TWI467303B

TWI467303B - 顯示裝置及其製造方法

Info

Publication number: TWI467303B
Application number: TW100145417A
Authority: TW
Inventors: Hui Chen Hsu; Szu Wei Lai; Hsin Yu Pan; Chia Lang Kao
Original assignee: Innolux Corpration
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2015-01-01
Also published as: TW201324013A

Description

顯示裝置及其製造方法

本發明是有關於一種電致變色顯示裝置，且特別是有關於一種具有多重顏色對比度之電致變色顯示裝置。

電致變色(electrochromism)」，又稱「電致色變」或「電變色」，是指在外加電場或電流的作用下，物質的光學性能(透射率、反射率或吸收率)在可見光波長範圍內產生穩定可逆的變化，因而可以表現出顏色及透明度的改變。目前，電致變色的技術主要可以應用在節能窗戶、可變色太陽眼鏡、汽車後視鏡及顯示元件等。其中，應用在顯示元件上稱作電致變色顯示器元件(Electrochromic Device，ECD)，係屬於一種被動顯示器元件。

傳統之單層或雙層電致變色顯示器元件，有許多缺點。使用單層電致變色層結構，容易有單一顏色的單調性且色彩對比度少的問題。使用雙層電致變色層結構，兩電致變色層會分別使用氧化態著色及還原態著色之電致變色材料來製作，且分別沈積於相對導電基板上，不但製程繁複且色彩對比度的變化仍然有限。

本發明係有關於一種電致變色之顯示裝置，可藉由簡單的製程提供具有不同厚度區段之變色結構，並透過此變色結構提供不同之色彩對比度。

根據本發明之第一方面，提出一種顯示裝置，包括一第一基板、一第二基板、一第一導電層、一第二導電層、一變色結構及一離子層。第一導電層係設置於第一基板上，第二導電層係設置於第二基板上，變色結構係設置於第一導電層上，且變色結構具有複數個不同厚度的區段，離子層係夾設於變色結構及第二導電層之間。

根據本發明之第二方面，提出一種製造顯示裝置的方法，包括提供一透明材質之第一基板，形成一第一導電層於第一基板上，形成一具有複數個不同厚度區段之變色結構於第一導電層上。提供一第二基板，形成一第二導電層於第二基板上，以及形成一離子層，夾設於變色結構及第二導電層之間。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

第一實施例

請參考第1A~1E圖，其繪示依照本發明第一實施例之顯示裝置10-1的製造流程圖。首先，如第1A圖所示，形成一第一導電層102於一第一基板100上，且第一基板位於觀察側，第一基板100係由一透明材質之材料所製成，例如係一透明玻璃或一透明軟性塑膠基板。第一導電層102係由一透明導電材料所製成，例如係一透明導電高分子膜或銦錫氧化物膜(Indium Tin Oxide，ITO)。

請參考第1B圖，利用如電鍍、溶凝膠法或真空鍍膜的方式，沈積一變色層材料(未繪示出)於第一導電層102上，於沈積變色層材料時，利用一遮罩M1進行遮擋以形成一圖案化第一子變色層104，而其中形成圖案化第一子變色層104亦可以使用可撥膠技術、雷射技術或黃光蝕刻製程。

接著，請參考第1C圖，利用如電鍍、溶凝膠法或真空鍍膜的方式，沈積一第二子變色層106-1於第一導電層102及圖案化第一子變色層104上。或者，請參考第1D圖，亦可以利用一遮罩M2進行遮擋，以形成一圖案化第二子變色層106-2，而形成圖案化第二子變色層106-2亦可以使用可撥膠技術、雷射技術或黃光蝕刻製程。其中，圖案化第二子變色層106-2及圖案化第一子變色層104係形成變色結構120-2。也就是說，可以利用如同形成圖案化第一子變色層104的製程形成圖案化第二子變色層106-2，或是不加以圖案化以形成一第二子變色層106-1。值得注意的是，於第1C～1D圖中，圖案化第一子變色層104及第二子變色層106-1，或是圖案化第一子變色層104及圖案化第二子變色層106-2，係由同為氧化態著色之電致變色材料或同為還原態著色之電致變色材料所製成。其中，還原態著色之電致變色材料可以為氧化鎢(WO₃ )、三氧化鉬(MoO₃ )、二氧化鈦(TiO₂ )或五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )。氧化態著色之電致變色材料可以為多價氧化鎳(NiOx)或普魯士藍。亦可以選擇其他的氧化態著色之電致變色材料及還原態著色之電致變色材料，並不作限制。

