TWI396030B - 彩色顯示器裝置 - Google Patents

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Description

彩色顯示器裝置
本發明係針對能夠顯示多種顏色狀態的顯示器裝置。
美國專利第7,046,228號揭示一種具有雙重切換模式之電泳顯示器裝置，其允許顯示器單元中之帶電顏料粒子在垂直(上/下)方向或平面(左/右)方向上移動。在這樣的顯示裝置中，每個顯示器單元係夾在兩層之間，其中一層包含透明的頂部電極，而另一層包含底部電極和至少一個在平面的電極。典型地，顯示器單元中係填充有帶電白色顏料粒子分散於其中的澄清但有色之介電溶劑或溶劑混合物。顯示器單元的背景色可為黑色。當帶電顏料粒子被驅動至透明頂部電極處或附近時，從俯視側看到粒子的顏色。當帶電顏料粒子被驅動至底部電極處或附近時，從俯視側看到溶劑的顏色。當帶電顏料粒子被驅動至平面電極處或附近時，從俯視側看到顯示器單元背景的顏色。因此，每個顯示器單元係能夠顯示三種顏色狀態，即帶電顏料粒子的顏色、介電溶劑或溶劑混合物的顏色、或顯示器單元的背景色。根據此專利，雙重模式的電泳顯示器可藉由主動矩陣系統或被動矩陣系統驅動。
於2009年2月12日提申之美國專利申請案序號第12/370,485號揭示一種顯示器裝置，其利用亮度增強膜或黑色矩陣層達成替代的顏色結構。藉由後掃描方法(post scanning method)，可處理主動矩陣的電極。增強膜或黑色矩陣層可隱藏處於黑色狀態的帶電顏料粒子而不損失整體的亮度效率。
本發明係針對彩色顯示器裝置之替代設計。
本發明之第一個態樣係針對一種顯示器裝置，其包含a)複數個顯示器單元，其中該顯示器單元係填充有包含分散於有色溶劑中的黑色及白色顏料粒子之顯示器流體，其中該溶劑的顏色對所有顯示器單元而言都是相同的且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中每一對像素電極界定一個像素。
在一具體實例中，該等對像素電極可與顯示器單元對準。在另一具體實例中，該等對像素電極可與顯示器單元未對準。在一具體實例中，介於顯示器單元周圍的分隔壁中點之間的距離與介於像素電極的中點和在下一個像素電極之後的像素電極的中點之間的距離相等。在一具體實例中，成對的二個像素電極可具有不同大小或相同大小。如果它們具有不同大小，二個像素電極大小比率可在從10：1至2：1之範圍。
在一具體實例中，二個像素電極中的一者為不規則形狀的像素電極。在另一具體實例中，二個像素電極皆為不 規則形狀的像素電極。
在一具體實例中，顯示器裝置可具有作為觀看側的第一層或第二層。
在一具體實例中，像素電極可為主動矩陣驅動電極。
本發明之第二個態樣係針對一種顯示器裝置，其包含a)複數個顯示器單元，其中該顯示器單元填充有不同顏色的顯示器流體，該不同顏色的顯示器流體包含分散於不同顏色的溶劑中的黑色及白色顏料粒子且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中每一對像素電極界定一個次像素且與顯示器單元對準。
在一具體實例中，該等對像素電極可與顯示器單元對準。在另一具體實例中，該等對像素電極可與顯示器單元未對準。在一具體實例中，介於顯示器單元周圍的分隔壁中點之間的距離與介於像素電極的中點和在下一個像素電極之後的像素電極的中點之間的距離相等。
在一具體實例中，成對的二個像素電極可具有不同大小或相同大小。如果它們具有不同大小，二個像素電極大小比率可在從10：1至2：1之範圍。
在本發明此態樣的一具體實例中，二個像素電極中的一者為不規則形狀的像素電極。在另一具體實例中，二個像素電極皆為不規則形狀的像素電極。
在一具體實例中，顯示器裝置可具有作為觀看側的第 一層或第二層。
在一具體實例中，像素電極可為主動矩陣驅動電極。
