TWI834235B - 在電極上具有介電塗層的電泳顯示器及其製造方法 - Google Patents

Abstract

一種電泳顯示器(100)包括電泳介質(114)，其具有配置於流體中且可在施加電場時移動通過該流體的帶電粒子。一電極(104，120)相鄰配置於該電泳介質且經設置對其施加電場。一介電層(106，118)配置於該電泳介質(114)與該電極(104，120)之間，且具有延伸穿過該介電層的至少一孔徑(107，119)。在該等介電層(106，118)中設置該等孔徑(107，119)能使該等介電層(106，118)保護該等電極(104，120)，同時降低電光回衝。當多個電極(104，120)鄰近該電泳介質(114)時，多於一個或全部之該等電極(104，120)可設有有孔介電層(106，118)。

Description

在電極上具有介電塗層的電泳顯示器及其製造方法 [相關申請案之交叉參照]

本申請案係相關於美國專利申請案第9,726,957和10,520,786號，以及美國專利申請案公開第2020/0117069 A1號。

以上所述之美國臨時專利申請案、專利和公開專利申請案，以及下文中所有其他美國專利和公開的與同樣在申請中(copending)的完整內容以參照方式併入本文中。

本發明涉及一種電泳顯示器，其中至少一個電極帶有介電塗層。具體言之，本發明涉及這種電泳顯示器，其介電層具有至少一穿過該介電層的孔徑。

粒子系(particle-based)電泳顯示器具有電泳介質，其包括複數個帶電粒子，在電場影響下移動通過流體。相較於液晶顯示器，電泳顯示器可具有優良的亮度和對比度、寬視角、狀態雙穩性、低功耗等屬性。通常，電泳顯示器包括一層電泳材料和配置於電泳材料的相對兩側上的至少另外兩層，這兩層之其中一者係電極層。在大部分這種顯示器中，所述兩層皆為電極層，且電極層其中一者或兩者經圖案化，以定義顯示器的像素。舉例而言，一電極層可經圖案化為伸長形(elongate)列電極(row electrodes)，而另一電極層為與列電極成直角運作的伸長形行電極(column electrodes)，該等列和行電極相交，以定義該等像素。或者，更常見的是，一電極層具有單一連續電極，另一電極層經圖案化為像素電極陣列，其各自定義該顯示器的一像素。在另一種供配合觸控筆、列印頭或與顯示器分離的類似可動電極(movable electrode)使用的電泳顯示器中，僅與電泳層相鄰的層之其中一者包括電極，在電泳層之相對側上的該層一般係保護層，以供防止可動電極損壞電泳層。

在具有夾置於兩電極層之間之電泳介質的電泳顯示器中，該等電極層中至少一者必須為透光的，且優選地本質上為透明的，使得通過透光電極層檢視顯示器的觀察者可以看到介質光學狀態的變化。當一電極層為單一連續電極而另一電極經圖案化為像素電極時，由於單一連續電極層比起圖案化電極層較不可能產生視覺偽影(visual artifacts)，其通常是形成觀看面的連續電極，通過觀看面來檢視顯示器。具有形成這種電極必要的導電性和透光性組合的材料的數量有限，且大部分市售電泳顯示器多使用由例如是氧化銦(indium oxide)或氧化銦錫(indium tin oxide)的濺射金屬氧化物(sputtered metal oxides)形成的透光電極層，但是也使用由導電聚合物形成的電極層。為確保足夠的透明度，濺射金屬氧化物層的厚度通常小於1nm。

眾所周知，電泳顯示器中的電極層容易遭到機械性和電化學性的損害。參見例如美國專利第6,724,519號，其記載一種具有保護層的電泳顯示器，該保護層經適配以防止對電極之機械性和電化學性的損害。保護層可包括金屬或金屬氧化物。參見例如美國專利第8,441,432號，其記載一種微胞式電泳顯示器，其中至少一個電極具有電極保護層，該電極保護層由包含極性寡聚(polar oligomeric)或聚合(polymeric)材料的組合物所構成，該極性寡聚或聚合材料包含至少一個選自硝基(nitro)、羥基(hydroxyl)、烷氧基(alkoxy)、鹵素(halo)、氰基(cyano)、磺酸鹽(sulfonate)、含氨基(amino)或氨基衍生(amino-derived)極性基團、碳水化合物(carbohydrate)基團、含磷(phosphorus)極性基團、含硫(sulfur)極性基團和陰離子；其中所述顯示器胞元或所述電極保護層之電阻係數介於約10 ⁷至約10 ¹²ohm cm的範圍。美國專利第9,244,325號記載一種微胞式電泳顯示器，其具有分隔結構(partition structure)，將顯示器層分隔為複數個區域，以及與該分隔結構一體成型的電極保護層，兩者皆主要由導電聚合物構成，該導電聚合物係具有環氧乙烷側鏈(ethylene oxide side chain)的紫外線固化(ultraviolet-curable)聚合物。美國專利第3,792,308號記載一種電泳顯示器，其中電極其中之一或兩者塗佈有絕緣層，該絕緣層係藉由將例如醋酸乙烯酯樹脂(vinyl acetate resin)、聚苯乙烯(polystyrol)或明膠(gelatin)塗佈於電極所製備而成。最後，美國專利第6,850,357號記載一種電泳顯示器，其具有由丙烯酸系感光性樹脂(acrylic photosensitive resins)、非感光樹脂(non-photosensitive resins)和無機(inorganic)絕緣層所構成之電極保護層。

