TWI420148B - An electric wetting type display device, a driving method and a manufacturing method thereof - Google Patents

Description

電濕潤式顯示裝置及其驅動方法與製作方法

本發明係有關一種電濕潤式顯示技術，特別是關於一種電濕潤式顯示裝置及其驅動方法與製作方法。

資訊的內容中，除了文字與語音的方式外，影像也是重要的方式，可以使資訊的內容更加生動。隨著科技的進步，現在包含文字的影像，可以藉由顯示器顯示，特別是，由多個畫素單元所組成的數位化顯示器。

請參閱第1(a)圖所示，此圖顯示一般傳統技術之電濕潤顯示器的基本架構，其係在一白色基板10上設有一透明電極層12與一疏水層14，且在疏水層14上更設有一擋牆結構16，此外，在疏水層14上滴入一油墨18，並使此油墨18位於擋牆結構16內，最後在擋牆結構16包圍的空間內再充塞純水20。如圖所示，當透明電極層12與純水20未施加電壓時，由於油墨18與疏水層14之間的張力影響，使油墨18完全覆蓋於疏水層14之表面，此時環境光從外部射入，並經由白色基板10反射後，則會因為油墨18阻擋而無法射出。但當透明電極層12與純水20施加電壓時，如第1(b)圖所示，透明電極層12會吸引純水20，使其貼附疏水層14表面，進而推使油墨18往左移，此時環境光從外部射入，並經由白色基板10反射後，則會透過純水20往外射出。但若此時又不施加電壓的話，則油墨18又會覆蓋於疏水層14之表面，導致光線無法射出。換言之，此架構一定要施加電壓才能進行顯示，如此相當耗電。

因此，本發明係在針對上述之困擾，提出一種電濕潤式顯示裝置及其驅動方法與製作方法，以解決習知所產生的缺點。

本發明之主要目的，在於提供一種電濕潤式顯示裝置及其驅動方法與製作方法，其係在相鄰之疏水性絕緣區塊之間增設有一親水性隔離區塊，使有色液體藉由與親水性隔離區塊和親水性隔離結構之間的張力，並在不需施加電壓的前提下，穩定於疏水性絕緣區塊上，以使顯示裝置不但具有雙穩態顯示功能，又能達到省電的目的，更可應用在不需常常切換畫面之電子紙的技術上。

為達上述目的，本發明提供一種電濕潤式顯示裝置，其係包含一基板，基板上設有一擋牆結構，以將基板分為複數區域，每一個區域上設有一顯示單元。每一個顯示單元包含至少二電極區塊、至少二疏水性絕緣區塊、至少一親水性隔離結構、一有色液體與一與有色液體互不相溶之導電液體。電極區塊係設於上述之區域上，每一個疏水性絕緣區塊係分別設於每一個電極區塊上，且親水性隔離結構亦設於上述區域上，並位於相鄰二電極區塊與相鄰二疏水性絕緣區塊之間，疏水性絕緣區塊上設有有色液體，導電液體則填充於擋牆結構圍繞的空間中，以覆蓋疏水性絕緣區塊與親水性隔離結構。

本發明亦提供一種電濕潤式顯示裝置之驅動方法，其係利用上述電濕潤式顯示裝置，先在電極區塊中的其中之一電極區塊施加一電壓，以吸引導電液體貼緊其上方的疏水性絕緣區塊，進而驅使有色液體移動，直到有色液體停止於另一個電極區塊之上方的疏水性絕緣區塊上，並以此處作為停留處。接著停止施加電壓，則有色液體係藉與停留處，及其相鄰之擋牆結構、親水性隔離結構之間的張力，穩定於停留處。

本發明更提供一種電濕潤式顯示裝置之製作方法，首先提供一基板，接著於基板上形成一擋牆結構，以將基板分為複數區域，並於每一塊區域上形成至少一親水性隔離結構。再來於每一塊區域上形成至少二電極區塊，以位於親水性隔離結構之兩側。形成完後，於每一塊區域上形成至少二疏水性絕緣區塊，以分別位於每一電極區塊上，且位於親水性隔離結構之兩側。下一步驟則於每一塊區域上滴入一有色液體，以位於疏水性絕緣區塊上，並位於擋牆結構圍繞的空間內。最後於每一塊區域上滴入一導電液體，以覆蓋疏水性絕緣區塊與親水性隔離結構，並充塞於擋牆結構圍繞的空間內。

茲為使　貴審查委員對本發明之結構特徵及所達成之功效更有進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例圖及配合詳細之說明，說明如後：

