电致变色显示面板及电子纸
技术领域
本实用新型涉及一种电致变色显示面板及电子纸，属于显示技术领域。
背景技术
电致变色(Electrochromism，EC)是指材料的光学属性(反射率、透过率、吸收率等)在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。具有电致变色性能的材料称为电致变色材料，用电致变色材料做成的器件称为电致变色器件。电致变色材料是近年来材料科学研究的热点之一。电致变色材料是电致变色器件中的重要组成部分，主导着器件的电致变色性能。按照材料的结构性质，电致变色材料可分为阳极电致变色材料(离子嵌入着色)和阴极电致变色材料(离子抽出着色)。阳极电致变色材料与阴极电致变色材料可组装成互补型电致变色器件，此类互补型器件可以提高整体的电致变色性能，如光学对比度，颜色变化，光谱吸收范围等。目前，现有的电致变色显示面板具有以下问题：
1)电致变色层往往通过将液体的电致变色材料注入至间隙中形成，易使位于间隙上方的电极因压力差而产生塌陷，且其封装难度大，易发生漏液现象，严重影响电致变色显示面板的质量；
2)往往无法显示纯黑色，或者，显示纯黑色的器件结构复杂，响应速度慢；
3)施加的电场的不均匀性较大，从而影响电介质的绝缘强度；在其他条件相同的情况下，电场愈不均匀，电介质的绝缘强度愈低，易使其他材质与电介质层接触从而发生腐蚀反应。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种电致变色显示面板及电子纸，其既能显示黑色，又能显示其他颜色，且其透明电极之间电场分布均匀，具有较佳的显示效果。
为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种电致变色显示面板，包括依次设置的第一基板、电致变色像素阵列和第二基板，所述电致变色像素阵列包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单元所述电致变色单元包括黑色结构层和彩色结构层，所述黑色结构层包括依次设置的第一电极、黑色电致变色像素层和第二电极，所述彩色结构层设置在黑色结构层一侧，所述彩色结构层包括横向排布的RGB结构单元或RGBW结构单元；所述第一电极具有与所述第二电极相对的第一相对面，所述第二电极具有与所述第一电极相对的第二相对面，所述第一相对面和/或第二相对面上设有若干微纳结构。
进一步地，所述结构单元包括相对设置的两电极和设置在两电极之间且依次设置的离子储存层、导电层、R或G或B或W电致变色像素层，所述电极上设有所述微纳结构。
进一步地，所述微纳结构为凹凸槽型结构。
进一步地，所述凹凸槽型结构的槽型的宽度相同，或不同；所述槽型的深度相同，或不同；所述槽型的形状为长方形，或为梯形，或为弧形。
进一步地，所述微纳结构呈周期性或非周期性分布。
进一步地，所述电致变色显示面板还包括白反射层，所述白反射层设置在所述第一基板和电致变色像素阵列之间。
进一步地，所述电致变色显示面板还包括粘接层，所述粘接层设置在所述白反射层和电致变色像素阵列之间，所述电致变色像素阵列通过所述粘接层粘附在所述白反射层上。
进一步地，所述白反射层由粘性聚合物树脂和白色颗粒形成，所述电致变色像素阵列粘附在所述白反射层上。
进一步地，所述黑色结构层还包括依次层叠的设置于第一电极与黑色电致变色像素层之间的第一离子储存层和第一导电层。
进一步地，所述黑色电致变色像素层内设有电致变色材料，所述电致变色材料选自包括有机电致变色材料、无机电致变色材料或复合电致变色材料中的任一种。
进一步地，所述R、G、B、W电致变色像素层内设有电致变色材料，所述电致变色材料优选有机电致变色材料、无机电致变色材料或复合电致变色材料中的任一种。
进一步地，所述无机电致变色材料包括金属氧化物，优选的为三氧化钨、氧化镍；所述有机电致变色材料优选的为紫萝精类、间苯二酸酯类、金属酞菁类、吡啶类金属配合物、聚苯胺类、聚吡咯类、聚噻吩类中的任一种或多种。
