專利名稱：顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于視覺和/或觸覺顯示的顯示元件，更具體地但不是專有地用于觸敏顯不器(touch-sensitive display)。
背景技術(shù)：
目前，顯示技術(shù)分成5種主要類型IXD、等離子、CRT、0LED/LED和投影。這些技術(shù)可以細(xì)分如下I、快門技術(shù)(Shuttered technology),諸如LCD和投影,允許光通過進(jìn)入屏幕的預(yù)定部分以便形成所需圖像。2、發(fā)射技術(shù)(Emissive technology),諸如等離子、CRT和0LED/LED,在屏幕上預(yù)定的位置發(fā)射光以便呈現(xiàn)所需圖像?？扉T技術(shù)效率差，因?yàn)橛杀彻庠刺峁┑墓獗徊糠值刈钃?。兩種技術(shù)在明亮的照明條件下都表現(xiàn)不好。反射明亮照明的透反式LCD技術(shù)視角窄。對(duì)于觸敏應(yīng)用，可以將觸敏層增加至所述顯示面板，使得用戶能夠使用手指或者觸控筆輸入。對(duì)于觸覺應(yīng)用，可以增加觸覺層，提供有觸感的或者3D表示。所有前述技術(shù)對(duì)于觸敏或者觸覺應(yīng)用具有類似的缺點(diǎn)，所述缺點(diǎn)在于必須將附加層直接地增加在所述視覺顯示的上方，因此降低了所述光輸出、所述顯示面板的清晰度和對(duì)比度。而且，所述附加層和相關(guān)部件增加了顯示器的成本。 此外，一些基于矩陣中行和列感測的觸敏技術(shù)在任何一次都只能夠檢測單點(diǎn)觸摸。其他觸敏技術(shù)空間分辨率差。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求與I所述的可電致動(dòng)顯示元件。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求14所述的顯示元件。


下面是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，參考附圖僅僅以示例的方式進(jìn)行描述。圖I是在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的顯示面板中分別處于非致動(dòng)和已致動(dòng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰像素的示意性截面圖。圖2是所述第一實(shí)施例的顯示面板的各層的示意性透視圖。圖3是在所述第一實(shí)施例的顯示面板中分別處于非觸敏和觸敏結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰像素的示意性截面圖。圖4是在所述第一實(shí)施例的顯示面板中分別處于非觸覺和觸覺結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰像素的示意性截面圖。圖5是在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所述的顯示面板中分別處于非致動(dòng)和已致動(dòng)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相鄰像素的示意性截面圖。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，功能類似的部件在不同的實(shí)施例之間采用相同的參考數(shù)字。第一實(shí)施例
本發(fā)明的第一實(shí)施例包括具有觸敏輸入和觸覺輸出的視覺顯示屏。所述視覺、觸敏和觸覺功能全部都由相同的電活性材料提供，諸如壓電材料。正如本領(lǐng)域所已知的，壓電材料響應(yīng)于機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生電場而且還表現(xiàn)出反壓電效應(yīng)，在所述反壓電效應(yīng)中電場的施加在所述材料中產(chǎn)生應(yīng)力，其結(jié)果是如果不被壓縮就會(huì)導(dǎo)致所述材料的膨脹或者收縮。在所述材料中的應(yīng)力可以與所述電場成比例。壓電材料可以是陶瓷或者聚合物，諸如PVDF0通過提供若干層的材料可以提高所述壓電材料的機(jī)械性能和電性能。作為壓電材料的替代，也可以使用響應(yīng)于電場而表現(xiàn)出形狀或者大小變化的其他材料，諸如當(dāng)前建議用作人造肌肉的碳納米管材料(例如參見Aliev A等人的“Giant-Stroke, SuperelasticCarbonNanotube Aerogel Muscles，，，Science, 2009 年 3 月 20 日，VI. 323, NO. 5921,第1575-1578 頁)。圖I至圖4闡釋了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的顯示面板的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。所述第一實(shí)施例的視覺顯示屏包括絕緣襯底1，所述絕緣襯底承載與所述顯示器的像素結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的單元2a、2b的矩陣。所述單元2a、2b可被整體地形成為所述襯底6表面中的孔，或者應(yīng)用為如圖2所示的分離穿孔層。