TWI519814B - 用於顯示資訊的裝置 - Google Patents

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TWI519814B
TWI519814B TW099115653A TW99115653A TWI519814B TW I519814 B TWI519814 B TW I519814B TW 099115653 A TW099115653 A TW 099115653A TW 99115653 A TW99115653 A TW 99115653A TW I519814 B TWI519814 B TW I519814B
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安德伊 比曼
法蘭克 巴特斯
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先進顯示技術股份公司
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Description

用於顯示資訊的裝置
本發明關於一種用於顯示資訊的顯示裝置，該顯示裝置至少有一顯示元件，該顯示元件包含：
--一種液體，其表面能量可利用一電場改變；
--一第一及一第二空間體積，用於容納該液體，其中只有該第一空間體積可看見，其中該二空間體積利用一不透明的中間層互相隔開；及
--一個位在該第一及該第二空間體積之間的流體過渡區；
其中該第一空間體積設在一光學透明的蓋層與該不透明的中間層之間。而該第二空間體積設在該中間層與一封閉層之間，且所有這些層在其整個面積範圍中都互相平行與延伸。這些系統的優點為：液體在二個所設的停留地點都能穩定--「雙穩定性」(在該二個空間體積中的穩定性)。因此，如果該液體已達到所要的空間體積，則不需進一步加入能量以將它穩定地保持在該處。
這類液體顯示器在先前技術係長久以來習知者。基本上所有這些顯示器一直都使用多數顯示元件或影像點[也稱「像素」(Pixel)]以顯示複雜的影像，該顯示元件或像素排列成行與列，且可個別地控制。流體顯示器的特點為：有一種或數種可動的液體用於使各個別的像素變得可見。由於要使像素變得可見，必須將相關的液體從貯槽(Reservoir)運送到顯示器的可見範圍進去再運送出來，因此習知系統往往包含泵或利用電潤濕效應[電沾濕(Elektrowetting)]將液體運送。由於在上述的可能方式，液體的運動係基於液體表面能量可受電場影響的事實，因此這類裝置的特點特別是可不必使用可動的部件。
如上述，當顯示裝置係基於利用可動的液體使影像變得可見時，則一直都絕對有必要使液體在須看不到時，可儲存在一個觀看者看不到的「衍生空間體積」(Vorhaltevolumen，英：derivative volume)或貯槽(Reservoir)中。這點在習知的系統導致該顯示裝置在垂直於觀看面的方向其厚度不小，或者如果該貯槽或該看不見的「液體衍生持空間體積」須設在觀看平面上。則該顯示元件的面積利用就減少，因此像素密度變小，且因此解析能力較小。
先前技術習知的顯示元件的顯示面上往往呈現會變化的飽和度，其原因在於在顯示元件的可見部分中，液體層的厚度有變化。較厚的層不但比起較薄的層的顏色更密集，而且也更暗。
這些習知系統的另一缺點在於有一問題：該顯示器中所用的液體不僅在實際想要時會運動，而且，舉例而言，如果在操作時，以不可預見方式發生的機械力量作用到顯示元件時，該液體也會運動。這種情事在最簡單的情形就會由於以下原因而造成，顯示元件傾斜。因此重力對所保持的液體的影響就會改變。
國際專利WO 2007/036272 A1發表了一種上述種類的裝置。它具有一個可看入的區域、一貯槽及一種極性液體和一種非極性液體，其中二種液體之中的一種液體各依所施電場而定，而位在該可看入的區域中或位在貯槽中。由於此處發表的顯示元件的對稱程度較小，因此它們不適合用於儘量節省空間地組合成一顯示裝置。
