CN112041740A - 压电电泳显示器 - Google Patents

Abstract

本文提供了一种电光显示器，其具有电泳材料层、第一导电层、以及位于电泳材料层与第一导电层之间的压电材料，该压电材料与电泳材料层的一部分重叠，并且第一导电层的一部分与电泳材料的其余部分重叠。

Description

压电电泳显示器

相关申请的引用

本申请涉及2018年5月17日提交的美国临时申请62/673,092并且要求其优先权。本申请还涉及2018年9月5日提交的美国临时申请62/727,033。

上述申请的全部公开内容通过引用包含于此。

技术领域

本文公开的主题涉及可在不连接到电源的情况下被激活或驱动的压电电泳显示器及其制造方法。

背景技术

非发射显示器使用对比度差来传达信息，该对比度差是通过改变不同频率的光的反射率来实现的；因此，它们不同于传统的发射显示器，后者通过发光来刺激眼睛。一种非发射显示器是电泳显示器，其利用电泳现象来实现对比度。电泳是指带电粒子在外加电场中的移动。当电泳发生在液体中时，粒子的移动速度主要取决于粒子所经历的粘性阻力、其电荷、液体的介电特性以及所施加电场的大小。

电泳显示器利用悬浮在不同颜色的介电液体介质中的一种颜色的带电粒子(即，由粒子反射的光)被液体吸收。悬浮液被容纳在位于一对相对设置的电极之间(或由其部分限定)的单元中，其中一个电极是透明的。当操作电极以在介质上施加DC或脉冲场时，粒子朝着相反符号的电极迁移。结果是视觉上可观察到的颜色变化。特别地，当足够数量的粒子到达透明电极时，它们的颜色主导显示器；然而，如果将粒子吸引到另一个电极，则它们被液体介质的颜色所遮盖，而液体介质的颜色会替而占据主导地位。

许多电泳显示器是双稳态的：即使在移除了激活电场之后，它们的状态仍然持续。这通常是通过电极上的残留电荷以及粒子与电泳单元壁之间的范德华相互作用来实现的。电泳显示器的驱动需要电源，例如电池，以向显示器和/或其驱动电路提供电力。电源可以是驱动器IC，以便生成电场。电场可能还需要通过电路来增强。在任何情况下，都需要通过导线进行物理连接以将电源附接到电泳显示器及其驱动电路。

发明内容

根据本文公开的主题的一个方面，电光显示器可以包括电泳材料层；第一导电层；以及位于电泳材料层和第一导电层之间的压电材料，压电材料与电泳材料层的一部分重叠，并且第一导电层的一部分与电泳材料的其余部分重叠。

附图说明

图1是根据本文公开的主题的示例性电泳显示器的截面图；

图2A是图1所示的显示器的另一截面图；

图2B是图1和图2A所示的显示器的等效电路模型；

图3A是根据本文公开的主题的另一示例性显示器的截面图；

图3B是沿着图3A所示的显示器的线C1的截面图；

图3C是沿着图3A所示的显示器的线C2的截面图；

图3D示出了根据本文提出的主题的显示器的又一实施例；

图4是根据本文公开的主题的又一示例性显示器的截面图；

图5是根据本文公开的主题的另一示例性显示器的截面图；

图6示出了根据本文公开的主题的具有锯齿图案的压电电泳显示器的一个实施例；

图7示出了根据本文公开的主题的具有图案的压电电泳显示器的另一实施例；

图8示出了根据本文公开的主题的压电电泳显示器，其被用作用于防伪目的的货币票据的一部分；

图9示出了根据本文公开的主题的压电显示器的又一实施例的横截面；

图10是具有屏障层的根据本文公开的主题的压电显示器的截面图；

图11A是微单元层的顶视图；

图11B是图10A所示的微单元层的截面图；

图12A和图12B示出了根据本文公开的主题的电泳显示器的另一实施例；

图13A和图13B示出了根据本文公开的主题的电泳显示器的又一实施例；

图14A示出了根据本文公开的主题的具有印刷图像或形状的电泳显示器的另一实施例；

图14B-14E示出了根据本文公开的主题在使用中的图14A的显示器；

图15A示出了根据本文公开的主题的具有印刷图像或形状的电泳显示器的另一实施方式；以及

图15B-15C示出了根据本文公开的主题在使用中的图15A的显示器。

具体实施方式

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，但它可以是另一种光学性质，例如光透射、反射、发光，或者在用于机器阅读的显示器的情况下，在可见光范围之外的电磁波长的反射率的变化意义上的伪色。

