TW200403515A - Electro-optical display device - Google Patents

Description

200403515 玖、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電光顯示裝置，其包含一透明前壁層 及至少一像素；該像素包含··一電光介質、一散射介質、 一眺連於前壁層相之開關電極以及驅動構件；可經 口 *田$ 亥驅 動構件將像素驅動為不同之光學狀態。 該電光顯示裝置之實例之一為一種電泳顯示裝置。電泳 顯示裝置係基於帶電（通常有色）微粒在一電場影響下之運 動，該等微粒處於具有不同透射率或反射率之兩極端狀熊 二藉由該等顯示裝置，深色（有色）字元可顯像於淺色（有色^ 背景之上，反之亦然。電光顯示裝置可引人注目地用於多 種顯示裝置以代替紙張之功能，從而如‘‘電子紙，，或“紙白= 等應用（電子報紙、電子日記）。 在本發明之申請專利範圍或說明中所使用之措詞“開關電 極（switching electrode)，，，不排除如下情況，即如須要:: 電極被分成多個子電極，並由外部或經由開關元件將= 同電壓供應至該等子電極。 【先前技術】 ，， I與攸直於兩個開 電極之間’該等兩個開關電極之—與前壁層相毗 一開關電極則通常與後壁層相毗連。運 了 驅動 供應至該開關電極’從而置該像素於兩(極端)光學狀雄二 開關電極之實現實例之一為，位於_ 一 、诼素或_示元件前 層之上之兩相互連接之可導電窄條帶。冬 均3開關電極與 84270 200403515 邵電極（覆言海-_ 條帶界定之電位平而二 動至由兩相互連接之可導電 ，從而像素呈泰&及寺π (負）電微粒散佈至像素前表面 電極與底部電極：:：杧《顏色。當-負電壓施加至開關 壁層，則像 “’則（負）帶電微粒散射穿過像素之後 」像素王現液體之顏色。 電泳顯示裝I ;t ^ 視角，好由*fl:霄上如普通紙張之寬視角。此寬 射性（白色）或吸收性（黑色）微粒，或深 «(«、水），獲得與白色散射性微粒間之對比 到。總之’人射光線（直射或漫射）將被微粒散射 于 損：時，此將導致-極好視角，其缺陷為此將亦導致:： 【發明内容】 ^發明之#的為全部或部分地減少以上所述之缺陷。為 此標：’依據本發明，在開始段落中所提及類型之電光顯 不裝置特徵為：其像素包含一低折射率材料，其折射率”"處 於範圍1.0如i£1.6之間。 藉由導入一種低折射率材料，更多光線可被耦合出像素 j從而增加電光顯示裝置之亮度.本發明之依據為：光線 散射 < 角度若大於全内反射之臨界角，則該光線不能耦合 出像素。藉由導入一種低折射率材料，可增加該臨界角， 從而使更多光線能從像素發出。 在已知電光顯示裝置中，入射至像素之光線會因漫散射 而重新分佈，若該入射之光線與前壁層表面法線之夾角超 84270 -6- 200403515 過界角〇ia，則其不能逸出前壁層。若傳入光線通量具 有一光通fIin，且被反射之光線具有一光通量iQUt，則按一 階近似，入射光與耦合出像素之光線間之關係已知為如下 所示：

Iou( 在如上a式中，假設像素中之反射為類型。該 等式中引用-符遽’以指示附加Fresnel損失已被忽略。如表 格I所π針對七壁層折射率為不同值時，計算得出在常態 下之反射光通量iQut。

65.4° 0.83 Iin 56.4° 0.69 Ιίη 50.3° 0.59 Iin 0.5 1 Iin 0.44 Iin ' ------L. u J 7 丄 i η__ 1.2 1.3 1.4 1.5 對於一由玻璃或聚乙埽^ 々UK 對冬二酸酯，pet)組成之

