專利名稱：顯示元件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯示元件，其使用能夠產(chǎn)生基于例如電化學還原或氧化的沉積、溶解或變色的材料。
背景技術：
隨著近來網(wǎng)絡的傳播，以所謂電子文檔的形式取代傳統(tǒng)形式的印刷文件來發(fā)布各種文檔的趨勢越來越大。書籍和雜志也變得越來越頻繁地通過電子出版來發(fā)布。
用于觀看這些信息的傳統(tǒng)方式諸如在陰極射線管(CRT)上或在液晶顯示器(LCD)上閱讀信息。然而，已經(jīng)指出了，當使用者長時間觀看時，這些發(fā)光型顯示器將使他們因為與人體工程學相關的原因而嚴重疲勞，而且這些顯示器不適于用于長時間的閱讀。另一個缺點在于，閱讀的場所僅限于安裝了配有顯示裝置的計算機的地點周圍。
而近來膝上型計算機的普及使得可以將它們作為移動顯示器使用，但由于它們本質(zhì)上是發(fā)光型的且功耗的問題沒有得到解決，因此仍不適于長時間的閱讀。
新近開發(fā)出來的反射型液晶顯示器基本是在低功耗下驅動，但對于空白顯示(白色顯示)僅能獲得最高30％左右的反射率。與在紙上印刷相比，這導致了僅僅很小的能見度，更加容易導致疲勞，并且難以確保長時間的舒適閱讀。
為了解決這些問題，近來的發(fā)展指向了所謂的紙狀顯示器或電子紙張。這種類型的介質(zhì)通?；陔姌O之間著色粒子的電泳遷移或電場中雙色粒子的取向來顯出色彩。然而，這些方法具有這樣的缺點，即由于光被粒子之間的間隙不良地吸收掉，而使得其僅可獲得很差的對比度，并且這使得除非驅動電壓升至高達100V或以上，否則就不能實現(xiàn)實用的寫入速度(在一秒鐘以內(nèi))。
就對比度而言，電致變色(electrochromic)顯示器(ECD)優(yōu)于上述任意其它系統(tǒng)，并且已經(jīng)實際用應用于手表和時鐘的自動弱光(auto-dimming)玻璃或顯示器。
計劃用于諸如電子紙張的顯示器的傳統(tǒng)構造總是需要矩陣驅動(matrixdriving)。然而，由于驅動簡單矩陣系統(tǒng)(simple matrix system)需要很大的功耗，因此基于電化學反應的傳統(tǒng)顯示器無法采用單矩陣系統(tǒng)來取代不得不采用的有源矩陣系統(tǒng)(active matrix system)。這因此而提高了顯示裝置的價格，從而產(chǎn)生了對于可以基于簡單矩陣系統(tǒng)驅動的裝置的強烈需求。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)離子傳導型顯示元件(ion-conduction-type display element)能夠基于簡單矩陣系統(tǒng)顯出色彩。
下面介紹這種顯示元件的構造和功能。
即，離子將由于電勢選定的電極交叉區(qū)域處電場能量的幫助而朝向任何一個電極遷移，并且離子將引起著色材料的還原或氧化反應，由此使其從其離子化的狀態(tài)中沉積(還原)出來或使其洗提(氧化)出來。
可以從襯底一側觀察到如此沉積出的金屬形成預定的圖形，由于入射光的反射光因金屬和襯底而表現(xiàn)出色彩間充分的對比度。結果，著色與脫色之間的可逆反應使得可以構造出期望的反射型元件。還可以構造出其中入射光從襯底一側作為透射光觀察的透射型元件(下同)。
在此情況下，含金屬離子的聚乙烯醇等適于幫助離子傳導，而氯化鉍優(yōu)選用作金屬離子。
離子傳導型顯示元件不僅使得可以解決存在于傳統(tǒng)顯示元件中的問題，以及可以減薄顯示元件，使得該顯示裝置達到足以用作電子紙張的水平，并且還使其可以在簡單矩陣驅動的條件下操作。
下面的段落將介紹離子傳導型顯示單元的典型構造。
如圖12A、12B和13所示，通過汽相沉積或濺射以及隨后的構圖，在諸如玻璃襯底的透明支撐(support)61上形成包括ITO(氧化銦錫)薄膜的透明電極62。布置由透明像素電極62構成的單個像素部分57，使其在透明支撐61上具有點狀或矩陣狀圖形。
另外，在透明支撐61上形成聚合物固體電解質(zhì)層(polymer solidelectrolyte layer)65。首先，將起聚合物固體電解質(zhì)層65的基質(zhì)(基體)聚合物作用的合成樹脂和用于構成電解質(zhì)的材料混合起來，并且進一步在其中擴散作為著色材料的白色粒子，從而制備一種液體，并且涂覆聚合物固體電解質(zhì)的液體。
然后，將其上已形成有對電極(opposing electrode)66的支撐67與其上形成有透明像素電極62的透明支撐61結合起來，從而在對電極66一側將聚合物固體電解質(zhì)的液體保持在其中。然后，干燥疊層并使其凝膠化，從而完成具有聚合物固體電解質(zhì)層65并具有構造于其中的矩陣電極(matrixelectorde)21的顯示元件68。
接著，用離子傳導型顯示元件68，使用于顯現(xiàn)顏色的金屬離子在由支撐67上的任意對電極66施加的電場下，朝向相對的透明像素電極62的像素部分57擴散并遷移至聚合物固體電解質(zhì)層65(離子導體)中，從而使金屬離子通過還原沉積在透明像素電極62上，如圖12A、12B和13所示。在此工藝中，由使離子基本垂直于電極66與62之間的等勢面并從電極66以約45°的角θ展開地遷移的范圍限定離子擴散范圍A(下同)。
然而，期望分別開啟電極66和62中的X2電極和Y2電極兩者，并且交叉處電場(電勢差)伴隨的活化有時可以導致由電極X2和Y2產(chǎn)生的離子擴散范圍(由網(wǎng)狀實線表示)與由電極X1和Y2產(chǎn)生的離子擴散范圍(由虛線表示)之間根據(jù)電極66的間隔等的交疊，并且這可以由于臨近像素部分57之間的色混而引起干擾部分69，并且可能難以生產(chǎn)精細顯示器。還期望，在X1電極與Y2電極之間被激活的電場中的像素部分，例如，可以由于從鄰近的X2電極擴散來的離子而輕微地著色。
本發(fā)明是在考慮了上述情況后構想的，并且其目的在于提供一種顯示元件，其能夠確保像素期望的著色效率、不產(chǎn)生干擾的精細顯示、以及低能量下的簡單矩陣驅動。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種顯示元件，其具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的電解質(zhì)，而該些電極中的至少任何一個在至少除去像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)以絕緣材料覆蓋。
本發(fā)明還涉及一種顯示元件，其具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的聚合物電解質(zhì)，并且滿足以下關系
L≥2G其中，L表示相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，而G表示第二電極表面與所述第一電極的有效電極平面之間的距離。
在本發(fā)明的顯示元件中，電極中的至少任何一個在除去至少像素區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)以絕緣材料覆蓋，并且相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離L設置為第二電極表面與第一電極的有效電極平面之間的距離的兩倍或更大。絕緣材料可有效地抑制從各個第一電極一側朝向第二電極一側擴散和遷移的離子擴散到第二電極一側的像素區(qū)域周圍的區(qū)域中，或者可以有效地防止離子擁入鄰近的像素中。
