TWI730411B - 電致變色顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Abstract

一種電致變色顯示裝置包括電致變色層、離子儲存層、電解質層、複數畫素單元、複數公共電極以及複數觸控感應電極。每一畫素單元包括電性連接電致變色層的畫素電極及用於給畫素電極施加驅動訊號的薄膜電晶體。在畫素電極及公共電極的配合下，每一畫素單元對應的電致變色層能夠產生不同灰階的變色。觸控感應電極與公共電極絕緣交叉設置。公共電極分時複用為觸控驅動電極，公共電極與觸控感應電極配合能夠實現觸控感測操作。還提供一種電致變色顯示裝置的驅動方法。

Description

電致變色顯示裝置及其驅動方法
本發明涉及顯示技術領域，尤其涉及一種電致變色顯示裝置及其驅動方法。
電致變色(eletrochromism,EC)是指材料的光學屬性(反射率、透過率、吸收率等)在外加電場的作用下發生穩定、可逆的顏色變化的現象，在外觀上表現為顏色及透明度的可逆變化。
現有的電致變色顯示裝置僅具有顯示功能，且其顯示畫面時，僅能夠對整個顯示畫面的顏色作出變化，這使得電致變色顯示裝置的應用受到限制。
根據本發明的一方面，提供一種電致變色顯示裝置，其包括：電致變色層，具有相對的第一側及第二側；離子儲存層，用於為所述電致變色層提供離子； 電解質層，用於作為所述離子在所述電致變色層及所述離子儲存層之間傳輸的通道；複數畫素單元，位於所述第一側，每一所述畫素單元包括電性連接所述電致變色層的畫素電極及用於給所述畫素電極施加驅動訊號的薄膜電晶體；複數公共電極，位於所述第二側，在所述畫素電極及所述公共電極的配合下，每一所述畫素單元對應的所述電致變色層能夠產生不同灰階的變色；以及複數觸控感應電極，位於所述公共電極遠離所述電致變色層的一側，所述觸控感應電極與所述公共電極絕緣交叉設置；其中，所述公共電極分時複用為觸控驅動電極，所述公共電極與所述觸控感應電極配合能夠實現觸控感測操作。
該電致變色顯示裝置顯示畫面時，不只是對整個顯示畫面的顏色作出變化，而是藉由公共電極及畫素電極的配合，使得每一所述畫素單元對應的所述電致變色層能夠產生不同灰階的變色。另，該電致變色顯示裝置中，公共電極分時複用為觸控驅動電極，使得電致變色顯示裝置能夠兼具觸控及電致變色功能。
根據本發明的另一方面，還提供一種電致變色顯示裝置的驅動方法，應用於上述的電致變色顯示裝置，所述電致變色顯示裝置的驅動方法包括：在第一時間段，為所述畫素電極及所述公共電極載入使所述電致變色層變色的變色電壓，以使每一所述畫素單元對應的所述電致變色層能夠產生不同灰階的變色；以及在第二時間段，為所述觸控感應電極及所述公共電極載入觸控訊號；其中，所述第一時間段及所述第二時間段在時間上無重疊。
該電致變色顯示裝置的驅動方法，藉由對變色電壓及觸控訊號進行分時載入，使得電致變色顯示裝置能夠兼具觸控及電致變色功能。另，該電致變色顯示裝置顯示畫面時，不只是對整個顯示畫面的顏色作出變化，而是能夠在畫素電極及公共電極的配合下，每一畫素單元對應的電致變色層均能夠產生不同灰階的變色。
100、200:電致變色顯示裝置
10:蓋板
20:黏膠層
30:觸控組件
32:第一基底
34:觸控感應電極
35:透明絕緣膠層
36:第二基底
38:觸控驅動電極
40:電致變色組件
41:公共電極
42:電致變色層
421:第一側
422:第二側
44:電解質層
46:離子儲存層
48:薄膜電晶體基板
482:基板
GL:掃描線
DL:資料線
Px:畫素單元
484:畫素電極
486:薄膜電晶體
GE:閘極
SE:源極
DE:汲極
D1:第一方向
D2:第二方向
T1:第一時間段
T2:第二時間段
圖1為本發明一實施例的電致變色顯示裝置的立體分解示意圖。
圖2為本發明一變更實施例的電致變色顯示裝置的立體分解示意圖。
圖3為圖1所示的電致變色顯示裝置的驅動時序圖。
如圖1所示，電致變色顯示裝置100包括依次層疊設置的蓋板10、黏膠層20、觸控組件30以及電致變色組件40。
蓋板10及觸控組件30藉由黏膠層20進行黏接。蓋板10的材質可以為玻璃，如鈉玻璃、鋁矽酸玻璃、無堿玻璃等。蓋板10的材質亦可以是透明塑膠，或者其它任何具有一定透光度的可以對與其貼合的結構起到保護作用的材料。黏膠層20為透明的，其可以為固態的光學透明膠(Optical Clear Adhesive，OCA)或液態光學透明膠(Liquid Optical Clear Adhesive，LOCA)等具有高透光率的膠黏劑，從而不會影響顯示效果。
