专利名称：显示元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于视觉和/或触觉显示的显示元件，更具体地但不是专有地用于触敏显不器(touch-sensitive display)。
背景技术：
目前，显示技术分成5种主要类型IXD、等离子、CRT、0LED/LED和投影。这些技术可以细分如下I、快门技术(Shuttered technology),诸如LCD和投影,允许光通过进入屏幕的预定部分以便形成所需图像。2、发射技术(Emissive technology),诸如等离子、CRT和0LED/LED,在屏幕上预定的位置发射光以便呈现所需图像。快门技术效率差，因为由背光源提供的光被部分地阻挡。两种技术在明亮的照明条件下都表现不好。反射明亮照明的透反式LCD技术视角窄。对于触敏应用，可以将触敏层增加至所述显示面板，使得用户能够使用手指或者触控笔输入。对于触觉应用，可以增加触觉层，提供有触感的或者3D表示。所有前述技术对于触敏或者触觉应用具有类似的缺点，所述缺点在于必须将附加层直接地增加在所述视觉显示的上方，因此降低了所述光输出、所述显示面板的清晰度和对比度。而且，所述附加层和相关部件增加了显示器的成本。 此外，一些基于矩阵中行和列感测的触敏技术在任何一次都只能够检测单点触摸。其他触敏技术空间分辨率差。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种根据权利要求与I所述的可电致动显示元件。根据本发明的另一个方面，提供了一种根据权利要求14所述的显示元件。
下面是本发明优选实施例的详细描述，参考附图仅仅以示例的方式进行描述。图I是在根据本发明第一实施例的显示面板中分别处于非致动和已致动结构的两个相邻像素的示意性截面图。图2是所述第一实施例的显示面板的各层的示意性透视图。图3是在所述第一实施例的显示面板中分别处于非触敏和触敏结构的两个相邻像素的示意性截面图。图4是在所述第一实施例的显示面板中分别处于非触觉和触觉结构的两个相邻像素的示意性截面图。图5是在根据本发明第二实施例所述的显示面板中分别处于非致动和已致动结构的两个相邻像素的示意性截面图。
具体实施例方式在下面的描述中，功能类似的部件在不同的实施例之间采用相同的参考数字。第一实施例
本发明的第一实施例包括具有触敏输入和触觉输出的视觉显示屏。所述视觉、触敏和触觉功能全部都由相同的电活性材料提供，诸如压电材料。正如本领域所已知的，压电材料响应于机械应力产生电场而且还表现出反压电效应，在所述反压电效应中电场的施加在所述材料中产生应力，其结果是如果不被压缩就会导致所述材料的膨胀或者收缩。在所述材料中的应力可以与所述电场成比例。压电材料可以是陶瓷或者聚合物，诸如PVDF0通过提供若干层的材料可以提高所述压电材料的机械性能和电性能。作为压电材料的替代，也可以使用响应于电场而表现出形状或者大小变化的其他材料，诸如当前建议用作人造肌肉的碳纳米管材料(例如参见Aliev A等人的“Giant-Stroke, SuperelasticCarbonNanotube Aerogel Muscles，，，Science, 2009 年 3 月 20 日，VI. 323, NO. 5921,第1575-1578 页)。图I至图4阐释了根据本发明第一实施例的显示面板的结构细节。所述第一实施例的视觉显示屏包括绝缘衬底1，所述绝缘衬底承载与所述显示器的像素结构相对应的单元2a、2b的矩阵。所述单元2a、2b可被整体地形成为所述衬底6表面中的孔，或者应用为如图2所示的分离穿孔层。在其中任何一种情况下，所述单元2a、2b均具有在它们之间形成的壁3。压可电致动元件4a、4b安装(fitted)在这些单元2a、2b的每一个中，在所述单元2a、2b的顶部留有小空隙。所述绝缘衬底I承载电连接8a、8b,例如作为在其中一个或者两个侧面上形成的层，实现与每一个压可电致动元件4a、4b的独立地可寻址电连接。