在其中任何一種情況下，所述單元2a、2b均具有在它們之間形成的壁3。壓可電致動(dòng)元件4a、4b安裝(fitted)在這些單元2a、2b的每一個(gè)中，在所述單元2a、2b的頂部留有小空隙。所述絕緣襯底I承載電連接8a、8b,例如作為在其中一個(gè)或者兩個(gè)側(cè)面上形成的層，實(shí)現(xiàn)與每一個(gè)壓可電致動(dòng)元件4a、4b的獨(dú)立地可尋址電連接。顯示控制器10連接至所述電連接，以便驅(qū)動(dòng)所述顯示器，如下更詳細(xì)地描述。根據(jù)接通時(shí)所述對(duì)應(yīng)像素的所需外觀，當(dāng)被照明時(shí)每一個(gè)壓可電致動(dòng)元件4a、4b的上表面5a、5b配置用于反射和/或發(fā)射光。在一個(gè)示例中，所述上表面5a、5b包括具有所述像素所需顏色的著色層。所述著色層可以是熒光的。在每一個(gè)單元2a、2b內(nèi)的剩余空間被實(shí)質(zhì)上不透明的流體6充滿，并且所述單元2a、2b被實(shí)質(zhì)上透明的前屏幕7密封，所述前屏固定至所述壁3的頂端。因此，如在具有像素“關(guān)斷”的單元2a中所示，所述流體6填充了在壓可電致動(dòng)元件4a上方的空隙并且遮掩了所述壓可電致動(dòng)元件4a的上表面5a，使得通過所述前屏幕7只有所述流體6是可見的。如在單元2b中所示，當(dāng)在壓可電致動(dòng)元件4b兩端施加電壓V1時(shí),所述壓可電致動(dòng)元件4b高度膨脹并且寬度收縮，使得所述流體6從所述壓可電致動(dòng)元件4b的上表面與所述前屏幕7之間排出，并且保留在所述壁3與所述壓可電致動(dòng)元件4b的側(cè)面之間。所述上表面現(xiàn)在是通過所述前屏幕可見的，并且所述像素表現(xiàn)為在其“接通”狀態(tài)。當(dāng)所述電壓關(guān)斷時(shí)，所述壓可電致動(dòng)元件返回至其平衡位置，如在單元2a中所示?？梢酝ㄟ^改變施加至所述壓可電致動(dòng)元件4a、4b的電壓V1從而改變在所述前屏幕7與所述上表面5a、5b之間流體6的厚度來控制所述已顯示像素的強(qiáng)度。在所述上表面5a、5b是熒光的情況下，它可以被來自光源的紫外(UV)光照明，所述光源形成了所述顯示屏的一部分。例如，所述UV光可以引入至所述前屏幕7的一個(gè)或者多個(gè)側(cè)面中，用作所述UV光的光導(dǎo)?？梢越?jīng)由所述流體6實(shí)現(xiàn)與所述壓可電致動(dòng)元件4a、4b的電連接一個(gè)極8a，所述流體是導(dǎo)電的，例如通過包括溶解的鹽。在圖3中闡釋了所述第一實(shí)施例的顯示器的觸敏功能。所述前屏幕7是柔性的，使得將施加至所述前屏7的壓力傳送至所述壓可電致動(dòng)元件4b。作為所述直接壓電效應(yīng)的結(jié)果，電壓V2產(chǎn)生在所述電連接8a與Sb之間并且由所述顯示控制器10感測，所述顯示控制器檢測在哪一個(gè)單獨(dú)的單元2a、2b中施加了壓力。由于所述已檢測電壓隨著壓力變化，所述顯示控制器10可以確定施加至每一個(gè)像素的壓力水平，從而保證了成比例的觸敏顯示。每一個(gè)像素均有效地用作顯示元件和可單獨(dú)尋址壓力換能器。這種技術(shù)使能實(shí)現(xiàn)許多新的觸敏顯示應(yīng)用。在通過施加所述電壓V1來給所述壓可電致動(dòng)元件4b供給能量(energise)的情
況下，所述電壓V2將對(duì)抗已施加電壓V1。在處于“關(guān)斷”狀態(tài)下的所述上表面5a與所述前屏幕7之間的間隔使得處于“關(guān)斷”狀態(tài)下的壓可電致動(dòng)元件4a不會(huì)感測到壓力。在圖4中闡釋了所述第一實(shí)施例的觸覺方面。如果施加高于電壓V1的電壓V3，所述壓可電致動(dòng)元件4b進(jìn)一步膨脹并且造成所述柔性前屏幕7在該點(diǎn)處的向外變形。這種變形造成有形凸起以及可視像素，使得用戶可以感覺到所顯示的圖像。因此，所述第一實(shí)施例提供了利用相同壓電元件的視覺、觸敏和/或觸覺功能，并且避免了需要用于觸敏和/觸覺功能的附加層。不一定提供全部這三種功能。例如，如果所述前屏幕7是剛性的，那么將只提供所述視覺顯示。所述壓電元件4a、4b可以包括堆疊的多層壓電材料。所述壓電元件4a、4b可設(shè)置為懸臂彎曲或者梁結(jié)構(gòu)。所述壓電元件4a、4b可設(shè)置為X連接(X-poled configuration)或者Y連接結(jié)構(gòu)。所述顯示面板可用作交互指示器、銷售點(diǎn)顯示器或者其他顯示器。所述第一實(shí)施例的應(yīng)用不限于平面顯示屏，而是可以包括例如用于玩具或者其他產(chǎn)品的“皮膚”或者表面層，利用所述產(chǎn)品與所述用戶之間的雙向視覺和觸覺通信提升了用戶體驗(yàn)。第二實(shí)施例在本發(fā)明的第二實(shí)施例中，通過電加熱熱膨脹而不是壓電現(xiàn)象來提供所述視覺和/或觸覺顯示功能。然而，可以包括壓電元件用于觸敏性。用相同的參考數(shù)字示出與第一實(shí)施例所述部件類似的部件，并且為了簡潔起見不再重復(fù)對(duì)它們的描述。在圖5中示出了結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。在每一個(gè)單元2a、2b內(nèi)提供了含有流體的熱膨脹囊(sac) I la、I Ib，通過在所述顯示控制器10的控制下提供電流至電加熱器9a、9b來選擇性地加熱所述流體。