CN102540611B - 电致变色显示元件,显示器以及信息装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电致变色显示元件、显示器及信息装置，所述电致变色显示元件包括显示基板，面对显示基板的对向基板，设置在显示基板和对向基板之间的多个显示电极，形成在相应显示电极上的电致变色层，多个以预定间隔设置在对向基板上的驱动元件，多个设置在驱动元件上的像素电极，以连续层的形式在像素电极之上形成的电荷保持层，电荷保持层由包括聚合物以及导电微粒和半导体微粒中的一种的混合膜形成，以及夹在显示基板和电荷保持层之间的电解质层。

Description

电致变色显示元件,显示器以及信息装置
技术领域
本发明通常涉及电致变色显示元件，显示器以及信息装置，并且更具体地涉及反射型电致变色显示元件，具有这种反射型电致变色显示元件的显示器以及具有这样的显示器的信息装置。
背景技术
电子纸已经不断发展为替代传统纸张的信息介质。这样的电子纸通常由显示元件形成。用于电子纸的显示元件理想地是(1)反射性显示元件，包括(2)高的白反射率，(3)高的对比度，(4)实现高分辨显示的能力，(5)实现记忆效应的能力和(6)低电压驱动的能力，以及(7)轻薄，和(8)廉价。尤其是，用于电子纸的显示元件希望是比传统纸张具有更高的白反射率和对比度。
各种类型的显示元件已经被提议用于电子纸。所提议的显示元件的例子包括利用液晶反射的反射型液晶显示元件，利用电泳的电泳显示元件和利用色调剂迁移的显示元件。然而，所提议的显示元件当保持高于传统纸张的白反射率和对比度时不能实现多色显示。
通常，显示元件包括用于多色显示的不同的彩色滤光片。然而，由于彩色滤光片自身吸收光，使用彩色滤光片的显示元件的反射率降低。进一步，由于使用彩色滤光片的显示元件中的每个像素被划分为红(R)，绿(G)和蓝(B)的三个颜色部分，显示元件的反射率会显著降低。
如果显示元件的白反射率和对比度显著降低，显示元件的可见度会显著降低。因此，该显示元件不适于用在电子纸中。
作为有潜力的反射型显示元件，使用“电致变色”的技术已被提出。
电致变色是通过具有可逆变化的光学特性的特定材料在对材料施加一定的电压时显示的现象。这种实现“电致变色”的特定材料的最常规的例子包括化学化合物，其在电压施加到所述化学化合物时引起可逆的氧化还原反应以可逆地改变其颜色。实现“电致变色”的特定材料以下被称为“电致变色化合物”。
电致变色显示元件定义为利用电致变色化合物的显色/消色的显示元件。
电致变色显示元件是反射型显示元件，具有记忆效应，且能由低电压驱动。因此，作为用于电子纸的显示器的有前途的候选之一，电致变色显示元件已被从材料研发到器件设计广泛研究。
此外，由于基于电致变色化合物的各种结构，电致变色显示元件能够显影各种颜色，电致变色显示元件期望用于多色显示元件。
例如，日本专利申请公开号第2003-121883(以下引作“专利文献1”)公开了一种具有由聚合物微粒层形成的有机电致变色层的电致变色显示元件。
日本专利申请公开号第2006-106669(以下引作“专利文献2”)公开了一种具有显影不同颜色的不同电致变色化合物或不同电致变色层的多色显示元件。
日本专利申请公开号第2010-33016(以下引作“专利文献3”)公开了一种具有对应不同显示电极设置的不同电致变色层的电致变色显示器。
此外，日本专利第3934420(以下引作“专利文献4”)公开了一种能够减少切换时间的电致变色显示元件。所公开的电致变色显示元件包括在显示电极上的由导电金属氧化物形成的第一纳米结构膜。第一纳米结构膜形成在显示电极上以保持电致变色化合物。所公开的电致变色显示元件进一步包括在对向电极上的由导电金属氧化物形成的第二纳米结构膜。第二纳米结构膜形成在显示电极上以保持对向材料，其是从电致变色化合物的氧化还原反应引发反相氧化还原反应的材料。也即，专利文献4公开的电致变色显示元件的第一和第二纳米结构膜具有用于保持各自的电致变色化合物和对向材料的大的特定表面面积，这会提高显色或消色效率和减少电致变色显示元件的切换时间。专利文献4所公开的用在电致变色显示元件中的由导电金属氧化物形成的纳米结构膜是适当掺杂的在金属量级的低阻膜，其具有低于1.0E+05欧姆/平方(ohm/square)的表面电阻以及接近3μm的膜厚。
在使用电致变色显示元件的实际的电子纸的开发中，薄膜晶体管(TFTs)常常作为驱动元件。在TFT中，像素电极(即，对向电极)以微间隔设置。如果专利文献4中公开的低阻层形成在如上制备的像素电极上，低阻层需要分别形成在以微间隔设置的像素电极中的每个上。
在这种情况下，如果低阻层连续形成为跨越像素电极(即，被一个低阻层覆盖)以简化复杂的制造工艺，由于在驱动电致变色显示元件显色或消色时电荷扩散而会发生混色或图像模糊。结果，颜色不会以需要的形状显示或得到不足的显影，其会大幅度地地降低电致变色显示元件的显示质量。
