CN1295558C - 具有双重方式切换的改良的电泳显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种改良的电泳显示器，其包括传统的上/下切换和面内切换方式。换言之，该改良的EPD具有双重切换方式。本发明的单色EPD能够显示不同于文字的选择的突出显示颜色。例如，白色背景、蓝色文字、以及突出显示红色可以显示在显示器的任何所选的区域。此外，本发明的全色EPD能够显示具有高色彩饱和度的高对比图像。高质量黑色和白色状态在本发明的全色显示器中均是可能的。本发明的EPD并不需要复杂的电路设计，并且适合于低成本和高产量的辊对辊制造方法。

Description

具有双重方式切换的改良的电泳显示器
技术领域
本发明涉及一种包括传统的上/下切换以及面内切换方式的改良的电泳显示器(EPD)。换言之，该改良的EPD具有双重切换方式。
背景技术
电泳显示器(EPD)是一种基于影响悬浮在溶剂中的带电荷颜料微粒的电泳现象的非发射性的装置。此种一般类型的显示器是在1969年首次提出。EPD典型地包括一对相对的、间隔开且为板状的电极，其具有在该电极之间预先决定一段特定距离的间隔物。至少一个电极，通常是在观看侧，是透明的。对于无源型EPD，分别在顶部(观看侧)和底部板之上的行和列电极是驱动显示器所必需的。相对地，对于有源矩阵型EPD而言，在该底部板之上的一个薄膜晶体管(TFT)阵列以及在顶部观看基片之上的一个非图案化的透明导电板是必要的。一种由有色介电溶剂以及分散于其中的带电荷颜料微粒所构成的电泳液被封装在该两个电极之间。
当一电压差施加于二个电极之间时，颜料微粒将因为吸引力而迁移到具有极性相反于颜料微粒的极性的板。因此，在透明板所显示的颜色可以通过选择性地对板施加电荷来加以决定为该溶剂的颜色或是该颜料微粒的颜色。板极性的反转将会使微粒迁移回到相对的板，由此反转该颜色。由吸引至该透明板的中间程度的颜料微粒所造成的中间色彩密度(或灰度梯度、灰阶)可以通过一定范围的电压来控制该板电荷而获得。在此类型的反射式EPD中并不需要背光，尽管可以可选地加入背光来改善该显示器在黑暗中的可见度。
先前已经报道了具有不同像素或者盒结构的电泳显示器，例如，分区式电泳显示器(参见M.A.Hopper和V.Novotny，IEEE Trans.Electr.Dev.(电气和电子工程师协会论文集电气分卷)，卷26，No.8，1148-1152(1979))和微胶囊化电泳显示器(如在美国专利第5,961,804号以及美国专利第5,930,026号中所述)。如以下所述，这些电泳显示器的每一种都具有其本身的问题。
在分区式电泳显示器中，在两电极之间有许多分隔区域，用于将空间分割成为较小的单元，其目的是为了避免不希望的微粒运动，例如沉降。然而，会遇到一些困难：分区的形成、用电泳液填充显示器的方法、将电泳液封装在显示器中、以及保持不同颜色的悬浮液彼此分开。在开发这类分区式显示器的辊对辊制造方法时会遇到甚至更困难的问题。
微胶囊化的电泳显示器具有基本上二维的微胶囊排列，其中各微胶囊含有由介电溶剂与带电荷颜料微粒的分散体(在视觉上与介电溶剂对比)所组成的电泳组合物。微胶囊典型地是在水溶液中制备，并且为了达到有用的对比度，其平均微粒尺寸相对较大(50至150微米)。大的微胶囊尺寸导致不良的抗刮性以及对于特定的电压而言较慢的响应时间，这是因为对于大的胶囊而言，在两个相对的电极之间需要大的间隙。同时，在水溶液中所制备的微胶囊的亲水壳层典型地导致对高湿度以及温度环境的敏感性。若将微胶囊包埋于大量的聚合物基质中来消除这些缺点，基质的使用则导致更慢的响应时间和/或更低的对比度。为了改进切换速率，在此种类型的EPD中通常需要电荷控制剂。然而，在水溶液中的微胶囊化工艺限制了可以使用的电荷控制剂的类型。对于彩色应用而言，其它与该微胶囊系统相关的缺点则包括不良的分辨率以及不良的寻址能力。
美国专利第3,612,758号披露了另一种类型的EPD，其中电泳盒是由平行线槽所形成，其含有分散于介电溶剂中的带电荷颜料微粒。该槽状电泳盒覆盖以透明导体、并与其电接触。透明玻璃层从观看面板的一侧覆盖在透明导体上。
利用微型槽、细微纹沟、或微型柱来形成EPD阵列仍然面临问题：不希望的微粒沉降或沿着列方向的乳化。此外，缺少无缝的、无气囊的以及连续的密封方法来将电泳液封装在两个电极之间，使得辊对辊制造极为困难。
一种改良的EPD技术以及辊对辊制造方法最近披露在下述共同提出的未决申请中，即2000年3月3日提交的美国申请09/518,488、2001年1月11日提交的美国申请09/759,212、2000年6月28日提交的美国申请09/606,654、以及2001年2月15日提交的美国申请09/784,972，所有这些均结合于此作为参考。该改良的EPD包括封闭的盒，其是由具有明确定义的形状、尺寸以及纵横比并且填充以分散在介电溶剂中的带电荷颜料微粒的微型杯所形成。此种涉及微型杯的改良的技术允许单色EPD具有高图像质量。彩色显示器也可以利用空间上相邻的小像素阵列来制备，其由填充以不同颜色(例如，红色、绿色、或蓝色)的染料的微型杯所构成。然而，在只具有传统的上/下切换方式的此类型系统中有一个主要的缺点，即，从“被关闭的”(turned-off)有色像素反射的白光大大地降低“被激活的”(turned-on)颜色的色彩饱和度。在这方面的更多细节是在以下的“详述”章节之中给出。
尽管此后者的缺点可以通过覆盖的快门装置加以补救，如聚合物分散液晶，以切换“turned-off”像素至黑色状态并且保持“turned-on”像素在所希望的颜色状态，但是此种解决方式的缺点是覆盖装置的高成本、与快门装置相关的高Dmin(其是背景的最小光密度)、以及复杂的驱动电路设计。
可替换地，常规的上/下切换方式的彩色显示器可以利用覆盖在显示器的观看侧之上的滤色片来制备。然而，暗的Dmin以及欠缺高质量“白色”状态是利用滤色片的反射式彩色显示器的主要问题。
“面内”切换概念是披露在E.Kishi等人的“5.1：development ofIn-Plane EPD”(“5.1：面内EPD的开发”)，Canon研究中心，SID 00文摘，第24至27页以及Sally A.Swanson等人的“5.2：HighPerformance EPDs”(“5.2：高性能的EPD”)，IBM Almaden研究中心，SID 00文摘，第29至31页。在这些现有技术的系统中，颜色效应是利用带有白色或黑色微粒的有色背景来达到。这些现有技术系统的缺点是欠缺高质量“白色”或高质量“黑色”状态。更多的细节也在“详述”章节之中给出。
因此，对于也可以用有效率的方式，尤其是通过辊对辊制造方法来加以制造的具有高质量全色功能的改良的EPD仍然有着需求。
发明简述
