DE102005024921A1 - Elastomer based projection display unit , has color filter section, and buffer section enabling lateral extension of one of contact sections and elastomer section, where electric field is created between contact sections - Google Patents

Elastomer based projection display unit , has color filter section, and buffer section enabling lateral extension of one of contact sections and elastomer section, where electric field is created between contact sections Download PDF

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Michael Dr. Redecker
Jörg Fischer
Jens Heinze
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Samsung SDI Co Ltd
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Samsung SDI Germany GmbH
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    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity

Abstract

The display unit has an elastomer section (6) arranged between contact sections and between a partial reflective section and one of the contact sections or a additional reflective section. A flexible buffer section enables lateral extension of one of the contact sections and the elastomer section, where an electric field is created between the contact sections, between which the elastomer section is arranged. A color filter section is arranged between one of the contact sections and the partial section. An independent claim is also included for a method for producing light of a pre-set wave length range.

Description

Die Erfindung betrifft ein Anzeigeelement und ein Verfahren zur Erzeugung von Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs mit den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 17 genannten Merkmalen, insbesondere betrifft die Erfindung ein elastomerbasiertes Anzeigeelement.The The invention relates to a display element and a method for generating of light of a given wavelength range with those in the preambles the claims 1 and 17 mentioned features, in particular the invention relates an elastomer-based display element.

Die Gruppe der Elastomere zeichnet sich dadurch aus, dass sie sich bereits bei geringer Kraftwirkung dehnen und biegen lassen und ohne Krafteinwirkung wieder zurückstellen, also ihre ursprüngliche Form einnehmen. Sie sind Makromoleküle, die lediglich durch wenige chemische Vernetzungsbrücken miteinander verbunden sind.The Group of elastomers is characterized by the fact that they are already stretch and flex with little force and without force reset again, their original form taking. They are macromolecules, the only by a few chemical cross-linking bridges with each other are connected.

Aus US 4,626,920 ist ein Projektionsdisplay auf Basis von Elastomeren bekannt. Eine Vielzahl von Pixel-Elektroden kann bei Anlegen eines elektrischen Feldes eine Deformation eines Elastomerfilms bewirken, wodurch der Elastomerfilm die Form eines Beugungsgitters annimmt. Eine reflektive Schicht auf der Oberseite der Elastomerschicht reflektiert einfallendes Licht in eine entsprechende Projektionsoptik. Elastomerbasierte Anzeigeelemente sind ebenfalls aus Sheridon et al., SPIE, Vol. 128 (1977), S. 244 und aus Kornblum et al., Proc SPIE, Vol. 3987 (2000), S. 51 bekannt.Out US 4,626,920 is a projection display based on elastomers known. A plurality of pixel electrodes may cause deformation of an elastomeric film upon application of an electric field, whereby the elastomeric film takes the form of a diffraction grating. A reflective layer on top of the elastomer layer reflects incident light into a corresponding projection optics. Elastomer-based display elements are also known from Sheridon et al., SPIE, Vol. 128 (1977), p. 244 and Kornblum et al., Proc SPIE, Vol. 3987 (2000), p. 51.

Aus US 2004/0212869 A1 ist ein elektrostriktiver (elastomerbasierter) Lichtmodulator bekannt, bei dem eine aktive Schicht aus einem elektrostriktiven Material (Elastomer) durch Anlegen eines elektrischen Feldes deformiert wird und somit eine auf der Elastomerschicht angeordnete reflektive Schicht entsprechend einfallendes Licht moduliert.Out US 2004/0212869 A1 is an electrostrictive (elastomer-based) Light modulator known in which an active layer of an electrostrictive Material (elastomer) deformed by applying an electric field is and thus arranged on the elastomer layer reflective Layer modulated according to incident light.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein elastomerbasiertes Anzeigeelement sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs anzugeben, welche mit einem (im Vergleich zum Stand der Technik) hohen Kontrast und einer geringen Leistungsaufnahme einhergehen.It Object of the present invention, an elastomer-based display element and a method for generating light of a predetermined wavelength range indicate which one with one (compared to the prior art) high contrast and low power consumption.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch die Merkmale der Patentansprüche 1 (Anzeigeelement) und 17 (Verfahren) gelöst. Bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.These Tasks are performed according to the invention the features of the claims 1 (display element) and 17 (procedure) solved. Preferred embodiments The invention are contained in the subclaims.