這因此而確保了期望像素的徹底著色，防止像素之間離子擴散范圍的交疊，避免不期望著色的像素不必要的著色，以及確保高質(zhì)量并清晰的顯示，而不產(chǎn)生干擾和色彩模糊(色混)。
另外，著色和脫色受第一電極與第二電極之間的著色材料的電化學還原和氧化影響，并且聚合物電解質(zhì)可以促進這些變化并幫助離子轉變。這使得即使是在很低能量供給的情況下，快速并徹底的著色和脫色也能成功地進行，還成功地提高了對比度和色彩密度(黑色密度，例如)，由于其存儲效應而避免長時間使用之后的退色等問題，并且不僅允許有源矩陣驅動還允許簡單矩陣驅動。


圖1A至1C為本發(fā)明一個實施例的顯示元件的截面圖；圖2A和2B為本發(fā)明另一個實施例的顯示元件的截面圖；圖3A至3C為本發(fā)明又一個實施例的顯示元件的截面圖；圖4A至4C為先前已在圖1A中示出的實施例的顯示元件的平面圖和截面圖；圖5A和5B為同一顯示元件的分解透視圖；圖6為另一顯示元件的局部平面圖；圖7A和7B為先前已在圖2A中示出的實施例的顯示元件的平面圖和截面圖；圖8A至8C為本發(fā)明另一個實施例的顯示元件的截面圖；圖9為本發(fā)明又一個實施例的顯示元件的透視圖；
圖10A和10B為同一顯示元件的平面圖和截面圖；圖11為傳統(tǒng)顯示元件的截面圖；圖12A和12B為同一顯示元件和干擾產(chǎn)生狀態(tài)的平面圖；以及圖13為沿著圖12A和12B中示出的線XIII-XIII截取的截面圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明的顯示元件中，在第一電極與第二電極之間設置能夠引起基于電化學還原或氧化的沉積、溶解或變色的著色材料和聚合物固體電解質(zhì)，并且該些電極中的任意一個，在除去至少像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)，由絕緣材料覆蓋，因此從完全抑制干擾的角度出發(fā)，特別是在至少其第二電極的一部分被絕緣材料覆蓋的情況下，優(yōu)選以下關系中的任何一個將得到滿足L≥G和L≥G-t其中L表示相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，t表示第二電極一側絕緣材料的厚度，而G表示第二電極表面與第一電極的有效電極平面之間的距離。然而，過大的L會過分展寬相鄰像素之間的距離，從而降低了像素密度，因此優(yōu)選滿足L≤3G，并且更加優(yōu)選的是L≤2.5G。
在顯示單元中，在第一電極與第二電極之間設置能夠引起基于電化學還原或氧化的沉積、溶解或變色的著色材料和聚合物固體電解質(zhì)，并且該些電極中的任意一個，在除去至少像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)，由絕緣材料覆蓋，因此從完全抑制干擾的角度出發(fā)，特別是在至少其第二電極的一部分被絕緣材料覆蓋的情況下，以下關系必須得到滿足l-a＝L+b或者l＝L+a+b其中b表示第一電極的有效電極寬度，l表示第二電極上像素周圍絕緣材料外端之間的距離，t表示絕緣材料的厚度，而G表示第二電極表面與第一電極的有效電極平面之間的距離，由于采用矩陣布置需要第一和第二電極具有相同的間隔。
然而，現(xiàn)在假定應保持關系式L≥2G，其中L為相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，而G為第二電極表面與第一電極的有效電極平面之間的距離，過大的L過分展寬了相鄰像素之間的距離，由此降低了像素密度，因此優(yōu)選滿足L≤3G，并且更加優(yōu)選的是L≤2.5G。
絕緣材料優(yōu)選包括諸如SiO2的硅氧化物或樹脂。
從形成矩陣圖案的電極的角度出發(fā)，優(yōu)選第一和第二電極分別以規(guī)則的間距形成在預定的襯底上，并且第一和第二電極相對且將電解質(zhì)置于其間。
在此情況下，從改善顯示的清晰度的角度出發(fā)，從垂直于電極平面的方向觀察時，在除去至少其交叉部分以外的區(qū)域中，第一和第二電極優(yōu)選由絕緣材料覆蓋。
為了確保像素區(qū)域，第一和第二電極優(yōu)選形成為帶狀圖形，并且優(yōu)選這些帶狀圖形的電極中絕緣材料未形成于其中的面積尺寸相同或不同。
為了確保像素區(qū)域，第一電極優(yōu)選形成為在預定襯底上周期性布置的像素電極，而第二電極除去與像素相對應的部分以外的區(qū)域優(yōu)選以絕緣材料覆蓋。
為了在此情況下有效地確保像素區(qū)域，第二電極未以絕緣材料覆蓋的面積大于作為像素的第一電極的有效電極面積。
對于在第一電極與第二電極之間設置能夠引起基于電化學還原或氧化的沉積、溶解或變色的著色材料和聚合物固體電解質(zhì)，并且該些電極中的至少任意一個由著色材料的連續(xù)層覆蓋的情況，優(yōu)選從改善顯示的清晰度的角度出發(fā)，至少電極中的任意一個由絕緣材料覆蓋，從而使得著色材料層與除像素區(qū)域以外的區(qū)域內(nèi)的電解質(zhì)相接觸。
在此情況下，從形成矩陣圖形的電極的角度出發(fā)，優(yōu)選著色材料層未以絕緣材料覆蓋的部分以預定的間隔形成，并且設置為使得其跨過以預定間隔形成的對電極。
為了提高色彩密度和對比度，著色材料優(yōu)選為金屬離子或電致變色材料。
金屬離子優(yōu)選為從由銀、鉍、鉻、鐵、鎳、鎘等構成的組中選取的至少一種陽離子。
在此情況下，電致變色材料可以在第一和第二襯底的至少任何一個的表面上形成為連續(xù)的層。
電致變色材料優(yōu)選為從由氧化鎢、尖晶石化合物(spinel compound)、紫精(viologen)化合物、電活化聚合物材料(electro-active polymer material)等構成的組中選取的至少任何一種材料。
電活化聚合物材料優(yōu)選包括從由聚吡咯(polypyrrole)、聚甘菊環(huán)(polyazulene)、聚噻吩(polyazylene)、聚苯胺(polyaniline)等構成的組中選取的至少一種化合物。
還優(yōu)選將顯示元件構造為使得顯示圖形形成在第二電極一側。
在此情況下，從實現(xiàn)有源矩陣驅動的角度出發(fā)，優(yōu)選第一電極與形成在相同襯底上的驅動晶體管相連接。
在下面的段落中將參照附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖1A中所示的顯示元件18具有分別形成在透明像素電極2和對電極6上預定位置處的絕緣膜14a和14b。
在諸如玻璃襯底的透明支撐1上，為每個像素部分17形成包括ITO薄膜的透明像素電極2。透明像素電極(ITO薄膜)2通過諸如汽相沉積和濺射的物理薄膜形成方法接著進行光刻而形成。單個像素部分17設置為在透明支撐1上具有點狀圖形(或矩陣狀圖形)。
可用于構成透明支撐1的材料包括諸如石英玻璃板和白片玻璃(whitesheet glass)的透明玻璃襯底，但不限于此，并且該材料還可包括以下示例，諸如聚二酸二乙酯(polyethylene naphthalate)和聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)的酯、聚酰胺、聚碳酸酯諸如醋酸纖維素的纖維素脂、諸如聚(偏二氟乙烯)(poly(vinylidene fluoride))、聚(四氟乙烯)(poly(tetrafluoroethylene))和六氟丙烯(hexafluoropropylene)的含氟聚合物、諸如聚甲醛(polyoxymethylene)的聚醚、聚縮醛(polyacetal)、諸如聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)和甲基戊烯聚合物(methylpentene polymer)的聚烯烴、以及諸如聚酰亞胺酰胺(polyimide-amide)和聚醚酰亞胺(polyether-imide)的聚酰亞胺。