术语“双稳态的”和“双稳定性”在此使用的是其在本领域中的传统含义，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特性不同，从而在利用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用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至少几倍(例如至少4倍)。在美国专利No.7,170,670中示出，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，以及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“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显示或驱动方案。

术语“像素”在此使用的是其在显示领域中的常规含义，指的是能够生成显示器本身可以显示的所有颜色的显示器的最小单元。在全色显示器中，典型地，每个像素由多个子像素组成，每个子像素可以显示的颜色少于显示器本身可以显示的所有颜色。例如，在大多数常规的全色显示器中，每个像素由红色子像素、绿色子像素、蓝色子像素以及可选的白色子像素组成，每个子像素都能够显示从黑色到指定颜色的最亮版本的颜色范围。

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)。这种显示器使用许多小的主体(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部分。这些主体悬浮在基质内的填充有液体的液泡内，液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通过观察表面看到的主体的哪部分。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，例如采用纳米致变色(nanochromic)膜形式的电致变色介质，该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。这种类型的纳米致变色膜例如在美国专利No.6,301,038；6,870,657；和6,950,220中也有描述。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.等人的“Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting”,Nature,425,383-385(2003)中描述。在美国专利No.7,420,549中示出这样的电润湿显示器可被制造成双稳态的。

多年来一直是密集研究和开发的主题的一种类型的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。与液晶显示器相比，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低功耗的属性。

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,“Electronictoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS 1-1，和Yamaguchi，Y.等,“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。当这种基于气体的电泳介质在允许粒子沉降的方向上使用时，例如用在介质在垂直平面内布置的指示牌中时，由于与基于液体的电泳介质相同的粒子沉降，这种基于气体的电泳介质容易遭受同样类型的问题。实际上，在基于气体的电泳介质中的粒子沉降问题比基于液体的电泳介质更严重，因为与液体相比，气态悬浮流体的较低的粘度允许电泳粒子更快的沉降。

被转让给麻省理工学院(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以及其他电光介质的各种技术。这种封装的介质包括许多小囊体，每一个小囊体本身包括内相以及包围内相的囊壁，其中所述内相含有在流体介质中的可电泳移动的粒子。典型地，囊体本身保持在聚合物粘结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No.7,002,728和7,679,814；

(b)囊体、粘结剂和封装工艺；参见例如美国专利No.6,922,276和7,411,719；

(c)包含电光材料的膜和子组件；参见例如美国专利No.6,982,178和7,839,564；

(d)用于显示器中的背板、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；

(e)颜色形成和颜色调节；参见例如美国专利No.7,075,502和7,839,564；

(f)用于驱动显示器的方法；参见例如美国专利No.7,012,600和7,453,445；

(g)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348；

(h)非电泳显示器，如在美国专利No.6,241,921；6,950,220；7,420,549和8,319,759以及美国专利申请公开No.2012/0293858中所述；

(i)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9,279,906；以及

(j)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7,715,088。

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，带电粒子和流体不被封装在微囊体内，而是保持在载体介质(通常是聚合物膜)内形成的多个空腔中。参见例如美国专利No.6,672,921和6,788,449，两者均被转让给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(shutter mode)”下工作，在该模式下，一种显示状态是基本上不透明的，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，邻近显示器的观察表面的至少一层在快门模式下工作，以暴露或隐藏距离离观察表面更远的第二层。

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板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、狭缝或挤压涂布、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；喷涂；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。

其他类型的电光材料也可用于本发明。

电泳显示器通常包括电泳材料层和设置在电泳材料的相对侧上的至少两个其他层，这两个层之一是电极层。在大多数这样的显示器中，两个层都是电极层，并且将一个或两个电极层图案化以限定显示器的像素。例如，一个电极层可以被图案化为细长的行电极，而另一个电极层可以被图案化为与行电极成直角延伸的细长的列电极，像素由行电极和列电极的交叉点限定。可替代地，并且更通常地，一个电极层具有单个连续电极的形式，而另一电极层被图案化为像素电极的矩阵，每个像素电极限定显示器的一个像素。在意于与触控笔、打印头或类似的同显示器分离的可移动电极一起使用的另一种类型的电泳显示器中，与电泳层相邻的层中的仅一个包括电极，在电泳层的相对侧上的层通常是保护层，其旨在防止可移动电极损坏电泳层。

