CN115668049A - 电泳显示装置 - Google Patents

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Abstract

电泳介质包括流体和具有四种不同颜色的第一、第二、第三和第四类型的粒子(W、Y、R、B)。第一和第三粒子具有一种极性的电荷，而第二和第四粒子具有相反极性的电荷；第一粒子具有比第三粒子更大的电动电势或电泳迁移率，并且第二粒子具有比第四粒子更大的电动电势或电泳迁移率。一种粒子是白色的(W)，一种非白色粒子(B)是部分透光的，其余两种非白色粒子(R、Y)是光反射的。可以添加第三光反射粒子(G)以创建五粒子介质。

Description

电泳显示装置
相关申请的引用
本申请与美国专利No.9,170,468；9,361,836；9,513,527；9,541,814；9,640,119；9,812,073；9,922,603；10,147,366；10,234,742；10,431,168；10,509,293；10,586,499；和10,782,586有关。
上述临时申请和专利的全部内容，以及下文提及的所有其他美国专利以及已公布和共同未决申请的全部内容均通过引用并入本文。
背景技术
上述专利和公开的申请描述了电泳介质、用于驱动这种介质的方法以及结合了这种介质的电泳显示装置。电泳介质包括流体和分散在流体中的第一、第二、第三和第四类型的粒子；这种介质在下文中可以称为“四粒子电泳介质”。在一些情况下，介质还包括第五类型的粒子。这四种或五种类型的粒子具有彼此不同的光学特性(通常是颜色)。第一类型的粒子携带高正电荷，第二类型的粒子携带高负电荷。第三类型的粒子携带低正电荷，第四类型的粒子携带低负电荷。(电荷强度是根据电动电势(zeta potential)测量的。)第五类型的粒子携带任一极性的中等电荷。在电泳显示装置中，电泳介质设置在前电极和后电极之间，通常从前电极(观察)侧观察显示器。在典型的多像素显示器中，前电极是连续的，延伸跨越多个像素以及通常整个显示器，同时为每个像素提供单独的后电极，以便逐个像素控制所显示的颜色。
第一和第二类型的粒子的光学特性(原则上)可以通过在电泳介质上施加适当极性的高电场一时间段而在观察侧显示，该时间段足以使得第一或第二类型的粒子位于前电极附近。为了显示第三类型的粒子的光学特性，首先通过施加适当极性的高电场将第二类型的粒子驱动到观察表面，然后施加相反极性的低电场以使得第三类型的粒子位于观察表面附近，同时第一、第二和第四类型的粒子与该表面隔开。(注意，该序列的第二部分涉及从高负粒子(第二类型的粒子)的光学特性到低正粒子(第三类型的粒子)的光学特性的变化)。类似地，为了显示第四类型的粒子的光学特性，首先通过施加适当极性的高电场将第一类型的粒子驱动到观察表面，然后施加相反极性的低电场以使得第四类型的粒子位于观察表面附近，同时第一、第二和第三类型的粒子与该表面隔开。(再次注意，该序列的第二部分涉及从高正粒子(第一类型的粒子)的光学特性到低负粒子(第四类型的粒子)的光学特性的变化)。为了显示中间带电粒子的颜色，与中间带电粒子相反的极性的低带电粒子首先被驱动到观察表面，然后施加具有将中间带电粒子朝向观察表面驱动的极性的中间电场。(同样，最后的步骤涉及从一个低带电粒子的光学特性到相反极性的中间带电粒子的光学特性的变化。)在实践中，为了实现各种类型的粒子的最佳分离，波形(驱动脉冲序列)可能比前面的简单概述所暗示的要复杂得多，并且可以包括以下中的任何一个或多个(a)已经描述的一个或两个基本驱动脉冲的重复；(b)驱动脉冲之间的零电压时间段；(c)使用振动脉冲(快速交替的正负脉冲)，其旨在均匀混合各种类型的粒子；以及(d)直流(DC)平衡脉冲，其旨在使波形的整体脉冲为零或接近零(众所周知，在电泳显示器上重复施加直流不平衡波形可能最终损坏显示器，这可能会降低显示图像的质量，并可能最终导致显示完全失败)。关于所有前述波形特征，例如参见上述美国专利No.9,640,119。
虽然在大多数情况下没有明确说明，但四粒子和五粒子电泳介质使用光散射(“反射”)粒子，而不是透光粒子，因此在观察侧看到的颜色(或其他光学特性)仅由紧邻前电极的粒子的颜色确定，其他粒子的相对位置无关紧要。因此，这种电泳介质仅显示四个或五个独立的光学状态，尽管它们也可能显示“粒子混合”状态(通常为灰色)，其中各种类型的粒子随机混合，以及其中两种类型的粒子位于观察侧附近的其他混合状态；例如，橙色可以通过在观察表面附近混合红色和黄色粒子来产生。
将四粒子电泳介质限制为四种独立的光学状态是一个严重的实际缺点，因为在许多应用中，例如电子货架标签等电子标志，希望能够显示黑色、白色和三原色，例如红色、绿色和蓝色或蓝色、红色和黄色。良好的黑白状态对文本很重要，而三原色允许通过抖色实现全彩色显示。迄今为止，四粒子电泳介质通常具有良好的黑色和白色以及两种“高光”颜色(通常是红色和黄色)，或者具有白色和三原色，依靠三原色的混合来产生(通常不令人满意的)“加工”黑色。
已知通过将第五和可选的第六类型的粒子结合到电泳介质中来克服四粒子电泳介质的上述缺点；例如，参见美国专利No.9,541,814和9,922,603。然而，增加电泳介质中粒子类型的数量使得选择合适的粒子变得更加困难，因为对各种粒子上的电荷进行严格控制的需求增加，各种粒子之间相互作用的可能性增加(这可能导致颜色污染增加)和延长的波形；美国专利No.9,541,814和9,922,603中描述的五粒子和六粒子电泳介质需要至少一个三阶波形，为了显示一种极性的中间带电粒子的颜色，首先需要显示一种极性的高带电粒子的颜色，然后是相反极性的低带电粒子的颜色，最后是一种极性的中间带电粒子的颜色。
本发明人现已发现，四粒子电泳介质可以通过选择粒子类型之一部分透光而显示五种单独的光学状态。可以添加第五粒子以允许显示六种光学状态，例如黑色、白色、红色、绿色、蓝色和黄色。(在实践中，这种第六光学状态是可取的，因为通常黑色/白色/红色/绿色/蓝色系统不能提供良好的饱和黄色，而黑色/白色/蓝色/红色/黄色系统不能提供良好的饱和绿色。)
发明内容
因此，本发明提供了一种电泳介质，包括流体和分散在流体中的第一、第二、第三和第四类型的粒子，第一、第二、第三和第四类型的粒子分别具有彼此不同的第一、第二、第三和第四颜色，第一和第三类型的粒子具有一种极性的电荷，而第二和第四类型的粒子具有相反极性的电荷，第一类型的粒子具有比第三类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率，以及第二类型的粒子具有比第四类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率，其中一种类型的粒子是白色的，一种类型的非白色粒子是部分透光的，其余两种类型的非白色粒子是光反射的。电泳介质还可以包括第五类型的带电粒子，其具有不同于所有第一、第二、第三和第四颜色的第五颜色。在一些实施例中，第五类型的粒子是光反射的并且带有与部分透光类型的粒子相同极性的电荷。在一些实施例中，第五类型的粒子具有比其他两种类型的具有相同极性电荷的粒子更大的电动电势或电泳迁移率。
在本发明的一些实施例中，白色类型的粒子是第三或第四类型的粒子，即，是低电荷类型的粒子之一。此外，在白色粒子是低电荷类型的粒子之一的情况下，部分透光类型的粒子可以是与白色粒子极性相反的高电荷(或中等电荷，如果存在五个带电粒子)类型的粒子。在这种情况下，有利的是，具有与部分透光类型的粒子相同电荷的光反射类型的粒子(或五种粒子系统中的一种)具有光学特性以使得两种类型的粒子的混合物基本上吸收所有可见辐射，即提供加工黑色(process black)。
