專利名稱：無源電泳液晶顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種矩陣可尋址顯示裝置，尤其涉及一種適用于無源矩陣尋址的基于 電泳效應的顯示裝置。
背景技術：
無源矩陣尋址顯示器一般包括一對相對的基板，在所述相對的基板的內表面上提 供有行和列帶狀透明電極。夾在基板之間的是能夠在施加的電場下切換光學特性的電光介 質。其間布置有電光介質的行和列帶狀透明電極的交叉點限定像素陣列。通過復用尋 址、在逐行掃描期間實現(xiàn)對整個屏幕的切換以及對每個以電學方式選擇的行電極通過列電 極發(fā)送數(shù)據(jù)電壓來實現(xiàn)整個圖像的形成。由于電光介質的閾值行為，將僅切換在行選擇脈 沖和列數(shù)據(jù)電壓的組合下的沿行電極的被選擇像素。因此在對每個行電極重復該處理的過 程中會建立整個圖像。基于電泳效應的顯示裝置一般包括一對相對的基板，在所述相對的基板的內表面 上提供有透明的電極圖案。夾在基板之間的是其中散布著高散射性或吸收性的微顆粒的不 導電的液體。微顆粒變得帶電荷，且可以通過在電極結構兩端施加適當?shù)碾妶鰜韺⑽㈩w粒 可逆地吸引到顯示器的上表面或下表面。通過具有染料摻雜液體的顏料的顏色對比或通過 懸浮在透明液體中的帶有極性相反的電荷的雙顏料的顏色對比來實現(xiàn)光學對比度。這樣的 顯示器的問題是其缺乏閾值，即顆粒在低電壓下開始移動，且隨著施加更高的電壓其移動 得更快。這使得該技術對于傳統(tǒng)的復用(矩陣尋址)顯示器不適用，該顯示器需要相對尖 銳的閾值以減小串擾。在本受讓人擁有且其全部內容在此通過引用被包括的US2005/0094087中，描述 了一種雙穩(wěn)態(tài)電泳液晶顯示器，其允許以閾值和視頻速率進行切換。這使用使得能夠矩陣 尋址的交疊的透明X-Y電極。在這樣的顯示器中，利用遠/近切換，像素由透明電極的區(qū)域限定，通過透明電極 電場被施加到像素。透明電極衰減透射的光，這限制了亮度。透明電極還具有高電阻率，這會限制簡單 的無源尋址顯示器的尺寸?？梢酝ㄟ^使用例如相同基板上的兩個帶狀電極提供的平面內電 極來改進電泳顯示器的亮度，在所述平面內電極之間顏料在施加的電場下水平地移動。在 這樣的結構中，液體介質是透明的，沒有染料，且提供具有懸浮的顏料的混合物的良好穩(wěn)定 性。US 2005/0275933描述了這樣的電泳裝置，其包括具有平面內電極的基板和沒有電極的 相對基板。對于具有該結構的裝置，難以實現(xiàn)簡單的無源矩陣尋址。US 4，648，956描述了一種電泳顯示器，其中一個基板具有單像素透明顯示電極且 相對的基板具有帶狀集電極。在施加的電壓下，顏料覆蓋具有透明單顯示電極的整個像素 區(qū)域，且該裝置處于OFF(關閉)狀態(tài)。施加適當?shù)牟煌妷阂允沟脦罴姌O之間的間隔 變得透明的方式導致相對側上帶狀集電極上的顏料的聚集。光穿過像素，且因此這確定了裝置的ON(啟動)狀態(tài)。在本受讓人還擁有的US7264851中，描述了一種雙穩(wěn)態(tài)電泳受控向列液晶顯示 器。其使用具有懸浮的固體納米顆粒的液晶和使得能夠進行矩陣尋址的交疊的透明X-Y電 極。通過納米顆粒的極性受控的電泳運動來實現(xiàn)LC的光學上不同的狀態(tài)之間的雙穩(wěn)態(tài)切 換，這穩(wěn)定了在切換的狀態(tài)中LC的排列。一般地，行和列透明電極的交叉點的尺寸決定切 換的像素的尺寸，這提供了光學效果。雙穩(wěn)態(tài)使得切換的像素在零場能夠無限地被保持，直到被適當?shù)碾娦盘柕氖┘佣?改變。由于雙穩(wěn)態(tài)，無源矩陣尋址顯示器原則上使得能夠進行無限復用。這對于這樣的顯 示器潛在地意味著沒有復用像素的數(shù)量的限制且因此沒有顯示器尺寸的限制。然而，顯示像素的透明導電層降低了顯示器的透射率和電阻率(對于長帶的透明 電極其變得顯著)，限制了大面積顯示器的無源矩陣尋址。
發(fā)明內容
