显示元件的制作方法

专利名称：显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种显示元件，其使用能够产生基于例如电化学还原或氧化的沉积、溶解或变色的材料。
背景技术：
随着近来网络的传播，以所谓电子文档的形式取代传统形式的印刷文件来发布各种文档的趋势越来越大。书籍和杂志也变得越来越频繁地通过电子出版来发布。
用于观看这些信息的传统方式诸如在阴极射线管(CRT)上或在液晶显示器(LCD)上阅读信息。然而，已经指出了，当使用者长时间观看时，这些发光型显示器将使他们因为与人体工程学相关的原因而严重疲劳，而且这些显示器不适于用于长时间的阅读。另一个缺点在于，阅读的场所仅限于安装了配有显示装置的计算机的地点周围。
而近来膝上型计算机的普及使得可以将它们作为移动显示器使用，但由于它们本质上是发光型的且功耗的问题没有得到解决，因此仍不适于长时间的阅读。
新近开发出来的反射型液晶显示器基本是在低功耗下驱动，但对于空白显示(白色显示)仅能获得最高30％左右的反射率。与在纸上印刷相比，这导致了仅仅很小的能见度，更加容易导致疲劳，并且难以确保长时间的舒适阅读。
为了解决这些问题，近来的发展指向了所谓的纸状显示器或电子纸张。这种类型的介质通常基于电极之间着色粒子的电泳迁移或电场中双色粒子的取向来显出色彩。然而，这些方法具有这样的缺点，即由于光被粒子之间的间隙不良地吸收掉，而使得其仅可获得很差的对比度，并且这使得除非驱动电压升至高达100V或以上，否则就不能实现实用的写入速度(在一秒钟以内)。
就对比度而言，电致变色(electrochromic)显示器(ECD)优于上述任意其它系统，并且已经实际用应用于手表和时钟的自动弱光(auto-dimming)玻璃或显示器。
计划用于诸如电子纸张的显示器的传统构造总是需要矩阵驱动(matrixdriving)。然而，由于驱动简单矩阵系统(simple matrix system)需要很大的功耗，因此基于电化学反应的传统显示器无法采用单矩阵系统来取代不得不采用的有源矩阵系统(active matrix system)。这因此而提高了显示装置的价格，从而产生了对于可以基于简单矩阵系统驱动的装置的强烈需求。
本发明人发现离子传导型显示元件(ion-conduction-type display element)能够基于简单矩阵系统显出色彩。
下面介绍这种显示元件的构造和功能。
即，离子将由于电势选定的电极交叉区域处电场能量的帮助而朝向任何一个电极迁移，并且离子将引起着色材料的还原或氧化反应，由此使其从其离子化的状态中沉积(还原)出来或使其洗提(氧化)出来。
可以从衬底一侧观察到如此沉积出的金属形成预定的图形，由于入射光的反射光因金属和衬底而表现出色彩间充分的对比度。结果，着色与脱色之间的可逆反应使得可以构造出期望的反射型元件。还可以构造出其中入射光从衬底一侧作为透射光观察的透射型元件(下同)。
在此情况下，含金属离子的聚乙烯醇等适于帮助离子传导，而氯化铋优选用作金属离子。
离子传导型显示元件不仅使得可以解决存在于传统显示元件中的问题，以及可以减薄显示元件，使得该显示装置达到足以用作电子纸张的水平，并且还使其可以在简单矩阵驱动的条件下操作。
下面的段落将介绍离子传导型显示单元的典型构造。
如图12A、12B和13所示，通过汽相沉积或溅射以及随后的构图，在诸如玻璃衬底的透明支撑(support)61上形成包括ITO(氧化铟锡)薄膜的透明电极62。布置由透明像素电极62构成的单个像素部分57，使其在透明支撑61上具有点状或矩阵状图形。
另外，在透明支撑61上形成聚合物固体电解质层(polymer solidelectrolyte layer)65。首先，将起聚合物固体电解质层65的基质(基体)聚合物作用的合成树脂和用于构成电解质的材料混合起来，并且进一步在其中扩散作为着色材料的白色粒子，从而制备一种液体，并且涂覆聚合物固体电解质的液体。
然后，将其上已形成有对电极(opposing electrode)66的支撑67与其上形成有透明像素电极62的透明支撑61结合起来，从而在对电极66一侧将聚合物固体电解质的液体保持在其中。然后，干燥叠层并使其凝胶化，从而完成具有聚合物固体电解质层65并具有构造于其中的矩阵电极(matrixelectorde)21的显示元件68。
接着，用离子传导型显示元件68，使用于显现颜色的金属离子在由支撑67上的任意对电极66施加的电场下，朝向相对的透明像素电极62的像素部分57扩散并迁移至聚合物固体电解质层65(离子导体)中，从而使金属离子通过还原沉积在透明像素电极62上，如图12A、12B和13所示。在此工艺中，由使离子基本垂直于电极66与62之间的等势面并从电极66以约45°的角θ展开地迁移的范围限定离子扩散范围A(下同)。
然而，期望分别开启电极66和62中的X2电极和Y2电极两者，并且交叉处电场(电势差)伴随的活化有时可以导致由电极X2和Y2产生的离子扩散范围(由网状实线表示)与由电极X1和Y2产生的离子扩散范围(由虚线表示)之间根据电极66的间隔等的交叠，并且这可以由于临近像素部分57之间的色混而引起干扰部分69，并且可能难以生产精细显示器。还期望，在X1电极与Y2电极之间被激活的电场中的像素部分，例如，可以由于从邻近的X2电极扩散来的离子而轻微地着色。
本发明是在考虑了上述情况后构想的，并且其目的在于提供一种显示元件，其能够确保像素期望的着色效率、不产生干扰的精细显示、以及低能量下的简单矩阵驱动。

发明内容
本发明涉及一种显示元件，其具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的电解质，而该些电极中的至少任何一个在至少除去像素区域的区域内以绝缘材料覆盖。
本发明还涉及一种显示元件，其具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的聚合物电解质，并且满足以下关系
L≥2G其中，L表示相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，而G表示第二电极表面与所述第一电极的有效电极平面之间的距离。
在本发明的显示元件中，电极中的至少任何一个在除去至少像素区域以外的区域内以绝缘材料覆盖，并且相邻第一电极的有效电极平面之间的距离L设置为第二电极表面与第一电极的有效电极平面之间的距离的两倍或更大。绝缘材料可有效地抑制从各个第一电极一侧朝向第二电极一侧扩散和迁移的离子扩散到第二电极一侧的像素区域周围的区域中，或者可以有效地防止离子拥入邻近的像素中。
这因此而确保了期望像素的彻底着色，防止像素之间离子扩散范围的交叠，避免不期望着色的像素不必要的着色，以及确保高质量并清晰的显示，而不产生干扰和色彩模糊(色混)。
