專利名稱：泵浦著色像素顯示器的制作方法
泵浦著色像素顯示器為了眼睛可以清楚地看見光線，發(fā)射的光線在亮度上必須與背景照明相當(dāng)，所以對于強(qiáng)光的應(yīng)用而言具有反射式顯示器比發(fā)光顯示器有優(yōu)勢。這意味著，在強(qiáng)光情況下，為了易于觀察，需要外部能量以增加顯示器的亮度。已經(jīng)有許多用于反射式顯示器的技術(shù)，從液晶顯示器到電泳顯示器，其中帶電的粒子都在施加的電場下移動。三分之一的反射式顯示器的類型運(yùn)用電潤濕效應(yīng)，而其它的則運(yùn)用光柵衍射中的變化。液晶顯示器運(yùn)用與可電極化的分子聯(lián)合的偏光器。具有偏光器的顯示器的問題是一半的光線在偏光器中丟失從而在顏色上發(fā)灰。具有帶電粒子的顯示器的問題是難以增加顏色。當(dāng)前顯示器的另一問題是在每個(gè)像素處需要有尋址晶體管。這就意味著成本會極大增加，因?yàn)槊總€(gè)像素都需要加上有源的電子元件。本發(fā)明通過創(chuàng)造一種顯示器來設(shè)法解決這些問題，該顯示器中每個(gè)像素包含溶液中的膠狀粒子，溶液被泵浦以將來例子從第一區(qū)移入觀看者可見的第二區(qū)，在第一區(qū)中，粒子僅覆蓋像素的小范圍或者其大部分被保留在像素的隱蔽區(qū)域中。通過運(yùn)用對紫外(UV) 光穩(wěn)定的著色粒子，可產(chǎn)生明亮地反射的彩色像素。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種顯示元件，其包括外殼和驅(qū)動電極，在使用中所述外殼包含流體，且流體包含多個(gè)粒子，所述外殼具有至少一個(gè)透明表面以及第一和第二區(qū)，其中所述第二區(qū)通過所述透明表面的能見范圍大于所述第一區(qū)通過所述透明表面的能見范圍；并且驅(qū)動電極將所述流體及其內(nèi)的所述粒子在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間驅(qū)動以使得所述粒子通過所述透明表面的可見度能夠變化。在本發(fā)明的實(shí)施例中，外殼具有屏，屏將外殼分隔成兩個(gè)區(qū)，粒子可以在兩個(gè)區(qū)之間被驅(qū)動；一個(gè)區(qū)從透明表面可見而另一區(qū)不可見。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，粒子可以從像素的一端處的第一區(qū)被驅(qū)動至第二區(qū)由此粒子覆蓋像素的大部分范圍，在第一區(qū)中，粒子聚成一團(tuán)使得其僅覆蓋像素的小范圍。顯示元件可以被設(shè)置成放置到元件陣列中以便形成顯示裝置。粒子可以是黑色、 白色或者選出的預(yù)定的多種顏色之一。屏可以是黑色、白色或者選定的多種顏色之一以使得在使用中可以由任一單個(gè)的元件形成彩色顯示器。在由元件陣列形成的顯示器中，適當(dāng)?shù)尿?qū)動電極可以層置于電極附近以單獨(dú)地尋址到在選定的行和/或列中的每個(gè)元件。目前的基于粒子的顯示器運(yùn)用電場以移動流體中的粒子。例如通過使用帶負(fù)電荷的白色粒子和帶正電荷的黑色粒子，應(yīng)用到像素上的電場方向的改變導(dǎo)致白色粒子移動至像素的前面同時(shí)黑色粒子移動至像素的后面。改變電場的極性將導(dǎo)致白色粒子移動至像素的后面同時(shí)黑色粒子移動至像素的前面。我們提出的顯示器與此類似的是在每個(gè)像素位置上移動粒子，不同的是我們是運(yùn)用對包含粒子的流體的泵浦以引起反射特性的改變，而不是DC電場移動粒子自身。有許多使用電場泵浦流體的方法。在本申請中將描述如何使用電滲流來進(jìn)行泵浦，但是也可以利用許多其它的泵浦技術(shù)。我們將描述如何使用具體的電極配置，不需要有源的元件就可以在陣列的其中一個(gè)像素處產(chǎn)生AC電滲流。僅在每個(gè)行和列的末端具有正確的有源元件，就可恰好在行和列交叉的一個(gè)像素處產(chǎn)生流體流。
