[發明專利]一種雙穩態電致變色薄膜及節能顯示器件

有效

• 申請號: 202110640946.4
• 申請日: 2021-06-09
• 公開（公告）號: CN113419390B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張麗平;蔣曉軍;付少海;李加雙;李晶晶
• 申請（專利權）人: 江南大學;中國人民解放軍63983部隊
• 主分類號: G02F1/1516
• 分類號: G02F1/1516;G02F1/153
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 張勇

本發明涉及一種雙穩態電致變色薄膜及節能顯示器件，屬于材料科學技術領域。本發明基于功能單體制備適用于電致變色器件的聚合物，該聚合物可替代傳統的PMMA，用于電致變色薄膜的制備，并且能夠顯著提升電致變色薄膜的雙穩態性能。基于本發明的電致變色薄膜組裝而成的電致變色器件，不僅具有優異的雙穩態性能，同時還兼有在電壓刺激下，表現出高靈敏度、快速相應變色、高顏色對比度以及可逆變色的性能。

技術領域

本發明涉及一種雙穩態電致變色薄膜及節能顯示器件，屬于材料科學技術領域。

背景技術

電致變色器件是一種具有巨大市場潛力的新興智能顯示產品，在軍事防偽、生物傳感器、智能紡織品、節能顯示等領域有著廣泛的應用前景。其中雙穩態顯示器，不僅具有一般電致變色器件電響應變色的能力，且在外加電壓撤去后，其仍能夠維持顯色態一段時間而不褪色，即穩定色態的能力。若是能將其用于廣告牌等電子顯示設備中，或能達到節能減排的目的，緩解全球能源緊張的局面。因此雙穩態顯示器是目前節能領域的研究熱點。

在小分子變色染料領域中，實現電致變色器件雙穩態的方式根據機理不同可分為兩種：1)設計變色染料結構或配體化合物結構，實現染料分子在基態和激發態的穩定性；2)改進電致變色器件各功能層的制備工藝，通過調控各功能層的電荷/電子傳輸速率來實現器件的雙穩態性能。在第一種實現方式中，新型分子結構的設計和調控過于復雜，實施起來非常困難，短時間內難以成熟化并投入實際應用。在第二種實現方式，通過工藝調整能夠帶來雙穩態的性能，例如，增加導電層厚度，但這也會相應的降低電致變色器件的響應靈敏度。

熒烷類小分子染料是一類具有電響應變色的有機可逆變色材料，其變色原理是通過施加外電場刺激染料分子發生氧化還原反應，經過分子重排，染料的結構發生變化(表現為內酯環的開閉)，從而實現顏色的可逆變化。該類電致變色材料具有響應電壓低、變色靈敏度高、顏色對比度高等優點。CN201810659625.7公開了一種酸堿響應性電致變色薄膜及其制備方法，以酸響應和堿響應染料為原料，混合聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、增塑劑和電解質制成PMMA凝膠液，采用涂裝的方式將含染料的凝膠液涂層到ITO導電玻璃上，獲得溶膠薄膜，經干燥處理得到酸堿響應性電致變色薄膜。用該薄膜組裝得到的電致變色器件，具有極好的響應靈敏度和顯色均勻性。但在撤去外加電壓后，薄膜的顯色態難以長時間維持，達不到節能的目標。目前電致變色薄膜的凝膠材料采用的大多是PMMA。

現有技術中，為改善電致變色薄膜的雙穩態性能，大多采用開發設計新型結構的熒烷染料的方式。由于新型熒烷染料目前尚處于試驗階段，距離大規模批量生產還需要較長的時間。此外，傳統的PMMA工藝調整來實現器件雙穩態性能的方法會大幅降低器件的顯色速率，也不是一個很好的方法。因此，基于傳統的熒烷染料開發具有較高變色靈敏度的雙穩態電致變色薄膜成為亟待解決的技術難題。

發明內容

為了開發一種基于傳統的熒烷染料開發具有較高變色靈敏度的雙穩態電致變色薄膜，本發明的技術方案具體如下：

本發明的第一目的是提供一種雙穩態電致變色薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

聚合物的制備：將功能單體、引發劑溶解于溶劑A中，均勻混合、除泡處理得到前驅體溶液；所述前驅體溶液加熱聚合反應；待反應完全后，冷卻至室溫，提純、干燥得到聚合物；

電致變色薄膜的制備：將所述聚合物、電解質、溶劑A及熒烷變色染料溶解于揮發性溶劑B中，超聲攪拌得到凝膠液；將所述凝膠液涂覆于導電基底上，使揮發性溶劑B揮發，即可得到電致變色薄膜；

其中，所述功能單體包括必要單體和輔助單體；所述必要單體含有具有給氫能力的活性基團的有機單體，其中所述給氫能力的活性基團包括但不限于羥基、氨基、活性亞甲基；所述輔助單體為有機單體中的一種或幾種，主要起到交聯、成膜和調節透明度的作用。

進一步地，所述必要單體為丙烯酸羥丙酯、丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、丙烯酰胺、N-羥甲基丙烯酰胺中的至少一種。