帶有保持電極的電泳顯示器的製作方法
2023-05-19 03:43:41
專利名稱：帶有保持電極的電泳顯示器的製作方法
與本發明相關的背景技術電泳顯示器(EPD)是基於懸浮在溶劑中的帶電荷顏料微粒的電泳現象製成的一種非發射性的裝置。其於1969年首次提出。該顯示器通常包括具有電極的兩塊板，兩板彼此相對放置並由間隔物分隔開。通常，其中的一塊電極板是透明的。在二個電極板之間密封有經染色的溶劑和帶電荷顏料微粒構成的懸浮物。當在二電極之間施加一電壓差時，顏料微粒將遷移到一側，該顏料的顏色或該溶劑的顏色依電壓差的極性顯現。
有幾種不同類型的電泳顯示器。在分區式電泳顯示器中(見M.A.Hopper和V.Novotny，IEEE Trans.Dev.，26(8)1148-1152(1979))，在二個電極之間劃分區間，以避免如沉澱等不希望的微粒遷移。微膠囊型電泳顯示器(如美國專利第5,961,804號以及第5,930,026號說明的)具有基本上二維的微膠囊排列，其中各微膠囊含有由介電質流體與帶電荷顏料微粒懸浮物(在視覺上與介電溶劑對比)所組成的電泳組分。另一種類型的電泳顯示器(見美國專利第3,612,758號)具有電泳盒，這些盒是由平行的線槽製備而成。這些槽狀電泳盒由透明導體覆蓋，並與透明導體電接觸。一層透明玻璃覆蓋該透明導體，從該玻璃一側進行觀看。
在共同提出的未決專利申請，即美國申請09/518,488(2000年3月3日提交)、美國申請09/759,212(2001年1月11日提交)、美國申請09/606,654(2000年6月28日提交)和美國申請09/784,972(2001年2月15日提交)中，披露了一種改進的電泳顯示器製造技術，在本文中引述為參考文獻。該改進的電泳顯示器件包括封閉的盒，這些封閉盒由有明確定義的形狀、大小、和縱橫比的微型杯製備而成，並以分散於介電溶劑中的帶電顏料微粒填充。
所有這些電泳顯示器都可以用一種無源矩陣系統進行驅動。對於一種典型的無源矩陣系統而言，在該盒的頂側有行電極，而在該盒的底側有列電極。頂部行電極與底部列電極互相垂直。然而，有兩種眾所周知的與無源矩陣系統驅動的電泳顯示器相關的問題交叉效應和交叉偏壓。當一個盒中的微粒受到一鄰近盒的電場施加的偏壓作用時，就會產生交叉效應。
圖1給出了一個例子。盒A的偏壓驅動帶正電荷微粒向該盒的底部遷移。因為盒B沒有任何偏壓，盒B中的帶正電荷微粒預期應留在該盒的頂部。然而，如果盒A和盒B互相接近，盒B(30V)的頂部電極電壓和盒A(0V)的底部電極電壓則產生交叉效應電場，該交叉效應電場會驅使盒B中的一些微粒向下遷移。加寬鄰近盒之間的距離可以消除這種問題，但增加該距離也可能會降低顯示器的解析度。
如果一個盒具有相當高的閾電壓，則可以減輕這種交叉效應。在本說明書上下文中，閾電壓被定義為可以施加於一個盒而不引起微粒在該盒的兩個相對放置的電極間遷移的最大偏壓。如果這些盒具有足夠高的閾電壓，那麼可以降低交叉效應而同時不犧牲顯示器的解析度。
然而，用通常的電泳材料和現有技術製成的電泳顯示器中的盒，通常並不具有足夠高的驅動閾電壓以阻止不希望的微粒遷移。其結果是，用這些材料製成的電泳顯示器通常達不到高解析度。
對無源矩陣顯示器來說，交叉偏壓也是眾所周知的一個問題。施加於列電極的電壓不僅為在掃描行上的盒提供驅動偏壓，而且也影響在同一列上非掃描盒的偏壓。這種不希望的偏壓可能會驅動非掃描盒中的微粒向帶相反電荷的電極板方向遷移。這種不希望的微粒遷移會引起可見的光密度變化並降低該顯示器的對比度。美國專利第4,655,897號和第5,177,467號(已轉讓Copytele公司)，披露了一種具有選通電極的系統，該系統採用兩層電極結構，其中一層作為選通電極，由此使電泳顯示器在相對較高的驅動電壓下具有較高的解析度。雖然這些參考文獻告訴我們應用選通電極來提高閾電壓，但由於結構的複雜性和低產出率，製造兩電極層的成本極其昂貴。此外，在這種類型的電泳顯示器中，電極暴露於溶劑中，會導致不希望的電鍍效應。
在很多情況下，顯示器除了顯示主要的顯示顏色以外，希望能夠顯示陰影和色彩。例如，一臺顯示器的主要顏色是白色與黑色，比如電泳顯示器，電泳盒可以在白色狀態和黑色狀態之間進行轉換，那麼能夠顯示灰色陰影的情況是所想要的。這種顯示在本技術領域中稱為灰度級顯示。
有很多方法可以獲得灰度級顯示。空間調變通過混色來產生灰度級，混色是這樣一種方法，在構成該顯示器的像素(或是盒)數組的局部區域內，將某一特定部分的像素設定成第一顏色，將該局部區域內其餘的像素設定成第二顏色，這就給觀察者提供了一個介於第一與第二顏色之間的一種陰影顯示的視覺效果。例如，為了獲得灰色陰影，局部區域中每隔一個的像素可以設定成白色，其餘的像素設定成黑色。為了得到較淺的灰色陰影，可以把局部區域中較高比例的像素設定成白色。為了得到較深的灰色陰影，則把局部區域中較高比例的像素設定成黑色。其它的陰影和顏色可以通過把像素設定成兩種或是多種不同的顏色，再進行結合，從而被顯示或是近似顯示。另一種獲得灰度級顯示的方式是使用畫面速率控制，快速地切換一個或多個像素的通斷，使眼睛察覺該像素為灰色。
