CN101750834B - 使用光传感器的电泳显示设备 - Google Patents

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Abstract

使用光传感器的电泳显示设备。本发明涉及一种使用光传感器的触摸式电泳显示设备，且其结构被构造为包括：显示基板，其包括连接到选通线和与选通线交叉的数据线的开关元件、电连接到开关元件的像素电极、以及具有不同沟道宽度或长度的第一和第二光传感器元件，所述第一和第二光传感器元件连接到选通线和数据线以用于感测光量；以及电泳膜，其包括带电颗粒，所述电泳膜耦合到显示基板。

Description

使用光传感器的电泳显示设备
发明领域
本发明涉及一种电泳显示设备，且更具体而言，涉及一种使用光传感器的电泳显示设备，其中，通过使用具有不同沟道宽度/长度的光传感器，即使周围照明环境改变，也可以在任何时间识别触摸。
背景技术
一般而言，电泳显示设备是利用这样一种现象的图像显示设备：当施加有电压的一对电极浸入胶体溶液时，胶体颗粒向两种极性中的任一种移动。电泳显示设备是这样一种设备：其不使用背光，具有诸如宽视角、高反射率、高可靠性、低功耗等特性，由此被期待用作电子纸张。
电泳显示设备具有这样一种结构：电泳膜夹置在两个电极之间，且这两个电极其中至少之一应是透明的，从而以反射模式显示图像。
当在两个基板的下基板上形成像素电极且向该像素电极施加电势时，电泳膜内的带电颗粒向像素电极或其相对电极移动，由此能够通过观察片(viewing sheet)观察图像。
除了利用这种原理的电泳显示设备之外，还存在一种内嵌触摸式(in-cell touch-type)电泳显示设备，其中使用非晶硅TFT的光电流的光传感器设置在元件阵列上，由此感测由穿过电子墨水膜的光形成的光电流。
将参考图1和2描述使用根据相关技术的前述光传感器的触摸式电泳显示设备。
图1是示意性地说明根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的截面图。
图2是说明根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的电路图。
参考图1，根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备包括形成有开关元件(Ts)、像素电极29、存储电容器(未示出)、光传感器元件(S)以及输出元件(Tout)的显示基板11以及夹置在该显示基板11上的电泳膜41。
具有上述结构的电泳显示设备基于施加到像素电极29的电势的极性，通过在电泳膜41中移动黑色颗粒45或白色颗粒47来呈现颜色。
此时，通过向公共电极(未示出)施加正(+)或负(-)直流(DC)电势，电泳膜41中的带电颗粒由于像素电极29和公共电极(未示出)之间的电势差而向上或向下移动。
另一方面，在该下基板11上提供用于传送扫描信号的选通线(未示出)和用于传送图像数据信号的数据线(未示出)，以有源地驱动多个元件，例如光传感器元件(S)、开关元件(Ts)和输出元件(Tout)。
选通线和数据线彼此交叉以限定单位像素，且各个单位像素包括光传感器元件(S)、开关元件(Ts)、输出元件(Tout)和存储电容器(Cst)，由此用于控制施加到各个电极的电势的极性且在电极中存储电势能。
而且，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)还包括用于向电泳膜41施加电场的像素电极29，并且用低介电物质形成的保护膜25夹置在开关元件(Ts)和输出元件(Tout)与像素电极29之间。
而且，在各个单位像素上提供的光传感器元件(S)和开关元件(Ts)以及输出元件(Tout)包括从选通线(未示出)分支的栅极13、在该栅极13上形成的栅绝缘膜15、层叠在栅极13上的有源层17和欧姆接触层(未示出)、从数据线(未示出)分支且在有源层17上形成的源极和漏极21、23。此处，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)的漏极23连接到像素电极29。
