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CN101673525A - 具有有源透反器件的显示装置 - Google Patents

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CN101673525A CN200910173058A CN200910173058A CN101673525A CN 101673525 A CN101673525 A CN 101673525A CN 200910173058 A CN200910173058 A CN 200910173058A CN 200910173058 A CN200910173058 A CN 200910173058A CN 101673525 A CN101673525 A CN 101673525A
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Abstract

本发明提供了一种具有有源透反器件的显示装置。该显示装置包括有源透反器件和显示面板。有源透反器件构造为电控制光透射率和光反射率。显示面板构造为通过调节被有源透反器件反射的光和透射的光中的至少一个来形成图像。

Description

具有有源透反器件的显示装置
技术领域
本发明涉及一种适当地调整入射光的反射和透射以提高亮度和降低功耗的显示装置。
背景技术
由于近来便携设备(诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、便携多媒体播放器(PMP)和数字多媒体广播(DMB))的使用不断增加，需要低功耗且良好的户外可视性的显示装置。
因此，进行了关于具有反射显示器件和透射显示器件的双重功能的透反(transflective)液晶显示器(LCD)的研究。透反LCD利用背光单元和/或户外光形成图像，使得即使在包括阳光的明亮环境中使用透反LCD，也可以保证显示器的可视性并可以容易地降低功耗。在此情况下，液晶单元的区域被分为两部分，划分出的区域分别被配置为反射区和透射区。然而，透反LCD的制造方法相对复杂，入射光被分开使用，由此导致亮度降低。
发明内容
一个或多个示例性实施例包括具有亮度和户外可视性并具有相对低的功耗的显示装置。
本发明的方面将在随后的描述中部分地阐述，并从该描述而部分地变得明显，或者可以通过示例性实施例的实践而习知。
一个或多个示例性实施例可以包括显示装置，该显示装置包括有源透反器件(active transflective device)和显示面板。有源透反器件构造为电控制光透射率和光反射率。显示面板构造为通过调节被有源透反器件反射的光和透射的光中的至少一个来形成图像。
显示面板可以通过控制显示面板的液晶层的透射率来调节光，液晶层包括黑色染料和聚合物分散液晶(PDLC)。
显示面板可以通过利用带电颗粒的电泳(electrophoresis)、电润湿材料(electrowetting material)或电致变色材料(electrochromic material)来调节光。
有源透反器件可以包括聚合物分散液晶(PDLC)，有源透反器件可以通过将纳米结构材料插入聚合物分散液晶(PDLC)中来形成。
一个或多个示例性实施例可以包括显示装置，该显示装置包括：背光单元；有源透反器件，电控制光透射率和反射率；以及显示面板，通过调节被有源透反器件反射的光和/或透射的光来形成图像。
附图说明
从下面结合附图的对示例性实施例的描述，示例性实施例的各方面将变得明显并更易于理解，附图中：
图1是根据示例性实施例的显示装置的截面图；
图2A和图2B是示出在根据示例性实施例的图1的显示装置中光入射在显示面板的前表面上的截面图；
图3A和图3B是示出在根据示例性实施例的图1的显示装置中光入射到显示面板的后表面上的截面图；
图4A和图4B是示出在根据示例性实施例的图1的显示装置中光入射在显示面板的前表面和后表面上的截面图；
图5是根据另一示例性实施例的显示装置的截面图；
图6是根据另一示例性实施例的显示装置的截面图；
图7是根据另一示例性实施例的显示装置的截面图；
图8是根据另一示例性实施例的显示装置的截面图；
图9-11示出了根据示例性实施例的有源透反器件；以及
图12A-12C是示出根据示例性实施例的显示装置的截面图。
具体实施方式
示例性实施例将从结合附图的详细描述而被更清楚地理解。
现将参照附图更全面地描述各种示例性实施例，附图中示出了一些示例性实施例。在附图中，为了清晰起见，层和区域的厚度可以被夸大。
这里公开了具体说明性的示例性实施例。然而，这里公开的特定结构和功能细节仅是代表性的用于描述示例性实施例。然而，其他实施例可以以许多备用的方式实施而不应被解释为仅限于这里所述的示例性实施例。
因此，尽管示例性实施例能够有各种修改和备选方式，但本发明的示例性实施例通过示例的方式在附图中显示并在这里被详细地描述。然而，应当理解，这里不旨在将示例性实施例限制为所公开的特定形式，相反，示例性实施例覆盖落在示例性实施例的范围内的所有修改、等价物和替换。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
