CN102016688A - 显示装置 - Google Patents

Abstract

一种包括图像元件的显示装置，这些图像元件由电润湿元件构成，这些电润湿元件在第一支撑板与第二支撑板之间的空间内具有彼此不能溶合的至少一第一流体和第二流体，第二流体是导电的或极性的。每个元件中的第一流体在第一支撑板的一侧处由元件壁限制，并且第二流体由多个图像元件共享，其特征在于防护物，其用于当在此流体上施加除了电润湿力以外的力时防止第一流体部分从其界限排出。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种包括图像元件(picture element，像元)的显示装置，这些图像元件由在第一支撑板和第二支撑板之间的空间内具有彼此不能溶合的至少一第一流体和一第二流体的电润湿元件构成，第二流体是导电的或极性的，由此每个元件中的第一流体在第一支撑板的一侧处由元件壁限制，并且第二流体由多个图像元件共享。

背景技术

这种显示装置，同时被称为电润湿显示器(EWD)，可能在许多设备中使用，如便携式计算机，例如笔记本或游戏计算机或手持计算机，如个人数字助理(PDA)。这种显示器也可能在手表中或在数字照片显示器中使用。由于电润湿显示器组合了许多吸引人的特性(如，高彩色亮度、视频速度和低能耗)，所以其成为众所周知的现在广泛使用的液晶显示器(LCD)的基本上更好的替代品。由于所述特性的组合，电润湿显示器非常适于在更小的手持设备中使用，例如移动电话、数字图像或视频照相机等。

例如，从PCT专利申请WO 03071346中已知一种电润湿显示器。如这里描述的，此显示器包括许多构成显示图像元件(像素)的电润湿元件。每个元件设置有第一流体和第二流体，这两种流体是不能溶合的。在显示器的高度或厚度方向上，流体由第一支撑板(或底板)和第二支撑板限制。第一和第二支撑板两者可能对于所有电润湿元件都是公共的。第一支撑板在其内侧设置有透明电极，其由对第二流体具有较差可润湿性的(疏水)层覆盖。例如，第一流体是油，而第二流体可能是水。在第一状态中，当在电极和第二流体之间不施加电压时，第一流体邻接第一支撑板，即覆盖疏水层，同时第二流体邻接第二支撑板。当施加电压时，第一流体层移动到旁边，或分解为小液滴。由于部分第二流体现在穿透第一流体层，所以电润湿元件变得部分透明，从而其可透射光。元件的第一流体由第一支撑板限制，并且在横向方向上由元件壁限制。

电润湿显示器的此基本设计的几个实施方式是可能的。例如，观看侧(即面向观察者的一侧)可能是第二支撑板的一侧，从而第一支撑板可能构成底板，并且布置在此板上的电极可能是透明的或反射性的。透明电极可能是一层铟锡氧化物(ITO)，或非常薄的导电材料层，或所谓的开放层，即设置有一些孔的层。观看侧也可能是第一支撑板的一侧。这些元件壁可能从第一支撑板和/或从第二支撑板突出。电润湿显示器可能被构造为，根据待显示的图象，在空间上调制透射束或反射束。电润湿显示器也可能包括多于两个支撑板。

如PCT专利申请WO 2004104670中描述的，元件壁的高度基本上小于支撑板之间的间隙的宽度。此措施提供这样的优点：将增强像素的亮度，尤其是当减小像素尺寸以增加显示器的清晰度时。另外，其提供这样的优点：各个元件的第二导电流体部分在整个显示器上互相连接。事实上，第一流体收缩时的高度可能实际上比实际的壁高更大。然而，已经用实验方式证实：在收缩形状中，油保持在像素内。

虽然已经证明电润湿显示器的概念是非常可行的，但是已经证实可能出现无法预料的问题。已经确定：部分所制造的显示器无法满足规格，并且通过制造控制的显示器也可能在使用期间劣化，使得其性能变得无法接受。到目前为止，尚未报道这些问题及其原因。

发明内容

本发明的一个目的是，揭示问题的原因并对这些问题提供解决方案。这产生以防护物(preventer)为特征的显示装置，该防护物用于当在第一流体上施加除了电润湿力以外的力时防止第一流体部分从其界限中排出。

通过溢出元件壁或通过转移至和附着于第二支撑板，第一流体部分可从第一支撑板上的元件壁内的其界限中排出。已经设想：第二支撑板由于施加在此板上的压力(例如，通过手指)而产生的向下运动，可能导致以下效应。第二支撑板将向下推动第二流体，并且此流体可将第一流体从其界限中排出。如果支撑板之间的距离(即，间隙宽度)变得足够小，那么流体将甚至附着于第二支撑板。此效应可能叫做降低天花板效应。此外，施加在第二支撑板上的压力脉冲可能产生冲击波，其传播穿过流体并可能甚至被放大，并且其可能导致第一流体部分溢出元件壁。这可能叫做海啸效应。这两个效应导致至少在一些元件中的第一流体的至少一部分从它们的界限中排出。

如在PCT专利申请WO 2005098797中描述的，电润湿显示器的性能主要取决于元件中的第一流体(例如油)的量。特别地，对于元件的灰度级的控制，油剂量是非常重要的。如果已经从电润湿元件去除油的小于20％(例如10％)的量，那么此元件及其接收所排出的油的相邻元件将不再执行所需的光开关，使得削弱光传递功能。如果从电润湿元件排出更大量的油，那么对于显示器来说，此元件将是“失去的”。如本领域中已知的，人眼是非常挑剔的，并将甚至注意到显示器中的单个缺失的像素。在实践中，当在显示器上施加压力时，可能失去多于一个像素。缺失像素的数量由压力的类型确定。在局部压力的情况中，例如由手指或笔状元件在触摸屏上所导致的，将失去有限数量的像素。如果按压显示器的更大面积，那么可能毁坏相当更大数量的电润湿元件。

