TWI395974B - 彩色電潤濕式顯示器裝置 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種顯示器裝置，特別有關於一種彩色電潤濕式顯示器裝置。
電潤濕式顯示器(Electrowetting Display)的原理是利用電潤濕(Electrowetting)現象或電化毛細管(Electrocapillary)現象。當流體受到電場作用而改變流體的表面自由能(Free Surface Energy)，使得流體的分佈面積改變。
美國專利第US 6,967,763號揭露一種電潤濕式顯示器結構，利用極性液體受電場電潤濕(Electrowetting)親和，使不透明非極性溶液朝遠離畫素電極的區域內聚，以控制顯示器畫素的亮態與暗態。
第1A與1B圖分別顯示傳統電潤濕式顯示器於電壓關與電壓開狀態的剖面示意圖。請參閱第1A圖，傳統彩色電潤濕式顯示器10包括一基板11，圖案化畫素電極12設置於基板11上。一介電層(具疏水性表面性質)13設置於圖案化畫素電極12上。圖案化的親水性檔牆結構14設置於介電層13上，定義出各個畫素區域。含黑色染料的不透明非極性液體15a以及一透明的極性液體16設置於各個畫素區域中。當操作電壓關狀態時，不透明非極性液體15a均勻分佈於畫素中，此時畫素的顯示狀態為暗態(dark state)。
當操作電壓開狀態時，透明極性液體16受到電潤濕(Electrowetting)作用力影響，與畫素電極親和，並使得不
透明非極性液體15b朝遠離畫素電極12內聚，因而露出大部分的畫素區域，此時畫素的顯示狀態為亮態(bright state)，如第1B圖所示。
第2圖係顯示傳統單層彩色電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖。於第2圖中，傳統單層彩色電潤顯示器50包括一第一基板51與一第二基板61對向設置。第一基板51上包括圖案化電極52對應各個次畫素區域。一反射層53設置於圖案化畫素電極52上。一隔離結構54設置於反射層53上，以定義出複數個次畫素(sub－pixel)陣列。含黑色染料的第一流體55設置於圖案化電極52上的各個次畫素區域中。一透明的第二流體56填充於第一基板51與第二基板61。一彩色濾光片62包括紅62R、綠62G、藍62B彩色單元設置於第二基板61上。各彩色單元62R、62G、62B分別對應一次畫素(sub－pixel)區域。一密封結構70於顯示器面板的周邊區域，將第一基板51與第二基板61封合。一共同電極65與第二流體50接觸。利用共同電極65與各畫素區域的電極52所產生的電場，改變第一流體55的表面張力，達到顯像的目的。更明確地說，藉由黑色非極性油墨的收縮與平鋪來控制外界光源的反射與吸收，並利用反射光穿透上基板的彩色濾光片，可產生不同的色光，達到全彩化的效果。
國際知識財產組織申請案公開第WO03/071347號揭露一種彩色電潤濕式顯示器結構。例如，第3圖係顯示傳統彩色三層電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖。請參閱第3
圖，在三層式彩色電潤濕式彩色顯示器100的結構中，在上、下基板間以隔離結構113隔離成複數個次畫素結構，並於各次畫素中填入極性溶液106與對應兩種不同顏色的非極性油墨105W、105C、105Y、105M，其中兩種非極性油墨中間夾著一層極性溶液，使其上下基板內部呈現油墨、極性溶液、油墨的三層溶液。於上基板上方設置一彩色濾光片121，該彩色濾光片與上、下基板內部的兩種不同顏色之油墨彼此互為補色。於操作時，分別控制並施加偏壓於不同的電極112、132－137，並藉由兩不同顏色之非極性油墨的收縮與平鋪來控制入射光116被反射板122反射或被非極性油墨105W、105C、105Y、105M吸收特定光譜的顏色，並利用反射光穿透上板的彩色濾光片的彩色單元121M、121C、121Y，可產生不同的色光。
然而，以彩色濾光片搭配黑色非極性溶液(如油墨)的傳統單層彩色結構，彩色濾光片會吸收部分的光源，造成光利用率下降，進而導致顯示畫面的對比與亮度降低。另外，彩色濾光片與下板對位組立的問題亦會增加面板製作上的困難度與複雜度。另一方面，採用三層結構之面板的色彩飽和度與色彩性可有效地提升，但面板結構複雜、製程不易，且製造成本亦相對提高。
本發明實施例提供一種彩色電潤濕式顯示器裝置，包括：一第一基板與一第二基板對向設置，其間夾置一極性溶液層與具有顏色的一非極性溶液層；一第一透明電極層
設置於該第一基板上；一第二透明電極層設置於該第二基板上；以及一親水性隔離結構設置於該第二基板，以定義出複數個次畫素；其中該彩色電潤濕式顯示器裝置包括複數個畫素所構成的陣列，各畫素包括多個原色次畫素；其中各個次畫素對應一不同顏色的該非極性溶液層，且各不同顏色的該非極性溶液層彼此間相隔離；以及其中相鄰次畫素中的該非極性溶液層顏色不同。
