TWI495945B - 電致變色顯示元件 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種電致變色顯示元件，尤指一種多種電致變色化合物混色之電致變色顯示元件。
所謂的「電致變色」係指施加一電壓使化合物經由氧化或還原，而從原本無色透明的狀態轉變為有色的狀態。目前已知之電致變色材料相當多，包括有過度金屬氧化物、有機小分子化合物、共軛高分子化合物等。
目前，已有發展出數種有機型態之電致變色顯示元件，其可根據電致變色材料的型態與電解質的搭配，而分為全固態電致變色元件、全液態電致變色元件、及固態-液態電致變色元件。於全固態電致變色元件中，多使用薄膜型之電致變色層搭配膠態或固態的電解質；於全液態電致變色元件中，則係使用電致變色化合物溶液搭配液態或膠態的電解質；而於固態-液態電致變色元件中，則同時使用電致變色化合物溶液與薄膜型之電致變色層，並搭配配膠態或固態的電解質所製成。
由於電致變色顯示元件具有低驅動電壓、具記憶效應、穿透率可受電壓控制、顏色對比度高、循環壽命長、製程簡單等特性，目前已有商業化之產品，如：汽車或建築物等智慧型玻璃上之應用；且更有發展研究試圖將電致變色顯示元件應用於顯示裝置上，如電子紙等。然而，如
欲將電致變色顯示元件應用於更高階之電子產品上時，除了簡單的顯色功能外，甚至須達到混色之功效。因此，目前仍需發展一種電致變色顯示元件，其可達到混色之效果，而應用於其他之顯示裝置上。
本發明之主要目的係在提供一種電致變色顯示元件，俾能達到混色之功效，且甚至透過適當的反射層設計，而可使混色效果更加提升。
為達成上述目的，本發明係提供一種電致變色顯示元件，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層及一反射層，第一電極層係與第二電極層相對設置，且反射層係設於該第二基板及該第二電極層間、或與該第二電極層交錯設置；以及一電解質層，係設於第一電極層與第二電極層間，且電解質層包括至少一電致變色化合物。在此，具有上述結構之電致變色顯示元件係為一反射式電致變色顯示元件。
本發明之電致變色顯示元件，藉由一反射層之設置，特別是藉由反射層與第二電極層之設置相對位置，可降低反射層阻抗不足，而造成無法混色之功效。此外，由於反射層係設置於第二基板上，故本發明之電致變色顯示元件之顯示側係為第一基板側。
於本發明之電致變色顯示元件中，第一電極層及第二電極層之材料係各自獨立為一透明導電材料。其中，本發
明所使用之透明導電材料並無特殊限制，可為本技術領域常用之透明電極材料，如ITO、IZO、ZnO、金屬薄膜等。
於本發明之一實施態樣之電致變色顯示元件中，第二電極層可更包括複數電極突柱，且反射層係設於相鄰之電極突柱間。由於本實施態樣之電致變色顯示元件具有電極突柱與反射層相互穿插設置之微結構，故可使電致變色化合物經氧化或還原後均勻著色於第二電極上。其中，電極突柱之材料可為上述之透明導電材料，且可與第二電極層相同或不同。此外，反射層之材料亦可為本技術領域常用之反射材料，如二氧化鈦等。
於本發明之另一實施態樣之電致變色顯示元件中，反射層可設於第二基板及第二電極層間，且反射層之材料係為二氧化鈦。此外，第二電極層較佳係覆蓋反射層之表面，且反射層之表面較佳係為一圖案化表面，如波浪型表面，以提升反射率。
此外，於本發明之再一實施態樣之電致變色顯示元件中，反射層可設於第二基板及第二電極層間，且反射層之材料係為二氧化鈦，且該第二電極層之材料係為一經摻雜之二氧化鈦。其中，可先於第二電極層上形成一二氧化鈦層後，再經過離子摻雜製程，而形成一經摻雜之二氧化鈦層以作為一電極層。透過使用經摻雜之二氧化鈦，可提供導電度至原先不導電之二氧化鈦。其中，經摻雜之二氧化鈦可為本技術領域常用之使二氧化鈦具有導電度之材料，如：經金屬(如鉬、銀等)摻雜之二氧化鈦。在此，反射層與
第二電極層較佳亦具有一圖案化表面，如波浪型表面，以提升反射率。
再者，於本發明之更一實施態樣之電致變色顯示元件中，反射層與第二電極層之材料可均為一金屬，故反射層與第二電極層可共同視為一金屬層。其中，金屬之材料並無特殊限制，可為本技術領域常用之具有反射效果之電極材料，如銀、鋁等。此外，本實施態樣之電致變色顯示元件更可包括一高分子層，其較佳具有一圖案化表面，且反射層與第二電極層係覆蓋該高分子層之圖案化表面；藉由此具有圖案化表面之高分子層之設置，可提升反射率。
