TW201841037A - 可寫的電泳顯示器及構造成利用光感測與電磁感測在電泳顯示器上書寫的觸控筆 - Google Patents

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Abstract

一種可寫顯示介質包含光敏半導體於薄膜電晶體(TFTs)中，並且包含長波通濾光片，以提供可用於促使薄膜電晶體在適當地被施以偏壓時切換狀態之窄波長窗口。當發光觸控筆在顯示器上移動時，光將改變薄膜電晶體的狀態，進而在顯示器中導致幾乎瞬時的狀態改變(亦即，白色變成黑色)。於是，本發明之可寫顯示介質不會遭受許多可寫平板系統所經歷的寫入延遲。

Description

可寫的電泳顯示器及構造成利用光感測與電磁感測在電泳顯示器上書寫的觸控筆 【相關申請案】
本申請案主張2017年2月28日所提出之美國臨時申請案第62/464,780號的優先權，其全部內容以參照的方式併入本文。
本發明係有關於可寫電子平板電腦，其允許用使用者以電子方式記筆記、繪製圖形及編輯文件。在一些實施例中，可寫電子平板電腦記錄書寫/繪圖並將其轉換成易於儲存、喚回及共享的數位格式。
許多以LCD為基礎的平板電腦在市場上係可購得的，它們具有記錄使用者的書寫、繪圖或文件標記的能力。例如，Microsoft SURFACE® Pro 4(Microsoft Corporation,Redmond,WA)帶有一支觸控筆(SURFACE PEN®)，其允許使用者記筆記、繪圖及標記在LCD觸控螢幕上所觀看到的文件。藉由將來自觸控筆尖端的信號 傳播至平板電腦的電容式觸控螢幕來追蹤觸控筆的位置，藉此使用近接感測演算法來判定觸控筆的位置。其他以LCD為基礎的平板電腦，例如，Sony VAIO LX900(Sony Corporation,Tokyo,Japan)使用Wacom(Wacom Co.Ltd.,Kazo,Japan)的數位化技術，藉此由位於LCD顯示器後面的通電數位化層來定位觸控筆尖端(包括感應迴路)。數位化層通常包括相鄰於磁性膜的重疊電極網格。Wacom系統中的觸控頭包括感應線圈，並且在書寫期間線圈的動作可以轉換為相對於由數位化層中的電極所界定之網格的位置。
使用者的常見抱怨是，這些以LCD為基礎的平板電腦不提供「類似紙張」的體驗。首先，因為液晶顯示器係耗電大的，所以當平板電腦不使用時，螢幕通常會變黑。這意味著使用者必須「喚醒」裝置，才能開始書寫，並且常常必須在書寫期間重新喚醒裝置，因為裝置在使用者正在傾聽說話者或者以其它方式忙於不同工作時進入「休眠」。其次，因為書寫裝置的質地、深度及延遲時間與在真實紙上使用筆相比係明顯不同的，所以筆劃不會感到或看起來像寫在紙上。通常，當用觸控筆在LCD顯示器上書寫時，使用者感覺到他/她正在將塑膠棒拖過玻璃板。再者，當使用這些類型的電子平板電腦時，書寫在觀看表面中具有迷惑的「深度」。書寫的字詞不在與觸控筆互動的頂部表面，而是與觸控筆尖端分開。
已使用像電泳墨水(E Ink Corporation, Billerica,MA)的光反射介質來構建替代的電子書寫裝置。參見，例如，Sony(Sony Corporation,Tokyo,Japan)的DPTS1TM。電泳墨水解決許多以LCD為基礎的書寫系統之「休眠」問題，因為這些裝置始終處於「打開」狀態。在書寫過程期間，他們消耗的能量少很多，所以除非使用者提示，否則他們不需要休眠，並且甚至在他們休眠後，他們仍然繼續顯示書寫。此外，因為電泳墨水非常接近裝置表面，所以筆的反應看起來更像書寫。這些裝置亦具有陽光下可讀性，這使得裝置可以在室外或其他光亮的環境中使用。像ReMARKABLETM平板電腦(REMARKABLE A.S.,Oslo,Norway)的一些市售電泳墨水裝置亦包括可產生更像紙張的「感覺」之高摩擦表面材料。雖然這樣的摩擦材料可以包含在LCD顯示器上，但是因為摩擦材料散射從顯示器發射的光，所以這些材料會干擾LCD的影像品質。
不管形式(LCD或電泳墨水)如何，電子(平板)顯示器書寫系統的使用者在書寫時通常在觸控筆移動與影像更新之間經歷困擾的延遲時間。這種延遲時間係由感測觸控筆的位置及更新影像驅動器，以致於將觸控筆的移動精確地描繪成在螢幕上的書寫/繪圖所需的時間造成的。延遲時間係一連串步驟的附加延遲，例如，感測觸控筆的位置，傳送位置資訊至顯示驅動器，處理顯示變化以及刷新顯示。在許多的情況下，將位置資訊另外儲存至記憶體，以允許使用者稍後喚回筆記，並且這樣的儲存步驟可能會增加額外的小延遲。在以LCD為基 礎的系統中，延遲時間通常在60ms左右。許多使用者發現延遲時間係擾人的，並且在某些情況下，延遲時間限制使用者可以記筆記、繪圖等的速度。
除了感測及儲存位置資訊之外，可能會有與刷新圖像以顯示書寫相關的額外滯遲時間。例如，由於在傳送更新至像素之後，在影像狀態之間驅動電泳粒子所花費的額外時間，電泳墨水系統通常具有至少140ms的延遲時間。此外，延遲時間可能根據顯示器的哪一部分正在更新而有所不同。亦即，顯示表面上的延遲時間係不同的，因為顯示驅動器以有序方式更新掃描線。例如，在平板電腦右下角與左上角書寫時，延遲時間可能更明顯。
為了對抗延遲時間，許多製造商使用預測演算法來減少捕獲書寫所需的更新數量。例如，這些預測演算法可以處理先前寫入的字母並預測接下來的字母。演算法亦可以使用移動平均數(rolling average)以預測直線或使用平滑(smoothing)來考慮觸控筆感測中的變動。但是，這樣的演算法會導致產生意想不到的筆劃，這可能會像等待更新一樣困擾使用者。