本发明涉及改良的EPD，其包括传统的上/下切换以及面内切换方式。换言之，该改良的EPD具有双重切换方式。
本发明的单色EPD能够显示选择的突出显示颜色，其不同于文字(text)的颜色。例如，白色背景、蓝色文字、以及红色突出显示(red highlight)可以显示在显示器的任何所选的区域中。此外，本发明的全色EPD能够显示具有高色彩饱和度的高对比图像。高质量的黑色以及白色状态在本发明的全色显示器之中均是可能的。本发明的EPD并不需要复杂的电路设计，并且适合于低成本和高产量的辊对辊制造方法。
本发明的另一个方面涉及一种电泳显示器，其具有双重切换方式和灰度标功能(capacity)。在本发明的这一方面，颜色的不同的值(或暗度)以及饱和度可以通过灰度标技术来加以控制。
附图简要说明
应注意的是所有的图均为示意图并且不是按比例绘制。
图1说明传统的仅具有上/下切换方式的EPD的一般缺点。
图2A至2D说明在仅具有面内切换方式的EPD中欠缺纯白色或纯黑色状态。
图3说明本发明的一个典型的电泳盒以及上/下与面内切换电极的一般位置。
图4A至4C说明具有双重方式的改良的EPD的各种可能的情形。
图4D说明本发明的突出显示选择(俯视图)。
图5A与5B说明微型杯的制造，涉及透过光掩模进行图像曝光。
图6A与6B说明两层的ITO电极系统。
图7A与7B是说明本发明的纯白色状态的俯视以及剖面图。
图8A与8B是说明本发明的纯黑色状态的俯视以及剖面图。
图9A与9B是说明本发明的多色状态的俯视以及剖面图。
图10A至10E说明TFT有源驱动机制。
图11A至11E说明有源和无源驱动机制的结合。
图12A至12E说明有源和无源驱动机制的一种替代的结合。
图13说明颜色的不同值如何可以通过灰度标控制而获得。
图14说明不同水平的色彩饱和度如何可以通过灰度标控制而获得。
图15A描绘用于第13和14图的盒的具有各种脉冲振幅的驱动信号。图15B描绘用于第13和14图的盒的具有各种脉冲宽度的驱动信号。
发明详述
除非在本专利说明书中另有定义，否则在此所用的技术术语皆根据本领域技术人员通常使用并了解的惯用定义而被使用。术语“明确定义的”、“纵横比”以及“图像曝光”如在以上所指明的共同提出的未决申请中所定义。
应当明了的是本发明的范围包括传统的EPD以及从微型杯、微型槽、微胶囊等制成的EPD。
术语“传统的EPD”指任何在本技术领域熟知的电泳盒。电泳盒可以具有任何形状和尺寸，并且该显示器包括例如分区式显示器。
术语“微型槽”指在美国专利第3,612,758号中所披露的电泳盒的类型。
术语“微型杯”指杯状的凹处，其可以由例如微模压或图形曝光，接着是显影步骤来移除未曝光或已曝光的区域的方法来产生。同样地，复数形式的“微型杯”在整个上下文中一般可以指包括多个此种微型杯的微型杯组合件，这些微型杯被整体地形成或结合起来从而制成有结构的(structured)二维微型杯阵列。该微型杯的尺寸披露在以上所指出的共同提出的未决申请中。
术语“顶部密封”是指密封方法，其中填充并顶部密封构造在第一基片或电极层上的显示盒。在传统的边缘密封方法中，需要两个基片或电极层和边缘密封粘合剂，以将显示液封装并边缘密封于盒中。相比之下，在顶部密封方法中，显示液是在第二基片或电极层被放置到显示盒上之前进行封装和顶部密封。
术语“Dmax”表示显示器可达到的最大光密度。
术语“Dmin”是指显示背景的最小光密度。
术语“对比度”被定义为最小光密度状态下电泳显示器的反射百分比和最大光密度状态下显示器的反射百分比之比率。
I.传统EPD的缺点
(1)仅具有上/下切换的EPD
图1的EPD仅具有上/下切换方式。在该图中的盒是填充以悬浮液，其中带正电荷的白色微粒是分散在一种着色(红色、绿色、以及蓝色)介电液中。在图1中的所有三个盒表示为在顶部和底部电极(未示出)之间施加电压差。在绿色以及蓝色盒中，顶部电极具有低电压，在这两个盒中的带正电荷的白色微粒迁移至透明的顶部观看电极，于是这些微粒的颜色(即，白色)透过在该两个盒中的透明的导电膜而反射至观看者。在红色盒中，底部电极具有低电压；因此带正电荷的白色微粒迁移至该盒的底部，因而透过顶部透明的导电膜看到介质的颜色(即，红色)。在如图1所示的情形中，从绿色以及蓝色像素反射的白色光大大地降低红色像素的色彩饱和度。
(2)仅具有面内切换方式的EPD
图2A至2D说明仅具有面内切换方式的现有技术制备的EPD的缺点。
在图2A中，盒填充以白色带电荷微粒分散于其中的无色介电溶剂。盒的背景是有色的(即，红色、绿色、或蓝色)。当在面内电极之间存在电压差时，白色微粒迁移至盒的每一侧，因而从顶部透明开口可看到背景的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。当在面内电极之间没有电压差时，这些微粒散布在介电溶剂中，导致从顶部透明开口可看到白色(即，这些微粒的颜色)。此种无色溶剂、有色背景以及白色微粒的配置导致欠缺高密度黑色状态的显示器。
在图2B中，盒填充以黑色微粒分散于其中的无色液。盒的背景是有色的(即，红色、绿色、或蓝色)。当在面内电极之间存在电压差时，这些微粒迁移至盒的每一侧，因而从顶部透明开口可看到背景的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。当在面内电极之间没有电压差时，这些微粒散布在介电溶剂中，导致从顶部透明开口可看到黑色(即，这些微粒的颜色)。此种溶剂/背景/微粒的颜色配置导致带有不希望的Dmin和对比度的不良白色状态(dirty whitestate)。
图2C显示，盒填充以有色微粒(即，红色、绿色、或蓝色)分散于其中的无色液。这些盒的背景是黑色。当在面内电极之间存在电压差时，这些有色的带电荷微粒迁移至盒的每一侧，因而从顶部透明开口可看到背景的颜色(即，黑色)。当在面内电极之间没有电压差时，这些有色微粒散布在介电溶剂中，导致从顶部透明开口可看到这些微粒的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。在此种设计中，黑色状态具有高质量。然而，高质量的白色状态是不可能的。因此，此种类型的反射式显示器显露出在Dmin区域具有不鲜明的背景(dirty background)或低度的反射。
在图2D中，盒填充以有色微粒(红色、绿色、或蓝色)分散于其中的无色液。这些盒的背景是白色。当在面内电极之间存在电压差时，这些微粒迁移至盒的每一侧，因而从顶部透明开口可看到背景的颜色(即，白色)，导致高质量的白色状态。当在面内电极之间没有电压差时，这些微粒散布在该液中，导致从顶部透明开口可看到这些微粒的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。在此设计中不能获得高质量的黑色状态。
