纤维、由其制造的可弯曲的显示装置和相应的制造方法

专利名称：纤维、由其制造的可弯曲的显示装置和相应的制造方法
技术领域：
本发明涉及在可弯曲的显示装置使用的纤维，制造这样的纤维的方法，可弯曲的显示设备和制造该显示装置的方法。
各种各样不同的显示装置是已知的。可弯曲的显示器当前吸引很大的注意。这些显示器至今为止常常是可弯曲的，因为它们是建造在可弯曲的基片上，并且可以在一个方向上弯曲。对于许多应用，这是足够的，但在可穿戴的电子装置的新领域中(其中在衣服上的显示器被认为有趣的课题)，其要求更高。当考虑适用于可穿戴的显示器工艺时，则以下的要求是恰当的；重要的是显示器在所有的方向上是可弯曲的，它看来像纤维，它的制造是便宜的，以及最后，它是可容易地设定地址的(addressable)，其意思是在衣服上为显示图像而需要的集成电子电路和/或连接是最少的。
美国专利US 6542284公开一种显示装置和制造方法。在这个专利中公开的显示装置用于微囊体型电泳显示设备，因而描述了一种制造方法，其中微囊体可以排列成一直线，以便形成单粒子层。提供了一种显示器，其中可以创建彩色显示器并具有改进的对比度，并且也提供了一种制造方法。显示装置包括基片、绝缘液体、分布在其中的带电荷的彩色粒子，在基片上形成的第一电极，和第二电极，其中通过由施加在其间的电压使得带电荷的彩色粒子向第一电极或第二电极迁移从而形成显示器。每个微囊体通过把绝缘液体和带电荷的彩色粒子包装在透明的容器而被形成，微囊体排列成一直线，并被包装在由对光透明的树脂组成的纤维中。
然而，这个显示装置至多也只能在一个方向上弯曲，并且需要复杂的电子装置来控制每个特定的像素的输出，因为每个像素必须分别寻址。显示器的制造也过分复杂，因为每个像素由独立的透明的容器组成。
国际专利申请公布号WO2004/055576公开一种电光丝或纤维。电光丝或纤维包括在可极化材料的体积内沿长度延伸的拉长的芯体，外部电极部件覆盖该体积。芯体和外部部件是导电的，并可连接到电位，在可极化的材料中生成径向电场。外部部件是光透明的和/或透射反射(transflective)的。可极化的材料当受到所述电场或所述电场的改变的作用时呈现光效果，诸如彩色改变，极化的改变，或反射率的改变。丝或纤维可以通过使用传统的纺织物处理机容易地编织成织物或服装。
虽然该专利申请的纤维适合于在可弯曲的显示装置中使用，但可被建造的装置至今为止是有限的，因为每个纤维必须具有单个彩色，或在纤维的交接处必须使用复杂的电子装置来建立像素化的显示器。
所以，本发明的目的是对已知的技术进行改进。
按照本发明的第一方面，提供一种纤维，它包括内导体、电光材料的体积、外导体、和在内导体与外导体之间的光导体。
按照本发明的第二方面，提供包括多个纤维的显示装置，每个纤维包括内导体、电光材料的体积、外导体、和在内导体与外导体之间的光导体，以及被连接到纤维的导体的电位源。
按照本发明的第三方面，提供了制造纤维的方法，包括接纳内导体和外导体，用光导体涂敷内导体或外导体，和用电光材料填充在内导体与外导体之间的体积。
按照本发明的第四方面，提供了制造纤维的方法，包括接纳内导体和用光导体、电光材料和外导体相继地涂敷内导体。
按照本发明的第五方面，提供了制造显示装置的方法，包括接纳多个纤维，每个纤维包括内导体、电光材料的体积、外导体、和在内导体与外导体之间的光导体，把纤维编织成编织物，和把电位源连接到纤维的导体。
由于本发明，有可能提供在二维方向可弯曲的显示装置，它的制作是简单的，并且没有大量的电连接，但可以提供有效的像素化的显示器。当每个纤维中的光导体暴露到光线中时，在电光材料的体积中产生电位差。电光材料按照它的特性改变外貌，纤维的这种结构可被利用来创建可弯曲的显示器。
有利地，光导体是处在内导体与电光材料体积之间，或光导体是处在电光材料体积与外导体之间。典型地，光导体被涂敷在内导体上，但光导体在纤维上的位置是一种设计选择。
优选地，电光材料体包括电泳粒子的囊体，电泳粒子是黑色和白色的带电粒子。黑色粒子具有与白色粒子相反的电荷。有利地，内导体和外导体可连接到电位源。如上所述，当在纤维的任何部分的光导体暴露在光线中时，在电泳粒子上产生电位差，例如，使得带电的黑色粒子移到纤维的外面。因为理想地，外导体基本上是光透明的，黑色电泳粒子在纤维中将是可见的。所以，在光被引导到显示装置的所有地点，黑色电泳粒子被移到纤维的表面，从而产生图像。