本發明的目的在提供一種顯示元件，其空間利用可最佳化，且顏色飽和度在整個面積範圍都很均勻，且對於機械性干擾不敏感。
這種目的上述種類的顯示裝置依本發明達成之道係為：該流體過渡區沿垂直於該可見的第一空間體積的方向看係將第一空間體積的一旁側端與第二空間體積的一旁側端連接成可使流體流通的方式；該第一及第二空間體積以及該液體的體積都一樣大，因此從第一空間體積進到另一空間體積中的液體體積可平行於這些層一直保持形狀穩定地運送到該流體過渡區為止。其中該液體體積之位在該可見的空間體積中的那一部分係延伸過蓋層與中間層之間的整段高度範圍。
這種顯示元件的特點為可以操作使得在液體充注在排空的空間體積中時，在該與旁側(lateral)端對立的那一端上形成一個無液體的空間。由此結果直接配合另一特點(此一特點為：該液體即使在充注時始終延伸過整個高度範圍，且因此與蓋層及與中間層接觸)，可使觀看者不會察覺有顏色飽和度的變化。由於顏色層係保持相同厚度沿側向從該可見的空間體積運送出來或運送入此空間體積，因此只有該用顏料反射的光的強度減少。
液體宜利用電潤濕效應在二個空間體積之間運送，在本發明的裝置，顯示元件特宜排列成行與列，例如排列成5列與7行(5×7-矩陣顯示器)。
為了將顯示器液體選擇地變可見或隱藏(變得不可見)，該顯示元件包含二個空間體積(Volumen)，它們沿一觀看方向看係位在二個前後設置的平面中，其中第一空間體積設在一透明蓋層和一不透明中間層之間，第二空間體積設在此中間層與一封閉層之間。用此方式，只有上面的空間體積的內容可看見，而下面的空間體積內容則被隱匿。為了使液體能在二空間體積之間運送，故本發明的用於顯示資訊裝置在第一空間體積的一旁側端與第二空間體積的一旁側端之間有一流體過渡區。在此，該流體過渡區特宜做成一通道(Kanoal)的形式，它造成二個空間體積之間最短的連接部且垂直於該平行的面延伸。如此，該通道在最簡單的情形中形成該不透明的中間層的一個開口。
依本發明重要的一點為：由於層互相平行，故它們之間的距離在各位置都相同，因此該被平面圍住的空間體積有高程度的對稱性。如果液體要從一空間體積運送到此空間體積的另一旁側端(液體位在此端中)，則這點可以順利達成而不須將液體空間體積的幾何形狀至少在該可見的空間體積之可被觀看到的區域中改變。因此，在充注或排空時，可察覺的顏色飽和度保持恆定。
即使要確保顏色飽和度保持恆定也不一定需要連該看不見的空間體積都得被平行的層界定出來，但這點對於要使顯示元件的空間最佳化以及有高度對稱性而言仍是必要者。只有如此才能確保液體能完全容納在該二個空間體積中，而不必使其中一空間體積即使在完全容納該液體時仍留有不使用的自由空間。
一種特佳的顯示裝置包含數個顯示元件，且其特徵在於：一顯示元件的第二空間體積至少一直到該流體過渡區範圍為止都設在一相鄰的顯示元件的第一空間體積下方。另一種裝置同樣可使空間最佳化，在此裝置中，一顯示元件的二個空間體積由觀看方向看係前後設置。利用上述二種實施例，很明顯地可看出，要使空間儘量有效地利用，該第一及第二空間體積不但其大小要相同，而且其幾何形狀也要相同。同樣地，該二實施例一共同點為，該可見的空間體積之一剛好蓋住某一個的區域，此區域係使第二空間體積看不到所必需者。
因此利用本發明的裝置所造成的液體顯示器中，在一面上像素在影像面上直接地相鄰排列。而在另一面沿著垂直於觀看平面的方向所需用的空間只要為實際上用於將液體容納在像素中所需者。特別是可避免在二種空間體積之間有未用的中間空間。
如果該二空間體積大約一半充以液體而另一半充以氣體，則已不可能只將液體從一空間體積運送到另一空間體積，而不需考慮到做壓力平衡的可能方式。因此依本發明宜使該中間空間至少有另一流體過渡區，以使二空間體積之間的流體作壓力平衡。當該另一流體過渡區只須適用於讓受壓迫的氣體跑掉，則其橫截面只要比第一流體過渡區小很多就已足夠。當液體也要流過該另一流體過渡區時，則如果此另一過渡區的橫截面大約相當於第一過渡區的橫截面，則甚佳。
