CN1856734A - 具有悬浮不等轴微粒的显示装置 - Google Patents

Abstract

悬浮微粒装置(SPD)4包含至少一个用于容纳微粒悬浮液10a，10b的隔室，将第一电场施加至微粒悬浮液10a，10b的装置，以及将第二电场施加至微粒悬浮液10a，10b的装置，第一和第二电场具有不同的场方向。多个像素由多个隔室来限定，每一隔室容纳独立的微粒悬浮液10a，10b和/或位于隔室内的微粒悬浮液10的区域，该隔室中提供施加不均匀的第二电场的装置(图11)。每一像素可被调节至透射状态、反射状态、或中间状态或“半透明值”，以使SPD4可用于显示图像或文本。SPD4可以通过将合适的电场施加至一个或多个像素，使像素为相同状态而被复位。

Description

具有悬浮不等轴微粒的显示装置

技术领域

本发明涉及以悬浮微粒装置的形式存在的电光元件。

背景技术

悬浮微粒装置(SPD)在需要控制光和/或热能传输的应用中用作光闸或光阀。例如，SPD已在显示装置，建筑物的窗户和屋顶以及卫星中得到应用，以提供防止光量突然增加的保护，也在照相设备中用作快门。

现在将参考图1和2描述这种光阀的作用。悬浮微粒装置1包含许多位于悬浮液体中的不等轴无机微粒，以后称为微粒悬浮液2。在没有外部干涉时，微粒的排列是无序的。即为，微粒具有由于布朗运动而随时间变化的随机方向。因此，如图1所示，入射到光阀上的光线3由于被微粒散射和/或反射而受到阻碍。

如图2所示，通过对微粒悬浮液施加电场，能够控制微粒的排列。电场会在微粒中产生偶极子。为了使该系统的能量最小，这些微粒沿着平行于电场线的方向自我排列。这些微粒在施加电场后自我排列所需的时间在下文中称为响应时间。

在图2的例子中，基本一致重排列增加了微粒悬浮液2的透射率，因此增加了入射光3的透射部分。电场等于或大于微粒悬浮液2的饱和电压，该电压被定义为使微粒悬浮液中的微粒沿电场方向充分排列，从而使微粒悬浮液2的透射率最大所需要的最小电压。

当电场去除时，微粒通过布朗运动逐渐回复到图1中的无序状态，从而关闭光阀。下文中将微粒有序排列和本例中的微粒悬浮液的透射率明显下降所需的时间称为松弛时间。

SPD具有的一些缺点限制了其某些应用的适应性。例如，松弛时间可能太大而不适用于某些要求光特性快速变化的应用。图3是显示铝片的悬浮液的响应时间和松弛时间的试验数据图。在t＝100s时，如图2所示施加电场，使微粒悬浮液变得可透射。该图示出，微粒响应于施加的电压而进行的重排列基本上在约60s的时间内完成。在t＝1100s时，去掉电场。该图显示透射率在时间经过大约1000s后下降至其最大值的约25％。然而，在一个特定的SPD中，精确的响应时间和松弛时间依赖于微粒和悬浮液体的属性、施加的电压、微粒悬浮液的体积以及所使用的驱动电路，该驱动电路确定了作为时间的函数的施加到微粒悬浮液上的电压。

使用SPD时的另一个缺陷与微粒的沉积有关。即使在去掉电场时，也可能在SPD中存在微粒的任何聚集。这会在微粒悬浮液2中产生不均匀性，并且当光阀关闭时，也可能减小微粒悬浮液2的光密度。因此，光阀的光学性质的一致性受到不利影响。

能克服这些问题的SPD已在US 3,708,219中公开。该现有技术的SPD包含了使微粒悬浮液在光阀中流通的装置。通过促使微粒悬浮液2流动，聚集和沉积减少了。在一个实施例中，液体通过两个单元流通，流动方向彼此垂直。每个单元在元件关闭期间用作起偏振器，以减少明显的松弛时间。然而，这些排列需要包含一个泵，以及连接于光阀的进口和出口，由此构成的复杂SPD太大而不适合某些应用。

发明内容

根据本发明的第一方面，悬浮微粒装置包含至少一个容纳微粒悬浮液的隔室；用于将第一电场施加至微粒悬浮液的装置，该装置被配置为以使第一电场具有第一方向；和用于将第二电场施加至微粒悬浮液的装置，该装置被配置为使第二电场具有不同于所述第一方向的第二方向。

