CN106707654B - 彩色电泳显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括不带电或微带电彩色粒子以及至少一种类型的带电色素粒子的电泳显示液体以及一种使用这种显示液体的电泳显示设备，其中上述粒子均分散在溶剂或溶剂混合物中。本发明的电泳液体改进了图像质量。

Description

彩色电泳显示器
技术领域
本发明涉及一种使用不带电或轻微带电的彩色粒子的彩色电泳显示器。
背景技术
为了实现多色彩显示，经常使用滤色片。这种最常见的方式为将滤色片添加到像素化显示器的黑/白子像素的顶部上来显示红、绿和蓝色。当需要红色时，绿色和蓝色子像素转换成黑色状态以使得仅显示的颜色是红色。当需要黑色状态时，全部三种子像素都转换成黑色状态。当需要白色状态时，三种子像素分别转换成红、绿和蓝色，因而使得观察者看见白色状态。
这种技术的主要缺点在于由于每种子像素都具有所需白色状态的大约1/3的反射率，因此白色状态会相当的暗淡。为了对此进行补偿，可添加第四子像素，该第四子像素可以仅显示黑色和白色状态，使得白色水平以红、绿和蓝色水平为代价加倍(其中每一个子像素仅为像素区域的1/4)。
更明亮的颜色可以通过增加来自白色像素的光来实现；但是这是以色域为代价来实现的，导致色彩变得非常浅且不饱和。同样的结果可以通过减少三种子像素的色彩饱和度来实现。但即使这样，白光水平通常还是明显低于黑色和白色显示器的一半，使得它成为诸如需要好的可读的黑白亮度和对比度的电子浏览器或显示器等显示设备不能接受的选择。
发明内容
本发明的第一个方面涉及一种电泳显示液体，其包括不带电或微带电的色彩粒子以及至少一种类型的分散在溶剂或溶剂混合物中的带电色素粒子。
在一个实施例中，该液体进一步包括第二类型的带电色素粒子，并且该两种类型的带电色素粒子是相反电性的。
在一个实施例中，该液体包括带电的白色色素粒子和带电的黑色色素粒子。
在一个实施例中，该微带电彩色粒子携带与该黑色带电色素粒子相同的电荷极性。
在另一个实施例中，该微带电彩色粒子携带与该白色带电色素粒子相同的电荷极性。
在一个实施例中，该不带电或微带电彩色粒子为红色、绿色或蓝色。
在一个实施例中，该微带电彩色粒子具有低于20的ζ电势。
在一个实施例中，该溶剂或溶剂混合物为清澈的或无色的。
在一个实施例中，该溶剂为烃溶剂。
在一个实施例中，该液体还包括电荷控制剂。
在一个实施例中，该液体仅包括一种类型的带电色素粒子。
在一个实施例中，该带电色素粒子为白色，且该不带电或微带电彩色粒子为红色、绿色、蓝色或黑色。
本发明的第二方面涉及一种电泳显示器，该电泳显示器包括显示单元，每个显示单元都充有电泳显示液体，该液体包括不带电或微带电彩色粒子以及至少一种类型的分散于溶剂或溶剂混合物的的带电色素粒子。
在一个实施例中，三个显示单元形成一像素，并且第一显示单元充有包括不带电或微带电红色粒子的显示液体，第二显示单元充有包括不带电或微带电绿色粒子的显示液体，第三显示单元充有包括不带电或微带电蓝色粒子的显示液体。
在一个实施例中，每一个显示单元为一子像素。
在一个实施例中，该不带电或微带电粒子在所有显示单元中均为相同颜色。
本发明的电泳液体提供改进的显像质量。
附图说明
图1a-1c示出了电泳显示器如何使用不带电或微带电彩色粒子显示不同颜色状态。
图2a-2c示出了一种替换设计。
图3a-3e示出了本发明的彩色显示器应用。
具体实施方式
本发明提供一种包括不带电或微带电彩色粒子(例如具有＜20的ζ电势)以及至少一种类型的分散于溶剂或溶剂混合物中的带电色素粒子(例如具有大于20的平均ζ电势)的电泳液体。
