专利名称：有源光学元件及其制造方法
技术领域：
本发明属于作为表面和表面涂层的通过应用控制电压改变颜色的有源元件的领域，并涉及电子显示器领域，更具体地涉及用于矩阵显示器和指示器中的元件的领域。
背景技术：
多种元件被用来在不同的电子显示器中显示图像和信息，电子
显示器被分为两个主要类别有源显示器和无源显示器。
在无源显示器中，控制信号改变矩阵颗粒的反射水平，并且利用外部光会形成可见的图像；根据在控制电极之间产生的电场，光会被反射或吸收。无源显示器的能量消耗较低并且在强外部光条件下更易于读取。与有源显示器相比，无源显示器的主要缺点是对比度低、视角窄且反应时间长；而其主要优点是能量消耗较低。无源显示器用于，例如电池驱动的装置(如表、计算器、和移动电话)中，这些装置需考虑功率消耗。
在有源显示器中，图像是通过发射不同强度光的矩阵的每一个点形成的。矩阵的每一个点由通过晶体管(由膜技术形成)改变(转换)开或关的一个发光二极管或加速改变(转换)这些点的其他发光元件(等离子体解决方案等)制成。与无源显示器相比，这些类型的显示器需要更多的能量源、图像对比度更好并具有更宽的图像视角。有源显示器用于，例如电源驱动的较大的便携式和固定设备，其中功率消耗不是突出的问题。有源显示器的主要缺点是光强度相 当低，且图像在强外部光(例如直射的太阳光)的条件下不容易看
到；而且它们的制造成本和能量消耗相对高，这限制了它们的实施 可能性。
通常认为所谓的电石兹信息牌(记分板)也是依赖于施加到电磁 体的电脉冲的极化，而使板(一侧为有色光，而另一侧是暗的)的 一侧或另 一侧转向观察者。借助于线圏不可能得到非常小的点而且 装置的机械惰性(mechanical inertness )非常高。这显著限制了这类 显示器的应用领域。
已知的类似显示器有几个不同的专利。通常已知的是在美国专 利US4288788中所4皮露的静电显示器，其用于制造大的数字牌(记 分板)。为了形成数字，要使用大的条状电子元件。通过使用这些 元件，能够组成数字8的符号图案。为了使数字显现出来，要用控 制电压为某些元件充电，并^f吏所需的条状物的亮侧或暗侧转向》见察 者。在同样是关于数字牌(记分板)的美国专利US4163162中，描 述了一种用静电冲丸行器替代电石兹体的方法。这些解决方案的主要缺 点是需要高电压，并且它们的最小物理尺寸意味着它们不能用于较 小的高分辨率显示器。
国际专利申^青WO03034140描述了一种由单分子单层制成的 显示器，其中颗粒的光传输或反射耳又决于所施加的电场。
美国专利第US6054071号中描述了与本发明目最为相似的目 的，该专利披露了形成电子纸显示器，其中图像是用其中置入纸的 小驻极体颗粒形成的。这些颗粒在施加电场时^皮极化。所添力。的粉 末着色剂覆盖被一定程度上极化的颗粒的 一极，并会在纸中形成图 像。该解决方案的缺点是在形成图像的过程中，颗粒在电子纸显示 器中被极化并着色，这使得实现该解决方案非常复杂。虽然其结果与本发明相似，^旦原理不同。本发明不同之处在于改变了预才及4匕和 预着色的颗粒相对于观察者的方向。
发明内容
本发明涉及有源元件的构造，其中悬浮在乳状液中的预才及化且 预着色的樣t小颗粒^皮用来通过施加改变孩t小颗粒定向的控制电压 而形成图^f象。
本发明的目的是形成有源元件，使得能够构造高对比度和低能 量消耗的矩阵显示器以及反应时间短和可视性高的表面。
本发明所述的有源元件使得能够制造基于驻极体乳状液的显
示器和表面，其具有下列优点
-技术简单，产量高且生产成本低，因为不需要使用精确和昂 贵的光过滤器来生产彩色显示器；
-图像具有高对比度；
-能量消耗低；
-关闭控制电压后的图像保留高；
-在强外部光条件下良好的图像可视性；以及
-寿命长，这是由于所利用的物理现象在时间上的固有稳定性 而带来的。
上述特征使得除了能够将本发明用于不同搜显示器和指示器 之外，还可用于在控制电压打开和关闭时能够改变颜色的表面和表 面涂层。
由本发明形成的有源元件基于含有漂浮微小颗粒的享L状液，该 微d、颗粒被预极化和预着色并具有不同着色的极。显示点的颜色取决于其哪一极转向观察者。该颗粒由驻极体材料制成并被预极化从 而在由控制电压施加电场时改变它们的取向。如果控制电极间的电 场极化发生改变，那么颗粒的取向也会发生改变。