该方面也提供了由SPD形成的透反射器，以及包含该透反射器的透反射显示器。

将SPD配置为使微粒排列能被两个或更多具有不同电场方向的电场控制。由于微粒悬浮液对电场所需的响应时间通常比微粒悬浮液的光学性质通过微粒的布朗运动而下降所需的时间短得多，这使得微粒悬浮液的光学性质能通过改变隔室内的电场方向而迅速改变。例如，在悬浮微粒装置处于可透射状态时，在施加第一电场后，SPD能通过施加第二电场而迅速闭合。这样，可缩短设备的有效松弛时间，并且能降低聚集的影响。

优选第一和第二方向相互垂直。

SPD可包含多个隔板来限定多个隔室。这些隔室可容纳多个独立的微粒悬浮液。由于每一份微粒悬浮液限定于有限的体积内，任何因微粒沉积导致的不均匀限制于该隔室内，且不影响其余的SPD的光学性质。在这样的SPD中施加第二电场的装置可由隔板来提供，其位于隔板内或隔板上。

可排列SPD，以使能将不均匀场施加至微粒悬浮液。例如，微粒悬浮液可容纳在其中设置有用于施加具有第一和/或第二电场方向的电场的多个装置的隔室中。一个隔室可包括多个区域，每个区域利用用于施加具有上述电场方向的电场的独立装置来控制。在本实施例中，SPD可包含一个或多个可以受到不均匀电场的隔室。

包括多个独立的微粒悬浮液或位于隔室中的多个区域中的一个或两个的SPD被认为包含由其隔室和/或区域确定的多个像素。术语“像素”此后用于表示如上所述位于隔室中的微粒悬浮液或位于隔室的区域中的微粒悬浮液。

包含多个像素的SPD可排列为使一个或多个电场能独立于至少一个其它像素而施加于某个像素。这使得一个或多个像素的光学性质能独立于至少一个其它像素得到调整，并且能够用于例如在SPD上显示图像。这样的SPD可进一步包含用于对像素寻址的有源矩阵。

包括有源矩阵的用于施加第一和第二电场的装置可配置为将像素的透射率和反射率特征调节至中间值，或半透明值。例如，可通过对像素施加一个或多个电场来获得半透明值，其中施加的电压小于其中微粒悬浮液的饱和电压。将像素调节到半透明值的另一个方法包括根据适当的驱动电路施加脉冲序列形式的第一或第二电场至一个或多个像素。

电场可以是交流或直流，且可以是均匀的或不均匀的。

根据本发明的第二方面，悬浮微粒装置包含透明板，基板以及多个隔板，所述透明板、基板和隔板限定多个像素。

一个或多个像素可以是由透明板、基板和隔板限定的封闭隔室，将这些隔室设置为容纳微粒悬浮液。

可选择地，或者此外，一个或多个像素可由被设置为容纳微粒悬浮液的隔室中的区域限定，SPD包含同时施加具有给定电场方向的第一电场至第一区域，具有同一电场方向的第二电场到至少一个其它区域的装置。这允许将不均匀电场施加至微粒悬浮液。

在SPD中，各微粒悬浮液限制于其隔室中。因此，任何由微粒沉降引起的不均匀也被限制在该隔室中，且不会影响其余的SPD的光学性质。

优选多数隔板包含给像素施加电场的装置。这些装置可位于隔板之内或之上，或由隔板构成。

可进一步设置SPD，以使一个或多个电场能独立于至少一个其它像素被施加至选定的像素上。这就使光学性质如反射率和透射率可在不同的像素间变化，并可用于在SPD上显示图像。

上述SPD可进一步包括用于对隔室寻址的有源矩阵。

包括有源矩阵的给像素施加电场的任何装置可配置为，将像素的透射率和反射率特征调节至中间值，或半透明值。例如，可按照给定的驱动电路以脉冲序列的形式将两个或更多具有不同电场方向的电场施加至一个或多个像素来实现半透明值。此外，或可替换的是，半透明值也可通过将一个或多个小于微粒悬浮液饱和电压的电压施加到像素上来获得。

电场可以是交流或直流的，且可以是均匀或不均匀的。

该方面也提供了包含SPD的透反射器，以及包含此类透反射器的透反射显示器。

根据本发明的第三方面，包含微粒悬浮液的悬浮微粒装置的操作方法包括下述步骤：将具有第一方向的第一电场施加至微粒悬浮液，以控制其中的微粒排列，以及通过将具有不同于第一方向的第二方向的第二电场施加至微粒悬浮液，以使悬浮微粒装置复位。

SPD可包含多个由隔室确定的像素，这些隔室容纳受不均匀电场支配的独立的微粒悬浮液和/或微粒悬浮液的区域，即，至少两个区域能够同时受具有相同电场方向的不同电场支配。这使得SPD可用于显示图像。像素优选在显示或改变一幅图像之前复位，以在整个SPD中提供统一的对比度。这可以通过使像素中的微粒具有相同的排列而实现。例如，这可包含使每个像素处于透射状态。这可通过施加合适的电压到至少那些被调节至反射或中间状态的像素以使它们成为透射状态而获得。

