Эластичный дисплей Российский патент 2021 года по МПК G02F1/1335 

Изобретение относится к технологиям производства дисплеев.

Из существующего уровня техники известны:

1. Жидкокристаллическое дисплейное устройство, описанное в [1]. В данном источнике описано изготовление жидкокристаллического дисплея. Существенным недостатком данного устройства является недопустимость изменения кривизны поверхности дисплея более чем в одной плоскости.

2. Реконфигурируемый цветной экран, описанный в [2]. В данном источнике описана технология изготовления цветного экрана с многослойным светофильтром, выполненным на гибких пластиковых пленках. Описанный способ изготовления светофильтра является низкотехнологичным ввиду сложности процесса совмещения пленок для достижения заданного взаимного расположения субпикселей.

3. Наиболее близким к заявленному изобретению является гибкая дисплейная панель, описанная в [3]. В данном источнике описана дисплейная панель и способ ее изготовления. Существенным недостатком данного устройства является отсутствие возможности реализации устройства с применением иного типа матрицы кроме основанной на технологии OLED (англ. organic light-emitting diode).

Все вышеперечисленные варианты дисплеев утрачивает работоспособность при изменении геометрических размеров.

Технической задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является разработка конструкции эластичного дисплея с возможностью изменения кривизны более чем в одной плоскости и возможностью допускать изменение геометрических размеров более чем на 5% без потери качества изображения, применяемой для жидкокристаллической и OLED технологиям.

Техническим результатом, который достигается благодаря заявленному изобретению является создание эластичного дисплея, который может быть расположен на любой криволинейной поверхности и обеспечивает качественное отображение информации, например видеопотока, без видимых дефектов.

Поставленная задача решается за счет того, что в качестве основания (субстрата) для формирования слоя тонкопленочных транзисторов и слоя светофильтра используется светопрозрачные, эластичные, устойчивые к разрыву полимерные материалы. В случае применения жидкокристаллической технологии изготовления дисплея для обеспечения необходимого зазора между субстратом со сформированным слоем тонкопленочных транзисторов и субстратом, выполняющим роль светофильтра, используются специальные дистанцирующие структуры. Для варианта дисплея, подразумевающего возможность изменение геометрических размеров более чем на 5% предлагается использовать в конструкции эластичные тонкопленочные транзисторы, допускающие относительное удлинение до 100% без потери работоспособности [4] и эластичные прозрачные проводники [5].

Сущность изделия поясняется чертежами, на которых изображено:

На фиг. 1 изображено поперечное сечение эластичного дисплея, выполненного по жидкокристаллической технологии, допускающего изгиб более чем в одной плоскости, в котором на поверхности субстрата сформирован светофильтр и сетка пикселей.

На фиг. 2 изображено поперечное сечение эластичного дисплея, выполненного по жидкокристаллической технологии, допускающего изгиб более чем в одной плоскости и изменение геометрических размеров, в котором субстрат является элементом защиты дисплея от внешнего воздействия, а в качестве светофильтра применяется пленка – светофильтр.

На фиг. 3 изображено поперечное сечение эластичного дисплея, выполненного по жидкокристаллической технологии, допускающего изгиб более чем в одной плоскости и изменение геометрических размеров, в котором элементом защиты дисплея от внешнего воздействия является пленка – светофильтр.

На фиг. 4 изображено поперечное сечение непрозрачного эластичного дисплея, выполненного по OLED технологии, допускающего изгиб более чем в одной плоскости и изменение геометрических размеров.

На фиг. 5 изображено поперечное сечение прозрачного эластичного дисплея, выполненного по OLED технологии, допускающего изгиб более чем в одной плоскости и изменение геометрических размеров.

На фиг. 6 изображен пример расположения ячеек с органическими светодиодами для эластичного дисплея, выполненного по OLED технологии

На фиг. 7 изображен пример размещения эластичного дисплея на светопрозрачной поверхности с предварительно заданной формой в триметрической проекции и разрезе.

На фиг. 8 изображен пример размещения эластичного дисплея на стекле транспортного средства.

На фигуре 1 – 8 приняты следующие обозначения:

А – светопрозрачный материал с предварительно заданной формой

Б – эластичный дисплей

В – стекло транспортного средства

1 – Субстрат, на поверхности которого формируют матрицу тонкопленочных транзисторов

