CN109100898B - 一种彩色的电致变色显示器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种彩色的电致变色器件,包括多个电致变色单元,所述电致变色单元之间通过导线电连接,构成电致变色单元阵列;每个电致变色单元自下而上依次包括叠放设置的色板、下透明电极层、变色层、电解质层、离子存储层和上透明电极层;所述上、下透明电极层之间连接外电路用以提供初始化电压,所述下透明电极层的两端分别通过导线连接外电路用以产生电流,所述电流经过所述下透明电极层且不经过所述变色层。本发明的每个电致变色单元作为一个像素点,利用电流驱动变色层中的离子做定向运动,通过控制电流大小和方向可以使电致变色单元呈现多种不同的颜色,多个像素点组合可以实现彩色显示,解决了传统电致变色器件只有单色显示的问题。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域,尤其涉及一种彩色的电致变色显示器件。
背景技术
传统的电致变色器件常用的标准结构是由多种类型的材料集成类似电池的三明治结构,包括由沉积于两侧玻璃基板之间的透明导电材料、电致变色材料和电解质材料组成的5层结构,其结构如图1所示,自下而上依次包括透明电极层1、变色层2、电解质层3、离子存储层4、透明电极层1,其工作过程通常包括以下两步:(1)在两透明电极层1之间施加一正向电压,在正向电场作用下,电解质层3中的活性离子注入变色层2,引起变色层2发生着色过程;(2)在两透明电极层1之间施加一反向电压,在反向电场作用下,活性离子从变色层2中抽取出来,引起变色层2发生褪色过程。传统的电致变色器件采用上下两透明电极层之间形成的电场驱动变色层变色,其缺点是只能够单色显示,无法满足彩色显示的需求。
发明内容
基于此,本发明的目的在于,克服现有技术中的缺点和不足,提供一种彩色的电致变色显示器件,能够在电流驱动的作用下呈现多种不同的颜色。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:一种彩色的电致变色器件,包括多个电致变色单元,所述电致变色单元之间通过导线电连接,构成电致变色单元阵列;每个电致变色单元自下而上依次包括叠放设置的色板、下透明电极层、变色层、电解质层、离子存储层和上透明电极层;所述上、下透明电极层之间连接外电路用以提供初始化电压,所述下透明电极层的两端分别通过导线连接外电路用以产生电流,所述电流经过所述下透明电极层且不经过所述变色层。
相对于现有技术,本发明的每个电致变色单元作为一个像素点,利用位于变色层下方的下透明电极层中通过的电流来驱动变色层中的离子沿着电流方向做定向运动,通过控制电流大小和方向可以使每个电致变色单元呈现多种不同的颜色,通过多个像素点组合可以实现彩色显示,解决了传统电致变色器件只有单色显示的问题。
进一步地,所述导线包括交叉排布的位线和字线;所述电致变色单元阵列中,每一行电致变色单元通过所述位线电连接,每一列电致变色单元通过所述字线电连接;每个电致变色单元中的下透明电极层的两端分别连接所述位线和字线。
进一步地,所述下透明电极层包括导电层和电极,所述电极设于所述导电层两端并通过位线和字线连接外电路。
进一步地,所述变色层覆盖于所述导电层表面,且所述变色层的面积小于所述导电层的面积,从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域;所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内,与所述导电层接触,且不与所述变色层和所述电解质层接触。
进一步地,所述变色层为氧化钨薄膜、氧化钼薄膜、氧化铌薄膜和氧化镍薄膜中的一种或多种的复合。
进一步地,所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或胶体电解质层。
进一步地,所述杂质离子为氢离子、锂离子、钠离子或钾离子。
进一步地,所述导电层为金属导电层、ITO导电层、AZO导电层或FTO导电层。
进一步地,所述电极为金属电极、ITO电极、AZO电极或FTO电极。
进一步地,所述色板为含有红、绿、蓝三基色的面板。
为了更好地理解和实施,下面结合附图详细说明本发明。
附图说明
图1为传统的电致变色器件的结构示意图。
图2为实施例1的彩色的电致变色显示器件的结构示意图。
图3为实施例1的电致变色单元的结构示意图。
图4为实施例1的电致变色单元的变色效果与驱动方式的对应关系图
图5为实施例2的电致变色单元的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
