电泳显示器的制作方法

专利名称：电泳显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及含有大量受控的颜料的电泳显示器。
多年以来，基于微粒的电泳显示器一直是研究和开发的热点。在这种类型的显示器中，受电场的影响，大量的带电微粒在悬浮液中移动。与液晶显示相比，电泳显示可提供令人满意的亮度和对比度、宽视角、状态的双稳定性以及低功耗等品质。(这里使用的术语“双稳态的”和“双稳定性”在本领域中一般指显示器包含具有第一和第二显示状态的显示元件，在第一和第二显示状态下至少有一种光学特性是不同的，这样，在任何给定元件被驱动后，通过一个有限持续时间的寻址脉冲，呈现其第一显示状态或第二显示状态，当寻址脉冲结束后，该状态将持续至少是改变显示元件的状态所需要的最小寻址脉冲持续时间的好几倍，例如至少四倍)。然而，这些显示器的长期成像质量问题阻碍了它们被广泛使用。例如，形成电泳显示的微粒趋于沉淀，导致这些显示器的使用寿命不足。
最近，许多被授权或在美国麻省理工学院(MIT)和E Ink公司名义下的、描述包囊电泳介质(encapsulated electrophoreticmedia)的专利和申请被公布。这种包囊电泳介质包括许多小胶囊，各小胶囊本身包含一个内相(internal phase)，所述内相含有悬浮在液态悬浮介质内的电泳移动微粒；这种包囊电泳介质还包含环绕内相的囊壁。通常，胶囊本身被保持在聚合物粘合剂内，以在两个电极之间形成一个粘合层。这种包囊介质在下列专利中被描述过例如美国专利Nos.5,930,026；5,961,804；6,017,584；6,067,185；6,118,426；6,120,588；6,120,839；6,124,851；6,130,773；6,130,774；6,172,798；6,177,921；6,232,950；6,249,721；6,252,564；6,262,706；6,262,833；6,300,932；6,312,304；6,312,971；6,323,989；6,327,072；6,376,828；6,377,387；6,392,785；6,392,786；6,413,790；6,422,687；6,445,374；6,445,489；6,459,418；6,473,072；6,480,182；6,498,114；6,504,524；6,506,438；6,512,354；6,515,649；6,518,949；6,521,489；6,531,997；6,535,197；6,538,801；6,545,291；6,580,545；6,639,578；6，652,075；6,657,772；6,664,944；6,680,725；6,683,333；6,704,133；6,710,540；6,721,083；6,724,519；和6,727,881；以及美国专利申请公布Nos.2002/0019081；2002/0021270；2002/0060321；2002/0063661；2002/0090980；2002/0113770；2002/0130832；2002/0131147；2002/0171910；2002/0180687；2002/0180688；2002/0185378；2003/0011560；2003/0011868；2003/0020844；2003/0025855；2003/0038755；2003/0053189；2003/0102858；2003/0132908；2003/0137521；2003/0137717；2003/0151702；2003/0214695；2003/0214697；2003/0222315；2004/0008398；2004/0012839；2004/0014265；和2004/0027327；以及国际申请公布Nos.WO99/67678；WO 00/05704；WO 00/26761；WO 00/36560；WO 00/38000；WO 00/38001；WO 00/67110；WO 00/67327；WO 01/07961；WO 01/08241；WO 03/107315；WO 04/017135；WO 04/023195；和WO 04/023202。
