АППАРАТУРА И СПОСОБ ДЛЯ ОТРАЖАЮЩЕГО ГРАФИЧЕСКОГО ДИСПЛЕЯ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СЛОЕМ Российский патент 2018 года по МПК G02F1/167 

[1] Изобретение испрашивает приоритет на дату подачи предварительной заявки США №61/934596, поданной 31 января 2014 г, описание которой полностью включено в данный документ.

Область изобретения

[2] Изобретение направлено на аппаратуру для отражающих графических дисплеев. В одном варианте осуществления изобретение относится к отражающему графическому дисплею, содержащему диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода.

Предпосылки изобретения

[3] Диэлектрические материалы широко используются в большом диапазоне промышленных применений. Диэлектрические покрытия, как правило, имеют, например, устойчивость к высоким температурам, излучению, окислительному разложению, а также истиранию, трению и другим различным видам физического износа. Кроме того, диэлектрические покрытия, как правило, предоставляют устойчивость к воздействию растворителей и других химических веществ, а также обладают превосходными электроизоляционными свойствами. Диэлектрические соединения могут быть органического или неорганического типа. Наиболее распространенным неорганическим диэлектрическим материалом является диоксид кремния, который широко используется в интегральных микросхемах. Органические диэлектрические материалы, как правило, являются полимерами, такими как полиимиды, фторполимеры, полинорборнены и полимеры на основе углеводорода с отсутствующими полярными группами.

Краткое описание графических материалов

[4] Эти и другие варианты осуществления изобретения будут обсуждены со ссылкой на следующие приведенные в качестве примера и не имеющие ограничительного характера иллюстрации, на которых подобные элементы одинаково пронумерованы и на которых:

[5] на фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе части полуотражающего дисплея TIR полусферического зернистого типа с диэлектрическим слоем;

[6] на фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе части полуотражающего дисплея TIR полусферического зернистого типа, оснащенного перфорированной непрерывной отражающей мембраной и диэлектрическим слоем;

[7] на фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе части модулированного отражающего графического дисплея с перфорированной непрерывной отражающей мембраной и диэлектрическим слоем;

[8] на фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе части дисплея, содержащего диэлектрический слой и множество полостей, соединенных отверстием; и

[9] на фиг. 5 показан график, иллюстрирующий улучшение оптических свойств дисплея вследствие наличия диэлектрического слоя.

Подробное описание

[10] Было установлено, что дополнительный диэлектрический слой на прозрачном переднем электродном слое ITO, расположенный между передним электродом ITO и оптически чистой средой, содержащей электрофоретически подвижные частицы, и на заднем электроде в полуотражающем дисплее нарушаемого TIR улучшает производительность и стабильность указанного дисплея. Диэлектрический слой способствует предотвращению прилипания электрофоретически подвижных частиц к слою ITO. Это приводит к улучшенной ответной реакции частиц на прилагаемое напряжение смещения. Это также приводит к улучшенному управлению оттенками серого, повышенной яркости и пониженному гистерезису. Кроме того, диэлектрический слой защищает и предоставляет химическую стабильность слою ITO при высоких напряжениях и температурах при соприкосновении со средой, содержащей электрофоретически подвижные частицы, таким образом, предотвращая ухудшение производительности дисплея со временем.

[11] Например, диэлектрические материалы на основе поликсилилена (например, парилены) показали себя в качестве особенно многообещающего семейства диэлектрических материалов в описанных в данном документе применениях. Выбор парилена в качестве диэлектрического материала имеет множество преимуществ, как в своих внутренних свойствах, так и в простоте изготовления. Парилен имеет сильные газонепроницаемые свойства, например, в отношении кислорода, влаги и углекислого газа. Парилен также оптически прозрачен, имеет высокую химическую устойчивость к воздействию растворителей, кислот и оснований, высокую термостабильность и является превосходным электрическим изолятором с низкой диэлектрической проницаемостью. Парилен может быть осажден в отсутствии растворителя, посредством процесса химического осаждения (CVD) из паровой фазы и без отверждения, таким образом, приводя к образованию пленок, которые не имеют точечных отверстий, имеют превосходную адгезию, равноугольную форму и равномерную толщину.

[12] Раскрытые варианты осуществления предоставляют различные архитектуры дисплея, включая полуотражающие дисплеи полусферического зернистого типа, имеющие один или несколько дополнительных диэлектрических слоев. Преимущественно, раскрытые варианты осуществления приводят к дисплеям, имеющим улучшенные оптическую производительность и химическую стабильность.

[13] На фиг. 1 показан вид в поперечном разрезе части полуотражающего дисплея 100 TIR полусферического зернистого типа с диэлектрическим слоем. Дисплей 100 включает полуотражающий передний лист 102, содержащий множество частично встроенных высокопреломляющих прозрачных полусферических зерен 104 во внутренней поверхности, прозрачный передний электродный слой 106 на поверхности полусферических зерен, заднюю опору 108, оснащенную задним электродом 110, таким как в тонкопленочном транзисторе или структурированном электродном массиве, и источник 112 напряжения, который соединяет передний и задний электроды.

[14] В качестве альтернативы, полуотражающий передний лист 102 может определять непрерывный высокопреломляющий прозрачный лист с выпуклыми выступами. Выпуклые выступы могут иметь форму полусферических выступов. Передний электрод 106 может включать прозрачный проводящий материал, такой как оксид (ITO) индия и олова, проводящие наночастицы, металлические нанопроволоки, графен или другие проводящие углеродные аллотропы, или сочетание данных материалов, рассеянных в по существу прозрачном полимере или Baytron™.

