具有水基电解质的显示装置的制作方法

专利名称：具有水基电解质的显示装置的制作方法
具有水基电解质的显示装置
本发明涉及电致变色显示装置，特别但非专门地涉及层叠的、可 清洗的、挠性的且可穿戴的电致变色显示装置。
电致变色材料在施加电场时发生可见的颜色改变或光学密度的改 变。电致变色材料用于简单的单色信号装置。这些装置可用于大尺寸 的应用，例如窗户、镜子、太阳眼镜、遮阳篷顶)，或用于小型显示 器中(例如移动电话显示器)。这些装置具有双稳态并具有低能耗的 优点。
US 2003/0179432描述了 一种具有以面内结构设置的组合的电致变 色和电解质层的电致变色显示装置。两个电极位于基底基板上，顶部 透明电极附着在顶部基板整个表面上。电流从其中一个基底电极经电 解质流向顶部电极，沿着顶部电极，然后经电解质流回到第二底部电 极。这样，在电致变色电解质层中发生氧化还原反应，在恰位于两个 底部电极上方的层中的电解质中看到颜色的变化。US 6，639，709中的电 致变色装置是类似的，具有在基层上设置为行和在顶层上设置为列的 电极，以形成三明治结构。在有源行和有源列电压交叉的地方，像素 变成有色的。
US 6,587,252描述了 一种支承的电致变色装置，其中固体电解质层 与电极直接接触并与电致变色导电材料直接接触。电极和电致变色材 料并不彼此直接接触。该装置不是可清洗的，并且固体电解质的使用 导致了该装置很慢的切换速度。
公知的是，在现有装置中的电极易于退化，导致切换时间增加， 并且最终导致彻底的切换故障。
本发明人认识到，在诸如衣服的可穿戴物品上使用电致变色显示 装置是有利的。然而，现有技术中的装置无一展现出所期望的至少部 分具有挠性的且可清洗的特性。
根据本发明，提供了一种显示装置，包含机械地分离以限定腔 体的非导电基层和顶层，基层和顶层中的至少一个是可渗水的；包含 在腔体中的水基电解质；至少两个电极，各自形成在基层和顶层中任 意一个上；和与电极可电接触的吸湿性电致变色材料。
这提供了一种可清洗装置的可能性，或至少一种能调节其含水量 的装置。这可以提供一种相对于水稳定的、并且可以以低电压切换的 装置，并且该装置可以价格低廉且易于制造。此类型的电致变色装置 可以用在衣服上，并且提供了 一种比当前使用在移动装置等上的电致 变色装置更加耐用的装置。
电致变色材料可以溶解在电解质中。然而优选地，电致变色材料 的形式是至少两个固相氧化还原中心，每个氧化还原中心将其电极与 电解质分离开。在这种情况下，该装置可以包括设置为将至少一个电 极的部分与电解质相分离的非导电隔离层。提供电极与电解质的分离 意味着该装置无须遭受随时间的导电损失以及退化的问题。这还可以 导致相比利用了其中将电致变色材料溶于电解质中的装置具有更快的 切换时间。
所述电极可以包括具有挠性导电材料涂层的脆性导电材料层。脆 性基板材料因此能被用于挠性显示器，这是因为该涂层的材料可以填
充所出现的裂缝并因而允许该基板保持导电。优选地，将ITO涂覆以 导电PEDOT。
优选地，每个电极的一部分延伸到腔体外部以形成接触片。这可 以允许实现电源与电极的简单连接。
有利地，该显示装置的每一元件都包含挠性材料。这可以用于适 用在衣服等上的挠性显示装置。
如果显示装置的每一元件包含聚合物材料同样也是有利的。
参考附图，仅通过示例的方式来描述本发明的实施方式，其中 图l是根据本发明的显示装置的第一实施方式的截面侧视图； 图2是

图1的显示装置沿图1中的平面A-A截取的平面剖面图； 图3是根据本发明的显示装置的第二实施方式的截面侧视图； 图4是根据本发明的显示装置的第三实施方式的截面侧视图； 图5是根据本发明的显示装置的第四实施方式的平面剖面图。 图6是根据本发明的显示装置的第五实施方式的截面侧视图。 在附图中，对通篇中的相似元件重复地使用附图标记。