在本发明的电泳介质中，第四粒子可以是白色的，第二粒子可以是黄色的，并且第一和第三粒子可以是红色和蓝色的(以任意顺序)，尽管出于以下参考图6A-6F讨论的原因，第一粒子为红色且部分透光可能是有利的。如果存在的话，第五粒子可以是例如绿色、青色或品红色，尽管出于上述原因通常优选绿色。
本发明的四粒子电泳介质至少可以显示五种颜色(不包括四种类型的粒子随机混合的完全混合状态)。白色粒子和两种光反射类型的粒子的颜色可以简单地通过使每种类型的粒子邻近观察表面来显示。部分透光类型的粒子的颜色可以通过使这种类型的粒子和白色粒子的混合物邻近观察表面来显示，以使得进入观察表面的光被白色粒子散射并穿过部分透光的粒子，最终以透光类型的粒子的颜色从观察表面重新出现。(参见下面参考图3A关于这种颜色形成的实际细节的讨论。)所显示的第五颜色是加工黑色，通过使透光粒子邻近观察表面来显示，带有相同极性的电荷的反射粒子紧接其后(即，紧邻透光粒子的与观察表面的相对侧上)，使得通过观察表面进入的光穿过透光类型的粒子，然后基本上被紧接在透光粒子后面的反射类型的粒子完全吸收。显然，为了使该加工黑色令人满意，这两种粒子的组合吸收必须延伸到整个可见光谱，这就是为什么这两种粒子最好是红色和蓝色的(以任意顺序)，因为安排红色和蓝色粒子一起吸收所有可见光相对容易。下面给出了能够产生优异加工黑色的红色和蓝色颜料的吸收光谱示例。本发明的一些四粒子电泳介质可以通过使两种非白色光反射类型的粒子的混合物邻近观察表面而有效地显示第六颜色；当这两种类型的粒子是黄色和蓝色时，就会产生绿色。本发明的五粒子介质可以显示六种颜色，附加颜色是第三非白色反射粒子的颜色。
如前所述，在本发明的电泳介质中，一种类型的粒子是白色的，另一种类型是部分透光的，而其余两种或三种类型的粒子是光反射的(即光散射的)。在实践中当然不存在完全光散射粒子或完全非光散射的透光粒子，光散射粒子的光散射的最小程度和透光粒子中可容忍的光散射的最大可容忍程度可能会有所不同，具体取决于所使用的确切颜料、它们的折射率和尺寸、它们的颜色、所讨论的粒子层的厚度(这本身取决于电泳介质层的厚度和每种类型粒子在该介质中的负载)以及用户或应用容忍与理想所需颜色的一些偏差的能力等因素。颜料的散射和吸收特性可以通过测量分散在适当基质或液体中的颜料样品在白色和深色背景下的漫反射率来评估。可以根据本领域众所周知的许多模型(例如，一维Kubelka-Munk处理)来解释来自此类测量的结果。
颜料的透光率最方便地通过对比度来测量，对比度(为了本申请的目的)定义为背衬有特定反射率(Rb)的黑色材料的样品的光反射率与背衬具有指定反射率(Rw)的白色材料的同一样品的反射率的比：
CR＝Rb/Rw
对比度(CR)是不透明度的指标，当然会随着电泳介质中存在的颜料层的厚度以及所用颜料的类型而变化。通常在CR＝0.98时，您将获得完全不透明度。油漆的遮盖力被理解为它消除黑色和白色基板之间的反差以达到在黑色基板上获得的反射率是在白色基板上获得的反射率的98％的程度的能力。本发明电泳介质中使用的透光颜料层的对比度应不大于约0.5，优选不大于0.3。下面描述的实验中使用的蓝色颜料的对比度约为0.2。反射颜料的对比度应不小于约0.6，优选不小于约0.7。
本发明的电泳介质可以被封装或未封装。如果被封装，则电泳介质可以包含在多个微单元中，如美国专利No.6,930,818中所述，其内容通过引用整体并入本文。显示单元也可以是其他类型的微容器，例如微囊体、微通道或等效物，而不管它们的形状或尺寸。可替代地，电泳介质可以封装在囊体中，或者可以是所谓的聚合物分散的电泳介质的形式，包括多个离散的电泳流体的液滴和聚合物材料的连续相；即使没有离散的囊体膜与每个单独的液滴相关联，在这种聚合物分散的电泳显示器中的电泳流体的离散液滴也可以被视为囊体或微囊体；例如，参见美国专利No.6,866,760。
本发明延伸到一种电泳显示装置，其包括本发明的电泳介质层、设置在电泳介质层的相对侧上的前电极和后电极、以及被设置为控制前电极和后电极的电势的电压控制装置。本发明还延伸至包含本发明的电泳介质层的前平面层压板、倒置的前平面层压板或双释放薄膜；前平面层压板、倒置的前平面层压板和双释放薄膜的定义见下文。
本发明还延伸到一种用于驱动本发明的电泳显示装置的方法。第一驱动方法包括：
(i)在第一时间段内施加具有驱动部分透光类型的粒子和带有与部分透光类型的粒子相同极性的电荷的光反射粒子朝向观察表面的极性的第一驱动电压；
(ii)在步骤(i)之后，在比第一时间段长的第二时间段内不施加驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)，从而使两种类型的粒子的混合物的颜色(优选黑色)显示在观察表面上。
第二驱动方法包括：
(i)在第三时间段内施加具有驱动部分透光类型的粒子朝向观察表面的极性的第二驱动电压；
(ii)在比第三时间段长的第四时间段内施加与第二驱动电压极性相反且幅度小于第二驱动电压的第三驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)；
(iv)在重复步骤(i)和(ii)之后，在第五时间段内施加第三驱动电压；
(v)在第六时间段内不施加驱动电压；
(vi)重复步骤(iv)和(iv)；
(vii)在重复步骤(iv)和(v)之后，在第七时间段内施加第二驱动电压；
(viii)在比第七时间段长的第八时间段内施加与第三驱动电压具有相同极性但幅度小于第三驱动电压的第四驱动电压；以及
(ix)重复步骤(vii)和(viii)，但以重复步骤(vii)而不是重复步骤(viii)结束，从而在观察表面上显示透光类型的粒子的颜色。
在该第二驱动方法中，可以在每个步骤(i)和随后的步骤(ii)之间和/或每个步骤(vii)和随后的步骤(viii)之间插入零电压时间段。
本发明的第三驱动方法包括：
(i)在第九时间段内施加具有驱动一种极性的两种类型的粒子朝向观察表面的极性的第五驱动电压；
(ii)在比第九时间段长的第十时间段内施加与第五驱动电压极性相反且幅度小于第五驱动电压的第六驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)；以及
(iv)在重复步骤(i)和(ii)之后，施加与第四驱动电压具有相同极性的第六驱动电压，施加第六驱动电压的幅度和/或时间不足以驱动显示器在观察表面显示第二类型的粒子的颜色，从而在观察表面显示两种非白色光反射粒子的混合物的颜色。
在该第三驱动方法中，可以在每个步骤(i)和随后的步骤(ii)之间插入零电压时间段。
本发明的每一种驱动方法可以通过在之前有振动波形的一个或多个时间段和/或DC平衡波形(即，非零电压施加到显示器的时间段)的一个或多个时间段从而减少或消除所施加的总波形的总冲激。
在本发明的任何驱动方法中，当重复驱动脉冲序列时，该重复可以持续至少4次，优选地至少8次。
附图说明
附图中的图1是本发明的四粒子显示装置的示意性横截面。
图2示出了用于图1的显示装置的优选颜料粒子的吸收光谱。
图3A-3F是类似于图1的示意性横截面，但示出了图1的显示装置可以经历的各种光学转变。
图4示出了可以结合到本发明的驱动方法中的DC平衡波形和振动波形。
图5A-5F示出了可用于分别执行图3A-3F中所示的转变的波形。
图6A-6F是类似于图3A-3F的示意性横截面，但示出了使用红色部分透光粒子的显示装置中的各种光学转变。
图7A-7F是类似于图3A-3F的示意性横截面，但示出了本发明的五粒子显示装置可以经历的各种光学转变。
图8A和8B示出了可用于分别执行如图7E和7F所示的转变的波形。
具体实施方式
