CN114114772A - 电致变色装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致变色装置，其具有优良的伸长率和抗拉强度，同时基于电致变色原理实现优良的光透射可变功能。所述电致变色装置包括***在第一基层和第二基层之间的光透射可变结构，其中所述光透射可变结构包括第一变色层和第二变色层，电解质层***在所述第一变色层和所述第二变色层之间，并且电致变色装置的伸长率为60％至170％。

Description

电致变色装置
技术领域
本发明涉及一种电致变色装置，该电致变色装置具有优良的伸长率和抗拉强度，同时基于电致变色原理实现优良的光透射可变功能。
背景技术
近年来，随着人们对环境保护的兴趣增加，对提高能源效率技术的兴趣也在增加。例如，目前正在积极开展智能窗户和能源采集等技术的研究和开发。其中智能窗户是指一种主动控制技术，它调节来自外部光线的透射程度，以提高能源效率来为用户提供一个舒适的环境。它是一项可以广泛应用于各种工业领域的基础技术。智能窗户是以电致变色(electrochromism)为基础的。电致变色是一种现象，当施加电力时，发生电化学氧化或还原反应，并且电致变色活性材料的固有颜色或者光学性质例如透光率会相应地发生改变。
目前，通常使用的是玻璃型智能窗户，其中在几片玻璃之间安装电致变色装置。然而，它的制造过程复杂，而且由于产品的尺寸要根据要建造的窗户的尺寸来定制，因此产品价格很高，因此很难商业化。此外，在存在以下问题：如果涂上硅胶，水分可能会渗透，导致短路的风险，在物流运输过程中，它占用了大量的存储空间，由于材料的性质，它容易受到外部的冲击，因此很危险。
因此，研究一种既能解决上述问题又能获得优良的光透射的可变功能的智能窗户一直是人们的需求。
[现有技术文件]
(专利文件1)韩国专利号1862200(2018年5月23日)
发明内容
技术问题
本发明旨在提供一种电致变色装置，其具有优良的伸长率和抗拉强度，同时基于电致变色原理实现优良的光透射可变功能。
技术方案
根据一个实施例，电致变色装置包括插在第一基层和第二基层之间的光透射可变结构，其中所述光透射可变结构包括第一变色层(chromic layer)和第二变色层，在第一变色层和第二变色层之间***电解质层，并且电致变色装置的伸长率为60％到170％。
技术效果
根据实施例的电致变色装置基于电致变色原理实现的光透射可变功能，同时具有柔韧性确保机械性能。因此，它可以克服现有技术中只能应用于牢固结构的限制，并且可以通过将其简单地附接到如传统透明窗户的结构来确保所需的技术手段。
具体地，电致变色装置具有通电时发生透光率可逆变化的性质。因此，可以通过按下按钮等简单的操作来选择性地控制太阳光的透射率等，从而可以提高能量效率。
特别地，由于电致变色装置具有柔韧性，具有优良的伸长率和抗拉强度，即使装置发生翘曲或弯曲，电极层或变色层也不会发生变形或裂纹，不影响变色性能。
结果，电致变色装置可以应用于弯曲的窗户而不会降低性能。因为它可以轻松切割和安装以适应各种窗户尺寸，它具有优良的可加工性。
此外，由于电致变色装置即使在高温下也可以实现至少一定水平的光透射可变性能，因此即使在接收非常高太阳能的季节，它也可以容易地应用于窗户而不会使装置变坏。
此外，由于电致变色装置具有优良的柔韧性和较高的机械强度，因此可以保持小曲率半径的辊形式，从而由于有效利用存储空间而降低了物流成本，并且非常方便储存和运输。
附图说明
图1是根据实施例示出了应用电致变色装置窗户的概念立体图。
图2是图1中沿A-A’线的剖视图及其放大图。
图3根据实施例示意性地示出了电致变色装置的横截面图。
图4根据实施例示意性地示出了电致变色装置和光透射可变结构的横截面图。
图5根据实施例示意性地示出了电致变色装置和阻挡层的横截面图。
图6根据实施例示意性地示出了电致变色装置的横截面图。
附图标记说明
切割线 A-A'
窗户 10
电致变色装置 100
第一基层 110
第一A底漆层 111
第一B底漆层 112
第一阻挡层 120
第一A阻挡层 121
第一B阻挡层 122
第一C阻挡层 123
光透射可变结构 130
第一电极层 131
第一变色层 133
电解质层 135
第二变色层 137
第二电极层 139
第二阻挡层 140
第二A阻挡层 141
第二B阻挡层 142
第二C阻挡层 143
第二基层 150
第二A底漆层 151
第二B底漆层 152
离型膜层 160
粘合剂层 161
硬涂层 170
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述实施例，以便本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实施本发明。然而，实施例可以以各种不同形式实现，并且不限于本说明书中描述的实施例。
在本说明书中，在提及每个膜、窗户、面板、结构或层形成在另一个膜、窗户、面板、结构或层的“上”或“下”的情况下，这不仅意味着一个元件直接形成在另一元件上或下，而且意味着一个元件间接地形成在另一个元件上或下，而其他元件则插在它们之间。
此外，关于每个元件上或下的术语可参考附图。为了说明，附图中的各个元件的尺寸可被夸大的描绘，并且不表示实际尺寸。此外，在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
在本说明书中，当一个部分被称为“包括”一个元件时，除非另有特别说明，否则可以理解为可以包括其它元件，而不是排除其它元件。
在本说明书中，除非另有说明，否则单数表达被理解为包含在上下文中解释的单数或复数表达。
此外，除非另有特别说明，否则与本文中使用的组分的量、反应条件等有关的所有数字和表达应理解为由术语“大约”修饰。
在本说明书中，术语第一、第二等用于描述各种组件。但组件不应受到术语的限制。这些术语用于将一个部件与另一个部件区分开来。