前壁層（η=1·5)僅〇·44χΙ•夕λ ή丄I ’ 1 η 射光被反射。對於一由聚碳酸 酉旨組成之前壁層㈣·6ΜΪ()·39χΐι^人射純反射。 藉由導入-種低折射率材料，更多光線可被搞合出像素 。較佳地，低折射率材料之折射率為ηπ<14。 84270 200403515 如本發明一較佳實施例之電光顯示裝置，其特徵為，該 低折射率材料係選自由下行各項所組成之群组：—氟聚合 物、一低介電無機薄膜及一低介電奈米薄膜。氟聚人物之 !:率:約，3。如表格1，就折射率叫而言，反：光通 里曰口土 0.59xlin，相對於已知電光顯示裝置可獲得 〇.59/〇·44=1.34之增益因子。低介電薄膜可由㈤如）氟化物 所組成’如UF的折射率為㈣·39，^#2的折射率為㈣^ 。亦已知氟矽化物具有低折射率，舉例而言，具有 折射率叫.35,而K2SiF6具有折射率㈣·34。奈米薄膜或氣 凝折射率可低至UK U。就折射率折射率㈣」而言 ’反射光通量之增益約為2。 令如本發明-較佳實施例之電光顯示裝置，其特徵為，該 電光介質為-電泳介質。較佳地，該電光介質與散射介質 組合成為電泳介質。較佳地’該電泳顯示裝置包括多個分 離之電泳子像素。在此情形下，將子像素構建為所謂“微膠 囊（m1Crocapsuie)”將具有優勢，如熟習此項技術者所知。 如本發明一較佳替代實施例之電光顯示裝置，該電光介 質為一電色介質。在本發明之進一步之較佳實施例中二 合開關電極與電色介質。 如本發明第一實施例之電光顯示裝置，低折射率材料被 置於電光介質及毗連於前壁層之開關電極之間。藉由導入 一直接置於散射介質上方之低折射率層，以較大角度散射 之光線，在進人前壁層時將首先被折射向接近法線（方向） ，從而更有效地透出前壁層。像素將發射更多散射光線， 84270 200403515 從而電光顯示裝置將更亮。 如本發明一替代實施例之電光顯示裝置，低折射率材料 被置於透明前壁層及相毗連之開關電極之間。在此實施例 中，開關電極與電光介質直接接觸。如此將具有如下優勢 ，即將電壓直接施加於電光系統，而不會穿過低折射率介 質層。在此實施例中，驅動電壓被減小。此外，還在電光 顯不裝置中達成貫質上減少影像保留。當開關電極厚度小 於或等於光線波長（否則將使散射光線發生折射，導致全内 反射）時，則該實施例特別有效。通常，電光顯示裝置中（1"丁〇) 開關電極厚度遠較可見光波長為小。 在電泳介質（微粒浸沒其中）為低折射率材料之具體實施 例中，將提高亮度，從而顯著增加電光顯示裝置之亮度。 若微粒位於靠近低折射率層時，此種亮度增加為最大^在 另-較佳實施例中，微粒(散射介質)於接近表面處產生散射 (即微小高散射性微粒）。當像素處於其最高亮度（即當所有 白色微粒接近前壁層）時，則散射最佳；像素處於中^灰度 級別（白色微粒可能遠離表面），則亮度增加較小。 又 如本發明第三實施例中之電光顯示裝置，電光介質包含 微粒’其中微粒被置於低折射率材料中。藉由將該等微： 直：導入一低折射率液體，以較大角度散射之光線，在進 入前㈣時將首先被折射向接近法線（方向），從而更有效地 射出可壁層。像素將發射更多散射光線 將顯得更亮。 兒尤員不裝置 較佳地’低折射率材料與電光介質間之距離小^或等於 84270 200403515 可見光波長。在一較佳替代具體實施例之電光顯示裝置中 ’低折射率材料與電光介質間之距離小於或等於500奈米。 在這兩項具體實施例中，皆可有效減少全内反射（TIR)。 【實施方式】 將參考下文中所說明之具體實施例闡述本發明之以上及 其它方面。 附圖純屬概略圖，未按比例繪製。特定言之為清晰起見 ’某些尺寸被過分誇大。圖中類似組件盡可能地用同一參 考數字表示。 圖1示意性地顯示本發明可應用之電光顯示裝置1之一部 分的電等效物。該電光顯示裝置1包括一像素1〇之矩陣組成 ’該像素位於列（或選擇）電極7與行（或資料）電極6之交叉區 域。