CN1910644A - 电子颜料的光学激活 - Google Patents

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Abstract

一种激活电子颜料的方法，包括以下步骤：向电子颜料施加激活电压(30)，以及在电子颜料中的电泳墨水(22)的一部分上接收辐射(36)。基于所接收的辐射(36)和所施加的激活电压(30)来激活电泳墨水。

Description

电子颜料的光学激活
本发明总体涉及电泳显示器，并且具体涉及电子颜料的光学寻址。
电泳显示介质是用于存储文本或图像形式的数字信息的非易失性系统。通常来说，电泳显示介质的特征在于粒子在所施加的电场中的移动，并且其可以是双稳态的，其中显示元件具有第一和第二显示状态，所述第一和第二显示状态的至少一种光学属性(诸如颜色的亮度或暗度)是不同的。在最近研发的电泳显示器中，在电子墨水中的被装入微胶囊的粒子通过有限持续时间的电子脉冲已被驱动到一种状态或另一种状态之后，所述显示状态发生，并且在去除了激活电压之后，保持所驱动的状态。与液晶显示器(LCD)相比，这种显示器具有良好的亮度和对比度、宽视角、对于两种或多种状态的状态稳定性以及低功耗的优点。在2000年5月23日公布的Albert等人的美国专利No.6,067,185“Process for Creating an Encapsulated ElectrophoreticDisplay(用于创建被装入胶囊的电泳显示器的工艺)”和2000年1月25日公布的Albert等人的美国专利No.6,017,584“Multi-ColorElectrophoretic Displays and Materials for Making the Same(多颜色电泳显示器及其制造材料)”中描述了一种具有微胶囊的示例性电泳显示器，所述微胶囊包含赛璐珞或凝胶状相和液相，或者包含两种或多种不混溶的流体。
当前最普遍使用的电泳显示器通过驱动有源矩阵来接收数据以及被寻址，其中该有源矩阵可以被设置在显示器的前侧或后侧。不过，对于仅需要低乃至极低刷新速率的廉价广告牌类显示器而言，有源矩阵驱动不是一种有吸引力的选择。已经提出了用于大型电泳显示器的电子墨水系统，其不具有用来精确地写入文本和图形的固有寻址方案(诸如处于像素格栅上的固定坐标)。研究者还致力于将这种数字或电子墨水技术应用于所谓电子壁纸、海报或壁幕的大型电子壁式显示器中，其可由设置在墙壁上的电泳薄膜构成。
通常将电泳显示器设计成具有多层电泳和保护材料。有些无源寻址的显示器在两个电极之间夹有一层电泳微胶囊。在2000年6月29日公开的Drzaic等人的国际专利申请WO 0038001“ProtectiveElectrodes for Electrophoretic Displays(用于电泳显示器的保护电极)”中描述了这样一种具有保护透明电极的电泳显示器。保护电极可以是具有网状导电结构的透气性电极，诸如金属滤网或金属丝网或者涂覆有导电材料或用导电材料浸渍的网状结构。
在2003年1月16日公开的Zehner等人的美国专利申请No.2003/0011868“Electrophoretic Displays in Portable Devices and Systemsfor Addressing such Displays(便携式装置中的电泳显示器以及用于寻址这种显示器的系统)”中提出了一种利用光电导层来寻址电泳显示器的方法。其中，所述光电导层被来自显示器发光层的光照射，该光电导层的阻抗被降低，从而可以通过所施加的电场来寻址电泳层，以便写入图像。
虽然较小的电泳显示器常常通过驱动显示器的有源矩阵来接收数据以及被寻址，但是大型电泳显示器可以不具有用以精确地写入文本和图形的固有寻址方案。已经提出了用于从外部寻址电泳显示器的多种方法、系统和相关装置，不过其较慢的寻址速度依然是一个问题。许多电泳显示器的相对较慢的切换速度导致外部寻址装置比起电泳材料被切换到正确显示状态所需的时间能够更为快速地将图像数据传输到电泳显示器。
