專利名稱：一種具有單基板結(jié)構(gòu)的電致變色器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致變色器件，屬于顯示器件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電致變色可以定義為一種材料被施加電壓后，發(fā)生對(duì)光的吸收或反射而產(chǎn)生的顏色變化的一種性質(zhì)或者現(xiàn)象。在上個(gè)世紀(jì)五六十年代人們就開始關(guān)注這一現(xiàn)象，在之后的幾十年里電致變色材料被廣泛研究，電致變色材料目前有很多種，一般分為無(wú)機(jī)電致變色材料和有機(jī)電致變色材料。無(wú)機(jī)電致變色材料一般化學(xué)穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)全固化，其中研究的最深入最詳細(xì)的材料是WO3，實(shí)用化前途較好，但無(wú)機(jī)電致變色材料存在響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)， 可改變的顏色單一等缺點(diǎn)。而有機(jī)電致變色材料種類繁多，色彩豐富，響應(yīng)時(shí)間短，但化學(xué)穩(wěn)定性不高，有待進(jìn)一步的研究。電致變色僅需要2V左右的電壓即可實(shí)現(xiàn)，且在開路狀態(tài)下一般可以繼續(xù)保持著色或者褪色狀態(tài)，因而耗能低。根據(jù)目前的研究，相關(guān)的電致變色器件有望得到實(shí)際應(yīng)用， 如可以應(yīng)用在高對(duì)比度顯示器件，汽車后視鏡等器件上；可以用在建筑物、車輛、輪船和飛機(jī)等玻璃窗上以調(diào)節(jié)和控制能量。傳統(tǒng)的電致變色器件通常設(shè)計(jì)成“三明治”結(jié)構(gòu)，位于最外面的兩層是透明導(dǎo)電層，兩個(gè)次外層分別為電致變色層和對(duì)電極層，電解質(zhì)層即離子導(dǎo)電層在中間。當(dāng)在兩個(gè)透明導(dǎo)電層間施加電壓時(shí)，電致變色層就發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生顏色變化顯示出電致變色效應(yīng)，對(duì)電極層也發(fā)生相應(yīng)的反應(yīng)，電解質(zhì)起到隔離電子導(dǎo)通離子的作用。這種傳統(tǒng)的“三明治”結(jié)構(gòu)，由于整個(gè)器件是透明的，可以用在玻璃窗上通過(guò)變色來(lái)調(diào)節(jié)控制能量和保護(hù)隱私，也可以用于顯示器，但由于采用兩層透明導(dǎo)電層，成本高，不利于和其他顯示器件的商業(yè)應(yīng)用上的競(jìng)爭(zhēng)。另一方面，這種結(jié)構(gòu)的電致變色器件一般采用液態(tài)電解質(zhì)，從而具有較好的顯色性能(如響應(yīng)時(shí)間，變色效率等)，但是液態(tài)電解質(zhì)存在溶劑揮發(fā)、泄漏導(dǎo)致的污染問(wèn)題，器件的封裝等問(wèn)題。如果采用固態(tài)電解質(zhì)，就可以解決這些問(wèn)題，但與此同時(shí)，由于固態(tài)電解質(zhì)不能夠像液態(tài)電解質(zhì)一樣與對(duì)電極充分的接觸，導(dǎo)致器件對(duì)電極處的電子轉(zhuǎn)移電阻大幅增加，從而影響器件的變色性能，降低了變色的響應(yīng)速度和變色效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單的電致變色器件，在單基板上采用以碳材料為對(duì)電極制備的電致變色器件，可以同時(shí)解決采用雙透明導(dǎo)電層的成本問(wèn)題和固態(tài)器件變色性能問(wèn)題，具有變色性能好，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用一塊導(dǎo)電玻璃作為導(dǎo)電基板，石墨等制成的導(dǎo)電薄膜作為對(duì)電極。器件依次由導(dǎo)電玻璃，電致變色層，離子導(dǎo)電層，絕緣反射層，對(duì)電極層構(gòu)成。電致變色層采用吸附了有機(jī)電致變色材料的無(wú)機(jī)納米氧化物薄膜，離子導(dǎo)電層為含有鋰鹽的有機(jī)溶液，或者含有鋰鹽的聚合物導(dǎo)電材料，絕緣反射層為無(wú)機(jī)納米氧化物薄膜。
