CN102016970B

CN102016970B - 彩色显示装置

Info

Publication number: CN102016970B
Application number: CN200980114774.4A
Authority: CN
Inventors: 林怡璋; 罗伯特·A·施普拉格
Original assignee: SYBCOS IMAGES Inc
Current assignee: E Ink Corp
Priority date: 2008-05-01
Filing date: 2009-04-29
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2029-04-29
Also published as: US20090273827A1; US8072675B2; CN102016970A; WO2009134889A1; TWI540375B; TW200951602A

Abstract

本发明涉及彩色显示装置，其中每个显示单元都能显示三种颜色状态。填充于显示单元中的显示液体具有两种类型的颜料颗粒。该彩色显示装置在其观看侧可进一步包括亮度增强结构。

Description

彩色显示装置

技术领域

本发明涉及显示装置，其中每个显示单元能够显示三种颜色状态。显示单元中填充的显示液体包括两种颜料颗粒。显示装置可进一步包括阻挡层和亮度增强结构。

背景技术

美国专利No.7,046,228公开了一种具有双开关模式的电泳显示装置，该双开关模式使得显示单元中的带电的颜料颗粒沿竖直方向(上/下)移动或沿平面方向(左/右)移动。

在这种显示装置中，每个显示单元都位于两层之间，其中的一层包括透明顶部电极，而另一层包括底部电极和至少一个平面电极。通常，显示单元填充有一种清澈但有色的介电溶剂，或填充有其中分散有带电的白色颜料颗粒的溶剂混合物。显示单元的背景色优选是黑色的。当带电的颜料颗粒被驱动至透明顶部电极或邻近透明顶部电极时，从顶部观看侧可看见颗粒的颜色。当带电的颜料颗粒被驱动至底部电极或邻近底部电极时，从顶部观看侧可看见溶剂的颜色。当带电的颜料颗粒被驱动至平面电极或邻近平面电极(一个或多个)时，从顶部观看侧可看见显示单元的背景色。因此，每个显示单元能够显示三种颜色状态，如，带电的颜料颗粒的颜色、介电溶剂或溶剂混合物的颜色、或显示单元的背景色。

根据该专利，双模式电泳显示器可由有源矩阵系统(activematrix system)或无源矩阵系统(passive matrix system)驱动。

可选的，色彩显示可由红/绿/蓝(RGB)系统实现，其中每个像素分为三个或四个子像素(sub-pixel)，并且每个子像素具有红色滤色片、蓝色滤色片、绿色滤色片或者在黑色和白色反射媒介上不具有滤色片。通过选择性地接通或断开子像素，可以获得全色光谱。

发明内容

本发明涉及彩色显示装置的可选设计。本发明的彩色显示装置具有很多优点。例如，其具有简单的结构。另外，它提供良好质量的具有全色能力的黑色和白色状态。这种类型彩色显示装置的寻址过程也更简单且更便宜。而且，对于黑色和白色状态，可以期望没有对比度损失，这也是电子书(e-book)的一个重要特征。由于具有这些优点，本发明的彩色显示装置远远优于使用滤色片的显示装置，尤其是在反射性和白色质量方面。

本发明的显示装置包括多个显示单元，其中每个显示单元：

(a)介于第一层和第二层之间，第一层包括公共电极，第二层包括多个驱动电极，其中至少一个驱动电极是指定电极，而其余驱动电极是非指定电极；

(b)填充有电泳液体，该电泳液体包括分散在溶剂或溶剂混合物中的成组白色颗粒和成组黑色颗粒；并且

(c)能够显示三种颜色状态。

两组颗粒带有相反的电荷极性，或者带有相同的电荷极性但具有不同的电泳迁移率。

颜料颗粒被同步地(同时一起地all at once)或逐步地驱动至指定电极。

驱动电极可以是至少2×2的栅格。

另外，非指定电极的总面积优选是指定电极的总面积的至少3倍，更优选为至少6倍，最优选为至少8倍。

包括公共电极的第一层可位于观看侧。可选的，包括多个驱动电极的第二层可位于观看侧。如果第二层位于观看侧，那么指定电极可以是非透明的，如不透光的。可选地，指定电极是透明的，在此情况下，可能需要阻挡层。

显示装置在其观看侧可进一步包括亮度增强结构。该亮度增强结构可包括微型结构或微型反射器。该微型结构或微型反射器的顶角可以为约5°到约50°，优选为约20°到约40°。

在显示装置的第一实施方式中，溶剂或溶剂混合物是有颜色的，如红色、绿色或蓝色。驱动电极可以与显示单元的边界对齐或不对齐。

在显示装置的第二实施方式中，溶剂或溶剂混合物是清澈且无色的，并且显示装置进一步包括彩色背景层，如红色、绿色或蓝色。彩色背景层可位于第一层或第二层之上或之下。可选地，第一层或第二层可用作彩色背景层。