因此，強(qiáng)制所述上表面5a、5b向上靠近或者接觸所述前屏幕7并且變成可視的，以及“接通”所述像素。當(dāng)所述電流供給切斷時(shí)，所述囊IlaUlb收縮并且“關(guān)斷”所述像素。這樣，所述顯示控制器10可以獨(dú)立地接通或者關(guān)斷每一個(gè)像素。所述上表面5a、5b可以是柔性的，使得隨著所述囊IlaUlb膨脹，所述上表面5a、5b與所述前屏幕7接觸的比例增加。這樣，可以控制所述像素的已顯示顏色的強(qiáng)度。所述前屏7可以是柔性的，并且可以通過所述囊IlaUlb的膨脹向外扭曲，從而當(dāng)“接通”時(shí)提供所述像素的觸覺表示?？梢栽诿恳粋€(gè)囊I la、I Ib內(nèi)提供壓電感測元件4a、4b，并且所述前屏幕7可以是柔性的。這樣，當(dāng)所述囊IlaUlb膨脹與所述前屏幕7接觸時(shí)，將施加在所述前屏幕7上的壓力液壓地轉(zhuǎn)移至所述壓電感測元件4a、4b，產(chǎn)生被所述顯示控制器10感測的電壓從而為每一個(gè)單元2a、2b提供獨(dú)立的觸摸靈敏度。在這個(gè)實(shí)施例中，在所述囊IlaUlb周圍沒有液體，因?yàn)檫@樣會(huì)阻止所述囊11a、Ilb體積的增大。替代實(shí)施例可以在每一個(gè)單元2a、2b內(nèi)提供替代的可電致動(dòng)裝置，以便提供與所述壓電元件4a、4b和/或所述熱膨脹囊IlaUlb類似的效果。例如，可以使用微機(jī)械致動(dòng)器。上述實(shí)施例是闡釋性的而非限制本發(fā)明。基于閱讀以上描述所理解的替代實(shí)施例仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。·
權(quán)利要求
1.一種可電致動(dòng)顯示元件，包括 a.襯底； b.顯示表面；以及 c.可電致動(dòng)元件，設(shè)置于所述襯底與所述顯示表面之間，并且是可電致動(dòng)的以使其一部分靠近或者接觸所述顯示表面，從而改變所述顯示元件的顯示狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的顯示元件，其中所述顯示表面實(shí)質(zhì)上是透明的，并且所述可電致動(dòng)元件的所述部分靠近或者接觸所述顯示表面引起所述部分通過所述顯示表面是可見的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件設(shè)置于含有流體的單元內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的顯示元件，其中所述流體實(shí)質(zhì)上是不透明的，并且所述可電致動(dòng)元件的所述部分靠近或者接觸所述顯示表面使所述流體從所述顯示表面排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的顯示元件，其中所述流體是導(dǎo)電的，并且設(shè)置用于提供與所述可電致動(dòng)元件的電接觸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示元件，其中所述顯示表面是柔性的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件的所述部分靠近或者接觸所述顯示表面使所述顯示表面變形，以便提供觸覺顯示。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件是壓力敏感的并且設(shè)置用于在于所述顯示表面接觸時(shí)感測所述顯示表面上的壓力。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件包括壓電元件。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件包括熱膨脹元件和加熱器。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件的所述部分是光學(xué)反射的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的顯示元件，其中所述可電致動(dòng)元件的所述部分是突光的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示元件，其中所述顯示表面設(shè)置用于將紫外光導(dǎo)引至所述部分上。
14.一種顯示元件，包括用于切換所述顯示元件的顯示狀態(tài)的可電致動(dòng)元件，所述可電致動(dòng)元件是壓力敏感的以便提供觸敏顯示。
15.一種顯示器，包括單獨(dú)地電可尋址顯示元件的陣列，每一個(gè)顯示元件如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述。
全文摘要
一種可電致動(dòng)顯示元件包括襯底、顯示表面以及可電致動(dòng)元件，所述元件設(shè)置于所述襯底與所述顯示表面之間，并且是可電致動(dòng)的以使其一部分靠近或者接觸所述顯示表面，從而改變所述顯示元件的顯示狀態(tài)。
文檔編號(hào)H03K17/96GK102959453SQ201180019978
公開日2013年3月6日 申請日期2011年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月22日
發(fā)明者安東尼·邁爾斯, 羅伯特·邁爾斯 申請人:Dst創(chuàng)新有限公司