TWI402597B - 電致色變顯示裝置 - Google Patents
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Description
本發明涉及電致色變顯示裝置及製造和驅動電致色變顯示裝置的方法。尤其，本發明特別涉及一種可獨立顯示多種顏色的電致色變顯示裝置及製造和驅動該電致色變顯示裝置的方法。
各種不同電子紙技術的已被開發，足以實現以顯示媒介取代普通紙張之電子紙。電子紙一般被指稱為一種仿效紙張特性的顯示單元。因此，電子紙與如陰極射線管(CRT)和液晶顯示器的傳統顯示單元相比需要不同的特性。電子紙之一些必要條件包括光反射(而不是光發射)顯示原理的使用、高白反射率、高對比、高解析度、記憶效應(圖像保持)、低電壓驅動能力、超小超輕、以及低製造成本等的特點。在上述提到的特性中，與顯示品質有關的特性需特別嚴格的水準，如白反射率，其期望可和紙張相媲美、以及對比度。
電子紙的各種操作原理已被開發，示例包括反射液晶型、電泳型、以及碳粉遷移型。但習知技術很難提供多色顯示，同時保持高白反射率和高對比。雖然通過使用濾色鏡實現多色顯示，但由於濾色鏡本身會吸光，致使反射率降低。此外，因為濾色鏡將單獨的像素分成紅色(R)、綠色(G)、和藍色(B)，使顯示裝置的反射率下降，因而，其對比度下降。白反射率和/或對比度的降低對可見度有不利影響，因此很難使用該顯示裝置來當作有用的電子紙。
另一種電子紙技術是採用電致色變原理而不是使用上述濾色鏡來實現反射顯示裝置。電致色變指一種現象，其由施加電壓引起的可逆氧化還原反應，而使化合物的顏色可逆變化。電致色變顯示裝置利用展現電致色變現象的化合物(電致色變化合物)顏色的顯現與消失。電致色變顯示裝置是反射式，具有記憶效果，且可在低電壓下操作。正因如此，電致色變技術的研究與發展從不同方面積極地進行，包括材料發展和裝置設計，為可用的電子紙之實現提供可行技術。
然而，電致色變顯示技術也存在缺陷，由於其顏色出現和消失原理是基於氧化還原反應，顏色出現或消失速率(顏色顯現/消失回應速率)較低。日本特開專利申請第2001-510590號(專利文獻1)討論了採用在電極附近固定電致色變化合物的方法來提高顏色顯現/消失回應速率。專利文獻1表明，在從沒有顏色到藍色出現或藍色消失到沒有顏色的情況下，顏色顯現/消失所需時間由幾十秒改善到大約一秒。但是，僅擁有該改善是不夠的，有用的電致色變顯示裝置的發展需在顏色顯現/消失回應速率上有進一步提高。
仍然，具備依據所使用的電致色變化合物結構而顯示各種顏色的能力之電致色變顯示技術仍被期望能提供有用的多色顯示裝置。多種利用電致色變顯示技術的多色顯示裝置已為習知。例如，日本特開專利申請第2003-121883號(專利文獻2)揭示了一種多色顯示裝置，該裝置採用多種電致色變化合物微粒子的電致色變層。尤其，專利文獻2討論了一種採用多層電致色變化合物的多色顯示裝置，其包括具有不同顏色顯現電壓的多個官能團的聚合物化合物。
日本特開專利申請第2006-106669號(專利文獻3)揭示了一種顯示裝置，該顯示裝置藉由在電極上形成多個電致色變層，且該等層在不同電壓或電流值下顯示顏色，從而顯示多種顏色。尤其，專利文獻3討論了含有一顯示層的多色顯示裝置，該顯示層的形成是通過層疊或混合具有不同臨界電壓或顏色出現所需電荷量的多個電致色變化合物。
日本特開專利申請第2003-270671號(專利文獻4)揭示了一多色顯示裝置，其具有包含多對透明電極的複數層結構單元，於多對透明電極間設置電致色變層和電解質。日本特開專利申請第2004-151265號(專利文獻5)揭示了一個相容有RGB三種顏色的多色顯示裝置，其中藉由使用依據專利文獻4的結構單元而形成被動式矩陣面板和主動式矩陣面板。
採用電致色變顯示技術的這些習知的多色顯示裝置存在以下缺點。在依據專利文獻2之技術中，由於層狀的電致色變化合物在不同電壓下顯示出不同的顏色，多種顏色不能同時顯現，儘管可通過控制電壓施加使任一種顏色顯示。
在依據專利文獻3之技術中，雖然因為存在多種可顯示不同顏色的電致色變化合物而可同時顯現多種顏色，為選擇性顯示所需顏色則需要複雜的電壓和電流控制。
依據專利文獻4和5之技術需要一對透明電極層來促使一電致色變層顯示一種顏色。因此，當多種電致色變層堆積時，則需要大量的電極層，從而導致反射率或對比度的降低。
現有技術的不足可由本發明解決，本發明一方面提供一種電致色變顯示裝置，包括：一顯示基板；一相對基板，設置相對於該顯示基板；一相對電極，設置在該相對基板上；複數個顯示電極，設置在該顯示基板與該相對電極之間，且該等顯示電極為相互分開；複數個電致色變層，設置在對應的該等顯示電極上；以及一電解質，設置在該等顯示電極和該相對電極之間。介於一個顯示電極與另一個顯示電極之間的電阻大於該一個顯示電極或該另一個顯示電極的電阻。設置在最靠近該顯示基板的該顯示電極與該相對電極之間的一個或更多個顯示電極被配置為對該電解質為可滲透的。
以下參照圖示描述本發明之各種實施例，其中，所有數個視圖中相同之圖示標號係指定一致或對應的部件。
圖1是依據本發明一實施例的電致色變顯示裝置10的剖面圖。該電致色變顯示裝置10包括：顯示基板11；相對基板12，設置在相對於顯示基板11；相對電極15，設置在相對基板12上；以及單元19。單元19由顯示基板11和相對基板12通過分隔物18連接形成。圖2是電致色變顯示裝置10透視圖。首先描述依據本實施例之電致色變顯示裝置10的結構。
如圖1和圖2所示，電致色變顯示裝置10包括：第一顯示電極13a，形成在顯示基板11上；第一電致色變層14a，設置在第一顯示電極13a上；絕緣層22，設置在第一電致色變層14a上；第二顯示電極13b，設置在絕緣層22上；以及第二電致色變層14b，設置在第二顯示電極13b上。因此，顯示基板11支撐多層堆疊。
為了促使第一電致顯色層14a呈現一種顏色，第一顯示電極13a被配置為控制第一電致色變層14a和相對電極15之間的電位。第一電致色變層14a包括第一電致色變化合物16a和支撐第一電致色變化合物16a的氧化金屬17。第一電致色變化合物16a基於氧化還原反應而呈現顏色。氧化金屬17被配置為加速顏色顯現/消失速率，和支撐第一電致色變化合物16a。
雖圖1說明電致色變化合物16a的單分子被吸附在氧化金屬17上，這僅是一個理想狀態的說明。事實上，第一電致色變化合物16a的結構不是特別地受限制，只要電致色變化合物16a被固定，且具有電連接使得由於電致色變化合物16a的氧化反應和還原反應產生的電子交換不受干擾。優選地，電致色變化合物16a和氧化金屬17被混合在單一層中。
絕緣層22係設置以自第二顯示電極13b電性隔離第一顯示電極13a。優選地，如果能確保第一和第二顯示電極13a和13b之間的足夠的電阻，則可不設置絕緣層22。第一和第二顯示電極13a和13b之間的電阻可藉由增加第一電致色變層14a之膜厚度來增加。
第二顯示電極13b和第一顯示電極13a相似處在於為了促使第二電致色變層14b呈現一顏色，第二顯示電極13b被配置為控制第二電致色變層14b和相對電極15之間的電位。第二電致色變層14b包括第二電致色變化合物16b和支撐第二電致色變化合物16b的氧化金屬17。第二電致色變化合物16b被配置成為回應氧化還原反應而顯示顏色。氧化金屬17係設置來提高顏色顯現/消失速率，和支撐第二電致色變化合物16b。第二電致色變化合物16b和第一電致色變化合物16a被配置為顯示不同顏色。
第一和第二顯示電極13a和13b之間的電阻(電極間電阻)需足夠高使得其兩者對相對電極15的電位可獨立受控制。特別是，電極間電阻需要至少大於第一顯示電極13a或第二顯示電極13b的片電阻。如果電極間電阻小於第一顯示電極13a或第二顯示電極13b的片電阻，則當於第一或第二顯示電極13a或13b施加電壓時，其他顯示電極也將被施加近似相同的電壓。因此，其不可能促使第一或第二顯示電極13a和13b的相應電致色變層14a和14b獨立顯現或不顯現顏色。優選地，電極間電阻最好是各自顯示電極的片電阻的500倍或更大。
為了得到合適的絕緣，電極間電阻可由改變第一電致色變層14a的厚度來控制。或者電極間電阻可由改變設置在第一電致色變層14a上的絕緣層22的厚度來控制。
