TW202343104A - 包含量子點層的反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器 - Google Patents
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- G02F2202/00—Materials and properties
- G02F2202/04—Materials and properties dye
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Abstract
反射式顯示器包含反射片層及緊鄰反射片層的畫素之陣列。畫素之陣列之每個畫素包含第一子畫素、第二子畫素及第三子畫素。第一子畫素包含藍色濾光片層及緊鄰藍色濾光片層的第一光開關。第二子畫素包含綠色濾光片層、緊鄰綠色濾光片層的綠色量子點層以及緊鄰綠色量子點層的第二光開關。第三子畫素包含紅色濾光片層、緊鄰紅色濾光片層的紅色量子點層以及緊鄰紅色量子點層的第三光開關。
Description
此申請案根據專利法主張於2022年2月7日申請的美國臨時申請案序號第63/307259號之優先權之權益,依據其內容並且藉由其全文引用方式併入本文。
本揭示案一般而言關於顯示器。更具體地,本揭示案關於包含量子點層的反射式及半穿透半反射式(transflective)顯示器。
反射式顯示器(例如反射式液晶顯示器(RLCD))不包含背光。反之,反射式顯示器可藉由反射來自外部光源(例如太陽、燈等)的環境光來觀看。有時,反射式顯示器包含前光(frontlight),因此當環境光較弱或不存在時可觀看顯示器。反射式顯示器由於其低能耗而極具吸引力。反射式顯示器有許多應用,例如手機、電子閱讀器及公共看板(public signage)。由於沒有背光,入射環境光之管理決定反射式顯示器上顯示的影像之亮度。一般而言,反射式顯示器在全白螢幕中反射至少7%的入射光。
半穿透半反射式顯示器(例如半穿透半反射式LCD)反射來自顯示器之前側的環境光並且還透射來自顯示器之背側的光(例如,來自背光),可在明亮的環境條件下維持足夠的效能,同時保持在較不明亮的環境條件下執行的能力。半穿透半反射式顯示器可用於許多與反射式顯示器相同的應用,例如手機、電子閱讀器及公共看板。一般而言,以透射(藉由背光照明)操作的半穿透半反射式顯示器在全白螢幕中透射至少7%的入射光,而以反射(從前側照明)操作的半穿透半反射式顯示器在全白螢幕中反射至少7%的入射光。
本揭示案之一些實施例關於一種反射式顯示器。反射式顯示器包含反射片(reflector)層及緊鄰反射片層的畫素之陣列。畫素之陣列之每個畫素包含第一子畫素、第二子畫素以及第三子畫素。第一子畫素包含藍色濾光片(blue color filter)層及緊鄰藍色濾光片層的第一光開關。第二子畫素包含綠色濾光片(green color filter layer)層、緊鄰綠色濾光片層的綠色量子點層以及緊鄰綠色量子點層的第二光開關。第三子畫素包含紅色濾光片(red color filter)層、緊鄰紅色濾光片層的紅色量子點層以及緊鄰紅色量子點層的第三光開關。
又,本揭示案之其他實施例關於一種反射式顯示器。反射式顯示器包含共用偏光片(polarizer)層、反射片層以及位於共用偏光片層與反射片層之間的畫素之陣列。畫素之陣列之每個畫素包含第一子畫素、第二子畫素及第三子畫素。第一子畫素包含藍色濾光片層、緊鄰藍色濾光片層的第一單元內(in-cell)偏光片層以及位於第一單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第一液晶單元。第二子畫素包含綠色濾光片層、緊鄰綠色濾光片層的綠色量子點層、緊鄰綠色量子點層的第二單元內偏光片層以及位於第二單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第二液晶單元。第三子畫素包含紅色濾光片層、緊鄰紅色濾光片層的紅色量子點層、緊鄰紅色量子點層的第三單元內偏光片層以及位於第三單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第三液晶單元。
又,本揭示案之其他實施例關於一種半穿透半反射式顯示器。半穿透半反射式顯示器包含二向色(dichroic)反射片層及緊鄰二向色反射片層的畫素之陣列。畫素之陣列之每個畫素包含第一子畫素、第二子畫素及第三子畫素。第一子畫素包含第一濾光片層及緊鄰第一濾光片層的第一光開關。第二子畫素包含第二濾光片層、緊鄰第二濾光片層的綠色量子點層以及緊鄰綠色量子點層的第二光開關。第三子畫素包含紅色量子點層及緊鄰紅色量子點層的第三光開關。
又,本揭示案之其他實施例關於一種半穿透半反射式顯示器。半穿透半反射式顯示器包含共用偏光片層、二向色反射片層以及位於共用偏光片層與二向色反射片層之間的畫素之陣列。畫素之陣列之每個畫素包含第一子畫素、第二子畫素及第三子畫素。第一子畫素包含第一濾光片層、緊鄰第一濾光片層的第一單元內偏光片層以及位於第一單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第一液晶單元。第二子畫素包含第二濾光片層、緊鄰第二濾光片層的綠色量子點層、緊鄰綠色量子點層的第二單元內偏光片層以及位於第二單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第二液晶單元。第三子畫素包含紅色量子點層、緊鄰紅色量子點層的第三單元內偏光片層以及位於第三單元內偏光片層與共用偏光片層之間的第三液晶單元。
本文揭示的反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器藉由包含基於螢光粉(phosphor)的色彩轉換器(例如,量子點)來增強顯示器之亮度及色域。反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器藉由減少吸收式色彩濾光片中的光吸收並且藉由量子點層能夠於較長波長下再發射較短波長的光,來提供增加的有效反射率(例如,對於來自環境的相同照明的亮度)。半穿透半反射式顯示器中的二向色反射片層及減色濾光片(subtractive color filter)允許以反射及透射兩者的有效操作。半穿透半反射式顯示器在反射及透射中使用相同的液晶單元設計或光開關,由於沒有使用空間多工(multiplexing)或半透明鏡,而能夠進一步增加亮度。此外,半穿透半反射式顯示器可使用現有的背光設計及技術,包含區域調光(local dimming)。
另外的特徵及優點將在以下詳細實施方式中記載,並且部分地對於本領域熟知技藝者而言從該描述將為顯而易見的或藉由實踐本文所述的實施例而認知,本文包含以下的詳細實施方式、申請專利範圍以及附圖。
應理解,前文一般描述及以下詳細描述兩者僅為示例性並且旨在提供用於理解申請專利範圍之本質及特性的概述或架構。本文包含附圖以提供進一步理解並且附圖併入此說明書且構成此說明書之一部分。圖式繪示一或更多個實施例,並且與描述一起解釋各種實施例之原理及操作。
現將詳細參照本揭示案之實施例,實施例之示例繪示於附圖中。在圖式各處將儘可能使用相同的元件符號來指稱相同或類似的部件。然而,此揭示案可以許多不同的形式來實施,並且不應被解釋為限於本文記載的實施例。
本文中可將範圍表示為從「約」一個特定值,及/或至「約」另一個特定值。當表示這樣的範圍時,另一個實施例包含從一個特定值及/或至另一個特定值。類似地,當藉由使用先行詞「約」將數值表示為近似值時,將理解特定值形成另一個實施例。將進一步理解,每個範圍之端點關於另一個端點皆為有意義的並且獨立於另一個端點。
如本文使用的方向性用語──舉例而言,上、下、右、左、前、後、頂部、底部、垂直、水平──僅為參照所繪製的圖式而作出,而不欲暗示絕對定向。
