CN107111201A - 电光显示器以及用于驱动电光显示器的方法 - Google Patents

电光显示器以及用于驱动电光显示器的方法 Download PDF

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Abstract

第一显示器(100)包括在其相对侧上具有第一和第二电极(110,116)的电光材料层(112)，一个或两个电极(110,116)具有至少两个间隔触点(T1‑T4,B1‑B4)，以及电压控制部件被布置为改变附接至相同电极的两个间隔触点(T1‑T4,B1‑B4)之间的电位差。第二显示器(600)包括具有预期相邻的至少三个电极(612‑624)的序列的电光材料层(610)。电压控制部件(626)改变所述序列的第一和最后电极(612,624)之间的电位差。序列的电极(612‑624)在电光材料层(610)的两个表面之间交替，并具有与序列的之前和和之后电极重叠或相邻放置的边缘。除了第一和最后电极的电极被电隔离，以使得其电位由经由电光材料层(610)的电流的通过来控制。还提供用于驱动这些显示器的方法。

Description

电光显示器以及用于驱动电光显示器的方法
相关申请
本申请涉及于2015年11月6日提交的序列号为14/934,662的申请，其要求于2014年11月7日提交的62/077,154以及于2015年1月5日提交的序列号为62/099,732的临时申请的优先权。
本申请涉及美国专利Nos.5,930,026；6,445,489；6,504,524；6,512,354；6,531,997；6,753,999；6,825,970；6,900,851；6,995,550；7,012,600；7,023,420；7,034,783；7,116,466；7,119,772；7,193,625；7,202,847；7,259,744；7,304,787；7,312,794；7,327,511；7,453,445；7,492,339；7,528,822；7,545,358；7,583,251；7,602,374；7,612,760；7,679,599；7,688,297；7,729,039；7,733,311；7,733,335；7,787,169；7,952,557；7,956,841；7,999,787；8,077,141；8,125,501；8,139,050；8,174,490；8,289,250；8,300,006；8,305,341；8,314,784；8,373,649；8,384,658；8,558,783；8,558,785；8,593,396；和8,928,562；以及美国专利申请公开Nos.2003/0102858；2005/0253777；2007/0091418；2007/0103427；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；2008/0291129；2009/0174651；2009/0179923；2009/0195568；2009/0322721；2010/0220121；2010/0265561；2011/0193840；2011/0193841；2011/0199671；2011/0285754；2013/0063333；2013/0194250；2013/0321278；2014/0009817；2014/0085350；2014/0240373；2014/0253425；2014/0292830；2014/0333685；2015/0070744；2015/0109283；2015/0213765；2015/0221257；和2015/0262255。
为了方便，在前一段中提到的专利和申请可以在下文中总地被称为“MEDEOD”(用于驱动电光显示器的方法)申请。
技术领域
本发明涉及用于驱动电光显示器(特别是双稳态电光显示器)的方法，以及用于该方法的设备。本发明特别地，但并非排他地，意于使用基于粒子的电泳显示器，其中，一种或多种类型的带电粒子存在于流体中并且在电场的影响下移动穿过流体以改变显示器的外观。
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。尽管光学性质通常是人眼可感知的颜色，但其可以是其他光学性质，诸如光透射、反射、和发光，或者在意在用于机器阅读的显示器的情况下，在可见范围外的电磁波长的反射率的改变的意义上的伪色。
术语“灰色状态”在此使用的是其在成像技术领域中的常规含义，指的是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转变。例如，下文中所涉及的伊英克公司的几个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，使得中间的“灰色状态”实际上为淡蓝色。实际上，如已经提到的，光学状态的改变可以根本不是颜色改变。下文可使用术语“黑色”和“白色”来指代显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括并非严格的黑色和白色的极端光学状态，例如上面提到的白色和深蓝色状态。下文可使用术语“单色的”来表示仅将像素驱动至其两个极端光学状态，而没有中间灰色状态的驱动方案。
