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CN102138094B - 彩色显示设备 - Google Patents

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CN102138094B
CN102138094B CN200980134972.7A CN200980134972A CN102138094B CN 102138094 B CN102138094 B CN 102138094B CN 200980134972 A CN200980134972 A CN 200980134972A CN 102138094 B CN102138094 B CN 102138094B
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black
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林怡璋
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SYBCOS IMAGES Inc
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Abstract

本发明的彩色显示器涉及双粒子系统，且能够显示具有高质量黑白状态的多种色彩。这些色彩状态适合突出显示功能。彩色显示器不需要电极和其中填充显示液体的显示单元之间对齐，这显著降低了设计的复杂性并且还降低了制造成本。

Description

彩色显示设备
发明领域
本发明涉及能够显示多种色彩状态的显示设备。
发明背景
美国专利No.7,046,228揭示了一种具有双切换模式的电泳显示设备，其允许显示单元中的带电荷颜料粒子在垂直(上/下)方向或平面(左/右)方向上移动。在这种显示设备中，每个显示单元夹在两个层之间，其中一层包括透明上电极，而另一层包括下电极和至少一个平面内电极。通常，显示单元用清澈但彩色的电介质溶液或混合溶液填充，且带电荷的白色颜料粒子分散其中。显示单元的背景色彩可以是黑色的。当带电荷的颜料粒子被驱动至透明上电极之处或附近时，从顶部观看侧看到粒子的色彩。当带电荷的颜料粒子被驱动至下电极之处或附近时，从顶部观看侧看到溶液的色彩。当带电荷的颜料粒子被驱动至(多个)平面内电极之处或附近时，从顶部观看侧看到显示单元背景的色彩。因此，每个显示单元能够显示三种色彩状态，即带电荷颜料粒子的色彩、电介质溶液或混合溶液的色彩、或显示单元的背景色彩。根据该专利的双模式电泳显示器可由有源矩阵系统或无源矩阵系统驱动。
2009年2月12日提交的美国申请S/N.12/370,485揭示了一种显示设备，其利用亮度增强膜或黑底层来实现可选色彩结构。通过后扫描方法，可寻址有源矩阵的电极。增强膜或黑底层可隐藏处于黑色状态的带电荷颜料粒子，而不牺牲整体光效。
发明概述
本发明涉及彩色显示设备的可选设计。
本发明的第一方面涉及一种显示设备，其包括：
a)多个显示单元，其中所述显示单元用显示液体填充，显示液体包括分散在彩色溶液中的黑色和白色颜料粒子，其中溶液的色彩对所有显示单元都相同，且黑色和白色颜料粒子携带相反电荷极性；
b)包括公共电极的第一层；以及
c)包括多对像素电极的第二层，其中每对像素电极定义一像素。
在一实施例中，像素电极对可与显示单元对齐。在另一实施例中，像素电极对可不与显示单元对齐。在一实施例中，包围显示单元的分隔墙的中点之间的距离与像素电极的中点和下一像素电极之后像素电极的中点的距离相同。在一实施例中，成对的两个像素电极可具有不同尺寸或相同尺寸。如果它们具有不同尺寸，两个像素电极的尺寸之比的范围可以是10∶1～2∶1。
在一个实施例中，两个像素电极之一是不规则形状的像素电极。在另一实施例中，两个像素电极是不规则形状的像素电极。
在一个实施例中，显示设备可将第一层或第二层作为观看侧。
在一个实施例中，像素电极可以是有源矩阵驱动电极。
本发明的第二方面涉及一种显示设备，其包括：
a)多个显示单元，其中所述显示单元用不同色彩的显示液体填充，其中不同色彩的显示液体包括分散在不同色彩溶液中的黑色和白色颜料粒子，且黑色和白色颜料粒子携带相反电荷极性；
