TWI578078B

TWI578078B - 多色電泳顯示器

Info

Publication number: TWI578078B
Application number: TW104101948A
Authority: TW
Inventors: 理查Ｊ鮑里尼; 喬治Ｇ哈瑞斯; 史蒂芬Ｊ塔爾夫
Original assignee: 電子墨水股份有限公司
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2017-04-11
Also published as: TW201520667A

Description

多色電泳顯示器

本發明關於多色電泳介質且關於結合這種介質之顯示器。

多年來以粒子為基礎之電泳顯示器已是高度研究及發展之主題，在該電泳顯示器中，複數個帶電粒子在電場之作用下通過流體而移動。在與液晶顯示器比較時，電泳顯示器具有良好亮度與對比、廣視角、狀態之雙穩性(bistability)及低耗電的屬性。然而，對於此等顯示器之長期影像品質問題已妨礙到其廣泛使用。例如，構成電泳顯示器之粒子有沉殿之傾向，造成此等顯示器之不足的使用年限(service-life)。

本文中依該技藝之習知意義使用「雙穩態」(“bistable”)「雙穩性」(“bistability”)等名詞以論及包括顯示元件之顯示器，該等顯示元件具有至少一種光學特性相異之第一及第二顯示狀態，且藉由有限期間之定址脈衝，使得在已驅動任何特定元件以呈現其第一或第二顯示狀態後，於定址脈衝已終止後，該狀態將持續至少數次例如(至少四次)要變更顯示元件狀態所需之定址脈衝的最小期間。在美國專利案號7,170,670中表示具灰階能力之某些以粒子為基礎之電泳顯示器不僅在其極度黑色與白色狀態，而且在其中間灰色狀態為穩定的，且在某些其它類型之光電顯示器同樣為真。儘管為方便起見，本文中可使用「雙穩態」一詞涵蓋雙穩態與多穩態顯示器，但此類型之顯示器適稱為「多穩態」(“multi-stable”)而非雙穩態。

如以上所提及者，電泳介質需有流體存在。在大半先前技術之電泳介質中，此流體為液體，但電泳介質可使用氣態流體製成；例如見Kitamura,T.等人之「用於像電子紙之顯示器之電色粉的移動」，IDW日本，2001，報告HCS1-1，以及Yamaguchi,Y.等人之「使用以摩擦帶電式之絕緣粒子的色粉顯示器」，IDW日本，2001，報告AMD4-4。亦見美國專利公開案號2005/0259068、2006/0087479、2006/0087489、2006/0087718、2006/0209008、2006/0214906、2006/0231401、2006/0238488、2006/0263927及美國專利案號7,321,459及7,236,291。當在允許此等沉澱之定向中使用該介質時，例如，在將介質配置成垂直平面之標記中，由於作為以液體為基礎之電泳介質的粒子沉澱，此等以氣體為基礎之電泳介質似乎易受相同類型問題之影響。的確，在以氣體為基礎之電泳介質中比在以液體為基礎之電泳介質中，粒子沉澱似乎為更嚴重之問題，因相較於液體，較低黏度之氣態懸浮流體允許使電泳粒子更快速沉澱。

讓渡給或以麻省理工學院(MIT)及E Ink公司為名義之許多專利及申請案說明使用於封裝電泳及其它光電介質的各種技術。此等封裝介質包括許多小囊(capsule)，該囊本身之每一者包括在流體介質中含有電泳式遷移粒子的內相(internal phase)，及圍繞內相之囊壁。向來，囊係本身容納在聚合結合劑中以形成位在兩電極之間的黏合層。此等專利及申請案中所說明之技術包含：(a)電泳粒子、流體及流體添加劑；例如見美國專利案號7,002,728及7,679,814；(b)囊、結合劑及封裝製程；例如見美國專利案號6,922,276及7,411,719；(c)包含光電材料之薄膜及子組件；例如見美國專利案號6,982,178及7,839,564；(d)底板(back plane)、接著層與其它輔助層及用於顯示之方法；例如見美國專利案號7,116,318及7,535,624；(e)顏色之形成及顏色之調整；例如見美國專利案號6,017,584、6,664,944、6,864,875、7,075,502、7,167,155、7,667,684與7,791,789；及美國專利申請公開案號2004/0263947、2007/0109219、2007/0223079、2008/0023332、2008/0043318、2008/0048970、2008/0211764、2009/0004442、2009/0225398、2009/0237776、2010/0103502、2010/0156780及2010/0225995； (f)用於驅動顯示器之方法；例如見美國專利案號7,012,600及7,453,445；以及(g)顯示器之應用；例如見美國專利案號7,312,784；以及美國專利申請公開案號2006/0279527。

眾多前述專利及申請案認定將離散之微囊圍繞在封裝電泳介質中的壁可能為連續相所取代，由此產生所謂聚合物散佈式電泳顯示器，其中電泳介質包括複數個離散之電泳流體液滴及由聚合材料製成之連續相，且即使離散之囊薄膜與各個別液滴無相關聯，仍可將此種聚合物散佈式電泳顯示器中的離散之電泳流體液滴視為囊或微囊；例如見美國專利案號6,866,760。因此，為本申請案之目的，將此等聚合物散佈式電泳介質視為封裝電泳介質之子種類。

相關類型之電泳顯示器係所謂的「微胞(microcell)電泳顯示器」。在微胞電泳顯示器中，帶電粒子及流體未被封裝在微囊中，而是被留置在複數個空腔中，該等空腔係形成在向來為聚合膜之載體介質中。例如，見兩者皆讓渡給Sipix Imaging公司之美國專利案號6,672,921及6,788,449。