上述兩種獲得灰度級顯示的方法，普遍運用在扭曲向列型(TN)以及超扭曲式向列型(STN)的液晶顯示器中。然而，在這些系統中有一些主要的缺點。空間調變實際上降低了影像解析度，並且也可能產生一種可見的混色點效應，這種效應使得眼睛在混色後的區域中察覺到點或不均勻，尤其是在非常淺的灰色區域中(有時稱為突出顯示(highlight)區域)。畫面速率控制需要較高的驅動頻率來快速地切換像素的通斷，因此某些有顏色的區域也可能看起來像在運動中。
電泳顯示器(EPD)的盒可以設定成多種穩定狀態中的一種，這使得電泳顯示器技術非常適合用於灰度級顯示。圖2A至2D顯示了一個電泳顯示器盒的側視圖，其中，白色帶電的微粒懸浮在一種黑色溶劑中。圖2A顯示一種白色狀態，其中已經將所有的白色微粒驅動至頂部。圖2B顯示一種黑色狀態，其中已經將所有的白色微粒驅動至底部。圖2C顯示一種60％的灰度級狀態，其中大約60％的白色微粒已經被驅離頂部，其餘40％的白色微粒則留在該盒的頂部。圖2D顯示一種25％的灰度級狀態，其中大約25％的白色微粒已經被驅離該盒的頂部。
熟悉本領域的技術人員將會認可，至少有三種方式來驅動電泳顯示器進行灰度級顯示1.電壓幅度調製施加具有不同幅度的偏壓電壓到不同的盒上，則該盒中的帶電微粒就被驅動成各種分布，這些分布取決於分別施加到每個盒上的偏壓電壓的幅度，從而感知不同的灰度級。
2.脈衝寬度幅度調製(PWM)施加具有不同脈衝寬度的驅動脈衝到不同的盒上，帶電的微粒就被驅動成各種分布，由此也獲得各種灰度級感知。
3.脈衝率調變在一個對於每個盒而言都相同的有限驅動期間中，施加不同數目的驅動脈衝到不同的盒上，驅動帶電的微粒形成各種的分布，由此也使得可感知各種灰度級。
上述的三種驅動脈衝調變法則可以結合應用，以獲得最佳的灰度級品質。相同的灰度級驅動法則也可以運用於彩色電泳顯示，這將大為改善顯示器的色彩品質。
然而，當上述的調變法則應用到以一種典型的無源矩陣驅動的電泳顯示器時，並且該顯示器具有上下切換(微粒在一個頂部電極和一個底部電極之間進行切換)或是平面切換(微粒在散布於溶劑中和保持在側電極之間進行切換)，上述的交叉偏壓和交叉效應使得灰度級很難以控制。除非電泳盒具有充分高的閾電壓，否則該交叉效應和交叉偏壓可能會造成不希望的微粒遷移，這將使得灰度級改變。然而，利用目前所擁有的材料、製作流程以及技術難以達到這種高的閾電壓。
因此，有必要製作這樣一種電泳顯示器，其中的交叉效應和交叉偏壓不會造成顯示器效能的降低，即使是使用具有相當低的內在閾電壓的電泳盒。此外，也有必要提供這樣的顯示器，其中灰度級不會因為交叉效應和/或交叉偏壓而造成效能降低。
發明簡述一個典型的電泳顯示器件通常有一個頂部電極層，在一個實施例中可以有一個或更多的行電極；以及在一個底部電極層，一個實施例中可以有一個或更多的列電極。在沒有任何保持電極的情況下，由該行和該列電極產生的電場將控制帶電荷微粒的上/下遷移，這些帶電荷微粒位於頂部電極層和底部電極層之間、該行與該列電極交叉位置處的電泳盒之中。這種電極結構對交叉效應和交叉偏壓非常敏感。本發明披露了一種改進的設計，該設計至少具有一個保持電極。在一個實施例中，該保持電極位於底部電極層中，並且平行於列電極。在非掃描的周期期間，該保持電極和頂部行電極用來保持微粒。
在一個實施例中，電泳顯示器包括多個電泳盒，該電泳盒以分散於介電溶劑中的帶電荷微粒填充。每個電泳盒放置在一頂部電極層和一底部電極層之間。該頂部電極層包括至少一個驅動電極，其中，驅動電極放置在多於一個電泳盒的上面。該底部電極層包括至少一個驅動電極，其中驅動電極放置在多於一個電泳盒的下面。該顯示器還包括一個位於底部電極層的保持電極。
本發明披露了一種電泳灰度級顯示器。在一個實施例中，該電泳顯示器包括多個電泳盒，該電泳盒以分散於介電溶劑中的帶電荷微粒填充。每個電泳盒放置在一頂部電極層和一底部電極層之間。該頂部電極層包括至少一個驅動電極，其中，驅動電極放置在多於一個電泳盒的上面。該底部電極層包括至少一個驅動電極，其中，驅動電極放置在多於一個電泳盒的下面。該顯示器還包括一個位於底部電極層的保持電極。另外，還包括一個位於底部電極層之下，並且透過該底部電極層可見的有色背景層。
在一個實施例中，這些電泳盒擁有帶正電荷的微粒，並且在非掃描的周期期間，施加到保持電極以及頂部行電極的電壓低於施加到任何其它電極的電壓。因此，吸引到這些電極上的帶正電荷的微粒不會遷移。