在又一个实施例中，例如在美国专利No.6,704,133中所述，电泳显示器可以被构造为具有两个连续的电极以及在电极之间的电泳层和光电泳层。由于光电泳材料会随着光子的吸收而改变电阻率，因此可以使用入射光来改变电泳介质的状态。这样的装置在图1中示出。如在美国专利No.6,704,133中所述，图1的装置在被位于显示器的与观察表面的相对侧上的发射源(例如LCD显示器)驱动时最好地工作。在一些实施例中，美国专利No.6,704,133的装置包括在前电极和光电泳材料之间的特定屏障层，以减少由来自显示器前部的入射光泄漏通过反射电光介质而引起的“暗电流”。

前述美国专利No.6,982,178描述了一种组装固体电光显示器(包括封装的电泳显示器)的方法，该方法非常适合于批量生产。实质上，该专利描述了一种所谓的“前平面层压板”(“FPL”)，其依次包括透光的导电层、与导电层电接触的固体电光介质层、粘合剂层和释放片。通常，透光的导电层将被承载在透光的基板上，基板优选是柔性的，在这种意义上，基板可以被手动地缠绕在(例如)直径10英寸(254毫米)的鼓上而不会永久变形。在该专利中使用术语“透光的”，并且在本文中是指这样指定的层透射足够的光，以使观察者能够透过该层观察电光介质的显示状态的变化，这通常将通过导电层和相邻基板(如果存在)观察；在电光介质显示不可见波长的反射率变化的情况下，术语“透光的”当然应该被解释为涉及相关不可见波长的透射。基板通常是聚合物膜，并且通常将具有约1至约25密耳(25至634微米)，优选地约2至约10密耳(51至254微米)的范围的厚度。导电层便利地是例如铝或ITO的薄金属或金属氧化物层，或者可以是导电聚合物。涂布有铝或ITO的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)膜可商购获得，例如购自特拉华州威尔明顿市的杜邦公司的“镀铝Mylar”(“Mylar”是注册商标)，并且这样的商业材料可以在前平面层压板中有好的效果。

使用这种前平面层压板的电光显示器的组装可以通过如下来实现：从前平面层压板移除释放片并在使粘合剂层有效地粘附到背板的条件下使粘合剂层与背板接触，从而使粘合剂层、电光介质层和导电层固定至背板。该工艺非常适合于批量生产，因为通常可以使用卷对卷涂布技术批量生产前平面层压板，然后将其切割成用于特定背板的任意尺寸的块。

美国专利No.7,561,324描述了一种所谓的“双释放片”，其基本上是前述美国专利No.6,982,178的前平面层压板的简化版本。一种形式的双释放片包括夹在两个粘合剂层之间的固体电光介质层，其中一个或两个粘合剂层被释放片覆盖。另一种形式的双释放片包括夹在两个释放片之间的固体电光介质层。两种形式的双释放片膜都意于用于与已经描述的从前平面层压板组装电光显示器的工艺大体相似的工艺中，但是涉及两次单独的层压；通常，在第一次层压中，将双释放片层压至前电极以形成前子组件，然后在第二次层压中，将前子组件层压至背板以形成最终的显示器，但是如果需要的话，这两次层压的顺序可以颠倒。

美国专利No.7,839,564描述了一种所谓的“倒置的前平面层压板”，它是前述美国专利No.6,982,178中描述的前平面层压板的一种变型。该倒置的前平面层压板依次包括透光的保护层和透光的导电层中的至少一个、粘合剂层、固体电光介质层和释放片。该倒置的前平面层压板用于形成电光显示器，该电光显示器在电光层和前电极或前基板之间具有层压粘合剂层；在电光层和背板之间可以存在或可以不存在通常较薄的第二粘合剂层。这种电光显示器可以将良好的分辨率与良好的低温性能相结合。

