反射式显示器及其制备方法与流程

本发明的实施例涉及一种反射式显示器及其制备方法。

背景技术：

液晶显示面板一般由上基板和下基板对盒形成，两个基板之间的空间中封装有液晶。由于液晶分子自身不发光，所以显示器需要光源以便显示图像，根据采用光源类型的不同，液晶显示器可分为透射式、反射式和透反式。

反射式液晶显示器主要是以环境光或者发光元件发出的光作为光源，其下基板上制作有对光具有反射作用的金属电极或者其他具有良好反射特性的材料制作的反射层。反射式液晶显示器能利用环境光作为光源，且功耗相对较低。

技术实现要素：

本发明至少一实施例提供一种反射式显示器及其制备方法，该反射式显示器通过电场调控液晶的折射率，液晶与高折射率的透明介质层相配合以实现亮态显示和暗态，省去了挡墙，简化了结构，降低了生产成本和工艺难度。

本发明至少一实施例提供一种反射式显示器，该反射式显示器包括：相对设置的第一基板和第二基板，设置在所述第一基板上的第一电极，设置在所述第一基板的朝向所述第二基板的一侧的透明介质层，设置在所述第二基板上的第二电极，以及填充在所述第一基板和所述第二基板之间的液晶，其中，所述液晶的折射率在所述第一电极和所述第二电极形成的电场的作用下发生变化，以使所述液晶的折射率与所述透明介质层的折射率相同或基本相同，或者小于所述透明介质层的折射率。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述透明介质层设置在所述第一电极的靠近所述液晶的一侧。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，当所述液晶的折射率小于所述透明介质层的折射率时，且当光线的入射角大于或等于光线在所述液晶和所述透明介质层之间发生全反射的最小角度时，该光线在所述透明介质层和所述液晶的界面发生全反射，以实现亮态显示，当光线的入射角小于光线在所述液晶和所述透明介质层之间发生全反射的最小角度时，该光线射入所述液晶中；当所述液晶的折射率与所述透明介质层的折射率相同或基本相同时，光线穿过所述透明介质层和所述液晶，以实现暗态。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述透明介质层的材料为透明的无机材料或有机材料，所述有机材料为聚苯乙烯或丙烯酸树脂；所述无机材料为二氧化硅、氮氧化硅或氮化硅。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述透明介质层具有曲面结构，所述曲面结构设置在所述透明介质层的朝向所述液晶的一侧。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述曲面结构为半微球结构。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述液晶为胆甾相液晶、向列相液晶或近晶相液晶。

例如，本发明的实施例提供的反射式显示器，还可以包括设置在所述第二基板上的光吸收层或滤色层，其中，所述光吸收层由黑色材料形成，所述滤色层包括多个呈阵列排布的色阻块。

例如，本发明的实施例提供的反射式显示器，还可以包括驱动电路，其中，所述驱动电路控制所述第一电极和所述第二电极之间电场强度的大小。

例如，在本发明的实施例提供的反射式显示器中，所述第二基板的靠近所述液晶的一侧设置有取向层。

本发明至少一实施例还提供一种反射式显示器的制备方法，包括：提供第一基板和第二基板；在所述第一基板上形成第一电极和透明介质层；在所述第二基板上形成第二电极；对盒所述第一基板和所述第二基板，在所述第一基板和所述第二基板之间填充液晶；其中，所述液晶的折射率在所述第一电极和所述第二电极形成的电场的作用下发生变化，以使所述液晶的折射率与所述透明介质层的折射率相同或基本相同，或者小于所述透明介质层的折射率。

例如，在本发明的实施例提供的制备方法中，所述透明介质层具有曲面结构，所述曲面结构设置在所述透明介质层的朝向所述液晶的一侧。

例如，在本发明的实施例提供的制备方法中，采用纳米压印或光刻的方法形成所述曲面结构。

例如，本发明的实施例提供的制备方法，还包括在所述第二基板上形成光吸收层或滤色层，其中，所述光吸收层由黑色材料形成，所述滤色层包括多个呈阵列排布的色阻块。

例如，本发明的实施例提供的制备方法，还包括在所述第二基板的靠近所述液晶的一侧形成取向层。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1为一种反射式显示器的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的一种反射式显示器的结构示意图；

