屏幕显示设备的制作方法

专利名称：屏幕显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及屏幕显示设备。在特别的非限制的应用中，它涉及带有屏幕存储能力的电子显示设备的监视器或屏幕。本发明尤其涉及用于便携式电子设备的屏幕显示设备，例如膝上电脑和移动电话。
在本说明书中会参考或讨论到的已知知识的文件、规定或条款，这种参考或讨论并不承认在优先权的日期的相关知识文档、规定或条款以及其任意组合。
●普通公知知识部分，或●已知的相关的解决这个说明书所涉及的问题的尝试。
所谓的监视器或在电子显示设备中使用的屏幕的屏幕存储设备是用于一般用途的。这种屏幕存储设备通常用作连接到计算机和便携式计算机的监视器，例如膝上电脑。屏幕存储设备的一个目的是节省为在屏幕或监视器上维持稳定的图像而被消耗的能量。
在便携式计算机中，例如膝上电脑，象素矩阵(通常使用液态晶制作)被排列在显示屏后。一个电脉冲被送到矩阵来激活或不激活象素以便形成图像，并且一个背光透过象素发光，在显示屏上产生图像。电脉冲必须被非常频繁地送往矩阵以维持显示屏上的图像。这被称作是“刷新”图像。大多数标准的膝上电脑需要每秒钟刷新图像达75次。这个刷新过程使用了膝上电脑大量的电池能量，因此减少了使用时间。此外，即使显示屏上的整个图像中仅有一小部分需要改变整个图像也不得不刷新，例如，诸如光标或鼠标箭头的移动。
传统的屏幕存储设备往往是采取当膝上电脑屏幕不活动时，在一个特定的时间段后关闭背光。然而，这些传统的屏幕存储设备当膝上电脑开始使用时并不工作。因此，它们不能解决因显示屏上刷新图像所消耗的电池能量的节省问题。
在显示腔和存储腔间的流体的运动可由运动装置提供。
控制装置控制显示液体以减少或消除为刷新图像而在显示腔和存储腔间移动流体而给这个装置重新供给能量或重新触发的必要性，并且在腔体中保持充分的稳定的流体的量。
在本发明的另外一个实施例中，提供一个这里描述的带屏幕显示设备的电子设备。该电子设备可能是非能耗的监视器、计算机、膝上电脑、手持电脑、电子组织者、电话、移动电话或电视监视器。显示腔位于与显示屏幕相邻的位置。作为选择，显示屏幕可形成显示腔的壁。甚至可以将显示腔的壁从显示屏幕上移开一点。当激励器装置被放置在显示腔和存储腔间，这样的排列是优选的。液体可通过显示腔壁被看见，该腔壁应该是透明的或半透明的。可以提供照明装置以照亮由显示腔中液体产生的显示屏上的图像。照明装置产生的灯光可从前或后照射显示腔。该照明装置类似于用于目前常常被用于膝上计算机的液晶显示的背光。
在要求有反转的视频图像的场合里，存储腔的外壁可能是半透明或透明的以允许图像的反转图像在显示屏上显示。
显示腔可由热塑性的材料形成。存储腔可由热塑性材料整体形成。
提供相应的装置以防止存储腔中的液体在显示屏上形成图像。为了这个目的，存储器的腔可由不透明的材料形成。或者，它可涂上非透明的材料或用非透明的材料来做屏蔽。
将显示腔构建成或可变体积的。在一个实施例中，这个可变体积特征可采取活动的或有弹性的壁的形式。该壁可被伸展以改变显示腔的体积以至在显示腔中的液体体积可按照要求来增加或减少。
当壁是有弹性的时，一个阶段的能量可用于以势能的形式在弹性壁中存储能量，以允许被存储的能量将被用在另外一个阶段，因此减少了激活运动装置的需要并且减少了显示元件的复杂性。
可以想象使用无源器件(它存储势能)可进一步减少能量消耗并减少显示元件设计的复杂性。在这个实施例中，如果需要激活控制装置，则需要给这些部件提供能量。相似地，进一步的能量消减可通过使用单向阀门或其它相似的偏置控制装置来获得。在另一个实施例中，显示腔的体积可通过一个活塞来改变。
在显示腔和存储腔之间有一个管道。该管道可与显示腔和存储腔集成在一起。使用这样的结构，阀门装置可放置在管道中。为了这个目的，存储腔也有一个可变的体积。它可包括一个活动的或弹性的壁或一个活塞。它还包括使流体返回显示腔的返回装置。在一个实施例中，这可用一个激励器装置挤压存储腔的弹性壁的形式来减小其容积。
当壁是有弹性的时，一个阶段的能量可用于以势能的形式在弹性壁中存储能量，以允许被存储的能量被用在另外一个阶段，由此减少了激活运动装置的需要并且减少了显示元件的复杂性。
可以想象使用无源器件(它存储势能)可进一步减少能量消耗并减少显示元件设计的复杂性。在这个实施例中，如果需要触发控制装置，则需要给这些部件提供能量。相似地，进一步的能量消减可通过使用单向阀门或其它相似的偏置控制元件来获得。
相应地运动装置可能是一个激励器装置。这个激励器装置可以是用于改变显示腔体积的任何合适的设备。例如，它可使用通过扩张而挤压显示腔的壁的压电晶体的形式。或者，它可由一个电磁传感器、泵或活塞来组成。
