专利名称：电光显示器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电光显示器。更具体而言，本发明涉及用于电光显示器中的部件，用于该显示器中的新颖滤色器，以及制备这种滤色器的方法。本发明还涉及用于控制电泳显示器的颜色的新颖方法。
背景技术：
电光显示器包括电光材料层，本文中所使用的术语在本领域的常规意义上指的是具有第一和第二显示状态的材料，这两种状态的至少一个光学性质是不同的，通过向该材料施加电场，使其从第一显示状态变成第二显示状态。所述光学性质一般为人眼易见的色彩，不过也可以为另一种光学性质，如光透射、反射、发光，或者在将显示器用于机器读取的情况下，可见范围之外的电磁波长反射变化意义上的伪彩色。
本发明的大多数方面是用于包含电光介质的电光显示器，该电光介质为固体(下文中为了方便将这种显示器称作“固体电光显示器”)，这意味着该电光介质具有固体外表面，不过该介质可具有且常常具有内部填充液体或气体的空间，并且本发明涉及使用这种电光介质组装显示器的方法。因此，术语“固体电光显示器”包括封装电泳显示器、旋转双色元件显示器、电致变色显示器、微单元显示器，和下面所述的其他类型显示器。
一种类型的电光显示器为例如美国专利号5,808,783；5,777,782；5,760,761；6,054,071；6,055,091；6,097,531；6,128,124；6,137,467；和6,147,791中所描述的旋转双色元件型(尽管常常将这种显示器称作“旋转双色球”显示器，但是在上述某些专利中，由于旋转元件并非球形，因此术语“旋转双色元件”更加精确而优选采用。)这种显示器使用大量具有两个或多个光学性质不同的部分的小型物体(通常为球形或圆柱形)和内部偶极子。这些物体悬浮于基体中填充了液体的液泡内，液泡填充有液体，从而物体自由旋转。通过向显示器施加电场，将物体旋转到不同位置，并通过观察表面观看改变物体的哪些部分，从而改变显示器的显示。
另一种电光介质为电致变色介质，例如毫微铬(nanochromic)薄膜形式的电致变色介质，毫微铬薄膜包括至少部分由半导体金属氧化物构成的电极和多个能颠倒与电极有关的颜色改变的染料分子；例如参见O’Regan，B.等人，Nature 1991，353，737；和Wood，D.，Information Display，18(3)，24(2002年3月)。还参见Bach，U.等，Adv.Mater.，2 002，14(11)，845。例如在美国专利No.6,301,038，国际申请公开No.WO 01/27690中，以及共同未决的美国申请序列号No.10/249,128(2003年3月18日递交)中也描述了这种毫微铬薄膜。
另一种多年来一直作为认真研究和开发对象的电光显示器是基于粒子的电泳显示器，其中在电场的影响下多个带电粒子运动通过悬浮液。与液晶显示器相比，电泳显示器具有良好的亮度和对比度、宽视角、状态双稳定性以及低能耗的属性。毫无疑问，这些显示器长期以来的图象质量问题阻止了该显示器的广泛使用。例如，组成电泳显示器的粒子有发生沉积的趋势，导致了这些显示器使用寿命不够长。
最近已经公布了转让给Massachusetts Institute ofTechnology(MIT)和E Ink公司或者在MIT及E Ink名下的大量专利及申请，它们描述了封装电泳介质。这类封装介质包括许多小胶囊，各胶囊本身包括含悬浮在流体悬浮介质中的电泳移动颗粒的内相，还包括环绕内相的胶囊壁。胶囊本身通常保持在聚合物粘合剂中，以便形成位于两电极之间的粘接层。例如，在美国专利第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；和6,580,545号；以及美国专利申请公开号第2002/0019081；2002/0021270；2002/0053900；2002/0060321；2002/0063661；2002/0063677；2002/0090980；2002/0106847；2002/0113770；2002/0130832；2002/0131147；2002/0145792；2002/0171910；2002/0180687；2002/0180688；2002/0185378；2003/0011560；2003/0011867；2003/0011868；2003/0020844；2003/0025855；2003/0034949；2003/0038755；2003/0053189；2003/0076573；2003/0096113；2003/0102858；2003/0132908；2003/0137521；和2003/0137717号；以及国际申请公开号WO 99/67678；WO 00/05704；WO 00/38000；WO 00/38001；WO00/36560；WO 00/67110；WO 00/67327；WO 01/07961；以及WO01/08241中描述了这种封装介质。
许多上述专利和申请认识到封装电泳介质中环绕分立微胶囊的壁可由连续相来取代，从而产生所谓的聚合物分散电泳显示器，其中电泳介质包括电泳液的多个离散液滴以及聚合物材料的连续相；而且这种聚合物分散电泳显示器中的电泳液的离散液滴可看作胶囊或微胶囊，即使没有分立胶囊薄膜与各单独液滴相关时也是如此；参见例如上述的2002/0131147。因而，对于本申请而言，将这种聚合物分散电泳介质视作封装电泳介质的细分品种。
封装电泳显示器通常不会受到传统电泳装置的聚集和沉降故障模式的影响，并且提供了其他优点，如能够在各种柔性和刚性衬底上印制或涂覆显示器。(词语“印制”的使用意在包含所有形式的印刷和涂覆，包括但不限于预先计量涂覆，如片模涂覆，狭缝或挤压涂覆，滑动或层叠涂覆，幕式淋涂；辊涂，如辊衬刮刀辊涂，正向和反向辊涂；照相凹板式涂覆；浸渍涂布；喷涂；液面弯曲涂覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺；以及其他类似技术。)因此，所产生的显示器可以是柔性的。此外，由于可(采用多种方法)印制显示介质，因此能够使显示器本身便宜。
