CN101517624B - 透反型电润湿显示设备 - Google Patents
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Abstract
一种透反型显示设备具有观看侧(7)和背面侧(8)，并且包括具有面向该观看侧的第一支撑板(5)和面向该背面侧的第二支撑板(6)的多个电润湿元件(2)。每个电润湿元件包括所述第一支撑板和第二支撑板之间的空间(10)，并且具有互不相融的第一流体(11)和第二流体(12)。所述第二流体吸收至少一部分光谱。所述第二流体的位置是可控制的，以覆盖第二支撑板的平面上的空间的截面(29)的预定区域(30)。在第二支撑板上配置结构化的反射器(18)，在截面内包括对于来自背面侧的入射光为透明的区域(33，34)和对于来自观看侧的入射光反射的区域(35，36)。配置该透明区域和反射区域以使得被第二流体覆盖的预定区域(30)覆盖相同面积的透明区域和反射区域。
Description
发明领域
本发明涉及一种包含多个电润湿元件的透反型电润湿显示器，所述电润湿元件具有面对所述显示器的观看侧的第一支撑板和面对所述显示器的背面侧的第二支撑板。透反型显示器可以使用前部照射光，例如，借助环境光，在反射模式中形成图像，并且使用背光在透射模式中形成图像。
发明背景
在国际专利申请WO2006/017129中公开了一种透反型电润湿显示器。这种为人所知的显示器包括具有配置在第二支撑板上的部分地、均匀地透射的层的电润湿元件。在第一模式中该层反射从观看侧入射的环境光并且在第二模式中透射从背面侧入射的光。每个电润湿元件包括透明液体和黑色或彩色液体。可以控制电润湿元件中后一种液体的位置以透射或吸收光线。
这种为人所知的透反型显示器的缺点是，部分透射层在制造工艺中要求特定的步骤因而造价相对昂贵。此外，不同模式下的光学特性取决于该层的透射和反射系数以及它们的光谱相关性数值，它们受厚度变化的影响显著。因此，该制造步骤将是收益率非常敏感的步骤。
本发明的目的是提供一种制造成本较低廉的透反型显示设备。
发明内容
具有观看侧和背面侧的透反型显示设备可以实现本发明的目的，并且所述透反型显示设备包括具有面对观看侧的第一支撑板和面对背面侧的第二支撑板的多个电润湿元件，每个电润湿元件包括在第一支撑板和第二支撑板之间的空间并包括互不相融的第一流体和第二流体，第二流体吸收至少一部分光谱，空间在第二支撑板的平面上具有一截面并且第二流体的位置是可控制的以覆盖截面的预定区域，其中结构化的反射器被配置第二支撑板上，该第二支撑板在截面(cross-section)内包括至少一个透射从背面侧入射的光的区域和至少一个反射从观看侧入射的光的区域，配置至少一个透明区域和至少一个反射区域以使得第二流体所覆盖的预定区域覆盖所述至少一个透明区域的一个面积和所述至少一个反射区域的相同面积。
透射区域最好具有高于70％的透射系数；反射区域最好具有高于40％的反射系数。可选择的是，透射区域的透射系数和反射区域的反射系数之和最好大于1。两个面积的商最好介于0.8和1.2之间。每个流体可以是液体或者气体。一般来说，在本发明中使用的截面涉及包围电润湿元件的壁之间的部分区域，形成用于成为图像的光线的路径。可以把诸如与壁接近的小区域排除在截面外，其中这些区域不形成路径部分，诸如整个收缩(totally contracted)时第二流体所驻留的区域。
与单反射型显示设备的反射器相比较，上述结构化的反射器对于显示器制造工艺几乎不增加任何费用或者没有额外的费用。通过选择透明和反射区域的相对大小可以实现所期望的总反射和透射。
透明区域和反射区域的排列在前光模式和背光模式中提供相似的灰度级。因为由第二流体所覆盖的反射区域的面积来确定前光模式中的灰度级以及由第二流体所覆盖的透射区域的面积来确定背光模式中的灰度级，所以相同的面积将在两种模式中实现期望的灰度级的相似性。也可以在同时使用前光和背光的混合模式中获得相同的灰度级。因此，提供给电润湿元件的电压将在反射和透射模式中产生相似的灰度级。也就是说，所谓的伽马曲线在两种模式中是相类似的。