本發明藉由提供一種類似紙的可寫顯示介質來解決先前技術的數個缺點，並且當觸控筆在顯示器的表面上移動時，允許幾乎瞬時的文本更新。該可寫顯示介質包括一透光前電極；一電泳介質，其包括在電場存在之情況下移動的帶電粒子；一薄膜電晶體陣列，其包 括光敏半導體；一長波通濾光片；以及一數位化層，其構造成用以定位可寫顯示介質上之觸摸。該長波通濾光片將僅允許特定波長(例如，比550nm長)的光促使薄膜電晶體啟動並且更新顯示狀態。本發明允許以合適的長波長光源來控制顯示狀態而不受像太陽光之環境光線的干擾。通常，該可寫顯示介質將可操作地連接至一電源及一顯示驅動器，藉此使用該電源來對該等薄膜電晶體進行偏壓，使得該光源可以應對顯示。該可寫顯示介質亦可以連接至一記憶體，該記憶體可以用以從該數位化層接收位置資訊並將其傳送至該顯示驅動器。該可寫顯示介質通常可用於數位化層，所以通常使用電磁或電容感測的數位化層可用於本發明。
上述可寫顯示介質可以納入一包括一觸控筆的可寫系統中。該觸控筆具有A)一構造成與該等光敏薄膜電晶體互動之光源；以及B)一允許該觸控筆與該裝置之數位化層互動的電磁或電容耦合元件。當移動該觸控筆時，來自該觸控筆的光造成各種薄膜電晶體改變狀態，從而導致電泳介質切換顯示配置(例如，白色至到黑色)。
當更新上述可寫顯示介質時，該等薄膜電晶體(TFTs)被施以偏壓，使得來自該觸控筆的入射光將足以改變薄膜電晶體的狀態並立即改變顯示狀態。然而，在某些情況下，僅對位於該觸控筆附近的那些薄膜電晶體施以偏壓會是有益的。這可以以動態反饋來實現，藉此該觸控筆的感測位置(亦即，透過數位化背板)用以判 定將被施以偏壓之薄膜電晶體陣列的區域，而薄膜電晶體陣列的其餘部分保留在無偏壓狀態，因此不易受到由偽造光線(spurious light)造成的意外狀態改變之影響。例如，以該觸控筆位置為中心的10 TFT×10 TFT正方形可以被施以偏壓。但是，可以增加偏壓區域的大小，以適應薄膜電晶體的密度或寫入速度。例如，以該觸控筆位置為中心的100 TFT×100 TFT正方形可以被施以偏壓，或者以該觸控筆位置為中心的1000 TFT×1000 TFT正方形可以被施以偏壓。偏壓區域不一定要正方形，而可以是圓形、橢圓形、三角形或一些其他形狀。通常，偏壓區域會被動態地更新，以致於偏壓區域將與該觸控筆一起在書寫表面的區域上移動。除了更新偏壓區域之外，還可以將相同的位置資訊寫入記憶體，藉此位置資訊可以是寫入影像之整體更新的基礎，並且亦可以(藉由電子格式)傳送至一檔案或另一裝置，例如，電話、數位白板、電腦、輔助顯示器等。
100‧‧‧顯示器
110‧‧‧層(前電極)
120‧‧‧層
130‧‧‧電泳材料層
133‧‧‧微膠囊
135‧‧‧電泳顏料粒子
137‧‧‧電泳顏料粒子
139‧‧‧高分子黏著劑
150‧‧‧背板
153‧‧‧驅動電極
157‧‧‧基板層
210‧‧‧薄膜電晶體
220‧‧‧列電極
230‧‧‧行電極
240‧‧‧掃描驅動器
250‧‧‧資料驅動器
300‧‧‧薄膜電晶體背板
310‧‧‧保護層
320‧‧‧硼摻雜非晶矽層
330‧‧‧電極
400‧‧‧可寫顯示介質
410‧‧‧前電極
430‧‧‧電泳介質
440‧‧‧長波通濾光片
450‧‧‧薄膜電晶體
460‧‧‧像素電極
475‧‧‧數位化層
480‧‧‧觸控筆
540‧‧‧層壓黏著層
575‧‧‧數位化層
580‧‧‧觸控筆
600‧‧‧可寫系統
610‧‧‧外殼
620‧‧‧可寫顯示介質
640‧‧‧介面控件
680‧‧‧觸控筆
690‧‧‧圖形
700‧‧‧觸控筆
710‧‧‧主體
720‧‧‧光源
724‧‧‧護套
728‧‧‧尖端
730‧‧‧電子裝置
734‧‧‧電感線圈
800‧‧‧觸控筆
823‧‧‧光纖
828‧‧‧光
834‧‧‧感應線圈
第1圖係適用於本發明之電泳介質的一般描繪；第2圖係適用於本發明之薄膜電晶體(TFT)陣列的一般描繪；第3圖描繪先前技術的薄膜電晶體，其塗覆有光吸收層，以改善電泳顯示器的性能；第4圖說明以觸控筆寫入本發明的可寫顯示介質；第5圖說明以觸控筆寫入本發明的可寫顯示介質； 第6圖說明包括可寫顯示介質及觸控筆的系統；第7圖說明適用於本發明的可寫顯示介質之觸控筆的實施例；第8圖說明適用於本發明的可寫顯示介質之觸控筆的實施例；第9圖係說明當觸控筆在書寫表面上移動時如何動態地更新薄膜電晶體陣列的書寫區域之流程圖。
如上所述，本發明提供一種具有更快速影像更新的可寫顯示介質。藉由將光敏半導體納入用於控制電泳介質的影像狀態之薄膜電晶體(TFTs)中，並且將提供可用以促使薄膜電晶體切換狀態之窄波長窗口的長波通濾光片納入，使本發明成為可能。當發光觸控筆在顯示器上移動時，光將改變薄膜電晶體的狀態，導致顯示器中幾乎瞬時的狀態改變(亦即，白色至黑色)。於是，本發明的可寫顯示介質將不會遭受大多數可寫平板系統所經歷的寫入延遲時間。再者，在觸控筆正在改變顯示狀態的同時，使用單獨的電磁(或電容)數位化系統來記錄觸控筆的位置，使得書寫可以電子方式來記錄並轉換成電子影像檔案。
本發明意欲使用於由E Ink Corporation(Billerica，MA)開發且在下面列出的專利及專利公開案中描述的類型之電泳介質。膠囊型電泳介質包括許多的小膠囊，其每個小膠囊本身包括在流體介質中包含電泳移動粒子的內相及包圍內相的囊壁。通常，膠囊本身保 持在高分子黏著劑內，以形成位於兩個電極之間的黏著層(coherent layer)。在微單元電泳顯示器中，帶電粒子及流體沒有封裝在微膠囊內，而是保持在載體介質(通常為聚合膜)中形成的複數個空腔內。