CN112912785A - 电光介质和包含其的可写装置 - Google Patents

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Abstract

一种包括电泳介质的电光装置，该电泳介质包括在流体中的多个粒子的分散体，该分散体被配置为在响应于所施加电场的方向上在流体内迁移。多个粒子包括具有第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子、具有第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子、以及具有第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子。第一电荷极性与第二电荷极性相反，并且第三类型的粒子被配置为在响应于所施加磁场梯度的方向上在流体内迁移。

Description

电光介质和包含其的可写装置
相关申请
本申请要求于2018年10月30日提交的美国临时申请No.62/752,614的优先权，其全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本文所述的技术涉及一种电光装置，其包括电泳介质，该电泳介质包含带电粒子和磁响应粒子，该电泳介质可以用专用仪器(触控笔或打印头)和相关方法来处理。
背景技术
以下提及的所有美国专利和公开的申请的全部内容通过引用包含于此。
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“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转变。例如，下文中所涉及的几个伊英克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。
从材料具有固态外表面的意义上来讲，某些电光材料是固态的，尽管材料可能而且经常确实具有内部填充液体或气体的空间。为了方便起见，这种使用固态电光材料的显示器在下文中可以被称为“固态电光显示器”。因此，术语“固态电光显示器”包括旋转双色构件显示器、封装的电泳显示器、微单元电泳显示器和封装的液晶显示器。
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。
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。然而，这些显示器的长期图像质量的问题已经阻碍了它们的广泛使用。例如，构成电泳显示器的粒子易于沉降，从而导致这些显示器的使用寿命不足。
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,“Electricaltoner movement for electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，Paper HCS1-1，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)、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的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，这些囊体本身保持在聚合粘结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)内的多个腔体内。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、7,679,814、9,759,980和6,870,661；
(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)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；
(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7,715,088；
(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)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；
(g)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；
(h)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；
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348以及美国专利申请公开No.US2017/0336896；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；以及除显示器以外的封装和微单元技术的应用；参见例如美国专利申请公开No.2015/0005720和2016/0012710。
