CN100576014C - 显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于层破碎或层位移的具有至少两种不同状态的显示装置或光开关，其中，在第一状态中，流体之一(5)，例如油至少邻接第一支撑板(3)，在第二状态中，另一流体(6)至少部分邻接第一支撑板，其中通过具有亲水性表面的区域(13)分隔子像素。

Description

显示装置
技术领域
本发明涉及一种包括像素的显示装置，每一像素在第一支撑板和第二支撑板之间的空间内具有彼此不混溶的至少一种第一流体和第二流体中，所述第二流体是导电的或有极性的。
背景技术
像TFT-LCD的显示装置用于膝上型计算机和管理器中，还在GSM电话中找到了越来越宽的应用。作为LCD的替代，还使用了例如(聚合物)LED显示装置。
除了这些迄今为止早已确立的显示效应之外，其他显示技术也在发展，例如适于纸白(paper white)应用的电泳显示器。
更一般地，本发明涉及一种光开关，该光开关在第一支撑板和第二支撑板之间的空间内包括相互不混溶的至少一种第一流体和第二流体，所述第二流体为导电的或有极性的。
光开关可以用于快门应用、光阑，还可以用于例如显示应用中的可切换滤色器。
本发明基于所谓的电润湿原理。本发明提供了利用该原理的新方式，其中，在第一状态下，流体之一邻接第一支撑板的大部，在第二状态下，另一种流体至少部分邻接第一支撑板。
如果，例如(第一)流体为(彩色)油，第二(另一)流体为水，(由于界面张力)提供了一个两层系统，其包括水层和油层。不过，如果在水和第一支撑板上的电极之间施加电压，油层会由于静电力移动开或破碎。由于水的部分现在穿透油层，像素变成部分透明的。当(漫射)反射器位于油下或像素下时，就实现了反射型显示器。
基于该原理的显示装置已经在PCT申请WO 03/00196(PH-NL02.0129)中有所描述。在该申请中所示的所有实施例中，是这样描述像素的：其中，像素壁未延伸跨过整个像素厚度，在第二状态中，另一流体基本完全邻接第一支撑板。未在该申请中示出的实施例也是可能的，其中图像元(像素)可以对应于界定的空间(例如基本上封闭的空间)。
所述显示装置由于在施加电压时的状态下的低漏电流，具有低功耗。不过，在一些应用中，例如电子书中，希望获得超低功耗。在这些具有中间传输或反射值(灰度值)的应用中还存在越来越大的对反射型显示器的需求。
发明内容
本发明的目的之一是至少部分克服上述问题。
出于这一目的，根据本发明，在第一支撑板上提供该装置，在图像区域中用障壁分隔第一流体以界定子像素，第一支撑板包括针对每个子像素的电极。如果在像素(图元)中引入障壁在不施加(局部)电压的情况下防止油运动，那么就在系统中引入了双稳态，即，即使撤除了电压，系统的光学状态也不改变。通过这种方式降低了功耗。
在优选实施例中，障壁包括提供于壁上的更容易润湿的表面。
除了降低功率的用处之外，双稳态的其他优点之一在于能够通过将像素划分成不同区域获得灰度值，即使所述用于在双稳态显示装置中获得灰度值的方法是本领域公知的。
不过，本发明的另一个优选实施例提供了通过向电极之一施加脉冲高电压获得模拟灰度级的可能，该脉冲短于油完全移动通过障壁所需的时间。
通过下文所述的实施例以及参考其做出的阐释，本发明的这些和其他方面将变得显而易见。
附图说明
在附图中：
图1为显示装置的一部分的示意截面，示出了根据本发明的显示装置所依据的原理；
图2为根据本发明的显示装置的一部分的平面图，而
图3-7为在各种驱动条件下沿着图2中的线III-III的示意截面；以及
图8-11为根据本发明的其他显示装置的部分的平面图。
