CN110291447A - 显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种显示设备。在一种布置中，显示装置包括光学不透明层和设置在该光学不透明层上的附加层的一个或多个叠组。每个叠组包括光学可切换层。多个切换元件位于光学不透明层的与一个或多个叠组相对的这一侧。每个切换元件可操作通过光学不透明层施加信号(例如电信号或热信号)到光学可切换层的可切换部分，从而当从显示装置的观看侧观看时，改变可切换部分的外观。光学不透明层在观看侧上的表面积比可切换部分在观看侧上的总表面积大至少10％。

Description

显示设备
技术领域
本发明涉及一种显示设备，特别地，涉及一种在其中信号穿过光学不透明层(具体地，反射层)被发送到光学可切换材料的显示设备。
背景技术
具有光学可切换材料的独立可寻址区域的数字显示器是已知的。
在液晶显示器(LCD)中，液晶显示材料层夹在两个玻璃板之间。透明电极区域的图案被施加在该玻璃板的内表面。偏光膜被施加在外表面。电子控制装置选择性地将电压施加在电极区域，该电压确定穿过该电极区域中的液晶材料(通常通过背光波导提供)的光是否被后续的偏光膜所传输或吸收。
在有机发光二极管(OLED)显示器中，有机材料层的叠组限定出发光二极管结构。典型地，OLED层(不是连续的层)与图案化的电极区域进行配准图案化，并且相关的控制电子器件选择性地产生经由电极区域通过二极管的电流，并导致发光。
在另一种类型的显示器中，光学可切换材料包括相变材料(PCM)，该相变材料具有可以热或电的方式在不同的稳定状态之间切换的折射率。由PCM与附加的间隔层和/或覆盖层所限定的干涉效应限定了由不同的子像素提供的可切换光学特性。
图1示例性地示出了显示装置的驱动电子器件。该架构可应用于LCD、OLED显示器、基于PCM的显示器，以及其他类型的显示器。独立可寻址的子像素2的阵列在显示基底5上成行和列布置。图1中，为了清楚起见，仅显示四个这样的子像素2，但是应当理解在真实的显示器中会提供更多的子像素。电子控制信号4由控制专用集成电路6基于输入数据信号8提供给栅极驱动器集成电路10和列驱动器集成电路12。直流电18经由直流/直流转换器20被提供给栅极驱动器集成电路10、控制专用集成电路6和背光LED 22。然后栅极驱动器集成电路10和列驱动器集成电路12经由M行线路14和N列线路16对子像素2中的每一个子像素分别进行寻址。单独的子像素2经由一个或多个薄膜晶体管连接到行线路14和列线路16之间的每个交点。这允许仅通过与显示器的M+N个而非M×N个连接点来对M×N阵列中的任意子像素2进行独立寻址。典型地，通过在显示基底上、在阵列的边缘处包含若干显示器驱动电路，与显示器的电连接点的数量自身被进一步减少。输入数据在既定的帧时间期间连同时序信号和直流电信号一起经由单独的通道被依次供应给显示器。基底上的电路将此串行数据信号分配给阵列中预定的子像素，同时也选择性地将数字数据转换成模拟的切换元件控制电压。该基底上的电路通常确定围绕显示器的非活动的边框的尺寸。
在LCD、OLED和其他类型的显示器中，提供子像素的光学可切换材料通常被限制在可寻址区域中。这可能因为该光学可切换材料的沉积是显示器制造过程的一整体部分，因为光学可切换材料很昂贵，和/或因为光学可切换材料由于是液体或者由于与空气或水接触发生劣化而需要封装。这意味着当该显示器被容纳在最终的设备中时，通常非常清楚可见显示器占据了设备表面内的什么区域，即使当没有使用显示器时，这在美学上也不是所期望的。在LCD的情况下，这个问题的解决方法是将LCD的顶部偏光器延长超过主动显示区域，或者用暗化的或部分镜面化的塑料或玻璃盖板覆盖设备的整个显示表面和前表面。LCD叠组的示意图由图2示出，该LCD叠组具有延长的盖板(其可以是经暗化的或提供部分镜面化的效果)以便当显示器关闭时，对该设备的前表面提供均匀的视觉外观。该LCD叠组包括LED发射器30、背光波导31、下部偏光器32、主动矩阵基底33、液晶层34、颜色过滤基底35、上部(出射)偏光器36和延长的盖板37。该方法缺点在于从显示器本身的光传输受到影响，降低了显示效率并增加了显示器的功率需求。此外，由于来自透明电极的反射，或是来自液晶材料对环境光的发射或反射，主动显示区域实际上仍然是可见的。在施加了延长的盖板后，该延长的盖板还可能由于使得更难以在部件的不同组合之间切换而降低了制造灵活性。