現(xiàn)在將參考相關(guān)附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的兩個(gè)彼此鄰近的顯示元件的側(cè)面剖視圖；圖2示出了根據(jù)圖1的實(shí)施例的四個(gè)彼此鄰近的元件的平面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的兩個(gè)彼此鄰近的顯示元件的側(cè)面剖視圖；圖4示出了根據(jù)圖3的實(shí)施例的四個(gè)彼此鄰近的元件的平面圖；圖5是由在圖1和3所示的實(shí)施例中應(yīng)用的電極產(chǎn)生的電場的側(cè)視圖；圖6示出了兩個(gè)電極對的橫向橫截面圖，其中，示出了由施加在大電極和小電極之間的AC電壓產(chǎn)生的等速流體流通線；圖7A至7C示出了本發(fā)明可以應(yīng)用的電極結(jié)構(gòu)的示例；圖8示出了本發(fā)明可以應(yīng)用的另一電極結(jié)構(gòu)；圖9示出了可以用于驅(qū)動前面附圖中的電極的驅(qū)動電壓；圖10是示出了在圖9的電壓模式下通過圖8中所示的全部元件的側(cè)視圖；以及圖11示出了本發(fā)明可以應(yīng)用的另一組驅(qū)動電壓。根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，圖1示出了兩個(gè)彼此鄰近的像素的側(cè)面示意圖。層1 是基礎(chǔ)材料，可以是玻璃或者塑料。層2是絕緣層，例如可以是玻璃或者塑料。層7由帶圖案的傳導(dǎo)電極構(gòu)成，傳導(dǎo)電極沿著陣列的行和列方向均連接于陣列的邊緣。層7可以由金屬、傳導(dǎo)塑料或者傳導(dǎo)透明材料(例如ZnO或者氧化銦錫)制成。層3可以是絕緣材料，例如Si02、Si3N4、SU8-50光致抗蝕劑或者塑料。層3應(yīng)當(dāng)涂上白色或者黑色涂層以提供基本的像素顏色，該像素顏色在像素被接通時(shí)將由粒子覆蓋。例如，可以由二氧化鈦涂層制成白色或者由碳涂層制成黑色。層3可以運(yùn)用光學(xué)光刻技術(shù)形成圖案，或者可由層4壓模成型并且放置在層2的頂部。層5是塑料或者玻璃的透明層，該透明層被刻蝕以在其下側(cè)包含凹點(diǎn)。像素可以是200微米長、寬度在100到200之間的規(guī)格。圖2示出了四個(gè)像素的俯視圖，其中顯示了刻蝕穿過層4的孔以允許流體從底層向上流動并流過像素頂部循環(huán)。一旦流過層4的頂部，流體就通過層4中的孔流向下。流體流拖動膠狀的著色粒子6?？?的寬度或者長度小于膠狀粒子的大小。通常，膠狀物可以具有10微米的直徑，而孔可以具有8微米或者更小的寬度或長度。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的兩個(gè)像素的側(cè)視圖，其中基底1上涂有反射層9，反射層9可以是金屬色，或者是當(dāng)色素粒子沒有覆蓋像素時(shí)所需的顏色。正如將更進(jìn)一步解釋的，電極7用于泵浦或者驅(qū)動包含色素粒子的流體，而電極10用于使用與帶電荷的色素粒子6相反極性的DC電壓將帶電荷的色素粒子6維持在像素的一側(cè)處。間隔器 3用于支撐透明窗5。圖4示出了根據(jù)此實(shí)施例的兩個(gè)像素的俯視圖，所示的粒子在左側(cè)視圖中在像素上展開并且在右側(cè)視圖中在電極10上聚成一團(tuán)。在像素腔中的流體將是離子流體，離子流體在電極上形成離子雙層。離子流體可以是溶入有一些離子的水。如果電極的寬度不相等，那么應(yīng)用到電極對上的交流電壓可以引起流體在一個(gè)方向流動。這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。流體流由具有兩個(gè)不同大小的彼此靠近的電極7來驅(qū)動一個(gè)電極可以是5微米寬，而另一個(gè)是25微米寬。