TWI418848B - 應用於顯示裝置之畫素結構及該顯示裝置 - Google Patents

Description

應用於顯示裝置之畫素結構及該顯示裝置

本發明係關於一種顯示裝置；特別是關於一種應用於電濕潤顯示裝置之畫素結構，以及使用該畫素結構之電濕潤顯示裝置。

隨著科技發展的日新月異，各種可攜式電子裝置，如手機、個人數位助理(PDA)、數位相機、數位攝影機等，帶給人類生活極大的方便，而其規格與功能也愈來愈多樣化。其中，關於可攜式電子裝置的顯示技術不斷被開發出來，以滿足各種不同之需求。

由於可攜式電子裝置強調小體積、輕量化以攜帶方便，因此可攜式電子裝置亦須同時兼顧省電以延長電池之續航力，避免必須經常充電之麻煩。其中，採用外在環境光作為光源的反射式顯示器是以外界環境光為光源，並利用面板下方的反射片將照明光反射，作為降低可攜式電子裝置電力消耗之有效技術。這種非自發光的顯示方式不需要背光源以及背光板，因此減少了電源的消耗也減輕了裝置重量，而且厚度變薄、結構簡單等特性具有生產容易、成本降低等優點，讓產品價格更平易近人。

在採用外在光源的顯示技術中，電濕潤顯示器具有非常令人滿意的光學特性。其不但具有輕薄之優點，該顯示器畫素切換開關的速度亦相當迅速，適於播放影片，因此是相當受到期待的顯示技術。

第1a圖至第1b圖所示為一傳統反射式電濕潤顯示裝置之畫素結構示意圖。畫素結構1具有一不透明之基板11，適可反射進入畫素結構1之環境光線，以做為顯示裝置之光源。基板11上有一 反射電極層12以及一透明電極層14，其中反射電極層12由一薄膜電晶體(未示出)控制，反射電極層12更設置上有一疏水層13，在反射電極層12上面或下面塗佈有金屬反射物質(例如：鋁或鋁合金)，用以反射外界之環境光線，並在透明電極層14以及疏水層13之間容置有一不透明之非極性液體15以及一透明之極性液體16。疏水層13係由一透明之絕緣材料所組成，非極性液體15通常為油墨，極性液體16通常為水，疏水層13通常為鐵氟龍系列的物質。

如第1a圖所示，在未對兩電極施加電壓的情況下，疏水層13對極性液體16之表面張力而言具有較小之親合力，因此較不易吸附極性液體16，反而易親合非極性液體15，如此便使非極性液體15可分散覆蓋於疏水層13上。在當光線進入畫素結構1之後，便會部分或全部被分散的非極性液體15所吸收，因而呈現非極性液體15的色彩。

如第1b圖所示，在對兩電極施加一電壓的情況下，疏水層1133之介電質特性受到兩電極間之電場影響而產生改變，其表面特性亦會產生變化，轉而對極性液體16有較高之親合力。因此在通電的情況下，極性液體16受到表面能改變後的疏水層13所吸引而移動，進而將非極性液體15推擠排開，使得畫素結構1露出基板11之顏色。

在實際運用之顯示裝置中，可以使用一白色基板11，並將許多使用不同顏色油墨之畫素組合起來。利用分別控制不同畫素的電極，使得油墨散開或縮回畫素之一角落，便可以在視覺效果上產 生如同彩色印刷的紙張般的效果。這種基於電濕潤的顯示器在性能方面表現出色，白色及彩色反射之間的轉換速度夠快，足以顯示影片內容。此外，此種顯示器可以相當省電，而且製造得非常平薄。

然而在此種結構之電濕潤顯示器中，由於油墨層並非完全透明，因此在油墨縮回畫素之一角落時，在該油墨的上方仍會呈現部分接近該油墨的光線，使得該畫素於開關時所呈現的對比度下降。請參考第1c圖，習知技術為了解決此一問題，乃於畫素結構1中加一黑矩陣17於該透明電極層14之上方，並使其該黑矩陣17之位置及大小適可完全遮蔽縮回之油墨，以增加顯示裝置之對比度。然而在透明電極層14係製作於基板11之對側基板上，如果欲多加一層黑矩陣17於透明電極層14上，則印有黑矩陣17與透明電極層14之對側基板於製造過程中，需要與基板11精準的對位並加以封裝，此步驟將增加了製造上的困難度，也提高了製造成本。而且，在反射電極層12上面或下面塗佈反射物質時，亦須避開薄膜電晶體之分布位置而須另以適當之光罩以進行圖案化製程，增加製程之複雜性與成本。

