CN111856831A - 一种电致变色器件、控制方法以及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电致变色器件、控制方法以及显示器，该电致变色器件包括：衬底；电致变色单元层，位于衬底的表面；第一透明导电层，位于电致变色单元层远离衬底一侧的表面；反光层，位于第一透明导电层远离电致变色单元层一侧的表面。本发明实施例提供的技术方案，提高了电致变色器件的显示画面质量。

Description

一种电致变色器件、控制方法以及显示装置

技术领域

本发明实施例涉及半导体技术领域，尤其涉及一种电致变色器件、控制方法以及显示器件。

背景技术

随着科学技术的发展，电致变色器件因具有无视盲角、对比度高、易实现灰度控制、制造方便、工作温度范围宽、驱动电压低等优点在大屏幕显示装置的应用越来越广泛。

现有的电致变色器件中通常是将反光层设置在衬底和电致变色单元之间，光线从电致变色单元远离衬底一侧入射，经过反光层反射再透射电致变色单元出射，实现彩色显示。由于反光层的吸水特性不好，当此处存在水汽时，导致后续形成的膜层内存在水汽导致功能受损，造成电致变色器件的显示画面质量变差的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种电致变色器件、控制方法以及显示器，提高了电致变色器件的显示画面质量。

第一方面，本发明实施例提供了一种电致变色器件，包括：

衬底；

电致变色单元层，位于所述衬底的表面；

第一透明导电层，位于所述电致变色单元层远离所述衬底一侧的表面；

反光层，位于所述第一透明导电层远离所述电致变色单元层一侧的表面。

可选地，还包括封装盖板，位于所述反光层远离所述第一透明导电层一侧的表面。

可选地，还包括像素隔离层，位于所述衬底的表面，用于将所述衬底划分出多个像素区域；

所述电致变色单元层包括多个电致变色单元，每个所述像素区域内设置一所述电致变色单元。

可选地，所述像素隔离层远离所述衬底一侧的表面和所述电致变色单元一侧的表面平齐。

可选地，还包括像素定义层，设置在所述像素隔离层和所述衬底之间。

可选地，还包括薄膜晶体管阵列层，位于所述衬底和所述电致变色单元之间。

可选地，所述电致变色单元包括第二透明导电层，位于所述衬底的表面；

电致变色层，位于所述第二透明导电层远离所述衬底一侧的表面；

电解质层，位于所述电致变色层远离所述第二透明导电层一侧的表面；

所述第一透明导电层，位于所述电解质层远离所述电致变色层一侧的表面。

可选地，所述电致变色单元还包括电荷存储层，位于所述电解质层和所述第一透明导电层之间。

第二方面，本发明实施例还提供了一种电致变色器件的控制方法，应用于第一方面任意所述的电致变色器件，包括：

当所述电致变色器件处于显示状态时，设置所述第二透明导电层和所述第一透明导电层之间的电压差为显示电压差，使电致变色层呈透明态；

当所述显示面板处于非显示状态时，设置所述第二透明导电层和所述第一透明导电层之间的电压差为非显示电压差，使电致变色层呈暗态。

第三方面本发明实施例还提供了一种显示装置，包括第一方面任意所述的电致变色器件。

本发明实施例提供的技术方案，将反光层设置在第一透明导电层远离电致变色单元层一侧的表面，电致变色单元层设置在第一透明导电层和衬底之间，反光层是在电致变色单元层之后形成，且反光层是在电致变色单元层之间间隔设置有第一透明导电层，因此可以避免现有技术中先形成反光层设置在衬底和电致变色单元之间，其吸水性能不好，当此处存在水汽时，导致后续形成的膜层内存在水汽导致功能受损，进而提高了电致变色器件的显示画面质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种电致变色器件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种电致变色器件的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

针对上述背景技术中所述，现有的电致变色器件中通常是将反光层设置在衬底和电致变色单元之间，导致电致变色器件的显示画面质量变差。究其原因，反光层一般是疏水性材料，其吸水性能不好，当此处存在水汽时，导致后续形成的膜层内存在水汽导致功能受损，造成电致变色器件的显示画面质量变差的技术问题。

针对上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

图1为本发明实施例提供的一种电致变色器件的结构示意图。参见图1，该电致变色器件包括：衬底10；电致变色单元层20，位于衬底10的表面；第一透明导电层30，位于电致变色单元层20远离衬底10一侧的表面；反光层40，位于第一透明导电层30远离多个电致变色单元层20一侧的表面。

示例性的，衬底10可以选择透明衬底。具体材料可以是玻璃(Glass)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者聚酰亚胺(PI)中的一种或多种。第一透明导电层30可以采用物理气相沉积(PVD)或是溶液喷涂法制备碳纳米管、银纳米线、石墨烯等导电材料。

