CN105573006A - 一种立体像素结构的电子纸 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种立体像素结构的电子纸，电子纸分布阵列像素，像素由扩散微珠层和色彩层(点)构成，扩散微珠层的下层为分布像素的色彩层(点)，扩散微珠层能够在透明和扩散状态之间调节，色彩层(点)是一种不发光的点，是彩色的、黑色、白色或者灰色，扩散微珠也可以制作成球面形状、柱面形状、非球面形状、不规则形状，上述结构将提高像素的显示对比度。
Description
一、技术领域
本发明涉及电子纸的结构及显示方法，特别是涉及一种高对比度电子纸的像素结构及方法，属于信息显示技术领域。
二、背景技术
电子纸(E-paper)是一类技术的统称，这类非自主发光的显示器件，在环境光照下显示信息。一般把可以实现像纸一样非自主发光、阅读舒适、超薄轻便、可弯曲、超低耗电的显示技术叫做电子纸技术。而电子纸即是这样一种类似纸张的电子显示器，其兼有纸的优点(如视觉感观几乎完全和纸一样等)，又可以不断刷新显示内容，并且比液晶显示器省电得多。目前的电子纸多是采用电泳显示技术(ElectrophoresisDisplay,EPD)作为基本原理。
最早的电子纸技术是由Xerox的研究人员NickSheridon在上世纪七十年代所发明，采用带电荷的小球，分散在特定的溶液里，通过电场控制实现黑白翻转。因为带电球的一面是白色，另一面是黑色，当电场改变时，球会上下转动，从而呈现出不同的颜色。第二代的电子纸技术是由JosephJacobson在上世纪90年代所发展，其特色是以微胶囊代替传统的小球，并且在胶囊内填充彩色的油与带电荷的白色颗粒，并且经由外在电场的控制将白色颗粒往上或往下移动，其中当白色颗粒往上(接近阅读者时)，则显色出白色的像素；当白色颗粒往下(远离阅读者时)，则显色出油的颜色。经过近年来的研发，电子纸形成了多种技术分支，包括电化学反应、光写入型、电泳式微粒型、微胶囊电泳式、电湿润、喷墨发光聚合物、微杯电子纸、电子粉流体、扩散液晶等，目前市场已达实用化的电子显示技术仍以电气泳动方式的微胶囊电子墨水(E-Ink)为主。
三、发明内容
本发明的目的在于，提出一种立体像素结构的电子纸，用于高对比度柔性显示领域。它的像素结构主要由两部分构成，包括扩散微珠层和色彩层，如图1所示。扩散微珠层包含一系列的扩散微珠1组成阵列，扩散微珠的下层分布像素的色彩点阵2。扩散微珠层可以在透明和扩散状态之间调节，色彩层是一种不发光的点阵，可以是彩色的，也可以是黑色或者白色。
本发明的技术方案是，电子纸分布阵列像素，其特征是像素由扩散微珠层和色彩层(点)构成，扩散微珠层的下层为分布像素的色彩层(点)，扩散微珠层能够在透明和扩散状态之间调节，色彩层(点)是一种不发光的点，是彩色的、黑色、白色或者灰色。
扩散微珠可以处于透明或扩散的状态：处于透明状态下，透过扩散微珠可以直接观看到色彩层的色彩点，像素呈现纯色显示，如图2；处于扩散状态下，扩散微珠将环境光扩散成散射光，像素呈现白色显示。扩散微珠也可以处于不同透明或者扩散等级，例如处于半透明、半扩散状态，这种情况下，扩散微珠的部分散射光和色彩层的部分色彩光相互混合，像素呈现具有一定色彩饱和度的显示；扩散微珠可以在透明状态和扩散状态之间的变化，改变像素的色彩饱和度。
其像素主要由扩散微珠和颜色点构成，扩散微珠处于透明状态下，像素呈现纯色显示；处于扩散状态下，像素呈现白色显示；处于半透明、半扩散状态，像素呈现具有一定色彩饱和度的显示。