第一和第二顯示電極13a和13b的電極間電阻可對應複數個顯示電極之一和複數個顯示電極之另一個之間的電阻。
為了促使第一和第二電致色變層14a和14b呈現顏色，設置在相對基板12上的相對電極15係配置來控制第一和第二顯示電極13a和13b與相對電極15之間的電位。單元19係充滿電解質20。為了促使第一或第二電致色變層14a或14b呈現顏色，電解質20係設置以促使離子(電荷)於第一或第二顯示電極13a或13b和相對電極15之間移動。電解質20可由一聚合物支撐。在這種狀況下，顏色顯現/消失區域(例如像素)可輕易地由圖案成形(patterning)聚合物來形成。
單元19還包含白反射層21。白反射層21可被設置來提高電致色變顯示裝置10的白反射率。白反射層21可藉由在單元19中注入分散著白色色素粒子的電解質20而形成。或者，白反射層21可藉由在相對電極15上塗佈分散著白色色素粒子的樹脂而形成。
白反射層21可設置在眾多不同層之一之間(包括第一和第二顯示電極13a和13b、第一和第二電致色變層14a和14b、以及絕緣層22)也就是設置在最靠近相對基板12，如圖1中的電致色變層14b，和相對電極15。優選地，白反射層21可設置在相對於相對電極15形成之側面的相對基板12的側面上。
更加優選地，有機聚合物材料保護層可形成於第一或第二電致色變層14a或14b的表面，面對顯示基板11的該側上。這樣，可獲得在第一或第二電致色變層14a或14b及其相關鄰近層之間改進的附著性/密封性，且第一或第二電致色變層14a或14b對溶劑的對抗性也有所提高，從而改善了電致色變顯示裝置10的耐用性。
優選地，無機保護層可形成在第二電致色變層14b和電解質20之間。這樣，可獲得第二電致色變層14b對抗電解質20之改善的抗溶解和抗腐蝕的電阻，進而增強電致色變顯示裝置10的耐用性。
以下描述電致色變顯示裝置10的多色顯示操作。電致色變顯示裝置10的上述結構可輕易賦予多色顯示能力。也就是因為絕緣層22將第一和第二顯示電極13a和13b隔離，第一和第二顯示電極13a和13b對相對電極15的電位可獨立控制。這使得促使設置在第一顯示電極13a上的第一電致色變層14a與設置在第二顯示電極13b上的第二電致色變層14b獨立呈現或不呈現顏色成為可能。
由於第一和第二電致色變層14a和14b層疊在顯示基板11上，可依據第一和第二電致色變層14a和14b顏色顯現/消失模式提供多色顯示。也就是可產生三種不同的顏色顯現/消失模式：(1)顏色單獨自第一電致色變層14a顯現；(2)顏色單獨自第二電致色變層14b顯現；以及(3)顏色自第一和第二電致色變層14a和14b兩者顯現。例如，第一和第二電致色變層14a和14b可配置以呈現從紅色、綠色和藍色中選擇的兩種不同顏色以實現多色顯示。
在本實施例中，設置在單元19中的白反射層21提供增強的白反射率。因此，第一和第二電致色變層14a和14b的層狀結構造成的反射率降低可被彌補，從而賦予具改善的可見度之多色顯示能力。
此外，依據本實施例，第一和第二電致色變化合物16a和16b由各別的氧化金屬17支撐。該結構賦予具有增加的顏色顯現/消失回應速率之多色顯示的能力。當具有低電子(或電洞)遷移率的有機化合物材料用在第一或第二電致色變化合物16a或16b時，該結構的效果將更為突出。這是由於，依據本實施例，電子(或電洞)能夠自第一或第二顯示電極13a或13b移動，而不經由第一或第二電致色變化合物16a或16b，但經由比第一或第二電致色變化合物16a或16b具有更大的電荷(或電洞)遷移率的氧化金屬17。因此，可快速促使顏色顯現/消失，其賦予具有增加的顏色顯現/消失回應速率之多色顯示的能力。
依據本實施例，當電解質20滲透遍及至電致色變顯示裝置10的電致色變顯示元件進行顏色顯現/消失反應，各別的電致色變層14a和14b被注入電荷。這表示施加電壓和反應速率可受到電解質20的滲透度的影響，因此視電解質滲透度情況而定，顏色生成反應可能不會發生。因此，在所有第一和第二顯示電極13a和13b、絕緣層22、第一和第二電致色變層14a和14b、以及白反射層21中的電解質應有適當的滲透。
這可由多種方法實現。例如，一方法可涉及層疊顯示電極13a和13b、絕緣層22、以及電致色變層14a和14b，同時在元件製造中使其滲透含有電解液。另一個方法可涉及在各層間應用一含電解質的聚合物。在另一種方法中，可用含電解質的聚合物膜和類似物作為絕緣層22。又於另一方法中，還可以將含電解質的樹脂作為白反射層中白色粒子的黏合劑。因此，白反射層可包括在含電解質的樹脂中之分散的白色粒子。
或者，一顯示電極被配置為對電解質20是可滲透的，該顯示電極設置在最靠近顯示基板11的另一個顯示電極和相對電極15之間，如本實施例的第二顯示電極13b。絕緣層22也可被配置為對電解質20為可滲透的。一電解質層可被設置在第一和第二顯示電極13a和13b、第一和第二電致色變層14a和14b、以及絕緣層22中的任意兩層之間。
因此，依據本實施例，複數個顯示電極和電致色變層被層疊，其中單獨的顯示電極和電致色變層彼此是絕緣的。因此，每個顯示電極的相應的電致色變層獨自本身，即位於相對電極和特定的顯示電極之間的電致色變層，可被促使呈現或不呈現顏色。這就是第一和第二電致色變層如何獨立控制呈現或不呈現顏色。然而，如果於一個顯示電極(如第二顯示電極13b)施加高電壓，電荷不僅僅擴散朝向面對相對電極15的對應電致色變層(如第二電致色變層14b)，還朝向顯示電極的相對一面(如朝向第一電致色變層14a)。因此，顏色顯現/消失可於面對顯示電極的顯示基板11之相對面的第一電致色變層(如第一電致色變層14a)誘發發生。
為了防止上述現象，最靠近顯示基板11的其中一個電致色變層，如第一電致色變層14a，可被提供最高臨界電壓作為顏色顯現或消失。如此，因為沒有不面對相對電極15之位於顯示電極(如第一顯示電極13a)的相對面的電致色變層，對第二顯示電極13b施加高電壓無法誘發上述不期望的顏色顯現/消失反應。
以下描述依據第一實施例電致色變顯示裝置10所用的材料。首先，描述顯示基板11和在顯示基板11上形成的各種層的材料。顯示基板11的材料不特別受限只要其為透明即可。示例包含玻璃和塑膠薄膜。
第一和第二顯示電極13a和13b的材料不特別受限只要其為具有導電性和光學透明性。這些性質為必要條件以提高由電致色變層14a和14b呈現的顏色之可見度。此透明導電材料的示例包括如摻雜錫的氧化銦(ITO)、摻雜氟的氧化錫(FTO)、摻雜銻的氧化錫(ATO)的無機材料。優選的例子是含有至少氧化銦(氧化In)、氧化錫(氧化Sn)以及氧化鋅(氧化Zn)之一的無機材料之電致色變薄膜，該薄膜採用真空薄膜生成方法形成。此氧化In、氧化Sn、以及氧化Zn材料可易於採用濺鍍形成為薄膜，且其亦提供合適的透明度和電導性。除此之外，InSnO、GaZnO、SnO、In2
O3
、ZnO都是良好選擇。
第一和第二電致色變層14a和14b中的第一和第二電致色變化合物16a和16b的材料可包含利用氧化還原反應呈現顏色變換的材料。該類材料包括已知的聚合物類型、色素類型、金屬複合物類型、以及氧化金屬類型的電致色變化合物。
聚合物類型和色素類型電致色變化合物包括小分子量的有機電致色變化合物，如偶氮苯(azobenzene)、蒽醌(anthraquinone)、二芳基乙烯(diarylethene)、二氫芘(dihydropyrene)、苯乙烯基(styryl)、苯乙烯螺哌喃(styryl spiropyran)、螺噁嗪(spirooxazine)、螺硫哌喃(spirothiopyran)、硫靛藍(thioindigo)、四硫富瓦烯(tetrathiafulvalene)、對苯二甲酸(terephthalic acid)、三苯甲烷(triphenylmethane)、三苯胺(triphenylamine)、萘哌喃(naphthopyran)、紫精(viologen)、吡唑啉(pyrazoline)、吩嗪(phenazine)、伸苯基二胺(phenylenediamine)、吩噁嗪(phenoxazine)、吩噻嗪(phenothiazine)、酞菁(phthalocyanine)、螢光黃母體(fluoran)、俘精酸酐(fulgide)、苯並哌喃、以及茂金屬化合物。示例還包括如聚苯胺(polyaniline)和聚噻吩(polythiophene)等的導電高分子化合物。
