CN107924100A - 电子地擦除绘图装置 - Google Patents

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Abstract

描述了用于电子地擦除外部寻址的电泳绘图设备的装置和技术。电子可擦除绘图装置(100；300；500；600)包括电光显示介质(13；316；516)和邻近介质的一个表面设置并且被配置为将所述介质驱动到中间(灰色)光学状态的叉指电极(332,334)。移动电子绘图工具(20；20a；20b)可以包括电极(26a，26b，26c)，其被配置为从介质的一侧向电光显示介质施加边缘电场，边缘电场被布置成将显示介质的邻近工具的一部分驱动到中间光学状态，电极可相对于介质移动。

Description

电子地擦除绘图装置
技术领域
本发明涉及用于电子地擦除由电光绘图装置、特别是电泳绘图装置制作的图像的装置和技术。
发明内容
本发明提供一种电子可擦除绘图装置，包括：
能够显示两种极端光学状态的电光显示介质；
邻近电泳显示介质的一个表面设置的叉指电极；以及
电压控制部件，用于控制叉指电极的电位，并且能够向叉指电极施加电压，以使得电光显示介质的至少一部分被驱动到介质的两种极端光学状态中间的状态。
在该电子可擦除绘图装置中，叉指电极上的电压可被布置为将边缘场施加到电光介质。电压控制部件可以被布置成将不同极性的电压施加到叉指电极中的不同叉指电极，或者将交流电压施加到叉指电极中的至少一个。电光介质可以包括电泳介质，该电泳介质包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。流体可以是液态或气态。带电粒子和流体可以被限制在多个囊体或微单元内，或者作为由包含聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴存在。叉指电极的间距可以近似等于囊体、微单元或多个离散微滴在相同方向上的平均重复距离；叉指电极之间的平均间隙可以近似等于该平均重复距离的一半。绘图装置可以包括被布置为分别驱动电光显示介质的第一和第二部分的第一和第二叉指电极，并且电压控制部件可以被布置成彼此独立地控制第一和第二叉指电极。绘图装置可以具有在所述显示介质的与承载叉指电极的一个表面相对的一侧上的绘图表面。绘图装置还可以包括能够在所述绘图表面上移动的可移动绘图工具，以及电压控制部件可以被布置成控制叉指电极中的至少一个与绘图工具之间的电位差，以改变显示介质的一部分的光学状态。显示介质可以是彩色显示介质，例如包括具有不同光学和电泳特性的至少三种不同类型的电泳粒子的彩色电泳显示介质。
本发明还提供了一种电子可擦除绘图装置，包括：
能够显示两种极端光学状态的电光显示介质；
邻近电泳显示介质的一个表面设置的至少两个电极；以及
电压控制部件，用于控制所述至少两个电极的电位，以将边缘电场施加到所述显示介质，从而将所述显示介质的至少一部分驱动到所述介质的所述两种极端光学状态中间的状态。
本发明的该绘图装置可以具有之前描述的绘图装置的任何可选特征。特别地，电光材料可以包括电泳材料，该电泳材料包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过流体的多个带电粒子。流体可以是液态或气态。带电粒子和流体可以被限制在多个囊体或微单元内，或者作为由包含聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴存在。
本发明还提供了一种用于驱动能够显示两种极端光学状态的电光显示介质的电子绘图工具(其可以是触控笔的形式)，该绘图工具包括被配置为从显示介质的一侧向显示介质施加边缘电场的至少电极，边缘电场被配置为将显示介质的邻近至少两个电极的一部分驱动至中间光学状态，所述至少两个电极能够相对于显示介质移动。
在这样的绘图工具中，可以将不同极性的电压施加到所述至少两个电极中的不同电极，和/或可以在所述至少两个电极中的两个电极之间施加交流电压。所述至少两个电极还能够将磁场施加到显示介质。
附图说明
附图的图1是本发明的第一绘图装置的示意性横截面。
图2是用于寻址显示器的本发明的绘图工具的示意性横截面。
图3A是本发明的第二绘图装置的示意性横截面。
图3B是包括图3A的绘图装置的绘图系统的示意性横截面。
图3C是类似于图3A的横截面的示意性横截面。
图3D是在图3A-3C的绘图装置中使用的一组叉指电极的顶部平面图。
图4A是本发明的第二绘图工具的类似于图2的示意性横截面。
图4B是图4A中所示的绘图工具的底部平面图。
图5A和5B是本发明的第二绘图系统的类似于图3B的示意性横截面。
图6A是本发明的彩色绘图装置的类似于图3A的示意性横截面。
图6B-6D是类似于图3B的示意性横截面，示出了包括图6A的绘图装置的绘图系统的三种不同的光学状态。
具体实施方式
在详细解释在附图中示出的本发明的具体实施例之前，认为适当的是阐述与电光显示器有关的某些背景信息。
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、发光，或者在旨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。
一些电光材料在材料具有固体外表面的意义上是固体的，尽管材料可以且经常具有内部液体或气体填充的空间。这种使用固体电光材料的显示器在下文中可以方便地称为“固体电光显示器”。因此，术语“固体电光显示器”包括旋转双色构件显示器、封装电泳显示器、微单元电泳显示器和封装液晶显示器(全部在下面更详细地讨论)。
术语“灰色状态”在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是像素的两种极端光学状态中间的一种状态，但并不一定意味着处于这两种极端状态之间的黑白转换。下文可使用术语“黑色”和“白色”来指代显示器的两种极端光学状态，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，例如白色和深蓝色状态。
