专利名称：电致变色装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电致变色装置，特别涉及一种可大面积均匀变色的电致变色装置，通过以条状垂直交叉排列的透明导电层，该装置可快速驱动变色，改进大面积均匀度不佳，同时避免过压的缺点。
背景技术：
一般而言，电致变色装置是指一种在提供一电场时，产生电化学的氧化还原反应，造成光线穿透特性的改变，进而造成颜色变化的装置。该过程为一可逆过程，当无外加电场时，电致色变材料即恢复原有特性。电致变色材料目前可应用于各种领域，例如车辆镶嵌玻璃(如车窗、天窗)、大楼镶嵌玻璃、显示设备、光学组件、镜体及电磁波照射的遮蔽物等等，其功用在于可有效地阻隔外界(如光、热)的干扰或显示目的。电致变色显示设备的变色特性利用电致变色材料制成当电致变色材料获得或失去电子时，该材料具有一种可逆的颜色改变。使用这种电致变色材料固有性质的电致变色装置，能够应用于通常静态显示器以及自动调光镜之中。如图I所示，在现有技术中，电致色变显示设备在两电极板施加电压使其通过外加电场会引起电化学的氧化还原反应而造成颜色变化现象，但其变色时间过长，往往约在10秒以上。此外，对于大面积电致变色显示设备，由于由上下电极两端供电，变色时往往是由外而内，逐步向中间渐渐变色或还原，其变色会呈现阶次感及有不均匀现象，且造成变色时间延长。参照美国专利公告第6，193，379号，其公开的一种电致变色装置主要用于车内的后视镜(rearview mi rror)。该专利的电致变色装置的电致变色材料与用于传导离子的电解质掺混在一起，所以必须持续通入较高电压，才可维持在变色状态。参照美国专利公告号第5，441，827号，其公开了一种具有高效率、高反应速率的装置。该装置的制备于烧结自金属氧化奈米颗粒，具有奈米孔径的薄膜电极表面，涂覆单一层电化学活性有机紫精化合物。然而，该专利亦无法解决大面积变色的色度由外而内缓慢变色及均匀度不佳的缺点，同时没公开有效结构可以避免操作电压的过压现象。
发明内容本实用新型的主要目的在于提出一种可大面积稳定驱动的电致变色装置，可快速驱动变色及还原，改进大面积变色的色度由外而内缓慢变色及均匀度不佳的缺点，同时避免因需快速变色，其操作电压的过压现象。为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种电致变色显示设备，其包括一第一透明基材；一第一透明导电层，设置于第一透明基材之上，第一透明导电层以至少两条第一长条状电极所形成，长条状电极彼此之间具有一间隔隔开；一电致变色层，设置于第一透明导电层之上；一第二透明基材；一第二透明导电层，设置于第二透明基材的上，该第二透明导电层以至少两条第二长条状电极所形成，长条状电极彼此之间具有一间隔隔开；一辅助电致变色层，设置于第二透明导电层之上；一电解质，由一离子液体与一胶状聚合物所混合而成，填充于电致变色层与辅助电致变色层之间。根据本实用新型的一特征，其中第一长条状电极与第二长条状电极以垂直交叉的方式排列。根据本实用新型的一特征，其中第一长条状电极与第二长条状电极的宽度介于150um至300um之间，且第一长条状电极与第二长条状电极中，电极间的间隔宽度介于20um至30um之间。根据本实用新型的一特征，其中第一长条状电极连接一第一电路控制单元，且第二长条状电极链接至一第二电路控制单元，藉以对第一长条状电极与第二长条状电极施以等效电压或其他的电性控制。本实用新型的一种电致变色装置具有以下的功效I、通过本实用新型，其产生的至少两个画素可通过电路控制单元，进行智能型独立区块控制以调整系统变色反应机制，形成如电子百叶窗的应用。2、通过本实用新型，其产生的至少两个画素可通过一矩阵电路控制单元，形成矩阵模式，可透过驱动电路控制成点矩阵(X.Y)项，形成如广告牌的应用。3.通过本实用新型，可加速大面积快速稳定驱动变色及还原，改进大面积变色的色度由外而内缓慢变色及均匀度不佳的缺点。4.通过本实用新型，同时避免因需快速变色，在操作电压时产生过压现象，进而烧坏电致变色装置。为让本实用新型的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数个较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图I为本新型的电致变色装置。图2为根据本实用新型一实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。图3为根据本实用新型第二实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。