术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是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的至少一个光学性质不同，从而在利用具有有限存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，该状态将持续的时间是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至少几倍(例如至少4倍)。美国专利No.7,170,670表明，支持灰度的一些基于粒子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色状态，一些其它类型的电光显示器也是如此。这种类型的显示器被恰当地称为是“多稳态的”而非双稳态的，但是为了方便，在此可使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的显示器。
术语“脉冲”在此使用的是其常规含义,即电压关于时间的积分。然而，一些双稳态电光介质用作电荷转换器，并且对于这种介质，可以使用脉冲的一种替代定义，即电流关于时间的积分(其等于施加的总电荷)。根据介质是用作电压-时间脉冲转换器还是用作电荷脉冲转换器，应当使用合适的脉冲定义。
下文的讨论主要集中于用于驱动电光显示器经历从初始灰度至最终灰度(其可以与初始灰度相同或者不相同)的转变的方法。术语“波形”将用于指示整个电压与时间曲线，其用于实现从一个特定初始灰度到特定的最终灰度的转变。该波形可以包括多个波形元素；其中，这些元素本质上是矩形的(即，其中，给定元素包括在一段时间内施加恒定电压)；该元素可以被称为“脉冲”或“驱动脉冲”。术语“驱动方案”指足以实现在特定显示器的灰度之间的所有可能的转变的一组波形。显示器可以使用多于一个驱动方案；例如，前述美国专利No.7,012,600教导了根据诸如显示器温度或者在其寿命期间已经工作的时间等参数，驱动方案可能需要被修改，并且因此显示器可以配备有多个不同的将用在不同温度等的驱动方案。以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组相关驱动方案”。如一些前述MEDEOD申请中所描述的，也可以在同一显示器的不同区域同时使用多于一个驱动方案，以该方式使用的一组驱动方案可以被称为“一组同步驱动方案”。
已知几种类型的电光显示器。一种类型的电光显示器是旋转双色元件类型，如在例如美国专利Nos.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中所述(尽管这种类型的显示器通常被称为“旋转双色球”显示器，但术语“旋转双色元件”优选为更精确，因为在以上提到的一些专利中，旋转元件不是球形的)。这种显示器使用许多主体(通常球形或圆柱形的)和内部偶极子，主体包括具有不同光学特性的两个或更多个片段。这些主体悬浮在矩阵内填充液体的空泡内，空泡填充有液体以使得主体自由旋转。显示器的外观通过以下而改变：将电场施加至显示器，由此将主体旋转至各个位置，并改变主体的那一部分通过观察面看到。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器使用电致变色介质，例如以纳米电致变色薄膜(nanochromic film)的形式的电致变色介质，该薄膜包括至少部分由半导体金属氧化物形成的电极和附着到电极的能够反向颜色改变的多个染料分子；参见例如O'Regan,B.等,Nature 1991,353,737；以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等,Adv.Mater.,2002,14(11),845。这种类型的纳米电致变色薄膜还例如在美国专利Nos.6,301,038；6,870,657；以及6,950,220中描述。这种类型的介质也通常是双稳态的。
另一类型的电光显示器是由飞利浦开发的电润湿显示器，其在Hayes,R.A.等,"Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting",Nature,425,383-385(2003)中描述。其在美国专利No.7,420,549中示出为这种电润湿显示器可以被制造成双稳态的。
已经在多年来作为大量研究和开发的主题的一种电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中，多个带电粒子在电场的影响下移动穿过流体。电泳显示器与液晶显示器相比可以具有以下属性：良好的亮度和对比度、宽的视角、状态双稳定性、和低功耗。然而，这些显示器的长期图像质量的问题阻碍了它们的广泛使用。例如，组成电泳显示器的粒子易沉降，导致这些显示器的不足的使用寿命。
如上所述，电泳介质需要流体的存在。在大多数现有技术的电泳介质中，该流体是液体，但是电泳介质可以使用气态流体来制造；参见例如Kitamura,T.等,"Electricaltoner movement for electronic paper-like display",IDW Japan,2001,Paper HCSl-1,以及Yamaguchi,Y.等,"Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically",IDW Japan,2001,Paper AMD4-4。还参见美国专利Nos.7,321,459和7,236,291。这种基于气体的电泳介质在允许这种沉降的方向上(例如在介质在垂直平面中沉积的迹象中)使用时，看起来易受由于粒子沉降与基于液体的电泳介质相同类型的问题的影响。实际上，与基于液体的电泳介质相比，在基于气体的电泳介质中，粒子沉降似乎是更严重的问题，因为气态悬浮流体与液体相比的较低粘度允许电泳粒子的更快速的沉降。