在电润湿显示器的制造期间，也在已经完成元件阵列(array)之后，在后续的处理步骤期间可能毁坏元件，上述步骤如填充、密封、划线(scribing)、分裂、增加用于装配处理的层或增加层以改进光学性能。此外，反射器装置和前光或背光装置的增加，也可能伴随元件毁坏。最后，在显示元件的运输期间，也可能由于临时导致间隙宽度变化的机械冲击或其他力而毁坏。通过对电润湿显示器提供根据本发明的防护物，可将油或另一第一流体保持在第一支撑板上的元件中，并且显示器变得更耐压力和冲击。防护物可能是，例如，布置于电润湿元件的空间中的部件，或电路。显示装置可能具有一个防护物或多个相同类型或不同类型的防护物。

将第一流体限制于电润湿元件的元件壁可能具有第一支撑板上的亲水层的形式。这些元件壁也可能是从第一支撑板延伸并具有垂直于第一支撑板的邻接第一流体的表面的高度的材料壁，该高度小于板之间的距离。

可将新电润湿显示器的实施方式分成几类。第一类实施方式的特征在于，防护物由布置于第二支撑板的内侧的部件构成，该部件防止第一流体附接于此板。

由于第二支撑板的内侧在顶板向下运动时排斥第一流体，所以经由来自第二流体的压力向下按压第一流体，并且第一流体不离开元件。当顶板缩回时，其不向上牵引第一流体。这样，可防止降低天花板效应，并获得海啸效应的减小。

将第二支撑板的运动理解为，表示此板的一部分的运动，即，板的局部弯曲，以及整个板的运动。

第一类的第一子类的特征进一步在于，该部件由突出元件阵列构成，这些突出元件具有亲水表面且它们的底部在第二支撑板上，且高度小于第一支撑板和第二支撑板之间的距离。

通常，术语亲水表面用来表示吸引水的表面，水可能是电润湿显示器中的第二流体。然而，由于第二流体可能是除了水以外的流体且该表面应对此另一流体是可润湿的，并且由于几种可润湿性的程度也是可能的，所以在此描述和权利要求中，将亲水理解为，表示对于第二流体比对于第一流体具有更好的可润湿性。类似地，将疏水理解为，对于第二流体比对于第一流体具有更差的可润湿性。

为了获得亲水表面，可以为可能的突出元件选择亲水材料，或者这些元件被涂覆亲水层。对于这种亲水层或材料，许多选择是可用的。一些实例是玻璃、SiO₂、SiN。多孔或粗糙的亲水表面(例如，水凝胶涂层)也可用来产生对第二流体具有更好的可润湿性的表面。

优选地，第一子类的实施方式的特征进一步在于，亲水元件朝着第一支撑板变窄。这提供这样的优点：将第二流体更好地包含在突出元件之间的空间内，即放大亲水效果。此外，这些元件的光学效应(即其在所显示的图象中的可见度)减小。

在实施方式中获得可见度的进一步减小，这些实施方式的特征在于，这些突出元件的材料是透明的。优选地，突出元件的折射率基本上等于第二流体的折射率。这样，突出元件是无法辨别的，并由此在所显示的图象中它们是不可见的。

突出元件的底部可能彼此隔开，或被布置为彼此靠近或彼此抵靠(against)。在后一种情况中，放大其所设想的包围第二流体的效果，使得第一流体无法附着于第二支撑板。

第一子类的第一实施方式的特征在于，这些突出元件具有正方形(square)的底部。

例如，突出元件可能具有棱镜形的形状，这帮助在突出元件之间包含第二流体(例如水)，使得第一流体(例如油)无法接触第二支撑板。

第一子类的第二实施方式的特征在于，间隔(spacer)元件具有圆形底部。

第一子类的第三实施方式的特征在于，间隔元件形成光栅图案，与形成于第一支撑板上的像素图案类似。在此情况中，第二支撑板上的间隔元件以及间隔元件之间的表面由亲水材料制成。

可能将第一、第二和第三实施方式的这些突出元件布置在二维规则的，例如矩阵图案中，或布置在不规则的图案中。可能将这些元件布置为彼此靠近，使得对于每个显示元件均存在一个或多个突出元件。也可能将这些突出元件布置为间隔较大的相互距离，例如，对于许多电润湿元件布置一个元件。在后一种情况中，这些元件不容易看见。

第一子类的第四实施方式的特征在于，突出元件是纵向脊，其纵向尺寸基本上等于第一支撑板的表面的对应尺寸。

这些脊具有与例如棱镜形状的突出元件的矩阵类似的效果。脊的长度方向可能与元件壁成一角度或平行于元件壁。在此实施方式中，仅需要在一个方向上对准。此外，在突出元件将接触元件壁的情况中，如果这些是纵向的，那么后者可更好地承受元件的压力。

第一类的第二子类的特征在于，防护物由第二支撑板的内侧处的层构成，该层在显示器的使用期间是亲水的。

该层可能是永久亲水的，即，由亲水材料制成，例如，氧化硅或氮化硅或金属。也可使用多孔或粗糙的亲水表面，例如水凝胶涂层。还可能对第二支撑板的内侧提供另一材料层并在第二流体和第二支撑板上的电极之间施加电压，使得此层在显示器的使用期间变得有效地亲水。此另一材料可能甚至是疏水的，例如无定形含氟聚合物，例如AF 1600，或另一低表面能量聚合物，例如聚对二甲苯。还是防止第一流体附着于第二支撑板，并且当第二支撑板向下移动时向下推动此流体，从而防止降低天花板效应。