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液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液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液滴相关联；参见例如前述的美国专利No.6,866,760。因此，为了本申请的目的，这样的聚合物分散型的电泳介质被认为是封装的电泳介质的子类。
各种系统可用于寻址带有触控笔的电光显示器。例如，触控笔可用于在某些平板电脑上做笔记。当用户将触控笔在电光显示器的表面上方经过时，电光显示器基于由电光显示器检测到的触控笔的位置来激活与触控笔经过的像素相对应的像素。一些磁响应显示器可以用包含磁体和/或产生磁场的触控笔来寻址。
当前的可写电光显示系统在可以使用电泳介质提供的颜色数量上受到限制。因此，需要改进的基于电泳的可写装置，其使用户能够产生具有多种颜色的图像。
发明内容
在本发明的第一方面中，电光装置包括：在观察侧上的第一表面；在第一表面的相对侧上的第二表面；电泳介质，其布置在透光导电层和像素电极阵列之间，并在流体中包括多个粒子，所述多个粒子包括：(1)具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子；(2)具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子；以及(3)具有第三颜色、第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子；其中第一颜色、第二颜色和第三颜色彼此不同；第一电荷极性与第二电荷极性相反；多个粒子被配置为在响应于所施加电场的方向上在流体内迁移；第三类型的粒子被配置为在响应于所施加磁场梯度的方向上在流体内迁移；第二类型的粒子具有电场阈值，以使得：(a)在透光导电层和像素电极之间施加电压电势差，以生成比电场阈值强并且具有驱动邻近透光导电层的第二类型的粒子的极性的电场，将使得与像素电极相对应的像素在第一表面处显示第二颜色；(b)在透光导电层和像素电极之间施加电压电势差以生成比电场阈值强并且具有驱动邻近透光导电层的第一类型的粒子的极性的电场，将使得与像素电极相对应的像素在第一表面处显示第一颜色；(c)一旦在第一表面处显示第一颜色，则在透光导电层和像素电极之间施加电压电势差，以生成比电场阈值弱并且具有驱动邻近透光导电层的第三类型的粒子的极性的电场，将使得与像素电极相对应的像素显示第三颜色。
在本发明的另一方面，一种操作电光装置的方法，其中所述电光装置包括：(a)在观察侧上的第一表面；(b)在第一表面的相对侧上的第二表面；(c)电泳介质，其布置在透光导电层和像素电极阵列之间，并在流体中包括多个粒子，所述多个粒子包括：(1)具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子；(2)具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子；以及(3)具有第三颜色、第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子；其中第一颜色、第二颜色和第三颜色彼此不同；其中第一电荷极性与第二电荷极性相反；其中多个粒子被配置为在响应于所施加电场的方向上在流体内迁移；以及其中第三类型的粒子被配置为在响应于所施加磁场梯度的方向上在流体内迁移；包括以下步骤：(A)利用包括磁性尖端的触控笔接触装置的第一表面上的第一位置，以使得第三类型的粒子朝向该第一位置迁移；以及(B)利用包括磁性尖端的触控笔再次接触装置的第一表面上的第一位置，以使得第二类型的粒子朝向第一位置迁移。
下面进一步描述上述方面和实施例以及另外的方面和实施例。鉴于以下描述，本发明的其他方面将是显而易见的。这些方面和/或实施例可以单独地、全部一起地或者以两个或更多个的任何组合来使用，因为本申请在该方面不受限制。
附图说明
将参考以下附图描述本申请的各个方面和实施例。应当理解，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中均用相同的附图标记表示。
图1示出了根据本发明的第一实施例的与第一触控笔组合的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图2示出了与第二触控笔组合的图1的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图3示出了与第三触控笔组合的图1的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图4示出了显示第一光学状态的图1的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图5示出了显示第二光学状态的图1的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图6示出了处于白色状态的可寻址电光显示器的截面侧视图。
