TW201125430A - Single-layer reflective display utilizing luminescence - Google Patents

Description

201125430 六、發明說明： L發明戶斤屬之技術領域3 發明領域 本發明係有關使用冷光之單層反射式顯示器。 C先前技術3 發明背景 反射式電子顯示器是越來越受歡迎的一種新類型的顯 示器。舉例來說，反射式顯示器已於電子書讀取器中使用。 相對於需要自己的光源之傳統平面式顯示器，反射式顯示 器利用周圍光以供發光用，以產生被顯示的影像。因此， 反射式顯示器能模擬如書頁或報紙印刷的「紙張上墨水」 (ink-on-paper)印刷材料的模樣，且常被稱為「電子紙 (electronic paper)」或「e紙(e-paper)」。由於使用周圍光供 發光之用，故而反射式顯示器具有相較於傳統顯示器之較 低功率消耗、以及在明亮的周圍光下受檢視的能力之顯著 優點。 在開發反射式顯示器中的一個主要挑戰是在不使裝置 結構太複雜與難以製造的情況下，要提供良好的顏色。許 多反射式類似紙的顯示器技術，試圖藉由堆疊數個主動裝 置層來達到滿意的顏色。這些技術依賴藉由吸收減去各主 動層中一部分的可視光譜，以及將剩餘者反射以創造想要 的顏色。提供全彩需要獨立減去對應至少三原色的入射可 視光譜之部分的能力，該等至少三原色例如為RGB(紅、 綠、藍）或CYM(青、黃、洋紅）。此外，通常需要一第四層， 201125430 以致能黑色或白色及/或提供灰度。在某些情況中， 一 』喊會 利用少於四層主動層來獲得全彩，蓋因兩個原色可能會在 一個主動層中達成。然而，堆疊兩個主動層會是有問題的 多重層需要多重電子背板及/或複雜的通孔(vias)e這會弓丨導 出更難的製造、較低的產量、和較大的花費。使用客击 夕Μ層 也會使裝置效能降級。由於低於完美的透明度，在介面的 散亂反射和已堆疊層中的吸收會降低對比和亮度。 堆疊主動層的替代例是去嘗試透過使用子像素連到全 彩，該等子像素各藉由只反射入射光中一原色的—窄頻帶 來提供該原色。這個方法的問題是只有小部分的像素區域 被用來創造各原色，落在該子像素以外的入射光會被浪 費。這導致不可接受的低亮度位準。而且，例如前後電泳 式顯示器（front-back electrophoretic display)之某些技術，具 有當「開」的顏色顆粒被拉到像素的前面時，仍部分可見 關」的顏色的問題。迄今為止，沒有存在單層反射式顯 示器技術已證明可接受彩色。 【韻》明内穷】 依據本發明之一可行實施例，係特地提供了一種反射 式顯示器像素元件，其包含：並排設置的至少三個子像素， 6玄等子像素各對應於三原色中的一者，該等子像素中的至 ^者具有：具有可調整透射性之一光線快門；設置在該 光線决門之下的一發光層’且該發光層含有發出一選定原 色之光的—發光材料；以及設置在該發光層之下的一鏡 面’以供反射對應該選定原色的光。 201125430 圖式簡單說明 本文描述了本發明的/ 藉舉例方式，針對下列圖式 些實施例： 一第1圖係根據本發明之1施例所建構之一反射式顯 示器裳置的一示意圖； 第2圖係第1圖的該反射式顯示器裝置之-像素的-示 意截面圖； 弟3圖係第2圖的該像素中 面圖；以及 的一彩色子像素的一示意截 第4圖係以本發明之-實施例中的光波長的函數顯示 一彩色子像素的發光吸收和發射的一圖表。 t實施方式；3 較佳實施例之詳細說明 第1圖顯示根據本發明之1示器裝置的-實施例。如 同下文更為詳細地描述，簡Μ⑽具有-彩色顯示器榮 幕撤，其能_示高色彩品f的影像，同時在結構上簡單 且易於製造。 以及 該裝置100具有例如一可充電電池之一内建電源， 具有電子電路和用於它的操作之軟體。如第旧所繪示，該 裝置刚可具有用以控制影像顯示器魏的按域4， 可具有供資料入口用之-鍵㈣。