CN116157727A - 提供快速、高对比度的光学状态切换的四粒子电泳介质 - Google Patents

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辛德平
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Abstract

改进的电泳介质，其包括第一极性的第一粒子和三种相反极性的粒子，其中第一粒子和任选的相反极性的粒子之一随着电场的增大而经历电泳迁移率的降低。这样的电泳介质能够得到在白色和黑色像素之间非常快速更新的全彩色显示器。

Description

提供快速、高对比度的光学状态切换的四粒子电泳介质
相关申请
本申请要求2020年9月15日提交的第63/078,829号美国临时专利申请和2021年5月20日提交的第63/191,075号美国临时专利申请的优先权。本文公开的所有专利和出版物都通过引用整体并入。
背景
电泳显示器(EPD)通过改变带电着色粒子相对于透光观看面的位置来改变颜色。因为所得到的显示器具有高对比度并且是日光可读的，非常像纸上的油墨，这样的电泳显示器通常被称为“电子纸(electronic paper)”或“ePaper”。因为电泳显示器提供书本般的阅读体验，使用很少的电力，并且能使用户在重量轻的手持设备中携带数百本书的图书馆，电泳显示器已经在电子阅读器，诸如AMAZON
Figure BDA0004124196010000011
中得到广泛的采用。
多年来，电泳显示器仅包括两种类型的带电彩色粒子，黑色和白色。(当然，本文所用的“彩色”包括黑色和白色)。白色粒子通常是光散射类型的，并且包含例如二氧化钛，而黑色粒子在整个可见光谱中是吸收性的，并且可以包含炭黑或吸收性金属氧化物，诸如亚铬酸铜。在最简单的意义上，黑色和白色电泳显示器仅需要在观看面处的透光电极、背电极和包括带相反电荷的白色和黑色粒子的电泳介质。当提供一种极性的电压时，白色粒子移动到观看面，而当提供相反极性的电压时，黑色粒子移动到观看面。如果背电极包括可控区域(像素)—或分段电极或由晶体管控制的像素电极的有源矩阵—则可以使图案以电子方式显现在观看面处。图案可以是例如书的文本。
最近，对于电泳显示器，各种颜色选择已经变得可在商业上使用，包括三色显示器(黑色、白色、红色；黑色、白色、黄色)和四色显示器(黑色、白色、红色、黄色)。与黑色和白色电泳显示器的运行类似，因为期望的彩色粒子被驱动到观看面，具有三种或四种反射粒子的电泳显示器类似于简单的黑色和白色显示器运行。驱动方案比仅黑色和白色复杂得多，但是最终，粒子的光学功能是相同的。
高级彩色电子纸(ACePTM)也包括四种粒子，但是青色、黄色和品红色粒子是减色的而不是反射的，从而使得在每个像素处产生数千种颜色。色彩处理在功能上等同于在胶版印刷和喷墨打印机中已长期使用的印刷方法。通过在明亮的白纸背景上使用正确比例的青色、黄色和品红色来产生给定颜色。在ACeP的情况下，青色、黄色、品红色和白色粒子相对于观看面的相对位置将决定每个像素处的颜色。虽然该类型的电泳显示器在每个像素处实现数千种颜色，但是在厚度约10至20微米的工作空间内仔细控制每种(50至500纳米尺寸的)颜料的位置是至关重要的。显然，粒子的位置变化将导致在给定像素处显示不正确的颜色。因此，对于这样的系统需要精细的电压控制。该系统的更多细节可在以下美国专利中获得，所有这些专利通过引用整体并入：第9,361,836、9,921,451、10,276,109、10,353,266、10,467,984和10,593,272号美国专利。
术语灰色状态在本文中以其在成像领域的常规含义使用，指像素的两个极端光学状态中间的状态，并非一定意味着这两种极端状态之间的黑色-白色转变。例如，下面提到的几个E Ink专利和公开的申请描述了其中极端状态为白色与深蓝色，使得中间灰色状态实际上将为浅蓝色的电泳显示器。实际上，如已提及的，光学状态的变化可能根本不是颜色变化。术语黑色和白色在下文中可用于指显示器的两个极端光学状态，并且应当被理解为通常包括不是严格的黑色和白色的极端光学状态，例如前面提及的白色与深蓝色状态。
术语双稳态的和双稳态性在本文中以其在本领域中的常规含义使用，指这样的显示器，其包含具有在至少一种光学性质上不同的第一和第二显示状态的显示元件，并且使得在已通过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，在寻址脉冲已终止后，该状态将持续改变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，例如至少四倍。第7,170,670号美国专利中显示一些基于粒子的能够显示灰阶的电泳显示器不仅在它们的极端黑色和白色状态下是稳定的，而且在它们的中间灰色状态下也是稳定的，并且对于一些其它类型的电光显示器也是如此。该类型的显示器被适当地称为多稳态的而不是双稳态的，但是为了方便，术语双稳态的在本文中可以用于涵盖双稳态的显示器和多稳态的显示器两者。
术语脉冲，当用于指驱动电泳显示器时，在本文中用于指在驱动显示器的周期期间所施加的电压相对于时间的积分。
在宽带中或在选定波长处吸收、散射或反射光的粒子在本文中被称为着色粒子或颜料粒子。除了吸收或反射光的颜料(在该术语的严格意义上是指不溶性着色材料)之外的各种材料，诸如染料或光子晶体等也可以用于本发明的电泳介质和显示器。
基于粒子的电泳显示器多年来一直是密集研究和开发的主题。在这样的显示器中，多种带电粒子(有时称为颜料粒子)在电场的影响下移动穿过流体。当与液晶显示器相比时，电泳显示器可以具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳态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妨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，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，但是可以使用气态流体制备电泳介质；参见，例如，Kitamura,T.等人，Electricaltoner movement for electronic paper-like display,IDW Japan,2001,Paper HCS1-1，以及Yamaguchi,Y.,等人，Toner display using insulative particles chargedtriboelectrically,IDW Japan,2001,Paper AMD4-4)。还参见第7,321,459和7,236,291号美国专利。当在允许如同基于液体的电泳介质那样粒子沉降的方向上使用介质时，例如在介质设置在竖直平面内的标牌中，这样的基于气体的电泳介质由于这样的沉降而容易出现相同类型的问题。实际上，粒子沉降在基于气体的电泳介质中比在基于液体的电泳介质中看来是更严重的问题，因为气态悬浮流体与液态悬浮流体相比粘度更低使得电泳粒子更快地沉降。
转让给或署名为麻省理工学院(MIT)和E Ink公司的许多专利和申请描述了在封装的电泳介质以及其它电光介质中使用的各种技术。这样的封装的介质包含许多小囊，每个小囊本身包含在流体介质中含有电泳移动粒子的内相和围绕内相的囊壁。通常，囊本身保持在聚合物粘结剂内以形成位于两个电极之间的粘附层。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；参见例如第7,002,728和7,679,814号美国专利；
(b)囊、粘结剂和封装方法；参见例如第6,922,276和7,411,719号美国专利；
(c)微单元结构、壁材料和形成微单元的方法；参见例如第7,072,095和9,279,906号美国专利；
(d)用于填充和密封微单元的方法；参见例如第7,144,942和7,715,088号美国专利；
(e)含有电光材料的膜和子组件；参见例如第6,982,178和7,839,564号美国专利；
(f)显示器中使用的背板、粘合剂层和其它辅助层和方法；参见例如第7,116,318和7,535,624号美国专利；
(g)颜色形成、颜色调整；参见例如第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；和9,423,666号美国专利；和第2008/0043318；2008/0048970；2009/0225398；2010/0156780；2011/0043543；2012/0326957；2013/0242378；2013/0278995；2014/0055840；2014/0078576；2014/0340430；2014/0340736；2014/0362213；2015/0103394；2015/0118390；2015/0124345；2015/0198858；2015/0234250；2015/0268531；2015/0301246；2016/0011484；2016/0026062；2016/0048054；2016/0116816；2016/0116818；和2016/0140909号美国专利申请公开文件；