本發明之第三個態樣係針對一種顯示器裝置，其包含a)一列顯示器單元，其中該顯示器單元填充有包含分散於有色溶劑中的黑色及白色顏料粒子的顯示器流體，其中溶劑的顏色對在該列的該顯示器單元而言是相同的且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中該像素電極在該列的方向上未與該顯示器單元對準。
本發明的彩色顯示器牽涉二種粒子系統且能夠顯示多種具有高品質的黑色及白色狀態的顏色。顏色狀態適合用來突顯，這對電子書應用而言是很重要的功能。彩色顯示器不需要在電極與填充有顯示器流體的顯示器單元之間的對準，這顯著減少設計的複雜性，亦降低了製造成本。
圖1a描繪本發明的彩色顯示器裝置的橫截面圖。微杯(100)夾在第一層(101)與第二層(102)之間。微杯(100)係被分隔壁(107)圍繞。第一層包含共同電極(103)。第二層包含一對像素電極(104a及104b)。
微杯(100)是填充有顯示器流體(105)的微容器。術語「微杯」的細節於US專利第6,930,818號中給予，其全部內容係以引用的方式併入本文中。
當微杯在本申請案中被具體提及時，應理解只要微容器係填充有顯示器流體且具有如微杯的相同功能，任何其他微容器(例如微囊或微通道)，不論其形狀或大小，都在本案的範疇內。所有此等微容器可被稱為「顯示器單元」。
顯示器流體(105)為包含二種類型載有相反極性的黑色及白色的顏料粒子(106)的電泳流體。顯示器流體是有色的，例如紅色、綠色、藍色或其他顏色。
圖1b描繪來自第二層(102)側邊的平面圖。在如所示的具體實例中，該對像素電極(104a及104b)一起實質上覆蓋整個顯示器流體面積(105)但其未覆蓋任何分隔壁面積(107)。
該對像素電極(104a及104b)展示為一個較大的像素電極(104b)及一個較小的像素電極(104a)。在本發明的上下文中，這二個像素電極的大小比率可在從10：1至1：1之範圍。較佳的是一個像素電極大於另一個(10：1至2：1或5：1至2：1)。然而，如果二個像素電極實質上具有相同大小，彩色顯示器亦起作用。介於二個像素電極之間的間隙係在微米範圍內。然而二個像素電極彼此不能太靠近，因為如此可能引起短路。亦應注意的是在一些圖中，介於二個像素電極之間的間隙為了清晰的原因被誇張化。
在圖1b中的該對像素電極係展示具有矩形形狀。應理解的是像素電極的形狀可變化，只要它們滿足所欲的功能。
圖1c及1d展示另一個具體實例，其中二個像素電極延伸超過顯示器流體面積(105)。然而，二個像素電極(104a及 104b)的邊緣並未超過分隔壁(107)的中點(M)。
圖1a-1d的彩色顯示器係被稱為對準類型，因為每一對像素電極係在微杯邊界內。更具體而言，這二個像素電極並未超出微杯周圍之分隔壁的中點。未對準的類型係討論如下。
共同電極(103)通常是透明電極層(例如ITO)，分佈在顯示器裝置整個頂部上。像素電極(104a及104b)係描述於US專利第7,046,228號，該申請案之全部內容係以引用的方式併入本文中。
應注意到雖然主動矩陣驅動電極係代表第二層(102)被提及，但只要電極滿足所欲的功能，本發明的範疇涵蓋其他類型的電極處理。
雖然第一層(101)在大部分圖中展示作為觀看側，但第二層(102)亦有可能是在觀看側，其係討論如下。
在本申請案中所稱之術語「色」可為單一顏色、中間色調的顏色或複合顏色。
在一具體實例中，顯示器流體在所有微杯中具有相同顏色。每一對像素電極界定一像素。圖2a-2d例示說明在此具體實例中不同顏色狀態可如何被顯示。出於例示說明的目的，假定顯示器流體具有紅色，白色顏料粒子係帶正電及黑色粒子係帶負電。第一層的側邊是觀看側。
在圖2a中，當共同電極(203)被施加正電壓且二個像素電極(204a及204b)被施加負電壓，白色粒子將移動至二個像素電極處或附近，同時黑色粒子將移動至共同電極處或 附近。因此，在觀看側看到黑色狀態。