电泳材料的切换和寻址速度会受到温度的影响。例如，如2000年7月27日公开的Kino等人的国际专利申请WO 0043835“ImageRecording Medium，Image Recording/Erasing Device，and ImageRecording Method(图像记录介质、图像记录/擦除装置以及图像记录方法)”中描述的那样，已经利用在室温下为非流体并且在更高温度下为流体的材料设计了一种纸状电泳显示器。如2002年1月22日公布的Howard等人的美国专利No.6,340,965“Modifiable Display HavingFixed Image Patterns(具有固定图像模式的可修改显示器)”以及2002年10月17日公开的Kawai等人的美国专利公开No.2002/0150827“Electrophoretic Device，Driving Method of Electrophoretic Device，and Electronic Apparatus(电泳装置、电泳装置的驱动方法以及电子设备)”中所描述的那样，使用热量对电泳显示器的选定区域进行写入。
在用于寻址电泳显示器的方法中已经使用了热量、光以及电磁场。在2001年12月12日公开的Miwa等人的国际专利EP1162496“Image Recording Medium，Image Recording/Erasing Device，andImage Recording Method(图像记录介质、图像记录/擦除装置以及图像记录方法)”中，使用例如激光束来进行加热。记录介质是由对电磁场作出响应的大量精细有色粒子以及在其中分散所述粒子的载体(supporting medium)制成的。所述载体优选地在较高温度下是流体并且在室温下是非流体，从而使所形成的图像能够在室温下凝固。
虽然在电泳材料上可以设置诸如光电导层的附加材料以便有助于电泳显示器的寻址处理，不过所述附加的层和材料增加了制造复杂度和成本。因此，无源寻址的电泳系统需要在无需附加部件或复杂度的条件下局部改变电泳材料的切换速度的替换方法。改进的系统还避免影响在当前被寻址的显示器表面附近的周围区域的显示状态，并且使通过手持式激活装置寻址的电泳显示器具有更快的切换时间。
本发明的一种形式是一种激活电子颜料的方法。向电子颜料施加激活电压。在电子颜料中的一部分电子墨水上接收辐射。电泳墨水基于所接收的辐射和所施加的激活电压而被激活。
本发明的另一种形式是一种用于激活电子颜料的系统。所述电子颜料包括下导电层，设置在所述下导电层上的电泳墨水层，设置在电泳墨水上的上导电层，与下导电层和上导电层电耦合的控制器，以及与该控制器耦合的电子刷。该控制器发送命令信号，以利用来自电子刷的热辐射对电泳墨水进行光学寻址。通过控制器在上导电层与下导电层之间施加激活电压，以便允许激活被光学寻址的电泳墨水。
本发明的另一种形式是一种用于激活电子颜料的系统，其包括下导电层、设置在所述下导电层上的电泳墨水层、设置在电泳墨水层上的上导电层、与下导电层和上导电层电耦合的控制器以及与控制器耦合的电子刷。在上导电层与下导电层之间施加调节电压，以便对电泳墨水进行预调节。该控制器发送命令信号，以利用来自电子刷的光辐射对经过预调节的电泳墨水进行光学寻址。通过该控制器在上导电层与下导电层之间施加激活电压，以便激活被光学寻址的电泳墨水。
根据下面对当前的优选实施例的详细描述，本发明的上述形式以及其它形式、特征和优点将更加显而易见。所述详细描述和附图仅用于说明而非限制本发明，本发明的范围由所附权利要求书及其等效表述限定。
下面通过附图来说明本发明的各个实施例，其中：
图1说明根据本发明一个实施例的具有背垫层(backing layer)的电子颜料；
图2说明根据本发明一个实施例的具有背垫层的电子颜料的剖面图；
图3说明根据本发明一个实施例的用于激活电子颜料的系统；
图4显示根据本发明一个实施例的电泳墨水的切换时间与温度的关系曲线图；
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E说明根据本发明一个实施例的用于激活电子颜料的方法；
图6为根据本发明一个实施例的用于激活电子颜料的方法的流程图；
图7显示根据本发明一个实施例的经过和未经过预调节的电泳墨水的切换时间的曲线图；
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F表示根据本发明另一实施例的用于激活电子颜料的方法；以及
图9为根据本发明另一实施例的用于激活电子颜料的方法的流程图。
图1和2表示采用下导电层20、电泳墨水层22和上导电层24的电子颜料10，每一层均设置在前一层之上。参照图1，根据在一部分电泳墨水22中进行的光学寻址和辐射吸收以及在上导电层24与下导电层20之间施加的激活电压来激活电泳墨水22。将热辐射或光辐射引导或照射到电泳墨水22的选定部分上，以便调节墨水的光学状态。由所施加的激活电压造成的电场产生一种力，其使电泳墨水22的粒子旋转和重新定向和/或位移，从而提供黑白或者可变颜色的显示，由此可以呈现文本、图形、图像、照片和其它图像数据。例如，可以通过控制入射辐射的强度、位置和定时以及控制激活电压的定时、极性和大小来获得电泳墨水22的灰色调或特定颜色。可以将具有或不具有凹陷区域阵列28的背垫层26与下导电层20相耦合。