本發明另提供一種電致變色顯示元件，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一離子儲存層，係設於第一電極層上，且離子儲存層係包括一可氧化及還原之化合物；一第二基板，係設有一第二電極層，第二電極層係與離子儲存層相對設置；一電解質層，係設於第一電極層與第二電極層間，電解質層包括至少一電致變色化合物，且該至少一電致變色化合物係為一還原著色之電致變色化合物、或一氧化著色之電致變色化合物。
其中，此電致變色顯示元件更可包括一反射層，係設於第二基板上，而形成一反射式電致變色顯示元件。在此，因反射層之材料與結構均與上述相同，故在此不再贅述。
此外，當電致變色顯示元件中，若未包括一反射層，則為一穿透式電致變色顯示元件。然而，無論是反射式或穿透式電致變色顯示元建，著色層均在第一基板一側。
於本發明之電致變色顯示元件中，電解質層中所包含之電致變色化合物，係為一還原著色之電致變色化合物、或一氧化著色之電致變色化合物。更具體而言，電解質層中所包含之電致變色化合物係同時為還原著色之電致變色化合物、或同時為氧化著色之電致變色化合物，並非將還原著色之電致變色化合物及氧化著色之電致變色化合物混合使用。
於本發明之電致變色顯示元件中，離子儲存層中之可氧化及還原之化合物，較佳為一經氧化或還原後具有相同顏色之化合物，故不會影響到電解質層中電致變色化合物之混色效果。如前所述，由於本發明之電致變色顯示元件不同時混合使用還原著色及氧化著色之電致變色化合物，故當電解質中電致變色化合物氧化或還原時，離子儲存層中之化合物可接受或提供電子，而進行還原或氧化以使電荷平衡。在此，離子儲存層中之可氧化及還原之化合物之具體粒子可係如添普(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyloxy,TEMPO)，如下式(I)所示，但本發明不僅限於此：
此外，於本發明之電致變色顯示元件中，電解質層中之電致變色化合物可包括：紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物。藉由使用三種不同顏色之電致變色化合物，可達到混色之功效。
再者，於本發明之電致變色顯示元件中，電解質層中之電致變色化合物更可使用一可於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之化合物。
另一方面，於本發明之電致變色顯示元件中，更可將一氧化或還原時展現單一顏色之化合物、及一可於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之化合物合併使用，亦可達到混色效果。更具體而言，電解質層中之電致變色化合物包括：至少二可發出不同顏色之單色電致變色化合物；以及一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。舉例而言，可將紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物及一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物合併使用。
前述之紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、藍色電致變色化合物、其他單色電致變色化合物、及於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物可為本技術領域常用之電致變色化合物，如小分子及高分子電致變色化合物。
下述之電致變色化合物係用以舉例用，但本發明並不僅限於此。
本發明適用之電致變色化合物之一可為紫精(viologen)衍生物，其具有如下式(II)所示之結構：
其中，R1
、R2
、R3
及R4
係各自獨立為烷基或芳香基，而X-
可為Cl-
、Br-
、I-
、BF-
。在此，紫精衍生物之具體例子，可係如下式(II-1)、(II-2)、(II-3)、(II-4)所示，但本發明並不僅限於此。
此外，本發明適用之綠色電致變色化合物之一可為吩嗪(phenazine)衍生物，其經由還原反應而可由無色著色為綠色。其中，吩嗪衍生物之結構係如下式(III)所示：
其中，R5
及R6
係各自獨立為氫、烷基或芳基。在此，吩嗪衍生物之具體例子，可係如下式(III-1)所示，但本發明並不僅限於此。
再者，聚苯胺(polyaniline)衍生物亦可用於本發明中，其係為一可於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物，其中聚苯胺之結構係如下式(IV)所示。
