專利名稱：電光顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電光顯示裝置，其包括一半透明前壁和至少一個(gè)像素，該像素具有電光介質(zhì)的，散射介質(zhì)和與前壁關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極，以及可使像素處于不同光學(xué)狀態(tài)的驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
電光顯示裝置的一個(gè)例子是電泳顯示裝置。電泳顯示裝置基于帶電的通常是著色粒子在電場的影響下在具有不同透射率或反射率的兩個(gè)極端狀態(tài)之間的運(yùn)動(dòng)。對(duì)于這些顯示裝置，可在亮(有色)背景上成像暗(有色)字符，反之亦然。電泳顯示裝置特別應(yīng)用于取代紙張功能的顯示裝置中，通常稱作“電子紙”或“白底(paper white)”裝置(電子報(bào)紙，電子雜志)。
本發(fā)明權(quán)利要求或說明書中所用的用語“開關(guān)電極”并不排除如果需要的話將電極分成多個(gè)子電極，通過外部或者通過開關(guān)元件向其輸送一個(gè)相同的電壓。
在已知的電泳顯示裝置中，電泳介質(zhì)設(shè)置在兩個(gè)開關(guān)電極之間，其中一個(gè)開關(guān)電極與前壁關(guān)聯(lián)，另一個(gè)通常與后壁關(guān)聯(lián)。在操作過程中，為所述開關(guān)電極提供驅(qū)動(dòng)電壓，從而使像素處于兩個(gè)(極端)光學(xué)狀態(tài)。其中一個(gè)開關(guān)電極為，例如處于像素或顯示元素前壁上的兩個(gè)相互連接的窄導(dǎo)電條。當(dāng)該開關(guān)電極上相對(duì)于覆蓋顯示元件整個(gè)底面的底部電極為正電壓時(shí)，帶電粒子(例如帶負(fù)電)向兩個(gè)相交窄導(dǎo)電條限定的電勢平面運(yùn)動(dòng)。帶(負(fù))電粒子擴(kuò)散到像素的前表面上，該像素呈現(xiàn)出該帶電粒子的顏色。當(dāng)該開關(guān)電極相對(duì)底部電極為負(fù)電壓時(shí)，帶(負(fù))電粒子擴(kuò)散到像素的后壁上，該像素呈現(xiàn)出液體的顏色。
電泳顯示裝置提供實(shí)際上與普通紙張一樣寬的視角。通過顯現(xiàn)出散射(白)或吸收(黑)粒子或者具有白散射粒子的暗吸收液體(墨水)，獲得對(duì)比度，實(shí)現(xiàn)這種寬視角。在所有情況下，入射光(定向或漫射)將被粒子散射到所有方向。在獲得優(yōu)異視角的同時(shí)，缺陷在于還導(dǎo)致亮度損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于全部或部分地消除上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，開頭段落中所述種類的電光顯示裝置用于這一目的，其特征在于像素包括折射率n1i處于1.0≤n1i≤1.6范圍內(nèi)的低折射率材料。
通過采用低折射率材料，可將更多的光耦合出像素，從而增大電光顯示裝置的亮度。本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，即以高于全內(nèi)反射極限角的角度散射的光，不能被耦合出像素。通過采用低折射率材料，增大極限角，可從像素發(fā)射出更多的光。
在已知的電光顯示裝置中，入射到像素上的光通過漫散射重新分布，如果與前壁表面上法線的夾角超過極限角θ1a，則光不能從前壁射出。如果入射光通量為Iin，并且反射光的光通量為Iout，則在一階近似下，入射光與耦合出像素的光之間的關(guān)系為Iout≤Iin(1-cos(2θla))2]]>在上述公式中，假定像素中的反射為朗伯反射(Lambertian)。公式中的≤符號(hào)用于表示忽略了附加的菲涅耳損耗。在表I中，對(duì)于前壁的多種折射率值，計(jì)算正常條件下的反射通量Iout。
表I對(duì)于前壁的多種折射率值的反射通量。

對(duì)于玻璃或聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(Poly(Ethylene Terephthalate))(PET)制成的前壁，n≈1.5，并且僅反射0.44×Iin的入射光。對(duì)于聚碳酸酯制成的前壁，n≈1.6，且僅反射0.39×Iin的入射光。
通過采用低折射率材料，可將更多的光耦合出像素。優(yōu)選，低折射率材料的折射率為n1i≤1.4。