可知的，第一透明导电层30可以作为公共电极层，将电信号传递给电致变色单元层20。

电致变色单元层20的显示原理如下：电致变色单元层20包含电致变色材料，其具有良好的离子和电子导电性、较高的对比度、变色效率、循环周期、写/擦除效率等电致变色性能。在电信号的作用下，离子发生可逆的氧化还原反应，使其对环境光可以实现透射和反射状态之间的转变，以实现彩色显示。

参见图1，光线从衬底10侧入射，穿过电致变色单元层20和第一透明导电层30，经过反光层40反射，然后从衬底10侧出射，以实现彩色显示。

现有的电致变色器件中通常是将反光层设置在衬底和电致变色单元之间，导致电致变色器件的显示画面质量变差。由于反光层一般是疏水性材料，其吸水性能不好，当此处存在水汽时，导致后续形成的膜层内存在水汽导致功能受损，造成电致变色器件的显示画面质量变差的技术问题。

本发明实施例提供的技术方案，将反光层40设置在第一透明导电层30远离电致变色单元层20一侧的表面，电致变色单元层20设置在第一透明导电层30和衬底10之间，反光层40是在电致变色单元层20之后形成，且反光层40是在电致变色单元层20之间间隔设置有第一透明导电层30，因此可以避免现有技术中先形成反光层设置在衬底和电致变色单元之间，其吸水性能不好，当此处存在水汽时，导致后续形成的膜层内存在水汽导致功能受损，进而提高了电致变色器件的显示画面质量。同时将反光层40设置在第一透明导电层30远离电致变色单元层20一侧的表面，简化了电致变色器件的工艺流程，无需在反光层40中设置导电通孔与电致变色单元层20实现电连接。

为了阻止水汽从反光层40侧进入电致变色器件内部，对电致变色单元层20的显示功能造成不好影响，本发明实施例提供了如下技术方案：

图2为本发明实施例提供的另一种电致变色器件的结构示意图。参见图2，该电致变色器件还包括：封装盖板50，位于反光层40远离第一透明导电层30一侧的表面。

封装盖板50示例性的为透明封装盖板，材料的选择和衬底10的材料类似。

具体的，封装盖板50用于保护电致变色器件，避免水汽从反光层40侧进入电致变色器件内部，对电致变色单元层20的显示功能造成不好影响。

在上述技术方案中，在电致变色显示器件中相邻像素间存在离子扩散，导致电致变色显示图像无法保持和混色的情况。为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了如下技术方案：

参见图2，该电致变色器件还包括像素隔离层60，位于衬底10的表面，用于将衬底10划分出多个像素区域；电致变色单元层20包括多个电致变色单元20A，每个像素区域内设置一电致变色单元20A。

示例性的，像素隔离层60可以用光刻工艺制作。厚度可以是胶厚5um～20um之间，可选的材料为环氧树脂(Epoxy)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)。

具体的，像素隔离层60将衬底10划分出多个像素区域，每个像素区域内设置一电致变色单元20A，在每一个电致变色单元20A中的电致变色材料发生可逆的氧化还原反应过程中，不会在相邻像素之间存在离子扩散，避免电致变色显示图像无法保持和混色的技术问题，提高了电致变色器件的显示画面质量。

具体的，参见图2，像素隔离层60远离衬底10一侧的表面和电致变色单元20A一侧的表面平齐。

具体的，像素隔离层60远离衬底10一侧的表面和电致变色单元20A一侧的表面平齐保证将相邻的电致变色单元20A完全隔离开，在每一个电致变色单元20A中的电致变色材料发生可逆的氧化还原反应过程中，确保不会在相邻像素之间存在离子扩散，避免电致变色显示图像无法保持和混色的技术问题，提高了电致变色器件的显示画面质量。

在上述技术方案中，像素隔离层60，位于衬底10的表面，用于将衬底10划分出多个像素区域，像素隔离层60的高度比较高，为了准确确定每个像素隔离层60侧具***置，本发明实施例提供了如下技术方案：

图3为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图。参见图3，该电致变色器件还包括像素定义层70，设置在像素隔离层60和衬底10之间。

具体的，像素定义层70的厚度较薄，可以形成像素定义层70，用于将衬底10划分出多个像素区域，然后再像素定义层70之上形成像素隔离层60，通过像素隔离层60将相邻的电致变色单元20A完全隔离开，在每一个电致变色单元20A中的电致变色材料发生可逆的氧化还原反应过程中，确保不会在相邻像素之间存在离子扩散，避免电致变色显示图像无法保持和混色的技术问题，提高了电致变色器件的显示画面质量。

在上述技术方案中，电致变色单元层20在电信号的作用下，离子发生可逆的氧化还原反应，使其对环境光可以实现透射和反射状态之间的转变，以实现彩色显示。下面具体介绍为电致变色单元层20提供电信号的驱动结构。