此外，PEDOT衍生物亦為本技術領域常用之一可於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。以下式(V-1)至(V-6)係舉例部分常見之PEDOT衍生物，但本發明不僅限於此。
本說明書中雖揭示多種電致變色化合物，但本發明並不僅限於此，其他本技術領域已知之電致變色化合物均可應用於本發明中。
以下係藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟習此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地了解本發明之其他優點與功效。本發明亦可藉由其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可針對不同觀點與應用，在不悖離本創作之精神下進行各種修飾與變更。
圖1係本比較例之電致變色顯示元件剖視圖。如圖1所示，本比較例之電致變色顯示元件包括：一第一基板11，係設有一第一電極層12；一第二基板13，係設有一第二電極層14，第一電極層12係與第二電極層14相對設置；一反射層15，係設於第二電極層14上；以及一電解質層16，係設於第一電極層12與第二電極層13間，且電解質層16包括
至少一電致變色化合物。在此，第一電極層12與第二電極層14之材料均為ITO，反射層15之材料係為二氧化鈦，且電解質層16中包括有氧化著色之綠色電致變色化合物(紫精衍生物)及還原著色之藍色電致變色化合物(吩嗪衍生物)。
由於電致變色化合物需擴散到第二電極層14表面始可進行氧化或還原反應；故當使用本比較例之電致變色顯示元件時，電解質層16中之電致變色化合物會穿過反射層15，而於第二電極層14與反射層15之介面上著色(如箭號所示)。因此，若由氧化著色面觀察時，僅能看到綠色著色，而由還原著色面觀察時，僅能看到藍色著色，但卻未見到任何混色之效果。
圖2係本實施例之電致變色顯示元件剖視圖。如圖2所示，本實施例之電致變色顯示元件包括：一第一基板21，係設有一第一電極層22；一第二基板23，係設有一第二電極層24及一反射層25，第一電極層22係與第二電極層24相對設置，且反射層25係與第二電極層24交錯設置；以及一電解質層26，係設於第一電極層22與第二電極層24間，且電解質層26包括至少一電致變色化合物。
更具體而言，於本實施例之電致變色顯示元件中，第二電極層24可更包括複數電極突柱241，且反射層25係設於相鄰之電極突柱241間；故本實施例之電致變色顯示元件係具有電極突柱240與反射層25相互穿插設置之微結構。在此，第一電極層22與第二電極層24之材料均為ITO，電極突
柱241之材料為ZnO，反射層15之材料係為二氧化鈦。此外，電解質層26中包括有氧化著色之綠色電致變色化合物(紫精衍生物)及還原著色之藍色電致變色化合物(吩嗪衍生物)。
透過本實施例之電極突柱240與反射層25相互穿插設置之微結構，電致變色化合物可直接於電極突柱241上氧化或還原著色，而不是於第二電極層24表面上著色。因此，可解決比較例中電致變色化合物穿過反射層而造成無法於顯示側(第一基板側)觀察到混色之效果。
除了第二電極側之結構外，本實施例之電致變色顯示元件係與實施例1相同。如圖3A所示，反射層25係設於第二基板23及第二電極層24間；反射層25之表面係為一圖案化表面，即波浪型表面；第二電極層24之材料為ITO並覆蓋反射層25之表面；且反射層25之材料係為二氧化鈦。由於第二電極層24係設於反射層25表面上，故於第二電極層24著色之電致變色化合物，可直接於反射層25上進行反射，而達到混色之效果。
除了第二電極側之結構外，本實施例之電致變色顯示元件係與實施例1相同。如圖3B所示，反射層25與第二電極層24之材料係均為鋁，故反射層25與第二電極層24可共同視為一金屬層。此外，本實施例之電致變色顯示元件更可
包括一具有圖案化表面(即波浪型表面)之高分子層231，且反射層25與第二電極層24係覆蓋高分子層231之表面。
除了第二電極側之結構外，本實施例之電致變色顯示元件係與實施例1相同。如圖3C所示，反射層25係設於第二基板23及第二電極層24間；且反射層25之表面係為一圖案化表面，即波浪型表面。此外，反射層25之材料係為二氧化鈦，而第二電極層24之材料係為一經摻雜之二氧化鈦。在此，係先於第二基板23上形成一圖案化二氧化鈦層後，經由摻雜金屬於圖案化二氧化鈦層表面後，可提升二氧化鈦層表面之導電度，而作為第二電極層24。