儘管電泳介質常為不透明(例如，因在眾多電泳介質中，粒子大致阻擋可見光透過顯示器透射)且以反射模式運作，眾多電泳顯示器可以所謂的「光閘模式」運作，其中一個顯示狀態大致為不透光且一個為透光。例如，見美國專利案號5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971；以及6,184,856。類似於電泳顯示器卻依賴電場強度變化之雙電泳顯示器可以類似模式運作；見美國專利案號4,418,346。以光閘模式運作之電泳介質在全彩顯示器之多層結構中可能是有用的；在此等結構中，鄰近顯示器觀看表面之至少一層係以光閘模式運作，以曝露或隱藏更遠離觀看表面的第二層。

如已表示者，封裝式或微胞電泳顯示器向來未遭遇習知電泳裝置之叢集及沉澱失敗模式的問題且提供進一步之優勢，如將顯示器印刷或塗布在廣泛各種撓性及剛性基板上的能力(字詞「印刷」之使用意在包含所有形式之印刷及塗布，其包含但未限於：預計量式塗布(pre-metered coating)，如方框式模具塗布(patch die coating)、狹縫式或擠壓塗布(slot or extrusion coating)、斜板式(slide)或淋瀑式(cascade)塗布、淋幕式(curtain)塗布；滾輪塗布，如輪上刮刀塗布、順及逆滾輪塗布；凹版(gravure)塗布；浸漬塗布；噴塗式塗布；彎月形(meniscus)塗布；旋轉式塗布；刷塗式塗布；氣刀(air knife)塗布；絲綢網版印刷(silk screen printing)製程；靜電印刷製程；熱印刷製程；噴墨印刷製程；電泳沉積(見美國專利案號7,339,715)；以及其它類似技術)。因此，所形成之顯示器可為撓性。再者，由於可印刷顯示介質(使用各種方法)，可使顯示器本身不貴。

大半習知技藝之電泳介質基本上僅顯示兩種顏色。此等電泳介質使用單一類型之電泳粒子或第一及第二類型之電泳粒子，該單一類型之電泳粒子在具第二、相異顏色之著色流體中具有第一顏色(在該情況下，在粒子位於鄰近顯示器之觀看表面時顯示第一顏色，且在粒子與觀看表面隔開時，顯示第二顏色)，該等第一及第二類型之電泳粒子在未著色流體中具有相異之第一及第二顏色(在該情況下，在第一類型之粒子位於鄰近顯示器之觀看表面時顯示第一顏色，且第二類型之粒子置於鄰近觀看表面時，顯示第二顏色)。向來，兩種顏色為黑色與白色。若欲為全彩顯示器，可在單色(黑色與白色)顯示器之觀看表面上配置彩色濾光片陣列。此等彩色濾光片陣列向來為紅/綠/藍(“RGB”)或紅/綠/藍/白(“RGBW”)型。具彩色濾光片之顯示器依賴具有三個(為RGB顯示器之情況)或四個(為RGBW顯示器之情況)子像素一起作用為單一全彩像素的區域共享方法。不幸地，各顏色僅能以部份顯示區域顯示。例如，在RGBW顯示器中，紅、綠及藍色中之每一者僅能以部份顯示區域(四個中之一個子像素)顯示且白色可有效地以部份顯示區域(四個中之一個完整子像素，加上各著色子像素作為1/3白色用，使得三個著色子像素一起提供另一個完全白色子像素)顯示。此區域共享方法造成顏色較預期稍暗。

或者是，使用以光閘模式運作之多重變色層可建構全彩顯示器。例如，見美國專利案號6,727,873，其說明使用三個個別堆疊層之全彩電泳顯示器，各層包含吸收部分可見光譜之電泳粒子。除複雜及潛在昂貴外，此種多層顯示器需要各種不同的層之精確對準及高度透光之電極(及電晶體，若為主動式矩陣顯示器時)，因為由於電極之吸收及反射，各層造成某些光耗損，且尤其是主動式矩陣顯示器中之電晶體。因顯示器堆疊之厚度接近或超出像素之大小，多層顯示器亦遭遇視差問題。

然而，電泳介質尚需能在各像素顯示更多顏色，使得，例如，此種介質能再生高品質彩色印刷之外觀。向來，此種高品質印刷之生效係使用至少四種墨水，青色/洋紅色/黃色/黑色(“CMYK”)。常不被察覺者為所謂的「四色」CMYK印刷系統實際上係五色系統，第五色為在未施加墨水時，由紙張(或類似)表面所提供之白色背景。因在基本上為不透光之電泳介質中，除非係在光閘模式下使用，並無可比較之背景顏色，故非光閘模式之電泳介質應能顯示五種顏色(黑色、白色及三種主色，三種主色向來為青色、洋紅色及黃色，或者紅色、綠色及藍色)。

本發明提供一種能在僅使用兩個電泳層之顯示器之主動區域的每一部位顯示所有顏色的全彩顯示器。本發明亦提供一種電極結構，及驅動電泳顯示器的方法，該電泳顯示器簡化此種全彩顯示器之底板。本發明之電極結構及驅動方法在其它類型之顯示器亦為有用。

在一個觀點中，此發明提供一種電泳顯示器，該電泳顯示器具有觀看表面且包括鄰近觀看表面之第一電泳層及在該第一電泳層之與該觀看表面相對的側上的第二電泳層，該第一電泳層包括第一流體、複數個帶電之白色粒子與複數個異於白色之第一顏色之透光的帶電粒子，該等白色及第一顏色粒子係散佈在該第一流體中，該第一電泳層設有能將該等白色及第一顏色粒子驅動成三種相異光學狀態之驅動手段，亦即(a)第一光學狀態，其中該等白色粒子位於鄰近該觀看表面且該等第一顏色粒子係與該觀看表面相隔；(b)第二光學狀態，其中該等第一顏色粒子位於鄰近該觀看表面且該等白色粒子係與該觀看表面相隔；以及(c)第三光學狀態，其中該等白色及第一顏色粒子僅佔有該第一電泳層之一小部分區域，藉以允許光線經由該觀看表面進入該第一電泳層，通過該第一電泳層至該第二電泳層；以及該第二電泳層包括第二流體、複數個異於白色與第一顏色之第二顏色的帶電粒子、及複數個異於白色和第一與第二顏色之第三顏色的帶電粒子，該等第二及第三顏色粒子係散佈在該第二流體中，該第二電泳層設有能將該等第二及第三顏色粒子驅動成三種相異光學狀態之驅動手段，亦即(d)第四光學狀態，其中該等第二粒子位於鄰近該第一電泳層且該等第三顏色粒子係與此層相隔；(e)第五光學狀態，其中該等第三粒子位於鄰近該第一電泳層且該等第二顏色粒子係與此層相隔；以及(f)第六光學狀態，其中該等第二及第三顏色粒子係在該第二流體中相互混合。