另外，着色和脱色受第一电极与第二电极之间的着色材料的电化学还原和氧化影响，并且聚合物电解质可以促进这些变化并帮助离子转变。这使得即使是在很低能量供给的情况下，快速并彻底的着色和脱色也能成功地进行，还成功地提高了对比度和色彩密度(黑色密度，例如)，由于其存储效应而避免长时间使用之后的退色等问题，并且不仅允许有源矩阵驱动还允许简单矩阵驱动。


图1A至1C为本发明一个实施例的显示元件的截面图；图2A和2B为本发明另一个实施例的显示元件的截面图；图3A至3C为本发明又一个实施例的显示元件的截面图；图4A至4C为先前已在图1A中示出的实施例的显示元件的平面图和截面图；图5A和5B为同一显示元件的分解透视图；图6为另一显示元件的局部平面图；图7A和7B为先前已在图2A中示出的实施例的显示元件的平面图和截面图；图8A至8C为本发明另一个实施例的显示元件的截面图；图9为本发明又一个实施例的显示元件的透视图；
图10A和10B为同一显示元件的平面图和截面图；图11为传统显示元件的截面图；图12A和12B为同一显示元件和干扰产生状态的平面图；以及图13为沿着图12A和12B中示出的线XIII-XIII截取的截面图。
具体实施例方式
在本发明的显示元件中，在第一电极与第二电极之间设置能够引起基于电化学还原或氧化的沉积、溶解或变色的着色材料和聚合物固体电解质，并且该些电极中的任意一个，在除去至少像素区域的区域内，由绝缘材料覆盖，因此从完全抑制干扰的角度出发，特别是在至少其第二电极的一部分被绝缘材料覆盖的情况下，优选以下关系中的任何一个将得到满足L≥G和L≥G-t其中L表示相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，t表示第二电极一侧绝缘材料的厚度，而G表示第二电极表面与第一电极的有效电极平面之间的距离。然而，过大的L会过分展宽相邻像素之间的距离，从而降低了像素密度，因此优选满足L≤3G，并且更加优选的是L≤2.5G。
在显示单元中，在第一电极与第二电极之间设置能够引起基于电化学还原或氧化的沉积、溶解或变色的着色材料和聚合物固体电解质，并且该些电极中的任意一个，在除去至少像素区域的区域内，由绝缘材料覆盖，因此从完全抑制干扰的角度出发，特别是在至少其第二电极的一部分被绝缘材料覆盖的情况下，以下关系必须得到满足l-a＝L+b或者l＝L+a+b其中b表示第一电极的有效电极宽度，l表示第二电极上像素周围绝缘材料外端之间的距离，t表示绝缘材料的厚度，而G表示第二电极表面与第一电极的有效电极平面之间的距离，由于采用矩阵布置需要第一和第二电极具有相同的间隔。
然而，现在假定应保持关系式L≥2G，其中L为相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，而G为第二电极表面与第一电极的有效电极平面之间的距离，过大的L过分展宽了相邻像素之间的距离，由此降低了像素密度，因此优选满足L≤3G，并且更加优选的是L≤2.5G。
绝缘材料优选包括诸如SiO2的硅氧化物或树脂。
从形成矩阵图案的电极的角度出发，优选第一和第二电极分别以规则的间距形成在预定的衬底上，并且第一和第二电极相对且将电解质置于其间。
在此情况下，从改善显示的清晰度的角度出发，从垂直于电极平面的方向观察时，在除去至少其交叉部分以外的区域中，第一和第二电极优选由绝缘材料覆盖。
为了确保像素区域，第一和第二电极优选形成为带状图形，并且优选这些带状图形的电极中绝缘材料未形成于其中的面积尺寸相同或不同。
为了确保像素区域，第一电极优选形成为在预定衬底上周期性布置的像素电极，而第二电极除去与像素相对应的部分以外的区域优选以绝缘材料覆盖。
为了在此情况下有效地确保像素区域，第二电极未以绝缘材料覆盖的面积大于作为像素的第一电极的有效电极面积。
对于在第一电极与第二电极之间设置能够引起基于电化学还原或氧化的沉积、溶解或变色的着色材料和聚合物固体电解质，并且该些电极中的至少任意一个由着色材料的连续层覆盖的情况，优选从改善显示的清晰度的角度出发，至少电极中的任意一个由绝缘材料覆盖，从而使得着色材料层与除像素区域以外的区域内的电解质相接触。
在此情况下，从形成矩阵图形的电极的角度出发，优选着色材料层未以绝缘材料覆盖的部分以预定的间隔形成，并且设置为使得其跨过以预定间隔形成的对电极。
为了提高色彩密度和对比度，着色材料优选为金属离子或电致变色材料。
金属离子优选为从由银、铋、铬、铁、镍、镉等构成的组中选取的至少一种阳离子。
在此情况下，电致变色材料可以在第一和第二衬底的至少任何一个的表面上形成为连续的层。
电致变色材料优选为从由氧化钨、尖晶石化合物(spinel compound)、紫精(viologen)化合物、电活化聚合物材料(electro-active polymer material)等构成的组中选取的至少任何一种材料。
电活化聚合物材料优选包括从由聚吡咯(polypyrrole)、聚甘菊环(polyazulene)、聚噻吩(polyazylene)、聚苯胺(polyaniline)等构成的组中选取的至少一种化合物。
还优选将显示元件构造为使得显示图形形成在第二电极一侧。
在此情况下，从实现有源矩阵驱动的角度出发，优选第一电极与形成在相同衬底上的驱动晶体管相连接。
在下面的段落中将参照附图介绍本发明的优选实施例。
图1A中所示的显示元件18具有分别形成在透明像素电极2和对电极6上预定位置处的绝缘膜14a和14b。
在诸如玻璃衬底的透明支撑1上，为每个像素部分17形成包括ITO薄膜的透明像素电极2。透明像素电极(ITO薄膜)2通过诸如汽相沉积和溅射的物理薄膜形成方法接着进行光刻而形成。单个像素部分17设置为在透明支撑1上具有点状图形(或矩阵状图形)。
可用于构成透明支撑1的材料包括诸如石英玻璃板和白片玻璃(whitesheet glass)的透明玻璃衬底，但不限于此，并且该材料还可包括以下示例，诸如聚二酸二乙酯(polyethylene naphthalate)和聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)的酯、聚酰胺、聚碳酸酯诸如醋酸纤维素的纤维素脂、诸如聚(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、诸如聚甲醛(polyoxymethylene)的聚醚、聚缩醛(polyacetal)、诸如聚苯乙烯(polystyrene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)和甲基戊烯聚合物(methylpentene polymer)的聚烯烃、以及诸如聚酰亚胺酰胺(polyimide-amide)和聚醚酰亚胺(polyether-imide)的聚酰亚胺。