总之，只有面内切换方式会导致反射式彩色显示器没有高质量的黑色状态或显示器没有高质量的白色状态。在此类型的面内切换、反射式彩色显示器中，对比度以及色彩饱和度较差。在所有面内切换EPD中，在面内电极的相反侧上的基片典型地是透明的绝缘体，其通常是显示器的观看侧。
II.本发明的电泳显示器
图3是本发明的典型的电泳盒的侧视图。尽管只描述杯状盒，但应当明了的是本发明的范围包括由微型槽等所构成的盒以及所有类型的传统电泳盒。
盒30是夹在顶层31和底层32之间。该顶层包括一个透明的顶部电极(未示出)。该底层32是由一层32a以及可选的有色背景层32b所组成，层32a包括一个面内切换电极34在左手侧、一个底部电极35以及另一个面内电极36在右手侧。有间隙37将两个面内电极(34、36)和底部电极35分开。
背景层32b可以在电极层32a的顶部之上(未示出)、或是在电极层32a之下。可替换地，该层32a可以当作背景层，并且在这种情况下，该层32a可以是黑色或是其它颜色。
另一种替代方式是底层可以仅具有一个面内切换电极，以及一个底部电极，且之间有一间隙。
通常，在图3中的盒是填充以白色微粒39分散于其中的清亮的、但有色的(即，红色、绿色、或蓝色)介电溶剂38，并且这些盒的背景颜色典型地是黑色。这些微粒可以是带正电荷或带负电荷。为了说明的目的，假设在此整个申请中，这些微粒是带正电荷。
在显示器的单个盒中的带电荷微粒可以具有相同的颜色或具有不同的颜色。这些单个盒也可填充以含有混合颜色的带电荷微粒的电泳液。
如在图4A至4C中所示，双重切换方式允许微粒在垂直(上/下)方向或面内(左/右)方向移动。例如，在图4A中，顶部电极的电压设定为较低，而底部电极以及面内电极的电压设定为较高。白色微粒迁移并且聚集在顶部透明导体膜，因而观看者可看见白色(即，这些微粒的颜色)。
在图4B中，面内电极设定在低电压，而顶部以及底部电极则设定在高电压。在此情况下，这些白色微粒迁移至盒的侧边，透过顶部透明的导电膜所看见的颜色因此是背景的颜色(即，黑色)。
在图4C中，当顶部电极的电压设定为较高、底部电极的电压设定为较低、并且面内电极设定在低电压时，白色微粒则迁移至盒的底部。在此情况下，透过顶部透明的导电膜观看者看见该液的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)，如在图4C的红色盒中所示。为了在全色显示器中呈现红色像素，在绿色以及蓝色盒中的白色微粒可以如在图4C中所示被吸引至侧边、或吸引至顶部(未示出)。前者是优选的，因为其典型地展现比后者更佳的色彩饱和度。因此，双重切换方式技术提供第一流的全色显示器，其中所有颜色包括高质量的红色、绿色、蓝色、黑色、以及白色在同一装置中都可获得。
此外，背景颜色可以是任何颜色(例如，蓝绿色、黄色、或品红色)，而不是普遍使用的黑色。例如，图3的盒可以填充以带正电荷的白色微粒分散于其中的红色清亮介电溶剂，并且盒的背景颜色可以是黄色。在此情况下，当这些微粒迁移至顶部时，透过透明导体观看者可看见白色(即，这些微粒的颜色)，并且当这些微粒迁移来覆盖盒的底部时，则看见介质的颜色(即，红色)。然而，当白色微粒迁移至盒的侧边时，透过顶部透明的导电膜所看见的颜色将会是橙色色调。
其它色调或色度可以利用不同的微粒/介质/背景的颜色组合来获得，例如，白色/红色/蓝绿色、白色/红色/品红色、白色/蓝色/黄色、白色/蓝色/蓝绿色、白色/蓝色/品红色、白色/绿色/黄色、白色/绿色/蓝绿色、白色/蓝色/品红色、等等。
获得全色显示器的优选组合是白色微粒、黑色背景、以及分别用加色法三原色(即，红色、绿色、或蓝色)着色的液体。
本发明的另一个方面是一种具有突出显示选择(highlightoptions)的单色显示器。在此情况下，显示器中的所有的盒都具有相同的背景颜色，并且填充以相同的电泳液(即，具有相同的微粒/溶剂颜色的组合)。例如，该显示器可以具有白色微粒，该溶剂是原色(红色、绿色、或蓝色)之一，并且背景颜色是与溶剂颜色形成对比的颜色。此种配置对于具有有色的突出显示选择的相对简单的两色装置而言是有用的。例如，具有白色微粒、黄色介电溶剂、以及黑色背景的EPD可以在每个盒或像素中显示至少三种不同的颜色，如在图4D中所示(俯视图)。当白色微粒全部被吸引至顶部观看电极时，则看见白色。当白色微粒被均匀地吸引至底部电极时，透过顶部观看电极则看见黄色。当白色微粒被吸引至在盒的任一侧边之上的面内电极时，透过顶部观看电极则看见黑色。若这些微粒被驱动至中间的状态，则间色也是可能的。此种在显示器的任何像素中的高度想要的突出显示能力的特性可以利用本发明的双重切换机制来驱动低成本的单色EPD而实现，该单色EPD具有预先选定颜色的微粒、溶剂以及背景。
总之，本发明的具有双重切换方式的EPD可以提供先前无法达到的高质量全色EPD以及在单色显示器的任何像素中都具有突出显示颜色能力的单色EPD。
III.本发明的电泳盒的制备
如在2000年3月3日提交的美国申请09/518,488以及2001年2月15日提交的美国申请09/784,972中所披露的，微型杯一般可以用微模压或光刻法制成。
虽然在图中只说明杯状盒，但应当明了的是传统的电泳盒以及从微型槽、微型柱等所制备的电泳盒也都在本发明的范围内。
III(a)通过微模压制备微型杯阵列
凸模的制备
凸模可用任何适当的方法制备，例如金刚石切割工艺或用光致抗蚀剂方法，在该抗蚀剂被显影后，接着蚀刻或电镀。用于凸模的主模板则可以用任何适当的方法制造，例如电镀。采用电镀法时，在一玻璃基上喷镀一层(通常为3000)籽金属薄层，例如铬镍铁合金。接着涂布一层光致抗蚀剂层，并以紫外光曝光。一掩模被置于紫外光和光致抗蚀剂层之间。该光致抗蚀剂的曝光区域变硬。然后用适当的溶剂清洗去除未曝光区域。对保留的固化光致抗蚀剂进行干燥，并再次喷镀一层籽金属薄层。主模准备就绪进行电铸成形。用于电铸成形的典型材料是镍钴合金。此外，该主模可由镍制作，如“Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media”，SPIEProc.1663：324(1992)(摄影光学仪器工程师学会会刊《薄镀层光学介质的连续制作》)中所说明的，采用电铸或无电镍沉积。该模具的底板厚度通常约50至400微米。该主模也可用其他微工程技术制作，包括电子束写入、干式蚀刻、化学蚀刻、激光写入、或激光干涉，如在“Replication techniques for micro-optics”，SPIE Proc.(摄影光学仪器工程师学会会刊刊登的《精密光学复制技术》)卷3099，pp.76-82(1997)中所说明。此外，该模具可使用塑料、陶瓷、或金属，利用金刚石切割或光加工制作。
