度且具備高的離子游離程度，高分子電解質可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)以及甲基丙烯酸羥乙酯(polyhydroxyethylmethacrylate, PHEMA)、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate copolymer, EVA)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)、聚丙二醇(polypropylene glycol, PPG)或其混合、共聚物等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，上述的還原劑可包括對苯二酚、苯醌、四硫富瓦烯、四氰基對苯二醌二甲烷、二茂鐵及其衍生物等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，上述的有機溶劑可包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、正十六醇、正十八醇、丙酮、丁酮、四氫呋喃、二甲基亞碸、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈、苯腈、戊二腈、甲基戊二腈、3，3’-氧二丙腈、羥基丙腈、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮、環丁碸、3-甲基環丁碸、甲苯、氯苯、聚乙二醇、氯仿、乙酸乙酯、環己烷、石油醚、乙醇胺等，亦可為一種或多種溶劑混合之共溶劑，但本發明實施例不限於此。
請參照圖1D，將電致變色層100配置在兩個導電層30、40之間，且將導電層30、40分別電性連接至驅動電路50。在一實施例中，驅動電路50可例如是積體電路(integrated circuit，IC)、晶片（chip）、覆晶薄膜（chip on film，COF）或印刷電路板（printed circuit board，PCB），但本發明實施例不限於此。驅動電路50可傳送電壓訊號至導電層30、40，以驅動電致變色層100進行局部或整體的變色。舉例來說，電致變色層100可被開啟（turn on）而讓使用者可觀察到電致變色層100變色（例如是變藍色、紅色等顏色）。因此，本實施例之電致變色層100可視為一種可控變色元件。
值得注意的是，在本實施例中，電致變色層100中的聚乙烯醇分子22與電致變色離子24可沿著電致變色層100的水平方向（例如XY平面方向）有序排列。在此情況下，有序排列的聚乙烯醇分子22與電致變色離子24可降低電致變色層100的水平電阻（亦即(R xy＜R z），且有助於電致變色層100內的電流分佈。因此，相較傳統固態變色元件，本實施例之電致變色層100的變色均勻性及反應時間較佳。也就是說，本實施例之電致變色層100在被開啟時可更快速地變色。
圖2是依照本發明第一實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。
請參照圖2，本發明第一實施例提供一種電致變色元件110包括：電致變色層100、第一基板102、第二基板112、第一導電電極104、第二導電電極114、第一導電膠106以及第二導電膠116。
電致變色層100可配置在第一基板102與第二基板112之間。在一實施例中，第一基板102與第二基板112可包括透明或反射基材。透明基材優選為玻璃、石英板、聚乙烯对苯二甲酸酯（PET)、聚碳酸酯（PC)、聚乙烯（PE)、聚氯乙烯（PVC)、聚丙烯（PP)、聚苯乙烯（PS)、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA)及與上述高分子之混合塑料板，或其他透光性材料。反射基材可包括金屬鍍膜或其他非透光性材料。第一基板102與第二基板112可具有相同材料或是不同材料。
第一導電電極104可配置在第一基板102與第一導電膠106之間，且直接接觸第一基板102與第一導電膠106。第二導電電極114可配置在第二基板112與第二導電膠116之間，且直接接觸第二基板112與第二導電膠116。在一實施例中，第一導電電極104與第二導電電極114可包括氧化銦錫(ITO)、銦鋅氧化物(IZO)、氟摻雜氧化錫(FTO)、氧化鋅鋁(AZO)、石墨稀(graphene)、奈米碳管(carbon nanotube, CNT)、奈米銀線、導電高分子、金屬網格等。第一導電電極104與第二導電電極114可具有相同材料或是不同材料。
