CN1777924A - 包括光波导的显示器件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示器件(10)，它包括光波导(2)和极板(4)，二者以相互隔开的关系基本上彼此平行地延伸，所述显示器件还包括：可移动元件(3)，它设置在光波导和极板之间，与光波导隔开；选择装置(5，6)，用于局部地使所述可移动元件与光波导接触；以及设置在所述光波导或极板上的许多间隔元件(13)，用以分别维持可移动元件与光波导和极板之间的空间，其特点在于：间隔元件形成可移动元件整体的一部分。本发明还涉及按照本发明的显示器件的生产方法。

Description

包括光波导的显示器件

本发明涉及显示器件，它包括光波导和极板，所述光波导和极板以相互隔开的关系基本上平行地延伸，所述显示器件还包括：以与光波导隔开的关系设置在光波导和极板之间的可移动元件；选择装置，它使所述可移动元件局部地与光波导接触；以及设置在光波导或极板上的许多间隔元件，用以分别维持可移动元件与光波导和极板之间的空间。

从美国专利US 4113360已知这种显示器件。在所述专利中说明了一种显示器件，它包括：荧光材料的第一极板，工作时光在此板中产生并被捕获(使得这块板形成光波导)；位于离开第一极板一定距离处的第二极板；以及在所述两个极板之间的膜片形式的可移动元件。通过把电压加到第一和第二极板上的可寻址电极以及可移动元件的电极上，可使移动元件局部地与第一极板接触或中断所述接触。在接触表面上有一种透明接触液体。在可移动元件与第一极板接触的位置，光与第一极板分离。这使得能够显示图像。如果可移动元件未与光波导接触，则它与第二极板接触。

为使显示器件工作良好，重要的是，一方面，光波导和可移动元件之间的接触应以精确、可靠的方式发生和中断，而另一方面，其设计应简单且不需很多能量就能工作。

已知显示器件的缺点就是其生产需要大量的步骤，因此很复杂。

本发明的一个目的就是提供如序言中所述的显示器件，它精确、可靠且耐用，但又能以最少的加工步骤来制造。

因此按照本发明的显示器件的特点在于所述间隔元件形成所述可移动元件整体的一部分。

在显示器件的优选实施例中，将可移动元件分成条带，而间隔元件形成条带整体的一部分。将膜片分割成条带显著减小了在业界称为”串音”或”交叉耦合”的效应，因为每个条带的相邻条带数减少到了一个或两个条带，根据所述条带的位置而定。有利的是，可以减少选择装置或驱动器的数量，即，对于分成x条的膜片，(行)驱动器的数量可以减少到原来的1/x。

按照另一优选实施例，将许多条带分成子条带。子条带可以取例如”桥”形，所述桥包括一对相邻的间隔元件以及延伸于其间的部分。每个桥可以分别通过选择装置与光波导接触。可以使结果接触区域的尺寸非常小，于是就有可能形成尺寸比较小的像素。而且，这些膜片桥仅附着在两个相对侧，导致减小了建立与光波导的光接触所需的力，因而减小了显示器件工作所需的电功率。由于桥是分离的实体，因而这种特征消除了串音的影响。因此，显著地提高了显示器件的精确度和可靠性。

在另一优选实施例中，许多子条带包括在其一端的一个间隔元件，而子条带的另一端可自由移动。由于这些膜片”潜水板”只附着在一侧，因而进一步将光波导建立光接触所需的力减至最小，这直接导致显示器件工作所需的电功率的更进一步的最小化。

为了减小内应力，子条带可包括一个或多个切口部分。或者，子条带可包括柔性程度不同的各区域。

在又一优选实施例中，间隔元件的延伸方向与条带的纵方向基本上垂直。在此实施例中，间隔元件是最短的，故允许可移动元件更自由地移动。有利的是，可以显著降低前面提到的力以及工作电功率。而且，除了所述条带外，所述实施例允许形成选择装置的行图案。