本实用新型还提供了一种电子纸，其包括上述的电致变色显示面板。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：本实用新型的电致变色显示面板及电子纸在第一基板和第二基板之间设有电致变色像素阵列，在电致变色像素阵列中设置有彩色结构层和黑色电致变色像素层。通电时，黑色电致变色像素层变成黑色，断电时，黑色电致变色像素层为透明色；并且，该电致变色显示面板及电子纸还可通过彩色结构层显示除黑色外的各种颜色。该电致变色显示面板及电子纸在电致变色像素阵列中的第一电极和/或第二电极上设置微纳结构，可以增加其接触面积，使其具有更好的电化学性能，并使两电极之间的电场的分布更均匀，从而加强其导电效果和响应速度，且结构简单，易于制备。
该电致变色显示面板及电子纸将电致变色像素阵列以粘接的方式固定在白反射层上，省去了液态电致变色材料的封装步骤，并避免了位于间隙上方的电极因压力差而产生塌陷、易发生漏液的现象，节约了生产成本、提高了产品质量。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本实用新型所示的电致变色显示面板的俯视图；
图2a、2b本实用新型所示的电致变色显示面板中的两种结构示意图；
图3和图4为本实用新型所示的电致变色显示面板中的微纳结构的结构示意图；
图5和图6为本实用新型所示的电致变色显示面板中的另外两种结构示意图；
图7为本实用新型实施例一所示的电致变色显示面板的结构示意图；
图8为本实用新型实施例二所示的电致变色显示面板的结构示意图；
图9为本实用新型实施例三所示的电致变色显示面板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
需要说明的是：本实用新型的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本实用新型进行说明，不作为限定用语。
请参见图1和图2a，在竖直方向10上，本实用新型所示的电致变色显示面板自下而上包括依次设置的第一基板1、电致变色像素阵列3以及第二基板4，电致变色像素阵列3包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单元30，该电致变色单元30包括黑色结构层31和彩色结构层32，黑色结构层31在竖直方向10包括依次设置在第一基板1上的第一电极311、黑色电致变色像素层312和第二电极313。通电时，黑色结构层31变成黑色，断电时，黑色结构层31为透明色。彩色结构层32包括横向排布的RGB结构单元或RGBW结构单元，具体的，其在竖直方向10包括依次设置在第二电极313上的第三电极321、R或G或B或W电致变色像素层322和第四电极323，该彩色结构层36设置在黑色结构层31的上侧，电致变色显示面板通过该彩色结构层32可显示除黑色外的各种颜色。
请结合图2b，该彩色结构层32还可以设置在黑色结构层31的下侧，在竖直方向10上，本实用新型所示的电致变色显示面板自下而上包括依次设置的第一基板1、电致变色像素阵列3以及第二基板4，电致变色像素阵列3包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单元30，该电致变色单元30包括黑色结构层31和彩色结构层32，彩色结构层32包括横向排布的RGB结构单元或RGBW结构单元，具体的，其在竖直方向10包括依次设置在第二电极313上的第三电极321、R或G或B或W电致变色像素层322和第四电极323，电致变色显示面板通过该彩色结构层32可显示除黑色外的各种颜色。黑色结构层31在竖直方向10包括依次设置在第四电极323上的第一电极311、黑色电致变色像素层312和第二电极313。通电时，黑色结构层31变成黑色，断电时，黑色结构层31为透明色。
