一种高对比度三电极电调光器件及其制备和控制方法技术

本发明专利技术的高对比度三电极电调光器件，包括第一电调光材料层、第二电调光材料层、第三电调光材料层和透明电解质层，透明电解质层固定于第一电调光材料层的上表面上，第二电调光材料层和第三电调光材料层均固定于透明电解质层的上表面上，第三电调光材料层与第二电调光材料层不连接。本发明专利技术的高对比度三电极电调光器件，在第二电调光材料层的同侧引入了作为“牺牲电极”的第三电调光材料层，实现了第一、第二电调光材料层的着色、褪色或保持原状态不变的控制，解决了现有三明治结构的同种材料的透射型双电调光电极器件无法褪色的问题，且可使第一、第二电调光材料层可在本征色、叠加色之间进行切换显示，丰富了可调控颜色。

A high contrast three electrode light modulator and its preparation and control method

The high contrast three electrode electric light adjusting device of the invention comprises a first electric light adjusting material layer, a second electric light adjusting material layer, a third electric light adjusting material layer and a transparent electrolyte layer, wherein the transparent electrolyte layer is fixed on the upper surface of the first electric light adjusting material layer, the second electric light adjusting material layer and the third electric light adjusting material layer are fixed on the upper surface of the transparent electrolyte layer, and the third electric light adjusting material layer The layer is not connected with the second electric dimming material layer. The high contrast three electrode electric light adjusting device of the invention introduces the third electric light adjusting material layer as \sacrificial electrode\ on the same side of the second electric light adjusting material layer, realizes the control of coloring, fading or keeping the original state unchanged of the first and second electric light adjusting material layers, solves the problem that the transmission type double electric light adjusting electrode device of the same material with the sandwich structure can not fade It can make the first and second layer switch between the intrinsic color and the superimposed color, which enriches the adjustable color.

