CN109118968B - 一种电流驱动的柔性显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流驱动的柔性显示器件。所述柔性显示器件包括柔性基底和多个变色单元；所述多个变色单元设于所述柔性基底表面，变色单元之间通过导线电连接，构成变色单元阵列；每个变色单元包括电流驱动层、变色层和电解质层，所述变色层覆盖于所述电流驱动层表面，所述电解质层包覆于所述变色层表面；所述电流驱动层的两端分别通过导线连接外电路产生电流，所述电流经过所述电流驱动层且不经过所述变色层和电解质层；所述变色层包括相互拼接的且变色性能互补的第一变色材料层和第二变色材料层。本发明将变色单元的互补式变色材料直接制备在同一功能层上，从而减薄器件厚度、提高器件集成度和稳定性，具有柔性化、扁平化的设计优点。

Description

一种电流驱动的柔性显示器件

技术领域

本发明涉及柔性电子显示领域，尤其涉及一种电流驱动的柔性显示器件。

背景技术

柔性显示器件是一种制作在柔性基板上的可变形或弯曲的显示装置，其通常包括显示面板和用于驱动显示面板的外围电路，所述显示面板包括柔性基板、像素阵列和金属线，所述像素阵列和金属线均设置于所述柔性基板上，所述外围电路通过金属线与像素阵列的各个像素单元实现电性连接。所述像素阵列可以由多个电致变色单元构成，通过电致变色单元的变色实现阵列式显示。

传统的电致变色单元结构如图1所示，自下而上依次包括透明导电基板1、变色层2、电解质层3、离子存储层4、透明导电基板1，其工作过程通常包括以下两步：(1)在两透明基板1之间施加一正向电压，在正向电场作用下，电解质层3中的活性离子注入变色层2，引起变色层2发生着色过程；(2)在两透明基板1之间施加一反向电压，在反向电场作用下，活性离子从变色层2中抽取出来，引起变色层2发生褪色过程。其中，离子存储层4也可以由变色材料制成，其变色性能与变色层3形成互补，即，当注入离子时，若变色层2表现为着色态，则离子存储层4表现为褪色态，当抽出离子时，变色层2从着色态变成了褪色态，而离子存储层4从褪色态变成了着色态。传统的电致变色单元采用电场驱动变色，活性离子的注入和抽出均在竖直方向中进行，离子存储层和变色层位于竖直方向的不同功能层上，这对于减小器件厚度、提高器件的集成度和稳定性具有较大的限制。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，克服现有技术中的缺点和不足，提供一种电流驱动的柔性显示器件，其具有厚度薄、集成度和稳定性高的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种电流驱动的柔性显示器件，包括柔性基底和多个变色单元；所述多个变色单元设于所述柔性基底表面，变色单元之间通过导线电连接，构成变色单元阵列；每个变色单元包括电流驱动层、变色层和电解质层，所述变色层覆盖于所述电流驱动层表面，所述电解质层包覆于所述变色层表面；所述电流驱动层的两端分别通过导线连接外电路产生电流，所述电流经过所述电流驱动层且不经过所述变色层和电解质层；所述变色层包括相互拼接的且变色性能互补的第一变色材料层和第二变色材料层。

本发明的变色单元通过电流驱动离子沿着电流方向做定向运动，从一变色材料层迁移至与之变色性能互补的另一变色材料层，从而实现变色层颜色的整体改变。相对于现有技术，本发明采用的驱动方式是电流驱动而不是采用电压或者电场驱动，从而使得传统的离子存储层和变色层可以直接制备在同一功能层上，减薄了器件厚度，也无需对准工艺，提高了器件集成度和稳定性。在此基础上，通过外电路来控制变色单元的着色态和褪色态的相互转变，再通过集成柔性封装成阵列式器件，每个变色单元作为一个显示像素点，可以在外控制电路下实现单个变色，进而可通过单片机实现阵列式显示，组合成各种图案或文字，具有柔性化、扁平化的设计优点。

进一步地，所述导线包括交叉排布的位线和字线；所述变色单元阵列中，每一行变色单元通过所述位线电连接，每一列变色单元通过所述字线电连接；每个变色单元中的电流驱动层的两端分别连接所述位线和字线。

进一步地，所述电流驱动层包括导电层和电极，所述电极设于所述导电层两端并通过位线和字线连接外电路。

进一步地，所述变色层覆盖于所述导电层表面，且所述变色层的面积小于所述导电层的面积，从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域；所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内，与所述导电层接触，且不与所述变色层和所述电解质层接触。

进一步地，所述第一变色材料层为氧化钨薄膜；所述第二变色材料层为氧化镍薄膜。

进一步地，所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或胶体电解质层。

进一步地，所述杂质离子为氢离子、锂离子、钠离子、钾离子或锰离子。

进一步地，所述导电层为金属导电层、ITO导电层、AZO导电层或FTO导电层。

进一步地，所述电极为金属电极、ITO电极、AZO电极或FTO电极。

进一步地，所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或布料。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本发明。