一种相关的电泳显示器类型为所谓的“微单元电泳显示器”。在微单元电泳显示器中，带电粒子和悬浮液没有封装于微胶囊内，而是保持在载体介质内形成的多个空腔内，其中载体介质通常为聚合物膜。参见，例如均受让给Sipix Imaging公司的国际申请公开号WO02/01281，和公开的美国专利申请第2002/0075556号。
大多数种类的电光介质仅具有有限数量的光学状态，例如暗(黑)状态，亮(白)状态，并且在有些情况下，具有一个或多个中间灰度状态。因而，为了使用这种介质构成全彩色显示器，通常采用将电光介质放置在具有例如多个红、绿和蓝色区域的滤色器附近，并且提供一种用于该电光介质的驱动装置，其能够独立控制每个红、绿或蓝色区域附近的介质。在上述申请序列号第09/289,507号中描述了滤色器在电泳显示器中的某些应用。上述2003/0011560描述了通过在该显示器多个部件的任何一个中采用光偏置元件而改变电泳显示器光学性质的方法。
发明内容
本发明寻求对电光显示器中所使用的滤色器的改进，以及对在这种显示器中产生彩色的方法的改进。
一方面，本发明提供一种包括分散于悬浮液中的多个带电粒子的电泳介质；该介质的特征在于，所述粒子包括至少两种电泳迁移率大致相同但颜色不同的粒子。下文中将本发明的这一方面称作“定制颜色”电泳介质。
在这种定制颜色电泳介质中，希望由无机颜料形成带电粒子，其可以涂有从二氧化硅和二氧化硅/氧化铝中选择出的涂层。该带电粒子可以涂敷有聚合物。带电粒子和悬浮液可以保持在至少一个胶囊内。
本发明还提供一种用于形成本发明的定制颜色电泳介质的方法。该方法包括将至少两种具有不同颜色的颜料混合以形成混合颜料；使混合颜料经历至少一次表面处理；并且将经过表面处理的混合颜料分散到悬浮液中，以形成至少两种电泳迁移率大致相同但颜色不同的粒子。
在该方法中，所述的表面处理可包括用硅烷耦联剂处理该混合颜料，以形成可将聚合物附着于混合颜料的位置，之后在会有效地引起聚合物形成混合颜料表面的条件下，通过至少一种单体和低聚物处理硅烷化的混合颜料。
另一方面，本发明提供一种电光显示元件，包括电光显示介质；
用于改变电光显示元件光学性质的光偏置元件；以及用于寻址电光显示介质的地址电极。该电光显示元件的特征在于，在该电光显示元件的不同部分中光偏置元件的颜色不同，从而该光偏置元件形成了滤色器。
下文中将本发明的这一方面称作“内部滤色器”显示元件。
在这种内部滤色器显示元件中，电光显示介质可以为电泳介质，该电泳介质包括悬浮液，和悬浮于该悬浮液中并且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子；该电泳介质还包括至少一个具有包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁的胶囊，显示元件可选择地包括围绕胶囊的粘合剂，和/或靠近电泳介质设置的层叠粘接剂，和/或设置于电泳介质与显示器观察表面之间的前电极，并且光偏置元件可以设置于胶囊壁、粘合剂、层叠粘接剂和前电极的至少一个中。
本发明的另一个相关方面提供了一种电光显示器，其包括固体电光介质层，至少一个设置在电光介质层附近、用于向其施加电场的电极，以及设置在电光介质与电极之间的滤色器阵列，该显示器的特征在于滤色器阵列的电阻并非远远大于电光介质层的电阻。
在这种电光显示器中，滤色器阵列一般具有不大于约1010欧姆厘米的体积电阻率。
另一方面，本发明提供了一种电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于液该悬浮液中并且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子；以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁，该介质还包括滤色器阵列；该电泳介质的特征在于滤色器阵列具有多个非矩形象素。在该电泳显示器的优选方式中，滤色器阵列的象素是六边形、正方形或三角形的，优选为等边三角形。
另一方面，本发明提供了一种制品，包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层；位于固体电光介质层第一表面上的第一粘合层；设置于第一粘合层的与固体电光介质层相对一侧上的(第一)分离片；以及位于固体电光介质层第二表面上的第二粘合层。
该制品的优选方式还包括设置于第二粘合层的与固体电光介质层相对一侧上的第二分离片。
在该制品中，电光介质可以为一种电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包含悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场能够移动穿过悬浮液的多个带电粒子、以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁。此外，第一和第二粘合层可以延伸到电光介质层的边缘以外；如下面更加详细描述的，这样就提供了一种为显示器形成边缘密封的便利方法。
另一方面，本发明提供了一种制品，包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层；覆盖固体电光介质层的第一表面的第一分离片；以及覆盖固体电光介质层的第二表面的第二分离片。
下文中可以将上述制品称作本发明的“双分离膜”。
本发明还提供一种使用本发明的双分离膜形成电光显示器的方法。该方法包括提供一种制品，其包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层；位于固体电光介质层第一表面上的第一粘合层；设置于第一粘合层的与固体电光介质层相对一侧上的分离片；以及位于固体电光介质层第二表面上的第二粘合层；通过第二粘合层将该制品层叠到前衬底上，从而形成前组件；从前组件上去除分离片；以及通过第一粘合层将前组件层叠到包括至少一个电极的底板上，从而形成电光显示器。
