TWI447433B - 顯示器 - Google Patents

Description

顯示器

本發明是有關於一種顯示器。

電濕潤顯示器包括多個電濕潤顯示畫素結構，其中每一電濕潤顯示畫素結構可包括擋牆、畫素電極、絕緣層、疏水層、極性流體以及非極性流體。絕緣層配置於畫素電極表面，而疏水層覆蓋絕緣層。其中非極性流體配置於疏水層表面，而極性流體覆蓋住非極性流體，以及擋牆配置於疏水層上以區隔兩個相鄰的畫素結構。

當每一電濕潤顯示畫素結構在處於被施加電壓的狀態時，極性流體透過靜電力的驅動，使極性流體和電極親合接觸，並將非極性流體推動至與對應於該畫素之疏水層的一個角落，其中非極性流體坐落的位置依照各個畫素電極的設計方式而定。一般而言，非極性流體為具有顏色可為油或者其它材料的非極性流動介質，在非極性流體中的顏色可以使用顏料或者染料，極性流動介質為透明的水或者醇類等極性流動介質。因此，光線在通過加入染料的非極性流體後，光線會被非極性流體中的染料吸收而顯示非極性流體中的染料顏色，反之，光線則穿透透明的極性流體。換言之，對電濕潤顯示畫素結構施加電壓，會使極性流體與電極親合而將非極性流體推動到擋牆旁。如此一來，透過電濕潤顯示畫素結構被施加電壓以及未被施加電壓兩種狀態的轉換，可造成顯示上的灰階變化，進而使電濕潤顯示器達到顯示畫面的效果。

一般來說，為了確保非極性流體收縮的一致性，會使用圖案化畫素電極將非極性流體限縮在每一電濕潤顯示畫素結構的邊角處，以達到上述的顯示畫面效果。舉例來說，如圖1A與圖1B所示，畫素區114包括畫素電極分佈區118與無電極區116，其中畫素電極PE配置於畫素電極分佈區118內，且具有對應於無電極區116的1/4圓形缺角(如圖1A所示)或1/4方形缺角(如圖1B所示)。這些形狀的圖案化畫素電極可以提升電濕潤顯示畫素結構被施加電壓以及未被施加電壓兩種狀態的轉換速度。

圖2A至圖2E為極性流體在具有圖1A所示之畫素電極PE的電濕潤顯示畫素結構中，由無施加電壓狀態轉變成施加電壓狀態的收縮過程立體示意圖。請參照圖2A至圖2E，值得注意的是，為了加快反應速度而在提高電壓下驅動電濕潤顯示畫素結構時，這些圖案化畫素電極PE的構形可能會導致非極性流體134(在圖中以均勻點表示)在收縮過程中會發生分裂(如圖2D所示之破裂狀)，經過一段時間後才逐漸收縮回到電濕潤顯示畫素結構的無電極區116，此非極性流體134的分裂過程易使得電濕潤顯示器的開口率降低、反應時間增加、驅動系統設計的複雜化增加以及顯示品質下降。

本發明之一實施例提出一種顯示器，包括一畫素陣列基板、一對向基板以及一流動介質。畫素陣列基板包括一第一基板與多個畫素結構。第一基板包括多個畫素區，各畫素區包括一畫素電極分佈區與一無電極區。畫素結構配置於畫素區中，其中各畫素結構包括一畫素電極、一絕緣層以及一疏水層。畫素電極配置於電極分佈區中，且具有至少一狹縫，至少一狹縫的延伸方向由無電極區朝向畫素電極分佈區。絕緣層覆蓋畫素電極。疏水層覆蓋絕緣層。流體介質包括極性流體與非極性流體，流動於畫素陣列基板與對向基板之間。對向基板包括一第二基板以及一共用電極，共用電極位於第二基板上且與極性流體接觸。極性流體與非極性流體存在於第一基板與第二基板之間，當畫素電極與共用電極之間具有一電壓差時，非極性流體收縮於無電極區中。

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3繪示本發明之一實施例之顯示器的局部上視剖面示意圖。請參照圖3，本實施例之顯示器100包括一畫素陣列基板110、一對向基板120以及一流動介質130。畫素陣列基板110包括一第一基板112以及多個畫素結構200。畫素結構200例如是陣列配置於第一基板112上。

