專利名稱：電泳式彩色顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電泳式多色顯示裝置，其至少包括帶有電泳介質(zhì)的像素以及兩個轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置，借助于該轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置該像素形成不同的光學(xué)狀態(tài)。其中在該用于中涉及的轉(zhuǎn)換電極如果需要的話劃分成多個子電極，該多個子電極從外部或通過轉(zhuǎn)換元件被供給同一個電壓。
電泳顯示裝置基于通常帶電荷的有色顆粒在電場的作用下在兩個具有不同透光率或光反射率的極端狀態(tài)之間的運動。黑暗(有色)的字符可在明亮(有色)的背景上顯示出來，反之亦然。
因此電泳顯示裝置尤其使用在顯示裝置中，以代替紙的作用，其稱為“白紙式顯示裝置”應(yīng)用(例如電子報紙、電子日記簿)。
在已知的帶有在兩個轉(zhuǎn)換電極之間的電泳介質(zhì)的電泳顯示裝置中，向轉(zhuǎn)換電極提供驅(qū)動電壓。在這種情況下，像素只處于兩種極端的光學(xué)狀態(tài)。轉(zhuǎn)換電極中的一個電極例如作為在顯示元件的上側(cè)上的兩個互連的窄導(dǎo)電條而實現(xiàn)。相對于底電極在該轉(zhuǎn)換電極上施加正電壓，底電極覆蓋顯示元件的整個底表面，(在該示例中帶負電荷的)顆粒向電位平面移動，該電位平面由兩個互連的窄導(dǎo)電條限定。帶有(負)電荷的顆粒隨后橫過顯示元件(像素)的前端面分布，該顯示元件呈現(xiàn)帶電顆粒的顏色。相對于底電極在該轉(zhuǎn)換電極上施加負電壓，帶(負)電荷的顆粒橫過底端面移動，使得顯示元件(像素)呈現(xiàn)液體的顏色。
實際上，存在對于顯示中間光學(xué)狀態(tài)(稱為灰度值)的不斷增長的需要。引入灰度值的已知方法通常不是令人滿意的。例如電泳顯示裝置太慢，以至于通常時間加權(quán)的驅(qū)動時間段(時間與灰度級相比的比率)不能引入灰度值。像素劃分成不同的表面(面積與灰度級相比的比率)通常需要在不同子像素之間的阻擋層，以便防止相互色度亮度干擾。
此外，在多色顯示裝置中所需用于驅(qū)動的電極的數(shù)量顯著地增加。
本發(fā)明的一目的在于消除該缺陷。在本發(fā)明的電泳顯示裝置中，通過使像素設(shè)置至少一個用于借助于電壓實現(xiàn)中間光學(xué)狀態(tài)的另外的電極和驅(qū)動裝置來實現(xiàn)灰度值(中間光學(xué)狀態(tài))。
本發(fā)明基于以下認識在上述示例中，借助于在另外的一個或多個電極上的電壓以這樣一種方式影響在顯示元件內(nèi)的電場，即，電場線在相對于底電極在轉(zhuǎn)換電極上的正電壓處被擾亂，并且?guī)ж撾姾傻念w粒僅部分地向兩個電極之間的該表面移動。較大或較小的顆粒根據(jù)轉(zhuǎn)換電極和該另外的電極上的電壓向兩個電極之間的該表面移動，并且可獲得不同的中間光學(xué)狀態(tài)(灰度值)。該彩色顯示裝置設(shè)置有例如濾色器，但是像素還可包括多個分離的電泳子像素。在該情況下，有利的是，使子像素作為微囊體形成，微囊體如第20屆IDRC會議的會報第84-87頁(2000年)的“用于電子紙顯示裝置的微囊體封裝的電泳材料”中所描述。該微囊體可通過產(chǎn)生阻擋層而獲得，該阻擋層例如聚合物壁(例如，“軸向?qū)ΨQ取向的微單元(Axially Symmetric Aligned Microcell)”，見SID文摘1089頁)。
本發(fā)明還基于以下認識對于每一復(fù)合顏色當(dāng)使用具有不同移動性的電泳顆粒并在另外的電極上施加適當(dāng)?shù)拿}沖波形時，可獲得不同的中間光學(xué)狀態(tài)。通常，使用較小數(shù)量的電極是足夠的。為了獲得基于設(shè)定的改變在兩個電極之間的表面上的滿意的分布，優(yōu)選的是，例如通過使該像素在選擇前進入一限定狀態(tài)(例如借助于復(fù)位脈沖)，橫過另一電極預(yù)先均勻地分布帶電荷的顆粒，如果必要可與一小的交替場分量組合。