多个数像素包括容纳独立的微粒悬浮液的单元和/或被划分为多个区域的一个或多个单元，其中一个或多个区域可以独立于至少一个其它区域被调节，SPD可被配置为仅将上述第一和第二电场的至少一个施加于一个或多个选定的微粒悬浮液或区域。即，第一和/或第二电场可施加于特定的微粒悬浮液或区域而不影响该SPD中至少一个其它的微粒悬浮液或区域的光学特性。

根据本发明的第四方面，显示图像的方法包括调节悬浮微粒装置的多个像素中的至少一个像素的透射率和反射率特征，其中所述至少一份微粒悬浮液独立于至少一个其它像素被调节。

上述一个或多个像素可以是分离的微粒悬浮液。可选择地，或此外，一个或多个上述像素可是位于容纳微粒悬浮液的隔室中的区域。

优选的，调节步骤包含施加一个或多个电场至上述微粒悬浮液。可施加电场以将微粒悬浮液的透射率和反射率调节至中间值或半透明值。

调节步骤可包含同时将多个电场施加至微粒悬浮液。

调节步骤可包含按照合适的驱动电路依次施加多个电场至微粒悬浮液。

该方法可进一步包含通过将具有不平行于微粒排列的方向的电场施加给微粒悬浮液，使位于悬浮微粒装置中的一个或多个像素复位。

附图说明

下面将参考附图对本发明的具体实施例进行描述，其中：

图1描述了关闭状态的常用光阀；

图2描述了打开状态的常用光阀；

图3示出了一种典型微粒悬浮液的响应时间和松弛时间的试验数据图；

图4是如本发明第一实施例处于松弛状态时的悬浮微粒装置的示意图；

图5描述的是图3的悬浮微粒装置处于透射状态时的一部分；

图6表示图3的悬浮微粒装置处于反射状态时的一部分；

图7表示图3的悬浮微粒装置处于反射率增强状态时的一部分；

图8表示包含在不同状态的部分的图3的悬浮微粒装置的一部分；

图9a和9b描述的是使用图3的悬浮微粒装置以第一和第二显示模式来显示图像；

图10是包含图3的悬浮微粒装置的透反射显示器的示意图；

图11是如本发明第二实施例的悬浮微粒装置的分解透视图；

图12是如本发明第三实施例的悬浮微粒装置的示意图；

图13是图11中的悬浮微粒装置的一行单元的分解透视图；

图14是如本发明第四实施例的悬浮微粒装置的示意图；

图15是如本发明第五实施例的悬浮微粒装置的示意图；

图16是如本发明第六实施例的悬浮微粒装置的示意图。

具体实施方式

图4描述了如本发明的第一实施例的SPD4的一部分。SPD4包含板5和基板6，它们由绝缘透明材料如玻璃形成。在该例中，板5和基板6的厚度大约是700μm。使用如CVD或溅射沉积，在板5和基板6上覆盖一层导电材料如氧化铟锡(ITO)，形成电极7，8。

设置隔板9a，9b，9c，9d，以维持板5和基板6之间的恒定间距。板5，基板6和隔板9a至9d限定二维的单元阵列，各单元都包含微粒悬浮液10a，10b，10c。

使用多个位于独立单元中的微粒悬浮液10a到10c而不是在相对大的空腔中的单一微粒悬浮液，将微粒的任何沉积限制在有限空间中，以使SPD4的其它部分的光学性能不受影响。任何产生的不均匀性被限制在出现沉积的特定单元中。

在本实施例中，板5和基板6之间的间距为200μm，单元的宽度即9a至9d中相邻隔板之间的间距也是200μm。但是，SPD4可在20至800μm的范围内被设置成其它的间距尺寸和单元宽度。此外，间距和单元宽度不必彼此一致。

10a到10c中的每一份微粒悬浮液都包含悬浮在绝缘液体中的多个不等轴反射微粒。适用的微粒包括银、铝或铬的小片，云母微粒或无机钛化合物的微粒。这些微粒的物理尺寸如下，其长度达到约1至50μm，其厚度在5至300nm范围内。在该特定实施例中，这些微粒的典型长度为10μm，典型厚度为30nm。

适用的悬浮液的例子包括允许微粒的布朗运动但防止沉降的具有粘滞性的乙酸丁酯或液态有机硅氧烷聚合体。

通过例如CVD或溅射沉积用ITO层覆盖隔板9a-9d，形成电极11a-11c，12a-12c。位于各个隔板9a-9d上的电极11a-11c，12a-12c与位于板5和基板6上的电极7，8之间由薄的二氧化硅钝化层13a，13b隔离，以防止短路。钝化层13a，13b被划分为多个部分，在图4中以阴影部分示出。钝化层13a，13b没有覆盖板5和基板6的整个区域，以防止在每一电极7，8和微粒悬浮液10a，10b，10c之间形成电压降。