虽然这些由合成树脂构成的透明支撑1可以构造成不易弯曲的刚性衬底，但是也可以构造成柔性薄膜。用于构成透明像素电极2的材料优选使用ITO以及SnO2、In2O3、MgO、ZnO等的溅射或汽相沉积的薄膜，其中ITO为In2O3和SnO2的混合物。还优选使用以Sn或Sb掺杂的这些薄膜。
对于透明像素电极2，可以根据期望的效果任意选择宽度、厚度和相邻透明像素电极2之间的距离。
接着，在点状图形(或带状图形)的透明像素电极(例如，ITO薄膜)2上通常通过使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯(tetraethoxy orthosilicate))和O2的等离子体CVD工艺并接着构图而形成200nm厚具有预定图案的绝缘膜14b(SiO2)。
对于绝缘膜14b，可以根据期望的效果任意选择宽度、厚度和相邻透明像素电极2之间的距离。
接着，在其上已形成有绝缘膜14b的透明支撑1上涂覆预定厚度的含电解质聚合物溶液，设置其上形成有对电极6和绝缘膜14a的支撑7，并使叠层干燥，由此形成聚合物固体电解质层5。
作为聚合物电解质的聚合物分子在预先溶解于适合的非水性溶剂(有机溶剂等)后使用。这里可采用的有机溶剂并非特殊的种类，在电池使用的任何公知的通用溶剂均可采用。
用于电池的通用溶剂优选非水性溶剂，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)、二甲亚砜(dimethylsulfoxide)、γ丁内酯(γ-butyrolactone)、二甲氧基乙烷(dimethyoxyethane)、二乙氧基乙烷(diethoxyethane)、四氢呋喃(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)。
选择高挥发性溶剂有利于显示元件的制造，因为这种类型的溶剂可以通过抽真空或在显示元件的制造条件下加热而去除。还可以在制造显示元件的同时将部分溶剂保留于其中。
用于构成聚合物电解质的聚合物可以为从由以下材料构成的组中选取的至少任何一种，这些材料包括诸如聚环氧乙烷(polyethylene oxide)的聚环氧亚烷(polyalkylene oxide)、诸如聚乙烯亚胺(polyethylene imine)的聚亚胺亚烷(polyalkylene imine)、以及诸如聚硫化乙烯(polyethylene sulfide)的聚硫化亚烷(polyalkylene sulfide)，其分别具有-[(CH2)mO-]n-、-[(CH2)mN-]n-和-[(CH2)mS-]n-的骨干单元；具有这些聚合物作为其主链的分支聚合物；诸如聚丙烯酸酯(polyacylate)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)(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。
将溶于上述用于电池的通用溶剂中并用做能够基于电化学沉积和溶解而着色和脱色的着色材料的金属离子(电解质)并没有特别的限制，并且其可用示例包括各种金属的离子(如铋、铜、银、锂、铁、铬、镍和镉)或这些金属组合的离子。特别优选的金属离子为铋离子和银离子。优选铋和银是由于它们可以容易地进行可逆反应(反复地着色和脱色)、在沉积期间确保很大程度的颜色变化、以及在电化学沉积后具有期望的存储效果(保持所显示的颜色)。
着色材料优选为从由硝酸银、氟硼酸银、卤化银(AgI等)、高氯酸银、氰酸银和硫氰酸银构成的组中选取的至少任意一种银盐。
除这些银盐以外，优选溶解至少一种辅助电解质，该辅助电解质从由卤化季铵(quatemary ammonium halide)(卤素例如为F、Cl、Br、I等)、碱金属卤化物(LiCl、LiBr、LiI、NaCl、NaBr、NaI等)、碱金属氰酸盐和碱金属硫氰酸盐(对于以上两种情况，碱金属为Na、Li、K等)构成的组中选取。
其它可用的辅助电解质示例包括诸如LiBF4、LiClO4、LiPF6、LiCF3SO3等的锂盐；诸如KCl、KI、KBr等的钾盐；以及诸如氟硼酸四乙铵(tetraethylammonium borofluoride)、高氯酸四乙铵(tetraethylammoniumperchlorate)、氟硼酸四丁铵(tetrabutylammonium borofluoride)、高氯酸四丁铵(tetrabutylammonium perchlorate)、卤化四丁铵(tetrabutylammonium halide)等的四烷基铵盐。这些四烷基铵盐的烷基链长可以彼此相同或不同。
聚合物固体电解质层5优选通过添加预定量的增塑剂以改善聚合化合物(polymer compound)的可塑性。对于使用亲水性(hydrophilic)聚合物的情况，增塑剂可以是从由水、乙醇(ethanol)、异丙醇(isopropanol)及其混合物构成的组中选取的至少任何一种化合物；而对于使用疏水性(hydrophobic)聚合物的情况，增塑剂可以是从由碳酸乙烯酯、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丁内酯、乙腈、丙腈、环丁砜(sulfolane)、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氢呋喃、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、二甲亚砜、二甲基乙酰胺和n甲基吡咯烷酮等(特别是对质子有惰性的溶剂)及其混合物构成的组中选取的至少任何一种化合物。
聚合物固体电解质层5添加以着色剂，从而改善对比度。如上所述，对于金属离子显现黑色的情况，添加具有很大遮蔽效果的白色材料，从而产生背景色。该材料的示例包括白布、白纸和用于着色的白色粒子，且用于着色的白色粒子可以为从由二氧化钛、碳酸钙、二氧化硅、氧化镁和氧化铝构成的组中选取的至少任何一种材料。还可以使用染料来着色。
对于着色剂为无机粒子的情况，着色剂的混合比优选在1至20wt％(质量百分比)左右的范围内，并且更加优选在1至10wt％左右的范围内，尤其优选在5至10wt％左右的范围内。
限定上述范围是因为，诸如二氧化钛的无机白色粒子无法溶于聚合物材料中，而是仅能分散于其中，因此它的混合比过大将导致无机粒子的凝结，并且将产生光密度的不均匀性。无机粒子还存在不具有粒子导电性的缺点，而增大其混合比将导致聚合物电解质传导率的降低。考虑到上述两方面情况，混合比的上限优选设置在20wt％左右。
对于将染料用作着色剂的情况，其混合比最大可以为10wt％。