在第一實施例中，電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在兩個基板之間，每一基板設(shè)置有轉(zhuǎn)換電極，而至少一個基板設(shè)置有另外的一個或多個電極。帶電荷的顆?？沙尸F(xiàn)在基板之間的液體中，但是可替代的是，電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在微囊體中。在第一提及情況中，像素可通過阻擋層相互分離。
在另一實施例中，電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在兩個基板之間，其中一個基板包括轉(zhuǎn)換電極和另外的一個或多個電極，應(yīng)當(dāng)注意的是，其由側(cè)向作用得到。
在優(yōu)選實施例中，該轉(zhuǎn)換電極是梳狀的和交叉指狀的，并且(絕緣的)另外的一個或多個電極的部分位于兩個轉(zhuǎn)換電極的齒部之間。電泳介質(zhì)或者呈現(xiàn)在棱鏡構(gòu)件中，該棱鏡構(gòu)件如第20屆IDRC會議的會報第311-314頁(2000年)的“基于棱鏡微結(jié)構(gòu)中的全內(nèi)反射的新式反射式顯示裝置”中所描述。
本發(fā)明的這些和其它方面十分明顯并參照以下的實施例進行描述。
在附圖中


圖1示意性地示出了彩色顯示裝置；圖2示出了本發(fā)明的電泳彩色顯示裝置，其中實現(xiàn)了不同的灰度值(中間光學(xué)狀態(tài))；圖3示出了本發(fā)明的電泳彩色顯示裝置，其中實現(xiàn)了不同的灰度值(中間光學(xué)狀態(tài))；圖4示出了圖3的變型；圖5示出了本發(fā)明的另一電泳彩色顯示裝置，其中實現(xiàn)了不同的灰度值(中間光學(xué)狀態(tài))；圖6示出了在已知的彩色顯示裝置中如何實現(xiàn)不同的顏色；圖7示出了圖6所示的本發(fā)明的彩色顯示裝置中如何實現(xiàn)不同的灰度值；圖8是本發(fā)明的另一電泳彩色顯示裝置的平面圖；圖9是圖8中IX-IX線截取的截面圖；和圖10示出了本發(fā)明又一電泳彩色顯示裝置；和圖11示出了圖10所示的本發(fā)明的彩色顯示裝置中如何實現(xiàn)不同的灰度值。
這些圖是示例性的并且不按比例示出。相應(yīng)的部件用相同的附圖標記表示。
圖1示出了適用于本發(fā)明的彩色顯示裝置1的一部分的電氣等效形式，其包括在行或選擇電極7以及列或數(shù)據(jù)電極6的交叉區(qū)域上的像素3的矩陣。借助于行驅(qū)動器4，行電極1至m連續(xù)地被選擇，而借助于數(shù)據(jù)寄存器5，向列電極1至n提供數(shù)據(jù)。在該示例中，在列1、4、7、...、n-2中的像素構(gòu)成紅色像素，在列2、5、8、...、n-1中的像素構(gòu)成藍色像素，而在列3、6、9、...、n中的像素構(gòu)成綠色像素。為此，如必要的話，輸入數(shù)據(jù)2在處理器10中被處理。在行驅(qū)動器4和數(shù)據(jù)寄存器5之間的相互同步借助于驅(qū)動線8產(chǎn)生。
來自行驅(qū)動器4和數(shù)據(jù)寄存器5的驅(qū)動信號選擇像素10(稱為無源驅(qū)動)。在已知的裝置中，相對于行電極7，列電極6接收一電壓，以使在交叉區(qū)域上的該電極處于兩個極端狀態(tài)中的至少一個狀態(tài)(例如，取決于液體和電泳顆粒的顏色處于黑色或有色狀態(tài))。
如果需要，來自行驅(qū)動器4的驅(qū)動信號可借助于薄膜晶體管(TFT)9來選擇圖像電極，薄膜晶體管將其柵電極連接到行電極7上，并將其源電極21連接到列電極6上(稱為有源驅(qū)動)。在列電極6處信號通過TFT傳送到像素10的圖像電極，該像素聯(lián)接到漏電極。像素10的其它圖像電極借助于例如一個(或多個)共用反電極與地電位連接。在圖1的示例中，這種TFT9僅對于一個像素10示例性地示出。
在本發(fā)明的第一彩色顯示裝置中，每一個像素設(shè)置有另一電極以及用于向該另一電極供應(yīng)電壓的驅(qū)動裝置。這在圖2中示出，圖2是這種設(shè)置有第三電極6’的像素的截面圖。驅(qū)動裝置包括例如數(shù)據(jù)寄存器5(和驅(qū)動器的一部分)以及額外的列電極6’(和在有源驅(qū)動情況下的額外TFT)。