电致变色装置
一个实施例提供了一种电致变色装置，其具有优良的伸长率和拉伸强度，同时基于电致变色原理实现了优良的光透射可变功能。
根据实施例，电致变色装置(100)包括***在第一基层(110)和第二基层(150)之间的光透射可变结构(130)，其中光透射可变结构(130)包括第一变色层(133)和第二变色层(137)，电解质层(135)插在第一变色层(133)和第二变色层(137)之间(参见图3和4)。
电致变色装置(100)可具有60％和170％的伸长率。
伸长率表示基于在材料拉伸试验期间材料断裂点的材料拉伸程度的百分比。具体来说，当试样的初始标距为L0且断裂时的标距为L1时，伸长率可以是由[(L1–L0)/L0]×100(％)公式确定的值(单位：％)。更具体地说，它可以根据ASTMD638标准来测量。
具体地，电致变色装置(100)的伸长率可以是60％到150％、60％到140％、70％到150％、80％到150％或80％到140％，但不限于此。
电致变色装置(100)可具有120kgf/mm2到350kgf/mm2的抗拉强度。
抗拉强度是一个数值(单位：kgf/mm2)，通过将材料拉伸试验期间直至试样断裂的最大拉伸载荷除以试验前试样的横截面积来确定。更具体地说，可根据ASTMD638标准来测量。
例如，电致变色装置(100)的抗拉强度可以是120kgf/mm2到320kgf/mm2、150kgf/mm2到320kgf/mm2、180kgf/mm2到320kgf/mm2、200kgf/mm2到320kgf/mm2或210kgf/mm2到350kgf/mm2，但不限于此。
如果电致变色装置(100)的伸长率和抗拉强度在上述范围内，则当该装置弯曲时，在电极层或变色层中不形成裂纹，确保了高机械强度，因此，即使以具有小曲率半径的辊的形式保持，其性能也不会变坏，并且可以作为柔性电致变色装置来确保适当的柔韧性。
另一方面，如果电致变色装置(100)的伸长率小于上述范围或其抗拉强度大于上述范围，则当作为柔性电致变色装置应用时，其作为主要特征的柔韧性显著降低或很少显示，当强制弯曲时，弯曲边界处可能出现白色条纹等变白现象。
此外，如果电致变色装置(100)的伸长率大于上述范围或其抗拉强度小于上述范围，则电致变色装置(100)的柔韧性使得膜容易弯曲，由此在电极层或变色层中可能形成裂纹，并且在严重的情况下，碎片可能破裂和分离。
基层
第一基层(110)和第二基层(150)是用于保持透明度和耐久性的层，并且包括聚合物树脂。
具体而言，第一基层和第二基层可各自包含选自聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PCT)、聚醚砜(PES)、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，以及环烯烃聚合物(COP)的组中的一个或多个，但不限于此。更具体地说，第一基层和第二基层可各自包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
由于第一基基层和第二基层包含上述聚合物树脂，因此可以实现既具有耐久性又具有柔韧性的电致变色装置。
对于波长为550nm的光，第一基层和第二基层可各自具有80％或更高的透光率。具体地，对于波长为550nm的光，第一基层和第二基层可各自具有85％或更高的或90％或更高的透光率。
第一基层和第二基层的雾度可分别小于2.0％、1.8％或更小或1.5％或更小。
第一基层和第二基层可各自具有80％或更多的伸长率。具体而言，第一基层和第二基层的伸长率可分别为90％或更高、100％或更高、或120％或更高。
由于第一基层和第二基层各自满足上述范围内的透光率和雾度，因此可以增强透光性。当它们满足上述范围内的伸长率时，可增强柔韧性。
第一基层可具有50μm到180μm的厚度。
具体地，第一基层的厚度可以是70μm到180μm、80μm到180μm、100μm到180μm、100μm到170μm或100μm到150μm，但不限于此。
第二基层可具有50μm至180μm的厚度。
具体地，第二基层的厚度可以是70μm到180μm、80μm到180μm、100μm到180μm、100μm到170μm或100μm到150μm，但不限于此。
如果第一基层和第二基层具有满足上述范围的厚度，则有利于实现电致变色装置特定水平的伸长率和抗拉强度，有利于防止当可致变色装置弯曲时在各层中产生裂纹，并有利于获得薄、轻且柔韧性的电致变色装置。
阻挡层
阻挡层(第一阻挡层和第二阻挡层)用于防止包括湿气或气体在内的杂质从外部渗入光透射可变结构。
第一阻挡层(120)和第二阻挡层(140)可各自包括两层或更多层。具体地，第一阻挡层(120)和第二阻挡层(140)可各自包括两层或三层(参见图5)。
例如，第一阻挡层(120)可包括两层，第二阻挡层(140)可包括两层。或者，第一阻挡层(120)可包括三层，第二阻挡层(140)可包括三层。
在一个实施例中，第一阻挡层(120)可包括第一A阻挡层(121)和第一B阻挡层(122)，或者第一阻挡层(120)可包括第一A阻挡层(121)、第一B阻挡层(122)和第一C阻挡层(123)(参见图5)。
具体地，第一阻挡层可以具有第一A阻挡层和第一B阻挡层依次层压的结构；或第一A阻挡层、第一B阻挡层和第一C阻挡层依次层压的结构。
第一阻挡层可被层压在第一基层上。
在一个实施例中，第二阻挡层(140)可包括第二A阻挡层(141)和第二B阻挡层(142)，或者第二阻挡层(140)可以包括第二A阻挡层(141)、第二B阻挡层(142)和第二C阻挡层(143)(参见图5)。
具体地，第二阻挡层可具有第二A阻挡层和第二B阻挡层依次层压的结构；或第二A阻挡层、第二B阻挡层和第二C阻挡层依次层压的结构。
第二阻挡层可被层压在第二基层之下。