設計保護層以保護電泳顯示器中的電極避免遭機械性損壞相對直觀，但電化學性損壞的防止更為複雜。如上所述，電泳顯示器通常為雙穩態。(本文中所使用之「雙穩態」和「雙穩性」等詞，其在習知技術中的習知意義係指顯示器包括具有至少一個光學特性不同的第一和第二顯示狀態的顯示元件，且使得在任何給定元件經驅動後，藉由有限(finite)持續期間的定址脈波(addressing pulse)，呈現其第一個或第二個顯示狀態，而在定址脈波已終止後，該狀態將持續存在至少幾次(例如至少4次)，即更改顯示元件狀態之定址脈波的最短期間。美國專利第7,170,670號中顯示，一些具有灰階的粒子系電泳顯示器不僅在極端黑白狀態下穩定，而且在中間灰階狀態下也穩定。這種類型的顯示器可適當地稱為多穩態(multi-stable)而不是雙穩態，但是為了方便起見，「雙穩態」一詞在此可以用以涵蓋雙穩態及多穩態顯示器)。的確，這種雙穩性在降低可攜式、電池供電之電泳顯示器的電力消耗方面是重要的條件，因為顯示器可以被驅動大約0.5秒以顯示第一圖像(例如，一本書的第一頁)，大約30秒未被驅動，同時在使用者閱讀或查看第一圖像時，顯示器被驅動大約0.5秒以顯示第二圖像，以此類推，如此該顯示器僅在使用者使用顯示器的一小部分時間內即被驅動。一段時間以來已知，用以驅動電泳顯示器的驅動方案應為直流平衡(DC balanced)，亦即，若顯示器的特定像素從初始灰階開始，經過一連串到達其他灰階，但最終仍以初始灰階結束的轉換，一連串轉換的總脈衝(驅動電壓相對於時間的積分(integral))大致上應為零。若非這種狀況，該顯示器經過長時間使用後可能在電極層表現出永久性的電化學變化，而這些變化可能損害或甚至破壞顯示器的電光性能。

然而，即使整體驅動方案是直流平衡，如果用於各別轉換的波形本身並非直流平衡，問題仍然會出現。通常，電泳顯示器在驅動後出現「殘留電壓(remnant voltage)」。這種殘留電壓(經測量為顯示器電極兩端的開路電壓(open circuit voltage))被認為是源於電泳顯示器各層內電荷的積聚，而且顯示器的驅動結束後，可能會持續相當長的時間。殘留電壓在顯示器未被驅動期間，會導致顯示器的光學狀態發生不必要的變化，並且預期會維持在相同的光學狀態。即使是很小的殘留電壓也會引起問題，因為大部分電泳介質的閾值電壓很小或沒有閾值電壓，致使在兩個連續轉換之間長時間存在很小的殘留電壓，也可能造成介質的光學狀態發生顯著變化。這種光學狀態不必要的變化在全彩色顯示器中更是大有問題，因為在單色顯示器中，肉眼對色調(hue)的細微變化，往往比對灰階的細微變化更加敏感；尤其是，膚色的顏色變化非常明顯，特別是在出現淡綠色調的情況下。雖然已知有用於降低或消除殘留電壓的方法(參見例如美國專利第10,475,396號)，但需要在驅動電泳顯示器期間防止產生顯著的殘餘電壓。

為了防止殘留電壓的積聚，可利用每個波形本身都是直流平衡的驅動方案，來驅動電泳顯示器，即，每一波形以及整體驅動方案都是直流平衡的。然而，使所有波形為直流平衡會帶來更多的複雜性，尤其是在全彩色顯示器的情況下。通常，直流平衡波形包括一個直流平衡部分，其接續一個驅動部分；直流平衡部分經配置成淨脈衝(net impulse)，淨脈衝的大小與驅動部分的大小相等，但極性相反，因此整體波形的淨脈衝實質上為零。參見例如美國專利第10,276,109號，圖11，其顯示在四粒子(白、黃、青藍(cyan)和洋紅(magenta))之全彩色顯示器中使用這種類型的波形。然而，直流平衡部分不僅大幅增加波形的持續時間，更因此使得轉換所花費的時間也往往會增加驅動(顯色)部分的持續時間。由於直流平衡部分必須具有一個與驅動部分極性相反的淨脈衝，所以直流平衡部分本質上傾向於以與在驅動部分期間驅動電泳粒子的相反方向，驅動電泳粒子，且在實際上，在直流平衡部分結束時，電泳粒子係配置於與它們所需的相對位置幾乎相反的位置。因此，驅動或顯色部分所需時間可能較長(大約數秒的時間)，以克服被直流平衡部分所影響的粒子位移(particle displacements)。

美國專利申請案公開第2022/0084473 A1號記載用於驅動四粒子全彩色電泳顯示器的直流不平衡(DC imbalanced)波形，這些波形較上述美國專利號10,276,109所記載之直流平衡波形短得多。然而，在沒有減輕殘留電壓的積聚和電極裂化的情況下，這種波形不能用於市面上使用壽命尚可的顯示器上。

如上所述，已知藉由在電極上提供保護層(且通常為介電層)來保護電泳顯示器之電極其中之一或兩者。然而，這種介電層在顯示器的兩個電極之間引入了一個與電泳介質串聯的電容器。此電容器在電泳顯示器被驅動同時進行充電，且在波形結束時，該兩電極被設為相同的電位(以將跨電泳介質的電場降為零，從而使電泳介質保持在所需的光學狀態)，然而，此電容器的放電可能導致流經該電泳介質電流足以產生重大和令人不喜歡(objectionable)的光學狀態轉變，即被稱為「電光回衝(electro-optical kickback)」的現象。本發明尋求提供這種介電層的優點，同時減少或消除回衝的問題。