附图说明

图1为传统的电致变色单元的结构示意图。

图2为实施例1的电流驱动的柔性显示器件的结构示意图。

图3为实施例1的变色单元的结构示意图。

图4为实施例1的变色单元的着色与褪色循环示意图。

图5为实施例2的变色单元的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1

请参阅图2，其为本实施例的电流驱动的柔性显示器件的结构示意图。所述电流驱动的柔性显示器件包括柔性基底10和多个变色单元20，所述多个变色单元20设于所述柔性基底10表面。所述柔性基底10可以为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或布料。变色单元20之间通过行列线位线31和字线32电连接，具体的，每一行变色单元20通过位线31电连接，每一列变色单元20通过字线32电连接，从而构成变色单元阵列，最后通过位线31和字线32与外电路连接，形成由电流驱动的柔性显示器件。

请参阅图3，每个变色单元20包括导电层21、电极22、变色层23和电解质层24，所述导电层21和电极22一起构成电流驱动层。

所述变色层23覆盖于所述导电层21表面，且所述变色层23的面积小于所述导电层21的面积，从而在所述导电层21的表面两侧形成空白区域，该空白区域即导电层21未被变色层23覆盖的区域。所述电极22设有两个，分别设于所述导电层21的表面两侧的空白区域内，与所述导电层21接触，且不与所述变色层23和所述电解质层24接触，所述电极22通过位线31和字线32连接外电路产生电流，所述电流经过所述导电层21且不经过所述变色层23和电解质层24。所述电极22材料可以为金属、ITO、AZO或FTO。所述导电层21材料可以为金属、ITO、AZO或FTO。

所述电解质层24包覆于所述变色层23表面，所述电解质层24的面积也小于所述导电层21的面积。所述电解质层24为含有杂质离子的液体或胶体，所述杂质离子可以为氢离子、锂离子、钠离子、钾离子或锰离子，本实施例中，杂质离子优选为锂离子。

所述变色层23包括相互拼接的且变色性能互补的第一变色材料层231和第二变色材料层232。所述变色层23材料为可以注入杂质离子的薄膜材料，且该薄膜材料能够在杂质离子注入后，使薄膜的透过率发生变化，从而实现变色的效果，所述薄膜材料可以是氧化钨、氧化钼、氧化铌、氧化镍中的一种或多种的复合材料。本实施例中，第一变色材料层231优选为氧化镍薄膜，第二变色材料层232优选为氧化钨薄膜，两者位于同一功能层上，沿着电流方向进行拼接。氧化镍薄膜在锂离子注入后，透过率增大，颜色从深色变为透明；氧化钨薄膜在锂离子注入后，透过率降低，颜色从透明变为深色。锂离子能够在电流的作用下，从一种变色材料层迁移到另外一种变色材料层中，使得两种变色材料颜色发生变化，从而实现本发明的变色效果。

本实施例的锂离子在电流驱动作用下迁移的原理如下：在变色层和电解质层形成的固-液界面处，锂离子可进行充分的热平衡交换，即热平衡下，锂离子可从电解质层到达变色层，也可以从变色层到达电解质层，前者的数量略小于后者，在一定时间内可认为接近相等，相互抵消，在外加电场作用下锂离子从电解质层注入变色层的数量超过从变色层到达电解质层的数量，从而体现为净离子流的注入过程，当外电场反方向时，净离子流体现为从变色层到电解质层的抽离过程。本实施例中，当导电层有电流通过时，尽管该电流不经过变色层和电解质层，但是该电流在变色层和电解质层形成的固-液界面处会形成一定强度的磁场，而且磁场方向满足安培环路定理，在电流以及该电流产生的磁场作用下，锂离子在变色层内迁移，其迁移方向与变色层下方的电流方向相同。

本实施例的变色单元20能够在电流驱动层的电流作用下实现着色态和褪色态的相互转换，每个变色单元20处于着色态或褪色态，或者两种状态之间的转换，是通过与之相连的位线31与字线32电平信号独立控制，变色单元20之间不互为关联。本实施例的着色态和褪色态的相互转换过程如下：当其中一个变色单元20的位线31为高电平，同时字线32为低电平，该变色单元20更新为褪色态；当位线31为低电平，同时字线32为高电平，则该变色单元20更新为着色态；当位线31和字线32同时为高电平或者同时为低电平时，变色单元20的状态维持原来的状态不变。每个变色单元20均可以在外控制电路下实现单个变色，进而通过单片机实现阵列式显示，组合成各种图案或文字。

