專(zhuān)利名稱(chēng)：反射型顯示像素的制作方法
反射型顯示像素
背景技術(shù)：
反射型顯示器是其中使用環(huán)境光來(lái)觀看所顯示的信息的非發(fā)射型設(shè)備。不是對(duì)來(lái)自?xún)?nèi)部源的光進(jìn)行調(diào)制，而是將入射光譜的所期望的部分從顯示器反射回到觀看者。反射型顯示器包括對(duì)光反射回到觀看者進(jìn)行控制的像素的陣列。


參照以下附圖，可以更好地理解本發(fā)明的許多方面。附圖中的組件不一定按比例繪制，而是重點(diǎn)在于清楚地示意本發(fā)明的原理。此外，在附圖中，貫穿多個(gè)視圖，相似的參考標(biāo)記表示對(duì)應(yīng)的部分。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的反射型顯示像素的單元的圖形表示；· 圖2是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的返回入射光的圖I的單元的圖形表示；
圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括圖I和2的三個(gè)單元的反射型顯示像素的圖形表
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具體實(shí)施例方式電子紙(e-paper)技術(shù)已經(jīng)演進(jìn)為提供對(duì)環(huán)境光的反射進(jìn)行控制的單層單色顯示器。例如，已經(jīng)使用了采用白色二氧化鈦(TiO2)顆粒在著色流體中的前至后電泳移動(dòng)的反射型顯示像素。由于這些像素不允許堆疊，因此僅可以通過(guò)在并排布置的N個(gè)子像素上使用過(guò)濾器來(lái)實(shí)現(xiàn)一定范圍的顏色，其中，每個(gè)子像素對(duì)不同的顏色帶進(jìn)行調(diào)制。然而，在這種情況下，可以在每個(gè)顏色帶中利用小于1/N的入射光，從而對(duì)反射型顯示器的亮度造成不利影響。圖I是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的反射型顯示像素的單元100的圖形表示。單元100包括以下流體，該流體包含光吸收介質(zhì)和光返回介質(zhì)。光吸收介質(zhì)吸收一個(gè)或多個(gè)指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的入射光，但是在其他波長(zhǎng)處透明。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，指定波長(zhǎng)帶包括藍(lán)色光。在其他實(shí)施例中，指定波長(zhǎng)帶可以包括綠色光或紅色光。光吸收介質(zhì)對(duì)可見(jiàn)光在指定帶外的至少一部分透明，從而允許波長(zhǎng)基本上透射通過(guò)像素單元100。在一些實(shí)施例中，該吸收足夠強(qiáng)以使得如果未被光返回介質(zhì)返回的話，則在單元100的厚度內(nèi)吸收指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的基本上所有光。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，指定波長(zhǎng)帶包括子帶。子帶可以重疊、鄰接或非鄰接。單元100的流體可以對(duì)光的所有波長(zhǎng)或者這些波長(zhǎng)在該單元100的指定帶外的至少一部分基本上透明。在圖I的實(shí)施例中，流體由吸收指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的光吸收介質(zhì)著色。該吸收可以由著色劑提供，該著色劑例如但不限于流體中的顏料和染料。在單元100中可能不主動(dòng)控制著色流體120。在其他實(shí)施例中，光吸收介質(zhì)包括光吸收顆粒，該光吸收顆粒例如但不限于顏料顆粒和等離體子(plasmonic)顆粒。光吸收顆?？梢詰腋≡诹黧w中，并且,在一些實(shí)施例中，光吸收顆?？梢允窃谙袼貑卧?00中可控制的。在一些實(shí)施例中，顆粒和/或著色劑的各種組合可以用作光吸收介質(zhì)。
