TWI598857B - 熱致變色元件及熱致變色顯示裝置 - Google Patents

Description

熱致變色元件及熱致變色顯示裝置

本發明涉及一種熱致變色元件及熱致變色顯示裝置。

由於熱致變色材料於不同的溫度下可以顯示不同的顏色，故，可以應用於熱致變色顯示裝置中作為具有顯示功能的熱致變色元件。先前的熱致變色顯示裝置中的熱致變色元件至少包括顯色層與加熱層，所述顯色層與加熱層貼合設置或間隔設置。其中，所述加熱層主要由金屬板組成。然而，金屬板的熱容及厚度較大，其作為加熱層工作時，溫度變化慢、電熱轉換效率低，從而使得熱致變色元件工作時顯色響應遲鈍、能耗較大。此外，金屬板的柔韌性能有限，其難以於柔性熱致變色顯示裝置中作加熱層。

為克服金屬板作為熱致變色元件的加熱層的缺點，先前技術提供一種熱致變色顯示裝置，該熱致變色顯示裝置中的熱致變色元件的加熱層包括碳墨及一聚合物。其中，所述碳墨列印於聚合物上。所述聚合物的材料為介電薄膜或聚酯薄膜。雖然，該熱致變色元件可以應用於柔性熱致變色顯示裝置中，但由於碳墨列印於聚合物上，聚合物的熱容較大，使得該加熱層的熱容較大，其工作時，溫度變化慢、電熱轉換效率低，從而使得熱致變色元件工作時顯色響應也較遲鈍、能耗也較大。

有鑒於此，提供一種顯色響應速度較快的熱致變色元件及應用該熱致變色元件的熱致變色顯示裝置實為必要。

一種熱致變色元件，其包括一絕緣基底，一顯色元件以及至少一用來加熱該顯色元件的加熱元件，所述絕緣基底具有一表面，該顯色元件與加熱元件設置於該絕緣基底的表面，其中，所述至少一加熱元件包括至少一奈米碳管結構，所述顯色元件包括於40℃以上發生晶態與非晶態轉變的變色材料，且該變色材料於晶態與非晶態時對光線的反射率不同。

一種熱致變色顯示裝置，其包括：一絕緣基底具有一表面；複數個行電極引線與複數個列電極引線設置於絕緣基底的表面，該複數個行電極引線與複數個列電極引線相互交叉設置，每兩個相鄰的行電極引線與每兩個相鄰的列電極引線形成一個網格，且行電極引線與列電極引線之間電絕緣；以及複數個熱致變色元件，每個熱致變色元件對應一個網格設置；其中，所述熱致變色元件包括一顯色元件以及至少一用來加熱該顯色元件的加熱元件，所述至少一加熱元件包括至少一奈米碳管結構，所述顯色元件包括於40℃以上發生晶態與非晶態轉變的變色材料，且該變色材料於晶態與非晶態時對光線的反射率不同。

一種熱致變色顯示裝置，其包括：一絕緣基底具有一表面；以及複數個熱致變色元件，該複數個熱致變色元件按行列式排布形成一畫素陣列；以及一驅動電路和複數個電極引線，該驅動電路通過所述複數個電極引線分別控制每個熱致變色元件的加熱元件獨立工作；其中，所述熱致變色元件包括一顯色元件以及至少一用來加熱該顯色元件的加熱元件，所述至少一加熱元件包括至少一奈米碳管結構，所述顯色元件包括於40℃以上發生晶態與非晶態轉變的變色材料，且該變色材料於晶態與非晶態時對光線的反射率不同。

相較於先前技術，所述熱致變色顯示裝置的熱致變色元件採用奈米碳管結構作為加熱元件，由於奈米碳管結構的單位面積熱容比金屬板或介電薄膜或聚酯薄膜的單位面積熱容較小，故，由該奈米碳管結構構成的加熱元件具有較快的熱響應速度，可用於對顯色元件進行快速加熱，使得本發明的熱致變色顯示裝置的畫素單元具有較快的響應速度。

20‧‧‧熱致變色顯示裝置

202,302,402,502,602,702‧‧‧絕緣基底

2020‧‧‧表面

204‧‧‧行電極引線

206‧‧‧列電極引線

208,308,408,508,708‧‧‧加熱元件

608‧‧‧第一加熱元件

609‧‧‧第二加熱元件

210,310,410,510,610,710‧‧‧第一電極

212,312,412,512,612,712‧‧‧第二電極

214‧‧‧網格

216‧‧‧介質絕緣層

218,318,418,518,618,718‧‧‧顯色元件

220,320,420,520,620,720‧‧‧熱致變色元件

222‧‧‧絕熱材料

224‧‧‧保護層

722‧‧‧凹槽

圖1為本發明第一實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例用作加熱元件的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖3為圖2中的奈米碳管拉膜中的奈米碳管片段的結構示意圖。

圖4為本發明第一實施例用作加熱元件的非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖5為本發明第一實施例作為加熱元件的扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖6為本發明第二實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖7為本發明第三實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖8為本發明第四實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖9為本發明第五實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖10為本發明第六實施例的熱致變色元件的結構示意圖。

圖11為採用本發明第一實施例的熱致變色元件的熱致變色顯示裝置的俯視圖。

圖12為沿圖11中XII-XII線的剖面圖。

以下將結合附圖對本發明的熱致變色元件及應用該熱致變色元件的熱致變色顯示裝置作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種熱致變色元件220，其包括一絕緣基底202，一顯色元件218，至少一加熱元件208以及一第一電極210與一第二電極212。