像素10(圖2)包括例如玻璃或合成材料的第一基板11和第二透明基板12，第一基板設(shè)置有轉(zhuǎn)換電極7，而第二透明基板設(shè)置有轉(zhuǎn)換電極6。像素填充有電泳介質(zhì)，例如白色液體，其中在該示例中顆粒14作為有色的帶正電荷的顆粒14存在。此外，像素設(shè)置有第三電極6’(如果必要的話，還設(shè)置有上文所述的在圖2中未示出的驅(qū)動裝置)，以用于借助于在第三電極上的電壓實現(xiàn)中間光學(xué)狀態(tài)。在這方面應(yīng)當(dāng)注意的是，第三電極6’也影響兩個極端狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換特性。
在圖2A中，例如，轉(zhuǎn)換電極7接地，而兩個電極6、6’連接到電壓+V上。(在該示例中帶正電荷的)顆粒14向處于最低電位的電極移動，在該情況下向電極7移動。從觀察方向15觀看，像素此刻具有液體13的顏色(在該情況下是白色)。在圖2B中，轉(zhuǎn)換電極7接地，而兩個電極6、6’連接到電壓-V上。帶正電荷的顆粒14向處于最低電位移動，在該情況下向電位平面移動，該平面由平行于并沿基板12延伸的電極6、6’來限定。從觀察方向15觀看，像素此刻具有顆粒14的顏色。
在圖2C中轉(zhuǎn)換電極7也接地。電極6再連接到電壓-V上。然而，此刻第三電極6’以與電極7類似的方式接地。帶正電荷的顆粒14向最低電位移動，在該情況下向圍繞電極6的區(qū)域移動。如圖2D所示，如果第三電極6’連接到電壓+V上，更強化了這種情況。從觀察方向15觀看，像素此刻部分地具有顆粒14的顏色和部分地具有白色液體的顏色。這導(dǎo)致了中間的反射水平(灰度值)(在圖2C的情況中為黑暗的并且在圖2D的情況中為明亮的)。
因為顆粒在基板上不總是保持定位，這是由于例如其在液體中的運動，有利的是，基板設(shè)置有粘接層。
當(dāng)選擇黑色顆粒用于該顆粒14時，通過形成例如如圖2所示的(子)像素并且通過整體設(shè)置如圖3所示的濾色器來獲得彩色顯示裝置。列1、4、7、...、n-2隨后被紅色濾色器部分16R覆蓋(見圖3)，列2、5、8、...、n-1被藍色濾色器部分16B覆蓋，而列3、6、9、...、n被綠色濾色器部分16G覆蓋。另外，在圖3中的附圖標記與圖2中附圖標記表示相同的部件。
如圖4所示，對于顆粒14當(dāng)在每一列中使用所需顏色的顆粒時，即當(dāng)紅色顆粒14R用于紅色(子)像素、藍色顆粒14B用于藍色(子)像素、而綠色顆粒14G用于綠色(子)像素時，可省略濾色器。
限制液體運動的可能性是使用如第20屆IDRC會議的會報第84-87頁(2000年)的“用于電子紙顯示裝置的微囊體封裝的電泳材料”中所述的微囊體。電泳介質(zhì)，即帶有正電荷14的液體13此刻呈現(xiàn)在透明基板18中的微囊體17中(見圖5)。
在該圖中，轉(zhuǎn)換電極7又接地(0V)，而在該示例中，電極6、6’分別連接到電壓-V和接地電位(0V)上。帶正電荷的(黑色)顆粒14向最低電位移動，在該情況下沿朝向電極6的方向移動，并且最終呈現(xiàn)為在微囊體17的上部分的較大部分中。從觀察方向15觀看，像素此刻具有中間狀態(tài)的顏色(對于黑色顆粒為暗灰色)。
如圖3、4所示類似，通過在所有微囊體中施加黑色顆粒和白色液體并且通過在該顯示裝置上設(shè)置濾色器來獲得彩色顯示裝置，(該濾色器借助于圖5中虛線16來表示)。
然而，優(yōu)選的是，如圖5所示，通過使適當(dāng)?shù)囊后w分別與紅色顆粒14R、藍色顆粒14B、綠色顆粒14G混合，以使每一微囊體17與一種顏色接合。此外，圖3中的附圖標記與其它圖中的附圖標記相同。
圖6示出了如US6017584所述的彩色顯示裝置。像素填充有電泳介質(zhì)，例如包括顆粒14的白色液體13，在該示例中，顆粒為有色的帶正電荷的顆粒，其包括紅色顆粒14R、藍色顆粒14B、綠色顆粒14G。該顆粒不僅具有不同的顏色，還具有不同的移動性。例如，紅色顆粒在電場中比綠色顆粒移動得快，而綠色顆粒又比藍色顆粒移動得快。