該保持電極提供了一種保持效果，即防止帶電荷的微粒在盒中產生不希望的遷移。這樣，不必要給電泳盒提供足夠高的閾電壓以避免交叉效應和/或交叉偏壓。此外，本發明的設計可以利用有效率的製作流程，以低成本材料加以實現。
本發明的特點及優點將在下面的詳細描述和附圖中詳細介紹，並通過舉例來說明本發明的原理。
附圖簡要描述利用以下的詳細說明結合附圖而更容易理解本發明，其中，相同的參考圖號標示相同結構的組件，並且其中圖1說明電泳顯示器的「交叉效應」現象。
圖2A是在白色(0％灰度級)狀態中的微粒分布的示意圖。
圖2B是在黑色(100％灰度級)狀態中的微粒分布的示意圖。
圖2C是在60％的灰度級狀態中的微粒分布的示意圖。
圖2D是在25％的灰度級狀態中的微粒分布的示意圖。
圖3A-3C是各種保持電極結構的示意圖。
圖4A和4B說明微粒在兩個步驟的驅動過程中的遷移，該驅動步驟用來切換一個電泳盒。
圖5說明在非掃描的周期期間內，電泳盒底層上的微粒的保持效果。
圖6說明掃描行上非切換盒的偏壓情況。
圖7A和7B說明在非掃描的周期期間內，電泳盒頂層上的微粒的保持效果。
圖8A和8B說明一種具有保持電極的灰度級電泳顯示器的兩個步驟的驅動過程。
圖9是一種灰度級電泳顯示器兩個步驟的驅動過程的驅動電壓波形的示意圖。
圖10說明非掃描行中電泳盒在兩個步驟的灰度級驅動過程之後的保持效果。
發明詳述以下提供了本發明的優選實施例的詳細描述。儘管本發明結合該優選實施例來加以說明，但本發明並不局限於任何一個實施例。相反，本發明的範疇僅限於所附的權利要求的範圍，因而涵蓋了許多替代、修改和等同置換。為了結合該實施例，許多特定的細節將在下面的說明中進行闡述，以便完整地理解本發明。可以根據權利要求，在缺乏部分或全部特定細節的情況下實施本發明。為簡潔起見，本說明書沒有對本發明的相關技術領域中已知的技術資料進行詳細描述，因而不至於造成對本發明的不必要的混淆。I.各種保持電極結構本說明書披露了一種至少具有一個保持電極的電泳顯示器。如圖3A所示的實施例中，該顯示器件包括一個頂部電極層21和一個底部電極層22，至少有一個電極層是透明的(例如，頂部電極層21)，以及一個放置在該兩層電極層之間的電泳盒20。該頂部電極層21包括一個行電極23。該底部電極層22包括三個列電極25以及兩個保持電極24，每個保持電極被放置在兩個列電極之間。間隙28將保持電極24和相鄰的列電極25間隔開。頂部行電極和底部列電極彼此垂直。一個背景層29放置在底部電極層22之下。該電泳盒20包括了位於一種有色的介電溶劑27中的帶電荷微粒26。在一個實施例中，背景層29和帶電荷的微粒26都是白色的。在一個實施例中，微粒26是帶正電荷的。
如圖3B所示的另一替代實施例，其中，該頂部電極層包括多個行電極23，這些電極分別與同一行的電泳盒相連。附加的間隙28將多個行電極23彼此分隔開。在一個實施例中，用來分隔行電極的間隙可以不同於用來分隔保持電極和相鄰列電極的間隙。
圖3C所示的實施例具有單一保持電極24，該保持電極放置在底部電極層，兩個行電極25之間。
圖3A-3C僅說明了一些代表性的設計。應當明了的是，為了符合特定電泳顯示器的特定要求，保持電極的數目、放置、及尺寸都可以改變，所有這些變化都在本發明的範圍內。II.具有保持電極的無源驅動矩陣對於典型的無源驅動矩陣而言，對電泳盒逐行掃描，預定電壓分別施加到該顯示器的各個電極上，從而驅動微粒到預定位置。無源矩陣顯示器中的一個「掃描」行是在該顯示器件中正被更新或刷新的一個行。一個「非掃描」行是目前未被更新或刷新的一個行。施加到與該顯示器特定的電泳盒相結合的各個電極上的電壓在這裡被稱為「偏壓情況」或「偏壓電壓」。在本說明書中，「正偏壓」定義為能引起帶正電荷微粒向下遷移(即，較高電極比較低電極具有更高的電勢)的偏壓。在本說明書中，「負偏壓」定義為能引起帶正電荷微粒向上遷移(即，較低電極比較高電極具有更高的電勢)的偏壓。對於在掃描行中的電泳盒而言，驅動電壓(即，偏壓情況)或者驅動微粒到預期的新位置，或者使微粒保持在原來的位置。對於在非掃描行中的電泳盒而言，即使底部的列驅動電壓(即，施加到與該盒相結合的列電極的電壓)改變，驅動電壓也應該保持微粒在原來的位置，比如，如果在該掃描行中、且在該列中的電泳盒正在被切換時(即，在交叉偏壓的情況下)，這種情況可能會發生。
施加驅動電壓到一個電極上，用以驅動帶電荷的微粒到達盒的頂部、到達一個在頂部電極層或靠近頂部電極層的位置、或者驅動帶電荷的微粒到達盒的底部、到達一個在底部電極層或靠近底部電極層的位置，這個電極被稱為「驅動電極」，例如在前面章節中所述的頂部電極、底部電極、和圖3A-3C的行電極23與列電極25。