在具有相似灰度级的设备的优选实施例中，预定区域和未被第二流体覆盖的截面区域之间的边界线在平行于至少一个透明区域和至少一个反射区域之间的划分线的方向上最好是可移动的。当第二流体的边界线在这个方向上移动时，配置透明区域和反射区域以取得第二流体所覆盖的相同面积是相对容易的。当电润湿元件的截面沿一条直线镜像对称并且该直线形成反射区域和透明区域之间的划分线时，第二流体在平行于该直线的方向上的移动将维持相同的面积。边界线不必是一条直线，也可以是经常具有较低能量状态的曲线。这一边界线的运动方向，尤其是当开始运动以及当完成第二流体的排斥时，也可以局部地偏离平行于该划分线的方向。
在一个优选实施例中，电润湿单元的截面具有矩形形状，透明区域或者反射区域是在该矩形形状的对角线方向上具有最长尺寸的伸长区域。定义矩形为由四条直线构成的所有的角度均为直角的图形。正方形是矩形的一种。反射区域不必是连续的区域，它可以是由伸长区域隔离开来的两个区域。伸长区域可以是透明的并且被反射区域所包围，或者可以是反射型的并且被透明区域所包围。可以精确地控制第二流体沿着矩形截面的对角线运动。因此，沿对角线的透明区域或者反射区域的配置允许灰度级的精确控制。
在一个特定的实施例中，结构化的反射器包括均匀分布在截面区域上的多个透明区域或者反射区域。截面可以是具有多个透明区域或者孔的反射器。可选择的是，它可以是具有多个反射区域的透明面。当区域的数目大于例如8时，边界线位置上的任何变化将以类似方式改变被第二流体覆盖的面积。
这样的穿孔图案可以在透射和反射模式中给出不同的伽玛曲线。对于属于小区域的模式，例如，用于小透明区域的透射模式，当第二流体在透明区域上运动时，灰度级将基本上从一个状态跳到另一个状态。这是有利的，因为如此离散的灰度级对于像素间诸如第二液体填充和绝缘体厚度的变化不是很敏感的。属于连续区域的模式将更连续地变化，除非当边界线在小区域中之一上运动时，灰度级在这种模式下也将跳变。当区域更大时，两种模式将都是连续的。
穿孔图案的一个优点是，灰度级较少地依赖于第二液体的精确运动、边界线的曲率、启动运动时的位置和第二液体收缩到(contracts to)的位置。该实施例为设计第二流体的运动提供了更大的自由度。
最好配置显示设备以使得第二流体的位置是可控制的以形成灰度级。该灰度级的控制可以包括模拟电压或者脉宽调制电压。
电润湿元件最好包括用于控制第二流体的运动方向的启动器(initiator)。该启动器可以是疏水性表面和/或电润湿元件的截面的特定形状。启动器的存在实现了改进的第二流体运动的可预见性，从而提高了显示设备的图像上的灰度级的均匀度。
在一个特定实施例中，包围空间并面向背面侧的表面包括润湿性不同于相邻区域的局部区域，该局部区域用作为启动器。该局部区域可以位于第二支撑板上或者电润湿元件的一个或多个壁上。在第一流体是水并且第二流体是油的一个示例中，局部区域是第二支撑板上的小的亲水性区域，并且相邻区域是疏水性的。当向电极施加电压时，油将在亲水性区域中开始运动。
在又一个实施例中，电润湿元件的截面的形状用作为启动器。例如，具有梯形截面的电润湿元件中的第二流体将在两条平行边中较长的一条上开始运动。启动器的不同实施例可以被组合在一起。
显示设备的一个特定实施例包括配置在第一支撑板上的反射器，用于通过至少一个透明区域经由至少一个反射区域向观看侧引导入射光。
从仅仅以示例的方式给出的本发明的优选实施例的下列描述，并结合附图，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了显示设备的一个实施例的一部分的图示截面图；
图2示出了电润湿元件的第一实施例的截面图；
图3示出了电润湿元件的第二实施例的截面图；
图4示出了电润湿元件的第三实施例的截面图；
图5示出了电润湿元件的第四实施例的截面图；
图6示出了电润湿元件的第五实施例的截面图；
图7示出了电润湿元件的第六实施例的截面图；
