CN107065375A - 一种差异电荷彩色电泳型显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种差异电荷彩色电泳型显示装置，包括多个重复的像素阵列，像素包括第一基板、第二基板、位于第一基板和第二基板之间的三个或三个以上子像素以及驱动装置，子像素两侧设有密封间隔壁一，子像素内含有电泳液，电泳液包括溶剂或溶剂混合物，和分散在所述溶剂或所述溶剂混合物中的电荷极性相反的白色粒子和黑色粒子，以及颜料粒子，所述颜料粒子包括电荷状态为正电、负电和电中性的三种电荷状态的粒子中的任意两种。本发明使用同种颜色具有差异电荷状态的颜料粒子封闭于单一子像素中，通过颜料粒子分别和黑、白色粒子混色，有效拓宽颜色显示的灰度等级，具有高阶灰度的三个或三个以上子像素的颜色混合，能实现全彩色显示。
Description
技术领域
本发明属于电子纸技术领域，尤其涉及一种差异电荷彩色电泳型显示装置。
背景技术
近年来，在单色或多色电子纸基础之上，多种彩色电子纸技术方案被开发出来，大致可分为电泳型、胆甾液晶型、电润湿型和混合型等。电泳型主要包括滤光片型和颜料粒子型。胆甾液晶型有沿面混色和三层叠加混色。混合型主要是三维混色彩色电子纸，由单色电泳型和胆甾液晶型组成。在本发明中，主要聚焦于电泳型彩色电子纸。为实现电泳型电子纸的彩色化，通常在观察侧的电泳层上叠加彩色滤光片以显示红、绿和蓝颜色，即为滤光片型彩色电泳型电子纸。滤光片型彩色电泳型电子纸的缺点是色彩亮度低，灰度受限于黑白电泳层的光学特性和滤光片的光通过效率。颜料粒子型彩色电泳型电子纸，是使用四种不同类型的粒子，其中三种是彩色颜料粒子。如果一种粒子是黑色，另外三种粒子分别是红、绿和蓝色的颜料粒子。像素显示的白色经由显示红、绿、蓝色的子像素叠加生成，其混色原理是加法混色。如果颜料粒子型彩色电泳型电子纸利用减法混色原理，一种粒子是白色，另外三种粒子分别是青、品红和黄色颜料粒子，像素显示的黑色由显示青、品红、黄色的子像素叠加生成。黑色图像质量前者优于后者，白色图像质量后者优于前者。
除此之外，通过设置颜色阻挡粒子来调整灰度实现彩色电泳型电子纸的颜色显示。这种方式的灰度级只能实现阻挡粒子引起的灰度变化，阻挡粒子无法实现由暗淡到明亮的大范围调整。电润湿型彩色显示方案，在混色原理上与电泳型、胆甾液晶型的彩色方案是类似的。但是由于单色显示还没有方案实现量产，彩色显示方案的成熟需要更长时间才有可能实现。
通过以上分析，尽管彩色电子纸方案不断涌现，但彩色电子纸存在的色域狭窄和灰度级低等问题仍需要进一步改善。电泳型、胆甾液晶型、电润湿型三种解决方案各有优势并不断取得进展，但是在色域、灰度和成本等方面均需要进一步提高。
发明内容
根据上述提出的色域、灰度等方面存在的技术问题，而提供一种差异电荷彩色电泳型显示装置。本发明采用对同种颜色的颜料粒子使之带有不同极性的电荷或保持电中性，在电场作用下，实现彩色电泳型电子纸的高阶灰度和广色域显示。彩色颜料粒子和黑色粒子混合再现不同灰阶的暗而深颜色，彩色颜料粒子和白色粒子混合再现不同灰阶的亮而淡颜色，进而通过三个及以上子像素混色，完美实现全彩色显示。该种彩色电泳型电子纸与现有技术相比，具有的优势是能够实现从暗态到明态的高阶灰度彩色显示，拓宽了电子纸的色谱范围，具有驱动原理简单、技术成熟，显示性能优异的特点。宽广色域和充足的灰度等级，完全能满足报纸、杂志等对色彩高标准再现的显示图像要求。
本发明采用的技术手段如下：
一种差异电荷彩色电泳型显示装置，包括多个重复的像素阵列，像素包括第一基板、第二基板、位于第一基板和第二基板之间的三个或三个以上子像素以及驱动装置，子像素两侧设有密封间隔壁一，子像素内含有电泳液，电泳液包括溶剂或溶剂混合物，和分散在所述溶剂或所述溶剂混合物中的电荷极性相反的白色粒子和黑色粒子，以及颜料粒子，所述颜料粒子包括电荷状态为正电、负电和电中性的三种电荷状态的粒子中的任意两种，即每个子像素的颜料粒子的两种电荷状态组合分别是正和负、正和中性及负和中性。
所述像素中至少有三个子像素中的颜料粒子的颜色分别为红、绿、蓝或分别为青、品红、黄，即每个像素中至少有三个子像素能够显示红、绿、蓝或者青、品红、黄。如果选择红、绿、蓝三种组合，则对应的子像素的粒子颜色种类是红黑白、绿黑白和蓝黑白。如果选择青、品红、黄三种组合，则对应的子像素的粒子颜色种类是青黑白、品红黑白和黄黑白。