在本發明之此種「雙層」電泳顯示器的一種形式中，第二及第三顏色粒子係反射性的。第一、第二及第三顏色(依任一次序)可為青色、洋紅色及黃色。因具有優越顏色飽和度之反射性青色及黃色顏料可輕易獲得，因此第二及第三顏色可為青色及黃色，第一顏色為洋紅色。

原則上，本發明顯示器之第一及第二電泳層可為未封裝式。然而，由於以上原因，且因為「介電泳驅動」(若使用的話，見以下)及光閘模式驅動對封裝式顯示器較有效，因此一般較佳是將本發明之雙層電泳顯示器中的第一及第二電泳層加以封裝，亦即，使粒子及流體侷限於複數個囊(capsules)或微胞中，或呈現為複數個離散液滴，該等液滴係由含有聚合材料之連續相所圍繞，使得該顯示器為如先前所討論之聚合物散佈之電泳顯示器。

藉由施加交流電場(「AC驅動」)，可將白色及第一顏色粒子驅動至其第三(光閘模式)光學狀態，其第一電泳層設有適當之電極及驅動器，使能施加此種交流電場。例如，如美國專利案號7,999,787之說明，起因於AC驅動之粒子遷移迄今一向被視為由於介電泳之故。然而，實際上不易判定起因於AC驅動之粒子遷移是否歸因於介電泳或電滲透力(例如見美國專利案號6,120,839及7,746,544)，且因此以下將討論AC驅動而不嘗試描述促成相關粒子遷移之確切實體現象。AC驅動具有僅需正常提供兩個電極之優勢，在電泳介質之各側上有一個，且因此可以習知之底板達成。然而，AC驅動可能需要使用通常高達約1kHz之高頻波形，且此種高頻波形在主動式矩陣顯示器中可能難以執行。因此，一般較佳為藉由使白色及第一顏色粒子侷限於僅佔有第一電泳層之各像素之一小部分區域的電極，來提供光閘模式之光學狀態，因此使光線自觀看表面進入第一電泳層，自由通過像素之主要部分且抵達第二電泳層；僅佔有像素之一小部分的電極習知上稱為「側」或「輔助」電極。除使用名詞「側電極」外，此等電極未必位於各像素之周邊；例如，各輔助電極可能為繞著像素周邊之環狀或部分環狀，或位於像素中之一個以上的小電極狀。

在另一觀點中，此發明提供一種相互連接電泳顯示器之側或輔助電極的嶄新方式，其中各子像素在電泳介質之一側上具有一個主要及至少一個輔助電極且在電泳介質之相對側上具有第三電極。(本文中使用的名詞「像素」表示能顯示該顯示器所能顯示之所有顏色之顯示器的最小單元。本文中使用的名詞「子像素」表示能改變顏色之顯示器的最小單元。應瞭解的是，諸如在其中顯示器之所有部位能顯示所有顏色之本發明之雙層顯示器的顯示器中，子像素與像素是相等的。)電泳顯示器包括流體及散佈在該流體中之至少一種類型之帶電粒子。(此種電泳顯示器可為或可不為本發明之雙層電泳顯示器。)在此電泳顯示器中，複數個子像素之輔助電極係連接至共同驅動線。藉由首先驅動鄰近輔助電極之複數個像素中的所有帶電粒子，且接著驅動複數個子像素之至少一者至其中帶電粒子之至少某些未位於鄰近輔助電極的光學狀態，可驅動此種顯示器。

在此種「相互連接之輔助電極或IAE」顯示器中，便利的是顯示器中所有子像素之輔助電極係連接至共同驅動線。各子像素之第三電極可為延伸橫跨整個顯示器之單一共同前電極的習知形式。IAE有兩個主要變種。若所有帶電粒子攜帶相同極性之電荷(由於顯示器僅使用單一類型之帶電粒子，向來在著色流體中，或由於顯示器使用兩種以上類型之帶電粒子，該帶電粒子攜帶相同極性之電荷，但具相異之電泳遷移率)，各子像素只需單一輔助電極，且此種顯示器此後可稱為「單一相互連接之輔助電極或SIAE」顯示器。然而，若任何子像素包括攜帶兩種極性電荷之粒子，該子像素需兩個輔助電極，使得可將相反極性之電位(相對於第三電極之電位)施加至該兩個輔助電極，以將攜帶兩種極性電荷之粒子拉引至該兩個輔助電極，因此使得子像素區域之主要部位清澈。此種顯示器可便利地被判定為本發明之「雙相互連接之輔助電極」顯示器。