在圖1中，列電極由丨至m編號，並藉由一列驅動器4連 續選擇；而在圖1中行電極由1至η編號，會經由一資料暫存 為5將資料提供給行電極1至^。為此目的，必要時，會先在 一處理器3中處理傳入的資料2。經由與處理器3相連接之驅 動線路8，使列驅動器4與資料暫存器5之間相互同步。 來自列驅動器4及資料暫存器5之驅動信號選擇一像素i 〇 (稱為被動驅動（passive drive))。通常，一行電極6獲得相對 於一列電極7之電壓，從而使位於交叉區域之像素呈現兩極 端狀感之一（作為一實例，黑或有色，取決於液體與電光微 粒之顏色）。 如須要，來自列驅動器4之驅動信號可經由薄膜電晶體 9(TFT)選擇成像電極。該等薄膜電晶體之閘電極被電氣連 -10- 84270 200403515 接至列電極7、而源電極則被電氣連接至行電極6(稱為主動 驅動—We))。行電極6上之信號係經由薄膜電晶體 傳送至像素1〇之一成像電極（其輕合至汲電極）。像㈣之 另-成像電極係經由(例如)—(或多個)共同反電極連接至 接地。如圖1中實例，如此之薄膜電晶體9僅針對-像辛10 概略顯示。 圖2示意性地顯示本發明一具體實施例之電光顯示裝置 〈一像素ίο之截面圖。像㈣包含—透明前壁層12(例如， ，玻璃或-合成材料所製成）。_開關電極6(較佳地由姻錫 乳化物(ιτο)製成)毗連於前壁層12;在圖2之實例中，開關 電極6被置於前壁層12上。另外，像素1〇包括—且有至少二 或多個開關電極7之後壁層11β在圖2之實例中，使用電泳介 質1滿像素U)，例如，—包含白色微粒14之深色懸浮液或 視體13(在本實例中帶正電荷）。開關電極6、7被連接至驅動 構件(未顯示於圖2) ’以實現像素1〇之不同光學狀態。取'、夬 :開關電極6、7間之電壓，該等白色微粒14朝向(例如)開關 =極6(其毗連於像素10之前壁層12)移動。從視覺方向3〇觀 祭，像素10目前具有液體13之顏色（在此例中為深或黑色） 、在開關笔極6、7之間施加電壓，白色微粒丨4朝向（例如） 逐離開關電極7(其毗連於像素10之後壁層11)移動。從视覺 方向3〇觀祭，像素10目前具有微粒14之顏色（在此例中為白 色）°後—情形實例顯示於圖2。 康本發明之方法，像素10包含一低折射率材料，龙4 射車忐' 、才斤 "處於範圍1·0$ηπ$1·6間。在圖2之實例中，—低折射 84270 -11 - 1： 200403515 率材料層21被置於電光介質與田比連於透明前壁層^之開關 電極6之間。在—替代具體實施例中’該低折射率材料被置 於透明前壁層及所峨連之開關電極之間。較佳地，開關電 極之厚度小於或等於光波長。 藉由在電光顯示裝置之電光介質與前壁層之間增加一或 多層低折射率材料，改良該電光顯示裝置之亮度。低折射 率介質之折射率愈接近线，亮度改良實現愈多。較佳地 ’孩低折射率材料層21之折射率為心15，較佳為心 可獲得如上所需折射率範圍之材料。較佳地，該低折射率 材料係選自由下行各項所組成之群組：一氣聚合物、一低 介電無機薄膜及-低介電奈米孔隙薄膜。氟聚合物之折射 率約為1.3 ’而奈米孔隙薄膜或空氣膠之折射率約為丨.卜低 介電薄膜可由（例如）氟化物所組成，如LiF的折射率為 ㈣.39’或MgF2的折射率為㈣·38。此外，已知氣碎化物具 有一低折射率，例如MgSiF6具有_.35 , K2SiF6具有_.34 。典機薄膜及奈米孔隙薄膜之折射率低至1 · 〇 5至1 . ^。 圖2頭不右干光線（前頭指示行進方向）。一入射光線乃從 像素1〇之空氣側進入前壁層12;在通過前壁層12及低折射 率材料21後，該光線於電泳液體13中一微粒14(散射介質） <上發生漫散射。