在此第二实施方式中，第二层的边界可以与液体区的边界不对齐。在这种情况下，至少一个用于白色颗粒的指定电极和至少一个用于黑色颗粒的指定电极在液体区的边界之内。可选地，第二层的边界可以与液体区的边界对齐。

第二实施方式的显示装置可进一步包括位于其观看侧上的亮度增强结构或位于对应于指定电极的位置处的阻挡层。阻挡层可以是黑色矩阵层。

附图说明

图1a示出本发明彩色显示装置的显示单元的横截面视图。

图1b，1c和1d示出包括驱动电极的层的俯视图。

图2示出了带电的颜料颗粒如何可逐步地移动至指定电极。

图3示出与显示单元的边界不对齐的驱动电极。

图4a-4c示出了如何可以显示三种不同的颜色状态。

图5a-5c示出了彩色显示装置的可选设计。

图6a-6c示出了另一替换设计。

图7a-7c示出了另一替换设计。

图8示出了亮度增强结构。

图9a和9b示出两种亮度增强结构的三维视图。

图10a-10g示出了可以如何制造亮度增强结构的一个实例。

图11示出了术语“液体区”。

具体实施方式

I.显示装置的结构

图1a示出本发明彩色显示装置的显示单元的横截面视图。显示单元100介于第一层101和第二层102之间。第一层包括公共电极103。第二层包括多个驱动电极(如，104bx，104by和104bz)。

在一个实施方式中，如图1a所示，每个显示单元代表单一的子像素。大多数情况下，至少要有三个子像素(红、绿和蓝)来形成一个像素。

图1b示出包括图1a显示单元的驱动电极的层的俯视图。如图所示，第二层102包括3×3个驱动电极，表示为104ax、104ay、104az、104bx、104by、104bz、104cx、104cy和104cz。虽然只显示了3×3的栅格，但第二层可包括至少为2×2的任意栅格。驱动电极的尺寸可根据显示单元的尺寸改变。驱动电极之间具有间隙。换句话说，驱动电极彼此不接触。

在本发明的上下文中，驱动电极可被确定为“指定”或“非指定”电极。“指定”电极是当施加适当的电压电势时用于使一种类型的带电的颜料颗粒聚集的驱动电极。其余的驱动电极是非指定电极。

显示单元内的多个驱动电极使得颗粒迁移至一个或多个指定电极，或者在所有驱动电极上扩散。

图1b中所示的9个驱动电极具有相同的形状和尺寸。可以理解，同一显示装置中的驱动电极的形状和尺寸可以改变，只要它们能提供所需的功能即可。

可选地，设有背景层(未示出)，该背景层可位于第二层102之上或第二层102之下。可替换地，第二层可以用作背景层。背景层可以是彩色的或者黑色的。如果是黑色的，则其有利于强化黑色状态。

公共电极103通常是透明的电极层(如，ITO)，覆盖于显示装置的整个顶部。驱动电极104s可以是美国专利No.7,046,228中描述的有源矩阵电极，该专利的内容通过引用整体结合于此。应当注意，本发明的范围不限于驱动电极是有源矩阵电极。本申请的范围涵盖其他类型的电极寻址(addressing)，只要所述电极能提供所需的功能即可。

图1b还示出了9个驱动电极与显示单元100的边界对齐。但是，对于这种类型的色彩显示，该特征是可选的。下面将要给出不对齐结构的细节。

虽然图1a中示出了第一层101作为观看侧，但第二层102作为观看侧也是可行的。这示出为下面讨论的替换设计。

显示单元填充有电泳液体，该电泳液体包括分散在溶剂或溶剂混合物中的两种类型的颜料颗粒。这两种不同类型的颜料颗粒可带有相反极性的电荷。

如果其中一种颜料的迁移率显著不同于另一种颜料的迁移率，那么两种类型的颜料颗粒带有相同的电荷极性但具有不同的电泳迁移率也是可行的。颜料颗粒的迁移性可由不同的颗粒尺寸、颗粒电荷或颗粒形状而引起。包覆或化学处理颜料颗粒表面也可用来调节颜料颗粒的电泳迁移率。

图1c示出了第二层102的替换设计。在图1c中，中心电极“D”是指定电极，而非指定驱动电极“N-D”围绕指定电极D。这种替换设计的优点在于需要更少的寻址点，从而降低了电路设计的复杂性。对于这种替换设计，指定电极和非指定电极必须与显示单元的边界对齐。

图1d示出了可实现本发明的其他替换电极结构。

还应当注意，指定电极和非指定电极的数量可以不同，并且指定电极和非指定电极可以是任意形状的；但非指定电极的总面积必须大于指定电极的总面积。非指定电极的总面积优选地是指定电极的总面积的至少3倍，更优选为至少6倍，最优选为至少8倍。

