CN1675585A - 具有单元内堆叠的单色电色层的全色电致变色显示器 - Google Patents

Abstract

一种显示器件，它包括多个可独立寻址的像素(1)，所述像素包括：第一衬底(2)；对电极(3)；第二衬底(4)；与第二衬底(4)关联的电色层堆叠(5a、5b、5c)；设置在对电极(3)和电色层堆叠(5a、5b、5c)之间的电解质(6)。所述电色层(5a、5b、5c)对于转换操作可各自独立寻址；并由电解质层(7)相互分隔开。一种用于运行像素(1)的驱动方法包括以下步骤：提供可选择性地连接到电色层(5)或与该电色层(5)相关联的工作电极(10)的至少一条电源线(8)；将去色或加色电压选择性地加到电源线(8)上；寻址需去色或加色的电色层(5)；将电源线(8)连接到所述电色层(5)；在保持期间维持电源线(8)的连接；以及断开所述电源线(8)。

Description

具有单元内堆叠的单色电色 层的全色电致变色显示器

发明领域

本专利申请涉及电致变色显示器件领域，具体地说，涉及用于向这种显示器件提供全色工作的装置及其驱动方法。更具体地说，本专利申请涉及为电致变色显示器件的每个像素单元提供全色工作的有效系统。

发明背景

近来对电致变色显示器件作为电子纸型显示器的候选器件作了研究。但目前商用的电致变色显示器技术的慢转换速度和高功耗不能满足显示器市场的需求。最近的发展趋势是使用纳米材料(例如化学改型的纳米结构介观孔薄膜)来改善性能。使用这种材料已显示良好前景。但电致变色显示器其余的关键问题之一是色彩的生。

一种先有技术的方法建议利用四层滤光器来选择性地产生色彩，滤光器包括五个透明板，每个板在它们对置的表面上形成有电解质。这些板是玻璃或塑料的，在它们对置的表面上用氧化锡或薄的金属透明导体涂敷。在每对对置电极的电极之一上设置电致变色导电聚合物的薄层(0.01μm到0.1μm)。虽然已经描述了四层结构，但有人建议把两层或更多层可用在任何电压组合中，以便能通过面板发射不同的色彩和色调。在US4,749,260中公开了这种类型的系统。

发明概述

因此，本发明的目的是提供一种改进的装置，用于向电致变色显示器装置提供全色。

所述目的是通过如权利要求1所述的本发明的装置来实现的。

本发明的另一目的是提供一种改进的驱动方法，用于向电致变色显示器装置提供全色。

此目的是通过如权利要求8所述的本发明的方法来实现的。

在各项从属权利要求中具体说明了本发明的其他优选的实施例。

从以下结合附图进行的详细说明可以明白本发明的其它目的和特征。但是显然，附图仅仅是为了说明，而不是对本发明的限制，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。此外，显然，附图没有必要按比例画出，除非另有说明，它们仅仅旨在概念性地说明本文所述的结构和过程。