在本實施例中，對向基板120包括一第二基板122以及一共用電極124，其中共用電極124位於第二基板122上。流動介質130包括一極性流體132與一非極性流體134(在圖4A至圖4D中以均勻密點表示)，流動於畫素陣列基板110與對向基板120之間，且極性流體132與非極性流體134彼此不會互溶。實務上，可利用帶有顏色的油或其他非極性溶液之流動介質作為非極性流體134，以及以透明的水溶液或醇類之流動介質作為極性流體132，但本發明不以此為限。

圖4A與圖4B為圖3之畫素結構處於未被施加電壓狀態下的剖面示意圖與上視示意圖，以及圖4C與圖4D為圖3之畫素結構處於被施加電壓狀態下的剖面示意圖與上視示意圖，其中為了清楚說明非極性流體的收縮行為與畫素電極構形之間的關係，圖4B與圖4D中省略繪示絕緣層、疏水層、對向基板以及極性流體。請同時參照圖3至圖4D，在本實施例中，第一基板112包括多個畫素區114，各畫素區114包括一無電極區116與一畫素電極分佈區118。其中，無電極區116中未設置電極，且當畫素陣列基板110中的畫素電極210與對向基板120中的共用電極124之間具有一電壓差時，極性流體132透過靜電力與畫素電極210親合會將非極性流體134推動至無電極區116範圍內(如圖4C與圖4D所示)。畫素電極分佈區118則為畫素區114扣除無電極區116後的範圍。在本實施例中，無電極區116的形狀可例如是1/4圓形，在其他實施例中，無電極區116的形狀亦可以是方形、三角形、梯形、多角形等多邊形或其他形狀。特別一提的是，由於無電極區116與畫素電極分佈區118是根據非極性流體134收縮後所分佈的範圍來定義，因此在不影響非極性流體134收縮於無電極區116的前提下，無電極區116中亦有可能分佈有一部分的畫素電極210，將於後文中詳述。

畫素結構200配置於畫素區114中，其中各畫素結構200包括一畫素電極210、一絕緣層220、一疏水層230以及一擋牆240。上述之基板112的畫素區114上依序堆疊畫素電極210、絕緣層220以及疏水層230。疏水層230上依序覆蓋有非極性流體134與極性流體132。擋牆240用以區隔兩相鄰的畫素結構200。

請同時參照圖4B與圖4D，畫素電極210配置於電極分佈區118中，且具有至少一狹縫212，至少一狹縫212的延伸方向D1由無電極區116向畫素電極分佈區118延伸。在本實施例中，狹縫212例如是與無電極區116連通，或狹縫212例如是多數個放射狀排列的長條狀或針狀狹縫。換言之，狹縫212例如是沿著無電極區116邊緣呈放射狀排列且延伸至畫素電極分佈區118。狹縫212的形狀例如是針狀(如圖4B與圖4D所示)、條狀、橢圓狀、多邊形狀、樹枝狀、雪花狀、波浪狀或其他形狀，以及狹縫212的寬度例如是實質上介於1~30μm。再者，無電極區116與狹縫212的面積總合可例如是畫素區114的面積的10%~80%。

在本實施例中，可透過畫素陣列基板110中的畫素電極210以及對向基板120中的共用電極124兩者之間的電壓差來決定流動介質130的縮放狀態，以及畫素電極210的狹縫212使得非極性流體134可循著狹縫212的路徑來進行縮放的動作，而不會發生非極性流體134的分裂狀態。

具體而言，如圖4A與圖4B所示，當無施加電壓時，流動介質130的極性流體132與非極性流體134可均勻地覆蓋第一基板112，也就是覆蓋第一基板112的各畫素區114。如此，背光或環境光會被帶有顏色(例如黑色)的非極性流體134所吸收，使顯示器100顯示該顏色(例如黑色)。反之，如圖4C與圖4D所示，當施加電壓時，極性流體132透過靜電力與畫素電極210親合會將非極性流體134推動至無電極區116範圍內。此舉會使非極性流體134被排擠到擋牆240旁並使非極性流體134分布範圍縮小，且集中至畫素區114的無電極區116中。此時，背光可穿透透明的極性流體132，或者環境光可被第一基板112所反射，使顯示器100達到顯示畫面的效果。