在本发明的上下文中，带电的颜料颗粒迁移到指定电极的迁移可同步地(all at once)发生，也就是说，公共电极和驱动电极的电压设置成使得带电的颜料颗粒同步地迁移到指定电极处或指定电极附近。可替换地，迁移可逐步发生。如图2所示，驱动电极的电压设置成使得带电的颜料颗粒一次一步地从一个驱动电极移动到邻近的驱动电极，并最终到达指定电极。这种驱动方法可防止带电的颜料颗粒集中于一个大驱动电极的中心，即使该大驱动电极与颜料颗粒具有相同的极性。

本发明色彩显示的另一优点是，驱动电极不必与显示单元的边界对齐。如图3所示，显示单元(用虚线表示)和驱动电极(用实线表示)不对齐。在这种情况下，带电的颜料颗粒仍可被驱动以显示期望的颜色状态。为完成该动作，可采用扫描方法或类似手段来首先确定哪个驱动电极访问哪个显示单元。对于这些处于显示单元边缘的驱动电极(图3的阴影部分)，可能永远不会使用，或者可能仅用来驱动驱动电极的局部区域。但是，后一种情况下，可能会发生串音。因此，在某些情况下，优选的是单一像素中具有多个驱动电极。

以下部分将要讨论这种不对齐特征的一个替换实施方式。

显示单元可以是微型杯(microcups)、微胶囊(microcapsules)、微通道(microchannels)、其他壁型微容器(wall-typedmicro-container)或等同物。

II.彩色显示装置

图4a-4c示出了可以如何显示不同彩色状态的实例。填充于显示单元中的电泳液体中具有两种类型的颜料颗粒。这两种类型的颜料颗粒是白色的和黑色的，因为它们带有相反极性的电荷，因此它们相互独立地移动。假设白色的颜料颗粒带负电而黑色的颜料颗粒带正电。还假设这两种类型的颜料颗粒分散在绿色的溶剂中。

虽然仅示出了三个驱动电极，但假设位于第二层上的驱动电极具有如图1b所示的3×3的栅格，并且只有驱动电极404by是指定电极。公共电极403是透明的。

在图4a-1中，当负的电压电势施加在公共电极403上而正的电压电势施加在驱动电极404上时，带正电的黑色颗粒被吸引到公共电极403处，而带负电的白色颗粒被吸引到驱动电极404处。于是，在观看侧看到黑色。

图4a-2示出图4a-1的全视图。观看者从观看侧403只能看到黑色。驱动电极一侧的白色被黑色颗粒挡住，因此在观看侧看不到。

在图4b-1中，当负的电压电势施加在驱动电极404上而正的电压电势施加在公共电极403上时，于是，带正电的黑色颗粒被吸引至驱动电极404处，而带负电的白色颗粒被吸引至公共电极403处。于是，在观看侧看到白色。

图4b-2示出图4b-1的全视图。观看者从观看侧403只能看到白色。驱动电极一侧的黑色被白色颗粒挡住，因此在观看侧看不到。

图4c-1示出了负的电压电势施加在指定电极404by和正的电压电势施加在所有的非指定驱动电极(如404bx和404bz)上的情况。公共电极403保持接地(at ground)。在这种情况下，带负电的白色颗粒运动到非指定电极处或附近，而带正电的黑色颗粒位于指定的驱动电极404by处或附近。

图4c-2示出图4c-1的全视图。如图所示，黑色颗粒被吸引至指定电极404by处或附近，而白色颗粒被吸引至非指定电极处或附近。入射光透过绿色液体，到达白色颗粒，然后反射回观看者。与此同时，一小部分光线到达黑色颗粒并被吸收。因为白色颗粒的面积比黑色颗粒的面积占优势，于是看到绿色，并可预见到绿色状态的可接受的反射率。

在彩色显示装置的一个实施方式中，一个或多个指定电极始终位于每个显示单元的第二层上的特定区域内以聚集黑色颗粒。在这种情况下，(由黑色颗粒引起的)光损失区域的尺寸和位置于是被确定，这改善了色彩状态的均匀性。第二层的用于指定电极的区域可以是第二层的中心区域。

图5a-5c是第II部分所描述的显示装置的替换设计。

此设计中的显示单元500仍然介于第一层501和第二层502之间。第一层包括公共电极503。第二层包括多个驱动电极。如所示，从驱动电极侧(即，第二层)而不是从公共电极侧(即，第一层)看到该彩色显示装置。

