專利名稱：電致變色組合物、形成電致變色組合物的方法和電致變色裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般地涉及電致變色組合物，和更具體地，涉及含具有硅基取代基的芳族 組分的電致變色組合物。相關現有技術的說明電致變色組合物是已知的且典型地用于電致變色裝置中，形成電致變色層。電致 變色裝置典型地包括電致變色層，電解質層，和第一與第二電極層。第一與第二電極層彼此 隔開且基本上彼此平行地布置。電致變色層布置在第一和第二電極層之間。電解質層布置 在電致變色層和電極層之一之間。典型地，電致變色裝置進一步包括第一和第二基底層；第一和第二基底層典型 地為玻璃，以例如形成電致變色窗。電致變色裝置的額外實例包括戶內和戶外顯示器， 電子數據顯示器，鏡子，鐘表，汽車天窗、遮蔭網(shade band)、監控器、安全或私密擋板 (privacypartition)、太陽能面板、天光(sky light)和信息顯示器。通過在第一和第二電極層之間施加電壓，活化電致變色裝置。當在第一和第二電 極層之間施加電壓時，在電致變色層內產生電場。電場在電致變色層內誘導電致變色效應， 從而導致電致變色層的透光性能變化，例如從透明變化為不透明或著色。電致變色層的透 光性能的變化典型地持續一段時間，但可通過反轉電壓的極性，反轉電致變色層的透光性 能的變化。典型地使用數種不同類型的電致變色層。然而，電致變色層的主要類型是無機 薄膜，有機聚合物膜和有機溶液。電致變色層的透光性能的變化程度取決于各種因素。例如，電致變色層的厚度是 對電致變色層透光性能變化程度具有影響的一個因素，其中較厚的電致變色層通常能比較 薄的電致變色層具有更加顯著的電致變色效應。然而，電致變色層的厚度與電致變色層的 撓性和多樣性成反比，并延伸到含電致變色層的電致變色裝置的撓性和多樣性，且較薄的 電致變色層提供電致變色裝置較大的撓性和多樣性。因此，有利的是，最小化電致變色層的 厚度，同時基本上維持與較厚的電致變色層相當的電致變色性能特征。電致變色層透光性能的變化典型地受限于電致變色層固有的性能，例如不透明或 著色效應受限于特定顏色。在一些應用中，可能期望具有與已有的電致變色層提供的特定 顏色不同的特定顏色。因此，有利的是，提供電致變色層，以便基于電致變色層內存在的芳 基，可定制(customizable)通過透光性能的變化顯示出的特定顏色，例如針對電致變色裝 置的特定應用，可定制特定顏色。因此，有利的是提供適合于形成電致變色層的電致變色組合物，同時最小化實現 電致變色層透光性能所需變化所要求的電致變色層厚度。另外，有利的是提供形成電致變 色組合物的反應機理。發明概述和優點本發明提供電致變色裝置，它包括第一電極層和與第一電極層隔開且基本上平行 于第一電極層設置的第二電極層。電致變色層置于第一和第二電極層之間。電致變色層包
7括具有芳核和側掛于該芳核上的至少兩個硅基取代基的水解的芳族組分的脫水反應產物。 硅基取代基具有可水解基團的與硅鍵合的水解物。電解質層置于電致變色層和電極層之一 之間。 本發明進一步提供電致變色組合物。該電致變色組合物包含具有芳核和側掛于該 芳核上的至少兩個硅基取代基的芳族組分。硅基取代基具有選自可水解基團、可水解基團 的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。本發明進一步提供形成電致變色組合物的方法，該方法包括提供芳基和鍵合至少 兩個硅基取代基到芳基上的步驟。含水解的芳族組分的脫水反應產物的電致變色組合物和電致變色層具有優良的 電致變色性能。另外，可最小化電致變色層的厚度，同時實現所需的為較厚的電致變色層典 型地具有的特征的電致變色性能，從而賦予電致變色裝置優良的多樣性和撓性。特別地，通 過在芳族組分內包括兩個特定類型的硅基取代基，所得脫水反應產物包括引入到所得聚合 物鏈內的芳基，從而最大化電致變色層內存在的芳基的密度。芳基造成電致變色層的電致 變色性能。由于最大化電致變色層內芳基的密度，因此可最小化電致變色層的厚度，同時仍 然實現所需的為較厚的電致變色層典型地具有的特征的電致變色性能。