b)第一层包括公共电极；以及
c)第二层包括多对像素电极，其中每对像素电极定义子像素，且与显示单元对齐。
在一实施例中，像素电极对可与显示单元对齐。在另一实施例中，像素电极对可不与显示单元对齐。在一实施例中，包围显示单元的分隔墙的中点之间的距离与像素电极的中点和下一像素电极之后像素电极的中点的距离相同。
在一实施例中，成对的两个像素电极可具有不同尺寸或相同尺寸。如果它们具有不同尺寸，两个像素电极的尺寸之比的范围可以是10∶1～2∶1。
在本发明该方面的一个实施例中，两个像素电极之一是不规则形状的像素电极。在另一实施例中，两个像素电极是不规则形状的像素电极。
在一个实施例中，显示设备可将第一层或第二层作为观看侧。
在一个实施例中，像素电极可以是有源矩阵驱动电极。
本发明的第三方面涉及一种显示设备，其包括：
a)一行显示单元，其中显示单元用显示液体填充，其中显示液体包括分散在彩色溶液中的黑色和白色颜料粒子，其中溶液的色彩对所述行中的所述显示单元相同且黑色和白色颜料粒子携带相反电荷极性；
b)第一层包括公共电极；以及
c)第二层包括多对像素电极，其中所述像素电极不与所述行方向中的显示单元对齐。
本发明的彩色显示器涉及双粒子系统，并且能够显示具有高质量黑白状态的多种色彩。这些色彩状态适于突出显示，这是电子书应用的重要功能。彩色显示器不需要电极与其中填充有显示液体的显示单元之间对齐，这显著降低了设计的复杂性并且还降低了制造成本。
附图简述
图1a和1b分别描绘本发明的彩色显示设备的微杯的截面图和平面图。
图1c和1d分别描绘一替代设计的截面图和平面图。
图2a-2d示出通过本发明的彩色显示器可如何显示不同的色彩状态。
图3a和3b分别描绘本发明的不对齐彩色显示器的截面图和平面图。
图3c描绘替换不对齐设计的平面图。
图4描绘通过本发明的不对齐彩色显示器可如何显示不同的色彩状态。
图5a-5c描绘一替代设计。
图6描绘另一替代设计。
图7a和7b描绘不规则形状的像素电极。
图8a-8c示出通过利用图7a的不规则形状的像素电极可如何显示不同色彩。
图9a-9c示出通过利用图7b的不规则形状的像素电极可如何显示不同色彩。
图10和11示出具有不规则形状的像素电极的不对齐设计。
图12a-12c示出突出显示选项。
本发明的详细描述
图1a描绘本发明的彩色显示设备的截面图。微杯(100)夹在第一层(101)和第二层(102)之间。微杯(100)被分隔墙(107)包围。第一层包括公共电极(103)。第二层包括一对像素电极(104a和104b)。
微杯(100)是用显示液体(105)填充的微容器。术语“微杯”的细节在美国专利No.6,930,818中给出，其内容通过引用全部结合于此。
尽管在本发明中具体提及了微杯，但可以理解无论形状或大小如何，任何其它微容器(例如微膜盒或微沟道)都在本发明的范围内，只要微容器用显示液体填充且具有与微杯相同的功能即可。所有这些微容器可称为“显示单元”。
显示液体(105)是包括两种类型的颜料粒子(106)，即携带相反极性电荷的黑色和白色粒子的电泳液体。该显示液体是彩色的，例如红色、绿色、蓝色或另一色彩。
图1b从第二层(102)的侧面描绘平面图。在所示实施例中，成对像素电极(104a和104b)一起覆盖基本上整个显示液体区域(105)，但它们不覆盖任一分隔墙区域(107)。
成对像素电极(104a和104b)被示为一个较大像素电极(104b)和一个较小像素电极(104b)。在本发明的背景中，两个像素电极的大小之比可在10∶1至1∶1的范围内。优选一个像素电极大于另一个(10∶1至2∶1或5∶1至2∶1)。然而，如果两个像素电极的尺寸基本上相同，彩色显示器也工作。两个像素电极之间的间隙在微米范围。然而两个像素电极彼此不能太靠近，因为可能会造成短路。还要注意的是，在一些附图中，为清楚起见，两个像素电极之间的间隙被放大。
图1b中的成对像素电极被示为具有矩形。可以理解，像素电极的形状可变化，只要它们提供所需功能即可。
图1c和1d示出其中两个像素电极延伸超出显示液体区域(105)的另一实施例。然而，两个像素电极(104a和104b)的边缘不超出分隔墙(107)的中点M。
图1a-1d的彩色显示器被称为对齐类型，因为每对像素电极都在微杯的边界内。更具体地，两个像素电极不超过包围微杯的分隔墙的中点。以下讨论不对齐类型。