另一方面，电泳膜41由基膜49、微胶囊43和粘合膜33形成且层叠在显示基板11上。
当向具有上述结构的电泳膜41施加电场时，具有不同颜色的色素颗粒沿彼此相反的方向移动，由此将微胶囊34的内部划分成具有不同颜色的两个区域。
参考图2，在根据相关技术的使用具有上述构造的光传感器的触摸式电泳显示设备中，光传感器元件(S)的栅极和源极分别连接到截止电势线和电势线。
而且，作为输出端子的漏极连接到单个电容器(C)和输出元件(Tout)的输入端子(源极)。
而且，通过施加到电势线的电压，由进入光传感器元件(S)的沟道部分的光形成的光电流在信号电容器(C)和输出元件(Tout)的方向上流动，且信号电容器(C)将其存储为信号电势。
另一方面，信号电容器(C)的另一极(polarity)连接到截止电势线，且截止电势线通过保持光传感器元件(S)中的截止电势来形成预定量的光电流。
而且，输出元件(Tout)还是三端元件，且其控制端子(G)和输出端子(漏极)分别连接到输出扫描线和信号输出线。
而且，当向输出元件(Tout)的输出扫描线施加导通电势时，其用于将存储在信号电容器(C)中的信号电势输出到信号输出线以读取触摸信息。
然而，根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备具有如下问题。
当通过使用非晶硅元件等形成光传感器时，基于确定的沟道的宽度和长度来确定以相应电压产生的光电流水平。
如果沟道宽度变宽，光电流将增加，使得光电流值将在高照明水平饱和，由此限制了触摸识别的性能。
另一方面，如果沟道宽度变窄，光电流将减小，使得光感测输出将被减弱，由此类似地限制了触摸识别的性能。
由于上述原因，在根据相关技术的反射型电泳显示设备的情况下，如果环境光太暗将产生不足的光电流，而如果环境光太亮将产生太多的光电流以使得感测输出饱和，由此导致触摸识别问题。
结果，根据相关技术的使用光传感器的触摸方法，使用了具有确定沟道宽度和长度的光传感器元件，且因而它在所有时间都形成了其中基于其外部照明环境不能对触摸进行识别的照明区域，由此成为制造方面的一个限制因素。
发明内容
本发明用于解决根据相关技术的上述问题，且本发明的一个目的是提供一种使用光传感器的电泳显示设备，其中通过使用具有变化的元件的沟道宽度/长度的不同光传感器，即使周围照明环境变化，也可以在任何时间识别触摸。
为了实现上述目的，根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的特征在于包括：显示基板，其包括连接到选通线和与选通线交叉的数据线的开关元件、电连接到开关元件的像素电极、以及具有不同沟道宽度或长度的第一和第二光传感器元件，所述第一和第二光传感器元件连接到选通线和数据线以用于感测光量；以及电泳膜，其包括带电颗粒，所述电泳膜耦合到显示基板。
为了实现上述目的，根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的特征在于包括：显示基板，其包括彼此交叉的选通线和数据线、设置在由选通线限定的各个像素的开关元件、电连接到开关元件的像素电极、以及具有不同沟道宽度或长度的第一和第二光传感器元件，所述第一和第二光传感器元件连接到选通线和数据线以用于感测光量，其中所述第一光传感器元件设置在奇数像素中而所述第二光传感器元件设置在偶数像素中；以及电泳膜，其包括带电颗粒，电泳膜耦合到显示基板。
附图说明
附图被包括在本说明书中以提供对本发明的进一步理解，并结合到本说明书中且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，且与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图中：
图1是示意性说明根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的截面图；
图2是说明根据相关技术的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的电路图；
