专利名称：基于电润湿效应的显示装置的制作方法
本申请涉及包括位于第一透明支撑板和第二支撑板之间的空间内的互不相融的至少一种第一流体和第二流体的光开关，该第二流体具有导电性或极性。
本发明尤其涉及包括具有位于第一透明支撑板和第二支撑板之间的空间内的互不相融的至少一种第一流体和第二流体的图像元素(像素)的显示装置，其中第二流体具有导电性或极性。
光开关可使用在例如显示应用中的快门应用、控光装置中，以及可开关的滤光器中。如果流体是(彩)油且第二流体是水，(由于表面张力)提供了一种包括水层和油层的两层结构。然而，如果在水和第一支撑板上的电极之间施加电压，油层由于静电压力移开或分解。由于部分水渗透到油层中，图像元素变为半透明。
在PCT申请WO03/00196(PH-NL02.0129)中描述了基于这种原理的显示装置。
当应用在反射型显示中，图像元素的光学特性依赖非反射状态(关闭状态)的彩色薄膜的光强，把染料(或者有时为色素)加到油(一般为碳氢化合物，也可能为硅或碳氟化合物)中，以提供有效的光强度。利用电润湿显示原理，在反射状态(开启状态)中的亮度依赖于(下)基板和剩余的油所占据的部分区域的散射特性。这表明尽可能的利用少量的油可产生高亮度。然而对比度还依赖在非反射状态中的彩色薄膜的光强的强度和均匀性，因而为了高对比度，优选厚度大的油层。
本发明的目的之一是为了至少部分达到上述提到的要求。
为了这个目的，根据本发明的光学装置包括具有染料密度至多为1M(mol/L)的染料的油。可以看到这样的油可用于在上述提到的要求之间达到良好的平衡。例如烷烃的合适的油是基于由非极性染料，例如油蓝N(烷基胺替代蒽醌)、融解绿、苏丹红和苏丹黑染色的油。染料的浓度应当超过0.01M以得到优良的彩色品质。
为了独立地表征溶液，定义了一个性能系数为(FoM＝ε.C)，其中，ε表示染料的消光系数而C表示在第一流体中溶解的染料的浓度。第一流体的层厚为10μm的装置具有的性能系数(FoM＝ε.C)优选至少为100，更优选至少为500和最优选至少为1000。
本发明的这些和其它方面是显而易见的，并且将通过参考下文描述的实施例，阐明本发明的这些和其它方面。
附图中
图1是显示装置的一部分的图示横截面，以示出根据本发明的显示装置所基于的原理；图2示出了这种显示装置的进一步的图示横截面；和图3是示出了需要达到特定光学活动性标准(吸收率、或者光学密度，A＝1)的性能系数(FoM＝ε.C)和油膜厚度l的关系的图表。
附图为示意性而非按照比例，相应的元件一般由相同的附图标记表达。
图1示出了显示装置1的一部分的图示横截面，其示出了根据本发明的显示装置所基于的原理。介于两透明基板或支撑板3、4之间设有互不相融的第一流体5和第二流体6。第一流体5例如是类似十六烷的烷烃或者是如在这个例子中的彩油。第二流体6具有导电性或极性，例如为水或者盐溶液(例如水和乙醇的混合物中的KCl溶液)。
在第一状态中，当没有施加外部电压时(图1a所示的关闭状态)流体5、6邻接例如是玻璃或塑料的第一和第二透明支撑板3、4。在第一支撑板3上，提供了例如是氧化铟(锡)的透明电极7和中间较少可润湿的(疏水的)层8，在这个例子中是无定形的含氟聚合物(AF1600)。
当通过互连20、21施加电压(电源9)时，层5移开或者分裂为小滴(图1b所示的开启状态)。当由于曲面的产生而导致静电能增益大于表面能量损失时发生这种情形。作为一个重要方面，可发现，在覆盖支撑板3的连续膜5和邻接壁2的膜之间的可逆开关通过电气开关装置(电源9)实现。
图2图示了根据本发明的显示装置的实例，其中位于隔离的图像元素之间的壁很大程度上为了清楚而省略了。在这个实施例中，像素壁13并不延伸通过整个像素厚度。这种壁可以通过胶版印刷或本领域所知的其它印刷技术得到。看起来油膜5非常稳定，其当像素尺寸减少时甚至进一步得到加强。因此在开关过程中，油仍然限制在各个区域内。其它附图标记具有与图1中所示的那些相同的含义。
通过增加如图2所示的反射器14，显示器成为反射式的。显示像素的光学性能基本依赖在关闭状态中的彩膜的光强以及反射率，并通过开关暴露部分反射器14。将染料(或者有时是颜料)加入到油(通常为碳水化合物，但有时也可能为硅或碳氟化合物)中，以提供足够的光强度。
然而显示像素的对比度(CR)还依赖于像素在关闭状态中的强度和均匀性且可如下计算出CR＝(R白色/R黑色)·(1-覆盖范围)(1)其中R白色和R黑色分别为开启状态和关闭状态中的像素的未覆盖区域的反射率，而“覆盖范围(coverage)”是在开启状态中油所覆盖的区域。由于大约25％的残留油，作为白色和黑色反射率的函数，可得到下列的对比度数值 表1表1中的T膜对应于在通过吸收层(膜)过程中的光透过的百分率。类似于纸的光学特性需要大约10的对比度。由于反射光必须两次通过彩油膜，黑色反射率R黑色由于吸收层(膜)具有T膜＝10％(吸收率A＝1)的性质而极低。这也显示了，对比度更多的依赖于暗态的反射率而更少的依赖于白色反射率和残留油的覆盖范围。