图3a为本发明一实施例提供的反射式显示器在亮态显示时的光线传播示意图；

图3b为本发明一实施例提供的反射式显示器在暗态显示时的光线传播示意图；

图3c为本发明一实施例提供的反射式显示器在彩色显示时的光线传播示意图；

图4为本发明一实施例提供的又一种反射式显示器的结构示意图；

图5为本发明一实施例提供的一种反射式显示器的制备流程图。

附图标记：

100，200-反射式显示器；101，201-第一基板；102，202-第二基板；103，203-第一电极；104-介质层；204-透明介质层；105，205-第二电极；206-液晶；207-光吸收层；207’-滤色层；108-挡墙；208-隔垫物；109-墨水；210-取向层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

一种反射式显示器的工作原理为：当给反射式显示器中的电极施加电压时，墨水中的黑色粒子会移动到与显示侧相反的一侧，此时利用介质层的高折射率与电子墨水的低折射率实现的全反射实现亮态显示；当给反射式显示器中的电极施加电压时，墨水中的黑色粒子会移动到位于显示侧的介质层的表面，这样光会直接被吸收以实现暗态。

例如，图1为一种反射式显示器的结构示意图。该反射式显示器100包括：相对设置的第一基板101和第二基板102，设置在第一基板101上的第一电极103，设置在第一基板101的与第二基板102相对的一侧的介质层104，设置在第二基板102上的第二电极105，填充在第一基板101和第二基板102之间的墨水109(包括黑色粒子)，在第一基板101和第二基板102之间还设置有挡墙108。介质层104是透明的，其折射率大于墨水109的折射率，第一电极103也是透明的，第一电极103的折射率与介质层104的折射率相同或基本相同，使得至少从该反射式显示器正面入射的光在第一电极103与墨水109之间的界面上能被全反射，这样就可以实现反射式显示器的亮态显示。

当在第一电极103和第二电极105之间形成电场时，墨水109中的黑色粒子会吸附到第一电极103的表面，这样在第一电极103的表面的全反射条件被破坏，从而入射光可以穿过介质层，黑色粒子会直接吸收入射光，以实现暗态。

但是，目前的反射式显示器是通过调节电子墨水中黑色粒子的位置来改变介质层的全反射强度的，控制粒子的运动会出现粒子分布不均匀及漏光现象，且需要制作挡墙来减轻粒子的团聚现象，这样反射式显示器的结构比较复杂。

本发明至少一实施例提供一种反射式显示器及其制备方法，该反射式显示器包括：相对设置的第一基板和第二基板，设置在第一基板上的第一电极，设置在第一基板的朝向第二基板的一侧的透明介质层，设置在第二基板上的第二电极，填充在第一基板和第二基板之间的液晶，液晶的折射率在第一电极和第二电极形成的电场的作用下发生变化，以使液晶的折射率与透明介质层的折射率相同或基本相同，或者使液晶的折射率小于透明介质层的折射率。

该反射式显示器通过电场调控液晶的折射率，液晶与高折射率的透明介质层相配合以实现亮态显示和暗态，省去了挡墙，简化了结构，降低了生产成本和工艺难度。

下面通过几个实施例进行说明。

实施例一

本实施例提供一种反射式显示器，例如，图2为本发明一实施例提供的一种反射式显示器的结构示意图。

如图2所示，该反射式显示器200包括：相对设置的第一基板201和第二基板202，设置在第一基板201上的第一电极203，设置在第一基板201的朝向第二基板202的一侧的透明介质层204，设置在第二基板202上的第二电极205，填充在第一基板201和第二基板102之间的液晶206，该液晶206的折射率在第一电极203和第二电极205形成的电场的作用下发生变化，以使液晶206的折射率与透明介质层204的折射率相同或基本相同，或者小于透明介质层204的折射率。

需要说明的是，当液晶206的折射率与透明介质层204的折射率相同或基本相同时，光线可以直接或基本上直接穿过透明介质层204和液晶206，在此过程中，光线从透明介质层204入射至液晶206与透明介质层204的界面时，光线的入射角度基本不会发生变化。

