CN1942919A - 具有可旋转微粒的电泳显示面板 - Google Patents

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Abstract

对于显示面板(1)能够具有相对多的个数的可获得的用于显示画面的光学状态，该显示面板(1)具有像素(2)，该像素具有带有微粒(6)的电泳介质(5)，每个微粒(6)具有在工作时能够被移动和被旋转的电多极和带有不同光学性质的至少两个表面部分，和依赖于微粒(6)的位置和方向的光学状态。此外，微粒控制器(10，11，20，21，100)被设置为能够使微粒(6)分别移动和旋转到用于显示画面的这些位置之一和这些方向之一。一组电极(10，11)控制微粒在像素中是在分布状态还是在集中状态。第二组电极(20，21)选择微粒的旋转度。

Description

具有可旋转微粒的电泳显示面板
技术领域
本发明涉及用于显示画面的显示面板。
本发明也涉及包括这种显示面板的显示设备。
本发明还涉及驱动这种显示面板的方法。
背景技术
US5389945公开了一种用于显示画面的显示面板。
所公开的显示面板是gyricon显示器，也称为扭转球(twistingball)显示器，该文献提供了一种制造电子纸的技术。简言之，gyricon显示器是一种由多个光学各向异性球构成的可寻址显示器，每个球都能够被选择性地旋转，从而相对观察者呈现所希望的那面。
具体地，所公开的显示面板包括主层，在其中的腔内携载有可旋转的小球。主层可以是片状的合成橡胶，例如硅橡胶，其中分散有高密度的介电球。这样制造每个球，即使得它的半球带有对比色，优选一侧为黑色，另一侧为白色，并且在电场中显示不同的表面电荷。每个球都被包含在一个比该球稍大的球形腔内，在球和腔之间的空间内填充介电液体，使得球在其中自由旋转。一旦施加一个给定极性并且电势高于阈值的电场，球就会排列起来，使得它们的黑色一侧全部对着一个方向。当从该方向看时，显示面板就显示为黑色。相反，反转极性会使得球旋转180度，因而它们的白色一侧对着观察方向，并且显示面板就显示为白色。然而，显示面板可获得的光学状态的个数较少。
发明内容
本发明的一个目的是提供在首段中提到的那种显示面板，其能够具有较多个数的可获得的光学状态来显示画面。
为了实现该目的，本发明提供一种用于显示画面的电泳显示面板，包括：
像素，具有
包括微粒的电泳介质，每个微粒在工作时具有能够移动和旋转并且在具有不同的光学性质的至少两个表面部分处的电多极，和
依赖于微粒的位置和方向的光学状态，和
微粒控制器，布置为能够使微粒分别移动并且旋转到这些位置之一和这些方向之一，用于显示画面。
作为该介质为电泳介质的结果，这些微粒在该介质中既能够移动也能够旋转。微粒控制器能够移动微粒是因为每个微粒在工作时具有电多极。一个例子是，微粒控制器能够施加具有空间上不一致的梯度的电场。电多极可以是永久的，或者该多个极可以是在工作时例如通过交变电场而感应出的。此外，微粒控制器能够旋转这些微粒是因为每个微粒在工作时具有电多极。像素的光学状态依赖于微粒的方向以及依赖于微粒的位置，每个微粒具有至少两个具有不同的光学性质的表面部分。由于这些依赖性，用于显示画面的可获得的光学状态的个数相对较多。一个例子是：对于这些微粒的给定方向，像素的光学状态能够通过改变微粒的位置而改变。这与US5389945所公开的显示器形成对比，在那里对于微粒的给定的方向，像素的光学状态在微粒的位置固定时不能改变。
此外，如果对于根据本发明所述的显示面板来说，电多极包括电双极，那么微粒控制器就能够通过施加具有空间一致的梯度的电场来旋转每个微粒，这能够相对简单地实现。此外，如果每个微粒具有对微粒的移动能力有贡献的净电荷，那么微粒控制器能够通过施加具有空间上一致的梯度的电场来移动每个微粒，这能够相对简单地实现。
在一个实施例中，每个微粒具有大致为球形的形状和两个半球，每个具有不同的光学性质和基本上相反的电荷。然后，这些微粒能够相对简单地制造。一个例子是来自Xerox公司的Gyricon微粒。
在一个实施例中，微粒控制器布置为能够使微粒移动，从而局部地控制微粒的密度。
有许多可行的想法使微粒在电泳介质中移动并且旋转，例如该移动和旋转可以同时进行，或者微粒的旋转可以在移动之前。如果将微粒控制器设置为使微粒的移动在微粒的旋转之前，那么画面的精度可以提高。此外，如果
