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研究生:趙梓翔
研究生(外文):Tzu-Hsiang Chao
論文名稱:畫素設計在電濕潤光閥的雙穩態模式操作之研究
論文名稱(外文):Investigation pixel layout influence in bistable operation of the electrowetting light valve
指導教授:薛英家
口試委員:葉永輝何獻南
口試日期:2013-07-23
學位類別:碩士
校院名稱:國立中興大學
系所名稱:精密工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:102
語文別:中文
論文頁數:71
中文關鍵詞:電濕潤電濕潤顯示器電濕潤光閥功率消耗畫素雙穩態
外文關鍵詞:electrowettingelectrowetting display (EWD)electrowetting light value (ELV)power consumptionbistable
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此篇研究著重於探討可雙穩態模式操作的電濕潤光閥畫素設計,並觀察其雙穩態的操作效果,在製作光閥過程中,多加入一道遮光的光罩製程,並驗證所設計之畫素是否如預期地對破開的油墨達到遮蔽的效果;在驅動部分,以不同頻率與電壓來測試,藉由降低頻率來達到省電的目的,但也因為低頻率的關係,油墨破開時會有抖動的現象,因此使用不同形狀的光罩來遮蔽抖動的狀況。最後經由量測,可於頻率5Hz與電壓18V成功驅動且觀察不到抖動的情形,經由能源消耗公式計算,畫素於頻率5Hz與電壓18V和60Hz與15V下驅動,約消耗15.67 μw/ inch2與131 μW/ inch2,由上述計算可知雙穩態模式操作減低至影像顯示約10%功率消耗。
This thesis focuses on both pixel design and bistable mode operation for electrowetting light valve (ELV). During the fabricating process of ELV, one photomask processing is added and verified that pixels can be operated at both on and off states normally. For pixel driving, the voltage biased operation at different frequency is implemented to stabilize and reduce power consumption. However, there is jitter phenomenon during pixel operation at low frequency. Furthermore, the mask geometry is used control both jitter and power consumption. Finally, the ELV pixels are optimized to operate at 18V and 5Hz without jitter by inspection. According to power consumption calculation, the 18 V biased pixels at 5 and 60Hz take power consumption at 15.67 mW/ inch2 and 131 mW/ inch2, respectively. The bistable power consumption can be lowered dramatically to ten percent of power consumption in video operation.
摘要 i
Abstract ii
目次 iii
圖表目次 vi
第一章 緒論 1
1. 研究動機 3
2. 論文架構 5
第二章 基本理論 6
1. 表面張力(Surface tension) 6
2. 接觸角(Contact angle) 7
3. 濕潤性(Wetting) 9
4. 電濕潤(Electro-wetting) 9
5. 電濕潤效應的應用 10
5.1 實驗室晶片(Lab-on-a-chip, LOC) 11
5.2 光纖通訊開關 12
5.3 液態透鏡(Liquid Lens) 13
第三章 文獻探討與回顧 15
1. 前言 15
2. Bell Lab 的電濕潤顯示器 15
3. Philips反射式電濕潤顯示器 16
4. 穿透式電濕潤顯示器 18
5. 半反射半穿透式電濕潤顯示器 20
6. 光耦合電濕潤顯示器 21
7. 雙穩態電濕潤顯示器 23
8. 類穩態(Quasi-stability)電濕潤顯示器 25
第四章 實驗器材與實驗設計 26
1. 前言 26
2. 實驗器材 26
2.1. 黃光製程 26
2.2. 氧化鐵奈米粒製程 26
2.3. 油墨注入與封裝製程 26
2.4. 光學量測 26
3. 實驗器材簡介 26
3.1. 黃光製程機台 26
3.2. 氧化鐵奈米粒製程 29
3.3. 油墨注入與封裝製程 30
3.4. 光學量測 31
第五章 電濕潤光閥製程與量測 37
1. 前言 37
2. 電濕潤光閥元件製作 37
2.1. 光罩設計與製作 37
2.2. 基板洗淨與處理 39
2.3. 第一道黃光製程 40
2.4. 鐵氟龍塗佈 43
2.5. 鐵氟龍氧電漿處裡 46
2.6. 第二道黃光製程 47
2.7. 油墨注入 48
2.8. 上下基板封裝 50
2.9. 試片量測 52
第六章 結果與討論 53
1. 電濕潤光閥下基板畫素厚度量測 53
2. 電濕潤光閥下基板畫素SEM量測 57
3. BM穿透率量測 59
4. BM接觸角量測 60
5. 電濕潤光閥試片量測 61
6. 功率消耗計算 66
第七章 結論與未來展望 69
1. 結論 69
2. 未來展望 69
[1] K. L. Kroeker,“Electronic Paper's Next Chapter,”communications of the acm, vol. 52, no. 11, pp. 15-17, Nov. 2009.
