專利名稱：電泳式多色顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電泳式多色顯示裝置。
電泳式顯示裝置基于荷電的通常受電場影響的彩色粒子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)。對于這些顯示裝置，暗的(有色的)字符可以在明亮(有色)的背景上成像，反之亦然。電泳式顯示裝置引人注目地在代替紙的功能的顯示裝置中使用，并經(jīng)常被稱作“電子紙”或“白紙”應(yīng)用(電子報(bào)紙、電子日記)。
對于移動(dòng)顯示應(yīng)用，電泳式顯示裝置提供有利的性能，包括由于長時(shí)間的圖象穩(wěn)定而引起的相對低的功耗、相對高的白色狀態(tài)的反射率和對比度，和“類似紙的”的光增強(qiáng)可讀性和清晰度。這些反射顯示裝置的光學(xué)性能使得它們對周圍的光強(qiáng)度和方向相對不敏感。電泳式顯示裝置提供實(shí)際上與普通紙一樣寬的視角。性能是這樣的以致于對于許多器件不需要補(bǔ)充照明方案如正面光。
基于裝入微膠囊的電泳油墨的光學(xué)材料已經(jīng)成功地與傳統(tǒng)的α-Si薄膜晶體管(TFT)、在合適的鋼箔上建立的a-Si TFT或有機(jī)TFT集成。材料容易機(jī)械地集成到有源矩陣，與液晶顯示(LCD)器件的單元組裝工藝相比，導(dǎo)致在它們的單元組裝工藝中實(shí)質(zhì)上簡化。在單色電泳式顯示裝置中，例如，涂敷有氧化銦錫(ITO)和電泳介質(zhì)的撓性塑料前板直接層疊到薄膜晶體管底板。在層疊之后，圍繞顯示器的周邊進(jìn)行封邊。原則上，不需要偏振膜、對準(zhǔn)層、摩擦工藝或隔片。
已經(jīng)示出，當(dāng)適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)濾色器陣列并將其集成到顯示裝置中時(shí)，可保留電泳式顯示裝置的許多有利性能。在電泳式多色顯示裝置中，白和暗狀態(tài)的反射率以及色彩飽和度對于照明和觀察條件是相對不敏感的。
已知的電泳多色顯示器的缺點(diǎn)在于電泳式多色顯示器的制造(組裝)相對復(fù)雜。
本發(fā)明的目的是完全或部分地消除上述缺點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，在開頭段落中所述的用于這個(gè)目的一種電泳多色顯示器，包括具有電泳介質(zhì)的多個(gè)單元；
用于選擇單元小組的像素電極；與像素電極相關(guān)的濾色器陣列；在電泳介質(zhì)的同一側(cè)提供的濾色器陣列和像素電極。
發(fā)明者了解到，通過在電泳介質(zhì)的同一側(cè)形成濾色器陣列和像素電極，大大簡化了濾色器陣列相對于像素電極的對準(zhǔn)。以這種方式，電泳式多色顯示裝置的制造(組裝)變得相對簡單。
已知的電泳式多色顯示裝置的布局以隨后的方式典型地形成。在提供有導(dǎo)電層的(塑料)板上，涂敷(一層)電泳介質(zhì)。提供有電泳介質(zhì)的這個(gè)(塑料)板層疊在提供有像素電極的襯底上。通常，這些像素電極形成所謂的有源矩陣襯底的一部分。由于濾色器陣列相對于電泳介質(zhì)的優(yōu)選布置，所以可以從(塑料)板側(cè)觀看已知的電泳式多色顯示裝置。在根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的結(jié)構(gòu)中，濾色器陣列位于顯示裝置的觀察者側(cè)。
由于電泳介質(zhì)的相對不透明的性質(zhì)，阻礙了已知的像素電極和濾色器陣列在電泳介質(zhì)相對側(cè)上的電泳式多色顯示裝置的組裝工藝。電泳介質(zhì)使濾色器陣列相對于像素電極的對準(zhǔn)模糊了。
在根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置中，像素電極和濾色器陣列位于電泳介質(zhì)的同一側(cè)上。像素電極和濾色器陣列相對于電泳介質(zhì)的這種設(shè)置意味著可以從相對側(cè)觀看根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置，如在已知的顯示裝置中一樣。電泳式多色顯示裝置從“有源矩陣”側(cè)觀看。電泳層可設(shè)置在有源矩陣襯底上。在電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例中，電泳層形成在分開的(塑料)膜或板上，進(jìn)一步包括共用電極。
通常，濾色器陣列包括“紅”、“綠”和“藍(lán)”單元，其一起形成了電泳式多色顯示裝置的所謂的“像素”。
為了使電泳式多色顯示裝置的觀看不受干擾，像素電極優(yōu)選是半透明的。優(yōu)選地，像素電極是由氧化銦錫(ITO)或任何合適的透明導(dǎo)電材料制成。
