CN103728741B - 热致变色元件及热致变色显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一加热元件，该至少一加热元件用来加热该显色元件使该显色元件的颜色发生改变，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置。其中，所述至少一加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。进一步，本发明提供一种采用上述热致变色元件的热致变色显示装置。

Description

热致变色元件及热致变色显示装置

技术领域

本发明涉及一种热致变色元件及热致变色显示装置。

背景技术

由于热致变色材料在不同的温度下可以显示不同的颜色，因此，可以应用于热致变色显示装置中作为具有显示功能的热致变色元件。现有的热致变色显示装置中的热致变色元件至少包括显色层与加热层，所述显色层与加热层贴合设置或间隔设置。其中，所述加热层主要由金属板构成。然而，金属板的热容及厚度较大，其作为加热层工作时，温度变化慢、电热转换效率低，从而使得热致变色元件工作时显色响应迟钝、能耗较大。此外，金属板的柔韧性能有限，其难以在柔性热致变色显示装置中作加热层。

为克服金属板作为热致变色元件的加热层的缺点，现有技术提供一种热致变色显示装置，该热致变色显示装置中的热致变色元件的加热层包括碳墨及一聚合物。其中，所述碳墨印刷在聚合物上。所述聚合物的材料为介电薄膜或聚酯薄膜。虽然，该热致变色元件可以应用于柔性热致变色显示装置中，但由于碳墨印刷在聚合物上，聚合物的热容较大，使得该加热层的热容较大，其工作时，温度变化慢、电热转换效率低，从而使得热致变色元件工作时显色响应也较迟钝、能耗也较大。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种显色响应速度较快的热致变色元件及应用该热致变色元件的热致变色显示装置。

一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一加热元件，该至少一加热元件用来加热该显色元件使该显色元件的颜色发生改变，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置。其中，所述至少一加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。

一种热致变色元件，其包括：一绝缘基底，一底色层，一显色元件以及至少一加热元件。该底色层设置于所述绝缘基底的表面。该显色元件与所述底色层层叠设置。该至少一加热元件用来加热该显色元件，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置。其中，所述至少一加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。

一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一用来加热该显色元件的加热元件，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置，其特征在于，所述加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管分别组成所述多个碳纳米管线及所述多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线及该多个碳纳米管团簇分别间隔设置形成多个孔隙；，该多个碳纳米管与该多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1 : 19。

一种热致变色显示装置，其包括：一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面；多个行电极引线与多个列电极引线，该多个行电极引线与多个列电极引线设置于绝缘基底的表面且相互交叉设置，每两个相邻的行电极引线与每两个相邻的列电极引线形成一个网格，且行电极引线与列电极引线之间电绝缘；以及多个上述热致变色元件，每个热致变色元件对应一个网格设置；每个热致变色元件中的加热元件分别与对应的网格的行电极引线及列电极引线电连接。

一种热致变色显示装置，其包括：一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面；以及多个上述热致变色元件，该多个热致变色元件按行列式排布形成一像素阵列；以及一驱动电路和多个电极引线，该驱动电路通过所述多个电极引线分别控制每个热致变色元件的加热元件独立工作。

相较于现有技术，所述热致变色显示装置的热致变色元件采用碳纳米管结构作为加热元件，由于碳纳米管结构的单位面积热容比金属板或介电薄膜或聚酯薄膜的单位面积热容较小，所以由该碳纳米管结构构成的加热元件具有较快的热响应速度，可用于对显色元件进行快速加热，使得本发明的热致变色显示装置的像素单元具有较快的响应速度。

附图说明

图1为本发明第一实施例的热致变色元件的结构示意图。

图2为本发明第一实施例用作加热元件的碳纳米管膜的结构示意图，其中该碳纳米管膜中的碳纳米管团簇呈阵列排列。

图3为图2所示的碳纳米管膜的光学显微镜照片图。

图4为本发明第一实施例用作加热元件的碳纳米管膜的结构示意图，其中该碳纳米管膜中的碳纳米管团簇交错排列。

图5为本发明第一实施例用作加热元件的碳纳米管膜的结构示意图，其中该碳纳米管膜中的碳纳米管的排列方向基本一致。

图6为图5所示的碳纳米管膜的光学显微镜照片图。

图7为本发明第二实施例的热致变色元件的结构示意图。

图8为本发明第三实施例的热致变色元件的结构示意图。

图9为本发明第四实施例的热致变色元件的结构示意图。

图10为本发明第五实施例的热致变色元件的结构示意图。

图11为本发明第六实施例的热致变色元件的结构示意图。

图12为采用本发明第一实施例的热致变色元件的热致变色显示装置的俯视图。

图13为沿图12中XIII-XIII线的剖面图。

主要元件符号说明

热致变色显示装置	100
		绝缘基底	12, 32,
行电极引线	104
		列电极引线	106
加热元件	16
		碳纳米管膜	160；170
碳纳米管线	162
		碳纳米管团簇	164；174
第一加热元件	56
		第二加热元件	57
第一电极	18
		第二电极	19
网格	114
		介质绝缘层	116
显色元件	14, 64
		热致变色元件	10, 20, 30, 40, 50, 60
绝热材料	122
		保护层	124
凹槽	320
		底色层	63

