TWI479249B - 反射式視覺介面裝置 - Google Patents

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反射式視覺介面裝置
本發明係關於一種反射式視覺介面裝置,特別關於一種具有電子紙之視覺介面裝置。
電子紙如其外型,具有傳統紙張的輕巧、以及攜帶方便等特性,另外電子紙採用電子螢幕可重複刪除寫入、也能儲存大量資訊。它無須插電,可以長久保存,資料穩定不易流失,且不必浪費任何森林資源,在講求節能環保的現代,是頗為吸引人的一項產品。
目前,發展中的主要電子紙技術,包括具有雙穩態特性的微粒顯像的電泳顯示器(Electrophoretic Display,EPD)與液晶顯像的膽固醇液晶顯示器(Cholesteric Liquid Crystal Display,Ch-LCD)等,或具特殊的反射結構符合綠色節能特性的電潤濕顯示器(Electro-wetting Display,EWD)。
其中,電泳顯示器的原理是在兩片透明玻璃或是塑膠基板之間設置帶有電荷的有色粒子,當基板通電時,不同顏色之粒子會受吸引而上浮或是下沈,藉此形成畫面,與薄膜電晶體-液晶顯示器(TFT-LCD)不同,無須背光模組或偏光片等其他零件,加上電子紙可以反射環境光以及具有雙穩態特性,可以用極低或甚至零的功率維持一畫面,因此相對在成本上與耗電量上都將比TFT-LCD低。
請參照圖1所示,一種習知之電子紙裝置1係包含一電子紙本體11、一驅動基板12以及一黏著材13,電子紙本體11藉由黏著材13而黏設於驅動基板12之一側。於此,電子紙裝置1係利用電泳原理,以外加電場驅動懸浮在溶液中的帶電粒子,利用粒子存在位置的改變,產生顏色對比。
電子紙本體11係設置於驅動基板12上,驅動基板12係具有複數個薄膜電晶體121及一圖案化之畫素電極層122,而畫素電極層122係藉由薄膜電晶體121驅動。電子紙本體11係包含一基板111、一共同電極層112及一電泳性物質113。其中,共同電極層112係為一透明電極層且與畫素電極層122相對設置,電泳性物質113係以微杯狀(micro-cup)結構密封於基板111與黏著材13之間,電泳性物質113係包含複數個有色粒子113a及一介電溶液113b,該等有色粒子113a係為帶電粒子。
當驅動薄膜電晶體121時,畫素電極層122與設置於基板111上的共同電極層112間會產生一電壓差,當電極的極性改變時,有色粒子113a會根據電極的正負向而向上或向下移動。有色粒子113a驅向帶有與有色粒子113a相反極性電荷的畫素電極層122或共同電極層112移動。因此可以藉由改變施加電壓,決定顯示在共同電極層112的是介電溶液113b或是有色粒子113a的顏色。
隨著觸控技術不斷發展,其與顯示模組結合,能在產品與使用者間提供了一套包括顯示與輸入的人性化互動介面,並具有直接且簡單操作的特性,故其應用範圍也越來越廣泛。目前,常見之觸控電子紙技術為在顯示模組背後直接加一電磁板,或在顯示模組前加一電阻式或電容式觸控面板。因此,對於反射式顯示裝置而言,因為是利用環境光,在添加各式功能之後如何保持裝置具有高的反射率,以呈現一明亮畫面是一必須克服的因素。
有鑑於上述課題,本發明之目的為提供一種創新設計的反射式視覺介面裝置。
緣是,為達上述目的,依據本發明一種反射式視覺介面裝置具有一顯示面,並包含一矩陣驅動基板以及一電子紙本體。矩陣驅動基板包含一透明基板、複數第一電極及複數第二電極,該等第一電極與該等第二電極係相互交錯。電子紙本體設置於矩陣驅動基板之一側,顯示面位於矩陣驅動基板之另一側。
在一實施例中,透明基板之材質包含玻璃、石英、塑膠或樹脂。
在一實施例中,矩陣驅動基板更包含複數薄膜電晶體及一畫素電極層,該等第一電極與該等第二電極經由該等薄膜電晶體與畫素電極層電性連接。
在一實施例中,畫素電極層之材質係為銦錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鋅氧化物或鎘錫氧化物。
在一實施例中,畫素電極層與透明基板之間有一折射率匹配層。折射率匹配層之折射率係介於透明基板之折射率與畫素電極層之折射率之間。
在一實施例中,此折射率匹配層為一多層薄膜結構或一奈米結構。
在一實施例中,電子紙本體更包含一電泳性物質或一電濕潤性物質,電泳性物質或電濕潤性物質鄰設於矩陣驅動基板。
在一實施例中,反射式視覺介面裝置更包含一黏著材,其係連接電子紙本體及矩陣驅動基板。
在一實施例中,電子紙本體係包含一電極層,電極層包含遮光材質或吸光材質。
在一實施例中,電子紙本體更包含一基板,電極層係設置於基板及矩陣驅動基板之間。
在一實施例中,反射式視覺介面裝置更包含一高反射層,設置於矩陣驅動基板,並位於畫素電極以外之區域。
