電致變色：AR眼鏡的“智能墨鏡”

AR眼鏡的核心體驗(yàn)之一為虛擬成像效果，需要通過(guò)光機(jī)與光學(xué)顯示模組的設(shè)計(jì)呈現(xiàn)出效果清晰明亮的虛擬圖像。然而，在室外強(qiáng)烈且復(fù)雜的光線條件下，AR眼鏡的成像會(huì)被嚴(yán)重干擾，由于光機(jī)亮度限制及光線顯示模組的光效限制，在強(qiáng)光環(huán)境下無(wú)法呈現(xiàn)如室內(nèi)光線下清晰明亮的AR圖像。

變色鏡片可根據(jù)環(huán)境光線或電信號(hào)調(diào)節(jié)透光率，主要方案有光致變色與電致變色兩類(lèi)。電致變色（EC）技術(shù)通過(guò)將電致變色材料應(yīng)用于顯示模組鏡片上，控制電致變色材料在不同電場(chǎng)作用下呈現(xiàn)不同的透光率，并且可在不同透過(guò)率之間快速切換，以應(yīng)對(duì)外界環(huán)境的光線變化。相較于光致變色，電致變色響應(yīng)速度更快、可控性更強(qiáng)，更適配AR眼鏡的動(dòng)態(tài)使用場(chǎng)景。

具有自動(dòng)電致變色功能的XREAL 1S，圖源：XREAL官網(wǎng)

1 電致變色原理

電致變色的變色原理主要有兩種：（1）基于有機(jī)分子的氧化還原機(jī)理：在外電壓的作用下，有機(jī)高分子或者小分子電致變色材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使其分子的能帶發(fā)生變化，從而引起材料的顏色變化。（2）基于無(wú)機(jī)材料的晶格改變機(jī)理：外電壓作用下，電解質(zhì)離子嵌入到電致變色層引起晶格結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使材料的顏色發(fā)生變化。電致變色器件的結(jié)構(gòu)主要包括基底層、集流體層、電致變色層、電解質(zhì)層以及離子存儲(chǔ)層。

電致變色器件的典型結(jié)構(gòu)

2 電致變色材料分類(lèi)

電致變色材料按照化學(xué)性質(zhì)的不同通?？煞譃闊o(wú)機(jī)電致變色材料、有機(jī)電致變色材料和復(fù)合電致變色材料。

無(wú)機(jī)電致變色材料

無(wú)機(jī)電致變色材料主要是由過(guò)渡金屬氧化物和普魯士藍(lán)組成。過(guò)渡金屬氧化物按照材料著色態(tài)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)原理的不同，又可分為陽(yáng)極著色氧化物和陰極著色氧化物。具有代表性的陽(yáng)極電致變色材料有NiO和Co3O4。具有代表性的陰極電致變色材料有WO3和TiO2。此外V2O5在具有陽(yáng)極電致變色性能的同時(shí)兼具陰極電致變色性能，被認(rèn)為是中性電致變色氧化物。

有機(jī)電致變色材料

有機(jī)電致變色材料按照致色原理分為導(dǎo)電聚合物、金屬有機(jī)絡(luò)合物和氧化還原型化合物。

導(dǎo)電聚合物屬于有機(jī)高分子聚合物，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是均存在共軛π電子結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡姾傻淖⑷攵功须娮泳哂休^大的共軛離域體系，代表物主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃等。

金屬有機(jī)絡(luò)合物電致變色材料也稱(chēng)金屬有機(jī)螯合物，其中提供d空軌道的金屬離子為過(guò)渡元素，而提供孤電子對(duì)的配位體為有機(jī)分子。

紫羅精是典型的氧化還原型有機(jī)電致變色材料，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是存在共軛π鍵體系和雜原子（電子給予原子，如N、O、S等）以及π鍵摻雜原子。

有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合電致變色材料

無(wú)機(jī)電致變色材料化學(xué)穩(wěn)定性良好、合成方法較為成熟，但存在顏色變化單一、響應(yīng)速度慢和著色效率低等問(wèn)題。有機(jī)電致變色材料雖然顏色變化多樣、響應(yīng)速度快、成本較低，但與襯底附著力差、循環(huán)壽命較短。將有機(jī)電致變色材料與無(wú)機(jī)電致變色材料復(fù)合，構(gòu)成無(wú)機(jī)/有機(jī)復(fù)合電致變色材料，該復(fù)合材料通常具有獨(dú)特顯微結(jié)構(gòu)和表觀協(xié)同效應(yīng)。目前將有機(jī)電致變色材料與納米結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)材料進(jìn)行復(fù)合，已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。

3 電致變色工藝

無(wú)機(jī)電致變色依賴磁控濺射鍍膜工藝。超白玻璃基板經(jīng)清洗后，在真空設(shè)備中依次濺射沉積5層功能膜：底層ITO、離子存儲(chǔ)層、電解質(zhì)層、電致變色層及頂層ITO。鍍膜后需退火提升材料致密性，最后與第二層玻璃通過(guò)PVB夾層在高壓釜中復(fù)合。此工藝僅適用于平面玻璃，曲面鍍膜厚度偏差>15%，且響應(yīng)速度隨面積增大而顯著下降（約5min/m2），大多應(yīng)用于大面積建筑幕墻。