在上述當中，以以下通式(1)表示的紫精化合物或通式(2)表示的對苯二甲酸化合物為優選的。
由於上述材料具有低顏色顯現/消失電位，在含複數個顯示電極的電致色變顯示裝置中，其將提供適宜的色價。
優選地，第一和第二電致色變化合物16a和16b可包括以下以通式(3)表示的化合物，在其內，雜環化合物衍生物結構位於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間。該類材料具有高記憶特性，而因此可延長圖像保留時間且降低能源消耗。
優選地，第一和第二電致色變化合物16a和16b可包括紫精化合物。優選地，其可包括對苯二甲酸化合物。優選地，其還可包括雜環化合衍生物結構位於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間的化合物。藉由使用具有相似分子結構的材料，第一和第二顯示電極13a和13b可提供基本上相同的顏色顯現/消失的電位，達到利用相同的電解質即可輕易控制其顏色顯現/消失。
金屬複合物類型和氧化金屬類型的電致色變化合物包括無機電致色變化合物如氧化鈦、氧化釩、氧化鎢、氧化銦、氧化銥、氧化鎳、以及普魯士藍(Prussian blue)。氧化金屬17的材料不特別受限。示例包含具有任何以下列當作主要成分的氧化金屬：氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、氧化鋁(礬土)、氧化鋯、氧化鈰、氧化矽(矽土)、氧化釔、氧化硼、氧化鎂、鈦酸鍶、鈦酸鉀、鈦酸鋇、鈦酸鈣、氧化鈣、亞鐵鹽、氧化鉿、氧化鎢、氧化鐵、氧化銅、氧化鎳、氧化鈷、氧化鋇、氧化鍶、氧化釩、矽酸鋁、磷酸鈣、以及鋁矽酸鹽。上述氧化金屬可單獨使用或用作兩種或多於兩種的上述成分之混合物。
從電學和物理特性觀點而言，如電導率和光學屬性，高顏色顯現/消失回應速率的多色顯示可藉由利用從氧化鈦、氧化鋅、氧化錫、礬土、氧化鋯、氧化鐵、氧化鎂、氧化銦、以及氧化鎢，或是上述的混合物選擇的化合物來實現。尤其是，高顏色顯現/消失回應速率的多色顯示中可藉由利用氧化鈦實現。
氧化金屬17的形狀不特別受限。優選地，氧化金屬17的形狀使其每單位體積的表面積(特定表面積)較大，使氧化金屬17可效率地支撐第一和第二電致色變化合物16a和16b。例如，藉由聚集的奈米粒子型態形成氧化金屬17，可得到較大的特定表面積，使氧化金屬17能有效率地支撐電致色變化合物，賦予多色顯示改善的顏色顯現/消失顯示對比率的能力。
更優選地，可混合多種類的具有不同粒子直徑的粒子。粒子直徑不同的粒子的存在提供了電致色變層中的縫隙，進而可獲得提高的電解質滲透率。包含該不同粒子直徑的混合粒子的層亦可具有提高的強度抵抗在其塗覆和類似製程時的扭曲，因而提高在元件生產中的良率。
電致色變化合物16a和16b可透過電致色變化合物16a或16b和氧化金屬17的混合層形成而支撐於氧化金屬17上。然而，為了改善多色顯示中的顏色顯現/消失顯示對比率，其優選適用一結構使電致色變化合物16a或16b藉由吸附官能團而附著在氧化金屬17上。
絕緣層22的材料不特別受限只要其為多孔且具有合適的絕緣屬性。優選地，該材料為特別耐用並具有良好的成膜屬性。優選地，該材料可包含ZnS。ZnS提供一優勢，其可藉由濺鍍在電致色變層14a上快速成薄膜，而不破壞電致色變層14a。含ZnS為主成分的材料之示例包含ZnO-SiO2
、ZnS-SiC、ZnS-Si、以及ZnS-Ge，其中ZnS的含量可優選地涵括大約50mol%至大約90mol%，使在形成絕緣層22時，適合的結晶特性可被維持。因此，特別優選的示例為ZnS-SiO2
(8/2)、ZnS-SiO2
(7/3)、ZnS、以及ZnS-ZnO-In2
O3
-Ga2
O3
(60/23/10/7)。
藉由於絕緣層22中使用該上述材料，即可透過一薄膜而獲得合適的絕緣作用，且由於多層層疊而絕緣層22的強度變小造成絕緣層22脫落得以被預防。多孔型薄膜的絕緣層22可藉由以粒子薄膜的形式來形成絕緣層22而獲得。例如，當濺鍍ZnS時，ZnS的多孔薄膜可藉由先行形成一粒子薄膜作為底層而形成。因此，雖氧化金屬17可形成為粒子薄膜，包括矽土或礬土的多孔粒子薄膜，舉例來說，可形成為絕緣層22的一部分。經由形成絕緣層22成為多孔薄膜，電解質20可通過絕緣層22，因而促進電解質20中回應氧化還原反應時離子(電荷)的轉移。如此，提供具有改善的顏色顯現/消失回應速率的多色顯示成為可能性。
絕緣層22的膜厚可優選為20nm至500nm的範圍，且更優選為50nm至150nm的範圍。如果膜厚小於上述的範圍，則達不到所需的絕緣效果。如果膜厚大於上述的範圍，生產成本可能增加且可見度可能由於著色而下降。
以下描述相對基板12和設置在相對基板12上的相對電極15的材料。相對基板12的材料並不特別受限。相對電極15的材料也不特別受限，只要其為導電性。當相對基板12包括玻璃基板或塑膠薄膜，相對電極15的示例性材料包括ITO、FTO、或氧化鋅的透明導電薄膜；鋅或鉑的導電金屬薄膜；以及碳。此相對電極15的透明導電薄膜或導電金屬薄膜可塗層在相對基板12上。當採用鋅金屬板或類似物做為相對基板12時，相對基板12也可如相對電極15一般作動。
當相對電極15的材料配置為呈現相反於由第一電致色變層14a或第二電致色變層14b呈現的氧化還原反應之反應時，可獲得穩定的顏色顯現/消失。特別是，當第一和第二電致色變14a和14b藉由氧化呈現顏色時，相對電極15的材料可配置呈現還原反應。當第一和第二電致顯色層14a和14b配置為由還原反應呈現顏色時，相對電極15的材料可配置為呈現氧化反應。這樣，第一和第二電致色變層14a和14b中的顏色顯現/消失反應更為穩定。
以下描述電解質20和白反射層21之材料。一般而言，電解質20的材料包括溶於溶劑中的支持鹽，支持鹽的示例包括如鹼金屬鹽和鹼土金屬鹽；季銨鹽；酸類；以及堿類(alkalis)的無機離子鹽類。具體示例包括LiClO4
、LiBF4
、LiAsF6
、LiPF6
、LiCF3
SO3
、LiCF3
COO、KCl、NaClO3
、NaCl、NaBF4
、NaSCN、KBF4
、Mg(ClO4
)2
、以及Mg(BF4
)2
。溶劑例子包括碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、乙腈(acetonitrile)、γ-丁內酯(γ-butyrolactone)、碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)、環丁碸(sulfolane)、二氧雜環戊烷(dioxolan)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、2-甲基四氫呋喃(2-methyltetrahydrofuran)、二甲亞碸(dimethylsulfoxide)、1,2-二甲氧基乙烷(1,2-dimethoxyethane)、1,2-乙氧基甲氧基乙烷(1,2-ethoxymethoxyethane)、聚乙烯二醇(polyethyleneglycol)、以及酒精(alcohols)。電解質20的材料不受限於包含溶於溶劑中的支持鹽的液體電解質。優選地，電解質20可包含膠狀電解質，或如聚合物電解質的固體電解質。
白反射層21包含的白色色素粒子的材料示例包括氧化鈦、氧化鋁、氧化鋅、矽土、氧化鈰、以及氧化釔。藉由在色素粒子中混合具有光儲存性能的粒子，反射層21的亮度可藉由外加光能改善，因而可表現較明亮的顯示。因此，白反射層21可優選地包括具有光儲存性能的材料。白反射層21可改善反射對比度和可見度。如將參照第一實施例的第四改變例而描述的，白反射層的功能可藉由於聚合物電解質中混合白色色素粒子來提供。
因此，依據本實施例，電致色變顯示裝置10中的第一和第二顯示電極13a和13b的電位可獨立控制，使第一和第二電致色變層14a和14b可獨立促使顏色顯現/消失。因此，得以提供電致色變顯示裝置，於其中所需顏色可藉由簡單的控制流程來呈現。