在一种模式中，通过以下步骤来实现对电泳墨水22的光学寻址：施加激活电压；通过有选择地施加热辐射来对电泳墨水22进行局部加热；将电泳墨水切换到所需光学状态；以及通过使电泳墨水冷却或者通过去除所施加的激活电压而将电泳墨水淬火或冻结。
在另一种模式中，通过以下步骤来实现对电泳墨水22的光学寻址：预调节所述墨水；通过有选择地施加光辐射来照射墨水的选定部分；然后施加激活电压以将电泳墨水切换到所需光学状态。例如，可通过去除激活电压将电泳墨水22淬火或冻结。或者，施加激活电压的时间可以比所需时间更长，以便使墨水的被光学寻址的部分被完全切换，然后去除激活电压。
通过对电泳墨水22进行光学寻址，可使用短脉冲或扫描光束来控制将电泳墨水22激活到所需光学状态，即使与扫描过程相比所述激活在更慢的时间尺度下发生也是如此。在一个示例中，对电泳墨水22的局部加热会产生短期存储效应，这使得当扫描光束移动到别处时在墨水中继续形成图像。在另一示例中，照射电泳墨水22的经预调节的层的潜在效果允许写入所需图像并且随后通过施加激活电压来激活所需图像。
利用对电子颜料10的光学寻址将图像写到具有电子颜料10的电泳显示器上，该电泳显示器例如具有便携式电子刷或手持式装置，该便携式电子刷或手持式装置在电子颜料10上移动时可局部地加热或者有选择地加热或照射电子颜料10的一部分。电泳墨水22的被局部加热或局部照射的区域具有更短的切换时间。因此，当在上导电层24与下导电层20之间施加激活电压时，在电泳墨水层22两端产生电场，并且电泳墨水22的被加热或预调节和被照射的区域比周围的更冷区域或者未被照射的区域切换得更快。该电场使电泳墨水22从一种光学状态转变为另一种光学状态。在一个示例中，当施加激活电压并且电泳墨水22的各部分较暖时，电子颜料10的各像素段切换到所需光学状态。在另一示例中，在对电泳墨水22进行预调节和选择性照射之后施加激活电压时，电子颜料10的各像素段切换到所需光学状态。例如，电泳墨水22可以从白色切换到黑色。在另一示例中，初始的黑色光学状态被可控地切换到灰色或白色状态。在另一示例中，白色光学状态被切换到灰度光学状态。在另一示例中，有色电泳墨水在激活电压和热辐射或光辐射的基础上从一种颜色切换到另一种颜色。在光学寻址和切换完成之后，包含电子颜料10的电泳显示器无需附加功耗即可观看。
参照图2，电子颜料10同样包括下导电层20、设置在下导电层20上的电泳墨水层22以及设置在电泳墨水层22上的上导电层24。可顺序地形成该层叠中的各层，其中例如在下导电层20上沉积或施加电泳墨水22，然后将上导电层24沉积或通过其它方式施加到电泳墨水22上。例如，可在下导电层20上形成电泳墨水层22，然后涂覆薄透明电极材料，诸如氧化铟锡(ITO)。在另一示例中，电泳墨水层22夹在两个导电层20、24之间，其在一个导电层上具有粘接材料，并且与塑料、玻璃或金属背垫层粘接。由于不需要模制或掩模，因此可以通过任何适当顺序的诸如滚压、丝网印刷或沉积等处理步骤来按照其它顺序形成电子颜料10。可将各种尺寸的电子颜料10段或片组装在一起或者并行放置，以便形成能够安装在例如墙壁或其它较大表面上的任何所需尺寸的电泳显示器。电子颜料10可以形成为具有任何尺寸，例如从边长为几厘米到1米乘1米这样大，甚至更大。
在电子颜料10的一个示范性实施例中，通过透明上导电层24来观看图像，不过其它实施例允许背侧观看或者通过电子颜料10进行透射观看。包括具有金属背垫层26的电子颜料10的反射型显示器是从顶部观看的。或者，电子颜料10可通过下导电层20来观看，并且可以从其背侧进行光学寻址。在诸如透射型显示器的结构中，下导电层20在可见光范围内是透明的，电泳墨水22是选择性吸收的，这样就可以从背侧观看所写入的图像，或者可以有选择地对显示器进行背光照射。
通过由扫描激光束在电子颜料10的表面上扫描热辐射或光辐射，可将包括文本、图形、图画或照片的图像数据写到电子颜料10上。在一种示例性电子颜料显示器中，入射的热辐射透过上导电层24并被电泳墨水层22吸收。根据电泳墨水22的一部分38中对热辐射36的热吸收以及根据在上导电层24与下导电层20之间施加的激活电压30来激活电泳墨水22。通过来自适当源的聚焦的热辐射，可以在电泳墨水层22中导致局部温度升高。热辐射36例如包括红外辐射、可见光、紫外光或其组合。例如，可利用手持式电子刷内的激光器来产生热辐射36，并且利用与电子刷相耦合的光学扫描器将热辐射36导向电泳墨水22的选定部分38。当电泳墨水22加热时，电泳墨水22的高温会提高墨水的切换速度，从而使电子颜料10的各像素段按照指定方式被写入。当电泳墨水层22冷却时，只要施加激活电压30，则电泳墨水22继续转变到预期的显示状态。可通过将电泳墨水22冷却、通过去除激活电压30或者通过全部两种方式来锁定或冻结电泳墨水22的所需光学状态。