這些專利及申請案中所描述的技術包括：(a)電泳粒子、流體及流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728及7,679,814號；(b)膠囊、黏著劑及封裝過程；參見例如美國專利第6,922,276及7,411,719號；(c)微單元結構、壁材及形成微單元的方法；參見例如美國專利第7,072,095及9,279,906號；(d)填充及密封微單元的方法；參見例如美國專利第7,144,942及7,715,088號；(e)包含電光材料的薄膜及次總成；參見例如美國專利第6,982,178及7,839,564號；(f)背板、黏著層及顯示器中使用的其他輔助層及方法；參見例如美國專利第D485,294；6,124,851；6,130,773；6,177,921；6,232,950；6,252,564；6,312,304；6,312,971；6,376,828；6,392,786；6,413,790；6,422,687；6,445,374；6,480,182；6,498,114；6,506,438；6,518,949；6,521,489；6,535,197；6,545,291；6,639,578；6,657,772；6,664,944；6,680,725；6,683,333；6,724,519；6,750,473；6,816,147；6,819,471；6,825,068；6,831,769；6,842,167；6,842,279；6,842,657；6,865,010；6,873,452；6,909,532；6,967,640；6,980,196；7,012,735；7,030,412；7,075,703；7,106,296；7,110,163；7,116,318；7,148,128；7,167,155；7,173,752；7,176,880；7,190,008；7,206,119；7,223,672；7,230,751；7,256,766；7,259,744；7,280,094；7,301,693；7,304,780； 7,327,511；7,347,957；7,349,148；7,352,353；7,365,394；7,365,733；7,382,363；7,388,572；7,401,758；7,442,587；7,492,497；7,535,624；7,551,346；7,554,712；7,583,427；7,598,173；7,605,799；7,636,191；7,649,674；7,667,886；7,672,040；7,688,497；7,733,335；7,785,988；7,830,592；7,843,626；7,859,637；7,880,958；7,893,435；7,898,717；7,905,977；7,957,053；7,986,450；8,009,344；8,027,081；8,049,947；8,072,675；8,077,141；8,089,453；8,120,836；8,159,636；8,208,193；8,237,892；8,238,021；8,362,488；8,373,211；8,389,381；8,395,836；8,437,069；8,441,414；8,456,589；8,498,042；8,514,168；8,547,628；8,576,162；8,610,988；8,714,780；8,728,266；8,743,077；8,754,859；8,797,258；8,797,633；8,797,636；8,830,560；8,891,155；8,969,886；9,147,364；9,025,234；9,025,238；9,030,374；9,140,952；9,152,003；9,152,004；9,201,279；9,223,164；9,285,648號；以及9,310,661；以及美國專利申請案公開第2002/0060321；2004/0008179；2004/0085619；2004/0105036；2004/0112525；2005/0122306；2005/0122563；2006/0215106；2006/0255322；2007/0052757；2007/0097489；2007/0109219；2008/0061300；2008/0149271；2009/0122389；2009/0315044；2010/0177396；2011/0140744；2011/0187683；2011/0187689；2011/0292319；2013/0250397；2013/0278900；2014/0078024；2014/0139501；2014/0192000；2014/0210701； 2014/0300837；2014/0368753；2014/0376164；2015/0171112；2015/0205178；2015/0226986；2015/0227018；2015/0228666；2015/0261057；2015/0356927；2015/0378235；2016/077375；2016/0103380；以及2016/0187759號；以及世界申請案公開第WO 00/38000號；歐洲專利第1,099,207 B1及1,145,072 B1號；(g)顏色形成及顏色調整；參見例如美國專利第7,075,502及7,839,564號；以及(h)驅動顯示器的方法；參見例如美國專利第7,012,600及7,453,445號。以提及方式併入在本文列出之所有專利及專利申請案的全部。
許多上述專利及申請案認識到在膠囊型電泳介質中包圍離散微膠囊的壁可以由連續相來取代，從而產生所謂的聚合物分散型電泳顯示器，其中，電泳介質包含複數個離散小滴的電泳流體及連續相的聚合材料，並且即使沒有離散的膠囊膜與每個個別小滴相關聯，在這樣的聚合物分散型電泳顯示器內之離散小滴的電泳流體可以被視為是膠囊或微膠囊；參見例如前述的美國專利第6,866,760號。於是，基於本申請案的目的，這樣的聚合物分散型電泳介質被視為是膠囊型電泳介質的亞種。