这是因为，与无机粒子相比，染料具有高得多的着色效率。因此，任何电化学稳定的染料，少量使用就可以实现足够的对比度。通常，染料优选为油溶性染料。
对于混合无机粒子作为着色剂的情况，聚合物固体电解质层5优选具有20μm至200μm的厚度，更加优选的为50μm至150μm，尤其优选的是70μm至150μm。
这是因为，聚合物固体电解质层5较小的厚度预期将导致电极间较小的电阻率、较短的着色和脱色时间、以及较小的功耗。然而，小于20μm的厚度容易由于降低的机械强度而产生针孔或裂缝，而过厚的层将由于较少的白色粒子混合量而导致白度(对比度)的不足。
与用于形成聚合物固体电解质层5的聚合物溶液的制备并行地，在支撑7上通过诸如溅射的物理薄膜形成工艺形成由期望厚度的钯膜等构成的对电极6。
对电极6可以由任何电化学稳定的金属构成，优选为铂、铬、铝、钴、钯等，并且优选可以通过溅射工艺或汽相沉积工艺形成为良导体。
可以根据期望的效果任意选取对电极6的宽度、厚度和相邻电极之间的距离。
如果用于主反应的金属预先或偶然地补充之充足的程度，还可允许使用碳来构成对电极6。用于此目的的碳可以固定在金属电极上，并且其具体方法为诸如在衬底的表面上印刷碳涂料，碳涂料使用树脂制成为墨水。碳的使用成功地降低了对电极6的成本。
对于对电极6具有足够刚性的情况，支撑7可以省略。用于构成支撑7的材料并非必须总是透明的，能够确保支持对电极6和聚合物固体电解质层5的任何衬底或薄膜都可使用。
该材料的示例包括诸如石英玻璃板和白片玻璃的玻璃衬底、陶瓷衬底、纸质衬底和木质衬底，但不限于此；而合成树脂衬底也可以使用，其示例包括诸如聚二酸二乙酯(polyethylene naphthalate)和聚对苯二酸乙烯酯(polyethylene terephthalate)的酯；聚酰胺；聚碳酸酯；诸如醋酸纤维素的纤维素脂；诸如聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯联六氟丙烷(poly(tetrafluorethylene)co-hexafluoropropylene)的含氟聚合物；诸如聚甲醛(polyoxymethylene)的聚醚；聚缩醛；诸如聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯和甲基戊烯聚合物的聚烯烃；以及诸如聚酰亚胺酰胺和聚醚酰亚胺的聚酰亚胺。
在点状图形(或带状图形)的对电极6上的预定位置处，通过使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等离子体CVD工艺并随后进行构图而形成。接着，在透明支撑1上涂覆的聚合物溶液上设置支撑7，使得支撑7和透明支撑1将聚合物电解质的聚合物溶液保持于其间，从而与两个电极6和2都接触。
在此情况下，必须确保将聚合物电解质的聚合物溶液保持于其间的单个电极之间的预定距离(缝隙)。为了实现元件必要的强度，例如可以预先在聚合物溶液中混入(或者在支撑1上设置)具有任意直径或长度的棒形加强部件，从而使其起隔离物的作用。
还允许通过以下方式来确保电极之间的间隙，即在电极之间设置由无纺纤维或纸构成的隔离物，并通过将聚合物电解质的聚合物溶液浸入由无纺纤维或纸构成的隔离物，从而确保电极之间的最优距离。
接着，在透明支撑1上堆叠支撑7，使得对电极6与聚合物溶液相接触，从而获得聚合物溶液保持在衬底7与1之间的状态。
然后，加热并干燥聚合物溶液，使得溶剂蒸发，并使其本身固化，从而在支撑7与透明支撑1之间形成聚合物固体电解质层5。
这里，还可以允许使用交联剂，从而形成聚合物分子(或线性聚合物化合物)之中的化学键，由此获得具有三维网状结构的聚合化合物。使用交联剂的一种可能的方式为将交联剂预先混入成份单分子体中，使交联反应可以与聚合反应平行进行。
交联剂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)、诸如二乙烯醚(divinyl ether)和二乙烯砜(divinyl sulfone)的二乙烯化合物、诸如己二烯酞酸脂(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)。
交联剂可以是基于离子机制、浓缩反应或加成反应而产生交联的交联剂。基于浓缩反应的交联剂包括乙醛(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，而基于加成反应的交联剂包括二异氰酸盐(diisocyanate)、二(环氧)化合物和二(乙烯亚胺)化合物。
下面将介绍本发明的优选实施例。
示例1如图1A至1C所示，在本示例的显示元件18中，在透明像素电极2和对电极6两者上的预定位置处设置由SiO2构成的绝缘膜14b和14a。在显示元件18中，透明像素电极2由绝缘膜14b覆盖的部分并非着色显示的原因，因为作为电解质的金属离子与透明像素电极之间电子的贡献与接受在该部分是禁止的，并且使得包括在聚合物固体电解质层内的金属离子的电化学沉积从不发生(下同)。离子扩散范围A由此基本限定在绝缘膜14b内侧的区域中，并且这使得金属仅沉积(或者是着色仅发生)在像素部分17内。
绝缘膜14b的图形设计为具有二维周期性排列，使得开口部分(像素部分17)在透明像素电极2与对电极6交叠的部分内。电极交叠的部分并非总是必须具有与像素部分17相同的面积尺寸和形状，通常实际上将后者设计得略大。电极本身的宽度优选设计得比绝缘膜的开口部分大，从而降低电阻率。
在透明像素电极2上设置绝缘膜14b的目的在于避免在开口部分(像素部分17)以外的区域中着色，并且抑制相邻像素部分17之间的干扰以及色彩的模糊。另一方面，还在对电极6上设置绝缘膜14a的目的在于使对电极6的宽度更宽，从而降低电阻率(确保电导率)，如图4A和4C中清晰示出的，并限制离子扩散范围A。
接着，透明像素电极2的电极表面22与对电极6的有效电极平面23(其中，在对电极6具有形成于其上的绝缘膜14a的情况下，有效电极平面定义为绝缘膜14a允许离子扩散的开口部分的上端面)之间的距离定义为G，相邻对电极6的有效电极平面之间的距离定义为L，透明像素电极2的像素部分17周围的绝缘材料14b的外端之间的距离定义为1，透明像素电极2的电极表面上的绝缘膜14b的厚度定以为t，透明像素电极2的电极表面上的绝缘膜14b的宽度(长度)定以为a，而对电极6的有效电极平面23的宽度定义为b(下同)。
从确保像素区域的角度出发，形成在透明像素电极2上的绝缘膜14b的长度a的值无限接近于0是优选的，该长度可以依据显示元件的像素数量来确定。
透明像素电极2上的绝缘膜14b的厚度t可以不是均匀的，并非如图1A至1C所示，因为绝缘膜14b特别通过精细形成工艺而形成，并且绝缘膜14b由此可具有可变角度部分或可组合的形式。由此限定出，以下描述的关于t的单个公式基本是设计的基础公式，并且它们仅给出了实际考虑的近似。
