固态反射显示器

摘要

本发明提供了一种在显示装置中使用的可切换的反射滤色器。可切换的反射滤色器包括至少两种颜色类型的多个子像素区域，每个子像素区域包括相变材料层，相变材料可在第一状态和第二状态之间进行切换，第一状态和第二状态是两种具有不同光学特性的、固体但结构不同的状态。每个子像素区域还包括两个电极层、镜像层和间隔层或气隙。每个子像素区域中的相变材料层位于两个电极层之间，并且通过间隔层与镜像层分离。可切换的反射滤色器可被包括在包括像素化可切换吸收器的显示装置中。从任意子像素区域反射的彩色光的亮度可由像素化的可切换吸收器可控制地衰减。

权利要求

1.一种用于显示装置的可切换的反射滤色器，所述可切换的反射滤色器包括：多个子像素区域，其包括至少两种颜色类型的子像素区域，每个所述子像素区域包括相变材料层，所述相变材料能够在第一状态和第二状态之间进行切换，所述第一状态和所述第二状态是两种具有不同光学特性的、固体但结构不同的状态；

每个所述子像素区域还包括两个电极层、镜像层和间隔层；

其中每个所述子像素区域中的所述相变材料层位于所述两个电极层之间，并且通过所述间隔层与所述镜像层分离。

2.根据权利要求1所述的可切换的反射滤色器，其中，给定子像素区域的相变材料在所述第一状态和所述第二状态之间切换，以将来自所述给定子像素区域的反射光的光谱从第一状态相对于第二状态的更鲜艳彩色特性的更窄带改变成更素净颜色但更明亮的特性的更宽的带。

3.根据权利要求2所述的可切换的反射滤色器，其中，多个子像素区域包括红色、绿色和蓝色反射的三种颜色类型的子像素区域，从而在白色外观的组合反射光中，每个子像素区域的颜色类型由所述电极层，所述镜像层和所述间隔层中的至少一者的厚度确定。

4.根据权利要求3所述的可切换的反射滤色器，其中每个子像素区域的颜色类型仅由所述间隔层的厚度确定，所述电极层和所述镜像层在所有子像素区域中均一。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的可切换的反射滤色器，其中相变材料是可电切换的。

6.根据权利要求1-4中任一项所述的可切换的反射滤色器，其中相变材料是可热切换的。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的可切换的反射滤色器，其中所述间隔层是无源的、光学透明的、且电绝缘的间隔层。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的可切换的反射滤色器，其中每个子像素区域还包括延伸穿过所述间隔层并将所述镜像层与所述两个电极层中的第一者电连接的导电材料的通道。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的可切换的反射滤色器，其中所述两个电极层的第二者是透明对电极。

10.一种反射显示装置，包括：

权利要求1-9中任一项所述的可切换的反射滤色器；以及

像素化可切换吸收器；

其中从所述子像素区域中的任一者反射的彩色光的亮度由所述像素化可切换吸收器可控地衰减。

11.根据权利要求10所述的反射显示装置，还包括钝化层，其提供与可切换吸收器结合的可切换的反射滤色器的均匀的表面高度。

12.一种反射显示装置，包括：

权利要求1-9中任一项所述的可切换的反射滤色器；以及

像素化可切换散射器；

其中从所述子像素区域中的任一者反射的彩色的光的亮度由所述像素化可切换散射器可控地衰减。

13.一种反射显示装置，包括可切换的反射滤色器，所述可切换的反射滤色器包括：两个电极层和在所述两个电极层之间的相变材料层，该相变材料能够至少在第一状态和第二状态之间切换，所述第一状态和所述第二状态是两种具有不同光学特性的、固体但结构不同的状态；

镜像层；以及

厚度可变的气隙，其位于所述镜像层和所述电极层中的一者之间，其中所述气隙的厚度在所述反射显示装置的不同区域中单独地变化，以形成具有不同反射特性的多个子像素区域。

14.根据权利要求13所述的反射显示装置，其中相变材料的至少所述第一状态和所述第二状态包括至少两个颜色状态。

15.根据权利要求13所述的反射显示装置，相变材料的至少所述第一状态和所述第二状态包括明亮和暗淡的无色状态两者。

16.根据权利要求13-15中任一项所述的反射显示装置，其中所述气隙厚度能够通过所述镜像层的静电致动进行控制。

17.根据权利要求13-15中任一项所述的反射显示装置，其中所述镜像层通过柔性支撑结构从所述电极层中的一者悬置。

18.根据权利要求13-15中任一项所述的反射显示装置，所述气隙仅在两种厚度状态之间可控。

19.根据权利要求18所述的反射显示装置，其中所述两种厚度状态中的第一者是零气隙状态，且所述两种厚度状态中的第二者是固定的非零厚度间隙。

20.根据权利要求12-15中任一项所述的反射显示装置，其中所述电极层和所述相变材料层在整个所述多个子像素区域上具有固定的厚度。

21.根据权利要求13 -15中任一项所述的反射显示装置，其中所述多个子像素区域包括红色、绿色和蓝色反射的三种颜色类型的子像素区域，从而在白色外观的组合反射光，所述每个子像素区域的颜色类型至少由所述气隙的厚度确定。