電致變色組件40包括公共電極41、電致變色層42、電解質層44、離子儲存層46以及薄膜電晶體基板48。電致變色層42具有相對的第一側421及第二側422。電解質層44、離子儲存層46以及薄膜電晶體基板48位於第一側421。複數公共電極41位於第二側422。電解質層44位於離子儲存層46及電致變色層42之間。離子儲存層46位於電解質層44及薄膜電晶體基板48的畫素電極484之間。電致變色組件40的層疊順序依次為薄膜電晶體基板48、離子儲存層46、電解質層44、電致變色層42以及公共電極41。
於另一實施例中，電致變色層42及離子儲存層46的位置可以互換。即，電解質層44位於離子儲存層46及電致變色層42之間。電致變色層42位於電解質層44及薄膜電晶體基板48的畫素電極484之間。電致變色組件40的層疊順序依次為薄膜電晶體基板48、電致變色層42、電解質層44、離子儲存層46以及公共電極41。
電致變色層42為具有電致變色特性的電致變色材料，其可以為無機電致變色材料，如CeO2-TiO2、NiOx、WO3、MnO2等，亦可以為有機電致變色材料，如聯吡啶鹽類、導電聚合物類、金屬有機聚合物類或金屬酞花菁類。電致變色層42在施加在其相對兩側之間的電壓發生變化時，發生氧化還原反應，可以顯示遮光(著色)或呈現透明狀態。
電解質層44作為離子傳導層，用於提供離子在電致變色層42及離子儲存層46之間傳輸的通道，然會阻止電子藉由。電解質層44可採用高分子聚合物固態電解質材料製備。
離子儲存層46用於儲存離子，並在變色過程中供應所需的離子，起到平衡器件中電荷總量的作用。離子儲存層46亦可以使用與電致變色層42 的電致變色材料性能相反的電致變色材料，以起到顏色疊加或互補的作用。例如，離子儲存層46可採用陰極還原變色材料，電致變色層42可採用陽極氧化變色材料。
薄膜電晶體基板48包括基板482、設於基板482上的多條掃描線GL、多條資料線DL及複數畫素單元Px。每一條掃描線GL沿第一方向D1延伸，每一條資料線DL沿第二方向D2延伸，第一方向D1與第二方向D2交叉。
相鄰的兩條掃描線GL及相鄰的兩條資料線DL絕緣交叉限定一個畫素單元Px。複數畫素單元Px呈矩陣排列成多行多列。每一畫素單元Px包括電性連接電致變色層42的畫素電極484及薄膜電晶體486，薄膜電晶體486用於在掃描線GL的控制下將資料線DL上的驅動訊號載入畫素電極484。
複數畫素電極484呈矩陣排列成多行多列，每一個畫素單元Px的畫素電極484與其他畫素單元Px對應的畫素電極484相隔離。薄膜電晶體486包括閘極GE、源極SE及汲極DE。薄膜電晶體486的閘極GE對應電性連接一條掃描線GL，薄膜電晶體486的源極SE對應電性連接一條資料線DL，薄膜電晶體486的汲極DE電性連接對應畫素單元Px的畫素電極484。
資料線DL用於傳輸驅動訊號給薄膜電晶體486。掃描線GL用於控制薄膜電晶體486接收該驅動訊號。驅動訊號例如為電壓。藉此，可以藉由掃描線GL控制每一畫素單元Px的薄膜電晶體486的開啟及關閉，來對每一個畫素單元Px的畫素電極484單獨進行充電，達到向每一畫素電極484對應的電致變色層42單獨施加驅動訊號的目的，進而使得在畫素電極484及公共電極41的配合下，每一畫素單元Px對應的電致變色層42能夠產生不同灰階的變色。
於一實施例中，每一畫素單元Px還包括儲存電容(圖未示)，薄膜電晶體486的汲極DE電性連接儲存電容的一端，以改善電致變色元件40內部存在漏電流，無法長時間維持顏色穩態的問題。另，基板482用於承載薄膜電晶體基板486的各元件。基板482可以為透明基板482，例如由玻璃、透明塑膠等形成的基板482。
於一實施例中，觸控組件30包括第一基底32、複數觸控感應電極34、透明絕緣膠層35、第二基底36及公共電極41。觸控感應電極34位於公共電極41遠離電致變色層42的一側，觸控感應電極34與公共電極41絕緣交叉設置。第一基底32位於觸控感應電極34遠離公共電極41的一側。觸控感應電極34形成於第一基底32的表面。第二基底36位於觸控感應電極34及公共電極41之間。公共電極41形成於第二基底36的表面。透明絕緣膠層35位於觸控感應電極34及第二基底36之間。每一公共電極41為沿第一方向D1延伸的矩形條狀，複數公共電極41沿第二方向D2間隔設置，每一觸控感應電極34為沿第二方向D2延伸的矩形條狀，複數觸控感應電極34沿第一方向D1間隔設置。
