TW201502674A - 電致變色膜 - Google Patents

Abstract

一種電致變色膜，包括第一基板、第二基板及設置於第一基板及第二基板間之帶電微粒容納層，第一基板朝向帶電微粒容納層之一側設置複數第一電極，第二基板朝向帶電微粒容納層之一側設置複數第二電極，帶電微粒容納層上對應第一電極及第二電極貫通開設有複數通孔，通孔為階梯孔，其包括相互連通之第一通孔及第二通孔 ，第一通孔靠近第一電極，第二通孔靠近第二電極，電致變色膜還包括介電溶液，介電溶液容納於階梯孔中，介電溶液中分散有有色之帶電微粒，帶電微粒能夠於第一電極與對應之第二電極間之電場作用下呈不同之排列狀態。

Description

電致變色膜

本發明涉及一種變色膜，尤其涉及一種通電後能夠變色之變色膜。

於光學材質領域中，習知之電致變色膜大致有二類：一種為利用液晶顯示原理變色之電致變色膜，另一種為利用氧化還原反應原理變色之電致變色膜。於利用液晶顯示原理之變色膜中，液晶容納於二平行之透明電極之間，而二電極之外側均設有偏振片。光線首先穿過第一偏振片及第一電極，再穿過液晶之間之縫隙，然後由第二電極及第二偏振片射出。藉由改變電極間之電場方向來改變液晶之排列方向，由此可改變液晶件之縫隙，因而光線之射出量及色彩得到改變，達到變色膜變色之目的。然，這種變色膜需設置偏振片將光線偏振，導致變色膜之結構複雜化，製造成本較高。於利用氧化還原反應原理之變色膜中，電致變色材質於外加電場作用下發生氧化還原反應，得失電子，使材質之顏色發生變化以達到變色之目的。然，這種變色膜僅能於模糊之範圍內變色，其局部變色區域無法精確控制。

鑒於上述情況，有必要提供一種結構簡單、能夠局部變色之電致變色膜。

一種電致變色膜，包括第一基板、第二基板及設置於該第一基板及第二基板之間之帶電微粒容納層，該第一基板朝向該帶電微粒容納層之一側設置複數第一電極，該第二基板朝向該帶電微粒容納層之一側設置複數第二電極，該帶電微粒容納層上對應該複數第一電極及該複數第二電極貫通開設有複數通孔，每一通孔之二端分別對應一第一電極及一第二電極，該複數通孔為階梯孔，每一階梯孔包括第一通孔及與該第一通孔相互連通之第二通孔，該第一通孔靠近該第一電極，該第二通孔靠近該第二電極，每一第一通孔沿平行於該第一基板之方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔沿平行於該第一基板之方向之橫截面之面積比值大於或等於3，該電致變色膜還包括介電溶液，該介電溶液容納於該第一通孔及該第二通孔中，該介電溶液中分散有有色之帶電微粒，該帶電微粒能夠於該第一電極與對應之該第二電極間之電場作用下呈不同之排列狀態。

本發明之電致變色膜之第一通孔及第二通孔連通，共同形成一通孔，包含帶電微粒之介電溶液容納於該通孔內。由於每一第一通孔沿平行於第一基板之方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔沿平行於第一基板之方向之橫截面之面積比值大於或等於3，藉由改變第一電極及第二電極間之電場方向，帶電微粒能於該收容腔內呈不同之排列狀態，以改變電致變色膜上光線之通過率，無需複雜結構即可實現電致變色膜之變色功能。且每一對第一電極及第二電極間電場之方向均可藉由外接電路分別控制，故可控制電致變色膜局部變色。

100‧‧‧電致變色膜

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10‧‧‧第一基板

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12‧‧‧第一電極

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30‧‧‧第一膜層

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32‧‧‧第一通孔

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50‧‧‧第二膜層

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52‧‧‧第二通孔

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70‧‧‧第二基板

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72‧‧‧第二電極

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90‧‧‧介電溶液

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92‧‧‧帶電微粒

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圖1為本發明實施方式提供之電致變色膜處於透明狀態時之俯視圖。

圖2為圖1所示之電致變色膜沿II-II線之截面示意圖。

圖3為圖1所示之電致變色膜處於著色狀態時之俯視圖。

圖4為圖3所示之電致變色膜沿IV-IV線之截面示意圖。

圖5為圖1所示之電致變色膜處於部分透明狀態時沿II-II線之截面示意圖。

請一併參閱圖1及圖2，本發明實施方式之電致變色膜100包括第一基板10、第一膜層30、第二膜層50、第二基板70及介電溶液90。第一基板10、第一膜層30、第二膜層50及第二基板70均為透明膜狀且依次層疊設置，介電溶液90容納於第一膜層30及第二膜層50內。

