高亮暗比膠態有機電致變色材料技術：材料世界網

陳相睿 / 工研院材化所

電致變色技術近年來已經有了顯著的進步，在未來也有很大的發展潛力。隨著物聯網、智能家居等領域的快速成長，對於能夠自動調節光線的智能玻璃、自調節光照系統等需求越來越大，使電致變色技術在這些領域中有著廣泛的應用前景。近年來顯示器業技術蓬勃發展，能夠滿足高亮暗比、節能、軟性等訴求之電致變色材料將扮演著重要角色。

【內文精選】

電致變色定義

所謂的「變色」，是指材料受到外部刺激導致結構變化，進而使顏色改變。這些外部刺激可以是光、溫度或電場等，若是因光所造成的變色，稱為「光致變色」；因溫度改變所引起的顏色變化，則稱作「熱致變色」；因電場造成可逆的顏色變化，則是「電致變色」。

關於變色元件技術可區分為「被動式變色」和「主動式變色」兩種。如熱致變色與光致變色元件就屬於「被動式變色」，這是藉由溫度或光的改變造成材料結構的變化，進而改變元件的顏色；「主動式變色」則是藉由外加電壓使材料產生變化，促使元件顏色改變。主動式元件可依照使用者的需求調節控制所需的變色情境，在操作應用上有相當好的便利性。

2. 高分子分散液晶薄膜(Polymerdispersed Liquid Crystal Film; PDLC Film)

為具異方性的液晶微滴均勻分散於高分子中之複合膜，藉由一外加電場可調控液晶與高分子間之折射率，造成光散射與光穿透狀態，以達到薄膜顯示功能。典型的液晶為正介電異方性，其分子種類主要有向列型(Nematic)、層型型(Smectic)、膽固醇型(Cholesteric)、鐵電型(Ferroelectric Smectic)、反鐵電型(Antiferroelectric Smectic)及客–主型(Guest-Host)等型態。當無外加電壓時，液晶的有效折射率neff和高分子的折射率np不匹配，光線會被嚴重散射，薄膜因而形成散射態(不透明態)；一旦產生電場時，液晶會垂直基材表面排列，因液晶的折射率np與高分子np相同，垂直入射的光線無介面存在，可讓光線透過，薄膜會因此形成透明態(略為白霧透)。

3. 電致變色技術(Electrochromic; EC)

具有電活性(Electroactive)的電致變色材料在電場作用下，會發生電化學氧化還原反應而得失電子，使得材料的能階改變造成顏色的變化。無論無機型或有機型電致變色元件結構，皆是以玻璃或塑膠基材做為透明導電層(如：摻錫氧化銦(ITO)或摻氟氧化錫(FTO))，兩導電層中分別為電致變色層、電解質層或離子儲存層(此三層組合即為無機與有機電致變色元件的差異點)。

(2) 有機電致變色材料元件技術

有機電致變色元件組合物由氧化(陽極)化合物、還原(陰極)化合物與電解質組合而成，它們可為有機或帶有金屬元素之有機化合物。另外，交聯劑、光敏劑、紫外線穩定劑、電解質材料、抗氧化劑、阻燃劑、熱穩定劑、增黏劑、偶聯劑也是在成分內會添加之材料搭配組合。在優選的電致變色材料組合物中，選擇的材料組成分子結構可以是多官能單體，例如雙官能單體、三官能單體或更高官能的單體，亦可為單官能單體與雙官能單體或單官能單體與交聯的組合。

有機電致變色與其他技術相比較下，除了具有調色上的優越性外，在一定面積下(25 cm × 15 cm)以直流電驅動元件變色無須較高的電壓(<3 V)，在未驅動前亦擁有高穿透度(T > 78%@550 nm)的優異表現，驅動變色後則可達到最深色的變化表現(T < 7%@550 nm) (表一)，在響應速度上更具有較佳的快速反應時間。因有機電致變色材料技術在小面積上具有快速高亮暗比之優勢，所以在運用的產品上目前主要是用在車用的後視鏡，以驅動變色後可有效吸光產生抗眩能力(圖九)，更能與再新一代的E-Mirror搭配使用。

表一、液態標準元件驅動變色數據

圖九、車用抗眩後視鏡 (a)啟動前；(b)啟動後

工研院近期技術發展與未來展望

有機電致變色材料技術優點大致上有下列幾點：①低電壓可驅動變色；②亮暗對比高；③快速響應時間。然而有機電致變色材料技術還是有缺點存在，當電致變色元件面積達17吋時，液態材料會受限到重力而產生垂流問題，導致變色不均現象。工研院一直以來致力於有機電致變色技術開發，從液態型轉換提升成凝膠態電致變色材料，有效提升整體的安全性問題；近年來更專注於解決大面積電致變色元件材料技術問題，除了在本身材料整合開發上調整配製，更進一步地將電致變色材料推往全膠態系列發展(圖十一) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。