具有内嵌式触控的电泳式显示器的制作方法

本发明关于一种显示器，特别是一种具有内嵌式触控的电泳式显示器。

背景技术：

1、电子纸显示器，例如电泳式显示器(electrophoretic display,epd)具有轻薄易携带及低耗能等特点，也具备关闭电源后仍能保留影像的特性。除了应用于阅读器、手机、穿戴式装置外，电子纸显示器也能用于大卖场的货架标签、公车站的即时消息广告牌中，兼顾节能与永续目标。

2、图1a显示一已知电泳式显示器100的剖视图，此电泳式显示器100为一黑白电泳式显示器100。该电泳式显示器100例如包含由上至下的一相对基板12(例如可为一透明塑料基板)、一共同电极层14(例如可为一透明导电电极层)、一电泳层20、一控制电极层pel、一驱动电路层30a及一控制基板10(例如可为一玻璃基板)。在图1a所示架构中，观看面是接近相对基板12的方向。此外，如图1a所示，该电泳层20包含多个中空腔体22(图示仅为其中一个)、装填在每一中空腔体22中的胶体溶液24内含有悬浮的多个带电荷颜色粒子26(例如带电荷黑色粒子26b及带电荷白色粒子26w)，中空腔体22结构是作为电子墨水(或电泳材料)的容器。中空腔体22例如为有机高分子材料所构成，且用以装填带电荷颜色粒子26。此外，带电荷颜色粒子26可为两色组合(黑色/白色)，三色组合(黑色/红色/白色，黑色/黄色/白色)，四色组合(黑色/红色/黄色/白色，青色/黄色/洋红色/白色)等组合。在图1a所示结构中，带电荷颜色粒子26例如为两色组合且包含带电荷黑色粒子26b及带电荷白色粒子26w。

3、共同电极层14一般而言是接到接地电位(0v)以提供共同电压vcom，而下方的控制基板10一般使用面板的tft array制程以在其上制作驱动电路层30a。驱动电路层30a的驱动开关大多包含非晶硅(a-si)制程制作的薄膜晶体管(详述于后)。非晶硅是一种供应充足的低成本材料，但是，非晶硅的电子迁移率非常低(大约1cm2/v*s)，并且物理上不支持高刷新率。然而非晶硅具有耐高压的特性与超低漏电流的特性为电子纸控制所必需的条件。带电荷颜色粒子26带有预定极性的电荷，例如带电荷黑色粒子26b是带正电及带电荷白色粒子26w是带负电。借由驱动电路层30a控制每一控制电极pe的电性及电压大小，即可在对应每一像素吸引带电荷黑色粒子26b并推斥带电荷白色粒子26w(使该像素在与控制电极pe相反侧的观看面呈现白色)或是对应每一像素吸引带电荷白色粒子26w并推斥带电荷黑色粒子26b(使该像素在与控制电极pe相反侧的观看面呈现黑色)。

4、图1b显示另一已知电泳式显示器100的剖视图，此电泳式显示器100为一彩色电泳式显示器100。该彩色电泳式显示器100的结构大致类似于图1a所示的黑白电泳式显示器100结构，但是再于相对基板12上以光学胶13黏合一彩色滤光层cf，且该彩色滤光层cf是设置于一上玻璃基板16。

5、带有彩色滤光层数组的电泳式显示器依靠区域共享及颜色混合来产生视觉上的颜色。在诸如红/绿/蓝(rgb)或红/绿/蓝/白(rgbw)的三或四个原色之间共享可用的显示区域，以及滤光层可以一维(条纹)或二维(2x2)重复形态来进行排列。三个子像素(在rgb显示器的情况下)或四个子像素(在rgbw显示器的情况下)面积只要够小，可以解读为较高的分辨率，在视觉上混合在一起成为具有均匀颜色单个像素。区域共享的固有缺点是着色剂始终存在，以及只能借由将下面单色显示器的相应像素切换为白色或黑色(打开或关闭相应的原色)来调制颜色。例如，在理想的rgbw显示器中，红色、绿色、蓝色及白色原色中的每一者都占据显示区域的四分之一(四个子像素中的一个)，白色子像素与下面单色显示器白色一样亮，所以三个彩色子像素组合起来的贡献不超过一个白色子像素。

6、多色显示方式可用多种不同颜色的带电颜色粒子，运用不同带电颜色粒子的电荷极性(正电荷或是负电荷)、电荷数量、粒子的密度、粒子的体积等不同的物理与电气条件下在胶体溶液内运动的方式不同，来控制这些不同带电颜色粒子到达观看面时的距离，可以呈现不同的颜色。例如三色显示(黑色、白色、红色；黑色、白色、黄色)及四色显示器(黑色、白色、红色、黄色)。与黑白电泳显示器的操作相似，具有三种或四种反射颜色的电泳显示器的操作类似于简单的黑白显示器，但是因为所需的颜色粒子被驱动至观看面，驱动方案远比只有黑色及白色要复杂得多。

