專利名稱：電光顯示器的制作方法
電光顯不器
背景技術：
電泳是流體中的充電對象響應于電場的平移。電泳墨可用作介質(zhì)以使得能夠?qū)崿F(xiàn)雙穩(wěn)定、低功率型顯示器。已經(jīng)開發(fā)了使用夾在頂部和底部襯底上的平行電極之間的染色流體和白色顆粒的電泳顯示器。當跨越染色流體橫向地向襯底施加電場以使白色顆粒平移至觀看表面時，顯示器看起來是白色的。當使電場反向以使白色顆粒遠離觀看表面平移時， 顯示器看起來是染色流體的顏色。同樣地，還已開發(fā)了使用具有夾在頂部和底部襯底上的平行電極之間的相反電荷的兩個不同色彩顆粒(例如，帶正電的白色顆粒和帶負電的黑色顆粒)的清澈流體的電泳顯示器。當觀看側(cè)的電極帶負電時，帶正電的白色顆粒平移至觀看表面，并且顯示器看起來是白色的。當觀看側(cè)的電極帶正電時，帶負電的黑色顆粒平移至觀看表面，并且顯示器看起來是黑色的。使用平行電極以使顆粒橫向地平移至頂部和底部襯底的在先實施例不啟用透明狀態(tài)。當頂面是色彩A時，則底面將看起來是色彩B，反之亦然。能夠由“平面內(nèi)”電泳顯示器來啟用透明狀態(tài)，其中，電極被布置為施加基本上平行于襯底的電場以使著色劑顆粒平移通過平行于襯底的清澈流體。這允許將著色劑顆粒從顯示器的觀看區(qū)域中收集出來以產(chǎn)生透明狀態(tài)。著色劑顆粒還可以跨越顯示器的觀看區(qū)域散布而產(chǎn)生彩色狀態(tài)。由于平面內(nèi)電泳顯示器所需的行進距離通常大得多，所以開關速度通常慢得多。減小行進距離對于給定電極寬度而言受到觀看區(qū)域的通光孔徑(clear aperture)限制。此類顯示器中的電泳墨的應用已經(jīng)受到有限的移動性和不受控制的流體動力學不穩(wěn)定性的妨礙，其中兩者都對緩慢的開關速度有所貢獻。對于平面內(nèi)電泳顯示器而言，附加挑戰(zhàn)包括在顏料被從觀看區(qū)域收集出來時將其緊緊地壓緊并將其完全從觀看區(qū)域清除出來以提供良好的對比度和亮度。


圖1描繪電光顯示器的多個實施例中的流體中的著色劑顆粒的對流的概念圖。圖2A和2B描繪在多個實施例中使用的電光顯示器的暗狀態(tài)和亮狀態(tài)(clear state)的橫截面圖。圖3A和;3B描繪用于顯示器的點結(jié)構(gòu)的兩個實施例。圖4描繪用于顯示器的點結(jié)構(gòu)的另一實施例。圖5描繪用于顯示器的線結(jié)構(gòu)的一個實施例。圖6描繪用于顯示器的線結(jié)構(gòu)的另一實施例。圖7描繪亮狀態(tài)下的顯示器的一個實施例的橫截面圖。圖8描繪暗狀態(tài)下的顯示器的一個實施例的橫截面圖。圖9描繪具有分段或像素化頂部電極的顯示器的一個實施例的橫截面圖。圖10描繪線結(jié)構(gòu)的附加實施例。圖11描繪具有頂部和底部電極的一個實施例的多個彩色、分段顯示器。圖12A 12D描繪堆疊顯示元件的實施例的橫截面和頂視圖。
圖13描繪顯示器中的電介質(zhì)層的替換實施例的橫截面圖。圖14描繪一個實施例的可單獨尋址的分段或像素化點結(jié)構(gòu)的頂視圖和橫截面圖。圖15描繪一個實施例的具有金字塔形電介質(zhì)層的可單獨尋址的點結(jié)構(gòu)的頂視圖和橫截面圖。圖16描繪使用具有加熱元件或微機電元件或與電泳元件的組合的點結(jié)構(gòu)的實施例的橫截面圖。圖17描繪底層上的分段或像素化電極的一個實施例的橫截面圖。圖18描繪用于電子皮膚的阻擋電介質(zhì)層的一個實施例的橫截面圖。圖19描繪用于多個著色劑的控制的點結(jié)構(gòu)電極的一個實施例的橫截面圖。圖20描繪線結(jié)構(gòu)顯示元件的一個實施例的橫截面圖。圖21描繪點結(jié)構(gòu)顯示元件的一個實施例的橫截面圖。
