專利名稱：具有不同電致變色材料的電致變色彩色顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電致變色顯示器、一種驅(qū)動(dòng)電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)器電路、一種包含電致變色顯示器和驅(qū)動(dòng)器電路的顯示裝置，以及一種電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
US-A-4,304,465公開了一種在顯示電極上具有聚合物膜的電致變色顯示裝置。在寫入步驟中，顯示電極上的聚合物膜被氧化成帶有顏色的不透明形態(tài)。在擦除步驟中，聚合物膜被還原成中性透明形態(tài)。已知的電致變色顯示裝置不能顯示多色圖像。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能產(chǎn)生多色圖像的電致變色顯示裝置。
本發(fā)明的第一方面在于提供一種如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器。本發(fā)明的第二方面在于提供一種如權(quán)利要求8至10所述用于驅(qū)動(dòng)電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)器電路。本發(fā)明的第三方面在于提供一種如權(quán)利要求11所述的包含電致變色顯示器和驅(qū)動(dòng)器電路的顯示裝置。本發(fā)明的第四方面在于提供一種如權(quán)利要求12至14所述的電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)方法。從屬權(quán)利要求中限定了有利的實(shí)施例。
電致變色顯示器包括電致變色像素，其至少包括處于兩電極之間的第一電致變色材料和第二電致變色材料。電致變色材料的光學(xué)狀態(tài)取決于跨越像素施加的電壓。當(dāng)跨越電致變色像素為第一電壓時(shí)，所述材料是透明的；當(dāng)跨越電致變色像素為第二電壓時(shí)，所述材料吸收一種顏色，從而顯示為有色的。通過(guò)施加第一或第二電壓中適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)電壓，所述材料從一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)。顏色吸收的變化量取決于適當(dāng)電壓所施加的時(shí)間。
如果跨越電致變色像素的像素電壓具有第一值，則第一電致變色材料從透明狀態(tài)改變成顏色吸收狀態(tài)，以便至少部分地吸收第一種顏色。如果像素電壓具有極性與第一值相反的第二值，則第一電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)。
如果像素電壓具有其絕對(duì)值小于第一值的絕對(duì)值的第三值，則第二電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，以便至少部分地吸收與第一種顏色不同的第二種顏色。如果像素電壓具有極性與第三值相反的第四值，則第二電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)。第四值的絕對(duì)值小于第二值的絕對(duì)值。
如果使用這種單色電致變色，則通過(guò)限制注入到電致變色層中的電荷量來(lái)控制著色程度，從而產(chǎn)生灰度級(jí)。原則上，通過(guò)將具有不同顏色的電致變色層的至少兩個(gè)這種電致變色板層疊起來(lái)，可產(chǎn)生多色顯示。使用三個(gè)具有不同顏色(優(yōu)選CMY，C＝青色，M＝品紅，Y為黃色)的電致變色板獲得全彩色顯示。不過(guò)，這需要將三個(gè)板彼此層疊，引起視差問(wèn)題，并且會(huì)急劇增加顯示器的價(jià)格。每個(gè)板至少包括基板，具有電致變色材料的工作電極，電解質(zhì)，具有相反反應(yīng)能力的反電極，和基板。因此每個(gè)板在其中一個(gè)基板上具有其自身的用于驅(qū)動(dòng)像素電極的驅(qū)動(dòng)電子裝置，這樣就大大增加了復(fù)雜度，降低了顯示器的亮度，并增加了成本。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示器中，電致變色材料需要不同電壓值來(lái)改變狀態(tài)。這樣就能夠僅使用一組電極來(lái)驅(qū)動(dòng)像素，同時(shí)依然可分別地控制不同電致變色材料的吸收量。
這種彩色電致變色顯示器易于制造，因?yàn)槔缡褂媒z網(wǎng)印刷，噴墨印刷或涂覆技術(shù)可以易于涂覆電致變色層。
在如權(quán)利要求2所述的實(shí)施例中，第一電致變色材料和第二電致變色材料存在于兩個(gè)分離的層中。將這些層彼此層疊在電極之間。
在如權(quán)利要求3所述的實(shí)施例中，第一電致變色材料和第二電致變色材料以一層混合物的形式實(shí)現(xiàn)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是改善了響應(yīng)的均勻性。
