CN102650733A - 电润湿显示单元及电润湿显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供电润湿显示单元及电润湿显示系统。该电润湿显示单元包括：流体腔室，包括极性流体与着色的非极性流体，以及用于包围极性流体和非极性流体的隔墙；介质层，处于流体腔室下方，与流体腔室中的非极性流体或极性流体接触；以及电极，处于介质层下方，其特征在于，隔墙上设有空槽，所述空槽具有朝向介质层的开口，用于在极性流体和电极之间施加电压时，完全或部分地存储非极性流体。所述电润湿显示系统包括所述电润湿显示单元。本发明的电润湿显示单元在显示趋于亮态时原本平铺在介质层上方的非极性流体借助于通过电极所控制的极性流体对非极性流体的挤压力而进入空槽内，不再存附于底面一角或中间区域。

Description

电润湿显示单元及电润湿显示系统

技术领域

本发明涉及显示技术领域，具体地讲，本发明涉及电润湿(electrowetting)显示单元以及电润湿显示系统。

背景技术

电润湿显示是一种近年来新出现的显示技术。电润湿显示技术以其具有双稳态显示、反射性好、功耗低、温度范围宽和足够快的响应速度的特点越来越受到人们的青睐。电润湿显示技术目前仍处于起步阶段，但其展示出的优越性能及发展潜力都预示着在未来显示技术领域，电润湿显示必将占据一席之地，成为一种重要的显示方法。

电润湿显示技术是一种借助控制电压来控制被包围的流体的表层而导致电润湿显示单元(通常为显示系统中的一个显示像素)的变化的技术。图1a示出了一种常规电润湿显示单元在未加电压的暗态时的截面示意图。图1a所示的常规电润湿显示单元包括流体腔室10、介质层3和电极4，其中流体腔室10上部分是极性流体1，下部分是非极性流体2；暗态时，流体腔室下部分的非极性流体2介于极性流体1和介质层3之间。在电润湿显示里，非极性流体层可以有两个作用：遮挡作用，一般多用于黑白显示，非极性流体遮光或遮色且一般为黑色；以及显示作用，一般用于彩色显示，非极性流体自身有颜色。如图1a所示，当没有施加电压时，非极性流体2与介质层3之间形成一层扁平薄膜，就构成一个有色的像素点。当在电极4与极性流体1之间施加电压使显示趋于亮态时，极性流体1与介质层3之间的接触面被极化，从而增大了表面能，即接触面的张力会产生改变，结果是介质层变得不再疏水，显示单元原来的静止状态不再稳定，令非极性流体2移至角落，造成一个部份透明的像素点，如图1b示出的常规的电润湿显示单元亮态时的截面图。

当不同像素被独立激活以创建影像时，非极性流体被染上不同的颜色，从而形成彩色显示。在原则上可以给予显示像素任何想要的颜色，从而获得各种显示结果。当电润湿显示单元用于黑白显示时，非极性流体是黑色的。图2a和图2b分别示出了由三个电润湿显示单元(三个像素)构成的一部分电润湿显示系统暗态和亮态时的截面图，其中示出了用于分隔相邻的两个显示单元(即，相邻的两个像素)的隔墙20，隔墙20用于包围每个显示单元内的极性流体和非极性流体。

图3a和图3b分别示出了包括多个显示单元(即，像素阵列)的电润湿显示系统在加电压的亮态时对外显示的俯视图。从图3b可以看出，该电润湿显示系统中的像素阵列对外显示为绝大部分为亮态，但每个像素的角落处对外显示为暗态。

如上所述，尽管电润湿显示技术具有很多优势。但是，在为了进行亮态显示而在极性流体和下电极之间施加电压时，如图1b、2b和3b中的箭头所示，非极性流体收缩，但是其还是残留于显示像素的角落中，使得亮态显示时不能达到完全均匀的显示。尤其用于黑白显示时，不能实现完整的全白显示，而是角落部分还可以看到黑色的非极性流体，而像素中着色的非极性流体的可见度会减小显示器的对比度及透过率，从而不能实现良好的显示效果。即，在亮态时，非极性流体还会占去相当区域，从而影响显示效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电润湿显示单元及电润湿显示系统，使得电润湿显示单元中的着色的非极性流体在显示趋于亮态时可以不存附于电润湿显示单元的底面一角或中间，而是进入设在隔墙上的空槽内，从而可以减小非极性流体的可见度，增大电润湿显示的透过率和对比度。