Dazu weist ein erfindungsgemäßes Anzeigeelement eine erste teilweise reflektive Schicht und eine erste elektrische Kontaktschicht auf, wobei die erste Kontaktschicht zumindest teilweise lichtdurchlässig ist; das Anzeigeelement weist weiterhin eine Elastomerschicht und eine zweite Kontaktschicht auf, wobei die zweite Kontaktschicht reflektiv ausgebildet ist oder das Anzeigeelement eine zusätzliche reflektive, auf der zweiten Kontaktschicht angeordnete Schicht aufweist, wobei die Elastomerschicht zwischen erster Kontaktschicht und zweiter Kontaktschicht sowie zwischen erster reflektiver Schicht und zweiter Kontaktschicht oder der zusätzlichen reflektiven Schicht angeordnet ist. Vorzugsweise ist zwischen der ersten Kontaktschicht und der ersten teilweise reflektiven Schicht eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Pufferschicht aus einem flexiblen Material und/oder eine Farbfilterschicht angeordnet und/oder die erste Kontaktschicht ist periodisch strukturiert.To has an inventive display element a first partially reflective layer and a first electrical Contact layer, wherein the first contact layer at least partially translucent is; the display element further comprises an elastomer layer and a second contact layer, wherein the second contact layer is reflective or the display element an additional has reflective layer arranged on the second contact layer, wherein the elastomer layer between the first contact layer and second Contact layer and between the first reflective layer and second Contact layer or the additional reflective layer is arranged. Preferably, between the first contact layer and the first partially reflective layer an at least partially translucent buffer layer of a arranged flexible material and / or a color filter layer and / or the first contact layer is periodically structured.

Die Idee der vorliegenden Patentanmeldung besteht demzufolge darin, Umgebungslicht über eine erste teilweise reflektive Schicht einzukoppeln, wobei ein Teil des Umgebungslichts reflektiert und damit nicht eingekoppelt wird und der eingekoppelte Teil des Umgebungslichts an einer zweiten reflektiven Schicht reflektiert wird und das an der zweiten reflektiven Schicht reflektierte Licht zumindest teilweise die erste teilweise reflektive Schicht ein zweites Mal passiert und mit dem an der ersten teilweise reflektiven Schicht reflektierten Teil des Umgebungslichts interferiert, so dass durch die optische Weglänge, die das Licht zwischen erster teilweise reflektiver Schicht und der zweiten reflektiven Schicht zurücklegt, konstruktive oder destruktive Interferenz realisiert wird, wodurch das entsprechende Anzeigeelement beispielsweise hell (konstruktive Interferenz) oder dunkel (destruktive Interferenz) wahrgenommen werden kann. Die optische Weglänge der zwischen den zwei (Teil-)Spiegeln liegenden Schichten kann (die Elastomerschicht liegt stets zwischen den beiden Spiegeln) durch Anlegen eines elektrischen Feldes an die Elastomerschicht variiert werden, wodurch die Helligkeit bzw. die farbliche Wahrnehmung des Anzeigeelementes gesteuert werden kann. Denn die Elastomerschicht verändert bei Anlegen eines elektrischen Feldes seine Dicke. Durch die Coulomb-Anziehung der Ladungsträger wird die Elastomerschicht komprimiert und ändert so die Resonanzbedingungen im Anzeigeelement.The The idea of the present patent application is therefore to Ambient light over to couple a first partially reflective layer, wherein a Part of the ambient light reflected and thus not coupled and the coupled portion of the ambient light at a second reflective layer is reflected and that at the second reflective Layer reflected light at least partially the first partially reflective layer happens a second time and with that at the first partially reflective layer reflected part of the ambient light interferes, so by the optical path length, which is the light between first partially reflective layer and the second reflective layer Shift back constructive or destructive interference is realized, thereby the corresponding display element, for example, bright (constructive Interference) or dark (destructive interference) can be. The optical path length the layers lying between the two (partial) mirrors can (the Elastomer layer is always between the two mirrors) by Applying an electric field to the elastomer layer varies be, whereby the brightness or the color perception of the Display element can be controlled. Because the elastomer layer changed upon application of an electric field its thickness. By the Coulomb attraction the charge carrier the elastomer layer is compressed, thus changing the resonance conditions in the display element.

Zur Verringerung der Stromaufnahme, welche zur Verformung der Elastomerschicht an die elektrischen Kontakte angelegt wird, ist erfindungsgemäß die lichtdurchlässige Pufferschicht aus einem flexiblen Material vorgesehen, auf der die elektrischen Kontaktschichten sowie die Elastomerschicht angeordnet sind. Bei Anlegen eines elektrischen Feldes an die Elastomerschicht werden sowohl die Elastomerschicht als auch die erste transparente Kontaktschicht gequetscht (Dicke verringert sich), wobei sich sowohl die Elastomerschicht als auch die erste transparente Kontaktschicht in laterale Richtung ausdehnen. Diese Ausdehnung in lateraler Richtung, welche mit einer Schichtdickenverringerung und damit mit einer Änderung der Interferenzbedingungen des Anzeigeelementes einhergeht, wird durch die flexible Pufferschicht gefördert, die aufgrund ihrer flexiblen Eigenschaften die laterale Ausdehnung der darüber liegenden ersten Kontaktschicht und der Elastomerschicht begünstigt, so dass ein geringeres elektrisches Feld für die gleiche Schichtdickenverringerung (gleicher Interferenzeffekt) im Vergleich zu einem Anzeigeelement ohne flexible Pufferschicht benötigt wird. Hierdurch kann die Leistungsaufnahme und die notwendige Steuerspannung des erfindungsgemäßen elastomerbasierten Anzeigeelementes deutlich reduziert werden.To reduce the current consumption, which is applied to the deformation of the elastomeric layer to the electrical contacts, according to the invention the translucent buffer layer of a flexible material is provided, on which the electrical contact layers and the elastomer layer are arranged. When an electric field is applied to the elastomer layer, both the elastomer layer and the first transparent contact layer are squeezed (thickness decreases), with both the elastomer layer and the first transparent contact layer extending in the lateral direction stretch. This extension in the lateral direction, which is associated with a reduction in film thickness and thus with a change in the interference conditions of the display element is promoted by the flexible buffer layer, which favors the lateral extent of the overlying first contact layer and the elastomer layer due to their flexible properties, so that a smaller electric field for the same layer thickness reduction (same interference effect) is required compared to a display element without flexible buffer layer. As a result, the power consumption and the necessary control voltage of the elastomer-based display element according to the invention can be significantly reduced.