最后，随着显示器变得更薄以及分辨率上升，显示器结构和周围区域内的热管理变得越来越重要。过热或者巨大的温度变化可能会降低可靠性和寿命，同时也降低性能和均匀性。在光学切换装置被以热的方式驱动的情况下这可能是特别重要的，例如基于PCM的显示器可能是这样的情况。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的显示装置，该显示装置可以应付以上所讨论的一个或多个问题和/或现有技术中的其他问题。
根据本发明的方面，提供一种显示装置，该显示设备包括：光学不透明层和设置在该光学不透明层上的附加层的一个或多个叠组，其中每个叠组包括光学可切换层；多个切换元件，该切换元件位于光学不透明层的与一个或多个叠组相对的这一侧，每个切换元件能够被操作以施加信号，所述信号穿过光学不透明层到达光学可切换层的可切换部分，从而当从该显示装置的观看侧观看时，改变该可切换部分的外观，其中光学不透明层在观看侧上的表面积比可切换部分在观看侧上的总表面积大至少10％。
因此，提供了一种显示装置，该显示装置的切换元件被设置在光学不透明层的与观看层相对的这一侧。该光学不透明层因此将切换元件(和任意相关联的电子器件)从用户的观看隐藏起来，从而提高了该显示装置的美学外观。
穿过光学不透明层施加例如为电信号或热信号的信号可能使光学不透明层或周围的元件产生热量。本发明人发现，增加光学不透明层的尺寸(增加到比可切换部分的总表面积大至少10％)，从而提供了延长的光学不透明层，这增加了既定厚度下光学不透明层的热容量，从而减少整体升温和温度波动。除此之外，增加的面积为待设置为与光学不透明层热接触的主动或被动冷却元件提供了空间，从而进一步提高了热控制。
在实施例中，光学不透明层是金属。在光学不透明层被配置成是反射的情况下这可能是特别相关的。金属材料倾向于具有高的热导率，该高热导率进一步提升了延长的光学不透明层所提供的热控制优点。
在实施例中，光学可切换层包括相变材料(PCM)。该PCM能够可选地通过施加热量而在多个稳定状态之间切换。每一个稳定状态相对于其他稳定状态中的每一个具有不同的折射率。
设置在光学不透明层上方的光学可切换层的几何形状特别适合基于PCM的显示装置。此外，不像在显示器的其他类型(例如LCD)中的光学可切换层，PCM相对来说成本较低且不需要为了保护而封装。PCM因此可以很容易地延长到与光学不透明层相同的程度，从而进一步提升显示装置的外部外观的均匀性。此外，该几何形状提供了制造灵活性。例如该显示装置可以易于布置使得在光学不透明层前方的包括PCM的层能被可逆地移除(例如剥掉)并由不同的层替换。该显示装置因此可以易于以很低的成本被定制、升级和/或维修，而不需要暴露出被设置在光学不透明层下方的切换元件和相关的电子器件。
在实施例中，多个切换元件包括多个加热元件，每个加热元件被配置成对相变材料的被选择的区域施加热量，该被选择的区域对应于光学可切换层的可切换部分中的一个可切换部分，从而当从该显示设备的观看侧观看时改变可切换部分的折射率以及可切换部分的外观。
在使用加热元件以执行切换的情况下该改进的热控制具有特别的优势。来自加热元件的热输出通常比由替选的布置所提供的焦耳热量要高，在该替选的布置中，穿过光学不透明层施加除热信号外(例如电信号)的信号。
附图说明
参照附图，将以示例的方式进一步描述本发明，其中
图1示出了驱动电子器件，该驱动电子器件用于根据现有技术的主动矩阵类型的显示器；
图2示出了LCD叠组的侧面剖视示意图，该LCD叠组具有根据现有技术的延长的盖板；
图3示出了根据实施例的显示设备的侧面剖视示意图；
图4示出了驱动电子器件的示例图；
图5从观看侧示出了根据实施例的显示设备的俯视剖面示意图；以及
图6示出了包括实施例中的显示设备的智能手表的侧面示意图。
具体实施方式
贯穿本说明的描述，术语“光学的”和“光”被使用，因为它们是本领域涉及电磁辐射的常用术语，但是应当理解的是在本说明描述的上下文中，它们并不限于可见光。可以设想，本发明也可以用于可见光谱之外的波长，例如用于红外线和紫外线。
本发明的实施例涉及一种显示装置100。示例性实施例由图3所示。显示装置100包括光学不透明层102。在一些实施例中，光学不透明层可以吸收光(例如具有5％或更少的透光率，可选地1％或更少，可选地0.01％或更少)。在其他实施例中，光学不透明层是反射的(例如具有50％或更多的反射率，可选地90％或更多，可选地99％或更多)。
在各种实施例中，包括图3的实施例，光学不透明层是金属的。金属层提供很好的反射率。金属层也典型地具有高的热导率和电导率。
在光学不透明层102上设置附加层的一个或多个叠组110。在图3的特别的示例中，设置单个的叠组110。在其他实施例中，设置复数个叠组。每一个叠组可以对应于显示器的像素或子像素。
