專利名稱：半透半反轉換顯示器裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種顯示器裝置，它可以在反射模式或透射模式中被操作并具有用于調制光線的像素元件。
背景技術：
在反射模式或透射模式中被操作的顯示器裝置是公知的。例如，半透半反LCD在兩個不同模式中被操作，即，當用設置在顯示器后面的背光照亮顯示器時的透射模式，以及當環(huán)境光照亮顯示器時的反射模式。半透半反LCD顯示器的缺點在于其有限的亮度。這是因為LCD顯示器的像素元件通常被分成反射和透射部分，因而這兩個部分都具有小孔徑。半透半反LCD顯示器至多只具有反射型LCD的一半反射度以及透射型LCD的一半亮度。而且，顯示器的單元間隙不能在反射和透射模式中同時達到最佳，這進一步減小了亮度。另外，傳統(tǒng)LCD顯示器使用偏振器，這會使透射光的強度減小1/2。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是提供一種顯示器裝置，它的亮度提高了。為了達到這個目的，本發(fā)明提供一種如權利要求1所述的顯示器裝置。
由于半透半反LCD的結構，各像素的像素表面區(qū)域至多只有一半參與反射光線，而另一半能透射光線。因為使用了全像素表面，轉換顯示器裝置原本比半透半反LCD亮兩倍。這種轉換顯示器具有更高的亮度，因為不需要偏振器。
在從屬權利要求中描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
US5905590公開了轉換反射鏡顯示器。這種顯示器包括含有釓或其它三價金屬的氫化物轉換反射鏡薄膜。通過氫的交換，轉換薄膜能可逆地從透明狀態(tài)經由中間黑色吸收狀態(tài)轉換至零透射的類反射鏡狀態(tài)(mirror-like state)。轉換薄膜包含在位于透明基質上的疊層當中。通過在轉換薄膜上制造圖案并為圖案化的轉換薄膜提供透明電極，可以生產出薄形顯示器。
但是，US 5 905 590沒有公開通過對轉換薄膜施加特定的表面電荷密度可以得到具有改進亮度的半透半反顯示器。
下面結合后文所述的實施例說明本發(fā)明的這些和其它方面。


圖1A、1B是現(xiàn)有技術的轉換反射鏡顯示器的疊層的剖面圖；圖2是現(xiàn)有技術的轉換反射鏡顯示器的像素元件的剖面圖；圖3A、3B表示本發(fā)明的轉換反射鏡顯示器的疊層；圖4是本發(fā)明的轉換反射鏡裝置的像素的剖面圖；圖5A，5B，5C示意性地表示了本發(fā)明裝置的各種實施例。
基本上，相同的附圖標記表示相同的元件。
具體實施例方式
圖1A、1B是現(xiàn)有技術的轉換反射鏡裝置的剖面圖。層厚度不是按比例制圖的。該裝置包括透明玻璃板1，用諸如真空蒸發(fā)、濺射、激光消融(laser ablation)、化學汽相沉積或電鍍這樣的傳統(tǒng)方法把疊層設置在該玻璃板上。疊層包括LMgHx的層3(L是從元素周期表中選出的鑭系元素或者Y，Sc或Ni)，作為轉換薄膜，厚度約為200nm；鈀層5，厚度約為5nm；離子傳導(ion-conducting)電解質層7，厚度為0.1-10μm；以及氫存儲層9。
就所關心的光學特性和轉換時間而言，GdMgHx是很適合的轉換材料，但也可以使用其它三價鎂-鑭合金。轉換薄膜3能在低氫(x＜～2)成分和飽和的高氫(x～5)成分之間可逆地轉換。在中間的H成分處，薄膜的吸收程度不同。實際上，薄膜主要在2.5＜x＜4.5范圍內的氫密度上表現(xiàn)為吸收。各種成分具有不同的光學性能。氫的含量低，薄膜就具有金屬特性并且是不透明的。那么薄膜就像反射鏡一樣反射光線。氫的含量高，薄膜3是半導體并且是透明的，而在中等氫濃度時，轉換薄膜是吸收的。