在如權(quán)利要求4所述的實(shí)施例中，一層混合物吸附在其中一個(gè)電極的納米多孔(nano-porous)區(qū)域上。電極由納米多孔導(dǎo)電材料組成，例如納米結(jié)構(gòu)的二氧化鈦。納米結(jié)構(gòu)層可以覆蓋ITO或FTO電極。其對(duì)于在電致變色切換過(guò)程中的電荷補(bǔ)償，具有高度改善的相反離子擴(kuò)散的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了增強(qiáng)的電子向電致變色材料和從電致變色材料的轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致了裝置的響應(yīng)時(shí)間的改進(jìn)。盡管是這種納米多孔電極的單層覆蓋，不過(guò)由于納米多孔電極的表面面積非常大，依然能保證有色狀態(tài)下足夠大的光學(xué)密度。
在如權(quán)利要求5所述的實(shí)施例中，像素中僅存在與兩種不同顏色相對(duì)應(yīng)的兩種不同的電致變色材料，同時(shí)設(shè)置濾色器來(lái)獲得第三種顏色。這樣就避免了必須用不同的著色電壓(使材料朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變所需的電壓)和脫色電壓(使材料朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變所需的電壓)來(lái)識(shí)別三種電致變色材料，其也不會(huì)受到(短時(shí)間)暴露于更高的電壓而導(dǎo)致?lián)p壞。
例如，兩種不同電致變色材料中的每一種均設(shè)置在單獨(dú)的層中。在預(yù)定像素中，其中一種電致變色材料能吸收紅光(即顯現(xiàn)出青色)，另一種電致變色材料能吸收綠光(即顯現(xiàn)出品紅色)，且濾色器吸收藍(lán)光(即顯現(xiàn)出黃色)。通過(guò)改變不同像素的顏色組合來(lái)獲得全彩色矩陣顯示。例如，在與預(yù)定像素相鄰的像素中，其中一種電致變色材料能吸收紅光(即顯現(xiàn)出青色)，另一種電致變色材料能吸收藍(lán)光(即顯現(xiàn)出黃色)，而濾色器吸收綠光(即顯現(xiàn)出品紅色)。
在如權(quán)利要求8至10其中之一所述的本發(fā)明的另一方面，驅(qū)動(dòng)器電路按照能分別地設(shè)定兩種電致變色材料中每一種材料的吸收量的順序，在像素上施加像素電壓。在根據(jù)權(quán)利要求8所述的本發(fā)明的實(shí)施例中，首先脫色全部電致變色材料(置于透明狀態(tài))，然后施加能改變所有電致變色材料吸收的電壓。施加這一電壓長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得電致變色材料所期望的著色量，其需要最高的電壓來(lái)從透明狀態(tài)變成吸收狀態(tài)。然后施加能脫色另一電致變色材料的電壓，而需要最高電壓的電致變色材料不受影響。最終，施加能改變另一電致變色材料的吸收的電壓，而需要最高電壓的電致變色材料不受影響。施加這一電壓長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以獲得另一電致變色材料所期望的著色量。
在根據(jù)權(quán)利要求9所述的本發(fā)明的實(shí)施例中，首先將所有電致變色材料著色，然后施加能將所有電致變色材料的吸收朝向透明狀態(tài)改變的電壓。
在根據(jù)權(quán)利要求10所述的本發(fā)明的又一方面，驅(qū)動(dòng)器電路按照能分別地設(shè)定兩種電致變色材料中每一種材料的吸收量的順序，在像素上施加像素電壓。根據(jù)現(xiàn)有信息的顏色與將要顯示的相繼信息的顏色之間的差別來(lái)驅(qū)動(dòng)像素。首先檢測(cè)第一電致變色材料的當(dāng)前著色量與所需未來(lái)著色量之間的差別，其中第一電致變色材料需要最高的電壓來(lái)改變狀態(tài)。在像素上施加適當(dāng)電壓，以便沿正確的方向直接改變第一電致變色材料的著色。第二電致變色材料的著色將與第一電致變色材料的著色一起改變。將所產(chǎn)生的第二電致變色材料的著色與所需的著色比較，并在像素上施加電壓，以沿正確方向直接改變第二電致變色材料的著色。這種驅(qū)動(dòng)方法增大了切換(尋址)速度，并降低功率耗散和退化。
如權(quán)利要求8所述的順序的驅(qū)動(dòng)方法具有以下缺點(diǎn)，即必須執(zhí)行多個(gè)步驟來(lái)寫入像素，從而其具有正確的總吸收量并達(dá)到正確的顏色。另外，在最終著色之前幾種材料相繼著色和脫色(或者以相反方向如權(quán)利要求9中所述，首先脫色然后著色)的這一事實(shí)，導(dǎo)致了與權(quán)利要求10中所述的驅(qū)動(dòng)機(jī)制中所需的相比，更多的電荷將被移動(dòng)。這樣增加了功率耗散，并減小顯示器的壽命，這是由于如果更多電荷流動(dòng)的話，會(huì)更迅速地發(fā)生退化。
本發(fā)明的這些和其他方面是顯而易見的，并且將參照下面所述的


在附圖中圖1表示電致變色顯示器及其驅(qū)動(dòng)電路的框圖，圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電致變色像素的結(jié)構(gòu)，圖3表示三種不同電致變色材料的性質(zhì)，以說(shuō)明電致變色顯示器的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，圖4表示根據(jù)本發(fā)明的電致變色像素的結(jié)構(gòu)，圖5表示用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣顯示器中電致變色像素的實(shí)施例，以及圖6表示用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣顯示器中電致變色像素的另一實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1表示電致變色顯示器以及驅(qū)動(dòng)電路的框圖。