图7示出了与第二触控笔组合的图6的可寻址电光显示器(接触触控笔一次)的截面侧视图。
图8示出了与第二触控笔组合的图6的可寻址电光显示器(接触触控笔不止一次)的截面侧视图。
图9示出了由磁性触控笔接触以书写短语并进行绘制的可寻址电光显示器的照片。
具体实施方式
本发明的各种实施例涉及电泳介质和基于粒子的电光显示器，其可被电和磁寻址。本发明的各种实施例可以被配置为提供全局和局部寻址能力。全局寻址能力可用于创建纯色状态，例如白色或黑色，因此被视为“擦除”状态。全局寻址状态可以是电可控的。例如，显示器可以在显示器的基于粒子的电光层的相对侧上包括电极，并且可以操作电极以创建合适的电场以将墨水设置为均匀的颜色状态。显示器可以包括用于控制呈现给电泳粒子的电场的控制器。控制器可以施加静电场或随时间变化的电场，即波形。局部寻址能力可以由创建电场或磁场的一个或多个书写工具提供。如本文所使用的术语“书写工具”包括触控笔。
本文所使用的将粒子称为“磁性的”和“磁性响应的”和“响应于磁场梯度”和“磁性可寻址的”和“被配置为在流体内沿响应于所施加的磁场梯度的方向迁移”的术语是同义词。它们是指在施加磁场梯度后在液体分散介质中迁移并可能形成链的粒子。这样的粒子在科学文献中可以称为磁泳粒子。
根据本发明的一个实施例，电泳介质可以包括多个带电粒子的分散体。多个电泳粒子优选地包括至少三个不同组的粒子：光散射白色颜料、光散射的磁性彩色颜料和黑色颜料。彩色颜料可以是除了白色或黑色以外的任何颜色。在优选的实施例中，彩色颜料是红色或黄色。为了控制每组带电粒子通过分散流体的迁移率，一组或多组粒子可以包括具有聚合物涂层的核心颜料，该聚合物涂层通常是接枝或吸附到颜料粒子表面的聚合物，例如在美国专利申请公开2015/0103394和2016/0085121中所述。在带电粒子组之间，核心颜料的直径和/或涂层的厚度可以不同。
在本发明的优选实施例中，黑色颜料和光散射的磁性彩色颜料具有相同的电荷极性，而白色颜料具有相反的极性，并且仅光散射的磁性彩色颜料对磁场梯度有响应，即在分散流体内沿响应于所施加的磁场梯度的方向移动。
如在电泳显示器领域中众所周知的，用于白色粒子中的核心颜料可以是高折射率的金属氧化物。用于白色粒子的材料的示例包括但不限于无机颜料，例如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4、PbSO4等。
用作黑色粒子的核心颜料的材料包括但不限于CI颜料黑26或28等(例如铁锰黑或铜铬黑)或炭黑。
彩色颜料粒子优选地是非黑色和非白色的，并且可以具有诸如红色、绿色、蓝色、品红色、青色或黄色的颜色。用作光散射的磁性彩色颜料的核心颜料的材料包括但不限于CI颜料PR254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15:3、PY138、PY150、PY155或PY20。这些是在颜色索引手册“New Pigment Application Technology”(CMC Publishing Co，Ltd，1986)和“Printing Ink Technology”(CMC Publishing Co，Ltd，1984)中描述的常用有机颜料。具体的示例包括科莱恩(Clariant)的Hostaperm Red D3G 70-EDS、Hostaperm PinkE-EDS、PV fast red D3G、Hostaperm Red D3G70、Hostaperm Blue B2G-EDS、HostapermYellow H4G-EDS、Hostaperm Green GNX、巴斯夫(BASF)的Irgazine red L 3630、Cinquasia Red L 4100HD和Irgazin Red L 3660HD；太阳化学(Sun Chemical)的酞菁蓝、酞菁绿、苯胺黄或联苯胺黄。复合磁性粒子的示例可以包括美国专利No.7,130,106中描述的材料。
除了颜色之外，第一、第二和第三类型的带电粒子还可以具有其他不同的光学特性，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
多个带电颜料粒子可以带有天然电荷，或者可以通过电荷控制剂的存在而带电。
流体中带电粒子的百分比可以变化。例如，在包含三种类型的粒子的分散体中，黑色粒子可以占电泳流体的体积的约0.1％至10％、优选地0.5％至5％；白色粒子可以占流体的体积的约1％至50％、优选地5％至15％；并且彩色粒子可以占流体的体积的约2％至20％、优选地1％至10％。
根据本发明的各个实施例制造的电泳介质可进一步包括一种或多种其他可选组分，例如诸如美国专利申请2015/0103394中所述的不带电的中性浮力粒子、电荷控制剂、和表面活性剂。