具體實施例方式在本實施例的以下詳細說明中，對構(gòu)成其一部分的附圖進行參考，并且在附圖中， 以圖示的方式示出了可以實施的本公開的特定實施例。足夠詳細地描述了這些實施例以使得本領域的技術人員能夠?qū)嵤┍竟_的主題。應理解的是可以利用其它實施例，并且在不脫離本公開的范圍的情況下可以進行過程或機械更改。因此，不應以限制性意義理解以下詳細說明，并且僅僅由隨附權利要求及其等價物來限定本公開的范圍。本實施例涵蓋具有根據(jù)定義模式引發(fā)對流的能量梯度的顯示元件?？梢钥刂圃搶α?，從而使受此類能量源影響的著色劑種類移動。可以用包括機械力、溫度梯度、化學勢梯度、濃度梯度以及其它干擾的方法來引發(fā)該能量梯度。本實施例可以顯現(xiàn)在其中用于引發(fā)對流的裝置包括電極、動電元件、加熱元件、微流元件、微機電元件或化學反應的電光應用中。用于控制對流的裝置(例如，使電極的一部分暴露的圖案化電介質(zhì)層)提供諸如電荷轉(zhuǎn)移的能量轉(zhuǎn)移以控制著色劑種類的對流并因此控制種類的速度和方向。隨后描述的顯示元件使用著色劑顆粒的平面外移動和平面內(nèi)移動兩者來提供期望的光學外觀。電對流和電泳的動電原理被用于電光顯示器以使帶電著色劑顆粒在顯示元件內(nèi)的載體流體中移動。顯示元件可以是像素、子像素、超像素、段或如隨后描述的其它顯示元件。通常，著色劑顆粒可以具有在幾納米與幾微米之間的尺寸，并具有通過吸收和/ 或散射光譜的某些部分來改變?nèi)肷涔獾墓庾V組成的性質(zhì)。結(jié)果，顆粒看起來是彩色的，這提供期望的光學效果。在其它實施例中，著色劑可以是染料，其由單吸收分子組成。圖1舉例說明電光顯示元件中的載體流體中的著色劑顆粒的對流的一個實施例的概念圖。顯示元件可以是段、像素、子像素或超像素(即，不止一個像素)。該元件包括著色劑顆粒從其進入元件顯示體積100的源103和著色劑顆粒流到其中的槽104。在元件操作期間，可以使源和槽的角色顛倒。換言之，源可以變成槽且反之亦然。流線101舉例說明如載體流體的對流移動所描述的著色劑顆粒從源103至槽104的移動?？梢砸栽S多方式來產(chǎn)生顯示元件的對流氣流。對流是包括液體和氣體的流體中的分子的宏觀移動。對流是由引起流體的不同部分彼此相對移動產(chǎn)生對流氣流的流體內(nèi)部的不平衡體積力。如果流體的不同部分具有由例如局部加熱引起的不同密度，則對流可以在重力下發(fā)生。如果在流體內(nèi)部存在由局部化學反應、局部加熱或其它干擾產(chǎn)生的壓力或濃度梯度，則也可以發(fā)生對流。如果在流體中存在由外部電場(AC或DC)和到流體中的電荷注入引起的離子電流，則也可以發(fā)生對流。移動的離子然后通過粘性阻力和已占體積效應產(chǎn)生壓力梯度。此類對流通常稱為電對流。圖2A和2B舉例說明用于在顯示元件內(nèi)產(chǎn)生對流的方法的一個示例。圖2A舉例說明暗狀態(tài)下的顯示元件。圖2B舉例說明亮狀態(tài)下的顯示元件。兩個圖都使用透明頂部電極201作為圖1的概念上的“源”并使用另一電極205作為圖1的概念上的“槽”。雖然圖2的“源”電極201隨后被描述為是透明的，但不要求本實施例使兩個電極都是透明的。 “源”或“槽”中的一個可以由不透明材料組成。圖2A和2B的實施例以及隨后描述的實施例由在襯底上形成的“槽”電極205組成，在一個實施例中，其被涂敷透明導電材料的連續(xù)膜。透明導電材料可以包括碳納米管層、諸如ITO (氧化銦錫)的透明導電氧化物或諸如PEDOT (聚3，4-乙烯二氧噻吩)的透明導電聚合物。替換實施例可以使用為器件提供適當導電率和透明度的其它材料。在替換實施例中，襯底可以涂敷有反射材料或由反射材料組成。在另一實施例中， 襯底可以是不透明材料。在另一實施例中，可以在電介質(zhì)材料上形成光散射器。在底部電極205上沉積了一層透明電絕緣材料203 (S卩，電介質(zhì))。電介質(zhì)203被圖案化以在電極205上的電介質(zhì)203中產(chǎn)生凹陷區(qū)域210?？梢杂迷S多不同的工藝來制造凹陷區(qū)域。這些工藝包括用母板或印花進行壓花或壓印或電介質(zhì)層203的蝕刻。凹陷區(qū)域可以是任何尺寸和/或形狀。在不同實施例中，僅在電介質(zhì)層的凹陷區(qū)域內(nèi)限定電極。在此類實施例中，首先在絕緣襯底的頂部上對電介質(zhì)層203進行沉積和圖案化，并且然后在凹陷區(qū)域內(nèi)部形成電極，例如用無電沉積或用另一適當方法。在替換實施例中，首先將底部電極層205圖案化成電極集合，并且然后沉積電介質(zhì)層203并直接在電極的頂部上形成凹陷區(qū)域210?？梢岳缬霉饪谭▉韺崿F(xiàn)用于后一操作的對準。