除非另外明確說明,否則本文記載的任何方法決不欲解釋為要求以特定順序執行方法的步驟,也不要求以任何設備特定的定向來執行。因此,當方法請求項實際上並未敘述方法的步驟所要遵循的順序時,或當任何設備請求項實際上並未敘述對個別部件的順序或定向時,或當在申請專利範圍或說明書中並未另外特定說明步驟將限於特定的順序時,或當並未敘述對設備之部件的特定順序或定向時,決不欲在任何態樣中推斷順序或定向。此適用於任何可能的未表達的解釋依據,包含:關於步驟之安排、操作流程、部件之順序或部件之定向的邏輯事項;自語法組織或標點符號得到的簡單含義,以及;說明書中描述的實施例之數量或類型。
如本文所使用,除非上下文另有明確指示,否則單數形式「一」、「一個」及「該」包含複數指示物。因此,舉例而言,除非上下文另有明確指示,否則對「一」部件的參照包含具有兩個或更多個這樣的部件的態樣。
如本文所使用,「近紫外光」具有在約300奈米與約440奈米之間的範圍內的波長,「藍光」具有在約440奈米與約500奈米之間的範圍內的波長,「綠光」具有在約500奈米與約570奈米之間的範圍內的波長,「紅光」具有在約570奈米與約700奈米之間的範圍內的波長,並且「紅外光」具有大於約700奈米的波長。
高效能反射式顯示器可用於期望於明亮環境照明下的影像品質、長電池壽命及減少眼睛疲勞的應用。舉例而言,上述應用可包含手機、公共資訊顯示器、彩色電子閱讀器等。在這些應用中之許多應用中,可能還期望以高再新率(refresh rate)顯示影像的能力(例如,實況視訊(live video))。不幸地,典型的反射式顯示器無法提供這些特徵,甚至無法接近列印在紙上的圖像之品質。儘管液晶顯示器(LCD)普遍存在,並且在背光配置中能具有傑出的效能,但它們在反射模式中的表現幾乎沒有那麼好。在反射模式中效能降低的一個原因為液晶光調變器使用偏振光進行操作。因此,在光有機會被反射之前,多於一半的環境光在顯示器之前偏光片(front polarizer)中損失。在反射模式中效能降低的另一個原因為LCD顯示器再現色彩的方式。可將顯示器之每個畫素劃分為原色(primary color)的紅色、綠色及藍色子畫素,並且每個子畫素可分別包含紅色、綠色及藍色濾光片。色彩濾光片可由含有顏料的樹脂製成,這些顏料吸收兩種色彩同時讓剩餘的色彩穿過。因此,大致上三分之二的入射光在色彩濾光片中被吸收而損失。結合偏光片損失,只留下少於15%的入射光被反射。在某些情況下,效率可能更低,因為一些顯示區域可被驅動液晶的薄膜電晶體驅動器(TFT)佔用,參數通常指示為孔徑比(aperture ratio),孔徑比對於高解析度顯示器可低至小於約50%。因此,需要更有效及更亮的反射式顯示器。
典型的反射式顯示器無法很好地解決的另一個需求為,不僅在超亮環境中而且還在更昏暗的環境中很好地運作的能力。為了達成此能力,顯示器可配備有輔助光源。在反射式顯示器配置中,可使用在某些電子墨水(E-ink)裝置中使用的那種側光式前光,或可使用其他前光。然而,側光式前光受限於尺寸及它們可產生的總光量,使用顯著的顯示邊框空間來隱藏光源,並且無法使用先進照明技術(例如區域調光)來增加對比度。因此,在稱為半穿透半反射式顯示器的設計中使用沒有所有這些缺點的更傳統的背光可能更具吸引力。半穿透半反射式顯示器存在兩個顯著挑戰。一個挑戰為反射光通過液晶單元兩次,而背光產生的光僅透射一次,而使得難以安排最佳的偏振之操控。另一個挑戰為需要一種單向反射片,它反射從一側入射的光,但透射從另一側入射的光。因此,也需要對於半穿透半反射式顯示器更高效的設計。
因此,為了解決上述需求,本文揭示包含基於螢光粉的色彩轉換器(例如,量子點)以增加反射率/亮度並且改善色域的反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器(例如,LCD顯示器)。可使用單元內偏光片以實現添加基於螢光粉的色彩轉換器。此外,半穿透半反射式顯示器可包含二向色反射片層,結合減色濾光片,以實現反射及透射兩者的有效操作。
現參照第1A圖,描繪示例性顯示器100之俯視圖。顯示器100包含畫素102之陣列(例如,複數個畫素)。畫素102以列及行來排列。顯示器100可包含任何適合的列數及任何適合的行數的畫素102。在某些示例性實施例中,列數可等於行數。在其他實施例中,列數可不等於行數。
第1B圖為示例性反射式顯示器100a之簡化橫截面圖。在這實施例中,反射式顯示器100a包含畫素102a之陣列(在第1B圖中繪示一個畫素)。反射式顯示器100a還包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)畫素102a之陣列的反射片層110。若反射片層110具有漫射特性而不是鏡面反射特性,則反射式顯示器100a可具有改善的效能。這可藉由以下方式來達成:使用非金屬反射片層110,使反射片層之表面粗糙,並且由保形(conformal)金屬塗層來塗佈反射片層。或者,反射片層110可為平坦的金屬層(例如,鋁或銀)並且可具有粗糙的表面以提供漫反射。可將反射片層110之粗糙度參數最佳化,或在一些情況下可使用工程化的非隨機圖案,以增強反射式顯示器100a之亮度。所揭示的實施例也與其他亮度增強之方法兼容,舉例而言,與光控制(角度相關擴散片)膜兼容。
每個畫素102a包含第一(例如,藍色)子畫素120、第二(例如,綠色)子畫素130及第三(例如,紅色)子畫素140。第一子畫素120包含藍色濾光片層122及緊鄰藍色濾光片層122的第一光開關126。藍色濾光片層122透射藍光並且吸收所有其他(例如,紅及綠)光。在某些示例性實施例中,第一子畫素120還可包含在藍色濾光片層122與第一光開關126之間(例如,直接在其之間)的層124。在其他實施例中,可不包含層124。在一些實施例中,層124可為在藍色濾光片層122與第一光開關126之間的藍色量子點層。藍色量子點層將較短波長的光(例如,近紫外光)轉換成藍光。在其他實施例中,層124可為在藍色濾光片層122與第一光開關126之間的擴散片層(例如,透明強散射材料層)。
第二子畫素130包含綠色濾光片層132、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色濾光片層132的綠色量子點層134以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色量子點層134的第二光開關136。綠色濾光片層132透射綠光並且吸收所有其他(例如,藍及紅)光。綠色量子點層134將較短波長的光(例如,藍光)轉換成綠光。
第三子畫素140包含紅色濾光片層142、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色濾光片層142的紅色量子點層144以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層144的第三光開關146。紅色濾光片層142透射紅光並且吸收所有其他(例如,藍及綠)光。紅色量子點層144將較短波長的光(例如,綠光)轉換成紅光。
在某些示例性實施例中,第一光開關126、第二光開關136及第三光開關146中之每一者可為染料摻雜液晶開關、電濕潤開關、電泳開關、電致變色開關、微機電(MEMS)開關、相變開關或適用於根據電子控制訊號選擇性地透射或阻擋光(例如,改變透明度)的另一種光開關。這些類型的開關的一個共同特徵為它們不使用偏光片,從而使顯示器100a比使用更傳統的液晶光開關的顯示器更有效率。
在這示例中,包含藍光150、綠光152及紅光154的環境光入射在反射式顯示器100a上。此外,在這示例中,關閉第一光開關126及第三光開關146以阻擋入射光的透射,而開啟第二光開關136以透射入射光。
回應於光開關126、136及/或146被關閉,入射光被阻止通過開關。回應於光開關126、136及/或146被開啟以允許入射光通過開關,下方的色彩濾光片層122、132及/或142分別阻擋除指定色彩之外的所有光,其被反射片層110反射返回觀看者。回應於光開關126、136及/或146被開啟以允許入射光通過開關,下方的量子點層124、134及/或144分別將較短波長的光轉換成指定的色彩。來自量子點層的光的再發射為等向性的(isotropic),使得大約一半的光被導引返回觀看者並且另一半的光穿過相應的色彩濾光片層然後被反射片層110反射。舉例而言,如第1B圖所示,藉由綠色量子點層134將藍光150轉換成綠光152並且被綠色量子點層134及反射片110(在通過綠色濾光片層132之後)導引返回觀看者。紅光154既不被轉換也不被反射。