在另一种示例性电子颜料显示器中，入射的光辐射透过上导电层24并且被经预调节的电泳墨水22吸收。光辐射36包括例如红外辐射、可见光、紫外光或其组合。例如可利用手持式电子刷内的激光器产生光辐射36，并利用与电子刷相耦合的光扫描器将光辐射36导向电泳墨水22的选定部分38。当施加激活电压30时，电泳墨水22的被照射区域根据照射程度和激活电压30的电平发生切换。通过在上导电层24与下导电层20之间施加调节电压32对电泳墨水22进行预调节。
在写入图像之前，可能需要将显示材料的电子墨水22复位到一个明确定义的状态，诸如白色粒子移动到微胶囊顶部的全白表面。通过所施加的电场可将电泳墨水22强制进入初始化的光学状态或复位光学状态，例如：在电子颜料10的上导电层24与下导电层20之间持续施加相对较高的初始化电压34；施加激活电压30的一个或多个快速转变；在施加相对较高的电源电压的同时施加热辐射，以加热电泳墨水层22；或者利用随后施加的激活电压30在经过预调节或未经调节的电泳墨水22上进行泛曝光。
下导电层20例如包括铝、铂或铬等反射性金属，或者诸如氧化铟锡(ITO)、包括掺有聚苯硫(PPS)的聚二氧乙基噻吩(PEDOT)的导电聚合物或者其它适当的导电透明材料的透明电极材料。由于其具有更高导热性，金属趋于更快速地散热，并且除非很薄的话则趋于局部地扩展图像。
电泳墨水22包括可以通过施加电场而被旋转到所需取向的诸如装入胶囊的电泳粒子的电泳材料。电泳粒子本身沿所施加的电场的电力线取向，并且可以根据电场的方向和强度以及允许切换状态的时间而从一种光学状态切换到另一光学状态。
电泳墨水22可以包括几种通常被称作电子墨水或e-ink的商业上可获得的电泳墨水中的一种。电泳墨水层22包括例如由数百万个微小的微胶囊构成的电泳薄膜，其中带正电的白色粒子和带负电的黑色粒子悬浮在清澈的流体中。当向显示器施加负电场时，白色粒子移动到微胶囊的顶部，从而可被观看者看到。这样就使得在微胶囊的顶部位置或外表面处呈现白色。同时，电场将黑色粒子吸引到微胶囊的底部，从而是不可见的。当颠倒该过程时，黑色粒子出现在微胶囊的顶部，使得在微胶囊的表面处看起来较暗。当去除激活电压时，固定图像保留在显示器表面上。电泳墨水22可以包含彩色电泳材料阵列，以便能产生并显示彩色图像。
上导电层24例如包括提供顶部观看的诸如氧化铟锡的透明电极材料。应当看到，上导电层24和下导电层20无需被模制或者具有任何有源矩阵寻址能力。上导电层24至少对于热激光或照射激光的波长是透明的。
可以有选择地将背垫层26与下导电层20相耦合，以便增大显示器的强度或保护显示器，同时使显示器表面保持所需的柔性。背垫层26例如包括塑料片、玻璃片、诸如铝、铜或金属合金的金属片或者陶瓷衬底。背垫层26可包含凹陷区域阵列28，以便热隔离电泳墨水层22中的各像素段。当对电子颜料10进行光学寻址时，电泳墨水层22的各部分在一个或多个凹陷区域28上被局部加热，从而电泳墨水22内的电泳粒子被切换到所需光学状态。各像素段的热隔离允许更快的切换、更高的对比度并且使图像更少地流散到相邻区域中。可设置凹陷区域28和周边区域的大小，以便对于电泳墨水层22的加热和冷却提供所需的时间常数，并且提供切换电泳墨水22所需的等待时间。背垫层26可以被胶合、粘接或通过其它方式附着到电子颜料10的下导电层20上。
凹陷区域28可以被配置成具有小的局部隔离的点或区域。在一个示例中，凹陷区域28的尺寸大约是显示器的像素尺寸。在另一示例中，凹陷区域28的尺寸可以小于显示器的像素尺寸，以使得来自所施加的激光束的热辐射照射不止一个凹陷区域28，以便激活电泳墨水22。可将该凹陷区域阵列配置成例如包括：洋红、黄色和蓝绿色电泳材料的阵列；洋红、黄色、蓝绿色和黑色电泳材料的阵列；或者对于透射型显示器来说为红色、绿色和蓝电泳材料的阵列。
图3表示用于激活电子颜料的系统，包括控制器40、电子刷50和电子颜料10。电子刷50包括激光扫描器52和位置检测器54。电子颜料10包括下导电层20、电泳墨水层22和上导电层24。下导电层20例如包括反射性金属或透明电极材料。上导电层24例如包括透明电极材料。
