CN105807471B - 一种曲面液晶层像素结构的电子纸 - Google Patents

Abstract

本发明为一种曲面液晶层像素结构的电子纸。一种曲面PDLC像素结构的电子纸，包括上基片、曲面PDLC阵列、色彩点阵列、下基片；曲面PDLC阵列与色彩点阵列二者对应；像素由曲面形的PDLC阵列和对应的色彩点阵列构成，每个曲面PDLC的下方分布像素的色彩点，其中曲面PDLC阵列能在电压控制下改变散射特性，即在散射状态和透射状态之间变化；通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，进行彩色显示。本发明通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，达到彩色显示的目的。

Description

一种曲面液晶层像素结构的电子纸

一、技术领域

本发明涉及电子纸的显示方法，特别是涉及一种基于液晶材料的电子纸像素结构及方法，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。目前的电子纸多是采用电泳技术、也有一些新的技术出现，例如电湿润技术、液晶技术等作为基本原理。

目前有基于胆甾相液晶的电子墨水技术，由于不同螺距的液晶布拉格会反射不同的颜色，将不同液晶螺距的胆甾相液晶层(蓝色、绿色+红色)相互叠放，即可形成彩色的反射性液晶显示。液晶盒中胆甾相液晶分子通常采取平面态，即液晶层处于一个平面。

现有技术涉及另一种基于液晶的柔性显示方案，是基于聚合物分散液晶(PDLC)的显示技术，两层基板之间夹一层PDLC液晶层或称作分散液晶层，在电场作用下，PDLC呈现散射或者透明状态，从而实现对透射光的控制。

PDLC是将低分子液晶与预聚物相混合，聚合形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中，再利用液晶分子的介电各向异性获得具有电光响应特性的材料，它主要工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。相对于传统的液晶显示器而言，PDLC显示器具有很多优点，例如不需偏振片和取向层，制备工艺简单、制作设备价格不昂贵、制作环境简单，易于制成大面积柔性显示器等。但无法进行彩色的显示。

三、发明内容

本发明的目的在于，提出一种曲面PDLC像素结构的电子纸，通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，达到彩色显示的目的。具有高的显示对比度，无论在什么样的环境光照下，都能显示全彩色图像。

本发明的技术方案：一种曲面PDLC像素结构的电子纸，包括上基片、曲面PDLC阵列、色彩点阵列、下基片；曲面PDLC阵列、色彩点阵列二者对应；像素由曲面形的PDLC阵列和对应的色彩点阵列构成，每个曲面PDLC的下方分布像素的色彩点，其中曲面PDLC阵列能在电压控制下改变散射特性，即在散射状态和透射状态之间变化；通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，达到彩色显示的目的。

曲面PDLC阵列包括曲面突点阵列、曲面突点阵列中容纳PDLC材料、PDLC材料两侧的透明导电膜，两侧透明导电膜中间的PDLC组成液晶光阀，透明导电膜两端的电压形成电场，电场变化能够改变PDLC的散射特性。从而和色彩点阵列构成像素结构。

曲面突点阵列是透明膜材料成型的阵列，容纳PDLC材料曲面突点阵列的每个曲面突点可以是实心的结构(反面看是均匀的凹坑被填实)；容纳PDLC材料曲面突点阵列的每个曲面突点可以是一层均匀分布的空心的结构，即曲面PDLC也可以是一个空腔结构(反面看是均匀的凹坑)。

曲面PDLC层表面可以制作成球面形状、柱面形状、非球面的圆弧面形状和其它不规则形状。

所述的色彩点阵列由一系列不发光的色彩点构成，分布于曲面PDLC下方。色彩点是彩色的，或者是灰色、黑色、白色之一。

曲面包裹的PDLC材料能够在电场作用下透明和扩散状态之间调节，从而改变像素的色彩饱和度，达到彩色显示的目的。

曲面PDLC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：一种曲面PDLC像素结构的电子纸，像素由曲面PDLC和色彩点构成，曲面PDLC的下方分布像素的色彩点，曲面PDLC能够在电场作用下透明和扩散状态之间调节，从而改变像素的色彩饱和度，达到彩色显示的目的。利用上基片的上表面的界面折射，可以扩大显示的视场角。上基片的上表面可以增加减反射膜，或者增加散射膜层，从而提高电子纸的显示对比度。