为了提高像素的显示对比度，每一个颜色点的二维尺寸小于扩散微珠的二维尺寸(例如扩散微珠的曲率半径)，每一个扩散微珠对应一个像素点，这些像素带有不同的颜色(包括黑色)，一般情况下是白色衬底下的颜色点。
扩散微珠层也可以制作成球面形状、柱面形状、非球面形状、不规则形状。
扩散微珠层可以是聚合物扩散液晶构成，微珠的底部和上表面(半球形表面)制作透明电极，并可以施加不同的控制电压。
扩散微珠由透明的半球型透镜和PDLC表面扩散层构成，表面扩散层外表面和内表面制作透明电极，并可以施加不同的控制电压。
实现本发明目的：一种立体像素结构的电子纸，以扩散微珠阵列与色彩点阵相结合，形成二维面阵显示阵列。扩散微珠与色彩点在尺寸和空间位置上的相互配合(例如处于扩散微珠几何形状的中央)，可以构成大面阵显示器件。扩散微珠与色彩点可以直接印制在柔性材料中，例如PET薄膜、纸张等基材上，形成柔性显示薄膜。
本发明原理是：一种立体像素结构的电子纸，像素结构主要由扩散微珠和色彩点组成，如图3所示。当扩散微珠处于扩散状态时，如图3(a)，微珠5直接散射环境光，形成散射光4，而颜色点的反射光线很弱，从各个方向几乎无法观看到像素的色彩，只能看到环境光反光的像素；扩散微珠处于透明状态时，如图3(b)所示，微珠将颜色点7的反射光线投向各个方向，使得颜色点被放大，形成彩色的散射光6，在很宽广的角度都可以观看到纯色的像素；当扩散微珠处于半透明、半扩散状态时，微珠将部分散射环境光形成散射光6，同时部分透射颜色点的反射光线4，使得颜色点被放大的同时，像素位置又混合扩散微珠的散射光，在很宽广的角度都可以观看到色彩饱和度下降的像素。
一种立体像素结构的电子纸，像素结构主要由扩散微珠和色彩点组成，如图4所示，扩散微珠为透明的微珠表层覆盖表面扩散层8。当表面扩散层8处于扩散状态时，如图4(a)，表面扩散层8直接散射环境光，形成散射光10，而颜色点的反射光线很弱，从各个方向几乎无法观看到像素的色彩，只能看到环境光反光的像素；表面扩散层8处于透明状态时，如图4(b)所示，微珠将颜色点12的反射光线11投向各个方向，使得颜色点被放大，形成彩色的散射光11，在很宽广的角度都可以观看到纯色的像素；当表面扩散层处于半透明、半扩散状态时，表面扩散层8将部分散射环境光形成散射光9，同时部分透射颜色点的反射光线11，使得颜色点被放大的同时，像素位置又混合表面扩散层的散射光，在很宽广的角度都可以观看到色彩饱和度下降的像素。
本发明的有益效果是，以扩散微珠阵列与色彩点阵组成电子纸，具有很高的显示全部对比度或颜色的显示条件，无论实在什么样的环境光照下，都能显示高对比度、全彩色图像。在电压和相关材料的复合控制条件下，颜色和显示的效果更好。
四、附图说明
图1是立体像素结构电子纸；
图2是纯色显示状态下的电子纸；
图3是微珠体扩散立体像素结构；图3(a)，微珠5直接散射环境光，而颜色点的反射光线很弱，只能看到环境光反光的像素；图3(b)所示扩散微珠处于透明状态时，形成彩色的散射光6；图3(c)所示扩散微珠处于半透明状态。
图4是微珠表层扩散立体像素结构；图4(a)，表面扩散层8处于不透明状态时，表面扩散层8直接散射环境光；图4(b)所示，表面扩散层8处于透明状态时，形成彩色的散射光11；图4(c)所示当表面扩散层处于半透明、半扩散状态时在很宽广的角度都可以观看到色彩饱和度下降的像素。
五、具体实施方式
图中：1——扩散微珠，2——颜色点，3——基片；4——微珠扩散光，5——扩散微珠，6——彩色散射光，7——颜色点；8——表面扩散层，9——微珠，10——扩散层扩散光，11——颜色点散射光，12——颜色点。