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种热致变色元件10，其包括一绝缘基底12，一显色元件14，至少一加热元件16以及一第一电极18与一第二电极19。

所述绝缘基底12具有一表面（图未标）。所述显色元件14设置于绝缘基底12与加热元件16之间。所述显色元件14与该至少一加热元件208靠近且对应设置。所谓对应设置指加热元件14设置于显色元件16的周围，如上方、下方或四周。即，该显色元件14与至少一加热元件16可以均为层状结构，且该显色元件14与该至少一加热元件16层叠设置；该显色元件14可以为非层状结构，如颗粒状或粉末状，并分散于该至少一加热元件16中形成复合结构。可以理解，所述显色元件14与加热元件16的具体设置位置不限，只要确保该加热元件16可以加热该显色元件14，且可以使该显色元件14的颜色发生改变即可。优选地，所述显色元件14与加热元件16均为一层状结构，且该显色元件14与加热元件16为层叠接触设置或层叠间隔设置。所谓层叠接触设置指加热元件16与显色元件14的表面贴合，如：所述显色元件14设置于绝缘基底12表面，所述加热元件16设置于该显色元件14的表面且相互接触。所谓层叠间隔设置指加热元件16与显色元件14平行正对且间隔设置，如：显色元件14设置于加热元件16与绝缘基底12之间，且加热元件16通过支撑体（图未示）与显色元件14间隔设置。所述第一电极18与第二电极19间隔设置。所述第一电极18和第二电极19分别与加热元件16电连接，用于对加热元件16提供电压或电流，使该加热元件16对显色元件14进行加热。

本实施例中，加热元件16的个数为一个。所述显色元件14与加热元件16均为一层状结构。所述显色元件14设置于绝缘基底12表面。所述第一电极18与第二电极19间隔设置于显色元件14两侧的绝缘基底12表面。所述加热元件16贴合设置于该显色元件14表面且覆盖第一电极18与一第二电极19。

所述绝缘基底12可以为一硬性基板或柔性基板。所述硬性基板可以为陶瓷基板、玻璃基板、石英基板、硅基板、氧化硅基板、金刚石基板、氧化铝基板及硬性高分子基板等中的一种或多种。所述柔性基板可以为合成纸、纤维布及柔性高分子基板等中的一种或多种。所述柔性高分子基板的材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚乙烯（PE）、聚碳酸酯(PC)或聚酰亚胺（PI）等。可以理解，所述绝缘基底12的材料不限于上述材料，只要能够耐200℃以上温度的绝缘材料均可以实现本发明的目的。所述绝缘基底12的大小、形状与厚度不限，本领域技术人员可以根据实际需要，如根据热致变色显示装置的预定大小，设置绝缘基底12的尺寸。本实施例中，所述绝缘基底12优选为一PET基板，其厚度约1毫米。

所述显色元件14主要是由在特定温度下颜色可以发生转变的变色材料制成。该变色材料可以是可逆变色材料，也可以是非可逆、单向变色材料。具体地，该变色材料包括结构转变颜料、得失水转变颜料、配位数转变颜料以及液晶微囊颜料中的一种或多种。如，该变色材料可以在特定温度下发生晶态与非晶态转变，从而使得该变色材料的颜色发生改变。所述变色材料发生晶态与非晶态转变的相变温度大于40℃。可以理解，选择相变温度为大于40℃的变色材料制备显色元件14可以确保该热致变色元件10在室温条件下工作。优选地，该变色材料发生晶态与非晶态转变的相变温度低于600℃。选择相变温度为低于600℃的变色材料制备显色元件14一方面可以降低热致变色元件10的工作电压，从而降低能耗，另一方面可以确保采用碳纳米管的加热元件16长期使用而不备氧化。所述变色材料在晶态与非晶态时对光线的反射率不同，从而在视觉上实现差别，可以实现像素显示。优选地，所述变色材料在晶态与非晶态时对光线的反射率差别应确保人的肉眼能够明显区别其亮度的变化。另外，所述变色材料发生晶态与非晶态转变的时间应尽量短，以确保像素具有足够快的响应速度。优选地，所述变色材料发生晶态与非晶态转变的时间小于40毫秒。所述在特定温度下发生晶态与非晶态转变的变色材料可以为硫系元素为基的化合物，如硫基化合物、碲基化合物、硒基化合物或碲硒基化合物。