基於量子點組成及約10微米的量子點層厚度,與不包含量子點層的顯示器相比,由於量子點層引起的顯示器之亮度增強可增加高達約50%。反射式顯示器之亮度也可藉由前光來增強。典型的反射式顯示器使用螢光粉轉換的白色發光二極體(LED),其耦合至用作光導的玻璃或塑膠板中,並且配備有一些光提取手段以將光分佈到面板區域各處,作為前光源。若使用前光光導作為蓋玻璃(cover glass),則污垢及指紋可能導致可見的外耦合(outcoupling)及影像劣化。由於這原因,前光光導通常為蓋玻璃之下的獨立部件。然而,期望顯示器堆疊之所有層皆光學接合以避免菲涅耳(Fresnel)反射,在這種情況下指紋問題將再次出現。為了解決這問題,在本文揭示的量子點增強反射式顯示器中,可使用近紫外LED作為前光源,所以指紋可能不會造成可見的外耦合。除了亮度之外,本文揭示的量子點增強反射式顯示器還可受益於色域,因為與不包含量子點層的反射式顯示器相比,量子點可產生更窄的光譜並且因此產生更純的色彩。
第1C圖為另一個示例性反射式顯示器100b之簡化橫截面圖。反射式顯示器100b類似於先前參照第1B圖描述及繪示的反射式顯示器100a。在這實施例中,反射式顯示器100b包含畫素102b之陣列(在第1C圖中繪示一個畫素)。反射式顯示器100b還包含緊鄰(鄰近及/或接觸)畫素102b之陣列的透明第一基板160、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)透明第一基板160的薄膜電晶體驅動器164之陣列、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)畫素102b之陣列的反射片層110以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)反射片層110的第二基板162。如先前參照第1B圖所述,每個畫素102b包含第一子畫素120、第二子畫素130及第三子畫素140。薄膜電晶體驅動器164之陣列可基於電子控制訊號控制畫素之陣列之每個畫素102b之第一光開關126、第二光開關136及第三光開關146。在某些示例性實施例中,薄膜電晶體驅動器164之陣列之電晶體所在的每個區域可被吸收材料166覆蓋,例如黑色矩陣材料、陽極氧化金屬、CrO
2/Cr、Si/Ge合金或用以防止電晶體反射入射環境光的另一種適合的材料。透明第一基板160可為透明玻璃基板、透明陶瓷基板、透明玻璃陶瓷基板或另一種適合的透明基板。第二基板162可為玻璃基板、陶瓷基板、玻璃陶瓷基板或另一種適合的透明或不透明基板。
第2A圖~第2C圖為示例性反射式LCD顯示器之簡化橫截面圖。在典型的直視(非投影)反射式LCD顯示器中,在沒有對液晶單元施加電壓的情況下(例如,在暗態下),前偏光片與四分之一波片之組合有效地形成光隔離器(isolator)。入射環境光被偏振並且藉由四分之一波片從線偏振轉換成圓偏振。液晶不改變偏振態。當反射及第二次通過四分之一波片時,偏振再次變為線性,但相對於光在進入途中的狀態呈正交。然後光被前偏光片吸收。當施加電壓時(例如,在亮態下),液晶在單次通過的情況下充當四分之一波片,在雙次通過的情況下充當半波片。以組合方式,四分之一波片與液晶在雙次通過的情況下充當像是全波片。入射光之偏振態因此不改變,反射光可穿過前偏光片離開而不被吸收。
在典型的LCD顯示器中,不僅色彩濾光片而且螢光粉也可決定顯示器之色域。更具體地,使用量子點(其為極小的半導體晶體)的螢光粉材料發出相對較窄的光譜線,從而使原色具有傑出的光譜純度。通常,量子點螢光粉用於LCD背光中,其中主要光源為藍色發光二極體(LED),而量子點通常嵌入有時稱為量子點增強濾光片(quantum dot enhancement filter; QDEF)的塑膠膜中,產生綠色及紅色。使螢光粉畫素化,意指舉例而言在顯示器之綠色子畫素中使用綠色量子點並且在紅色子畫素中使用紅色量子點,可顯著地增加LCD顯示效率高達約三倍的倍數。這種設計概念可稱為量子點色彩濾光片(quantum dot color filter; QDCF)。然而,實施QDCF概念存在顯著技術障礙。量子點發射為未偏振的。因此,若將QDCF放置在液晶單元內取代傳統的色彩濾光片,則液晶光閥之操作受擾亂,使得光閥將不能完全關閉。因此,QDCF應放置在偏光片/液晶/偏光片排列之外。同時,QDCF應緊鄰其各自的液晶單元以避免混合色彩。因此,如本文所揭示,將兩個偏光片中之一者放置在單元內部,這概念稱為「單元內(in-cell)」偏光片。
若在反射式LCD顯示器中傳統彩色濾光片由QDCF取代,則暗態將不再可能,因為大約一半的量子點之非偏振發射將能夠發射穿過頂部偏光片。在單元內製作偏光片與四分之一波片兩者可允許液晶光閥完全關閉,但不能解決問題,因為現在所有朝向觀看者的量子點發射皆不被阻擋。以下參照第2A圖至第2C圖所述的示例性反射式顯示器克服這些挑戰。
參照第2A圖,反射式顯示器200a包含畫素202a之陣列(在第2A圖中繪示一個畫素)。反射式顯示器200a還包含共用偏光片層204、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)共用偏光片層204的透明第一基板260、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)畫素202a之陣列的反射片層210以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)反射片層210的第二基板262。畫素202a之陣列在共用偏光片層204與反射片層210之間。透明第一基板260可為玻璃基板、陶瓷基板、玻璃陶瓷基板或另一種適合的透明基板。第二基板262可為玻璃基板、陶瓷基板、玻璃陶瓷基板或另一種適合的透明或不透明基板。
若反射片層210具有漫射特性而不是鏡面反射特性,則反射式顯示器200a可具有改善的效能。這可藉由以下方式來達成:使用非金屬反射片層210,使反射片層之表面粗糙,並且由保形金屬塗層(其也可用作液晶單元的電極)來塗佈反射片層。或者,反射片層210可為平坦的金屬層(例如,鋁或銀)並且可具有粗糙的表面以提供漫反射。可將反射片層210之粗糙度參數最佳化,或在一些情況下可使用工程化的非隨機圖案,以增強反射式顯示器200a之亮度。所揭示的實施例也與其他亮度增強之方法兼容,舉例而言,與光控制(角度相關擴散片)膜兼容。
每個畫素202a包含由柱分隔件218分隔的第一(例如,藍色)子畫素220、第二(例如,綠色)子畫素230及第三(例如,紅色)子畫素240。柱分隔件218可包含黑色矩陣材料(例如,具有強光吸收的光阻劑)或另一種適合的材料。第一子畫素220包含藍色濾光片層222、緊鄰藍色濾光片層222的第一單元內偏光片層226以及位於第一單元內偏光片層226與共用偏光片層204之間的第一液晶單元228。藍色濾光片層222透射藍光並且吸收所有其他(例如,綠及紅)光。在某些示例性實施例中,第一子畫素220還包含在藍色濾光片層222與第一單元內偏光片層226之間(例如,直接在其之間)的層224。在其他實施例中,可不包含層224。在一些實施例中,層224為在藍色濾光片層222與第一單元內偏光片層226之間的藍色量子點層。藍色量子點層將較短波長的光(例如,近紫外光)轉換成藍光。在其他實施例中,層224為在藍色濾光片層222與第一單元內偏光片層226之間的擴散片層(例如,透明強散射材料層)。
