TWI391770B - 自身發電顯示器及其製造方法 - Google Patents

Description

自身發電顯示器及其製造方法

本發明是有關於一種顯示器及其製造方法，且特別是有關於一種自身發電顯示器及其製造方法。

隨著顯示科技的日益進步，人們藉著顯示器的輔助可使生活更加便利，為求顯示器輕、薄之特性，促使平面顯示器(flat panel display，FPD)成為目前的主流。市面上常見的顯示器除了隨尺寸的增加而有較大的體積與重量之外，其厚度也相對地增加，因此具有攜帶不便且需要外加電源才能達到顯示效果的缺點。

可撓式顯示器一般又稱為電子紙(electronic paper)。依照目前的顯示技術可分為電子油墨式(particle base type)、液晶式(liquid crystal type)、光寫入式(organic photoconductor)等。然而，上述的顯示技術皆需使用外在電力做為顯示器的驅動電壓來源，因而造成了使用上的不方便。

因此，如何達到可撓、輕薄且可減少使用外在電力做為顯示器的驅動電源已成為目前業界著重的課題。

本發明提供一種自身發電顯示器及其製造方法，其可藉由接收外在光線而提供驅動顯示器的電力。

本發明提出一種自身發電顯示器，其包括染料敏化太陽能電池以及電泳顯示器。染料敏化太陽能電池包括設置於第一基板上下電極；設置於下電極上之隔牆結構，隔牆結構具有多個單元開口；位於單元開口內之染料材料；覆蓋在隔牆結構上之固態電解質；覆蓋固態電解質之上電極。電泳顯示器位於染料敏化太陽能電池之上方，並且與染料敏化太陽能電池電性連接，其中電泳顯示器包括設置於第二基板上之畫素單元，每一畫素單元對應一個單元開口設置且每一畫素單元包括一畫素電極以及多個側邊電極；設置在畫素單元上方之阻隔結構，阻隔結構中具有多個單元空間，每一單元空間對應一個畫素單元設置；填於阻隔結構的單元空間內之電泳介質；覆蓋在阻隔結構上之保護層。

本發明另提出一種自身發電顯示器的製造方法。此方法首先提供一第一基板，其中所述第一基板上已形成有一下電極。接著，在下電極上形成一隔牆結構，其中隔牆結構中具有多個單元開口。於單元開口內填入多種染料材料之後，在隔牆結構上覆蓋一固態電解質，並且在固態電解質上覆蓋一上電極，以形成一染料敏化太陽能電池。另外，提供一第二基板，且第二基板上已形成有多個畫素單元，每一畫素單元對應一個單元開口設置，且每一畫素單元包括一畫素電極以及多個側邊電極。接著，在畫素單元上形成一阻隔結構，其中阻隔結構中具有多個單元空間，且每一單元空間對應一個畫素單元。之後，在單元空間內填入一電泳介質，並且在阻隔結構上形成一保護層以形成一電泳顯示器。之後，將染料敏化太陽能電池與電泳顯示器組立在一起，並使兩者電性連接。

基於上述，本發明因將染料敏化太陽能電池與電泳顯示器組合成一自身發電顯示器，染料敏化太陽能電池除了可以儲存電力之外，利用染料敏化太陽能電池之彩色染料搭配電泳顯示器之動畫顯示，便可使自身發電顯示器具有全彩動畫顯示之能力。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1為根據本發明一實施例之自身發電顯示器的剖面示意圖。請參照圖1，本實施例之自身發電顯示器包括染料敏化太陽能電池100以及電泳顯示器200。

圖3為圖1之染料敏化太陽能電池之立體示意圖。請同時參照圖1以及圖3，染料敏化太陽能電池100包括第一基板102、下電極104、隔牆結構106、染料材料108、固態電解質110以及上電極112。

第一基板102主要用來承載染料敏化太陽能電池之各個膜層，第一基板102可為硬質基板或是軟質基板。若要將本發明之自身發電顯示器具有可撓性質，第一基板102則需選擇軟質基板。一般而言，軟質基板之材質包括有機聚合物，其例如為聚對苯二甲酸乙酯、聚萘乙烯或聚酯。