像素包括一个基本上对像素的光学状态没有贡献的存储器部分，
像素包括一个基本上对像素的光学状态有贡献的光学有源部分，
在光学有源部分的微粒能够在极限方向之间旋转，
微粒的移动包括
-微粒进入存储器部分的复位移动，以及随后
-微粒的画面移动到用于显示画面的位置，和
微粒的旋转包括
-在光学有源部分的微粒到达极限方向之一的复位旋转，以及随后
在光学有源部分的微粒到达用于显示画面的方向的画面旋转，这样就进一步提高了画面的精度。
在另一个实施例中，每个微粒具有多于两个的具有不同光学性质的表面部分，例如每个微粒具有红色、绿色和蓝色表面部分，每个微粒具有白色、黑色和着色表面部分，或者每个微粒具有红色、蓝色和和白色表面部分。优选每个微粒上的表面部分具有基板相等的面积。
在另一个实施例中，电泳介质还具有能够移动和旋转的第二类型微粒。第二类型微粒的每个微粒都具有一个或者多个具有相对于第一类型微粒不同的光学性质的表面部分，例如第一类型微粒具有绿色和红色表面部分，而第二类型微粒具有蓝色和黑色表面部分。这些表面部分最好具有基本上相等的面积。
在另一个实施例中，显示面板包括超级像素(super pixel)，其包括
像素，
具有至少两个具有不同光学性质的表面部分、并且相对于该像素的微粒的表面部分具有不同的光学性质的另一个像素，和
具有至少两个具有不同的光学性质的表面部分、并且相对于该像素的微粒和该另一个像素的微粒的表面部分具有不同的光学性质的又一个像素。
这样就可以对超级像素进行颜色组合，其能够有利地用于彩色显示面板中。
在另一个实施例中，显示面板是有源矩阵显示面板。
本发明的另一个目的是提供一种包括如权利要求10所述的电泳显示面板的显示设备。
本发明的又一个目的是提供一种驱动如权利要求11所述的电泳显示面板的方法。
附图说明
本发明的显示面板的这些和其它方面将参照附图进一步解释和描述，其中：
图1示意性地示出一个实施例的显示面板的前视图；
图2示意性地示出沿图1中II-II的截面图；
图3示出该表面部分的着色的几个选择；
图4示意性地示出另一个实施例的显示面板沿图1的II-II的截面图；
图5示意性地示出另一个实施例的显示面板沿图1的II-II的截面图；
图6示意性地示出另一个实施例的显示面板沿图1的VI-VI的截面图。
在所有的附图中相应的部件用相同的参考数字表示。
具体实施方式
图1和图2示出显示面板1的一个例子，其具有第一基板8、第二相对透明基板9和多个像素2。优选像素2以基本上直线布置为二维结构。像素2的另一种布置也是可行的，例如蜂窝式布置。在有源矩阵的实施例中，像素2还可以包括开关电子器件，例如薄膜晶体管(TFT)、二极管、MIM器件等。
具有处于透明液体中的微粒6的电泳介质5存在于基板8，9之间。面对第二基板9的第一基板8的表面15可以是反射性的或者具有任一颜色。电泳介质5本身从例如US2002/0180688获知，而微粒6本身从例如US5389945和US4126854获知，这些文献在这里引入作为参考。每个微粒6在工作时具有电多极，能够被移动和旋转。这多个极是因电场中不同的表面电荷而产生的。微粒6可以是介电球，例如每个的直径大约15到30微米。每个球制造成包括具有不同光学性质的至少两个表面部分。该表面部分的第一部分可以具有任一颜色，而该表面部分的另一部分可以具有不同于第一部分的颜色的任一颜色。该表面部分的第一部分的颜色例如是红色、绿色、蓝色、黄色、青色、品红、白色或者黑色。
图3示出了该表面部分的颜色的几个选择，例如每个微粒具有红色(a1)和绿色(a2)表面部分，每个微粒具有白色(b1，c1)、黑色(b2，c2)和有色(b3，c3)表面部分，或者每个微粒具有红色(d1)，绿色(d2)、蓝色(d3)和白色(d4)表面部分。
微粒6例如可以具有带有对比色例如一侧为黑色，另一侧为白色的半球50，51。微粒6占据像素2中的位置，并且能够移动。像素2具有用于观察者观察的观察表面91。像素2的光学状态依赖于微粒6的位置和方向。
具有用于从驱动装置100中接收电势的电极10，11，20，21的微粒控制器设置成能够使微粒6移动和旋转到各个用于显示画面的位置之一和方向之一。电极10，11，20，21的每个都可以具有对着微粒6的基本平坦的表面。可以这样选择几何构形和电势，使得在电极10，11之间以及在电极20，21之间能够产生基本上均匀的电场。
