CN104298043A - 电致变色显示器件及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于显示技术领域，具体涉及一种电致变色显示器件及显示装置。该电致变色显示器件，包括相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板与所述第二基板之间设置有电致变色层和电解液层，所述电致变色层与所述电解液层之间设置有隔离层，所述隔离层采用具有允许所述电解液层中的阳离子通过、而阻隔阴离子以及分子通过的材料形成。该电致变色显示器件响应速度快，像素间无串扰，显示效果好。

Description

电致变色显示器件及显示装置
技术领域
本发明属于显示技术领域，具体涉及一种电致变色显示器件及显示装置。
背景技术
电致变色(electrochromic)是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化；具有电致变色性能的材料称为电致变色材料。
目前，已出现利用电致变色材料形成的显示器件。由于电致变色材料具有双稳态的性能，用电致变色材料做成的电致变色显示器件不仅不需要背光灯，而且显示静态图像后，只要显示内容不变化，就不会耗电，达到节能的目的。另外，电致变色显示器与其他显示装置相比还具有无视盲角、对比度高等优点。
如图1所示，现有的电致变色显示器件的一种结构为：包括电致变色层3、电解液层4，电解液层4为电致变色材料的氧化还原反应提供所需的补偿离子，同时还具有高离子导电率、电阻率以及良好的光透过率。在图1中，电解液层4为固态电解液，由于电致变色层3及电解液层4都为固态，因此不会发生像素间串扰，但固态电解液中含有聚合物，离子传导速率较慢，显示器件的响应时间慢，影响显示效果。
如图2所示，现有的电致变色显示器件的另一种结构中，电解液层4为液态电解液，其不含聚合物，离子传导不受阻碍，响应时间相对图1中所示的电致变色显示器件快，但其像素间容易发生串扰(crosstalk)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种电致变色显示器件及显示装置，该电致变色显示器件响应速度快，像素间无串扰，显示效果好。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是该电致变色显示器件，包括相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板与所述第二基板之间设置有电致变色层和电解液层，其中，所述电致变色层与所述电解液层之间设置有隔离层，所述隔离层采用具有允许所述电解液层中的阳离子通过、而阻隔阴离子以及分子通过的材料形成。
优选的是，所述电致变色显示器件划分为多个子像素区，所述第一基板和所述第二基板之间、对应着相邻所述子像素区的间隙区设置有挡墙，所述电致变色层和所述电解液层设置于相接的所述挡墙形成的腔室内。
优选的是，所述隔离层采用四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物形成，所述四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物具有允许阳离子通过，而阻隔阴离子以及分子通过的性质。
优选的是，所述电解液层由液态电解液形成，所述液态电解液中含有有机溶剂以及锂离子；所述电致变色层采用聚苯胺，聚噻吩，紫罗精或PEDOT：PSS系列的材料形成；所述隔离层能允许所述液态电解液中的锂离子、氢离子通过，而阻隔阴离子以及分子通过，以避免所述电致变色层被溶解。
优选的是，所述隔离层的厚度范围为1-10μm。
优选的是，所述电致变色层与所述第一基板相邻，所述第一基板包括第一电极层以及用于控制所述电致变色层的颜色变化的控制元件，所述控制元件的输出端与所述第一电极层电连接；所述第二基板包括第二电极层。
优选的是，所述控制元件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的漏极与所述第一电极层电连接。
优选的是，所述第一电极层和所述第二电极层采用氧化铟锌、氧化铟锡、氧化铟、氧化锌中的任一种形成；所述第二电极层为板状形状。
优选的是，所述挡墙的厚度等于所述第一基板与所述第二基板之间的距离；或者，所述挡墙的厚度小于所述第一基板与所述第二基板之间的距离，所述挡墙的厚度范围为10-100μm。
优选的是，所述隔离层通过打印或丝网印刷工艺形成。
一种显示装置，包括上述的电致变色显示器件。
本发明的有益效果是：该电致变色显示器件采用全氟磺酸树脂来形成隔离层，使得电解液层与电致变色层既得到了有效的隔离又保持阳离子顺利流通的通道，有效解决了电致变色材料会被液态电解液溶解的问题，保证了较快的响应速度；同时，子像素间设置有挡墙，能有效避免像素间串扰，保证显示质量；
因此，使得采用上述电致变色显示器件的显示装置，具有较稳定的显示效果。
附图说明
图1为现有技术中电致变色显示器件一种结构示意图；
图2为现有技术中电致变色显示器件另一种结构示意图；
图3为本发明实施例1中电致变色显示器件的结构示意图；
图4为图3中挡墙的俯视图；
图5为用于形成隔离层的材料的分子式结构；
图6为本发明实施例2中电致变色显示器件的结构示意图；
图7为隔离层中的传输通道示意图；
附图标记中：
1－第一基板；10-第一衬底；11-第一电极层；
2－第二基板；20-第二衬底；21-第二电极层；
3－电致变色层；
4－电解液层；
5－挡墙；50-子像素区；
6-外框；
