TW201207535A - Dual mode electro-optic displays - Google Patents

Description

201207535 六、發明說明： [對應案援用] 本申請案主張公元2010年5月h ' 。Z /曰提出 國專利申請案Νο.61/348,781之權益。 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種雙模電光顯示 益。此等 器係設計可在照亮情況之寬廣範圍觀看。 【先前技術】 戈口應用於材料或顯示器之 (electro-optic)」在使用於顯像技術中之 有至少一種光學性質不同的第1及第 料，此材料藉施加電場而從第1顯示狀 T狀態。雖然光學性質一般係人眼睛所 疋其亦可為其他光學性質，如光透射、 或在設計用於在感測可視光範圍之外的 的機裔閱讀、假彩色(pseudo-color)之顯 。。電光顯示器視是否電光媒體為透射 ^ °〇°刀為兩種主要型式。透射性電光媒 :電腦之大部分習知液晶顯示器、平板 :改變射入電光媒體層之-個表面上而 ::目反表面射出的光之比例形成-影像 破在電光媒體和顯示器觀看表面相反 使用。另—+ 金 >方面，反射式電光媒體例如 閱項。°之電泳媒體，係藉改變射入電 從電光媒體反射回之光與穿過顯 申請的美 雙模顯示 習知 2顯 態改ί 感覺! 反射 電磁； 示器 性或 體如> 電視 通過: 。此: 之側1 通常> 光媒彳 示器： 電光 義係指具 狀態的材 到第2顯 顏色，但 冷發光， 長之變化 情況。 射性而定 用於筆記 之液晶， 體之光與 體—般係 背光一起 用於電子 層之—個 同—觀看 201207535 表面的光之比例而形成一影像。透射性電光媒體可夢定 位一反射器在電光媒體上與顯示器之觀看表面相反之側 以形成一「假反射性（pseudo-reflective)」顯示器，使得 經由觀看表面進入的光通過電光媒體經過一第1時間從 反射器反射，並通過電光媒體經過一第2時間，然後從 顯示盗之觀看表面再度射出；消費性膽固醇液晶顯示哭 即屬此種類型。 透射性及反射性電光顯示器有互補性之優點及缺 點。透射性電光顯示器具有較高的耗電量，因為背光消 耗顯示器所需電力之相當一大部分。又，透射性電光難 以或不可能在強烈陽光或真他高亮度情況下閱讀，因為 從顯示器之觀看表面射出的光量係由背光的電力所限 制，且實際應用上在強烈陽光下從觀看表面射出的光會 有被來自觀看表面之陽光不可避免的反射所掩蓋之傾 向。在此方面，必須提醒，消費性液晶媒體即使在應為 透明的狀態，t计入必備的偏光器、配向刷磨層㈣以― layer)吸收的光量時，—般僅透射5%來自背光的光。最 後，許多人發現嘗試在透射性顯示器閱讀很長-段期 間，會由於透射性媒體之炫光而導致眼H勞。 小益在在較1个π W湖不至門之彩色 影像。大部分消費性電光媒體主要為單色，即在透射性 顯不益中媒、體本身僅顯示非透射性（黑色）及透射性（白 色)光學狀態’且-般為許多中間灰階狀態。Α 了產生彩 色,ν像必/頁有光形成不僅通過電光媒體而且亦通過具 有許多有不同顏色㈣分之彩线光器陣列之影像，這 -4- 201207535 些不同顏色的部分-般為紅、綠及藍，或紅、綠、藍及 白。因而，若採用紅/綠/藍彩色渡光器陣列且顯示u —部分用於顯示一純紅色（Mid red)影料，Λ近彩色渡 光器陣列之紅色區的電光媒體之子像素被設定為其等之 透射性狀態’而靠近彩色濾光器陣列之綠色及藍色區的 電光媒體之子像素（sub.pixel)被設定為其等之非透射性 狀態。因而，紅光事實上僅從顯示器之面積的三分之一 射出。但是，若子像素被作成足夠小且背光足夠亮之時， 觀看者仍可從顯示器的相關部分感受到明亮且充分飽和 的紅色。