下電極104設置於第一基板102上。下電極104之材質包括透明金屬氧化物、金屬材料或是有機導電材料。在第一基板102上形成下電極104之方法可採用塗佈之方式。下電極104之厚度可約為1000埃左右。

隔牆結構106是設置於下電極104上，且隔牆結構106具有多個單元開口106a。隔牆結構106之立體結構如圖3所示，隔牆結構106具有棋盤格狀的圖案且於下電極104上方定義出多個單元開口106a。隔牆結構106之材質包括二氧化鈦。隔牆結構106之底部厚度較佳的是為500微米以下，較佳係為1至50微米，且隔牆結構106之側壁高度約為100微米以下。在本實施例中，隔牆結構106可以採用網印、微影蝕刻或光刻的方式形成。

染料材料108位於隔牆結構106的單元開口106a內。染料材料108包括多種顏色之染料材料，且在每一單元開口106a內是設置一種顏色之染料材料108。染料材料108可包括紅色染料、綠色染料、藍色染料、黃色染料、黑色染料等等。在本實施例中，染料材料可利用噴墨印刷的方式形成。

固態電解質110是覆蓋在隔牆結構106上。固態電解質110可以是膠體電解質或是乾燥電解質。在本實施例中，固態電解質110可以以貼附的方式覆蓋於隔牆結構106上。固態電解質110之厚度為500微米以下。

上電極112是覆蓋固態電解質110上。上電極112為透明導電材質，其例如是透明金屬氧化物或是有機導電材料。形成上電極112之方法可採用塗佈之方式。

當外在的光線(例如太陽光、室內燈光等等)照射到染料敏化太陽能電池100時，經照光後的各色染料材料108會吸收光子能量，並激發出電子而傳導給電極112，並與電極104形成再生電流，以完成一個光電化學反應循環。

電泳顯示器200位於染料敏化太陽能電池100之上方並且與染料敏化太陽能電池100電性連接。電泳顯示器200包括第二基板202、畫素單元層204、阻隔結構206、電泳介質208以及保護層210。

第二基板202主要用來承載電泳顯示器200之各個膜層，第二基板202可為硬質基板或是軟質基板。若要將本發明之自身發電顯示器具有可撓性質，第二基板202則需選擇軟質基板。一般而言，軟質基板之材質包括有機聚合物，其例如是聚對苯二甲酸乙酯、聚萘乙烯或聚酯。

畫素單元層204位於第二基板202上，且畫素單元層204之每一畫素單元203對應染料敏化太陽能電池100中之一個單元開口106a設置。每一畫素單元203包括一畫素電極204a以及多個側邊電極204b。圖4為一個畫素單元203的示意圖。請同時參照圖3以及圖4，在本實施例中，每一畫素單元203中，在畫素電極204a之相對向的兩側邊處設置有側邊電極204b。在圖4之圖式中，側邊電極204b是形成在畫素電極204a的左右兩側。然而，在其他的實施例中，側邊電極204b是形成在圖中之畫素電極204a的上下兩側。值得一提的是，側邊電極204b與畫素電極204a彼此電性絕緣，畫素電極204a與側邊電極204b可為同一膜層但彼此電性絕緣，或者是位於不相同的膜層。畫素單元203可為主動式畫素結構，因此畫素電極204a可由一主動元件來控制所充入的電荷，且側邊電極204b則各自與一主動元件電性連接，以控制其所充入的電荷。

阻隔結構206設置在畫素單元層204上方，且阻隔結構206中具有多個單元空間206a，每一單元空間206a對應一個畫素單元203設置。阻隔結構206之材質為絕緣材料。

電泳介質208填於阻隔結構206的單元空間206a內。電泳介質208包括帶有電荷的奈米反射粒子。反射粒子的材料例如為可供光線反射的金屬或非金屬。舉例來說，反射粒子的材料可以是銀、鋁、銅、銀合金或鋁合金。在本實施例中，上述之反射粒子為帶負電的粒子(例如為白色粒子)。在另一實施例中，電泳介質208可包括帶正電之反射粒子。在又一實施例中，電泳介質208包括帶負電之反射粒子(白色粒子)以及帶正電之吸光粒子(黑色粒子)，或者是帶正電之反射粒子(白色粒子)以及帶負電之吸光粒子(黑色粒子)。