术语“擦除”在此使用的是其在成像领域中的常规含义，指的是将显示器的一部分(例如，一个像素、多个像素、区域或整个显示器)从将信息传送给观察者的状态(例如，在整个显示器的情况下，通过具有不同的光学特性的区域)设置为不传送信息的状态(在整个显示器的情况下，可能是极端状态或中间状态的均匀状态)的过程。
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，在本文中可使用术语“双稳态的”以同时涵盖双稳态的和多稳态的显示器。
已知几种类型的电光显示器，例如：
a)旋转双色构件类型，如在例如美国专利No.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“旋转双色构件”优选为更精确，因为在以上提到的一些专利中，旋转构件不是球形的)。这种类型的电光介质通常是双稳态的。
b)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.等人，Nature 1991,353,737；以及Wood,D.,Information Display,18(3),24(2002年3月)。还参见Bach,U.等人,Adv.Mater.,2002,14(11),845以及美国专利No.6,301,038；6,870,657；以及6,950,220。这种类型的介质也通常是双稳态的。
c)由飞利浦开发的电润湿显示器，其在Hayes,R.A.等人,"Video-SpeedElectronic 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通过流体。
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产生；参见例如Kitamura，T.等人,“Electricaltoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS1-1和Yamaguchi，Y.等人,“Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically”，IDW Japan，2001，Paper AMD4-4)。也参见美国专利No.7,321,459和7,236,291。
被转让给麻省理工学院(MIT)、伊英克公司、伊英克加利福尼亚有限责任公司和相关公司或以它们的名义的许多专利和申请描述了用于封装和微单元电泳和其他电光介质的各种技术。封装的电泳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。在微单元电泳显示器中，带电粒子和流体不被封装在微囊体内，而是保持在载体介质(通常为聚合物薄膜)内形成的多个空腔内。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No.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘合剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；
(c)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如美国专利No.7,072,095和美国专利申请公开No.2014/0065369；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如美国专利No.7,144,942和美国专利申请公开No.2008/0007815；
(e)包含电光材料的薄膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；
(f)显示器中所使用的背板、粘合剂层和其他辅助层以及方法；参见例如美国专利No.7,116,318和7,535,624；
(g)颜色形成和颜色调整；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.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；7,061,166；7,061,662；7,116,466；7,119,772；7,177,066；7,193,625；7,202,847；7,242,514；7,259,744；7,304,787；7,312,794；7,327,511；7,408,699；7,453,445；7,492,339；7,528,822；7,545,358；7,583,251；7,602,374；7,612,760；7,679,599；7,679,813；7,683,606；7,688,297；7,729,039；7,733,311；7,733,335；7,787,169；7,859,742；7,952,557；7,956,841；7,982,479；7,999,787；8,077,141；8,125,501；8,139,050；8,174,490；8,243,013；8,274,472；8,289,250；8,300,006；8,305,341；8,314,784；8,373,649；8,384,658；8,456,414；8,462,102；8,537,105；8,558,783；8,558,785；8,558,786；8,558,855；8,576,164；8,576,259；8,593,396；8,605,032；8,643,595；8,665,206；8,681,191；8,730,153；8,810,525；8,928,562；8,928,641；8,976,444；9,013,394；9,019,197；9,019,198；9,019,318；9,082,352；9,171,508；9,218,773；9,224,338；9,224,342；9,224,344；9,230,492；9,251,736；9,262,973；9,269,311；9,299,294；9,373,289；9,390,066；9,390,661；和9,412,314