一種全色譜電致變色顯示器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于智能變色顯示器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及對一種全色譜電致變色顯示器及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類一直對顏色的變化現(xiàn)象有著濃厚的興趣。一方面，顏色使人類的生活更加絢 麗多彩；另一方面，人們用各種各樣的顏色作為標志來傳遞信息。電致變色材料是可以在外 加電場或電流作用下發(fā)生的色彩變化的材料。作為一種智能材料，可以在大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)其 對光的吸收，并且具有能耗低、記憶存儲、性能穩(wěn)定等特點，因此電致變色材料的應(yīng)用符合 國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展和科學(xué)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。此外，隨著近幾年人們節(jié)能環(huán)保意識的逐 漸增強，新型節(jié)能環(huán)保材料的研宄和開發(fā)成為熱點。因此，低功耗、低成本的電致變色顯示 器（E⑶）具有很廣闊的發(fā)展前景。
[0003] 電致變色材料中顏色的疊加，與油漆、染料、油墨等顏色產(chǎn)生的原理相同，都是遵 循顏色減法原理，即通過刪除視覺刺激中的特定波長而使人眼感受到各種顏色。其中，光 源、被觀測物體和觀察者相互影響。而液晶顯示和電泳顯示遵循顏色加法原理，即視覺刺激 是通過光源和觀察者產(chǎn)生的。由于受其像素性質(zhì)的影響，液晶顯示和電泳顯示很大程度上 都是黑色、白色或是灰色。而電致變色顯示，不僅可以實現(xiàn)黃、青、品紅三原色的引入，還可 以通過控制電壓來調(diào)控光譜，即刪除視覺刺激中的特定波長，使顯示器表現(xiàn)出更多的顏色。
[0004] 由于電致變色顯示屬于主動發(fā)光顯示，所以E⑶在外界強光照射下仍可以看清 楚，因為無掃描閃爍，長時間的觀看也不會造成眼睛疲勞，和當前主流的液晶顯示器（LCD) 相比，不需要偏振片，視角幾乎可以達到180°C。它的制作工藝流程和IXD制作工藝流程吻 合，不需要對生產(chǎn)線進行大的改動即可大面積生產(chǎn)電致變色顯示器（ECD)。ECD與等離子體 顯示器（PDP)相比，具有很低的驅(qū)動電壓，功耗低，更加環(huán)保。另外，ECD具有很高的對比度 (24:1)，快的響應(yīng)速度，可調(diào)制的灰度（通過控制外界驅(qū)動電壓來實現(xiàn)），輕薄，可以多彩色 顯示等優(yōu)點，因而其在激烈的市場競爭中，能夠發(fā)揮優(yōu)勢，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顯示器。
[0005] 本發(fā)明旨在解決電致變色顯示器響應(yīng)速度慢、多彩顯示不足和穩(wěn)定性差等核心技 術(shù)難題，通過把電致變色技術(shù)和電子、微電子技術(shù)有機的結(jié)合，來制備基于三氧化鎢復(fù)合聚 苯胺（W03/PANI)薄膜與紫羅精（Viologen)薄膜的電致變色顯示器件。其原理是將器件通 電后，兩種薄膜會發(fā)生電子的嵌入與抽出，使器件顏色發(fā)生改變，且電壓的變化會導(dǎo)致器件 顯示的顏色發(fā)生改變。電沉積合成電致變色薄膜技術(shù)，工藝過程綠色環(huán)保，操作精確可控， 降低了物理法制備電致變色薄膜的成本。此外，該設(shè)計安全有效，節(jié)能環(huán)保，使用壽命長，顏 色多變化，可推動電致變色顯示器的進一步發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種利用電致變色材料制備得到的全色譜電致變色顯示器。 本發(fā)明的全色譜電致變色顯示器所使用的電致變色材料是由三氧化鎢復(fù)合聚苯胺（WO 3/ PANI)薄膜與紫羅精（viologen)薄膜制備得到。