本發明提出的電濕潤顯示裝置架構之第一實施例如第2圖、第3圖所示，此裝置包含一作為第一基板之薄膜電晶體基板22、一作為擋牆結構之親水性擋牆結構24與複數顯示單元25，親水性擋牆結構24係位於薄膜電晶體基板22上，以將薄膜電晶體基板22分為複數區域，且每一個顯示單元25係分別設於每一區域上，由於每一顯示單元25內所包含的結構皆相同，因此第3圖僅顯示一顯示單元25及其周圍的親水性擋牆結構24與薄膜電晶體基板22的結構剖視圖。

顯示單元25包含至少一親水性隔離結構26、至少二電極區塊28、至少二疏水性絕緣區塊30、一有色液體32與一與有色液體32互不相溶之導電液體34，在此實施例中，親水性隔離結構26、電極區塊28與疏水性絕緣區塊30的數量分別以一、二、二為例，且電極區塊28、有色液體32、導電液體34分別以透明電極區塊、疏水性油性液體之油墨、純水為例，又電極區塊28亦可為一反射電極區塊，且其材質為鋁。

二電極區塊28與親水性隔離結構26係設於薄膜電晶體基板22之區域上，二疏水性絕緣區塊30係分別設於二電極區塊28上，且親水性隔離結構26係位於相鄰二電極區塊28與相鄰二疏水性絕緣區塊30之間，親水性隔離結構26之親水性係低於或等於親水性擋牆結構24，此實施例係以親水性隔離結構26之親水性低於親水性擋牆結構24為例，另外，電極區塊28及其上方之疏水性絕緣區塊30的厚度係等於親水性隔離結構26的厚度，使疏水性絕緣區塊30的頂面，係與親水性隔離結構26的頂面位於同一平面。有色液體32係位於疏水性絕緣區塊30上，導電液體34則填充於親水性擋牆結構24圍繞的空間中，以覆蓋疏水性絕緣區塊30與親水性隔離結構26。

第一實施例除了上述揭露的俯視圖外，另有一種俯視圖，如第4圖所示，其中右側之電極區塊28與疏水性絕緣區塊30，及親水性隔離結構26係呈L形，左側之電極區塊28與疏水性絕緣區塊30則呈方形，且有色液體32係覆蓋於右側之疏水性絕緣區塊30上，除此之外，各元件的相對位置皆與上一段敘述相同。

以下介紹第一實施例的操作過程，請參閱第5(a)圖至第5(d)圖，其中每一張圖之下方圖為結構剖視圖，上方圖為對應結構剖視圖中各個位置的親水性比較示意圖。首先如第5(a)圖所示，當施加電壓於右側的電極區塊28與導電液體34上時，可使得右側的疏水性絕緣區塊30的親水性提升，其可大於，等於或小於親水性隔離結構26之親水性，此處之右側的疏水性絕緣區塊30的親水性，係以等於親水性隔離結構26之親水性L2為例，並稍微低於親水性擋牆結構24之親水性L1，以吸引導電液體34貼緊右側的疏水性絕緣區塊30表面，進而驅使有色液體32往左側移動，直到有色液體32停止於左側的電極區塊28之上方的疏水性絕緣區塊30上為止，並以此處作為停留處。此時外部的環境光若射入，可經由電極區塊28反射而再度往外射出，因為有色液體32位於左側的疏水性絕緣區塊30上，擋住了欲往外射出的光線，因此僅有右側的電極區塊28可將光線往外射出。接著如第5(b)圖所示，當不再對右側的電極區塊28與導電液體34施加電壓時，右側的疏水性絕緣區塊30也不再具有親水性，由於有色液體32與與左側的疏水性絕緣區塊30之間的張力較小，而與疏水性絕緣區塊30相鄰之親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26之間的張力較大，因此有色液體32係藉與左側的疏水性絕緣區塊30，及其相鄰之親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26之間的張力，穩定於左側的疏水性絕緣區塊30上。由於有色液體32穩定於左側的疏水性絕緣區塊30上，因此右側的電極區塊28可順利地將光線往外射出，對顯示裝置而言，也就有了一穩態顯示的功能。