许多前面提到的专利和申请认为在包囊电泳介质中，环绕离散的微胶囊的壁可以被连续相所替代，从而产生一个所谓的“聚合物分散电泳显示器”，其中的电泳介质包含一个大量离散的电泳液的微滴和聚合材料的连续相；并且这些专利和申请认为可将这种聚合物分散电泳显示中离散的电泳液的微滴看作是胶囊或微胶囊，虽然没有离散的囊膜与各独立的微滴相关联；可参见比如前述的2002/0131147。因此，就本申请而言，这种聚合物分散电泳介质被认为是包囊电泳介质的亚种。
包囊电泳显示器通常不会遭受传统电泳装置的凝聚与沉淀故障并且还提供了更多的益处，例如能够在各种各样柔性和刚性的衬底上印刷或涂敷显示面。(所使用的单词“印刷”将包括所有形式的印刷和涂敷，包括但不限于预计量涂敷，如补片涂敷、缝隙或挤压涂敷、滑动或叠层涂敷、幕涂；辊涂，如刮刀辊涂、向前和向后辊涂；照相凹版式涂敷；浸渍涂敷；喷涂；弯液面涂敷；旋转涂敷；刷涂；气刀涂敷；丝网印刷过程；静电印刷过程；热敏印刷过程；喷墨印刷过程；以及其它类似的技术。)因此，由此生成的显示面可具有柔性。另外，因为显示媒介可以被打印(使用各种方法)，因此显示器本身的制造成本可以很低廉。
一种相关类型的电泳显示是所谓的“微胞电泳显示”，有时也被称为“微杯电泳显示”。在微胞电泳显示器中，带电微粒和悬浮液未被封装进胶囊内，而是被保持在多个空腔内，而这些空腔是在载体介质(通常为聚合薄膜)内形成的。参见如国际申请公布WO02/01281和美国专利申请公布2002/0075556，均已转让给了SipixImaging有限公司。
在下文中，用术语“微腔电泳显示”涵盖包囊电泳显示和微胞电泳显示。
公知的微腔电泳显示可分成两种主要类型，在下文中，为方便起见，可分别将这两种主要类型称为“单微粒”和“双微粒”。单微粒介质只有悬浮在彩色介质中的单一类型的电泳微粒，这种彩色介质的至少一种光学特性是与微粒不同的。(在提到单一类型微粒时，并不意味着这种类型的所有微粒都是绝对相同的。例如，假如这种类型的所有微粒具有完全相同的光学特性和极性相同的电荷，但在不影响介质效用的条件下，可容许如微粒尺寸和电泳移动性这样的参数中相当大的变化)。光学特性通常指人类眼睛可看见的颜色，但是，在表示非可见波长下吸收或反射差异的更宽泛的意义上，可另选或增加的光学特性可以是反射率、后向反射率、发光、荧光、磷光或颜色等中的任何一个或多个。将这种介质放置在一对电极之间，这两个电极中至少有一个是透明的，依赖于这两个电极的相对电位，该介质可显示这些微粒的光学特征(此时微粒接近距离观测者较近的电极，在下文中该电极被称作“前”电极)或者显示悬浮介质的光学特征(此时微粒接近距离观测者较远的电极(下文称作“后”电极)，使微粒被彩色悬浮介质掩藏)。
双微粒具有两种不同类型的微粒，这两种不同类型微粒中的至少一种光学特性与悬浮液不同，所述的悬浮液可以为有色或无色，但通常是无色的。这两种类型微粒的电泳移动性是不同的；这种移动性差异可表现为极性差异(在下文中这种类型被称为“异性电荷双微粒”介质)和/或量级差异。当这种双微粒介质被放置在前述的电极对之间时，依赖于这两个电极的相对电位，介质可显示任一组微粒的光学特性，虽然使其实现的恰当方式并不相同，这取决于其移动性差异是在极性上还是在量级上。为了易于说明，考虑一种电泳介质，其中一种类型的微粒是黑色的而另一种类型的微粒是白色的。如果这两种类型的微粒存在极性差异(例如黑色微粒带正电荷而白色微粒带负电荷)，则微粒将被吸附到两个不同的电极上，这样，如果例如相对于后电极，前电极为负，则黑色微粒将被吸附到前电极上而白色微粒将被吸附到后电极上，因此在观察者看来介质将显现黑色。相反，如果相对于后电极，前电极为正，则白色微粒将被吸附到前电极上而黑色微粒将被吸附到后电极上，因此在观察者看来介质将显现白色。