驱动电极是透明的。虽然仅示出了三个驱动电极，但可假设第二层上的驱动电极具有3×3的栅格，且驱动电极504by是指定电极。

一个显示单元内的多个驱动电极使得颗粒迁移至一个或多个指定电极，或者均匀地分布在所有的驱动电极上。

填充于显示单元的电泳液体中具有两种类型的颜料颗粒。这两种类型的颜料颗粒是白色的和黑色的，并且因为它们带有相反极性的电荷，因此它们相互独立地移动。假设白色的颜料颗粒带负电而黑色的颜料颗粒带正电。还假设这两种类型的颜料颗粒分散在绿色的溶剂中。

在图5a-1中，当负的电压电势施加在公共电极503上而正的电压电势施加在驱动电极504上时，带负电的白色颗粒被吸引到驱动电极504处，而带正电的黑色颗粒被吸引到公共电极503处。于是，在观看侧看到白色。

图5a-2示出图5a-1的全视图。观看者从观看侧504只能看到白色。公共电极一侧处的黑色被白色颗粒挡住，因此在观看侧看不到。

在图5b-1中，当负的电压电势施加在驱动电极504上而正的电压电势施加在公共电极503上时，带正电的黑色颗粒被吸引至驱动电极504处，而带负电的白色颗粒被吸引至公共电极503处。于是，在观看侧看到黑色。

图5b-2示出图5b-1的全视图。观看者从观看侧504只能看到黑色。驱动电极一侧处的白色被黑色颗粒挡住，因此在观看侧看不到。

图5c-1示出了负的电压电势施加在指定电极504by和正的电压电势施加在公共电极503上的情况。非指定电极保持接地。在这种情况下，带负电的白色颗粒运动到公共电极503处或附近，而带正电的黑色颜料颗粒运动到指定电极504by处或附近。因此，从观看侧看到绿色。

图5c-2示出图5c-1的全视图。透过清澈的绿色液体看到公共电极一侧的白色，于是在观看侧看到绿色。从观看侧，绿色的面积比黑色颗粒的面积(在指定的驱动电极504by处)占优势。

III.可替换设计

图6a-6c示出了替换设计。填充于显示单元中的电泳液体中具有两种类型的颜料颗粒。同样假设，这两种类型的颜料颗粒分散在清澈且无色的溶剂中，并且显示单元具有绿色的背景层605。该背景层可位于第二层602之上或之下，或者第二层可用作背景层。

这两种类型的颜料颗粒是白色的和黑色的，并且因为它们带有相反极性的电荷，因此它们相互独立地移动。假设，白色的颜料颗粒带负电而黑色颜料颗粒带正电。

还假设，第二层上的驱动电极具有如图1b所示的3×3的栅格。在9个驱动电极中，有两个是指定电极604by和604cz，而其余的驱动电极都是非指定电极。公共电极603是透明的。

在该设计中，需要阻挡层606来挡住指定电极让观看者看不到。阻挡层可以是黑色矩阵层或含有微结构或微反射器的亮度增强结构，下面将讨论细节。

在图6a-1中，当负的电压电势施加在公共电极603上而正的电压电势施加在驱动电极604上时，带正电的黑色颗粒被吸引到公共电极603处，而带负电的白色颗粒被吸引到驱动电极604处。于是，在观看侧看到黑色。

图6a-2示出图6a-1的全视图。驱动电极一侧的白色被黑色颗粒和阻挡层挡住，因此从观看侧看不到。

在图6b-1中，当负的电压电势施加在驱动电极604上而正的电压电势施加在公共电极603上时，于是带正电的黑色颗粒被吸引至驱动电极604处，而带负电的白色颗粒被吸引至公共电极603处。于是，在观看侧看到白色。

图6b-2示出图6b-1的全视图。驱动电极一侧的黑色被白色颗粒和阻挡层挡住，因此从观看侧看不到。

在图6c-1中，正的电压电势施加在指定电极604by上，负的电压电势施加在指定电极604cz上，其余的驱动电极和公共电极保持接地。在这种情况下，带正电的黑色颗粒被吸引至指定电极604cz处，而带负电的白色颗粒被吸引至指定电极604by处。

由于存在阻挡层606，所以观看者看不到聚集在指定电极处或附近的黑色和白色颗粒。相反，观看者看到的是背景层的绿色。还有可能只挡住白色颗粒，在这种情况下，阻挡层606只呈现于指定电极604by。

图6c-2示出图6c-1的全视图。透过清澈且无色的液体看到绿色的背景色，而白色和黑色颗粒被阻挡层挡住从观看侧看不到。

在此设计的一个实施方式中，指定电极始终位于每个显示单元的第二层上的特定区域中，以聚集黑色和白色颗粒。在这种情况下，黑色和白色颗粒聚集的尺寸和位置被确定，这改善了色彩状态的均匀性。