若此時再對左側的電極區塊28與導電液體34施加電壓，則如第5(c)圖所示，可使得左側的疏水性絕緣區塊30的親水性提升，其可大於，等於或小於親水性隔離結構26之親水性，此處之左側的疏水性絕緣區塊30的親水性，係以等於親水性隔離結構26之親水性L2為例，並稍微低於親水性擋牆結構24之親水性L1，以吸引導電液體34貼緊左側的疏水性絕緣區塊30表面，進而驅使有色液體32往右側移動，直到有色液體32停止於右側的電極區塊28之上方的疏水性絕緣區塊30上為止，並以此處作為停留處。此時外部的環境光若射入，可經由電極區塊28反射而再度往外射出，因為有色液體32位於右側的疏水性絕緣區塊30上，擋住了欲往外射出的光線，因此僅有左側的電極區塊28可將光線往外射出。接著如第5(d)圖所示，當不再對左側的電極區塊28與導電液體34施加電壓時，左側的疏水性絕緣區塊30也不再具有親水性，由於有色液體32與與右側的疏水性絕緣區塊30之間的張力較小，而與疏水性絕緣區塊30相鄰之親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26之間的張力較大，因此有色液體32係藉與右側的疏水性絕緣區塊30，及其相鄰之親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26之間的張力，穩定於右側的疏水性絕緣區塊30上。由於有色液體32穩定於右側的疏水性絕緣區塊30上，因此左側的電極區塊28可順利地將光線往外射出，對顯示裝置而言，也就有了另一穩態顯示的功能。換言之，本發明可在不需施加電壓的前提下，使顯示裝置不但具有雙穩態顯示功能，又能達到省電的目的，很適合應用在不需常常切換畫面並可取代紙張之電子紙的技術上。此外，本發明之電極係位於同一平面，且水平設置，此種同平面的電極設置及張力梯度的設計亦較側向電極製作容易許多。

以下介紹第一實施例的製作過程，由於每一個顯示單元的製作過程皆相同，因此以下圖示僅以基板22之一區域與位於其中之顯示單元為例，另外，親水性隔離結構26、電極區塊28與疏水性絕緣區塊30的數量分別以一、二、二為例，請參閱第6(a)圖至第6(f)圖。首先如第6(a)圖所示，提供一薄膜電晶體基板22。接著如第6(b)圖所示，於此基板22上形成一親水性擋牆結構24，以將基板22分為複數區域，並於每一區域上形成一親水性隔離結構26。再來如第6(c)圖所示，於每一區域上形成二電極區塊28，以位於親水性隔離結構26之兩側，並使電極區塊28的厚度小於親水性隔離結構26的厚度。形成完後，如第6(d)圖所示，於每一區域上形成二疏水性絕緣區塊30，以分別位於每一電極區塊28上，且位於親水性隔離結構26之兩側，並使電極區塊及其上方之疏水性絕緣區塊30的厚度，等於親水性隔離結構26的厚度，讓疏水性絕緣區塊30的頂面，與親水性隔離結構26的頂面位於同一平面。下一步驟係如第6(e)圖所示，於每一區域上滴入一有色液體32，以位於疏水性絕緣區塊30上，並位於親水性擋牆結構24圍繞的空間內。最後如第6(f)圖所示，於每一區域上滴入一導電液體，34以覆蓋疏水性絕緣區塊30與親水性隔離結構26，並充塞於親水性擋牆結構24圍繞的空間內。

以下介紹本發明之第二實施例，請參閱第7圖，此與第一實施例差異僅在於多了一層光吸收層36，其係設於薄膜電晶體基板22上，以供左側的電極區塊28及其相鄰之親水性隔離結構26、親水性擋牆結構24設於此光吸收層36上。

第二實施例之操作原理與第一實施例相同，不過當有色液體32穩定於右側的疏水性絕緣區塊30上，且外部之環境光往左側的電極區塊28行進時，此環境光會被光吸收層36所吸收，再加上有色液體32亦可吸收特定波長的環境光，即導致整個顯示裝置顯示出與有色液體同一顏色之畫面。

第二實施例之製作方法與第一實施例類似，以下敘述差異之處，請同時參閱第6(a)圖至第6(f)圖。在此六個步驟中，必須插入一形成光吸收層36於薄膜電晶體基板22上之步驟，於第6(a)圖與第6(b)圖之步驟之間，以供後續的親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26與左側的電極區塊28形成於光吸收層36上。

以下介紹本發明之第三實施例，請參閱第8圖，此與第一實施例差異僅在於多了一層反射層38與電極區塊28的性質不同。當電極區塊28不具有反射功能，亦即不為反射電極區塊時，可增設一反射層38於薄膜電晶體基板22上，以供電極區塊28、親水性隔離結構26、親水性擋牆結構24設於此反射層38上，來取代原反射電極區塊所具有的反射功能。