这样制备的凸模通常具有大约3至500微米之间的凸起，较好为大约5至100微米之间，优选为大约10至50微米，并且可以是任何形状如圆形、方形、或其它几何形状。凸模可以是带、辊、或片的形式。对于连续制造而言，优选为带或辊型模。在涂布可紫外光固化的树脂组合物以前，模子可以用脱模剂加以处理，以帮助脱模过程。为了进一步改进该脱模过程，导电膜可以预先涂覆底涂层或粘合促进层，以改善在导体与微型杯之间的粘合。
微型杯可以用批次工艺或连续的辊对辊工艺制作，如在2001年2月15日提交的美国申请09/784,972中所披露。
在微模压工艺的第一步骤中，通常用任何适当的方式将可紫外光固化树脂涂布在透明的、图像化导电膜上，如辊涂、压模涂布(diecoating)、槽涂布、缝涂布、刮刀涂布等等。导电膜通常是通过在塑料基片上喷镀涂布如聚对苯二甲酸乙二酯、聚萘酸乙酯(polyethylene naphthate)、芳族聚酰胺(polyaramid)、聚酰亚胺、聚环烯、聚砜、以及聚碳酸酯而制成。所使用的可辐射固化材料是热塑性或热固性前体物，例如多官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙烯基醚、环氧化物以及其低聚物、聚合物等等。多官能的丙烯酸酯以及其低聚物为最佳。多官能环氧化物和多官能丙烯酸酯的结合也非常有利于获得理想的物理机械性能。可紫外光固化树脂在配送前可以先除气，并且可以非必选地含有一种溶剂。该溶剂(如果有的话)可容易地蒸发。
涂布在导电膜/基片上的可辐射固化材料是在压力下用凸模进行模压。若该凸模是金属的并且不透明，则该导电膜/基片典型地对于用来固化树脂的光化辐射而言是透明的。相反地，凸模可以是透明的，而该导电膜/基片对于光化辐射可以是不透明的。
在曝光于辐射之后，可辐射固化材料变硬。凸模接着与所形成的微型杯分离。
III(b)用光刻法制备微型杯阵列
在图5A和5B中图示了制备微型杯阵列的光蚀刻工艺。
如在图5A以及5B中所示，微型杯阵列可用已知方法涂布于透明图像化导电膜52上的可辐射固化材料51a，通过掩模56用紫外光(或选择其他形式的辐射、电子束等)曝光，以形成与掩模56投影图形一致的壁51b的方法来制备。导电膜52是在塑料基片53上。
在图5A的光掩模56中，深色方块54表示对于所使用的辐射为不透明的区域，而在深色方块之间的部位55表示辐射透明的区域。紫外光透过开口区域55辐射到可辐射固化材料51a上。
如在图5B中所示，曝光区域51b变硬，接着用适当的溶剂或显影剂去除未曝光区域(被掩模56的不透明区域54所保护)，以制作微型杯57。溶剂或显影剂从通常用于溶解或分散可辐射固化材料的溶剂或显影剂中选择，例如丁酮、甲苯、丙酮、异丙醇或类似物。
可替换地，可将光掩模置于导电膜/基片之下来进行曝光。在这种情况下，该导电膜/基片对于用于曝光的辐射波长必须是透明的。
根据上述的方法所制备的微型杯的开口可以是圆形、正方形、长方形、六角形、或任何其它形状。开口之间的分隔面积最好要保持较小，以便在保持理想的机械性能的同时获得高颜色饱和度和高对比度。因此，例如与圆形开口相比，蜂窝状开口更佳。
对于反射式电泳显示器来说，单个微型杯的尺寸可以是在大约102至大约1×106μm2的范围内，优选从大约103至大约1×105μm2。微型杯的深度是在大约5至大约200微米的范围内，优选从大约10至大约100微米。开口与总面积的比例是在从大约0.05至大约0.95的范围内，优选从大约0.4至大约0.9，其中该总面积被定义为一个包含壁并从壁中心测量的杯的面积。
这些盒的有色背景层可以通过着色(painting)、印刷、涂布、汽相淀积、喷镀、或将有色层层压于底层(非观看层)方式添加。
III(c)悬浮液的制备
对盒填充以包括分散在着色介电溶剂中的带电荷颜料微粒的电泳组合物。该悬浮液可以非必选地含有在电场中并不迁移的额外的着色剂。该颜料分散体可根据本领域已知方法制备，如美国专利第6,017,584号、第5,914,806号、第5,573,711号、第5,403,518号、第5,380,362号、第4,680,103号、第4,285,801号、第4,093,534号、第4,071,430号、和第3,668,106号。也可参看IEEE Trans.ElectronDevices(电气和电子工程师协会会报-《电子装置》)，ED-24，827(1977)，以及J.Appl.Phys.49(9)：4820(1978)。
该介电溶剂优选具有低粘度且介电常数为约2至约30之间，为达到高微粒迁移率，优选为约2至约15之间。适当的介电溶剂的实例包括如萘烷(十氢化萘)、5-亚乙基-2-降冰片烯、脂肪油、石蜡油等碳氢化合物；如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯乙烷、十二烷基苯和烷基奈等芳香族碳氢化合物；如二氯三氟甲苯(dichlorobenzotrifluoride)、3，4，5-三氯三氟甲苯(3，4，5-trichlorobenzotrifluoride)、氯五氟基苯(chloropentafluoro-benzene)、二氯壬烷、五氯苯等卤化溶剂；全氟溶剂，如全氟十氢化萘、全氟甲苯、全氟二甲苯、以及来自明尼苏达州St.Paul的3M公司的FC-43、FC-70和FC-5060；低分子量的含卤素的聚合物，如自奥勒岗州Portland的TCI America的聚全氟丙烯醚(poly(perfluoropropylene oxide))；聚三氟氯乙烯，如来自新泽西州RiverEdge的Halocarbon Product公司的卤烃油；全氟聚烷基醚(perfluoropolyalkylethers)，如来自Ausimont的Galden、HT-200、和Fluorolink，或来自特拉华州DuPont的Krytox油和脂K-Fluid系列。在一个优选具体实施例中，使用聚三氟氯乙烯作为介电溶剂。在另一优选的具体实施例中，使用聚全氟丙烯醚作为介电溶剂。
该介电溶剂可以由对比染料或颜料着色。非离子偶氮和蒽醌染料特别地有用。有用的染料的例子包括但不限于：亚利桑那州PylamProducts公司的油溶红EGN(Oil Red EGN)、苏丹红、苏丹蓝、油溶蓝(Oil Blue)、Macrolex蓝、溶剂蓝35(Solvent Blue 35)、PylamSpirit黑和Fast Spirit黑；Aldrich公司的苏丹黑B(Sudan Black B)；BASF公司的热塑性黑X-70(Thermoplastic Black X-70)；以及Aldrich公司的蒽醌蓝、蒽醌黄114、蒽醌红111和135、蒽醌绿28。当使用全氟化溶剂时，氟化染料特别有用。在对比颜料的情况下，介质的着色剂也可分散在介电介质中，并优选为不带电荷的。如果对比色颜料微粒是带电荷的，则其最好带有与带电荷原色颜料微粒相反的电荷。如果对比色和原色颜料微粒带有相同的电荷，则其应具有不同的电荷密度或不同的电泳迁移率。在电泳显示器中使用的染料或颜料必需是化学稳定的，并与悬浮液中的其它组分相容。