图3是示意性说明根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的截面图；
图4是说明在这样一种情况下的根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的电路图，在该情况下，基于变化的周围照明度，该电泳显示设备利用光开关连接到另一光传感器；
图5是示意性说明根据本发明的另一实施方式的使用传感器的触摸式电泳显示设备的截面图；以及
图6是说明根据本发明的另一实施方式的使用传感器的触摸式电泳显示设备的电路图。
具体实施方式
以下，将参考附图详细地描述根据本发明的优选实施方式的使用光传感器的触摸式电泳显示设备。
图3是示意性说明根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的截面图。
图4是说明在这样一种情况下的根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备的电路图，在该情况下，基于变化的周围照明度，该电泳显示设备利用光开关连接到另一光传感器。
参考图3，根据本发明的使用光传感器的触摸式电泳显示设备包括形成有开关元件(Ts)、像素电极129、存储电容器(未示出)、第一和第二光传感器元件(S1、S2)和输出元件(Tout)的显示基板101以及夹置在显示基板101之上的电泳膜141。
具有上述结构的电泳显示设备基于施加到像素电极129的电势的极性，通过在电泳膜141中移动黑色颗粒145或白色颗粒147来呈现颜色。
此时，通过向公共电极(未示出)施加正(+)或负(-)直流(DC)电势，电泳膜141中的带电颗粒由于像素电极129和公共电极(未示出)之间的电势差而向上或向下移动。具体而言，向公共电极施加正(+)或负(-)直流(DC)电势，且因而来自像素电极129的电势差变大，由此使得带电颗粒在电泳膜141中更快地移动。
另一方面，在显示基板101上提供用于传送扫描信号的选通线(未示出)和用于传送图像数据信号的数据线(未示出)，以有源地驱动多个元件，例如，第一和第二光传感器元件(S1、S2)、开关元件(Ts)和输出元件(Tout)。
选通线和数据线彼此交叉以限定单位像素，且各个单位像素包括第一和第二光传感器元件(S1、S2)、开关元件(Ts)、输出元件(Tout)和存储电容器(Cst)，由此用于控制施加到各个电极的电势的极性且在电极中存储电势能。
而且，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)还包括用于向电泳膜141施加电场的像素电极129，且用低介电物质形成的保护膜125夹置在开关元件(Ts)和输出元件(Tout)与像素电极129之间。
而且，在各个单位像素上提供的第一和第二光传感器元件(S1、S2)和开关元件(Ts)以及输出元件(Tout)包括从选通线(未示出)分支的栅极103、在栅极103上形成的栅绝缘膜105、层叠在栅极103上的有源层107和欧姆接触层(未示出)、从数据线(未示出)分支且在有源层107上形成的源极和漏极121、123。此处，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)的漏极123连接到像素电极129。
而且，尽管在附图中没有示出，存储电容器(Cst)包括电容器下电极(未示出)和电容器上电极(未示出)，该电容器上电极通过在其间夹置栅绝缘膜105的方式与电容器下电极交叠，且存储电容器(Cst)用于在复制图像的过程中当从外部提供的光从电泳膜141漫反射时存储流过的光电流，以激励有源层107，且用于通过在显示图像时在开关元件(Ts)的截止段期间保持充入到电泳膜141的电势，来防止由寄生电容导致的图像质量的降低。
另一方面，电泳膜141由基膜149、微胶囊143和粘合膜133制成，且层叠在显示基板101上。此时，通过在显示基板101上涂敷和固化包括微胶囊和粘合剂的聚合物化合物来形成所述电泳膜141。