電致變色顯示器1包括與沿行方向延伸的行(或選擇)電極RE和沿列方向延伸的列(或數(shù)據(jù))電極CE的交點(diǎn)相關(guān)的電致變色像素10(也稱作像素)的矩陣。行驅(qū)動(dòng)器3向行電極RE提供選擇電壓，列驅(qū)動(dòng)器2向列電極CE提供數(shù)據(jù)電壓。數(shù)據(jù)處理器5接收輸入視頻VI，將時(shí)序信息TI提供給控制器4，并將數(shù)據(jù)信號(hào)DA提供給比較器6。時(shí)序信息TI可以表示視頻信號(hào)VI中的場(chǎng)和線。比較器6將數(shù)據(jù)信號(hào)DA′提供給列驅(qū)動(dòng)器2。比較器6是可選擇的，如果省略比較器6，則數(shù)據(jù)信號(hào)DA′與DA相等。控制器4將第一控制信號(hào)TI1提供給行驅(qū)動(dòng)器3，將第二控制信號(hào)TI2提供給列驅(qū)動(dòng)器2。時(shí)序信息TI和控制信號(hào)TI1與TI2根據(jù)所需驅(qū)動(dòng)機(jī)制，控制提供給電致變色像素10的電壓的適當(dāng)順序。
對(duì)于無(wú)源矩陣顯示器來(lái)說(shuō)，行電極RE與列電極CE以及行驅(qū)動(dòng)器3與列驅(qū)動(dòng)器2的功能可交換，從而行電極沿列方向延伸。
行驅(qū)動(dòng)器3接收電源電壓VB1，列驅(qū)動(dòng)器2接收電源電壓VB2。
圖2表示根據(jù)本發(fā)明的電致變色像素10的結(jié)構(gòu)。像素10從頂部到底部包括透明層TL，作為行電極RE一部分的第一電極E1，第三電致變色層EL3，第二電致變色層EL2，第一電致變色層EL1，作為列電極CE一部分的第二電極E2，以及基板SU。在第一與第二電極E1、E2之間由行和列驅(qū)動(dòng)器2、3提供的像素電壓VP表示為電壓源VP。此外，所述像素結(jié)構(gòu)還可以包括電解質(zhì)層，以進(jìn)一步輔助著色過(guò)程。
在實(shí)際的實(shí)現(xiàn)方式中，像素10包括電解質(zhì)。電解質(zhì)可作為層疊于單元中的分離的層而存在。電解質(zhì)沉積在電致變色疊層或電致變色混合物與反電極E1之間。此外，反電極E1可以為氧化還原活性的，或者在反電極E1與電解質(zhì)層之間存在單獨(dú)的氧化還原活性層，或者可存在兩者的組合。
圖3僅表示一個(gè)像素元件。在該像素元件旁邊存在其他像素。因此基板不局限于僅僅一個(gè)像素，然而，濾色器和電致變色層應(yīng)當(dāng)被像素化，并且物理上與相鄰像素分離。不過(guò)電解質(zhì)可以橫向擴(kuò)展到整個(gè)顯示器上。反電極可以為公共電極或者也可以被像素化。
三個(gè)電致變色層EL1、EL2和EL3可以按照任何順序分別與顯現(xiàn)出黃色、品紅色或青色的材料相對(duì)應(yīng)。取代三個(gè)電致變色層EL1、EL2和EL3，也可以將這些材料混合在單一的層中。從而，由于所用材料很重要，所以是否將這些材料分開到三層上或者組合成兩層甚至是單層對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)都是不相關(guān)的。因此，符號(hào)EL1、EL2和EL3還用于表示材料。如果材料分成三層，則這些符號(hào)還表示層。盡管三層EL1、EL2和EL3能實(shí)現(xiàn)全彩色顯示，但是兩層就足以能產(chǎn)生出具有不同顏色信息的顯示。此外，兩層中的不同材料可以混合在單一的層中。
圖3表示三種不同電致變色材料的性質(zhì)，用于說(shuō)明電致變色顯示器的驅(qū)動(dòng)機(jī)制。水平軸表示電致變色材料上的電壓VP，垂直軸表示電致變色材料的著色量。
圖3涉及全彩色電致變色像素10，其包括設(shè)置于白色反射基板SU上的三個(gè)分離層中的三個(gè)不同電致變色材料EL1、EL2、EL3。三種電致變色材料EL1、EL2、EL3中的每一種都在完全透明的狀態(tài)與吸收紅或綠或藍(lán)光同時(shí)對(duì)其他兩種顏色是透明的狀態(tài)之間切換。對(duì)于每種電致變色材料EL1、EL2、EL3，這種轉(zhuǎn)變所需的電勢(shì)會(huì)變化。
圖3表示沿水平軸的像素電壓VP。在垂直方向，表示出不同電致變色材料EL1、EL2、EL3。白色區(qū)域表示對(duì)于每種顏色的電壓區(qū)域，其中顏色的吸收狀態(tài)不發(fā)生改變(或者僅非常緩慢地變化)，虛線區(qū)域表示引起吸收狀態(tài)改變的電壓。在本例中，當(dāng)在這些條的右手虛線部分內(nèi)施加電壓時(shí)，材料增大吸收，當(dāng)在這些條的左手虛線部分內(nèi)施加電壓時(shí)降低吸收。根據(jù)所使用的材料，其可以為相反的方式。
如果在電極E1與E2之間施加的像素電壓VP處于EL1指示的條的非虛線部分所示的從VL2(為負(fù)電壓)到VL1的范圍內(nèi)，則第一材料EL1不改變狀態(tài)(或者僅非常緩慢地改變狀態(tài))。電壓低于VL2的條EL1的虛線部分表示了如果施加低于VL2的電壓V2，則層EL1的著色降低。降低量取決于電壓V2的施加時(shí)間。電壓高于VL1的該條的虛線部分表示，如果施加高于VL1的電壓V1，則著色增加。增加量取決于電壓V1的施加時(shí)間。
