顯示器件的製作方法
2023-04-30 08:58:16 2
專利名稱：顯示器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種包含圖象元件的顯示器件，它在第一支持板與第二支持板之間的空間內具有彼此不可互溶的至少一種第一流體和第二流體，流體之一是導電的或極化的，此器件包含用來產生至少二種不同狀態的裝置。
本發明還涉及到可轉換的漫射器件。
如TFT-LCD那樣的顯示器件被用於膝上計算機和組織器(organizer)中，但在GSM電話中也有日益廣闊的應用。例如，(聚合物)LED顯示器件也被用來代替LCD。
除了迄今很完善的這些顯示效應之外，還涉及到像適合於書面白色(paper white)應用的電泳顯示那樣的其它顯示技術。
漫射器件可以被用於諸如攝影機的一些裝置中。
根據本發明的顯示器件至少具有二種不同的狀態，其中，在第一狀態下一種流體至少鄰接第一支持板，且在第二狀態下另一種流體至少部分地鄰接第一支持板。
本發明基於本發明人發現的所謂層分裂(layer break up)原理，但另一方面可以利用層位移。本發明提供了利用這些原理的新方法。
若例如(第一)流體是(帶顏色的)油，而第二(另一)流體是水，(由於界面張力)就提供了一種雙層系統，它在油層頂部上包含水層。但若電壓被施加在二個層之間，則油層由於靜電力而分裂。由於部分水現在滲透油層，故圖象元件變為部分地透明。
反差受到分裂之後剩餘的(第一)流體((帶顏色的)油)液滴所佔據面積的份額的限制。典型地說，依賴於原來流體層的厚度，實現了25-50％的面積。藉助於施加更高的電壓，此剩餘面積份額能夠被進一步減小，但可能明顯地增加耗散功率。理想地說，可能希望該流體(此時是光吸收的油)所佔據的剩餘面積接近0％。
另一限制是，在分裂時，面積份額被立刻減小到大約50％。因此，很難得到接近100％的面積份額。結果，模擬灰度的實現可能變得困難。
在第一實施方案中，圖象元件對應於被規定的空間(例如一個基本上封閉的空間，且在第二狀態中，另一流體基本上完全鄰接第一支持板。根據本發明的另一種情況，藉助於施加不均勻的電場而得到這種情況。在此情況下，用於層分裂(或位移)的閾值電場僅僅在某些特定地方被超過。在這些地方，將開始油膜分裂(或位移)。可以用幾種方法來得到不均勻的外加電場。
為此目的，在本發明的第一優選實施方案中，使電極與部分第一支持板表面之間的介質層的厚度變化。
在另一實施方案中，電極與部分第一支持板表面之間的介質層具有變化的介電常數。
藉助於增大電場，油膜分裂(或位移)的閾值在支持板的面積內位移，且能夠被控制。這使得也可能實現各個灰度等級。
另一方面，藉助於改變部分第一支持板的浸潤性或第一流體層的厚度，能夠控制油膜分裂(或位移)。
而且，也可能利用電極邊沿處的雜散場分布，或甚至設計提供所希望的不均勻場分布的分段電極。
在根據本發明的另一實施方案中，圖象元件對應於所規定的空間，且在第一狀態中，另一流體層基本上完全鄰接二個支持板。實際上，另一流體層(油層)現在被分成二個子層，可能各自更薄。這使得也可能一方面利用更低的電壓使油膜發生分裂(或位移)。另一方面開創了彩色顯示和實現更多灰度數值的機會。
為此目的，在本發明的優選實施方案中，圖象元件對應於一個被規定的空間，它具有另一壁以將此空間分成至少二個子圖象元件，在第一狀態中，又一個流體層至少部分地在子圖象元件內鄰接第一支持板。藉助子為所述(又)一個流體層提供不同的顏色，得到了彩色顯示。