首先参考图1和2，显示装置1包含提供了机械和环境保护的基层2和顶层4。将导电层5以图案的方式涂覆于基层上，以形成电极6和 8。然后将绝缘隔离层14以图案的方式涂覆于该导电层5的顶部上。 该电极6、 8实现了电致变色材料的结构化局部切换。隔离层14填充 该基层2上的导电层5的电极6、 8之间的空间。隔离层14并不延伸 到导电层5的边缘，从而留下每个电极6、 8的一部分被暴露。这分别 为电极6、 8提供了接触片IO和12，电压可以施加于这些接触片。
在隔离层14中留下间隙。这些间隙在且仅在电极6、 8的一部分 上延伸。将导电电致变色材料沉积并填充在这些间隙中，以形成氧化 还原中心16和18。该氧化还原中心16、 18可以仅占据这些间隙。然 而在该实施方式中，氧化还原中心16、 18高于隔离层14的上表面。 它们延伸到位于隔离层14的顶表面上方的程度。每个氧化还原中心16 和18与电极6和8之一电接触。将密封件20围绕装置1的边缘施加。 密封件20保持基层2和顶层4机械上分离以限定腔体。腔体被填充以 电解质22。隔离层14和氧化还原中心16、 18通过将电极6、 8与电解 质22分离从而保护电极6、 8。密封件20包围该装置并且防止电解质 22的任何泄漏。施加密封件20以使得没有任何不被隔离层14或氧化 还原中心16和18所覆盖的电极6和8的部分处在由该密封件限定的区 域之内。电解质22填充由该顶层4、隔离层14、氧化还原中心16、 18 和密封件20形成的腔体。电解质包含适当的溶于水的盐。
为所有的基层2、顶层4、电极6和8、以及隔离层14提供以透明 材料，允许了该装置l用于光的透射。在这种情况下可能需要光源(未 示出)。或者，顶层和基层2、 4其中之一可以是反射性的，而另一个 是透明的，在这样的情况下装置1可被用于光反射。透明基层和顶层2、 4中的任意一个可具有颜色。
在使用中，将电压通过接触片10和12施加于电极6和8，提供电 流，并因此提供穿过依次包含第一电极6 (其成为工作电极)、第一氧 化还原中心16、电解质22、笫二氧化还原中心18和笫二电极8 (其成
为对置电极)的电路的净电子流。还原反应(电子的获得)发生在工 作电极6上方的氧化还原中心16的表面处，在该表面处氧化还原中心 16与电解质22接触，这是因为电子被消耗以使电流流动。氧化反应(电 子的失去)发生在对置电极8上方的第二氧化还原中心18的表面处， 在该表面处第二氧化还原中心18与电解质22接触，这是因为电子被
释放以使电流流动。电解质22中的离子被移向第一氧化还原中心16 并且离开第二氧化还原中心18，以补偿在那里诱发的电荷变化，从而 完成该电路。在通过电解质层以某种方式连接的两个电极处发生的互 补反应的过程被称为氧化还原电对。假如在工作电极6和对置电极8 之间建立了足够的电位差，则发生在笫一和第二氧化还原中心16、 18 处的电荷变化导致了那里的颜色变化。
当电致变色材料具有两个稳定状态A和B时，施加电压导致了第 一氧化还原中心16处于状态A，第二氧化还原中心18处于状态B。这 些状态是双稳态的——当电压被去除时，氧化还原中心保持那些状 态。当电压被反转时，第一氧化还原中心16转换为状态B，第二氧化 还原中心18转换为状态A。状态A具有颜色，状态B也可以具有颜色。
在第一和第二氧化还原中心16和18中的光学变化的幅度取决于 氧化还原中心16和18的容量。氧化还原中心暴露于电解质的表面面 积越小，每一单位面积的电流密度变化越大，因此光学变化就越大。 因此，通过提供合适大小的氧化还原中心16、 18，可以将装置l设置 为以保证工作电极6上的笫一氧化还原中心16比对置电极8上的第二 氧化还原中心18具有明亮得多的信号。
第一和第二氧化还原中心l6和l8优选彼此靠近地放置，导致与 氧化还原中心16、 18彼此远离的情况相比，装置l的切换速度更快。