[15] Задний электрод 110 может включать проводящий материал, такой как оксид (ITO) индия и олова, проводящие частицы, металлические нанопроволоки, графен или другие проводящие углеродные аллотропы, или сочетание данных материалов, рассеянных в полимере, Baytron™ или проводящем материале на основе металла (например, алюминии, золоте или серебре). Инертная низкопреломляющая жидкая среда 114 может содержаться внутри полости, образованной между передним электродом 106 и задним электродом 110. Среда 114 может дополнительно включать взвешенные светопоглощающие электрофоретически подвижные частицы 116. В одном варианте осуществления среда 114 имеет более низкий показатель преломления, чем передний лист 102. Полость, образованная между отражающим передним электродом 106 и задним электродом 110, может дополнительно содержать разделительные блоки, такие как зерна, для управления размером промежутка между передним и задним электродами.

[16] Приведенный в качестве примера вариант осуществления дисплея 100 дополнительно включает диэлектрический слой 118, расположенный на поверхности прозрачного переднего электрода 106 и расположенный между прозрачным передним электродом 106 и средой 114. На фиг. 1 проиллюстрирован диэлектрический слой, расположенный на поверхности 110 заднего электрода в дисплее 100, так что диэлектрический слой расположен между задним электродом 110 и средой 114. Наличие диэлектрического слоя на заднем электроде может быть факультативным и может зависеть от состава заднего электрода. Диэлектрический слой может являться равномерным слоем толщиной по меньшей мере приблизительно 20 нм. В одном варианте осуществления диэлектрический слой содержит парилен. Другие неорганические или органические диэлектрические материалы или их сочетания могут быть также использованы.

[17] Диэлектрический слой может иметь толщину по меньшей мере 80 нм. В приведенном в качестве примера варианте осуществления толщина составляет приблизительно 80-200 нм. Преимущественно, парилен имеет низкую диэлектрическую проницаемость и может быть изготовлен с толщиной 20 нм без наличия каналов точечной утечки. Данные особенности способствуют структурам дисплея, имеющим сравнительно высокую емкость на единицу площади. Высокая емкость означает, что необходимое количество на единицу площади заряженных пигментных частиц может быть притянуто к парилену при более низком напряжении, чем если бы толщина была большей или если бы диэлектрическая проницаемость была более низкой.

[18] Снова ссылаясь на фиг. 1, левая сторона пунктирной линии 122 отображает часть или пиксель дисплея в белом, ярком или полуотражающем состоянии. В данном состоянии электрофоретически подвижные частицы 116 перемещаются под воздействием прилагаемого напряжения смещения рядом с диэлектрическим слоем 118, смежным с поверхностью заднего электрода 110. TIR появляется на внутренней поверхности листа 102. Это проиллюстрировано на примере падающих световых лучей 124 и 126, которые полностью отражаются вовнутрь полуотражающим образом обратно в направлении наблюдателя 120, как проиллюстрировано на примере отраженных световых лучей 128 и 130 соответственно.

[19] С правой стороны от пунктирной линии 122 на фиг. 1 проиллюстрирована часть или пиксель дисплея 100 в темном состоянии нарушенного TIR. В данном состоянии подвижные частицы 116 перемещаются под воздействием прилагаемого напряжения смещения противоположной полярности (в отличие от левой стороны на фиг. 1). Частицы собраны рядом с поверхностью диэлектрического слоя 118, расположенного на прозрачном переднем электроде 106, так что TIR нарушается, следовательно, для создания темного состояния. Это проиллюстрировано на примере падающих световых лучей 132 и 134, которые поглощаются, например, светопоглощающими электрофоретически подвижными частицами 116.

[20] На фиг. 2 показан вид в поперечном разрезе части полуотражающего дисплея 200 TIR полусферического зернистого типа. Дисплей включает перфорированную непрерывную отражающую мембрану и диэлектрический слой. Дисплей 200 также включает полуотражающий передний лист 202, содержащий множество частично встроенных высокопреломляющих прозрачных полусферических зерен 204 во внутренней поверхности, прозрачный передний электрод 206 на поверхности полусферических зерен, заднюю опору 208 с задним электродом 210 (таким как в тонкопленочном транзисторе или структурированном электродном массиве) и источник 212 напряжения, соединяющий передний и задний электроды.

[21] В альтернативном варианте осуществления передний лист 202 может являться непрерывным высокопреломляющим прозрачным листом, имеющим выпуклые выступы. Выпуклые выступы могут иметь полусферическую форму. Передний и задний электроды могут включать подобные составы, как описано в отношении фиг. 1. Инертная низкопреломляющая жидкая среда 214 может содержаться внутри полости, образованной между передним электродом 206 и задним электродом 210. Среда 214 может включать взвешенные светопоглощающие электрофоретически подвижные частицы 216. В одном варианте осуществления показатель преломления жидкости 214 меньше показателя преломления переднего листа 202. Полость, образованная передним электродом 206 и задним электродом 210, может дополнительно содержать разделительные блоки, такие как зерна, для управления размером промежутка между двумя электродами.

[22] Дисплей 200, показанный на фиг. 2, может дополнительно содержать прозрачный диэлектрический слой 218, образованный на переднем электроде 206 и расположенный между передним электродом и средой 214. На фиг. 2 также проиллюстрирован второй диэлектрический слой 218 на заднем электроде, так что диэлектрический слой расположен между задним электродом 210 и средой 214. Диэлектрический слой на заднем электроде может быть использован факультативно в зависимости от состава заднего электрода. Диэлектрический слой может являться равномерным слоем толщиной по меньшей мере приблизительно 20 нм и может содержать парилен или другие неорганические или органические диэлектрические материалы или их сочетания. В одной реализации толщина диэлектрического слоя составляет по меньшей мере приблизительно 80 нм. В еще одной реализации толщина находится в диапазоне приблизительно 80-200 нм. Преимуществом парилена является его способность к осаждению равноугольным образом с равномерной толщиной. Вследствие контурной природы поверхности переднего листа 202, важно, чтобы предпочтительный диэлектрический слой мог быть равномерно покрыт. Недостаточная равномерность покрытия может привести к неравномерным электрическим и оптическим свойствам дисплея. Способность предоставлять равномерное покрытие делает парилен подходящим материалом для изготовления дисплеев, показанных в отношении фиг. 1 и 2.