在本實施例中，畫素電極210具有至少一狹縫212，就位於任一狹縫212兩旁之畫素電極210的兩側表面而言，其可提供側向的推力，使非極性流體134可循著疏水層230上對應至狹縫212的路徑來進行縮放的動作，以由圖4A與圖4B所示的狀態轉換至由圖4C與圖4D所示的狀態。圖5A至圖5F為自圖4B的狀態轉變成圖4D的狀態之過程示意圖。請參照圖5A至圖5F，更詳細地說，自圖4B的狀態轉變成圖4D的狀態的過程中，由於非極性流體134可依循著對應於狹縫212的路徑流動，因此非極性流體134可循著狹縫212的排列方式而流動，以收縮至擋牆240的一角落。反之，當圖4D的狀態轉變成圖4B的狀態時，透過疏水層230的作用，非極性流體134將極性流體隔絕於畫素陣列基板110，以進一步達到全面性覆蓋的樣貌。特別注意到的是，畫素電極210之構形使得非極性流體134可依循著對應於狹縫212的路徑流動，因而非極性流體134在收縮過程中不會有破碎而不連續的狀態發生，以加速非極性流體134在未施加電壓狀態與施加電壓狀態之間的縮放速度。換言之，畫素結構200能迅速地在被施加電壓以及未被施加電壓兩種狀態之間進行轉換。

特別一提的是，雖然在本實施例中是以畫素電極210具有呈放射狀排列的多個針狀狹縫212為例，但畫素電極210的狹縫可以具有其他數目、構形以及排列方式。舉例來說，在另一實施例中，如圖6A所示，畫素電極210a可以具有一個狹縫212，其中狹縫212例如是與無電極區116連通且具有一致的寬度。在又一實施例中，如圖6B所示，畫素電極210b的狹縫212例如是與無電極區116不連通，且狹縫212與無電極區116之間的距離d例如是實質上小於30 μm。在另一實施例中，畫素電極210c例如是更包括至少一突出部214，突出部214例如是由畫素電極分佈區118延伸至無電極區116中，詳言之，突出部214例如是沿著無電極區116的邊緣配置。再者，在另一實施例中，如圖6D與圖6E所示，畫素電極210d、210e的狹縫212例如是沿著畫素電極分佈區118的部分邊緣配置。其中，特別注意的是，狹縫212與畫素電極210d、210e之邊緣之間的距離d例如是實質上介於1~30 μm，較佳為大於20 μm。此外，在又一實施例中，如圖6F與圖6G所示，畫素電極210f、210g的狹縫212例如是樹枝狀(如圖6F所示)或雪花狀(如圖6G所示)，其中狹縫212的寬度可以相同或不同。特別說明的是，非極性流體134的縮放動作會根據畫素電極的構形而不同。以圖6A所示的畫素電極210a為例，圖7A至圖7F為非極性流體134在畫素電極210a由未施加電壓轉換成施加電壓下進行縮放動作的過程示意圖。請參照圖7A至圖7F，非極性流體134可依循著對應於狹縫212的路徑流動，因而非極性流體134在收縮過程中不會有破碎而不連續的狀態發生，以加速非極性流體134在未施加電壓狀態與施加電壓狀態之間的縮放速度。如此一來，畫素結構能迅速地在被施加電壓以及未被施加電壓兩種狀態之間進行轉換。

在上述的實施例中，由於畫素電極具有延伸方向由無電極區朝向畫素電極分佈區的狹縫，使得非極性流體可依循著對應於狹縫的路徑來進行收縮的動作，以避免非極性流體在收縮過程中有分裂的現象發生，特別是能避免在高電壓驅動下非極性流體可能發生的分裂現象。如此一來，可增加顯示器的反應速度、達到穩定的灰階驅動顯示以及降低驅動系統的複雜度。

接下來將以模擬例來驗證本發明的效果。圖8為本發明一實施例之顯示器與習知之顯示器在施加電壓期間於不同時間內所能達到的可視區域百分率的模擬關係圖，以表示顯示器的反應時間，其中可視區域百分率表示在單一畫素區中可視區域所佔的百分率，本發明一實施例之顯示器1與顯示器2分別具有圖6A與圖4B所示之畫素電極，以及習知之顯示器具有圖1B所示之畫素電極PE，其中畫素電極PE配置於畫素區114的畫素電極分佈區118內，且具有1/4方型的缺角(即無電極區116)。由圖8可知，在相同的時間內，相較於習知之顯示器，本發明一實施例之顯示器1與顯示器2可達到較大的可視區域百分率。換言之，本發明一實施例之顯示器1與顯示器2具有較快的反應速度。由上述實驗可合理推論，在畫素電極中設置延伸方向由無電極區朝向畫素電極分佈區的狹縫確實能加速非極性流體的收縮行為，並避免其在收縮過程中發生分裂，因而顯示器可具有較快的反應速度。