被授予麻省理工学院(MIT)和伊英克公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装的电泳和其他电光介质的各种技术。这种封装介质包括许多小囊体，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介质中的可电泳移动的粒子。典型地，这些囊体本身保持在聚合粘合剂中以形成位于两个电极之间的连贯层。在这些专利和申请中描述的技术包括：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；参见例如美国专利Nos.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘合剂和封装处理；参见例如美国专利Nos.6,922,276和7,411,719；
(c)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利Nos.6,982,178和7,839,564；
(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Nos.7,116,318和7,535,624；
(e)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利Nos.7,075,502和7,839,564；
(f)用于驱动显示器的方法；参见前述MEDEOD申请；
(g)显示器的应用；参见例如美国专利Nos.7,312,784和7,312,784；以及
(h)非电泳显示器，如在美国专利Nos.6,241,921；6,950,220；7,420,549；8,319,759和8,994,705；以及美国专利申请公开No.2012/0293858中所述。
许多前述专利和申请认识到在封装的电泳介质中围绕离散的微囊体的壁可以由连续相替代，由此产生所谓的聚合物分散型的电泳显示器，其中电泳介质包括多个离散的电泳流体的微滴和聚合物材料的连续相，并且在这种聚合物分散型的电泳显示器内的离散的电泳流体的微滴可以被认为是囊体或微囊体，即使没有离散的囊体薄膜与每个单独的微滴相关联；参见例如前述美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认定为是封装的电泳介质的子类。
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，带电粒子和流体没有被封装在微囊体内，而是保持在形成于载体介质(通常是聚合物薄膜)内的多个空腔内。参见例如美国专利Nos.6,672,921和6,788,449，两者都授予SipixImaging公司。
虽然电泳介质通常是不透明的(因为，例如在很多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光透射通过显示器)并且在反射模式下工作，但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，而一种显示状态是光透射的。参见例如美国专利No.5,872,552；6,130,774；6,144,361；6,172,798；6,271,823；6,225,971和6,184,856。类似于电泳显示器但是依赖于电场强度的变化的介电泳显示器可以在类似的模式下工作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够在快门模式下工作。在快门模式下工作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在该结构中，邻近显示器的观察面的至少一层在快门模式下工作，以暴露或隐藏更远离观察面的第二层。
封装的电泳显示器通常不受传统电泳装置的聚集和沉降故障模式的困扰并提供更多的有益效果，例如在多种柔性和刚性基底上印刷或涂布显示器的能力。(使用词“印刷”意于包括印刷和涂布的所有形式，包括但不限于：诸如修补模具涂布、槽或挤压涂布、滑动或层叠涂布、幕式涂布的预先计量式涂布，诸如罗拉刮刀涂布、正向和反向辊式涂布的辊式涂布，凹面涂布，浸渍涂布，喷雾涂布，弯月面涂布，旋转涂布，刷涂，气刀涂布，丝网印刷工艺，静电印刷工艺，热印刷工艺，喷墨印刷工艺，电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)，以及其他类似技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。另外，因为显示器介质可以(使用多种方法)被印刷，所以显示器本身可以被便宜地制造。
其他类型的电光介质也可用于本发明的显示器。
基于粒子的电泳显示器的双稳态或多稳态性能，以及表现出类似性能的其他电光显示器(为了方便，这种显示器在下文可以被称为“脉冲驱动显示器”)，与传统液晶(LC)显示器的性能形成鲜明的对比。扭曲向列型液晶不是双稳态或多稳态的，而是用作电压转换器，因此，给这种显示器的像素施加给定电场在像素处产生特定的灰度，而与像素处之前存在的灰度无关。此外，LC显示器仅在一个方向(从非透射或“暗”至透射或“亮”)被驱动，通过减小或消除电场实现从较亮状态至较暗状态的反向转变。最后，LC显示器的像素的灰度对电场的极性不敏感，仅对其大小敏感，并且实际上，由于技术原因，商业LC显示器通常以频繁的间隔反转驱动电场的极性。相反，双稳态电光显示器大致上是作为脉冲转换器工作的，因此，像素的最终状态不仅取决于所施加的电场和施加该电场的时间，还取决于施加电场之前像素的状态。