例如，当环境光的亮度较大时，从反射式显示器200正面入射的光可以是环境光，此时环境光起到显示用光源的作用；当环境光的亮度较低时，可以在第一基板201上额外设置发光元件，从反射式显示器200正面入射的光可以是发光元件发射的光线。

例如，第一基板201和第二基板202可以分别为对置基板和阵列基板，例如，对置基板可以是彩膜基板。阵列基板包括按阵列排布的驱动电路，每个驱动电路例如用于驱动一个像素，以控制相应像素中第一电极203和第二电极205之间的电压差，从而实现显示。光从反射式显示器的正面入射，则第一基板201为透明基板，例如为玻璃基板。

例如，第一电极203可以设置在第一基板201的靠近第二基板202的一侧，也可以设置在第一基板201的远离第二基板202的一侧。在下面的描述中，均以第一电极203设置在第一基板201的靠近第二基板202的一侧为例加以说明。

例如，液晶206中存在大量各向异性的分子，大量各向异性分子的排列使液晶具有双折射性，且液晶的折射率会随着施加于液晶上的电压的变化而变化。这样可以通过调整施加在液晶上的电压的大小来控制液晶的折射率。

例如，当液晶206的折射率小于透明介质层204的折射率时，光由光密介质(即透明介质层)射到光疏介质(即液晶)的界面时，若入射角度大于临界角(即光由光密介质射入光疏介质时发生全反射的最小角度)时，便可发生全反射。即入射角度大于临界角时，光线在透明介质层204和液晶206的界面发生全反射，以实现亮态显示；当液晶206的折射率与透明介质层204的折射率相同或基本相同时，光线穿过透明介质层204和液晶206，以实现暗态(或彩色显示)。

例如，该液晶206包括但不限于胆甾相液晶、向列相液晶或近晶相液晶。例如，当液晶为胆甾相液晶时，因胆甾相液晶具有双稳态，可以进一步降低能耗。例如，液晶平均折射率计算公式如下：液晶可在电场中发生偏转，而折射率可控。

在上式(1)中，ne为非寻常光的折射率，no为寻常光的折射率，θ为液晶的偏转角度，对液晶施加不同的电场强度时，液晶的偏转角度会发生变化。从而导致液晶的折射率发生变化。

例如，当像素需要点亮时(白态)，此时在电场控制下，液晶呈低折射率，当液晶的折射率小于透明介质层的折射率时，且当光线的入射角大于或等于光线在液晶206和透明介质层204之间发生全反射的最小角度时，该光线在透明介质层和液晶的界面发生全反射，以实现亮态显示，当光线的入射角小于光线在液晶和透明介质层之间发生全反射的最小角度时，该光线射入液晶中。

例如，当像素需要实现黑态(或彩色)时，液晶呈现高折射率，此时液晶206与透明介质层204的折射率相当，即当液晶206的折射率与透明介质层204的折射率相同或基本相同时，光线穿过透明介质层204和液晶206，以实现暗态，呈现黑色或者彩色。

当光线从高折射率材料进入低折射率材料时，发生全反射的临界角(光线从光密介质入射至光疏介质时，折射角等于90°时光线的入射角)与折射率的比值呈线性关系为：sinθ＝n疏/n密，当液晶的折射率变化时，由于发生全反射的临界角也变化，光线的反射率会变化。所以，通过控制液晶206折射率的变化，导致临界角发生变化，从而根据各光线入射角度的不同，实现全反射的光线的量也不同，进而可以实现反射显示的灰阶。需要说明的是，入射角、反射角和折射角均是指光线与界面的法线形成的夹角。

例如，透明介质层204设置在第一电极203的远离第一基板201的一侧，且该透明介质层204具有曲面结构，在面向液晶206的一侧具有凹凸起伏的表面。

例如，曲面结构是指透明介质层204的周边具有一定弧度的结构，例如半微球结构，还可以为其他不规则的表面，只要能够实现至少从反射式显示器正面入射的光在透明介质层204与液晶206之间的界面上被全反射即可。这些半微球结构例如为圆球的球冠或椭球的球冠。例如，该曲面结构采用纳米压印工艺、光刻工艺等制备而成。

