CN102365578A - 平面内电光显示器 - Google Patents

Abstract

在一个实施例中，一种显示元件包括：第一电极；在第一电极之上的其中具有凹陷区域的电介质层；布置在电介质层上的第二电极；显示元件内的带有色料粒子的流体，其中，施加到第一电极和第二电极的电压信号控制色料粒子的移动，使得第一电压信号通过把色料粒子压缩到凹陷区域中而提供第一光学状态，以及第二电压信号通过在流体中扩散色料粒子而提供第二光学状态。

Description

平面内电光显示器

相关申请的交叉引用

本申请与2009年3月26日提交的、标题为“ELECTRO-OPTICAL DISPLAY”、顺序号为12/411,828的美国专利申请相关，并且对该美国专利申请要求优先权，该美国专利申请被合并在此以作参考。

背景技术

电泳是带电物体响应于电场在流体中的平移。电泳墨水可用作实现双稳态、低功率类型的显示器的介质。已经利用夹在顶部和底部基板上的平行电极之间的带有相反电荷的两种不同颜色的粒子（例如带正电的白色粒子和带负电的黑色粒子）的透明（clear）流体开发出了电泳显示器。当观看侧的电极带负电时，带正电的白色粒子就平移到观看表面，并且显示器表现为白色。当观看侧的电极带正电时，带负电的黑色粒子就平移到观看表面，并且显示器表现为黑色。可以通过“平面内”电泳显示器来实现透明状态，其中电极被布置成施加与基板基本上平行的电场，以便把色料粒子与基板平行地平移穿过透明流体。这允许在显示器的观看区域之外收集色料粒子以产生透明状态。虽然电泳实现电子切换，但是使用电泳墨水的常规应用却受制于有限的移动性和流体力学不稳定性。在合并有平面外电极的电光显示器的全部两侧使用透明导体层，可能会由于透明导体层中的吸收而降低光学对比度。另外还有与涂覆了透明导体的基板相关联的成本增加。

附图说明

图1是示出电光显示器的流体中的色料粒子对流的一个实施例的图。

图2A示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的截面图。

图2B示出电光显示元件的暗（dark）光学状态的一个实施例的截面图。

图2C示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的截面图。

图3A示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的顶视图。

图3B示出电光显示元件的暗光学状态的一个实施例的顶视图。

图3C示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的顶视图。

图4示出包括用于对电光显示器进行寻址的选择线和数据线的电光显示器的一个实施例的顶视图。

图5示出第一电极、结构化电介质层和第二电极的另一个实施例的顶视图。

图6A示出基板、第一电极、结构化电介质层和第二电极的另一个实施例的顶视图。

图6B示出基板、第一电极、结构化电介质层和第二电极的另一个实施例的截面图。

图7A示出基板、第一电极、结构化电介质层和第二电极的另一个实施例的顶视图。

图7B示出基板、第一电极、结构化电介质层和第二电极的另一个实施例的截面图。

图8A示出电光显示元件的暗光学状态的一个实施例的截面图。

图8B示出电光显示元件的过渡光学状态的一个实施例的截面图。

图8C示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的截面图。

图9A示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的顶视图。

图9B示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的截面图。

图10A示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的顶视图。

图10B示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的截面图。

图11A示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的顶视图。

图11B示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的截面图。

图12A示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的顶视图。

图12B示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的截面图。

图13A示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的顶视图。

图13B示出基板、第一电极、第二电极和结构化电介质层的另一个实施例的截面图。

图14A示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的截面图。

图14B示出电光显示元件的第一灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图14C示出电光显示元件的第二灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图14D示出电光显示元件的第三灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图15A示出电光显示元件的透明光学状态的一个实施例的截面图。

图15B示出电光显示元件的第一灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图15C示出电光显示元件的第二灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图15D示出电光显示元件的第三灰度光学状态的一个实施例的截面图。

图16A示出用于设定电光显示元件的光学状态的信号的一个实施例。

图16B示出用于设定电光显示元件的光学状态的信号的另一个实施例。

具体实施方式

在下面的详细描述中参照形成其一部分的附图，其中通过图示的方式示出可以实践本公开内容的具体实施例。在这方面，比如“顶部”、“底部”、“正面”、“背面”、“前导”、“拖尾”等等之类的方向术语是参照所描述的（一个或多个）附图的取向来使用的。由于本公开内容的实施例的组件可以被定位在许多不同的取向中，因此所述方向术语被用于图示的目的而绝非进行限制。应当理解，在不背离本公开内容的范围的情况下，可以利用其他实施例，并且可以做出结构或逻辑上的改变。因此，下面的详细描述不应当在限制的意义来理解，并且本公开内容的范围由所附权利要求书来限定。

在这里所使用的术语“灰度”适用于黑白图像和单色图像。灰度是指包括通过控制显示器的给定区域内的单色密度而产生的不同深浅的单色的图像。

在这里所使用的术语“在…之上”不限于任何特定取向，并且可以包括在…上方、在…下方、与…邻接、与…邻近和/或在…上。另外，术语“在…之上”可以包含第一组件与第二组件之间的中间组件，其中第一组件“在”第二组件“之上”。

