显示单元、显示器与其制造方法 |
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申请号 | CN201180013581.7 | 申请日 | 2011-01-11 | 公开(公告)号 | CN102859432A | 公开(公告)日 | 2013-01-02 |
申请人 | 台达电子工业股份有限公司; | 发明人 | 陈照勗; 梁荣昌; 蔡明玮; | ||||
摘要 | 一种 电泳 显示器,包括多个 像素 ,每个像素有一单元区域,包括多个带电颜料粒子(43),这些带电颜料粒子散布于两个相对 电极 (411、421)之间,及一 半导体 保护层(45)被提供在该两相 对电极 (411、421)的一个电极或两个电极上。半导体保护层可由MOx/y、MSx/y、或MNx/y组成,其中M为一金属或半导体,例如: 铝 、 锡 、锌、 硅 、锗、镍、 钛 、或镉;x为一正整数,而y为一非零的正整数。半导体保护层可具有掺杂硅、ZnOx/y、ZnSx/y、CdSx/y、TiOx/y、或III-V型半导体材料。半导体保护层可被一可为n-型供质(donor)或p-型受质(acceptor)的掺质所掺杂;n-型供质(donor)为氮、磷、砷、或氟,p-型受质(acceptor)为 硼 、铝、镓、铟、铍、镁、或 钙 。 | ||||||
权利要求 | 1.一种方法,包括: |
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说明书全文 | 显示单元、显示器与其制造方法[0002] 发明所属之技术领域: [0004] 发明背景: [0005] 电子纸(E-paper)为一种显示器的技术,用来模仿一般纸上的墨水。以粒子为基础的显示器,例如:电泳显示器,已被广泛应用在电子纸(E-paper)上。以粒子为基 础的显示器,包括多个独立的可定位显示单元排置在一阵列中,其中每一个显示单元包 括多个颜料粒子,这些颜料粒子被安置在一对相对且分隔开的电极之间。电泳显示器 (electrophoretic diplay)可为一粉末型的显示器,其中具有不同极性和对比颜色的粒子散布在显示单元的气相介质中,如图1A所示。电泳显示器可为一微胶囊型的显示器,其中具有不同极性和对比颜色的粒子被封闭在多个微胶囊中,如图1B所示。电泳显示器也可为一微杯型的显示器,其中带电的粒子散布在对比颜色的液体中,如图1C所示。 [0006] 在平面开关模式下操作的显示器,其两个电极都位于同一平面或基板上。在上下开关模式下操作的显示器,其两个电极位于不同的基板上(顶部和底部)。在所有的情况下,两个基板中至少有一个基板是透明的,以便透过此透明基板观察粒子的状态。当施加一电压差或一电场于两电极之间时,颜料粒子就会迁移到带有与其相反极性的电极。因此,透过选择性改变电极的极性,促使透明电极呈现的颜色或深浅变化。 [0007] 当颜料粒子迁移到与其带有相反极性的电极时,甚至在电源关闭后电子仍会透过接触表面逐渐地漏损。因此,粒子接触到电极的时间越长,保留在粒子表面的电荷密度(每单位质量的电荷,Q/W)越少,并且将更难靠电场重新驱动颜料粒子。 发明内容[0008] 总结来说,本发明第一个概念是有关于半导体钝化层(semiconductingpassivation layer)的使用,在至少一带电的粒子型显示平面或EPD的电极上。半导体钝化层可由MOx/y、MSx/y或MNx/y制成,其中M为金属或半导体,例如:铝、锡、锌、硅、锗、镍、钛、或镉;x为一正整数,例如:0、1、2...,而y为一非零的正整数,例如:1、2、3...。半导体钝化层材料的例子包括,但不限于:AlOx/y、SnOx/y、ZnOx/y、AlNx/y、SiNx/y、ZnSx/y、NiOx/y、CdSx/y、TiOx/y、或前述之组合。该半导体钝化层尚可用缺电子原子掺杂以形成p-型半导体钝化层或用供 电子原子掺杂以形成n-型半导体钝化层。此外,半导体钝化层可用掺杂硅或III-V型半导体层形成。半导体层最好是用掺杂ZnOx/y、ZnSx/y、CdSx/y、或TiOx/y形成。半导体钝化层的掺质性质可为n-型供质(donor),像是氮、磷、砷、氟...;或p-型受质(acceptor),像是硼、铝、镓、铟、铍、镁、钙...。