[23] Снова ссылаясь на фиг. 2, дисплей 200 дополнительно включает перфорированную пористую отражающую мембрану 220 для повышения яркости дисплея TIR. Мембрана 220 может быть расположена между передним диэлектрическим слоем 218 (смежным с передним электродом 206) и задним электродом 210. Средний диаметр пор 222 в мембране 220 может изменяться в зависимости от применения. В одном приведенном в качестве примера варианте осуществления поры по существу превышают (например, приблизительно в 10 раз превышают) средний диаметр поглощающих частиц 216. Поры 222 в мембране 220 составляют достаточно большую часть (например, по меньшей мере 20%) от общей площади поверхности мембраны 220 для обеспечения по существу беспрепятственного прохождения поглощающих частиц 216 через мембрану 220. Мембрана 220 может быть образована из пористого мембранного материала, такого как поликарбонатная мембрана или сплетенная из волокон мембрана.

[24] Наружная поверхность 224 мембраны 220 может являться отражающей и может являться либо диффузно, либо зеркально отражающей. Отражающая мембрана 220 может быть образована из по своей природе отражающего материала, такого как многослойный широкополосный отражатель (например, многослойная оптическая пленка, доступная от 3М, Сент-Пол, Миннесота), или алюминизированной гибкой пленки Mylar™, или посредством покрытия наружной поверхности 224 отражающей (например, алюминиевой) пленкой с использованием стандартных методов осаждения из паровой фазы. Отражающая пленка 224 может содержать Tiθ₂. Непрерывная природа мембраны 220 представлена пунктирными линиями 226 в приведенном в качестве примера варианте осуществления, показанном на фиг. 2.

[25] С левой стороны от пунктирной линии 228 дисплей 200 отображает часть или пиксель дисплея в белом, ярком или полуотражающем состоянии. В данном состоянии электрофоретически подвижные частицы 216 перемещаются под воздействием прилагаемого напряжения смещения в направлении заднего электрода 210, где они собираются рядом с поверхностью 218 заднего диэлектрического слоя, так что TIR может появиться на внутренней поверхности листа 202. Это проиллюстрировано на примере падающих световых лучей 230 и 232, которые полностью отражаются вовнутрь полуотражающим образом, как показано на примере отраженных световых лучей 234 и 236 в направлении наблюдателя 238.

[26] С правой стороны от пунктирной линии 228 проиллюстрирована часть или пиксель дисплея в темном состоянии нарушенного TIR. В данном состоянии подвижные частицы 216 перемещаются под воздействием прилагаемого напряжения смещения противоположной полярности рядом с поверхностью переднего диэлектрического слоя 218 так, что TIR нарушено. Это проиллюстрировано на примере падающих световых лучей 240 и 242, которые поглощаются, например, светопоглощающими подвижными частицами 216.

[27] На фиг. 3 показан вид в поперечном разрезе части модулированного отражающего графического дисплея 300 с перфорированной непрерывной отражающей мембраной и диэлектрическим слоем. В данном случае, вместо отражения света на полуотражающий передний лист, как проиллюстрировано на фиг. 1 и 2, свет отражается на полузеркальную или полуотражающую поверхность на перфорированной пористой отражающей мембране.

[28] Дисплей 300 включает прозрачный наружный лист 302, прозрачный передний электрод 304, заднюю опору 306 с верхним проводящим слоем, выступающим в качестве заднего электрода 308. Задний электрод может определять тонкопленочный транзистор или структурированный массив. На фиг. 3 источник 310 напряжения соединяет передний и задний электроды. Передний электрод 304 и задний электрод 308 могут включать подобный материал и иметь подобную толщину, как обсуждалось в отношении фиг. 1 и 2. Инертная низкопреломляющая жидкая среда 312, которая может дополнительно включать взвешенные светопоглощающие электрофоретически подвижные частицы 314, может содержаться внутри полости, образованной между передним электродом 304 и задним электродом 308. Полость может дополнительно содержать разделительные блоки, такие как зерна, для управления размером промежутка, образованного указанными передним и задним электродами. На прозрачном переднем электроде 304 находится прозрачный диэлектрический слой 316, расположенный между прозрачным передним электродом 304 и средой 312.

[29] На фиг. 3 также проиллюстрирован второй диэлектрический слой 316 на поверхности 308 заднего электрода, так что второй диэлектрический слой расположен между задним электродом 308 и средой 312. Второй диэлектрический слой на заднем электроде может быть факультативным в зависимости от состава заднего электрода. Второй диэлектрический слой может являться равномерным слоем толщиной по меньшей мере приблизительно 20 нм. Второй диэлектрический слой может содержать парилен или другие неорганические или органические диэлектрические материалы или сочетания. В одном варианте осуществления изобретения второй диэлектрический слой имеет толщину по меньшей мере 80 нм. В еще одном варианте осуществления толщина второго диэлектрика находится в диапазоне приблизительно 80-200 нм.