在此，如果在中間層設二個另外的過渡區以作流體壓力平衡，則特佳，其中第一過渡區依本發明係設在一空間體積的一旁側端上。而該二個另外的過渡區設在同一空間體積的對立端上，則特佳。第一過渡區距該二個另外的過渡區的距離宜對應於此而作最大化。
為了避免外界對顯示元件的影響(例如呈機械力量的方式影響)使液體不當地從一空間體積進到另一空間體積中，依本發明係一空間體積中設一壁。此壁宜至少部分地延伸過該空間體積的整段高度範圍。該壁尤宜鄰界到該流體過渡區，垂直於中間層，延伸過該空間體積的整個高度範圍，且具有較小高度的中央中斷部。舉例而言，該中斷部可做成一個或數個孔的形式。該壁的度量設計成宜使得只有利用一電場影響表面電壓，該表面電壓才會改變到使液體越過壁並經該流體過渡區跑到另一空間體積中。
依另一實施例，該壁鄰界到該用於壓力平衡的第二流體過渡區，垂直於中間層，只延伸過該空間體積的總高度的一部分，且有一中央中斷部。
基本上，該壁也可做成無中斷部且其高度小於該空間體積的高度。在一變更之實施例，為了避免液體不當地從一空間體積跑到另一空間體積，故在該流體過渡區的範圍中至少設一框條，它將該過渡區劃分或減小。在此，該框條的厚度宜相當於中間壁的厚度。該框條尤宜做入到中間層本身中，例如利用沖壓或在建造中間層時設以相關的開口而造成。框條的寬度宜使它只將通到流體過渡區的開口的一小部分蓋住，俾一方面將開口邊緣長度加大並防止液體不當地跑出，而不會妨礙所考慮的引發的流過作用。該框條特宜平行於通到流體過渡區的一開口的較短邊。此外，也可在一開口中設數個相同或不同的框條，舉例而言，俾得到具有對應地大的邊緣長度的此類構造。此外，框條不但適合設在該通到第一流體過渡區的開口，也適合設在該通到其他流體過渡區的開口。
依本發明，該裝置至少包含一導電層及/或覆層，以提供至少一個對立電極，以及分別的控制電極以供各顯示元件之用。這表示，導電的充填材料(例如鋁或銅)以及由導電材料構成的覆層(例如濺鍍的鋁層或類似物)可當作電極。雖然各顯示元件所用的控制電極可分別控制，但一顯示器的所有顯示元件用的一個對立電極則宜設成大面積的共同電極的方式。
同樣地，該裝置可包含一共同之控制電極，以供至少二個顯示元件之用。如果要利用一被動矩陣選擇該顯示元件的控制，則本發明這種實施例就特別有用。舉例而言，可呈示一種構造，其中35個顯示元件排列成7列5行，其中一行的所有的顯示元件接到相同的控制電極。如此，個別控制用之顯示元件的選擇就利用該被動的(passive)矩陣達成。其中該中間層有對立電極，其中一個對立電極包含設在七列中的一列的全部顯示元件，且垂直於該控制電極延伸。
固然可將對立電極和控制電極設在同一個層中，但這種做法有一缺點：在此，擴散出來的電場線係呈弧形延伸，且在某些情況不穿過液體的整個體積，而只通過表面附近或電極附近的區域。因此宜將對立電極和控制電極設在不同的層中。對立電極宜設在中間層中。特別是當控制電極設在蓋層與封閉層中時，用此方式可只利用一個對立電極形成一個最佳朝向的電場，朝向上方空腔及下方空腔的方向。
但依另一變更實施例也可將控制電極設在中間層之中，如此，該至少一個對立電極設在該蓋層及/或該封閉層中，以使電場有最佳的朝向。
依本發明，依一較佳實施例，該中間層的至少一面設成反射性，因此由觀看方向入射的光被此反射面反射。用此方式可使一個可能位在上空腔中的液體體積變得可見。而不需供能量(例如供電能給該附加的光源)。其中為此目的係使用現成的周圍光。
在本發明的概念中，在單一顯示元件中，在必要時也可使用數種液體，例如二種不同的液體。在此，一直都要注意，該數種液體不能為可互相混合者。特別宜為由含水液體及含油液體構成的組合。它們互相接觸時其間都會有涇渭分明的界限。
如果該二液體之一染色，而另一種液體則為透明者。則此實施例特別有利。但也可使用二種染成不同顏色或具不同其他性質(例如在反射性質方面不同)的液體。則此實施例特別有利。