应当理解，虽然这里可使用术语第一、第二等描述各种元件，但这些元件不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区别开。例如，第一元件可以被称为第二元件，类似地，第二元件可以被称为第一元件，而不背离示例性实施例的范围。如此处所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。
应当理解，当称一个元件“连接到”或“耦合到”另一元件时，它可以直接连接或耦合到另一元件，或者还可以存在插入的元件。相反，当称一个元件“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件时，不存在插入的元件。用于描述元件之间关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“在...之间”与“直接在...之间”，“与...相邻”与“直接与...相邻”等)。
这里所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非要限制本发明。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”均同时旨在包括复数形式。还应当理解，当在此说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”说明所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或添加。
此外，使用的词语“化合物”指代单个化合物或多个化合物。这些词语被用于表示一个或多个化合物，但也可以仅指示单个化合物。
现在，为了更具体地描述示例性实施例，将参照附图详细描述各示例性实施例。在附图中，如果一层形成在另一层或基板上，这表明该层直接形成在另一层或基板上，或者第三层插设在两者之间。在下面的描述中，相同的附图标记指代相同的元件。
图1是根据示例性实施例的显示装置1000的截面图。参照图1，显示装置1000包括有源透反器件200和显示面板300。因此，显示装置1000构造为不仅使用入射在显示面板300的前面板上的光Lf还使用入射在显示面板300的后表面上的光Lb作为图像形成光。应当理解，背光可以与显示装置1000一起使用。
有源透反器件200构造为电控制光透射率和反射率。有源透反器件200包括由聚合物分散液晶(PDLC)形成的第一液晶层230。当电场没有施加到PDLC时，由于聚合物与液晶之间的介电常数差异导致PDLC散射入射光。当电场施加到PDLC时，PDLC透射光，由于根据电场布置的聚合物与液晶之间的介电常数差异减少，所以PDLC变得透明。更具体地，第一液晶层230插设在第一基板210和第二基板250之间。此外，透明电极层220和240分别形成在第一基板210和第二基板250的彼此面对的内表面上，从而施加电场到第一液晶层230并控制反射/透射特性。由于控制施加到透明电极层220和240的电压的强度，所以可以控制第一液晶层230的反射率和透射率。
显示面板300调节由有源透反器件200反射和/或透射的光并且形成图像，显示面板300控制液晶的透射率并调节光。更具体地，显示面板300包括通过混合PDLC和黑色燃料而形成的第二液晶层330。当电场施加到第二液晶层330时，第二液晶层330透射光。当电场没有施加到第二液晶层330时，第二液晶层330中的PDLC散射光并且由于黑色燃料使得第二液晶层330吸收光，从而可以实现像素的开启和关闭状态。与常规液晶面板不同，由于这种构造没有使用入射光的偏振光，所以不需要偏振板。第二液晶层330插设在第二基板250和第三基板360之间。滤色器350形成在第三基板360的内表面上用于显示颜色。薄膜晶体管层310设置在第二基板250的面对第三基板360的内表面上。透明电极层320和340分别形成在薄膜晶体管层310和滤色器350的彼此面对的内表面上。此外，透明电极层320和340以及薄膜晶体管层310被制备为对应于每个像素来控制第二液晶层330。第三基板360的外表面构成显示图像的显示表面。
在下文中，将参照图2A、图2B、图3A、图3B、图4A和图4B描述在显示装置1000中利用入射在显示面板300的前表面和/或后表面上的光来形成图像的原理。在附图中，描述光路，在光路中光只相对于一个子像素而被开启和关闭。然而，应当理解，以下描述的装置可以应用到多个子像素。
图2A和图2B是截面图，示出在图1的显示装置1000中入射到显示面板300的前表面上的光Lf被调节为开启/关闭，从而构造为形成反射图像。为了形成反射图像，有源透反器件200可以通过不施加电压到透明电极层220和240而用作反射板。因此，第一液晶层230中的PDLC呈现光散射模式。在图2A中，由于电压也没有施加到第二液晶层330，液晶没有以阵列布置，由于聚合物与液晶之间的介电常数差异使得第二液晶层330中的PDLC呈现光散射模式。这里，光在第二液晶层330中被与PDLC混合的黑色染料吸收而没有发射到显示表面，由此实现像素关闭状态。