在黑色结构层31和彩色结构层32中还分别设有固态的第一离子储存层314、第一导电层315和第二离子储存层324、第二导电层325，其中，第一离子储存层314设置在第一电极311上，第一导电层315设置在第一离子储存层314上，黑色电致变色像素层312设置在第一导电层315上；第二离子储存层324设置在第三电极321上，第二导电层325设置在第二离子储存层324上，RGB/RGBW电致变色像素层322设置在第二导电层325上。该黑色结构层31不仅可以实现纯黑色显示，还可以实现灰度显示。
请结合图3，第一电极311具有与第二电极313相对的第一相对面3111，第二电极313具有与第一电极311相对的第二相对面3131，第一相对面3111和/或第二相对面3131上设有若干微纳结构5。在此以在第二相对面3131上设置微纳结构5为例进行说明，不作为其优选或限定结构。并且，该微纳结构5可通过光刻工艺、激光刻蚀工艺、纳米压印工艺等方法形成。现有的第一电极311和第二电极313一般为矩形或圆形形状，在此以第一电极311和第二电极313为矩形形状进行说明。考虑到技术难度和成本，微纳结构5优选为凹凸槽型结构，凹凸槽型结构5可以周期性或非周期性分布在第二电极313上。并且，凹凸槽型结构5的槽型的宽度相同，或不同；槽型的深度相同，或不同；槽型的形状为长方形，或为梯形，或为弧形。
凹凸槽型结构5周期性分布在第二电极313的第二相对面3131上时，使第一电极311和第二电极313之间的电场分布均匀。或者，请结合图4，由于第二电极313边缘的电场更容易分布不均匀，因此，将分凹凸槽型结构5非周期性分布在第二电极313的第二相对面3131上，且凹凸槽型结构5在靠近第二电极313边缘的分布比靠近第二电极313中心的分布更紧密。当然，该凹凸槽型结构5还可以单独设置在第一电极311或第三电极321或第四电极323上，或者，在第一电极311、第二电极313、第三电极321或第四电极323之间的任意两个或以上电极上都设置。且第一电极311、第二电极313、第三电极321和第四电极323还可以为圆形结构，其设置方式与上述情况相同，在此不再进行说明。
通常情况下，RGB/RGBW电致变色像素单元采用RGB(红绿蓝)三原色的电致变色材料来进行配合使用，当然，还可以采用RGBW(红绿蓝白)电致变色材料来使用。每个像素单元的彩色结构层32中的需与每个像素单元的黑色电致变色像素层312一一对应间隔设置。当然，除了使用RGB三种颜色外，还可以采用其他颜色，例如青色、透明色、黄色等，在此不做限定。
请结合图5，在本实用新型中，还可以通过设置白反射层2来增强其显色效果。具体的，白反射层2设置在第一基板1和电致变色像素阵列3之间。该白反射层2由聚合物树脂和白色颗粒形成，聚合物树脂可选自包括酚醛树脂、环氧树脂、聚酰胺树脂、聚氨酯树脂或丙烯酸树脂中的任一种，白色颗粒可以选自包括氧化铝、氧化锌、氧化钛或二氧化硅中的任一种或多种。黑色结构层31、彩色结构层32为固态结构，当白反射层2不具有粘性时，可以通过在白反射层2和电致变色像素阵列3之间设置粘接层21，使电致变色像素阵列3粘附在白反射层2上，如图6所示。其中，白反射层2的厚度优选为1-40μm，粘接层21的厚度优选为1-40μm。当白反射层2具有粘性，即选用粘性聚合物树脂时，可直接将电致变色像素阵列3粘附在白反射层2上，其中，白反射层2的厚度优选为10-70μm。通过此种设置，省去了液态电致变色材料的封装步骤，并避免了位于间隙上方的电极因压力差而产生塌陷、易发生漏液的现象，既保证了该结构电致变色显示面板的稳定性和平整性，还能避免或减少牛顿环等不利于显示效果的现象产生。
