专利名称：电致变色透明板及其制造方法
技术领域：
一种电致变色透明板及其制造方法，尤其是提高响应速度的电致变色透明板及其制造方法。
背景技术：
电致变色元件利用电致变色物质的透光度靠电化学氧化还原反应而变化的现象， 即利用施加外部电信号时，电致变色物质的颜色随电流流动而变化的原理，用于调节建筑物窗户玻璃或汽车照后镜(room mirror)的透光度或反射度。最近，随着认识到它具有改变可视光线颜色乃至红外线隔断效果，对作为节能型产品应用的可能性受到了很大的关注。图1表示电致变色元件的结构的具体示例。如图1所示，电致变色元件由一对透明板(1)、设置于一对透明板⑴之间的一对透明电极O)、设置于一对透明电极⑵中一个电极的变色层(3)，以及设置于变色层(3)与透明电极(2)之间的电解质层⑷组成。在这种电致变色元件中，电解质层起到传递离子的作用，根据膜的物理性质被分为液体电解质和固体电解质，而根据离子传递物质的种类又被分为质子电解质和碱性离子电介质。可用于电致变色元件的电致变色物质有无机系列和有机系列，无机系列的代表性物质有 W03, NiOx, V205, LiNiOx, Ce02, Ti02, Nb205 等。上述有机系列物质因存在劣化耐久性较差，因此暴露在自然光下的汽车及建筑物，适合使用无机系列电致变色元件。—般用于建筑物的电致变色玻璃窗，如按每天动作5次计算，推测其耐久年限为5 年左右。因此，开发具有良好的变色效率，且在变色过程中劣化小，长时间使用也能保持稳定的电致变色物质很重要。由于电致变色元件的显色及消色过程伴随通过电解质层的离子种物质，变色时需要几十秒的切换时间(switching time)，而且在玻璃基板上作为集流体(current collector)使用的透明电极ITOandium Tin Oxide)的界面电阻大于金属，所以面积越大， 电致变色玻璃的变色时间也越长。另外，还出现变色反应时间长，以及由于显色及消色过程的透光度差别不大，而且面积变大时，发生边缘与中间部分的变色时差而产生变色不均勻等问题。
发明内容
要解决的技术难题为了解决原来存在的问题，本发明的目的在于发明一种提高电致变色元件耐久性和响应速度的电致变色透明板及其制造方法。解决问题的方法为了达到上述目的，本发明提供一种电致变色透明板，包括按一定间隔隔开的一对透明板，在一对透明板内侧设置的一对透明电极，设置在一对透明电极中一个电极上且在还原状态下显色的还原显色层，设置在处于还原显色层相对位置的一对透明电极中另一个电极上且在氧化状态下显色的氧化显色层，以及设置在还原显色层与氧化显色层之间， 起到还原显色层与氧化显色层之间电子移动的媒介作用的电解质层。在本实施例中，还原显色层可以由氧化锌(aio)构成。此时，还原显色层可以涂覆镓(gallium:Ga)。另外，还原显色层可由五氧化二钒(V2O5)、氧化铱(IrO2)、氧化镍(NiO)、氧化铬 (III) (Cr2O3)中的任一种材料组成。本发明的一个实施例中，提供包括下列几个阶段的电致变色透明板制造方法即在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段，在一对透明电极中一个电极上形成在还原状态下显色的还原显色层的阶段，在一对透明电极中另一个电极上形成在氧化状态下显色的氧化显色层的阶段，以及在还原显色层与氧化显色层之间填充电解质的阶段。在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段中，可通过混合含有铟(In)的有机物与含有锡(Sn)的有机物并用旋涂工艺涂覆的溶胶-凝胶工艺形成透明电极。在本实施例中，形成还原显色层的阶段，可通过在透明电极上溅射沉积氧化锌 (ZnO)来形成还原显色层。在还原显色层形成阶段，还可以包括在氧化锌(SiO)上涂覆镓(gallimiKGa)的阶段。发明的有益效果根据本发明，具有上述特征的电致变色透明板及其制造方法具有如下效果第一、具有电致变色作用的变色层由氧化显色层和还原显色层组成，提高了电致变色响应速度。第二、为了防止响应速度随透明电极的界面电阻而下降，在形成透明电极之前沉积了金属薄膜，因此具有提高响应速度的优点。第三、将涂覆镓(gallium:Ga)的氧化锌(ZnO = Ga)按一定厚度涂覆到透明电极上形成还原显色层，具有提高透明度和导电性的效果。