公共电极(103)通常是铺在显示设备的整个顶部的透明电极层(例如ITO)。像素电极(104a和104b)在美国专利No.7,046,228中描述，其内容通过引用结合于此。
注意，尽管对第二层(102)提及了有源矩阵驱动电极，但本发明的范围包括其它类型的电极寻址，只要电极提供所需功能即可。
尽管在大多数附图中第一层(101)被示为观看侧，但如下所述第二层(102)在观看侧上也是有可能的。
本申请中的术语“色彩”可以是单种色彩、中间色调色彩、或复合色彩。
在一实施例中，显示液体在所有微杯中具有相同色彩。每对像素电极定义一个像素。图2a-2d示出在本实施例中可如何显示不同色彩状态。出于例示目的，假定显示液体具有红色，白色颜料粒子是带正电的，而黑色颜料粒子是带负电的。第一层那一侧是观看侧。
在图2中，当向公共电极(203)施加正电压且向两个像素电极(204a和204b)施加负电压时，白色粒子将移至两个像素电极处或附近，而黑色粒子将移至公共电极处或附近。结果，在观看侧看到黑色色彩状态。
在图2b中，当向公共电极(203)施加负电压且向两个像素电极(204a和204b)施加正电压时，白色粒子将移至公共电极处或附近，而黑色粒子将移至两个像素电极处或附近。结果，在观看侧看到白色色彩状态。
黑色和白色状态两者将微杯的全观看区域用于反射，因此提供无牺牲的黑白对比率和最大反射。
在图2c中，当向像素电极(204a和204b)之一，优选较小者(204a)，施加正电压而向较大像素电极(204b)施加负电压时，白色粒子将移向较大像素电极(204b)处或附近，而黑色粒子将移向较小像素电极(204a)处或附近。
图2d是第二层(202)的俯视图，该第二层(202)在较大像素电极(204b)处具有白色粒子而在较小像素电极(204a)处具有黑色粒子。来自观看侧的光将被白色粒子反射，且彩色液体将呈现被反射的彩色光，在本情形中为红色。然而，黑色粒子将吸收进入光线，因此有效的彩色反射区将比只有黑色或白色状态的区域小。
在此实施例中，独特特征之一是显示液体包括分散在彩色溶液中的黑色和白色粒子，因而造成显示液体色彩的同时反射(通过白色粒子)和吸收(通过黑色粒子)。
如上所述，在所述彩色显示器中，成对像素电极并非必须与微杯的边界对齐。在此情形中，带电荷的颜料粒子仍然可被驱动以显示所需的色彩状态。
术语“不对齐”或“非对齐”在本发明的背景中旨在表示成对像素电极中的像素电极的至少之一被允许在一个以上微杯下面。
在如图3a的不对齐设计的一个实施例中，两个最接近分隔墙的中点(M)之间的距离(d1)与一像素电极和下一“相像”像素电极的中点(M’)之间的距离(d2)基本上相同。在图3a中，两个相像像素电极是304b。两个相像像素电极还可以是304a。
中点M和M’彼此在位置方面不相关。
可选地，可阐述成两个最接近分隔墙的中点(M)之间的距离(d1)与一像素电极和下一像素电极之后的像素电极的中点(M’)之间的距离(d2)基本上相同。
图3b是来自图3a的第二层的平面图。在图3b中，微杯和像素电极仅在一个方向上不对齐，并且在此情形中一个像素电极304b在两个相邻微杯下面。图3c是不对齐设计的另一示例的平面图。在图3c中，微杯(300)和像素电极在两个方向上都不对齐，且在此情形中一个像素电极304b在四个相邻微杯下面。在本发明的背景下，“不对齐”或“非对齐”设计不限于图3b和3c的示例。实际上，术语“不对齐”或“非对齐”将宽泛地包括其中至少一个像素电极在一个以上微杯下面的所有配置。换言之，“不对齐”或“非对齐”还将包括其中微杯和/或像素电极具有不规则的形状、大小或空间排列的配置。
在不对齐设计中，微杯的宽度并非必须等于像素电极结构的节距。
图4描绘不对齐设计的截面图。在此设计中，所有微杯都用相同色彩(例如红色)的显示液体填充。每两个成对的像素电极(404a和404b)定义一像素。通过施加适当的驱动波形，黑色和白色粒子可移至公共电极(403)、较小像素电极(404a)或较大像素电极(404b)处或附近。
在图4中，看到与“A”相对应的显示区域为白色色彩状态；与“B”相对应的显示区域为黑色色彩状态；而与“C”相对应的显示区域为红色色彩状态。
图5a-5c示出对齐彩色显示器的替代设计。在此设计中，包括两个像素电极504a和504b的第二层502是观看侧。在此情形中，像素电极504a和504b是透明的。显示液体包括黑色和白色粒子，其中白色粒子是带正电荷的，而黑色粒子是带负电荷的。显示液体为红色。