如果这两种类型微粒带有相同极性的电荷但存在电泳移动性差异(在下文中这种类型介质被称为“同性电荷双微粒”介质)，则两种类型微粒将被吸附到同一电极上，但是一种类型将先于另一种类型到达电极，这样，依赖于微粒被吸附到哪个电极，面向观察者的类型是不同的。例如，与前面所说明的不同，黑色和白色微粒均带正电荷，但是黑色微粒具有较高的电泳移动性。如果相对于后电极，现在前电极为负，则黑色和白色微粒都将被吸附到前电极上，但是黑色微粒由于其较高的移动性将首先到达前电极，这样黑色微粒层将包敷前电极，在观察者看来介质将显现为黑色。相反，如果相对于后电极，前电极为正，则黑色和白色微粒将被吸附到后电极上，但是黑色微粒由于其较高的移动性将首先到达后电极，这样黑色微粒层将包敷后电极而白色微粒层远离后电极并面向观察者，结果是在观察者看来介质将显现为白色。值得注意的是，这种类型的双微粒介质要求悬浮液要足够透明，以使得白色微粒层远离后电极而易于被观察者看到。通常，这种显示中的悬浮液完全无色，但是可组合进某些颜色来矫正透过悬浮液看到的白色颗粒中的任何不合乎要求的色彩。
前述的E Ink和MIT专利和申请中的某一些描述了在单个胶囊中有不止两种类型电泳微粒的电泳介质。目前，这种多微粒介质被视为双微粒介质的子类。
单微粒和双微粒电泳显示器都能显示具有介于已描述过的两个极端光学状态的光学特性的中间灰色状态。
微腔电泳显示器可包含任意适当形状的微腔；例如，某些前述的E Ink和MIT专利和申请(尤其见美国专利申请6,067,185和6,392,785)描述了包囊电泳显示，在包囊电泳显示中，最初为球形的胶囊被拉平，使得胶囊基本上为扁椭球形状。当大量这种扁椭球形胶囊被沉淀到衬底上时，囊壁可彼此接触，直至胶囊接近填密状态，在该状态下，相邻的囊壁彼此靠着被拉平，因此胶囊完全呈现为多棱柱体形式。理论上，在胶囊填密层中，单个胶囊将呈现为六角棱柱体形式，并且实际上，某些包囊电泳介质的显微照片表现为非常接近这种状态。然而，更典型的是，单个胶囊完全呈现为不规则的多棱柱体形式。在聚合物分散的包囊电泳介质中，当然不存在独立的胶囊，但是内相的微滴可呈现与已经讨论过的胶囊相类似的形式。
所以，微腔电泳显示器中的微腔可以是不规则的。下面的讨论将考虑片状薄膜形式的微腔，所述的微腔基本具有带X和Y轴的平面尺寸以及更小的、与该平面相垂直的、被表示为Z轴的尺寸。沿Z轴的微腔平均内部高度将表示为微腔的“内相高度”或“IP高度”。与微腔的XY平面平行并且不包括胶囊或空腔壁的平均面积(沿Z轴方向平均)将被表示为“IP面积”，而包括胶囊或空腔壁的对应的平均面积将被表示为“胶囊面积”。与任意高度上微腔的XY平面平行且不包括胶囊或空腔壁的最大直径将被表示为“IP直径”，而包括了胶囊或空腔壁的相应平均直径将表示为“胶囊直径”。
众所周知，优化电泳和其它电光显示的光学性能的理想方式是使显示区域的活性部分(也就是，当电场被施加于电光介质时能够改变光学状态的显示区域部分)最大化。当被施加电场时，显示的非活性区域(例如常常在液晶显示器中用到的黑底以及微腔电泳显示中被囊壁或微腔壁占据的区域)并不改变光学状态，从而减少了显示的极端光学状态之间的对比度。然而，在已公布的文献中较少考虑有关影响电泳显示光学性能的其它参数，尤其是较少考虑电泳介质中所需要的颜料量。这可能部分缘于下列事实文献中所讨论的大多数电泳显示器是单微粒电泳显示器，在这种显示器中，电泳介质厚度的限制因素通常是悬浮液中染料的光学密度而不是呈现的颜料量。双微粒电泳显示的情形不是这样的，且使用比在大多数现有技术电泳显示中所用光学密度还高的染料的单微粒显示的情形也不是这样。
目前已发现电泳显示的光学性能实质上受到电泳介质中呈现的颜料量的变化、介质的IP高度和内相的颜料装填(即包含颜料的内相体积的比例)的影响，并且本发明涉及电泳介质和显示器，其中，这些不同参数间的关系被控制，以改善(最好是优化)介质和显示器的光学性能。
因此，本发明提供了一种电泳介质，所述电泳介质具有限定至少一个包含一个内相的微腔的壁，该内相包含多个至少一种类型的悬浮在悬浮液中的、且一旦电泳介质被加上电场就能在悬浮液中移动的电泳微粒，至少一个微腔的平均高度与电泳微粒的饱和微粒厚度除以内相中电泳微粒的体积比率(volume fraction)的所得值相差不超过5微米。