本发明还使得能够利用通常已知的方法(彩色图像由不同的原 色元件的图像的光学融合而形成)形成彩色显示器。
本发明是参考附图来说明的，其中
图1是使用基于本发明 一 个实施例的矩阵显示器中有源元件的 侧截面图；以及
图2是图1中所示的矩阵显示器的正-见图。
具体实施例方式
利用以下实施例来解释本发明。本发明的实际应用方面和使用 的可能性不限于这些实施例。实施例1到3描述了形成有源元件的 不同方法。实施例4描述了有源元件的应用。
实施例1.基于本发明制造有源元件的方法1
为了形成本发明的有源元件，将未才及化的驻才及体材料(例如 Teflon)与光变色颜料(例如会在UV辐照中褪色/脱色的颜料)混 合。将得到的混合物在合适的非溶合(non-blendable )的相同密度 的中性液体(例如在氟碳化合物)中乳化。4吏该混合物经受受控的 压力和温度，这会使驻极体液体而不是环境中的颗粒发生聚合。然 后使得到的混合物在高温下经受高电场，并在其中^皮冷却(例如在混合物流动的薄管中，这使得能够实现乳液的连续生产和高产量)， 由此颗粒会获得电荷。
然后使带电颗粒在透明管中经受高uv辐照和极化电场，从而 4吏颗并立的一一及改变颜色。
在应用中，由于驻极体乳状液具有良好的绝缘特性，因此在关 闭控制电压后图像会被保留，这使得其适用于非常低能耗的设备。
形成驻极体乳状液应是连续的生产工艺。
实施例2.制造基于本发明的有源元件的方法2
在该实施例中，不通过聚合化而是利用易于^f吏驻4及体熔化的液 态单体(例如蜡)来获得有源元件。所使用的驻极体会在熔化状态 下在载体液体(在中性液体中，例如在氟碳化合物中)中被乳化。
4吏所形成的乳化液在高温下经受高电场并在其中冷却(例如在 混合物流动的薄管中)，由此颗粒会获得电荷。
然后4吏带电颗粒在透明管和4及化电场中经受高UV辐照，/人而 -使颗粒的一才及改变颜色。
实施例3.制造基于本发明的有源元件的方法3
作为获得有源元件的 一种可^夺代方式，该实施例形成不同面具 有不同颜色的驻4及体材冲牛双层膜。将该力莫在4黄向(transverse)高直 ;充电场中力o热，并在该月莫材冲+会在才黄向于(crossways to )表面方向 上获得稳定极化的温度下冷却。所得到的膜的一侧为一种极化，而 另一侧为相反的4及化。将该膜切成非常小的片；为了形成J求形颗粒， 将这些小片在J求磨才几中磨光或进行软才莫塑(soft mould);如果需要的话，利用合适的乳化剂将这些小片混合到相同密度的液体环境 中。
」接照本发明的方法形成的有源元件是基于驻极体乳化液的，其
中在中性液体中含有预才及化和预着色的驻才及体材料孩i小颗粒以作 为乳化液，并且所4吏用的颗粒的每个电才及具有一种不同的颜色。
及改变颜色的表面和表面涂层中的应用
基于本发明的有源元件可用于，例如制造用于电子设备(计算 机、TV、移动电话、指示器等)的矩阵显示器和改变颜色的表面和 表面涂层。有源元件被置于显示器的两层或表面涂层(其由透明外 侧板1组成，外侧板1上设置有透明控制电极2)之间，该有源元 件是基于上述驻才及体乳化液的，含有预极化驻才及体材料颗粒以作为 中性液体中的乳化液，并且颗粒的两极具有不同的颜色。内侧板3 与外侧板1相距一小段距离(与显示器的尺寸相比)，其他控制电 极4设置在内侧板3上。控制电极(2和4 )之间的间隙填充有含 固体驻极体颗粒5的驻极体乳化液，这些固体驻极体颗粒悬浮在同 密度的液体中并能够改变它们对〗現察者的取向。用直流电将颗粒5 子贞才及4匕，且颗并立的每一才及具有一种不同的颜色。
形成图 <象或表面涂层的颜色改变耳又决于驻才及体颗粒的哪 一 侧 转向观察者，这是由控制电极之间的电压极性控制的。为了形成图 像，以这样的方式改变控制电极(2和4)之间的控制电压，即改 变才及化会迫使颗粒将其一侧或另一侧转向外侧板1,这会使得矩阵 的相应点或明或暗，或者如果4吏用彩色颗粒，则会〗吏相应点呈现一 种颜色或另 一种颜色。彩色显示器由不同颜色的颗粒形成的条带 (或其他形状)组成。用于基于本发明的溶液中的颗粒5非常小(0.1-100微米)，这 使得通过利用低(低于100V)控制电压可显示非常锐化的图像。 颗粒5悬浮在同密度的中性载体中，以使得颗粒能够快速并精确地 控制(旋转)。中性载体不会与控制电极或颗粒5所使用的材料发 生反应。中性载体是非常好的绝缘体，其使得在控制电压关闭后仍 然保留所形成的图像(例如，如果使用氟石灰化合物，则电荷会保留 数周)。由于仅在由控制电极形成的电容器过度充电时消耗能量， 因此该显示器的能量消耗非常低。