某些颜料的光电电泳性质是在一段时间之前被认识到的。例如，美国专利No.3,383,993公开了一种光电泳成像设备，其可用于在通常为透明电极的介质(例如ITO)上再现投影图像。然而，‘993专利和Xerox Corporation的其他相关专利中描述的光电泳过程是不可逆的，因为光电泳过程涉及到光电泳粒子迁移到“注入电极”，然后它们将附着在电极上。由于缺乏可逆性，以及安装的成本和复杂性，这种现象并未得到广泛的商业化。

本文提出的主题涉及几种压电电泳显示器结构设计，这些设计不需要电源(例如，电池或有线电源等)即可使电泳显示器工作。因此简化了这种电泳显示器的组装。

压电性是响应于所施加的机械应力而在固体材料中累积的电荷。用于此处公开主题的合适的材料可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、石英(SiO₂)、块磷铝矿(AlPO₄)、正磷酸镓(GaPO₄)、电气石、钛酸钡(BaTiO₃)、锆钛酸铅(PZT)、氧化锌(ZnO)、氮化铝(AlN)、钽酸锂、硅酸镧镓、酒石酸钾钠和任何其他已知的压电材料。

本文呈现的主题的一些方面利用压电性来驱动电泳材料的颜料，以当从观察表面观察时改变电泳材料的颜色。例如，通过向一块压电材料弯曲或施加应力，可以生成电压，并且该电压可以用于引起电泳材料的彩色颜料的移动。如本文所使用的，用于电光显示器(例如，电泳显示器)的术语“对比度比”(CR)被定义为显示器能够产生的最亮的颜色(白色)与最暗的颜色(黑色)的亮度之比。通常，高对比度比或CR是显示器的理想方面。

图1示出了根据本文公开的主题的示例性电光显示器100的截面图，该电光显示器100使用压电材料102来驱动电泳材料(EPD)膜104。在该实施例中，压电膜102可以被层压到EPD膜104的一部分，并且导电粘合剂材料(例如，铜带)可以被用来覆盖压电膜102和EPD膜104的其余部分，如在图1和图2A中示出。在一些实施例中，导电粘合剂材料可以用作电极2108并且被固定到基板(未示出)。在一些其他实施例中，电极2 108可以用作像素电极，用于调制跨EPD膜104的电压电势，以显示颜色或图像(例如，通过改变EPD膜104的灰度)。此外，与电极2 108相对，电极1 106可以与EPD膜层104重叠。在又一实施例中，EPD膜104在起初可以被制造到电极1 106上。例如，可以首先将电极1 106图案化为包括微单元结构，其中可以将具有电泳粒子的电泳流体压印到微单元结构中以形成EPD膜层。对于其细节将在下面的图9和11A-B中描述。在这种配置中，EPD膜104和电极1 106可以是一体的结构。在一些其他实施例中，电极1 106和电极2 108都可以是透明的，或者电极1 106或电极2 108中的任一个可以是透明的，使得可以从任一方向观察显示器100。

在实践中，电光显示器100的CR可以根据EPD膜104表面积A1 110(即，EPD膜104的与压电材料102重叠或由其覆盖或与其直接接触的部分)与区域A2 112(即，EPD膜104的与电极2 108重叠或由其覆盖的部分)的面积相比的比而不同，如图1所示。CR的实验结果在以下表1中示出。

表1.显示器CR与压电膜表面积

如图1所示，诸如图1所示的显示器可以通过减小与电极2 108(即，导电粘合剂材料)重叠或在其上的EPD膜104的总表面积(例如，A2)来改善其CR。当压电膜102(例如，A1)上的EPD膜104与电极2 108(例如，A2)上的EPD膜104的比为1:2时，CR为2，当比值变成2:1时，CR提高到7。在一些实施例中，为了进一步改善CR，可以将施加的任何物理应力在垂直方向上施加到电极2 108的较长侧，以减小电极1 106或电极2 108的宽度。

图2B示出了根据本文公开的主题的图1所示的显示器100的示例性等效电路。EPD膜104与压电膜102接触的部分可以具有电阻值R1，并且由电极2 108覆盖的部分可以具有电阻值R2。实际上，由压电膜104生成的电压可以在串联配置的R1和R2之间分配。在一些实施例中，在压电膜102和EPD膜层104之间可以存在粘合剂层，其中粘合剂层的电阻率值可以为大约10⁸Ohm*cm，并且优选地小于10¹²Ohm*cm。