这里使用的微腔内电泳微粒的“饱和微粒厚度”这个术语表示利用包含了刚好足够的电泳颗粒的内相在微腔的IP面积上形成的微粒层的厚度，如果在时间T内将特定电场施加于介质足以使电泳介质在其极端光学状态之间切换，则在0.95T至1.05T的范围内该施加特定电场的时间变化将不会使电泳介质的任一极端状态的光学特性变化超过2个L*单位，其中L*具有通常的CIE定义。该饱和微粒厚度计算时不考虑填密因素；换句话说，假设电泳微粒在IP面积上构成一个无空隙的完全密实的层，饱和微粒厚度是在该区域上构成的层的假定厚度。例如，如果电泳介质的IP高度为50微米并且容纳了10％的电泳微粒体积，则其饱和微粒厚度为5微米。正如对熟悉多微粒层填密的人显而易见的，该厚度不和所有微粒被驱使至微腔的一端表面时所构成的微粒层的实际厚度相对应，因为该颗粒层将不可避免地包含相当量的空隙的容积部分。为了简化起见，假定电泳介质包括直径基本相同的球形微粒，这些球形微粒构成了一个密实层。因为密实均匀的球体的填密率近似为0.64，所以在微腔一端表面构成的层的实际厚度大约为5/0.64或7.8微米。
在本发明的优选形式中，在0.9T至1.1T的范围内，该特定电场施加的时间变化将不会使电泳介质的任一极端状态下的光学特性变化超过2个L*单位，并且在本发明特别优选的形式中，在0.8T至1.2T的范围内，该特定电场施加的时间变化将不会使电泳介质的任一极端状态下的光学特性变化超过2个L*单位。
饱和微粒厚度通常介于约1微米至约5微米之间，并且最好是介于约1.5微米至约2.5微米之间。内相中电泳微粒的体积比率(即电泳微粒所占据的内相的体积比率)通常介于3％至40％之间，且最好是介于6％至18％之间。
本发明的电泳介质可以是上述类型中的任意一种。所以，电泳介质可以是在有色悬浮液中包含单一类型电泳微粒的单微粒介质。或者，电泳介质可以是包含了第一类型电泳微粒和第二类型电泳微粒的双微粒介质，其中第一类型电泳微粒具有第一光学特性和第一电泳移动性，第二类型电泳微粒具有与第一光学特性不同的第二光学特性和与第一电泳移动性不同的第二电泳移动性。在这种双微粒介质中，悬浮液可以是无色的。电泳介质可属于微胞类型，其中的电泳微粒和悬浮液被保持在多个形成于载体介质中的空腔内。或者，电泳介质也可以是包囊电泳介质，其中的电泳微粒和悬浮液被保持在多个胶囊内。
本发明尤其适用的一类显示是所谓的“百叶窗式”微腔显示。百叶窗式微腔显示是这样一种微腔显示具有“不透明”光学状态，在该状态下显示器(或其中任何已知像素)显示颜色或电泳微粒的其它光学特征；具有第二光学状态，在该状态下电泳介质或其中的像素是可透光的。这种百叶窗式显示可以是单微粒或双微粒类型，并且可具有不止两种特定的光学状态；例如，使用黑色和白色电泳微粒的双微粒百叶窗式显示可具有黑色不透明状态、白色不透明状态和透光状态。通常通过将电泳微粒限制在每个微腔的横截面积的较小部分上可产生百叶窗式显示的透光状态，这样光束可以自由穿过该横截面积的较大部分。将电泳微粒限制在横截面积的较小部分可用下列方式实现通过使用定型的微腔(参见，如前述的美国专利Nos.6,130,774和6,172,798)；通过将电极置于相对于微腔的特定位置(参见，如前述的2002/0180688和日本已公布专利申请Nos.2002-174828和2001-356374)；或通过电泳微粒的电泳驱动(参见，如2003年10月16日提交的同时待审的申请No.10/687,166)。
虽然百叶窗式显示的第二光学状态在上文被认为是“透光的”，但是百叶窗式显示器可包括有色或无色反射器，所述的有色或无色反射器邻近微腔介质并位于通常在观察者看来是与微腔介质相对置的一侧(为方便起见，这个对置表面在下文中称为微腔介质的“后表面”)，这样(正如前述的同时待审的申请Nos.10/687,166所描述的)显示的透光光学状态实际上显示了反射器的颜色(如果有的话)。特别是，通过下列方式可构成有利的彩色微腔显示形式设置一个带有多个像素电极的底板，在底板上构成滤色器或反射器，接着在滤色器或反射器上形成一层百叶窗式微腔介质。可通过光刻技术形成微胞介质在滤色器上形成一层光刻胶，并以传统方式进行曝光和显影，以此形成分隔离多个微胞的胞壁。另外，可在滤色器和其中的通过机械方式构成的微腔上提供一个层(通常为聚合物层)，或者在滤色器上提供含有微腔的预成型层。在任一情形下，可用电泳混合物(电泳微粒加悬浮液)填充并封闭所形成的微腔。
不论制造的精确方法和所用电泳介质的确切类型如何，这种类型的彩色百叶窗式显示器具有下列优势因为在形成和贴附滤色器时像素电极容易被看到，所以可简化相对于像素电极设置滤色器的操作，更重要的是，将滤色器设置在像素电极附近可避免在与底板完全隔离的滤色器离轴时由于视差而产生的可见赝像(artifact)。