如第1C圖所示，變色結構120-1係包括第二子變色層106-1及圖案化第一子變色層104。於此實施例中，變色結構120-1大致可分為區段A、區段B及區段B’，且區段B及區段B’的厚度相同。因此，變色結構120-1共有區段A及區段B(或區段B’)兩種不同厚度的區段。此外，第1D圖之變色結構120-2可以分為區段A1、區段B1及區段B1’，且區段B1及區段B1’的厚度相同。因此，變色結構120-2共有區段A1及區段B1(或區段B1’)兩種不同厚度的區段。

接著，請參考第1E圖，提供一第二基板112，第二基板112上形成有一第二導電層110，且第二基板位於非觀察側，第二導電層110可以由透明導電材料或不透明導電材料所製成，並不作限制。第二基板112可以由金屬材料製成，亦可以使用透明玻璃或透明軟性塑膠基板所製成，並不作限制。接著，形成一離子層114夾設於變色結構120-1及第二導電層110之間。於此實施例中，離子層114可以由高離子導電性及低電子導電性之氫離子(H⁺ )或高離子導電性及低電子導電性之液態、膠態或固態之鋰鹽(Li⁺ )之材料所組成。

請參考第1E～1G圖，其繪示本發明一實施例之不同態樣的顯示裝置10-1～10-3之示意圖。如第1E圖所示，形成離子層114於變色結構120-1及第二導電層110之間後，可以使用封膠(sealant)108-1包覆於離子層114之外圍。並且，封膠108-1係緊密地填充於第二子變色層106-1及第二導電層110之間，以形成顯示裝置10-1。此外，如第1F圖所示，第二子變色層可以經過圖案化，圖案化第一子變色層104及圖案化第二子變色層106-2係形成變色結構120-2，當圖案化第二子變色層106-2之長度小於第一導電層102之長度時，可以將封膠108-2緊密地填充於第一導電層102及第二導電層110之間，以形成顯示裝置10-2。

此外，於第1B圖之步驟中，亦可以直接形成未經過圖案化之第一子變色層，接著，於第一子變色層上形成圖案化第二子變色層。如第1G圖所示，當第一子變色層104’未經過圖案化，且第一子變色層104’之長度大於第二子變色層106-3的長度時，第一子變色層104’及第二子變色層106-3係形成變色結構120-3，此時，可以將封膠108-3緊密地填充於第一子變色層104’及第二導電層110之間，以形成顯示裝置10-3。同樣的，當第一子變色層104’之長度大於第二子變色層106-3的長度時，第一子變色層104’亦可經過圖案化，而將封膠108-3緊密地填充於第一導電層102及第二導電層110之間，以形成顯示裝置。也就是說，封膠的設置位置並不作限制。

於第1E～1G圖中，可以提供一電源116(例如是一直流電源)於第一導電層102及第二導電層110之間，使得第一導電層102及第二導電層110之間存在一電位差。藉由電源116提供之電位差可以對變色結構120-1～120-3作氧化反應或還原反應。舉第1F圖之例來說，若圖案化第二子變色層106-2及圖案化第一子變色層104均為還原態著色之電致變色材料(例如氧化鎢)，且離子層114係為鋰鹽成份之電解質材料。當施加一負電位於第一導電層102，電子與鋰離子同注入氧化鎢，使氧化鎢變為藍色。相反地，當施加一正電位於第一導電層102時即產生一逆反應，使得電子與鋰離子同時離開氧化鎢，氧化鎢變回原本的透明無色。如第1C及1D圖所示，此實施例中至少有二種不同厚度的區段，使得光線通過此兩種不同厚度的區段時，具有不同之穿透率、反射率及吸收率。因此，顯示裝置10-1～10-3至少可以呈現出二種不同對比度之色彩。然而，並不以此作為限制，亦可以透過更多層的圖案化子變色層堆疊，或透過更多厚度變化的變色結構，以呈現更多種不同對比度之色彩。

第二實施例

請參考第2A-2E圖，其繪示依照本發明第二實施例之顯示裝置20-1的製造流程圖。首先，如第2A圖所示，形成一第一導電層202於一第一基板200上。第一基板200係由一透明材質之材料所製成，例如係一透明玻璃或一透明軟性塑膠基板。第一導電層202係由一透明導電材料所製成，例如係一透明導電高分子膜或銦錫氧化物膜(Indium Tin Oxide，ITO)。接著，利用電鍍、溶凝膠法或真空鍍膜的方式，沈積一變色層材料204於第一導電層202上。