如上所述，在一个方面，本发明提供了一种四粒子电泳介质，其可以被制成显示五种单独的光学状态。电泳介质包括流体和分散在流体中的第一、第二、第三和第四类型的粒子；所有四种类型的粒子都有不同的颜色。第一和第三类型的粒子带有一个极性的电荷，第二和第四类型的粒子带有相反极性的电荷。第一类型的粒子具有比第三类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率，第二类型的粒子具有比第四类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率。(因此，在两对带相反电荷的粒子中，一对比另一对携带更强的电荷。因此，四种类型的粒子也可称为高正粒子、高负粒子、低正粒子和低负粒子。)一种类型的粒子是白色的。一种类型的非白色粒子是部分透光的，而其余两种类型的非白色粒子是光反射的。
如图1所示的示例，蓝色粒子(B)和黄色粒子(Y)是第一对带相反电荷的粒子，在这对粒子中，蓝色粒子是高正粒子，以及黄色粒子是高负粒子。红色粒子(R)和白色粒子(W)是第二对带相反电荷的粒子，在这对粒子中，红色粒子是低正粒子，以及白色粒子是低负粒子。应当理解，上述电荷的极性可以反转并且显示器将以相同的方式继续起作用，当然除了下面描述的驱动波形的极性需要反转之外。
白色粒子可以由无机颜料形成，诸如TiO2、ZrO2、ZnO、Al2O3、Sb2O3、BaSO4或PbSO4等。
非白色和非黑色的粒子独立于诸如红色、绿色、蓝色、品红色、青色或黄色的颜色。用于彩色粒子的颜料可以包括但不限于CI颜料PR254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15:3、PY83、PY138、PY150、PY155或PY20。这些是在颜色索引手册“New PigmentApplication Technology”(CMC Publishing Co,Ltd,1986)和“Printing InkTechnology”(CMC Publishing Co,Ltd,1984)中描述的常用的有机颜料。具体示例包括科莱恩公司的Hostaperm Red D3G 70-EDS,Hostaperm Pink E-EDS,PV fast red D3G,Hostaperm red D3G 70,Hostaperm Blue B2G-EDS,Hostaperm Yellow H4G-EDS,NovopermYellow HR-70-EDS,Hostaperm Green GNX,BASF Irgazine red L 3630,Cinquasia Red L4100HD,和Irgazin Red L 3660HD；太阳化学公司的酞菁蓝、酞菁绿、苯胺黄或苯胺AAOT黄。用于图1的显示器的优选的部分透光蓝色颜料是Kremer 45030，“群青蓝，超绿色”，一种硫代硅酸铝钠颜料，C.I.颜料蓝29：77007，购自Kremer Pigmente GmbH&Co.KG,Hauptstr.41-47,DE-88317Aichstetten，德国。这种透光蓝色颜料可以与上述Hostaperm Red D3G 70颜料组合使用。
如图2所示，这种蓝色颜料在约450nm处具有峰值透射率，在400至约530nm范围内的可见光范围内具有显著透射率。另一方面，Hostaperm Red D3G 70颜料在约555nm以下基本不反射。因此，当两种颜料如图3A所示布置时，透光蓝色颜料与观察表面相邻，而反射红色颜料紧邻观察表面的蓝色颜料的相对侧，通过观察表面进入并通过蓝色颜料的所有可见辐射将被红色颜料吸收，并且观察表面将呈现黑色。
非白色粒子也可以是无机颜料，例如红色、绿色、蓝色和黄色。示例可以包括但不限于CI颜料蓝28、CI颜料绿50和CI颜料黄227。
除了颜色之外，这四种类型的粒子可以具有其他不同的光学特性，例如光透射、反射和发光，或者在用于机器阅读的显示器的情况下，具有在可见光范围以外的电磁波长的反射率的变化意义上的伪色。
使用本发明的显示流体的显示层，如图1所示，具有两个表面，观察侧的第一表面(13)和与第一表面(13)的相对侧的第二表面(14)。显示流体夹在两个表面之间。在第一表面(13)的一侧，有公共电极(11)，其为透明电极层(例如ITO)，遍布显示层的整个顶部。在第二表面(14)的一侧，有电极层(12)，电极层(12)包括多个像素电极(12a)。然而，本发明不限于任何特定的电极配置。
像素电极在美国专利No.7,046,228中进行了描述，其内容通过引用整体并入本文。值得注意的是，虽然针对像素电极层提到了使用薄膜晶体管(TFT)背板的有源矩阵驱动，但本发明的范围包括其他类型的电极寻址，只要电极提供所需的功能即可。
图1中两条垂直虚线之间的每个空间表示一个像素。如图所示，每个像素具有相应的像素电极。通过施加到公共电极的电压和施加到相应像素电极的电压之间的电势差为像素创建电场。(请注意，在附图所示的各种波形中，绘制的电势差是施加在像素电极12a上的电势差，通常情况下，假设公共电极保持在接地电压。由于像素所显示的颜色取决于与公共电极11相邻的粒子，当图中显示正电势差时，公共电极相对于像素电极为负，带正电的粒子被吸引到公共电极。)
分散四种类型的粒子的溶剂是无色透明的。它优选具有低粘度和在约2至约30、优选地约2至约15的范围内的介电常数以获得高粒子迁移率。合适的介电溶剂的示例包括诸如
Figure BDA0003962875900000091
十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油、硅液的碳氢化合物，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 MN的FC-43、FC-70或FC-5060的全氟溶剂，诸如来自TCI America,Portland,Oregon的聚全氟丙烯氧化物、诸如来自Halocarbon ProductCorp.,River Edge,NJ的卤烃油的聚三氟氯乙烯的包含聚合物的低分子量卤素，诸如来自Ausimont或Krytox Oils的Galden和来自DuPont,Delaware的Greases K-Fluid Series的全氟聚醚，来自Dow-corning的基于聚二甲基硅氧烷的硅油(DC-200)。
在一个实施例中，由“低电荷”粒子携带的电荷可以小于由“高电荷”粒子携带的电荷的约50％，优选地约5％至约30％。在另一个实施例中，“低电荷”粒子可以小于由“高电荷”粒子携带的电荷的约75％、或约15％至约55％。在另一个实施例中，所示电荷水平的比较适用于具有相同电荷极性的两种类型的粒子。
可以根据电动电势来测量电荷强度。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％。样本还包含电荷调节剂(Solsperse 19K，从一个Berkshire Hathaway公司，Lubrizol Corporation可得；“Solsperse”是注册商标)，其具有电荷调节剂与颗粒的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。
“高正”粒子和“高负”粒子的幅度可以相同或不同。同样，“低正”粒子和“低负”粒子的幅度可以相同或不同。但是，“高正”或具有较大电荷强度或较大电荷量级的正粒子的电动电势大于“低正”或具有较小电荷强度或较小电荷量级的正粒子的电动电势，高负粒子和低负粒子遵循相同逻辑。在相同的介质中，在相同的场中，较高的带电粒子具有较大的电泳迁移率，也就是说，较高的带电粒子比较低带电的粒子在更短的时间内通过相同的距离。
还应注意，在同一流体中，两对高低电荷粒子可能具有不同程度的电荷差异。例如，在一对中，低正带电粒子的电荷强度可以是高正带电粒子的电荷强度的30％，而在另一对中，低负带电粒子的电荷强度可以是高负带电粒子的电荷强度的50％。
以下示例说明了使用这种显示流体的显示装置。
示例