[0007] 本發(fā)明的變色顯示器的制備方法包括以下步驟：
[0008] (1)導(dǎo)電基板ITO的處理：將導(dǎo)電基板ITO超聲清洗，得到清潔的導(dǎo)電基板ITO基 片，烘干；
[0009] (2)電化學(xué)沉積W03/PANI薄膜：將硫酸與苯胺混合，加入超純水，再向其中加入鎢 酸鈉混合攪拌均勻作為電解液，采用階躍電壓法，以鎢酸鈉為鎢源，減壓處理過的苯胺為單 體，利用三電極體系，ITO為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極，制備疊層結(jié)構(gòu) 的TO3/PANI薄膜；
[0010] (3)旋涂法制備紫羅精（viologen)薄膜：以紫羅精（viologen)為原料配制溶液， 旋涂并自然瞭干，得到紫羅精（viologen)薄膜；
[0011] (4)器件的組裝：將W03/PANI與viologen薄膜組裝成盒，利用毛細作用將電解液 注入其中，在真空條件下封裝器件。
[0012] 本發(fā)明的步驟（1)的具體步驟為：將導(dǎo)電基板ITO分別于丙酮、甲醇、超純水中超 聲清洗20min，除去其表面的灰塵及油脂，得到清潔的ITO基片，放入烘箱烘干。
[0013] 本發(fā)明的步驟（2)的具體步驟為：將IOmL的0· 01~IM硫酸與0· 01~0· 5mL的 苯胺混合，加入超純水至30mL，再向其中加入IOmL 0. 01~IM鎢酸鈉混合攪拌均勻作為電 解液。采用階躍電壓法，以鎢酸鈉為鎢源，減壓處理過的苯胺為單體，利用三電極體系，ITO 為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極，制備疊層結(jié)構(gòu)的W03/PANI薄膜。
[0014] 本發(fā)明的步驟（3)的具體步驟為：以紫羅精（viologen)為原料，配制0. 1~Imol/ L的溶液，500~2000r/min的速度旋涂2~4次，自然晾干，得到紫羅精（viologen)薄膜。
[0015] 本發(fā)明的步驟（2)的階躍電壓法是在-0· 6~-0· 8V和0· 6~0· 8V各10~30s， 循環(huán)3~10次進行。
[0016] 本發(fā)明的步驟（4)的使用的電解液的制備步驟為：在以碳酸丙烯酯（PC)為有機 溶劑，高氯酸鋰（LiClO 4)為鋰鹽的基礎(chǔ)上，配制0. 1~lmol/L的LiC104/PC溶液，作為電解 液。
[0017] 本發(fā)明的紫羅精（viologen)是甲基紫精。
[0018] 本發(fā)明通過對顯示器所使用的電致變色材料的選擇與設(shè)計，使顯示器實現(xiàn)全色譜 的顏色變化，以解決電致變色顯示器多彩顯示不足的問題，同時，由于無機電致變色材料 W03的使用，使得顯示器的循環(huán)穩(wěn)定性大大改善。此外，有機電致變色材料PANI和紫羅精 (viologen)的使用加快了顯示器的響應(yīng)速度，使響應(yīng)時間明顯縮短至毫秒數(shù)量級。變色過 程中發(fā)生的反應(yīng)如下：
[0019] (1)-0. 5V~OV時，發(fā)生如下的變色反應(yīng)：
[0020] 對于 W03:zM ++ze>W03 (退色態(tài)）一MzWO3 (0 < X < 1)(著色態(tài)）
[0021] 對于 viologen :
【主權(quán)項】
1. 一種全色譜電致變色顯示器，其特征在于，所述的變色顯示器所使用的電致變色材 料是由三氧化鎢復(fù)合聚苯胺（W03/PANI)薄膜與紫羅精（Viologen)薄膜制備得到。
2. 如權(quán)利要求1所述的變色顯示器，其特征在于，所述的變色顯示器通過以下步驟制 備得到： (1) 導(dǎo)電基板ITO的處理：將導(dǎo)電基板ITO超聲清洗，得到清潔的導(dǎo)電基板ITO基片， 烘干； (2) 電化學(xué)沉積W03/PANI薄膜：將硫酸與苯胺混合，加入超純水，再向其中加入鎢酸鈉 混合攪拌均勻作為電解液，采用階躍電壓法，以鎢酸鈉為鎢源，減壓處理過的苯胺為單體， 利用三電極體系，ITO為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極，制備疊層結(jié)構(gòu)的 W03/PANI薄膜； (3) 旋涂法制備紫羅精（viologen)薄膜：以紫羅精（viologen)為原料配制溶液，旋涂 并自然瞭干，得到紫羅精（viologen)薄膜； (4) 器件的組裝：將W03/PANI與viologen薄膜組裝成盒，利用毛細作用將電解液注入 其中，在真空條件下封裝器件。