圖4係本實施例之反射式電致變色顯示元件剖視圖。如圖4所示，本實施例之電致變色顯示元件包括：一第一基板21，係設有一第一電極層22；一離子儲存層27，係設於第一電極層21上，且離子儲存層27係包括一可氧化及還原之化合物；一第二基板23，係設有一第二電極層24，第二電極層24係與離子儲存層27相對設置；一電解質層26，係設於該第一電極層22與第二電極層24間，電解質層26包括至少一還原著色之電致變色化合物。其中，第二基板23之結構係與實施例2相同，故在此不再贅述。
於本實施例中，電解質層26中係選用紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物。透
過混合使用此三種著色顏色之電致變色化合物，可達到混色之功效。
本實施例之電致變色顯示元件係與實施例5相同，除了本實施例之電致變色顯示元件之電解質層26包括至少一氧化著色之電致變色化合物，且至少一氧化著色之電致變色化合物包括紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物。
於前述實施例5及實施例6中，電解質層26中所選用紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物，需同時為氧化著色之電致變色化合物(實施例6)或還原著色之電致變色化合物(實施例5)。同時，離子儲存層27中之可氧化及還原之化合物係為一經氧化或還原後具有相同顏色之化合物(如：添普)，故可於著色過程中，可提供電子至電解質層26之還原著色之電致變色化合物，或接收氧化著色之電致變色化合物所釋放出之電子。
再者，於前述實施例5及實施例6中，著色層與反射層係分別在相對兩側；更具體而言，著色層係為第一基板21側，而反射層25係為第二基板23側，故當進行氧化還原著色時，可解決反射層阻抗不足而導致無法混色之問題。此外，更因第二基板23上所設之反射層25，可使混色效果更加提升。
本實施例之電致變色顯示元件係與實施例5相同，除了本實施例之電致變色顯示元件之電解質層26包括一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。
本實施例之電致變色顯示元件係與實施例5相同，除了本實施例之電致變色顯示元件之電解質層26包括：至少二可發出不同顏色之單色電致變色化合物；以及一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。其中，此於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物可為一雙色系統之電致變色化合物或一三色系統之電致變色化合物。
於本實施例中，透過將至少兩種顏色之單色電致變色化合物及一雙色或三色系統之電致變色化合物合併使用，可達到混色之目的。
圖5係本實施例之穿透式電致變色顯示元件剖視圖。如圖5所示，本實施例之電致變色顯示元件包括：一第一基板21，係設有一第一電極層22；一離子儲存層27，係設於第一電極層21上，且離子儲存層27係包括一可氧化及還原之化合物；一第二基板23，係設有一第二電極層24，第二電極層24係與離子儲存層27相對設置；一電解質層26，係設於該第一電極層22與第二電極層24間，電解質層26包括至少一電致變色化合物。
與前述實施例5之電致變色顯示元件結構最大之不同點在於，本實施例之電致變色顯示元件未設置有一反射層，故為一穿透式電致變色顯示元件。在此，電解質層26中所包括至少一電致變色化合物，需為氧化著色或還原著色之電致變色化合物。更具體而言，當選用紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物，則此三種顏色之電致變色化合物需同時為氧化著色之電致變色化合物或還原著色之電致變色化合物。同時，離子儲存層27中之可氧化及還原之化合物係為一經氧化或還原後具有相同顏色之化合物(如：添普)，故可於著色過程中，可達到平衡電荷之目的。
上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
11,21‧‧‧第一基板
12,22‧‧‧第一電極層
13,23‧‧‧第二基板
14,24‧‧‧第二電極層
15,25‧‧‧反射層
16,26‧‧‧電解質層
231‧‧‧高分子層
241‧‧‧電極突柱
27‧‧‧離子儲存層
圖1係本發明比較例之電致變色顯示元件剖視圖。
圖2係本發明實施例1之電致變色顯示元件剖視圖。
圖3A係本發明實施例2之電致變色顯示元件之第二電極側之剖視圖。
圖3B係本發明實施例3之電致變色顯示元件之第二電極側之剖視圖。
圖3C係本發明實施例4之電致變色顯示元件之第二電極側之剖視圖。
圖4係本發明實施例5之電致變色顯示元件剖視圖。
圖5係本發明實施例9之電致變色顯示元件剖視圖。
