專利名稱：基于電潤濕效應的顯示裝置的制作方法
本申請涉及包括位于第一透明支撐板和第二支撐板之間的空間內(nèi)的互不相融的至少一種第一流體和第二流體的光開關(guān)，該第二流體具有導電性或極性。
本發(fā)明尤其涉及包括具有位于第一透明支撐板和第二支撐板之間的空間內(nèi)的互不相融的至少一種第一流體和第二流體的圖像元素(像素)的顯示裝置，其中第二流體具有導電性或極性。
光開關(guān)可使用在例如顯示應用中的快門應用、控光裝置中，以及可開關(guān)的濾光器中。如果流體是(彩)油且第二流體是水，(由于表面張力)提供了一種包括水層和油層的兩層結(jié)構(gòu)。然而，如果在水和第一支撐板上的電極之間施加電壓，油層由于靜電壓力移開或分解。由于部分水滲透到油層中，圖像元素變?yōu)榘胪该鳌?br> 在PCT申請WO03/00196(PH-NL02.0129)中描述了基于這種原理的顯示裝置。
當應用在反射型顯示中，圖像元素的光學特性依賴非反射狀態(tài)(關(guān)閉狀態(tài))的彩色薄膜的光強，把染料(或者有時為色素)加到油(一般為碳氫化合物，也可能為硅或碳氟化合物)中，以提供有效的光強度。利用電潤濕顯示原理，在反射狀態(tài)(開啟狀態(tài))中的亮度依賴于(下)基板和剩余的油所占據(jù)的部分區(qū)域的散射特性。這表明盡可能的利用少量的油可產(chǎn)生高亮度。然而對比度還依賴在非反射狀態(tài)中的彩色薄膜的光強的強度和均勻性，因而為了高對比度，優(yōu)選厚度大的油層。
本發(fā)明的目的之一是為了至少部分達到上述提到的要求。
為了這個目的，根據(jù)本發(fā)明的光學裝置包括具有染料密度至多為1M(mol/L)的染料的油?？梢钥吹竭@樣的油可用于在上述提到的要求之間達到良好的平衡。例如烷烴的合適的油是基于由非極性染料，例如油藍N(烷基胺替代蒽醌)、融解綠、蘇丹紅和蘇丹黑染色的油。染料的濃度應當超過0.01M以得到優(yōu)良的彩色品質(zhì)。
為了獨立地表征溶液，定義了一個性能系數(shù)為(FoM＝ε.C)，其中，ε表示染料的消光系數(shù)而C表示在第一流體中溶解的染料的濃度。第一流體的層厚為10μm的裝置具有的性能系數(shù)(FoM＝ε.C)優(yōu)選至少為100，更優(yōu)選至少為500和最優(yōu)選至少為1000。
本發(fā)明的這些和其它方面是顯而易見的，并且將通過參考下文描述的實施例，闡明本發(fā)明的這些和其它方面。
附圖中

圖1是顯示裝置的一部分的圖示橫截面，以示出根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置所基于的原理；圖2示出了這種顯示裝置的進一步的圖示橫截面；和圖3是示出了需要達到特定光學活動性標準(吸收率、或者光學密度，A＝1)的性能系數(shù)(FoM＝ε.C)和油膜厚度l的關(guān)系的圖表。
附圖為示意性而非按照比例，相應的元件一般由相同的附圖標記表達。
圖1示出了顯示裝置1的一部分的圖示橫截面，其示出了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置所基于的原理。介于兩透明基板或支撐板3、4之間設有互不相融的第一流體5和第二流體6。第一流體5例如是類似十六烷的烷烴或者是如在這個例子中的彩油。第二流體6具有導電性或極性，例如為水或者鹽溶液(例如水和乙醇的混合物中的KCl溶液)。
在第一狀態(tài)中，當沒有施加外部電壓時(圖1a所示的關(guān)閉狀態(tài))流體5、6鄰接例如是玻璃或塑料的第一和第二透明支撐板3、4。在第一支撐板3上，提供了例如是氧化銦(錫)的透明電極7和中間較少可潤濕的(疏水的)層8，在這個例子中是無定形的含氟聚合物(AF1600)。
當通過互連20、21施加電壓(電源9)時，層5移開或者分裂為小滴(圖1b所示的開啟狀態(tài))。當由于曲面的產(chǎn)生而導致靜電能增益大于表面能量損失時發(fā)生這種情形。作為一個重要方面，可發(fā)現(xiàn)，在覆蓋支撐板3的連續(xù)膜5和鄰接壁2的膜之間的可逆開關(guān)通過電氣開關(guān)裝置(電源9)實現(xiàn)。
圖2圖示了根據(jù)本發(fā)明的顯示裝置的實例，其中位于隔離的圖像元素之間的壁很大程度上為了清楚而省略了。在這個實施例中，像素壁13并不延伸通過整個像素厚度。這種壁可以通過膠版印刷或本領域所知的其它印刷技術(shù)得到?？雌饋碛湍?非常穩(wěn)定，其當像素尺寸減少時甚至進一步得到加強。因此在開關(guān)過程中，油仍然限制在各個區(qū)域內(nèi)。其它附圖標記具有與圖1中所示的那些相同的含義。
通過增加如圖2所示的反射器14，顯示器成為反射式的。顯示像素的光學性能基本依賴在關(guān)閉狀態(tài)中的彩膜的光強以及反射率，并通過開關(guān)暴露部分反射器14。將染料(或者有時是顏料)加入到油(通常為碳水化合物，但有時也可能為硅或碳氟化合物)中，以提供足夠的光強度。
然而顯示像素的對比度(CR)還依賴于像素在關(guān)閉狀態(tài)中的強度和均勻性且可如下計算出CR＝(R白色/R黑色)·(1-覆蓋范圍)(1)其中R白色和R黑色分別為開啟狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)中的像素的未覆蓋區(qū)域的反射率，而“覆蓋范圍(coverage)”是在開啟狀態(tài)中油所覆蓋的區(qū)域。由于大約25％的殘留油，作為白色和黑色反射率的函數(shù)，可得到下列的對比度數(shù)值 表1表1中的T膜對應于在通過吸收層(膜)過程中的光透過的百分率。類似于紙的光學特性需要大約10的對比度。由于反射光必須兩次通過彩油膜，黑色反射率R黑色由于吸收層(膜)具有T膜＝10％(吸收率A＝1)的性質(zhì)而極低。這也顯示了，對比度更多的依賴于暗態(tài)的反射率而更少的依賴于白色反射率和殘留油的覆蓋范圍。