一般地，电致变色显示元件经常由于电解质接触作为电极(尤其是对向电极)的金属或导电金属氧化物引起的腐蚀而劣化，并因此，需要某种用于保护电极免于这样的腐蚀的实用的保护层。
发明内容
本发明的一个实施例的一个目的是提供一种能够实现卓越的显示质量且以低成本简单工艺制造的电致变色显示元件。
本发明的一个实施例的另一个目的是提供一种能够以高分辨率显示信息且无需增加制造成本来制造的显示器。
本发明的一个实施例的再一个目的是提供一种能够以高分辨率显示信息且无需增加制造成本来制造的信息装置。
在一个实施例中，提供的电致变色显示元件包括：显示基板；面对显示基板的对向基板；设置在显示基板和对向基板之间的显示电极；形成在各自显示电极上的电致变色层；多个以预定间隔设置在对向基板上的驱动元件；多个设置在驱动元件上的像素电极；作为连续层形成在像素电极之上的电荷保持层，电荷保持层由包括聚合物以及导电微粒和半导体微粒中的一种的混合膜形成；以及夹在显示基板和电荷保持层之间的电解质层。
在另一个实施例中，提供了一种显示器，其包括：所述电致变色显示元件；配置为储存显示数据的视频随机存取存储器；以及配置为基于存储在视频随机存取存储器中的显示数据而控制多个电致变色显示元件的显示控制器。
在再一个实施例中，提供了一种信息装置，其包括所述显示器；以及配置为在显示器上显示信息的控制器。
实施例的另外的目的和优点将在接下来的描述中部分地阐明，且部分地将从描述中显而易见，或从本发明的实践中学到。应理解前面的概述和接下来的细节描述都只是示例和说明性的且不受本发明如权利要求的限制。
附图说明
实施例的其他目的和进一步特征将通过结合附图和下面的细节描述而更加明显，其中：
图1是表示根据一个实施例的电子书阅读器的示意性结构图；
图2是表示电致变色显示元件的结构图；
图3是表示电致变色层的图；
图4是表示测试电致变色显示元件的图；
图5是表示作为比较例制备的电致变色显示元件的图；以及
图6是表示电荷保持层的效果的表。
具体实施方式
接下来，将参考图1-6描述优选的实施例。图1是表示根据一个实施例的电子书(e-book)阅读器100的示意性结构图。
e-book阅读器100包括显示器110，主控制器(控制装置)120，ROM 130，RAM 132，闪存134，字符产生器136以及接口138。注意图1中的箭头指示典型的信号流或信息流，因此其不表示任何块之间的连接关系。
ROM 130储存各种程序和用于执行程序的必需的不同的数据，所述各种程序以可由主控制器120解码的相应代码书写。
RAM 132是工作存储器。
闪存134储存电子数据的形式的e-books的内容。
字符产生器136储存对应于各种字符数据的点数据。
接口138配置为控制外部装置和e-book阅读器100之间的连接。接口138可与记忆卡，个人电脑PC和公用线(公用电路)连接。注意接口138既可无线又可有线地连接到个人电脑(PC)和公用线上。
显示器110包括具有触摸面板的显示面板10，视频随机存取存储器(VRAM)41，显示控制器43和触摸面板驱动器45。
显示面板10配置为显示由像素(点)形成的全色图像。
VRAM 41储存要显示在显示面板10上的数据(以下简称为“显示数据”)。注意储存在VRAM 41中的显示数据对应显示面板10的多个像素，这样显示数据包括对于每个像素的不同的显示颜色信息。
显示控制器43配置为以预定时间检索储存在VRAM 41中的显示数据并基于显示数据单独控制在显示面板10上显示的相应像素。在这种配置中，显示控制器43向显示面板10输出用于指定像素以显影其颜色的像素选择信号和用于指定特定像素的颜色的颜色指定信号。
触摸面板驱动器45向主控制器120输出指示使用者在显示面板10上的触摸位置的位置信息。
主控制器120基于储存在ROM 130中的程序整体控制e-book阅读器100的上述部件。
例如，当使用者打开电源，主控制器120从ROM 130中检索初始化的菜单图像数据，通过查阅字符产生器136将检索到的图像数据转换为点数据，并将转换的点数据传送到VRAM 41中。初始化的菜单屏幕被以此种方式显示在显示面板10上。注意储存在闪存134中的内容的列表被显示在初始化的菜单屏幕上。
当使用者触摸显示在显示面板10上的菜单中的一个以选择菜单时，主控制器120获得基于由触摸面板驱动器45提供的位置信息由使用者选择的相对应的内容条目。
例如，当使用者通过选择内容条目要求浏览菜单的内容中的一个时，主控制器120从闪存134中检索对应的内容条目的电子数据，通过查阅字符产生器136将检索到的电子数据转换为点数据，并将转换的点数据转移到VRAM 41中。
此外，当使用者要求通过网络购买需求的e-book的内容时，主控制器120通过接口138而访问所需求的书的预定的购买站点，并当使用者进入购买所需求的书的内容时作为普通的浏览器使用。也就是说，购买站点上的信息显示在显示面板10上。当使用者通过从购买站点下载所述内容的电子数据已经购买所需求的书的内容时，主控制器120将所述下载的电子数据储存到闪存134中。