除此之外，當然透射性顯示器可在完全黑色的 反射性顯示器不需要背光且因而一般比透射性顯示 器有較低的電力需求。又，對任何被顯示之特定影像， 因為反射性顯示器將入射在其觀看表面之光的一固定部 分反射回觀看纟，影像之表面亮度自動地調整以在 照明中變化，且顯示器即使在最強烈陽光下亦可立即閱 讀。然而’反射性顯示器-般並不產生明亮彩色影像； 為了上述關於透射性顯示器之理由，《反射性顯示号採 用紅/綠/藍彩色渡光器陣列且希望顯示一純紅色 I紅光僅從此區域的三分之-反射，且在反射性县貝〒 器中不可能使用明亮的背光來提高來自此區域之三分: -射出的紅光量。最後，若反射性顯示器在黑暗 很低=情況下觀看時’必須在顯示器提供一前方光源、 错在電光媒體設置與顯示器之觀看表面相反之❹ 反射益而形成的假反射性顯示器有對比度不佳的傾向， 201207535 因為入射到觀看表面之光有一大部分比例通常被 電光媒體之兩次轉折中，且僅一小部分從觀看表 出以形成所要的影像。 透射性顯示器、反射性及假反射性顯...示器的. 缺點對熟於電光顯示器技術者均應很熟悉，且為 的理由’嘗試將透射性及反射性顯示器結合，以 顯示器的優點得以結合。沿此路線之一個有趣的 由「每個小孩一部筆記型電腦協會」提出的國際 No ·\ν〇 20 0 8/063 1 7 1 ;此國際申請案之第1圖係複 申請案之第1圖。基本上，此國際申請案敘述一 不器’其中每一子像素之局部具有一反射， (backplane)且每一子像素之其餘部分具有一透 板’來自背光的光可通過到後部而以先前技術透 晶顯示器的相同方式來照亮子像素。如國際申 述’第1圖係顯示器之一個子像素（通常以丨〇〇 ; 概略橫截面圖。子像素丨〇〇包括液晶材料1 〇4、 電極106、共同電極108、反射區1 10、透射區！ 板11 4及1 1 6、間隔物丨丨8a及J丨8b、第1偏光器 及第2偏光器122。光源（背光）1〇2或周圍光124 素1 〇〇。液晶材料1 〇4視施加於像素電極丨〇6與 極108之間的電位差而定來轉動來自光源Μ〗的 圍光1 24之偏光軸。反射區110係導電性且將周度 反射以照明像素1 〇〇。反射區1 10係由金屬製成 電性連接到像素電極106，以提供像素電極106 電極108之間的電位差。透射區112傳輪將來自夫 吸收到 面再射 上述優 了明顯 使兩種 提議係 中請案 製為本 液晶顯 &背板 射性背 射性液 請案所 良示）之 子像素 12、基 ? 120 ' 照明像 共同電 光或周 1 光 124 且藉此 與共同 i* 源 102 201207535 的光用U照明像素i 00。基板i丨4及i丨6封閉液晶材料 104、像素電極106及共同電極1〇8。驅動電路13〇送出 關於像素值的信號到開關元件。間隔物1183及118b被 安置於反射區11 0上方以維持和基板i i 4及丨丨6之間的 均一距離。 此顯示器在背板之各像素中使用永久透射區112及 反射區110。在（全彩色）背光（透射性）模式中，來自背光 的光通過後偏光器120、後基板114、像素電極106、透 射區1 12、液晶材料1〇4、共同前電極1〇8、前基板丄 及刖偏光器122(各像素之透射區112著上紅、綠或藍之 色以在透射的光之顏色中產生對應顏色）。在（黑白灰階） 反射模式中，進入顯示器之觀看表面的周圍光線124通 過刖偏光器122、前基板1 16、前電極1〇8及液晶1〇4。 然後光從反射區11 〇反射且通過相同的層回來以從前偏 光器1 22射出而提供反射性顯示。 須k醒者，反射區1 1 〇被提高到（即移動到第1圖之 右側）透射區112上方，使得前電極1〇8與反射區n〇之 間的液晶之厚度僅為前電極1〇8與透射區丨12之間的液 晶厚度之一半’因而與透射模式中之單次通過比較時可 自動地使光兩次以反射模式通過液晶。 