因此，本發明提供一種電泳顯示器，包括：電泳介質，包括複數個帶電粒子，該等帶電粒子配置於流體中且可在對該電泳介質施加電場時移動通過該流體；及電極，配置成與該電泳介質相鄰，且經設置對該電泳介質施加電場；及介電層，配置於該電泳介質與該電極之間，該介電層具有延伸穿過該介電層的至少一孔徑。

本發明之電泳顯示器可以且通常包括第二電極，其配置於該電泳介質上與該介電層相鄰之該電極的相對側上。第二介電層可配置於該電泳介質與該第二電極之間，該第二介電層具有延伸穿過該第二介電層的至少一孔徑。該介電層可具有至少約10 ⁷V/M的介電強度。此外，該介電層之厚度可介於10至100 nm的範圍，而該至少一孔徑可大致為圓形，且其直徑介於約1至5 µm的範圍。該介電層可由二氧化矽、氮化矽、金屬氧化物或有機材料中的一種或多種所構成，例如，氧化鋅、氧化鉭、氧化鉿、苝或光阻劑中的一種或多種。

本發明之電泳顯示器可進一步包括黏著層，其配置於該介電層與該電泳介質之間。該黏著層可摻雜有離子材料以降低其電阻。

本發明之電泳顯示器可為封裝式或未封裝式，且當其為封裝式時，可為本技術領域已知的任何類型顯示器；舉例而言，該帶電粒子和該流體可被密封於複數個膠囊或微胞內，或可以由包括有聚合材料之連續相所圍繞的複數個離散液滴的形式呈現。

本發明之電泳顯示器可具有與該電泳介質相鄰配置的複數個電極，且該顯示器可包括電壓控制手段，以彼此獨立的方式改變該等電極的電位。該介電層可設有延伸至該等電極之每一者的複數個孔徑，該複數個電極之每一者具有中央區和周邊區，該中央區中每單位面積之孔徑的尺寸及/或數目比該周邊區中的多。

本發明也提供一種用以製造本發明之電泳顯示器的方法。該方法包括：提供電極；以光阻劑塗佈該電極；以圖案方式將該光阻劑曝露於輻射；清洗該經曝光之光阻劑，從而透過該經曝光之光阻劑形成至少一孔徑；及將該電泳介質配置成與該經曝光之光阻劑相鄰。在此方法中，該光阻劑可為肉桂酸光阻劑。

如上所述，本發明提供一種電泳顯示器，包括：電泳介質、配置成與該電泳介質相鄰的電極，以及配置於該電泳介質與該電極之間的介電層，該介電層具有延伸穿過所述介電層的至少一孔徑。