在根据本文公开的主题的另一实施例中，作为如图1和图2A所示的使压电膜直接层压到EPD膜上或与EPD膜重叠的代替，可以将压电膜302层压到半导电或高电阻层304上，然后将半导电或高电阻层304层压到电极1层306上，如图3A所示。在这种配置中，半导电或高阻层304代替了压电膜302顶部上的EPD膜308的部分，从而减小了显示器的整体厚度，并防止了电荷在压电膜302上的快速耗散，从而可以有效地和高效地将局部(通过压电膜302)产生的电荷施加到EPD膜308上，从而改善了显示器CR。下表2中示出的是半导电层304的电阻率水平与所得CR的比较。如图所示，当半导电层304具有10⁸Ohm*cm的电阻率时，可以实现的最佳CR比为12。

表2.显示器CR与电阻

此外，可以通过调节半导电层304的电阻值来优化显示器CR。例如，在大约10⁸(Ohm*cm)的电阻范围内，可以实现12的显示器CR。在另一个实施例中，电极1层306的电阻可以为大约450ohm/sq，其中电极2层310的电阻可以为0.003ohm/sq，EPD膜308可以具有大约10⁷至10⁸欧姆的电阻，并且压电材料302可以具有10¹³至10¹⁴欧姆的电阻。

图3B和3C是图3A所示的显示器的截面图。图3B示出了沿C1线的显示器横截面，以及图3C示出了沿C2线的显示器横截面。实际上，可能显示器的仅EPD部分308被制成对用户可见，而压电膜部分可能被覆盖。同样如图3B和3C所示，电极2层310可以被分段。结果，EPD膜层308中的灰度变化也将看起来被分段。可替代地，如果电极2 310是单个连续片，则EPD膜层308中的灰度变化也将是连续的。应当理解，电极1 306和电极2 310都可以是透明的，并且所有层(例如，层302、304、310等)可以是透明的，以使得可以从定向或方向上观察显示器。

在另一实施例中，图3D示出了根据本文提出的主题的另一显示器312的截面图。该显示器312与图3A所示的显示器的不同之处在于，仅压电膜层318的一部分与电极1 316层重叠。在这种配置中，压电膜层318可以避免被放置在中性平面位置，以使得可以从压电膜318生成更好的图像。另外，压电膜层318可以是金属化的压电膜并且可以被金属层320覆盖。在一些实施例中，第一半导电层314可以位于金属层320与电极1层316之间。另一第二半导电层322可以位于压电膜层318与电极2层324之间。应当理解，本文提出的所有层，包括电极1 316和电极2 324层，可以是透明的，以使得可以从方向或定向观察该显示器。

在又一个实施例中，以类似于图1和2A所示的配置，但是可以在电极2层404与压电膜层406和EPD膜层408之间放置半导电层402，如图4所示。该半导电层402可以使压电膜层406和EPD膜层408与电极2 404绝缘。类似地，可以将图3A所示的显示器修改为包括附加的半导电层，从而使压电膜和EPD膜与电极2绝缘。在各种配置中，图4所示的显示器在展现出为18的最佳的CR性能。无论如何，本文的显示器配置使人们能够以小于50um的厚度构造压电驱动装置，并且还大大简化了装置结构，并使显示器对较小的施加的物理应力更加敏感。

图5示出了显示器的另一设计500。该显示器500类似于图3A中所示的显示器，除了在压电层504和电极2层506之间放置附加的半导电层502。下表3中示出了各种设计之间的CR比的比较。

	显示器对应变变化的响应
		压电膜直接接触两个电极	对比度比:1.7
图1	对比度比:7
		图3A	对比度比:12
图4	对比度比:18
		图5	对比度比:14

表3.比较CR

应当理解，图4和图5中示出的所有层，包括电极1和电极2的层，可以是透明的，以使得可以从方向或定向来观察这些显示器。

还应注意，参考图1-5中所示的显示器配置，在电极1和电极2与压电材料层和EPD膜层之间的导电路径是完整的，在电极1和电极2之间不需要其他导体或电极。这有效地减小了装置的整体厚度，并提高了显示器的CR比。