7、参见图2a及2b，为分别说明图1a的已知黑白电泳式显示器100操作示意及控制电极层pel/驱动电路层30a等效电路图。如图2a所示，借由驱动电路层30a控制此控制电极层pel中每一控制电极pe的电性及电压大小，即可在观看面(接近相对基板12处)形成黑白像素。若驱动电路层30a控制图2a所示的控制电极pe1及pe3为正电压，则会吸引带负电荷白色粒子26w，并将带正电的黑色粒子推离电极接触面并移往观看面，造成在观看面的带正电荷黑色粒子26b数量相对较多，以在观看面提供黑色像素。反之，若驱动电路层30a控制图2a所示的控制电极pe2为负电压，则会吸引带正电荷黑色粒子26b，并将带负电的白色粒子推离电极接触面并移往观看面，造成在观看面的带负电荷白色粒子26w数量相对较多，以在观看面提供白色像素。

8、如图2a所示，并配合参见图2b，共同电极层14通常是电连接地电位(0v，亦即v com电位)且与控制电极层pel之间夹着电泳层20。控制电极层pel的控制电极pe与v com电位会形成一个电容(电泳电容cp)，由于电泳层的厚度较厚，因此上述电容很小，在控制电极上的电荷很快与带电荷粒子互动进入平衡状态，带电荷粒子移动的距离会很小，为了增加每次驱动的能量，必须增加储存电容在驱动电路层30a中，储存电容的一端连接控制电极，另一端在控制电极的面对电泳层的另一面的导体形成平行面的电容cs，在图2b中将电泳层20的等效电路标示为电泳电容cp并联电阻r(等效带电荷颜色粒子移动所消耗的能量)，还包含上述的储存电容cs。如图2b所示，驱动电路层30a包含多个薄膜晶体管32，且每一薄膜晶体管32的栅极金属mg电连接到栅极线gl、源极金属ms电连接到数据线dl而漏极金属md电连接到对应的控制电极(也可称为像素电极)pe。依据栅极线gl施加在栅极金属mg上的电位，可以决定此薄膜晶体管32是导通(on)或是关闭(off)；借此决定是否将由源极金属ms经由数据线dl上的电压传送到漏极金属md，且更进一步的传送到对应的控制电极pe并将储存电容cs充电至与数据线上的相同电压。此控制电极pe也会将对应数据线上的电压施加在电泳层20中，原则上驱动电路层，包含多个薄膜晶体管，多条栅极线与多条数据线，每一条该栅极线电连接到该多个薄膜晶体管的栅极，每一条该数据线电连接到该多个薄膜晶体管的漏极或源极，多个控制电极，每个该控制电极连接到一该薄膜晶体管的该源极或该漏极。

9、电泳层包括电泳材料，该电泳材料包括数个带电颜色粒子，该数个带电颜色粒子是配置于一胶体溶液中且能在电场影响下移动通过该胶体溶液，该数个带电颜色粒子包含带正电荷的颜色粒子与/或带负电荷的颜色粒子，带电荷颜色粒子26在具有适当黏滞性的电泳层20的胶体溶液24之间受电场的力量移动，移动速度会非常缓慢。驱动电路层30a先把能量快速的存放在储存电容cs内，再由储存电容cs慢慢的把能量经由控制电极pe而释放到电泳层20作为带电荷颜色粒子26移动的能量来源。储存电容cs的电容值越大，可以存放的能量越多，需要重复储能的次数就会越少，电泳式显示器100的画面更新的速度就越快。所以电泳式显示器100在电路布局(layout)设计上会尽可能地加大储存电容cs的面积来增加电容值。但是在有多色带电荷颜色粒子的系统中，由于要精准的控制带电荷颜色粒子移动的距离与方向，所以会适度的减少储存电容cs的电容值来减少能量的供应以增加控制带电荷颜色粒子移动距离的精度，但是需增加更多储能的次数，会以降低电泳式显示器100更新速度作为代价。

10、参见图2c，为说明已知技术中储存电容cs的形成方式的剖视图。如此图所示，一般薄膜晶体管32的栅极金属mg与储存电容cs第一电极ce1是在制作第一金属层m1时与栅极线gl一起制作。此外薄膜晶体管32的源极金属ms/漏极金属md与储存电容cs的第二电极ce2是在制作第二金属层m2与数据线dl一起制作。在已知技术中可利用制作第一金属层m1时同步制作用于储存电容cs的第一电极ce1、利用制作栅极绝缘层的步骤同时制作用于储存电容cs的绝缘层ci、及利用制作第二金属层m2时同步制作用于储存电容cs的第二电极ce2。因此可以形成如图2c所示的金属(第一电极ce1)-绝缘层(绝缘层ci)-金属(第二电极ce2)的电容器结构。然而栅极金属mg及源极金属ms/漏极金属md必须用金属制作以降低阻抗，进而使第一金属层m1及第二金属层m2也须用金属制作。此造成在已知电泳式显示器100中储存电容cs的第一电极ce1/第二电极ce2的材料选择限制，进而使储存电容cs会遮蔽光线，降低已知电泳式显示器的控制基板的开口率，亦即控制基板端组件(包含控制基板10、驱动电路层30a及控制电极层pel)的总体开口率。