每个叠组110包括光学可切换层104。光学可切换层104是有一种材料所形成的层，该材料能够切换以便使显示器的区域改变其外观。在图3所示类型的实施例中，光学可切换层104包括相变材料(PCM)。该PCM能够可选地通过施加电信号或热量而在多个稳定状态之间切换。每个稳定状态相对于其他稳定状态中的每一个具有不同的折射率(可选地包括折射率的不同虚部，从而具有不同的吸光率)。然而，光学可切换层104可以由其他方法形成，例如以便实施LCD显示器或OLED显示器。
在实施例中，每个叠组110的所有层是固态的并被配置成使得它们的厚度和折射率以及吸光特性组合在一起使得PCM的不同状态导致不同的、明显不同的反射光谱。这种类型的光学设备已经在自然511，206-211(2014年7月10日)、WO 2015/097468A1、WO 2015/097469A1、EP 16000280.4和PCT/GB2016/053196中说明了。
包括多个切换单元112的驱动单元114，该多个切换单元位于光学不透明层102的与一个或多个叠组110相对的这一侧上。每个切换元件112通过光学不透明层102施加信号(例如电信号或热信号)到光学可切换层104的可切换部分，从而当从显示装置100的观看侧(例如从图3所示例的上部)观看时，改变可切换部分的外观。驱动单元114包括用于供应切换信号到切换元件112的驱动电子器件。
在实施例中，如图4示意性所示，和图1的布置相似，以正交的行线路和列线路14、16的主动矩阵阵列的形式设置驱动电子器件。每个可切换部分116(见图5)对应于两条线路14、16之间不同的交点。在每个交点处设置薄膜晶体管(TFT)，该薄膜晶体管的源端子与漏极端子中之一和栅极端子连接到行线路14和列线路16的各一个。剩下的端子连接到切换元件112的一端(在此情况下是电阻加热器元件)。切换元件112的另一端连接到公共电极132。公共电极132可以是平行于行线路14或列线路16中任一个的第三导线。为了将输入图像显示给观看者，输入图像数据界定切换单元112如何操作以在可切换部分116中改变光学可切换层104的状态。在实施例中，驱动单元114在物理上经由电气绝缘(但是热导通)的接合层128连接到光学不透明层102和一个或多个叠组110。电气绝缘的接合层128可以包括粘接层，该粘接层可以实现将包括一个或多个叠组110的分开制造的单元叠置于驱动单元114。
可以看到在这样的布置中，接合层128上方的层的空间范围和可视外观可以完全独立于驱动单元114。这意味着接合层128上面的层可以以下述尺寸、形状和外观被制造：该尺寸、形状和外观被设计以覆盖容纳显示装置100的设备的前表面(或全部表面)的大部分或全部，同时驱动单元114被置于容纳设备内，仅置于需要提供可主动更新的显示信息的区域中(即，显示区域)。示例性实施例是如图6所示的智能手表。在需要智能手表的主动显示区域的位置(即，可切换部分116所在的位置)的下方设置驱动单元114，同时形成表带的全部或部分的结构以及包括光学不透明层102和形成一个或多个叠组110的附加层的结构经由接合层128连接到驱动单元114。光学不透明层102和一个或多个叠组110可以被设置在表带全部的外表面之上(或者外表面的一部分，该外表面的一部分显著地大于紧靠驱动单元114上方的区域)。
在实施例中，首先在相对较大的基底(例如玻璃、硅片或者柔性聚合物)上制造驱动单元114。然后光学不透明层102和一个或多个叠组110，典型地由经由溅射工艺，被沉积在整个基底区域之上(或者至少是大于且包含可切换部分116所位于的区域的区域)作为一系列依次沉积的层。基底区域和形状可以被预配置成与可容纳显示装置100的容纳设备的所期望的前表面匹配，或者在光学不透明层102和形成一个或多个叠组110的附加层进行沉积之后，基底的区域和形状可随后被切割并在柔性基底的情况下使其适于预定的容纳设备。
在其他实施例中，驱动单元114可以被制造作为容纳设备的一部分，或者在光学不透明层102和一个或多个叠组110未就位时被安装进容纳设备。光学不透明层102和一个或者更多叠组110可以被分开制造并在稍后的阶段和容纳设备组合在一起。这具有特别的优势在于容纳设备由设定在弧形的或柔性环绕件内的固定形状的显示区域构成，并且光学不透明层102和一个或多个叠组110被沉积在柔性基底上用于后续接合到并适于驱动单元114和弧形/柔性环绕件。
在图3所示类型的实施例中，多个切换元件112包括多个加热器元件。每个加热器元件施加热量到PCM的所选择的区域，该区域对应于光学可切换层104的若干可切换部分116之一。当从显示装置的观看侧观看时，可切换部分116的折射率和外观都因此而改变。