此外，該顯示器榮幕102 可為綱不诸如捲動輛或控制按鈕的控制特徵之一觸控 :幕。該顯:器裝置_進-步包括用以接收要被顯示的景; 像之刪裝置。舉例來說，該裝議可具有咖蜂] 201125430 供接收透過一USB纜線傳送的資料’或是來接收其中儲存 有影像日期之一USB記憶棒。該裝置亦可具有針對其它類 型的資料儲存裝置之容座，例如一 SD卡插槽112。可替換 地，該裝置100可具有用以從一電腦或例如網際網路之一網 路’無線下載影像資料之無線傳輸能力。 第2圖顯示根據本發明之—實施例的顯示器螢幕102的 一像素120之一示意表示。該像素12〇具有多個子像素，各 負責調變一給定光譜帶中所產生的光。在所顯示得實例 中’該像素120具有用以分別調變三原色紅、綠、藍之三個 子像素122、124和126 ’以及用於白色光之調變的一可選擇 子像素128。能使用其它顏色選項和不同數量的子像素。此 像素結構係一「單層（single_layer)」結構，蓋因相反於具有 堆疊在一起之多重作動顏色吸收/反射層的反射式顯示器 結構’該等子像素是在相同層中並排設置。 為了清楚描述，第3圖顯示根據本發明之一實施例的一 個彩色子像素130之結;^這個子像素結構可剌於第2圖 的像素中的所有三種顏色的子像素122、124、126。該子像 素uo係由二種組分所形成：一快門、一發光層和一 ’兄面136° 4快門132形成該彩色子像素13Q的頂層，以及用 於照明的周圍光經㈣快門進人該子像素。該快門具有一 可調1之光透射性。該快門132調變進人該子像素削的周 圍光、亦以及離開該子像素的光之強度。如此，該快門132 ，制由該子像素所產生之光量，以達到所欲的亮度。在某 些貫施例中，該快門132包含—電光快Η，在某些波長範圍 6 201125430 上與具有某些數目的中間灰度時，該快門的透明度可以自 大多透明調變為大多不透明。針對該電光快門有許多可能 的選擇，包括黑暗/清楚(black/clear)的二色性液晶（LC)賓主 型系統與平面内電泳(EP)系統。若使用一個二色性系統， 則在某些實施例中，一個四分之一波片可被設置於該液晶 快門和該發光材料之間，以提供二者之光偏振的吸收性。 其他選擇包括膽固醇型（cholesteric)液晶晶胞或電潤濕 (electrowetting)層。 該發光層134係設置於該快門層132之下。該發光層134 含有一發光材料，其含有針對一選定顏色之發光體。一般 來說’一發光體是表現出冷光的一化學化合物中的一原子 或原子群。該等發光體在該冷光層中能夠含有一固體薄膜 或是一液相散布。可用於顯示器子像素之發光體包括有機 和無機染料、與磷光質、半導體性奈米結晶和利用這些材 料中任意者之顏料顆粒。若該等發光體被嵌於一固體或液 態矩陣，則該矩陣材料在要由該等發光體吸收或發射之波 長上’應是實質透明。 在邊發光層134下面的是一鏡面136，其反射光譜的一 選定部分。該鏡面136能夠例如是一布勒格(Bragg)堆疊、一 寬帶鏡面上的-吸收染料、或諸如電漿粒子(pl_ic P⑽ide)的—層光學散射體。後面兩個選項就具有不同反射 帶的那些鏡面能以-並排子像素組態來製造的簡單度而言 可以是有益的。它們也能獲選擇來為降低對周圍光之入射 角的依賴。 201125430 第4圖以波長的函數顯示發光體的吸收帶15〇和發射帶 152之間的關係。如第4圖中所顯示地，該等發光體吸收具 有最大達一吸收邊緣又加之光。經吸收能量的一實質部分 將由發光體於一發射波長Aemis附近的一波帶中所再1 射，该發射波長係比該吸收邊緣長。這提供了一個报大的 優點，在效率上優於僅僅反射該入射光的部分光譜之裝 置。在該吸收波長（包括UV)下的所有波長，該入射能量的 大部分能被利用，而不是僅只有落入特定顏色波帶的小部 分。在一個紅色子像素的情況中，這能夠針對一給定子像 素區域k供數倍的党度改善。一般來說，會想要使用發光 體，其吸收自某個截斷點Λ abs延伸低至在典型周圍環境中 可得之最短波長。