在圖2b中，當共同電極(203)被施加負電壓且二個像素電極(204a及204b)被施加正電壓，白色粒子將移動至共同電極處或附近，同時黑色粒子將移動至二個像素電極處或附近。因此，在觀看側看到白色狀態。
黑色及白色狀態二者皆利用微杯的全觀看區用於反射性及因此提供無損失的黑色對白色對比比率及最大反射率。
在圖2c中，當像素電極(204a及204b)中的一者，較佳為較小者(204a)，被施加正電壓，且較大像素電極(204b)被施加負電壓時，白色粒子將移動至較大像素電極(204b)處或附近，同時黑色粒子將移動至較小像素電極(204a)處或附近。
圖2d是在較大像素電極(204b)有白色粒子與在較小像素電極(204a)有黑色粒子的第二層(202)俯視圖。來自觀看側的光將被白色粒子反射及有色流體將使得反射的光帶色，在此情況下為紅色。然而，黑色粒子將吸收入射光，因此有效的帶色反射率面積將小於只有黑色或白色狀態的面積。
在此具體實例中，一個獨特的特徵為顯示器流體包含分散於有色溶劑之黑色及白色粒子，因此引起顯示器流體顏色的同時反射(由白色粒子)及吸收(由黑色粒子)。
如上所述，在所述的彩色顯示器中，該對像素電極不必與微杯邊界對準。在此情況下，帶電顏料粒子仍然可被 驅動而展示所欲的顏色狀態。
在本發明的上下文中，術語「未對準」或「非對準」意圖意謂在一對像素電極中的至少一個像素電極係被容許在多於一個微杯底下。
在如圖3a所示的非對準設計之一具體實例中，介於二個最接近分隔壁中點(M)之間的距離(d1)實質上與介於一個像素電極和下一個“同類”像素電極的中點(M’)之間的距離(d2)相同。在圖3a中，二個同類像素電極是304b。二個同類像素電極亦可為304a。
中點M及M’位置上彼此互相獨立。
或者，可以說介於二個最接近分隔壁中點(M)之間的距離(d1)實質上與介於一個像素電極和在下一個像素電極之後的像素電極的中點(M’)之間的距離(d2)相同。
圖3b是來自圖3a第二層的平面圖。在圖3b中，微杯與像素電極僅在一個方向是非對準的，而且在此情況下，一個像素電極304b是在二個相鄰的微杯底下。圖3c是未對準設計的另一個例子的平面圖。在圖3c中，微杯(300)與像素電極在二個方向皆是非對準的，而且在此情況下，一個像素電極304b在四個相鄰的微杯底下。在本發明的上下文中，「未對準」或「非對準」設計不限於圖3b及3c的例子。事實上，術語「未對準」或「非對準」將廣泛地涵蓋所有其中至少一個像素電極在多於一個微杯底下的配置。換句話說，「未對準」或「非對準」亦可包括其中微杯及/或像素電極具有不規則形狀、大小或空間排列的配置。
在非對準設計中，微杯的寬度不必等於像素電極結構的間距。
圖4描繪非對準設計的橫截面圖。在此設計中，所有微杯係填充有相同顏色(例如紅色)的顯示器流體。每一對的二個像素電極(404a及404b)界定一個像素。藉由施加適當的驅動波形，黑色及白色粒子可移動至共同電極(403)、較小像素電極(404a)或較大像素電極(404b)處或附近。
在圖4中，對應「A」的顯示器區在白色狀態下被看到；對應「B」的顯示器區在黑色狀態下被看到；及對應「C」的顯示器區在紅色狀態下被看到。
圖5a-5c展示對準彩色顯示器的替代設計。在此設計中，包含二個像素電極504a及504b的第二層502是觀看側。在此情況下，像素電極504a及504b是透明的。顯示器流體包含黑色及白色粒子，其中白色粒子帶正電及黑色粒子帶負電。顯示器流體是紅色的。
在圖5a中，當共同電極(503)被施加正電壓及二個像素電極(504a及504b)被施加負電壓時，白色粒子將移動至二個像素電極處或附近，同時黑色粒子將移動至共同電極處或附近。因此，在觀看側看到白色狀態。
在圖5b中，當共同電極(503)被施加負電壓且二個像素電極(504a及504b)被施加正電壓時，白色粒子將移動至共同電極處或附近，同時黑色粒子將移動至二個像素電極處或附近。因此，在觀看側看到黑色狀態。