由透明“源”電極201的形成來完成顯示元件，透明“源”電極201被形成為遠離電介質(zhì)層203固定的距離以因此形成保持載體流體的顯示體積204。“源”電極201被可以包括支柱、壁和/或隔離珠的機械止動塊(未示出)的網(wǎng)絡保持在固定距離上。可以通過諸如光致抗蝕劑或印花樹脂的材料的壓花、壓印、成型或光刻來形成機械止動塊。圖2A和2B的載體流體以及隨后描述的實施例可以包括極性流體(例如水)和非極性流體(例如十二烷)。另外，可以使用諸如液晶的各向異性流體。該流體可以包括諸如鹽、 充電劑、穩(wěn)定劑和分散劑的表面活性劑。在一個實施例中，該表面活性劑提供作為能夠通過離子質(zhì)量運送來維持電流的電解液的流體。載體流體中的著色劑顆粒在電對流顯示器的情況下包括充電材料。著色劑顆粒材料應能夠無止境地保持穩(wěn)定的電荷，使得元件的重復操作不影響著色劑顆粒上的電荷。然而，依照各種實施例，可以使用具有保持穩(wěn)定電荷的有限能力的著色劑顆粒材料，同時其保持其電荷。在圖2A所示的元件的暗狀態(tài)下，著色劑顆粒相對均勻地遍布于元件的顯示體積 204以吸收入射光并產(chǎn)生暗光學外觀?？梢苑乐够蛞部梢圆环乐怪珓╊w粒占據(jù)電介質(zhì)層203中的一個或多個凹陷區(qū)域210。為了切換元件，在兩個電極201、205之間施加電勢差V。這導致如圖2B所示的元件的主孔徑的清空。箭頭的橫向?qū)嵕€指示電場線且通向凹陷區(qū)域的箭頭指示著色劑顆粒跟隨靜電和對流流動的流動。使著色劑顆粒壓緊在凹陷區(qū)域中隨后被稱為亮狀態(tài)。即使電勢差引起流體的離子和對流流動，帶電著色劑顆粒也不遵循電場線(實線)。帶電著色劑顆粒實際上遵循如圖2B的虛線所示的對流的線。在這方面，該流動不完全是電泳的。在純電泳流動下，著色劑顆粒將被垂直地向下拉，直到在電介質(zhì)的頂部邊界處停止，但通常不會在平面內(nèi)移動。在一個實施例中，對流是由載體流體中的離子質(zhì)量運送和載體流體與電極之間的電荷轉(zhuǎn)移引起的。電荷轉(zhuǎn)移可能在載體流體通過與電極直接接觸被耦合到電極或被包括一個或多個材料的中間層與電極分離時發(fā)生。在后一種情況下，中間層的內(nèi)部導電性促進電荷轉(zhuǎn)移，體積的或經(jīng)由針孔及其它缺陷。在替換實施例中，對流是由載體流體中的離子質(zhì)量運送引起的瞬態(tài)效應，但沒有載體流體與電極之間的電荷轉(zhuǎn)移。在這種情況下，對流繼續(xù)有限的時間量并促進凹陷區(qū)域中的著色劑顆粒的壓緊。然后，著色劑顆粒被通過與電極耦合產(chǎn)生的靜電力包含在凹陷中。為了使顯示元件從亮狀態(tài)切換至暗狀態(tài)，使電壓的極性反向。這沿相反的方向引發(fā)對流，并且著色劑顆粒不再被電學地包含在凹陷中。結(jié)果，著色劑顆粒質(zhì)量運送到顯示體積，并且然后相對均勻地遍布于顯示體積。還可以用其它手段來引發(fā)顯示元件內(nèi)的對流。例如，可以由動電手段、機械手段 (例如，機械活塞)、溫度梯度(例如，源和槽的加熱、聚焦輻射)、化學勢梯度以及其它手段引發(fā)對流?？梢杂梢韵碌仁絹矶x電介質(zhì)層中的凹陷的深度
K = 1其中，L是按體積的著色劑顆粒負荷，Lm是按體積的最大緊密堆疊著
色劑顆粒負荷，d是主元件顯示體積的厚度且P是由I-A0ZA定義的孔徑比。量A是元件顯示體積的面積，而Atl是凹陷面積。第一或第二電極的定義凹陷區(qū)域的總面積充分地小于顯示元件的面積以提供收集顆粒狀態(tài)與散布顆粒狀態(tài)之間的光學對比。在一個實施例中，第一或第二電極的定義凹陷區(qū)域的總面積在顯示元件的面積的 1%和10%之間，以便使亮和暗狀態(tài)之間的光學對比最大化。然而，本實施例不限于任何預定義的孔徑比。例如，替換實施例可能具有在顯示元件的面積的10%和20%之間的凹陷區(qū)域的總面積。另一實施例可以具有在顯示元件的面積的20%和50%之間的凹陷區(qū)域的總面積。其它實施例可以具有大于用于其中要求低光學對比的實施例的顯示元件的面積的50% 的凹陷區(qū)域的總面積。在附加實施例中，可以由以下各項中的一個來控制顯示元件的灰度級孔徑比、電活性的凹陷區(qū)域的密度或電活性的凹陷區(qū)域的深度。這些方法使得能夠通過凹陷區(qū)域的尺寸、凹陷之間的間距和凹陷區(qū)域的深度的變化來實現(xiàn)對著色劑顆粒如何遍布于顯示體積并被收集在凹陷區(qū)域中的幾何控制。在一個實施例中，可以調(diào)整孔徑比P和凹陷深度以使亮和暗狀態(tài)之間的光學對比最大化。