有利地，纤维的部件是可弯曲的，这样，纤维适合于在可弯曲显示装置中使用，并且纤维具有基本上圆形的截面，内导体、光导体、电光材料的体积和外导体基本上同圆心。
优选地，内导体包括一个可弯曲的棒，后者包括一种或多种金属、导电聚合物、和涂敷以导电材料的聚酰胺。
现在参照附图作为例子描述本发明的实施例，其中

图1是在可弯曲显示装置中使用的纤维的截面图，图2是可弯曲显示装置的示意图，图3是含有可弯曲显示装置的移动电话和服装的示意图，图4是与服装的可弯曲的显示装置接触的移动电话的，类似于图3的，示意图，图5是含有可弯曲显示装置的移动电话和服装的，类似于图3的，示意图，图6a是制造纤维的方法的流程图，图6b是制造纤维的另一种方法的流程图，以及图7是制造可弯曲的显示装置的方法的流程图。
图1的纤维10包括内导体12、电光材料16的体积14、外导体20、和在内导体与外导体20之间的光导体18。纤维10沿它的长度具有均匀的结构，并且纤维10的截面基本上是圆形的，其内导体12、光导体18、电光材料16的体积14和外导体20基本上是同圆心的。内导体12和外导体20可连接到电位源。
纤维10的每个各个部件是可弯曲的，这样，纤维10适合于在可弯曲的显示装置22中使用，示意地显示于图2。纤维10适合于以与制作布片的相同的方式编织成显示装置22。
光导体18当它不暴露在光线中时，起到在内导体12周围的绝缘体的作用。当光线照射到光导体18的任何部分时，它的电特性将改变，它的电阻将下降，这样，它不再是绝缘体而是起导体的作用。这导致在包含电光材料16的体积14中产生电场。
呈现电光的材料是一种其光学特性根据它所处的电的条件而改变的材料。在图1所示的纤维的优选实施例中，电光材料16的体积14含有电泳粒子24和26的囊体。电泳粒子24和26是黑色和白色带电粒子，黑色粒子26具有与白色粒子24相反的电荷。
当电场作用在带电粒子时，在囊体16中的带电粒子24和26将在囊体16中流动。如上所讨论的，当光线照射到光导体18时，在包含囊体16的体积14中将产生电场。在图1上，黑色粒子26被定位于它们趋于纤维10中心的位置。
囊体16(或在囊体16之间的体积14)允许传输某些光，以便照亮光导体18。如果进入的光是单色光，则理想地囊体16将透过这个波长，但对于其它波长是不透明的。这也有助于防止显示装置在工作时受环境光的干扰。
如果假设黑色粒子具有负电荷，和外导体20处在正电位，则光导体18是导电的而不是绝缘的，建立的电场将对黑色粒子26作用，吸引它们趋于外导体20。同时，带正电荷的白色粒子24将被吸引到负极，即内导体12。由于外导体20基本上是光透明的，纤维10的外观将改变，因为这时黑色粒子26是可见的。当光源不再照射到光导体18时，它将变回为绝缘内导体，在体积14上不再有电场。当没有电场时，电泳粒子24和26不移动。这允许纤维的光特性以简单的和有效的方式改变，而不需要任何连续的电位来保持显示装置22的外观的改变。
显示装置22也只具有最小的连接，如图2示意地显示的。纤维的编织物28经由连接头30被连接到电位源32。在行和列纤维中所有的内导体12都被连接到例如30伏的直流电压，所有的外导体20都被连接到电位源32的0伏端。
典型地，在每个纤维10中的内导体12包括可弯曲的棒，它包括一种或多种金属、导电聚合物、和涂敷以导电材料的聚酰胺。在最简单的实施例中，内导体12是铜线，在其上提供4μm厚的有机光导体18层。
图3到5显示被包含在服装34上的可弯曲的显示装置22的例子。显示装置22可缝在服装22上，其方式很像在衬衫的前面提供的口袋。
在图3上，可弯曲的显示装置22处在这样的条件组成装置22的所有的纤维使得白色电泳粒子24趋于每个纤维10的外面，导致图3所示的全白色显示。服装34的穿戴者还具有一个典型地带有发射型显示器38的移动电话36。在电话36的显示器38上当前正显示一个心形的图标40。为了清晰起见，显示器38的其余部分被显示为黑色，虽然应当看到，在工作显示器38上，心形的图标发射光，而显示器38的其余部分不发射光。
如果用户希望在显示装置22中产生图像，则用户例如可以握住移动电话36靠近显示装置22，如图4所示。如上所述，参照单个纤维10，由电话36发射的光将使得各个纤维10的内导体12的光导体涂层18变为导电的，从而在电泳粒子上产生电场。这在显示器22上产生局部化的改变，因为电泳粒子在电场中移动。