如果電極E1與E2之間施加的像素電壓VP處于EL2指示的條的非虛線部分所示的從VL4到VL3的范圍內(nèi)，則第二材料EL2不改變狀態(tài)(或者僅非常緩慢地改變狀態(tài))。電壓低于VL4的條EL2的虛線部分表示了對(duì)于低于VL4的電壓，層EL2的著色降低。降低量取決于低于VL4的電壓的施加時(shí)間。電壓高于VL3的該條的虛線部分表示，如果施加高于VL3的電壓，則著色增加。增加量取決于高于VL3的電壓的施加時(shí)間。從而，當(dāng)電壓V4施加給單元10時(shí)，材料EL2開始脫色，而材料EL1的狀態(tài)基本不受影響。通過(guò)相同方式，當(dāng)電壓V3施加給單元10時(shí)，材料EL2開始增大著色，而材料EL1的狀態(tài)基本不受影響。
如果電極E1與E2之間施加的像素電壓VP處于EL3指示的條的非虛線部分所示的從VL6到VL5的范圍內(nèi)，則第三材料EL3不改變狀態(tài)(或者僅非常緩慢地改變狀態(tài))。對(duì)于低于VL6的電壓，EL3指示的條的虛線部分表示，如果施加低于VL6的電壓，則層EL3的著色降低。降低量取決于低于VL6的電壓的施加時(shí)間。對(duì)于高于VL5的電壓，該條的虛線部分表示，如果施加高于VL5的電壓，則著色增加。增加量取決于高于VL5的電壓的施加時(shí)間。從而，當(dāng)電壓V6施加給單元10時(shí)，材料EL3開始脫色，而其他材料EL1和EL2的狀態(tài)基本不受影響。通過(guò)相同方式，當(dāng)電壓V5施加給單元10時(shí)，材料EL3開始增加著色，而其他材料EL1和EL2的狀態(tài)基本不受影響。
在像素10中，通過(guò)使用以下驅(qū)動(dòng)機(jī)制可以賦予所有材料(或者層，如果存在三層的話)EL1、EL2、EL3以任何級(jí)別的著色。
首先，在足夠長(zhǎng)以使所有層EL1、EL2、EL3透明(將層脫色)的時(shí)間期間內(nèi)，在像素10的電極E1與E2之間提供低于電壓VL2的電壓V2。
第二，在電極E1與E2之間提供高于電壓VL1的電壓V1。所有層EL1、EL2、EL3開始著色。在第一層EL1已經(jīng)達(dá)到所需的吸收值的時(shí)刻，去除電壓V1。
第三，在VL2與VL4之間的范圍內(nèi)施加電壓V4，使第二層EL2和第三層EL3脫色而第一層EL1不受影響。
第四，施加范圍從VL3到VL1內(nèi)的電壓V3，第一層EL1保持不受影響，而第二層EL2和第三層EL3開始著色。在第二層EL2已經(jīng)達(dá)到所需的吸收值的時(shí)刻，去除電壓V3。
第五步，在VL4與VL6之間的范圍內(nèi)施加電壓V6，第三層EL3被脫色，而第一層EL1和第二層EL2不受影響。在第六步驟，施加從VL5到VL3范圍內(nèi)的電壓V5，第一層EL1和第二層EL2保持不受影響，而第三層EL3開始著色。在第三層EL3已經(jīng)達(dá)到所需吸收值的時(shí)刻，去除電壓V5。
此時(shí)，所有層EL1、EL2和EL3都已經(jīng)達(dá)到其期望的著色量。
可以改變脫色和著色步驟的順序。
盡管這種驅(qū)動(dòng)機(jī)制能驅(qū)動(dòng)具有特別選定的電致變色材料EL1、EL2和EL3的電致變色顯示器1，從而顯示全彩色圖像，不過(guò)這種順序?qū)ぶ贩椒ㄓ捎诒仨氁獔?zhí)行許多步，因而在寫入圖像時(shí)相對(duì)較慢。此外，在達(dá)到最終著色之前，將多種材料EL1、EL2和EL3相繼脫色和著色多次。從而，在尋址像素10時(shí)大量電荷發(fā)生移動(dòng)，導(dǎo)致增大的功率耗散，以及材料EL1、EL2和EL3更快的退化。
一種增加尋址速度并降低功率耗散和退化的尋址方法，驅(qū)動(dòng)像素10，使得在第一步中材料EL1、EL2和EL3從現(xiàn)有的著色量開始，或者被脫色或者被著色到產(chǎn)生像素10期望的新著色所需的程度。
當(dāng)應(yīng)用于圖2中所示的像素10的結(jié)構(gòu)時(shí)，這種驅(qū)動(dòng)機(jī)制相繼執(zhí)行以下步驟在第一步中，比較器6將第一層EL1的當(dāng)前著色與相繼的新圖像中所需的著色進(jìn)行比較。如果新著色大于當(dāng)前著色，則將電壓V1施加給像素10。如果新著色小于當(dāng)前著色，則將電壓V2施加給像素10。可能需要有源矩陣顯示器中的附加電路(如附加的TFT)來(lái)執(zhí)行將一個(gè)或另一個(gè)電壓同時(shí)施加給像素。所有層EL1、EL2和EL3開始改變顏色。在第一層EL1已經(jīng)達(dá)到其所需新的吸收值的時(shí)刻，去除電壓V1或V2。
在第二步中，比較器6將第二層EL2的當(dāng)前著色與相繼的新圖像中所需的著色進(jìn)行比較。如果新著色大于當(dāng)前著色(包括V1或V2的作用)，則將電壓V3施加給像素10。如果新著色小于當(dāng)前著色，則將電壓V4提供給像素10。層EL2和EL3開始改變顏色，第一層EL1不受影響。在第二層EL2已經(jīng)達(dá)到其所需新吸收值的時(shí)刻，去除電壓V3或V4。
在第三步和最后一步中，通過(guò)比較器6比較第三層EL3的當(dāng)前著色與相繼的新圖像中所需的著色。如果新著色大于當(dāng)前著色(包括V1、V2、V3或V4的作用)，則將電壓V5提供給像素10。如果新著色小于當(dāng)前著色，則將電壓V6提供給像素10。第三層EL3開始改變顏色，第一層EL1和第二層EL2不受影響。在第三層EL3已經(jīng)達(dá)到其所需新吸收值的時(shí)刻，去除電壓V5或V6。
按照這種方法，僅需要施加三個(gè)電壓周期，減小了尋址時(shí)間和功率耗散。通常，上述驅(qū)動(dòng)機(jī)制適用于包含三種電致變色材料EL1、EL2、EL3的任何單元10，正如圖2中所示，這些材料存在于三層中是不相關(guān)的。因而，通常，可用“材料”取代術(shù)語(yǔ)“層”。