图3A-3F展示了这个示例。高正透光粒子为蓝色(B)；高负粒子为黄色(Y)；低正粒子为红色(R)；低负粒子为白色(W)。图3A中所示的转变从完全混合状态开始，表示为“(M)”，通过施加如下所述的振动脉冲产生。当高正电势差(例如+15V)和无电势差(0V)的交替脉冲被施加到像素电极22a足够长的时间段时，蓝色(B)和红色(R)粒子被朝向公共电极(21)或观察侧驱动，黄色和白色粒子被朝向像素电极22a侧驱动。红色(R)和白色(W)粒子由于携带较弱的电荷，因此比带高电荷的蓝色和黄色粒子移动得更慢。因此，蓝色粒子紧邻公共电极，红色粒子紧邻它们下方(如图3A所示)。由于上面已经讨论过的原因，这导致像素呈现黑色，在图3A中表示为“(K)”；白色和黄色粒子被反射性红色粒子所掩盖，并且不影响所显示的颜色。
类似地，图3B中所示的转变从完全混合状态(M)开始，这是通过施加如下所述的振动脉冲而产生的。当高负电势差(例如-15V)和无电压(0V)的交替脉冲被施加到像素电极22a足够长的时间段时，蓝色(B)和红色(R)粒子被朝向像素电极22a侧驱动，并且黄色和白色粒子将朝向公共电极侧驱动。红色(R)和白色(W)粒子由于携带较弱的电荷，因此比带高电荷的蓝色和黄色粒子移动得更慢。结果，反射黄色粒子紧邻公共电极，从而导致像素呈现黄色，在图3B中表示为“(Y)”；白色、红色和蓝色粒子都被反射性黄色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。尽管原则上黄色可以通过-15V和0V的交替脉冲产生，但在实践中更复杂的波形是优选的，如下面参考图5B所述。
图3C中所示的转变从完全混合状态(M)开始。当高负电势差(例如-15V)和低正电势差(例如+8V)的交替脉冲(其中低正脉冲比高负脉冲长得多)被施加到像素电极22a足够长的时间段时，红色(R)粒子被朝向公共电极21侧驱动，白色粒子(W)被朝向像素电极22a侧驱动。振荡电场的作用是使带高电荷的蓝色和黄色粒子在电泳层厚度的中间反复通过彼此，带高电荷的正负粒子之间的强电吸引力大大减慢了这些粒子的运动并倾向于将它们保持在电泳层厚度的中间。然而，由低正脉冲产生的电场足以将低带电荷的白色和红色粒子分离，从而允许低正红色粒子(R)一直移动到公共电极21侧并且低负白色粒子移动至像素电极22a侧。结果，反射红色粒子紧邻公共电极，从而导致像素呈现红色，在图3C中表示为“(R)”；白色、黄色和蓝色粒子都被反射性红色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。重要的是，该系统允许将较弱的带电粒子与相反极性的较强的带电粒子分离。
图3D中所示的转变从完全混合状态(M)开始。当高正电势差(例如+15V)和低负电势差(例如-8V)的交替脉冲(其中低负脉冲比高正脉冲长得多)被施加到像素电极22a足够长的时间段时，红色(R)粒子被朝向像素电极22a侧驱动，白色粒子(W)被朝向公共电极21侧驱动。如图3C所示的转变，振荡电场的作用是使带高电荷的蓝色和黄色粒子在电泳层厚度的中间保持在一起。然而，由低负脉冲产生的电场足以将带低电荷的白色和红色粒子分离，从而允许低正红色粒子(R)一直移动到像素电极22a侧并且低负白色粒子移动到公共电极21侧。结果，白色粒子紧邻公共电极，从而导致像素呈现白色，在图3D中表示为“(W)”；红色、黄色和蓝色粒子都被白色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。虽然原则上白色可以通过+15V和-8V的交替脉冲产生，但在实践中更复杂的波形是优选的，如下面参考图5D所述。
图3E所示的转变从图3D所示的白色状态(W)开始。向处于这种状态的装置施加一个正电势差脉冲，其总冲激不足以将装置驱动到图3A中所示的黑色状态(K)。正脉冲使带高电荷的蓝色粒子朝向公共电极21侧移动，并且白色粒子朝向像素电极22a侧移动。然而，由于带高电荷的蓝色粒子比带低电荷的白色粒子移动得更快，蓝色粒子和白色粒子的混合物通过观察表面可见，因此像素呈现蓝色。
从图3E中首先可以看出，在观察表面处看到的蓝色的饱和度将由于来自紧邻前电极设置的白色颜料的反射而显著降低。然而，应该理解，图3E(以及图3A-3D、3F、6A-6F和7A-7F)都是高度示意性的。在实践中，颜料粒子不是球形的(因为所使用的结晶颜料优先沿某些晶面断裂——例如，通常用作电泳介质中的白色颜料的金红石二氧化钛是四方的，并且倾向于形成方形棱柱)，粒子在大小上显著变化，来自白色粒子的“反射”本质上是朗伯光散射而不是镜面反射，并且存在比图3E中所示的更多层的粒子。(确切的层数当然取决于电泳介质中的粒子负载、该介质的厚度和单个粒子的大小，但在实践中通常至少存在5-10层。)所有上述因素的整体效果是通过观察表面进入电泳介质的可见光中只有很小一部分被白色粒子直接反射回观察面，在实践中可以获得很好的饱和蓝色。
此外，虽然图3A显示了完全分离的层中的蓝色和红色粒子，而图3E显示了蓝色和白色粒子的完全混合物，但可以理解的是，它们代表了两个极端状态，在实践中可以是完全分离的层和完全混合物之间的连续渐变。只要获得所需的颜色，本发明不限于关于粒子的确切位置及其与其他粒子的混合程度的任何理论解释。
最后，图3F所示的转变从图3C所示的红色状态(R)开始。向处于该状态的装置施加负电势差脉冲，其总冲激不足以将装置驱动到图3B中所示的黄色状态(Y)。负脉冲导致高负黄色粒子朝向公共电极(21)侧移动，而低正红色粒子朝向像素电极(22a)侧移动要慢得多。结果是红色和黄色粒子的混合物通过公共电极21可见并且像素呈现橙色。
为了确保颜色亮度和颜色纯度，在上述任何转变之前，可以使用DC平衡和/或振动波形。振动波形包括将一对相反的驱动脉冲重复许多周期。例如，振动波形可以由持续20毫秒的+15V脉冲和持续20毫秒的-15V脉冲组成，并且这样的一对脉冲重复50次。这种振动波形的总时间为2000毫秒。在实践中，一个振动脉冲可能至少有10次重复(即十对正负脉冲)。在施加驱动电压之前，无论光学状态(黑色、白色、红色或黄色)如何，都可以施加振动波形。在施加振动波形之后，光学状态不会是纯白色、纯黑色、纯黄色或纯红色。相反，颜色状态将来自四种类型的颜料粒子的混合物。
振动波形中的每个驱动脉冲的施加时间不超过从一个带高电荷的粒子的颜色完全转变到另一个带高电荷的粒子的颜色(在本示例中为蓝色到黄色，反之亦然)所需的驱动时间的50％(或不超过30％、10％或5％)。例如，如果将显示装置从全黑状态驱动到全黄状态需要300毫秒，或者反之亦然，则振动波形可以由正负脉冲组成，每个脉冲的施加时间不超过150毫秒。在实践中，优选的是脉冲更短。所描述的振动波形可用于本发明的驱动方法。在贯穿本申请的所有附图中，振动波形被缩短(即，脉冲的数量少于实际数量)。
DC平衡波形被设计为将整个波形的整体冲激(即电压相对于时间的积分)减小到一个小值，如果可能的话为零。如例如在美国专利No.6,531,997和No.6,504,524中所讨论的，如果用于驱动显示器的方法不导致零或接近零的跨电光介质的净时间平均施加电场，则可能会遇到问题，并且显示器的工作寿命减少。确实导致跨电光介质的零净时间平均施加电场的波形方便地称为“直流平衡”或“DC平衡”波形。
图4示出了组合的DC平衡/振动波形，包括DC平衡部分42，然后是振动部分44。虽然图4将DC平衡部分42示出为具有高正电势差，但是应当理解，DC平衡部分可以具有高或低、正或负电势差或零电势差，这取决于所施加波形的其余部分的冲激。