在这里所使用的术语“电光显示器”是利用电泳、电对流、电化学相互作用和/或其他动电现象当中的一种或多种而形成可见图像的信息显示器。术语“电光显示器”可以与术语“动电显示器”互换使用。

各实施例提供了平面内电光显示器，其中各个电极被限定在基板的同一侧，并且通过电介质层分开。所述电极通过带电色料粒子的电化学相互作用而引发电对流。在一个实施例中，电光显示器包括连续的或覆盖的第一电极层，其中在第一电极层上有结构化电介质层。在所述电介质层上形成第二结构化电极层。第一电极和第二电极的露出部分之间的流体连通引发由于带电色料粒子的电泳运动而发起的电对流。这允许把色料粒子压缩在被模制在第一电极上的所述电介质层中的储存器内。

在另一个实施例中，电光显示器包括分段式第一电极以及置于第一电极的各段之间的分段式第二电极。在第一和第二电极上形成结构化电介质层。第一电极和第二电极的露出部分之间的流体连通引发由于带电色料粒子的电泳运动而发起的电对流。这允许把色料粒子压缩在被模制在第一和第二电极上的所述电介质层中的储存器内。

本公开内容的实施例包含具有一定能量梯度的显示元件，所述能量梯度引发根据已定义模式的对流。可以控制所述对流，以便移动受到这样的能量源影响的色料种类（species）。所述能量梯度是通过包括机械力、温度梯度、化学势梯度、浓度梯度或其他合适扰动在内的方法引发的。本公开内容的实施例可以在电光应用中显现，其中用于引发对流的手段包括电极、动电元件、加热元件、微流体元件、微机电元件或化学反应。用于控制对流的手段（例如模制电极和/或用以暴露电极的一部分的模制电介质层）提供能量转移（比如电荷转移），以便控制色料种类的对流，并且从而控制所述种类的速度和方向。

随后描述的显示元件同时使用色料粒子的平面外移动以及平面内移动来提供所期望的光学外观。电对流、电化学相互作用和电泳的动电原理被用于电光显示器，以便在显示元件内的载体流体中移动带电色料粒子。显示元件可以是像素、子像素、超像素、段或其他合适的显示元件。

一般来说，色料粒子可以具有在几纳米与几微米之间的尺寸，并且具有通过吸收和/或散射光谱的特定部分来改变入射光的光谱组成的属性。结果，所述粒子看起来是有色的，这提供所期望的光学效果。在其他实施例中，所述色料可以是染料，其由单吸收分子构成。

图1是示出电光显示元件90的流体中的色料粒子对流的一个实施例的图。显示元件90是段、像素、子像素、超像素（即多于一个像素）或者另一合适显示元件。显示元件90包括色料粒子从其进入显示元件容积100的源103和色料粒子流向的汇（sink）104。在显示元件90的操作期间，源和汇的角色可以倒转。换句话说，源可以变为汇，并且反之亦然。流线101示出色料粒子从源103到汇104的移动，正如通过载体流体的对流移动所描述的那样。

可以通过多种方式生成显示元件90的对流。对流是分子在包括液体和气体在内的流体中的宏观移动。对流是由于流体内部的不平衡的体积力而生成的，其导致流体的不同部分相对于彼此移动，从而产生对流。如果流体的不同部分具有例如由于局部加热而导致的不同密度，则对流可以在重力下发生。如果在流体内部存在由于局部化学反应、局部加热或者其他合适扰动而产生的压力或浓度梯度，则也可能会发生对流。如果在流体内有由于外部电场（AC或DC）或到流体中的电荷注入而导致的离子流，则也可能会发生对流。移动离子于是通过粘滞曳力和体斥效应而产生压力梯度。这样的对流通常被称作电对流。

图2A示出电光显示元件200的透明光学状态的一个实施例的截面图。电光显示元件200包括第一基板202、第一电极204、包括凹陷区域207的电介质层206、第二电极208、色料粒子210、显示容积212以及第二基板214。在该实施例中，第一电极204是形成在基板202上的连续的、覆盖的、或实心板电极。电介质层被形成在第一电极204上，并且被结构化来提供电介质层206。电介质层206被结构化成具有凹陷区域207，其允许带电色料粒子压缩。第二电极208被形成在电介质层206上。在一个实施例中，第二电极208是分段式电极。

电光显示元件200包括第一电极204以作为图1的概念上的“汇”，以及第二电极208以作为图1的概念上的“源”。第一电极204和第二电极208的其中之一或全部二者可以是透明的或不透明的。在一个实施例中，“汇”电极204被形成在基板上，所述基板在一个实施例中涂覆有由透明导电材料制成的连续膜。所述透明导电材料可以包括碳纳米管层、透明导电氧化物（比如ITO，即氧化铟锡）或者透明导电聚合物（比如PEDOT，即聚3,4-乙撑二氧噻吩）。其他实施例可以使用为显示元件200提供合适的导电性和透明性的其他材料。在另一个实施例中，基板202可以涂覆有反射材料或者由反射材料构成。在又一个实施例中，基板202可以是不透明材料。在又一个实施例中，可以在基板202上形成光散射器。