这种百叶窗式微腔显示的一个课题是确保令人满意的对比度(contrast ratio)，因为即使是在这种百叶窗式显示的透光光学状态下，电泳微粒占据的各微腔的较小部分仍然显示这些微粒的颜色(或者，在双微粒显示的情形下显示的是相关颜色的混合)，并且该电泳微粒颜色的连续显示降低了对比度。本发明可控制微腔显示中所需电泳微粒的数量，因而使得在这种显示的透光状态下电泳微粒所占据的各微腔的面积为最小并使对比度达到最大，同时仍提供足够的电泳微粒以确保在显示器的第一光学状态下的良好光学特性。
用于本发明电泳介质的优选白色电泳微粒包括二氧化钛(TiO2)。如果电泳介质为双微粒类型，则电泳介质还可能包括由碳黑或亚铬酸铜构成的黑色微粒，由碳黑或亚铬酸铜构成的黑色微粒具有的电泳移动性不同于二氧化钛微粒的电泳移动性。
本发明的有用实施例中的IP高度介于约10至约30微米之间，电泳微粒的体积比率介于约3％至约15％之间。优选实施例中IP高度介于约12至约25微米之间，电泳微粒的体积比率介于约5％至约12％之间。内相的粘度通常小于约5mPa·sec且通常大于1mpa·sec。
本发明涉及一种电泳显示器，所述电泳显示器包含本发明的电泳介质和至少一个被设在电泳介质附近用来向该处施加电场的电极。通常，这种电泳显示器设有一个后电极结构，该结构带有多个用来向电泳介质施加电场的电极。
另一方面，本发明提供一种用于电泳显示的电泳悬浮液，所述电泳悬浮液包含超过5％重量的白色微粒且该悬浮液的粘度介于约2至约7mPa.s之间。
正如已经描述过的，本发明的这种电泳悬浮液可包括本发明电泳介质的优选特征中的任何一种。
如已指出，已发现在微腔电泳显示中，存在一个优选IP高度，该优选IP高度与两个关键变量相关，一个变量是电泳微粒的饱和微粒厚度(即获得适当的光学状态所需的各颜料的最小厚度)，另一变量是显示器的内相中该颜料的体积比率。
初看起来，在电泳显示中获得“适当的光学状态”似乎唯一地与用于任意给定应用的颜料的所要求光学特性有关系。然而，已发现如果电泳介质未包含足够的颜料，则介质的光学特性也可能会受到不利的影响；例如，如果电泳介质包含的白色颜料不足，则该介质在白色状态下的反射率可能低于含有更多白色颜料的类似介质在同一状态下的反射率。
由于各种技术原因，通常最好在与良好的光学特性相协调的条件下，将电泳介质保持得尽可能薄。由于电泳微粒的移动速率是由电场强度确定的，并且由于(所有其它因素是均等的)电泳显示中的电场强度与施加在电极之间的电压除以电极之间的距离所得结果成正比，所以为了使工作电压保持得尽可能低，通常最好是使这个距离保持最小值(也就是使电泳介质保持得尽可能薄)，一般低工作电压可降低显示器的能耗(尤其是在手提式、电池驱动装置的情形下)并使驱动显示器所需的成本及电子电路的复杂度达到最小，这是合乎需要的。此外，电泳介质保持得尽可能薄可减小显示器在其极端光学状态之间切换期间电泳微粒需移动的距离，从而在恒定电场作用下增加了显示切换速度。同样地，在某些应用中，电泳显示器因为其灵活性而显得引人注目，并且很容易制造具有薄电泳介质的柔性显示器。因此，不难看出，电泳显示应当具备最小的IP高度和较高的内相中颜料的体积比率，以提供足够的颜料，从而确保该颜料可见时的优选光学状态。
然而，还存在一些相互抵消的因素。增加颜料的装填通常会导致较高的内相粘度，并且这种较高的粘度减小了电泳微粒的速度并且减缓了给定的电场作用下的显示切换速度。
所以，利用颜料、悬浮液、工作电压和期望的切换时间的任意特定组合而获得电泳介质的优选结构是一个复杂的课题。施加的电压和电泳介质的光学状态之间复杂的关系使得这种情况变得更为复杂。正如在前述的2003/0137521和前述的E Ink和MIT的其它一些专利和申请中所讨论的，电泳介质不再仅仅用作简单的电压切换器(如在液晶中所作的)而且在一级近似范围内充当了脉冲切换器，这样像素的最终状态不仅依赖于所施加的电场还依赖于施加电场之前像素的状态。当期望在显示器上生成被认为应当均匀的颜色区域时，这类行为可导致严重的复杂性。比如，设想一个准备用于在白色背景下读取黑色文字(可带或不带插图)的黑白显示器。当这种显示被重写时(即当新的一页被显示时)，除非电泳介质的结构和所用的驱动方案是经过仔细选择的，在大致均匀的白色背景中众多像素的光学状态之间会存在细微的差别，并且人眼对于被认为应当均匀的区域中光学状态的细微差别非常敏感，尤其是因为读者习惯了打印页面上高度均匀的白色背景。