圖3示出了需要達到特定光學活動性標準(吸收率、或者光學密度，A＝1)的性能系數(shù)(FoM＝ε.C)和油膜厚度l的關(guān)系。
通過使用結(jié)合高消光系數(shù)(ε)和高油溶解性的染料可實現(xiàn)提高“關(guān)閉狀態(tài)”像素的光學活動性。染料吸收率(A)通常與濃度相關(guān)，采用比爾-朗伯定律(Beer-Lambert Law)表示其關(guān)系A＝log10(I0/I)＝ε.C.l(2)其中I0為入射強度，I為透射強度，C為濃度而l為光路長度。因此當濃度用摩爾單位M每升(mol/L)而長度用單位cm表示時，ε具有單位M-1cm-1。
關(guān)于彩油的亮度，選擇吸收率為1(10％透過率)作為一個優(yōu)秀的例子。這意味著當入射到顯示器上的光必須在到達觀眾之前兩次通過油膜，實際上所有的光(即99％)在著色劑(在基于基本色的顯示器的情況下產(chǎn)生紅、綠或藍色，以及在采用減色作為反射顏色的顯示器的情況下產(chǎn)生青、品紅或黃色)的特定吸收范圍內(nèi)被吸收。對于給定的油膜厚度(10μm)和因此確定的光路長度，在本專利申請中使用下面的性能系數(shù)(FoM)來定義光強度FoM＝ε.C[cm-1](3)其中ε為固有的染料的消光系數(shù)而C為溶解在油相中的染料的單位為M(mol/L)的濃度。
對于例如通過0.01M的染料濃度且染料具有104-105的消光系數(shù)可達到的膜吸收率1(在10μm的膜厚度中吸收為90％)，可得到在100cm-1和1000cm-1之間的性能系數(shù)。
為了得到例如動力油藍N(烷基胺取代的蒽醌)在如癸烷的烷烴中的良好的溶液，采用了下面的方法以提高溶解度。離散和部分溶解溶液首先放置在聲波容器中，之后在加熱板上攪動片刻，并在之后冷卻到室溫并在例如0.2μm下過濾以移除未溶解的染料。以這種方式得到的性能系數(shù)大約為225。
另一種方法包括使用非極性液體染料，例如蘇丹紅500、蘇丹紅673和蘇丹黃172(由BASF提供)。在這種情況下，染料可在FoM’s分別為7500cm-1、15000cm-1和30000cm-1時具有高得多的濃度，且這些染料的配制包括稀釋以得到在選擇的烷烴中的所需的FoM，以及移除揮發(fā)性污染物和殘留微粒的凈化步驟。以這種方式，彩油溶液被充分的濃縮以在膜厚度小于2微米時符合10％的透射率標準。
對于這個原理可以作出多種改變。盡管描述了反射型裝置，本發(fā)明也可以應用于透射型顯示裝置。
本發(fā)明覆蓋了各個新穎性特性及性能特征的各種結(jié)合。權(quán)利要求中的附圖標記并非限制它們的保護范圍?！鞍ā边@個詞匯的使用和它的變形并不排除沒有在權(quán)利要求中提到的元件的存在。在元件之前使用的冠詞“一”或“一個”并不排除多個這種元件的存在。
權(quán)利要求
1.一種光學開關(guān)，包括位于第一透明支撐板(3)和第二支撐板(4)之間的空間內(nèi)的互不相融的至少一種第一流體(5)和第二流體(6)，該第二流體具有導電性或極性，該第一流體為包括其染料濃度至多為0.2M(mol/L)的染料的油。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，染料的濃度至多為0.1M。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光開關(guān)，染料的濃度至少為0.01M。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其中油包括由硅油、碳氫化合物油和碳氟化合物油組成的組中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)，其中對于層厚度為10μm的第一流體的結(jié)合流體層具有至少102cm-1的性能系數(shù)(FoM＝ε.C)，其中ε是染料的消光系數(shù)而C是在第一流體中溶解的染料的濃度。
6.一種包括具有在第一透明支撐板和第二支撐板之間的空間內(nèi)的互不相融的至少一種第一流體和第二流體的圖像元素的顯示裝置，該第二流體具有導電性或極性，該圖像元素包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光開關(guān)。
全文摘要
在一種基于具有至少兩種不同狀態(tài)的層分裂和層置換的反射型顯示裝置中，其中在第一狀態(tài)的其中一種流體(5)例如油鄰接至少第一支撐板(3)，并且在第二狀態(tài)的另一流體(6)至少部分地鄰接第一支撐板，其中，圖像元素被具有親水性表面的區(qū)域(13)分割，把染料(或者有時為顏料)添加到油(通常為碳氫化合物，但也可以是硅或碳氟化合物)中，以提供足夠的光強。
文檔編號G02B26/02GK1942820SQ200580010897
公開日2007年4月4日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月5日
發(fā)明者R·A·海斯, M·茹洛, T·J·B·洛克斯－卡姆斯, S·A·帕爾米爾 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司