填充在每一个显示单元(例如微杯(microcup))中的显示液体包括至少两种类型的分散于介电溶剂或溶剂混合物中的粒子。
在本发明的第一个方面，显示液体包括分散于介电溶剂或溶剂混合物中的三种类型粒子：白色带电色素粒子，黑色带电色素粒子和不带电或微带电彩色粒子。
该白色带电色素粒子可以为任何类型的白色色素粒子，包括无机的、有机的或聚合的白色粒子。为了实现高亮度散射，高折射率的色素特别有用。合适的白色色素粒子可以包括TiO2、BaSO4和ZnO，最优选为TiO2。该白色色素粒子可以为带正电荷或带负电荷。
该黑色带电色素粒子也可以为无机的、有机的或聚合的黑色粒子。例子可以包括锰铁黑色尖晶石、铜铬黑色尖晶石、炭黑、硫化锌、染色的黑色聚合物粒子或由其他颜色吸收材料形成的粒子。该黑色色素粒子和白色色素粒子带相反电荷。
该带电色素粒子也可以为封装的色素粒子。
该两种类型的带电色素粒子可以显示出本身的电荷，或可以使用电荷控制剂来明确地携带电荷，或可以在悬浮于溶剂或溶剂混合物中时获得电荷。
合适的电荷控制剂在本领域中是公知的，它们本质上可以为聚合的或非聚合的或可以为离子的或非离子的。
该离子表面活性剂可以包括：(a)阴离子类型：烷烃羧基盐、诸如气溶胶OT的烷烃磺酸基盐、诸如十二烷基苯磺酸钠的烷基芳香烃磺酸基盐、异丙醇胺、烷基苯磺酸盐、磷酸盐、五价磷酸盐或类似物，以及(b)阳离子类型：脂肪族胺盐、季铵盐、烷基吡啶盐或类似物。
该非离子表面活性剂可以包括：山梨聚糖单酯、聚乙氧基非离子表面活性剂、聚(异)丁烯琥珀酰亚胺、马来酸酐共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯吡咯烷酮共聚物(例如来自international specialty Products公司的GanexTM)、(甲基苯丙胺)丙烯酸共聚物、N，N-二甲基氨基乙烷基(甲基苯丙胺)丙烯酸脂共聚物以及类似物。
氟表面活性剂在碳氟化合物溶剂中作为电荷控制剂特别有用。它们包括诸如来自3M公司的FC-170CTM、FC-171CTM、FC-176TM、FC430CTM、FC431CTM、和FC-740CTM的FC氟表面活性剂以及诸如来自杜邦公司的ZonylTMFSA、FSE、FSN、FSN-100、FSO、FSO-100、FSD和UR的ZonylTM氟表面活性剂。
该不带电或微带电彩色粒子可以为红色、绿色或蓝色粒子。
该不带电或微带电彩色粒子基本透明，且彩色透明度来自彩色粒子和分散该粒子的溶剂之间的折射率相似性。
如果该不带电或微带电彩色粒子的折射率与分散有该粒子的该溶剂的折射率不匹配，那么该粒子在显示媒介中会散射光。为了消除由于折射率不匹配带来的问题，该不带电或微带电彩色粒子的尺寸优选在纳米范围内，更优选为小于100纳米。用于该类型的不带电或微带电彩色粒子的材料可以包括但不限于：LCD工业中用于滤色器应用的市场上可以获得的着色剂，诸如属于双吡咯烷酮吡咯类的Clariant(科莱恩)的Hostaperm Red D2B-COF VP 3781(即红色254)，属于苯二甲蓝染料类的Hostaperm BLUE E3R-COF VP3573(即蓝色15:6)，或属于二氧化紫类的Hostaperm Violet RL-COF O2VP3101(即紫色23)。