第二子畫素230包含綠色濾光片層232、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色濾光片層232的綠色量子點層234、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色量子點層234的第二單元內偏光片層236以及位於第二單元內偏光片層236與共用偏光片層204之間的第二液晶單元238。綠色濾光片層232透射綠光並且吸收所有其他(例如,藍及紅)光。綠色量子點層234將較短波長的光(例如,藍光)轉換成綠光。
第三子畫素240包含紅色濾光片層242、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色濾光片層242的紅色量子點層244、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層244的第三單元內偏光片層246以及位於第三單元內偏光片層246與共用偏光片層204之間的第三液晶單元248。紅色濾光片層242透射紅光並且吸收所有其他(例如,藍及綠)光。紅色量子點層244將較短波長的光(例如,綠光)轉換成紅光。
在某些示例性實施例中,每個單元內偏光片層226、236及246可包含混合式吸收/反射設計(舉例而言,雙層線柵,從底側反射並且從頂部吸收),這可改善顯示器200a藉由偏振回收的效率。在其他實施例中,可使用其他單元內偏光片設計,例如基於染料摻雜的液晶聚合物的設計。
在某些示例性實施例中,畫素之陣列之每個畫素202a之第一液晶單元228、第二液晶單元238及第三液晶單元248中之每一者包括扭轉向列型液晶單元(twisted nematic liquid crystal cell)、面內轉向液晶單元(in-plane switching liquid crystal cell)、垂直配向液晶單元(vertical alignment liquid crystal cell)或另一種適合的液晶單元。在第2A圖之反射式液晶顯示器200a之操作中,在三個個別色彩子畫素220、230及240中,共用偏光片層204、液晶單元228、238及248以及單元內偏光片層226、236及246,對於從環境入射的光及被反射片層210反射的光兩者各自分別形成完成的光閥。在一個實施例中,在使用扭轉向列型常暗(normally dark)液晶單元228、238及248的情況下,共用偏光片層204與單元內偏光片層226、236及246對準。在沒有向單元施加電壓的情況下,液晶致使光之偏振態旋轉約90度,並且任何方向的光皆不能通過單元。當向單元施加電壓時,液晶分子排列,偏振態不改變,並且單元打開,從而允許線性偏振光通過。由於從環境入射的光通常不被偏振,所以約一半的光可能被共用偏光片層204吸收而損失。
第2B圖為在最終組裝之前另一個示例性反射式顯示器200b之簡化橫截面圖。反射式顯示器200b類似於先前參照第2A圖描述及繪示的反射式顯示器200a。然而,在這實施例中,反射式顯示器200b還包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)透明第一基板260的薄膜電晶體驅動器之陣列264a以控制畫素之陣列之每個畫素202b之第一液晶單元228、第二液晶單元238及第三液晶單元248。薄膜電晶體驅動器之陣列264a之每個電晶體分別電耦合至每個液晶單元228、238及248之個別透明電極229a、239a及249a(例如,氧化銦錫電極)。在某些示例性實施例中,薄膜電晶體驅動器之陣列264a之電晶體所在的每個區域可被吸收材料266覆蓋,例如黑色矩陣材料、陽極氧化金屬、CrO
2/Cr、Si/Ge合金或用以防止電晶體反射入射環境光的另一種適合的材料。在這實施例中,反射片層210可為每個液晶單元228、238及248提供共用電極。此外,反射式顯示器200b可包含平坦化層266並且單元內偏光片層226、236及246可為共用單元內偏光片層270之部分。
在第2A圖之反射式顯示器200a中,柱分隔件218可從第二基板262一路延伸至透明第一基板260,不僅有效地分隔液晶單元228、238及248、量子點層224、234及244以及色彩濾光片層222、232及242,還有效地分隔單元內偏光片層226、236及246分別成為在每個子畫素220、230及240中的個別區段。許多不同的方法(包含材料及製造過程之選擇)可用於製造超薄(例如,小於約100微米)的單元內偏光片層226、236及246。除了線柵及光對準的染料摻雜聚合物之外,化學處理表面之機械刷洗可用於在偏振染料溶液之塗層中誘導配向。取決於所使用的材料及製程,在一些實施例中,單元內偏光片層也可製造作為延伸至顯示器之整個區域的連續層。
第2B圖(及以下所述的第2C圖)繪示可用於生產反射式顯示器(或以下參照第4圖所述的半穿透半反射式顯示器)的示例性製造及組裝方法。薄膜電晶體驅動器陣列264a、頂部電極229a、239a及249a以及柱分隔件218a可製造於透明第一基板260上,並且由柱分隔件218b分隔的色彩濾光片層222、232及242以及量子點層224、234及244可製造在第二基板262上的反射片層210(其也充當底部電極)之頂部上。然後在量子點層224、234及244以及柱分隔件218b上方形成平坦化層266以形成平坦表面,其也可經處理以用作配向層。接下來,在平坦化層266之頂部上形成連續的超薄(例如,小於約100微米)偏光片層270。最後,將第一基板260上的柱分隔件218a之間的空間填充液晶,將兩面板對準並且結合在一起,密封邊緣,如第2D圖所繪示完成組裝。
第2C圖為在最終組裝之前另一個示例性反射式顯示器200c之橫截面圖。反射式顯示器200c類似於先前參照第2B圖描述及繪示的反射式顯示器200b。然而,在這實施例中,反射式顯示器200c包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)第二基板262的薄膜電晶體驅動器之陣列264b以控制畫素之陣列之每個畫素202c之第一液晶單元228、第二液晶單元238及第三液晶單元248。薄膜電晶體驅動器之陣列264b之每個電晶體分別電耦合至每個液晶單元228、238及248之個別電極229b、239b及249b(例如,用於取代第2A圖及第2B圖之反射片層210的反射電極)。薄膜電晶體驅動器之陣列264b之電晶體所在的每個區域可被黑色矩陣材料218b覆蓋。在這實施例中,共用透明電極層(例如,氧化銦錫層)268為每個液晶單元228、238及248提供共用電極。共用透明電極層268可為緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)透明第一基板260及畫素202c之陣列。
第2A圖至第2C圖之反射式顯示器200a、200b及200c之反射率/亮度優點由量子點層來實現。舉例而言,考量綠色子畫素230,在裝置之亮態下,環境光譜之綠色部分將通過綠色量子點層234,通過綠色濾光片層232,並且從反射片層210(或反射電極239b)反射。同時,環境光光譜之較短波長部分,主要為近紫外及藍色,將被量子點層234吸收並且轉換成綠光。由於量子點發射為等向性的,約一半的此額外綠光將向上發射朝向觀看者,而另一半將向下發射但被反射片層210(或反射電極239b)重新導向向上。在某些示例性實施例中,與沒有量子點層的典型反射式LCD顯示器相比,增加的綠光功率可高達約80%。紅色子畫素240的益處可能更高,因為光譜之綠色部分也被轉換成紅色。對於藍色子畫素220,益處可能為最小的,其中僅有環境光之近紫外部分被色彩轉換。因此,如以上先前所述,可省略藍色量子點層,或用相對較弱的散射層來取代,以對於所有三種色彩保持反射光之角度分佈大致上相同。
儘管量子點螢光粉具有優異的效能,但也可使用其他類型的具窄帶發射的螢光粉,只要螢光粉具有強吸收率,使得所有或幾乎所有的短波長光皆可在相對較薄(通常小於約100微米,更典型地小於約10微米)的材料層中被吸收,以使其能夠結合至液晶單元內部。