2 – Слой тонкопленочных транзисторов

2а - Слой растягивающихся тонкопленочных транзисторов

3 – Полимерный слой с канавками, покрывающий слой тонкопленочных транзисторов

4 – Дистанцирующие структуры

5 – Субстрат, на поверхности которого сформирован светофильтр

6 – Слой светофильтра, сформированный на субстрате

6а – Полимерная пленка - светофильтр

7 – Полимерный слой с канавками, покрывающий слой светофильтра

8 - Герметизирующий и клеящий состав

9 – Молекулы жидких кристаллов

9а – Слой дискретных светоорганических светодиодов

10 – Буферный объем

11 – Ячейка с органическим светодиодом

12 – Катод из прозрачного растягивающего электрического проводника

13 – Светопрозрачная защитная пленка, покрытие или материал

14 – Поляризационный фильтр

Изделие представляет собой эластичный дисплей, формирующий изображение. Вариант, изображенный на фиг. 1 имеет следующую конструкцию. Существует субстрат (1), например из кремнийорганического соединения, со сформированным массивом тонкопленочных транзисторов (2), тонкопленочные транзисторы могут быть сформированы на субстрате по технологии низкотемпературного осаждения на полимерных материалах описанной в [6]. На поверхность субстрата (1) с сформированным на ним массивом тонкопленочных транзисторов (2) нанесен слой полимера (3), например полиимида, который имеет специальные канавки необходимые для ориентирования молекул жидких кристаллов в свободном состоянии. Специальные дистанцирующие структуры (4) могут иметь форму столбиков высотой около 5 микрометров с закругленной верхней частью или иную, дистанцирующие структуры могут быть выращены как на полимерном слое (3), так и из субстрата (1).

Субстрат (5) со сформированным на его поверхности светофильтром (6) может быть изготовлен следующим образом: на поверхности субстрата формируют ячейки, например методом низкотемпературного травления [7], являющиеся границами будущих пикселей, затем аналогично формируют красный, зелёный и синий субпиксели. Далее сформированный светофильтр (6) покрывают слоем полимера (7) с канавками для ориентирования молекул жидких кристаллов, причем направление канавок отличается от направления канавок на слое (3).

На один из субстратов (1,5) по периметру наносится слой герметизирующего и клеящего состава (8). Далее субстрат со сформированным массивом тонкопленочных транзисторов соединяют с субстратом со сформированным на его поверхности светофильтром.

Молекулы жидких кристаллов (9) могут быть нанесены на субстрат, на котором нанесен герметизирующий и клеящий состав (8) перед склейкой субстрата (1) на поверхности котором сформирована матрица тонкопленочных транзисторов (2) с субстратом (5) на котором сформирован светофильтр (6). Существует иной способ заполнения объема молекулами жидких кристаллов (9), заключающийся в том, что субстрат (1) на поверхности котором сформирована матрица тонкопленочных транзисторов (2) соединяют с субстратом (5) на котором сформирован светофильтр (6) посредством герметизирующего и клеящего состава (8) нанесенного по периметру на один из субстратов, с разрывом, через который конструкция заполняется молекулами жидких кристаллов (9).

Вариант изображенный на фиг. 2 отличается тем, что в конструкции используется субстрат (1) со сформированным массивом растягивающихся тонкопленочных транзисторов (2а) описанных в [4], благодаря чему допускается изменение геометрических размеров эластичного дисплея более чем на 5% без потери его работоспособности, а субстрат (5) со сформированным на его поверхности светофильтром (6), указанный на фиг.1 заменяется светопрозрачной защитной пленкой, покрытием или материалом (13) объединенный с полимерной пленкой с уже на нанесенной на ее поверхность сеткой пикселей и светофильтром (6а), например с помощью технологий плоской печати или шелкографии. Для подключения массива растягивающих тонкопленочных транзисторов могут использоваться прозрачные растягивающиеся проводники [5]. При изменении геометрических размеров происходит изменение объема между субстратом (1) со сформированным массивом растягивающихся тонкопленочных транзисторов (2а) и полимерной пленкой – светофильтром (6а). Для компенсации изменения объема, в котором расположены молекулы жидких кристаллов (9), в конструкции может быть предусмотрен герметичный буферный объем (10) со стенками, выполненными из упругого материала, в котором находится дополнительные молекулы жидких кристаллов.

Вариант изображенный на фиг.3 по конструкции аналогичен варианту, представленному на фиг.2 с единственным отличием заключающемся в том, что субстрат с полимерной пленкой с нанесенной на ее поверхность сеткой пикселей и светофильтром заменен на полимерную пленку с нанесенной на ее поверхность сеткой пикселей и светофильтром (6а) большей толщины и являющейся элементом защиты дисплея от внешнего воздействия.

Для варианта изображенного на фиг.1 элементы конструкции, а именно субстрат (5) на котором сформирован светофильтр (6), могут быть заменены на полимерную пленку – светофильтр (6а), как в конструкции представленной на фиг.3.

Оба варианта указанные на фиг.1 и фиг.2 имеют в своей конструкции поляризационные фильтры (14), расположенные на поверхностях субстратов (1) и (5) , при этом их направление поляризации может быть, например взаимно перпендикулярным.