第一类的第三子类的特征在于，第二支撑板优选地在与第一支撑板上的元件壁对应的位置处设置有运动限制元件(movementlimiting element)，这些元件在垂直于支撑板的方向上延伸，并具有小于支撑板之间的距离且大于当处于透射状态中时的元件中的第一流体的最大高度的长度。

确保支撑板之间的距离大于将保持的临界距离的运动限制元件，适于防止在显示装置中的降低天花板效应，其中支撑板之间的距离相对小。例如，此距离稍微大于当处于最大透射状态中时的电润湿元件中的第一流体的高度。运动限制元件还限制第二流体的运动，并由此防止此流体离开第二支撑板。

第一类的第四子类的特征在于，第二支撑板在与元件壁对应的位置处设置有距离限制元件，这些元件在垂直于支撑板的方向上延伸并接触第一支撑板上的元件壁。

由于这些距离限制元件具有等于支撑板之间的初始距离的长度，所以它们防止第二支撑板朝着第一支撑板的运动，从而第一流体无法从电润湿元件中漏出。这样，降低天花板效应和海啸效应都不再是可能的。距离限制元件应具有相对小的横截面，以防止这些元件具有光学效应。而且小横截面确保，当开关电润湿元件时，距离限制元件不会妨碍第一流体的运动。另外，在显示器的装配期间，小横截面便于距离限制元件与下面的电润湿元件壁的对准。在一些显示装置中，对于一组电润湿元件来说，使用单个距离限制元件就可能是足够的。

在第四子类的第二实施方式中，不符合具有小横截面的需求，其特征在于，第二支撑板设置有许多与距离限制元件的数量和位置对应的透镜。每个透镜使得对应的距离限制元件不可见，从而这些元件可能具有更大的横截面并且更坚固。

第二类的一个实施方式的特征在于，第一支撑板设置有第一距离限制元件，并且第二支撑板设置有第二距离限制元件，第一和第二元件的总长度等于第一和第二支撑板之间的距离。

第三类的一个实施方式的特征在于，支撑板之间的空间包括优选地透明材料的自由本体，其在垂直于支撑板的方向上具有大于当处于透射状态中时的元件中的第一流体的最大高度的尺寸。

将自由本体理解为，表示未固定至电润湿元件的任何部件并且原则上可在支撑板之间的空间中移动的本体。将此空间理解为，表示电润湿元件的公共空间。此实施方式是优选的，因为其在制造期间不需要任何附加的步骤，并且不需要第一和第二支撑板的进一步对准。

第三类的另一实施方式的特征进一步在于，这些自由本体是球体。球体具有其尺寸在旋转时不会变化的优点。由于对于球体来说宽高比是1且对于大多数其他形状来说此比例大于1，所以球体在平行于支撑板的方向上将具有最小的可能的尺寸，并且这样，导致最小可能的横向分裂。

第三类的另一实施方式的特征进一步在于，自由本体是杆，当出现降低天花板效应时，这些杆将减小第一支撑板上的力，因为所施加的力将在更大的表面上扩展。这样，可避免对第一支撑板和疏水绝缘体的损坏。

第三类的另一实施方式的特征进一步在于，自由本体是具有最长尺寸的杆，该尺寸大于电润湿元件的对角线尺寸。在此情况中，当出现降低天花板效应时，这些自由本体将与具有高度的电润湿元件壁接触，并且在当不施加电压时的状态中，将不会出现与由第一流体覆盖的电润湿元件区域的接触。

优选地，第三类的所有实施方式的特征进一步在于，这些自由本体的折射率基本上等于第二流体的折射率。

第四类的一个实施方式的特征在于，这些距离限制元件被布置在支撑板之间的电润湿元件外部的位置处。也可能用距离限制元件在显示装置内提供装饰或设计效果。

第四类的第二实施方式的特征在于，这些距离限制元件被布置在支撑板之间的电润湿元件内部的位置处。优选地，这些限制元件的边缘定位在元件壁上，因为这减小了由于距离限制元件的存在而产生的光干涉。

第五类的特征在于存在这样的机构：当第二支撑板弯曲至使得该支撑板的内表面靠近处于收缩状态中的第一流体的程度时，该机构切断显示器。例如，这种防护机构可以是电的或光的反馈回路，或是第一和第二支撑板之间的电容测量(capacitance measurement)。当切断显示器时，第一流体切换回断开状态，其具有可能最薄的层厚。第五类的预防机构可与在其他类中描述的实施方式中的一个组合。

从仅以实例方式给出的本发明优选实施方式的参照附图做出的以下描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1示出了电润湿显示装置的一部分的图解横截面，在该装置中可使用本发明；

图2示出了向下推支撑板的第一效果；

图3示出了向下推支撑板的第二效果；

图4a和图4b示出了突出防护物的第一实施方式；

图5示出了突出防护物的第二实施方式；

图6示出了突出防护物的第三实施方式；

图7a和图7b示出了一个实施方式，其中防护物是亲水表面；

图8a、图8b和图8c示出了一个实施方式，其中防护物是运动限制元件；

图9a和图9b示出了一个实施方式，其中防护物是距离限制元件；

图10示出了一个实施方式，其具有距离限制元件和透镜的对；

图11示出了一个实施方式，其中第一和第二支撑板均设置有距离限制元件。

图12示出了一个实施方式，其中防护物是透明球体；以及

图13a和图13b示出了一个实施方式，其中将防护物布置在元件的外部。

具体实施方式

为了示出本发明的背景，将描述电润湿显示装置的原理。图1示出了之前已经描述过的这种装置的一个实施方式的一部分的图解横截面。显示装置1包括多个电润湿元件2，在图中仅示出这些电润湿元件中的一个。在图中，用两条虚线4、6表示此元件的横向范围。电润湿元件包括第一支撑板8和第二支撑板10。支撑板可能是每个电润湿元件的不同部分，但是对于多个电润湿元件来说，支撑板优选地是公共的。这些支撑板可能由例如玻璃或聚合物制成，并且可能是刚性的或柔性的。