控制器40与下导电层20和上导电层24电耦合。控制器40发送命令信号，以利用来自电子刷50的热辐射或光辐射对电泳墨水22进行光学寻址。基于从电子刷50进入电泳墨水22的一部分38的热辐射或光辐射36以及由控制器40在电子颜料10的上导电层24与下导电层20之间施加的激活电压30来激活电泳墨水22。通过控制器40在上导电层24与下导电层20之间施加激活电压30，以便激活被光学寻址的电泳墨水22。通过所施加的激活电压30和引导到电泳墨水22的一部分38上的入射热辐射或光辐射36，可根据需要在电子颜料10上写入一个或多个像素。可向电子颜料10施加初始化电压32，以便使电泳墨水22处于一个初始化的光学状态。可在上导电层24与下导电层20之间施加调节电压34，以便对电泳墨水22进行预调节。可由电子刷50内的激光源产生热辐射或光辐射36，并通过激光扫描器52将其引导到电子颜料10的所需部分上。位置检测器54提供位置输入(诸如位置和旋转)，以便精确地写入所需图像。
该示例性电子颜料激活系统包括与电子刷50电耦合的控制器40，其控制来自电子刷50的热辐射和光辐射36以及其它初始化和写入功能。诸如微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)或其它数字装置之类的控制器40可以接收并执行微代码化的指令，并将所需图像写到电子颜料10上。控制器40基于电子刷50的所确定位置来控制激光扫描器52和照在电泳墨水22上的光。
控制器40可通过适当的串行或并行接口与电子刷50有线或无线连接。例如，控制器40可以被包含在个人计算机(PC)、膝上型计算机或个人数字助理(PDA)中，并且通过电缆或诸如BluetoothTM(蓝牙)或802.11协议之类的近程无线链路与电子刷50相连。或者，控制器40可以被包含在电子刷50内，并且通过诸如记忆棒的存储器装置或者来自PC、膝上型计算机或PDA的上行链路向电子刷50和控制器40提供图像数据，所述PC、膝上型计算机或PDA可选地与通信网络42相连。控制器40可以与诸如局域网(LAN)、广域网(WAN)或因特网之类的通信网络42相连以便接收和发送信息，从而激活电子颜料10并将图像转印到电子颜料10上。
当电子刷50在电子颜料10的表面上描划或扫描时，优选地将来自激光扫描器52的热辐射或光辐射36引导到电泳墨水22的各部分，以便写入图像数据。当激光扫描器52对电子颜料10进行光学寻址时，可将激活电压30设置为固定电平。或者，当来自激光扫描器52的热辐射或光辐射36在电子颜料10的表面上扫描时，可连续地该变激活电压30，同时位置检测器54提供传感器信息，该信息使控制器40能确定电子刷50的位置和旋转。当用电子刷50写入图像时，可实时地提供图像数据，或者可将图像数据存储在电子刷50内直至写入为止。
在一个实施例中，将诸如塑料片或玻璃片的背垫层26与下导电层20相耦合，以提供所需的刚性和强度，并且有助于使图像像素和各像素段与周围像素热隔离。背垫层26可以包括使电泳墨水层22中的各像素段热隔离的凹陷区域阵列。
图4显示电泳墨水的切换时间与温度的关系曲线图。切换响应曲线60和62代表被加热预定温度然后由激活电压激活的电泳墨水的两个样品。使用光电检测器和阈值检测器测量每个温度下的切换时间。切换响应曲线60表明，从20摄氏度到60摄氏度的温度升高导致切换时间从大约150毫秒减少到小于50毫秒。切换响应曲线62表示切换时间从25摄氏度下的大约70毫秒减少到58摄氏度下的大约30毫秒。
在本发明的一个实施例中，利用来自激光器的热辐射将电泳墨水层局部加热到60摄氏度，同时施加大约50毫秒的短电压脉冲。在被局部加热的区域中，电泳墨水具有足够的时间发生切换。在其它接近室温的区域中，电泳墨水需要150毫秒或更多的脉冲周期来切换，而50毫秒的短周期不足以对电泳墨水产生影响。按照这种方式，对电泳墨水进行光学寻址，并通过施加激活电压来激活。
图5A、图5B、图5C、图5D和图5E说明用于激活电子颜料10的方法。电子颜料10暴露于聚焦的热辐射下，而该聚焦的热辐射可以控制并切换电子颜料10内的电泳墨水22的各部分。这些剖面图图示出当在所选部分处施加热辐射同时施加不同的初始化电压和激活电压时，在下导电层20与上导电层24之间的电泳墨水22的粒子的取向。图中的球形表示当面向上时取决于其取向而呈现黑色或白色的电泳粒子。通过控制一个区域中的粒子的平均旋转，可以实现连续灰度级。切换黑色和白色粒子的这些概念易于被扩展到切换彩色粒子。
