CN1536935A - 一种包含电致色变材料的反射型显色组件 - Google Patents

Abstract

本发明有关一种包含电致色变材料的反射型显色组件，该反射型显色组件中所含电致变色材料，可凭借外加电，使其吸收光谱或放射光谱位移，从而颜色改变；本发明将该反射型显色组件的结构改进，使现有技术封装有机电致色变材料的封装组件容易漏液、或产品寿命无法持久等缺点得到克服，并进而扩大产品可应用范围，例如：光过滤器、窗口显示变色材料、电导指示装置、镜子、引擎驱动的载具后视镜、建筑物或车用玻璃与天窗等。

Description

一种包含电致色变材料的反射型显色组件

发明领域

本发明涉及改进的含电致色变材料的显色组件。

背景技术

电致色变材料，是Platt于1961年所提出的概念，由理论演算指出，外加电会造成某些有机染料的吸收光谱或放射光谱的位移，造成染料颜色改变。而在1969年由Deb发现三氧化钨的电导型色变性质后，电致变色材料才大量开始应用。其材料范围包含有机材料及无机材料，目前有机型以爱耳洛根基(本文中所谓爱耳洛根基的任何衍生物，即为英文通称为viologenes的衍生物，简称为VSEM)色变材料应用最为广泛，无机型则是以氧化钨(WO₃)为主。

目前所普遍使用的电致色变材料，系溶液型或凝胶型的有机电致色变材料，以完整密封封装技术所制成的显色组件最为广泛应用。而一般用以封装有机电致色变材料的封装组件，大多是以双层导电玻璃做为封装媒介，或辅以其它胶合物质，其缺点在于容易发生漏液，且产品寿命无法持久等。再者，一般有机电致色变材料于使用上，其变色速率受外周温度环境影响甚大，因此大大降低其可应用范围。

已知电致色变材料，其所适用的反射型显色组件结构，约可概分为两种，其剖面结构，请参阅图1与图2所示，其中图1，图2中所示编号及其作用与功能，说明如下：

11为金属保护膜背面漆，主要功能为保护后方的金属镀膜不被刮伤或脱落。

12为金属镀膜，其主要功能为反射前方来光，形成电致色变材料的反射式显色组件。

13、18为玻璃基材，主要功能是作为整体显色组件的骨架结构，而不至变形，可为一般光学用或建筑用的透明玻璃。

14、16为透明导电膜，其主要功能为导电。

15、19为胶体空间的密封端，其主要功能是建立并维持溶液型/疑胶型电致色变材料所需储放空间。

17即为溶液型/凝胶型电致色变材料的储放空间。以及，

21、25为玻璃基材，主要功能是作为整体显色组件的骨架结构，而不至变形，为一般光学用或建筑用透明玻璃。

22为导电型金属镀膜，其主要功能除了反射前方光外，亦可做为导电用膜。

23、27为胶体空间的密封端，其主要功能是建立并维持溶液型/疑胶型电致色变材料所需储放空间。

24为透明导电膜，其主要功能是导电。

26即为溶液型/疑胶型电致色变材料的储放空间。

该图1与图2所示为已知电致色变材料的反射型显色组件，于使用上存有以下缺点：

一、以一般树脂薄片、一般两液型环氧胶或导电铜膜建立起储放电致色变材料的空室，容易有漏液及封装不良等问题。

二、若显色组件所使用的透明导电膜在制作中无任何保护而直接与玻璃接触或直接镀膜上去时，会因玻璃本身具备酸性特质而降低导电膜的效果。

三、目前市面上所使用的任何有机型电致色变材料，其表现特性受温度影响十分严重，大大限制了该材料的应用范围。

本发明人有鉴于前述结构应用上的缺点与限制，特研发成本发明，以本发明所提出的反射型显色组件来改进已知缺点。

发明内容

本发明涉及包含电致色变材料的反射型显色组件，其目的在于：解决旧有结构中容易发生漏液以及产品寿命无法持久等问题，并突破旧有电致色变材料使用上变色速率易受外周温度环境影响，导致其应用范围受限制的缺点；进而制成密封严实不漏液、产品寿命长且产品应用范围广的组件。

本发明的包含电致色变材料的反射型显色组件，依其组成之结构剖面，可区分为三种实施方案，其结构剖面如图3、图4以及图5所示，其中图3系针对已知图1结构提出的改良；至于图4与图5则是针对已知图2结构提出的改良。