第一導電膠106可配置在第一導電電極104與電致變色層100之間，且直接接觸第一導電電極104與電致變色層100。第二導電膠116可配置在第二導電電極114與電致變色層100之間，且直接接觸第二導電電極114與電致變色層100。在一實施例中，第一導電膠106與第二導電膠116可以是透明導電膠。第一導電膠106與第二導電膠116可包括含量為0.1 wt%~80 wt %可固化樹脂、含量為0.1 wt%~75 wt%金屬鹽類化合物、金屬鹵化物或導電奈米粒子以及含量為0.5 wt%~90 wt%溶劑混合製得。
在一實施例中，可固化樹脂包括丙烯酸類樹脂、芳香族聚氨酯、環氧樹脂、氯乙烯樹脂、乙烯樹脂、三聚氰胺樹脂、矽樹脂、苯酚樹脂等。可固化樹脂可為一種或多種0%~99%單體、0%~99%寡聚物與0.1%~20%起始劑按一定比例混合，經由UV照射或加熱固化而成；單體如單官能基之甲基丙烯酸甲酯(MMA)，雙官能性之二丙烯酸1,6-己二醇酯(HDDA)與二丙烯酸三丙二醇酯 (TPGDA)，三官能性之三甲醇基(三甲醇基丙烷三丙烯酸酯)丙烷三丙烯酸酯 (TMPTA)與三丙烯酸異戊四醇酯(PETA)等，不限於此；寡聚物如聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚烯烴/硫醇等，不限於此；起始劑包括光起始劑、熱起始劑，光起始劑如I-TPO、I-184、I-819、I-2959等，不限於此，熱起始劑如KPS、APS、AIBN、BPO等，不限於此，優選光起始劑或其共混的體系。
在一實施例中，金屬鹽類化合物可包括醋酸銀(CH 3COOAg)、硝酸銀(AgNO 3)、醋酸銅[Cu(COOCH 3) 2]、氫氧化銅[(Cu(OH) 2]、硝酸銅[(Cu(NO 3) 2]、硫酸銅(CuSO 4) 、三氟醋酸銀(CF 3COOAg)及六羥基鉑酸鈉[Na 2Pt(OH) 6]、過氯酸锂(LiClO 4)等，但不限於此；金屬鹵化物可包括氯化銀(AgCl)、碘化銀(AgI)、三氯化金(gold chloride)、四氯金酸(HAuCl 4．3H 2O)及氯化銅(CuCl 2)等，但不限於此；導電奈米粒子可包括奈米銀，奈米金，奈米銅、石墨稀及其他奈米金屬不限於此。
在替代實施例中，第一導電膠106以及/或第二導電膠116可以是變色透明導電膠，以使電致變色元件110顏色可調、色彩更多元豐富。在此實施例中，上述的變色透明導電膠是通過在透明導電膠添加0 wt%~50 wt%的變色材料所形成，上述的變色材料可包括(1)無機金屬錯合物和金屬氧化物，如V 2O 5、ZnO、Ir(OH) X、NiO XH Y、Nb 2O 5、TiO 2、WO 3、CuO X、MoO 3及其衍生複合物等，(2)金屬鹵化物，如碘化鈣和碘化汞、氯化銅、氯化銀、溴化銀、氯化亞鐵、溴化鋰、鈣鈦礦及其衍生複合物等，(3)有機聚合物，如聚(亞乙基二氧硫代酚)-聚(磺酸苯乙烯)(PEDOT-PSS)、聚吡咯、聚苯胺、聚(2,5-二甲氧苯胺)、聚甘菊環、聚噻吩、聚嘧啶、聚吲哚、聚哢唑、聚吖嗪、聚醌及其衍生複合物等，(4)有機化合物，如普魯士藍、金屬酞菁、紫精、吡唑啉、蒽醌、吩噻嗪二苯基乙烯、螺唔嗓、螺吡喃、螺1,4-氧氮六圜、螺噁嗪、偶氮苯、相關雜環化合物及其衍生複合物等，(5)有機-無機複合物(6)液晶類材料等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，有機溶劑可包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、正十六醇、正十八醇、丙酮、丁酮、四氫呋喃、二甲基亞碸、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈、苯腈、戊二腈、甲基戊二腈、3，3’-氧二丙腈、羥基丙腈、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮、環丁碸、3-甲基環丁碸、甲苯、氯苯、聚乙二醇、氯仿、乙酸乙酯、環己烷、石油醚、乙醇胺等，亦可為一種或多種溶劑混合之共溶劑。
