CN1462377A - 电泳式彩色显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种多色的电泳显示装置，除了用于双稳态工作的常规电极(6、7)之外通过引入另一电极(6’)来实现灰度值。示出了几个实施方式，这些实施方式基于例如电泳介质(13、14)的棱镜构件或在介质内的颗粒(14)的不同移动性。

Description

电泳式彩色显示装置
本发明涉及一种电泳式多色显示装置，其至少包括带有电泳介质的像素以及两个转换电极和驱动装置，借助于该转换电极和驱动装置该像素形成不同的光学状态。其中在该用于中涉及的转换电极如果需要的话划分成多个子电极，该多个子电极从外部或通过转换元件被供给同一个电压。
电泳显示装置基于通常带电荷的有色颗粒在电场的作用下在两个具有不同透光率或光反射率的极端状态之间的运动。黑暗(有色)的字符可在明亮(有色)的背景上显示出来，反之亦然。
因此电泳显示装置尤其使用在显示装置中，以代替纸的作用，其称为“白纸式显示装置”应用(例如电子报纸、电子日记簿)。
在已知的带有在两个转换电极之间的电泳介质的电泳显示装置中，向转换电极提供驱动电压。在这种情况下，像素只处于两种极端的光学状态。转换电极中的一个电极例如作为在显示元件的上侧上的两个互连的窄导电条而实现。相对于底电极在该转换电极上施加正电压，底电极覆盖显示元件的整个底表面，(在该示例中带负电荷的)颗粒向电位平面移动，该电位平面由两个互连的窄导电条限定。带有(负)电荷的颗粒随后横过显示元件(像素)的前端面分布，该显示元件呈现带电颗粒的颜色。相对于底电极在该转换电极上施加负电压，带(负)电荷的颗粒横过底端面移动，使得显示元件(像素)呈现液体的颜色。
实际上，存在对于显示中间光学状态(称为灰度值)的不断增长的需要。引入灰度值的已知方法通常不是令人满意的。例如电泳显示装置太慢，以至于通常时间加权的驱动时间段(时间与灰度级相比的比率)不能引入灰度值。像素划分成不同的表面(面积与灰度级相比的比率)通常需要在不同子像素之间的阻挡层，以便防止相互色度亮度干扰。
此外，在多色显示装置中所需用于驱动的电极的数量显著地增加。
本发明的一目的在于消除该缺陷。在本发明的电泳显示装置中，通过使像素设置至少一个用于借助于电压实现中间光学状态的另外的电极和驱动装置来实现灰度值(中间光学状态)。
本发明基于以下认识：在上述示例中，借助于在另外的一个或多个电极上的电压以这样一种方式影响在显示元件内的电场，即，电场线在相对于底电极在转换电极上的正电压处被扰乱，并且带负电荷的颗粒仅部分地向两个电极之间的该表面移动。较大或较小的颗粒根据转换电极和该另外的电极上的电压向两个电极之间的该表面移动，并且可获得不同的中间光学状态(灰度值)。该彩色显示装置设置有例如滤色器，但是像素还可包括多个分离的电泳子像素。在该情况下，有利的是，使子像素作为微囊体形成，微囊体如第20届IDRC会议的会报第84-87页(2000年)的“用于电子纸显示装置的微囊体封装的电泳材料”中所描述。该微囊体可通过产生阻挡层而获得，该阻挡层例如聚合物壁(例如，“轴向对称取向的微单元(Axially Symmetric Aligned Microcell)”，见SID文摘1089页)。
本发明还基于以下认识：对于每一复合颜色当使用具有不同移动性的电泳颗粒并在另外的电极上施加适当的脉冲波形时，可获得不同的中间光学状态。通常，使用较小数量的电极是足够的。为了获得基于设定的改变在两个电极之间的表面上的满意的分布，优选的是，例如通过使该像素在选择前进入一限定状态(例如借助于复位脉冲)，横过另一电极预先均匀地分布带电荷的颗粒，如果必要可与一小的交替场分量组合。
在第一实施例中，电泳介质呈现在两个基板之间，每一基板设置有转换电极，而至少一个基板设置有另外的一个或多个电极。带电荷的颗粒可呈现在基板之间的液体中，但是可替代的是，电泳介质呈现在微囊体中。在第一提及情况中，像素可通过阻挡层相互分离。
在另一实施例中，电泳介质呈现在两个基板之间，其中一个基板包括转换电极和另外的一个或多个电极，应当注意的是，其由侧向作用得到。
在优选实施例中，该转换电极是梳状的和交叉指状的，并且(绝缘的)另外的一个或多个电极的部分位于两个转换电极的齿部之间。电泳介质或者呈现在棱镜构件中，该棱镜构件如第20届IDRC会议的会报第311-314页(2000年)的“基于棱镜微结构中的全内反射的新式反射式显示装置”中所描述。