已发现，在本发明中为了由微腔电泳介质获得良好的光学性能，使微腔的平均高度与饱和微粒厚度(如上面所定义的)及电泳介质的内相中电泳微粒体积比率相关联是非常重要的。还发现存在一个对微腔电泳介质来说优选的IP高度。如果颜料的饱和厚度为T及内相中颜料体积比率为F，则优选IP高度为T/F，并且实际上最好是实际的IP高度与该最优值相差不要超过大约5微米。当电泳介质包含两种或更多种颜料时，应当针对各颜料单独计算T/F值，并将优选IP高度设置到结果得到的值中的最大值。
显然会看到在包含不止一种类型电泳微粒的电泳介质中，每种类型的微粒都有自己的饱和微粒厚度。单微粒电泳介质通常包括有色悬浮液中的白色颜料，而双微粒电泳介质通常包括无色悬浮液中的白色和黑色微粒。然而，在这两种情形下，临界饱和微粒厚度通常指白色微粒的饱和微粒厚度，因为白色微粒使光散射而黑色微粒吸收光，并且使光散射所需的颜料厚度要大于吸收光所需的颜料厚度。
已发现如果电泳介质中微腔的IP高度明显大于该优选T/F值，则显示性能会降低。一个原因是颜料到达微腔壁所必须移动的距离比较大。第二个原因是相对于加在内相两端的给定电压场，场强下降。较低的场强减小了微粒的速度。此外，在多颜料系统中，异性电荷微粒趋于凝聚，较低场强减少了被分离的聚集体的数目。另一方面，如果微腔的IP高度明显小于这个优选值，则由于颜料的光学密度不足而无法达到所期望的光学状态。
为了评估各种电泳介质，可测量总的颜料“饱和厚度”，所述总的颜料饱和厚度由脉冲持续时间和加在内相两端的电场电平获得，在其作用下脉冲周期的变化将使颜料的光学特性改变不超过所要求的可视赝像的临界值。在一个典型的白色/黑色切换速度大约为300毫秒的系统中，在一个饱和厚度处，15伏电压下50毫秒的脉冲持续时间的变化将使光学特性改变不超过2L*。在使用更快切换电泳介质的系统中，如果脉冲持续时间变化为典型的介质的白色/黑色切换速度的5-20％时光学特性的改变不超过2L*，则饱和厚度可能是适当的。正如前面提到的，为了清楚地定义，这里所用的术语微腔中电泳微粒的“饱和微粒厚度”表示用包含刚好足够的电泳微粒的内相在微腔的IP面积上构成的微粒层的厚度(假定100％填密)，如果在时间T内施加在介质上的特定电场足以使电泳介质在其极端的光学状态之间切换，则在0.95T至1.05T的范围内(即±5％的时间变化)该特定电场作用时间的变化将不会使电泳介质的两种极端状态中的任一种的光学特性变化超过2个L*单位。理想的情形是，系统应经得起±10％的时间变化，且最好经得起±20％的时间变化，同时光学特性的变化不超过2L*。
用于电泳介质的优选白色颜料是二氧化钛。正如在前面提到的2002/0185378或2003年10月28日提交的同时待审的相关美国中请No.60/481,572中所描述的，二氧化钛最好具有一个二氧化硅和/或氧化铝涂层的表面，且最好还涂有一层聚合物。如颜料和涂料领域所公知，理想的情形是，该二氧化钛微粒的直径应当介于0.1微米和0.5微米之间，并且为了以最小厚度获得最大散射效率，理想的直径介于0.2微米和0.4微米之间。然而，还可使用包含了多重颜料微粒的合成微粒。多少取决于所用的寻址波形，二氧化钛微粒(尤其是在前述的2002/0185378和60/481,572中描述过的那些微粒)可具有范围在约1至10微米的饱和微粒厚度，并且最好是约1至5微米的范围。本发明人发现在本发明的一种优选的二氧化钛/碳黑双微粒电泳介质中，使用15伏的优选寻址脉冲和介于200至500毫秒之间的脉冲持续时间，二氧化钛提供了厚度介于1.5和2.5微米之间的适当覆盖层。在另一种具有较低粘度、在脉冲持续时间为100毫秒的15伏脉冲驱动下较快切换的内相切换的优选电泳介质中，二氧化钛也提供了厚度介于1.5和2.5微米之间的适当覆盖。
可用亚铬酸铜微粒代替碳黑微粒作为本发明双微粒介质中的黑色微粒(或者，当然在单微粒介质中也需要黑色微粒)。电泳介质中亚铬酸铜微粒的制备和使用已在2004年2月11日提交的同时待审的相关美国申请No.10/708,142中充分描述。