[30] Тонкая перфорированная пористая непрерывная (представленная пунктирными линиями 318 для указания непрерывного слоя) мембрана 320 расположена внутри полости и между передним и задним диэлектрическими слоями 316. Мембрана 320 может быть образована из полимерного материала с гравировкой в виде дорожки, такого как поликарбонат, сложный полиэфир, полиимид или некоторый другой полимерный материал или стекло толщиной по меньшей мере приблизительно 10 микрон. Пористая природа пленки 320 обеспечивает прохождение светопоглощающих частиц 314 через поры 322. Средний диаметр пор в мембране 320 может по существу превышать (например, превышать приблизительно в 10 раз) средний диаметр светопоглощающих частиц 314. Поры в мембране 320 могут составлять большую часть (например, по меньшей мере 10%) от общей площади поверхности мембраны 320 для обеспечения по существу беспрепятственного прохождения поглощающих частиц 314 через поры 322.

[31] Дисплей 300 также иллюстрирует дополнительный первый пористый и непрерывный (представленный пунктирными линиями 324 для указания непрерывного слоя) отражающий слой 326 поверх перфорированной пористой непрерывной мембраны 320. Дополнительный слой 326 может включать тонкий зеркально светоотражающий металлический слой, такой как алюминиевая, серебряная, золотая, алюминизированная гибкая пленка Mylar™, или другой материал для улучшения отражающей способности. Светорассеивающий слой 328 может быть факультативно добавлен снаружи наружного листа 302 и обращен к наблюдателю 330 для «смягчения» зеркально отраженного света от отражающего слоя 326. Отражающий слой 326 может дополнительно включать полуотражающее покрытие. Полуотражающее покрытие 326 может состоять из уголковых или частичных уголковых отражателей или стеклянных зерен, встроенных в отражающую подложку или в прозрачную матрицу и поддерживаемых дополнительным или факультативным отражающим слоем. Слой спеченного TiC₂ может быть также использован в качестве отражающего слоя 326.

[32] В одном варианте осуществления изобретения уровень диффузного отражения от полуотражающего покрытия 326 является не настолько высоким, чтобы вызвать перекрестные помехи между пикселями или подпикселями. Например, если свет проходит через один подпиксель, он может быть отражен полуотражающим покрытием 326 так, что свет выходит через тот же подпиксель, в ином случае контрастность и/или насыщенность цвета будет уменьшена. В еще одном варианте осуществления передний электрод и прозрачный диэлектрический слой могут находиться непосредственно на отражающем слое пористой мембраны 320.

[33] С левой стороны от пунктирной линии 332 на дисплее 300 на фиг. 3 показана часть или пиксель дисплея в зеркальном, полузеркальном или полуотражающем состоянии. В данном состоянии подвижные частицы 314 перемещаются под воздействием прилагаемого напряжения смещения в направлении заднего диэлектрического слоя 316, смежного с поверхностью 308 заднего электрода, так что отражение может появиться на отражающем слое 326. Это проиллюстрировано на примере падающего светового луча 334, который отражается зеркальным, полузеркальным или полуотражающим образом (как показано на примере отраженного светового луча 336) обратно в направлении наблюдателя 330 для создания светлого состояния. С правой стороны от пунктирной линии 332 показано темное состояние. В данном случае, электрофоретически подвижные частицы перемещаются через поры 322 под воздействием прилагаемого напряжения смещения и собираются рядом с передним диэлектрическим слоем 316 для поглощения падающих световых лучей. Это представлено на примере световых лучей 338 и 340, которые поглощаются светопоглощающими подвижными частицами 314.

[34] Архитектуры дисплея, проиллюстрированные на фиг. 1-3, могут дополнительно содержать стенки, которые создают углубления или отделения для удерживания электрофоретически подвижных частиц. Стенки или поперечные стенки могут быть выполнены с возможностью создания углублений или отделений, например, в форме квадрата, треугольника, пятиугольника, шестиугольника или их сочетания. Стенки могут содержать полимерный материал и могут быть структурированы традиционными методами, включая фотолитографию, тиснение или формовку. Стенки способствуют удерживанию электрофоретически подвижных частиц для предотвращения оседания и перемещения указанных частиц, что может привести к низкой производительности дисплея со временем. В некоторых вариантах осуществления дисплеи могут содержать поперечные стенки, которые полностью перекрывают промежуток, созданный передним и задним электродами в области, где находятся жидкая среда и подвижные частицы. В некоторых вариантах осуществления дисплеи 100, 200 или 300 могут содержать частичные поперечные стенки, которые только частично перекрывают промежуток, созданный передним и задним электродами в области, где находятся жидкая среда и подвижные частицы. В некоторых вариантах осуществления дисплеи 100, 200 или 300 могут дополнительно содержать сочетание поперечных стенок и частичных поперечных стенок, которые могут полностью или частично перекрывать промежуток, созданный передним и задним электродами в области, где находятся жидкая среда и подвижные частицы.

[35] Архитектуры 100, 200 и 300 отражающего графического дисплея, проиллюстрированные на фиг. 1-3 соответственно и описанные в предыдущих разделах, могут дополнительно содержать слой массива цветного светофильтра. Указанный слой массива цветного светофильтра может содержать красный, зеленый и синий или голубой, пурпурный и желтый светофильтры или их сочетание. В варианте осуществления дисплей 100, проиллюстрированный на фиг. 1 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и слой массива цветного светофильтра. В еще одном варианте осуществления дисплей 200, проиллюстрированный на фиг. 2 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и слой массива цветного светофильтра. В еще одном варианте осуществления дисплей 300, проиллюстрированный на фиг. 3 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и слой массива цветного светофильтра.

[36] На фиг. 4 показан вид в поперечном разрезе части дисплея, содержащего диэлектрический слой и множество полостей, соединенных отверстием. На фиг. 4 также проиллюстрирован поперечный разрез отражающего дисплея 400, имеющего тонкий слой 402, выгравированный на обеих сторонах для образования множества по существу полусферических полостей (взаимозаменяемо, камер) 404. Полости соединены отверстием. На фиг. 4 полусферические полости 404 образуют пустоты в форме песочных часов, имеющие верхнюю полусферическую полость, узкий просвет или отверстие 406 и нижнюю полость. Полости 404 могут быть расположены различными способами, включая шестиугольный или квадратный упакованный массив. В одном варианте осуществления полости расположены в шестиугольном плотно упакованном массиве для максимизации площади в пределах тонкого слоя, который заполняется полостями для ограничения количества неоптически активных зон в дисплее.