在另一个实施例中，该不带电或微带电彩色粒子可具有透明的聚合物基体并且具有溶解在该基体中的染料分子。由于其更容易匹配聚合物基体和环绕的液体媒介的折射率，因此不需要精确地控制该粒子的尺寸。这种类型的不带电或微带电彩色粒子的例子可以包括但不限于：由Merck Chemical有限公司供应的染色聚合物微粒；由Spherotech公司供应的染色聚苯乙烯粒子或类似物。对于具有透明聚合物基体的彩色粒子，可溶解在其中的染料更为稀释和可调。比如，在红色粒子中的红色染料的浓度可以调整为仅允许蓝色或绿色被吸收而使得红色通过。具有用以反射红色的白色背景，该红色的亮度会被极大化。
该彩色粒子为不带电的或微带电的。尽管如此，如果它们带有微量的电荷，电荷的极性优选为与带电白色色素粒子相同。因此，彩色粒子的微量电荷可以移动彩色粒子使之远离黑色粒子，这可以带来更好的色彩饱和度。
可替换地，该不带电或微带电粒子可以携带有极性和带电黑色色素粒子相同的微量电荷。
该三种类型的粒子分散在溶剂或溶剂混合物中以形成显示液体。
该粒子分散其中的溶剂或溶剂混合物优选具有低粘性且介电常数在大约2-大约30之间的范围内，为了高的粒子迁移性优选在大约2-大约15之间。合适的介电溶剂的例子包括诸如合成异构烷油的烃类、萘烷(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油、诸如来自Dow Corning的DC200的硅油、诸如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯基乙烷、十二(烷)基苯或烷基萘的芬芳烃；诸如氟化萘烷、氟化甲苯、氟化二甲苯、三氟化二氯苯、3，4，5-三氟化三氯苯、五氟化氯苯、二氯壬烷或五氯化苯的卤化物溶剂；以及诸如来自St.Paul MN的3M公司的FC-43、FC-70和FC-5060的氟化物溶剂，包含诸如来自美国俄勒冈州波特兰的TCI公司的聚合(氟化丙烷氧化物)的聚合物的低分子量的卤化物，诸如来自位于新泽西州River Edge的Halocarbon Product公司的卤烃油的聚(氯三氟乙烯)，诸如来自Ausimont或KrytoxOils的Galden以及来自特拉华州杜邦公司的Greases K-Fluid系列的氟化聚烷基醚。该溶剂或溶剂混合物优选为清澈和无色的。
图1a-1c示出了本发明的显示单元在包括如上所述三种类型的粒子的显示液体填充在显示单元中时如何显示三种不同颜色状态。
如图1a所示，显示单元(10)夹在包括共用电极(11a)的第一层(11)和包括像素电极(12a和12b)的第二层(12)之间，并且该显示单元填充有包括三种分散在清澈并且无色的溶剂中的粒子的电泳液体，该三种粒子为：白色带电色素粒子(13)、黑色带电色素粒子(14)和不带电或微带电彩色粒子(15)。在该例子中，该彩色粒子(15)为红色。
白色和黑色色素粒子带相反极性的电荷。比如，如果该黑色色素粒子为正电荷时，那么该白色色素粒子为负电荷。因此，该两种类型的带电色素粒子(13和14)可以朝向共用电极(11a)或像素电极(12a或12b)移动，该移动取决于粒子的电荷极性以及施加在该共用电极和像素电极之间的电压电势差。
在该例子中，该共用电极在可视侧。
还需要注意的是，可以有两个以上像素电极与显示单元相关联。
如上所述的彩色粒子(15)为不带电或微带电粒子，因此，它们在显示设备运行期间基本保持静止，并且基本均匀地分散在位于显示单元中的整个电泳液体中。
在图1a中，当合适的电压施加至共用电极(11a)以及两个像素电极(12a和12b)时，带电黑色粒子(14)会移动至共用电极(11a)或靠近该共用电极(11a)，且极性相反的带电白色色素粒子(13)会移动至像素电极之一(比如12b)或靠近该像素电极之一，使得黑色在可视侧可见。
可以设定电压使得白色带电色素粒子移动至两个像素电极(12a和12b)或靠近该两个像素电极，以显示黑色。