在实施例中，每个可切换部分116能够由于经由一个或多个电极对可切换部分116施加信号而进行切换。一个或多个电极可以包括公共电极132，或者一个或多个电极可以单独对应于每个可切换部分116。一个或多个电极可以被配置成经过如上所述的加热器元件以驱动电流。在其他实施例中，一个或多个电极可以被配置成对每个可切换部分116直接施加电信号。每个切换元件112包括至少一个用于切换对应于切换元件112的可切换部分116的电极。因此，至少一个用于切换每个可切换部分116的电极被置于光学不透明层102的与观看侧相对的这一侧，从而隐藏了电极而不被看到。在实施例中，每个切换元件112包括用于切换对应于切换元件112的可切换部分116的所有电极。因此，例如，切换元件112可以不仅包括用于驱动可切换部分116进行切换所需的所有薄膜晶体管，还包括参与过程的所有的电极。在实施例中，没有用于切换可切换部分116的电极位于光学不透明层102的观看侧。
光学不透明层102在观看侧的表面积比可切换部分116在观看侧的总表面积大至少10％，可选地大至少20％，可选地大至少50％，可选地大至少100％，可选地大至少200％，可选地大至少500％。在各种实施例，包括图3的实施例中，在由光学不透明层102支撑的一个或多个叠组110中设置的所有的附加层在观看侧也有表面积，该表面积比可切换部分116在观看侧的总表面积大至少10％，可选地大至少20％，可选地大至少50％，可选地大至少100％，可选地大至少200％，可选地大至少500％。在各种实施例包括图3的实施例中，在附加层的每一层的观看侧的表面积具有和光学不透明层102相同的表面积，该附加层被设置在由光学不透明层102所支撑的一个或多个叠组110中。
如本说明的介绍性部分所讨论的，增大光学不透明层102(以及，可选地，设置在光学不透明层102上的一个或多个附加层)的尺寸，相对于具有更小层的布置来而言，提供了美学和热学管理上的优点。
图5是根据图3所示类型的实施例的显示装置100的从显示装置100的观看侧观看的俯视示意图。相对于显示装置在观看侧的其他区域，可选地激活光学可切换层的可切换部分116以便可见。远远较小数量的可切换部分116接下来将被设置在为了清楚起见而展示的实际的设备中。
通过将光学可切换层104的可切换部分116以相对于彼此更进一步间隔开地排列，可以至少部分地提供增大的表面积。在这种情况下，通过在切换部分116之间的光学不透明层102(和，可选地，在光学不透明层102上所设置的一个或更多个附加层)的区域，可以至少部分地提供增大的表面积。这是图3和图5的实施例中的情况。
可替换地或附加地，通过在单侧或多侧方向上(例如在图3的指向上向右或向左的向外方向，或在图4的指向上的页面平面的向外方向)延长的光学不透明层102(和，可选地，设置在光学不透明层102上的一个或多个附加层)，可以至少部分地提供增大的表面积。在不同的这种实施例中，当从显示装置100的观看侧观看时，在一侧区域延长光学不透明层102(和，可选地，设置在光学不透明层102上的一个或多个附加层)使得该光学不透明层102比包含所有可切换部分116的最小的矩形或椭圆形的定界框的表面积(例如，环绕所有可切换部分116的最小的矩形或椭圆形的框)大至少10％，可选地大至少20％，可选地大至少50％，可选地大至少100％，可选地大至少200％，可选地大至少500％。图5通过点划线(比真实的最小框稍大以便可以在图表中看得更清楚)示意性地描述了最小矩形定界框122。
在实施例中，当从显示装置100的观看侧观看时，光学不透明层102横向延伸超过包含所有可切换部分116的最小的矩形或椭圆形的框122，该光学不透明层在所有方向上超过该最小的矩形或椭圆形的框122的最大横向尺寸的至少5％，可选地大至少10％，可选地大至少25％，可选地大至少50％，可选地，大至少100％。在图4的特别的示例中，最小矩形定界框122的最大横向尺寸被标记为124。距离126代表光学不透明层102在不同示例横向方向上超过最小定界框122的量。根据这一类型的实施例，这些距离126的最小值必须至少是距离124的5％。
在如图3和图5示意性展示的实施例中，显示装置100包括一个或多个和光学不透明层102进行热接触的主动或被动的冷却元件118。该主动或被动的冷却元件118可以被配置成将光学不透明层保持在显示装置100运行的最优温度上。通过这种方式，相对于具有光学不透明层的传统范围的等效的显示装置，光学不透明层102的延伸的空间范围可以实现减少的能量消耗或者更快的切换次数。在实施例中，当从显示装置100(如图3和图5所示)的观看侧观看时，一个或更多个主动或被动的冷却元件118的至少一个子组被设置在包含所有可切换部分116的最小的定界框122的外部。在实施例中，当从显示装置100(如图3和图5所示)的观看侧观看时，一个或更多个主动或被动的冷却元件118的至少一个子组被设置在光学不透明层102的后方，以便使其对用户不可见。