值得注意的是，本實施例之電致變色層100是通過對PVA膜進行染色法所形成，此染色法可於室溫下進行連續卷對卷大面積批量化生產。相較於傳統固態電致變色元件所採用的濺鍍法或化學氣相沉積（CVD）成膜，亦或是通過注入、噴塗、旋塗、印刷等製程，再進行光、熱固化成膜等方法來說，本實施例之電致變色層100的形成方法可控制膜厚均勻性，且具有大面積製造、批量化生產以及降低生產成本等優點，以更容易達到商品化的目的。此外，本實施例之電致變色層100中的電致變色離子可沿著電致變色層100的水平方向有序排列，以降低電致變色層100的水平電阻。
圖3是依照本發明第二實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。
請參照圖3，基本上，第二實施例的電致變色元件120與第一實施例的電致變色元件110相似，相同的構件與配置已於上述段落中詳述過，於此便不再贅述。上述兩者的不同之處在於：電致變色元件120省略了第一導電電極104與第二導電電極114。也就是說，第一導電膠106配置在第一基板102與電致變色層100之間，且直接接觸第一基板102與電致變色層100。第二導電膠116配置在第二基板112與電致變色層100之間，且直接接觸第二基板112與電致變色層100。
值得注意的是，由於第一導電膠106與第二導電膠116具有良好的導電性，因此，可直接形成在第一基板102與第二基板112上作為導電電極來使用。本實施例之電致變色元件120可具有較薄的厚度，且可降低生產成本並簡化製程步驟。在替代實施例中，第一導電膠106以及/或第二導電膠116可以是變色透明導電膠，以使電致變色元件120顏色可調、色彩更多元豐富。
圖4是依照本發明第三實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。
請參照圖4，第三實施例提供一種電致變色元件130包括：第一基板102、第二基板112、第一導電電極104、第二導電電極114、第一電致變色層100a、第二電致變色層100b以及電解質膜200。具體來說，電解質膜200配置在第一基板102與第二基板112之間。電解質膜200可通過染色法將電解質染色至PVA膜中來形成。具體來說，上述染色法包括：對PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將電解質染色於其中。在此情況下，電解質膜200中的電解質離子可沿著電解質膜200的水平方向有序排列，以降低電解質膜200的水平電阻。
在一實施例中，上述電解質包括：含量為0.1 wt%~99 wt%的電解質材料以及含量為0.5 wt%~90 wt%的有機溶劑。
在一實施例中，上述的電解質材料包括凝膠態電解質、液體電解質或離子液體，包含0.1%~25%離子源溶質與0%~90%高分子電解質、0.1%~25%還原劑、0%~5%色精或染料。離子源溶質可使用無機鹽（例如，鹼金屬鹽和鹼土金屬鹽）、季銨鹽、酸或鹼類，無特别限制，可為已公開使用的任何材料，其中以H +、Li +離子源較佳，如過氯酸锂(LiClO 4)、四氟硼酸锂(LiBF 4)、六氟磷酸锂(LiPF 6)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([BMIM]PFe)、氫氧化鈉、鹽酸等；而膠態電解質則需考慮材料需為低结晶度且具備高的離子游離程度，高分子電解質可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)以及甲基丙烯酸羥乙酯(polyhydroxyethylmethacrylate, PHEMA)、乙烯/乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl acetate copolymer, EVA)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)、聚苯醚(polyphenylene oxide)、聚乙二醇(polyethylene glycol, PEG)、聚丙二醇(polypropylene glycol, PPG)或其混合、共聚物等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，上述的有機溶劑可包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、正十六醇、正十八醇、丙酮、丁酮、四氫呋喃、二甲基亞碸、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈、苯腈、戊二腈、甲基戊二腈、3，3’ -氧二丙腈、羥基丙腈、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮、環丁碸、3-甲基環丁碸、甲苯、氯苯、聚乙二醇、氯仿、乙酸乙酯、環己烷、石油醚、乙醇胺等，亦可為一種或多種溶劑混合之共溶劑，但本發明實施例不限於此。