其中分散有多个粒子的分散流体可以是透明且无色的溶剂。为了获得高的粒子迁移率，溶剂优选地具有低粘度和范围在约2至约30、优选地约2至约15的介电常数。合适的介电溶剂的示例包括诸如isopar、十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油、硅流体的碳氢化合物，诸如甲苯、二甲苯、二芳基乙烷、十二烷基苯或烷基萘的芳族烃，诸如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯、3,4,5-三氯三氟甲苯、一氯五氟化苯、二氯壬烷或五氯苯的卤化溶剂，以及诸如来自3M Company,St.Paul Minn.的FC-43、FC-70或FC-5060的全氟溶剂，诸如来自TCI America,Portland,Oreg.的聚全氟丙烯氧化物、诸如来自Halocarbon Product Corp.,River Edge,N.J.的卤烃油的聚三氟氯乙烯的低分子量含卤素聚合物，诸如来自Ausimont的Galden或来自DuPont,Del.的Krytox Oils和Greases K-Fluid Series的全氟聚烷基醚，来自Dow-corning的基于聚二甲基硅氧烷的硅油(DC-200)。
如上所述，在本发明的优选实施例中，两种类型的带电颜料粒子可以带有相反的电荷极性。此外，第三类型的带电颜料粒子可以稍微带电。术语“稍微带电”是指小于较强带电粒子的电荷强度的约50％、优选地约5％至约30％的粒子的电荷电平。在一个实施例中，可以根据电动电势(zeta potential)来测量电荷强度。在一个实施例中，电动电势通过具有CSPU-100信号处理单元的Colloidal Dynamics AcoustoSizer IIM、ESA EN#Attn流通电解池(K:127)来确定。在测试之前输入在测试温度(25℃)下的仪器常数，诸如样本中使用的溶剂的密度、溶剂的介电常数、溶剂中声音的速度、溶剂的粘度。颜料样本分散在溶剂(其通常是具有少于12个碳原子的烃流体)中，并按重量稀释至5-10％之间。样本还包含电荷控制剂(
Figure BDA0003019781110000081
17000，可从Berkshire Hathaway公司的Lubrizol Corporation购得)，其具有电荷控制剂与粒子的1：10的重量比。稀释样本的质量被确定，并且样本之后被装入流通电解池中以确定电动电势。
在本发明的上下文中，术语“阈值电压”或“电场阈值”被定义为可以对一组粒子施加一段时间(通常不超过30秒，优选地不超过15秒)的最大电场，其当像素从不同于该组粒子的颜色状态的颜色状态驱动时，不会使得该粒子出现在像素的观察侧。在本申请中，术语“观察侧”是指显示层中观察者观看图像的第一表面。
阈值电压或电场阈值是带电粒子的固有特性或添加剂引起的性质。
在前一种情况下，取决于带相反电荷的粒子之间或粒子与某些基板表面之间的某种吸引力，生成阈值电压或电场阈值。
在添加剂引起的阈值电压或电场阈值的情况下，可以添加引起或增强电泳流体的阈值特性的阈值剂。阈值剂可以是可溶于或分散于电泳流体的溶剂或溶剂混合物中并且携带或引起与带电粒子相反的电荷的任何材料。阈值剂可以对所施加电压的变化敏感或不敏感。术语“阈值剂”可以广泛地包括染料或颜料、电解质或聚电解质、聚合物、低聚物、表面活性剂、电荷控制剂等。与阈值剂有关的其他信息可以在美国专利No.8115729中找到。
在一个示例中，电泳介质可以包含具有负极性的第一电荷的白色颜料粒子、具有正极性的第二电荷的黑色颜料粒子和具有正极性的第三电荷的红色颜料粒子。如果红色颜料粒子是如上定义的稍微带电，也就是说，与黑色和白色颜料粒子上的电荷相比，红色颜料粒子的电荷较弱，则相对于红色粒子移动到电泳介质的观察侧所需的较低电压，黑色粒子可能需要在电泳介质上施加“阈值电压”以移动到电泳介质的观察侧。当透光导电层和像素电极之间施加电压电势差以生成比电场阈值弱并具有驱动邻近透光导电层的红色粒子的极性的电场时，小于红色粒子和白色粒子之间的静电引力的黑色粒子和白色粒子之间的强静电引力导致邻近透光导电层的红色粒子的迁移。在透光导电层和像素电极之间施加电压电势差以生成比电场阈值强的电场(并具有驱动邻近透光导电层的黑色粒子的极性)足以克服白色和黑色粒子之间的静电引力并导致邻近透光导电层的黑色粒子的迁移。
三种类型的带电粒子可以具有变化的尺寸。在一个实施例中，三种类型的粒子中的一种类型大于其他两种类型。例如，黑色和白色粒子都可以相对较小，并且它们的尺寸(通过动态光散射测试)可以在约50nm至约800nm的范围内，更优选地在约200nm至约700nm的范围内，并且彩色粒子优选地比黑色粒子和白色粒子大约2至约50倍，更优选地约2至约10倍。该值对应于相应颜料粒子的平均直径。
如上所述，可以将根据本发明的各种实施例的电泳介质合并到利用一种或多种书写工具的可写电光显示器中。书写工具可以是手持的。书写工具中的至少一个可以产生电场和/或磁场，该电场和/或磁场导致显示器在书写工具局部的区域内的光学状态的改变。光学状态的改变可以包括白色、彩色和/或黑色粒子在显示器内的移动。
现在参考图1，根据本发明的一个实施例的显示器可以包括分散体，该分散体包括位于第一导电层100和第二导电层102之间的多个电泳粒子。如图1所示，从上方观察显示器；因此，第一导电层100可以是诸如氧化铟锡的透光导电材料的连续层。第二导电层102可以是透光的或可以不是透光的。层102可以例如以包括像素电极阵列(例如TFT阵列)的基板的形式提供。显示器还可以包括用于感测书写工具114的接触的触敏层101，例如触摸传感器。