所述絕緣基底202具有一表面2020。所述顯色元件218與加熱元件208設置於所述絕緣基底202的表面2020。所述顯色元件218與加熱元件208靠近且對應設置。所謂對應設置指加熱元件208設置於顯色元件218的周圍，如上方、下方或四周。可以理解，所述顯色元件218與加熱元件208的具體設置位置不限，只要確保該加熱元件208可以加熱該顯色元件218即可。優選地，所述顯色元件218與加熱元件208均為一層狀結構，且該顯色元件218與加熱元件208為層疊接觸設置或層疊間隔設置。所謂層疊接觸設置指顯色元件218與加熱 元件208的表面貼合，如：顯色元件218設置於絕緣基底202的表面2020，加熱元件208設置於顯色元件218的表面且相互接觸。所謂層疊間隔設置指顯色元件218與加熱元件208平行正對且間隔設置，如：顯色元件218設置於加熱元件208與絕緣基底202之間，且加熱元件208通過支撐體(圖未示)與顯色元件218間隔設置。所述第一電極210與第二電極212間隔設置。所述第一電極210和第二電極212分別與加熱元件208電連接，用於對加熱元件208提供電壓或電流，使該加熱元件208對顯色元件218進行加熱。

本實施例中，加熱元件208的個數為一。所述顯色元件218與加熱元件208均為一層狀結構。所述加熱元件208設置於絕緣基底202的表面2020。所述顯色元件218設置於該加熱元件208表面。所述第一電極210與第二電極212間隔設置於該加熱元件208表面且位於所述顯色元件218兩側。

所述絕緣基底202可以為一硬性基板或柔性基板。所述硬性基板可以為陶瓷基板、玻璃基板、石英基板、矽基板、氧化矽基板、金剛石基板、氧化鋁基板及硬性高分子基板等中的一種或複數種。所述柔性基板可以為合成紙、纖維布及柔性高分子基板等中的一種或複數種。所述柔性高分子基板的材料可以為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)或聚醯亞胺(PI)等。可以理解，所述絕緣基底202的材料不限於上述材料，只要能夠耐200℃以上溫度的絕緣材料均可以實現本發明的目的。所述絕緣基底202的大小、形狀與厚度不限，本領域技術人員可以根據實際需要，如根據熱致變色顯示裝置20的預定大小，設置絕緣基底202的尺寸。本實施例中，所述絕緣基底202優選為一PET基板，其厚度約1毫米。

所述顯色元件218由特定溫度下發生晶態與非晶態轉變的變色材料製成。所謂特定溫度指變色材料發生晶態與非晶態轉變的相變溫度。當所述變色材料被加熱到該特定溫度時，該變色材料會發生晶態與非晶態之間的轉化。當需要寫入一顯示態的時候，可以給顯色元件218施加一個短而強的寫入熱脈衝。由於加熱溫度很高，顯色元件218被瞬間加熱為液態。由於加熱時間短，溫度很快就又降到低溫，這樣顯色元件218就會從液態急冷到了固態，形成一非晶態的顯色元件218。此時，該顯色元件218於室溫下無需任何能量均可維持其非晶態。由於非晶態的顯色元件218對光線的反射率不同於最初的晶態的顯色元件218對光線的反射率，故，就實現了顯示。當需要抹除這個顯示態的時 候，可以對該顯色元件218施加一個稍微弱但時間長的抹除熱脈衝。該過程相當於退火。經過退火之後顯色元件218又恢復到最初的晶態，實現了抹除。此時，該顯色元件218於室溫下無需任何能量均可維持其晶態。由於顯色元件218於室溫下可以長期保持晶態或非晶態，這種顯示狀態就可以被保持，從而實現雙穩態顯示。

所述變色材料發生晶態與非晶態轉變的相變溫度大於40℃。可以理解，選擇相變溫度為大於40℃的變色材料製備顯色元件218可以確保該熱致變色元件220於室溫條件下工作。優選地，該變色材料發生晶態與非晶態轉變的相變溫度低於600℃。選擇相變溫度為低於600℃的變色材料製備顯色元件218一方面可以降低熱致變色元件220的工作電壓，從而降低能耗，另一方面可以確保採用奈米碳管的加熱元件208長期使用而不備氧化。所述變色材料於晶態與非晶態時對光線的反射率不同，從而在視覺上實現差別，可以實現畫素顯示。優選地，所述變色材料於晶態與非晶態時對光線的反射率差別應確保人的肉眼能夠明顯區別其亮度的變化。另，所述變色材料發生晶態與非晶態轉變的時間應儘量短，以確保畫素具有足夠快的響應速度。優選地，所述變色材料發生晶態與非晶態轉變的時間小於40毫秒。所述於特定溫度下發生晶態與非晶態轉變的變色材料可以為硫系元素為基的化合物，如硫基化合物、碲基化合物、硒基化合物或碲硒基化合物。本實施例中，為了提高該變色材料的熱穩定性，該變色材料優選為硫系元素與鍺的化合物、硫系元素與銦的化合物、硫系元素與砷的化合物或硫系元素與銻的化合物，如：鍺-硫、鍺-硒、砷-硫、砷-硒、銦-碲、銦-硒、銻-碲或銻-硒。進一步，所述變色材料中還可以包括添加物來提高變色材料的相變速率。該添加物可以為銅、銀、金、鎳、鈷或鈀等金屬或上述金屬任意組合的合金。所述硫系元素為基的化合物變色材料從晶態轉變為非晶態的時間為幾奈秒至幾百奈秒，從非晶態轉變為晶態的時間為0.5微秒至1毫秒。另，其他晶體材料，如：半導體、半導體化合物、金屬化合物或高分子材料，只該晶體材料發生晶態與非晶態轉變的相變溫度大於40℃，發生晶態與非晶態轉變的時間小於40毫秒且於晶態與非晶態時對光線的反射率不同均可用來製備所述顯色元件218。