為了得到在分裂之後被又一種流體佔據的剩餘面積，在第二狀態中，至少另一流體層和又一流體層之一鄰接空間的壁。為了防止二個鄰接壁的子層材料相互混合，此器件最好包含防止部分另一流體層與又一流體層在第二狀態中相互混合的裝置。
參照以下描述的實施方案，本發明的這些和其它的情況是顯而易見的。
在附圖中
圖1是根據本發明的部分顯示器件的示意剖面圖，圖2是根據本發明的部分顯示器件的另一示意剖面圖，圖3是根據本發明的部分顯示器件的示意剖面圖，圖4是根據本發明的部分彩色顯示器件的示意剖面圖，圖5、6、7示出了本發明的其它實施方案，而圖8示出了根據本發明的部分顯示器件的另一示意剖面圖這些圖是示意性的，未按比例繪製。相應的元件通常用相同的參考號來表示。
圖1示出了根據本發明的部分顯示器件1的示意剖面圖。在二個透明襯底或支持板3與4之間，提供了彼此不可互溶的第一流體5和第二流體6。第一流體5例如是類烷屬烴的十六碳烷，或如本實施例中那樣是(矽酮)油。第二流體6是例如導電的或極性的水或鹽溶液(例如KCl在水和乙醇混合物中的溶液)。在第一狀態中，當不施加外加電壓時(圖1a)，流體5和6鄰接例如玻璃或塑料的第一和第二透明支持板3和4。例如氧化銦(錫)的透明電極7和本實施例中的非晶氟聚合物(AF1600)的中間疏水層8，被提供在第一支持板3上。
本發明人已經發現，當電壓被施加時(電壓源9)，層5分裂成小滴珠(圖1b中碎裂的膜)。當電能量增益大於由彎曲表面的產生所造成的表面能損失時，就發生分裂。一個非常重要的情況是觀察到，利用電轉換裝置(電壓源9)得到了連續膜與碎裂膜之間可逆轉換。
此效應能夠被用於電光效應，特別是若帶色的油被用於顯示效應時。利用光學活化的油，例如不透明的或反射性的油，獲得了這種情況。在其它實施方案中，採用了具有光學活化的粒子的流體，即染料材料被溶解在油中。電光效應可以像例如LCD技術那樣用後照光以可穿透的方式被利用，或用(漫射)反射器以反射的方式被利用。
滴珠的尺寸依賴於施加的電壓，這在原理上提供了引入中間透射(或反射)狀態(灰度等級)的可能性。但還發現，在分裂時，面積份額實際上立刻減小到大約50％。因此難以得到50％-100％之間的面積份額。結果，難以實現這一特殊範圍內的任意模擬灰度。
另一方面，反差受到分裂之後得到的滴珠所佔據的面積的份額的限制。在實際電壓(考慮到用IC驅動器來驅動顯示器)下觀察到大約25％的最小面積份額。藉助於施加更高的電壓，能夠進一步減小，但可能會明顯地增大耗散功率，並可能無法使用低電壓IC驅動器。
為此目的，在圖2的實施方案中，中間疏水層8具有彎曲的形式，在中央處厚度最小，確保了圖象元件2的中央處的電場最高。在此情況下，電場以徑向方式變化(由於絕緣體厚度變化)。閾值電場將首先在絕緣體厚度最小的象素中央處被超過。在增大電場時，外加電場等於閾值電場處的位置將向外移動，因而使油向象素側面移動。圖3的示意圖示出了圓形對稱或具有矩形形狀的象素的剖面圖。在第一情況下，油以環狀形狀從象素中央單個點開始被向外推。對於矩形象素，可以設想絕緣體成形為圓柱片，致使油將沿一條線開始分裂，且油以窗簾的方式被推出。
藉助於引入這種層8的彎曲形狀，光吸收油層5被位移到象素內部與光學活化不再相關的位置，在此情況下是被位移到象素的側面(或背面)。低於特定的閾值電場Rt，不發生分裂，而電場高於Rt，則油膜將分裂成滴珠。發現在絕緣體厚度的廣闊範圍(0.3-10微米)內，當電場強度約為每微米3V時，就發生分裂。