此系統的基本問題，就像所有折衷方案，在任何模 式都不能執行特別好。顯示器之各子像素被區分為永久 反射性及透射性區必須折衷兩模式中的顯示器之亮度， 且造成複雜的慣用背板之需求，此會提高費用。又’此 國際申請案本身承認（見第5及6頁的段落橋接頁），反 201207535 射性及透射性區之相對置放必須小心 木沾罢妨么女丄 擇’因為不恰 虽的置放會產生影像之可觀效應。 如國際申請案中所述，顯示器之反射模式係單色灰 階，因為一後彩色濾光片用來蓋住透射性區i1 光102本身係被著色。 ？ 月 反射區U0被提高到透射區112上方，使得光可調 整為兩次通過液晶會變成問題點。假定一般使用在消費 性顯不器中維持液晶之不同區之間為2:丨比率之液晶薄 層係工程上相當之挑戰，國際申請案提議間隔物二以， 1 1 8b係设置在反射區}丨〇與前電極i 〇8之間但是並未 說明此間隔物之確切形式或其等在大量生產的顯示器中 如何形成。（第1圖所示之間隔物之形式明顯地僅係概 圖’假定整個子像素對一可接受的彩色顯示器而言寬度 必須不超過約〇.2mm)。一更嚴重的問題在於反射區110 疋否須為V電或非導電。如上所述，國際申請案中說明 反射區係金屬製成因而為導電，使得反射區停留在與後 電極106相同的電位。然而此會造成反射區與前電極 之間的電場（至初步近似值）等於透射區與前電極之間的 電場之兩倍’此對顯示器正常功能所需者並不明顯。而 且，此配置會造成在像素中高度不均勻的電場，此似 是折衷以達到精確灰階。另—方面，若反射區係製成非 導電或至少與像素電極為電性絕緣時仍有不均勻電場 的問題’因為難以使像素電極與反射區之間的材料與遍 佈於透射區的液晶有完全相同的介電常數。 附帶地’由國際申請案中並不清楚顯示器是否在反 201207535 =及透射模式均永遠同時作用，但是若如此的話在明亮 陽光下將背光留在透射模式中係為無用而浪費能源。 現在已了解，第1圖所示之顯示器及類似顯示器之 a率可#1避免將背板區分為永久反射及透射區，且取代 地在液晶與顯示器之觀看表面相反之側設置一可在反射 及透射模式之間切換的「開關手段」而大幅提高。 【發明内容】 因而，本發明提供一種顯示器，依序包括有： 一電光媒體層，可在透射與非透射光學狀態之間切 換； 一遮光手段，可在反射及透射光學狀態之間切換； 及 一光源。 使用於本發明之顯示器中之電光媒體可為液晶。遮 光手段例如可為機械式遮光，例如一種遮光具有複數個 葉片可在一關閉位置及一打開位置之間轉動，葉片在關 閉位置係放置平行於電光媒體層之平面且呈現一朝向電 光媒體層之反射表面；葉片在打開位置時係放置成垂直 於電光媒體層之平面且使得來自光源（背光）的光到達電 光媒體層。然而，通常較採用使遮光手段為一電光材料 層’其可在反射狀態與透射狀態之間切換。此電光材料 可為美國專利No_7,31 2,916中敘述的類型；此媒體包括 含浸於一流體中且可在一反射狀態與一透射狀態之間移 動的平坦金屬片，此平坦金屬片在反射狀態中係平坦地 放置於材料之一個表面；在透射狀態中則大致垂直於此 201207535 表面，因而使得光通過電光材料。然而，可在一透射狀 態及一反射狀態之間切換的電光材料之任何類型均可使 用，且須提醒者，反射狀態不需要特別反射性；大致蘭 伯特（擴散式）反射即已足夠。許多種「光閘」被敘述於 文早中’且洚多此種光閘提供或可被修改以提供一反射 狀態。例如，已知許多種電泳媒體具有第丨（反射式/非透 射式）光學狀態，其中電泳粒子實質地佔據媒體之所有面 積，及具有一第2 (透射式）光學狀態，其中粒子僅佔據媒 體之面積的一小部分；例如看美國專利 1^.7,327,5 1 1;5,728,25 1;5,650,872;及 5,463 492。