本实施例中，所述显色元件14为一层锗-硒化合物，其厚度为10微米~500微米。优选地，该显色元件14的厚度为50微米~100微米。所述显色元件14可以通过热沉积或溅射等方法沉积于所述绝缘基底12表面且位于第一电极18与第二电极19之间。所述显色元件14可以与所述电极18，19间隔设置，也可以与所述电极18，19相互接触设置。

所述加热元件16为一碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管。该碳纳米管结构为一自支撑结构。所谓“自支撑结构”即该碳纳米管结构无需通过一支撑体支撑，也能保持自身特定的形状。该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜。该碳纳米管膜的结构可以为图2至图5所示。优选地，所述加热元件16应具有较小的单位面积热容，优选地，单位面积热容小于2×10^-4焦耳每平方厘米开尔文。本实施例中，所述加热元件16为单层碳纳米管膜160，其单位面积热容为小于等于1.7×10^-6焦耳每平方厘米开尔文。

请参阅图2及图3，所述碳纳米管膜160包括多个碳纳米管。该碳纳米管膜160包括多个相互间隔设置的碳纳米管线162以及多个碳纳米管团簇164，该多个碳纳米管线162与多个碳纳米管团簇164通过范德华力相互连接。该多个碳纳米管团簇164通过该多个碳纳米管线162隔开，且位于相邻的两个碳纳米管线162之间的碳纳米管团簇164间隔设置。

所述多个碳纳米管线162基本沿第一方向X延伸且相互间隔设置。优选地，该多个碳纳米管线162平行且等间距设置，该多个碳纳米管线162设置于同一个平面内。所述碳纳米管线的横截面可以为类椭圆形、类圆形、扁平状、或者其他形状。优选地，该碳纳米管线的横截面为类圆形。每个碳纳米管线162的直径大于等于0.1微米，且小于等于100微米。优选地，每个碳纳米管线162的直径大于等于5微米，且小于等于50微米。该多个碳纳米管线162之间的间隔不限，优选地，相邻的碳纳米管线162之间的间距大于0.1毫米。所述多个碳纳米管线162的直径及间隔可以根据实际需要确定。优选地，该多个碳纳米管线162的直径基本相等。每个碳纳米管线162包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管基本沿所述第一方向X择优取向排列，即，该碳纳米管线162中的碳纳米管沿该碳纳米管线162的轴向择优取向排列。位于所述碳纳米管线162的轴向上的相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连。优选地，该多个碳纳米管的轴向基本与该碳纳米管线162的轴向平行。其中，所述第一方向X基本平行于所述碳纳米管线162的轴向及所述碳纳米管的轴向。所以，该碳纳米管膜160在该碳纳米管线162的延伸方向X上具有较好的导电性能。本文所指碳纳米管线的“直径”指的是碳纳米管线的“有效直径”，碳纳米管线在其横截面上的最大长度。所谓“类椭圆形”、“类圆形”分别指接近椭圆形、接近圆形。

所述多个碳纳米管团簇164在第二方向Y上间隔设置，且搭接于相邻的碳纳米管线162之间，使得该碳纳米管膜160具有自支撑特性，为一自支撑结构。即，该多个碳纳米管团簇164在第二方向Y上间隔设置，且通过所述多个碳纳米管线162区分开；并通过通过范德华力与该多个碳纳米管线162连接在一起。该多个碳纳米管团簇164在该碳纳米管膜160中于第二方向Y上成行排列，形成一导电导热通路。优选地，位于该碳纳米管膜160中的碳纳米管团簇164呈阵列排布，如图3所示。可以理解，位于第二方向Y上的多个碳纳米管团簇164可以交错排列，不成行排列，如图4所示。其中，该第二方向Y与所述第一方向X相交设置，优选地，该第二方向Y与第一方向X垂直设置。每个碳纳米管团簇164在所述第二方向Y上的长度基本与与该碳纳米管团簇164相连的碳纳米管线162的间距相等。所以，该碳纳米管团簇164在第二方向Y上的长度优选地大于0.1毫米。另外，位于相邻的碳纳米管线162之间的多个碳纳米管团簇164间隔设置，即，该多个碳纳米管团簇164在所述第一方向X上间隔设置。优选地，相邻的碳纳米管团簇164在第一方向X上的间距大于等于1毫米。

所述碳纳米管团簇164中的碳纳米管通过范德华力相互作用在一起。每个碳纳米管团簇164中的碳纳米管的轴向与第一方向X的夹角大于等于0度，且小于等于90度。优选地，每个碳纳米管团簇164中的碳纳米管的轴向延伸方向与所述第一方向X的夹角大于等于45度，且小于等于90度。本实施例中，每个碳纳米管团簇164中的碳纳米管的轴向基本平行于所述第一方向X的夹角大于等于60度，且小于等于90度。因此，该碳纳米管团簇164中碳纳米管可以交叉设置形成网状结构。