請參考第2B圖，於變色層材料204上塗佈一光阻層205，利用一半色調(half-tone)光罩或多色調(multi-tone)光罩M3製程，曝光顯影光阻層205以形成一圖案化光阻層(未繪示出)。光罩M3之第一遮光部C1、第二遮光部C2及第三遮光部C3，係分別表示三種不同的透光率。舉例來說，第一遮光部C1係接近完全透光，第二遮光部C2係接近不透光，第三遮光部C3的透光率係介於第一遮光部C1及第二遮光部C2之間。接著，請參考第2C圖，蝕刻變色層材料204(繪示於第2B圖)，以形成一圖案化第一子變色層204’。應用半色調光罩或多色調光罩製程的優點為曝光顯影蝕刻後，可同時形成至少兩種不同厚度之圖案化第一子變色層204’。

接著，請參考第2D圖，利用電鍍、溶凝膠法或真空鍍膜的方式，沈積一第二子變色層206於第一導電層202及圖案化第一子變色層204’上。於此實施例中，第二子變色層206可以利用如同形成圖案化第二子變色層106-2(繪示於第1D圖)的製程形成，或是不加以圖案化。值得注意的是，圖案化第一子變色層204’及第二子變色層206，係由同為氧化態著色之電致變色材料或同為還原態著色之電致變色材料所形成。氧化態著色之電致變色材料及還原態著色之電致變色材料的選擇已說明於前，於此不再贅述。

如第2D圖所示，變色結構220-1係包括第二子變色層206及圖案化第一子變色層204’。於此實施例中，變色結構220-1大致可分為區段C、區段D、區段D’、區段E及區段E’。其中，變色結構220-1之區段D及區段D’的厚度可實質上相同或不同，區段E及區段E’的厚度係實質上相同。圖案化第一子變色層204’對應區段C、區段D和區段D’處，係分別具有厚度h1、h2和h2’。當厚度h2和厚度h2’相等時，則變色結構220-1共有區段C、區段D(等於區段D’之厚度)及區段E(等於區段E’之厚度)三種不同厚度的區段。當然，亦可因實際應用所需，變化圖案化第一子變色層204’之圖形，例如使厚度h2和厚度h2’不同，使變色結構220-1可產生區段C、區段D、區段D’及區段E等四種不同厚度的區段，甚至更多種厚度變化。

接著，請參考第2E圖，提供一第二基板212，且形成一第二導電層210於第二基板212上。第二導電層210可以由透明導電材料或不透明導電材料所製成，並不作限制。第二基板212可以由金屬材料製成，亦可以使用透明玻璃或透明軟性塑膠基板所製成，並不作限制。接著，形成一離子層214夾設於變色結構220-1及第二導電層210之間，並以封膠208-1包覆於離子層214之外圍，並且，封膠208-1係緊密地填充於第二子變色層206及第二導電層210之間，以形成顯示裝置20-1。其中，離子層214之材料可以選用與離子層114相同或相似之電解質材料，於此不再贅述。

請參考第2F～2G圖，其繪示本發明第二實施例之不同態樣的顯示裝置20-2及顯示裝置20-3之示意圖。如第2F圖所示，第一子變色層204-2可以不需要經過圖案化，亦即，於第2B圖之步驟中不形成光阻層205，而直接形成第一子變色層204-2，並形成圖案化第二子變色層206’於第一子變色層204-2上，使得第一子變色層204-2及圖案化第二子變色層206’形成變色結構220-2。接著，形成離子層214於變色結構220-2及第二導電層210之間，並使用封膠208-2包覆於離子層214之外圍。封膠208-2係緊密地填充於第一子變色層204-2及第二導電層210之間，以形成顯示裝置20-2。

如第2G圖所示，變色結構220-3亦可以包括圖案化第一子變色層204-3及圖案化第二子變色層206’。於第2G圖中，圖案化第二子變色層206’之長度小於圖案化第一子變色層204-3之長度，且圖案化第一子變色層204-3之長度小於第一導電層202之長度，此時，封膠208-3係緊密地填充於第一導電層202及第二導電層210之間。

此外，可以提供一電源216(例如是一直流電源)於第一導電層202及第二導電層210之間，使得第一導電層202及第二導電層210之間存在一電位差。由於此實施例中，至少有三種不同厚度的區段，使得光線通過此三種不同厚度的區段時，亦分別具有三種不同之穿透率、反射率及吸收率。因此，顯示裝置20-1～20-3藉由變色結構220-1～220-3之雙子變色層結構，至少可以呈現出三種不同對比度之色彩。然而，於此僅列舉顯示部份變色結構的形式以及封膠的設置位置，可以依據製程上的需求適度地調整變色結構的形式以及封膠的位置，並不以此作為限制，亦可以透過更多層的子變色層堆疊，或透過更多厚度變化的變色結構，以呈現更多種不同對比度之色彩。