如圖4所示，第一導電電極104可配置在第一基板102與第一電致變色層100a之間，且直接接觸第一基板102與第一電致變色層100a。第二導電電極114可配置在第二基板112與第二電致變色層100b之間，且直接接觸第二基板112與第二電致變色層100b。
如圖4所示，第一電致變色層100a可配置在第一導電電極104與電解質膜200之間，且直接接觸第一導電電極104與電解質膜200。第二電致變色層100b可配置在第二導電電極114與電解質膜200之間，且直接接觸第二導電電極114與電解質膜200。在一實施例中，第一電致變色層100a與第二電致變色層100b在經開啟後可呈不同顏色。舉例來說，第一電致變色層100a在經開啟後可呈紅色，第二電致變色層100b在經開啟後可呈藍色。在此情況下，使用者可觀察到電致變色元件130為經紅藍混色後的紫色。
在一實施例中，第一電致變色層100a與第二電致變色層100b可將膠態或固態的電致變色材料通過注入、噴塗、旋塗、印刷等製程，再進行光、熱固化成膜等傳統方法來形成。上述膠態或固態的電致變色材料可包括含量為1 wt%~25 wt%的變色材料、含量為0.1 wt%~80 wt%的可固化樹脂以及含量為0.5 wt%~90 wt%的有機溶劑。
在一實施例中，上述的變色材料可包括(1)無機金屬錯合物和金屬氧化物，如V 2O 5、ZnO、Ir(OH) X、NiO XH Y、Nb 2O 5、TiO 2、WO 3、CuO X、MoO 3及其衍生複合物等、(2)金屬鹵化物，如碘化鈣和碘化汞、氯化銅、氯化銀、溴化銀、氯化亞鐵、溴化鋰、鈣鈦礦及其衍生複合物等、(3)有機聚合物，如聚(亞乙基二氧硫代酚)-聚(磺酸苯乙烯)（PEDOT-PSS）、聚吡咯、聚苯胺、聚(2,5-二甲氧苯胺)、聚甘菊環、聚噻吩、聚嘧啶、聚吲哚、聚哢唑、聚吖嗪、聚醌及其衍生複合物等、(4)有機化合物，如普魯士藍、金屬酞菁、紫精、吡唑啉、蒽醌、吩噻嗪二苯基乙烯、螺唔嗓、螺吡喃、螺1,4-氧氮六圜、螺噁嗪、偶氮苯、相關雜環化合物及其衍生複合物等、(5)有機-無機複合物以及(6)液晶類材料等，但本發明實施例不限於此。
在一實施例中，上述的可固化樹脂可包括丙烯酸類樹脂、芳香族聚氨酯、環氧樹脂、氯乙烯樹脂、乙烯樹脂、三聚氰胺樹脂、矽樹脂、苯酚樹脂等。上述的可固化樹脂可為一種或多種0%~99%單體、0%~99%寡聚物與0.1%~20%起始劑按一定比例混合，經由UV照射或加熱固化而成；單體如單官能基之甲基丙烯酸甲酯 (MMA)，雙官能性之二丙烯酸1,6-己二醇酯 (HDDA)與二丙烯酸三丙二醇酯 (TPGDA)，三官能性之三甲醇基 (三甲醇基丙烷三丙烯酸酯)丙烷三丙烯酸酯 (TMPTA)與三丙烯酸異戊四醇酯 (PETA)等，不限於此；寡聚物如聚氨酯丙烯酸酯、環氧丙烯酸酯、聚酯丙烯酸酯、聚烯烴/硫醇等，不限於此；起始劑包括光起始劑、熱起始劑，光起始劑如I-TPO、I-184、I-819、I-2959等，不限於此，熱起始劑如KPS、APS、AIBN、BPO等，不限於此，優選光起始劑或其共混的體系。
在一實施例中，上述的有機溶劑可包括水、甲醇、乙醇、異丙醇、叔丁醇、正十六醇、正十八醇、丙酮、丁酮、四氫呋喃、二甲基亞碸、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、γ-丁內酯、乙腈、丙腈、苯腈、戊二腈、甲基戊二腈、3，3’-氧二丙腈、羥基丙腈、二甲基甲醯胺、N-甲基吡咯啶酮、環丁碸、3-甲基環丁碸、甲苯、氯苯、聚乙二醇、氯仿、乙酸乙酯、環己烷、石油醚、乙醇胺等，亦可為一種或多種溶劑混合之共溶劑，但本發明實施例不限於此。
在替代實施例中，第一電致變色層100a與第二電致變色層100b可通過染色法將電致變色材料染色至PVA膜中來形成。在此情況下，第一電致變色層100a（或第二電致變色層100b）與第一基板102（或第二基板112）之間可具有透明導電膠，以增加黏著性。
值得注意的是，本實施例之電解質膜200是通過對PVA膜進行染色法所形成，此染色法可於室溫下進行連續卷對卷大面積批量化生產。因此，本實施例之電解質膜200的形成方法可具有大面積製造、批量化生產以及降低生產成本等優點，以更容易達到商品化的目的。此外，本實施例之電解質膜200中的電解質離子可沿著電解質膜200的水平方向有序排列，以降低電解質膜200的水平電阻。