此外，虽然图4示出了单个DC平衡部分，然后是单个振动部分，但组合的DC平衡/振动波形可以包含彼此交替的多个DC平衡部分和多个振动部分，并且可以开始和结束于DC平衡部分或振动部分。使用多个DC平衡部分可能是有利的，因为通过(例如)将一个或多个DC平衡部分设置为高电压并且将一个或多个设置为零，与利用单个DC平衡部分相比，可以实现更接近于零的总波形冲激。多个DC平衡部分的持续时间和施加的电势差可能彼此不同。类似地，多个振动部分可以在持续时间、电势差的幅度和频率方面彼此不同。
图5A示出了用于实现图3A的转变以产生黑色光学状态的波形；该波形是本发明的第一驱动方法的示例。在高负电压VH2下经过一段持续时间为t1的DC平衡部分，和一个振动部分S，达到混合状态M(图5A中t1和振动部分S的持续时间都大大缩短，并且当然可以使用多个DC平衡和振动部分)，向像素电极施加(i)持续时间t2的零电压时间段；(ii)持续时间t3的高正驱动电压VH1的时间段；(iii)远大于t3的持续时间t4的零电压时间段；以及(iv)多次重复(ii)和(iii)，通常重复4-8次。
图5B示出了用于实现图3B的转变以产生黄色光学状态(即，第二粒子的颜色)的波形。如已经指出的，原则上可以通过在足够长的时间段内向像素电极22a施加高负电势差(例如-15V)和无电压(0V)的交替脉冲来产生黄色。然而，为了确保纯黄色，更复杂的波形是优选的，如图5B所示。在与已经参考图5A描述的基本相同的持续时间t1的DC平衡部分和振动部分S之后，图5B的波形包括持续时间t5的零电压时间段，随后是(i)持续时间t6的高负电势差VH2的短时间段；(ii)持续时间t7的零电压时间段；以及(iii)比t6长的时间段t8的低正电势差VL1的时间段。通常，VL1的幅度约为VH2的一半，t7的长度与t6相当，t8约为t6的十倍。例如，t6和t7中的每一个可以是50毫秒，而t8可以是500毫秒。然后重复步骤(i)、(ii)和(iii)几次，如图5B中的“[X m]”所示；通常，这些步骤可以重复4-6次。在这些重复之后，(iv)在比t6长的时间段t9施加高负电势差VH2，然后(v)在比t8短的时间段t10施加低正电势差VL3，其低于VL1，通常约为VH1的三分之一。然后重复步骤(iv)和(v)，如图5B中的“[Xn]”所示；通常，这些步骤可以重复2-3次。图5B的波形的最后部分包括比t9长的时间段t11的高负电势差VH2的施加、持续时间t12的零电压时间段、以及时间段t11的高负电势差VH2的第二次施加。很容易看出，在这部分波形中的VH2施加次数和持续时间t11可以根据经验进行调整。
图5C示出了用于实现图3C的转变以产生红色光学状态(即，第二粒子的颜色)的波形。图5C所示的波形与图5B所示波形的第一部分非常相似；在与参考图5A描述的基本相同的持续时间t1的DC平衡部分和振动部分S之后，图5C的波形包括持续时间t13的零电压时间段，随后是(i)持续时间t14的高负电势差VH2的短时间段；(ii)持续时间t15的零电压时间段；以及比t14长的时间段t16的低正电势差VL1的时间段。通常，VL1的幅度约为VH2的一半，t15的长度与t14相当，t16约为t14的十倍。例如，t6和t7中的每一个可以是50毫秒，而t8可以是500毫秒。然后重复步骤(i)、(ii)和(iii)几次，如图5C所示；通常，这些步骤可以重复6-10次。波形通过从VL1的最终施加转变到0V来终止，以确保良好的红色。很明显，该波形中的VH2和VL1的施加次数以及持续时间t14和t16可以根据经验进行调整。
图5D示出了用于实现图3D转变以产生白色光学状态(即第四粒子的颜色)的波形。毫不奇怪，图5D中所示的波形的第一部分与图5C中所示的“红色”波形非常相似，但极性发生了变化，在与参考图5A已经描述的基本相同的持续时间t1'的DC平衡部分(在这种情况下，DC平衡部分为高正)和振动部分S之后，图5D的波形包括(i)持续时间t17的高正电势差VH1的短时间段(注意，在这种情况下，在振动部分S和施加高驱动电势差之间没有零电压时间段)(ii)持续时间t18的零电压时间段；以及比t17长的时间段t19的低负电势差VL2的时间段。通常，VL2的幅度约为VH1的一半，t18的长度与t17相当，t19约为t17的十倍。例如，t6和t7中的每一个可以是50毫秒，而t8可以是500毫秒。然后重复步骤(i)、(ii)和(iii)几次，如图5D所示；通常，这些步骤可以重复6-10次。然而，为了确保纯白色，已发现有利的是，在重复步骤(i)、(ii)和(iii)之后，(iv)持续时间t20的零电势差的时间段；(v)施加时间段t21的低负电势差VL2；以及重复步骤(iv)和(v)。通常，步骤(iv)和(v)将重复6-10次，t20将与t18相当，t21将比t19短。显而易见，该波形中VH1和VL2的施加次数以及持续时间t17、t18、t19、t20和t21可以根据经验调整。
图5E示出了用于实现图3E的转变以产生蓝色光学状态(即，第一粒子的颜色)的波形；该波形是本发明的第二驱动方法的示例。毫不奇怪，图5E中所示的波形的第一部分与图5D中所示的“白色”波形相同。然而，在重复上一段中讨论的步骤(iv)和(v)之后，图5E的波形继续(vi)比t17短的时间段t22的高正电势差VH1的施加；(vii)比t18短的时间段t23的零电势差的施加；(viii)比t19或t21短的时间段t24的具有比VL2小的幅度的低负电势差VL4的施加；以及步骤(vi)-(viii)的重复，但以步骤(vi)的重复结束，而不跟随步骤(viii)的重复，即，具有最终的正驱动脉冲，如上文参考图3E所述。通常，VL4的幅度约为VL2的75％，通常步骤(vi)-(viii)可以重复10-20次。很明显，该波形中的VH1和VL4的施加次数以及持续时间t22、t23和t24可以根据经验进行调整。
最后，图5F示出了用于实现图3F中所示的转变以产生橙色光学状态的波形；该波形是本发明的第三驱动方法的示例。图5F所示的波形与图5C所示的“红色”波形相同，只是添加了最后的短低负电势差脉冲SP，其冲激不足以驱动电泳介质从红色光学状态(R)到黄色光学状态(Y)(参见图3B)。脉冲SP的幅度和持续时间可以广泛变化，并且幅度和持续时间的光学组合可以根据经验确定。
图1所示的四粒子电泳介质使用以下来配制：作为部分透光蓝色颜料的上述Kremer 45030、金红石二氧化钛白色颜料以及Isopar E中的光反射1254DPP Red 254(可从DCL Corporation获得)和Novoperm Yellow HR70-EDS(可从Clariant Corporation,Holden MA获得)，其中添加了电荷控制剂颜料。即使使用未优化的波形，也会产生以下五种颜色：
表
Figure BDA0003962875900000161
Figure BDA0003962875900000171
图1、3A-3F和5A-5F所示的电泳介质包括第一类型的部分透光的高正蓝色粒子、第二类型的反射性高负黄色粒子、第三类型的反射性低正红色粒子和第四类型的低负白色粒子。然而，通过将部分透光的高正粒子变为红色，将反射性低正粒子变为蓝色，可以产生其他颜色；特别地，这种组合允许电泳介质显示黑色、白色、红色、蓝色和绿色，如下图6A-6F所示。因此，该系统能够显示黑色、白色和三种正常的加色原色；额外的颜色可以通过区域调制(抖色)生成。
图6A示出了类似于图3A中所示的转变，从完全混合状态(M)开始。在最终状态(K)中，红色透光粒子紧邻公共电极21，蓝色反射粒子紧邻它们下方(如图6A所示)，因此，尽管与图3A相比，红色和蓝色粒子的位置反转，仍然生成黑色光学状态。
图6B示出了类似于图3B中所示的转变。再次产生黄色状态，因为与公共电极相邻的黄色粒子掩盖了白色、红色和蓝色粒子，因此与图3B相比，图6B中红色和蓝色粒子的位置反转没有影响光学状态。
图6C示出了类似于图3C中所示的转变。与图3C中一样，图6C的转变使低正粒子邻近公共电极，并且由于这些低正粒子现在是反射性蓝色粒子，因此产生了蓝色光学状态，而不是图3C的红色光学状态。