本實施例中，所述顯色元件218為一層鍺-硒化合物，其厚度為10微米~500微米。優選地，該顯色元件218的厚度為50微米~100微米。所述顯色 元件218可以通過熱沈積或濺射等方法沈積於所述加熱元件208表面且位於第一電極210與第二電極212之間。所述顯色元件218可以與所述第一電極210與第二電極212間隔設置，也可以與所述第一電極210與第二電極212相互接觸設置。

所述加熱元件208包括一奈米碳管結構。所述奈米碳管結構為一自支撐結構。所謂“自支撐結構”即該奈米碳管結構無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結構的奈米碳管結構包括複數個奈米碳管，該複數個奈米碳管通過凡德瓦爾力相互吸引，從而使奈米碳管結構具有特定的形狀。所述奈米碳管結構中的奈米碳管包括單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管及多壁奈米碳管中的一種或複數種。所述單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，所述雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米，所述多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。該奈米碳管結構為層狀或線狀結構。由於該奈米碳管結構具有自支撐性，不通過支撐體支撐時仍可保持層狀或線狀結構。該奈米碳管結構中奈米碳管之間具有大量間隙，從而使該奈米碳管結構具有大量微孔。所述奈米碳管結構的單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方厘米開爾文。優選地，所述奈米碳管結構的單位面積熱容可以小於等於1.7×10^-6焦耳每平方厘米開爾文。

所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜、至少一奈米碳管線狀結構或其組合。所述奈米碳管膜包括複數個均勻分佈的奈米碳管。該奈米碳管膜中的奈米碳管有序排列或無序排列。當奈米碳管膜包括無序排列的奈米碳管時，奈米碳管相互纏繞；當奈米碳管膜包括有序排列的奈米碳管時，奈米碳管沿一個方向或者複數個方向擇優取向排列。所謂擇優取向指奈米碳管膜中大部分奈米碳管於某一方向上具有較大的取向幾率，即奈米碳管膜中大部分奈米碳管的軸向基本沿同一方向延伸。當奈米碳管結構包括複數個奈米碳管基本沿同一方向有序排列時，該複數個奈米碳管從第一電極向第二電極延伸。具體地，該奈米碳管膜可包括奈米碳管絮化膜、奈米碳管碾壓膜或奈米碳管拉膜。該奈米碳管線狀結構包括至少一非扭轉的奈米碳管線、至少一扭轉的奈米碳管線或其組合。當所述奈米碳管線狀結構包括多根非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線時，該非扭轉的奈米碳管線或扭轉的奈米碳管線可以相互平行設置成一束狀結構，或相互扭轉設置成一絞線結構。

所述奈米碳管膜為由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向指奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔特定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡德瓦爾力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。故，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。

請參閱圖2及圖3，具體地，所述奈米碳管拉膜包括複數個連續且定向排列的奈米碳管片段143。該複數個奈米碳管片段143通過凡德瓦爾力首尾相連。每一奈米碳管片段143包括複數個相互平行的奈米碳管145，該複數個相互平行的奈米碳管145通過凡德瓦爾力緊密結合。該奈米碳管片段143具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取出該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。該奈米碳管膜中的奈米碳管145沿同一方向擇優取向排列。所述奈米碳管拉膜具有較高的透光性。單層奈米碳管拉膜的透光率達90%以上。所述奈米碳管拉膜及其製備方法具體請參見申請人於2007年2月12日申請的，於2008年8月16日公開的第TW200833862號台灣公開專利申請“奈米碳管膜結構及其製備方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

當所述奈米碳管結構包括層疊設置的多層奈米碳管拉膜時，相鄰兩層奈米碳管拉膜中的擇優取向排列的奈米碳管之間形成一交叉角度α，且α大於等於0度小於等於90度(0°≦α≦90°)。所述複數個奈米碳管拉膜之間或一個奈米碳管拉膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有間隙，從而於奈米碳管結構中形成複數個微孔，微孔的孔徑約小於10微米。本實施例中，所述奈米碳管結構為一單層奈米碳管拉膜。

所述奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管沿同一方向擇優取向排列，奈米碳管也可沿不同方向擇優取向排列。優選地，所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於奈米碳管碾壓膜的表面。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互交疊，且通過凡德瓦爾力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管碾壓膜具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撐的結構，可無需基底支撐。所述奈米碳管碾壓膜可通過碾壓一奈米碳管陣列獲得。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的基底的表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度(0≦β≦15°)，該夾角β與施加於奈米碳管陣列上的壓力有關，壓力越大，該夾角越小。所述奈米碳管碾壓膜的長度和寬度不限。所述碾壓膜包括複數個微孔結構，該微孔結構均勻且規則分佈於奈米碳管碾壓膜中，其中微孔直徑為1奈米~0.5微米。所述奈米碳管碾壓膜及其製備方法具體請參見申請人於2007年6月29日申請的，於2009年1月1日公開的第TW200900348號台灣專利申請“奈米碳管薄膜的製備方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管絮化膜的長度、寬度和厚度不限，可根據實際需要選擇。本發明實施例提供的奈米碳管絮化膜的長度為1~10厘米，寬度為1~10厘米，厚度為1微米~2毫米。所述奈米碳管絮化膜包括相互纏繞的奈米碳管，奈米碳管的長度大於10微米。所述奈米碳管之間通過凡德瓦爾力相互吸引、纏繞，形成網絡狀結構。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管均勻分佈，無規則排列，使該奈米碳管絮化膜各向同性，所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管之間形成大量的微孔，微孔孔徑為1奈米~0.5微米。所述奈米碳管絮化膜及其製備方法具體請參見申請人於2007年5月11日申請的，於2008年11月16日公開的 第TW200844041號台灣專利申請“奈米碳管薄膜的製備方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