鈀層5用于增加氫化或非氫化的比率，從而增加轉換速度。也可以使用其它電子催化金屬或合金，例如鉑或鎳。另外，該金屬層保護下面的轉換薄膜3以抵抗電解質的侵蝕。鈀層5的厚度可以在2-25nm之間。但優(yōu)選2-10nm的薄層，因為薄膜的厚度決定了轉換裝置的最大透射。
為了起到正確的作用，還需要H存儲層9和H離子傳導電解質層7。良好的H離子傳導電解質是ZrO2Hx。電解質必須是良好的離子傳導體，但它必須是電子的絕緣體以便防止裝置的自身放電。為使裝置簡化，最好使用透明的固體電解質；它們防止密封問題，并使裝置易于操作。
如果需要轉換反射鏡的透明狀態(tài)，WO3是存儲層的良好選擇。
疊層夾在，例如，銦錫氧化物(ITO)的兩個透明導電電極層11、13之間。電極層11、13連接到一個外部電源(未示出)。通過施加直流電流，低氫、類反射鏡成分轉變成透明和中間灰度的高氫成分。如圖1A中虛線所示的那樣，現(xiàn)在裝置是一個透明的窗口。當電流反向時，轉換薄膜3變成低氫狀態(tài)，如圖1B所示，這個狀態(tài)是反射鏡狀且是不透明的。轉換時間可與傳統(tǒng)的電致變色裝置相比。可以在室溫下操作該裝置。一旦反射鏡達到希望的光學狀態(tài)，實際上沒有電流會流過裝置。這意味著該顯示器會以低功率保持信息。
本發(fā)明基于這樣的認識，即轉換反射鏡效應可以有利地用于提供具有改進亮度的半透半反顯示器。有幾個可能的實施例，取決于圖5A，B，C中示意性表示的這些實施例所使用的是三種狀態(tài)(反射，透明，吸收)中的哪一個。反射模式的各種實施例表示在這些附圖的左邊部分中，用L表示，而在右邊部分中示出的是透射模式的各種實施例，用R表示。箭頭表示顯示器各種模式的顯示器內的光路以及像素的狀態(tài)。
在第一實施例中，如圖5A所示，反射模式(L)應用反射及吸收狀態(tài)，而透射模式(R)應用透射及吸收狀態(tài)。在這種方式中，在各種狀態(tài)中都確保了良好的對比度。像素101表示反射狀態(tài)，像素102表示吸收狀態(tài)。
在透射模式(R)中，來自背光110的光被像素104透射，而被像素103吸收。相對于觀看顯示器的人的視點，背光位于像素(101-104)的后面。
如圖5B所示，第二實施例只應用反射及透射狀態(tài)。反射模式(L)應用吸收背景115以產生黑色像素，而像素從反射狀態(tài)101轉換至透射狀態(tài)102。透射模式(R)也應用反射狀態(tài)103及透射狀態(tài)104，其中反射狀態(tài)中的像素阻擋光線產生黑色像素。一些反射回背光區(qū)域的光線被再度利用以進一步增加顯示器的亮度(用虛線箭頭表示)。由于只應用三分之二的像素的轉換狀態(tài)這樣的事實，即，反射及透射狀態(tài)，因而顯示器只需要通過表面密度的兩個數(shù)值來轉換。這會簡化驅動顯示器所需要的電子器件。
在第三實施例中，如圖5C所示，再次應用反射、透明及吸收狀態(tài)。在此情況下，雖然反射模式(L)再次應用反射狀態(tài)101和吸收狀態(tài)102，但透射模式(R)現(xiàn)在應用反射狀態(tài)103及透射狀態(tài)104。反射模式具有和第一實施例中類似的良好性能，但現(xiàn)在可以在透射模式中完全循環(huán)利用反射回背光區(qū)域的光線。這會進一步增加顯示器的亮度。
這在三個實施例需要前漫射薄膜或類似的光學元件，以便在平常使用顯示器時按照需要從反射狀態(tài)轉換成白色狀態(tài)(即，黑/白或具有彩色濾光器的全彩色顯示器)。另外，可以有意地把反射層的結構作得粗糙，以便產生希望的漫反射，從而提供白色或黑色的觀看反射狀態(tài)。
在圖5B和5C所示的實施例中，通過設置反射器的下面、背光的遮蔽罩，或者通過在背光/反射器的區(qū)域增加箔，透射模式(R)中反射光的循環(huán)再利用可以達到最佳。