此外，可基于電致 變色層內存在的芳基，定制由電致變色層的透光性能變化得到的特定顏色，例如可針對電 致變色裝置的特定應用，定制特定顏色。發明詳述提供電致變色裝置。可對于包括但不限于戶內和戶外顯示器、電子數據顯示器、鏡 子、鐘、汽車天窗、遮蔭網、監控器、安全或私密擋板、太陽能面板、天光和信息顯示器的應用 使用該電致變色裝置。所述電致變色裝置包括第一電極層和與第一電極層隔開且基本上平行于第一電 極層設置的第二電極層。電致變色層置于第一和第二電極層之間。電解質層置于電致變色 層和第一電極層之間。典型地，電致變色裝置進一步包括置于電極層之一的外表面上、在與 電解質層或電致變色層相對的電極層的一側上的第一基底層，這取決于特定的電極層。電 致變色裝置還典型地包括置于另一電極層的外表面上的第二基底層。換句話說，電致變色 裝置典型地包括包封電致變色裝置的功能部分例如電極層、電解質層和電致變色層的第一 和第二基底。通過包封電致變色裝置的功能部分，第一和第二基底層典型地給第一和第二 電極層提供支持，且通過屏蔽電致變色裝置避免自然因素，從而防止電致變色裝置降解。為了活化電致變色裝置，在第一和第二電極層上施加電壓。電壓在電致變色層內 產生電場。電場在電致變色層內誘導電致變色效應，從而導致電致變色層透光性能的變化， 例如從透明變化到不透明或著色。在除去電壓之后，透光性能的相應變化可持續一段時間； 然而，當電壓極性反轉時，透光性能變化可反轉為透明狀態。第一和第二電極層可包括任何基本上透明的材料，其中包括但不限于玻璃、聚氯 乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二酯，或本領域已知的基本上透明的任何聚合、陶 瓷或其他材料。在本申請當中使用的術語“基本上透明”是指可見光的透光率大于70%。 在本發明的一個實施方案中，第一和第二基底層包括玻璃。第一和第二基底層的厚度可隨 電致變色裝置打算的特定應用而變化。然而，第一和第二基底層的典型厚度為約0. 5-約10 毫米。
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在本發明的一個實施方案中，第一和第二電極各自包括氧化錫銦(ITO)。ITO是氧 化銦(III)和氧化錫(IV)的混合物。可通過電子束蒸發、物理氣相沉積、濺射沉積技術或本 領域已知的形成電極層的任何其他技術，將ITO沉積到第一和/或第二基底層上。或者，在 另一實施方案中，第一和第二電極層可包括傳導碳納米管，鋁摻雜的氧化鋅、氧化銦(III)、 氧化錫(IV)、氧化錫銻、氟摻雜的氧化錫、氧化錫銥或本領域已知的能導電的任何其他基本 上透明的材料，這些材料可通過本領域已知的方法沉積在第一和/或第二基底層上。第一 和第二電極層的典型厚度為約10-約50納米，更典型地約100-約300納米。電致變色裝置中的電解質層可以是在導電介質內含游離離子的任何合適的材料。 在一個實施方案中，電解質層是凝膠材料。典型地，凝膠態或固態材料的電解質層包括聚合 物基體，溶劑載體，和離子源。聚合物基體可以是任何合適的聚合物基體，例如聚氯乙烯，和 離子源可以是任何合適的離子源，例如高氯酸鋰(LiClO4)。應當理解，電解質層也可包括固 體材料或者液體材料。在本發明的一個實施方案中，電解質層是液體電解質。液體電解質 能滲透電致變色層，從而當施加電壓時，允許在電致變色層內基本上立即誘導電致變色效 應。盡管液體電解質層可能過度劣化已知的電致變色層，但甚至當使用液體電解質時，本發 明的電致變色層仍維持充足的耐久性，這是本發明的電致變色層的明顯優點。液體電解質 可以是本領域已知的任何傳導液體。可通過本領域已知的方法，形成電解質層。電解質層 的典型厚度為約100-約2000微米，更典型地約500-1000微米。電致變色層包括具有芳核和側掛于芳核上的至少兩個硅基取代基的水解芳族組 分的脫水反應產物。硅基取代基各自具有與硅鍵合的可水解基團，該基團能發生脫水反應， 從而導致以下進一步詳細地描述的固體聚硅氧烷。更具體地，由含芳族組分的電致變色組合物形成電致變色層。