100‧‧‧像素

102‧‧‧前電極

102A‧‧‧上表面

104‧‧‧第一電泳層

106‧‧‧第一流體

108‧‧‧囊壁

110‧‧‧主要背電極

112‧‧‧輔助背電極

114‧‧‧輔助背電極

118‧‧‧前電極

120‧‧‧第二電泳層

122‧‧‧第二流體

124‧‧‧囊壁

126‧‧‧背電極

102A‧‧‧觀看表面

100‧‧‧顯示器

300‧‧‧像素

302‧‧‧前電極

302A‧‧‧上表面

306‧‧‧第一流體

304‧‧‧第一電泳層

308‧‧‧囊壁

312‧‧‧輔助背電極

314‧‧‧輔助背電極

318‧‧‧前電極

320‧‧‧第二電泳層

322‧‧‧第二流體

324‧‧‧囊壁

326‧‧‧背電極

200R‧‧‧子像素

200G‧‧‧子像素

200B‧‧‧子像素

202R‧‧‧著色流體

202G‧‧‧著色流體

202B‧‧‧著色流體

204‧‧‧前電極

210R‧‧‧主要背電極

210G‧‧‧主要背電極

210B‧‧‧主要背電極

212R‧‧‧輔助背電極

212G‧‧‧輔助背電極

212B‧‧‧輔助背電極

220‧‧‧黑色背基板

202B‧‧‧藍色流體

202R‧‧‧紅色流體

230‧‧‧柵極

230A‧‧‧柵極

230B‧‧‧柵極

附圖之第1A圖係透過本發明之第一雙層電泳顯示器之一個像素的示意截面，其中本發明使用白色、青色、洋紅色及黃色粒子。第1A圖表示像素處於其白色光學狀態。

第1B-1H圖係類似於第1A圖之示意截面，但分別以其洋紅色、青色、黃色、紅色、藍色、綠色及黑色光學狀態表示該顯示器。

第2A-2E圖係類似於第1A-1H圖之示意截面，透過本發明之第二雙層電泳顯示器之一個像素的示意截面，其中本發明使用白色、紅色、綠色及藍色粒子。

第3A圖係透過本發明之單一相互連接之輔助電極顯示器之三個子像素的示意截面。

第3B圖係第3A圖中所示之單一相互連接之輔助電極顯示器之修飾形式的示意上視平面圖。

第4圖係類似於第3B圖之示意上視平面圖，本發明之雙相互連接之輔助電極顯示器之示意上視平面圖。

明顯地自發明之前述摘要，此發明具兩個主要觀點，亦即，雙層電泳顯示器及相互連接之輔助電極顯示器。以下將主要個別討論這兩個觀點，但應瞭解的是可將本發的兩個觀點併入單一實體顯示器中。

雙層電泳顯示器

如已表示者，在本發明的一個觀點中，提供一種雙層電泳顯示器。此顯示器具有觀看表面及個別的第一與第二電泳層，第一電泳層位於鄰近觀看表面且第二電泳層係位於第一電泳層之與觀看表面相對的側上。第一電泳層包括(第一)流體，及散佈在此流體中之帶電的白色粒子及白色以外之第一顏色之透光的帶電粒子。第一電泳層可被驅動成三種相異光學狀態，亦即(a)第一光學狀態，其中該等白色粒子位於鄰近該觀看表面且該等第一顏色粒子係與該觀看表面相隔，故觀看表面顯現為白色；(b)第二光學狀態，其中該等第一顏色粒子位於鄰近該觀看表面且該等白色粒子係與該觀看表面相隔，故觀看表面顯示第一顏色(如以下之討論，除非以第二電泳層之動作予以修飾)；以及(c)第三光學狀態，其中該等白色及第一顏色粒子僅佔有該第一電泳層之一小部分區域，藉以允許光線經由該觀看表面進入該第一電泳層，通過該第一電泳層至該第二電泳層。第二電泳層包括第二流體(其可與第一流體相同或相異)，及散佈在此第二流體中之異於白色與第一顏色之第二顏色的帶電粒子，及異於白色與第一及第二顏色之第三顏色的帶電粒子。第二電泳層可被驅動成三種相異光學狀態，亦即(d)第四光學狀態，其中該等第二粒子位於鄰近該第一電泳層且該等第三顏色粒子係與此層相隔；(e)第五光學狀態，其中該等第三顏色粒子位於鄰近該第一電泳層且該等第二顏色粒子係與此層相隔；以及(f)第六光學狀態，其中該等第二及第三顏色粒子係在該第二流體中相互混合。

純粹基於有關適當材料之可得性的實際理由，儘管亦能使用紅色、綠色及藍色粒子，一般較佳是第一顏色係洋紅色，第二顏色係青色且第三顏色係黃色。參考第1A-1H圖，現將解釋其中使用此等顏色選擇之本發明的雙層電泳顯示器顯示白色、黑色、洋紅色、青色、黃色、紅色、綠色及藍色的方式。為了圖示起見，儘管顯然此等電荷分配之任一者或兩者可能相反，或者電泳層之一者或兩者可能使用相同電荷但相異電泳遷移率之兩種類型的粒子，但假定白色及青色粒子攜帶正電荷而洋紅色及黃色粒子攜帶負電荷。

第1A圖表示本發明之第一雙層電泳顯示器的單一像素(一般以100標示)。像素100包括透光之前電極102，該電極之上表面102A形成顯示器之觀看表面(實際上，前電極102向來包括氧化銦錫之薄層、碳奈米管導體或配置在透明聚合膜之下表面(如圖示)上的導電聚合物，但前電極102之內部結構對本發明之目的不重要。)。像素100更包括第一電泳層(一般以104標示)，該第一電泳層在第一流體106中包括帶正電散射(亦即，反射)之白色粒子W及帶負電透光之洋紅色粒子M。第一電泳層104表示為封裝有粒子W與M及第一流體106，它們係容納在由囊壁108所拘束之單-囊中；該單-囊係僅為圖示之目的所示且在各像素中向來會存在一個以上的囊。

在該囊之與前電極102相對的側上，像素100更包括主要背電極110及兩個輔助背電極112與114。電極110、112及114係連接至電壓供應線(未示出)，該等電壓供應線使得這三個電極之電位能彼此獨立地被控制。