Weiterhin kann erfindungsgemäß der Kontrast und die Farbsättigung des elastomerbasierten Anzeigeelements durch eine zwischen erster teilweise reflektierender Schicht und zweiter reflektierender Schicht angeordneten Farbfilterschicht erhöht werden, da die Farbfilterschicht einen Reflektivitätsabfall bei einer gewünschten Wellenlänge hervorruft. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass durch die Farbfilterschicht die winkelabhängige Farbverschiebung minimiert werden kann. Die Farbfilterschicht besteht vorzugsweise aus einer Pigmentdispersion mit einer Dicke zwischen 20 nm und 200 nm. Geeignete Pigmente können z.B aus den Materialklassen der Phthalocyanine, Perylenimide, Anthachinone, Chinacridone, Diazofarbstoffe, Dioxazine ausgewählt werden. Alternativ können dünne Schichten der genannten Pigmente sowie verwandte Materialien verwendet werden.Farther can according to the invention the contrast and the color saturation the elastomer-based display element by a between first partially reflective layer and second reflective layer arranged color filter layer can be increased because the color filter layer a Reflektivitätsabfall a desired one wavelength causes. Another advantage is that through the color filter layer the angle-dependent Color shift can be minimized. The color filter layer is preferably from a pigment dispersion having a thickness between 20 nm and 200 nm. Suitable pigments can For example, from the material classes of phthalocyanines, perylene imides, anthachinones, Quinacridones, diazo dyes, dioxazines. Alternatively, thin layers said pigments and related materials are used.

Die Schichtstruktur des erfindungsgemäßen Anzeigenelementes ist vorzugsweise auf einem transparenten Substrat, beispielsweise aus Borsilikat-Glas aufgebaut. Auf dem Substrat sind die erste teilweise reflektierende Schicht sowie die Farbfilterschicht und/oder die Pufferschicht sowie die erste elektrische Kontaktschicht, die Elastomerschicht und die zweite elektrische Kontaktschicht angeordnet. Die erste Kontaktschicht besteht vorzugsweise aus Polyethylendioxytiophen. Die Elastomerschicht besteht vorzugsweise aus Siloxan-basierten Materialen, beispielsweise aus quervernetzem Polydimethylsiloxan oder verwandten Polyalkylsiloxanen oder verwandten Polyarylsiloxanen.The Layer structure of the display element according to the invention is preferably on a transparent substrate, for example made of borosilicate glass built up. On the substrate are the first partially reflective Layer and the color filter layer and / or the buffer layer and the first electrical contact layer, the elastomer layer and the arranged second electrical contact layer. The first contact layer preferably consists of polyethylene dioxytiophene. The elastomer layer preferably consists of siloxane-based materials, for example from cross-linked polydimethylsiloxane or related polyalkylsiloxanes or related polyarylsiloxanes.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante besteht die Elastomerschicht aus quervernetzbarem Polyurethan oder Fluoroelastomer. Ebenso sind schwefelvernetzte Elastomere auf Basis von Butadien sowie Isopren und Acrylnitril geeignet. Weitere mögliche Materialien für die Elastomerschicht sind physikalisch quervernetzte Elastomere. Diese Materialien können z.B. aus Materialklassen wie Block-Copolymeren von Polystyrol mit entweder Polybutadien, Polyisopren oder Polyisobutylen ausgewählt werden. Die genannten Materialien können durch Zugabe geeigneter Weichmacher wie z.B. Squalan im elastischen Modulus modifiziert werden.In a further preferred embodiment the elastomer layer consists of cross-linkable polyurethane or Fluoroelastomer. Similarly, sulfur-crosslinked elastomers are based of butadiene and isoprene and acrylonitrile suitable. Other possible materials for the Elastomer layer are physically cross-linked elastomers. These materials can e.g. from material classes such as block copolymers of polystyrene with either polybutadiene, polyisoprene or polyisobutylene can be selected. The materials mentioned can be through Addition of suitable plasticizers, e.g. Squalane in elastic modulus be modified.

In einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, die Reflektivität des erfindungsgemäßen Anzeigeelementes mittels einer periodisch strukturierten ersten Kontaktschicht zu variieren. Durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen der periodisch strukturierten ersten Kontaktschicht und der unstrukturierten zweiten Kontaktschicht, zwischen denen die Elastomerschicht angeordnet ist, wird die Elastomerschicht wellenförmig (periodisch) verzerrt (deformiert), was wiederum die Interferenzbedingungen zwischen den beiden reflektierenden Schichten (erste teilweise reflektierende Schicht und die zweite reflektive Schicht, welche ebenfalls gitterförmig verformt wird) ändert. Auch durch diese Ausgestaltung kann eine sehr effiziente und kontrastreiche Struktur erzeugt werden.In a further, particularly preferred embodiment of the invention it is provided, the reflectivity of the display element according to the invention by means of a periodically structured first contact layer vary. By applying an electric field between the periodically structured first contact layer and the unstructured second contact layer, between which the elastomer layer is arranged is, the elastomer layer is wavy (periodically) distorted (deformed), which in turn reduces the interference conditions between the two reflective layers (first partially reflective Layer and the second reflective layer, which also deformed lattice-shaped will) change. Also by this design can be a very efficient and high-contrast Structure are generated.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante weist die erste Kontaktschicht eine Gitterperiode zwischen 1 μm und 200 μm auf. Die Pufferschicht besteht vorzugsweise aus flexiblen, chemisch vernetzten Elastomeren, wie z.B. Siloxan-basierten Materialen, beispielsweise aus quervernetzem Polydimethylsiloxan oder verwandten Polyalkylsiloxanen oder verwandten Polyarylsiloxanen. Weiterhin geeignet sind quervernetzbare Polyurethane oder Fluoroelastomere. Ebenso sind schwefelvernetzte Elastomere auf Basis von Butadien sowie Isopren und Acrylnitril geeignet.In a particularly preferred embodiment For example, the first contact layer has a grating period between 1 μm and 200 μm. The Buffer layer is preferably made of flexible, chemically crosslinked Elastomers, e.g. Siloxane-based materials, for example from cross-linked polydimethylsiloxane or related polyalkylsiloxanes or related polyarylsiloxanes. Also suitable are crosslinkable Polyurethanes or fluoroelastomers. Likewise, sulfur-crosslinked elastomers based on butadiene and isoprene and acrylonitrile suitable.

Die Farbfilterschicht ist vorzugsweise für einen Wellenlängenbereich zwischen 1 nm und 30 nm durchlässig ausgebildet. Außerhalb dieses Wellenlängenbereichs beträgt die Transmission der Farbfilterschicht weniger als 10%.The Color filter layer is preferably for a wavelength range permeable between 1 nm and 30 nm educated. Outside this wavelength range is the transmission of the color filter layer less than 10%.

Alternativ kann die Absorption der Farbfilterschicht breitbandig gewählt werden, wobei die Farbabstimmung durch die Resonanz des entstehenden Interferenzfilters erfolgt, die wiederum durch elektrisch gesteuerte Schichtdickenänderung beeinflusst werden kann.alternative the absorption of the color filter layer can be selected broadband, wherein the color matching by the resonance of the resulting interference filter done, in turn, by electrically controlled layer thickness change can be influenced.

Die erste teilweise reflektive Schicht besteht vorzugsweise aus Silber, Aluminium, Chrom oder Gold.The first partially reflective layer is preferably made of silver, Aluminum, chrome or gold.

Aus dem Stand der Technik ist kein auf Elastomeren basierendes elektrostriktives Anzeigelement bekannt, das auf Interferenz als farbgebendem Mechanismus beruht. Die Verwendung von Elastomeren stellt einen wesentlichen Fortschritt gegenüber dem von Iridigm Display Corporation ( US 6650455 ) vorgestellten Konzept eines Interferenzdisplays dar, bei dem zwei parallel angeordnete voll reflektive bzw. teilreflektive Schichten zur Interferenz von eingekoppeltem Licht führen. In diesem Fall ist der Abstand der Schichten durch eine elektrostatisch gesteuerte Mikromechanik variabel. Jedoch ist der Fertigungsaufwand für die erforderlichen (Feder)strukturen und freistehenden Reflektorschichten groß. Im Gegensatz hierzu stellt die Verwendung eines transparenten Elastomers eine leicht anzuwendende, robuste Technologie dar, die mit wesentlich verringertem Prozessaufwand zu verwirklichen ist.The prior art does not disclose an elastomer-based electrostrictive display element based on interference as a coloring mechanism. The use of elastomers represents a significant advance over that of Iridigm Display Corporation ( US 6650455 ) presented concept of an interference display, in which two parallel arranged fully reflective or partially reflective layers lead to interference of coupled light. In this case, the distance of the layers by an electrostatically controlled micromechanics is variable. However, the manufacturing cost of the required (spring) structures and freestanding reflector layers is large. In contrast, the use of a transparent elastomer is an easy-to-use, robust technology that can be realized with significantly reduced process cost.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:

  • – Einkoppeln von Umgebungslicht über eine erste teilweise reflektive Schicht, wobei ein Teil des Umgebungslichts reflektiert und damit nicht eingekoppelt wird,
  • – Reflexion des eingekoppelten Lichts an einer zweiten reflektiven Schicht, wobei das an der zweiten reflektiven Schicht reflektierte Licht zumindest teilweise die erste teilweise reflektive Schicht eines zweites Mal passiert und mit dem an der ersten teilweise reflektiven Schicht reflektierten Teil des Umgebungslichts interferiert.
The method according to the invention for producing light of a predetermined wavelength range is characterized by the following method steps:
  • Coupling in ambient light over a first partially reflective layer, whereby a part of the ambient light is reflected and thus not coupled in,
  • Reflection of the coupled-in light at a second reflective layer, wherein the light reflected at the second reflective layer at least partially passes the first partially reflective layer a second time and interferes with the part of the ambient light reflected at the first partially reflective layer.