在液體送進去及送出來時(特別是進入可看入的空間體積時)要使該液體體積達到本發明重要的形狀穩定性(Formtreue)，特宜使用具有長方形底面的空間體積。
本發明的其他細節利用圖中示意方式顯示的實施創作說明。
在圖1中顯示經本發明裝置一第一實施例的一示意側視剖面圖。依此，本發明的裝置包含一第一層(1)，它用於當蓋層且特宜在可見光的波長範圍中呈透明或不透明者。在第一層(1)下方[沿著垂直於第一層(1)的視線方向]設有一第二層(2)(中間層，最後跟著有一第三層(3)(封閉層)。
由於第一層(1)和第二層(2)互相隔一恆定距離。故它們之間形成一個或數個上空間體積(4)，其高度h，由於第一層(1)與第二層(2)互相平行延伸，故該高度h整體上一樣大小，因此不會有一空間體積中的一液體有不同厚的層的情事，而係可確保對應的空間體積完全充滿。與此相似者，在第二層(2)與第三層(3)之間形成一個或數個下空間體積(5)，該下空間體積(5)整體上也有相同高度。
上空間體積(4)位在一第一平面(上平面)(6)中，下空間體積(5)位在一第二平面(7)(下平面)中。該二平面(6)(7)宜具有相同高度。
為了使液體(F)能在該二個平面之間作交換，故設有對應的第一流體過渡區(8)。這些過渡區將宜垂直於中間層(2)。
依本發明，依所示實施例，該屬於一顯示元件的空間體積(4)(5)並非上下重疊設置，而係互相交錯設置。這種設置同樣地構成空間體積(4)(5)的另一種同樣節省空間的排列。
如圖1所示，在空間體積(4)(5)中有液體(F)和氣體(G)，各依一顯示元件之所要顯示狀態而定。液體(F)位在上空間體積(4)或在下空間體積(5)中。在前者的情形，一光束(L1)被上空間體積(4)中的液體(F)吸收，因此該空間體積由觀看著看來呈黑暗。在後者的情形，由於沒有液體(F)，光束(L2)在中間層(2)上反射，因此對應的顯示元件會呈明亮。為此，該中間層(2)之至少其朝向上的那一面要設計成可反射可見光。在圖示的實施例，該二空間體積大致有相同的幾何性質，因此有相同的空間內容。二個空間體積(4)(5)合起來有一半以液體(F)，一半充以氣體。依圖未示的另一實施例則不使用氣體而用一第二液體，它與第一液體不能互相混合。
圖2中顯示經本發明一第二實施例的一示意側剖視圖。與圖1所示的實施例的主要不同為上空間體積對該層於顯示元件的下空間體積(5)設置的關係。依此實施例，空間體積(4)(5)由觀看方向看係各前後排列。除此之外，則和圖1的實施例相似。因此這方面不再重述。
圖3顯示依第二實施例的一示意圖示的本發明顯示元件的一上述圖。在此，該顯示元件大致呈長方形，圖中顯示上空間體積(4)、中間層(2)，以及該封閉層(3)之由此立體圖可看到的部分(用陰影線表示)。該大致透明的蓋層(1)(圖未示)在流體過渡區(8)(9)的範圍中有不透明的區域，因此下空間體積(5)中可能存在的液體不能被觀看者看到。
在空間體積(4)的一長邊上有一第一流體過渡區(8)(在圖左邊所示者)，此過渡區(8)主要用於使流體(圖未示)通過中間層(2)。在與此過渡區對立設置的角落(圖中的右上及右下)設有二個另外的過渡區。它們主要用於使一顯示元件的二個空間體積(4)(5)之間的流體壓力平衡。。
圖4中顯示圖3上視圖的一變更例，它具有避免液體不當跑出的構造。該構造位在流體過渡區(8)以及在另外二個過渡區(9)。
在第一過渡區(8)的範圍[它用於使液體通過中間層(2)]設有二個構造，呈翼片(10)形式，它們對過渡區(8)設成對稱。它們可延伸過空間體積(4)的整個高度範圍。在此情形，它們有一中斷部，液體(圖未示)可經該中斷部從空間體積(4)進到第一過渡區(8)。由於翼片(10)在此處有邊緣(10’)，故一滴液體要離開上空間體積(4)需要供應較高能量，以將其表面能量做夠大的改變，使它能通過相關的過渡區，而要僅藉機械性能量的用跑出來就難得多。在一變更之實施例，所述之構造形成壁。這些壁只延伸過空間體積(4)總高度的一部分。該壁的高度特宜為只有空間體積(4)的總高度的10%。在此情形，如果想要的話，液滴也可利用該壁而有效地與過渡區(8)保持遠離。只有在施一電場時，液體才能經過上述的壁進到過渡區(8)。