在獨立權利要求中詳述了本發(fā)明的各方面。在從屬權利要求中詳述了優(yōu)選特征。本發(fā)明使用具有高導電率且因此允許制造大規(guī)模無源矩陣尋址顯示器的金屬細 線作為行和列電極。切換的像素區(qū)域比金屬線交叉點區(qū)域大得多且可在裸露的透明膜下直 接被觀察，這提高了顯示器亮度。本發(fā)明使得能夠實現(xiàn)具有堆疊的層的全色彩顯示器的設 計。現(xiàn)在將參考以下附圖僅以示例的方式進一步說明本發(fā)明。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的顯示裝置的示意側視圖和平面圖；圖2和圖3是對應于圖1的視圖的視圖，其示出了處于兩個不同的光學狀態(tài)中的
裝置；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置的基板的平面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的顯示裝置的一部分的平面圖；圖6示出了包括圖4的基板的顯示裝置的平面圖；圖7示出了兩個不同的光學狀態(tài)中的圖6的顯示器的照片；圖8-10示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的裝置的與圖4、6和7相對應的視圖；圖11示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的裝置中的切換；圖12是示出場力線的圖1的裝置的像素的示意性側視圖；以及圖13示出了利用兩種帶有極性相反的電荷的顏料顆粒的顏色的根據(jù)本發(fā)明的另 一實施例的顯示器中的像素的切換。
具體實施例方式圖1-3所示的矩陣可尋址顯示裝置包括圍住電泳組成物4的層的兩個相對的單元 壁1。電泳組成物4包括液晶材料，該液晶材料具有散布于其中的精細分割的顆粒5。在該 例子中，顆粒5是顏料顆粒。一個單元壁的內表面帶有多個列(Y)電極2且另一單元壁的 內表面帶有多個行(X)電極3。利用隔離珠10以本質上熟知的方式將所述單元壁1分隔開。行和列電極是精細金屬線，優(yōu)選地具有小于約5 ym的寬度。組合的XY矩陣的線 2、3彼此垂直且適于傳統(tǒng)的無源矩陣尋址。通過對列電極2和行電極3施加電壓來控制裝 置的切換。具有適當幅度和持續(xù)時間的單極脈沖導致顆粒5在列電極2周圍的聚集，在該 例子中是在上基板上。在該第一光學狀態(tài)中(圖2a)電極之間的區(qū)域透射光。具有相反極 性和更低電壓或更短脈沖長度的電脈沖提供到非常不同的第二光學狀態(tài)(圖2b)的切換。 在該第二光學狀態(tài)中，顏料顆粒5散布在行和列電極的交叉點周圍的像素區(qū)域6中且該像 素區(qū)域中的光的透射被阻止。(平面圖中的)像素區(qū)域6顯著大于其內的電極2、3的交叉 點區(qū)域。在不希望被理論限制的情況下，我們認為可通過在圖12中非常近似地示出的精 細導電線的交叉點區(qū)域10周圍的電場9的分布來解釋切換。決定像素區(qū)域6的電場分布 區(qū)域比交叉點區(qū)域10大得多。因此，當具有相當長的持續(xù)時間和適當?shù)碾妷旱拿}沖被施加 到XY線時，顏料顆粒5在具有電場的區(qū)域中移動且(由于長脈沖時間)其最終將被收集在 (在本例中為)相對基板上的線2周圍。具有更短的持續(xù)時間或更低的電壓的相反脈沖將 提供顏料顆粒在相反方向上的遷移。由于是短脈沖，因此顏料顆粒將在精細線2、3的交叉 點之外的某區(qū)域停止移動。換句話說，顏料顆粒5將散布在比交叉點區(qū)域顯著更寬廣的像 素區(qū)域6中。因此，該區(qū)域的透射率將降低且光將被阻止(圖3)。由于LC材料中的電泳效應，這樣的切換是可用的。在其全部內容通過引用被包括 在此的US 2005/0094087中，示出了 LC介質中的電泳效應使得能夠實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)切換、閾值 和快速度。重要的是，該效應的特征是高穩(wěn)定性且提供良好的記憶效應。在本例中，由于記 憶效應，顏料顆粒5不需要像具有各向同性液體的傳統(tǒng)裝置中一樣被堆疊在電極表面上。 LC的彈性和LC分子與顏料顆粒之間的強烈的相互作用提供零場下的良好記憶的狀態(tài)。