在对电极6的有效电极平面与透明像素电极2的电极表面之间，朝向透明像素电极2一侧扩散的离子可通过朝向透明像素电极2的像素部分17大约在45°的角度范围的扩散而移动(迁移)。尽管实际的离子扩散范围可以偶尔超出45°，但是此处的离子扩散范围可以几乎限定在45°的范围内，因为超出的情况极少发生(这也适用于下面介绍的其它实施例中)。
对于绝缘膜14b和14a分别形成在透明像素电极2和对电极6上的情况下，对电极6通常如图1A所示地布置，从而避免邻近对电极6上离子扩散范围A的交叠(干扰)，从而防止由于离子扩散范围的交叠而产生的干扰。
在本显示元件18中，离子在由形成在透明像素电极2上的绝缘膜14b划分的像素部分17的整个区域上扩散和沉积(导致着色)而不产生浪费，并且这使得像素部分17处于显示效率出色的理想状态。
在图1B所示的下一典型情况中，其中绝缘膜14b和14a分别形成在透明像素电极2和对电极6上，并且对电极6布置为彼此过分接近，如果相邻对电极6有效电极平面之间的距离L遵从L＜G-t的关系，相邻对电极6上的离子扩散范围彼此将部分地拥挤。透明像素电极2一侧上的绝缘膜14b更不可能避免拥挤，并且这导致了干扰或色彩模糊(或色混)(以下简称“干扰等”)。
为了避免这些不一致，应保持关系式L≥G-t。如果保持L≥G-t，理论上还支持绝缘膜14b可以成功地抑制离子从一个扩散至另一个。
另一方面，在图1C所示的、类似于图B所示的矩阵设置中，透明像素电极2和对电极6应具有相同的间隔，并且由此应保持以下关系1-a＝L+b或1＝L+a+b。
为了避免前述的干扰等，透明像素电极2上的像素部分17周围的绝缘材料14b的外端之间的距离1的范围优选满足以下关系1≥2G+b-2t。
若1＜2G+b-2t，透明像素电极2上绝缘膜14b的外端彼此过分靠近，这再次使得绝缘膜14b无法成功地抑制离子扩散朝邻近的像素部分延伸，并且这导致了干扰等。
满足条件L≥G-t或1＝L+a+b中的任何一个对于显示元件18都是足够的，但同时满足这两个条件更有利于完全抑制干扰或色彩模糊(或色混)，以及确保像素部分和像素密度。
另外，选择性的着色和脱色基于包括金属离子的着色材料的电化学还原和氧化而发生在透明像素电极2上，并且该工艺由聚合物电解质促进，使得这成功地实现了具有大对比度和色彩密度的反射型显示元件，并且在长期使用期间由于沉积物的存储效应的原因而没有通常的退色问题(下同)。这与简单矩阵驱动系统和有源矩阵驱动系统无关。
图4A至4C以及图5A和5B示出了根据本实施例的显示元件的具体构造。绝缘膜14b和14a分别形成在透明像素电极2和对电极6上，并且条件L≥G-t和1≥2G+b-2t中的任意一个或全部得到满足，从而抑制干扰等，并且确保像素部分。
另外，单个电极布置为形成图1A至1C所示的矩阵图形的显示元件18的构造，以及对带形对电极6的足够宽度的确保成功地降低了作为引线的对电极6的电阻率，并且成功地确保了期望的电导率，即使是与像素部分相对的有效电极平面15由于绝缘膜14a而变窄。
还可以通过使像素部分17中心处的对电极6的有效电极平面15的面积变窄而进一步抑制干扰等。
如图6所示，如果可能，有效电极平面15(绝缘膜14a开口的上端面)更加优选地具有圆形或其它弯曲的轮廓，而非方形轮廓。这是因为不具有角度部分的圆形轮廓将从不导致电场的聚集，并且更易于产生等势面。任何有角度的部分易于导致显示的不完全擦除，而弯曲部分则从不发生。
示例2本实施例表现了绝缘膜14b根本未设置在透明像素电极2上的情况，如图2A所示，并且取而代之地，相邻对电极6的有效电极平面之间的距离L被展宽成足以使相邻对电极6上的单个离子扩散范围不与其它的发生交叠，从而抑制干扰等。
即，为了避免相邻对电极6上离子扩散范围的交叠，从而抑制干扰等，相邻对电极6的有效电极平面之间的距离L限定为满足关系L≥2G。
若关系L＜2G应保持，则相邻对电极6彼此过分接近，并且这会产生离子扩散范围的交叠，以及导致干扰等。
在下一种情况中，其中仅绝缘膜14a设置在对电极6一侧上，而保留透明像素电极2未设置以绝缘膜14b，如图2B所示，相邻对电极6的有效电极平面之间的距离L限定为再一次满足关系L≥2G。
若关系L＜2G应保持，则相邻对电极6彼此过分接近，并且这会产生离子扩散范围的交叠，以及导致干扰等。
因此，在图2A和2B所示的两种情况中，期望满足条件L≥2G足以抑制干扰等，并且确保必要的像素部分和像素密度。
示例3在接下来的情况中，仅绝缘膜14b设置在透明像素电极2一侧上，如图3A所示，本显示元件18中的对电极6设置为使得离子可以到达由形成在透明像素电极2上的绝缘膜14b划分的像素部分17的整个区域上而不产生浪费，并且这使得像素部分17处于显示效率出众的理想状态。
即，对于相邻对电极6彼此接近的情况，相邻对电极6的有效电极平面之间的距离L应满足关系L≥G。
这成功地避免了相邻像素之间的干扰，如图7A和7B所示，并且还避免了色彩模糊和混杂。
若关系L＜2G应保持，则相邻对电极6彼此过分接近，使得透明像素电极2上的绝缘膜14b更不可能抑制从一个像素至另一个像素的离子扩散，并且这导致了干扰等。
在接下来如图3C所示的情况中，其与图3B所示情况类似，透明像素电极2的像素部分1 7周围的绝缘材料14b的外端之间的距离1的范围应满足以下关系1＝L+a+b基于与上述相同的原因，并且更加优选满足关系1≥2G+b-2t。
若关系1＜2G+b-2t应满足，则透明像素电极6一侧上的绝缘膜14b又更加不可能防止从一个像素至另一个像素的离子扩散，并且这导致了干扰等。
满足条件L≥G和1＝L+a+b中的任何一个对于显示元件18都是足够的，但同时满足这两个条件更有利于完全抑制干扰等，以及确保必要像素区域和像素密度。
示例4图8A示出显示元件18的下一个示例，其几乎与图3A至3C所示的示例3的显示元件类似，并且构造为包括作为聚合物固体电解质层5(离子导体)中的着色材料的金属离子，并且从而在利用简单矩阵系统驱动时通过金属离子的电化学沉积显色。
不同于上述显示元件，图8B和8C所示的显示元件18未使用金属离子作为着色材料，而是使用电致变色(EC)层4作为着色材料的连续层，其形成在透明像素电极2与包括电解质的聚合物固体电解质层5之间，从而将它们结合起来。
在显示元件18中，绝缘膜14b可形成在透明像素电极2(图8B)和电致变色(EC)层4(图8C)中的无论哪一个上。
图8B和8C中所示构造中的透明像素电极2与电致变色(EC)层4相接触，其中电致变色层4包括作为电致变色材料的电活化聚合物材料。
电致变色层4可以通过电化学氧化或自然还原而改变其颜色，并且在透明像素电极2与其它电极6之间施加电压从而产生其间的电势差的条件下，通常其位于透明像素电极2上和在由绝缘膜14b限定的区域内的部分变黑B。黑色图形可以在从透明支撑1的一侧按显示出的色彩观察到。在此情况下，电致变色层4仅在由绝缘膜14b限定的像素区域内产生色彩，但如果施加的电压反向就会脱色。
