一种高性能透明的光电显示用器件及其制备方法与应用

1.本技术涉及显示器件领域，尤其涉及一种光电显示用器件及其制备方法与应用。


背景技术：

2.电致变色是指材料的光学属性(如反射率、透射率和吸收率)在外加电场的作用下发生稳定可逆的变化现象，在外观上表现为透明度或颜色的可逆变化。目前该技术已在建筑玻璃、变色眼镜、汽车防眩后视镜、军用伪装、航天器热控等领域得到了广泛的应用。
3.抬头显示系统是应用于车辆上的智能系统，可以使驾驶员在不低头的情况下就能观察到导航、速度、定位等信息。目前市面上常用的车载抬头显示系统中，通常由一个投影发射装置与一个接收显示屏组成。不过接收显示屏实现功能较为单一，只能显现一种背景颜色，并且处于非工作状态时，接收显示屏本身的颜色还会在一定程度上影响驾驶员的观察，降低舒适度。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种光电显示用器件，用于车载抬头显示系统，以替代显示系统中的传统接收显示屏，改善非工作状态下的观察体验，并且在工作状态下提供更多的背景色彩选择。
5.本发明的另一个目的在于提供上述光电显示用器件的制备方法。
6.本发明的另一个目的在于提供上述光电显示用器件在车载抬头显示系统中的应用。
7.为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
8.一种光电显示用器件，所述器件的膜层结构依次为第一透明基板、钨透明导电电极、氧化钨阴极电致变色材料层、电解质层、银导电电极、第二透明基板。
9.优选地，所述钨透明导电电极厚度为2-10nm。
10.优选地，所述氧化钨阴极电致变色材料层厚度为150-250nm。
11.优选地，所述银导电电极厚度为2-5nm。
12.优选地，所述第一透明基板、第二透明基板尺寸相同，长均为400-2000mm，宽均为200-2000mm。
13.上述的光电显示用器件的制备方法，包括以下步骤：
14.(1)采用磁控溅射工艺，在第一透明基板上制备钨透明导电电极，在第二透明基板上制备银导电电极；
15.(2)采用磁控溅射工艺，在钨透明导电电极上制备氧化钨阴极电致变色材料层；
16.(3)将步骤(2)制备的材料层进行退火；
17.(4)将第一透明基板与第二透明基板面相对压合并形成夹层，再灌装液态电解质、光固化树脂混合溶液，完成封装；
18.(5)通过紫外灯照射封装器件，实现电解质层的固化，即得所述光电显示用器件。
19.优选地，步骤(1)所述磁控溅射工艺为：直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为30-50w，溅射时间为5-20s；
20.步骤(2)所述磁控溅射工艺为：直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为50-100w，溅射时间为5-15min；
21.步骤(3)所述退火步骤在空气氛围中进行，退火温度为100-150℃，退火时间为1-2h。
22.一种上述光电显示用器件在车载抬头显示系统中的应用。
23.优选地，所述车载抬头系统包括投影发射装置、权利要求1-5任一项所述的光电显示用器件、车前平台、车前挡风玻璃。
24.优选地，所述车载抬头显示系统的排列方式为：投影发射装置设置在车前平台上，光电显示用器件前后距离可调节地设置在车前挡风玻璃和投影发射装置之间，以适应不同投影显示区域。与现有技术相比，本发明的有益效果为：
25.(1)当处于非工作状态时，该光电显示器用器件表现为高透明态，能够为驾驶员提供良好的观察体验。
26.(2)通过在氧化钨阴极电致变色材料层后方增加一层极薄的钨透明导电电极，可以实现光电显示器用器件的半透射半反射效果，在透过该器件观察时，能够同时看到投射装置显示的信息与路面实时环境。
27.(3)相较于ito、fto等传统透明电极，钨电极对于外界电压具有更高的耐受度，以钨金属作为电极能够使器件在更高电压下工作，从而改善器件的响应速度。并且相较于其他金属，钨金属与氧化钨之间具有更好的结合性，能够提升器件的使用寿命。
28.(4)使用磁控溅射工艺制备氧化钨阴极电致变色材料层，能够精准调控薄膜厚度，从而构建不同效果的光学微腔，并且制备的材料表面均匀、质量优秀。