當(dāng)電壓差首先施加在兩個(gè)電極7之間時(shí)，離子沿著最靠近小電極的大電極的邊緣處形成更高的濃度，在小段時(shí)間(大約1毫秒)之后，離子沿著大電極的寬度流動以平衡濃度的梯度。離子拖動流體以使其隨之流動。改變施加電壓的極性會引起相同的效果，但是是對于具有不同極性的離子。這些離子最初也在大電極的最靠近小電極處形成更高的濃度。當(dāng)每次電壓改變極性時(shí)都重復(fù)這個(gè)過程。然后隨著施加的AC電壓的頻率的增加，被驅(qū)動的流體流的速度增加， 直到離子沒有時(shí)間流向電極以使其充電。這就是電極在這個(gè)離子濃度下的RC時(shí)間常數(shù)。通常在1000HZ和10000HZ之間。產(chǎn)生這種類型的流體流所需的電壓在IV到3V之間。在更高的電壓下，當(dāng)離子開始從電極被注入溶液中時(shí)，流體流可以反向流動。這種注入優(yōu)先地出現(xiàn)在靠近小電極的高場區(qū)。離子的注入抵消流向?yàn)殡姌O充電的離子，并且可以觀察到反向流動。這種流體流已經(jīng)被充分地研究過并且可以觀察到以500微米/每秒的速度流動。圖5示出了一個(gè)大電極和一個(gè)小電極在一個(gè)AC電壓周期內(nèi)的側(cè)視圖。大電極靠近小電極處的離子的較高密度導(dǎo)致流體在大電極上向左邊流動。圖6示出了穿過四個(gè)電極的側(cè)視圖，這四個(gè)電極包括兩個(gè)大電極(電氣性連接的) 和電氣性連接的兩個(gè)小電極。還示出了流體流動線。當(dāng)在大電極的較高電場側(cè)開始注入離子時(shí)，流體流反向流動，這種流動補(bǔ)償了從溶液中被拉向電極的離子。這種反向流動出現(xiàn)在大約高于4V的電壓處。因此像素可以被制成通過將包含膠狀的著色粒子的流體從底部儲存器抽取到頂部來改變顏色(例如從白色改成紅色)。通過反轉(zhuǎn)流動方向，流體將膠狀的著色粒子移動回到底部的像素腔，從而導(dǎo)致像素再次變成白色。通過仔細(xì)設(shè)計(jì)電極，可將膠狀的著色粒子從像素的一個(gè)區(qū)域移到另一個(gè)區(qū)域，例如如圖1所示，通過激活在像素陣列的外圍的電極，著色粒子從底部儲存器移動到頂部或者從頂部移動到底部。在圖7A至7C中圖解說明了在之前的附圖中示出的電極7可以如何構(gòu)造。示出了四個(gè)像素以圖解說明陣列可以如何工作。圖7A示出了為導(dǎo)電材料的第一層，該導(dǎo)電材料可以是金屬或者其它一些導(dǎo)體并且形成驅(qū)動電極的第一層，該層包括列地址電極11和用于泵浦的寬電極12。較小的電極 13或者14將連接到兩個(gè)單獨(dú)的行電極16和17。在圖7B中，絕緣層15限定在電極之上，并且孔19被刻蝕為穿過絕緣層15以允許使用連接電極18(如以下在圖7C中描述并示出的)使寬電極12與列地址電極11接觸。圖7C示出了最后兩行兩列的泵浦陣列的示例，該陣列具有兩個(gè)行電極16和17以及將列電極11與寬電極12相連的連接電極18。行電極16連接到大電極12的左面的小電極13，行電極17連接到大電極12的右面的小電極14。依賴于選擇的行電極16或17加之列地址電極11 一起來控制流體流的方向。值得注意的是，當(dāng)電極被涂上絕緣體時(shí)，盡管在較高AC電壓下不可能有反向流動，但是以上描述的泵浦過程還在進(jìn)行。以上氧化物的設(shè)計(jì)可以被些微地修改以暴露如以下所示的電極。圖8示出了與圖7中所示的陣列具有相同結(jié)構(gòu)的陣列，但是圖8中使用了具有更小面積的絕緣體15，用來分離到寬電極12的接觸而不會將小電極13和14短路。這允許將電極可以暴露于正向和反向泵浦的流體。為了尋址到一個(gè)像素而不會尋址到其它像素以使得在那個(gè)像素的電極上的一個(gè)方向得到流體流而在其它像素上沒有凈流，需要激活列電極11和分別與較小電極13相連的行電極16以及與較小電極14相連的行電極17。