通過(guò)示例的方式，現(xiàn)在描述具有圖3中所示性質(zhì)的材料。在測(cè)試像素(電致變色單元)10中，將一層300納米厚的PEDOT旋涂到用作工作電極E2的ITO/玻璃基板上。通過(guò)將該基板粘合到用作反電極E 1的另一ITO/玻璃基板上來(lái)構(gòu)成像素10。用K-丁內(nèi)酯中包含0.2MLiClO4(高氯酸鋰)的電解質(zhì)溶液來(lái)填充兩電極層E1與E2之間的單元10間隙。單元10通過(guò)在其上施加3伏電壓而著色，其通過(guò)PEDOT的還原反應(yīng)引起PEDOT層迅速的藍(lán)色著色。單元10在其上為～1伏電壓時(shí)開始緩慢地脫色。對(duì)于-0.5到2.5伏之間的電壓，單元的顏色幾乎不及時(shí)改變。在-1.5伏的電壓時(shí)，發(fā)生快速脫色，并且在一段時(shí)間之后，PEDOC被氧化成其導(dǎo)電且?guī)缀跬该鞯臓顟B(tài)。
上面的驅(qū)動(dòng)機(jī)制涉及具有三種不同電致變色材料的全彩色顯示器。在簡(jiǎn)化的形式下，通過(guò)省去一個(gè)周期，這些驅(qū)動(dòng)機(jī)制也可以用于驅(qū)動(dòng)具有兩種不同顏色電致變色材料的彩色顯示器。這種顯示器僅能顯示通過(guò)混合與兩種材料相對(duì)應(yīng)的兩種顏色而產(chǎn)生的顏色。
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的電致變色像素的結(jié)構(gòu)。像素10從頂部到底部包括濾色器CF，第一電極E1(參考電極)，第一電致變色層EL1，第二電致變色層EL2，第一電致變色層EL1，第二電極E2(像素電極)和基板SU?；逡部梢园═FT和其他電子部件(未示出)。在第一電極E1與第二電極E2之間由行和列驅(qū)動(dòng)器2、3提供的像素電壓VP表示為電壓源VP。此外，該像素結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步包括電解質(zhì)層，以輔助著色過(guò)程。
兩個(gè)電致變色層EL1和EL2可以按照任何順序分別與顯示黃色、品紅色或青色的材料相對(duì)應(yīng)。取代兩個(gè)電致變色層EL1和EL2，還可以將材料混合在單一層中。必須將濾色器CF的顏色選擇為兩個(gè)電致變色層EL1和EL2的顏色的互補(bǔ)色。例如，如果電致變色層EL1和EL2的顏色為青色和品紅色，則濾色器CF應(yīng)當(dāng)為黃色。通過(guò)改變相鄰像素10的層EL1和EL2與濾色器CF的顏色組合，可提供彩色顯示。由于僅需要對(duì)兩個(gè)而非三個(gè)不同的電致變色材料EL1和EL2進(jìn)行尋址，所以對(duì)于脫色和著色具有不同電壓等級(jí)的更多種材料可供選擇。
通過(guò)與參照?qǐng)D2所述的相同方式，僅表示出一個(gè)單元，并且沒(méi)有表示出電解質(zhì)。
濾色器CF優(yōu)選位于盡可能地接近電致變色材料EL1和EL2。
圖5表示驅(qū)動(dòng)有源矩陣顯示器中電致變色像素的一個(gè)實(shí)施例。
電致變色顯示器1具有有源矩陣結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)像素10包括薄膜晶體管(也稱作TFT)TR1和TR2，用于驅(qū)動(dòng)像素10。驅(qū)動(dòng)TFT TR1的主電流通路設(shè)置在像素10的像素電極E1與電源線電壓VB之間。像素10的公共電極E2接地。尋址TFT TR2的主電流通路連接在列電極CE與驅(qū)動(dòng)TFT TR1的控制電極之間。尋址TFT TR2的控制電極與選擇電極RE相連。
使用行RE上的選擇電壓，通過(guò)激活尋址TFT TR2導(dǎo)通來(lái)尋址像素10的行RE。然后，來(lái)自列CE的數(shù)據(jù)電壓傳遞到驅(qū)動(dòng)TFT TR1的控制電極，并決定該TFT是導(dǎo)通還是不導(dǎo)通。驅(qū)動(dòng)TFT TR1將像素電極E1與其上存在有電源電壓VB的電源線相連。從而數(shù)據(jù)電壓決定像素10連接(像素被驅(qū)動(dòng))或是不連接(像素不被驅(qū)動(dòng))到電源電壓VB。像素電路中的存儲(chǔ)元件(例如存儲(chǔ)電容CS)保證像素10保持被驅(qū)動(dòng)直至一幀時(shí)間之后的下一尋址周期。此時(shí)，可以改變電源電壓VB，以便將V1到V6中不同的一個(gè)電壓提供給像素10。
可按照以下步驟將電致變色層EL1、EL2、EL3著色和脫色(i)將電源電壓VB切換成脫色電壓，并用高電壓尋址所有像素10，從而將所有像素10脫色(在這一階段中已經(jīng)被脫色的像素保持不變)。存儲(chǔ)電容CS確保驅(qū)動(dòng)TFT TR1在保持期間內(nèi)保持導(dǎo)通。
(ii)用低電壓尋址所有像素10。這使驅(qū)動(dòng)TFT TR1關(guān)斷。將電源電壓VB切換到著色電壓。
(iii)通過(guò)數(shù)據(jù)電極CE上的高數(shù)據(jù)電壓，將需要著色的行RE上由行選擇電壓選定的行中的那些像素10尋址成高壓。驅(qū)動(dòng)TFT TR1變?yōu)閷?dǎo)通的，并且著色開始。存儲(chǔ)電容CS確保驅(qū)動(dòng)TFT TR1在保持期間內(nèi)保持導(dǎo)通。當(dāng)像素10被充分著色時(shí)，通過(guò)用低電壓尋址像素10而將像素10與電源線斷開。當(dāng)寫入新圖像時(shí)，可使得電源電壓VB斷電。