图3示出了需要达到特定光学活动性标准(吸收率、或者光学密度，A＝1)的性能系数(FoM＝ε.C)和油膜厚度l的关系。
通过使用结合高消光系数(ε)和高油溶解性的染料可实现提高“关闭状态”像素的光学活动性。染料吸收率(A)通常与浓度相关，采用比尔-朗伯定律(Beer-Lambert Law)表示其关系A＝log10(I0/I)＝ε.C.l(2)其中I0为入射强度，I为透射强度，C为浓度而l为光路长度。因此当浓度用摩尔单位M每升(mol/L)而长度用单位cm表示时，ε具有单位M-1cm-1。
关于彩油的亮度，选择吸收率为1(10％透过率)作为一个优秀的例子。这意味着当入射到显示器上的光必须在到达观众之前两次通过油膜，实际上所有的光(即99％)在着色剂(在基于基本色的显示器的情况下产生红、绿或蓝色，以及在采用减色作为反射颜色的显示器的情况下产生青、品红或黄色)的特定吸收范围内被吸收。对于给定的油膜厚度(10μm)和因此确定的光路长度，在本专利申请中使用下面的性能系数(FoM)来定义光强度FoM＝ε.C[cm-1](3)其中ε为固有的染料的消光系数而C为溶解在油相中的染料的单位为M(mol/L)的浓度。
对于例如通过0.01M的染料浓度且染料具有104-105的消光系数可达到的膜吸收率1(在10μm的膜厚度中吸收为90％)，可得到在100cm-1和1000cm-1之间的性能系数。
为了得到例如动力油蓝N(烷基胺取代的蒽醌)在如癸烷的烷烃中的良好的溶液，采用了下面的方法以提高溶解度。离散和部分溶解溶液首先放置在声波容器中，之后在加热板上搅动片刻，并在之后冷却到室温并在例如0.2μm下过滤以移除未溶解的染料。以这种方式得到的性能系数大约为225。
另一种方法包括使用非极性液体染料，例如苏丹红500、苏丹红673和苏丹黄172(由BASF提供)。在这种情况下，染料可在FoM’s分别为7500cm-1、15000cm-1和30000cm-1时具有高得多的浓度，且这些染料的配制包括稀释以得到在选择的烷烃中的所需的FoM，以及移除挥发性污染物和残留微粒的净化步骤。以这种方式，彩油溶液被充分的浓缩以在膜厚度小于2微米时符合10％的透射率标准。
对于这个原理可以作出多种改变。尽管描述了反射型装置，本发明也可以应用于透射型显示装置。
本发明覆盖了各个新颖性特性及性能特征的各种结合。权利要求中的附图标记并非限制它们的保护范围。“包括”这个词汇的使用和它的变形并不排除没有在权利要求中提到的元件的存在。在元件之前使用的冠词“一”或“一个”并不排除多个这种元件的存在。
权利要求
1.一种光学开关，包括位于第一透明支撑板(3)和第二支撑板(4)之间的空间内的互不相融的至少一种第一流体(5)和第二流体(6)，该第二流体具有导电性或极性，该第一流体为包括其染料浓度至多为0.2M(mol/L)的染料的油。
2.根据权利要求1所述的光开关，染料的浓度至多为0.1M。
3.根据权利要求1所述的光开关，染料的浓度至少为0.01M。
4.根据权利要求1或2所述的光开关，其中油包括由硅油、碳氢化合物油和碳氟化合物油组成的组中的至少一种。
5.根据权利要求1或2所述的光开关，其中对于层厚度为10μm的第一流体的结合流体层具有至少102cm-1的性能系数(FoM＝ε.C)，其中ε是染料的消光系数而C是在第一流体中溶解的染料的浓度。
6.一种包括具有在第一透明支撑板和第二支撑板之间的空间内的互不相融的至少一种第一流体和第二流体的图像元素的显示装置，该第二流体具有导电性或极性，该图像元素包括根据权利要求1或2所述的光开关。
全文摘要
在一种基于具有至少两种不同状态的层分裂和层置换的反射型显示装置中，其中在第一状态的其中一种流体(5)例如油邻接至少第一支撑板(3)，并且在第二状态的另一流体(6)至少部分地邻接第一支撑板，其中，图像元素被具有亲水性表面的区域(13)分割，把染料(或者有时为颜料)添加到油(通常为碳氢化合物，但也可以是硅或碳氟化合物)中，以提供足够的光强。
文档编号G02B26/02GK1942820SQ200580010897
公开日2007年4月4日 申请日期2005年4月1日 优先权日2004年4月5日
发明者R·A·海斯, M·茹洛, T·J·B·洛克斯－卡姆斯, S·A·帕尔米尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司