CN101655632B - 具有拆分电极的液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种光闸，其包括第一电极、第二电极和第三电极，其中第一电极和第二电极通过第三电极相互电容性联接。第一电极和第二电极可以被分段并且各段被分开寻址。在基底的同一侧堆叠有光闸和EL面板的显示器中，有用于操作光闸和EL面板的共同的前电极和分离的后电极。共同的电极是电浮动的，并且后电极通过该共同的前电极相互电容性联接。后电极可以被分段并且各段被分开地寻址。

Description

具有拆分电极的液晶显示器

技术领域

本发明涉及液晶显示器，并且尤其涉及一种具有电极的显示器，该电极被拆分并且电容联接至共同的电极。

背景技术

液晶显示器是电容性结构，该结构在两个电极之间具有电介质(液晶)，所述两个电极中的至少一个是透明的。两个电极通常是透明的，并且典型地由溅射在透明基底上的氧化铟锡(ITO)制成，所述透明基底例如是尺寸稳定的、透明的塑料片材。为了提供图形或文字数字信息，至少一个电极形成图案。通常，这包括丝网印制(screen printing)掩模和蚀刻ITO层。蚀刻是伴随有操纵和废物处理的问题和成本的化学过程。

最近二十年来，称为聚合物分散液晶(PDLC)的一类特殊的材料已经被开发用于显示器；例如，参见美国专利4,992,201(Pearlman)。使用这些材料的装置通过在60至120伏特的峰间值的交流电进行操作，这与以非常低的电压进行操作的较早的液晶材料不同，并且这些装置在不需要偏振器的情况下提供对比度。聚合物分散液晶有时称为“光闸”，并在显示器领域以外的领域具有应用。

美国专利6,842,170(Akins等人)公开了一种与电致发光的(EL)背光和触摸屏结合的液晶显示器。该液晶显示器是键盘的一部分，包含掩膜层，所述掩膜层具有电话机上的按钮(0至9，＊和#)以及其它控制按钮的图像。该专利还公开了液晶显示器和EL背光可以共享共同的基底。

国际公开文献WO 2005/121878公开了在基底的同一侧上的液晶显示器和EL背光，与美国申请公开文献2002/0163606(Kitai等人)一样。在现有技术中已知其它排列，其中装置在基底的相对两侧上；例如，参见美国专利5,121,234(Kucera)和6,441,551(Abe等人)。在现有技术中也已知用于影响光学性能(例如色彩、反射系数和色散)的多种夹层或外层。这些装置典型地从前至后构造，这意味着基底上的第一层是透明的前电极。随后的层覆盖前电极，从而难于与前电极电接触。而且，必须使用总线条以减少从电极至接触点的电阻，尤其对于多段的显示器来说，这样可能引入定位和不均匀厚度的额外问题。

EL装置在几乎任何施加的电压下发光。有用的光量通常需要大于60伏特rms。液晶装置更像是开关：液晶装置直到阈值电压例如达到80伏特rms才改变状态。对于PDLC，电压是10至40伏特rms。响应曲线不是精确的方形(精确的方形由于在整个材料厚度上的电压梯度而是不可能的)，但是当然与EL灯对电压的大致线性响应相比，其变化是较陡峭的；例如，参见美国申请公开文献2006/0250534(Kutscher等人)。

如在’234专利和’551专利中所公开的，在单独的一对电极之间驱动EL和PDLC并不是那么简单。对于某些申请，方案是简单的。向打开的光闸施加足够大的电压会促使EL灯发光。对于多段显示器，例如因为选定传导轨迹的问题，同时驱动EL和PDLC没有简单的方案。

对于特定显示器的技术的选择是平衡竞争利益，其中重要的竞争利益是成本。在移动电话的情况下，选择经常基于假定当移动电话使用时用户将是在室内或至少不直接在阳光下。换言之，因为显示器的可见度依靠发光的背光，所以显示器的内容在明亮的光线下几乎消失了。许多液晶显示器依靠反射的背光。从而，背光随着环境光增加或降低，显示器的内容会保持可见。某些显示器企图通过在背光和液晶模块之间的“透射反射”层最好地用于两种光照情况。