第一基板10為透明薄膜，其一表面上形成呈矩陣排列之複數第一電極12。第一電極12為透明電極。本實施例中，第一電極12為氧化銦錫（ITO）電極，其為矩形，第一電極12藉由印刷黏附於第一基板10之表面。每一第一電極12均與一週邊控制電路（圖未示）電性連接，並可受該控制電路控制。

第一膜層30為透明薄膜，其光學特性與第一基板10相同。第一膜層30層疊設置於第一基板10上設置有第一電極12之一側，第一膜層30上對應第一電極12貫通開設有複數第一通孔32，第一通孔32用於容納介電溶液90。第一通孔32呈矩陣排列且與第一電極12一一對應。本實施例中，第一通孔32為矩形通孔。每一第一通孔32靠近第一基板10之一側被對應之一第一電極12密封。每一第一通孔32沿平行於第一基板10之方向之橫截面之面積範圍可按照變色範圍所需之控制精度進行適當選取，可選擇納米級精度至百微米級精度。本實施例中，每一第一通孔32沿平行於第一基板10之方向之橫截面之面積於0.04mm² 至0.09mm² 範圍內選取。本實施例中，每一第一通孔32沿平行於第一膜層30之方向之橫截面之面積與對應之第一電極12之面積相同，使得每一第一電極12能夠完全收容於對應之第一通孔32。

第二膜層50為透明薄膜，其光學特性與第一基板10相同。第二膜層50層疊設置於第一膜層30背離第一基板10之一側。第二膜層50上貫通開設有複數第二通孔52，第二通孔52用於容納介電溶液90。該複數第二通孔52呈矩陣排列且與第一通孔32一一對應，每一第二通孔52與對應之一第一通孔32相互連通。本實施例中，第二通孔52為圓形通孔，每一第一通孔32沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔52沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積比值大於或等於3，使得第一通孔32與對應之第二通孔52共同形成之收容腔呈倒“T”形。可理解，每一第一通孔32沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔52沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積比值可大於3，例如，可取為4、5、6或其他能夠實現之比值。可理解，第二通孔52可為矩形通孔、三角形通孔或其他幾何形狀之通孔。

第二基板70為透明薄膜，其光學特性與第一基板10相同。第二基板70層疊設置於第二膜層50背離第一膜層30之一側。第二基板70貼合於第二膜層50之表面上設置有複數第二電極72，第二電極72為透明電極，其呈矩陣排列於第二基板70上。本實施例中，第二電極72為氧化銦錫（ITO）電極，其為圓形，第二電極72藉由印刷黏附於第二基板70之表面。每一第二電極72均對應一第二通孔52，且將該第二通孔52靠近第二基板70之一端密封。本實施例中，每一第二電極72之面積與對應之一第二通孔52沿平行於第二膜層50之方向之橫截面之面積相同，使得每一第二電極72能夠完全嵌入對應之第二通孔52中。可理解，第二電極72可取其他形狀，僅需保證每一第二電極72可收容於對應之一第二通孔52中即可。例如，第二電極72可為矩形電極、三角形電極或其他幾何形狀之電極。每一第二電極72均與對應之一第一電極12平行相對，且均與週邊控制電路（圖未示）電性連接，並可受對應控制電路控制以配合對應之第一電極12形成電場。每一第一電極12收容於第一通孔32內之面積與對應之一第二電極72收容於第二通孔52內之面積比大於或等於3，可理解，該比值可大於3，例如，該比值可取為4、5、6等。

介電溶液90容納於第一通孔32及與第一通孔32對應之第二通孔52中，其光學特性與第一基板10之光學特性相同。介電溶液90可取一般性之電泳緩衝液，用於保持溶液之導電性。介電溶液90中含有帶電微粒92，帶電微粒92為有色微粒，以利於電致變色膜100達到變色之目的。於第一電極12及第二電極72未通電之狀態下，帶電微粒92分散於介電溶液90中，並能夠於介電溶液90中自由移動。而於第一電極12及第二電極72間之電場作用下，帶電微粒92能夠隨電場方向呈不同之排列狀態。第一通孔32及與第一通孔32對應之第二通孔52中之帶電微粒92之數量要求為：帶電微粒92至少平鋪滿對應之第一電極12，最多堆疊填滿第二通孔52。