接下来，显示面板10将如下所述。显示面板10包括多个电致变色显示元件20和驱动每个电致变色显示元件20的驱动电路。
图2表示了电致变色显示元件20中的一个的结构。电致变色显示元件20包括显示基板21，第一显示电极22，第一电致变色层23，绝缘层24，第二显示电极25，第二电致变色层26，绝缘层27，第三显示电极28，第三电致变色层29，电解质层30，白反射层31，电荷保持层(高阻层)32，像素电极(对向电极)33，薄膜晶体管(TFT)层34以及对向基板35。
注意图2中，z轴方向定义为XYZ三维直角坐标系中的垂直于显示基板21的表面的方向。
显示基板21是可由玻璃或塑料膜制成的透明基板。
第一显示电极22配置为显影第一电致变色层23的颜色。
第二显示电极25配置为显影第二电致变色层26的颜色。
第三显示电极28配置为显影第三电致变色层29的颜色。
第一，第二和第三显示电极是可由铟锡氧化物(ITO)，掺杂氟的氧化锡(FTO)，锑锡氧化物(ATO)和类似物制成的透明电极。
第一电致变色层23配置为显影青色。
第二电致变色层26配置为显影洋红色。
第三电致变色层29配置为显影黄色。
第一，第二和第三电致变色层的颜色的梯度可随在第一，第二和第三显示电极各自和像素电极33之间施加的电压的电平(level)而变化。
第一，第二和第三电致变色层中的每个包括技术上已知的电致变色化合物，如颜料基电致变色化合物，聚合物基电致变色化合物，金属复合电致变色化合物以及金属氧化物电致变色化合物。
聚合物基电致变色化合物和颜料基电致变色化合物的具体的例子包括小分子有机电致变色化合物如偶氮苯化合物，蒽醌化合物，二芳乙烯化合物，二氢芘化合物，联吡啶化合物，苯乙烯基化合物，苯乙烯基螺吡喃化合物，螺恶嗪化合物，螺噻喃(spiro thiopyran)化合物，硫靛化合物，四硫富瓦烯化合物，对苯二酸化合物，三苯甲烷化合物，三苯胺化合物，萘并吡喃化合物，紫精化合物，吡唑啉化合物，吩嗪化合物，苯二胺化合物，吩恶嗪化合物，吩噻嗪衍生物酞菁化合物，荧烷化合物，俘精酸酐化合物，苯并吡喃化合物，茂金属化合物，或高分子化合物如聚苯胺和聚噻吩。
优选聚合物基电致变色化合物和颜料基电致变色化合物包括例如，在日本专利第3955641号和日本专利申请公开第2007-171781号中已公开的联吡啶化合物，或例如，在日本专利申请公开第2007-171781号和日本专利申请公开第2008-116718号中已公开的紫精化合物。联吡啶化合物和紫精化合物表现出低电压下的显色和消色，且表现出足够的色值。
金属氧化物电致变色化合物的例子包括氧化钨，氧化钼，氧化铱，氧化铟，氧化钛，氧化镍，氧化钒和普鲁士蓝。
在这个实施例中，如图3中的电致变色层的例子所示，电致变色化合物承载于导电微粒或半导体微粒上。
尤其是，具有颗粒尺寸范围在5到50nm的微粒被施加在显示电极的相应的表面上，显示电极在预定条件(温度和持续时间)下被加热，使得施加在显示电极的表面上的微粒部分结合在相应的显示电极上，且微粒部分结合在其之间。具有极性基，如膦酸基，羧基和硅烷醇基的有机电致变色化合物被吸附在微粒的表面上。
在具有上述结构的电致变色层中，由于利用微粒的大的表面面积，电子被有效地注入到有机电致变色化合物中，有机电致变色化合物可表现出显影颜色的高密度和显色及消色的高速率(速度)。此外，本实施例中使用的电致变色层可变为使用微粒的透明层，并因此电致变色层可获得高的白反射率。注意微粒可保持各种有机电致变色化合物。
导电微粒和半导体微粒的例子优选包括，但不限于，金属氧化物。更具体地，导电微粒和半导体微粒的例子包括金属氧化物作为主要成分，其例子包括氧化钛，氧化锌，氧化锡，氧化锆，氧化铈，氧化钇，氧化硼，氧化镁，钛酸锶，钛酸钾，钛酸钡，钛酸钙，氧化钙，氧化铪，氧化钨，氧化铁，氧化铜，氧化镍，氧化钴，氧化钡，氧化锶，氧化钒，磷酸钙，以及铝硅酸盐。
上述金属氧化物可单独使用或以两种或更多结合的方式使用。注意如果要求显色和消色中获得更高响应速度，优选使用氧化钛，氧化锌，氧化锡，氧化锆，氧化铁，氧化镁，氧化铟和氧化钨中的任一，或混合物。氧化钛作为导电微粒和半导体微粒的使用可显著增加显色和消色中的响应速度。
此外，导电微粒和半导体微粒的形状不会特别确定。然而，优选导电微粒和半导体微粒包括大的每单位体积的表面面积(以下称为“比表面积”)。例如，如果导电微粒和半导体微粒是具有大的比表面积的纳米颗粒聚集体，导电微粒和半导体微粒能有效保持电致变色化合物。
绝缘层24提供在第一电致变色层23和第二显示电极25之间以使绝缘层24将第一电致变色层23与第二显示电极25电绝缘，反之亦然。
绝缘层27提供在第二电致变色层26和第三显示电极28之间以使绝缘层27将第二电致变色层26与第三显示电极28电绝缘，反之亦然。
利用这样的配置，第一电致变色层23，第二电致变色层26以及第三电致变色层29可分别控制显色和消色，并由此，电致变色显示元件20可显示全色图像。