；以及美国专利申请公开No.2003/0102858；2004/0246562；2005/0253777；2007/0070032；2007/0076289；2007/0091418；2007/0103427；2007/0176912；2007/0296452；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；2008/0169821；2008/0218471；2008/0291129；2008/0303780；2009/0174651；2009/0195568；2009/0322721；2010/0194733；2010/0194789；2010/0220121；2010/0265561；2010/0283804；2011/0063314；2011/0175875；2011/0193840；2011/0193841；2011/0199671；2011/0221740；2012/0001957；2012/0098740；2013/0063333；2013/0194250；2013/0249782；2013/0321278；2014/0009817；2014/0085355；2014/0204012；2014/0218277；2014/0240210；2014/0240373；2014/0253425；2014/0292830；2014/0293398；2014/0333685；2014/0340734；2015/0070744；2015/0097877；2015/0109283；2015/0213749；2015/0213765；2015/0221257；2015/0262255；2016/0071465；2016/0078820；2016/0093253；2016/0140910；和2016/0180777；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348；以及
(j)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921和美国专利申请公开No.2015/0277160中所述；以及显示器以外的封装和微单元技术的应用；参见例如美国专利No.7,615,325；以及美国专利申请公开No.2015/0005720和2016/0012710。
前述许多专利和申请认识到封装的电泳介质中的围绕离散微囊体的壁可以被连续相取代，由此产生所谓的聚合物分散型电泳显示器，其中电泳介质包含电泳流体的多个离散液滴以及聚合物材料的连续相，并且，在这样的聚合物分散型电泳显示器内的电泳流体的离散液滴可以被当作囊体或微囊体，即使没有离散的囊膜与每个单独的液滴相关联；参见例如前述的美国专利No.6866760。因此，出于本申请的目的，这样的聚合物分散型电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
尽管电泳介质通常是不透明的(因为，例如在许多电泳介质中，粒子基本上阻挡可见光通过显示器的透射)并且以反射模式操作，但是可以使得许多电泳显示器以所谓的“快门模式”(shutter mode)进行操作，其中一种显示状态是基本不透明的并且一种显示状态是透光的。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以类似的模式操作；参见美国专利No.4,418,346。其他类型的电光显示器也能够以快门模式操作。在快门模式下操作的电光介质可以用于全色显示器的多层结构；在这样的结构中，与显示器的观察表面相邻的至少一个层以快门模式操作以暴露或隐藏更远离观察表面的第二层。
封装的电泳显示器通常不会受到传统电泳装置的聚集和沉降失败模式的影响，并且提供了进一步的优点，例如，将显示器印刷或涂布在多种柔性和刚性基底上的能力。(使用“印刷”一词意在包括所有形式的印刷和涂布，包括但不限于：预先计量的涂布，诸如贴片压模涂布、狭缝或挤压涂布、滑动或瀑布式涂布、幕式涂布；辊式涂布，诸如刮刀辊涂、正向和逆向辊涂；凹版涂布；浸涂；喷涂；弯月面涂布；旋涂；刷涂；气刀涂布；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热敏印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见美国专利No.7,339,715)以及其他类似的技术)。因此，产生的显示器可以是柔性的。而且，由于可以(使用各种方法)印刷显示介质，所以显示器本身可被廉价地制造。
其他类型的电光介质也可以用在本发明的显示器中。
通过对电光材料的不同区域施加不同的电场或冲激(impulse)来实现在电光显示器上的图像呈现。(术语“冲激”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，可以使用冲激的一种替代定义，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-时间冲激转换器还是用作电荷冲激转换器，应当使用合适的冲激定义。)在一些单稳态电光介质(例如液晶)中，只需要控制施加到显示器的每个像素的电场；液晶材料最终采用与施加的电场的值相关联的灰度级。对于双稳态电光介质，通常需要控制施加的电场和施加电场的时间段，并且如在上面提到的与驱动方法有关的一些专利和公开的申请中所讨论的那样，存在由于记忆效应、对电场的非线性响应等引起的附加复杂性。此外，双稳态电光介质必须在两个方向上驱动，例如，从白色到黑色和从黑色到白色。
擦除使用单稳态电光介质的电光显示器上的图像可以通过简单地关闭所有施加的电场而容易地实现，于是整个电光介质恢复到其单个稳定状态，并且从而采取均匀的光学状态。擦除使用双稳态介质的电光显示器上的图像并不那么简单，因为将任何特定像素驱动到一个特定光学状态(使得所有像素能够以相同光学状态结束)所需的冲激随擦除之前像素的光学状态而变化。此外，例如，虽然可能出现如下情况，即，通过长时间施加变黑(black-going)电场，黑/白显示器的所有像素可以被驱动为均匀的黑色，但是由于程序会引入DC不平衡的问题，如前面提到的关于驱动显示器的几个专利和申请中所讨论的那样，会对某些类型的电光显示器的电光特性造成损害和不利影响。