像素單元100還包括流體中的光返回介質(zhì)。在圖I的實(shí)施例中，光返回介質(zhì)是多個(gè)光返回顆粒110，其適于選擇性地返回光在(一個(gè)或多個(gè))指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)。在一些實(shí)施例中，這些顆粒110是反射型顆粒，其適于反射具有與光吸收介質(zhì)的吸收光譜相匹配的光譜的光。在其他實(shí)施例中，僅返回吸收光譜的一部分。反射可以包括但不限于衍射和散射效應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，光的這兩種偏振由光返回介質(zhì)返回。光返回顆粒的示例可以包括但不限于支持局部化等離體子共振的金屬或復(fù)合金屬-介電顆粒。局部化等離體子共振是可與光強(qiáng)耦合的導(dǎo)電電子的集體振蕩。典型地，貴金屬(例如，銀(Ag)和金(Au))提供強(qiáng)等離體子共振。等離體子結(jié)構(gòu)還可以被建造成對(duì)期望光波長(zhǎng)處的光進(jìn)行強(qiáng)散射而在其他波長(zhǎng)處基本上透明。例如，隔離的球形金屬顆粒的散射截面與其半徑的6次冪(r6)成比例地增大，而其吸收截面取決于其半徑的3次冪(r3)。因此，直徑大于約60 nm的球形銀或金顆粒主要對(duì)光進(jìn)行散射而沒(méi)有太多吸收。還可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)顆粒，使該散射偏重于反向散射。例如，100 nm直徑范圍內(nèi)的簡(jiǎn)單球形銀顆粒對(duì)光的反向散射比其對(duì)光的前向散射明顯更多。備選地,反射型顆粒可以是由具有金屬外殼的介電核心或具有介電外殼的金屬核 心構(gòu)成的光學(xué)散射的等離體子核心-外殼顆粒。對(duì)核心和外殼的復(fù)合結(jié)構(gòu)的尺寸和材料屬性(例如介電屬性和金屬帶結(jié)構(gòu))進(jìn)行調(diào)整允許對(duì)其等離體子散射共振的波長(zhǎng)位置和寬度進(jìn)行調(diào)諧。通過(guò)改變尺寸和材料屬性，等離體子顆粒可以適于返回或吸收指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光。在另一實(shí)施例中，基于調(diào)整后的層或同心外殼的布喇格散射顆?？梢杂米鞴夥祷仡w粒。布喇格散射顆?？梢杂删哂胁煌凵渎实牟牧系慕惶鎸又瞥?。層厚度被設(shè)置為層材料的四分之一波長(zhǎng)厚度?？梢詫?duì)球形顆粒施加涂覆層，以形成不同折射率的同心外殼，使得其反射從所有方向入射的光。這種布喇格散射顆粒給出了由層的厚度和層之間的折射率差值確定的波長(zhǎng)選擇性反射。例如，在G. BurIak等的“Electromagnetic eigenosciIIationsand fields in a dielectric microsphere with multilayer spherical stack”， OpticsCommunications,第187卷，pp. 91-105 (2001)中描述了布喇格散射顆粒的示例。其他類(lèi)型的納米顆粒可以用作光返回顆粒110。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，膽甾片顆粒操作用于通過(guò)包括在指向矢取向上具有螺旋狀變化的多層介電結(jié)構(gòu)來(lái)選擇性地對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行散射。這造成光學(xué)常數(shù)隨深度的螺旋狀變化，這根據(jù)節(jié)距和螺旋性(handedness)實(shí)現(xiàn)了在圓偏振的給定螺旋性下光在所選波長(zhǎng)帶內(nèi)的反射。為了反射兩種圓偏振，可以使用復(fù)合顆粒，復(fù)合顆粒在顆粒的一部分上包括右旋扭轉(zhuǎn)并在顆粒的其余部分上包括左旋扭轉(zhuǎn)。備選地，可以利用右旋顆粒和左旋顆粒二者。這種結(jié)構(gòu)的劣勢(shì)在于所反射的顏色確實(shí)取決于入射角，從而將必須對(duì)顆粒進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)或定向。相反，不需要如上所述的對(duì)球形顆粒的取向進(jìn)行控制。在T. Z Kosc 等的 “Progress in the development of polymer cholestericliquid crystal flakes for display applications，，，Displays,第25卷，no. 5，pp.171-176 (2004)中描述了膽甾片。這些膽甾片由可被UV固化以形成聚合體的膽甾液晶材料制成。其他光返回顆粒110可以包括結(jié)構(gòu)化納米顆粒，所述結(jié)構(gòu)化納米顆粒例如但不限于具有同心層的桿狀顆粒以及其中使用空腔共振生成顏色的復(fù)合金屬/介電顆粒。顆粒內(nèi)的衍射結(jié)構(gòu)也可以用于生成顏色。理想地，散射顆粒被設(shè)計(jì)為主要將光后向散射至觀看者，而不是將光前向散射至光吸收介質(zhì)中。這可以通過(guò)設(shè)計(jì)顆粒的大小和形狀而實(shí)現(xiàn)?？梢詫?duì)像素單元100的光吸收介質(zhì)和光返回介質(zhì)中的至少一個(gè)進(jìn)行可控定位，以控制該單元100的該至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶內(nèi)返回的光的量。