膠囊型電泳顯示器通常不會受到傳統電泳裝置的群聚及沈降失敗模式的影響，並且提供額外的優點，例如，在各式各種撓性及剛性基板上印刷或塗佈顯示的能力。(字詞「印刷」之使用意欲包括所有形式之印 刷及塗佈，其包括但不侷限於：預計量式塗佈(pre-metered coatings)(例如：方塊擠壓式塗佈(patch die coating)、狹縫型或擠壓型塗佈(slot or extrusion coating)、斜板式或級聯式塗佈(slide or cascade coating)及淋幕式塗佈(curtain coating))；滾筒式塗佈(roll coating)(例如：輥襯刮刀塗佈(knife over roll coating及正反滾筒式塗佈(forward and reverse roll coating))；凹版塗佈(gravure coating)；浸塗佈(dip coating)；噴灑式塗佈(spray coating)；彎月形塗佈(meniscus coating)；旋轉塗佈(spin coating)；手刷塗佈(brush coating)；氣刀塗佈(air-knife coating)；絲網印刷製程(silk screen printing processes)；靜電印刷製程(electrostatic printing processes)；熱印刷製造(thermal printing processes)；噴墨印刷製程(ink jet printing processes)；電泳沉積(electrophoretic deposition)(參見美國專利第7,339,715號)；以及其它相似技術)。因此，結果的顯示器係可撓性的。再者，因為可(使用各種方法)印刷顯示介質，所以可便宜地製造顯示器本身。
雖然本發明主要係有關於上述及所列專利及專利申請案中所述類型之電泳介質，但是本發明中亦可以使用其他類型的電光材料。替代的電光介質本質上通常是反射性的，亦即，它們依賴於環境照明來取代如發射式LCD顯示器中所發現的背光源。替代的電光介質包括像例如在美國專利第5,808,783；5,777,782；5,760,761；6,054,071；6,055,091；6,097,531；6,128,124； 6,137,467；及6,147,791號中所述的旋轉雙色構件型介質(rotating bichromal member type media)。這樣的顯示器使用具有兩個以上部分有不同光學特性的大量小型物體(通常為球形或圓柱形)及一個內偶極。這些物體懸浮於基材內的填充有液體的液泡中，液泡填充有液體，以便物體可以自由旋轉。藉由施加電場，因而使物體旋轉至各種位置及改變物體的哪個部分可經由觀看面被看到來改變該顯示器之呈現。這類型的電光介質通常是雙穩態的。
另一種替代電光顯示介質係電致變色的，例如，奈米變色薄膜之形式的電致變色介質，其包括一個至少部分由半導體金屬氧化物所形成之電極及複數個附著至電極之能夠可逆變色的染料分子；參見例如O'Regan,B.,et al.,Nature 1991,353,737；以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(March 2002)。亦參見Bach,U.,et at.,Adv.Mater.,2002,14(11),845。這類型的奈米變色薄膜亦被描述於例如美國專利第6,301,038；6,870,657；及6,950,220中。這類型的介質通常亦是雙穩態的。
另一類型的電光顯示器係由Philips所發展出來的電潤濕顯示器(electro-wetting display)且被描述於Hayes,R.A.,et al.,“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”,Nature,425,383-385(2003)中。美國專利第7,420,549號顯示這樣的電潤濕顯示器可製成雙穩態的。
在第1圖中顯示示例性電泳顯示器(EPID)。顯示器100通常包括電泳材料層130及配置在電泳材料130之相對側上的至少兩個其他層110及120，這兩個層中之至少一層係電極層，例如，如第1圖中之層110所示。前電極110可以代表顯示器100的觀看側，在這種情況下，前電極110可以是像氧化銦錫(ITO)的透明導體(其在某些情況下可以沉積在像聚對酞酸乙二酯(PET)的透明基板上)。如第1圖所示，這樣的EPID亦包括背板150，其包括複數個驅動電極153及基板層157。電泳材料層130可以包括微膠囊133，其容納電泳顏料粒子135及137以及溶劑，其中，微膠囊133分散在高分子黏著劑139中。但是，可以理解的是，電泳介質(粒子135及137以及溶劑)可以封裝在微單元(微杯)中或在沒有周圍微膠囊下分佈在聚合物中(例如，上述PDEPID設計)。通常，顏料粒子137及135以在前電極110與像素電極153之間產生的電場來控制(移位)。在許多傳統EPID中，電驅動波形經由連接至薄膜電晶體(TFTs)的導電跡線(未顯示)傳送至像素電極153，薄膜電晶體允許以行列定址方法來定址像素電極。在一些實施例中，前電極110僅接地，並且藉由對可個別定址的像素電極153提供正電位及負電位來驅動影像。在其他實施例中，亦可以將電位施加至前電極110，以在前電極與像素電極153之間可以提供的電場方面提供更大的變化。
在許多的實施例中，如第2圖所示，薄膜電晶體陣列形成用於影像驅動的主動矩陣。例如，每個像 素電極(第1圖中的153)連接至薄膜電晶體210，薄膜電晶體210圖案化成陣列且連接至細長列電極220及細長行電極230，其與列電極220成直角延伸。在一些實施例中，一電極層具有單個連續電極的形式，而另一電極層圖案化成像素電極的矩陣，每個像素電極界定顯示器的一個像素。如第2圖所示，資料驅動器250連接至列電極230且提供源極電壓至要被定址的列中之所有薄膜電晶體。掃描驅動器240連接至列電極220，以提供將沿著該列的每個薄膜電晶體之閘極打開(或關閉)的偏壓電壓。閘極掃描速率通常約為60-100Hz。使閘極-源極電壓為正的，以允許源極電壓短接至汲極。使閘極相對於源極為負的，以促使汲極源電流下降及汲極有效地浮接。因為掃描驅動器以連續方式工作，所以在頂部與底部列電極之間的更新時間中通常存在一些可測量的延遲。可以理解的是，「列」及「行」電極的分配有些隨意，並且薄膜電晶體陣列可以在列與行電極互換之情況下被製造。
