CN1751263A - 电泳式多色显示装置 - Google Patents

Abstract

电泳多色显示装置具有多个单元(10、10’、10”、……)，该单元具有电泳介质(14)和用于选择单元小组的像素电极(11、11’、11”、……)。滤色器阵列(13)与像素电极相关。滤色器阵列(13)和像素电极提供在电泳介质(14)的同一侧。优选地，滤色器阵列(13)的单元(10、10’、10”、……)依照矩阵排列，并沿着用像素电极(11、11’、11”、……)记录的线布置。优选地，在像素电极(11、11’、11”、……)和滤色器阵列(13)之间提供具有相对低折射率的绝缘材料(17)。优选地，绝缘材料(17)选自由氟(fluor)聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜组成的组。

Description

电泳式多色显示装置

本发明涉及一种电泳式多色显示装置。

电泳式显示装置基于荷电的通常受电场影响的彩色粒子在具有不同透射率或反射率的两个极端状态之间的运动。对于这些显示装置，暗的(有色的)字符可以在明亮(有色)的背景上成像，反之亦然。电泳式显示装置引人注目地在代替纸的功能的显示装置中使用，并经常被称作“电子纸”或“白纸”应用(电子报纸、电子日记)。

对于移动显示应用，电泳式显示装置提供有利的性能，包括由于长时间的图象稳定而引起的相对低的功耗、相对高的白色状态的反射率和对比度，和“类似纸的”的光增强可读性和清晰度。这些反射显示装置的光学性能使得它们对周围的光强度和方向相对不敏感。电泳式显示装置提供实际上与普通纸一样宽的视角。性能是这样的以致于对于许多器件不需要补充照明方案如正面光。

基于装入微胶囊的电泳油墨的光学材料已经成功地与传统的α-Si薄膜晶体管(TFT)、在合适的钢箔上建立的a-Si TFT或有机TFT集成。材料容易机械地集成到有源矩阵，与液晶显示(LCD)器件的单元组装工艺相比，导致在它们的单元组装工艺中实质上简化。在单色电泳式显示装置中，例如，涂敷有氧化铟锡(ITO)和电泳介质的挠性塑料前板直接层叠到薄膜晶体管底板。在层叠之后，围绕显示器的周边进行封边。原则上，不需要偏振膜、对准层、摩擦工艺或隔片。

已经示出，当适当地设计滤色器阵列并将其集成到显示装置中时，可保留电泳式显示装置的许多有利性能。在电泳式多色显示装置中，白和暗状态的反射率以及色彩饱和度对于照明和观察条件是相对不敏感的。

已知的电泳多色显示器的缺点在于电泳式多色显示器的制造(组装)相对复杂。

本发明的目的是完全或部分地消除上述缺点。根据本发明，在开头段落中所述的用于这个目的一种电泳多色显示器，包括：

具有电泳介质的多个单元；

用于选择单元小组的像素电极；

与像素电极相关的滤色器阵列；

在电泳介质的同一侧提供的滤色器阵列和像素电极。

发明者了解到，通过在电泳介质的同一侧形成滤色器阵列和像素电极，大大简化了滤色器阵列相对于像素电极的对准。以这种方式，电泳式多色显示装置的制造(组装)变得相对简单。

已知的电泳式多色显示装置的布局以随后的方式典型地形成。在提供有导电层的(塑料)板上，涂敷(一层)电泳介质。提供有电泳介质的这个(塑料)板层叠在提供有像素电极的衬底上。通常，这些像素电极形成所谓的有源矩阵衬底的一部分。由于滤色器阵列相对于电泳介质的优选布置，所以可以从(塑料)板侧观看已知的电泳式多色显示装置。在根据本发明的电泳式多色显示装置的结构中，滤色器阵列位于显示装置的观察者侧。

由于电泳介质的相对不透明的性质，阻碍了已知的像素电极和滤色器阵列在电泳介质相对侧上的电泳式多色显示装置的组装工艺。电泳介质使滤色器阵列相对于像素电极的对准模糊了。