在另一實施例中，利用了電極邊沿處的雜散電場分布，即利用了提供所希望的不均勻電場分布的特殊電極結構(分段的，多孔的)。
雖然在本實施例中已經考慮了油的分裂，但相似的討論也適用於基於流體位移的器件。另一方面，不均勻的油層(由於例如體積不足、厚度變化、或接觸角)可以引發油位移(或分裂)。
在油膜分裂的情況下，對於厚的油膜5，油膜的厚度與絕緣體8的厚度相比不再可忽略，且為了得到油膜分裂而需要更高的電壓。因此，此原理被限制在使用薄的膜(直至大約300nm)。對於這種厚度的膜，難以具有足夠的光吸收，這在開通與關斷狀態之間產生降低了的光反差。
在位移的情況下，利用了不均勻的電場分布，它有效地引起了跨越象素的變化的表面張力。現在，藉助於將油移動到表面能最低的位置，整個系統的能量能夠降低，且能夠將油移出視線。對於較厚的油膜以及薄的油膜，此原理在比較低的電壓下有效，這就減輕了對油膜光吸收性的要求。而且，此原理使得能夠實現各種灰度數值。
圖4示出了另一實施方案，它包含在流體(水)6的二側的二個分立的油層5和5』。
藉助於用不同於層8和8』的材料(例如類特氟龍的AF1600)的材料來製造象素壁13，或藉助於用表面能足夠高的材料14一起來提供這些壁13，致使γ水，S＜γ油，水+γ油，S(S表示固體勢壘材料14)，在勢壘材料14上不形成油膜。這意味著無論在第一或第二狀態中，上部油膜5』和下部油膜5決不彼此連接。藉助於利用穿通連接裝置(圖4中的電極12)通過上部(或下部)AF1600層而連接水6，各個層現在能夠被獨立地轉換。實際上，藉助於用電極12將水6接地，並將電壓施加到電極7或電極11，能夠做到這一點。此器件還包含漫射的白色反射器15。圖4中用箭頭16示出了觀察方向。
上述不等式成立的材料的一些例子是聚對二甲苯(parylene)、PMMA(聚甲基甲基丙烯酸酯)、以及玻璃。
藉助於例如引入染料使層5和5』具有不同的顏色，實現了彩色顯示。下面的各個實施例將說這一點。
實施例1-三色顯示在圖5的實施方案中，利用不同的染料，油5具有不同的顏色，從而實現了彩色顯示器。在此實施例中，利用了例如3種油，亦即紅色層5R、綠色層5G、以及藍色層5B，來獲得圖5所示構造的最高可能亮度。單個象素包含黑色吸收器16(背景)以及二個各具有結構與圖4所示可比擬的子象素A和B。頂部上的油層5B在第一狀態中覆蓋各個子象素的一半。藉助於局部修正層8』(AF1600)的表面能，能夠獲得這一點。另一流體(在此情況下是水)被假設處於固定電壓，例如經由電極12處於地電壓(0V)。
為了在此構造中得到紅色象素，紅色油層5R下方的電極17應該被接地(0V)，而綠色油層5G下方的電極18以及藍色油層5B上方的電極11應該藉助於施加電壓V而被激活。綠色層和藍色層將分裂或移動到側面，黑色吸收器16上方的子象素B從而變成透明。結果，由於子象素A看似紅色且子象素B看似黑色，故整個象素將呈現紅色。最大亮度被限制在50％。這一最大亮度相對於最大亮度被限制在33％的具有3個平行象素的構造來說，是一個明顯的改進。
以相似的方式，能夠得到最大亮度為50％的綠色象素和最大亮度為50％的藍色象素。表1給出了施加到電極的電壓與各個原色、黑色、以及白色的最大亮度的總結。