为此目的，本发明提供了一种电润湿显示单元，其包括：流体腔室，包括极性流体与着色的非极性流体，以及用于包围极性流体和非极性流体的隔墙；介质层，处于流体腔室下方，与流体腔室中的非极性流体或极性流体接触；以及电极，处于介质层下方，隔墙上设有空槽，所述空槽具有朝向介质层的开口，用于在极性流体和电极之间施加电压时，完全或部分地存储非极性流体。

所述流体腔室的四周隔墙上均可以设有空槽。

所述隔墙可以由透明材料或不透明材料制备。

所述空槽可以上方开口或上方封闭。

所述空槽内表面对于非极性流体来说可以是浸润的。

所述流体腔室的隔墙为绝缘材料制成。

本发明还提供了一种电润湿显示系统，其包括上述的电润湿显示单元。

在暗态时，流体腔室内下层为平铺在介质层上方的着色的非极性流体，其上方为与其不混溶的极性流体。在本发明中，在电润湿显示单元的流体腔室的隔墙上设置朝向下方(即，朝向介质层)的空槽。这样的话，在对极性流体和电极之间施加偏压以改变电润湿显示单元的显示状态时，原本平铺在介质层上方的与极性流体不混溶的着色的非极性流体的状态将发生变化，其将受到通过电极控制的极性流体的挤压力，从而进入隔墙的空槽内。这样，根据通过电极来控制的极性流体对非极性流体的挤压力的大小，非极性流体可以完全地或部分地进入隔墙上设置的空槽内，从而可以容易地实现不同的灰度显示。尤其是在需要全白显示时，增大通过电极所控制的极性流体对非极性流体的挤压力，可以使非极性流体完全进入空槽内，而不再存附于流体腔室底面一角或中间区域而遮挡部分光线，因此可以减小着色的非极性流体的可见度，增大显示透过率，提高显示对比度。

附图说明

结合附图，通过参考下面的详细描述，将会更容易地理解本发明及其伴随的优点和特征，其中：

图1a和图1b分别示出了一种常规的电润湿显示单元暗态和亮态时的截面图；

图2a和图2b分别示出了由三个电润湿显示单元构成的一部分电润湿显示系统暗态和亮态时的截面图；

图3a和图3b分别示出了包括图1a的电润湿显示单元的电润湿显示系统暗态和亮态时的俯视图；

图4a和图4b分别示意性示出了根据本发明的第一实施例的在隔墙上设置空槽的电润湿显示单元暗态和亮态时的截面图；

图5a和图5b分别示意性示出了根据本发明的第二实施例的在隔墙上设置空槽的电润湿显示单元暗态和亮态时的截面图；以及

图6a和图6b分别示出了包括根据本发明的电润湿显示单元的电润湿显示系统在未施加电压和施加电压时的俯视图。

需要说明的是，附图并非按比例绘制，并且附图用于说明本发明，而非限制本发明。并且，附图中，相应的元件被标记为相同或相应的参考标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易于理解，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

图1a示意性示出了现有技术中的电润湿显示单元的截面图。从图1a可以看出，介质层3介于流体腔室10和电极4之间，其与非极性流体2的接触表面为平坦表面。当对图1a所示的电润湿单元施加电压，令所述接触表面变得更亲水(湿润)时，由于原先抗水的表面现在变得更吸水，所以非极性流体层在表面张力的作用下不得不改变其存在形式，从扁平薄膜发生改变转移到显示单元的角落处，如图1b所示。从图1a和图1b上方的箭头可以看出，图1a的三个箭头为黑色的，表示该显示单元处于图1a所示的暗态，而图1b的三个箭头中两个为白色的，一个为黑色的，表示该显示单元虽然处于亮态，但是由于显示单元的角落处存在非极性流体，所以该显示单元在黑白显示时对外不能表现出完整的全白显示。这样的话，将会大大降低显示单元的显示效果。

为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供的电润湿显示单元对现有技术进行了改进。本发明的关键在于当显示趋于亮态时，使得非极性流体不再存附于流体腔室底面一角或中间而遮挡部分光线，使得画面的纯度不足，而是通过使非极性流体存储于流体腔室隔墙上设有的空槽内，减小非极性流体的可见度，由此实现增大显示透过率，提高显示对比度的目的。为了实现此目的，本发明对流体腔室的隔墙进行了改进，在流体腔室的隔墙上设置空槽，该空槽朝向介质层开口，从而当电润湿显示单元被加电时，由于极性流体与非极性流体间的界面张力发生改变，非极性流体将被极性流体向周边排挤，此时借助于通过电极控制的非极性流体对极性流体的挤压力，非极性流体被挤入隔墙空槽内，而不再存附于流体腔室底面的角落或中间遮挡部分光线。这样的话，在进行亮态显示时，非极性流体被挤入隔墙上的空槽内，因此可以减小非极性流体在适当时候(例如，在全白显示时)的可见度，据此减小其对于显示的不利影响，从而增大电润湿显示的透过率和对比度。