按照另一优选实施例，选择装置包括设置在可移动元件上的电极，所述电极包括反射材料。反射材料确保光反射到显示器的一侧，从而提高了发光效率。通过将通常在显示器件中的滤色器结合到可移动元件中，例如条带中，还可以进一步提高发光效率。

在另外一个优选实施例中，间隔元件配置在极板处，并且显示器件还包括设置在光波导上用以保持可移动元件和光波导之间的空间的许多支座。可以有利地减少不需要的光吸收。而且，在这种结构中，容易够得着可移动元件的光学接触面，因而对可以一些重要的参数，例如硬度和粗糙度等进行处理，因此允许对显示器件的最关键部分进行精细调节。

本发明还涉及用最少的步骤来生产按照本发明的显示器件的方法。所述方法包括以下步骤：设置第一组电极(在衬底上)；用绝缘材料层覆盖这些电极；在绝缘层上设置保护材料层，形成可移动元件的图形；在绝缘层和保护层上设置用于可移动元件的材料层；构建可移动元件层；在可移动元件层上设置第二组电极；以及去除保护层。

有利的是，通过在一个步骤中同时构成第二组电极和可移动电极层来进一步减少方法步骤的数目。

下面将通过附图进一步说明本发明，附图中：

图1是本发明显示器件第一优选实施例的一部分的顶视图；

图2是图1实施例的沿线A截取的截面图；

图3是图1实施例的沿线B截取的截面图；

图4示出用于第一优选实施例的寻址方案的实例；

图5是构成本发明显示器件第二优选实施例一部分的可移动元件的另一实施例的侧视图；

图6是构成本发明显示器件第三优选实施例一部分的可移动元件的又一实施例的顶视图；

图7是本发明显示器件第四优选实施例的截面图；

图8是本发明显示器件第五优选实施例的截面图；

图9示出说明按照本发明的方法的各步骤的流程图；

图10A以顶视图的形式图解说明按照本发明的方法的基本步骤；

图10B以沿线A截取的截面图的形式图解说明图10A中各基本步骤；

图10C以沿线B截取的截面图的形式图解说明图10A中各基本步骤；以及

图11以截面图的形式图解说明按照本发明的方法优选实施例得到的显示器件。

在所有图中，相同的标号用来表示相同的部分。图1是本发明显示器件1的第一优选实施例的示意的顶视图。图2是沿线A截取的显示器件1的截面图，而图3是沿线B截取的显示器件1的截面图。

显示器件10包括光波导2、可移动元件3和第二极板4。电极系统5和6分别设置在光波导2的面对可移动元件3的表面上和可移动元件3的面对第二极板的表面上。

第二极板的表面上配备有共用电极7。共用电极7最好包括导电层。这个导电层可以是例如半透明铝层的半透明金属层、例如氧化铟锡(ITO)的透明导电涂层、或金属印刷线网。应当指出，在已经把滤色器结合到间隔片中的实施例中(如图7所示)，所述共用电极不比是透明的，因为行电极是反射式的。在所述实施例中，可以使用标准的导电材料例如铜。

在所述实例中，光波导是由光导板2形成的。光波导可用玻璃制成。可移动元件可用透明聚合物制成，所述聚合物的玻璃转变温度至少是显示器件的工作温度，以防止可移动元件的非弹性变形。实际上，显示器的工作温度在大约0℃到70℃的范围内。适用的透明聚合物是，例如聚对亚苯基二甲基，其玻璃转变温度为90℃。

电极5和6形成最好以90°互相交叉的两组电极。通过在电极5、6和可移动元件3之间局部产生电位差，通过在工作时把电压加到这些电极和可移动元件3上，力就局部地施加到可移动元件上，所述力将可移动元件拉向光波导2或拉向第二极板4。

显示器件还包括光源9和反射器1。光波导2具有光输入端11，由光源9产生的光从所述输入端耦合到光波导2中。光源可发射白光或任何颜色的光，依器件而定。也可以有多于两个光源，例如，在器件的两侧或在器件的每一侧的光源。也可以顺序地使用不同颜色的光源来形成白光显示器。