雖然EPID介質被描述為「黑色/白色」，但是它們通常被驅動至黑色與白色之間的複數個不同狀態，以實現各種色調或「灰階」。此外，可以藉由以從初始灰階至最終灰階(其可能與或可能不是不同於初始灰階)的轉移來驅動給定的像素，在第一與第二灰階狀態(其包括白色及黑色的端點)之間驅動像素。術語「波形」將用於表示用以實現從一特定初始灰階至一特定最終灰階的轉移之整個電壓相對於時間的曲線。通常，這樣的 波形將包括複數個波形成分；其中，這些成分實質上係矩形的(亦即，一個給定的成分包括在一段時間內施加固定的電壓)；這些成分可以稱為「脈衝」或「驅動脈衝」。術語「驅動方法」表示足以實現特定顯示器的灰階之間的所有可能轉移之一組波形。顯示器可以使用超過一個驅動方法；例如，上述美國專利第7,012,600號教示驅動方法可能需要根據像顯示器的溫度或在其使用壽命期間它已經工作的時間等參數來進行修改，並且因此顯示器可以具有用於不同溫度等之複數個不同的驅動方法。在這種方式中所使用的一組驅動方法可以稱為「一組相關驅動方法」。也可以在同一個顯示器的不同區域中同時使用超過一個驅動方法，並且在這種方式中使用的一組驅動方法可以稱為「一組同時驅動方法」。
三層電泳顯示器的製造通常涉及至少一層壓操作。例如，在上述幾個專利及申請案中，描述一種用於製造膠囊型電泳顯示器的方法，其中，將包含在黏著劑中的膠囊之膠囊型電泳介質塗佈至包含氧化銦錫(ITO)的撓性基板或類似導電塗層(其充當最終顯示器的一個電極)的塑料膜上，膠囊/黏著劑塗層被乾燥，以形成牢固地黏附至基板的電泳介質之黏著層。個別地，製備包含像素電極陣列及使像素電極連接至驅動電路(參見第2圖)的適當導體配置之背板(參見第1圖)。為了形成最終顯示器，使用層壓黏著劑將上面具有膠囊/黏著層的基板層壓至背板上。在期望具有額外層(例如，數位化感測層(Wacom Technologies,Portland,OR))的實施例中，可以 將那些層插入電極層與基板之間，或者可以將額外的基板添加至電極層與額外層之間。在一較佳實施例中，背板本身係可撓性的且藉由在塑料膜或其他撓性基板上印刷像素電極及導體來製備。藉由這種方法大量生產顯示器的層壓技術係使用層壓黏著劑的滾筒層壓(roll lamination)。
在層壓過程期間，使用一種以上的層壓黏著劑來對組件堆提供機械連續性，並且亦確保層相對於彼此係相對平坦的。在一些情況下，可以使用工業用層壓黏著劑(lamad)，但是層壓黏著劑的製造商(當然)奉獻相當大的努力來確保像黏著強度及層壓溫度的特性，而忽略層壓黏著劑的電性。於是，電泳顯示器的製造商通常修改工業用黏著劑，以達到所需的體積電阻係數。用於改變工業用黏著劑的電性之方法被描述於前述幾個專利中。這些方法通常涉及添加帶電共聚物、帶電部分或導電粒子。因為電泳製造商在摻雜層壓黏著層方面經驗豐富，所以預期添加額外成分來調整光學特性(例如，製造長波通濾光層壓黏著層)將是明確的。例如，為了減少比550nm還短的波長之透射，層壓黏著劑可以摻雜蒽醌化合物(anthraquinone compounds)，例如，1-甲胺基蒽醌(1-methylamino anthraquinone)。亦可以加入添加物的混合物來調整低通濾光片，使得薄膜電晶體材料的吸收光譜與添加物的吸收光譜之組合導致窄光波長窗口，其大致上與包含在觸控筆中的發光元件之輸出重疊。濾光片的功效通常以光密度(O.D.)來衡量，其中，光密度被定 義為以10為底的落在材料上之輻射與穿透材料之輻射的比率之對數。本發明的低通濾光片從400nm至550nm通常具有0.4或更大的光密度，例如，從400nm至550nm具有1或更大的光密度，例如，從400nm至550nm具有2或更大的光密度。
已經知道由摻雜的非晶矽構成之薄膜電晶體(TFTs)的光敏度有一段時間了。非晶矽(a-Si)具有從約350-700nm的寬吸收光譜，在大約500nm處具有峰值吸收。由於這種吸收光譜，陽光會在a-Si TFTs中引起少量的光電流。光電流會在影像中產生不需要的特徵。如第3圖所示，可以藉由添加保護層310至薄膜電晶體來處理光敏度。如第3圖所示，薄膜電晶體背板300包括保護層310，以保護硼摻雜非晶矽層320不受特定波長的影響。保護層310可以由氮化矽製成，並且在已經放下電極330之後，容易沉積在背板結構上。用以構造用於EPID應用的背板之進一步細節可以在美國專利第6,683,333號中找到，在此以參照的方式將其全部併入。
在本發明的可寫顯示介質中，以如第4及5圖所示的長波通濾光片440來取代保護層。當陣列中的一個以上的薄膜電晶體450被適當地施以偏壓時，發光觸控筆480(下稱)將因而導致偏壓的薄膜電晶體450之狀態改變，藉此促使相關像素電極460獲得足以改變與像素電極460相關的電泳介質430之階段的電位。薄膜電晶體中的狀態改變將導致電泳介質從一狀態改變至另一狀態(例如，從白色變為黑色)，這對使用者來說好像是在顯 示器上書寫/繪圖。薄膜電晶體的偏壓藉由與掃描及資料驅動器的電連接來完成，但是所述電連接並未顯示在第4圖中。在一些實施例中，長波通濾光片440係波長吸收或波長反射膜。在替代實施例中，如第5圖所示，可以將提供用於長波通濾光片440的波長選擇之吸收或反射材料直接添加至層壓黏著層540，以產生長波通層壓黏著層。例如，層壓黏著層540可以包括一定量的染料或顏料，其將吸收較短波長的光(黃光至藍光)，同時不干擾較長波長(例如，紅光或紅外線)的透射。將長波通材料加入層壓黏著層540中可減少背板的處理步驟之數量，並且允許較薄的材料堆(前板疊層)，從而允許電泳介質530的更快速切換。合適的顏料包括例如像Ink Jet Magenta E 02(可從Clariant Corporation購得)及Novoperm Yellow P M3R(Clariant Corporation)的洋紅色及黃色顏料。當然，可以組合顏料及/或染料，以獲得具有所需長波通特性的黏著劑。在一些實施例中，層壓黏著層包含0.1%至20%(wt/wt)的顏料及/或染料。在一些實施例中，層壓黏著層包含1%至10%(wt/wt)的顏料及/或染料。在一些實施例中，層壓黏著層包含2%至5%(wt/wt)的顏料及/或染料。層壓黏著層可以是聚氨酯層壓黏著層。