使用基于本发明的有源元件，可以制造用于电子设备的分辨率 高且功率消耗低的矩阵显示器。显示器的分辨率能够达到1,000点 每英寸(在某些情形中甚至更高)，这取决于出于何种目的使用该 有源元件。为了获得更高的分辨率，应使用更小的颗粒。颗粒5的 最小尺寸由所使用的材料的特性确定并且在零点几纳米量度内。
根据该有源元件的使用目的并且为了实现尽可能高的对比度， 在各种情形中可以选择不同光变色颜料。为了产生黑白显示可以选 择黑色和白色；对于彩色显示可以选4奪一种原色来着色；或对于变 色表面，以两种不同的颜色来着色。可以-使用两种不同的脱色颜剩-为着色颗粒的每个电才及着以不同的颜色。
为了在显示器或表面涂层中获得多色的图像，使用具有主要颜 色的不同条带。通过组合这些条带，能够基于光学融合而获得所需 的《贞色。
本发明的主题不限于以上给出的实施例，而是包括所使用的驻 才及体材津牛。
权利要求
1. 一种基于驻极体乳化液的有源元件，所述驻极体乳化液包括中性液体中的预极化且预着色的驻极体材料微小颗粒作为乳化液，并且所采用的颗粒的每个电极具有一种不同的颜色。
2. 根据权利要求1所述的有源元件，其中，所述中性液体是氟碳化合物。
3. 根据权利要求1或2所述的有源元件，其中，所述驻极体颗粒的材料是固体聚合化的氟碳化合物。
4. 根据权利要求1或2所述的有源元件，其中，所述驻极体颗粒的材料是驻极体蜡。
5. —种制造基于驻极体乳化液的有源元件的方法，其中，所述驻极体乳化液是利用在相同密度的中性载体液体中非溶合的可极化微小颗粒来制造的。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中-将未聚合化的驻极体材料与光变色颜料混合；以及-在适合的非溶合且同密度的中性液体中将得到的混合物乳化；以及-随后4吏所述混合物经受适合压力和温度；以及-4吏驻极体乳化液的所述颗粒聚合化；以及-4吏所述得到的乳化液经受高电场和高温，并在薄管中冷却，以使所述颗粒获得电荷；以及-4吏带电荷的所述颗粒在透明管和4及化电场中经受高uv辐照，A人而引起它们的一4及改变颜色。
7. 才艮据权利要求5或6所述的方法，其中-所述乳化液是通过在熔融条件下在中性载体中乳化驻极体才才泮牛而形成的；以及-使所述得到的乳化液在高温下经受高电场，并在薄管中冷却，由此4吏所述颗粒获得电荷；以及-使带电荷的所述颗粒在透明管和极化电场中经受高UV辐照，从而引起它们的一极改变颜色。
8. 根据权利要求5所述的方法，其中-制造驻极体材料双层膜，以使其不同侧具有所需的不同颜色；以及-在横向高直流电场中加热所述膜并在所述膜材料横向于表面上获得稳定极化的温度下冷却，所述膜的一侧为 一种极化，而另一侧为相反的才及化；以及-将所述膜将切成非常小的片并在球磨机中磨光形成球形颗粒或部分熔化并成形；以及-如果需要的话，利用合适的乳化剂将所述得到的颗粒混合于具有相同密度的液体环境中。
9. 使用根据权利要求2 ~ 4中任一项所述的有源元件在制造能够改变颜色的表面和表面涂层中的用途，其中所述有源元件被设置在控制电极(2和4 )之间。
10. 才艮据片又利要求9所述的有源元件的用途，其中，所述有源元件被用来制造指示器。
11.才艮据^^又利要求9所述的有源元件的用途，其中，所述有源元件被用来制造可一见矩阵显示器。
全文摘要
一种基于驻极体乳化液的有源元件，包括中性液体中的预极化驻极体材料的颗粒作为乳化液，且该颗粒的两极被着以不同颜色。为了制造用于该有源元件的中性载体液体，使用液体氟碳化合物。为了制造用于该有源元件的驻极体材料，使用固体聚合化的氟碳化合物或驻极体蜡。该有源元件被用于制造通过施加控制电压改变颜色的可视矩阵显示器、指示器、表面和表面涂层。
文档编号G02B26/02GK101535867SQ200780037239
公开日2009年9月16日 申请日期2007年9月7日 优先权日2006年9月8日
发明者尤里·利夫 申请人:维斯特瑞特显示器公司