由此可见，所述碳纳米管膜160中的碳纳米管分别形成所述多个碳纳米管线162及多个碳纳米管团簇164。优选地，该碳纳米管膜160仅由碳纳米管组成。该碳纳米管膜160还包括多个孔隙，该多个孔隙主要是由该碳纳米管膜160中的多个碳纳米管线162及多个碳纳米管团簇164间隔设置形成的。所以，当该多个碳纳米管线162及多个碳纳米管团簇164有规律排列时，该多个孔隙也有规律排列。如，当所述多个碳纳米管团簇164及碳纳米管线162呈阵列排布时，该多个孔隙也会随之呈阵列排布。该碳纳米管膜160中的碳纳米管线162与碳纳米管团簇164的面积之和与所述多个孔隙的面积的比值大于0，且小于等于1 : 19。也可以说，该碳纳米管膜160中的碳纳米管与所述多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1 : 19。优选地，该碳纳米管膜160中的碳纳米管的面积与该多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1 : 49。所以，该碳纳米管膜160的透光度大于等于95%，优选地，该碳纳米管膜的透光度大于等于98%。另外，该碳纳米管膜160中的碳纳米管线162通过其中的碳纳米管团簇164连接一起，从而使得该碳纳米管膜160具有较好的强度及稳定性，不易破坏。

需要说明的是，该碳纳米管膜160中的碳纳米管线162及碳纳米管团簇164的周围还存在有少量的碳纳米管，但这些碳纳米管的存在基本上不会影响该碳纳米管膜160的性质。

该碳纳米管膜160的制备方法包括以下步骤：提供一初始碳纳米管膜，该初始碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连且沿第一方向择优取向延伸；图案化所述初始碳纳米管膜，使所述初始碳纳米管膜在所述第一方向上形成至少一行通孔，且每行上至少有两个间隔设置的通孔；以及，采用溶剂处理所述形成有至少一行通孔的初始碳纳米管膜，使该形成有至少一行通孔的初始碳纳米管膜收缩。优选地，所述溶剂为有机溶剂，乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿等具有较高浸润性的溶剂。

请参阅图5及图6，所述碳纳米管膜170包括多个碳纳米管，该碳纳米管膜170包括多个碳纳米管线162及多个碳纳米管团簇174。该碳纳米管膜170的结构及性质与所述碳纳米管膜160的结构性质基本相同，不同之处在于每个碳纳米管团簇174中的碳纳米管的轴向延伸方向与所述第一方向X的夹角大于等于0度，且小于等于45度。优选地，每个碳纳米管团簇174中的碳纳米管的轴向延伸方向与所述第一方向X的夹角大于等于0度，且小于等于30度。本实施例中，每个碳纳米管团簇174中的碳纳米管的轴向基本平行于所述第一方向X，也基本平行于所述碳纳米管线162的轴向。也就是说，该碳纳米管膜170中的碳纳米管基本沿同一方向择优取向排列。该碳纳米管膜170的制备方法与所述碳纳米管膜160的制备方法基本相同，不同在于溶剂处理步骤中采用的溶剂优选为水，具有一定浓度的水与有机溶剂的混合溶液等对所述初始碳纳米管膜具有较小界面张力的溶剂。

所述加热元件16可以通过一粘结剂(图未示)固定于所述显色元件14的表面。所述加热元件16可以直接固定于电极18，19的表面，也可通过一导电粘结剂(图未示)固定于电极18，19的表面。本实施例中，优选的导电粘结剂为银胶。

由于本实施例中的加热元件16主要由碳纳米管构成，且碳纳米管具有较高的电热转换效率以及比较高的热辐射效率，而且碳纳米管在潮湿的环境下也具有较好的化学稳定性及机械稳定性，所以该加热元件即使在潮湿的环境下也可以保持有较高的电热转换效率以及热辐射效率、良好的化学稳定性及机械稳定性，因此，该碳纳米管结构作为加热元件可以提高所述热致变色元件的电热效率、能源利用率以及使用寿命。由于碳纳米管结构的热容较小，所以由该碳纳米管结构构成的加热元件具有较快的热响应速度，可用于对显色元件14进行快速加热。该特性使得本发明实施例提供的热致变色元件10具有较快的响应速度，从而使得该热致变色元件具有较高的灵敏度。另外，由于碳纳米管具有较小的尺寸，所以采用该碳纳米管结构作为加热元件可以减小热致变色元件的尺寸，从而提高采用该热致变色元件的显示装置的分辨率。由于所述碳纳米管膜的透光度大于等于95%，甚至高于98%，所以使用由该碳纳米管膜构成的加热元件的热致变色元件具有较高的清晰度。因此，使用该热致变色元件的显示装置具有较高的清晰度。