此处使用的电致变色材料可以为从由氧化钨、尖晶石化合物、紫精化合物和电活化聚合化合物构成的组中选取的任何一种。
另外，通过电解合成获得的导电聚合物也优选用于电致变色层4。这是因为，导电聚合物由于其导电性之便可以帮助快速地贡献和接受电子，并且由此可以允许快速的着色和脱色反应。
聚合物材料的优选示例在下表1中列出，它们可以通过吡咯(pyrrole)、苯胺(aniline)、甘菊环(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的范围内)的电解氧化聚合而获得。还允许组合(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、聚甘菊环、聚噻吩、聚吲哚和聚咔唑)中，特别优选的一种是聚吡咯。这是因为其具有低氧化还原电势、高库伦效率、氧化时的黑显示色彩、以及很长的重复使用寿命。
优选具有低氧化还原电势的材料是因为它们在着色状态中更加稳定。
优选具有较高库伦效率的材料是因为它们能够更成功地抑制负面反应，其中聚吡咯的库伦效率几乎高达100％意味着负面反应几乎无法发生，并且显示元件的使用寿命得到了成功的延长。
氧化下显色的黑色对于文档显示是很重要的特征。与其它仅能显示绿或微带红色的黑色的已知聚合物不同，聚吡咯在完全氧化下显示出纯黑色。因此，使用聚吡咯可以增加黑色的密度，并且还可以提高对比度。
反复使用下的长服务寿命是聚吡咯的又一项有价值的特征。
在聚合物固体电解质层5响应着色而与电致变色层4相接触地形成的构造中，优选将聚合物电解质的合成形成用于构成聚合物固体电解质层5和包括聚合物材料作为电致变色材料的电致变色层4，因为聚合物材料更不易在着色或脱色中由于其量的改变而导致从电极上落下或粉碎，这改善了耐用性。
由此构造的显示元件18可利用有源矩阵系统驱动，并且适当地选择构成电致变色层4的材料可以提高对比度和黑色密度。
另外，通过设置在透明像素电极2与对电极6之间的、含有作为着色材料的电致变色材料的层4的电化学氧化和还原来实现选择性着色，而着色由聚合物固体电解质层5而促进。这还有助于提高对比度和色彩密度，并且有助于避免长期使用后的退色问题。
示例5首先，在图11中示出了对比显示元件38。显示元件38构造为二维平板显示器，其中多个显示单元部分17在平面中布置，每个显示单元部分17包括由作为驱动单元的薄膜晶体管(TFT)3控制的透明像素电极2；包括金属离子(作为着色材料的电解质)、聚合物电解质和增白剂的聚合物固体电解质层5；以及，为一条直线上的各个像素共同设置并使其与透明像素电极2相对的带状图形的对电极6。
在显示元件38中，一个像素部分17由透明像素电极2和薄膜晶体管(以下缩写为TFT)3组合构成，而多个像素部分17布置在透明支撑1上，使其形成点状图形(或矩阵图形)。
透明像素电极2包括构图为近似矩形或方形的透明导电膜，它对于每个像素部分17是隔开的，并且其一部分设置有用于每个像素电极的TFT 3。
为每个像素部分17设置的TFT 3通过未在图中示出的引线选取，从而控制对应透明像素电极2的驱动。TFT 3有效抑制了像素部分17之中的干扰。TFT 3形成为占据透明像素电极2的一角，而透明像素电极2可以与TFT 3交叠。
TFT 3与栅极线和数据线连接，TFT 3的栅极电极连接至各自的栅极线，TFT 3的源极/漏极区中的一个连接至各自的数据线，而另一个源极/漏极区电连接至透明像素电极2。
在显示元件38中，聚合物固体电解质层5包括作为着色材料并响应变色的金属离子(电解质)。用于变色的金属离子(电解质)(诸如卤化银)可产生电解电镀(着色)12，即着色或电化学沉积，以及按可逆的方式进行的、作为逆反应的溶解(脱色)，而这样就实现了显示。着色的图形通常通过沉积的银形成，并且作为显出的颜色可以从透明支撑1一侧视觉观察到。
对电极6形成在与透明像素电极2相对的一侧，并且设置支撑7从而支撑对电极6。支撑7并非必须总是透明的，因为它未设置在像素部分17一侧，并且任何能够正确支撑对电极6和聚合物固体电解质层5的衬底、薄膜等均可使用。为了使透明像素电极2与对电极6相对，在周围形成用于支持支撑1和7的密封树脂部分10和密封部件。这些密封树脂部分10和密封部件成功地支持了支撑1和7、以及设置于其间的透明像素电极2、TFT 3、聚合物固体电解质层5和对电极6。
如此构造的显示元件38可以由TFT 3基于有源矩阵系统驱动，并且这成功地提高了基于包括在聚合物固体电解质层5中的金属离子(电解质)的沉积和溶解的对比度和色彩密度。
然而，在显示元件38中，不能作为显示部分的TFT 3设置在透明像素电极2一侧，并且这会不良地的降低像素部分17的面积尺寸，从而降低了孔径比，并且对像素部分17的亮度造成负面影响。
为了避免负面影响，本实施例采用上述在示例3中介绍的显示元件18，其具有电极的点状图形的布置(也允许使用带状图形的布置)，如图9、10A和10B所示，其中增大了相邻驱动电极(对电极)36的有效电极平面之间的距离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并使其与单个驱动电极36的侧边连接。
根据本构造，TFT 3将从不对像素部分17的孔径比造成负面影响，因为TFT 3未设置在透明像素电极2一侧，并且这成功地提高了像素部分17的显示效率(包括亮度)。为了检测透明像素电极和驱动电极36的电势，优选在这里使用第三电极，其完全不参与反应。
用于构成第三电极的材料优选从这样的金属材料中选取，其不对反应产生贡献并且不导致自发地溶入作为设置在透明像素电极2与驱动电极36之间的介质的聚合物固体电解质层5中，并且该材料可以从铂、铬、铝、钴、钯、银等中选取，与驱动电极相似。
第三电极优选形成在与透明像素电极2或驱动电极36处于同一平面的一部分中，但与其电绝缘。
接着，将详细介绍本发明的示例。
实施例1制造与上述示例1(图1A、图4A至4C、图5A和5B)中介绍的相类似的显示元件18。
即，在2mm厚的10cm×10cm聚碳酸酯衬底(透明支撑1)上根据下面介绍的工序形成带状图形的透明像素电极(显示电极)2和绝缘膜14b。
带的宽度设置为150μm，带设置的间隔为170μm，而开口(未由绝缘膜14b覆盖的像素部分17)的尺寸为140μm见方。
接着，通过溅射工艺在聚碳酸酯衬底(透明支撑1)上形成具有500nm的厚度和12Ω/cm2的表面电阻的ITO薄膜。
接着，在ITO薄膜上涂覆并通过光刻构图光致抗蚀剂，从而获得期望的带状形式。
接着，将聚碳酸酯衬底浸入ITO蚀刻溶液中，从而去除未由光致抗蚀剂覆盖的部分中的ITO薄膜。随后，使用诸如丙酮的有机溶剂去除光致抗蚀剂。