本發明中使用之電泳介質和介電層可為本技術領域已知的任何類型。大量讓渡給麻省理工學院(MIT)、E Ink Corporation、E Ink California LLC和相關公司或是在其名下的專利和專利申請案記載用於封裝的電泳介質和微胞電泳介質和其他電光介質的各種技術。封裝式電泳介質包括許多小膠囊，每一個小膠囊本身包括內相和圍繞該內相的囊壁，該內相在流體介質中含有可電泳移動的粒子。通常，該等膠囊本身係固持在聚合黏結劑(polymeric binder)中，以形成位於兩電極之間的黏附層(coherent layer)。在微胞電泳顯示器中，該等帶電粒子和該流體未被封裝在微膠囊內，取而代之的是保留在形成在載體介質(通常是聚合薄膜)內的複數個凹部(cavities)內。記載在這些專利和專利申請案中的該等技術包括： (a)電泳粒子、流體和流體添加劑；參見例如美國專利第7,002,728和7,679,814號； (b)膠囊、黏結劑和封裝製程；參見例如美國專利第6,922,276和7,411,719號； (c)微胞結構、壁材料、和形成微胞的方法；參見例如美國專利第7,072,095和9,279,906號； (d)用於填充和密封微胞的方法；參見例如美國專利第7,144,942和7,715,088號； (e)含有電光材料的薄膜和子組件(sub-assemblies)；參見例如美國專利第6,982,178和7,839,564號； (f)用於顯示器中的背板、黏著層(adhesive layer)和其他輔助層以及用於顯示器之方法；參見例如美國專利第D485,294、6,124,851、6,130,773、6,177,921、6,232,950、6,252,564、6,312,304、6,312,971、6,376,828、6,392,786、6,413,790、6,422,687、6,445,374、6,480,182、6,498,114、6,506,438、6,518,949、6,521,489、6,535,197、6,545,291、6,639,578、6,657,772、6,664,944、6,680,725、6,683,333、6,724,519、6,750,473、6,816,147、6,819,471、6,825,068、6,831,769、6,842,167、6,842,279、6,842,657、6,865,010、6,873,452、6,909,532、6,967,640、6,980,196、7,012,735、7,030,412、7,075,703、7,106,296、7,110,163、7,116,318、7,148,128、7,167,155、7,173,752、7,176,880、7,190,008、7,206,119、7,223,672、7,230,751、7,256,766、7,259,744、7,280,094、7,301,693、7,304,780、7,327,346、7,327,511、7,347,957、7,349,148、7,352,353、7,365,394、7,365,733、7,382,363、7,388,572、7,401,758、7,442,587、7,492,497、7,535,624、7,551,346、7,554,712、7,560,004、7,583,427、7,598,173、7,605,799、7,636,191、7,649,674、7,667,886、7,672,040、7,688,497、7,733,335、7,785,988、7,830,592、7,839,564、7,843,626、7,859,637、7,880,958、7,893,435、7,898,717、7,905,977、7,957,053、7,986,450、8,009,344、8,027,081、8,049,947、8,072,675、8,077,141、8,089,453、8,120,836、8,159,636、8,208,193、8,237,892、8,238,021、8,362,488、8,373,211、8,389,381、8,395,836、8,437,069、8,441,414、8,456,589、8,498,042、8,514,168、8,547,628、8,576,162、8,610,988、8,714,780、8,728,266、8,743,077、8,754,859、8,797,258、8,797,633、8,797,636、8,830,560、8,891,155、8,969,886、9,147,364、9,025,234、9,025,238、9,030,374、9,140,952、9,152,003、9,152,004、9,201,279、9,223,164、9,285,648、9,310,661、9,419,024、9,454,057、9,529,240、9,620,066、9,632,373、9,632,389、9,666,142、9,671,635、9,715,155、9,777,201、9,778,500、9,841,653、9,897,891、9,910,337、9,921,422、9,964,831、10,036,930、10,037,735、10,048,563、10,048,564、10,190,743、10,324,577、10,365,533、10,372,008、10,429,715、10,446,585、10,466,564、10,466,565、10,495,940、10,495,941、10,503,041和10,509,294號；及美國專利申請公開第2002/0060321、2004/0085619、2004/0105036、2005/0122306、2005/0122563、2006/0255322、2007/0052757、2009/0122389、2009/0315044、2010/0177396、2011/0140744、2011/0187683、2011/0292319、2014/0078024、2014/0192000、2014/0210701、2014/0368753、2015/0378235和2016/0077375號；及國際專利申請案公開第WO 00/38000號；歐洲專利第1,099,207 B1和1,145,072 B1號； (g)顏色形成和顏色調節；參見例如美國專利第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、9,423,666、9,436,056、9,459,510、9,513,527、9,541,814、9,552,780、9,640,119、9,646,547、9,671,668、9,697,778、9,726,959、9,740,076、9,759,981、9,761,181、9,778,538、9,779,670、9,779,671、9,812,073、9,829,764、9,921,451、9,922,603、9,989,829、10,032,419、10,036,929、10,036,931、10,332,435、10,339,876、10,353,266、10,366,647、10,372,010、10,380,931、10,380,955、10,431,168、10,444,592、10,467,984、10,475,399、10,509,293和10,514,583號；和美國專利申請公開第2008/0043318、2004/0048970、2004/0225398、2005/0156780、2005/0043543、2012/0326957、2013/0242378、2009/0278995、2009/0055840、2014/0078576、2011/0103394、2011/0118390、2014/0124345、2014/0268531、2014/0301246、2016/0026062和2016/0048054和2016/0116818號； (h)用於驅動顯示器的方法；參見例如美國專利第7,012,600和7,453,445號； (i)顯示器的應用；參見例如美國專利第7,312,784和8,009,348號；以及 (j)顯示器以外的封裝和微胞技術的應用；參見例如美國專利申請案第7,615,325號以及美國專利申請案公開第2015/0005720和2016/0012710號。

許多前述專利和專利申請案指出在封裝的電泳介質中圍繞該等離散的微膠囊的該等壁能由連續相取代，由此產生所謂的聚合物分散型電泳顯示器，其中該電泳介質包括複數個離散的電泳流體液滴和聚合材料的連續相，而且即使沒有與每個單獨的液滴相結合的離散膠囊膜，也可以將在這種聚合物分散型電泳顯示器內的離散電泳流體液滴視為膠囊或微膠囊；參見例如美國專利第6,866,760號。

雖然電泳介質可為不透光(因為，例如，在許多電泳介質中，粒子大致阻擋通過顯示器之可見光的傳輸)且以反射方式運作，但是一些電泳顯示器可在所謂「光柵模式(shutter mode)」中運作，該光柵模式中，一顯示狀態係大致不透光的，而一顯示狀態係透光的。參見例如美國專利第5,872,552、6,130,774、6,144,361、6,172,798、6,271,823、6,225,971和6,184,856號。介電泳顯示器(dielectrophoretic displays)(其相似於電泳顯示器，但是依賴電場強度之變化)可在相似模式中運作。參見美國專利第4,418,346號。其它類型之電光顯示器亦可在光柵模式中運作。在光柵模式中運作的電光介質(Electro-optic media)對於全彩顯示器的多層結構很有用；在這類結構中，與顯示器的觀看面相鄰的至少一層在光柵模式中運作，以暴露出或隱藏離觀看面較遠的第二層。

電泳顯示器一般包括一層電泳材料和配置於電泳材料的相對兩側上的至少另外兩層，這兩層之其中一者係電極層。在大部分這種顯示器中，所述兩層皆為電極層，且電極層其中一者或兩者經圖案化，以定義顯示器的像素。舉例而言，一電極層可經圖案化為伸長形列電極(row electrodes)，而另一電極層為伸長形行電極(column electrodes)，與列電極成直角運作，該等列和行電極相交，定義該等像素。或者，更常見的是，一電極層具有單一連續電極，另一電極層經圖案化為像素電極陣列，其各自定義該顯示器的一像素。在另一類型供與觸控筆一起使用的電泳顯示器中，列印頭或類似的可動電極(movable electrode)與顯示器分開，僅與電泳層相鄰的層之其中一者包括電極，在電泳層之相對側上的該層一般係保護層，以供防止可動電極損壞電泳層。