在一个例子中，考虑微粒6具有红色和绿色半球50，51，也即微粒6在一侧是红色的并且在另一侧是绿色的。红色半球50带负电荷，而绿色半球51带正电荷。由于这个电荷分布，微粒6具有永久的多个极，包括双极。此外，考虑负电荷的量值大于正电荷的量值，则导致微粒6具有负的净电荷。该净电荷对微粒6的移动能力起作用。此外，电极21和液体是透明的，并且第一基板8的表面15是蓝色的。考虑图2的像素的布局。
为了获得红色的光学状态，首先，通过适当地改变电极10，11所获得的电势使微粒6进入它们在像素2中的分布状态。随后，通过适当地改变电极20，21所获得的电势对微粒6定向，使得它们的红色一侧都面对观察面91。结果，像素2的光学状态是红色的。
为了获得绿色的光学状态，首先，通过适当地改变电极10，11所获得的电势使微粒6进入它们在像素2中的分布状态。随后，通过适当地改变电极20，21所获得的电势对微粒6定向，使得它们的绿色一侧都面对观察面91；电极20，21之间的电场的极性与用于获得红色像素2的极性相反。结果，像素2的光学状态是绿色的。
为了获得蓝色的光学状态，通过适当地改变电极10，11所获得的电势使微粒6在电极10或者11的表面附近进入它们的集中状态。结果，微粒6基本上在光路之外。因此，像素2的光学状态是蓝色的，因为第一基板8的表面15是蓝色的。
也可以有中间的光学状态。在一个例子中，微粒6使它们的红色和绿色半球50，51的一部分向着观察面91，这导致光学状态处于红色和绿色的中间，也即黄色、橙色等。在另一个例子中，仅仅少量的微粒6分布在像素2中，没有完全覆盖第一基板8的蓝色表面15，而少量的微粒6的红色一侧面对着观察面91，这使得光学状态处于红色和蓝色之间也即紫色。另一个例子是前面两个例子的组合。
图4示出另一个实施例。这个实施例与前面图2所示的实施例类似。然而，在这个实施例中，像素2具有一个对像素的光学状态基本上不起作用的存储器部分510，因为黑色矩阵513将存储器510遮盖以不让观察者看到。存储器510具有数据电极512和复位电极511。数据电极512可以经由薄膜晶体管TFT连接到有源矩阵中的数据驱动器，同时复位电极511可以为多个像素2所共用，或者甚至为整个显示面板1共用。此外，形成像素壁的隔离条514a、514b可以将像素2彼此分隔。像素2具有一个基本上对像素2的光学状态起作用的光学有源部分530。光学有源部分530内的微粒6的方向包括极限方向，这依赖于微粒6的多极和用于将微粒6定向的电极20，21的位置。在这个例子中，如果将光学有源部分530内的微粒6定向、排列，使得它们的红色一侧全部面对着观察面91，则光学有源部分530内的微粒6具有第一极限方向，并且如果将光学有源部分内的微粒6定向、排列，使得它们的绿色一侧全部面对着观察面91，则光学有源部分530的微粒6具有第二极限方向。在这个实施例中，微粒6的移动具有微粒6进入存储器510的复位移动，以及随后的微粒6到达显示画面的位置的画面移动，并且在光学有源部分530内的微粒6的旋转具有微粒6到达这些极限方向之一的复位旋转，以及随后的在光学有源部分530内的微粒6到达用于显示画面的方向的画面旋转。
为了获得红色的光学状态，首先，通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收0伏，0伏，10伏和5伏，使微粒6进入存储器510(这是复位移动)。其次，通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收5伏，5伏，4伏和3伏，使微粒6进入它们的用于显示画面的位置(这是画面移动)。进入光学有源部分530的微粒6的数量能够由电极20，21，511，512所接收的适当的电势和施加该电势的时间所选择。通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收0伏，0伏，2伏和0伏，而使它们集中在电极511的表面附近，这样将存储器510内的微粒6保持在存储器510内。第三，通过适当地改变电极20，21所接收的电势，例如电极20，21分别接收0伏和2伏，使在光学有源部分530内的微粒6旋转到极限方向之一(这是复位旋转)，例如红色。随后的在光学有源部分530内的微粒6达到用于显示红色的方向的画面旋转在这种情况下可能不会出现，因为由于复位旋转，在光学有源部分530内的微粒6已经被定向为使它们的红色侧全部对着观察面91。结果像素2的光学状态是红色的。强度由位于光学有源部分530内的微粒6的数量确定。