[2] “E-Paper Technologies Reference Guide,”web: http://www.epapercentral.com/epaper-technologies-guide.
[3] 胥智文(2011年3月25日),“膽固醇液晶顯示技術現況與未來趨勢,”網址: http://www.display-all.com/news/news_detail.php?language_page=taiwan&button=news&adtype=news_ptech&cate=tech&serial=20248&check_o=47430

[4] J. Heikenfeld and K. Zhou,“Electrofluidic Displays,”Handbook of Visual Display Technology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012.
[5] J. Rawert and K. Blankenbach,“Bistable electrowetting displays,”SPIE, pp. 1-2, 2010.
[6] C. Neinhuis and W. Barthlott,“Purity of the sacred lotus or escape from contamination in biological surfaces,”Planta, vol. 202, pp. 1-8, Nov. 1996
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[8] J. L. Jackel, S. Hack, J. J. Veselka, and G. Beni,“Electrowetting switch for multimode optical fibers,”Appilied Optics ,vol. 22, No. 11, pp. 1765-1770,June. 1983.
[9] S. Hackwood and G. Beni,“Electro-wetting displays,”Applied Physics Letters,vol 38, no 4, pp. 207-209, Feb. 1980.
[10] B. J. Feenstra and R. A. Hayes,“Video-speed electronic paper based on electrowetting,”Letters to Nature,vol. 425, pp. 383-385, Sep. 2003.
[11] B. J. Feenstra, R. A. Hayes, I. G. J. Camps, L. M. Hage, M. T. Johnson, T. Roques-Carmes, L. J. M. Schlangen,“A reflective display based on electrowetting: principle and properties,”SID, p. 51, 2003.
[12] T. Roques-Carmes, R. A. Hayes, B. J. Feenstra, and L. J. M. Schlangen,“Liquid behavior inside a reflective display pixel based on electrowetting,” Journal of Applied Physics,vol. 95, pp. 4389-4396, Jan. 2004.
[13] A. Giraldo, J. Aubert, N. Bergeron, F. Li, A. Slack, M. van de. Weijer,“Transmissive Electrowetting-Based Displays for Portable Multi-Media Devices,”SID, pp. 479-483, 2009.
[14] B. J. Feenstra, R. V. Dijk, A. Giraldo, R. A. Hayes,“Transflective electrowetting dispaly device,”United States Patent, Mar. 2011.
[15] J. Feenstra, Video-Speed Electrowetting Display Technology,”Handbook of Visual Display Technology, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, pp. 1732-1744, 2012.
[16] A. J. Steckl, J. Heikenfeld,“Emissive Electrowetting Devices for Hybrid IfO™ Displays,”IEEE ,pp. 250-251, 2004.
[17] A. J. Steckl, J. Heikenfeld,“Intense switchable fluorescence in light wave coupled electrowetting devices,”Applied Physics Letters, vol. 86, Dec. 2004.
[18] A. Giraldo, R. Massard, J. Mans, E. Derckx, J. Aubert and J. Mennen, "Ultra low-power Electrowetting-based Displays," SID, pp. 117-117, 2011.
[19] Xaar 128 datasheet, web: http://www.xaar.com/xaar128.aspx.
[20] web:http://www2.dupont.com/Teflon_Industrial/en_US/products/product_by_name/teflon_af/index.html.
[21] 陳照欣, “電濕潤顯示器擋牆結構之反應時間模擬,” 中興大學, 2010.
[22] B. J. Feenstra, “Electrowetting Technology Aims to Improve on the Performance of LCDs for Mobile Applications,” SID, pp. 2-5, 6 11 2006.
[23] M. A. Baker, A. Shrivastava and K. S. Chatha, “Smart Driver for Power Reduction in Next Generation Bistable Electrophoretic Display Technology,” ISSS, pp. 197-202, 2007.
[24] 游國豐, “奈米粒在電濕潤顯示器的研究,” 中興大學,2011.
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