圖5是依照本發明第四實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。
請參照圖5，基本上，第四實施例的電致變色元件140與第三實施例的電致變色元件130相似，相同的構件與配置已於上述段落中詳述過，於此便不再贅述。上述兩者不同之處在於：電致變色元件140將第二電致變色層100b置換為聚合物分散液晶（Polymer-dispersed liquid crystal，PDLC）層300。也就是說，PDLC層300可配置在第二導電電極114與電解質膜200之間，且直接接觸第二導電電極114與電解質膜200。
在一實施例中，PDLC層300例如是以微米量級的液晶分子微滴分散在有機固態聚合物基體內。由於由液晶分子構成的微滴的光軸處於自由取向，其折射率與基體的折射率不匹配，當光通過基體時被液晶微滴強烈散射而呈霧化且不透明的乳白狀態或半透明狀態。當施加外部電場時可調節液晶微滴的光軸取向，所以當兩者折射率相匹配時，即可呈現透明狀態；反之，當除去外部電場時，液晶微滴有恢復最初的散光狀態，即可呈現霧化狀態。也就是說，PDLC層300可提供控制電致變色元件140的光穿透率，以達成透明態與散射態技術效果。在一實施例中，PDLC層300的光穿透率還可以透過外部電場的強度以進行改變，而具有灰階顯示的效果。也就是說，PDLC層300可以達成使光完全不穿透、僅部分穿透、大部分穿透或完全穿透的效果，但本發明實施例不以此為限。
綜上所述，本發明通過對PVA膜進行染色法來形成電致變色層或是電解質膜。此染色法可於室溫下進行連續卷對卷大面積批量化生產，使得經染色的電致變色層具有穩定性高、變色循環壽命長、大面積變色均勻性佳等功效。相較於傳統固態電致變色元件的形成方法，本實施例之電致變色層或是電解質膜的形成方法可控制膜厚均勻性，且具有大面積製造、批量化生產以及降低生產成本等優點，以更容易達到商品化的目的。因此，本發明之電致變色元件可應用在建築、汽車、航空、顯示器、眼鏡、文創藝術、信息的記錄儲存、防偽加密、軍事偽裝、醫學檢測等領域，極具應用前景。另外，本發明之電致變色層中的電致變色離子可沿著電致變色層的水平方向有序排列，以降低電致變色層的水平電阻，進而提升電致變色元件的效能。
10a、10b:聚乙烯醇（PVA）膜 12、22:聚乙烯醇分子 14、24:電致變色離子 30、40:導電層 50:驅動電路 100:電致變色層 100a:第一電致變色層 100b:第二電致變色層 110、120、130、140:電致變色元件 102:第一基板 104:第一導電電極 106:第一導電膠 112:第二基板 114:第二導電電極 116:第二導電膠 200:電解質膜 300:聚合物分散液晶（PDLC）層 X、Y、Z:方向
圖1A至圖1D是依照本發明一實施例的一種電致變色層的製造流程的剖面示意圖。 圖2是依照本發明第一實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。 圖3是依照本發明第二實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。 圖4是依照本發明第三實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。 圖5是依照本發明第四實施例的一種電致變色元件的剖面示意圖。
100:電致變色層
110:電致變色元件
102:第一基板
104:第一導電電極
106:第一導電膠
112:第二基板
114:第二導電電極
116:第二導電膠

Claims (17)

  1. 一種電致變色元件的形成方法，包括：通過染色法將電致變色材料染色至聚乙烯醇(PVA)膜中，以形成電致變色層，其中所述染色法包括：對所述PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將所述電致變色材料染色於其中；以及通過第一導電膠與第二導電膠將所述電致變色層貼合在第一基板與第二基板之間。
  2. 如請求項1所述的電致變色元件的形成方法，其中所述電致變色材料中的電致變色離子沿著所述延伸步驟的延伸方向有序排列，以降低所述電致變色層的水平電阻。
  3. 如請求項1所述的電致變色元件的形成方法，其中所述第一導電膠以及/或所述第二導電膠為變色透明導電膠，且所述變色透明導電膠是通過在透明導電膠中添加0wt%~50wt%的變色材料所形成。
