專利名稱：電致變色透明板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電致變色透明板及其制造方法，尤其是提高響應(yīng)速度的電致變色透明板及其制造方法。
背景技術(shù)：
電致變色元件利用電致變色物質(zhì)的透光度靠電化學(xué)氧化還原反應(yīng)而變化的現(xiàn)象， 即利用施加外部電信號時，電致變色物質(zhì)的顏色隨電流流動而變化的原理，用于調(diào)節(jié)建筑物窗戶玻璃或汽車照后鏡(room mirror)的透光度或反射度。最近，隨著認(rèn)識到它具有改變可視光線顏色乃至紅外線隔斷效果，對作為節(jié)能型產(chǎn)品應(yīng)用的可能性受到了很大的關(guān)注。圖1表示電致變色元件的結(jié)構(gòu)的具體示例。如圖1所示，電致變色元件由一對透明板(1)、設(shè)置于一對透明板⑴之間的一對透明電極O)、設(shè)置于一對透明電極⑵中一個電極的變色層(3)，以及設(shè)置于變色層(3)與透明電極(2)之間的電解質(zhì)層⑷組成。在這種電致變色元件中，電解質(zhì)層起到傳遞離子的作用，根據(jù)膜的物理性質(zhì)被分為液體電解質(zhì)和固體電解質(zhì)，而根據(jù)離子傳遞物質(zhì)的種類又被分為質(zhì)子電解質(zhì)和堿性離子電介質(zhì)。可用于電致變色元件的電致變色物質(zhì)有無機系列和有機系列，無機系列的代表性物質(zhì)有 W03, NiOx, V205, LiNiOx, Ce02, Ti02, Nb205 等。上述有機系列物質(zhì)因存在劣化耐久性較差，因此暴露在自然光下的汽車及建筑物，適合使用無機系列電致變色元件?！阌糜诮ㄖ锏碾娭伦兩ＡТ埃绨疵刻靹幼?次計算，推測其耐久年限為5 年左右。因此，開發(fā)具有良好的變色效率，且在變色過程中劣化小，長時間使用也能保持穩(wěn)定的電致變色物質(zhì)很重要。由于電致變色元件的顯色及消色過程伴隨通過電解質(zhì)層的離子種物質(zhì)，變色時需要幾十秒的切換時間(switching time)，而且在玻璃基板上作為集流體(current collector)使用的透明電極ITOandium Tin Oxide)的界面電阻大于金屬，所以面積越大， 電致變色玻璃的變色時間也越長。另外，還出現(xiàn)變色反應(yīng)時間長，以及由于顯色及消色過程的透光度差別不大，而且面積變大時，發(fā)生邊緣與中間部分的變色時差而產(chǎn)生變色不均勻等問題。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)難題為了解決原來存在的問題，本發(fā)明的目的在于發(fā)明一種提高電致變色元件耐久性和響應(yīng)速度的電致變色透明板及其制造方法。解決問題的方法為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種電致變色透明板，包括按一定間隔隔開的一對透明板，在一對透明板內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對透明電極，設(shè)置在一對透明電極中一個電極上且在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層，設(shè)置在處于還原顯色層相對位置的一對透明電極中另一個電極上且在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層，以及設(shè)置在還原顯色層與氧化顯色層之間， 起到還原顯色層與氧化顯色層之間電子移動的媒介作用的電解質(zhì)層。在本實施例中，還原顯色層可以由氧化鋅(aio)構(gòu)成。此時，還原顯色層可以涂覆鎵(gallium:Ga)。另外，還原顯色層可由五氧化二釩(V2O5)、氧化銥(IrO2)、氧化鎳(NiO)、氧化鉻 (III) (Cr2O3)中的任一種材料組成。本發(fā)明的一個實施例中，提供包括下列幾個階段的電致變色透明板制造方法即在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段，在一對透明電極中一個電極上形成在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層的階段，在一對透明電極中另一個電極上形成在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層的階段，以及在還原顯色層與氧化顯色層之間填充電解質(zhì)的階段。在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段中，可通過混合含有銦(In)的有機物與含有錫(Sn)的有機物并用旋涂工藝涂覆的溶膠-凝膠工藝形成透明電極。在本實施例中，形成還原顯色層的階段，可通過在透明電極上濺射沉積氧化鋅 (ZnO)來形成還原顯色層。在還原顯色層形成階段，還可以包括在氧化鋅(SiO)上涂覆鎵(gallimiKGa)的階段。發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，具有上述特征的電致變色透明板及其制造方法具有如下效果第一、具有電致變色作用的變色層由氧化顯色層和還原顯色層組成，提高了電致變色響應(yīng)速度。第二、為了防止響應(yīng)速度隨透明電極的界面電阻而下降，在形成透明電極之前沉積了金屬薄膜，因此具有提高響應(yīng)速度的優(yōu)點。第三、將涂覆鎵(gallium:Ga)的氧化鋅(ZnO = Ga)按一定厚度涂覆到透明電極上形成還原顯色層，具有提高透明度和導(dǎo)電性的效果。