例如，该透明介质层204的材料为透明的无机材料或有机材料。

例如，形成该透明介质层204有机材料包括聚苯乙烯和丙烯酸树脂中的至少之一，形成该透明介质层204的无机材料包括二氧化硅、氮氧化硅和氮化硅中的至少之一，该透明介质层204还可以由二氧化钛材料形成。

需要说明的是，形成透明介质层的材料不限于上述给出的材料，只要满足其折射率能够大于液晶的折射率或者与液晶的折射率相同或者基本相同，具有透明的特点，具有一定的硬度即可。

例如，该透明介质层204的厚度为10μm–20μm，例如为10μm、15μm或20μm。需要说明的是，透明介质层204的厚度为沿垂直于第一基板的方向上的最大厚度。

例如，第一电极203由透明导电材料形成，例如，透明导电材料可以为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等。

例如，第一电极203的厚度为100nm-300nm，例如为100nm、200nm，250nm或300nm。

例如，第二电极205可以由金属材料形成，也可以由透明导电材料形成。当第二电极205由金属材料形成时，如果需要实现彩色显示时，可以不用额外设置反射层对光线进行反射；当第二电极205由透明导电材料形成时，通过再设置一层反射层，同样可以实现彩色显示；或者，例如，红色滤色层直接有吸收蓝色光和绿色光，同时可以将红色光进行反射的作用，这样第二电极205可以由透明导电材料形成。

需要说明的是，第一电极可以板状电极，第二电极为条状电极，或者，第一电极为条状电极，第二电极为板状电极。

例如，图3a、图3b和图3c分别为本发明一实施例提供的反射式显示器在亮态显示、暗态显示和彩色显示时的光线传播示意图。在图3a、图3b所示的结构中，对第二电极205是否具有反射光线的作用没有限制。在图3c所示的结构中，第二电极205由金属材料形成，具有反射光线的作用。

如图3a和图3b所示，该反射式显示器还可以包括设置在第二基板202上的光吸收层207，光吸收层207由黑色材料形成，例如，该黑色材料为黑色矩阵材料，例如为黑色金属材料或者黑色树脂材料。

如图3a所示，通过驱动电路控制第一电极203和第二电极205之间电场强度的大小，使液晶206呈低折射率，光线在透明介质层204和液晶206的界面发生了全反射，从而可以实现亮态显示。

如图3b所示，通过驱动电路控制第一电极203和第二电极205之间电场强度的大小，使液晶206呈现高折射率，这样液晶206的折射率与透明介质层204的折射率相同或者基本相同，光线可以直接穿过透明介质层204和液晶206，然后被设置在第二基板202上的光吸收层207吸收，从而呈现黑态。

如图3c所示，该反射式显示器还包括设置在第二基板202上的滤色层207’，滤色层207’包括多个呈阵列排布的色阻(color filter)块，例如该色阻块包括只允许红光通过的红色色阻块，只允许绿光通过的绿色色阻块和只允许蓝光通过的蓝色色阻块中的至少之一。例如，当色阻块为红色色阻块时，绿光和蓝光被该红色色阻块吸收，红光直接被该色阻层反射，或者，红色光线穿过该色阻层后到达第二电极205，然后被第二电极205反射。绿色色阻块和蓝色色阻块的作用类似，这样不同颜色的色阻块共同作用，可以实现彩色显示。

图4为本发明一实施例提供的又一种反射式显示器的结构示意图。例如，该反射式显示器还包括设置在第二基板202的靠近液晶206的一侧的取向层210。取向层210具有控制液晶排列方向的作用。取向机理是通过对液晶诱导，促使整个液晶盒内液晶发生排列。

例如，该取向层210的材料可以包括聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚氨酯和聚酰亚胺。

例如，图3a、图3b、图3c以及图4所示的反射式显示器的结构，还可以包括设置在第一基板201和第二基板202之间的隔垫物208，该隔垫物208具有支撑第一基板201的作用，例如，该隔垫物可以是柱状隔垫物或球状隔垫物。