在圖5c中，當像素電極(504a及504b)中的一者，較佳 為較小者(504a)，被施加正電壓，且共同電極(503)被施加負電壓時，白色粒子將移動至共同電極(503)處或附近，同時黑色粒子將移動至較小像素電極(504a)處或附近。因此，從觀看側看到紅色狀態。
圖6是未對準彩色顯示器裝置的替代設計。
在此設計中，包含像素電極的第二層(602)是觀看側。藉由施加適當驅動波形，黑色及白色粒子可移動至共同電極(603)、較大像素電極(604a)或較小像素電極(604b)處或附近。
在圖6中，對應「A」的顯示器區在黑色狀態下被看到；對應「B」的顯示器區在白色狀態下被看到；及對應「C」的顯示器區在紅色狀態下被看到。
在本發明的其他具體實例中，如圖1b所示的二個像素電極可經不同配置以增加影像轉變的速度。圖7a及7b描繪該替代設計。在圖7a中，展示較大像素電極704b係呈「U」形。在圖7b中，展示較大像素電極704b係呈「W」形，同時較小電極704a係呈「U」形。「U」或「W」形像素電極提供下列好處：帶電顏料粒子將行進較短的距離至所欲的位置，因此增加了影像轉變的速度。
在本發明的上下文中，術語「不規則形狀」指的是除了矩形或正方形之外任何形狀的像素電極，其可提供使帶電顏料粒子行進至所欲位置之較短距離。在圖7a所給予的例子中，U形像素電極係呈一塊(piece)(亦即既物理連接且電連接)。這亦可應用於圖7b所示的W形像素電極。然而， 只要像素電極整體形狀將提供用於帶電顏料粒子行進的較短距離，術語「不規則形狀」的像素電極不僅涵蓋呈一塊的像素電極(亦即其元件既物理連接且電連接)亦涵蓋分成數塊的像素電極(物理未連接)但這些塊係電連接。在後者的情況下，應注意的是所稱的分開的塊可具有矩形、正方形或不規則形狀。
較大不規則形狀像素電極的整個面積對較小不規則形狀像素電極的整個面積的比率仍然介於10：1至1：1，較佳10：1至2：1之間的範圍。因為像素電極的數目維持相同(亦即二)，這些新的配置將不會增加驅動系統的複雜度。實際上，該等配置將使得影像轉變更快速。
圖8a-8c展示可如何利用圖7a的不規則形狀像素電極設計顯示不同顏色。在這個例子中，假定白色與黑色粒子係分散於紅色溶劑中且白色與黑色粒子載有相反極性的電荷。
在圖8a中，白色粒子係被驅動至共同電極803處或附近且黑色粒子係被驅動至像素電極804a與不規則形狀像素電極804b(既在橫截面圖的左邊且在右邊)處或附近，使得在俯視側看到白色。
在圖8b中，白色粒子係被驅動至像素電極804a與不規則形狀像素電極804b(既在橫截面圖的左邊且在右邊)處或附近且黑色粒子係被驅動至共同電極803處或附近，使得在俯視側看到黑色。
在圖8c中，白色粒子係被驅動至不規則形狀像素電極 804b(既在橫截面圖的左邊且在右邊)處或附近且黑色粒子係被驅動至較小像素電極804a處或附近。因為不規則形狀像素電極804b的整個面積大於像素電極804a，被白色粒子反射的光將是主要的，因此在俯視側看到顯示器流體的顏色(在此情況下亦即紅色)。
圖9a-9c展示利用圖7b的不規則形狀像素電極設計的顯示器裝置。在此例子中，不同顏色狀態(白色、黑色及彩色)可以如圖8a-8c類似的方式顯示。
如先前的具體實例，不規則形狀像素電極配置可如圖8及9所示是與微杯結構對準的或如圖10及11所示是與微杯結構未對準的。
亦如先前的具體實例，在不規則形狀像素電極設計被使用的同時，可從第一層側邊或第二層側邊觀看顯示器裝置。
圖12a-12c展示本發明的突顯選擇。圖12a展示在白色背景上的黑色影像。在圖12b中，黑色影像係藉由周圍的紅色被突顯。在圖12c中，影像係藉由被切換至紅色而被突顯。