LC 介質中的電泳效應的該能力是要點，其允許本發(fā)明的裝置的運行。圖4示出針對實驗單元的XY電極配置。X電極基板(圖4a)和Y電極基板(圖 4b)具有間隔不同的平行的金屬線。對于電場的最佳分布和顏料顆粒在像素區(qū)域6中的均 勻散布，可以利用幾個縮短的XY線形成像素(圖5)。這使得像素6更大且減少了尋址線的 數(shù)目。允許像素區(qū)域的完整切換的像素的線尺寸為約30-60 ym。結果，具有1000個單線的 這樣的顯示器的工作區(qū)域將約為6cm。因此，當幾個線被縮短時，這將給出更大的像素和顯 示器的更大的工作區(qū)域。例如，四個縮短的線將給出像素4X60 1^ = 2401! m。結果，具有 1000個線的顯示器將具有24cm的工作區(qū)域。圖4的基板被用在圖6所示的實驗裝置中。電極的寬度約為10 ym。X基板上的 電極之間的間隔約為300 y m而Y基板上的間隔約為30 u m。組合的XY矩陣單元的電極線 彼此垂直。該單元填充有MLC6436-000向列LC (默克公司)，該MLC6436-000向列LC包含 15%的主要尺寸為340nm的Ti02顏料顆粒。通過嵌入電泳混合物中的lOym聚合物隔離珠 來限定單元的厚度。對該單元施加持續(xù)時間為20-100毫秒且幅度為80-150V的單極脈沖。 在該實驗中，X和Y基板上的電極線被縮短。圖7示出了處于不同切換狀態(tài)中的單元的透射率。在幅度為80V且持續(xù)時間為 50-60毫秒的所施加的脈沖下，透射狀態(tài)(圖7a)被實現(xiàn)。通過具有相反極性和更短持續(xù)時 間(20-30毫秒)的脈沖提供到光阻止狀態(tài)(圖7b)的切換。該圖示出了沿X線的局部化切換，然而示出了沿Y線的基本上完整的切換。這可通過X和Y電極之間的不同間隔來解 釋。Y電極具有更短的間隔(30i!m)，且交叉點區(qū)域外的電場分布具有相同的尺寸且覆蓋間 隔區(qū)域。因此在適當?shù)氖┘訄鱿碌念伭项w粒能夠散布在該區(qū)域中。另一方面，X線之間的 間隔更寬得多(約300 u m)，我們可假定電場沒有覆蓋該距離，這限制了顏料顆粒的遷移距罔。電壓和脈沖與遷移距離之間的關系可表示如下t = L2/iiU，其中L是遷移距離，ii是顆粒的遷移率，U是電壓，且t是漂移時間 (即脈沖的持續(xù)時間)。如果假定遷移率 5. 10"6cm2/Vs,根據(jù)L2 = uUt,如果脈沖長度t = 5毫秒，U = 40V,則顆粒將在距離d 30um內 移動。為了研究該假設的正確性，我們使用具有相同的交叉金屬電極線2、3(圖8-9)的 兩個基板做實驗。交替的列電極2通過列母線7被連接在一起，且交替的行電極3通過行 母線8被連接在一起。每個電極2、3的寬度是2i!m且電極間間隔是lOym。以與上述單元 相同的方式組裝該單元。圖10示出了單元中的切換。在本情況下，在整個區(qū)域觀察到切換，因為XY方向上 的間隔相等，并且電場完全覆蓋該距離且將顏料顆粒有效地對稱散布在XY電極的交叉點 周圍。使用兩個顏色的帶有極性相反的電荷的顏料允許實現(xiàn)在兩個顏色之間進行切換 的顯示器。圖13示出了填充有LC MLC6681的單元中的切換，該LC MLC6681包含得到負 電荷的3 %的透明顏料Hostaperm藍B2G-D，和得到正電荷的3 %的透明顏料Hovoperm品 紅E02。通過嵌入混合物中的聚合物隔離珠提供10 ym的單元厚度。顏料顆粒呈現(xiàn)不同的 電荷和遷移率，這使得有可能通過施加具有不同的極性和幅度/長度值的電脈沖來控制切 換。對于一種極性，藍顏料散布在像素區(qū)域中，且品紅顏料顆粒被收集在金屬線周圍，并且 因此像素變?yōu)樗{色。具有不同的幅度/長度的相反極性的脈沖引起藍顏料在金屬線周圍的 聚集且將品紅顏料顆粒散布在像素區(qū)域中。因此像素切換到品紅色。圖13a中示出了兩個 光學狀態(tài)的顯微照片，且圖13b中示意性地示出了切換。具有帶有適當顏色的這樣的雙顏料的兩層的堆疊，即一層中的藍_品紅和第二堆 疊層上的黃_黑，使得能夠以全色彩進行切換。在填充有以下電泳組成物的相似單元中觀察到相同的切換效果，該電泳組成物包 括向列LC和小尺寸納米顆粒(主要尺寸7-40nm)。