电极7，8，11a-11c，12a-12c可以用于对微粒悬浮液10a，10b，10c施加一个或多个电场。虽然电压降会存在于每一电极7，8和隔板电极11a-11c，12a-12c之间的钝化层部分13a，13b上，但这在将电压施加至微粒悬浮液10a，10b，10c和/或为SPD4配置驱动电路时才加以考虑。

SPD4包含施加第一电压V1至电极7，8的电路，还包含第一开关14，以及将第二电压V2施加给电极11a-11c，12a-12c的电路和第二开关15a，15b，15c。

在该特定实施例中，SPD4连接到控制单元16。如果SPD4用于光响应的应用中，控制单元16可被设置为从光传感器例如光敏二极管17接收数据，所述光传感器用于检测SPD4附近的环境光的水平。基于光敏二极管17检测到的光线水平，控制单元16可以为微粒悬浮液10a-10c确定期望的反射率或透射率状态，并施加所需要的合适电压V1，V2。

在图3中，开关14，15a-15c是打开的，因此没有电场施加至微粒悬浮液10a-10c。微粒具有由于布朗运动而随时间发生变化的随机排列。根据各自的微粒浓度，微粒悬浮液10a-10c是半透明或不透明的。因此，SPD4将仅传送任何入射光的一小部分，并反射剩余的部分。

SPD4可按如下方式切换至透射状态。图5示出当控制单元16对电极7，8施加等于或超过微粒悬浮液10a的饱和电压的第一电压V1时SPD4中一个单元。这就产生了一个定向的均匀电场，其电场线垂直于板5和基板6。微粒中感应出偶极子。为了使系统的能量最小，微粒自我排列以使它们平行于电场线，如图所示。这增加了微粒悬浮液10a的透射率。在本例中，电压V1是交流电压，尽管用直流电压来替代可获得相似的效果。

SPD4可被切换至反射状态。图5显示了当等于或超过饱和电压的第二电压V2施加到电极11a和12a上，产生了平行于板5和基板6的均匀电场时SPD4的一个单元。反射微粒自我排列以使它们平行于电场，增加微粒悬浮液10a的反射率。因此大部分入射光被反射微粒反射。在本实施例中，虽然施加直流电压来替代可获得相似的效果，但第二电压V2是交流电压。

通过除将第二电压V2施加到电极11a，12a外，同时还将第一直流电压V1施加至电极7，8，可进一步提高微粒悬浮液10a的反射率，这里第一和第二电压V1，V2都超过了饱和电压。第二电压V2可以是交流或直流电压。这种情况在图7中示出。反射微粒朝板5方向吸引并聚集在其附近，使微粒悬浮液10a具有特别高的反射比。朝基板6吸引反射微粒的第二种反射率增强状态能通过相似的方法实现。

以这种方式，可用电压V1和V2控制微粒悬浮液10a的光学性质。

如上所述，与常规SPD关联的松弛时间限制了其在需要光阀快速关闭的场合应用的适应性。现在描述克服该缺点的办法。当如图5所示SPD4处于透射状态，并且开关14打开时，即当移走垂直于板5和基板6的第一电场时，微粒排列开始松弛至无序状态，如图4所示。松弛时间可达到约15分钟，如图3所示例中的实验数据。然而，对允许微粒排列以这种方式退化进行取代的是，开关14打开，随后开关15a闭合，以施加平行于板5和基板6的第二电场。相应地，微粒响应于第二电场而进行自我排列。由于微粒悬浮液的响应时间要远远低于其松弛时间，例如，在图3中，响应时间近似为60s，所以微粒悬浮液10a的透射率相对迅速地减小。这使有效的松弛时间要比微粒排列仅仅通过布朗运动退化需要的时间短很多。

由于对微粒而言无需在第二电场下完全定向以使得光阀完全关闭，所以有效的松弛时间等于或小于响应时间。无需在整个响应时间内施加电压V2，即，如图6所示排列微粒。如果然后打开开关15a，微粒排列将逐渐退化至无序状态。

为了将微粒悬浮液10a的透射率和反射率调节至介于图5和图6所示状态中间的“半透明”值，从而使入射光被悬浮液10a同时透射和反射，可改变电压V1，V2。例如，半透明值可以通过施加小于相关电压饱和值的一个或多个电压V1或V2来获得，所以微粒不会完全以电场的场方向自我排列。