在根据本发明的电泳式多色显示装置中，像素电极和滤色器阵列位于电泳介质的同一侧上。像素电极和滤色器阵列相对于电泳介质的这种设置意味着可以从相对侧观看根据本发明的电泳式多色显示装置，如在已知的显示装置中一样。电泳式多色显示装置从“有源矩阵”侧观看。电泳层可设置在有源矩阵衬底上。在电泳式多色显示装置的优选实施例中，电泳层形成在分开的(塑料)膜或板上，进一步包括共用电极。

通常，滤色器阵列包括“红”、“绿”和“蓝”单元，其一起形成了电泳式多色显示装置的所谓的“像素”。

为了使电泳式多色显示装置的观看不受干扰，像素电极优选是半透明的。优选地，像素电极是由氧化铟锡(ITO)或任何合适的透明导电材料制成。

滤色器阵列的单元可以以不同的结构排列。优选地，单元以矩阵(具有行和列)的形式排列。单元可以是用于每个颜色的单独的“点”，其中每个“点”或单元与像素电极对应。在另一个实施例中，颜色沿着按像素电极的行的线排列。在根据本发明的电泳式多色显示装置的优选的实施例中，滤色器阵列的每个单元用像素电极记录(registerwith)。在根据本发明的电泳式多色显示装置的可替换优选实施中，滤色器阵列的单元沿着记录有像素电极的线设置。另外，彩色单元可以以各种其它方式构造，例如以三角形或棱柱形布局。

优选地，提供像素电极与具有电泳介质的单元紧密接触。为此，根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例的特征在于，像素电极提供在单元和滤色器阵列之间。如果滤色器阵列位于像素电极和单元之间，则在滤色器阵列上存在不希望的电压降。

为了改善电泳式多色显示装置的反射率，可以在滤色器阵列和像素电极之间应用具有低折射率的层。为此，根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例的特征在于，在像素电极和滤色器阵列之间提供具有相对低的折射率的绝缘材料。提供具有低折射率的这种层确保了从电泳介质散射回的光以不低于总的内部反射的角度进入衬底。

优选地，绝缘材料选自由氟聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜形成的组。优选的绝缘材料是氮化硅、氧化硅、(纳米泡沫)聚合物和气凝胶。这样的材料具有从1至1.4范围内的折射率。例如，对于氟聚合物，折射率约为1.3。

根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例的特征在于，每个单元与薄膜晶体管相关。优选地，在半透明正面窗口上提供滤色器阵列和薄膜晶体管，滤色器阵列的元件邻近薄膜晶体管设置。

根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例的特征在于，在像素电极和相应的薄膜晶体管之间的电接触通过在滤色器阵列中的切断(cut-out)部分提供。当像素电极形成在滤色器阵列上时，像素电极通过在滤色器阵列中开的通孔接触，该滤色器阵列和像素电极之间具有低折射率材料的层。

根据本发明的电泳式多色显示装置的优选的实施例，特征在于滤色器阵列的单元包括相对低的折射率的材料，该材料的折射率n_1i在从1.0≤n_1i≤1.5范围内。通过引入具有相对低折射率的材料，可以从单元耦合出更多的光，由此增加电泳式多色显示装置的亮度。采用低折射率材料基于以下认识，以比总内部反射的临界角更高的角度散射的光不从单元耦合出。通过引入低折射率材料，所谓的临界角增加了，使得更多的光从单元发出。

如果与正面窗口表面上的法线的角度超出临界角θ_1a，则入射到单元上的、通过漫散射在已知的电泳式多色显示装置中再分布的光不能从正面窗***出。如果入射的光通量具有光通量I_in，反射的光具有光通量I_out，则在入射光和从单元耦合出的光之间的关系，在一阶近似下给出：

$I_{\mathrm{out}}\≤\frac{I_{\mathrm{in}}(1-\cos \left({2\mathrm{\θ}}_{\mathrm{la}}\right))}{2}$