主动冷却元件118可以通过经由紧贴于光学不透明层102的通道循环冷却剂或通过使用珀尔帖元件来实施。被动冷却元件118可以通过使用一块散热材料(具有高比热容和/或高热导率)来提供。将一块散热材料设置为直接和光学不透明层102接触，或者将与该散热材料进行热接触的具有高热导率的元件设置为直接和光学不透明材料102接触，从而可以实现热量被有效率地从光学不透明层102传导到该块散热材料上。延长的光学不透明层102，如在图3和图5的实施例中所见，为至少一些用于实施冷却元件118的部件提供空间，该冷却元件118被设置在光学不透明层102的部分的底部。冷却元件118和光学不透明层102之间的高质量热接触比在其中光学不透明层仅仅从侧面被触及的可替代性布置更容易达到。另外，设置在光学不透明层102后方的冷却元件118的部件被从用户的视线中隐藏了起来，因此不会有任何美学上的负面效果。
在包括图3和图5的实施例的各种实施例中，当从显示装置100的观看侧观看时，用于驱动切换元件112的驱动电子器件被设置在光学不透明层102的后方。当可切换部分116依然被光学不透明层102所隐藏时，延长的光学不透明层102可以为在可切换部分的区域外部设置这些电子器件提供更多的空间。因此显示装置100可以被做得更薄而不用在审美上进行妥协(例如通过使驱动电子器件实现可见或通过提供附加的暗化的盖板等等)。
在实施例中，附加层的一个或多个叠组110由包括光学可切换层104的单个的叠组110构成，该光学可切换层具有和光学不透明层102一样的表面积。
在实施例中，单个叠组110包括设置在光学不透明层102和光学可切换层104之间的间隔层130。间隔层130具有和光学不透明层102相同的表面积。在实施例中，附加层的一个或多个叠组110限定出多个像素，其中每个像素包括能够经由多个切换元件112被独立切换的子像素。每个子像素提供与像素的其他子像素不同的一组光学特性。在实施例中，不同的光学特性组包括不同的颜色。
在实施例中，附加层的一个或多个叠组110能够从光学不透明层102被可逆地移除或者能够与光学不透明层22一起从位于光学不透明层22下方的元件(包括多个切换元件112、冷却元件、驱动电子器件等等)被可逆地移除。如在本说明的介绍性部分所讨论的，此特征增加了制造的灵活性。在附加层的一个或多个叠组110由单个叠组110构成的情况下，可以特别有效地实现该特征。在这种情况下相对于叠组110，切换元件112的定位并不需要被很精确地控制，因为切换元件112的阵列的位置确定了由显示装置100所显示的图像的位置。叠组110的定位对图像的位置没有影响。该特征使得提供可以被可逆地移除的叠组110变得特别实用。在实施例中，提供叠组110作为单独的可转移的部分，可选地作为柔性膜，该柔性膜可以从光学不透明层102(或其它层)贴上、剥离，或者作为可以重复夹在适当位置的预成型单元。叠组110可以替换为具有一种结构的可替换的叠组110，该结构可以被修改以提供不同的光学特性，例如不同的颜色或者其他的视觉外观。该特性允许用户去定制并改变他们设备的外观。
在其他实施例中，一个或多个叠组110包括限定出两个或更多类型的子像素的图案的多个叠组。不同类型的每个叠组110具有不同的层布置和/或不同的层厚度。在这种类型的实施例中，多个叠组110需被定位以对准切换元件112。这种对准可以仅仅是一维的，例如不同子像素类型的重复垂直均匀的条带，该条带被定位成和背板矩阵的列对准，而不需要在垂直方向上对准。如果叠组110的子像素图案是二维的，那么在两个方向上都对准是必要的。
在上述实施例中，一个或多个叠组110的每一个仅包括单独的光学可切换层(例如PCM)。这不是至关重要的。在其他的实施例中，提供多个光学可切换层。附加的一个或多个光学可切换层可以提高对比度或者扩展由显示器产生的可能的颜色的范围。例如，多个光学可切换层可以包括可切换衰减器。当提供多个叠组110时，在不同叠组里的可切换衰减器层一起提供像素化的可切换衰减器。像素化的可切换衰减器可以被定位在光学可切换层的上面(例如PCM)并和切换元件112对准。