芳族組分包括芳核， 所述芳核具有側掛于該芳核上的至少兩個硅基取代基。硅基取代基各自具有選自可水解基 團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。當與硅鍵合的基團全部是可水解基 團的水解物時，芳族組分與以上所述的進行脫水反應以產生電致變色層的水解的芳族組分 相同。盡管容易理解，可水解基團通常水解，使得能發生脫水反應，但在本發明的上下文中， 可在可水解基團的這種水解之前或者在這種水解之后，提供電致變色組合物，和本發明不 限制于可水解基團的水解狀態。通過具有至少兩個硅基取代基，芳核有效地引入芳烴官能團到聚硅氧烷鏈內，這 與僅僅包括側掛于聚硅氧烷鏈上的芳烴官能團相反。正因為如此，最大化由脫水反應得到 的存在于聚硅氧烷內的芳烴官能團的密度，從而最大化含水解的芳烴組分的脫水反應產物 的電致變色層的電致變色性能。在一個實施方案中，芳核可僅僅包括碳和氫原子。或者，在另一實施方案中，芳核 可以是芳族胺，芳族醚，或芳族硫醇。在芳胺、醚和硫醇中，氮、氧或硫-基基團分別可在核 的環狀部分內鍵合。此處所使用的“環狀部分”是含一個或多個芳環的一部分芳核。當環 狀部分包括大于一個芳環時，環狀部分可表征為聚芳烴組分，和因此芳烴組分包括聚芳烴 組分。在含大于一個芳環的環狀部分內的環可共享共同的碳_碳鍵，或者可通過其他非芳 環結構連接。氮、氧或硫_基基團可在環狀部分內一體化，即氮、氧或硫_基基團可引入到 環狀部分內的環之一上。或者，氮、氧或硫-基基團可位于核的環狀部分外。例如，氮-基 基團可位于兩個不同的環狀部分(它們是芳核的一部分)之間，在此情況下，芳核可表征為
9聚芳烴組分。要理解，電致變色組合物可包括具有不同類型芳核的芳烴組分的組合。如上所述，芳核具有側掛于其上的至少兩個硅基取代基。在一個實施方案中，硅基 取代基鍵合在芳核的相對側上，以便最小化空間位阻。在另一實施方案中，三個或更多個硅 基取代基鍵合到芳核上。當三個或更多個硅基取代基鍵合到芳核上時，典型地鍵合三個或 更多個硅基取代基，以便在每一硅基取代基之間的距離大致相同，從而最大化優良的交聯 能力的潛力，同時降低空間位阻。包括三個或更多個硅基取代基是賦予電致變色組合物優 良的交聯能力潛力的一種方式。所得電致變色層內優良的交聯提供比未交聯或具有最小交 聯的電致變色層更加不溶和耐久的電致變色層。電致變色層的不溶性和耐久性有助于電致 變色裝置整體堅固性。盡管如此，要理解，本發明不限于能交聯的電致變色組合物。在一個實施方案中，硅基取代基具有通式結構(I)
權利要求
一種電致變色組合物，它包含具有芳核和側掛于所述芳核上的至少兩個硅基取代基的芳烴組分，所述硅基取代基具有選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。
2.權利要求1的電致變色組合物，其中所述芳核選自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其組合。
3.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，其中所述芳核包括多芳烴組分。
4.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，其中至少一個所述硅基取代基具有大于 一個選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。
5.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，其中所述硅基取代基用下述通式表示
6.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，其中所述芳烴組分選自
7.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，進一步包含具有下述通式的至少一種支 化組分