如果要求隐藏第一和第二氧化还原中心16、 18中的一个，则氧化 还原中心16、 18可以通过两种方法中的一种来掩蔽。首先，可以将不 透明的图案(未示出)印在顶层或者底层7上，以掩蔽氧化还原中心 16、 18其中之一。或者，可以将散射电解质层涂覆在氧化还原中心16、 18其中之一的前方。当该装置用于光的反射时，后者是优选的。隔离 层14将不与第一和第二氧化还原中心16和18接触的电极6和8的部 分与电解质22相分离。如果电极6和8与电解质22相接触，则会在电 极6、 8上以及在氧化还原中心16、 18上发生氧化还原反应。该隔离 层14因而防止了离子从电解质22迁移到电极6、 8处。这具有两个优 点。首先，它保证了在第一和第二氧化还原中心16、 18处的电化学反
应是有效的，这是由于这里是诱发全部电荷变化的地方。其次，它保 护电极6、 8以防止会最终导致装置1中的导电损失的电化学退化。导
电损失通常导致更长的切换时间、更大的功率损耗，并且最终导致彻
底的切换故障。如果用于电极6、 8的材料是轻微电致变色的，正如很 多合适的材料一样，则这些电极在它们与电解质22接触的地方将会是 可见的，而这是不希望的，并且也会存在通过笫一和第二氧化还原中 心l6、 18的导电损失。在一些材料中，电致变色效果是可逆性差，导 致了装置随时间的退化。隔离层14也可以以图案的方式进行涂覆，这 导致了当使用装置1时的相应图案，这是因为在电致变色材料被覆盖 以隔离层的地方不存在电致变色材料的切换。
在一些装置l中，隔离层14的存在可以不是必需的。如果第一和 第二氧化还原中心16、 18覆盖了位于腔体内部的电极6、 8的整个表 面和边缘，因而没有任何部分的电极6、 8与电解质22相接触，则增 加隔离层14没有附加的好处。即使情况不是这样，该隔离层W也可 以不是该装置的基本部分，当然它的存在是优选的，至少是因为它可 以通过保护电极6和8使其与电解质22分离来延长装置的有效寿命。
图3示出了显示装置19的第二具体实施例。在该实施方式中，将 工作电极6涂覆于装置19的顶层4的最底表面。将第二隔离层l5涂覆 于电极6上，以防止它由于与电解质22接触而退化。第一和第三氧化 还原中心16a、 16b存在于第二隔离层15留下的间隙中，并且在对置 电极6和电解质22之间提供电接触。该图同时示出了散射电解质层 24。该散射电解质层24完全重叠第二氧化还原中心18。该散射电解质 层24掩蔽了第二氧化还原中心18并且防止它可见。
图3示出了存在于顶层4的最下表面上的接触片12 (未示出)。 或者，该接触片12可以存在于基层2上，并且通过密封件20上的导 电连接而连接到对置电极8。
为了针对光反射优化显示装置19的第二实施例，基层2是反射性 的，并且顶层4是透明的。这里，环境光是通过顶层2、工作电极6、 第一和第三氧化还原中心1"、 和电解质22入射的。光从散射层 24散射回到用户的眼睛，使得对置电极8和笫二氧化还原中心18不可 见。光还从基层2散射回到用户的眼睛。
在显示装置19的该第二具体实施例中，电极6、 8的排列具有在 工作电极6处提供更高的信息密度的优点，这是因为在顶层4上有更 大的空间可用于形成第一和第三氧化还原中心1"、 l化。对置电极8 上的氧化还原中心18具有大的表面面积，以便将电致变色显色最小
化。
图4示出显示装置21的第三具体实施例。显示装置21类似于显示 装置19。然而在这种情况下，散射电解质层24并未完全重叠第二氧化 还原中心l8。在笫一氧化还原中心16a下方的第二氧化还原中心18的 部分被掩蔽，在第三氧化还原中心l化下方的第二氧化还原中心18的 部分不被掩蔽。
因此，在可以制造的图案中存在更多的多样性。
可，见察到的光学效应可以由在第三氧化还原中心16b以及第二氧 化还原中心18之间的交叠来控制笫三颜色，其是笫三氧化还原中心 16b上的颜色以及第二氧化还原中心18上的颜色的组合，是在第二以 及第三氧化还原中心16b以及18交叠的地方、以及没有掩蔽存在的地 方产生的。
