CN1643431A - 包含光透射的第一板和光吸收装置的显示器件 - Google Patents

Abstract

显示器件(1)包含了光透射的第一板(2)，面对第一板(2)的第二板(4)，位于第一板(2)和第二板(4)之间能够把光从第一板(2)去耦合出来的可移动元件(3)。第一板(2)具有背离可移动元件(3)的第一表面(40)和面对可移动元件(3)的第二表面(14)，电极(5，6，25)在第一板(2)、第二板(4)和可移动元件(3)上，通过给电极(5，6，25)施加电压能使可移动元件(3)局部接触第一板(2)。包括光吸收装置(41)，能吸收通过可移动元件(3)从第一板(2)去耦合出来的光，和光学耦合装置(43)在第一和第二表面(40，14)中的至少一个表面上，用于将光通过第一表面(40)导入第一板(2)，在第二表面(14)上反射并通过第一表面(40)导出第一板(2)，显示器件(1)工作时要求比较少的能量。

Description

包含光透射的第一板和光吸收装置的显示器件

本发明涉及一种显示器件，该器件包含光透射的第一板，面对第一板的第二板，位于第一板和第二板之间的可移动元件，其能把光从第一板去耦合(decouple)出来，第一板具有背离可移动元件的第一表面和面对可移动元件的第二表面，位于第一板、第二板和可移动元件上的电极，通过给电极施加电压能使可移动元件局部接触第一板。

从WO 99/28890可知在开始段中所提及类型的显示器件的实施方案。

已知的显示器件包含一个灯，工作时产生的光从侧表面被耦合进透明的第一板中。该光由于在第一板的第一和第二表面上反射而在第一板中被捕获，使得第一板形成了光导。通过给电极施加电压，可移动元件局部接触或不接触光导板。在可移动元件接触光导板的区域上光反射受阻，光从光导板去耦合出来并且从可移动元件散射出来。光从光导板去耦合出来的区域被称为像元(picture element)。通过调整光是否在像元处去耦合以表现一幅图像。

已知的显示器件的缺点是它在工作时需要比较多的能量以表现一幅图像。此外，如果出现环境光则图像的对比度比较低，由于灯的厚度使得显示器件的厚度比较大。

本发明的目的是提供一种在开始段中提及的显示器件，其在工作中需要比较少的能量。

可以通过下述实现该目的，该显示器件还包含光吸收装置和光学耦合装置，光吸收装置能吸收通过可移动元件从第一板去耦合出来的光，光学耦合装置位于第一和第二表面中的至少一个表面上用于将光通过第一表面导入第一板中，在第二表面反射，再通过第一表面导出第一板，在第二表面区域上的反射光的量当可移动元件在该区域没有接触第一板时比较大，和当可移动元件在该区域接触第一板时比较小。

发明者已经认识到位于第一和第二表面中至少一个表面上的光学耦合装置提供了：在工作时环境光进入第一板，在第二表面反射，然后从第一表面离开显示器件。这个情况出现在可移动元件没有接触第一板的区域。从第一表面离开显示器件的反射光的量比较大。然而，在可移动元件接触第一板的区域上反射受阻，光通过可移动元件从第一板去耦合出来并且通过光吸收装置被吸收。因此，从第一表面离开显示器件的反射光的量比较低。这样像元处发射的光量可被调整以表现图像而避免了对作为内部光源的灯的需要。此外，这种配置中环境光没有使显示图像的对比度恶化，它产生了对比度。在这个显示器件中在可移动元件局部不接触第一板时像元发光，相反，从引用的WO 99/28890中已知的显示器件是在可移动元件局部接触第一板时像元发光。

实施方案中光学耦合装置包括在第一表面上的凸起结构和第二表面是平的。因此易于得到可移动元件局部接触平的第二表面。如果凸起结构包含棱形凸起则光可被有效地导入和导出第一板。在第一表面的这种单向模式引起了显示图像对于显示图像的观看者的各向异性。如果模式是双向的，例如，凸起结构包含锥形凸起，各向异性比较小。