接着，通过使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等离子体CVD工艺在带状图形的透明像素电极2(ITO薄膜)上形成200nm厚的SiO2薄膜作为绝缘膜14b。
接着，在SiO2薄膜上涂覆并通过光刻构图光致抗蚀剂，从而获得期望的图形，随后将衬底浸入通常包括氟化铵、氢氟酸等等的混合溶液中，从而去除未由光致抗蚀剂覆盖的部分中的SiO2薄膜。随后，使用诸如丙酮的有机溶剂去除光致抗蚀剂，从而将绝缘膜14b形成为预定图形。
另一方面，在0.2mm厚的10cm×10cm聚碳酸酯衬底(支撑7)上根据下面的工序形成带状图形的金属电极(对电极)6和绝缘膜14a。开口(未由绝缘膜14a覆盖的部分)的尺寸为20μm见方。
首先，通过溅射工艺在聚碳酸酯衬底(支撑7)上形成300nm厚的铝膜。
接着，在铝膜上涂覆并通过光刻构图光致抗蚀剂，从而获得期望的带状图形。
接着，对聚碳酸酯衬底使用BCl3和Cl2的混合气体进行RIE(反应离子蚀刻)工艺，从而蚀刻掉未由光致抗蚀剂覆盖的部分中的铝膜。随后，使用诸如丙酮的有机溶剂去除光致抗蚀剂。
接着，通过使用TEOS(Si(OC2H5)4原硅酸四乙氧酯)和O2的等离子体CVD工艺在带状图形的铝膜(对电极6)上形成200nm厚的SiO2薄膜作为绝缘膜14a。
接着，在SiO2薄膜上涂覆并通过光刻构图光致抗蚀剂，从而获得期望的图形，随后将衬底浸入通常包括氟化铵、氢氟酸等等的混合溶液中，从而通过蚀刻去除未由光致抗蚀剂覆盖的部分的SiO2薄膜。随后，使用诸如丙酮的有机溶剂去除光致抗蚀剂，从而将绝缘膜14a形成为预定图形。下面，将介绍聚合物电解质的制备和涂覆。
首先，混合1份重量的分子量约为350000的聚乙烯醇，10份重量的水和异丙醇的1∶1混合溶液，1.7份重量的溴化锂(辅助电解质)和1.7份重量的氯化铋(着色材料)，随后将混合溶液加热至120℃，从而制备均匀溶液。
接着，向溶液中添加0.2份重量的、平均颗粒尺寸为0.5μm的二氧化钛，并使用均质器使其均匀扩散。然后将扩散物通过刮刀法涂覆在透明衬底(具有形成于其上的透明像素电极2)上至60μm的厚度，接着马上结合具有形成于其上的对电极6的衬底，随后将结合的衬底在110℃、0.1MPa的减压下干化1小时，从而在两个电极之间形成凝胶化的聚合物固体电解质层5。结合的衬底的端面使用密封部件13和密封树脂部分10密封。
由此制造的显示元件18(离子传导型显示)构造为如图1A至1C所示。
显示元件18形成为具有150μm的L、200μm的1、200nm的t、20μm的b和约60μm的G(精确地为59.5μm)，并形成为满足L≥G-t，该条件为干扰抑制条件。
<显示特性评测>
利用公知的方法选择期望系列的带状图形电极(透明像素电极和对电极)，并且通过以5μC的电量向透明像素电极2(显示电极)施加1.2至1.5V每像素部分17的固定电压0.1秒钟而产生着色效果，从而允许在透明像素电极2(显示电极)处发生还原反应，而脱色是通过在相同的电量下进行氧化反应而实现。着色显示和无色(白色)显示按此方式切换。
结果，发现无色(白色)显示的反射率为70％，而发现着色(黑色)显示的显示部分的光密度(OD)接近1.4(反射率＝4％)。未在任何未选取的像素中发现着色或脱色。
使显示元件处于着色状态，然后保持其电路开路。即使是在一周后也未发现显示部分的光密度发生变化，这证实了元件的存储效果。
反复的着色/脱色循环测试显示出，在着色期间，仅在重复8百万次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低(实际应用中1.5或更高是优选的)，这证实了元件出色的特性。
实施例2除通过溅射在透明像素电极2上形成作为电致变色层(EC)4的1μm厚的氧化钨薄膜以外，在本示例中，制造与实施例1类似的显示元件，并且其工艺如下进行。
即，在制备和涂覆聚合物固体电解质期间，混合1份重量分子量约350000的聚偏二氟乙烯、10份重量的乙腈和1.7份重量的硫氰酸钾(KSCN)，并且将混合物加热至120℃，从而制备均匀的混合物。
向溶液中添加0.2份重量的、平均颗粒尺寸为0.5μm的二氧化钛，并使用均质器使其均匀扩散。然后将扩散物通过刮刀法涂覆在衬底(透明像素电极2)上至20μm的厚度，随后在150℃、0.1MPa的减压下干燥24小时，从而形成聚合物固体电解质。除这些工艺以外，实施类似的工艺，从而制造构造如图8B所示的显示元件18(另外，L和1可与实施例1中的相同)。
<显示特性评测>
进行与实施例1中类似的测量，发现在无色(白色)显示期间的反射率为70％，而在着色(蓝色)显示期间显示部分的光密度(OD)约为1.3(反射率＝4％)。未在任何未选取的像素中发现着色或脱色。
使显示元件处于着色状态，然后保持其电路开路。即使是在一周后也未发现显示部分的光密度发生变化，这证实了元件的存储效果。
反复的着色/脱色循环测试显示出，在着色期间，仅在重复8百万次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低，这证实了元件出色的特性。
实施例3在本示例中，与实施例1介绍的类似地制造与图9、10A和10B所示的显示元件18相似的显示装置，除使用1.1mm厚的10cm×10cm玻璃衬底以外，该玻璃衬底其整个表面上具有表面电阻为7Ω/cm2的透明导电膜(ITO)，以170μm(150dpi)的间隔在其上二维布置140μm见方的开口，并使用1.1mm厚的10cm×10cm玻璃衬底，其上通过公知的方法形成20μm见方的驱动电极36(ITO薄膜)和TFT 3，从而以170μm的间隔、按二维方式布置。
<显示特性评测>
执行与实施例1中类似的测量，显示出对于无色(白色)显示的高达70％的反射率，这与实施例1中的值类似，这是因为元件在显示电极一侧不具有TFT。对于着色(黑色)显示，显示部分的光密度(OD)约为1.4(反射率＝4％)。未在任何未选取的像素中发现着色或脱色。
使显示元件处于着色状态，然后保持其电路开路。即使是在一周后也未发现显示部分的光密度发生变化，这证实了元件的存储效果。
反复的着色/脱色循环测试显示出，在着色期间，仅在重复8百万次左右以后，黑色密度才降低至1.0或更低，这证实了元件出色的特性。
对比例1制造与实施例1类似的显示器，除了聚合物固体电解质层5的厚度G变为120μm。在显示元件18中，不满足条件L≥G-t，而满足L＜G-t。
当在与实施例1相同的条件下驱动显示元件而使一个像素部分17处于着色状态并保持相邻的像素部分17未着色时，发现相邻像素部分与着色的像素部分17面对的区域产生了宽度约10μm的着色，这就意味着干扰。