在图2B中，电压施加到第二液晶层330，由此液晶以阵列布置。在这种情况下，液晶与聚合物之间的介电常数差异减小，PDLC变得透明以透射光。此外，由于电场没有施加到第一液晶层230，有源透反器件200用作反射板，使得入射在显示面板300的前表面上的光Lf经由显示表面发射，显示装置1000处于显示滤色器350的相应颜色的像素开启状态(pixel-onstate)。
图3A和3B是截面图，示出在图1的显示装置1000中入射在显示面板300的后表面上的光Lb被调节为开启/关闭，从而构造为形成透射图像。为了形成透射图像，有源透反器件200可以是透明的从而透射光。因此，电压被施加到透明电极层220和240，并且控制该电压使得第一液晶层230能够呈现光透射模式。在图3A中，第二电压没有被施加到第二液晶层330，由此液晶不以阵列形式布置。在这种情况下，由于聚合物与液晶之间的介电常数差异使得第二液晶层330中的PDLC呈现光散射模式。光在第二液晶层330中被与PDLC混合的黑色染料吸收。也就是说，透射穿过有源透反器件200的光Lb在第二液晶层330中被吸收且不会经由显示表面发射，从而显示装置1000处于像素关闭状态(pixel-offstate)。
在图3B中，第二电压被施加到第二液晶层330，因此第二液晶层330中的液晶以阵列布置。在这种情况下，第二液晶层330中的液晶与聚合物之间的介电常数差异减小，第二液晶层330中的PDLC变得透明从而透射光。光Lb透射穿过有源透反器件200并变为入射在显示面板300的后表面上。显示装置1000处于像素开启状态，第二液晶层330在显示表面上显示滤色器350的相应颜色。
图4A和图4B是截面图，示出在显示装置1000中分别入射到显示面板300的前表面和后表面上的光Lf和Lb被调节为开启/关闭。因此，光以透反的形式调节。为了形成透反图像，有源透反器件200可以具有反射/透射特性从而反射入射到显示面板300的前表面上的光Lf并透射入射到显示面板300的后表面上的光Lb。因此，电压被施加到透明电极层220和240，并适当地控制电压强度使得第一液晶层230能够呈现透反状态。根据分别入射到显示面板300的前表面和后表面上的光Lf和Lb的亮度可以确定透反的程度。
在图4A中，第二电压没有施加到第二液晶层330，因此液晶没有以阵列布置。在此情况下，由于聚合物与液晶之间的介电常数差异使得第二液晶层330中的PDLC呈现光散射模式，光在第二液晶层330中被与PDLC混合的黑色染料吸收。也就是说，入射到显示面板300的第一表面上的光Lf以及透射穿过有源透反器件200且入射到显示面板300的后表面上的光Lb在第二液晶层330中被吸收而没有发射到显示表面，从而显示装置1000处于像素关闭状态。
在图4B中，第二电压被施加到第二液晶层330，因此液晶以阵列布置。在此情况下，聚合物与液晶之间的介电常数差异减小，第二液晶层330中的PDLC变得透明从而透射光。入射到显示面板300的前表面上的光Lf从有源透反器件200反射并贡献为图像形成光。光Lb透射穿过有源透反器件200，变成入射到显示面板300的后表面上并且贡献为图像形成光。显示装置1000处于在显示表面上显示滤色器350的颜色的像素开启状态。
如上所述，在根据参照图1到4B描述的示例性实施例的显示装置1000中，有源透反器件200的反射/透射特性可以被控制，入射在显示面板300的前表面和/或后表面上的光可以被适当地利用。与仅利用入射在显示表面上的光以形成反射图像的常规显示装置相比，显示装置1000利用了外部光并具有良好的亮度和功耗。
显示面板300和有源透反器件200不限于上述示例性实施例并可以以各种方式构造。现在将描述其他这种构造的示例。
图5示意性地示出根据另一示例性实施例的显示装置2000。参照图5，显示装置2000包括有源透反器件200和显示面板400。显示面板400不同于图1的显示面板300，因为显示面板400是常规液晶面板。显示面板400包括液晶层430，在液晶层430中根据施加的电压和入射光的偏振光来控制透射率。液晶层430插设在两个透明基板420和450之间，偏振板410和460分别设置在两个透明基板420和450的外表面上。此外，用于形成颜色的滤色器440设置在透明基板450的内表面上。尽管没有示出，像素电极层和TFT层可以设置为对应于每个像素控制液晶层430。
图6是根据另一示例性实施例的显示装置3000的截面图。显示装置3000不同于图1的显示装置1000，因为显示装置3000除了包括有源透反器件200之外还包括显示面板500，其中显示面板500利用带电颗粒的电泳。带电颗粒可以为约1nm到100nm。显示面板500包括分隔第二基板250与第三基板560之间的区域的分隔壁520。空间530被分隔壁520、第二基板250和形成在第三基板560的内表面上的透明电极层550围绕。电泳颗粒540设置在空间530中。空间530可以用液体或气体形成的分散介质填充。电泳颗粒540被涂上颜色并带有电荷。此外，透明电极层510和550分别形成在第二基板250和第三基板560上。电压被施加到透明电极层510和550从而收集带电的电泳颗粒540。由于透明电极层510和550的尺寸不同，所以颜色根据收集的电泳颗粒540的颜色而变化，并形成图像。透明电极层510和550的布置可以变化。