如果所述像素中有三个子像素分别显示红、绿和蓝，形成加法混色类型，显示白色。为叙述方便，依次假定三个子像素为第一子像素、第二子像素和第三子像素。第一个子像素可以显示红色，第二个子像素可以显示绿色，第三个子像素可以显示蓝色。当第一子像素显示红色其它两个子像素显示黑色，则该像素是红色。当第二子像素显示绿色其它两个子像素显示黑色，则该像素是绿色。当第三个子像素显示蓝色，其它两个子像素显示黑色，则该像素是蓝色。如果前述显示黑色的两个子像素都显示白色，会呈现不同灰度的红、绿和蓝；如果显示黑色的两个子像素显示一黑一白，也会呈现不同灰度的彩色。由此可以看出，差异电荷型电泳型彩色电子纸具有丰富的灰度等级。三个以上子像素的情况，可以在上述基础上，添加带有其它颜料粒子的子像素，满足更高灰度等级的图像显示需要。
所述白色粒子与所述颜料粒子中与所述白色粒子的电荷极性相同的粒子电荷容量不同；所述黑色粒子与所述颜料粒子中与所述黑色粒子的电荷极性相同的粒子电荷容量不同。设定黑色粒子带负电荷，则白色粒子带正电荷，与黑色粒子对应的是带负电荷的颜料粒子，与白色粒子对应的是带正电荷的颜料粒子。在设定外加电场的作用下，因负电荷的黑色粒子和带负电的颜料粒子的电荷量不同，黑白粒子和颜料粒子能在溶剂或溶剂混合物的微小距离内分开。同理带正电荷的白粒子与带正电荷的颜料粒子亦可分开。确保在规定的电场作用下，黑、白、颜料粒子能独立或混合移动到显示面，能显示黑、白、黑色粒子和颜料粒子的混合色、白色粒子和颜料粒子的混合色、颜料粒子的颜色中的某一种颜色。当使用电中性的颜料粒子即为电荷量为0的颜料粒子，代替上述正电荷或负电荷的颜料粒子，同样能够实现与白粒子或黑色粒子的混合色。
本发明的背景和彩色显示时颜料粒子移动特性与其所带电荷量是相互关联的。设定背景为白色，彩色显示设定为红色，假设白色粒子带正电荷，则显示白色背景时，带正电荷或电中性的红色颜料粒子移动到显示面显示红色。如果设定背景为黑色，彩色显示设定为红色，假设黑色粒子带负电荷，则显示黑色背景时，带负电荷或电中性的红色颜料粒子移动到显示面显示红色。同理可以推断出显示绿色、蓝色、青色、品红色和黄色的不同电荷状态的颜料粒子的移动情况。显示背景的黑色粒子或白色粒子都有对应电荷极性或电中性的颜色粒子，即正电荷对正电荷，负电荷对负电荷，没有对应电荷的情况，则对应电中性。各种粒子的这种电荷特性，有利于提高颜料粒子的稳定性，显示清晰的轮廓。特别是黑、白色粒子和颜料粒子混合的色彩再现情况，实现多级稳定状态灰度显示。
每个所述子像素中的所述颜料粒子的颜色相同且具有相同或相似的色觉，所述颜料粒子中不同电荷状态的粒子的色觉差异小于人眼对该颜色的分辨率。为保证灰度的连续可调，每个子像素中具有不同电荷状态的颜料粒子，必须保证相同或相似的色觉。在不同光谱区域，人眼对颜色感知的敏感度不同，特别是在加法混色系和减法混色系的波段，色觉差异不同，在粒子着色时，必须严格注意，予以满足。
所述像素中的每个子像素中所包含的颜料粒子分别具有不同的光学特性。在显示中，显示不同基色或具有灰度的基色，各个像素中的颜料粒子纯度要求必须满足设计色觉差的要求。在制造过程中，在各个工序必须减少子像素中的颜料粒子混入，实现高品质的显示。
所述驱动装置包括公共电极和多组与每个所述子像素单独对应的驱动单元，所述驱动单元包括薄膜晶体管和驱动电极，所述公共电极和所述驱动单元分别位于子像素的两端。所述薄膜晶体管种类繁多，常用的有OTFT、a-Si型TFT、LTPS型TFT、IGZO型TFT等。所述驱动电极为透明或非透明材料形成的TCF或非透明的导电薄膜，有机材料或无机材料制成。每个子像素的所述驱动单元分别与相对应的源电极线和栅电极线相连，同时带有必要的存储电容。驱动单元组成阵列，根据需要实现不同解析度的电子纸图像显示。每个子像素中的黑、白粒子，颜料粒子在独立控制下移动，与其它子像素混色，才能实现全彩色显示。
所述子像素内还设有至少一个密封间隔壁二，形成数个独立空间。
每个所述子像素中的所述颜料粒子中的两种粒子除色觉特性相同、电荷状态不同外，其它特性相同或不同。颜料粒子的电荷特性差异，实现了颜料粒子和黑粒子或者白粒子的混色，有效扩大了色域。