在本發明一實施例之顯示器的畫素結構中，畫素電極具有延伸方向由無電極區朝向畫素電極分佈區的狹縫，狹縫能提升非極性流體收縮至無電極區以避免其在收縮過程中發生分裂，進而增加反應速度。如此一來，使得顯示器具有較快的反應速度、較穩定的灰階驅動顯示以及較佳的顯示品質。

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．．．顯示器

110．．．畫素陣列基板

112、122．．．基板

114．．．畫素區

116．．．無電極區

118．．．畫素電極分佈區

120．．．對向基板

124．．．共用電極

130．．．流動介質

132．．．極性流體

134．．．非極性流體

200．．．畫素結構

210、210a、210b、210c、210d、210e、210f、210g、PE．．．畫素電極

212．．．狹縫

214．．．突出部

220．．．絕緣層

230．．．疏水層

240．．．擋牆

D1．．．延伸方向

d．．．距離

圖1A與圖1B分別為習知之一種顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖2A至圖2E為極性流體在具有圖1A所示之畫素電極的電濕潤顯示畫素結構中由無施加電壓狀態轉變成施加電壓狀態的收縮過程立體示意圖。

圖3繪示本發明之一實施例之顯示器的局部上視剖面示意圖。

圖4A與圖4B為圖3之畫素結構處於未被施加電壓狀態下的剖面示意圖與上視示意圖

圖4C與圖4D為圖3之畫素結構處於被施加電壓狀態下的剖面示意圖與上視示意圖。

圖5A至圖5F為自圖4B的狀態轉變成圖4D的狀態的過程立體示意圖。

圖6A為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6B為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6C為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6D為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6E為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6F為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖6G為本發明之一實施例之顯示器的畫素電極的上視示意圖。

圖7A至圖7F為非極性流體在圖6A所示之畫素電極由未施加電壓轉換成施加電壓下進行縮放動作的過程示意圖。

圖8為本發明之顯示器與習知之顯示器在施加電壓期間於不同時間內所能達到的可視區域百分率的模擬關係圖。

114．．．畫素區

116．．．無電極區

118．．．畫素電極分佈區

134．．．非極性流體

210．．．畫素電極

212．．．狹縫

D1．．．延伸方向

Claims (9)

1. 一種顯示器，包括：一畫素陣列基板，包括：一第一基板，包括多個畫素區，各該畫素區包括一畫素電極分佈區與一無電極區；多個畫素結構，配置於該些畫素區中，其中各該畫素結構包括：一畫素電極，配置於該電極分佈區中，且具有至少一狹縫，該至少一狹縫的延伸方向由該無電極區朝向該畫素電極分佈區，其中該畫素電極更包括至少一突出部，該至少一突出部由該畫素電極分佈區延伸至該無電極區中；一絕緣層，覆蓋該畫素電極；以及一疏水層，覆蓋該絕緣層；一流動介質，包括一極性流體與一非極性流體；以及一對向基板，包括：一第二基板；以及一共用電極，位於該第二基板上且與該極性流體接觸，其中該極性流體與該非極性流體存在於該第一基板與該第二基板之間，當該畫素電極與該共用電極之間具有一電壓差時，該非極性流體收縮於該無電極區中。
2. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少一狹縫與該無電極區連通。
3. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少 一狹縫與該無電極區不連通，且該至少一狹縫與該無電極區之間的距離實質上小於30μm。
4. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少一狹縫的形狀包括條狀、針狀、橢圓狀、多邊形狀、波浪狀、樹枝狀或雪花狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該無電極區的形狀包括方形、1/4圓形、三角形、梯形或多角形。
6. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少一狹縫為多個狹縫，該些狹縫沿著該無電極區與該畫素電極分佈區的交界邊緣呈放射狀排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少一狹縫位於該畫素電極分佈區的邊緣。
8. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該至少一狹縫的寬度實質上介於1~30μm。
9. 如申請專利範圍第1項所述之顯示器，其中該無電極區與該至少一狹縫的面積總合為該畫素區的面積的10%~80%。