濾色器陣列的單元可以以不同的結(jié)構(gòu)排列。優(yōu)選地，單元以矩陣(具有行和列)的形式排列。單元可以是用于每個(gè)顏色的單獨(dú)的“點(diǎn)”，其中每個(gè)“點(diǎn)”或單元與像素電極對應(yīng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，顏色沿著按像素電極的行的線排列。在根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選的實(shí)施例中，濾色器陣列的每個(gè)單元用像素電極記錄(registerwith)。在根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的可替換優(yōu)選實(shí)施中，濾色器陣列的單元沿著記錄有像素電極的線設(shè)置。另外，彩色單元可以以各種其它方式構(gòu)造，例如以三角形或棱柱形布局。
優(yōu)選地，提供像素電極與具有電泳介質(zhì)的單元緊密接觸。為此，根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，像素電極提供在單元和濾色器陣列之間。如果濾色器陣列位于像素電極和單元之間，則在濾色器陣列上存在不希望的電壓降。
為了改善電泳式多色顯示裝置的反射率，可以在濾色器陣列和像素電極之間應(yīng)用具有低折射率的層。為此，根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，在像素電極和濾色器陣列之間提供具有相對低的折射率的絕緣材料。提供具有低折射率的這種層確保了從電泳介質(zhì)散射回的光以不低于總的內(nèi)部反射的角度進(jìn)入襯底。
優(yōu)選地，絕緣材料選自由氟聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜形成的組。優(yōu)選的絕緣材料是氮化硅、氧化硅、(納米泡沫)聚合物和氣凝膠。這樣的材料具有從1至1.4范圍內(nèi)的折射率。例如，對于氟聚合物，折射率約為1.3。
根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，每個(gè)單元與薄膜晶體管相關(guān)。優(yōu)選地，在半透明正面窗口上提供濾色器陣列和薄膜晶體管，濾色器陣列的元件鄰近薄膜晶體管設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，在像素電極和相應(yīng)的薄膜晶體管之間的電接觸通過在濾色器陣列中的切斷(cut-out)部分提供。當(dāng)像素電極形成在濾色器陣列上時(shí)，像素電極通過在濾色器陣列中開的通孔接觸，該濾色器陣列和像素電極之間具有低折射率材料的層。
根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選的實(shí)施例，特征在于濾色器陣列的單元包括相對低的折射率的材料，該材料的折射率n1i在從1.0≤n1i≤1.5范圍內(nèi)。通過引入具有相對低折射率的材料，可以從單元耦合出更多的光，由此增加電泳式多色顯示裝置的亮度。采用低折射率材料基于以下認(rèn)識，以比總內(nèi)部反射的臨界角更高的角度散射的光不從單元耦合出。通過引入低折射率材料，所謂的臨界角增加了，使得更多的光從單元發(fā)出。
如果與正面窗口表面上的法線的角度超出臨界角θ1a，則入射到單元上的、通過漫散射在已知的電泳式多色顯示裝置中再分布的光不能從正面窗口射出。如果入射的光通量具有光通量Iin，反射的光具有光通量Iout，則在入射光和從單元耦合出的光之間的關(guān)系，在一階近似下給出Iout≤Iin(1-cos(2θla))2]]>在上述式子中，在單元內(nèi)的反射假定為Lambertian。在等式中引入≤符號表示已經(jīng)忽略了附加的菲涅耳損耗。在表I中，對于正面窗口的折射率的不同值已經(jīng)計(jì)算了，在正常狀態(tài)下的反射通量Iout。
表I 對于正面窗口的折射率的不同值的反射通量
對于由玻璃或聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)制成的正面窗口n≈1.5，僅入射光的0.44×Iin被反射。對于由聚碳酸酯制成的正面窗口，n≈1.6，僅入射光的0.39×Iin被反射。
通過引入低折射率材料，更多的光可以從濾色器陣列的單元耦合出。優(yōu)選地，低折射率材料的折射率是n1i≤1.4。
根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例的特征在于，低折射率材料選自由氟聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜形成的組。對于氟聚合物，折射率是大約1.3。根據(jù)表I，對于n≈1.3反射通量增加到0.59×Iin，相對于已知的電泳式多色顯示裝置的增益率為0.59/0.44＝1.34。例如低介電膜含有氟化物如LiF，其具有n≈1.39，或MgF2，其具有n≈1.38。而且已知氟硅酸鹽具有低折射率，例如MgSiF6具有n≈1.35，而K2SiF6具有n≈1.34。納米多孔膜或氣凝膠的折射率可以與1.05-1.1一樣低。對于n≈1.1，在反射通量中的增益約為2。