在本实施例中，液晶分子之间不会发生团聚现象，相对于目前的电子墨水反射显示器，可以省去挡墙的制备。这样可以简化结构，节省工艺流程。

实施例二

本发明至少一实施例还提供一种反射式显示器的制备方法，例如，图5为本实施例提供的一种反射式显示器的制备流程图。该制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供第一基板和第二基板。

例如，第一基板和第二基板可以分别为对置基板和阵列基板，例如，对置基板可以是彩膜基板。光从反射式显示器的正面入射，则第一基板为透明基板，例如为玻璃基板。

步骤2：在第一基板上形成第一电极和透明介质层。

例如，在第一基板上先形成第一电极再形成透明介质层，第一电极设置在透明介质层的靠近第一基板的一侧，且第一电极为平面结构，这样可以降低工艺难度，降低生产成本。形成的反射式显示器的结构可以参见图2。

步骤3：在所述第二基板上形成第二电极。

例如，第一电极和第二电极中的一个可以为公共电极，另一个为像素电极。

例如，第一电极由透明导电材料形成，例如，透明导电材料可以为氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等。

例如，第二电极可以由金属材料形成，也可以由透明导电材料形成。当第二电极由金属材料形成时，如果需要实现彩色显示时，可以不用额外设置反射层对光线进行反射；当第二电极由透明导电材料形成时，通过再设置一层反射层，同样可以实现彩色显示；或者，例如，红色滤色层直接有吸收蓝色光和绿色光，同时可以将红色光进行反射的作用，这样第二电极可以由透明导电材料形成。

需要说明的是，步骤3与步骤1、步骤2之间没有先后关系，步骤3可以与步骤1或步骤2同时进行。

步骤4：对盒第一基板和第二基板，在第一基板和所述第二基板之间填充液晶。

例如，液晶的折射率在第一电极和第二电极形成的电场的作用下发生变化，以使液晶的折射率与透明介质层的折射率相同或基本相同，或者小于透明介质层的折射率。

例如，在本实施例中，透明介质层具有曲面结构，该曲面结构设置在透明介质层的朝向液晶的一侧。

例如，该曲面结构是指透明介质层的周边具有一定弧度的结构，例如半微球结构。这些半微球结构例如为圆球的球冠或椭球的球冠。

例如，该曲面结构采用纳米压印工艺或光刻工艺制备而成。

例如，该透明介质层的材料为透明的无机材料或有机材料。

例如，本实施例提供的制备方法还包括在第二基板上形成光吸收层或滤色层。

该光吸收层由黑色材料形成，例如，该黑色材料为黑色矩阵材料，例如为黑色金属材料或者黑色树脂材料。

该滤色层包括多个呈阵列排布的色阻块。例如该色阻块包括只允许红光通过的红色色阻块，只允许绿光通过的绿色色阻块和只允许蓝光通过的蓝色色阻块中的至少之一。例如，当色阻块为红色色阻块时，绿光和蓝光被该红色色阻块吸收，红光直接被该色阻层反射，或者，红色光线穿过该色阻层后到达第二电极，然后被第二电极反射。绿色色阻块和蓝色色阻块的作用类似，这样不同颜色的色阻块共同作用，可以实现彩色显示。

例如，本实施例提供的制备方法还包括在第二基板的靠近液晶的一侧形成取向层。该取向层具有控制液晶排列方向的作用。其取向机理是通过对液晶诱导，促使整个液晶盒内液晶发生排列。

例如，该取向层的材料包括聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯醇、聚酯、环氧树脂、聚氨酯和聚酰亚胺。

本发明的实施例提供的反射式显示器及其制备方法，具有以下有益效果：该反射式显示器可以通过电场调控液晶的折射率的变化，液晶与高折射率的透明介质层相配合以实现亮态显示和暗态，该反射式显示器省去了挡墙，简化了结构，降低了生产成本和工艺难度。

有以下几点需要说明：

(1)本发明实施例附图只涉及到与本发明实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。

(2)为了清晰起见，在用于描述本发明的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大或缩小，即这些附图并非按照实际的比例绘制。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

(3)在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。