图4a示意性示出了根据本发明的第一实施例的在隔墙上设置空槽的电润湿显示单元暗态时的截面图。如图4a所示，在暗态时，非极性流体2以平铺状态处于流体腔室10内，非极性流体2上方为与其不混溶的极性流体1。与现有技术不同的是，本发明在流体腔室隔墙上设置了空槽6。在第一实施例中，空槽6上方封闭，向下(即，朝向介质层3方向)开口。

当电润湿显示单元被加电以进行亮态显示时，由于原来疏水的介质层3现在变得亲水，所以极性流体1与介质层3接触面的张力会发生变化，结果是显示单元原来的静止状态不再稳定，极性流体1将排开非极性流体，使非极性流体2有移至角落的趋势，而极性流体1将直接与介质层3接触。

在本发明的电润湿显示单元中，由于在流体腔室隔墙上设置了空槽，所以通过对电极进行控制，移至角落的非极性流体可以不再存附于流体腔室底面的一角或者中间区域，而会受到通过电极所控制的非极性流体对极性流体的挤压力，进入空槽内。图4b示出了非极性流体进入空槽的示意图。从图4b可以看出，非极性流体不再存附于流体腔室的角落中，而完全进入了隔墙的空槽内。此时，观察者可见的非极性流体区域仅仅为四周隔墙上的空槽内的非极性流体的厚度，从而相对于现有技术来说，大大减小了非极性流体的可见区域，从而实现了增大电润湿显示的透过率和对比度的目的。

当显示单元需要返回暗态时，应当撤去之前所施加的电压，此时由于没有电场作用，介质层将变得疏水，之前电场下极性流体挤压非极性流体的力消失，非极性流体和极性流体将恢复初始状态。由于非极性流体自身的重力，以及极性流体收缩势必带动非极性流体流出空槽。

图5a和图5b示出了根据本发明的第二实施例的电润湿显示单元的结构示意图。从图4a和图4b所示的第一实施例中的电润湿显示单元可以看出，其隔墙上设置的空槽6仅朝向介质层方向开口，而其上方封闭。与第一实施例的电润湿显示单元不同的是，在第二实施例中，在流体腔室隔墙上设置的空槽6’不仅朝向下方(即，介质层方向)开口，同时也朝向上方开口。

在第二实施例中，当显示单元处于暗态时，如图5a所示，流体腔室的空槽内和空槽外一样，都浸有同样的流体。当施加电压使显示单元趋于亮态时，如图5b所示，空槽外部的极性流体将挤压非极性流体进入空槽，空槽内部上方的极性流体势必流出空槽去补充空槽外的极性流体，并且由于非极性流体进入也会挤压空槽内部的极性流体流出空槽，从而可以使得非极性流体全部进入空槽内。当撤去电压后，由于没了电场作用，极性流体不再具有对非极性流体的挤压力，非极性流体由于失去这种挤压力及自身重力，将流出空槽，使显示单元返回暗态。在这种情况下，非极性流体流出空槽是通过撤去电极电压实现的。

作为一种可选方案，在空槽上方开口的情况下，通过继续施加电压使非极性流体流出空槽。即，在非极性流体充满空槽内时，继续施加电压，此时非极性流体继续受到极性流体的挤压力而将从空槽上开口处流出空槽，进入空槽外部的流体腔室。此时，撤去电场，非极性流体和极性流体将恢复到初始的非极性流体平铺在介质层上方的状态。

由于电润湿显示单元(显示像素)内非极性流体一般不会太多，因此通常用非常窄或非常薄的空槽可以完全容纳一个像素内的非极性流体。另外，还可以在流体腔室的四周隔墙上均设置空槽，从而可以进一步减小每个空槽的厚度，这样的话，一个像素内的非极性流体可以被均匀地分配到四周隔墙的空槽内，从而降低非极性流体可见度，达到预期效果。

但是，也不能将空槽做得太窄，这是因为一方面，空槽太窄的话，毛细管作用力会增大，毛细管作用力是单向的，而实际显示时需要非极性流体适时进出空槽，所以毛细管现象太严重对电润湿显示是不利的；另一方面，空槽太窄对制备工艺要求也会过高，工艺成本会显著增大。

流体腔室的隔墙一般为绝缘材料，例如高分子材料、有机材料、无机陶瓷、以及合适的复合材料。

根据隔墙所选用的材料，可以通过适当的方法来实现空槽的制备。在隔墙为无机材料或其他硬材料时，通过机械方法制备空槽较好，如果为光刻胶的话，通过已知的曝光显影等半导体工艺就可制备空槽。另外，可以根据非极性流体的量、粘度、显示像素具体尺寸等来确定空槽开口高度及宽度。