为了获得绿色的光学状态，首先，通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收0伏，0伏，10伏和5伏，使微粒6进入存储器510(这是复位移动)。其次，通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收5伏，5伏，4伏和3伏，使微粒6进入它们的显示画面的位置(这是画面移动)。进入光学有源部分530的微粒6的数量能够由电极20，21，511，512所接收的适当的电势选择。第三，通过适当地改变电极20，21所接收的电势，使在光学有源部分530内的微粒6旋转到极限方向之一(这是复位旋转)，例如红色。第四，通过适当地改变电极20，21所接收的电势，使在光学有源部分530内的微粒6旋转到用于显示绿色的方向(这是画面旋转)。由于画面旋转，在光学有源部分530内的微粒6旋转成它们的绿色侧全部对着观察面91。结果像素2的光学状态是绿色的。
为了获得蓝色的光学状态，通过适当地改变电极20，21，511，512所接收的电势，例如电极20，21，511，512分别接收0伏，0伏，10伏和5伏，使微粒6进入存储器510。结果，像素2的光学状态是蓝色的，这是表面15的颜色。此外，显然，也可以有中间的光学状态。
图5示出另一个实施例。这个实施例与前面图4所示的实施例类似。然而，在这个实施例中，电泳介质具有能够被移动和旋转的第二类型微粒7。微粒7具有正的净电荷。像素2具有用于第二类型微粒7的、对像素2的光学状态基本没有贡献的第二存储器部分520，因为黑色矩阵513屏蔽第二存储器520以不让观察者看到。第二存储器520具有数据电极521和复位电极522。此外，形成像素壁的隔离条514a，514b可以将像素2彼此分隔。像素2具有一个对像素2的光学状态有实质性贡献的光学有源部分530。在光学有源部分530内的微粒6，7的方向包括极限方向，这依赖于微粒6，7的多极和对微粒6，7定向的电极20，21的位置。一个例子是，第一类型微粒6具有绿色和红色的表面部分，而第二类型微粒7具有蓝色和黑色的表面部分。表面15是白色的。与前面的实施例类似，第一和/或第二类型微粒能够被引入或者引出光学有源部分530。可获得的光学状态是红色，绿色，蓝色，黑色和白色以及中间光学状态。
在超级像素600包括多个像素2的情况下，超级像素600的光学状态依赖于相关的像素2的光学状态。一些优选的颜色组合将被示出，其能够利用旋转多色微粒的原理而有利于用于产生全色显示面板1。由于与超级像素600相关的不同的像素2需要用单独的液体/微粒填充，因此例如喷墨印刷这样的制造方法是合适的。考虑超级像素600包括三个相邻的像素2a，2b，2c，参见图6。
在这个实施例中，考虑像素2a，2b，2c具有各自的微粒6a，6b，6c，它们具有有色的半球和黑色半球，例如微粒6a在一侧是蓝色的而在另一侧是黑色的，微粒6b在一侧是绿色的而在另一侧是黑色的，微粒6c在一侧是红色的而在另一侧是黑色的。此外，表面15a，15b，15c是白色的。以这种方式，通过选择性地旋转三个像素2a，2b，2c的每个内的微粒6a，6b，6c，就有可能使超级像素的光学状态在黑色和白色之间，也有可能使其着色到最大强度的1/3。这个实施例具有的优点是可以通过限定“白色”表面15a，15b，15c的散射和镜面反射的程度(这对用于反射型LCD中所谓的漫反射器是公知的)，在牺牲视角的情况下增加显示面板1的亮度。
以类似的方式，考虑微粒6a，6b，6c具有有色的半球和白色的半球。此外，表面15a，15b，15c是黑色的。以这种方式，通过选择性地旋转三个像素2a，2b，2c的各个内的微粒6a，6b，6c，就可以使得超级像素的光学状态在黑色和白色之间，并且也有可能使其着色到最大强度的1/3。这个实施例具有的优点是由于吸收了黑色表面15a，15b，15c，显示面板1的对比度可以相当好。