圖1為傳統(tǒng)電致變色透明板的簡要剖視圖；圖2為表示本發(fā)明電致變色透明板使用情況的狀態(tài)圖；圖3為放大圖2A部分的剖視圖，表示組成內(nèi)部的復(fù)數(shù)層；圖4為表示本發(fā)明電致變色透明板一個實施例的簡要剖視圖；圖5為表示本發(fā)明電致變色透明板另一個實施例的簡要剖視圖；圖6為表示本發(fā)明電致變色透明板中，電子以電解質(zhì)層為中心移動的狀態(tài)圖；圖7為表示本發(fā)明電致變色透明板制造方法流程的順序圖；圖8為表示本發(fā)明的一個實施例中，根據(jù)還原顯色層種類進行電阻實驗而導(dǎo)出的數(shù)據(jù)；圖9為表示本發(fā)明的一個實施例中，有關(guān)還原顯色層種類的電子顯微鏡照片。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例進行說明。在說明本實施例時，對相同的結(jié)構(gòu)使用相同的名稱及符號，并省略對此部分的附加說明。首先，結(jié)合圖2至圖4說明本發(fā)明電致變色透明板的一個實施例圖2為表示本發(fā)明電致變色透明板使用情況的狀態(tài)圖；圖3為放大圖2A部分的剖視圖，表示組成內(nèi)部的復(fù)數(shù)層；圖4為表示本發(fā)明電致變色透明板一個實施例的簡要剖視圖。本發(fā)明電致變色透明板一個實施例包括如下部分即按一定間隔隔開的一對透明板(10)，在一對透明板(10)內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對透明電極(20)，設(shè)置在一對透明電極00)中一個電極上且在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層(40)，設(shè)置在處于還原顯色層00)相對位置的一對透明電極00)中另一個電極上且在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層(30)，以及設(shè)置在還原顯色層GO)與氧化顯色層(30)之間，起到還原顯色層GO)與氧化顯色層(30) 之間電子移動的媒介作用的電解質(zhì)層(50)。本實施例中觀察實際使用的一個電致變色透明板例子，如圖2所示，從外部施加電信號時，隨著電流的流動而變色，因此能夠調(diào)節(jié)太陽光或隔斷紅外線。觀察電致變色透明板內(nèi)部，如圖3所示，設(shè)有按一定間隔隔開的一對透明板(10)， 以填充在一對透明板(10)內(nèi)部的電解質(zhì)層(50)為中心，右側(cè)設(shè)有在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層(30)及透明電極00)；左側(cè)設(shè)有在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層(30)及透明電極 00)。電解質(zhì)層(50)起到在氧化顯色層(30)與還原顯色層00)之間移動電子的媒介作用。在本實施例中，透明板(10)可采用玻璃、硅、合成樹脂、氣凝膠等透明材質(zhì)。另外，透明電極QO)可以采用氧化銦錫(indium tin oxide :ΙΤ0)材質(zhì)，但并不限于此，也可采用透明導(dǎo)電性高分子材料。還原顯色層00)利用在還原狀態(tài)下顯色、在氧化狀態(tài)下消色的還原顯色 (cathodic coloration)原理，起到改變顏色的作用。本實施例中，將涂覆鎵(gallium:Ga)的氧化鋅(Zn0:Ga)按一定厚度涂覆到透明電極00)上，以形成還原顯色層G0)。在本實施例中，還原顯色層G0)用超高純度氧沉積到透明電極00)上，以1 2 微米厚度進行涂覆。與還原顯色層00)相反，氧化顯色層(30)利用在還原狀態(tài)下呈透明狀態(tài)、在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色(anodic coloration)原理，起到改變顏色的作用。在本實施例中，氧化顯色層(30)可采用五氧化二釩(V2O5)、氧化銥(IrO2)、氧化鎳 (NiO)及氧化鉻(III) (Cr2O3)等材料。但并不局限于此，也可采用釩、鋁等金屬系列氧化物。