图5是显示装置23的第三具体实施例的平面图。提供了六个电极 (未示出)以及第一到第六氧化还原中心l&、 1"、 Wc、 l8a、 l卵、 18c。每个电极具有各自的接触片10a、 10b、 10c、 lh、 以及Uc， 其延伸到由密封件20定义的区域外部。在图中，每个电极具有各自的 氧化还原中心16a、 16b、 16c、 18a、 18b以及18c。然而，装置23不 局限于每个电极一个氧化还原中心。在每个电极上可以存在任意图案 的氧化还原中心。每个电极上可以存在多于一个的氧化还原中心。将 隔离层(图中不可见)提供在电极之间。
将电源26通过驱动器28连接到每一接触片10a、 10b、 10c、 12a、 12b、 12c。电源26提供发生氧化还原反应所需的电位差。驱动器28 确定将什么电压施加于哪些接触片。驱动器28还确定施加于每个接触 片(10a、 10b、 10c、 12a、 12b、 12c)的电压大小，并因此决定了在对 应于该接触片的氧化还原中心处的光学变化的大小。此外，驱动器28 确定每个接触片10a、 10b、 10c、 12a、 12b、 12c上施加电压的时间长 度。这允许提供多种多样的动画显示。
现在讨论适合于所述装置的各种元件的材料。
在所有的装置l、 19、 21、 23中，基层2和顶层4优选地由挠性材 料构造。优选地，基层2和顶层4其中至少一个由透明材料构造。合 适的材料有PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯)和PEN (聚萘二甲酸乙二 醇酯)，也可以使用任何机械上稳定的材料，包括但不限于玻璃、纸
或涂布纸。当使用显示装置作为可穿戴装置时，玻璃的使用不是优选
的，因为玻璃是易碎的。优选地，基层2和顶层4其中至少一个是可 渗水的。这允许水在电解质22和大气之间流通，有利于装置的可清洗 性。
在优选实施例中，基层2和顶层4都是透明的，以便允许光的透 射。基层2和顶层4中任一或两者可以具有颜色。
PET对于基层2和顶层4中的任一或两者是优选的材料，这是由 于它是一种相对好的隔水层(尽管渗透性取决于它的厚度)，并且是 抗清洗的。PET在与水接触时不退化。此外，PET是透明的且挠性的， 并且是可容易而又廉价地获得的。PET的上述性质使它适于用在可穿 戴的显示装置中。PEN也具有这些性质。尽管PEN比PET更抗热和 水汽，但它当前不如PET那样可容易而又廉价地获得。
其他材料也适合用于顶层和基层2、 4。
如果电致变色显示器用于光的透射，则基层2和顶层4两者都应 是透明的。可能需要光源。所使用的光源的具体类型取决于可利用的 电源和装置的厚度。
薄膜形式的电致发光(EL)光源适合用于电致变色显示装置中， 并且是市场上可购买到的。它们可以薄至0.3mm,并且可以用来提供 有色的或白光。高电压和低电压版本的都可购买到。电致发光材料可 以是无机的或有机的。EL光源可以夹在形成基层2的两个透明层之 间。
还可以使用侧发光背光系统。这里，光导覆盖了电致变色显示器 的背面，并且至少一个光源位于该光导的至少一个边缘上。光源可以 采取发光二极管(LED)或冷阴极荧光灯(CCFL)的形式。光导通常 是l-2mm厚。来自每个光源的光穿过该光导。诸如微凹槽或表面光栅 这样的结构存在于该光导的一个表面上，以使光逃逸并因此照射该装 置。
或者，可以在电致变色显示器的后面提供LED阵列或薄的荧光 灯。在这种情况下，优选存在附加的散射层，以防止光源的形状可见。 这可以改变显示器以使其被均匀地照射。
如果电致变色显示装置用于反射操作，则基层2或顶层4中的任 一个由反射基板形成，而另一个是透明的。反射基板可以是具有反射