显示装置具有观看侧或前侧12(其上可看到由显示装置形成的图象)和后侧或背侧14。在一些显示器中，也可从侧面14实现观察。在此实例中，第一支撑板8面向后侧，而第二支撑板面向观看侧。通过从后侧14到观看侧12的穿过每个电润湿元件的光，形成图象，其中光透射穿过第二支撑板10。图象由图像元件，或像素，建立。每个图像元件可能包含单个电润湿元件2。替代地，每个图像元件可能包含多个电润湿元件2，每个电润湿元件形成子图像元件。例如，这种构成的图像元件可能是直接驱动的分段显示器中的一个或多个段，或者可能包括三个设置有红色、绿色和蓝色滤色器的子图像元件，由此形成RGB图像元件。

照明单元16可能附接于多个电润湿元件的后侧14，以提供这些元件的背光照明。照明单元16可能包括单个白光源。替代地，其可能包括多个彩色光源，以进行显示器的光谱顺序操作。光源的颜色可能是，例如，黄色、蓝色和绿色。光源可能是传统的光源，例如荧光灯或发光二极管(或LED)。照明单元可能具有传统的结构，例如在国际专利申请WO 2006/011101中披露的，其描述了一种用于液晶显示装置的均匀背光照明单元。

用两种液体填充支撑板8、10之间的空间18：第一流体20和第二流体22。这些流体彼此不能溶合。第二流体是导电的或极性的，并且可能是水或盐溶液，如，水和乙醇的混合物中的KCl的溶液。第二流体优选地是透明的。第一流体20是不导电的，并且例如可能是烃链状的十六烷或(硅酮)油。疏水层24被布置在支撑板8上，面向空间18。此层可能是在多个电润湿元件上延伸的连续层，或者其可能仅覆盖一个电润湿元件的横截面。例如，该层可能是无定形含氟聚合物层，例如AF1600，或另一低表面能量聚合物层，如聚对二甲苯。疏水特征导致第一流体优选地附着于第一支撑板8。

每个电润湿元件包括布置于第一支撑板8上的电极26。用绝缘体将电极与流体隔开，绝缘体可能是所述疏水层24。通常，电极具有与电润湿元件的横截面相同的形状。第二电极28连接至导电的第二流体22。对于一连串通过壁连续的电润湿元件来说，此电极可以是公共的。支撑板8上的电极通过印刷导线的矩阵连接至支撑板上的电终端。电极26和导线优选地是透明的，并由例如铟锡氧化物(ITO)制成。该矩阵可能包括开关元件，例如晶体管；在此情况中，该矩阵叫做有源矩阵。

通过沿着电润湿元件的横截面的壁30，将第一流体20的横向范围限制于一个电润湿元件。除了别的以外，在国际专利申请WO2005/098797中披露了电润湿元件及其制造的其他细节。

第一流体吸收至少一部分光谱。对于一部分光谱来说，此流体可能是可透射的，因此形成滤色器。为此目的，通过增加颜料颗粒或染料，可能对流体着色。替代地，流体可能是黑色的，即基本上吸收光谱的所有部分。

当在电极26和28之间施加非零电压时，静电力将第二流体朝着电极26移动，由此将第一流体20从电极26的区域排斥至包围电极区域的壁30，其由虚线32示意性地表示。此动作使第一流体从光路移开，该光路从后侧14通过电润湿元件到观看侧12。当电压返回至零时，第一流体回流，以覆盖疏水层24。这样，第一流体20形成可电控的光开关。

为了最佳地使用可用光来进行图象形成，可能将显示器设计为透射反射性(transflective)显示器。在该情况中，在支撑板8上布置结构化的反射器34。结构化的反射器包括透明区域和反射区域。图1的实施方式在电润湿元件2的横截面内包括一个透明区域36和一个反射区域38。当第一流体20处于如数字32所指示的排斥状态中时，来自照明单元16的光将透射至显示装置的观看侧12，并且来自观看侧的环境光将从反射区域38反射并返回至观看侧。当第一流体20覆盖疏水层24时，将在第一流体中吸收来自照明单元的光和来自周围环境的光。在任何环境光等级中，从明亮的太阳光到黑暗，将可看到由多个电润湿元件形成的图象。

可根据显示装置的使用来选择透明区域36与反射区域38的比例。可将用于户内使用的显示装置设计为，最佳地利用可从照明单元16获得的相对少量的光。当比例大于1时，例如4，光的使用效率增加。可将用于户外使用的显示装置设计为，最佳地利用环境光，并且仅在低环境光条件下，用照明单元来提供一些光。在这种情况中，比例优选地小于1，例如0，1。

在电润湿元件的以上描述中，第一流体20覆盖电极26的区域或从其上去除。国际专利申请WO 2003/071346披露了允许第一流体部分地覆盖电极26的区域的措施，由此实现所谓的灰度值。通过对电润湿元件施加模拟电压，可能获得这些灰度值，电润湿元件将第一流体定位为仅部分地覆盖电极的区域。也可能通过对电润湿元件施加脉冲宽度调制电压，来获得灰度值。