在这种方法中，前衬底可包括电极和/或滤色器阵列。该制品可包括覆盖第二粘合层的第二分离片，该方法包括在将该制品层叠到前衬底上之前，从第二粘合层去除第二分离片。
另一方面，本发明提供了一种用于形成滤色器阵列的方法，该方法包括对感光胶片成像，以便在其上形成滤色器阵列图案；并且之后，将导电层沉积在感光胶片上。
另一方面，本发明提供了一种用于形成电泳显示器的方法，该方法包括提供滤色器阵列；提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；将电泳介质沉积在滤色器阵列上，以形成带有涂层的滤色器阵列；以及之后，将带有涂层的滤色器阵列层叠到包括至少一个象素电极的底板上。
在这种方法中，在通过沉积而在表面上产生表面能变化的区域之前，可以对滤色器阵列的表面进行表面处理。
另一方面，本发明提供了一种用于将电泳介质沉积在电极上的方法，该方法包括提供电极；提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场而能够移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；对电极进行表面处理，以便在其上产生表面能变化的区域；以及在经过表面处理的电极上沉积电泳介质。
最后，本发明提供了一种用于形成电泳显示器的方法，该方法包括提供前衬底；提供底板；提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场而能够移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；对前衬底的表面进行表面处理，以促进胶囊对其的润湿；对底板的表面进行表面处理，以促进胶囊对其的去湿；将前衬底与底板组装在一起，同时它们经过处理的表面彼此相对，并且在经过处理的表面之间具有间隙；以及将电泳介质放入间隙中，从而电泳介质的胶囊紧靠前衬底经过处理的表面填充。
图1是封装电泳显示器部件的示意剖面图，其中滤色器阵列设置于胶囊壁中；图2A，2B和2C表示了本发明的滤色器阵列中象素的三种不同排列；图3为本发明双分离膜的示意剖面图；和图4为与图3类似的具有封边的本发明第二分离膜的示意剖面图。
具体实施例方式
本发明提出了滤色器和电光显示器其他方面的多种不同改进，以及在这种显示器中产生颜色的方法的多种不同改进。可单独或者通过各种组合来利用所述多种改进(例如，单一显示器可使用由本发明的成像方法产生的具有非矩形象素的滤色器阵列)。为了方便起见，下文中将分别描述本发明的各个方面，不过必须记得本发明的多个方面可以用于单个电光显示器或者其部件中。
部分A-电泳显示器中的定制颜色如上述一部分E Ink和MIT专利和公开申请中所描述的，在电泳显示器中，使用滤色器的一种替代方式是使用能显示不同颜色的多种类型的胶囊。例如，上述2002/0180688在图3I中表示出封装电泳显示器的一个象素，该象素包括三个子象素，每个子象素包括单一的能显示三种颜色的胶囊。尽管其实际上并非参照图3I所述的颜色，不过电光显示器领域的技术人员易于理解，使用能产生白/黑/红，白/黑/绿和白/黑/蓝光学状态的胶囊可制造出全彩色RGB显示器。
电光显示器的一种主要商业用途是广告，在广告材料中希望能定制为特定顾客显示的颜色。例如，许多大公司已经成立了要求用一种完全一致的方式显示某些彩色标识和/或商标的公司业务，按照Pantone(“PANTONE”为注册商标)或类似色系指定相关标识或商标中每一部分的适当颜色。因而，这种公司要求(假设)精确地将RGB电泳显示器的蓝色状态定制成显示其公司标识的蓝色部分，甚至于以显示器色域(显示器所能显示的颜色范围)的一定减少为代价。
第一眼看去，电泳显示器中颜色的这种定制似乎具有难对付的障碍。确定电泳显示器中使用的粒子种类是一个复杂的过程，不仅需要考虑粒子的颜色，而且尤其还需要考虑其保持一致电荷(从而保持一致的电泳迁移率)的能力、其聚集的趋势、其针对光的颜色坚牢度以及其与电泳介质的其他成分，如电泳粒子悬浮于其中的悬浮液和胶囊壁的相容性。进行所有必要检测是一个费时且昂贵的过程，不能在每次消费者需要定制显示器中的颜色时都能够经济地执行检测。此外，实际上发现有机颜料由于其降质迅速而不倾向于用在电泳显示器中，从而商用显示器使用金属氧化物或类似的无机颜料，并且改变这种无机颜料的准确颜色远没有有机颜料那么容易。
不过，现在已经认识到，在电泳显示器中，用于产生特定颜色的特定类型的所有电泳粒子(例如上述图3I中示出的蓝色粒子)不必具有相同颜色，只要所有相同类型的粒子具有相似的电泳迁移率，从而它们在显示器的操作期间不分离即可。通常直径为1μm量级的各电泳粒子，对于显示器的观察者而言太小以至于是不可见的。因而，只要在显示器操作期间粒子不分离，观察者就只能看到特定类型的所有粒子的平均颜色。例如，调色领域的技术人员众所周知，通过将小部分品红加入蓝色中可改善许多蓝色的视在饱和度。因而，如果例如特定消费者要求上述白/黑/蓝子像素的蓝色状态具有的饱和度大于可利用的蓝色粒子所能达到的饱和度，则子像素可包含大部分蓝色粒子和小部分(假设大约10％)品红粒子的混合物。
这样的将带有不同颜色的粒子的混合物用作单一种类的电泳粒子的能力，极大地简化了电泳显示器中定制颜色的问题。如果制备一组三种或四种具有不同颜色(假设为RGB、RGBK、CMY或CMYK)但大致具有相同电泳迁移率的电泳粒子，则通过简单混合并封装适当量的各种粒子以形成所需颜色，可制备出具有包含在可从该组合获得的色域之内的任何所需颜色的象素。
因此，正如本发明一个方面中已经提到的，提供了一种电泳介质，该电泳介质包括分散于悬浮液中的多个带电粒子，该粒子包括至少两种具有大致相同电泳迁移率但颜色不同的粒子。
尽管本文中主要就全彩色显示器而言描述了本发明的这一方面，不过当然不限于这种显示器。例如，本发明可以用于简单闪烁显示器，其中一层电泳介质被限制于两个电极之间，向电极施加交替极性的驱动脉冲，并且电泳介质层包括沉积在不同区域中的不同种类的胶囊，每种胶囊具有(假设)黑色光学状态和另一种颜色的第二光学状态。可使用这种显示器闪现公司标识或其他符号。