显示控制器10连接至所述电连接，以便驱动所述显示器，如下更详细地描述。根据接通时所述对应像素的所需外观，当被照明时每一个压可电致动元件4a、4b的上表面5a、5b配置用于反射和/或发射光。在一个示例中，所述上表面5a、5b包括具有所述像素所需颜色的着色层。所述着色层可以是荧光的。在每一个单元2a、2b内的剩余空间被实质上不透明的流体6充满，并且所述单元2a、2b被实质上透明的前屏幕7密封，所述前屏固定至所述壁3的顶端。因此，如在具有像素“关断”的单元2a中所示，所述流体6填充了在压可电致动元件4a上方的空隙并且遮掩了所述压可电致动元件4a的上表面5a，使得通过所述前屏幕7只有所述流体6是可见的。如在单元2b中所示，当在压可电致动元件4b两端施加电压V1时,所述压可电致动元件4b高度膨胀并且宽度收缩，使得所述流体6从所述压可电致动元件4b的上表面与所述前屏幕7之间排出，并且保留在所述壁3与所述压可电致动元件4b的侧面之间。所述上表面现在是通过所述前屏幕可见的，并且所述像素表现为在其“接通”状态。当所述电压关断时，所述压可电致动元件返回至其平衡位置，如在单元2a中所示。可以通过改变施加至所述压可电致动元件4a、4b的电压V1从而改变在所述前屏幕7与所述上表面5a、5b之间流体6的厚度来控制所述已显示像素的强度。在所述上表面5a、5b是荧光的情况下，它可以被来自光源的紫外(UV)光照明，所述光源形成了所述显示屏的一部分。例如，所述UV光可以引入至所述前屏幕7的一个或者多个侧面中，用作所述UV光的光导。可以经由所述流体6实现与所述压可电致动元件4a、4b的电连接一个极8a，所述流体是导电的，例如通过包括溶解的盐。在图3中阐释了所述第一实施例的显示器的触敏功能。所述前屏幕7是柔性的，使得将施加至所述前屏7的压力传送至所述压可电致动元件4b。作为所述直接压电效应的结果，电压V2产生在所述电连接8a与Sb之间并且由所述显示控制器10感测，所述显示控制器检测在哪一个单独的单元2a、2b中施加了压力。由于所述已检测电压随着压力变化，所述显示控制器10可以确定施加至每一个像素的压力水平，从而保证了成比例的触敏显示。每一个像素均有效地用作显示元件和可单独寻址压力换能器。这种技术使能实现许多新的触敏显示应用。在通过施加所述电压V1来给所述压可电致动元件4b供给能量(energise)的情
况下，所述电压V2将对抗已施加电压V1。在处于“关断”状态下的所述上表面5a与所述前屏幕7之间的间隔使得处于“关断”状态下的压可电致动元件4a不会感测到压力。在图4中阐释了所述第一实施例的触觉方面。如果施加高于电压V1的电压V3，所述压可电致动元件4b进一步膨胀并且造成所述柔性前屏幕7在该点处的向外变形。这种变形造成有形凸起以及可视像素，使得用户可以感觉到所显示的图像。因此，所述第一实施例提供了利用相同压电元件的视觉、触敏和/或触觉功能，并且避免了需要用于触敏和/触觉功能的附加层。不一定提供全部这三种功能。例如，如果所述前屏幕7是刚性的，那么将只提供所述视觉显示。所述压电元件4a、4b可以包括堆叠的多层压电材料。所述压电元件4a、4b可设置为悬臂弯曲或者梁结构。所述压电元件4a、4b可设置为X连接(X-poled configuration)或者Y连接结构。所述显示面板可用作交互指示器、销售点显示器或者其他显示器。所述第一实施例的应用不限于平面显示屏，而是可以包括例如用于玩具或者其他产品的“皮肤”或者表面层，利用所述产品与所述用户之间的双向视觉和触觉通信提升了用户体验。第二实施例在本发明的第二实施例中，通过电加热热膨胀而不是压电现象来提供所述视觉和/或触觉显示功能。然而，可以包括压电元件用于触敏性。用相同的参考数字示出与第一实施例所述部件类似的部件，并且为了简洁起见不再重复对它们的描述。在图5中示出了结构细节。在每一个单元2a、2b内提供了含有流体的热膨胀囊(sac) I la、I Ib，通过在所述显示控制器10的控制下提供电流至电加热器9a、9b来选择性地加热所述流体。