在上述式子中，在单元内的反射假定为Lambertian。在等式中引入≤符号表示已经忽略了附加的菲涅耳损耗。在表I中，对于正面窗口的折射率的不同值已经计算了，在正常状态下的反射通量I_out。

表I  对于正面窗口的折射率的不同值的反射通量

正面窗口的折射率n	临界角θ1a	反射通量Iout
			1.0	90.0°	1.00Iin
1.1	65.4°	0.83Iin
			1.2	56.4°	0.69Iin
1.3	50.3°	0.59Iin
			1.4	45.6°	0.51Iin
1.5	41.8°	0.44Iin
			1.6	38.7°	0.39Iin

对于由玻璃或聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)制成的正面窗口n≈1.5，仅入射光的0.44×I_in被反射。对于由聚碳酸酯制成的正面窗口，n≈1.6，仅入射光的0.39×I_in被反射。

通过引入低折射率材料，更多的光可以从滤色器阵列的单元耦合出。优选地，低折射率材料的折射率是n_1i≤1.4。

根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例的特征在于，低折射率材料选自由氟聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜形成的组。对于氟聚合物，折射率是大约1.3。根据表I，对于n≈1.3反射通量增加到0.59×I_in，相对于已知的电泳式多色显示装置的增益率为0.59/0.44＝1.34。例如低介电膜含有氟化物如LiF，其具有n≈1.39，或MgF₂，其具有n≈1.38。而且已知氟硅酸盐具有低折射率，例如MgSiF₆具有n≈1.35，而K₂SiF₆具有n≈1.34。纳米多孔膜或气凝胶的折射率可以与1.05-1.1一样低。对于n≈1.1，在反射通量中的增益约为2。

根据本发明的电泳式多色显示装置的优选实施例，其特征在于电泳介质存在于微胶囊中。优选地，电泳式多色显示装置每个单元包括一个微胶囊，或者每个子单元中包含一个微胶囊。带电荷的电泳颗粒可存在于衬底之间的流体中，但是或者电泳介质可以有可能存在于微胶囊中，也经常称作微囊密封的电泳介质。

参考下面描述的实施例将会阐述本发明的这些和其它方面，它们将会变得清楚。

在图中：

图1示出了电泳式多色显示装置的一部分的电等效图；

图2以截面方式示出了根据本发明的实施例的电泳式多色显示装置的许多单元，和

图3A和3B以截面方式示出了根据本发明的另外实施例的电泳式多色显示装置的单元。

图仅仅是概略的，并不是按比例绘制的。尤其为了清楚起见，一些尺寸被强烈地夸大了。在图中相同的元件尽可能地用相同的参考数字表示。

图1非常示意性地示出了可应用本发明的电泳多色显示器件1的部分的电等效图。它在行或选择电极7和列或数据电极6的交叉区域包括多个单元10(图1中仅示出一个单元)。在图1中，编号从1到m的选择电极7借助行驱动器4连续地选择，同时在图1中的编号从1到n的数据电极6通过数据寄存器5提供数据。为此，如果必要，在处理器3中首先处理输入数据2。通过连接到处理器3的驱动线8产生在行驱动器4和数据寄存器5之间的相互同步。

来自行驱动器4的驱动信号通过薄膜晶体管(TFT)9选择电极，该薄膜晶体管的栅电极电连接到选择电极7，且它的源电极电连接到数据电极6(称作有源驱动)。在数据电极6的信号通过TFT传送到耦合到漏电极的单元10的像素电极11。单元10的其它电极例如通过一个(或更多)所谓的共用(反)电极12连接到例如地。在图1中的例子中，对于一个单元10仅仅示意性示出了具有像素电极11和共用电极12的这种TFT 9。

薄膜晶体管对根据本发明的电泳式多色显示装置并不是必不可少的。当在电泳式多色显示装置中没有提供晶体管时，像素电极是数据电极，共用电极是选择电极。

图1非常示意性示出了来自滤色器阵列13的三色元件B、G、R。在图1的例子中，彩色元件B、G、R以线性布局设置。另外，在滤色器阵列中相应的彩色线(color line)设置在与选择电极7相同的方向上。在滤色器阵列13中的彩色介质可以是例如透光的滤色元件。

