[發明專利]具有分光光子液晶波導的顯示裝置及其適用的反射黑色的方法

無效

• 申請號: 201080056373.0
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102667588A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 唐亮;橋村昭范;阿波斯托洛斯·T·沃特薩斯
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: G02F1/1335
• 分類號: G02F1/1335;G02F1/1343
• 代理公司: 北京市隆安律師事務所 11323
• 代理人: 權鮮枝

技術領域

本發明一般涉及電子視覺顯示裝置，尤其涉及一種通過分離入射光譜產生“黑”色的顏色可調諧的等離激元顯示裝置，以及一種用于在顏色可調諧的等離激元顯示裝置中反射黑色的方法。

背景技術

反射式顯示器技術或顏色可調諧裝置技術主要由于它消耗的功率大幅小于液晶顯示器(LCDs)和有機發光二極管(OLED)顯示器而吸引人。在筆記本電腦或移動電話中使用的典型的LCD要求內部(背光)照明以呈現彩色圖像。在多數運行條件下，這些顯示器所要求的內部照明與周圍環境(如日光或室內頂部照明)的環境光不斷地競爭。因而，浪費了周圍環境所提供的可用光能量，事實上，這些顯示器的運行要求額外的功率以克服環境光。相比之下，反射顯示器技術充分利用了環境光且消耗較小的功率。

已開發了多種不同的反射式顯示器技術，如電泳、電潤濕、電致變色顯示器，以及基于干擾的MEMS(微型電子機械系統)顯示器。這些顯示器技術為獲取更大的商業成功都有必須克服的缺點或挑戰。許多現存技術依賴于本質上緩慢的現象。例如，電泳工藝或電化學工藝典型地要求粒子以出現緩慢響應的距離漂移或擴散通過液體。一些其它的技術要求高功率以運行于視頻速率。例如，許多反射式顯示器必須將大量的材料或載色體從一個狀態轉換至另一個狀態以在像素的光學特性中產生適當的變化。在視頻轉換速率，如果必須將單位電荷分配至每個染料分子以影響上述變化則成百mA/cm²的數量級的電流是必須的。因此，依賴反應以轉換染料分子的顯示工藝要求無法接受的顯示視頻用的高電流。對于電致變色顯示器同樣如此。

對反射式顯示器的另一個挑戰是獲得高質量的顏色。特別是，多數反射式顯示器技術從一個材料組僅能夠產生二元顏色(顏色/黑)。由此，當采用具有固定顏色的并排式子像素架構時，必須使用采用不同材料組的至少三個子像素。這限制了一些顏色的最大反射光至約1/3，從而這種類型的像素不會產生有好對比度的飽和顏色。

一些反射式顯示器面臨長壽命的可靠性問題。特別地，維持視頻速率運行若干年要求至少幾十億次光學特性上的反轉變化。獲得所期望的周期數對使用基于化學反應的工藝、涉及粒子混合和分離的工藝或涉及重復機械磨損或電介質應力的MEMS技術的反射式顯示器尤為困難。

圖1為通過諸如液晶等電光學材料的折射指數的電調制完成顏色調諧的納米等離激元顯示器的部分橫截面圖。裝置100的細節可在序列號12/614,368、由Tang等發明的、名稱為具有部分調制折射指數的顏色可調諧的等離激元裝置的未決申請中找到。由于諸如液晶等電介質106材料的有限的折射指數(n)的變化，恰好使用其調諧調制方式的裝置的顏色調諧范圍是非常有限的。因而，圖1的裝置使用了如下所述的額外的顏色調諧機制。

圖2為模擬包圍具有80納米直徑的銀納米粒子的液晶材料的共振波長變化和折射指數之間關系的坐標圖。例如，基于圖2中的模擬結果，商業上可用的最高雙折射性液晶僅具有提供僅80nm調諧范圍的0.3的Δn。研究實驗室已報道具有高達0.79的Δn的液晶，然而無法確保這些材料的性能。此外，這些材料可能不具有納米等離激元顯示器應用所要求的合適的響應時間或閾值電壓。

如上所述，液晶的雙折射性效應產生小于標準值的Δn的有效折射指數變化。若假定為各向同性電介質，這導致比預期小的波長調諧范圍。并且，若液晶分子與穿過液晶介質的電場一致地取向，可反射的顏色具有強角度依賴性。為了獲得商業上成功的產品，兩種挑戰都需要被克服。

在上述顯示器中，光波長調諧主要基于響應于外加電場的液晶的折射指數的調制。然而，由于液晶有限的指數調諧范圍，獲得“黑”狀態尤其具有挑戰性，因為等離激元共振需要被調諧到可見波長范圍外。

若能夠獲得反射式顯示器的黑色狀態而不顯著調諧介質的折射指數會是有利的。

發明內容

本發明提供一種具有分光光子液晶波導的顯示裝置和一種用于在該顯示裝置中反射黑色的方法。

本發明的一方面，提供一種具有分光光子液晶波導的顯示裝置。所述顯示裝置包括：底電極組，其按照周期性圖案形成；頂電極組，其按照所述周期性圖案、覆蓋所述底電極組而形成；第一電介質層，其覆蓋按照所述周期性圖案的所述底電極組，由具備具有響應于電場的偶極子的分子的液晶(LC)材料制成；以及，等離激元層，其包括多個離散等離激元粒子，介于按照所述周期性圖案的所述頂電極組和底電極組之間，并與所述第一電介質層接觸。