根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置的優(yōu)選實(shí)施例，其特征在于電泳介質(zhì)存在于微膠囊中。優(yōu)選地，電泳式多色顯示裝置每個(gè)單元包括一個(gè)微膠囊，或者每個(gè)子單元中包含一個(gè)微膠囊。帶電荷的電泳顆?？纱嬖谟谝r底之間的流體中，但是或者電泳介質(zhì)可以有可能存在于微膠囊中，也經(jīng)常稱作微囊密封的電泳介質(zhì)。
參考下面描述的實(shí)施例將會(huì)闡述本發(fā)明的這些和其它方面，它們將會(huì)變得清楚。
在圖中

圖1示出了電泳式多色顯示裝置的一部分的電等效圖；圖2以截面方式示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電泳式多色顯示裝置的許多單元，和圖3A和3B以截面方式示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施例的電泳式多色顯示裝置的單元。
圖僅僅是概略的，并不是按比例繪制的。尤其為了清楚起見，一些尺寸被強(qiáng)烈地夸大了。在圖中相同的元件盡可能地用相同的參考數(shù)字表示。
圖1非常示意性地示出了可應(yīng)用本發(fā)明的電泳多色顯示器件1的部分的電等效圖。它在行或選擇電極7和列或數(shù)據(jù)電極6的交叉區(qū)域包括多個(gè)單元10(圖1中僅示出一個(gè)單元)。在圖1中，編號從1到m的選擇電極7借助行驅(qū)動(dòng)器4連續(xù)地選擇，同時(shí)在圖1中的編號從1到n的數(shù)據(jù)電極6通過數(shù)據(jù)寄存器5提供數(shù)據(jù)。為此，如果必要，在處理器3中首先處理輸入數(shù)據(jù)2。通過連接到處理器3的驅(qū)動(dòng)線8產(chǎn)生在行驅(qū)動(dòng)器4和數(shù)據(jù)寄存器5之間的相互同步。
來自行驅(qū)動(dòng)器4的驅(qū)動(dòng)信號通過薄膜晶體管(TFT)9選擇電極，該薄膜晶體管的柵電極電連接到選擇電極7，且它的源電極電連接到數(shù)據(jù)電極6(稱作有源驅(qū)動(dòng))。在數(shù)據(jù)電極6的信號通過TFT傳送到耦合到漏電極的單元10的像素電極11。單元10的其它電極例如通過一個(gè)(或更多)所謂的共用(反)電極12連接到例如地。在圖1中的例子中，對于一個(gè)單元10僅僅示意性示出了具有像素電極11和共用電極12的這種TFT 9。
薄膜晶體管對根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置并不是必不可少的。當(dāng)在電泳式多色顯示裝置中沒有提供晶體管時(shí)，像素電極是數(shù)據(jù)電極，共用電極是選擇電極。
圖1非常示意性示出了來自濾色器陣列13的三色元件B、G、R。在圖1的例子中，彩色元件B、G、R以線性布局設(shè)置。另外，在濾色器陣列中相應(yīng)的彩色線(color line)設(shè)置在與選擇電極7相同的方向上。在濾色器陣列13中的彩色介質(zhì)可以是例如透光的濾色元件。
彩色濾色器陣列的單元可以以不同的結(jié)構(gòu)排列。該單元可以是用于每個(gè)顏色的單獨(dú)“點(diǎn)”，其中每個(gè)“點(diǎn)”或單元與像素電極對應(yīng)。在另一可選擇的實(shí)施例中，濾色器陣列的每個(gè)單元用像素電極記錄。另外，彩色單元可以以其它方式構(gòu)造，例如以三角形或棱形布局?？蛇x擇地，在濾色器陣列中沿著用像素電極11記錄的線設(shè)置相應(yīng)的彩色線是有利的。
圖2以截面非常示意性并且沒有按比例地示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電泳式多色顯示裝置的許多單元10、10’、10”......。半透明正面窗20提供有薄膜晶體管9、9’、9”的矩陣......。優(yōu)選地，正面窗口20由玻璃或聚(對苯二甲酸乙二醇酯)(PET)制成。在薄膜晶體管9、9’、9”......之間，設(shè)置包括三色元件B、G、R的濾色器陣列13。電泳單元10與彩色元件B相關(guān)，電泳單元10’與彩色單元G相關(guān)，電泳單元10”與濾色器陣列13的彩色單元R相關(guān)。三個(gè)橫向鄰接的單元10、10’、10”、......建立了一個(gè)電泳反射彩色像素。在圖2中也示出了在每個(gè)單元10、10’、10”、......之間的壁24，以象征性地劃分每個(gè)單元的側(cè)部。為了說明的目的示出了這些側(cè)單元壁24，在實(shí)際實(shí)施例中并沒有必要存在。