带电荷原色微粒优选为白色，并且可以由有机或无机颜料所形成，例如TiO2、BaSO4、ZnO或类似物。若使用有色颜料微粒，则它们可选自：来自Sun化学制品公司的酞菁蓝、酞菁绿、二芳基黄、二芳基AAOT黄(diarylide AAOT Yellow)、喹吖啶酮、偶氮、若丹明、苝系颜料(perylene pigment series)；自Kanto化学制品公司的汉撒黄G(Hansa yellow G)颗粒；以及Fisher公司的碳灯黑(Carbon Lampblack)。微粒尺寸较好在0.01-5微米的范围内，更好在0.05-2微米的范围内。该微粒应具有可接受的光学特性，不应被介电溶剂溶胀或软化，并且应该是化学稳定的。在正常的工作条件下，所产生的悬浮液亦必须稳定且能抗沉淀、乳化或絮凝。
迁移的颜料微粒可具有自身的电荷，或可使用电荷控制剂直接使之带电，或可在悬浮于介电溶剂中时获得电荷。适当的电荷控制剂是本领域熟知的；其可为聚合或非聚合性质，并且可为离子的或非离子的，包括离子表面活性剂，诸如气溶胶OT(Aerosol OT)、十二烷基苯磺酸钠(sodium dodecylbenzenesulfonate)、金属皂、聚丁烯琥珀酰亚胺、顺丁烯二酸酐共聚物、乙烯基吡啶共聚物、乙烯基吡咯烷酮共聚物(诸如来自International Specialty Products的Ganex)、(甲基)丙烯酸共聚物、以及N，N-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸乙酯共聚物。氟化表面活性剂在全氟化碳溶剂中作为电荷控制剂是特别有用的。这些包括FC氟化表面活性剂，如来自3M公司的FC-170C、FC-171、FC-176、FC430、FC431和FC-740以及Zonyl氟化表面活性剂如来自DuPont的Zonyl FSA、FSE、FSN、FSN-100、FSO、FSO-100、FSD和UR。
可通过任何熟知的方法制备适当的带电荷颜料分散体，包括研磨、粉碎、球磨、气流磨(microfluidizing)以及超声波技术。例如，将细粉末形式的颜料微粒加入悬浮溶剂，所获混合物被球磨数小时，将高度团聚的干颜料粉分散成最初的微粒。尽管不是最优选，但在该球磨过程中，可对悬浮液添加用于产生介电溶剂颜色的染料或颜料。
可通过使用适当的聚合物对微粒进行涂布或微胶囊化，以消除颜料微粒的沉淀或乳化，使其比重与介电溶剂的比重一致。可用化学或物理方法完成颜料微粒的微胶囊化或涂布。典型的微胶囊化工艺包括界面聚合、原位聚合、相分离、凝聚、静电涂布、喷雾干燥、流化床涂布以及溶剂蒸发。
密度匹配的含颜料的微粒可以依据在下述共同提出的未决美国专利申请中所披露的方法加以制备，即2002年1月3日提交的美国申请60/345,936、也在2002年1月3日提交的美国申请60/345,934、2002年12月31日提交的美国申请10/335,210、2002年12月31日提交的美国申请10/335,051、2002年7月30日提交的美国申请60/400,021、2002年10月10日提交的美国申请60/418,078、以及2002年2月11日提交的美国申请60/356,226，其内容结合于此作为参考。密度匹配的含颜料的微粒的平均微粒尺寸可以在0.1至10μm的范围内，优选在0.25至3μm的范围内。
III(d)微型杯的填充以及顶部密封
填充以及顶部密封步骤是描述在下述共同提出的未决申请中，即美国申请09/518,488、美国申请09/784,972、美国申请09/879,408、美国申请09/874,391、以及美国申请60/408,256，其内容结合于此作为参考。
在微型杯填充以电泳组合物之后，对其进行顶部密封。微型杯顶部密封的重要步骤可用多种方式来完成。优选的方法是将一种可紫外光固化组合物分散于电泳液内，该电泳液包含分散于着色介电溶剂中的带电荷颜料或含颜料的微粒。适当的可紫外光固化材料包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、丁二烯、异戊二烯、丙烯基丙烯酸酯、多价的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、多价的乙烯化物(包括乙烯基苯、乙烯基硅烷、乙烯基醚)、多价的环氧化物、多价的异氰酸酯、多价的丙烯化物、以及包含可交联官能团的低聚物或聚合物。该可紫外光固化组合物与介电溶剂不混溶，并且具有较包含介电溶剂及颜料微粒的电泳组合物为小的比重。此二种组合物，即可紫外光固化的组合物和电泳组合物，是用例如线上混合器来完全地混合，并以诸如Myrad棒、照相凹板、刮刀片、槽涂布、或缝涂布等精确的涂布装置立即涂布于微型杯上。将过量的液体用刮片或类似的装置刮除。少量的弱溶剂或者溶剂混合物如庚烷、异丙醇、或甲醇，可用来清洗在微型杯分隔壁的顶部表面上的残留电泳液。挥发性有机溶剂可用来控制电泳液的粘度和覆盖度。接着烘干如此填充的微型杯，且该可紫外光固化组合物漂浮至该电泳液的顶部。可在上层可紫外光固化层浮至顶部期间或之后将其进行固化，从而对微型杯进行顶部密封。紫外光或诸如可见光、红外线、或电子束等其它形式的辐射皆可用来固化顶部密封层以密封微型杯。可替换地，若使用热或湿气可固化组合物时，热或湿气亦可用来固化该顶部密封层。
呈现所要的密度且对于丙烯酸酯单体和低聚体有溶解度差别的优选的介电溶剂组为卤化碳氢化合物、尤其是全氟溶剂，如来自意大利的Ausimont公司或特拉华州的DuPont的全氟醚、及其衍生物。表面活性剂可用来改良电泳液与密封材料间的界面的粘合与润湿。表面活性剂包括3M公司的FC表面活性剂、来自DuPont的Zonyl氟化表面活性剂、氟化丙烯酸酯、氟化甲基丙烯酸酯、氟取代长链醇类、全氟取代的长链羧酸及其衍生物。
可替换地，电泳液以及顶部密封组合物可以顺序地施加进入微型杯以防止混合，尤其当顶部密封前体物是至少部分地与介电溶剂相容时。因此，微型杯的密封可以通过在经填充的微型杯的表面涂布一薄层顶部密封组合物来完成，其中该顶部密封组合物可通过辐射、热、溶剂蒸发、湿气、或界面反应进行硬化。挥发性有机溶剂可以用来调节涂布的粘度以及厚度。当在涂层中使用挥发性溶剂时，优选其与介电溶剂不混溶，以降低在顶部密封层和电泳液之间的混合程度。为了进一步降低混合程度，非常希望表面涂布的顶部密封组合物的比重不大于电泳液的比重。在2001年6月4日提交的共同提出的未决专利申请，即美国申请09/874,391中，披露了包括热塑性弹性体的组合物作为优选的顶部密封组合物。在另一个共同提出的未决专利申请，即美国申请60/408,256中，披露了包括聚氨基甲酸酯的组合物作为优选的顶部密封组合物，其内容结合于此作为参考。添加剂如二氧化硅微粒、粘合剂聚合物以及表面活性剂可以用来改进膜的完整性以及涂层质量。