正如上面讨论过的，初看似乎最好是使用较高的颜料装填量来配制薄电泳介质，但是实施这种做法的能力受限于与高颜料装填量相关的粘度的增加。与用于现有技术的电泳显示的颜料装填量相比，颜料装填量的少许增加可能是有利的。例如，为了获取白色系统，将二氧化钛装填量增至较高的水平(例如5-7微米的厚度)可能是适度有益的。此外，尽管某些本领域公知的电泳悬浮液曾使用不足2％重量的颜料装填，但是可以发现包含有高达45％重量或高达15％体积的二氧化钛的内相可具有使微粒在商用装置使用的电场强度作用下达到适当速度的粘度，以使装置使用通常为15伏或更小的驱动电压。本发明的优选介质通常具有5％至15％体积的二氧化钛装填量，其内相粘度介于1至6mPa·sec之间。给定1.5至2.5微米的饱和微粒厚度和达10％体积的二氧化钛装填量，可以发现当微腔的IP高度介于15微米和25微米之间、优选值基本上为20微米时，可视赝像减少。
其它类型的内相可允许减小的粘度，从而允许较高的颜料装填量。例如，使用气态悬浮液的内相(参见，比如2003年9月3日提交的同时待审的申请No.10/605,039和前述的相应的国际申请WO2004/023202)将能够支持较高的颜料装填量和与此对应的较低的IP高度。这种基于气态的相将在微粒装填达90％体积时发挥作用。
可以认为(尽管本发明决不不受限于这个看法)，本发明所实现的改良光学状态的原因之一是在微腔电泳显示中，如果颜料不够厚，则显示很容易呈现重像(image ghosting)。造成这种重像的原因可包括寻址系统中细微的电压变化、显示器的微腔中缓慢衰减的残余电压或极化、随时间而产生的颜料沉淀、各种颜料的不恰当混合、以及内相的RC时间常数和其外部环境之间的差异，其中包括任何粘合剂的存在。所有这些的效应可造成观察者可见的颜料量变化，而这个变化被叠加在由显示器的寻址导致的变化上。
可通过任何适当方式来测量显示器(通常为高分辨率显示器)的“可视赝像程度”。在一种方法中，让多个像素各自经受代表拟用的使用模型的不同的切换历程。任意两个像素之间的最大光学差异为“最大可视赝像程度”。或者，也可以让单个像素经受多个不同的切换历程，而后被施加一个一致性测试寻址脉冲。由此产生的光学特性之间的最大光学差异，这是另一种测量“最大可视赝像程度”的方法。
为了取得带最少可视赝像的一致图像质量，合乎要求的做法是电泳介质包含最小的适当颜料厚度，以使颜料含量的细微变化只会带来最小的光学效应。对于便携式、高分辨率显示器应用，在给定实际颜料填密厚度中的典型变化条件下，该光学效应最好不超过1至2个L*单位。
下面的示例说明了本发明使用的优选材料、条件和技术的细节(仅作为举例)。
示例所制备的内相包含碳氢化合物悬浮液中的10％体积的白色微粒和1％体积的黑色微粒(碳黑)；该内相的粘度为4.75mPa·sec。白色微粒包括二氧化钛，其平均尺寸约为0.6微米且饱和微粒厚度估计为1.5至2.5微米。正如在前述的2002/0180687的段落和中所描述的，该内相被完全包裹在凝胶/阿拉伯树胶微囊中。结果得到的微胶囊被分成在湿胶囊直径尺寸分布上不同的三组。基本上如在前述的2002/0180687的段落和中所描述的，每一组被混合成带聚合物粘合剂的浆料，经涂敷而形成电泳薄膜，然后碾压到后电极上以构成可切换的显示像素。在涂敷过程中，用适当的装置设置(如速度、压力和模高)来获取一系列的湿薄膜涂层量，这一系列的湿薄膜涂层接着被干燥而成为具有不同IP高度的胶囊，所述胶囊的不同IP高度，部分由于粘合剂的蒸发及表面张力所造成。在第一组中，干胶囊大体上为球体形；在第二组中，干胶囊大体上为扁球体形；在第三组中，干胶囊基本上为高度大于直径的扁长球体形。在每种情形下，从XY投影下的圆形到六边形，球状体随电泳介质薄膜中组装密度的变化而变化。
如下表所显示的，在350毫秒、15伏的脉冲下被切换，结果得到的三种电泳介质在估计IP高度和典型的光学特性方面是不同的。
表格
假定二氧化钛的饱和微粒厚度为2微米，本发明的优选IP高度应为20微米；计算得到的黑色颜料的IP高度基本上较小，这样，这就是对于该介质重要的二氧化钛的优选IP高度。从上表的数据可以看出与其它两种具有较大IP高度的介质相比，估计IP高度为18微米(接近计算值20微米)的胶囊基本上具有较好的光学特性(包括改善的对比度)。