附图简要说明

附图中，相同的参考字符在数个视图中代表相同的元件：

图1示出按照本发明第一实施例的显示器件像素的示意截面图；

图2示出按照本发明第二实施例的显示器件像素的示意截面图；

图3示出按照本发明第三实施例的显示器件像素的示意截面图；

图4示出传统有源矩阵显示器件结构的通用实例；

图5示出用于按照本发明的电致变色像素的简化的单电源线驱动电路；

图6示出用于按照本发明的电致变色像素的简化的双电源线驱动电路；

图7示出用于具有多寻址行的彩色电致变色像素的简化单电源线驱动电路；以及

图8示出用于具有多数据列和每个像素两条电源线的彩色电致变色像素的简化驱动电路。

目前优选实施例的详细说明

图1示出按照第一实施例的电致变色显示器像素1的示意截面图。电致变色显示器的每个像素可独立地寻址并可与其它像素或者在电气上或者在物理上分开，以避免像素之间的串扰。。像素1包括：第一衬底2，它最好是透明的并用诸如玻璃或塑料板制成；与所述第一衬底2关联的导电对电极3；第二衬底4，它可以是透明的或反射的；与所述第二衬底4关联的电色层5a、5b、5c的堆叠；透明电解质材料6，它设置在所述对电极3和所述电色层5a、5b、5c的堆叠之间并与所述对电极3和所述电色层5a、5b、5c的堆叠中相邻的电色层5c相接触。电色层5a、5b、5c可对转换操作独立寻址。通过在像素单元上加正电压和负电压，每个电色层5a、5b、5c可在透明和彩色状态之间作可逆转换。全色工作最好利用众所周知的减色法实现。按照本发明，这是利用在像素单元中堆叠并独立寻址三个电色层5a、5b、5c来实现的。最好，如图1所示，使用三个单色电色层。这三个电色层最好是青色，绛红，和黄色(CMY)，这样就可在反射显示器中获得所有颜色，包括白色和黑色，虽然作为替换方案，红，绿，蓝色方案也可使用。但预计这会导致在生成互补色方面光学性能的降低。生成互补色(或基色)结合控制流向电色层的电子流(灰度控制)就可产生全色工作。由于需要对堆叠中的电色层5a、5b、5c独立寻址，所以需要将电色层5a、5b、5c在物理上彼此分开，以防串扰。这最好利用电色层5a、5b、5c之间的电解质层7来实现，电解质层7设置成与电解质材料6连通，使得它们之间存在直接的离子通路，以下将作详细说明。为了确保足够的机械支撑，最好用固态状电解质，例如聚合物电解质。此外，电解质是显示器单元的至关重要的部分，因为它含有在电色层的电化学氧化或还原反应中用作电荷补偿的离子。电解质层7还有利于反离子的快速迁移，这就促进了电致变色反应的快速响应。在另一实施例中，在堆叠的电色层5a、5b、5c之间的电解质层7可由多孔绝缘体构成，绝缘体中填充电解质。按照图1的实施例，在像素的一侧或多侧需要与电色层相接触的电极，在图1中示为衬底4上连接到电源线8a，8b，8c的氧化铟锡(ITO)迹线17，并且如果需要，电色层可以通过所谓”穿通”孔与这些ITO迹线17接触。在这种配置中，电子迁移发生在像素的横向上，而不是在深度方向的传统电子迁移。由于横向尺寸比深度大得多，就需要有电色层5a、5b、5c来提供快速的电子迁移。在这情况下，电色层本身用作电极。具有这些特性的一类已知电致变色材料是导电聚合物。通常可以以电化学方法转换这些聚合物，从高导电状态到低导电状态，其中同时发生光学响应方面的差别。电致变色类导电聚合物还具有一个优点是在喷墨打印技术或光刻技术中的处理能力和图案能力。为了防止有源矩阵(AM)显示器中的交扰，在相邻像素之间不需要像素壁。可以将电色层像素化(pixelate)(形成图案)，以避免从一个像素到另一像素的直接的电子迁移。在这种情况下，像素之间的小间隔是足够的。对电极3的能力应足以提供支持堆叠中所有电色层5a、5b、5c的电化学逆反应。对电极3的能力最好应当是这样的，使得当相对于对电极对不同的电色层寻址时，对电极的氧化还原状态没有显著改变。而且，也可以使对电极3像素化。显示器件的每个像素可有其自己的对电极3，但也可以有共用对电极板，即，将显示器件的每个像素的对电极3连接起来，形成一个共用对电极。用于将对电极连接到显示器驱动电路的线16示于图1，如果对电极是所有像素共用的，则线16对整个显示器件仅需连接一次。需要像素内的孔或间隙9(电解质穿通孔，例如在像素侧)，以确保像素单元的整体电荷中性并利于与关联的对电极的离子接触。当显示器用于例如利用后照明的透射工作时，在所有电色层5a、5b、5c都处于透明状态时整个像素单元将是透明的。对于显示器的反射工作，需要将反射器，最好是散射器加到远离观众的像素单元的衬底侧，可以是第一衬底2或第二衬底4。图1中的水平虚线表示第一衬底2，对电极3以及第二衬底4可以大得多，并包括附加的像素单元。垂直的虚线仅用来表示所描述的像素单元1的边界。

图2示出另一实施例，其中像素1除参阅图1所作的说明外还包括一个独立寻址的工作电极10a，例如由通常使用的透明氧化铟锡(ITO)制成，设置在第二衬底4和电色层5a、5b、5c的堆叠中邻近第二衬底4的电色层5a之间。在此例中，最好将电色层5a淀积在电极10a上，因而电色层5a可以按传统方式在深度反向转换，而不是在横向转换(如上所述)。或者，电极10a可以是多孔的，例如纳米结晶TiO₂，以进一步增强反向离子扩散，或促进向吸收的电致变色物质的电子传送。