一旦用户把移动电话36与显示装置22分开，则服装34将看起来如图5所示。可弯曲的显示装置22这时显示心形图标的图像，它相应于移动电话36的显示器38上的心形图标40。在显示装置22上显示图标42时不使用功率，因为图像是由电泳材料中的黑色粒子产生的。
在显示装置的替换实施例中，移动电话36也可以用来为显示装置22提供功率。移动电话36可以通过两个简单的点接触或经由电容或电感装置耦合到显示装置22。这进一步简化显示装置22和服装34的结构。
如果用户希望改变在显示装置22上图像的显示，则他们必须切换显示装置22中电位源的极性，这可以通过装置22上简单的按钮开关(未示出)提供。一旦切换了极性，用户就必须把光源(诸如移动电话36)带给显示器22当前显示图像的那些部分。这将再次使得各个纤维10的内导体12的光导体涂层18变为导电的，从而在电泳粒子上产生电场，但与当产生图像时使用的具有相反的极性。这使得白色电泳粒子在电场中移动，在显示器22上产生均匀的白色显示。在显示器已经是白色的那些部分上用户是否照射光将无关紧要，因为在显示装置的这些部分上产生的电场将不影响白色电泳粒子，因为它们已经在显示器22的各个纤维的表面。
使显示装置复位的替换方法是可能的。这是通过重复施加方波电压而不是在写入显示器时使用的直流电压而达到的。由于在4μm厚的光导体与40μm的电容囊体之间的电容不平衡，图像可以用这种方式复位。
这样，用户可以把图像转移到在诸如服装或家具那样的应用器具中所用的可弯曲的显示器，而不需要功率来保持显示器22上的图像。当图像被转移到显示器22时，在不长于1秒的短时间内使用小量功率。
图6a显示概述制造纤维10的方法的流程图。方法包括接纳610内导体12和外导体20，用光导体18涂敷612内导体12或外导体20，和用电光材料12填充616在内导体12与外导体20之间的体积14。
图6b显示制造纤维10的替换的方法的流程图。这个方法包括接纳616内导体12，和用光导体18、电光材料16和外导体20接连地涂敷618内导体12。
同样地，图7显示概述制造显示装置22的方法的流程图，方法包括接纳710多个纤维10，每个纤维10包括内导体12、电光材料16的体积14、外导体20、和在内导体12与外导体20之间的光导体18。方法的第二阶段是把纤维10编织712成编织物，接着把电位源连接714到纤维10的导体。最后阶段716是把最后的显示器引入到服装34上。
所以，有可能创建可编织成编织物的光敏感的电泳纤维。虽然该材料没有被提议过，但当需要时，它将呈现为织物，灰度可以沿纤维的长度进行调制，使它可用来显示图像。与已知的技术不同，纤维是自给自足的(self-contained)，不依靠与其它纤维的良好的电接触，对整个显示区域的只需要两个电连接，最终得到的显示对于在内导体与外导体之间的短路不敏感。
需要一个能提供空间调制的光的独立装置，例如，一个多LED无源矩阵显示器。这对显示器的所有的区域并行地寻址，所以，寻址时间至多0.5秒。
内部导电纤维的可能的涂层是4μm厚的有机光导体层。材料例如可以是具有光敏感的掺杂物(例如三芴酮)的聚(乙烯咔唑)，PVK。这可以通过简单地把铜线拉过光导体溶液而做到。纤维然后被封闭在空心的外部导电纤维中。这些纤维现在可用于制作服装，其上可以显示图像，但在所有的其它方面具有普通衣服的感觉。
用纤维编织的织物可以只要把所有的内导体单元连接到例如30伏的直流电压和把外部电极接地而做到光学寻址。因为光导体是绝缘体，当没有被暴露到光线时，在这层上将失去电压。在电泳囊体上没有电压降。在照明一段纤维后，光导体电阻减小，分压比被改变，这样，在囊体上有大的电压降。这使得它们局部地切换。
有各种方法把图像转移到显示装置。这些方法包括通过障板(即，印刷的覆盖薄片)把纤维暴露到光线，对着显示器握住纤维或用激光笔或扫描激光器在纤维上进行写操作。可想像的是人们可以下载新的图标到他们的移动电话，并通过握住移动电话对着他们的衣服而把这些新的图标复制到显示器。
对手持设备的较大的区域进行寻址存在其它的任选项。显示器也可被复位或用电压脉冲擦除，在它被写入后，它不需要持续的功率。只有当加上电压时，显示器才是光敏感的，所以，在它被寻址后它不存在因外部日光而衰减的问题。