藉由導入低折射率材料（層）至散射微粒 14(散射介質）之正上方，則為微粒14散射之較大角度之光線 ，將在進入像素之前壁層12時，首先被折射向接近法線（方 向）。實質上，更多光線26, 26，·..最終將射出前壁層12，從 而提高電光顯示裝置像素之亮度。根據本發明之方法，電 84270 -12- 200403515 光顯示裝置可實現寬視角和高亮度。 為貫現：¾度之取南增ϋ ’低折射率材料2 1與電光介質之 間的距離較佳地應小於或等於可見光波長。可見光包括在 電磁頻譜中波長範圍為大約400至780奈米之光線。或者， 低折射率材料（21)與電光介質間距離小於或等於5〇〇奈米。 圖3示意性地顯示一替代具體實施例中電光顯示裝置中 像素1 0之截面圖。相似之組件已被給予相同參考標號。在 圖3之只例中，像素丨〇包含一透明前壁層丨2。一開關電極6 被置於前壁層12上。此外，像素10包含一後壁層u，該後壁 層配備有至少一或多個開關電極7。像素1〇被所謂“電光介質 膠囊（encapsulated electro-optical medium)”113，113,…填滿 。在本實例中，每個膠囊113, 113,……包含一散射介質；例 如，白色微粒14或黑色微粒15。開關電極6、7被連接至驅 動構件（未顯示於圖3)，從而實現像素1〇之不同光學狀態。 T決於開關電極6、7間之電壓，該等白色微粒14朝向（例如） 逆離開關電極6(其毗連於前壁層12)移動，同時黑色微粒15 朝向（例如）開9關電極6(其毗連於像素10之前壁層12)移動。 攸視覺方向30觀察，像素10目前具有黑色外觀。變更開關 電極6、7之間的電壓，白色微粒14朝向（例如）開關電極6(其 田比連於前壁層12)移動；同時，黑色微粒15朝向（例如）遠離 開關電極6(其毗連於像素10之前壁層12)移動。從視覺方向 30觀察，像素10目前具有白色外觀。後一情形實例於圖3。 依據本發明之該具體實施例，該等電光介質膠囊113，113，， •••同時包含低折射率液體。另一選擇為，膠囊壁由一低折 84270 -13 - 200403515 射率材料所製成。在另一替代具體 材料被置於該等膠囊及㈣錢折射率 間。 逆、像素則壁層相之開關電極之 較佳地’該電光顯示裝置包含大量分離之電泳 在此情形中，將一子像素形成 ’、 & a„ y风為所明试私囊較為有利，並 為熟習此項技術者所知。透過建立壁障（例如，聚合物' 行微單元”。 舉例而…採用所謂“ _稱排 =若干光線(箭頭指示行進方向)一傳入25 仗像素㈣氣側進入前壁層12;通過前壁層12後 線於位於電泳介質膠囊中之—微粒14上發生漫散射。： 結合低折射率材料與電泳介質，被微粒14(散射介質）㈣較 大角度之光線，將在進入傻去；二姑Α 逛入像素<則壁層12時，首先折射向 接近法線(万向)。實質上’更多光線26,26,......最终射出前 壁層12，從而提南電冰顯示裝置之像素之亮度。從而，此 種電光顯示裝置可實現寬視角和高亮度。 應注意，以上所述具體實施例僅為„，而非約束本發 明，熟習此項技術者將能夠在不背離附帶中請專利範圍之 範田壽下，設計多項替代實施例。在申請專利範圍中，任何 置於括號中之參考標記不應被解釋為限制該中請專利 。使用動詞“包含”及其詞性變4匕’並不排除在申請專利範圍 聲明以外存在之元件或步驟。在一元件之前之數詞‘‘_，，，不 排除存在許多此類元件。本發明可依靠硬體實現，其包括 若干不同兀件’且可依靠-適當編程之計算機實現。在列 84270 -14- 200403515 舉若干方法之本裝置之申請專利範圍中，若干該等方法可 通過一或相同硬體而具體化。某些方法被相異之獨立申請 專利範圍引述，此事實並不表示該等方法之組合不能有利 地加以應用。 【圖式簡單說明】 圖1顯示一電光顯示裝置。 