丝网印制和辊式涂布(roll coating)是用于制造EL灯和其它装置的两种已知的工艺。丝网印制的问题是成本和以一件一件的方式处理产品。辊式涂布液晶材料的问题需要提供至第一沉积电极的通路以用于电接触。蚀刻在步骤的数量方面和用于蚀刻的可能环境不友好的材料方面是昂贵的。其它解决方案，例如在美国专利5,821,691(Richie等人)中所公开的解决方案是有用的，但限制第一电极的位置。

在电致发光灯的技术领域中已知通过使用在面板的相对侧上的拆分电极而电容联接到第一沉积电极；例如，参见美国专利2,928,974(Mash)。还已知因为光亮度与面积成比例，所以该方法有问题；例如，参见美国专利5,508,585(Butt)。这样意味着两个或更多的电极必须面积相等，以便使灯的亮度相等(在所有其它因素相同的情况下)。

美国专利6,934,313(Deacon)公开了PDLC材料的光波导管，该光波导管在PDLC材料的一侧上具有两个电极，并在PDLC材料的另一侧上具有第三电极。因为第三电极没有电浮动，所以两个电极并没有通过第三电极相互电容联接。也公开了透明的电极。

由于以上所述，因此本发明的目的是提供一种PDLC光闸，在该PDLC光闸中一个电极被拆分。

本发明的另一目的是提供一种拆分的电极，该拆分的电极电容联接至浮动电极以用于控制PDLC层。

本发明的又一目的是能够辊式涂布光闸的前电极。

本发明的又一目的是提供用于堆叠PDLC层和EL层的共同的、浮动的前电极。

本发明的又一目的是提供用于PDLC层和EL层的电容联接的电极。

本发明的又一目的是提供用于堆叠层中的各层的最优驱动电压，所述堆叠层包括PDLC层和EL层。

本发明的又一目的是简化显示器的结构，所述显示器的一部分是光闸。

本发明的又一目的是在基底的同一侧上提供光闸和EL面板，所述光闸和EL面板具有共同的前电极和分离的后电极。

发明内容

通过本发明实现上述目的，在本发明中光闸包括第一电极、第二电极和第三电极，其中第一电极和第二电极通过第三电极相互电容性联接。第一电极和第二电极可以被分段并且各段被分开寻址。在基底的同一侧堆叠有光闸和EL面板的显示器中，有用于操作光闸和EL面板的共同的前电极和分离的后电极。共同的电极是电浮动的，并且后电极通过该共同的电极相互电容性联接。后电极可以被分段并且各段被分开寻址。

附图说明

通过考虑以下结合附图的详细的说明可以实现对本发明的更彻底的理解，其中：

图1是根据本发明的优选实施例构造的光闸的剖视图；

图2是图1的实施例的示意图；

图3、图4、图5、图6以及图7示出根据本发明构造的装置的操作；

图8是示出PDLC材料层的操作的图表；

图9是根据本发明的优选实施例构造的背光闸的剖视图；

图10是根据本发明的可替代实施例构造的背光闸的剖视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的优选实施例构造的光闸。具体地，光闸10包括透明基底11和位于该基底的一个主要表面之上的透明电极12。位于透明电极12之上的是液晶层13。位于液晶层13之上的是电极15、16和17。电极15和16联接至交流电源18，并且被驱动成具有相反的极性。电极17通过开关19与电极16一样联接至电源18上的同一个端子。

基底11可以是玻璃或任何透明的聚合材料，例如聚碳酸酯或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)。仅要求基底是透明的并且可以用透明的、导电材料的粘附层涂覆。基底11的厚度不重要并取决于应用。透明电极12优选的是氧化铟锡。液晶层13优选的是聚合物分散液晶。

根据本发明的一个方面，层13进行辊式涂布，并且没有形成图案以提供用于与电极12接触的间隙。根据本发明的另一方面，电极12是浮动的；例如，没有至层12的欧姆连接。根据本发明的第三方面，层13的上表面上的电极借助电极12相互电容联接。