在一个实施例中，第一阻挡层(120)可包括第一A阻挡层(121)和第一B阻挡层(122)，并且第二阻挡层(140)可包括第二A阻挡层(141)和第二B阻挡层(142)。在另一实施例中，第一阻挡层(120)可包括第一A阻挡层(121)、第一B阻挡层(122)和第一C阻挡层(123)，并且第二阻挡层(140)可包括第二A阻挡层(141)和第二B阻挡层(142)。
第一阻挡层(120)和第二阻挡层(140)可各自包括选自包括金属氧化物、金属氮化物、金属氮氧化物、类金属氧化物、类金属氮化物、类金属氮氧化物及其组合物的组中的至少一种。
具体地，第一阻挡层(120)和第二阻挡层(140)可各自包括选自包括金属氮化物、金属氮氧化物、类金属氮化物、类金属氮氧化物及其组合物的组中的至少一种。
更具体地，第一阻挡层(120)和第二阻挡层(140)可各自包括金属氮化物或类金属氮化物。
在一个实施例中，第一阻挡层(120)可包括第一A阻挡层(121)和第一B阻挡层(122)，其中第一A阻挡层和第一B阻挡层中的一个可包括金属氧化物或类金属氧化物，并且另一个可包括金属氮化物或类金属氮化物。
第一阻挡层(120)还可以包括第一C阻挡层(123)。在这种情况下，第一C阻挡层可包括丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂。
此外，第二阻挡层(140)可包括第二A阻挡层(141)和第二B阻挡层(142)，其中第二A阻挡层和第二B阻挡层中的一个可包括金属氧化物或类金属氧化物，另一个可包括金属氮化物或类金属氮化物。
第二阻挡层(140)还可包括第二C阻挡层(143)。在这种情况下，第二C阻挡层可包括丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂。
在另一个实施例中，第一阻挡层可以包括第一A阻挡层和第一B阻挡层，其中第一A阻挡层和第一B阻挡层的厚度比可以是1:2到1:10。在这种情况下，第一A阻挡层可以包括金属氮化物或类金属氮化物，并且第一B阻挡层可包括金属氧化物或类金属氧化物。
第一A阻挡层和第一B阻挡层的厚度比可以是1:2.5到1:7.5，但不限于此。
此外，第二阻挡层包括第二A阻挡层和第二B阻挡层，其中所述第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度比可以是1:2到1:10。在这种情况下，第二A阻挡层可包括金属氮化物或类金属氮化物，第二B阻挡层可包括金属氧化物或类金属氧化物。
第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度比可以是1:2.5到1:7.5，但不限于此。
当第一A阻挡层和第一B阻挡层的厚度比以及第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度比满足上述范围时，存在长期可靠性的效果，例如提高膜的光学性能、折射率和耐气候性。
另一方面，如果第一A阻挡层和第一B阻挡层的厚度比或者第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度比在上述范围之外，则折射率可能减小，其变得不透明，或长期的可靠性，例如光学性能和耐气候性可能会降低。
在一个实施例中，第一阻挡层可包括第一A阻挡层和第一B阻挡层，其中第一基层、第一A阻挡层和第一B阻挡层可依次层压，第一A阻挡层可包括金属氮化物或类金属氮化物，并且第一B阻挡层可包括金属氧化物或类金属氧化物。
在另一实施例中，第一阻挡层可包括第一A阻挡层、第一B阻挡层和第一C阻挡层，其中第一基层、第一A阻挡层、第一B阻挡层和第一C阻挡层可依次层压，第一A阻挡层可包含金属氮化物或类金属氮化物，第一B阻挡层可包含金属氧化物或类金属氧化物，且第一C阻挡层可包含丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂。
在这种情况下，第一A阻挡层可具有10nm到50nm、10nm到40nm或10nm到30nm的厚度，但其不限于此。
此外，第一B阻挡层可具有30nm到100nm、30nm到80nm、30nm到70nm或40nm到60nm的厚度，但其不限于此。
第一A阻挡层和第一B阻挡层可各自具有0.2g/天·m2或更小、0.15g/天·m2或更小或0.1g/天·m2或更小的透湿性，但不限于此。
由于第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度范围和透湿性满足上述范围，有一个长期可靠性的效果，例如提高膜的光学性能、折射率和耐气候性。
另一方面，如果它们在上述范围之外，则折射率可能下降，变得不透明，或者长期可靠性例如光学性能和耐气候性的可能会下降。
在一个实施例中，第二阻挡层可包括第二A阻挡层和第二B阻挡层，其中第二基层、第二A阻挡层和第二B阻挡层可依次层压，第二A阻挡层可包括金属氮化物或类金属氮化物，第二B阻挡层包括金属氧化物或类金属氧化物。
在另一实施例中，第二阻挡层可包括第二A阻挡层、第二B阻挡层和第二C阻挡层，其中第二基层、第二A阻挡层、第二B阻挡层和第二C阻挡层可依次层压，第二A阻挡层可包含金属氮化物或类金属氮化物，第二B阻挡层包含金属氧化物或类金属氧化物，且第二C阻挡层可包含丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅酮基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂。
在这种情况下，第二A阻挡层可具有10nm到50nm、10nm到40nm或10nm到30nm的厚度，但其不限于此。
另外，第二B阻挡层可具有30nm到100nm、30nm到80nm、30nm到70nm或40nm到60nm的厚度，但其不限于此。