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碳材料作為電極材料已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各種電池中，因?yàn)樘疾牧嫌休^高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)碳材料具有較高的導(dǎo)電性以及較高的催化活性，與其他傳統(tǒng)電極材料相比，碳材料來(lái)源廣泛，制備工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，對(duì)環(huán)境無(wú)破壞作用。采用刮涂法或者絲網(wǎng)印刷技術(shù)可以制備各層薄膜包括碳對(duì)電極薄膜，以此碳導(dǎo)電薄膜為對(duì)電極的電致變色器件只含有一層導(dǎo)電玻璃，因而大大降低了器件的成本，而且由于碳膜具有較大的比表面積和大的空隙率，可以增大器件對(duì)電極與電解質(zhì)的接觸面積，大大增強(qiáng)了對(duì)電極處電子與電解質(zhì)，尤其是固態(tài)電解質(zhì)的交換速度，從而有效提高固態(tài)電致變色器件的變色性能，提高器件的變色速度和變色效率。由于碳對(duì)電極是黑色的不透光，將影響甚至遮蓋器件的變色效果，為了解決此問(wèn)題，在電致變色層與碳對(duì)電極層之間加了一層絕緣反射層，該層采用無(wú)機(jī)納米氧化物薄膜， 既能絕緣又可以作為背景反射顏色變化，從而消除黑色碳電極帶來(lái)的問(wèn)題，除了玻璃窗，不要求透射的地方都可以應(yīng)用這種結(jié)構(gòu)的電致變色器件，如顯示器件等。本發(fā)明采用碳材料為對(duì)電極制作電致變色器件，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，并大大降低了成本，通過(guò)各項(xiàng)測(cè)試表明其響應(yīng)時(shí)間短，變色效率高，且可應(yīng)用固態(tài)電解質(zhì)制備固態(tài)器件，有利于實(shí)現(xiàn)電致變色器件的實(shí)際應(yīng)用。


圖1為單基板電致變色器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明。單基板電致變色器件的結(jié)構(gòu)如圖1所示，器件以導(dǎo)電玻璃1為導(dǎo)電基板，自下而上依次由電致變色層2，離子導(dǎo)電層3，絕緣反射層4，對(duì)電極層5組成。實(shí)施例1器件以導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電基板，自下而上以絲網(wǎng)印刷的方式依次制備納米二氧化鈦層，絕緣反射層，對(duì)電極層，在納米二氧化鈦層吸附有機(jī)電致變色材料作為電致變色層，以真空填充法填充電解質(zhì)作為離子導(dǎo)電層。納米二氧化鈦顆粒為20nm，二氧化鈦層厚度約為 5ym0絕緣反射層為納米氧化鋯薄膜，厚度約為5 μ m。電解質(zhì)為高氯酸鋰的甲氧基丙腈溶液，對(duì)電極層是由石墨、炭黑制成的導(dǎo)電薄膜。為了防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏和揮發(fā)，采用熱熔膠和一塊普通玻璃對(duì)該器件進(jìn)行封裝處理。施加IV電壓測(cè)試結(jié)果表明，著色時(shí)間為2. Is, 褪色時(shí)間為4. 7s。實(shí)施例2器件以導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電基板，自下而上以絲網(wǎng)印刷的方式依次制備納米二氧化鈦層，絕緣反射層，對(duì)電極層，在納米二氧化鈦層吸附有機(jī)電致變色材料作為電致變色層，以真空填充法填充電解質(zhì)作為離子導(dǎo)電層。納米二氧化鈦顆粒為20nm，二氧化鈦層厚度約為 Sum0絕緣反射層為納米二氧化鈦薄膜，厚度約為5 μ m。電解質(zhì)為三氟甲烷磺酸鋰的甲氧基丙腈溶液。對(duì)電極層是由石墨、炭黑制成的導(dǎo)電薄膜。為了防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏和揮發(fā)， 采用熱熔膠和一塊普通玻璃對(duì)該器件進(jìn)行封裝處理。施加IV電壓測(cè)試結(jié)果表明，著色時(shí)間為2. 8s，褪色時(shí)間為6s。