在此替换设计中，含有多个驱动电极的第二层作为子像素。在这种情况下，背景层605必须与第二层602对齐。

但是，第二层的边界不是必须与液体区的边界对齐；但指定电极必须位于液体区的边界内。液体区边界内的指定电极中，至少一个用于白色颗粒，且至少一个用于黑色颗粒。

本申请上下文中的术语“液体区”用于指代填充有清澈且无色溶剂或溶剂混合物的区域的俯视图。图11给出的一个实例示出了，在

结构中(其中，微型杯1100填充有显示液体并通过分隔壁1101与其他微型杯隔开)，“液体区”1102是微型杯中的中间填充有显示液体的区域的顶部视图，忽略分隔壁。微型杯结构的细节披露在美国专利No.6,930,818中，其整体内容通过引用方式结合于此。

图7a-7c示出第III部分描述的显示装置的替换设计。

在这种情况下，显示单元700同样介于第一层701和第二层702之间。第一层包括公共电极703。第二层包括多个驱动电极。如所示，从驱动电极侧(即，第二层)而不是从公共电极侧(即，第一层)看到该彩色显示装置。

假设第二层上的驱动电极具有3×3的栅格，并且具有两个指定驱动电极704by和704cz。其余的驱动电极都是非指定电极。

另外，指定电极704by和704cz是不透明的。例如，它们可以不透明。其余的驱动电极是透明的。替换地，指定电极704by和704cz可以是透明的，在这种情况下需要阻挡层。

显示单元内的多个驱动电极使得颗粒迁移至一个或多个指定电极，或者均匀地分布在所有的驱动电极上。

填充于显示单元中的电泳液体中具有两种类型的颜料颗粒。这两种类型的颜料颗粒分散在清澈且无色的溶剂中。该设计中的背景层705假设是绿色的。该背景层可位于第一层701之上或之下，或者第一层701可用作背景层。

这两种类型的颜料颗粒是白色的和黑色的，并且因为它们带有相反极性的电荷，因此它们相互独立地移动。假设白色的颜料颗粒带负电，而黑色的颜料颗粒带正电。

在图7a-1中，当负的电压电势施加在公共电极703上而正的电压电势施加在驱动电极704上时，带负电的白色颗粒被吸引到驱动电极704处，而带正电的黑色颗粒被吸引到公共电极703处。于是，在观看侧看到白色。

图7a-2示出图7a-1的全视图。驱动电极一侧的黑色被白色颗粒和非透明驱动电极挡住。

在图7b-1中，当负的电压电势施加在驱动电极704上而正的电压电势施加在公共电极703上时，带正电的黑色颗粒被吸引至驱动电极704处，而带负电的白色颗粒被吸引至公共电极703处。于是，在观看侧看到黑色。

图7b-2示出图7b-1的全视图。公共电极一侧的白色被黑色颗粒和非透明驱动电极挡住。

图7c-1示出了如下情况：正的电压电势施加在指定电极704by上，负的电压电势施加在指定电极704cz，并且其余的驱动电极和公共电极703保持接地。在这种情况下，带负电的白色颗粒运动到指定电极704by处或附近，而带正电的黑色颜料颗粒运动到指定电极704cz处或附近。由于指定电极是非透明的，所以观看者通过非指定电极看到背景层的绿色。

在此设计中，仅使得收集白色颗粒的指定电极是非透明或不透明的也是可行的。

图7c-2示出图7c-1的全视图。通过透明的驱动电极看到绿色背景色，而白色和黑色颗粒被非透明的驱动电极挡住从观看侧看不到。

此部分描述的显示装置中的非指定电极的总面积也优选地是指定电极总面积的至少3倍，更优选为至少6倍，最优选为至少8倍。

在该进一步的替换设计中，包括多个驱动电极的第二层作为子像素。在这种情况下，背景层705必须与第二层702对齐。

但是，第二层的边界不是必须与填充有清澈且无色溶剂或溶剂混合物的液体区的边界对齐；但指定电极必须位于液体区的边界内。液体区边界内的指定电极中，至少一个用于白色颗粒，且至少一个用于黑色颗粒。

在本发明中，每个像素可包含三个显示单元，每个显示单元含有分别分散在红色、绿色或蓝色溶剂中的黑色和白色颗粒。通过将所有三个显示单元变成白色状态获得白色像素。通过将所有三个现实单元变成黑色状态获得黑色像素。通过将填充有红色液体的显示单元变成红色并将其余两个显示单元都变成黑色(都变成白色，或者一个是黑色一个是白色)而获得红色像素。可以类似地获得绿色或蓝色像素。

V.黑色矩阵层

上述阻挡层可以是黑色矩阵层。当存在时，该黑色矩阵层位于显示装置的观看侧上。黑色矩阵层的位置与指定电极的位置相对应，因此从观看侧看不到聚集在指定电极处或附近的带电的颜色颗粒。