雖然這些由合成樹脂構成的透明支撐1可以構造成不易彎曲的剛性襯底，但是也可以構造成柔性薄膜。用于構成透明像素電極2的材料優(yōu)選使用ITO以及SnO2、In2O3、MgO、ZnO等的濺射或汽相沉積的薄膜，其中ITO為In2O3和SnO2的混合物。還優(yōu)選使用以Sn或Sb摻雜的這些薄膜。
對于透明像素電極2，可以根據(jù)期望的效果任意選擇寬度、厚度和相鄰透明像素電極2之間的距離。
接著，在點狀圖形(或帶狀圖形)的透明像素電極(例如，ITO薄膜)2上通常通過使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯(tetraethoxy orthosilicate))和O2的等離子體CVD工藝并接著構圖而形成200nm厚具有預定圖案的絕緣膜14b(SiO2)。
對于絕緣膜14b，可以根據(jù)期望的效果任意選擇寬度、厚度和相鄰透明像素電極2之間的距離。
接著，在其上已形成有絕緣膜14b的透明支撐1上涂覆預定厚度的含電解質(zhì)聚合物溶液，設置其上形成有對電極6和絕緣膜14a的支撐7，并使疊層干燥，由此形成聚合物固體電解質(zhì)層5。
作為聚合物電解質(zhì)的聚合物分子在預先溶解于適合的非水性溶劑(有機溶劑等)后使用。這里可采用的有機溶劑并非特殊的種類，在電池使用的任何公知的通用溶劑均可采用。
用于電池的通用溶劑優(yōu)選非水性溶劑，其典型示例包括碳酸乙烯酯(ethylene carbonate)、碳酸丙烯酯(propylene carbonate)、碳酸丁烯酯(butylenecarbonate)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate)、甲乙碳酸酯(ethyl methyl carbonate)、乙酸甲酯(methyl acetate)、乙酸乙酯(ethyl acetate)、丙酸乙酯(ethyl propinate)、二甲亞砜(dimethylsulfoxide)、γ丁內(nèi)酯(γ-butyrolactone)、二甲氧基乙烷(dimethyoxyethane)、二乙氧基乙烷(diethoxyethane)、四氫呋喃(tetrahydrofuran)、甲酰胺(formamide)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、二乙基甲酰胺(diethylformamide)、二甲基乙酰胺(dimethylacetamide)、乙腈(acetonitrile)、丙腈(propionitrile)和甲基吡咯烷酮(methyl pyrrolidone)。
選擇高揮發(fā)性溶劑有利于顯示元件的制造，因為這種類型的溶劑可以通過抽真空或在顯示元件的制造條件下加熱而去除。還可以在制造顯示元件的同時將部分溶劑保留于其中。
用于構成聚合物電解質(zhì)的聚合物可以為從由以下材料構成的組中選取的至少任何一種，這些材料包括諸如聚環(huán)氧乙烷(polyethylene oxide)的聚環(huán)氧亞烷(polyalkylene oxide)、諸如聚乙烯亞胺(polyethylene imine)的聚亞胺亞烷(polyalkylene imine)、以及諸如聚硫化乙烯(polyethylene sulfide)的聚硫化亞烷(polyalkylene sulfide)，其分別具有-[(CH2)mO-]n-、-[(CH2)mN-]n-和-[(CH2)mS-]n-的骨干單元；具有這些聚合物作為其主鏈的分支聚合物；諸如聚丙烯酸酯(polyacylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(有機玻璃)(polymethylmethacrylate)、聚偏二氟乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)的聚合物；以及其混合物。
將溶于上述用于電池的通用溶劑中并用做能夠基于電化學沉積和溶解而著色和脫色的著色材料的金屬離子(電解質(zhì))并沒有特別的限制，并且其可用示例包括各種金屬的離子(如鉍、銅、銀、鋰、鐵、鉻、鎳和鎘)或這些金屬組合的離子。特別優(yōu)選的金屬離子為鉍離子和銀離子。優(yōu)選鉍和銀是由于它們可以容易地進行可逆反應(反復地著色和脫色)、在沉積期間確保很大程度的顏色變化、以及在電化學沉積后具有期望的存儲效果(保持所顯示的顏色)。
著色材料優(yōu)選為從由硝酸銀、氟硼酸銀、鹵化銀(AgI等)、高氯酸銀、氰酸銀和硫氰酸銀構成的組中選取的至少任意一種銀鹽。
除這些銀鹽以外，優(yōu)選溶解至少一種輔助電解質(zhì)，該輔助電解質(zhì)從由鹵化季銨(quatemary ammonium halide)(鹵素例如為F、Cl、Br、I等)、堿金屬鹵化物(LiCl、LiBr、LiI、NaCl、NaBr、NaI等)、堿金屬氰酸鹽和堿金屬硫氰酸鹽(對于以上兩種情況，堿金屬為Na、Li、K等)構成的組中選取。
其它可用的輔助電解質(zhì)示例包括諸如LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3等的鋰鹽；諸如KCl、KI、KBr等的鉀鹽；以及諸如氟硼酸四乙銨(tetraethylammonium borofluoride)、高氯酸四乙銨(tetraethylammoniumperchlorate)、氟硼酸四丁銨(tetrabutylammonium borofluoride)、高氯酸四丁銨(tetrabutylammonium perchlorate)、鹵化四丁銨(tetrabutylammonium halide)等的四烷基銨鹽。這些四烷基銨鹽的烷基鏈長可以彼此相同或不同。
聚合物固體電解質(zhì)層5優(yōu)選通過添加預定量的增塑劑以改善聚合化合物(polymer compound)的可塑性。對于使用親水性(hydrophilic)聚合物的情況，增塑劑可以是從由水、乙醇(ethanol)、異丙醇(isopropanol)及其混合物構成的組中選取的至少任何一種化合物；而對于使用疏水性(hydrophobic)聚合物的情況，增塑劑可以是從由碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、甲乙碳酸酯、γ丁內(nèi)酯、乙腈、丙腈、環(huán)丁砜(sulfolane)、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、乙酸甲酯、乙酸乙酯、丙酸乙酯、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲亞砜、二甲基乙酰胺和n甲基吡咯烷酮等(特別是對質(zhì)子有惰性的溶劑)及其混合物構成的組中選取的至少任何一種化合物。
聚合物固體電解質(zhì)層5添加以著色劑，從而改善對比度。如上所述，對于金屬離子顯現(xiàn)黑色的情況，添加具有很大遮蔽效果的白色材料，從而產(chǎn)生背景色。該材料的示例包括白布、白紙和用于著色的白色粒子，且用于著色的白色粒子可以為從由二氧化鈦、碳酸鈣、二氧化硅、氧化鎂和氧化鋁構成的組中選取的至少任何一種材料。還可以使用染料來著色。