請參閱圖4，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個沿該非扭轉的奈米碳管線長度方向排列的奈米碳管。具體地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡德瓦爾力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡德瓦爾力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。非扭轉的奈米碳管線為將奈米碳管拉膜通過有機溶劑處理得到。具體地，將有機溶劑浸潤所述奈米碳管拉膜的整個表面，在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，奈米碳管拉膜中的相互平行的複數個奈米碳管通過凡德瓦爾力緊密結合，從而使奈米碳管拉膜收縮為一非扭轉的奈米碳管線。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中採用乙醇。通過有機溶劑處理的非扭轉的奈米碳管線與未經有機溶劑處理的奈米碳管膜相比，比表面積減小，黏性降低。

所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖5，該扭轉的奈米碳管線包括複數個繞該扭轉的奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。具體地，該扭轉的奈米碳管線包括複數個奈米碳管片段，該複數個奈米碳管片段通過凡德瓦爾力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數個相互平行並通過凡德瓦爾力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡德瓦爾力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的比表面積減小，密度及強度增大。

所述奈米碳管線及其製備方法具體請參見申請人於2002年11月5日申請的，於2008年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，及於於2005年12月16日申請的，於2007年7月1日公開的第TW200724486號台灣公開專利申請“奈米碳管絲及其製作方法”。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

由於奈米碳管結構具有較大的比表面積，其本身有很好的黏附性，故由奈米碳管結構組成的加熱元件208可以直接設置於所述絕緣基底202的表面2020。另，所述加熱元件208也可通過一黏結劑(圖未示)固定於所述絕緣基底202的表面2020。所述加熱元件208可以直接固定於第一電極210與第二電極212的表面，也可通過一導電黏結劑(圖未示)固定於第一電極210與第二電極212的表面。本實施例中，優選的導電黏結劑為銀膠。

由於加熱元件208直接設置於絕緣基底202的表面2020，故，該加熱元件208還可以為通過絲網列印等方法形成的奈米碳管層，該奈米碳管層包括複數個奈米碳管無序分佈。

所述加熱元件208還可以包括一奈米碳管複合結構。所述奈米碳管複合結構包括一奈米碳管結構以及分散於奈米碳管結構中的填充材料。所述填充材料填充於奈米碳管結構中的微孔中或複合於奈米碳管結構的表面。所述填充材料包括金屬、樹脂、陶瓷、玻璃以及纖維中的一種或複數種。可選擇地，所述奈米碳管複合結構可以包括一基體以及一奈米碳管結構複合於該基體中。所述基體的材料包括金屬、樹脂、陶瓷、玻璃以及纖維中的一種或複數種。所述基體將奈米碳管結構完全包覆，該基體材料可至少部分浸潤於該奈米碳管結構中。

當採用奈米碳管膜作為加熱元件208時，可以將奈米碳管膜直接鋪設於絕緣基底202的表面2020或層狀顯色元件218表面；當採用單個奈米碳管線狀結構作為加熱元件208時，可以將該單個奈米碳管線狀結構折疊或纏繞成一層狀結構後再鋪設於絕緣基底202的表面2020或層狀顯色元件218表面，也可以將該單個奈米碳管線狀結構盤繞設置於一塊狀顯色元件218周圍；當採用複數個奈米碳管線狀結構作為加熱元件208時，可以將該複數個奈米碳管線狀結構平行設置、交叉設置或編織成一層狀結構後再鋪設於絕緣基底202的表面2020或層狀顯色元件218表面。

由於本實施例的加熱元件208主要由奈米碳管構成，奈米碳管具有較高的電熱轉換效率以及比較高的熱輻射效率，故，該加熱元件208電熱轉換效率及熱輻射效率較高。由於奈米碳管結構的熱容較小，故，由該奈米碳管結構構成的加熱元件208具有較快的熱響應速度，可用於對顯色元件218進行快速加熱。如，單層奈米碳管拉膜可以在1毫秒內升溫到約2000K。該特性使得 本發明實施例製備的熱致變色元件220具有較快的響應速度。由於奈米碳管具有較強的化學穩定性，故，採用該奈米碳管結構的加熱元件208的電阻穩定，從而提高了熱致變色元件220的穩定性。另，由於奈米碳管具有較小的尺寸，故，採用該奈米碳管結構作為加熱元件208可以減小熱致變色元件220的尺寸，從而提高採用該熱致變色元件220的顯示裝置的解析度。

所述第一電極210與第二電極212的設置位置不限，可以直接設置於絕緣基底202的表面2020，或設置於加熱元件208表面，或設置於顯色元件218表面，或設置於一支撐體(圖未示)上。所述第一電極210與第二電極212由導電材料組成，該第一電極210與第二電極212的形狀不限，可為導電薄膜、金屬片或者金屬引線。優選地，第一電極210與第二電極212均為一層導電薄膜。該導電薄膜的厚度為0.5奈米~500微米。該導電薄膜的材料可以為金屬、合金、銦錫氧化物(ITO)、銻錫氧化物(ATO)、導電漿料或導電聚合物等。該金屬或合金材料可以為鋁、銅、鎢、鉬、金、鈦、銀、釹、鈀、銫或上述金屬的任意組合的合金。本實施例中，該第一電極210與第二電極212的材料為導電漿料，通過絲網列印法列印於所述絕緣基底202的表面2020。該導電漿料的成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉和黏結劑。其中，該金屬粉優選為銀粉，該黏結劑優選為松油醇或乙基纖維素。該導電漿料中，金屬粉的重量比為50%~90%，低熔點玻璃粉的重量比為2%~10%，黏結劑的重量比為8%~40%。