在本實(shí)施例中，由傳遞到電致變色層EL1、EL2、EL3中電荷的完整量，從而由像素電極E1與電源線連接的時(shí)間，來(lái)定義顏色的灰度級(jí)(“強(qiáng)度”)。
圖6表示用于驅(qū)動(dòng)有源矩陣顯示器中電致變色像素的另一實(shí)施例。在圖6中，表示出更復(fù)雜的像素電路，從而可以將電致變色層EL1、EL2、EL3著色和脫色。
像素10具有像素電極E1和接地的公共電極E2。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)TFTTR12和TR13的主電流通路的串聯(lián)排列設(shè)置在電源電壓VB1與電源電壓VB2之間。兩個(gè)驅(qū)動(dòng)TFT TR12與TR13之間的連接點(diǎn)與像素電極E1相連。
地址TFT TR10的主電流通路設(shè)置在用于接收列數(shù)據(jù)CD1的列電極CE與驅(qū)動(dòng)TFT TR12的控制電極之間。地址TFT TR10的控制電極連接到選擇電極RE用于接收行選擇信號(hào)RS1。存儲(chǔ)電容CH1與驅(qū)動(dòng)FET TR12的控制電極連接。
地址TFT TR11的主電流通路設(shè)置在用于接收列數(shù)據(jù)CD2的列電極CE與驅(qū)動(dòng)TFT TR13的控制電極之間。地址TFT TR11的控制電極連接到選擇電極RE用于接收行選擇信號(hào)RS2。存儲(chǔ)電容CH2與驅(qū)動(dòng)FET TR12的控制電極相連。
現(xiàn)在說(shuō)明像素電路的工作。分別將電源電壓VB1和VB2設(shè)定為脫色電壓和著色電壓。用兩個(gè)電壓來(lái)尋址顯示器高電壓使驅(qū)動(dòng)TFTTR12，TR13變?yōu)閷?dǎo)通，低電壓停止驅(qū)動(dòng)TFT TR12，TR13的導(dǎo)通狀態(tài)。使用列數(shù)據(jù)CD1選擇需要著色的像素10，并且使用列數(shù)據(jù)CD2選擇需要脫色的像素10。將需要著色或脫色的那些像素10尋址成高電壓。驅(qū)動(dòng)TFT TR12，TR13變?yōu)閷?dǎo)通，并且脫色或著色開始。存儲(chǔ)電容CH1，CH2確保驅(qū)動(dòng)TFT TR12，TR13在保持期間內(nèi)保持導(dǎo)通。當(dāng)像素10被充分著色或脫色時(shí)，通過(guò)用低電壓尋址像素10將像素10與電源電壓VB1，VB2斷開。當(dāng)寫入新圖像時(shí)，可使電源電壓VB1和VB2斷電。
通過(guò)行選擇信號(hào)RS1和RS2以及列數(shù)據(jù)CD1和CD2來(lái)進(jìn)行像素10的尋址。
再次指出，在本實(shí)施例中，由傳遞到電致變色層EL1、EL2、EL3中電荷的整體量，從而由像素電極E1與電源電壓VB1，VB2連接的時(shí)間，來(lái)定義顏色的灰度級(jí)(“強(qiáng)度”)。由于通常將不使用“復(fù)位”，因此在提供正確數(shù)量的充電(或放電)以達(dá)到新的灰度級(jí)之前，必須要了解像素10先前的狀態(tài)。這就需要信號(hào)處理方法，其中將前一灰度級(jí)保存到幀存儲(chǔ)器中，將新灰度級(jí)與前一灰度級(jí)比較，確定所需電荷(通過(guò)查找表或者分析函數(shù))，并將期望的像素?cái)?shù)據(jù)提供給像素10。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例只是說(shuō)明而并非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離所附權(quán)利要求范圍的條件下可設(shè)計(jì)出多種替換實(shí)施例。
例如，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)方法可使用產(chǎn)生面內(nèi)場(chǎng)的電極。按照這種方法，可以對(duì)不同的顏色產(chǎn)生區(qū)域限定的灰度級(jí)，其也可以與紅、綠或藍(lán)電致變色層結(jié)合使用。
該顯示器可以工作于透射設(shè)置，例如通過(guò)用背光系統(tǒng)照射該裝置，但更可能用于反射設(shè)置，例如通過(guò)在顯示器后面使用反射器(優(yōu)選為漫射)。
在權(quán)利要求中，處于括號(hào)中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)理解為限制該權(quán)利要求。術(shù)語(yǔ)“包括”不排除存在除權(quán)利要求中列出以外的元件或步驟?？赏ㄟ^(guò)包括多個(gè)不同元件的硬件裝置，以及利用適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施本發(fā)明。在列舉出多個(gè)器件的裝置權(quán)利要求中，可由一個(gè)相同的硬件產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)所述的多個(gè)器件。僅有的事實(shí)在于，在互不相同的獨(dú)立權(quán)利要求中所述的某些方法，并非表示不能使用這些方法的組合來(lái)獲得益處。
權(quán)利要求