在一個(gè)實(shí)施例中，像素單元100是具有透明襯底130和透明電極140的電泳單元，透明襯底130和透明電極140被包含光返回顆粒110和/或光吸收顆粒的流體分離。在其他實(shí)施例中，像素單元100利用介電泳移動(dòng)或者至少部分取決于電流體動(dòng)力效應(yīng)的移動(dòng)。 在圖I的實(shí)施例中，光返回顆粒110在像素單元100內(nèi)的位置是可控制的。例如，在電泳單元中，光返回顆粒100可以是具有以下ζ電位(zeta potential)的帶電顆粒,該ζ電位足以利用由電極140提供的電場(chǎng)，在單元100上以電泳方式移動(dòng)這些顆粒。備選地，如圖I和2所示，可以將顆粒的位置控制為向著或遠(yuǎn)離像素單元100的觀看表面190。在其他實(shí)施例中，介電泳移動(dòng)或至少部分取決于電流體動(dòng)力效應(yīng)的移動(dòng)可以用于控制。備選地，可以利用磁控制或微流體控制?？梢詤⒄?qǐng)DI和2來(lái)說(shuō)明包括多個(gè)光返回顆粒110的示例像素單元100的操作。在圖I中，光返回顆粒110 (如反射型顆粒)處于包含光吸收介質(zhì)120的流體中，光吸收介質(zhì)120例如但不限于能夠吸收至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的染料。當(dāng)遠(yuǎn)離單元的觀看表面190移動(dòng)光返回顆粒110時(shí)(如圖I所示)，指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的波長(zhǎng)處的大多數(shù)或所有入射光150由著色流體120吸收。相反，具有指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分中的波長(zhǎng)的光160基本上透射通過(guò)像素單元100。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，流體中包含的光吸收介質(zhì)能夠吸收藍(lán)色光，而綠色光和紅色光穿過(guò)著色流體120以及光返回顆粒110。當(dāng)向著觀看表面190移動(dòng)光返回顆粒110時(shí)(如圖2所示)，向觀看者返回到達(dá)顆粒110的、指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的波長(zhǎng)處的光250,而指定波長(zhǎng)帶外的光160繼續(xù)穿過(guò)像素單元100。通過(guò)控制光返回顆粒110在流體內(nèi)的位置，可以控制所返回的光250的量。在反射型顆粒的情況下，即使在每個(gè)顆粒處不進(jìn)行非對(duì)稱(chēng)后向散射，如果與包含光吸收介質(zhì)120的流體中的吸收長(zhǎng)度相比，散射的平均自由行程較小，那么來(lái)自多個(gè)顆粒的散射也可以導(dǎo)致光在指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的大部分被反射到顯示器外并反射回到觀看者。散射的短平均自由行程可以通過(guò)增大觀看表面190附近的顆粒110的密度而實(shí)現(xiàn)。對(duì)于等離體子顆粒，有用的堆積密度可能受到顆粒開(kāi)始彼此交互的距離限制，從而使其共振偏移和/或展示附加等離體子模式。典型地，這在與顆粒尺寸相當(dāng)?shù)念w粒分離下開(kāi)始出現(xiàn)。在一些實(shí)施例中，可以經(jīng)由由顆粒電荷產(chǎn)生的斥力、由附著至顆粒的配體或寡聚體產(chǎn)生的位阻、或者由例如但不限于聚合體、樹(shù)狀高分子、配體和寡聚體進(jìn)行的封裝的組合來(lái)控制反射型顆粒的堆積密度。這些因素還可以幫助防止顆粒的永久結(jié)塊。在圖I和2的示例實(shí)施例中，通過(guò)向著或遠(yuǎn)離像素單元100的觀看表面190移動(dòng)顆粒110來(lái)控制光返回顆粒110的位置。備選地，可以使用單元架構(gòu)，其中，在顯示器的平面中在單元內(nèi)移動(dòng)顆粒110。在這種情況下，當(dāng)想要在單元的流體中吸收光時(shí)，顆?！半[藏”在單元區(qū)域的小部分中。在一些實(shí)施例中，顆粒Iio可以被掃入觀看表面190之下或之后的所觀看的區(qū)域中或者被集中到小區(qū)域中并被潛在地隱藏在不透明區(qū)(例如，透明電極140的匯流條)之下。如果如圖I和2中那樣采用向平面外的移動(dòng)，則必須移動(dòng)顆粒的距離僅約為吸收流體的吸收深度。因此，僅需要微米級(jí)的移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)時(shí)間。