处于说明性和指导性的目的选择初始化电压和激活电压的极性、电子墨水的颜色、各个层的厚度以及用于写入单个像素的高宽比。在不偏离所主张的本发明的精神和范围的条件下，所述电压、电子墨水的颜色、所包括的各层的尺度和厚度以及像素尺寸可以与所示出的略有不同。
图5A中说明一种随机光学状态，其中总体的粒子对于观看者呈现出灰色或中间颜色。这种初始光学状态也可以由先前写入的图像来表示。在电泳墨水22两端施加延长时间周期的、在升高电平处的初始化电压32，以便将电泳墨水22初始化成与全白表面相应的初始状态，如图5B中所示。初始化电压32例如可以包括相对较大的DC电压或脉冲电压。在电泳墨水22被初始化之后，去除初始化电压32，电泳墨水保持在初始化的状态中。
在将图像转印到电泳墨水22时，在上导电层24与下导电层20之间施加激活电压30，如图5C中所示。激活电压30具有与初始化电压32相反的极性，以便将电泳墨水22的所选部分从初始化状态切换到预定光学状态。将激活电压30设置为较低电平，以防止电泳墨水22发生切换直至被光学寻址为止。
向电泳墨水22的一部分施加一束热辐射36，如图5D中所示。电泳墨水22加热并且相应地发生切换。根据激活电压30的电平和所施加的热辐射36，各像素段例如从初始的白色光学状态切换到黑色光学状态，而相邻区域中的电泳墨水22则呈白色。当去除热辐射36和激活电压30时，电泳墨水22保持在所切换的光学状态中，如图5E中所示，直至随后被重写为止。
图6是用于激活如图2中所示并且利用图5的剖面图描述的示例性电子颜料的方法的流程图。该流程图说明通过使用热辐射对夹在两个导电层之间的电泳墨水层进行光学寻址。
如方框70所示，对包括电泳墨水的电子颜料进行初始化。根据电泳墨水的种类和所施加的电源电压，例如可将电泳墨水初始化成全白、全黑的光学状态，或者将且初始化成彩色光学状态。例如，施加负电源电压并且用热辐射泛光照射(flood)或扫描电子颜料以便将电泳墨水内的电泳粒子切换到初始化状态，从而实现对电泳墨水的初始化。从该第一光学状态开始，可根据施加给电泳墨水的驱动力在一个共同方向上调节电泳粒子。可将电子颜料在初始化状态下保存不确定的时间周期或者立即进行写入。或者，可以通过施加电源电压的一个或多个快速转变或者通过施加持续的高电平电源电压来初始化电泳墨水。
如方框72所示，在对电泳墨水进行写入时施加激活电压。在中间设有电泳墨水的上导电层与下导电层之间施加该激活电压。在一个示例中，根据电泳墨水的初始化状态，激活电压被固定于一个正电压或负电压。可以通过斜升到所需电平来施加电压。在另一示例中，根据图像数据和扫描激光束的位置来改变激活电压，从而控制对电泳墨水的驱动力。
如方框74所示，热辐射在电泳墨水的选定部分处被接收。结合所施加的激活电压，电泳墨水被激活并且切换到所需光学状态。当光能被吸收时，电泳墨水的局部温度下降，电泳墨水被激活并且切换到所需光学状态。在一个示例中，施加激活电压并且在有选择地加热电泳墨水的同时保持该激活电压。在另一示例中，电泳墨水层被局部加热到大约60摄氏度的高温，同时施加大约50毫秒的短激活电压脉冲。在被局部加热的区域中，电泳墨水具有足够的时间发生切换，而在其它区域中，该短脉冲的时间不足以使电泳墨水发生切换。在另一示例中，电压脉冲保持恒定，并且通过激光功率来调节局部温度。在另一示例中，将电泳墨水局部加热，并使用脉宽调制来施加小于50毫秒的周期的激活电压脉冲，以便在电泳墨水上写入灰度级。
例如，从投射并引导诸如红外、可见或紫外光的热辐射的激光扫描器接收热辐射，以便将电泳墨水层局部加热。可以从来自电子刷的扫描激光束接收热辐射。所述电子刷例如包括激光扫描器和一个或多个位置检测器。利用来自各位置检测器的检测信号来确定电子刷的位置和旋转。该激光扫描器被致动，以便将来自电子刷的激光引导到电子颜料上，从而可以转印出图像。
如方框76所示，将电泳墨水冷却。当电泳墨水冷却时，所写入的图像被冻结或锁定，并且电泳墨水被稳定在所需光学状态。即使当电子刷或其它热激活器远离热寻址层的被加热部分移动时，热寻址层的被加热部分在冷却时也可以继续使电泳墨水发生切换。如果冷却得太快的话，那么热量可能耗散得过快，电泳墨水将发生不完全地切换。为了有助于热寻址层的受控制的冷却，电子颜料的背垫层可以包括凹陷区域的阵列，以便使电泳墨水层中的各像素段热隔离。即使当电泳墨水仍然较热时，通过去除激活电压也能冻结或锁定光学状态。
在一个实施例中，通过将电泳墨水层短暂地暴露于入射的热辐射下，在加热区域附近的电泳墨水会快速且完全地发生切换。在另一实施例中，控制入射热辐射的程度和冷却速率，以便使得即使在从加热区域移开入射热辐射源之后，电泳墨水也能达到中间状态。