進一步參照第2A圖至第2C圖,不幸地,由量子點層發射的光所提供的對顯示亮度的益處之高於一半(對於綠色子畫素230估計在約80%)在通過單元內偏光片層之後將損失。有可能藉由對實施例的稍微修改來恢復該損失的光之至少一些。若單元內偏光片包含兩個堆疊層,頂部層為吸收式偏光片層,並且底部層為類似對準的反射式偏光片層,則頂部吸收式偏光片層仍然用於完成液晶光閥。然而,由量子點層發射的非正確偏振的光不被吸收而是被底部偏光片層反射。然後光再次被反射片層210(或反射電極)反射。在第二次反射時,光之偏振態可能被擾亂,並且一些光可能能夠通過反射式/吸收式偏光片層。未通過的光再反射一次,並且重複往返。藉由使用反射式偏光片,有時稱為雙亮度增強濾光片(double brightness enhancement filter; DBEF),與僅吸收式偏光片可節省約45%相比,可節省高達約75%的光。
如以上先前所述,將反射式顯示器配備有輔助光源可使顯示器在照明不是很明亮的環境中執行,從而改善顯示器的可用性。第1A圖至第2C圖之反射式顯示器實施例可配備有前光,例如在某些電子墨水裝置中使用的那種。此外如上所述,在一些實施例中,在所謂的半穿透半反射式顯示器配置中使用背光可能更為有利,因為背光技術有很好的發展並且許多先進的部件為可商購的,例如增亮膜、次毫米LED(mini-LED)光源等。背光還可使用先進的驅動方式(例如區域調光)以進一步提高顯示器之對比度及效率。不幸地,構建高效能半穿透半反射式LCD為非常具有挑戰性。一個挑戰為需要所謂的半穿透半反射片(transflector),其為一種表面或一層,其可透射從下方入射的光,但反射從上方入射的光。一些已知的設計可藉由使用半透明反射鏡來創造半穿透半反射片,這造成顯著部分的光在透射及在反射兩者中皆損失。其他已知設計使用空間多工,其中液晶單元之不同部分專用於反射及透射功能,這也造成效率損失。另一個挑戰為環境光通過液晶單元兩次,而背光輸出僅一次,這使得對於液晶光閥的運作難以達成最佳的偏振旋轉。本文參照以下第3A圖至第4圖揭示的半穿透半反射式顯示器克服這些挑戰。
第3A圖為示例性半穿透半反射式顯示器300a之簡化橫截面圖。在這實施例中,半穿透半反射式顯示器300a包含畫素302a之陣列(在第3A圖中繪示一個畫素)。半穿透半反射式顯示器300a還包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)畫素302a之陣列的二向色反射片層310、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)二向色反射片層310的透明基板362以及緊鄰(鄰近及/或接觸)透明基板362及二向色反射片層310的背光380。
畫素之陣列之每個畫素302a包含第一(例如,藍色)子畫素320、第二(例如,綠色)子畫素330及第三(例如,紅色)子畫素340。第一子畫素320包含第一濾光片層322及緊鄰第一濾光片層322的第一光開關326。在某些示例性實施例中,第一濾光層片322可為藍色濾光片以通過藍光並且吸收所有其他(例如,紅及綠)光。在其他實施例中,第一濾光片層322可為短通(short-pass)濾光片以通過近紫外光並且吸收所有其他較長波長的光。在某些示例性實施例中,第一子畫素320還可包含在第一濾光片層322與第一光開關326之間(例如,直接在其之間)的層324。在其他實施例中,可不包含層324。在一些實施例中,層324可為在第一濾光片層322與第一光開關326之間的擴散片層(例如,透明強散射材料層)。在其他實施例中,層324可為在第一濾光片層322與第一光開關326之間的藍色量子點層,以將較短波長的光(例如,近紫外光)轉換成藍光。
第二子畫素330包括第二濾光片層332、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)第二濾光片層332的綠色量子點層334以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色量子點層334的第二光開關336。綠色量子點層334將較短波長的光(例如,藍光)轉換成綠光。在某些示例性實施例中,第二濾光片層332可為青色(cyan)濾光片以透射藍光及綠光並且吸收紅光。在其他實施例中,第二濾光片層332可為短通濾光片以吸收紅光及紅外光並且透射所有其他較短波長(例如,藍及綠)光。
第三子畫素340包含紅色量子點層344及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層344的第三光開關346。紅色量子點層344將較短波長的光(例如,綠光)轉換成紅光。在某些示例性實施例中,第三子畫素340還可包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層344的洋紅色(magenta)濾光片層342以透射藍光及紅光並且吸收綠光。在其他示例中,若紅色量子點層344吸收幾乎所有藍光及綠光,則可不包含洋紅色濾光片層342。
每個畫素302a之層322/324、332/334及342/344由柱分隔件318分隔。柱分隔件318可包含黑色矩陣材料(例如,具有強光吸收的光阻劑)或另一種適合的材料。在某些示例性實施例中,第一光開關326、第二光開關336及第三光開關346中之每一者可為染料摻雜液晶開關、電濕潤開關、電泳開關、電致變色開關、微機電(MEMS)開關、相變開關或適用於根據電子控制訊號選擇性地透射或阻擋光(例如,改變透明度)的另一種光開關。這些類型的開關的共同特徵為它們不使用偏光片,從而使顯示器300a比使用更傳統的液晶光開關的顯示器更有效率。
在某些示例性實施例中,二向色反射片層310透射藍光並且反射綠光及紅光。在這情況下,背光380可為藍色背光以發射藍光382朝向二向色反射片層310。此外,在這情況下,第一色彩濾光片層322可為藍色濾光片層並且層324可為擴散片層或藍色量子點層。背光380放置在透明基板362下方並且發射光382向上穿過顯示器300a。背光380可使用純藍色光源(例如,發光二極體(LED)或其他適合的光源)及任何適合的設計、部件及驅動方法。在某些示例性實施例中,二向色反射片層310可為無損(lossless)多層介電質塗層。在其他實施例中,二向色反射片層310可包含共振電漿子(resonant plasmonic)或介電奈米結構。二向色反射片層310可經設計以透射來自背光380的藍光向上朝向光開關326、336及346,但反射從顯示器300a之頂部入射的綠光及紅光。二向色反射片層310可在對於藍光透射及對於綠光及紅光反射兩者的相當寬的入射角之範圍中運作,以實現對於顯示器300a的寬視角範圍。入射角之範圍可為距法線至少約+/-30度、距法線至少約+/-45度或距法線至少約+/-60度。可設計廣角二向色塗層,因為典型的藍色LED源之發射光譜相當窄,舉例而言,在約20奈米~30奈米寬的範圍內。因此,塗層之過渡波長(其中透射改變至反射)隨角度的小位移將不會對顯示器300a之效能具有強烈的負面影響。
在其他實施例中,二向色反射片層310透射紫外光(例如,具有小於約400奈米的波長的近紫外光)並且反射可見光。在這情況下,背光380可為紫外背光(例如,近紫外背光)以發射紫外光382朝向二向色反射片層310。此外,在這情況下,第一色彩濾光片322可為短通濾光片(例如,透射近紫外及藍色,並且吸收綠色、紅色及任選地紅外)並且層324可為藍色量子點層。綠色子畫素330之濾光片層332仍可為短通/青色濾光片,透射近紫外光、藍光及綠光,並且吸收紅光及任選地紅外光。紅色子畫素340之濾光片層342仍可為洋紅色,吸收綠光並且透射藍光及紅光,儘管濾光片可能不需要非常強,因為從環境入射的部分綠光可能被紅色量子點層344吸收。
在典型的透射式或反射式顯示器設計中,濾光片為帶通(bandpass)型的,這意謂它們通過一種選定的色彩並且吸收另外兩種色彩,如參照第1A圖~第2C圖所述。這對應於RGB加色法(additive color)模型。然而,在第3A圖之半穿透半反射式顯示器300a中,色彩濾光片層322、332及342對應於青-洋紅-黃(CMY)減色法(subtractive color)模型。CMY減色法模型用於半穿透半反射式顯示器300a的理由與色彩模型經常用於列印應用中(其中影像是以反射形成的)的理由類似。
