TW201409144A - 具有光感應輸入的電泳顯示裝置 - Google Patents
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Abstract
在一個電泳顯示裝置的薄膜電晶體層內加進了感光電晶體，可以接收一光訊號以作為輸入訊號。薄膜電晶體層內另外具有一個電子開關元件，用來作為電泳層的驅動單元，使電泳層能顯示影像內容。在薄膜電晶體層內還具有一開關電晶體，用來選擇性地開啟其中的感光電晶體以感應光線。透過在現有的主動式矩陣電泳顯示裝置中，將感光電晶體以及開關電晶體整合於薄膜電晶體層內，使得電泳顯示裝置在毋需犧牲其輕、薄、可撓等特性的前提下，加入了光學感應輸入的功能，從而提供了一種相較於現有電子紙更具有優勢的電泳顯示裝置方案。
Description
本發明有關一種電泳顯示裝置，特別是有關一種同時內含有光感應輸入單元的電泳顯示裝置。
近年來，電泳顯示裝置(或稱為電子紙)提供了較一般顯示裝置更為輕、薄且具有可撓性的特色，且主要作為單純的閱讀應用。一般的電子紙結構包含了一銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)電極以及一像素電極，並且在兩個電極之間放入了電泳物質。所謂的電泳物質包含了顯示為一種顏色的正電荷微粒子以及顯示為另外一種顏色的負電荷微粒子，而當ITO電極以及像素電極之間施加了電場之後，會驅使顯示為其中一種顏色的正或負電荷微粒子(端看施加電場的極性而定)向電泳層表面移動，從而在電泳層表面呈現出人眼可以感受到的顏色變化。
雖然多數的電子紙僅作為閱讀用途，卻有越來越大的需求指出電子紙也應提供可透過手指或觸控筆進行操控的觸控功能。目前的作法是在電子紙上方另外加上一片觸控面板使所謂的電子紙產品具有觸控功能。然而觸控面板至少包含了觸控電路層以及最外層的保護玻璃，顯然會明顯地增加電子紙產品的厚度尺寸以及元件成本，而加了觸控面板的電子紙也難以稱得上具備了輕、薄以及可撓性。
為了滿足上述的需求，提供電子紙輸入的功能，同時仍能維持電子紙先天上的輕、薄以及可撓的特色，本發明的實施例中提供了一種電泳顯示裝置，包含有一基板、一薄膜電晶體層、一封液層、一電泳層、一透明導電層以及一保護層。該薄膜電晶體層包含一電子開關元件以及一感光電晶體，該電子開關元件以及該感光電晶體設置在該基板上，該感光電晶體可偵測一光訊號以及將該光訊號轉換為一電流訊號。該封液層設置在該薄膜電晶體層上，該電泳層設置在該封液層上，該透明導電層設置在該電泳層上，該保護層設置在該透明導電層上。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，另包含一黏著層，覆蓋於該薄膜電晶體層上。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該電子開關元件包含一薄膜電晶體，該薄膜電晶體的汲極連接於一像素電極，該電泳顯示裝置包含至少一像素結構，該像素結構包含有該薄膜電晶體、一儲存墊容以及該感光電晶體。該儲存電容連接於該薄膜電晶體的汲極以及一第一CS線路(capacitor storage line,CS line)之間。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一第二CS線路(CS line)、該感光電晶體的源極連接於一讀出線路(read-out line)、該第一CS線路以及該第二CS線路皆與該讀出線路正交。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該薄膜電晶體層另包含一開關電晶體，用來驅動該感光電晶體，該開關電晶體的閘極連接於一閘極線，該開關電晶體的源極連接於一讀出線路(read-out line)，且該閘極線