雖然倘若該裝置的頂層在此區域是相當 透明的話，某些較短的波長可在戶外環境有貢獻，然而實 際上，吸收比320 rim要小得多時會有可忽略的利益。 該鏡面136具波長選擇性，其中其僅反射一選定帶寬的 光。該反射帶寬可予以選擇為，使得該鏡面136反射該子像 素的原色光’但不反射另外兩個原色。比方說，針對第2圖 中紅色像素122的鏡面144會反射紅色光，但不會反射入射 光之任何綠色或藍色部分，該入射光不會被該發光層142完 整吸收。在兩個面向中，該鏡面136增強彩色子像素13〇之 性能。第一，它將由該發光體所發射之光，自該檢視表面 148重新導離。藉由將該經發射光反射回該檢視表面148， 來自該子像素130可用來檢視之光的總量能夠顯著地增 加。就此，以一合理的斯托克斯位移（Stokes shift)(第4圖中 201125430 的λ emis-λ abs)隔開該吸收邊緣和該發射波長，隨著經反射 的發射光透過該等發光體傳回與傳出該檢視表面，該等發 光體不會顯著地重新吸收該經反射的發射光。 第一 ’該可選波長的鏡面136使一者得到部分的入射周 圍光沒有顯著地被該等發光體所吸收的最佳優點。包括具 有"於A abs和λ emis間（即斯托克斯位移範圍内）之波長和超 過又emis之光的這個部分，將會到達該鏡面1 36。此光中的 些然後會朝向該檢視表面反射回去’致使其有助於該子 像素的整體輸出。若沒有該鏡面136，則此光被浪費了。在 某些實施例中，該鏡面136的反射帶154遭選擇，致使它啟 始於比s亥發射波長更長之一截止點波長，且延伸至包括該 等發光體的吸收邊緣波長λ abs之較短波長。該鏡面反射之 長波長截止點可被設定於被指定到那個子像素的顏色帶之 長波長邊緣。針對一紅色子像素，該反射帶可達或甚至超 出紅色的標準範圍之長波長邊緣，蓋因它是想要反射出達 人類感知極限的紅色。 在紅色子像素122的情況中，斯托克斯位移範圍中之該 鏡面144的反射會特別地重要，蓋因其可能會想要來以一相 對大的斯托克斯位移使用發光體。這是因為人類光視覺反 應的高峰是555 nm(綠色）。因此，由該等發光體所吸收具有 比555 nm長的波長之任何入射光被轉換成人類比較不敏銳 的一波長（λ emis)。從而，在某些情況中會想要只反射某個 比λ emis短卻比555 nm長之波長。光學斯托克斯位移取決於 遠等發光體的内部冷光(photoluminescence, PL)效率 '入e . 201125430 的選定值和該裝置之所欲彩色範圍。舉例來說，將太短的 波長反射而非轉換，可能會使紅色顏色點朝黃色位移。另 一方面’轉換而非反射’若轉換效率不夠高，則可能導致 減弱的亮度。在這方面，由於在長波長人類光視覺反應減 低，則在某些實施例中，在紅色發光層142中的紅色發光體 的發射波長λ emis 可被選擇為給定一所欲的紅色之最短波 長。 相反地，在藍色子像素126的情況中，若發光體的量子 效率合理地高，則可意欲一個小的斯托克斯位移。這是因 為該發光體正將光轉換成人類可更為感受到的波長。由於 相同原因，也可意欲來選擇一藍色發射波長，其係儘可能 的長同時維持不會太綠的一個顏色點。針對一給定的斯托 克斯位移，一較長發射波長允許更多的周圍光譜被吸收或 利用。在某些實施例中，如果發射與外部耦合效率的乘積 不是令人滿意地高，則甚至可能更意欲藉由可選波長鏡面 而非使用冷光來只反射藍色波長。在此情況中，該藍色子 像素可具有介於該快門與該鏡面之間的一透明中間層，而 非具有藍色發光體的發光層。 藉由將該等子像素的快門層132之透明度設定為各種 中間值，整體像素的有效顏色和亮度都可在一寬廣色域上 調整。若發射波長、經反射波長和該等三種彩色的子像素 之區域被適當地選擇，則當它們的快門處於完全清除狀熊 時它們能顯示接近白色的顏色。然而，即使具有相當言 内部發射效率，白色狀態的亮度和顏色點針對某些目的是 201125430 不足的。