说明书

固态反射显示器

技术领域

[0001] 本发明涉及彩色反射显示装置，更具体地涉及具有可控颜色能力的反射显示装置。

背景技术

[0002] 众所周知的几种类型的显示装置是反射式的，利用指向显示器正面(观察者侧)的环境光或人造光作为它们的照明光源，并且能够控制颜色。这些类型的显示器可以分为两类：(1)通过如下方式产生任意颜色的反射的显示器：将每个像素的反射区域分成典型的三个固定颜色反射率(例如红色、绿色和蓝色)的区域(子像素)，并且单独地调制这些固定颜色区域的反射率，以便产生组合反射，该组合反射可以是任意由每个子像素单独产生的颜色的叠加混色；以及(2)具有可同时控制反射光谱形状和反射率两者的颜色可调像素的显示器。

[0003] 前者的示例包括反射液晶显示器(S.Fujiwara等人，“第四届国际显示研讨会会议纪要”，Nagoya 1997，(IDW'97)，第879页)；以及具有滤色器的电泳显示器(G.Duthaler等人，SID技术论文研讨会摘要，第33卷，第1期，第1374-1377页，2002年5月)。这种类型的区域共享反射显示器具有如下优点：仅需要单个有源层(single active layer)来控制整体反射率，因此成本和复杂度都很低，但是存在如下缺点：由于任何给定的反射区域在至少某些提供固定颜色的可见波长上具有有限的反射率，因此整体反射率也受到限制，通常为约30％。

[0004] 颜色可调反射显示器的示例包括堆叠反射LCD(信息显示学会学报，第6卷，第4期，1998，SID技术论文研讨会摘要，第44卷，增刊S1，第12-14页，2013年9月)，电致变色显示器(SID技术论文研讨会摘要，第42卷，第1期，第42-45页，2011年6月)和可调谐空腔显示器(tuneable cavity displays)(SID技术论文研讨会摘要，第39卷，第1期，第568-571页，
2008年5月)。这些显示器具有如下优点：像素的全部区域可以用于反射所需要的颜色，显著地提高了亮度，但具有成本、复杂性的缺陷，并且在某些情况中，因堆叠多层而引起视差问题或者因空腔路径长度效应引起视角强烈变化。

[0005] 已经描述了一种可热切换且可电切换的固态反射光学装置，其使用夹着设置在金属镜上的相变材料(PCM)层的透明导电层的叠层(自然511,206-211，2014年7月10日)。该装置具有如下优点：通过控制PCM的晶体结构，使反射光的颜色可以双稳态的方式在具有高亮度和强区分外观(strongly differing appearance)的两种状态之间切换，并且其具有几乎没有明显的视角变色效应的、非常薄的全固态装置结构。然而，该装置可以在其间进行切换的两个光学状态由一个或多个层的厚度控制，因此其是固定的，并且在该装置的“自然(Nature)”出版物中所描述的光学状态对于提供反射显示装置都不是特别有用，要么是两种状态之间的低对比度(例如，蓝色至深灰色)的，要么包括对于典型图像(例如，黄色至品红色)不寻常的颜色。

[0006] [引用列表]

[0007] [非专利文献]

[0008] [NPL 1]

[0009] S.Fujiwara等人.“第四届国际显示研讨会论文集”,名古屋1997,(IDW'97),第879页.

[0010] [NPL 2]

[0011] G.Duthaler等人,SID研讨会技术论文摘要，第33卷，第1期，第1374-1377页，2002年5月。

[0012] [NPL 3]

[0013] 信息显示学会学报，第6卷，第4期，1998年，SID研讨会技术论文摘要，第44卷，增刊S1，第12-14页，2013年9月。

[0014] [NPL 4]

[0015] SID研讨会技术论文摘要,第42卷，第1期，第42-45页，2011年6月

[0016] [NPL 5]

[0017] SID研讨会技术论文摘要第39卷，第1期，第568-571页，2008年5月。

[0018] [NPL 6]