Vorzugsweise wird ein Teil des eingekoppelten Lichts mittels einer Farbfilterschicht gefiltert. Vorzugsweise wird die zweite reflektive Schicht auf einer Elastomerschicht angeordnet und an die Elastomerschicht zur Veränderung ihrer Dicke in räumlich periodischen Abständen ein elektrisches Feld angelegt, d.h. die Elastomerschicht wird räumlich periodisch verformt.Preferably becomes a part of the injected light by means of a color filter layer filtered. Preferably, the second reflective layer is on an elastomeric layer arranged and to the elastomer layer to change its thickness in spatially periodic intervals an electric field is applied, i. the elastomer layer is spatially deformed periodically.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:The Invention will be described below with reference to FIGS Embodiments explained in more detail. It demonstrate:

1: ein erfindungsgemäßes Display mit kontinuierlicher erster Kontaktschicht in schematischer, geschnittener Darstellung; 1 a display according to the invention with a continuous first contact layer in a schematic, sectional representation;

2a und 2b: die schematische Darstellung der Wirkungsweise des Anzeigeelementes nach 1 ohne anliegendes elektrisches Feld (2a) und mit anliegendem elektrischen Feld (2b) zwischen den Kontaktschichten; 2a and 2 B : the schematic representation of the operation of the display element after 1 without applied electric field ( 2a ) and with an applied electric field ( 2 B ) between the contact layers;

3: ein erfindungsgemäßes Anzeigeelement mit periodisch strukturierter erster Kontaktschicht in schematischer, geschnittener Darstellung und 3 a display element according to the invention with a periodically structured first contact layer in a schematic, sectional view and

4a und 4b: die Wirkungsweise des Anzeigeelementes nach 3 ohne Anliegen eines elektrischen Feldes (4a) und mit anliegendem elektrischen Feld (4b). 4a and 4b : the operation of the display element after 3 without concern of an electric field ( 4a ) and with an applied electric field ( 4b ).

1 zeigt ein erfindungsgemäßes elastomerbasiertes Anzeigeelement in schematischer, geschnittener Darstellung. Auf dem transparenten Substrat 1 ist eine teilweise reflektierende Schicht 2 aus Silber angeordnet. Auf der teilweise reflektierenden Schicht 2 ist eine Farbfilterschicht 3 aus einer Pigmentdispersion angeordnet. Geeignet ist z.B. eine Dispersion von Kupfer-Phtalocyanin in einer thermisch bzw. mittels Licht vernetzbaren Acrylatmatrix. Auf der Farbfilterschicht 3 ist eine transparente Pufferschicht 4 aus einem flexiblen Material angeordnet. 1 shows an inventive elastomer-based display element in a schematic, sectional view. On the transparent substrate 1 is a partially reflective layer 2 arranged in silver. On the partially reflective layer 2 is a color filter layer 3 arranged from a pigment dispersion. For example, a dispersion of copper phthalocyanine in a thermally or by means of light-crosslinkable acrylate matrix is suitable. On the color filter layer 3 is a transparent buffer layer 4 made of a flexible material.

Als Material für die Pufferschicht wird chemisch quervernetztes Poly-dimethylsiloxan verwendet, mit einem typischen elastischen Modulus im Bereich 10–100 MPa und einer Schichtdicke im Bereich von 1–20 mm.When Material for the buffer layer becomes chemically cross-linked poly-dimethylsiloxane used, with a typical elastic modulus in the range 10-100 MPa and a layer thickness in the range of 1-20 mm.