根據(jù)本發(fā)明的電光顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，從氟聚合物(fluor-polymer)、低介電無機(jī)膜和低介電毫微多孔膜組成的組中選擇低折射率材料。對(duì)于氟聚合物，折射率近似為1.3。根據(jù)表I，對(duì)于n≈1.3，反射通量增大到0.59×Iin，相對(duì)于已知電光顯示裝置，增大倍數(shù)為0.59/0.44＝1.34。低介電膜例如可在氟化物中獲得，如n≈1.39的LiF，或n≈1.38的MgF2。此外已知氟硅化物具有低折射率，例如MgSiF6具有n≈1.35，K2SiF6具有n≈1.34。毫微多孔膜或氣凝膠的折射率低至1.05-1.1。對(duì)于n≈1.1而言，反射通量增大大約2倍。
根據(jù)本發(fā)明的電光顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，電光介質(zhì)為電泳介質(zhì)。優(yōu)選，電光介質(zhì)與散射介質(zhì)一起存在于電泳介質(zhì)中。優(yōu)選，電泳顯示裝置包括多個(gè)分離的電泳子像素。在此情形中，有利于形成子像素，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的所謂的微膠囊。
在根據(jù)本發(fā)明電光顯示裝置的另一優(yōu)選實(shí)施例中，電光介質(zhì)為電致色介質(zhì)。在根據(jù)本發(fā)明電光顯示裝置的又一優(yōu)選實(shí)施例中，開關(guān)電極與電致色介質(zhì)結(jié)合在一起。
在根據(jù)本發(fā)明電光顯示裝置的第一實(shí)施例中，低折射率材料設(shè)置在電光介質(zhì)與同前壁關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極之間。通過在散射介質(zhì)上直接采用低折射率層，以較高角度散射的光，在進(jìn)入前壁時(shí)，首先朝向法線方向衍射，并更有效地從前壁射出。像素將發(fā)射出更多散射光，該電光顯示裝置看起來更加明亮。
在根據(jù)本發(fā)明電光顯示裝置的另一實(shí)施例中，低折射率材料設(shè)置在半透明前壁和與該前壁關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極之間。在本實(shí)施例中，開關(guān)電極直接與電光介質(zhì)接觸。其具有電壓直接施加給電光系統(tǒng)，在低折射率介質(zhì)層上不發(fā)生降落的優(yōu)點(diǎn)。在本發(fā)明中，驅(qū)動(dòng)電壓減小。此外，在該電光顯示裝置中余像充分減小。當(dāng)開關(guān)電極的厚度小于或等于光波長時(shí)(否則散射光將發(fā)生折射，導(dǎo)致TIR)，本實(shí)施例尤為有效。通常，電光顯示裝置中(ITO)開關(guān)電極的厚度遠(yuǎn)小于可見光波長。
在粒子浸入低折射率材料的電泳介質(zhì)的實(shí)施方式中，總顯示出亮度增強(qiáng)，并且電光顯示裝置的亮度充分增強(qiáng)。如果粒子處于低折射率層附近，則亮度增強(qiáng)達(dá)到最大。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，靠近表面粒子(散射介質(zhì))產(chǎn)生散射(即，小尺寸和高散射粒子)。當(dāng)像素處于其最大亮度時(shí)(即，當(dāng)所有白色粒子靠近前壁時(shí))，散射作用最好處于中間灰度級(jí)的像素(白色粒子遠(yuǎn)離表面的位置)的亮度增強(qiáng)更小。
在根據(jù)本發(fā)明電光顯示裝置的第三實(shí)施例中，電光介質(zhì)包括設(shè)置于低折射率材料中的粒子。通過將粒子直接引入低折射率液體中，以更高角度散射的光，在進(jìn)入前壁之前，朝向法線方向衍射，并更有效地從前壁射出。該像素將發(fā)射出更多的散射光，電光顯示裝置看起來更亮。
優(yōu)選，低折射率材料與電光介質(zhì)之間的距離小于或等于可見光波長。在電光顯示裝置的另一優(yōu)選實(shí)施例中，低折射率材料與電光介質(zhì)之間的距離小于或等于500nm。在兩個(gè)實(shí)施例中，可有效地減小全內(nèi)反射(TIR)。


從下面所述的實(shí)施例顯然可以得出本發(fā)明的這些和其他方面，并將參照下面所述的實(shí)施例進(jìn)行說明。
在附圖中圖1表示電光顯示裝置，圖2表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例電光顯示裝置的一個(gè)像素的剖面，以及圖3表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例電光顯示裝置的一個(gè)像素的剖面。