在一實施例中,高反射層係設置於該等第一電極或該等第二電極之其中之一與透明基板之間。
在一實施例中,高反射層之材質係包含氧化鈦、氧化鋅或氧化鉛。
在一實施例中,反射式視覺介面裝置更包含一驅動模組,其將一顯示資料及一非顯示資料轉換成至少一驅動訊號並傳送至該等第一電極與該等第二電極。
在一實施例中,反射式視覺介面裝置更包含一感應模組,其係與驅動模組電性連接並接收非顯示資料。
在一實施例中,電子紙本體係包含一電極層,電極層由透光材質製成。
承上所述,依本發明之反射式視覺介面裝置,其矩陣驅動基板係設置於電子紙本體之一入光側,而形成一反置結構。另外,為了避免反置結構之驅動基板之畫素電極層遮蔽顯示畫面,影響使用者觀看的品質,故本發明之反射式視覺介面裝置可將畫素電極層設計成為透明電極層,使得畫素電極層不會遮蔽顯示畫面。此外,本發明可採用透明材質之共同電極層以形成透視效果,或是將共同電極層改為不透光,以提高光線的反射率,並且可在矩陣驅動基板之兩兩相鄰畫素之間的區域(例如畫素電極層以外之區域)設置一高反射層(非習知的黑色遮光層),進而使反射式視覺介面裝置具有亮度較高的畫面。
以下將參照相關圖式,說明依據本發明較佳實施例之一種反射式視覺介面裝置,其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
本發明較佳實施例之一種反射式視覺介面裝置係為包含一電子紙本體之電子紙裝置(e-paper apparatus),並且特別是可應用於觸控技術之電子紙裝置。電子紙裝置(e-paper apparatus)是指具有雙穩態(bi-stable states)或多穩態的顯示裝置,在低耗電或甚至不供應電源的情況下,電子紙裝置仍能維持在其中一穩態,故電子紙裝置能夠大幅節省耗電量。其中,電子紙本體具有一非揮發型顯示材料,例如電泳性物質(electrophoretic material)、旋轉球(rotating balls)、電濕潤性物質(electrowetting material)、膽固醇液晶(cholesteric liquid crystal)或微機電結構等等。
請同時參照圖2及圖3所示,圖2為本發明較佳實施例之反射式視覺介面裝置之矩陣驅動基板的仰視示意圖(即由電子紙本體向矩陣驅動基板方向看),圖3為圖2沿A-A’切線之反射式視覺介面裝置的剖面示意圖。反射式視覺介面裝置2具有一顯示面DS,並包含一電子紙本體21及一矩陣驅動基板22。電子紙本體21位於矩陣驅動基板22之一側,而顯示面DS位於矩陣驅動基板22之另一側,其中矩陣驅動基板22可為主動式或被動式,於此係以主動式為例。電子紙本體21與矩陣驅動基板22可例如藉由一黏著材23連結。由圖3可知,本發明之反射式視覺介面裝置2,其矩陣驅動基板22係為反置,而使得矩陣驅動基板22係設置於電子紙本體21之一入光側,而形成一反置結構。
電子紙本體21包含一基板211、一電極層212、及一顯示材料213。其中,基板211之材質係可為玻璃、塑膠、樹脂、或石英。電極層212係設置於基板211與矩陣驅動基板22之間。於此,電極層212設置於基板211與顯示材料213之間,且電極層212係可作為共同電極。針對不同的顯示特性需求,電極層212可以有不同態樣。例如電極層212可為一透明電極(由透光材質,例如透明金屬氧化物製成)以達成具透視(see through)的效果的反射式顯示;或者,電極層212亦可為一包含遮光材質或吸光材質之電極,以達成傳統的反射式顯示效果。此遮光材質可以是一般的金屬材料或是由一透明導體與一遮光材料組合而成。另外,為提高反射式視覺介面裝置2之畫面亮度,此電極層212亦可具有高反射之特性,例如為具高反射特性之金屬(如鋁)或是由一金屬或是透明導體而與一高反射材料(例如二氧化鈦)組合而成。
另外,若反射式視覺介面裝置2應用橫向電場效應,而以水平方式驅動電子紙本體21的話,則電極層212係位於矩陣驅動基板22上並與畫素電極層212同一側(圖中未顯示),且可呈梳狀。此時,電極層212需由透光材質製成,以使光線通過。
再回到圖3,顯示材料213係鄰設於矩陣驅動基板22,並設置於電極層212與矩陣驅動基板22之間,於此,顯示材料213係設置於電極層212與黏著材23之間。顯示材料213例如包含一電泳性物質或一電濕潤性物質。
矩陣驅動基板22係設置於電子紙本體21之一入光側,並包含一透明基板G、複數第一電極D及複數第二電極S。矩陣驅動基板22之材質可例如包含玻璃、石英、塑膠或樹脂。該等第一電極D與該等第二電極S係相互交錯,且實質上相互垂直。於此,矩陣驅動基板22係以主動式為例,因此,矩陣驅動基板22可更包含複數薄膜電晶體221及一畫素電極層222,該等第一電極D與該等第二電極S經由該等薄膜電晶體221與畫素電極層222電性連接,以驅動畫素電極層222的各畫素電極。畫素電極層222係由透光材質製成,例如銦錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鋅氧化物或鎘錫氧化物。