表1藉助於同時反射所有顏色層的光，得到了白色狀態。但白色狀態的顏色分布強烈地依賴於為藍色層5B選擇的尺寸。在上述實施例中，藍色層佔據了象素的一半。結果，綠色和紅色對白色貢獻25％，看似被畸變了。若藍色層覆蓋總面積的33％，則雖然33％的總反射率低，但白色狀態的顏色分布將看似更好。然而，現在藍色狀態將達到33％而不是50％的最大亮度。
圖5所示的構造被選擇作為例子。也可以採用紅色或綠色位於頂部的其它構造。實際上，藉助於選擇頂部上具有最高反射率的顏色，能夠降低由各個顏色佔據面積的不同尺寸和/或眼睛靈敏度的原因所引起的顏色畸變。
實施例2-三色加白色顯示利用白色的油，能夠防止實施例1引起的白色狀態中亮度的變化。例如藉助於在油中散布散射粒子，能夠得到白色的油。
圖6所示的構造利用了這種白色油。以相似於實施例1的方式，藉助於對電極17(油的紅色層5R下方)、電極18(油的綠色層5G下方)、電極19(油的藍色層5B上方)、以及電極20(油的白色層5W上方)提供電壓，得到了不同的顏色。表2給出了結果。
表2如在前述實施例中那樣，若有需要，可以改變顏色順序。而且，當黑色吸收器16被白色反射器代替且子象素B頂部處的油層是黑色的時，能夠得到反射100％的高亮度白色狀態。但在這種構造中，由於處於帶色狀態或白色狀態中的子象素A的貢獻而無法得到滿意的黑色狀態。但這降低了得到的反差。
實施例3-相減色顯示或者如圖7所示，可以利用相減色。若在各個子象素內採用二個油層5，則能夠得到每個子象素一個原色。若固定的相減色濾波器21被提供在頂部上，則得到顯示性能的重要改善。圖7所示的象素由3個子象素A、B、C組成。在各個子象素中，相減色的順序改變，亦即，子象素A為M(深紅色)、C(青色)、Y(黃色)，子象素B為C(青色)、Y(黃色)、M(深紅色)，而子象素C為Y(黃色)、M(深紅色)、C(青色)。
現在也可能在至少二個子象素中形成各個原色。例如在子象素A中，深紅色濾色器部分21M吸收綠色，且(可轉換的)黃色底部油層5Y吸收藍色。若吸收紅色的頂部音色油層5C被轉換到透明狀態，則紅色光被白色背景層(反射器22)反射，子象素A從而將呈現紅色。
以相似的方式，藉助於將底部油層5C轉換到透明狀態，子象素C將呈現紅色。對於子象素B，青色濾色器21C吸收紅色，且若B中的油層5Y和5M都不被轉換到透明狀態，則子象素B呈現黑色。由於各個子象素足夠小，故人類眼睛區分不了單個的響應，整個象素將呈現具有67％的最大亮度的紅色。以相似的方式能夠得到其它的顏色。表3給出了各種顏色和對應的電壓狀態的總結。
表3本發明的保護範圍不局限於所述各個實施方案。例如，層6可以被選擇為散射的(利用TiO2溶液)或反射的(利用適當顏料的溶液)。驅動電壓也可以被電容耦合到各個電極；特別是電容耦合到電極12防止了流體5的退化。若容器中流體的體積由於溫度、壓力、或其它情況而改變，則為了流體的回流或供應，可以組合一個或更多個容器。
最後，圖8示出了一個實施方案，其中，象素壁13不延伸跨越整個象素厚度。看來油膜5非常穩定，隨著象素尺寸的減小，甚至被進一步增強。故在轉換過程中，倘若壁不小於關斷狀態油膜厚度的高度的2倍，則油仍然限制在各個區域中。這意味著一個公共溝道能夠為流體6利用，這就簡化了顯示器的製造和驅動。對流體的單個電接觸則能夠被外部形成。其它的參考號具有與圖4相同的意義。