緊隨電極110、112及114後面(亦即，在此等電極之與前電極102相對的側上)但自此絕緣為進一步電極118，其作為第二電泳層(一般以120標示)之前電極，該第二電泳層在第二流體122中包括帶正電反射之青色粒子C及帶負電反射之黃色粒子Y。第二電泳層120表示為封裝有粒子C與Y及第二流體122，它們係容納在由囊壁124所拘束之單-囊中；再者，該單-囊係僅為圖示之目的所示且在各像素中向來會存在一個以上的囊。作為第二電泳層120之背電極的單一進一步電極126係配置在第二電泳層之與電極118對向的側上。

第1A圖表示顯示器處於其白色狀態。為了驅動顯示器達到此狀態，使前電極102相對於背電極110、112及114為負的，使得白色粒子W位於鄰近前電極且洋紅色粒子M鄰近背電極110、112及114，致使在顯示器之觀看表面102A顯示白色。因在第二電泳層120中之青色粒子C及黃色粒子Y的位置不相關(洋紅色粒子M、青色粒子C及黃色粒子Y皆為白色粒子W所隠藏)，電極118及126之電位不相關且便利地允許此等電極浮動。

第1B圖表示顯示器處於其洋紅色狀態。為了驅動顯示器達到此狀態，使前電極102相對於背電極110、112及114為正的，使得洋紅色粒子M位於鄰近前電極102且白色粒子W鄰近背電極110、112及114，致使經由觀看表面102A進入顯示器之光線通過透射性之洋紅色粒子M及第一流體106，自白色粒子W反射，且返回通過第一流體106及透射性之洋紅色粒子M，且因此在顯示器之觀看表面102A顯示洋紅色。再者，在第二電泳層120中之青色粒子C及黃色粒子Y的位置不相關(青色粒子C及黃色粒子Y兩者為白色粒子W所遮蔽)，故電極118及126之電位不相關且便利地允許此等電極浮動。

如第1C圖中所圖示，為了產生青色，相對於前電極102及主要背電極110，使輔助背電極(為方便起見，以電極112圖示)之一者為負的，且使另一輔助電極114為正的。白色粒子W遷移鄰近負輔助電極112，而洋紅色粒子遷移鄰近正輔助電極114，因此有效遮蔽白色及洋紅色粒子兩者且使第一電泳層104之主要部分區域開啟，供光線自觀看表面102A通過至第二電泳層120(在第1C圖及其它類似之下圖中由洋紅色及白色粒子所佔有之囊的截面區域部分為易於圖示而大幅誇大。事實上，可輕易使超過80%的囊為透明的。)。同時，相對於其背電極126，使第二電泳層120之前電極118為負的，使得反射性之青色粒子C位於鄰近前電極118且黃色粒子Y位於鄰近背電極126。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過開啟(透射性的)第一電泳層104，且自鄰近電極118之青色粒子C(此等青色粒子C用於隠藏鄰近電極126之黃色粒子Y)反射，且像素100顯示青色。

如第1D圖中所圖示，為了產生黃色，電極102、110、112及114之電位，且因此，白色粒子W及洋紅色粒子M之位置與第1C圖中者相同。然而，相對於其背電極126，現在使第二電泳層120之前電極118為正的，使得反射性之黃色粒子Y位於鄰近前電極118且青色粒子C位於鄰近背電極126。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過開啟的第一電泳層104，且自鄰近電極118之黃色粒子Y(此等黃色粒子Y 用於隠藏鄰近電極126之青色粒子C)反射，且像素100顯示黃色。

為了在像素100產生紅色，有必要藉由洋紅色粒子M及黃色粒子Y兩者產生光吸收。因此，如第1E圖中所示，相對於主要背電極110，使前電極102為正的，且使輔助電極112及114兩者或一者為負的(為易於圖示，使輔助電極112及114兩者表示為負的)。因此，透光之洋紅色粒子M位於鄰近前電極102，而白色粒子W位於鄰近負的輔助電極112及114，因此，遮蔽白色粒子W。同時，如第1B圖中所示，相對於其背電極126，使第二電泳層120之前電極118為正的，使得反射性之黃色粒子Y位於鄰近前電極118且青色粒子C位於鄰近背電極126。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過洋紅色粒子M(吸收綠色波長)，且自鄰近電極118之黃色粒子Y(此等黃色粒子Y用於隠藏鄰近電極126之青色粒子C)反射，吸收藍色波長，且返回通過洋紅色粒子M，使得像素100顯示紅色。

如第1F圖中所圖示，為了產生藍色，電極102、110、112及114之相對電位，且因此，白色粒子W及洋紅色粒子M之位置與第1E圖中者相同。然而，相對於其背電極126，現在使第二電泳層120之前電極118為負的，使得反射性之青色粒子C位於鄰近前電極118且黃色粒子Y位於鄰近背電極126。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過洋紅色粒子M(吸收綠色波長)，且自鄰近電極118之青色粒子C(此等青色粒子C用於隠藏鄰近電極126之黃色粒子Y)反射，吸收紅色波長，且返回通過洋紅色粒子M，使得像素100顯示藍色。

如第1G圖中所圖示，為了產生綠色，電極102、110、112及114之相對電位，且因此，白色粒子W及洋紅色粒子M之位置與第1C及1D圖中者相同，亦即，遮蔽白色粒子W及洋紅色粒子M。然而，在青色粒子C及黃色粒子Y係於第二流體122中相互混合的情況，此種相互混合可藉由以下完成：先將青色粒子C及黃色粒子Y遷移至第1E及1F圖之任一者中所示的位置，且接著倒置電極之相對電位，使得青色粒子C及黃色粒子Y成為於第二流體122中相互混合。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過開啟的第一電泳層104，且自流體122中之黃色粒子Y及青色粒子C兩者反射，且像素100顯示綠色。

最後，如第1H圖中所圖示，為了產生黑色像素，電極102、110、112及114之相對電位，且因此，白色粒子W及洋紅色粒子M之位置與第1E圖中者相同。同時，如第1G圖中所圖示，青色粒子C及黃色粒子Y係於第二流體122中相互混合。因此，經由觀看表面102A進入顯示器100之光線通過洋紅色粒子M(吸收綠色波長)，且自流體122中之黃色粒子Y(其吸收藍色波長)及青色粒子C(其吸收紅色波長)兩者反射，使得基本上無光線經由第一電泳層104返回，且像素100顯示黑色。