在图1b中，当合适的电压施加至共用电极(11a)和两个像素电极(12a和12b’)时，带电黑色粒子(14)会移动至像素电极之一(例如12a)或靠近该像素电极之一，且相反极性的带电白色色素粒子(13)会移动至另一个像素电极(12b)或靠近该另一个像素电极，使得红色(即颜色粒子(15)的颜色)在可视侧可见。在这种情况下，彩色粒子(15)作为用于被白色粒子反射的光的红色滤光器，以实现红色。
在示出的一个实施例中，黑色带电色素粒子移动至两个像素电极中较小的一个或靠近该较小像素电极以实现更好的红色亮度。尽管如此，也可以具有相同尺寸的两个像素电极。
在图1c中，当合适的电压施加至共用电极(11a)和两个像素电极(12a和12b)时，白色色素粒子(13)会移动至共用电极(11a)或靠近该共用电极，且相反极性的带电黑色粒子会移动至像素电极中的一个(例如12a)或靠近该像素电极，使得白色在可视侧可见。当白色被显示时，电压也可以设置成使得黑色粒子移动至两个像素电极(12a和12b)或靠近该两个像素电极。
图2a-2c示出了本发明的一种替代设计。如图2a所示，显示单元(20)夹在包括共用电极(21a)的第一层(21)与包括一个像素电极(26)和两个同平面的电极(22a和22b)的第二层(22)之间。像素电极(26)位于两个同平面的电极(22a和22b)之间，并且在电极之间存在间隙。
在应用中，也可以仅有一个同平面电极位于像素电极旁。
在该设计中，黑色背景层(24)可以位于第二层(22)之上或之下，或者第二层可以作为背景层。
显示单元(20)填充有包括分散在清澈且无色溶液中的两种类型粒子：白色带电色素粒子(23)和不带电或微带电彩色粒子(25)的电泳液体。在本例子中，彩色粒子(25)为红色。
用于三种粒子系统的上述其他特征(例如，电荷控制剂、溶剂、材料选择等)同样也可以应用于本设计。
白色色素粒子可以为正或负电荷。在本例子中，共用电极位于可视侧。
在图2a中，当合适的电压施加至共用电极(21a)和像素以及共平面电极(26、22a和22b)时，带电白色色素粒子(23)会移动至共用电极(21a)或靠近该共用电极，使得白色在可视侧可见。
在图2b中，当合适的电压施加至共用电极(21a)和像素以及共平面电极(26、22a和22b)时，带电白色粒子(23)会移动至共平面电极(22a和22b)或靠近共平面电极，使得背景层的颜色(即，黑色)在可视侧可见。在这种情况下，彩色粒子(25)的红色会被黑色背景色吸收。
在图2c中，当合适的电压施加至共用电极(21a)和像素以及共平面电极(26、22a和22b)时，白色色素粒子(23)会移动至像素和共平面电极或靠近该像素和共平面电极，使得红色在可视侧可见。在这种情况下，红色粒子(25)作为用于被白色粒子反射的光的红色滤光器，以实现红色。
虽然在图1a-1c和2a-2c的例子中，彩色粒子为红色，但在应用中，它们可以为绿色、蓝色或其他颜色，这取决于显示器的应用的需要。
如图1a-1c和2a-2c所示的显示单元对于彩色显示器设备是理想的，在该彩色显示器中每一个像素由三个子像素组成，其中一个具有如图1a-1c和2a-2c所示的红色粒子，另一个具有绿色粒子，第三个具有蓝色粒子。
图3a-3e示出了如何使用包括本发明的显示液体的显示设备显示出多种色彩。每一个显示单元代表一个子像素，每一个像素具有三个子像素。三个显示单元(每一个代表一个子像素)都填充有上述的显示液体。