[37] Дисплей 400 дополнительно включает верхний прозрачный наружный лист 408, прозрачный передний электрод 410, заднюю опору 412 и задний электрод 414, содержащий тонкопленочный транзистор или структурированный массив, негравированный оставшийся материал 416, выступающий в качестве опоры тонкого слоя 402 для структурной целостности. Передний электрод 410 и задний электрод 414 могут содержать по существу одинаковый материал и иметь одинаковые размеры, как это было описано в отношении фиг. 1-3.

[38] Инертная оптически прозрачная жидкая среда 418, имеющая взвешенные светопоглощающие электрофоретически подвижные частицы 420, может быть расположена внутри полостей 404 в форме песочных часов. Дисплей 400 может также включать источник 422 напряжения, который соединяет передний электрод 410 и задние электродные слои 414, так что напряжение смещения может быть приложено ко всей среде, содержащей электрофоретически подвижные частицы 420, взвешенные в жидкости 418.

[39] В одном варианте осуществления задний электрод 414 включает тонкопленочный транзистор или структурированный массив, совпадающий с каждой задней или нижней полусферической полостью 404, так что подвижные частицы 420, содержащиеся внутри каждой полости, могут управляться отдельно для создания дисплея высокого разрешения. Поверхность верхней полусферической полости 404 может быть покрыта отражающим слоем 424 для отражения света обратно в направлении наблюдателя 426. Дисплей 400 может также включать прозрачный передний диэлектрический слой 428 на прозрачном переднем электродном слое 410. Второй диэлектрический слой 428 может быть образован на поверхности 414 заднего электрода, так что диэлектрический слой расположен между задним электродом 414 и средой 418. Диэлектрический слой на заднем электроде может быть факультативно добавлен в зависимости от состава заднего электрода. Диэлектрический слой может определять равномерный слой толщиной по меньшей мере приблизительно 20 нм и может содержать парилен или другие неорганические или органические диэлектрические материалы или их сочетания. В одном варианте осуществления толщина диэлектрического слоя составляет по меньшей мере приблизительно 80 нм. В еще одном варианте осуществления толщина диэлектрика находится в диапазоне приблизительно 80-200 нм.

[40] Дисплей может дополнительно содержать факультативный слой 430 цветного светофильтра, имеющий массив отдельных подпикселей цветов, включая красный 432 (показанный под буквой «R»), зеленый 434 (показанный под буквой «G») и синий 436 (показанный под буквой «В»). В качестве альтернативы, цветами подпикселей могут являться голубой, пурпурный и желтый. В одном варианте осуществления каждый цветной подпиксель может совпадать с отдельной полусферической полостью 404. Для достижения полноцветного изображения высокого разрешения с высокой эффективностью вход и выход отраженного светового луча могут проходить через один и тот же цветной подпиксель внутри слоя 430 массива цветного светофильтра.

[41] На фиг. 4 падающие световые лучи 438 и 440 проходят через прозрачный наружный лист 408, прозрачный передний электрод 410, прозрачный диэлектрический слой 428 и цветные подпиксели 432 и 434. Световые лучи 438 и 440 могут быть отражены на отражающую поверхность верхней полусферической полости или камеры 424 полузеркальным или полуотражающим образом, представленным на примере отраженных световых лучей 442 и 444. Световые лучи отражаются обратно через слой 430 цветного светофильтра и прозрачный наружный лист 408 в направлении наблюдателя 426 для создания светлого состояния, когда подвижные частицы 420 перемещаются через узкий просвет 406, где они собираются рядом с поверхностью заднего диэлектрического слоя, смежной с задним электродом 414. Полярность прилагаемого напряжения смещения может быть изменена для перемещения подвижных частиц 420 через узкий просвет 406 в направлении поверхности переднего диэлектрического слоя 428. Подвижные частицы могут собираться в данном местоположении и поглощать падающие световые лучи 446 и 448 внутри отдельных полусферических полостей 404 для создания темного состояния.

[42] Несмотря на то, что это не показано на фиг. 1-4, каждый дисплей может также включать систему направленного переднего света. Система направленного переднего света может включать источник света, световод и массив элементов извлечения света на поверхности верхнего листа в каждом дисплее. Система направленного света может быть расположена между наружной поверхностью наружного листа и наблюдателем. Источник переднего света может определять светоизлучающий диод (LED), флуоресцентную лампу (CCFL) с холодным катодом или лампу накаливания с технологией (SMT) монтажа на поверхность. Световод может быть выполнен с возможностью направления света на всю переднюю поверхность прозрачного наружного листа, тогда как элементы извлечения света направляют свет в перпендикулярном направлении в пределах острого угла, например, отцентрированного вокруг 30° конуса, в направлении полуотражающих или полузеркальных листов. Система направленного переднего света может быть использована в сочетании с поперечными стенками или слоем цветного светофильтра в архитектурах дисплея, описанных в данном документе, или их сочетанием.

[43] В варианте осуществления дисплей 100, проиллюстрированный на фиг. 1 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 200, проиллюстрированный на фиг. 2 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 300, проиллюстрированный на фиг. 3 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки и систему направленного переднего света.

[44] В варианте осуществления дисплей 100, проиллюстрированный на фиг. 1 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 200, проиллюстрированный на фиг. 2 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 300, проиллюстрированный на фиг. 3 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света.