附圖純粹是示意性的并非依照比例繪出。特別是為了清楚起見，大大夸大了某些尺寸。附圖中盡可能用相同附圖標(biāo)記表示相同部件。
具體實(shí)施例方式
圖1示意地表示可應(yīng)用本發(fā)明的電光顯示裝置1的一部分的等效電路。其包括處于行或選擇電極7與列或數(shù)據(jù)電極6相交區(qū)域處的像素10的矩陣。圖1中從1到m編號(hào)的行電極可通過行驅(qū)動(dòng)器4連續(xù)選擇，而圖1中從1到n編號(hào)的列電極可通過數(shù)據(jù)寄存器5提供數(shù)據(jù)。為此，如果需要首先在處理器3中對(duì)輸入數(shù)據(jù)2進(jìn)行處理。通過與處理器3連接的驅(qū)動(dòng)線8，在行驅(qū)動(dòng)器4與數(shù)據(jù)寄存器5之間產(chǎn)生互同步。
來自行驅(qū)動(dòng)器4和數(shù)據(jù)寄存器5的驅(qū)動(dòng)信號(hào)選擇像素10(稱作無源驅(qū)動(dòng))。通常，列電極6獲取關(guān)于行電極7的這一電壓，交點(diǎn)區(qū)域的像素顯示為兩種極端狀態(tài)中的一種(例如黑色或彩色，取決于液體和電光粒子的顏色)。
如果需要，來自行驅(qū)動(dòng)器4的驅(qū)動(dòng)信號(hào)可以通過柵極與行電極7電連接且源極與列電極6電連接的薄膜晶體管(TFT)9選擇圖像電極(稱作有源驅(qū)動(dòng))。列電極6處的信號(hào)經(jīng)由TFT傳輸給像素10的圖像電極，而該圖像電極與TFT的漏極連接。像素10的其他圖像電極例如通過一個(gè)(或多個(gè))公共反電極例如接地。在圖1的例子中，僅示意地表示出對(duì)于一個(gè)像素10的這種TFT9。
圖2示意地表示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例電光顯示裝置的一個(gè)像素10的剖面。像素10包括由例如玻璃或合成材料制成的半透明前壁12。優(yōu)選由氧化銦錫(ITO)制成的開關(guān)電極6，與前壁12關(guān)聯(lián)，在圖2的例子中，開關(guān)電極6設(shè)置在前壁12上。此外，像素10包括設(shè)有至少另一開關(guān)電極7的后壁11。在圖2的例子中，像素10充滿電泳介質(zhì)，例如在本例中包含帶正電白色粒子14的暗懸浮液或液體13。開關(guān)電極6、7與驅(qū)動(dòng)裝置(圖2中未示出)連接，以便獲得像素10的不同光學(xué)狀態(tài)。根據(jù)開關(guān)電極6、7之間的電壓，白色粒子14例如朝向與像素10的前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6移動(dòng)。從觀察方向30觀看時(shí)，此時(shí)像素10具有液體13的顏色(在此情形中為暗或黑色)。改變開關(guān)電極6、7之間的電壓，白色粒子14例如朝向與像素10的后壁12關(guān)聯(lián)的另一開關(guān)電極7移動(dòng)。從觀察方向30觀看時(shí)，此時(shí)像素10具有粒子14的顏色(在此情形中為白色)。圖2中以后一種情形為例。
根據(jù)本發(fā)明的方法，像素10包括折射率n1i處于1.0≤n1i≤1.6范圍內(nèi)的低折射率材料。在圖2的例子中，低折射率材料層21處于電光介質(zhì)與同半透明前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6之間。在另一實(shí)施例中，低折射率材料處于半透明前壁與同該半透明前壁關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極之間。優(yōu)選，開關(guān)電極的厚度小于或等于光波長。
通過在電光顯示器的電光介質(zhì)與前壁之間加入一層或多層低折射率材料，提高電光顯示裝置的亮度。低折射率介質(zhì)的折射率與空氣的折射率越匹配，則實(shí)現(xiàn)的亮度改進(jìn)越大。優(yōu)選，低折射率材料層21的折射率為n1i≤1.5，最好n1i≤1.4。可獲得處于所需折射率范圍內(nèi)的材料。優(yōu)選從氟聚合物，低介電無機(jī)膜和低介電毫微多孔膜組成的組中選擇低折射率材料。對(duì)于氟聚合物而言，折射率近似為1.3，而毫微多孔膜或氣凝膠的折射率近似為1.1。低介電膜例如可在氟化物中獲得，如n≈1.39的LiF，或n≈1.38的MgF2。此外，已知氟硅化物具有低折射率，例如MgSiF6具有n≈1.35，K2SiF6具有n≈1.34。毫微多孔膜或氣凝膠的折射率低至1.05-1.1。