對于著色劑為無機粒子的情況，著色劑的混合比優(yōu)選在1至20wt％(質(zhì)量百分比)左右的范圍內(nèi)，并且更加優(yōu)選在1至10wt％左右的范圍內(nèi)，尤其優(yōu)選在5至10wt％左右的范圍內(nèi)。
限定上述范圍是因為，諸如二氧化鈦的無機白色粒子無法溶于聚合物材料中，而是僅能分散于其中，因此它的混合比過大將導致無機粒子的凝結，并且將產(chǎn)生光密度的不均勻性。無機粒子還存在不具有粒子導電性的缺點，而增大其混合比將導致聚合物電解質(zhì)傳導率的降低。考慮到上述兩方面情況，混合比的上限優(yōu)選設置在20wt％左右。
對于將染料用作著色劑的情況，其混合比最大可以為10wt％。
這是因為，與無機粒子相比，染料具有高得多的著色效率。因此，任何電化學穩(wěn)定的染料，少量使用就可以實現(xiàn)足夠的對比度。通常，染料優(yōu)選為油溶性染料。
對于混合無機粒子作為著色劑的情況，聚合物固體電解質(zhì)層5優(yōu)選具有20μm至200μm的厚度，更加優(yōu)選的為50μm至150μm，尤其優(yōu)選的是70μm至150μm。
這是因為，聚合物固體電解質(zhì)層5較小的厚度預期將導致電極間較小的電阻率、較短的著色和脫色時間、以及較小的功耗。然而，小于20μm的厚度容易由于降低的機械強度而產(chǎn)生針孔或裂縫，而過厚的層將由于較少的白色粒子混合量而導致白度(對比度)的不足。
與用于形成聚合物固體電解質(zhì)層5的聚合物溶液的制備并行地，在支撐7上通過諸如濺射的物理薄膜形成工藝形成由期望厚度的鈀膜等構成的對電極6。
對電極6可以由任何電化學穩(wěn)定的金屬構成，優(yōu)選為鉑、鉻、鋁、鈷、鈀等，并且優(yōu)選可以通過濺射工藝或汽相沉積工藝形成為良導體。
可以根據(jù)期望的效果任意選取對電極6的寬度、厚度和相鄰電極之間的距離。
如果用于主反應的金屬預先或偶然地補充之充足的程度，還可允許使用碳來構成對電極6。用于此目的的碳可以固定在金屬電極上，并且其具體方法為諸如在襯底的表面上印刷碳涂料，碳涂料使用樹脂制成為墨水。碳的使用成功地降低了對電極6的成本。
對于對電極6具有足夠剛性的情況，支撐7可以省略。用于構成支撐7的材料并非必須總是透明的，能夠確保支持對電極6和聚合物固體電解質(zhì)層5的任何襯底或薄膜都可使用。
該材料的示例包括諸如石英玻璃板和白片玻璃的玻璃襯底、陶瓷襯底、紙質(zhì)襯底和木質(zhì)襯底，但不限于此；而合成樹脂襯底也可以使用，其示例包括諸如聚二酸二乙酯(polyethylene naphthalate)和聚對苯二酸乙烯酯(polyethylene terephthalate)的酯；聚酰胺；聚碳酸酯；諸如醋酸纖維素的纖維素脂；諸如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯聯(lián)六氟丙烷(poly(tetrafluorethylene)co-hexafluoropropylene)的含氟聚合物；諸如聚甲醛(polyoxymethylene)的聚醚；聚縮醛；諸如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和甲基戊烯聚合物的聚烯烴；以及諸如聚酰亞胺酰胺和聚醚酰亞胺的聚酰亞胺。
在點狀圖形(或帶狀圖形)的對電極6上的預定位置處，通過使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等離子體CVD工藝并隨后進行構圖而形成。接著，在透明支撐1上涂覆的聚合物溶液上設置支撐7，使得支撐7和透明支撐1將聚合物電解質(zhì)的聚合物溶液保持于其間，從而與兩個電極6和2都接觸。
在此情況下，必須確保將聚合物電解質(zhì)的聚合物溶液保持于其間的單個電極之間的預定距離(縫隙)。為了實現(xiàn)元件必要的強度，例如可以預先在聚合物溶液中混入(或者在支撐1上設置)具有任意直徑或長度的棒形加強部件，從而使其起隔離物的作用。
還允許通過以下方式來確保電極之間的間隙，即在電極之間設置由無紡纖維或紙構成的隔離物，并通過將聚合物電解質(zhì)的聚合物溶液浸入由無紡纖維或紙構成的隔離物，從而確保電極之間的最優(yōu)距離。
接著，在透明支撐1上堆疊支撐7，使得對電極6與聚合物溶液相接觸，從而獲得聚合物溶液保持在襯底7與1之間的狀態(tài)。
然后，加熱并干燥聚合物溶液，使得溶劑蒸發(fā)，并使其本身固化，從而在支撐7與透明支撐1之間形成聚合物固體電解質(zhì)層5。
這里，還可以允許使用交聯(lián)劑，從而形成聚合物分子(或線性聚合物化合物)之中的化學鍵，由此獲得具有三維網(wǎng)狀結構的聚合化合物。使用交聯(lián)劑的一種可能的方式為將交聯(lián)劑預先混入成份單分子體中，使交聯(lián)反應可以與聚合反應平行進行。
交聯(lián)劑的示例包括二乙烯苯(divinyl benzene)，1，5-己二烯-3-炔(1，5-hexadien-3-yne)，己三烯(hexatriene)、諸如二乙烯醚(divinyl ether)和二乙烯砜(divinyl sulfone)的二乙烯化合物、諸如己二烯酞酸脂(diallyl phthalate)的己二烯化合物、2，6-甘油二酯(2，6-diacrylphenol)和二丙烯甲醇(diacrylcarbinol)。
交聯(lián)劑可以是基于離子機制、濃縮反應或加成反應而產(chǎn)生交聯(lián)的交聯(lián)劑?；跐饪s反應的交聯(lián)劑包括乙醛(aldehyde)、二醛(dialdehyde)、尿素衍生物(urea derivative)、乙二醇(glycol)、二羧酸(dicarboxylic acid)、一元胺和二元胺，而基于加成反應的交聯(lián)劑包括二異氰酸鹽(diisocyanate)、二(環(huán)氧)化合物和二(乙烯亞胺)化合物。
下面將介紹本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
示例1如圖1A至1C所示，在本示例的顯示元件18中，在透明像素電極2和對電極6兩者上的預定位置處設置由SiO2構成的絕緣膜14b和14a。在顯示元件18中，透明像素電極2由絕緣膜14b覆蓋的部分并非著色顯示的原因，因為作為電解質(zhì)的金屬離子與透明像素電極之間電子的貢獻與接受在該部分是禁止的，并且使得包括在聚合物固體電解質(zhì)層內(nèi)的金屬離子的電化學沉積從不發(fā)生(下同)。離子擴散范圍A由此基本限定在絕緣膜14b內(nèi)側的區(qū)域中，并且這使得金屬僅沉積(或者是著色僅發(fā)生)在像素部分17內(nèi)。
絕緣膜14b的圖形設計為具有二維周期性排列，使得開口部分(像素部分17)在透明像素電極2與對電極6交疊的部分內(nèi)。電極交疊的部分并非總是必須具有與像素部分17相同的面積尺寸和形狀，通常實際上將后者設計得略大。電極本身的寬度優(yōu)選設計得比絕緣膜的開口部分大，從而降低電阻率。
在透明像素電極2上設置絕緣膜14b的目的在于避免在開口部分(像素部分17)以外的區(qū)域中著色，并且抑制相鄰像素部分17之間的干擾以及色彩的模糊。另一方面，還在對電極6上設置絕緣膜14a的目的在于使對電極6的寬度更寬，從而降低電阻率(確保電導率)，如圖4A和4C中清晰示出的，并限制離子擴散范圍A。