[0019] 自然511,206-211,2014年7月10日

发明内容

[0020] 本发明提供了一种在显示装置中使用的可切换的反射滤色器。可切换的反射滤色器包括至少两种颜色类型的子像素区域的多个子像素区域，每个子像素区域包括相变材料层，相变材料可在第一状态和第二状态之间进行切换，第一状态和第二状态是两种具有不同光学特性的、固体但结构不同的状态。每个子像素区域还包括两个电极层、镜像层和间隔层。每个子像素区域中的相变材料层位于两个电极层之间，并且通过间隔层与镜像层分离。

[0021] 反射显示器包括本发明的可切换的反射滤色器，以及像素化可切换吸收器或像素化可切换散射器。从任意子像素区域反射的彩色光的亮度可被像素化可切换吸收器或像素化可切换散射器可控地衰减。

[0022] 另一反射显示器包括：两个电极层以及在两个电极层之间的相变材料层，相变材料可在至少第一状态和第二状态之间进行切换，第一状态和第二状态是两种具有不同光学特性的、固体但结构不同的状态；镜像层；以及厚度可变的气隙，其位于镜像层和电极层中的一者之间，其中气隙的厚度在所述反射显示装置的不同区域中单独地变化，以形成具有不同反射特性的多个子像素区域。

[0023] [技术问题]

[0024] 传统的显示器系统难以以成本有效且复杂性低的方式实现整体反射率的有效控制。因此，希望提供能够产生明亮和饱和颜色的、不包括三个以上有源开关层的多层叠层的、并且足够薄以避免随着视角产生强烈的颜色变化的高质量反射显示器。

[0025] [解决问题的技术方案]

[0026] 本发明提供一种用于反射显示器的可切换的滤色器部件，其中在每个像素区域中使用多个子像素区域以通过区域共享方式提供复合颜色，但是其中由每个子像素区域反射的颜色可在高亮度、低饱和的状态与高饱和、较低亮度的状态之间进行控制。该控制可基于逐个像素应用，允许显示器同时显示高亮度，素净的颜色和鲜艳的颜色。

[0027] 该功能通过使用镜像层(mirror)作为显示器的下基底(距离观察者和周围照明最远)来实现，在该镜像层上布置有至少一个透明导电层，至少一个相变材料(PCM)层和至少一个绝缘间隔层的叠层，在不同的子像素区域中，这些层中的一者或多者的厚度不同，从而在PCM层的两种晶体结构状态中独立地控制来自这些区域的反射光的颜色。通过将电控制信号施加到每个子像素中的PCM层的任一侧的导电层，PCM层可在其两种状态之间进行切换。随后将第二有源层布置在下基底的固态叠层上以提供光阀的功能。以此种方式，第一有源层(PCM)可被切换来控制从每个子像素区域反射的光的颜色，第二有源层可被切换来控制每个子像素区域的亮度(反射率)，并且每个像素包括两个或更多个子像素区域，以允许产生不同亮度的复合颜色的范围。

[0028] 本发明提供一种可切换的彩色反射显示器，其中将前述实施例的光学叠层被修改成包括作为绝缘间隔层的气隙。可以控制气隙的厚度，从而使得任何像素区域能够显示至少两个不同的颜色反射状态，以及明亮和暗淡的无色反射状态两者。以此种方式，由于每个像素可以在暗淡和明亮和/或颜色状态之间切换以提供亮度和颜色控制两者，因此仅需要单个像素类型，因此不需要区域共享以提供全色控制，并且不需要第二有源层来提供光阀功能。

[0029] 为了实现上述及有关目的，随后，本发明包括下文充分描述并在权利要求中具体指出的特征。下文描述和附图详细阐述了本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例表示了，但仅表示了可采用本发明的原理的每个种实施方式中的少数几者。当结合附图考虑时，本发明的其它目的，优点和新特征将从下文的本发明的详细描述中变得显而易见。

[0030] [本发明的有益效果]

[0031] 本发明提供能够产生明亮和饱和颜色的、不包括三个以上有源开关层的多层叠层的、并且足够薄以避免随着视角产生强烈的颜色变化的高质量反射显示器。因此，本发明以成本有效且复杂度低的方式实现了对整体反射率的有效控制。

附图说明

[0032] 在附图中，相同的附图标记表示相同的部件或特征：

[0033] 图1是作为公知技术中的标准的有源矩阵阵列的示图。

[0034] 图2是提供本发明实施例的可切换的滤色器的光学叠层的示意图。

[0035] 图3(a)-3(c)是示出在本发明的实施例中可切换的滤色器可切换的两种状态的三个子像素区域的反射光谱的曲线图。

[0036] 图4是示出在CIE1931颜色图中，在D65照明下，本发明实施例的可切换的滤色器的两种状态的所得色域面积和反射颜色的白场(white point)。