在另外的過渡區(9)的範圍[它們用於使二空間體積(4)(5)的液體壓力平衡]中也有相關的止件構造，它們在圖4中用虛線顯示，這表示，它們固然設計成貫行者，但並不延伸過空間體積的整高度範圍。對應地，該止件構造(11)也可呈壁的形式。
依另一圖未示的實施例，翼片(10)及/或止件構造(11)舉例而言，可由數個之個別的片段構成，它們延伸過空間體積的數個高度範圍。但這些片段也可利用一個或數個橋(它們設計成對應的較小高度)互相連接。這些橋可鄰界到中間層或蓋層或封閉層。或者也可不和這些層接觸。
圖5中顯示圖3及圖4之上視圖的另一變更，它具有另類之避免液體不當跑出的構造。依此，為了避免液體從一平面不當地跑到另一平面，故在過渡區(8)(9)的範圍中，至少有一框條(12)。它將過渡區(8)(9)劃分或使過渡區(8)(9)縮小。依此圖，框條(12)係設置成使它將各過渡區(8)(9)以最小的框條長度劃分成二個一樣大的「部分過渡區」(它們具有相同邊緣長度)。在此，一框條(12)的狹緣大約垂直地從該中間層(2)之鄰界到過渡區(8)(9)的邊緣延伸到空腔(9)之對立的壁，在此，框條(12)[它們垂直圖面延伸]的厚度對應於中間層(2)厚度。因此不需(但並不排除也可以)使框條(12)具有對應地較大厚度的壁構造或壁狀構造。
圖中雖未顯示但同樣可能的設置方式係可在各過渡區(8)(9)中設數個框條(它們可交叉)，以將對應的邊緣長度加大，如此，該框條須儘量薄，以使原來的過渡區不會明顯變小因而妨礙(所要之)流過量。由於邊緣加強，故液體表面能量須改變得更強使它能克服通過框條，各依機械負荷而定。對應於此可設更多或更少框條，其中框條的數目或框條邊緣的長度在負荷上升時同樣得要較高。因此如果由於負荷而有必要的話，也可在開口的區域中設格狀的構造或設有多數孔。
在上述說明書、圖式及申請專利範圍中揭示的本發明的特點。不論是呈單獨的方式或作任意的組合，都在本發明的範圍內。
(1)．．．第一層(蓋層)
(2)．．．第二層(中間層)
(3)．．．第三層(封閉層)
(4)．．．上空間體積
(5)．．．下空間體積
(6)．．．第一平面(上平面)
(7)．．．第二平面(下平面)
(8)．．．第一流體過渡區
(9)．．．第二流體過渡區
(10)．．．翼片
(10’)．．．邊緣
(11)．．．止件構造
(12)．．．框條
h．．．高度
(F)．．．流體
(G)．．．氣體
(L1)(L2)．．．光束
圖1係經本發明裝置第一實施例的一示意側剖視圖；
圖2係經本發明裝置第二實施例的一示意側剖視圖；
圖3係依此第二實施例之一示意圖示的本發明顯示元件的上視圖；
圖4係圖3的上視圖的一變更例，具有避免液體不當記出的構造；
圖5係圖3或圖4的上視圖的另一變更例，具有避免流體不當跑出的另種變更構造。
(1)．．．第一層(蓋層)
(2)．．．第二層(中間層)
(3)．．．第三層(封閉層)
(4)．．．上空間體積
(5)．．．下空間體積
(6)．．．第一平面(上平面)
(7)．．．第二平面(下平面)
(F)．．．流體
(G)．．．氣體
(L1)(L2)．．．光束

Claims (19)