相应地控制装置可以是一个阀门装置，这个阀门装置可由一个压电阀门组成。或者，它可以由一个偏置装置、一个阀门体和一个或多个阀门座组成。合适阀门的几种形式的例子包括线圈阀门、蝶形阀门等等。
这里激励器装置位于显示表面和显示腔之间，激励装置优选地由透明材料形成。
每一个显示元件都恰当地密封，以防止流体和所有其它显示元件间的流动。多个显示元件被组合形成一个象素。在这个排列中，显示元件组的不同成员可包括不同颜色的流体。
可选择地，当要求单色显示时，每一个显示元件代表一个象素。
可选择地，多个存储腔可与一个显示腔交流流体。在这个实施例中，每一个存储腔可包含不同颜色的液体。在这个排列中，运动装置被恰当地排列以允许各个腔之间的流体流动。
在本发明的另一个可选的形式中，提供了一个隔膜，它用来界定存储腔和显示腔。优选地该隔膜覆盖单个腔里相对的壁。这个隔膜通过激励器装置恰当地从与显示屏相邻的位置移动到离显示屏的较远的位置，其中隔膜的移动允许显示液体流动到显示屏。
在最初的位置，显示屏的颜色较大地反映了隔膜的颜色。隔膜的运动允许显示流体流过隔膜，以允许流体的颜色可在显示屏上看见。
这里显示元件是象素的形式，当用肉眼在适宜观看屏幕显示设备的显示的距离上观察时，它们应该是单独不可见的尺寸。当显示元件形成象素时，它们通常适于提供圆形或方形的单独的图像元件。
虽然本发明能应用于运行在与电视机或计算机显示屏相同情况下的屏幕显示设备，可理解为它也可以应用于需要产生大图像的场合。例如，当通过单独可见显示元件而产生图像时，它们可采用任何适宜的形状和大小。例如，图像可能是在一个大尺寸公告牌上的字母、符号或图片形式。因此，本发明范围包括根据本发明的所有形式的屏幕显示设备的应用，包括计算机屏幕、电视屏幕、公告牌、标志牌或指示牌。
在本发明的另一方面，提供一显示设备，用作合并这里所描述的显示元件特性的屏幕显示设备。显示元件的结构最好是这样的，当它们被激活时，它们改变它们单独产生的图像，在图像变为一种新的形式时，当它未被激活时，它们保持新图像而不需要刷新。
根据本发明的一个形式，这里提供一个带多个显示元件的屏幕显示设备，这些显示元件包括(a)至少一个用于容纳显示部件的显示腔；(b)至少一个用于与显示腔交流的存储腔；(c)能够在显示腔和存储腔之间移动的部件；(d)用于在显示腔和存储腔间控制流体流动的控制装置；以及(e)显示屏幕；其中每一个显示腔被排列以通过显示屏在显示腔中提供流体图像。
显示部件可采用任何适宜的形式。优选地该显示部件是可流动的材料。可流动的材料可以是流体，该流体可是液体，它也可是气体。一种合适的液体可能是墨水。或者，可流动的材料可由多种固体部件组成。这些固体部件实质上是圆的。
本发明的优选的方面现在将通过参考附图来描述。
参照

图1，屏幕显示设备1包括多个显示元件2，每一个包括用于在或通过显示屏幕3显示图像的液体。显示屏幕1可是计算机、膝上电脑、移动电话或其他使用视频显示屏幕设备的屏幕或监视器，例如记分牌或公告牌。它使用电或其他照明从背后照亮。该液体由黑色或彩色的流体组成，例如液态晶体、墨水或类似的。
每一个显示元件2形成一个封闭的系统。也就是，包含在每一个显示元件2中的液体不可能在其他显示元件2之间转移。
参照图2，每一个显示元件2包括显示屏3和一个流体容器4。流体容器4包括显示腔5、存储腔6、阀门装置7和激励器装置8。显示腔5包含液体和至少一个可伸缩性的壁9。显示腔5与存储腔6通过阀门装置7进行流体交流。阀门装置7通常是关闭的。激励器8位于邻接伸缩壁9处。激励器可以是可压缩或减少显示腔5体积的任何设备，例如压电设备、电磁激励器或机械操纵的杠杆或活塞。
对于被投射到显示屏3上的图像，一定量的液体必须在各个显示腔5中保留。一个信号被送到每个显示元件2。然后，显示元件2激活激励器装置8以在显示腔5的弹性壁9上加压。这个压力被传送给显示腔5中的液体。阀门装置7移动到开的状态以使液体可流进存储腔6。一旦恰当数量的液体从显示腔5中流到存储腔6中，激励器装置8被停用，阀门装置7移动到关闭的状态。这充分地禁止液体流回显示腔5。一般地，对于数字类型的显示，实际上所有的流体被保存在显示腔或存储腔中。这对应于显示屏上象素图像的出现或消失。
然而在本发明的另一个可选的形式中，显示腔更多地以模拟的形式而不是数字显示的形式起作用。例如，显示腔中的流体仅有一部分可以移动到存储腔中，因此在显示屏幕上的形成显示元件的部分而不是整个图像。