所述熱致變色元件220在使用時，當在所述第一電極210與第二電極212之間施加一電壓脈衝時，所述加熱元件208開始發熱並給顯色元件218施加一個熱脈衝。當該電壓脈衝為一短時間的高電壓時，該加熱元件208會產生一短而強的熱脈衝；當該電壓脈衝為一較長時間的低電壓時，該加熱元件208會產生一稍微弱但時間長的熱脈衝。當需要寫入一顯示態的時候，可以給顯色元件218施加一個短而強的寫入熱脈衝，如溫度為900℃至1000℃，週期為50奈秒至200奈秒。由於加熱溫度很高，顯色元件218被瞬間加熱為液態。由於加熱時間短，溫度很快就又降到低溫，這樣顯色元件218就會從液態急冷到了固態，形成一非晶態的顯色元件218。由於非晶態的顯色元件218對光線的反射率不同於最初的晶態的顯色元件218對光線的反射率，故，就實現了顯示。而且，此時，該顯色元件218於室溫下無需任何能量均可維持其非晶態。當需要抹除這個顯示態的時候，可以對該顯色元件218施加一個稍微弱但時間長的抹除熱 脈衝，如溫度為500℃至600℃，週期為1微秒至1毫秒。該過程相當於退火。經過退火之後顯色元件218又恢復到最初的晶態，實現了抹除。此時，該顯色元件218於室溫下無需任何能量均可維持其晶態。由於顯色元件218於室溫下可以長期保持晶態或非晶態，這種顯示狀態就可以被保持，從而實現雙穩態顯示。所謂雙穩態顯示指熱致變色元件220只在寫入和抹除的過程中需要消耗能量，而在寫入和抹除後無需任何能量均可維持穩態顯示。雙穩態顯示可以節約熱致變色元件220的能量消耗。

本發明第一實施例提供的熱致變色元件220的製備方法為：首先，於絕緣基底202的表面2020鋪設一單層奈米碳管拉膜；其次，通過絲網列印於該奈米碳管拉膜表面形成間隔設置的第一電極210與第二電極212；然後，於第一電極210與第二電極212之間沈積一層鍺-硒化合物作為顯色元件218。

請參閱圖6，本發明第二實施例提供一種熱致變色元件320，其包括一絕緣基底302，一顯色元件318，一加熱元件308以及一第一電極310與一第二電極312。該熱致變色元件320與本發明第一實施例提供的熱致變色元件220結構基本相同，其區別在於所述顯色元件318設置於絕緣基底302與加熱元件308之間。具體地，所述顯色元件318設置於絕緣基底302表面。所述第一電極310與一第二電極312分別設置於顯色元件318兩側的絕緣基底302表面。所述加熱元件308設置於該顯色元件318表面與顯色元件318貼合且將第一電極310與一第二電極312覆蓋。本實施例中，由於加熱元件308覆蓋顯色元件318，所述加熱元件308應具有較好地透明度，可選擇為一透明奈米碳管結構為一透明奈米碳管結構，優選地，所述加熱元件308為單層奈米碳管拉膜。本發明第二實施例提供的熱致變色元件320的製備方法為：首先，於絕緣基底302表面通過絲網列印形成間隔設置的第一電極310與第二電極312；然後，於第一電極310與第二電極312之間沈積一層鍺-硒化合物作為顯色元件318，且顯色元件318與第一電極310與第二電極312的厚度相同；最後，將一單層奈米碳管拉膜鋪設於所述第一電極310與第二電極312上並將顯色元件318覆蓋。

請參閱圖7，本發明第三實施例提供一種熱致變色元件420，其包括一絕緣基底402，一顯色元件418，一加熱元件408以及一第一電極410與一第二電極412。該熱致變色元件420與本發明第二實施例提供的熱致變色元件320結構基本相同，其區別在於加熱元件408與所述顯色元件418間隔設置。具 體地，所述顯色元件418設置於絕緣基底402表面。所述第一電極410與一第二電極412分別設置於顯色元件418兩側的絕緣基底402表面，且第一電極410與一第二電極412的高度高於顯色元件418的厚度。所述加熱元件408的兩端分別設置於第一電極410與一第二電極412上，從而，所述加熱元件408通過第一電極410與一第二電極412與所述顯色元件418間隔設置。可以理解，所述加熱元件408可以通過兩個支撐體(圖未示)與所述顯色元件418間隔設置。優選地，所述加熱元件408應具有較小的單位面積熱容，優選地，單位面積熱容小於2×10^-4焦耳每平方厘米開爾文。本實施例中，所述加熱元件408為單層奈米碳管拉膜，其單位面積熱容為小於等於1.7×10^-6焦耳每平方厘米開爾文。由於加熱元件408與所述顯色元件418間隔設置，加熱元件408與顯色元件418之間的熱交換主要通過熱輻射的方式進行。而且，由於所述加熱元件408具有較小的單位面積熱容，加熱元件408可在較短時間內達到預定溫度。故，達到預定溫度的加熱元件408可以為顯色元件418提供一短而強的熱脈衝，從而提高了熱致變色元件420的響應速度。本發明第三實施例提供的熱致變色元件420的製備方法為與本發明第二實施例提供的熱致變色元件320的製備方法基本相同，其區別在於顯色元件418的的厚度小於第一電極410與一第二電極412的厚度。由於單層奈米碳管拉膜具有自支撐性，故，該單層奈米碳管拉膜與顯色元件418間隔設置。