這裡所說的電壓值可以是正數、負數、或是0。在本說明書中，如果第一電壓比第二電壓的電勢高，則第一電壓「高」於第二電壓。換句話說，在本說明書中，如果帶正電荷的微粒傾向於從第一電壓下的區域遷移到第二電壓下的區域時，則第一電壓高於第二電壓。依照這種慣例，40V的正電壓高於20V的正電壓。40V的電壓同樣高於0V的電壓，並且高於-20V的電壓。同樣地，-20V的電壓高於-40V的電壓，即使後者的電壓絕對值較大。類似地，在本說明書中，如果第一電壓比第二電壓的電勢高，則第一電壓「大於」第二電壓。相反地，如果第一電壓比第二電壓的電勢低，則第一電壓「低於」或是「小於」第二電壓。
在一個實施例中，電泳顯示器每次更新一行，目的是更新掃描行的電泳盒，而保持非掃描行的電泳盒不變。在一個實施例中，掃描行中所有的電泳盒首次重置在一種帶電荷微粒位於頂部電極或者靠近頂部電極的狀態。在一個實施例中，通過施加一個負偏壓到該行中所有的電泳盒上而達到上述狀態，例如，設定頂部行電極為0V，設定底部列電極和保持電極都為30V。
一旦重置到上述狀態時，掃描行中的每一個電泳盒都在偏壓的作用下(1)切換該電泳盒達到一種微粒位於保持電極或是靠近保持電極的狀態，或者(2)保持該電泳盒處於這種重置狀態(即，微粒是在頂部電極或是靠近頂部電極處)。
例如，在一個運用如圖3A所示結構的實施例中，微粒為白色且帶有正電荷，該微粒運用一個兩步驟的驅動周期，從處於頂部電極或是靠近頂部電極的第一個狀態切換到處於保持電極或是靠近保持電極的第二個狀態。圖4A表明了這種掃描行中的電泳盒，其微粒位於或是靠近頂部電極23。該電泳盒處在正偏壓30V的作用下，因此微粒向下遷移到設定在0V的底部電極25和保持電極24上。圖4B說明第二步驟。頂部電極23和底部電極25設定在30V，保持電極24設定在0V。在這種偏壓情況下，微粒遷移到保持電極24或是靠近保持電極24的位置上。在這種狀態下，底部的白色背景29露出，並且該顯示器處在彩色狀態中(溶劑顏色)。
圖5說明了如圖4A和4B所示的，在一個掃描周期內完成兩步驟的驅動過程之後的非掃描階段，如上所述，帶電荷的微粒已經被驅動到保持電極24或是靠近保持電極24的位置。為了在非掃描周期內保持這種狀態，頂部電極23和保持電極24都設定在0V。即使底部電極25設定在30V，所有的微粒都被保持在0V的保持電極24處，例如，改變或保持掃描行上的電泳盒的狀態可能是必要的，並且該電泳盒與圖5中所示的電泳盒在同一列之上(例如，如果圖4B所示的偏壓情況已經作用於該掃描行中的電泳盒)。
圖6說明掃描行中的一個電泳盒的偏壓情況，該電泳盒保持在重置狀態，即電泳盒中微粒在該頂部電極23處或靠近頂部電極23。如圖4A和4B所示的電泳盒，頂部行電極23在掃描周期內設定為30V，因為相同的行電極23覆蓋了該掃描行所有的電泳盒。為了防止帶正電荷的微粒驅動到底部電極25和/或保持電極24，通過施加50V電壓到底部列電極25，使得該電泳盒受到負偏壓作用。在一個實施例中，除了在上述的重置操作狀態以外，保持電極24一直設定在0V。選擇頂部行電極23和底部列電極25的電壓，以及該列電極25和保持電極24的相對尺寸，可以大大防止頂部電極23的帶電荷微粒被驅動到保持電極24上，儘管實際上保持電極24設定的電壓低於頂部行電極23的電壓，如圖6所示。
圖7A顯示了在非掃描周期中的圖6所示的電泳盒，在這個周期中的目標是把微粒保持在頂部電極23或靠近頂部電極23。如圖5所示的非掃描行的電泳盒，頂部行電極23設定為0V。保持電極24也設定在0V，因為保持在其它非掃描行中與保持電極相結合的其它電泳盒的狀態可能是必要的。底部列電極25設定在30V，例如，如圖4B所示，這可能是完成在同一列、並且在掃描行中的一個電泳盒的驅動過程所必要的。圖7B顯示了在非掃描周期中圖6所示的另一個電泳盒，在這個周期，該電泳盒將保持在重置狀態(即，微粒在頂部電極或靠近頂部電極)。在這種情況下，底部列電極25設定在50V，在一個實施例中，位於相同列、並且在掃描行中的一個電泳盒保持在重置狀態，如上圖6所示。施加0V電壓到頂部電極23，並且將圖7A所示的偏壓情況或圖7B所示的偏壓情況作用於微粒，則微粒將保持在頂部電極23。
如上所述，由於使用了保持電極，使得不再需要一種具有高閾電壓的電泳盒用以避免顯示器由於交叉效應和/或交叉偏壓而降低效能。對於在非掃描行中設定為「有色」(即，盒中微粒在底部，因而顯露出溶劑的顏色)狀態的電泳盒而言，保持電極主動地將微粒保持在電泳盒的底部、在保持電極或靠近保持電極處，即使存在交叉偏壓或交叉效應。由於使用了保持電極，對於非掃描行，有可能一直設定頂部行電極在0V(如圖5和圖7所示)，因為沒有必要設定行電極在較高的電壓上以抵消交叉偏壓效應，對於在非掃描行中設定為白色狀態的電泳盒而言，就確保了帶正電荷的微粒保持在頂部行電極，並且露出微粒的白色顏色，而不論是否施加非負電壓到與該電泳盒相結合的列電極上。