不管所使用的电光介质是不是双稳态的，为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是不被邻近像素干扰地可寻址的。实现该目的的一种方法是提供诸如晶体管或二极管的非线性元件的阵列，其中至少一个非线性元件与每个像素相关，以产生“有源矩阵”显示器。为一个像素寻址的寻址或像素电极通过相关的非线性元件与合适的电压源连接。典型地，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接至晶体管的漏极，并且该布置将在下文的描述中呈现，然而这实质上是任意的并且像素电极可以连接至晶体管的源极。通常，在高分辨率阵列中，像素被布置在行和列的二维阵列中，以使任意特定像素被一个特定行和一个特定列的交叉点唯一地限定。每一列中所有晶体管的源极都连接至单一列电极，而每一行中所有晶体管的栅极都连接至单一行电极；再次，将源极分配给行和将栅极分配给列是常规的，但是实质上是任意的，并且如果需要，可以反转。行电极连接至行驱动器，其实质上确保在任意给定的时刻仅选择一行，即，给所选择的行电极施加电压例如以确保在所选择的行上的所有晶体管都是导通的，而给其他的行施加电压例如以确保在这些未选择的行上的所有晶体管保持不导通。列电极连接至列驱动器，其在各个列电极上施加选择的电压以将所选择的行上的像素驱动至它们期望的光学状态。(前述电压与共同的前电极有关，后者通常设置在电光介质中与非线性阵列相对的一侧并且在整个显示器上延伸。)在被称为“线寻址时间”的预选择间隔之后，取消选择被选择的行，选择下一行，并且改变列驱动器上的电压以使显示器的下一行被写入。重复该过程以使整个显示器以逐行方式被写入。
可替换地，利用具有大的阈值电压的电光介质(大多数电泳介质不具有)，可以使用无源矩阵驱动。在这种类型的驱动中，两组平行细长电极被设置在电光层的相对侧上，两组电极彼此垂直地布置，以使得每个像素由一个电极在两组中的每一个中的交叉点来限定。最后，电光显示器可以利用所谓的“直接驱动”，其中，多个像素各自设置有将像素电极链接至显示器控制器的单独导体，显示器控制器可以由此直接控制每个像素电极的电位。
有源和无源矩阵显示器是复杂和昂贵的，特别是在大面积显示器的情况下，因为所需电极的成本趋于是显示面积而不是像素数的函数。然而，有源和无源矩阵显示器确实具有显示任何图像的灵活性，并且可以由此表示变化的点大小的图片和文本。直接驱动显示器趋于便宜，但缺少灵活性，并且在能够显示文本的情况下，通常受限于单个点大小并需要像素电极和控制器之间的非常大数量的连接；参见例如美国外观设计专利No.D485,294，其需要63个像素来以单个点大小表示各个版本的拉丁字母的一个字符。
迄今为止，电泳和类似的双稳态电光显示器的大部分商业应用已经在小的相对昂贵的产品(诸如电子文档阅读器、手表和固态存储装置)中，其中有源矩阵显示器的费用可以是容忍的，或者简单的直接驱动显示器满足要求。然而，增长的兴趣在于将这种显示器应用至家具和建筑应用中(参见序列号为14/934,662的前述申请)，并且在这种应用中，有源矩阵或直接驱动的费用是难以容忍的。此外，在许多家具和建筑应用中，电光显示器意欲提供简单的、通常运动的几何图案，以使得有源矩阵和直接驱动显示器的复杂文本和图形功能是不必要的。本发明试图提供用于这种家具和建筑应用中的显示器和驱动方法。
已有在先的使用电阻器网络来控制成像的提议；参见例如美国专利Nos.3,679,967和5,400,122。本发明的显示器和驱动方法不使用这种电阻器网络。
发明内容
本发明提供一种(第一或“间隔触点”)显示器，包括电光材料层、以及在电光材料层的相对侧上的第一和第二电极，第一和第二电极中的至少一个是光透射的，并且第一和第二电极中的至少一个具有至少两个间隔触点，以及被配置为改变附接至同一电极的两个间隔触点之间的电位差的电压控制部件。
术语“光透射”在这里以其在显示器领域中的常规意思使用，如例如在前述美国专利No.6,982,178中描述的，意思是透射足够的可见光以使得观察者能够经由光透射电极观看电光材料以观察电光材料的光学状态的变化。
在本发明的间隔触点显示器的优选形式中，第一和第二电极具有至少两个间隔触点，并且电压控制部件被布置为改变附接至每个电极的两个间隔触点之间的电位差。所述或每个电极当然可以具有多于两个间隔触点；如果情况是这样，不绝对必要的是电压控制部件被配置为相互独立地改变这些触点中的所有而非一个的电位；例如，触点可以被分成两个或更多个组，每个组中的触点被维持在相同的电位，但在不同的组之间施加了电位差。
本发明的间隔触点显示器可以在电光介质层的每侧上具有多于一个电极。实际上，在非常大的显示器的情况下(可能覆盖非常大的壁)，必要或期望的是，显示器被分成一系列单独的模块，模块中的每一个具有夹在第一和第二电极之间的电光层。而且，本发明的间隔显示器可以在电光介质层的每侧上具有不同数量的电极。
在本发明的间隔触点显示器中，具有至少两个触点的所述或每个电极可以简单地具有在两个触点之间延伸的均匀条带的形式。然而，可以通过使用不均匀的电极来产生更有趣的视觉效果。例如，第一和第二电极中的至少一个可以被至少一个非导电区域中断以使得电流必须遵循在该电极上的两个触点之间的非线性路径。这种非线性路径的可能的几何布置的例子在以下参考附图论述。可替换地，第一和第二电极中的至少一个可以被分成每单位长度具有不同电阻的多个片段，和/或每单位面积具有不同电容的多个片段。
在以上提到的几个MEDEOD申请中论述的，如果施加至电光显示器的波形不是DC平衡的，则对电极的损坏可能产生，特别在光透射电极的情况下，光透射电极通常非常薄，小于1μm。为了减少或消除对电极的这种损坏，第一和第二电极中之一的至少一部分可以提供有设置在电极和电光材料层之间的钝化层。合适的钝化层在例如美国专利No.6,724,519中描述。
本发明还提供驱动间隔触点电光显示器的方法，所述方法包括：提供显示器，显示器包括电光材料层、在电光材料层的相对侧上的第一和第二电极，第一和第二电极中的至少一个具有至少两个间隔触点；以及在相同电极上的两个触点之间施加随时间变化的电位差。