在图5a中，当向公共电极(503)施加正电压，且向两个像素电极(504a和504b)施加负电压时，白色粒子将移至两个像素电极处或附近，而黑色粒子将移至公共电极处或附近。结果，在观看侧看到白色色彩状态。
在图5b中，当向公共电极(503)施加负电压，且向两个像素电极(504a和504b)施加正电压时，白色粒子将移至公共电极(503)处或附近，而黑色粒子将移至两个像素电极处或附近。结果，在观看侧看到黑色色彩状态。
在图5c中，当向像素电极(504a和504b)之一，优选小像素电极(504a)，施加正电压，且向公共电极(503)施加负电压时，白色粒子将移至公共电极(503)处或附近，而黑色粒子将移至小像素电极(504a)处或附近。结果，在观看侧看到红色色彩状态。
图6示出不对齐彩色显示设备的替代设计。
在此设计中，包括像素电极的第二层(602)是观看侧。通过施加适当的驱动波形，黑色和白色粒子可移至公共电极(603)、较大像素电极(604a)或较小像素电极(604b)处或附近。
在图6中，看到与“A”相对应的显示区域为黑色色彩状态；与“B”相对应的显示区域为白色色彩状态；而与“C”相对应的显示区域为红色色彩状态。
在本发明的另一实施例中，如图1b所示的两个像素电极可不同地配置以便于加快图像转换的速度。图7a和7b描绘这种替代设计。在图7a中，示出较大像素电极704b为“U”形。在图7b中，示出较大电极704b为“W”形，而较小电极704a为“U”形。“U”或“W”形像素电极提供的益处是带电荷颜料粒子将穿行较短距离到达所需位置，因而加快图像转换的速度。
本发明背景中的术语“不规则形状”指除矩形或方形外的任何形状的像素电极，其可提供较短距离以便带电荷颜料粒子穿行至所需位置。在图7a给出的示例中，U形像素电极是单件的(即物理和电连接)。这还适于图7b中示出的W形像素电极。然而，术语“不规则形状”像素电极不仅包括单件的像素电极(即其元件物理和电连接)，而且包括分成多件(物理上不连接)但各件电连接的像素电极，只要像素电极的整体形状将提供较短距离以便于带电荷颜料粒子穿行即可。在后一情形中，注意单独各件可具有矩形、方形或不规则形状。
较大不规则形状的像素电极的总面积与较小不规则形状的像素电极的总面积之比仍然在10∶1至1∶1的范围之间，优选为在10∶1至2∶1的范围之间。因为像素电极的数量保持相同(即2)，所以这些新的配置将不会增加驱动系统的复杂性。实际上，它们将使图像转换快得多。
图8a-8c示出利用图7a的不规则形状像素电极设计可如何显示不同色彩。在此示例中，假定白色和黑色粒子分散在红色溶液中，且白色和黑色粒子携带相反极性的电荷。
在图8a中，白色粒子被驱动至公共电极803处或附近，而黑色粒子被驱动至像素电极804a和不规则形状像素电极804b(截面图中的左侧和右侧两者)处或附近，造成在顶部观看侧看到白色。
在图8b中，白色粒子被驱动至像素电极804a和不规则形状像素电极804b(截面图中的左侧和右侧两者)处或附近，而黑色粒子被驱动至公共电极803处或附近，造成在顶部观看侧看到黑色。
在图8c中，白色粒子被驱动至不规则形状像素电极804b(截面图中的左侧和右侧两者)处或附近，而黑色粒子被驱动至较小像素电极804a处或附近。因为不规则形状像素电极804b的总面积大于像素电极804a，所以白色粒子反射的光将占优势，因此在顶部观看侧看到显示液体的色彩(即在本情形中为红色)。
图9a-9c示出利用图7b的不规则形状像素电极设计的显示设备。在此示例中，可以与图8a-8c中相似的方式显示不同色彩状态(白色、黑色和彩色)。
与前面的实施例相同，不规则形状像素电极配置可如图8和9所示地与微杯结构对齐，或者可如图10和11所示地不与微杯结构对齐。
同样与前面的实施例相同，尽管使用了不规则形状像素电极设计，但可从第一层一侧或第二层一侧观看显示设备。
图12a-12c示出本发明的突出显示选项。图12a示出白色背景上的黑色图像。在图12b中，黑色图像通过周围的红色突出显示。在图12c中，图像通过切换至红色色彩来突出显示。