图1为传统电致变色透明板的简要剖视图；图2为表示本发明电致变色透明板使用情况的状态图；图3为放大图2A部分的剖视图，表示组成内部的复数层；图4为表示本发明电致变色透明板一个实施例的简要剖视图；图5为表示本发明电致变色透明板另一个实施例的简要剖视图；图6为表示本发明电致变色透明板中，电子以电解质层为中心移动的状态图；图7为表示本发明电致变色透明板制造方法流程的顺序图；图8为表示本发明的一个实施例中，根据还原显色层种类进行电阻实验而导出的数据；图9为表示本发明的一个实施例中，有关还原显色层种类的电子显微镜照片。
具体实施方式
下面结合附图对本发明具体实施例进行说明。在说明本实施例时，对相同的结构使用相同的名称及符号，并省略对此部分的附加说明。首先，结合图2至图4说明本发明电致变色透明板的一个实施例图2为表示本发明电致变色透明板使用情况的状态图；图3为放大图2A部分的剖视图，表示组成内部的复数层；图4为表示本发明电致变色透明板一个实施例的简要剖视图。本发明电致变色透明板一个实施例包括如下部分即按一定间隔隔开的一对透明板(10)，在一对透明板(10)内侧设置的一对透明电极(20)，设置在一对透明电极00)中一个电极上且在还原状态下显色的还原显色层(40)，设置在处于还原显色层00)相对位置的一对透明电极00)中另一个电极上且在氧化状态下显色的氧化显色层(30)，以及设置在还原显色层GO)与氧化显色层(30)之间，起到还原显色层GO)与氧化显色层(30) 之间电子移动的媒介作用的电解质层(50)。本实施例中观察实际使用的一个电致变色透明板例子，如图2所示，从外部施加电信号时，随着电流的流动而变色，因此能够调节太阳光或隔断红外线。观察电致变色透明板内部，如图3所示，设有按一定间隔隔开的一对透明板(10)， 以填充在一对透明板(10)内部的电解质层(50)为中心，右侧设有在氧化状态下显色的氧化显色层(30)及透明电极00)；左侧设有在还原状态下显色的还原显色层(30)及透明电极 00)。电解质层(50)起到在氧化显色层(30)与还原显色层00)之间移动电子的媒介作用。在本实施例中，透明板(10)可采用玻璃、硅、合成树脂、气凝胶等透明材质。另外，透明电极QO)可以采用氧化铟锡(indium tin oxide :ΙΤ0)材质，但并不限于此，也可采用透明导电性高分子材料。还原显色层00)利用在还原状态下显色、在氧化状态下消色的还原显色 (cathodic coloration)原理，起到改变颜色的作用。本实施例中，将涂覆镓(gallium:Ga)的氧化锌(Zn0:Ga)按一定厚度涂覆到透明电极00)上，以形成还原显色层G0)。在本实施例中，还原显色层G0)用超高纯度氧沉积到透明电极00)上，以1 2 微米厚度进行涂覆。与还原显色层00)相反，氧化显色层(30)利用在还原状态下呈透明状态、在氧化状态下显色的氧化显色(anodic coloration)原理，起到改变颜色的作用。在本实施例中，氧化显色层(30)可采用五氧化二钒(V2O5)、氧化铱(IrO2)、氧化镍 (NiO)及氧化铬(III) (Cr2O3)等材料。但并不局限于此，也可采用钒、铝等金属系列氧化物。如图4所示，在透明电极00)之间，以电解质层(50)为中心，在左右两侧分别形成氧化显色层(30)及还原显色层00)。