如果想激活在圖8中標(biāo)記為A的像素而不激活像素B、C和D，那么需要將以下的AC信號施加到電極C1、C2、R1A、R1B、R2A和R2B上。參見圖8，圖9示出了施加到在兩行兩列的陣列中的不同電極的電壓隨著時(shí)間的變化的示例，在這個(gè)示例中，施加的電壓使像素A上具有向左的流，而在像素B、C和D中沒有凈流產(chǎn)生。振蕩周期可以大約是1到0. 1毫秒。圖10示出了在以上示例中的像素A、B、C和D中的流體流動線的樣子，還示出了在施加到如圖9所示的不同電極的AC電壓周期中的一點(diǎn)處的離子濃度。該附圖示出了電極的側(cè)視圖，每個(gè)電極具有在其上方示出的產(chǎn)生的流體速度分布。像素A具有在電極上方產(chǎn)生的不對稱電場。不對稱電場將引起流體向左手方向泵浦，這種泵浦將導(dǎo)致著色粒子在像素腔中四處運(yùn)動。從圖1中的橫截面的右側(cè)像素看，可以看到這種泵浦將著色粒子移動到隱藏在像素的下半部，或者，如果使用在圖3中所示的設(shè)置，這將使在電極7上展開的著色粒子移動到電極10上以聚成一團(tuán)，可以施加DC電壓以將這些粒子保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩Ｋ衅渌南袼囟季哂凶鳛闀r(shí)間的函數(shù)在電極上產(chǎn)生的對稱的電場。在電極上可以產(chǎn)生一些局部的移動，并且在每個(gè)電極上可以產(chǎn)生一些微小旋轉(zhuǎn)的流動，但是在電極上不會產(chǎn)生凈流因此將不會改變像素的狀態(tài)。圖10示出了在施加如圖9所示的電壓模式下穿過圖8所示的四個(gè)像素的側(cè)視圖。因此，通過給兩個(gè)行電極和一個(gè)列電極施加適當(dāng)?shù)腁C信號，可以尋址到產(chǎn)生凈流體流動的一個(gè)給定像素，而不會在任何其它的像素產(chǎn)生凈流流動。再次參見圖8，圖11示出了給兩行兩列的陣列樣本的不同電極施加的隨著時(shí)間變化的電壓，以使得像素A具有右邊的流，而在像素B、C和D中沒有凈流產(chǎn)生。可以看出，施加到行和列的隨著時(shí)間變化的信號在像素A中產(chǎn)生的流動的方向與在圖9和10中所示的流動方向相反。為了使得像素較好地切換，重要的是膠狀的著色粒子不會粘在腔的內(nèi)側(cè)。這可以通過給粒子和像素腔的內(nèi)側(cè)表面涂上涂料使得其在溶液中被充電并因此排斥粒子來確保。 在粒子的表面和腔上涂有垂直于表面的長鏈分子時(shí)，還可以運(yùn)用空間位阻穩(wěn)定機(jī)制。可選的技術(shù)是將層5和4涂上傳導(dǎo)材料，傳導(dǎo)材料可以是類似ZnO或銦錫氧化物的透明的電極材料。幾個(gè)伏特的大約5MHz的高頻AC電壓將導(dǎo)致負(fù)的介電泳，該負(fù)的介電泳引起幾微米直徑的粒子與電極相排斥。當(dāng)使用流體流不切換像素時(shí)，與在粒子表面引起的電荷極性相反的DC電壓可以被用來將粒子保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?br> 權(quán)利要求
1.一種顯示元件，包括外殼，在使用中所述外殼包含流體，所述流體包含多個(gè)粒子，所述外殼具有至少一個(gè)透明表面以及第一和第二區(qū)，其中所述第二區(qū)通過所述透明表面的能見范圍大于所述第一區(qū)；以及驅(qū)動電極，用于將所述流體和所述流體內(nèi)的所述粒子在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間驅(qū)動，使得所述粒子通過所述透明表面的可見度能夠變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示元件，所述外殼進(jìn)一步包括屏，所述屏用于分隔所述第一和第二區(qū)，以使所述第一區(qū)從所述透明表面不可見并且所述第二區(qū)從所述透明表面可見。