图3示出又一实施例，其中像素1除参阅图1所作的说明外还包括电极层10a、10b、10c，它们和电色层5a、5b、5c相关联并支撑这些电色层。如图3所示，可以这样设置每一个相应的电极层10a、10b、10c，使得其关联的电色层5a、5b、5c位于所述电极层和对电极3之间，但也可以将电极层10a、10b、10c设置在其关联的电色层和对电极3之间。用机械支撑电解质7(例如固态或凝胶状电解质，可以是聚合物电解质)将支撑一个电色层的电极与另一电色层分隔开。通过所谓的”穿通”孔使电极层10b，10c与相应的ITO迹线17相接触。按照此实施例的配置增加了复杂程度和反射损失，但却有可能按传统方式在深度方向上转换电色层5a、5b、5c，而且也能使用更大跨度的电致变色材料。这些支撑电极10a、10b、10c可以是多孔的，例如纳米结晶TiO₂，以进一步利于反向离子扩散，或促进向吸收的电致变色物质的电子传送。

参阅图4，图中示出传统的有源矩阵显示器件结构的通用实例。所述有源矩阵显示器件包括面板，所述面板具有承载在衬底4上的规则间隔的像素的行与列的矩阵阵列，像素用方框1表示，每个像素包括电致变色显示元件和控制流过该显示元件的电流的关联的驱动装置，像素位于也承载在衬底4上的行选择和列数据地址导体(或线)12和11的交叉集合的交叉点。为简明起见仅示出少数几个像素。像素1由外围设备驱动电路通过各组地址导体寻址，外围设备驱动电路的输出端连接到面板并且包括：行扫描驱动电路18，它产生以顺序的方式输送到行导体12上的扫描信号；列扫描驱动电路19，它产生提供到列导体11上的数据信号并形成来自各个像素显示元件的显示输出信号；以及定时控制单元20，用于控制电路18和19的工作。

借助于由电路18加到相关的行导体12上的选择信号依次对每行像素寻址，以便按照由电路19加到列导体11的相应的数据信号给所述行像素加上相应的驱动信号。在对每行寻址时，由电路19以适当的同步方式输送所述数据信号。

图5图解说明单电源线电路，用于电致变色像素1的电色层5或与电色层5相关联的工作电极10，例如，电致变色像素1可以设置在图1的有源矩阵显示器的一个方框1中。每个像素驱动电路包括开关晶体管13、驱动晶体管14、电容器15以及可能与工作电极10关联的电色层5。开关晶体管13和驱动晶体管14最好是薄膜晶体管(TFT)。开关晶体管13的栅极连接到行选择电极线12，开关晶体管13的源极连接到列数据电极线11。开关晶体管13的漏极连接到驱动晶体管14的栅极。驱动晶体管14的源极连接到电源线8，驱动晶体管14的漏极连接到电色层5或与电色层5相关联的工作电极10。可以通过列数据输入端11和行选择输入端12来控制驱动电路，所述列数据输入端11和行选择输入端12提供对电源线电压加到所述像素1的电色层5或与电色层5相关联的工作电极10的控制。通过使用图5的简单的像素电路，可以对像素1的电色层5进行加色或去色。其工作如下：将电源线8设置到去色电压；用两种电压对显示器寻址，其中高电压使驱动晶体管14导通，低电压停止晶体管14导通；用高电压对所有像素1寻址，进行复位操作，这样所有像素1的相应电色层5都被去色(已去色的像素在此阶段不作任何动作)。存储电容器15确保驱动晶体管14在保持期间维持导通状态。用低电压对所有像素1寻址，就使驱动晶体管14断开。把电源线电压转换为加色电压。把其电色层5需要加色的那些像素1寻址到高电压。驱动晶体管14导通，开始加色。存储电容器15再次确保驱动晶体管14在保持期间维持导通状态。当像素的电色层5已被充足地加色时，通过利用来自数据输入端11的低电压对像素1寻址来把像素1的电色层5与电源线8断开。当完全写入新图像时，可以将电源线8断电。在此实施例中，颜色的灰度(“强度”)将由进入电色层5的电荷总量来确定，也就是由像素1的电色层5或与电色层5相关联的工作电极10连接到电源线8的时间来确定。