通过局部加热所需像素段并且相应地激活电泳墨水，可对电泳墨水的其它部分进行光学寻址和写入。为了将图像数据写到电子颜料的所有部分，激活一个部分的步骤可以与激活电子颜料的另一部分的步骤串行、并行或者按照它们的某种组合来执行，从而将每一部分的光学状态设置在所需水平。在具有电子刷的电子颜料系统中，例如当电子刷在电子颜料的表面上移动或者当电子刷从表面升起并开始新的描划时，图像数据被写到电子颜料的其它部分上。
在所需图像被写到电子颜料之后，可以观看该图像。可根据需要在写入先前图像之后的例如几分钟、几小时、几天、几星期甚至几个月内进一步刷新或写入新的图像。
在对电泳墨水显示器进行光学寻址的另一替换实施例中，利用光辐射对电泳墨水进行预调节、写入，然后通过在电泳墨水两端施加激活电压来激活电泳墨水。
图7示出在进行和不进行预调节时的电泳墨水的切换时间曲线图。其中对于未被调节的电泳墨水和经过预调节的电泳墨水示出利用光电检测器测量并且以任何单位表示的响应曲线。未被调节的响应曲线64示出电泳墨水从第一状态到第二状态、然后返回的典型切换时间。对于未被调节的电泳墨水来说，从第一状态到第二状态的切换时间约为50到150毫秒。经预调节的响应曲线66示出对应于经预调节的电泳墨水的变长的切换时间。例如，通过持续施加相对较高的调节电压来实现对电泳墨水的预调节。在预调节步骤期间，不需要施加光。调节电压改变了电泳墨水的响应时间，使得对应于经预调节的墨水的切换时间变长。如经预调节的响应曲线66所示，经预调节的电泳墨水具有长达两秒钟的切换时间。
不过，通过施加光，可使经预调节的电泳墨水的延长的切换时间发生逆转。利用这一特性，可以通过使用光辐射对电泳墨水进行光学寻址。
图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F说明根据本发明另一实施例的用于激活电子颜料10的方法。这些剖面示意图说明在利用光辐射在电泳墨水22的选定部分处施加调节电压、初始化电压和激活电压时，在下导电层20与上导电层24之间的电泳墨水22的粒子取向。如参照图5所描述的那样，图中的球形表示当面向上时取决于其取向而呈现黑色或白色的电泳粒子。通过控制粒子的平均旋转可实现连续灰度级。切换黑色和白色粒子的这些概念易于被扩展到切换彩色粒子。
图8A中表示一种随机光学状态，其中总体的粒子对观看者呈现灰色。该初始光学状态也可以由先前写入的图像来表示。在电泳墨水22两端施加延长时间周期的、并且在升高电压电平处的初始化电压32，以便将电泳墨水22初始化成与全白表面相应的初始化状态，如图8B中所示。在电泳墨水22被初始化之后，去除初始化电压32，电泳墨水22保持在初始化状态中。
在将图像写入或转印到电泳墨水22时，首先在上导电层24与下导电层20之间施加调节电压34，如图8C中所示。调节电压34具有与初始化电压32相同的极性，并且电泳墨水22的光学状态被保持。将调节电压34设置为例如30伏大约三分钟。一旦经过预调节，可使用光学寻址来对电泳墨水22进行写入。
从电子刷或其它光学寻址装置向电泳墨水22的一部分施加一束光辐射36，如图8D中所示。光辐射36被电泳墨水22吸收，并且所述预调节效应被有效地逆转，从而缩短被照射的像素的切换时间。未被照射的像素保持延长的切换时间。在用光辐射进行光学寻址期间，不需要施加初始化电压、调节电压或激活电压。
如图8E中所示，在上导电层24与下导电层20之间施加激活电压30。在施加激活电压30时，电泳墨水22的先前已被照射的区域切换到所需光学状态。选择激活电压30的施加时间量，从而使电泳墨水22的先前已被照射的区域发生切换，同时未被照射的经预调节的区域不具有足够的时间来切换或改变光学状态。根据激活电压30电平和所施加的光辐射36，被光学寻址的像素段从初始的白色光学状态切换到预定光学状态。然后去除激活电压30，以便锁定或冻结电泳墨水22的光学状态。如图8F中所示，电泳墨水22保持在所切换的光学状态，直至随后被重写为止。
图9为根据本发明另一实施例的用于激活电子颜料的方法的流程图。该流程图说明使用光辐射对电子颜料中的两个导电层之间的电泳墨水层进行光学寻址。
包括电泳墨水层的电子颜料被初始化，如方框80所示。例如，在电泳墨水两端施加持续的负电压以对电泳墨水进行初始化，从而将电泳墨水切换到初始化光学状态(诸如全白或全黑)。
如方框82所示，对电泳墨水进行预调节。通过在持续的时间周期内以更高电平施加调节电压对电泳墨水进行预调节，以便减慢电泳墨水的切换时间。当电泳墨水已被预调节时，去除调节电压，并且电泳墨水已为写入做好准备。在一个示例中，用3分钟的30伏调节电压对电泳墨水进行预调节。