本发明的这些和其它方面十分明显并参照以下的实施例进行描述。
在附图中：
图1示意性地示出了彩色显示装置；
图2示出了本发明的电泳彩色显示装置，其中实现了不同的灰度值(中间光学状态)；
图3示出了本发明的电泳彩色显示装置，其中实现了不同的灰度值(中间光学状态)；
图4示出了图3的变型；
图5示出了本发明的另一电泳彩色显示装置，其中实现了不同的灰度值(中间光学状态)；
图6示出了在已知的彩色显示装置中如何实现不同的颜色；
图7示出了图6所示的本发明的彩色显示装置中如何实现不同的灰度值；
图8是本发明的另一电泳彩色显示装置的平面图；
图9是图8中IX-IX线截取的截面图；和
图10示出了本发明又一电泳彩色显示装置；和
图11示出了图10所示的本发明的彩色显示装置中如何实现不同的灰度值。
这些图是示例性的并且不按比例示出。相应的部件用相同的附图标记表示。
图1示出了适用于本发明的彩色显示装置1的一部分的电气等效形式，其包括在行或选择电极7以及列或数据电极6的交叉区域上的像素3的矩阵。借助于行驱动器4，行电极1至m连续地被选择，而借助于数据寄存器5，向列电极1至n提供数据。在该示例中，在列1、4、7、...、n-2中的像素构成红色像素，在列2、5、8、...、n-1中的像素构成蓝色像素，而在列3、6、9、...、n中的像素构成绿色像素。为此，如必要的话，输入数据2在处理器10中被处理。在行驱动器4和数据寄存器5之间的相互同步借助于驱动线8产生。
来自行驱动器4和数据寄存器5的驱动信号选择像素10(称为无源驱动)。在已知的装置中，相对于行电极7，列电极6接收一电压，以使在交叉区域上的该电极处于两个极端状态中的至少一个状态(例如，取决于液体和电泳颗粒的颜色处于黑色或有色状态)。
如果需要，来自行驱动器4的驱动信号可借助于薄膜晶体管(TFT)9来选择图像电极，薄膜晶体管将其栅电极连接到行电极7上，并将其源电极21连接到列电极6上(称为有源驱动)。在列电极6处信号通过TFT传送到像素10的图像电极，该像素联接到漏电极。像素10的其它图像电极借助于例如一个(或多个)共用反电极与地电位连接。在图1的示例中，这种TFT9仅对于一个像素10示例性地示出。
在本发明的第一彩色显示装置中，每一个像素设置有另一电极以及用于向该另一电极供应电压的驱动装置。这在图2中示出，图2是这种设置有第三电极6’的像素的截面图。驱动装置包括例如数据寄存器5(和驱动器的一部分)以及额外的列电极6’(和在有源驱动情况下的额外TFT)。
像素10(图2)包括例如玻璃或合成材料的第一基板11和第二透明基板12，第一基板设置有转换电极7，而第二透明基板设置有转换电极6。像素填充有电泳介质，例如白色液体，其中在该示例中颗粒14作为有色的带正电荷的颗粒14存在。此外，像素设置有第三电极6’(如果必要的话，还设置有上文所述的在图2中未示出的驱动装置)，以用于借助于在第三电极上的电压实现中间光学状态。在这方面应当注意的是，第三电极6’也影响两个极端状态之间的转换特性。
在图2A中，例如，转换电极7接地，而两个电极6、6’连接到电压+V上。(在该示例中带正电荷的)颗粒14向处于最低电位的电极移动，在该情况下向电极7移动。从观察方向15观看，像素此刻具有液体13的颜色(在该情况下是白色)。在图2B中，转换电极7接地，而两个电极6、6’连接到电压-V上。带正电荷的颗粒14向处于最低电位移动，在该情况下向电位平面移动，该平面由平行于并沿基板12延伸的电极6、6’来限定。从观察方向15观看，像素此刻具有颗粒14的颜色。
在图2C中转换电极7也接地。电极6再连接到电压-V上。然而，此刻第三电极6’以与电极7类似的方式接地。带正电荷的颗粒14向最低电位移动，在该情况下向围绕电极6的区域移动。如图2D所示，如果第三电极6’连接到电压+V上，更强化了这种情况。从观察方向15观看，像素此刻部分地具有颗粒14的颜色和部分地具有白色液体的颜色。这导致了中间的反射水平(灰度值)(在图2C的情况中为黑暗的并且在图2D的情况中为明亮的)。
因为颗粒在基板上不总是保持定位，这是由于例如其在液体中的运动，有利的是，基板设置有粘接层。
当选择黑色颗粒用于该颗粒14时，通过形成例如如图2所示的(子)像素并且通过整体设置如图3所示的滤色器来获得彩色显示装置。列1、4、7、...、n-2随后被红色滤色器部分16R覆盖(见图3)，列2、5、8、...、n-1被蓝色滤色器部分16B覆盖，而列3、6、9、...、n被绿色滤色器部分16G覆盖。另外，在图3中的附图标记与图2中附图标记表示相同的部件。