在这种“间隔触点”方法中，第一和第二电极可以具有至少两个间隔触点，并且电压控制部件可以被配置为在附接至第一和第二电极的触点对之间施加随时间变化的电位差；电压控制部件可以以不同频率改变施加至第一和第二电极的电位差。电压控制部件可以根据例如固定或变化频率的正弦波、三角波、锯齿波或方波来改变施加至第一和第二电极中至少之一的电位差。
本发明还提供(第二或“隔离电极”)显示器，包括电光材料层、以及设置在电光材料层附近以将电场施加至电光材料层的至少三个电极的序列，在电光材料层的至少一个表面上的电极是光透射的，以及被配置为改变所述序列的第一电极和最后电极之间的电位差的电压控制部件，以及其中：
(a)序列的每个电极位于电光材料层的与序列中在其之前的电极和序列中在其之后的电极的相对侧上；
(b)序列的每个电极具有与序列中在其之前的电极重叠或相邻放置的第一边缘、和与序列中在其之后的电极重叠或相邻放置的第二边缘；以及
(c)序列的除了第一和最后电极以外的每个电极被电隔离，以使得其电位由经由电光材料层的电流的通过来控制。
本发明还提供驱动本发明的隔离电极显示器的方法，该方法包括提供隔离触点显示器(如上定义的)以及使得电压控制部件在序列的第一个和最后电极之间施加电位差。电压控制部件可以被配置为在第一和最后电极之间施加随时间变化的电位差。
本发明的显示器和驱动方法可以使用如上论述的任何类型的电光介质。由此，例如，电光显示器可以包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。可替换地，电光显示器可以包括电泳材料，其包括设置在流体中的多个带电粒子并且能够在电场的影响下移动通过流体。带电粒子和流体可以被限制在多个囊体或微单元内。可替换地，带电粒子和流体可以呈现为由包括聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴。流体可以是液态或气态的。
附图说明
附图的图1是本发明的显示器的高度示意的顶部平面视图，其示出触点在第一和第二电极上的位置，该显示器被意欲用作咖啡桌。
图2是沿箭头方向观看的沿着图1中的线II-II的高度示意的截面图。
图3是本发明的第二显示器的示意顶部平面视图，其中，间隙设置在一个电极中以使得电流必须遵循在该电极上的两个触点之间的非线性路径。
图4是本发明的第三显示器的大致与图3类似的示意顶部平面视图，其中，一个电极被分成每单位长度具有不同电阻的多个片段。
图5是本发明的显示器，其中，一个电极具有每单位面积变化的电容的区域。
图6是本发明的第五隔离电极显示器的示意横截面图。
具体实施方式
如已经提到的，本发明提供间隔触点显示器，包括电光材料层、在电光材料层的相对侧上的第一和第二电极，第一和第二电极中的至少一个具有至少两个间隔触点，以及被配置为改变附接至同一电极的两个间隔触点之间的电位差的电压控制部件。
如上所述，大多数常规的电光显示器，无论是有源矩阵或直接驱动类型，使用在电光层的一侧上的单个光透射“共用”电极和在电光层的相对侧上的电极(像素电极或直接驱动电极)的阵列。电极阵列的每一个和共用电极之间的电位差由显示器驱动器来控制，以使得每个阵列电极(原则上)控制位于该阵列电极和共用电极之间的电光介质的区域的光学状态，这些改变取决于电位差的极性和幅度以及其被施加的时间。(通常实际上将多个连接提供至前电极以减少坏的接触的风险，但是这种多个连接不是单独可控制的。)相反，本发明的显示器依赖于在单个电极上的两个或更多个间隔触点之间的电位差以在该电极内生成电位梯度，以及因此在该单个电极的不同区域和电光层的相对侧上的电极之间的变化的电位差。(如果如通常情况那样，显示器的两个电极被提供有多个触点，电位梯度将存在于两个电极内，并且施加至电光层中的任一点的电位差将是位于电光层中所选择的点的任一侧上的两个电极上的点处的电位之间的差。)由此，施加至电光层的电位差将连续地跨越电光层变化，并且将导致电光介质的光学状态的相应的连续变化。这些电位差允许简单图案和开关效应的生成。
由于本发明的显示器意于通过发展电极内的电位梯度(通过在一个电极内提供附接至电极的两个或更多个触点之间的电位梯度)来操作，由电极提供的电阻是至关重要的。电极电阻太低将产生电极内的过量电流，其可能短路电压控制部件中的电子器件，并且可能导致其他问题，例如可能损坏电光层的过量局部加热。另一方面，过大的电极电阻可能导致从间隔触点的电压的非常短距离的传播，导致邻近触点的仅非常小的区域的开关以及在显示器的整个区域将被开关的情况下对大量触点的需要。尽管最佳电极电阻当然随显示器的尺寸、触点的数量和所使用的特定电光介质的特性而改变，但通常电极的电阻应当不显著低于300欧姆/平方。实际上，利用氧化铟锡(ITO)和类似的陶瓷电极，高于约5000欧姆/平方的问题将遇到电极连续性和可靠性的问题，而低于300欧姆/平方，电极的增大的厚度导致增大的光损失的问题。由此，通常，约300至5000欧姆/平方的电导率范围通常是推荐的。诸如PEDOT、碳纳米管、石墨烯和纳米线的其他光透射导体当然可以根据需要使用。
在本发明的显示器中使用的电光材料将通常是双稳态显示器材料，诸如电致变色、旋转双色元件或电泳材料。这种双稳态材料仅在暴露于电场有效时间段(通常是0.1至1秒的量级)之后才改变它们的电光状态。因此，本发明的显示器的外观不仅由在间隔触点处的电位改变时在每个电极的各个区域上存在的电位控制，还由所使用的电光材料对其所暴露至的电场反应的速度来控制。而且，如在前述MEDEOD申请的一些中论述的，一些电光材料经历被称为“弥散(blooming)”的现象，在该现象中，电极处的电位的变化影响在比电极本身的面积大的面积上的材料的电光状态。尽管弥散由于其趋于使所显示器的图像失真通常被当作电光显示器中的问题，但在本发明的至少一些显示器中，弥散可能实际上在隐藏显示器的其他不活动区域上是有利的。例如，如已经在本发明的一些显示器中提到的，第一和/或第二电极可以被至少一个非导电区域中断以使得电流必须遵循该电极上的两个触点之间的非线性路径。弥散可以用于隐藏这种非导电区域的光学效应。的确，在一些情况中，可以期望设计具有增大的弥散的电光材料以协助这种隐藏。