在另一实施例中，微杯用不同色彩的显示液体来填充。然而，不同色彩的显示液体中的颜料粒子仍然是相反极性的白色和黑色粒子。在此情形中，显示器可显示多种色彩(例如黑色、白色、红色、绿色和蓝色)的图像。两个像素电极和微杯必须对齐。每对像素电极(或者每个微杯，因为它们是对齐的)是一子像素。通过利用不同色彩的子像素，可实现全色显示器。例如，如果构成像素的三个子像素被着色为红色、绿色和蓝色，则通过适当地组合这三种色彩构成一彩色像素，可获得全彩图像。对于这些设计，如所阐述地，像素电极必须与微杯对齐。
然而，在条纹排列中，即相同色彩的微杯(即用相同色彩的显示液体填充的微杯)连续排成跨显示设备延伸的一行，那些微杯的像素电极并非必须在该行的方向上与微杯对齐。
本发明的彩色显示器可通过目前可用的各种方法制造，例如在美国专利No.6,930,818中所述的方法。
尽管已参照具体实施例描述了本发明，但本领域技术人员应当理解，可作出各种改变且可替代等效方案，而不背离本发明的精神和范围。此外，可作出许多修改以使具体情形、材料、组分、工艺、一个或多个工艺步骤适应本发明的目的、精神和范围。所有这些修改旨在处于所附权利要求的范围内。

Claims (11)

1.一种显示设备，包括：
a)多个显示单元，所述显示单元用显示液体填充，所述显示液体包括分散在彩色溶液中的黑色和白色颜料粒子，其中溶液的色彩对所有显示单元都相同，且黑色和白色颜料粒子携带相反电荷极性；
b)包括公共电极的第一层，所述公共电极位于观看侧；以及
c)包括多对像素电极的第二层，
其中每一个所述显示单元夹在所述公共电极与一对所述像素电极之间，其中该对所述像素电极之一大于另一个像素电极，并且成对的所述像素电极定义一像素，以及
其中当所述白色颜料粒子被驱动至所述公共电极之处或附近时，所述像素显示白色；当所述黑色颜料粒子被驱动至所述公共电极之处或附近时，所述像素显示黑色；以及当所述黑色颜料粒子被驱动至较小的像素电极之处或附近且所述白色颜料粒子被驱动至较大的像素电极之处或附近时，所述像素显示所述彩色溶液的色彩。
2.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述多对像素电极与所述显示单元对齐。
3.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，两个像素电极的尺寸之比的范围为10:1至2:1。
4.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，成对的两个像素电极之一是不规则形状的像素电极。
5.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，成对的两个像素电极是不规则形状的像素电极。
6.如权利要求1所述的显示设备，其特征在于，所述像素电极是有源矩阵驱动电极。
7.一种显示设备，包括：
a)多个显示单元，所述显示单元用不同色彩的显示液体填充，其中所述显示液体包括分散在不同彩色溶液中的黑色和白色颜料粒子，且黑色和白色颜料粒子携带相反电荷极性；
b)第一层包括公共电极，所述公共电极位于观看侧；以及
c)第二层包括多对像素电极，
其中每一个所述显示单元夹在所述公共电极与一对所述像素电极之间，其中该对所述像素电极之一大于另一个像素电极，并且成对的所述像素电极定义子像素，且与所述显示单元对齐，以及
其中当所述白色颜料粒子被驱动至所述公共电极之处或附近时，所述像素显示白色；当所述黑色颜料粒子被驱动至所述公共电极之处或附近时，所述像素显示黑色；以及当所述黑色颜料粒子被驱动至较小的像素电极之处或附近且所述白色颜料粒子被驱动至较大的像素电极之处或附近时，所述像素显示所述彩色溶液的色彩。
8.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，两个像素电极的尺寸之比的范围是10:1至2:1。
9.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，成对的两个像素电极之一是不规则形状的像素电极。
10.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，成对的两个像素电极是不规则形状的像素电极。
11.如权利要求7所述的显示设备，其特征在于，所述像素电极是有源矩阵驱动电极。
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