此处，以约小于100μm的直径尺寸形成微胶囊143，且其中具有黑色和白色离子化的色素颗粒彼此混合且然后形成在胶囊中，且此时，通过正(+)带电白色色素颗粒147和负(-)带电黑色色素颗粒145将它们一半一半地形成于胶囊中，或者以颠倒的方式形成于胶囊中。换句话说，微胶囊143内彼此具有不同颜色的颗粒通过彼此不同的电极来充电。
当向具有上述结构的电泳膜141施加电场时，具有不同颜色的色素颗粒沿彼此相反的方向移动，由此将微胶囊143的内部划分成具有不同颜色的两个区域。
参考图4，在根据本发明的形成有上述结构的使用光传感器的触摸式电泳显示设备中，第一和第二光传感器元件(S1、S2)的栅极共同连接到截止电势线，它们的输入端子(源极)分别连接到不同的电势线1、2，且它们的输出端子(漏极)分别连接到信号电容器(C)和输出元件(Tout)。
而且，当用户150使用触摸式电泳显示设备时，通过选择性地操作第一或第二光传感器元件(S1或S2)(其基于周围照明的量通过光开关160进行选择)而形成的光电流由于施加到电势线的电压而在信号电容器(C)和输出元件(Tout)的方向上流动，且信号电容器(C)将其存储为信号电势。
另一方面，信号电容器(C)的另一极连接到截止电势线，且该截止电势线通过保持第一或第二光传感器元件(S1或S2)中的截止电势来形成预定量的光电流。
而且，输出端子(Tout)也是三端元件，且其控制端子(G)和输出电子(漏极)分别连接到输出扫描线和信号输出线。
而且，当向输出元件(Tout)的输出扫描线施加导通电势时，其用于将存储在信号电容器(C)中的信号电势输出到信号输出线以读取触摸信息。
此处，针对各个单位像素设置彼此具有不同沟道宽度和长度的第一和第二光传感器元件(S1，S2)。此处，在周围照明度的基准水平被设置为1000lux的情况下，如果周围照明度大于1000lux，则将使用具有窄沟道宽度的第一光传感器元件(S1)，如果周围照明度小于1000lux，则将使用具有宽沟道宽度的第二光传感器元件(S2)。
此处，根据本发明，周围照明度的基准水平被定义为1000lux，然而应当理解，基准水平可根据情况而变化。而且，应当理解，此处并没有具体公开沟道的宽度，因为它可以基于元件的尺寸而变化。另外，此处描述了使用彼此具有不同宽度的沟道的情况，但还应当理解，可以使用具有不同长度的沟道来代替不同宽度的沟道。因此，通过基于其变化的周围环境操纵光开关160以选择性地使用彼此具有不同沟道宽度和长度的光传感器元件(S1、S2)，可以在任何照明环境下进行触摸操作。
另一方面，将参考附图详细地描述根据本发明的另一实施方式的使用光传感器的触摸式电泳显示设备。
图5是示意性说明根据本发明的另一实施方式的使用传感器的触摸式电泳显示设备的截面图。
图6是说明根据本发明的另一实施方式的使用传感器的触摸式电泳显示设备的电路图。
参考图5，根据本发明的另一实施方式的使用光传感器的触摸式电泳显示设备包括形成有开关元件(Ts)、像素电极229、存储电容器(未示出)、第一和第二光传感器元件(S1、S2)以及输出元件(Tout)的显示基板201以及夹置在显示基板201之上的电泳膜241。
具有上述结构的电泳显示设备基于施加到像素电极229的电势的极性，通过在电泳膜241内移动黑色颗粒245或白色颗粒247来呈现颜色。
此时，通过向公共电极(未示出)施加正(+)或负(-)直流(DC)电势，电泳膜241中的带电颗粒由于像素电极229和公共电极(未示出)之间的电势差而向上或向下移动。具体而言，向公共电极施加正(+)或负(-)直流(DC)电势，且因而来自像素电极229的电势差变大，由此使得带电颗粒在电泳膜241中更快地移动。
另一方面，在显示基板201上提供用于传送扫描信号的选通线(未示出)和用于传送图像数据信号的数据线(未示出)，以有源地驱动多个元件，例如，第一和第二光传感器元件(S1、S2)、开关元件(Ts)和输出元件(Tout)。
选通线和数据线彼此交叉以限定单位像素，且各个单位像素包括第一和第二光传感器元件(S1、S2)中的任意一个、开关元件(Ts)、输出元件(Tout)和存储电容器(Cst)。
此处，第一和第二光传感器元件中的任意一个设置在各个单位像素，使得第一光传感器元件(S1)设置在奇数像素(P1)处且第二光传感器元件(S2)设置在偶数像素(P2)处。此时，第一光传感器元件(S1)和第二光传感器元件(S2)彼此具有不同的沟道宽度(W)和长度(L)。