请参阅图4，其为本实施例的变色单元的着色与褪色循环示意图。

(1)着色过程(Coloring)：请参阅图4的上方图，当外电路连接并导通时，电流(Current)方向与图中箭头方向一致，使得锂离子沿着电流方向迁移，从氧化镍薄膜迁移至氧化钨薄膜中，此时变色层材料的构成为NiO与Li_xWO₃，NiO颜色为黑色，而Li_xWO₃颜色为深蓝色，则变色器件从褪色态变为着色态。

(2)褪色过程(Bleaching)：请参阅图4的下方图，当外电路连接并导通时，电流(Current)方向与图中箭头方向一致，使得锂离子沿着电流方向迁移，从氧化钨薄膜迁移至氧化镍薄膜中，此时变色层材料的构成为Li_xNiO₃与WO₃，Li_xNiO₃颜色为透明，而WO₃颜色同为透明，则变色器件从着色态变为褪色态。

实施例2

为了证明实施例1的锂离子是在电流驱动下而非现有的在电压或电场驱动下迁移的，本实施例中，如图5所示，将导电层21覆盖于电解质层24上表面，即导电层21不再位于变色层23下方，而是位于变色层23上方，其它设置与实施例1相同。

本实施例中，当导电层有电流通过时，锂离子同样会在变色层内迁移，其迁移方向与变色层上方的电流方向相反。该结果说明了本发明变色层内的锂离子迁移是由电流驱动的，因为如果是由电场驱动的，那么在电流流向相同的情况下，不管电流位于变色层下方还是上方，锂离子的迁移方向都应该保持与电流流向一致；而实验结果证明，在电流流向相同的情况下，电流分别位于变色层下方和上方时，锂离子的迁移方向不一致，具体的，锂离子的迁移方向与变色层下方的电流方向相同，而与变色层上方的电流方向相反，这是由于电流分别位于变色层下方和上方时，其在变色层和电解质层形成的固-液界面处形成的磁场方向相反，从而导致两种情况下锂离子的迁移方向相反。

本发明的变色单元通过电流驱动离子沿着电流方向做定向运动，从一变色材料层迁移至与之变色性能互补的另一变色材料层，从而实现变色层颜色的整体改变。相对于现有技术，本发明采用的驱动方式是电流驱动而不是采用电压或者电场驱动，从而使得传统的离子存储层和变色层可以直接制备在同一功能层上，减薄了器件厚度，也无需对准工艺，提高了器件集成度和稳定性。在此基础上，通过外电路来控制变色单元的着色态和褪色态的相互转变，再通过集成柔性封装成阵列式器件，每个变色单元作为一个显示像素点，可以在外控制电路下实现单个变色，进而可通过单片机实现阵列式显示，组合成各种图案或文字，具有柔性化、扁平化的设计优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，包括柔性基底和多个变色单元；所述多个变色单元设于所述柔性基底表面，变色单元之间通过导线电连接，构成变色单元阵列；每个变色单元包括电流驱动层、变色层和电解质层，所述变色层覆盖于所述电流驱动层表面，所述电解质层包覆于所述变色层表面；所述电解质层中的杂质离子通过外加电场的作用进入所述变色层；所述变色层包括相互拼接的且变色性能互补的第一变色材料层和第二变色材料层；所述电流驱动层的两端分别通过导线连接外电路产生电流，所述电流经过所述电流驱动层且不经过所述变色层和电解质层，所述电流在所述变色层和电解质层形成的界面处形成一磁场，所述磁场使进入所述变色层中的杂质离子在第一变色材料层和第二变色材料层之间迁移。

2.根据权利要求1所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述导线包括交叉排布的位线和字线；所述变色单元阵列中，每一行变色单元通过所述位线电连接，每一列变色单元通过所述字线电连接；每个变色单元中的电流驱动层的两端分别连接所述位线和字线。

3.根据权利要求2所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述电流驱动层包括导电层和电极，所述电极设于所述导电层两端并通过位线和字线连接外电路。

4.根据权利要求3所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述变色层覆盖于所述导电层表面，且所述变色层的面积小于所述导电层的面积，从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域；所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内，与所述导电层接触，且不与所述变色层和所述电解质层接触。

5.根据权利要求1所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述第一变色材料层为氧化钨薄膜；所述第二变色材料层为氧化镍薄膜。

6.根据权利要求1所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或胶体电解质层。

7.根据权利要求6所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述杂质离子为氢离子、锂离子、钠离子、钾离子或锰离子。

8.根据权利要求3所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述导电层为金属导电层、ITO导电层、AZO导电层或FTO导电层。

9.根据权利要求3所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述电极为金属电极、ITO电极、AZO电极或FTO电极。

10.根据权利要求1所述的电流驱动的柔性显示器件，其特征在于，所述柔性基底为聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或布料。