前文中所述之美國專利第6,982,178號記載一種組裝固態電光顯示器的方法(包括封裝式電泳顯示器)，非常適合大規模生產。基本上，此專利記載一種所謂的「前平面積層體」(front plane laminate，「FPL」)，其依序包括透光導電層、與導電層電連接的固態電光介質、黏著層和離型片(release sheet)。通常，透光導電層係承載在透光基板上，其優選地具有彈性，因此，其可以手動地纏繞在直徑(例如)為10英寸(254 mm)的磁鼓(drum)上，而不會永久變形。「透光(light-transmissive)」一詞係用於前述專利和本文中，其意指依此方式所指定的層透射足夠的光，使得觀察者，透過該層觀看，可以觀察電光介質顯示狀態的變化，通常會通過導電層和相鄰的基板(如果存在)進行觀察；在電光介質在不可見光波長處顯示反射率變化的情況下，該用語「透光」當然應該解釋為指相關不可見波長的透射。該基板一般係聚合物膜(polymeric film)，且其厚度通常介於1至25密耳(mil) (25 to 634 μm)，優選地約2至約10密耳(51至254 μm)。該導電層方便地為例如鋁或ITO之薄金屬層或金屬氧化物層，或者可為導電聚合物(conductive polymer)。塗有鋁或ITO之聚(對苯二甲酸乙二酯) (PET)膜為例如市售由德拉瓦州Wilmington之E.I. du Pont de Nemours & Company「鋁化Mylar」(「Mylar」為註冊商標)，且此市售材料可被用於前平面積層體並得到良好的結果。

使用此前平面積層體組裝電光顯示器可藉由將離型片從前板積層體移除，及將黏著層在有效造成黏著層黏附於背板的條件下以背板接觸，因而將黏著層固定於背板而進行，從而將黏著層、電光介質層和導電層固定於背板。由於該前平面積層體可大量生產(通常使用捲對捲塗佈(roll-to-roll coating)技術)，因而，此製程非常適合大規模生產，然後切割成與特定背板一起使用所需之任何尺寸的片段。

美國專利第7,839,564號記載一種所謂的「倒置式前平面積層體」，其係前述美國專利第6,982,178號中所記載之前平面積層體的變型。此倒置式前平面積層體依序包括透光保護層與透光導電層中至少一者、黏著層、一層固態電光介質和離型片。此倒置式前平面積層體係用以在該電光層和該前電極或前基板之間形成具有一層壓黏著劑(lamination adhesive)層；第二層，通常是薄的黏著層，其可能存在或不存在電光層與背板之間。這種電光顯示器可以結合良好的解析度與良好的低溫性能。

前平面積層體和倒置式前平面積層體中的電極，根據本發明，皆可配置有孔介電層。

附圖中的圖1係通過本發明之微胞式顯示器(通篇標示為100)的剖面示意圖。第一基板102，其可由玻璃或聚合物製成，具有形成於其上的第一電極層104，第一基板102係分為複數個像素電極104A，其各自定義該顯示器的一像素。該基板102和第一電極層104共同形成顯示器100的背板。該等第一電極104A可形成部分的主動矩陣背板，其配置有列與行電極和電晶體，與每個單獨的像素電極104A相連，但為了便於說明，圖1中省略了這些習知元件。或者，顯示器100可為直驅式，其每一單獨像素電極104A各自配置有單獨的電源線(圖中未顯示)。

介電層106具有穿過所述介電層的孔徑107，且與該第一電極層104相接觸。為便於例示，圖1中所顯示之孔徑107的數量比通常實際使用的少。再者，雖然圖1繪顯示介電層與兩電極層皆相連，但是本發明擴展至一種顯示器，其中只有一個電極層具有與其相連的介電層。介電層106上表面黏著(surmounting)有導電黏著層108，接續地表面黏著有密封(sealing)層110。

該顯示器100進一步包括電泳介質114，其係密封於聚合層116、分隔壁112和前述密封層110所定義之微胞內。密封層116與配置有孔徑119之第二介電層118接觸，且該第二介電層黏著至第二基板122上所形成之透明電極層120。又，圖1中所顯示之孔徑119的數量比通常實際使用的少，以便於例示。該聚合層116可包括底塗層(primer layer)，以幫助將微胞層其他元件上黏著至該電極層120。

僅針對上述專利和專利申請案中所述之用於製造和填充微胞式顯示器的習知技術製程進行微小修改，即可製造圖1中所示之微胞式顯示器。如上所述，微胞式顯示器可藉由在先第二基板122上形成電極120來製造；實際上，市面上很容易取得聚合基膜(polymeric base films)上包括透明電極層的膜，而這種膜可很容易地用於形成電極120和基板122。透過電極層120朝上，接著將一層可賦形(embossable)預聚合物(pre-polymer)塗佈於第二電極120之上，經其賦形並固化，形成該聚合層116和分隔壁112。以該電泳介質114填充該所得出之開口式微胞，並將預聚合物膜塗佈於該微胞之上，經其固化後，形成密封層110。個別地，形成包括層102和層104之背板，並以黏著層208進行塗佈；其實際上通常離線完成，且該黏著層208係以離型膜(圖中未顯示)包覆。然後(如有必要，在離型膜自背板膜移開之後)，將該微胞膜和背板膜壓合在一起，其通常以捲對捲壓合製程方式，以形成圖1中所顯示的最終顯示器。

習知技術製程可容易地結合圖1所示之有孔介電層106和108其中一者或兩者，其藉由(a)將該介電層106塗佈於該第一電極層104之上後再塗上黏著層108；及/或藉由(b)將該介電層118塗佈於該第二電極層之上後再塗上預聚合物以形成微胞。原則上，有孔介電層可結合於圖1所示之顯示器之任二個相鄰層之間，但實際上，該介電層優選地與該第一或第二電極層104或120相接觸，如圖1中所示。