以及該讀出線路彼此正交。其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一第二CS線路(CS line)，該感光電晶體的源極連接於該開關電晶體的汲極。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一閘極線，該感光電晶體的源極連接於一讀出線路(read-out line)，且該閘極線以及該讀出線路彼此正交。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該薄膜電晶體的閘極連接於一閘極線，該薄膜電晶體的源極連接於一資料線，且該閘極線以及該資料線彼此正交。其中該薄膜電晶體的閘極設置在該基板上，該薄膜電晶體層另包含一閘極介電層，覆蓋於該薄膜電晶體的閘極上，該薄膜電晶體的源極以及汲極設置在該閘極介電層上。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該像素結構另包含一耦合電容，連接於該薄膜電晶體的汲極以及一共電壓之間，該耦合電容由該像素電極以及該電泳層所構成。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該電泳顯示裝置為一主動矩陣式電泳顯示裝置。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，其中該電泳層包含一微杯結構，該微杯結構具有複數個微杯單元，每一個微杯單元內充滿電泳介質。
本發明實施例所提供的電泳顯示裝置中，另包含一濾光片，設置在該感光電晶體上。其中該濾光片包含至少下列其中之一：紅色濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片、黑矩陣以及任何可過濾特定波長的光線的客製化濾光片。
本發明的實施例所提供的電泳顯示裝置，透過在現有的主動式矩陣電泳顯示裝置中，將感光電晶體以及開關電晶體整合於薄膜電晶體層內，使得電泳顯示裝置在毋需犧牲其輕、薄、可撓等特性的前提下，加入了光學感應輸入的功能，從而提供了一種相較於現有電子紙更具有優勢的電泳顯示裝置方案。
1‧‧‧電泳顯示裝置
10‧‧‧陣列玻璃
12‧‧‧主動區域
20、25‧‧‧像素結構
30‧‧‧電子開關元件
31‧‧‧基板
32‧‧‧薄膜電晶體層
33‧‧‧黏著層
34‧‧‧封液層
35‧‧‧電泳層
36‧‧‧透明導電層
37‧‧‧保護層
38‧‧‧像素電極
40‧‧‧薄膜電晶體
42、52、62‧‧‧閘極
44、54、64‧‧‧源極
46、56、66‧‧‧汲極
47‧‧‧儲存電容
48‧‧‧閘極介電層
49‧‧‧耦合電容
50‧‧‧感光電晶體
58‧‧‧濾光片
60‧‧‧開關電晶體
70‧‧‧閘晶片
80‧‧‧源晶片
90‧‧‧軟性電路板
351‧‧‧微杯結構
352‧‧‧微杯單元
353‧‧‧電泳介質
第1圖為本發明的電泳顯示裝置其中一實施例的示意圖。
第2圖為本發明第1圖的電泳顯示裝置沿著A-A線的剖面結構一第一實施例的示意圖。
第3圖為本發明第1圖的電泳顯示裝置沿著A-A線的剖面結構一第二實施例的示意圖。
第4圖為本發明第1圖的電泳顯示裝置沿著A-A線的剖面結構一第三實施例的示意圖。
第5圖為本發明的電泳顯示裝置中的像素結構一第一實施例的等效電路圖。
第6圖為本發明的電泳顯示裝置中的像素結構一第二實施例的等效電路圖。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解
釋成「包含但不限定於」。此外，「耦接」或「連接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣或結構連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接/連接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣/結構連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣/結構連接至該第二裝置。