在前面两个变例中，表面15a，15b，15c的颜色的功能可以用相关颜色的液体取代。这具有节省产生表面15a，15b，15c的颜色的优点。
在另一个实施例中，考虑微粒6a，6b，6c具有两个原色的半球，并且像素2a，2b，2c具有白色或者黑色的表面15a，15b，15c。以这种方式，就可以通过选择性地旋转位于两个单独的像素内的微粒而使超级像素600的光学状态着色到最大强度的2/3(即，通过用微粒填充左边和中间的像素并且旋转所有的微粒以使得红色侧面对观察者而产生红色)。另外，通过用合适量的微粒6a，6b，6c填充三个像素2a，2b，2c并且按照需要旋转微粒6a，6b，6c，就可以获得明亮的混合色。
在黑色表面15a，15b，15c的情况下将实现良好的对比度，但是白色的强度将仅仅是最大值的1/3。在白色表面15a，15b，15c的情况下将实现良好的白色强度，但是对比度将仅仅是3∶1。

Claims (11)

1.一种用于显示画面的电泳显示面板(1)，包括：
像素(2)，其具有
包括微粒(6)的电泳介质(5)，每个微粒(6)具有在工作时能够被移动和旋转的电多极和带有不同光学性质的至少两个表面部分，和
依赖于微粒(6)的位置和方向的光学状态，和
微粒控制器(10，11，20，21，100)，其能够使微粒(6)分别移动和旋转到用于显示画面的这些方向之一和这些位置之一。
2.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于该电多极是永久性的。
3.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于该电多极包括电双极。
4.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于每个微粒(6)具有对微粒(6)的移动的能力有贡献的净电荷。
5.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于每个微粒(6)具有大致为球的形状和两个半球，它们具有不同的光学性质和基本相反的电荷。
6.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于微粒控制器被设置为能够使微粒(6)移动，以便局部控制微粒(6)的密度。
7.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于该微粒控制器被设置为能够使得微粒(6)的移动在微粒(6)的旋转之前。
8.如权利要求7所述的显示面板(1)，其特征在于
像素(2)包括对像素(2)的光学状态没有实质性贡献的存储器部分，
像素(2)包括对像素(2)的光学状态有实质性贡献的光学有源部分，
在该光学有源部分中的微粒(6)能够在极限方向之间旋转，
微粒(6)的移动包括：
微粒(6)进入存储器部分的复位移动，和随后的
微粒(6)到达用于显示画面的位置的画面移动，并且
微粒(6)的旋转包括
在光学有源部分中的微粒(6)到达极限方向之一的复位旋转，和随后的
在光学有源部分中的微粒(6)到达用于显示画面的方向的画面旋转。
9.如权利要求1所述的显示面板(1)，其特征在于该显示面板(1)包括超级像素，其包括
像素，
具有带有不同光学性质的至少两个表面部分并且相对于所述像素的微粒的表面部分具有不同的光学性质的微粒的另一个像素，和
具有带有不同的光学性质的至少两个表面部分并且相对于所述像素的微粒和所述另一个像素的微粒的表面部分具有不同的光学性质的微粒的又一个像素。
10.一种包括如权利要求1所述显示面板(1)的显示设备。
11.一种驱动用于显示画面的电泳显示面板(1)的方法，该电泳显示面板包括：
像素(2)，其具有
包括微粒(6)的电泳介质(5)，每个微粒(6)具有在工作时能够被移动和旋转的电多极和带有不同光学性质的至少两个表面部分，和
依赖于微粒(6)的位置和方向的光学状态，
该方法包括将微粒(6)分别移动和旋转到用于显示画面的这些位置之一和这些方向之一的步骤。
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