图4为为根据本实用新型第三实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。图5为根据本实用新型第四实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。图6为根据本实用新型第五实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。图7为使用本实用新型的电致变色装置作为室内理想广告牌示意图。主要组件符号说明100电致变色装置110第一透明基材 111第一透明基材的长112第一透明基材的宽 120第一透明导电层121L型边界线[0030]130电致变色层140第二透明基材 141第二透明基材的长142第二透明基材的宽 150第二透明导电层151L型边界线160辅助电致变色层170电解质210第一长条状电极
220第一电极汇流板23O第一长条状电极的宽度 24O第一长条状电极的间隔
宽度
250第二长条状电板26O第二电极汇流板270第二长条状电极的间隔
宽度·280第二长条状电极的宽度 310第一电极驱动绕线32 O第二电极驱动绕线
410第一电极驱动绕线420第二电极驱动绕线510第二长条状电极
520第一长条状电极530第一前电极驱动绕线 540第一后电极驱动绕线
550第二前电极驱动绕线 560第二后电极驱动绕线 610 Y轴译码电路
620 X轴译码电路630矩阵电路控制单元710画素具体实施方式
现请参考图1，其显示为本实用新型的一种电致变色装置100的结构示意图。该电致变色装置100主要包括一第一透明基材110 ;—第一透明导电层120 ;—电致变色层130 第二透明基材140 ;—第二透明导电层150 ;—辅助电致变色层160 ; —电解质170。其中，该第一透明导电层120，被覆于第一透明基材110的表面，形成一第一透明导电基材；电致变色层130，被覆于第一透明导电层120的表面；第二透明导电层150，被覆于第二透明基材140的表面，形成一第二透明基材；辅助电致变色层160，被覆于第二透明基材140的表面；以及电解质170，由一离子液体与一胶状聚合物所混合而成，填充于含有电致变色层的第一透明导电基材与含有辅助电致变色层的第二透明基材之间。第一透明基材110与第二透明基材140选自于玻璃基板、塑料基板、可挠性基板之一，且第一透明基材Iio的长111与第二透明基材140的长141的范围为I公尺至2公尺之间，而宽112与142的范围为O. 5公尺至I. 5公尺之间。其组件的不同点在于使用的导电基材不同，若基材皆为玻璃，即为穿透式组件，可应用于智能型窗户与滤光板，光线穿透量的多寡可由导电基材的电位决定。若基材一面为透明导电玻璃，另一面为具有反射性质的不透光基材，即为反射式组件，可应用于后视镜或显示器上。第一透明导电层120与第二透明导电层150在电致变色装置100中扮演导电电极的角色，提供变色过程所需的电流，因此必须采用兼具高穿透率及高导电度的透明导电材料。故，于本新型中，透明导电层选自于氧化铟锡(Indium Tin Oxide, IT0)、氧化招锌(Aluminum Zinc Oxide, AZO)、惨氟氧化锡薄膜(Fluorine Tin Oxide,FTO)之一。较佳地，又由于掺氟氧化锡薄膜(FTO)耐酸碱、耐热、耐湿以及成膜原料便宜且生产成本低，因此，在本实用新型中使用掺氟氧化锡薄膜。此外，第一透明导电层120与第二透明导电层150的沉积方法选自溅镀法、蒸镀法、电镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法、浸溃法、电化学法之一，且成膜的厚度为50奈米至300奈米之间。于本实用新型中，电致变色层130通常选自于氧化钨、氧化钥、氧化钛、氧化铌、氧化铱之一。其中，较佳地，目前最受瞩目且广为研究的电致变色材料的是氧化钨，因其具有高的着色效率(Coloration efficiency)、可逆性佳、相对价格低、寿命最长且无毒等优点。氧化钨薄膜在1969年被发现具有电致变色性质，其变色机制为施加负电位于氧化钨时，电子及阳离子(或质子)同时迁入于氧化钨裡，而生成MxWO3，其变色反应方程式如下所示W03+xM++xe_ · —*■ MxWO3(无色或淡黄色)(蓝色或深蓝色) 其中，M+为H+、Li+或Na+等一价金属阳离子，MxWO3俗称为鹤青铜(Tungstenbronze · 呈青铜色或深蓝色,x值大约在0_0. 5之间,其大小是由通入薄膜的电量来决定。