图7是根据另一示例性实施例的显示装置4000的截面图。参照图7，显示装置4000包括有源透反器件200和显示面板600。显示表面600不同于图1的显示面板300，因为显示面板600利用电致变色材料以实现显示。显示面板600包括分隔壁620和电致变色层630，其中分隔壁620分隔第二基板250和第三基板650之间的区域。电致变色层630设置在由隔离壁620、第二基板250和形成在第三基板650的内表面上的透明电极层640所围绕的空间中。电致变色层630可以由例如电致变色材料和电解液的混合物形成。电致变色材料是其颜色被电子或空穴改变的材料。也就是说，当电致变色材料与电解液混合并且电场施加到混合物时，电子或空穴与变色材料结合，然后颜色显示出来或消失。透明电极层610和640分别设置在第二基板250和第三基板650上。透明电极层610和640面对电致变色层630。因此，用于在电致变色层630中形成电场的电压可以被施加到透明电极层610和640。
图8是根据另一示例性实施例的显示装置5000的截面图。参照图8，显示装置5000包括有源透反器件200和显示面板700。显示面板700不同于图1的显示面板300，因为显示面板700利用电润湿材料来实现显示。显示面板700包括分隔壁720和电润湿层730，其中分隔壁720分隔第二基板250和第三基板750之间的区域。电润湿层730设置在由分隔壁720、第二基板250和形成在第三基板750的内表面上的透明电极层740围绕的空间中。电润湿表示界面的表面张力被存在于界面中的电荷改变的状态，由此液化材料均匀地分散或集中在一侧。液化材料与染料或颜料混合，该染料和颜料表现颜色，混合物施加到显示装置。透明电极层710和740分别设置在第二基板250和第三基板750上。透明电极层710和740面对电润湿层730。因此，用于在电润湿层730中形成电场的电压可以被施加到透明电极层710和740。
图9-11示出有源透反器件的不同示例性实施例，该有源透反器件可以应用在图1-8的显示装置中，代替有源透反器件200。如图9-11所示，纳米结构材料插入到PDLC中从而增大反射率。纳米结构材料和PDLC一起构成有源透反器件。
参照图9，有源透反器件202包括插设在第一基板210和第二基板250之间的透反层232，透明电极层220和240分别形成在第一基板210和第二基板250上。透反层232由插入PDLC中的具有网状结构的白纸(white paper)形成。
参照图10A，有源透反器件204包括插设在第一基板210和第二基板250之间的透反层，透明电极层220和240分别形成在第一基板210和第二基板250上。该透反层通过将纳米结构234插入由PDLC形成的第一液晶层230中而形成。纳米结构234可以利用蚀刻在具有良好散射效率的材料(例如氧化铝(Al2O3)或硫酸钡(BaSO4))中形成纳米孔从而形成。纳米结构234可以由例如阳极处理的氧化铝(anodizing aluminum oxide，AAO)形成。图10B示出了纳米结构234。
参照图11，有源透反器件206包括插设在第一基板210和第二基板250之间的透反层，透明电极层220和240分别形成在第一基板210和第二基板250上。该透反层通过将纳米颗粒237插入由PDLC形成的第一液晶层230中来形成。在图11中，纳米颗粒237被示出为纳米线，但是纳米管型的纳米材料也可以被插入。纳米颗粒237可以由诸如二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)、钛酸钡(BaTiO3)、钛酸铅(PbTiO3)、锆钛酸铅(Pb(Zr，Ti)O3)、Al2O3、二氧化硅(SiO2)、氧化钡(BaO)、钛酸锶(SrTiO3)、硫化锌(ZnS)或BaSO4的材料形成。
图12A-12C是根据示例性实施例的显示装置的截面图。
参照图12A-12C，显示装置6000包括背光单元100、有源透反器件200和显示面板800。有源透反器件200构造为电控制光的透射率和反射率。有源透反器件200包括由PDLC形成的第一液晶层230，第一液晶层230插设在第一基板210和第二基板250之间，透明电极层220和240分别形成在第一基板210和第二基板250上。应当理解，分别在图9、图10和图11示出的有源透反器件202、204和206中的每个可以在显示装置6000中使用，代替有源透反器件200。显示面板800通过调节被有源透反器件200反射和/或透射的光来形成图像。应当理解，显示面板800可以是分别在图1、图5、6、图7和图8中示出的显示面板300、400、500、600和700。
如图12A所示，在包括背光单元100(作为分离光源用于向有源透反器件200提供光)的显示装置6000中，当周围照明条件很好时，入射在显示面板800的前表面上的外部光Lf用于形成反射图像到外部。在低照明条件中，在图12B示出的背光单元100中光Lb被用于形成透射图像。此外，参照图12C，由于入射在显示面板800的前表面上的外部光Lf和由背光单元100提供的光Lb都可以用于形成图像，所以可以以低的功耗来实现高亮度显示。