绝缘层24和27不需特别指定且可由任何多孔绝缘材料形成；然而，优选绝缘层24和27由表现出良好的绝缘性，耐久性和沉积特性的绝缘材料形成。尤其优选绝缘层24和27由至少包括ZnS的材料形成。包括ZnS的材料可高速沉积且不损害电致变色层。包括ZnS作为主要成分的材料的例子包括ZnO-SiO2，ZnS-SiC，ZnS-Si和ZnS-Ge。
电解质层30中，离子在显示电极和对向电极(像素电极)之间迁移以移动电荷，其可引起相应的电致变色层的显色反应和消色反应。因此，相应的电致变色层设置在电解质层30内侧。
电解质层30可由无机离子盐如碱金属盐或碱土金属盐，季铵盐或酸，以及碱性电解质形成。尤其是，电解质层30可由LiClO4，LiBF4，LiAsF6，LiPF6，LiCF3SO3，LiCF3COO，KCl，NaClO3，NaCl，NaBF4，NaSCN，KBF4，Mg(ClO4)2，和Mg(BF4)2形成。
电解质层30可由离子液体形成。尤其是，包括表现出具有包括室温在内的大的温度范围的流动性的分子结构的有机离子液体。具有所述分子结构的这样的有机离子液体的阳离子成分的例子包括芳香盐如咪唑衍生物包括“N，N-二甲基咪唑盐”，“N，N-甲基乙基咪唑盐”和“N，N-甲基丙基咪唑盐”；吡啶盐衍生物包括“N，N-甲基丙基吡啶盐”；或脂肪族季铵盐如四烷基季铵盐包括“三甲基丙基季铵盐”，“三甲基己基季铵盐”和“三乙基己基季铵盐”。
考虑到环境稳定性，具有所述分子结构的这样的有机离子液体的阴离子成分的例子包括包含“BF4-”，“CF3SO3-”，“PF4-”和“(CF3SO2)2N-”的化合物。
可替代的，具有所述分子结构的离子液体被指定为基于上述可使用的阳离子成分和阴离子成分的组合。这些离子液体可直接溶解在任何可光聚合的单体，低聚物和液晶材料中。注意如果上述离子液体表现差的溶解性，则可溶解于少量诸如碳酸丙烯，乙腈，γ-丁内酯，碳酸乙烯酯，环丁砜，二氧戊环，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，二甲基亚砜，-二甲氧基乙烷，-乙氧基甲氧基乙烷，聚乙二醇，和酒精的溶液中，且所得到的溶液可与任何可光聚合的单体，低聚物和液晶材料混合。
白反射层31用于提高白反射率。白反射层31可通过将白色颜料颗粒分散在电解质层30中形成。白色颜料颗粒的例子包括氧化钛，氧化铝，氧化锌，硅土，氧化铯和氧化钇。
当接受电荷时电荷保持层(高阻层)32作为各个显示电极和像素电极33之间的缓冲，这会降低施加在各个显示电极和像素电极33之间的电压。结果，显色和消色的重复的持续性得到提高。
电荷保持层32由聚合物与导电微粒和半导体微粒中之一的混合膜形成。
用于形成混合膜的聚合物的例子包括，但不限于，丙烯酸材料，醇酸材料，氟材料，异氰酸材料，聚氨酯材料，氨基材料，环氧材料和酚材料。
用于形成混合膜的导电微粒的例子包括ITO，FTO和ATO。用于形成混合膜的半导体微粒的例子包括如钛，锆，铪，铬，钼，钨，钒，铌，钽，银，锌，锶，铁和镍的氧化物。
混合膜可由聚合物材料和微粒材料混合形成，将聚合物材料和微粒材料分散到分散介质中，并通过旋涂，刮涂或其他印刷方法将得到的分散物施加到像素电极33上。在这种情况下，所述分散物并不必须选择被施加在单独的像素电极33上，而可被施加在像素电极33之间的部分上。电致变色显示元件在制造上的可加工性得到提高，与不使用电荷保持层的电致变色显示元件的制造成本相比其可降低制造成本。
电荷保持层32中，用于形成混合膜的聚合物材料和微粒材料的混合比，和混合膜的膜厚没有限制。然而，优选所得到的混合膜具有1.0E+06欧姆/平方或以上的表面电阻率。如果电荷保持层32满足上述条件，电致变色显示元件20的驱动电压会稳定而无需增加，电致变色显示元件20会表现出卓越的显色和消色，电致变色显示元件20在重复显色和消色的耐久性会提高，且通过抑制电荷在膜平面化的方向上的扩散以降低图像模糊，电致变色显示元件20确保了高分辨图像。也就是说，电致变色显示元件20能得到高分辨图像而不允许电荷相互影响临近的像素显影或消除对应的颜色。
同时，优选各个电致变色层的电致变色化合物既可由氧化的颜色显影材料又可由还原的颜色显影材料形成。此时，如果各个电致变色层的电致变色化合物由氧化的颜色显影材料形成，则尤其优选的是与聚合物材料混合的微粒由ATO形成。另一方面，如果各个电致变色层的电致变色化合物由还原的颜色显影材料形成，则尤其优选的是，与聚合物材料混合的微粒由氧化钨形成。在上述两种情况(例如使用氧化和还原的颜色显影材料)中，电致变色显示元件20的驱动电压降低且电致变色显示元件20在重复显色和消色的耐久性会提高。
像素电极33对应于显示面板10的单独的像素设置，且配置为控制单独的显示电极的控制电势。用于像素电极33的材料不需要特别指定，只要该材料具有导电率。用于像素电极33的材料的例子包括透明导电膜如ITO，FTO或氧化锌，金属导电膜如锌或铂，或碳。