【技术实现步骤摘要】
一种高对比度三电极电调光器件及其制备和控制方法
本专利技术涉及一种三电极电调光器件及其制备和控制方法，更具体的说，尤其涉及一种处于工作区域的两电调光材料层可在本征色、叠加色之间进行切换显示的高对比度三电极电调光器件及其制备和控制方法。
技术介绍
从首个电调光器件问世至今，人们在这方便已经取得了很大的成就，如汽车后视镜、智能窗、显示器、军事伪装等，除此之外，在光调制器、电子纸以及传感器和分析领域等也有颇高的研究价值和良好的应用前景，这得益于它的低功耗、低成本、高对比度、无视角限制（与液晶显示相比）、开路态的记忆效应、易于柔性等优势。其中，智能窗的研究有望在能源节约和环境保护方面起到关键作用，因此，它一直是国内外研究者关注的重点之一。高对比度是决定智能窗应用前景的重要参数，丰富的色彩则是显示器件的一个关键技术指标。目前，关于这方面的研究，大多集中于新型电调光材料和透明电极材料的开发及这些材料的优化及性能改善等，而从器件结构设计与优化方面提高电调光器件性能的研究报道很少。文献[KalagiSS,MaliSS,DalaviDS,etal.Limitationsofdualandcomplementaryinorganic–organicelectrochromicdeviceforsmartwindowapplicationanditscolorimetricanalysis[J].SyntheticMetals,2011,161(11-12):1105-1112.]中用WO3和聚苯胺分别作阴极和阳极着色层制备互补型电调光器件，其中WO3和聚苯胺分别用磁控溅射和化学聚合的方法制备，LiClO4的碳酸丙烯酯溶液作电解质，器件的对比度为57%，比这两个变色材料分别着色时高很多（WO3：23.02%，聚苯胺：31.63%）。这种含有双着色层的互补型结构可以有效提高器件的对比度，但对器件中电调光材料的种类有限制，即两种材料不能为同一种或者着色态颜色相同的同极性着色材料，所以此结构不具有普适性。Reynolds教授团队发表的2篇文献[UnurE,BeaujugePM,EllingerS,etal.Blacktotransmissiveswitchinginapseudothree-electrodeelectrochromicdevice[J].ChemistryofMaterials,2009,21(21):5145-5153.]和[BullochRH,KerszulisJA,DyerAL,etal.MappingthebroadCMYsubtractiveprimarycolorgamutusingadual-activeelectrochromicdevice[J].ACSappliedmaterials&interfaces,2014,6(9):6623-6630.]中制备了一种“伪三电极”的电调光器件，器件结构即为两个传统双电调光电极结构的透射型器件垂直叠加放置，使两个器件中间相邻的2个透明导电电极短路，形成“伪三电极”。文中报道的该“伪三电极”电调光器件有两个独立的电调光工作电极（着色态颜色不同的变色材料），两个同种材料的对电极，共含有三种电调光材料，可以实现黑色和透明之间的颜色变化。李军等人申请的[一种叠层电致变色玻璃及其应用]的专利技术专利中也制备了同样结构的电调光器件。相较于双电调光层的传统结构的器件而言，“伪三电极”结构可实现更多种色彩间的切变，也可有效地提高器件的对比度。但是，器件结构复杂，各电极材料的制备工艺复杂，成本高，而且至少需要两种电调光材料。考虑到实际应用的需求，器件中的变色材料要取材广泛、方便，器件制备工艺简单，所以上述文献中器件的制备方法在实际应用中的适用性不强。正如前文所述，双着色层的互补型结构可以提高器件的对比度，但要求使用两种变色材料，且必须满足正向、反向电压下的2着色层的叠加色不同，对2种调光材料的搭配要求较高；虽然Reynolds团队制备的“伪三电极”结构的器件和李军等人制备的叠层变色玻璃对比度高，颜色种类多，但各电极材料的制备工艺和器件结构复杂、成本高，在实际应用中的适用性不强。而通过优化器件结构来提高对比度等性能且工艺流程简单的文献报道很少，所以，我们制备了新型的“三电极”电调光器件，不仅有效地提高了器件的对比度，还解决了工艺复杂、成本高、调光材料的搭配（单种变色材料也可实现调光功能）等问题。此外，该“三电极”结构和透明电解质的结合，还可调控多种变色材料在它们的不同本征色的叠加色之间变化，从而使器件的颜色变化更丰富。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种处于工作区域的两电调光材料层可在本征色、叠加色之间进行切换显示的高对比度三电极电调光器件及其制备和控制方法。本专利技术的高对比度三电极电调光器件，包括第一电调光材料层、第二电调光材料层、第三电调光材料层和透明电解质层，透明电解质层固定于第一电调光材料层的上表面上，第二电调光材料层和第三电调光材料层均固定于透明电解质层的上表面上，第三电调光材料层与第二电调光材料层不连接。本专利技术的高对比度三电极电调光器件，所述第一电调光材料层的下表面上、第二电调光材料层的上表面上、第三电调光材料层的上表面上分别固定有第一导电电极层、第二导电电极层和第三导电电极层，第二导电电极层与第三导电电极层不连接，第一导电电极层和第二导电电极层中至少有一个为透明导电层；所述第一导电电极层记为电极A，第一电调光材料层记为对电极，第二导电电极层记为电极B，第二电调光材料层记为工作电极，第三导电电极层记为电极C，第三电调光材料层记为牺牲电极。本专利技术的高对比度三电极电调光器件，所述第一导电电极层、第二导电电极层和第三导电电极层均固定于衬底上。本专利技术的高对比度三电极电调光器件，所述第一电调光材料层、第二电调光材料层和第三电调光材料层中的电调光材料为诸如聚噻吩类衍生物、聚苯胺类衍生物、聚吡咯类衍生物的有机聚合物电调光材料，如紫罗精类衍生物的有机小分子电调光材料，如普鲁士蓝的有机金属配合物电调光材料，或者无机过渡金属氧化物电调光材料；第一导电电极层和第二导电电极层中的透明导电层的材料为诸如铟锡氧化物ITO、掺铝氧化锌AZO、掺氟氧化锡FTO的透明导电金属氧化物，诸如氧化钛的导电氮氧化物，石墨烯，或碳纳米管；所述透明电解质层采用如LiNbO3的固态型，诸如LiClO4体系、PSSNa体系的凝胶型，或者诸如稀盐酸、稀硫酸、NaCl溶液的溶液型。本专利技术的高对比度三电极电调光器件的制备方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：a).购买或制备导电电极层，在绝缘透明衬底上采用诸如真空蒸镀、电镀或印刷的工艺沉积一定厚度的透明导电材料，或者直接购买现有的带有透明导电材料的衬底，获得所需的导电电极层；b).沉积电调光层，采用诸如印刷、旋涂或真空沉积的工艺在导电电极层上沉积一定厚度的电调光材料作为电调光层，并通过调控薄膜厚度、化学计量比、或热处理来控制电调光层的薄膜结构、质量和变色对比度，以形成符合要求的电调光层；c).本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高对比度三电极电调光器件，其特征在于：包括第一电调光材料层（1）、第二电调光材料层（2）、第三电调光材料层（3）和透明电解质层（4），透明电解质层固定于第一电调光材料层的上表面上，第二电调光材料层和第三电调光材料层均固定于透明电解质层的上表面上，第三电调光材料层与第二电调光材料层不连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种高对比度三电极电调光器件，其特征在于：包括第一电调光材料层（1）、第二电调光材料层（2）、第三电调光材料层（3）和透明电解质层（4），透明电解质层固定于第一电调光材料层的上表面上，第二电调光材料层和第三电调光材料层均固定于透明电解质层的上表面上，第三电调光材料层与第二电调光材料层不连接。