可移动元件3利用间隔片13定位在光波导2和第二极板4之间。电极5和共用电极7由各自的绝缘层12和14覆盖，以防止可移动元件3和电极之间的直接电接触。通过把电压加到电极和可移动元件上，产生将可移动元件拉向光波导2上的电极5的电动力。电极5是透明的。可移动元件和光波导的接触导致在接触位置处光线离开光波导而进入可移动元件。在可移动元件中，光线被散射，部分光线通过透明电极5和光波导2离开显示器件，部分光线通过第二极板4离开。也可以使用一组透明电极，另一个是反射式的，这提高了一个方向上的光输出。

按照本发明，间隔元件13构成可移动元件3整体的一部分。可移动元件3被分成条带3’，如图1和3可见，条带3’又分成子条带23。间隔片13设置在子条带23的相对各侧，当子条带23具有矩形形状时最好设置在最短的各侧。这样，每个子条带形成一个”桥”。由于每个子条带对应于显示器件的一个像素，所以可以有效地减小像素的尺寸。

工作时，光线在光波导内传播，由于内反射，它不能离开光波导，除非发生图3所示的情况。图3示出靠在光波导2上的可移动元件23。在这种状态下，部分光线进入可移动元件。所述可移动元件将光线散射，使光线离开显示器件。光线可以从两侧或一侧逸出。在图3中，这种情况用箭头表示。

可以计算出，对于50％的光接触面积，大约需要10％的正常电压差来把桥连接到光波导，即大约为7.5V，将潜水板连接到光波导所需要的电压差更少，甚至不到7.5V的三分之一(∽2V)。

通常，间隔片13基本上平行于方向(B)延伸，方向(B)基本上垂直于条带的方向。

图4示出显示器件1的寻址方案实例。由于无源板具有开放的(unstructured)共用参考电极7，且用箔电极作行电极，故可以使用健壮的寻址方法。在PHNL 00059 EP-P中详细地描述了这种技术，它是以本申请人的名义提交的早先专利申请。健壮寻址方法非常有意思，因为它允许仅用作用在此结构上的单一的力把桥接通或断开。这可将分布在所需寻址电压上的像素效应减至最小，因为平衡两个相反的力通常会放大箔开关性能的变化。图4示出三种寻址状态：

第一寻址状态”健壮通”80

第二寻址状态”由双稳性引起的无情况发生”81；以及

第三寻址状态”健壮断”82。

这三条线表示列电极5、行电极6和共用电极7上的电压。可以看出在开关时仅有单一的力作用在像素上。

图5示出可移动元件3的另一实施例。作为桥的另一方案，许多子条带可以包括在其一端的一个间隔片13，子条带33的另一端可自由移动。这样，每个子条带形成一个”潜水板”。由于每个子条带33对应于显示器件的一个像素，所以在此情况下还可以有效地减小像素尺寸。可以计算出，对于50％的光接触面积，潜水板只需要不到30％的正常电压差，即大约2V。

图6示出可移动元件的另一实施例。在图6中，示出的另一实施例有两条子条带23’，其上配备有切口部分24。切口部分24进一步降低了桥的刚度，主要由弯曲刚度而定。在此实例中，子条带是桥23’，但对本专业的技术人员显而易见的是切口部分也可以用在上述潜水板上。如图5中潜水板的位置所示，由于内应力潜水板易于偏转。作为切口的另一方案，子条带可以包括弹性部分，子条带中不同区域的杨氏模量各不相同。例如，在某些要求刚度的区域杨氏模量可较低，而在要求有较高弯曲拉伸的区域杨氏模量可较高。

图7是按照本发明的显示器件40的第四优选实施例的截面图。行电极46包括反射材料。适用的反射材料实例为Al或Ag。反射电极反射了通常从显示器无源侧逸出的光线，从而将发光效率提高了一倍。