可选择地，可使用驱动电路，以使电压V1和V2以脉冲序列的形式施加。在此情况下，微粒排列在与电压V1，V2有关的电场方向间之间持续切换。得到的半透明值取决于这些状态下的微粒排列和微粒悬浮液10a在每一状态下的时间长度。

SPD4的单元结构使微粒悬浮液10a-10c的透射率和反射率可相互独立地调节。例如，图8表示当第一电压V1施加至电极7，8时的SPD4，微粒悬浮液10a和10b受第一电场支配。第二电压V2通过闭合开关15a施加至电极11a，12a，同时开关15b处于打开状态。这使得微粒悬浮液10a被切换到反射状态，同时微粒悬浮液10b为透射状态。

因此SPD4可用于通过调节独立的微粒悬浮液10a至10c的透射率和反射率来显示图像。图9a显示了通过将大量单元切换为反射状态而由SPD4显示一个光盘的图像18的例子，如实阴影部分所示。剩下的单元切换为透射状态。观察者可通过由反射单元对环境光线的反射来辨认图像18。此外，如图9b所示，图像18可通过将相关单元切换到透射状态且剩余的部分为反射状态而显示出来。

在显示或改变图像前，应通过使每一份微粒悬浮液10a至10c为相同状态来使SPD4“复位”。该步骤是为了使整个SPD4中图像的显示具有基本一致的对比度。例如，SPD4显示的第一幅图像可要求微粒悬浮液10a处于反射状态，微粒悬浮液10b被调节为半透明值状态，微粒悬浮液10c处于透射状态。微粒悬浮液10a，10b，10c可通过将交流或直流的第一电压V1施加至微粒悬浮液10a，10b而复位，使它们都处于透射状态。第一电压V1也可施加于微粒悬浮液10c以维持其微粒的排列。该复位步骤也可用于清除由SPD4显示的图像。

图10描述了显示器19，其中图3至图8的SPD4用作透反射器。显示器19包括显示装置20和光源21，在本例中，显示装置20可为液晶显示器(LCD)。液晶显示器20包含液晶材料22和起偏振器23，以及驱动装置，比如未图示的列(选择)和行(寻址)电极的矩阵或者薄膜晶体管矩阵。这样的LCD20的结构和操作本身是众所周知的。

SPD4位于LCD20和光源21之间。当SPD4处于透射状态时，允许来自光源21的光24通过SPD4，以便为LCD20提供背光。当SPD4处于反射状态时，可用通常由10表示微粒悬浮液反射的环境光25照亮LCD20。

当如图6所示将SPD7切换到反射状态时，LCD20和反射表面即微粒自身的表面之间的间隔可达到1mm。当从宽视角观察时会减小图像的分辨率。如图7所述，当需要反射照明时，通过将SPD7切换至高反射状态可削弱这种影响。除提高微粒悬浮液10的反射率外，还最小化反射面和LC单元20之间的距离，从而可降低分辨率的任何恶化。

光源21发出的光24可具有宽的角度分布。然而，排列的微粒用于使通过微粒悬浮液的光准直，因此产生的背光具有相对窄的角度分布。这意味着大部分的光24被微粒散射并浪费掉。通过使用具有高折射率的悬浮液可提高处于透射状态的SPD7的效率，因此通过微粒悬浮液10的光24会有所增加。合适的高折射率的悬浮液的一个实例是FC75。FC75具有1.6的折射率，而乙酸丁酯的折射率是1.4。

控制单元16能依据光电二极管17的输出控制微粒排列。例如，在光线水平低于预定阈值的弱光环境的条件下，光源21在LCD20背后照亮。在检测到的环境光线水平高于阈值时，微粒悬浮液10可被切换为反射状态，因此，可使用反射的环境光来照亮LCD20。在这种情况下，可关闭光源21以节省功率。可设置控制单元16，使当检测到的光线水平在预定范围内时，微粒悬浮液10的透射率和反射率可以被调节至半透明值，因此可使用透射的和反射的光线24，25的组合来照亮LCD20。如果需要，可相应地配置显示器19以调节光源21的输出。

显示器19可进一步包含四分之一波长板26，以确保任何透射光24和/或反射的环境光25在透过起偏振器23时能正确起偏振。

在标准操作模式下，配置显示器19，使得由LCD20显示图像。当透反射显示器处于待机模式时，使用参考图9a，9b描述的方法，由SPD4显示具有较低分辨率的图像。

图11描述了根据本发明的第二实施例的SPD27。在该实施例中，隔板9a至9g具有多个电极。例如，隔板9a具有三个电极28a，28b，28c，在隔板9b上也有相应的电极，其隐藏在图11中。由板5、基板6和隔板9a，9b限定的隔室可被有效地细分为多个区域，可由在隔板9a，9b上提供的电极对28a，28b，28c对这些区域提供不同电场。换句话说，隔室中的微粒悬浮液(未示出)可经受具有平行于板5和基板6的电场方向的不均匀电场。

