TWI399568B - 一種具有液態金屬之電控光閥裝置 - Google Patents

Description

一種具有液態金屬之電控光閥裝置

本發明係為一種電控光閥裝置，特別是一種使用液態金屬之電控光閥裝置。

目前作為市面上顯示器主力產品的薄膜電晶體液晶顯示器(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display,TFT-LCD)係屬於平面顯示技術中的一種，此外，仍有其他的平面顯示技術，包括了平面陰極射線管技術(CRT)、電漿顯示技術(PDP)、背投射技術、場發射技術以及發光二極體技術等各式的不同技術。而其中之薄膜電晶體液晶顯示器則採用了相當成熟的半導體製程技術，再於透明的玻璃基板上，進行佈建可用來操控光閥的薄膜電晶體(Thin Film Transistor)，再利用具有旋光特性的液晶材料做為顯示的介質，進而使用彩色濾光片以表現色彩。

傳統上的液態電子紙多利用「電濕潤效應」以操控光閥而達到控制光量的效果，而電潤濕效應則是利用電極陣列所產生的變化電場，改變液滴表面張力，控制液滴在微小通道內的運動。如第1A圖所示之傳統電光閥裝置，在未施加電壓時，呈現「關」的狀態，電潤濕效應主要是利用油和水不相溶的特性，在電極和油滴之間的接面，疊加一層疏水性絕緣層，進而形成電場控制光閥。又如第1B圖所示所示之傳統電光閥裝置，當施加一電壓時，則呈現「開」的狀態；故而使用疏水性絕緣層產生電荷累積，造成油滴之表面張力改變，導致油滴展開和收縮之動作變化，可決定光線的通過與否，進而形成開或關之狀態。

但因為油滴本身之特性，不能完全遮蔽光線，亦不能對光線進行完全反射，且光閥呈現關之狀態時，油滴展開與疏水性絕緣層之間的觸角並不夠低，故造成部分光線的穿透，形成漏光現象，導致電濕潤光閥無法達到較高的亮與暗之間的對比，成為現階段液態電子紙在使用上的重大缺失。

故而，為了能產生更有效率的電控光閥，需要研發新式之單一畫素之光閥本體，藉以提高顯示器內的光源效率且降低元件開關切換之反應時間與製造成本。

本發明提供一種具有液態金屬之電控光閥裝置，係利用液態金屬受到電壓電流之控制，使得液態金屬呈現展開和收縮之動作變化，且金屬之特性能夠將光線全部反射，以達到明顯亮與明顯暗之間的高對比率。

本發明係具有液態金屬之電控光閥裝置，其組成包含了底座為高穿透之透明玻璃，銦錫氧化物(ITO)透明導電薄膜作為正電極與負電極，位於透明玻璃上方，灌注透明導電液於其中，液態金屬放置於銦錫氧化物透明導電薄膜之上，使得液態金屬呈現圓形狀態，最上端為部份透明之玻璃以區隔透光區域及定義畫素區塊。

本發明當未施加電壓時，液態金屬呈現圓球狀，故可讓光線通過，形成明顯亮的狀態；而當施加電壓時，液態金屬受到電壓電流之控制，使得液態金屬展開成類似薄膜般的狀態，進而遮蔽光線，且因金屬之特性，其能夠將光線全部反射，而形成明顯暗的狀態。

本發明之液態金屬展開時，因與玻璃基板之間的接觸角度相當的低，故可以有效地將光線全部反射，達到光線亮與暗間的高對比率。

本發明具有液態金屬之電控光閥裝置，擁有良好亮和暗之間的切換速度，節省亮暗間的切換時間。

本發明具有液態金屬之電控光閥裝置，可以利用上下基板間所產生的電毛細力，可避免受到重力影響，而能夠以垂直方式呈現亮和暗之間的變化。

故而，關於本發明之優點與精神可以藉由以下發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

本發明提供一種具有液態金屬之電控光閥裝置，首先如第2A圖所示之底座平板201，該底座平板201具有透光性，本實施例為高穿透之透明玻璃201，厚度約為50奈米(nm)的銦錫氧化物(ITO)透明導電薄膜202作為正電極，以及銦錫氧化物透明導電薄膜202A作為負電極，位於透明玻璃201上方，灌注透明導電液203(如：H₂ SO₄ 、HCl等導電液)，液態金屬鎵204放置於銦錫氧化物(ITO)透明導電薄膜202之上，而液態金屬鎵204的外觀呈現圓球狀。此時並沒有施加電壓，故而液態金屬鎵204仍舊呈現圓球狀，故光線可透過透明玻璃201進入，再透過銦錫氧化物透明導電薄膜202，經過呈現圓球狀的液態金屬鎵204，故液態金屬鎵204此時並沒有遮蓋光線的進入，而能夠使光線有效地穿透至另一端，形成明顯為「亮」的狀態，而最上端平板205需具有遮光效果，本實施例使用不透明玻璃區塊205及透明玻璃區塊205A作為上端平板。