如第4及5圖所示，可以將數位化層475/575添加至總成，以追蹤觸控筆480/580的位置。因為觸控筆480/580包括感應線圈，所以觸控筆的運動與由數位化層475/575產生的電磁場相互作用，以允許數位化層 判定由數位化層所定義的X-Y平面中之位置。數位化層475/575通常連接至記憶體，使得觸控筆480/580的移動可以被記錄在電子檔案中，由此電子檔案可以被列印，被轉換成.pdf文件，透過電子郵件發送等。再者，電子檔案可以是在完成一定量的書寫之後，例如經由顯示驅動器對影像進行總體更新的基礎。
本發明的可寫顯示介質可以加入像第6圖所示的可寫系統600中。可寫系統包括可寫顯示介質620(上面關於第4及第5圖所述)及觸控筆680，觸控筆680包括光源且構造成與數位化層相互作用。如第6圖所示，可寫系統600類似於傳統的電子可寫平板電腦，其包括外殼610及可以是真實或虛擬的介面控件640。亦即，介面控件640可以是個別的按鈕、撥號等，或者介面控件640可以由操作軟體產生且以顯示器顯示/做為介面。如先前所述，觸控筆680產生實質上不被長波通濾光片阻擋的光，但是波長適合於引起偏壓薄膜電晶體中的光電流。例如，觸控筆可以包括產生600nm至900nm之間的光(例如，600nm至700nm之間的光，例如，650nm至700nm之間的光)之發光二極體或雷射。合適的光源係法比-培羅特型雷射二極體(Fabry-Perot-type laser diodes)，其可以從像Newport Corporation(Irvine,CA)的供應商獲得，並且具有660nm或680nm的中心波長。其他像高密度紅光LED的光源可以從像DigiKey(Thief River Falls,MN)的各種供應商購得。
當使用者用觸控筆680在可寫介質620上「書 寫」時，從觸控筆680的尖端發射之光將穿過透光前電極410、電泳介質430及長波通濾光片440，並且撞擊一個以上的已被施以偏壓以接受光書寫的薄膜電晶體450。當以合適的波長照射薄膜電晶體時，光電流將足以導致薄膜電晶體450的狀態改變，其增加(或根據需要減少)像素電極460上的電位，據此電泳介質430將切換(例如，從白色至黑色)觸控筆680所在的顯示。結果圖形690將在大約20ms內出現在可寫介質620上，因為不像先前技術平板電腦，不需要信號處理在觸控筆680下方產生圖案。亦即，觸控筆直接打開(或關閉)薄膜電晶體的閘極，因此「延遲時間」僅僅是電泳粒子回應新電位所花的時間。
在光書寫期間，顯示控制器將指示掃描驅動器，將所有閘極電壓(VG)設定為負電壓，同時資料驅動器將所有源極電壓(Vs)設定為高正值。參見第2圖。高電壓通常對應於用於狀態改變的驅動電壓，而VG的確切負值將取決於薄膜電晶體材料的選擇及觸控筆中使用的光源。在閘極電壓係負的且源極電壓係高的同時，薄膜電晶體的所有汲極(VD)將是浮接的。一旦處於這種狀態，使用者就可以使用發光觸控筆對顯示器進行定址。當觸控筆在顯示器上通過時，它將會照射在觸控筆下的不同薄膜電晶體的閘極。閘極中產生的光電流將導致薄膜電晶體的源極端與汲極端短路，這將使像素電極電壓處於高正值(例如，15V)。一旦像素電極切換至高正值，帶正電的黑色電泳粒子將被驅動離開像素電極且朝向透 光上電極，從而出現線條。當然，如果需要的話，則顯示器可以「變黑」，並且觸控筆用以在電壓切換的條件下「寫入」白色特徵。再者，在具有超過兩種類型的粒子之電泳系統中，藉由針對源極電壓選擇適當的初始電壓，可以使線條出現成對應於期望粒子組，例如，強調色。
在大部分實施例中，光書寫將由會跟蹤觸控筆的位置之傳統電磁或電容數位化器來輔助。這種配置將允許在用圖形690更新可寫顯示器620的同時記錄「寫入」。在第7及8圖中顯示提供光源及用於追蹤觸控筆的運動之機構的示例性觸控筆設計。第7圖顯示具有光及電磁感應(EMR)能力之觸控筆700的尖端之剖視圖。觸控筆包括由使用者握持且容納功能所需的電子組件之主體710。光源720可以是LED或二極體雷射。可以使用其他雷射光源，但是觸控筆的尺寸及形狀可能隨著光學諧振腔及雷射介質的要求而有所不同。光源720直接連接至護套(sheath)724，護套724提供從光源720至發射光的尖端728之光路徑。觸控筆700的尖端額外地包括連接至電子裝置730的電感線圈734，電子裝置730允許在運動期間產生的電磁通量被追蹤並向數位化層回傳738。如第7圖所示，光護套724圍繞感應線圈，因而允許線圈及要聚焦的光處於大致相同的位置。
在第8圖中顯示用於實現相同效能的替代觸控筆結構。在第8圖中，光經由在感應線圈834內行進的光纖823傳送，從而允許光828在尖端處離開觸控筆 800。可以理解的是，其他傳遞光及允許電子感應的設計將亦是合適的。例如，觸控筆可以在尖端中使用電容式觸控元件，並且可寫裝置可以使用電容式觸控螢幕，以在「寫入」期間感測筆的位置。用於本發明的觸控筆可以包括其他額外的元件，例如，電源(例如，電池)、藍牙(BLUETOOTH®)通信裝置、按鈕及在與尖端相對的觸控筆末端處的抹除器。通常，抹除器將以與數位化器相同的功能來工作。