再者,半导体钝化层可由一种或多种有机p-型材料所组成,像是聚(3-己基噻吩)、三-(9,9-二甲基芴)、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙氨基)香豆素、三苯 胺、酞菁、铜复合物、或铜酞菁。半导体层可藉由薄膜沉积制程被沉积在电极上,像是溅镀、气相沉积法、或是半导体材料的溶液或分散液的湿式涂布法。 [0009] 本发明第二个概念是有关于一带电粒子型的显示器或EPD,包括以半导体钝化层涂布的电极。在本发明之一实施例中,所有的电极都被半导体钝化层所涂布。显示器可为AMEPD、S-EPD或PMEPD。 [0011] 本发明的第四个概念是有关于一具有多个像素的AMEPD,每个像素包括一共用电极和一像素电极,其中这些电极的其中之一被p-型半导体钝化层所涂布,而另一个电极则被n-型半导体钝化层所涂布。 [0012] 本发明的第五个概念是有关于一具有多个像素的S-EPD,每个像素包括一共用电极和一片段电极,其中这些电极的其中之一被p-型半导体钝化层所涂布,而另一个电极则被n-型半导体钝化层所涂布。 [0013] 在本发明之各个实施例中,取决于驱动电压及所使用的材料,半导体钝化层的厚度可小于约0.1至5微米。半导体钝化层应该要够薄,从而使有效粒子电荷得以通过该半导体钝化层。 [0014] 在本发明之各个实施例中,在半导体钝化层上可提供一额外的保护层(aprotective layer),用以提升EPDs的耐久性及寿命。该保护层可包括由SiOx/y、SiNx/y、AlOx/y、AlNx/y、或其他类似物所形成的一薄膜,其中x和y的定义与前述相同。在本发明之一实施例中,该保护层的厚度比底下的半导体钝化层薄。 [0015] 根据本发明之各个不同实施例,带电颜料粒子可分散在介电液体媒介中或悬浮在气相媒介中,且被封闭在微网格(micro-grids)、微杯、或微胶囊中。介电液体媒介包括水、油、酒精、或其他类似物。 [0016] 根据本发明之各个不同实施例,半导体钝化层可由一种或多种无机材料制成。 [0017] 根据本发明之各个不同实施例,半导体钝化层可由一种或多种有机p-型材料制成,像是聚(3-己基噻吩)、三-(9,9-二甲基茀)、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙胺基)香豆 素、三苯胺、酞菁、铜复合物、或铜酞菁。 [0018] 根据本发明之各不同实施例,半导体钝化层可由一种或多种有机n-型材料制成,像是五苯、蒽并[2″,1″,9″:4,5,6;6″,5″,10″:4',5',6']二异喹啉并 [2,1-a:2',1'-a']二萘嵌间二氮杂苯-12,25-二酮、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、 (6,6)-苯基-C61丁酸甲酯、或N,N-双(2,5二叔丁基苯基)3,4,9,10-苝二甲酰亚胺。 附图说明 [0019] 图1A绘示出显示单元中,于气相媒介中之一典型粉末型电泳显示器; [0020] 图1B绘示出一典型微胶囊型电泳显示器,包括带有不同极性和对比颜色的粒子; [0021] 图1C绘示出一典型微杯型电泳显示器,包括分散于对比颜色流体中的带电粒子; [0022] 图2A绘示出本发明一实施例中在共用电极上具有半导体钝化层之主动矩阵EPD; [0023] 图2B绘示出本发明一实施例中在像素电极上具有半导体钝化层之主动矩阵EPD; [0024] 图2C绘示出本发明一实施例中在共用电极和像素电极上具有半导体钝化层之主动矩阵EPD; [0025] 图3A绘示出本发明一实施例中在横向电极上具有半导体钝化层之被动矩阵EPD; [0026] 图3B绘示出本发明一实施例中在纵向电极上具有半导体钝化层之被动矩阵EPD; [0027] 第3C图绘示出本发明一实施例中在横向电极和纵向电极上具有半导体钝化层之被动矩阵EPD; [0028] 图4A绘示具有不同厚度半导体钝化层(AZO)的被动矩阵EPD之标准化对比度对更新周期作图之图表。 [0029] 图4B绘示具有不同厚度半导体钝化层(TiO2)的被动矩阵EPD之标准化对比度对更新周期作图之图表。 [0030] 图4C绘示具有不同厚度半导体钝化层(Si)的被动矩阵EPD之标准化对比度对更新周期作图之图表。 [0031] 图4D绘示具有不同厚度半导体钝化层(ZnO)的被动矩阵EPD之标准化对比度对更新周期作图之图表。 [0032] 图5绘示出本发明一实施例之半导体钝化层,被一绝缘材料所制成的保护层涂布。 具体实施方式[0033] 本发明提供一种电泳显示器(EPD)之性能改良方法,其带电颜料粒子可被分散在一介电液体或被悬浮在空气中。 [0034] 在本发明之一实施例中,如图2A所示,将一半导体钝化层45涂布在显示器4之上基板41上的共用电极层411,从而因为共用电极层411和下基板42上之像素电极421间的电压,使得带电颜料粒子43被吸引至上基板41,显示器例如:主动矩阵电泳显示器(AMEPD)或一片段电泳显示器(S-EPD)。同时,带有不同电量的颜料粒子44与电极421保持接触。 如图2A所示,带电粒子43是与半导体钝化层45接触,而不是与共用电极411的表面接触。 [0035] 在本发明之另一实施例中,如图2B所示,将一半导体钝化层46涂布在显示器4之下基板42上的至少一些像素电极421,即前述之AMEPD或S-EPD,这样一来,当带电颜料粒子44被吸引至像素电极421时,是与半导体钝化层46接触,而不是与像素电极421接触。在本发明的一实施例中,AMEPD或S-EPD中所有的像素电极421均被一半导体钝化层46所 涂布。又在本发明的另一实施例中,上基板41上的共用电极411以及至少一些下基板42 上的像素电极421被半导体钝化层45、46所涂布,如图2C所示。 [0036] 又在本发明之另一实施例中,如第3A和3B图所示,将半导体钝化层55、56涂布在显示器5之至少一些横向电极和纵向电极51、52上,显示器例如:一被动矩阵电泳显示器(EPD)。在本发明的一实施例中,如第3C图所示,显示器(即所述之PMEPD)的所有横向电极和纵向电极51、52被半导体钝化层55、56所涂布。如图3A所示,只有电极511被半导体钝化层55所涂布,因此该些带电颜料粒子53是与半导体钝化层55接触,而不是与电极511接触。如图3B所示,只有电极521被半导体钝化层56所涂布,因此该些带电颜料粒子54 是与半导体钝化层56接触,而不是与电极521接触。如第3C图所示,电极511被半导体钝 化层55所涂布,而电极521被半导体钝化层56所涂布。 [0037] 根据本发明之各个实施例,半导体钝化层包括一半导体材料,像是MOx/y、MSx/y、或MNx/y,其中M为一金属或半导体,像是铝、锡、锌、硅、锗、镍、钛、或镉;x为一整数,像是0、1、2、...;而y为一非零之整数,像是1、2、3、...。一般来说,半导体钝化层包括氧化物、次氧化物、或是铝、锡、锌、硅、锗、镍、镉或钛的硫化物、或是铝或硅的氮化物。半导体钝化层尚可用一缺电子原子掺杂以形成一p-型半导体钝化层,或用一供电子原子掺杂以形成一n-型 半导体钝化层。另外,半导体钝化层包括掺杂硅或III-V型的半导体钝化层。在本发明的一些实施例中,半导体钝化层包括一掺杂的ZnOx/y、ZnSx/y、CdSx/y或TiOx/y,其中x、y的定义与前述相同。再者,半导体钝化层可由一种或多种有机p-型材料制成,像是聚(3-己基噻吩)、三-(9,9-二甲基芴)、3-(2-苯并噻唑基)-7-(二乙氨基)香豆素、三苯胺、酞菁、铜复合物、或铜酞菁。再者,半导体钝化层可由薄膜沉积制程被沉积在电极上,像是溅镀、气相沉积法、或半导体材料的溶液或分散液的湿式涂布法。 [0038] 电泳显示器凭着带电颜料粒子的重新定位达到一影像变换。具有合适颜色和电荷极性的粒子被分散在相对的电极之间并由一电场驱动,可视情况额外包括一磁场。藉由控制电场就可能完成一彩色影像或一黑白影像。取决于驱动电压和半导体钝化层所使用的材料,半导体钝化层的厚度可薄如0.1微米甚至更薄或厚如0.5微米。在任何情况下,半导体钝化层应要够薄到可以让粒子电荷有效地渗透该保护层。 [0039] 值得注意的是,电荷可能会困陷在颜料粒子表面,且电荷密度和颜料粒子表面特性及电极之间的相互作用有很大的关系。在粉末型的EPD中,可藉由颜料粒子间的摩 擦电作用或利用合适的电荷控制媒介进而增加或稳定电荷密度。