有鑑於此，提供一可提高畫素顯示對比度，以及同時降低製造困難度與成本之電濕潤顯示器畫素結構，乃為此一業界亟待解決的問題。

本發明之一目的在於提供一種應用於顯示裝置之畫素結構，其係利用電濕潤顯示技術，並同時使黑矩陣與其他主要元件一併設置於出光側基板。本發明之畫素結構具有高顯示對比度，且製程 較為簡化而易於製作。

本發明之另一目的在於提供於一種顯示裝置，利用電濕潤顯示技術以及黑矩陣之設置，使其同時具有高對比度以及簡單之結構。

為達上述目的，本發明所揭露之畫素結構及包含數個畫素結構之顯示裝置，其中本發明之畫素結構係利用一顯示裝置外側進入之一光線為一光源，該畫素結構包含一第一基板，一光阻擋層，一主動元件以及一活動光遮蔽層。該光阻擋層設置於該第一基板上，具有一透光區以及一不透光區。該主動元件設置於該光阻擋層之該不透光區上，該主動元件具有一第一狀態以及一第二狀態。該活動光遮蔽層設置於該光阻擋層及該主動元件上。其中當該主動元件處於該第一狀態時，該活動光遮蔽層適可覆蓋該透光區，以遮蔽該光線自該第一基板向外射出；當該主動元件處於該第二狀態時，該活動光遮蔽層受驅動，以使該光線得經由該透光區自該第一基板向外射出。

為讓本發明之上述目的、技術特徵、和優點能更明顯易懂，下文係以較佳實施例配合所附圖式進行詳細說明。

本發明係揭露一畫素結構2及包含複數個畫素結構2之顯示裝置100，其中，各畫素結構如第2圖及第3圖所示，顯示裝置100請參照第4圖所示。第2圖所示為本發明之畫素結構在未施加電壓的狀態，第3圖所示者為本發明之畫素結構處於施加電壓的狀態。畫素結構2包含一第一基板31以及一第二基板40，第一基板31係為一透明基板以做為該畫素結構2之出光面，第二基板係40為一不透明基板且與第一基板31係為相對設置。第一基板31上 設置有一層光阻擋層33，並且定義出一透光區331(如圖式所示光阻擋層33中之白色區域)以及一不透光區332(如圖式所示光阻擋層33中之灰色區域)。不透光區332包含一黑矩陣3321，適以阻擋光線由不透光區332進入或射出該畫素結構2，此外透光區331可以是透明絕緣物質如氧化矽。

主動元件32係為一薄膜電晶體(Thin film transistor,TFT)，其具有一第一狀態以及一第二狀態，分別代表控制畫素狀態之關閉與開啟之狀態。主動元件32設置於光阻擋層33之不透光區332上，並且電性連接至一電極層35。電極層35係為一透明導電層，其材料可選自銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)或其他透明導電材料。畫素結構2在主動元件32以及光阻擋層33上更具有一鈍化層(Passive layer)36，以用以間隔主動元件32以及電極層35。

電極層35上設置有一疏水層(Hydrophobic layer)37，疏水層37係為一透明之介電質。畫素結構2在疏水層37與第二基板40之間，容置有一非極性液體以及一極性液體層39。其中該非極性液體形成一活動光遮蔽層34，適可覆蓋該電極層35，並且位於該主動元件32以及該光阻擋層33之上方。其中該非極性液體係為一具有色彩或黑色之不透明油墨，極性液體層39係為一透明液體，如水或水、酒精以及鹽類物質之混合物，但不僅限於此。另一方面，在疏水層37上更設有一擋牆38，適以間隔顯示器內不同畫素結構間之活動光遮蔽層34。