請參閱圖8，本發明第四實施例提供一種熱致變色元件520，其包括一絕緣基底502，一顯色元件518，一加熱元件508以及一第一電極510與一第二電極512。該熱致變色元件520與本發明第一實施例提供的熱致變色元件220結構基本相同，其區別在於所述加熱元件508不僅設置於顯色元件518與絕緣基底502之間且進一步延伸至顯色元件518側面。具體地，所述加熱元件508設置於絕緣基底502表面。所述顯色元件518設置於加熱元件508表面。所述第一電極510與第二電極512分別設置於絕緣基底502表面且位於顯色元件518兩側。所述加熱元件508進一步從顯色元件518與第一電極510或第二電極512相對的側面延伸至第一電極510與第二電極512的表面，從而將顯色元件518部分包覆。可以理解，所述加熱元件508也可以設置於顯色元件518的上表面且進一步延伸至顯色元件518與第一電極510或第二電極512相對的側面，從而將顯色元件518部分包覆。本實施例中，優選地，所述加熱元件508為單層奈米碳 管拉膜。由於加熱元件508與顯色元件518具有較大的接觸面積，可以提高加熱元件508對顯色元件518的加熱效率，從而提高所述熱致變色元件520的靈敏度。本發明第四實施例提供的熱致變色元件520的製備方法為：首先，於絕緣基底502表面通過絲網列印形成間隔設置的第一電極510與第二電極512；然後，將一單層奈米碳管拉膜鋪設於所述第一電極510與第二電極512上，並向該奈米碳管拉膜施加一壓力，使其吸附於第一電極510與第二電極512相對的側壁上以及第一電極510與第二電極512之間的絕緣基底502上；於第一電極510與第二電極512之間沈積一層鍺-硒化合物作為顯色元件518。

請參閱圖9，本發明第五實施例提供一種熱致變色元件620，其包括一絕緣基底602，一顯色元件618，一第一加熱元件608，一第二加熱元件609以及一第一電極610與一第二電極612。該熱致變色元件620與本發明第一實施例提供的熱致變色元件220結構基本相同，其區別在於所述熱致變色元件620進一步包括一設置於顯色元件618表面第二加熱元件609。具體地，所述第一加熱元件608設置於絕緣基底602表面。所述顯色元件618設置於該第一加熱元件608表面。所述第一電極610與第二電極612分別設置於該第一加熱元件608表面且位於顯色元件618兩側。所述第二加熱元件609設置於所述顯色元件618表面且將第一電極610與第二電極612覆蓋。本實施例中，所述加第一加熱元件608與第二加熱元件609均為單層奈米碳管拉膜。通過兩個第一加熱元件608與第二加熱元件609同時對顯色元件618加熱，可以進一步提高所述熱致變色元件620的靈敏度。本發明第五實施例提供的熱致變色元件620的製備方法為：首先，於絕緣基底602表面鋪設一第一單層奈米碳管拉膜；其次，通過絲網列印於該奈米碳管拉膜表面形成間隔設置的第一電極610與第二電極612；然後，於第一電極610與第二電極612之間沈積一層鍺-硒化合物作為顯色元件618，且顯色元件618與第一電極610與第二電極612的厚度相同；最後，將一第二單層奈米碳管拉膜鋪設於所述第一電極610與第二電極612上並將顯色元件618覆蓋。

請參閱圖10，本發明第六實施例提供一種熱致變色元件720，其包括一絕緣基底702，一顯色元件718，一加熱元件708以及一第一電極710與一第二電極712。該熱致變色元件720與本發明第一實施例提供的熱致變色元件220結構基本相同，其區別在於所述絕緣基底702的表面具有一凹槽722，所述顯色元件718設置於該凹槽722內。具體地，所述顯色元件718設置於該凹槽 722內且厚度等於凹槽722的深度。所述加熱元件708設置於顯色元件718表面將所述凹槽722覆蓋並延伸至凹槽722外的絕緣基底702表面。所述第一電極710與第二電極712設置於該凹槽722外的絕緣基底702上的加熱元件708表面。所述凹槽722的大小，深度與形狀不限。優選地，所述顯色元件718的厚度與該凹槽722的深度相同。本實施例中，所述加熱元件708為單層奈米碳管拉膜。由於，所述顯色元件718設置於凹槽722內，故，當顯色元件718被加熱時仍然可以保持原有的形狀。本發明第六實施例提供的熱致變色元件720的製備方法為：首先，於絕緣基底702表面刻蝕形成一凹槽722；其次，於凹槽722內沈積一層鍺-硒化合物作為顯色元件718；然後，將一單層奈米碳管拉膜鋪設於所述凹槽722上並將顯色元件718覆蓋；最後，通過絲網列印於該奈米碳管拉膜表面形成間隔設置的第一電極710與第二電極712，且該第一電極710與第二電極712位於凹槽722外的絕緣基底702上。

本發明進一步提供一種應用上述第一實施例至第六實施例的熱致變色元件的熱致變色顯示裝置。所述熱致變色顯示裝置包括複數個熱致變色元件按行列式排布形成一畫素陣列；以及一驅動電路和複數個電極引線，該驅動電路通過所述複數個電極引線分別控制每個熱致變色元件的加熱元件獨立工作。具體地，本發明實施例將複數個熱致變色元件公用一絕緣基底，並通過由行列電極形成的定址電路獨立控制每個熱致變色元件工作以實現顯示效果。以下將以應用本發明第一實施例的熱致變色元件220的熱致變色顯示裝置為例，對本發明的熱致變色顯示裝置作進一步的詳細說明。