在第一电极204上沉积一层透明电绝缘材料（即电介质材料）。所述电介质层被模制成在第一电极204上的电介质层206中产生凹陷区域207。所述凹陷区域可以通过许多不同工艺来制造。这些工艺包括利用母版或印章来浮雕或印刻、光刻或者蚀刻电介质层。所述凹陷区域可以具有任何合适的尺寸和/或形状。

在另一个实施例中，电极仅仅被限定在电介质层206的凹陷区域内。在这样的实施例中，首先在绝缘基板上沉积并模制电介质层206，随后例如通过无电沉积或者通过另一种合适方法在所述凹陷区域内部形成电极。在另一个实施例中，首先把第一电极层204模制到电极集合中，随后直接在电极上沉积电介质层206并形成凹陷区域207。例如可以通过光刻来实现用于后一操作的对准。

在电介质层206上形成“源”电极208。可以通过浮雕、印刻、模塑或者光刻诸如光阻剂或浮雕树脂之类的材料形成电极208。通过形成第二基板214而完成显示元件200，第二基板214被形成为与第二电极208相距固定距离，以便形成保持载体流体的显示容积212。基板214通过机械止动器网络（未示出）而被保持在所述固定距离，所述机械止动器可以包括柱、壁和/或隔珠。可以通过浮雕、印刻、模塑或者光刻诸如光阻剂或浮雕树脂之类的材料形成所述机械止动器。

电光显示器200的载体流体以及随后描述的实施例可以包括极性流体（例如水）或非极性流体（例如十二烷）。另外，可以使用诸如液晶之类的各向异性流体。所述流体可以包括表面活性剂，比如盐、充电剂、稳定剂和分散剂。在一个实施例中，所述表面活性剂提供作为电解质的流体，其能够通过离子质量输运而维持电流。

在电对流显示器的情况下，载体流体中的色料粒子210由带电材料构成。所述色料粒子材料应当能够无限期地保持稳定的电荷，使得元件的重复操作不影响色料粒子上的电荷。然而根据各种实施例，在其维持其电荷时也可以使用具有保持稳定电荷的有限期能力的色料粒子。

在操作中，对于透明光学状态，可以通过相对于第一电极204向第二电极208施加负偏置或电压信号而以电泳和对流方式将带正电的色料粒子210移动到第二电极208并且保持在该处。这导致如图2A中所示的透明孔径。

在一个实施例中，通过载体流体中的离子质量输运和载体流体与电极之间的电荷转移而引发对流。电荷转移可以在载体流体耦合到电极时发生，所述耦合或者是通过与电极直接接触，或者是通过包括一种或多种材料的中间层与电极分开。在后一种情况下，通过中间层的内部导电性来促进电荷转移，所述内部导电性或者是体积性的或者是经由针孔和其他缺陷。

在另一个实施例中，对流是由于载体流体中的离子质量输运导致的瞬时效应，但是没有载体流体与电极之间的电荷转移。在这种情况下，所述对流持续有限的时间量，并且促进把色料粒子压缩在第二电极208上。此后，通过由于与电极耦合而生成的静电力将色料粒子保持在第二电极208上。

显示元件内的对流还可以通过其他手段引发。举例来说，可以通过动电手段、机械手段（例如机械活塞）、温度梯度（例如加热源和汇、聚焦辐射）、化学势梯度以及其他手段来引发对流。

图2B示出电光显示元件200的暗光学状态的一个实施例的截面图。为了把显示元件从透明光学状态切换到暗光学状态，相对于第二电极208不向第一电极204施加偏置，或者施加简短的反转或脉冲偏置或者电压信号。这引发对流，并且色料粒子不再被电保持到第二电极208。结果，色料粒子210被质量输运到显示容积212，并且随后相对均匀地在显示容积212中扩散。在显示元件200的暗光学状态下，色料粒子210相对均匀地分布在该元件的显示容积212中，以吸收入射光并产生暗光学外观。

图2C示出电光显示元件200的透明光学状态的一个实施例的截面图。为了把显示元件200切换到另一个透明光学状态，相对于第一电极204向第二电极208施加相反极性的偏置或电压信号。这导致通过把色料粒子210压缩在电介质层206的凹陷区域207中而清除显示元件200的主孔径。因此，电光显示器200可以实现两个不同的透明状态和一个暗状态。

可以通过下式来定义电介质层206中的凹陷207的深度：

等式I

其中，

L是以体积计的色料粒子载荷；

L _m 是以体积计的最大封闭包装的色料粒子载荷；

d是主元件显示容积的厚度；以及

P是由1-A₀/A定义的电介质层上的孔径比。

数量A是元件显示容积的面积，而A₀则是凹陷面积。第一电极的所定义凹陷区域的总面积足够小于显示元件的面积，以便提供已收集或透明粒子状态与扩散粒子状态或灰度状态之间的光学对比度。

在一个实施例中，第一电极的所定义凹陷区域的总面积处在显示元件的面积的1%与10%之间，以便最大化透明状态与暗状态或灰度状态之间的光学对比度。然而，本公开内容的实施例不限于任何预定义的孔径比。举例来说，另一个实施例的凹陷区域的总面积可以处在显示元件的面积的10%与20%之间。又一个实施例的凹陷区域的总面积可以处在显示元件的面积的20%与50%之间。其他实施例的凹陷区域的总面积可以大于显示元件的面积的50%，其对应于期望低光学对比度的实施例。