附图为示意性的，并未按比例绘制。对应的元件通常由相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了显示装置1的一部分，例如一个像素的示意截面，示出了根据本发明的显示装置所依据的原理。在两个透明基板或支撑板3、4之间，提供彼此不混溶的第一流体5和第二流体6。例如第一流体5为像十六烷那样的烷烃或者在该例中为(硅酮)油。第二流体6为导电的或有极性的，例如水或盐溶液(例如KCl在水和乙醇混合物中的溶液)。利用位于油下方(在该例中为透明基板7下方)的漫反射镜10，实现了反射型显示器像素。
在第一状态下，在不施加外电压时(图1a)，流体5、6邻接例如由玻璃或塑料制成的第一和第二透明支撑板3、4。在第一支撑板3上，提供透明电极7和中间较不易润湿(疏水性)层8，透明电极7例如为氧化铟(锡)，在本例中层8为非晶氟聚合物(AF1600)。由于在整个区域上存在油，像素呈现黑色(箭头11)。
当通过互连20、21施加电压(电压源9)时，层5移开或破碎成小滴(图1b)。当静电能增益大于由于产生弯曲表面造成的表面能损耗时发生这种现象。在这种情况下，光在像素的主要区域上被反射，仅仅小部分呈现黑色(箭头12)。
图2示出了根据本发明的显示装置的一部分的平面图，而图3-7示出了沿图2中的线III-III的示意截面。在像素中引入额外的亲水障壁或壁13，防止特定驱动条件下油的运动。
像素壁2不必延伸跨过整个像素厚度。可以通过现有技术公知的光刻、胶印或其他印刷技术获得壁2、13。其他附图标记与图1中的附图标记具有相同含义。
在这一例子中壁13将像素分成具有相等大小的两部分。此外，像素包括两个可以单独被寻址的大小一样的电极7、7′。为所述壁13(选择其使之尽可能窄)选择材料，使其是亲水的，这意味着防止了油5润湿障壁，尤其是防止了其润湿所述障壁的顶部。后者可以通过为障壁或壁13的顶部提供更容易润湿的表面13′来实现。同时选择其使之比像素壁2的材料亲水性更小。这具有如下效果：向电极7、7′之一或两者施加电压将导致油移动到相邻的子像素之一。以下讨论的范例中的所有电压都是相对于施加到第二流体6的地电势选择的。
在图3中，油5均匀地分布在两个像素部分上。这是在(施加到电极7的)V1和(施加到电极7′的)V2相等并都具有小幅度的时候实现的。
将油固定到壁13的侧面上足够强，以确保两个油滴之间的分离。不过，在增大V1或V2时，在一些点，油将会要润湿障壁，因为在具有更高电压的电极的区域处，下方的基板2(或反射层10)变得比壁13自身更亲水。结果，油将跨过障壁13移动到另一边，获得图4(V1＞＞V2)或图5(V1＜＜V2)所示的情况。
为了将像素复位到全暗状态(油如图6所示均匀分布的状态)，向两个子像素都施加高电压，使得像素下方的表面变得比壁13更亲水。结果，油5将会越过壁13运动并如图6所示在整个像素上充分分布自己。撤除电压将会把油层在壁13处分开，因为现在这里比像素下方的表面更亲水。这里选择的电极结构仅仅是范例。通过为电极7、7′选择相等的面积，图5和图6两者中的情况实际上具有类似的反射(或透射)性质，即中等灰度。
图7示出了如何利用定时获得模拟灰度级中稳定的灰度值。如果在图3所示的情况中，向电极7、7′之一施加脉冲高电压，该脉冲短于油完全跨过壁13移动所需的时间，在最终的状态下，油膜在像素的一部分中比在另一部分中厚。因为膜的标称厚度使得大约1％的光被反射，所以在膜变得更厚的部分中不能进一步降低反射率。不过，油膜变得更薄的部分的反射率将显著增大，造成像素的反射率总体上增大。取决于脉冲长度与油移动所需时间的比较结果，通过这种方式获得了模拟灰度级中稳定的灰度值。
这里选择的电极结构仅仅是范例。可以选择其他电极结构，例如环形几何结构。两个像素部分的面积可以不同，从而获得多个灰度值。