(h)用于驱动显示器的方法；参见例如第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；8,514,168；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号美国专利；和第2003/0102858；2004/0246562；2005/0253777；2007/0091418；2007/0103427；2007/0176912；2008/0024429；2008/0024482；2008/0136774；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；2015/0262551；2016/0071465；2016/0078820；2016/0093253；2016/0140910；和2016/0180777号美国专利申请公开文件(这些专利和申请在下文中可称为MEDEOD(用于驱动电光显示器的方法)申请)；
(i)显示器的应用；参见例如第7,312,784和8,009,348号美国专利；以及
(j)非电泳显示器，如第6,241,921号美国专利；和第2015/0277160号美国专利申请公开文件；以及第2015/0005720和2016/0012710号美国专利申请公开文件中所描述的。
许多前面提及的专利和申请认识到，封装的电泳介质中的围绕离散的微囊的壁可以被连续相代替，从而产生所谓的聚合物分散的电泳显示器，其中电泳介质包含多个电泳流体离散液滴和聚合物材料的连续相，并且认识到即使离散囊膜与每个单独的液滴没有关联，这样的聚合物分散的电泳显示器内的电泳流体的离散液滴也可以被视为囊或微囊；参见例如第6,866,760号美国专利。因此，出于本申请的目的，这样的聚合物分散的电泳介质被认为是封装的电泳介质的子种类。
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，带电粒子和流体不封装在微囊内，而是保留在载体介质内形成的多个腔内，所述载体介质通常是聚合物膜。参见，例如，第6,672,921和6,788,449号美国专利。
尽管电泳介质通常是不透明的(例如，由于在许多电泳介质中，粒子基本上阻止可见光通过显示器的透射)并以反射模式运行，但是可以制备许多电泳显示器从而以所谓的快门模式运行，其中一种显示状态是基本上不透明的，而一种是透光的。参见，例如，第5,872,552；和6,130,774；6,144,361；6,172,798；6,271,823；6,225,971；和6,184,856号美国专利。与电泳显示器相似，但依赖于电场强度的变化的介电电泳显示器可以以类似的模式运行；参见第4,418,346号美国专利。其它类型的电光显示器也可能能够以快门模式运行。以快门模式运行的电光介质可以用在用于全彩色显示器的多层结构中；在这样的结构中，与显示器的观看面相邻的至少一个层以快门模式运行以暴露或隐藏距离观看面更远的第二层。
封装的电泳显示器通常不遭受传统电泳设备的聚集和沉降失效模式的问题，并且提供进一步的优点，诸如在多种柔性和刚性基板上印刷或涂布显示器的能力(“印刷”一词的使用旨在包括所有形式的印刷和涂布，包括但不限于：预计量涂布，诸如补丁模具涂布(patch die coating)、狭缝或挤出涂布，坡流或阶流涂布，幕式涂布；辊涂，诸如辊衬刮刀涂布、正向和反向辊涂；凹版涂布；浸渍涂布；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；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；电泳沉积(参见第7,339,715号美国专利)；和其它类似技术)。因此，所得到的显示器可以是柔性的。此外，因为可以(使用各种方法)印刷显示介质，所以可以廉价地制造显示器本身。
如上所示，大多数简单的现有技术电泳介质基本上显示仅两种颜色。这样的电泳介质或者使用在具有第二、不同的颜色的着色流体中具有第一颜色的单一类型的电泳粒子(在这种情况下，当粒子位于显示器的观看面附近时显示第一颜色，并且当粒子与观看面间隔开时显示第二颜色)，或者使用在无色流体中具有不同的第一和第二颜色的第一类型和第二类型的电泳粒子(在这种情况下，当第一类型的粒子位于显示器的观看面附近时显示第一颜色，并且当第二类型的粒子位于观看面附近时显示第二颜色)。通常，两种颜色是黑色和白色。如果期望全彩色显示器，则可以将滤色器阵列沉积在单色(黑色和白色)显示器的观看面上。具有滤色器阵列的显示器依赖于区域共享和颜色共混来产生颜色刺激。可用的显示区域在三种或四种原色，诸如红色/绿色/蓝色(RGB)或红色/绿色/蓝色/白色(RGBW)之间共享，并且滤色器可以以一维(条纹)或二维(2x2)的重复图案布置。原色或多于三原色的其它选择在本领域中也是已知的。三个(在RGB显示器的情况下)或四个(在RGBW显示器的情况下)子像素被选择得足够小，使得在预期的观看距离下，它们在视觉上共混在一起成为具有均匀颜色刺激(“颜色共混”)的单个像素。区域共享的固有缺点是色料始终存在，并且只能通过将基础的单色显示器的相应像素切换为白色或黑色(打开或关闭相应的原色)来调制颜色。例如，在理想的RGBW显示器中，红色、绿色、蓝色和白色原色中的每一个占据显示区域的四分之一(四个中的一个子像素)，其中白色子像素与基础的单色显示器白色一样亮，并且每个着色的子像素都不比单色显示器白色的三分之一亮。显示器作为整体显示的白色的亮度不能超过白色子像素亮度的一半(显示器的白色区域是通过显示每四个中的一个白色子像素产生的，加上其着色形式的每个着色子像素相当于白色子像素的三分之一，因此三个着色子像素组合的贡献不超过一个白色子像素)。颜色的亮度和饱和度被与切换到黑色的颜色像素的区域共享降低。当混合黄色时，区域共享尤其成问题，因为它比任何其它同等亮度的颜色更亮，并且饱和黄色几乎和白色一样亮。将蓝色像素(显示区域的四分之一)切换为黑色使得黄色太暗。
第8,576,476和8,797,634号美国专利描述了具有单个背板的多色电泳显示器，所述单个背板包含可独立寻址的像素电极和公共的透光前电极。在背板和前电极之间设置有多个电泳层。在这些应用中描述的显示器能够在任何像素位置呈现任何原色(红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、白色和黑色)。然而，使用位于单个寻址电极组之间的多个电泳层存在缺点。特定层中的粒子所经历的电场低于用相同电压寻址的单个电泳层将呈现的情况。另外，最靠近观看面的电泳层中的光学损失(例如，由光散射或不希望的吸收引起的)可能影响在下面的电泳层中形成的图像的外观。
两种其它类型的电泳显示系统提供能够在任何像素位置呈现任何颜色的单个电泳介质。具体地，第9,697,778号美国专利描述了一种显示器，其中染色的溶剂与白色(光散射)粒子组合，当用低施加电压寻址时所述白色粒子在第一方向上移动，而当用较高电压寻址时所述白色粒子在相反方向上移动。当白色粒子和染色的溶剂与两种与白色粒子带相反电荷的另外的粒子组合时，呈现全彩色显示是可能的。然而，‘778专利的颜色状态对于诸如文本阅读器的应用是不可接受的。特别地，将总有一些将白色散射粒子与观看面分离的染色的流体，其导致显示器的白色状态中的着色。
能够在任何像素位置呈现任何颜色的电泳介质的第二种形式在第9,921,451号美国专利中描述。在‘451专利中，电泳介质包括四种粒子：白色、青色、品红色和黄色，其中两种粒子带正电荷，两种粒子带负电荷。然而，‘451专利的显示器也遭受与白色状态的颜色混合的问题。因为其中一种粒子具有与白色粒子相同的电荷，所以当期望白色状态时，一定量的相同电荷粒子与白色一起向观看面移动。虽然可以用复杂波形克服该不希望的着色，但是这样的波形极大地增加了显示器的更新时间，并且在一些情况下，导致图像之间不可接受的“闪烁”。
概述
本文公开包括四种粒子的改进的电泳显示系统。尽管现有技术描述了四组粒子，其中每种电荷极性有两种粒子，但是本发明利用一种电荷极性(通常带负电)的单一类型的粒子和相反电荷极性(通常带正电)的三种类型的粒子。该布置确保第一电荷极性(通常为白色)的单一粒子的快速且干净的光学状态。另外，当选择具有合适的互补色的相反电荷极性的粒子时，可以产生高质量的四色黑，其实现在白色文本翻页时快速更新黑色。