可替换地，研究发现，界面聚合、接着紫外光固化非常有利于顶部密封方法。通过界面聚合或交联在界面形成一阻挡薄层可显著地抑制电泳层和顶部密封涂层之间的混合。然后通过后固化步骤来完成顶部密封，优选通过紫外光辐射。当所使用的染料是至少部分可溶解在顶部密封组合物中时，该两步涂布方法特别有用。
III(e)微型杯的层压
接着用其它电极膜层压经顶部密封的微型杯，优选采用粘合剂层。适当的粘合材料包括丙烯酸和橡胶型压敏粘合剂、可紫外光固化粘合剂(含有例如多官能丙烯酸酯、环氧化物、乙烯基醚、或硫醇烯(thiol-ene))、以及湿气或热可固化粘合剂如环氧树脂、聚氨基甲酸酯或氰基丙烯酸酯粘合剂。
在本发明的一个具体实施例中，一个含有薄膜晶体管的基片可以用作底层电极之一，也来提供有源的驱动机制，并且顶部电极在此情形下是透明的。
第二(顶部)电极层也可以通过涂布、印刷、汽相淀积、喷镀、或其组合被设置在经顶部密封的微型杯上。
IV.双重方式切换的操作
IV(a)无源矩阵
(1)电极电路设计
图6A是两层无源矩阵电极电路设计的侧视图。图6B是用于双重方式的两层无源矩阵电极设计的俯视图。盒60是夹在一个顶层61和一个底层62之间。水平条是透明且通过盒顶部的行电极63。该底层62是由一个在盒的左手侧上的面内电极64、一个底部列电极65以及另一个在右手侧上的面内电极66所组成。在面内电极之间以及在面内电极和列电极之间有间隙67。
顶部行电极、底部列电极、以及面内电极的截面界定了显示盒。
(2)驱动的时序
为了说明本发明的双重方式切换，使用了包括一个共同的黑色背景以及分散在一种清亮、有色溶剂中的带正电荷的白色微粒的电泳盒。
以极性与微粒相反方式加电荷于所选盒或像素的顶部行电极63，以吸引该微粒向上，同时用相同于该微粒的极性加电荷于底部列电极65和面内电极64，从而产生纯白色状态。观看者透过顶部透明的导电层可看见白色。
图7A是盒阵列的剖面图，其展示纯白色状态。当在所有盒中的白色微粒迁移至盒的顶部时，所产生的颜色(即，白色)是从该顶部透过透明的导电膜(未示出)看见的。图7B是显示纯白色状态的盒阵列的俯视图。
纯黑色状态可以通过例如两步驱动过程而获得。在第一步骤中，行电极63的电压设定为较高，而列电极65以及两个面内电极64的电压则设定为较低。于是，白色微粒首先被吸引至盒的底部。在第二步骤中，面内电极的电压设定为较低，列电极的电压设定为较高，并且行电极也设定为较高。在这些设定之下，白色微粒在电场的驱动下迁移至且覆盖盒的侧边，导致透过顶部透明的导电膜看见黑色背景颜色。
可替换地，纯黑色状态也可以通过利用一步驱动方法而获得。更具体地说，通过设定所选盒的行63以及列65电极为高电压，并且设定面内电极64为低电压，则可看见黑色。施加于行以及列电极的电压可以不同。此允许来自顶部行电极63以及底部列电极65的电场迫使在所选盒中的微粒快速地朝向盒的边缘移动，因而导致高质量的纯黑色状态。
图8A是相同的盒阵列(如在图7A中所示)的剖面图，以展现本发明的纯黑色状态。在所有盒中的白色微粒迁移至盒的侧边，导致从顶部透明的导电膜可看见背景的颜色(即，黑色)。图8B是显示纯黑色状态的盒阵列的俯视图。
当顶部(行)电极63的电压设定为较高，并且列电极65以及两个面内电极64的电压设定为较低时，则可获得所选盒的有色(例如，红色、蓝色、或绿色)状态。在这种情况下，在盒中的白色微粒在电场驱动下迁移至在底部的列电极。盒的底部将会被白色微粒覆盖，因而，透过顶部透明的导电层看见介电溶剂的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。根据本发明，任何颜色组合都可以通过移动在所选像素的盒中的带电荷白色微粒至底部而获得。灰度标度也可以通过调节电压来部分地移动微粒至底部列电极而获得。
图9A是相同的盒阵列(如在图7A和8A中所示)的剖面图，以展现在本发明的相同EPD显示器中的白色、黑色以及两色状态。具有白色微粒迁移至顶部行电极63的盒呈现白色；具有白色微粒迁移至底部列电极65的盒呈现介电溶剂的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)；而具有白色微粒迁移至盒的侧边的盒则呈现黑色。图9B是显示多色的盒阵列的俯视图。
尽管上面利用盒中的两个面内电极64来说明双重切换方式，但通过仅利用一个面内电极或多个面内电极也可以获得相同的结果。
IV(b)TFT有源矩阵
(1)电极电路设计
在LCD显示器系统中所使用的TFT(薄膜晶体管)有源矩阵已经披露在美国专利第5,132,820号中。此种TFT技术也可以应用于本发明的双重方式的EPD。在一个优选具体实施例中，由透明的导电材料，如ITO，所制成的顶层电极是整片形式(in one piece)，其覆盖显示器的整个顶部表面。该顶部电极是连接至地线(0V)。图10A是2×2盒阵列的底部电极层的俯视图。图10B显示TFT连接的细节。每个盒100都包括一个底部电极101以及两个面内电极102。每个底部电极都连接至TFT104a的漏极103a。每个盒的面内电极都连接至另一个TFT104b的漏极103b。TFT(104a与104b)的电源(sources)(105a与105b)连接至信号线(106a与106b)，该信号线垂直地通过该装置的底部表面。TFT(104a与104b)的选通电路(gates)(107a与107b)连接至扫描线108，该扫描线是水平地通过该装置的底部表面。该扫描以及信号线形成矩阵结构，但是它们彼此绝缘。
在双重方式的切换中，需要两个TFT(104a与104b)，以便每个盒独立地控制底部电极101和面内电极102。当一行盒100被扫描时，扫描线108施加电压至在该行盒上的TFT(104a与104b)的选通电路(107a与107b)，其接通TFT。同时，用于每个电极的信号施加在信号线(106a与106b)，其连接至TFT的电源(105a与105b)。这些信号接着被切换至TFT的漏极(103a与103b)，其分别连接至底部电极和面内电极。该信号构成每个盒所需要的偏压条件。加入储存电容器(109a与109b)以维持电压，因此在电极处的电压持续给盒提供偏压，即使在切换后亦是如此。此种驱动方式显著地加快切换时间。此外，在储存电容器(109a与109b)被充电之后，驱动器可以继续切换下一行。用于每行电极的切换时间仅仅是用于储存电容器的充电时间。此大大地降低显示器的响应时间。
(2)驱动的时序
为了说明本发明的双重方式切换，使用了包括一个共同的黑色背景以及分散在一种清亮而有色的溶剂中的带正电荷的白色微粒的电泳盒。