图8示出了电润湿元件的第七实施例的截面图；以及
图9示出了显示设备的另一个实施例的一部分的图示截面图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的透反型电润湿显示器1的一个实施例的图示截面图。该显示设备包括多个电润湿元件2，图中显示了其中之一。在图中以两条虚线3和4示出元件的侧向范围。电润湿元件包括第一支撑板5和第二支撑板6。支撑板可以是每个电润湿元件的隔离部分，但支撑板最好是多个电润湿元件所共有的。支撑板可以是诸如玻璃或者聚合物制成的，并且可以是刚性的或柔性的。
显示设备具有观看侧7和背面侧8，可以在观看侧观看到通过显示设备形成的图像。第一支撑板面向观看侧；第二支撑板面向背面侧。由从背面侧8到观看侧7的透过每个电润湿元件的光线形成图像，通过第一支撑板5来传输。图像由图像元素形成。每个图像元素可以含有单个的电润湿元件。可选择的是，每个图像元素可以含有多个电润湿元件，每个电润湿元件形成一个子图像元素。后者的图像元素可以包括诸如具有红色、绿色和蓝色的滤色器的三个子图像元素，从而形成RGB图像元素。
可以在多个光阀的背面侧8上附加照明单元9以提供电润湿元件的背光。照明单元可以包括单个的白光源。它也可以包括用于显示器的光谱连续操作的多个有色光源。光源的颜色可以是诸如黄色和蓝色。光源可以是常规的光源，例如荧光灯或LED光源。照明单元可以是常规的结构，例如在国际专利申请WO 2006/011101中揭示的结构。
在支撑板之间的空间10填充有两种液体：第一液体11和第二液体12。第一液体与第二液体是不相融的。第一液体是导电性的或者有极性的，并且可以是水或盐溶液，诸如在水和乙醇的混合物中的KCL溶液。第一液体最好是透明的。第二液体是非导电性的并且可以是诸如像十六烷或者(硅树脂)油的烷烃。在支撑板6上面向空间10配置疏水层13。该层可以是在多个电润湿元件上延伸的连续层或者它可以仅仅覆盖一个电润湿元件的截面。该层可以是诸如AF1600的非晶含氟聚合物层或者诸如聚对二甲苯的其他低表面能聚合物。疏水特性将使第二液体优选地接合到支撑板6上。
每个电润湿单元包括配置在支撑板6上的电极14。电极通过绝缘体与液体隔离开来，该绝缘体可以是上述疏水层13。一般来说，电极具有与电润湿元件的截面相同的形状。第二电极15被连接至导电的第一液体11。该电极可以是分享第二液体的没有被壁所中断的一系列电润湿单元所共有的。支撑板6上的电极通过印制线路的矩阵连接至支撑板上的电气端子。电极14和线路最好是透明的并且由例如氧化铟锡制成。矩阵可以包括诸如晶体管的开关元件；在这种情况下矩阵被称为有源矩阵。
沿着电润湿单元的截面的壁16使第二液体12的横向范围限制成一个电润湿元件。在国际专利申请WO 2005/098797中公开了该电润湿单元及其制造的进一步细节。
第二液体吸收至少一部分光谱。液体可以透射一部分光谱，形成滤色器。出于这个目的，可以通过添加颜料粒子或者染料使液体着色。可选择的是，液体可以是黑色的，即，基本上吸收光谱的所有部分。
当非零电压施加在电极14和15之间时，静电力将第一液体11移向电极14，这样从电极14的区域到包围电极区域的壁16排斥第二液体12，如虚线17图示地示出。该操作从通过电润湿元件自背面侧8到观看侧7而进行的光学路径上移除了第二液体。当电压回落至零时，第二液体流回而覆盖疏水层13。采用这种方式第二液体形成了一个电性可控制的光开关。
在支撑板6上配置结构化反射器18。结构化反射器包括透明区域和反射区域。图1的实施例包括电润湿元件2的截面之内的一个透明区域19和一个反射区域20。当第二液体12处于如标记17所示的排斥状态时，来自照明单元9的光将被传输到显示设备的观看侧7，并且从观看侧入射的环境光将从反射区域20被反射并返回至观看侧。当第二液体12覆盖疏水层13时，第二液体将吸收来自照明单元的光和来自外界的光。在从明亮的太阳光到黑暗的任何环境光等级下，由多个电润湿元件形成的图像将会是可见的。