第三實施例

請參考第3圖，其繪示依照本發明第三實施例之顯示裝置30的剖面圖。顯示裝置30可以類似於本發明第一實施例或第二實施例的方法所製造而成，於此不再贅述其細部之製造流程。於此實施例中，顯示裝置30包括第一基板300、第一導電層302、圖案化第一子變色層304、第二子變色層306、封膠308、第二導電層310、第二基板312、離子層314及電源316。值得注意的是，圖案化第一子變色層304係形成於第一導電層302上且靠近第一導電層302之邊緣處，接著，再沈積第二子變色層306於圖案化第一子變色層304及第一導電層302上。

於此實施例中，變色結構係使用還原態著色之氧化鎢(WOx)材料所鍍膜而形成。舉例來說，圖案化第一子變色層304係為一圖案化氧化鎢膜，且第二子變色層306係為一氧化鎢膜。如第3圖所示，變色結構320包括區段F及區段G二種不同厚度的區段，且變色結構320於區段G的厚度例如是(但不限制)變色結構320於區段F之厚度的1.5～2倍。此外，於此實施例之封膠308係緊密地填充於第一導電層302及第二導電層310之間。當然，也可以視第一子變色層304及第二子變色層306的形式，將封膠308緊密地填充於第二子變色層306及第二導電層310之間，並不作限制。離子層314例如係由聚甲基丙烯酸甲酯(Polymethylmethacrylate，PMMA)材料所形成。

於此實施例中，當施加電壓於顯示裝置以進行去色反應驅動時，區段F之變色結構320與區段G之變色結構320在波長550nm之穿透率差異係小於0.5%，因此，人眼觀察並無法分辨其差異。當施加電壓於顯示裝置以進行著色反應驅動時，區段F之變色結構320與區段G之變色結構320之穿透率差異係接近或大於30%。因此，可以顯示出不同深淺之對比顏色的效果。

本發明之上述實施例所提出之顯示裝置及製造此種顯示裝置之方式，可以藉由簡單的黃光蝕刻等製程形成特殊之變色結構於單一側之基板上。藉由變色結構之各個區段間不同的區段厚度，可以提供多種對比度之顯示模式。以人眼最敏感之波長為550nm的光為例，上述之不同厚度區段之變色結構在去色態時的穿透率或色差很相近。其中，色差係以數值表示之標準色與試樣色空間的幾何距離。以上述之實施例來說，較佳地，可以控制變色結構之不同厚度區段在去色態時的穿透率差異小於1%或色差小於0.5，使得人眼無法分辨其中之差異。並且，可以控制上述變色結構之不同厚度區段在著色態時的穿透率差異大於10%或色差大於6，由於著色態時的穿透率或色差係有明顯的差異，人眼可以分辨其不同深淺之對比顏色效果。因此，可以提供不同電位之電源，控制具有不同厚度區段之變色結構的氧化或還原，以提供多種不同對比度之色彩。

綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10-1、10-2、10-3、20-1、20-2、20-3、30．．．顯示裝置