在那個情形下，可包括一個選擇性白色子像素 128，以改進該顯示器的白色狀態之亮度和顏色點。該白色 子像素具有用於光調幅之一快門16〇,以及用於光反射之一 鏡面164。不像彩色子像素122、124、126，白色子像素128 的中介層是一透明材料且沒有含有發光體，以及該白色子 像素的鏡面164是能夠反射白光的一個寬帶鏡面。應注意的 是，在該白色狀態的亮度中的改進係於cm 1976 (L*，a*, b*) 彩色空間的a*和b*維度中的像素色域之耗用範圍完成。該 等彩色子像素和該白色子像素的區域能獲選擇，以最佳化 L*ML*和在a*和b*維度中的色域寬度之_權衡。 有可被用於子像素13G的發光層之許多發光體的類 型。它們包括有機發光聚合物、寡聚物、小分子(例如染料) 與無機奈“體或碟絲。這些㈣能驗薄卿式中， 以混合物的形式内嵌在其他材料中，或是受束於顏料粒 子。它們也能夠以膠體/分散/懸浮的形式被涵納在一液態層 中。使㈣料發讀在某絲況巾㈣緩和濃度退泮的 議題。在解決上已知諸如磺基羅丹明1〇1 (suiph〇rh〇damine 1〇1)的染料具有接近舰内部量子效率。許多聚合物和寡 聚物的發射效率甚至在薄膜的形式中也還能相當高。雖然 約50%較為典型，但是半導性奈米結晶能具有比娜還大的 量子效率。半導性奈米結晶是耐用的，且提供吸收在它們 的吸收邊緣之下跨-寬廣範_波長之光的能力。此外， 半導性奈米結晶之發射光譜能夠是相”的，在某些情況 中少於25mn半高寬(FW_。在本發明的某些實施例中， 201125430 具有窄的發射帶之發光體，例如半導性奈米結晶，可被用 來獲得高度飽和的顏色。 為了製造吸收光譜、發射光譜和斯托克斯位移之所欲 結合’具有發光體與感光劑的結合能獲使用。舉例來說， 在某些實施例中，一吸收性染料能與發光體結合，使得該 吸收性染料(感光劑）在某些波長帶吸收，以及然後經由例如 佛斯特交換(F0rster exchange)的一過程將能量轉移到發光 體。 在某些其他的實施例中，該發光材料可為向上轉換發 光體，以便利用包括紅外線之較長波長中可用的能量。該 4向上轉換發光體針對一給定子像素吸收具有比所欲顏色 波π要長之波長的光，以及發射那個顏色波帶之内的光。 —般來說，製造具有較少層的裝置是比較簡單的。因 此，舉例來說，合併用於電光快門基體或可選波長鏡面上 之任何發光體層可能會有利，要小心不要將他們放置得太 接近會使冷光消光之金屬層，其可能發生於小於励⑽左 右的距離。 如上所述的單層發光方式提供了比非發光單層反射顯 示器技術較大的光亮度，蓋因其使用―較大部份的可用周 圍光譜。此外，使用具有較窄的發射光譜之合適的發光體， 能比傳統反射式顯* H技術中可得者提供更多飽和的顏 色。本發明所致之更明$、更大的彩色範圍（吻gamut) 使得單層反射顯示n為商業上可行的，而傳統單層反射顯 示器技術因為它們根本上受限於極暗的彩色範圍 而不可 12 201125430 行 在前述的描述中，提出許多細節以提供對本發明之了 解。然而，應了解的是，熟於此技者可能無需這些細節即 能實施本發明。雖然本發明已以有限數量的實施例予以揭 露，然而熟於此技者會從中理解到各種修改與變化。吾人 意圖讓附隨的申請專利範圍涵蓋落入本發明之真實精神和 範疇之此等修改和變化。 【圖式簡單說明】 第1圖係根據本發明之一實施例所建構之一反射式顯 示器裝置的一示意圖； 第2圖係第1圖的該反射式顯示器裝置之一像素的一示 意截面圖； 第3圖係第2圖的該像素中的一彩色子像素的一示意截 面圖；以及 第4圖係以本發明之一實施例中的光波長的函數顯示 一彩色子像素的發光吸收和發射的一圖表。 【主要元件符號說明】 100顯示器裝置 102顯示器螢幕 104按鈕 106鍵墊 112 SD卡插槽 120像素 132、160 快門 134 > 142發光層 136、144、164 鏡面 148檢視表面 150吸收帶 152發射帶 122、124、126、128、130 子 162 中介層 像素 13