如圖4所示，在透明電極00)之間，以電解質(zhì)層(50)為中心，在左右兩側(cè)分別形成氧化顯色層(30)及還原顯色層00)。這樣，當(dāng)外部電信號施加到透明電極00)時，電子在還原顯色層^))及氧化顯色層(30)與電解質(zhì)層(50)之間相互移動，從而引起還原顯色層G0)及氧化顯色層(30)的顏色變化。在后面將具體描述有關(guān)這種顏色的變化。下面結(jié)合圖5對本發(fā)明的另一個實施例進行說明。圖5為表示本發(fā)明電致變色透明板另一個實施例的簡要剖視圖。如圖5所示，在包括如下部分的本實施例電致變色透明板中，在一對透明板(10) 與一對透明電極00)之間再加上一層金屬薄膜(60)即按一定間隔隔開的一對透明板 (10)，在一對透明板(10)內(nèi)側(cè)分別設(shè)置的一對透明電極(20)，設(shè)置在一對透明電極00)中一個電極上且在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層(40)，設(shè)置在處于還原顯色層00)相對位置的一對透明電極00)中另一個電極上且在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層(30)，以及設(shè)置在還原顯色層GO)與氧化顯色層(30)之間的電解質(zhì)層(50)。為了縮短電致變色透明板的變色時間，在一對透明板(10)上形成具有集流體作用的氧化銦錫(indium tin oxide :ΙΤ0)透明電極(20)之前，先沉積形成金屬薄膜(60)。下面結(jié)合圖6對上述實施例中電致變色透明板的變色過程說明如下如圖6所示，在電致變色透明板變色過程中，填充在一對透明板之間起到電子移動媒介作用的電解質(zhì)層(50)與氧化顯色層(30)及還原顯色層00)之間發(fā)生電子移動，氧化顯色層(30)及還原顯色層00)分別設(shè)置在電解質(zhì)層(50)之間的左右兩側(cè)。即為了改變電致變色透明板顏色，當(dāng)外部電信號施加到透明電極00)時，還原顯色層G0)的電子移動到電解質(zhì)層(50)，從而使還原顯色層00)變成還原狀態(tài)而變色。同時，與還原顯色層G0)相反，電子從氧化顯色層(30)移動到電電解質(zhì)層(50)， 變成氧化狀態(tài)而變色。與此相反，存在于電解質(zhì)層(50)的陽離子移動到還原顯色層(40)，使還原顯色層 (40)變成還原狀態(tài)而變色。另一方面，為了在電致變色透明板變色的狀態(tài)下重新返回到透明狀態(tài)，還原顯色層G0)成為氧化狀態(tài)，而氧化顯色層(30)變成還原狀態(tài)。下面結(jié)合圖7對本發(fā)明電致變色透明板的制造方法進行說明。圖7為表示本發(fā)明電致變色透明板制造方法流程的順序圖。電致變色透明板制造方法包括下列幾個階段即在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段(S20)，在一對透明電極中一個電極上形成在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層的階段(S30)，在一對透明電極中另一個電極上形成在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層的階段(S40)，以及在還原顯色層與氧化顯色層之間填充電解質(zhì)的階段(S50)。在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段(S20)中，在一對透明板(10)相互隔開一定間隔的狀態(tài)下，在內(nèi)側(cè)形成一對透明電極00)。在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段(S20)還包括在形成透明電極 (20)之前，先在一對透明板(10)之間沉積金屬薄膜(60)的階段(SlO)。在一對透明板(10)之間分別形成一對透明電極00)的階段(S20)中，通過溶膠-凝膠工藝形成透明電極00)。溶膠-凝膠工藝是指混合含有銦(In)的有機物與含有錫(Sn)的有機物并用旋涂工藝涂覆后，在500-60(TC溫度下進行熱處理。在還原狀態(tài)下，在一對透明電極中一個電極上形成顯色的還原顯色層的階段 (S30)中，將涂有鎵(Ga)的氧化鋅(Zn0:Ga)按一定厚度涂覆到透明電極Q0)上，以形成還原顯色層G0)。為了提高導(dǎo)電性，利用濺射裝置和高純度氧，在氧氛圍氣下在透明電極00)上沉積還原顯色層(4O)。即在透明電極(2O)上按1 2微米厚度涂覆還原顯色層(4O)。另外，在一對透明電極上形成在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層的階段(S40)中， 氧化顯色層(30)可以采用五氧化二釩(V2O5)、氧化銥(IrO2)、氧化鎳(NiO)及氧化鉻(III) (Cr2O3)等材料，但不局限于此，也可采用釩、鋁等金屬系列氧化物。