材料层的绝缘材料，将该反射基板设置成处于该装置的外侧上。该反
射材料层可以位于基层2或顶层4中任一个的内部，以形成反射基板。 或者，散射材料或金属与基层2或顶层4相关联。另一个可选方案是 提供非反射的基层2和顶层4，并且利用该基层2和顶层4中任一个上 的反射金属电极。还有另一个可选方案是提供形成一个大的对置电极 的金属基层2，此时工作电极存在于该透明顶层4上。或者，该金属基 层2可以跨过它的整个表面被覆盖以薄的绝缘层，电极6和8提供在 顶部上。
电极6和8可以由任意适合导电的材料形成。优选地，该电极6、 8是透明的。当前可利用的透明导电材料包括但不限于金属氧化物、诸 如ITO (氧化铟锡，也是电致变色活性的)、ATO (氧化锑锡)或IZO (氧化铟锌)和诸如PEDOT (聚(3，4-乙烯基-二氧噢吩))的导电聚 合物。金属氧化物的优点在于它们是高度导电的，因此适合于涂覆大 面积。然而，金属氧化物的不利之处在于它们是脆性的，并且可以在 弯曲时断裂，导致导电损失。诸如PEDOT的导电聚合物是高度挠性 的，然而它们的导电性可能不如金属氧化物。
本发明人认识到，覆盖以挠性导电聚合物层(例如PEDOT)的脆 性金属氧化物层(例如ITO)可以提供耐用的大型显示器。在弯曲时 出现在金属氧化物层中的任何断裂(可能导致局部的导电损失)被填 充以导电聚合物，电极然后继续是导电的。这样，大型显示器(通常 需要高度导电的电极)可以被制作成挠性的。这也适用于多种其他的 脆性导电材料和多种其他的挠性导电材料。通常，脆性材料具有比挠 性材料更高的导电率。
或者，电极6和8可以由金属形成。在这种情况下，优选的是以 基层2或顶层4上的不透明图案、或者以电极的可见部分前面的散射 电解质层24来掩蔽电极6、 8的可见部分。
可以利用任意其他适当的材料来代替电极6、 8。
在同一层上提供所有的电极6、 8，如图1所示，降低了装置的成
本，这是因为只需要对仅其中一层进行复杂的制造工艺。
金属和金属氧化物电极6、 8可以利用光刻湿法化学处理涂覆于基 层2和/或顶层4。导电聚合物电极可以通过丝网印刷、胶版印刷或喷 墨印刷来涂覆。或者，可使用任何其他适当的方法来涂覆电极6、 8。隔离层14优选地是透明的。其优选地是抗水的。优选地，它是挠 性的。可以将多种易于获得的材料用于隔离层14，例如，蜡和非导电 聚合物。隔离层14可以通过光刻光抗蚀剂技术、丝网印刷、胶版印刷、 喷墨印刷或任何其他的方法来涂敷，所选择利用的方法取决于利用的 材料。
图l到5的实施例中的氧化还原中心16和18由固相电致变色材料 形成。它们是部分固相的，这是因为该材料在电解质22中具有低溶解 度，因此不会在其中溶解。氧化还原中心16和18是导电的，尽管它 们可能不具有高导电性。优选但不是必需的是，氧化还原中心16、 18 由挠性材料制成。用于氧化还原中心16、 18的材料可以与用于电极6、 8的材料具有相同的化学类型，但是被不同地掺杂以便其具有不同的性 质。例如，PEDOT存在不同的导电率等级。高导电性PEDOT可被用 于电极6和8。导电率较低的，但是高电致变色性的PEDOT可以用于 氧化还原中心16和18。高导电性PEDOT通常比具有低导电率的 PEDOT更昂贵。如前所述，PEDOT是挠性的。在施加电压差(大约 1.5V)时，它在透明状态和蓝色状态之间切换。
PEDOT在市场上可得到的是水基的乳胶。PEDOT层可以通过基 于水的分散被自然地涂覆，这导致了 PEDOT层在干燥之后具有相当大 的吸湿性，但是仍能够具有良好的电致变色切换能力。因此，如果电 解质22是水基的，则显示器l、 19、 21、 23可以趋向于调节其自己的
含水量。
作为替代，氧化还原中心16、 18可以由吸附在纳米尺寸微粒上的 有机电致变色物质制成。
如果在对置电极8处不需要显色，则将氧化还原中心18的材料选