自前述將看到第1A-1H圖中所圖示之顯示器能透過其整個顯示區域顯示白色、黑色、青色、洋紅色、黃色、紅色、綠色及藍色。如先前所提及者，使用RGB彩色濾光片陣列之顯示器僅能透過其顯示區域之三分之一顯示紅色、綠色及藍色，透過整個顯示區域顯示黑色且透過顯示區域之三分之一顯示對等於白色之加工處理的白色。類似地，使用RGBW彩色濾光片陣列之顯示器僅能透過其顯示區域之四分之一顯示紅色、綠色及藍色，透過整個顯示區域顯示黑色且透過顯示區域之二分之一顯示對等於白色之加工處理的白色。因此，若以高度飽和顏料好好設計，在第1A-1H圖中所圖示之本發明的雙層電泳顯示器應較以先前技術之彩色濾光片陣列為基礎的彩色顯示器產生較大之顯示色域(gamut)及對比。

自以上第1C-1H圖之說明將看到顯示器100顯示各種顏色之能力係取決於藉由使電泳粒子之一者或兩者限制於像素100之一小部分主動區域，來在前電泳層104中遮蔽電泳粒子之一者或兩者的能力。如已提及者，使用輔助電極或藉由AC驅動，可達成第一電泳層之必要遮蔽；在使用微胞而非囊之顯示器的情況，可將輔助電極設置在微胞之側壁中。不管使用何種方法以遮蔽第一電泳層中之粒子，該方法應將粒子限制於儘可能在像素區域之一小部分，因此，提供儘可能為透明區域之一大部分，光線可經由該區域抵達第二電泳層。第一電泳層中之粒子遮蔽及粒子載入效率將決定在其遮蔽狀態中此層之光學透射率，其將必定小於100%。第一電泳層中無可避免之吸光將造成減低由第二電泳層所顯示顏色之顏色飽和度。就大半使用者而言，因顯示器之白色狀態的反射率為顯示器之一項重要標準，因此有利的是要將白色粒子保留在第一電泳層中，因由於第一電泳層之不完全遮蔽所致之光耗損及配置在第一與第二電泳層之間之電極與薄膜電晶體的吸光，將無可避免減低第二電泳層中白色粒子之反射率。由於類似原因，第二電泳層中之粒子應具高度飽和之顏色，以將由於第一電泳層之不完全遮蔽所致之光耗損及配置在第一與第二電泳層之間之電極與薄膜電晶體的吸光所造成的顏色飽和度降至最低。具有優越顏色飽和度之青色及黃色顏料係可廣泛取得，且因此較佳是使用於本發明之雙層顯示器的第二電泳層中。

對第1A-1H圖中所示之本發明第一實施例的一項潛在問題為：在為了遮蔽洋紅色及白色粒子而將電極112及114保持在相異電位時，在電極110中將會引發實質偶極，因此造成洋紅色及白色粒子佔有部份電極110且因此增加為洋紅色及白色粒子所遮蔽之像素區域的部分。若在任一特定顯示器中，發現此問題嚴重時，有兩種減低該問題之方法。如已討論者，第一種為靠AC驅動以達到洋紅色及白色粒子兩者之同時遮蔽(注意此種AC驅動將造成白色及洋紅色粒子於兩者被遮蔽時彼此混合的情況，對顯示器之操作無異。在第1C、1D、1G及1H圖中所示之顯示狀態中，在個別位置是否將白色及洋紅色粒子混合或遮蔽，對顯示之外觀無異。在第1E及 1H圖中所示之僅遮蔽白色粒子的顯示狀態中，當然正常上將藉由輔助電極達到此種遮蔽，雖然在電極112及114處於相同電位的兩種情況中，電極110中並無偶極，故未產生上述問題。)。第二種方法係消除電極110，因此避免在此電極中引發偶極的任何可能性。第1B圖中表示僅會顯著受消除電極110影響之顯示狀態(在第1A圖中所示之狀態中改變洋紅色粒子之位置，但這不相關，因洋紅色粒子為白色粒子所遮蓋且因此不為顯示器之觀視者所見)。在第1B圖中所示之顯示狀態中，消除電極110集中在鄰近電極112及114之白色粒子，使得白色粒子無法遍及像素100之全部區域以反射回通過洋紅色粒子層之洋紅色光線。因此，若要消除電極110，則明智的是提供鄰近或作為部分最背面電極126之白色反射器，在第1B圖中所示之顯示狀態中作為反射器，且遮蔽青色及黃色粒子以允許通過洋紅色粒子之光線自此反射器反射。

第2A-2E圖係類似於第1A-1H圖之示意截面，透過本發明之第二電泳顯示器之一個像素(一般以300標示)的示意截面。此第二電泳顯示器使用白色、紅色、綠色及藍色粒子，取代上述之第一顯示器中所使用之白色、洋紅色、青色及黃色粒子，且所有粒子係反射性的。而且，在第二顯示器中，省略第一電泳層之主要背電極(第1A圖中之110)。

更明確地說，像素300包括透光之前電極302，其上表面302A形成顯示器之觀看表面。像素300 更包括第一電泳層(一般以304標示)，該第一電泳層在第一流體306中包括帶正電之白色粒子W及帶負電之紅色粒子R。第一電泳層304係封裝有粒子W與R及第一流體306，它們係容納在由囊壁308所拘束之單-囊中；該單-囊係僅為圖示之目的所示且在各像素中向來會存在超過一個的囊。

在該囊之與前電極302相對的側上，像素300更包括兩個輔助背電極312與314。電極312及314係連接至電壓供應線(未示出)，該等電壓供應線使得此等電極之電位能彼此獨立地被控制。

