CN103180781A - 多色彩电光显示器 - Google Patents

Abstract

一种电光显示器，包含至少两个分离的电光材料层，这些层中的一个能够显示至少一个不能被其它的层所显示的光学状态。该显示器由一组电极所驱动，在这一组电极之间夹着两个电光材料层，这两个层至少彼此独立的被控制。本发明的另一个形式是在一个电泳层中使用三种不同类型的颗粒，该三种类型的颜料被布置为实现彼此独立的关闭。

Description

多色彩电光显示器

技术领域

本发明涉及多色彩电光媒质以及包含有这种媒质的显示器。

背景技术

作为应用于材料或者显示器的术语“电光”，其在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一个光学性质不同，通过向所述材料施加电场使该材料从其第一显示状态改变到第二显示状态。光学性能一般指的是可被人眼感知的颜色。

在此使用的术语“灰度状态”，在成像技术领域中其传统意思是指介于像素的两个极端光学状态之间的一种状态，但并不一定意味着处于这两个极端状态之间的黑白过渡。例如，下文中所参考的诸多E Ink公司的专利和公开申请描述了这样的电泳显示器，其中，该极端状态为白色和深蓝色，使得一中间的“灰度状态”实际上为淡蓝色。术语“黑色”和“白色”在此使用的含义是指显示器的两个极端的光学状态，并且应当被理解为通常包括极端光学状态（例如上面提到的白色和深蓝色状态），其并不严格是黑色和白色。术语“单色的”在此使用的含义表示将像素驱动至其两个极端的光学状态，而没有中间灰度状态的驱动方案。

此处使用的术语“双稳的”和“双稳定性”取其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态至少有一种光学性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续至少几倍于(例如至少4倍于)改变该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的时间。公开的美国专利第7,170,670号表明，能够显示灰度色标的一些基于颗粒的电泳显示器不仅可以稳定于其极端的黑色和白色状态，还可以稳定于其中间的灰度状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器确切地可称为是“多稳态的”而非双稳态的，尽管为了方便，在此使用术语“双稳态”以同时覆盖双稳态和多稳态显示器。

已知几种类型的电光显示器，例如：(a)例如美国专利第5,808,783；5,777,782；5,760,761；6,054,071；6,055,091；6,097,531；6,128,124；6,137,467以及6,147,791号中描述的旋转双色元件显示器；

(b)电致变色媒质，例如以纳米变色薄膜形式存在的电致变色媒质，其包括至少部分由半导体金属氧化物构成的电极以及多个附着在电极上的并能够进行可逆色彩变化的染料分子(参见例如O’Regan，B.等人的Nature，1991，353,737；以及Wood，D.的Information Display，18(3)，24(2002年3月)；Bach，U.等人的Adv.Mater.，2002，14(11)，845；以及

(c)由Philips公司开发的电湿润显示器(参见例如Hayes，R.A.等人在Nature，425，383-385(2003)中发表的标题为“基于电润湿性的视频高速电子纸”（“Video-Speed Electronic Paper Based on Electro wetting”）一文)。美国专利第7,420,549号表明这样的电润湿显示器能够实现双稳态的。

基于颗粒的电泳显示器成为许多年来深入研究和发展的课题，在这种显示器中多个带电颗粒在电场的影响下移动穿过流体。和液晶显示器相比，电泳显示器具有良好的亮度、对比度、宽视角、状态的双稳定性、以及低功耗的优点。然而，这些显示器存在的长期图像质量问题已经阻碍了其广泛使用。例如，构成电泳显示器的颗粒趋于沉淀，导致这些显示器的使用寿命不足。

如前所述，电泳媒质需要流体的存在。在绝大多数现有技术的电泳媒质中，这种流体为一种液体，但是可以使用气态流体制造电泳媒质；例如参考Kitamura，T.，et al.，“电子纸显示器的电子墨粉运动”（“Electrical tonermovementfor electronic paper-like display”），IDW Japan，2001，PaperHCSl-1和Yamaguchi，Y.，et al.，“采用摩擦起电带电的绝缘颗粒的碳粉显示器”（“Toner display using insulative particles charged triboelectrically”），IDW Japan，2001，Paper AMD4-4)。还可参考美国专利第7,321,459号和7,236,291号。当在允许沉淀的取向中使用基于气体的电泳媒质时，例如在该媒质于垂直平面放置的招牌中使用时，这种基于气体的电泳媒质和基于液体的电泳媒质一样，遭受颗粒沉淀所带来的问题。实际上，基于气体的电泳媒质中的颗粒沉淀似乎比基于液体的电泳媒质中更为严重，因为和液体悬浮液相比，气态悬浮流体的粘度更低，从而使电泳颗粒沉淀地更快。

转让给或权属于麻省理工学院(MIT)和伊英克(E Ink)公司的大量专利和申请最近描述了在封装的电泳以及其他的电光媒质中使用的各种技术。这种封装的媒质包括大量的小囊体，其中每一个小囊体本身包括内部相以及包围内部相的囊壁，其中所述内部相含有在流体媒质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保存在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。在以下这些专利以及申请中描述了这种技术，包括：

(a)电泳颗粒，流体和流体添加剂；参见例如美国专利第7,002,728号和第7,679,814号；

(b)囊体，粘合剂和封装方法；参见例如美国专利第6,922,276号和第7,411,719号；

(c)包括电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利第6,982,178号和第7,839,564号；

(d)用于显示器中的背板，粘合层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利第7,116,318号和第7,535,624号；

(e)色彩的形成和色彩调节；参见例如美国专利第6,017,584;6,664,944;6,864,875;7,075,502;7,167,155;7,667,684;和7,791,789号；以及美国专利申请公开第2004/0263947;2007/0109219;2007/0223079;2008/0023332;2008/0043318;2008/0048970;2008/0211764;2009/0004442;2009/0225398;2009/0237776;2010/0103502;2010/0156780;和2010/0225995号；

(f)显示器的驱动方法；参见例如美国专利第7,012,600;和7,453,445号；

(g)显示器的应用；参见例如美国专利第7,312,784号和美国专利申请公开第2006/0279527号。

许多上述的专利和申请中认识到在封装的电泳媒质中包围离散的微囊的壁可以替换为连续相，从而形成所谓的“聚合物分散型的电泳显示器”，其中电泳媒质包括多个离散的电泳流体的微滴和连续相的聚合物材料，并且尽管没有与每个单独的微滴关联的离散的囊体膜，但可以把这种聚合物分散型电泳显示器中的离散的电泳流体的颗粒看作囊体或者微囊；参见例如美国专利第6,866,760号。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳媒质被认定为是封装的电泳媒质的子类。

一种相关类型的电泳显示器是所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不是封装在微囊中而是保持在形成于载体媒质(通常是聚合物薄膜)内的多个空腔内。参见诸如美国专利No.6,672,921和6,788,449，其均转让给Sipix Imaging公司。在下文中，术语“微腔电泳显示器”可以用于覆盖封装电泳显示器（包括聚合物分散型）和微单元电泳显示器。

虽然电泳媒质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳媒质中粒子基本上阻挡通过显示器的可见光的透射)并且工作在反射模式下，许多电泳显示器可以制成在所谓的“快门模式”下工作，在该模式下一种显示状态实质上是不透明的而一种显示状态是透光的。参见诸如前述的美国专利第5,872,552;6,130,774;6,144,361;6,172,798;6,271,823;6,225,971;和6,184,856号。介电泳显示器类似于电泳显示器，但是其依赖于电场强度变化，介电泳显示器能够在类似的模式下工作；参见美国专利No.4,418,346。在快门模式下工作的电泳媒质在全色彩显示器的多层结构中可能是有益的；在这样的结构中，邻近显示器观看表面的至少一层在快门模式下工作以暴露或者遮挡距离观看表面更远的第二层。

现今所有的显示器都存在着对于色彩的日益增长的需求。对彩色电视机，彩色电脑显示器和应用于移动电话以及其他便携式电子设备的彩色显示器熟悉的使用者，他们会认为单色显示器缺少一些视觉上的吸引力，甚至在例如电子书阅读器中的应用也是如此，尽管电子书阅读器的显示器以重现印刷的书籍的外观为目标，且大部分印刷的书籍仍然印刷为单色的。

在传统的印刷中，通过提供减色法三原色中的每一种的子图像来形成高品质的全色彩图像，该减色法三原色通常为青色、品红、黄色（“CMY”）（黑色可以在“CMYK”系统中作为第四原色），它们以如下方式重叠（即，在页面的任意一个点可以存在一个以上的色彩）：光线在从底层白纸反射回到观看者之前通过每个子图像过滤。（因而，一个所谓的“四色”CMYK系统实际上是一个五色彩系统；底层纸的白色是色彩构成系统的一部分；可以很容易理解的是，在没有任何墨的位置显现白色。）在这种三种或四种重叠的子图像的布置中，在印刷的纸张上没有区域不必要地吸收光线，并且因此得到了一个最大亮度的图像。

现有技术的电泳和类似的电光显示器通常依赖于使用反射的（光散射）颜料。因为没有足够的光通过这种颜料的层，所以不可能将不同颜色的子图像重叠，并且在彩色显示器中必须采取“颜色区域共享”来渲染多种颜色的调色板。例如，显示器的多个不同的子区域可以设置有能够显示不同颜色（比如红色、绿色、蓝色）的电泳媒质。（请注意，由于没有用不同色彩的子图象覆盖，这种类型的显示器通常使用加色法原色而非减色法原色。）可替换的，可以使用单色媒质并提供一个颜色过滤阵列以使特定的像素可以反射特定的原色。但是，这两种方法都存在以下问题：显示区域中仅有一小部分能够对每一种原色都进行反射，这个问题会对所得图像的亮度产生不利的影响。因此，为了提高彩色反射显示器的亮度，需要提供一种显示器，其能够在显示器的任意像素处显示任何所需的色彩，进而将反射至观看者的光量最大化。

多层、叠层电光显示器的使用在现有技术中是公知的。在这种显示器中，与传统彩色印刷的方式相类似，环境光穿过每个减色法三原色之一的色彩的子图像。美国专利第6,727,873号描述了一个叠层电泳显示器，其中三个可转换单元层被设置在反射背景之上。类似的显示器是公知的，该显示器中颜料横向地移动（参见例如国际申请公开第WO2008/065605号），或者微腔中的颜料以垂直和横向运动的组合方式移动。对于这种显示器的综述，见J.Heikenfeld,P.,et al,Journal of the SID,19(2),2011,129-156页。在这些现有技术的显示器中，每一层的每个像素必须能够独立地被驱动，以便一个像素接一个像素地集中或者分散颜料颗粒。这需要三对相互分离的电极，其中每对电极通常包含一个具有一个薄膜晶体管矩阵的有源矩阵背板和一个与其相对的连续对电极。有源矩阵背板中的两个必须尽可能的透明，每个对电极也必须如此。这种方法存在以下几个严重的缺点：制造如此复杂的电极所带来的高成本，以及基于目前的技术很难提供足够透明的背板，特别是在显示器的白色状态下需要光穿过几个如上述透明电极的层；在实际中，光线在电极中的损失对显示器产生的图像的亮度有严重不利的影响。

成像领域的技术人员知道：为了渲染全色彩图像，必须对每个原色采取独立寻址。附图1对此进行了图解说明，图1所示为一“色彩立方体”，其中顶点对应于白色，三个减色法原色（黄色、品红和青色），三个加色法原色（红色、绿色和蓝色）以及黑色。如箭头所示，任何在色彩立方体内部或者表面上的点能够被三个（正交）坐标所定义，即沿白色－黄色轴的距离，沿白色－品红轴的距离以及沿白色－青色轴的距离。这些距离对应于减色法原色的不同的光密度，范围从0（也就是白色）到大约2（相当于99％的对应于加色法原色光谱范围的光线的吸收）。渲染显示器的全色域所需要的分立寻址的独立状态的数量是黄色状态的数量加上品红色状态的数量再加上青色状态的数量之和。但是，能够渲染的色彩的数量是这三个数量的乘积。因而，例如，一个显示器可以被选择渲染2个黄色状态（因为人类视觉系统对于蓝色光的空间变化比较不敏感，缺少蓝光的状态相当于黄色的减色法原色）和各自2⁴＝16个品红色和青色状态。驱动显示器的波形被要求来渲染总共34种不同的状态，但是其能够寻址2⁹＝512种不同的颜色。