保護層210覆蓋在阻隔結構206上，以使電泳介質208與外界隔離開來。保護層210之材質可為有機聚合物材料。

上述之電泳顯示器200與染料敏化太陽能電池100之間的間隙300可更包括填入一黏著層，其例如是感壓膠，以使電泳顯示器200與染料敏化太陽能電池100固定在一起。另外，在電泳顯示器200之第二基板202上可點上導電膠(例如是銀膠)，而使電泳顯示器200上之畫素單元層204之線路與染料敏化太陽能電池100之電極112電性連接。由於電泳顯示器200與染料敏化太陽能電池100之間有電性連接，因此電泳顯示器200所需的電力可由染料敏化太陽能電池100提供。換言之，電泳顯示器200之畫素單元層204上之元件會與染料敏化太陽能電池100電性連接，以接收來自染料敏化太陽能電池100的電力。

而利用電泳顯示器200搭配染料敏化太陽能電池100所形成的自身發光顯示器的操作如圖2A與圖2B所示。首先請參照圖2A，利用於每一畫素單元203內的畫素電極204a與側邊電極204b分別施加正電與負電便可控制電泳介質208之反射粒子所在的位置。舉例而言，某一畫素單元203中，當畫素電極204a被施予正電壓時，帶負電的反射粒子208會被吸引而集中在畫素電極204a上方。當側邊電極204b被施予負電荷時，負電的反射粒子208因電性排斥的作用就不會集中在側邊電極204b的上方。因此，透過控制反射粒子208所在位置，便可以控制該畫素單元是否產生顯示的作用。舉例而言，在圖2A的顯示狀態中，光線L1所通過的畫素單元203中之電泳介質208集中在畫素電極204a的上方，因此當外界白色光線L1照射到電泳介質之反射粒子208之後便直接反射出白色光線。光線L2所通過的畫素單元203中之電泳介質208集中在側邊電極204b的上方，因此外界白色光線L2可穿過畫素電極204a而到達底下的染料材料108，之後反射出的光線L2因經過染料材料108的濾光作用，因而呈現彩色(紅、綠、藍或黃)光線。而光線L3的行徑與光線1相似，光線4、5的行徑與光線L2相似。經由控制各畫素單元203內的電泳介質208的位置，便可以控制各畫素單元203反射出白光或是特定顏色的光，進而形成畫面顯示。

圖2B為當由圖2A之畫面轉化至下一畫面時的示意圖。在圖2B之顯示狀態中，光線L1、L3會反射出特定的顏色的光線，而光線L2、L4、L5會反射出白光。因此可顯示出另一畫面。

上述圖2A以及圖2B之實施例是以電泳介質208包括帶負電之反射粒子為例來說明。然，在其他的實施例中，若電泳介質208內是含帶正電的反射粒子，那麼由於正電粒子會受到負電荷之吸引之故，其操作方式恰與上述圖2A與圖2B相反。另外，在另一實施例中，若電泳介質208內包含帶正電的反射粒子以及帶負電的吸光粒子，那麼可控制反射粒子以及吸光粒子的位置，來決定外界光線L1～L5是否能通過染料敏化太陽能電池的染料材料而濾出特定顏色之光線，進而產生畫面顯示。

上述自身發電顯示器之第一基板與第二基板若接採用軟性基板，且各膜層採用印刷、噴墨等等方式來形成的話，那麼自身發電顯示器可採用滾輪對滾輪(roll to roll)連續製程來形成，詳細說明如下。

圖5為根據本發明一實施例之自身發光顯示器的製造流程圖。請參照圖5，流程400是有關電泳顯示器的製造流程，流程500是有關染料敏化太陽能電池的製造流程。電泳顯示器的製造流程400與染料敏化太陽能電池的製造流程500可以同時進行或者是一前一後進行。

在電泳顯示器的製造流程400中，首先進行步驟402，在基板上形成一畫素電極層，其包括多個畫素單元，每一畫素單元對應一個單元開口設置，且每一畫素單元包括一畫素電極以及多個側邊電極。此步驟402也就是形成如圖1所示之畫素電極層204。

為了確保畫素電極層上各個畫素單元可以正常運作，一般會於步驟402之後進行一測試步驟404，以測試各畫素單元是否都可以正常運作。如果測試步驟404過程中發現有部分畫素單元有瑕疵，便可立即進行修補的動作。