緊隨電極112及114後面(亦即，在此等電極之與前電極302相對的側上)但自此絕緣為進一步電極318，其作為第二電泳層(一舨以320標示)之前電極，該第二電泳層在第二流體322中包括帶正電之藍色粒子B及帶負電反射之綠色粒子G。第二電泳層320係封裝有粒子B與G及第二流體322，它們係容納在由囊壁324所拘束之單-囊中；再者，該單-囊係僅為圖示之目的所示且在各像素中向來會存在多於一個的囊。作為第二電泳層320之背電極的單一進一步電極326係配置在第二電泳層之與電極318相對的側上。

第2A圖表示像素300處於其白色狀態。為了驅動像素達到此狀態，使前電極302相對於背電極312及314為負的，使得白色粒子W位於鄰近前電極302且紅色粒子R位於鄰近背電極312及314，致使在像素之觀看表面302A顯示白色。在第二電泳層320中之藍色B 及綠色G粒子的位置不相關(紅色粒子R、藍色粒子B及綠色粒子G皆為白色粒子W所隠藏)，且為易於圖示起見，綠色粒子G係表示為鄰近電極318且藍色粒子B係鄰近電極326。

第2B圖表示像素300處於其紅色光學狀態。為了驅動像素達到此狀態，使前電極302相對於背電極312及314為正的，使得紅色粒子R位於鄰近前電極302且白色粒子W位於鄰近背電極312及314，致使在像素之觀看表面302A顯示紅色。注意到因紅色粒子R係反射性的而非透射性的，在第二電泳層320中之藍色B及綠色G粒子的位置不相關(白色粒子W、藍色粒子B及綠色粒子G皆為紅色粒子R所隠藏)，且再者，為易於圖示起見，綠色粒子G係表示為鄰近電極318且藍色粒子B係鄰近電極326。

第2C圖表示像素300處於其藍色光學狀態。如在第1C圖中所示之青色光學狀態中，相對於前電極302，使背電極(為方便起見，圖示為電極312)之一者為負的，且使另一電極314為正的。白色粒子W遷移鄰近負的電極312，而紅色粒子R遷移鄰近正的電極314，因此有效遮蔽白色及紅色粒子兩者且使第一電泳層304之主要部分區域開啟，供光線自觀看表面302A通過至第二電泳層320(如同在第1C圖中，在第2C-2E圖中由紅色及白色粒子所佔有之像素的截面區域部分為易於圖示而大幅誇大。事實上，可輕易使超過80%的像素為透明的。)。同時，相對於其背電極326，使第二電泳層320 之前電極318為負的，使得藍色粒子B位於鄰近前電極318且綠色粒子G位於鄰近背電極326。因此，經由觀看表面302A進入像素300之光線通過開啟(透射性的)第一電泳層304，且自鄰近電極318之藍色粒子B(此等藍色粒子B用於隠藏鄰近電極326之綠色粒子G)反射，且像素300顯示藍色。

如第2D圖中所圖示，為了產生綠色，電極302、312及314之電位，且因此，白色粒子W及紅色粒子R之位置與第2C圖中者相同。然而，相對於其背電極326，現在使第二電泳層320之前電極318為正的，使得綠色粒子G位於鄰近前電極318且藍色粒子B位於鄰近背電極326。因此，經由觀看表面302A進入像素300之光線通過開啟的第一電泳層304，且自鄰近電極318之綠色粒子G(此等綠色粒子G用於隠藏鄰近電極326之藍色粒子B)反射，且像素300顯示綠色。

最後，如第2E圖中所圖示，為了產生黑色像素，電極302、312及314之相對電位，且因此，白色粒子W及紅色粒子R之位置與第2C及2D圖中者相同。同時，藍色粒子B及綠色粒子G係於第二流體322中相互混合。因此，經由觀看表面302A進入像素300之光線通過第一電泳層304，且自流體322中之藍色粒子B(其吸收紅色及綠色波長)及綠色粒子G(其吸收紅色及藍色波長)兩者反射，使得基本上無光線經由第一電泳層304返回，且像素300顯示黑色。

將觀察到的是第2A-2E圖中所示之使用紅色、綠色及藍色粒子的顯示器不能以單一像素顯示黃色、青色及洋紅色，且為了產生黃色、青色及洋紅色，有必要求助於區域性調節(areal modulation)之形式。例如，為了產生黃色，有必要顯示鄰近綠色像素之紅色像素。類似地，為了產生青色，顯示鄰近藍色像素之綠色像素；而為了產生洋紅色，顯示鄰近藍色像素之紅色像素。然而，所產生之顏色仍將優於使用彩色濾光片之先前技術之顯示器所產生者，因(例如)實際上，對照於以彩色濾光片為基礎之RGBW顯示器，仍能遍及顯示器之全部區域顯示黃色。

自前述將看到本發明之雙層顯示器能以每一像素顯示寬廣範圍之顏色，具優越之白色狀態，且在各層中不需具有超過兩層粒子之電泳層。因此，雙層顯示器能有較基於在單色電泳層上方之彩色濾光片陣列的區域共享之彩色電泳顯示器大之色域。

相互連接之輔助電極顯示器

在如以上第1A-1E及第2A-2E圖中所圖示之顯示器中，其中各像素需要一個以上之輔助電極，其電位必須不會因相同像素之主要電極的電位而變化，建立對輔助電極之必要連接，尤其是在高解析度之主動式矩陣顯示器中，引起實質之問題。迄今，在主動式矩陣顯示器中，已經以確切平行於主要電極的方式正常地驅動輔助電極；輔助電極之各行係連接至與用以驅動相關聯之主要電極之行的資料線平行之資料線，且因藉由主動式矩陣顯示器之列驅動器掃描主動式矩陣顯示器之各列，在將電位施加至相同像素之主要電極的同時，將電位施加至所選擇列中像素之輔助電極。此種配置至少使所需之資料線數目加倍，且在如第1A-1H及第2A-2E圖中所示之顯示器的情況中，其每一像素需要兩個輔助電極，使所需之資料線數目成為三倍。此資料線數目之增加大致增加底板之複雜性及費用，且在高解析度之顯示器中，需使用非常窄之資料線，其可能造成增加資料線之故障率且因此減低底板之良率。而且，資料線數目之增加使於各顯示器更新時必須傳送之資料量加倍或成為三倍，因此更增加顯示器之複雜性及成本。