对比例2制造与实施例1类似的显示器，除了绝缘膜14a和14b既没有形成在像素电极2上也没有形成在对电极6上。在此显示元件18中，不满足条件L≥2G，而满足L＜2G。
当在与实施例1相同的条件下驱动显示元件而使一个像素部分17处于着色状态并保持相邻的像素部分17未着色时，在施加电压期间，发现着色区域逐步扩展，超过140μm(像素部分17)的目标尺寸，并在0.1秒钟后达到170μm。
上述的示例和实施例还可以在本发明技术精髓的基础上改动。
例如，上述显示元件18中绝缘膜14a和14b的图形、尺寸和材料不限于上述内容。尽管由于对电极6一侧材料的光学性质使得显示元件18仅允许从透明像素电极2一侧观察，但也允许通过为对电极6和支撑7采用透明材料而将显示元件制成透明型，从而不仅可以从一侧而且可以从两侧观察元件。
如上所述，在本发明中，至少一侧的电极以绝缘材料覆盖，绝缘材料在至少除去像素区域的区域内，相邻第一电极的有效电极平面之间的距离L设置为第二电极与第一电极有效电极平面之间的距离G的两倍或更大，从而有效地抑制从单个第一电极一侧朝向第二电极一侧扩散和迁移的离子由于绝缘材料的原因扩散到第二电极一侧的像素区域周围的区域中，或者有效地防止离子拥入邻近的像素中。这成功地使得期望像素的着色达到令人满意的水平，防止像素之间离子扩散范围的交叠，避免不期望着色的像素被着色，以及获得高质量且清晰的显示，而不产生干扰、色彩模糊和色混。
另外，着色和脱色受第一与第二电极之间的着色材料的电化学还原和氧化的影响，并且聚合物电解质可以促进这些变化并帮助离子转变。这使得快速并彻底的着色和脱色成功地进行，即使是在很低能量供给的情况下，还成功地提升了对比度和色彩密度(黑色密度，例如)，由于其存储效果而避免退色等问题，即使是在长时间使用之后，并且允许简单矩阵驱动。
权利要求
1.一种显示元件，其具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的电解质，而该些电极中的至少任何一个在至少除去像素区域的区域内以绝缘材料覆盖。
2.如权利要求1所述的显示元件，其中所述显示元件具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的聚合物电解质，而该些电极中的至少任何一个在至少除去像素区域的区域内以绝缘材料覆盖，假定为至少其所述第二电极的一部分由绝缘材料覆盖的所述显示元件满足以下关系中的任何一个L≥G和L≥G-t其中，L表示相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，t表示第二电极一侧的所述绝缘材料的厚度，而G表示第二电极表面与所述第一电极的所述有效电极平面之间的距离。
3.如权利要求1所述的显示元件，其中所述显示元件具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的聚合物固体电解质，而该些电极中的至少任何一个在至少除去像素区域的区域内以绝缘材料覆盖，假定为至少其所述第二电极的一部分在除去至少像素区域的区域内由绝缘材料覆盖的所述显示元件满足以下关系l＝L+a+b其中，L表示相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，b表示所述第一电极的有效电极宽度，l表示所述第二电极上像素周围的所述绝缘材料外端之间的距离，而a表示所述绝缘材料的宽度。
4.一种显示元件，其具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的聚合物电解质，并且满足以下关系L≥2G其中，L表示相邻第一电极的有效电极平面之间的距离，而G表示第二电极表面与所述第一电极的所述有效电极平面之间的距离。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中所述绝缘材料包括氧化硅或树脂。
6.如权利要求1或4所述的显示元件，其中所述第一电极和所述第二电极以预定的间隔分别形成在预定的衬底上，并且所述第一和第二电极设置为使得其彼此面对，同时在其间设置所述电解质。
7.如权利要求6所述的显示元件，其中所述第一和第二电极在除去至少交叉部分的区域内以所述绝缘材料覆盖。
8.如权利要求7所述的显示元件，其中所述第一和第二电极形成为带状图形，并且该些带状图形的电极其中未形成有绝缘材料的面积尺寸相同或不同。
9.如权利要求1或4所述的显示元件，其中所述第一电极形成为在预定衬底上周期性布置的像素电极，并且与其面对的所述第二电极在除去与像素相对应的部分的区域中以所述绝缘材料覆盖。
10.如权利要求9所述显示元件，其中所述第二电极未由所述绝缘材料覆盖的面积大于作为像素的所述第一电极的有效电极面积。
11.如权利要求1或4所述的显示元件，其中所述显示元件具有能够基于电化学还原或氧化产生沉积、溶解或变色的着色材料、以及设置在第一电极与第二电极之间的聚合物固体电解质，而所述电极中的至少任何一个在以所述着色材料的连续层覆盖，并且所述电极中的至少任何一个以所述绝缘材料覆盖，使得所述着色材料层与除像素区域以外的区域中的所述电解质相接触。
12.如权利要求11所述的显示元件，其中所述着色材料层未由所述绝缘材料覆盖的部分以预定的间隔形成，并且设置为使其跨过以预定间隔形成的对电极。
13.如权利要求1或4所述的显示元件，其中所述着色材料为金属离子或电致变色材料。
14.如权利要求13所述的显示元件，其中所述金属离子为从包括银、铋、镉、铁、镍和铬的组中选取的至少任何一种阳离子。
15.如权利要求13所述的显示元件，其中所述电致变色材料在所述第一和第二电极中的至少任何一个的表面上形成为连续的层。
16.如权利要求13所述的显示元件，其中所述电致变色材料为从由氧化钨、尖晶石化合物、紫精化合物和电活化聚合物材料构成的组中选取的至少任何一种化合物。
17.如权利要求16所述的显示元件，其中所述电活化聚合物材料为从包括聚吡咯、聚甘菊环、聚噻吩和聚苯胺的组中选取的至少任何一种化合物。
18.如权利要求1或4所述的显示元件，其中形成所述第二电极从而显示图形。
19.如权利要求18所述的显示元件，其中所述第一电极与形成在同一衬底上的驱动晶体管连接。
全文摘要
本发明公开了一种显示元件(18)，其没有干扰，提供清晰的显示，并且以很低的能量驱动，其中在透明像素电极(2)与对电极(6)之间设置包括诸如氯化铋和AgI的、通过电化学还原或氧化而沉积、溶解或脱色的着色物质的固体聚电解质层(5)，并且至少透明像素电极(2)除去至少像素部分(17)以外以绝缘体(14b)所覆盖。
文档编号G02F1/15GK1524198SQ0281368
公开日2004年8月25日 申请日期2002年7月3日 优先权日2001年7月6日
发明者窱崎研二, 三桥裕之, 之, 崎研二 申请人:索尼株式会社