[0037] 图5(a)-5(b)：是详细描述本发明实施例的可切换的滤色器的反射性能的表格。

[0038] 图6是提供本发明实施例的可切换的滤色器的光学叠层的示意图。

[0039] 图7是示出在CIE1931颜色图中，在D65照明下，本发明实施例的可切换的滤色器的所得色域面积和反射的颜色的白场。

[0040] 图8是提供具有本发明实施例的可切换的滤色器的反射显示器的光学叠层的示意图。

[0041] 图9是提供具有本发明实施例的可切换的滤色器的反射显示器的光学叠层的示意图。

[0042] 图10是在本发明的实施例中提供具有带气隙的可切换的滤色器的反射显示器的光学叠层的示意图。

[0043] 图11(a)-11(e)是示出在本发明的实施例中，在由可变的气隙厚度，和PCM层的晶体状态限定的可切换的五种不同的状态中，显示装置的单个子像素区域的反射光谱的曲线图。

[0044] 图12是示出在CIE1931颜色图中，在D65照明下，本发明的实施例的显示装置的状态的所得色域面积和反射的颜色的白场。

具体实施方式

[0045] 本发明涉及一种彩色反射显示装置，其具有可在较低亮度，较高饱和度的状态和较高亮度，较低饱和度状态之间单独切换的颜色子像素，从而使整个显示器能够同时显示高亮的素净的颜色和包括大面积色域的低亮度颜色。

[0046] 在图1所示的常规配置中，一种用于反射显示装置的可切换的滤色器包括第一衬底(1)，其上布置有有源矩阵阵列(2)，其为通常用于诸如液晶显示器(LCD)的平板显示器的类型。有源矩阵阵列限定了子像素区域的2D排列，每个子像素电极(3)可通过有源矩阵阵列和相关的控制电子器件，独立于其他子像素区域，通过电压或电流进行寻址。

[0047] 在标准透射型LCD中，子像素电极包括诸如氧化铟锡(ITO)的透明导体，但是在本发明的装置中，其包括反射金属材料。每个子像素区域的镜像层可以由任意反射导电材料(例如铝)组成，并且可以以足够厚的层沉积，以在所有光的可见波长上提供高亮度反射。

[0048] 在图2中示出了本发明的示例性实施例，其描绘了可切换的滤色器(9)，其可作为显示装置的下基底操作。在图2的实施例中，可切换的滤色器可以被划分成对应于红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)的三个子像素区域。该实施例同样包括沉积有镜像子像素电极(3)的第一基底(1)。在镜像子像素层上布置有间隔层(4)，其可以是诸如玻璃(SiO2)的透明绝缘层(4)。绝缘层以不同厚度沉积在每个像素的三个子像素区域中，即，在每个像素的红色型子像素中为185nm厚，在每个像素的绿色型子像素中为500nm厚，并且在每个像素的蓝色型子像素中为65nm厚。

[0049] 在绝缘层上沉积一层透明的子像素下电极(5)(ITO)，其每个子像素区域通过导电材料(6)的通道与其对应的镜像子像素区域电连接。上述透明的子像素下电极也可以在每个像素的三个子像素区域中以不同的厚度进行沉积，即，在每个像素的红色型子像素中为15nm厚，在每个像素的绿色型子像素中为30nm厚，并且在每个像素的蓝色型子像素中为
50nm厚。

[0050] 在透明子像素电极上沉积相变材料(7)(PCM)层，其可以是锗锑碲合金(Ge2Sb2Te5)。上述相变材料也可以不同的厚度沉积在每个像素的三个子像素区域中，即，在每个像素的红色型子像素中为14nm厚，在每个像素的绿色型子像素中为11nm厚，并且在每个像素的蓝色型子像素中为7nm厚。

[0051] 在PCM层上沉积第二层透明对电极(8)(ITO)，其也可以在每个像素的三个子像素区域中以不同的厚度沉积，即，在每个像素的红色子像素中为22nm厚，在每个像素的绿色子像素中为30nm厚，在每个像素的蓝色子像素中为14nm厚，并且其可作为公共电极。

[0052] 全固态的光学叠层可形成显示装置的下基底(9)，并为该装置提供可切换的滤色器的功能，在GST处于其两种可用晶体状态(晶态或非晶态)中的一者的状态下，每个子像素区域反射高亮的素净的颜色(红色，绿色和蓝色之一)，并且在GST处于其他状态的情况下反射相同颜色的更低亮度、更饱和(鲜艳)的等同色。显示器的每个子像素区域中的GST层可以通过将电控制信号施加到给定的子像素区域的镜像像素电极和由ITO顶层(8)形成的均一的公共电极来进行独立地切换。