更进一步，显示腔的形状，和作为图像元件产生的图像，可是任何适合的形状用于给出由多个图像元件形成的显示。在显示屏幕上的图像由大量的象素组成，并且每一个显示腔代表一个象素或一个象素的部件，图像和显示腔的形状通常是圆的或方的。然而，在图像元件相当大(也就是说它们是单独可见的)的应用中，它们可采用复杂的形状。这种形状的例子包括字母表或其他符号的字母。
为了在显示屏3产生图像元件的目的，所需数量的液体被包含在显示腔5中。
当没有电信号加在显示元件上时，阀门装置7通常是关闭的。这样，当没有信号时，图像元件是没有变化的。它因此“被锁定”而不需要能量消耗来充分地以快的频率刷新图像元件。假如阀门有少量的泄露，图像元件仍需要刷新，但在一个相当低的频率。这是与膝上电脑的显示屏和其它显示屏的直接对比，它们电子图像要求持续和达每秒75次地快速被刷新。
当图像元素需要改变，显示腔5中的液体数量必须被增加或减少。在这两种情况下，阀门装置7在打开的位置。在显示腔5中需要更少的或不需要液体，激励器装置8被激活以在显示腔5的壁9上产生压力而迫使液体通过开放的阀门进入存储腔6。然后阀门关闭以防止液体流回存储腔6。相反地，当在显示腔5中需要液体时，阀门被打开，激励器装置8不会被触发，弹性壁的弹力和空气压力的组合导致流体从存储腔6流到显示腔5中。当所要求流体的数量处在显示腔5中时，阀门装置7移动到关闭的状态。对于工作在图2所描述的方式的显示腔和存储腔，需要将腔体构建成体积可变的。这样，激励器在弹性壁9上的压力通过迫使流体流出的方式来减小显示腔的体积。类似地，存储腔可自动伸缩来响应弹性壁返回原来的位置和在存储腔上的空气压力的正常作用。可选的或附加的，该存储腔可使用类似于对显示腔所描述的激励器形式来驱动存储腔外的液体流进显示腔中。
本发明的屏幕保存显示对于移动电子设备是特别有用的，例如膝上电脑、电子日记或移动电话。可以想象该屏幕显示设备也可用于其它的电子显示设备，例如计算机监视器、电子记分牌或公告牌。
由于每一个显示元件是分离的封闭系统，只有那些形成将要改变的图像部分的显示元件需要被激活。相应地，仅通过更新需要改变的图像部分来节省能量。例如，假如字符文档的图像仅需要改变文字被输入进文档的地方，只有哪部分图像的显示元件需要被激活。
一些显示元件可组成一个图像的象素，或对一个单独的象素组成单独的颜色元件。在后一种情况中，通常三个显示元件为一组形成或代表图像中的一个象素。三个显示元件分别显示各自的颜色，或者通过染色的液体、有色滤波器或两者都有。颜色的任何合适的组合可被选择。例如，可选择洋红、黄色和青色。通过改变每个显示元件中的流体的数量，整个颜色的范围可在一个象素中产生，并且因此在显示屏上形成连贯的彩色图像。
显示腔可由任何合适的材料构成，假设它的体积可通过激励装置来改变。优选的，至少一个显示腔的壁可包括一薄薄的弹性隔膜或相似的材料，这里激励装置采用压电晶体的形式。通过晶体施加的电压将导致晶体膨胀，以在显示腔的弹性壁上施加一个力。
合适的阀门装置的例子包括一个线圈阀门、蝶形阀门或压电阀门。因为在所涉及的当前电子设备中它们适合小尺寸，压电阀门是优选的。在这种情况下，通过压电阀门施加的小电压将使它伸缩到开放的状态以允许在显示腔和存储腔间的流体交流。
阀门装置的另外一种形式是提供偏置装置来维持阀门体在关闭的状态。当激励装置在弹性壁上施加压力时，在显示腔中建立了压力。这迫使阀门装置到开放的状态。当激励器装置被停用时，没有压力加在阀门体上，因此偏置装置使阀门体返回到关闭的状态。这样阀门可以同样的方式工作以允许流体从存储腔到显示腔的流动。
屏幕显示设备可被任何合适的电子控制设备来控制。对每一屏幕显示设备可有一个控制装置。可选地，该控制设备能对任意数量的屏幕显示设备负责。
参照图3，根据本发明提供了另外一种形式的屏幕显示元件。屏幕显示元件10包括一个显示屏11、显示腔12、存储腔13、带前后阀门座14a和14b的阀门装置14和激励器装置15。显示腔12形成带用薄的可伸展的弹性材料制造的后壁16的显示表面11的一部分。壁16有一个借助于通道18与存储腔13连接的孔17。阀门装置14是一个线圈阀门，位于通道18里。激励器装置15是透明的，与壁16相邻。存储腔13也包括一个象壁16一样的薄的可伸缩的弹性材料。
在这个安排中，屏幕显示元件基本上以与图1中所示的同样的工作方式工作。当激励器装置15在壁16上施加压力时，壁16向显示表面11伸缩。这迫使液体借助孔17进入通道18，并且通过阀门装置14(处于开放的状态)进入存储腔13，它向外伸缩来保留液体。当阀门装置14处于开放的状态，由于存储腔13伸缩回它原来的位置，液体被强迫流回显示腔。