7-隔离层。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明电致变色显示器件及显示装置作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种电致变色显示器件，该电致变色显示器件具有结构简单，像素间无串扰，响应速度快的优点。
如图3所示，该电致变色显示器件包括相对设置的第一基板1和第二基板2，第一基板1与第二基板2之间设置有电致变色层3和电解液层4，电致变色层3与电解液层4之间设置有隔离层7，隔离层7采用具有允许电解液层4中的阳离子通过、而阻隔阴离子以及分子通过的材料形成。在本实施例中，电致变色显示器件通过外框6封装形成整体，由于采用液态电解液，如图7所示，其中的电解质能提供电致变色效应所需离子的传输通道，使得电致变色的进程相对固态电解液具有更快的速度，能提供良好的电致变色响应，响应时间更短、更迅速。
其中，电致变色显示器件划分为多个子像素区，在本实施例中，为了达到像素间的隔离，第一基板1和第二基板2之间、对应着相邻子像素区的间隙区设置有挡墙5(wall)，电致变色层3和电解液层4设置于相邻的挡墙5形成的腔室内。如图4所示，挡墙5在第一基板1和第二基板2之间以阵列形式排列，相接的挡墙5围成子像素区50。
在本实施例中，挡墙5的厚度等于第一基板1与第二基板2之间的距离；或者，挡墙5的厚度小于第一基板1与第二基板2之间的距离，挡墙5的厚度范围为10-100μm。在图3中，挡墙5的厚度小于第一基板1与第二基板2之间的距离，即挡墙5设置在第一基板1上但是与第二基板2相距一定的距离，电解液可在如图4所示的各子像素区50之间流通。挡墙5的设置，能将作为各子像素结构的电致变色层3隔开，防止像素间串扰。
优选的是，隔离层7采用全氟磺酸树脂(美国杜邦公司将其命名为nafion膜)，即四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物形成，四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物具有允许阳离子通过，而阻隔阴离子以及分子通过的性质。如图5所示，四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物的分子式结构为：
其中，x＝6或7；y＝1-10中的任一数；z＝1、2或3；n＝1000。
具体的，如图5所示，形成隔离层7的全氟磺酸树脂液中，四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物的分子式中疏水(hydrophobic)全氟长链A、悬挂在氟链上的亲水(hydrophilic)磺酸基团C和丙基乙烯基醚B形成有规律的排列结构。
隔离层7为透明色，且其只允许阳离子通过，而阴离子以及分子不能通过，从而起到隔挡作用。即采用全氟磺酸树脂形成的隔离层7，形成了一个分子筛，可以用于过滤或阻挡部分不需要的离子或分子，而让必要的离子通过，正是由于其具有阻挡阴离子以及分子通过的性质，使得电解液层4以及电致变色层3得到了有效隔离，不会使电致变色层3中的电致变色材料溶解在电解液层4中，而又保证电解液层4中的阳离子与电致变色层材料发生氧化还原反应，从而实现图像显示。
优选的是，隔离层7的厚度范围为1-10μm，能起到较好的隔离效果。
在本实施例中，电解液层4由液态电解液形成，液态电解液中含有有机溶剂以及锂离子(Li+，一种阳离子)、氢离子(H+，一种阳离子)；电致变色层3采用聚苯胺，聚噻吩，紫罗精或PEDOT：PSS系列的材料形成；隔离层7能允许液态电解液中的锂离子、氢离子通过，而阻隔其他阴离子以及分子通过，以避免电致变色层3被溶解。电致变色层3对整个电致变色显示器件起决定性作用，伴随着H+、Li+等阳离子的注入或抽出，电致变色材料的光吸收特性发生可逆改变，实现透明色和变色的转换。
电致变色层3优选采用PEDOT：PSS系列的材料形成，PEDOT:PSS是一种高分子聚合物的水溶液，导电率很高，根据不同的配方，可以得到导电率不同的水溶液。该化合物由PEDOT和PSS两种物质构成。PEDOT是EDOT(3，4-乙撑二氧噻吩单体)的聚合物，PSS是聚苯乙烯磺酸盐，这两种物质在一起极大的提高了PEDOT的溶解性。PEDOT:PSS系列的材料成本低，易于获取，因此该致电变色显示器件增加隔离层并不会额外增加太多的设备成本。
在通常情况下，PEDOT：PSS等系列电致变色膜溶较容易溶解在有机溶剂中，通过增加隔离层7，由于该隔离层7只允许阳离子通过，而阴离子以及分子不能通过，因此可以隔离各子像素间的电致变色层3与电解液层4，从而可以起到保证电解液中锂离子Li+和氢离子H+传输功能及防止电致变色层3的分子材料溶解到液态电解液中的双重作用，保证显示效果。
电致变色层3与第一基板1相邻，为了对电致变色层3进行驱动(使其变色或仍保持透明色)，以实现图像显示，第一基板1包括第一电极层11(设置于第一衬底10靠近第二基板2的一侧)以及用于控制电致变色层3的颜色变化的控制元件(图3中未示出)，控制元件的输出端与第一电极层11电连接；第二基板2包括第二电极层21(设置于第二衬底20靠近第一基板1的一侧)。具体的，控制元件为薄膜晶体管(Thin Film Transistor，简称TFT)，薄膜晶体管的漏极与第一电极层11电连接。