在圖6A的狀態(tài)中，所有顆粒處于電極7附近(該電極具有0電位，而電極6具有電位+V)。這樣像素具有白色外觀。在圖6B中，電極6接收一具有幅度為-V的負脈沖(方波電壓)20，其延續(xù)足夠長的時間以導(dǎo)致所有紅色顆粒14R向電極6移動。因此，像素此刻具有紅色外觀。綠色顆粒14G在電極6和7之間的例如一半距離處(優(yōu)選為稍大于一半的距離處)被覆蓋。當(dāng)使用具有雙倍持續(xù)時間的負脈沖(方波電壓)20時，這些顆粒將到達電極6。隨后通過施加一個短的正脈沖(方波電壓)21(圖6C)，紅色顆粒14R再沿朝向電極7的方向移動，并只有綠色顆粒14G出現(xiàn)在電極6的區(qū)域附近。該像素此刻具有綠色外觀。通過給出(子)方波電壓20、21甚至更長的持續(xù)時間，可實現(xiàn)的是只有藍色顆粒14B出現(xiàn)在電極6的區(qū)域附近(圖6D)并且該像素具有藍色外觀。
在圖7的顯示裝置中，示出了三個這樣的像素，每一個像素設(shè)置又第三電極6’，其分別傳送0V、-V、+V的電壓，與圖2所示類似。通過向電極6提供參照圖6的類似的脈沖波形，由于不同的移動性顆粒14以不同的方式向電極6移動，以使對于每一種顏色可具有不同的透光值。由此可實現(xiàn)僅一種顏色的顆粒同時是可見的，這導(dǎo)致更明亮的顏色(更大的色飽和度)。
還可向電極6提供脈沖波形。由此在可見表面上可獲得不同顏色的顆粒的混合。因此，如US6017584中一樣，不總是必需的是，對于顆粒14強加的要求，即，在其(移動性)特性涉及范圍內(nèi)，其不應(yīng)當(dāng)彼此重疊。取決于該(移動性)特性(的重疊程度)，所需的色調(diào)變化可通過改變脈沖波形20、21來獲得。
圖8的彩色顯示裝置包括在同一個基板上的幾個電極6、6’。在該示例中，轉(zhuǎn)換電極6、6’與提供脈沖波形的四個電壓源(構(gòu)形A、B、C)或五個電壓源(構(gòu)形D)相連。如圖9所示，參照構(gòu)形B的示例，通過適當(dāng)?shù)乜刂撇煌碾妷?，具有不同透光值的顏色在上表面的的不同部分上產(chǎn)生。圖9中的附圖標記與其它圖的附圖標記具有相同的含義。圖9所示的實施例的優(yōu)點在于其包括兩個電極6、6’，每個三元色區(qū)更少的電極。
電泳介質(zhì)可以以棱鏡構(gòu)件的形式來呈現(xiàn)，如第20屆IDRC會議的會報第311-314頁(2000年)的“基于棱鏡微結(jié)構(gòu)中的全內(nèi)反射的新式反射式顯示裝置”中所描述。這在圖10、11中示出。已知裝置(圖10)包括(在該示例中)(例如玻璃的)中空三角形的重復(fù)構(gòu)件形式的棱鏡構(gòu)件，其包括含有帶正電荷顆粒的液體13。
取決于穿過電極6、7之間的電壓，帶正電荷的顆粒在金屬的(底)電極7上出現(xiàn)或在ITO(銦錫氧化物)的(頂)電極6上出現(xiàn)。在第一實施例的情況中，入射光束在玻璃-液體的界面上被全部反射并(沿箭頭a)被反射。在第二種情況中，入射光束在玻璃-液體的界面上被吸收(箭頭b)。
通過再次引入第三電極6’，與圖2和4中的示例類似，各種電場構(gòu)形與不同中間狀態(tài)的反射值(灰度值)可被引入。當(dāng)在白色液體13中使用黑色的帶正電荷的顆粒14時，圖11A、11B、11C、11D、11E的構(gòu)形對應(yīng)于白色、黑色、暗灰、亮灰以及中間色彩。
借助于濾色器或以于以上示例所述的類似方式，可再次獲得顏色。
當(dāng)然本發(fā)明不限于上述的示例。例如，對于上述紅、綠、藍色的子像素的上述示例，然而可獲得使用黃色、青色、深紅色的特殊效果，同時可加入(例如黑色的)第四元件。本發(fā)明還可應(yīng)用于兩色(單色，例如黑色和白色)的顯示裝置。
顏色圖案不必設(shè)置成條狀；應(yīng)當(dāng)注意的是，鋸齒圖案也可作為替代來使用。圖10的棱鏡構(gòu)件的形狀也可按幾種方式來改變，例如屋頂形、圓形或圓柱形。
如果必要，基板12可設(shè)置額外的(透明)電極，例如用于上述復(fù)位功能或與之相反用于限制顆粒沿朝向基板12的方向運動。一個或多個的該可能性的組合在實施中可作為替代方式應(yīng)用。
本發(fā)明的保護范圍不限于所述的實施例。
本發(fā)明基于每個新穎的特征要素和每個特征要素的組合。在權(quán)力要求中的附圖標記不限制其保護范圍。在權(quán)力要求中使用動詞“組成”及其結(jié)合不排除存在所述的部件之外的部件。在部件之前使用冠詞“一”和“一個”不排除存在多個這種部件。
權(quán)利要求