图6和7示出了可以被配置为显示各种图案的压电电泳显示器的实施例，例如图6中的锯齿图案和图7中的星形图案。在图6中，显示器600可以包括多个电极602，其设计成将电荷传输到电泳显示介质604s和606s。在图6所示的实施例中，显示介质604为红色，而显示介质606为黑色。应当理解，可以方便地采用其他颜色。在该配置中，显示器的顶部上的电极602可以连接至黑色显示介质606，而底部的电极602可以连接至红色显示介质604。在使用中，当将力施加至显示器600时，显示介质606和604可以显示黑色和红色。可以使用导电材料印刷图6所示的该特定配置，从而大大简化了制造工艺。

在一些其他实施例中，根据本文公开的主题的压电电泳显示器可以与另一设备组合，例如图8中所示的货币票据。在该实施例中，可以将显示器固定到票据的一端，并且当施加物理应力时，显示器可以在一个或多个灰度之间切换。以这种方式，用户可以容易地将真实钞票与伪造钞票区分开。如上所述，可以将用于显示器的电极分段，并且所产生的EPD材料层的灰色调可以分段地呈现。可替代地，用于显示器的电极可以是连续的片，并且所产生的EPD材料的灰色调可以以连续的方式变化。

制造的方法

图9示出了根据本文提出的主题的压电显示器910的又一实施例的截面图。如图9所示，EPD层900可以部分地在压电材料902下方延伸，以与压电材料902基本重叠并且确保与压电材料902的牢固连接。在该实施例中，EPD层900可以具有一个具有微单元的部分906和基本上平坦的另一部分904，该另一部分被配置用于建立与压电材料902的连接。在该配置中，压电材料902被定位成重叠在基本上平坦的部分904上，确保与EPD层900的良好连接。该配置可以有利地在压电材料902和EPD层900之间建立牢固的连接。例如，该配置在压电材料902和EPD层900之间提供鲁棒的连接，该连接能够承受反复的弯曲或施加在显示装置910上的应力。此外，可以将粘合剂层908放置在压电材料层902和导体912之间。在另一个实施例中，压电材料902可以是环形的并且围绕EPD材料900。此外，如图9所示，压电材料902和EPD层900可以夹在两层导体或导电材料之间，并且所有上述层和材料都可以放置在可弯曲的基板上。优选的是，基板的厚度小于10微米，以使整个装置变薄。在一些实施例中，ITO/PET可以在本文中用作基板。在一些其他实施例中，可以使用柔性且透明的导电涂层，例如PEDOT:PSS、石墨烯、碳纳米管或银纳米线。在又一些其他实施例中，如图10所示，可以在涂布导电层之前将屏障层溅射到基板层(例如，PET)上以提供对墨水溶剂的屏障。在一些情况下，该屏障层可以是SiOx。由于在这种情况下基板是薄的，所以屏障层也可以涂布到基板的另一侧上。另外，出于装饰的目的，可以将其他光学层印刷到基板上。在一些实施例中，可以在组装显示器之后将载体膜丢弃。并且显示器的没有载体膜的其余部分可以与其他结构集成。应当理解，包括电极1和电极2的层的本文呈现的所有层可以是透明的，从而可以从方向或定向上观察该显示器。