在一些實(shí)施例中，還可以期望對(duì)納米顆粒的取向的控制，以控制入射光的散射和/或衍射的角分布。在一個(gè)實(shí)施例中，使用電偶極子來(lái)控制納米顆粒取向。如上所述，在一些實(shí)施例中，光吸收介質(zhì)可以由吸收指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的光吸收顆粒提供，這些光吸收顆粒懸浮在像素單元100內(nèi)的透明流體中。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，對(duì)光返回顆粒Iio和光吸收顆粒進(jìn)行相反充電。根據(jù)對(duì)單元100施加的電偏壓的符號(hào)，可以向著單元100的觀看表面190移動(dòng)光吸收顆粒或光返回顆粒,而遠(yuǎn)離觀看表面190移動(dòng)電荷相反的顆粒。備選地，在光吸收顆?；蚬夥祷仡w粒被掃入單元的觀看區(qū)域中時(shí)，電荷相反的顆?？梢浴半[藏”在單元的不透明區(qū)之下。在其他實(shí)施例中，像素單元100可以包括以下光吸收介質(zhì)，該光吸收介質(zhì)吸收至少兩個(gè)指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的入射光，但對(duì)可見(jiàn)光在這兩個(gè)指定波長(zhǎng)帶外的波長(zhǎng)處的至少一部分基本上透明。像素單元100還包括第一多個(gè)光返回顆粒，其適于選擇性地返回光在指定波長(zhǎng)帶之一內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)；以及第二多個(gè)光返回顆粒，其適于選擇性地返回光在另一指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)。第一多個(gè)光返回顆粒對(duì)光在第一指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分 基本上透明。類(lèi)似地，第二多個(gè)光返回顆粒對(duì)光在第一和第二指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分基本上透明。通過(guò)分離地控制第一多個(gè)顆粒和第二多個(gè)顆粒在像素單元100內(nèi)的位置，可以控制每個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的所返回的(或所吸收的)光的量?？梢远询B像素單元100 (例如，圖I和2所示的像素單元)，以針對(duì)反射型顯示器提供不同顏色。圖3是包括三個(gè)堆疊單元的反射型顯示像素300的圖形表示。在圖3的實(shí)施例中，在綠色像素單元之上/之前堆疊藍(lán)色像素單元，該藍(lán)色像素單元包括以下流體，該流體包含能夠吸收藍(lán)色光的光吸收介質(zhì)320B和能夠選擇性地返回藍(lán)色光波長(zhǎng)帶內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的多個(gè)光返回顆粒310B ;綠色像素單元包括以下流體，該流體包含能夠吸收綠色光的光吸收介質(zhì)320G和能夠選擇性地返回綠色光波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)的光返回顆粒310G。綠色像素單元可以被稱(chēng)為在堆疊中低于藍(lán)色像素單元。由于藍(lán)色光已經(jīng)被第一單元反射或吸收，因此第二 (綠色)單元的波長(zhǎng)帶可以擴(kuò)展(或重疊)至第一(藍(lán)色)單元的波長(zhǎng)帶中，而不會(huì)不利地影響第一單元的操作。在圖3的實(shí)施例中，不在每個(gè)單元的流體內(nèi)控制吸收介質(zhì)。進(jìn)而，在綠色像素單元之下/之后堆疊紅色像素單元，該紅色像素單元包括以下流體，該流體包含能夠吸收紅色光的光吸收介質(zhì)320R和能夠選擇性地返回紅色光波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一個(gè)波長(zhǎng)的多個(gè)光返回顆粒310R。紅色像素單元可以被稱(chēng)為在堆疊中低于藍(lán)色和綠色像素單元。由于藍(lán)色和綠色光已經(jīng)被第一和第二單元反射或吸收，因此第三(紅色)單元的波長(zhǎng)帶可以擴(kuò)展(或重疊)至第一(藍(lán)色)單元和第二 (綠色)單元的波長(zhǎng)帶之一或這兩者中。例如，如果像素包括三個(gè)單元，則第三單元的光吸收介質(zhì)可能能夠進(jìn)行寬帶吸收。包含更多或更少堆疊單元的像素架構(gòu)也是可能的，如具有包含一個(gè)或多個(gè)堆疊單元的并排子像素的設(shè)計(jì)那樣。在其他實(shí)施例中，單元的指定波長(zhǎng)帶的順序或次序可以不同。