附图说明

图1和图2是现有技术的含电致色变材料的反射型显色组件。

图3是针对图1现有技术进行改进后的本发明组件。

图4和图5是针对图2现有技术进行改进后的本发明组件。

图6是电致色变材料储放空间的功能示意图。

图7是适用的电致色变工作电极材料，辅助电极材料。

图8是适用于导离电解层的材料。

图9是适用的结构基材材料。

图10是间隙支撑结构示意图。

图中编号说明：

11金属保护膜背层漆                 12金属镀膜

13玻璃基材                         14透明导电膜

15胶体空间密封端                   16透明导电膜

17电致色变材料储放空间             18玻璃基材

19胶体空间密封端                   21玻璃基材

22导电型金属镀膜                   23胶体空间密封端

24透明导电膜                       25玻璃基材

26电致色变材料储放空间             27胶体空间密封端

31均匀发热加热片                   32金属反射膜保护漆

33反射层                           34显色组件的结构基材

35隔离保护层                       36间隙支撑结构

37导电层                           38电致色变材料储放空间

39显色组件的结构基材               310隔离保护层

311间隙支撑结构                    312导电层

313金属夹具                        314金属夹具

41均匀发热加热片                   42显色组件的结构基材

43隔离保护层                       44导电层

45间隙支撑结构                     46显色组件的结构基材

47电致色变材料储放空间             48隔离保护层

49导电层                           410间隙支撑结构

411反射层                          412金属夹具

413金属夹具                        51均匀发热加热片

52显色组件的结构基材               53隔离保护层

54导电层                           55间隙支撑结构

56导电层                           57隔离保护层

58电致色变材料储放空间             59显色组件的结构基材

510间隙支撑结构                    511金属夹具

512金属夹具                        61电致色变工作电极或辅助电极

62导离电解层                       63电致色变工作电极或辅助电极

具体实施方式

现就图3、图4与图5各项结构详细说明如下：

图3，图4，图5中38、47与58为电致色变材料储放空间，其功能可由图6示意图说明。

图6中，61及63即为电致色变的工作电极及辅助电极，二者可都为固态或溶液态，或一者为固态，一者为溶液态。其中一层为电致色变工作电极，而另一层则为辅助电极，其间之相对位置并不限定。该电致色变工作电极，即为提供颜色变化的主要材料。该辅助电极可增加组件的光学密度变化或提供多彩的颜色变化，其可为相同或相异材料，所述材料可为金属，金属氧化物或为另一互补式色变材料(即还原态色变材料和氧化态色变材料混合的材料)。

例如适用的电致色变工作电极材料，辅助电极材料如图7所示。62则为导离电解层，其形态可以是固态或液态或为凝胶态。其具有储存离子之功能，而变色过程中所需离子即是由该导离电解层所提供。该导离电解层可参予色变反应，或者仅为离子储存的地方。其成份可为单一性材料，亦可为多种不同材料混合而成。可适用于导离电解层的材料如图8所示。

在示意图6中，代表38、47与58之功能的61、62与63各结构，于38、47与58中所代表的材料特性，并不一定会在成品完整结构上有相对应的、视觉可分辨的明显分层，其可为交错互迭或互溶或分层等不同物性表现，其决定因素在于使用材料不同而有所不同。

该34、39、42、46、52与59皆为显色组件的结构基材(详见后面附加说明一)。该显色组件中，其34、39、46与59为透明或可透视之结构基材，而42及52则可为透明或可透视、或不可透视的结构基材。例如：34为透明或有色可透视玻璃；39为透明或有色可透视玻璃；或46为透明或有色可透视的聚合树脂；或42为不透明的银面金属。经实验可适用的结构基材材料，如图9所示，但不以此为限。

35、310、43、48、53与57为隔离保护层，其主要功能为隔离并保护基材不被导电层破坏，或/和保护导电层不被结构基材破坏。例如利用真空溅镀法或真空蒸镀法所制成的二氧化硅保护膜或惰性金属保护膜(如铂，铑，金，铱等惰性金属)或利用凝胶沉积法所制成的高分子保护膜，或利用电解/电镀法所制成的保护膜。但其中：35、310、48与57需为透明或可透光隔离保护层，而43、53可为透明或可透光或为不透光的任一种材料所制成的隔离保护层。而无论是透明或可透光，或不透光的隔离保护膜，在任何情况下，或在环境条件改变时，皆需满足不会与结构基材或导电层产生任何电化学反应、或有表面氧化的情形发生这一条件。