优选实施方案中锥形凸起包含锥体，锥体具有环绕顶角的相对侧表面，顶角小于预定顶角ta，角度值通过下列关系式被定义，nsin(90°-ta/2-Arcsin(1/n))＝sin(90°-ta/2)，其中n代表第一板的折射系数。预定顶角ta和第一板的折射系数n之间的关系遵循下列条件，即垂直于第二表面导向第一表面的光在第二表面被反射。这也意味着基本垂直于第二表面导向第一表面的一定量的环境光(在下文中也被表示为垂直光)在可移动元件不接触第一板时在第二表面被反射。如果顶角大于预定顶角ta，因为反射条件不满足，所以垂直光通过第二表面从第一板导出。垂直光从锥体的一个侧表面进入锥体。如果顶角与预定顶角ta相比比较小，则垂直光在与光进入锥体的表面相对的锥体表面处反射，并通过第二表面导出第一板。在锥体的顶角具有在0和预定顶角ta之间的多个值时，在可移动元件不接触第一板时在第二表面被反射的垂直光的量比较大。此外，如果第二表面包含至少三原色的滤色元件，则显示器件能显示全色图像。滤色元件只允许通过特定颜色的光，如红色、绿色和蓝色。

存在光吸收装置用于吸收通过可移动元件从第一板去耦合出来的光。如果可移动元件是光透射的且光吸收装置位于第二板的面对可移动元件的表面上，则光在透射通过可移动元件之后被吸收。然而，在可移动元件的面对第二板的表面上能够发生光反射。因此，如果光吸收装置包含吸收光的可移动元件，则这是有利的，因为去耦合的光已经在可移动元件中被吸收并且抑制了反射。可移动元件可以例如包含吸收光的碳。碳存在的另一个好处是提供具有构成在可移动元件上的电极的电导的可移动元件，因此避免了在可移动元件上有分离的导电层。

实施方案中光学耦合装置包含在第二表面上的凸起结构。第一表面是平的。环境光从第一表面进入第一板，在第二表面的凸起结构上反射，从第一表面导出第一板。该实施方案应用了光通滤光器(light passingfilter)。在第二表面反射的光的量可以比较小和比较大，后者表现一或两种原色，如果，进一步，

-第一板包含了光通滤光器，用于通过第一和第二原色的光，吸收第三原色的光，第一、第二和第三原色能表现全白色，

-凸起结构包含了锥形凸起，锥形凸起包含了具有相对的侧表面的锥体，

-面对锥体第一侧表面的可移动元件包含了颜色吸收装置，用于在可移动元件接触第一侧表面时吸收第一原色的光，和

-面对相对于第一侧表面的锥体第二侧表面的可移动元件包含了颜色吸收装置，用于在可移动元件接触第二侧表面时吸收第二原色的光。

光在第二表面被反射两次：在锥体的第一和第二侧表面。这样在可移动元件不接触第一板时第一和第二原色在第二表面反射。下列颜色可被表现：

1.黑色，在面对锥体的第一侧表面的可移动元件接触第一侧表面和面对锥体的第二侧表面的可移动元件接触第二侧表面时，

2.第一原色表现了光强度的三分之一，在面对锥体的第一侧表面的可移动元件不接触第一侧表面和面对锥体的第二侧表面的可移动元件接触第二侧表面时，

3.第二原色表现了光强度的三分之一，在面对锥体的第一侧表面的可移动元件接触第一侧表面和面对锥体的第二侧表面的可移动元件不接触第二侧表面时，

4.第一原色和第二原色的混合颜色表现了光强度的三分之二，在可移动元件不接触第一板时。

优点是提供了对于混合颜色，光的强度是一种原色的强度的两倍。如果在第一板的光通滤光器只通过一种原色，则此配置中能得到的最大强度是光强度的三分之一。

光学耦合装置也可在第一和第二表面上都包含凸起结构。

将通过参照附图进一步说明和描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1示意性地示出了显示器件的剖面图，