第二A阻挡层和第二B阻挡层可各自具有0.2g/天·m2或更小、0.15g/天·m2或更小或0.1g/天·m2或更小的透湿性，但不限于此。
由于第二A阻挡层和第二B阻挡层的厚度范围和透湿性满足上述范围，有一个长期可靠性的效果，例如提高膜的光学性能、折射率和耐候性。另一方面，如果它们在上述范围之外，则折射率可能下降，变得不透明，或者长期可靠性例如光学性能和耐气候性之类的可能降低。
第一阻挡层的透湿性可与第二阻挡层的透湿性相同或不同。具体地，第一阻挡层的透湿性可以不同于第二阻挡层的透湿性。
在具体实施例中，第一阻挡层可包括第一A阻挡层和第一B阻挡层，其中第一基层、第一A阻挡层和第一B阻挡层可依次层压，第一A阻挡层可包括氮化硅(SiNx)，第一B阻挡层可包括氧化硅(SiOx)。此外，可选的是，第一阻挡层还可包括包含丙烯酸基树脂的第一C阻挡层。
当第一A阻挡层包含氮化硅时，Si:N比率可为1.0:0.8至1.0:1.2，但不限于此。当第一B阻挡层包括氧化硅时，Si:O的比率可以是1.0:1.7到1.0:2.3，但不限于此。
此外，第二阻挡层可包括第二A阻挡层和第二B阻挡层，其中第二基层、第二A阻挡层和第二B阻挡层可依次层压，第二A阻挡层可包括氮化硅(SiNx)，第二B阻挡层可包括氧化硅(SiOx)。此外，可选的是，第二阻挡层还可包括第二C阻挡层，第二C阻挡层包括丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂。
当第二A阻挡层包含氮化硅时，Si:N比率可为1.0:0.8至1.0:1.2，但其不限于此。当第二B阻挡层包括氧化硅时，Si:O的比率可以是1.0:1.7到1.0:2.3，但不限于此。
由于第一阻挡层和第二阻挡层满足上述条件，即使厚度很薄也可以达到所需的性能，并且可以最大限度地防止湿气渗透，由此可以增强电致变色装置的耐久性和长期稳定性。
第一阻挡层和第二阻挡层可以分别通过真空沉积方法沉积在第一基层和第二基层上。具体地，第一阻挡层和第二阻挡层可以通过溅射方法沉积在第一基层和第二基层中的每一个上。
在这种情况下，沉积原料可以是金属或类金属中的一种或多种，并且类型不受特别限制。例如，其可包含选自镁(Mg)、硅(Si)、铟(In)、钛(Ti)、铋(Bi)、锗(Ge)和铝(Al)的至少一种。
沉积反应气体可包括氧(O2)气体或氮(N2)气体。如果使用氧气作为反应气体，则可以形成包含金属氧化物或类金属氧化物的阻挡层。如果使用氮气作为反应气体，则可以形成包含金属氮化物或类金属氮化物的阻挡层。如果氧气和氮气适当混合并用作反应气体，则可形成包含金属氮氧化物或类金属氮氧化物的阻挡层。
真空沉积方法包括物理真空沉积方法和化学真空沉积方法。物理真空沉积方法包括热真空沉积、电子束真空沉积和溅射沉积。
溅射可以是直流磁控溅射或交流磁控溅射。
具体地，直流磁控溅射可以是等离子体溅射，例如反应等离子体溅射。
光透射可变结构
光透射可变结构(130)可包括第一电极层(131)；在第一电极层(131)上的第一变色层(133)；在第一变色层(133)上的电解质层(135)；电解质层(135)上的第二变色层(137)；以及在第二变色层(137)上的第二电极层(139)(参见图4)。
光透射可变结构(130)可以是一种结构，其中第一电极层(131)、第一变色层(133)、电解质层(135)、第二变色层(137)和第二电极层(139)依次层压。具体地，光透射可变结构是当施加预定电压时透光率可逆地改变的层压结构。
具体地，当向第一电极层(131)和第二电极层(139)施加电压时，由于特定离子或电子通过电解质层(135)从第二变色层(137)移动到第一变色层(133)，总透光率先增大后减小。
如果第二变色层(137)的透光率降低，则第一变色层(133)的透光率也降低。如果第二变色层(137)的透光率增加，则第一变色层(133)的透光率也增加。
第一电极层和第二电极层可各自包括透明电极或反射电极。在一个实施例中，第一电极层和第二电极层中的一个可以是透明电极，另一个可以是反射电极。在另一实施例中，第一电极层和第二电极层都可以是透明电极。
可以通过溅射沉积方法在第一阻挡层(120)上形成第一电极层(131)。此外，可以通过溅射沉积方法在第二阻挡层(140)上形成第二电极层(139)。
透明电极可以由具有高透光率、低片电阻和穿透电阻的材料制成，并且可以形成电极板的形状。
透明电极可以包括例如从由氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)、氧化铟锌(IZO)及其组合物的组中选择的一种。
反射电极可以包括例如选自包括银(Ag)、铝(Al)、铜(Cu)、钼(Mo)、金(Au)、钨(W)、铬(Cr)，以及它们的组合物的组中的至少一种。
第一电极层(131)和第二电极层(139)的厚度可分别为100nm至500nm、100nm至400nm、100nm至300nm或150nm至250nm，但不限于此。
第一电极层和第二电极层可以各自是透明电极并且包括氧化铟锡(ITO)。
具体而言，第一电极层和第二电极层可各自包含氧化铟和氧化锡，其重量比为70:30到98:2或80:20到97:3。
此外，第一电极层和第二电极层可各自具有5Ω/sq至100Ω/sq、5Ω/sq至80Ω/sq、5Ω/sq至70Ω/sq或5Ω/sq至50Ω/sq的表面电阻，但不限于此。
当在第一电极层(131)和第二电极层(139)之间施加电压时，第一变色层(133)的透光率改变。它能使电致变色装置的透光率发生变化。
第一变色层(133)可包括具有与包含在第二变色层(137)中的电致变色材料互补的显色特性的材料。互补显色特性是指电致变色材料显色的反应类型彼此不同。
例如，如果在第一变色层中使用氧化变色材料(oxidizing chromic material)，则可在第二变色层中使用还原变色材料(reducing chromic material)。如果在第一变色层中使用还原变色材料，则可在第二变色层中使用氧化变色材料。