在实施例中，光学不透明层102和附加层的一个或多个叠组被设置在柔性支撑基底140上。这允许显示装置100接受非平面的形状，允许显示装置100应用在各项宽泛的背景中，包括可期望的弧形的屏幕，例如智能手表或大屏幕电视。在其中光学可切换层104包括PCM的实施例中，PCM可以包括，或主要由以下一个或几个构成，或由以下一个或几个构成：钒的氧化物(其也可被称为VOx)；铌的氧化物(其也可被称为NbOx)；包括Ge、Sb和Te的合金或化合物；包括Ge和Te的合金或化合物；包括Ge和Sb的合金或化合物；包括Ga和Sb的合金或化合物；包括Ag、In、Sb和Te的合金或化合物；包括In和Sb的合金或化合物；包括In、Sb和Te的合金或化合物；包括In和Se的合金或化合物；包括Sb和Te的合金或化合物；包括Te、Ge、Sb和S的合金或化合物；包括Ag、Sb和Se的合金或化合物；包括Sb和Se的合金或化合物；包括Ge、Sb、Mn和Sn的合金或化合物；包括Ag、Sb和Te的合金或化合物；包括Au、Sb和Te的合金或化合物；包括Al和Sb的合金或化合物(在任意稳定化学计量比下包括以下化合物/合金：GeSbTe、VOx、NbOx、GeTe、GeSb、GaSb、AgInSbTe、InSb、InSbTe、InSe、SbTe、TeGeSbS、AgSbSe、SbSe、GeSbMnSn、AgSbTe、AuSbTe、以及AlSb)。优选地，PCM包括Ge2Sb2Te5和Ag3In4Sb76Te17中的一种。此外，任意以上材料可以包括一种或多种掺杂物，例如C或N。可以使用其他材料。
已知当PCM在非晶相和晶相之间切换时经历折射率的实部和虚部的极大变化。例如，切换可以通过合适的电脉冲、或来自激光源的光脉冲引起的加热来完成，或者如上述实施例中那样，通过将产生于加热元件的热量热传导到PCM来完成。当材料在非晶相和晶相之间切换时，折射率有巨大的变化。材料在任一状态下都是稳定的。可以有效地无限次执行切换。然而，可逆的切换并不是至关重要的。
可以应用到所有实施例的进一步的提高在于PCM并不必简单地在完全晶相和完全非晶相状态之间切换。可以完成相的混合，例如20％晶相，40％晶相等等。得到的材料有效的折射率，取决于部分晶态化的程度，处于在完全晶态和完全非晶态这两个极端中间的某种状态。可以很容易地实现四到八个不同的混合相，该混合相具有对应数量的不同的可检测的反射率，但是通过合适的控制，数字可以高得多，例如128。
尽管本文中所描述的实施例提及材料层可在例如晶相和非晶相这两种状态之间切换，转变可以发生在任意两种固体相之间，包括，但不限于：晶相到另一种晶相或准晶相，或者另一种晶相或准晶相到晶相；非晶相到晶相或者准晶相/半序，或者晶相或准晶相/半序到非晶相，以及两者之间的所有形式。实施例也不限于只这两种状态。
在实施例中，PCM在小于200纳米厚的层中包括Ge2Sb2Te5(GST)。在其他实施例中，PCM在小于100纳米厚的层中包括GeTe。
光学不透明层102可以包括薄金属层，例如，该薄金属层由Au、Ag、Al或Pt构成。如果该层将是部分反射的那么可以选择范围在5至15纳米内的厚度，否则若该层被做得更厚，例如100纳米，就会基本上全反射。
在例如为PCM、ITO、SiO2等的无机材料层的情况下可使用溅射工艺对形成每个叠组110的附加层进行沉积，该沉积可以在如100C或者70C或甚至更低的相对低的温度下执行。聚合层可以由旋涂和固化形成。可以根据需要提供附加层。低温过程意味着光学设备100不必与包括光学设备100的物品在同一时间制造(该物品可以是，例如，窗玻璃)；例如，光学设备100可以向后安装作为施加到现有的窗口或面板的表面涂层。
在实施例中，附加层的一个或多个叠组110进一步包括间隔层130(该间隔层可以包括单独的层或多个不同的层)，该间隔层被设置在光学不透明层102和与间隔层130处于同一叠组110中的光学可切换层104之间。选择该材料或形成间隔层130的材料的厚度和折射率以创建所期望的光谱反馈(经由干涉)。
附加地或可替代地，在各种实施例中，附加层的一个或多个叠组110中的每一个进一步包括覆盖层120(该覆盖层可以包括单独的层或多个不同的层)。每个叠组110中的光学可切换层104被设置在覆盖层120和光学不透明层102之间。和间隔层130一样，选择该材料或形成覆盖层120的材料的厚度和折射率以创建所期望的光谱反馈(经由干涉)。下述这种布置已经在PCT/GB2016/053196中讨论过：在该布置中，间隔层130和/或覆盖层120各自包括具有不同复杂折射率的不同材料的两个或更多层，以便扩展显示装置100可产生的颜色和/或其他光学效果的范围。
可以使用以形成间隔层130和覆盖层120的材料可以包括(但不限于)ZnO、TiO2、SiO2、Si3N4、TaO和ITO。