[45] В варианте осуществления дисплей 100, проиллюстрированный на фиг. 1 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки, слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 200, проиллюстрированный на фиг. 2 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки, слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света. В еще одном варианте осуществления дисплей 300, проиллюстрированный на фиг. 3 и описанный в предыдущих разделах, может дополнительно содержать поперечные стенки, слой массива цветного светофильтра и систему направленного переднего света.

[46] На фиг. 5 показан график, иллюстрирующий улучшение оптических свойств дисплея вследствие добавления диэлектрического слоя. Производительность экспериментального дисплея, проиллюстрированная на фиг. 5, была сгенерирована дисплеем с архитектурой, подобной дисплею 100, проиллюстрированному на фиг. 1. В данном случае первый дисплей (контрольный дисплей) был испытан при отсутствии слоев парилена на переднем и заднем электродах. Второй дисплей был сформирован с использованием диэлектрических слоев парилена толщиной приблизительно 100 нм как на переднем, так и на заднем электродах. Промежуток между передним полусферическим зерновым листом и задним электродом составлял приблизительно 18 микрон и был заполнен с использованием разделительных зерен равномерного диаметра. Жидкая среда, содержащаяся внутри полости между передним и задним листами, включала электрофоретически подвижные светопоглощающие частицы на основе углеродной сажи. Для испытания воздействия диэлектрического слоя с прилагаемым импульсом дисплей был первоначально запущен в своем черном состоянии при +10 В, а затем прямоугольные импульсы 10 В продолжительностью одна секунда были приложены поочередно между +10 В (черное состояние) и -10 В (белое состояние) во время измерения % отражающей способности дисплея.

[47] На фиг. 5 запускающая форма волны проиллюстрирована пунктирной линией внизу графика, на котором показаны чередующиеся прямоугольные импульсы между +10 В и -10 В для продолжительностей в одну секунду. Линия с треугольными маркерами представляет контрольный дисплей без диэлектрического слоя парилена, в котором максимальная отражающая способность (белое состояние) при -10 В достигает приблизительно 10% и минимальная отражающая способность (темное состояние) при +10 В составляет приблизительно 2% с общим соотношением контрастности отражающей способности белого состояния к отражающей способности темного состояния, составляющим приблизительно 5. Сплошная линия отображает дисплей со слоями парилена толщиной приблизительно 100 нм как на переднем, так и на заднем электродах. В примере показано, что максимальная отражающая способность белого состояния составляет приблизительно 62% при -10 В и минимальная отражающая способность темного состояния составляет приблизительно 5% при +10 В с соотношением контрастности белого состояния к темному состоянию, составляющим приблизительно 12.

[48] Наличие диэлектрического слоя на поверхности переднего и заднего электродов приводит к более ярким белым состояниям и более высоким соотношениям контрастности. Это может происходить вследствие предотвращения диэлектрическим слоем прилипания подвижных частиц к незащищенному слою ITO. Когда частицы прилипают к слою ITO (смежному с полусферической зерновой поверхностью), остальные частицы нарушают TIR во время необходимого белого состояния, что приводит к понижению отражающей способности. Прилипание частиц также приводит к более долгому времени отклика частиц, как показано на фиг. 5 для образца без парилена во время приложения электрического поля -10 В. Отражающая способность повышается на протяжении всего периода импульса в одну секунду, при этом дисплей со слоями парилена толщиной 100 нм на переднем и заднем электродах имеет более быстрое время отклика. Скорость, с которой достигается максимальная отражающая способность, по-видимому, достигается постепенно и вскоре выравнивается в течение импульса в одну секунду. Поведение подвижных частиц при отсутствии прилипания частиц и более быстром и более предсказуемом времени отклика также является преимущественным для применений с использованием многобитовых оттенков серого, в которых необходимы сложные формы волн.

[49] В одном варианте осуществления некоторое контролируемое и предсказуемое притяжение частиц к диэлектрическому слою может быть необходимым для бистабильности, приводящей к более низкому энергопотреблению дисплея. Способность дисплея поддерживать статическое изображение при выключенном питании значительно продлевает срок службы батареи в потребительских устройствах, например, портативной электронной книге. Для сохранения преимущества слоя парилена, но улучшения бистабильности парилена, поверхность может быть модифицирована для управления силами притяжения или отталкивания электрофоретически подвижных частиц в отношении поверхности парилена. Например, слой парилена может быть химически обработан после осаждения для изменения свойств поверхности. Одной такой обработкой является подвержение фтористому газу для фторирования поверхности парилена. Еще одним способом модификации поверхности парилена является, например, галогенирование исходного материала парилена перед осаждением на необходимую подложку. Парилен С является общеизвестным диэлектрическим материалом на основе парилена, при этом исходный материал хлорируется на фенильном кольце димера исходного материала парилена, а затем осаждается на поверхность, оставляя слой хлорированного парилена. Посредством изменения составляющих на фенильном кольце (в остове парилена) могут быть перестроены свойства парилена, такие как диэлектрическая проницаемость и поверхностные энергия и активность.

[50] В целом, идея диэлектрического слоя, описанная в предыдущих разделах, может применяться к любой электродной топологии, для которой преимущественным является переменное притяжение заряженных электрофоретически подвижных пигментных частиц рядом с поверхностью в целях модификации отражения света. Суммарный оптический эффект может являться зеркальным, частично отражающим, полностью отражающим, частично диффузным или полностью диффузным, или иметь различные промежуточные виды. С точки зрения конкретных топологий, в дополнение к данным топологиям, показанным в данном документе на графических материалах, выступы на поверхности или поверхностях могут иметь призматическую форму, коническую форму, форму усеченных конусов, форму различных фигур вращения, различные произвольные формы, имеющие суммарную характеристику, при которой свет эффективно перенаправляется и количество перенаправленного света контролируется в отношении электрода, покрытого диэлектрическим слоем высокой емкости, состоящим из парилена или материала, подобного парилену.