图6示出具有两条电源线8a1、8a2的更复杂的像素电路，通过它们可使电色层5a加色或去色。驱动电路可由两个列数据输入端11a1、11a2以及两个行选择输入端12a1、12a2进行控制，而对加到像素1的电色层5a或与所述电色层5a相关联的工作电极10a的电源线电压提供控制。像素电路的工作如下述：将电源线8a1、8a2分别设定到去色电压和加色电压。利用两个电压对显示器寻址，高电压使驱动晶体管14a1、14a2导通，低电压停止驱动晶体管14a1、14a2导通。列数据11a1用来选择其电色层5a需去色的像素1。列数据11a2用来选择其电色层5a需加色的像素1。以高电压对其电色层5a需加色或去色的那些像素1寻址。驱动晶体管14a1、14a2导通，去色或加色开始。存储电容器15确保在保持期内驱动晶体管14a1、14a2维持导通。当像素1的电色层5a已被充足地加色或去色时，通过利用来自数据输入端11a1、11a2的低电压对像素1寻址来使电色层5a或与电色层5a相关联的工作电极10a与电源线8a1、8a2断开。当已完全写入新图像时，可以将电源线8a1、8a2断电。同样，在此实施例中，颜色的灰度(“强度”)将由进入电色层5a的电荷总量来确定，也就是由电色层5a或与电色层5a相关联的工作电极10a连接到电源线8a1、8a2的时间来确定。由于一般不使用”复位”，故需要知道电色层5a原先的状态，才能提供达到新灰度的正确电荷(放电)数量。这需要一种信号处理方法，即，将原先的灰度存储在帧存储器中，将新灰度与原先的灰度作比较，然后确定所需的电荷(通过查阅表或分析功能)。所述所需电荷作为像素数据通过数据输入端11a1、11a2提供到像素1。

图7中示出本发明的可以驱动具有三个可独立转换的电色层5a、5b、5c的彩色像素1的实施例。利用图5所示的单电源线像素电路分别驱动电色层5a、5b、5c或与所述电色层5a、5b、5c相关联的工作电极10a、10b、10c。通过在连续的行周期内对所述三行寻址(如图7左侧的行选择信号12a、12b、12c所示)，将像素数据以顺序的方式加到电色层5a、5b、5c或与所述电色层5a、5b、5c相关联的工作电极10a、10b、10c上。各个像素的工作与对图5的实施例所述的相同。在另一实施例中，可以用图6的两条电源线的电路来驱动各个像素。此时，每个像素将配备有两条行线12a1、12a2，12b1，12b2，12c1，12c2将电色层5a、5b、5c或与所述电色层5a、5b、5c相关联的工作电极10a、10b、10c连接到某一电源线8a1、8a2，8b1，8b2，8c1，8c2。所以，最通常的情况是这种像素将配备有六条电源线。如果能找到在同一电压下工作(去色或加色)的电致变色材料，通过在两个或多个电色层或与所述电色层相关联的工作电极之间共用电源线的方法，就可减少电源线的数量。这样可以节省像素中的空间(增大孔径)，降低复杂程度，所以是本发明的一个优选实施例。

图8示出驱动电路的实施例，它用于有多个数据列11a1、11a2、11b1、11b2和每个像素1有两条电源线8a1、8a2、8b1、8b2的彩色电致变色像素1，此电路可驱动具有两个可独立转换的电色层5a、5b的彩色像素1(扩展到三层很烦琐，为清晰起见未于示出)。这里，利用具有两条电源线的像素电路(图6)来分别驱动电色层5a、5b或与所述电色层5a、5b相关联的工作电极10a、10b。在同一行周期寻址四个数据列11a1、11a2、11b1、11b2，将像素数据并行加到两个电色层5a、5b或与所述电色层5a、5b相关联的工作电极10a、10b上。各个像素的工作和关于图6的实施例所讨论的相同。在另一实施例中，可以用图5的单电源线电路来驱动各个像素。在这种情况下，每个像素仅配备有一条行线12，且每个电色层仅需要一条列数据线11。其工作也要求先将所有像素复位(即去色)，再将新图像写入像素。如果能找到在同一电压下工作(或者用于去色或者用于加色)的电致变色材料，则通过在两个或多个电色层5或与所述电色层5相关联的工作电极10之间共用电源线8，就可减少电源线的数量。这样可以节省像素中的空间(增大孔径)，降低复杂程度，所以是本发明的一个优选实施例。