存在一种技术，可以大大减小确保由不同颜料形成的电泳粒子具有大致相同电泳迁移率的难度。上述2002/0185378和相应的WO02/093246描述了一种用于形成电泳粒子的方法，其中首先将颜料涂上一层二氧化硅(也可以使用其他氧化物)，然后形成与二氧化硅化学键合的聚合物；该聚合物可包含带电基团以增强粒子的电泳迁移率。在这种涂有二氧化硅/聚合物的粒子中，造成粒子电泳迁移的表面电荷必须局限于二氧化硅层和/或聚合物中，从而底层颜料的性质必然与粒子的电泳迁移率无关。从而，只要控制颜料的粒子尺寸，就可以通过这种方式涂布多种颜料，以产生具有大致相同电泳迁移率的电泳粒子。
此外，如果所需的生产规模保证在制造显示器所需的多步骤方法的早期，能够实现将制造具有定制颜色的显示器所需的不同颜料混合，则此后将所产生的颜料混合物在该方法的随后步骤中作为一种单一成分对待。例如，考虑上述2002/0185378和相应的WO 02/093246中所描述的用于制造电泳粒子的优选方法。该方法包括(a)在原料颜料周围形成二氧化硅或二氧化硅/氧化铝壳；(b)用硅烷耦联剂处理涂有二氧化硅的颜料，以便提供聚合物可以附着到颜料上的位置；以及(c)在会有效导致在颜料表面上形成聚合物的条件下用至少一种单体或低聚物处理硅烷化的颜料(该方法的某些优选形式需要多个聚合步骤和/或进一步处理，以便改变最初形成的聚合物的化学性质)。在该方法中，混合两种或多种颜料以便在最终的显示器中产生定制颜色，在以下所述的各阶段可以实现染料的混合1.原料颜料的混合可以将原始未处理的颜料混合，以在表面首次改性之前获得所需的颜色。然后用二氧化硅或二氧化硅/氧化铝涂覆所混合的颜料混合物，然后进行硅烷处理和聚合物形成步骤。
第一眼看去，这似乎是保证在相同条件下通过相同方式处理该混合颜料，从而使混合颜料具有相同表面化学性质的最优选的方法。另一方面，难以判断通过原始颜料混合获得的颜色与最终显示器中的颜色，这是由于无机涂层、在悬浮液中颜料润湿(在油漆用途中使用二氧化硅涂覆颜料以防止发生这种润湿效应，不过仍然必须考虑润湿)所引起的颜色改变，以及放置于电泳显示器中常规使用的胶囊壁、导体、粘合剂、粘接剂、滤色层和其他层后面时颜料颜色的改变造成的，如上述E Ink和MIT专利和申请中所述。这些颜色改变需要重复混合过程和由混合颜料制造显示器，这会相当大地增加定制颜色显示器的成本和开发时间。
2.在形成无机壳后将颜料混合在这种方法中，首先独立地用二氧化硅或二氧化硅/氧化铝壳改性原料颜料，然后进行混合以获得所需要的颜色，此后使该混合颜料经受硅烷处理和聚合物形成过程。
3.在形成无机壳和硅烷处理之后将颜料混合在这种方法中，首先独立地用二氧化硅或二氧化硅/氧化铝壳改性原料颜料，并进行硅烷处理。然后将颜料混合以获得所需要的颜色，并且使该混合颜料经历聚合物形成过程。
4.在形成无机壳、硅烷处理和聚合物形成之后将颜料混合在这种方法中，首先独立地用二氧化硅或二氧化硅/氧化铝壳改性原料颜料，然后进行硅烷处理和聚合物形成过程。此后将颜料混合以获得所需要的颜色。
这种方法保证颜料的表面改性不会改变颜料的颜色，这是因为在所有化学改性完成之后将颜料混合。毋庸置疑，在包含于内相和如上所述放置于胶囊壁、粘合剂、粘接剂和其他层后之后，混合颜料的颜色依然可以改变。不过，该方法在保证在相同条件下以相同方式处理最终混合物中的颜料，从而产生相同的表面化学性质，如二氧化硅或二氧化硅/氧化铝层的厚度/覆盖率，硅烷沉积物的覆盖率/质量/密度，以及聚合物的厚度/分子重量/密度方面存在问题。
部分B-“内部”滤色器用于电先显示器中的常规滤色器阵列(CFA)包括一层通过适当方式着色且设置在显示器观察表面附近、位于前电极“外面”，即位于前电极与观察者之间的材料。这种常规的CFA与电光层必须间隔开至少前电极和可能的其他层的厚度，例如安装有前电极的衬底，和/或保持电泳胶囊的粘合剂，和/或旋转双色元件显示器中的聚合物基质。CFA与电光层之间的这种间隔会引起视差问题，并且许多电光显示器的宽视角会加剧这些问题。这种视差问题对于显示器的图象质量造成不利影响，特别是当相对于显示器观察表面的垂直方向以大角度观察显示器时更是如此。
常规CFA的另一个问题是CFA与用于驱动显示器的象素电极的对准；可以理解，CFA与象素电极之间的任何未对准都会引起显示器上图象的各颜色通道之间的串扰。与液晶显示器相比，许多种电光显示器中CFA与象素电极的对准更加困难，这是因为在液晶显示器中，可以在液晶本身注入显示器中之前将CFA与象素电极对准，而在例如电泳或旋转双色元件显示器中，由于制造这种显示器的常规方法是将电光层沉积在CFA上，然后将组合的电光层/CFA层叠在包含象素电极的底板上，因而这种方法是不可行的。由于电泳或旋转双色元件电光层必须是不透明的，在层叠过程中不能通过电光层看到象素电极，从而妨碍CFA与象素电极光学对准。
如已经描述的，上述2003/0011560描述了通过在显示器多个部件的任何一个中包含光偏置元件来改变电泳显示器光学性质的方法。现今已经意识到这种光偏置元件可用作显示器的滤色器，只要该光偏置元件在显示器的不同区域中具有不同的颜色，以提供必要的滤色元件即可。
这种光偏置元件/滤色器的可能位置可随电光显示器的类型而变。例如，在封装电泳显示器中，滤色器可以设置在(a)胶囊壁中；(b)包围胶囊的粘合剂中；(c)用于将电泳介质固定到构成显示器观察表面的衬底的层叠粘接剂中；或(d)显示器的前电极中。(注意，由于电泳介质很大程度上是不透明的，尽管上述2003/0011560描述了位于电泳介质“后面”，即位于该介质的与显示器观察表面相对一侧上的光偏置元件，不过用作滤色器的光偏置元件必须设置在电泳介质本身内或者设置在电泳介质与显示器的观察表面之间。)在微单元电泳显示器中，滤色器可以设置在密封该微单元的前板中，或者设置在与上述(c)或(d)相应的位置。在旋转双色元件显示器中，光偏置元件/滤色器可以设置于围绕旋转元件的聚合物基体中(该基体必须与封装电泳显示器的粘合剂相应)或者设置在上述位置(c)或(d)。