具体地，第一变色层(133)可包括还原变色材料，并且第二变色层(137)可包括氧化变色材料。
氧化变色材料是指发生氧化反应时变色的材料，还原变色材料是指发生还原反应时变色的材料。
也就是说，在已施加氧化变色材料的变色层中，如果发生氧化反应，则将发生着色反应；如果发生还原反应，就会发生脱色反应。在已施加还原变色材料的变色层中，如果发生还原反应，则会发生着色反应；如果发生氧化反应，就会发生脱色反应。
由于这种具有互补显色特性的材料被包含在相应的变色层中，因此可以在两层中同时进行着色或脱色。此外，可以根据施加到电致变色装置的电压的极性来交替着色或脱色。
在一个实施例中，第一变色层(133)可包括还原变色材料和聚合物树脂。
还原变色材料可以是选自包含氧化钛(TiO)、氧化钒(V2O5)、氧化铌(Nb2O5)、氧化变色(Cr2O3)、氧化锰(MnO2)、氧化铁(FeO2)、氧化钴(CoO2)、氧化镍(NiO2)、氧化铑(RhO2)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铱(IrO2)，氧化钨(WO2、WO3、W2O3、W2O5)、紫精及其组合物的组中的一种或多种，但不限于此。
聚合物树脂可以是具有柔韧性的树脂，并且不限于特定类型。例如，聚合物树脂可以是硅酮基树脂、丙烯酸基树脂、酚醛基树脂、聚氨酯基树脂、聚酰亚胺基树脂或乙烯-醋酸乙烯基树脂，但不限于此。
例如，第一变色层(133)可包括氧化钨(WO3)和丙烯酸基树脂。
第一变色层(133)可包括还原变色材料和聚合物树脂，并且基于100重量份的还原变色材料，可包含0.1到15重量份的聚合物树脂。具体而言，基于100重量份的还原变色材料，其可包含1至15重量份或2至15重量份的聚合物树脂，但不限于此。
如果基于100重量份的还原变色材料，第一变色层包含的聚合物树脂超过上述范围，则记忆性能降低，从而不能保持一定水平的透射率，以及达到一定的透光率的所需变色时间增加，并且变色速度降低。
另一方面，如果基于100重量份的还原变色材料，第一变色层包含的聚合物树脂少于上述范围，则柔韧性变差，导致当装置变形到小曲率半径时产生裂纹，以及不可能实现一定程度的光透射可变功能。
第一变色层(133)可包括至少一层，并且如有必要，可包括不同材料的两层或更多层。
第一变色层(133)可具有100nm至1000nm、200nm至1000nm、200nm至800nm、200nm至700nm、300nm至700nm或300nm至600nm的厚度，但其不限于此。
如果第一变色层的厚度满足上述范围，则光透射可变结构的透光率的变化可作用整个电致变色装置的透光率的显著变化。结果，整个电致变色装置可应用于建筑物或汽车的窗户，从而实现能够产生能量控制效果的光透射变化性能。
第一电极层(131)和第一变色层(133)的初始透射率可以是90％或更多。具体地，初始透射率满足上述范围意味着上述各层的每一个已经非常均匀地施加并且是非常透明的。
当在第一电极层(131)和第二电极层(139)之间施加电压时，第二变色层(137)的透光率改变。它能使电致变色装置的透光率发生变化。
在一个实施例中，第二变色层(137)可包括氧化变色材料和聚合物树脂。
氧化变色材料可以是选自包含氧化镍(例如NiO、NiO2)、氧化锰(例如MnO2)、氧化钴(例如CoO2)、氧化铱镁、氧化镍镁、氧化钛钒、普鲁士蓝基颜料及其组合物的组中的一种或多种，但不限于此。普鲁士蓝基颜料为深蓝色颜料，可具有Fe4(Fe(CN)6)3的式。
聚合物树脂可以是具有柔韧性的树脂，并且不限于特定类型。例如，聚合物树脂可以是聚氨酯氨丙烯酸基树脂、硅酮基树脂、丙烯酸基树脂、酯基树脂、环氧基树脂、酚醛基树脂、聚氨酯基树脂、聚酰亚胺基树脂或乙烯醋酸乙烯酯基树脂，但不限于此。
此外，聚合物树脂可以具有50至10,000的重均分子量。具体地，聚合物树脂的重均分子量可为100至10,000、200至10,000或500至10,000，但不限于此。
例如，第二变色层(137)可包括氧化镍(NiO)和丙烯酸基树脂。此外，丙烯酸基树脂可具有50到10000的重均分子量。
第二变色层(137)可以包括氧化变色材料和聚合物树脂，并且可以包括基于100重量份的氧化变色材料的0.1到5重量份的聚合物树脂。
如果基于100重量份氧化变色材料，第二变色层包含聚合物树脂的量在上述范围内，则氧化变色材料稳定地附着到膜表面，这有助于实现平滑的光透射可变性能。
另一方面，如果聚合物树脂的量小于上述范围，则氧化变色材料较弱地附着于膜表面，使得即使在轻微的外部冲击下，它也可能分离或分散。此外，柔韧性也变差，使得当装置弯曲时可能出现颜色裂纹。
此外，如果聚合物树脂的量大于上述范围，则由于聚合物树脂本身的电阻，离子导电性受到损害，这可能降低氧化变色材料的离子导电性能，并且在高温下的耐久性可能被削弱，导致可靠性下降。
第二变色层(137)包括至少一层，并且如果需要，可以包括不同的材料的两层或更多层。
第二变色层(137)可具有100nm至1000nm、100nm至800nm、100nm至600nm、100nm至500nm、100nm至400nm、200nm至800nm或300nm至800nm的厚度，但其不限于此。
如果第二变色层(137)的厚度满足上述范围，则该装置能够很好地承受外部冲击，并且可以保留适量的离子。同时，它有利于电致变色装置的变薄和确保其柔韧性，并且有利于实现优良的光透射可变性能。
另一方面，如果第二变色层的厚度小于上述范围，则变色层太薄，因此由于离子导电性的减弱而可能难以适当地实现变色性能。如果超过上述范围，则变色层太厚，即使受到轻微的外部冲击，也可能出现裂纹。特别地，在柔性电致变色装置的实施中，该缺陷在弯曲期间可能更明显，并且制造成本可能较高，这是不经济的。
第二变色层(137)可具有50％或更小的初始透射率。具体地说，初始透射率满足上述范围意味着当用肉眼观察时，它呈现深蓝色或浅靛蓝色。
