纖維、由其製造的可彎曲的顯示裝置和相應的製造方法

2023-06-10 02:58:36

專利名稱：纖維、由其製造的可彎曲的顯示裝置和相應的製造方法
技術領域：
本發明涉及在可彎曲的顯示裝置使用的纖維，製造這樣的纖維的方法，可彎曲的顯示設備和製造該顯示裝置的方法。
各種各樣不同的顯示裝置是已知的。可彎曲的顯示器當前吸引很大的注意。這些顯示器至今為止常常是可彎曲的，因為它們是建造在可彎曲的基片上，並且可以在一個方向上彎曲。對於許多應用，這是足夠的，但在可穿戴的電子裝置的新領域中(其中在衣服上的顯示器被認為有趣的課題)，其要求更高。當考慮適用於可穿戴的顯示器工藝時，則以下的要求是恰當的；重要的是顯示器在所有的方向上是可彎曲的，它看來像纖維，它的製造是便宜的，以及最後，它是可容易地設定地址的(addressable)，其意思是在衣服上為顯示圖像而需要的集成電子電路和/或連接是最少的。
美國專利US 6542284公開一種顯示裝置和製造方法。在這個專利中公開的顯示裝置用於微囊體型電泳顯示設備，因而描述了一種製造方法，其中微囊體可以排列成一直線，以便形成單粒子層。提供了一種顯示器，其中可以創建彩色顯示器並具有改進的對比度，並且也提供了一種製造方法。顯示裝置包括基片、絕緣液體、分布在其中的帶電荷的彩色粒子，在基片上形成的第一電極，和第二電極，其中通過由施加在其間的電壓使得帶電荷的彩色粒子向第一電極或第二電極遷移從而形成顯示器。每個微囊體通過把絕緣液體和帶電荷的彩色粒子包裝在透明的容器而被形成，微囊體排列成一直線，並被包裝在由對光透明的樹脂組成的纖維中。
然而，這個顯示裝置至多也只能在一個方向上彎曲，並且需要複雜的電子裝置來控制每個特定的像素的輸出，因為每個像素必須分別尋址。顯示器的製造也過分複雜，因為每個像素由獨立的透明的容器組成。
國際專利申請公布號WO2004/055576公開一種電光絲或纖維。電光絲或纖維包括在可極化材料的體積內沿長度延伸的拉長的芯體，外部電極部件覆蓋該體積。芯體和外部部件是導電的，並可連接到電位，在可極化的材料中生成徑向電場。外部部件是光透明的和/或透射反射(transflective)的。可極化的材料當受到所述電場或所述電場的改變的作用時呈現光效果，諸如彩色改變，極化的改變，或反射率的改變。絲或纖維可以通過使用傳統的紡織物處理機容易地編織成織物或服裝。
雖然該專利申請的纖維適合於在可彎曲的顯示裝置中使用，但可被建造的裝置至今為止是有限的，因為每個纖維必須具有單個彩色，或在纖維的交接處必須使用複雜的電子裝置來建立像素化的顯示器。
所以，本發明的目的是對已知的技術進行改進。
按照本發明的第一方面，提供一種纖維，它包括內導體、電光材料的體積、外導體、和在內導體與外導體之間的光導體。
按照本發明的第二方面，提供包括多個纖維的顯示裝置，每個纖維包括內導體、電光材料的體積、外導體、和在內導體與外導體之間的光導體，以及被連接到纖維的導體的電位源。
按照本發明的第三方面，提供了製造纖維的方法，包括接納內導體和外導體，用光導體塗敷內導體或外導體，和用電光材料填充在內導體與外導體之間的體積。
按照本發明的第四方面，提供了製造纖維的方法，包括接納內導體和用光導體、電光材料和外導體相繼地塗敷內導體。
按照本發明的第五方面，提供了製造顯示裝置的方法，包括接納多個纖維，每個纖維包括內導體、電光材料的體積、外導體、和在內導體與外導體之間的光導體，把纖維編織成編織物，和把電位源連接到纖維的導體。
由於本發明，有可能提供在二維方向可彎曲的顯示裝置，它的製作是簡單的，並且沒有大量的電連接，但可以提供有效的像素化的顯示器。當每個纖維中的光導體暴露到光線中時，在電光材料的體積中產生電位差。電光材料按照它的特性改變外貌，纖維的這種結構可被利用來創建可彎曲的顯示器。
有利地，光導體是處在內導體與電光材料體積之間，或光導體是處在電光材料體積與外導體之間。典型地，光導體被塗敷在內導體上，但光導體在纖維上的位置是一種設計選擇。
優選地，電光材料體包括電泳粒子的囊體，電泳粒子是黑色和白色的帶電粒子。黑色粒子具有與白色粒子相反的電荷。有利地，內導體和外導體可連接到電位源。如上所述，當在纖維的任何部分的光導體暴露在光線中時，在電泳粒子上產生電位差，例如，使得帶電的黑色粒子移到纖維的外面。因為理想地，外導體基本上是光透明的，黑色電泳粒子在纖維中將是可見的。所以，在光被引導到顯示裝置的所有地點，黑色電泳粒子被移到纖維的表面，從而產生圖像。
