電致變色：AR眼鏡的“智能墨鏡”

AR眼鏡的核心體驗之一為虛擬成像效果，需要通過光機與光學顯示模組的設計呈現出效果清晰明亮的虛擬圖像。然而，在室外強烈且復雜的光線條件下，AR眼鏡的成像會被嚴重干擾，由于光機亮度限制及光線顯示模組的光效限制，在強光環境下無法呈現如室內光線下清晰明亮的AR圖像。

變色鏡片可根據環境光線或電信號調節透光率，主要方案有光致變色與電致變色兩類。電致變色（EC）技術通過將電致變色材料應用于顯示模組鏡片上，控制電致變色材料在不同電場作用下呈現不同的透光率，并且可在不同透過率之間快速切換，以應對外界環境的光線變化。相較于光致變色，電致變色響應速度更快、可控性更強，更適配AR眼鏡的動態使用場景。

具有自動電致變色功能的XREAL 1S，圖源：XREAL官網

1 電致變色原理

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

電致變色器件的典型結構

2 電致變色材料分類

電致變色材料按照化學性質的不同通常可分為無機電致變色材料、有機電致變色材料和復合電致變色材料。

無機電致變色材料

無機電致變色材料主要是由過渡金屬氧化物和普魯士藍組成。過渡金屬氧化物按照材料著色態發生電化學反應原理的不同，又可分為陽極著色氧化物和陰極著色氧化物。具有代表性的陽極電致變色材料有NiO和Co3O4。具有代表性的陰極電致變色材料有WO3和TiO2。此外V2O5在具有陽極電致變色性能的同時兼具陰極電致變色性能，被認為是中性電致變色氧化物。

有機電致變色材料

有機電致變色材料按照致色原理分為導電聚合物、金屬有機絡合物和氧化還原型化合物。

導電聚合物屬于有機高分子聚合物，其結構特點是均存在共軛π電子結構，因為電荷的注入而使π電子具有較大的共軛離域體系，代表物主要有聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚呋喃等。

金屬有機絡合物電致變色材料也稱金屬有機螯合物，其中提供d空軌道的金屬離子為過渡元素，而提供孤電子對的配位體為有機分子。

紫羅精是典型的氧化還原型有機電致變色材料，其結構特點是存在共軛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/無機復合電致變色材料

無機電致變色材料化學穩定性良好、合成方法較為成熟，但存在顏色變化單一、響應速度慢和著色效率低等問題。有機電致變色材料雖然顏色變化多樣、響應速度快、成本較低，但與襯底附著力差、循環壽命較短。將有機電致變色材料與無機電致變色材料復合，構成無機/有機復合電致變色材料，該復合材料通常具有獨特顯微結構和表觀協同效應。目前將有機電致變色材料與納米結構的無機材料進行復合，已經成為研究的熱點。

3 電致變色工藝

無機電致變色依賴磁控濺射鍍膜工藝。超白玻璃基板經清洗后，在真空設備中依次濺射沉積5層功能膜：底層ITO、離子存儲層、電解質層、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PVB夾層在高壓釜中復合。此工藝僅適用于平面玻璃，曲面鍍膜厚度偏差>15%，且響應速度隨面積增大而顯著下降（約5min/m2），大多應用于大面積建筑幕墻。

無機EC產品制造流程

有機EC采用卷對卷涂布柔性工藝，以PET-ITO薄膜為基底，經等離子清洗后，通過狹縫涂布依次涂布電致變色層、全固態凝膠電解質及離子存儲層。涂布后經分段烘箱干燥與紫外固化交聯，最后與鋼化玻璃通過PVB膠膜熱壓復合。有機EC材料可兼容剛性和柔性基底，且響應速度比無機EC快，可應用于消費電子及使用曲面玻璃的交通領域。

有機EC產品制造流程

4 電致變色在AR眼鏡中的應用及代表企業

電致變色材料在AR眼鏡上有兩種應用方式：一種是在玻璃基材鍍膜，屬于前裝，需要在AR眼鏡的設計環節介入，這種方式可以有效地與波導片進行結合，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，可以通過后裝的方式外掛在已有的AR眼鏡產品上。兩種皆適用于陣列、衍射、全息等波導方案的眼鏡產品。

提供電致變色材料/技術的企業主要有伯宇科技、華瓴光學、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、生產、銷售、代加工、售后為一體的高科技企業，致力于下一代數控變色技術與產品的開發與應用。伯宇科技基于無機全固態數控變色材料開發的“數控電致變色鏡片”可以為AR產品提供更自然、更沉浸的體驗，被廣泛應用于三星電子、小米等全球頂尖廠商的智能眼鏡，它能夠極大地提升AR設備的成像質量和用戶體驗，已經成為AR行業的核心合作伙伴。

數控電致變色鏡片，圖源：伯宇科技

寧波華瓴光學技術有限公司

華瓴光學成立于2021年，是一家全球領先的電致變色系統器件的方案提供商。華瓴光學核心團隊擁有多年電致變色產品全套核心專利技術和持續更新迭代的雄厚技術和制造能力，通過整合光學技術、半導體封裝技術、消費電子上下游產業鏈資源，已形成在消費電子、車載、安防及光學成像產品領域強大的市場競爭力。公司研發的柔性凝膠態電致變色技術，不僅能變色，還具有任意曲度、透光率高、多尺寸等特點，極大地拓寬了應用領域，尤其是在AR領域中極具意義。

圖源：華瓴光學

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領域具有重要影響力的創新型科技公司。光羿科技致力于第三代EC技術的開發和商業化，顛覆性采用卷對卷工藝，高效量產柔性薄膜基底產品，為汽車、建筑、消費電子等更多領域提供產品和解決方案。

圖源：光羿科技公眾號

覽銳光電(杭州)有限公司

覽銳光電于2015年7月在美國科技中心硅谷成立，是全球最早探索柔性大面積電致調光薄膜技術的企業之一。公司專注于電致變色核心技術研發與產業化落地，致力于開發最新一代全柔性卷對卷高速涂布的高分子調光薄膜，通過極致的全固體材料系統及高效率生產制程，推動電化學變色調光技術的廣泛應用及大面積安裝。公司持續深耕消費電子領域，進一步拓展電致變色技術在AI/AR眼鏡等應用范圍，推動新一代技術產品快速迭代。

薄膜產品，圖源：覽銳光電

參考來源：

[1]趙海燕等：智能調光技術研究進展及產業化情況分析

[2]冉東生：電致變色智能材料的應用與發展

[3]莊碧瑩等：電致變色材料的研究與應用進展

[4]小米技術、維深 Wellsenn XR、公司官網