以上討論了在各種情形下施加偏壓，以改變或是保持電泳盒狀態的情況，雖然這些電泳盒用來作為舉例結構的，如圖3A所描述的結構(見圖4A-7)，但是可以運用相同的技術到具有如圖3B和3C中所描繪的電極結構的電泳盒上。在所有圖3A-3C描繪的舉例結構中，保持電極都位於底部電極層中。如圖5和7所示及其說明所述，在每個實施例中，對於一個非掃描行而言，頂部行電極和保持電極都設定在最低的驅動電壓，以在非掃描周期內保持微粒在起始位置處(在頂部行電極或者在底部保持電極，下面有更完整的解釋)。同樣，如圖4A-4B和圖6所示，及相關描述的技術也可以運用到另一些結構上，如圖3B和3C所示。如上所述，圖3A-3C所示的結構僅是舉例，也可以利用其它或不同的使用保持電極的結構，這取決於特定顯示器的設計考慮。
這裡所述的電極結構非常簡單。電泳顯示器的頂層和底層只需要一個單一的電極層，因為形成的保持電極與底部列電極在同一層中。可以利用低成本材料和流程來製作這種電極層。還有一個優點是，低成本的驅動器可以用來驅動各種電極達到所要求的電壓，而不需要驅動器能夠施加多個不同的電壓到非掃描行以防止交叉效應和交叉偏壓。III.具有保持電極的灰度級電泳顯示器以上集中論述了改變或保持一個電泳盒的狀態，該狀態處於第一個狀態和第二個狀態之間，其中，第一個狀態為電泳盒中帶電荷的微粒在頂部電極或靠近頂部電極，第二個狀態為所有或大多數帶電荷的微粒位於在該底部電極層中的保持電極或靠近保持電極。如上所述，在一個實施例中，帶電荷的微粒是白色，並且當該電泳盒設定在第一個狀態時，微粒的白色顏色可以被感知。當該電泳盒設定在第二個狀態時，溶劑的顏色可以被感知。通過控制被保持在電泳盒頂部電極或保持電極的微粒量，可以獲得介於微粒顏色和溶劑顏色之間的各種灰度級。
例如，可以利用如圖3A-3C所示的保持電極結構來提供一種電泳灰度級顯示器。如上所述，在一個實施例中，掃描行中的每個電泳盒被重置到一個帶電荷微粒在頂部行電極或靠近頂部行電極的狀態。那麼可以運用一種兩步驟的驅動周期來獲得灰度級顯示
步驟1圖8A是掃描行中的一個電泳盒的示意圖，電泳盒中微粒重置後的起始位置是在頂部電極23或靠近頂部電極23之處。頂部電極23在特定的脈衝寬度T1下設定在40V，而底部電極25和保持電極24在相同的期間內設定在0V。在這些偏壓情況下，某些(但不是全部)微粒向底部電極25和保持電極24的方向上往下遷移。選擇脈衝寬度T1，使得一個特定部分的微粒從頂部電極23移開。在第一步驟中，從頂部電極23移開的某些微粒可能到達底部電極25或保持電極24，而其它的微粒則散布在該電泳盒頂部和底部之間的溶劑中。
步驟2如圖8B所示，在灰度級驅動操作的第二步驟中，頂部電極23在特定的脈衝寬度T2下設定在40V，在相同的期間內，底部電極25設定在40V，保持電極24設定在0V。在這種情況下，底部電極25的微粒將會遷移到保持電極24。由於施加到保持電極24上的電壓低，分散液中的大部分微粒也將遷移到保持電極24。頂部電極23的大部分微粒將留在頂部電極23，其中只有很少的微粒遷移到保持電極24，因為頂部電極23和保持電極24之間的場不足以強到將微粒從該頂部電極23拉開，原因在於施加到底部列電極25上的高電壓，以及列電極25和保持電極24之間的相對尺寸。
圖9是上述兩步驟的灰度級驅動過程的驅動波形的示意圖。如上所述，仔細選擇T1與T2的脈衝寬度，特定數量的微粒遷移並且保持在頂部電極23和保持電極24處，從而獲得一個特定的灰度等級。其它的調變算法，如電壓振幅調變、脈衝率調變、以及這些調變法則的組合也可以應用於這種電極結構，以達到類似的結果。各種調變技術與這裡披露的保持電極結構結合運用時，也在本發明的範圍之內。
圖10說明了上述兩步驟的灰度級驅動過程之後的非掃描周期。為了維持兩步驟的灰度級驅動過程之後的電泳盒的灰度級狀態，頂部電極23和保持電極24在非掃描周期內設定在0V。因此，在任何交叉偏壓情況下，例如圖10所示條件，在兩步驟的灰度級驅動過程的期間內驅動到這兩個電極上的微粒得以保持，其中底部列電極25設定在40V(例如，為了維持或改變同一列上、但在掃描行中的盒的狀態)。
本發明獲得了一種具有簡易的無源矩陣電極結構的高品質灰度級顯示器。保持電極和驅動電壓過程消除了交叉效應和交叉偏壓的影響，並且因此不再需要提供具有高閾電壓的電泳盒。本發明的電極結構極其簡單。電泳顯示器的頂層和底層只需要一個單一的電極層。可以利用低成本材料和流程來製作這種電極層。
雖然本發明已經參考其特定的具體實施例而加以描述，但是對於本領域技術人員來說，可以容易地對上述實施方案進行多種修改，以及有多種的等效物可以取代而不脫離本發明的精神和範圍。特別地，雖然在以上詳細說明的某些實施例中，頂部電極層包括一個或多個行電極，底部電極層包括一個或多個列電極，本發明也涵蓋了利用其它電極配置的顯示器。例如，一種頂部電極是列電極並且底部電極是行電極的顯示器也在本發明的範圍內。除了慣常的列與行的配置以外，也可以利用其它的驅動電極配置。此外，可以做許多修改來適合特殊的情況、材料、組分、工藝、一個工藝步驟或多個工藝步驟，而不偏離本發明的目標、精神和範圍。所有這些改動均在本發明權利要求範圍內。