本实用新型的黑色电致变色像素层312以及R、G、B、W电致变色像素层322内设有电致变色材料，其选自包括有机电致变色材料、无机电致变色材料或复合电致变色材料中的任一种，其中，无机电致变色材料包括金属氧化物，优选的为三氧化钨、氧化镍；有机电致变色材料优选为紫萝精类、间苯二酸酯类、金属酞菁类、吡啶类金属配合物、聚苯胺类、聚吡咯类、聚噻吩类中的任一种或多种，其可通过溅射、化学气相沉积、溶胶-凝胶或蒸镀等方法制备得到，或者，可通过干燥固化液态电致变色材料制备得到。在本实用新型中，第一基板1和第二基板4为透明基板，第一电极311、第二电极313、第三电极321和第四电极323为透明电极，其中第一电极311、第二电极313、第三电极321和第四电极323为线状结构或面状结构，优选为网状结构。本实用新型的第一电极311、第二电极313、第三电极321和第四电极323优选为透明电极，其选自包括氧化铟锡(ITO)、掺杂有氟的氧化锡(FTO)或导电聚合物中的任一种。第一基板1和第二基板4可以为透明的无机基板，如石英或玻璃，也可以是透明塑料，还可以是其他常用透明材料。
本实用新型还提供了一种电子纸(未图示)，其包括上述的电致变色显示面板，且其他结构均为现有技术，在此不再进行说明。
下面将结合具体实施例来对本实用新型进行进一步详细地说明。
实施例一
请参见图7，本实施例所示电致变色显示面板包括自下而上依次设置的第一基板1-1、白反射层1-2、粘接层1-21、电致变色像素阵列1-3以及第二基板1-4，电致变色像素阵列1-3包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单元，该电致变色单元包括黑色结构层1-31和彩色结构层1-32。其中，黑色结构层1-31包括自下而上依次设置的第一透明电极1-311、第一离子储存层1-312、第一导电层1-313、黑色电致变色像素层1-314以及第二透明电极1-315，第一透明电极1-311通过粘接层1-21粘附在白反射层1-2上。彩色结构层1-32包括横向排布的RGB结构单元，具体的，其包括自下而上依次设置在第二透明电极1-315上的第三透明电极1-321、第二离子储存层1-322、第二导电层1-323、R或G或B电致变色像素层1-324以及第四透明电极1-325，且每个单元的R或G或B电致变色像素层1-324与每个单元的黑色电致变色像素层1-314一一对应间隔设置。黑色电致变色像素层1-314中含有黑色电致变色材料，通电时，黑色电致变色像素层1-314变成黑色，断电时，黑色电致变色像素层1-314为透明色。R或G或B电致变色像素层1-324内设有三原色的电致变色材料，以使本实施例的电致变色显示面板实现彩色显示。当彩色结构层1-32通电时，其在不同的电压作用下可显示不同的颜色，断电时，其为透明色。
在本实施例中，第一透明电极1-311具有与第二透明电极1-315相对的第一相对面1-3111，第二透明电极1-315具有与第一透明电极1-311相对的第二相对面1-3151，第三透明电极1-321具有与第四透明电极1-325相对的第三相对面1-3211，第四透明电极1-325具有与第一透明电极1-321相对的第四相对面1-3251。为了使黑色结构层1-31和彩色结构层1-32中的电场分布更均匀，本实施例在第一相对面1-3111、第二相对面1-3151、第三相对面1-3211、第四相对面1-3251上设置了若干凹凸槽型结构1-5，且该凹凸槽型结构1-5在靠近电极的边缘处分布得更紧密。通过此种设置，可以避免产生电场边界效应，使电场分布更均匀。并且，凹凸槽型结构1-5的槽型的宽度、深度相同；槽型的形状为长方形。本实施例中，第一透明电极1-311、第二透明电极1-315、第三透明电极1-321和第四透明电极1-325都为矩形结构，诚然，在其他实施例中，还可为圆形结构。本实施例的凹凸槽型结构1-5设置在第一透明电极1-311和第二透明电极1-315上，诚然，在其他实施例中，该凹凸槽型结构1-5还可以单独设置在第一透明电极1-311或第二透明电极1-315或第三透明电极1-321或第四透明电极1-325上，或者，在第一透明电极1-311、第二透明电极1-315、第三透明电极1-321或第四透明电极1-325之间的任意两个或以上电极上都设置。