[0053] 图3示出了，对于红色(a)、绿色(b)和蓝色(c)子像素区域，在GST和PCM层处于非晶(aGST)态和晶(cGST)态的情况下，该实施例的反射光谱。可以看出，每个区域可以从由白色的环境光提供更饱和的颜色反射的更窄带反射峰至更不饱和但更亮的反射条件的更宽带之间进行切换。图4示出了在两种状态下，D65环境光从这些子像素中的每一者反射而产生的CIE1931xy颜色空间中的位置，因此通过使用所描述的实施例的装置的显示器可将色域区域(colour gamut area)实现为反射滤色器。图5(a)中的表格详细地描述了在宽色域和高亮度配置两者中，由组合的滤色器的红、绿和蓝子像素区域反射的光的最大亮度。特别期望组合来自滤光片的所有区域的反射光的颜色以在给定的照明光谱下产生特定的白场，特别是在高亮度状态下。为了实现这一点，可以调整每个像素中的R，G和B子像素区域的相对面积。图5(b)详细地说明了在D65照明的情况下，所描述的实施例被调整成在D65位置反射白光的情况下，由每个子像素区域所占的相对像素面积。

[0054] 相比而言，具有较大市场份额的反射显示器技术是电泳电子墨水技术。当前基于电子墨水的显示器具有18％SRGB标准色域的色域面积，以及CIELAB空间中白光状态(white state)下为L*＝70的亮度，因此设想本发明的反射滤色器将能够实现具有高色域面积和高于当前标准的亮度的彩色反射显示器。

[0055] 在图6所描述的另一示例性实施例中，多个构成可切换的滤色器(9)的光学叠层的层可以以相反的顺序沉积。在该实施例中，有源矩阵阵列设置在装置基底(1)的下侧(远离观察方向)，并且设置例如ITO的透明子像素电极区域(10)。在透明像素电极/有源矩阵层上沉积PCM层(7)。在PCM层上沉积例如ITO的均匀的透明对电极层(8)。在透明的对电极层上沉积例如玻璃的透明绝缘的间隔层(4)。并且在绝缘间隔层上沉积在这种情况下目前不具有电极功能的镜像层(11)。

[0056] 再次，如在前述实施例中比较所述，不同的层在红色(R)，绿色(G)和蓝色(B)的不同的子像素区域中可具有不同的厚度。尽管在光学上与前述实施例的结构相同，但是图6的实施例具有潜在的优点，即：不需要导电通孔(6)来将有源矩阵的子像素电极与挨着有源PCM层的透明电极层连接，并且最后沉积具有每个层中的最大厚度变化的绝缘间隔层，其可使其它层更易沉积。实际上，在该实施例的另一变形例中，两个ITO和GST层的厚度可固定成跨3个子像素类型的均一值，并且仅有绝缘间隔层的厚度可在整个显示区域上变化。这可在对光学性能影响最小的状态下显著简化装置的制造。通过对于所描述的在所有三个像素区域上具有均一厚度的顶部ITO(10)，底部ITO(8)和GST(7)层的装置进行模拟来预测在CIE 1931xy图上的色域面积，图7中示出了该层具有15nm、10nm和7nm的厚度值。预计这样的装置将显示出74％sRGB的色域面积和68(CIE 1976L*)的亮度。

[0057] 在这些先前描述的实施例的进一步的变形例中，镜像层(mirror)可以是非金属的，在其顶部具有透明电极，以便分离由该元件提供的光学和电学功能。这可允许使用具有特定波长反射特性的电介质镜，其可在每种子像素类型中有区别地制造，这可能是有利的。镜像层也可以是非镜面反射，例如可使用高亮度白色墨水或朗伯反射层，或者可以是回复反射(retro-reflecting)。此外，可以增加交替的PCM和ITO或等效的透明导体层的数量，以通过多层菲涅尔反射工艺进一步控制在PCM层状态的可用组合中产生的反射光谱。

[0058] 此外，均匀的公共电极(8)可图案化，使得在以单个信号进行电驱动时，对于PCM层的电效应可被限制在子像素区域的一部分或全部有源子像素区域中，而不是有源矩阵阵列的寻址行(addressing lines)所需的像素之间的区域。这可有利于允许独立切换每个子像素区域，并且有利于将给定子像素从非晶态切换到晶态或者从晶态切换到非晶态对相邻子像素区域上的影响最小化。