1.一種電泳式多色顯示裝置，其至少包括帶有電泳介質(zhì)的像素以及兩個轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置，借助于該轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置該像素形成不同的光學(xué)狀態(tài)，該像素設(shè)置有至少一個通過電壓實現(xiàn)中間光學(xué)狀態(tài)的另外的電極和驅(qū)動裝置。
2.如權(quán)力要求1所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該彩色顯示裝置包括用于使該像素在選擇前進入一限定狀態(tài)的裝置。
3.如權(quán)力要求1所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該像素包括至少兩個用于借助于電壓實現(xiàn)中間光學(xué)狀態(tài)的另外的電極和驅(qū)動裝置。
4.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在兩個基板之間，每一個基板設(shè)置有轉(zhuǎn)換電極，并且基板中的至少一個設(shè)置有所述另外的一個或多個電極。
5.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在微囊體中。
6.如權(quán)力要求5所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，每一像素一個微囊體，或每一子像素一個微囊體。
7.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在兩個基板之間，其中的一個基板包括轉(zhuǎn)換電極和所述另外的一個或多個電極。
8.如權(quán)力要求7所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該轉(zhuǎn)換電極是梳狀的和交叉指狀的，并且所述另外的一個或多個電極位于兩個轉(zhuǎn)換電極的齒部之間。
9.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，該電泳介質(zhì)呈現(xiàn)在棱鏡構(gòu)件中。
10.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，存在至少三種顆粒，其中不同種類的顆粒的移動性部分地處于重疊的范圍內(nèi)。
11.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，存在至少三種顆粒，其中不同種類的顆粒的移動性處于大致不重疊的范圍內(nèi)。
12.如權(quán)力要求11所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，用于顯示不同顏色的驅(qū)動裝置向所述另外的電極提供不同的脈沖波形。
13.如權(quán)力要求1或3所述的電泳式彩色顯示裝置，其特征在于，其設(shè)置有濾色器。
14.一種電泳式顯示裝置，其至少包括帶有電泳介質(zhì)的像素以及兩個轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置，借助于該轉(zhuǎn)換電極和驅(qū)動裝置該像素形成不同的光學(xué)狀態(tài)，該像素設(shè)置有至少一個通過電壓實現(xiàn)中間光學(xué)狀態(tài)的另外的電極和驅(qū)動裝置。
全文摘要
一種多色的電泳顯示裝置，除了用于雙穩(wěn)態(tài)工作的常規(guī)電極(6、7)之外通過引入另一電極(6’)來實現(xiàn)灰度值。示出了幾個實施方式，這些實施方式基于例如電泳介質(zhì)(13、14)的棱鏡構(gòu)件或在介質(zhì)內(nèi)的顆粒(14)的不同移動性。
文檔編號G09F9/37GK1462377SQ02801399
公開日2003年12月17日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月25日
發(fā)明者M·T·約翰遜, D·K·G·德貝爾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司