在其他具體實例中，微杯係填充有不同顏色的顯示器流體。然而，在不同顏色的顯示器流體中的顏料粒子仍然為相反極性的白色及黑色粒子。在此情況下，顯示器可顯示多種顏色(例如黑色、白色、紅色、綠色及藍色)的影像。二個像素電極及微杯必須對準。每一對像素電極(或每一個微杯，因為它們是對準的)是次像素。藉由利用次像素的不 同顏色，可達成全彩顯示器。舉例而言，如果構成像素的三種次像素是有色的紅、綠及藍，可藉由將這三種顏色適當地組合製造彩色像素而獲得全彩影像。對於所述的這些設計而言，像素電極必須與微杯對準。
然而，在條紋排列中，亦即相同顏色的微杯(亦即微杯係填充有相同顏色的顯示器流體)係連續地排成一列，其延伸穿過顯示器裝置，用於這些微杯的像素電極不必在列的方向上與微杯對準。
本發明的彩色顯示器可藉由各種目前可得的各種方法製造，例如描述於US專利第6,930,818號之方法。
雖然已參考本發明之特定具體實例描述本發明，但熟習此項技術者應理解，在不脫離本發明之真實精神及範疇之情況下，可進行各種改變，且可以均等物取代。另外，可進行許多修改以使一特定情形、材料、組成物、方法、發法步驟或步驟適應於本發明之目標、精神及範疇。所有此等修改意欲在隨附於此之申請專利範圍之範疇內。
100‧‧‧微杯
101‧‧‧層
102‧‧‧層
103‧‧‧共同電極
104a‧‧‧像素電極
104b‧‧‧像素電極
105‧‧‧顯示器流體
106‧‧‧顏料粒子
107‧‧‧分隔壁
M‧‧‧中點
201‧‧‧層
202‧‧‧層
203‧‧‧共同電極
204a‧‧‧像素電極
204b‧‧‧像素電極
300‧‧‧微杯
304a‧‧‧像素電極
304b‧‧‧像素電極
305‧‧‧顯示器流體
307‧‧‧分隔壁
M’‧‧‧中點
d1‧‧‧距離
d2‧‧‧距離
A‧‧‧顯示器區域
B‧‧‧顯示器區域
C‧‧‧顯示器區域
403‧‧‧共同電極
404a‧‧‧像素電極
404b‧‧‧像素電極
501‧‧‧層
502‧‧‧層
503‧‧‧共同電極
504a‧‧‧像素電極
504b‧‧‧像素電極
602‧‧‧層
603‧‧‧共同電極
604a‧‧‧像素電極
604b‧‧‧像素電極
A’‧‧‧顯示器區域
B’‧‧‧顯示器區域
C’‧‧‧顯示器區域
704a‧‧‧像素電極
704b‧‧‧像素電極
801‧‧‧層
802‧‧‧層
803‧‧‧共同電極
804a‧‧‧像素電極
804b‧‧‧像素電極
901‧‧‧層
902‧‧‧層
903‧‧‧共同電極
904a‧‧‧像素電極
904b‧‧‧像素電極
圖1a及1b分別描繪本發明彩色顯示器裝置的微杯之橫截面圖及平面圖。
圖1c及1d分別描繪替代設計的橫截面圖及平面圖。
圖2a-2d例示說明可如何藉由本發明的彩色顯示器顯示不同顏色狀態。
圖3a及3b分別描繪本發明的未對準彩色顯示器的橫截 面圖及平面圖。
圖3c描繪替代的未對準設計的平面圖。
圖4描繪可如何藉由本發明的未對準彩色顯示器顯示不同顏色狀態。
圖5a-5c描繪替代設計。
圖6描繪其他替代設計。
圖7a及7b描繪不規則形狀的像素電極。
圖8a-8c展示可如何藉由利用圖7a的不規則形狀的像素電極顯示不同顏色。
圖9a-9c展示可如何藉由利用圖7b的不規則形狀的像素電極顯示不同顏色。
圖10及11展示具有不規則形狀的像素電極之未對準設計。
圖12a-12c例示說明突顯選擇。
100‧‧‧微杯
101‧‧‧層
102‧‧‧層
103‧‧‧共同電極
104a‧‧‧像素電極
104b‧‧‧像素電極
105‧‧‧顯示器流體
106‧‧‧顏料粒子
107‧‧‧分隔壁

Claims (22)

  1. 一種顯示器裝置，其包含：a)複數個填充有顯示器流體之顯示器單元，該顯示器流體包含分散於有色溶劑中的黑色及白色顏料粒子，其中溶劑的顏色對所有顯示器單元而言都是相同的且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含單一共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中每一顯示器單元夾在該共同電極和一對像素電極之間，且該對像素電極界定一個像素。