图8示出了一种电极结构，其中，像素区域被分成具有一定面积比的四个部分7、7′、7″、7′″，并由电压V1、V2、V3、V4驱动。图9示出了一种电极结构，其中像素区域被分成具有另一面积比的三个部分7、7′、7″并被电压V1、V2和V3驱动。图10示出了一种电极结构，其具有被相继的像素区部分7′、7″、7′″包围的中央像素区7。各部分未必是正方形或矩形，如图11所示。
该原理可能有几种变化。虽然描述了反射装置，该显示器可以做成透射型的。而且壁13的高度可以是变化的且所述壁可以具有例如弯曲表面。改变高度将会改变油在固定状态下的曲率，因此将影响所需的电压和状态的稳定性。如果障壁13的材料与用于像素壁2的材料相同，它们与像素壁的亲水性相同，现在障壁13的高度(其总是低于像素壁，甚至可以是零，在划分子像素的位置可能需要相当强的亲水性，可能甚至比像素壁2之一还要强)是决定像素动力学的参数。在这种情况下，油和像素大小相比的体积将起重要作用。应当有足够多的油以用油填充整个像素，即，在两个电极都切换到高电压的情况下跨过下方的障壁。
本发明体现于每个新颖的特征要素和特征的每个组合。权利要求中的附图标记不限制它们的保护范围。使用动词“包括”及其变形不排除权利要求中所述元件之外的元件的存在。元件前的冠词“一”不排除存在多个这样的元件。

Claims (12)

1、一种包括像素的显示装置，每一像素在第一透明支撑板(3)和第二支撑板(4)之间的空间中具有互不混溶的至少一种第一流体(5)和第二流体(6)，所述第二流体为导电的或极性的，所述装置在第一支撑板上，在图像区域内包括分隔所述第一流体(5)以界定子像素的障壁，所述第一支撑板包括用于每一子像素的电极(7，7′，7″，7″′)，所述障壁在运行期间允许所述第一流体(5)在所述子像素之内和在所述子像素之间迁移。
2、根据权利要求1所述的显示装置，其中在运行期间，电压装置(9，20，21)向用于所述子像素的电极(7，7′，7″，7″′)提供电压(V1，V2，V3，V4)。
3、根据权利要求1所述的显示装置，其中所述子像素的表面区域较不易被所述第二流体润湿且被障壁与其他子像素分开，所述障壁包括具有更易被所述第二流体润湿的表面区域的区域。
4、根据权利要求1或3所述的显示装置，其中所述障壁具有顶部，所述顶部具有比所述障壁的其他部分更容易被所述第二流体润湿的表面。
5、根据权利要求4所述的显示装置，其中所述图像区域由图像壁(2)分开，所述图像壁高于分隔子像素的所述障壁(13)。
6、根据权利要求5所述的显示装置，其中所述障壁(13)比分隔图像区域的所述图像壁(2)更易被所述第二流体润湿。
7、根据权利要求1或2所述的显示装置，其中在运行期间，通过所述电压装置(9，20，21)向所述电极(7，7′，7″，7″′)之一施加脉冲高电压，所述脉冲短于所述油完全跨过所述障壁(13)移动所需的时间。
8、一种光开关，其在第一透明支撑板和第二支撑板之间的空间中包括互不混溶的至少一种第一流体和第二流体，所述第二流体是导电的或极性的，所述光开关在第一支撑板上，在所述空间中包括分隔所述第一流体以界定子元件的障壁，所述障壁在运行期间允许所述第一流体在所述空间内和在子元件之间迁移。
9、根据权利要求8所述的光开关，其中在运行期间电压装置向用于所述子元件的电极提供电压。
10、根据权利要求8所述的光开关，其中所述子元件的表面区域较不易被所述第二流体润湿且被障壁与其他子元件分开，所述障壁包括具有更易被所述第二流体润湿的表面区域的区域。
11、根据权利要求8或10所述的光开关，其中所述障壁具有顶部，所述顶部具有比所述障壁的其他部分更易被所述第二流体润湿的表面。
12、根据权利要求9所述的光开关，其中在运行期间，通过所述电压装置(9，20，21)向所述电极(7，7′)之一施加脉冲高电压，所述脉冲短于所述油完全跨过所述障壁(13)移动所需的时间。
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