本發明實施例另提供一種彩色電潤濕式顯示器裝置，包括：一第一基板與一第二基板對向設置，其間夾置一極性溶液層與具有顏色的一非極性溶液層；一第一透明電極層設置於該第一基板上；一第二透明電極層設置於該第二基板上；以及一親水性隔離結構設置於該第二基板，以定義出複數個次畫素；其中該彩色電潤濕式顯示器裝置包括複數個畫素所構成的陣列，各畫素包括一黑次畫素及多個原色次畫素；其中各個次畫素對應一不同顏色的該非極性溶液層，且各不同顏色的該非極性溶液層彼此間相隔離；以及其中相鄰次畫素中的該非極性溶液層顏色不同。
為使本發明能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下以各實施例並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號。且在圖式中，實施例之形狀或是厚
度可擴大，並以簡化或是方便標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式，另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。
本發明實施例之電潤濕式顯示器裝置是以電場改變流體的表面性質做為顯現畫素的介質。更明確地說，本發明實施例提供一種彩色化電濕潤顯示器的畫素結構，主要藉由次畫素的形貌以及次畫素中的色彩排列來達到彩色化的電潤濕顯示器，進而提升影像品質以及降低面板製作成本與困難度。
第4圖係顯示根據本發明之一實施例的單層彩色電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖。請參閱第4圖，一單層的彩色電潤顯示器200包括一第一基板(上基板)230與一第二基板(下基板)210對向設置。第二基板210上包括圖案化的畫素電極層212對應各個次畫素區域。畫素電極層212可為透明導電材料，其材質可包括氧化銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)，並且其厚度範圍大抵為0.1~1微米(μm)。圖案化的畫素電極層212的結構可包括長方形、正方形、三角形、圓形、梯形或橢圓形。根據本發明另一實施例，一反射層選擇性地設置於第二基板210上，或者設置於透明畫素電極層212與基板210之間。該反射層的材質包括鋁、二氧化鈦或二氧化鋯。
一介電層214設置於圖案化畫素電極212上。根據本
發明之一實施例，介電層214的材質包括聚對二甲苯(parylene)、氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、聚二氟乙烯(poly(vinyldiene fluoride))、二氧化鈦(TiO2
)或二氧化鋯(ZrO2
)，並且其厚度範圍大抵為0.1~1微米(μm)。或者，一疏水性材料層216設置於介電層214上，使其具有疏水性的表面。該疏水性材料層216的材質包括含氟類或含碳類之疏水性高分子，並且其厚度範圍大抵為0.1~1微米(μm)。
一親水性的隔離結構222設置於疏水性材料層216上，以定義出複數個次畫素(sub－pixel)區域的陣列。該親水性的隔離結構222的材質包括親水性的光阻，並且其厚度範圍大抵為5~10微米(μm)。
具有不同顏色的一非極性溶液層225C、225Y、225M、225K設置於疏水性材料層216上的各個次畫素區域中。非極性溶液層的材質包括癸烷(decane)、十二烷(dodecane)或十四烷(tetradecane)，其厚度範圍大抵為1~10微米(μm)。或者，非極性溶液層225C、225Y、225M、225K包括各種原色(例如RGBK或CYMK)的染料(dye)或顏料(pigment)。一透明的極性流體226填充於第一基板230與第二基板210之間。透明的極性流體226的材質包括水、氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液，其厚度範圍大抵為30~250微米(μm)。一密封結構240於顯示器面板的周邊區域，將第一基板230與第二基板210封合。一共同電極232與極性流體226接觸。共同電極232為透明的導電材料，包括氧化
銦錫(ITO)或氧化銦鋅(IZO)，並且其厚度範圍大抵為0.1~1微米(μm)。利用共同電極232與各畫素區域的電極212所產生的電場，使極性流體226與疏水性材料層216的表面親和，將非極性溶液層推離畫素電極212的作用而內聚，達到顯像的目的。更明確地說，藉由非極性油墨的收縮與平鋪來控制外界光源的反射與吸收，可驅動不同顏色畫素的顯示，達到全彩化的效果。
根據本發明實施例，該彩色電潤濕式顯示器裝置200包括複數個畫素所構成的陣列，各畫素包括多個(例如四個)原色次畫素。各個次畫素區域的形狀可包括長方形、六角形、正方形、圓形、三角形、梯形以及橢圓形。於一實施例中，該多個原色次畫素分別為一黑次畫素、一紅次畫素、一綠次畫素及一藍次畫素。於另一實施例中，該多個原色次畫素分別為一黑次畫素、一黃(Y)次畫素、一洋紅(M)次畫素及一青(C)次畫素。各個次畫素對應一不同顏色的該非極性溶液層，且各不同顏色的該非極性溶液層彼此間相隔離。相鄰次畫素中的該非極性溶液層顏色不同。