所述第一电极18与第二电极19的设置位置不限，可以直接设置于绝缘基底12表面，或设置于加热元件16表面，或设置于显色元件14表面，或设置于一支撑体（图未示）上。所述第一电极18与第二电极19由导电材料组成，该第一电极18与第二电极19的形状不限，可为导电薄膜、金属片或者金属引线。优选地，第一电极18与第二电极19均为一层导电薄膜。该导电薄膜的厚度为0.5纳米~500微米。该导电薄膜的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物（ITO）、锑锡氧化物（ATO）、导电浆料或导电聚合物等。该金属或合金材料可以为铝、铜、钨、钼、金、钛、银、钕、钯、铯或上述金属的任意组合的合金。本实施例中，该第一电极18与第二电极19的材料为导电浆料，通过丝网印刷法印制于所述绝缘基底12上。该导电浆料的成分包括金属粉、低熔点玻璃粉和粘结剂。其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂优选为松油醇或乙基纤维素。该导电浆料中，金属粉的重量比为50%~90%，低熔点玻璃粉的重量比为2%~10%，粘结剂的重量比为8%~40%。

所述热致变色元件10在使用时，当在所述第一电极18与第二电极19之间施加一电压脉冲时，所述加热元件16开始发热并给显色元件14施加一个热脉冲。当该电压脉冲为一短时间的高电压时，该加热元件16会产生一短而强的热脉冲；当该电压脉冲为一较长时间的低电压时，该加热元件16会产生一稍微弱但时间长的热脉冲。当需要写入一显示态的时候，可以给显色元件14施加一个短而强的写入热脉冲，如温度为900℃至1000℃，周期为50纳秒至200纳秒。由于加热温度很高，显色元件14被瞬间加热为液态。由于加热时间短，温度很快就又降到低温，这样显色元件14就会从液态急冷到了固态，形成一非晶态的显色元件14。由于非晶态的显色元件14对光线的反射率不同于最初的晶态的显色元件14对光线的反射率，所以就实现了显示。而且，此时，该显色元件14在室温下无需任何能量均可维持其非晶态。当需要擦除这个显示态的时候，可以对该显色元件14施加一个稍微弱但时间长的擦除热脉冲，如温度为500℃至600℃，周期为1微秒至1毫秒。该过程相当于退火。经过退火之后显色元件14又恢复到最初的晶态，实现了擦除。此时，该显色元件14在室温下无需任何能量均可维持其晶态。由于显色元件14在室温下可以长期保持晶态或非晶态，这种显示状态就可以被保持，从而实现双稳态显示。所谓双稳态显示指热致变色元件10只在写入和擦除的过程中需要消耗能量，而在写入和擦除后无需任何能量均可维持稳态显示。双稳态显示可以节约热致变色元件10的能量消耗。

请参阅图7，本发明第二实施例提供一种热致变色元件20，其包括一绝缘基底12，一显色元件14，一加热元件16以及一第一电极18与一第二电极19。该热致变色元件20与本发明第一实施例提供的热致变色元件10结构基本相同，其区别在于加热元件16与所述显色元件14间隔设置。具体地，所述显色元件14设置于绝缘基底12表面。所述第一电极18与一第二电极19分别设置于显色元件14两侧的绝缘基底12表面，且第一电极18与一第二电极19的高度高于显色元件14的厚度。所述加热元件16的两端分别设置于第一电极18与一第二电极19上，从而，所述加热元件16通过第一电极18与一第二电极19与所述显色元件14间隔设置。可以理解，所述加热元件16可以通过两个支撑体（图未示）与所述显色元件14间隔设置。由于加热元件16与所述显色元件14间隔设置，加热元件16与显色元件14之间的热交换主要通过热辐射的方式进行。而且，由于所述加热元件16具有较小的单位面积热容，加热元件16可在较短时间内达到预定温度。所以达到预定温度的加热元件16可以为显色元件14提供一短而强的热脉冲，从而提高了热致变色元件20的响应速度。

请参阅图8，本发明第三实施例提供一种热致变色元件30，其包括一绝缘基底32，一显色元件14，一加热元件16以及一第一电极18与一第二电极19。所述绝缘基底32的表面具有一凹槽320，所述显色元件14设置于该凹槽320内。具体地，所述显色元件14设置于该凹槽320内且厚度等于凹槽320的深度。所述加热元件16设置于显色元件14表面并覆盖所述凹槽320且延伸至凹槽320外的绝缘基底32表面。即，一部分该加热元件16覆盖所述显色元件14，另一部分加热元件16接触设置于该绝缘基底32的表面。所述第一电极18与第二电极19设置于该凹槽320外的绝缘基底32上的加热元件16表面。所述凹槽320的大小，深度与形状不限。优选地，所述显色元件14的厚度与该凹槽320的深度相同。由于，所述显色元件14设置于凹槽320内，所以当显色元件14被加热时仍然可以保持原有的形状。

请参阅图9，本发明第四实施例提供一种热致变色元件40，其包括一绝缘基底12，一显色元件14，一加热元件16以及一第一电极18与一第二电极19。该热致变色元件40与第一实施例提供的热致变色元件40的不同之处在于该加热元件16层叠设置于所述显色元件14与绝缘基底12之间。具体地，所述加热元件16设置于绝缘基底12表面。所述显色元件14设置于该加热元件16表面。所述第一电极210与第二电极212间隔设置于该加热元件208表面且位于所述显色元件218两侧。