图1为本发明优选实施例的示意剖面图，其中滤色器设置在封装电泳显示器(通常表示为100)的胶囊壁中。该显示器100包括封装电泳介质(通常表示为102)，封装电泳介质包含多个胶囊104、104’、104”，每个胶囊包含悬浮液106和分散在其中的多个带正电的黑色粒子108以及多个带负电的白色粒子116。(粒子108的三角形形状和粒子116的圆形形状仅是为了说明以易于在附图中区分粒子，并不与实际粒子的物理形状相应，实际粒子通常大致为球形。)显示器100还包括公共的透明前电极110，该前电极110构成了观察表面，观察者可通过其观察显示器100；显示器100还包括多个分离的后电极112、112’、112”，每个后电极定义了显示器100的一个象素。为了易于说明和理解，图1仅表示了构成由每个后电极所限定的象素的一个单独的微胶囊，不过实际上每个象素一般使用大量(20个或更多)的微胶囊。后电极112、112’、112”安装在衬底114上。
显示器100为具有设置成循环重复列的红、绿和蓝象素的RGB显示器；可以理解，尽管图1中每列中仅表示出了一个电极，不过实际上每列可包含大量电极，每个电极上的电势受常规有源矩阵驱动电路(未示出)的独立控制。不存在外部滤色器；取而代之，通过将胶囊104、104’、104”的壁染色而形成“内部”滤色器。如图1中的阴影差异所表示的，将胶囊104的壁染色成透射红光，将胶囊104’的壁染色成透射绿光，将胶囊104”的壁染色成透射蓝光。
图1表示显示器100，其具有相对于公共前电极110保持为负的后电极112和112”，和相对于公共前电极110保持为正的后电极112’。因而，在胶囊104和104”中，白色粒子116位于显示器的观察表面附近，从而这些象素分别呈现红色和蓝色。然而，在胶囊104’中，黑色粒子108位于显示器的观察表面附近，从而该象素呈现黑色。
可以理解，图1中所示类型的显示器不必使用RGB配色方案，而可以例如使用CMY配色方案。实际上，对于反射型电光介质，例如图1中所示的电泳介质，优选后者，这是因为CMY配色方案通常吸收更少的入射光，从而产生更加明亮的颜色。
通过以上述参照图1所述的方法将电泳显示器中的微胶囊壁染色而形成CFA，基本上消除了上述的视差问题，这是因为滤色器阵列与显示器的电光层之间不再有任何间隔。通过将CFA设置于电泳层的粘接剂中或者设置于旋转双色元件层的聚合物基体中，也可以获得针对视差问题的类似优点。
可使用多种技术来制造具有本发明的内部CFA的显示器。这些技术分成两个主要组“预制”CFA，其中在显示器中形成显示部件之前将颜色引入该显示器部件中；和“原位”CFA，其中在最终的显示器中或者在其某一子部件中的原位上形成CFA。预制CFA的一个例子为将胶囊染色(或者可能是用颜料进行处理)以形成如上面参照图1所描述的红、绿和蓝透光胶囊壁，然后与象素电极对准地放置三种微胶囊条，以形成图1中所示的显示器。不过，通常原位CFA更易于适合显示器的大批量制造。可以理解，例如在图1的显示器中，所有胶囊除胶囊壁的着色之外都是相同的，从而可通过涂覆均匀的胶囊层，然后将胶囊壁颜色，并且可选择地包围粘合剂来制造内部CFA，从而制造显示器。注意，尽管该方法有可能导致单一胶囊扩展到两个相邻电极上，不过其对于该显示器的性质具有很小或者没有影响，这是因为根据经验发现，同一胶囊的相邻部分在暴露于不同电场时可具有不同光学状态。
用于形成CFA的原位方法可以分成两种主要类型。在第一种类型中，向显示器成影像地涂覆外部着色剂(例如，染料或颜料，或者与其中将要形成CFA的显示器的部件进行颜色形成反应的试剂)。例如，胶囊壁可能会受到使用涂覆或印刷技术，如色带的对准槽涂覆(registered slot coating)、通过掩模喷射、喷墨、胶印、凸版-凹板印刷或凹版印刷而沉积的颜料或染料的着色。在第二种类型中，使用基于光刻方法的技术在其中将要构成CFA的显示器的部件中形成颜色。例如，可以将化学添加剂涂覆到胶囊壁上，使其类似于彩色胶片。然而，通过将所需CFA的图象投射到胶囊涂层上，可将胶囊染色以获得适当着色。在使用术语“光刻方法”时，无意于将所用颜色形成方法限制于基于卤化银感光性的方法，实际上使用基于银来形成颜色通常不符合需要，这是因为实际在曝先后从CFA上去除银和卤化银时存在相当大的困难。不过，已知的某些颜色形成反应对于波长极其敏感，参见美国专利第4,602,263号，并且可使用这种颜色形成反应来形成CFA。例如，可制备壁中包含红、绿和蓝色染料形成的化合物的混合物的胶囊，这三种化合物对三种不同辐射波长(通常为不同的红外波长)敏感。在将胶囊结合到显示器中之后，将显示器的相关区域暴露于优选激光器发出的不同波长的辐射下，以便将这些区域变成红、绿和蓝色，从而形成CFA。或者，可使用美国专利第6,323,989和6,538,801号以及共同未决申请序列号第10/065,617号(公开号第2003/0096113号)中所述的毫微粒子颜色形成技术，来产生所需的颜色改变。例如，该专利和申请披露了束缚毫微粒子，该粒子在通过例如紫外或其他辐射破坏了该束缚时改变颜色。通过在胶囊壁中包含该束缚毫微粒子，然后将显示器的相关区域暴露于破坏束缚的辐射下，可以实现形成CFA所需的颜色改变。
上述所述的用于形成CFA的原位方法，可以在双分离膜上的电光层上进行(参见下面的部分E)，而非在组装好的显示器上进行。
可使用CFA的原位形成，通过使用显示器本身来提供将CFA与象素电极精确对准所需的对准标记，从而减小或者消除上述的CFA对准问题。例如，考虑上述的包含有胶囊的显示器，在胶囊的壁中包含红、绿和蓝色染料形成的化合物的混合物，这三种化合物对于三种不同辐射波长敏感。一旦将这种显示器与有源矩阵底板组装，则可以激励一部分底板以便在显示器上形成图象。例如，可以激励底板，使得在最终的CFA中想要成为红色和绿色的区域的颜色为黑色，而想要成为蓝色的区域为白色。可使用所产生的图象作为对准标记，从而将显示器的白色区域暴露于将这些区域中的胶囊变成透射蓝光时所需的辐射。然后，例如可以将蓝色和预期的绿色区域变黑，而将预期的红色区域变白。显然，通过这种方法可制造出与象素电极正确对准的整个CFA。