如图4所示，对于颗粒14当在每一列中使用所需颜色的颗粒时，即当红色颗粒14R用于红色(子)像素、蓝色颗粒14B用于蓝色(子)像素、而绿色颗粒14G用于绿色(子)像素时，可省略滤色器。
限制液体运动的可能性是使用如第20届IDRC会议的会报第84-87页(2000年)的“用于电子纸显示装置的微囊体封装的电泳材料”中所述的微囊体。电泳介质，即带有正电荷14的液体13此刻呈现在透明基板18中的微囊体17中(见图5)。
在该图中，转换电极7又接地(0V)，而在该示例中，电极6、6’分别连接到电压-V和接地电位(0V)上。带正电荷的(黑色)颗粒14向最低电位移动，在该情况下沿朝向电极6的方向移动，并且最终呈现为在微囊体17的上部分的较大部分中。从观察方向15观看，像素此刻具有中间状态的颜色(对于黑色颗粒为暗灰色)。
如图3、4所示类似，通过在所有微囊体中施加黑色颗粒和白色液体并且通过在该显示装置上设置滤色器来获得彩色显示装置，(该滤色器借助于图5中虚线16来表示)。
然而，优选的是，如图5所示，通过使适当的液体分别与红色颗粒14R、蓝色颗粒14B、绿色颗粒14G混合，以使每一微囊体17与一种颜色接合。此外，图3中的附图标记与其它图中的附图标记相同。
图6示出了如US6017584所述的彩色显示装置。像素填充有电泳介质，例如包括颗粒14的白色液体13，在该示例中，颗粒为有色的带正电荷的颗粒，其包括红色颗粒14R、蓝色颗粒14B、绿色颗粒14G。该颗粒不仅具有不同的颜色，还具有不同的移动性。例如，红色颗粒在电场中比绿色颗粒移动得快，而绿色颗粒又比蓝色颗粒移动得快。
在图6A的状态中，所有颗粒处于电极7附近(该电极具有0电位，而电极6具有电位+V)。这样像素具有白色外观。在图6B中，电极6接收一具有幅度为-V的负脉冲(方波电压)20，其延续足够长的时间以导致所有红色颗粒14R向电极6移动。因此，像素此刻具有红色外观。绿色颗粒14G在电极6和7之间的例如一半距离处(优选为稍大于一半的距离处)被覆盖。当使用具有双倍持续时间的负脉冲(方波电压)20时，这些颗粒将到达电极6。随后通过施加一个短的正脉冲(方波电压)21(图6C)，红色颗粒14R再沿朝向电极7的方向移动，并只有绿色颗粒14G出现在电极6的区域附近。该像素此刻具有绿色外观。通过给出(子)方波电压20、21甚至更长的持续时间，可实现的是：只有蓝色颗粒14B出现在电极6的区域附近(图6D)并且该像素具有蓝色外观。
在图7的显示装置中，示出了三个这样的像素，每一个像素设置又第三电极6’，其分别传送0V、-V、+V的电压，与图2所示类似。通过向电极6提供参照图6的类似的脉冲波形，由于不同的移动性颗粒14以不同的方式向电极6移动，以使对于每一种颜色可具有不同的透光值。由此可实现：仅一种颜色的颗粒同时是可见的，这导致更明亮的颜色(更大的色饱和度)。
还可向电极6提供脉冲波形。由此在可见表面上可获得不同颜色的颗粒的混合。因此，如US6017584中一样，不总是必需的是，对于颗粒14强加的要求，即，在其(移动性)特性涉及范围内，其不应当彼此重叠。取决于该(移动性)特性(的重叠程度)，所需的色调变化可通过改变脉冲波形20、21来获得。
图8的彩色显示装置包括在同一个基板上的几个电极6、6’。在该示例中，转换电极6、6’与提供脉冲波形的四个电压源(构形A、B、C)或五个电压源(构形D)相连。如图9所示，参照构形B的示例，通过适当地控制不同的电压，具有不同透光值的颜色在上表面的的不同部分上产生。图9中的附图标记与其它图的附图标记具有相同的含义。图9所示的实施例的优点在于其包括两个电极6、6’，每个三元色区更少的电极。
电泳介质可以以棱镜构件的形式来呈现，如第20届IDRC会议的会报第311-314页(2000年)的“基于棱镜微结构中的全内反射的新式反射式显示装置”中所描述。这在图10、11中示出。已知装置(图10)包括(在该示例中)(例如玻璃的)中空三角形的重复构件形式的棱镜构件，其包括含有带正电荷颗粒的液体13。
取决于穿过电极6、7之间的电压，带正电荷的颗粒在金属的(底)电极7上出现或在ITO(铟锡氧化物)的(顶)电极6上出现。在第一实施例的情况中，入射光束在玻璃-液体的界面上被全部反射并(沿箭头a)被反射。在第二种情况中，入射光束在玻璃-液体的界面上被吸收(箭头b)。