图2示意性地示出了显示器件的部分剖面图，该显示器件包含了在第一表面上的凸起结构，采用了棱形凸起，

图3示意性地示出了显示器件的部分结构，该显示器件包含了在第一表面上的凸起结构，采用了锥形凸起，

图4示意性地示出了图3中沿着IV-IV的剖面图，

图5示意性地示出了光吸收可移动元件，

图6示意性地示出了显示器件的部分剖面图，该显示器件包含了在第二表面上的凸起结构，采用了锥形凸起，和

图7示意性地示出了显示器件的部分剖面图，该显示器件包含了在第二表面上的凸起结构，采用了具有光通滤光器和颜色吸收元件的锥形凸起。

这些图是示意性的没有按比例画出，所有图中相同的参考数字指示相应的部分。

图1中显示器件1包含了光透射的第一板2，面对第一板1的第二板4，在第一板2和第二板4之间的可移动元件3。可移动元件3通过垫片12和13布置在第一板2和第二板4之间。第一板2包括背离可移动元件3的第一表面40和面对可移动元件3的第二表面14，电极5、6和25分别在第一板2、第二板4和可移动元件3上。通过给电极5、6和25施加电压，可移动元件3接触或不接触第一板2。显示器件1还包含光学耦合装置43，其在第一板的背离可移动元件3的第一表面40和第一板2的面对可移动元件3的第二表面14中的至少一个表面上。光学耦合装置43将环境光通过第一表面40导入第一板2。从第一表面40导入第一板2中的环境光的大部分在第二表面14的区域反射并从第一表面40导出第一板2，如果可移动元件3在所述区域不接触第一板2的话。该图中此光由a*标示。然而，在可移动元件3接触第一板2的区域中反射受阻，光通过可移动元件3从第一板2去耦合出来并由光吸收装置41吸收。优选地，可移动元件3可光吸收，例如含有碳。图中此由可移动元件3吸收的光被标示为**。在另一例实施方案中，可移动元件3可光透射，并且光吸收装置41位于第二板4的面对可移动元件3的表面上和在垫片12的表面上，用于吸收透射通过可移动元件3之后的光。任何情况下，光吸收装置41吸收通过可移动元件3从第一板2去耦合出来的大部分的光。因此，在第二表面14处反射的通过第一表面40离开显示器件1的光的量比较低。

图2中，光学耦合装置43包含了凸起结构，其包括在第一表面40上的棱形凸起。第二表面14是平的。环境光从棱形凸起进入第一板2。如果在第二表面14区域可移动元件3不接触第一板2，则大部分环境光在该区域反射并从第一表面40导出第一板2。图中此光被标示为a*。进入第一板2的部分光在第二表面14处没有被反射而是从第二表面14离开第一板2，这是因为该光不满足反射条件。这样的光射线的例子在图中被示为*”。如果可移动元件3接触第一板2则大部分光被可移动元件3中的光吸收装置41吸收。

图3中凸起结构包含了锥形凸起，其含有锥体44。图4示出这个凸起沿着IV-IV的剖面图，标示出了锥体44的顶角45。图中顶角45在0和预定顶角ta之间。对于在0和预定顶角ta之间的不同顶角44，在可移动元件3不接触第一板2时在第二表面14反射的垂直光的量比较大。此外，滤色元件47位于第二表面14上。第二表面14包含了三种不同的原色滤色元件。每个滤色元件47只允许一种特定颜色的光如红光、绿光和蓝光通过。因此显示器件1能显示全色图像。

图5中光吸收装置41包含了光吸收可移动元件3。可移动元件3包含了如碳粒子46。

图6中光学耦合装置43包含了在第二表面14上的凸起结构，采用锥形凸起。第一表面40是平的。环境光从第一表面40进入第一板2。在可移动元件3不接触第一板2时光在锥体44的两个侧表面上反射并从第一表面40导出第一板2，锥体44的一个侧表面与另一个侧表面相对。图中此光被标示为a*。如果在锥体44的两个彼此相对的侧表面的其中一个表面上可移动元件3接触一个侧表面，则光被吸收进可移动元件3中。图中此光被标示为**。