請參考第1圖，第1圖為本發明的電泳顯示裝置其中一實施例的示意圖。電泳顯示裝置1採用了一陣列玻璃10，陣列玻璃10由複數個像素結構20(pixel structure)成行成列排列以形成一主動區域12。每一個像素結構20皆設置在彼此正交的其中一閘極線Gn(gate line)以及其中一資料線Dn(data line)的交叉處，其中n代表正整數。在複數個閘極線Gn中的每一個閘極線皆可選擇性地由閘晶片80(gate IC)選取導通，而複數個資料線Dn中的每一個資料線則電泳介質連接於一源晶片70(source IC)。每一個像素結構20皆包含一電子開關元件30，電子開關元件30包含了至少一個薄膜電晶體40(thin film transistor,TFT)，如第2圖所示。此外，在第1圖中，在某些像素結構20中也另外包含了一感光電晶體50(photosensitive transistor)，這些感光電晶體50作為一種開關，透過偵測光線的有無來決定開關的導通或斷開。在第1圖的實施例中，感光電晶體50可以設置在每個特定列(例如每一個藍色像素列)的像素結構20內，而在本發明其他實施例中，感光電晶體50也可以設置在每一個由複數個像素結構20所形成的方陣中位於中央的像素結構20內，或是也可以直接在所有的像素結構20內都設置一個感光電晶體50。而如第1圖所示的實施例，設置在每一個特定列的像素結構20內的感光電晶體50連接於一讀出線R4(read-out line)，讀出線R4則連接於一軟性電路板90(IS FPC)，以將感光電晶體50所產生的訊號提供給之後的輸入處理程序。
請參考第2圖，第2圖為本發明第1圖的電泳顯示裝置沿著A-A
線的剖面結構一第一實施例的示意圖。較佳地，本發明所描述的電泳顯示裝置1為一種主動矩陣式(active matrix)電泳顯示裝置，其包含了一基板31(substrate)、一薄膜電晶體層32(TFT layer)、一黏著層33(adhesive layer)、一封液層34(sealing layer)、一電泳層35(electrophoretic layer)、一透明導電層36(transparent conductive layer)以及一保護層37(protective layer)。其中薄膜電晶體層32設置在基板31上，黏著層33覆蓋於薄膜電晶體層32上，封液層34設置在黏著層33上，電泳層35設置在封液層34上，透明導電層36設置在電泳層35上，保護層37則設置在透明導電層36上。薄膜電晶體層32內至少包含了如第1圖所示的電子開關元件30以及感光電晶體50，其中電子開關元件30以及感光電晶體50皆設置在基板31上，且感光電晶體50可偵測一光訊號以及將該光訊號轉換為一電流訊號。電子開關元件30較佳地具有一個薄膜電晶體40，薄膜電晶體40的閘極42設置在基板31上，閘極介電層48覆蓋於閘極42上，而薄膜電晶體40的源極44以及汲極46則設置在閘極介電層48上。感光電晶體50的閘極52設置在基板31上，且同樣被閘極介電層48覆蓋。感光電晶體50的源極54以及汲極56亦設置在閘極介電層48上。此外，薄膜電晶體50的汲極46進一步地連接於一像素電極38(pixel electrode)。
覆蓋於薄膜電晶體層32(以及像素電極38)上的黏著層33具有平滑的上表面，而封液層34以及電泳層35則設置於黏著層33的上表面。電泳層35包含了一微杯結構351(microcup structure)，其具有複數個微杯單元352以及充滿在各微杯單元352內的電泳介質353(dielectric fluid)。電泳介質353內包括具有一種顏色之帶正電荷微粒子以及具有另一種顏色之帶負電荷微粒子。當透明導電層36的ITO電極以及像素電極38之間施加了電場之後，會驅使其中一種顏色的正或負電荷微粒子(端看施加電場的極性而定)向電泳層35表面移動，從而在電泳層35表面呈現出人眼可以感受到的顏色
變化。另外，封液層34可以將各微杯單元352內的電泳介質353封鎖在各自的微杯單元352內，避免微杯單元352內的電泳介質353流出到裝置的其他部位。
透明導電層36作為電泳顯示裝置1的共電極，而保護層37較佳地可包含聚酯(polyester,PET)等透明的塑膠材料。