另外,如圖5所示,反射式視覺介面裝置2可更包含一驅動模組24,驅動模組24將一顯示資料及一非顯示資料轉成驅動訊號並傳遞至該等第一電極與該等第二電極。其中,驅動模組24可以整合至矩陣驅動基板22。反射式視覺介面裝置2可更包含一感應模組25,感應模組25可與矩陣驅動基板22耦接,並用以接收上述的非顯示資料,此資料可以源自反射式視覺介面裝置2之驅動模組24或是另一裝置所傳送來的資料。非顯示資料可為例如一檔案資料用於兩裝置之間互傳;或是同一裝置發出例如一座標資料以偵測在透明基板G上被接觸位置,故使用者可利用手或觸控筆碰觸矩陣驅動基板22之透明基板G,藉由手或觸控筆與矩陣驅動基板22電性耦合,而將該訊號經由感應模組25傳送至驅動模組24,驅動模組24即可依訊號解讀手或觸控筆碰觸的位置。於本實施例中,顯示面DS即為矩陣驅動基板22之一表面,並可由使用者進行觸控;而在其他實施例中,顯示面DS可在矩陣驅動基板22之上。
在反射式視覺介面裝置2中,電極層212係對應於畫素電極層222設置,而顯示材料(此以微杯結構之電泳性物質為例)213分別容置於微杯結構,微杯結構亦可由複數個微膠囊取代,並將其設置於電極層212與畫素電極層222之間,本實施例以電泳性物質213為例,並包含複數個有色粒子213a與一介電溶液213b,該等有色粒子213a係為帶電粒子且分散於介電溶液213b之中。當薄膜電晶體221驅動畫素電極層222時,電極層212與畫素電極層222間會產生一電壓差,使有色粒子213a受相反極性電荷之電極吸引而上浮或下沉,藉此形成畫面,因此可以通過對兩電極層選擇性的施加電壓,決定顯現於畫素電極層222的顏色是介電溶液213b或是有色粒子213a的顏色,再藉由施以反向電壓來改變顯現的顏色。
本實施例中,環境光係由矩陣驅動基板22側照射於反射式視覺介面裝置2,由於畫素電極層222係為透明電極層,所以環境光可以經此穿透矩陣驅動基板22而入射電子紙本體21。此外,為提高畫面背景的亮度,反射式視覺介面裝置2可更包含一高反射層223,從顯示面觀之,其係設置於矩陣驅動基板22上畫素電極以外之區域,(例如第一電極D或第二電極S所在之區域);以垂直顯示面的方向觀之,高反射層223可以設置在電極(D或S)之同一側或是透明基板G之另一側。於此,高反射層223位於矩陣驅動基板22之畫素電極層222之相鄰的畫素電極之間,即高反射層223設置於各畫素電極的周圍(如圖2所示),其中高反射層223可部分與各畫素電極重疊或不重疊。藉此可提高背景即環境光照到畫素電極層222(可視區)以外區域的亮度,例如可作為一白底,使反射式視覺介面裝置2之畫面亮度更高,其中高反射層223之材質係包含氧化鈦、氧化鋅或氧化鉛。本實施例中,係以高反射層223設置於至少二相鄰的畫素電極之間,並設置於第一電極D或第二電極S之其中之一與透明基板G之間為例。
在一實施例中,電極層212可採用透明材質,如此一來,穿過畫素電極層222之光線亦可穿過電極層212而產生透視效果。
需注意的是,利用矩陣驅動基板22的反置,也可將矩陣驅動基板22設計為一觸控基板,如此一來,本發明的反射式視覺介面裝置2,即可成為一觸控式之反射式視覺介面裝置,並可提升顯示的視覺效果(亮度增加)。
再請參照圖4所示,畫素電極層222與透明基板G之間更可設置一折射率匹配層224,折射率匹配層224之折射率係介於透明基板G之折射率與畫素電極層222之折射率之間,以降低環境光在此介面因為折射率不同而產生的反射。因畫素電極層222是用於調變環境光,此反射效果會降低調變的動態範圍(及對比度),因此降低反射可以提升畫質的表現。其中,此折射率匹配層可以是一多層薄膜結構或是一奈米微結構,以使折射率漸變至畫素電極層222之折射率。
承上所述,依本發明之反射式視覺介面裝置,其矩陣驅動基板係設置於電子紙本體之一入光側,而形成一反置結構。另外,為了避免反置結構之驅動基板之畫素電極層遮蔽顯示畫面,影響使用者觀看的品質,故本發明之反射式視覺介面裝置可將畫素電極層設計成為透明電極層,使得畫素電極層不會遮蔽顯示畫面。此外,本發明可採用透明材質之共同電極層以形成透視效果,或是將共同電極層改為不透光,以提高光線的反射率,並且可在矩陣驅動基板之兩兩畫素之間的區域(例如畫素電極層以外之區域)設置一高反射層(非習知的黑色遮光層),進而使反射式視覺介面裝置具有亮度較高的畫面。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申請專利範圍中。
1...電子紙裝置
11、21...電子紙本體
111、211...基板
112...共同電極層