第一电致变色层23的显色和消色可由控制施加在第一显示电极22和像素电极33之间的电压而控制。
此外，第二电致变色层26的显色和消色可由控制施加在第二显示电极25和像素电极33之间的电压而控制。
而且，第三电致变色层29的显色和消色可由控制施加在第三显示电极28和像素电极33之间的电压而控制。
TFT层34提供在像素电极33和对向基板35之间，具有对应于单独的像素电极33的驱动元件。也就是说，像素电极33中的每一个布置在对向基板35的驱动元件中对应的一个上。
在本实施例，从显示控制器43提供像素选择信号以驱动与基于从显示控制器43提供的像素选择信号所选择的像素相对应的驱动元件，且预定电压被施加到所选择的像素上。注意像素选择信号配置为在水平方向和垂直方向上指定所选择像素的位置，类似于液晶显示器(LCD)的相关技术。
另外，从显示控制器43提供颜色确定信号以施加预定电压到与基于颜色确定信号所确定的颜色相对应的显示电极上。
接下来，描述电致变色显示元件20的制造工艺。
(1)电解质层前体的制备
首先，制备高氯酸四丁基铵(TBAP)/聚丙烯碳酸盐(PC)溶液。TBAP在TBAP/PC溶液中的浓度是2mol/l。
接着，PNLC液晶化合物，单体化合物和聚合引发剂的混合物(产品名：“PNM-170”可由日本DIC公司获得)添加到上述TBAP/PC溶液中。
所合成的溶液中的TBAP的浓度调配为接近0.04mol/l。调配的溶液用于制备电解质层前体。
此后，为调整要形成的电解质层的厚度，具有10μm颗粒尺寸的球形树脂珠分散在电解质层前体中以使分散的球形树脂珠的浓度为0.2wt％。
(2)显示电极，电致变色层和白反射层的制备
ITO膜通过溅射以大约100nm的厚度沉积在用作显示基板21的玻璃基板(40*40mm)整个表面上来制备第一显示电极22。第一显示电极22的表面电阻率接近200欧姆/平方。
氧化钛纳米颗粒分散物(产品名：“SP210”由Showa Titanium公司制造)旋涂在第一显示电极22上并以120℃下进行15分钟的退火以形成氧化钛颗粒膜。
接着，用作电致变色化合物的包含1wt％的4，4’-(异恶唑-3，5-二基)双(1-(2-膦酸乙基)吡啶鎓)溴化物的2，2，3，3-四氟丙醇(以下称为“TFP”)溶液通过旋涂被施加到氧化钛颗粒膜上并然后在120℃下进行10分钟的退火以形成由氧化钛颗粒和电致变色化合物构成的第一电致变色层23。
接着，0.1wt％的聚(N-乙烯基乙酰胺)乙醇溶液和0.5wt％的聚(乙烯醇)水溶液通过旋涂被施加到第一电致变色层23上以形成保护层。
具有8∶2的组分比的ZnS-SiO2被溅射沉积在保护层上以形成具有140nm膜厚的绝缘层24。
ITO膜通过溅射在绝缘层24上形成，使得ITO膜的膜厚大约为100nm，由此形成第二显示电极25。第二显示电极25的表面电阻率接近200欧姆/平方。
氧化钛纳米颗粒分散物“SP210”(由Showa Titanium公司制造)旋涂在第二显示电极25上并然后在120℃下进行15分钟的退火以形成氧化钛颗粒膜。
接着，包含1wt％的4，4’-(1-苯基-1H-吡咯-2，5-二基)双(1-(4-(膦酸甲基)苯甲基)吡啶鎓)溴化物的TFP溶液(用作电致变色化合物)通过旋涂被施加到氧化钛颗粒膜上并以120℃下进行10分钟的退火以形成由氧化钛颗粒和电致变色化合物构成的第二电致变色层26。
接着，0.1wt％的聚(N-乙烯基乙酰胺)乙醇溶液和0.5wt％的聚(乙烯醇)水溶液通过旋涂被施加到第二电致变色层26上以形成保护层。
具有8∶2的组分比的ZnS-SiO2被溅射沉积在保护层上以形成具有140nm膜厚的绝缘层27。
ITO膜通过溅射形成在绝缘层27上，使得ITO膜的膜厚大约为100nm，由此形成第三显示电极28。第三显示电极28的表面电阻率接近200欧姆/平方。
氧化钛纳米颗粒分散物“SP210”(由Showa Titanium公司制造)旋涂在第三显示电极28上并然后在120℃下进行15分钟的退火以形成氧化钛颗粒膜。
接着，包含1wt％的4，4’-(4，4’-1，3，4-恶二唑-2，5-二基)双(4，1-亚苯基))双(1-(8-膦酸辛基)吡啶鎓)溴化物的TFP溶液(用作电致变色化合物)通过旋涂被施加到氧化钛颗粒膜上并然后在120℃下进行10分钟的退火以形成由氧化钛颗粒和电致变色化合物构成的第三电致变色层29。
由氧化钛和水性聚氨酯树脂组成的TFP分敝物旋涂在第三电致变色层29上并然后在120℃下进行10分钟的退火以形成白反射层31。
如上述得到的第一，第二和第三显示电极22，25和28，第一，第二和第三电致变色层23，26和29，以及白反射层31被壁构件(见图2)封闭。
注意由第一，第二和第三显示电极22，25和28，第一，第二和第三电致变色层23，26和29，白反射层31和壁构件组成的结构体方便起见称为“第一结构体”。
(3)像素电极和电荷保持层的制备