例如，将来自手持式电子刷的扫描激光束的光辐射施加到电泳墨水的选定部分，如方框84所示。光辐射可以包括用来对电泳墨水进行光学寻址的红外、可见或紫外辐射。在该步骤中，去除电泳墨水两端的电压。电泳墨水的所有部分都根据需要而被光学寻址，以便局部地减小切换时间。一旦电子颜料已被写入，就可以激活电泳墨水。
如方框86所示，在上导电层与下导电层之间施加激活电压，以便激活电泳墨水。电泳墨水基于所接收的光辐射和所施加的激活电压而被激活。当施加激活电压时，电泳墨水切换到所需光学状态，电泳墨水的被光学寻址的区域比起经预调节的未被寻址的区域以更快速度发生切换。
如方框88所示，当电泳墨水达到所需光学状态时去除激活电压。将所写入的图像冻结或锁定，并使电泳墨水稳定在所需光学状态下。在电子颜料中写入并激活所需图像之后，可观看该图像。可根据需要在写入先前图像之后的例如几分钟、几小时、几天、几星期甚至几个月内进一步刷新或写入新图像。
尽管此处公开的本发明实施例在目前被认为是最佳的，不过，在不偏离本发明精神和范围的条件下可以作出多种改变和修改。在所附权利要求书中表示出本发明的范围，并且此处意在包含落在所附权利要求书的等效表述的含义和范围之内的所有改变。

Claims (20)

1、一种激活电子颜料的方法，该方法包括：
向电子颜料施加激活电压；
在电子颜料中的电泳墨水的一部分上接收辐射；以及
基于所接收的辐射和所施加的激活电压来激活电泳墨水。
2、如权利要求1所述的方法，其中，所述电子颜料包括下导电层、设置在所述下导电层上的电泳墨水层以及设置在电泳墨水层上的上导电层，并且在上导电层与下导电层之间施加激活电压。
3、如权利要求1所述的方法，其中，在电泳墨水的所述部分上接收辐射包括接收来自电子刷的扫描激光束的辐射。
4、如权利要求1所述的方法，其中，所接收的辐射包括热辐射，并且在施加激活电压时在电泳墨水中接收该热辐射。
5、如权利要求4所述的方法，还包括：
冷却电泳墨水；以及
基于电泳墨水的冷却而使电泳墨水稳定在预定光学状态。
6、如权利要求1所述的方法，其中，所接收的辐射包括光辐射，并且在施加激活电压之前在电泳墨水中接收该光辐射。
7、如权利要求6所述的方法，还包括：
对电泳墨水进行预调节，
其中，利用施加到电子颜料的调节电压对电泳墨水进行预调节；以及
其中，在施加激活电压和接收光辐射之前施加和去除该调节电压。
8、如权利要求1所述的方法，还包括：
去除激活电压；以及
响应于去除该激活电压，使电泳墨水稳定在预定光学状态。
9、如权利要求1所述的方法，还包括：
将电泳墨水初始化成初始化光学状态。
10、一种用于激活电子颜料的系统，包括：
下导电层；
设置在下导电层上的电泳墨水层；
设置在电泳墨水层上的上导电层；
与下导电层和上导电层电耦合的控制器；以及
与该控制器相耦合的电子刷；
其中，该控制器发送命令信号，以利用来自电子刷的热辐射对电泳墨水进行光学寻址；以及
其中，通过该控制器在上导电层与下导电层之间施加激活电压，以允许激活被光学寻址的电泳墨水。
11、如权利要求10所述的系统，其中，所述下导电层包括反射性金属或透明电极材料的其中之一。
12、如权利要求10所述的系统，其中，所述上导电层包括透明电极材料。
13、如权利要求10所述的系统，其中，所述控制器有线连接或者无线连接到所述电子刷。
14、如权利要求10所述的系统，还包括：
与所述下导电层相耦合的背垫层。
15、如权利要求14所述的系统，其中，所述背垫层包含用来将电泳墨水层中的各像素段热隔离的凹陷区域的阵列。
16、一种用于激活电子颜料的系统，该系统包括：
下导电层；
设置在下导电层上的电泳墨水层；
设置在电泳墨水层上的上导电层；
与上导电层和下导电层电耦合的控制器；以及
与该控制器相耦合的电子刷；
其中，在上导电层与下导电层之间施加调节电压，以便对电泳墨水进行预调节；
其中，所述控制器发送命令信号，以利用来自电子刷的光辐射对经过预调节的电泳墨水进行光学寻址；以及
其中，通过所述控制器在上导电层与下导电层之间施加激活电压，以便激活被光学寻址的电泳墨水。
17、如权利要求16所述的系统，其中，所述下导电层包括反射性金属和透明电极材料的其中之一。
18、如权利要求16所述的系统，其中，所述上导电层包括透明电极材料。
19、如权利要求16所述的系统，其中，所述控制器有线连接或者无线连接到所述电子刷。
20、如权利要求16所述的系统，还包括：
与所述下导电层相耦合的背垫层。
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