发明内容

在一个方面，本发明提供了一种彩色显示器，其中一对电极被用来独立的寻址一个以上的电泳层或者类似的电光材料层。这种彩色显示器能够使用一对或者一组电极（例如，一组电极可以是一个有源矩阵背板和一个连续的对电极）对一个以上的原色进行独立的，或者至少部分独立的寻址。至少一个电泳层或者类似材料的层的可以在快门模式（如上述定义）下工作。

快门模式的电泳显示器能够用作光调制器，该光调制器包括可变透射（“VT”）窗口。光调制器为电光媒质提供了一个重要的潜在市场。VT媒质已经被证实能够被用作VT窗口，并且在专利文献中被描述；参见，例如，美国专利第7,327,511号；和美国专利申请公开第2006/0038772号；第2007/0146310号;和第2008/0130092号。但是，这样的VT媒质尚存在一些问题。第一，在相同的媒质中很难达到媒质图象稳定性（即稳定的透射）和雾度的可接受的水平。迄今为止，还没有找到折射系数与在电泳媒质中通常使用的流体的折射系数足够接近（或者，足够接近如上文所讨论的包围流体的聚合物相）以将雾度降低至可接受的水平的黑色颜料。

现有技术的VT电泳媒质（以及诸如电致变色媒质的类似的电光媒质）的另一个问题是它们无法改变色调；换句话说，能够被这种媒质所显示的颜色落在其端点颜色（为了本申请的目的，透明状态被认为是一种“颜色”）的连线上，并且该媒质不具彩色域体积。例如，在上述美国专利第7,327,511号、美国专利申请公开第2006/0038772号、第2007/0146310号、和第2008/0130092号中描述的，从VT媒质中可获得从黑色到透明的颜色，而电致变色媒质通常获得的是从蓝紫色到透明。（在VT媒质中提供颜色，无论对实现装有VT窗口的房间内的光线的改变，还是对实现VT作为多层显示器中的一个层的使用，都是有益的，如在下面详细讨论。）没有一种类型的媒质能够在不附加色彩过滤阵列以及不使用多像素驱动方法（通常使用无源或有源矩阵背板）的情况下获得额外的颜色。这样的背板不可避免的减少了通过VT媒质的光学透射，并且比起在单像素VT显示器中使用的简易电极其造价大大增加了。

因此，仍然需要一种VT媒质，其能够提供商业VT显示器所需的高图像稳定性与低雾度的结合。仍然需要一种VT媒质，其能够提供丰富的色域。在一方面，本发明的目的在于提供这两个问题的解决方法。

在一方面，本发明提供了一种电光显示器，其包括至少第一和第二电光材料层，该第一层能够显示至少一个光学状态，该至少一个光学状态不能够被该第二层显示，该显示器进一步包括一个第一电极以及一个第二电极，其中第一电极被布置于该第一层和第二层的一侧上，第二电极设置于该第一层和第二层的与该第一电极相反的一侧上，在该第一层和第二层之间不存在电极。（术语“电极”在此使用的是其在电光显示器领域中的常规含义，指的是一种导电材料，其电位能够通过将其连接至一已知电位的源（包括接地）而被控制。因此，为实现本发明的目的，未被连接于任何已知电位的源的导电材料不属于电极。）

这种显示器可以进一步包括第三电光材料层，该第三层能够显示至少一个不能够被该第一层或第二层显示的光学状态，该第二电极被设置于该第一层、第二层、第三层的与第一电极相反的一侧，在该第二层和第三层之间不存在电极。电光材料的该三层结构可包括一组减色法原色，比如青色、品红色和黄色颜料；显而易见的是，这些色彩可以以任何的顺序被分布于该第一层、第二层和第三层中。（可选的，本发明中的该显示器可以使用三个以上的原色，或者使用常规减色法原色以外的原色。）含有黄色颜料的层可以被设置为相比于含有青色和品红色颜料的层具有较少数量的灰度级。本发明的一种形式中，该电光显示器具有一个观看表面，观看者通过所述观看表面观看显示内容，以及以任意顺序排列的、最接近该观看表面的、并包含有青色、黄色颜料的两个电光层。

至少一个电光材料层可以包括电泳材料，其包括分散于流体中的多个带电粒子，并且在向该层施加一电场时，多个带电粒子能够移动通过该流体。这样的电泳材料可以是未封装的或者可以包括微腔电泳材料。至少一个这样的层（优选为第一层和第二层两者）中的带电粒子可以是在第一光学状态和第二光学状态之间可移动的，其中，在第一光学状态下，颜料颗粒实质上占据每个像素的整个区域；在第二光学状态下，颜料颗粒仅占据每个像素区域的较小部分。

当第一和第二电光层（如果存在的话，以及第三电光层）都是电泳层，通过调节这两个层的多种物理参数可以有助于在这些层中实现对于颜料的独立控制。例如，在该第一层和第二层中的流体的屈服应力可以不同；在该第一层和第二层中的微腔的尺寸可以不同；在该第一层和第二层中的颗粒可以在至少尺寸、形状和导电率之一不同；或者该第一层和第二层中的流体可以在至少粘性和导电率之一不同。

本发明的电光显示器的一种优选的形式具有一个观看表面，其位于或者邻近于该第一电光层的远离第二电光层一侧的表面，且该第二电光层的与观看表面相反的一侧具有第三电光层，该第三电光层包括不同色彩的第一和第二种类的颗粒，该第一和第二种类的颗粒设置于一流体中，并且当向该第三电光层施加一电场时，其能够移动通过该流体，该第一和第二种类的颗粒具有不同的电泳迁移率。该第三电光层中的该第一种类的颗粒可以是白色的。该第一和第二电光层中的颗粒可以是以任意顺序排列的黄色和青色的，并且该第三电光层中的该第二类型的颗粒可以是品红色的。

本发明的电光显示器中的该第一和第二电极中的至少一个可以仅占据一个像素区域中的一较小部分。本发明的一微腔显示器中，微腔壁与包含有多个分散于流体中的带电颜料颗粒的相相比可以具有较高的电导率。电光层其中之一可以具有至少两种稳定的状态，而第二个电光层可以仅具有一个稳定状态。

在另一个方面，本发明提供了一种电光显示器，其包括彼此相邻布置的第一和第二空腔层，在该第一和第二层之间没有电极，每个第一和第二空腔层中彼此邻接的部分实质上为金字塔形形状，该金字塔形部分的尖端指向这两层中的另外的一层，该第一和第二层之一包括彩色颗粒，该彩色颗粒分散于流体中，并且在向该显示器施加一电场时，该颗粒能够移动通过该流体。在这样的显示器中，该第一和第二层可以由可变形的囊体形成。该第一层和第二层之一可以不具有彩色颗粒。

在另一个方面，本发明提供了一种电光显示器，包括至少第一、第二和第三电光材料层，该显示器进一步包括一个第一电极，其布置于该第一、第二和第三层的一侧，还包括一个第二电极，其布置于该第一、第二、第三层的与第一电极相反的一侧，在该第一和第二层之间或者在该第二和第三层之间不存在电极，该第一，第二和第三层具有以下特性：

（a）该第一层1具有一电压和/或脉冲阈值，其状态稳定，并且该第一层的颜色取决于所施加电压的极性；

（b）该第二层具有比该第一层更低的阈值，其状态稳定，并且该第二层的颜色取决于所施加电压的极性；并且

（c）该第三层不具有阈值，其状态不稳定，相比于该第二层切换得更快，并且无论以正脉冲或负脉冲驱动都能达到相同的状态且当不施加电压时弛豫至相反的极端状态。

这种显示器可以被以下方法所驱动，包括：

（a）施加一高电压以将该第一层设置为所需要的色彩；

（b）施加一比步骤（a）低的电压以将该第二层设置为所需要的色彩；以及

（c）允许第三层弛豫至其所需的颜色。

在另一方面，本发明提供一个微腔电光显示器，其包括限定至少一个腔体的壁，该腔体包括一流体以及分散于该流体内的第一、第二和第三种类的颗粒，每一个该第一、第二、第三种类的颗粒具有一个非关闭状态以及一个关闭状态，在该非关闭状态中该颗粒实质上占据该微腔的整个区域，在该关闭状态中该颗粒仅占据该微腔区域的一个较小的部分，该第一、第二和第三颗粒具有不同的色彩，不同的介电电泳和/或电渗性能，以致该第一、二和三种类的颗粒能够彼此独立的在它们的非关闭状态和关闭状态之间被移动。在这样的显示器中，该第一、第二、第三种类的颗粒的色彩为：当所有三种类型的颗粒处于它们的非关闭状态时，该显示器实质上显示出黑色。

本发明的这一个方面是基于一系列彩色有机颜料（即，具有除黑色以外的其他颜色）的发现，这些彩色有机颜料在不需要在电泳媒质中的流体中添加聚合物添加剂的条件下，可提供图像状态的稳定性。虽然确切的图像状态稳定性机制并未完全明了，但是这些颜料似乎在悬浮于流体时自身形成了松散的聚合体。这个松散的聚合体表现出一屈服应力：当该颜料分散体被充分集中时，将形成凝胶。在轻微的搅拌下凝胶将破碎，结果形成低粘度流体。这些颜料的折中的一些的射率接近于优选的内部相流体和包围流体的聚合体相的折射率，致使即使在絮凝状态下也可以得到一低雾度分散体。通过适当的混合不同色彩的颜料，能够创造一个具有黑色光学状态的媒质。

许多这样的有机颜料的混合也能够被用以显示丰富的色域。通过仔细选择所使用的有机颜料，不同颜色的有机颜料能够被选择为具有实质不同的介电电泳迁移率，这样通过操纵施加于电泳媒质的频率和电压，每一种颜料能够单独的处于分散状态或者堆积状态，即不同的有机颜料能够彼此独立的“关闭”。使特定的有机颜料处于其分散状态下，可使得该颜料吸收透射光中的相应颜色；分散得越均匀，吸收的越多。在另一方面，使特定的有机颜料处于堆积状态，可使电泳媒质中颜料所占的面积比最小化，进而将该颜料的吸收最小化。显而易见的是通过控制不同颜色颗粒彼此独立的“关闭”，能够显示丰富的色域。

这样一种多色彩VT媒质能够被直接被用作全色彩显示器；如果需要一反射型显示器，当然也可以将反射器放置于媒质的后面（即，该媒质的与使用者观看的相反一侧）。可选的，这样一个多色彩VT媒质能够被用作常规的“静态”滤色器阵列的替代，并与单色反射媒质结合使用（固有反射媒质或透射媒质均配有一反射器）；这个单色媒质不必须是电泳媒质，而也可以是任何已知类型的电光显示器。这样的双层显示器的优点是允许该多色彩VT媒质仅控制显示器的各个像素或子像素的颜色，而单色媒质则控制每一个象素或者子像素的亮度。该多色彩VT媒质仅需要对色彩进行控制，这减少了对该VT媒质中使用的多种颜料进行独立控制的需求，这是因为VT媒质不再需要提供所有饱和度等级下的所有色彩。