11、此外已知技术的缺点还包含，其是将带电荷粒子用推离的方式往观看面移动，当粒子被推离得越远，则控制电极上电荷的推动力就越弱；愈多与控制电极带相异极性电荷的粒子被吸引靠近控制电极表面时，又会使电泳层的电场减少，导致远离的粒子所受的推动力更弱。在这双重因素影响下，往观看面移动的带电荷粒子速度会越来越慢，造成需要更高的能量以及更多的时间才能将带电荷粒子移动到预期的观看面位置，这就是已知技术的显示器更新速度很慢的主要原因。

12、再则往观看面移动的带电荷粒子会受不同控制电极之间的电压大小与极性的不同产生横向移动的现象，我们可以称为粒子移动的扩散现象，在黑白显示时会造成边界区域对比下降影像模糊与边线残影的问题。这个问题在彩色显示时尤其严重，会造成严重的影像残影问题、颜色的饱和度降低与颜色失真，这就是使用已知技术的电泳式显示器，在彩色显示时不能如lcd般显示真实的色彩以及在翻页时会有影像残影(与黑白的边线残影不同)的问题。多次的不均匀扩散让带电荷粒子横向移动的距离越来越远，会造成原来平均分布的不同颜色带电荷粒子密度，产生不均匀现象造成画面显示劣化，当画面显示劣化到某个程度，显示器寿命就终了。

13、当带电荷粒子往观看面移动时会吸引在共同电极上电荷与之靠近互相吸引，在共同电极上产生电荷移动，遍布整个共同电极的电荷移动会彼此互相干扰，这些干扰的电荷移动又会把原先在观看面的相同电荷的粒子推离，造成错误的显示，当共同电极上与每个控制电极相对应的位置上的电荷密度不断的变动也会造成带电荷粒子不该有的横向移动问题(粒子扩散问题)，让彩色显示的残影问题更加严重也会影响使用寿命，此外驱动电路在切换栅极线电压会以最极端的电压差距变化，所产生的脉冲突波也会让连接接地gnd的共同电极层产生突发式电荷移动而影响显示。

14、共同电极层是显示器上最大面积的导体，很容易受其他静电的影响让画面改变状态。以上种种的缺点都让彩色电泳显示器的进展缓慢，因此需要由观看面这个错误的源头做彻底的改变。

技术实现思路

1、本发明公开一种具有内嵌式触控的电泳式显示器，包含：

2、一控制基板，具有一第一表面及一第二表面，该第一表面为该具有内嵌式触控的电泳式显示器的观看操作面；

3、一驱动电路层，位于该控制基板的该第二表面侧，包含多个薄膜晶体管，多条栅极线与多条数据线，至少一条该栅极线电连接到该多个薄膜晶体管的栅极，至少一条该数据线电连接到该多个薄膜晶体管的漏极或源极；该驱动电路层还包含多个储存电容与多个共同电压线，该些共同电压线分别对应这些储存电容设立，且大致与该些栅极线平行；

4、一控制电极层，位于该驱动电路层远离该控制基板的一侧，其包含多个透明的控制电极，至少一该透明的控制电极电连接到一该薄膜晶体管的该源极或该漏极；

5、一电泳层包括电泳材料，该电泳材料包括复数个带电荷颜色粒子，该多个带电荷颜色粒子配置于一胶体溶液中且能在电场影响下移动通过该胶体溶液，该多个带电荷颜色粒子包含带正电荷的颜色粒子或/与带负电荷的颜色粒子；

6、一显示触控整合驱动器，分别电连接到这些数据线与这些共同电压线。

7、现有技术的电泳式显示器的观看面在共同电极的同侧，因为其观看面与控制基板之间存在有共同电极，共同电极的导电特性会成为电容感应的屏蔽，所以现有技术的电泳式显示器是无法设计作内嵌式触控操作。本发明的具内嵌式触控电泳式显示器不但可以省下外挂式触摸板的成本以及在贴合触摸板的良率损失，还可以减少触控电泳式显示器的厚度与重量。本发明的具内嵌式触控电泳式显示器不仅解决了现有电泳式显示器的无法设计内嵌式触控的技术难题，更大幅降低制造成本，深具产业的实用性。