在一个优选的具体实施例中，该装置的顶部电极是永久地连接至地线(0V)。如在图10C中所说明的，扫描线是设定在电压，Von，以接通在扫描行上的所有的TFT。在信号线上的电压接着被切换至底部电极和面内电极。当底部电极和面内电极都被设定在负电压时，在盒中的微粒则移动至该盒的底部表面。该盒的底部将会被白色微粒所覆盖，因而透过顶部透明的导电层可看见介电溶剂的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。
如在图10D中所说明的，当底部电极和面内电极都设定在正电压时，在盒中的微粒则移动至该盒的顶部表面。当在该盒中的白色微粒迁移至该盒的顶部时，则从顶部透过导电层可看见所产生的白色。
如在图10E中所说明的，当底部电极被设定在0V，而面内电极被设定在负电压时，微粒移动至小面内电极的区域，导致透过顶部透明的导电膜可看见黑色背景颜色。
在一行盒被扫描之后，每个盒的储存电容器是根据信号线电压而被充电。当一行盒不被扫描时，其是在非扫描相(non-scan phase)。在非扫描相期间，具有由储存电容器所设定的电压的电极继续产生电场并且控制微粒的移动。
此种设计的扫描时间限制是由储存电容器放电时间所决定。该电容器在电压下降超过10％之前，需要被更新(再充电)以维持良好的切换速度。显示器的响应(开/关)时间是由像素的开/关时间所决定，因为每个像素可以快速地被充电和更新。因此，线至线的扫描延迟可以被消除。
IV(c)无源矩阵和TFT有源矩阵的组合
(1)电极电路设计
在此种新颖的设计中，无源矩阵电极和TFT有源矩阵均用在驱动电极设计中。图11A是驱动电路设计的俯视图，而图11B是其侧视图。底部电极层117包括底部列电极111和面内电极112。每个盒的面内电极是连接至TFT113的漏极。该TFT的电源是连接至信号线114，该信号线114是垂直地通过该装置的底部表面。该TFT的选通电路是连接至扫描线115，该扫描线115是水平地通过该装置的底部表面。该扫描与信号线形成一个矩阵结构，但是此两种类型的线彼此绝缘。盒110是夹在一个顶层116和底层117之间。水平条是透明并且通过盒110的顶部的顶部行电极118。有一个间隙119将两个面内电极112和列电极111分开。顶部行电极、底部列电极、以及面内电极的截面界定了显示盒。
顶部行电极118和底部列电极111形成无源矩阵，其控制微粒在上下方向上的移动。面内电极112和底部列电极111为微粒的面内移动提供偏压。该面内电极由TFT有源矩阵所控制。
(2)驱动的时序
为了说明本发明的双重方式切换，使用了包括一个共同的黑色背景以及分散在一种清亮而有色的溶剂中的带正电荷的白色微粒的电泳盒。
如在图11C中所说明的，扫描信号是设定在电压，Von，以接通在扫描行上的所有的TFT。在信号线上的电压接着被切换至面内电极。当底部列电极和面内电极都被设定在低电压，并且顶部行电极被设定在高电压时，在盒中的微粒移动至盒的底部表面。因此，该盒的底部被白色微粒所覆盖，因而透过顶部透明的导电层可看见介电溶剂的颜色(即，红色、绿色、或蓝色)。
如在图11D中所说明的，当底部电极和面内电极都设定在高电压，并且顶部行电极设定在低电压时，在盒中的微粒移动至盒的顶部表面。当在盒中的白色微粒迁移至盒的顶部时，从顶部可看见白色，因而该盒是处于白色状态。
如在图11E中所说明的，当顶部行电极和底部列电极设定在高电压，并且面内电极设定在低电压时，微粒移动至小面内电极的区域，导致透过顶部透明导电膜，可看见黑色背景颜色。
此种设计具有减少面内切换时间的优点。当该面内电极由TFT控制时，储存电容器则保持在面内电极上的电压。在非扫描相期间，具有由储存电容器设定的电压的电极继续产生电场并且控制微粒的移动。这有效地减少盒的切换时间。
VI(d)无源矩阵和TFT有源矩阵的替代组合
(1)电极电路设计
在另一种新颖的设计中，无源矩阵电极和TFT有源矩阵均用在驱动电极设计中。图12A是驱动电路设计的俯视图，而图12B是其侧视图。底部电极层127包括底部列电极121和面内电极122。每个盒的底部电极是连接至TFT123的漏极。该TFT的电源是连接至信号线124，该信号线124是垂直地穿过该装置的底部表面。该TFT的选通电路是连接至扫描线125，该扫描线125是水平地穿过该装置的底部表面。该扫描和信号线形成一个矩阵结构，但是其彼此是绝缘的。盒120是夹在顶层126和底层127之间。水平条是透明并且穿过盒的顶部的顶部行电极128。有间隙129将两个面内电极122和底部电极121分开。顶部行电极、底部电极、以及面内电极的截面界定了显示盒。
顶部行电极和面内电极形成无源矩阵。面内电极和底部电极为微粒的面内移动提供偏压。该底部电极是由TFT有源矩阵所控制。
(2)驱动的时序
为了说明本发明的双重方式切换，使用了包括一个共同的黑色背景以及分散在一种清亮而有色的溶剂中的带正电荷的白色微粒的电泳盒。
如在图12C中所说明的，扫描信号是设定在电压，Von，以接通在扫描行上的所有的TFT。在信号线上的电压接着被切换至底部电极。当底部电极和面内电极都被设定在低电压，并且顶部行电极被设定在高电压时，在盒中的微粒移动至盒的底部表面。该盒的底部将会被白色微粒所覆盖，因而透过顶部透明的导电层可看见介电溶剂的颜色(即，红色、绿色或、蓝色)。
如在图12D中所说明的，当底部电极和面内电极都设定在高电压，并且顶部行电极设定在低电压时，在盒中的微粒移动至盒的顶部表面。当在盒中的白色微粒迁移至盒的顶部时，从顶部可看见所产生的白色，因而像素是处于白色状态。
如在图12E中所说明的，当顶部行电极和底部列电极设定在高电压，并且面内电极设定在低电压时，微粒移动至小面内电极的区域，导致透过顶部透明的导电膜可看见黑色背景颜色。
此种设计具有减少上下切换时间的优点。当底部电极由TFT控制时，储存电容器则保持在该底部电极上的电压。在非扫描相期间，具有由该储存电容器所设定的电压的电极继续产生电场并且控制微粒的移动。这有效地减少盒的切换时间。
V.双重切换方式EPD的颜色控制
在许多情况下，希望能够显示除了主要的显示颜色之外的色调(shades)和颜色。例如，在其中主要的颜色是红色、白色和黑色的双重方式显示器中，如其中盒可以变换在红色状态、白色状态和黑色状态之间的电泳显示器中，可能希望能够显示颜色的中间色调。此在本技术领域中被称为灰度标技术。
图13说明具有双重方式的切换方式的灰度标选择。例如，图13的盒可以填充以白色带电荷微粒分散于其中的红色清亮介电溶剂，并且盒的背景颜色是黑色。在这种情况下，当微粒迁移至顶部时，观看者看见白色，而当白色微粒迁移至盒的侧边时，则看见黑色的背景颜色。然而，当微粒迁移至底部时，观看者透过顶部透明的导电膜所看见的颜色是红色。在这种情况下，在黑色的背景上被白色微粒覆盖的面积影响到红色的“暗度”。在每个盒中，“红色”或“暗度”的水平的感知是依黑色区域与红色区域的比例而定，或换言之，其是依白色微粒覆盖黑色背景的程度而定。例如，盒A将会呈现比盒B和C更暗的红色，因为在盒A中较多的背景区域未被白色微粒所覆盖。盒C将会呈现纯红色，这是因为大部分的黑色背景区域是被白色微粒所覆盖。此种颜色控制方案是适用于加色系统，如RGB系统，其包括带有白色微粒分散于其中的红色、绿色、和蓝色溶剂的盒。