在本实施例中，黑色结构层1-31和彩色结构层1-32都为固态结构。白反射层1-2由酚醛树脂和分散的氧化钛组成，并通过旋涂法设置在第一基板1-1上。并且，白反射层1-2的厚度为20μm，粘接层1-21的厚度为15μm。相比于用具有粘性的白反射层来粘附第一透明电极1-31，通过设置粘接层1-21可以起到更好的粘附效果，使电致变色像素阵列1-3更稳定地固定在白反射层1-2上。
实施例二
请参见图8，本实施例所示的本实施例所示电致变色显示面板包括自下而上依次设置的第一基板2-1、白反射层2-2、粘接层2-21、电致变色像素阵列2-3以及第二基板2-4，电致变色像素阵列2-3包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单元，该电致变色单元包括黑色结构层2-31和彩色结构层2-32。其中，黑色结构层2-31包括自下而上依次设置的第一透明电极2-311、第一离子储存层2-312、第一导电层2-313、黑色电致变色像素层2-314以及第二透明电极2-315，第一透明电极2-311通过粘接层2-21粘附在白反射层2-2上。彩色结构层2-32包括横向排布的RGBW结构单元，具体的，其包括自下而上依次设置的第三透明电极2-321、第二离子储存层2-322、第二导电层2-323、R或G或B或W电致变色像素层2-324以及第四透明电极2-325，且每个单元的R或G或B或W电致变色像素层2-324与每个单元的黑色电致变色像素层2-314一一对应间隔设置。黑色电致变色像素层2-314中含有黑色电致变色材料，通电时，黑色电致变色像素层2-314变成黑色，断电时，黑色电致变色像素层2-314为透明色。R或G或B或W电致变色像素层2-324内设有电致变色材料，以使本实施例的电致变色显示面板实现彩色显示。当彩色结构层2-32通电时，其在不同的电压作用下可显示不同的颜色，断电时，其为透明色。
在本实施例中，第一透明电极2-311具有与第二透明电极2-315相对的第一相对面2-3111，第二透明电极2-315具有与第一透明电极2-311相对的第二相对面2-3151，第三透明电极2-321具有与第四透明电极2-325相对的第三相对面2-3211，第四透明电极2-325具有与第一透明电极2-321相对的第四相对面2-3251。为了使黑色结构层2-31和彩色结构层2-32中的电场分布更均匀，本实施例在第一相对面2-3111、第二相对面2-3151、第三相对面2-3211、第四相对面2-3251上设置了若干周期性分布的凹凸槽型结构2-5，该凹凸槽型结构2-5均匀分布在各透明电极上。并且，凹凸槽型结构2-5的槽型的宽度、深度相同；槽型的形状为长方形。本实施例中，第一透明电极2-311、第二透明电极2-315、第三透明电极2-321和第四透明电极2-325都为矩形结构，诚然，在其他实施例中，还可为圆形结构。本实施例的凹凸槽型结构2-5设置在第一透明电极2-311、第二透明电极2-315第三透明电极2-321和第四透明电极2-325上，诚然，在其他实施例中，该凹凸槽型结构2-5还可以单独设置在第一透明电极2-311或第二透明电极2-315或第三透明电极2-321或第四透明电极2-325上，或者，在第一透明电极2-311、第二透明电极2-315、第三透明电极2-321或第四透明电极2-325之间的任意两个或以上电极上都设置。
在本实施例中，黑色结构层2-31和彩色结构层2-32都为固态结构。白反射层2-2由酚醛树脂和分散的氧化钛组成，并通过旋涂法设置在第一基板2-1上。并且，白反射层2-2的厚度为20μm，粘接层2-21的厚度为15μm。相比于用具有粘性的白反射层来粘附第一透明电极2-31，通过设置粘接层2-21可以起到更好的粘附效果，使电致变色像素阵列2-3更稳定地固定在白反射层2-2上。
本实施例与实施例一相比，其还可以实现纯正的白色显示，具有更佳的显示效果。
实施例三