無(wú)機(jī)EC產(chǎn)品制造流程

有機(jī)EC采用卷對(duì)卷涂布柔性工藝，以PET-ITO薄膜為基底，經(jīng)等離子清洗后，通過(guò)狹縫涂布依次涂布電致變色層、全固態(tài)凝膠電解質(zhì)及離子存儲(chǔ)層。涂布后經(jīng)分段烘箱干燥與紫外固化交聯(lián)，最后與鋼化玻璃通過(guò)PVB膠膜熱壓復(fù)合。有機(jī)EC材料可兼容剛性和柔性基底，且響應(yīng)速度比無(wú)機(jī)EC快，可應(yīng)用于消費(fèi)電子及使用曲面玻璃的交通領(lǐng)域。

有機(jī)EC產(chǎn)品制造流程

4 電致變色在AR眼鏡中的應(yīng)用及代表企業(yè)

電致變色材料在AR眼鏡上有兩種應(yīng)用方式：一種是在玻璃基材鍍膜，屬于前裝，需要在AR眼鏡的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)介入，這種方式可以有效地與波導(dǎo)片進(jìn)行結(jié)合，做到不增加重量和厚度地完成變色功能集成；另一種是柔性貼膜，可以通過(guò)后裝的方式外掛在已有的AR眼鏡產(chǎn)品上。兩種皆適用于陣列、衍射、全息等波導(dǎo)方案的眼鏡產(chǎn)品。

提供電致變色材料/技術(shù)的企業(yè)主要有伯宇科技、華瓴光學(xué)、光羿科技、覽銳光電等。

蘇州伯宇科技有限公司

伯宇科技成立于2019年，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、代加工、售后為一體的高科技企業(yè)，致力于下一代數(shù)控變色技術(shù)與產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用。伯宇科技基于無(wú)機(jī)全固態(tài)數(shù)控變色材料開(kāi)發(fā)的“數(shù)控電致變色鏡片”可以為AR產(chǎn)品提供更自然、更沉浸的體驗(yàn)，被廣泛應(yīng)用于三星電子、小米等全球頂尖廠商的智能眼鏡，它能夠極大地提升AR設(shè)備的成像質(zhì)量和用戶體驗(yàn)，已經(jīng)成為AR行業(yè)的核心合作伙伴。

數(shù)控電致變色鏡片，圖源：伯宇科技

寧波華瓴光學(xué)技術(shù)有限公司

華瓴光學(xué)成立于2021年，是一家全球領(lǐng)先的電致變色系統(tǒng)器件的方案提供商。華瓴光學(xué)核心團(tuán)隊(duì)擁有多年電致變色產(chǎn)品全套核心專(zhuān)利技術(shù)和持續(xù)更新迭代的雄厚技術(shù)和制造能力，通過(guò)整合光學(xué)技術(shù)、半導(dǎo)體封裝技術(shù)、消費(fèi)電子上下游產(chǎn)業(yè)鏈資源，已形成在消費(fèi)電子、車(chē)載、安防及光學(xué)成像產(chǎn)品領(lǐng)域強(qiáng)大的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。公司研發(fā)的柔性凝膠態(tài)電致變色技術(shù)，不僅能變色，還具有任意曲度、透光率高、多尺寸等特點(diǎn)，極大地拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是在AR領(lǐng)域中極具意義。

圖源：華瓴光學(xué)

深圳市光羿科技有限公司

光羿科技成立于2017年，總部位于深圳，是一家在全球電致變色技術(shù)領(lǐng)域具有重要影響力的創(chuàng)新型科技公司。光羿科技致力于第三代EC技術(shù)的開(kāi)發(fā)和商業(yè)化，顛覆性采用卷對(duì)卷工藝，高效量產(chǎn)柔性薄膜基底產(chǎn)品，為汽車(chē)、建筑、消費(fèi)電子等更多領(lǐng)域提供產(chǎn)品和解決方案。

圖源：光羿科技公眾號(hào)

覽銳光電(杭州)有限公司

覽銳光電于2015年7月在美國(guó)科技中心硅谷成立，是全球最早探索柔性大面積電致調(diào)光薄膜技術(shù)的企業(yè)之一。公司專(zhuān)注于電致變色核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化落地，致力于開(kāi)發(fā)最新一代全柔性卷對(duì)卷高速涂布的高分子調(diào)光薄膜，通過(guò)極致的全固體材料系統(tǒng)及高效率生產(chǎn)制程，推動(dòng)電化學(xué)變色調(diào)光技術(shù)的廣泛應(yīng)用及大面積安裝。公司持續(xù)深耕消費(fèi)電子領(lǐng)域，進(jìn)一步拓展電致變色技術(shù)在AI/AR眼鏡等應(yīng)用范圍，推動(dòng)新一代技術(shù)產(chǎn)品快速迭代。

薄膜產(chǎn)品，圖源：覽銳光電

參考來(lái)源：

[1]趙海燕等：智能調(diào)光技術(shù)研究進(jìn)展及產(chǎn)業(yè)化情況分析

[2]冉東生：電致變色智能材料的應(yīng)用與發(fā)展

[3]莊碧瑩等：電致變色材料的研究與應(yīng)用進(jìn)展

[4]小米技術(shù)、維深 Wellsenn XR、公司官網(wǎng)