而且，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)还包括用于向电泳膜241施加电场的像素电极229，且用低介电物质形成的保护膜225夹置在开关元件(Ts)和输出元件(Tout)与像素电极229之间。
而且，在各个单位像素上提供的第一或第二光传感器元件(S1、S2)和开关元件(Ts)以及输出元件(Tout)包括从选通线(未示出)分支的栅极203、在栅极203上形成的栅绝缘膜205、层叠在栅极203上的有源层207和欧姆接触层(未示出)、从数据线(未示出)分支且在有源层207上形成的源极和漏极221、223。此处，开关元件(Ts)和输出元件(Tout)的漏极223连接到像素电极229。
而且，尽管在附图中没有示出，存储电容器(Cst)包括电容器下电极(未示出)和电容器上电极(未示出)，该电容器上电极通过在其间夹置栅绝缘膜205的方式与电容器下电极交叠，且存储电容器(Cst)用于在复制图像的过程中当从外部提供的光从电泳膜141漫反射时存储流过的光电流，以激励有源层207，且用于通过在显示图像时在开关元件(Ts)的截止段期间保持充入到电泳膜241的电势，来防止由寄生电容导致的图像质量的降低。
另一方面，电泳膜241由基膜249、微胶囊243和粘合膜233制成，且层叠在显示基板201上。此时，通过在显示基板201上涂敷和固化包括微胶囊和粘合剂的聚合物化合物来形成电泳膜241。
此处，以约小于100μm的直径尺寸形成微胶囊243，且其中具有黑色和白色的离子化的色素颗粒彼此混合且然后形成在胶囊中，并且通过正(+)带电的白色色素颗粒247和负(-)带电的黑色色素颗粒245将它们一半一半地形成于胶囊中，或者以颠倒的方式形成于胶囊中。换句话说，微胶囊243内具有彼此不同颜色的颗粒通过彼此不同的电极来充电。
当向具有上述结构的电泳膜241施加电场时，具有不同颜色的色素颗粒沿彼此相反的方向移动，由此将微胶囊243的内部划分成具有不同颜色的两个区域。
参考图6，在根据本发明的另一实施方式的形成有上述结构的使用光传感器的触摸式电泳显示设备中，设置在奇数像素(P1)的第一光传感器元件(S1)的栅极以及设置在偶数像素(P2)的第二光传感器元件(S2)的栅极共同连接到截止电势线，它们的输入端子(源极)分别连接到不同的电势线1、2，且它们的输出端子(漏极)分别连接到信号电容器(C)和输出元件(Tout)。
而且，尽管在附图中没有示出，当用户250使用触摸式电泳显示设备时，通过选择性地操作第一或第二光传感器元件(S1或S2)(其基于周围照明的量通过光开关(未示出)进行选择)而形成的光电流由于施加到电势线的电压而在信号电容器(C)和输出元件(Tout)的方向上流动，且信号电容器(C)将其存储为信号电势。
另一方面，信号电容器(C)的另一极连接到截止电势线，且该截止电势线通过保持第一或第二光传感器元件(S1或S2)中的截止电势来形成预定量的光电流。
而且，输出端子(Tout)也是三端元件，且其控制端子(G)和输出电子(漏极)分别连接到输出扫描线和不同的信号输出线1、2。
而且，当向输出元件(Tout)的输出扫描线施加导通电势时，其用于将存储在信号电容器(C)中的信号电势输出到信号输出线，以读取触摸信息。
此处，类似于如上所述的本发明的实施方式，设置在奇数像素(P1)的第一光传感器元件(S1)和设置在偶数像素(P2)的第二光传感器元件(S2)被设置有彼此不同的沟道宽度和长度。此处，在周围照明度的基准水平被设置为1000lux的情况下，如果周围照明度大于1000lux，则将使用设置在奇数像素(P1)的具有窄沟道宽度的第一光传感器元件(S1)，如果周围照明度小于1000lux，则将使用设置在偶数像素(P2)的具有宽沟道宽度的第二光传感器元件(S2)。
此处，根据本发明，周围照明度的基准水平被定义为1000lux，然而应当理解，基准水平可根据情况而变化。而且，应当理解，此处并没有具体公开沟道的宽度，因为它可以基于元件的尺寸而变化。另外，此处描述了使用彼此具有不同宽度的情况，但还应当理解，可以使用具有不同长度的沟道来代替不同宽度的沟道。