本发明的VT媒质可以是上面讨论过的任何种类的电泳媒质。因此，该VT媒质可以是未封装的、封装的、微单元或者聚合物分散型媒质。

附图说明

图1如前所述示出了一简单的颜色立方。

图2A是一个在平坦表面上形成的单层的干燥微囊层的理想化侧视图。

图2B是在图2A中所示的微囊层的俯视图。

图2C类似于图2A，为在平坦表面上形成的双层微囊层的理想化的侧视图。

图2D是图2C中所示的双层微囊层的俯视图。

图3A是两个囊体的一个示意性侧视图，其中利用集中电极使得颜料关闭。

图3B与图3A相似，是利用侧壁关闭颜料的两个囊体的一个示意性侧视图。

图3C与图3A和3B类似是一个示意性侧视图，其示出类似于图2C和2D所示的两个囊体层中怎样使得几何颜料关闭生效。

图3D和3E分别示出在一个如图2C和2D中所示的双层囊体层中的第二层的非关闭和关闭状态。

图4是应用于本发明显示器单层囊体层的示意性截面图，并示出了通过囊壁充电获得的颜料的分散。

图5A,5B和5C示出了在一理想形式下被关闭的颜料颗粒在一微腔中的三种不同的堆积方法，以及相应的光往返穿过该微腔的透射效率。

图6示出了图5A,5B和5C中三种颜料布置的透射效率随腔体中颜料的体积分数的变化。

图7A,7B和7C来自文献Todd Squires和Martin Bazant,J.Fluid Mech.,(2004)509,217-252，其显示了被包含电荷控制剂的溶剂包围的球状颜料颗粒的截面图，并且示出了在施加不同类型的电场下的作用于颜料颗粒的力。

图8A-8D示出了本发明的两个电光层显示器的多种状态，并且表示了利用共同波形可以使两个层独立地关闭的方式。

图9A和9B是La*b*色彩空间在a*b*平面的投影图，并且示出了本发明的显示器工作时发生的色彩变化，该显示器中的两个层具有相同的切换速度。

图10A和10B分别为与图9A和9B类似的投影图，但是其示出当显示器中的两个层的转换速度不同时显示器的色彩变化。

图11是一个类似于图8A-8D的示意性的侧视图，但是其展示了一种本发明的三层显示器，在该显示器中的一层不包含颜料颗粒。

图12A和12B是类似于图11的示意性侧视图，其表明了本发明另外两种三层显示器。

图12C和12D表明本发明另外的一种三层显示器的两种不同的状态。

图13A和13B示出了下文实施例10中测试的显示器的色彩性能。

图14A和14B示出了下文实施例11中测试的显示器的色彩性能。

图15A和15B示出了下文实施例12中测试的显示器的色彩性能。

图16（与图13B,14B和15B相似）示出了下文实施例13中测试的显示器的色彩性能。

图17图示了下文实施例3中获得的色彩。

具体实施方式

正如已经提到的，一方面，本发明提供一种包括至少第一和第二电泳材料层的电光显示器，第一和第二电泳材料层中的每一个均包括多个分散于流体中的、并且在向该层施加电场时能够移动通过该流体的带电颗粒。该第一电泳材料层能够显示至少一种不能够被该第二层所显示的光学状态。该显示器进一步包括布置于该第一层和第二层中的一侧的第一电极，以及布置于第一层和第二层中与该第一电极相反的一侧的第二电极；在上述第一层和第二层之间不存在电极。典型地，该电泳显示器将进一步包括含有多个带电颗粒的第三电泳材料层，所述带电颗粒分散于流体中并且在向该层施加一电场时能够移动通过该流体。该第三层能够显示至少一种不能被第一层和第二层所显示的光学状态。该第二电极布置在该第一层、第二层和第三层中与第一电极相反的一侧上，并且在第二层和第三层之间不存在电极，该一对（或一组）电极被用于至少部分彼此独立地控制所有三个层。

通过考虑如附图12A所示的三层显示器，或许最容易理解与本发明有关的基本概念。接近观看表面（观看者通过此表面观看显示内容）的电光层具有两种不同的光学状态：色彩呈现于一个像素整个区域的“分散的”或者“非关闭”状态，以及“集中的”或者“关闭的”光学状态，在该状态下在一个像素的大部分面积不呈现色彩，且（就算真的有也）仅在该像素的一小部分面积中呈现色彩。上述第二电光层（以观看者的角度看它位于第一电光层之后）通过与该第一层类似的方式工作，但是其使用的颜色与第一层不同。

这样一个三层显示器中的第三层电光材料（远离观看者的一层）可以使用第三种颜色，用与该第一和第二电光层相同的方式工作；通常以能构成一组减色法原色来选择第一种、第二种和第三种颜色。如果第三层在这种方式下工作，将在显示器后面设置反射器从而将已经通过上述三个电光层的光通过那些层反射回到观看者处。然而，更普遍的是，该第三电光层被选择为能够显示两种色彩中（即第三减色法原色或白色）的任意一个；例如，该第三电光层可以是许多如上述的E Ink的专利以及专利申请中描述的一种常规的双颗粒电泳层。

该显示器中的三个电光层设置于一组电极之间，并且利用一个适当的显示控制器使该三个电光层能够至少部分彼此独立的被驱动。在本发明的显示器的一个优选形式中，如将在下面详细描述的，该第一和第二电光层是快门模式的电泳层，并且第三电光层是一个双颗粒电泳层，该第三层能够以直流电驱动方式被驱动，而第一层和第二层以不同的关闭驱动方式被驱动。

以下为方便起见，将选择性吸收光的材料称为“颜料”，该术语应当被解释为包括能够选择性吸收光的染料、光子晶体等。本发明的实施例旨在利用减色法三原色颜料提供全色彩图像，光通常会在反射回观看者之前通过至少两种颜料被选择性的过滤。如将在下面更详细的描述的，该第三种颜料可以是透明的或反射的。因此，本发明中使用的至少两种颜料有必要是光透射的并且实质上不是反向散射的。因此，例如品红颜料用于吸收绿色光，但其一定使蓝光和红光通过其至底层。在不需要吸收绿色的区域中，在光路中不允许设置该颜料。实现从光路中去除颜料的一个方法是通过将该颜料仅集中于该像素区域的一（较小）部分，以降低其覆盖能力。当需要品红色时，这种颜料被分散在整个像素区域，以使得被吸收的光量最大化。这种在空间上聚集颜料来降低其面积覆盖能力的方法被称为“关闭”颜料。

如下面将详细描述的，许多方法可以用于响应于施加电场的颜料关闭。正如已经提到的，本发明的显示器可以利用由微囊构成的电光层，其可以以卷对卷的方法被涂覆。可选地，该电光层可以使用本领域中公知微单元、微杯或者阱结构。虽然本发明将在下文中主要对使用微囊的电光层进行描述，但是可以认为电光显示器领域的本领域技术人员将能很容易地把所描述的基于微囊的结构修改为其它含有空间隔离的颜料的相的方法。

正如已经指出的，本发明针对电光显示器，其中多种颜料被一组电极控制。由于无论在电极之间存在一个或者多个电光层，一组电极之间存在的电场基本上是相同的，因此可以被理解的是：无论在电极之间的颜料存在于相同或者不同电光层中，各种颜料对于一组电极产生的电场的反应在大多数情况下将是基本相同的。因此，根据是否有多种颜料存在于相同或者不同的电光层中，形成了本发明的各种实施例。虽然，本发明中将主要对关于本发明中每个电光层（除了单层）仅包括一种颜料的实施例进行描述，但是根据使用的具体的驱动方式，可以仅在一个单层包含所有使用的颜料，或者在一个单层包含两种颜料而在另一不同的层中包含第三种颜料被，并且在不同的层中关闭颜料的方法可以是不同的。下面给出的描述本发明的一种显示器，其中在一个囊体层中有三种颜料。

在某些情况下，某些“几何的”关闭颜料的方法依赖于微囊涂覆层的自组装来实现。因此，有必要先对这样的涂覆层进行讨论。如上述讨论过的E INK公司的许多专利和专利申请中（特别是在美国专利第6,067,185号;第6,392,785号;第7,109,968号;和第7,391,555号中）所讨论的，在实际中通过形成乳状液并通常添加电荷控制剂来制备该涂覆层，该乳状液中的不连续相包括多个电泳内部相的小滴，该小滴包括至少一种颜料和一种流体（该流体通常是低极性的、基本上不溶于水的碳氢化合物）。乳状液的连续相包括一聚合物的水溶液，该聚合物通常为凝胶。通过诸如形成凝胶和第二聚合物（通常为阿拉伯树胶）的凝聚层的方式将聚合物材料沉积于小滴的表面上，从而形成一个薄的囊壁，该囊壁可选地与诸如醛类的物质进行交联。以此获得的可变形的微囊为直径大约为20-100μm的球体。当这种微囊在可控的覆盖率下被涂覆于一平坦表面时，它们基本上形成一单层的囊体层。当这个单层被干燥时，该囊体倾向于垂直（即垂直于涂覆表面）收缩并横向扩展以形成扁圆球体。最终，由于囊体的横向扩展，它们的侧壁彼此接触，然后这些囊体变形为多面棱柱体，这些多面棱柱体的形状类似于泡沫体的单元所形成的形状。如图2A所示（理想化形式），理想地，单一的囊体层将会形成一个六方棱柱的“蜂房”结构（一个二维六边形格子），其侧壁在投影图中成120度角。（实际上，微囊的大小有所不同，干燥的单一的微囊层的显微照片通常显示为类似于图2B中所示的蜂房结构，但是每个微囊具有4到8个相邻微囊。基于下面将显示的原因，与图2B中的理想的蜂房结构的偏差对本发明的显示器中颜料关闭的影响并不很大。）此外，如在附图2A中所示，囊体的与其所涂覆的平面基板接触的一面将会与该平面的形状相适应，同时每个囊体暴露的一面将会形成一个弯曲的“圆顶形”。

当第二微囊层被涂覆于第一层的顶部时，表面张力将导致表面能的最小化，从而引起在第一层中囊体的圆顶形的上表面变形为图2C中示意性的示出的泡沫状的几何形状。在这个几何形状中，第一层中的每个囊体的上部具有实质上金字塔形的形状，其中金字塔形的部分实质上是平的并且平面间的边缘实质上是直线，四个平面在顶点相交的四面角为109.5度。对于泡沫体的几何形状的详细描述参见如“泡沫：理论，测量及应用”（"Foams:Theory,Measurements,and Applications"）,R.K.Prud'homme andS.A.Khan,eds.,Marcel Dekker,Inc.,1996的文献。典型地，在单分散性泡沫体中的每个单元的形状是一个具有14个面的半正则的固体（本质上是一个被截断的八面体）。需要注意的是，第二层中的每个囊体的下部也是一个大致金字塔的形状，这样就可以以第二层中每个金字塔形部分最低的顶点填充于第二层中三个金字塔形部分之间的凹部的形式，将第一层和第二层中的金字塔形部分相互配合在一起。如下面所解释的，这样的双层囊体层的金字塔形部分在一种颜料关闭类型中是十分重要的。可以被理解的是，如果一个第三囊体层涂覆于第二层之上，介于第二层和第三层之间的界面将呈现与第一层和第二层界面处相同类型的相互穿插的金字塔形部分。

图3A-3E示出了可以应用于本发明显示器中的多种形式的颜料关闭。图3A示出了一个利用集中电极102形成的显示器的关闭的光学状态。这样的集中电极是一个小型电极，其仅占据了每个像素区域的一小部分，这样当一个适当的电压施加于该集中电极时，颜料被吸引到该集中电极，这样一来颜料仅占据每个像素区域的一小部分，即颜料被关闭了。

集中电极可以是显示器用来寻址的图案化电极，其为例如像银或金之类的导电材料的栅格，其通过印刷、光刻或者是在一连续导体上采用图案化的介电材料掩模的方法被图案化形成于一基板上。集中电极也可以是可单独寻址电极，其与薄膜晶体管阵列相关联。可选的，没有被直接电寻址的离散的、孤立的导电颗粒可以合并入显示器中的一层或者多层。