择为不是电致变色的。优选地，如果该装置用于光的透射，则氧化还 原中心18由透明材料形成。优选地，如果该装置用于光的反射，则氧 化还原中心18由反射材料形成。氧化还原中心16和18通过丝网印刷、 胶版印刷、喷墨印刷或本领域中任何其他的已知方法来涂覆。
该电解质22是水基的。在水基系统中，切换可以在低电压 (0.8V-1.5V)下发生。将诸如PET的塑料用于基层2和顶层4对于可 穿戴装置是优选的，这是由于它是挠性的。然而，PET是轻微可渗水 的。
在非水基系统中，即使少量的水进入该装置也可以毁坏装置的工
作。因此，在非水基系统中，PET不能被用于基层2和顶层4。取而代 之的是，基层2和顶层4通常由具有无机涂层的塑料膜制造，以确保 它是完全地不渗水的。然而，这可能很昂贵。
在水基电解质22的情况下，则即使少量的水进入或离开装置(即， 没有严格的湿敏性)，该装置也保持工作，所以PET膜可以用于基层 2和顶层4。 PET膜的优选厚度大约是lOOpm，这是因为在这一厚度 下它是足够挠性的。根据它的这些要求，PET膜可以具有10 u m和2mm 之间的任意厚度。这样，该装置可以制作为是挠性的，且如果暴露于 湿的或潮湿的环境时仍是可工作的。
因此，可以通过利用渗水性材料作为基层2、顶层4和密封件20 其中之一或多个，并且利用水基电解质22，将该装置制作为可清洗的。 水基电解质22具有的附加优点是便宜、对环境无害、毒性较小且不腐 蚀。
而在当前的电致变色应用中，将盐溶于诸如乙腈或碳酸丙烯的溶 剂中，并且将水从系统中排除出，这并非利用本发明的一些实施例的 情况。利用无水装置，可以施加的电压更高。这些更高的电压会诱发 与水的反应，形成氧气和氢气，这是非常不希望的。然而，在本发明 中通过利用从含水溶液沉积的吸湿性电致变色材料，诸如 PEDOT/PSS，避免了这一问题。这样，难以从系统中去除水。此外， PEDOT在水不发生反应的低电压下就已经提供了显著的变色。这同样 允许利用塑料基底，代替传统的玻璃。玻璃对于湿气和氧气是气密性 的，但是塑料不是。因此除非将昂贵的阻挡湿气和气体层施加于塑料， 否则无论如何水都会渗入系统中，但是如果利用了水基电解质和吸湿 性电致变色材料这将不是问题。这可以被认为是提供了一种水基系 统。
在水基系统中，如果(从潮湿环境中)增加更多的水，在装置的 工作并没有显著的变化。如果(通过干燥剂环境)提取出水，同样也 没有显著的变化。只有当水被全部除去时，例如通过高温和/或干旱， 电解质的流动性将会减小。即使这样，当被置入潮湿环境中时，该系 统的吸湿特性会将水吸回来。该系统的吸湿性程度可以被最大化 PEDOT/PSS是吸湿性的，包括在电解质22中的盐是吸湿性的，并且
可以增加诸如聚乙烯醇或聚乙二醇的另一些水溶性分子，这些分子通 过其与水之间有利的分子间相互作用而同样具有高度吸湿性。因此可 以说该装置是可清洗的，用于诸如衣服上的标志、显示器等等应用。
水基电解质22优选是聚合物。电解质22可以是液体、凝胶或固 体。固体电解质22提供了机械坚固性。它可以提供基层2和顶层4的 机械分离，以保持它们彼此间固定的距离。在固体电解质22中，由于 低载流子迁移率，切换时间可能长至一秒或更长。液体电解质22由于 增大的载流子迁移率而受益于高速切换时间。具有液体电解质22的装 置优选地具有诸如间隔物20的支承结构，以提供装置的机械坚固性。 凝胶电解质22具有机械支承结合高载流子迁移率的优点。当利用固体 电解质22时，密封件20可以不是必需的。
现在讨论该装置的制造中使用的技术。