1.一種電致變色顯示器，包括電致變色像素，包括在兩電極之間的至少第一電致變色材料和第二電致變色材料，當(dāng)電致變色像素上的像素電壓具有第一值時(shí)，所述第一電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，用于至少部分地吸收第一種顏色，當(dāng)像素電壓具有極性與第一值相反的第二值時(shí)，第一電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)，并且當(dāng)像素電壓具有其絕對(duì)值小于第一值的絕對(duì)值的第三值時(shí)，所述第二電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，用于至少部分地吸收與第一種顏色不同的第二種顏色，當(dāng)像素電壓具有極性與第三值相反的第四值時(shí)，第二電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)，第四值的絕對(duì)值小于第二值的絕對(duì)值。
2.如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器，其中所述第一電致變色材料和第二電致變色材料是兩個(gè)單獨(dú)的層。
3.如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器，其中所述第一電致變色材料和第二電致變色材料混合為一層混合物。
4.如權(quán)利要求2或3所述的電致變色顯示器，其中一個(gè)電極具有由所述一層混合物覆蓋的納米多孔表面。
5.如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器，其中電致變色像素包括濾色器，用于過(guò)濾與第一種顏色和第二種顏色不同的第三種顏色。
6.如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器，其中電致變色像素還包括第三電致變色材料，當(dāng)像素電壓具有其絕對(duì)值小于第三值的絕對(duì)值的第五值時(shí)，第三電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，用于至少部分地吸收與第一和第二種顏色不同的第三種顏色，當(dāng)像素電壓具有極性與第三值相反的第六值時(shí)，第三電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)，第六值的絕對(duì)值小于第四值的絕對(duì)值。
7.如權(quán)利要求6所述的電致變色顯示器，其中第一、第二、第三電致變色材料在其顏色吸收狀態(tài)分別呈現(xiàn)出青色、品紅和黃色。
8.一種用于驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)器電路，該驅(qū)動(dòng)器電路包括按照如下所述相繼地在電致變色像素上施加像素電壓的裝置(i)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，(ii)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第一電致變色材料所期望的吸收量，(iii)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，以及(iv)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第二電致變色材料所期望的吸收量。
9.一種用于驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)器電路，該驅(qū)動(dòng)器電路包括按照如下所述相繼地在電致變色像素上施加像素電壓的裝置(i)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，(ii)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第一電致變色材料所期望的吸收量，(iii)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，以及(iv)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第二電致變色材料所期望的吸收量。
10.一種用于驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的驅(qū)動(dòng)器電路，該驅(qū)動(dòng)器電路包括比較器，用于比較第一電致變色材料的當(dāng)前吸收量與待顯示的相繼信息所需的所需吸收量，用于在電致變色像素上施加像素電壓的裝置，當(dāng)所需吸收量低于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，或者用于在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量高于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，所述比較器適用于比較第二電致變色材料的當(dāng)前吸收量與待顯示的相繼信息所需的所需吸收量，所述用于施加像素電壓的裝置適用于在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量低于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有使第二電致變色材料朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，或者用于在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量高于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性。
11.一種顯示設(shè)備，包括如權(quán)利要求1所述的彩色電致變色顯示器，和如權(quán)利要求8至10其中任何一個(gè)所述的驅(qū)動(dòng)器電路。