本发明的有益效果，以曲面PDLC阵列与色彩点阵组成电子纸，具有很高的显示对比度，无论实在什么样的环境光照下，都能显示高对比度，尤其是全彩色图像。

四、附图说明

图1是曲面PDLC像素结构电子纸；

图2是纯色显示状态下的电子纸(即透明)；

图3是曲面PDLC像素结构；

图4是PDLC透明状态下的光线状态；

图5是PDLC半透明状态下的光线状态。

图中：1——上基片，2——曲面PDLC，3——曲面凸点；4——色彩点，5——下基片，6——散射白光，7——散射色彩光。

五、具体实施方式

为实现本发明目的：本发明提出的一种曲面PDLC像素结构的电子纸，至少由上基片1、曲面PDLC阵列2、曲面突点阵列3、色彩点阵列4、下基片5构成，如图1所示。其中曲面PDLC阵列可以在电压控制下改变散射特性，在散射状态和透射状态之间变化。图1所示的曲面PDLC阵列在电压控制下处于散射状态，图2所示的曲面PDLC阵列在电压控制下处于透射状态。通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，达到彩色显示的目的。

以曲面PDLC阵列与色彩点阵相结合，形成二维面阵显示阵列。曲面PDLC与色彩点在尺寸和空间位置上的相互配合(例如处于曲面PDLC几何形状的中央)，可以构成大面阵显示器件。曲面PDLC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。

像素结构主要由两部分构成，包括曲面PDLC和色彩点阵列，如图3所示。曲面PDLC的主要结构是PDLC、PDLC两侧的透明导电膜，两侧透明导电膜中间的PDLC组成液晶光阀，透明导电膜两端的电压形成电场，电场变化可以改变PDLC的散射特性。色彩点阵列由一系列色彩点构成，色彩点(均匀)分布于曲面PDLC下方，色彩点是不发光的，可以是彩色的，也可以是黑色或者白色。

在不同施加电压的条件下，曲面PDLC可以处于透明或扩散的状态：如图3所示，处于扩散状态下，曲面PDLC将环境光扩散成散射光6，像素呈现白色显示。如图4所示，曲面PDLC处于透明状态下，透过曲面PDLC可以直接观看到色彩层的色彩点的反射光7，像素呈现纯色显示。如图5所示，曲面PDLC处于半透明、半扩散状态，这种情况下，曲面PDLC的部分散射光6和色彩层的部分色彩光7相互混合，像素呈现非饱和色彩显示。曲面PDLC可以在透明状态和扩散状态之间变化，从而改变像素的色彩饱和度，形成不同色彩饱和度的彩色显示。

曲面PDLC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，曲面凸点可以是实心的结构，也可以是空心的结构，也就是说曲面PDLC也可以是一个空腔结构。

实施例1：

下基片先印制色彩点阵，然后在色彩点阵上方凹版印制半球形凸点。半球形凸点的球面表面有透明导电膜，透明导电膜表面涂布PDLC材料；上基片的对应结构是半球面凹面，凹面的表面有透明导电膜。上基片的半球面凹面与曲面PDLC的半球型凸点相互结合，形成两层曲面电极和PDLC夹层，构成显示像素中重要的结构——曲面PDLC，并可以的PDLC施加不同的控制电压。上基片的半球面凹面和下基片的上表面印刷色彩点都是相一一对应的点阵阵列布局，由此而构成具有彩色显示性能的电子纸。

当控制电压为零时，曲面PDLC处于扩散状态，像素呈现白色；当控制电压为极大值时，曲面PDLC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，曲面PDLC处于半透明状态状态，像素呈现不饱和色彩。通过控制曲面PDLC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。

典型的PDLC是将低分子液晶(常规材料)与预聚物(如烯烃材料，典型的如甲基丙烯酸，材料的选择面很广)相混合，加引发剂预聚合形成微米级的液晶微滴均匀地分散在高分子网络中，工作在散射态和透明态之间并具有一定的灰度。