图6D示出了类似于图3D中所示的转变。再次产生白色状态，因为与公共电极相邻的白色粒子掩盖了黄色、红色和蓝色粒子，因此与图3D相比，图6D中红色和蓝色粒子的位置反转没有影响光学状态。
图6E示出了类似于图3E中所示的转变。与图3E中一样，图6E的转变使高正粒子和白色粒子的混合物邻近公共电极，并且由于这些高正粒子现在是透光的红色粒子，因此产生了红色光学状态(R)，而不是图3E的蓝色光学状态。
最后，图6F示出了类似于图3F中所示的转变。初始状态是低正粒子位于公共电极附近的状态，在图6F的介质中是蓝色光学状态(B)。因此，最终状态具有与公共电极相邻的低正蓝色粒子和高负黄色粒子的混合物，因此显示绿色光学状态(G)。
上面参考图5A-5F描述的用于分别实现图3A-3F的转变的每个波形也可以用于分别实现图6A-6F的相应转变。
图7A-7F是类似于图3A-3F的示意性横截面，但示出了本发明的五粒子显示装置可以经历的各种光学转变。图7A-7F所示的电泳介质与图3A-3F所示的电泳介质大体相似，因此包括带高负电荷的黄色粒子(Y)、带低负电荷的白色粒子(W)和带低正电荷的红色粒子(R)、和透光的带正电荷的蓝色粒子(B)，其电动电势大于红色粒子的电动电势。然而，蓝色粒子只是中间的正粒子，因为图7A-7F中所示的电泳介质还包括带高正电荷的绿色粒子(G)，其电动电势大于蓝色粒子(B)的电动电势。黄色、白色和绿色的粒子都是光反射的。
图7A中所示的转变从完全混合状态开始，表示为“(M)”，通过施加如下所述的振动脉冲产生。这种转变类似于图3A中所示的转变，并且在足够长的时间段内向像素电极22a施加高正电势差(例如+15V)和无电势差(0V)的交替脉冲，从而朝向公共电极(21)或观察侧驱动绿色(G)、蓝色(B)和红色(R)粒子，并且朝向像素电极22a侧驱动黄色(Y)和白色(W)粒子。由于绿色粒子比蓝色和红色粒子带电更高，因此绿色粒子紧邻公共电极，蓝色和红色粒子紧邻它们下方(如图7A所示)，因此导致像素呈现绿色，在图7A中表示为“(G)”；蓝色、红色、白色和黄色粒子都被反射性红色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。
图7B所示的转变与图3B所示的转变完全相同；当向完全混合状态(M)中的像素的像素电极22a施加高负电势差(例如-15V)和无电压(0V)的交替脉冲时，黄色和白色粒子被朝向公共电极侧驱动并且红色、蓝色和绿色粒子被朝向像素电极侧驱动。由于黄色粒子比白色粒子带电更高，反射性黄色粒子紧邻公共电极，从而导致像素呈现黄色，在图7B中表示为“(Y)”；白色、红色、蓝色和绿色粒子都被反射性黄色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。
图7C所示的转变从图7B所示的黄色状态(Y)开始。当在足够长的时间段内向像素电极22a施加高负电势差(例如，-15V)和低正电势差(例如，+8V)的交替脉冲(低正脉冲比高负脉冲长得多)时，红色(R)粒子被朝向公共电极21侧驱动，而白色粒子(W)被朝向像素电极22a侧驱动。振荡电场的作用是使带高电荷的绿色和黄色粒子，以及带中等电荷的蓝色粒子，在电泳层厚度的中间反复通过，这些带电的正和负粒子之间的强烈的电吸引力大大减慢了这些粒子的运动，并倾向于将它们保持在电泳层厚度的中间。然而，由低正脉冲生成的电场足以将带低电荷的白色和红色粒子分离，从而允许低正红色粒子(R)一直移动到公共电极21侧并且低负白色粒子移动到像素电极22a侧。结果，反射性红色粒子紧邻公共电极，从而使像素呈现红色，在图7C中表示为“(R)”；白色、黄色、蓝色和绿色粒子都被反射性红色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。
图7D所示的转变从图7A所示的绿色状态(G)开始。当在足够长的时间段内向像素电极22a施加高正电势差(例如，+15V)和低负电势差(例如，-8V)的交替脉冲(低负脉冲比高正脉冲长得多)时，红色(R)粒子被朝向像素电极22a侧驱动，白色粒子(W)被朝向公共电极21侧驱动。如图7C所示的转变，振荡电场的作用是使带高电荷的绿色和黄色粒子以及带中等电荷的蓝色粒子在电泳层厚度的中间保持在一起。然而，由低负脉冲生成的电场足以将带低电荷的白色和红色粒子分离，从而允许低正红色粒子(R)一直移动到像素电极22a侧并且低负白色粒子移动到公共电极21侧。结果，白色粒子紧邻公共电极，从而导致像素呈现白色，在图7D中表示为“(W)”；红色、黄色、蓝色和绿色粒子都被白色粒子所掩盖，不影响所显示的颜色。
图7E所示的转变从图7D所示的白色状态(W)开始。当在足够长的时间段内向像素电极22a施加高正电势差(例如+15V)和中间负电势差(例如-10V)的交替脉冲(负脉冲比正脉冲长得多)时，蓝色粒子从绿色/黄色/蓝色粒子聚集体“逃逸”并逐渐朝向公共电极21迁移。白色粒子类似地沿相反方向迁移，使得蓝色和白色粒子的混合物邻近公共电极形成，并且通过观察表面看到在图7E中表示为“(B)”的蓝色。红色粒子会从像素电极上迁移出去；图7E示出了红色粒子与黄色和绿色粒子混合，但是否形成这种混合物，或者红色粒子是否保留在与像素电极相邻的单独层中，与显示的颜色无关，因为邻近公共电极的蓝色和白色粒子将掩盖黄色、绿色和红色粒子。上述关于图3E关于蓝色饱和度的评论，以及蓝色和白色粒子是混合还是在离散层中的问题，也适用于图7E中所示的蓝色状态。
最后，图7F所示的转变从图7A所示的绿色状态(G)开始。应用适当的波形(下文讨论)导致带正电荷的绿色、蓝色和红色粒子远离公共电极21。然而，由于绿色粒子比蓝色和红色粒子带更强电荷，所以绿色粒子比蓝色和红色粒子移动得更快，因此使得与公共电极相邻的蓝色和红色粒子在图7F所示的离散层中或作为混合层。在任一情况下，由于已经参考图3A讨论过的原因，产生了在图7F中表示为“(K)”的黑色状态。由于红色和蓝色粒子掩盖了绿色、黄色和白色粒子，因此绿色、黄色和白色粒子的确切位置不会影响可见颜色，但由于白色和黄色粒子都会远离像素电极22a，黄色粒子比白色粒子移动得更快，最可能的状态是图7F中所示的状态，绿色和黄色粒子聚集在电泳层的中间，白色粒子邻近像素电极。
图7A和7B所示的转变可以分别使用图5A和5B所示的波形来实现。(可以理解，可能需要对这些波形进行一些优化，具体取决于所用粒子的确切电泳迁移率、其上的电荷和类似因素。)类似地，可以使用图5C所示的波形实现如从混合状态(M)到图7B所示的黄色状态(Y)，然后到图7C所示的红色状态(R)的整体转变。此外，可以使用图5D中所示的波形来实现从混合状态(M)到图7A所示的绿色状态(G)，然后到图7D所示的白色状态(W)的整体转变。
图7E中所示的白色到蓝色的转变可以使用图8A中所示的波形来实现。该波形包括持续时间t25的电压VH1的短高正脉冲，随后是持续时间t26的零电压时间段和持续时间t27的中间负电压VLI的时间段，其中t27显著大于t25。然后重复这个序列几次；图8A示出了五次重复，但重复次数可以宽泛地变化。可以理解，为了从混合状态(M)开始产生蓝色状态(B)，应施加图5D中所示的波形，然后是图8A中所示的波形。
图7F中所示的绿色到黑色的转变在许多情况下可能受到单个短高压负脉冲(或由零电压时间段分隔的短系列高压负脉冲)的影响，这足够将绿色粒子移动到蓝色和红色粒子下方，从而在公共电极附近留下红色和蓝色粒子的混合物并产生所需的黑色。因此，可以使用图3A的波形，然后是一个或多个高压负脉冲，从图7A所示的混合状态(M)产生黑色。然而，在某些情况下，取决于绿色、蓝色和红色粒子的精确电泳迁移率，使用这样一个或多个高压负脉冲可能会使蓝色粒子平均比红色粒子更远离公共电极，导致颜色从深红色到红黑色。如果出现此问题，则可以使用图8B的波形来实现图7F的绿色到黑色的转变。