在一个实施例中，第一变色层(133)包括还原变色材料，第二变色层(137)包括氧化变色材料，并且第一变色层和第二变色层各自可以通过湿式涂覆方法形成。
具体地说，第一变色层(133)可以通过采用湿式涂覆方法将原材料施加到第一电极层(131)的一侧，然后将其干燥而形成。此外，第二变色层(137)可以通过湿式涂覆方法将原材料施加到第二电极层(139)的一侧，然后将其干燥而形成。
湿式涂覆中使用的溶剂可以是非芳香族溶剂或芳香族溶剂，具体而言，乙醇、丙酮、甲苯等，但不限于此。
如果第一变色层和第二变色层通过溅射涂覆方法形成，则由于涂覆方法的性质，仅可形成100nm或更小的非常薄的涂覆膜，因此，对具有优良的光透射可变性能和灵活性两者的电致变色装置的应用存在限制。
第一变色层和第二变色层的厚度比可以是50:50到80:20、55:45到75:25或60:40到70:30。
如果第一变色层和第二变色层的厚度比满足上述范围，则存在透明和黑暗之间的颜色变化带更宽、颜色变化时间缩短的效果。另一方面，如果不满足上述范围，则用于透明和黑暗之间的颜色变化的带非常窄，并且颜色变化的时间延长，使得颜色变化非常缓慢，或者电致变色装置即使通电也根本不工作。
电解质层(135)是用作第一变色层和第二变色层之间的离子传输路径的层。在电解质层中使用的电解质的类型不受特别限制。
例如，电解质层可包含氢离子或第1族元素离子。具体而言，电解质层可包含锂盐化合物。锂盐化合物可以是LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiPF6、LiTFSI、LiFSI等，但不限于此。
此外，电解质层可包含聚合物树脂。具体而言，电解质层可包含丙烯酸基树脂、环氧基树脂、硅基树脂、聚酰亚胺基树脂或聚氨酯基树脂，但不限于此。
具体地，丙烯酸基树脂可以是热固性丙烯酸基树脂、光固化丙烯酸基树脂等。聚氨酯基树脂可以是热固性聚氨酯基树脂、光固化聚氨酯基树脂、水性聚氨酯基树脂等。
电解质层可包含聚合物树脂和锂盐，重量比为95:5至80:20、95:5至85:15或93:7至87:3。
电解质层可具有10-3mS/cm或更高的离子导电性。具体地，电解质层的离子导电性可以是10-3mS/cm到103mS/cm或10-3mS/cm到102mS/cm，但不限于此。
如果电解质层的离子导电性在上述范围内，则可以实现期望的光透射可变性能，并且从高温下的灵活性和可靠性的观点来看是有利的。另一方面，如果电解质层的离子导电性在上述范围之外，则颜色变化速度非常慢，导致电致变色装置的性能降低。
电解质层可具有200g/英寸或更高的粘合强度。具体地，电解质层的粘合强度可以是200g/英寸到900g/英寸或200g/英寸到700g/英寸，但不限于此。
如果电解质层的粘合强度在上述范围内，则电解质层很好地粘合在两个基板上，从而使电致变色装置的性能得以顺利展示。另一方面，如果电解质层的粘合强度在上述范围之外，则对两个基板的粘合可能会变差，导致即使在有轻微外部冲击或刺激的情况下也会发生分离，或者出现不连续的表面，例如在空白空间或某些层的表面上的分层。此外，离子导电性可降低，使得难以达到电致变色装置一定的性能水平。
电解质层(135)可以通过采用湿式涂覆方法将原材料施加到第一变色层(133)或第二变色层(137)中的任何一个的一侧，然后将其干燥而形成。
如果通过湿式涂覆方法施加电解质层，则可以增加涂覆膜的厚度或者可以容易地控制涂覆膜的厚度，这从提高离子导电性或变色速度的观点来看是有利的。另一方面，如果对电解质层使用溅射涂覆方法而不是湿式涂覆方法，则由于形成薄膜，涂覆膜可能容易破裂或离子导电性可能降低。
电解质层(135)可以具有30μm到200μm、50μm到200μm、50μm到150μm、70μm到130μm或80μm到120μm的厚度。如果电解质层(135)的厚度满足上述范围，则电致变色装置具有耐久性。同时，在第一变色层和第二变色层之间的离子的传输路径被固定在适当的长度中，由此可以实现光透射变化性能中的适当速度。
离型膜层
根据实施例，电致变色装置(100)还可以包括离型膜层(160)，它在与第一阻挡层(120)层压的一侧相对的第一基层(110)一侧上(参见图6)。
离型膜层(160)可包含聚酯基树脂，其包含聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚碳酸酯(PC)。
具体地，离型膜层可具有10μm至100μm、10μm至80μm、10μm到50μm或12μm至50μm的厚度，但不限于此。
离型膜层可具有50gf/英寸或更小的剥离强度。具体地，离型膜层的剥离强度可以是3gf/英寸至50gf/英寸或10gf/英寸至50gf/英寸，但不限于此。
离型膜层用于在电致变色装置的存储和运输期间保护电致变色装置免受外部湿气或杂质的影响。随后，当电致变色装置应用于透明窗户等时，如有必要，可在去除离型膜层之后使用。特别地，离型膜层可防止粘合层的粘合强度降低。
粘合剂层(161)可以形成在离型膜层的一侧。
粘合剂层(161)可包括丙烯酸基树脂、硅基树脂、聚氨酯基树脂、环氧基树脂或聚酰亚胺基树脂。具体地，粘合剂层可包含丙烯酸树脂，在这种情况下，其有利于增强光学特性和耐久性。
粘合剂层可具有95％或更高、97％或更高、98％或更高、或99％或更高的紫外线阻挡率(基于400nm)，但其不限于此。
此外，粘合剂层可具有0.5N/英寸至8.0N/英寸、1.0N/英寸至7.0N/英寸或2.0N/英寸至6.0N/英寸的初始粘合强度，但不限于此。
底漆层
底漆层可层压在第一基层(110)的一侧或两侧上。具体地，第一A底漆层(111)可以层压在第一基层(110)的一侧，并且第一B底漆层(112)可以层压在另一侧(参见图6)。