可通过如印刷、压印(stamping))、照相平版印刷(photolithography)、气相沉积(vapor deposition)或利用遮光板溅射的方法而施加黑色矩阵层。黑色矩阵的光密度可高于0.5，优选高于1。根据黑色矩阵层的材料和用于处理黑色矩阵的工艺，黑色矩阵的厚度可在0.005μm到50μm之间变化，优选从0.01μm到20μm。

在一个实施方式中，薄的黑色覆层或油墨可通过胶印橡皮辊筒(offset rubber roller)或压印而被转印到将出现黑色矩阵层的表面。

在另一实施方式中，黑色光敏覆层(photosensitive blackcoating)可涂覆到将出现黑色矩阵层的表面并通过光掩模曝光。黑色光敏覆层可以是正作用(positively-working)或负作用(negatively-working)抗蚀剂(resist)。当使用正作用抗蚀剂时，光掩模具有与不打算被黑色矩阵层覆盖的区域对应的开口。在这种情况下，不打算被黑色矩阵层覆盖(曝光)的区域中的黑色光敏覆层在曝光后通过显影剂去除。如果使用负作用抗蚀剂，光掩模应该具有与打算被黑色矩阵层覆盖的区域对应的开口。在这种情况下，不打算被黑色矩阵层覆盖(不曝光)的区域中的黑色光敏覆层在曝光后通过显影剂被去除。应该认真选择用来施加黑色覆层的溶剂和用于去除覆层的显影剂，以使得它们不会侵害显示层和其他结构元件。

在进一步的实施方式中，可以采用照相平版印刷法。例如，整个顶部表面区域首先被黑色层覆盖，随后是涂覆光刻胶层，在存在光掩模时曝光该光刻胶层，以去除光刻胶部分及接下来相应的黑色层，最后去除其余的光刻胶层，黑色层只留在期望的位置。

替换地，可将无色光敏吸墨(ink-receptive)层施加在将出现黑色矩阵层的表面上，随后通过光掩模来曝光。如果使用正作用光敏潜在(latent)吸墨层，则光掩模应当具有与打算被黑色矩阵层覆盖的区域对应的开口。在这种情况下，曝光后，曝光区变为可吸墨的或粘性的，并且在黑色墨水或墨粉施加在曝光区之后，可在曝光区上形成黑色矩阵。替换地，可使用负作用光敏吸墨层。在这种情况下，光掩模应当具有与不打算被黑色矩阵层覆盖的区域对应的开口，并在曝光之后，使曝光区(不打算被黑色矩阵层覆盖的区域)硬化，同时在黑色墨水或墨粉施加在未曝光区之后，可在未曝光区(打算被黑色矩阵层覆盖的区域)上形成黑色矩阵层。可通过加热或整片曝光(flood exposure)黑色矩阵进行后硫化处理(cured)，提高膜的整体性和物理机械特性。

在另一实施方式中，可通过印刷(如丝网印刷或胶版印刷，尤其是无水胶版印刷)施加黑色矩阵。

黑色矩阵层与指定电极对齐，使得指定电极相对于观看者是被隐藏起来的。为获得“隐藏”效果，黑色矩阵层的宽度必须至少等于指定电极的宽度。希望的是，黑色矩阵层的宽度稍大于指定电极的宽度，以防止以某种角度观看时的对比度损失。

在另一实施方式中，黑色矩阵层与指定电极不对齐。在这种情况下，黑色矩阵层的宽度显著大于指定电极的宽度，因此，入射光照不到指定电极。

VI.亮度增强结构

本发明的彩色显示装置在其观看侧上还可包括亮度增强结构，以提高显示装置所显示的图像的亮度。亮度增强结构还称为辉度增强结构。亮度的程度仅仅是由观看者感觉到的辉度现象。

亮度增强结构可提高显示装置所显示的图像的亮度，需要时还可用作阻挡层。用作阻挡层时，亮度增强结构的微型结构或微型反射器可对应于指定电极而定位，因此，从观看侧看不到聚集在指定电极处或附近的带电的颜料颗粒。

图8是显示装置800的观看侧上的亮度增强结构809的横截面视图。

显示装置包括填充有显示液体802的显示单元801的阵列。每个显示单元被分隔壁803包围。显示单元列位于两个电极层804和805之间。电极层通常形成在衬底层806上，如聚对苯二甲酸乙二醇酯PET。衬底层还可以是玻璃层。

亮度增强结构809包括微型结构807或微型反射器808。微型反射器是微型结构，其表面807涂覆有金属层。在本发明的上下文中，术语“亮度增强结构”涵盖包括微型结构(未涂覆)的亮度增强或包括微型反射器(涂覆)的亮度增强。