参见图2和图3，该电致变色器件还包括薄膜晶体管阵列层80，位于衬底10和多个电致变色单元20A之间。

薄膜晶体管阵列层80为电致变色单元层20提供发生可逆的氧化还原反应的电信号。

在上述技术方案中，电致变色单元层20的显示原理如下：电致变色单元层20包含电致变色材料，其具有良好的离子和电子导电性、较高的对比度、变色效率、循环周期、写/擦除效率等电致变色性能。在电信号的作用下，离子发生可逆的氧化还原反应，使其对环境光可以实现透射和反射状态之间的转变，以实现彩色显示。下面具体介绍电致变色器的具体膜层结构。

参见图2和图3，电致变色单元20A包括第二透明导电层21，位于衬底10的表面；电致变色层22，位于第二透明导电层21远离衬底10一侧的表面；电解质层23，位于电致变色层22远离第二透明导电层21一侧的表面；所述第一透明导电层30，位于电解质层23远离电致变色层22一侧的表面。

具体的，电致变色层22(Electrochromic Layer，EC)，是整个电致变色器件的核心层，是变色反应的发生层，一般要求薄膜在漂白态时有较好的光谱透过率，而在着色态时应该呈现某种色彩变化从而在光谱产生一种可调制的吸收或反射。电致变色层主要是以电致变色薄膜的形式出现。电致变色层22可以包括金属氧化物，例如MoO₃、V₂O₅、Nb₂O₅、WO₃、TiO₂、Ir(OH)_x、SrTiO₃、ZrO₂、La₂O₃、CaTiO₃、钛酸钠、铌酸钾、其结合等。在一些实施例中，电致变色层22还可以包括导电聚合物，例如聚3,4乙烯二氧噻吩(PEDOT)、聚2,2’双噻吩、聚吡咯、聚苯胺(PANI)、聚噻吩、聚异噻吩、聚邻氨基苯酚、聚吡啶、聚吲哚、聚咔唑、聚醌、八氰基酞菁、其结合等。此外，在一些实施例中，电致变色层22还可以包括诸如紫精、蒽醌、吩噻嗪其结合等的材料。

第一透明导电层30(Transparent Conducting Oxide，TCO)和第二透明导电层21，主要是用其导电建立电场实现变色过程。第一透明导电层30和第二透明导电层21包括但不限于掺锡氧化铟(ITO)、掺锌氧化铟、掺铝氧化锌、银纳米线、石墨烯、碳纳米管、金属网及其结合。制备方法包括溶液加工法，物理气相沉积(PVD)等方法。

电解质层23在电致变色层22和第一透明导电层30之间起传输离子阻隔电子的作用。它保证了电致变色材料变色时所必须的离子通道，而又不至于在电极之间形成短路的电流。要求其应该在室温时具有较高的离子电导率和良好的电子绝缘性能，并在传输离子过程中具有良好的光学透过率和电化学稳定性质。

电解质层23包括固态电解质，其中包括至少一种电解质盐选自：LiTFSI、LiPF₆、LiBF₄、LiCIO₄、LiCF₃SO₃、LiN(CF₃SO₂)2、LiSbFg、LiAsF₆、LiN(CF₃CF₂SO₂)₂、(C₂H₅)₄NBF₄、(C₂H₅)₃CH₃NBF₄、LiI及其组合。同时采用聚合物基质(例如，聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚环氧乙烷(PEO)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯腈等)以及一种或更多种可选的增塑剂(例如，戊二腈、丁二腈、己二腈、富马酸腈等)，固体聚合物电解质包括聚合物骨架，至少一种固体增塑剂和至少一种电解质盐。聚合物骨架可以包括平均分子量为约10,000道尔顿或更高的极性聚合物材料。极性聚合物材料可具有约10,000道尔顿至约800,000,000道尔顿的平均分子量。基于固体聚合物电解质的总重量，极性聚合物材料可以以约15重量％至约80重量％的量存在。上述极性聚合物材料可以包括一种或更多种极性聚合物，每种极性聚合物可以包括以下中的一种或更多种：C、N、F、O、H、P、F等。合适的极性聚合物可以包括但不限于聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯腈、其组合等。

图4为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图。图5为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图。

参见图4和图5，电致变色单元20A还包括电荷存储层24，位于电解质层23和第一透明导电层30之间。

电荷存储层24起到存储离子，平衡电荷的作用，要求其应有较大的离子存储能力。离子存储能力的大小和响应时间直接就影响器件的性能。电荷存储层24是电子和离子的混合导体。要求该膜层具有可逆的氧化还原状态、透明性、较高的存储和提供离子的能力。常用的典型材料为金属氧化物材料，具体的可以是氧化钒(V₂O₅)、氧化钛(TiOx)，氧化钴(CoO),氧化锰(MnO)，氧化镧(La₂O₃)，氧化镍(NiO),氧化镨(Pr₂O₃)氧化铈(Ce₂O₃)，以及以上金属氧化物所构成的三元材料等。广义上讲，该膜层包括的材料可以是一种阳极电致变色材料，与电致变色层22中对应的材料配合时可以作为电荷存储层24，且配合能达到很高的光调节率。