图2是图1所示的电路的示意图，与图1相对应的元件具有同样的附图标记。电容器21与电容器22串联联接，所述电容器21包括电极15，所述电容器22包括电极16。电容器23与电容器22并联联接，所述电容器23包括电极17。

在开关19断开的情况下，电容器21和22形成分压器，所述分压器在电容器21和22的连结处(即，在电极12上)产生与电容器21和22的电容之比成反比的电压。仅当这些电容基本相等时，才通过分压器把电源18的电压平分。

如在现有技术中已知的，电容与面积成比例，并且与电容板之间或电极之间的距离成反比。作为第一近似值，假定在给定的电容器中的板的面积是相等的，即使从图1明显看到电极12显著大于其它电极。

已经发现，耦合效应不但可以用于选择切换液晶材料，而且也可以用于从共同的电极控制电致发光层和液晶层二者，由此不需要与显示器中的透明的前电极进行欧姆接触。这样大大减少了显示器的成本，减少了显示器的厚度，并简化了用于显示器的光闸控制光源的结构。这些层可以在基底的同一侧上，由此基底可以是显示器的暴露的外表面。从而避免需要保护层、特殊处理、以及其它问题。

图3是与图1大致相同的有关电的视图，除了共同的电极已经分成若干较小的电连接的电极并且省略了开关19以外。共同的电极是浮动的。为了说明，所有电极假定具有相同的面积。

在图4中，结构已经稍被修改。电极51和53定位低于电极43和41(图3)。这样减少了到电极46和48的距离并且增加了这些电容器的电容。

在图5中，电极51从电极32位移。虽然似乎电场应当从电极51延伸到电极32，但是事实不是这样，至少不是以任何有意义的方式。通过叠加的面积确定电容。与电极51和55相关联的电容远远大于与电极32和55相关联的电极。因而，交流电从电极51流到电极55并从电极56流到电极32(暂且忽略其它电极)。

电极的位移使得产生两个室，即室58和59。例如如果这些室含有空气，则这些室的介电常数相等，并且电极51和55的电容显著大于电极32和56的电容。

在图6中，已经用在电特性方面相同的连续电极61代替分段的下电极。这样简化了视图。在电极32、34与电极51、53之间插置有层63。类似地，在电极51、53和共同的电极61之间插置有层64。

由电极32和61形成的电容器以及由电极34和61形成的电容器具有两种电介质，而由电极51和61形成的电容器以及由电极53和61形成的电容器仅具有一种电介质。如果层63和64的材料相同，则没有影响。如果根据本发明的另一方面，材料不同，则会出现全新的可能情况。

具体地，层63优选是EL层，并且层64优选是PDLC。EL层的介电常数一般小于PDLC的介电常数。从电极51至电极32的路径包括两个电容器和三种电介质。可以如同串联有三个电容器一样来计算压降。

如现有技术中已知的，串联连接的电容器的电容等于各电容的倒数的总和的倒数，如以下方程。

$C=\frac{1}{\frac{1}{C_1}+\frac{1}{C_2}+\frac{1}{C_3}}$

电压按电容的倒数分配。因而，对于相等的面积、相等的介电常数、以及相等的厚度的电容器，各电介质上的压降是相同的。因而，电极51和61上的电压是施加的电压的三分之一，并且电极61和32上的电压是施加的电压的三分之二。随着介电常数、距离以及面积的改变，情况变得更加复杂，但是应用同样的规则。根据本发明，这些规则用于提供新颖的显示器。

例如，在图7中，电极71显著大于电极72、73、或74。这意味着电极71和75之间的电容大于电极73和75之间的电容。在开关76和78闭合的情况下，电极71和75上的电压因此小于电极73和75上的电压。如上所述，液晶材料的作用就象开关一样。因而，电极71和75之间的PDLC的体积保持不透明，由较暗的点所指示，而电极73和75之间的PDLC的体积是透明的。该选择性也应用到电致发光层，该选择性使得能够设计相当复杂的显示器。