  1. 一種用於顯示資訊的顯示裝置，該顯示裝置至少有一顯示元件，該顯示元件包含：--一種液體，其表面能量可利用一電場改變；--一第一及一第二空間體積，用於容納該液體，其中只有第一空間體積可看見，其中該二空間體積利用一不透明的中間層互相隔開；及--一個在第一及第二空間體積之間的流體過渡區；其中該第一空間體積設在一光學透明的蓋層與該不透明的中間層之間，而該第二空間體積設在該中間層與一封閉層之間，且所有這些層在其整個面積範圍中都互相平行與延伸；其特徵在：該流體過渡區沿垂直於該可見的第一空間體積的方向看係將第一空間體積的一旁側端與第二空間體積的一旁側端連接成可使流體流過的方式；該第一及第二空間體積以及該液體的體積都一樣大，因此從第一空間體積進到另一空間體積中的液體體積可平行於這些層一直保持形狀穩定地運送到該流體過渡區為止，其中該液體體積之位在該可見的空間體積中的那一部分係延伸過蓋層與中間層之間的整段高度h範圍。
  2. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，其中：該流體過渡區為一通道，此通道造成該空間體積之間的最短的連接，且為此垂直於該平行的面延伸。
  3. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，其中： 該顯示裝置包含數個顯示元件，且一顯示元件的第二空間體積至少一直設置到一相鄰之顯示元件的第一空間體積下方的流體過渡區的範圍為止。
  4. 如申請專利範圍第1項之顯示裝置，其中：一個顯示元件的二個空間體積由觀看方向看係前後排列者。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：該中間層至少有另一流體過渡區，以使二空間體積之間的流體壓力平衡。
  6. 如申請專利範圍第5項之顯示裝置，其中：為了造成流體壓力平衡，設有二個這種另外的流體過渡區，且至少有二個過渡區設在一空間體積的對立的兩端上。
  7. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：在至少一空間體積中設有一壁，以避免液體從一空間體積不當地進到另一空間體積中。
  8. 如申請專利範圍第7項之顯示裝置，其中：該壁至少部分地延伸過各空間體積的整個長度範圍。
  9. 如申請專利範圍第7項之顯示裝置，其中：該壁鄰界到該流體過渡區，垂直地位在中間層上，且延伸過各空間體積的整個高度範圍，且有一較小高度的中央中斷區。
  10. 如申請專利範圍第7項之顯示裝置，其中：該壁鄰界該用於壓力平衡的第二流體過渡區，垂直地 位在該中間層上，且只延伸過各空間體積的整個高度的一部分的範圍，且有一中央的中斷部。
  11. 如申請專利範圍第7項之顯示裝置，其中：該壁沒有中斷且其高度比各空間體積小。
  12. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：在該流體過渡區的範圍中設有一個框條將該過渡區劃分或減少，以避免液體從一空間體積不當地進到另一空間體積中。
  13. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：該顯示裝置至少包含一導電層或覆層以提供至少一個對立電極，以及包含一共同之控制電極以供至少二個顯示元件之用。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：該顯示裝置至少包含一導電層或覆層以提供至少一個對立電極，以及包含分別的控制電極以供各顯示元件之用。
  15. 如申請專利範圍第13項的顯示裝置，其中：該對立電極與該控制電極係設在不同的層中。
  16. 如申請專利範圍第13項的顯示裝置，其中：該對立電極設在該中間層中。
  17. 如申請專利範圍第13項的顯示裝置，其中：該控制電極設在該中間層中。
  18. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：該中間層至少一面設計成反射式者，因此由觀看方向入射的光可被此中間層反射。
  19. 如申請專利範圍第1或第2項的顯示裝置，其中：該顯示裝置另包含一第二液體，它與第一液體不能相混合。
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