根据本发明，显示装置设置有防护物，用于当在第二支撑板10(在下文中的顶板)上施加压力时，防止电润湿元件毁坏。压力范围可能从短小的压力，例如触摸板上的手指接触，到长且大的压力，在整个显示器的装配期间或在运输期间，可能出现此长且大的压力。

施加在顶板上的压力脉冲可能产生冲击波，其穿过流体传播，并且甚至可能放大，并且其导致第一流体部分溢出元件壁。图2中示出了此效应，其可能叫做海啸效应。此图示出了电润湿显示器的小部分(即，三个元件)的横截面，电润湿显示器具有第一支撑板(或底板)8，和第二支撑板(或顶板)10，以及元件壁30。为了便于绘图，分别用三角形和正方形形状来模拟图2中的转移的第一流体部分20的形状和图3中以及后续图中的收缩的第一流体部分的形状。实际上，这些流体部分将是圆形的。

由顶板10上的压力脉冲导致的表面40的突然弯曲，在第二流体(例如水)中产生冲击波。由双箭头41表示的这些冲击波清除油，使得其一部分可能朝着相邻的电润湿元件溢出元件壁。图2示出了冲击波在第一流体20上移动至左侧的效果。

另一效果是，在其上施加压力的顶板区域将向下移动。结果，顶板将向下推动第二流体，并且此流体将第一流体的一部分从元件中排出。如果支撑板之间的距离(即间隙宽度)变得非常小，那么所排出的流体将甚至附着于顶板。图3中示出了此效应，其可能叫做降低天花板效应。此图示出了如图2的电润湿显示器的相同部分。这些元件中的一个元件2’是完全打开的，即处于透射状态，使得将油20推至一侧，并具有最大高度。当在顶板10上施加足够向下的力时，其下表面40将弯曲，并将元件2’中的油的一部分推到旁边，从此元件中推出，如双箭头42所指示。所排出的油部分可移动至相邻的元件。此外，由于元件2’的油与表面40接触，或与其非常靠近，所以油可能附着于此表面，并且当表面收缩时，即当力停止时，油保持在那里。元件2”的油也可能发生此现象，其处于半开放状态，并且此油也接触表面40。

对于电润湿显示器的性能来说，海啸和降低天花板效应是永久的和有害的，因为该性能主要取决于元件中的第一流体(例如油)的量。特别地，对于元件的灰度级的控制，油剂量是非常重要的。如果已经从电润湿元件去除油的小于20％(例如10％)的量，那么此元件及其接收所排出的油的相邻元件将不再执行所需的光开关，使得削弱光传递功能。如果从电润湿元件排出更大量的油，那么对于显示器来说，此元件将是“失去的”。如本领域中已知的，人眼是非常挑剔的，并将甚至注意到显示器中的单个缺失的像素。在实践中，当在显示器上施加压力时，可能失去多于一个像素。缺失像素的数量由压力的类型确定。在局部压力的情况中，例如由手指或笔状元件在触摸屏上所导致的，将失去有限数量的像素。如果按压显示器的更大面积，那么可能毁坏相当更大数量的电润湿元件。

不仅在使用期间，而且在已经完成元件阵列之后的电润湿显示器的制造期间，在进行处理步骤期间可能毁坏元件，上述步骤如填充、密封、划线、分裂、增加用于装配处理的层或增加层以改进光学性能。此外，反射器装置和前光或背光装置的增加，也可能伴随元件毁坏。最后，在显示元件的运输期间，也可能由于临时导致间隙宽度变化的机械冲击或其他力而毁坏。通过对电润湿显示器提供一个或多个根据本发明的防护物，可将油或另一第一流体保持在元件中，并且显示器变得耐压力。

在本发明的电润湿显示器中，可使用几种类型的防护物。在第一类的实施方式中，在第二支撑板的下表面上设置一些防护物。这些防护物包括其底部位于所述表面上并从那里在支撑板之间的间隙中突出的元件阵列。突出元件的长度(即，在垂直于第二支撑板的方向上的尺寸)比间隙宽度小。这些突出元件优选地是亲水的，或对水或另一第二流体更通常具有更好的可润湿性，并因此是排斥油的。优选地，这些突出元件在朝着第一支撑板的方向上变窄，例如，是锥形的。这提供这样的优点：它们在间隙中占据更少的空间并因此是很不明显，同时它们覆盖表面40的足够区域。优选地，突出元件的折射率等于或大约等于第二流体(例如水)的折射率，使得这些元件在待显示的图象中是不可见的。这些突出元件的底部可能具有任何形状，例如，正方形或圆形。

图4a和图4b中示出了具有一些突出元件的电润湿显示器的一个优选实施方式。图4a示出了这些突出元件的设计，而图4b示出了当出现第二支撑板的弯曲时该构造的效果。

图4a再一次示出了电润湿显示器的三-元件部分的横截面。下表面40设置有棱镜形状的突出元件44的阵列。在此情况中，将突出元件的长度选择为比间隙宽度小得多。这些突出元件也可比收缩状态中的第一流体高，同时不横跨总的间隙宽度。

这些棱镜元件44优选地对水是亲水的，并因此防止油(或类似的第一流体)将附着于它们。这些元件44可能由亲水材料(例如玻璃)制成，或者可能由亲水层(例如SiO₂或SiN)覆盖。而且，多孔或粗糙的亲水表面(例如，水凝胶涂层)也可用来产生对第二流体具有更好的可润湿性的表面。