Вариант, изображённый на фиг. 4 имеет следующую конструкцию. Существует субстрат (1) со сформированным массивом растягивающихся тонкопленочных транзисторов (2а) описанных в [4], на поверхности которого сформирован эластичный слой дискретных органических светодиодов (9а), способных излучать, например красный, зеленый и синие цвета. С целью уменьшения деформации ячейки с органическим светодиодом (11), расположенной на эластичном слое дискретных органических светодиодов (9а), ее форма может представлять собой треугольник, пример представлен на фиг.6. Поверхность слоя органических светодиодов (9а) покрыта катодом (12), который может представлять собой слой со сформированным на нем эластичным проводящим покрытием, сформированным из прозрачного растягивающегося электрического проводника [5]. Между светопрозрачной защитной пленкой, покрытием или материалом (13) и катодом (12) присутствует поляризационный фильтр (14), либо поляризационный фильтр может быть нанесен на внешнюю сторону дисплея со стороны светопрозрачной защитной пленки, покрытия или материала. Данная конструкция применима для дисплея, выполненного по технологии OLED, в том случае, если один из слоев, например субстрат (1) или массив растягивающихся тонкопленочных транзисторов (2а) является непрозрачным. В случае изготовления полностью прозрачного и эластичного дисплея по технологии OLED, в конструкцию добавляются дополнительное защитное покрытие (13) и поляризационный фильтр (14) как на фиг. 5. Пример размещения эластичного дисплея на светопрозрачном материале с предварительно заданной формой представлен на фиг.7. На фиг.8 представлен пример размещения эластичного дисплея на стекле автомобиля.

Использованные источники:

1. RU 2 469 365 C1, Жидкокристаллическое дисплейной устройство.

2. RU 2 671 911 C2, Реконфигурируемый цветной экран.

3. RU 2 721 102 C1, Гибкая дисплейная панель, способ ее изготовления и устройство с гибким дисплеем.

4. Александр Агеев. Создан транзистор, растягивающийся вдвое без потери проводимости // Техкульт: сетевой журн. 09.01.17. URL: https://www.techcult.ru/technology/3858-rastyagivayushijsya-tranzistor (дата обращения 13.10.2020).

5. Александр Будик. В Университете Хьюстона создали прозрачный растягивающийся электрический проводник // 3dnews: сетевой журн. 29.01.14. URL: https://3dnews.ru/799210 (дата обращения 13.10.2020).

6. А. Сазонов. Низкомолекулярные материалы и тонкопленочные транзисторы для электроники на гибких подложках // Физика и техника полупроводников. – 2006. том 40, вып. 8.

7. Andres Vasquez Quintero. Effect of Low-Temperature Processing on Dry Film Photoresist Properties for Flexible Electronics // Journal of polymer science. Part B. Polymer physics. – 2013, Vol 51, Num 8, p 668-679.

Изобретение относится к технологиям производства дисплеев. В эластичном дисплее используются эластичные прозрачные субстраты, являющиеся основанием для формирования гибкого слоя прозрачных тонкопленочных транзисторов и формирования светофильтров с сеткой пикселей. На субстраты с внутренней стороны по отношению к объему, предназначенному для заполнения молекулами жидких кристаллов, нанесены полимерные слои с канавками, ориентирующие молекулы жидких кристаллов в свободном состоянии. Для достижения зазора между субстратом со сформированным на нем гибким слоем тонкопленочных транзисторов и с субстратом со сформированным на нем светофильтром с сеткой пикселей используются дистанцирующие структуры, которые выращены на субстрате или полимерном слое с канавками. Молекулы жидких кристаллов заполняют объём между эластичными прозрачными субстратами, содержащий в себе две поляризационные пленки, расположенные на поверхностях субстратов. Соединение всех компонентов дисплея осуществлено с помощью герметизирующего, клеящего состава. Защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на внешних сторонах эластичного дисплея. Изобретение позволяет получить различные виды дисплеев с возможностью изменения кривизны более чем в одной плоскости и возможностью изменения геометрических размеров более чем на 5% без потери качества изображения. 5 н.п. ф-лы, 8 ил.

1. Эластичный дисплей, отличающийся тем, что для достижения гибкости эластичного дисплея более чем в двух плоскостях используются эластичные прозрачные субстраты, которые являются основанием для формирования гибкого слоя прозрачных тонкопленочных транзисторов и формирования светофильтров с сеткой пикселей, на субстраты с внутренней стороны по отношению к объему, предназначенному для заполнения молекулами жидких кристаллов, нанесены полимерные слои с канавками, ориентирующие молекулы жидких кристаллов в свободном состоянии, для достижения зазора между субстратом со сформированным на нем гибким слоем тонкопленочных транзисторов и с субстратом со сформированным на нем светофильтром с сеткой пикселей используются дистанцирующие структуры, которые выращены на субстрате или полимерном слое с канавками, молекулы жидких кристаллов заполняют объём между эластичными прозрачными субстратами, содержащий в себе две поляризационные пленки, расположенные на поверхностях субстратов, соединение всех компонентов дисплея осуществлено с помощью герметизирующего, клеящего состава, защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на внешних сторонах эластичного дисплея.