请参阅图10，本发明第五实施例提供一种热致变色元件50，其包括一绝缘基底12，一显色元件14，一第一加热元件56，一第二加热元件57以及一第一电极18与一第二电极19。该热致变色元件50与本发明第一实施例提供的热致变色元件10结构基本相同，其区别在于所述热致变色元件50进一步包括一设置于绝缘基底12表面的第二加热元件57。具体地，所述显色元件14层叠设置于所述第一加热元件56与第二加热元件57之间，且第二加热元件57层叠设置与显色元件14与绝缘基底12的表面。所述第一电极18与第二电极19分别设置于该第二加热元件57表面且位于显色元件14两侧。所述第一加热元件56设置于所述显色元件14表面且将第一电极18与第二电极19覆盖。该第一加热元件56及第二加热元件57均包括所述碳纳米管结构，该碳纳米管结构包括至少一碳纳米管膜162。本实施例中，所述加热元件56，57均为单层碳纳米管膜162。通过两个加热元件56，57同时对显色元件14加热，可以进一步提高所述热致变色元件50的灵敏度。

请参阅图11，本发明第六实施例提供一种热致变色元件60，其包括一绝缘基底12，一底色层63，一显色元件64，一加热元件16以及一第一电极18与一第二电极19。该热致变色元件60的结构与第一实施例提供的热致变色元件10的结构基本相同，不同之处在于该热致变色元件60进一步包括该底色层63。该底色层63层叠设置于该绝缘基底12与显色元件64之间。具体地，该底色层63层叠接触设置于所述绝缘基底12的表面。所述显色元件64层叠接触设置于该底色层63的表面。所述底色层63为一黑白或彩色的材料层，且该底色层63的颜色在200℃以下不随温度变化而变化。所述底色层63的厚度可以为1微米~100微米。所述底色层63可以通过印刷、喷涂、激光打印或热升华转引等方法形成于绝缘基底202表面。可以理解，所述底色层63也可以设置于加热元件208的表面，并将显色元件218设置于底色层63表面。

所述显色元件64由在特定温度下发生透明与不透明状态转变的变色材料制成。该特定温度是指变色材料发生透明与不透明状态转变的相变温度。当所述变色材料被加热到该特定温度时，该变色材料会发生透明与不透明之间的转化。当所述显色元件14为透明状态时，该热致变色元件60可以显示底色层63的颜色；当所述显色元件14为不透明状态时，所述热致变色元件60不显示颜色。

所述显色元件64发生透明与不透明状态转变的相变温度低于200℃，优选地，该变色材料发生透明与不透明状态转变的相变温度为大于40℃且低于100℃。可以理解，选择相变温度为大于40℃且低于100℃的变色材料制备显色元件64一方面可以确保该热致变色元件60在室温条件下工作，另一方面可以降低热致变色元件60的工作电压，从而降低能耗。具体地，所述显色元件64的材料可以为高分子与脂肪酸混合型变色材料、高分子之间相容相分离型变色材料或者高分子结晶与非结晶型变色材料。本实施例中，该显色元件64为一层聚（1.4-苯硫酚-对1.4-二乙烯基苯），其厚度为10微米~400微米。优选地，该显色元件64的厚度为50微米~100微米。

可以理解，本发明第二实施例至第五实施例提供的热致变色元件中也可以进一步包括一层叠接触设置于所述绝缘基底12表面的底色层63，且显色元件64替代显色元件14。

本发明进一步提供一种应用上述第一实施例至第六实施例的热致变色元件的热致变色显示装置。所述热致变色显示装置包括多个热致变色元件按行列式排布形成一像素阵列；以及一驱动电路和多个电极引线，该驱动电路通过所述多个电极引线分别控制每个热致变色元件的加热元件独立工作。具体地，本发明实施例将多个热致变色元件公用一绝缘基底，并通过由行列电极形成的寻址电路独立控制每个热致变色元件工作以实现显示效果。以下将以应用本发明第一实施例的热致变色元件10的热致变色显示装置为例，对本发明的热致变色显示装置作进一步的详细说明。

请参阅图12及图13，本发明实施例提供一种热致变色显示装置100，其包括一绝缘基底12，多个行电极引线104、多个列电极引线106以及多个热致变色元件10。所述多个行电极引线104与多个列电极引线106分别平行间隔地设置于该绝缘基底12上，且所述行电极引线104与列电极引线106交叉设置形成一网络结构。每两个相邻的行电极引线104与两个相邻的列电极引线106形成一网格114，且每个网格114定位一个像素单元，即每个网格114内设置一热致变色元件10。