本實施例隨后參考用于凹陷區(qū)域的點結(jié)構(gòu)或用于選擇性地對電極中的至少一個上的電介質(zhì)進行圖案化的其它方法。出于本實施例的目的，點可以是任何形狀和/或尺寸， 只要其滿足對顯示元件的光學對比及其它特性的要求即可。圖3A舉例說明用于顯示器的點結(jié)構(gòu)。此圖示出顯示元件的頂視圖310和橫截面圖300。在替換實施例中，圖3示出段、子像素或超像素。圖3的顯示元件舉例說明點的周期性分布。每個點是被圖案化到電介質(zhì)層305中以將顯示元件顯示體積連接到底部電極層303的凹陷區(qū)域307。在所示的實施例中，底部電極層303是在襯底材料301上形成的毯式電極(blanket electrode)。頂部電極302在顯示體積上形成。圖;3B舉例說明用于顯示器的點結(jié)構(gòu)的另一實施例。此圖舉例說明在不透明電極 303的頂部上具有反射器304的反射像素器件。反射器還可以在電介質(zhì)層305的頂部上。圖4舉例說明用于顯示器的點結(jié)構(gòu)的另一實施例。此圖示出點的非周期性分布的頂視圖410和橫截面圖400。該非周期性實施例包括被圖案化到在毯式電極403上形成的電介質(zhì)層405中的凹陷區(qū)域407的隨機分布。毯式電極403在襯底401上形成。頂部電極 402在顯示體積上形成。本實施例不限于如圖3和4所示的點結(jié)構(gòu)的分布?？梢砸跃哂锌捎枚S點陣對稱的周期性點陣圖案(例如，正方形、矩形、六邊形)以及跨越顯示元件的面積分布的任何非周期性或隨機圖案來布置點結(jié)構(gòu)。圖5舉例說明用于顯示器的線結(jié)構(gòu)的一個實施例的頂視圖510和橫截面圖500。 圖5的實施例采用線的周期性分布。通過將線凹陷區(qū)域507圖案化到在毯式電極層503上形成的電介質(zhì)層505中來形成該線，所述毯式電極層503在襯底501上形成。如在其它實施例中，可以使用壓花、光刻或用于通過電介質(zhì)層來形成凹陷區(qū)域的某些其它手段將線凹陷區(qū)域圖案化到電介質(zhì)層505中。在顯示體積上形成頂部電極502。圖6舉例說明用于顯示器的線結(jié)構(gòu)的非周期性分布的頂視圖610和橫截面圖600。 通過將線凹陷區(qū)域607圖案化到在毯式電極層603上形成的電介質(zhì)層605中來形成該線， 所述毯式電極層603在襯底601上形成。在顯示體積上形成頂部電極602。凹陷區(qū)域已被示為圓形或線。然而，本實施例在凹陷的形狀或尺寸方面不受限制， 只要其滿足顯示元件的孔徑、光學對比及其它操作要求即可。其可以以圓形、三角形、正方形、矩形、菱形、星形、圓錐形、倒金字塔或任何其它形狀形成。同樣地，不存在所有凹陷區(qū)域具有相同尺寸的要求?？梢詫枷輩^(qū)域的尺寸確定為使得該尺寸以周期性或非周期性的隨機方式改變。還可以在單個段或像素中隨機地確定凹陷區(qū)域的尺寸?？梢杂枚嗑S形狀或碎片形狀對電介質(zhì)層進行圖案化。此圖案化包括對電介質(zhì)層進行圖案化以阻擋需要不活動的某些點?？梢詫⑴c顯示元件的面積相比較小的點結(jié)構(gòu)視為零維形狀?？梢詫⒕哂谢旧洗笥诹硪痪S度的一個維度的線結(jié)構(gòu)視為一維形狀?？梢詫⒕哂信c顯示元件的面積相比顯著的橫截面面積的凹陷區(qū)域視為二維區(qū)域?？梢詫⒕哂蟹谴怪北谝约熬哂械斤@示元件體積中的突出體的特征的凹陷區(qū)域視為三維形狀。圖10舉例說明用于顯示器的線式結(jié)構(gòu)的另一實施例的頂視圖1010和橫截面圖 1000。本實施例不僅采用“線”的非周期性分布，而且還使“線”變形。如在其它實施例中，通過將凹陷區(qū)域1007圖案化到在毯式電極層1003上形成的電介質(zhì)層1005中來形成“線”， 所述毯式電極層1003在襯底1001上形成。在顯示體積上形成頂部電極1002。