在單層電潤濕式彩色顯示器的結構中，在上下基板內部填入極性溶液與不同顏色的非極性油墨，其中不同顏色的油墨被基板上的親水性隔牆所隔開，使不同顏色的油墨彼此相鄰排列而形成各次畫素結構，藉由各不同顏色非極性油墨的收縮與平鋪來控制入射光特定光譜的反射與吸收，可產生不同的色光。
第5A－5C圖分別顯示本發明之一實施例的彩色電濕潤
顯示器的各畫素顏色變換的示意圖。請參閱第5A圖，顯示畫素320a－320d為方形陣列排列，分別具有青色次畫素325C、黃色次畫素325Y、洋紅色次畫素325M及黑色次畫素325K。於顯示暗態時，所有顏色的次畫素的非極性油墨均平鋪。當顯示明態時，可利用畫素電極的缺口，使各次畫素的非極性油墨收縮至相同的角落，露出下層的介電層或反射板326，如第5B圖所示。於另一實施例中，當顯示明態時，可利用畫素電極的缺口設置於相鄰次畫素的共同角落，使得各相鄰的次畫素中的該非極性溶液朝向各相鄰的次畫素的相鄰角落內聚，露出下層的介電層或反射板，如第5C圖所示。
第6A－6C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤顯示器的各畫素顏色變換的示意圖。請參閱第6A圖，顯示畫素420a－420d為六方形緊密排列，分別具有六方型的青色次畫素425C、黃色次畫素425Y、洋紅色次畫素425M及黑色次畫素425K。於顯示暗態時，所有顏色的次畫素的非極性油墨均平鋪。當顯示明態時，可利用畫素電極的缺口設置於次畫素的相同角落，使各次畫素的非極性油墨收縮至相同的角落，露出下層的介電層或反射板426，如第6B圖所示。於另一實施例中，當顯示明態時，可利用畫素電極的缺口設置於相鄰次畫素的共同角落，使得各相鄰的次畫素中的該非極性溶液朝向各相鄰的次畫素的相鄰角落內聚，露出下層的介電層或反射板，如第6C圖所示。
第7A－7C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤
顯示器的各畫素顏色變換的示意圖。請參閱第7A圖，於顯示暗態時，於顯示畫素520中，所有顏色的次畫素525C、525Y、525M、525K的非極性油墨均平鋪。請參閱第7B圖，當欲顯示暗紅色的畫素時，將青色次畫素525C驅動，使其油墨分佈方式改變，因此顯示畫素520整體呈現的是暗紅色。請參閱第7C圖，當欲顯示亮紅色的畫素時，將青色次畫素525C及黑色次畫素525K驅動，使其油墨分佈方式改變，因此顯示畫素520整體呈現的是亮紅色。
表一係顯示根據本發明實施例，以CYMK次畫素作為電濕潤顯示器結構，當表現各畫素的色彩時，各色油墨的分配方式。表一中的「」表示為未被驅動的次畫素。
第8A-8C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤
顯示器的各畫素顏色變換的示意圖。請參閱第8A圖，於顯示暗態時，於顯示畫素620中，所有顏色的次畫素625R、625G、625B、625K的非極性油墨均平鋪。請參閱第8B圖，當欲顯示暗黃色的畫素時，將藍色次畫素625B驅動，使其油墨分佈方式改變，因此顯示畫素620整體呈現的是暗黃色。請參閱第8C圖，當欲顯示亮黃色的畫素時，將藍色次畫素625B及黑色次畫素625K驅動，使其油墨分佈方式改變，因此顯示畫素620整體呈現的是亮黃色。
表二係顯示根據本發明實施例，以RGBK次畫素作為電濕潤顯示器結構，當表現各畫素的色彩時，各色油墨的分配方式。表二中的「」表示為未被驅動的次畫素。
本發明雖以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明的範圍，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫
離本發明之精神和範圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧傳統彩色電潤濕式顯示器
11‧‧‧基板
12‧‧‧畫素電極
13‧‧‧介電層
14‧‧‧親水性檔牆結構
15a、15b‧‧‧非極性液體
16‧‧‧透明的極性液體
50‧‧‧傳統單層彩色電潤顯示器
51‧‧‧第一基板
52‧‧‧圖案化電極
53‧‧‧反射層
54‧‧‧隔離結構
55‧‧‧第一流體
56‧‧‧透明的第二流體
61‧‧‧第二基板
62‧‧‧彩色濾光片
62R、62G、62B‧‧‧紅、綠、藍彩色單元
65‧‧‧共同電極
70‧‧‧密封結構
100‧‧‧三層式彩色電潤濕式彩色顯示器
105W、105C、105Y、105M‧‧‧不同顏色的非極性油墨
106‧‧‧極性溶液
108‧‧‧中間層
113‧‧‧隔離結構
112、132－137‧‧‧電極
116‧‧‧入射光
121‧‧‧彩色濾光片
121M、121C、121Y‧‧‧彩色單元
122‧‧‧反射板
200‧‧‧單層的彩色電潤顯示器
210‧‧‧第二基板(下基板)
