TWI487992B - 顯示裝置 - Google Patents

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TWI487992B TW094110738A TW94110738A TWI487992B TW I487992 B TWI487992 B TW I487992B TW 094110738 A TW094110738 A TW 094110738A TW 94110738 A TW94110738 A TW 94110738A TW I487992 B TWI487992 B TW I487992B
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Description

顯示裝置
本發明係關於一種光學開關，其在一第一透明支撐板及一第二透明支撐板間的空間內具有至少一第一流體及一第二流體，兩種流體彼此不會融合，該第二流體具導電性或極性。
明確地說，本發明係關於一種含有複數個圖像元素（像素）的顯示裝置，其在一第一透明支撐板及一第二透明支撐板間的空間內具有至少一第一流體及一第二流體，兩種流體彼此不會融合，該第二流體具導電性或極性。
光學開關可使用於遮光器應用、光圈之中，亦可使用於顯示應用中的切換式彩色濾光片中。如果該流體為（經染色）的油類，而第二流體為水（因為表面張力的關係）的話，那麼便可提供一種雙層系統，其包括一層水層及一層油層。不過，如果於水及第一支撐板上的電極間施加電壓的話，那麼該油層便會因為靜電力的關係而向旁邊移動或是產生分離。因為部份的水會於此時滲入該油層，所以，該圖像元素便會變成部份透明。
於PCT申請案WO 03/00196(PH－NL 02.0129)中已經說明過以此原理為主的顯示裝置。
當使用於反射式顯示器之中時，一圖像元素的光學效能會相依於非反射狀態（關閉狀態）中有色膜的光學強度，而染料，有時候為顏料）則會被加入該油（通常為碳氫化合物，不過亦可能為聚矽氧或是氟碳化物）之中，以提供充分的光學強度。利用該電濕潤顯示原理，該反射狀態（開啟狀態）中的亮度會相依於該（下方）基板的散射特性以及被殘留油佔據的面積比例。此意謂著盡可能少用油將會提高亮度。不過，對比亦相依於非反射狀態中有色膜的強度以及該光學強度的均勻性，所以為達高對比，可能以較厚的油層為宜。
本發明的其中一項目的係克服至少部份上述問題。
為達此目的，根據本發明的光學裝置包括含有染料的油，該染料的濃度至多為1 M(mol/L)。吾人可以看出，此等油可用以於上述必要條件之間找到良好的折衷結果。合宜的油類有利用無極性染料來染色的烷烴型油類，舉例來說，Oil Blue N（烷基胺取代蒽醌(alkylamine substituted anthraquinone)）、Solvent Green、蘇丹紅(Sudan Red)、以及蘇丹黑(Sudan Black)。該染料的濃度應該超過0.01 M，以取得良好的顏色品質。
為獨立特徵化某種溶液，可將優質數(Figure of Merit，FoM)定義成FoM＝ε.C，其中，ε為該染料的消光係數，而C為溶解於第一流體中的染料的濃度。對該第一流體10μm的層厚度而言，較佳的係，該裝置具有至少100的優質數(FoM＝ε.C)，更佳的係至少500，最佳的係至少1000。
圖1為顯示裝置1其中一部份的剖面圖，圖中顯示的係根據本發明之顯示裝置所依據的原理。於兩塊透明基板或支撐板3、4之間會提供第一流體5及第二流體6，兩種流體彼此不會融合。舉例來說，第一流體5係一種烷烴類（例如十六烷）或是如本範例中的有色油類。第二流體6具導電性或極性，舉例來說，其為水或鹽類溶液（例如水與乙醇混合的KCI溶液）。