在附加的实施例中，可以通过以下各项的其中之一来控制显示元件200的灰度：孔径比，电活跃的凹陷区域的密度，或者电活跃的凹陷区域的深度。这些方法实现对于以下各项进行几何控制：如何通过凹陷区域的尺寸变化而在显示容积中扩散色料粒子以及在凹陷区域中进行收集，各个凹陷区域之间的间距，以及凹陷区域的深度。在一个实施例中，可以调节孔径比P和凹陷深度，以便最大化透明光学状态与暗或灰度光学状态之间的光学对比度。

本公开内容的实施例随后提到用于凹陷区域的点结构或者用于在至少其中一个电极上选择性地模制电介质的其他方法。出于本公开内容的实施例的目的，点可以具有任何形状和/或尺寸，只要其满足显示元件的光学对比度和其他特性的要求即可。

图3A示出电光显示元件200的透明光学状态的一个实施例的顶视图。在一个实施例中，凹陷区域207暴露出第一电极204的各个点状区域，并且以六边形晶格模式结构化第二电极208。第二电极208的晶格模式的每个六边形包围第一电极204的一个点状区域，并且通过电介质层206与第一电极204分开。在如前所述并且参照图2A示出的透明光学状态下，色料粒子210被压缩到第二电极208上，正如图3A中所示出的那样。

图3B示出电光显示元件200的暗光学状态的一个实施例的顶视图。在如前所述并且参照图2B示出的暗光学状态下，色料粒子210被质量输运到显示容积并且随后相对均匀地扩散在显示容积中，正如图3B中所示出的那样。

图3C示出电光显示元件200的透明光学状态的一个实施例的顶视图。在如前所述并且参照图2C示出的透明光学状态下，色料粒子210在凹陷区域中被压缩到第一电极204上，正如图3C中所示出的那样。

电光显示元件200还可以被配置成通过多种不同寻址方案来驱动，比如无源矩阵寻址、有源矩阵寻址或者直接驱动寻址。

图4示出电光显示器220的一个实施例的顶视图，其包括用于对电光显示器进行寻址的选择线208a-208d以及数据线204a-204d。图4中所示的电光显示器220是使用无源寻址来形成可见图像的显示器的实例。在无源寻址期间，利用通过选择线208a-208d与数据线204a-204d之间的电势差决定的光学状态来写入显示元件220的所选各行。

在一个实施例中，电光显示器220类似于如前所述并且参照图2A-3C示出的电光显示器200，其不同之处在于，在电光显示器220中，第一电极204和第二电极208被结构化成提供数据线204a-204d和选择线208a-208d。

电介质材料层206处于数据线204a-204d与选择线208a-208d之间。在一个实施例中，数据线204a-204d与选择线208a-208d垂直。每条数据线204a-204d与每条选择线208a-208d的交点定义电光显示器220的一个区段（section）。可以单独向数据线204a-204d和选择线208a-208d中的每条施加偏置或电压信号，以便单独控制电光显示器220的每个区段。

在另一个实施例中，电光显示器200可以使用有源寻址来形成可见图像。可以对显示元件200进行有源寻址，这是通过把第一或第二电极的其中之一与控制光学状态的晶体管或其他开关器件相连并且同时把另一个电极连接到参考偏置状态而实现的。

显示器的另一个实例可以包括被直接寻址的显示器。在直接寻址中，每个显示元件200是由其自身的数据线单独驱动的一个段。分段式显示元件可以具有任意形状，并且可以不被组织成重复阵列。

图5示出第一电极204、结构化电介质层206和第二电极208的另一个实施例的顶视图。在该实施例中，在结构化电介质层206中形成三个点状凹陷区域，以便暴露出第二电极208的晶格模式的每个六边形内的第一电极204。在其他实施例中，在第二电极208的晶格模式的每个六边形内的结构化电介质层206中形成另一个合适数目的点状凹陷区域。在其他实施例中，第二电极208的晶格模式是基于除了六边形之外的另一种合适形状，并且利用另一种合适形状替代点状凹陷区域。

下面的图6A-7B示出电光显示元件的电介质层206和第二电极208的结构的其他实施例。虽然示出并描述了这些实施例，但是还可以使用第一电极204、电介质层206和第二电极208的其他合适结构。

图6A示出基板202、第一电极204、结构化电介质层206和第二电极208的另一个实施例的顶视图，以及图6B示出其截面图。在该实施例中，电介质层206被结构化成包括暴露出第一电极204的各条线的沟槽凹陷区域207。另外，第二电极也被结构化形成分段式第二电极208的各条线。分段式第二电极208的各条线与第一电极204的露出的各条线平行。

图7A示出基板202、第一电极204、结构化电介质层206和第二电极208的另一个实施例的顶视图，以及图7B示出其截面图。在该实施例中，电介质层206被结构化成包括暴露出第一电极204的各个点的点凹陷区域207。另外，第二电极被结构化形成正方形晶格模制的电极，其中所述晶格模式的每个正方形围绕一个点凹陷区域207。