可类似地划分电极7，8，使容纳在隔室中的微粒悬浮液的区域可在完全独立于位于相同隔室中的一个或更多其它区域的情况下调节至给定的透射率或反射率值。

有源矩阵(未显示)可用于对电极28a，28b，28c等以及所提到的位于板5和基板6上的多个电极进行寻址，以使各个区域的调节更容易。

图3和11的SPD4、27包含肋条形式的隔板9a-9d，其上覆盖导电材料11a-11c，12a-12c，28a-28c。然而，本发明并不局限于包含这一特定形式隔板的SPD。具有其它合适隔板的SPD的例子在图12至16中示出。在这些图中，微粒悬浮液10、10a-10c，开关14、15a-15c、控制单元16，可选择的光传感器17以及电连接件未示出，但导电材料，如电极7，8和设置在隔板内或者隔板上或者由隔板提供电极用阴影示出。

在本发明的第三实施例中，如图12所示，SPD29包含以导电肋条30的形式存在的隔板。用于形成导电肋条的合适材料包括导电聚合材料或金属，如铜，镍或铝。如第一实施例所述，设置薄的二氧化硅钝化层13a，13b，用来防止肋条30和电极7，8之间的短路。

每一肋条30形成单一电极，因此不能以和图3中的SPD4的电极11a-11c，12a-12c相同的方式连接到电压V2的电源上。图13是图12的SPD29内的一行单元的剖视图。如第一实施例所述，电极7，8连接到提供第一电压V1的电源上。配置SPD29以使相邻肋条30连接至第二电压V2的电源的相对两端。即，一个肋条连接至正极，其相邻的肋条连接至负极，反之亦然。因此，当直流的第二电压V2施加至SPD27时，电场方向在单元之间在两个相反方向之间变化。然而，由于微粒悬浮液10a至10c的光学特征取决于微粒排列，而不是其具体的方向，所以这不会影响单元最终的反射率。

在图13所示的特定排列中，这些单元不可以被单独寻址，开关15闭合时第二电压V2施加至所有的肋条30上。但通过增加更多的开关来修改SPD29，以使第二电压V2施加至选定的一对或一组肋条30上也是可能的。如果需要，第二电压V2也可依次施加至选定的肋条30上。

图14示出根据本发明第四实施例的SPD31，其中隔板32包含覆盖有导电层34的绝缘芯33。在本例中，隔板32由通过CVD或溅射工艺在玻璃纤维芯上覆盖ITO而形成。以和前述实施例相似的方式，导电层34通过二氧化硅钝化层13a，13b与电极7，8绝缘。运用与第三实施例的图13描述的方案类似的方案，导电层34连接到电压V2的电源上。

在根据本发明的第五实施例的SPD 35中，如图15所示，隔板36由电极形成，本例中电极为金属线37。电极37由绝缘材料38，如四氮化三硅或二氧化硅覆盖。绝缘材料38用于把电极37与板5和基板6上的电极7，8隔离开，因此，不需要前述实施例中的薄二氧化硅钝化层。使用与第三实施例的方案类似的方案将电极37连接至电压V2的电源。

图16示出根据本发明第六实施例的SPD 39，其包含承载电极11，12的隔板9，这类似于图3的SPD7中的隔板9a-9d和电极11a-11c，12a-12c。SPD39不同于前述结构，即基板6上的电极被分为各个部分40a，40b，40c，40d，40e，形成与SPD39的单元对应的像素阵列。电极40a至40e是可寻址的，而且可由有源矩阵排列41分别激励。这使得第一电压V1可独立于SPD39的剩余单元施加至到一个或多个选定的单元上。

本实施例使得成像时半透明值的使用更容易。在第一实施例中，通过将第一电压V1施加至所有单元并有选择地施加第二电压V2来独立地调节各单元。这意味着各单元或者处于透射状态，或者处于增强的反射状态，如图8所示。然而，在SPD 39中，由于可选择性地施加第一电压V1，所以可通过使用电压V1，V2的适当数值和/或采用适当的定时方案，独立地将各单元调节至中间值。

有源矩阵排列41也可用于寻址和将电压V2施加至位于隔板9上的选定电极11，12。

在该特定的实施例中，配置像素电极40a至40e以使其与隔板9上的电极11，12隔离开。因此，在基板6上不需要薄的二氧化硅钝化层。

对有源矩阵排列41的使用不限于图16所示类型的隔板9。可使用于任何合适形式的隔板，包括第一至第五实施例中所示出的那些隔板。

阅读本发明可知，其它的变动和修改对本领域普通技术人员而言是显而易见的。这些变动和修改可涉及在悬浮微粒装置、透反射显示器及其部件的设计、生产及使用中已知的等同替换和其它特征，而且这些等同替换和其它特征可用于代替或添加到这里所描述的部件中。

