CN1723517A - 透明触敏开关系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及至少部分透明的触敏开关系统，该开关系统包括至少两个电极，而该至少两个电极具有用于向其施加电压的装置并通过一个层将它们彼此间隔开，该层包括至少一个通过施加电压而发生光学变化的区域，该开关系统还包括至少一个区域，该区域包括当向其施加压力时产生电压的压电材料。

Description

透明触敏开关系统
本发明涉及一种至少部分透明的触敏开关系统，以及一种包括所述触敏开关系统的电光显示器。
在美国专利US4,516,112中公开了一种透明的触敏开关系统。根据该专利，用显示器屏幕制成一显示器。在显示器屏幕上支撑有一压电薄膜，用于朝向屏幕选择性局部凹陷。该薄膜在压电薄膜的相对侧面上具有透明柔软的导电涂层。这些透明柔软的导电涂层对于响应于薄膜的压力而产生电压是必需的。该系统的缺点是，由于压电薄膜必须具有两个额外的透明柔软的导电涂层，因此其产品很昂贵。而且，附加的这些透明柔软的导电涂层对显示器的透明度有不利的影响，特别是在以低功耗工作的显示器中，这些显示器如用在移动系统象移动电话显示器、笔记本计算机系统和类似系统中的显示器。而且，这些显示器较厚并且因此相对较重，造成了另一个缺点，尤其在移动系统中。
因而，非常需要改进前述系统，涉及制造成本、光学性能(即，透明度)、重量和低能量消耗方面。
本发明提供了一种改进了的至少部分透明的触敏开关系统，包括至少两个电极，该至少两个电极具有用于向其施加电压的装置并通过一个层将它们彼此间隔开，该层包括至少一个通过施加电压而发生光学变化的区域，该开关系统还包括至少一个区域，该区域包括当向其施加压力时产生电压的压电材料。
本系统可用相对较低的成本来制造，并具有极好的光学性能。应该强调的是，压电材料优选地是压电聚合物。这种压电聚合物可以替换在几乎任一种电光显示器中存在的传统聚合物。因而，可以通过简单地使用压电聚合物矩阵材料而不是通常的聚合矩阵材料来以与传统显示器基本相同的成本制造本发明的显示器。
其它的透明触敏开关系统都是公知的，如在美国专利US 5,159,323中所公开的，其中公开的显示器具有置于两个衬底之间的压电材料。但是，这种系统与本系统不能比的是，它利用也具有固有压电性能的独特的铁电液晶材料。因而，这种材料既用作光作用介质也用作压敏介质。这种系统与可使用的系统相比在材料方面是非常受限制的，并因此在它们的应用方面是非常受限制的。相反，本发明提供了触敏开关系统方法，其可以与可提供光学(光)效应的任一种材料相组合，这些材料包括非液晶材料。
本系统可允许制造显示单元，其依靠触摸在用来检测触摸位置的压电材料上产生电压。可使用本发明的触敏系统的显示器的例子是PDLC(聚合物分散液晶(polymer dispersed liquid crystal))、电泳显示器、GyriconTM、PDCTLC(聚合物分散胆甾型结构液晶)、聚合物分散客/主系统和其它聚合物分散LC效应、具有像素壁的系统(电铬、电湿、ASM(轴对称微单元)模式LCD和类似物)。优选地，压电材料是聚合物或包括压电粒子的聚合物，可利用其来制造特殊的隔板结构，如采用如在 SID 01 Digest，p.1358由Odahara等公开的光刻方式，或通过微压纹。但是更优选的是，把压电材料结合到像素中。在另一个优选实施例中，制造的显示器中至少一个导电或半导电层被设置到衬底上。衬底可以是通常用于该目的的任何材料，如玻璃或塑料，它们中的聚碳酸脂、聚氨酯和类似物。在根据本发明的优选实施例中，触敏开关系统具有至少一个设置到衬底上的电极。该触敏开关系统至少部分是透明的。对于许多种应用优选的是，该系统是全透明的。
该压电材料在本领域中是公知的，并在市场上可买到。最常用的是聚乙二烯氟化物(PVDF)薄膜，例如厚度为10到100μm，但清楚的是，其它任何种压电材料也可适用，如铁电(手征性碟状液晶分子(chiral smectic)C*)弹性体(Brahma，M.，Wiesemann，A.，Zentel，R.，Siemensmeyer，K.，Wagenblast，G.，Polymer Preprints，1993，34(2)，708； http：//staudinger.chemie.uni-mainz.de/akzentel /Publikationen/p99_1.htm#13)，和包括压电粒子的聚合物(例如钛酸盐)。
当利用压电聚合物时，通过施加高极化(high-poling)电压使分子排列产生压电效应。这样，通过施加高电压极化电压使随意定向的压电材料有序。然后，可测量像素电极上的触摸信号，该像素电极已经存在以驱动像素，这样，在显示器中不需要额外的连接点。通过识别在加压情况下哪行和哪列已产生电压，可进行检测。
通过下面的附图进一步说明本发明。
图1示意性地示出了根据本发明的触敏像素，其具有压电聚合物和包含液晶材料的区域。
图2示意性地示出了根据本发明的触敏像素，其具有压电聚合物和包含带静电粒子的囊体(capsule)。
图1中，第一衬底1具有ITO层(导电层)2。第二衬底3也具有ITO层4。这两个衬底通过聚合物层5而间隔开，该聚合物层5通过使其呈压电状态或通过包括压电材料而具有压电特性。在聚合物层5中，存在的区域6可以是包括有液晶(LC)分子的“浮动的”小滴，或者可以是填充有LC分子的囊体。如果使用囊体，则这种囊体是由通常用来制作囊体的既薄又透明的聚合薄膜制成的。这个通过施加电压而发生光学变化的区域被嵌入在压电聚合物的矩阵中。装置7用来在ITO层2和4上施加电压。
为了对准压电聚合物，可以将层5暴露在强电场下。
这样，整个像素区域就是触敏的，这使得这种触敏方案可应用到灵活的甚至可佩戴的显示器应用上。
根据这个实施例，通过已经存在的连接点来测量像素电极上的触摸信号，用以驱动这些像素。通过简单地识别作为触摸压力的结果已产生了电压的行和列来进行检测。
该方法可用于范围较广的液晶系统，液晶系统靠聚合物网络来产生所需的电光性质。例子有PDLC、PDCTLC、具有聚合物网络的客-主系统(如用在照相机快门系统中)等。每个像素可包含多个区域6，而更优选的是每个区域6都是单独的像素。
其中的像素都是利用聚合物网络被单独封装起来的具有聚合物网络的LCD的实施例是所谓的用于宽视角LCD的轴对称模式(AxiallySymmetric Mode)(ASM)和PALC(等离子体寻址的液晶(plasmaaddressed liquid crystal))显示器。
图2中，玻璃衬底1具有ITO层(导电层)2。第二衬底3是厚度为175-250μm的PET层，其也具有ITO层4。这两个衬底通过聚合物层5而间隔开，该聚合物层5通过使其呈压电状态或通过包括压电材料而具有压电特性。在聚合物层5中，囊体6表现为填充有带静电的粒子，其中这些粒子分散在流体(气体或液体)中。装置7是用于在ITO层2和4上施加电压。同样，每个像素都可包含多个囊体，而更优选的是每个囊体都表现为是单独的像素。在这个图中显示出，带静电的粒子是两种不同种类的粒子，它们的颜色彼此相反，并且它们分散在无色流体中。在这种特定情况中，囊体包括无色流体中的黑色和白色粒子，例如带负静电碳黑粒子和带正静电白色TiO2粒子。可供选择地，粒子还可以是仅具有一种颜色的带静电粒子，该颜色与流体的颜色相反。
在该情况下，压电聚合物将被用作粘合剂。有利地，本发明的原理也可以用在已在专利申请中提出的许多其它类型的电泳显示概念中。如果利用聚合物网络使各像素被单独地封装，则这些概念将更适用。而且，该聚合物网络可以被做成压电的，以使得能够进行触摸感应。例如，被称作GyriconTM(例如，Xerox)的公知显示原理可被做成固有触敏式的。本文中，围绕具有黑色和白色半球的旋转壁形成粘合剂的聚合物网络可被做成压电的，以使得能够进行触摸感应。
根据图1或2的层5和区域6，在根据本发明的另一个实施例(未示出)中，两个电极设置在同一个衬底上，并通过包含区域6的层5而彼此间隔开。可供选择地，这些电极也可包含在同一层5中。本发明的系统可进一步包括一个或多个普通的其它层，如衬底层、中间层、补偿或延迟层、极化层、保护层等等。
如果利用聚合物网络使各像素被单独地封装，则用于电铬和电湿显示像素的几个概念将更适用。而且本文中，该聚合物网络可被做成压电的，以使得能够进行触摸感应。