圖7舉例說明示出頂部電極702和底部電極701兩者的處于亮狀態(tài)的顯示元件的一個實施例的橫截面圖。如在上述實施例中，底部電極701是在襯底704上形成的毯式電極。在底部電極701上形成圖案化電介質(zhì)層705。用允許帶電著色劑顆粒緊湊的凹陷區(qū)域 709對電介質(zhì)層705進行圖案化。在透明材料707上形成頂部電極702。頂部電極可以用來控制具有均勻、分段或像素化頂部電極的著色劑顆粒分布，如圖9所示和隨后參考圖9所述。作為操作的示例，可以使帶正電的墨電泳地和對流地移動至底部電極，壓緊到凹陷區(qū)域709中，并在亮狀態(tài)下由負偏壓保持在那里。這導致通光孔徑。在圖8所示的暗狀態(tài)期間，底部電極上的正偏壓將帶正電的著色劑顆粒排斥出凹陷區(qū)域而進入顯示體積708 中的載體流體。另外，對流氣流加速顆粒的移動并跨越顯示體積分配(disburse)顆粒。圖9示出具有毯式底部電極901和分段或像素化頂部電極902的處于亮和暗狀態(tài)的鄰近顯示元件的一個實施例的橫截面圖。如在其它實施例中，在襯底904上形成毯式底部電極并在底部電極901上形成圖案化電介質(zhì)層905。在頂部電極的相應分段或像素化部分920 922下面形成被圖案化到電介質(zhì)層 905中的每個凹陷區(qū)域910 912。頂部電極902的分段或像素化部分920 922被電分離，因此，允許每個相應的分段或像素化部分920 922具有與相鄰部分920 922不同的極性。在頂部電極上的每個相應的分段或像素化部分920 922下面可以存在多個凹陷區(qū)域，但是為了簡單起見，在圖中，在每個分段或像素化部分920 922下面僅示出一個凹陷區(qū)域。在操作中，假設著色劑顆粒帶正電，如果向頂部電極902的頂部分段或像素化部分920和922施加負電壓，則著色劑顆粒被從凹陷區(qū)域吸引出來進入顯示體積908中的載體流體。然而，頂部電極902的中心分段或像素化部分921具有正電壓，因此，著色劑顆粒在凹陷區(qū)域中被壓緊，使得段或像素的該部分變亮。這種方法可以用來控制每個段或像素的狀態(tài)。圖9顯示頂部電極被分段或像素化。在替換實施例中，可以替代地將底部電極分段或像素化。在另一實施例中，可以將頂部和底部電極兩者分段或像素化。在另一實施例中，可以在頂部和底部電極之間形成一個或多個附加電極。此類附加電極可以用來確定電場形狀并控制著色劑顆粒的平移。圖11舉例說明具有頂部和底部電極的多個彩色、分段顯示器的一個實施例。所示示例被分段成四個單獨段1101 1104。在一個實施例中，在底部電極1100中形成這些段 1101 1104且頂部電極1105是均勻的。然后用被相反地偏置的頂部1105或底部1100電極來控制不同色彩的著色劑顆粒。例如，如果品紅色著色劑顆粒具有正電荷且黑色著色劑顆粒具有負電荷，則通過改變施加于任何一個段1101 1104的電壓的極性，能夠控制不同色彩的墨的移動。一個段1101可以具有正極性并因此排斥來自該段1101中的凹陷區(qū)域的品紅色著色劑顆粒，同時壓緊該段1101中的凹陷區(qū)域中的黑色著色劑顆粒。所述一個段1101將因此呈現(xiàn)品紅色。 其余段1102 1104然后可以全部具有負極性電壓，并因此排斥來自這些段1102 1104中的凹陷區(qū)域的黑色著色劑顆粒，同時壓緊那些段1102 1104中的凹陷區(qū)域中的品紅色著色劑顆粒。其余段1102 1104將因此呈現(xiàn)黑色。在本文所述的任何實施例中可以使用不同色彩的不同極性著色劑顆粒以便控制顯示元件的色彩。一個色彩將被具有相同極性的底部電極排斥，同時第二色彩將被吸引到底部電極并在凹陷區(qū)域中壓緊。被排斥的著色劑顆粒然后將確定像素的色彩?？梢杂蓛蓚€著色劑之間的散布比來控制顯示元件中的從一個色彩至另一色彩的逐漸變化。圖12A和12B舉例說明堆疊顯示元件的一個實施例的橫截面圖和頂視圖。如圖 12A所示，堆疊顯示元件1201、1202可以是前述實施例中的任何一個。點結(jié)構(gòu)顯示元件的堆疊提供足夠大的通光孔徑，使得其可以在不需要對準的情況下堆疊多層。例如，重疊95%孔徑的兩個堆疊1201、1202可以導致超過90%的通光孔徑，因此導致與在制造期間的精確對準相關聯(lián)的成本節(jié)省。