本发明的典型的显示器可以按顺序包括以下层：
(a)形成显示器的观察面的透明导电层(“前电极”)；
(b)封装电泳介质层；
(c)复合粘合剂层；以及
(d)“背板”，包括基底(通常为聚合物薄膜)和导体(不需要是透明的)。
层(a)和(d)中的每个电极的至少两个区域被清洁以暴露用于电触点的导体，电触点可以被独立地寻址。最后，显示器包括电压控制部件以将前电极和背板相对于彼此驱动至正和负电位，以及在每个电极内产生电位梯度。
这种显示器使用以下材料制造。前电极由5密耳(127μm)聚对苯二甲酸乙二醇酯形成，其在一个表面上涂布有级别OC300或450的ITO。可替换地，前电极可以涂布在没有任何支持基底的显示器的剩余层上。封装电泳介质大致如在美国专利No.8,270,064中描述，并且复合粘合剂是25μm层，大致如美国专利No.7,012,735中描述，其包含5000ppm的四丁基六氟磷酸铵掺杂剂以控制电属性。背板是与用于前电极的薄膜类似的PET/ITO薄膜，但印刷碳导体或其他低成本透明或非透明导体可以替代。
用作咖啡桌的该类型的显示器在附图中的图1和2示意性地示出。如图1所示，咖啡桌(总体表示为100)包括细长矩形玻璃顶面102，其在腿104上支撑在四个角部处。总体表示为106的显示器本身支撑在桌子的玻璃顶面102之下，以使得玻璃顶面可以保护显示器106以防机械损坏。
如图2所示，显示器106包括承载延伸跨越显示器106的整个区域的ITO前电极110的PET薄膜108。与前电极110接触的是封装电泳介质112，其下表面承载复合粘合剂层114，其将封装电泳介质112固定至背板，背板在PET薄膜118上包括ITO电极116层。如图1所示，前电极110设置有与矩形桌的角部靠近布置的四个触点T1-T4，而背板电极116类似地以设置有以类似方式布置的四个触点B1-B4。
图2示出形成触点T1-T4和B1-B4的方式。触点B1-B4通过典型地利用激光切割器半切穿过上部薄膜108的孔并且清洁电泳介质112和复合粘合剂114的下部部分来制造。类似地，触点T1-T4通过半切穿过下部薄膜118的孔并且使用溶剂和利用手或利用如电动牙刷的机械部件的摩擦清洁电泳介质112和复合粘合剂114的覆盖部分来制造。所产生的孔填充有导电材料，例如碳填充的粘合剂或导电墨水，以制造可以被单独寻址的触点。能够将触点T1-T4和B1-B4单独地驱动至正和负电位的电压控制部件由显示器控制器(未示出)来提供，显示器控制器具有12个输出端并且还具有高阻抗或悬空状态，每个输出端能够独立地在每个通道上供给可编程的在±30V之间的任何电压和波形。控制器具有用于每个输出端、直接驱动的一个驱动线。
图1和2中示出的显示器可以大致如在前述美国专利No.6,982,178所述被构造。PET/ITO薄膜(其将最终形成下部薄膜108和电极110)涂布有或层压至电泳介质112以形成PET/ITO/电光组件。第二PET/ITO薄膜(其将最终形成下部薄膜118和电极116)利用复合粘合剂层压至组件。如之前提到的，下部电极116可以是或不是透明的，因为电泳介质112不透光。所产生的结构是全电光显示器，其能够切换给定的正确电连接。该介质可以在大的卷对卷基础上创建，并且可以被切割(通常地激光切割)至单独显示器所需的尺寸，例如，针对所示咖啡桌的16x 60英寸(406x1523mm)。其他构造方法也可以使用，例如在前述美国专利No.6,982,178中描述的前平面层压板(FPL)的形成，随后FPL在层压至背板之前被切割至一尺寸。半切区域中的基底被移除并且之后电泳介质被清洁。触点的数量和显示器的周围的这些触点的空间分布越大，可以实现的切换的模式越复杂。
图1和2所示的显示器的驱动可以例如实现为顶部触点T2和T3分别设置至-20V和+20V，而背板触点B2和B3被设置至地电位，所有的剩余触点允许悬空。如果该驱动模式维持大于约1秒，则电泳层的光学状态将是半黑半白，且在中央具有扩散梯度区域。如果被驱动电极改为供给可变电压模式而非固定电压，则在电泳层中产生移动图案。例如，如果一个触点以0.1Hz频率接收20V幅度的正弦波，并且在同一电极上的另一被驱动触点以0.09Hz频率接收20V幅度的正弦波，由黑至白切换的波将以不同速度和不同方向(左至右或右至左)缓慢跨越显示器移动，其由于所提供的两个正弦波的不同频率随时间变化。可以使得白色至黑色或黑色至白色的行波的速度和方向是恒定的，并且通过使得两个正弦波的频率相同并给予它们恒定的相位差来重复。更复杂的图案可以通过在显示器的对角线的相对端部驱动两个触点来形成，特别是在顶部和底部电极中使用相反对角线的情况下。更复杂的图案可以通过在显示器的周围提供更大数量的触点来产生。
尽管图1和2中所示的显示器具有简单矩形的形式的电极，以使得每个电极在其两个端部的间隔触点之间是大致均匀的，但本发明不限于矩形或任何特定形状的显示器，并且感兴趣的效果可以使用多边形(例如，六边形或八边形)显示器、或圆形或椭圆形显示器来产生。在这种情况下，一个或多个触点可以围绕显示器的周边提供，并且另一触点在显示器的中央，以使得电光材料的变化径向地而非线性地传播。此外，本发明不限于平面的二维显示器，而是可以应用至三维对象。两个电极和电光介质都可以沉积在三维对象上；例如，从有机导体形成的电极可以从溶液沉积，并且电泳介质可以通过喷涂技术沉积。
此外，感兴趣的光学效果可以通过在一个或两个电极中提供间隙，例如通过移除或化学地改变电极材料来实现，以使得电流必须遵循该电极上的两个触点之间的非线性路径。图3是该类型的显示器(总体表示为300)的示意顶部平面图。对于图1和2中所示出的显示器100，显示器300具有细长矩形的形式，在其相对端部设置有条带触点302和304。在触点302和304之间延伸的电极306通过多个非导电区域308中断，以使得电流(以及由此电光效应)必须遵循触点302和304之间的大致正弦的路线。