图8示出代表性的PDLC材料的层的操作。如由曲线所指示，该材料保持不透明，直到该层上的电压超出某一阈值(例如20伏特rms)为止。然后，层变得基本透明。将电压增加到阈值以上并不显著改变透明度，如通过与虚线进行比较所示。通常透明的材料相反地起作用。

在图7中，某些电极连接至AC电源70的一侧，某些电极连接至另一侧。任何数量的电极都可以联接至AC电源的任一侧。电极通过开关连接至电源70。开关被指示为与各电极串联。实际上，情况可以不是这样的，而取决于显示器的性质。电极选择地进行组合，并不需要包括所有电极。换言之，整组的电极可以按任何数量的次级组进行选择以生产期望的显示器。

虽然给定的设计看起来由显示器的物理结构固定，但是事实不是这样的。一旦显示器被构造，则不能改变间隔或介电常数，但是实际上例如可以通过闭合或断开开关76、77、78和79而选择性地组合面积来改变面积，由此增加电容和减少电压，或者减少电容和增加电压，影响EL层、PDLC层或者两个层。

例如，假定层63是EL层，并且层64是PDLC材料层。闭合开关76和78则可以使层64在电极73的面积(暂且省略电极的相对面积)中变得透明，允许入射光从EL层反射。因而，构造成如图7中所示的结构的装置可以在没有背光的情况下以“日间”模式操作，并且可以在背光的情况下以“夜间”模式操作。

在以下示例中，通过改变面积来实现变化而调节电压。在多段显示器中在没有至前电极的通路的情况下也可以进行这些和许多其它组合。根据本发明简化了结构而且还可以生产高可变的显示器。

假定开关77和79闭合，EL层63在电极72和74下方的区域中发光，并且PDLC层64在电极72和74下方的区域中是透明的。闭合开关76显著增加了电源70左侧的电容(假定如图所示装置具有较大的面积)，减少了电压。电极71和72下方的区域是不透明的。EL层63在电极72下方的区域变暗，并且EL层63在电极74下方的区域变亮。

假定开关77和79闭合，EL层63在电极72和74下方的区域中发光，并且PDLC层64在电极72下面的区域中是透明的。闭合开关78增加了电源70右侧的电容，由此减少了电极74和电极75上的电压，使在电极74的区域中的EL层63变暗，并且使在电极72的区域中的EL层变亮。

依据相对面积，甚至当EL层63中上方的区域发亮时，PDLC层64由于减少的电压也可以是不透明的。因为EL层对电压的相对线性的响应和PDLC层对电压的显著非线性的响应，所以当位于EL层下方的光闸层是不透明时，EL层63的区域可以保持发亮。因而，可以使用电极74或任一电极来改变电极的组或次级组中的其它灯和光闸的净电容。

在没有试图用完所有可能的组合的情况下，操作可以被比作成共同的电极某种程度上用作跷跷板的支点。减少一侧的亮度或不透明度，则增加另一侧的亮度或不透明度。该特征允许从被影响的面积遥控地影响显示器，并且显著地增加显示器的设计灵活性。

图9是本发明的优选实施例的剖视图。在该实施例中，基本结构如图7中所示，并增加了绝缘层81和总线条83、84和85。绝缘层81修改了用于EL灯的电极之间的介电常数，并且可以包括图形，例如图形87。绝缘层81是可选的，并且在没有再形成用于荧光体层或介电层的油墨的情况下提供便利的方式来修改介电常数。绝缘层81也提供增加图形的便利方式。

图10是本发明的可替代实施例的剖视图。图9与图8的不同之处在于绝缘层91的位置。在图8中，绝缘层81是在荧光体层和前电极之间。在图9中，绝缘层91是在介电层与后电极之间。

本发明从而提供PDLC光闸，在该PDLC光闸中一个电极被拆分，并且拆分的电极电容联接至浮动电极。因为电极是浮动的，PDLC层可以被辊式涂布在浮动电极之上，减少了成本，提供了较好的均匀性，并且简化了结构。两层拆分的电极可以分开地控制PDLC层和EL材料层。通过控制电容，可以优化用于PDLC层和EL层的驱动电压。