圖12B的頂視圖示出每個像素的偏移點結(jié)構(gòu)所損失的有限孔徑。圖12C和12D舉例說明堆疊顯示元件的另一實施例的橫截面圖和頂視圖。在本實施例中，將點結(jié)構(gòu)顯示元件1201、1202堆疊，使得點結(jié)構(gòu)被對準。與圖12A和12B的實施例相反，圖12C顯示通過在兩層之間的內(nèi)部襯底的兩側(cè)上限定對準的點結(jié)構(gòu)來形成本實施例。在替換實施例中，點結(jié)構(gòu)的兩側(cè)可能不一定對準，并且仍提供足夠大的通光孔徑作為透明顯示器。每個層可以包括單色或不止單色的著色劑顆粒以提供多色顯示。如圖12A 12D所示的段或像素的堆疊不限于僅僅兩層。通過堆疊三層能夠獲得全色顯示，每個層是品紅色、青色和黃色的減原色淺色。其它實施例可以堆疊其它數(shù)量的層，包括黑色或白色層。圖13舉例說明顯示器中的電介質(zhì)層的替換實施例的橫截面圖。在本實施例中，電介質(zhì)層1301形成有在電介質(zhì)層與像素顯示體積1300之間的頂點1303或其它形狀。此類形狀幫助在顯示元件被切換至亮狀態(tài)時將著色劑顆粒引導至凹陷區(qū)域中，并將著色劑顆粒壓緊到凹陷區(qū)域中。圖14舉例說明其中點結(jié)構(gòu)可單獨地尋址的一個實施例的頂視圖和橫截面圖?？梢詫为毜狞c或成組的點施加偏壓以吸引一種類型的帶電顆粒，同時在某些實施例中排出另一類型的一個或多個。電極可以在超大像素內(nèi)具有偏壓條件的混合以便控制單著色劑墨中的灰度級或用雙著色劑墨連續(xù)地控制從一個至另一個的色彩。如果使用正偏壓條件(其余點仍是負的)在超像素中激活點密度的33%，如果使用諸如品紅色的單著色劑墨，則超像素內(nèi)的品紅色著色劑顆粒的約33%將散布，同時其余部分將停留在負偏壓電極的通孔內(nèi)。 這種方法可以用來控制灰度級。圖14的橫截面圖示出被圖案化到電介質(zhì)層1400中的三個凹陷區(qū)域1410 1412。 作為在電介質(zhì)層1400下面形成的毯式電極的替代，每個凹陷區(qū)域或凹陷區(qū)域組具有可單獨尋址的電極1420 1422。在所示的情況下，前兩個電極1420、1421被負偏壓，并壓緊帶正電的墨，同時其余電極1422被正偏壓以分配來自該凹陷區(qū)域的墨。還可以在頂部襯底上而不是電介質(zhì)層下面形成可單獨尋址的電極。用于灰度級控制的方法的另一實施例是電壓振幅和脈沖寬度的函數(shù)。振幅和/或脈沖寬度的動態(tài)調(diào)制能夠控制被分配在每個顯示元件內(nèi)的著色劑顆粒密度的控制。本實施例涵蓋產(chǎn)生具有比人眼能夠分辨的小的脈沖寬度的電壓脈沖。向頂部或底部電極的分段或像素化部分施加電壓脈沖以動態(tài)地控制壓緊和散布條件之間的平衡。振幅(例如，OV至幾十伏)或脈沖寬度(例如，100 ms至幾μ s)的調(diào)制能夠通過控制顯示元件的觀看區(qū)域中的著色劑顆粒的特定濃度來提供期望的灰度級。在無偏壓或具有排斥偏壓條件的情況下，著色劑顆粒處于散布狀態(tài)。在有吸引偏壓條件的情況下，顆粒被壓緊在凹陷區(qū)域中。當偏壓條件在兩個狀態(tài)之間動態(tài)地切換時，實現(xiàn)完全散布與完全壓緊之間的中間狀態(tài)。圖15舉例說明其中點結(jié)構(gòu)是可單獨尋址的且用金字塔形凹陷區(qū)域?qū)﹄娊橘|(zhì)層進行圖案化的一個實施例的頂視圖和橫截面圖。圖15的實施例的操作與圖14的操作基本上類似。再次地，還可以在頂部襯底上而不是電介質(zhì)層下面形成可單獨尋址的電極。圖16舉例說明使用微機電元件或加熱元件的點結(jié)構(gòu)的一個實施例的橫截面圖。 在一個實施例中，使用微機電元件1610 1612來使著色劑顆粒移動至電介質(zhì)1603中的凹陷區(qū)域之外。在替換實施例中，用顯示器的頂部和底部上的加熱元件1062來替換電極和微機電元件1610 1612?？梢詫⑦@些實施例與電泳元件組合以更高效地移動并控制著色劑顆粒。圖17舉例說明具有分段或像素化電極層1701的顯示元件的一個實施例的橫截面圖?？梢栽陔p著色劑顯示元件中使用此類實施例，其中，可以由分段電極1702、1703來控制帶正電的第一著色劑種類1706。