图8A示出电光显示元件300的暗光学状态的一个实施例的截面图。电光显示元件300包括第一基板302、第一电极304、第二电极306、包括凹陷区域305和307的电介质层308、色料粒子310、显示容积312和第二基板314。

在该实施例中，第一电极304是形成在基板302上的分段式电极，以及第二电极306是形成在基板302上的分段式电极。第一电极的各段被置于第二电极306的各段之间。在另一个实施例中，第一电极304和/或第二电极306的每个段可以被划分成多个段，使得第一电极304和/或第二电极306的两个或更多段彼此相邻。在基板302、第一电极304和第二电极306上形成电介质层，并且将其结构化成提供电介质层308。电介质层308被结构化成具有允许带电色料粒子310压缩在第一电极304上的凹陷区域305，以及允许带电色料粒子310压缩在第二电极306上的凹陷区域307。

在操作中，为了把显示元件切换到暗光学状态，相对于第二电极306不向第一电极304施加偏置或者施加简短的脉冲偏置或电压信号。这引发对流，并且色料粒子不被电保持到第一电极304或第二电极306。结果，色料粒子310被质量输运到显示容积312，并且随后相对均匀地扩散在显示容积312中。在显示元件300的暗光学状态下，色料粒子310相对均匀地分布在元件的显示容积312中，以便吸收入射光并产生暗光学外观。

图8B示出电光显示元件300的过渡光学状态的一个实施例的截面图。为了对于带正电的色料粒子310把显示元件300切换到透明光学状态，相对于第一电极304向第二电极306施加负偏置或电压信号。这发起对显示元件300的主孔径的清除，正如图8B中所示出的那样。在一个实施例中，可以通过利用脉冲信号来保持该过渡光学状态，以便为电光显示元件300提供灰度光学状态。

图8C示出电光显示元件300的透明光学状态的一个实施例的截面图。为了把显示元件300切换到透明光学状态，相对于第一电极304在第二电极306处保持所述负偏置或电压信号。这导致通过把色料粒子310压缩在电介质层308的凹陷区域307中而清除显示元件300的主孔径。在透明光学状态下，通过第二电极306上的所述负偏置或电压信号，带正电的色料粒子310以电泳和对流方式被移动到第二电极306并且保持在该处。

在另一个实施例中，对于带负电的色料粒子310，通过把色料粒子310压缩在电介质层308的凹陷区域305中来清除显示元件300的主孔径。在透明光学状态下，通过第一电极304上的正偏置或电压信号，带负电的色料粒子以电泳和对流方式被移动到第一电极304并且保持在该处。

下面的图9A-13B示出电光显示元件的第一电极304、第二电极306和电介质层308的结构的其他实施例。虽然示出并描述了这些实施例，但是也可以使用第一电极304、第二电极306和电介质层308的其他合适结构。

图9A示出基板302、第一电极304、第二电极306和结构化电介质层308的另一个实施例的顶视图，以及图9B示出其截面图。第一电极304包括置于第二电极306的各条分段式导电材料线之间的各条分段式导电材料线。在该实施例中，电介质层308被结构化成包括暴露出分段式第一电极304的各条线的沟槽凹陷区域305和暴露出分段式第二电极306的各个点的点凹陷区域307。

图10A示出基板302、第一电极304、第二电极306和结构化电介质层308的另一个实施例的顶视图，以及图10B示出其截面图。第一电极304包括置于第二电极306的各条分段式导电材料线之间的各条分段式导电材料线。第一电极304的每条分段式线的宽度基本上等于第二电极306的每条分段式线的宽度。在该实施例中，电介质层308被结构化成包括暴露出分段式第一电极304的各个点的点凹陷区域305和暴露出分段式第二电极306的各个点的点凹陷区域307。点凹陷区域305可以偏离点凹陷区域307。

图11A示出基板302、第一电极304、第二电极306和结构化电介质层308的另一个实施例的顶视图，以及图11B示出其截面图。第一电极304包括置于第二电极306的各条分段式导电材料线之间的各条分段式导电材料线。在该实施例中，电介质层308被结构化成包括暴露出分段式第一电极304的各个I形区域的I形凹陷区域305，以及暴露出分段式第二电极306的各个点的点凹陷区域307。点凹陷区域307基本上在I形凹陷区域305之间居中。在另一个实施例中，点凹陷区域可以由多于一个点形成。

图12A示出基板302、第一电极304、第二电极306和结构化电介质层308的另一个实施例的顶视图，以及图12B示出其截面图。第一电极304包括置于第二电极306的各条分段式导电材料线之间的各条分段式导电材料线。第一电极304的每条分段式线的宽度小于第二电极306的每条分段式线的宽度。在该实施例中，电介质层308被结构化成包括暴露出分段式第一电极304的各条线的沟槽凹陷区域305，以及暴露出分段式第二电极306的各个点的点凹陷区域307。在该实施例中，在第二电极306的每条线段上有间隔开的三个点凹陷区域307。

图13A示出基板302、第一电极304、第二电极306和结构化电介质层308的另一个实施例的顶视图，以及图13B示出其截面图。第一电极304包括置于第二电极306的各条分段式导电材料线之间的各条分段式导电材料线。第一电极304的每条分段式线的宽度小于第二电极306的每条分段式线的宽度。