該介電層104、120可由有機或無機材料構成，例如二氧化矽(silicon dioxide)、氮化矽(silicon nitride)、金屬氧化物(如氧化鋅(zinc oxide)、氧化鉭(tantalum oxide)、氧化鉿(hafnium oxide)等等)，以及例如苝(perylene)或聚合性化合物(polymeric compound)等有機材料。可以使用一種以上材料的組合，而該介電層可包括一個以上的子層(sublayer)，且各種子層可由不同材料所構成。如下文中將詳述者，該等介電層亦可由光阻劑所構成。所使用之材料應為離子和電子無法滲透的，且(由於其將受到用以驅動電泳顯示器之電場(通常是10 ⁶V/m的量級)所影響)應具有高介電強度，優選地，至少約10 ⁷V/m。該介電層的最佳厚度取決於其介電常數，下文中將詳細說明。

如上所述，將介電層結合於如圖1所顯示之電泳顯示器，會在兩個電極之間引入一個與電泳流體串聯的電容器，且當該兩個電極在轉換後保持在相同電位時，電容器的放電可能導致流經該電泳介質電流足以產生令人不喜歡(objectionable)的光學狀態轉變，即所謂的電光回衝(electro-optical kickback)。根據本發明之有孔介電層的使用實際上採用了電阻器(由該等孔進所構成)，其與電容器(由介電層之無孔部分所構成)並聯，此RC配置係與該電泳流體串聯。介電層中之孔徑的尺寸和數目控制通過電泳介質的電流，從而控制儲存在該介電層電容中電荷鬆弛的速率(rate of relaxation)。藉由限制電光回衝和殘留電壓(remnant voltage)的積聚，和以顯示器控制局部電場，控制此電性鬆弛(electrical relaxation)時間的能力可改善電泳顯示器的效能。倘若孔徑的面積相對於介電層的總面積來得小，用於對電介質層放電的RC時間，相較用於對電泳顯示器中使用的離子摻雜(ionically-doped)導電聚合物黏著劑中所形成之界面雙層(interfacial double layer)放電的RC時間，可以大為縮短。

熟悉電泳顯示器技術的技術人員可瞭解，電泳顯示器的電性行為(electrical behavior)可建模為對應電極之間的各種層和介面的一連串佛克特(Voigt)元件(即，儲存和損耗元件的並聯配置)。雖然這些模型過度簡化了實際電泳顯示器的電性行為，其確實提供有用的基礎，以理解在顯示器中引入額外的層之效果，所述額外的層例如使用於本發明之有孔介電層。圖2係此種缺少任何與電極相鄰之介電層的習知技術封裝式電泳顯示器的模型電路圖，而圖3係具有與電極相鄰之有孔介電層的本發明之封裝式電泳顯示器的電路圖。

如圖2中所示，習知技術封裝式電泳顯示器(不論圖1中所顯示之微胞封裝為離散膠囊或為聚合物分散的電泳介質皆與本發明目的無關)係建模為Voigt元件堆疊，其包括電泳介質本身所用之元件C1/R1、代表電泳介質其本身和外相(external phase)之間介面的元件C2/R2、代表外相的元件C3/R3，以及代表外相和電極之間介面的元件C4/R4。(該「外相」一詞係以關於電泳顯示器的習知含義使用，以表示構成顯示器的所有層，而非電泳介質本身。因此，在圖1所顯示之顯示器中，「外相」一詞不只包括封閉該電泳介質的聚合層116、分隔壁112和密封層110，還包括該黏著層108。)

典型的電泳介質(所述「內相」)，在厚度範圍為10~25 µm的層中時，包括低介電常數(約為2)的溶劑，其具有介於0.02~5 nF/cm ²範圍的輸出電容(bulk capacitance)C1，和約為1~10 MΩ.cm ²的電阻值R1。電泳流體和外相之間介面處的電容C2較難估計，但可藉由結合兩個串聯的電容器取近似值，而其各自之介電厚度可透過每一介質(即，該內、外相)中的德拜(Debye)長度取近似值。如此給定C2的估計值為約10~100 nF/cm ²。對應跨越邊界之離子通道的該介面電阻值R2難以估計。若此電阻值太高，顯示器將會出現電性(可能還有光學性)回衝。在驅動典型顯示器時，與電流測量值最一致之R2的值大約與外相的電阻值相同，即介於1~10 MΩ.cm ²的範圍。該外相的輸出電容C3，在假設其包括含有移動離子之介電常數約為10的聚合材料的情況下，經估計約為0.1~10 nF/cm ²。該外相的電阻值R3，介於1-10 MΩ.cm ²的範圍。最後，電極邊界處的介面電容C4從摻雜聚合物外相中的德拜長度進行估計。其導電性(conductivity)大約與該內相的導電性相同，但其電荷載體的移動性(mobility)更低，因為聚合物的黏度(viscosity)比電泳溶劑的黏度高幾個數量級(orders of magnitude)。因此，外相中的離子濃度必須比內相中的離子來得高，如此一來，德拜長度就小得多。該介面的電容經估計為介於2~20 nF/cm ²的範圍，亦即，遠大於系統中任何其他的電容。此界面處的電化學反應(electrochemical reactions)可能會產生圖2中的「電阻」路徑R4，但這不是一個簡單的電阻。如上所述，此路徑由於可能導致電極之最終劣化，故並不希望其產生。減少電泳顯示器中電化學電流的方法已有詳細說明，例如，在國際專利申請案號WO 2014/110394 A1中。