除了内部CFA以外，本发明的显示器可包括抗反射涂层、微透镜阵列、全息滤光片和亮度增强膜中的任何一个或多个。还希望显示器叠层的前面包含屏蔽膜。
部分C-具有非矩形象素的滤色器液晶显示器中所使用的传统CFA不是最适用于封装电泳显示器的。与胶囊中心附近表现出的光学状态相比，封装电泳介质在胶囊之间的边界处(即胶囊壁处)表现出略微降质的光学状态。
现在已经认识到，通过仔细选择CFA中象素的形状可使胶囊壁所带来的影响最小化；用于控制显示器的象素电极当然必须与CFA象素的形状相匹配。与液晶显示器中通常使用的(细长，非正方形)矩形象素相比，增大这种可能性的设计是优选的，胶囊壁位于相邻象素之间的间隙中。CFA像素可具有六边形(参见图2A)，正方形(图2B)或三角形形状，优选为等边三角形(图2C)。在所附的单色附图中，分别用对应红、绿和蓝色的R、G和B表示各象素的颜色。尽管理论上可使用五边形象素，不过由于在表面上没有紧密填充，因而不赞成用这些和类似形状，如八边形象素。特别优选六边形象素，因为在六边形栅格中胶囊理想地紧密填充；正方形象素也是优选的。
部分D-电极之间的导电滤色器如上所述，为了用于液晶显示器而开发出的传统CFA包括一层通过适当方式着色且设置在显示器观察表面附近、前电极“外部”，即位于前电极与观察者之间的材料。在玻璃衬底上制造这种常规CFA，并且由多个薄膜(通常称作“叠层”)构成，一般包括黑色掩模(通常由铬形成)，红、绿和蓝色光致抗蚀剂层以及通常由氧化铟锡(ITO)形成、构成显示器前电极的导电层。
此外正如已经指出的，某些类型的电光显示器，特别是封装电泳显示器、微单元显示器和旋转双色元件显示器，具有可以形成在柔性基板，如聚(对苯二甲酸亚乙酯)或聚(萘二甲酸乙二酯)制成的塑料薄膜上的优点。尽管技术上可以将前段中所述类型的常规CFA用于形成在塑料薄膜上的电光显示器中，不过这种常规CFA不特别适合这种用途。黑色铬掩模会在塑料衬底上带来麻烦，这是因为通常使用易于损害塑料的蚀刻剂来对这种金属进行构图；从而，希望去除该黑色掩模。
还希望，如果不采用本发明部分B中所述的“内部”CFA，则本发明人认识到交换着色层和导电层的顺序。这种交换便于制造，这是因为涂有导电材料(如ITO)的塑料薄膜容易在市场上买到，并且在CFA制造过程中可用作起始材料。
不过，这种交换必须将着色层放置在显示器的电极之间，并且在电极之间的任何给定工作电压下，减小电光介质本身上的电压，这是因为电光介质上的电压等于工作电压减去着色层上的压降。电光介质上的已减小电压通常会减慢介质的切换速度。尽管可通过增大工作电压来补偿电光介质上的已减小电压，不过由于这样会增大显示器的能耗，并且有可能需要改变电路以产生和/或控制增大的电压，因此是不可取的。此外，许多商业光致抗蚀剂的电阻系数是过高，使得为了补偿电极之间存在的着色层，需要工作电压的增长非常大且常常无法接受。
因而，希望增大用于形成着色层的材料的电导率，从而使着色层的电阻不会大大超过电光层的电阻，实际上希望其小于电光层的电阻。假定大多数类型的电光介质为低电导率，则着色层应当具有不大于大约1010，优选不大于大约109欧姆厘米的体积电阻率。通过掺入导电毫微粒子，例如银、金、铝、铂或碳毫微粒子，可使着色层的导电性更强；尽管这些材料在块状时是不透明的，不过使其成为足够小的毫微粒子(通常直径小于10nm)，则其基本上不散射光，从而不会妨碍着色层的光学问题。还可以使用具有良好电学和光学性质的其他有机或无机颜料，如可以为导电聚合物和其他材料，不过当然必须考虑加入这些材料后显示器的整体光学性质。可使用上述2003/0011867中所描述的技术来控制着色层的电导率。此外，由于将着色层置于电光显示器的电极之间，因此电学性质以及这些性质随环境参数(如温度)的改变，必然会以与设置于显示器电极之间的任何其他层(例如层叠粘接剂)相同的方式影响显示器的工作性质。读者可以参照上述2003/0025855，其中详细概括了电光显示器中所用的层叠粘接剂的所需性质；这些性质中的大多数直接适用于用作根据本发明的内部滤色器阵列的着色层。
部分E-双分离膜正如已经指出的，液晶显示器中所用的结合CFA的方法并不特别适用于其他类型的电光介质。特别是，正如已经指出的，用于组装液晶显示器的技术不能很好地转用于其他类型的电光介质。在用于组装液晶显示器的常规方法中，形成包括衬底、滤色器层和导电层的前组件，并且将该前组件与包括象素电极和相关电路的后组件对准和固定，使用间隔物在两个组件之间保持狭窄的单元间隙。然后将该单元间隙抽空，并通过将组合组件浸入液晶材料池中而填充液晶材料。
尽管理论上可通过相似的方式形成封装电泳显示器，不过实际上这种组装技术极其不符合需要，这是因为当注入窄单元间隙时，胶囊不会如所产生的显示器获得最佳光学性质所要求的那样紧密填充。取而代之，希望通过将结合有浆状聚合物粘接剂的封装电泳材料涂覆或印刷在衬底上，然后干燥和/或固化涂覆或印刷层，来形成最终的电泳介质层。尽管可直接在CFA上执行涂覆或印刷步骤，不过在胶囊适当填充和/或胶囊与CFA充分粘接时，某些CFA会存在问题。
在本发明的一个方面中，将电泳显示材料或其他固体电光材料涂覆、印刷或者通过其他方式沉积到分离片上，以便以后转移到CFA或其他衬底，例如底板(也参见上述共同未决专利申请序列号第10/249,957号和相应的国际申请PCT/US03/16433)。希望涂覆显示材料，使显示材料与分离片之间存在薄的粘合层；可将第二粘合层设置在显示材料胶囊的相对一侧上。为了在处理期间保护所涂覆的复合材料，希望在第二粘合层上施加第二分离片。
在图3中表示出了本发明的优选双分离片(通常表示为300)。该分离片300包括中央电光材料层302，在图3中具体为包括位于聚合物粘接剂306中的胶囊304的层。胶囊304可以与上面参照图1所描述的类似。片300还包括第一粘合层308，覆盖第一粘合层308的第一分离片310，设置在层302的与第一粘合层308相对一侧上的第二粘合层312，以及覆盖第二粘合层312的第二分离片314。
