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(hào)時(shí)，電致變色物質(zhì)的顏色隨電流流動(dòng)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(shí)到它具有改變可視光線顏色乃至紅外線隔斷效果，對(duì)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(duì)透明板(1)、設(shè)置于一對(duì)透明板⑴之間的一對(duì)透明電極O)、設(shè)置于一對(duì)透明電極⑵中一個(gè)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)?？捎糜陔娭伦兩碾娭伦兩镔|(zhì)有無機(jī)系列和有機(jī)系列，無機(jī)系列的代表性物質(zhì)有 W03, NiOx, V205, LiNiOx, Ce02, Ti02, Nb205 等。上述有機(jī)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(jī)系列電致變色元件。—般用于建筑物的電致變色玻璃窗，如按每天動(dòng)作5次計(jì)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(shí)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(shí)需要幾十秒的切換時(shí)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(shí)間也越長。另外，還出現(xiàn)變色反應(yīng)時(shí)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(shí)，發(fā)生邊緣與中間部分的變色時(shí)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(dá)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(duì)透明板，在一對(duì)透明板內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對(duì)透明電極，設(shè)置在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)位置的一對(duì)透明電極中另一個(gè)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(dòng)的媒介作用的電解質(zhì)層。在本實(shí)施例中，還原顯色層可以由氧化鋅(aio)構(gòu)成。此時(shí)，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(gè)實(shí)施例中，提供包括下列幾個(gè)階段的電致變色透明板制造方法即在一對(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段，在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)透明電極中另一個(gè)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(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段中，可通過混合含有銦(In)的有機(jī)物與含有錫(Sn)的有機(jī)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(shí)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(diǎn)。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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(dòng)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(gè)實(shí)施例中，根據(jù)還原顯色層種類進(jìn)行電阻實(shí)驗(yàn)而導(dǎo)出的數(shù)據(jù)；圖9為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，有關(guān)還原顯色層種類的電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例進(jìn)行說明。在說明本實(shí)施例時(shí)，對(duì)相同的結(jié)構(gòu)使用相同的名稱及符號(hào)，并省略對(duì)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)施例的簡要剖視圖。本發(fā)明電致變色透明板一個(gè)實(shí)施例包括如下部分即按一定間隔隔開的一對(duì)透明板(10)，在一對(duì)透明板(10)內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對(duì)透明電極(20)，設(shè)置在一對(duì)透明電極00)中一個(gè)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(duì)位置的一對(duì)透明電極00)中另一個(gè)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(dòng)的媒介作用的電解質(zhì)層(50)。本實(shí)施例中觀察實(shí)際使用的一個(gè)電致變色透明板例子，如圖2所示，從外部施加電信號(hào)時(shí)，隨著電流的流動(dòng)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(duì)透明板(10)， 以填充在一對(duì)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(dòng)電子的媒介作用。在本實(shí)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(shí)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(shí)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(jìn)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(shí)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(hào)施加到透明電極00)時(shí)，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(dòng)，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(duì)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行說明。圖5為表示本發(fā)明電致變色透明板另一個(gè)實(shí)施例的簡要剖視圖。如圖5所示，在包括如下部分的本實(shí)施例電致變色透明板中，在一對(duì)透明板(10) 與一對(duì)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(duì)透明板 (10)，在一對(duì)透明板(10)內(nèi)側(cè)分別設(shè)置的一對(duì)透明電極(20)，設(shè)置在一對(duì)透明電極00)中一個(gè)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(duì)位置的一對(duì)透明電極00)中另一個(gè)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(shí)間，在一對(duì)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(duì)上述實(shí)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(duì)透明板之間起到電子移動(dòng)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(dòng)，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(hào)施加到透明電極00)時(shí)，還原顯色層G0)的電子移動(dòng)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(shí)，與還原顯色層G0)相反，電子從氧化顯色層(30)移動(dòng)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(dòng)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(duì)本發(fā)明電致變色透明板的制造方法進(jìn)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(gè)階段即在一對(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段(S20)，在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)透明電極中另一個(gè)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(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段(S20)中，在一對(duì)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(duì)透明電極00)。在一對(duì)透明板之間分別形成一對(duì)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(duì)透明板(10)之間沉積金屬薄膜(60)的階段(SlO)。在一對(duì)透明板(10)之間分別形成一對(duì)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(jī)物與含有錫(Sn)的有機(jī)物并用旋涂工藝涂覆后，在500-60(TC溫度下進(jìn)行熱處理。在還原狀態(tài)下，在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)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(dòng)的電解質(zhì)而形成電解質(zhì)層(50)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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(duì)于涂有鎵(gallium:Ga)的氧化鋅，即使厚度變大，其電阻也會(huì)變小。同時(shí)，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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中，在氧氛圍氣下將涂有鎵(gallimiKGa)的氧化鋅沉積2小時(shí)，使厚度成為2微米時(shí)，還原顯色層00)的效率最好。本發(fā)明不局限于上述實(shí)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(shí)的人，在不超出本發(fā)明宗旨的情況下，可以靈活運(yùn)用，而這種運(yùn)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(duì)透明板內(nèi)側(cè)的一對(duì)透明電極，設(shè)置在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)位置的一對(duì)透明電極中另一個(gè)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(dòng)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(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段，在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)透明電極中另一個(gè)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(duì)透明板之間分別形成一對(duì)透明電極的階段特征為混合含有銦的有機(jī)物與含有錫的有機(jī)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(dá)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(duì)透明板，在一對(duì)透明板內(nèi)側(cè)設(shè)置的一對(duì)透明電極，設(shè)置在一對(duì)透明電極中一個(gè)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(duì)位置的一對(duì)透明電極中另一個(gè)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(dòng)的媒介作用的電解質(zhì)層。
文檔編號(hào)G02F1/15GK102203664SQ200980144326
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)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(qǐng)人:樸善厚