產生圖像所需的時間係與對電容器C2充電的RC時間常數相關，通常少於1秒。對電極介面處之電容器C4充電的RC時間常數卻更長，通常大約是100秒，所以在C2已完全充電時，C4僅被部分地充電。C4兩端的電壓係儲存於顯示器中的「殘留電壓」的近似值。此殘留電壓在直流平衡(DC-balanced)波形中大部分皆被排出，但在非直流平衡(non-DC-balanced)波形中將持續存在。由於對C4充電和放電的RC時間過長，藉由將兩個電極置於相同電位來完全釋放該電容是不切實際的。甚至更糟的是，若C4有可能藉由圖2中標為R4的電化學反應而放電，更新後的殘留電壓也可能使得未經驅動之顯示器中的電極發生緩慢電化學劣化。

圖3中本發明之具有與電極相鄰之有孔介電層的電泳顯示器電路圖具有Voigt元件C1/R1、C2/R2和C3/R3，與圖2中所示者相同。然而，若孔徑所佔介電層面積的比例為 a，必須將外相/電極的介面建模為並聯的組合，其包括(a) Voigt元件C4. a/R5，代表該等孔徑其本身(在孔徑中可能存在標示為R5的電化學電流)；以及(b)電容器C4.(1- a) (代表該介面中無孔的比例)，其與電容器C5.(1- a)並聯(代表該介電層本身的電容)–顯然，此區域中不可能有電化學電流，因此不需要任何電阻元件。

為了確定R5，必須將帶有與導電層接觸的單孔徑之介電材料片的電阻值納入考慮，如圖4中所示。此電阻值R可藉由計算導電層中通過該孔徑之電流通量(flux)(即，藉由解出圖4中所示之拉普拉斯(Laplace)幾何方程式)。針對孔徑半徑遠小於電極間距離的情況，可以顯示： l=2πr _aσ(V _TP–V _P)， 其中 l係有效符合性(effective compliance)，r _a係該孔徑的半徑，而V _TP和V _P係頂平面(前)和像素電極各自之電位(potentials)。

因此，電阻值與孔徑的半徑成反比，並與覆蓋層(overlying layer)的導電性成反比。對於複數 n個相似的孔徑而言，該孔介電層與覆蓋導電材料組合的電阻值為關聯於每個單獨孔徑之電阻值的諧波和。因此，改變孔徑半徑和密度可用於調整介電層所形成之電容器的電性鬆弛的RC時間常數。此電容將取決於該介電層之介電常數，並與其厚度成反比。

孔徑密度無須在介電層的整個區域上保持恆定，所有孔徑的尺寸也無須相同。因此，可以藉由在特定區域中適當選擇孔徑圖案，來控制介電層的局部電性鬆弛時間。在孔徑密度較低的區域中，此鬆弛時間將更長。圖5係具有不同孔徑密度的覆蓋有孔介電層的像素陣列的上視平面圖。關聯於每一像素的介電層各具有一中央區和一周邊區，該中央區中每單位面積之孔徑數目比該周邊區中的多。周邊區中較低孔徑密度提供較長鬆弛時間，使邊緣場可達到更好的控制，並藉此減少顯示器中的邊緣偽影(edge artifacts)。

如上所述，藉由允許儲存在介電層所提供的電容器上的電荷鬆弛，本發明可減少電泳顯示器中的光學性回衝。圖6顯示具有各種厚度之無孔介電層之全彩電泳顯示器之光學性回衝(以dE*為單位)。圖7顯示具有相同電泳介質但缺少介電層，並具有與顯示器串聯的外部並聯電容器/電阻器以模擬有孔介電層效果之相同電泳顯示器的光學性回衝，其中該電容器經選擇為對應於電容為300 nF/cm ²的介電層。當該電阻器少於約360 kΩ，對應約7 MΩ.cm ²，該光學性回衝(以灰色線表示)可減少到介於無外部電容器的值(以藍色線表示)和無外部電阻器的值(以橘色線表示)之間。

如圖1中所示，該導電材料(位於介電層與電極相對側上)可為黏著層，其可摻雜有離子材料以提升導電性。在與孔介電層相鄰接之處可能需要提供一層以上的導電材料，而每一層導電材料各自具有不同的導電性。可調整與介電層相接觸(並藉此填充介電層中的孔徑)之該層的導電性，使得這一層和介電層的組合達到所需的電氣特性，並可優化與介電層隔開之其他層的其他特性，例如黏著性或符合性等。

從以上圖4的說明中可以看出，在本發明之顯示器中，有一電化學電流流經介電層的孔徑，而可能必須保護下方電極材料，避免其受到氧化或還原性損害。舉例而言，在孔徑區域中，電極材料(通常為金屬)厚度可能會比習知情況還厚。或者，與該介電層相接觸之導電層可能包含電子供體(electron donors)和電子受體(electron acceptors)，如本技術中已熟知者。