然而,电荷可能经由 相对电场方向的电极消散或漏损,特别是在粒子可长时间与该电极保持接触的时候。因 此,长时间停留在电极上的粒子,将因为电荷的消散或漏损而更难被供应电压驱动。如 DLVO(Derjaguim,Landau,Verwey and Overbeek)理论所预测,由于相较于库伦斥力,凡得瓦力可能成为粒子-粒子间较优势的作用力,因此低电荷密度的粒子也倾向于经由次级最小电位(secondary potential minimum)聚集或凝聚。电荷密度和粒子的聚集或凝聚会导致驱动电压的增加,或是延长到达特定对比度所需的时间。在一些例子中,它们同样导致阈值电压及操作温度范围的改变,并且随之导致影像调制、影像粘性和迭影等难题。 [0040] 根据本发明,半导体钝化层的功能之一是避免因带电颜料粒子和电极之间的交互作用所造成的电极恶化。半导体钝化层可降低带电颜料粒子上电荷量的变化。这使得经由电极漏损电荷的情况被控制住,并使得在反向偏压可被显著性降低的时候,双稳定性和阈值电压稳定性也可同时维持。半导体钝化层被当作一电位障壁,从而在热平衡之下于金属/半导体界面提供一个高电位障壁电阻。该电位障壁的宽度可被表示为: [0041] [0042] 其中εs为半导体之介电常数,为金属/半导体之内建电位;Nd为半导体之掺杂浓度,q为电荷。根据本发明,电位障壁的宽度χd可藉由选择半导体钝化层材料及/或控制掺杂浓度而加以调整。半导体钝化层掺质(dopant)的性质可为n-型供质(donor),像是氮、磷、砷、氟...、或其类似物。掺质也可为p-型受质(acceptor),像是硼、铝、镓、铟、铍、镁、钙...。藉由设计一合适的电位障壁宽度,带电颜料粒子的电荷漏损可透过量子穿隧效应而得到调整。穿透电位障壁的电荷渗流系数T也可被简化为: [0043] [0044] 其中κ1为波向量。 [0045] 由于金属/半导体与具有欧姆接触的静态带电粒子之间的电位障壁宽度与掺质浓度有关,热平衡中的漏电流及由正向或反向偏压造成的操作电流可由掺质浓度控制。根据本发明,在生产用来充电的驱动电流时,电极上粒子接触时间的延迟也被列入考量。 [0046] 在热平衡的情况下,藉由耗乏区或量子穿隧效应电场中电洞对所产生的载体可中和部分的带电粒子。这样一来,在电泳显示器单元中,带有相对极性的带电颜料粒子间将产生吸引力,因而增加电泳显示平面的影像稳定度。耗乏区中的电压与材料的工作函数之间存在一种关系,因此,由于较小的电荷漏损,半导体钝化层使得带电颜料粒子变得对电极具有更强的吸引力。同样地,具有较小电荷漏损的粒子在供电关闭时,可导致较小的反向偏压产生。这些特性可用来降低电泳显示器中的影像粘性问题,并且在显示影像处于一闲置状态时,降低带有相反极性的带电粒子之间的电场。 [0047] 位于电极上的半导体钝化层可增进带电颜料粒子上静电荷的滞留模式。藉由将具吸引力的电极从带电颜料粒子分离出来后,显示器的操作寿命以及性能皆可延长。使用半导体钝化层的好处之一是半导体钝化层可实施于所有形式的EPD上,包括PMEPD、AMEPD和S-EPD。图2A-2C显示一个具有半导体钝化层的AMEPD实施例,其中半导体钝化层被提供在共用电极上(图2A);像素电极上(图2B);及前述两种电极上(图2C)。图3A-3C显示一个具有半导体钝化层的PMEPD实施例,其中半导体钝化层被提供在横向电极上(图3A);纵向电极上(图3B);及横向电极和纵向电极上(图3C)。 [0048] 为了显示半导体钝化层如何增进电泳显示器的性能,于是针对具有各种不同厚度的半导体钝化层(AZO、TiO2、Sn和ZnO)的被动矩阵EPD测量其更新周期-标准化对比度。在图4A到4D的每个图中,以标准化对比度对更新周期作图。如同在图4A到4D中可看到 的,当没有使用半导体钝化层的时候,标准化对比度会倾向于随着更新周期快速的下降;相反的,当被动矩阵EPD上的电极涂布上一半导体钝化层时,标准化对比度会倾向于较缓慢的下降。 [0049] 在本发明之一实施例中,半导体钝化层45(46、55、或56)还涂布了一保护层60,如图5所示。该保护层可由绝缘材料制成,像是SiOx/y、SiNx/y、AlOx/y、AlNx/y、或其类似物,其中x为一正整数,y为一非零的正整数。 |