有利地，纖維的部件是可彎曲的，這樣，纖維適合於在可彎曲顯示裝置中使用，並且纖維具有基本上圓形的截面，內導體、光導體、電光材料的體積和外導體基本上同圓心。
優選地，內導體包括一個可彎曲的棒，後者包括一種或多種金屬、導電聚合物、和塗敷以導電材料的聚醯胺。
現在參照附圖作為例子描述本發明的實施例，其中

圖1是在可彎曲顯示裝置中使用的纖維的截面圖，圖2是可彎曲顯示裝置的示意圖，圖3是含有可彎曲顯示裝置的行動電話和服裝的示意圖，圖4是與服裝的可彎曲的顯示裝置接觸的行動電話的，類似於圖3的，示意圖，圖5是含有可彎曲顯示裝置的行動電話和服裝的，類似於圖3的，示意圖，圖6a是製造纖維的方法的流程圖，圖6b是製造纖維的另一種方法的流程圖，以及圖7是製造可彎曲的顯示裝置的方法的流程圖。
圖1的纖維10包括內導體12、電光材料16的體積14、外導體20、和在內導體與外導體20之間的光導體18。纖維10沿它的長度具有均勻的結構，並且纖維10的截面基本上是圓形的，其內導體12、光導體18、電光材料16的體積14和外導體20基本上是同圓心的。內導體12和外導體20可連接到電位源。
纖維10的每個各個部件是可彎曲的，這樣，纖維10適合於在可彎曲的顯示裝置22中使用，示意地顯示於圖2。纖維10適合於以與製作布片的相同的方式編織成顯示裝置22。
光導體18當它不暴露在光線中時，起到在內導體12周圍的絕緣體的作用。當光線照射到光導體18的任何部分時，它的電特性將改變，它的電阻將下降，這樣，它不再是絕緣體而是起導體的作用。這導致在包含電光材料16的體積14中產生電場。
呈現電光的材料是一種其光學特性根據它所處的電的條件而改變的材料。在圖1所示的纖維的優選實施例中，電光材料16的體積14含有電泳粒子24和26的囊體。電泳粒子24和26是黑色和白色帶電粒子，黑色粒子26具有與白色粒子24相反的電荷。
當電場作用在帶電粒子時，在囊體16中的帶電粒子24和26將在囊體16中流動。如上所討論的，當光線照射到光導體18時，在包含囊體16的體積14中將產生電場。在圖1上，黑色粒子26被定位於它們趨於纖維10中心的位置。
囊體16(或在囊體16之間的體積14)允許傳輸某些光，以便照亮光導體18。如果進入的光是單色光，則理想地囊體16將透過這個波長，但對於其它波長是不透明的。這也有助於防止顯示裝置在工作時受環境光的幹擾。
如果假設黑色粒子具有負電荷，和外導體20處在正電位，則光導體18是導電的而不是絕緣的，建立的電場將對黑色粒子26作用，吸引它們趨於外導體20。同時，帶正電荷的白色粒子24將被吸引到負極，即內導體12。由於外導體20基本上是光透明的，纖維10的外觀將改變，因為這時黑色粒子26是可見的。當光源不再照射到光導體18時，它將變回為絕緣內導體，在體積14上不再有電場。當沒有電場時，電泳粒子24和26不移動。這允許纖維的光特性以簡單的和有效的方式改變，而不需要任何連續的電位來保持顯示裝置22的外觀的改變。
顯示裝置22也只具有最小的連接，如圖2示意地顯示的。纖維的編織物28經由連接頭30被連接到電位源32。在行和列纖維中所有的內導體12都被連接到例如30伏的直流電壓，所有的外導體20都被連接到電位源32的0伏端。
典型地，在每個纖維10中的內導體12包括可彎曲的棒，它包括一種或多種金屬、導電聚合物、和塗敷以導電材料的聚醯胺。在最簡單的實施例中，內導體12是銅線，在其上提供4μm厚的有機光導體18層。
圖3到5顯示被包含在服裝34上的可彎曲的顯示裝置22的例子。顯示裝置22可縫在服裝22上，其方式很像在襯衫的前面提供的口袋。
在圖3上，可彎曲的顯示裝置22處在這樣的條件組成裝置22的所有的纖維使得白色電泳粒子24趨於每個纖維10的外面，導致圖3所示的全白色顯示。服裝34的穿戴者還具有一個典型地帶有發射型顯示器38的行動電話36。在電話36的顯示器38上當前正顯示一個心形的圖標40。為了清晰起見，顯示器38的其餘部分被顯示為黑色，雖然應當看到，在工作顯示器38上，心形的圖標發射光，而顯示器38的其餘部分不發射光。
如果用戶希望在顯示裝置22中產生圖像，則用戶例如可以握住行動電話36靠近顯示裝置22，如圖4所示。如上所述，參照單個纖維10，由電話36發射的光將使得各個纖維10的內導體12的光導體塗層18變為導電的，從而在電泳粒子上產生電場。這在顯示器22上產生局部化的改變，因為電泳粒子在電場中移動。