微型结构或微型反射器具有所示的三角形横截面。在一种类型的亮度增强结构中，微型结构或微型反射器是一维凹槽的形式。图9a示出这种包括一维图案的微型结构或微型反射器903的亮度增强结构的三维视图。图9b是一种替换设计，其中微型结构或微型反射器903是一种考虑周到的结构，其可与位于亮度增强结构之下的显示单元对齐。

微型结构或微型反射器内的空间通常填充有空气。还有可能该空间是真空状态的。替换地，微型结构或微型反射器内的空间可填充有低反射系数材料，其低于形成亮度增强结构的材料的反射系数。但是，如果微型结构的表面涂覆有金属层(即，微型反射器)，那么该空间可以填充有任何反射系数的材料。

微型结构或微型反射器的顶角A优选在约5°到约50°的范围内，更优选在约15°到约30°的范围内。

亮度增强结构可以由多种不同方法制造。亮度增强结构的细节在美国专利申请NO.12/323,300、12/323/315、12/370,485和12/397,917中公开，这些申请的整体内容通过引用方式结合于此。

在一个实施方式中，亮度增强结构可单独制造，然后层压在显示装置的观看侧上。例如，亮度增强结构可通过如图10a所示的压印(embossing，模压加工)而被制造。压印工艺在比涂覆于衬底层1001上的可压印组合物1000的玻璃转化温度高的温度下进行。压印通常由凸模完成，凸模可以是辊、板或带的形式。可压印组合物可包括热塑性塑料、热固塑料或其前体(precursor)。更具体地说，可压印组合物可包括多功能丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、多功能乙烯基醚(vinylether)、多功能环氧化物或其低聚物或共聚物。这类材料的玻璃转化温度(或Tg)通常在约-70℃到约150℃的范围内，优选在约-20℃到约50℃。压印工艺通常在高于Tg的温度下进行。被加热的凸模或模具所抵压的被加热的外壳衬底可用来控制压印温度和压力。凸模通常由金属(如镍)制造。

如图10a所示，模具形成棱柱状的亮度增强微型结构1003，并在可压印组合物硬化过程中或之后松开模具。可压印组合物的硬化可通过冷却、溶剂蒸发、利用辐射、加热或加湿的交联完成。在本发明的上下文中，空腔1003被称为微型结构。

用于形成亮度增强结构的材料的折射系数优选大于约1.4，更优选介于约1.5到约1.7之间。

亮度增强结构可以这样使用，也可进一步涂覆有金属层。

如图10b所示，然后在微型结构1003的表面1006上沉积金属层1007。用于此步骤的适宜金属可包括但不限于：铝、铜、锌、锡钼、镍、铬、银、金、铁、铟、铊、钛、钽、钨、铑、钯、铂和钴。铝通常是优选的。金属材料必须有反射性，并且可利用各种技术，如溅射、蒸镀、转印辊涂布(roll transfer coating)、化学镀等，沉积在微型结构的表面1006上。

为有助于只在预定表面(即，微型结构的表面1006)上形成金属层，可在金属沉积前，在不沉积金属层的表面上涂覆可剥离掩蔽层。如图10c所示，在微型结构的开口之间的表面1005上涂覆可剥离掩蔽层1004。在微型结构1003的表面1006上不涂覆可剥离掩蔽层。

可通过印刷技术(如胶版印刷、平版干胶印、电子照相印刷、石版画印刷、凹版印刷、热敏式印刷、喷墨印刷或丝网印刷)完成可剥离掩蔽层的涂覆。涂覆还可通过涉及释放层的使用的转印涂覆技术完成。可剥离掩蔽层的厚度优选在约0.01微米到约20微米的范围内，更优选在约1到约10微米。

为便于剥离，该层优选由水溶性或水分散性材料制成。也可以使用有机材料。例如，可剥离掩蔽层可由再分散性颗粒材料制成。再分散性颗粒材料的优点是，不使用可溶性增强剂就可容易地去除涂覆层。术语“再分散性颗粒”源自观察到材料中颗粒的大量出现不会降低干燥覆层的剥离能力，相反，颗粒的出现实际上增强了覆层的剥离速度。

再分散性颗粒包括通过阴离子、阳离子或非离子功能被表面处理成亲水性的颗粒。颗粒的尺寸是微米级的，优选在约0.1μm到约15μm范围内，更优选在约0.3μm到约8μm范围内。已经发现这些尺寸范围的颗粒能在厚度＜15μm的覆层上形成适当的表面粗糙度。再分散性颗粒可具有范围在约50到约500m²/g范围内的表面面积，优选在约200到约400m²/g的范围内。再分散性颗粒的内部也可变成具有范围在约0.3到约3.0ml/g，优选范围在约0.7到约2.0ml/g的气孔体积。