附图说明
29.图1为一种光电显示器用器件的结构示意图；其中100指第一透明基板，105指钨透明导电电极，110指氧化钨阴极电致变色材料层，115指电解质层，120指银导电电极，125指第二透明基板。
30.图2为一种光电显示器用器件用于车载抬头显示系统的构成示意图；其中111为上述光电显示器用器件，112为投影发射装置，121为车前平台，122为汽车前挡风玻璃，131为投影显示区域。
31.图3为图2中所述111部件的侧视图。
32.图4为一种光电显示器用器件的透射及反射光谱。
具体实施方式
33.下面结合附图对本技术作更进一步的详细描述。
34.本技术中未标注生产者的原料、试剂等，均为可通过市售购买的常规产品。
35.本技术所述一种高性能透明的光电显示器用器件，其结构包括第一透明玻璃基板(100)、钨透明导电电极(105)、氧化钨阴极电致变色材料层(110)、电解质层(115)、银导电电极(120)、第二透明玻璃基板(125)。
36.本技术光电显示器用器件的制作方法，具体包括以下步骤：
37.步骤(1)：在第一透明玻璃基板上采用磁控溅射工艺制备钨透明导电电极，磁控溅射工作模式为直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为30-50w，溅射时间为5-20s，所述钨透明导电电极的厚度2-10nm；
38.步骤(2)：在第二透明玻璃基板上采用磁控溅射工艺制备银导电电极，磁控溅射工作模式为直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为30-50w，溅射时间为5-20s，所述银导电电极的厚度2-5nm；
39.步骤(3)：在钨透明导电电极上采用磁控溅射工艺制备氧化钨阴极电致变色材料层，磁控溅射工作模式为直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为50-100w，溅射时间为5-15min，所述氧化钨阴极电致变色材料层的厚度150-250nm；
40.步骤(4)：在氧化钨阴极电致变色材料层沉积到钨透明导电电极后，将第一透明玻璃基板置于热台上进行退火处理，退火温度为100-150℃，退火时间为1-2h，退火步骤将优化氧化钨薄膜的电致变色性能；
41.步骤(5)：将第一透明玻璃基板与第二透明玻璃基板面相对压合并形成夹层，再利用毛吸现象灌装液态电解质、光固化树脂混合溶液；
42.步骤(6)：使用紫外灯照射封装器件，实现电解质层的固化。
43.该器件与投影发射装置组成的车载抬头显示系统，具体排列方式如图2所示。投影发射装置(112)与光电显示器用器件(111)设置在车前平台(121)上。光电显示器用器件所处位置可以进行一定程度的前后距离调节，以适应不同投影显示区域(131)。
44.在非工作状态时，投影发射装置与光电显示器用器件保持关闭状态，光电显示器用器件保持高透明态，不会对驾驶员的视野产生影响。
45.在工作状态时，投影发射装置开启，其投射的车速、导航等信息穿过光电显示器用器件，投影显示区域显示在汽车前挡风玻璃(122)前方。光电显示器用器件中的钨透明导电电极厚度极小，可以同时实现对投射信息的反射、外界信息的透射功能，驾驶员能够透过该器件同时观察到透射信息与外界环境。
46.该器件的折射率、反射率主要受到钨透明导电电极、银导电电极的厚度影响，器件本身设计导致了高反射率及高透射率难以同时实现，要提高器件的反射能力需要足够的反射层厚度，但过厚的反射层又会导致器件的透射能力下降。以氧化钨阴极电致变色材料层厚度为250nm为例，当钨透明导电电极厚度为10nm、银导电电极厚度为5nm时，器件在可见光波长范围内的透射率基本保持在10％-20％内，此时器件的透射观察效果不佳，反射效果明显。
47.因此，为了均衡器件的透射、反射效果，需要合理对钨透明导电电极、银导电电极两者的厚度进行调节。
48.以氧化钨阴极电致变色材料层厚度为250nm为例，当钨透明导电电极厚度为4nm、银导电电极厚度为4nm时，器件在透射、反射效果上能够实现较好的协调性，在具有较强反射效果的同时，透射率能够保持在40％以上，此时器件的透射及反射光谱如图4所示。