图3中诸如区域308的非导电区域可以用于以各种感兴趣模式“引导”电光效应。例如，圆形、椭圆形或多边形显示器可以在显示器的周边上具有单个触点，在显示器的中央处具有第二触点，以及螺旋形非导电区域以沿着在两个触点之间延伸的螺旋电极引导电光效应。甚至更大的设计自由可在三维显示器的情况下得到；例如，在圆柱形基底上形成的显示器可以使用螺旋形非导电区域以沿着在圆柱形基底的相对端部设置的触点之间的螺旋形路径引导电光效应。
如已经提到的，在本发明的间隔触点显示器中，第一和第二电极中的至少一个可以被分成每单位长度具有不同电阻的多个片段，并且这种显示器(总体表示为400)的示意顶部平面图在图4中示出。显示器400总体与图3中所示的显示器300类似，显示器400具有在其相对端部处设置有触点402和404的细长矩形的形式。而且，与显示器300一样，显示器400设置有非导电区域408。然而，区域408的布置不同于图3中区域308的布置；区域408是从显示器400的相对长边缘延伸的区域的两个相邻对的形式以在每个相邻对之间留下导电材料410或412的窄的“颈部”或“峡”。由此，在触点402和404之间通过的电流连续地通过低电阻区域414、高电阻颈部410、低电阻区域416、高电阻颈部412和低电阻区域418。
图4示出通过改变电极的宽度的变化的电阻的区域的形成，但是当然可以使用用于改变电阻的其他技术。例如，图4中所示的显示器可以通过利用设置在相邻区域上并且经由合适的电阻器互连的触点来代替每个颈部区域410和412来修改。为了避免可见电子部件的难看的存在，电阻器和相关导体可以容纳在显示器周围的框架内，诸如通常存在于例如传统的咖啡桌中。通过设置在这种框架内的电子部件“不可见地”互连电极区域的能力提供另外的设计自由度，即以不同于它们的物理位置的顺序电子地布置电极片段的能力。例如，考虑这样的修改版本的显示器400，其中电极被分成五个片段(为了方便在图4中从左向右读表示为A,B,C,D和E)，而不是图4中示出的三个片段414,416和418，片段A-E经由隐藏在框架内的导体和电阻器互连。电子互连可以被布置以使得电极片段以A,D,B,C,E的顺序(例如)电子地互连，其将产生电光效应，其看起来围绕显示器跳跃，而不是如在图1和2中所示的显示器那样沿着它线性地行进。
代替将各种电阻的区域设置在电极内，可以使用变化电容的区域，并且这种显示器的示意横截面(总地表示为500)在图5中示出。显示器500总体与图3和4中示出的显示器300和400类似，其具有具有电极506的细长矩形的形式，电极506在其相对端部设置有触点502和504。然而，不像显示器300和400的所示出电极，显示器500的电极506未被中断。然而，电极506通过在从电极506的电光介质的相对侧上设置一系列都接地的间隔电极512来设置有每单位面积的变化的电容的区域。明显的是，电极506的与电极512相对的区域与电极512的不与电极512相对的区域相比，将具有更大的每单位面积的电容，由此提供大致与由显示器400中的变化电阻的区域提供的电光性能的变化类似的显示器500的电光性能的变化。(通常，与图2中所示的粘合剂层114类似的粘合剂层将存在于电光层510和电极506之间或在电光层510和电极512之间。为了便于示出，粘合剂层从图5省略，但是其存在与否对显示器500的操作的基本方式没有影响。)
现在将参考图6描述本发明的隔离电极显示器的一个实施例。概念上，隔离电极显示器可能被认为图4所示的类型的可变电阻电极显示器的修改，该修改包括使用电光层本身作为低电阻电极之间的高电阻区域。该修改将连续高电阻区域(电极)放置在电光层的相对侧上，以使得仅需要电极的单个集合。
更具体地，如图6所示，隔离电极显示器(总地表示为600)具有与所述显示器类似的细长矩形的形式，包括电光材料层610以及七个电极612-624的序列，每个电极具有跨越显示器的全部宽度延伸的细长条带的形式。第一个和最后电极612和624分别连接至电压控制单元(示意性地以626表示)，其能实现要施加在电极612和624之间的时间变化的电位差。剩余的电极614-622被电隔离，以使得它们的电位由通过电光材料层610的电流的通过来控制。电极612-624在层610的下表面和上表面(如所示出的)之间交替，上表面(其是显示器的观察面)上的电极614,618和622是光透射的；电极612,616,620和624可以或可以不是光透射的。如可以从图6看出，电极614-622中的每一个具有与之前电极重叠的第一边缘(图6所示的左手边缘)和与之后的电极重叠的第二边缘(如图6中的右手边缘)。不绝对必要的是相邻边缘重叠，只要它们邻近放置以留下通过层610的合理长度的导电路径。可以理解，电极的第一和第二边缘在电极的相对侧上是不必要的。例如，电极612-624可以是等腰三角形的形式，以使得第一和第二边缘将不是平行的，或者电极可以以棋盘的形式布置，在该情况下，一些电极将具有彼此成直角的第一和第二边缘。
由电压控制部件626在电极612和624之间的时间变化的电位差的施加将根据诸如层610的电阻、电极之间的电容、层610内的极化等而导致电极614-622的电位的复杂变化，以及层610的各个部分的光学状态的甚至更复杂的变化。最常见的是，层610的各个部分将理解为随着由电压控制部件626施加的电压变化而“闪烁”。
从以上可以看出，本发明提供一种显示器和驱动方法，其能够实现电光介质(特别是双稳态介质，诸如电泳介质)的光学状态的移动变化以及利用非常简单的便宜的电极的视觉兴趣的图案的生成。
对于本领域技术人员来说明显的是，可以在上述本发明的具体实施例中作出许多改变和修改。例如，可变电压当然不限定至简单的正弦波；固定或变化频率的三角波、锯齿波和方波都可以被使用。