藉選 擇粒子在非透射性光學狀態形成反射表面之粒子，此媒 體可隨即適用於本發明。 雖然在本發明之顯示器中，遮光手段可視採用的電 光媒體之確實類型而定，係設置於電光媒體層與光源或 背光之間，但是亦可視需要而將用於使電光媒體發揮適 當功能之某個輔助層裝設在遮光手段之相反側，以使顯 示器在反射模式（下面將說明）達到最佳功能。尤其，在 電光媒體係液晶媒體而需要在液晶媒體之兩側均有電極 及偏光器之處（參考第1圖），液晶媒體之後偏光器可裝 設於遮光手段與背光之間，即遮光手段可裝設在顯示器 之後電極與後偏光器之間。當顯示器在其反射模式下操 作時’此配置可避免光通過後偏光器（兩次）。更通常， 當確定本發明之顯示器的最佳構造時，在顯示器在其反 射模式下操作時，必須永遠考慮避免使光不必通過光吸 收層。 -10- 201207535 本發明之顯示器可另包括一光感測器配置用來感測 周圍的光度，光感測器係配置成當周圍光度落到一預定 值之下時將遮光手段置於其透射性光學狀態且作動光 源。而且在本顯示器中，光源可配置成當遮光手段在其 反射模式時被關掉。為了下述之理由，本發明之顯示器 可另包括一裝設於光源與電光媒體層之間的後彩色渡光 片’且亦可包括一裝設在電光媒體層上與後彩色濾光片 相反之側的前彩色濾光片。 最後’本發明提供一種操作本發明之顯示器的方 法°此方法包括將遮光手段置於其反射光學狀態，關閉 光源’且將第丨影像置於電光媒體上；及將遮光手段置 於其透射光學狀態，打開光源且將第2影像置於 體上。 $ 【實施方式】 如上所述，本發明提供一種顯示器，包括有：—屏 電光媒體，可在透射與非透射光學狀態之間切換；_ ^ 光手段，可在反射及透射光學狀態之間切換；及一光源。 在此顯示器中切換手段之存在，能使顯示器之每—子像 素之全區以反射模式或透射模式操作。此可強化顯示器 在兩個模式之效率且避免由各子像素中分開的透射H 射區造成的任何問題（如光學加工品）。 第2圖顯示本發明之顯示器’可視為係第1圖之先 如技術顯示器的修改。在第2圖之顯示器中，第2偏光 器122、前基板116、共同電極1〇8、液晶104、子像素 電極106、後基板1 14、第1偏光器120及背光1〇2均與 -11- 201207535 第1圖之顯示器中的對應符號相同。然而，第】圖中之 升高部分110被消除’以致於子像素電極1〇6上方之表 為平面 囊封金屬薄片媒體（一般以1 3 〇表示）被插 入子像素電極1Q6與後基板114之間n⑴在被包 覆在一膠囊U6中且設置在電才& 138及14〇之間之一流 、· 中匕括平坦金屬薄片1 3 2，此媒體1 3 〇主要以遮 光模^操作。在媒體130之反射狀態中（如第2圖所示）， 金屬薄片132形成靠近電極ho之平坦反射片，因而形 成一反射表面。在媒體1 30之透射狀態中，金屬薄片i 32 轉動為垂直於電極138及140,因而使得來自背光1〇2 的光通過後面的電極1〇6。 媒體之透射狀態可藉媒體之介電泳 (dielectrophoretic)驅動而達成；因為平坦金屬薄片高度 可偏光，其等可立即反應於介電泳驅動，因而並無不可 使用相當慢的介電泳驅動；因為此驅動僅在當顯示器在 反射及透射模式操作之間切換時有需要（如下面將詳細 解釋）’且將顯示器拿到室外或拿入光亮的空間時在反射 及透射模式之間切換的任一個人必須暫停幾秒鐘，以使 其眼睛調整改^:的明情況（雖然介電泳驅動傾向於能 里強烈，其僅需要在反射及透射模式之間的切換時或在 偶而一段間隔補充媒體1 3 0施加，故此驅動所需要的能 量並不大）。替代地或者更簡單地，可簡單地在電極丄3 8 及140之間使用一短脈衝的驅動電壓來驅動金屬薄片， 據此黏性力會造成薄片豎立朝向電極。 如已提及’在第2圖之顯示器中，已消除存在於第 -12- 201207535 1圖之顯不器中之升高的反射區 110’因而避免上面已討