在圖2中，在濾色器陣列13上提供像素電極11、11’、11”、......。優(yōu)選地，像素電極11、11’、11”、......是半透明的，并且優(yōu)選地是由氧化銦錫(ITO)或任何其它合適的透明導(dǎo)電材料制成。提供有薄膜晶體管9、9’、9”、......陣列的半透明正面窗口20形成了已知的有源矩陣襯底，其用于液晶顯示裝置領(lǐng)域中。
在圖2的例子中，在濾色器陣列13和像素電極11、11’、11’、......之間提供具有相對低的折射率的一層絕緣材料17。絕緣材料17相對低的折射率改善了電泳式多色顯示裝置的反射率。
反電極，所謂的共用電極12提供在單元10、10’、10”、......的電泳介質(zhì)14背離像素電極11、11’、11”、......的一側(cè)。在后板25上提供共用電極12。
在絕緣材料17中提供孔以使得像素電極11、11’、11”、......和相應(yīng)薄膜晶體管9、9’、9”、......之間電接觸。在可選的實(shí)施例中，在像素電極和相應(yīng)薄膜晶體管之間的電接觸通過在濾色器陣列中的切斷部分提供。
與已知的顯示裝置相反，根據(jù)本發(fā)明的電泳式多色顯示裝置從顯示器的有源陣列側(cè)觀看。
圖3A以截面示出了本發(fā)明的另一實(shí)施例的電泳式多色顯示裝置的(單個(gè))單元。在圖3的例子中，在電泳介質(zhì)10和連接到TFT 9的像素電極11之間提供一層低折射率材料27，該TFT鄰接與半透明正面窗20相關(guān)的三個(gè)彩色元件的其中一個(gè)(“B”)設(shè)置。在后板25上提供共用電極12。
在可替換的實(shí)施例中，在半透明正面窗口和與半透明正面窗口相關(guān)的開關(guān)電極之間提供低折射率材料。優(yōu)選地，開關(guān)電極的厚度小于或等于光的波長。
通過添加一層或多層具有低折射率的材料，改善了電泳式多色顯示裝置的亮度。低折射介質(zhì)的折射率越與空氣的折射率匹配，就越能實(shí)現(xiàn)更高的亮度改善。優(yōu)選地，低折射率材料27的層的折射率是n1i≤1.4?？傻玫皆谙Ｍ恼凵渎史秶鷥?nèi)的材料。優(yōu)選地，低折射率材料27選自由氟聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜組成的組。對于氟聚合物折射率約為1.3，然而納米多孔膜或氣凝膠的折射率約為1.1。例如以氟化物形成的低介電膜如LiF，其具有n≈1.39或MF2具有n≈1.38。另外，已知氟硅酸鹽具有低的折射率，例如MgSiF6具有n≈1.35，而K2SiF6具有n≈1.34。納米多孔膜或氣凝膠的折射率可以與1.05-1.1一樣低。
圖3B以截面示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電泳式多色顯示裝置的單元。在圖3B的例子中，單元10包括具有低折射率材料(在圖3B中用參考數(shù)字”10+27”表示)的低折射率材料27。
應(yīng)該注意到上述實(shí)施例說明而不是限制本發(fā)明，在不脫離附加的權(quán)利要求的條件下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以設(shè)計(jì)許多可替換的實(shí)施例。在該權(quán)利要求中，任何放置在括號中的參考符號不應(yīng)該解釋成限制該權(quán)利要求。使用動(dòng)詞“包括”和其結(jié)合沒有排除存在除了在權(quán)利要求中所述之外的其它元件或步驟。在元件前的不定冠詞“一”并沒有排除存在多個(gè)這樣元件。本發(fā)明可以通過包括幾個(gè)明顯元件的硬件實(shí)施，以及通過適當(dāng)編程的計(jì)算機(jī)實(shí)施。在枚舉幾個(gè)裝置的裝置權(quán)利要求中，這些裝置的幾個(gè)可以通過同一硬件實(shí)施。在相互不同的從屬權(quán)利要求中引用了某些措施的事實(shí)，并不表示為了優(yōu)點(diǎn)不能使用這些措施的組合。
權(quán)利要求
1.一種電泳式多色顯示裝置，包括具有電泳介質(zhì)(14)的多個(gè)單元(10、10’、10”、……)；用于選擇單元小組的像素電極(11、11’、11”、……)；與像素電極(11、11’、11”、……、)相關(guān)的濾色器陣列(13)；濾色器陣列(13)和像素電極(11、11’、11”、……)提供在電泳介質(zhì)(14)的同一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于單元(10、10’10”……)依照矩陣排列，并且濾色器陣列(13)的每個(gè)單元(10、10’10”……)利用像素電極(11、11’、11”、……)記錄。