Claims (17)

1.一种显示器(100；300；400；500)，包括：电光材料层(112；510)，以及在所述电光材料层(112；510)的相对侧上的第一和第二电极(110,116；306；506,512)，所述第一和第二电极(110；306；506)中的至少一个是光透射的，所述显示器的特征在于，所述第一和第二电极(110,116；306；506)中的至少一个具有至少两个间隔触点(T1-T4,B1-B4；302,304；402,404；502,504)，以及电压控制部件，其被布置为改变附接至相同电极(110,116；306；506)的两个间隔触点(T1-T4,B1-B4；302,304；402,404；502,504)之间的电位差。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一和第二电极(110,116)具有至少两个间隔触点(T1-T4,B1-B4)，以及所述电压控制部件被布置为改变附接至每个电极的两个间隔触点之间的电位差。
3.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述电光材料包括旋转双色元件、电致变色或电润湿材料。
4.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述电光材料包括电泳材料，其包括设置在流体中并能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子。
5.根据权利要求4所述的显示器，其中，所述带电粒子和所述流体被限定在多个囊体或微单元内。
6.根据权利要求4所述的显示器，其中，所述带电粒子和所述流体作为由包括聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴而存在。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一和第二电极中的至少一个(306)由至少一个非导电区域(308)中断，以使得电流必须遵循在该电极(306)上的两个触点(302,304)之间的非线性路径。
8.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一和第二电极中的至少一个被分成每单位长度具有不同电阻的多个片段(414,410,416,412,418)。
9.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一和第二电极(506)中的至少一个被分成每单位面积具有不同电容的多个片段。
10.根据权利要求1所述的显示器，其中，所述第一和第二电极中的一个的至少一部分设置有设置在所述电极和所述电光材料层之间的钝化层。
11.一种驱动电光显示器的方法，所述方法包括：提供显示器(100；300；400；500)，其包括电光材料层(112；510)，在所述电光材料层(112；510)的相对侧上的第一和第二电极(110,116；306；506,512)，所述第一和第二电极(110；306；506)中的至少一个是光透射的，以及所述第一和第二电极(110,116；306；506)中的至少一个具有至少两个间隔触点；以及在相同电极上的两个触点(110,116；306；506)之间施加随时间变化的电位差。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一和第二电极(110,116)具有至少两个间隔触点(T1-T4,B1-B4)，以及所述电压控制部件被布置为在附接至所述第一和第二电极的触点对之间施加随时间变化的电位差。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电压控制部件以不同频率改变施加至所述第一和第二电极(110,116)的电位差。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述电压控制部件根据固定或变化频率的正弦波、三角波、锯齿波或方波来改变施加至所述第一和第二电极中至少之一的电位差。
15.一种显示器(600)，包括电光材料层(610)，以及设置在所述电光材料层(610)附近以将电场施加至所述电光材料层(610)的至少三个电极(612-624)的序列，在所述电光材料层(610)的至少一个表面上的电极(614,618,622)是光透射的，以及被配置为改变所述序列的第一电极(612)和最后电极(624)之间的电位差的电压控制部件(626)，以及其中：
(a)所述序列的每个电极(612-624)位于所述电光材料层(610)的与所述序列中在其之前的电极和所述序列中在其之后的电极的相对侧上；
(b)所述序列的除了所述第一和最后电极以外的每个电极(614-622)具有与所述序列中在其之前的电极重叠或相邻放置的第一边缘、和与所述序列中在其之后的电极重叠或相邻放置的第二边缘；以及
(c)所述序列的除了所述第一和最后电极以外的每个电极(614-622)被电隔离，以使得其电位由经由所述电光材料层(610)的电流的通过来控制。
16.一种驱动根据权利要求15所述的显示器的方法，包括：
提供根据权利要求15所述的显示器(600)；以及
使得所述电压控制部件(626)在所述序列的第一和最后电极(612,624)之间施加电位差。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述电压控制部件(626)被布置为在所述第一和最后电极(612,624)之间施加随时间变化的电位差。
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