一旦用戶把行動電話36與顯示裝置22分開，則服裝34將看起來如圖5所示。可彎曲的顯示裝置22這時顯示心形圖標的圖像，它相應於行動電話36的顯示器38上的心形圖標40。在顯示裝置22上顯示圖標42時不使用功率，因為圖像是由電泳材料中的黑色粒子產生的。
在顯示裝置的替換實施例中，行動電話36也可以用來為顯示裝置22提供功率。行動電話36可以通過兩個簡單的點接觸或經由電容或電感裝置耦合到顯示裝置22。這進一步簡化顯示裝置22和服裝34的結構。
如果用戶希望改變在顯示裝置22上圖像的顯示，則他們必須切換顯示裝置22中電位源的極性，這可以通過裝置22上簡單的按鈕開關(未示出)提供。一旦切換了極性，用戶就必須把光源(諸如行動電話36)帶給顯示器22當前顯示圖像的那些部分。這將再次使得各個纖維10的內導體12的光導體塗層18變為導電的，從而在電泳粒子上產生電場，但與當產生圖像時使用的具有相反的極性。這使得白色電泳粒子在電場中移動，在顯示器22上產生均勻的白色顯示。在顯示器已經是白色的那些部分上用戶是否照射光將無關緊要，因為在顯示裝置的這些部分上產生的電場將不影響白色電泳粒子，因為它們已經在顯示器22的各個纖維的表面。
使顯示裝置復位的替換方法是可能的。這是通過重複施加方波電壓而不是在寫入顯示器時使用的直流電壓而達到的。由於在4μm厚的光導體與40μm的電容囊體之間的電容不平衡，圖像可以用這種方式復位。
這樣，用戶可以把圖像轉移到在諸如服裝或家具那樣的應用器具中所用的可彎曲的顯示器，而不需要功率來保持顯示器22上的圖像。當圖像被轉移到顯示器22時，在不長於1秒的短時間內使用小量功率。
圖6a顯示概述製造纖維10的方法的流程圖。方法包括接納610內導體12和外導體20，用光導體18塗敷612內導體12或外導體20，和用電光材料12填充616在內導體12與外導體20之間的體積14。
圖6b顯示製造纖維10的替換的方法的流程圖。這個方法包括接納616內導體12，和用光導體18、電光材料16和外導體20接連地塗敷618內導體12。
同樣地，圖7顯示概述製造顯示裝置22的方法的流程圖，方法包括接納710多個纖維10，每個纖維10包括內導體12、電光材料16的體積14、外導體20、和在內導體12與外導體20之間的光導體18。方法的第二階段是把纖維10編織712成編織物，接著把電位源連接714到纖維10的導體。最後階段716是把最後的顯示器引入到服裝34上。
所以，有可能創建可編織成編織物的光敏感的電泳纖維。雖然該材料沒有被提議過，但當需要時，它將呈現為織物，灰度可以沿纖維的長度進行調製，使它可用來顯示圖像。與已知的技術不同，纖維是自給自足的(self-contained)，不依靠與其它纖維的良好的電接觸，對整個顯示區域的只需要兩個電連接，最終得到的顯示對於在內導體與外導體之間的短路不敏感。
需要一個能提供空間調製的光的獨立裝置，例如，一個多LED無源矩陣顯示器。這對顯示器的所有的區域並行地尋址，所以，尋址時間至多0.5秒。
內部導電纖維的可能的塗層是4μm厚的有機光導體層。材料例如可以是具有光敏感的摻雜物(例如三芴酮)的聚(乙烯咔唑)，PVK。這可以通過簡單地把銅線拉過光導體溶液而做到。纖維然後被封閉在空心的外部導電纖維中。這些纖維現在可用於製作服裝，其上可以顯示圖像，但在所有的其它方面具有普通衣服的感覺。
用纖維編織的織物可以只要把所有的內導體單元連接到例如30伏的直流電壓和把外部電極接地而做到光學尋址。因為光導體是絕緣體，當沒有被暴露到光線時，在這層上將失去電壓。在電泳囊體上沒有電壓降。在照明一段纖維後，光導體電阻減小，分壓比被改變，這樣，在囊體上有大的電壓降。這使得它們局部地切換。
有各種方法把圖像轉移到顯示裝置。這些方法包括通過障板(即，印刷的覆蓋薄片)把纖維暴露到光線，對著顯示器握住纖維或用雷射筆或掃描雷射器在纖維上進行寫操作。可想像的是人們可以下載新的圖標到他們的行動電話，並通過握住行動電話對著他們的衣服而把這些新的圖標複製到顯示器。
對手持設備的較大的區域進行尋址存在其它的任選項。顯示器也可被復位或用電壓脈衝擦除，在它被寫入後，它不需要持續的功率。只有當加上電壓時，顯示器才是光敏感的，所以，在它被尋址後它不存在因外部日光而衰減的問題。
雖然在優選實施例中說明電光材料可以由電泳囊體組成，但其它材料也是可能的。例如，不用囊體，有可能使用其中存在白色電泳粒子的染色油。通過把白色粒子吸引到內部電極，纖維顯示油的彩色。替換地，顯示電光效應的其它材料可被放置在腔體中，例如PDLC(散布著聚合物的液晶)和各種類型的凝膠。電光材料也可以包括液晶，其中用極化物包圍著該液晶。