参照图4，也公开了另一种根据本发明的用于屏幕显示设备的屏幕显示元件的优选形式，屏幕显示设备的屏幕显示元件包括显示表面21、显示腔22、存储腔23、阀门装置24和激励装置25。显示腔22与存储腔23借助孔26和通道27进行流体交流。阀门装置24位于通道27里，显示腔22形成屏幕保存设备21的一部分，并且壁28由薄的可伸缩的弹性材料制作。激励器装置25是透明的传感器，且位于显示表面21和壁28之间。存储腔23由与壁28同样的薄的可伸缩的弹性材料制作。
这个优选的实施例以图2中描述的工作方式工作，但是在这个情况中，激励器装置25在显示表面22和壁28之间。相应地，工作的激励器装置25对壁28施加压力，从显示腔22中挤压液体，通过孔26进入通道27。该液体通过阀门装置24(处于开放状态)并进入膨胀而容纳液体的存储腔23。
在本说明书和权利要求书中使用的单词“包括”和单词“包括”的各种形式，并不限制本发明的权利要求要排除任何变化和附加。
对本领域的技术人员来说，对本发明的修改和改进将是十分明显的。这样的修改和改进将落在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种具有多个量显示元件的屏幕显示设备，该显示元件包括(a)至少一个用于容纳显示流体的显示腔；(b)至少一个用于与显示腔交换流体的存储腔；(c)能在显示腔和存储腔之间移动的流体；(d)用于控制流体在在显示腔和存储腔之间流动的控制装置；以及(e)一个显示屏；其中每一个显示腔被排列以通过显示屏提供一个显示腔中的流体的图像。
2.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中在显示腔和存储腔之间流体的移动由运动装置来推动。
3.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述显示腔邻接显示屏。
4.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述显示屏形成一显示腔的壁。
5.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中流体可通过显示腔的壁被看见，所述显示腔的壁至少是充分透明的。
6.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中流体可通过显示腔的壁被看见，所述显示腔的壁是充分透明的。
7.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述显示腔被构建成具有可变的体积。
8.如权利要求7所述的屏幕显示设备，其中所述显示腔的可变体积是由至少一个充分可伸缩的、可移动的或有弹性的壁来提供。
9.如权利要求7所述的屏幕显示设备，其中所述显示腔的体积是由运动装置来改变的。
10.如权利要求9所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置由一个充分透明的材料来制作并且放置在显示屏和显示腔之间。
11.如权利要求9所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个活塞。
12.如权利要求9所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个特别适合于扩张的压电晶体并挤压显示腔的壁。
13.如权利要求9所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个电磁传感器。
14.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔包括防止保存在存储腔中的流体在显示屏上形成图像的装置。
15.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔是由实质上不透明的材料形成的。
16.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔用非透明的材料涂上或屏蔽。
17.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔被构建成具有一个可变的体积。
18.如权利要求17所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔的可变体积是由至少一个充分可伸缩、可移动的或弹性的壁提供的。
19.如权利要求17所述的屏幕显示设备，其中所述显示腔的体积由所述运动装置来改变的。
20.如权利要求19所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个象活塞一样的激励器装置。