Auf der Pufferschicht 4 ist eine erste elektrische Kontaktschicht aus Polyethylendioxythiophen angeordnet, auf welcher die Elastomerschicht 6 aus physikalisch vernetzendem Blockcopolymer Poly-(co-isopren-styrol) angeordnet ist. Das Elastomer wird durch Zumischen des Weichmachers Squalan in Lösung auf einen elastischen Modulus im Bereich 0.5–10 MPa gebracht. Auf der Elastomerschicht 6 ist eine zweite Kontaktschicht 7 aus Silber angeordnet. Die verwendete Elastomerschicht 6 ist für das Umgebungslicht 8 transparent. Das Umgebungslicht 8 wird auf der Lichteintrittsseite (über das Substrat 1) in die erfindungsgemäße Struktur eingekoppelt, wobei an der teilweise reflektiven Schicht 2 ein Teil des Umgebungslichts 8 reflektiert und ein anderer Teil transmittiert, das heißt in die erfindungsgemäße Struktur eingekoppelt wird. Das in die Struktur eingekoppelte Umgebungslicht wird am reflektiven Kontakt 7 wiederum reflektiert und tritt ein zweites Mal (zumindest ein Teil dieses Lichts) durch die halbdurchlässige Schicht 2 hindurch. Durch die Interferenz der beiden Teilwellen (erste Teilwelle ist das an der Schicht 2 reflektierte Umgebungslicht 8 und die zweite Teilwelle ist das an der Schicht 2 zweimal transmittierte Licht) werden bestimmte Wellenlängen verstärkt, während andere Wellenlängen durch destruktive Interferenz abgeschwächt werden. Welche Wellenlängen verstärkt und welche geschwächt werden, hängt von der optischen Weglänge der durch die Schichten 2 bis 7 geformten Kavität ab. Die Dicke der Elastomerschicht 6 kann durch Anlegen einer Spannung zwischen den Kontakten 5 und 7 variiert, das heißt verringert werden. Entsprechend der angelegten Spannung sieht ein Betrachter das Interferenzlicht 9 in einer von der angelegten Spannung abhängigen Wellenlänge.On the buffer layer 4 a first electrical contact layer of polyethylenedioxythiophene is arranged, on which the elastomeric layer 6 of physically crosslinking block copolymer poly (co-isoprene-styrene) is arranged. The elastomer is brought by solution of the plasticizer squalane in solution to an elastic modulus in the range 0.5-10 MPa. On the elastomer layer 6 is a second contact layer 7 arranged in silver. The elastomer layer used 6 is for the ambient light 8th transparent. The ambient light 8th is on the light entrance side (over the substrate 1 ) are coupled into the structure according to the invention, wherein at the partially reflective layer 2 a part of the ambient light 8th reflected and another part transmits, that is coupled into the structure of the invention. The ambient light coupled into the structure becomes the reflective contact 7 in turn reflects and passes through the semipermeable layer a second time (at least a portion of this light) 2 therethrough. Due to the interference of the two partial waves (first partial wave that is at the layer 2 reflected ambient light 8th and the second part wave is that at the layer 2 twice transmitted light) certain wavelengths are amplified while other wavelengths are attenuated by destructive interference. Which wavelengths are amplified and which ones are weakened depends on the optical path length through which the layers pass 2 to 7 shaped cavity from. The thickness of the elastomer layer 6 can by applying a voltage between the contacts 5 and 7 varies, that is reduced. According to the applied voltage, a viewer sees the interference light 9 in a wavelength dependent on the applied voltage.

Durch die Einführung der elastischen, flexiblen Pufferschicht 4 kann die notwendige Treiberspannung des Bauelementes stark erniedrigt werden, da eine geringere Kompressionskraft 10, siehe 2b, zur Verformung der Elastomerschicht 6 nötig ist, da die seitliche Ausdehnung der Elastomerschicht 6 sowie der ersten Kontaktschicht 5 durch die flexible Pufferschicht 4 erleichtert, d.h. verbessert wird. Dadurch kann (aufgrund der guten seitlichen Beweglichkeit der Schichten 5 und 6) die optische Weglänge des (durch die Schichten 2 bis 7) ausgebildeten Resonators bereits mit einem geringen elektrischen Feld, das heißt mit geringen Steuerspannungen variiert werden. Durch die Anordnung der Farbfilterschicht 3 wird zusätzlich der Kontrast und die Farbsättigung verbessert. Weiterhin können winkelabhängige Farbverschiebungen minimiert werden.By introducing the elastic, flexible buffer layer 4 can the necessary drive voltage of the device can be greatly reduced because a lower compression force 10 , please refer 2 B , for deformation of the elastomer layer 6 is necessary because the lateral extent of the elastomer layer 6 and the first contact layer 5 through the flexible buffer layer 4 relieved, ie improved. This can (due to the good lateral mobility of the layers 5 and 6 ) the optical path length of the (through the layers 2 to 7 ) trained resonator already with a low electric field, that is to be varied with low control voltages. By the arrangement of the color filter layer 3 In addition, the contrast and the color saturation is improved. Furthermore, angle-dependent color shifts can be minimized.

In den 1, 3 und 4 ist die Schicht 2 durch zwei (eingezeichnete) Schichten dargestellt. Grundsätzlich kann die Schicht 2 aus einer Schicht, aber auch aus mehreren Schichten, beispielsweise aus zwei Schichten bestehen. Insofern ist unter der Bezugnahme auf die Schicht 2 stets die Gesamtheit der die Schicht 2 ausbildenden Schichten zu verstehen.In the 1 . 3 and 4 is the layer 2 represented by two (drawn) layers. Basically, the layer 2 consist of one layer, but also of several layers, for example of two layers. Insofar, with reference to the layer 2 always the whole of the layer 2 to understand training layers.