權利要求
1.一種纖維，包括內導體(12)、電光材料(16)的體積(14)、外導體(20)、和在內導體(12)與外導體(20)之間的光導體(18)。
2.按照權利要求1的纖維，其中光導體(18)處在內導體(12)與電光材料(12)的體積(14)之間。
3.按照權利要求1的纖維，其中光導體(18)處在電光材料(16)的體積(14)與外導體(20)之間。
4.按照權利要求1，2，或3的纖維，其中電光材料(16)的體積(14)含有電泳粒子(24，26)。
5.按照權利要求4的纖維，其中電泳粒子(24，26)被包含在囊體(16)內。
6.按照權利要求4或5的纖維，其中電泳粒子(24，26)具有不同的電荷和光學特性。
7.按照權利要求6的纖維，其中電泳粒子(24，26)是黑色和白色帶電粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有與白色粒子(24)相反的電荷。
8.按照任何前述權利要求的纖維，其中外導體(20)基本上是光學透明的。
9.按照任何前述權利要求的纖維，其中纖維(10)的部件是可彎曲的，這樣，纖維(10)適合於在可彎曲的顯示裝置(22)中使用。
10.按照任何前述權利要求的纖維，其中內導體(12)包括可彎曲的棒，後者包括一種或多種金屬、導電聚合物、和塗敷以導電材料的聚醯胺。
11.按照任何前述權利要求的纖維，其中纖維(10)具有基本上圓形截面，其內導體(12)、光導體(18)、電光材料(16)的體積(14)、和外導體(20)基本上是同圓心的。
12.按照任何前述權利要求的纖維，其中內導體(12)和外導體(20)可連接到電位源。
13.一種顯示裝置，包括多個(28)纖維(10)，每根纖維(10)包括內導體(12)、電光材料(16)的體積(14)、外導體(20)、和在內導體(12)與外導體(20)之間的光導體(18)，並被連接到纖維(10)的導體(12，20)的電位源(32)。
14.按照權利要求13的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的光導體(18)處在內導體(12)與電光材料(12)的體積(14)之間。
15.按照權利要求13的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的光導體(18)處在電光材料(16)的體積(14)與外導體(20)之間。
16.按照權利要求13，14，或15的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的電光材料(16)的體積(14)含有電泳粒子(24，26)。
17.按照權利要求16的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)被包含在囊體(16)內。
18.按照權利要求16或17的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)具有不同的電荷和光學特性。
19.按照權利要求18的顯示裝置，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)是黑色和白色帶電粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有與白色粒子(24)相反的電荷。
20.按照權利要求13到19的任一項的顯示裝置，其中每根纖維(10)的外導體(20)基本上是光學透明的。
21.按照權利要求13到20的任一項的顯示裝置，其中每根纖維(10)的部件是可彎曲的，這樣，顯示裝置(22)是可彎曲的顯示裝置(22)。
22.按照權利要求13到21的任一項的顯示裝置，其中每根纖維(10)的內導體(12)包括可彎曲的棒，它包括一種或多種金屬、導電聚合物、和用導電材料塗敷的聚醯胺。
23.按照權利要求13到22的任一項的顯示裝置，其中每根纖維(10)具有基本上圓形截面，其內導體(12)、光導體(18)、電光材料(16)的體積(14)、和外導體(20)基本上是同圓心的。
24.一種製造纖維(10)的方法，包括接納(610)內導體(12)和外導體(20)，用光導體(18)塗敷(612)內導體(12)或外導體(20)，和用電光材料(16)填充(614)在內導體(12)與外導體(20)之間的體積(14)。