第一方面，本发明提供一种电泳介质，其包含非极性流体，并且包括具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子，具有第二光学性质并且具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，第二粒子具有共价结合至粒子的聚合物表面涂层，具有第三光学性质并且具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子，以及具有第四光学性质并且具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，其中第三类型的粒子和第四类型的粒子都包括与粒子复合的聚合物层。在一些实施方案中，电泳介质设置在相隔10-50微米的两个电极之间，第一类型的粒子在两个电极之间施加20V时比在电极之间施加10V时具有更低的电泳迁移率。在一些实施方案中，第一粒子是光散射粒子，并且第二、第三和第四粒子是吸收光的。在一些实施方案中，第一粒子是白色的，并且第二、第三和第四粒子选自青色、品红色和黄色。在一些实施方案中，当各种粒子以15体积％(粒子体积比溶液体积)近似各向同性地分布在具有小于1.55的折射率的非极性流体中以制备溶液，并且溶液以约1微米的厚度的层设置在黑色背景上时，黄色、品红色和青色颜料分别在650、550和450纳米处显示漫反射。在一些实施方案中，第一电荷极性为负，并且第二电荷极性为正。在一些实施方案中，电泳介质设置在彩色电泳显示器中。彩色电泳显示器包括在观看面处的透光电极、包括耦合到像素电极的薄膜晶体管的阵列的背板、以及在透光电极和背板之间的如上所述的彩色电泳介质。这样的显示器可以结合到电子书阅读器、便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签或闪存驱动器中。
第二方面，本发明提供一种电泳介质，其包含非极性流体，并包括具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子，具有第二光学性质并具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，第二粒子没有聚合物表面涂层，具有第三光学性质并具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子，以及具有第四光学性质并具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，其中第三类型的粒子和第四类型的粒子都包括与粒子复合的聚合物层。在一些实施方案中，电泳介质设置在相隔10-50微米的两个电极之间，第一类型的粒子在两个电极之间施加20V时比在电极之间施加10V时具有更低的电泳迁移率。在一些实施方案中，第一粒子是光散射粒子，并且第二、第三和第四粒子是吸收光的。在一些实施方案中，第一粒子是白色的，并且第二、第三和第四粒子选自青色、品红色和黄色。在一些实施方案中，当各种粒子以15体积％(粒子体积比溶液体积)近似各向同性地分布在具有小于1.55的折射率的非极性流体中以制备溶液，并且溶液以约1微米的厚度的层设置在黑色背景上时，黄色、品红色和青色颜料分别在650、550和450纳米处显示漫反射。在一些实施方案中，第一电荷极性为负，并且第二电荷极性为正。在一些实施方案中，电泳介质设置在彩色电泳显示器中。彩色电泳显示器包括在观看面处的透光电极、包括耦合到像素电极的薄膜晶体管的阵列的背板、以及在透光电极和背板之间的如上所述的彩色电泳介质。这样的显示器可以结合到电子书阅读器、便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签或闪存驱动器中。
第三方面，本发明提供一种电泳介质，其包含非极性流体，并包括具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子，具有第二光学性质并具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，对于电泳介质中的每克第二粒子，第二粒子都具有大于200毫克的吸附到第二粒子上的电荷控制剂(CCA)，具有第三光学性质并具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子，以及具有第四光学性质并具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，其中分别对于电泳介质中的每克第三粒子和第四粒子，第三类型的粒子和第四类型的粒子各具有小于50毫克的吸附到第三粒子和第四粒子上的电荷控制剂(CCA)。在一些实施方案中，电荷控制剂包含季胺头部基团和脂肪酸尾部。在一些实施方式中，电泳介质设置在相隔10-50微米的两个电极之间，第一类型的粒子在两个电极之间施加20V时比在电极之间施加10V时具有更低的电泳迁移率。在一些实施方案中，第一粒子是光散射粒子，并且第二、第三和第四粒子是吸收光的。在一些实施方案中，第一粒子是白色的，并且第二、第三和第四粒子选自青色、品红色和黄色。在一些实施方案中，当各种粒子以15体积％(粒子体积比溶液体积)近似各向同性地分布在具有小于1.55的折射率的非极性流体中以制备溶液，并且溶液以约1微米的厚度的层设置在黑色背景上时，黄色、品红色和青色颜料分别在650、550和450纳米处显示漫反射。在一些实施方案中，第一电荷极性为负，并且第二电荷极性为正。在一些实施方案中，电泳介质设置在彩色电泳显示器中。彩色电泳显示器包括在观看面处的透光电极、包括耦合到像素电极的薄膜晶体管的阵列的背板、以及在透光电极和背板之间的如上所述的彩色电泳介质。这样的显示器可以结合到电子书阅读器、便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签或闪存驱动器中。
附图的简述
图1是显示当显示黑色、白色、三种减色原色和三种加色原色时本发明的电泳介质中各种着色粒子位置的示意性横截面。
图2A是在非极性流体中具有四种类型的粒子的电泳显示器的一般性说明，其中在每个像素电极处全范围的颜色是可用的。应当理解，在一些实施方案中，一种类型的带负电的粒子是白色的，一种类型的带正电的粒子是黄色的，一种类型的带正电的粒子是品红色的，并且一种类型的带正电的粒子是青色的，然而，本发明不限于示例的颜色组。
图2B说明在观看面处具有所有第一电荷极性的粒子的第一光学状态与在观看面处具有第二(相反)极性的粒子的第二光学状态之间的转变。
图2C说明在观看面处具有所有第一电荷极性的粒子的第一光学状态与在位于观看面处第一极性的中等带电粒子之后具有第二(相反)极性的粒子的第三光学状态之间的转变。
图2D说明在观看面处具有所有第一电荷极性的粒子的第一光学状态与在位于观看面处第一极性的低带电粒子之后具有第二(相反)极性的粒子的第四光学状态之间的转变。
图2E说明在观看面处具有所有第一电荷极性的粒子的第一光学状态与在位于观看面处第一极性的低带电粒子和中等带电粒子的组合之后具有第二(相反)极性的粒子的第五光学状态之间的转变。
图3说明电泳显示器的单个像素的示例性等效电路。
图4显示示例性电泳彩色显示器的层。
图5显示用于寻址包括三种减色粒子和散射(白色)粒子的电泳介质的示例性推挽驱动方案。
图6A显示电泳介质中光密度的最大变化速率，所述电泳介质包括分别具有-35mV、-22mV、+54mV和+70mV的ζ(zeta)电位的白色、黄色、品红色和青色粒子。当以x轴上指示的电压施加500毫秒持续时间的脉冲时，针对每种非白色粒子的测量的变化率绘图。
图6B显示图6A的电泳介质的作为电压和时间的函数的所测量的颜色。具有-22mV的ζ电位的黄色粒子的电泳介质仅在窄的电压和时间范围内产生干净的白色状态。
图7A显示电泳介质中光密度的最大变化速率，所述电泳介质包括分别具有-35mV、+22mV、+54mV和+70mV的ζ电位的白色、黄色、品红色和青色粒子。当以x轴上指示的电压施加500毫秒持续时间的脉冲时，针对每种非白色粒子的测量的变化率绘图。
图7B显示图7A的电泳介质的作为电压和时间的函数的所测量的颜色。具有+22mV的ζ电位的黄色粒子的电泳介质在宽得多的电压和时间范围内产生干净的白色状态。
图8显示在电泳流体中可获得的颜色，所述电泳流体包括分别具有-35mV、+22mV、+54mV和+70mV的ζ电位的白色、黄色、品红色和青色粒子。
详述
本发明包括改进的四粒子电泳介质，其包括第一极性的第一粒子和具有相反极性但具有不同电荷量的三种其它粒子。通常，这样的系统包括负的白色粒子和具有减色原色的黄色、品红色和青色带正电的粒子。另外，一些粒子可以被设计成使得它们的电泳迁移率相对于所施加的电场强度是非线性的。因此，随着施加正确极性的高电场(例如，20V或更高)，一种或多种粒子将经历电泳迁移率的降低。这样的四粒子系统在图1中示意性地显示，并且其可以在每个像素处提供白色、黄色、红色、品红色、蓝色、青色、绿色和黑色。
如图1所示，八种主要颜色(红色、绿色、蓝色、青色、品红色、黄色、黑色和白色)中的每一种对应于四种粒子的不同布置，使得观看者仅看到在白色粒子(即唯一散射光的粒子)的观看侧的那些着色粒子。为了获得宽范围的颜色，必须使用另外的电压水平用于更精细地控制粒子。在所描述的制剂中，第一(通常为负的)粒子是反射性的(通常为白色)，而其它三种粒子是带相反电荷(通常为正的)的粒子，包括三种基本上非光散射的(“SNLS”)。SNLS粒子的使用实现颜色的混合，并且提供比用相同数量的散射粒子所能实现的更多的颜色结果。这些界限必须充分地分开用以避免互扰，并且这种分开对于某些颜色而言必须使用高寻址电压。所公开的四粒子电泳介质还可以更快地更新，需要“更少的闪烁”的转变，并且产生更令观看者满意的色谱(并且因此在商业上更有价值)。另外，所公开的制剂提供在黑色和白色像素之间的快速(例如，小于500毫秒，例如，小于300毫秒，例如，小于200毫秒，例如，小于100毫秒)更新，从而实现在白色文本上黑色的快速翻页。