虽然在优选实施例中说明电光材料可以由电泳囊体组成，但其它材料也是可能的。例如，不用囊体，有可能使用其中存在白色电泳粒子的染色油。通过把白色粒子吸引到内部电极，纤维显示油的彩色。替换地，显示电光效应的其它材料可被放置在腔体中，例如PDLC(散布着聚合物的液晶)和各种类型的凝胶。电光材料也可以包括液晶，其中用极化物包围着该液晶。
权利要求
1.一种纤维，包括内导体(12)、电光材料(16)的体积(14)、外导体(20)、和在内导体(12)与外导体(20)之间的光导体(18)。
2.按照权利要求1的纤维，其中光导体(18)处在内导体(12)与电光材料(12)的体积(14)之间。
3.按照权利要求1的纤维，其中光导体(18)处在电光材料(16)的体积(14)与外导体(20)之间。
4.按照权利要求1，2，或3的纤维，其中电光材料(16)的体积(14)含有电泳粒子(24，26)。
5.按照权利要求4的纤维，其中电泳粒子(24，26)被包含在囊体(16)内。
6.按照权利要求4或5的纤维，其中电泳粒子(24，26)具有不同的电荷和光学特性。
7.按照权利要求6的纤维，其中电泳粒子(24，26)是黑色和白色带电粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有与白色粒子(24)相反的电荷。
8.按照任何前述权利要求的纤维，其中外导体(20)基本上是光学透明的。
9.按照任何前述权利要求的纤维，其中纤维(10)的部件是可弯曲的，这样，纤维(10)适合于在可弯曲的显示装置(22)中使用。
10.按照任何前述权利要求的纤维，其中内导体(12)包括可弯曲的棒，后者包括一种或多种金属、导电聚合物、和涂敷以导电材料的聚酰胺。
11.按照任何前述权利要求的纤维，其中纤维(10)具有基本上圆形截面，其内导体(12)、光导体(18)、电光材料(16)的体积(14)、和外导体(20)基本上是同圆心的。
12.按照任何前述权利要求的纤维，其中内导体(12)和外导体(20)可连接到电位源。
13.一种显示装置，包括多个(28)纤维(10)，每根纤维(10)包括内导体(12)、电光材料(16)的体积(14)、外导体(20)、和在内导体(12)与外导体(20)之间的光导体(18)，并被连接到纤维(10)的导体(12，20)的电位源(32)。
14.按照权利要求13的显示装置，其中每根纤维(10)中的光导体(18)处在内导体(12)与电光材料(12)的体积(14)之间。
15.按照权利要求13的显示装置，其中每根纤维(10)中的光导体(18)处在电光材料(16)的体积(14)与外导体(20)之间。
16.按照权利要求13，14，或15的显示装置，其中每根纤维(10)中的电光材料(16)的体积(14)含有电泳粒子(24，26)。
17.按照权利要求16的显示装置，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)被包含在囊体(16)内。
18.按照权利要求16或17的显示装置，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)具有不同的电荷和光学特性。
19.按照权利要求18的显示装置，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)是黑色和白色带电粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有与白色粒子(24)相反的电荷。
20.按照权利要求13到19的任一项的显示装置，其中每根纤维(10)的外导体(20)基本上是光学透明的。
21.按照权利要求13到20的任一项的显示装置，其中每根纤维(10)的部件是可弯曲的，这样，显示装置(22)是可弯曲的显示装置(22)。
22.按照权利要求13到21的任一项的显示装置，其中每根纤维(10)的内导体(12)包括可弯曲的棒，它包括一种或多种金属、导电聚合物、和用导电材料涂敷的聚酰胺。
23.按照权利要求13到22的任一项的显示装置，其中每根纤维(10)具有基本上圆形截面，其内导体(12)、光导体(18)、电光材料(16)的体积(14)、和外导体(20)基本上是同圆心的。
24.一种制造纤维(10)的方法，包括接纳(610)内导体(12)和外导体(20)，用光导体(18)涂敷(612)内导体(12)或外导体(20)，和用电光材料(16)填充(614)在内导体(12)与外导体(20)之间的体积(14)。