图3B示出了如图2C和2D所示类型的双层囊体层的第一层中的几何的/囊壁颜料关闭。由于第一囊体层上部的金字塔形状（如图所示），当电压施加于电极104和106时，颜料被吸引至电极104，第一层中的囊体上部的金字塔形状将导致颜料形成颜料堆108，该颜料堆仅占据每个金字塔形部分的最高顶点附近区域，从而仅占据每个像素区域的一小部分，即颜料被关闭。

几何的/囊壁关闭可以通过使用一个以上的囊体层自然地实现，该囊壁的材料相比于囊体的内部相具有更高的电导率。例如，凝胶囊壁通常具有10^-7S/m量级的电导率（虽然这个数值强烈依赖于包括囊壁的聚合物材料的水合程度）。电泳的内部相的电导率通常比这种囊壁的电导率小很多，其为10^-8S/m量级。这样，一层囊体层的囊壁可以作为第二囊体层的集中“电极”。另外，如上面所描述的，几何的快门可以通过囊体所具有的金字塔形状来实现。如美国专利第6,130,774号和第6,172,798号所述的，如果需要的话，几何的快门可以通过将囊体以模板方法涂覆至一V型槽中来实现。几何的快门也可以利用光刻、压花、或者其它本领域公知方法获得。

图3D和3E示出了在图2C和2D所示类型的双层囊体层的第二层中几何关闭的使用。如图3D所示，当施加于电极104和106的电势使颜料颗粒被吸引至电极104时，由于第二囊体层上部的圆顶形状结构，颜料在圆顶形部分的整个区域中散开，从而分散于整个像素区域，这就是非关闭状态。在另一方面，当施加至电极104和106时电势使颜料颗粒被吸引至电极106时，第二囊体层下部的金字塔形状的导致颜料在与每个金字塔形部分的最低顶点邻近处形成小的颜料堆110，因此仅占据每个像素的一小部分区域，即颜料被关闭。

图3C示出侧壁关闭。在这种形式的关闭中，处于被关闭状态的颜料被以平行于电极平面的方向横向移动，从而导致颜料112邻近囊体的侧壁。

诸如使用如针状或片状的各向异性的颗粒（这些颗粒能够以它们的主轴来定位至垂直或者平行于显示平面的方向）、或者使用变色颜料、或者膨胀和去胀胶体、或者其它本领域公知的方式的关闭的其他方法，均可以应用于本发明中的显示器。

从上面对于图3A,3B,3D和3E的讨论容易看出，通过对显示器直流电寻址，可以实现利用集中电极的颜料关闭或者几何/囊壁关闭，在该直流电寻址中，颜料沿着电场施加的方向运动。通过对显示器交流寻址，可以获得侧壁关闭，如在下面更详细的描述，在交流寻址条件下，网状颜料的运动可以沿垂直于电场施加的方向，这样在囊体内部的颜料沉积在围绕囊体的中纬线“带”上。

显然，本发明的显示器需要一些将颜料从关闭状态分散开以达到非关闭状态的方法，在该非关闭状态下颜料实质上占据了像素的整个区域。图4示意性地示出了一种特别优选的应用于配合集中电极或者几何/囊壁关闭使用的颜料分散方式，其示出了结合使用直流电寻址和带电囊壁以使颜料在垂直于电场施加的方向移动。在图4所示的囊体中，颜料填充量很低（大约是囊体体积的1％），这样就可以使得颜料被集中在一个非常小的区域（如图4中囊体金字塔形部分的最低顶点）。当施加一电场时，颜料通常将会从这个顶点迁移至相反的顶点（即图4中所示垂直向上的方向），在该相反的顶点颜料将再次被聚集于邻近囊体上部金字塔形部分的最高顶点的一个非常小的的区域里。通过提供颜料颗粒与囊壁之间的吸引力，一个垂直分量（即如图所示的水平的分量）被添加到施加于颗粒的电场力中，并且因此颗粒从其关闭位置占据的小区域横向的分散开来。这种必须的吸引力可以是静电力。进而，在本发明的一些实施例中，优选颜料颗粒和囊壁带有相反极性的电荷。（显然，本发明的这一方面通常不能被用于包含带有两种极性电荷的颗粒的囊体，其最适用于如美国专利第6,870,661号中所描述的仅包含一种类型颗粒或者相同极性两种颗粒的囊体）。例如，如果囊壁由凝胶/阿拉伯树胶形成，并且采用如Solsperse 17000（可从Lubrizol公司获得）作为充电剂，那么囊壁会获得一负电荷并且优选颜料通过同种充电剂可获得一正电荷。在颜料颗粒和囊壁之间提供吸引力的其他方式包括使用絮凝剂，特别是损耗型絮凝剂。使用这样的囊壁吸引力的结果是，在直流脉冲的两个端值时颜料将基本上不可见，而在从一聚集状态（在囊体顶部）向另一聚集状态（在囊体的底部）转换过程中是可见的，反之亦然。通过以频率介于30到50Ｈｚ的交流电并向交流驱动器施加一直流偏移量，在简易直流驱动的的瞬态，可以捕获颜料。

本发明不局限于使用一移动的带电颜料和一带有相反极性电荷的囊壁，而可以扩展到使用这种颜料和任意带有相反极性的电荷的固定表面。该固定表面起到在所施加的场中约束颜料运动的作用。包含有这种颜料和表面的媒质不需要被封装。

如图3Ｄ和3Ｅ已经提到过的，以上所描述的关闭机制可以与常规的颜料切换相结合，该常规的颜料切换采用直流寻址以产生在囊体内的平行于施加电场的颗粒运动。在这种情况下，不发生几何／囊壁关闭也许是理想的，并且可以通过在囊体中混入与能够聚集在一个槽或缝中的量相比更多的颜料来确保这种情况。如上述E Ink公司的专利和专利申请中描述的，这种传统的电泳转换可以包括移动通过染色液体的单一颜料、具有相同或相反电荷的两种颜料、或者多种颜料和染色流体的混合。

所有类型的关闭方法都倾向于对存在于电泳媒质中的颜料颗粒的体积分数加以限制。如在本发明的显示器中通常发生的，单程通过一个关闭的颜料层时，理想地至少大约85％的光被透射，即该颜料吸收的光不应当超过15％；这相当于光往返穿过该关闭的颜料层时，反射效率大约为70％。图5Ａ，5Ｂ和5Ｃ示出，在简化形式下的通过一些理想化的关闭方式获得的颜料颗粒的不同的三种可能的堆积形式。在下面简要的分析中，光（特别地）因为在界面处的全内反射受到损失，因此除了空腔后侧的朗伯反射以外的散射和界面反射都将被忽略。图5Ａ颜料沉积于空腔的侧壁上，该空腔的壁垂直于显示器平面。假设颜料吸收所有入射光并且这些光一旦穿过该空腔就被朗伯反射，然后第二次穿过该空腔，此时的光吸收比例为（1-α）²，其中α是腔体内颜料的体积分数。在图5Ｂ中，颜料以半圆柱的形状被集中在腔体的平行于显示器的观看表面（其在图5Ａ－5Ｃ中被假设为水平）的一个面上。在没有任何几何关闭的条件下，颜料通常适于集中于集中电极处。图5Ｃ显示了颜料集中成为一球形。

图6示出了估算出的图5Ａ、5Ｂ、5Ｃ中所示的每个关闭的几何形状的往返透射效率与腔体内部颜料的体积分数之间的关系。假设一往返的反射效率是70％是可接受的，图6示出了对于半圆柱形的颜料几何形状（图5Ｂ）需要颜料的体积百分比不超过1％，对于球形的颜料几何形状（图5Ｃ），需要颜料的体积百分比不超过5％体积。鉴于颜料的这些较低的可接受的含量（“装填量”），优选的是用于关闭的颜料具有尽可能大的消光系数，这样它们可以被尽可能少的装填。

这种对于关闭的颜料体积分数的限制也对这些颜料的优选的颗粒尺寸施加了约束。随机排列于表面之上以覆盖该表面的颗粒相比有序的，密排的单层颗粒效率低，因此为了达到90%的面积覆盖率需要大约两个单层等量的颗粒。另外，对于一典型的具有50,000L/mole/cm消光系数、比重为1.5、并且分子量为500的染料，光学密度1（即90%的光吸收）需要70nm厚度的完美堆积的层。因此，对于这种染料，优选颜料颗粒的直径与上述厚度的一半接近或者更小。在实际中，对于集中电极和几何/囊壁关闭是优选的是，颜料颗粒的直径尺寸需小于大约100nm。如上面描述的，在同样程度的关闭状态下，由于侧壁关闭允许较大的颜料装填量，因此较大的颗粒可以通过侧壁关闭方式被隐藏。

如果在分离的层中的颜料被关闭的位置没有彼此重叠，就可能产生额外的光学损失（即没有套印，当颜料位于具有多层囊体层的显示器的不同的层中时可能会发生这种情况）。如果颜料的吸收光谱相互交叠，某些波长的光能够被两种颜料同时吸收，这些光可能在一个像素的一个区域被第一层中的第一关闭的颜料吸收，并在这一像素的另一区域被第二层中的第二关闭的颜料吸收。这个问题能够通过去除多种关闭颜料之间的光谱交叠的方式来解决，这样就不存在同时被两种颜料吸收的波长。因而，在显示器中当两种颜料被关闭并且第三种颜料通过常规电泳被转换时，优选这两种被关闭的颜料为黄色和青色。（它们的吸收光谱都被设计为透过绿色光，因此不存在显著的交叠）。

如上文所述，AC寻址可以被用于关闭颜料。当采用AC寻址时，会发生丰富多样的现象，其中包括感应电荷电渗、电泳、诸如介电泳的感应偶极子效应和颗粒链锁。如现在将要详细讨论的，它们的发生受到施加电场的强度和频率以及囊体内部相的成分性质的影响。

图7A示出一球状颜料颗粒的截面示意图，该颜料颗粒被含有电荷控制剂（CCA）的溶液包围。该CCA是一包括离子基团的类表面活性剂分子，以下称为“头基”。在至少一个正电性或者负电性的离子头基上优选附着一非极性链（典型的为一碳氢链），以下将其简称为“尾基”。认为CCA在内部相中形成反胶团，并且这一小撮带电的反胶团导致了内部相的电导性。还认为CCA吸附于颜料颗粒以及囊体内壁的表面上。全部的CCA和反胶团间接使得在电泳媒质的内部相中的所有表面（在颗粒和囊体壁上）带电。

人们认为在其表面带有固定电荷的颗粒在周围流体中建立了带有相反电荷的双电荷层。CCA的离子头基可以在颗粒表面与带电基团进行离子配对，以形成固定带电粒子的斯特恩层。在这个层的外侧是一个包括CCA带电胶团集合体的扩散层。在常规的直流电泳中，施加的电场对固定的表面电荷施加一个力，且对移动的相反电性电荷施加一个相反的力，从而产生在扩散层中的相对滑动以及颗粒相对于流体的移动。在滑动面的电势被称为ζ（zeta）电势。