3. 如權(quán)利要求2所述的變色顯示器，其特征在于，步驟（1)的具體步驟為：將導(dǎo)電基 板ITO分別于丙酮、甲醇、超純水中超聲清洗20min，除去其表面的灰塵及油脂，得到清潔的 ITO基片，放入烘箱烘干。
4. 如權(quán)利要求2所述的變色顯示器，其特征在于，步驟（2)的具體步驟為：將IOmL 的0. 01~IM硫酸與0. 01~0. 5mL的苯胺混合，加入超純水至30mL，再向其中加入IOmL 0. 01~IM鎢酸鈉混合攪拌均勻作為電解液。采用階躍電壓法，以鎢酸鈉為鎢源，減壓處理 過的苯胺為單體，利用三電極體系，ITO為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極， 制備疊層結(jié)構(gòu)的W03/PANI薄膜。
5. 如權(quán)利要求2所述的變色顯示器，其特征在于，步驟（3)的具體步驟為：以紫羅精 (viologen)為原料，配制0? 1~lmol/L的溶液，500~2000r/min的速度旋涂2~4次，自 然瞭干，得到紫羅精（viologen)薄膜。
6. 如權(quán)利要求2-5所述的變色顯示器，其特征在于，步驟（2)的階躍電壓法是 在-0? 6~-0? 8V和0? 6~0? 8V各10~30s，循環(huán)3~10次進行。
7. 如權(quán)利要求2所述的變色顯示器，其特征在于，步驟（4)的使用的電解液的制備步 驟為：在以碳酸丙烯酯（PC)為有機溶劑，高氯酸鋰（LiClO4)為鋰鹽的基礎(chǔ)上，配制0. 1~ lmol/L的LiC104/PC溶液，作為電解液。
8. 如權(quán)利要求2-5所述的變色顯示器，其特征在于，所述的紫羅精（viologen)是甲基 紫精。
9. 一種權(quán)利要求1所述的變色顯示器的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步 驟： (1) 導(dǎo)電基板ITO的處理：將導(dǎo)電基板ITO超聲清洗，得到清潔的導(dǎo)電基板ITO基片， 烘干； (2) 電化學(xué)沉積W03/PANI薄膜：將硫酸與苯胺混合，加入超純水，再向其中加入鎢酸鈉 混合攪拌均勻作為電解液，采用階躍電壓法，以鎢酸鈉為鎢源，減壓處理過的苯胺為單體， 利用三電極體系，ITO為工作電極，鉑片為對電極，Ag/AgCl為參比電極，制備疊層結(jié)構(gòu)的 W03/PANI薄膜； (3) 旋涂法制備紫羅精（viologen)薄膜：以紫羅精（viologen)為原料配制溶液，旋涂 并自然瞭干，得到紫羅精（viologen)薄膜； (4) 器件的組裝：將W03/PANI與viologen薄膜組裝成盒，利用毛細作用將電解液注入 其中，在真空條件下封裝器件。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述的紫羅精（viologen)是甲基紫 精。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種全色譜電致變色顯示器，變色顯示器所使用的電致變色材料是由三氧化鎢復(fù)合聚苯胺(WO3/PANI)薄膜與紫羅精(viologen)薄膜制備得到，通過電沉積合成電致變色薄膜技術(shù)，工藝過程綠色環(huán)保，操作精確可控，降低了物理法制備電致變色薄膜的成本。所述的變色顯示器具有安全有效、節(jié)能環(huán)保、使用壽命長和顏色多變化的特點，可廣泛用于多個領(lǐng)域。
【IPC分類】G02F1-15, C09K9-02, G02F1-155, G02F1-153
【公開號】CN104698714
【申請?zhí)枴緾N201510119320
【發(fā)明人】趙九蓬, 曲慧穎, 李垚
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月18日