在第二基板40上設置有一反射層41，適以反射自該顯示裝置外 側進入之該光線，使該光線得經由該透光區331，自該第一基板31向外射出。該反射層41之材料係為鋁或鋁合金，並且電性連接至該主動元件32。

如第2圖所示，主動元件32係處於第一狀態時，亦即關閉狀態。主動元件32未對電極層35施加一電壓，電極層35與反射層41之間並無電場存在。此時疏水層37對非極性液體之親和力較對極性液體層39之親和力佳，因此疏水層37會排斥極性液體層39，使非極性液體形成一活動光遮蔽層34，平整地覆蓋疏水層37以及透光區331，並間隔疏水層37以及極性液體層39。此時當一環境光線由可透光區331進入畫素結構2時，該光線中與活動光遮蔽層34頻率不同之部分色光將被活動光遮蔽層34所吸收，而該光線中與活動光遮蔽層34頻率相同之部分色光將自活動光遮蔽層34向外射出，使畫素結構2呈現出活動光遮蔽層34所呈現之色彩。例如，當活動光遮蔽層34為紅色油墨時，僅有紅色色光將反射出畫素結構2，而其餘頻率之色光將被吸收。

如第3圖所示，此時主動元件32係處於第二狀態，亦即開啟狀態時，將對使電極層35施加一電壓，使其具有電荷分佈於其上，並使電極層35與反射層41之間存在一電場。位於該電場中之疏水層37受到該電場之影響，其表面物理特性產生變化，轉而對極性液體層39具有較高之親和力，因此極性液體層39會受到疏水層37之吸引而往疏水層37之表面移動，並且推擠該非極性液體至擋牆38一側。如此將使活動光遮蔽層34縮至該畫素結構2之擋牆38一側，藉此使被反射層41反射之光線得直接經由透光區 331，自該第一基板31向外射出，而讓該畫素結構呈現一亮點之狀態。

於此畫素結構2中，不透光區332之黑矩陣面積適可在主動元件32處於第二狀態時，覆蓋該主動元件32、擋牆38以及縮至該畫素結構2一側之活動光遮蔽層34。因此在主動元件32處於第二狀態，亦即該畫素應呈現亮點之狀態時，所應投射出之光線將不會由該活動光遮蔽層34漏光，而帶有該活動光遮蔽層34之色彩，如此一來畫素之對比度將可大為提高。

綜上所述，本發明使該光阻擋層33中之黑矩陣、主動元件32以及活動光遮蔽層34同樣位於出光面之第一基板31上，將可省去傳統電濕潤顯示裝置中黑矩陣基板與具有主動元件基板對位之步驟，使製程之困難大幅降低。此外在鍍製反射層41的過程中，由於反射層41乃設置於與主動元件32相對之第二基板40上，因此無需進行特別的圖案化製程，而可整片地快速且均勻將鋁鍍製於第二基板40上，因而進一步簡化了製作的過程。

上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之保護範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利保護範圍應以申請專利範圍為準。

1‧‧‧畫素結構

11‧‧‧基板

12‧‧‧反射電極層

13‧‧‧疏水層

14‧‧‧透明電極層

15‧‧‧非極性液體

16‧‧‧極性液體

17‧‧‧黑矩陣

2‧‧‧畫素結構

31‧‧‧第一基板

32‧‧‧主動元件

33‧‧‧光阻擋層

331‧‧‧透光區

332‧‧‧不透光區

34‧‧‧活動光遮蔽層

35‧‧‧電極層

36‧‧‧鈍化層

37‧‧‧疏水層

38‧‧‧擋牆

39‧‧‧極性液體層

40‧‧‧第二基板

41‧‧‧反射層

100‧‧‧顯示裝置

第1a圖係為一傳統畫素結構中未施加電壓之示意圖；第1b圖係為一傳統畫素結構中施加電壓之示意圖；第1c圖係為一傳統畫素結構中具有黑矩陣之示意圖；第2圖係為本發明一實施例中未施加電壓之畫素結構之示意圖； 第3圖係為本發明一實施例中施加電壓之畫素結構之示意圖；以及第4圖係為本發明顯示裝置之示意圖。