可通过首先用粘接剂层涂覆分离片310，然后将其干燥或固化以形成第一粘合层308。然后，将胶囊304与粘接剂306的混合物印刷或通过其他方式沉积在第一粘合层308上，然后将混合物干燥或固化以形成粘覆层302。最后将粘接剂层沉积在层302上，干燥或固化以形成第二粘合层312，并用第二分离片314覆盖第二粘合层，从而形成双分离片300。
涂覆技术领域的技术人员显然可知，用于形成片300的这种操作顺序很好地适于连续生产，并且通过仔细选择材料和工艺条件，可通过传统的卷装进出涂覆设备一次执行全部操作程序。
为了使用双分离膜(如膜300)来组装显示器，剥离一个分离片(通常其上涂有电光材料)，并使用例如热、辐射或基于化学的层叠处理将双分离膜的其余各层附着于CFA或另一前衬底上。通常，CFA或前衬底包括将要构成最终显示器的前电极的导电层。CFA和导电层可以为任何顺序，不过由于已经讨论的原因，CFA优选位于导电层与电光层之间。前衬底可包括附加层，如UV滤光片或意在保护CFA和/或导电层不受机械损伤的保护层。此后，剥离另一分离片，从而露出第二粘合层，第二粘合层用于将CFA/电光材料涂层组件附着于底板上。而且，可使用热、辐射或基于化学的层叠处理。可以理解，所述两次层叠的顺序实际上是任意的，并且可以颠倒，不过实际上通常更便于首先将双分离膜层叠到CFA或另一前衬底上，随后将所产生的前组件层叠到底板上。
如上所述，在所有基于CFA的电光显示器中，需要使从滤色器底面到光学有源层之间的距离尽可能的小。这样就使光损耗最小，并减小了视差问题。因此，显示器前面和胶囊壁上的层叠粘接剂均应当尽可能的薄。可以想象这些层的厚度可以减小到近似为1μm。此外，希望胶囊在涂覆和干燥过程中发生变形，使其存在一个紧靠滤色器阵列的实际平坦的表面。这将有助于使通过一个象素入射的光在从光学有源显示材料漫反射后通过相邻(不同颜色)象素离开的几率最小。此外，希望在构成显示器叠层时所用的所有薄膜的折射率相匹配。
可采用多种显示器组装技术，包括但不限于湿粘接或热熔层叠方法。在有些应用中，优选使用可重定位粘接剂或气溶粘接剂。在另外的应用中，优选使用辐射、热或化学固化粘接剂。不过，在每种组装技术中，必须将CFA子像素与底板上的TFT阵列电子装置对准。为了获得高分辨率对准(假设在10-20μm内更好地对准)，可使用将底板上的基准标记与CFA上的基准标记对准的标准光学对准系统。一旦这两个衬底上的基准对准，则在不引入失准的条件下将它们结合在一起，并进行层叠处理。层叠处理可基于1.机械接触(即可重定位或不可重定位的压敏粘接剂)，2.热效应(例如热熔、湿粘接、真空层叠等)，或3.基于辐射的方法(例如UV固化)。
电光显示器技术领域的技术人员显然易于想到，可以对所描述的由双分离膜形成电光显示器的方法进行多种改变和变型。例如，在所述两次层叠的每一次中，两个被层叠在一起的部件中仅有一个部件需要带有粘合层，并且哪个部件带有粘合层是处理工艺的本质问题。因此，在某些情况下，很方便地使片300中省略粘合层308和312中的一个或两个，取而代之将相似的粘合层放置于层叠中所使用的CFA、底板或另一衬底上。此外，在有些情况下，在不会导致粘合层长时间暴露于污染物的情况下可省略一个分离片。例如，如果在连续生产线上形成双分离片，如片300，并在形成第二粘合层312之后的较短时间内将其层叠到滤色器阵列或另一衬底上，则可省略第二分离片314的使用，且第二粘合层用于将片300层叠到滤色器阵列上。
电光显示器技术领域的技术人员显然可以看出，本发明的双分离片可以看作上述共同未决申请序列号第10/249,957号和相应的国际申请PCT/US03/16433中所述的前平面叠层的一种变型形式。这种前平面叠层依次包括透光导电层(通常位于聚合物薄膜衬底上)、与导电层电接触的固体电光介质层、粘合层和分离片。本发明的双分离片实质上是通过用第二分离片取代其导电层，且可选择使用相关的第二粘合层，而得到的这种前平面叠层的一种变型。因而，本发明的双分离片可包括上述共同未决申请序列号第10/249,957号和相应的国际申请PCT/US03/16433中所述的前平面叠层的任何可选特征。例如，该双分离片可具有以下各项中的一个或多个(a)在其一个或两个分离片上的导电层，以便能检测电光介质(参见申请序列号第10/249,957号的图2-7以及相关描述)；(b)延伸通过电光介质层的导体(参见申请序列号第10/249,957号的图9和10以及相关描述)；(c)延伸通过电光介质层的小孔，在以后可用导电材料填充该小孔，以便形成(b)中所述的导体(参见申请序列号第10/249,957号的图8和18以及相关描述)；(d)封边(参见申请序列号第10/249,957号的图11-17、19和20以及相关描述)；以及(e)标签，其中分离片延伸到电光材料层以外，以便于去除分离片(参见申请序列号第10/249,957号的图21和22以及相关描述)。
由于显示器寿命和坚固性的原因，需要围绕显示器边缘的封边。封边材料可包括UV、热或与封装电泳显示材料相容的化学固化粘接剂。可使用印刷方法、自动吸管分配技术或本领域技术人员熟知的其他类似技术将粘接剂沉积在显示器的边缘周围。在传统的液晶制造方法中，在液晶填充到单元间隙之前将这种密封材料固化。对于封装显示器而言，由于封边会将空隙(例如空气隙)锁入层叠显示器中，因而这种方法是不可接受的。有多种消除这一问题的方法。第一，在层叠完成后可将封边材料填充到显示器边缘周围的窄间隙中。第二，可以仅在一部分显示器边缘周围设置封边材料，进行层叠，然后填充其余封边材料。在上述共同未决申请序列号第10/249,957号中描述了这些和其他封边技术。不过，本发明的双分离膜提供另一种形成封边的方法，即令位于电光层相对侧上的粘合层扩展到电光层边缘以外，不过不超出显示器的边缘。图4说明了通过这种方式形成的封边。图4表示了通过已经描述的双层叠方法，由与图3中所示的薄膜300类似的双分离膜形成的显示器(总体表示为400)。最终显示器400包括电光层302、底板316和CFA318。两个粘合层308’和310’延伸到电光层边缘之外，但没有超出显示器的边缘，从而在两次层叠之后，两个粘合层粘接在一起以形成封边320。在形成坚固的电光显示器时常常必须进行封边，这可以使显示器经受得起环境条件的较大改变，并且更易于通过这种方式使用现有的粘合层来形成所需的密封，而非在显示器的外边缘周围引入单独的密封材料。