接著，進行步驟406，即在畫素單元層上形成阻隔結構，其中阻隔結構中具有多個單元空間，且每一單元空間對應一個畫素單元。此步驟406也就是形成如圖1所示之阻隔結構206。

之後，進行步驟408，即在單元空間內填入一電泳介質。此步驟408也就是形成如圖1所示之電泳介質208。接著，進行步驟410，即在阻隔結構上形成一保護層。此步驟410也就是形成如圖1所示之保護層210。

倘若上述步驟402至步驟410是以連續製程的方式形成，因此在連續基板上可以形成多個電泳顯示器單元。因而，接著可進行步驟412，即裁切步驟以及清洗步驟，以使各個電泳顯示器單元分離開來，而形成獨立的電泳顯示器。在步驟412之後，可進一步進行一檢測步驟414，以確認所形成之電泳顯示器可正常運作。

在染料敏化太陽能電池的製造流程500中，首先進行步驟502，也就是在基板上形成一下電極。形成下電極之方法可以採用塗佈的方式形成。此步驟502也就是形成如圖1所示之下電極104。

接著，進行步驟504，即在下電極上形成一隔牆結構，其中隔牆結構中具有多個單元開口。此隔牆結構可以採用網印程序或是微影蝕刻程序或是光刻程序來形成。此步驟504也就是形成如圖1所示之隔牆結構106。

之後，進行步驟506，即於單元開口內填入多種染料材料。染料材料可以採用噴墨印刷的方式填入單元開口內。染料材料包括多種顏色之染料材料，且每一單元開口內填入一種顏色之染料材料。此步驟506也就是形成如圖1所示之染料材料108。

接著，進行步驟508，即在隔牆結構上覆蓋一固態電解質。此步驟508也就是形成如圖1所示之固態電解質110。之後，進行步驟510，即在固態電解質上覆蓋一上電極。此步驟510也就是形成如圖1所示之上電極112。

倘若上述步驟502至步驟510是以連續製程的方式形成，那麼之後將透過一裁切步驟以使基板上之多個染料敏化太陽能電池分離開來。

在利用上述之流程400形成電泳顯示器並且利用上述之流程500形成染料敏化太陽能電池之後，接著進行步驟602，也就是將染料敏化太陽能電池與電泳顯示器組立在一起，並使兩者電性連接。使染料敏化太陽能電池與電泳顯示器組立在一起之方法例如是在染料敏化太陽能電池與電泳顯示器之間形成一黏著層，其例如是一感壓膠，以使兩者固定在一起。另外，使染料敏化太陽能電池與電泳顯示器電性連接的方式可以在電泳顯示器的基板上點上導電膠(例如是銀膠)，以使電泳顯示器之畫素單元層的線路可以與染料敏化太陽能電池的上電極電性連接。

在完成步驟602之後，可進一步進行一檢測步驟604，以確認由染料敏化太陽能電池與電泳顯示器電性組立而言的自身發電顯示器可以正常運作。

綜上所述，本發明因將染料敏化太陽能電池與電泳顯示器組合成一自身發電顯示器，染料敏化太陽能電池除了可以儲存電力之外，利用染料敏化太陽能電池之彩色染料搭配電泳顯示器之動畫顯示，便可使自身發電顯示器具有全彩動畫顯示之能力。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．染料敏化太陽能電池