已经如此说明了本发明，对于本领域的技术人员将明显的是，可以在本发明的范围内进行多种修改。例如，几个实施例并没有详尽地说明电容器的串并联组合，这些组合可以在本发明的实际实施例中执行。虽然说明了在电极方面限定图案，但是除了具有形成图案的电极以外或代替该形成图案的电极，荧光体层可以形成图案(例如，通过丝网印制)。图案中的空隙可以用作“伪”载荷，用于调节电容和电压。

术语表

此处使用的“显示器”是向观众提供视觉形式的信息的装置。

“图形”可以是文本、符号、任意形状、或者它们的某些组合。图形可以是半透明的、漫射的、有阴影的、彩色的、剪影或轮廓，或者它们的某些组合。图形可以是阳性的(白上有黑)或者是阴性的(黑上有白)，其中白色是漫射的、有阴影的，等等。

“荧光体”不限于单一类型的荧光体或掺杂剂，并且不排除用于彩色增强的多层荧光体或染料。

“EL层”是含有荧光体和电介质的层，或者是荧光体和电介质的分离的层。

“EL灯”是厚膜的电容性装置，其包括两个电极之间的EL层，所述两个电极中的至少一个是透明的。当电压施加至电极时，荧光体发亮。“面板”是在共同的基底上的多个EL灯。这些灯可以相互独立地操作或一致地操作。必须使用交流电驱动EL灯。

“厚膜”EL灯指的是一种类型的EL灯，“薄膜”EL灯指的是一种不同类型的EL灯。这些术语仅仅广泛地涉及实际厚度并且实际上识别不同的规定。薄厚膜EL灯在术语上并不矛盾，并且这种灯比薄膜EL灯厚得多。

“不透明”不意味着没有透射光，仅仅是透射的光的量大大减少，例如减少到入射光的百分之十五。

“位于之上”或“位于之下”不意味着定位，而仅仅是说明了材料层的位置，所述材料层的主要表面在接触或未接触的情况下相互面对。这些表面并不一定是平面的。

Claims (14)

1.一种显示器，包括：

光闸，所述光闸包括液晶材料层、第一电极、第二电极和第三电极，其中所述第一电极和第二电极通过所述第三电极相互电容性联接，

其中所述第一电极和所述第二电极位于所述层的第一侧上，并且所述第三电极位于所述层的第二侧上而与所述第一电极和所述第二电极相对，并且

其中所述第一电极和所述第二电极联接到电压源，并且所述第三电极是电浮动的。

2.根据权利要求1所述的显示器，还包括位于所述层的所述第一侧上的第四电极，所述第四电极选择性地联接到所述第一电极和所述第二电极之一。

3.根据权利要求1所述的显示器，还包括透明基底和EL层，其中所述光闸位于所述透明基底之上，所述EL层位于所述液晶材料层之上，所述第一电极位于所述液晶材料层和所述EL层之间，所述第二电极位于所述EL层之上。

4.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第二电极具有多个段。

5.根据权利要求4所述的显示器，其中所述段是可分开寻址的。

6.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第一电极具有多个段。

7.根据权利要求6所述的显示器，其中所述段是可分开寻址的。

8.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第一电极和所述第二电极各自都具有多个段。

9.根据权利要求8所述的显示器，其中所述多个段是可分开寻址的。

10.根据权利要求9所述的显示器，其中选择段的特定组合会使所述EL层的第一区域发光并使所述光闸的相对应区域成为不透明的，由此阻挡来自所述第一区域的光。

11.根据权利要求10所述的显示器，其中选择所述段的特定组合会使所述EL层的第二区域增加亮度并使所述光闸的相对应区域成为透明的。

12.根据权利要求3所述的显示器，其中所述EL层形成图案。

13.根据权利要求3所述的显示器，其中所述第一电极控制所述光闸的不透明度，所述第二电极控制所述EL层的发光。

14.根据权利要求13所述的显示器，其中所述第三电极位于所述透明基底之上，并且所述液晶材料层位于所述第三电极之上。

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