请参见图9，本实施例所示电致变色显示面板包括自下而上依次设置的第一基板3-1、白反射层3-2、粘接层3-21、电致变色像素阵列3-3以及第二基板3-4，电致变色像素阵列3-3包括若干阵列排布，独立控制的电致变色单，该电致变色单元包括黑色结构层3-31和彩色结构层3-32。其中，彩色结构层3-32包括横向排布的RGB结构单元，具体的，其包括自下而上依次设置的第三透明电极3-321、第二离子储存层3-322、第二导电层3-323、R或G或B电致变色像素层3-324以及第四透明电极3-325，第三透明电极3-321通过粘接层3-21粘附在白反射层3-2上。黑色结构层3-31包括自下而上依次设置在第四透明电极3-325上的第一透明电极3-311、第一离子储存层3-312、第一导电层3-313、黑色电致变色像素层3-314以及第二透明电极3-315，且每个单元的黑色电致变色像素层3-314与每个单元的R或G或B电致变色像素层3-324一一对应间隔设置。黑色电致变色像素层3-314中含有黑色电致变色材料，通电时，黑色电致变色像素层3-314变成黑色，断电时，黑色电致变色像素层3-314为透明色。R或G或B电致变色像素层3-324内设有三原色的电致变色材料，以使本实施例的电致变色显示面板实现彩色显示。当彩色结构层3-32通电时，其在不同的电压作用下可显示不同的颜色，断电时，其为透明色。
在本实施例中，第一透明电极3-311具有与第二透明电极3-315相对的第一相对面3-3111，第二透明电极3-315具有与第一透明电极3-311相对的第二相对面3-3151，第三透明电极3-321具有与第四透明电极3-325相对的第三相对面3-3211，第四透明电极3-325具有与第一透明电极3-321相对的第四相对面3-3251。为了使黑色结构层3-31和彩色结构层3-32中的电场分布更均匀，本实施例在第一相对面3-3111、第二相对面3-3151、第三相对面3-3211、第四相对面3-3251上设置了若干周期性分布的凹凸槽型结构3-5，该凹凸槽型结构3-5均匀分布在各透明电极上。并且，凹凸槽型结构3-5的槽型的宽度、深度相同；槽型的形状为长方形。本实施例中，第一透明电极3-311、第二透明电极3-315、第三透明电极3-321和第四透明电极3-325都为矩形结构，诚然，在其他实施例中，还可为圆形结构。本实施例的凹凸槽型结构3-5设置在第一透明电极3-311、第二透明电极3-315第三透明电极3-321和第四透明电极3-325上，诚然，在其他实施例中，该凹凸槽型结构3-5还可以单独设置在第一透明电极3-311或第二透明电极3-315或第三透明电极3-321或第四透明电极3-325上，或者，在第一透明电极3-311、第二透明电极3-315、第三透明电极3-321或第四透明电极3-325之间的任意两个或以上电极上都设置。
实施例四
本实施例的电致变色显示面板的结构基本与实施例一相同，其区别之处在于，本实施例未设置粘接层，而是通过采用具有粘性的白反射层来粘附电致变色像素阵列，其结构更简单、更易于制备。在本实施例中，白反射层的厚度为45μm。
综上所述：本实用新型的电致变色显示面板及电子纸在第一基板和第二基板之间设有电致变色像素阵列，在电致变色像素阵列中设置有彩色结构层和黑色电致变色像素层。通电时，黑色电致变色像素层变成黑色，断电时，黑色电致变色像素层为透明色；并且，该电致变色显示面板及电子纸还可通过彩色结构层显示除黑色外的各种颜色。该电致变色显示面板及电子纸在电致变色像素阵列中的第一电极和/或第二电极上设置微纳结构，可以增加其接触面积，使其具有更好的电化学性能，并使两电极之间的电场的分布更均匀，从而加强其导电效果和响应速度，且结构简单，易于制备。并且，该电致变色显示面板及电子纸将电致变色像素阵列以粘接的方式固定在白反射层上，省去了液态电致变色材料的封装步骤，并避免了位于间隙上方的电极因压力差而产生塌陷、易发生漏液的现象，节约了生产成本、提高了产品质量。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