從與電致色變層14緊密黏附的觀點而言，在第一電和/或第二電致色變層14a和14b上形成的上述保護層之有機聚合物材料可選自傳統樹脂。該樹脂的示例包括聚乙烯醇、聚-N-乙烯基醯胺(poly-N-vinyl amide)、聚酯、聚苯乙烯、以及聚丙烯。
請參閱圖3，描述第一實施例的第一改變例。圖3是依據第一改變例中之電致色變顯示裝置10a的剖面圖。電致色變顯示裝置10a和依據第一實施例的電致色變顯示裝置10的區別在於其含有三個顯示電極層和三個電致色變層。
如圖3所示，電致色變顯示裝置10a包括：顯示基板11a；第一顯示電極13a，設置在顯示基板11a上；第一電致色變層14a，設置在第一顯示電極13a上；第一絕緣層22a，設置在第一電致色變層14a上；第二顯示電極13b，設置在第一絕緣層22a上；第二電致色變層14b，設置在第二顯示電極13b上；第二絕緣層22b，設置在第二電致色變層14b上；第三顯示電極13c，設置在第二絕緣層22b上；以及第三顯示電致色變層14c，設置在第三顯示電極13c上。
此電致色變顯示裝置10a的結構能輕易賦予多色顯示的能力。因為第一、第二、以及第三顯示電極13a、13b、以及13c由第一和第二絕緣層22a和22b被相互隔離，第一、第二和第三顯示電極13a、13b和13c與相對電極15之間的電位可獨立控制。因此，使得各別設置在第一、第二、以及第三顯示電極13a、13b、和13c上的第一、第二、以及第三電致色變層14a、14b、和14c可獨立促使產生顏色顯現/消失。因為第一、第二、以及第三電致色變層14a、14b和14c層疊在顯示基板11a上，顏色顯現/消失的多種模式可被實現，從而提供多色顯示。
例如，(1)第一、第二、或第三電致色變層14a、14b、或14c可促使呈現顏色；(2)第一和第二電致色變層14a和14b可促使呈現顏色；(3)第一和第三電致色變層14a和14c可促使呈現顏色；(4)第二和第三電致色變層14b和14c可促使呈現顏色；以及(5)所有第一、第二、以及第三電致色變層14a、14b、和14c可促使呈現顏色。
優選地，第一、第二、以及第三電致色變層14a、14b、以及14c可配置各別呈現黃色、品紅色、以及青綠色。如此，電致色變顯示裝置10a可藉由獨立控制第一、第二和第三顯示電極13a、13b和13c的電位產生全色顯示。
從而，依據第一實施例的此改變例，電致色變顯示裝置10a可藉由簡單控制操作而呈現出多種顏色。
請參閱圖4，描述第一實施例的第二改變例。圖4是依據第二改變例之電致色變顯示裝置的顯示基板11b透視圖。第二改變例的電致色變顯示裝置和第一改變例的電致色變顯示裝置10區別在於，從平面來看，第二顯示電極13b具有網格結構。該結構與第一實施例對比，於其中第二顯示電極13b形成在顯示基板11的整個表面上。
第二顯示電極13b的網格結構便於在電解質20內離子(電荷)的遷移，以回應氧化還原反應，使多色顯示的顏色顯現/消失回應速率得以改善。從而，依據第一實施例的第二改變例，電致色變顯示裝置，可基於在高速之簡單控制操作產生多色顯示。
接下來，請參照圖5，描述第一實施例的第三改變例。圖5是依據第三改變例的電致色變顯示裝置10c的剖面圖。電致色變顯示裝置10c與第一實施例電致色變顯示裝置10的不同之處在於電致色變顯示裝置10c不設置有絕緣層22。
請參照圖5，依據第三改變例，在電致色變顯示裝置10c中，設置在第一顯示電極13a上的第一電致色變層14a基本上與第二顯示電極13b相互隔離，其間沒有置放絕緣層。藉由控制第一電致色變層14a的電阻，第一和第二顯示電極13a和13b之間的電極間電阻可設為大於任一顯示電極的片電阻。
從而，在不設置有絕緣層22的情況下，第一和第二顯示電極13a和13b的電位可獨立控制。因為第一和第二電致色變層14a和14b可獨立促使產生顏色顯現/消失，藉由簡單控制操作可使電致色變顯示裝置10c呈現多種顏色。
請參照圖6A和圖6B，描述依據第一實施例的第四改變例的電致色變顯示裝置10d。圖6A是電致色變顯示裝置10d的剖面圖。圖6B是電致色變顯示裝置10d之相對基板12a的透視圖。
電致色變顯示裝置10d和第一實施例的電致色變顯示裝置10的不同處在於電解質20a以矩陣的形式來圖案化。優選地，白反射層21也可以相似的方式圖案化。因此，白反射層21在有圖案化的電解質20a上層疊。另外，如圖6A所示，白反射層21可與電解質20a混合。
電解質20a可由各種方式圖案化。在一示例中，電解質20a可藉由將電解質20a與溶劑和透明油墨或白色油墨混合，接著依據既定的圖案，利用噴墨方式或掃描印刷方式，塗覆該混合物，以完成圖案化。此油墨可包括傳統紫外光固化油墨或熱固化油墨。為了保留電解質20a或溶劑，可利用低密度結構且交聯比率低的材料。
電解質20a可包含聚合物電解質。在此狀況下，絕緣層22可包括含聚合物電解質的電解質20a。一般情況下，將複數個顯示電極和電致色變層圖案化成矩陣狀導致生產成本過度地增加。此生產成本增加可由依據本實施例的電解質20a簡單塗覆方法來防止，其中聚合物電解質以一既定矩陣圖案來塗覆。
當電解質20a如圖6A和圖6B所示而圖案化成矩陣狀，相對電極15a也被圖案化，使在電解質20a和各個顯示電極間的電壓可獨立控制。
優選地，電解質20a可伴隨像素電極而圖案化，其中各像素可藉由主動矩陣獨立驅動，而不用圖案化複數個顯示電極或複數個電致色變層，如將參照第二實施例描述的。
參照流程圖7描述依據第一實施例之電致色變顯示裝置10的製造方法。
在步驟S11中，第一顯示電極13a藉由真空鍍膜形成技術，例如氣相沉積、濺鍍、或離子電鍍，而形成於顯示基板11上。
在步驟S12中，舉例來說，包括第一電致色變化合物16a和氧化金屬17的第一電致色變層14a藉由旋轉塗佈或掃描印刷形成在第一顯示電極13a上。具體而言，可藉由分散或溶解氧化金屬17和電致色變化合物16a在溶劑中來準備液體塗料油墨，接著塗料油墨可透過旋轉塗佈而塗覆在第一顯示電極13a上，從而形成第一電致色變層14a。另外，塗料油墨可藉由掃描印刷塗覆在顯示基板11上，從而形成第一電致色變層14a。
調整塗料油墨的溶劑可包括各種已知溶劑(如水、乙醇、溶纖劑、鹵化碳、酮類、以及醚類)。第一電致色變層14a可藉由整批塗覆電致色變化合物16a和金屬氧化粒子17的塗料油墨混合物來塗佈。或是第一電致色變層14a可藉由塗覆含氧化金屬粒子17的分散液體來塗佈，然後再將電致色變化合物16a塗覆在氧化金屬粒子17層上。
在圖7的步驟S13中，第一絕緣層22利用真空鍍膜形成方法形成在第一電致色變層14a上，如氣相沉積、濺鍍、以及離子鍍膜。
於步驟S14和S15中，形成第二顯示電極13b和第二電致色變層14b。S14和S15可以相似於S11、S12的方法來進行。
在步驟S16中，相對電極15係利用真空鍍膜形成方法，在相對基板12上形成，如氣相沉積、濺鍍、以及離子鍍膜。
在步驟17中，相對基板12透過含白反射層21之粒子之電解質20固定於顯示基板11，相對基板12上形成了相對電極15，顯示基板11上形成了各種不同層直到並包括第一絕緣層22。尤其，顯示基板11和相對基板12藉由分隔物18而相互固定，並形成單元19。接著，藉由單元19的一個開口處(未顯示)真空注入含白反射層21粒子的電解質20。然後，開口處密封。白反射層21藉由在相對電極15上塗覆一分散白色色素粒子的樹脂而形成。
另外，可將一聚合物電解質和一紫外光固化油墨混合，按照掃描印刷或噴墨印刷的既定圖案，可將混合物塗覆在顯示基板11或相對基板12上。接著將顯示基板11和相對基板12相互固定，使其電極相對。接著在兩個基板之間的空間填充電解液，用紫外光照射紫外光固化油墨，從而固化紫外光固化油墨且相互固定顯示基板和相對基板。
請參照圖8至圖10，描述依據本發明另一個實施例的一種圖像顯示裝置30。圖像顯示裝置30包括依據第一實施例的電致色變顯示裝置10。尤其，圖像顯示裝置30包含複數個電致色變顯示裝置10，並將其用作顯示單獨像素的電致色變顯示元件31。電致色變顯示元件31可長時間維持顏色呈現狀態或是消失狀態，賦予圖像顯示裝置30長時間維持圖像顯示狀態或非圖像顯示狀態的能力。