感应电荷电渗（以下简称“ICEO”,但也被公知为“交流电渗”）除了它的发生响应于感应电荷而不是固定的表面电荷以外，其是与上文中的现象相同。文献V.A.Murtsovkin,Colloid J.,58,341-349(1996)和一系列H.Morgan及其合作者的论文（参见如J.Colloid Interface Sci.,217,420-422(1999)和Phys.Rev.E，61,4011-4018(2000)）对这种现象进行了描述，并且最近Squires和Bazant(J.Fluid Mech.,509,217-252(2004))对其进行了详细的综述。在ICEO中，一外部施加电场引起在表面附近的极化并同时驱动所得的电渗流。这造成流动速率与施加的场强是非线性关系的。在施加电场的存在下，能够产生感应偶极子（参见图7A）,其数量取决于颗粒的体积和包括电导率、介电常数、尺寸和形状的表面性质。感应偶极子反过来又导致流体中的离子粒子（可能是胶团）流，进而建立相应的带有相反电荷的双电荷层（图7B）。随后电渗流被驱动（图7C），以使得流体被两极吸引而被中纬线处被排斥。无论施加电场的极性如何，流体流的方向都是相同的，并且该流体流能够通过施加交流电压被驱动。在一均匀场中的球形颗粒的情况下，将不会导致颗粒运动（因为流动是对称的）。但是，在实际中颜料颗粒不是完美的球状对称的，并且产生的流动相的射流会导致颗粒的无序运动。

Bazant已经估算了建立双层的充电时间（图7B）：

${\mathrm{\τ}}_c=\frac{{\mathrm{\λ}}_{D}a}{D}---\left(1\right)$

对于一个位于电场中的导电的圆柱体，其中λ_D为德拜长度，a为颗粒半径，以及D为载荷子在流动相中的扩散系数。虽然颜料颗粒通常由介电材料组成，但是斯特恩层内部的电传导性能够通过多种已知的机制发生，其中包括质子跳跃机制（特别是在吸附水存在时），因此在目前的情况下，对电导率的假设并非是不合理的。下面的讨论是为了对一些本显示器可能发生的机制提供定性的、启发性的描绘，并且不以任何方式限制本发明的范围。

上述方程式（1）表示了随着颗粒增大充电时间变长。最大的感应电荷电渗速率估算为：

$U_{\max }-\frac{\mathrm{\ϵ}{E}^{2}a}{\mathrm{\η}(1+{\mathrm{\ω}}^2{\mathrm{\τ}}_c^2)}---\left(2\right)$

其中，E为施加电场的大小，ω为角频率，η是流动相的粘性。可以看到，当频率增加时最大感应电荷电渗速率降低。在高频下，其中ω²τ_c ²>>1，该感应电荷电渗速率变的很低（由于没有时间来建立双电荷层）并且流体中的载流子对感应偶极子的屏蔽减少了。在这样的频率下，可能发生导致了链接的颗粒-颗粒间相互作用或者导致介电泳迁移率的与梯度场的相互作用。因而，如上文描述的，施加一频率逐渐增加的交流电场的情况下，在低频阶段会引起电渗流，但是当频率增大时颗粒-颗粒间相互作用和介电泳将占支配地位。例如，结果可能为所有的颗粒集中于感应偶极子集合体。它们最可能聚集的区域是在电渗驱动频率下电渗流中静止的点（即当颗粒是一球状囊体的情况下围绕中纬线的环形）。发生颗粒集中时的频率（在理想条件下）与施加电场成比例，并且与颗粒大小成反比，因为：

$U_{\max }=\frac{\mathrm{\ϵ}{E}^{2}D}{\mathrm{\ηa}{\mathrm{\ω}}^2{{\mathrm{\λ}}_D}^2}---\left(3\right)$

本发明人已经注意到，当显示器被相对较低的交流频率（一般在30-100Hz之间）驱动时，被封装的颜料颗粒表现为高速运动，并均一的分散于囊体之中。在较高频率下，颜料颗粒的运动变慢并且它们在囊壁聚集，从而导致透明（关闭）。如果该频率从相对较低突然增大到相对较高的值时，颗粒无论如何都没有足够的时间到达位于囊壁上的流中的静止的点，它们将成为静止的而不是被关闭的。因此，为了实现最佳的关闭状态，优选在固定电压下频率值由低变高、在一固定频率下电压值由高变低、或者这两种变化的结合。

由ICEO运动到静止状态转变的频率与施加的电压相关（在某些情况下成比例）并取决于如大小、形状和传导率的颗粒性质和如粘度、传导率和介电常数的流体性质。因此，通过改变用于驱动显示器的交流电的频率能够选择性的、独立的对颜料寻址。例如，在第一囊体中的第一种颜料可以具有大尺寸并被掺入高粘度的流体，而在第二囊体中的第二种颜料可以具有小尺寸并被掺入一低粘度的流体。在最低的寻址频率ω₁，两种颜料都将被分散，并通过电渗运动被散开。在较高的寻址频率ω₂，第一种颜料能够被关闭而第二种颜料仍然在运动。在更高的频率ω₃，两种颜料都被关闭。如果频率突然从ω₁转换到ω₃（或者转换到稍小于ω₃的频率然后再增加到ω₃），没有时间使得第一种颜料关闭，而对于第二颜料却有时间来关闭。因而，采用固定电压并仅改变寻址频率，可以在通过相同的波形驱动每个颜色的同时，得到不同的颜色。显而易见的是，通过保持频率为一常数并改变电压也可以获得相同的效果，而且这样的方案可以延伸到两个以上的颜色。下文的实施例1-3描述了利用不同频率的交流电压对在单层囊体层中的多于一种的颜色进行寻址。（当然，如前文所述，当仅通过颗粒性质来控制不同颗粒的从ICEO运动到静止状态的转变的频率时，可以将多于一种的颜色颗粒掺入到一共同的囊体中，而不是为每种颜料提供单独的环境。）

图8A-8D中示出采用共有的波形驱动所有颜料的另一个关闭多个颜料的方法，其中示出了本发明的两层显示器的示意性截面图，其具有涂覆于基板上的包含第一颜料的第一微囊层，该基板承载有如栅格电极的集中电极，在第一微囊层上涂覆包含两种具有相反电荷的颜料的第二囊体层，其中一个（第二颜料）是彩色的而另一个颜料是白色的。（应当注意的是图8A-8D所示的显示器是从下方被观看的。）可以通过利用第一层的关闭时间和第二层的垂直切换时间的不同，来实现对于两个颜色的寻址（具有四种可能的极端颜色状态：色彩1、色彩2、色彩1加色彩2和没有颜色）。图8A-8D示出了显示器的四种不同状态。在图8A中，第一颜料802在集中电极804处被关闭并且第二颜料806在白色颜料808前是可见的。在图8B中，颜料802在整个第一层中均匀的分散，而第二层为与图8A相同的状态，这样显示器显示出在白色背景对比下的第一颜料802和第二颜料806混合的颜色。在图8C中，第二颜料806隐藏在白色颜料808的后面，第一颜料通过集中于第一囊体层上部金字塔形部分的最高顶点而被关闭，使得显示器呈现出白色颜料的颜色。在图8D中，第一颜料802在第一囊体层的整个上表面均匀的分散，而第二层与图8C中的状态相同，这样显示器显示出在白色背景对比下的第一颜料颜色。这种类型的显示器在下面实施例4中被描述。

通过利用两种囊体层切换速度的差别可以获得的对于图8A-8D中两个囊体层的必要的独立控制。如果例如囊体内部的流体呈现一屈服应力，这个速率的差别与所施加的电压成非线性关系，使得在施加电压低于阈值时囊体内部的颜料的不运动。从而，例如，如果上述图8A-8D所示的第一囊体层具有用于切换的电压阈值V1并且第二囊体层具有电压阈值V2，其中V2>V1，第二层能够在高于V2（该电压也将开启第一层）的电压下被寻址，然后第一层被介于V1和V2之间的电压V1转换（不影响第二层）。这样的方案可以扩展到具有三个电压阈值的三个囊体层。

必要的电压阈值可以以各种方式获得。如上文所述，微囊的内部相可以具有一屈服应力。与关闭的颜料电性相反的电荷颗粒能够被加入到囊体中以建立一个库仑阈值。这些相反电荷颗粒实质上可以是非散射的或非吸收的，这样它们的加入仅仅起到了调节囊体中内部相切换行为的作用，而对于通过彩色颜料的光吸收没有影响，显示器的整体显示也没有影响。

另一个用来独立对囊体层寻址的技术是使一个囊体层成为多稳态的（即，通过提供分散于流体中的聚合物，来赋予这一层成像迟滞的性质，参见美国专利第7,170,670号，以及使第二层不具有这种迟滞性并且当其不被主动寻址时处于默认状态）。图9A和9B示出了这样的显示器在La*b*色彩空间中在a*/b*平面上投影的色彩变化。图9A中的箭头i表示例如可能发生在图8A-8D中的第一囊体层中的从青色到白色的切换。当施加任意极性的电场时，颜料从分散状态到关闭状态，并且如果假设这样形成的图像并不是稳定的，当这个电场被去除后，关闭的颜料会重新分散并且默认的蓝色状态会被重置。箭头（ｉｉ）显示了由白色到黄色的转换，它会发生在图8A-8D所示的第二囊体层中。这个转换是迟滞的，以使得最终状态是稳定的直到场方向反转为止。

图9Ｂ示出当第一和第二囊体层的切换速度相同时，如何在显示器中获得四种颜色状态。箭头（1）表示通过施加电场驱动显示器，使得第一囊体层（从默认的青色状态）被驱动为白色、并且第二层被从白色驱动为黄色。箭头（2）表示当驱动电场减小到0，第二层保持为黄色状态，而第一层默认为青色，这造成了黄色和青色的混合，也就是绿色。箭头（3）表示当显示器被一极性相反的电场所驱动时，第一层再次被驱动为白色，同时第二层从黄色被驱动为白色。其结果为显示白色图像。最后，箭头（4）表示当上述驱动电场被从反向极性减小到0，第二层保持为白色，同时第一层回复为青色，造成显示青色图像。通过改变在特定电压下的驱动时间（脉冲宽度调制）或者改变驱动电压可以获得多个色彩的不同等级。

如果两个层的切换速度不相同，可以获得较大的色域。图10Ａ和10Ｂ为分别类似于图9Ａ和9Ｂ的投影，但是其显示了当青色关闭层的速度比白色／黄色层快，但又没有快到可以完全关闭青色而黄色层没有任何切换的程度时颜色的改变。假设白色／黄色层具有迟滞的图像稳定性，而青色快门则不具有（如果两个层都表现出之后的图像稳定性，这样的原则也适用）。在图10Ａ中，可以看到白色层切换到黄色的路径。在切换的短时间内，青色层完全被关闭，但是白色层还没有被完全切换成黄色。其提供了一图10Ａ中Ｘ表示的中间的黄色状态。弛豫的青色快门提供了ｙ表示的蓝－绿色。黄色的连续切换提供了一完整黄色状态，经由该黄色状态通过弛豫的青色快门可以获得绿色。如图10Ｂ所示，虽然经过与青色快门极端状态（打开和关闭）相同的点，但是从黄色转换到白色的路径并不相同。值得关注的是，仅在一个驱动方向下才能够获得纯黄色和白色状态。如果青色快门不具备迟滞图像稳定性，那么需要一保持电压以维持非默认状态。

图11表示了本发明的三层显示器的侧视示意图。除了集中电极被具有比内部导电性更强的囊壁的第一囊体层所代替，这个三层显示器与图8Ａ－8Ｄ所示的两层显示器基本相同。这个第一囊体层可以不包含颜料并且是透明的，其仅充当模版并使第二囊体层（包含第一颜料）成型，且提供一囊壁快门。图11中的显示器获得两个原色的四个可能的极端状态的机制完全类似于上述关于图8Ａ－8Ｄ的描述。这种三层显示器在下面的实施例5中进行详细描述。

在图8Ａ－8Ｄ和图11中所示的显示器中可以以几种不同的方式提供第三原色。图12Ａ所示为通过应用任何上述三种方法之一（图中显示了集中电极关闭，但是也可以使用囊壁／几何关闭或者侧壁关闭）来关闭的第三原色。