第三實施例之操作原理與第一實施例相同，不過外部之環境光可經由反射層38反射，再往外射出，使顯示裝置具有顯示功能。

第三實施例之製作方法與第一實施例類似，以下敘述差異之處，請同時參閱第6(a)圖至第6(f)圖。在此六個步驟中，必須插入一形成反射層38於薄膜電晶體基板22上之步驟，於第6(a)圖與第6(b)圖之步驟之間，以供後續的親水性擋牆結構24、親水性隔離結構26與電極區塊28形成於反射層38上。

以下介紹本發明之第四實施例，請參閱第9圖，此與第一實施例差異僅在於多了一作為第二基板之彩色濾光片基板40，其係設於親水性擋牆結構24上，以封閉導電液體34與有色液體32，此彩色濾光片基板40包含一彩色濾光層42與一透明基板44，彩色濾光層42係設於親水性擋牆結構24上，透明基板44係設於彩色濾光層42上。

第四實施例之操作原理與第一實施例相同，於此不再贅述。

請同時參閱第6(a)圖至第6(f)圖，第四實施例之製作方法與第一實施例差異僅在於，當第6(f)圖之步驟完成後，可先提供一透明基板44，接著形成一彩色濾光層42於透明基板44上。再來將透明基板44透過彩色濾光層42安裝於親水性擋牆結構24上，以在擋牆結構24上安裝彩色濾光片基板40，以封閉導電液體34與有色液體32。

除了上述方法外，亦可直接於親水性擋牆結構24上形成一包含透明基板44與彩色濾光層42之彩色濾光片基板40，以封閉導電液體34與有色液體32。

綜上所述，本發明在相鄰之疏水性絕緣區塊之間增設有一親水性隔離區塊，使有色液體藉由與親水性隔離區塊和親水性隔離結構之間的張力，並在不需施加電壓的前提下，穩定於疏水性絕緣區塊上，以使顯示裝置不但具有雙穩態顯示功能，又能達到省電的目的。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10．．．白色基板

12．．．透明電極層

14．．．疏水層

16．．．親水性擋牆

18．．．油墨

20．．．純水

22．．．薄膜電晶體基板

24．．．親水性擋牆結構

25．．．顯示單元

26．．．親水性隔離結構

28．．．電極區塊

30．．．疏水性絕緣區塊

32．．．有色液體

34．．．導電液體

36．．．光吸收層

38．．．反射層

40．．．彩色濾光片基板

42．．．彩色濾光層

44．．．透明基板

第1(a)圖為先前技術於無施加電壓時之電濕潤顯示裝置結構剖視圖。

第1(b)圖為先前技術於施加電壓時之電濕潤顯示裝置結構剖視圖。

第2圖為本發明之第一實施例的一結構俯視圖。

第3圖為第2圖之第一實施例之一顯示單元及其周圍的親水性擋牆結構與薄膜電晶體基板的結構剖視圖。

第4圖為本發明之第一實施例的另一結構俯視圖。

第5(a)圖至第5(d)圖為本發明操作第一實施例之各步驟結構剖視圖，及其對應之親水性比較示意圖。

第6(a)圖至第6(f)圖為本發明製作第一實施例之各步驟結構剖視圖。

第7圖為本發明之第二實施例的結構剖視圖。

第8圖為本發明之第三實施例的結構剖視圖。

第9圖為本發明之第四實施例的結構剖視圖。

22‧‧‧薄膜電晶體基板

25‧‧‧顯示單元

24‧‧‧親水性擋牆結構

26‧‧‧親水性隔離結構

28‧‧‧電極區塊

30‧‧‧疏水性絕緣區塊

32‧‧‧有色液體

34‧‧‧導電液體

Claims (35)