在圖3中，堆疊像素單元利用與相鄰小區(qū)共有的透明襯底330，并利用透明電極340。應(yīng)當(dāng)注意，由于光未被透射至堆疊中更低的另一單元，因此堆疊底部處的襯底不需要是透明的。在其他實(shí)施例中，像素單元可以包括個(gè)體透明襯底，例如圖I和2所示的。如圖3所示，光350、360和370在觀看表面處進(jìn)入反射型顯示像素300。在遇到第一(藍(lán)色)像素單元時(shí)，基于顆粒的定位，藍(lán)色波長(zhǎng)范圍內(nèi)的入射光350被包含光吸收介質(zhì)的流體320B吸收或被光返回顆粒310B返回。在圖3的示例實(shí)施例中，已經(jīng)向著觀看表面移動(dòng)光返回顆粒310B，使得在可以進(jìn)行顯著吸收之前返回入射藍(lán)色光。在反射型顆粒的情況下，通過(guò)衍射或散射效應(yīng)來(lái)反射光。應(yīng)當(dāng)注意，未被顆粒310B返回的藍(lán)色光被吸收介質(zhì)吸收，而不透射至后續(xù)像素單元。具有可見(jiàn)光譜在指定藍(lán)色波長(zhǎng)范圍外的至少一部分中的波長(zhǎng)的光(例如綠色光360和紅色光370)基本上通過(guò)藍(lán)色像素單元透射至第二(綠色)像素單元。在更低單元中對(duì)入射光重復(fù)光吸收/返回過(guò)程。在圖3的實(shí)施例中，綠色光和紅色光(360和370)進(jìn)入綠色像素單元。由于已經(jīng)遠(yuǎn)離觀看表面移動(dòng)光返回顆粒310G，因此具有指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的波長(zhǎng)的光360在可以被向著觀看者反射回去或穿過(guò)第二像素單元之前被流體320G中包含的光吸收介質(zhì)所吸收?？梢?jiàn)光譜在第一和第二單元的指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分中的紅色光370基本上透射至后續(xù)(或更低)像素單元。由于第一(藍(lán)色)像素單元的指定波長(zhǎng)帶中的藍(lán)色光已經(jīng)被吸收或返回，因此第二(綠色)單元并未暴露給藍(lán)色光。因此，即使第二像素單元 的指定帶擴(kuò)展至第一像素單元的指定帶中，也不會(huì)影響反射型顯示像素的操作。當(dāng)已穿過(guò)第一和第二像素單元的剩余光(如紅色光370)到達(dá)第三(紅色)像素單元時(shí)，重復(fù)光吸收/返回過(guò)程。在圖3的示例實(shí)施例中，已經(jīng)向著觀看表面移動(dòng)光返回顆粒310R，使得在流體320R中包含的光吸收介質(zhì)的吸收可以發(fā)生之前基本上返回入射光370。允許不處于與這三個(gè)像素單元相對(duì)應(yīng)的三個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的任一個(gè)內(nèi)的光穿過(guò)從而到達(dá)任何后續(xù)(或更低)單元。備選地，光吸收介質(zhì)可能能夠進(jìn)行寬帶吸收，并且從而在任何剩余波長(zhǎng)穿過(guò)第三像素單元之前吸收任何剩余波長(zhǎng)。應(yīng)當(dāng)注意，除環(huán)境光外，可以使用前照光來(lái)替換或增強(qiáng)環(huán)境光。其他類(lèi)型的光返回顆粒110可以包括發(fā)光顆粒，這些發(fā)光顆粒吸收一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，并且然后發(fā)射不同或類(lèi)似波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光。在一些實(shí)施例中，發(fā)射是在指定波長(zhǎng)帶內(nèi)進(jìn)行的，而在其他實(shí)施例中，發(fā)射是在指定帶外進(jìn)行的。發(fā)光顆?？梢园ǖ幌抻诰哂谢虿痪哂袚诫s劑的膠質(zhì)半導(dǎo)體納米顆粒(如稀土離子)或包含發(fā)光染料分子、寡聚體或聚合體的顏料顆粒。根據(jù)材料的斯托克斯頻移，在一個(gè)或多個(gè)指定波長(zhǎng)處吸收入射光，并且然后在某種程度上更長(zhǎng)的波長(zhǎng)處發(fā)射光。這樣，發(fā)光顆粒向觀看者返回該光中否則將被像素單元100的光吸收介質(zhì)吸收的顯著的一部分。例如，半導(dǎo)體納米顆?？梢跃哂邪胱畲笾等?FWHM)為25 nm的發(fā)射光譜。將可用光壓縮至窄帶中產(chǎn)生了可用作提供更大色域體積的基組的飽和色。發(fā)射波長(zhǎng)的期望選擇可以是與桑頓的基色接近的帶(例如，近似為445、536 和 604 nm)。參見(jiàn)例如 William A. Thornton 的 “Luminosity and color-renderingcapability of white light”，J. Opt. Soc. Am. 61(9): 1155-1163 (1971)。