图11A示出了图9的EPD层900的顶视图。如图所示，EPD层900可以通过将微单元结构图案化到层900的仅一部分上而其余部分基本平坦来制造。以这种方式，不具有微单元的基本平坦的部分1102(即，单独的部分1102被指定为具有微单元结构)可以用于与压电层建立连接，如图9所示。该制造的方法提供了几个优点。首先，相比于单独地制造接触部分(即，基本平坦的部分)和微单元部分1102的可替代方法，以这种方式制造EPD层更容易，其中，同时制造接触部分和微单元部分1102。其次，由于基本上平坦的接触部分1100和微单元部分1102被一起制造，因此它们在结构上更鲁棒，这导致EPD层和压电层之间的更好的连接，以及更耐用的显示装置。图11B示出了如图11A所示的EPD层的截面图。EPD层可以包括具有图案化的微单元的第一部分1104和不具有微单元的平坦部分1106。实际上，可以在相同的光刻步骤中将基本平坦的部分1106和微单元部分1104图案化。在一些实施例中，一旦已经定义了图案，并且在压印步骤之后，可以将释放衬里的条带层压到基本平坦的部分上，其中释放衬里的厚度可以与微单元高度相同。优选的是，释放衬里的表面能足够高，以使得密封层不会在释放衬里的顶部上去湿，并且在一些实施例中，可以根据应用将表面能调节到特定水平。在这种情况下，释放衬里可包括聚乙烯醇或其他水溶性聚合物。此外，在填充和密封步骤之后，可以将释放衬里连同其顶部上的墨水和密封层一起移除，以暴露下方的平坦区域。在实践中，移除释放衬里将从EPD层的基本平坦的部分移除密封层/材料和墨水。该工艺可以确保墨水和密封材料从微单元部分1104基本上干净的脱离。可以将一块非金属化的压电膜层压到该平面上。压电膜和粘合剂层的总厚度可以与密封层和微单元的总厚度相似。另外，一块粘合剂层可以层压在释放衬里和整个显示面板上。在线加湿或离线腔室加湿步骤可用于确保显示器的良好光学性能。实际上，在图11A和11B中定义了图案之后，可以沿A’A’线切割结构以创建显示器。

在一些实施例中，用于制造如上所述的显示器的方法可以包括制造具有第一部分1102和第二部分1100的电泳显示材料层，第一部分1102具有多个微单元，并且第二部分1100是基本平坦的。该方法可以进一步包括提供压电材料，以及将压电材料与电泳显示材料的第二部分对准，以使得压电材料与第二部分基本重叠。在一些实施例中，使用单个光刻步骤来制造电泳材料的第一部分1102和第二部分1100。该方法可以进一步包括将电泳显示材料和压电材料放置在基板上，其中基板可以是柔性的。在一些实施例中，该方法可以进一步包括在基板上提供导电电极，以及在导电电极和基板之间提供屏障层。在一些实施方式中，在制造电泳显示层的步骤之后，该方法可以进一步包括提供一层释放衬里。其中，释放衬里的高度与多个微单元的高度基本相似。

此外，如图6所示，可以在基板的顶部上印刷另一个第二电极。为了将第二电极连接到EPD材料，可以使用导电墨水来图案化导电迹线或线。在一些实施例中，图案可以包含两个部分。第一部分可以被印刷为小条带，并且第二部分可以是两个像素图案。其中，每个像素可以连接到使用导电墨水的一个或两个小条带上。然后可以将这些图案对准并层压在上述FPL上，其中压电膜位于小条带的顶部上。

图12A和12B示出了利用压电材料的电泳显示器1200的另一实施例。如图所示，压电材料层1202可以与显示介质层1204(例如，电泳介质层)堆叠以形成显示器。如图12A和12B所示，两个电极，电极1 1206和电极2 1208可位于两侧，以将EPD层1204和压电材料层1202夹在中间，以完成电荷的导电路径。在一些实施例中，电极2 1208可以是压电膜上的金属或压电膜上的层压导电粘合剂。在该配置中，不需要其他连接来驱动电泳显示材料1204。

在使用中，当将力施加到压电材料层1202上时，在压电材料1202内发生电荷分离。电泳显示介质层1204和压电材料层1202的界面上的电荷可以在EPD膜上感应出电荷并且电场通过EPD以使得粒子移动。图12B示出了电荷分布的视图。

在又一个实施例中，为了获得更好的对比度比，可以将具有相反极化方向的压电膜平行配置，如图13A和13B所示。在使用中，PZ1和PZ2可以在施加的力下产生相反的电压，图13B示出了当施加力时电荷分布的一个实施例。应当理解，本文在图12A-13B中呈现的所有层，包括电极1和电极2的层。可以是透明的，使得可以从方向或定向观察该显示器。

图12A-13B所示的实施例不仅将整个装置的厚度减小到小于50微米，而且还极大地改善了CR。此外，它简化了装置结构，并使显示装置对较小的应变变化更为敏感。

潜像

在一些实施例中，具有类似于或基于图12A或图1所示的配置的结构的显示器可以被修改以显示潜像。图14A中所示的是一种显示装置1400，其类似于图12A中所示的显示装置，但是具有层压或印刷在电极1 1406或电极2 1408上的图像或形状。应当理解，图14A中所示的配置用于示出概念，因为可以容易地采用其他配置来实现相同的效果。在实践中，显示器1400的每一层可以是透明的(例如，层1402、1404、1406、1408等)，甚至是粘合剂层以及电极1和2层，使得可以从方向或定向来观察该显示器。