在本实施例中，第一电极层11相当于像素电极，作为阳极；第二电极层21为板状形状，作为阴极，第一电极层11和第二电极层21形成正负极。为了能较好的实现图像显示，第一电极层11和第二电极层21采用氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，简称IZO)、氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)、氧化铟(In2O3)、氧化锌(ZnO)中的任一种形成。上述材料具有良好的透明导电性、化学稳定性。当选通的薄膜晶体管导通时，与该薄膜晶体管的漏极相连的第一电极层11得电，并与第二电极层21形成正负极，以改变对应的子像素区50内的电致变色层3的颜色状态，从而实现显示。
在该电致变色器件的制备过程中，电致变色层3通过打印或丝网印刷工艺形成；隔离层7通过打印或丝网印刷工艺形成；挡墙5通过构图工艺形成。其中，对于液态的电致变色材料，可采用打印的方式形成；而对于介于液态和固态之间的溶胶状电致变色材料，可采用丝网印刷的方式形成。在上述结构的形成过程中，不管是打印或丝网印刷工艺或构图工艺，目前均具有较成熟的工艺，这里不再详述。
在本实施例的电致变色显示器件中，采用全氟磺酸树脂来形成隔离层，使得电解液层与电致变色层既得到了有效的隔离又保持阳离子顺利流通的通道，有效解决了电致变色材料会被液态电解液溶解的问题，保证了较快的响应速度；同时，子像素间设置有挡墙，能有效避免像素间串扰，保证显示质量。
实施例2：
本实施例提供一种电致变色显示器件，与实施例1相比，如图6所示，本实施例中的电致变色显示器件在电解液层与电致变色层之间仍设置隔离层，但在子像素间可以不设置挡墙。
其中，隔离层的材料与实施例1相同，电解液层与电致变色层之间形成电致变色的原理与实施例1相同，这里不再详述。
本实施例的电致变色显示器件中，采用全氟磺酸树脂来形成隔离层，使得电解液层与电致变色层既得到了有效的隔离又保持阳离子顺利流通的通道，有效解决了电致变色材料会被液态电解液溶解的问题，保证了较快的响应速度。
实施例3：
本实施例提供一种显示装置，该显示装置采用实施例1或实施例2中的电致变色显示器件。
该显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
本实施例的显示装置由于采用了实施例1或实施例2中的电致变色显示器件，结构简单，而且隔离层使得电致变色层和电解液层得到了很好的隔离，因此能有效避免电致变色材料溶解于液态电解液中、而保持正常的离子通道，保证电致变色显示器件稳定的显示效果。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电致变色显示器件，包括相对设置的第一基板和第二基板，所述第一基板与所述第二基板之间设置有电致变色层和电解液层，其特征在于，所述电致变色层与所述电解液层之间设置有隔离层，所述隔离层采用具有允许所述电解液层中的阳离子通过、而阻隔阴离子以及分子通过的材料形成。
2.根据权利要求1所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述电致变色显示器件划分为多个子像素区，所述第一基板和所述第二基板之间、对应着相邻所述子像素区的间隙区设置有挡墙，所述电致变色层和所述电解液层设置于相接的所述挡墙形成的腔室内。
3.根据权利要求1或2所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述隔离层采用四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物形成，所述四氟乙烯与全氟-2-(磺酸乙氧基)丙基乙烯基醚的共聚物具有允许阳离子通过，而阻隔阴离子以及分子通过的性质。
4.根据权利要求3所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述电解液层由液态电解液形成，所述液态电解液中含有有机溶剂以及锂离子；所述电致变色层采用聚苯胺，聚噻吩，紫罗精或PEDOT：PSS系列的材料形成；所述隔离层能允许所述液态电解液中的锂离子、氢离子通过，而阻隔阴离子以及分子通过，以避免所述电致变色层被溶解。
5.根据权利要求1或2所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述隔离层的厚度范围为1-10μm。
6.根据权利要求1或2所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述电致变色层与所述第一基板相邻，所述第一基板包括第一电极层以及用于控制所述电致变色层的颜色变化的控制元件，所述控制元件的输出端与所述第一电极层电连接；所述第二基板包括第二电极层，所述控制元件为薄膜晶体管，所述薄膜晶体管的漏极与所述第一电极层电连接。
7.根据权利要求6所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述第一电极层和所述第二电极层采用氧化铟锌、氧化铟锡、氧化铟、氧化锌中的任一种形成；所述第二电极层为板状形状。
8.根据权利要求2所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述挡墙的厚度等于所述第一基板与所述第二基板之间的距离；或者，所述挡墙的厚度小于所述第一基板与所述第二基板之间的距离，所述挡墙的厚度范围为10-100μm。
9.根据权利要求1或2所述的电致变色显示器件，其特征在于，所述隔离层通过打印或丝网印刷工艺形成。
10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电致变色显示器件。
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