圖2表示若干光線(箭頭表示傳播方向)。入射光線25從像素10的空氣一側(cè)進(jìn)入前壁12，并且在穿過前壁12和低折射率材料21之后，光在電泳液體13中的一個(gè)粒子14(散射介質(zhì))上發(fā)生漫散射。通過在散射粒子14(散射介質(zhì))上直接采用低折射率材料層，通過粒子14以較高角度散射的光，在進(jìn)入像素的前壁12時(shí)首先朝向法線衍射。實(shí)際上更多光線26，26′，...最終從前壁12射出，從而增強(qiáng)電光顯示裝置的像素的亮度。根據(jù)本發(fā)明的方法，實(shí)現(xiàn)具有寬視角和高亮度的電光顯示裝置。
為了使亮度增加最高，低折射率材料21與電光介質(zhì)之間的距離優(yōu)選應(yīng)當(dāng)小于或等于可見光波長。可見光包括電磁光譜中從大約400到780nm的波長范圍?；蛘撸驼凵渎什牧?21)與電光介質(zhì)之間的距離小于或等于500nm。
圖3示意地表示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例電光顯示裝置的像素10的剖面。相同部件被賦予相同附圖標(biāo)記。在圖3的例子中，像素10包括半透明前壁12。開關(guān)電極6設(shè)置在前壁12上。此外，像素10包括設(shè)有至少另一開關(guān)電極7的后壁11。像素10充滿所謂的微膠囊電光介質(zhì)113，113′，...。在本例中，每一個(gè)膠囊113，113′，...包括散射介質(zhì)，例如白色粒子14或黑色粒子15。開關(guān)電極6、7與驅(qū)動(dòng)裝置(圖3中未示出)連接，以便實(shí)現(xiàn)像素10的不同光學(xué)狀態(tài)。根據(jù)開關(guān)電極6、7之間的電壓，白色粒子14例如遠(yuǎn)離與前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，黑色粒子15朝向與像素10的前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6運(yùn)動(dòng)。從觀察方向30觀看時(shí)，此時(shí)像素10顯示出黑色。改變開關(guān)電極6、7之間的電壓，白色粒子14例如朝向與前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，黑色粒子15遠(yuǎn)離與像素10的前壁12關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極6運(yùn)動(dòng)。從觀察方向30觀看時(shí)，此時(shí)像素10顯示出白色。圖3中以后一種情形為例。根據(jù)本發(fā)明該實(shí)施例，微膠囊電泳介質(zhì)113，113′，...還包括低折射率液體?；蛘撸z囊壁由低折射率材料制成。在另一可選的實(shí)施方式中，低折射率材料設(shè)置在膠囊與同像素的前壁關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極之間。
優(yōu)選，電光顯示裝置包括多個(gè)分離的電泳子像素。在此情形中，有利于形成作為本領(lǐng)域中公知的所謂的微膠囊的子像素。這種微膠囊還可以通過產(chǎn)生阻擋層例如聚合物壁而獲得。例如，可采用所謂的軸對(duì)稱排列的微單元。
圖3表示若干光線(箭頭表示傳播方向)。入射光線25從像素10的空氣一側(cè)進(jìn)入前壁12，并且在穿過前壁12之后，光在微膠囊狀電泳介質(zhì)中的一個(gè)粒子14上發(fā)生漫散射。通過結(jié)合使用低折射率材料與電泳介質(zhì)，由粒子14(散射介質(zhì))以較高角度散射的光，在進(jìn)入像素的前壁12之前首先朝向法線衍射。實(shí)際上更多光線26，26′，...最終從前壁12射出，從而增強(qiáng)電泳顯示裝置的像素的亮度。因此，實(shí)現(xiàn)具有寬視角和高亮度的電光顯示裝置。