需要的話可使用習知間隔物。 因為整個顯示器在任何 須提起者，如下面將解釋 -個時刻係以反射或透射模式操作，金屬薄片媒體丄π 會以單一像素操作，其兩個電極138及14〇係為共同電 極延伸穿過整個顯示器，因而對此媒體形成很簡單的控 制線路。 第2圖之顯示器的操作模式隨即變成很明顯。在顯 不器之透射模式中，金屬薄片係配置成垂直於電極138 及140’且除了子像素之整個面積域以透射模式操作之 外’顯示器以確實平行於第1圖之顯示器的透射模式而 發揮功能。因而，在此模式中，從背光1 〇 2射出的光1 2 6 通過後偏光器120、後基板114、金屬薄片媒體130、後 電極106、液晶媒體1〇4、前電極1〇8、前基板1 16及前 偏光器122’並且從觀看表面（前偏光器122之右側表 面，如第2圖所示）射出。對照於此，在顯示器之反射模 式中’金屬薄片132在功效上形成靠近後電極106之鏡 子，且經由前表面進入顯示器之光124’通過前偏光器 1 2 2、前基板11 6、前電極1 〇 8、液晶媒體1 〇 4、及後電 極106。然後，光124從由金屬薄片132形成之鏡子反射 (取代由第1圖所示之升高反射區110反射）’且往後通過 後電極106、液晶媒體1〇4、前電極1〇8、前基板116及 -13- 201207535 前偏光器122 之整個面積係 反射模式係與 在弟2圖 液晶之全厚度 為在透射模式 器122及後偏 模式之間的操 術者所熟知。 會有降低操作 光平面之相同 造成電力消耗 因而必須在以 反射模式而言 不像第1 器在任何給定 而，必須有在 顯示器上的專 —附屬鍵盤上 可藉在顯示器 成，且當光量 使用的確切切 射模式時被關 第2圖所 者中提供彩色 ，且從觀看表面射出。因而，除了子像素 以反射模式操作以外，第2圖之顯示器的 第1圖之顯示器的反射模式類似。 之顯示器的反射模式中，光124雙次通過 會造成通過反射模式中之液晶的路徑長度 模式中之路徑長度的兩倍，因而視前偏光 光器12 0之相對方向而定，必須改變兩個 作電壓；必要的改變係熟於液晶顯示器技 事貫上，通過液晶之較大路徑長度的程度 電壓的傾向，以達到在雙倍路徑長度時偏 轉動’在反射模式中操作電壓的此降低會 的減少’這對通常大多在室外或旅行、且 電池操作以延長使用時間的環境下使用的 係值得擁有的。 圖所示之先前技術顯示器，第2圖之顯示 時間以反射模式或以透射模式操作。因 兩種模式之間切換的設置。此切換可藉在 用開關或設備之其他零件來達成，或經由 ’可使用熱鍵之軟體來達成。或者，切換 上設置一光感測器或設備之其他零件來達 超過—預定值時切換到反射模式。不論所 才矣方法為何，背光較佳為在顯示器處於反 閉’.因此時背光無用且浪費能源。 不之顯示器可修改為在反射及透射模式兩 ’雖然此須要兩個分開的彩色濾光片。當 -14- 201207535 顯不器在反射模式時（即，當光兩次通過濾光片時），一 刖彩色濾光片被設置為（例如做為前基板11 6之部分）具 有足夠的飽和度以提供所需的彩色。當顯示器在透射模 式時為了提供足夠的彩色飽和度，一第2彩色濾光片被 a又置在金屬薄片媒體1 3 0與背光1 〇 2之間，或背光與先 則技術顯示器的相同方式本身即已著色，使得當來自背 光之光在射入觀看者之途中進行單次通過兩個彩色濾光 片時可達到適當的彩色。並沒有兩個彩色濾光片具有相 同之飽和度之絕對必要；若在反射及透射模式之間的某 些顏色偏移可容忍的話（且明顯地，人類顏色感覺確實會 隨周遭光度而偏移），希望能降低前彩色濾光片之飽和度 以提供反射模式中較大的反射率，而相對地提高後彩色 渡光片之飽和度。 ^由上所述，可看出第2圖中所示之本發明顯示器比 第1圖所示之先前技術顯示器提供許多實質優點。本發 明顯示器在反射及透射模式兩者提供較高的亮度，因為 各子像素之整個面積在兩個模式中均有效地使用。本顯 示盗亦使彩色能在反射及透射模式中被提供，且藉非標 準老板之消除而降低成本。本顯示器亦由於下列理由而 提供改善的光學性能：⑴由背板之反射與透射區之間的 對照造成的光學效應之消除，（ii)在液晶内非均勻電場的 消除。 熟於此技術者當了解，在不悖離本發明之範圍下， 上述本發明之特定實施例可從事許多變化及修改。因 而，上述說明之全部係、以說明用S而非限制用途來解釋。 -15- 201207535 【圖式簡單說明】 第1圖係國際申請案No.WO 2008/063 17 1中所述之 先則技術通過一個子像素之概略橫截面之附圖。 第2圖係類似於第1圖 —個子像素之概略橫截面， 顯示器的修改。 ，係通過本發明之顯示器之 可視為係第1圖之先前技術 【主要元件符號說明】 100 昭 t 明像 素 102 背 光 104 液 晶 106 子 像素 電 極 108 共 同電 極 110 反 射區 112 透 射區 114 後 基板 116 前 基板 118a: ,118b 間 隔物 120 第 1偏 光 器 122 第 2偏 光 器 124, 126 光 130 囊 封金 屬 薄 片媒 132 平 坦金 屬 薄 片 134 流 體 136 膠 囊 138, 140 電 極 -16-

Claims (1)

1. 201207535 七、申請專利範圍： 1· 一種顯示器，依序包括有： —電光媒體層，可在透射與非透射光學狀態之間 切換； —遮光手段，可在反射及透射光學狀態之間切 換；及 —光源° 2.如申請專利範圍第1項之顯示器，其中該電光媒體係 3.如申睛專利範圍第1項之顯示器，其中該遮光手段包 括一機械式遮光。 4 ·如申請專利範圍第1項之顯示器，其中該遮光手段包 括可在反射狀態與透射狀態之間切換的一電光材料 如申凊專利範圍第4項之顯示器，其中形成該遮光手 段的S亥電光媒體包括含浸於一 一流體中且可在一反射

   光通過該電光材料。

   項之顯示器，其中形成該遮光手 —電泳媒體’該電泳媒體具有一 中電泳粒子實質地佔據該媒體之 透射式光學狀態，其中粒子僅佔 小部分。 -17- 201207535 7. 如申，範圍第2項之顯示器，其中該液晶媒體在 '液晶媒體之兩側設置有偏光器’且-個偏光器裝設 於s玄遮光手段與該光源之間。 8. 如申請專利範圍第i項之顯示器，另包括__光感測器 配置用+來感測周圍的光度，光感測器係配置成當周園 光度落到一預定值之下時，將該遮光手段置於其透射 性光學狀態且作動該光源。 9 _如申請專利範圍第1項之顯示器，其中該光源配置成 當該遮光手段在其反射模式時被關閉。 10.如申請專利範圍第i項之顯示器，另包括一裝設於該 光源與該電光媒體層之間的後彩色濾光片。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項之顯示器，另包括一裝設在 該電光媒體層上與該後彩色濾光片相.反之側的前务 色濾光片β 1 2 · —種操作本發明之顯示器的方法，該顯示器包括一電 光媒體層，可在透射與非透射光學狀態之間切換； 遮光手段，可在反射及透射光學狀態之間切換；及 光源， 該方法包括： 將該遮光手段置於其反射光學狀態’關閉該光 源，且將第1影像置於該電光媒體上；及 將該遮光手段置於其透射光學狀態，打開該光源 且將第2影像置於該電光媒體上。 -18 -