1. 一種電濕潤式顯示裝置，包含：一第一基板；一親水性擋牆結構，其係位於該第一基板上，以將該第一基板分為複數區域；以及複數顯示單元，每一該顯示單元係分別設於每一該區域上，每一該顯示單元包含：至少二電極區塊，其係設於該區域上；至少二疏水性絕緣區塊，其係分別設於每一該電極區塊上；至少一親水性隔離結構，其係設於該區域上，並位於相鄰二該電極區塊與相鄰二該疏水性絕緣區塊之間，該親水性隔離結構之親水性係低於或等於該親水性擋牆結構；一有色液體，其係位於該疏水性絕緣區塊上；以及一導電液體，其係與該有色液體互不相溶，並填充於該親水性擋牆結構圍繞的空間中，以覆蓋該些疏水性絕緣區塊與該親水性隔離結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中每一該顯示單元更包含一光吸收層，其係設於該第一基板上，且其中一該電極區塊及其相鄰之該親水性隔離結構、該親水性擋牆結構係設於該光吸收層上。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該電極區塊為透明電極區塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該導電液體為純水。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該有色液體為疏水性油性液體。
6. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該有色液體為油墨。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中每一該顯示單元更包含一反射層，其係設於該第一基板上，且該親水性擋牆結構、該親水性隔離結構、該些電極區塊係設於該反射層上，該反射層係用以反射入射的環境光。
8. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該電極區塊為反射電極區塊，該反射電極區塊係用以反射入射的環境光。
9. 如申請專利範圍第8項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該電極區塊之材質為鋁。
10. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，更包含一第二基板，其係設於該親水性擋牆結構上，以封閉該導電液體與該有色液體。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該第二基板為彩色濾光片基板。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該彩色濾光片基板更包含：一彩色濾光層，其係設於該親水性擋牆結構上；以及一透明基板，其係設於該彩色濾光層上。
13. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該第一基板為薄膜電晶體(TFT)基板。
14. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該電極區塊及其上方之該疏水性絕緣區塊的厚度，等於該親水性隔離結構的厚度。
15. 如申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置，其中該疏水性絕緣區塊的頂面，係與該親水性隔離結構的頂面位於同一平面。
16. 一種應用於申請專利範圍第1項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其係包含下列步驟：在該些電極區塊中的其中之一該電極區塊施加一電壓，以吸引該導電液體貼緊其上方的該疏水性絕緣區塊，進而驅使該有色液體移 動，直到該有色液體停止於另一該電極區塊之上方的該疏水性絕緣區塊上，並以此處作為停留處；以及停止施加該電壓，則該有色液體係藉與該停留處，及其相鄰之該親水性擋牆結構、該親水性隔離結構之間的張力，穩定於該停留處。
17. 如申請專利範圍第16項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其中該電極區塊為透明電極區塊。
18. 如申請專利範圍第16項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其中該導電液體為純水。
19. 如申請專利範圍第16項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其中有色液體為疏水性油性液體。
20. 如申請專利範圍第16項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其中該有色液體為油墨。
21. 如申請專利範圍第16項所述之電濕潤式顯示裝置的驅動方法，其中該電極區塊為反射電極區塊。
22. 一種電濕潤式顯示裝置之製作方法，其係包含下列步驟：提供一第一基板；於該第一基板上形成一親水性擋牆結構，以將該第一基板分為複數區域，並於每一該區域上形成至少一親水性隔離結構，該親水性隔離結構之親水性係低於或等於該親水性擋牆結構；於每一該區域上形成至少二電極區塊，以位於該親水性隔離結構之兩側；於每一該區域上形成至少二疏水性絕緣區塊，以分別位於每一該電極區塊上，且位於該親水性隔離結構之兩側；於每一該區域上滴入一有色液體，以位於該疏水性絕緣區塊上，並位於該親水性擋牆結構圍繞的空間內；以及於每一該區域上滴入一導電液體，以覆蓋該些疏水性絕緣區塊與該親水性隔離結構，並充塞於該親水性擋牆結構圍繞的空間內。
23. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其 中在該第一基板之每一該區域上更可形成一光吸收層，以供其中一該電極區塊及其相鄰之該親水性隔離結構、該親水性擋牆結構設於該光吸收層上。
24. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該電極區塊為透明電極區塊。
25. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該導電液體為純水。
26. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該有色液體為疏水性油性液體。
27. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該有色液體為油墨。
28. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中在該第一基板之每一該區域上更可形成一反射層，以供該親水性擋牆結構、該親水性隔離結構、該些電極區塊係設於該反射層上。
29. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該電極區塊為反射電極區塊。
30. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，更包含一將一第二基板安裝於該親水性擋牆結構上之步驟，以封閉該導電液體與該有色液體。
31. 如申請專利範圍第30項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該第二基板為彩色濾光片基板。
32. 如申請專利範圍第31項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中在該親水性擋牆結構上安裝該彩色濾光片基板之步驟更包含下列步驟：提供一透明基板；形成一彩色濾光層於該透明基板上；以及將該透明基板透過該彩色濾光層安裝於該親水性擋牆結構上，以在該親水性擋牆結構上安裝該彩色濾光片基板。
33. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該第一基板為薄膜電晶體(TFT)基板。
34. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該電極區塊及其上方之該疏水性絕緣區塊的厚度，等於該親水性隔離結構的厚度。
35. 如申請專利範圍第22項所述之電濕潤式顯示裝置之製作方法，其中該疏水性絕緣區塊的頂面，係與該親水性隔離結構的頂面位於同一平面。