12.一種驅(qū)動(dòng)權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的方法，包括按照如下方式相繼地在電致變色像素上施加像素電壓(i)所述像素電壓具有用于獲得第一電致變色材料和第二電致變色材料的透明狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，(ii)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第一電致變色材料所期望的吸收量，(iii)所述像素電壓具有用于獲得第二電致變色材料的透明狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，以及(iv)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第二電致變色材料所期望的吸收量。
13.一種驅(qū)動(dòng)如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的方法，包括按照如下方式相繼地在電致變色像素上施加像素電壓(i)所述像素電壓具有用于獲得第一電致變色材料和第二電致變色材料的顏色吸收狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，(ii)所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第一電致變色材料所期望的吸收量，(iii)所述像素電壓具有用于獲得第二電致變色材料的顏色吸收狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，以及(iv)所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，并且施加長(zhǎng)達(dá)的時(shí)間為以便獲得第二電致變色材料所期望的吸收量。
14.一種驅(qū)動(dòng)如權(quán)利要求1所述的電致變色顯示器的電致變色像素的方法，包括比較第一電致變色材料的當(dāng)前吸收量與待顯示的相繼信息中所需的所需吸收量，在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量低于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，或者用于在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量高于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第一電致變色材料和第二電致變色材料都朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變的絕對(duì)值和極性，比較第二電致變色材料的當(dāng)前吸收量與待顯示的相繼信息所需的所需吸收量，施加像素電壓適用于在電致變色像素上提供像素電壓，當(dāng)所需吸收量低于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料朝向透明狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性，或者用于在電致變色像素上施加像素電壓，當(dāng)所需吸收量高于當(dāng)前吸收量時(shí)，所述像素電壓具有用于使第二電致變色材料朝向顏色吸收狀態(tài)轉(zhuǎn)變、而第一電致變色材料不受影響的絕對(duì)值和極性。
全文摘要
一種電致變色顯示器，包括電致變色像素(10)，其包括處于兩電極(E1，E2)之間的至少第一電致變色材料(EL1)和第二電致變色材料(EL2)。每種電致變色材料(EL1、EL2)具有兩種穩(wěn)定狀態(tài)，在一種狀態(tài)下電致變色像素(10)上為第一電壓，所述材料是透明的；在另一種狀態(tài)下電致變色像素(10)上為第二電壓，所述材料吸收一種顏色，從而被著色。通過(guò)施加第一或第二電壓中的適當(dāng)一個(gè)電壓使材料從一種狀態(tài)變成另一種狀態(tài)。顏色吸收的改變量取決于適當(dāng)?shù)碾妷核┘拥臅r(shí)間。當(dāng)電致變色像素上的像素電壓(VP)具有第一值(V1)時(shí)，第一電致變色材料(EL1)從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，用于至少部分地吸收第一種顏色。當(dāng)像素電壓(VP)具有極性與第一值(V1)相反的第二值(V2)時(shí)，第一電致變色材料(EL1)從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)。當(dāng)像素電壓(VP)具有其絕對(duì)值小于第一值(V1)的絕對(duì)值的第三值(V3)時(shí)，第二電致變色材料(EL2)從透明狀態(tài)變成顏色吸收狀態(tài)，至少部分地吸收不同于第一種顏色的第二種顏色。當(dāng)像素電壓(VP)具有極性與第三值(V3)相反的第四值(V4)時(shí)，第二電致變色材料(EL2)從顏色吸收狀態(tài)變成透明狀態(tài)。第四值(V4)的絕對(duì)值小于第二值(V2)的絕對(duì)值。
文檔編號(hào)G02F1/153GK1672189SQ03817852
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月26日
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