在图1中，假定显示器的观看面在顶部(如所说明的)，即用户从该方向观看显示器，并且光从该方向入射。如已经注明的，在优选实施方案中，在本发明的电泳介质中使用的四种粒子中仅有一种粒子实质上散射光，并且在图1中该粒子被假定为白色颜料。该光散射白色粒子形成白色反射器，逆着所述白色反射器可以看到白色粒子上方的任何粒子(如图1所说明的)。进入显示器的观看面的光穿过这些粒子，从白色粒子反射，返回穿过这些粒子，并从显示器出来。因此，白色粒子上方的粒子可以吸收各种颜色，并且显现给用户的颜色是由白色粒子上方的粒子的组合产生的颜色。设置在白色粒子下方(从用户的观看点来看在后面)的任何粒子被白色粒子掩蔽，并且不影响所显示的颜色。因为第二、第三和第四粒子基本上是非光散射的，所以它们相对于彼此的顺序或布置并不重要，但是由于已经陈述的原因，它们相对于白色(光散射)粒子的顺序或布置是至关重要的。
更具体地，当青色、品红色和黄色粒子位于白色粒子下方时(图1中的情况[A])，在白色粒子上方没有粒子，并且像素简单地显示白色。当单一粒子在白色粒子上方时，显示该单一粒子的颜色，图1中分别在情况[B]、[D]和[F]中是黄色、品红色和青色。当两种粒子位于白色粒子上方时，显示的颜色是这两种粒子的颜色的组合；在图1中，在情况[C]中，品红色粒子和黄色粒子显示红色，在情况[E]中，青色粒子和品红色粒子显示蓝色，以及在情况[G]中，黄色粒子和青色粒子显示绿色。最后，当所有三种着色粒子位于白色粒子上方时(图1中的情况[H])，所有的入射光被三种减色原色粒子吸收，并且像素显示黑色。
可能的情况是，一种减色原色可以由散射光的粒子呈现，使得显示器将包括两种类型的光散射粒子，其中一种将是白色的，并且另一种将是着色的。然而，在该情况下，光散射着色粒子相对于覆盖白色粒子的其它着色粒子的位置将是重要的。例如，在呈现黑色时(当所有三种着色粒子都位于白色粒子上方时)，散射着色粒子不能位于非散射着色粒子上方(否则它们将部分或完全隐藏在散射粒子后面，并且所呈现的颜色将是散射着色粒子的颜色，而不是黑色)。
图1显示理想化的情况，其中颜色是未被污染的(即光散射白色粒子完全掩蔽位于白色粒子后面的任何粒子)。实际上，被白色粒子掩蔽可能是不完全的，使得可能存在理想地将被完全掩蔽的粒子对光的一些小吸收。这样的污染通常降低所呈现的颜色的明度和色度两者。在本发明的电泳介质中，这样的颜色污染应当被最小化到形成的颜色与用于颜色呈现的工业标准相称的程度。特别有利的标准是SNAP(用于报纸广告制作的标准)，其对上面提及的八种原色中的每一种规定了L*、A*和B*值(下文中，“原色”将用于指八种颜色，黑色、白色、三种减色原色以及三种加色原色，如图1所示)。
图2A-2E显示本发明中使用的四种粒子类型的示意性横截面图。利用改进的电泳介质的显示层包括在观看侧的第一(观看)面13和在第一面13的相对侧的第二面14。电泳介质设置在两个面之间。两条垂直的虚线之间的每个空间表示一个像素。在每个像素内，电泳介质可以被寻址，并且每个像素的观看面13可以实现图1所示的颜色状态，而不需要另外的层，并且不需要滤色器阵列。
作为电泳显示器的标准，第一面13包括透光的公共电极11，例如，由其上设置有氧化铟锡(ITO)的PET片构成。在第二面(14)上，存在电极层12，其包括多个像素电极15。这样的像素电极在第7,046,228号美国专利中被描述，该专利的内容通过引用整体并入本文。应注意，虽然针对像素电极层提及具有薄膜晶体管(TFT)背板的有源矩阵驱动，但是本发明的范围包括其它类型的电极寻址，只要电极提供期望的功能。例如，顶部电极和底部电极可以是连续的。另外，与‘228专利中描述的那些不同的像素电极背板也是合适的，并且可以包括能够提供比通常采用非晶硅薄膜晶体管背板所发现的更高的驱动电压的有源矩阵背板。
新开发的有源矩阵背板可以包括薄膜晶体管，其包含金属氧化物材料，诸如氧化钨、氧化锡、氧化铟、氧化锌或更复杂的金属氧化物，诸如氧化铟镓锆。在这些应用中，使用这样的金属氧化物材料为每个晶体管形成通道形成区，实现更高电压的更快切换。这样的金属氧化物晶体管还实现在薄膜晶体管(TFT)的“关断”状态下比通过例如非晶硅TFT所能实现的更少的泄漏。在包含n条线的通常的扫描TFT背板中，晶体管将在刷新显示器的每条线所需的时间的大约一部分(n-1)/n内处于“关断”状态。源自与每个像素相关联的存储电容器的任何电荷泄漏将导致显示器的电光性能的劣化。TFT通常包括栅电极、栅绝缘膜(通常为SiO2)、金属源电极、金属漏电极和在栅绝缘膜上至少部分与栅电极、源电极和漏电极重叠的金属氧化物半导体膜。这样的背板可从制造商，诸如夏普/富士康(Sharp/Foxconn)、LG和京东方(BOE)获得。这样的背板能够提供±30V(或更大)的驱动电压。在一些实施方案中，包括中间电压驱动器，使得所得驱动波形可包括五个水平、或七个水平、或九个水平或更多个水平。
用于这样的应用的一种优选的金属氧化物材料是氧化铟镓锌(IGZO)。IGZO-TFT具有20-50倍的非晶硅的电子迁移率。通过在有源矩阵背板中使用IGZO TFT，可以经由合适的显示驱动器提供大于30V的电压。此外，能够提供至少五个、并且优选七个水平的源驱动器为四粒子电泳显示系统提供不同的驱动范式。在一个实施方案中，将存在两个正电压、两个负电压和零伏。在另一个实施方案中，将存在三个正电压、三个负电压和零伏。在一个实施方案中，将存在四个正电压、四个负电压和零伏。这些水平可以在约-27V至+27V的范围内选择，而没有如上所述的由顶板切换所施加的限制。
如图2A-2E所示，本发明的电泳介质包括在非极性流体17中的四种类型的电泳粒子。第一粒子(W-*；空心圆)是带负电的，并且可以经表面处理，使得第一粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度(下面更详细地讨论)。在这样的情况下，粒子的电泳迁移率实际上在更强电场的存在下降低，这在某种程度上是反直觉的。第二粒子(M++*；黑色圆)是带正电的，并且也可以经表面处理(或有目的地未经处理)，使得或者第二粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度，或者在电场方向反转时已经被驱动到包含粒子的空腔的一侧之后，一批第二粒子的解包(unpacking)速率比成批的第三和第四粒子的解包速率更慢。第三粒子(Y+；有方格的圆)是正的，但具有小于第二粒子的电荷量。另外，第三粒子可以经表面处理，但不是以使第三粒子的电泳迁移率取决于驱动电场的强度的方式。即，第三粒子可具有表面处理，然而这样的表面处理不导致前面提及的电泳迁移率随着电场增加而降低。第四粒子(C+++；灰色圆)具有最大量的正电荷和与第三粒子相同类型的表面处理。如图2A所示，粒子在颜色上标称为白色、品红色、黄色和青色，以产生如图1所示的颜色。然而，本发明不限于该特定的颜色组，也不限于一种反射粒子和三种吸收粒子。例如，系统可以包括一种黑色吸收粒子和三种具有适当匹配的反射光谱的红色、黄色和蓝色的反射粒子，以当所有三种反射粒子混合并且在表面上可见时产生四色白状态。
在优选实施方案中，第一粒子(负的)是白色和散射的。第二粒子(正的、中等电荷量)是品红色和吸收性的。第三粒子(正的、低电荷量)是黄色和吸收性的。第四粒子(正的，高电荷量)是青色和吸收性的。下表1显示用于本发明的电泳介质的示例性黄色、品红色、青色和白色粒子的漫反射率，以及根据分散在聚(异丁烯)基体中的这些材料的Kubelka-Munk分析的它们的吸收和散射系数的比率。
表1.优选的黄色、品红色、青色和白色粒子的漫反射率
Figure BDA0004124196010000161
本发明的电泳介质可以是上面讨论的任何形式。因此，电泳介质可以是未封装的、封装在由囊壁包围的离散囊中、封装在密封的微单元中、或者是聚合物分散介质的形式。颜料在别处被详细描述，诸如在第9,697,778和9,921,451号美国专利中。简言之，如第7,002,728号美国专利中所述的，白色粒子W1是硅烷醇官能化的光散射颜料(二氧化钛)，其上已经连接包含甲基丙烯酸月桂酯(LMA)单体的聚合物材料。白色粒子W2是基本上如第5,852,196号美国专利的实施例1中所述制备的聚合物涂覆的二氧化钛，具有包含约99:1比例的甲基丙烯酸月桂酯和甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯的聚合物涂层。如第9,697,778号美国专利中一般性描述的，黄色粒子Y1是C.I.颜料黄180，其不经涂覆使用，并在Solsperse 19000存在下通过研磨分散。如第9,697,778号美国专利中一般性描述的，黄色粒子Y2是C.I.颜料黄155，其不经涂覆使用，并在Solsperse 19000存在下通过研磨分散。如第9,697,778号美国专利中一般性描述的，黄色粒子Y3是C.I.颜料黄139，其不经涂覆使用，并在Solsperse19000存在下通过研磨分散。如第9,921,451号美国专利的实施例4中所述的，黄色粒子Y4是C.I.颜料黄139，其通过分散聚合涂覆，包含甲基丙烯酸三氟乙酯、甲基丙烯酸甲酯和含有二甲基硅氧烷的单体。品红色粒子M1是如第9,697,778号美国专利中和第9,921,451号美国专利的实施例5中所述的使用乙烯基苄基氯和LMA涂覆的带正电荷的品红色材料(二甲基喹吖啶酮，C.I.颜料红122)。