由分段電極1704來控制帶負電的第二著色劑種類1707。 在電極層1701上形成圖案化電介質(zhì)層1705。根據(jù)施加于顯示元件中的電極的電壓，能夠?qū)崿F(xiàn)各種色彩。當分段電極1702、1703帶負電且分段電極1704帶正電時，帶正電的著色劑顆粒1706將被收集到分段電極1702、1703之上的凹陷區(qū)域中，并且?guī)ж撾姷闹珓╊w粒1707 將被收集到分段電極1704之上的凹陷區(qū)域中。這導致亮狀態(tài)。當向分段電極1702、1703 施加小的正偏壓時，帶正電的著色劑顆粒1706將被從分段電極1702、1703之上的凹陷區(qū)域排斥，同時能夠由較大的正偏壓將帶負電的著色劑顆粒1707保持在分段電極1704之上的凹陷區(qū)域中。這導致具有帶正電的第一著色劑顆粒1706的色彩的狀態(tài)。使用施加于分段電極1704的小負偏壓和施加于分段電極1702、1703的較大負偏壓，能夠以類似的方式實現(xiàn)具有帶負電的第二著色劑顆粒1707的色彩的狀態(tài)。圖18舉例說明具有被阻擋電介質(zhì)層1805的顯示元件的一個實施例的橫截面圖。 通過使用光刻法、壓花或其它討論的方法選擇性地阻擋電極1801的點圖案，能夠以使得僅具有凹陷區(qū)域的區(qū)域被接通和關斷的方式實現(xiàn)靜態(tài)圖案。圖19舉例說明具有用于控制多個著色劑的分段或像素化電極1901的顯示元件的一個實施例。此圖示出顯示元件的側(cè)視圖1900和頂視圖1910。在雙色實施例中，每個色彩將被與另一相反地充電。例如，品紅色著色劑可以帶正電且黑色著色劑可以帶負電。在此類實施例中，顯示元件內(nèi)的點密度的33%可以被正偏壓以散布品紅色著色劑的33%，同時相等量的黑色著色劑將被壓緊到那些點電極上。通過控制被正或負偏壓的電極的比，顯示元件內(nèi)的色彩能夠從一個類型至另一個連續(xù)地改變?？梢钥刂齐p著色劑以產(chǎn)生從一個色彩至另一色彩的逐漸變化。圖20舉例說明線結(jié)構(gòu)顯示元件的一個實施例。本實施例示出側(cè)視圖2000和頂視圖2010。如在其它實施例中，在底部上對電介質(zhì)層2005進行圖案化。然而，本實施例在電介質(zhì)層2005的每個圖案化區(qū)域內(nèi)形成底部電極2001 2003。頂部電極2020 2022在頂視圖2010中被示為被分段。頂部電極2020 2022和底部電極2001 2003兩者的尺寸和形狀僅僅是出于說明的目的。替換實施例可以采取其它形式。圖21舉例說明用于具有三個段的顯示元件的點結(jié)構(gòu)的一個實施例。本實施例示出側(cè)視圖2100和頂視圖2110。在底部上對電介質(zhì)層2105進行圖案化。在本實施例中，用用于電極2101 2103的點結(jié)構(gòu)對電介質(zhì)層2105進行圖案化。頂部電極2120 2122被分段。在任何上述實施例中，可以將頂部和/或底部電極分段或像素化并直接驅(qū)動。這使得能夠進行著色劑顆粒的控制以實現(xiàn)灰度級控制。所述各種實施例相比于其它現(xiàn)有解決方案具有優(yōu)點。雖然現(xiàn)有技術已努力避免電泳顯示器中的對流效應的使用，但本實施例中的某些使用電對流原理來實現(xiàn)著色劑顆粒在顯示器內(nèi)的平面內(nèi)移動以響應于頂部和底部電極上的平行電極產(chǎn)生暗和亮狀態(tài)。
權利要求
1.一種顯示系統(tǒng)，包括用于引發(fā)載體流體的對流的裝置，其被配置為在系統(tǒng)的不同部分之間運送懸浮在載體流體中的著色劑種類；以及用于控制著色劑種類的對流、速度和方向中的至少一個的裝置。
2.權利要求1的顯示系統(tǒng)，其中，所述載體流體由極性性質(zhì)、非極性性質(zhì)或液晶性質(zhì)中的一個組成。
3.權利要求1的顯示系統(tǒng)，其中，用于引發(fā)對流的裝置由以下各項中的至少一個組成動電元件、電泳元件、電荷注入元件、加熱元件、微流元件、微機電元件、化學反應區(qū)域或這些元件的組合。
4.權利要求1的顯示系統(tǒng)，其中，用于引發(fā)對流的裝置包括在其兩端具有至少一個電勢的多個電極。