如前所述，本發明實施例的電泳顯示裝置1較佳地為一主動矩陣式電泳顯示裝置，其中的像素電極38以及透明導電層36分別作為電泳層35的下層電極以及上層電極。當閘極42被選取而導通薄膜電晶體40時，即由像素電極38提供一垂直的電場以控制上方對應的電泳介質353內的帶電微粒子在微杯單元352內的位置。
請參考第3圖以及第4圖，第3圖以及第4圖分別為本發明第1圖的電泳顯示裝置沿著A-A線的剖面結構一第二實施例以及一第三實施例的示意圖。為了強化感光電晶體50的光感應靈敏度，電泳顯示裝置1的感光電晶體50可以設計為特別用來感測具有某些特定波長的光線。舉例而言，在第3圖的第二實施例中，電泳顯示裝置1另外包含了一濾光片58，設置在感光電晶體50上方。例如濾光片58可以是一種藍色或紅色濾光片，設置在如第3圖的像素電極38內，或如第4圖的封液層34內。在本發明中，可採用至少下列其中之一作為濾光片58：紅色濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片、黑矩陣以及任何可過濾特定波長的光線的客製化濾光片。在本發明某些實施例中，濾光片58也可以直接設置在整個電泳顯示裝置1的表面上，而在另外一些實施例中，更可以在電泳層35、透明導電層36或保護層37另外加上額外的、足以過濾掉某些具有特定波長的光線的濾光層。
請參考第5圖，第5圖為本發明的電泳顯示裝置1中的像素結構20一第一實施例的等效電路圖。像素結構20包含了前述的薄膜電晶體40、感光電晶體50、一儲存電容47以及一耦合電容49。薄膜電晶體40的閘極42連接於一閘極線G而薄膜電晶體40的源極44則連接於一資料線D，其中閘極線G以及資料線D彼此正交。儲存電容47連接於薄膜電晶體40的汲極46與一CS線路C1之間，耦合電容49則連接於薄膜電晶體40的汲極46以及一共電壓Vcom之間。在本發明的實施例中，耦合電容49由像素電極38以及電泳層35所構成，其中共電壓Vcom由透明導電層36所提供。
感光電晶體50的閘極52連接於閘極線G而感光電晶體50的汲極56也連接於閘極線G，亦即閘極52與汲極56彼此短路。這樣的作法可以有效地避免在感光電晶體50上發生寄生電容的累積。特別要注意的是，CS線路C1與讀出線路R係彼此正交，且感光電晶體50的源極54連接於讀出線路R。當感光電晶體50偵測到一光訊號時，感光電晶體50產生一電流訊號並透過讀出線路R提供給軟性電路板90。藉由第5圖這樣的結構，即可由薄膜電晶體40控制在電泳顯示裝置1上的顯示內容，同時由一個光源(例如觸控用的光筆或電筒)或是由觸控筆或手指的移動陰影的光影變化所產生的光訊號，可以被感光電晶體50所偵測，並且將偵測到的光訊號作為輸入訊號，使得本發明的電泳顯示裝置1在顯示的同時，也可以接受由光感應所進行的輸入。
請參考第6圖，第6圖為本發明的電泳顯示裝置中的像素結構一第二實施例的等效電路圖。與第5圖的像素結構20差異之處在於，像素結構25包含了一開關電晶體60，也設置在薄膜電晶體層32內。開關電晶體60連接於感光電晶體50且用來驅動感光電晶體50。在第6圖中，儲存電容47連接於薄膜電晶體40的汲極46與一第一CS線路C1之間，而感光電晶體50
的閘極52則連接於一第二CS線路C2。感光電晶體50的汲極56也連接於第二CS線路C2，亦即閘極52與汲極56彼此短路。這樣的作法可以有效地避免在感光電晶體50上發生寄生電容的累積。特別要注意的是，第一CS線路C1與第二CS線路C2皆與讀出線路R正交。此外，像素結構25的第一CS線路C1同時也作為位於像素結構25上方的相鄰像素結構的第二CS線路C2，而像素結構25的第二CS線路C2同時也作為位於像素結構25下方的相鄰像素結構的第一CS線路C1。開關電晶體60的閘極62連接於閘極線G，源極64連接於讀出線路R，而開關電晶體60的汲極66則連接於感光電晶體50的源極54。當感光電晶體50偵測到一光訊號時，而該光訊號由一個光源(例如觸控用的光筆或電筒)或是由觸控筆或手指的移動陰影的光影變化所產生，同時閘極線G被選擇而導通開關電晶體60時，由感光電晶體50所產生的電流訊號即可提供給讀出線路R。另外，在第6圖的實施例中，薄膜電晶體40以及開關電晶體60連接於同一條閘極線G。