电泳粒子可以包括例如带负电的白色颜料粒子104、带正电的黑色颜料粒子108、以及带正电的光散射的磁性彩色颜料粒子106。如本领域技术人员可以理解的，在一些示例中，粒子的电荷极性可以颠倒，使得白色颜料带正电，而黑色和磁性粒子带负电。如果可写显示器旨在包括突出显示功能，则磁性粒子106的颜色例如可以是红色。
现在参考图1至图3，根据本发明的一个实施例的显示器可以与三个不同的触控笔110、112和114组合。触控笔110可以是磁性触控笔，用于书写突出显示颜色。触控笔112可以是非磁性的并且用于书写黑色，而触控笔114可以是非磁性的并且用于书写白色。可替代地，所有这三个功能可以被合并到单个书写工具中。例如，单个触控笔可以具有一个用于突出显示的磁性端和能够在书写黑色或白色之间切换的相对端。在图1至图3中，触控笔被示出为具有类似形状的半球形尖端；然而，本文所述的书写工具的书写尖端不限于任何特定形状。例如，每个触控笔可具有可由触敏层检测到的特征性尖端形状，以便显示器识别正在使用哪个触控笔。
对于所有三个触控笔选项，触敏层101不仅可以感应，而且可以记录书写的位置，从而可以将该信息数字化并存储在存储器中，从而可以根据用户的判断保存、检索并显示书写图像。
根据本发明的一种操作显示器的方法，可以在有或没有书写工具的情况下控制在显示器的各个位置处显示的光学状态。图1所示的第一光学状态可以通过利用触控笔114接触显示器的表面来实现，以使得触敏层101识别触控笔114及其位置。在该位置，在电极层100和102之间施加电压，以使得电极层102相对于电极层100为负。结果，白色粒子104被朝向显示器的观察侧驱动以在由触控笔114接触的区域附近显示白色光学状态。例如，可以在电极层100和仅在与触控笔114的位置相对应的电极层102的区域内的像素电极之间施加负电压。以这种方式，例如，触控笔114可以用作“擦除触控笔”以实现黑色或红色图像的局部擦除。例如，可以通过在电极层102和电极层100内的每个像素电极之间同时施加负电压来实现全局擦除，而无需使用触控笔。
可以通过利用触控笔110接触显示器的表面来实现图2所示的第二光学状态。如先前所解释的，触控笔的类型和位置可以由触敏层101检测。当触控笔110被识别到时，电泳流体不被电切换(即，在电极100和102之间没有施加电压差)。而是，彩色磁性粒子106在由触控笔110的接近生成的磁场梯度中移动。这样的运动通常提供“链状粒子”状态，其中位于观察表面的一些粒子(例如图2中的白色颜料粒子104)已被彩色粒子106取代。
在一些实施例中，结合在触控笔110中的磁体可以是永磁体。磁体可以是任何合适的类型，包括但不限于钕铁硼、钐钴、铝镍钴、陶瓷和铁氧体磁体、或其组合。尽管磁体可以位于触控笔的任何部分中，但是优选地将磁体定向成使得其磁场与触控笔的尖端共对准。根据一些实施例，磁体可以是电磁体。在这种情况下，合适的电源可以位于触控笔以及触控笔内的磁体内或与之电连接。此外，磁体可以具有任何合适的形状，包括长方体或环形。根据一些实施例，磁体将在磁性粒子上产生在大约10至50高斯之间的场梯度强度。
图3所示的第三光学状态可以通过利用触控笔112接触显示器的表面来实现，使得触敏层101识别触控笔112及其位置。在该位置，在电极层100和102之间施加电压，以使电极层102相对于电极层100为正。结果，黑色粒子104被朝向显示器的观察侧驱动以在由触控笔112接触的区域附近显示黑色光学状态。例如，可以在电极层100与仅在对应于触控笔112的位置的电极层102的区域内的像素电极之间施加正电压。以这种方式，例如，触控笔112可以用作“书写触控笔”，从而用户可以将显示器用于笔记记录。
在优选的实施例中，黑色颜料粒子108的直径可以小于具有相同电荷极性的光散射的磁性彩色粒子106的直径。例如，再次参考图3，如果黑色颜料粒子108和彩色磁性粒子106都带正电，则可以施加具有足够强度和/或持续时间的正电压，以使较小的黑色粒子108能够通过磁性粒子106之间的空间迁移到显示器的观察侧并遮盖彩色粒子106。
为了检索包括具有由彩色磁性粒子提供的光学状态的像素的存储图像，可能优选的是，彩色磁性粒子具有比带类似电荷的黑色粒子更高的迁移率。这可以通过将不同的聚合物涂层施加到彩色和黑色粒子和/或提供稍微带电的黑色粒子来实现。例如，参考图4，在电极层100和102之间施加电压，使得电极层102相对于电极层100为正。然而，所施加的电压的强度和/或持续时间低于预先选择的阈值，使得彩色磁性粒子106被驱动到显示器的观察侧，而不是白色粒子104或黑色粒子108被驱动到显示器的观察侧，它们可以聚集在一起。为了在所存储的图像内提供具有由白色或黑色粒子提供的光学状态的像素，可以施加足够强度和/或持续时间的负电压以将白色粒子104驱动至观察表面，或者可以施加足够强度和/或持续时间的正电压以将黑色粒子108在彩色粒子106之间驱动并到达观察表面(如图5所示)。