於第一狀態中，當未施加任何外部電壓（圖1a，關閉狀態）時，流體5、6會鄰接該等由玻璃或塑膠製成的第一及第二透明支撐板3、4。於第一支撐板3之上，會提供一透明電極7（舉例來說，氧化銦錫），而且會有一中間較不可濕潤（厭水性）層8，於此範例中其為一非晶的氟聚合物(AF1600)。
當透過互連線路20、21施加電壓時（電壓源9），層5便會向旁邊移動或是分離成複數個小型滴狀體（圖1b，開啟狀態）。當靜電能量增益大於因彎曲表面所造成的表面能量損失時，便會出現此現象。其中一項非常重要的觀點係，吾人發現，透過電切換構件（電壓源9）可於一覆蓋該支撐板3的連續膜5及一鄰接護壁2的膜之間達成可逆切換。
圖2為根據本發明之顯示裝置的具體實施例，其中為清楚起見，已經將更多部份中介於分離圖像元素之間的護壁予以省略。於此具體實施例中，該等像素護壁13並不會延伸跨越整個像素厚度。利用本技術中熟知的膠版印刷或是其它印刷技術便可取得此等護壁。該油膜5似乎非常地穩定，當該像素尺寸縮減時，其便會被進一步強化。所以於切換期間，該油會保持被侷限於每個區域之中。其它的元件符號則具有和圖1中相同的意義。
該顯示器因為加入如圖2中所示的反射器14而具反射性。一顯示像素的光學效能主要係相依於關閉狀態中該有色膜的光學強度以及切換時該反射器14的外露部份。染料（有時候為顏料）會被加入該油（通常為碳氫化合物，不過亦可能為聚矽氧或是氟碳化物）之中，以提供充分的光學強度。
不過，一顯示像素的對比(CR)亦相依該像素於其關閉狀態中的強度以及均勻性，並且可以下面的公式來計算：CR＝(Rw h i t e /Rb l a c k ).（1－覆蓋率） (1)其中，「Rw h i t e 」與「Rb l a c k 」分別為開啟狀態以及關閉狀態中某個像素之未被覆蓋區的反射率，而「覆蓋率」則為開啟狀態中被油佔據的面積。就約25%的油殘餘量而言，可以獲得下面以白色反射率與黑色反射率為函數的對比數值：
表1中的Tf i l m 對應的係於單次穿過該吸收層（膜）期間所透過的光的百分比。對類紙的光學特徵來說，需要有約10的對比率。因為被反射光必須穿過該有色油膜兩次，所以，對Tf i l m ＝10%（吸收率A＝1）的吸收層（膜）來說，黑色反射率Rb l a c k 極低。其似乎還呈現出，對比會強烈地相依於暗狀態的反射率，而與白色反射率及殘餘油覆蓋率的相依性則大幅下降。
圖3為要符合特定旋光性(optical activity)準則（吸收率或是光學密度A＝1）所必須達到的優質數(FoM＝ε.C)與油膜厚度(l)之間的關係圖。
提高該像素的旋光性，那麼利用結合高消光係數(ε)與高油溶解度的染料便可達成「關閉狀態」。染料吸收率(A)與濃度通常具有下面Beer－Lambert定律的關係：A＝log1 0 (Io /I)＝ε.C.l (2)其中，Io 為人射強度，I為透射強度，C為濃度，而l為光學路徑長度。因此，當以每公升的莫耳單位M(mol/L)來表示濃度以及以cm作為長度單位時，ε的單位則為M－ 1 cm－ 1 。
就該等有色油的強度而言，吸收率1（10%透射率）係被選為良好的範例。此意謂著，因為入射於該顯示器之上的光在抵達觀看者以前必須穿過該油膜兩次，所以實際上所有的光會在該著色劑（於以原色為主的顯示器的情況中，其係用以產生紅色、綠色、或是藍色；於利用減色作為該等反射顏色的顯示器的情況中，其係用以產生青綠色、洋紅色、或是黃色）的特定吸收範圍之中被吸收。對一特定的油膜厚度(10μm)以及路徑長度而言，可於本篇專利申請案中使用下面的優質數(FoM)來定義該光學強度：FoM＝ε.C[cm－ 1 ] (3)其中，ε為該本質染料的消光係數；而C為溶解於油相之中的染料的濃度，其單位為M(mol/L)。
舉例來說，就膜吸收率1（於10μm的膜厚度中有90%的吸收）來說（利用具有0.01 M的染料濃度以及具有104 －105 消光係數的染料便可達到），所獲得的優質數介於100 cm－ 1 與1000 cm－ 1 之間。