示例性的，电荷存储层24粘度为10CP～100CP。制备方法可以是喷墨打印(Ink-jet)或是喷涂(spray coating)工艺，厚度可以在1um～50um之间。

可选地，在像素隔离层60和第一透明导电层30之间可以设置粘结层，年粘结层可以通过溶液加工方法制备。溶液加工法主要为喷墨打印方法(ink-jet printing)，使用材料主要为环氧树脂(Epoxy)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚酰亚胺(PI)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硅树脂(polysiloxanes)的一种或两种及以上的任意组合。

图6为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图。图7为本发明实施例提供的又一种电致变色器件的结构示意图。

可选地，参见图6和图7，还可以设置搭接电极81，搭接电极81与对应的薄膜晶体管阵列层80包括的薄膜晶体管电连接。可选地，还可以在搭接电极81和电致变色单元层20之间设置反光层82和平坦化层83。

需要说明的是，平坦化层83是透明材料的，便于环境光透过，不影响显示效果。具体的，平坦化层83的形成使得平坦化层83远离反光层82一侧的表面具有较好的平整度，因此可以保证在反光层82之上形成平整度良好的后续膜层。

图6和图7示出的电致变色器件，光线可以从衬底10侧入射，穿过电致变色单元层20和第一透明导电层30，经过反光层40反射，然后从衬底10侧出射，以实现彩色显示。光线还可以从第一透明导电层30侧入射，穿过电致变色单元层20和第一透明导电层30，经过反光层82反射，然后从第一透明导电层30侧出射，以实现彩色显示。

本发明实施例还提供了一种电致变色器件的控制方法，应用于上述技术方案中任意所述的电致变色器件，该方法包括如下步骤：

步骤110、当电致变色器件处于显示状态时，设置第二透明导电层和第一透明导电层之间的电压差为显示电压差，使电致变色层呈透明态。

步骤120、当电致变色器件处于非显示状态时，设置第二透明导电层和第一透明导电层之间的电压差为非显示电压差，使电致变色层呈暗态。

本实施例提供的技术方案，通过电信号控制电致变色器件呈透明态或呈暗态，来实现彩色显示。

本发明实施例还提供了一种显示装置，包括上述技术方案中任意所述的电致变色器件，有益效果同上，不再赘述。

图8为本发明实施例提供的一种显示装置的结构示意图。参见图8，该显示装置100具体可以为手机、电脑、支撑可穿戴设备以及变色窗户等。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种电致变色器件，其特征在于，包括：

衬底；

电致变色单元层，位于所述衬底的表面；

第一透明导电层，位于所述电致变色单元层远离所述衬底一侧的表面；

反光层，位于所述第一透明导电层远离所述电致变色单元层一侧的表面。

2.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，还包括封装盖板，位于所述反光层远离所述第一透明导电层一侧的表面。

3.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，还包括像素隔离层，位于所述衬底的表面，用于将所述衬底划分出多个像素区域；

所述电致变色单元层包括多个电致变色单元，每个所述像素区域内设置一所述电致变色单元。

4.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，所述像素隔离层远离所述衬底一侧的表面和所述电致变色单元一侧的表面平齐。

5.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，还包括像素定义层，设置在所述像素隔离层和所述衬底之间。

6.根据权利要求1所述的电致变色器件，其特征在于，还包括薄膜晶体管阵列层，位于所述衬底和所述电致变色单元之间。

7.根据权利要求3所述的电致变色器件，其特征在于，

所述电致变色单元包括第二透明导电层，位于所述衬底的表面；

电致变色层，位于所述第二透明导电层远离所述衬底一侧的表面；

电解质层，位于所述电致变色层远离所述第二透明导电层一侧的表面；

所述第一透明导电层，位于所述电解质层远离所述电致变色层一侧的表面。

8.根据权利要求7所述的电致变色器件，其特征在于，所述电致变色单元还包括电荷存储层，位于所述电解质层和所述第一透明导电层之间。

9.一种电致变色器件的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求1-8任一所述的电致变色器件，包括：

当所述电致变色器件处于显示状态时，设置所述第二透明导电层和所述第一透明导电层之间的电压差为显示电压差，使电致变色层呈透明态；

当所述显示面板处于非显示状态时，设置所述第二透明导电层和所述第一透明导电层之间的电压差为非显示电压差，使电致变色层呈暗态。

10.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的电致变色器件。

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