2. Эластичный дисплей, отличающийся тем, что для достижения гибкости эластичного дисплея более чем в двух плоскостях используется эластичный прозрачный субстрат, который является основанием для формирования гибкого слоя прозрачных тонкопленочных транзисторов, и поляризационная пленка, на поверхность которой нанесен светофильтр, на субстрат и пленку с внутренней стороны по отношению к объему, предназначенному для заполнения молекулами жидких кристаллов, нанесены полимерные слои с канавками, ориентирующие молекулы жидких кристаллов в свободном состоянии, для достижения зазора между субстратом со сформированным на нем гибким слоем тонкопленочных транзисторов и пленкой, на поверхность которой нанесен светофильтр и сетка пикселей, используются дистанцирующие структуры, которые выращены на субстрате или полимерном слое с канавками, молекулы жидких кристаллов заполняют объём между эластичным прозрачным субстратом и пленкой, субстрат содержит поляризационную пленку, расположенную на его внешней поверхности, соединение всех компонентов дисплея осуществлено с помощью герметизирующего, клеящего состава, защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на внешних сторонах эластичного дисплея.

3. Эластичный дисплей, отличающийся тем, что для достижения гибкости эластичного дисплея более чем в двух плоскостях и возможности допускать изменение геометрических размеров дисплея более чем на 5% без потери качества изображения используется эластичный прозрачный субстрат, который является основанием для формирования гибкого слоя растягивающихся прозрачных тонкопленочных транзисторов, для подключения которых использованы прозрачные растягивающиеся проводники, и пленка, на поверхность которой нанесен светофильтр с сеткой пикселей, на субстрат и пленку-светофильтр с внутренней стороны по отношению к объему, предназначенному для заполнения молекулами жидких кристаллов, нанесены полимерные слои с канавками, ориентирующие молекулы жидких кристаллов в свободном состоянии, для достижения зазора между субстратом со сформированным на нем гибким слоем тонкопленочных транзисторов и пленкой, на поверхности которой нанесен светофильтр с сеткой пикселей, используются дистанцирующие структуры, которые выращены на субстрате или слое полимера, молекулы жидких кристаллов заполняют объём между эластичным прозрачным субстратом и пленкой-светофильтром, содержащий в себе две поляризационные пленки, расположенные на поверхностях субстрата и пленки-светофильтра, для компенсации изменения объема, заполненного жидкими кристаллами, в конструкции дисплея предусмотрен герметичный буферный объем со стенками, выполненными из упругого материала, в котором находятся дополнительные молекулы жидких кристаллов, соединение всех компонентов дисплея осуществлено с помощью герметизирующего, клеящего состава, в котором предусмотрены отверстия и/или канавки для связи основного объема молекул жидких кристаллов с буферным объемом молекул жидких кристаллов, защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных эластичных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на внешних сторонах эластичного дисплея.

4. Эластичный дисплей, отличающийся тем, что для достижения гибкости эластичного дисплея более чем в двух плоскостях и возможности допускать изменение геометрических размеров дисплея более чем на 5% без потери качества изображения используется эластичный непрозрачный субстрат, который является основанием для формирования гибкого слоя растягивающихся тонкопленочных транзисторов, на поверхности которого сформирован эластичный слой дискретных органических светодиодов, которые представляют собой массив треугольников, поверхность которого покрыта слоем катода, который представляет собой слой со сформированным на нем эластичным проводящим покрытием, состоящим из прозрачных растягивающихся электрических проводников, на поверхность катода нанесен поляризационный фильтр, защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных эластичных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на внешней стороне эластичного дисплея.

5. Эластичный дисплей, отличающийся тем, что для достижения гибкости эластичного дисплея более чем в двух плоскостях и возможности допускать изменение геометрических размеров дисплея более чем на 5% без потери качества изображения используется эластичный прозрачный субстрат, на поверхность которого нанесен поляризационный фильтр, который является основанием для формирования гибкого слоя прозрачных растягивающихся тонкопленочных транзисторов, на поверхности которого сформирован эластичный слой дискретных органических светодиодов, которые представляют собой массив треугольников, поверхность которого покрыта слоем катода, который представляет собой слой со сформированным на нем эластичным проводящим покрытием, состоящим из прозрачных растягивающихся электрических проводников, на поверхность катода нанесен поляризационный фильтр, защита дисплея от внешних воздействий осуществлена с помощью одной или более защитных эластичных светопрозрачных пленок и/или покрытий, которые расположены на обеих сторонах эластичного дисплея.