在背板上具有固定电极的电光显示器上的图像的擦除(这种显示器可以是直接驱动、无源矩阵或有源矩阵类型)可以通过仔细选择波形来将显示器的各种像素驱动到均匀光学状态来实现。然而，在所谓的“外部寻址”的显示器中(这可能为了方便，在下文中被称为“触控笔驱动的”显示器)，图像的擦除是一个严重的问题，其中通过以下来形成图像：将诸如触控笔或打印头的绘图工具紧密靠近或接触电光显示器的绘图表面，以使得绘图工具中的电极与显示器中的电极之间形成电场。迄今为止，擦除在触控笔驱动的显示器上的图像已经通过局部擦除来实现，这需要将写入工具在显示器的要擦除的部分上方移动，这是一个非常容易出错的缓慢且麻烦的过程，因为通过将绘图工具与显示器的不需要擦除的部分接触，非常容易产生光学状态的不希望的变化。这种擦除程序的缓慢、麻烦和容易出错的性质显著地阻碍了触控笔驱动的显示器的市场接受度。因此，需要用于触控笔驱动的显示器的全局擦除的方法，并且全局擦除方法可以有效地应用于其他类型的显示器。(“全局擦除”需要将显示器的所有像素重置为基本上均匀的光学状态。其不要求所有像素都精确地同时被寻址，但是优选的是所有像素在短时间内被寻址，例如不长于几秒钟)。
根据本发明，可以通过在显示器的电光介质的相同侧上的电极之间产生电场而不是在该介质的相对表面上的电极之间产生电场来实现触控笔驱动的和其他电光显示器的擦除。电场可以是边缘场(fringing field)，这里使用的术语是指在保持不同电位的两个电极所位于的平面之外产生的电场。如对于电学领域的技术人员所熟知的，当不同的电位被施加到位于公共平面中的两个(或更多个)电极时，电极之间的电场不限于公共平面，而是由于相邻的力线之间的排斥力在垂直于该平面的两个方向上向外延伸。这些电极可以是叉指的，这个术语在这里以类似于两只手上的交错的手指的其正常意义使用；更具体地，如果一个电极的细长部分在另一个电极的两个细长部分之间延伸并基本平行，则两个电极将被认为是叉指的。
本发明的绘图装置和绘图工具可以允许使用非常简单的控制机制(例如，激活控制施加到装置的电极的信号的开关)在非常短的时间(例如，小于一秒)内擦除(即，全局擦除)整个显示器。本发明的绘图工具可以用于局部擦除触控笔驱动的显示器的部分。绘图工具可以包括两个或更多个电极，并且可以通过在绘图工具的电极之间产生边缘电场来擦除靠近绘图工具尖端的像素。
本发明提供了一种可擦除电子显示器的公开内容。显示器可以具有包括图案化电极(例如，叉指电极)的背板。为了全局或局部地擦除显示器，可以将背板中的相邻电极设置为不同的电位(例如，不同极性的电位)，以使得通过显示介质形成边缘场(例如边缘电场)。如果显示器使用封装的电泳介质，则边缘场可以使显示介质的囊体的内容物旋转，由此“擦除”在整个显示器中或被激活的电极覆盖的显示器的区域中的囊体。除叉指电极以外的电极构造可以替代地或附加地用于产生边缘场来执行擦除。
本发明还提供一种用于可擦除电子显示器的绘图工具。绘图工具可以包括多个电极。为了局部地擦除显示器，可以将绘图工具中的相邻电极设置为不同的电位(例如，不同极性的电位)，以使得通过显示介质形成边缘场。如果显示器使用封装的电泳介质，则边缘场可以使显示介质的囊体的内容物旋转，从而“擦除”在绘图工具附近的囊体。
现在将在下面详细描述上面描述的本发明的各个方面以及其他方面。应该认识到，这些方面可以单独使用，也可以一起使用，或者以两种或更多种的任意组合使用，只要它们不是相互排斥的。
图1示出了包括显示器10和可移动绘图工具或触控笔20的绘图系统(总地标记为100)。显示器10还包括外壳12、布置在外壳12内的后电极层14、布置在后电极层14附近的电光介质层13、和布置在显示介质13附近的保护层18。
保护层18可以用作绘图表面。绘图工具20可以包括电荷传导机构，并且可以是写入装置(例如触控笔)。显示器10可以通过相对于绘图表面移动的机器人臂或携带电荷的打印头机械地寻址。例如，可以使用外部打印头在绘图表面上绘图。当工具20接触绘图表面时，工具20和后电极层14可以在显示介质13上施加电磁场(例如，电场和/或磁场)，从而在系统100的绘图表面上显示图像。
外壳12可以是能够保持电光显示介质13、后电极层14和/或任何必要的电子器件的塑料容器(或另一种材料的容器)。外壳12可以具有任何尺寸，从用于玩具应用的小型到用于大型展示显示器的应用的大型，并且可以包括用于存储可移动绘图工具20和/或其他配件的隔间。
电光材料13可以是基于粒子的电泳材料，并且可以包括至少两个相：电泳造影剂介质相17(即不连续相)和涂层/粘合相16(即，连续相)。在一些实施例中，电泳相17包括分散在透明或染色介质中的单种电泳粒子，或者分散在透明或染色介质中的具有不同物理和电特性的多于一种电泳粒子。在一些实施例中，电泳相17被封装，以使得囊壁19围绕电泳粒子和悬浮流体。电光材料13可以是以上讨论的涉及电泳和其它电光介质的专利和申请中讨论的任何现有技术类型。
绘图工具20可以机械地耦合到显示器10，例如通过被配置为在工具20和显示器10之间传送电信号的一根或多根导线。显示器10可以为工具20提供电源。可替代地，工具20可以是无线的(即，工具20可以不通过任何导线耦合到显示器10)，并且可以包括其自己的电源。
图2示出了包括具有尖端24的细长探针22的绘图工具20a(例如触控笔)的示意性横截面，所述尖端24可以是小的以允许绘制细线，并且可以是圆形的。尖端24可以包括与尖端24的表面齐平或邻近的电极26。电极26可以包括比尖端24小的面积，并且可以通过一根或多根导线21连接到电压源(未示出)。工具20a上的圆形尖端允许工具20a的更宽的区域接触绘图表面，同时允许绘制细线而不刺穿绘图表面。电极26覆盖有介电涂层(未示出)，其保护工具20a并防止电极26暴露于环境。工具20a的尖端24可以包括弹性材料。
在本设备中使用的绘图工具或触控笔可以包括内置于其尖端中的缓冲机构(例如，弹簧)，以为绘图表面缓冲物理力(例如由用户的手的运动引起的物理力)。