所以，本發明的範圍是在現有技術所允許的前提下，按照所附權利要求的範圍，並以說明書為依據。
組件符號說明20電泳盒21頂部電極層22底部電極層23行電極24保持電極25列電極26帶電荷微粒27介電溶劑28間隙29背景層
權利要求
1.一種電泳顯示器，其特徵在於包括(a)多個由分散於介電溶劑中的帶電荷微粒填充的電泳盒；每個所述的電泳盒位於一個頂部電極層和一個底部電極層之間，所述的頂部電極層包括至少一個位於一個以上所述電泳盒上面的驅動電極，所述的底部電極層包括至少一個位於一個以上所述電泳盒下面的驅動電極；以及(b)一個位於所述底部電極層的保持電極。
2.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，所述底部電極層包括至少兩個驅動電極，所述保持電極位於所述底部電極層的所述至少兩個驅動電極中的兩個驅動電極之間。
3.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述至少一個保持電極位於所述底部電極層中並與所述至少一個驅動電極相鄰。
4.根據權利要求3所述的電泳顯示器，還包括位於所述底部電極層中並且在所述保持電極以及與所述保持電極相鄰的至少一個驅動電極之間的一個間隙。
5.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述頂部電極層的所述至少一個驅動電極是行電極。
6.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述底部電極層的至少一個驅動電極是列電極。
7.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述帶電荷的微粒是帶正電荷的微粒；所述保持電極與至少一個所述電泳盒相結合；以及在與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒的非掃描周期期間，所述保持電極設定在一個小於或等於施加到與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒的相結合的其它任何電極的最低電壓，以阻止在與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒中的所述帶電荷微粒從所述保持電極或靠近保持電極的位置移開。
8.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述帶電荷的微粒是帶負電荷的微粒；所述保持電極與至少一個所述電泳盒相結合；以及在與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒的非掃描周期期間，所述保持電極設定在一個等於或大於施加到與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒相結合的其它任何驅動電極的最高電壓，以阻止在與所述保持電極相結合的所述至少一個電泳盒中的所述帶電荷微粒從所述保持電極或靠近保持電極的位置移開。
9.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述微粒是帶正電荷的微粒；並且在頂部電極層的驅動電極上的單個所述電泳盒的非掃描周期內，所述頂部電極層的至少一個驅動電極的單個驅動電極設定在一個小於或等於施加到與任何所述單個電泳盒相結合的任何電極的最低電壓，所述頂部電極層的驅動電極在所述電泳盒之上；因此，在任何一個所述單個電泳盒中，位於所述頂部電極層的驅動電極或靠近所述驅動電極的所述帶電荷微粒被阻止從或靠近所述頂部電極層的所述驅動電極的位置移開。
10.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述微粒是帶正電荷的微粒，並且，為了遷移一個所述電泳盒中的帶電荷微粒從所述頂部電極層或靠近頂部電極層的第一位置到所述底部電極層或靠近底部電極層的第二位置，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極設定在第一電壓，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極設定在高於所述第一電壓的第二電壓，並且與所述電泳盒相結合的保持電極設定在一個小於或等於所述第一電壓的電壓。