為獲得由粉狀Oil Blue N（烷基胺取代蒽醌(alkylamine substituted anthraquinone)）溶於烷烴類（例如癸烷）而製成的良好溶液，可運用下面的配方來提高溶解性。先將分散溶液或部份溶液置放於一音波槽(sonic bath)之中，接著置放於一加熱板上一段時間，同時進行攪拌，然後將其冷卻至室溫，並且進行過濾（例如於0.2μm處），用以移除未被溶解的染料。依此方式，便可獲得約225的優質數。
替代方法則涉及使用無極性的液體染料，舉例來說，蘇丹紅500、蘇丹藍673、以及蘇丹黃172（由BASF提供）。於此情況中，該等染料的濃度可能分別遠高於7500 cm－ 1 、15000 cm－ 1 、以及30000 cm－ 1 之FoM的濃度，而該些染料的構成方式則係由下面所組成：於所選擇的烷烴類中稀釋至預期的FoM，於複數道純化步驟中移除揮發性污染物以及微粒殘留物。依此方式，便可充份地濃縮該等有色油溶液，以便於2微米以下的膜厚度之中符合10%的透射率準則。
本原理亦可能有數種變化。雖然，本文所述的係反射裝置，不過，本發明亦可套用至透射式顯示裝置。
本發明存在於每個新穎特徵特點及特徵特點之每種組合當中。申請專利範圍中的元件符號並非限制其保護範圍。動詞「包括」及其詞性變化之使用並不排除除了在該申請專利範圍中所述的那些元件之外的其他元件。在一元件之前使用冠詞「一」並未排除可能存在有複數個此等元件。
1．．．顯示裝置
2．．．護壁
3．．．透明支撐板
4．．．透明支撐板
5．．．第一流體
6．．．第二流體
7．．．透明電極
8．．．較不可濕潤（厭水性）層
9．．．電壓源
13．．．護壁
20．．．互連線路
21．．．互連線路
參考上述具體實施例之說明將可更瞭解本發明之這些及其它觀點。
圖式中：圖1為一顯示裝置其中一部份的剖面圖，用以顯示根據本發明之顯示裝置所依據的顯示原理，圖2為此顯示裝置其中一部份的進一步剖面圖，以及圖3為要符合特定旋光性(optical activity)準則（吸收率或是光學密度A＝1）所必須達到的優質數(FoM＝ε.C)與油膜厚度(1)之間的關係圖。
該等圖式都僅為概略圖，並未依比例繪製。對應的元件一般會使用相同的元件符號來表示。
1．．．顯示裝置
2．．．護壁
3．．．透明支撐板
4．．．透明支撐板
5．．．第一流體
6．．．第二流體
7．．．透明電極
8．．．較不可濕潤（厭水性）層
9．．．電壓源
20．．．互連線路
21．．．互連線路

Claims (7)

  1. 一種光學開關，其包含一第一透明支撐板及一第二支撐板，以及在該第一透明支撐板及該第二支撐板間的空間內之至少一第一流體及一第二流體，兩種流體彼此不會融合，一染料係溶於該第一流體及該第二流體具導電性或極性，該第一流體可在一第一狀態及一第二狀態間轉換，該第一流體在該第一狀態下於間隙(cavity)中的一光路徑形成一層，該第一流體在該第二狀態下移向旁邊或分離成小型滴狀體，且該第一流體具有至少1000cm-1 的一優值數(FoM=ε.C)，ε係該染料的一消光係數，而C係該染料的一濃度。
  2. 如請求項1之光學開關，其中該溶解的染料被一顏料取代。
  3. 如請求項1或2之光學開關，其中該染料之該濃度至多為1M(mol/L)。
  4. 如請求項1或2之光學開關，其中該染料之該濃度至多為0.2M(mol/L)。
  5. 如請求項1或2之光學開關，其中該染料的濃度至少為0.01M。
  6. 如請求項1或2之光學開關，其中該油包括下面群組中至少其中一者：聚矽氧油、碳氫化合物油、或是氟碳化物油。
  7. 一種包括圖像元素的顯示裝置，其在一第一透明支撐板及一第二支撐板間的空間內具有至少一第一流體及一第二流體，兩種流體彼此不會融合，該第二流體具導電性或極性，該圖像元素包含有如請求項1或2之光學開關。
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