2‧‧‧畫素結構

31‧‧‧第一基板

32‧‧‧主動元件

33‧‧‧光阻擋層

331‧‧‧透光區

332‧‧‧不透光區

34‧‧‧活動光遮蔽層

35‧‧‧電極層

36‧‧‧鈍化層

37‧‧‧疏水層

38‧‧‧擋牆

39‧‧‧極性液體層

40‧‧‧第二基板

41‧‧‧反射層

Claims (19)

1. 一種應用於顯示裝置之畫素結構，該畫素結構係利用該顯示裝置外側進入之一光線為一光源，該畫素結構包含：一第一基板；一光阻擋層，設置於該第一基板上，具有一透光區以及一不透光區；一主動元件，設置於該光阻擋層之該不透光區上，該主動元件具有一第一狀態以及一第二狀態；以及一活動光遮蔽層，設置於該光阻擋層及該主動元件上，一疏水層(Hydrophobic layer)；以及一極性液體層；其中當該主動元件處於該第一狀態時，該主動元件未施加一電壓，而使該活動光遮蔽層覆蓋該疏水層以間隔該疏水層與該極性液體層，使該活動光遮蔽層覆蓋該透光區，以遮蔽該光線之頻率範圍的至少一部分自該第一基板向外射出；以及當該主動元件處於該第二狀態時，該主動元件施加一電壓，而使該極性液體層受到該疏水層吸引而往該疏水層移動，該極性液體層驅動該活動光遮蔽層移動，以使該光線經由該透光區，自該第一基板向外射出。
2. 如請求項1所述之畫素結構，其中該光阻擋層更包含一黑矩陣，設置於該光阻擋層之該不透光區中，以阻擋該光線。
3. 如請求項2所述之畫素結構，更包含一電極層，設置於該主動元件以及該活動光遮蔽層之間，並電性連該主動元件，其 中當該主動元件處於該第一狀態時，該電極層未施加電壓，當該主動元件處於第二狀態時，該電極層被施加一電壓而具有一電荷分佈。
4. 如請求項3所述之畫素結構，其中該電極層包含一銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)層。
5. 如請求項3所述之畫素結構，更包含一鈍化層(passive layer)，設置於該主動元件以及該電極層之間，用以間隔該主動元件及該電極層。
6. 如請求項3所述之畫素結構，其中該疏水層設置於該電極層以及該活動光遮蔽層之間。
7. 如請求項6所述之畫素結構，更包含一擋牆(Grid)，設置於該疏水層上。
8. 如請求項7所述之畫素結構，其中當該主動元件係處於該第二狀態時，該光阻擋層至少覆蓋該主動元件、該活動光遮蔽層以及該擋牆。
9. 如請求項8所述之畫素結構，更包含一第二基板，與該第一基板相對設置，且該光阻擋層與該活動光遮蔽層位於該第一基板及該第二基板之間。
10. 如請求項9所述之畫素結構，其中該極性液體層，設置於該活動光遮蔽層以及該第二基板之間，其中當該主動元件處於該第一狀態時，該活動光遮蔽層覆蓋該疏水層以間隔該疏水層與該極性液體層；當該主動元件處於該第二狀態時，該極性液體層受到該疏水層吸引而往該疏水層移動，並驅動該活 動光遮蔽層往該擋牆側移動，使該光線經由該透光區，自該第一基板向外射出。
11. 如請求項9所述之畫素結構，更包含一反射層，設置於該第二基板上，電性連接至該主動元件，該反射層用以反射自該顯示裝置外側進入之該光線，使該光線經由該透光區，自該第一基板向外射出。
12. 如請求項11所述之畫素結構，其中該反射層之材料包含鋁。
13. 如請求項11所述之畫素結構，其中該反射層之材料包含鋁合金。
14. 如請求項1所述之畫素結構，其中該主動元件包含至少一薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)。
15. 如請求項1所述之畫素結構，其中該活動光遮蔽層係為一非極性液體。
16. 如請求項15所述之畫素結構，其中該非極性液體係為一油墨。
17. 如請求項10所述之畫素結構，其中該極性液體層係為水。
18. 如請求項10所述之畫素結構，其中該極性液體層係為水、酒精以及鹽類物質之混合物。
19. 一種顯示裝置，包含複數個如請求項1所述之畫素結構。