以图3为例，扩散微珠采用聚合物分散液晶(PolymerDispersedLiquidCrystal，PDLC)作为扩散材料，微珠采用半球型结构。微珠的底部和上表面(半球形表面)制作透明电极，并可以施加不同的控制电压。
当控制电压为零时，扩散微珠处于扩散状态，像素呈现白色；当控制电压为极大值时，扩散微珠处于透明状态，像素呈现纯色；当控制电压介于零与极大值之间时，扩散微珠处于半透明状态状态，像素呈现不饱和色彩。通过控制扩散微珠中PDLC的扩散状态，可以实现对像素色彩及其色彩饱和度的控制，从而达到彩色显示的目的。
以图4为例，扩散微珠由透明的半球型透镜和PDLC表面扩散层构成，表面扩散层外表面和内表面制作透明电极，并可以施加不同的控制电压。当控制电压为零时，表面扩散层处于扩散状态，像素呈现白色；当控制电压为极大值时，表面扩散层处于透明状态，像素呈现纯色；当控制电压介于零与极大值之间时，表面扩散层处于半透明状态状态，像素呈现不饱和色彩。通过表面扩散层中PDLC的扩散状态，可以实现对像素色彩及其色彩饱和度的控制，从而达到彩色显示的目的。
可以采用全印刷工艺完成显示薄膜的制作：PET薄膜基片表面印刷透明导电膜，然后在透明导电膜表面印刷色彩点，再在扩色彩点上方凹板印刷PDLC扩散微珠，扩散微珠上方印制透明导电膜。
Claims (8)
1.一种立体像素结构的电子纸，电子纸分布阵列像素，其特征是像素由扩散微珠层和色彩层(点)构成，扩散微珠层的下层为分布像素的色彩层(点)，扩散微珠层能够在透明和扩散状态之间调节，色彩层(点)是一种不发光的点，是彩色的、黑色、白色或者灰色。
2.根据权利要求1所述的立体像素结构的电子纸，其特征是像素的扩散微珠层可以处于透明或扩散的状态：处于透明状态下，透过扩散微珠可以直接观看到色彩层的色彩点，像素呈现纯色显示；处于扩散状态下，扩散微珠将环境光扩散成散射光，像素呈现白色显示；或处于半透明、半扩散状态。
3.根据权利要求2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是扩散微珠在透明状态和扩散状态之间的变化，改变像素的色彩饱和度。
4.根据权利要求2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是为了提高像素的显示对比度，每一个颜色点的二维尺寸小于扩散微珠的二维尺寸(例如扩散微珠的曲率半径)，每一个扩散微珠对应一个像素点，这些像素带有包括黑色的不同的颜色，尤其是白色衬底下的颜色点。
5.根据权利要求1或2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是扩散微珠层也可以制作成球面形状、柱面形状、非球面形状、不规则形状。
6.根据权利要求1或2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是扩散微珠层是聚合物扩散液晶构成，微珠的底部和上表面半球形表面制作透明电极，并能施加不同的控制电压。
7.根据权利要求1或2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是扩散微珠由透明的半球型透镜和PDLC表面扩散层构成，表面扩散层外表面和内表面制作透明电极，并施加不同的控制电压。
8.根据权利要求1或2所述的立体像素结构的电子纸，其特征是薄膜基片表面印刷透明导电膜，然后在透明导电膜表面印刷色彩点，再在扩色彩点上方凹板印刷PDLC扩散微珠，扩散微珠上方印制透明导电膜。
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