在一些实施例中，图像或形状可以被印刷或层压到白色背景上以及电极1 1406或电极2 1408上，并且从相反侧观察。在使用中，当EPD层1404显示白色时，印刷的图像或形状将被隐藏(即，参见图14B)，并且当EPD 1404在施加力时切换到另一种颜色时，可以显示印刷的图像或形状(即，参见图14C)。

在又一个实施例中，可以在没有背景的情况下在电极1 1406或电极21408上产生深色图像或形状，并且可以从相反侧观察。在这种配置中，当显示器1400位于黑色背景上时，如图14D所示，无论EPD 1404如何弯曲，印刷的图像或形状都将保持隐藏。或者，当显示器1400位于白色或浅色背景上时，将显示印刷的图像或形状，并且当EPD 1404切换为较深的颜色时更明显，如图14E所示。

在又一个实施例中，如图15A所示，可以在电极1 1502、1504或EPD显示器1 1506和EPD显示器2 1508的外部产生图像或形状。两个EPD显示器1506、1508可以使用透明的粘合材料集成在一起。当施加力(例如，弯曲)时，EPD显示器1 1506和EPD显示器2 1508都可以改变颜色。当EPD显示器2 1508变暗而EPD显示器1 1506变白时，印刷的图像或形状将不会出现，如图15C所示。可替代地，当EPD显示器2 1508变白并且EPD显示器1 1506变暗时，印刷的图像或形状将浮现，如图15B所示。

还应当注意，参考图9-14A所示的显示配置，在电极1和电极2与压电材料层和EPD膜层之间的导电路径是完整的，在电极1和电极2之间不需要其他导体或电极。在图15所示的显示器的情况下，每个堆叠的显示器1506和1508不需要额外的导体或电极。这有效地减小了装置的整体厚度，并提高了显示器的CR比。

对于本领域技术人员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上述本发明的特定实施例进行许多改变和修改。因此，整个前述描述将以说明性而非限制性的意义来解释。

Claims (15)

1.一种电光显示器，包括：

电泳材料层；

第一导电层；

位于所述电泳材料层和所述第一导电层之间的压电材料，所述压电材料与所述电泳材料层的一部分重叠，并且所述第一导电层的一部分与电泳材料的其余部分重叠。

2.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括第二导电材料，其被定位成紧邻所述电泳材料层并且与所述压电材料相对。

3.一种电光显示器，包括：

电泳材料层；

半导电材料；以及

与所述半导电材料堆叠在一起的压电材料，并且所述压电材料和所述半导电材料被定位成紧邻电泳材料。

4.根据权利要求3所述的电光显示器，还包括与所述压电材料和所述电泳材料重叠的第一导电层。

5.根据权利要求4所述的电光显示器，还包括在所述第二导电层与所述压电材料和所述电泳材料之间的第二半导电材料层。

6.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括与所述半导电材料和所述电泳材料重叠的第二导电层。

7.一种电光显示器，包括：

电泳材料层；

第一压电材料层；以及

第二压电材料层，所述第一压电材料层和所述第二压电材料层并排放置并与所述电泳材料层重叠，其中所述第一压电材料层和所述第二压电材料层具有相反的极化方向。

8.一种制造显示器的方法，包括：

制造电泳显示材料层，其具有第一部分和第二部分，所述第一部分具有多个微单元，并且所述第二部分是基本平坦的；

提供压电材料；以及

将所述压电材料与电泳显示材料的第二部分对准，以使得所述压电材料与所述第二部分基本重叠。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述电泳材料的第一和第二部分是使用单个光刻步骤制造的。

10.根据权利要求8所述的方法，还包括将所述电泳显示材料和所述压电材料放置在基板上。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述基板是柔性的。

12.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述基板上提供导电电极。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述导电电极与所述基板之间提供屏障层。

14.根据权利要求8所述的方法，在制造电泳显示层的步骤之后，还包括提供一层释放衬里。

15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述释放衬里的高度与所述多个微单元的高度基本相似。

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