顯示器的另一個實施例包括一個光傳感器(例如光電二極管，如圖5C中的元件120所示)，它使顯示器根據環(huán)境光線條件在反射模式或透射模式之間轉換，以便達到最佳的亮度、對比度和所需要的電力消耗。
現(xiàn)在轉到圖2，現(xiàn)有技術中轉換反射鏡裝置的問題在于，在像素元件20的可觀看側24，即，觀看顯示器的那側，有源矩陣元件22可以被看到。這個有源矩陣(薄膜晶體管，行，列，存儲電容器等)包括轉換像素元件所必需的電子元件。有源矩陣嵌入嵌入層26，它也包含在像素元件中。有源矩陣與電極層13、15電連接。絕緣層28使有源矩陣元件22與疊層絕緣。
在現(xiàn)有技術的結構中，被有源矩陣占據的表面面積不能用于光有效層3。如果從可見到的一側24看顯示器的話，這減小了顯示器的孔徑(aperture)。具體地，由于驅動電路相當復雜，以及因此而把晶體管制造得相當大以便對付為轉換反射鏡顯示器充電所需的高電流，孔徑相當小。
圖3A、3B表示本發(fā)明的轉換反射鏡顯示器的疊層。在這種情況下，顯示器是從其上設置著疊層的基片的一側24來觀看的。包含著轉換層3的疊層的順序已經被顛倒了。這意味著，以從基片的表面開始的順序，疊層包括存儲氫的第一層9、傳導氫的第二層7、和可轉換層3。
疊層夾在導電電極層11和13之間?？晒廪D換材料3通過改變氫密度而從反射光的狀態(tài)轉換到吸收光的狀態(tài)。在導電層上施加直流電壓改變了氫密度。
在疊層中，第二層包含電解質材料，例如ZrO2Hx，分離層5位于第二層7和可轉換層3之間，而第一層9包含GdMgHx，由于這樣的層而得到了良好結果。
圖4是本發(fā)明的像素元件20的剖面圖。疊層的順序被顛倒(如圖3A、3B中更詳細地表示出的那樣)且轉換層3在有源矩陣元件22上延伸。因而電轉換部件設置在相對于顯示器可觀看側24來說的光轉換材料層的后面。相反地，當轉換層從反射狀態(tài)轉換到吸收狀態(tài)時，有源矩陣元件22不可見。由于有源矩陣元件不再決定反射狀態(tài)中的孔徑，所以顯示器更亮了。
由于不需要轉換反射鏡的透明狀態(tài)，第二LMgHx層可以用作存儲層(L表示Y，Sc或Ni或者從元素周期表中選出的鑭系元素，如Gd)。這樣會產生對稱的裝置，它具有優(yōu)點是裝置可以更薄。
不論是在理論上還是在實驗中，都已經知道，對于100nm的薄Gd40Mg60氫化物層，把所有的氫從一層傳輸?shù)搅硪粚有枰蠹s0.1C/cm2的電荷以便在透明和反射狀態(tài)之間轉換。對于只在反射和吸收狀態(tài)之間轉換的情況，必須傳輸?shù)腍更少(大約需要0.15至0.85C/cm2)。這種電荷密度與層厚度成比例。而且，為了在反射和吸收狀態(tài)之間轉換，所需傳輸?shù)碾姾?H離子)減少了即，轉換所需的電流減少了。
對稱裝置可以應用于只需要在反射和吸收狀態(tài)之間轉換的應用中。如果可觀看側24設有漫射箔，就會提高顯示器的對比度。由于箔的存在，反射狀態(tài)中的轉換反射鏡像素會呈白色，而吸收狀態(tài)中的轉換反射鏡像素會呈黑色。這種類型的顯示器可以用作例如文件閱讀器。該原理與彩色濾光器結合將會產生全彩色文件閱讀器。
總之，本發(fā)明涉及一種顯示器，可以在反射模式或透射模式中工作，并具有高亮度。該顯示器包括具有可轉換層3的像素元件20，該顯示器通過改變可轉換層的氫含量而在反射、透射和吸收狀態(tài)之間轉換。在導電層11、13上施加直流電壓以改變氫含量。這些導電層中間夾持著包含可轉換層3的疊層，該疊層已經被設置在透明基片上。
應當注意到，本發(fā)明不限于上述實施例的說明，本領域普通技術人員可以在不超出所附權利要求之范圍的前提下設計出很多別的實施例。在權利要求中，括號中的任何附圖標記都不應該被認為是對權利要求的限制。動詞“包括”及其動詞變化不排除沒有在權利要求中陳述的那些元件或步驟的存在。