如第9,921,451号美国专利的实施例6中所述的，品红色粒子M2是C.I.颜料红122，其通过分散聚合涂覆甲基丙烯酸甲酯和含有二甲基硅氧烷的单体。如第9,921,451号美国专利的实施例7中所述的，青色粒子C1是铜酞菁材料(C.I.颜料蓝15:3)，其通过分散聚合涂覆，包含甲基丙烯酸甲酯和含有二甲基硅氧烷的单体。在一些实施方案中，已经发现通过使用喷墨黄4GC(Ink Jet Yellow 3GC，Clariant)作为核心黄色颜料，并结合甲基丙烯酸甲酯表面聚合物改善了色域。该黄色颜料的ζ电位可以通过添加甲基丙烯酸2,2,2-三氟乙酯(TFEM)单体和单甲基丙烯酸酯封端的聚(二甲基硅氧烷)来调节。
在第9,697,778号美国专利中详细讨论了用于促进不同电泳迁移率的电泳介质添加剂和表面处理，以及所提出的表面处理与周围电荷控制剂和/或游离聚合物之间相互作用的机理，该专利通过引用整体并入。在这样的电泳介质中，控制各种类型的粒子之间的相互作用的一种方式是通过控制粒子上的聚合物涂层的种类、量和厚度。例如，为了控制粒子特性，使得第二类型的粒子与第三和第四类型的粒子之间的粒子-粒子相互作用小于例如第三种类的第三类型的粒子与第四类型的粒子之间的粒子-粒子相互作用，第二类型的粒子可以经受聚合物表面处理，而第三和第四类型的粒子不经受聚合物表面处理或经受每单位面积的粒子表面的质量覆盖率比第二类型的粒子更低的聚合物表面处理。更一般地，哈梅克(Hamaker)常数(其是两个粒子之间的范德华相互作用强度的量度，对电位与哈梅克常数成比例，且与两个粒子之间距离的六次方成反比)和/或粒子间间距需要通过明智地选择三个种类粒子上的(多个)聚合物涂层来调节。
如第9,921,451号美国专利中所讨论的，不同类型的聚合物可以包括不同类型的聚合物表面处理。例如，当接近带相反电荷的粒子的最近距离被空间屏障(通常是接枝或吸附到一种或两种粒子的表面的聚合物)最大化时，库仑相互作用可被减弱。聚合物壳可以是通过本领域中公知的接枝方法或化学吸附制备的共价键合的聚合物，或者可以物理吸附到粒子表面上。例如，聚合物可以是包含不溶性和可溶性片段的嵌段共聚物。供选择地，聚合物壳可以是动态的，因为它是来自电泳介质的游离聚合物的松散网络，在电场和足够量和足够种类的电荷控制剂(CCA-下面讨论的)的存在下，所述网络与颜料粒子复合。因此，取决于电场的强度和极性，粒子可以具有更多结合的聚合物，这导致粒子与容器(例如，微囊或微单元)和其他粒子的相互作用不同[通过热重分析(TGA)方便地评价聚合物壳的程度，热重分析是一种其中升高粒子的干燥样品的温度并测量作为温度的函数的由于热解的质量损失的技术。使用TGA，可以测量作为聚合物的粒子的质量比例，并且使用核颜料和连接在其上的聚合物的已知密度可以将其转化为体积分数]。可以发现其中聚合物涂层损失但核颜料保留的条件(这些条件取决于所使用的精确的核颜料粒子)。可以使各种聚合物组合如以下就图2A-2E所述的那样工作。例如，在一些实施方案中，粒子(通常第一粒子和/或第二粒子)可具有与容器(例如，微单元或微囊)强烈相互作用的共价连接的聚合物壳。同时，其他相同电荷的粒子没有聚合物涂层或与溶液中的游离聚合物复合，使得那些粒子与容器几乎没有相互作用。在其它实施方案中，粒子(通常为第一粒子和/或第二粒子)将不具有表面涂层，使得该粒子更容易形成电荷双层，并且在强场存在下经历电泳迁移率降低。
其中分散有四种类型的粒子的流体17是透明和无色的。流体包含带电电泳粒子，其在电场的影响下移动穿过流体。优选的悬浮流体具有低介电常数(约2)、高体积电阻率(约1015欧姆.厘米)、低粘度(小于5毫帕)、低毒性和环境影响、低水溶性(如果要使用传统的水性封装方法，小于百万分之(ppm)10份；然而注意，对于未封装或某些微单元显示器，这种要求可以放宽)、高沸点(大于约90℃)和低折射率(小于1.5)。最后的要求源自高折射率的散射(通常白色)颜料的使用，其散射效率取决于粒子和流体之间折射率的失配。
有机溶剂诸如饱和的直链或支链烃、硅油、卤化有机溶剂和低分子量含卤素聚合物是一些有用的流体。流体可以包含单一组分，或者可以是多于一种的组分的共混物，以便调节其化学和物理性质。用于微囊化过程的反应物或溶剂(如果使用)，诸如油溶性单体也可以包含在流体中。
为了高粒子迁移率，流体优选具有低粘度和约2至约30、优选约2至约15的介电常数。合适的介电流体的实例包括烃诸如
Figure BDA0004124196010000191
十氢化萘(DECALIN)、5-亚乙基-2-降冰片烯，脂肪油，石蜡油，硅流体，芳香烃诸如甲苯、二甲苯、苯基二甲基乙烷(phenylxylylethane)、十二烷基苯或烷基萘，卤化溶剂诸如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯、3,4,5-三氯三氟甲苯、氯五氟苯、二氯壬烷或五氯苯，和全氟化溶剂诸如来自明尼苏达州圣保罗(St.Paul，MN)的3M公司的FC-43、FC-70或FC-5060，低分子量含卤素聚合物诸如来自俄勒冈州波特兰(Portland，Oregon)的TCI America的聚(全氟环氧丙烷)，聚(氯三氟乙烯)诸如来自纽泽西州(NJ)River Edge的Halocarbon Product Corp.的卤烃油(Halocarbon Oils)，全氟聚烷基醚诸如来自Ausimont的Galden或来自特拉华州(Delaware)的DuPont的Krytox Oils和润滑脂K-流体系列(Greases K-Fluid Series)、来自Dow-Corning的聚二甲基硅氧烷基硅油(DC-200)。
电泳介质通常还包括一种或多种电荷控制剂(CCA)，并且还可以包括电荷导向剂(charge director)。CCA和电荷导向剂通常包含低分子量表面活性剂、聚合剂或一种或多种组分的共混物，并且用于稳定或以其它方式改变电泳粒子上的电荷的符号和/或量。CCA通常是包含离子或其它极性分组的分子，下文称作头部基团。正离子或负离子头部基团中的至少一个优选连接到非极性链(通常为烃链)上，所述非极性链在下文中称为尾部基团。认为CCA在内部相中形成反胶束，并且它是一小群带电反胶束，其在通常用作电泳流体的非常非极性流体中产生导电性。
CCA的添加为反胶束的制备做准备，所述反胶束包括被CCA分子的非极性尾部基团包围的尺寸可以从1纳米至数十纳米变化(并且可以具有球形、圆柱形或其它几何形状)的高极性核。在电泳介质中，通常可以区分三种相：具有表面的固体粒子、以极小液滴(反胶束)形式分布的高极性相和包含流体的连续相。带电粒子和带电反胶束都可以在施加电场时移动穿过流体，并且因此有两条平行的用于穿过流体的电传导路径(其本身通常具有非常小的电导率)。
CCA的极性核被认为是通过吸附到表面上来影响表面上的电荷。在电泳显示器中，这样的吸附可以是到电泳粒子的表面上或微囊的内壁(或其它固相，诸如微单元的壁)上，以形成类似于反胶束的结构，这些结构在下文中称为半胶束。当离子对的一个离子比另一个离子更强地连接到表面(例如，通过共价键合)时，半胶束和未结合的反胶束之间的离子交换可以导致电荷分离，其中更强结合的离子保持与粒子结合，并且不太强结合的离子被结合到游离反胶束的核中。
还可能的是，形成CCA的头部基团的离子材料可以在粒子(或其它)表面诱导离子对形成。因此CCA可以执行两个基本功能：表面处的电荷产生和与表面的电荷分离。电荷产生可以由存在于CCA分子中或以其它方式结合到反胶束核或流体中的一些部分与粒子表面之间的酸-碱或离子交换反应引起。因此，有用的CCA材料是能够参与这样的反应或本领域已知的任何其它充电反应的那些。
在本发明介质中有用的电荷控制剂的非限制性类别包括有机硫酸盐或磺酸盐、金属皂、嵌段或梳型共聚物、有机酰胺、有机两性离子、以及有机磷酸盐和膦酸盐。有用的有机硫酸盐和磺酸盐包括但不限于双(2-乙基己基)磺基琥珀酸钠、十二烷基苯磺酸钙、石油磺酸钙、中性或碱性二壬基萘磺酸钡、中性或碱性二壬基萘磺酸钙、十二烷基苯磺酸钠盐和月桂基硫酸铵。有用的金属皂包括但不限于碱性或中性石油酸钡(barium petronate)，石油酸钙(calcium petronate)，羧酸诸如环烷酸、辛酸、油酸、棕榈酸、硬脂酸和肉豆蔻酸的钴盐、钙盐、铜盐、锰盐、镁盐、镍盐、锌盐、铝盐和铁盐等。有用的嵌段或梳型共聚物包括但不限于(A)用对甲苯磺酸甲酯季铵化的甲基丙烯酸2-(N,N-二甲基氨基)乙酯的聚合物和(B)聚(甲基丙烯酸2-乙基己酯)的AB二嵌段共聚物，以及具有悬垂在聚(甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸)的油溶性锚定基团上的聚(12-羟基硬脂酸)的油溶性尾部且具有约1800分子量的梳型接枝共聚物。有用的有机酰胺/胺包括但不限于聚异丁烯琥珀酰亚胺，诸如OLOA 371或1200(可从德克萨斯州休斯敦(Houston，Tex)的Chevron Oronite Company LLC获得)或SOLSPERSE17000或19000(可从俄亥俄州威克利夫(Wickliffe，OH)的Lubrizol获得：Solsperse是注册商标)，和N-乙烯基吡咯烷酮聚合物。有用的有机两性离子包括但不限于卵磷脂。有用的有机磷酸盐和膦酸盐包括但不限于具有饱和和不饱和酸取代基的磷酸化单-甘油酯和二-甘油酯的钠盐。用于CCA的有用的尾部基团包括烯烃的聚合物，诸如分子量在200-10000范围的聚(异丁烯)。头部基团可以是磺酸、磷酸或羧酸或酰胺，或者氨基基团诸如伯、仲、叔或季铵基团。在第2017/0097556号的美国专利公开文件中公开了一类在所公开的四粒子电泳介质中有用的CCA，该专利公开文件通过引用整体并入本文。这样的CCA通常包括季胺头部基团和不饱和聚合物尾部，即包括至少一个C-C双键。聚合物尾部通常为脂肪酸尾部。可以使用各种CCA分子量。在一些实施方案中，CCA的分子量为12000克/摩尔或更大，例如14000克/摩尔至22000克/摩尔。