2.根据权利要求1所述的高对比度三电极电调光器件，其特征在于：所述第一电调光材料层（1）的下表面上、第二电调光材料层（2）的上表面上、第三电调光材料层（3）的上表面上分别固定有第一导电电极层（5）、第二导电电极层（6）和第三导电电极层（7），第二导电电极层与第三导电电极层不连接，第一导电电极层和第二导电电极层中至少有一个为透明导电层；所述第一导电电极层记为电极A，第一电调光材料层记为对电极，第二导电电极层记为电极B，第二电调光材料层记为工作电极，第三导电电极层记为电极C，第三电调光材料层记为牺牲电极。


3.根据权利要求1或2所述的高对比度三电极电调光器件，其特征在于：所述第一导电电极层（5）、第二导电电极层（6）和第三导电电极层（7）均固定于衬底（8）上。


4.根据权利要求1或2所述的高对比度三电极电调光器件，其特征在于：所述第一电调光材料层（1）、第二电调光材料层（2）和第三电调光材料层（3）中的电调光材料为诸如聚噻吩类衍生物、聚苯胺类衍生物、聚吡咯类衍生物的有机聚合物电调光材料，如紫罗精类衍生物的有机小分子电调光材料，如普鲁士蓝的有机金属配合物电调光材料，或者无机过渡金属氧化物电调光材料；第一导电电极层（5）和第二导电电极层（6）中的透明导电层的材料为诸如铟锡氧化物ITO、掺铝氧化锌AZO、掺氟氧化锡FTO、石墨烯、碳纳米管的透明导电金属氧化物；所述透明电解质层（4）采用如LiNbO3的固态型，诸如LiClO4体系、PSSNa体系的凝胶型，或者诸如稀盐酸、稀硫酸、NaCl溶液的溶液型。


5.一种权利要求1中所述的高对比度三电极电调光器件的制备方法，其特征在于，通过以下步骤来实现：
a).购买或制备导电电极层，在绝缘透明衬底上采用诸如真空蒸镀、电镀或印刷的工艺沉积一定厚度的透明导电材料，或者直接购买现带有透明导电材料的衬底，获得所需的导电电极层；
b).沉积电调光层，采用诸如印刷、旋涂或真空沉积的工艺在导电电极层上沉积一定厚度的电调光材料作为电调光层，并通过调控薄膜厚度、化学计量比、或热处理来控制电调光层的薄膜结构、质量和变色对比度，以形成符合要求的电调光层；
c).制备三个电调光材料层，采用步骤a)和步骤b)中的方法制备出3个面积不等的第一电调光材料层、第二电调光材料层和第三电调光材料层，并根据需要调节第一、第二、第三电调光层的面积比例；
d).制备电解质，将作为透明电解质层的电解质制备成粘稠状或采用非溶液法工艺制备成全固态膜，备用；
e).粘合电调光材料层，采用诸如涂布、印刷...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋爱民，贺丹丹，辛倩，
申请(专利权)人：深圳华信嘉源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44