此外，微棱镜44的结构46本身有助于包围水22，如图4b的插图中所指示的。此结构可通过众所周知的复制处理来制造。当局部地向下推顶板10时，其具有棱镜结构的下表面40将局部地向下弯曲，由此水将保持在此结构中。在透射元件2’的将油20推入柱48的位置，也将是这种情况。此位置处的弯曲棱镜结构将向下推柱48，使得油无法溢出元件壁。此外，并且可能更重要的，油无法附着于顶板的下表面。当停止推动顶板时，此板将恢复其原始形状，并且这些元件中的油将恢复原始形状和位置。这样，将电润湿显示器制造成耐压力。

虽然优选地将这些微棱镜44布置成彼此紧靠，使得它们的底部覆盖整个表面，如图4a所示，但是这并不是必须的。这些棱镜也可能彼此远离，使得例如每个电润湿元件中只有一个棱镜，或者甚至对于许多元件只有一个棱镜，只要获得足够的亲水特性。突出元件的数量越少，其可见度将越低。图5示出了微棱镜结构50的横截面，每个元件2大约包括一个棱镜44。考虑到上述内容，此图不需要进一步说明。

图6示出了突出元件的结构的另一实施方式的顶视图。这些元件52现在是这样的脊，其长度方向与元件壁30成一角度，如图6所示，或平行于元件壁。脊的长度尺寸基本上等于表面40的对应尺寸。在垂直于图6的平面的一个平面中，即，在类似图4a的横截面视图中，这些脊可能具有几种形状，但是优选地，它们朝着第一支撑板变窄，并且更优选地，它们具有棱镜形状，如图4a所示的。这些脊具有与例如棱镜形状的突出元件的矩阵相似的效果。在此实施方式中，仅需要在一个方向上对准。此外，在这些突出元件将接触这些元件壁的情况中，如果这些是纵向的，那么这些元件壁可更好地承受这些元件的压力。这也防止疏水层被较大的力损坏。

图7a示出了位于顶板10的下表面处的防护物的另一实施方式。此图再一次示出了电润湿显示器的三-元件部分的横截面，其中元件2’处于透射状态。防护物由层54构成，其在显示器的使用期间是亲水的。

该层可能是永久亲水的，即，由亲水材料制成，例如，氧化硅或氮化硅或金属。也可使用多孔或粗糙的亲水表面，例如水凝胶涂层，来产生对第二流体具有更好的可润湿性的表面。

如图7a所示，还可能为顶板的下表面40提供另一材料的层54，并且在第二流体22和电极56之间施加电压V，该电极介于表面40和层54之间。在显示器的使用期间，电压V导致层54变得亲水。层54的材料可能甚至是疏水的，例如无定形含氟聚合物，例如AF1600或另一低表面能量聚合物，如聚对二甲苯。电压V可能是除了在第一支撑板上的电极26(图1)和水之间施加的电压以外的另一电压，或是相同的电压。在后一种情况中，电压源可用于两个目的。

如图7b所示，当向下推顶板10且因此其下表面40朝着第一支撑板8弯曲时，水22将保持附着于此表面，如果此层存在层54。向下运动的水将把油20推入元件2；尤其是将大幅减小透射元件2’(图7a)中的油柱48的高度，使得油量58将占据元件2’的更大的区域。而且这样防止油溢出元件壁并附着于顶板，从而防止降低天花板效应。

顶板的下表面处的防护元件也可能由运动限制元件构成，其确保间隙宽度将始终等于或大于最小间隙宽度。例如，最小间隙宽度是处于断开状态的元件中的油的厚度的五倍的等级，或是处于最大接通状态的元件中的油的高度的等级。这些运动限制元件适于防止显示装置中的降低天花板效应，在该显示装置中支撑板之间的距离相对小。通过这些元件横过第二支撑板的适当分布和支撑板的适当对准，这些运动限制元件面向电润湿元件壁。可放大这些元件壁的尺寸，使得当它们将接触元件壁时，元件壁可更好地承受由运动限制元件施加的压力。

图8a示出了设置有一些运动限制元件60的电润湿显示器的一个实施方式。这些元件优选地固定于支撑板10上，但是也可固定于支撑板8上，或固定于两者上。图8a和图8b所示的实施方式包括定位在黑色矩阵材料(由黑线指示的)上的运动限制元件60的组合。另一实施方式将是具有这些运动限制元件60而没有黑色矩阵材料的电润湿显示器。图8a所示的显示器部分与图4至图7所示的显示器部分相似。优选地，这些运动限制元件60变窄成尖端状顶端62。尖端状顶部具有若干优点，包括接触面积的减小、更易对准和干扰油运动的危险减小。如图8b所示，尤其是在左侧顶部的放大部分中，一旦向下弯曲顶板10，一个或多个元件将撞到元件壁30，并且在该位置，将停止顶板的下表面40的向下运动。在该位置，顶板和底板之间的距离大于最大透射元件2’中的最大收缩油20的高度。因此油与顶板不接触，使得不会出现降低天花板效应。为了清楚地示出该效应，图中的纵横比不是按比例尺绘制的。在实践中，这些运动限制元件和黑色矩阵材料将遵循弯曲的第二支撑板的形状。

图8c进一步示出了此实施方式。在左侧，示出了显示器的一部分(8×8个元件)的顶视图，而在右侧，示出了这些运动限制元件的顶端62相对于元件的位置。

运动限制元件的密度(即，每个区域单位的元件数量)可能与电润湿显示器的设计相适应。在一些显示器中，人们可使用比电润湿元件更少的限制元件。例如，在每三个电润湿元件中可使用一个限制元件。在彩色显示器中(其中，通过堆叠的子显示器产生不同的颜色，每个子显示器具有第一和第二支撑板)，或者在黑白显示器中，可能为所有元件的每个壁提供一个共享的运动限制元件。在彩色显示器中(其中，将每个像素分成许多与待显示的颜色数量对应的子像素，即，将每个电润湿元件分成许多子元件)，可能为所有子元件的每个壁提供一个共享的运动限制元件。