用于本发明介质的电荷辅助剂可以偏置电泳粒子表面上的电荷，如下面更详细描述的。这样的电荷辅助剂可以是布朗斯台德(Bronsted)或路易斯(Lewis)酸或碱。示例性的电荷辅助剂公开于第9,765,015、10,233,339和10,782,586号美国专利中，所有这些专利均通过引用整体并入。示例性的辅助剂可以包括含有至少两个羟基的多羟基化合物，包括但不限于乙二醇、2,4,7,9-四甲基癸炔-4,7-二醇、聚(丙二醇)、五乙二醇、三丙二醇、三乙二醇、甘油、季戊四醇、甘油三(12-羟基硬脂酸酯)、丙二醇单羟基硬脂酸酯和乙二醇单羟基硬脂酸酯。在同一分子中含有至少一个醇官能团和一个胺官能团的氨基醇化合物的实例包括但不限于三异丙醇胺、三乙醇胺、乙醇胺、3-氨基-1-丙醇、邻-氨基苯酚、5-氨基-1-戊醇和四(2-羟乙基)乙二胺。在一些实施方案中，电荷辅助剂以每克粒子质量约1至约500毫克(“毫克/克”)，更优选约50至约200毫克/克的量存在于电泳显示介质中。
可以添加粒子分散稳定剂以防止粒子絮凝或连接到囊或其它壁或表面上。对于在电泳显示器中用作流体的通常高电阻率的液体，可以使用非水性表面活性剂。这些包括但不限于乙二醇醚、炔二醇、链烷醇酰胺、山梨醇衍生物、烷基胺、季胺、咪唑啉、二烷基氧化物和磺基琥珀酸酯。
如第7,170,670号美国专利中所述，电泳介质的双稳定性可通过在流体中包括具有超过约20000的数均分子量的聚合物来改善，该聚合物在电泳粒子上基本上是不吸附的；聚(异丁烯)是用于该目的优选聚合物。此外，如例如第6,693,620号美国专利中所述，在其表面上具有固定电荷的粒子在周围流体中建立相反电荷的双电层。CCA的离子头部基团可以与电泳粒子表面上的带电基团离子配对，形成固定化或部分固定化的带电物质的层。在该层之外是扩散层，该扩散层包含带电(反向)胶束，该带电(反向)胶束包含在流体中的CCA分子。在常规的DC电泳中，施加的电场对固定的表面电荷施加力，而对移动的反电荷施加相反的力，使得在扩散层内发生滑动，并且粒子相对于流体移动。滑动平面处的电位被称为ζ电位。
结果，电泳介质内的一些粒子类型具有不同的电泳迁移率，电泳迁移率取决于跨电泳介质的电场强度。例如，当第一(低强度，即大约±10V或更低)电场被施加到电泳介质时，第一类型的粒子相对于电场在一个方向上移动，然而，当施加具有与第一电场相同极性的第二(高强度，即大约±20V或更高)电场时，第一类型的粒子开始相对于电场在相反方向上移动。理论上，该行为是由带电反胶束或带相反电荷的电泳粒子介导的高度非极性流体内的传导引起的。因此，任何电化学产生的质子(或其它离子)可能通过胶束核中的非极性流体而被传输或被吸附在电泳粒子上。例如，如第9,697,778号美国专利的图5B所说明的，带正电的反胶束可接近以相反方向行进的负电泳粒子，其中反胶束被结合到带负电粒子周围的双电层中(双电层包括具有增强的反离子浓度的电荷的扩散层和粒子上的半胶束表面吸附的涂层；在后一种情况下，反胶束电荷将与滑动包络(envelope)内的粒子结合，如上所述，滑动包络定义粒子的ζ电位)。通过该机制，带正电的离子的电化学电流流过电泳流体，并且带负电的粒子可变得偏向于带更多正电的电荷。结果，电泳迁移率，例如第一负电类型的粒子的电泳迁移率是电化学电流的量和靠近粒子表面的正电荷的停留时间的函数，靠近粒子表面的正电荷的停留时间是电场强度的函数。
此外，也如第9,697,778号美国专利中所述，可制备带正电的粒子，其也根据施加的电场显示不同的电泳迁移率。在一些实施方案中，可以将第二(或共-)CCA添加至电泳介质中以调节各种粒子的ζ电位。仔细选择共CCA可以实现改变一种粒子的ζ电位，同时保持其它粒子的ζ电位基本不变，实现对切换期间各种粒子的电泳速度和粒子间的相互作用两者的密切控制。
在一些实施方案中，在电泳粒子的合成期间添加一部分旨在用于最终制剂的电荷控制剂，以设计期望的ζ电位并影响由于强电场引起的电泳迁移率的降低。例如，已经观察到在聚合物接枝期间添加季铵电荷控制剂将导致一些量的CCA复合到粒子上(这可以通过从电泳流体中除去粒子，并随后用THF从颜料中除去表面物质以除去所有吸附的物质来证实。当用1H NMR评价THF提取物时，显然，大量的CCA被吸附到颜料粒子上或与表面聚合物复合)。实验表明，在强电场存在下，粒子的表面聚合物中的高CCA负载促进粒子周围电荷双层的形成。例如，每克成品品红色粒子中具有大于200毫克电荷控制剂(CCA)的品红色粒子在高正电场的存在下具有优异的停留性质(参见例如图2C和上面的描述)。在一些实施方案中，CCA包括季胺头部基团和脂肪酸尾部。在一些实施方案中，脂肪酸尾部是不饱和的。当电泳介质中的一些粒子包括高CCA负载时，重要的是，期望电泳迁移率一致的粒子基本上不具有CCA负载，例如每克成品粒子小于50毫克电荷控制剂(CCA)，例如每克成品粒子小于10毫克电荷控制剂(CCA)。
在其它实施方案中，在Isopar E中的Solsperse 17000的存在下，包括四种类型的粒子的电泳介质受益于少量酸性物质，诸如，例如，二叔丁基水杨酸的铝盐(Bontron E-88，可从纽泽西州肯尼渥斯(Kenilworth，NJ)的Orient公司获得)的添加。酸性材料的添加使许多粒子(尽管不是全部)的ζ电位移动至更正的值。在一个实施方案中，约1％的酸性材料和99％的Solsperse 17000(基于两种材料的总重量)使第三类型的粒子(Y+)的ζ电位从-5mV移动至约+20mV。特定粒子的ζ电位是否被路易斯酸材料如铝盐改变将取决于粒子表面化学的细节。
表2显示在优选实施方案中三种类型的着色和单一白色粒子的示例性相对ζ电位。
表2.在白色粒子的相对ζ电位的存在下，着色粒子的相对ζ电位。
Figure BDA0004124196010000241
在一个实施方案中，负的(白色)粒子具有-30mV的ζ电位，并且剩余的三种粒子相对于白色粒子都是正的。因此，包含正的青色、品红色和黄色粒子的显示器可以在黑色状态(其中所有着色粒子相对于观看面在白色粒子前面)和白色状态之间切换，其中白色粒子最靠近观看者，并且阻挡观看者感知剩余的三种粒子。相反，当白色粒子具有0V的ζ电位时，带负电的黄色粒子是所有粒子中最负的，并且因此包含该粒子的显示器将在黄色和蓝色状态之间切换。如果白色粒子带正电，这也将发生。然而，带正电的黄色粒子将比白色粒子带更多正电，除非其ζ电位超过+20mV。
本发明电泳介质的行为与取决于所施加电场的白色粒子的迁移率(在表2中表示为ζ电位)一致。因此，在表2所说明的实例中，当用低电压寻址时，白色粒子可能表现为好像其ζ电位为-30mV，但是当用较高电压寻址时，其可能表现为好像其ζ电位带更多正电，可能甚至高达+20mV(与黄色粒子的ζ电位匹配)。因此，当用低电压寻址时，显示器将在黑色和白色状态之间切换，但是当在较高电压寻址时，显示器将在蓝色和黄色状态之间切换。
图2B-2E显示在高(例如，“±H”，例如，±20V，例如，±25V)电场和低(例如，“±L”，例如，±5V，例如，±10V)电场的存在下各种粒子的运动。出于说明的目的，由虚线界定的每个框表示由顶部透光电极21和底部电极22界定的像素，其可以是有源矩阵的像素电极，然而其也可以是透光电极或分段电极等。从第一状态开始，其中所有的正粒子都存在于观看面(标称黑色)，电泳介质可以被驱动到四个不同的光学状态，如图2B-2E所示。在优选的实施方案中，这导致白色光学状态(图2B)、品红色光学状态(图2C)、黄色光学状态(图2D)和红色光学状态(图2E)。显然，图1的其余四个光学状态可以通过反转初始状态和驱动电场的顺序来实现，如图5中简略显示。
当用低电压寻址时，如图2B所示，对于当将负电压施加到背板的情况，粒子根据它们的相对ζ电位以箭头所说明的相对速度行动。因此，在该实例中，青色粒子比品红色粒子移动得更快，品红色粒子比黄色粒子移动得更快。第一(正)脉冲不改变粒子的位置，因为它们在运动中已经被外壳的壁限制。第二(负)脉冲交换着色和白色粒子的位置，并且因此显示器在黑色和白色状态之间切换，尽管具有反映着色粒子的相对迁移率的瞬态颜色。反转脉冲的开始位置和极性实现从白色到黑色的转变。因此，与经由四色黑(process black)或四色白(process white)用多种颜色实现的其它黑色和白色制剂相比，该实施方案提供了需要较低电压(并且消耗较少功率)的黑色-白色更新。