每个所述子像素中的所述颜料粒子中的两种粒子中，确保数量最少的粒子，在显色时能达到饱、散射和反射的光学特性。也就是说，在此基础上，即使增加颜料粒子数，散射和反射光强也不增加。在彩色光谱区，通过子像素的高阶灰度的颜色混合，能很好的实现全彩色显示，可以显示更广色域的彩色图像。
每个所述子像素的形状相同或不同，面积相等或不等。
对任意子像素施加电场，通过调整电场的极性、大小、脉宽和频率，可以显示黑、白、或红、或绿、或蓝；也可以显示黑、白、或青、或品红、或黄；改变电场的特性，子像素可以连续显示不同比例的黑色粒子和颜料粒子混合色，白色粒子和颜料粒子混合色。
与现有技术相比，本发明提供的一种差异电荷彩色电泳型显示装置的有益效果如下：
使用同种颜色具有差异电荷状态的颜料粒子封闭于单一子像素中，通过颜料粒子分别和黑、白色粒子混色，有效拓宽颜色显示的灰度等级。具有高阶灰度的三个或三个以上子像素的颜色混合，能实现全彩色显示。同时子像素之间都具有清晰的边缘，提高色彩再现的稳定性。这种差异电荷状态的颜料粒子与现有技术比，还具有显示图像清晰和稳定的特点。为电子纸实现高阶灰度和全彩色显示性能提供了有效的原理和结构支撑。期待彩色电子纸获得更广泛的应用。
基于上述理由本发明可在电子纸技术等领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的具体实施方式中一种差异电荷彩色电泳型显示装置的像素和三个子像素结构示意图。
图2为本发明的具体实施方式中一种差异电荷彩色电泳型显示装置未加电场时内部各粒子分布状态示意图。
图3为本发明的具体实施方式中一种差异电荷彩色电泳型显示装置加电场时内部各粒子分布状态示意图。
图中；1:像素；2:第一子像素；3:第二子像素；4:第三子像素；5：第一基板；6：公共电极；7：密封间隔壁；8：a-Si型TFT；9：驱动电极；10：第二基板；11：带正电荷白色粒子；12：带负电荷黑色粒子；13：带正电荷颜料粒子；14：带负电荷颜料粒子；15：带负电荷红色颜料粒子；16：带正电荷红色颜料粒子；17：带负电荷绿色颜料粒子；18：带正电荷绿色颜料粒子；19：带负电荷蓝色颜料粒子；20：带正电荷蓝色颜料粒子；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图3所示，
本发明的差异电荷彩色电泳型显示装置包括多个重复的像素阵列，任意像素1由三个或三个以上子像素组成。为了易于说明，如图1所示，只给出包含三个平行子像素的像素结构实施例，而且三个子像素分别称为第一子像素2、第二子像素3和第三子像素4。如图2所示，第一子像素2、第二子像素3和第三子像素4位于两个基板之间，通过密封间隔壁7密封电泳液构成，为叙述方便，假定第一基板5位于观察侧，第二基板10位于第一基板5的相对侧。第一基板5材料使用PET薄膜，第二基板10材料使用玻璃。在第一基板5的内侧和在显示层(第一子像素2、第二子像素3和第三子像素4)的整个顶部之间，有附着于第一基板5内侧的透明电极，称为公共电极6。该公共电极6通常为ITO电极，也可以是石墨烯、PEDOT等有机材料。第二基板10的内侧包括a-Si型TFT8与ITO、Al复合层的驱动电极9一起构成子像素的驱动单元。各个驱动单元通过源电极Al引线、门电极Al引线连接组成阵列。每个子像素具有合适的存储电容，某些电极之间根据需要设有必要的过孔连接和必要的绝缘层隔离。由于属于本领域内熟知的内容，不影响对本实施例的理解，在图2中没有一一描述这些结构。虽然对于基板、薄膜晶体管给出具体的材料名称、类型和方式，但是本发明的范围涵盖其它类型的基板材料和寻址方式，只要这些方式用于差异电荷的彩色电泳型显示装置。
每个像素的各个子像素由不同的电泳液构成，电泳液包括溶剂或溶剂混合物及分散于其中的电荷极性相反的黑色粒子、白色粒子和一种颜色的颜料粒子，颜料粒子具有两种不同的电荷状态。溶剂或溶剂混合物是透明液体，为使图形简洁明了，突出粒子的种类和电荷类型，图2中省略这些透明液体。图中的各种粒子是处于未加电场作用的随机分布状态。
在本实施例中，三个子像素中的颜料粒子，具有相同的色觉特性，分别使用同种颜料带有不同的正电荷和负电荷。在本实施例中，白色粒子是由Ti02形成；黑色粒子是由炭黑形成；每个子像素的颜料粒子颜色分别是红、绿、蓝，如图3所示。同图2，也省略了溶剂或溶剂混合物。在不同的子像素上，分别施加电场形成颜料粒子状态，第一子像素和第二子像素显示黑色，第三子像素显示蓝颜色，整个像素显示蓝色。改变子像素的电场状态，像素可以显示黑色、白色、红色、绿色等颜色。