下面的表1总结了根据本发明的实施例的在显示器上书写/检索图像的各种模式的示例。W代表白色，K代表黑色，以及R代表彩色磁性粒子。
表1：
初始状态 最终状态 模式 方法
W K 书写 触摸触控笔，TFT/高电压(+)
W R 书写 磁性触控笔，没有电寻址
K或R W 局部擦除 触摸触控笔,TFT/高电压(-)
K或R W 全局擦除 TFT/高电压(-)
W K 撤消 TFT/高电压(+)
W R 撤消 TFT/低电压(+)
该电光装置包括具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子(对应于该表的示例中的带正电的白色粒子)，具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子(在对应于该表的示例中具有电场阈值的带负电的黑色粒子)，具有第三颜色、第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子(在对应于该表的示例中被配置为在响应于所施加的磁场梯度的方向上在流体内迁移的带负电的红色粒子)，可以通过包括以下步骤的方法进行操作：(A)利用第一和第二触控笔之一接触装置的第一表面上的第一位置，(B)施加电场以使得第一类型(白色)和第二类型(黑色)的粒子中的一种朝向第一位置迁移，(C)利用第一和第二触控笔之一接触显示器的第一表面上的第二位置，以及(D)施加磁场梯度以使得第三类型的粒子(红色)朝向第二位置迁移。
在另一实施例中，电光装置包括电泳介质，该电泳介质包括带负电的白色粒子604、带正电的红色粒子606和带正电的黑色磁性粒子608。观察到，从白色状态(图6)开始，并且利用磁性触控笔110接触电光显示器的可写表面一次，创建了灰色图像。磁性触控笔吸引并对准了磁性黑色粒子608，如图7中图形地示出的。在将磁性触控笔施加到电光装置的存在灰色的可写表面的同一位置超过一次后，位置的颜色改变为红色。这在图8和图9的照片中图形地示出。原来处于白色状态901的图9的电光装置900被磁性触控笔接触，并在上面写上了短语“磁性寻址”902。该短语显示为灰色。在电光装置900的另一个位置，使用磁性触控笔来绘制图形903。触控笔在图形903的位置上多次接触电光装置。图形903看起来是红色的。使用Isopar E作为电泳流体来制备本实施例的电泳介质，其包含(a)Solsperse 19000(由Lubrizol提供)作为电荷控制剂，(b)带正电的氧化铁黑色磁性颜料(颜料黑11)，(c)带负电的二氧化钛白色颜料(颜料白6)，以及(d)带负电的红色(颜料红254)。在起始光学状态为黑色的情况下，利用磁性触控笔接触电光显示器的可写表面一次，创建红色图像，在电光装置的可写表面的同一位置处施加磁性触控笔超过一次之后，该红色图像变成更亮的红色。图9示出了显示器的展示。
该实施例描述了一种电光装置，该电光装置包括(a)电泳介质，该电泳介质布置在透光导电层和像素电极阵列之间并且包括流体中的多个粒子，该多个粒子包括：(1)具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子，(2)具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子，以及(3)具有第三颜色、第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子，其中第一、第二和第三颜色彼此不同，其中第一电荷极性与第二电荷极性相反，其中多个粒子被配置成在响应于所施加电场的方向上在流体内迁移，以及其中第三类型的粒子被配置成在响应于所施加磁场梯度的方向上在流体内迁移。该电光装置可以通过包括以下步骤的方法进行操作：(A)利用包括磁性尖端的触控笔接触装置的第一表面上的第一位置，以使得第三类型的粒子朝向该第一位置迁移，以及(B)利用包括磁性尖端的触控笔再次接触装置的第一表面上的第一位置，以使得第二类型的粒子朝向第一位置迁移。该方法使用户能够使用两种不同的颜色来在装置中书写或绘制。
可以封装根据本发明的各种实施例的电泳介质的分散体。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，这些囊体本身保持在聚合粘结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)内的多个腔体内。如美国专利No.6,933,098中公开的，可以以分批工艺或连续的卷对卷工艺形成微单元。后者提供了用于生产隔室的连续的、低成本、高产量的制造技术。可以通过压印、光刻、接触印刷、真空成型或其他合适的方法来制造微单元。在该构造中，微单元可以被夹在透光导电层和像素电极阵列之间。在一个实施例中，微单元是单独制造的，然后放置于透光导电层和像素电极阵列之间。例如，微单元结构可以通过压印来制造。压印通常通过凸模完成，凸模可以是辊、板或带的形式。压印组合物可以包含热塑性塑料、热固性塑料或其前体。压印工艺通常在高于微单元材料的玻璃化转变温度的温度下执行。模具压靠在其上的加热的凸模或加热的壳体基板可用于控制压印温度和压力。凸模通常由诸如镍的金属形成。一旦形成，微单元就填充电泳介质。然后将填充的微单元密封，并且将密封的微单元层压在透光导电层和像素电极阵列之间。