在该实施例中，电介质层308被结构化成包括暴露出分段式第一电极304的各个点的点凹陷区域305a和暴露出分段式第一电极304的各条线的沟槽凹陷区域305b。点凹陷区域305a被置于沟槽凹陷区域305b之间。电介质层308还被结构化成包括暴露出分段式第二电极306的各个点的点凹陷区域307a和暴露出分段式第二电极306的各个X形区域的X形凹陷区域307b。点凹陷区域307a被置于X形凹陷区域307b之间。点凹陷区域307a基本上在沟槽凹陷区域305b之间居中，并且点凹陷区域305a基本上在X形凹陷区域307b之间居中。

虽然在上面示出并描述了电介质层上的凹陷区域的各种形状，但是电介质层上的凹陷区域的形状可以包括电极上的零维、一维或二维形状的任何合适组合。所述形状优化带电色料粒子在电极之间的移动，以便提供色料粒子的最优压缩和扩散。因此，本公开内容不限于在这里描述的具体实施例。

图14A示出电光显示元件400的透明光学状态的一个实施例的截面图。电光显示元件400包括第一基板402、第一电极404、第二电极406、包括凹陷区域405和407的电介质层408、带电色料粒子410a和410b、显示容积412、第三电极416和第二基板414。

双色料墨水中的带电色料粒子410a和410b相反地带电，并且分别提供一种不同的颜色，比如青色和品红色。双色料墨水中的色料可以是减色原色或加色原色色料的任何组合，比如青色、品红色、黄色、黑色、红色、绿色、蓝色和白色。在该实施例中，第一电极404是形成在基板402上的分段式电极，以及第二电极406是形成在基板402上的分段式电极，这类似于先前所描述并且参照图8A-8C示出的电光显示元件300。在基板402、第一电极404和第二电极406上形成电介质层，并且将其结构化成提供电介质层408。电介质层408被结构化成具有允许带电色料粒子410a压缩在第一电极404上的凹陷区域405，以及允许带电色料粒子410b压缩在第二电极406上的凹陷区域407。

第三电极416被形成在第二基板416上，并且通过显示容积412与第一电极404和第二电极408分开。第三电极416包括透明导电材料，比如碳纳米管层、透明导电氧化物（比如ITO，即氧化铟锡）或者透明导电聚合物（比如PEDOT，即聚3,4-乙撑二氧噻吩）。第三电极416被与第一电极404和第二电极406相组合地使用来利用双色料墨水实现灰度光学状态。在另一个实施例中，第三电极416是分段式电极。

为了把显示元件400切换到透明光学状态，向第一电极404施加正偏置或电压信号，向第二电极406施加负偏置或电压信号，并且向第三电极416施加参考偏置或接地信号。这导致对于显示元件400的主孔径的清除，这是通过把带负电的色料粒子410a压缩在电介质层408的凹陷区域405中并且把带正电的色料粒子410b压缩在电介质层408的凹陷区域407中而实现的。在透明光学状态下，带负电的色料粒子410a通过第一电极404上的正偏置或电压信号而以电泳和对流方式被移动到第一电极404并且保持在该处，以及带正电的色料粒子410b通过第二电极406上的负偏置或电压信号而以电泳和对流方式被移动到第二电极406并且保持在该处。

对于双色料墨水，一旦每种色料被压缩到其相应的第一和第二电极，就可以利用适当的偏置将其中一种或全部两种色料保持在电极上。在利用电介质层中的凹陷点保持一种极性的色料粒子的同时，可以对另一个电极进行调制，以产生对应于另一种极性的色料粒子的灰度光学状态。第一电极和第三电极之间的脉冲宽度和/或幅度调制控制一种极性的色料粒子，而第二电极与第三电极之间的脉冲宽度和/或幅度调制则控制另一种极性的色料粒子。

图14B示出电光显示元件400的第一灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零电压或微小负电压与正电压之间脉动第一电极404来调制第一电极404与第三电极416之间的电压，以便利用色料粒子410a产生灰度光学状态。第二电极406上的负偏置或电压信号把带正电的色料粒子410b保持压缩在电介质层408的凹陷区域407中。

图14C示出电光显示元件400的第二灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零电压或微小正电压与负电压之间脉动第二电极404来调制第二电极406与第三电极416之间的电压，以便利用色料粒子410b产生灰度光学状态。第一电极404上的正偏置或电压信号把带负电的色料粒子410a保持压缩在电介质层408的凹陷区域405中。

图14D示出电光显示元件400的第三灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零伏与正电压之间脉动第一电极404来调制第一电极404与第三电极416之间的电压，以便利用色料粒子410a产生灰度光学状态。另外，通过在零伏与负电压之间脉动第二电极406来调制第二电极406与第三电极416之间的电压，以便利用色料粒子410b产生灰度光学状态。可以混合色料粒子410a与410b，以便产生不同于色料粒子410a的颜色和色料粒子410b的颜色的第三种颜色。

图15A示出电光显示元件500的透明光学状态的一个实施例的截面图。电光显示元件500包括第一基板502、第一电极504、包括凹陷区域507的电介质层506、第二电极508、带电色料粒子510a和510b、显示容积512、第三电极516和第二基板514。