这样，当外部电信号施加到透明电极00)时，电子在还原显色层^))及氧化显色层(30)与电解质层(50)之间相互移动，从而引起还原显色层G0)及氧化显色层(30)的颜色变化。在后面将具体描述有关这种颜色的变化。下面结合图5对本发明的另一个实施例进行说明。图5为表示本发明电致变色透明板另一个实施例的简要剖视图。如图5所示，在包括如下部分的本实施例电致变色透明板中，在一对透明板(10) 与一对透明电极00)之间再加上一层金属薄膜(60)即按一定间隔隔开的一对透明板 (10)，在一对透明板(10)内侧分别设置的一对透明电极(20)，设置在一对透明电极00)中一个电极上且在还原状态下显色的还原显色层(40)，设置在处于还原显色层00)相对位置的一对透明电极00)中另一个电极上且在氧化状态下显色的氧化显色层(30)，以及设置在还原显色层GO)与氧化显色层(30)之间的电解质层(50)。为了缩短电致变色透明板的变色时间，在一对透明板(10)上形成具有集流体作用的氧化铟锡(indium tin oxide :ΙΤ0)透明电极(20)之前，先沉积形成金属薄膜(60)。下面结合图6对上述实施例中电致变色透明板的变色过程说明如下如图6所示，在电致变色透明板变色过程中，填充在一对透明板之间起到电子移动媒介作用的电解质层(50)与氧化显色层(30)及还原显色层00)之间发生电子移动，氧化显色层(30)及还原显色层00)分别设置在电解质层(50)之间的左右两侧。即为了改变电致变色透明板颜色，当外部电信号施加到透明电极00)时，还原显色层G0)的电子移动到电解质层(50)，从而使还原显色层00)变成还原状态而变色。同时，与还原显色层G0)相反，电子从氧化显色层(30)移动到电电解质层(50)， 变成氧化状态而变色。与此相反，存在于电解质层(50)的阳离子移动到还原显色层(40)，使还原显色层 (40)变成还原状态而变色。另一方面，为了在电致变色透明板变色的状态下重新返回到透明状态，还原显色层G0)成为氧化状态，而氧化显色层(30)变成还原状态。下面结合图7对本发明电致变色透明板的制造方法进行说明。图7为表示本发明电致变色透明板制造方法流程的顺序图。电致变色透明板制造方法包括下列几个阶段即在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段(S20)，在一对透明电极中一个电极上形成在还原状态下显色的还原显色层的阶段(S30)，在一对透明电极中另一个电极上形成在氧化状态下显色的氧化显色层的阶段(S40)，以及在还原显色层与氧化显色层之间填充电解质的阶段(S50)。在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段(S20)中，在一对透明板(10)相互隔开一定间隔的状态下，在内侧形成一对透明电极00)。在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段(S20)还包括在形成透明电极 (20)之前，先在一对透明板(10)之间沉积金属薄膜(60)的阶段(SlO)。在一对透明板(10)之间分别形成一对透明电极00)的阶段(S20)中，通过溶胶-凝胶工艺形成透明电极00)。溶胶-凝胶工艺是指混合含有铟(In)的有机物与含有锡(Sn)的有机物并用旋涂工艺涂覆后，在500-60(TC温度下进行热处理。在还原状态下，在一对透明电极中一个电极上形成显色的还原显色层的阶段 (S30)中，将涂有镓(Ga)的氧化锌(Zn0:Ga)按一定厚度涂覆到透明电极Q0)上，以形成还原显色层G0)。为了提高导电性，利用溅射装置和高纯度氧，在氧氛围气下在透明电极00)上沉积还原显色层(4O)。即在透明电极(2O)上按1 2微米厚度涂覆还原显色层(4O)。