因此，强制所述上表面5a、5b向上靠近或者接触所述前屏幕7并且变成可视的，以及“接通”所述像素。当所述电流供给切断时，所述囊IlaUlb收缩并且“关断”所述像素。这样，所述显示控制器10可以独立地接通或者关断每一个像素。所述上表面5a、5b可以是柔性的，使得随着所述囊IlaUlb膨胀，所述上表面5a、5b与所述前屏幕7接触的比例增加。这样，可以控制所述像素的已显示颜色的强度。所述前屏7可以是柔性的，并且可以通过所述囊IlaUlb的膨胀向外扭曲，从而当“接通”时提供所述像素的触觉表示。可以在每一个囊I la、I Ib内提供压电感测元件4a、4b，并且所述前屏幕7可以是柔性的。这样，当所述囊IlaUlb膨胀与所述前屏幕7接触时，将施加在所述前屏幕7上的压力液压地转移至所述压电感测元件4a、4b，产生被所述显示控制器10感测的电压从而为每一个单元2a、2b提供独立的触摸灵敏度。在这个实施例中，在所述囊IlaUlb周围没有液体，因为这样会阻止所述囊11a、Ilb体积的增大。替代实施例可以在每一个单元2a、2b内提供替代的可电致动装置，以便提供与所述压电元件4a、4b和/或所述热膨胀囊IlaUlb类似的效果。例如，可以使用微机械致动器。上述实施例是阐释性的而非限制本发明。基于阅读以上描述所理解的替代实施例仍然落在本发明的范围内。·
权利要求
1.一种可电致动显示元件，包括 a.衬底； b.显示表面；以及 c.可电致动元件，设置于所述衬底与所述显示表面之间，并且是可电致动的以使其一部分靠近或者接触所述显示表面，从而改变所述显示元件的显示状态。
2.根据权利要求I所述的显示元件，其中所述显示表面实质上是透明的，并且所述可电致动元件的所述部分靠近或者接触所述显示表面引起所述部分通过所述显示表面是可见的。
3.根据权利要求2所述的显示元件，其中所述可电致动元件设置于含有流体的单元内。
4.根据权利要求3所述的显示元件，其中所述流体实质上是不透明的，并且所述可电致动元件的所述部分靠近或者接触所述显示表面使所述流体从所述显示表面排出。
5.根据权利要求3或4所述的显示元件，其中所述流体是导电的，并且设置用于提供与所述可电致动元件的电接触。
6.根据前述权利要求中任一项所述的显示元件，其中所述显示表面是柔性的。
7.根据权利要求6所述的显示元件，其中所述可电致动元件的所述部分靠近或者接触所述显示表面使所述显示表面变形，以便提供触觉显示。
8.根据权利要求6或7所述的显示元件，其中所述可电致动元件是压力敏感的并且设置用于在于所述显示表面接触时感测所述显示表面上的压力。
9.根据前述权利要求中任一项所述的显示元件，其中所述可电致动元件包括压电元件。
10.根据前述权利要求中任一项所述的显示元件，其中所述可电致动元件包括热膨胀元件和加热器。
11.根据前述权利要求中任一项所述的显示元件，其中所述可电致动元件的所述部分是光学反射的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的显示元件，其中所述可电致动元件的所述部分是突光的。
13.根据权利要求12所述的显示元件，其中所述显示表面设置用于将紫外光导引至所述部分上。
14.一种显示元件，包括用于切换所述显示元件的显示状态的可电致动元件，所述可电致动元件是压力敏感的以便提供触敏显示。
15.一种显示器，包括单独地电可寻址显示元件的阵列，每一个显示元件如前述权利要求中任一项所述。
全文摘要
一种可电致动显示元件包括衬底、显示表面以及可电致动元件，所述元件设置于所述衬底与所述显示表面之间，并且是可电致动的以使其一部分靠近或者接触所述显示表面，从而改变所述显示元件的显示状态。
文档编号H03K17/96GK102959453SQ201180019978
公开日2013年3月6日 申请日期2011年2月22日 优先权日2010年2月22日
发明者安东尼·迈尔斯, 罗伯特·迈尔斯 申请人:Dst创新有限公司