双色料墨水中的带电色料粒子510a和510b相反地带电，并且分别提供一种不同的颜色，比如青色和品红色。在该实施例中，第一电极504是形成在基板502上的连续的、覆盖的、或实心板电极，以及第二电极是形成在电介质层506上的分段式或晶格模制电极，这类似于先前所描述并且参照图2A-2C图示的电光显示元件200。在第一电极504上形成电介质层，并且将其结构化成提供电介质层506。电介质层506被结构化成具有允许带电色料粒子510b压缩在第一电极504上的凹陷区域507。带电色料粒子510a被允许压缩在第二电极508上。

第三电极516被形成在第二基板516上，并且通过显示容积512与第一电极504和第二电极508分开。第三电极516包括透明导电材料，比如碳纳米管层、透明导电氧化物（比如ITO，即氧化铟锡）或者透明导电聚合物（比如PEDOT，即聚3,4-乙撑二氧噻吩）。第三电极516被与第一电极504和第二电极506相组合地使用来利用双色料墨水实现灰度光学状态。在另一个实施例中，第三电极516是分段式电极。

为了把显示元件500切换到透明光学状态，向第一电极504施加负偏置或电压信号，向第二电极506施加正偏置或电压信号，并且向第三电极516施加参考偏置或接地信号。这导致对于显示元件500的主孔径的清除，这是通过把带负电的色料粒子510a压缩在第二电极508上并且把带正电的色料粒子510b压缩在电介质层506的凹陷区域507中而实现的。在透明光学状态下，带负电的色料粒子510a通过第二电极508上的正偏置或电压信号而以电泳和对流方式被移动到第二电极508并且保持在该处，以及带正电的色料粒子510b通过第一电极504上的负偏置或电压信号而以电泳和对流方式被移动到第一电极504并且保持在该处。

图15B示出电光显示元件500的第一灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零电压或微小负电压与正电压之间脉动第二电极508来调制第二电极508与第三电极516之间的电压，以便利用色料粒子510a产生灰度光学状态。第一电极504上的负偏置或电压信号把带正电的色料粒子510b保持压缩在电介质层506的凹陷区域507中。

图15C示出电光显示元件500的第二灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零电压或微小正电压与负电压之间脉动第一电极504来调制第一电极504与第三电极516之间的电压，以便利用色料粒子510b产生灰度光学状态。第二电极508上的正偏置或电压信号把带负电的色料粒子510a保持压缩在第二电极508上。

图15D示出电光显示元件500的第三灰度光学状态的一个实施例的截面图。在该实施例中，通过在零伏与正电压之间脉动第二电极508来调制第二电极508与第三电极516之间的电压，以便利用色料粒子510a产生灰度光学状态。另外，通过在零伏与负电压之间脉动第一电极504来调制第一电极504与第三电极516之间的电压，以便利用色料粒子510b产生灰度光学状态。可以混合色料粒子510a与510b，以便产生不同于色料粒子510a的颜色和色料粒子510b的颜色的第三种颜色。

虽然图14和图15示出包括第三电极以在双色料墨水中独立地控制每种色料的实施例，但是单色料墨水也可以通过相对于处在参考偏置状况下的第三电极而施加到第一或第二电极的电压来按照类似方式操作。

图16A示出用于设定电光显示元件的光学状态的信号的一个实施例。信号600和602可以被用来设定电光显示元件的光学状态，比如先前所描述并且参照图2A-2C示出的显示元件200，先前所描述并且参照图8A-8C示出的显示元件300，先前所描述并且参照图14A-14D示出的显示元件400，先前所描述并且参照图15A-15D示出的显示元件500，或者另一种合适的显示元件。

在该实施例中，使用幅度调制来设定电光显示元件的光学状态。信号600所包括的脉冲信号具有第一幅度（V1）和第一脉冲宽度（P1）。信号602所包括的脉冲信号具有第二幅度（V2）和第一脉冲宽度（P1）。第二幅度（V2）小于第一幅度（V1），使得当被施加在电光显示元件内的两个电极之间时，信号600引发比信号602更亮的灰度状态。通过调节施加在电光显示元件内的两个电极之间的脉冲信号的幅度并且同时保持恒定脉冲宽度，可以获得任何合适数目的灰度级。

图16B示出用于设定电光显示元件的光学状态的信号的另一个实施例。信号604和606可以被用来设定电光显示元件的光学状态，比如先前所描述并且参照图2A-2C示出的显示元件200，先前所描述并且参照图8A-8C示出的显示元件300，先前所描述并且参照图14A-14D示出的显示元件400，先前所描述并且参照图15A-15D示出的显示元件500，或者另一种合适的显示元件。

在该实施例中，使用脉冲宽度调制来设定电光显示元件的光学状态。信号604所包括的脉冲信号具有第一幅度（V1）和第一脉冲宽度（P1）。信号606所包括的脉冲信号具有第一幅度（V1）和第二脉冲宽度（P2）。第二脉冲宽度（P2）小于第一脉冲宽度（P1），使得当被施加在电光显示元件内的两个电极之间时，信号604引发比信号606更亮的灰度状态。通过调节施加在电光显示元件内的两个电极之间的脉冲信号的脉冲宽度并且同时保持恒定幅度，可以获得任何合适数目的灰度级。在其他实施例中，幅度调制与脉冲宽度调制的组合被用来设定电光显示元件的光学状态。