通入电流使氧化钨发生还原反应，此时M+及e_同时进入WO3薄膜中，而形成蓝色的MxWO3,为着色的反应。去色反应为MxWO3薄膜中的M+及e—同时离开而形成无色的WO3。经由此一可逆的电化学反应在氧化态与还原态之间作反复的去色及着色。当停止外加电位后，离子以 极缓慢的扩散方法离开，形成电致色变组件特有的记忆效应，相对于其它产品需随时施以 外加电位，具有节能的优点。另一方面，辅助电致变色层160可为一般电极或另一种电致变色物质，用来加强颜色或穿透率变化。当辅助电极与另一种工作电极搭配组成的电致变色组件称为「互补式电致色变组件」(Complementary electrochromic device)。若电致变色层为还原态着色的材料，辅助电极层则需使用氧化态着色的材料。因此，互补式电致色变组件通电时两极同时着色或去色，具有高的着色效率以及较大的光学密度差等优点。而辅助电致变色层160通常选自于氧化fL、氧化镍、氧化铬、氧化猛、氧化铁、氧化铜、氧化错之一。较佳地为氧化镍，其为廉价、高效率且高稳定性的电致变色材料，其穿透调节率虽不如氧化钨薄膜，但其为氧化态着色，且具储存离子的能力，可以搭配还原态的氧化钨薄膜制成互补式电致色变组件。此外，氧化镍薄膜在着色时呈深褐色，去色时为透明无色，颜色对比非常明显，且具有良好的光学特性与耐久性质。当施加外加电位于氧化镍薄膜时，由于离子与电子同时注入或移出，使薄膜氧化还原发生价数改变造成颜色变化。而于本实用新型的一具体例中，电致变色层是由氧化钨所制成，辅助电致变色层则是由氧化镍所制成。其中，电致变色层130与辅助电致变色层160的沉积方法选自溅镀法、蒸镀法、电镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法、浸溃法、电化学法之一，且成膜的厚度为80奈米至600奈米之间。含有电致变色层130的第一透明导电基材110与含有辅助电致变色层160的第二透明基材140预留一边界范围，并以一交错平行的方法交迭，以形成两组L型边界线121及151。交迭后的两透明导电基材的长与长及宽与宽之间的相对距离为0.5至3公分之间。由于此种交迭方法可使第一透明导电基材110与第二透明基材140的可用面积增大进而使整体组件的操作电压降低。于本实用新型中的电解质170，其功用提供及传导离子给予电致变色材料，故须储存大量的阳离子，并能快速扩散进入变色层，使之反应产生颜色的变化，因此在应用上良好的离子传导层应具有高电子电阻值与良好的离子传导能力。其中，于本实用新型中电解质选用固态、液态、胶态之一。较佳地，采用胶态。早期采用液态电解质在组件封装上相当不方便，而且有溢漏的疑虑，故现今多使用固态电解质组成全固态电致色变组件(All-solid-state electrochromic device)。然而，习知固态电解质(例如 LiNbO3*Ta2O5)需要在持续施加较高电压下才可完成着色或去色，且所花费的时间较长，而呈胶状的电解质层将可有效增加离子传导速度，并缩短去/着色时间，同时仅需施加一较低电压便可完成去色或着色状态。其中，本实用新型中的电解质170由一离子液体与一胶状聚合物所混合而成。一般而言，离子液体由一金属阳离子以及一非金属阴离子组成，如盐(NaCl)溶解于800°C高温或更高温度，相反的，离子液体是指一以液态存在的离子盐类，温度在100 V或更低，更具体的，在室温下以液态存在的离子液体称的为RTIL(room temperature ionic liquid)。其中，由于离子液体不具挥发性，因此没有蒸汽压，且离子导电度也高；更具体的说，由于离子液体具有高极性，所以对于无机或有机化合物的溶解力很好，且液态下的特性可以在广大的温度范围下呈现，因此可应用于多种化学领域，包括结晶学，分离技术以及电化学。此外，因为离子液体的低对称性，分子间吸引力较弱以及电荷分布于阳离子等特性，所以具有低熔点，甚至，离子液体不具毒性、不易燃，温度稳定性高，其物化特性优于具有环保特点的溶齐U，因此可取代传统具毒性的有机溶剂。物化特性包括可在广大的温度范围下呈现为液态，高溶剂化特性以及形成不对等键结的能力。于本实用新型中，离子液体中的阳离子与阴离子皆无限制。另一方面，胶 状聚合物选自聚甲基丙烯酸甲酯(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, ΡΕ0)以及聚甲基丙烯酸轻乙酯(polyhydroxyethylmethacrylate, PHEMA)、乙烯一乙酸乙烯酯共聚物(Ethylene vinyl accetate copolymer,EVA)、聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol, PVA)之一。