在氧化顯色層與還原顯色層之間填充電解質(zhì)的階段(S50)中，在氧化顯色層(30) 與還原顯色層GO)之間填充誘導(dǎo)電子移動的電解質(zhì)而形成電解質(zhì)層(50)。在本發(fā)明的一個實施例中，如果還原顯色層00)上涂有氧化鋅(ZnO = Ga)或鎵 (gallimiKGa)，其電阻如圖8所示。即可以看到隨著氧化鋅厚度的增加，電阻急劇變大，而對于涂有鎵(gallium:Ga)的氧化鋅，即使厚度變大，其電阻也會變小。同時，如圖9中可以看出，涂有鎵(gallium:Ga)的氧化鋅(ZnO:Ga)構(gòu)成的還原顯色層GO)的表面狀態(tài)很好。實驗結(jié)果顯示，在本發(fā)明一個實施例中，在氧氛圍氣下將涂有鎵(gallimiKGa)的氧化鋅沉積2小時，使厚度成為2微米時，還原顯色層00)的效率最好。本發(fā)明不局限于上述實施例，在后附的權(quán)利要求范圍中可知，擁有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的一般知識的人，在不超出本發(fā)明宗旨的情況下，可以靈活運用，而這種運用仍屬于本發(fā)明范圍。
權(quán)利要求
1.一種電致變色透明板，其特征為包括按一定間隔隔開的透明板，分別設(shè)置在一對透明板內(nèi)側(cè)的一對透明電極，設(shè)置在一對透明電極中一個電極且在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層，設(shè)置在處于還原顯色層相對位置的一對透明電極中另一個電極上且在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層，以及設(shè)置在還原顯色層與氧化顯色層之間，起到還原顯色層與氧化顯色層之間電子移動的媒介作用的電解質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致變色透明板，其特征為還原顯色層由氧化鋅構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電致變色透明板，其特征為還原顯色層由涂有鎵 (gal Iium: Ga)的氧化鋅組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致變色透明板，其特征為還原顯色層由五氧化二釩 (V2O5)、氧化銥(IrO2)、氧化鎳(NiO)及氧化鉻(III) (Cr2O3)中的任一種材料組成。
5.一種電致變色透明板的制造方法，其特征為包括在一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段，在一對透明電極中一個電極上形成在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層的階段，在一對透明電極中另一個電極上形成在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層的階段，以及在還原顯色層與氧化顯色層之間填充電解質(zhì)的階段。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電致變色透明板制造方法中，一對透明板之間分別形成一對透明電極的階段特征為混合含有銦的有機物與含有錫的有機物，并通過旋涂方式溶膠-凝膠工藝形成透明電極。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電致變色透明板制造方法，其特征為形成還原顯色層的階段中，在透明電極上旋涂沉積氧化鋅來形成還原顯色層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電致變色透明板制造方法，其特征為形成還原顯色層的階段中，再包括在氧化鋅上涂覆鎵(gallium:Ga)的階段。
全文摘要
一種提高響應(yīng)速度的電致變色透明板及其制造方法。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種電致變色透明板，包括按一定間隔隔開的一對透明板，在一對透明板內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對透明電極，設(shè)置在一對透明電極中一個電極上且在還原狀態(tài)下顯色的還原顯色層，設(shè)置在處于還原顯色層相對位置的一對透明電極中另一個電極上且在氧化狀態(tài)下顯色的氧化顯色層，以及設(shè)置在還原顯色層與氧化顯色層之間，起到還原顯色層與氧化顯色層之間電子移動的媒介作用的電解質(zhì)層。
文檔編號G02F1/15GK102203664SQ200980144326
公開日2011年9月28日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者尹永勛, 樸善厚, 池柔剛 申請人:樸善厚