此种类型的灰度标控制可以通过首先驱动所有的白色微粒至面内电极来加以获得，如在盒A中所示。然后根据所要的色值，将特定量的白色微粒驱动至底部电极。白色状态是通过驱动所有的白色微粒至顶部以覆盖顶部观看表面来获得。
被驱动至底部电极的微粒量可以利用灰度标控制技术来确定。该灰度标控制可以通过驱动脉冲振幅控制或驱动脉冲宽度控制来实施。图15A表示提供更大驱动功率(在盒C中)的更高的脉冲振幅，因此更多的微粒被驱动至底部电极。若使用图15B的驱动波形，则具有更宽的脉冲宽度的脉冲也提供更大的驱动功率(在盒C中)，因而更多的微粒被驱动至底部电极。另一种驱动方法是对电极(未示出)施加多个脉冲。更多的脉冲可提供更大的驱动功率，并且移动更多的微粒至底部电极。也可以结合上述三种驱动脉冲调制算法以获得最佳的颜色灰度标控制。
图14说明双重切换方式EPD的色彩饱和度的灰度标控制。为了说明起见，假设图14的盒具有分散于清亮品红色介电溶剂中的白色带电荷微粒和黑色背景。在这种情况下，色彩饱和度可以通过控制微粒在顶部和底部电极之间的分布来获得。当微粒是如盒A中所示随机分布在盒的上部时，更多的白色微粒是可见的，因而色彩饱和度较低。当白色微粒是如盒C中所示随机分布在盒的下部时，较少的白色微粒是可见的，因而色彩饱和度较高。换言之，盒C的颜色比盒A的颜色更饱和。因此，色彩饱和度的控制可以通过首先驱动所有的白色微粒至顶部，接着通过利用灰度标控制技术该白色微粒驱动至底部来实现。此种颜色控制方案是适用于减色系统，如CMY系统，其包括带有白色微粒分散于其中的蓝绿色、品红色和黄色溶剂的盒。黑色状态是通过驱动所有的白色微粒至平面电极以允许看见黑色背景而获得。
此种类型的灰度标控制也可以通过驱动脉冲振幅控制或驱动脉冲宽度控制来实施。图15A表示提供更大驱动功率(在盒C中)的更高的脉冲振幅，因此更多的微粒被驱离顶部电极。若使用图15B的驱动波形，则具有更宽的脉冲宽度的脉冲也提供更大的驱动功率(在盒C中)，因而更多的微粒被驱离顶部电极。另一种驱动方法是对电极(未示出)施加多个脉冲。更多的脉冲可提供更大的驱动功率，并且移动更多的微粒至底部电极。也可以结合上述三种驱动脉冲调制算法以获得最佳的颜色灰度标控制。
虽然本发明已经参考其特定的具体实施例而加以描述，但是对于本领域技术人员来说，可以做多种的改变，以及有多种的等效物可以取代，而不偏离本发明的真正精神和范围。此外，可以做许多修改来适合特殊的情况、材料、组合物、工艺、一个工艺步骤或多个步骤，而不偏离本发明的目的、精神和范围。所有这些改动均在所附的本发明专利申请权利要求范围内。
因此，希望本发明的范围是在现有技术所允许的前提下，在所附权利要求的范围内，并以说明书作为依据。
符号说明
30  盒
31  顶层
32  底层
32a 层
32b 有色的背景层
34  面内切换电极
35  底部电极
36  面内电极
37  间隙
51a 可辐射固化材料
51b 壁
52  导电膜
53  塑料基片
54  深色方块
55  部位
56  光掩模
57  微型杯
60  盒
61  顶层
62  底层
63  行电极
64  面内电极
65  列电极
66  面内电极
67  间隙
100 盒
101 底部电极
102 面内电极
103a、103b  漏极
104a、104b  TFT
105a、105b  电源
106a、106b  信号线
107a、107b  选通电路
108  扫描线
109a、109b  储存电容器
110  盒
111  底部列电极
112  面内电极
113  TFT
114  信号线
115  扫描线
116  顶层
117  底部电极层
118  顶部行电极
119  间隙
121  底部列电极
122  面内电极
123  TFT
124  信号线
125  扫描线
126  顶层
127  底部电极层
128  顶部行电极
129  间隙

Claims (11)

1.一种电泳显示器，包括：
a)电泳盒阵列，其中每个所述电泳盒夹在包括顶部电极的顶层和包括底部电极和至少一个面内电极的底层之间，并且每个所述电泳盒具有盒背景并且填充以一种电泳组合物，所述电泳组合物包括相同颜色的并带有相同电荷极性的带电荷颜料微粒，分散于介电溶剂或溶剂混合物中；以及
b)一灰度标机构，用来控制在所述介电溶剂或溶剂混合物中的所述带电荷颜料微粒的分布。
2.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中大量的所述带电荷颜料微粒是分散在所述底部电极或其附近。
3.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述盒背景的覆盖率决定色值。
4.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述带电荷颜料微粒是通过驱动脉冲分散在所述电泳显示盒中。
5.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中可见的所述带电荷颜料微粒的数目决定色彩饱和度。
6.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述灰度标机构是通过驱动脉冲振幅控制或驱动脉冲宽度控制来实施。
7.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述灰度标机构是通过多个驱动脉冲来实施。
8.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述灰度标机构是通过选自由驱动脉冲振幅控制、驱动脉冲宽度控制、和多个驱动脉冲组成的组的一种或多种的结合来实施。
9.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中每个所述电泳盒能够提供三色系统，显示所述带电荷颜料微粒的颜色、所述介电溶剂或溶剂混合物的颜色、或所述盒背景的颜色。
10.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中每一所述电泳盒通过由密封组合物形成的密封层密封，所述密封组合物的比重低于电泳组合物的比重。
11.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中每个所述电泳盒通过在原位置硬化的密封层密封。
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