各个实施例提供了包括平面内电极以及处于电极之间的电介质层的电光显示元件。所述实施例允许使用各种电场配置来优化带电色料粒子的移动，比如边缘场和平面内切换场。施加在两个电极之间的电势可以被用来除色料粒子的压缩之外还控制灰度。与常规的电光显示元件相比，由各个实施例中的电泳力发起的电对流可以加速色料粒子的平面内移动。另外，两电极结构可以提供三个状态（即两个透明状态和一个暗或扩散状态）。此外，由于全部两个电极都被限定在同一平面或基板上，因此显示元件的顶层可以是塑料薄片，这可以简化组装过程。还可以消除对顶部透明导体的需要，这减少了由于透明导体而导致的吸收并且改进了光学对比度。

虽然在这里已经示出并描述了具体实施例，但是本领域技术人员将认识到，在不背离本公开内容的范围的情况下，对于所示出并描述的具体实施例可以用多种替换和/或等效实施来代替。本申请意图涵盖在这里所讨论的具体实施例的任何适配或变型。因此，本公开内容意图仅由权利要求书及其等效表述限定。

Claims (15)

1. 一种显示元件，包括：

第一电极；

在第一电极之上的其中具有凹陷区域的电介质层；

布置在电介质层上的第二电极；以及

显示元件内的带有色料粒子的流体，

其中，施加到第一电极和第二电极的电压信号控制色料粒子的移动，使得第一电压信号通过把色料粒子压缩到凹陷区域中而提供第一光学状态，以及第二电压信号通过在流体中扩散色料粒子而提供第二光学状态。

2. 权利要求1所述的显示元件，其中，第三电压信号通过把色料粒子压缩到第二电极上而提供第三光学状态。

3. 权利要求1所述的显示元件，其中，第一电极包括连续电极，并且

其中，第二电极包括分段式或晶格模制电极。

4. 权利要求1所述的显示元件，还包括：

与第一和第二电极相对的第三电极，

其中，流体处于第三电极与第一和第二电极之间。

5. 权利要求4所述的显示元件，其中，色料粒子包括两种不同颜色的色料粒子，所述不同颜色的色料粒子具有相反的极性。

6. 一种显示元件，包括：

基板；

布置在基板的第一部分上的第一电极；

布置在基板的第二部分上的第二电极；

其中具有凹陷区域的电介质层，所述电介质层被布置在基板的剩余部分以及第一和第二电极上，所述凹陷区域在第一和第二电极之上；以及

显示元件内的带有色料粒子的流体，

其中，施加到第一电极和第二电极的电压信号控制色料粒子的移动，使得第一电压信号通过把色料粒子压缩到在第一电极之上的凹陷区域中而提供第一光学状态，以及第二电压信号通过在流体中扩散色料粒子而提供第二光学状态。

7. 权利要求6所述的显示元件，其中，第三电压信号通过把色料粒子压缩到在第二电极之上的凹陷区域中而提供第三光学状态。

8. 权利要求6所述的显示元件，其中，第一电极包括分段式电极，并且

其中，第二电极包括分段式电极。

9. 权利要求6所述的显示元件，还包括：

与基板相对的第三电极，

其中，流体处于第三电极与第一和第二电极之间。

10. 权利要求9所述的显示元件，其中，色料粒子包括两种不同颜色的色料粒子，所述不同颜色的色料粒子具有相反的极性。

11. 一种用于操作电光显示器的方法，所述方法包括：

提供包括与电介质层接触的第一电极和第二电极的电光显示元件，所述电介质层把第一电极与第二电极分开，并且所述显示元件包括带有色料粒子的流体；

向第一电极施加第一电压信号，以便把色料粒子压缩在第一电极上，从而提供第一光学状态；

向第二电极施加第二电压信号，以便把色料粒子压缩在第二电极上，从而提供第二光学状态；以及

向第一电极和第二电极的至少其中之一施加第三电压信号，以便在流体中扩散色料粒子，从而提供第三光学状态。

12. 权利要求11所述的方法，其中，提供电光显示元件包括提供通过流体与第一电极和第二电极分开的第三电极，所述方法还包括：

向第三电极施加参考或接地信号。

13. 权利要求11所述的方法，其中，施加第三电压信号包括：向第一电极施加经过脉冲宽度调制的信号，以便提供具有基于脉冲宽度的灰度级的灰度光学状态。

14. 权利要求11所述的方法，其中，施加第三电压信号包括：向第一电极施加经过幅度调制的信号，以便提供具有基于幅度的灰度级的灰度光学状态。

15. 权利要求11所述的方法，其中，提供电光显示元件包括提供分段式第一电极和分段式第二电极，

其中，施加第一电压信号包括向第一电极的所选段施加第一电压信号，

其中，施加第二电压信号包括向第二电极的所选段施加第二电压信号，并且

其中，施加第三电压信号包括向第一电极和第二电极的至少其中之一的所选段施加第三电压信号。

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