25.一种制造纤维(10)的方法，包括接纳(616)内导体12和用光导体(18)、电光材料(16)和外导体(20)相继地涂敷(618)内导体(12)。
26.按照权利要求24或25的方法，其中电光材料(12)包括电泳粒子(24，26)。
27.按照权利要求26的方法，其中电光材料(16)包括电泳粒子(24，26)的囊体(16)。
28.按照权利要求26或27的方法，其中电泳粒子(24，26)具有不同的电荷和光学特性。
29.按照权利要求28的方法，其中电泳粒子(24，26)是黑色和白色带电粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有与白色粒子(24)相反的电荷。
30.按照权利要求24到29的任一项的方法，其中外导体(20)基本上是光学透明的。
31.按照权利要求24到29的任一项的方法，其中纤维(10)的部件是可弯曲的，这样，纤维(10)适合于在可弯曲的显示装置(22)中使用。
32.按照权利要求24到29的任一项的方法，其中内导体(12)包括可弯曲的棒，它包括一种或多种金属、导电聚合物、和涂敷以导电材料的聚酰胺。
33.按照权利要求24到29的任一项的方法，其中纤维(10)具有基本上圆形截面，其内导体(12)、光导体(18)、电光材料(16)的体积(14)、和外导体(20)基本上是同圆心的。
34.按照权利要求24到29的任一项的方法，其中内导体(12)和外导体(20)可连接到电位源。
35.一种制造显示装置的方法，包括接纳(710)多根纤维(10)，每根纤维(10)包括内导体(12)、电光材料(16)的体积(14)、外导体(20)、和在内导体(12)与外导体(20)之间的光导体(18)，把纤维(10)编织(712)成编织物(28)，和把电位源(32)连接(714)到纤维(10)的导体(12，20)上。
36.按照权利要求35的方法，其中每根纤维(10)中的光导体(18)处在内导体(12)与电光材料(16)的体积(14)之间。
37.按照权利要求35的方法，其中每根纤维(10)中的光导体(18)处在电光材料(16)的体积(14)与外导体(20)之间。
38.按照权利要求35，36，或37的方法，其中每个纤维(10)中的电光材料(16)的体积(14)含有电泳粒子(24，26)。
39.按照权利要求38的方法，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)被包含在囊体(16)内。
40.按照权利要求38或39的方法，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)具有不同的电荷和光学特性。
41.按照权利要求40的方法，其中每根纤维(10)中的电泳粒子(24，26)是黑色和白色带电粒子(24，26)，黑色粒子(26)具有与白色粒子(24)相反的电荷。
42.按照权利要求35到41的任一项的方法，其中每根纤维(10)中的外导体(20)基本上是光透明的。
43.按照权利要求35到42的任一项的方法，其中每根纤维(10)中的部件是可弯曲的，这样，纤维(10)适合于在可弯曲的显示装置(22)中使用。
44.按照权利要求35到43的任一项的方法，其中每根纤维(10)中的内导体(12)包括可弯曲的棒，它包括一种或多种金属、导电聚合物、和用导电材料涂敷的聚酰胺。
45.按照权利要求35到44的任一项的方法，其中每根纤维(10)具有基本上圆形的截面，其内导体(12)、光导体(18)、电光材料(16)的体积(14)、和外导体(20)基本上是同圆心的。
全文摘要
一种纤维(10)包括内导体(12)、电光材料(16)的体积(14)、外导体(20)、和在内导体(12)与外导体(20)之间的光导体(18)。电光材料(16)的体积(14)包括电泳的、黑色和白色带电粒子(24，26)的囊体，黑色粒子具有与白色粒子相反的电荷。纤维的部件是可弯曲的，使得纤维适合于在可弯曲的显示装置中使用。
文档编号D02G3/00GK101019070SQ200580030471
公开日2007年8月15日 申请日期2005年9月9日 优先权日2004年9月11日
发明者M·吉利斯, L·J·M·施兰根, E·休特马, M·克兰斯 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司