本實施例中，介電溶液90為溶膠凝膠溶液，帶電微粒92為電泳粒子微膠囊。可理解，介電溶液90還可為其他常用之電泳緩衝液，例如硼酸電泳緩衝液或磷酸電泳緩衝液等。帶電微粒92可根據需要選取其他有色微粒，例如，帶電微粒92還可選取有機帶電基團或有色金屬離子如銅離子、鐵離子等。

組裝電致變色膜100時，首先，根據第一通孔32及第二通孔52之容積計算出帶電微粒92之需要量，以確定介電溶液90中帶電微粒92之含量及濃度，配製含有帶電微粒92之介電溶液90。其次，將第一膜層30層疊於第一基板10上，使得第一通孔32與第一電極12一一對應。再將第二膜層50層疊於第一膜層30上，使得第二通孔52與第一通孔32一一對應並連通。然後，將介電溶液90注入第一通孔32與第二通孔52組成之收容腔中。最後，將第二基板70層疊於第二膜層50上，使得第二電極72與第二通孔52一一對應。

使用電致變色膜100時，將第一電極12及第二電極72通電，使得第一電極12帶正電，第二電極72帶負電，形成第一電場方向。在本實施例中，帶電微粒92帶正電。於第一電場方向作用下，帶正電之帶電微粒92被吸引至堆疊於帶負電之第二電極72上。此時，光線可穿透電致變色膜100之其餘部分，而帶電微粒92能夠阻擋光線之實體面積非常有限，故於肉眼觀察下，此時之電致變色膜100大致呈透明狀態。

請一併參閱圖3及圖4，改變第一電極12及第二電極72之間之電場方向為第二電場方向，使得第一電極12帶負電，第二電極72帶正電。帶正電之帶電微粒92被吸引至帶負電之第一電極12之一側並遮蓋第一電極12。此時，帶電微粒92大致呈平鋪狀態，其能夠阻擋光線之實體面積大大增加，使得大部分光線被帶電微粒92反射，故於肉眼觀察下，此時之電致變色膜100大致呈著色狀態，其顏色為帶電微粒92本身之顏色。

請一併參閱圖5，分別控制每一對第一電極12及第二電極72之間之電場方向，使得所有之電場方向不全相同，即一部分電場為第一電場方向，另一部分為第二電場方向。則部分帶電微粒92被吸引至第一電極12之一側並遮蓋第一電極12，而另一部分帶電微粒92被吸引至堆疊於第二電極72上。此時，僅部分帶電微粒92能夠阻擋光線，由此可改變光線之穿透量及反射量，故於肉眼觀察下，電致變色膜100呈部分透明狀態，可作為防眩膜使用。

本發明之電致變色膜100之每一第一通孔32與對應之一第二通孔52相互連通共同形成一收容腔，包含帶電微粒92之介電溶液90容納於該收容腔內。每一第一通孔32沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔52沿平行於第一基板10方向之橫截面之面積比值大於或等於3，藉由改變第一電極及第二電極間之電場方向，帶電微粒92能於該收容腔內呈不同之排列狀態。當電致變色膜100內所有帶電微粒92受電場作用遮蓋第一電極12時，大部分光線被帶電微粒92反射，電致變色膜100大致呈著色狀態，顯出帶電微粒92之顏色。當電致變色膜100內所有帶電微粒92受電場作用堆疊於第二電極72上時，光線可穿過電致變色膜100上大部分面積，則電致變色膜100大致呈透明狀態。即，藉由改變第一電極12及第二電極72間之電場方向，無需複雜結構即可實現電致變色膜100之變色功能。而每一對第一電極12及第二電極72間電場之方向均可藉由外接電路分別控制，故可精確控制電致變色膜100局部變色。藉由分別控制每一第一電極12及與其對應之第二電極72之間之電場方向，使得電致變色膜100局部變色來改變光線之穿透量及反射量，又可使電致變色膜100具有防眩光之功能。故，本發明之電致變色膜100結構簡單、能夠精確控制局部變色且能夠防眩光。

可理解，第一通孔32還可為圓形通孔、三角形通孔或其他幾何形狀之通孔。對應地，第一電極12可取其他形狀，僅需保證每一第一電極12可收容於對應之第一通孔32中即可。例如，第一電極12可為圓形電極、三角形電極或其他幾何形狀之電極。