  4. 如請求項1所述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一導電電極形成在所述第一基板與所述第一導電膠之間；以及將第二導電電極形成在所述第二基板與所述第二導電膠之間。
  5. 如請求項1所述的電致變色元件的形成方法，其中所述電致變色材料包括：變色材料，其含量為1wt%~25wt%；電解質材料，其含量為0.1wt%~99wt%；還原劑，其含量為0.1wt%~25wt%；以及有機溶劑，其含量為0.5wt%~90wt%。
  6. 一種電致變色元件的形成方法，包括：將第一導電電極形成在第一基板上；將第二導電電極形成在第二基板上；以及通過染色法將電解質染色至聚乙烯醇(PVA)膜中，以在所述第一導電電極與所述第二導電電極之間形成電解質膜，其中所述染色法包括：對所述PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟，以將所述電解質染色於其中。
  7. 如請求項6所述的電致變色元件的形成方法，其中所述電解質中的電解質離子沿著所述延伸步驟的延伸方向有序排列，以降低所述電解質膜的水平電阻。
  8. 如請求項6所述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一電致變色層形成在所述第一導電電極與所述電解質膜之間；以及將第二電致變色層形成在所述第二導電電極與所述電解質膜 之間。
  9. 如請求項6所述的電致變色元件的形成方法，更包括：將第一電致變色層形成在所述第一導電電極與所述電解質膜之間；以及將聚合物分散液晶(PDLC)層形成在所述第二導電電極與所述電解質膜之間。
  10. 一種電致變色元件，包括：第一基板與第二基板；電致變色層，配置在所述第一基板與所述第二基板之間，其中所述電致變色層包括聚乙烯醇(PVA)膜與通過對所述PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟而染色於其中的電致變色離子，所述電致變色離子與聚乙烯醇分子沿著所述電致變色層的水平方向有序排列，以降低所述電致變色層的水平電阻；第一導電膠，配置在所述第一基板與所述電致變色層之間；以及第二導電膠，配置在所述第二基板與所述電致變色層之間。
  11. 如請求項10所述的電致變色元件，更包括：第一導電電極，配置在所述第一基板與所述第一導電膠之間；以及第二導電電極，配置在所述第二基板與所述第二導電膠之間。
  12. 如請求項10所述的電致變色元件，其中所述第一導電膠以及/或所述第二導電膠為變色透明導電膠，且所述變色透明導電膠包括0wt%~50wt%的變色材料。
  13. 一種電致變色元件，包括：第一基板與第二基板；電解質膜，配置在所述第一基板與所述第二基板之間，其中所述電解質膜包括第一聚乙烯醇(PVA)膜與通過對所述第一PVA膜依序進行水洗步驟、澎潤步驟、染色步驟、延伸步驟、固色步驟以及烘烤步驟而染色於其中的電解質離子，所述電解質離子沿著所述電解質膜的水平方向有序排列，以降低所述電解質膜的水平電阻；第一導電電極，配置在所述第一基板與所述電解質膜之間；以及第二導電電極，配置在所述第二基板與所述電解質膜之間。
  14. 如請求項13所述的電致變色元件，更包括：第一電致變色層，配置在所述第一導電電極與所述電解質膜之間，且與所述第一導電電極以及所述電解質膜直接接觸；以及第二電致變色層，配置在所述第二導電電極與所述電解質膜之間，且與所述第二導電電極以及所述電解質膜直接接觸。
  15. 如請求項14所述的電致變色元件，其中所述第一電致變色層包括第二PVA膜與染色於其中的第一電致變色離子，所述 第一電致變色離子沿著所述第一電致變色層的水平方向有序排列，以降低所述第一電致變色層的水平電阻。
  16. 如請求項14所述的電致變色元件，其中所述第二電致變色層包括第三PVA膜與染色於其中的第二電致變色離子，所述第二電致變色離子沿著所述第二電致變色層的水平方向有序排列，以降低所述第二電致變色層的水平電阻。
  17. 如請求項13所述的電致變色元件，更包括：第一電致變色層，配置在所述第一導電電極與所述電解質膜之間，且與所述第一導電電極以及所述電解質膜直接接觸；以及聚合物分散液晶(PDLC)層，配置在所述第二導電電極與所述電解質膜之間，且與所述第二導電電極以及所述電解質膜直接接觸。
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