图8B的波形以持续时间t28的短暂高负脉冲开始，随后是持续时间t29的零电压时间段，其中t29大于t28。重复高负脉冲和零电压的该序列，随后是持续时间t28的第三高负脉冲；如果需要，当然可以使用更大或更小数量的脉冲。通过比较图8B和图5A可以看出，三个负脉冲的作用是将绿色粒子的驱动部分反转到公共电极，将黄色粒子驱动到像素电极，从而使绿色和黄色粒子靠近电泳层中间，它们可以在此处聚集，如前所述。图8B所示波形的第二部分包括三个中间电压正脉冲，每个中间电压正脉冲的持续时间为t30，由持续时间为t31的零电压时间段隔开，其中t30大于t28。持续时间t28和t30以及所施加的驱动电压被选择以使得由正脉冲施加的冲激在幅度上与由负脉冲施加的冲激基本上相等但极性相反。正脉冲基本上不会导致黄色和绿色粒子的位置发生变化，因为所使用的中间电压不足以分解绿色/黄色聚集体，但是这些正脉冲确实将红色、蓝色和白色粒子基本上恢复到在施加图8B的波形之前它们占据的位置，因此产生了图7F中(K)所示的最终粒子位置。
从上文可以看出，本发明可以提供一种四粒子电泳介质，该介质仅使用四种不同类型的粒子就可以产生至少五种，并且在某些情况下，产生六种有用的颜色。本发明的五粒子电泳介质可以产生至少六种有用的颜色。需要注意的是，在实践中(例如)图7A所示的五粒子系统产生的绿色比图6F所示的四粒子系统产生的绿色更一致，因为前者是一种颜料粒子的自然色，而后者可能会有所不同，具体取决于蓝色和黄色粒子的确切位置，这可能难以在显示器的工作寿命内精确保持。
本发明的电泳介质和装置可以利用现有技术中描述的任何粒子、流体、封装材料和电泳装置设计，例如如下所述：
(a)电泳粒子、流体和流体添加剂；美国专利No.7,002,728和7,679,814；
(b)囊体、粘合剂和封装工艺；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；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.6,825,829；6,982,178；7,112,114；7,158,282；7,236,292；7,443,571；7,513,813；7,561,324；7,636,191；7,649,666；7,728,811；7,729,039；7,791,782；7,826,129；7,839,564；7,843,621；7,843,624；8,034,209；8,068,272；8,077,381；8,177,942；8,390,301；8,482,835；8,786,929；8,830,553；8,854,721；9,075,280；9,238,340；9,470,950；9,554,495；9,563,099；9,733,540；9,778,536；9,835,925；10,444,591；和10,466,564；以及美国专利申请公开No.2007/0237962；2009/0168067；和2011/0164301；
(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.6,017,584；6,545,797；6,664,944；6,788,452；6,864,875；6,914,714；6,972,893；7,038,656；7,038,670；7,046,228；7,052,571；7,075,502；7,167,155；7,385,751；7,492,505；7,667,684；7,684,108；7,791,789；7,800,813；7,821,702；7,839,564；7,910,175；7,952,790；7,956,841；7,982,941；8,040,594；8,054,526；8,098,418；8,159,636；8,213,076；8,363,299；8,422,116；8,441,714；8,441,716；8,466,852；8,503,063；8,576,470；8,576,475；8,593,721；8,605,354；8,649,084；8,670,174；8,704,756；8,717,664；8,786,935；8,797,634；8,810,899；8,830,559；8,873,129；8,902,153；8,902,491；8,917,439；8,964,282；9,013,783；9,116,412；9,146,439；9,164,207；9,170,467；9,170,468；9,182,646；9,195,111；9,199,441；9,268,191；9,285,649；9,293,511；9,341,916；9,360,733；9,361,836；9,383,623；9,423,666；9,436,056；9,459,510；9,513,527；9,541,814；9,552,780；9,640,119；9,646,547；9,671,668；9,697,778；9,726,959；9,740,076；9,759,981；9,761,181；9,778,538；9,779,670；9,779,671；9,812,073；9,829,764；9,921,451；9,922,603；9,989,829；10,032,419；10,036,929；10,036,931；10,332,435；10,339,876；10,353,266；10,366,647；10,372,010；10,380,931；10,380,955；10,431,168；10,444,592；10,467,984；10,475,399；10,509,293；和10,514,583；以及美国专利申请公开No.2008/0043318；2008/0048970；2009/0225398；2010/0156780；2011/0043543；2012/0326957；2013/0242378；2013/0278995；2014/0055840；2014/0078576；2015/0103394；2015/0118390；2015/0124345；2015/0268531；2015/0301246；2016/0026062；2016/0048054；和2016/0116818；
(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；以及
(i)显示器的应用；参见例如美国专利No.7,312,784和8,009,348。
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。
三层电泳显示器的制造通常涉及至少一个层压操作。例如，在几个上述专利和申请中，描述了一种用于制造封装的电泳显示器的工艺，其中将包括粘合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，制备包含像素电极阵列和用于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。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。通过这种工艺批量生产显示器的显而易见的层压技术是使用层压粘合剂的辊式层压。