接著，透明像素電極2的電極表面22與對電極6的有效電極平面23(其中，在對電極6具有形成于其上的絕緣膜14a的情況下，有效電極平面定義為絕緣膜14a允許離子擴散的開口部分的上端面)之間的距離定義為G，相鄰對電極6的有效電極平面之間的距離定義為L，透明像素電極2的像素部分17周圍的絕緣材料14b的外端之間的距離定義為1，透明像素電極2的電極表面上的絕緣膜14b的厚度定以為t，透明像素電極2的電極表面上的絕緣膜14b的寬度(長度)定以為a，而對電極6的有效電極平面23的寬度定義為b(下同)。
從確保像素區(qū)域的角度出發(fā)，形成在透明像素電極2上的絕緣膜14b的長度a的值無限接近于0是優(yōu)選的，該長度可以依據(jù)顯示元件的像素數(shù)量來確定。
透明像素電極2上的絕緣膜14b的厚度t可以不是均勻的，并非如圖1A至1C所示，因為絕緣膜14b特別通過精細形成工藝而形成，并且絕緣膜14b由此可具有可變角度部分或可組合的形式。由此限定出，以下描述的關于t的單個公式基本是設計的基礎公式，并且它們僅給出了實際考慮的近似。
在對電極6的有效電極平面與透明像素電極2的電極表面之間，朝向透明像素電極2一側擴散的離子可通過朝向透明像素電極2的像素部分17大約在45°的角度范圍的擴散而移動(遷移)。盡管實際的離子擴散范圍可以偶爾超出45°，但是此處的離子擴散范圍可以幾乎限定在45°的范圍內(nèi)，因為超出的情況極少發(fā)生(這也適用于下面介紹的其它實施例中)。
對于絕緣膜14b和14a分別形成在透明像素電極2和對電極6上的情況下，對電極6通常如圖1A所示地布置，從而避免鄰近對電極6上離子擴散范圍A的交疊(干擾)，從而防止由于離子擴散范圍的交疊而產(chǎn)生的干擾。
在本顯示元件18中，離子在由形成在透明像素電極2上的絕緣膜14b劃分的像素部分17的整個區(qū)域上擴散和沉積(導致著色)而不產(chǎn)生浪費，并且這使得像素部分17處于顯示效率出色的理想狀態(tài)。
在圖1B所示的下一典型情況中，其中絕緣膜14b和14a分別形成在透明像素電極2和對電極6上，并且對電極6布置為彼此過分接近，如果相鄰對電極6有效電極平面之間的距離L遵從L＜G-t的關系，相鄰對電極6上的離子擴散范圍彼此將部分地擁擠。透明像素電極2一側上的絕緣膜14b更不可能避免擁擠，并且這導致了干擾或色彩模糊(或色混)(以下簡稱“干擾等”)。
為了避免這些不一致，應保持關系式L≥G-t。如果保持L≥G-t，理論上還支持絕緣膜14b可以成功地抑制離子從一個擴散至另一個。
另一方面，在圖1C所示的、類似于圖B所示的矩陣設置中，透明像素電極2和對電極6應具有相同的間隔，并且由此應保持以下關系1-a＝L+b或1＝L+a+b。
為了避免前述的干擾等，透明像素電極2上的像素部分17周圍的絕緣材料14b的外端之間的距離1的范圍優(yōu)選滿足以下關系1≥2G+b-2t。
若1＜2G+b-2t，透明像素電極2上絕緣膜14b的外端彼此過分靠近，這再次使得絕緣膜14b無法成功地抑制離子擴散朝鄰近的像素部分延伸，并且這導致了干擾等。
滿足條件L≥G-t或1＝L+a+b中的任何一個對于顯示元件18都是足夠的，但同時滿足這兩個條件更有利于完全抑制干擾或色彩模糊(或色混)，以及確保像素部分和像素密度。
另外，選擇性的著色和脫色基于包括金屬離子的著色材料的電化學還原和氧化而發(fā)生在透明像素電極2上，并且該工藝由聚合物電解質(zhì)促進，使得這成功地實現(xiàn)了具有大對比度和色彩密度的反射型顯示元件，并且在長期使用期間由于沉積物的存儲效應的原因而沒有通常的退色問題(下同)。這與簡單矩陣驅動系統(tǒng)和有源矩陣驅動系統(tǒng)無關。
圖4A至4C以及圖5A和5B示出了根據(jù)本實施例的顯示元件的具體構造。絕緣膜14b和14a分別形成在透明像素電極2和對電極6上，并且條件L≥G-t和1≥2G+b-2t中的任意一個或全部得到滿足，從而抑制干擾等，并且確保像素部分。
另外，單個電極布置為形成圖1A至1C所示的矩陣圖形的顯示元件18的構造，以及對帶形對電極6的足夠寬度的確保成功地降低了作為引線的對電極6的電阻率，并且成功地確保了期望的電導率，即使是與像素部分相對的有效電極平面15由于絕緣膜14a而變窄。
還可以通過使像素部分17中心處的對電極6的有效電極平面15的面積變窄而進一步抑制干擾等。
如圖6所示，如果可能，有效電極平面15(絕緣膜14a開口的上端面)更加優(yōu)選地具有圓形或其它彎曲的輪廓，而非方形輪廓。這是因為不具有角度部分的圓形輪廓將從不導致電場的聚集，并且更易于產(chǎn)生等勢面。任何有角度的部分易于導致顯示的不完全擦除，而彎曲部分則從不發(fā)生。
示例2本實施例表現(xiàn)了絕緣膜14b根本未設置在透明像素電極2上的情況，如圖2A所示，并且取而代之地，相鄰對電極6的有效電極平面之間的距離L被展寬成足以使相鄰對電極6上的單個離子擴散范圍不與其它的發(fā)生交疊，從而抑制干擾等。
即，為了避免相鄰對電極6上離子擴散范圍的交疊，從而抑制干擾等，相鄰對電極6的有效電極平面之間的距離L限定為滿足關系L≥2G。
若關系L＜2G應保持，則相鄰對電極6彼此過分接近，并且這會產(chǎn)生離子擴散范圍的交疊，以及導致干擾等。
在下一種情況中，其中僅絕緣膜14a設置在對電極6一側上，而保留透明像素電極2未設置以絕緣膜14b，如圖2B所示，相鄰對電極6的有效電極平面之間的距離L限定為再一次滿足關系L≥2G。
若關系L＜2G應保持，則相鄰對電極6彼此過分接近，并且這會產(chǎn)生離子擴散范圍的交疊，以及導致干擾等。
因此，在圖2A和2B所示的兩種情況中，期望滿足條件L≥2G足以抑制干擾等，并且確保必要的像素部分和像素密度。
示例3在接下來的情況中，僅絕緣膜14b設置在透明像素電極2一側上，如圖3A所示，本顯示元件18中的對電極6設置為使得離子可以到達由形成在透明像素電極2上的絕緣膜14b劃分的像素部分17的整個區(qū)域上而不產(chǎn)生浪費，并且這使得像素部分17處于顯示效率出眾的理想狀態(tài)。
即，對于相鄰對電極6彼此接近的情況，相鄰對電極6的有效電極平面之間的距離L應滿足關系L≥G。
這成功地避免了相鄰像素之間的干擾，如圖7A和7B所示，并且還避免了色彩模糊和混雜。
若關系L＜2G應保持，則相鄰對電極6彼此過分接近，使得透明像素電極2上的絕緣膜14b更不可能抑制從一個像素至另一個像素的離子擴散，并且這導致了干擾等。
在接下來如圖3C所示的情況中，其與圖3B所示情況類似，透明像素電極2的像素部分1 7周圍的絕緣材料14b的外端之間的距離1的范圍應滿足以下關系1＝L+a+b基于與上述相同的原因，并且更加優(yōu)選滿足關系1≥2G+b-2t。
若關系1＜2G+b-2t應滿足，則透明像素電極6一側上的絕緣膜14b又更加不可能防止從一個像素至另一個像素的離子擴散，并且這導致了干擾等。
滿足條件L≥G和1＝L+a+b中的任何一個對于顯示元件18都是足夠的，但同時滿足這兩個條件更有利于完全抑制干擾等，以及確保必要像素區(qū)域和像素密度。
示例4圖8A示出顯示元件18的下一個示例，其幾乎與圖3A至3C所示的示例3的顯示元件類似，并且構造為包括作為聚合物固體電解質(zhì)層5(離子導體)中的著色材料的金屬離子，并且從而在利用簡單矩陣系統(tǒng)驅動時通過金屬離子的電化學沉積顯色。
不同于上述顯示元件，圖8B和8C所示的顯示元件18未使用金屬離子作為著色材料，而是使用電致變色(EC)層4作為著色材料的連續(xù)層，其形成在透明像素電極2與包括電解質(zhì)的聚合物固體電解質(zhì)層5之間，從而將它們結合起來。
在顯示元件18中，絕緣膜14b可形成在透明像素電極2(圖8B)和電致變色(EC)層4(圖8C)中的無論哪一個上。