请参阅图2,其为本实施例的彩色的电致变色显示器件的结构示意图。所述彩色的电致变色显示器件包括多个电致变色单元10,本实施例中,所述多个电致变色单元10设于一基板20上,电致变色单元10之间通过行列线位线31和字线32电连接,具体的,每一行电致变色单元20通过位线31电连接,每一列电致变色单元20通过字线32电连接,从而构成电致变色单元阵列,最后通过位线31和字线32与外电路连接,形成由电流驱动的彩色的电致变色器件。
请参阅图3,每个电致变色单元10自下而上依次包括叠放设置的色板11、下透明电极层12、变色层13、电解质层14、离子存储层15和上透明电极层16。
所述下透明电极层12包括导电层121和电极122,所述变色层13覆盖于所述导电层121表面,且所述变色层13的面积小于所述导电层121的面积,从而在所述导电层121的表面两侧形成空白区域,该空白区域即导电层121未被变色层13覆盖的区域。所述电极122设有两个,分别设于所述导电层121的表面两侧的空白区域内,与所述导电层121接触,且不与所述变色层13和所述电解质层14接触,所述电极122通过位线31和字线32连接外电路用以产生电流,所述电流经过所述下透明电极层12且不经过所述变色层13和电解质层14。所述电极122材料可以为金属、ITO、AZO或FTO,其中,金属可以是银纳米线结构。所述导电层121材料可以为金属、ITO、AZO或FTO。所述变色层13材料为可以注入杂质离子的薄膜材料,且该薄膜材料能够在杂质离子注入后,使薄膜的透过率发生变化,从而实现变色的效果,所述薄膜材料可以是氧化钨、氧化钼、氧化铌、氧化镍中的一种或多种的复合材料。
所述电解质层14覆盖于所述变色层13表面,所述电解质层14的面积也小于所述下透明电极层12的面积。所述电解质层14为含有杂质离子的液体或胶体,所述杂质离子可以为氢离子、锂离子、钠离子或钾离子。
所述离子存储层15覆盖于所述电解质层14表面,所述离子存储层15的面积也小于所述下透明电极层12的面积。所述离子存储层15为含有离子的液体或胶体。
所述上透明电极层16覆盖于所述离子存储层15表面,所述上透明电极层16材料可以为金属、ITO、AZO或FTO。
所述色板11位于电致变色单元10的最底层,本实施例中,所述色板11为含有红、绿、蓝三基色的面板,所述红、绿、蓝三基色沿着所述下透明电极层12中的电流方向排布。
本实施例的多个电致变色单元10能够在电流驱动的作用下实现不同颜色的相互转换,每个电致变色单元10作为一个彩色像素点,通过多个像素点进行组合,可用于彩色电子报纸、手表等被动显示领域中。
本实施例以氧化钨薄膜为变色层,以锂离子为杂质离子,所述彩色的电致变色显示器件控制颜色的方法,包括以下步骤:
(1)器件电致变色单元初始化:在上透明电极层16与下透明电极层12之间连接外电路,施加供电电压Vz,电压大小为U,使得离子从电解质层14注入至变色层13,使变色层13均匀着色,透光率降低,此时器件显示为黑色。
(2)器件电致变色单元变色:撤掉供电电压U,在下透明电极层12左右两端的电极122之间施加不同的电流Ix-y,变色层13中的锂离子在电流驱动下左右迁移,使得变色层13在沿着电流方向的不同位置的透光率产生区别,一部分位置的透光率增大,能够使变色层13下方的色板11的对应位置的颜色显示出来,从而根据不同的电流大小和方向可以实现多种颜色显示。
(3)器件电致变色单元褪色:撤掉电流Ix-y,在上下透明电极层两端施加与初始化电压反向的供电电压Vz,电压大小为U,可以使得离子从变色层13中脱出,回到电解质层14中,变色层13的透光率增大,此时器件显示为红绿蓝三色的混合色,即白色。
请参阅图4,其为电致变色单元的变色效果与驱动方式的对应关系图,R、G、B色块为透光区,分别显示红色、绿色、蓝色;阴影色块为不透光区,显示为黑色。其中,若想实现绿色,需要将电流Ix-y大小控制为I0/2,且需要以一定的频率来回切换电流方向,使得变色区域控制在薄膜两端。可见,通过流经下透明电极层的电流大小和方向、以及供电电压开关的控制,可以使电致变色单元呈现不同的颜色。
本实施例的锂离子在电流驱动作用下迁移的原理如下:在变色层和电解质层形成的固-液界面处,锂离子可进行充分的热平衡交换,即热平衡下,锂离子可从电解质层到达变色层,也可以从变色层到达电解质层,前者的数量略小于后者,在一定时间内可认为接近相等,相互抵消,在外加电场作用下锂离子从电解质层注入变色层的数量超过从变色层到达电解质层的数量,从而体现为净离子流的注入过程,当外电场反方向时,净离子流体现为从变色层到电解质层的抽离过程。本实施例中,当下透明电极层有电流通过时,尽管该电流不经过变色层和电解质层,但是该电流在变色层和电解质层形成的固-液界面处会形成一定强度的磁场,而且磁场方向满足安培环路定理,在电流以及该电流产生的磁场作用下,锂离子在变色层内迁移,其迁移方向与变色层下方的电流方向相同。