因為觸控筆兼具光書寫與電磁(或電容)感測，所以可以用多種模式來書寫。例如，如果使用者只想做設計或筆記，則可以將系統切換至所有薄膜電晶體皆被施以偏壓的模式，並且觸控筆僅在觸控筆經過時切換電泳墨水的狀態。在這種模式中，裝置的工作非常像BOOGIEBOARD®(Kent Displays,Kent OH)，它能夠快速書寫，但是無法儲存設計或轉換成文本等。在另一種模式中，系統將同時採用光源及數位化器，以提供幾乎即時的書寫更新，同時亦可以電子方式儲存觸控筆位置以供以後參考。在又另一種模式中，光可以被解除，並且沒有薄膜電晶體被施以偏壓，使得可寫系統的工作類似於當前可用的許多可寫平板電腦。當在電子文件上記錄時，這種「無光」模式可能是有用的，因為使用者不一定要「翻轉」像素的狀態，而是要在正確的位置上做標記。在「無光」模式的實施例中，裝置的薄膜電晶體之閘極電壓與源極電壓之間的差值(VGS)將被設定為大的負值，藉此確保即使來自觸控筆的光被顯示在顯示器 上，顯示狀態將不會改變。
在高級實施例中，書寫模式可能更複雜。用於顯示及記錄書寫的演算法需要考慮除觸控筆的位置之外的其他因素。例如，高級演算法可以考慮使用者手的位置、環境照明條件及顯示器上先前影像的存在。在一些實施例中，減少被施以偏壓以允許光書寫之薄膜電晶體的數量至小於整個薄膜電晶體陣列的數量將是有益的。亦即，在書寫期間中，只有觸控筆附近的薄膜電晶體將被施以偏壓且可用於光書寫。
在第9圖中顯示一種用局部數量的偏壓薄膜電晶體來更新可寫系統的顯示之方法。這個方法開始於使用者啟動書寫模式，據此數位化器將判定觸控筆的位置。一旦知道觸控筆的位置，一些薄膜電晶體將被施以偏壓，以允許從觸控筆發出的光切換其狀態。如第9圖所示，偏壓區域係100 TFT×100 TFT區域，但是可以根據使用者及應用的需要使用更多或更少數量的薄膜電晶體。例如，如果可寫裝置具有大的像素及較低的解析度，則可能適合僅對10 TFT×10 TFT區域施以偏壓。一旦對這些薄膜電晶體施以偏壓，任何這些薄膜電晶體都可以被觸控筆「書寫」。如上所述，觸控筆的運動將幾乎瞬時地在顯示器上被捕捉。然而，觸控筆在偏壓的薄膜電晶體中導致狀態切換的同時，觸控筆的位置亦被數位化器記錄，被儲存至記憶體，並且最終被傳送至顯示驅動器。顯示驅動器接收位置資料與更新影像之間的延遲係任意的，並且可以由使用者根據偏好來設定。在某些情 況下，取決於數位化器所記錄的觸控筆位置，顯示驅動器將藉由移除薄膜電晶體上的偏壓且使其返回至它們的「正確」狀態來動態地更新顯示。亦即，在使用觸控筆書寫一個區域，並且來自觸控筆的光促使電泳介質之狀態的切換之後，將刷新整個區域，使得影像與數位化器記錄的影像相配。額外的校正，例如平滑及文本校正，亦可以在觸控筆的記錄位置上執行。於是，系統允許對觸控筆書寫有快速的光響應，但是亦記錄書寫，使得其可以以電子方式被儲存及共享。例如，在一些實施例中，顯示控制器將偵測筆何時中斷與顯示器的接觸並刷新螢幕。
定義
應用於材料或顯示器的術語「電光」在此以其在成像技術中的傳統含義用以提及具有在至少一光學特性方面係不同的第一及第二顯示狀態之材料，其中，藉由施加電場至材料，將材料從其第一顯示狀態改變至其第二顯示狀態。雖然該光學特性通常是人眼可感知的顏色，但是它可以是其它光學特性，例如，光傳輸、反射率及發光亮度，或者就意欲用於機器讀取之顯示器來說，在可見範圍外之電磁波波長的反射率之變化感知方面的假色(pseudo-color)。
術語「灰色狀態」或「灰階」在此以其成像技術中之傳統含義用以提及在像素之兩個極端光學狀態間的狀態，以及沒有必定意味著這兩個極端狀態間之黑白轉移(black-white transition)。例如，下面提及的數個 E Ink專利及公開申請案描述電泳顯示器，其中，極端狀態為白色及深藍色，以致於中間「灰色狀態」實際上是淺藍色。更確切地，如所述，光學狀態之變化可能根本不是顏色變化。術語「黑色」及「白色」在下文可以用以提及顯示器之兩個極端光學狀態，以及應該理解為通常包括完全不是黑色及白色之極端光學狀態，例如，前述白色及深藍色狀態。術語「單色(monochrome)」在此可以用以在下文表示只將像素驅動至不具有中間灰色狀態之它們的兩個極端光學狀態之驅動方法。
一些電光材料在材料具有固體外表面的意義上係固體的，儘管材料可能且經常具有內部液體或氣體填充的空間。這樣使用固體電光材料的顯示器在下文中可以方便地稱為「固體電光顯示器」。因此，術語「固體電光顯示器」包括旋轉雙色構件顯示器、膠囊型電泳顯示器、微單元電泳顯示器及膠囊型液晶顯示器。
術語「雙穩態(bistable)」及「雙穩性(bistability)」在此以該項技術中之傳統含義用以提及顯示器包括具有在至少一光學特性方面係不同的第一及第二顯示狀態之顯示元件，以及以便在以有限持續時間之定址脈波驅動任何一給定元件，以呈現其第一或第二顯示狀態後及在終止定址脈波後，那個狀態持續至少數次，例如，至少4次；定址脈波需要最短持續時間來改變顯示元件之狀態。美國專利第7,170,670號顯示一些具有灰階能力的以粒子為基礎的電泳顯示器不僅在極端黑色及白色狀態中，而且在中間灰色狀態中係穩定的，以 及一些其它類型的電光顯示器亦同樣是如此。這類型的顯示器可適當地稱為「多穩態(multi-stable)」而不是雙穩態，但是為了方便起見，術語「雙穩態」在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器。
[實施例]
在移除薄膜晶體管(TFT)閘極光罩的情況下製造主動矩陣背板的實例(E Ink Holdings,Hsinchu,Taiwan)。(通常，提供閘極光罩，以防止例如來自直射陽光之更高能量的光子造成電晶體的虛假開口。)聚氨酯層壓黏著劑用美國專利第9,752,034號所述的約3%(wt/wt)之分散功能煃吖啶酮顏料(dispersed functionalized quinacridone pigment)來製備，美國專利第9,752,034號的全部內容以提及方式併入本文中。使用在上述專利中所述的方法製備在碳氫化合物溶液中包含黑色及白色電泳顏料的膠囊之漿料。將漿料塗佈在PET-ITO(Saint Gobain)板上並在所需的溫度及濕度下調理。在調理之後，用包含煃吖啶酮顏料的層壓黏著劑對膠囊進行外塗，並且在沒有閘極光罩下將所得的前板疊層層壓至主動矩陣，以生產僅響應較長波長的可見光之光敏可寫顯示器。