此外，显示器件40包括许多决定彩色的元件48，它们构成可移动元件3的一部分，更具体地说，是(子)条带43，可以是桥或潜水板。这些元件可以是例如滤色元件，允许一种特定颜色(红，绿，蓝等)的光线通过。对于所需颜色入射光的频谱宽度，滤色元件具有至少20％的透明度，而对于其它颜色的入射光，其透明度在0-2％的范围内。应当指出，子条带和滤色器的厚度最好大约仅为正常厚度的一半。

在另一实施例中，行电极包括ITO且将滤色材料加在极板上。虽然这种实施例效率较差，因为只有50％的光被利用，但它可产生彩色光并可使用健壮寻址方法。显然，可移动元件上的电极应是透明的。

另一种方案是使用紫外(UV)灯，将UV光馈入光波导，UV光离开光波导并入射到荧光元件上。被UV光激励的荧光材料发射彩色光。使用UV光和荧光材料提高了显示器件的效率。在又一实施例中，可以使用发射蓝光的光源。将蓝光馈入光波导，蓝光离开光波导并入射到荧光元件上，将蓝光转换成红和绿光。这样，可以获得所加光线的非常有效转换。

图是出按照本发明的显示器件50的第五优选实施例的截面图。在显示器件50中，间隔片63设置在极板4处。此外，显示器件50还包括设置在光波导2上的许多支座，用以保持可移动元件3和光波导2之间的空间。

在第五实施例中子条带53的上表面用来从光波导提取光线。由于间隔片63不接触光波导，所以减少了不希望有的光吸收。而且，这种原理还允许对子条带的表面进行处理。在这种情况下可以精细地调节子条带最关键部分的一些特征，例如粗糙度和硬度。

以下说明按照本发明的显示器件的生产方法。按照本发明的方法包括以下基本步骤，用图10A，B，C中的实施例60示出。

步骤a)设置第一组电极

通常在合适的衬底上涂敷导电材料(最好是氧化铟锡)层，并在导电层上设置限定电极形状的图案。在正文和附图中，第一组电极称为列电极5。完成这一步骤的技术在本专业中是众所周知的。

步骤b)用绝缘材料层覆盖电极

最好使用适当的介质材料，例如SiO₂，最好具有大约1微米的厚度。在附图中，结果绝缘层是被指定为12。

步骤c)在绝缘层上设置保护材料层

保护层用来形成可移动元件的图案。更具体地说，保护层形成静止状态的可移动元件和光波导上接触区域之间的空间。一般说来，用于保护层的合适的材料的实例是Al和Cu和/或所有易刻蚀的材料，例如葡萄糖。最好，保护层具有大约1微米的厚度。利用已知的技术来形成所述图案。

步骤d)设置用于可移动元件的材料层

在这一步骤中，在绝缘层和保护层上设置用于可移动元件的材料层，也称为箔材料。箔材料设置在保护层上及其周围，使得支撑可移动元件13的间隔元件13形成可移动元件整体的一部分，箔层的适用材料实例业界已知，在例如本申请人早先的专利申请WO99/28890中已有说明，所述专利内容已作为参考包括在本文中。最好使用包含散射粒子的聚合物材料，例如聚酰亚胺-TiO₂或聚对亚苯基二甲基-TiO₂。用于这一步骤的技术，例如旋转技术，是本专业中通用的。

步骤e)构成可移动元件层

用已知的构造技术构成箔层，例如用光刻技术构成聚酰亚胺-TiO₂层或用干法刻蚀构建成对亚苯基二甲基-TiO₂层。在这一步骤中，可以任选地将可移动元件分成条带。

步骤f)在可移动元件层设置第二组电极

这一步类似于上述步骤a)。在正文和附图中，第二组电极称为行电极6。

步骤g)去除保护层

用已知技术，例如刻蚀，去除保护层8。

图11是按照本发明方法的优选实施例得出的显示器件70的截面图。按照所述优选实施例，在一个步骤中同时构成第二组电极和可移动元件层。结果，箔3的布局和行电极6的布局相同，即，条带分成子条带，例如桥23，每个子条带具有一组间隔片13a、13b，如图11所示。对于此实施例，上述健壮寻址技术可以得到有利的应用。