图3A是显示单元310的横截面，显示单元310包括后电极层314和显示介质316。显示介质316插入在绘图表面341和后电极层314之间。后电极层314可以包括两个或更多个电极(例如，第一电极332和第二电极334)。两个或更多个电极的电位可以被独立地控制，这例如可以是有益的，以产生如本文所述的边缘场。
显示介质316可以是包括多个囊体342的电泳显示介质。在图3A中，每个囊体342包括悬浮在基本透明的悬浮流体中的具有不同(例如，对比)光学特性的第一和第二类型的粒子，但是这不是限制性的，并且显示介质316的囊体可以包括悬浮在任何合适的悬浮流体中的任何合适数量的粒子类型。
显示单元310可以包括邻近显示介质316设置的保护层318。保护层318的表面可以用作绘图系统的绘图表面341。以上参考图1描述了合适的保护层。显示单元310的一些变型可以不包括显示介质316的绘图表面侧(“前面”)上的电极；相反，显示介质316可以由可移动绘图工具在外部寻址。
显示单元310可以包括显示控制器(例如，控制电路)(未示出)，其可以通过控制后电极层314中的电极的电位来控制显示单元310的操作。显示控制器可以通过控制由电荷生成机构(未示出)向后电极层314施加电荷来控制后电极层314中的电极的电位，如上参考图1所述。显示控制器可以使用任何合适的处理装置(例如，微控制器、微处理器、专用集成电路等)来实现。显示控制器可以可选地配置显示单元310以“绘图模式”或“擦除模式”进行操作。显示控制器可以通过将后电极层314的电极设置为相同的电位(例如，电接地)来将显示单元310配置为以“绘图模式”进行操作，由此通过将绘图工具的电极设置为不同的电位来允许绘图工具在外部寻址显示介质316。显示控制器可以通过将后电极层314的电极设置为不同的电位(例如，通过在电极层314的电极上施加AC电压)来将绘图单元310配置为以“擦除模式”进行操作。用户可以通过使用任何合适的技术(例如，按下通信地耦合到显示控制器的按钮，激活通信地耦合到显示控制器的开关，发出语音命令，操作基于软件的用户界面等)向显示控制器提供输入来控制绘图系统的操作模式。下面将更详细地讨论绘图和擦除模式。
图3B示出了显示系统300的横截面，显示系统300包括显示单元310和绘图工具320。绘图工具可以是触控笔。绘图工具的尖端的宽度366可以是囊体342的宽度346的至少两倍。可替代地，绘图工具320可以是打印头或其一部分。以上参考图2描述了可移动绘图工具的一些实施例。
工具320可以包括可以被设置到一电位352的电极(未示出)。当电位352与后电极层314中的相对电极的电位不同时，电场被施加到设置在工具320和后电极层314之间的一个或多个囊体342，从而将一个或多个囊体驱动到相应的光学状态。
图3B示出了以绘图模式操作的绘图系统300，后电极层314的电极接地(如图3B中的0所示)。尽管将后电极层314的电极接地在绘图模式中不是必需的，但是将后电极层314的电极设置为整个区域的公共电位可以增强整个区域的绘图系统的光学特性的均匀性。例如，当后电极层314的电极被设置为公共电位并且工具320被用于在外部寻址显示介质时，由绘图系统300显示的标记可以在颜色上是足够均匀的。公共电位可以是任何合适的电位，包括但不限于电接地。
在绘图模式中，工具320的电极可以保持在电位352处。当工具320的尖端靠近显示介质316放置(例如，与绘图表面341接触)时，在后电极层314与绘图工具的电极之间的电压差将通过邻近绘图工具尖端的囊体342在后电极层314与绘图工具的电极之间形成电场。该电场可以将这些囊体的内容物驱动到相应的光学状态(例如，颜色)。由于显示介质316是双稳态的(或多稳态的)，所以即使在电场被移除之后(例如，在绘图工具320的尖端远离囊体移动之后)，这些囊体仍保持其光学状态。
在图3B中，绘图工具320的电极被充电到正电位352，并且在绘图工具的电极和后电极层314之间形成的电场将囊体342b-342d驱动到白色状态，其中，带负电的白色粒子在囊体顶部以及带正电的黑色粒子在这些囊体的底部。未被绘图工具320寻址的囊体342a和342e-g保持灰色状态，其中白色和黑色粒子均匀分散在每个囊体中。
图3B中所示的光学状态和电位是非限制性示例。囊体342可以包括分散在基本透明的悬浮流体中的大致相等量的黑色和白色油墨粒子，以使得囊体的灰色状态是灰色的。可替代地，囊体342可以包括比黑色油墨粒子更多的白色油墨粒子，以使得囊体的灰色状态基本上是白色的。绘图工具320的电极可被充电至相对于后电极层314的正电位或负电位，以分别将绘图工具尖端附近的囊体驱动至白色或黑色状态。因此，例如，绘图系统300可以允许用户根据囊体342的组成以及绘图工具320和后电极层314的相对电位绘制灰色上的黑色(black-on-gray)、灰色上的白色(white-on-gray)、或白色上的黑色(black-on-white)。
工具320可以包括工具控制器(例如控制电路)(未示出)，该工具控制器可以通过控制绘图工具的电极的电位来控制绘图工具320的操作。工具控制器可以通过控制由电荷生成机构(未示出)向电极的电荷施加来控制绘图工具的电极的电位。以上描述了电荷生成机构的一些实施例。工具控制器可以使用任何合适的处理装置(例如，微控制器、微处理器、专用集成电路等)来实现。
工具控制器可以可选地配置绘图工具320来以第一光学状态(例如，第一颜色)或第二光学状态(例如，第二颜色)绘图。工具控制器可以将绘图工具320配置为通过将绘图工具的电极设置为相对于后电极层314的负电位来以第一光学状态绘图，并且通过将绘图工具的电极设置为相对于后电极层314的正电位来以第二光学状态绘图。用户可以通过使用任何合适的技术(例如，按下通信地耦合到工具控制器的按钮，激活通信地耦合到工具控制器的开关，发出语音命令，操作基于软件的用户界面等)向工具控制器提供输入来控制绘图工具的操作。
图3C示出了处于擦除模式的第二状态下的绘图单元310的横截面。在擦除模式中，可以在后电极层314的相邻电极之间建立电压(“擦除电压”)，由此在电极之间形成电场。所产生的边缘场穿透囊体342并将它们驱动到灰色状态。边缘场可以引起囊体342中的电渗流，其可以使囊体中的粒子“旋转”(例如，随机混合)。旋转粒子可以快速且有效地将囊体驱动至灰色状态。以下将描述适用于有效地擦除显示介质316的“擦除电压”和电极层314的配置的一些实施例。