如果除其吸收帶外光吸收介質(zhì)的吸收帶與發(fā)光顆粒的發(fā)射帶強(qiáng)重疊，則可以改進(jìn)吸收狀態(tài)與返回狀態(tài)之間的對(duì)比率。可以通過(guò)適當(dāng)設(shè)計(jì)顆粒，使光發(fā)射偏重于向著觀看者。此外，如果斯托克斯頻移較小，則所發(fā)射的光中的一些可以被其他顆粒重新吸收，并且然后在不同方向上重新發(fā)射。如果發(fā)光顆粒的效率高，與顆粒吸收前的平均距離相比，包含光吸收介質(zhì)的流體的吸收長(zhǎng)度較長(zhǎng)，并且斯托克斯頻移小，則可以以發(fā)光的形式從單元返回入射光的一大部分。顆粒吸收前的平均距離由于增大的顆粒密度而減小，顆粒密度最終受到可在沒(méi)有永久群聚的情況下實(shí)現(xiàn)的密度限制。對(duì)于反射型顆粒，可以使用電荷、配體和/或封裝來(lái)防止群聚。
在一些情況下，有用的堆積密度可能受到顆粒間福斯特交換影響。福斯特交換導(dǎo)致激子經(jīng)由虛光子的交換從一個(gè)顆粒轉(zhuǎn)移至另一個(gè)顆粒。這可以導(dǎo)致發(fā)光效率的濃縮猝滅(concentration quenching),這是由于其允許激子在以福射方式重新組合之前遷移至有缺陷顆粒。由于這是偶極子-偶極子交互，因此福斯特交換近似作為發(fā)光團(tuán)分離的六次冪的倒數(shù)(Ι/d6)衰減。典型地，這將分離限制于不小于幾納米。再一次，可以通過(guò)使用電荷、配體或封裝來(lái)防止更小的分離。還可以通過(guò)增大發(fā)光團(tuán)的斯托克斯頻移以使得其吸收和發(fā)射的重疊積分減小，來(lái)最小化顆粒間福斯特交換。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，例如通過(guò)使用摻雜的半導(dǎo)體納米晶體，可以獲得增大的斯托克斯頻移?？梢詤⒄?qǐng)DI和2來(lái)說(shuō)明包括多個(gè)光返回顆粒110 (例如發(fā)光顆粒)的示例像素單元100的操作。當(dāng)遠(yuǎn)離單元的觀看表面移動(dòng)光返回顆粒110 (例如發(fā)光顆粒)時(shí)(如圖I所示)，則光吸收介質(zhì)的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的波長(zhǎng)處的大多數(shù)或全部入射光150被吸收，而具有指定波長(zhǎng)帶外的波長(zhǎng)的光160基本上透射通過(guò)像素單元。當(dāng)向著觀看表面移動(dòng)光返回顆粒110 (例如發(fā)光顆粒)時(shí)(如圖2所示)，則可與流體120中的光吸收介質(zhì)的指定吸收帶類(lèi)似的其指定波長(zhǎng)吸收帶內(nèi)的波長(zhǎng)處的到達(dá)顆粒110的光被吸收，并且然后，在某種程度上更·長(zhǎng)的波長(zhǎng)帶內(nèi)向觀看者發(fā)射光250，而指定波長(zhǎng)帶外的光160繼續(xù)穿過(guò)像素單元100。通過(guò)控制光返回顆粒110在流體內(nèi)的位置，可以控制所返回的光250的量。·如參照?qǐng)D3所述，可以堆疊利用發(fā)光顆粒的像素單元，以提供不同顏色。例如，可以將藍(lán)色像素單元堆疊在綠色像素單元之上，進(jìn)而可以將綠色像素單元堆疊在紅色像素單元之上。一些發(fā)光團(tuán)(例如膠質(zhì)半導(dǎo)體納米顆粒)的吸收光譜不限于一個(gè)窄波長(zhǎng)帶，并展示了擴(kuò)展至更短波長(zhǎng)的顯著吸收。在這種情況下，按所描述的次序?qū)Χ询B單元的排列可以是有益的，其中，藍(lán)色吸收層最接近于觀看表面。在圖3的實(shí)施例中，除環(huán)境藍(lán)色光外，紫外(UV)光也可以由發(fā)光顆粒利用，以產(chǎn)生所發(fā)射的藍(lán)色光，并且從而增強(qiáng)像素亮度。那么，如果綠色像素單元具有擴(kuò)展至藍(lán)色波長(zhǎng)帶中的吸收尾部也無(wú)關(guān)緊要，這是由于藍(lán)色光在到達(dá)綠色像素單元之前被吸收。類(lèi)似地，紅色像素單元的吸收光譜中的短波長(zhǎng)尾部不是問(wèn)題，這是由于綠色或藍(lán)色光在到達(dá)該層之前被吸收或返回。包含更多或更少堆疊層的像素架構(gòu)也是可能的，如具有并排子像素的設(shè)計(jì)那樣。顯示對(duì)比度應(yīng)當(dāng)相當(dāng)好，這是由于非常暗的吸收狀態(tài)和非常亮的發(fā)射狀態(tài)都是可能的。另一優(yōu)勢(shì)在于如果使用具有窄發(fā)射光譜的發(fā)光顆粒，則可以改進(jìn)色域。