圖像顯示裝置30可作為一反射型顯示裝置，如電子紙。
圖8是圖像顯示裝置30的剖面圖。圖像顯示裝置30包括顯示基板11和相對基板12。圖9是顯示基板11的透視圖。在相對基板12上，為各別的電致色變顯示元件31設置複數個相對電極15。在顯示基板11上，為各別電致色變顯示元件31設置有第一顯示電極13a、第一電致色變層14a、絕緣膜22、第二顯示電極13b、以及第二電致色變層14b。每一個電致色變顯示元件31包括一組第一顯示電極13a、第一電致色變層14a、絕緣膜22、第二顯示電極13b、以及第二電致色變層14b。複數個電致色變顯示元件31以矩陣的形式設置在顯示基板11的平面上。
圖像顯示裝置30包括在單元19中的白反射層21。白反射層21的形成是將含有白色色素粒子分散其中的電解質20注入單元19中。或者，白反射層21可藉在相對電極15上塗覆分散白色色素粒子的樹脂而形成。更優選地，聚合物電解質可依照之前提到的矩陣電極形式的圖案而形成。此後者方式可在生產成本上更有優勢。
在此之後，將描述圖像顯示裝置30之電致色變顯示元件31的驅動方法。多種不同單位或電路可被採用來對圖像顯示裝置30的電致色變顯示元件31施加電場。例如，可採用已知的主動矩陣驅動電路，依照已知的主動矩陣驅動方式，來驅動電致色變顯示元件31。主動矩陣驅動電路可包括一電路，在該電路中，做為主動矩陣驅動元件的薄膜電晶體(TFT)的電極和電致色變顯示元件31連接。該類型的電路可高速驅動單獨的電致色變顯示元件31，進而賦予圖像顯示裝置30高速顯示高解析度圖像的能力。
接下來，參照圖10描述採用主動矩陣驅動方法用以驅動圖像顯示裝置30的電致色變顯示元件31的驅動電路。如圖10所示，圖像顯示裝置30包括：複數個電致色變顯示元件31；分別與複數個電致色變顯示元件31中的第一和第二顯示電極13a和13b連接的薄膜電晶體33a和33b；水平方向設置的導線34a和34b並與薄膜電晶體33a和33b的閘電極連接；以及垂直方向設置的導線35a和35b並與薄膜電晶體33a和33b的源電極連接。薄膜電晶體33a的汲電極和電致色變顯示元件31的第一顯示電極13a相連。薄膜電晶體33b的汲電極和電致色變顯示元件31的第二顯示電極13b相連。電致色變顯示元件31之相對電極15為具有恆定的電位，如接地電位。
在圖10顯示的圖像顯示裝置30中，當跨越水平方向的導線34a其中之一及垂直方向的導線35a其中之一施加電壓時，電壓將施加到與所選導線34a和35b相連的薄膜電晶體33a的閘電極，從而，薄膜電晶體33a開啟且源電極和汲電極之間的電阻降低。因此，電壓將施加於與薄膜電晶體33a相連的電致色變顯示元件31的第一顯示電極13a。這促使電致色變顯示元件31中的第一電致色變化合物呈現預定的顏色。
同樣地，當施加電壓於水平方向的導線34b其中之一以及一垂直方向的導線35b其中之一時，電壓被施加跨越所選的第二顯示電極13b和所選的相對電極15。這促使對應的電致色變顯示元件31中包含的第二電致色變化合物呈現出預定的顏色。藉由該操作，位於所選顯示電極和所選的相對電極之間的像素可由第一電致色變化合物單獨促使呈現顏色、由第二電致色變化合物單獨促使呈現顏色、或由第一和第二電致色變化合物兩者促使呈現顏色。
因此，藉由在第一和/或第二顯示電極13a和13b與相對電極15間選擇性施加電壓，圖像顯示裝置30可顯示所要的圖像。
為了長時間保留呈現的顏色，在所選的顯示電極和其他顯示電極或相對電極間沒有低電阻部分。即所選的顯示電極應和其他電極電氣絕緣。該電氣絕緣使阻止電荷從電致色變化合物通過電極或低電阻部分釋放，或由電致色變化合物釋放的電荷經由低電阻部分或電極的注入。這樣，顏色持續時間可被改善。
優選地，當顯示電極被促使而呈現顏色時，於一開始可對每一個顯示電極施加顏色-消除電壓，然後利用上述的顏色呈現驅動方法逐層促使電致色變層呈現顏色。此於顯示電極施加顏色-消除電壓使得電致色變化合物的電荷態(氧化還原反應態)被初始化。在此之後，顏色可以逐層的方式被促使顯現。這樣，單獨的電致色變層的顏色顯現/消失操作可高重複性的控制。
每一個電致色變層的氧化還原反應狀態可被控制成為在所有電致色變粒子都完全被氧化的氧化態和所有電致色變粒子都完全被還原的還原態之間的中間狀態。該中間狀態使得電致色變層呈現出介於顏色呈現狀態和顏色消失狀態兩者間的中間色。
可藉由控制施加給對應特定電致色變層的顯示電極的電壓值和時間之乘積(如控制注入或發射的電荷量)，來控制使電致色變層處於中間狀態。在該情況下，中間色可由持續變換的施加電壓和時間來控制。或者，中間色可由變化具有預定最大電壓值和預定脈衝寬度的電壓脈衝的施加次數來控制。
因此，按照本發明第二實施例，堆疊的顯示電極層和電致色變層以矩陣形式設置在圖像顯示裝置30的基板平面內，使圖像顯示裝置30可顯示多種圖像。
分別和顯示基板11上第一顯示電極13a和第二顯示電極13b連接的薄膜電晶體33a和33b可形成在相對基板12上，使薄膜電晶體33a和33b不會降低電致色變顯示元件31所呈現的顏色之可見度。
雖然已描述圖像顯示裝置30包括兩個顯示電極和兩個設置在顯示電極上的電致色變層，顯示電極和/或電致色變層的層數還可能為3個或更多。
準備30mm×30mm大小的玻璃基板，然後，在玻璃基板上表面16mm×23mm的範圍內，利用濺鍍形成ITO薄膜，至厚度大約為100nm，以形成第一顯示電極。第一顯示電極跨越其電極端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第一顯示電極的玻璃基板上，利用旋轉塗佈來塗覆SP210(可取得自Showa Titanium公司)做為氧化鈦奈米粒子分散液，然後進行15分鐘(min)120℃的回火，從而形成了氧化鈦粒子層。在此之後，準備塗佈液，藉由混合依據下面通式(4)之紫精化合物的5wt%2,2,3,3-四氟丙醇溶液(tetrafluoropropanol)和SP210，兩者比例為2.4/4。
利用旋轉塗佈將塗佈液塗覆於玻璃基板上，然後進行10分鐘(min)120℃回火，從而形成了包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第一電致色變層。
之後，在於其上形成有第一電致色變層的玻璃基板上，藉由旋轉塗佈將0.1wt%乙醇的聚-N-乙烯基醯胺和0.5wt%聚乙烯醇水溶液塗覆，形成一保護層。在此後接著形成無機絕緣層，透過濺鍍形成膜厚在25nm-150nm之8/2組成比例之ZnS-SiO2
。更進一步，在玻璃基板表面的無機絕緣層上10mm×20mm範圍內，通過濺鍍形成膜厚約為100nm的ZnS-SiO2
的ITO膜，從而形成第二顯示電極。第二顯示電極跨越其端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第二顯示電極的玻璃基板上，利用旋轉塗佈來進一步塗覆SP210(Showa Titanium公司)做為氧化鈦奈米粒子分散液，然後進行15分鐘(min) 120℃的回火，形成氧化鈦粒子層。
準備塗佈液，由混合以下通式(5)表示之紫精化合物的1wt%2,2,3,3,-四氟丙醇溶液和SP210，兩者比例為2.4/4。
利用旋轉塗佈將塗佈液塗覆，然後進行10分鐘120℃回火，從而形成包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第二電致色變層，以完成顯示基板。
不同於上述玻璃基板，準備30mm×30mm大小的玻璃基板，且在玻璃基板整個上表面形成透明導電的氧化錫薄膜。準備一溶液，由添加25wt%的2-乙酸乙氧乙酯(2-ethoxyethyl acetate)至CH10(可取得自Jujo化學公司)作為熱固性導電碳油墨。然後利用旋轉塗佈將該溶液塗覆在其上形成有氧化錫的透明導電薄膜的玻璃基板上表面。接下來進行15分鐘120℃回火，形成相對電極。
顯示基板和相對基板由長75μm的分隔物相互固定，從而形成一單元。準備電解液，藉由分散主要粒子直徑300nm之35wt%的氧化鈦粒子(由Tshihara Sanhyo Kaisha公司生產)於溶解有0.1M過氯酸鹽溶解的碳酸丙烯酯溶液中。然後將電解液以密封方式置入單元中，得到如圖11所示的電致色變顯示裝置10e。