另外，在一对透明电极上形成在氧化状态下显色的氧化显色层的阶段(S40)中， 氧化显色层(30)可以采用五氧化二钒(V2O5)、氧化铱(IrO2)、氧化镍(NiO)及氧化铬(III) (Cr2O3)等材料，但不局限于此，也可采用钒、铝等金属系列氧化物。在氧化显色层与还原显色层之间填充电解质的阶段(S50)中，在氧化显色层(30) 与还原显色层GO)之间填充诱导电子移动的电解质而形成电解质层(50)。在本发明的一个实施例中，如果还原显色层00)上涂有氧化锌(ZnO = Ga)或镓 (gallimiKGa)，其电阻如图8所示。即可以看到随着氧化锌厚度的增加，电阻急剧变大，而对于涂有镓(gallium:Ga)的氧化锌，即使厚度变大，其电阻也会变小。同时，如图9中可以看出，涂有镓(gallium:Ga)的氧化锌(ZnO:Ga)构成的还原显色层GO)的表面状态很好。实验结果显示，在本发明一个实施例中，在氧氛围气下将涂有镓(gallimiKGa)的氧化锌沉积2小时，使厚度成为2微米时，还原显色层00)的效率最好。本发明不局限于上述实施例，在后附的权利要求范围中可知，拥有本发明所属领域的一般知识的人，在不超出本发明宗旨的情况下，可以灵活运用，而这种运用仍属于本发明范围。
权利要求
1.一种电致变色透明板，其特征为包括按一定间隔隔开的透明板，分别设置在一对透明板内侧的一对透明电极，设置在一对透明电极中一个电极且在还原状态下显色的还原显色层，设置在处于还原显色层相对位置的一对透明电极中另一个电极上且在氧化状态下显色的氧化显色层，以及设置在还原显色层与氧化显色层之间，起到还原显色层与氧化显色层之间电子移动的媒介作用的电解质层。
2.根据权利要求1所述的电致变色透明板，其特征为还原显色层由氧化锌构成。
3.根据权利要求2所述的电致变色透明板，其特征为还原显色层由涂有镓 (gal Iium: Ga)的氧化锌组成。
4.根据权利要求1所述的电致变色透明板，其特征为还原显色层由五氧化二钒 (V2O5)、氧化铱(IrO2)、氧化镍(NiO)及氧化铬(III) (Cr2O3)中的任一种材料组成。
5.一种电致变色透明板的制造方法，其特征为包括在一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段，在一对透明电极中一个电极上形成在还原状态下显色的还原显色层的阶段，在一对透明电极中另一个电极上形成在氧化状态下显色的氧化显色层的阶段，以及在还原显色层与氧化显色层之间填充电解质的阶段。
6.根据权利要求5所述的电致变色透明板制造方法中，一对透明板之间分别形成一对透明电极的阶段特征为混合含有铟的有机物与含有锡的有机物，并通过旋涂方式溶胶-凝胶工艺形成透明电极。
7.根据权利要求5所述的电致变色透明板制造方法，其特征为形成还原显色层的阶段中，在透明电极上旋涂沉积氧化锌来形成还原显色层。
8.根据权利要求7所述的电致变色透明板制造方法，其特征为形成还原显色层的阶段中，再包括在氧化锌上涂覆镓(gallium:Ga)的阶段。
全文摘要
一种提高响应速度的电致变色透明板及其制造方法。为了达到上述目的，本发明提供一种电致变色透明板，包括按一定间隔隔开的一对透明板，在一对透明板内侧设置的一对透明电极，设置在一对透明电极中一个电极上且在还原状态下显色的还原显色层，设置在处于还原显色层相对位置的一对透明电极中另一个电极上且在氧化状态下显色的氧化显色层，以及设置在还原显色层与氧化显色层之间，起到还原显色层与氧化显色层之间电子移动的媒介作用的电解质层。
文档编号G02F1/15GK102203664SQ200980144326
公开日2011年9月28日 申请日期2009年11月5日 优先权日2008年11月5日
发明者尹永勋, 朴善厚, 池柔刚 申请人:朴善厚