具有驱动元件的TFT层34以140ppi的密度形成在用作对向基板35的玻璃基板(40*40mm)上。
ITO膜以大约100nm的厚度沉积在TFT层34整个表面上并通过光刻以形成对应TFT层34的驱动元件的像素电极33。
由水性聚氨酯树脂和ATO纳米颗粒(由Mitsubishi Materials公司制造)组成的TFP分散物旋涂在像素电极33上并然后在120℃下进行15分钟的退火以形成电荷保持层32。注意ATO纳米颗粒和聚合物的混合比按重量百分比为45∶55，电荷保持层32的厚度是0.64μm，且电荷保持层32的表面电阻率是1.0E+06欧姆/平方。
注意由像素电极33和电荷保持层32组成的结构体方便起见称为“第二结构体”。
(4)电致变色显示元件的制备
在上述(1)中制备的电解质层前体从上述(2)中制备的第一结构体的白反射层31的上表面涂敷(注入)。
上述(3)中制备的第二结构体的电荷保持层32然后叠加到涂敷白反射层31的电解质层前体上。
得到的产品(电荷保持层32叠加到涂敷白反射层31的电解质层前体上)使用高压汞灯经具有365nm的中心波长和50mW/cm2的照射强度的紫外线照射2分钟，使得电解质层前体经历聚全相分离(PIPS)以形成电解质层30。
接着，当如此形成的电致变色显示元件20的驱动元件以预定方法驱动时，第一电致变色层23，第二电致变色层26和第三电致变色层29显示图像，其允许电致变色显示元件20显示清晰的彩色图像。在这种情况下，电致变色显示元件20的驱动元件被驱动的时间和电致变色显示元件20显示图像的时间之间的持续时间接近500ms。同样地，电致变色显示元件20的驱动元件被驱动的时间和电致变色显示元件20消除图像的时间之间的持续时间接近500ms。
电致变色显示元件20显示彩色图像之后，电致变色显示元件20被允许在显示彩色图像时持续30分钟。结果表明没有观察到所显示彩色图像的显著改变或图像模糊。
接着，彩色图像的显示和消除交替重复1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后没有观察到彩色图像的显示状态的显著改变。
接着，制备图4中所示的测试电致变色显示元件20A以检验电荷保持层32的效果。注意测试电致变色显示元件20A中与电致变色显示元件20中相同或相似的部件具有相同的附图标记且其描述被简化或省略。
测试电致变色显示元件20A具有一个电致变色层23，和代替像素电极33的具有150μm线宽、150μm间距和40mm线长的对向电极36。
当在测试电致变色显示元件20A的用作阳极的显示电极22和测试电致变色显示元件20A的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，电致变色层23沿对向电极36的条形图案显色。电致变色层23以接近500ms快速显色。随后，当施加-6V电压时，电致变色层23以接近500ms快速消色。
在电致变色显示元件20B中，电致变色层23也被允许在显示彩色图像的同时持续30分钟。结果表明没有观察到所显示彩色图像的显著改变或图像模糊。所显示的图像进一步被长度测量显微镜测量。测量结果表明显色条的宽度158μm且由于电荷扩散带来的颜色扩展(渗入)的宽度只有4μm。
在测试电致变色显示元件20A中，彩色图像的显示和消除以类似于电致变色显示元件20的方式交替重复1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后既没有观察到在彩色显影和消除操作中的显著变化也没有观察到彩色显影中的任何显示缺陷。
图5表示电致变色显示元件20B，其被制备为从电致变色显示元件20A中去除电荷保持层32的比较例1。
当在电致变色显示元件20B的用作阳极的显示电极22和电致变色显示元件20B的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，电致变色层23沿对向电极36的条形图案显色。电致变色层23以接近500ms快速显色。随后，当施加-6V电压时，电致变色层23以接近500ms快速消色。
电致变色显示元件20B中，电致变色层23也被允许在显示彩色图像时持续30分钟。结果表明没有观察到所显示彩色图像的显著改变或图像模糊。
然而，当电致变色显示元件20B交替重复显示和消除颜色时，显影的颜色密度逐渐降低且在电致变色显示元件20B重复显示和消除颜色约400次之后观察到重大的显示缺陷(颜色密度可变性)。
通过将电致变色显示元件20A中的电荷保持层32的膜厚和表面电阻率分别变为2.3μm的膜厚和2.0E+05欧姆/平方，制备电致变色显示元件20C为比较例2。
当在电致变色显示元件20C的用作阳极的显示电极22和电致变色显示元件20C的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，显色后立即观察到显著的图像模糊，且电致变色层23沿对向电极36的条形图案显影难以察觉的颜色。