以这种方式，通过基于其变化的周围照明度来操纵光开关(未示出)以选择性地使用彼此具有不同沟道宽度和长度的设置在奇数像素和偶数像素的光传感器元件(S1、S2)，可以在任何照明环境下进行触摸操作。
根据本发明，除了反射型电泳显示设备之外，通过将光传感器方法应用到平板显示器，可以提高触摸识别率。
如上所述，根据使用光传感器的电泳显示设备，通过使用具有不同沟道宽度/长度的光传感器，即使周围照明环境变化，也可以执行触摸识别，由此克服了触摸识别率基于周围照明度而变化的问题，而该问题在内嵌式光传感器的情况下造成困难。
而且，根据本发明，可以向反射型电泳显示设备提供可通过内嵌式方法来实现的优化光传感器，由此与通过将现有触摸屏附接到面板的前表面而制造的触摸面板相比，具有的效果是，通过简化工艺而降低了成本，并且由于触摸屏上入射光的透射率的减小而改善了反射特性和面板的对比度。
尽管已经参考优选实施方式描述了本发明，对于本领域技术人员而言很明显，在不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的条件下，可以做出各种修改和改进。

Claims (7)

1.一种触摸式电泳显示设备，该触摸式电泳显示设备包括：
显示基板，其包括连接到选通线和与选通线交叉的数据线的开关元件、电连接到开关元件的像素电极、以及具有不同沟道宽度或长度的第一和第二光传感器元件，所述第一和第二光传感器元件连接到选通线和数据线以用于感测光量；以及
电泳膜，其包括带电颗粒，所述电泳膜耦合到显示基板，
其中显示基板包括光开关，所述光开关基于其变化的周围照明度而选择性地连接到第一和第二光传感器元件，
其特征在于，所述第一和第二光传感器元件的栅极共同连接到截止电势线，所述第一光传感器元件的输入端子连接到第一电势线，所述第二光传感器元件的输入端子连接到第二电势线，并且所述第一和第二光传感器元件的输出端子均同时连接到信号电容器和输出元件，所述信号电容器的另一极连接到所述截止电势线。
2.根据权利要求1所述的触摸式电泳显示设备，其中显示基板包括用于输出对应于感测到的光量的感测信号的所述输出元件，所述输出元件电连接到第一和第二光传感器元件。
3.根据权利要求1所述的触摸式电泳显示设备，其中如果周围照明度大于1000lux，则使用具有窄沟道宽度或长度的第一光传感器元件，而如果周围照明度小于1000lux，则使用具有宽沟道宽度或长度的第二光传感器元件。
4.根据权利要求1所述的触摸式电泳显示设备，其中在各个单位像素中设置第一和第二光传感器元件。
5.一种触摸式电泳显示设备，该触摸式电泳显示设备包括：
显示基板，其包括彼此交叉的选通线和数据线、设置在由选通线限定的各个像素的开关元件、电连接到开关元件的像素电极、以及具有不同沟道宽度或长度的第一和第二光传感器元件，所述第一和第二光传感器元件连接到选通线和数据线以用于感测光量，其中所述第一光传感器元件设置在奇数像素中而所述第二光传感器元件设置在偶数像素中；以及
电泳膜，其包括带电颗粒，电泳膜耦合到显示基板，
其中显示基板包括光开关，所述光开关基于其变化的周围照明度而选择性地连接到第一和第二光传感器元件，
其特征在于，所述第一和第二光传感器元件的栅极共同连接到截止电势线，所述第一光传感器元件的输入端子连接到第一电势线，所述第二光传感器元件的输入端子连接到第二电势线，并且所述第一和第二光传感器元件的输出端子均同时连接到信号电容器和输出元件，所述信号电容器的另一极连接到所述截止电势线。
6.根据权利要求5所述的触摸式电泳显示设备，其中显示基板包括用于输出对应于感测到的光量的感测信号的所述输出元件，所述输出元件电连接到第一和第二光传感器元件。
7.根据权利要求5所述的触摸式电泳显示设备，其中如果周围照明度大于1000lux，则使用具有窄沟道宽度或长度的第一光传感器元件，而如果周围照明度小于1000lux，则使用具有宽沟道宽度或长度的第二光传感器元件。
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