請參閱圖11及圖12，本發明實施例提供一種熱致變色顯示裝置20，其包括一絕緣基底202，複數個行電極引線204、複數個列電極引線206以及複數個熱致變色元件220。所述複數個行電極引線204與複數個列電極引線206分別平行間隔地設置於該絕緣基底202的表面2020，且所述行電極引線204與列電極引線206交叉設置形成一網絡結構。每兩個相鄰的行電極引線204與兩個相鄰的列電極引線206形成一網格214，且每個網格214定位一個畫素單元，即每個網格214內設置一熱致變色元件220。

所述絕緣基底202的大小、形狀與厚度不限，本領域技術人員可以根據實際需要，如根據熱致變色顯示裝置20的預定大小，設置絕緣基底202的尺寸。本實施例中，所述絕緣基底202優選為一PET基板，其厚度約1毫米， 邊長為48毫米。由於本實施例中的複數個熱致變色元件220公用一絕緣基底202，故，每個熱致變色元件220無需專門的絕緣基底。

所述複數個行電極引線204與複數個列電極引線206相互交叉處設置有一介質絕緣層216，該介質絕緣層216可確保行電極引線204與列電極引線206之間電絕緣，以防止短路。所述複數個行電極引線204或列電極引線206之間可以等間距設置，也可以不等間距設置。優選地，複數個行電極引線204或列電極引線206之間等間距設置。所述行電極引線204與列電極引線206為導電材料或塗有導電材料層的絕緣材料。所述導電材料可以為導電漿料、金屬薄膜、奈米碳管線或氧化銦錫(ITO)等。本實施例中，該複數個行電極引線204與複數個列電極引線206優選為採用導電漿料列印的平面導電體，且該複數個行電極引線204的行間距為50微米~5厘米，複數個列電極引線206的列間距為50微米~2厘米。該行電極引線204與列電極引線206的寬度為30微米~100微米，厚度為10微米~50微米。本實施例中，該行電極引線204與列電極引線206的交叉角度可為10度到90度，優選為90度。本實施例中，可通過絲網列印法將導電漿料列印於絕緣基底202上製備行電極引線204與列電極引線206。該導電漿料的成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉和黏結劑。其中，該金屬粉優選為銀粉，該黏結劑優選為松油醇或乙基纖維素。該導電漿料中，金屬粉的重量比為50%~90%，低熔點玻璃粉的重量比為2%~10%，黏結劑的重量比為8%~40%。

所述第一電極210與第二電極212的材料可以與行電極引線204與列電極引線206的材料相同或不同。該第一電極210可以為行電極引線204的延伸部分，該第二電極212可以為列電極引線206的延伸部分。第一電極210和行電極引線204可以一體成型，第二電極212和列電極引線206也可一體成型。本實施例中，該第一電極210與第二電極212均為平面導電體，其尺寸由網格214的尺寸決定。該第一電極210直接與行電極引線204電連接，該第二電極212直接與列電極引線206電連接。所述第一電極210與第二電極212的長度為20微米~1.5厘米，寬度為30微米~1厘米，厚度為10微米~50微米。優選地，所述第二電極212與第一電極210的長度為100微米~700微米，寬度為50微米~500微米，厚度為20微米~100微米。本實施例中，該第一電極210與第二電極212的材料為導電漿料，通過絲網列印法列印於絕緣基底202上。

本實施例中，於邊長為48毫米的絕緣基底202上製備了16×16個熱致變色元件220。每個熱致變色元件220中的加熱元件208為一奈米碳管拉膜，且每個奈米碳管拉膜的長度為300微米，寬度為100微米。該奈米碳管拉膜中的奈米碳管首尾相連，且從第一電極210向第二電極212延伸。該奈米碳管拉膜的兩端分別設置於所述第一電極210與絕緣基底202之間以及第二電極212與絕緣基底202之間。該奈米碳管拉膜通過自身的黏性固定於絕緣基底202上。

進一步，所述熱致變色顯示裝置20可以包括一絕熱材料222設置於每個熱致變色元件220的周圍。具體地，該絕熱材料222可以設置於每個網格214中的熱致變色元件220與行電極引線204或列電極引線206之間的所有位置，從而使得相鄰的熱致變色元件220之間實現熱隔離，以減少熱致變色元件220之間的干擾。所述絕熱材料222為三氧化二鋁或有機材料。所述有機材料可以為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚醯亞胺等。本實施例中，所述絕熱材料222優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯，其厚度與所述行電極引線204與列電極引線206以及第一電極210與第二電極212的厚度相同。該絕熱材料222可以通過物理氣相沈積法或化學氣相沈積法等方法製備。所述物理氣相沈積法包括濺射或蒸鍍等。

進一步，所述熱致變色顯示裝置20還可以包括一保護層224設置於絕緣基底202上以覆蓋所述行電極引線204，列電極引線206、以及每個熱致變色元件220。所述保護層224為一透明且絕緣的保護層，其的材料可以為有機高分子、二氧化矽或三氧化二鋁等。該有機高分子可以為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚碳酸酯或聚醯亞胺等。所述保護層224厚度不限，可以根據實際情況選擇。本實施例中，該保護層224的材料採用聚對苯二甲酸乙二醇酯，其厚度為0.5毫米~2毫米。該保護層可通過塗敷或沈積的方法形成於絕緣基底202上。所述保護層用來防止該熱致變色顯示裝置20於使用時與外界形成電接觸，同時還可以防止加熱元件208中的奈米碳管結構吸附外界雜質。