所述绝缘基底12的大小、形状与厚度不限，本领域技术人员可以根据实际需要，如根据热致变色显示装置100的预定大小，设置绝缘基底12的尺寸。本实施例中，所述绝缘基底12优选为一PET基板，其厚度约1毫米，边长为48毫米。由于本实施例中的多个热致变色元件10公用一绝缘基底12，所以每个热致变色元件10无需专门的绝缘基底。

所述多个行电极引线104与多个列电极引线106相互交叉处设置有一介质绝缘层116，该介质绝缘层116可确保行电极引线104与列电极引线106之间电绝缘，以防止短路。所述多个行电极引线104或列电极引线106之间可以等间距设置，也可以不等间距设置。优选地，多个行电极引线104或列电极引线106之间等间距设置。所述行电极引线104与列电极引线106为导电材料或涂有导电材料层的绝缘材料。所述导电材料可以为导电浆料、金属薄膜、碳纳米管线或氧化铟锡（ITO）等。本实施例中，该多个行电极引线104与多个列电极引线106优选为采用导电浆料印制的平面导电体，且该多个行电极引线104的行间距为50微米~5厘米，多个列电极引线106的列间距为50微米~2厘米。该行电极引线104与列电极引线106的宽度为30微米~100微米，厚度为10微米~50微米。本实施例中，该行电极引线104与列电极引线106的交叉角度可为10度到90度，优选为90度。本实施例中，可通过丝网印刷法将导电浆料印制于绝缘基底12上制备行电极引线104与列电极引线106。该导电浆料的成分包括金属粉、低熔点玻璃粉和粘结剂。其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂优选为松油醇或乙基纤维素。该导电浆料中，金属粉的重量比为50%~90%，低熔点玻璃粉的重量比为2%~10%，粘结剂的重量比为8%~40%。

所述电极引线104及106的材料可以与电极18，19的材料相同或不同。该第一电极18可以是行电极引线104的延伸部分，该第二电极19可以是列电极引线106的延伸部分。第一电极18和行电极引线104可以一体成型，第二电极19和列电极引线106也可一体成型。本实施例中，该第一电极18与第二电极19均为平面导电体，其尺寸由网格114的尺寸决定。该第一电极18直接与行电极引线104电连接，该第二电极19直接与列电极引线106电连接。所述第一电极18与第二电极19的长度为20微米~1.5厘米，宽度为30微米~1厘米，厚度为10微米~50微米。优选地，所述第二电极19与第一电极18的长度为100微米~700微米，宽度为50微米~500微米，厚度为20微米~100微米。本实施例中，该第一电极18与第二电极19的材料为导电浆料，通过丝网印刷法印制于绝缘基底12上。

本实施例中，在边长为48毫米的绝缘基底12上制备了16×16个热致变色元件10。每个热致变色元件10中的加热元件16为一碳纳米管膜，且每个碳纳米管膜的长度为300微米，宽度为100微米。该碳纳米管膜中的碳纳米管首尾相连，且从第一电极18向二电极19延伸。该碳纳米管膜的两端分别设置于所述第一电极18与绝缘基底12之间以及第二电极19与绝缘基底12之间。该碳纳米管膜通过自身的粘性固定于绝缘基底12上。

进一步，所述热致变色显示装置100可以包括一绝热材料122设置于每个热致变色元件10的周围。具体地，该绝热材料122可以设置于每个网格114中的热致变色元件10与电极引线104，106之间的所有位置，从而使得相邻的热致变色元件10之间实现热隔离，以减少热致变色元件10之间的干扰。所述绝热材料122为三氧化二铝或有机材料。所述有机材料可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺等。本实施例中，所述绝热材料122优选为聚对苯二甲酸乙二醇酯，其厚度与所述电极引线104，106以及电极18，19的厚度相同。

进一步，所述热致变色显示装置100还可以包括一保护层124设置于绝缘基底12上以覆盖所述行电极引线104，列电极引线106、以及每个热致变色元件10。所述保护层124为一透明且绝缘的保护层，其的材料可以为有机高分子、二氧化硅或三氧化二铝等。该有机高分子可以为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚酰亚胺等。所述保护层124厚度不限，可以根据实际情况选择。本实施例中，该保护层124的材料采用聚对苯二甲酸乙二醇酯，其厚度为0.5毫米~2毫米。该保护层可通过涂敷或沉积的方法形成于绝缘基底12上。所述保护层用来防止该热致变色显示装置100在使用时与外界形成电接触，同时还可以防止加热元件16中的碳纳米管结构吸附外界杂质。

所述热致变色显示装置100的在使用时，进一步包括一驱动电路（图未示），通过驱动电路可选择性地对行电极引线104和列电极引线106通入电流，使与该行电极引线104和列电极引线106电连接的热致变色元件10工作，即可实现热致变色显示装置100显示效果。