在上述实施例中，切换元件112包括用于切换PCM的加热器元件。这不是至关重要的。在其他实施例中，可切换部分116由更传统的可独立寻址的电极区域所界定，电压或电流信号可以通过光学不透明层102传输到该电极区域(在这种情况下，该光学不透明层应该从切换元件112提供导电通道到可切换部分116)。光学可切换层104可以包括任意电-光材料，例如液晶材料、电致发光材料例如OLED，或者电子墨水材料。在这个类型的实施例中，透明的公共电极可以被定位在光学可切换层104的上方。公共电极可以在光学不透明层的整个表面区域之上延伸，以维持可切换部分116所在区域以内和以外区域的外观的均匀性。在这些和先前的实施例中，光学不透明层102可以是各向异性导电的，或者可以是分段或部分分段的，其中的间隙或非导电区域太小而不可见，以便防止被传送到特定切换元件112的信号在该信号到达光学可切换层之前在显示装置100的平面内被传播，从而造成串扰。
在进一步的实施例中，光学不透明层102充当用于驱动切换元件112的公共电极。在这个类型的实施例中，每个切换元件112的端点可以经由接合层128连接到光学不透明层。
在进一步的实施例中，使用非线性选择器元件的被动矩阵，而不是主动矩阵，被使用以允许寻址信号被独立地导向每个可切换部分116，如在欧洲专利申请EP 16002061.6中所述。电子可寻址可切换部分116由电极的分段图案所界定，每个电极都直接连接到电子控制电路而不是由一组行/列线路来连接。
显示装置100可以用在需要从设备表面的一部分显示主动可升级的显示信息的任意设备，其将会受益于改进的热管理、改进的制造灵活性和/或设计自由度，以在其至少一种状态下使得非显示设备的表面区域的一部分或全部在视觉上和显示器相同。设备可以特别地受益于这种能力，当显示器关闭时在更大的显示表面之内该能力使显示部分有效地不可见，还可以使显示信息出现在明显无特征的表面上，该设备可以包括：可穿戴设备例如智能手表和健身追踪器、智能手机(其中显示装置可以充当主要显示器，或充当次要的“提示”类显示)、和仪表盘混合的汽车信息显示器、操纵台或其他内部特征、用于汽车、居家、浴室或个人手机用途的镜面、部分镜面或大部分透明的玻璃类显示器、家用电器或家用电子(电视，HiFi，家庭自动设备)设备、“物联网”设备、可重配置的触摸输入设备例如笔记本和台式电脑的触控板、键盘、电子阅读器、用于颜色改变/定制目的的汽车外面板，例如主动伪装，以及其他。

Claims (23)

1.一种显示设备，包括：
光学不透明层和设置在所述光学不透明层上的附加层的一个或多个叠组，其中每个叠组包括光学可切换层；
多个切换元件，所述多个切换元件位于所述光学不透明层的与所述一个或多个叠组相对的这一侧，每个切换元件能够被操作以施加信号，所述信号穿过所述光学不透明层到达所述光学可切换层的可切换部分，从而当从所述显示设备的观看侧观看时，改变所述可切换部分的外观，其中
所述光学不透明层在所述观看侧上的表面积比所述可切换部分在所述观看侧上的总表面积大至少10％。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述光学不透明层是金属的。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中所述光学不透明层是反射层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备，其中所述光学可切换层包括相变材料，所述相变材料能够在多个稳定状态之间切换，所述稳定状态中的每个稳定状态相对于其它所述稳定状态中的每个稳定状态具有不同的折射率。
5.根据权利要求4所述的设备，其中所述相变材料能够通过施加热量而在所述多个稳定状态之间进行切换。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述多个切换元件包括多个加热元件，每个加热元件被配置成对所述相变材料的被选择的区域施加热量，所述被选择的区域对应于所述光学可切换层的所述可切换部分中的一个可切换部分，从而当从所述显示设备的观看侧观看时，改变所述可切换部分的折射率和所述可切换部分的外观。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其中所述相变材料包括以下一个或多个：
钒的氧化物；
铌的氧化物；
包括Ge、Sb和Te的合金或化合物；
包括Ge和Te的合金或化合物；
包括Ge和Sb的合金或化合物；
包括Ga和Sb的合金或化合物；
包括Ag、In、Sb和Te的合金或化合物；
包括In和Sb的合金或化合物；
包括In、Sb和Te的合金或化合物；
包括In和Se的合金或化合物；