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中所述屏具有一個(gè)或多個(gè)孔，所述一個(gè)或多個(gè)孔被設(shè)置成允許所述流體流過，但阻止所述粒子穿過。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示元件，其中所述第一區(qū)在所述外殼的側(cè)面并且所述第二區(qū)基本在所述外殼的剩余處，以使所述第一區(qū)中的粒子在聚成一團(tuán)時(shí)僅覆蓋所述外殼的小范圍，并使所述第二區(qū)中的粒子覆蓋所述外殼的大范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示元件，進(jìn)一步包括維持裝置，當(dāng)所述粒子在所述第一區(qū)時(shí)，所述維持裝置選擇性地將其保留在所述第一區(qū)中。
6.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述驅(qū)動電極包括寬電極和窄電極。
7.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述顯示元件被設(shè)置成放置在元件陣列中以形成顯示裝置。
8.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述粒子是黑色、白色或選出的預(yù)定的多種顏色之一。
9.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述粒子能夠抵抗紫外線褪色。
10.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述屏是黑色、白色或選定的多種顏色之一，以使得在使用中能夠由單個(gè)元件形成彩色的顯示。
11.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的顯示元件，其中所述粒子和所述外殼的內(nèi)側(cè)表面被涂有涂層，以使得所述粒子和所述外殼的內(nèi)側(cè)表面在溶液中帶上電荷。
12.—種顯示器，包括根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的元件的陣列。
13.一種根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示器，其中驅(qū)動電極被層置于各個(gè)元件的附近以單獨(dú)地尋址到在選定的行和/或列中的每個(gè)元件。
14.一種從根據(jù)權(quán)利要求11所述的顯示器中的元件陣列中挑選元件的方法，包括步驟提供列尋址電極；提供多個(gè)行尋址電極；提供驅(qū)動電極，所述驅(qū)動電極包括至少一個(gè)寬電極和位于所述寬電極的任一側(cè)的較小電極，位于所述寬電極的第一側(cè)的較小電極被電氣連接到第一行尋址電極，位于所述寬電極的第二側(cè)的較小電極被電氣連接到第二行尋址電極；以及根據(jù)所述流體需要被驅(qū)動的方向，選擇性地激活所述列尋址電極和行尋址電極。
全文摘要
一種顯示元件，包括外殼，在使用中所述外殼包含流體，流體包含多個(gè)粒子，所述外殼具有至少一個(gè)透明表面以及第一和第二區(qū)，其中所述第二區(qū)通過所述透明表面的能見范圍大于所述第一區(qū)；驅(qū)動電極，用于將所述流體及其內(nèi)的所述粒子在所述第一區(qū)與所述第二區(qū)之間驅(qū)動，以使得所述粒子通過所述透明表面的可見度能夠變化。
文檔編號G02B26/02GK102203666SQ200980143628
公開日2011年9月28日 申請日期2009年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月2日
發(fā)明者查爾斯·G·斯密斯 申請人:劍橋?qū)嶒?yàn)室芯片有限公司