在其他實施中，公共電極41與觸控感應電極34亦可為其它現有的形狀與結構，例如，每一公共電極41為複數子公共電極連接成的串列，每一觸控感應電極34為複數子觸控感應電極連接成的串列。每一個子公共電極可以為菱形或矩形等，每一個子觸控感應電極可以為菱形或矩形等。
公共電極41分時複用為觸控驅動電極38，公共電極41與觸控感應電極34配合能夠實現觸控感測操作。其中，透明絕緣膠層35及第二基底36作為觸控感應電極34及觸控驅動電極38之間的介電層，使得複數觸控驅動電極38與複數觸控驅動電極38形成互容式的觸控感應結構。當觸控發生時，對應於 觸摸點附近的觸控驅動電極38及觸控感應電極34之間的電容耦合將會受到影響，導致與互容相關的感應訊號(例如電壓值)發生變化，進而可計算出每一個觸摸點的座標。於一實施例中，第一基底32及第二基底36可以為玻璃、藍寶石等硬性基底。於其他實施例中，第一基底32及第二基底36亦可以為透明的柔性基底，例如，聚醯亞胺(Polyimide，PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(Poly Ethylene Terephthalate，PET)等。
於一實施例中，為不影響顯示效果，公共電極41及觸控感應電極34為可透光的，其材質可以為金屬網路(Metal Mesh)、銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)、碳奈米管(Carbon Nanotube)或奈米銀線(Nano Silver Wire)等導電材料。透明絕緣膠層35可以為，但不限於，固態的光學透明膠(Optical Clear Adhesive，OCA)或液態光學透明膠(Liquid Optical Clear Adhesive，LOCA)等具有高透光率的膠黏劑。
於另一實施例中，如圖2所示，電致變色顯示裝置200中，第二基底36可以省略。觸控組件30包括第一基底32、觸控感應電極34、透明絕緣膠層35及公共電極41。觸控感應電極34、透明絕緣膠層35及公共電極41位於第一基底32靠近電致變色層42的一側。透明絕緣膠層35位於觸控感應電極34及公共電極41之間，以使觸控感應電極34及公共電極41電性絕緣。公共電極41分時複用為觸控驅動電極38，公共電極41與觸控感應電極34配合能夠實現觸控感測操作。
如圖3所示，本發明還提供一種應用於上述電致變色顯示裝置100的驅動方法，其包括在第一時間段T1，為畫素電極484及公共電極41載入使電致變色層42變色的變色電壓；在第二時間段T2，為觸控感應電極34及公共電 極41載入觸控訊號。其中，第一時間段T1及第二時間段T2在時間上無重疊，且第一時間段T1及第二時間段T2交替的被切換。
具體地，在第一時間段T1，觸控組件30不動作，電致變色組件40動作。其中，為公共電極41載入恒定的電壓，藉由調整為畫素電極484載入的電壓，使得電致變色層42產生不同灰階的變色。具體地，藉由掃描線GL控制每一畫素單元Px的薄膜電晶體486的開啟及關閉，來對每一個畫素單元Px的畫素電極484單獨進行充電，達到向每一畫素電極484對應的電致變色層42單獨施加驅動訊號的目的，進而使得在畫素電極484及公共電極41的配合下，每一畫素單元Px對應的電致變色層42能夠產生不同灰階的變色。
在第二時間段T2，電致變色組件40不動作，觸控組件30動作。其中，依據為公共電極41載入的電壓，調整為畫素電極484載入的電壓，以使電致變色層42維持恒定的灰階。若手指、觸摸筆等物體觸摸蓋板10時，對應於觸摸點附近的觸控驅動電極38及觸控感應電極34之間的電容耦合將會受到影響，導致與互容相關的感應訊號(例如電壓值)發生變化，進而可計算出每一個觸摸點的座標。
綜上，藉由對變色電壓及觸控訊號進行分時載入，電致變色顯示裝置100能夠兼具觸控及電致變色功能，且電致變色顯示裝置100顯示畫面時，不只是對整個顯示畫面的顏色作出變化，而是可以對每一畫素電極484對應的電致變色層42單獨施加驅動訊號，使得在畫素電極484及公共電極41的配合下，每一畫素單元Px對應的電致變色層42均能夠產生不同灰階的變色。藉此，電致變色顯示裝置100具有更廣泛的應用。例如，該電致變色顯示裝置100可以作 為會議室隔間時，同時可以作為書寫用的白板；或者，該電致變色顯示裝置100作為智慧窗使用時，可以保留部分的可透視區域等。
另，電致變色顯示裝置100將電致變色組件40的公共電極41複用為觸控組件30的觸控驅動電極38，可以在兼具電致變色功能及觸控功能的情況下，達到減薄裝置厚度，減少材料，簡化製程，降低成本的優點。