[0059] 绝缘间隔层(4)可以是空气或其他透明固体或非固体绝缘材料。

[0060] 当本发明的装置如此配置时，尽管在每个层中使用的材料的具体细节，这些材料的厚度，以及在光学叠层(9)和每个子像素区域中每个类型材料的层数已经被描述成特别有利于所提供的光学性能，且单层PCM层结构简单，但将理解可能存在可提供类似的光学性能和功能但仍然在本发明的范围内的变形例(更高颜色和更高亮度条件之间从装置的两个或多个区域的反射的可切换控制)。

[0061] 在如图8所示的又一示例性实施例中，前述实施例的可切换反射滤色器的部件被包括在提供全色灰度图像能力的反射显示装置中。为了实现这一点，从可切换的滤色器(9)的每个子像素区域反射的彩色光必须被可控地衰减，以允许组合来自像素中的三个子像素区域的光的任意相对混合物，从而产生期望的颜色和亮度。为了提供这种能力，可切换的滤色器(9)可以与任何单色、依赖于非偏振的空间光调制器(SLM)或像素化光阀，例如手性染料宾主型液晶装置，MEM或电润湿显示器组合。图8示出了像素化可切换吸收器或SLM(12)位于图2的实施例的可切换的滤色器(9)的顶部的结构。在这种情况下，可以使用钝化层(13)来提供均匀的表面高度以结合两个部件。包括组合的图6所示类型的SLM(12)和可切换的滤色器(9)的等效显示装置如图9所示。该像素化可切换吸收器也可以是有源矩阵寻址的，在这种情况下，将该部件配置为与可切换的滤色器部件具有相同的像素阵列尺寸并将两者对准是有利的，其可使两个部件的分离最小化以避免可见视差和莫尔型伪影(Moire type artefacts)。相反地，在不需要第二有源矩阵的状态下，其可被动地或者是义务寻址，这可通过使像素孔径比最大化来改善整体传输。

[0062] 在另一实施例中，可切换的滤色器(9)与像素化可切换散射器(例如聚合物网络化液晶(PNLC)型显示器，也称为“记忆性LCD”)组合。这种类型的2态散射显示器具有无偏振器操作的优点，其使亮度最大化并且进行双稳态操作，其允许使用无源矩阵来实现像素化寻址及保持图像的零功率需求(仅需要图像更新所需的功率)。通常地，PNLC型记忆性显示器仅是黑色和白色(或金属镜面状外观上的亚光白)，或者使用滤色器以更低的亮度提供8种颜色。然而，这种显示器与本发明的可切换反射滤色器(9)的组合将允许鲜艳的颜色，具有吸引力的亮度以及64种颜色显示。

[0063] 在如图10所示的可切换反射滤色器的另一实施例中，固体绝缘间隔层(4)由可变气隙(14)来替代。在确定至少一部分由光学叠层反射的光的颜色的情况下，该气隙起到与固体间隔层相同的功能。然而，作为非固态，可以以已知的反射型MEMs型显示器的方式来使用静电或其他激励来调节厚度(SID技术论文的研讨会摘要，第42卷，第1期，第36-39页，2011年6月)。这种布置的优点是通过由有源PCM层的切换提供的额外控制，可实现的色域和对比度相较于已知类似的MEMs型显示器增加，并且仅通过仅改变气隙厚度，固定ITO和GST层厚度的单个区域可切换成红色、绿色、蓝色、白色和黑色反射状态中的任一者。这消除了共享装置的反射区域以产生可控的颜色的需要，因此可以实现白色和彩色状态中的明显更亮的反射，并且也不需要附加的可切换吸收器(12)来控制亮度。如果气隙控制的切换速度足够快，则可以施加时间抖动(temporal dither)以在彩色和/或白色状态和黑色状态之间切换以控制亮度。

[0064] 示出了图10的装置结构，其中ITO电极(10,8)和GST(7)层沉积在基底(1)上，镜像层(11)由柔性支撑件(15)附接以允许在下ITO对电极(8)和镜像层(11)之间的气隙(14)厚度变化。如图10所示，气隙的厚度在反射滤色器的不同区域中单独地变化，以形成具有不同反射特性的多个子像素区域。然而，应当理解的是，这种结构可以进行改变，例如，镜像层(14)在基底(1)上，且光学叠层(层10，7和8)的其余部分被柔性支撑件(15)悬置，同时保持本发明的功能和范围。光学模拟表明，对于所有子像素，使用10nm厚的上ITO层，40nm厚的下ITO(8)和7nm厚的GST层，随后将气隙层厚度调整到270、470、130、170、和0(接触)nm厚，并且处于非晶态、晶态、晶态、非晶态和非晶态的GST层分别提供给出红色、绿色、蓝色、白色和黑色的外观反射。在图11(a-e)中示出气隙和CST层状态以及对于这些状态所产生的模拟反射光谱。也在图12中示出黑色和白色状态的所产生的色域和亮度水平。