当该电解质22是液体时，它是在密封件30之后利用毛细管通过 填充口或真空填充来施加的。如果液体电解质22具有反应性分子，则 它可以用紫外光进行照射(光致聚合作用)或热固化以形成聚合物， 产生凝胶或固体电解质22。固体或凝胶电解质22可以从溶液或处于液 相时印刷。将液体的粘度与印刷方法相协调。丝网印刷、胶版印刷和 喷墨印刷是潜在适当的印刷技术。然后利用如上所述的方法将液体电 解质22干燥或固化，以提供在其上层叠或耦合顶层4的机械上稳定 的、粘性的层。这种耦合可以是室温层叠、或在更高的温度下的层叠， 可选地与压力相结合(例如真空压力)。
可以将散射电解质层24印刷在电解质22上。可选地，将电解质 22的层印刷在散射电解质层24的顶部上。该散射电解质层24是由与 电解质22相同的材料形成的，并且也包含散射微粒。它是利用与用于 施加电解质22相同的方法来施加的。所述散射微粒是诸如二氧化钛纳 米微粒的小微粒，其直径为200mn。或者，由固态聚合物基质中的小 液滴形成相分离电解质。
当该电致变色显示装置用在反射操作中时，散射电解质层24优选 地用于掩蔽对置电极8。当该装置正用于光的透射时，如果将散射电解 质层24用来掩蔽对置电极8，则在对置电极8处任何不希望的显色仍 然是可见的。然而，散射电解质层24可用于掩蔽光源的非均匀性或掩 蔽对置电极8中的结构。
可能需要通过提供间隔物(未示出)，来维持基层和顶层2、 4处 于大致平行的平面中。当电解质22是液体电解质时，间隔物的存在是 最有用的。优选地，所述间隔物以规则的间距放置。
对于刚性元件，将玻璃球形成适当的间隔物，此时球的直径定义 了腔体的高度。将玻璃球旋涂到基层2或顶层4上，或者可替换地， 静电地沉积在基层2或顶层4上。或者，当玻璃处于溶液中时印刷所 述玻璃球，并且随后通过蒸发除去溶剂。
对于挠性装置，利用间隔物是优选的，因为它们防止了基层2和 顶层4的过度弯曲。优选地，在这种情况下该间隔物是聚合的。利用 光刻技术施加该间隔物，其中通过旋涂来施加溶于液体中的光致抗蚀 剂材料，以形成均勻的层。在沉积之后通过蒸发除去液体。利用通过 掩模的紫外线辐射照射该层以便与该材料的一些部分发生反应，在这 些部分中形成不溶解的层。利用溶解所有剩余的不溶解部分的显影剂 液体来显影该层，以形成间隔物。或者，所述间隔物可以通过压印基 层2或顶层4的其中任一个来形成。基层2或顶层4的其中任一个可以 被注模到包含反间隔物图案的模具中，以形成间隔物。间隔物也可以 通过从具有反间隔物图案的模具UV复制间隔物结构而形成。
密封件20可以由任何传统的密封材料制成，或者可以由与隔离层 14相同的材料制成。如果电解质22是液体，则密封件的施加是在电解 质22之前通过如下操作进行的分配或印刷密封线(未示出)、通过 密封线耦合基层2与顶层4、固化该密封线、然后通过填充口以电解质 22来填充腔。如果印刷电解质22，则密封件20可以预先施加，或者 在电解质的加工之后施加。
尽管已经使用了固相氧化还原中心来描述上述实施例，但是在水 基装置的一些实施例中，电致变色材料溶解于电解质22中。现在参考 图6来描述这样一个实施例。这里，在装置30中，当将电压施加到接 触片10、 12时，电致变色材料迁移到电极6、 8以拾取或释放电子。 发生在电致变色材料和电极6、 8之间的氧化还原反应可以形成可溶解 的材料或在电极6、 8上形成固体沉积物。将电压反转则再次溶解已经 形成在电极6和8上的任何沉积物。电致变色材料迁移到电极6和8 的过程是速率限制的，并导致了緩慢的切换速度(通常为IO秒到l分 钟)。可以提供隔离层14以将电极6、 8的部分掩蔽而隔离开电解质。
氧化还原反应仅发生在电极6、 8与电致变色电解质22接触的部分， 因此仅在电极的暴露部分处存在有颜色变化。
尽管已经根据上述实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员 显而易见的是，可以不脱离本发明的范围进行修改。
权利要求