以上實施方式僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施方式對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。
100:電致變色顯示裝置
10:蓋板
20:黏膠層
30:觸控組件
32:第一基底
34:觸控感應電極
35:透明絕緣膠層
36:第二基底
38:觸控驅動電極
40:電致變色組件
41:公共電極
42:電致變色層
421:第一側
422:第二側
44:電解質層
46:離子儲存層
48:薄膜電晶體基板
482:基板
GL:掃描線
DL:資料線
Px:畫素單元
484:畫素電極
486:薄膜電晶體
GE:閘極
SE:源極
DE:汲極

Claims (10)

  1. 一種電致變色顯示裝置，其改良在於，包括：電致變色層，具有相對的第一側及第二側；離子儲存層，用於為所述電致變色層提供離子；電解質層，位於所述電致變色層及所述離子儲存層之間，用於作為所述離子在所述電致變色層及所述離子儲存層之間傳輸的通道；複數畫素單元，位於所述第一側，每一所述畫素單元包括電性連接所述電致變色層的畫素電極及用於給所述畫素電極施加驅動訊號的薄膜電晶體；複數公共電極，位於所述第二側，在所述畫素電極及所述公共電極的配合下，每一所述畫素單元對應的所述電致變色層能夠產生不同灰階的變色；複數觸控感應電極，位於所述公共電極遠離所述電致變色層的一側，所述觸控感應電極與所述公共電極絕緣交叉設置；第一基底，位於所述觸控感應電極遠離所述公共電極的一側，所述觸控感應電極形成於所述第一基底的表面；以及透明絕緣膠層，位於所述觸控感應電極及所述第二基底之間；其中，所述公共電極分時複用為觸控驅動電極，所述公共電極與所述觸控感應電極配合能夠實現觸控感測操作。
  2. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，所述電致變色顯示裝置還包括絕緣交叉設置的多條掃描線及多條資料線，所述掃描線及所述資料線交叉限定所述畫素單元； 所述薄膜電晶體包括閘極、源極及汲極，所述閘極與一條所述掃描線電性連接，所述源極與一條所述資料線電性連接，所述汲極與一個所述畫素電極電性連接。
  3. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，所述離子儲存層位於所述電解質層及所述畫素電極之間。
  4. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，所述電致變色層位於所述電解質層及所述畫素電極之間。
  5. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，所述電致變色顯示裝置還包括：第二基底，位於所述觸控感應電極及所述公共電極之間，所述公共電極形成於所述第二基底的表面。
  6. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，所述離子儲存層採用陰極還原變色材料，所述電致變色層採用陽極氧化變色材料，且所述每一畫素單元還包括儲存電容，所述薄膜電晶體的所述汲極電性連接所述儲存電容的一端。
  7. 如請求項1所述的電致變色顯示裝置，其中，每一所述公共電極為沿第一方向延伸的矩形條狀，複數所述公共電極沿第二方向間隔設置；每一所述觸控感應電極為沿所述第二方向延伸的矩形條狀，複數所述觸控感應電極沿所述第一方向間隔設置；所述第一方向與所述第二方向交叉。
  8. 一種電致變色顯示裝置的驅動方法，應用於如請求項1至7任意一項所述的電致變色顯示裝置，所述電致變色顯示裝置的驅動方法包括： 在第一時間段，為所述畫素電極及所述公共電極載入使所述電致變色層變色的變色電壓，以使每一所述畫素單元對應的所述電致變色層能夠產生不同灰階的變色；以及在第二時間段，為所述觸控感應電極及所述公共電極載入觸控訊號；其中，所述第一時間段及所述第二時間段在時間上無重疊。
  9. 如請求項8所述的電致變色顯示裝置的驅動方法，其中，在所述第一時間段，為所述公共電極載入恒定的電壓，藉由調整為每一個畫素單元的所述畫素電極載入的電壓，以使每一所述畫素單元對應的所述電致變色層產生不同灰階的變色。
  10. 如請求項9所述的電致變色顯示裝置的驅動方法，其中，在所述第二時間段，依據為所述公共電極載入的電壓，調整為所述畫素電極載入的電壓，以使所述電致變色層維持恒定的灰階。
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