所得到的顯示器使用標準電泳顯示控制器(EVK3-6SL/TPS,E Ink Corporation)來驅動，並且在用適當的波形驅動時，顯示標準灰階測試圖案。然後，藉由設定VEE值為-22V且設定VCOM為-15V，將顯示器設定為「書寫模式」。在這種「書寫模式」下關閉閘極線 的掃描。
一旦進入「書寫模式」，像素陣列可以用紅光二極體雷射筆(650nm；約1mW)來立即定址。然而，具有超過10倍強度(~12mW)的綠光雷射筆(532nm)沒有在「書寫模式」中對像素陣列進行定址，從而確認定址係極度波長相依的。再者，當可寫顯示器處於「書寫模式」且暴露在直射陽光下30分鐘時，沒有觀察到切換。一旦關閉「書寫模式」，當從控制器輸入所需的波形時，顯示器返回正常切換。
從前述可以看出，本發明可以提供可寫電光顯示介質及用於使由光敏薄膜電晶體控制的顯示器幾乎瞬時更新的發光觸控筆。熟悉該項技術人士將顯而易見的是，在不脫離本發明的範圍之情況下，可以對上述本發明的特定實施例進行許多的變更及修改。於是，整個前面描述將被解釋為說明性的而不是限制性的意義。

Claims (25)

  1. 一種可寫顯示介質，其包括：一透光前電極；一電泳介質，其包括在電場存在之情況下會移動的帶電粒子；一薄膜電晶體陣列，其包括光敏半導體；一長波通濾光片；以及一數位化層，其構造成用以定位該可寫顯示介質上之觸摸。
  2. 如請求項1之可寫顯示介質，其進一步包括一電源及一顯示驅動器，該電源及該顯示驅動器可操作地連接至該薄膜電晶體陣列。
  3. 如請求項2之可寫顯示介質，其進一步包括一記憶體，該記憶體可操作地連接至該數位化層及該顯示驅動器，並且該記憶體構造成從該數位化層接收位置資訊及傳送該位置資訊至該顯示驅動器。
  4. 如請求項2之可寫顯示介質，其中，該顯示驅動器以源極線及閘極線連接至該薄膜電晶體陣列。
  5. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該長波通濾光片包含在一黏著層中。
  6. 如請求項5之可寫顯示介質，其中，該黏著層包括一吸光染料或顏料。
  7. 如請求項5之可寫顯示介質，其中，該黏著層包括一吸收400nm至550nm之間的光之添加劑。
  8. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該長波通濾光片 反射400nm至550nm之間的光。
  9. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該長波通濾光片對於400-550nm之範圍具有至少0.5的光密度。
  10. 如請求項9之可寫顯示介質，其中，該長波通濾光片對於400-550nm之範圍具有至少1的光密度。
  11. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該等光敏半導體包括非晶矽。
  12. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該等光敏半導體在暴露於具有600-900nm波長的光時經歷光電流。
  13. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該數位化層使用電磁感應來判定觸摸之位置。
  14. 如請求項1之可寫顯示介質，其中，該數位化層使用電容感應來判定觸摸之位置。
  15. 一種可寫系統，其包括：一可寫顯示介質，其包括：一透光前電極；一電泳介質，其包括在電場存在之情況下會移動的帶電粒子；一薄膜電晶體陣列，其包括光敏半導體；一長波通濾光片；以及一數位化層，其構造成用以定位該可寫顯示介質上之觸摸；以及一觸控筆，其包括一光源，並且構造成與該數位化層互動。
  16. 如請求項15之可寫系統，其進一步包括一電源及一 顯示驅動器，該電源及該顯示驅動器可操作地連接至該薄膜電晶體陣列。
  17. 如請求項16之可寫系統，其進一步包括一記憶體，該記憶體可操作地連接至該數位化層及該顯示驅動器，並且構造成從該數位化層接收位置資訊及接著傳送該位置資訊至該顯示驅動器。
  18. 如請求項16之可寫系統，其中，該電源可操作地連接至該數位化層。
  19. 如請求項15之可寫系統，其中，該光源產生600nm至900nm之間的光。
  20. 如請求項19之可寫系統，其中，該光源包括一發光二極體或一雷射。
  21. 一種用於切換電泳顯示器之狀態的方法，其包括：提供一電泳顯示器，該電泳顯示器包括一透光電極；一薄膜電晶體陣列，其包括光敏半導體；一電泳介質，其包括在電場存在之情況下會移動的帶電粒子；以及一長波通濾光片，其中，該電泳介質夾在該透光電極與該薄膜電晶體陣列之間；施加偏壓於該陣列之薄膜電晶體(TFTs)，使得當該電泳顯示器暴露在光下時，該薄膜電晶體將促使該電泳介質切換狀態；以及使該電泳顯示器暴露於一光源，從而促使該電泳顯示器切換狀態。
  22. 如請求項21之方法，其進一步包括：在由該薄膜電晶體陣列所界定之X-Y平面中感測 該光源之位置，並且對在以該光源之位置為中心的10 TFT×10 TFT正方形內的薄膜電晶體施加偏壓。
  23. 如請求項22之方法，其包括對在以該光源之位置為中心的100 TFT×100 TFT正方形內的薄膜電晶體施加偏壓。
  24. 如請求項21之方法，其進一步包括記錄在由該薄膜電晶體陣列所界定之X-Y平面中的該光源之位置，並且將該位置寫入記憶體。
  25. 如請求項24之方法，其進一步包括：傳送該光源之位置至一顯示驅動器；清除該電泳顯示器上之影像；從該顯示驅動器傳送影像資料至該薄膜電晶體陣列，其中，該影像資料表示該光源之記錄位置；以及在該電泳顯示器上顯示該影像資料。
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