图2和图3中，粒子的种类和电荷类型为：带正电荷白色粒子11；带负电荷黑色粒子12；带正电荷颜料粒子13；带负电荷颜料粒子14；带负电荷红色颜料粒子15；带正电荷红色颜料粒子16；带负电荷绿色颜料粒子17；带正电荷绿色颜料粒子18；带负电荷蓝色颜料粒子19；带正电荷蓝色颜料粒子20。
本发明的范围广泛地涵盖包括子像素各种形状排列和子像素数量改变，颜料粒子的数量和体积、颜料粒子的颜色、颜料粒子和黑色粒子、白色粒子的电荷特性和电荷量差异，任何组成的电泳液体积、溶剂类型变化，只要在同种颜色的颜料粒子具有不同的电荷状态即与本发明本质相同。这里电荷状态差异是指正电荷和负电荷、或者正电荷和电荷中性、或者负电荷和电荷中性。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；比如只变换颜料粒子的颜色和颜料粒子的种类或数量，间隔壁的形状，基板的类型，驱动装置的构成，也是本发明容易实现的方式。对于其它的颜料粒子型电子纸模式，比如真空粉流体等模式也同样适用于本发明。凡在本发明的更改和变化之内，所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于，包括多个重复的像素阵列，像素包括第一基板、第二基板、位于第一基板和第二基板之间的三个或三个以上子像素以及驱动装置，子像素两侧设有密封间隔壁一，子像素内含有电泳液，电泳液包括溶剂或溶剂混合物，和分散在所述溶剂或所述溶剂混合物中的电荷极性相反的白色粒子和黑色粒子，以及颜料粒子，所述颜料粒子包括电荷状态为正电、负电和电中性的三种电荷状态的粒子中的任意两种。
2.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：所述像素中至少有三个子像素中的颜料粒子的颜色分别为红、绿、蓝或分别为青、品红、黄。
3.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：所述白色粒子与所述颜料粒子中与所述白色粒子的电荷极性相同的粒子电荷容量不同；所述黑色粒子与所述颜料粒子中与所述黑色粒子的电荷极性相同的粒子电荷容量不同。
4.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：每个所述子像素中的所述颜料粒子的颜色相同且具有相同或相似的色觉，所述颜料粒子中不同电荷状态的粒子的色觉差异小于人眼对该颜色的分辨率。
5.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：所述驱动装置包括公共电极和多组与每个所述子像素单独对应的驱动单元，所述驱动单元包括薄膜晶体管和驱动电极，所述公共电极和所述驱动单元分别位于子像素的两端。
6.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：所述子像素内还设有至少一个密封间隔壁二。
7.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：每个所述子像素中的所述颜料粒子中的两种粒子除色觉特性相同、电荷状态不同外，其它特性相同或不同。
8.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：每个所述子像素中的所述颜料粒子中的两种粒子中，确保数量最少的粒子，在显色时能达到饱、散射和反射的光学特性。
9.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：每个所述子像素的形状相同或不同，面积相等或不等。
10.根据权利要求1所述的一种差异电荷彩色电泳型显示装置，其特征在于：对任意子像素施加电场，通过调整电场的极性、大小、脉宽和频率，可以显示黑、白、或红、或绿、或蓝；也可以显示黑、白、或青、或品红、或黄；改变电场的特性，子像素可以连续显示不同比例的黑色粒子和颜料粒子混合色，白色粒子和颜料粒子混合色。
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