图12Ｂ示出提供与第二色彩位于相同的层中的第三色彩，即与白色颜料组合，并且其被垂直的转换。此外，第三色彩相比于第一或第二色彩中的任意一个切换得慢很多。在图12Ｂ的显示器中，第二和第三色彩并列设置，其与图12Ａ所示的显示器相比是一个非优选的构造。但是，包含第三色彩的囊体与那些包含第二色彩的囊体的尺寸可以不同，由此获得囊体的交叠。进而，通过在上述结构中的光散射可以获得第二和第三色彩的混合。图12Ｂ显示为第一颜料的囊壁／几何快门，也可以去除一个囊体层，而将其更换为用来关闭第一颜料的集中电极。

图12Ｃ和12Ｄ示出了本发明的三层显示器的两个不同的光学状态，其与图12Ａ和12Ｂ基本相同。图12Ｃ和12Ｄ中所示的显示器中，含有黄色颜料的第一电光层（图12Ｃ和12Ｄ中所示的最底层）状态稳定，其具有阈值并需要高的工作电压。这个层中的黄色颜料在图12Ｃ中所示的关闭状态（在关闭状态下，该颜料被限制在该层中每一个囊体的金字塔形上部的最高点）和图12Ｄ中所示的非关闭状态（在非关闭状态下，黄色颜料覆盖每一个囊体的整个下平面）之间是可以移动的。图12Ｃ和12Ｄ中所示的第二电光层包含状态不稳定的青色颜料。这个层中的该青色颜料可以在图12Ｃ和12Ｄ中所示的两个关闭位置（在该两个关闭位置中颜料被限定在每个囊体的最高顶点和最低顶点）和一非关闭位置（未示出，在该非关闭位置中颜料均匀地分散在每个囊体中）之间移动。该显示器的第三电光层包含品红颜料，其能够在图12Ｃ中所示的非关闭位置和图12Ｄ中所示的关闭位置之间垂直的移动（如图所示）。在图12Ｃ和12Ｄ中所示的上部电极配置有一个白色反射器。

正如已经指出的，本发明的一方面提供了一种可变透射电泳媒质，其包括在流体中的多种不同有机颜料，使得当所有的颜料在整个流体中充分均一的分散时，该媒质实质上是黑色。而且，该媒质在流体中基本上不含有聚合物添加剂（除了电荷控制剂或与其类似的添加剂和表面活性剂之外），但仍具有较高程度的图像稳定性。在这样一个可变的透射媒质的优选形式中，选择具有实质上不同的介电泳迁移率的多种颜料，使得通过调控施加于电泳媒质的频率和电压，每一种颜料能够单独的处于分散状态或者堆积状态，进而该媒质能够显示丰富的色域。

正如颜料领域的技术人员公知的，两个或更多颜色的颜料的混合能够提供额外的颜色，包括黑色。范围广泛的彩色颜料在如汽车油漆的要求较高的应用中已经得到开发，并且这些颜料中的某一些已经表现出适合ＶＴ媒质的特性。已发现喹吖啶酮和酞菁族的颜料的优越性。这种颜料总体上能够被混合以产生非常广泛的色域，但是，迄今为止，需要黑色作为色域的一部分的额外限制减少了在单一媒质中可获得的色域数量。

出乎意料的是，已经被发现：在对于一个宽范围的施加频率和电压产生不同响应的情况下，这些在ＶＴ媒质中有益的颜料表现出宽范围的电泳迁移率。因此，通过操纵施加于电泳媒质的频率和电压，每种颜料能够独立地形成分散状态或堆积状态，即不同的有机颜料能够被彼此独立地“关闭”。分散的状态使颜料吸收透射光，颜料分散得越均匀吸收越好。堆积状态使得颜料所占据的面积率最小化，从而最小化颜料对光的吸收。如果所有的颜料都处于堆积状态，那么媒质将呈现其“打开”状态或者实质上透明的光学状态。另一方面，如果所有的颜料在整个流体中分散，媒质将呈现一实质上黑色的光学状态，配置多种颜料的数量和色彩实现平衡以获得中性色。如果至少分散一种颜料并且至少堆积一种颜料，媒质的颜色将会接近分散的颜料的颜色，并且通过独立控制多种颜料的分散状态能够获得丰富色域；基于色彩成像领域的技术人员所熟悉的原因，通常优选的是这样的VT媒质至少包含三种具有不同色彩和介电泳迁移率的不同颜料。

正如已经讨论过的，本发明中的显示器可以采用多种驱动方法来驱动三种分离的颜料（不论这些颜料存在于一个、二个或者三个分离的电光层中）。也许令人惊讶是仅使用一组电极和直流电实质上彼此独立地驱动三种分离的颜料。从概念上讲，仅利用直流电和一组电极来驱动三种不同颜料的方法，可以概括为如下:

假设有具有以下特性的三种颜色形成层（虽然原则上不需要多层）：

（ａ）层1具有电压（或脉冲）阈值，其状态稳定，并且它的颜色取决于施加电压的极性；

（ｂ）层2为具有较低的阈值或者没有阈值，其状态稳定，并且它的颜色取决于施加电压的极性；以及

（ｃ）层3不具有阈值，其状态不稳定，并且切换速度高于层2。无论采用正脉冲或负脉冲驱动层3均到达相同的状态并且当不施加电压时弛豫到与该状态相反的极端。

鉴于这三个条件，该驱动方案为：

（ａ）利用一高电压将层1置于所需要的颜色。实际中，这种颜色可以是二元的并且在这种情况下应当是黄色的。这也将影响层2和3。

（ｂ）利用一较低电压将层2置于所需要的颜色。这不会影响层1并将层3转换为其极端状态。

（ｃ）允许第三层弛豫至其需要的颜色并且用一维持电压（或者在任何电压下的脉冲）将其保持在那种状态。

可替代地,如果所有三层都是稳定的，也可以采用更加直接方案，对三种颜色在三个不同的电压下进行连续的寻址，并且在对较慢的层进行寻址时，校正较快层的伴随切换。在这种情况下，最慢的层被首先寻址，并且层1和2每个都具有阈值。但是这对于工程人员是非常困难的。

现在仅以说明的方式给出下面的实施例，以说明应用于本发明中媒质的优选试剂、条件和技术。

实施例1：包括红色、绿色和蓝色颜料的第一媒质

本实施例所使用的颜料为：

Clariant Hostaperm粉红色E02，一种红色喹吖啶酮颜料（从Clariant公司商业购得，地址4000Monroe Road,Charlotte NC 28205），制造商描述其具有1.45的比重，77m²/g的表面积和90nm的平均粒径；

Clariant Hostaperm绿色GNX，同一制造商生产的一种绿色铜酞菁颜料，制造商描述其具有2.05的比重，40m²/g的表面积和50nm的平均粒径；以及

Clariant Hostaperm蓝色B2G-D，同一制造商生产的一种蓝色铜酞菁颜料，制造商描述其具有1.6的比重，44m²/g的表面积和75nm的平均粒径。

每一种颜料的漆浆具有分散于柑橘柠烯（d-limonene）中的含有大约20重量百分比的颜料，并且在每一平方米的颜料表面积上具有0.0044gSolsperse17000(据制造商描述)，漆浆的制备在前述的第2007/0146310号专利中有充分的描述。每种漆浆的样品被柑橘柠烯（d-limonene）稀释至颜料占0.01重量百分比，并且以此获得的分散体利用2mm路径长度样品管在Minolta CM-3600d分光计上测量其色彩透射。漆浆也可以被混合以制造混合的分散体，该分散体具有尽可能接近黑色的颜色（即，在常规的CIE L*a*b*色彩空间中具有最小可能的a*和b*值）。其结果显示于下面的表1。

表1

需要注意的是，即使是不添加任何绿色颜料，“黑色”混合实际上往往趋向于绿色；这是因为“蓝色”颜料的蓝-绿色调造成的。

实施例2：包含红色，绿色和蓝色颜料的第二媒质

除了采用Clariant公司的喷墨品红E02VP2621（一种具有70nm平均粒径的喹吖啶酮颜料）来替代实施例1中的粉红颜料以外，实施例2为实施例1的重复。此外，漆浆仍然被混合以制造一颜色尽可能与黑色接近的混合分散体。结果在下面的表2中所示。

表2

由于没有找到适当的可替换的蓝色颜料，混合而成的“黑色”又一次趋向于绿色，这确定了对颜料集合进行重大改变的必要性。

实施例3：包含绿色、紫色和黄色颜料的媒质

除了将实施例1中的粉色和蓝色颜料替换为来自同一制造商的Clariant Hostaperm紫色RL02和Clariant Novoperm黄色4G VP2532以外，实施例3为实施例1的重复。前者为二恶嗪的颜料，据制造商描述比重为1.49，表面积为80m²/g以及平均粒径为50nm,而后者是一种双偶氮颜料，据制造商描述比重为1.44，表面积为33m²/g以及平均粒径为162nm。此外，漆浆仍然被混合来形成颜色尽可能接近黑色的混合的分散体。结果在下面的表3中所示。

表3

如表3所示，这种颜料集合的混合得到一良好的，中性的黑色。

聚合体-分散电泳媒质可以通过与美国专利第6,866,760号实施例1所述方法基本相同的利用黑色混合物的方法来获得；该聚合体-分散媒质被涂覆于涂覆有聚对苯二甲酸乙二醇酯/ITO薄膜的氧化铟锡（ITO）表面，干燥，以及施加粘附层，并且最终的薄膜被层叠于一背电极，以形成一实验性的单像素显示器，其随后在多种驱动电压和频率的组合下被驱动。

在这样一个多颜料显示器中，如果所有的颜料都处于堆积状态，那么显示器呈现打开状态（基本透明）；如果所有的颜料都处于分散状态，那么显示器呈现关闭状态（基本黑色）。当显示器中每种处于分散的形式的颜料的组分与这种颜料的整体比例是不同的（即不同于如表3所示的57.8%绿色,22.9%紫色,19.3%黄色），那么显示的颜色接近分散的更充分的颜料的颜色。例如，如果黄色颜料被充分的分散了，并且绿色和紫色颜料被堆积，显示器将会显示黄色。可选地，如果黄色和绿色颜料被分散而只有紫色被堆积，显示器将会呈现黄绿色。以下的表4中给出了施加波形及其相应产生的颜色的例子。

表4

在附图17中的a*b*平面内标绘了上述颜色以及利用不同波形形成的其他状态。将白色背景放置于样品之后，使用一反射模式的Eye-One分光光度计对这些颜色进行测量。该白色背景在L*a*b*计算中作为白色参考点。

从附图中可以看出，虽然仅在a*b*平面的绿/黄/蓝部分中，但是实验性的显示器能够显示丰富色域；这个特定的显示器不能够形成一个正向a*（即红色）。但是，鉴于这一实验性的显示器能够显示丰富色域，以及大范围颜料商业上可得并且适于用于该种显示器，可以预期对于另外的颜料的评价以及在配方中的进一步工作将会使这种显示器获得广泛的、在a*b*平面更加居中的色域。

实施例4：青色关闭囊体的涂层浆料

一种青色颜料，Irgalite蓝色GLVO（从BASF公司购得，地址Ludwigshafen,Germany）（8g），将其与Isopar E(12g)以及Solsperse17000溶液（Lubrizol公司购得，Wickliffe,OH,20g溶于Isopar E的20%w/w的溶液）混合，并且该混合物通过与珠子一起搅拌被分散以形成青色颜料的分散体。

如此制备的青色颜料分散体（5.75克）与Isopar E（109.25克）混合，并且所得混合物经过整夜的机械翻滚以形成一准备用于封装的内部相。随后，该如此制备的内部相按照美国专利第7,002,728号中描述的工序被封装。所得的被封装的材料通过沉淀被分离，用去离子水清洗，并利用45和20微米的筛网进行筛分，以实现不同大小的被封装材料的分离。使用Coulter Multisizer分析表明，所得的囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。