实施例2
为了证明实施例1的锂离子是在电流驱动下而非现有的在电压或电场驱动下迁移的,本实施例中,如图5所示,将电极122设于上透明电极层16两端,所述电极122与所述上透明电极层16接触,且不与所述变色层13和所述电解质层14接触,所述电极122通过位线31和字线32连接外电路用以产生电流,所述电流经过所述上透明电极层16且不经过所述变色层13和电解质层14,其它设置与实施例1相同。
本实施例中,当上透明电极层有电流通过时,锂离子同样会在变色层内迁移,其迁移方向与变色层上方的电流方向相反。该结果说明了本发明变色层内的锂离子迁移是由电流驱动的,因为如果是由电场驱动的,那么在电流流向相同的情况下,不管电流位于变色层下方还是上方,锂离子的迁移方向都应该保持与电流流向一致;而实验结果证明,在电流流向相同的情况下,电流分别位于变色层下方和上方时,锂离子的迁移方向不一致,具体的,锂离子的迁移方向与变色层下方的电流方向相同,而与变色层上方的电流方向相反,这是由于电流分别位于变色层下方和上方时,其在变色层和电解质层形成的固-液界面处形成的磁场方向相反,从而导致两种情况下锂离子的迁移方向相反。
相对于现有技术,本发明的每个电致变色单元作为一个像素点,利用位于变色层下方的下透明电极层中通过的电流来驱动变色层中的离子沿着电流方向做定向运动,通过控制电流大小和方向可以使每个电致变色单元呈现多种不同的颜色,通过多个像素点组合可以实现彩色显示,解决了传统电致变色器件只有单色显示的问题。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种彩色的电致变色器件,其特征在于,包括多个电致变色单元,所述电致变色单元之间通过导线电连接,构成电致变色单元阵列;每个电致变色单元自下而上依次包括叠放设置的色板、下透明电极层、变色层、电解质层、离子存储层和上透明电极层;所述色板为含有红、绿、蓝三基色的面板,所述红、绿、蓝三基色沿着所述下透明电极层中的电流方向排布;所述上、下透明电极层之间连接外电路用以提供初始化电压,所述下透明电极层的两端分别通过导线连接外电路用以产生电流,所述电流经过所述下透明电极层且不经过所述变色层。
2.根据权利要求1所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述导线包括交叉排布的位线和字线;所述电致变色单元阵列中,每一行电致变色单元通过所述位线电连接,每一列电致变色单元通过所述字线电连接;每个电致变色单元中的下透明电极层的两端分别连接所述位线和字线。
3.根据权利要求2所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述下透明电极层包括导电层和电极,所述电极设于所述导电层两端并通过位线和字线连接外电路。
4.根据权利要求3所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述变色层覆盖于所述导电层表面,且所述变色层的面积小于所述导电层的面积,从而在所述导电层的表面两侧形成空白区域;所述电极设于所述导电层的表面两侧的空白区域内,与所述导电层接触,且不与所述变色层和所述电解质层接触。
5.根据权利要求1所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述变色层为氧化钨薄膜、氧化钼薄膜、氧化铌薄膜和氧化镍薄膜中的一种或多种的复合。
6.根据权利要求1所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述电解质层为含有杂质离子的液体电解质层或胶体电解质层。
7.根据权利要求6所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述杂质离子为氢离子、锂离子、钠离子或钾离子。
8.根据权利要求3所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述导电层为金属导电层、ITO导电层、AZO导电层或FTO导电层。
9.根据权利要求3所述的彩色的电致变色器件,其特征在于,所述电极为金属电极、ITO电极、AZO电极或FTO电极。
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