Claims (11)

1.一种至少部分透明的触敏开关系统，包括至少两个电极，该至少两个电极具有用于向其施加电压的装置并通过一个层将它们彼此间隔开，该层包括至少一个通过施加电压而发生光学变化的区域，该开关系统还包括至少一个区域，该区域包括当向其施加压力时产生电压的压电材料。
2.如权利要求1的触敏开关系统，其中电极中的至少一个是透明的。
3.如权利要求1或2的触敏开关系统，其中压电材料是压电聚合物。
4.如权利要求1-3中的任一个的触敏开关系统，其中通过施加电压而发生光学变化的区域是包括流体或在流体中粒子散布的区域。
5.如权利要求4的触敏开关系统，其中流体包括液晶分子。
6.如权利要求4的触敏开关系统，其中粒子是带静电的。
7.如权利要求6的触敏开关系统，其中带静电的粒子的颜色与流体的颜色相反，或者其中粒子分散在无色的流体中，且散布包括至少两种不同种类的带静电粒子，它们的颜色彼此相反。
8.如权利要求1-7中的任一个的触敏开关系统，其中通过施加电压而发生光学变化的区域嵌入在压电材料的矩阵中。
9.如权利要求6-8中的任一个的触敏开关系统，其中流体中带静电粒子的散布被封在聚合材料的囊体中。
10.一种电光显示器，包括权利要求1-9中的任一个的触敏开关系统。
11.如权利要求10的显示器，其中通过施加电压而发生光学变化的每个区域都与一个像素对应，并且其中每个像素都是压敏像素。
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