顶板下侧处的防护物也可能由距离(或间隙宽度)限制元件构成，如图9a所示。此图示出了电润湿显示器的五-元件部分的横截面。这些距离限制元件64是优选地向顶部66逐渐变细的窄柱。这些元件防止顶板向下弯曲，甚至当在板的上侧上施加向下的力时。因此，元件64确保保持一个恒定的间隙宽度，其等于所述柱的长度。这样，防止油由于除了电润湿力以外的力而产生的运动。

与图8c类似，图9b示出了此实施方式显示器的一部分和这些距离限制元件的顶端66的位置的顶视图。

这些距离限制元件64的密度可能与这里在上面所描述的图8a的运动限制元件60的密度相似。

图10示出了设置有更坚固的防护物的电润湿显示器的一个实施方式的横截面。此防护物包括一些距离限制柱，或圆柱68，它们比图9a的柱宽得多。此外，这些柱置于壁70上，这些壁比正常的元件壁2宽得多。将显而易见的是，这些柱68具有和图9a中的柱64相同的功能，但是与扩大的壁结合，显示器可承受更大的压力。另外，在此实施方式中，这些柱68在扩大的电润湿元件壁上的对准更容易。而且在此情况中，这些柱68可能是锥形的。这些柱可能足够小，使得其几乎不可见。

根据本发明的另一方面，将这些相对宽的柱制造为在待显示的图象中基本上不可见。这通过与柱阵列对应的透镜阵列来实现。图10示出了阵列中的一个透镜78，该透镜与柱68对准。此外，将面向此柱的电润湿元件分成两个子元件：位于放大壁70的左侧的第一子元件72和位于放大壁的右侧的第二子元件。子元件72和74与壁70一起形成维持像素76，其比正常的像素2大。由维持像素76和对应透镜形成的光路的光学设计是这样的，左像素仅对于观察者的右眼是可见的，同时右像素仅对于观察者的左眼是可见的。为了改进此实施方式的光学性能，可能对显示器增加漫射结构82，以使来自维持元件的光在观察者一侧更均匀。对于不同的显示装置来说，柱68、扩大的电润湿元件壁和透镜78的数量可以是不同的。通过视频处理，可通过适应周围元件的灰度级将其制造为甚至很不明显，以补偿由这些元件导致的光学差异。

如图10所示，透镜可能由例如光学性能的塑料的透明层80中的空腔构成。透镜也可能是平面的，或衍射透镜，例如菲涅耳透镜。可能将透镜层80和漫射层82整合在一个薄层或膜中。代替位于第二支撑板10的观看侧，如图10所示，也可能将层80和82布置在此板的下侧。

图10所示的措施也可在其他实施方式中使用，其中从第二支撑板的突起可能接触元件壁，如图8a的实施方式。

图9a和图10的从第二支撑板10延伸的柱并非必须横跨总的间隙宽度。替代地，并且如图11所示，底板8也可能设置有这种柱84，其具有例如间隙宽度的一半的长度。于是，与那些从底板开始的柱对准的从第二支撑板开始的柱86，也具有间隙宽度的一半的长度。所需总长度在柱84和86上的另一划分是可能的。可用众所周知的掩模处理来制造这些柱，由此在图11的情况中，使用两个掩模，相应地，一个用于第二支撑板10，一个用于底板8。这些元件可以在支撑板10上的柱方向上和在支撑板8上的行方向上，使得在交叉口处它们可接触，使对准不是必须的。

图12示出了电润湿显示器的一个优选实施方式的一部分，其中防护物由第二支撑板8和底板10之间的空间中的自由本体88构成。原则上，这些本体可穿过该空间移动。在实践中，通常使本体稳定在能量有利的位置中；例如，玻璃本体优选地靠近亲水壁固定。本体可能具有几种形状，但是优选地，其是球体，如图12所示。这些球体的直径是，例如25μm，并且大于处于最大透射状态中的元件2’中的油20的最大高度。因此，当在此板上施加向下的力时，球体88防止第二支撑板10的下表面40接触油。

球体可能由玻璃或塑料制成，并且优选地，球体材料的折射率基本上等于第二流体22的折射率。优选地，这些球体的密度也基本上等于第二流体22的密度。

注意，玻璃球体已在液晶显示器中使用。然而，LCD中的球体的直径等于支撑板之间的距离，即，球体直径确定此距离，同时在电润湿显示器中，球体直径小于支撑板之间的距离。此外，由于LCD的性质，通过LCD的光路长度是非常重要的，使得需要非常大量的球体将此光路长度保持恒定。在电润湿显示器中，对光路长度不需要严格地进行设置，使得仅需要少量的球体，例如，每100个电润湿元件中有1个球体。另外，这些球体分布的重要性小得多，因此每个给定面积中的球体的数量可能在很大程度上变化。最后，球体的尺寸分布也不需要是非常单向分散的，这将使得成本降低。