如上所述，根据一个或多个上述示例性实施例，显示装置包括能够适当地控制入射光的反射/透射特性的有源透反器件，因此入射到显示面板的前表面和后表面上的外部光可以被有效地利用。此外，当增加背光单元时，外部光和背光可以根据周围照明条件而被有效地利用。因此，显示装置可以具有亮度和户外可视性以及低功耗。
应当理解，这里描述的示例性实施例应当被认为仅是描述性的而不是为了限制的目的。对每个示例性实施例内的特征或方面的描述应当通常被认为可用于其他示例性实施例中的其他类似的特征或方面。

Claims (29)

1.一种显示装置，包括：
有源透反器件，构造为电控制光透射率和光反射率；和
显示面板，构造为通过调节被所述有源透反器件反射的光和透射的光中的至少一个来形成图像。
2.如权利要求1所述的显示装置，其中当电压没有施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为反射光。
3.如权利要求2所述的显示装置，其中当第一电压施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为透射光。
4.如权利要求3所述的显示装置，其中当第二电压施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为透射和反射光。
5.如权利要求1所述的显示装置，其中所述显示面板通过控制所述显示面板的液晶层的透射率来调节光。
6.如权利要求5所述的显示装置，其中所述液晶层包括黑色染料和聚合物分散液晶。
7.如权利要求1所述的显示装置，其中所述显示面板包括用于电泳的带电颗粒。
8.如权利要求1所述的显示装置，其中所述显示面板包括电润湿材料以调节光。
9.如权利要求1所述的显示装置，其中所述显示面板包括电致变色材料以调节光。
10.如权利要求1到9中任一项所述的显示装置，其中所述有源透反器件包括聚合物分散液晶。
11.如权利要求1到9中任一项所述的显示装置，其中所述有源透反器件包括具有纳米结构材料的聚合物分散液晶。
12.如权利要求11所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括白纸。
13.如权利要求11所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括具有多个纳米孔的散射材料。
14.如权利要求13所述的显示装置，其中所述散射材料包括氧化铝或硫酸钡。
15.如权利要求11所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括管型纳米颗粒或纳米线型纳米颗粒。
16.如权利要求15所述的显示装置，其中所述纳米颗粒包括二氧化钛、氧化锌、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、氧化铝、二氧化硅、氧化钡、钛酸锶、硫化锌和硫酸钡之一。
17.一种显示装置，包括：
背光单元，构造为透射光到所述显示装置的第一侧；
显示面板，构造为通过调节光来形成图像；
有源透反器件，构造为控制从所述背光单元透射到所述显示面板的光的量以及被所述有源透反器件反射到所述显示面板的光的量。
18.如权利要求17所述的显示装置，其中当电压没有施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为反射光。
19.如权利要求18所述的显示装置，其中当第一电压施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为透射光。
20.如权利要求19所述的显示装置，其中当第二电压施加到所述有源透反器件时，所述有源透反器件构造为透射和反射光。
21.如权利要求17所述的显示装置，其中所述显示面板通过控制所述显示面板的液晶层的透射率来调节光。
22.如权利要求21所述的显示装置，其中所述液晶层包括黑色染料和聚合物分散液晶。
23.如权利要求17到22中任一项所述的显示装置，其中所述有源透反器件包括聚合物分散液晶。
24.如权利要求17到22中任一项所述的显示装置，其中所述有源透反器件通过将纳米结构材料插入聚合物分散液晶而形成。
25.如权利要求24所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括白纸。
26.如权利要求24所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括具有多个纳米孔的散射材料。
27.如权利要求26所述的显示装置，其中所述散射材料包括氧化铝或硫酸钡。
28.如权利要求24所述的显示装置，其中所述纳米结构材料包括管型纳米颗粒或纳米线型纳米颗粒。
29.如权利要求28所述的显示装置，其中所述纳米颗粒包括二氧化钛、氧化锌、钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅、氧化铝、二氧化硅、氧化钡、钛酸锶、硫化锌和硫酸钡之一。
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