312、37、44、49、54与56为导电层，其可为一般金属导电层或为透明导电层，但却需不会与色变工作电极(即图6中所标示之61及63)或导离电解极(即图6中62)产生电化学反应或表面化学反应。例如利用真空溅镀法或真空蒸镀法所制成的氧化锡非结晶型结构导电膜，铟掺杂的氧化锡金属嵌杂结构导电膜，氟掺杂的氧化锡非结晶型结构导电膜；SnO2导电膜，ZnO导电膜，CdO导电膜，CdIn2O4导电膜，Cd2SnO4导电膜，Zn2SnO4导电膜和In2O3-ZnO导电膜，ZnO：Al导电膜或金属表面钝化导电膜(如铂、铑、金、铱、铬等金属)或利用凝胶沉积法所制成的聚苯胺，聚噻吩高分子导电膜，或利用电解/电镀法所制成的金属导电膜(如铂、铑、金、铱、铬等金属)。或为金属氧化物(如三氧化二钒、氧化镍、二氧化锰、三氧化二铱、氧化铑)但37、312、49与56需为透明或可透视的导电膜，而44与54则为透明或可透视或不透光的导电膜。经实验可适用的搭配组合如表三所示，但可适用之材料若满足以上需求则不限于表三所示。其中透明电极以铟掺杂氧化锡金属嵌杂结构导电膜及ZnO：Al导电膜，ZnO导电膜最为合适。

表三：

图标37，312，49，56适用材料	图标44，54适用材料
		氧化锡非结晶型结构导电膜。铟掺杂的氧化锡金属嵌杂结构导电膜。氟掺杂的氧化锡非结晶型结构导电膜。SnO2导电膜。ZnO导电膜。CdO导电膜。CdIn2O4导电膜。Cd2SnO4导电膜。Zn2SnO4导电膜。In2O3-ZnO导电膜。ZnO：Al导电膜。	氧化锡非结晶型结构导电膜。铟掺杂的氧化锡金属嵌杂结构导电膜。氟掺杂的氧化锡非结晶型结构导电膜。SnO2导电膜。ZnO导电膜。CdO导电膜。CdIn2O4导电膜。Cd2SnO4导电膜。Zn2SnO4导电膜。In2O3-ZnO导电膜。ZnO：Al导电膜或金属表面钝化导电膜(如铂、铑、金、铱、铬等金属)。凝胶沉积法所制成的聚苯胺，聚噻吩高分子导电膜。利用电解/电镀法所制成的金属导电膜(如铂、铑、金、铱、铬等金属)。金属氧化物(如三氧化二钒、氧化镍、二氧化锰、三氧化二铱、氧化铑、氧化钌。

311、36、410、45、55与510则为间隙支撑结构。其主要功能为维持两边结构基材相对平行位置不因距离改变而改变，并形成一密闭内室空间，避免色变材料直接与外界空气接触而造成产品失效。经实验测试，其可为导电胶片、金属薄膜，或为玻璃细球砂，PU球砂，PP球砂混以单液型环氧树脂或单液UV胶而成。经实验则以玻璃细球砂混以环氧树脂胶最适为使用。其所支撑之范围由5μ～250μ。其结构如图10所示。

PP球砂即以聚丙烯制成的球型细砂。

PU球砂即以聚氨基甲酸酯制成的球型细砂。

UV胶即紫外光固化胶的缩写

313、314、412、413、511与512则为金属夹具，其主要功能为提供导电层与外接电源供应线尽量闭实贴合，而达到传导最佳效果。其选材一般为铜合金再加上表面处理。如磷铜，磷青铜，或黄铜，再于表面电镀镍金属。

31、41与51则为均匀发热的加热片，其主要功能是使显色组件工作时能维持于已设定好的固定温度，避免显色组件由于外温条件改变而影响整体产品表现。因大部分所述有机型电致色变材料其变色速度深受温度影响。

以具体实验资料加以比较，假设于25℃时显色组件所需完全变色及完全褪色时间为6～9秒，而于60℃时显色组件所需完全变色及完全褪色时间为4~6秒，而于零下5℃时显色组件所需完全变色及完全褪色时间为20~35秒，因此借助该均匀发热加热片的设立，可使该反射型显色组件能有更佳表现。

而一般加热片可设定温度于25～95摄氏度范围内之任一温度。

33、411为电致色变材料反射型显色组件的反射层，其主要功能为将透明面透入的光线反射回去，而形成反射型显色组件，其可反射光线可为可见光、不可见光中的红外光或紫外光之任一种或多波长光线混合光。该反射层可为电镀或蒸镀或溅镀、或化学凝胶沉积法或化学气相沉积法所制成的反射层。如利用电镀法所制成的镍膜所形成的反射层，蒸镀法所形成的铝金属反射层等。其可选用的材料为金、银、铜、镍、铂、钯、铝、镁、铑、铱、铬、钒等。但411之选用材料需满足不会于任何情况或外在环境条件改变时，与结构基材或导电层产生任何电化学反应、或有表面氧化之情形发生这一条件。

32为金属反射膜保护漆：其主要功能为保护反射型显色组件的反射层。以避免刮伤，氧化，或任何影响反射层诸因素产生。其可为一般单液型油漆或两液型油漆或高分子镀膜或金属氧化物或耐刮性金属膜等材料。