圖8B和8C中所示構造中的透明像素電極2與電致變色(EC)層4相接觸，其中電致變色層4包括作為電致變色材料的電活化聚合物材料。
電致變色層4可以通過電化學氧化或自然還原而改變其顏色，并且在透明像素電極2與其它電極6之間施加電壓從而產(chǎn)生其間的電勢差的條件下，通常其位于透明像素電極2上和在由絕緣膜14b限定的區(qū)域內(nèi)的部分變黑B。黑色圖形可以在從透明支撐1的一側按顯示出的色彩觀察到。在此情況下，電致變色層4僅在由絕緣膜14b限定的像素區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生色彩，但如果施加的電壓反向就會脫色。
此處使用的電致變色材料可以為從由氧化鎢、尖晶石化合物、紫精化合物和電活化聚合化合物構成的組中選取的任何一種。
另外，通過電解合成獲得的導電聚合物也優(yōu)選用于電致變色層4。這是因為，導電聚合物由于其導電性之便可以幫助快速地貢獻和接受電子，并且由此可以允許快速的著色和脫色反應。
聚合物材料的優(yōu)選示例在下表1中列出，它們可以通過吡咯(pyrrole)、苯胺(aniline)、甘菊環(huán)(azylene)、噻吩(thiophene)、吲哚(indole)、咔唑(carbazol)或其衍生物(平均分子重量在1000至100000的范圍內(nèi))的電解氧化聚合而獲得。還允許組合(混合)使用聚合物材料及其衍生物。
表1

在表中所列的聚合物材料(聚吡咯、聚苯胺、聚甘菊環(huán)、聚噻吩、聚吲哚和聚咔唑)中，特別優(yōu)選的一種是聚吡咯。這是因為其具有低氧化還原電勢、高庫倫效率、氧化時的黑顯示色彩、以及很長的重復使用壽命。
優(yōu)選具有低氧化還原電勢的材料是因為它們在著色狀態(tài)中更加穩(wěn)定。
優(yōu)選具有較高庫倫效率的材料是因為它們能夠更成功地抑制負面反應，其中聚吡咯的庫倫效率幾乎高達100％意味著負面反應幾乎無法發(fā)生，并且顯示元件的使用壽命得到了成功的延長。
氧化下顯色的黑色對于文檔顯示是很重要的特征。與其它僅能顯示綠或微帶紅色的黑色的已知聚合物不同，聚吡咯在完全氧化下顯示出純黑色。因此，使用聚吡咯可以增加黑色的密度，并且還可以提高對比度。
反復使用下的長服務壽命是聚吡咯的又一項有價值的特征。
在聚合物固體電解質(zhì)層5響應著色而與電致變色層4相接觸地形成的構造中，優(yōu)選將聚合物電解質(zhì)的合成形成用于構成聚合物固體電解質(zhì)層5和包括聚合物材料作為電致變色材料的電致變色層4，因為聚合物材料更不易在著色或脫色中由于其量的改變而導致從電極上落下或粉碎，這改善了耐用性。
由此構造的顯示元件18可利用有源矩陣系統(tǒng)驅動，并且適當?shù)剡x擇構成電致變色層4的材料可以提高對比度和黑色密度。
另外，通過設置在透明像素電極2與對電極6之間的、含有作為著色材料的電致變色材料的層4的電化學氧化和還原來實現(xiàn)選擇性著色，而著色由聚合物固體電解質(zhì)層5而促進。這還有助于提高對比度和色彩密度，并且有助于避免長期使用后的退色問題。
示例5首先，在圖11中示出了對比顯示元件38。顯示元件38構造為二維平板顯示器，其中多個顯示單元部分17在平面中布置，每個顯示單元部分17包括由作為驅動單元的薄膜晶體管(TFT)3控制的透明像素電極2；包括金屬離子(作為著色材料的電解質(zhì))、聚合物電解質(zhì)和增白劑的聚合物固體電解質(zhì)層5；以及，為一條直線上的各個像素共同設置并使其與透明像素電極2相對的帶狀圖形的對電極6。
在顯示元件38中，一個像素部分17由透明像素電極2和薄膜晶體管(以下縮寫為TFT)3組合構成，而多個像素部分17布置在透明支撐1上，使其形成點狀圖形(或矩陣圖形)。
透明像素電極2包括構圖為近似矩形或方形的透明導電膜，它對于每個像素部分17是隔開的，并且其一部分設置有用于每個像素電極的TFT 3。
為每個像素部分17設置的TFT 3通過未在圖中示出的引線選取，從而控制對應透明像素電極2的驅動。TFT 3有效抑制了像素部分17之中的干擾。TFT 3形成為占據(jù)透明像素電極2的一角，而透明像素電極2可以與TFT 3交疊。
TFT 3與柵極線和數(shù)據(jù)線連接，TFT 3的柵極電極連接至各自的柵極線，TFT 3的源極/漏極區(qū)中的一個連接至各自的數(shù)據(jù)線，而另一個源極/漏極區(qū)電連接至透明像素電極2。
在顯示元件38中，聚合物固體電解質(zhì)層5包括作為著色材料并響應變色的金屬離子(電解質(zhì))。用于變色的金屬離子(電解質(zhì))(諸如鹵化銀)可產(chǎn)生電解電鍍(著色)12，即著色或電化學沉積，以及按可逆的方式進行的、作為逆反應的溶解(脫色)，而這樣就實現(xiàn)了顯示。著色的圖形通常通過沉積的銀形成，并且作為顯出的顏色可以從透明支撐1一側視覺觀察到。
對電極6形成在與透明像素電極2相對的一側，并且設置支撐7從而支撐對電極6。支撐7并非必須總是透明的，因為它未設置在像素部分17一側，并且任何能夠正確支撐對電極6和聚合物固體電解質(zhì)層5的襯底、薄膜等均可使用。為了使透明像素電極2與對電極6相對，在周圍形成用于支持支撐1和7的密封樹脂部分10和密封部件。這些密封樹脂部分10和密封部件成功地支持了支撐1和7、以及設置于其間的透明像素電極2、TFT 3、聚合物固體電解質(zhì)層5和對電極6。
如此構造的顯示元件38可以由TFT 3基于有源矩陣系統(tǒng)驅動，并且這成功地提高了基于包括在聚合物固體電解質(zhì)層5中的金屬離子(電解質(zhì))的沉積和溶解的對比度和色彩密度。
然而，在顯示元件38中，不能作為顯示部分的TFT 3設置在透明像素電極2一側，并且這會不良地的降低像素部分17的面積尺寸，從而降低了孔徑比，并且對像素部分17的亮度造成負面影響。
為了避免負面影響，本實施例采用上述在示例3中介紹的顯示元件18，其具有電極的點狀圖形的布置(也允許使用帶狀圖形的布置)，如圖9、10A和10B所示，其中增大了相鄰驅動電極(對電極)36的有效電極平面之間的距離L，使得至少TFT 3可形成于其中(其中，L≥G和/或1＝L+a+b，1≥2G+b-2t)，并且形成TFT 3并使其與單個驅動電極36的側邊連接。
根據(jù)本構造，TFT 3將從不對像素部分17的孔徑比造成負面影響，因為TFT 3未設置在透明像素電極2一側，并且這成功地提高了像素部分17的顯示效率(包括亮度)。為了檢測透明像素電極和驅動電極36的電勢，優(yōu)選在這里使用第三電極，其完全不參與反應。
用于構成第三電極的材料優(yōu)選從這樣的金屬材料中選取，其不對反應產(chǎn)生貢獻并且不導致自發(fā)地溶入作為設置在透明像素電極2與驅動電極36之間的介質(zhì)的聚合物固體電解質(zhì)層5中，并且該材料可以從鉑、鉻、鋁、鈷、鈀、銀等中選取，與驅動電極相似。
第三電極優(yōu)選形成在與透明像素電極2或驅動電極36處于同一平面的一部分中，但與其電絕緣。
接著，將詳細介紹本發(fā)明的示例。
實施例1制造與上述示例1(圖1A、圖4A至4C、圖5A和5B)中介紹的相類似的顯示元件18。
即，在2mm厚的10cm×10cm聚碳酸酯襯底(透明支撐1)上根據(jù)下面介紹的工序形成帶狀圖形的透明像素電極(顯示電極)2和絕緣膜14b。
帶的寬度設置為150μm，帶設置的間隔為170μm，而開口(未由絕緣膜14b覆蓋的像素部分17)的尺寸為140μm見方。
接著，通過濺射工藝在聚碳酸酯襯底(透明支撐1)上形成具有500nm的厚度和12Ω/cm2的表面電阻的ITO薄膜。