在使用本实用新型的电致变色装置100时，是将该装置的第一导电基材及第二导电基材与一直流电源电性连接，再通过通入电压，即可使产生电致变色的效果。其中，通过交错平行的方法交迭的封装技术可使电致变色装置100的驱动电压为O伏特至10伏特之间，且调光时间为100毫秒至60秒之间。需注意的是，根据本实用新型的特征，第一透明导电层120以至少两条第一长条状电极所形成，长条状电极彼此之间具有一间隔隔开，且第二透明导电层150以至少两条第二长条状电极所形成，长条状电极彼此之间具有一间隔隔开。其中第一长条状电极与第二长条状电极以垂直交叉的方式排列。第一长条状电极的宽度230与第二长条状电极的宽度280介于150um至300um之间。第一长条状电极与第二长条状电极中，电极间的间隔宽度介于20um至30um之间。第一长条状电极与第二长条状电极以一雷射切割、一网印制程或一涂布制程的方式所形成。该涂布制程选自滚轮涂布(Roller Coating)、喷雾涂布(SprayCoating)、硬化层涂布(Hard Coating)之一。在一实施例中，第一长条状电极与第二长条状电极较佳者使用网印制程的方式，其步骤为1.基板清洗2.沉积或涂布3.光罩曝光4.微影成像4.蚀刻5.清洗。且其中的沉积方法选自溅镀法、蒸镀法、电镀法、化学气相沉积法、溶胶-凝胶法、喷雾裂解法、浸溃法、电化学法之一。在另一实施例中，第一长条状电极与第二长条状电极较佳者使用涂布技术，且该涂布技术选自下列方式之一 1.滚轮涂布(Roller Coating) 2.喷雾涂布(SprayCoating) 3.硬化层涂布(Hard Coating)。通过第一长条状电极与第二长条状电极以垂直交叉的方式排列，电致变色装置具有各别的影像元素(换言之，画素)。施加至长条状透明导电层的电压则由条状透明导电层中的专用绕线所供应。每一条状透明导电层便因此被直接驱动；对某一条条状透明导电层所施加的电压并不会干扰其他条状透明导层。为了产生一种能够显示高分辨率影像的大型电致变色显示器，便需要大量的条状透明导电层以形成画素，因此需要大量的直接躯动绕线，以便第一长条状电极与第二长条状电极能整合直接躯动绕线至电极总线。现请参考图2，为根据本实用新型第一实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。其中，第一透明导电层与第二透明导电层分别以雷射切割或网印制程的方式形成第一长条状电极210与第二长条状电极250，亦即第一长条状电极210与第二长条状电极250垂直交叉且各别贴附于第一透明基材110与第二透明基材140。第一长条状电极的宽度230为150um，且第一长条状电极的间隔宽度240为20um ;相同地，第二长条状电极的宽度280为150um，且第二长条状电极的间隔宽度270为20um ;第一长条状电极210集合汇集于第一电极汇流板220，第二长条状电极250集合汇集于第二电极汇流板260。现在参考图3，为根据本实用新型第二实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构不意图。如第一实施例，但第一长条状电极连接于一第一电极驱动绕线310, 且第二长条状电极连接于第二电极驱动绕线320，且第一电极驱动绕线310与第二电极驱动绕线320以一电源相连。现在参考图4，为根据本新型第三实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。其大致与本实用新型第二实施例类似。第一透明导电层120与第二透明导电层150形成间隔条状垂直交错地各别贴附于第一透明基材110与第二透明基材140。第一长条状电极对应连接于至少两条第一电极驱动绕线410，且第二长条状电极对应连接于至少两条第二电极驱动绕线420，第一电极驱动绕线410设计成等长以利长条状电极产生相同的等效电压，第二电极驱动绕线420设计成等长以利长条状电极产生相同的等效电压。现在参考图5，为根据本新型第四实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。其大致与本新型第二实施例类似。第一透明导电层120与第二透明导电层150形成间隔条状垂直交错地各别贴附于第一透明基材110与第二透明基材140。第一长条状电极520再分为二部份，同时第二长条状电极510也再分为二部份，以使变色效率更佳，因此第一电极驱动绕线分为第一前电极驱动绕线530与第一后电极驱动绕线540 ;第二电极驱动绕线分为第二前电极驱动绕线550与第二后电极驱动绕线560。