微粒悬浮液10，10a-10c，板5，基板6和电极7，8，11a-11e，12a-12e，38，40a-40e，肋条30，导电层34，绝缘层13a，13b，36以及绝缘芯33均可采用除上文提到的材料之外的合适材料。例如，板5可用透明塑料而不是玻璃来形成。基板6也可以用玻璃或塑料形成，而且如果需要，也可是透明的。电极7，8，11，11a-11e，12，12a-12e，37，40a-40e，肋条30以及导电层34可使用透明导电膜材料如氧化锡(SnO₂)而不是ITO来形成。其它用于电极11，11a-11e，12，12a-12e以及导电层32的合适材料包括导电聚合物，银糊和金属，比如铜，镍，铝等，通过电镀或印刷的方式沉积于隔板9上。

在不脱离本发明范围的情况下，SPD4，27，29，31，39中可以包括额外的绝缘层。例如，在第一实施例的SPD4中，提供了用来覆盖ITO层7，8并使上述的层7，8与微粒悬浮液10a，10b，10c分隔的绝缘材料如SiO₂的透明层。因此避免了电极7，8和隔板电极11a-11c，12a-12c之间的电压降。虽然这样的排列导致电极7，8和微粒悬浮液10a，10b，10c之间的电势差，但这可通过选择合适的第一电压V1值来补偿，而且可在设计SPD4的驱动电路时加以考虑。

如果需要，在第二，三，四，六实施例的SPD27，29，31，39中可包含类似的附加绝缘层。第一实施例中描述的复位步骤可应用到包含用于施加多于一个电场的装置的任何SPD中。SPD不必包含多个单元。例如，该步骤可用于具有单一微粒悬浮液10的SPD，其中包括施加电压V1和V2的装置。该步骤也可用于在没有将SPD划分为分离的单元的情况下电极等间距伸进容纳微粒悬浮液的隔室的SPD中。

此外，当上述实施例的SPD4，27，29，31，35，39包含相同单元或区域的阵列时，SPD4，27，29，31，35，39中的单元和/或区域的形状和尺寸可以改变。例如，如果SPD4，27，29，31，35，39用于显示特定图像，例如一组图标或标志，则可相应地配置单元或区域的形状和尺寸，以使SPD4，27，29，31，35，39中的开关14，15，15a-15c的数量最小，并简化其控制和操作。

可配置SPD4，27，29，31，35，39，使得利用单一开关20将第二电压V2施加至一组单元或区域，以显示预定图像。

可配置SPD4，27，29，31，35，39，使得通过将恒定或间歇电场施加至微粒悬浮液10a-10c，维持其光学性质和/或显示的图像18。图像18也可显示在SPD4上，且允许经过松弛时间后褪去，而不用“刷新”或维持微粒排列。

显示器19不必包含LCD20。本发明可使用其它类型的显示装置来实现，比如微机械(MEMS)显示器，电湿装置，电铬装置或电泳装置。

SPD4，27，29，31，35，39不必一定包括光传感器17。如果SPD不是用于光响应应用场合，例如，如果SPD用作响应除光线级别之外的条件的显示装置或阀门，则光传感器17不是必不可少的。

虽然在该申请中用权利要求阐述了特征的特定结合，但应该理解的是，本发明公开的范围也包括明确或隐含或一般化公开的任何新特征或特征的新结合，而不论其是否与这里的任何权利要求要求保护的发明相同，且不论其是否能解决与本发明处理的任何或所有技术难题相同的技术难题。因此本申请人提请注意在本申请或任何由此进一步派生的申请正式执行过程中，可以用新的权利要求阐述上述特征和/或上述特征的结合。

Claims (40)

1.一种悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，包括：

至少一个用于容纳微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的隔室；

用于将第一电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的装置，该装置被配置为使第一电场具有第一方向；以及

用于将第二电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的装置，该装置被配置为使第二电场具有不同于所述第一方向的第二方向。

2.如权利要求1所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述第一和第二方向是相互垂直的。

3.如权利要求1或2所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，包含多个隔板(9，30，32，36)，用以限定多个隔室。

4.如权利要求3所述的悬浮微粒装置(29)，其中用于将第二电场施加至微粒悬浮液的所述装置由所述隔板(30)提供。

5.如权利要求3所述的悬浮微粒装置(35)，其中用于将第二电场施加至微粒悬浮液的所述装置在所述隔板(36)内部被提供。

6.如权利要求3所述的悬浮微粒装置(4，27，31)，其中用于将第二电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的所述装置位于所述隔板(9，30)上。