附加说明

(说明一)：在此所称结构基材意指能提供色变组件***物理性结构支撑的材料，能由本身硬性或借助间隙支撑结构提供稳定而均衡的室容空间，以作为置放色变材料层的空间，而构成变色组件。其可为刚性，不易变形材料，或为可弯曲材料。其选材可为任何表面平滑、平整，粗糙度最高至最低的平均值低于2厘米/每平方公分，且于常温下为固态或过冷态而对导电薄层(即图1中1-b及1-g)  或/和隔离保护层(即图中1-i及1-j)有良好附着性的基材，或经由胶合接口，可对导电薄层或/和隔离保护层有良好固定性的材料，或该结构基材本身亦可具有导电性质。而该平滑面可为平面或曲面均可，其因应力作用而变形的面亦可。在此，所谓胶合接口为可使两种或两种以上同态不同相(比如说都为固态，但二者的形相不同)之物质完整密实接合的胶，例如U V胶，环氧树脂胶，压克力胶等。

(说明二)：在此，本发明所称之″透明或可透视″意指在四千埃至七千埃范围光谱波长中，有15％至95％透光率而言。

(说明三)：本发明可应用范围：光过滤器，窗口显示变色材料，电导指示装置，镜子，引擎驱动的载具后视镜，建筑物或车用玻璃或天窗。

综上所述，本发明包含电致色变材料的反射型显色组件，未曾公开或揭露于国内外文献与市场上，确实可改善已知缺点，并完全符合发明专利各项要素。

Claims (16)

1.一种包含电致色变材料的反射型显色组件，包括由均匀发热加热片、金属反射膜保护漆、反射层、显色组件的结构基材、隔离保护层、导电层等依次形成的迭组结构，其一端设有金属夹具；另有由导电层、隔离保护层和显色组件结构基材等依次形成的另一迭组结构，其一端亦设有金属夹具；其中，该两个迭组结构的导电层之间形成电致色变材料的储放空间，且该电致色变材料储放空间的两端，分别设置间隙支撑结构。

2.一种包含电致色变材料的反射型显色组件，包括由均匀发热加热片、显色组件结构基材、隔离保护层、导电层、反射层等依次形成的迭组结构，其一端设有金属夹具；另有由导电层、隔离保护层、显色组件结构基材等依次形成的另一迭组结构，其一端亦设有金属夹具；其中，前一迭组结构的反射层与后一迭组结构的导电层间形成电致色变材料的储放空间，且该电致色变材料储放空间的两端，分别设置间隙支撑结构。

3.一种包含电致色变材料的反射型显色组件，包括由均匀发热加热片、显色组件结构基材、隔离保护层、导电层等依次形成的迭组结构，其一端设有金属夹具；另有由导电层、隔离保护层、显色组件结构基材等依次形成的另一迭组结构；其中，该两迭组结构的导电层之间形成电致色变材料的储放空间，且该电致色变材料储放空间的两端，分别设置间隙支撑结构。

4.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该电致色变材料储放空间，包括电致色变工作电极及辅助电极，其间并设置有导离电解层；该电致色变工作电极及辅助电极二者，可都为固态或都为溶液态，或一者为固态，另一者为溶液态。

5.如权利要求4所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该电致色变工作电极及辅助电极二者，可为相同或相异之材料，该材料可为金属、金属氧化物、或为另一互补式色变材料。

6.如权利要求4所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该导离电解层，可为固态或液态、或者为凝胶态，其具有储存离子的作用。

7.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该显色组件的结构基材可视需要为透明或可透视的、或不可透视的结构基材。

8.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该隔离保护层为利用真空溅镀法或真空蒸镀法所形成的二氧化硅保护膜或惰性金属保护膜，或利用凝胶沉积法所形成的高分子保护膜，或利用电解/电镀法所形成的保护膜。

9.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该导电层可为一般金属导电层、或为透明导电层。

10.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该各间隙支撑结构的作用，在于维持两边结构基材的相对平行位置，使之不因距离改变而改变，并形成密闭的电致色变材料储放空间。

11.如权利要求10所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该间隙支撑结构可以是导电胶片、金属薄膜、或为玻璃细球砂、PU球砂、PP球砂混以单液型环氧树脂或单液UV胶而成。

12.如权利要求11所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该间隙支撑结构所支撑的范围介于5μ～250μ之间。

13.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该各金属夹具，以铜合金为材料并经过表面处理。

14.如权利要求13所述包含电致色变材料的反射型组件，其中该铜合金为磷铜、磷青铜或黄铜。

15.如权利要求13所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该铜合金表面电镀有镍金属。

16.如权利要求1或2或3所述包含电致色变材料的反射型显色组件，其中该均匀发热的加热片加热设定温度介于25～95摄氏度范围内。

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