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。
也可以在本发明的显示器中使用其他类型的电光介质。
三层电光显示器的制造通常涉及至少一个层压操作。例如，在前述的MIT和伊英克的若干专利和申请中，描述了一种用于制造封装的电泳显示器的工艺，其中将包括粘结剂中的囊体的封装的电泳介质涂布到在塑料薄膜上包含氧化铟锡(ITO)或类似的导电涂层(用作最终显示器的一个电极)的柔性基板上，将囊体/粘结剂涂层干燥以形成牢固地粘附在基板上的电泳介质的连贯层。单独地，制备包含像素电极的阵列和将像素电极连接到驱动电路的导体的适当布置的背板。为了形成最终显示器，使用层压粘合剂将其上具有囊体/粘结剂层的基板层压至背板。(通过使用简单的保护层(例如塑料薄膜)替换背板，触控笔或其他可移动电极可以在其上滑动，可以使用非常类似的工艺来制备可与触控笔或类似的可移动电极一起使用的电泳显示器。)在这种工艺的一种优选形式中，背板本身是柔性的，并且是通过在塑料薄膜或其他柔性基板上印刷像素电极和导体来制备的。一种通过这种工艺批量生产显示器的层压技术是使用层压粘合剂的辊式层压。类似的制造技术可以与其他类型的电光显示器一起使用。例如，可以以与封装的电泳介质基本相同的方式将微单元电泳介质层压至背板。
前述的美国专利No.6,982,178描述了一种组装固态电光显示器(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态电光介质层、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)的滚筒上而不会永久变形。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”，其实质上是上述美国专利No.6,982,178的前平面层压板的简化形式。一种形式的双释放片包括夹在两个粘合剂层之间的固态电光介质层，其中粘合剂层中的一者或两者被释放片覆盖。双释放片的另一种形式包括夹在两个释放片之间的固态电光介质层。两种形式的双释放膜都打算用于与从已经描述的前表面层压板组装电光显示器的工艺大体类似的工艺中，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显示器，尽管这两次层压的顺序可以根据需要颠倒。
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”，它是上述美国专利No.6,982,178中描述的前平面层压板的一种变型。该倒置的前表面层压板依次包括透光保护层和透光导电层中的至少一个；粘合剂层；固态电光介质层；以及释放片。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第二通常地粘合剂的薄层。这样的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。
在上述工艺中，将承载电光层的基板层压至背板可以有利地通过真空层压进行。真空层压有效地从被层压的两种材料之间排出空气，从而避免最终显示器中出现不必要的气泡；这样的气泡可能在显示器上产生的图像中引入不期望的伪影。然而，以这种方式对电光显示器的两个部分进行真空层压对所使用的层压粘合剂提出了严格的要求，特别是在使用封装的电泳介质的显示器的情况下。层压粘合剂应具有足够的粘合强度，以将电光层粘合到要层压到其上的层(通常是电极层)，并且在封装的电泳介质的情况下，粘合剂应具有足够的粘合强度，以机械地将囊体保持在一起。如果电光显示器是柔性类型的，则粘合剂应该具有足够的柔性，以在显示器弯曲时不将缺陷引入到显示器中。层压粘合剂在层压温度下应具有足够的流动性，以确保高质量的层压，并且在该方面，层压封装的电泳介质和某些其他类型的电光介质的要求异常困难；层压是在不超过约130℃的温度下进行的，因为介质不能暴露在实质上更高的温度下而不会受到损坏，但是粘合剂的流动必须应付包含囊体的层的相对不平坦的表面，其下面的囊体使其表面不规则。确实应该将层压温度保持在尽可能低的水平，并且室温层压将是理想的，但是尚未发现允许这种室温层压的市售粘合剂。层压粘合剂应与显示器中的所有其他材料化学相容。
由此已经描述了本申请的技术的几个方面和实施例，应当理解，本领域的普通技术人员将容易想到各种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在落入本申请中描述的技术的精神和范围内。例如，本领域普通技术人员将容易想到用于执行功能和/或获得结果和/或本文描述的一个或多个优点的各种其他手段和/或结构，并且这样的改变和/或修改中的每一个被认为在本文描述的实施例的范围内。仅通过使用常规实验，本领域技术人员将认识到或能够确定本文所述的特定实施例的许多等同物。因此，应当理解，前述实施例仅以示例的方式给出，并且在所附权利要求及其等同物的范围内，可以以不同于具体描述的方式来实践本发明的实施例。另外，本文所述的两个或更多个特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的范围内，只要这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法没有相互矛盾。