可理解，第一電極12及第二電極72之面積可有多種選擇。例如，第一電極12之面積大於第一通孔32沿平行於第一膜層30之方向之橫截面之面積，每一第一電極12覆蓋對應之一第一通孔32。再如，第一電極12面積小於第一通孔32沿平行於第一膜層30方向之橫截面面積，每一第一電極12收容於對應之一第一通孔32中。相應地，第二電極72面積大於第二通孔52沿平行於第二膜層50之方向之橫截面之面積，每一第二電極72覆蓋對應之一第二通孔52。或者，第二電極72面積小於第二通孔52沿平行於第二膜層50之方向之橫截面之面積，每一第二電極72收容於對應之一第二通孔52中。

可理解，第一膜層30及第二膜層50可一體成型為一帶電微粒容納層，僅需於該帶電微粒容納層上開設複數呈矩陣排列之通孔，且該通孔為階梯孔，該階梯孔由第一通孔32及第二通孔52組成，同時滿足每一第一通孔32沿平行於第一基板10之方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔52沿平行於第一基板10之方向之橫截面之面積比值大於或等於3，且每一第二通孔52沿平行於第一基板10之方向之橫截面之面積精度範圍可選擇納米級精度至百微米級精度。

可理解，第一基板10、第二基板70、第一膜層30及第二膜層50可選取有色膜，僅需保證其具有一定透光性且顏色與帶電微粒92之顏色不相同以利於電致變色膜100達到變色之目的即可。相應地，介電溶液90亦可選取與第一基板10、第二基板70、第一膜層30及第二膜層50顏色相一致之溶液。

本發明之電致變色膜100可應用於居室窗戶、汽車車窗等場所，藉由變色以改變窗內之光線狀況；同時還可用於汽車車燈上，起到防眩光之保護功能。可理解，本發明之電致變色膜100還可應用於其他需變色或防眩之場所。

綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上該者僅為本發明之較佳實施例，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本發明精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下之如申請專利範圍內。

無

100‧‧‧電致變色膜

10‧‧‧第一基板

12‧‧‧第一電極

30‧‧‧第一膜層

32‧‧‧第一通孔

50‧‧‧第二膜層

52‧‧‧第二通孔

70‧‧‧第二基板

72‧‧‧第二電極

90‧‧‧介電溶液

92‧‧‧帶電微粒

Claims (10)

1. 一種電致變色膜，包括第一基板、第二基板及設置於該第一基板及第二基板之間之帶電微粒容納層，該第一基板朝向該帶電微粒容納層之一側設置複數第一電極，該第二基板朝向該帶電微粒容納層之一側設置複數第二電極，該帶電微粒容納層上對應該複數第一電極及該複數第二電極貫通開設有複數通孔，每一通孔之二端分別對應一第一電極及一第二電極，其改良在於：該複數通孔為階梯孔，每一階梯孔包括第一通孔及與該第一通孔相互連通之第二通孔，該第一通孔靠近該第一電極，該第二通孔靠近該第二電極，每一第一通孔沿平行於該第一基板之方向之橫截面之面積與對應之一第二通孔沿平行於該第一基板之方向之橫截面之面積比值大於或等於3，該電致變色膜還包括介電溶液，該介電溶液容納於該第一通孔及該第二通孔中，該介電溶液中分散有有色之帶電微粒，該帶電微粒能夠於該第一電極與對應之該第二電極間之電場作用下呈不同之排列狀態。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該第一通孔沿平行於該第一基板之方向之橫截面之面積取值範圍為0.04mm² 至0.09mm² 。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該帶電微粒容納層包括層疊設置之第一膜層及第二膜層，該第一通孔設置於該第一膜層上，該第二通孔設置於該第二膜層上。
4. 如申請專利範圍第3項所述之電致變色膜，其中每一第一電極收容於該第一通孔內之面積與對應之一第二電極收容於該第二通孔內之面積比大於或等於3。
5. 如申請專利範圍第4項所述之電致變色膜，其中每一第一通孔及對應之該第二通孔中之該帶電微粒至少能平鋪滿對應之該第一電極，且最多堆疊填滿該第二通孔。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該第一通孔及該第二通孔均為矩形通孔。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該第一通孔及該第二通孔均為圓形通孔。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該第一基板、該第二基板及該帶電微粒容納層均為透明膜且光學特性相同。
9. 如申請專利範圍第1項所述之電致變色膜，其中該第一基板、該第二基板及該帶電微粒容納層均為有色透光膜且光學特性相同。
10. 如申請專利範圍第8或第9項所述之電致變色膜，其中該介電溶液之光學特性與該第一基板、該第二基板及該帶電微粒容納層之光學特性相同。