1.一种显示装置，包括非导电基层和顶层(2，4)，该非导电基层和顶层(2，4)机械地分离以限定腔体，该基层和顶层(2，4)中至少一个是可渗水的；包含在腔体中的水基电解质(22)；至少两个电极(6，8)，每个电极(6，8)形成在该基层(2)和该顶层(4)的任意一个上；和可与电极(6，8)电接触的吸湿性电致变色材料。
2. 如权利要求1所述的显示装置，其中该电致变色材料溶解在电解 质(22)中。
3. 如权利要求1所述的显示装置，其中该电致变色材料的形式是至 少两个固相氧化还原中心(16， l8)，每个氧化还原中心(l6， 18) 将其电极(6， 8)与电解质(22)分离开。
4. 如权利要求3所述的显示装置，包括非导电隔离层(14)，其设 置用于将该电极(6， 8)中至少一个的部分与电解质(22)分离。
5. 如权利要求3或权利要求4所述的显示装置，包括与该电极(6， 8)中至少一个对准的散射电解质层(24)。
6. 如权利要求5所述的显示装置，其中氧化还原中心中的第一氧化还原中心(16)接触基层(2)或者顶 层(4)上的电极(6);氧化还原中心中的第二氧化还原中心(18)接触该基层(2)和顶 层(4)中另一个上的电极(8);其中该第一氧化还原中心(16)和第二氧化还原中心(18)交叠， 并且其中该散射电解质层(24)暴露该交叠的电极的至少一部分。
7. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中该电极(6， 8)包括具有挠性导电材料涂层的脆性导电材料层。
8. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中每个电极(6， 8)的 一部分在腔体的外部延伸以形成各自的接触片(10， 12)。
9. 如权利要求8所述的显示装置，其中该接触片(10， 12)通过驱 动器(28)连接到电源(26)。
10. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中该显示装置的每一 元件都包括挠性材料。
11. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中该显示装置的每一 元件都包括聚合物材料。
12. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中该基层和顶层(2， 4)通过间隔物保持在大致平行的平面中。
13. 如前述任一权利要求所述的显示装置，其中该基层和顶层(2， 4)中的任一或两者包括透明材料。
14. 如权利要求1到12中的任一所述的显示装置，其中该基层和顶 层(2， 4)之一是反射性的，且该基层和顶层中的另一个是透明的。
全文摘要
一种显示装置1包括基层2和顶层4。导电层5以图案的形式涂覆在基层上，以形成电极6和8。这些可以由涂覆有导电PEDOT的ITO制成。然后将绝缘隔离层14以图案的形式涂覆在导电层5的顶部上，并填充导电层5的电极6、8之间的空间。隔离层14中的间隙在电极的一部分上方延伸。将导电电致变色材料沉积并填充在这些间隙中，以形成每个均与电极6和8之一电接触的氧化还原中心16和18。密封件20限定了腔体，其填充有水基电解质22。隔离层14和氧化还原中心16、18保护电极6、8隔离开电解质。提供光源并对所有基层2、顶层4、电极6和8以及隔离层14使用透明材料，允许了装置1用于光的透射。或者，顶层和基层2、4之一可以是反射性的，而另一个是透明的，在这种情况下装置1可以用于光反射。通过选择适当的材料，可以构造可清洗且挠性的显示装置。
文档编号G02F1/155GK101116029SQ200680004456
公开日2008年1月30日 申请日期2006年2月6日 优先权日2005年2月9日
发明者H·加格特, N·P·维拉德 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司