[0065] 由于可能难以实现具有多个稳定状态的气隙厚度的可变控制，所以该实施例的修改只能具有每个子像素在两个气隙厚度之间进行切换的能力。在这种情况下，显示装置可以包括多个子像素区域，每个子像素区域在一个气隙厚度和GST状态的配置中反射红色、绿色或蓝色外观中的一者，并且在二态可切换条件的另一配置中反射黑色。以这种方式，如同前述的实施例，由多个子像素区域的反射的组合产生颜色，但是可通过切换到黑色状态持续显示帧时间的至少一部分来控制每个彩色子像素的亮度，消除了对另外的像素化可切换吸收器的需要。

[0066] 在另一个实施例中，包括可切换反射滤色器(9)的显示器可与定制的图像数据处理算法结合使用，该算法定制传统标准(例如sRGB)的输入图像数据的格式，如果显示其目的地，其呈现特定的显色能力，以在本实施例的显示器上进行最适当地显示。为了做到这一点，图像数据处理算法可以利用多个彩色像素类型的各种素净和鲜艳的反射状态中的显示的颜色和亮度(反射)渲染能力的知识，以重新格式化输入图像数据并将图像中给定像素所需要的数据在其对应的像素位置分离成用于可切换的滤色器(9)和可切换的衰减器和散射器(12)的指令。例如，该算法可以将sRGB显示器中的像素的3个彩色子像素中的每一者中的表示亮度的三个8位数据值作为输入，并将这些数据值转换成与设备无关的颜色空间中的坐标(例如CIE XYZ颜色空间)。然后，通过将不同的素净/鲜艳状态的组合应用于三个子像素区域，该算法可确定可产生该显示器每个像素的8种颜色反射状态中的哪一种，并提供包含由输入数据指定的颜色坐标的色域。然后，该算法可以将确定的对于每个子像素区域的素净/鲜艳状态的需求输出到可切换的滤色器(9)的相应像素，并将所需的衰减或散射水平输出到可切换衰减器或散射器(12)的对应的像素，以便最有效地再现该像素的预期的颜色外观。在给定像素的预期颜色位置超出8个可能的颜色状态中的任一者可实现的色域的情况下，可以选择具有最接近预期颜色位置的色域边界的状态，或者可选地，可执行将输入颜色数据以视觉上最优化的方式映射到由8个可选颜色状态的组合可实现的色域的输入颜色数据转换。

[0067] 通过该算法实现的示例性方法可以是通过在存储器中存储8个预先计算的3×3转换矩阵，每个转换矩阵用于将亮度线性化输入RGB数据从源颜色空间(例如sRGB)转换成用于向每个子像素区域应用的素净/鲜艳状态的每种组合的目的地空间(例如，由显示器进行实现)。如果像素的预期颜色位置位于通过所选择的颜色状态中的像素可实现的色域内，则随后，每个转换矩阵的应用将对于每个子像素产生的每个亮度级别产生0与1之间的正值。如果像素的预期颜色位置在该色域外，则返回负值或大于1的正值。如果8个转换矩阵中没有一个返回0与1之间的目标子像素亮度，则随后，对于所有三个子像素，可选择与具有负值和超过1的值的部分的最小和的矩阵对应的状态。

[0068] 以这种方式，图像数据处理算法和显示器的组合使得显示器最接近地表示输入图像数据的预期外观，基于逐个像素自适应地选择每个像素的反射颜色状态，从而有效提供自适应色域显示。该算法可以在显示器驱动器或控制电子设备中实施，或者在软件中或在管理显示器的装置的图像处理单元中实施。

[0069] 因此，本发明的一个方面是在显示装置中使用的可切换的反射滤色器。在示例性实施例中，可切换反射滤色器包括多个子像素区域，子像素区域包括至少两种颜色类型的子像素区域，每个子像素区域包括可在第一状态和第二状态之间切换的相变材料层，第一状态和第二状态是两个具有不同光学特性的固体但结构不同的状态。每个子像素区还包括两个电极层、镜像层和间隔层。每个子像素区域中的相变材料层位于两个电极层之间，并通过间隔层与镜像层分离。

[0070] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，给定子像素区域的相变材料在第一状态和第二状态之间切换，以将来自给定子像素区域的反射光的光谱从第一状态相对于第二状态的更鲜艳的颜色特性的更窄的带改变成更素净颜色但更明亮特性的更宽的带。