可以选择透明区域与反射区域的比率与显示设备的使用无关。可以设计在室内使用的显示设备为最佳地使用来自照明单元9的相对小量的可用光。当该比率大于1时，例如为4时，光的使用效率增大。可以设计户外使用的显示设备为最佳地使用环境光，并且只在较暗的环境光条件下才使用照明单元提供一些光。在这种情况下，该比率最好小于1，例如为0.1。
在电润湿单元的上述描述中，第二液体12要么覆盖电极14的区域要么被去除。国际专利申请WO 2003/071346公开了技术方案以允许第二液体只是部分地覆盖电极1 4的区域，从而实现所谓的灰度值。
通过将模拟电压施加给使第二液体仅仅部分覆盖电极的区域的电润湿单元，可以获得灰度值。通过将脉宽调制电压施加给电润湿单元也可以获得灰度值。
图2示出了从观看侧方向看沿着图1中的线A-B的电润湿单元2的第一实施例的空间1的截面29。第二液体覆盖截面的预定区域30。以数字32表示在预定区域30和没有被第二液体覆盖的截面的区域31之间的边界线。现在把结构化反射器的透明区域划分成被第二液体覆盖的区域33和没有被第二液体覆盖的区域34。类似地，把结构化反射器的反射区域划分成被第二液体覆盖的区域35和没有被第二液体覆盖的区域36。第二液体的位置控制可以沿方向37移动边界线32。虽然图中显示边界线32为一条直线，但是它也可以是曲线。曲率最好是关于运动方向呈镜像对称。在图中所示的位置处，被第二液体覆盖的区域30覆盖相同面积的整个透明区域和整个反射区域。换句话说，区域33/(区域33+区域34)的比率基本上等于(区域35/(区域35+区域36))。因此，在图像中灰度级的伽玛曲线在每种光照模式中将会是非常相似的，不管是背光、环境光还是二者的组合。
运动方向37平行于透明区域和反射区域之间的划分线38，从而获得被第二液体所覆盖的相同面积的透明区域和反射区域。可以取得第二液体的运动方向，例如，通过沿壁16放置亲水性材料的小层39。亲水层39可以放置在疏水层13的顶部，以局部替换疏水层13或者覆盖面向空间10的壁16的一侧。亲水层39用作为油运动的启动器。当开启电极14和15之间的电压时，第一液体11将在方向37上沿着亲水层39开始排斥第二液体12。
图3示出了从观看侧方向看电润湿单元的第二实施例的截面40。该结构化反射器包括多个透明区域和反射区域：两个透明区域41、42和三个反射区域43、44和45。在所示的电润湿元件的状态中，第二液体覆盖边界线46左边的截面区域。类似于图2，以虚线表示被第二液体覆盖的、位于透明区域和反射区域之间的部分划分线。当边界线以平行于反射区域43和透明区域41之间的划分线47的方向运动时，被第二液体覆盖的透明区域和反射区域的面积基本保持相等。
图4示出了从观看侧方向看电润湿单元的第三实施例的截面50。该结构化反射器包括多个透明区域51，所述透明区域中的每一个被反射区域52包围。可以按照如图所示的规则阵列形式来排列透明区域。可选择的是，可以在截面之内随机排列透明区域。第二液体覆盖边界线53左边的部分截面。可以根据作为边界线53的位置函数的灰度级的期望行为来选择截面中透明区域的数目。当透明区域的数目变大时，取决于边界线的位置的灰度级将会更好地近似为线性函数。在该实施例中，被第二液体覆盖的透明区域和反射区域的面积基本上与第二液体的运动方向无关。在另一个实施例中，结构化反射器包括多个反射区域，所述反射区域中的每一个被透明区域包围。
图5示出了从观看侧方向看电润湿单元的第四实施例的截面60。该截面是具有不等相邻边的矩形。结构化反射器包括透明区域61和反射区域62，具有平行于截面的最长边64的划分线63。边界线65将被第二液体覆盖的区域与没有被第二液体覆盖的区域隔离开来。当电极间的电压变化时，边界线在平行于划分线63的方向上运动。在该实施例中，截面的形状用作为启动器，即，控制第二液体的运动开始和方向的机构。当在第二液体覆盖整个截面的状态中施加电压时，液体一般在形成最短边界线65的方向上开始运动。通过在第二支撑板上提供类似于图2中的层39的亲水层66，可以进一步改善运动的精度。