更具體地,在背光380為藍色背光的情況下,在綠色子畫素330中,濾光片層332使來自背光380的藍光以及來自環境及由綠色量子點層334產生的綠光兩者通過。同時,濾光片層332阻擋來自環境的紅光。因此,濾光片層332之色彩為青色,對藍光及綠光為透射的並且吸收紅光。由於光譜之紅外部分對於視覺顯示並不重要,濾光片層332也可為短通的,亦即,通過所有波長比紅光短的光(例如,小於約600奈米)並且吸收紅光及紅外光。在紅色子畫素340中,來自背光源380的藍光以及來自環境及紅色量子點層344的紅光通過濾光片層342,綠光被吸收(儘管綠光可至少部分被紅色量子點層344吸收)。因此,濾光片層342之色彩為洋紅色。在藍色子畫素320中,可不包含量子點層324,而濾光片層322可為帶通藍光或短通光,透射藍光並且吸收綠光及紅光(及紅外光),這取決於使用的顏料。為了實現半穿透半反射操作,量子點層324可不存在,或者由擴散片層(例如,透明強散射材料層)來取代。可選擇擴散片層的最佳透射率與反射率的關係,用以匹配其他色彩子畫素330及340之性質,以使產生的影像隨視角的可能色偏(color shift)最小化。
第3B圖為另一個示例性半穿透半反射式顯示器300b之簡化橫截面圖。半穿透半反射式顯示器300b類似於先前參照第3A圖描述及繪示的半穿透半反射式顯示器300a。在這實施例中,半穿透半反射式顯示器300b包含畫素302b之陣列(在第3B圖中繪示一個畫素)。半穿透半反射式顯示器300b還包含緊鄰(鄰近及/或接觸)畫素302b之陣列的透明第一基板360、緊鄰(鄰近及/或接觸)畫素302b之陣列的二向色反射片層310、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)二向色反射片層310的透明第二基板362,以及背光380。如先前所述,每個畫素302b包含第一子畫素320、第二子畫素330及第三子畫素340。此外,半穿透半反射式顯示器300b還包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)透明第一基板360的薄膜電晶體驅動器之陣列364以控制畫素之陣列之每個畫素302b之第一光開關326、第二光開關336及第三光開關346。薄膜電晶體驅動器之陣列364之電晶體所在的每個區域可被吸收材料366覆蓋,例如黑色矩陣材料、陽極氧化金屬、CrO
2/Cr、Si/Ge合金或用以防止電晶體反射入射環境光的另一種適合的材料。在某些示例性實施例中,透明第一基板360可支撐光開關326、336及346、透明電極以及驅動用於主動式矩陣顯示器操作的開關的薄膜電晶體驅動器(TFT)之陣列364。在其他實施例中,透明第一基板360可支撐光開關326、336及346、透明電極以及將電訊號傳送至開關以用於被動式矩陣顯示器操作的互連層。
第4圖為另一個示例性半穿透半反射式顯示器400之簡化橫截面圖。半穿透半反射式顯示器400包含畫素402之陣列(在第4圖中繪示一個畫素)。此外,半穿透半反射式顯示器400包含共用偏光片層404、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)共用偏光片層404的透明第一基板460、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)畫素402之陣列的二向色反射片層410、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)二向色反射片層410的透明第二基板462,以及緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)透明第二基板462及二向色反射片層410的背光480。
每個畫素402包含由柱分隔件418分隔的第一(例如,藍色)子畫素420、第二(例如,綠色)子畫素430及第三(例如,紅色)子畫素440。柱分隔件418可包含黑色矩陣材料(例如,具有強光吸收的光阻劑)或另一種適合的材料。第一子畫素420包含第一濾光片層422、緊鄰第一濾光片層422的第一單元內偏光片層426以及位於第一單元內偏光片層426與共用偏光片層404之間的第一液晶單元428。在某些示例性實施例中,第一濾光片層422可為藍色濾光片以透射藍光並且吸收所有其他(例如,綠及紅)光。在其他實施例中,第一濾光片層422可為短通濾光片以通過近紫外光並且吸收所有其他更長波長的光。在某些示例性實施例中,第一子畫素420還可包含在第一濾光片層422與第一單元內偏光片層426之間(例如,直接在其之間)的層424。在其他實施例中,可不包含層424。在一些實施例中,層424可為在第一濾光片層422與第一單元內偏光片層426之間的擴散片層(例如,透明強散射材料層)。在其他實施例中,層424可為在第一濾光片層422與第一單元內偏光片層426之間的藍色量子點層以將較短波長的光(例如,近紫外光)轉換成藍光。
第二子畫素430包含第二濾光片層432、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)第二濾光片層432的綠色量子點層434、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)綠色量子點層434的第二單元內偏光片層436,以及在第二單元內偏光片層436與共用偏光片層404之間的第二液晶單元438。綠色量子點層434將較短波長的光(例如,藍光)轉換成綠光。在某些示例性實施例中,第二濾光片層432可為青色濾光片以透射藍光及綠光並且吸收紅光。在其他實施例中,第二濾光片層432可為短通濾光片以吸收紅光及紅外光並且透射所有其他較短波長(例如,藍及綠)光。
第三子畫素440包含紅色量子點層444、緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層444的第三單元內偏光片層446,以及位於第三單元內偏光片層446與共用偏光片層404之間的第三液晶單元448。紅色量子點層444將較短波長的光(例如,綠光)轉換成紅光。在某些示例性實施例中,第三子畫素440還可包含緊鄰(例如,鄰近及/或接觸)紅色量子點層444的洋紅色濾光片層442以透射藍光及紅光並且吸收綠光。在其他示例中,若紅色量子點層444吸收藍光及綠光,則可不包含洋紅色濾光片層442。
在這實施例中,第一單元內偏光片層426、第二單元內偏光片層436及第三單元內偏光片層446中之每一者皆為共用偏光片層之部分。然而,在其他實施例中,第一單元內偏光片層426、第二單元內偏光片層436及第三單元內偏光片層446中之每一者可為每個子畫素內的個別分離部分(例如,藉由柱分隔件418)(例如,如第2A圖中繪示)。
類似地,如第2B圖及第2C圖中繪示,半穿透半反射式顯示器400還可包含緊鄰透明第一基板460或透明第二基板462的薄膜電晶體驅動器之陣列(及相應的共用透明電極)以控制畫素之陣列之每個畫素402之第一液晶單元428、第二液晶單元438及第三液晶單元448。相應的共用透明電極(例如,氧化銦錫(ITO)電極、氧化銦鋅(IZO)電極)可鄰近(例如,直接鄰近)二向色反射片層410佈置在層422/434/442與層424/434/444之間,佈置在層424/434/444與單元內偏光片層426/436/446之間,或佈置在單元內偏光片層426/436/446與液晶單元428/438/448之間。在某些示例性實施例中,共用透明電極可對於每個子畫素420、430及440而被分段。