在图2C中，第一(正)脉冲是高正电压的，足以降低品红色粒子(即三种带正电荷的着色粒子的中等迁移率的粒子)的迁移率。由于迁移率降低，品红色粒子基本上保持原地不动，并且随后的在相反方向的低电压脉冲使青色、白色和黄色粒子比品红色粒子移动更多，从而在观看面上产生品红色，其中负的白色粒子在品红色粒子后面。重要的是，如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看面相对的一侧，即通过电极22观看显示器)，则该脉冲序列将产生绿色(即黄色和青色粒子的混合)。
在图2D中，第一脉冲是低电压的，其不显著降低品红色粒子或白色粒子的迁移率。然而，第二脉冲是高负电压的，其降低白色粒子的迁移率。这实现三种正粒子之间更有效的竞争，使得最慢类型的粒子(在该实例中为黄色)在白色粒子前面保持可见，白色粒子的移动随着较早的负脉冲而减弱。值得注意的是，黄色粒子不使其到达包含粒子的腔的顶部表面。重要的是，如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看面相对的一侧，即通过电极22观看显示器)，则该脉冲序列将产生蓝色(即品红色和青色粒子的混合物)。
最后，图2E显示当两个脉冲都是高电压的时，第一高正脉冲将降低品红粒子的迁移率，并且第二高负脉冲导致的白色迁移率的降低将增强青色和黄色之间的竞争。这产生红色。重要的是，如果脉冲的起始位置和极性被反转(相当于从与观看面相对的一侧，即通过电极22观看显示器)，则该脉冲序列将产生青色。
为了获得高分辨率的显示器，显示器的单个像素必须是可寻址的，而没有来自相邻像素的干扰。实现该目的一种方式是提供非线性元件，诸如晶体管或二极管的阵列，其中至少一个非线性元件与每个像素相关联，以产生“有源矩阵”显示器。寻址一个像素的寻址或像素电极通过相关联的非线性元件被连接到合适的电压源。通常，当非线性元件是晶体管时，像素电极连接到晶体管的漏电极，并且该布置将在下面的描述中呈现，尽管这基本上是任意的并且像素电极可被连接到晶体管的源电极。常规地，在高分辨率阵列中，像素被布置在行和列的二维阵列中，使得任何特定像素由一个特定的行和一个特定的列的交叉点唯一地限定。每一列中的所有晶体管的源电极被连接到单个列电极，而每一行中的所有晶体管的栅电极被连接到单个行电极；再者，源电极到行的分配和栅电极到列的分配是常规的，但基本上是任意的，并且如果期望可以反转。行电极被连接到行驱动器，其基本上确保在任何给定时刻仅选择一行，即向所选择的行电极施加选择电压以确保所选择的行中的所有晶体管是导通的，而向所有其它行施加非选择电压以确保这些未选择的行中的所有晶体管都保持不导通。列电极被连接到列驱动器，列驱动器在各个列电极上施加所选择的电压，以将所选择的行中的像素驱动到它们的期望光学状态(前面提及的电压是相对于公共前电极的，该公共前电极通常设置在电光介质与非线性阵列相对的一侧上，并且跨整个显示器延伸)。在被称为“线寻址时间”的预选择间隔之后，所选行被取消选择，下一行被选择，并且改变列驱动器上的电压，使得显示器的下一行被写入。重复该过程，使得整个显示器以逐行方式被写入。
常规地，每个像素电极具有与其相关联的电容器电极，使得像素电极和电容器电极形成电容器；参见，例如，国际专利申请WO01/07961。在一些实施方案中，N型半导体(例如，非晶硅)可用于形成晶体管，并且施加到栅电极的“选择”和“非选择”电压可分别为正的和负的。
附图中的图3描述了电泳显示器的单个像素的示例性等效电路。如所说明的，该电路包括在像素电极和电容器电极之间形成的电容器10。电泳介质20表示为并联的电容器和电阻器。在一些情况下，与像素相关联的晶体管的栅电极和像素电极之间的直接或间接耦合电容30(通常称为“寄生电容”)可能对显示器产生不希望的噪声。通常，寄生电容30比存储电容器10的电容小得多，并且当显示器的像素行被选择或被取消选择时，寄生电容30可能导致对像素电极的小的负偏移电压，也称为“反冲电压”，其通常小于2伏。在一些实施方案中，为了补偿不希望的“反冲电压”，可以将公共电位V公共提供给与每个像素相关联的顶板电极和电容器电极，使得当V公共设置为等于反冲电压(VKB)的值时，提供给显示器的每个电压可以偏移相同的量，并且不经历净DC不平衡。
然而，当V公共被设置为未补偿反冲电压的电压时，可能出现问题。当期望向显示器施加比单独从背板可获得的电压更高的电压时，这可能发生。例如，本领域公知的是，例如如果向背板供应标称+V、0或-V的选择，而向V公共供应-V，则施加到显示器的最大电压可以加倍。在该情况下，经历的最大电压是+2V(即，在相对于顶板的背板处)，而最小值是零。如果需要负电压，则V公共电位必须至少升高到零。因此，用于使用顶板切换以正和负电压寻址显示器的波形必须具有分配给多于一个的V公共电压设置中的每个的特定帧。
在第9,921,451号美国专利中描述了用于驱动具有四种粒子的彩色电泳显示器的一组波形，该专利通过引用并入本文。在第9,921,451号美国专利中，七个不同的电压被施加到像素电极：三正、三负和零。然而，在一些实施方案中，在这些波形中使用的最大电压高于非晶硅薄膜晶体管可处理的最大电压。在这样的情况下，通过使用顶板切换可以获得合适的高电压。当(如上所述)V公共被故意设置为VKB时，可以使用单独的电源。然而，当使用顶板切换时，使用与V公共设置一样多的单独的电源是昂贵且不方便的。此外，已知顶板切换增加反冲，从而降低颜色状态的稳定性。
可以以现有技术中已知的几种方式使用本发明的电泳流体来构造显示装置。电泳流体可以封装在微囊中或结合到之后用聚合物层密封的微单元结构中。微囊或微单元层可以被涂覆或压印到带有导电材料透明涂层的塑料基板或薄膜上。可以使用导电粘合剂将该组件层压到带有像素电极的背板。供选择地，电泳流体可以直接分配在薄的开放单元栅格上，该开放单元栅格已经布置在包括像素电极的有源矩阵的背板上。然后，可以用集成的保护片/透光电极将填充的栅格顶部密封。
图4显示适合用于本发明的显示结构200的示意性截面图(未按比例)。在显示器200中，电泳流体的说明限于微单元，尽管也可以使用结合微囊的等效结构。可以是玻璃或塑料的基板202承载像素电极204，像素电极204是单独寻址的片段或者与有源矩阵布置中的薄膜晶体管相关联(基板202和电极204的组合通常被称为显示器的背板)。层206是根据本发明的施加到背板的可选介电层(用于沉积合适的介电层的方法在第16/862,750号美国专利申请中描述，其通过引用并入)。显示器的前板包括带有透明导电涂层220的透明基板222。覆盖电极层220的是可选的介电层218。层(或多层)216是(多层)聚合物层，其可以包括用于将微单元粘附到透明电极层220的底漆层和一些包括微单元底部的残余聚合物。微单元212的壁用于容纳电泳流体214。微单元用层210密封，并且整个前板结构使用导电粘合层208粘附到背板。形成微单元的方法在现有技术例如在第6,930,818号美国专利中描述。在一些情况下，微单元的深度小于20微米，例如，深度小于15微米，例如，深度小于12微米，例如，深度约10微米，例如，深度约8微米。
由于制造设备的更广泛可用性和各种起始材料的成本，大多数商业电泳显示器在有源矩阵背板(202/024)的构造中使用基于非晶硅的薄膜晶体管(TFT)。不幸的是，当提供将实现高于约+/－15V的电压切换的栅极电压时，非晶硅薄膜晶体管变得不稳定。尽管如此，如下所述，当允许高正电压和高负电压的量超过+/-15V时，ACeP的性能得到改善。因此，如在先前的公开内容中所述，通过相对于背板像素电极上的偏压另外地改变顶部透光电极的偏压，也称为顶板切换来实现改善的性能。因此，如果需要+30V的电压(相对于背板)，则顶板可以切换到-15V，同时适当的背板像素被切换到+15V。用于驱动具有顶板切换的四粒子电泳系统的方法在例如第9,921,451号美国专利中更详细地描述。
这些波形要求显示器的每个像素可以在五个不同的寻址电压下驱动，指定为+V高、+V低、0、-V低和-V高，举例说明为30V、15V、0、-15V和-30V。实际上，可以优选使用更大数量的寻址电压。如果仅三个电压(即+V高、0和-V高)可用，则通过用电压V高的脉冲但用1/n的占空比寻址，有可能实现与在较低电压(例如V高/n，其中n是>1的正整数)寻址相同的结果。
图5显示用于驱动上述四粒子彩色电泳显示系统的通常波形(以简化形式)。这样的波形具有“推挽”结构：即它们由包括两个相反极性的脉冲的偶极子组成。这些脉冲的幅度和长度决定所获得的颜色。至少应该有五个这样的电压水平。图5显示出高和低的正电压和负电压以及零伏。通常，“低”(L)是指约5-15V的范围，而“高”(H)是指约15-30V的范围。一般，“高”电压的量越高，通过显示器实现的色域越好。在一些实施方案中，使用另外的“中等”(M)水平，其通常为约15V；然而，M的值将在一定程度上取决于粒子的组成以及电泳介质的环境。
尽管图5显示形成颜色所需的最简单的偶极子，但是应当理解，实际的波形可以多次重复这些模式，或者非周期性的并且使用多于五个电压水平的其它模式。