3 zeigt das erfindungsgemäße Anzeigeelement nach einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung mit einer periodisch strukturierten ersten Kontaktschicht 5. Der Aufbau gleicht sonst dem Anzeigeelement gemäß 1. Im Unterschied zu 1 ist die Kontaktschicht 5 jedoch nicht kontinuierlich ausgebildet, sondern periodisch strukturiert, so dass das elektrische Feld zwischen den Kontaktschichten 5 und 7 nur in einigen, periodisch voneinander beabstandeten Bereichen in der Elastomerschicht 6 erzeugt wird. Dieses räumlich periodische elektrische Feld führt ebenfalls zu einer räumlich periodischen Verformung der Elastomerschicht 6 und der darauf angeordneten reflektiven Kontaktschicht 7. Durch die lokale Änderung der Schichtdicke der Schicht 6 werden die Interferenzbedingungen während des Anlegens des elektrischen Feldes (4b) abhängig von der räumlichen Position verändert, so dass die von einem Betrachter wahrgenommene Farbe des das Anzeigeelement verlassenden Lichts durch das elektrische Feld gesteuert werden kann (im Gegensatz zu 4a, wo kein elektrisches Feld anliegt). Auch hierdurch kann eine effiziente und energiesparende Steuerung des erfindungsgemäßen Displayelements erzielt werden. 3 shows the display element according to the invention according to a second embodiment of the invention with a periodically structured first contact layer 5 , The structure otherwise resembles the display element according to 1 , In contrast to 1 is the contact layer 5 however, not formed continuously, but periodically structured so that the electric field between the contact layers 5 and 7 only in a few, periodically spaced areas in the elastomeric layer 6 is produced. This spatially periodic electric field also leads to a spatially periodic deformation of the elastomer layer 6 and the reflective contact layer disposed thereon 7 , By the local change of the layer thickness of the layer 6 the interference conditions during the application of the electric field ( 4b ) is changed depending on the spatial position, so that the color of the light leaving the display element, as perceived by a viewer, can be controlled by the electric field (as opposed to 4a where no electric field is applied). This also makes it possible to achieve an efficient and energy-saving control of the display element according to the invention.

Die Schicht 5 kann mittels Photolithographie, Siebdruck, Tintenstrahldrucken, Vakuumverdampfen von Metallen oder mittels einer Schattenmaske strukturiert werden. Bei einer Pixelbreite von 500 μm sollten mindestens 10, vorzugsweise 20 Perioden vorhanden sein, also Strukturgrößen im Bereich 50–20 μm erzeugt werden.The layer 5 can be patterned by photolithography, screen printing, ink jet printing, vacuum evaporation of metals or by means of a shadow mask. With a pixel width of 500 .mu.m, at least 10, preferably 20 periods should be present, ie structure sizes in the range 50-20 .mu.m should be generated.

11
Substratsubstratum
22
erste teilweise reflektive Schichtfirst partially reflective layer
33
FarbfilterschichtColor filter layer
44
Pufferschichtbuffer layer
55
erste elektrische Kontaktschichtfirst electrical contact layer
66
Elastomerschichtelastomer layer
77
zweite elektrische Kontaktschichtsecond electrical contact layer
88th
Umgebungslichtambient light
99
Interferenzlichtinterference light
1010
elektrostriktive Kompressionskraftelectrostrictive compressive force

Claims (19)