21‧‧‧第一基板
22‧‧‧第一電極層
23‧‧‧第二基板
24‧‧‧第二電極層
241‧‧‧電極突柱
25‧‧‧反射層
26‧‧‧電解質層
Claims (16)
- 一種電致變色顯示元件，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一第二基板，係設有一第二電極層及一反射層，該第一電極層係與該第二電極層相對設置，且該反射層係設於該第二基板及該第二電極層間、或與該第二電極層交錯設置；以及一電解質層，係設於該第一電極層與該第二電極層間，且該電解質層包括至少一電致變色化合物；其中該第二電極層更包括複數電極突柱，且該反射層係設於相鄰之該等電極突柱間。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致變色顯示元件，其中該第一電極層及該第二電極層之材料係各自獨立為一透明導電材料。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致變色顯示元件，其中該等電極突柱之材料係為一透明導電材料，且該反射層之材料係為二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致變色顯示元件，其中該反射層之材料係為二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致變色顯示元件，其中該反射層之材料係為二氧化鈦，且該第二電極層之材料係為一經摻雜之二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第1項所述之電致變色顯示元件，該反射層與該第二電極層之材料係為一金屬。
- 一種電致變色顯示元件，包括：一第一基板，係設有一第一電極層；一離子儲存層，係設於該第一電極層上，且該離子儲存層係包括一可氧化及還原之化合物；一第二基板，係設有一第二電極層，該第二電極層係與該離子儲存層相對設置；一電解質層，係設於該第一電極層與該第二電極層間，該電解質層包括至少一電致變色化合物，且該至少一電致變色化合物係為一還原著色之電致變色化合物、或一氧化著色之電致變色化合物；以及一反射層，係設於該第二基板上，且該反射層係設於該第二基板及該第二電極層間、或與該第二電極層交錯設置，其中該第二電極層更包括複數電極突柱，且該反射層係設於相鄰之該等電極突柱間。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該可氧化及還原之化合物係為一經氧化或還原後具有相同顏色之化合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該至少一電致變色化合物包括：紅色電致變色化合物、綠色電致變色化合物、及藍色電致變色化合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該至少一電致變色化合物包括：一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該至少一電致變色化合物包括：至少二可發出不同顏色之單色電致變色化合物；以及一於不同氧化或還原電位時展現不同顏色之電致變色化合物。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該等電極突柱之材料係為一透明導電材料，且該反射層之材料係為二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中該反射層係設於該第二基板及該第二電極層間。
- 如申請專利範圍第13項所述之電致變色顯示元件，其中該反射層之材料係為二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第13項所述之電致變色顯示元件，其中該反射層之材料係為二氧化鈦，且該第二電極層之材料係為一經摻雜之二氧化鈦。
- 如申請專利範圍第7項所述之電致變色顯示元件，其中反射層與該第二電極層之材料係為一金屬。
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Patent Citations (5)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201411259A (zh) | 2014-03-16 |
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