212‧‧‧圖案化的畫素電極層
214‧‧‧介電層
216‧‧‧疏水性材料層
222‧‧‧親水性的隔離結構
225C、225Y、225M、225K‧‧‧非極性溶液層
226‧‧‧透明的極性流體
230‧‧‧第一基板(上基板)
232‧‧‧共同電極
240‧‧‧密封結構
320a－320d、420a－420d、520、620‧‧‧顯示畫素
325C、425C、525C‧‧‧青色次畫素
325Y、425Y、525Y‧‧‧黃色次畫素
325M、425M、525M‧‧‧洋紅色次畫素
625R‧‧‧紅色次畫素
625G‧‧‧綠色次畫素
625B‧‧‧藍色次畫素
325K、425K、525K、625K‧‧‧黑色次畫素
326、426、526、626‧‧‧反射板
第1A與1B圖分別顯示傳統電潤濕式顯示器於電壓關與電壓開狀態的剖面示意圖；第2圖係顯示傳統單層彩色電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖；第3圖係顯示傳統彩色三層電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖；第4圖係顯示根據本發明之一實施例的單層彩色電潤濕式顯示器裝置的剖面示意圖；第5A－5C圖分別顯示本發明之一實施例的彩色電濕潤顯示器的各畫素顏色變換的示意圖；第6A－6C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤顯示器的各畫素顏色變換的示意圖；第7A－7C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤顯示器的各畫素顏色變換的示意圖；以及第8A－8C圖分別顯示本發明另一實施例的彩色電濕潤顯示器的各畫素顏色變換的示意圖。
200‧‧‧單層的彩色電潤顯示器
210‧‧‧第二基板(下基板)
212‧‧‧圖案化的畫素電極層
214‧‧‧介電層
216‧‧‧疏水性材料層
222‧‧‧親水性的隔離結構
225C、225Y、225M、225K‧‧‧非極性溶液層
226‧‧‧透明的極性流體
230‧‧‧第一基板(上基板)
232‧‧‧共同電極
240‧‧‧密封結構
Claims (31)
- 一種彩色電潤濕式顯示器裝置，包括：一第一基板與一第二基板對向設置，其間夾置一極性溶液層與具有多個顏色的一非極性溶液層；一第一透明電極層設置於該第一基板上；一第二透明電極層設置於該第二基板上；以及一親水性隔離結構設置於該第二基板，以定義出複數個次畫素；其中該彩色電潤濕式顯示器裝置包括複數個畫素所構成的陣列，各畫素包括多個次畫素；其中各個次畫素對應該非極性溶液層的該些顏色，且各次畫素中的該非極性溶液層彼此間相隔離；其中相鄰次畫素中的該非極性溶液層顏色不同；以及其中該第二透明電極層具有缺口設置在各次畫素的一角落，在操作時，各次畫素中的該非極性溶液朝向各次畫素的該具有缺口設置的角落收縮。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該第二透明電極層為一圖案化結構，包括長方形、正方形、三角形、圓形、梯形或橢圓形。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一介電層設置於該第二透明電極層上。
- 如申請專利範圍第3項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一疏水性材料層設置於該介電層上。
- 如申請專利範圍第3項所述之彩色電潤濕式顯示器 裝置，其中該介電層的材質是由聚對二甲苯(parylene)、氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、聚二氟乙烯(poly(vinyldiene fluoride))、二氧化鈦(TiO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )所組成。
- 如申請專利範圍第4項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該疏水性層的材質為一含氟類或一含碳類之疏水性高分子。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該親水性隔離結構的材質是由一親水性光阻構成。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該極性溶液層的材質為水、氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該非極性溶液層的材質包括癸烷(decane)、十二烷(dodecane)或十四烷(tetradecane)。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該非極性溶液層包括染料(dye)或是顏料(pigment)。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該次畫素區域的形狀包括長方形、六角形、正方形、圓形、三角形、梯形以及橢圓形。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一反射層設置於該第二基板及該第二透明電極層之間。