彩色滤色器阵列的单元可以以不同的结构排列。该单元可以是用于每个颜色的单独“点”，其中每个“点”或单元与像素电极对应。在另一可选择的实施例中，滤色器阵列的每个单元用像素电极记录。另外，彩色单元可以以其它方式构造，例如以三角形或棱形布局。可选择地，在滤色器阵列中沿着用像素电极11记录的线设置相应的彩色线是有利的。

图2以截面非常示意性并且没有按比例地示出了根据本发明实施例的电泳式多色显示装置的许多单元10、10’、10”......。半透明正面窗20提供有薄膜晶体管9、9’、9”的矩阵......。优选地，正面窗口20由玻璃或聚(对苯二甲酸乙二醇酯)(PET)制成。在薄膜晶体管9、9’、9”......之间，设置包括三色元件B、G、R的滤色器阵列13。电泳单元10与彩色元件B相关，电泳单元10’与彩色单元G相关，电泳单元10”与滤色器阵列13的彩色单元R相关。三个横向邻接的单元10、10’、10”、......建立了一个电泳反射彩色像素。在图2中也示出了在每个单元10、10’、10”、......之间的壁24，以象征性地划分每个单元的侧部。为了说明的目的示出了这些侧单元壁24，在实际实施例中并没有必要存在。

在图2中，在滤色器阵列13上提供像素电极11、11’、11”、......。优选地，像素电极11、11’、11”、......是半透明的，并且优选地是由氧化铟锡(ITO)或任何其它合适的透明导电材料制成。提供有薄膜晶体管9、9’、9”、......阵列的半透明正面窗口20形成了已知的有源矩阵衬底，其用于液晶显示装置领域中。

在图2的例子中，在滤色器阵列13和像素电极11、11’、11’、......之间提供具有相对低的折射率的一层绝缘材料17。绝缘材料17相对低的折射率改善了电泳式多色显示装置的反射率。

反电极，所谓的共用电极12提供在单元10、10’、10”、......的电泳介质14背离像素电极11、11’、11”、......的一侧。在后板25上提供共用电极12。

在绝缘材料17中提供孔以使得像素电极11、11’、11”、......和相应薄膜晶体管9、9’、9”、......之间电接触。在可选的实施例中，在像素电极和相应薄膜晶体管之间的电接触通过在滤色器阵列中的切断部分提供。

与已知的显示装置相反，根据本发明的电泳式多色显示装置从显示器的有源阵列侧观看。

图3A以截面示出了本发明的另一实施例的电泳式多色显示装置的(单个)单元。在图3的例子中，在电泳介质10和连接到TFT 9的像素电极11之间提供一层低折射率材料27，该TFT邻接与半透明正面窗20相关的三个彩色元件的其中一个(“B”)设置。在后板25上提供共用电极12。

在可替换的实施例中，在半透明正面窗口和与半透明正面窗口相关的开关电极之间提供低折射率材料。优选地，开关电极的厚度小于或等于光的波长。

通过添加一层或多层具有低折射率的材料，改善了电泳式多色显示装置的亮度。低折射介质的折射率越与空气的折射率匹配，就越能实现更高的亮度改善。优选地，低折射率材料27的层的折射率是n_1i≤1.4。可得到在希望的折射率范围内的材料。优选地，低折射率材料27选自由氟聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜组成的组。对于氟聚合物折射率约为1.3，然而纳米多孔膜或气凝胶的折射率约为1.1。例如以氟化物形成的低介电膜如LiF，其具有n≈1.39或MF₂具有n≈1.38。另外，已知氟硅酸盐具有低的折射率，例如MgSiF₆具有n≈1.35，而K₂SiF₆具有n≈1.34。纳米多孔膜或气凝胶的折射率可以与1.05-1.1一样低。