获得的囊体浆料被调整到PH值为9并且去除多余的水分。随后，囊体被浓缩并弃去上清液。囊体与水性聚氨酯粘合剂（以与美国专利申请第2005/0124751号中所述的方法相似的方法制备）混合，再加入少量的TritonX-100的表面活性剂和羟丙基甲基纤维素并进行充分的混合，以提供一个准备用于显示器的浆料，如在下面详细描述。

实施例5-包含1%w/w颜料的青色关闭囊体的涂层浆料

将Irgalit蓝色GLVO（26克）与Isopar E（70克）和Solsperse17000的溶液（溶于Isopar E的70克20%w/w的溶液）混合，将该混合物与玻璃小珠一起在超微磨碎机里被分散以形成一青色颜料分散体。如此制备的青色颜料分散体（5.75克）与Isopar E（109.25克）混合。所得到的混合体经过整夜的机械翻滚以形成一准备用于封装的内部相。随后，如此制备的内部相按照如上述实例4的工序被封装以形成囊体，该囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。随后，囊体以与实施例4相同的方式加入涂层浆料中。

实施例6-品红色关闭囊体的涂层浆料

一个品红色颜料，Quindo红色19（从太阳化学公司购得，地址Parsippany,NY）其具有一个聚（甲基丙烯酸月桂酯）涂层，基本上如美国专利第7002728号中所述。这个具有涂层颜料(13g)随后与Isopar E（30g）混合以形成一个品红色颜料分散体，该分散体通过200μm网状薄膜过滤并测定固体含量为17%。

如此制备的品红色颜料分散体（13g）与Isopar E（88g）和Solsperse17000（8g，溶于Isopar E的20%w/w的溶液）混合，然后所得混合物经过整夜机械翻滚形成一准备用于封装的内部相。随后，如此制备的内部相以如实施例4中所描述的工艺备封装以形成囊体，此囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。随后，囊体以与实施例4相同的方式加入涂层浆料中。

实施例7：品红/白垂直转换囊体的涂层浆料

功能化的品红色颜料（10g，以如上述实施例6中所描述的方法制备）与Isopar E（40g）混合，该混合物通过与珠子一起搅拌被分散以形成品红色颜料的分散体，该分散体通过一个200μm的网状薄膜过滤并确定固体百分比。这个分散体(18.82g)与二氧化钛（可从威尔明顿，DE的EI杜邦deNemours公司购得）（70.57g的60%w/w的分散体，其以美国专利第7,002,728号中所描述的方式被处理），少量的Solsperse17000，分子量为600,000的聚（异丁烯）以及额外数量的Isopar E混合。所得混合物经过整夜的机械翻滚以形成一个准备用于封装的内部相。随后，如此制备的内部相以如实施例4中所描述的方式被封装以形成囊体，此囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。随后，囊体以与实施例4相同的方式加入涂层浆料中。

实施例8-黄色/白色垂直转换囊体的涂层浆料

一个黄色颜料，Paliontan黄色L1145（从BASF公司购得），其使用N-3-三甲氧基甲硅烷基丙基）-N'-（4-乙烯基苄基）乙二胺盐酸盐（N-[3-(trimethoxysilyl)propyl]-N'-(4-vinylbenzyl)ethylenediamine hydrochloride）进行表面处理,随后设置聚（甲基丙烯酸月桂酯）（poly(lauryl methacrylate)）的涂层，这基本如美国专利第7,002,728号中所描述的。黄色颜料（30g）与Isopar E（70g）混合并且超声处理2个小时以及进行整夜的机械翻滚。随后，所得的分散体（45.6g）与和实施例7中相同的R794二氧化钛（102.6g的60%的w/w分散体），少量的Solsperse17000和分子量为850,000的聚（异丁烯）以及额外数量的Isopar E混合。所得混合物经过整夜的机械翻滚形成一准备用于封装的内部相。随后，将如此制备的内部相以如实施例4中所描述的方式被封装以形成囊体，此囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。随后，囊体以与实施例4相同的方式加入涂层浆料中。

实施例9-不包含颜料的囊体的涂层浆料

一溶于Isopar E的Solsperse17000的溶液被整夜的机械翻滚来形成一准备用于封装的内部相。如此形成的内部相随后以如实施例4中所描述的方式被封装以形成囊体，该囊体具有40μm的平均粒径，并且超过囊体总体积的85%是期望的大小在20-60μm之间的囊体。随后，囊体以与实施例4相同的方式加入涂层浆料中。

实施例10-青色/黄色双色显示器的装配与转换。

使用具有50μm间隙的棒式涂布机，将上述实施例4中制备的青色关闭囊体浆料涂覆于一125μm的聚（对苯二甲酸乙二醇酯）（PET）薄膜之上，该PET薄膜承载有印刷的具有50μm间隙和1μm线宽的六边形格栅金属电极。该涂层在60℃下被干燥，随后使用具有100μm间隙的棒式涂布机，通过涂覆如上述实施例8中描述的黄色/白色垂直转换囊体的浆料以涂覆第二囊体涂层。该第二涂层在60℃下被干燥。如美国专利第7,002,728号中描述的，预先涂覆在一剥离片材上的一个掺杂有四烷基盐的聚氨酯胶粘剂层叠于第二囊体层的顶部。该剥离片材被剥离并且由此获得的多层结构被层叠于一石墨背电极上。最终装配的显示器结构，从观看表面开始依次包括PET薄膜基材的第一层，图案化电极的第二层，青色关闭囊体的第三层，黄色/白色垂直转换囊体的第四层，传导性掺杂的叠层粘结剂的第五层和包括石墨背电极的第六层。

如此制造得到的显示器结构通过施加30Hz及+/-10V的方波交流信号被驱动，并被范围从40V到-40V的直流电压偏置。当显示器驱动时，其被钨环状光源照亮，以分光光度法分析从显示器反射的光，L*a*b*的数值在下面的表5中给出。

表5

时间（s）	偏置电压	L*	a*	b*
					1	40	47.83	-22.68	-22.03
2	30	49.11	-21.02	-20.92
					3	20	49.24	-21.07	-21.20
4	10	48.53	-22.38	-22.52
					5	0	41.32	-37.16	-33.34
6	-10	41.67	-35.22	-7.91
					7	-20	44.86	-29.27	6.13
8	-30	46.81	-27.42	8.74
					9	-40	47.86	-25.45	9.46
10	-30	48.27	-24.84	10.14
					11	-20	48.29	-24.97	10.16
12	-10	47.42	-26.88	9.60
					13	0	41.09	-42.04	2.31
14	10	41.84	-36.48	-15.86
					15	20	46.37	-25.72	-21.39
16	30	48.33	-22.44	-21.64
					17	40	49.11	-21.16	-20.17
18	30	49.31	-20.89	-19.84
					19	20	49.26	-21.10	-20.09
20	10	48.60	-22.24	-21.40
					21	0	41.77	-36.03	-31.51

这些结果在图13A和13B上以图形化显示出来。图13A显示L*、a*和b*值与在顶层平面、透明电极上的施加于30HzAC驱动的DC偏置之间的关系。注意的是：通过不具有30Hz AC分量的简易DC驱动能够获得类似的状态，虽然所得到的状态略差一些。

本显示器运行如图8A-8D所示。第一囊体层在顶面一侧与集中电极接触，并且在另一侧的面上与第二囊体层接触，第一囊体层包含一种带有正电荷的青色颜料。当DC偏置电压是正的，青色颜料在第一囊体层和第二囊体层的交界处被关闭（如图8C所示）。当DC偏置电压是负的，青色颜料集中在集中电极处（如图8A所示）。当DC偏置电压向0变化时，颜料从被关闭的状态移开。图13A中的a*值中看到的迟滞回线反映出了这种变化（少量的负值的a*对应被关闭的青色颜料）。由于DC偏置电压增大时颜料颗粒向关闭状态的移动的速度快于DC偏置减小时颜料颗粒从被关闭状态移开的速度，因此存在轻微的迟滞。

第二囊体层中的垂直转换囊体（即其中颗粒平行于施加电场的方向移动的囊体）包含一种正电性的黄色颜料以及一种负电性的白色颜料，当顶面带负电时，这一囊体层显示黄色图像（正的b*）并且当顶面带正电时，其显示为白色图像（由于交叠的青色层中的蓝色分量造成负的b*）。

图13B中示出a*/b*图，其实验性的对应于在图9B中概念性表示。

实施例11-青色/品红双色显示器的装配与驱动，该显示器中的颜料较少的一层被用于直接关闭。

本实施例中制造的显示器具有12A中所示的结构。

上述实施例9中制造的颜料较少的囊体浆料被涂覆于一PET薄膜，该PET薄膜具有一透明的，导电的氧化铟锡（ITO）涂层，并且采用与上述实施例10中的第一囊体层相同的条件被干燥。使用具有80μm间隙的棒式涂布机，涂覆上述实施例5中制备的青色关闭囊体浆料以形成第二囊体涂层，并且该涂层在60℃下被干燥。使用具有100μm间隙的棒式涂布机，涂覆上述实施例7中制备的品红/白色垂直转换囊体浆料以形成第三囊体涂层，其在60℃下被干燥。一个粘结剂层以与上述实施例10中相同的方式层叠在第三囊体层的顶部。该剥离片材被剥离并且以此获得的多层结构被层叠至一石墨背电极之上。最终组装的显示器从其观看表面依次包括：PET薄膜基材的第一层，一未图案化的、连续的透明电极的第二层，颜料较少的囊体的第三层，青色关闭囊体的第四层，品红/白色垂直转换囊体的第五层，粘结剂的第六层和包括一石墨背电极的第七层。

如此制造得到的显示器结构通过施加一30Hz及+/-10V的方波交流信号被驱动，并被范围从40V到-40V的直流电压偏置。当显示器驱动时，其被钨环状光源照亮，以分光光度法分析从显示器反射的光，L*a*b*的数值在下面的表6中给出。

表6

时间（s）	偏置电压	L*	a*	b*
					1	40	47.55	-29.33	-41.46
2	30	49.64	-25.95	-38.86
					3	20	49.35	-25.66	-38.95
4	10	48.27	-26.97	-40.10
					5	0	44.22	-34.81	-46.48
6	-10	39.55	-30.70	-45.24
					7	-20	31.31	-5.77	-37.80
8	-30	31.21	4.53	-33.22
					9	-40	32.80	5.97	-31.11
10	-30	32.88	5.63	-30.99
					11	-20	32.32	4.83	-31.93
12	-10	31.22	3.01	-33.67
					13	0	28.32	-2.14	-37.97
14	10	29.82	-6.63	-38.78
					15	20	41.69	-20.62	-40.66
16	30	48.19	-23.62	-39.06
					17	40	50.44	-23.52	-37.55
18	30	50.43	-23.76	-37.58
					19	20	49.76	-24.34	-38.09
20	10	48.60	-25.70	-39.86
					21	0	44.52	-33.51	-45.99

这些结果在图14A和14B上以图形化显示出来。图14A显示L*、a*和b*值与在顶层平面和透明电极上的施加于30Hz AC驱动的DC偏置的关系。注意的是：与上述实施例10的情况相同，通过不具有30Hz AC分量的简易DC驱动能够获得类似的状态，虽然所得到的状态略差一些。

本显示器运行如下。第二囊体层在一侧与颜料较少的囊体接触，在另一侧与第三囊体层接触，第二囊体层包含一种带有正电荷的青色颜料，其如图4中概念性示出地关闭。当DC偏置电压是正的，青色颜料在第二囊体层和第三囊体层的交界处被关闭。当DC偏置电压是负的，青色颜料在第二囊体层和（颜料较少的）第一囊体层的交界处被关闭。该青色颜料的关闭通过图14B中示出的a*/b*图容易的被看到，其中箭头i对应于当顶面带正电时在被关闭的青色颜料和未被关闭的青色颜料之间的运动，并且箭头ii对应于当顶面带负电时在被关闭的青色颜料和未被关闭的青色颜料之间的运动。