Claims (16)

1.一种电光装置，包括：
在观察侧上的第一表面；
在所述第一表面的相对侧上的第二表面；
电泳介质，其布置在透光导电层和像素电极阵列之间，并在流体中包括多个粒子，所述多个粒子包括：
具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子；
具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子；以及
具有第三颜色、所述第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子；
其中所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色彼此不同；
所述第一电荷极性与所述第二电荷极性相反；
所述多个粒子被配置为在响应于所施加电场的方向上在所述流体内迁移；
所述第三类型的粒子被配置为在响应于所施加磁场梯度的方向上在所述流体内迁移；
所述第二类型的粒子具有电场阈值，以使得：
(a)在所述透光导电层和像素电极之间施加电压电势差，以生成比所述电场阈值强并且具有驱动邻近所述透光导电层的所述第二类型的粒子的极性的电场，将使得与所述像素电极相对应的像素在所述第一表面处显示所述第二颜色；
(b)在所述透光导电层和像素电极之间施加电压电势差，以生成比所述电场阈值强并且具有驱动邻近所述透光导电层的所述第一类型的粒子的极性的电场，将使得与所述像素电极相对应的像素在所述第一表面处显示所述第一颜色；
(c)一旦在所述第一表面处显示所述第一颜色，则在所述透光导电层和像素电极之间施加电压电势差，以生成比所述电场阈值弱并且具有驱动邻近所述透光导电层的所述第三类型的粒子的极性的电场，将使得与所述像素电极相对应的像素显示所述第三颜色。
2.根据权利要求1所述的电光装置，其中，所述第二类型的粒子对磁场梯度没有响应。
3.根据权利要求1所述的电光装置，其中，所述第一颜色是白色。
4.根据权利要求3所述的电光装置，其中，所述第二颜色是黑色。
5.根据权利要求1所述的电光装置，其中，所述第三类型的粒子的平均直径大于所述第二类型的粒子的平均直径。
6.根据权利要求1所述的电光装置，其中，所述流体是非极性溶剂。
7.根据权利要求1所述的电光装置，其与触摸传感器和数字转换器组合。
8.根据权利要求7所述的电光装置，其与触控笔组合。
9.根据权利要求8所述的电光装置和触控笔，其中，所述触控笔包括所述触控笔的第一尖端近侧的磁性材料。
10.根据权利要求9所述的电光装置和触控笔，还包括具有非磁性尖端的第二触控笔。
11.根据权利要求10所述的电光装置和触控笔，其中，所述触控笔包括在所述触控笔的相对于所述第一尖端的相对端上的第二非磁性尖端。
12.根据权利要求11所述的电光装置和触控笔，其中，所述装置被配置为当所述非磁性尖端接触所述显示器的表面时显示至少一种颜色。
13.根据权利要求12所述的电光装置和触控笔，其中，所述装置被配置为显示至少两种颜色。
14.一种操作根据权利要求1所述的电光装置的方法，包括以下步骤：
利用第一触控笔和第二触控笔之一接触所述装置的第一表面上的第一位置；
施加电场以使得所述第一类型的粒子和所述第二类型的粒子中的一种朝向所述第一位置迁移；
利用所述第一触控笔和所述第二触控笔之一接触显示器的第一表面上的第二位置；以及
施加磁场梯度以使得所述第三类型的粒子朝向所述第二位置迁移。
15.一种操作根据权利要求8所述的电光装置的方法，包括以下步骤：
利用包括磁性尖端的触控笔接触所述装置的第一表面上的第一位置，以使得第三类型的粒子朝向所述第一位置迁移；
利用包括磁性尖端的触控笔再次接触所述装置的第一表面上的第一位置，以使得第二类型的粒子朝向所述第一位置迁移。
16.一种操作电光装置的方法，其中所述电光装置包括：(a)在观察侧上的第一表面；(b)在所述第一表面的相对侧上的第二表面；(c)电泳介质，其布置在透光导电层和像素电极阵列之间，并在流体中包括多个粒子，所述多个粒子包括：(1)具有第一颜色、第一电荷极性的第一电荷的第一类型的粒子；(2)具有第二颜色、第二电荷极性的第二电荷的第二类型的粒子；以及(3)具有第三颜色、所述第二电荷极性的第三电荷的第三类型的粒子；其中所述第一颜色、所述第二颜色和所述第三颜色彼此不同；其中所述第一电荷极性与所述第二电荷极性相反；其中所述多个粒子被配置为在响应于所施加电场的方向上在所述流体内迁移；以及其中所述第三类型的粒子被配置为在响应于所施加磁场梯度的方向上在所述流体内迁移；
包括以下步骤：
利用包括磁性尖端的触控笔接触所述装置的第一表面上的第一位置，以使得第三类型的粒子朝向所述第一位置迁移；
利用包括磁性尖端的触控笔再次接触所述装置的第一表面上的第一位置，以使得第二类型的粒子朝向所述第一位置迁移。
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