在這種情況下納米顆粒不產生光學效果， 然而它們穩(wěn)定LC宿主的切換狀態(tài)，這產生了光學效果。圖11示出了在使用MLC6204-000 的混合排列向列(hybrid-aligned nematic,HAN)單元中觀察到的切換，該MLC6204-000具 有3%的二氧化硅納米顆粒R812(主要尺寸7nm)。使用5 y m的聚合物珠限定厚度。以持 續(xù)時間為20-40毫秒和5-10毫秒的80V脈沖驅動該單元。單元被放置在交叉的偏振器之 間且在45°轉向偏振器的軸以得到最大的對比。通過施加20-40毫秒的脈沖來實現(xiàn)光狀態(tài) (圖11a)，在該脈沖下納米顆粒被聚集在電極線周圍。在更短的脈沖下納米顆粒將散布在 金屬線的交叉點周圍的區(qū)域中；該狀態(tài)支持LC分子的垂直排列，其作為交叉的偏振器之間 的暗狀態(tài)(圖lib)被觀察到。為了提供該單元中的適當?shù)墓鈱W切換，可針對LC分子的平面的、垂直配向的或復合的排列來處理具有電極的基板的表面。在使用染料摻雜LC的相似單元中實現(xiàn)了具有高亮度的光學效果的直接觀察。根 據(jù)染料顏色，顯示器提供受納米顆粒穩(wěn)定效應控制的無色透明狀態(tài)和彩色狀態(tài)之間的切換。為了彩色效果，例如，具有3%的二氧化硅顆粒R812(主要尺寸7nm)的LC MLC 6436-000摻雜有1-3%的品紅染料G471、青染料G472或黃染料G232 (來自Hayashibara生 物化學實驗室有限公司)，這因此允許具有品紅色、青色和黃色的顯示。在制定根據(jù)本發(fā)明實施例的實驗單元時使用以下物品向列 LC 具有正介電各向異性 MLC6881, MLC6650, MLC6639, MLC6204-000， MLC6436-000, E7, E63, ZLI2293，染色的黑色 LCZLI4756/2，ZLI4727, ZLI4714/3 (都來自默 克公司)；負介電各向異性 LC ZLI4788-000, MDA-03-4517，MDA-03-4518 ；白色顏料:Ti02 R700, R900 (杜邦)，WP-10S (催化劑&化學實業(yè)有限公司)；著色氧化鐵顏料RP-10S (紅)、BP-10S (黑)、DP-10S (黃)(催化劑&化學實業(yè)有 限公司)；透明顏料 Hostaperm 藍 B2G-D，Hostaperm 品紅 E02，Novoperm 黃 4G(Clariant)；納米顆粒硅膠R812，R106, R974, R972, R104, R504, A380, 0X50，氣相法三氧化二 招(Degussa Huls)。在替代實施例中，可使用透明彩色顏料顆粒，且可堆疊三層，CMY，來提供具有無源 矩陣尋址的全色彩透射顯示器。本發(fā)明使用金屬細線、特別是寬度小于5 ym的線作為行和列X-Y電極，這些線具 有高導電率且因此允許制造大規(guī)模無源矩陣尋址顯示器。切換的像素區(qū)域比金屬線交叉點 區(qū)域大得多且可在裸露的透明膜下直接被觀察，這改進了顯示器亮度。光學透明狀態(tài)和關 閉狀態(tài)之間的切換使得能夠設計具有堆疊的層的全色彩顯示器。此處，冠詞“一”和“一個”用來表示“至少一個”，除非上下文有另外的需要。
權利要求
一種矩陣可尋址的顯示裝置，具有多個像素區(qū)域，該裝置包括兩個相對的單元壁，所述兩個相對的單元壁圍住電泳組成物的層，該電泳組成物包括具有散布于其中的精細分割的顆粒的液晶材料；一個單元壁的內表面上的多個行電極和另一單元壁的內表面上的多個列電極；其中每個行電極在像素區(qū)域內的交叉點區(qū)域處與列電極相交，通過在所述交叉點區(qū)域處在所述電極之間施加適當?shù)碾娒}沖所述像素區(qū)域能夠被從第一光學狀態(tài)切換到第二光學狀態(tài)，所述交叉點區(qū)域小于所述像素區(qū)域；且其中每個電極由金屬制成。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個電極具有寬度且以比所述寬度的兩倍更大的 距離與鄰近的電極間隔開。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個電極具有寬度，且以比所述寬度的五倍更大 的距離與鄰近的電極間隔開。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個電極具有10μ m或更小的寬度。