該有孔介電層可藉由任何習知製程所構成，依其使用的介電材料而定。舉例而言，若介電層為無機物，該等孔徑可藉由雷射燒蝕(laser ablation)而形成。然而，鑑於實際所需的孔徑數量多且尺寸小(例如，圖5顯示每一像素具有44個孔徑的介電層，或者在800 x 600顯示器上具有超過2000萬個孔徑，孔徑的直徑通常為1~5 µm)，因此藉由光微影製程形成孔徑通常是最方便的方式。承載有孔介電層的電極塗佈有光阻劑，將光阻劑以圖案方式曝露於輻射後，光阻劑經清洗以形成該等孔徑。該電泳介質和任何中間層，如黏著劑等，接著配置成與該經曝光的光阻劑相鄰。這種用於形成有孔介電層之基於光阻劑的製程非常適於電泳顯示器的量產。市面上可取得光阻劑用於有孔介電層且具有適當介電特性，例如，肉桂酸類的光阻劑。美國專利第7,981,989號記載一種聚(甲基丙烯酸羥乙酯)(poly(hydroxyethyl methacrylate))和桂皮醯氯(cinnamoyl chloride)的聚合性加合物(polymeric adduct)，其在電容器組態中，具有在2 MV/cm場下漏電流密度為2 x 10 ^-9A/cm ²和在4 MV/cm場下漏電流密度1 x 10 ^-8A/cm ²、在厚度為460 nm的層中電容為6.0 nF/cm ²，和大於200伏(Volts)的崩潰電壓(breakdown voltage)。類似的可光圖案化有機介電材料係記載於美國專利第8,338,555、8,937,301、9,082,981、9,341,948、9,704,997、9,923,158、10,147,895和10,551,745號中。各種可取得的可光圖案化聚合物介電材料使得介電特性可精確訂製化，以優化介電層性能。這些介電材料係可溶液處理，這些類型的材料的商業化已經證明，可以使用與現有薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)生產線相容的溶劑和製程，製造有機TFT裝置。

基於上述，可知本發明可提供電泳顯示器，其具有受控的電流和減少的電光回衝，從而使得這些顯示器可以利用直流不平衡波形來驅動，而不損害顯示器。

100:電泳顯示器 102:第一基板 104:第一電極層 104A:像素電極 106:介電層 107:孔徑 108:黏著層 110:密封層 112:分隔壁 114:電泳介質 116:聚合層 118:介電層 119:孔徑 120:第二電極層 122:第二基板

附圖中的圖1係通過本發明之微胞式電泳顯示器的剖面示意圖。 圖2係缺少介電層之習知技術電泳顯示器的模型電路圖。 圖3類似圖2，但係本發明之具有設置有複數個孔徑之電泳顯示器的模型電路圖。 圖4係通過本發明之電泳顯示器的剖面示意圖，其顯示通過介電層之單一孔徑，且圖中繪示用以計算有孔介電層之電阻的方法。 圖5係本發明之電泳顯示器背板的上視平面圖，其顯示每一電極上方之孔徑分布。 圖6係顯示本發明之全彩電泳顯示器之作為介電層厚度函數的電光回衝的曲線圖。 圖7類似圖6，但係顯示缺少介電層但具有與顯示器串聯的外部並聯電阻和電容以模擬有孔介電層效果之類似全彩電泳顯示器的電光回衝的曲線圖。

100:電泳顯示器

102:第一基板

104:第一電極層

104A:像素電極

106:介電層

107:孔徑

108:黏著層

110:密封層

112:分隔壁

114:電泳介質

116:聚合層

118:介電層

119:孔徑

120:第二電極層

122:第二基板

Claims (13)

1. 一種電泳顯示器，包括：電泳介質，包括複數個帶電粒子，該等帶電粒子配置於流體中且可在對該電泳介質施加電場時移動通過該流體；電極，配置成與該電泳介質相鄰，且經設置對該電泳介質施加電場；介電層，配置於該電泳介質與該電極之間，該介電層具有延伸穿過該介電層的至少一孔徑；及黏著層，配置於該介電層與該電泳介質之間，其中該黏著層係摻雜有離子材料以降低其電阻。
2. 如請求項1之電泳顯示器，進一步包括第二電極，其配置於該電泳介質上與該介電層相鄰之該電極的相對側上。
3. 如請求項2之電泳顯示器，進一步包括第二介電層，其配置於該電泳介質與該第二電極之間，該第二介電層具有延伸穿過該第二介電層的至少一孔徑。
4. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其中該介電層具有至少約10⁷V/M的介電強度。
5. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其中該介電層之厚度介於10至100nm的範圍，且該至少一孔徑大致為圓形，且其直徑介於約1至5μm的範圍。
6. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其中該介電層係由二氧化矽、氮化矽、金屬氧化物或有機材料中的一種或多種所構成。
7. 如請求項6之電泳顯示器，其中該介電層係由氧化鋅、氧化鉭、氧化鉿、苝或光阻劑中的一種或多種所構成。
8. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其中該帶電粒子和該流體係密封於複數個膠囊或微胞內。
9. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其中該帶電粒子和該流體係以由包括有聚合材料之連續相所圍繞的複數個離散液滴的形式呈現。
10. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其具有與該電泳介質相鄰配置的複數個電極，該顯示器進一步包括電壓控制手段，以彼此獨立的方式改變該等電極的電位，及其中該介電層係設有延伸至該等電極之每一者的複數個孔徑，該複數個電極之每一者具有中央區和周邊區，該中央區中每單位面積之孔徑的尺寸及/或數目比該周邊區中的多。
11. 如請求項1至3中任一項之電泳顯示器，其係呈前平面積層體或倒置式前平面積層體的形式。
12. 一種用以製造如請求項1至11中任一項之電泳顯示器的方法，該方法包括：提供電極；以光阻劑塗佈該電極；以圖案方式將該光阻劑曝露於輻射；清洗該經曝光之光阻劑，從而透過該經曝光之光阻劑形成至少一孔徑；及將該電泳介質配置成與該經曝光之光阻劑相鄰。
13. 如請求項12之方法，其中該光阻劑係肉桂酸酯或肉桂酸鹽光阻劑。