現在已了解到藉由相互連接複數個像素行(且較佳是顯示器之所有像素)之輔助電極，可大幅簡化具有輔助電極之顯示器所使用之底板的構成。使用兩步驟之驅動方法可驅動具有經相互連接之輔助電極的顯示器，以顯示任何想要的影像，在該兩步驟之驅動方法中，使用主要電極及前電極，首先將所有像素驅動至其遮蔽狀態且接著將不需處於遮蔽狀態之像素驅動至其最終狀態。

附圖之第3A圖係透過藉由修飾已知類型之彩色封裝電泳顯示器所產生之本發明之相互連接之輔助電極之三個子像素(分別以200R、200G及200B標示)的示意截面。子像素之每一者包括著色流體202R、202G及202B中之白色帶電粒子W(為圖示起見，假定帶正電)，此等流體分別被著色為紅色、綠色及藍色。該顯示器具透光之連續共同前電極204，該前電極形成顯示器之觀看表面，且子像素之每一者具有主要背電極210R、210G或210B及單一輔助背電極212R、212G或212B。主要及輔助背電極係透光性的且配置在黑色背基板220上；或者是，主要及輔助背電極本身可能為經著色之黑色。

如第3A圖中所圖示，各子像素具有三個相異之光學狀態。在為子像素200G所圖示之第一光學狀態中，使主要背電極210G相對於前電極204為正的，使得白色粒子W位於鄰近前電極204，且子像素呈現白色外觀。在為子像素200B所圖示之第二光學狀態中，使主要背電極210B相對於前電極204為負的，使得白色粒子W位於鄰近主要背電極210B。經由前電極204進入子像素200B之光線通過藍色流體202B，自白色粒子W反射且返回通過藍色流體202B。因此，子像素呈現流體之顏色，在此情況中為藍色。在為子像素200R所圖示之第三光學狀態中，使背輔助電極212R相對於主要背電極210R及前電極204兩者為負的，使得白色粒子W被吸引至輔助電極212R，且因此被遮蔽。經由前電極204進入子像素200R之光線通過紅色流體202R且為黑色基板220所吸收，使得子像素呈現黑色外觀。

如已提及者，在先前技術之顯示器中，藉由平行資料線驅動主要及輔助背電極，結果增加底板之成本及複雜性。第3B圖係上視平面圖，其表示如何依據本發明修飾第3A圖中所示之顯示器的底板以允許簡化之底板。如第3B圖中所示，所有像素之背輔助電極為繞著所有主要背電極延伸之連續柵極(grid)230所取代；此連續柵極僅需以單點連接至電壓供應線。如第3A圖中對子像素200R之以上說明，為了驅動顯示器，首先將柵極230之電壓設定成低於主要背電極與前電極兩者之電壓，使得所有白色粒子W被吸引至柵極230且所有子像素呈現黑色外觀。之後，將柵極230設定與前電極204相同之電壓且調整各種子像素之主要背電極的電壓以驅動不打算在最終影像中顯示黑色外觀的那些子像素至想要的顏色狀態。例如，為了顯示影像之綠色區域，會使紅色及藍色子像素留置在其黑色狀態，而將綠色子像素切換至其綠色狀態。

附圖之第4圖係類似於第3B圖之上視平面圖，但圖示適用於電泳介質(例如，第1A-1H圖中所示之前電泳層或第2A-2E圖中所示之前電泳層)之相互連接之輔助電極的之形式，其使用具有相反極性電荷之兩種類型的電泳粒子。第4圖中所示之柵極230A、230B可被視為藉由沿子像素之各行的中線驅動柵極230而衍生自柵極230，因此，產生兩個連接至個別電壓供應線(未示出)之個別子柵極230A、230B，使得能獨立控制兩個子柵極之電位。以非常類似於第3B圖中所示之方式驅動第4圖中所示之底板；首先使兩個子柵極230A、230B相對於前及主要背電極分別為正的與負的，因此，吸引兩種類型之電泳粒子至兩個子柵極。之後，將需處於其它光學狀態中之子像素驅動至習知方式之那些狀態。

藉由僅使用一條或兩條電壓供應線以遮蔽整個顯示器，可以甚低成本製成底板及驅動電子設備，尤其是遮蔽用之波形需高頻或高壓。執行一個或兩個用於整個顯示器之高電流驅動器係可行的，但是執行大數目之此種驅動器，各像素一個，會是成本過高且易於故障。

如已提及者，在用以控制本發明之雙層電泳顯示器的第一電泳層時，本發明之相互連接的輔助電極結構具顯著益處。若第一電泳層之背電極結構包含兩個連續子柵極而非個別之輔助背電極，則可消除數千條資料線，該確切數目取決於顯示器之解析度及面積，因此減低顯示器之成本。此外，如已說明者，簡化顯示器之驅動。

總之，本發明之相互連接之輔助電極的顯示器提供一種手段以遮蔽顯示器，不致對顯示器底板或控制器增加大量的複雜性或成本。遮蔽柵極僅需一個或兩個驅動器。此種驅動器相對於像素電極驅動器可能是昂貴的，但僅使用一個或兩個較高成本之驅動器能顯著減低整體之顯示器成本。此種驅動器可能甚至被設計成產生電泳遮蔽所需之較高的電壓及頻率，該電泳遮蔽非常難以利用在各像素或子像素之個別輔助電極達成。