11.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述微粒是帶正電荷的微粒，並且，為了遷移一個所述電泳盒中的帶電荷微粒從或靠近與該電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極的第一位置遷移到與該電泳盒相結合的保持電極或靠近保持電極的第二位置，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極設定在第一電壓，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極設定在等於或大於所述第一電壓的第二電壓，並且與所述電泳盒相結合的保持電極設定在一個小於所述第一電壓的電壓。
12.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中所述微粒是帶正電荷的微粒，並且，通過配置所述顯示器，使得所述電泳盒中的帶電荷微粒從所述頂部電極層或靠近頂部電極層的第一位置遷移到與所述電泳盒相結合的一個或多個保持電極或者靠近所述一個或多個保持電極的第二位置，上述過程由以下驅動過程完成與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極設定在第一電壓，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極設定在高於第一電壓的第二電壓，並且與所述電泳盒相結合的所述一個或多個保持電極設定在一個小於或等於第一電壓的電壓；並且與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極設定在第三電壓，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極設定在等於或大於所述第三電壓的第四電壓，並且與所述電泳盒相結合的所述一個或多個保持電極設定在一個小於所述第三電壓的電壓。
13.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，所述微粒是帶正電荷的微粒，在與所述頂部電極層的至少一個共用電極相結合的一組所述電泳盒的掃描周期期間，為了維持一個所述電泳盒中的微粒在所述頂部電極層或靠近頂部電極層的位置上，其中，該電泳盒是所述一組盒中的一個，則與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極設定在第一電壓，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極設定在大於所述第一電壓的第二電壓，並且與所述電泳盒相結合的保持電極設定在一個小於或等於所述第一電壓的電壓。
14.根據權利要求13所述的電泳顯示器，其中所述一組電泳盒包括一行電泳盒，並且所述頂部電極層的至少一個共用電極是一個行電極。
15.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，僅與未被掃描的電泳盒相結合的所述頂部行電極層的驅動電極以及與所述未被掃描的電泳盒相結合的所述保持電極設定在一個小於或等於當前施加到與所述電泳盒相結合的任何驅動電極的最低電壓的電壓，以阻止所述微粒從(1)所述頂部電極層或靠近頂部電極層處，或者(2)與所述未被掃描的電泳盒中的每一個單個電泳盒相結合的所述保持電極或靠近所述保持電極處的先前設定的位置移開。
16.一種電泳顯示器，其特徵在於包括(a)以分散於介電溶劑中的帶電荷微粒填充的多個電泳盒；每個所述電泳盒放置在頂部電極層和底部電極層之間，所述頂部電極層包括至少一個驅動電極，其中驅動電極放置在多於一個所述電泳盒的上面，所述底部電極層包括至少一個驅動電極，其中，所述驅動電極放置在所述多於一個電泳盒的下面；(b)一個位於所述底部電極層的保持電極；以及(c)一個位於所述底部電極層下面並且透過所述底部電極層可見的有色背景層。
17.根據權利要求16所述的電泳顯示器，其中所述帶電荷的微粒是帶正電荷的微粒，並且具有與所述有色背景相同的顏色；所述介電溶劑是有色溶劑，並且與所述有色背景的顏色不同；以及為了在所述多個電泳盒中的一個電泳盒內獲得一個介於所述背景顏色和所述介電溶劑顏色之間的灰度等級，從所述微粒已經重置在所述頂部電極層或靠近頂部電極層的位置的起始情況開始，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極在一段時間T1內設定在第一電壓，與所述電泳盒相結合的頂部電極層的驅動電極在所述時間T1內設定在大於所述第一電壓的第二電壓，以及與所述電泳盒相結合的保持電極設定在一個小於或等於所述第一電壓的電壓；由此，一部分，但不是全部，所需要的所述微粒從所述頂部電極層移開。
18.根據權利要求17所述的電泳顯示器，選擇所述時間T1來獲得所要的灰度等級。