图7中光学耦合装置43包含在第二表面14上的锥形凸起。第一表面40是平的。光通滤光器48位于第二表面14上，通过第一和第二原色的光并吸收第三原色的光，第一、第二和第三原色一起能表现全白色。图中此光通滤光器48通过的原色是绿色和蓝色并吸收原色红色。光通滤光器48被称为青色光通过滤光器(Cyan pass filter)，因为青色包含原色绿色和蓝色。面对锥体44的第一侧表面的可移动元件3包含颜色吸收装置49，用于吸收第一原色的光，这里是绿色，图中用吸收绿颜色的颜色吸收元件49G标示，如果可移动元件3接触第一侧表面的话。此外，面对锥体44的相对于第一侧表面的第二侧表面的可移动元件3包含颜色吸收装置49，用于吸收第二原色的光，这里是蓝色，图中用吸收蓝颜色的颜色吸收元件49B标示，如果可移动元件3接触第二侧表面的话。图7示出不同的颜色是如何被表现的。图7a示出第一和第二原色的混合颜色是如何被表现的。此时可移动元件3不接触第一板2。含有所有的三原色，绿色、蓝色和红色的光从第一表面40进入第一板2。青色光通过滤光器48吸收第三原色，红色。含有第一和第二原色绿色和蓝色的光反射两次并从第一表面40导出第一板2，表现了光强度的三分之二。图7b示出第二原色蓝色是如何被表现的。此时面对锥体44的第一侧表面的可移动元件3接触第一侧表面而面对锥体44的第二侧表面的可移动元件3不接触第二侧表面。在锥体44的第一侧表面上只有第二原色蓝色被反射，因为颜色吸收元件49G在此侧表面处吸收绿颜色。在锥体44的第二侧表面上可移动元件3不接触第二侧表面，蓝光被反射并从第一表面40导出第一板2，只表现了光强度的三分之一。图7c示出第一原色绿色是如何被表现的。此时面对锥体44的第一侧表面的可移动元件3不接触第一侧表面而面对锥体44的第二侧表面的可移动元件3接触第二侧表面。在锥体44的第一侧表面上，第一和第二原色绿色和蓝色被反射。在锥体44的第二侧表面上，可移动元件3接触第二侧表面，颜色吸收元件49B吸收蓝色。只有绿光被反射并从第一表面40导出第一板2，只表现光强度的三分之一。图7d示出黑色是如何被表现的。此时面对锥体44的第一侧表面的可移动元件3接触第一侧表面同时只有蓝光被反射，面对锥体44的第二侧表面的可移动元件3接触第二侧表面，并且现在蓝光也被吸收。在第二侧表面上没有光被反射。使用其它通过两个不同原色的光通滤光器48取代青色光通过滤光器，例如品红色光通过滤光器48通过红色和蓝色而黄色光通过滤光器48通过红色和绿色。

Claims (10)

1.一种显示器件，包含光透射的第一板，面对第一板的第二板，位于第一板和第二板之间能够把光从第一板去耦合出来的可移动元件，第一板具有背离可移动元件的第一表面和面对可移动元件的第二表面，位于第一板、第二板和可移动元件上的电极，通过给电极施加电压能使可移动元件局部接触第一板，其特征在于还包含光吸收装置和光学耦合装置，光吸收装置能吸收通过可移动元件从第一板去耦合出来的光，光学耦合装置位于第一和第二表面中的至少一个表面上用于将光通过第一表面导入第一板，在第二表面反射，再通过第一表面导出第一板，在第二表面的区域上反射光的量当可移动元件在该区域没有接触第一板时比较大，和当可移动元件在该区域接触第一板时比较小。

2.根据权利要求1的显示器件，其特征在于光学耦合装置包含在第一表面上的凸起结构。

3.根据权利要求2的显示器件，其特征在于凸起结构包含棱形凸起。

4.根据权利要求2的显示器件，其特征在于凸起结构包含锥形凸起。

5.根据权利要求4的显示器件，其特征在于锥形凸起包含锥体，该锥体具有环绕顶角的相对的侧表面，顶角小于预定顶角ta，角度值通过下列关系式被定义，n sin(90°-ta/2-Arcsin(1/n))＝sin(90°-ta/2)，其中n代表第一板的折射系数。

6.根据权利要求5的显示器件，其特征在于锥体的顶角具有在0和预定顶角ta值之间的多个值。

7.根据权利要求6的显示器件，其特征在于第二表面包含至少三原色的滤色元件。

8.根据权利要求1的显示器件，其特征在于光吸收装置包含吸收光的可移动元件。

9.根据权利要求1的显示器件，其特征在于光学耦合装置包含了在第二表面上的凸起结构。

10.根据权利要求9的显示器件，其特征在于

第一板包含光通滤光器，用于通过第一和第二原色的光并吸收第三原色的光，第一、第二和第三原色能表现全白色，

凸起结构包含锥形凸起，锥形凸起包含具有相对的侧表面的锥体，

面对锥体第一侧表面的可移动元件包含颜色吸收装置，用于在可移动元件接触第一侧表面时吸收第一原色的光，和

面对相对于第一侧表面的锥体第二侧表面的可移动元件包含颜色吸收装置，用于在可移动元件接触第二侧表面时吸收第二原色的光。

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