本发明不仅可在电润湿显示器的元件中实现，如上面描述的，而且可在元件外部实现。例如，在直接驱动的分段显示器中，可利用数字之间的空间来实现本发明。此方法的优点是，人们可使用与密封显示器所使用的材料和制造过程相同的材料和制造过程。在此实施方式中，通过将密封材料放在显示器内，来产生附加的支撑元件90。图13a示出了数字显示器的横截面，而图13b示出了数字显示器的顶视图，其中在数字92外部的位置处设置一些支撑元件90。在另一实施方式中，在用第一流体填充的电润湿元件的顶部上位于数字92内部的位置处设置支撑元件。在此类型的一个优选实施方式中，将支撑元件的外边缘定位在电润湿元件壁的顶部上，以降低支撑元件的可见度。这些支撑元件也可用来实现设计特征，其中支撑元件具有特定的形状，例如，公司标志，或其他图象。

第五类的特征在于，存在这样的机构：当将第二支撑板弯曲至导致其靠近当处于收缩状态中的第一流体的程度时，该机构切断显示器。例如，这种防护机构可以是电的或光的反馈回路，或是第一和第二支撑板之间的电容测量。当切断显示器时，第一流体切换回断开状态，其具有可能最薄的层厚。这样，将更困难并且需要更强的力以导致第二支撑板靠近或接触第一流体。另外，显示器切断的效果可用来向显示器的用户表示，不应进一步施加压力。第五类中的防护机构可与在其他类中描述的实施方式中的一个结合。

上面提出的所有防护物可在具有一个或多个可转换层的电润湿显示装置中和在具有两个或多个支撑板的电润湿显示装置中使用。

将以上实施方式理解为是本发明的示意性实例。设想本发明的其他实施方式。将理解的是，关于任何一个实施方式描述的任何特征可能单独使用，或与描述的其他特征组合使用，并且也可能与任何其他实施方式的一个或多个特征组合使用，或与任何其他实施方式的任何组合一起使用。此外，在不背离在所附权利要求中定义的本发明的范围的前提下，也可能使用以上未描述的等同物和变型。

Claims (26)

1.一种包括图像元件的显示装置，所述图像元件由电润湿元件构成，所述电润湿元件在第一支撑板与第二支撑板之间的空间内具有彼此不能溶合的至少一第一流体和第二流体，所述第二流体是导电的或极性的，由此每个元件中的所述第一流体在所述第一支撑板的一侧处由元件壁限制，并且所述第二流体由多个图像元件共享，其特征在于防护物，所述防护物用于当在此流体上施加除了电润湿力以外的力时防止第一流体部分从其界限中排出。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述防护物由布置于所述第二支撑板的内侧的部件构成，所述部件防止所述第一流体附着于此板。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述部件由突出元件阵列构成，所述突出元件具有亲水表面、并且它们的底部位于所述第二支撑板上、并且高度小于所述第一支撑板与所述第二支撑板之间的距离。

4.根据权利要求3所述的显示装置，其特征在于，所述突出元件朝着所述第一支撑板变窄。

5.根据权利要求3或4所述的显示装置，其特征在于，所述突出元件的材料是透明的。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其特征在于，所述突出元件的折射率基本上等于所述第二流体的折射率。

7.根据权利要求3、4、5或6所述的显示装置，其特征在于，所述突出元件具有正方形底部。

8.根据权利要求3、4、5或6所述的显示装置，其特征在于，所述间隔元件具有圆形底部。

9.根据权利要求3、4、5或6所述的显示装置，其特征在于，所述突出元件是纵向脊，所述纵向脊的纵向尺寸基本上等于所述第二支撑板的表面的对应尺寸。

10.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述防护物由所述第二支撑板的内侧处的层构成，所述层在显示器的使用期间是亲水的。

11.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第二支撑板在与所述第一支撑板上的所述元件壁对应的位置处设置有运动限制元件，所述运动限制元件在垂直于所述支撑板的方向上延伸并且长度小于所述支撑板之间的距离而大于当处于透射状态中时的一元件中的所述第一流体的最大高度。

12.根据权利要求2所述的显示装置，其特征在于，所述第二支撑板在与所述元件壁对应的位置处设置有距离限定元件，间隔元件在垂直于所述支撑板的方向上延伸并接触所述第一支撑板上的所述元件壁。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其特征在于，所述第二支撑板设置有与所述距离限定元件的数量和位置对应的多个透镜。

14.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述第一支撑板设置有第一距离限定元件，并且所述第二支撑板设置有第二距离限定元件，第一和第二元件的总长度等于所述第一和第二支撑板之间的距离。

15.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述支撑板之间的空间包括自由本体，所述自由本体在垂直于所述支撑板的方向上的尺寸大于当处于透射状态中时的元件中的所述第一流体的最大高度。

16.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述自由本体由透明材料制成。

17.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述自由本体由对于所述第二流体具有更好的可润湿性的材料制成。

18.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述自由本体是球体。

19.根据权利要求15所述的显示装置，其特征在于，所述自由本体是杆。

20.根据权利要求19所述的显示装置，其特征在于，所述杆的长度大于所述电润湿元件的对角线。

21.根据权利要求15、16或17所述的显示装置，其特征在于，所述自由本体的折射率基本上等于所述第二流体的折射率。

22.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，距离限定元件被布置在所述支撑板之间位于所述电润湿元件外部的位置处。

23.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，距离限定元件被布置在所述支撑板之间位于所述电润湿元件顶部上的位置处。

24.根据权利要求23所述的显示装置，其特征在于，所述距离限定元件的边缘被布置在所述电润湿元件壁的顶部上。

25.根据权利要求22、23或24所述的显示装置，其中，所述距离限定元件由与所述装置外部上的密封材料相同的材料制成。

26.根据权利要求1所述的显示装置，其特征在于，所述防护物由一机构构成，所述机构在所述第二支撑板被弯曲至导致所述支撑板的内表面靠近处于收缩状态中的所述第一流体的程度时切断显示器。

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