8.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，進一步包含額外的芳烴組分，所述額外 的芳烴組分具有芳烴部分和側掛于所述芳烴部分上的單一硅基取代基，其中所述單一硅基 取代基具有選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。
9.權利要求8的電致變色組合物，其中所述芳烴部分選自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其組合。
10.權利要求8和9任何一項的電致變色組合物，其中所述芳烴部分包括多芳烴組分。
11.權利要求8-10任何一項的電致變色組合物，其中所述單一硅基取代基具有大于一 個選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。
12.權利要求8-11任何一項的電致變色組合物，其中所述至少一種額外的芳烴組分選 自下述
13.前述任何一項權利要求的電致變色組合物，其平均物質尺寸小于或等于約1微米。
14.一種形成電致變色組合物的方法，該方法包括下述步驟 提供芳基；鍵合至少兩個硅基基團到芳基上；所述至少兩個側掛的硅基基團具有選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合 的與硅鍵合的基團。
15.權利要求14的方法，其中芳基選自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其組合。
16.權利要求14和15任何一項的方法，其中芳基包括多芳烴組分。
17.權利要求14-16任何一項的方法，其中所述至少兩個硅基基團中的至少一個具有 大于一個選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。
18.一種電致變色裝置，它包括 第一電極層；與所述第一電極層隔開且基本上平行于所述第一電極層布置的第二電極層； 置于所述第一和第二電極層之間的電致變色層，所述電致變色層包括具有芳核和側掛 于所述芳核上的至少兩個硅基取代基的水解的芳烴組分的脫水反應產物，所述硅基取代基 具有與硅鍵合的可水解基團的水解物；和置于所述電致變色層和所述第一電極層之間的電解質層。
19.權利要求18的電致變色裝置，其中所述芳核選自芳胺、芳族硫醇、芳醚、及其組合。
20.權利要求18和19任何一項的電致變色組合物，其中所述芳核包括多芳烴組分。
21.權利要求18-20任何一項的電致變色裝置，其中所述電致變色層進一步包括額外 的芳烴組分的脫水反應產物，所述額外的芳烴組分包括具有側掛于所述芳烴部分上的單一 硅基取代基的芳烴部分，其中所述單一硅基取代基具有與硅鍵合的可水解基團的水解物。
22.權利要求18-21任何一項的電致變色裝置，其中所述電致變色層進一步包括具有 下述通式的至少一種支化組分的脫水反應產物
23.權利要求18-22任何一項的電致變色裝置，進一步包括置于與所述電解質層相對的所述電極層之一的外表面上的第一基底層。
24.權利要求23的電致變色裝置，進一步包括置于與所述電致變色層相對的另一所述 電極層的外表面上的第二基底層。
25.權利要求18-24任何一項的電致變色裝置，其中所述電解質層包括液體電解質。
全文摘要
電致變色裝置包括第一電極層；與第一電極層隔開且基本上平行于第一電極層布置的第二電極層。電致變色層置于第一和第二電極層之間。電解質層置于電致變色層和電極層之一之間。電致變色層包括水解芳烴組分的脫水反應產物。電致變色組合物包含具有芳核和側掛于所述芳核上的至少兩個硅基基團的芳烴組分。硅基基團具有選自可水解基團、可水解基團的水解物、及其組合的與硅鍵合的基團。可最小化電致變色層的厚度，同時實現所需的為典型地較厚的電致變色層的特征的電致變色性能，從而賦予具有優良的多樣性和撓性的電致變色裝置。
文檔編號C09K9/02GK101939399SQ200980104184
公開日2011年1月5日 申請日期2009年1月8日 優先權日2008年1月11日
發明者D·威特克爾, 鈴木俊夫 申請人:陶氏康寧公司