该垂直转换囊体包含一种正电性的品红颜料和一种负电性的白色颜料，并且当顶面带负电时，这一个囊体层显示品红图像（更加正性的a*），当顶面带正电时其显示白色图像（更加负性的a*）。这个转换相应于图14B中的箭头iii。

实施例12-按照图12A的青色/品红/黄色三色显示器

除了在第二涂覆过程中使用的棒式涂布机的间隙为80μm之外，重复上述实施例10中最初的两个涂覆步骤，使用上述实施例6中制备的品红关闭囊体浆料作为第一涂覆层，并使用上述实施例5中制备的青色关闭囊体浆料作为第二涂覆层。接着，使用具有100μm间隙的棒式涂布机，涂覆上述实施例8中制备的黄色/白色垂直转换囊体浆料以形成第三囊体层，其在60℃下被干燥。与实施例10完全一样，一个粘结剂层层叠在第三囊体层的顶部。剥离片材被剥离并且剩余的层被层叠至一石墨背电极之上。最终组装的显示器从其观看表面依次包括：PET薄膜基材的第一层，一图案化电极的第二层，品红色关闭囊体的第三层，青色关闭囊体的第四层，黄色/白色垂直转换囊体的第五层，传导性掺杂的叠层粘结剂的第六层和包括一石墨背电极的第七层。

该显示器结构被驱动、被照亮以及对从其反射光线的分析与实施例10中的方式完全一样。结果在下面的表7中给出。

表7

时间（s）	偏置电压	L*	a*	b*
					1	40	47.48	16.47	-4.23
2	20	48.75	15.92	-3.60
					3	10	48.15	16.30	-3.88
4	5	46.92	16.95	-4.92
					5	0	42.25	17.44	-9.20
6	-5	39.03	12.09	-8.61
					7	-10	39.68	11.03	8.37
8	-20	42.35	9.32	19.65
					9	-40	46.18	6.57	24.16
10	-20	46.33	6.44	24.11
					11	-10	45.27	7.52	23.62
12	-5	43.35	9.36	21.91
					13	0	39.31	10.41	18.79
14	5	37.75	8.03	16.43
					15	10	42.03	11.98	13.69
16	20	46.61	14.71	5.12
					17	40	49.76	13.57	-0.67
18	20	50.09	13.55	-1.86
					19	10	49.37	14.05	-2.72
20	5	47.99	14.97	-3.76
					21	0	43.20	16.23	-7.40

这些结果在图15A和15B上以图形化显示出来，将其分别与图13A和13B直接比较。可以看出通过显示器可寻址较宽的颜色范围。这些颜色沿着a*轴偏移，这说明品红快门没有被完全关闭。这样的偏移可以通过在整个显示器上设置一个均一的色彩过滤器来纠正。

实施例13-利用一个单一施加电压和时间调制的双色显示器

除了在涂覆颜料较少的囊体层之前，使用一种包括离子型掺杂剂的合成物对PET上的ITO涂层进行预处理以外，显示器基本上如上述实施例11中所描述的那样被制造。这个显示器使用如下面表8所示的波形被寻址。

表8

开始时间	结束时间	电压（V）	图16A中的标记
				0	2	-30	a
2	4	0	b
				4	6	30	c
6	8	0	d
				8	8.2	-30	e
8.2	10.2	0	f

用200ms、30V的脉冲持续驱动，随后是持续时间为2秒的间歇。该显示器形成的颜色如图16所示，其中的字母与表8中最后一列中的字母相对应。对应于图16中的位置a，一个负向电压关闭青色颜料并且将品红/白色囊体转换为品红。对应于图16中的位置b，当电压保持在0时，处于稳定状态的品红/白色囊体保持在品红状态，而未处于稳定状态的青色快门从透明弛豫至青色状态。对应于图16中的位置c，一个正向电压随后将青色转换为关闭的、透明状态并且将品红状态转换为白色状态。对应于图16中的位置d，当电压保持在0，处于稳定状态的该品红/白色囊体保持在白色状态下，但是未处于稳定状态下的青色快门从透明状态弛豫至青色状态。接着驱动的极性反转，但是转换时间减少为脉冲中的200ms，其被2s间歇隔开。该品红/白色囊体增量式的从白色转变为品红状态（因为它们处于稳定状态），而青色囊体被部分的关闭（位置e），而每次电压减小到0（位置f）时，弛豫至非关闭状态。当短脉冲被持续时，该模式重复。

从先前的论述中，可以看出本发明提供了可变透射的电泳传输媒质，其可显示多种色彩。当其作为一个颜色可变的部分叠层时，本发明媒质能够提供与常规的颜色过滤阵列相比更宽广的色域。本发明还提供一具有高图像稳定性的低雾度单色可变透射媒质。

Claims (27)

1.一种电光显示器，其包括至少第一和第二电光材料层，所述第一层能够显示至少一种不能被所述第二层所显示的光学状态，所述显示器进一步包括第一电极以及第二电极，所述第一电极布置于所述第一和第二层的一侧上，所述第二电极布置于所述第一和第二层的与所述第一电极相对的一侧，在所述第一和第二层之间不存在电极。

2.根据权利要求1所述的电光显示器，其进一步包括：第三电光材料层，所述第三电光材料层能够显示至少一种不能被所述第一和第二层所显示的光学状态，所述第二电极布置于第一、第二、第三层的与所述第一电极相反的一侧，在第二和第三层之间不存在电极。

3.根据权利要求2所述的电光显示器，其中所述三个层含有任意顺序的青色，品红和黄色颜料。

4.根据权利要求3所述的电光显示器，其中含有黄色颜料的层相比于含有青色和品红颜料的层来说，设置为具有更少的灰度等级数量。

5.根据权利要求3所述的电光显示器，其具有观看表面，观看者通过所述观看表面观看所述显示器，并且其中最接近于所述观看表面的两个电光层包含任意顺序的青色和黄色颜料。

6.根据权利要求1所述的电光显示器，其中至少一个电光材料层包括含有多个带电颜料颗粒的电泳材料，所述多个带电颜料颗粒分散于流体中并且能够在向该层施加一电场时移动通过所述流体。

7.根据权利要求6所述的电光显示器，其中所述第一和第二层中的至少一个包括微腔电泳材料。

8.根据权利要求6所述的电光显示器，其中在至少一层中的带电颗粒在第一光学状态和第二光学状态之间是可移动的，所述第一光学状态中颜料颗粒基本占据每个像素的整个区域，所述第二光学状态中颜料颗粒仅占据每个像素的一小部分区域。

9.根据权利要求8所述的电光显示器，其中在所述第一层和第二层的每一层中的所述带电颗粒在第一光学状态和第二光学状态之间是可移动的，所述第一光学状态中颜料颗粒基本占据每个像素的整个区域，所述第二光学状态中颜料颗粒仅占据每个像素的一小部分区域。

10.根据权利要求9所述的电光显示器，其中所述第一层和第二层中的流体的屈服应力不同。

11.根据权利要求9所述的电光显示器，其中在所述第一层和第二层中的微腔的尺寸不同。

12.根据权利要求9所述的电光显示器，其中在所述第一层和第二层中的颗粒的尺寸、形状、电导率中至少一者不同。

13.根据权利要求9所述的电光显示器，其中在所述第一层和第二层中的所述流体的粘度和电导率中至少一者不同。

14.根据权利要求9所述的电光显示器，其具有观看表面，其位于或邻近于所述第一电光层的远离第二电光层一侧的表面上，所述电光显示器进一步包括位于所述第二电光层的与所述观看表面相反的一侧的第三电光层，所述第三电光层包括不同颜色的第一和第二类型颗粒，所述第一和第二类型颗粒设置于流体中，并且能够在向第三电光层施加一电场时移动通过所述流体，所述第一和第二类型颗粒具有不同的电泳迁移率。

15.根据权利要求14所述的电光显示器，其中所述第三电光层中的所述第一类型颗粒是白色的。

16.根据权利要求15所述的电光显示器，其中在所述第一和第二电光层中的颗粒是任意顺序的黄色和青色颗粒，并且在所述第三电光层中的所述第二类型颗粒是品红色的。

17.根据权利要求1所述的电光显示器，其中所述第一电极和第二电极中的至少一个仅占据一像素区域的一小部分。

18.根据权利要求7所述的电光显示器，其中微腔壁与包括多个分散于所述流体中的带电颜料颗粒的相相比，具有更高的电导率。

19.根据权利要求1所述的电光显示器，其中多个电光层中的一个具有至少两种稳定的状态，并且所述第二个电光层仅具有一个稳定的状态。

20.一种电光显示器，其包括彼此邻近设置的第一和第二腔体层，在所述第一层和第二层之间没有电极，第一腔体层和第二腔体层中的每一层邻近于另一层的部分具有基本上金字塔的形状，所述金字塔形状的顶端指向该另一层，所述第一和第二层中的至少一个包括彩色颗粒，所述彩色颗粒分散于流体中并且能够在对所述显示器施加一电场时移动穿过所述流体。

21.根据权利要求20所述的电光显示器，其中所述第一和第二层由可变形的囊体构成。

22.根据权利要求20所述的电光显示器，其中所述第一和第二层中的一个不具有彩色颗粒。

23.一种微腔电泳显示器，其具有限定腔体的壁，所述腔体具有在其内部的流体以及多个带电颗粒，所述带电颗粒分散于所述流体中并且能够在向所述显示器施加一电场时移动通过所述流体，所述颗粒带有一个极性的电荷，所述腔体壁所带电荷与所述颗粒所带电荷极性相反，所述腔体基本上不具有带有与腔壁所带电荷相同极性的电荷的固体颗粒。

24.一种电光显示器，其包括至少第一，第二和第三电光材料层，该显示器进一步包括设置于所述第一、第二和第三层的一侧上的第一电极，以及布置于所述第一，第二和第三层的与第一电极相反的一侧上的第二电极，所述第一和第二层之间或所述第二和第三层之间没有电极，所述第一，第二和第三层具有以下性能：

（a）所述第一层1具有电压和/或脉冲阈值，其状态稳定，并且其颜色取决于施加电压的极性；

（ｂ）所述第二层具有比所述第一层低的阈值，其状态稳定，并且其颜色取决于施加电压的极性；以及

（ｃ）所述第三层不具有阈值，其状态不稳定，并且与所述第二层相比具有更快的切换速度，无论被正脉冲或负脉冲驱动，其均到达相同的状态，并且当不施加电压时松弛豫到其与该状态相反的极端。

25.一种根据权利要求24所述的电光显示器的驱动方法，所述方法包括：

（a）施加一高电压以将所述第一层设置成所需颜色；

（b）施加一与步骤（a）相比较低的电压以将所述第二层设置成所需颜色；并且

（c）允许所述第三层弛豫至其所需颜色。

26.一种微腔电泳显示器，其包括定义至少一个腔体的壁，所述腔体包括流体以及分散于所述流体中的第一，第二和第三类型颗粒，所述第一，第二和第三类型颗粒分散于流体中，所述第一，第二和第三类型颗粒中的每一种具有非关闭状态以及关闭状态，在所述非关闭状态下颗粒基本上占据该微腔的整个区域，在所述关闭状态下颗粒仅占据微腔区域的一小部分，所述第一、第二和第三颗粒具有不同的颜色以及不同的介电泳和/或电渗性质，以使所述第一，第二和第三类型颗粒能够在它们的非关闭和关闭状态之间彼此独立地移动。

27.根据权利要求26所述的微腔电泳显示器，其中所述第一，第二和第三类型颗粒的颜色为：当所有三种类型的颗粒都处于其非关闭状态时所述显示器基本上呈现为黑色。

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