7.如权利要求6所述的悬浮微粒装置(27)，其中用于施加第二电场的所述装置被设置为将不均匀电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)。

8.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其包含多个隔室，并且被配置为可以独立于至少一份其它的微粒悬浮液(10a，10b，10c)将一个或多个电场施加至选定微粒悬浮液上(10a，10b，10c)。

9.如权利要求7或8所述的悬浮微粒装置(27，39)，进一步包含有源矩阵(41)。

10.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为同时将第一和第二电场施加至一份或多份微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)。

11.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为使一份或多份微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的透射和反射特性被调节至半透明值。

12.如权利要求10所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为根据驱动电路依次将第一和第二电场施加至一份或多份微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)。

13.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述第一和第二电场中的至少一个是交流场。

14.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述第一和第二电场中的至少一个是直流场。

15.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述第一和第二电场中的至少一个是均匀电场。

16.如前述任意一项权利要求所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述第一和第二电场中的至少一个是非均匀电场。

17.一种悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，包括：

透明板(5)；

基板(6)；和

多个隔板(9，30，32，36)；

其中所述隔板(9，30，32，36)限定了多个像素。

18.如权利要求17所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述一个或多个像素是由透明板(5)，基板(6)和隔板(9)限定的隔室，将所述隔室设置为容纳微粒悬浮液(10a，10b，10c)。

19.如权利要求17或18所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述多个隔板(9，30，32，36)包含给隔室施加电场的装置。

20.如权利要求19所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中所述一个或多个像素由被设置为容纳微粒悬浮液(10a，10b，10c)的隔室内的区域限定，且所述隔板(9)包含同时将给定方向的第一电场施加至第一区域和将具有相同电场方向的第二电场施加到至少一个其它区域的装置。

21.如权利要求19或20所述的悬浮微粒装置(33)，其中施加电场的装置位于隔板(30)内部。

22.如权利要求19或20所述的悬浮微粒装置(27)，其中施加电场的装置由隔板(30)提供。

23.如权利要求19或20所述的悬浮微粒装置(4，27，31)，其中用于施加电场的装置位于隔板(9，32)上。

24.如权利要求17至23中任意一项所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其中独立于至少一个其它像素(10a，10b，10c)将一个或多个电场施加到选定像素(10a，10b，10c)上。

25.如权利要求20或24所述的悬浮微粒装置(27，39)，还包含用于对像素寻址的有源矩阵(41)。

26.如权利要求17至25中任意一项所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为同时将第一和第二电场施加至一个或多个像素(10a，10b，10c)。

27.如权利要求17至26中任意一项所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为使像素(10a，10b，10c)的透射特性和反射特性被调节至半透明值。

28.如权利要求27所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)，其被配置为根据驱动电路将第一和第二电场施加至一个或多个像素(10，10a，10b，10c)。

29.一种透反射器，包含如权利要求1至28中任意一项所述的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)。

30.一种透反射显示器(19)，包括：

显示装置(20)；和

根据权利要求29的透反射器。

31.一种操作包括微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)的方法，包含以下步骤：

将具有第一电场方向的第一电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)，以控制其中的微粒排列；

通过将具有不同于第一电场方向的第二电场方向的第二电场施加至微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)，使悬浮微粒装置(7，27，29，33，37)复位。

32.如权利要求31的方法，其中悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)包含以独立的微粒悬浮液的形式存在的多个像素，和所述第一和第二电场中的至少一个仅施加至一份或多份选定的微粒悬浮液上。

33.如权利要求31或32所述的方法，其中悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)包含以微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的多个区域的形式存在的多个像素。

34.一种显示图像的方法，包含：

调节悬浮微粒装置(7，27，29，33，37)内的多个像素中的至少一个的透射和反射特性，其中独立于至少一个其它像素来对所述至少一个像素进行调节。

35.如权利要求34所述的方法，其中所述多个像素中的一个或多个是分离的微粒悬浮液(10a，10b，10c)。

36.如权利要求34或35所述的方法，所述多个像素中的一个或多个是位于容纳微粒悬浮液(10，10a，10b，10c)的隔室中的区域。

37.如权利要求35或36所述的方法，其中所述调节步骤包括：将一个或多个电场施加至一个或多个像素。

38.如权利要求37所述的方法，其中同时将多个电场施加至像素上。

39.如权利要求37所述的方法，其中根据驱动电路将多个电场依次施加到像素上。

40.如权利要求34至39中任意一项所述的方法，进一步包括：通过调节至少一个像素，使像素的透射率和反射率特性在整个悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)中为恒定值，使得悬浮微粒装置(4，27，29，31，35，39)复位。

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