本發明的實施例所提供的電泳顯示裝置，在薄膜電晶體層中加進了感光電晶體，可以接收一光訊號以作為輸入訊號。薄膜電晶體層另外具有一個電子開關元件，用來作為電泳層的驅動單元，使電泳層能顯示影像內容。在薄膜電晶體層內還具有一開關電晶體，用來選擇性地開啟其中的感光電晶體以感應光線。透過在現有的主動式矩陣電泳顯示裝置中，將感光電晶體以及開關電晶體整合於薄膜電晶體層內，使得電泳顯示裝置在毋需犧牲其輕、薄、可撓等特性的前提下，加入了光學感應輸入的功能，從而提供了一種相較於現有電子紙更具有優勢的電泳顯示裝置方案。
1‧‧‧電泳顯示裝置
30‧‧‧電子開關元件
31‧‧‧基板
32‧‧‧薄膜電晶體層
33‧‧‧黏著層
34‧‧‧封液層
35‧‧‧電泳層
36‧‧‧透明導電層
37‧‧‧保護層
38‧‧‧像素電極
40‧‧‧薄膜電晶體
42、52‧‧‧閘極
44、54‧‧‧源極
46、56‧‧‧汲極
48‧‧‧閘極介電層
50‧‧‧感光電晶體
58‧‧‧濾光片
351‧‧‧微杯結構
352‧‧‧微杯單元
353‧‧‧電泳介質
Claims (15)
- 一種電泳顯示裝置，包含有：一基板；一薄膜電晶體層，包含一電子開關元件以及一感光電晶體，該電子開關元件以及該感光電晶體設置在該基板上，該感光電晶體可偵測一光訊號以及將該光訊號轉換為一電流訊號；一封液層，設置在該薄膜電晶體層上；一電泳層，設置在該封液層上；一透明導電層，設置在該電泳層上；以及一保護層，設置在該透明導電層上。
- 如請求項1所述的電泳顯示裝置，另包含一黏著層，覆蓋於該薄膜電晶體層上。
- 如請求項1所述的電泳顯示裝置，其中該電子開關元件包含一薄膜電晶體，該薄膜電晶體的汲極連接於一像素電極。
- 如請求項3所述的電泳顯示裝置，包含至少一像素結構，該像素結構包含有：該薄膜電晶體；一儲存電容，連接於該薄膜電晶體的汲極以及一第一CS線路(CS line)之間；以及該感光電晶體。
- 如請求項4所述的電泳顯示裝置，其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一第二CS線路(CS line)、該感光電晶體的源極連接於一讀出線路 (read-out line)、該第一CS線路以及該第二CS線路皆與該讀出線路正交。
- 如請求項4所述的電泳顯示裝置，其中該薄膜電晶體層另包含一開關電晶體，用來驅動該感光電晶體，該開關電晶體的閘極連接於一閘極線，該開關電晶體的源極連接於一讀出線路(read-out line)，且該閘極線以及該讀出線路彼此正交。
- 如請求項6所述的電泳顯示裝置，其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一第二CS線路(CS line)，該感光電晶體的源極連接於該開關電晶體的汲極。
- 如請求項4所述的電泳顯示裝置，其中該感光電晶體的閘極以及汲極連接於一閘極線，該感光電晶體的源極連接於一讀出線路(read-out line)，且該閘極線以及該讀出線路彼此正交。
- 如請求項4所述的電泳顯示裝置，其中該薄膜電晶體的閘極連接於一閘極線，該薄膜電晶體的源極連接於一資料線，且該閘極線以及該資料線彼此正交。
- 如請求項9所述的電泳顯示裝置，其中該薄膜電晶體的閘極設置在該基板上，該薄膜電晶體層另包含一閘極介電層，覆蓋於該薄膜電晶體的閘極上，該薄膜電晶體的源極以及汲極設置在該閘極介電層上。
- 如請求項4所述的電泳顯示裝置，其中該像素結構另包含一耦合電容，連接於該薄膜電晶體的汲極以及一共電壓之間，該耦合電容由該像素電極以及該電泳層所構成。
- 如請求項1所述的電泳顯示裝置，其中該電泳顯示裝置為一主動矩陣式電泳顯示裝置。
- 如請求項1所述的電泳顯示裝置，其中該電泳層包含一微杯結構，該微杯結構具有複數個微杯單元，每一個微杯單元內充滿電泳介質。
- 如請求項1所述的電泳顯示裝置，另包含一濾光片，設置在該感光電晶體上。
- 如請求項14所述的電泳顯示裝置，其中該濾光片包含至少下列其中之一：紅色濾光片、綠色濾光片、藍色濾光片、黑矩陣以及任何可過濾特定波長的光線的客製化濾光片。
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