畫素之陣列之每個畫素402之第一液晶單元428、第二液晶單元438及第三液晶單元448中之每一者可包含扭轉向列型液晶單元、面內轉向液晶單元、垂直配向液晶單元或另一種適合的液晶單元。在第4圖之半穿透半反射式液晶顯示器400之操作中,在三個個別的色彩子畫素420、430及440中,共用偏光片層404、液晶單元428、438及448以及單元內偏光片層426、436及446對於從環境入射的光及由背光480產生的光兩者各自分別形成完成的光閥。在一個實施例中,在使用扭轉向列型常暗液晶單元428、438及448的情況下,共用偏光片層404與單元內偏光片層426、436及446對準。在沒有向單元施加電壓的情況下,液晶致使光之偏振態旋轉約90度,並且任何方向的光皆不能通過單元。當向單元施加電壓時,液晶分子排列,偏振態不改變,並且單元打開,從而允許線性偏振光通過。由於從環境入射的光通常不被偏振,所以約一半的光可能被共用偏光片層404吸收而損失。對於由背光480供應的光,損失可能小得多,因為可採取措施以確保背光480之輸出為線性偏振的,舉例而言,藉由使用雙亮度增強濾光片(DBEF)或反射式偏光片。
如同在第2A圖~第2C圖之反射式顯示器實施例中,在第4圖之半穿透半反射式顯示器實施例中,單元內偏光片層426、436及446不應反射從上方入射的光,因為這可干擾液晶光閥之功能。因此,在某些示例性實施例中,可使用混合式吸收/反射線柵並且可藉由偏振回收改善顯示器400之效率。然而,當顯示器具有背光時,色彩濾光片層422、432及442可能使偏振回收較不具效率。在其他實施例中,可使用其他單元內偏光片設計,例如基於染料摻雜的液晶聚合物的設計。
在某些示例性實施例中,二向色反射片層410透射藍光並且反射綠光及紅光。在這種情況下,背光480可為藍色背光以發射藍光482朝向二向色反射片層410。此外,在這情況下,第一色彩濾光片層422可為藍色濾光片層並且層424可為擴散片層或藍色量子點層。背光480放置在透明第二基板462下方,並且發射光482向上穿過顯示器400。背光480可使用純藍色光源(例如,發光二極體(LED)或其他適合的光源)及任何適合的設計、部件及驅動方法。在某些示例性實施例中,二向色反射片層410可為無損多層介電質塗層。在其他實施例中,二向色反射片層410可包含共振電漿子或介電奈米結構。二向色反射片層410可經設計以透射來自背光480的藍光向上朝向液晶單元428、438及448,但反射從顯示器400之頂部入射的綠光及紅光。二向色反射片層410可在對於藍光透射及對於綠光及紅光反射兩者的相當寬的入射角之範圍中運作,以實現對於顯示器400的寬視角範圍。入射角之範圍可為距法線至少約+/-30度、距法線至少約+/-45度或距法線至少約+/-60度。可設計廣角二向色塗層,因為典型的藍色LED源之發射光譜相當窄,舉例而言,在約20奈米~30奈米寬的範圍內。因此,塗層之過渡波長(其中透射改變至反射)隨角度的小位移將不會對顯示器400之效能具有強烈的負面影響。
在其他實施例中,二向色反射片層410透射紫外光(例如,具有小於約400奈米的波長的近紫外光)並且反射可見光。在這情況下,背光480可為紫外背光(例如,近紫外背光)以發射紫外光482朝向二向色反射片層410。此外,在這情況下,第一色彩濾光片422可為短通濾光片(例如,透射近紫外及藍色,並且吸收綠色、紅色及任選地紅外)並且層424可為藍色量子點層。綠色子畫素430之濾光片層432仍可為短通/青色濾光片,透射近紫外光、藍光及綠光,並且吸收紅光及任選地紅外光。紅色子畫素440之濾光片層442仍可為洋紅色,吸收綠光並且透射藍光及紅光,儘管濾光片可能不需要非常強,因為從環境入射的部分綠光可能被紅色量子點層444吸收。
在第4圖之半穿透半反射式顯示器400中,金屬反射片不能用作液晶單元428、438及448的電極,因為它會阻擋來自背光480的光482。因此,透明導電電極可用於液晶單元428、438及448。此外,在粗糙表面上實施二向色反射片層410可能比在平坦表面上更具挑戰性。因此,在某些示例性實施例中,可將光散射粒子混合至色彩濾光片層422、432及442及/或量子點層424、434及444之材料中。在光雙次通過顯示器400的情況下,從環境入射的反射光可被充分漫射。還可使用其他部件來進一步改善效能,例如光控制(角度相關擴散片)膜。混合至色彩濾光片層422、432及442及/或量子點層424、434及444中的散射顆粒可為具有與基底材料不同的折射率的任何適合的微觀顆粒。除了其他適合的材料之外,含有非常高的折射率(例如,TiO
2)或非常低的折射率(例如,氣隙)的夾雜物可用於製作光學擴散片。將散射顆粒添加至量子點層424、434及444可為特別有益的,因為增加層內光之路徑長度可改善色彩轉換效率並且減少藍光穿過層的可能洩漏。
儘管本文所述的反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器中的螢光色彩轉換器使用量子點,但在其他實施例中,反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器可使用對準的量子棒(rod)。由於需要對準量子棒,使用量子棒可能增加用於顯示器製造過程的額外複雜性,但可減少單元內偏光片層處的光損失。
儘管本文所述的反射式顯示器及半穿透半反射式顯示器中的每個畫素包含三個子畫素,但在其他實施例中,每個畫素還可包含沒有色彩濾光片或量子點層的第四白色子畫素(例如,RGBW)或具有額外的綠色量子點層及色彩濾光片的第四子畫素(例如,RGBG)。
對於本領域熟知技藝者而言將為顯而易見的是,在不脫離揭示案之精神及範疇的情況下,可對本揭示案之實施例進行各種修改及變化。因此,預期本揭示案涵蓋這些修改及變化,只要它們落入所附申請專利範圍及其均等物之範疇內。
100:顯示器
100a:反射式顯示器
100b:反射式顯示器
102:畫素
102a:畫素
102b:畫素
110:反射片層
120:第一子畫素
122:藍色濾光片層
124:層/藍色量子點層
126:第一光開關
130:第二子畫素
132:綠色濾光片層
134:綠色量子點層
136:第二光開關
140:第三子畫素
142:紅色濾光片層
144:紅色量子點層
146:第三光開關
150:藍光
152:綠光
154:紅光
160:透明第一基板
162:第二基板
164:薄膜電晶體驅動器
166:吸收材料
200a:反射式顯示器
200b:反射式顯示器
200c:反射式顯示器
202a:畫素
202b:畫素
202c:畫素
204:共用偏光片層
210:反射片層
218:柱分隔件
218a:柱分隔件
218b:柱分隔件
220:第一子畫素/藍色子畫素
222:藍色濾光片層
224:層
226:第一單元內偏光片層
228:第一液晶單元
229a:透明電極
229b:電極
230:第二子畫素/綠色子畫素
232:綠色濾光片層
234:綠色量子點層
236:第二單元內偏光片層
238:第二液晶單元
239a:透明電極
239b:電極/反射電極
240:第三子畫素/紅色子畫素
242:紅色濾光片層
244:紅色量子點層
246:第三單元內偏光片層
248:第三液晶單元
249a:透明電極
249b:電極
260:透明第一基板
262:第二基板
264a:薄膜電晶體驅動器之陣列
264b:薄膜電晶體驅動器之陣列
266:吸收材料/平坦化層
268:共用透明電極層
270:共用單元內偏光片層
300a:半穿透半反射式顯示器
300b:半穿透半反射式顯示器
302a:畫素
302b:畫素
310:二向色反射片層
318:柱分隔件
320:第一子畫素
322:第一濾光片層/第一色彩濾光片層/第一色彩濾光片
324:層/量子點層
326:第一光開關
330:第二子畫素
332:第二濾光片層
334:綠色量子點層
336:第二光開關
340:第三子畫素
342:洋紅色濾光片層
344:紅色量子點層
346:第三光開關
360:透明第一基板
362:透明基板
364:薄膜電晶體驅動器之陣列
366:吸收材料
380:背光
382:光
400:半穿透半反射式顯示器
402:畫素
404:共用偏光片層
410:二向色反射片層
418:柱分隔件
420:第一子畫素
422:第一濾光片層
424:層
426:第一單元內偏光片層
428:第一液晶單元
430:第二子畫素/綠色子畫素
432:第二濾光片層
434:綠色量子點層
436:第二單元內偏光片層
438:第二液晶單元
440:第三子畫素/紅色子畫素
442:洋紅色濾光片層
444:紅色量子點層