21.如权利要求19所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个特别适合于扩张的压电晶体并挤压显示腔的壁。
22.如权利要求19所述的屏幕显示设备，其中所述运动装置包括一个电磁传感器。
23.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述存储腔包括用于返回到液体显示腔的返回装置。
24.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中至少一个导管位于所述显示腔和存储腔之间。
25.如权利要求24所述的屏幕显示设备，其中所述导管和显示腔及存储腔集成在一起。
26.如权利要求24所述的屏幕显示设备，其中所述控制装置被放置在导管中。
27.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述控制装置包括一个象压电阀门一样的阀门。
28.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述控制装置包括偏置装置、阀门体和至少一个阀门座。
29.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中所述控制装置是从包括线圈阀门和蝶形阀门的组中选择的。
30.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中每一个显示元件是完全密封的，以防止流体和所有其它显示元件间的交换。
31.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中多个显示元件被组合在一起以形成象素。
32.如权利要求31所述的屏幕显示设备，其中所述显示元件组中的不同成员包括不同颜色的流体。
33.如权利要求32所述的屏幕显示设备，其中所述显示元件形成普通的圆形或方形的象素。
34.如权利要求1所述的屏幕显示设备，进一步包括所提供的照明装置，以照明显示屏上由显示腔中的流体产生的图像。
35.如权利要求34所述的屏幕显示设备，其中所述由照明装置产生的光从前或后照射所述显示腔。
36.如权利要求1所述的屏幕显示设备，其中多个存储元件与显示腔交流流体。
37.如权利要求36所述的屏幕显示设备，其中每一个存储腔包含有不同颜色的流体。
38.一种具有多个显示元件的显示设备，该显示元件包括一个隔膜以界定容纳流体的存储腔和显示腔；和一个显示屏，所述流体能够在显示腔和存储腔之间移动；其中每一个显示腔被排列以通过显示屏提供在显示腔中的流体图像。
39.如权利要求38所述的屏幕显示设备，其中所述流体的移动是通过隔膜的移动来推动的。
40.如权利要求39所述的屏幕显示设备，其中所述隔膜的移动是从邻接显示屏的位置到远离显示屏的位置。
41.如权利要求38所述的屏幕显示设备，其中所述隔膜的移动是通过隔膜运动装置实现的。
42.一种具有多个显示元件的屏幕显示设备，该显示元件包括(a)至少一个用于容纳显示元件的显示腔；(b)至少一个用于与显示腔交流的存储腔；(c)能够在显示腔和存储腔之间移动的部件；(d)用于在显示腔和存储腔之间控制流体流动的控制装置；以及(e)一个显示屏幕；其中每个显示腔被排列以通过显示屏提供一个在显示腔中的流体的图像。
43.如权利要求42所述的屏幕显示设备，其中所述显示部件包括多个固体部件。
44.如权利要求42所述的屏幕显示设备，其中所述多个固体部件实质上是圆形的。
45.一种根据任意一个前述的权利要求所述的具有屏幕显示设备的电子设备。
46.如权利要求45所述的电子设备，其中所述的电子设备从监视器、计算机、膝上电脑、手持计算机、电子组织者、电话或移动电话或电视监视器中选择的。
全文摘要
一个带有大量显示元件(2)的屏幕显示装置(1)，该显示元件(2)包括(a)至少一个用于容纳显示流体的显示腔(5)；(b)至少一个和显示腔(5)交流流体的存储腔(6)；(c)该流体可在显示腔(5)和存储腔(6)之间移动；(d)用于控制流体在显示腔(5)和存储腔(6)之间流动的控制装置(7)；以及(d)一个显示屏幕(3)；其中排列每个显示腔(5)以通过显示屏幕(3)提供一个显示腔(5)中的流体的图像。同时也公开了一个具有基于本发明的屏幕显示装置的电子装置。
文档编号G09F9/37GK1422419SQ01807608
公开日2003年6月4日 申请日期2001年4月4日 优先权日2000年4月4日
发明者理查德·库克 申请人:理查德·库克