此外，底漆层可层压在第二基层(150)的一侧或两侧上。具体地，第二A底漆层(151)可以层压在第二基层(150)的一侧，第二B底漆层(152)可以层压在另一侧(参见图6)。
在一个实施例中，底漆层可以插在第一阻挡层(120)和第一基层(110)之间。此外，底漆层可***在第二阻挡层(140)和第二基层(150)之间(参见图6)。
底漆层(第一A底漆层、第一B底漆层、第二A底漆层和第二B底漆层)可各自包括丙烯酸基树脂、聚氨酯基树脂、硅基树脂或聚酰亚胺基树脂。
底漆层(第一A底漆层、第一B底漆层、第二A底漆层和第二B底漆层)可各自具有35达因/cm2或更小的表面张力或30达因/cm2或更小的表面张力。
底漆层(第一A底漆层、第一B底漆层、第二A底漆层和第二B底漆层)可各自具有3.0gf/英寸或更大的粘合强度或3.5gf/英寸或更大的粘合强度。
底漆层用于在基层和阻挡层之间施加附着力或提高折射率。此外，形成各底漆层的材料、表面张力、剥离强度等可以相同也可以不同。
硬涂层
根据一个实施例，电致变色装置(100)还可以包括硬涂层(170)，它在与第二阻挡层(140)层压一侧相对的第二基层(150)的一侧上(参见图6)。
硬涂层(170)可包括丙烯酸基树脂、硅基树脂、聚氨酯基树脂、环氧基树脂或聚酰亚胺基树脂。
硬涂层可具有1μm至10μm、2μm至8μm、2μm至6μm或2μm至5μm的厚度，但其不限于此。
硬涂层可具有3H或更高、4H或更高、或5H或更高的铅笔硬度，但不限于此。
硬涂层用于保护电致变色装置免受外部冲击，并且由于其耐刮擦性，可以赋予优异的硬度。
此外，由于硬涂层的厚度满足上述范围，因此可以实现具有柔韧性和优良可加工性的电致变色装置。如果硬涂层的厚度超过上述范围，则难以实现柔韧性。如果硬涂层的厚度小于上述范围，则容易受到外部冲击。
在特定实施例中，电致变色装置(100)可包括离型膜层(160)；离型膜层(160)上的粘合剂层(161)；粘合剂层(161)上的第一B底漆层(112)；在第一B底漆层(112)上的第一基层(110)；第一基层(110)上的第一A底漆层(111)；在第一A底漆层(111)上的第一阻挡层(120)；第一阻挡层(120)上的光透射可变结构(130)；在光透射可变结构(130)上的第二阻挡层(140)；第二阻挡层(140)上的第二A底漆层(151)；在第二A底漆层(151)上的第二基层(150)；在第二基层(150)上的第二B底漆层(152)；以及在第二B底漆层(152)上的硬涂层(170)。
特点及应用
电致变色装置(100)可以是柔性电致变色装置。
上述电致变色装置的每一层的特征例如组件和特性可以彼此组合。
电致变色装置(100)可以通过简单地将其连接到诸如传统透明窗户之类的结构来应用。具体地，如图1所示，可以将其附接到窗户的一侧。更具体地，图2示出了图1中沿A-A'线的剖面图以及应用电致变色装置的部分的放大图。
电致变色装置(100)可以连接到窗户(10)的一侧，其中窗户(10)可以具有平面或曲面。
此外，电致变色装置(100)可以附接到窗(10)的整个侧面，或者可以仅附接到窗户(10)的一部分。
此外，电致变色装置(100)可以***窗户(10)。具体地，电致变色装置可以通过将其***玻璃基板之间的方法来应用。更具体地，它可以以如下两个方式应用，其中两个聚乙烯醇缩丁醛(PVB)膜***窗户的夹层玻璃之间，并且电致变色装置***两个PVB膜之间。它可以通过加热紧紧地附着使得稳定地***窗户。
电致变色装置(100)可以具有20μm至1000μm的厚度。具体地，电致变色装置(100)的厚度可以是25μm至900μm、25μm至800μm、25μm至700μm、25μm至600μm或25μm至500μm，但不限于此。
当最大程度地驱动着色时，电致变色装置可具有10％到40％、10％到30％或10％到20％的可见光透射率，但其不限于此。
另外，当最大程度地驱动脱色时，电致变色装置可具有40％至90％、50％至90％或60％至80％的可见光透射率，但其不限于此。
在着色和脱色期间电致变色装置可以控制红外线(IR射线)和紫外线(UV射线)以及可见光的透射率。
当向电致变色装置施加电力时，在两个电极之间形成电场，引起着色和脱色，从而可以针对每个太阳光波长调节透射率。因此，可以有利地实现绝缘功能和遮光功能。
此外，该电致变色装置可以大面积低成本制造，并且功耗低。因此，它适合用作智能窗户、智能镜子或其他下一代建筑窗户材料。
由于电致变色装置(100)厚度薄、重量轻、具有柔韧性的特性，因此具有优异的加工性能和较低的破损可能性，能够以辊的形式存储，并且运输方便。
本发明的方式
在下文中，将参照以下示例更详细地描述本发明。然而，阐述这些示例是为了说明本发明，并且本发明的范围不限于此。
实施例1：电致变色装置的制造
将表面电阻为50Ω/sq的ITO电极、阻隔层、底漆层和PET基层(厚度：100μm)层叠的两个透明电极基板分别用作上板和下板。将氧化钨(WO3)通过湿式涂覆施加在下ITO电极上并在120℃下干燥2分钟以形成还原变色层(厚度：400nm)。此后，通过混合溶解在乙醇中的丙烯酸基树脂，将要涂覆在上ITO电极上的氧化变色层的涂覆溶液制备为氧化镍(NiO)糊剂。其中，在氧化变色层用的涂覆溶液中，基于100重量份的氧化镍(NiO)使用5重量份的丙烯酸基树脂。之后，将氧化变色层涂覆溶液湿式涂覆于上ITO电极上，120℃干燥2分钟，形成氧化变色层(厚度：400nm)。在还原变色层和氧化变色层之间***厚度为100μm的凝胶电解质，将上下板层压以制备电致变色装置样品(10cm×10cm)。随后，在上下板的侧面贴上铜带，形成电源连接的母线。
实施例2至6以及对比例1和2
以与实施例1相同的方式制备电致变色装置样品，不同之处在于如下面的表1所示改变基层的厚度、还原变色层的涂覆方法、氧化变色层的厚度、氧化变色层中丙烯酸基树脂的重量。
对实施例1至6以及对比例1和2中制造的电致变色装置的下列性能进行了测量和评价，结果如表1所示。