注意在电致变色显示元件20C中，交替重复显示和消除颜色1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后没有观察到在彩色显影和消除操作中的显著变化。
通过将电致变色显示元件20A中的电荷保持层32的膜厚和表面电阻率分别变为1.1μm的膜厚和6.2E+05欧姆/平方，制备电致变色显示元件20D为比较例3。
当在电致变色显示元件20D的用作阳极的显示电极22和电致变色显示元件20D的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，显色后立即观察到显著的图像模糊，且电致变色层23沿对向电极36的条形图案显示难以察觉的颜色。
注意在电致变色显示元件20D中，交替重复显示和消除颜色1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后没有观察到在彩色显影和消除操作中的显著变化。
通过将电致变色显示元件20A中的电荷保持层32的膜厚和表面电阻率分别变为0.85μm的膜厚和8.9E+05欧姆/平方，制备电致变色显示元件20E为比较例4。
当在电致变色显示元件20E的用作阳极的显示电极22和电致变色显示元件20E的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，显色后电致变色层23立即沿对向电极36的条形图案显影可察觉的颜色。然而，由于图像模糊，在几分钟后显色的条形图案变得不可察觉。
注意在电致变色显示元件20E中，交替重复显示和消除颜色1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后没有观察到在彩色显示和消除操作中的显著变化。
制备电致变色显示元件20F为比较例5。电致变色显示元件20F通过水性聚氨酯树脂和ATO纳米颗粒(由Mitsubishi Materials公司制造)组成的TFP分散物制备。其中ATO纳米颗粒和聚合物的混合比(wt％)是30/70，且形成具有膜厚为1.6μm，表面电阻率是9.3E+05欧姆/平方的电荷保持层32。
当在电致变色显示元件20F的用作阳极的显示电极22和电致变色显示元件20F的用作阴极的对向电极36间施加6V电压时，显色后电致变色层23立即沿对向电极36的条形图案显示可察觉的颜色。然而，由于图像模糊在几分钟后显色的条形图案变得不可察觉。
注意在电致变色显示元件20F中，交替重复显示和消除颜色1000次。然而，在彩色图像的显示和消除重复之后没有观察到在彩色显示和消除操作中的显著变化。
通过将电致变色显示元件20A中的电荷保持层32的膜厚和表面电阻率分别变为0.35μm的膜厚和3.1E+05欧姆/平方，制备电致变色显示元件20A1为变形例1。电致变色显示元件20A1在显色和消色操作，图像模糊和重复的耐久性中表现的结果大致类似于电致变色显示元件20A所得到的结果。
制备电致变色显示元件20A2为电致变色显示元件20A的变形例2。电致变色显示元件20A2通过水性聚氨酯树脂和ATO纳米颗粒(由Mitsubishi Materials公司制造)组成的TFP分散物制备。其中ATO纳米颗粒和聚合物的混合比(wt％)是30/70，且形成具有膜厚为1.2μm，表面电阻率是1.5E+06欧姆/平方的电荷保持层32。电致变色显示元件20A2在显色和消色操作，图像模糊和重复的耐久性中表现的结果大致类似于电致变色显示元件20A所得到的结果。
制备电致变色显示元件20A3为电致变色显示元件20A的变形例3。电致变色显示元件20A3通过水性聚氨酯树脂和ATO纳米颗粒(由Mitsubishi Materials公司制造)组成的TFP分散物制备。其中ATO纳米颗粒和聚合物的混合比(wt％)是30/70，且形成具有膜厚为0.84μm，表面电阻率是6.1E+06欧姆/方块的电荷保持层32。电致变色显示元件20A3在显色和消色操作，图像模糊和重复的耐久性中表现的结果大致类似于电致变色显示元件20A所得到的结果。
制备电致变色显示元件20A4为电致变色显示元件20A的变形例4。电致变色显示元件20A4通过水性聚氨酯树脂和ATO纳米颗粒(由Mitsubishi Materials公司制造)组成的TFP分散物制备。其中ATO纳米颗粒和聚合物的混合比(wt％)是30/70，且形成具有膜厚为0.43μm，表面电阻率是1.0E+07欧姆/平方的电荷保持层32。电致变色显示元件20A4在显色和消色操作，图像模糊和重复的耐久性中表现的结果大致类似于电致变色显示元件20A所得到的结果。
如图6所示，这些结果表明如果电致变色显示元件具有表面电阻率为1.0E+06欧姆/平方或更高的电荷保持层，电致变色显示元件表现出减少的图像模糊和优越的重复耐久性。