实施例2：

上基片(如PET透明膜材，也可以采用聚醋酸纤维乙酯等材料，更软质的可以采用聚乙烯、PS等)的反面结构是半球面凹面(阵列)，凹面的表面有(物理蒸镀)透明导电膜。在凹面的透明导电膜上涂布PDLC材料，然后再在PDLC表面制作透明导电膜(好镀ITO的塑料薄膜，厚度在0.15mm以下)。这样，在上基片就构成了带有曲面PDLC的半球形空腔。下基片采用与上基片相同的材料。在其上表面印刷色彩点(点阵列，每个点为像素单元，每1cm×可以达到50×50以上的阵列)，将上下基片相互粘贴(无色透明粘合剂)，保证曲面PDLC的半球形空腔的球心点与色彩点相互重合或者相互接近。上基片的半球面凹面和下基片的上表面印刷色彩点都是一一对应的点阵阵列布局，由此而构成具有彩色显示性能的电子纸。

当控制电压为零时，曲面PDLC处于扩散状态，像素呈现白色；当控制电压为极大值时，曲面PDLC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，曲面PDLC处于半透明状态状态，像素呈现不饱和色彩。通过控制曲面PDLC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。

利用上基片的上表面的界面折射，可以扩大显示的视场角。上基片的上表面可以增加减反射膜，或者增加散射膜层，从而提高电子纸的显示对比度。

Claims (6)

1.一种曲面PDLC像素结构的电子纸，其特征是包括上基片、曲面PDLC阵列、色彩点阵列、下基片；曲面PDLC阵列与色彩点阵列二者对应；像素由曲面形的PDLC阵列和对应的色彩点阵列构成，每个曲面PDLC的下方分布像素的色彩点，其中曲面PDLC阵列能在电压控制下改变散射特性，即在散射状态和透射状态之间变化；通过改变曲面PDLC阵列透射和散射状态，进行彩色显示；

曲面PDLC阵列包括曲面突点阵列、曲面突点阵列中容纳PDLC材料、PDLC材料两侧的透明导电膜，两侧透明导电膜中间的PDLC组成液晶光阀，透明导电膜两端的电压形成电场，电场变化能够改变PDLC的散射特性；从而和色彩点阵列构成像素结构；

曲面突点阵列是透明膜材料成型的阵列，容纳PDLC材料曲面突点阵列的每个曲面突点是实心的结构，曲面PDLC反面看是均匀的凹坑被填实；或容纳PDLC材料曲面突点阵列的每个曲面突点一层均匀分布的空心的结构，即曲面PDLC反面看是均匀的凹坑；

色彩点阵列由一系列不发光的色彩点构成，分布于曲面PDLC下方；色彩点是彩色的，或者是灰色、黑色、白色之一；

下基片先印制色彩点阵，然后在色彩点阵上方凹版印制半球形凸点；半球形凸点的球面表面有透明导电膜，透明导电膜表面涂布PDLC材料；上基片的对应结构是半球面凹面，凹面的表面有透明导电膜；上基片的半球面凹面与曲面PDLC的半球型凸点相互结合，形成两层曲面电极和PDLC夹层，构成显示像素中重要的结构——曲面PDLC，并能够对PDLC施加不同的控制电压；上基片的半球面凹面和下基片的上表面印刷色彩点都是相一一对应的点阵阵列布局，由此构成具有彩色显示性能的电子纸。

2.根据权利要求1所述的电子纸，其特征是，曲面PDLC的表面制作成球面形状、柱面形状、非球面的圆弧面形状和其它不规则形状。

3.根据权利要求1所述的电子纸，其特征是，曲面PDLC与色彩点能直接印制在柔性材料中，柔性材料包括高分子薄膜、纸张基材，印制在柔性材料形成柔性显示薄膜。

4.根据权利要求1所述的电子纸，其特征是，利用上基片的上表面的界面折射，扩大显示的视场角。

5.根据权利要求1所述的电子纸，其特征是，上基片的上表面增加减反射膜，或者增加散射膜层，从而提高电子纸的显示对比度。

6.根据权利要求1所述的电子纸，其特征是，上基片的反面结构是半球面凹面阵列，凹面的表面有物理蒸镀的透明导电膜， 在凹面的透明导电膜上涂布PDLC材料，然后再在PDLC表面制作透明导电膜，在上基片就构成了带有曲面PDLC的半球形空腔；下基片采用与上基片相同的材料，在其上表面印刷色彩点阵列，将上下基片相互粘贴，保证曲面PDLC的半球形空腔的球心点与色彩点相互重合或者相互接近；上基片的半球面凹面和下基片的上表面印刷色彩点都是一一对应的点阵阵列布局，由此而构成具有彩色显示性能的电子纸。