圖11A、11B、以及11C表示示例1中電致色變顯示裝置10e。圖11A、11B、以及11C分別為電致色變顯示裝置10e的俯視圖、沿圖11A的A-A方向的剖面圖、和沿圖11A的B-B方向的剖面圖。
請參照圖11B和11C，電致色變顯示裝置10e包括第一顯示電極13a(IT01)、第一電致色變層14a(EC1)、絕緣層22a、第二顯示電極13b(ITO2)、以及第二電致色變層14b(EC2)。如圖11A所示，電致色變顯示裝置10e具有中心區域(陰影表示)、IT01、EC1、IT02、以及EC2均在該區域層疊。之後將稱此陰影中心區域為顏色顯現/消失的評估區，其作為顏色顯現/消失測試，以下將詳細介紹。
測量依據示例1的電致色變顯示裝置10e之第一和第二顯示電極13a和13b之間的電極間電阻。圖12是測量結果圖。如圖12所示，藉由使無機絕緣層的膜厚為50nm或更厚，可獲得100kΩ或更高的良好絕緣效果(約為大於跨越顯示電極端片電阻的500倍)。
藉由對依據示例1的電致色變顯示裝置10e施加電壓，與改變無機絕緣層的膜厚的方式，進行顏色顯現評估。該施加電壓為1.7V，其施加時間為2s(秒)。顯示電極和負極連接，而相對電極和正極連接。
當無機絕緣層膜厚為50nm或更厚，且電極間電阻為100kΩ或更高時，獨立由第一顯示電極顯現藍色或由第二顯示電極顯現綠色係於第一或第二顯示電極施加電壓。進一步地，被呈現的顏色可穩定地被保持。
當無機絕緣層膜厚小於50nm，且電極間電阻小於100kΩ時，當給予第一顯示電極施加電壓，雖然第一顯示電極在顏色顯現初期獨立呈現一顏色，但隨著時間，第二顯示電極逐漸開始呈現顏色，進而阻礙先前獨立呈現的顏色穩定地被保持。
依據示例2的電致色變顯示裝置(未有圖解)和示例1準備方法相同，除了省略氧化鈦粒子層的形成。量測電致色變顯示裝置中第一和第二顯示電極之間的電極間電阻。圖12表示測量結果。如圖12所示，藉由使無機絕緣層的膜厚為75nm或更厚，可獲得100kΩ或更高的良好絕緣效果(約為大於跨越顯示電極端片電阻的500倍)。
藉由對依據示例2的電致色變顯示裝置施加電壓，與改變無機絕緣層的膜厚的方式，進行顏色顯現/消失評估，如示例1。更具體地，該施加電壓為1.7V且時間為2s(秒)。顯示電極和負電極連接，而相對電極和正電極連接。
當無機絕緣層膜厚為75nm或更厚，且電極間電阻為100kΩ或更高時，獨立由第一顯示電極顯現藍色或由第二顯示電極顯現綠色係於第一或第二顯示電極施加電壓。被獨立呈現的顏色可穩定地被保持。
當無機絕緣層膜厚小於75nm且電極間電阻小於100kΩ時，當給予第一顯示電極施加電壓，雖然第一顯示電極在顏色顯現初期獨立呈現顏色，但隨著時間，第二顯示電極逐漸開始呈現其自有的顏色，進而阻礙先前獨立呈現的顏色穩定地被保持。
依據示例3的兩個電致色變顯示裝置以與示例2相同的方法製造，製造了兩種電致色變顯示裝置(未有圖解)，除了一個裝置的無機絕緣層材料包含ZnS而其另一個裝置包含ZnO-ZnO-In2
O3
-Ga2
O3
(60/23/10/7)，且無機絕緣層膜厚為140nm。
量測電致色變裝置之第一和第二顯示電極之間的電極間電阻。結果為，兩個電致色變顯示裝置均有為約10MΩ的良好絕緣。
一電致色變顯示裝置(未有圖解)以與示例1相同方法製造，除了顯示電極和電致色變層以以下步驟製造。
準備30mm×30mm大小的玻璃基板。在玻璃基板上表面16mm×23mm的範圍內，利用濺鍍形成大約為100nm厚度的ITO薄膜，從而形成第一顯示電極。跨越第一顯示電極之端的片電阻約為200Ω。
於其上形成有第一顯示電極的玻璃基板上，利用旋轉塗佈塗覆SP210(Showa Titanium公司)，作為氧化鈦奈米粒子分散液，接著進行15分鐘120℃回火，從而形成氧化鈦粒子薄膜。玻璃基板進一步利用旋轉塗佈來塗佈一塗佈液。塗佈液包含以通式(5)表示之紫精化合物的1 wt% 2,2,3,3-四氟丙醇溶液。在此之後進行10分鐘120℃回火，形成包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第一電致色變層。
在其上形成有第一電致色變層的玻璃基板上，藉由濺鍍形成膜厚為140nm的ZnS-SiO2
薄膜(組成比例為8/2)，從而形成無機絕緣層。更進一步，在玻璃基板表面上10mm×20mm範圍內藉由濺鍍形成膜厚約為100nm的ITO薄膜，從而形成第二顯示電極。跨越第二顯示電極兩端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第二顯示電極的玻璃基板上，藉由旋轉塗佈進一步塗覆SP210(Showa Titanium公司)作為氧化鈦奈米粒分子分散液，接著進行15分鐘120℃回火，從而形成氧化鈦粒子薄膜。藉由旋轉塗佈進一步在玻璃基板塗覆一塗佈液，塗佈液包含通式(4)表示的紫精化合物之1 wt% 2,2,3,3-四氟丙醇溶液。接下來，進行10分鐘120℃回火，從而形成包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第二電致色變層並完成顯示基板。在此之後，進行參照示例2所述相似的步驟，而獲得電致色變顯示裝置。
電致色變顯示裝置之第一和第二顯示電極之間的電極間電阻約為10MΩ，表示良好的絕緣效果。
依據示例4的電致色變顯示裝置和示例2接受相同的顏色顯現/消失評估方式。顏色顯現/消失評估涉及採用Otsuka電子公司生產的LCD-5000分光光度計照射漫射光。採用FG-02信號發生器(Toho Giken)施加電壓。施加電壓為2.55V，持續時間為100ms，當使用多脈衝時，脈衝間隔為10ms。
當未施加電壓時，依據示例4的電致色變顯示裝置顯示白色，呈現約為50%高白反射率。當第一顯示電極和負極連接而相對電極和正極連接時，於施加脈衝電壓時，電致色變顯示裝置顯現綠色。當第二顯示電極和負電極連接而相對電極和正極連接時，於施加脈衝電壓時，電致色變顯示裝置顯現藍色。更進一步地，當第一和第二顯示電極和負電極連接而相對電極和正電極連接時，於施加脈衝電壓時，電致色變顯示裝置10i顯現黑色。
圖13表示對第一顯示電極施加脈衝電壓次數和白反射率之間關係的圖示。圖14表示對第二顯示電極施加脈衝電壓次數和白反射率之間關係的圖示。圖15是顯現藍色時反射率光譜的圖示。圖16是顯現綠色時反射率光譜的圖示。圖17是顯現黑色時反射率光譜的圖示。
如圖13和14所示，當於第一顯示電極施加脈衝電壓和當於第二顯示電極施加脈衝電壓時，隨著脈衝電壓施加次數的增加，白反射率持續下降。即隨著施加脈衝次數的增加，顏色越來越暗，表示可能會顯示中間色。
在於第一顯示電極和相對電極間施加脈衝電壓的情況下，圖15顯示了在波長為440nm附近處，反射率增加，顯示出現藍色。在第二顯示電極和相對電極間施加脈衝電壓的情況下，圖16顯示了在波長490nm附近處，反射率增加，顯示出現綠色。在給第一和第二顯示電極與相對電極間施加脈衝電壓的情況下，與圖15和圖16相比，圖17顯示反射率下降，顯示出現黑色。
因此，藉由選擇地給予第一顯示電極或第二顯示電極施加電壓，可輕易表現多色顯示。藉由控制電壓脈衝施加次數，可顯示中間色。
圖18A至18C所說明的電致色變顯示裝置10j和示例1之製造方法相似，除了電致色變顯示裝置10j包括3個顯示電極層和3個電致色變層。
準備30mm×30mm大小的玻璃基板，且在玻璃基板上表面16mm×23mm的範圍利用濺鍍形成ITO薄膜，厚度大約為100nm，從而形成第一顯示電極。跨越第一顯示電極端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第一顯示電極的玻璃基板上，利用旋轉塗佈塗覆SP210(為Showa Titanium公司所製造)作為氧化鈦奈米粒子分散液，接著進行15分鐘120℃回火，形成了氧化鈦粒子薄膜。在此之後，利用旋轉塗佈將塗佈液塗覆在玻璃基板上，塗佈液為包含由通式(5)表示的紫精化合物之1 wt%2,2,3,3-四氟丙醇溶液。之後進行10分鐘120℃回火，形成包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第一電致色變層。