图3B以截面示出了根据本发明的另一实施例的电泳式多色显示装置的单元。在图3B的例子中，单元10包括具有低折射率材料(在图3B中用参考数字”10+27”表示)的低折射率材料27。

应该注意到上述实施例说明而不是限制本发明，在不脱离附加的权利要求的条件下，本领域的技术人员可以设计许多可替换的实施例。在该权利要求中，任何放置在括号中的参考符号不应该解释成限制该权利要求。使用动词“包括”和其结合没有排除存在除了在权利要求中所述之外的其它元件或步骤。在元件前的不定冠词“一”并没有排除存在多个这样元件。本发明可以通过包括几个明显元件的硬件实施，以及通过适当编程的计算机实施。在枚举几个装置的装置权利要求中，这些装置的几个可以通过同一硬件实施。在相互不同的从属权利要求中引用了某些措施的事实，并不表示为了优点不能使用这些措施的组合。

Claims (15)

1.一种电泳式多色显示装置，包括：

具有电泳介质(14)的多个单元(10、10’、10”、……)；

用于选择单元小组的像素电极(11、11’、11”、……)；

与像素电极(11、11’、11”、……、)相关的滤色器阵列(13)；

滤色器阵列(13)和像素电极(11、11’、11”、……)提供在电泳介质(14)的同一侧。

2.如权利要求1中所述的电泳式多色显示装置，特征在于单元(10、10’10”……)依照矩阵排列，并且滤色器阵列(13)的每个单元(10、10’10”……)利用像素电极(11、11’、11”、……)记录。

3.如权利要求1中所述的电泳式多色显示装置，特征在于单元(10、10’、10”、……)依照矩阵排列，并且滤色器阵列(13)的单元(10、10’、10”、……)沿着利用像素电极(11、11’、11”、……)记录的线设置。

4.如权利要求1、2或3中所述的电泳式多色显示装置，特征在于，在单元(10、10’、10”、……)和滤色器阵列(13)之间提供像素电极(11、11’、11”、……)。

5.如权利要求1、2或3中所述的电泳式多色显示装置，特征在于，在像素电极(11、11’、11”、……)和滤色器阵列(13)之间提供具有相对低折射率的绝缘材料(17)。

6.如权利要求5中所述的电泳式多色显示装置，特征在于，绝缘材料(17)选自由氟聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜形成的组。

7.如权利要求5中所述的电泳式多色显示装置，特征在于绝缘材料(17)选自由氮化硅、氧化硅、聚合物和气凝胶形成的组。

8.如权利要求1、2或3中所述的电泳式多色显示装置，特征在于每个单元(10、10’、10”、……)与薄膜晶体管(9、9’、9”、……)相关。

9.如权利要求8中所述的电泳式多色显示装置，特征在于，在半透明正面窗口(20)上提供滤色器阵列(13)和薄膜晶体管(9、9’、9”、……)，滤色器阵列(13)的元件邻近薄膜晶体管(9、9’、9”、……)设置。

10.如权利要求8中所述的电泳式多色显示装置，特征在于，在像素电极(11、11’、11”、……)和相应的薄膜晶体管(9、9’、9”、……)之间的电接触通过滤色器阵列(13)中的切断部分提供。

11.如权利要求1、2或3中所述的电泳式多色显示装置，特征在于单元(10、10’、10”、……)包括具有在从1.0≤n_1i≤1.5的范围内的折射率n_1i的低折射率材料(27)。

12.如权利要求11中所述的电泳式多色显示装置，特征在于低折射率材料(27)的折射率是n_1i≤1.4。

13.如权利要求11中所述的电泳式多色显示装置，特征在于低折射率材料(27)选自由氟聚合物、低介电无机膜和低介电纳米多孔膜形成的组。

14.如权利要求1、2或3中所述的电泳式多色显示装置，特征在于电泳介质(14)存在于微胶囊中。

15.如权利要求14中所述的电泳式多色显示装置，每个单元具有一个微胶囊或每个子单元具有一个微胶囊。

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