[51] В вариантах осуществления дисплея, описанных в данном документе, они могут быть использованы в различных устройствах, включая: электронные книги, портативные компьютеры, планшетные компьютеры, сотовые телефоны, смарт-карты, вывески, часы, ценники, флеш-накопители и наружные рекламные щиты или наружные вывески.

[52] Далее проиллюстрирован приведенный в качестве примера и не имеющий ограничительного характера вариант осуществления изобретения. Пример 1 направлен на отражающее устройство отображения изображения, содержащее: прозрачный передний лист, содержащий выпуклые выступы или встроенные сферические зерна, через который наблюдатель смотрит на дисплей; передний электрод; заднюю опору; задний электрод; диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода; оптически прозрачную жидкую среду; множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически прозрачной жидкой среде; и источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически прозрачной жидкой среде для перемещения электрофоретически подвижных частиц.

[53] Пример 2 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 1, при этом задний электрод дополнительно содержит тонкопленочный транзистор или структурированный массив.

[54] Пример 3 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом прозрачный передний лист является полуотражающим листом, имеющим множество полусферических выступов на своей внутренней поверхности.

[55] Пример 4 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 3, при этом передний электрод является прозрачным и расположен на поверхности множества полусферических выступов.

[56] Пример 5 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом диэлектрический слой дополнительно содержит полимер.

[57] Пример 6 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом диэлектрический слой дополнительно содержит парилен.

[58] Пример 7 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом диэлектрический слой дополнительно содержит галогенированный парилен.

[59] Пример 8 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом оно дополнительно содержит перфорированную пористую отражающую непрерывную мембрану, расположенную между передним и задним электродами.

[60] Пример 9 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом оно дополнительно содержит одну или несколько поперечных стенок или частичных поперечных стенок.

[61] Пример 10 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 2, при этом оно дополнительно содержит слой цветного светофильтра.

[62] Пример 11 относится к отражающему устройству отображения изображения, определенному в любом из примеров 1-10, при этом оно дополнительно содержит систему направленного переднего света.

[63] Пример 12 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 9, при этом оно дополнительно содержит слой цветного светофильтра и систему направленного переднего света.

[64] Пример 13 относится к отражающему устройству отображения изображения, содержащему: прозрачный передний лист, через который наблюдатель смотрит на дисплей; передний электрод; заднюю опору; задний электрод; диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода; перфорированную пористую непрерывную отражающую мембрану, расположенную между передним и задним электродами; множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически чистой жидкой среде, расположенной внутри полости, определенной передним листом и задним электродом, и внутри пор перфорированной пористой мембраны и светоотражающего переднего электрода; и источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически чистой среде для перемещения взвешенных электрофоретически подвижных частиц между передним электродом и задним электродом.

[65] Пример 14 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 13, при этом задний электрод состоит из тонкопленочного транзистора или структурированного массива.

[66] Пример 15 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 14, при этом отражающий лист перфорированной пористой и непрерывной отражающей мембраны является зеркальным или полузеркальным.

[67] Пример 16 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 15, при этом передний электрод является прозрачным и расположен на прозрачном переднем листе.

[68] Пример 17 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 16, при этом диэлектрический слой состоит из полимера.

[69] Пример 18 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 16, при этом диэлектрический слой состоит из парилена.

[70] Пример 19 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 16, при этом диэлектрический слой состоит из галогенированного парилена.

[71] Пример 20 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 14, при этом оно дополнительно содержит наружный светорассеивающий слой, расположенный поверх прозрачного переднего листа так, что наружный светорассеивающий слой расположен между прозрачным передним листом и наблюдателем.

[72] Пример 21 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 14, при этом оно дополнительно содержит одну или несколько поперечных стенок, или частичных поперечных стенок, или их сочетание.

[73] Пример 22 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 14, при этом оно дополнительно содержит слой цветного светофильтра.

[74] Пример 23 относится к отражающему устройству отображения изображения, определенному в любом из примеров 13-22, при этом оно дополнительно содержит систему направленного переднего света.

[75] Пример 24 относится к отражающему устройству отображения изображения, содержащему: прозрачный наружный лист, через который наблюдатель смотрит на дисплей; слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, при этом каждая верхняя камера соединена с нижней камерой посредством отверстия; передний электрод; заднюю опору; задний электрод; диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода; оптически прозрачную жидкость; множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически прозрачной жидкости; и источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически прозрачной жидкости для перемещения электрофоретически подвижных частиц.

[76] Пример 25 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 24, при этом задний электрод состоит из тонкопленочного транзистора или структурированного массива.

[77] Пример 26 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, изготовлен из стекла.

[78] Пример 27 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержит множество верхних камер и множество нижних камер, имеющих форму полусфер.

[79] Пример 28 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом диэлектрический слой состоит из полимера.

[80] Пример 29 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом диэлектрический слой состоит из парилена.

[81] Пример 30 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом диэлектрический слой состоит из галогенированного парилена.

[82] Пример 31 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом слой, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, дополнительно содержит светоотражающий слой.

[83] Пример 32 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом передний электрод является прозрачным.

[84] Пример 33 относится к отражающему устройству отображения изображения примера 25, при этом оно дополнительно содержит массив цветного светофильтра.

[85] Пример 34 относится к отражающему устройству отображения изображения, определенному в любом из примеров 24-33, при этом оно дополнительно содержит систему направленного переднего света.

[86] Несмотря на то, что идеи изобретения были проиллюстрированы в отношении приведенных в качестве примера вариантов осуществления, показанных в данном документе, идеи изобретения ими не ограничиваются и включают любую их модификацию, вариацию или преобразование.