5.權利要求4的顯示系統(tǒng)，其中，所述多個電極被耦合到載體流體。
6.一種電光顯示元件，包括第一電極；第二電極，其與第一電極相對；電介質(zhì)層，其在第一或第二電極中的至少一個上形成，被圖案化以在第一或第二電極上產(chǎn)生限定的凹陷區(qū)域；流體，其具有被包含在第一和第二電極之間的著色劑顆粒；其中，施加于第一和第二電極的電壓控制著色劑顆粒的移動，使得第一電壓通過將著色劑顆粒收集在限定區(qū)域附近而導致第一光學狀態(tài)，并且第二電壓通過使著色劑顆粒散布至顯示元件的可觀看區(qū)域中而導致第二光學狀態(tài)，其中，第一或第二電極的限定區(qū)域的總面積充分地小于顯示元件的面積，使得在第一光學狀態(tài)與第二光學狀態(tài)之間提供光學對比。
7.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，用具有周期性點陣布置或非周期性隨機布置的限定凹陷區(qū)域?qū)D案化電介質(zhì)層進行圖案化，其中，所述限定區(qū)域包括點結(jié)構(gòu)、線結(jié)構(gòu)、二維區(qū)域、三維形狀或碎片形狀中的至少一個，每個具有預定深度。
8.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，所述電介質(zhì)層被圖案化以提供以下各項中的至少一個具有以周期性或非周期性隨機方式變化的尺寸的凹陷區(qū)域、不活動的被阻擋區(qū)域或僅被限定在電介質(zhì)層的凹陷區(qū)域內(nèi)的電極。
9.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，所述第一或第二電極中的至少一個由以下各項中的一個組成透明導體或具有在電介質(zhì)層上形成的反射器或光散射器的不透明導體。
10.權利要求6的電光顯示器系統(tǒng)，其中，所述著色劑顆粒由具有至少一個電荷極性的多個不同色彩的著色劑顆粒組成。
11.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，所述第一或第二電極中的至少一個被分段或像素化，并且響應于施加于第一或第二電極中的至少一個的電壓的變化來控制顯示元件內(nèi)的多個著色劑顆粒的散布比。
12.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，由以下各項中的一個來控制顯示元件的可觀看區(qū)域中的灰度級孔徑比、電活性的凹陷區(qū)域的密度、電活性的凹陷區(qū)域的深度。
13.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，還包括在第一和第二電極之間形成的一個或多個附加電極；其中，電極能夠是連續(xù)的、被分段或像素化。
14.權利要求6的電光顯示系統(tǒng)，其中，由施加于第一或第二電極中的至少一個的電壓振幅和/或電壓脈沖寬度的動態(tài)調(diào)制來控制顯示元件的可觀看區(qū)域中的灰度級。
15.一種用于制造顯示系統(tǒng)的方法，該方法包括形成多個堆疊的顯示元件結(jié)構(gòu)，其中，每個顯示元件結(jié)構(gòu)包括 形成電極；在所述電極上形成電介質(zhì)層；將所述電介質(zhì)層圖案化以在所述電極上產(chǎn)生限定的凹陷區(qū)域；以及用包括著色劑種類的載體流體填充所述電極之上的空間；其中，電極的限定凹陷區(qū)域的總面積充分地小于顯示元件的面積以提供第一和第二光學狀態(tài)之間的光學對比。
全文摘要
一種顯示系統(tǒng)包括引發(fā)載體流體的對流的電極，所述載體流體運送懸浮在載體流體中的著色劑種類。由電極的操作來控制著色劑種類的對流、速度和方向中的至少一個。
文檔編號G02F1/167GK102365579SQ200980158325
公開日2012年2月29日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權日2009年3月26日
發(fā)明者M. 希爾 D., A. 坎布斯 G., T. 馬貝克 J., 岳 J-S., 科爾尼洛維奇 P., R. 科赫 T. 申請人:惠普開發(fā)有限公司