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中每個電極具有在1-5μ m范圍內的寬度。
6.根據(jù)前述任何一項權利要求所述的裝置，其中相鄰電極之間的間隔在2-300μπι的 范圍內。
7.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中相鄰電極之間的間隔在20-100μ m的范 圍內。
8.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中所述裝置還包括多個X線驅動電路和多個Y線驅動電路，所述多個X和Y線驅動電路分別連接到所述 多個行電極和所述多個列電極，以使得對行電極和列電極同時施加適當?shù)碾妱輰е戮哂?預定值的閾值電壓跨所述電極之間的電泳組成物而被施加。
9.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中所述顆粒具有在I-IOOOnm范圍內的尺寸。
10.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中所述顆粒具有在5-50nm范圍內的尺寸。
11.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中所述顆粒以占液晶材料的重量的 0. 到50%的濃度存在。
12.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中所述顆粒以占所述液晶材料的重量的1-15%的 濃度存在。
13.根據(jù)權利要求11所述的裝置，其中所述顆粒以占所述液晶材料的重量的1-5%的 濃度存在。
14.根據(jù)權利要求9-13中的任一項所述的裝置，其中所述液晶材料能夠在兩個光學 上不同的狀態(tài)之間切換，且其中所述顆粒用來將所述液晶材料穩(wěn)定在所述狀態(tài)的至少之一中。
15.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中所述顆粒是將吸收至少一些波長的可見光的顏 料顆粒。
16.根據(jù)權利要求15所述的裝置，其中所述顏料顆粒是透明的并透射沒有被吸收的可 見光。
17.根據(jù)前述任一項權利要求所述的裝置，其中單元壁上的至少一些相鄰電極被縮短 以提供更大的像素區(qū)域。
18.根據(jù)權利要求17所述的裝置，其中每個單元壁上的至少一些相鄰電極被縮短。
19.一種彩色顯示器設備，包括以堆疊方式布置的多個根據(jù)權利要求16所述的裝置， 在每個裝置中所述顏料顆粒透射不同波長范圍的光。
20.根據(jù)權利要求19所述的設備，包括三個裝置，每個所述裝置透射青色、品紅色和黃 色光中的不同的一個。
全文摘要
一種具有多個像素區(qū)域(6)的矩陣可尋址顯示裝置包括兩個相對的單元壁(1)，所述單元壁圍住包括液晶材料的電泳組成物(4)的層，該液晶材料具有散布于其中的精細分割的顆粒(5)。在一個單元壁的內表面上提供多個行電極(3)且在另一單元壁的內表面上提供多個列電極(2)。每個行電極(3)在像素區(qū)域(6)內的交叉點區(qū)域(10)處與列電極(2)相交，通過在所述交叉點區(qū)域處在所述電極(2、3)之間施加適當?shù)碾娒}沖能夠將所述像素區(qū)域(6)從第一光學狀態(tài)切換到第二光學狀態(tài)。所述交叉點區(qū)域(10)小于所述像素區(qū)域(6)。每個電極(2、3)由金屬制成。
文檔編號G02F1/167GK101960376SQ200880127561
公開日2011年1月26日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權日2008年2月26日
發(fā)明者D·西克哈魯利澤 申請人:惠普開發(fā)有限公司