  2. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中該對像素電極係與該顯示器單元對準。
  3. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極具有不同大小。
  4. 如申請專利範圍第3項的顯示器裝置，其中二個像素電極的大小比率範圍從10：1至2：1。
  5. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極實質上具有相同大小。
  6. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極中的一者是不規則形狀的像素電極。
  7. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極皆為不規則形狀的像素電極。
  8. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中第一層是在觀看側。
  9. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中第二層是在觀看側。
  10. 如申請專利範圍第1項的顯示器裝置，其中像素電極是主動矩陣驅動電極。
  11. 一種顯示器裝置，其包含：a)複數個填充有不同顏色的顯示器流體的顯示器單元，其中該顯示器流體包含分散於不同顏色的溶劑中的黑色及白色顏料粒子且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含單一共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中每一顯示器單元夾在該共同電極和一對像素電極之間，且該對像素電極界定一個次像素且與該顯示器單元對準。
  12. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中成對的二個像素電極具有不同大小。
  13. 如申請專利範圍第12項的顯示器裝置，其中二個像素電極的大小比率範圍從10：1至2：1。
  14. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極實質上具有相同大小。
  15. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極中的一者是不規則形狀的像素電極。
  16. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中該成對的二個像素電極皆為不規則形狀的像素電極。
  17. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中第一層 是在觀看側。
  18. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中第二層是在觀看側。
  19. 如申請專利範圍第11項的顯示器裝置，其中像素電極是主動矩陣驅動電極。
  20. 一種顯示器裝置，其包含：a)複數個填充有顯示器流體的顯示器單元，其中該顯示器流體包含分散於有色溶劑中的黑色及白色顏料粒子，且該黑色及白色顏料粒子載有相反電荷極性；b)包含單一共同電極的第一層；及c)包含複數對像素電極的第二層，其中該像素電極未與該顯示器單元對準。
  21. 如申請專利範圍第20項的顯示器裝置，其中該有色溶劑在所有的顯示器單元中具有相同顏色。
  22. 如申請專利範圍第20項的顯示器裝置，其中該有色溶劑在一列顯示器單元中具有相同顏色。
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