如第2B圖所示之裝置，當施加一電壓時，液態金屬鎵204受到電壓電流之控制，使得液態金屬鎵204展開成類似薄膜般的狀態，故當光線透過透明玻璃201進入，再透過銦錫氧化物(ITO)透明導電薄膜202，而到達呈現薄膜般的狀的液態金屬鎵204時，此時光線會受到阻擋，故液態金屬鎵204產生遮蓋光線進入的效果，而能夠使光線無法有效的穿透至另一端，且因液態金屬鎵之特性，其能夠將光線全部反射，而形成明顯為「暗」的狀態。本發明之液態金屬並不僅限於所揭示之液態金屬鎵，凡與液態金屬鎵具有相同特性與功能之其他液態金屬，皆可使用於本發明實施例，換言之，其他液態金屬亦可應用於本發明實施例中。

參考第3圖所示，本發明經實驗結果顯示，以波長為橫軸，光密度為縱軸進行實驗後作圖，顯示本發明具有液態金屬鎵之電控光閥裝置有良好的高對比率。

當液態金屬鎵204受電壓而展開時，因其與玻璃基板之間的接觸角度非常低，故可以有效地將光線全部反射，達到光閥之亮、暗的高對比。且本發明使用液態金屬鎵204之電控光閥具有良好的亮與暗之間的切換速度。另外，可以使用上下基板間所產生的電毛細力，避免受到重力影響，能夠以垂直方式呈現亮和暗之間的變化。而在施加電壓時，於液態鎵與電解液之表面間會產生一種類似電雙極(Elctrical Double Layer,EDL)的現象，故可視為一個可變電容；此外，液態鎵受到電壓控制後的形態變化，表面積大幅度的改變使得其接觸電阻亦隨之變化。綜前所述，本發明運用電潤濕效應(Electrowetting)和電毛細力(Electrocapillary)的原理，控制驅動液態金屬204進行開展和收縮之變化，故可以達到電控光閥具有明暗變化的特性。

本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

201．．．透明玻璃

202．．．銦錫氧化物透明導電薄膜(正電極)

202A．．．銦錫氧化物透明導電薄膜(負電極)

203．．．透明導電液

204．．．液態金屬鎵

205．．．玻璃不透明區塊

205A．．．玻璃透明區塊

第1A圖所示為傳統電控光閥裝置之關的狀態。

第1B圖所示為傳統電控光閥裝置之開的狀態。

第2A圖所示為本發明實施例之開的狀態。

第2B圖所示為本發明實施例之關的狀態。

第3圖所示為本發明之實驗結果。

201．．．透明玻璃

202．．．銦錫氧化物透明導電薄膜(正電極)

202A．．．銦錫氧化物透明導電薄膜(負電極)

203．．．透明導電液

204．．．液態金屬鎵

205．．．玻璃不透明區塊

205A．．．玻璃透明區塊

Claims (10)

1. 一種具有液態金屬之電控光閥裝置，至少包含：一底座平板與一上端平板形成具有間距之一空間，該底座平板上方具有二個銦錫氧化物透明導電薄膜，該二個銦錫氧化物透明導電薄膜為該具有液態金屬之電控光閥裝置之一正電極與一負電極，一液態金屬置放於該銦錫氧化物透明導電薄膜之上，一透明導電液灌注於該底座平板與該上端平板之間的該空間內，藉以形成該具有液態金屬之電控光閥裝置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該底座平板包含透明玻璃。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬包含液態金屬鎵。
4. 如申請專利範圍第3項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬鎵包含當未施加電壓時，液態金屬鎵具有圓球形的狀態。
5. 如申請專利範圍第3項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬鎵包含當施加電壓時，液態金屬鎵展開成類似薄膜般的狀態。
6. 一種具有液態金屬之電控光閥裝置，至少包含：一底座平板，該底座平板具有透光性；二銦錫氧化物透明導電薄膜形成為一正電極與一負電極，位於該底座平板上方；一透明導電液灌注於該底座平板與一上端平板之間；一液態金屬放置於該銦錫氧化物透明導電薄膜之上；以及該上端平板位於該液態金屬上方，藉以形成該具有液態金屬之電控光閥裝置。
7. 如申請專利範圍第6項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該底座平板包含透明玻璃。
8. 如申請專利範圍第6項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬包含液態金屬鎵。
9. 如申請專利範圍第8項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬鎵包含當未施加電壓時，液態金屬鎵具有圓球形的狀態。
10. 如申請專利範圍第8項所述之具有液態金屬之電控光閥裝置，其中該液態金屬鎵包含當施加電壓時，液態金屬鎵展開成類似薄膜般的狀態。