3.如權(quán)利要求1中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于單元(10、10’、10”、……)依照矩陣排列，并且濾色器陣列(13)的單元(10、10’、10”、……)沿著利用像素電極(11、11’、11”、……)記錄的線設(shè)置。
4.如權(quán)利要求1、2或3中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于，在單元(10、10’、10”、……)和濾色器陣列(13)之間提供像素電極(11、11’、11”、……)。
5.如權(quán)利要求1、2或3中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于，在像素電極(11、11’、11”、……)和濾色器陣列(13)之間提供具有相對低折射率的絕緣材料(17)。
6.如權(quán)利要求5中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于，絕緣材料(17)選自由氟聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜形成的組。
7.如權(quán)利要求5中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于絕緣材料(17)選自由氮化硅、氧化硅、聚合物和氣凝膠形成的組。
8.如權(quán)利要求1、2或3中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于每個(gè)單元(10、10’、10”、……)與薄膜晶體管(9、9’、9”、……)相關(guān)。
9.如權(quán)利要求8中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于，在半透明正面窗口(20)上提供濾色器陣列(13)和薄膜晶體管(9、9’、9”、……)，濾色器陣列(13)的元件鄰近薄膜晶體管(9、9’、9”、……)設(shè)置。
10.如權(quán)利要求8中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于，在像素電極(11、11’、11”、……)和相應(yīng)的薄膜晶體管(9、9’、9”、……)之間的電接觸通過濾色器陣列(13)中的切斷部分提供。
11.如權(quán)利要求1、2或3中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于單元(10、10’、10”、……)包括具有在從1.0≤n1i≤1.5的范圍內(nèi)的折射率n1i的低折射率材料(27)。
12.如權(quán)利要求11中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于低折射率材料(27)的折射率是n1i≤1.4。
13.如權(quán)利要求11中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于低折射率材料(27)選自由氟聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜形成的組。
14.如權(quán)利要求1、2或3中所述的電泳式多色顯示裝置，特征在于電泳介質(zhì)(14)存在于微膠囊中。
15.如權(quán)利要求14中所述的電泳式多色顯示裝置，每個(gè)單元具有一個(gè)微膠囊或每個(gè)子單元具有一個(gè)微膠囊。
全文摘要
電泳多色顯示裝置具有多個(gè)單元(10、10’、10”、……)，該單元具有電泳介質(zhì)(14)和用于選擇單元小組的像素電極(11、11’、11”、……)。濾色器陣列(13)與像素電極相關(guān)。濾色器陣列(13)和像素電極提供在電泳介質(zhì)(14)的同一側(cè)。優(yōu)選地，濾色器陣列(13)的單元(10、10’、10”、……)依照矩陣排列，并沿著用像素電極(11、11’、11”、……)記錄的線布置。優(yōu)選地，在像素電極(11、11’、11”、……)和濾色器陣列(13)之間提供具有相對低折射率的絕緣材料(17)。優(yōu)選地，絕緣材料(17)選自由氟(fluor)聚合物、低介電無機(jī)膜和低介電納米多孔膜組成的組。
文檔編號G02F1/167GK1751263SQ200480004598
公開日2006年3月22日 申請日期2004年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月20日
發(fā)明者M·T·約翰遜, A·V·亨澤恩, H·J·科內(nèi)里斯森 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司