如上所述，根据本实施例的电致变色显示元件20包括显示基板21，第一显示电极22，第一电致变色层23，绝缘层24，第二显示电极25，第二电致变色层26，绝缘层27，第三显示电极28，第三电致变色层29，电解质层30，白反射层31，电荷保持层(高阻层)32，像素电极(即，对向电极)33，薄膜晶体管(TFT)层34以及对向基板35。
电荷保持层32由聚合物与导电微粒或半导体微粒的混合膜形成，且包括1.0E+06欧姆/平方或以上的表面电阻率。
具有这种结构，电致变色显示元件20在重复显色和消色上表现出优越的耐久性且减少了图像模糊。结果，由电致变色显示元件20形成的显示面板10可稳定地显示具有良好分辨率的图像。
此外，由电致变色显示元件20形成的显示面板10可以简化的制造工艺通过更简单的方法制造，并且结果，降低了制造成本。
即，具有良好的显示特性的电致变色显示元件20可以低成本通过更简化的工艺来制造。
此外，由于显示器110包括这种显示面板10，所以可以制造能够以良好分辨率显示规定信息的显示器110而无需增加制造成本。
而且，由于电子书(e-book)阅读器100包括这样的显示器110，所以可以制造能够以良好分辨率显示由用户指定信息的e-book阅读器100而无需增加制造成本。
注意在以上实施例中，电致变色显示元件20包括三个电致变色层；然而，电致变色显示元件不限于这些实施例。例如，如果由电致变色显示元件形成的显示面板用于单色显示，则每个电致变色显示元件20可仅包括一个电致变色层。
进一步地，在以上实施例中，显示器110可包括字符产生器136。
此外，在以上实施例中，如果显示面板10包括其他输入单元，则显示面板10可不提供触摸面板。在这种情况下，不需要触摸面板驱动器45。
另外，在以上实施例中，信息装置被描述为电子书(e-book)阅读器100。然而，信息装置不限于电子书阅读器，也可以为电子广告牌，个人移动电脑或移动电话。即，信息装置包括显示器110。
其中的一个实施例中，所提供的电致变色显示元件包括显示基板；面对显示基板的对向基板；设置在显示基板和对向基板之间的显示电极；形成在相应显示电极上的电致变色层；多个以预定间隔设置在对向基板上的驱动元件；多个设置在驱动元件上的像素电极；以连续层的形式在像素电极之上形成的电荷保持层，电荷保持层由包括聚合物以及导电微粒和半导体微粒中的一种的混合膜形成；以及夹在显示基板和电荷保持层之间的电解质层。
利用这样的结构，根据上述实施例的具有良好的显示特性的电致变色显示元件可以低成本通过更简化的工艺来制造。
在另一个实施例中，提供了一种显示器，其包括电致变色显示元件；配置为储存显示数据的视频随机存取存储器；以及配置为基于存储在视颜随机存取存储器中的显示数据而控制多个电致变色显示元件的显示控制器。
利用这样的结构，根据上述实施例的显示器可以良好的分辨率来显示信息，且无需增加制造成本来制造。
在再一个实施例中，提供了一种信息装置，其包括所述显示器；以及配置为在显示器上显示信息的控制器。
利用这样的结构，根据上述实施例的信息装置可以良好的分辨率来显示信息，且无需增加制造成本来制造。
如上所述，根据上述实施例的电致变色显示元件包括优越的显示特性且可以低成本制造。而且，根据上述实施例的图像显示器可以以良好的分辨率来显示信息，且无需增加制造成本来制造。此外，根据上述实施例的信息装置可以以良好的分辨率来显示信息，且无需增加制造成本来制造。
此处所引用的所有的例子和条件语句旨在教学目的来帮助读者理解本发明的宗旨和发明人为增进技术而贡献的观点，且被解释为不限于这些特定的引用例子和条件，也不限于在与本发明相关的优点或缺点的表现的说明书中的这些例子的组织。尽管本发明的实施例已在细节描述过，但是应理解各种变化，替换，和改变可在不背离本发明精神和范围内于此做出。
本专利申请基于2010年12月7日提交的日本优先权专利申请第2010-272303号，以及2011年10月21日提交的日本优先权专利申请第2011-231329号，其整个内容通过引用结合于此。

Claims (3)

1.一种电致变色显示元件，包括：
显示基板；
面对显示基板的对向基板；
设置在显示基板和对向基板之间的多个显示电极；
形成在相应显示电极上的电致变色层；
多个以预定间隔设置在对向基板上的驱动元件；
多个设置在驱动元件上的像素电极；
以连续层的形式在像素电极之上形成的电荷保持层，电荷保持层由包括聚合物以及导电微粒和半导体微粒中的一种的混合膜形成；以及
夹在显示基板和电荷保持层之间的电解质层，
其中，电荷保持层由具有1.0E+06欧姆/平方或以上的表面电阻率的高阻层形成。
2.一种显示器，包括：
如权利要求1中所述的电致变色显示元件；
配置为储存显示数据的视频随机存取存储器；以及
配置为基于存储在视频随机存取存储器中的显示数据而控制多个电致变色显示元件的显示控制器。
3.一种信息装置，包括：
如权利要求2中所述的显示器；以及
配置为在显示器上显示信息的控制器。
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