19.根據權利要求17所述的電泳顯示器，其中，一旦所述需要的一部分微粒已經從所述頂部電極層移開，則與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極在時間T2內設定在第三電壓，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極在所述時間T2內設定在小於或等於所述第三電壓的第四電壓，並且與所述電泳盒相結合的所述保持電極設定在一個小於所述第四電壓的電壓，由此，大部分已經從所述頂部電極層移開的微粒遷移到與所述電泳盒相結合的保持電極或靠近保持電極的位置，並且，大部分未從所述頂部電極層移開的微粒維持它們在所述頂部電極層或靠近頂部電極層的位置，由此獲得所要的灰度等級。
20.根據權利要求19所述的電泳顯示器，其中所述第三電壓與所述第二電壓相同。
21.根據權利要求19所述的電泳顯示器，其中所述第四電壓與所述第三電壓相同。
22.根據權利要求19所述的電泳顯示器，其中，為了在非掃描周期期間維持所述電泳盒的固定灰度等級，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極以及與所述電泳盒相結合的所述保持電極設定在一個小於或等於當前施加到與所述電泳盒相結合的任何其它電極的最低電壓，由此，大部分已經遷移到所述保持電極的微粒維持它們在所述保持電極或靠近所述保持電極的位置，並且大部分未從所述頂部電極層移開的微粒維持它們在所述頂部電極層或靠近所述頂部電極層的位置。
23.根據權利要求19所述的電泳顯示器，選擇所述時間T1和所述時間T2來獲得所述需要的灰度等級。
24.根據權利要求16所述的電泳顯示器，其中所述帶電荷的微粒是帶正電荷的微粒，並且具有與所述有色背景相同的顏色；所述介電溶劑是有色溶劑，並且與所述有色背景的顏色不同；並且為了在所述多個電泳盒中的一個電泳盒內獲得一個介於所述背景顏色和所述介電溶劑顏色之間的所要的灰度等級，從所述微粒已經被重置在所述頂部電極層或靠近所述頂部電極層的位置的起始情況開始，在第一個期間，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極在具有相同脈衝寬度的N1個脈衝下設定在第一電壓，在該第一期間，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極在具有相同脈衝寬度的N1個脈衝下設定在大於所述第一電壓的第二電壓，並且與所述電泳盒相結合的所述保持電極設定在一個小於或等於第一電壓的電壓；由此，一部分(但不是全部)所要的所述微粒從所述頂部電極層移開。
25.根據權利要求24所述的電泳顯示器，其中，選擇所述數目N1來獲得所述需要的灰度等級。
26.根據權利要求24所述的電泳顯示器，一旦所要的一部分所述微粒已經從所述頂部電極層移開，在第二個期間，與所述電泳盒相結合的所述頂部電極層的驅動電極在具有相同脈衝寬度N2個脈衝下設定在第三電壓，在所述第二期間，與所述電泳盒相結合的所述底部電極層的驅動電極在具有相同脈衝寬度的N2個脈衝下設定在小於或等於所述第三電壓的第四電壓，並且與所述電泳盒相結合的所述保持電極設定在一個小於所述第四電壓的電壓，由此，已經從所述頂部電極層移開的大部分微粒遷移到一個與所述電泳盒相結合的所述保持電極或靠近所述保持電極的位置，並且未從所述頂部電極層移開的大部分微粒維持它們在所述頂部電極層或靠近所述頂部電極層的位置，由此獲得所述需要的灰度等級。
27.根據權利要求26所述的電泳顯示器，其中，選擇所述數目N1和數目N2來獲得所述需要的灰度等級。
28.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，所述電泳盒由微型杯製備而成。
29.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，所述電泳盒由微型槽製備而成。
30.根據權利要求1所述的電泳顯示器，其中，所述電泳盒由微膠囊製備而成。
全文摘要
本發明涉及改進的至少帶有一個保持電極的電泳顯示器。該顯示器包括多個以分散在一種介電溶劑中的帶電荷顏料微粒填充的電泳盒。每個電泳盒位於一個頂部電極層和一個底部電極層之間，該頂部電極層包括至少一個位於多個盒上方的驅動電極，該底部電極層包括至少一個位於多個盒下方的驅動電極，以及一個位於底部電極層的保持電極。該顯示器還包括一個位於底部電極層之下並且透過該底部電極層可見的有色背景。
文檔編號G02F1/1343GK1416007SQ0212220
公開日2003年5月7日 申請日期2002年5月31日 優先權日2001年10月29日
發明者鍾冶明, 陳先彬 申請人:希畢克斯幻像有限公司