49.相比钨金属材料，银金属材料具有更高的折射率及吸收系数，因此，如果需要对器件的透射、反射效果进一步调整，改变银导电电极厚度能够起到更加明显的效果。
50.本技术所述光电显示器用器件具有多种色彩的调节功能，主要依靠调整氧化钨阴
极电致变色材料层的厚度与外接电压大小实现。在生产过程中确定氧化钨阴极电致变色材料层的厚度后，实际使用过程中器件的变色范围主要依靠外接电压调整。驾驶员可根据自身使用习惯及外部环境自由调节器件的变色情况，器件将在一定范围内提供多种背景色。
51.上述为一种光电显示器用器件使用的具体过程，但本技术的实施方式并不受所述实施的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种光电显示用器件，其特征在于，所述器件的膜层结构依次为第一透明基板、钨透明导电电极、氧化钨阴极电致变色材料层、电解质层、银导电电极、第二透明基板。2.根据权利要求1所述的一种光电显示用器件，其特征在于，所述钨透明导电电极厚度为2-10nm。3.根据权利要求1所述的一种光电显示用器件，其特征在于，所述氧化钨阴极电致变色材料层厚度为150-250nm。4.根据权利要求1所述的一种光电显示用器件，其特征在于，所述银导电电极厚度为2-5nm。5.根据权利要求1所述的一种光电显示用器件，其特征在于，所述第一透明基板、第二透明基板尺寸相同，长均为400-2000mm，宽均为200-2000mm。6.权利要求1-5任一项所述的光电显示用器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)采用磁控溅射工艺，在第一透明基板上制备钨透明导电电极，在第二透明基板上制备银导电电极；(2)采用磁控溅射工艺，在钨透明导电电极上制备氧化钨阴极电致变色材料层；(3)将步骤(2)制备的材料层进行退火；(4)将第一透明基板与第二透明基板面相对压合并形成夹层，再灌装液态电解质、光固化树脂混合溶液，完成封装；(5)通过紫外灯照射封装器件，实现电解质层的固化，即得所述光电显示用器件。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述磁控溅射工艺为：直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为30-50w，溅射时间为5-20s；步骤(2)所述磁控溅射工艺为：直流模式，真空环境为5-10mtorr，溅射功率为50-100w，溅射时间为5-15min；步骤(3)所述退火步骤在空气氛围中进行，退火温度为100-150℃，退火时间为1-2h。8.一种权利要求1-5任意一项所述得光电显示用器件在车载抬头显示系统中的应用。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述车载抬头系统包括投影发射装置、权利要求1-5任一项所述的光电显示用器件、车前平台、车前挡风玻璃。10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述车载抬头显示系统的排列方式为：投影发射装置设置在车前平台上，光电显示用器件前后距离可调节地设置在车前挡风玻璃和投影发射装置之间，以适应不同投影显示区域。

技术总结
本申请公开了一种高性能透明的光电显示用器件及其制备方法与应用。器件的具体结构可以表示为：第一透明基板、钨透明导电电极、氧化钨阴极电致变色材料层、电解质层、银导电电极、第二透明基板。该器件可以较好地替代传统车载抬头显示系统中的透射或反射型显示屏，与投影装置共同组成抬头显示系统。通过调控电压，驾驶员能够改变器件的工作状态，使其在着色的工作状态与无色透明的关闭状态间切换，有利于提高驾驶员的观察舒适性。高驾驶员的观察舒适性。高驾驶员的观察舒适性。


技术研发人员：宁洪龙 郭晨潇 姚日晖 彭俊彪 李星林 李牧云 邹文昕 姜博诚 张子涵 刘宇翔
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2023.03.13
技术公布日：2023/7/11