在其上形成有第一電致色變層的玻璃基板進一步採用旋轉塗佈來塗佈聚-N-乙烯基醯胺的0.1wt%乙醇溶液和聚乙烯醇的0.5wt%水溶液從而形成保護層。在此之後，藉由濺鍍形成膜厚為140nm之具有8/2組成比例的ZnS-SiO2
，從而形成無機絕緣層。更進一步地，在其上形成有ZnS-SiO2
無機絕緣層之玻璃基板表面上10mm×20mm範圍內，藉由濺鍍形成膜厚約為100nm的ITO薄膜，從而形成第二顯示電極。跨越第二顯示電極兩端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第二顯示電極的玻璃基板進一步採用旋轉塗佈來塗佈SP210(為Showa Titanium公司所製造)作為氧化鈦奈米粒子分散液，接著進行15分鐘120℃回火，形成氧化鈦粒子薄膜。然後，利用旋轉塗佈將塗佈液塗佈在玻璃基板，塗佈液包含通式(5)表示之紫精化合物的1 wt% 2,2,3,3-四氟丙醇溶液以及SP210，混合比例為2.4/4。接著進行10分鐘120℃回火，形成包含氧化鈦粒子和電致色變化合物的第二電致色變層。
在其上形成有第一電致色變層的玻璃基板藉由旋轉塗佈來塗佈含聚-N-乙烯基醯胺的0.1wt%乙醇溶液和含聚乙烯醇的0.5wt%水溶液，形成保護層。在此之後，藉由濺鍍形成膜厚為140nm之具有8/2組成比例的ZnS-SiO2
，從而形成無機絕緣層。進一步地，在其上形成有ZnS-SiO2
無機絕緣層的玻璃基板表面上10mm×20mm範圍內，藉由濺鍍形成膜厚為約100nm的ITO薄膜，從而形成第三顯示電極。跨越第三顯示電極兩端的片電阻約為200Ω。
在其上形成有第三顯示電極的玻璃基板藉由旋轉塗佈來進一步塗佈SP210(為Showa Titanium公司所製造)作為氧化鈦奈米顆子分散液，接著進行15分鐘120℃回火，從而形成包含氧化鈦粒子的第三電致色變層。在其上形成有第三電致色變層的玻璃基板藉由旋轉塗佈進一步塗佈含聚-N-乙烯基醯胺的0.1wt%乙醇溶液和含聚乙烯醇的0.5wt%水溶液，從而形成保護層。在此之後，藉由濺鍍形成膜厚為35nm之具有8/2組成比例的ZnS-SiO2
薄膜，從而形成無機絕緣層。
圖18A、18B、及18C說明依據示例5的電致色變顯示裝置10j。圖18A、18B、及18C分別為電致色變顯示裝置10j的俯視圖、沿圖18A的A-A方向的剖面圖、和沿圖18A的B-B方向的剖面圖。
如圖18B和18C所示，電致色變顯示裝置10j包括第一顯示電極13a(IT01)、第一電致色變層14a(EC1)、第一絕緣層22a、第二顯示電極13b(ITO2)、第二電致色變層14b(EC2)、第二絕緣層22b、第三顯示電極13c(ITO3)、以及第三電致色變層14c(EC3)。如圖18A所示，電致色變顯示裝置10j具有中心區域(陰影表示)，IT01、EC1、ITO2、EC2、ITO3、以及EC3均在其中層疊。陰影表示的中心區域被稱之為顏色顯現/消失評估區，在其中進行顏色顯現/消失測試，以下將詳細介紹。
電致色變顯示裝置10j之第一和第二顯示電極間之電極間電阻約為10MΩ，而第二和第三顯示電極間之電極間電阻約為0.5MΩ。
依據示例5之電致色變裝置10j接受顏色顯示測試，給予施加電壓持續2秒，使得在顯示電極和相對電極之間出現電位差，如圖19A至19C所示。
尤其，在圖19A的狀況中，施加電壓使IT01/EC1電位為0V，相對電極電位為1.5V，ITO2/EC2、ITO3/EC3沒有施加電壓。圖19B的狀況中，施加電壓使IT02/EC2電位為0V，相對電極電位為1.5V，ITO1/EC1、ITO3/EC3沒有施加電壓。圖19C的狀況中，施加電壓使IT03/EC3電位為0V，相對電極電位為1.5V，ITO1/EC1、ITO2/EC2沒有施加電壓。
結果顯示，在圖19A中，只有IT01/EC1區域呈現顏色。在圖19B的狀況中，只有IT02/EC2區域呈現顏色。在圖19C的狀況中，只有IT03/EC3區域呈現顏色。因此，第一、第二、和第三顯示電極可獨立促使呈現顏色。
電致色變顯示裝置(未有圖解)和示例1製造方法相同，除了第一電致色變層採用含通式(6)表示的4wt%對苯二甲酸的2,2,3,3-四氟丙醇溶液和20wt%的二氧化鈦AMT100粒子(Tayca公司)而形成。與示例1另一不同之處為第二電致色變層採用含4wt%之通式(7)表示之對苯二甲酸的2,2,3,3-四氟丙醇溶液和20wt% AMT100而形成。
此外，電致色變顯示裝置10k進一步和示例1的不同為在電致色變顯示裝置10k中，具有主要粒子直徑為300nm的35wt%的氧化鈦粒子(為Tshihara Sanhyo Kaisha公司生產)分散於二甲亞碸溶液電解液，於該溶液中溶有0.1M四丁基胺過氯酸鹽。
電致色變顯示裝置10k之第一和第二顯示電極間之電極間電阻約為10MΩ，顯示具有較好的絕緣效果。
依據示例6的電致色變顯示裝置接受顏色顯現/消失測試。顏色顯現/消失評估涉及藉由LCD-5000分光光度計(Otsuka電子公司)照射漫射光於電致色變顯示裝置10k。為施加電壓，採用FG-02信號發生器(Toho Giken)以提供施加持續時間為100ms之4.5V脈衝，當使用多脈衝時，脈衝間隔為10ms。
當未施加電壓時，電致色變顯示裝置出現白色，顯現約45%的高白反射率。當第一顯示電極13a和負電極相連而相對電極12和正電極相連時，施加脈衝電壓隨即產生品紅色。當第二顯示電極13b和負電極相連而相對電極12和正電極相連時，施加脈衝電壓隨即產生黃色。當第一和第二顯示電極13a和13b和負電極相連而相對電極12和正電極相連，施加脈衝電壓隨即產生紅色。
圖20表示出現品紅色時的反射率光譜。圖21表示出現黃色時的反射率光譜。在圖20的狀況中，其為在第一顯示電極13a和相對電極12間施加脈衝電壓，在波長420nm和600nm附近處或更大處反射率增加，表示出現品紅色。在圖21的狀況中，當在第二顯示電極13b和相對電極12間施加脈衝電壓，在波長500-600nm附近處反射率增加，表示出現黃色。
因此，藉由選擇地施加電壓於第一顯示電極13a或第二顯示電極13b，可輕易實現多色顯示。通過控制施加脈衝電壓的次數，可顯示中間色。
電致色變顯示裝置(未有圖解)和示例4之製造方法相同，除了在相對電極製造和電致色變顯示裝置組裝條件不同。
不同於顯示電極形成於其上的基板，準備30mm×30mm大小的玻璃基板，並在玻璃基板整個上表面形成透明導電的氧化錫薄膜。在其上形成有透明導電薄膜的玻璃基板的上表面，利用旋轉塗佈進一步塗佈膜厚為約2μm的20wt% 2,2,3,3-四氟丙醇分散液，分散液含溶解的氧化錫粒子(Mitsubishi材料公司)，具有30nm之主要粒子直徑。在此之後，進行15分鐘120℃回火，從而形成相對電極。
準備電解質白色油墨，藉由混合PTC10紫外固化油墨(Jujo化學公司)、過氯酸鹽、碳酸丙烯酯、以及氧化鈦粒子(Ishihara Sangyo Kaisha 公司)，具有300nm之主要粒子直徑，重量比為10/1/2/2。
之後將電解質白色油墨以一圖案塗覆在之前描述製造的相對電極，使直徑為1mm，厚度為約5μm的點以中心-中心間距為2.5mm方式排列。
然後，將顯示基板放在相對的基板上，使顯示基板的顯示電極和電致色變層與相對基板上塗佈的電解質白色油墨相對。經過放置10分鐘後，進行紫外線照射固化電解質白色油墨，從而將顯示基板固定在相對基板上。
測量電致色變顯示裝置之第一和第二顯示電極間之電極間電阻。電阻約為10MΩ，顯示良好絕緣性能。
施加電壓於依照示例7的電致色變顯示裝置以進行顏色顯現評估。施加電壓為2.5V，而施加持續時間為2秒。顯示電極和負電極相連而相對電極和正電極相連。
結果顯示，第一顯示電極和第二顯示電極可分別獨立呈現藍色和綠色。僅驅使圖案化的電解質白色油墨部分呈現顏色亦為可能。
採用和示例1相同方法製造電致色變顯示裝置，除了由通式(4)表示的紫精化合物替換成由通式(8)表示的紫精化合物，該紫精化合物中為雜環化合物的呋喃(furan)結構係介於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間。