显示介质316(或其部分)可通过建立在显示介质的同一侧上的电极(例如，后电极层314中的电极332和334)上的“擦除电压”来擦除。施加到电极以建立擦除电压的电位可以具有相同的极性或相反的极性。在图3C中，施加到电极332和334的电位具有相反的极性，分别如“+”和“-”符号所示。擦除电压的幅度通常可以在10和240伏之间，优选在10和120伏之间。擦除电压可以是AC电压，其可以具有在1和1000Hz之间(例如，在10和100Hz之间，或者在10和60Hz之间)的频率。可替代地，擦除电压可以是DC电压。然而，AC擦除电压可能倾向于在显示介质的擦除部分上产生更均匀的光学状态，而DC擦除电压可能倾向于在显示介质的擦除部分上产生细条纹。
由施加擦除电压引起的粒子的旋转可能导致电泳粒子随机混合。通过随机混合囊体的电泳粒子，擦除电压可以将囊体驱动到灰色状态，而不管囊体的先前的光学状态如何，并且因此所需的擦除电压不依赖于囊体的先前的光学状态。而且，当擦除电压被施加到与显示介质316相邻的电极时，在一些实施例中，可以通过在相对较短的时间段(例如，少于一秒)内施加擦除电压来实现显示介质的该部分的合适的擦除。
电极层314的电极可以是叉指的以便于擦除。图3D是具有叉指电极332和334的后电极层314的顶部平面图。叉指电极的指间间隙379、指宽度377和间距375可以至少部分地基于囊体342的宽度346(“油墨宽度”)和厚度348(“油墨厚度”)来确定。油墨宽度346的标称值可以是50微米，并且油墨厚度348的标称值可以是20微米。
尽管叉指电极可以具有任何合适的尺寸，但是根据经验已经观察到，在擦除模式下增强性能的一些电极配置可能会妨碍绘图模式下的性能，反之亦然。例如，在绘图模式中，当叉指电极的指状物之间的指间间隙379尽可能小时，性能可以增强，这是因为增加设置为均匀电位的电极层314的面积可以提高绘图系统的外部寻址的分辨率。类似地，当叉指电极的每个细长部分的宽度377近似等于囊体的宽度346时，以及当每个囊体342居中地在细长部分的顶部时，在绘图模式下，外部寻址的分辨率可以增强。相比之下，在擦除模式下，当叉指电极的指间间隙379和指宽度377都在油墨囊体的厚度348和油墨囊体的宽度346的两倍之间时，性能可以增强，因为这些配置可能产生使电泳粒子更均匀混合的边缘场。
已经确定了在绘图模式和擦除模式中提供合适的性能的电极配置(例如，为外部寻址提供合适的分辨率并且在擦除的囊体之间提供合适的均匀性的电极配置)。叉指电极的指间间隙379、指宽度377和间距375可以分别等于油墨宽度346的一半(例如25微米)、油墨宽度346的一半(例如25微米)、以及油墨宽度(例如50微米)。
虽然图3D中的后电极层314包括位于整个显示介质316下面的单对叉指电极，但是这不是必需的，并且后电极层314的电极可以以任何合适的图案配置，以使得将电极设置为合适的电位产生适于擦除显示介质316的囊体的边缘场。后电极层314的电极可以不是叉指的。电极可以被配置为使得向电极施加合适的电位擦除显示介质316并且使得在显示介质316上形成图案(例如，线的图案以便于在显示介质上的清晰的书写，类似于在直纹纸上的线便于清晰的书写的方式)。
后电极层可以包括被配置为控制显示介质316的相应区域的擦除的两组或更多组电极。在区域擦除操作中，擦除电压可以被施加到一组电极以擦除显示介质316的相应区域，而在区域间擦除操作中，擦除电压可以被施加到两组或更多组电极以擦除显示介质316的相应区域，并且在全局擦除操作中，擦除电压可以被施加到所有电极组以擦除显示介质316的所有区域。这些操作可以由用户通过显示控制器来控制。
图4A和图4B分别是包括彼此绝缘的两个或更多个电极26的绘图工具20b的示意性截面图和底部平面图。可以将一个或多个电压施加到所有或任何电极26以控制绘图工具在显示装置上绘制的线的宽度和/或形状。例如，当仅通过电极26a施加电磁场时，可以在绘图表面上绘制细线；然而，当通过两个电极26a和26b施加电磁场时，可以绘制较粗的线，并且当通过三个电极26a、26b和26c施加电磁场时，可以绘制更粗的线。除了通过改变施加在显示介质上的电压之外，可以以其他方式控制绘制的线的宽度；例如，所施加电压的占空比或幅度和/或持续时间可以改变。
绘图工具20b可以包括工具控制器(例如控制电路)27，其可以通过控制电极26的电位来控制绘图工具20b的操作。控制器27可以通过控制通过电荷生成机构(未示出)向电极的电荷的施加来控制电极26的电位，如上所述。控制器27可以使用任何合适的处理装置(例如，微控制器、微处理器、专用集成电路等)。
控制器27可以可选地配置绘图工具20b来以第一光学状态(例如，第一颜色)或第二光学状态(例如第二颜色)绘图。控制器可以将绘图工具20b配置为通过将电极26设置为相对于绘图系统的后电极层的负电位来以第一光学状态绘图，并且通过将电极26设置为相对于绘图系统的后电极层的正电位来以第二光学状态绘图。用户可以通过使用任何合适的技术(例如按下通信地耦合到工具控制器的按钮，激活通信地耦合到工具控制器的开关25，发出语音命令，操作基于软件的用户界面等)向工具控制器提供输入来控制绘图工具的操作。
图5A是处于第一状态的绘图系统500的横截面，其中显示单元510可以通过由可移动绘图工具520施加的边缘电场擦除。绘图系统500可以在许多方面类似于绘图系统300。例如，绘图系统500可以包括显示装置510和可移动绘图工具520。显示装置510可以包括后电极层514、保护层518以及设置在后电极层和保护层之间的显示介质516。显示介质516可以包括电泳显示介质，其可以包括多个囊体542。保护层518的一个表面可以用作绘图表面541。显示装置510可以包括显示控制器(例如，控制电路)(未示出)，其可以控制后电极层514的电位(例如，通过控制通过电荷生成机构对后电极层514的电荷的施加)。