所述熱致變色顯示裝置20的於使用時，進一步包括一驅動電路(圖未示)，通過驅動電路可選擇性地對行電極引線204和列電極引線206通入電流，使與該行電極引線204和列電極引線206電連接的熱致變色元件220工作，即可實現熱致變色顯示裝置20顯示效果。

所述熱致變色顯示裝置20的熱致變色元件220採用奈米碳管作為加熱元件208，由於奈米碳管結構的熱容較小，故，由該奈米碳管結構構成的加熱元件208具有較快的熱響應速度，可用於對顯色元件218進行快速加熱，使得本發明的熱致變色顯示裝置20的畫素單元具有較快的響應速度。所述熱致變色顯示裝置20通過行電極引線204和列電極引線206分別控制各個熱致變色元件220工作，可以實現動態顯示。該熱致變色顯示裝置20可以應用於看板、報紙、圖書等領域。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡習知本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

Claims (19)

1. 一種熱致變色元件，其包括一絕緣基底，一顯色元件以及至少一用來加熱該顯色元件的加熱元件，所述絕緣基底具有一表面，該顯色元件與加熱元件設置於該絕緣基底的表面，所述至少一加熱元件包括至少一奈米碳管結構，所述奈米碳管結構對所述顯色元件進行加熱，所述顯色元件包括在40℃以上發生晶態與非晶態轉變的變色材料，且該變色材料在晶態與非晶態時對光線的反射率不同，其改良在於，所述顯色元件與至少一加熱元件均為一層狀結構，且該顯色元件與該至少一加熱元件通過一支撐體間隔設置。
2. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述絕緣基底的表面具有一凹槽，所述顯色元件設置於該凹槽內絕緣基底的表面。
3. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述熱致變色元件進一步包括一第一電極以及一第二電極，所述第一電極及第二電極間隔的與該至少一加熱元件電連接。
4. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述變色材料發生晶態與非晶態轉變的溫度低於600℃。
5. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述加熱元件施加熱脈衝使所述變色材料發生晶態與非晶態轉變。
6. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述變色材料為硫系元素與鍺的化合物、硫系元素與銦的化合物、硫系元素與砷的化合物或硫系元素與銻的化合物。
7. 如請求項第6項所述的熱致變色元件，其中，所述變色材料為鍺-硫、鍺-硒、砷-硫、砷-硒、銦-碲、銦-硒、銻-碲或銻-硒。
8. 如請求項第6項所述的熱致變色元件，其中，所述變色材料還包括添加物，該添加物為銅、銀、金、鎳、鈷、鈀或上述金屬任意組合的合金。
9. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管膜。
10. 如請求項第9項所述的熱致變色元件，其中，所述奈米碳管膜的單位面積熱容小於等於2×10^-4焦耳每平方厘米開爾文。
11. 如請求項第9項所述的熱致變色元件，其中，所述奈米碳管膜為由若干奈米碳管組成的自支撐結構，且所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向排列。
12. 如請求項第11項所述的熱致變色元件，其中，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管通過凡德瓦爾力首尾相連。
13. 如請求項第1項所述的熱致變色元件，其中，所述奈米碳管結構包括至少一奈米碳管線，所述奈米碳管線包括複數個奈米碳管沿該奈米碳管線長度方向平行排列或沿該奈米碳管線長度方向呈螺旋狀排列。
14. 一種熱致變色元件，其包括一絕緣基底，一顯色元件以及至少一用來加熱該顯色元件的加熱元件，所述絕緣基底具有一表面，該顯色元件與加熱元件設置於該絕緣基底的表面，所述至少一加熱元件包括至少一奈米碳管結構，所述奈米碳管結構對所述顯色元件進行加熱，所述顯色元件包括在40℃以上發生晶態與非晶態轉變的變色材料，且該變色材料在晶態與非晶態時對光線的反射率不同，其改良在於，所述熱致變色元件包括兩個分別設置於所述顯色元件相對的兩個表面的加熱元件
15. 一種熱致變色顯示裝置，其包括：一絕緣基底具有一表面；複數個行電極引線與複數個列電極引線設置於絕緣基底的表面，該複數個行電極引線與複數個列電極引線相互交叉設置，每兩個相鄰的行電極引線與每兩個相鄰的列電極引線形成一個網格，且行電極引線與列電極引線之間電絕緣；以及複數個如請求項第1至14項中任意一項所述的熱致變色元件，每個熱致變色元件對應一個網格設置。
16. 如請求項第15項所述的熱致變色顯示裝置，其中，所述熱致變色顯示裝置進一步包括設置於每個網格中且位於熱致變色元件與行電極引線或列電極引線之間的絕熱材料。
17. 如請求項第16項所述的熱致變色顯示裝置，其中，所述絕熱材料為三氧化二鋁或有機材料。
18. 如請求項第15項所述的熱致變色顯示裝置，其中，所述熱致變色顯示裝置進一步包括一設置於所述複數個行電極引線、複數個列電極引線以及複數個熱致變色元件表面的透明保護層。
19. 一種熱致變色顯示裝置，其包括：一絕緣基底具有一表面；以及複數個如請求項第1至14項中任意一項所述的熱致變色元件，該複數個熱致變色元件按行列式排布形成一畫素陣列；以及一驅動電路和複數個電極引線，該驅動電路通過所述複數個電極引線分別控制每個熱致變色元件的加熱元件獨立工作。