[0071] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，多个子像素区域包括三种颜色类型的子像素区域，即红色、绿色和蓝色反射，从而组合反射白色外观的光，每个子像素区域的颜色类型由电极层，镜像层和间隔层中的至少一者的厚度确定。

[0072] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，每个子像素区域的颜色类型仅由间隔层的厚度确定，电极层和镜像层在所有子像素区域中均一。

[0073] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，相变材料是可电切换的。

[0074] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，相变材料是可热切换的。

[0075] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，间隔层是无源的、光学透明的、且电绝缘的间隔层。

[0076] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，每个子像素区域还包括延伸穿过间隔层并将镜像层与两个电极层中的第一者电连接的导电材料的通道。

[0077] 在可切换的反射滤色器的示例性实施例中，两个电极层中的第二者是透明对电极。

[0078] 本发明的另一方面是一种反射显示装置。在示例性实施例中，反射显示装置包括上述实施例中的任意的可切换反射滤色器和像素化可切换吸收器。从任意一个子像素区域反射的彩色光的亮度由像素化的可切换吸收器进行可控地衰减。

[0079] 在反射显示装置的示例性实施例中，显示装置还包括提供与可切换吸收器接合的可切换反射滤色器的均匀表面高度的钝化层。

[0080] 本发明的另一方面是一种替代性的反射显示装置。在示例性实施例中，该显示装置包括两个电极层和两个电极层之间的相变材料层，相变材料可在至少第一状态和第二状态之间切换，第一和第二状态是两个具有不同的光学性质的、固体但结构不同的状态。显示装置还包括镜像层，以及在镜像层与一个电极层之间的厚度可变的气隙。气隙的厚度在反射显示装置的不同区域中被单独改变，以形成具有不同反射特性的多个子像素区域。

[0081] 在反射显示装置的示例性实施例中，相变材料的至少第一和第二状态包括至少两种颜色状态。

[0082] 在反射显示装置的示例性实施例中，相变材料的至少第一和第二状态包括明亮和暗淡的无色状态两者。

[0083] 在反射显示装置的示例性实施例中，气隙厚度可通过镜像层的静电驱动进行控制。

[0084] 在反射显示装置的示例性实施例中，镜像层通过柔性支撑结构从电极层中的一者悬置。

[0085] 在反射显示装置的示例性实施例中，气隙仅在两种厚度状态之间可控。

[0086] 在反射显示装置的示例性实施例中，两种厚度状态中的第一者是零气隙状态，且两种厚度状态中的第二者是固定的非零厚度间隙。

[0087] 在反射显示装置的示例性实施例中，电极层和相变材料层在多个子像素区域上具有固定的厚度。

[0088] 在反射显示装置的示例性实施例中，多个子像素区域包括三种颜色类型的子像素区域，即红色、绿色和蓝色反射，从而组合反射白色外观的光，每个子像素区域的颜色类型至少由气隙的厚度确定。

[0089] 尽管已经针对某个或某些实施例示出并描述了本发明，但是在阅读和理解本说明书和附图后，本领域技术人员可做出等效的变化和修改。特别是关于上述元件(部件，组件，装置，组合物等)所执行的每个种功能，除非另有说明，用于描述这些元件的术语(包括对“装置”的引用)旨在对应于执行上述元件的具体功能的任意元件(即，功能性等同)，即使在结构上不等同于执行本发明的一个或多个示例性实施例中的功能的所公开的结构。此外，尽管上文仅针对若干实施例中的一者或多者描述了本发明的特定特征，但这样的特征可以与其他实施例的一个或多个其他特征组合，这对于任何给定的或特定的应用可能是理想的且有利的。

[0090] [工业应用]

[0091] 本发明的实施例可应用于许多显示装置，并且用户可从同时产生高亮度和高着色区域的显示能力受益。这些装置的示例包括移动电话、个人数字助理(PDA)、平板电脑和便携式计算机、台式显示器、自动柜员机(ATM)，汽车显示器和电子销售点(EPOS)装置。

[0092] [附图标记列表]

[0093] 1.基底

[0094] 2.有源矩阵阵列

[0095] 3.镜像子像素电极

[0096] 4.绝缘间隔层

[0097] 5.透明子像素下电极

[0098] 6.通道导电材料

[0099] 7.相变材料层

[0100] 8.透明对电极

[0101] 9.可切换的滤色器

[0102] 10.透明子像素上电极

[0103] 11.不具有电极功能的镜像层

[0104] 12.像素化可切换吸收器

[0105] 13.钝化层

[0106] 14.可变气隙

[0107] 15.柔性支撑件