上述方法也可以用来生产具有潜水板的显示器件。按照又一优选实施例，同时构成的步骤是这样进行的：沿着线d而不是线c细分箔3和行电极6。在这种情况下，结果子条带是潜水板，每个潜水板只具有一个间隔片13，大部分间隔片13包括相邻的间隔片13a，13b。

为了将子条带(更具体地说，潜水板)的弯曲应力减至最小，可在附加步骤中将大弯曲应力区域中的(箔和电极)材料去除掉。或者，可以降低某些区域的杨氏模量。为此，可以在需要较高刚性的区域(例如为防止范德瓦尔斯粘附)对子条带施加选择性的光致聚合作用。在需要最大弯曲伸长的其它区域，应限制x-链接。

可以利用本专业中已知的技术把上述滤色器结合到箔中。

应当指出，术语”行”和”列”在文中可互换。

而且，本发明当然不限于所描述和显示的实施例。作为另一种方案，行电极可以设置在无源板上，此时箔电极可连接起来形成子集。这样可以减少行驱动器。

所以本发明可扩展到根据上述说明和附图所示的在所附权利要求书的范围内的任何实施例。

Claims (13)

1.一种显示器件(10，20，30，40，50，60，70)，它包括光波导(2)和极板(4)，二者以相互隔开的关系基本上彼此平行地延伸，所述显示器件还包括：可移动元件(3，23，33，43，53)，它设置在所述光波导和所述极板之间，与所述光波导隔开；选择装置(5，6)，用于局部地使所述可移动元件与所述光波导接触；以及设置在所述光波导或极板上的许多间隔元件，用以分别维持所述可移动元件与所述光波导和所述极板之间的空间，

其特征在于：所述间隔元件形成所述可移动元件整体的一部分。

2.如权利要求1所述的显示器件，其特征在于：所述可移动元件分成条带(3’)，以及所述间隔元件形成所述条带整体的一部分。

3.如权利要求1或2所述的显示器件，其特征在于：许多所述条带分成子条带(23，33，43，53)。

4.如权利要求3所述的显示器件，其特征在于：许多所述子条带包括一对相邻的间隔元件(13)和在其中间延伸的部分(23，33，43，53)。

5.如权利要求3或4所述的显示器件，其特征在于：许多所述子条带(33)在其一端包括一个间隔元件，所述子条带的另一端可自由移动。

6.如权利要求3、4或5所述的显示器件，其特征在于：所述子条带包括一个或多个切口部分(24)。

7.如权利要求3、4或5所述的显示器件，其特征在于：所述子条带包括柔性程度不同的区域。

8.如上述权利要求中一个或多个所述的显示器件，其特征在于：所述间隔元件的延伸方向基本上垂直于所述条带的纵方向。

9.如上述权利要求中一个或多个所述的显示器件，其特征在于：所述选择装置包括设置在所述可移动元件上的电极(46)，所述电极包括反射材料。

10.如上述权利要求中一个或多个所述的显示器件，其特征在于包括形成所述可移动元件(43)的一部分的许多滤色器(48)。

11.如上述权利要求中一个或多个所述的显示器件，其特征在于：所述间隔元件(63)设置在所述极板处，所述显示器件还包括设置在所述光波导上的许多支座，用以保持在所述可移动元件和所述光波导之间的空间。

12.一种生产根据上述权利要求中一个或多个的显示器件的方法，所述方法包括以下步骤：

a)在衬底上设置第一组电极

b)用绝缘材料层覆盖所述电极

c)在所述绝缘层上设置保护材料层，形成所述可移动元件的图案；

d)在所述绝缘层和所述保护层上设置用于所述可移动元件的材料层；

e)构成所述可移动元件层；

f)在所述可移动元件层上构成第二组电极；以及

g)去除所述保护层。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：在一个步骤中同时构成所述第二组电极和所述可移动元件。

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