当然，用图5的驱动脉冲实现期望的颜色视从已知状态开始处理的粒子的情况而定，该已知状态不太可能是像素上显示的最后的颜色。因此，一系列复位脉冲先于驱动脉冲，这增加了将像素从第一颜色更新为第二颜色所需的时间量。在第10,593,272号美国专利中更详细地描述了复位脉冲，该专利通过引用并入。可以选择这些脉冲(刷新和寻址)和任何休止脉冲(即它们之间的零电压周期)的长度，使得整个波形(即电压相对于时间在整个波形上的积分)是DC平衡的(即电压在时间上的积分基本上为零)。通过调整脉冲的长度可以实现DC平衡，并在复位阶段休止，使得在复位阶段提供的净脉冲与在寻址阶段提供的净脉冲在量上相等，在符号上相反，在寻址阶段期间，显示器被切换到特定的期望颜色。然而，如图2B-2E所示，八种原色的起始状态是黑色或白色状态，这可以用持续的低电压驱动脉冲来实现。实现该起始状态的简单性进一步减少了状态之间更新的时间，这对于用户来说是更令人满意的，并且还减少了消耗的功率量(因此增加电池寿命)。
另外，波形的前述讨论，并且特别是DC平衡的讨论忽略了反冲电压的问题。实际上，如前所述，每个背板电压从电源提供的电压偏移的量等于反冲电压VKB。因此，如果所用电源提供三个电压+V、0和-V，则背板实际上将接收电压V+VKB、VKB和-V+VKB(注意，在非晶硅TFT的情况下，VKB通常是负数)。然而，相同的电源将向前电极提供+V、0和-V，而没有任何反冲电压偏移。因此，例如，当向前电极供应-V时，显示器将经历2V+VKB的最大电压和VKB的最小电压。使用单独的电源来为前电极提供VKB可能是昂贵且不方便的，反而是除了反冲，可以将波形分成多个部分，其中向前电极供应正电压、负电压和VKB。
实施例
实施例1—测量作为所施加电压的函数的颜色密度的变化率。
本发明的益处已经被实验证实。特别地，类似于图4的结构，制备两个显示器，其中一个显示器的微单元用包括ζ电位(在低施加电压下测量的)分别为-35mV、+70mV、+54mV和-22mV的白色、青色、品红色和黄色粒子的制剂填充。第二个显示器具有用包括ζ电位(在低施加电压下测量的)分别为-35mV、+70mV、+54mV和+24mV的白色、青色、品红色和黄色粒子的制剂填充的微单元。使用图5的脉冲序列(其对负的和正的两种黄色制剂均有作用)，使用包括分光光度计的电光测量台评估密度的变化率。参见D.Hertel,Optical measurementstandards for reflective e-paper to predict colors displayed in ambientillumination environments,Color Research&Application,43,6,(907-921),(2018)。
图6A显示当在x轴上指示的电压下施加500毫秒持续时间的脉冲时，对应于第一显示器中的每种正粒子的光密度的最大变化率。图7A显示当在x轴上指示的电压下施加500毫秒持续时间的脉冲时，对应于第二显示器中的每种正粒子的光密度的最大变化率。可以看出，随着电压量增加，所有粒子的密度的最大变化率增加，直到在约+/-20V的施加电压下变化率降低。有趣的是，无论黄色粒子是带正电还是带负电，该变化率的变化都发生，并且与表2中呈现的示例性数字一致。虽然对于青色和品红色粒子而言，波形成功地实现了作为施加电压的函数的近似相同的最大变化率，但是值得注意的是，图6A中黄色粒子的曲线比图7A中的平坦得多，这意味着与正的黄色粒子相比，更难以将负的黄色粒子以适当的顺序“放置”在其它粒子之间以实现期望的光学状态。
与具有正的黄色粒子的显示器相比，对于包括负的黄色粒子的显示器，负的黄色与正的黄色相比在控制上的差异表现为更黄的白色状态。在图6B和7B中，电压在x轴上示出，并且时间在y轴上示出，并且对获得的颜色绘图。当黄色粒子具有负电荷时(图6A)，只有当在约+/-7至+/-10伏的窄电压范围寻址时，构图才在黑色和白色之间切换(参见虚线框)。然而，当黄色粒子带正电时(图7A)，显示器可以相应地从约+/-7V至约+/-24V呈现黑色和白色(参见虚线框)。因此，包括带正电的黄色粒子的电泳介质对于需要在黑色和白色像素之间定期更新的应用，诸如电子阅读器或时间表是优异的。也就是说，存在更宽的寻址电压的窗口，其中显示器在黑色和白色状态之间切换。此外，如就表2所提及的，如果黄色粒子带负电，高于某一阈值电压时，显示器将不简单地在黑色和白色之间切换，而是在黄色和蓝色状态之间切换。
实施例2—包括正的黄色粒子的电泳介质的色域。
通过用更长更复杂的波形驱动显示器并使用分光光度电光测试台测量L*A*B*值，测量实施例1的第二个显示器的八个主要状态之外的多个光学状态。如图8所示，测量结果表明具有极好的黑色白色对比率的数万种颜色的色域。
因此，本发明提供了全彩色电泳介质，其提供高质量白色和黑色状态之间的快速切换。因此，已经描述了本申请的技术的若干方面和实施方案，应当理解，本领域普通技术人员将容易想到多种改变、修改和改进。这样的改变、修改和改进旨在处于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地设想用于执行本文所述的功能和/或获得本文所述的结果和/或一个或多个优点的各种其它手段和/或结构，并且这样的变化和/或修改中的每一个被认为在本文所述的实施方案的范围内。本领域技术人员将认识到或能够仅使用常规实验确定本文所述的具体实施方案的许多等同方案。因此，应当理解，前述实施例仅以示例的方式呈现，并且在所附权利要求及其等同方案的范围内，可以以不同于具体描述的方式来实践本发明的实施方案。此外，本文所述的两个或更多个特征、系统、制品、材料、套件和/或方法的任何组合，如果这样的特征、系统、制品、材料、套件和/或方法不是相互矛盾的，则包括在本公开内容的范围内。

Claims (11)

1.一种电泳介质，其包含非极性流体，并且包括：
具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子；
具有第二光学性质，并且具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，第二粒子具有共价结合至粒子的聚合物表面涂层；
具有第三光学性质，并且具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子；以及
具有第四光学性质，并且具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，
其中所述第三类型的粒子和第四类型的粒子都包括与粒子复合的聚合物层。
2.一种电泳介质，其包含非极性流体，并且包括：
具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子；
具有第二光学性质，并且具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，第二粒子没有聚合物表面涂层；
具有第三光学性质，并且具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子；以及
具有第四光学性质，并且具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，
其中所述第三类型的粒子和第四类型的粒子都包括与粒子复合的聚合物层。
3.一种电泳介质，其包含非极性流体，并且包括：
具有第一光学性质和第一电荷极性的第一类型的粒子；
具有第二光学性质，并且具有第一电荷量的第二电荷极性的第二类型的粒子，对于电泳介质中的每克第二粒子，第二粒子具有大于200毫克的吸附到第二粒子上的电荷控制剂(CCA)；
具有第三光学性质，并且具有小于第一电荷量的第二电荷量的第二电荷极性的第三类型的粒子；以及
具有第四光学性质，并且具有大于第一电荷量的第三电荷量的第二电荷极性的第四粒子，
其中分别对于电泳介质中的每克第三粒子和第四粒子，第三类型的粒子和第四类型的粒子各具有小于50毫克的吸附到第三粒子和第四粒子上的电荷控制剂(CCA)。
4.权利要求3所述的电泳介质，其中所述电荷控制剂包含季胺头部基团和脂肪酸尾部。
5.权利要求1-4中任一项所述的电泳介质，其中当所述电泳介质设置在相隔10-50微米的两个电极之间时，所述第一类型的粒子在两个电极之间施加20V时比在电极之间施加10V时具有更低的电泳迁移率。
6.权利要求1-5中任一项所述的电泳介质，其中第一粒子是光散射粒子，并且第二、第三和第四粒子是吸收光的。
7.权利要求1-6中任一项所述的电泳介质，其中第一粒子是白色的，并且第二、第三和第四粒子选自青色、品红色和黄色。
8.权利要求7所述的电泳介质，其中当各种粒子以15体积％(粒子体积比溶液体积)近似各向同性地分布在具有小于1.55的折射率的非极性流体中以制备溶液，并且溶液以约1微米的厚度的层设置在黑色背景上时，黄色、品红色和青色颜料分别在650、550和450纳米处显示漫反射。
9.权利要求1-8中任一项所述的电泳介质，其中所述第一电荷极性为负，并且所述第二电荷极性为正。
10.一种彩色电泳显示器，其包含：
在观看面处的透光电极；
包括耦合到像素电极的薄膜晶体管阵列的背板；以及
权利要求1-9中任一项所述的电泳介质，其设置在所述透光电极和背板之间。
11.一种电子书阅读器、便携式计算机、平板电脑、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签或闪存驱动器，其包含根据权利要求10所述的彩色电泳显示器。
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