通过再次引入第三电极6’，与图2和4中的示例类似，各种电场构形与不同中间状态的反射值(灰度值)可被引入。当在白色液体13中使用黑色的带正电荷的颗粒14时，图11A、11B、11C、11D、11E的构形对应于白色、黑色、暗灰、亮灰以及中间色彩。
借助于滤色器或以于以上示例所述的类似方式，可再次获得颜色。
当然本发明不限于上述的示例。例如，对于上述红、绿、蓝色的子像素的上述示例，然而可获得使用黄色、青色、深红色的特殊效果，同时可加入(例如黑色的)第四元件。本发明还可应用于两色(单色，例如黑色和白色)的显示装置。
颜色图案不必设置成条状；应当注意的是，锯齿图案也可作为替代来使用。图10的棱镜构件的形状也可按几种方式来改变，例如屋顶形、圆形或圆柱形。
如果必要，基板12可设置额外的(透明)电极，例如用于上述复位功能或与之相反用于限制颗粒沿朝向基板12的方向运动。一个或多个的该可能性的组合在实施中可作为替代方式应用。
本发明的保护范围不限于所述的实施例。
本发明基于每个新颖的特征要素和每个特征要素的组合。在权力要求中的附图标记不限制其保护范围。在权力要求中使用动词“组成”及其结合不排除存在所述的部件之外的部件。在部件之前使用冠词“一”和“一个”不排除存在多个这种部件。

Claims (14)

1.一种电泳式多色显示装置，其至少包括带有电泳介质的像素以及两个转换电极和驱动装置，借助于该转换电极和驱动装置该像素形成不同的光学状态，该像素设置有至少一个通过电压实现中间光学状态的另外的电极和驱动装置。
2.如权力要求1所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该彩色显示装置包括用于使该像素在选择前进入一限定状态的装置。
3.如权力要求1所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该像素包括至少两个用于借助于电压实现中间光学状态的另外的电极和驱动装置。
4.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该电泳介质呈现在两个基板之间，每一个基板设置有转换电极，并且基板中的至少一个设置有所述另外的一个或多个电极。
5.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该电泳介质呈现在微囊体中。
6.如权力要求5所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，每一像素一个微囊体，或每一子像素一个微囊体。
7.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该电泳介质呈现在两个基板之间，其中的一个基板包括转换电极和所述另外的一个或多个电极。
8.如权力要求7所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该转换电极是梳状的和交叉指状的，并且所述另外的一个或多个电极位于两个转换电极的齿部之间。
9.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，该电泳介质呈现在棱镜构件中。
10.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，存在至少三种颗粒，其中不同种类的颗粒的移动性部分地处于重叠的范围内。
11.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，存在至少三种颗粒，其中不同种类的颗粒的移动性处于大致不重叠的范围内。
12.如权力要求11所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，用于显示不同颜色的驱动装置向所述另外的电极提供不同的脉冲波形。
13.如权力要求1或3所述的电泳式彩色显示装置，其特征在于，其设置有滤色器。
14.一种电泳式显示装置，其至少包括带有电泳介质的像素以及两个转换电极和驱动装置，借助于该转换电极和驱动装置该像素形成不同的光学状态，该像素设置有至少一个通过电压实现中间光学状态的另外的电极和驱动装置。
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