權利要求
1.一種顯示器裝置，可以在反射模式(L)或透射模式(R)中工作，具有用于調制光線的像素元件(101-104)，所述像素元件包括包括轉換層(3)的疊層，該轉換層由把像素元件(101-104)從第一狀態(tài)轉換到第二狀態(tài)的可光轉換材料制成，第二狀態(tài)與第一狀態(tài)不同，第一狀態(tài)和第二狀態(tài)是下述狀態(tài)中的一種反射狀態(tài)、透射狀態(tài)或吸收狀態(tài)；以及用于通過從反射狀態(tài)轉換到非反射狀態(tài)而在反射模式(L)中調制光線、并通過從透射狀態(tài)轉換到非透射狀態(tài)而在透射模式(R)中調制光線的部件，非反射狀態(tài)是透射狀態(tài)或吸收狀態(tài)，而非透射狀態(tài)是反射狀態(tài)或吸收狀態(tài)，用于調制光線的部件包括電轉換部件(22)，該部件通過對轉換層(3)施加基本為-Q的表面電荷密度而將其轉換成透射狀態(tài)、通過對轉換層施加基本為+Q的表面電荷密度而將其轉換成反射狀態(tài)、通過分別對轉換層施加+0.15Q和+0.85Q之間的表面電荷密度而將其轉換成吸收狀態(tài)。
2.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中Q的數(shù)值在每100nm厚度的轉換層(3)為0.05-0.15庫侖/cm2的范圍內。
3.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中，在反射模式(L)中，像素從反射狀態(tài)轉換到吸收狀態(tài)，而在透射模式(R)中，像素從透射狀態(tài)轉換到吸收狀態(tài)。
4.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中，在反射模式(L)中，像素從反射狀態(tài)轉換到透射狀態(tài)，而在透射模式(R)中，像素從反射狀態(tài)轉換到透射狀態(tài)。
5.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中，在反射模式(L)中，像素從反射狀態(tài)轉換到吸收狀態(tài)，而在透射模式(R)中，像素從反射狀態(tài)轉換到透射狀態(tài)。
6.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中疊層設置在基片(1)的表面上，該疊層按照從基片(1)的表面開始的順序包括存儲氫的第一層(9)、傳導氫的第二層(7)、和轉換層(3)，通過改變氫的密度而使可光轉換材料轉換。
7.一種如權利要求1所述的顯示器裝置，其中顯示器包括光傳感器(120)，用于根據環(huán)境光線條件控制顯示器在反射模式(L)和透射模式(R)之間轉換。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示器，可以在反射模式或透射模式中工作，并具有高亮度。該顯示器包括具有可轉換層(3)的像素元件(20)，該顯示器通過改變可轉換層的氫含量而在反射、透射和吸收狀態(tài)之間轉換。在導電層(11、13)上施加直流電壓以改變氫含量。這些導電層中間夾持著包含可轉換層(3)的疊層，該疊層已經被設置在透明基片上。
文檔編號G02F1/155GK1392967SQ01802907
公開日2003年1月22日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權日2000年9月28日
發(fā)明者M·T·約翰森, H·J·科尼利森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司