25.一種製造纖維(10)的方法，包括接納(616)內導體12和用光導體(18)、電光材料(16)和外導體(20)相繼地塗敷(618)內導體(12)。
26.按照權利要求24或25的方法，其中電光材料(12)包括電泳粒子(24，26)。
27.按照權利要求26的方法，其中電光材料(16)包括電泳粒子(24，26)的囊體(16)。
28.按照權利要求26或27的方法，其中電泳粒子(24，26)具有不同的電荷和光學特性。
29.按照權利要求28的方法，其中電泳粒子(24，26)是黑色和白色帶電粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有與白色粒子(24)相反的電荷。
30.按照權利要求24到29的任一項的方法，其中外導體(20)基本上是光學透明的。
31.按照權利要求24到29的任一項的方法，其中纖維(10)的部件是可彎曲的，這樣，纖維(10)適合於在可彎曲的顯示裝置(22)中使用。
32.按照權利要求24到29的任一項的方法，其中內導體(12)包括可彎曲的棒，它包括一種或多種金屬、導電聚合物、和塗敷以導電材料的聚醯胺。
33.按照權利要求24到29的任一項的方法，其中纖維(10)具有基本上圓形截面，其內導體(12)、光導體(18)、電光材料(16)的體積(14)、和外導體(20)基本上是同圓心的。
34.按照權利要求24到29的任一項的方法，其中內導體(12)和外導體(20)可連接到電位源。
35.一種製造顯示裝置的方法，包括接納(710)多根纖維(10)，每根纖維(10)包括內導體(12)、電光材料(16)的體積(14)、外導體(20)、和在內導體(12)與外導體(20)之間的光導體(18)，把纖維(10)編織(712)成編織物(28)，和把電位源(32)連接(714)到纖維(10)的導體(12，20)上。
36.按照權利要求35的方法，其中每根纖維(10)中的光導體(18)處在內導體(12)與電光材料(16)的體積(14)之間。
37.按照權利要求35的方法，其中每根纖維(10)中的光導體(18)處在電光材料(16)的體積(14)與外導體(20)之間。
38.按照權利要求35，36，或37的方法，其中每個纖維(10)中的電光材料(16)的體積(14)含有電泳粒子(24，26)。
39.按照權利要求38的方法，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)被包含在囊體(16)內。
40.按照權利要求38或39的方法，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)具有不同的電荷和光學特性。
41.按照權利要求40的方法，其中每根纖維(10)中的電泳粒子(24，26)是黑色和白色帶電粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有與白色粒子(24)相反的電荷。
42.按照權利要求35到41的任一項的方法，其中每根纖維(10)中的外導體(20)基本上是光透明的。
43.按照權利要求35到42的任一項的方法，其中每根纖維(10)中的部件是可彎曲的，這樣，纖維(10)適合於在可彎曲的顯示裝置(22)中使用。
44.按照權利要求35到43的任一項的方法，其中每根纖維(10)中的內導體(12)包括可彎曲的棒，它包括一種或多種金屬、導電聚合物、和用導電材料塗敷的聚醯胺。
45.按照權利要求35到44的任一項的方法，其中每根纖維(10)具有基本上圓形的截面，其內導體(12)、光導體(18)、電光材料(16)的體積(14)、和外導體(20)基本上是同圓心的。
全文摘要
一種纖維(10)包括內導體(12)、電光材料(16)的體積(14)、外導體(20)、和在內導體(12)與外導體(20)之間的光導體(18)。電光材料(16)的體積(14)包括電泳的、黑色和白色帶電粒子(24，26)的囊體，黑色粒子具有與白色粒子相反的電荷。纖維的部件是可彎曲的，使得纖維適合於在可彎曲的顯示裝置中使用。
文檔編號D02G3/00GK101019070SQ200580030471
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月9日 優先權日2004年9月11日
發明者M·吉利斯, L·J·M·施蘭根, E·休特馬, M·克蘭斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司