在其他實(shí)施例中，流體可以包含能夠選擇性地返回指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光的一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的光返回介質(zhì)。例如，可以使用包含發(fā)光染料、寡聚體、聚合體或樹(shù)狀高分子的流體來(lái)吸收該波長(zhǎng)帶內(nèi)的光，并且然后發(fā)射指定波長(zhǎng)中的光。備選地，流體可以含有顏料顆粒，這些顏料顆粒包含發(fā)光染料、寡聚體、聚合體或樹(shù)狀高分子，其中，不主動(dòng)控制顏料顆粒在流體內(nèi)的位置。允許光譜在指定帶外的至少一部分中的光的波長(zhǎng)穿過(guò)像素單元。流體中包含的光吸收介質(zhì)是吸收至少指定帶中的光的多個(gè)光吸收顆粒。對(duì)光吸收顆粒的位置進(jìn)行控制，使得當(dāng)向著觀看者(或者在觀看區(qū)域上)移動(dòng)時(shí)，指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的光被光吸收顆粒所吸收。在遠(yuǎn)離觀看者移動(dòng)光吸收顆粒時(shí)，指定帶內(nèi)的更多光被反射，并且更少光被吸收。在其他實(shí)施例中，像素單元100可以包括以下光返回介質(zhì)，該光返回介質(zhì)至少返回兩個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的每一個(gè)內(nèi)的光的波長(zhǎng)，但對(duì)光在第一和第二指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分基本上透明。像素單元100還包括第一多個(gè)光吸收顆粒，其能夠吸收至少第一指定波長(zhǎng)帶中的入射光；以及第二多個(gè)光返回顆粒，其能夠吸收至少第二指定波長(zhǎng)帶中的入射光。第一多個(gè)光吸收顆粒對(duì)光在第一指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分基本上透明，并且第二多個(gè)光返回顆粒對(duì)光在第二指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分基本上透明。通過(guò)分離地控制第一多個(gè)顆粒和第二多個(gè)顆粒在像素單元100內(nèi)的位置，可以控制每個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的所返回的(或 所吸收的)光的量。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)指定波長(zhǎng)帶中的入射可見(jiàn)光的返回進(jìn)行調(diào)制的反射型顯示像素，包括 一個(gè)或多個(gè)堆疊單元，每個(gè)單元能夠選擇性地返回所述指定波長(zhǎng)帶中的至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的光,每個(gè)單元包括流體，所述流體包含 光吸收介質(zhì)，其能夠吸收該單元的所述至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的入射光，并對(duì)可見(jiàn)光在堆疊中較低的單元的指定波長(zhǎng)帶中的任一個(gè)中的至少一部分基本上透明； 光返回介質(zhì)，其能夠選擇性地返回光在該單元的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分，并對(duì)可見(jiàn)光在堆疊中較低的單元的指定波長(zhǎng)帶中的任一個(gè)中的至少一部分基本上透明；以及其中，所述光吸收介質(zhì)和所述光返回介質(zhì)中的至少一個(gè)能夠在該單元內(nèi)的位置之間進(jìn)行可控移動(dòng)，以調(diào)整該單元的所述至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶內(nèi)返回的光的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素，其中，至少一個(gè)單元中的光返回介質(zhì)包括多個(gè)光返回顆粒，其能夠選擇性地返回光在該單元的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射型顯示像素，其中，所述光返回顆粒包括布喇格散射顆粒，所述布喇格散射顆粒包括具有不同折射率的介電層的多層堆疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射型顯示像素，其中，所述光返回顆粒包括等離體子顆粒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射型顯示像素，其中，所述光返回顆粒包括發(fā)光顆粒，其能夠選擇性地發(fā)射光在該單元的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的反射型顯示像素，其中，所述光返回顆粒包括膽留片顆粒。