在图3a中，当需要白色像素时，所有三个子像素转换成白色状态。在图3b中，当需要黑色像素时，所有三个子像素都转换成黑色状态。在图3c中，当需要红色时，一个子像素转换成红色(如图1b或2c所示)，剩下的两个子像素转换成黑色状态用于极大化色彩饱和度。类似地，图3d和图3e各自显示出绿色和蓝色。可替换地，在图3c、3d和3e中，一个子像素驱动成彩色状态，而剩下的两个子像素驱动成用于极大化亮度的白色状态(以色彩饱和度为代价)。此外可替换地，在图3c、3d和3e中，一个子像素驱动成彩色状态而剩下的两个子像素分别驱动成黑色和白色状态。这样一个全色显示器可以具有相同的好的黑白显示器的黑色和白色特征，但是同时显示高品质的红色、绿色和蓝色。
如上所述，每一个显示单元代表一个子像素，每一个像素由三个子像素组成。该三个显示单元(每一个代表一个子像素)分别填充有包括红色、绿色和蓝色不带电或微带电粒子的显示液体。
尽管如此，所有填充了具有相同颜色的不带电或微带电粒子的显示液体的显示单元也落入本发明的范围内。在这种情况下，最终的显示器可以具有针对图像的单色选择。
本发明中涉及的显示单元可以为常用的壁型或隔板型，微封装型或微杯型。在微杯型中，电泳显示单元可以被顶部密封层密封。在电泳显示单元和共用电极之间可以有粘结层。术语“显示单元”想表达的意思是一种单独填充有显示液体的微型容器。“显示单元”的例子包括但不限于：微杯、微型囊、微型通道，其他的隔板型显示单元以及等效物。
尽管本发明的特殊形式已经被示出并说明了，但是很显然不同的修改可以在不脱离本发明的实质和范围的情况下得出。此外，为了本发明的目的和范围，可以做出多种修改以适应特殊的情况、材料、组分、工艺、工艺步骤或步骤。所有这些修改都应该涵盖在后续的权利要求的范围中。

Claims (13)

1.一种电泳显示器，包括：
电泳显示液体，其包括透明彩色粒子以及白色带电色素粒子，这两者都分散在溶剂或溶剂混合物中，其中，所述透明彩色粒子具有透明的聚合物基体并且具有溶解在该聚合物基体中的染料分子；以及
在可视侧的第一层以及包括同平面电极和像素电极的第二层，其中，所述电泳显示液体被夹在所述第一层和所述第二层之间；
由此，
(a)当白色带电色素粒子在所述第一层处或附近时，白色带电色素粒子的颜色被显示，以及
(b)当光被在所述第二层处或附近的白色带电色素粒子反射之后通过透明彩色粒子时，透明彩色粒子的颜色被显示。
2.如权利要求1所述的显示器，其中，所述透明彩色粒子的折射率匹配溶剂或溶剂混合物的折射率。
3.如权利要求1所述的显示器，其中，溶剂或溶剂混合物为清澈和无色的。
4.如权利要求1所述的显示器，其中，所述透明彩色粒子为不带电粒子。
5.如权利要求1所述的显示器，其中，所述透明彩色粒子具有低于20的ζ电势。
6.如权利要求1所述的显示器，还包括背景层。
7.如权利要求6所述的显示器，其中，当白色带电色素粒子在同平面电极处或附近时，背景层的颜色被显示。
8.如权利要求6所述的显示器，其中，所述背景层为黑色。
9.如权利要求1所述的显示器，还包括，
颜色和电荷极性与所述白色带电色素粒子的颜色和电荷极性不同的第二类型的带电色素粒子，以及
当所述第二类型的带电色素粒子在所述第一层处或附近时，所述第二类型的带电色素粒子的颜色被显示。
10.如权利要求9所述的显示器，其中，所述透明彩色粒子与所述白色带电色素粒子携带相同的电荷极性。
11.如权利要求9所述的显示器，其中，所述透明彩色粒子与所述第二类型的带电色素粒子携带相同的电荷极性。
12.如权利要求1所述的显示器，其中，所述第二层包括至少两个像素电极。
13.如权利要求12所述的显示器，其中，所述至少两个像素电极中第一像素电极具有比第二像素电极更小的区域。
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