113...電泳性物質
113a、213a...有色粒子
113b、213b...介電溶液
12...驅動基板
121、221...薄膜電晶體
122、222...畫素電極層
13、23...黏著材
2...反射式視覺介面裝置
212...電極層
213...顯示材料
22...矩陣驅動基板
223...高反射層
224...折射率匹配層
24...驅動模組
25...感應模組
A-A’...切線
D...第一電極
DS...顯示面
E...眼睛
G...透明基板
S‧‧‧第二電極
圖1為一種習知之電子紙裝置的示意圖;
圖2為依據本發明較佳實施例之一種反射式視覺介面裝置之矩陣驅動基板的仰視示意圖;
圖3為圖2沿A-A’切線之反射式視覺介面裝置的剖面示意圖;
圖4為圖2沿A-A’切線之反射式視覺介面裝置具有折射率匹配層的剖面示意圖;以及
圖5依據本發明較佳實施例之一種反射式視覺介面裝置之驅動模組與感應模組的方塊示意圖。
2...反射式視覺介面裝置
21...電子紙本體
211...基板
212...電極層
213...顯示材料
213a...有色粒子
213b...介電溶液
22...矩陣驅動基板
222...畫素電極層
223...高反射層
23...黏著材
D...第一電極
DS...顯示面
E...眼睛
G...透明基板

Claims (13)

  1. 一種反射式視覺介面裝置,具有一顯示面,該反射式視覺介面裝置包含:一矩陣驅動基板,包含一透明基板、複數第一電極及複數第二電極,該等第一電極與該等第二電極係相互交錯;一電子紙本體,設置於該矩陣驅動基板之一側,該顯示面位於該矩陣驅動基板之另一側;一驅動模組,該驅動模組將一顯示資料及一非顯示資料轉換成至少一驅動訊號並傳送至該等第一電極與該等第二電極;以及一感應模組,係與該驅動模組電性連接並接收該非顯示資料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,其中該透明基板之材質包含玻璃、石英、塑膠或樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,其中該矩陣驅動基板更包含複數薄膜電晶體及一畫素電極層,該等第一電極與該等第二電極經由該等薄膜電晶體與該畫素電極層電性連接。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之反射式視覺介面裝置,其中該畫素電極層之材質係為銦錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鋅氧化物或鎘錫氧化物。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之反射式視覺介面裝置,其中該畫素電極層與該透明基板之間更包含一折射率 匹配層,該折射率匹配層之折射率係介於該透明基板之折射率與該畫素電極層之折射率之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,其中該電子紙本體更包含一電泳性物質或一電濕潤性物質,該電泳性物質或該電濕潤性物質鄰設於該矩陣驅動基板。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,更包含:一黏著材,係連接該電子紙本體及該矩陣驅動基板。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,其中該電子紙本體係包含一電極層,該電極層包含遮光材質或吸光材質。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之反射式視覺介面裝置,其中該電子紙本體更包含一基板,該電極層係設置於該基板及該矩陣驅動基板之間。
  10. 如申請專利範圍第3項所述之反射式視覺介面裝置,更包含:一高反射層,設置於該矩陣驅動基板,並位於該畫素電極層以外之區域。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之反射式視覺介面裝置,其中該高反射層係設置於該等第一電極或該等第二電極之其中之一與該透明基板之間。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之反射式視覺介面裝置,其中該高反射層之材質係包含氧化鈦、氧化鋅或氧化 鉛。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之反射式視覺介面裝置,其中該電子紙本體係包含一電極層,該電極層由透光材質製成。
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