應(yīng)當(dāng)注意，上述實(shí)施例說明而非限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不偏離所附權(quán)利要求范圍的條件下可以設(shè)計(jì)出多種可選擇的實(shí)施方式。在權(quán)利要求中，置于圓括號(hào)內(nèi)的任何附圖標(biāo)記都不應(yīng)當(dāng)理解為限制該權(quán)利要求。使用動(dòng)詞“包括”及其變形，不排除存在除權(quán)利要求中所述及以外的元件或步驟。元件前面的冠詞“一個(gè)”不排除存在多個(gè)這種元件。本發(fā)明可通過包括數(shù)個(gè)不同元件的硬件，和通過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在列舉出多個(gè)裝置的裝置權(quán)利要求中，可由硬件的同一部件實(shí)現(xiàn)這些裝置中的幾個(gè)。唯一的事實(shí)在于，在互不相同的從屬權(quán)利要求中所引用的某些措施，不表明不能使用這些措施的組合來獲得益處。
權(quán)利要求
1.一種電光顯示裝置，包括半透明前壁(12)，和至少一個(gè)像素(10)，其具有電光介質(zhì)，散射介質(zhì)和與前壁(12)關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極(6)，以及驅(qū)動(dòng)裝置，通過驅(qū)動(dòng)裝置使像素(10)處于不同光學(xué)狀態(tài)，其特征在于像素(10)包括折射率nli處于1.0≤nli≤1.6范圍內(nèi)的低折射率材料(21)。
2.如權(quán)利要求1所述的電光顯示裝置，其特征在于該低折射率材料(21)的折射率為nli≤1.4。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于從氟聚合物，低介電無機(jī)膜和低介電毫微多孔膜組成的組中選擇低折射率材料(21)。
4.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于低折射率材料(21)設(shè)置在開關(guān)電極(6)與電光介質(zhì)之間。
5.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于低折射率材料(21)設(shè)置在開關(guān)電極(6)與半透明前壁(12)之間。
6.如權(quán)利要求5所述的電光顯示裝置，其特征在于開關(guān)電極(6)的厚度小于或等于可見光波長。
7.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于電光介質(zhì)包括低折射率材料的粒子(14；15)。
8.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于低折射率材料(21)與電光介質(zhì)之間的距離小于或等于可見光波長。
9.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于低折射率材料(21)與電光介質(zhì)之間的距離小于或等于500nm。
10.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于該電光介質(zhì)為電泳介質(zhì)。
11.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于電光介質(zhì)與散射介質(zhì)結(jié)合作為電泳介質(zhì)。
12.如權(quán)利要求1或2所述的電泳彩色顯示裝置，其特征在于該電泳介質(zhì)存在于微膠囊中。
13.如權(quán)利要求12所述的電泳彩色顯示裝置，其中每個(gè)像素一個(gè)微膠囊或每個(gè)子像素一個(gè)微膠囊。
14.如權(quán)利要求1或2所述的電光顯示裝置，其特征在于該電光介質(zhì)為電致色介質(zhì)。
15.如權(quán)利要求14所述的電光顯示裝置，其特征在于開關(guān)電極與電致色介質(zhì)結(jié)合。
全文摘要
電光顯示裝置具有半透明前壁(12)和至少一個(gè)像素(10)，該像素具有電光介質(zhì)，散射介質(zhì)(14)和與前壁(12)關(guān)聯(lián)的開關(guān)電極(6)，以及驅(qū)動(dòng)裝置，通過驅(qū)動(dòng)裝置可使像素(10)處于不同光學(xué)狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明，像素(10)包括折射率n
文檔編號(hào)G02F1/167GK1646981SQ03808983
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2003年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月22日
發(fā)明者H·J·科內(nèi)里斯森, M·T·約翰遜 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司