然而，绘图系统500在几个方面与绘图系统300不同。后电极层514可以包括位于显示介质516之下的单个电极(例如，平板电极)。然而，这不是必需的，并且后电极层514可以包括任何合适的数量和/或配置的电极。显示控制器可以被配置为将后电极层514的电极设置为恒定的电位(例如电接地)。显示介质516可以由可移动绘图工具520在外部寻址，可移动绘图工具520可以包括两个或更多个电极562以及工具控制器(例如，控制电路)(未示出)，其被配置为通过控制电极562的电位来控制工具520的操作。控制器可以可选地配置绘图工具520来以两个或更多个光学状态中的一个(例如，颜色)绘图或者擦除显示介质516的一部分。
当(一个或多个)电极562的(一个或多个)电位552与后电极层514的电位不同时，电场将被施加到设置在绘图工具520和后电极层514之间的一个或多个囊体542，从而将一个或多个囊体驱动到相应的光学状态。因此，控制器可以通过将一个或多个电极562设置为相对于后电极层514的正电位来控制绘图工具520以第一光学状态(例如，颜色)绘图，其余电极562被设置为电浮动状态或与后电极层514相同的电位。可替代地，控制器可通过将一个或多个电极562设置为相对于后电极层514的负电位来控制工具520以第二光学状态(例如，颜色)绘图，其中任何剩余的电极562被设置为电浮动状态或与后电极层514相同的电位。
图5A示出了以“绘图模式”操作的绘图系统500，其中工具520用于在显示介质516上绘图，后电极层514接地，并且电极562被设置为相对于后电极层的电位的正电位。因此，由工具520寻址的囊体从灰色状态被驱动到白色状态。
图5A中所示的光学状态和电位不是限制性的。如上所述，工具520将显示介质驱动至的光学状态取决于工具520和后电极层514之间的电压以及囊体542的内容物(例如，电泳粒子以及悬浮液的光学性质和相对量)。后电极层514可以在绘图模式中被设置为任何合适的电位，包括但不限于电接地，并且一个或多个电极562可以在绘图模式中被设置为任何合适的电位，包括但不限于大于后电极层514的电位的第一电位或小于后电极层514的电位的第二电位，其中第一和第二电位分别对应于显示介质516的第一和第二光学状态。
图5B示出了以擦除模式操作的绘图系统500的横截面。在擦除模式中，可以在工具520的相邻电极之间建立一个或多个电压(“擦除电压”)，由此在电极之间形成电场，以使得与这些电场相关联的边缘场穿过邻近绘图工具的尖端的囊体542，并将那些囊体驱动至灰色状态(例如，通过旋转囊体的内容物)，由此擦除绘图工具尖端的局部区域的囊体。下面描述适于擦除显示介质516的绘图工具的电极的“擦除电压”和配置。
显示介质516的与工具520的尖端相邻的部分可以通过建立在工具520的电极上的“擦除电压”来擦除。施加到电极以建立擦除电压的电位可以具有相同的极性，或者如图5B所示，相反的极性。擦除电压的幅度通常可以在10到240伏之间，优选地在10到120伏之间。擦除电压可以是AC电压，并且可以具有在1和1000Hz之间(例如，在10和100Hz之间，或者在10和60Hz之间)的频率。可替代地，擦除电压可以是DC电压。显示介质的邻近绘图工具的尖端的部分的适当擦除可以通过在相当短的时间段(例如小于一秒)内将擦除电压施加到绘图工具的电极来实现。
关于合适的电极配置，适用于绘图系统300的后电极层314中的电极的相同的考虑也适用于绘图工具520的电极562。在绘图工具的尖端中的相邻电极562之间的间隙579、电极562的宽度577和电极562的间距575可以至少部分地基于囊体542的宽度(“油墨宽度”)和厚度(“油墨厚度”)来确定。电极间间隙579、电极宽度577和电极间距575可以例如分别等于油墨宽度的一半(例如25微米)、油墨宽度的一半(例如25微米)、以及油墨宽度(例如，50微米)。工具520的电极可以以任何合适的图案来配置，以使得将电极设置为合适的电位产生适合于擦除显示介质516的囊体的边缘场。电极562可以被布置成如图4A和4B所示的同心圆。
工具控制器可以通过在工具的两个或更多个电极之间建立擦除电压来控制工具520以擦除与工具的尖端相邻的一个或更多个囊体。工具520中的任何剩余电极562可被设置为电浮动状态或与后电极层514相同的电位。
在图5B中，后电极层514被接地，并且在工具520的电极562a和562b之间建立擦除电压。在绘图工具的电极之间的电压导致在电极之间形成电场，并且边缘场穿透囊体542b-d，从而擦除囊体542b-d。图5B中所示的光学状态和电位是非限制性的。
绘图系统300和绘图系统500的各方面可以被组合。例如，绘图系统可以包括后电极层314以及绘图工具520，后电极层314具有可配置为执行显示介质的区域、区域间和/或全局擦除的两个或更多个电极，绘图工具520可配置为在显示介质上绘图和/或执行显示介质的局部擦除。
本发明可以应用于彩色绘图系统(例如用于以三种或更多种颜色绘图的绘图系统，和/或用于以除黑色、白色或灰色以外的至少一种颜色绘图的绘图系统)。这样的彩色绘图系统可以包括具有后电极层的彩色显示单元，后电极层具有可配置为执行彩色显示介质的区域、区域间和/或全局擦除的两个或更多个电极。可以执行全局擦除(或者区域或区域间擦除)，以在选择颜色和在显示单元上绘图之前将彩色显示单元(或其一部分)重置为中间光学状态。彩色绘图系统可以包括绘图工具，其可配置为在显示介质上(例如，以三种或更多种颜色，和/或以除黑色、白色或灰色以外的至少一种颜色)绘图和/或执行显示介质的局部擦除。适用于彩色显示器的绘图工具可以使用电磁场来控制可能具有不同电荷和/或不同磁性的不同颜色的粒子。
图6A是彩色绘图系统(总地标记为600)的横截面。彩色绘图系统的电泳显示介质的囊体可以包含三种或更多种不同类型的颜料粒子；在图6A中，每个囊体包括三种不同类型的颜料粒子，标记为1、2和3。不同类型的颜料粒子可以彼此光学地不同；例如，粒子可以是反射的或透射的，并且可以是白色、黑色或彩色的。所有三种颜料类型可以是散射的。这些不同类型的颜料粒子也可以具有不同的电泳响应；例如，粒子可以是带正电的、带负电的、不带电的、和/或磁性的，以使得不同类型的粒子对电磁场的反应不同。粒子1、2和3可以是透射性颜料粒子，粒子1和2可以带相反的电荷，粒子3可以是不带电的，并且是铁磁的或超顺磁的。例如，颜料粒子1可以是白色和带负电的，颜料粒子2可以是红色和带正电的，颜料粒子3可以是青色和铁磁或超顺磁的。