Изобретение относится к устройствам отражающих графических дисплеев. Отражающий графический дисплей содержит передний лист, содержащий множество полусферических выступов, передний и задний электроды, диэлектрический слой на поверхности по меньшей мере одного электрода, жидкую среду с электрофоретически подвижными частицами, слой массива цветного светофильтра, систему направленного переднего света, а также диэлектрический слой. Изобретение обеспечивает повышенную яркость, улучшенной ответной реакцией электрофоретических частиц, улучшение оттенков серого и химической стабильности при наличии электрофоретической среды, электрического поля и высоких температур. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Отражающее устройство отображения изображения, содержащее:

прозрачный передний лист, содержащий выпуклые выступы или встроенные сферические зерна, через который наблюдатель смотрит на дисплей;

передний электрод;

заднюю опору;

задний электрод;

диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода;

оптически прозрачную жидкую среду;

множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически прозрачной жидкой среде; и

источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически прозрачной жидкой среде для перемещения электрофоретически подвижных частиц.

2. Отражающее устройство отображения изображения по п. 1, где задний электрод дополнительно содержит тонкопленочный транзистор или структурированный массив.

3. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, где прозрачный передний лист является полуотражающим листом, имеющим множество полусферических выступов на своей внутренней поверхности.

4. Отражающее устройство отображения изображения по п. 3, где передний электрод является прозрачным и расположен на поверхности множества полусферических выступов.

5. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, где диэлектрический слой дополнительно содержит полимер.

6. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, где диэлектрический слой дополнительно содержит парилен.

7. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, где диэлектрический слой дополнительно содержит галогенированный парилен.

8. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, дополнительно содержащее перфорированную пористую отражающую непрерывную мембрану, расположенную между передним и задним электродами.

9. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, дополнительно содержащее одну или несколько поперечных стенок или частичных поперечных стенок.

10. Отражающее устройство отображения изображения по п. 2, дополнительно содержащее слой цветного светофильтра.

11. Отражающее устройство отображения изображения по любому из пп. 1-10, дополнительно содержащее систему направленного переднего света.

12. Отражающее устройство отображения изображения по п. 9, дополнительно содержащее слой цветного светофильтра и систему направленного переднего света.

13. Отражающее устройство отображения изображения, содержащее:

прозрачный передний лист, через который наблюдатель смотрит на дисплей;

передний электрод;

заднюю опору;

задний электрод;

диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода;

перфорированную пористую непрерывную отражающую мембрану, расположенную между передним и задним электродами;

множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически чистой жидкой среде, расположенной внутри полости, определенной передним листом и задним электродом, и внутри пор перфорированной пористой мембраны и светоотражающего переднего электрода; и

источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически чистой среде для перемещения взвешенных электрофоретически подвижных частиц между передним электродом и задним электродом.

14. Отражающее устройство отображения изображения по п. 13, где задний электрод состоит из тонкопленочного транзистора или структурированного массива.

15. Отражающее устройство отображения изображения по п. 14, где отражающий лист перфорированной пористой и непрерывной отражающей мембраны является зеркальным или полузеркальным.

16. Отражающее устройство отображения изображения по п. 15, где передний электрод является прозрачным и расположен на прозрачном переднем листе.

17. Отражающее устройство отображения изображения по п. 16, где диэлектрический слой состоит из полимера.

18. Отражающее устройство отображения изображения по п. 16, где диэлектрический слой состоит из парилена.

19. Отражающее устройство отображения изображения по п. 16, где диэлектрический слой состоит из галогенированного парилена.

20. Отражающее устройство отображения изображения по п. 14, дополнительно содержащее наружный светорассеивающий слой, расположенный поверх прозрачного переднего листа так, что наружный светорассеивающий слой расположен между прозрачным передним листом и наблюдателем.

21. Отражающее устройство отображения изображения по п. 14, дополнительно содержащее одну или несколько поперечных стенок, или частичных поперечных стенок, или их сочетание.

22. Отражающее устройство отображения изображения по п. 14, дополнительно содержащее слой цветного светофильтра.

23. Отражающее устройство отображения изображения по любому из пп. 13-22, дополнительно содержащее систему направленного переднего света.

24. Отражающее устройство отображения изображения, содержащее:

прозрачный наружный лист, через который наблюдатель смотрит на дисплей;

слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, при этом каждая верхняя камера соединена с нижней камерой посредством отверстия;

передний электрод;

заднюю опору;

задний электрод;

диэлектрический слой, расположенный на поверхности по меньшей мере одного электрода;

оптически прозрачную жидкость;

множество электрофоретически подвижных частиц, взвешенных в оптически прозрачной жидкости; и

источник напряжения для приложения напряжения смещения ко всей оптически прозрачной жидкости для перемещения электрофоретически подвижных частиц.

25. Отражающее устройство отображения изображения по п. 24, где задний электрод состоит из тонкопленочного транзистора или структурированного массива.

26. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, изготовлен из стекла.

27. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где слой, смежный с прозрачным наружным листом, содержит множество верхних камер и множество нижних камер, имеющих форму полусфер.

28. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где диэлектрический слой состоит из полимера.

29. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где диэлектрический слой состоит из парилена.

30. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где диэлектрический слой состоит из галогенированного парилена.

31. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где слой, содержащий множество верхних камер и множество нижних камер, дополнительно содержит светоотражающий слой.

32. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, где передний электрод является прозрачным.

33. Отражающее устройство отображения изображения по п. 25, дополнительно содержащее массив цветного светофильтра.

34. Отражающее устройство отображения изображения по любому из пп. 24-33, дополнительно содержащее систему направленного переднего света.