102．．．基板

104．．．下電極

106．．．隔牆結構

106a．．．單元開口

108．．．染料材料

110．．．固態電解質

112．．．上電極

200．．．電泳顯示器

202．．．基板

203．．．畫素單元

204．．．畫素單元層

204a．．．畫素電極

204b．．．側邊電極

206．．．阻隔結構

206a．．．單元空間

208．．．電泳介質

210．．．保護層

300．．．間隙

L1~L5．．．光線

圖1是根據本發明一實施例之自身發電顯示器的剖面示意圖。

圖2A與圖2B為圖1之自身發電顯示器之兩種顯示畫面的示意圖。

圖3為根據本發明一實施例之自身發電顯示器中之染料敏化太陽能電池的示意圖。

圖4為根據本發明一實施例之自身發電顯示器中之電泳顯示器之其中一個畫素單元的示意圖。

圖5為根據本發明一實施例之自身發光顯示器的製造流程圖。

100‧‧‧染料敏化太陽能電池

102‧‧‧基板

104‧‧‧下電極

106‧‧‧隔牆結構

106a‧‧‧單元開口

108‧‧‧染料材料

110．．．固態電解質

112．．．上電極

200．．．電泳顯示器

202．．．基板

203．．．畫素單元

204．．．畫素單元層

204a．．．畫素電極

204b．．．側邊電極

206．．．阻隔結構

206a．．．單元空間

208．．．電泳介質

210．．．保護層

300．．．間隙

Claims (18)

1. 一種自身發電顯示器，包括：一染料敏化太陽能電池，其包括：一下電極，設置於一第一基板上；一隔牆結構，設置於該下電極上，其中該隔牆結構具有多個單元開口；多種染料材料，分別位於該些單元開口內；一固態電解質，覆蓋在該隔牆結構上；以及一上電極，覆蓋該固態電解質；以及一電泳顯示器，設置於該染料敏化太陽能電池上，並且與該染料敏化太陽能電池電性連接，其中該電泳顯示器包括：一畫素單元層，具有多個畫素單元，設置於一第二基板上，每一畫素單元對應一個單元開口設置，且每一畫素單元包括一畫素電極以及多個側邊電極；一阻隔結構，設置在該些畫素單元上方，該阻隔結構中具有多個單元空間，每一單元空間對應一個畫素單元設置；多個電泳介質，填於該阻隔結構的該些單元空間內；以及一保護層，覆蓋在該些阻隔結構上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中所述第一基板與所述第二基板皆為可撓式基板。
3. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中該隔牆結構之材質包括二氧化鈦。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中該上電極以及下電極之材質包括透明金屬氧化物或有機導電材料。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中該固態電解質包括膠體電解質或是乾燥電解質。
6. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中該電泳介質包括帶有電荷之粒子。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，更包括一黏著層，位於該染料敏化太陽能電池與該電泳顯示器之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之自身發電顯示器，其中該黏著層包括一感壓膠。
9. 如申請專利範圍第1項所述之自身發電顯示器，其中該些側邊電極位於該畫素電極之相對向的兩側邊，且該畫素電極與該些側邊電極電性絕緣。
10. 一種自身發電顯示器的製造方法，包括：提供一第一基板，其中所述第一基板上已形成有一下電極；在該下電極上形成一隔牆結構，其中該隔牆結構中具有多個單元開口；於該些單元開口內填入多種染料材料；在該隔牆結構上覆蓋一固態電解質；在該固態電解質上覆蓋一上電極，以形成一染料敏化太陽能電池；提供一第二基板，該第二基板上已形成有一畫素單元層，其包括多個畫素單元，每一畫素單元對應一個單元開口設置，且每一畫素單元包括一畫素電極以及多個側邊電極；在該些畫素單元上形成一阻隔結構，其中該阻隔結構中具有多個單元空間，且每一單元空間對應一個畫素單元；在該些單元空間內填入一電泳介質；在該阻隔結構上形成一保護層，以形成一電泳顯示器；以及將該染料敏化太陽能電池與該電泳顯示器組立在一起，並使兩者電性連接。
11. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中於該第二基板上形成該些多個畫素單元之後，更包括進行一測試步驟。
12. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中在該阻隔結構上形成該保護層之後，更包括依序進行一裁切步驟以及一清洗步驟。
13. 如申請專利範圍第12項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中於該清洗步驟之後，更包括對該電泳顯示器進行一檢測步驟。
14. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中於該些單元區域內填入該些染料材料的方法包括進行一噴墨印刷程序。
15. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中將該染料敏化太陽能電池與該電泳顯示器組立在一起之方法包括使用層壓方式組立在一起。
16. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，更包括在該染料敏化太陽能電池與該電泳顯示器之間形成一黏著層。
17. 如申請專利範圍第16項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中該黏著層包括一感壓膠。
18. 如申請專利範圍第10項所述之自身發電顯示器的製造方法，其中該些側邊電極位於該畫素電極之相對向的兩側邊，且該畫素電極與該些側邊電極電性絕緣。