根据需要，可以使空槽内壁对于非极性流体而言是浸润的，这样的话，可以使得非极性流体进入空槽后更好地附着在空槽内壁上而在空槽内更好地停留。为此，可以对空槽内壁材料进行选择，使得其与非极性流体表面附着力较大。另外，还可以对空槽内壁进行处理或者在空槽内壁上涂覆亲非极性流体的物质，一般非极性材料比极性材料更易浸润非极性流体，例如树脂。但是，空槽内壁对非极性流体浸润也会带来弊端。因为电润湿显示是双向显示，要求其在亮态和暗态之间快速转换。如果空槽内壁对非极性流体浸润，则在需要电润湿显示单元从亮态返回暗态时，可能会由于空槽内壁对非极性流体的浸润而使得返回速度变慢或者无法完全返回到暗态。因此，应当根据实际显示情况，对空槽内壁是否浸润进行选择。

另外，根据本发明的电润湿显示单元也可以实现不同灰度的显示。具体来说，可以通过电极控制极性流体对非极性流体的挤压力从而控制进入隔墙上设置的空槽中的非极性流体的量，来实现不同灰度的显示。

另外，根据需要，流体腔室隔墙可以由透明材料或不透明材料制备。如果采用透明材料，此时在全白模式下，观察者看到的是空槽内非极性流体的厚度，微乎其微。如果不透明材料，观察者将看不到非极性流体。可以根据需要选择流体腔室隔墙颜色，一般多选黑色或白色。如果是黑色全白模式下，则与上面透明时相近，观察者将看到空槽厚度的黑色，当然也很微小。优选为白色，这是因为全白模式下，整个像素全白；全黑模式下，由于空槽薄，白色影响也极微弱。

以上，通过示例性实施例描述了本发明的电润湿显示单元。可以看出，本发明通过在电润湿显示单元的流体腔室的隔墙上设置空槽，使得当对电润湿显示单元施加电压来改变显示状态时，电润湿显示单元中的非极性流体受到了通过电极控制的极性流体对非极性流体的挤压力，而被挤入到流体腔室的四周壁上的空槽内，而不再存附于流体腔室底面的一角或中间区域而遮挡光线。因此，观察者可见的非极性流体区域仅仅为四周壁上的空槽内的非极性流体的厚度，大大减小了非极性流体的可见区域，从而实现了增大电润湿显示的透过率和对比度的目的。尤其是在电润湿黑白显示时，现有技术中，在显示全白时，非极性流体收缩，但是其还是残留于显示像素中，使得全白显示时不能达到很好显示效果；为了在黑白显示中减少全白显示时黑色非极性流体的残留，本发明通过在隔墙上设置空槽可以极大减少此时非极性流体残留可见范围，从而实现更好白色显示，提高对比度。

另外，本发明还提供了一种电润湿显示系统，其包括根据本发明上述实施例之一描述的电润湿单元。图6a和6b分别示出了根据本发明的电润湿显示系统暗态和亮态时的俯视图。从图中可以清楚地看到，在亮态时，图2b示出的角落中存在的非极性流体完全地进入流体腔室的四周壁上设置的空槽内，从而大大减小了非极性流体的可见度，因此实现了增大电润湿显示的透过率和对比度的目的。

对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。本领域技术人员可以理解的是，所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims (7)

1.一种电润湿显示单元，包括：

流体腔室，包括极性流体与着色的非极性流体，以及用于包围极性流体和非极性流体的隔墙；

介质层，处于流体腔室下方，与流体腔室中的非极性流体或极性流体接触；以及

电极，处于介质层下方，

其特征在于，隔墙上设有空槽，所述空槽具有朝向介质层的开口，用于在极性流体和电极之间施加电压时，完全或部分地存储非极性流体。

2.根据权利要求1所述的电润湿显示单元，其中所述流体腔室的四周隔墙上均设有空槽。

3.根据权利要求1或2所述的电润湿显示单元，其中所述隔墙由透明材料或不透明材料制成。

4.根据权利要求1或2所述的电润湿显示单元，其中所述空槽上方开口或上方封闭。

5.根据权利要求1或2所述的电润湿显示单元，其中所述空槽内表面对于非极性流体来说是浸润的。

6.根据权利要求1或2所述的电润湿显示单元，其中所述流体腔室的隔墙为绝缘材料制成。

7.一种电润湿显示系统，其包括根据权利要求1至6之一所述的电润湿显示单元。

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