商业上可用的再分散性颗粒可包括但不限于：微型硅颗粒，如来自美国马里兰州哥伦比亚Grace Davison的Sylojet系列或Syloid系列的颗粒。

无孔纳米尺寸的水再分散性胶体硅颗粒，如LUDOX AM，可与微米尺寸的颗粒一起使用，增加覆层的表面硬度和剥离速度两者。

通过表面处理具有充分亲水性的其他有机和无机颗粒也是适用的。可通过无机或有机表面改性完成表面改性。表面处理可省去(dispensability)水中的颗粒并提供覆层中的再润湿能力。

在图10d中，金属层1007示出为沉积在整个表面上，包括微型结构的表面1006和微型结构之间的表面1005。适当的金属材料是以上所描述的材料。金属材料必须有反射性，并可通过之前描述的各种技术沉积。

图10e示出了去除了其上涂覆有金属层1007的可剥离掩蔽层1004之后的结构。该步骤可利用亲水或疏水溶剂操作，如水、MEK、丙酮、乙醇或异丙醇等，取决于可剥离掩蔽层所使用的材料。可剥离掩蔽层还可通过机械方式(如刮刷、利用喷嘴或利用粘附层剥离的方式)去除。在去除可剥离掩蔽层1004的同时，沉积在可剥离掩蔽层上的金属层1007也同样被去除的，仅在微型结构的表面1006上留下金属层1007。

图10f和10g示出用于沉积金属层的替换方法。在图10f中，金属层1007首先沉积在整个表面上，包括微型结构1003的表面1006和微型结构之间的表面1005。图10g示出沉积有金属层1007的微型结构的薄膜层压有一层被涂以粘附层1016的薄膜1017。当微型结构薄膜从覆有薄膜1017的粘附层1016分层(分离)时，表面1005顶部上的金属层1007可被方便地剥离。涂覆有粘附剂的薄膜上的粘附层1016的厚度优选在约1μm到约50μm的范围内，更优选在约2μm到约10μm的范围内。

包括微型结构(未涂覆金属层)或微型反射器(涂覆有金属层)的亮度增强结构随后被层压在显示单元的层上。

在图9b的亮度增强结构中，代替将亮度增强结构层压至显示装置，显示装置可通过如美国专利申请No.12/323,300和12/323,315所公开的自对齐工艺制造。

尽管已参照本发明的具体实施方式描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以做各种改变、等同替代。另外，可以做各种变化以使得具体场合、材料、组分、工艺、工艺步骤适合本发明的目的、精神和范围。所有这些变化都在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种包括多个显示单元的显示装置，其中，每个所述显示单元：

（a）介于第一层和第二层之间，所述第一层包括公共电极，所述第二层包括多个驱动电极，所述多个驱动电极位于至少2×2的栅格中，其中，至少一个所述驱动电极是指定电极，而其余的所述驱动电极是非指定电极，其中，所述非指定电极的总面积是所述指定电极的总面积的至少三倍；

（b）填充有电泳液体，所述电泳液体包括分散在溶剂或溶剂混合物中的一组白色颗粒和一组黑色颗粒；并且

（c）通过将所述白色颗粒和所述黑色颗粒分别驱动至所述公共电极、所述指定电极和所述非指定电极，能够显示三种颜色状态。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述溶剂或溶剂混合物是有色的。

3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述白色颗粒和所述黑色颗粒带有相反的电荷极性。

4.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述溶剂或溶剂混合物是红色、绿色或蓝色的。

5.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述驱动电极与所述显示单元的边界不对齐。

6.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述驱动电极与所述显示单元的边界对齐。

7.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述白色颗粒或所述黑色颗粒被逐步驱动至所述指定电极。

8.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述第一层位于观看侧。

9.根据权利要求2所述的显示装置，其中，所述第二层位于观看侧。

10.根据权利要求2所述的显示装置，在所述显示装置的观看侧上进一步包括亮度增强结构。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其中，所述亮度增强结构包括微型结构或微型反射器，所述微型结构或微型反射器的顶角为5°到50°。

12.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述溶剂或溶剂混合物是清澈且无色的，并且所述显示装置进一步包括彩色背景层。

13.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述白色颗粒和所述黑色颗粒带有相反的电荷极性。

14.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述背景层是红色、绿色或蓝色的。

15.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述第二层的边界与微型杯中液体区的边界不对齐。

16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，至少一个用于所述白色颗粒的指定电极和至少一个用于所述黑色颗粒的指定电极在所述液体区的边界内。

17.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述第二层的边界与微型杯中液体区的边界对齐。

18.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述白色颗粒或所述黑色颗粒被逐步驱动至所述指定电极。

19.根据权利要求12所述的显示装置，在所述显示装置的观看侧上进一步包括亮度增强结构。

20.根据权利要求12所述的显示装置，在与所述指定电极相对应的位置进一步包括阻挡层。

21.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述指定电极是非透明的，且所述显示装置是从所述第二层一侧观看的。