接著，在ITO薄膜上涂覆并通過光刻構圖光致抗蝕劑，從而獲得期望的帶狀形式。
接著，將聚碳酸酯襯底浸入ITO蝕刻溶液中，從而去除未由光致抗蝕劑覆蓋的部分中的ITO薄膜。隨后，使用諸如丙酮的有機溶劑去除光致抗蝕劑。
接著，通過使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等離子體CVD工藝在帶狀圖形的透明像素電極2(ITO薄膜)上形成200nm厚的SiO2薄膜作為絕緣膜14b。
接著，在SiO2薄膜上涂覆并通過光刻構圖光致抗蝕劑，從而獲得期望的圖形，隨后將襯底浸入通常包括氟化銨、氫氟酸等等的混合溶液中，從而去除未由光致抗蝕劑覆蓋的部分中的SiO2薄膜。隨后，使用諸如丙酮的有機溶劑去除光致抗蝕劑，從而將絕緣膜14b形成為預定圖形。
另一方面，在0.2mm厚的10cm×10cm聚碳酸酯襯底(支撐7)上根據(jù)下面的工序形成帶狀圖形的金屬電極(對電極)6和絕緣膜14a。開口(未由絕緣膜14a覆蓋的部分)的尺寸為20μm見方。
首先，通過濺射工藝在聚碳酸酯襯底(支撐7)上形成300nm厚的鋁膜。
接著，在鋁膜上涂覆并通過光刻構圖光致抗蝕劑，從而獲得期望的帶狀圖形。
接著，對聚碳酸酯襯底使用BCl3和Cl2的混合氣體進行RIE(反應離子蝕刻)工藝，從而蝕刻掉未由光致抗蝕劑覆蓋的部分中的鋁膜。隨后，使用諸如丙酮的有機溶劑去除光致抗蝕劑。
接著，通過使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等離子體CVD工藝在帶狀圖形的鋁膜(對電極6)上形成200nm厚的SiO2薄膜作為絕緣膜14a。
接著，在SiO2薄膜上涂覆并通過光刻構圖光致抗蝕劑，從而獲得期望的圖形，隨后將襯底浸入通常包括氟化銨、氫氟酸等等的混合溶液中，從而通過蝕刻去除未由光致抗蝕劑覆蓋的部分的SiO2薄膜。隨后，使用諸如丙酮的有機溶劑去除光致抗蝕劑，從而將絕緣膜14a形成為預定圖形。下面，將介紹聚合物電解質(zhì)的制備和涂覆。
首先，混合1份重量的分子量約為350000的聚乙烯醇，10份重量的水和異丙醇的1∶1混合溶液，1.7份重量的溴化鋰(輔助電解質(zhì))和1.7份重量的氯化鉍(著色材料)，隨后將混合溶液加熱至120℃，從而制備均勻溶液。
接著，向溶液中添加0.2份重量的、平均顆粒尺寸為0.5μm的二氧化鈦，并使用均質(zhì)器使其均勻擴散。然后將擴散物通過刮刀法涂覆在透明襯底(具有形成于其上的透明像素電極2)上至60μm的厚度，接著馬上結合具有形成于其上的對電極6的襯底，隨后將結合的襯底在110℃、0.1MPa的減壓下干化1小時，從而在兩個電極之間形成凝膠化的聚合物固體電解質(zhì)層5。結合的襯底的端面使用密封部件13和密封樹脂部分10密封。
由此制造的顯示元件18(離子傳導型顯示)構造為如圖1A至1C所示。
顯示元件18形成為具有150μm的L、200μm的1、200nm的t、20μm的b和約60μm的G(精確地為59.5μm)，并形成為滿足L≥G-t，該條件為干擾抑制條件。
<顯示特性評測>
利用公知的方法選擇期望系列的帶狀圖形電極(透明像素電極和對電極)，并且通過以5μC的電量向透明像素電極2(顯示電極)施加1.2至1.5V每像素部分17的固定電壓0.1秒鐘而產(chǎn)生著色效果，從而允許在透明像素電極2(顯示電極)處發(fā)生還原反應，而脫色是通過在相同的電量下進行氧化反應而實現(xiàn)。著色顯示和無色(白色)顯示按此方式切換。
結果，發(fā)現(xiàn)無色(白色)顯示的反射率為70％，而發(fā)現(xiàn)著色(黑色)顯示的顯示部分的光密度(OD)接近1.4(反射率＝4％)。未在任何未選取的像素中發(fā)現(xiàn)著色或脫色。
使顯示元件處于著色狀態(tài)，然后保持其電路開路。即使是在一周后也未發(fā)現(xiàn)顯示部分的光密度發(fā)生變化，這證實了元件的存儲效果。
反復的著色/脫色循環(huán)測試顯示出，在著色期間，僅在重復8百萬次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低(實際應用中1.5或更高是優(yōu)選的)，這證實了元件出色的特性。
實施例2除通過濺射在透明像素電極2上形成作為電致變色層(EC)4的1μm厚的氧化鎢薄膜以外，在本示例中，制造與實施例1類似的顯示元件，并且其工藝如下進行。
即，在制備和涂覆聚合物固體電解質(zhì)期間，混合1份重量分子量約350000的聚偏二氟乙烯、10份重量的乙腈和1.7份重量的硫氰酸鉀(KSCN)，并且將混合物加熱至120℃，從而制備均勻的混合物。
向溶液中添加0.2份重量的、平均顆粒尺寸為0.5μm的二氧化鈦，并使用均質(zhì)器使其均勻擴散。然后將擴散物通過刮刀法涂覆在襯底(透明像素電極2)上至20μm的厚度，隨后在150℃、0.1MPa的減壓下干燥24小時，從而形成聚合物固體電解質(zhì)。除這些工藝以外，實施類似的工藝，從而制造構造如圖8B所示的顯示元件18(另外，L和1可與實施例1中的相同)。
<顯示特性評測>
進行與實施例1中類似的測量，發(fā)現(xiàn)在無色(白色)顯示期間的反射率為70％，而在著色(藍色)顯示期間顯示部分的光密度(OD)約為1.3(反射率＝4％)。未在任何未選取的像素中發(fā)現(xiàn)著色或脫色。
使顯示元件處于著色狀態(tài)，然后保持其電路開路。即使是在一周后也未發(fā)現(xiàn)顯示部分的光密度發(fā)生變化，這證實了元件的存儲效果。
反復的著色/脫色循環(huán)測試顯示出，在著色期間，僅在重復8百萬次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低，這證實了元件出色的特性。
實施例3在本示例中，與實施例1介紹的類似地制造與圖9、10A和10B所示的顯示元件18相似的顯示裝置，除使用1.1mm厚的10cm×10cm玻璃襯底以外，該玻璃襯底其整個表面上具有表面電阻為7Ω/cm2的透明導電膜(ITO)，以170μm(150dpi)的間隔在其上二維布置140μm見方的開口，并使用1.1mm厚的10cm×10cm玻璃襯底，其上通過公知的方法形成20μm見方的驅動電極36(ITO薄膜)和TFT 3，從而以170μm的間隔、按二維方式布置。
<顯示特性評測>
執(zhí)行與實施例1中類似的測量，顯示出對于無色(白色)顯示的高達70％的反射率，這與實施例1中的值類似，這是因為元件在顯示電極一側不具有TFT。對于著色(黑色)顯示，顯示部分的光密度(OD)約為1.4(反射率＝4％)。未在任何未選取的像素中發(fā)現(xiàn)著色或脫色。
使顯示元件處于著色狀態(tài)，然后保持其電路開路。即使是在一周后也未發(fā)現(xiàn)顯示部分的光密度發(fā)生變化，這證實了元件的存儲效果。
反復的著色/脫色循環(huán)測試顯示出，在著色期間，僅在重復8百萬次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低，這證實了元件出色的特性。
對比例1制造與實施例1類似的顯示器，除了聚合物固體電解質(zhì)層5的厚度G變?yōu)?20μm。在顯示元件18中，不滿足條件L≥G-t，而滿足L＜G-t。
當在與實施例1相同的條件下驅動顯示元件而使一個像素部分17處于著色狀態(tài)并保持相鄰的像素部分17未著色時，發(fā)現(xiàn)相鄰像素部分與著色的像素部分17面對的區(qū)域產(chǎn)生了寬度約10μm的著色，這就意味著干擾。