446:第三單元內偏光片層
448:第三液晶單元
460:透明第一基板
462:透明第二基板
480:背光
482:光
第1A圖為示例性顯示器之俯視圖;
第1B圖為示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第1C圖為另一個示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第2A圖為另一個示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第2B圖為在最終組裝之前另一個示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第2C圖為在最終組裝之前另一個示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第2D圖為在最終組裝之後第2B圖之示例性反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第3A圖為示例性半穿透半反射式顯示器之簡化橫截面圖;
第3B圖為另一個示例性半穿透半反射式顯示器之簡化橫截面圖;及
第4圖為另一個示例性半穿透半反射式顯示器之簡化橫截面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100b:反射式顯示器
102b:畫素
110:反射片層
120:第一子畫素
122:藍色濾光片層
124:層/藍色量子點層
126:第一光開關
130:第二子畫素
132:綠色濾光片層
134:綠色量子點層
136:第二光開關
140:第三子畫素
142:紅色濾光片層
144:紅色量子點層
146:第三光開關
160:透明第一基板
162:第二基板
164:薄膜電晶體驅動器
166:吸收材料
Claims (19)
- 一種反射式顯示器,包括: 一反射片層;及 一畫素之陣列,緊鄰該反射片層,該畫素之陣列之每個畫素包括: 一第一子畫素,包括一藍色濾光片層及緊鄰該藍色濾光片層的一第一光開關; 一第二子畫素,包括一綠色濾光片層、緊鄰該綠色濾光片層的一綠色量子點層以及緊鄰該綠色量子點層的一第二光開關;以及 一第三子畫素,包括一紅色濾光片層、緊鄰該紅色濾光片層的一紅色量子點層以及緊鄰該紅色量子點層的一第三光開關。
- 如請求項1所述之反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該藍色濾光片層與該第一光開關之間的一藍色量子點層。
- 如請求項1所述之反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該藍色濾光片層與該第一光開關之間的一擴散片層。
- 如請求項1所述之反射式顯示器,進一步包括: 一透明第一基板,緊鄰該畫素之陣列;及 一第二基板,緊鄰該反射片層。
- 如請求項1所述之反射式顯示器,其中該畫素之陣列之每個畫素之該第一光開關、該第二光開關及該第三光開關中之每一者包括一染料摻雜液晶開關或一電濕潤開關。
- 一種反射式顯示器,包括: 一共用偏光片層; 一反射片層;及 一畫素之陣列,位於該共用偏光片層與該反射片層之間,該畫素之陣列之每個畫素包括: 一第一子畫素,包括一藍色濾光片層、緊鄰該藍色濾光片層的一第一單元內(in-cell)偏光片層以及位於該第一單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第一液晶單元; 一第二子畫素,包括一綠色濾光片層、緊鄰該綠色濾光片層的一綠色量子點層、緊鄰該綠色量子點層的一第二單元內偏光片層以及位於該第二單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第二液晶單元;以及 一第三子畫素,包括一紅色濾光片層、緊鄰該紅色濾光片層的一紅色量子點層、緊鄰該紅色量子點層的一第三單元內偏光片層以及位於該第三單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第三液晶單元。
- 如請求項6所述之反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該藍色濾光片層與該第一單元內偏光片層之間的一藍色量子點層。
- 如請求項6所述之反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該藍色濾光片層與該第一單元內偏光片層之間的一擴散片層。
- 如請求項6所述之反射式顯示器,進一步包括: 一透明第一基板,緊鄰該共用偏光片層;及 一第二基板,緊鄰該反射片層。
- 如請求項6所述之反射式顯示器,其中該畫素之陣列之每個畫素之該第一液晶單元、該第二液晶單元及該第三液晶單元中之每一者包括一扭轉向列型液晶單元(twisted nematic liquid crystal cell)、一面內轉向液晶單元(in-plane switching liquid crystal cell)或一垂直配向液晶單元(vertical alignment liquid crystal cell)。
- 一種半穿透半反射式顯示器,包括: 一二向色反射片層;及 一畫素之陣列,緊鄰該二向色反射片層,該畫素之陣列之每個畫素包括: 一第一子畫素,包括一第一濾光片層及緊鄰該第一濾光片層的一第一光開關; 一第二子畫素,包括一第二濾光片層、緊鄰該第二濾光片層的一綠色量子點層以及緊鄰該綠色量子點層的一第二光開關;以及 一第三子畫素,包括一紅色量子點層及緊鄰該紅色量子點層的一第三光開關。
- 如請求項11所述之半穿透半反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該第一濾光片層與該第一光開關之間的一擴散片層。
- 如請求項11所述之半穿透半反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該第一濾光片層與該第一光開關之間的一藍色量子點層。
- 一種半穿透半反射式顯示器,包括: 一共用偏光片層; 一二向色反射片層;及 一畫素之陣列,位於該共用偏光片層與該二向色反射片層之間,該畫素之陣列之每個畫素包括: 一第一子畫素,包括一第一濾光片層、緊鄰該第一濾光片層的一第一單元內偏光片層以及位於該第一單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第一液晶單元; 一第二子畫素,包括一第二濾光片層、緊鄰該第二濾光片層的一綠色量子點層、緊鄰該綠色量子點層的一第二單元內偏光片層以及位於該第二單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第二液晶單元;以及 一第三子畫素,包括一紅色量子點層、緊鄰該紅色量子點層的一第三單元內偏光片層以及位於該第三單元內偏光片層與該共用偏光片層之間的一第三液晶單元。
- 如請求項14所述之半穿透半反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該第一濾光片層與該第一單元內偏光片層之間的一擴散片層。
- 如請求項14所述之半穿透半反射式顯示器,其中該第一子畫素進一步包括位於該第一濾光片層與該第一單元內偏光片層之間的一藍色量子點層。
- 如請求項14所述之半穿透半反射式顯示器,進一步包括: 一透明基板,緊鄰該畫素之陣列。
- 如請求項17所述之半穿透半反射式顯示器,進一步包括: 一薄膜電晶體驅動器之陣列,緊鄰該透明基板,該薄膜電晶體驅動器之陣列用於控制該畫素之陣列之每個畫素之該第一液晶單元、該第二液晶單元及該第三液晶單元。
- 如請求項14所述之半穿透半反射式顯示器,其中該畫素之陣列之每個畫素之該第一液晶單元、該第二液晶單元及該第三液晶單元中之每一者包括一扭轉向列型液晶單元、一面內轉向液晶單元或一垂直配向液晶單元。
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