图6示出了从观看侧方向看电润湿单元的第五实施例的截面70。该截面具有矩形的形状。结构化反射器包括透明区域71，该透明区域在矩形形状的对角线方向72上具有最长边的伸长形状。反射区域73包围该透明区域。在所述对角线上的矩形角点74上启动第二液体的运动。可以用角点74中的小的亲水层作为启动器。当电压升高时，边界线75将在平行于对角线的方向上运动。通过忽略第二支撑板上来自其它矩形电极的角点部分可创建第二液体运动要移动到的更好的位置，如图中虚线76所示。
图7示出了从观看侧方向看电润湿单元的第六实施例的截面80。截面的两个对边81和82是向内弯曲的，从而在远离截面的各边建立了第二液体的最小截面83。截面的形状作为第二液体运动的启动器。第二液体的运动将在最小截面处开始。当增大电压时，两条边界线84和85朝相反方向运动。通过在第二支撑板上配置小的亲水层于截面83的两边可以促进启动。结构化反射器包括透明区域86和反射区域87。
图8示出了从观看侧方向看根据第七实施例的两个相邻的电润湿元件的截面90和91。各截面为梯形状并且每个截面包括透明区域92和反射区域93。形状沿着透明区域和反射区域的划分线94成镜像对称。当增大电压时，边界线95和96将分别从梯形的较长边运动到较短边，如图中箭头97和98所示。通过在第二支撑板上于较长边附近提供小的亲水层可以促进运动的启动，如图中的附图标记99所示。在国际专利申请WO 2006/021912中公开了确定形状的启动的其它例子。
图9示出了在垂直于支撑板的平面的平面上类似于图1所示的显示设备的一个实施例的图示截面。该图只显示了与说明该实施例相关的特征。已经在结构化反射器18的透明区域19上方的第一支撑板5上放置了反射层110。以111表示的通过透明区域19入射的光将会被反射层110反射并射向结构化反射器18的反射区域20，如箭头112所表示。在第二次反射后，光线被引向观看侧7，如箭头113所表示。反射层110可配置为倾斜位置以将垂直于透明区域19入射的光反射到反射层20上。可以在根据本发明的显示设备的任意实施例中使用反射层110，特别是附图中的那些实施例。反射层的一个优点在于，第二液体的层可以做得更薄，以让光线可以透过三次。这将导致更低的操作电压。可选择的是，在厚度保持相同时，得到更饱和的色彩，即，更大的色域。
虽然上述实施例所示的绝大多数截面是矩形的，但清楚的是，任何形状都是可能的，尤其是圆形和三角形。
显示设备的上述实施例具有配置在第二支撑板6上的电极14和位于电润湿元件的空间10的背面侧的第二流体12。可选择的是，可以在第一支撑板5上放置电极并且第二流体可以位于空间10的观看侧。
可以理解的是，上述实施例为本发明的说明性实例。本发明的更多实施例是可以预见的。应当理解的是，关于任一实施例描述的任何特征是可以单独使用的，或者与描述的其它特征相结合，并且也可以与任何其它实施例中的一个或多个特征组合而使用，或者任何其它实施例的任意组合而使用。此外，在没有偏离本发明的范围的条件下，也可以使用上述没有说明的等价物和修改，它们由附后的权利要求书所限定。
Claims (25)
1.一种具有观看侧和背面侧的透反型显示设备，包括具有面向所述观看侧的第一支撑板和面向所述背面侧的第二支撑板的多个电润湿元件，
每个电润湿元件包括所述第一支撑板和第二支撑板之间的空间，并且具有互不相融的第一流体和第二流体，所述第二流体吸收至少一部分光谱，所述空间具有在所述第二支撑板的平面上的截面，并且所述第二流体的位置是可控制的，以覆盖所述截面的预定区域，从而形成灰度级，
其特征在于，在所述第二支撑板上配置结构化反射器，所述第二支撑板在截面内包括透射从背面侧入射的光的至少一个透明区域和反射从观看侧入射的光的至少一个反射区域，
配置所述至少一个透明区域和所述至少一个反射区域以使被第二流体覆盖的预定区域覆盖所述至少一个透明区域的一个面积和所述至少一个反射区域的相同面积。
2.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述预定区域和未被第二流体覆盖的截面区域之间的边界线在平行于所述至少一个透明区域和所述至少一个反射区域之间的划分线的方向上是可运动的。