對比例2制造與實施例1類似的顯示器，除了絕緣膜14a和14b既沒有形成在像素電極2上也沒有形成在對電極6上。在此顯示元件18中，不滿足條件L≥2G，而滿足L＜2G。
當在與實施例1相同的條件下驅動顯示元件而使一個像素部分17處于著色狀態(tài)并保持相鄰的像素部分17未著色時，在施加電壓期間，發(fā)現(xiàn)著色區(qū)域逐步擴展，超過140μm(像素部分17)的目標尺寸，并在0.1秒鐘后達到170μm。
上述的示例和實施例還可以在本發(fā)明技術精髓的基礎上改動。
例如，上述顯示元件18中絕緣膜14a和14b的圖形、尺寸和材料不限于上述內(nèi)容。盡管由于對電極6一側材料的光學性質(zhì)使得顯示元件18僅允許從透明像素電極2一側觀察，但也允許通過為對電極6和支撐7采用透明材料而將顯示元件制成透明型，從而不僅可以從一側而且可以從兩側觀察元件。
如上所述，在本發(fā)明中，至少一側的電極以絕緣材料覆蓋，絕緣材料在至少除去像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)，相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離L設置為第二電極與第一電極有效電極平面之間的距離G的兩倍或更大，從而有效地抑制從單個第一電極一側朝向第二電極一側擴散和遷移的離子由于絕緣材料的原因擴散到第二電極一側的像素區(qū)域周圍的區(qū)域中，或者有效地防止離子擁入鄰近的像素中。這成功地使得期望像素的著色達到令人滿意的水平，防止像素之間離子擴散范圍的交疊，避免不期望著色的像素被著色，以及獲得高質(zhì)量且清晰的顯示，而不產(chǎn)生干擾、色彩模糊和色混。
另外，著色和脫色受第一與第二電極之間的著色材料的電化學還原和氧化的影響，并且聚合物電解質(zhì)可以促進這些變化并幫助離子轉變。這使得快速并徹底的著色和脫色成功地進行，即使是在很低能量供給的情況下，還成功地提升了對比度和色彩密度(黑色密度，例如)，由于其存儲效果而避免退色等問題，即使是在長時間使用之后，并且允許簡單矩陣驅動。
權利要求
1.一種顯示元件，其具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的電解質(zhì)，而該些電極中的至少任何一個在至少除去像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)以絕緣材料覆蓋。
2.如權利要求1所述的顯示元件，其中所述顯示元件具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的聚合物電解質(zhì)，而該些電極中的至少任何一個在至少除去像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)以絕緣材料覆蓋，假定為至少其所述第二電極的一部分由絕緣材料覆蓋的所述顯示元件滿足以下關系中的任何一個L≥G和L≥G-t其中，L表示相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，t表示第二電極一側的所述絕緣材料的厚度，而G表示第二電極表面與所述第一電極的所述有效電極平面之間的距離。
3.如權利要求1所述的顯示元件，其中所述顯示元件具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的聚合物固體電解質(zhì)，而該些電極中的至少任何一個在至少除去像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)以絕緣材料覆蓋，假定為至少其所述第二電極的一部分在除去至少像素區(qū)域的區(qū)域內(nèi)由絕緣材料覆蓋的所述顯示元件滿足以下關系l＝L+a+b其中，L表示相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，b表示所述第一電極的有效電極寬度，l表示所述第二電極上像素周圍的所述絕緣材料外端之間的距離，而a表示所述絕緣材料的寬度。
4.一種顯示元件，其具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的聚合物電解質(zhì)，并且滿足以下關系L≥2G其中，L表示相鄰第一電極的有效電極平面之間的距離，而G表示第二電極表面與所述第一電極的所述有效電極平面之間的距離。
5.如權利要求1所述的顯示裝置，其中所述絕緣材料包括氧化硅或樹脂。
6.如權利要求1或4所述的顯示元件，其中所述第一電極和所述第二電極以預定的間隔分別形成在預定的襯底上，并且所述第一和第二電極設置為使得其彼此面對，同時在其間設置所述電解質(zhì)。
7.如權利要求6所述的顯示元件，其中所述第一和第二電極在除去至少交叉部分的區(qū)域內(nèi)以所述絕緣材料覆蓋。
8.如權利要求7所述的顯示元件，其中所述第一和第二電極形成為帶狀圖形，并且該些帶狀圖形的電極其中未形成有絕緣材料的面積尺寸相同或不同。
9.如權利要求1或4所述的顯示元件，其中所述第一電極形成為在預定襯底上周期性布置的像素電極，并且與其面對的所述第二電極在除去與像素相對應的部分的區(qū)域中以所述絕緣材料覆蓋。
10.如權利要求9所述顯示元件，其中所述第二電極未由所述絕緣材料覆蓋的面積大于作為像素的所述第一電極的有效電極面積。
11.如權利要求1或4所述的顯示元件，其中所述顯示元件具有能夠基于電化學還原或氧化產(chǎn)生沉積、溶解或變色的著色材料、以及設置在第一電極與第二電極之間的聚合物固體電解質(zhì)，而所述電極中的至少任何一個在以所述著色材料的連續(xù)層覆蓋，并且所述電極中的至少任何一個以所述絕緣材料覆蓋，使得所述著色材料層與除像素區(qū)域以外的區(qū)域中的所述電解質(zhì)相接觸。
12.如權利要求11所述的顯示元件，其中所述著色材料層未由所述絕緣材料覆蓋的部分以預定的間隔形成，并且設置為使其跨過以預定間隔形成的對電極。
13.如權利要求1或4所述的顯示元件，其中所述著色材料為金屬離子或電致變色材料。
14.如權利要求13所述的顯示元件，其中所述金屬離子為從包括銀、鉍、鎘、鐵、鎳和鉻的組中選取的至少任何一種陽離子。
15.如權利要求13所述的顯示元件，其中所述電致變色材料在所述第一和第二電極中的至少任何一個的表面上形成為連續(xù)的層。
16.如權利要求13所述的顯示元件，其中所述電致變色材料為從由氧化鎢、尖晶石化合物、紫精化合物和電活化聚合物材料構成的組中選取的至少任何一種化合物。
17.如權利要求16所述的顯示元件，其中所述電活化聚合物材料為從包括聚吡咯、聚甘菊環(huán)、聚噻吩和聚苯胺的組中選取的至少任何一種化合物。
18.如權利要求1或4所述的顯示元件，其中形成所述第二電極從而顯示圖形。
19.如權利要求18所述的顯示元件，其中所述第一電極與形成在同一襯底上的驅動晶體管連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種顯示元件(18)，其沒有干擾，提供清晰的顯示，并且以很低的能量驅動，其中在透明像素電極(2)與對電極(6)之間設置包括諸如氯化鉍和AgI的、通過電化學還原或氧化而沉積、溶解或脫色的著色物質(zhì)的固體聚電解質(zhì)層(5)，并且至少透明像素電極(2)除去至少像素部分(17)以外以絕緣體(14b)所覆蓋。
文檔編號G02F1/15GK1524198SQ0281368
公開日2004年8月25日 申請日期2002年7月3日 優(yōu)先權日2001年7月6日
發(fā)明者窱崎研二, 三橋裕之, 之, 崎研二 申請人:索尼株式會社