- 如申請專利範圍第12項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該反射層的材質為鋁、二氧化鈦或二氧化鋯。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該多個次畫素分別為一黑次畫素、一紅次畫素、一綠次畫素及一藍次畫素。
- 如申請專利範圍第1項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該多個次畫素分別為一黑次畫素、一黃(Y)次畫素、一青(M)次畫素及一洋紅(C)次畫素。
- 一種彩色電潤濕式顯示器裝置，包括：一第一基板與一第二基板對向設置，其間夾置一極性溶液層與具有多個顏色的一非極性溶液層；一第一透明電極層設置於該第一基板上；一第二透明電極層設置於該第二基板上；以及一親水性隔離結構設置於該第二基板，以定義出複數個次畫素；其中該彩色電潤濕式顯示器裝置包括複數個畫素所構成的陣列，各畫素包括多個次畫素，該多個次畫素包括至少一黑次畫素；其中各個次畫素對應該非極性溶液層的該些顏色，且各次畫素中該非極性溶液層彼此間相隔離；以及其中相鄰次畫素中的該非極性溶液層顏色不同。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該第二透明電極層為一圖案化結構，包括長方形、正方形、三角形、圓形、梯形或橢圓形。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一介電層設置於該第二透明電極層上。
- 如申請專利範圍第18項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一疏水性材料層設置於該介電層上。
- 如申請專利範圍第18項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該介電層的材質是由聚對二甲苯(parylene)、氧化矽(SiOx)、氮化矽(SiNx)、聚二氟乙烯(poly(vinyldiene fluoride))、二氧化鈦(TiO2 )或二氧化鋯(ZrO2 )所組成。
- 如申請專利範圍第19項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該疏水性層的材質為一含氟類或一含碳類之疏水性高分子。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該親水性隔離結構的材質是由一親水性光阻構成。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該極性溶液層的材質為水、氯化鈉水溶液或氯化鉀水溶液。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該非極性溶液層的材質包括癸烷(decane)、十二烷(dodecane)或十四烷(tetradecane)。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該非極性溶液層包括染料(dye)或是顏料(pigment)。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示 器裝置，其中該次畫素區域的形狀包括長方形、六角形、正方形、圓形、三角形、梯形以及橢圓形。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，更包括一反射層設置於該第二基板及該第二透明電極層之間。
- 如申請專利範圍第27項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該反射層的材質為鋁、二氧化鈦或二氧化鋯。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該多個原色次畫素分別為一紅次畫素、一綠次畫素及一藍次畫素。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該多個原色次畫素分別為一黃(Y)次畫素、一青(M)次畫素及一洋紅(C)次畫素。
- 如申請專利範圍第16項所述之彩色電潤濕式顯示器裝置，其中該第二透明電極層具有缺口設置在各次畫素的一角落，於操作時，各次畫素中的該非極性溶液朝向各次畫素的該具有缺口設置的角落收縮。
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