3.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述截面具有矩形形状，并且所述透明或者反射区域是在所述矩形形状的对角线方向上具有其最长边的伸长区域。
4.如权利要求2所述的透反型显示设备，其特征在于，所述截面具有矩形形状，并且所述透明或者反射区域是在所述矩形形状的对角线方向上具有其最长边的伸长区域。
5.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述结构化反射器具有均匀分布在所述截面之上的多个透明区域或者反射区域。
6.如权利要求2所述的透反型显示设备，其特征在于，所述结构化反射器具有均匀分布在所述截面之上的多个透明区域或者反射区域。
7.如权利要求3所述的透反型显示设备，其特征在于，所述结构化反射器具有均匀分布在所述截面之上的多个透明区域或者反射区域。
8.如权利要求4所述的透反型显示设备，其特征在于，所述结构化反射器具有均匀分布在所述截面之上的多个透明区域或者反射区域。
9.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述灰度级的控制包括模拟电压。
10.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述灰度级的控制包括脉宽调制电压。
11.如权利要求1所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
12.如权利要求2所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
13.如权利要求3所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
14.如权利要求4所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
15.如权利要求5所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
16.如权利要求6所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
17.如权利要求7所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
18.如权利要求8所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
19.如权利要求9所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
20.如权利要求10所述的透反型显示设备，其特征在于，所述电润湿元件包括用于控制所述第二流体的运动方向的启动器。
21.如权利要求11-20中任一项所述的透反型显示设备，其特征在于，包围空间并面向背面侧的表面包括润湿性不同于相邻区域的局部区域，所述局部区域作为所述启动器。
22.如权利要求11-20中任一项所述的透反型显示设备，其特征在于，所述截面的形状作为所述启动器。
23.如权利要求1-20中任一项所述的透反型显示设备，其特征在于，在所述第一支撑板上配置反射器，用于经由至少一个反射区域把通过至少一个透明区域入射的光引导到观看侧。
24.如权利要求21所述的透反型显示设备，其特征在于，在所述第一支撑板上配置反射器，用于经由至少一个反射区域把通过至少一个透明区域入射的光引导到观看侧。
25.如权利要求22所述的透反型显示设备，其特征在于，在所述第一支撑板上配置反射器，用于经由至少一个反射区域把通过至少一个透明区域入射的光引导到观看侧。
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