100、200、300．．．第一基板

112、212、312．．．第二基板

102、202、302．．．第一導電層

110、210、310．．．第二導電層

204．．．變色層材料

104’、204-2．．．第一子變色層

104、204’、204-3、304．．．圖案化第一子變色層

106-1、206、306．．．第二子變色層

106-2、106-3、206’．．．圖案化第二子變色層

108-1、108-2、108-3、208-1、208-2、208-3、308．．．封膠

114、214、314．．．離子層

116、216、316．．．電源

120-1、120-2、120-3、220-1、220-2、220-3、320‧‧‧變色結構

205‧‧‧光阻層

A、B、B’、C、D、D’、E、E’、F、G‧‧‧區段

C1、C2、C3‧‧‧遮光部

h1、h2、h2’‧‧‧高度

M1、M2‧‧‧遮罩

M3‧‧‧光罩

第1A-1E圖繪示依照本發明第一實施例之顯示裝置的製造流程圖。

第1F～1G圖繪示依照本發明第一實施例之不同態樣的顯示裝置之示意圖。

第2A-2E圖繪示依照本發明第二實施例之顯示裝置的製造流程圖。

第2F～2G圖繪示依照本發明第二實施例之不同態樣的顯示裝置之示意圖。

第3圖繪示依照本發明第三實施例之顯示裝置的剖面圖。

30．．．顯示裝置

300．．．第一基板

312．．．第二基板

302．．．第一導電層

310．．．第二導電層

304．．．圖案化第一子變色層

306．．．第二子變色層

308．．．封膠

314．．．離子層

316．．．電源

320．．．變色結構

F、G．．．區段

Claims

一種顯示裝置，包括：一第一基板，位於觀察側；一第二基板，位於非觀察側；一第一導電層，設置於該第一基板上；一第二導電層，設置於該第二基板上；一變色結構，設置於該第一導電層上，該變色結構包括複數個子變色層，且該些子變色層形成複數個不同厚度的區段；以及一離子層，夾設於該變色結構及該第二導電層之間。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該變色結構係包括一氧化態著色之電致變色材料或一還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該還原態著色電致變色材料係選擇自氧化鎢(WO₃ )、三氧化鉬(MoO₃ )、二氧化鈦(TiO₂ )及五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )其中之一。
如申請專利範圍第2項所述之顯示裝置，其中該氧化態著色之電致變色材料係選擇自多價氧化鎳(NiOx)及普魯士藍其中之一。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些子變色層包括：一圖案化第一子變色層，設置於該第一導電層上，及一第二子變色層，設置於該圖案化第一子變色層上，該些不同厚度的區段係由該圖案化第一子變色層及該第二子變色層堆疊而形成。
如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該圖案化第一子變色層係具有至少兩種不同厚度。
如申請專利範圍第5項所述之顯示裝置，其中該圖案化第一子變色層及該第二子變色層係包括同為一氧化態著色之電致變色材料或同為一還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該些子變色層包括：一第一子變色層，設置於該第一導電層上，及一圖案化第二子變色層，設置於該第一子變色層上，該些不同厚度的區段係由該第一子變色層及該圖案化第二子變色層堆疊而形成。
如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該圖案化第二子變色層係具有至少兩種不同厚度。
如申請專利範圍第8項所述之顯示裝置，其中該第一子變色層及該圖案化第二子變色層係包括同為一氧化態著色之電致變色材料或同為一還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第1項所述之顯示裝置，其中該離子層係包括一高離子導電性和低電子導電性之氫離子材料，或包括一高離子導電性和低電子導電性之液態、膠態或固態之鋰鹽之材料。
一種製造顯示裝置的方法，包括：提供一第一基板，位於觀察側；形成一第一導電層於該第一基板上；形成一變色結構於該第一導電層上，該變色結構包括複數個子變色層，且該些子變色層形成複數個不同厚度的區段；提供一第二基板，位於非觀察側；形成一第二導電層於該第二基板上；以及形成一離子層，夾設於該變色結構及該第二導電層之間。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該些子變色層包括一圖案化第一子變色層及一第二子變色層，該形成該變色結構之步驟包括：形成該圖案化第一子變色層於該第一導電層上；形成該第二子變色層於該圖案化第一子變色層及該第一導電層上，其中該圖案化第一子變色層及該第二子變色層係包括同為一氧化態著色之電致變色材料或同為一還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該形成該圖案化第一子變色層之步驟包括：形成該氧化態著色之電致變色材料或該還原態著色之電致變色材料於該第一導電層上；以及以遮罩製程、可撥膠技術、雷射技術或黃光蝕刻製程，圖案化該氧化態著色之電致變色材料或該還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該形成該圖案化第一子變色層之步驟包括：形成該氧化態著色之電致變色材料或該還原態著色之電致變色材料於該第一導電層上；以及利用一半色調光罩或一多色調光罩製程，圖案化該氧化態著色之電致變色材料或該還原態著色之電致變色材料，以同時形成至少兩種不同厚度之該圖案化第一子變色層。
如申請專利範圍第14或15項所述之方法，其中該形成氧化態著色之電致變色材料或該還原態著色之電致變色材料之方法包括電鍍、溶凝膠法或真空鍍膜的方式。
如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該還原態著色之電致變色材料係選擇自氧化鎢(WO₃ )、三氧化鉬(MoO₃ )、二氧化鈦(TiO₂ )及五氧化二鈮(Nb₂ O₅ )其中之一。
如申請專利範圍第13項所述之方法，其中該氧化態著色之電致變色材料係選擇自多價氧化鎳(NiOx)及普魯士藍其中之一。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該些子變色層包括一第一子變色層及一圖案化第二子變色層，該形成該變色結構之步驟包括：形成該第一子變色層於該第一導電層上；形成該圖案化第二子變色層於該第一子變色層及該第一導電層上，其中該第一子變色層及該圖案化第二子變色層係包括同為一氧化態著色之電致變色材料或同為一還原態著色之電致變色材料。
如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該離子層係由一高離子導電性和低電子導電性之氫離子材料所組成，或由一高離子導電性和低電子導電性之液態、膠態或固態鋰鹽之材料所組成。