用于运行按照上述任一实施例的显示器件的像素1的方法包括以下步骤：提供可选择性地连接到电色层5或与电色层5相关联的工作电极10的至少一条电源线；将去色或加色电压选择性地加到所述电源线8上；寻址需去色或加色的电色层5或与所述电色层5相关联的工作电极10；将所述电源线8连接到所述电色层5或与所述电色层5相关联的工作电极10；在保持期间维持所述电源线8和已寻址的电色层5或与该电色层5相关联的工作电极10的连接；断开电源线8和已寻址的电色层5或与该电色层5相关联的工作电极10的连接。

在另一实施例中，通过在连续的行周期内以顺序的方式寻址附加电色层5或与该附加电色层5相关联的工作电极10，所述驱动方法还用于像素1的附加电色层5。

在又一实施例中，通过在同一行周期内以并行方式寻址附加电色层5或与该附加电色层5相关联的工作电极10，所述驱动方法还用于像素1的附加电色层5。

如上所述，已对能在每个像素单元中产生全色工作的全色有源矩阵电致变色显示器作了说明，其中对于每一堆叠，驱动电子线路都可以有利地包括在单一有源矩阵衬底层(玻璃或塑料)中。通常电致变色显示器具有高的光学质量，在反射率、视角、对比度以及孔径等方面大部分保持不变。按照本发明的方法比先有技术的方法更为有利，在先有技术的方法中要堆叠数个电致变色单元，每个单元有其自已的有源矩阵衬底层，使这种先有技术的显示器相当厚、昂贵，而且会引起严重的视差问题。

所以，虽然已显示、描述和指出了本发明用于其优选实施例时的基本新颖特征，但应理解，本专业的技术人员可以在所示显示器的形式和细节上，在它们的工作上，作各种删减、替代和改动，而不背离本发明的精神。例如，以基本上同样的方式进行基本上同样的功能以达到同样结果的那些元件和/或方法步骤的所有组合应属于本发明的范围之内。此外，应认识到，与本发明任何已公开的形式或实施例有关的所显示和/或所描述的结构和/或元件和/或方法步骤都可作为设计选择包括到其它公开的，说明的或建议的形式或实施例中。因此，本发明应仅由所附权利要求书的范围限定。

Claims (10)

1.一种显示器件，它包括多个可独立寻址的像素，其中所述像素包括：第一衬底；对电极；第二衬底，与所述第二衬底关联的电色层堆叠；设置在所述对电极和所述电色层堆叠之间的电解质；其中所述电色层对于转换操作可各自独立寻址；并且所述电色层由电解质层相互分隔开。

2.如权利要求1所述的显示器件，其中将可独立寻址的工作电极设置在所述第二衬底和所述电色层堆叠中邻近所述第二衬底的电色层之间。

3.如权利要求1所述的显示器件，其中分开的可独立寻址的工作电极与所述电色层堆叠中每个相应的电色层相关联。

4.如权利要求1所述的显示器件，其中将所述电色层相互分隔开的电解质是固态状电解质。

5.如权利要求4所述的显示器件，其中所述固态状电解质是聚合物电解质。

6.如权利要求1所述的显示器件，其中所述电色层堆叠包括三个单色电色层。

7.如权利要求1所述的显示器件，其中所述显示器件每个像素的所述对电极连接在一起，形成一个共用对电极。

8.一种用于运行按照上述权利要求1到7中任一项所述的显示器件的像素的驱动方法，所述方法包括以下步骤：

提供可选择性地连接到电色层或与所述电色层相关联的工作电极的至少一条电源线；

将去色或加色电压选择性地加到所述电源线上；

寻址需去色或加色的电色层或与所述电色层相关联的工作电极；

将所述电源线连接到所述电色层或与所述电色层相关联的工作电极；

在保持期间维持所述电源线和所述电色层或与所述电色层相关联的所述工作电极的连接；

断开所述电源线和已寻址的所述电色层或与所述电色层相关联的所述工作电极的连接。

9.如权利要求8所述的方法，其中：

在连续的行周期内以顺序的方式对所述附加电色层或与该附加电色层相关联的工作电极进行寻址。

10.如权利要求8所述的方法，其中：

在同一行周期内以并行方式对所述附加电色层或与该附加电色层相关联的工作电极进行寻址。

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