Claims (1)

1. 201125430 七、申請專利範圍： 1. 一種反射式顯示器像素，其包含： 並排設置的至少三個子像素，該等子像素各對應 於三原色中的一者，該等子像素中的至少一者具有： 具有可調整透射性之一光線快門； 設置在該光線快門之下的一發光層，且該發 光層含有發出一選定原色之光的一發光材料；以 及 設置在該發光層之下的一鏡面，以供反射對 應該選定原色的光。 2. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該等 三原色包括紅、藍和綠。 3. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該至 少一個子像素之該鏡面具有一選定的反射範圍，其包括 介於該子像素的該發光材料之一發射波長與一吸收邊 緣波長之間的一波帶。 4. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該快 門係選自於一個二色性客型液晶主機系統（dichroic guest-liquid crystal host system)與一個平面内電泳系統 之群組。 5. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該發 光材料包括半導性奈米結晶體。 6. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該發 光材料包括一感光劑材料，該感光劑材料係用以吸收光 14 201125430 與轉移能量到發光材料以發出該選定原色的光。 7. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，進一步包 括一個白色子像素，其包含一光線快門和用以反射白光 的一鏡面。 8. 如申請專利範圍第1項之反射式顯示器像素，其中該鏡 面係選自一布勒格(Bragg)堆疊、一寬帶鏡面上的一吸收 染料、以及一層光學散射體之群組。 9. 一種反射式顯示器裝置，其包含： 多個像素，各像素具有並排設置的至少三個子像 素，該等子像素各對應於三原色中的一者，該等子像素 中的至少一者具有： 具有可調整透射性之一光線快門； 設置在該光線快門之下的一發光層，且該發 光層含有發出一選定原色之光的一發光材料；以 及 設置在該發光層之下的一鏡面，以供反射對 應該選定原色的光。 10. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中該等 三原色包括紅、藍和綠。 11. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中該至 少一個子像素之該鏡面具有一選定的反射範圍，其包括 介於該子像素的該發光材料之一發射波長與一吸收邊 緣波長之間的一範圍。 12. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中該快 15 201125430 門係選自於一個二色性客型液晶主機系統與一個平面 内電泳系統之群組。 13. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中該發 光材料包括半導性奈米結晶體。 14. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中該發 光材料包括一感光劑材料，該感光劑材料係用以吸收光 與轉移能量到發光材料以發出該選定原色的光。 15. 如申請專利範圍第9項之反射式顯示器裝置，其中各像 素進一步包括一個白色子像素，其包含一光線快門和用 以反射白光的一鏡面。 16