圖2顯示一本發明具體實施例之電光顯示裝置像素之截 面圖。 圖3顯示一本發明替代具體實施例之電光顯示裝置像素 之截面圖。 【圖式代表符號說明】 1 電光顯示裝置 2 進入資料 3 處理器 4 列驅動器 5 資料緩存器 6 行（資料）電極 7 歹J (選擇）電極 8 驅動線路 9 薄膜電晶體 10 像素 11 後壁層 12 前壁層 13 液體 84270 -15 - 200403515 14 散射介質 15 黑色微粒 21 低折射率材料 25 入射光線 26 光線 30 視覺方向 113 電光介質膠囊

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Claims (1)

1. 200403515 拾、申請專利範圍： 1. 一種電光顯示裝置，其包括： ’ 一透明前壁層（12)，以及 - 至少一像素（10)，該至少一像素具有—電光介質、一 散射介質和一毗連於該前壁層（12)之開關電極（6)及驅 動構件，並且可經由該驅動構件將像素（1〇)驅動為不同 之光學狀態， 其特徵為， 該等像素（10)包含一折射率％處於範圍10么1^1.6間籲 之低折射率材料（21)。 2. 如申請專利範圍第1項之電光顯示裝置，其特徵為，該 低折射率材料（2 1)之折射率為ηι.4。 3. 如申請專利範圍第丨項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為，該低折射率材料（21)係選自由下行各項所組成之群 組：一氟聚合物、一低介電無機薄膜及一低介電奈米孔 隙薄膜。 I如申凊專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特徵籲 為，該低折射率材料（21)被置於該開關電極（6)與該電光 介質之間。 5 ·如申请專利範圍第丨項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為，該低折射率材料（21)被置於該開關電極（6)與該透明 前壁層（1 2)之間。 如申π專利範圍第5項之電光顯示裝置，其特徵為，該 開關電極（6)之厚度小於或等於可見光波長。 84270 200403515 7. 如申請專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特 徵為，該電光介質係由微粒（14; 15)與低折射率材料所 組成。 8. 如申請專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為，該低折射率材料（21)與電光介質間之距離小於或等 於可見光波長。 9·如申請專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特後 為’該低折射率材料（2 1)與該電光介質之間的距離小於 或等於500奈米。 ' 1〇·如申請專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為’該電光介質為一電泳介質。 11 ·如申請專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為’該電光介質及該散射介質被組合成為一電泳介質。 1 2 ·如申請專利範圍第1項或第2項之電泳彩色顯示裝置，其 特徵為，該電泳介質被置於一微膠囊中。 13·如申請專利範圍第12項之電泳彩色顯示裝置，其每像素 或每子像素都具有一微膠囊。 1 4 ·如申凊專利範圍第1項或第2項之電光顯示裝置，其特徵 為孩電光介質為一種電色介質。 1 5 .如申請專利範圍第1 4項之電光顯示装置，其特徵為組合 該開關電極與該電色介質。 84270