實(shí)施例3器件以導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電基板，自下而上以絲網(wǎng)印刷的方式依次制備納米二氧化鈦層，絕緣反射層，對(duì)電極層，在納米二氧化鈦層吸附有機(jī)電致變色材料作為電致變色層，以旋涂法填充電解質(zhì)作為離子導(dǎo)電層。納米二氧化鈦顆粒為25nm，二氧化鈦層的厚度約為 Sum0絕緣反射層為氧化鋯薄膜，厚度約為8 μ m。電解質(zhì)為高氯酸鋰的乙腈溶液。對(duì)電極層是由石墨、炭黑制成的導(dǎo)電薄膜。為了防止液態(tài)電解質(zhì)泄漏和揮發(fā)，采用熱熔膠和一塊普通玻璃對(duì)該器件進(jìn)行封裝處理。施加IV電壓測(cè)試結(jié)果表明，著色時(shí)間為2. 7s，褪色時(shí)間為 6s。實(shí)施例4器件以導(dǎo)電玻璃為導(dǎo)電基板，自下而上以絲網(wǎng)印刷的方式依次制備納米二氧化鈦層，絕緣反射層，對(duì)電極層，在納米二氧化鈦層吸附有機(jī)電致變色材料作為電致變色層， 以旋涂法填充電解質(zhì)作為離子導(dǎo)電層。納米二氧化鈦顆粒為25nm，二氧化鈦層厚度約為 IOum0絕緣反射層為納米二氧化鈦薄膜，厚度為8 μ m。電解質(zhì)為含Lil，I2的PEO聚合物電解質(zhì)。對(duì)電極層是由石墨、炭黑制成的導(dǎo)電薄膜。該器件為固態(tài)電致變色器件，無(wú)須封裝。 施加IV電壓測(cè)試結(jié)果表明，著色時(shí)間為4s，褪色時(shí)間為8s。
權(quán)利要求
1.一種電致變色器件，其特征在于，包括導(dǎo)電基板(1)和自下而上依次沉積在該基板上的電致變色層O)，離子導(dǎo)電層(3)，絕緣反射層(4)和對(duì)電極層(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電致變色器件，其特征在于，所述對(duì)電極層( 為由碳材料制成的碳對(duì)電極層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電致變色器件，其特征在于，所述碳對(duì)電極層( 為由石墨、炭黑和無(wú)機(jī)納米氧化物混合制成的導(dǎo)電薄膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述電致變色層(2)為吸附了電致變色材料的無(wú)機(jī)納米氧化物薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電致變色器件，其特征在于，所述電致變色材料為紫精衍生物的有機(jī)材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述絕緣反射層(4)為無(wú)機(jī)納米氧化物薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求3-6之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述的無(wú)機(jī)納米氧化物為納米二氧化鈦、納米氧化鋯、納米氧化鋅、納米氧化鋁和納米二氧化硅中的至少一種，粒徑為 10-400nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述電致變色層O)、絕緣反射層⑷和碳對(duì)電極層(5)厚度為2-20 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述的導(dǎo)電基板(1)為導(dǎo)電玻璃。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的電致變色器件，其特征在于，所述離子導(dǎo)電層為含有鋰鹽的電解質(zhì)或全固態(tài)離子聚合物電解質(zhì)，其中，所述的鋰鹽為碘化鋰，高氯酸鋰和三氟甲烷磺酸鋰中至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電致變色器件，包括導(dǎo)電基板(1)，和自下而上依次沉積在該基板上的電致變色層(2)，離子導(dǎo)電層(3)，絕緣反射層(4)和對(duì)電極層(5)。通過(guò)各項(xiàng)測(cè)試表明，該種單基板結(jié)構(gòu)的電致變色器件需要施加的偏壓較小，節(jié)約能源，變色性能良好，顏色鮮明，響應(yīng)速度快，使用壽命長(zhǎng)。這種結(jié)構(gòu)的電致變色器件不僅生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，而且成本低廉，能夠應(yīng)用于單色顯示器件中，如字幕廣告牌，交通指示燈等，通過(guò)使用不同的電致變色材料，可以得到不同的顏色變化，有望應(yīng)用于高對(duì)比度無(wú)偏視角的顯示器中。該結(jié)構(gòu)和制備技術(shù)具有很大的發(fā)展?jié)摿土己玫膽?yīng)用前景。
文檔編號(hào)C09K9/02GK102183862SQ20111005177
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉廣輝, 劉林峰, 向鵬, 周子明, 庫(kù)治良, 徐覓, 李雄, 楊迎, 汪恒, 胡敏, 舒婷, 榮耀光, 韓宏偉 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)