本發明在於各個新穎的特有特點和各個特有特點的組合。權利要求中的參考號不限制其保護範圍。動詞「包含」及其同義詞的使用不排除權利要求所述之外的元件的出現。元件前面的冠詞「一」的使用不排除多個這種元件的出現。
權利要求
1.一種包含圖象元件的顯示器件，它在第一支持板與第二支持板之間的空間內具有彼此不可互溶的第一流體和至少一種第二流體，第一流體是導電的或極化的，此器件包含用來產生至少二種不同狀態的裝置，其中，流體之一在第一狀態中鄰接至少第一支持板，而在第二狀態中，另一流體至少部分地鄰接第一支持板。
2.根據權利要求1的顯示器件，其中，圖象元件對應於一個被規定的空間，且在第二狀態中，另一流體基本上完全鄰接第一支持板。
3.根據權利要求1或2的顯示器件，此器件包含用來在圖象元件中在部分第一支持板的表面處產生不均勻電場的裝置。
4.根據權利要求3的顯示器件，其中，電極與該部分第一支持板表面層之間的介質層的厚度變化。
5.根據權利要求3的顯示器件，其中，電極與該部分第一支持板表面層之間的介質層具有變化的介電常數。
6.根據權利要求1或2的顯示器件，圖象元件中的器件具有在該部分第一支持板的表面處變化的浸潤性或具有變化的第一支持板厚度。
7.根據權利要求1的顯示器件，其中，圈象元件對應於一個被規定的空間，且在第一狀態中，第一流體層基本上完全鄰接二個支持板。
8.根據權利要求1的顯示器件，其中，圖象元件對應於一個被規定的空間，此空間具有一個將空間分成至少二個子圖象元件的壁，在第一狀態中，鄰接第一支持板的又一流體層至少部分地在二個子圖象元件內。
9.根據權利要求8的顯示器件，其中，第一流體層和又一流體層具有不同的顏色。
10.根據權利要求2、7、或8的顯示器件，其中，在第二狀態中，第一流體層和又一流體層中的至少一個鄰接該空間的壁部分。
11.根據權利要求10的顯示器件，它包含用來防止部分第一流體層和又一流體層在第二狀態中相互混合的裝置。
12.根據權利要求1的顯示器件，它包含用來得到中間狀態的驅動裝置。
13.根據權利要求1的顯示器件，它包含第一襯底側面處的吸收器或反射器。
14.根據權利要求2、7、或8的顯示器件，其中，另一層是散射層或吸收層。
15.根據權利要求2、7、或8的顯示器件，其中，另一層是幾個圖象元件公共的。
16.根據權利要求1的顯示器件，它包含濾色器。
17.一種漫射器件，它具有彼此不可互溶且被限制在第一支持板與第二支持板之間的空間內的第一流體和至少一種第二流體，第一流體是導電的或極化的，此器件包含用來產生至少兩種不同狀態的裝置，其中，流體之一在第一狀態中鄰接至少第一支持板，而在第二狀態中，另一流體至少部分地鄰接第一支持板。
全文摘要
基於層分裂或層位移的顯示器件具有至少二種不同的狀態，其中，一種流體(5)例如油在第一狀態中鄰接至少第一支持板(3)，而在第二狀態中，另一流體(6)至少部分地鄰接第一支持板。在一個實施方案中，圖象元件對應於一個基本上封閉的空間，且在第一狀態中，另一流體基本上完全鄰接二個支持板，並被分成二個子層。這使得有可能一方面利用較低的電壓來使位移發生。另一方面，這開創了彩色顯示器的機會。
文檔編號G09F9/30GK1633622SQ03804131
公開日2005年6月29日 申請日期2003年1月24日 優先權日2002年2月19日
發明者B·J·費斯特拉, R·A·哈耶斯, M·W·J·普林斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司