Anzeigeelement aufweisend: eine erste teilweise reflektive Schicht (2), eine erste lichtdurchlässige elektrische Kontaktschicht (5), wobei die erste Kontaktschicht (5) zumindest teilweise lichtdurchlässig ist, eine Elastomerschicht (6), eine zweite elektrische Kontaktschicht (7), wobei die zweite Kontaktschicht (7) reflektiv ausgebildet ist oder das Anzeigeelement eine zusätzliche reflektive Schicht aufweist und wobei die Elastomerschicht (6) zwischen erster Kontaktschicht (5) und zweiter Kontaktschicht (7) sowie zwischen erster reflektiver Schicht (2) und zweiter Kontaktschicht (7) oder der zusätzlichen reflektiven Schicht angeordnet ist.Display element comprising: a first partially reflective layer ( 2 ), a first translucent electrical contact layer ( 5 ), wherein the first contact layer ( 5 ) is at least partially translucent, an elastomeric layer ( 6 ), a second electrical contact layer ( 7 ), wherein the second contact layer ( 7 ) is reflective or the display element has an additional reflective layer and wherein the elastomer layer ( 6 ) between the first contact layer ( 5 ) and second contact layer ( 7 ) and between the first reflective layer ( 2 ) and second contact layer ( 7 ) or the additional reflective layer is arranged. Anzeigeelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der ersten Kontaktschicht (5) und der ersten teilweise reflektiven Schicht (2) eine zumindest teilweise lichtdurchlässige Pufferschicht (4) aus einem flexiblen Material und/oder eine Farbfilterschicht (3) angeordnet ist, oder dass die erste Kontaktschicht (5) periodisch strukturiert ist.Display element according to claim 1, characterized in that between the first contact layer ( 5 ) and the first partially reflective layer ( 2 ) an at least partially transparent buffer layer ( 4 ) of a flexible material and / or a color filter layer ( 3 ), or that the first contact layer ( 5 ) is periodically structured. Anzeigeelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste teilweise reflektive Schicht (2) auf einem Substrat (1) angeordnet ist.Display element according to Claim 1 or 2, characterized in that the first partially reflective layer ( 2 ) on a substrate ( 1 ) is arranged. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterschicht (3) aus einer Pigmentdispersion besteht.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the color filter layer ( 3 ) consists of a pigment dispersion. Anzeigeelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterschicht (3) eine Dicke zwischen 20 nm und 200 nm aufweist.Display element according to claim 4, characterized in that the color filter layer ( 3 ) has a thickness between 20 nm and 200 nm. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktschicht (5) aus Polyethylendioxythiophen besteht.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the first contact layer ( 5 ) consists of Polyethylendioxythiophen. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (6) aus siloxan-basierten Materialien besteht.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the elastomer layer ( 6 ) of siloxane-based materia lien exists. Anzeigeelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (6) aus quervernetztem Poly-(dimethylsiloxan) oder verwandtem Polyalkylsiloxan oder verwandtem Polyarylsiloxan besteht.Display element according to claim 7, characterized in that the elastomer layer ( 6 ) consists of cross-linked poly (dimethylsiloxane) or related polyalkylsiloxane or related polyarylsiloxane. Anzeigeelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastomerschicht (6) aus quervernetzbarem Polyurethan oder Fluoroelastomer besteht.Display element according to one of claims 1 to 6, characterized in that the elastomer layer ( 6 ) consists of cross-linkable polyurethane or fluoroelastomer. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Kontaktschicht (5) gitterförmig ausgebildet ist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the first contact layer ( 5 ) is formed lattice-shaped. Anzeigeelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Gitterperiode der ersten Kontaktschicht (5) zwischen 1 μm und 200 μm beträgt.Display element according to claim 10, characterized in that the grating period of the first contact layer ( 5 ) is between 1 .mu.m and 200 .mu.m. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (4) aus chemisch vernetzten Elastomeren besteht.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the buffer layer ( 4 ) consists of chemically crosslinked elastomers. Anzeigeelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (4) aus Siloxan-basierten Materialen, quervernetzbarem Polyurethan, einem Fluoroelastomer oder schwefelvernetztem Elastomer auf Basis von Butadien besteht.Display element according to claim 12, characterized in that the buffer layer ( 4 ) consists of siloxane-based materials, crosslinkable polyurethane, a fluoroelastomer or sulfur-crosslinked elastomer based on butadiene. Anzeigeelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferschicht (4) aus quervernetzem Polydimethylsiloxan, verwandten Polyalkylsiloxanen, verwandten Polyarylsiloxanen, Isopren oder Acrylnitril besteht.Display element according to claim 13, characterized in that the buffer layer ( 4 ) consists of cross-linked polydimethylsiloxane, related polyalkylsiloxanes, related polyarylsiloxanes, isoprene or acrylonitrile. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Farbfilterschicht (3) für einen Wellenlängenbereich zwischen 1 nm und 30 nm durchlässig ausgebildet ist.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the color filter layer ( 3 ) is permeable to a wavelength range between 1 nm and 30 nm. Anzeigeelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste teilweise reflektive Schicht (2) aus Silber, Aluminium, Chrom oder Gold besteht.Display element according to one of the preceding claims, characterized in that the first partially reflective layer ( 2 ) consists of silver, aluminum, chromium or gold. Verfahren zur Erzeugung von Licht eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs mit folgenden Verfahrensschritten: – Einkoppeln von Umgebungslicht (8) über eine erste teilweise reflektive Schicht (2), wobei ein Teil des Umgebungslichts (8) reflektiert und damit nicht eingekoppelt wird, und – Reflexion des eingekoppelten Lichts an einer zweiten reflektiven Schicht (7), wobei das an der zweiten reflektiven Schicht (7) reflektierte Licht zumindest teilweise die erste teilweise reflektive Schicht (2) ein zweites Mal passiert und mit dem an der ersten teilweise reflektiven Schicht (2) reflektierten Teil des Umgebungslichts (8) interferiert.Method for producing light of a predetermined wavelength range, comprising the following method steps: - coupling in ambient light ( 8th ) over a first partially reflective layer ( 2 ), whereby a part of the ambient light ( 8th ) is reflected and thus not coupled in, and - reflection of the coupled-in light at a second reflective layer ( 7 ), wherein the at the second reflective layer ( 7 ) reflected light at least partially the first partially reflective layer ( 2 ) a second time and with the first partially reflective layer ( 2 ) reflected part of the ambient light ( 8th ) interferes. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des eingekoppelten Lichts mittels einer Farbfilterschicht (3) gefiltert wird oder die zweite reflektiven Schicht (7) zur Ausbildung eines Reflexionsgitters räumlich periodisch verformt wird.A method according to claim 17, characterized in that a part of the injected light by means of a color filter layer ( 3 ) or the second reflective layer ( 7 ) is spatially periodically deformed to form a reflection grating. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite reflektive Schicht (7) auf einer Elastomerschicht (6) angeordnet und an die Elastomerschicht (6) zur Veränderung ihrer Dicke in räumlich periodischen Abständen ein elektrisches Feld angelegt wird.A method according to claim 17, characterized in that the second reflective layer ( 7 ) on an elastomer layer ( 6 ) and to the elastomer layer ( 6 ) is applied to change its thickness in spatially periodic distances an electric field.
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