在图6A中，彩色绘图系统600的显示单元以擦除模式操作，并且显示单元的囊体中的颜料粒子处于中间光学状态。通过彩色绘图系统600的囊体施加边缘电场可导致囊体的颜料粒子的旋转。带电粒子可以响应于电场的施加而开始旋转，并且由带电粒子的运动产生的流体运动可以有效地使任何不带电的颜料粒子(例如，不带电的磁性颜料粒子)旋转。
绘图工具可以可选地将电场、磁场和/或电磁场施加到彩色显示单元。如上所述，用户可以通过使用任何合适的技术向绘图工具的工具控制器提供输入来控制绘图工具的操作模式。
图6B-6D示出以三种光学状态操作的彩色绘图系统600的横截面图。在图6B中，显示单元以绘图模式操作，并且绘图工具在之前处于擦除状态的显示单元的囊体上施加磁场，由此将磁性颜料粒子3带到囊体的前表面(所示的上表面)。在图6C中，显示单元以绘图模式操作，并且绘图工具在先前处于擦除状态的显示单元的囊体上产生正电压，从而将带负电的颜料粒子1带到囊体的前表面。在图6D中，显示单元以绘图模式操作，并且绘图工具在先前处于擦除状态的显示单元的囊体上产生负电压，从而将带正电的颜料粒子2带到囊体的前表面。
表1中示出了由图6A-6D中所示的光学状态产生的颜色。
表1
在另一类似的显示器中，粒子类型1可以是具有负电荷的透射品红色，粒子类型2可以是具有正电荷的透射黄色，以及粒子类型3可以是透射青色并且是磁性的。流体可以包括足够的中性(例如，不带电的、非磁性的)白色粒子，以使得只有靠近显示单元的囊体的观察表面的颜料粒子对用户可见。具有这种粒子的具有囊体的彩色显示器可以如表2所示进行寻址以产生表2中列出的颜色。
表2

Claims (15)

1.一种电子可擦除的绘图装置(100；300；500；600)，包括：
能够显示两种极端光学状态的电光显示介质(13；316；516)；
所述绘图装置(100；300；500；600)的特征在于：
邻近所述电泳显示介质(13；316；516)的一个表面设置的叉指电极(332,334)；以及
电压控制部件，用于控制所述叉指电极(332,334)的电位，并能够向所述叉指电极(332,334)施加电压，以使得所述电光显示介质(13；316；516)的至少一部分被驱动到所述介质的两种极端光学状态中间的状态。
2.根据权利要求1所述的绘图装置，其中所述叉指电极(332,334)上的电压被布置成将边缘场施加到所述电光介质。
3.根据权利要求1所述的绘图装置，其中所述电压控制部件被布置成将不同极性的电压施加到所述叉指电极中的不同叉指电极。
4.根据权利要求1所述的绘图装置，其中所述电压控制部件被布置成将交流电压施加到所述叉指电极(332,334)中的至少一个。
5.根据权利要求1所述的绘图装置，其中所述电光材料包括电泳材料(13；316；516)，所述电泳材料包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子(1,2,3)。
6.根据权利要求5所述的绘图装置，其中所述带电粒子(1,2,3)和所述流体被限制在多个囊体(342a-342g)或微单元内，或者作为由包含聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴存在。
7.根据权利要求6所述的绘图装置，其中所述叉指电极的间距近似等于所述囊体、微单元或多个离散微滴在相同方向上的平均重复距离和/或所述叉指电极之间的平均间隙近似等于所述平均重复距离的一半。
8.根据权利要求1所述的绘图装置，其中包括被布置成分别驱动所述电光显示介质的第一和第二部分的第一和第二叉指电极，并且其中所述电压控制部件被布置成彼此独立地控制所述第一和第二叉指电极。
9.根据权利要求1所述的绘图装置，还包括在所述显示介质的与所述一个表面相对的一侧上的绘图表面以及能够在所述绘图表面上移动的可移动绘图工具(20；20a；20b)，以及其中所述电压控制部件被布置成控制所述叉指电极中的至少一个与所述绘图工具之间的电位差，以改变所述显示介质的一部分的光学状态。
10.根据权利要求1所述的绘图装置，其中所述显示介质是彩色显示介质。
11.一种电子可擦除绘图装置(100；300；500；600)，包括：
能够显示两种极端光学状态的电光显示介质(13；316；516)，
所述绘图装置的特征在于：
邻近所述电泳显示介质的一个表面设置的至少两个电极(332,334)；以及
电压控制部件，用于控制所述至少两个电极(332,334)的电位，以将边缘电场施加到所述显示介质，从而将所述显示介质的至少一部分驱动到所述介质的所述两种极端光学状态中间的状态。
12.根据权利要求11所述的绘图装置，其中所述电光材料(13；316；516)包括电泳材料，所述电泳材料包括设置在流体中并且能够在电场的影响下移动通过所述流体的多个带电粒子(1,2,3)。
13.根据权利要求12所述的绘图装置，其中所述带电粒子(1,2,3)和所述流体被限制在多个囊体(342a-342g)或微单元内，或者作为由包含聚合物材料的连续相包围的多个离散微滴存在。
14.一种用于驱动能够显示两种极端光学状态的电光显示介质(13；316；516)的电子绘图工具(20,20a，20b)，所述绘图工具的特征在于至少电极(26a，26b，26c)被配置为从所述显示介质(13；316；516)的一侧向所述显示介质施加边缘电场，所述边缘电场被配置为将所述显示介质(13；316；516)的邻近所述至少两个电极(26a，26b，26c)的一部分驱动至中间光学状态，所述至少两个电极(26a，26b，26c)能够相对于所述显示介质移动。
15.根据权利要求14所述的绘图工具，其被布置成将不同极性的电压施加到所述至少两个电极中的不同电极，和/或将交流电压施加在所述至少两个电极中的两个电极之间和/或将磁场施加到所述显示介质。
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