如前述美国专利No.6,982,178(参见第3栏第63行至第5栏第46行)中所讨论的，电泳显示器中使用的许多部件以及用于制造此类显示器的方法源自液晶显示器(LCD)中使用的技术。例如，电泳显示器可以使用有源矩阵背板，该背板包括晶体管或二极管的阵列和相应的像素电极阵列，以及透明基板上的“连续”前电极(在电极延伸到多个像素，以及通常整个显示器的意义上)，这些部件与LCD中的部件基本相同。然而，用于组装LCD的方法不能用于封装的电泳显示器。LCD通常是通过以下来组装的：在单独的玻璃基板上形成背板和前电极，然后将这些部件粘合在一起，在它们之间留下一个孔，将所得组件置于真空下，并将组件浸入液晶浴中，以便液晶流过背板和前电极之间的孔。最后，在液晶就位后，将孔密封以提供最终显示器。
这种LCD组装过程不能轻易地转移到封装的电泳显示器上。因为电泳材料通常是固体的(即具有固体外表面)，所以在将背板和前电极固定到彼此之前，它必须存在于背板和前电极之间。此外，与简单地放置在前电极和背板之间而不附着在任何一个上的液晶材料相比，固体电光介质通常需要固定在两者上，在大多数情况下，固体电光介质形成在前电极上，因为这通常比在包含电路的背板上形成介质更容易，然后通常通过用粘合剂覆盖电光介质的整个表面并在热、压力和可能的真空下层压将前电极/电光介质组合层压到背板上。因此，用于固体电泳显示器的最终层压的大多数现有技术方法基本上是分批方法，其中(通常)在最终组装之前立即将电光介质、层压粘合剂和背板放在一起，并且希望提供更适合大批量生产的方法。
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，该方法非常适合于大批量生产。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，以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。基板通常是聚合物薄膜，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)薄膜可商购获得，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泳介质层，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泳介质层。两种形式的双释放薄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、固体电泳介质层和释放片。该倒置的前平面层压板用于形成电光显示器，该电光显示器在电泳层和前电极或前基板之间具有层压粘合剂层；在电泳层和背板之间可以存在或不存在第二层，通常是薄的粘合剂层。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。

Claims (17)

1.一种电泳介质，包括流体和分散在所述流体中的第一类型的粒子、第二类型的粒子、第三类型的粒子和第四类型的粒子，所述第一类型的粒子、所述第二类型的粒子、所述第三类型的粒子和所述第四类型的粒子分别具有彼此不同的第一颜色、第二颜色、第三颜色和第四颜色，所述第一类型的粒子和所述第三类型的粒子具有一个极性的电荷，所述第二类型的粒子和所述第四类型的粒子具有相反极性的电荷，所述第一类型的粒子具有比所述第三类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率，以及所述第二类型的粒子具有比所述第四类型的粒子更大的电动电势或电泳迁移率，其中一种类型的粒子是白色的，一种类型的非白色粒子是部分透光的，其余两种类型的非白色粒子是光反射的。
2.根据权利要求1所述的电泳介质，其中，白色类型的粒子是所述第三类型的粒子或所述第四类型的粒子。
3.根据权利要求2所述的电泳介质，其中，部分透光类型的粒子是与白色粒子极性相反的高电荷类型的粒子。
4.根据权利要求3所述的电泳介质，其中，带有与所述部分透光类型的粒子相同的电荷的光反射类型的粒子具有使得这两种类型的粒子的混合物基本上吸收所有可见辐射的光学特性。
5.根据权利要求1所述的电泳介质，其中，所述第一类型的粒子是透光的，所述第二类型的粒子是黄色的，所述第四类型的粒子是白色的，所述第一类型的粒子和所述第三类型的粒子是红色和蓝色的(以任意顺序)。
6.根据权利要求1所述的电泳介质，其中，透光颜料层具有不大于约0.5的对比度。
7.根据权利要求1所述的电泳介质，其中，透光颜料层具有不大于约0.3的对比度。
8.根据权利要求1所述的电泳介质，还包括第五类型的带电粒子，其具有不同于所有所述第一颜色、所述第二颜色、所述第三颜色和所述第四颜色的第五颜色。
9.根据权利要求8所述的电泳介质，其中，所述第五类型的粒子是光反射的并且带有与所述部分透光类型的粒子具有相同极性的电荷。
10.根据权利要求9所述的电泳介质，其中，所述第五类型的粒子具有比其他两种具有相同极性电荷的粒子更大的电动电势或电泳迁移率。
11.一种电泳显示装置，包括根据权利要求1所述的电泳介质层、设置在所述电泳介质层的相对侧上的前电极和后电极、以及设置成控制所述前电极和所述后电极的电势的电压控制装置。
12.包含根据权利要求1所述的电泳介质的层的前平面层压板、倒置的前平面层压板或双释放薄膜。
13.一种用于驱动根据权利要求11所述的电泳显示装置的方法，所述方法包括：
(i)在第一时间段内施加具有驱动部分透光类型的粒子和带有与所述部分透光类型的粒子相同极性的电荷的光反射粒子朝向所述观察表面的极性的第一驱动电压；
(ii)在步骤(i)之后，在比所述第一时间段长的第二时间段内不施加驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)，从而使两种类型的粒子的混合物的颜色显示在所述观察表面上。
14.一种用于驱动根据权利要求11所述的电泳显示装置的方法，所述方法包括：
(i)在第三时间段内施加具有驱动部分透光类型的粒子朝向所述观察表面的极性的第二驱动电压；
(ii)在比所述第三时间段长的第四时间段内施加与所述第二驱动电压极性相反且幅度小于所述第二驱动电压的第三驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)；
(iv)在重复步骤(i)和(ii)之后，在第五时间段内施加所述第三驱动电压；
(v)在第六时间段内不施加驱动电压；
(vi)重复步骤(iv)和(iv)；
(vii)在重复步骤(iv)和(v)之后，在第七时间段内施加所述第二驱动电压；
(viii)在比所述第七时间段长的第八时间段内施加与所述第三驱动电压具有相同极性但幅度小于所述第三驱动电压的第四驱动电压；以及
重复步骤(vii)和(viii)，但以重复步骤(vii)而不是重复步骤(viii)结束，从而在所述观察表面上显示透光类型的粒子的颜色。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，在每个步骤(i)和随后的步骤(ii)之间和/或在每个步骤(vii)和随后的步骤(viii)之间插入零电压时间段。
16.一种用于驱动根据权利要求11所述的电泳显示装置的方法，所述方法包括：
(i)在第九时间段内施加具有驱动一种极性的两种类型的粒子朝向所述观察表面的极性的第五驱动电压；
(ii)在比所述第九时间段长的第十时间段内施加与所述第五驱动电压极性相反且幅度小于所述第五驱动电压的第六驱动电压；
(iii)重复步骤(i)和(ii)；以及
(iv)在重复步骤(i)和(ii)之后，施加与所述第四驱动电压具有相同极性的第六驱动电压，施加所述第六驱动电压的幅度和/或时间不足以驱动显示器在所述观察表面显示所述第二类型的粒子的颜色，从而在所述观察表面显示两种非白色光反射粒子的混合物的颜色。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，在每个步骤(i)和随后的步骤(ii)之间插入零电压时间段。
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