包括Sb和Te的合金或化合物；
包括Te、Ge、Sb和S的合金或化合物；
包括Ag、Sb和Se的合金或化合物；
包括Sb和Se的合金或化合物；
包括Ge、Sb、Mn和Sn的合金或化合物；
包括Ag、Sb和Te的合金或化合物；
包括Au、Sb和Te的合金或化合物；以及
包括Al和Sb的合金或化合物。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的设备，其中所述相变材料包括GeTe、Ge2Sb2Te5和Ag3In4Sb76Te17中的一种。
9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述光学不透明层在横向区域中被延长，使得当从所述显示设备的所述观看侧观看时，所述光学不透明层比包含所有所述可切换部分的最小的矩形或椭圆形的定界框的表面积大至少10％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中当从所述显示设备的所述观看侧观看时，所述光学不透明层横向延伸超过包含所有所述可切换部分的最小的矩形或椭圆形的定界框，所述光学不透明层在所有方向上延伸超过所述最小的矩形或椭圆形的定界框的最大横向尺寸的至少5％。
11.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括与所述光学不透明层热接触的一个或多个主动或被动冷却元件。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，当从所述显示设备的所述观看侧观看时，所述一个或多个主动或被动冷却元件的至少一个子组被设置在包含所有所述可切换部分的最小的定界框的外部。
13.根据权利要求11或12所述的设备，其中，当从所述显示设备的所述观看侧观看时，所述一个或多个主动或被动冷却元件的至少一个子组被设置在所述光学不透明层的后方。
14.根据前述权利要求中任一项所述的设备，进一步包括用于驱动所述切换元件的驱动电子器件，其中当从所述显示设备的所述观看侧观看时，所述驱动电子器件在所述光学不透明层的后方。
15.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中
所述光学可切换层的每个可切换部分能够由于经由一个或多个电极对所述可切换部分施加信号而进行切换；以及
每个切换元件包括用于切换与该切换元件对应的可切换部分的电极中的至少一个电极。
16.根据权利要求15所述的设备，其中每个切换元件包括用于切换与该切换元件对应的可切换部分的全部电极，使得没有用于切换所述可切换部分的电极位于所述光学不透明层的与所述附加层的一个或多个叠组相同的一侧。
17.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述附加层的一个或多个叠组被配置成能够从所述光学不透明层被可逆地移除，或者被配置成能够与所述光学不透明层一起从位于所述光学不透明层下方的元件被可逆地移除。
18.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述附加层的一个或多个叠组中的每一个叠组进一步包括间隔层，每个间隔层被设置在所述光学不透明层和与该间隔层处于同一叠组中的光学可切换层之间。
19.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述附加层的一个或多个叠组中的每一个叠组进一步包括覆盖层，其中每个叠组中的所述光学可切换层被设置在所述覆盖层和所述光学不透明层之间。
20.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述附加层的一个或多个叠组由包括一光学可切换层的单个叠组构成，该光学可切换层具有与所述光学不透明层相同的表面积。
21.根据权利要求20所述的设备，其中所述单个叠组包括被设置在所述光学不透明层和所述光学可切换层之间的一间隔层，该间隔层具有与所述光学不透明层相同的表面积。
22.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述附加层的一个或多个叠组限定出多个像素，每个像素包括能够经由所述多个切换元件被独立切换的多个子像素，每个子像素提供与该像素的其他子像素不同的一组光学特性。
23.根据权利要求22所述的设备，其中不同的光学特性组包括不同的颜色。
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