還有一個區別是通式(5)表示的紫精化合物由通式(9)表示的紫精化合物所代替，該紫精化合物中為雜環化合物的噻吩(thiophene)結構係介於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間。
當給電致色變顯示裝置中的顯示電極施加電壓時，第一和第二顯示電極可分別獨立地促使呈現品紅色和黃色，顏色一旦獨立顯現，可持久穩定顯現。
依據對比示例1的電致色變顯示裝置以與示例4相同的方法製造，除了該裝置沒有絕緣層。
測量電致色變顯示裝置之第一和第二顯示電極間之電極間電阻。測量顯示電阻約為200Ω，顯示較差絕緣性能。
依據對比示例1的電致色變顯示裝置以示例4相同方式接受顏色顯現/消失測試。當第二顯示電極和負電極相連而相對電極和正電極相連時，施加脈衝電壓後電致色變顯示裝置隨即顯現黑色，表示出無法各自於第一電致色變層呈現藍色和於第二電致色變層呈現綠色。
儘管本發明參照特定實施例詳細描述，在不脫離本發明描述和定義的所附申請專利範圍和精神的情況下，可進行修飾或變更。
本申請基於2009年5月1日申請的日本優先權申請第2009-112006號，特此結合其全部內容做參考。
10、10a、10c、10d、10e、10j．．．電致色變顯示裝置
11、11a、11b．．．顯示基板
12、12a．．．相對基板
13a．．．第一顯示電極
13b．．．第二顯示電極
13c．．．第三顯示電極
14a．．．第一電致色變層
14b．．．第二電致色變層
14c．．．第三電致色變層
15、15a．．．相對電極
16a．．．第一電致色變化合物
16b．．．第二電致色變化合物
17．．．氧化金屬
18．．．分隔物
19．．．單元
20、20a．．．電解質
21．．．白反射層
22．．．絕緣層
22a．．．第一絕緣層
22b．．．第二絕緣層
30．．．圖像顯示裝置
31‧‧‧電致色變顯示元件
33a‧‧‧薄膜電晶體
33b‧‧‧薄膜電晶體
34a、34b、35a、35b‧‧‧導線
ITO1‧‧‧第一顯示電極
ITO2‧‧‧第二顯示電極
ITO3‧‧‧第三顯示電極
EC1‧‧‧第一電致色變層
EC2‧‧‧第二電致色變層
EC3‧‧‧第三電致色變層
S11~S17‧‧‧步驟
通過參閱以下說明連同附圖，本發明的上述及更多優勢能更容易理解，所附圖式中：
圖1是依據本發明第一實施例之電致色變顯示裝置剖面圖；
圖2是依據第一實施例之電致色變顯示裝置的顯示基板透視圖；
圖3是依據第一實施例之第一改變例的電致色變顯示裝置剖面圖；
圖4是依據第一實施例之第二改變例的電致色變顯示裝置透視圖；
圖5是依據第一實施例之第三改變例的電致色變顯示裝置剖面圖；
圖6A是依據第一實施例之第四改變例的電致色變顯示裝置剖面圖；
圖6B是依據第四改變例之電致色變顯示裝置的相對基板透視圖；
圖7是據第一實施例之電致色變顯示裝置的製造方法流程圖；
圖8是據本發明第二實施例之圖像顯示裝置的剖面圖；
圖9是圖像顯示裝置之顯示基板的透視圖；
圖10說明圖像顯示裝置之驅動電路；
圖11A是依據示例1中電致色變顯示裝置的俯視圖；
圖11B是圖11A沿A-A線的剖面圖；
圖11C是圖11A沿B-B線的剖面圖；
圖12是依據示例1和示例2，電致色變顯示裝置在第一和第二顯示電極之間的電極間電阻測試結果說明圖；
圖13說明施加給示例4中電致色變顯示裝置第一顯示電極的脈衝電壓次數和白反射率之間關係的圖式；
圖14係說明施加給依據示例4中電致色變顯示裝置第二顯示電極的脈衝電壓次數和白反射率之間關係的圖式；
圖15係說明依據示例4之電致色變顯示裝置藍色出現時的反射光譜的圖式；
圖16係說明依據示例4之電致色變顯示裝置綠色出現時的反射光譜的圖式；
圖17係說明依據示例4之電致色變顯示裝置黑色出現時的反射光譜之圖式；
圖18A是依據示例5中電致色變顯示裝置的俯視圖；
圖18B是圖18A沿A-A線的剖面圖；
圖18C是圖18A沿B-B線的剖面圖；
圖19A至19C是說明通過不同方式對依據示例5之電致色變顯示裝置施加電壓而促使電致色變顯示裝置顯示多種顏色的圖式；
圖20係說明依據示例6之電致色變顯示裝置品紅色出現期間之反射光譜的圖式；以及
圖21係說明依據例6中電致色變顯示裝置黃色出現期間之反射光譜的圖式。
10．．．電致色變顯示裝置
11．．．顯示基板
12．．．相對基板
13a．．．第一顯示電極
13b．．．第二顯示電極
14a．．．第一電致色變層
14b．．．第二電致色變層
15．．．相對電極
16a．．．第一電致色變化合物
16b．．．第二電致色變化合物
17．．．氧化金屬
18．．．分隔物
19．．．單元
20．．．電解質
21．．．白反射層
22．．．絕緣層
Claims (14)
- 一種電致色變顯示裝置，包括：一顯示基板；一相對基板，設置在相對於該顯示基板；一相對電極，設置在該相對基板上；複數個顯示電極，設置在該顯示基板與該相對電極之間，該等顯示電極為相互分開；複數個電致色變層，分別設置在對應的該等顯示電極上；以及一電解質，充滿在該等顯示電極與該相對電極之間；其中，介於一個顯示電極與另一個顯示電極之間的電阻係大於該一個顯示電極或該另一個顯示電極之電阻，以及其中，設置在最靠近該顯示基板的該顯示電極與該相對電極之間的一個或更多個顯示電極被配置為對該電解質係可滲透的。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，該等電致色變層包括一電致色變化合物及金屬氧化粒子。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，更包括一反射層，設置在最靠近該相對基板之該電致色變層與該相對電極之間，或在相對於該相對電極之該相對基板的側面上。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中該電解質以一矩陣的形式來圖案化。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，更包括一在該等顯示電極之間的絕緣層，以使該等顯示電極相互絕緣。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，具有顯現色彩之最高臨界電壓的該等電致色變層之一，係設置以對應於最靠近該顯示基板之該顯示電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，具有不顯現色彩之最高臨界電壓的該等電致色變層之一，係設置以對應於最靠近該顯示基板之該顯示電極。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，設置在對應該等顯示電極上之該等電致色變層被配置以顯現不同色彩。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，該等電致色變層的至少其中之一包括以通式(1)表示之一紫精化合物：
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，該等電致色變層的至少其中之一包括以通式(2)表示之一對苯二甲酸化合物：
- 如申請專利範圍第1項所述之電致色變顯示裝置，其中，該等電致色變層的至少其中之一包括以通式(3)表示之一化合物，在其內，一雜環化合衍生物結構係位於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間：
- 如申請專利範圍第9項所述之電致色變顯示裝置，其中，所有的該等電致色變層包括以通式(1)表示之一紫精化合物：
- 如申請專利範圍第10項所述之電致色變顯示裝置，其中，所有的該等電致色變層包括以通式(2)表示之一對苯二甲酸化合物：
- 如申請專利範圍第11項所述之電致色變顯示裝置，其中，所有的該等電致色變層包括以通式(3)表示之一化合物，在其內，一雜環化合衍生物結構係位於兩個吡啶環烷基陽離子結構之間：
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