权利要求
1.一种电泳介质，具有限定至少一个容纳一个内相的微腔的壁，该内相包含多个至少一种类型的电泳粒子，它们悬浮在悬浮液中且能够在电场的作用下移动而通过电泳介质，所述介质的特征在于至少一个微腔的平均高度与电泳粒子的饱和粒子厚度除以内相中电泳粒子的体积比率所得值相差不超过5微米。
2.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述饱和粒子厚度介于1和5微米之间。
3.如权利要求2所述的电泳介质，其中，所述饱和粒子厚度介于1.5和2.5微米之间。
4.如权利要求1所述的电泳介质，如果在时间T内施加特定电场于介质足以使该介质在其极端光学状态之间切换，则该特定电场的驱动时间在0.9T至1.1T的范围内的变化将不会使所述电泳介质的任一极端状态的光学特性变化超过2个L*单位。
5.如权利要求4所述的电泳介质，所述特定电场的施加时间在0.8T至1.2T的范围内的变化将不会使电泳介质的任一极端状态的光学特性变化超过2个L*单位。
6.如权利要求1所述的电泳介质，包含一种在有色悬浮液中的单一型电泳粒子。
7.如权利要求1所述的电泳介质，包含具有第一光学特征和第一电泳移动性的第一型电泳粒子以及具有不同于第一光学特征的第二光学特征和不同于第一电泳移动性的第二电泳移动性的第二型电泳粒子。
8.如权利要求7所述的电泳介质，其中，所述悬浮液是无色的。
9.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述电泳粒子和所述悬浮液被保持在形成在载体介质内的多个空腔内。
10.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述电泳粒子和所述悬浮液被保持在多个胶囊内。
11.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述电泳粒子包括二氧化钛。
12.如权利要求11所述的电泳介质，其中，所述电泳粒子还包括由碳黑或亚铬酸铜形成的黑色粒子，所述黑色粒子由碳黑或亚铬酸铜形成且其电泳移动性不同于二氧化钛粒子的电泳移动性。
13.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述内相中电泳粒子的体积比率为3％至40％。
14.如权利要求13所述的电泳介质，其中，所述内相中电泳粒子的体积比率为6％至18％。
15.如权利去要求1所述的电泳介质，其内相高度介于10和30微米之间且其电泳粒子的体积比率介于3％和15％之间。
16.如权利去要求15所述的电泳介质，其内相高度介于12和25微米之间且其电泳粒子体积比率介于5％和12％之间。
17.如权利要求1所述的电泳介质，其中，所述内相的粘度小于5mPa·sec。
18.如权利要求17所述的电泳介质，其中，所述内相的粘度大于1mPa·sec。
19.一种电泳显示器，包含一种如权利要求1所述的电泳介质和设在所述电泳介质附近用来向该介质施加电场的至少一个电极。
20.如权利要求19所述的电泳显示器，具有其中所述显示器显示一种类型电泳粒子的光学特征的第一光学状态和其中所述电泳介质为透光的第二光学状态。
21.如权利要求20所述的电泳显示器，其中，在所述透光光学状态下，所述电泳粒子被限制在各微腔横截面积的较小部分。
22.如权利要求20所述的电泳显示器，包含一个设有多个像素电极以及一个滤色器或反射器的底板，所述滤色器或反射器设在所述底板和所述电泳介质之间。
23.一种电泳悬浮液，包含超过约5％重量的白色粒子，所述悬浮液的特征在于粘度为2至7mPa·sec。
全文摘要
一种具有限定容纳一个内相的微腔的壁的电泳介质，该内相包含悬浮在悬浮液中、且一旦所述电泳介质被加上电场就能在悬浮液中移动的电泳微粒，所述微腔的平均高度和电泳微粒的饱和微粒厚度除以内相中电泳微粒的体积比率所得值相差不超过5微米。
文档编号G09G3/34GK1813281SQ200480018383
公开日2006年8月2日 申请日期2004年4月30日 优先权日2003年5月2日
发明者R·J·维尔科克斯, 曹岚, G·M·丹纳, R·J·保利尼 申请人:伊英克公司