评价实施例1：电解质层的离子导电性
在25℃下，用交流阻抗分析仪在1Hz至100KHz下测量了电解质层的体电阻，并将其与厚度换算得到电解质层的离子电导率。
评价实施例2：电解质层的粘合强度
电解质层是用一个1kg的辊子层压在透明电极基板之间。20分钟后，进行90度剥离试验(ASTMD1876)。使用通用试验机(Instron 34SC-5)以300mm/min的速度进行剥离试验。其中，当样品以90度角拉断时，测量电解质层的粘合强度。
评估实施例3：柔韧性评估
当电致变色装置样品在弯曲半径为50R的缠绕状态下放置24小时，然后展开时，使用透射率计(型号WP-4500，制造商：EDTM，WP-4500)测量透光率可变性能。根据测量结果，当没有出现彩色裂纹时评估为○，以及当出现彩色裂纹时被评为×。
评估实施例4：可靠性评估
将电致变色装置样品在100℃下放置24小时后展开，用透光率仪(型号WP-4500)测量其透光率变化性能。根据测量结果，当色度比大于初始值的80％时评估为○，当色度比在50％到80％之间时，评为Δ，当色度比小于50％时，评为×。
评估实施例5：伸长率和抗拉强度评估
将电致变色装置样品切割成15mm×150mm的尺寸并安装在UTM(INSTRON，5566A)中。测量条件设置为速度200mm/min，测量长度50mm，宽度15mm。在相同条件下测定了5个试样的伸长率和抗拉强度，其平均值见下表1。
具体地，伸长率表示为基于试样在拉伸试验期间断裂点的试样拉伸量的百分比。当试样的初始标距为L0，断裂时的标距为L1时，由[(L1–L0)/L0]×100(％)的公式确定的值(单位：％)。根据ASTMD638标准进行测量。
此外，拉伸强度是用拉伸试验中直至试样断裂的最大拉伸载荷除以试验前试样的横截面积所得的值(单位：kgf/mm2)。根据ASTMD638标准进行测量。
[表1]
Figure BDA0003187145210000251
Figure BDA0003187145210000261
*氧化变色层中丙烯酸基树脂的重量是以100重量份氧化镍(NiO)为基础的丙烯酸基树脂的重量份。
从表1可以看出，实施例1到6的电致变色装置满足60％到170％的伸长率和120kgf/mm2到350kgf/mm2的拉伸强度，因此它们是柔韧性的，在电极层或变色层中没有变形或裂纹。
此外，由于根据实施例1至6的电致变色装置即使在高温下也实现了一定水平的光透射可变性能，因此即使在接收到热太阳能的夏季，性能也几乎不会变差。因此，它可以容易地应用于窗户，并且即使在高温下也可以保持耐久性。
特别地，由于根据实施例1到3的电致变色装置不仅满足特定水平的伸长率和抗拉强度，而且在柔韧性评估中表现出优异结果，因此它们甚至可以变形到小曲率半径的水平而不会出现性能下降。此外，它们可以保持为具有小曲率半径的辊的形式，从而降低物流成本，并且非常方便存储和运输。
相比之下，根据对比例1的电致变色装置具有超过170％的伸长率和小于120kgf/mm2的抗拉强度，其柔韧性使得膜容易弯曲，由此在电极层或变色层中可能形成裂纹，并且在严重的情况下，碎片可能被破裂和分离。
此外，根据对比例2的电致变色装置具有小于60％的延伸率或超过350kgf/mm2的抗拉强度，其作为主要特征的柔韧性在应用于柔性电致变色装置时几乎不显示，当强制弯曲时，弯曲边界处可能出现白色条纹等白化。

Claims (10)

1.一种电致变色装置，其包括***在第一基层和第二基层之间的光透射可变结构，其特征在于：
所述光透射可变结构包括第一变色层和第二变色层，
电解质层，所述电解质层***在所述第一变色层和所述第二变色层之间，并且
所述电致变色装置的伸长率为60％至170％。
2.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，其具有120kgf/mm2至350kgf/mm2的抗拉强度。
3.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述第二变色层包含氧化变色材料及聚合物树脂。
4.如权利要求3所述的电致变色装置，其特征在于，相对于100重量份的所述氧化变色材料，所述第二变色层包含0.1至5重量份的所述聚合物树脂。
5.如权利要求3所述的电致变色装置，其特征在于，所述第二变色层的厚度为100nm至1000nm。
6.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一变色层包括还原变色材料，所述第二变色层包括氧化变色材料，并且所述第一变色层和所述第二变色层各自通过湿式涂覆方法形成。
7.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述电解质层具有10-3mS/cm或更高的离子导电率。
8.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述电解质层具有200g/英寸或更高的粘合强度。
9.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一基层和所述第二基层各自包括选自包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚碳酸酯(PC)、聚酰亚胺(PI)、聚环己基二甲基对苯二甲酸乙二醇酯(PCT)、聚醚砜(PES)、尼龙、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和环烯烃聚合物(COP)的组中的一种或多种。
10.如权利要求1所述的电致变色装置，其特征在于，所述第一基层具有50μm至180μm的厚度，且所述第二基层具有50μm至180μm的厚度。
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