第一前电极驱动绕线530连接至第一长条状电极520的一部份，第一后电极驱动绕线540连接至第一长条状电极520的另一部份；第二前电极驱动绕线550连接至第一长条状电极510的一部份；第二后电极驱动绕线560连接至第二长条状电极510的另一部份。第一电极驱动绕线与第二电极驱动绕线以一电源相连。现在参考图6，为根据本实用新型第五实施例的电致变色装置的第一与第二透明导电层的结构示意图。其大致与本实用新型第二实施例类似，该第一电极驱动绕线连接至Y轴译码电路610，该第二电极驱动绕线连接至X轴译码电路620，然后Y轴译码电路610与X轴译码电路620再连接至一矩阵电路控制单元630，由其来控制电压与驱动电路等相关电性。现在参考图7，为使用本新型的电致变色装置作为室内理想广告牌示意图，其产生的至少两个画素710可通过矩阵电路控制单元透过驱动电路控制成点矩阵，形成如广告牌的应用。根据本新型的电致变色装置，其具有以下的功效I、通过本实用新型，其产生的至少两个画素可通过电路控制单元，进行智能型独立区块控制以调整系统变色反应机制，形成如电子百叶窗的应用。2、通过本实用新型，其产生的至少两个画素可通过一矩阵电路控制单元，形成矩阵模式，可透过驱动电路控制成点矩阵(X.Y)项，形成如广告牌的应用。3.通过本实用新型，可加速大面积快速稳定驱动变色及还原，改进大面积变色的·色度由外而内缓慢变色及均匀度不佳的缺点。4.通过本实用新型，同时避免因需快速变色，在操作电压时产生过压现象，进而烧坏电致变色装置。以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
权利要求1.一种电致变色装置，其特征在于，包括 一第一透明基材； 一第一透明导电层，设置于所述第一透明基材之上，所述第一透明导电层以至少两条第一长条状电极所形成，所述长条状电极彼此之间具有一间隔隔开； 一电致变色层，设置于所述第一透明导电层之上； 一第二透明基材； 一第二透明导电层，设置于所述第二透明基材之上，所述第二透明导电层以至少两条第二长条状电极所形成，所述长条状电极彼此之间具有一间隔隔开； 一辅助电致变色层，设置于所述第二透明导电层之上； 一电解质，填充于所述电致变色层与辅助电致变色层之间； 其中，所述第一长条状电极与第二长条状电极以垂直交叉的方式排列。
2.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一透明导电层与第二透明导电层的材料选自于氧化铟锡、氧化铝锌、掺氟氧化锡薄膜之一。
3.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述电致变色装置的驱动电压为O伏特至10伏特之间。
4.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一长条状电极与第二长条状电极的宽度介于150um至300um之间。
5.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一长条状电极与第二长条状电极中，电极间的间隔宽度介于20um至30um之间。
6.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一长条状电极与第二长条状电极以一雷射切割的方式所形成。
7.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一长条状电极与第二长条状电极以一网印制程的方式所形成。
8.根据权利要求I所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一长条状电极与第二长条状电极以一涂布制程的方式所形成。
9.根据权利要求8所述的电致变色装置，其特征在于，所述涂布制程选自滚轮涂布、喷雾涂布、硬化层涂布之一。
专利摘要本实用新型公开了一种电致变色装置，其包括一第一透明基材；一第一透明导电层；一电致变色层；一第二透明基材；一第二透明导电层；一辅助电致变色层；一电解质。通过将第一透明导电层与第二透明导电层形成间隔长条状，并以垂直交错的排列方式形成至少两个画素，电致变色装置可达到快速驱动，改进大面积均匀度不佳，并避免过压现象。
文档编号G02F1/153GK202563220SQ20122003109
公开日2012年11月28日 申请日期2012年1月31日 优先权日2012年1月31日
发明者李炳寰, 谢聪明, 田孝通, 吴岩璋, 田旭清 申请人:亚树科技股份有限公司