所述热致变色显示装置100的热致变色元件10采用碳纳米管作为加热元件16，由于碳纳米管结构的热容较小，所以由该碳纳米管结构构成的加热元件16具有较快的热响应速度，可用于对显色元件14进行快速加热，使得本发明的热致变色显示装置100的像素单元具有较快的响应速度。由于所述碳纳米管膜的透光度大于等于95%，甚至高于98%，所以使用由该碳纳米管膜构成的加热元件16的热致变色元件10具有较高的清晰度，使得本发明实施例的热致变色显示装置100具有较高的清晰度。所述热致变色显示装置100通过行电极引线104和列电极引线106分别控制各个热致变色元件10工作，可以实现动态显示。该热致变色显示装置100可以应用于广告牌、报纸、图书等领域。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (20)

1.一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一加热元件，该至少一加热元件用来加热该显色元件使该显色元件的颜色发生改变，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置，其特征在于，所述至少一加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。

2.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，所述碳纳米管膜为一自支撑结构，所述碳纳米管线与相邻的碳纳米管团簇之间通过范德华力连接。

3.如权利要求2所述的热致变色元件，其特征在于，所述碳纳米管线沿一第一方向延伸，所述多个碳纳米管团簇在一第二方向上成行排列，该第二方向与所述第一方向交叉设置。

4.如权利要求2所述的热致变色元件，其特征在于，所述碳纳米管线沿一第一方向延伸，所述多个碳纳米管团簇在一第二方向上交错排列，该第二方向与所述第一方向交叉设置。

5.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，每个碳纳米管线包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管基本沿碳纳米管线的轴向方向延伸且通过范德华力首尾相连。

6.如权利要求5所述的热致变色元件，其特征在于，所述碳纳米管线的直径大于等于0.1微米，且小于等于100微米。

7.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，每个碳纳米管团簇包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管的轴向平行于所述多个碳纳米管线的轴向。

8.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，每个碳纳米管团簇包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管的轴向与所述多个碳纳米管线的轴向相交设置。

9.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，位于相邻的碳纳米管线之间的相邻的碳纳米管团簇之间的间距大于1毫米。

10.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，所述显色元件与该至少一加热元件层叠接触设置。

11.如权利要求10所述的热致变色元件，其特征在于，所述热致变色元件包括两个加热元件，该两个加热元件分别设置于所述显色元件相对的两个表面。

12.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，所述显色元件与该至少一加热元件通过一支撑体间隔设置。

13.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，该热致变色元件进一步包括一绝缘基底，该绝缘基底具有一凹槽，所述显色元件设置于该凹槽内，所述加热元件覆盖该显色元件。

14.如权利要求1所述的热致变色元件，其特征在于，所述热致变色元件进一步包括一第一电极以及一第二电极，所述第一电极及第二电极相互间隔且分别与该至少一加热元件电连接。

15.一种热致变色元件，其包括：

一绝缘基底；

一底色层，该底色层设置于所述绝缘基底的表面；

一显色元件，该显色元件与所述底色层层叠设置；以及

至少一加热元件，该至少一加热元件用来加热该显色元件，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置；

其特征在于，所述至少一加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。

16.一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一用来加热该显色元件的加热元件，该至少一加热元件与所述显色元件相对设置，其特征在于，所述加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管分别组成所述多个碳纳米管线及所述多个碳纳米管团簇，该多个碳纳米管线及该多个碳纳米管团簇分别间隔设置形成多个孔隙，该多个碳纳米管与该多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1 : 19。

17.如权利要求16所述的热致变色元件，其特征在于，所述多个碳纳米管与该多个孔隙的面积比大于0，且小于等于1 : 49。

18.一种热致变色元件，其包括一显色元件以及至少一用来加热该显色元件的加热元件，其特征在于，所述至少一加热元件与所述显色元件贴合或间隔设置，所述加热元件包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜由多个碳纳米管线以及多个碳纳米管团簇组成，该多个碳纳米管线相互间隔设置，该多个碳纳米管团簇设置于该多个碳纳米管线之间，且位于相邻的碳纳米管线之间的多个碳纳米管团簇相互间隔设置。

19.一种热致变色显示装置，其包括：

一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面；

多个行电极引线与多个列电极引线，该多个行电极引线与多个列电极引线设置于绝缘基底的表面且相互交叉设置，每两个相邻的行电极引线与每两个相邻的列电极引线形成一个网格，且行电极引线与列电极引线之间电绝缘；以及

多个如权利要求1至18中任意一项所述的热致变色元件，每个热致变色元件对应一个网格设置，每个热致变色元件中的加热元件分别与对应的网格的行电极引线及列电极引线电连接。

20.一种热致变色显示装置，其包括：

一绝缘基底，该绝缘基底具有一表面；

以及多个如权利要求1至18中任意一项所述的热致变色元件，该多个热致变色元件按行列式排布形成一像素阵列；以及

一驱动电路和多个电极引线，该驱动电路通过所述多个电极引线分别控制每个热致变色元件的加热元件独立工作。