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素，其中，至少一個(gè)單元中的光返回介質(zhì)包括發(fā)光染料，其能夠選擇性地發(fā)射光在該單元的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素，其中，至少一個(gè)單元中的光吸收介質(zhì)包括染料，其能夠選擇性地吸收該單元的指定波長(zhǎng)帶的至少一部分中的入射光。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素，其中，至少一個(gè)單元中的光吸收介質(zhì)包括多個(gè)光吸收顆粒，所述光吸收顆粒能夠選擇性地吸收該單元的指定波長(zhǎng)帶的至少一部分中的入射光。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反射型顯示像素，其中，所述光吸收顆粒包括等離體子顆粒。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的反射型顯示像素，其中，所述光吸收顆粒包括顏料顆粒。
12.根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素，其中，至少一個(gè)單元的光吸收介質(zhì)還能夠吸收所述至少一個(gè)單元的至少第二指定波長(zhǎng)帶中的入射光；以及 所述至少一個(gè)單元的光返回介質(zhì)還能夠選擇性地返回光在所述至少一個(gè)單元的第二指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的反射型顯示像素，其中，所述至少一個(gè)單元中的光返回介質(zhì)包括多個(gè)光返回顆粒，其能夠選擇性地返回光在該單元的第二指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分，所述光返回顆粒被定位以控制所述至少一個(gè)單元的第二指定波長(zhǎng)帶內(nèi)返回的光的量。
14.一種包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的反射型顯示像素的反射型顯示器。
15.一種用于對(duì)入射可見(jiàn)光的返回進(jìn)行調(diào)制的反射型顯示像素，包括 一個(gè)或多個(gè)堆疊單元，每個(gè)單元包括流體，所述流體包含 光吸收介質(zhì)，其能夠吸收該單元的至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的入射光，并對(duì)可見(jiàn)光在堆疊中較低的單元的指定波長(zhǎng)帶中的任一個(gè)中的至少一部分基本上透明； 光返回介質(zhì)，其能夠選擇性地返回可見(jiàn)光在該單元的指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分，并對(duì)可見(jiàn)光在堆疊中較低的單元的指定波長(zhǎng)帶中的任一個(gè)中的至少一部分基本上透明；以及其中，所述光吸收介質(zhì)和所述 光返回介質(zhì)中的至少一個(gè)能夠在該單元內(nèi)的位置之間進(jìn)行可控移動(dòng)，以調(diào)整該單元的所返回的光的量。
全文摘要
提供了各種反射型顯示像素。在一個(gè)實(shí)施例中，特別地，提供了一種用于對(duì)入射可見(jiàn)光的返回進(jìn)行調(diào)制的反射型顯示像素，該反射型顯示像素包括一個(gè)或多個(gè)堆疊單元。每個(gè)單元包括以下流體，該流體包含能夠吸收該單元的至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的入射光的光吸收介質(zhì)和能夠選擇性地返回光在該單元的指定波長(zhǎng)帶內(nèi)的至少一部分的光返回介質(zhì)。在其他實(shí)施例中，每個(gè)單元包括以下流體，該流體包含能夠吸收該單元的至少一個(gè)指定波長(zhǎng)帶中的入射光的光吸收介質(zhì)和能夠選擇性地返回可見(jiàn)光在該單元的指定波長(zhǎng)帶外的至少一部分的光返回介質(zhì)。
文檔編號(hào)G02F1/15GK102804050SQ200980161005
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2009年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者G.吉布森, S.基特森, A.蓋索 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司