部分F-通过光刻成像制造滤色器阵列在本发明的另一方面中，提供了一种用于制备电光显示器中所用的滤色器的方法。该方法包括在感光胶片上使滤色器图案成像，(如果需要的话)处理该薄膜以显示出该图象，然后在感光胶片上沉积导电层作为电极。本文中使用的术语“感光胶片”，不限于基于卤化银化学性质的薄膜，也不限于对可见波长敏感的薄膜，而是包括对于可见范围之外的电磁辐射敏感的薄膜。如果所使用的感光胶片是包括衬底卤化银感光乳剂的常规卤化银薄膜，则通常将导电层沉积在薄膜的感光乳剂一侧上。结果产生了可用作电光显示器顶面的柔性滤色片。
上面已经讨论了在柔性衬底上制备CFA时的要求，以及在试图改变最初为用于液晶显示器而开发的在玻璃上形成CFA的常规方法时遇到的问题。正如已经描述的，这种方法不能很好地适用于柔性衬底，并且与石英上的非晶硅TFT底板的成本相比，制造成本也较高。
在本发明的一个实施例中，通过将现有的滤色器阵列接触印刷到玻璃上而将图象转移到照相胶片上。然后将胶片放置在感光乳剂一侧向上的平坦、非反射表面上。然后将滤色器的染料一侧向下放置在薄膜顶部。利用光源通过滤色器曝光该胶片。该方法需要现有的滤色器作为母版。
本发明用于制造滤色器的另一实施例，使用了照相机将图案成像到薄膜上。该图案可以是现有的滤色器，在此情况下从背后照射该图案。在此情况下，将照相机设置成在薄膜上复制出1∶1的图象。或者，母版可以为大(海报大小的)反射物体，例如纸上的高质量图片。在这种情况下，应当从前面照明母版，并且将照相机设置成将薄膜上的图象减小到适当尺寸。该方法具有能由微观图案快速构造CFA的优点，从而可改变诸如滤色器密度、黑掩模尺寸等的参数。
本发明的又一实施例使用了沿垂直于线列长轴的方向在薄膜上平移的发射元件的线列，以便在薄膜上产生条纹图案。如果该实施例中需要黑色掩模，则将发射元件在适当位置打开或关闭，以便在薄膜上产生暗区。
在上述任意一个实施例中，通过将适当滤色器应用于照明源，或者(在使用时)通过将滤色器放置在照相机的镜头上面，可减小(或增强)滤色器的整体偏色。可通过增大或减小薄膜曝光来调节滤色器的密度。如果薄膜在滤色器中(有可能)没有准确地再现出一种或多种颜色，则必须调节母版中的颜色。对于任何薄膜而言，存在受感光乳剂的光谱响应函数控制的逆变换，其决定了母版中使用的适当颜色以便在最终的显示器中获得所需的颜色。
为了完成构造CFA，在上述一个过程之后，可使用适当的化学方法处理该薄膜。然后，可以将氧化铟锡(ITO)或其他导电材料薄膜蒸发到薄膜的感光乳胶一侧上。或者，可以将透明导电聚合物例如Baytron(注册商标)涂覆到该表面上。
本发明能在柔性衬底上以低成本制造CFA。此外，使用上述的简化方法，可使用非常简单和易于获得的工具制造任意几何形状和颜色的CFA，能使滤色器变型快速原型化。
部分G-制造滤色器阵列的多种方法本发明涉及多种用于将电泳显示材料集成到基于CFA的电泳显示器中的方法。本发明的制造方法与液晶显示器制造时所用的方法明显不同。
在本发明的第一方面中，将封装电泳显示材料直接涂覆到CFA上，并且随后将经过涂覆的CFA层叠到包含象素电极的底板上。
可通过狭缝模制、液面弯曲、幕式淋涂或其他涂覆方法将封装电泳显示材料(即多个胶囊)直接沉积在滤色器阵列上。滤色器阵列可由玻璃或其他光学透明衬底(包括聚合物衬底和薄“柔性”玻璃)，多个红、绿和蓝色条，以及透明导体组成。在某些实施例中，滤色器阵列包括“黑色掩模”，黑色掩模是用于隐式地选择所组装的电子显示器上不想要的位置的不透明线栅。在其他实施例中，滤色器阵列由多个红、绿和蓝色象素，而非由条组成。黑色掩模可以位于彩色条或象素上面或下面。在另一实施例中，滤色器可包括光学透明而非彩色的条或象素。
重要的是要保证封装电泳显示材料与CFA紧密接触，以保证显示材料与滤色器之间充分光耦合。至少要求滤色器表面与封装电泳显示材料中光学有源材料的前表面之间的距离远远小于显示器象素的最小尺寸。例如，对于100μm宽的象素而言，应当保证从滤色条的表面到光学有源材料的前表面之间的距离小于10μm。可用层叠粘接剂、聚合物粘接剂、胶囊壁材料、位于滤色器着色区域上面的薄膜填充该间隙，并对滤色器进行表面处理。
本发明的另一方面涉及用于在CFA上产生规则表面能量图案的方法，以影响CFA上胶囊的填充密度。根据本发明的这一方面，可以对CFA进行表面处理，以便影响随后直接涂覆在经过表面处理的CFA上的胶囊的填充。通常，希望设计滤色器，使滤色器的与封装电泳显示材料接触的表面上存在规则的表面能量图案。这有助于确保胶囊按照一种改善显示器光学性能的方式填充。
或者或除这样产生规则表面能量图案以外，可以按照这样一种方法制备表面，以便均匀增大或减小该表面的可润湿性。可通过涂覆附着力促进剂或适当的表面化学物质，如1-丙烷胺，3-(三甲硅氧烷)(更系统地是称为3-氨基丙基三甲氧基硅烷)，3-氨丙基二甲基乙氧基硅烷，六甲基二硅氨烷或其他这类材料，来实现这一目的。还可以对底板的表面(或需要使可润湿性改变的其他表面，如下面所述)进行类似的表面处理，以便增强显示性质。
在本发明的特定实施例中，可按照如下方法构造CFA1.在衬底上对红、绿和蓝条进行构图，2.在彩色条上对黑色掩模进行构图(黑色掩模一般位于彩色条下面)，和3.对黑色掩模进行表面处理，使其对于封装电泳显示材料不润湿，而彩色条对于封装电泳显示材料润湿。有代表性的表面处理剂包括十八烷三氯硅烷，其他硅烷和硫醇基化学物质的光谱，各种聚四氟乙烯试剂和本领域技术人员已知的其他材料。通过在黑色掩模最顶部表面上包含表面处理接受膜，可以使黑色掩模易于接受这些试剂。例如，可以沉积薄金膜作为黑色掩模的最顶层，并在金上沉积链烷硫醇。硫醇材料可以构造成与彩色条具有明显不同的表面能量，从而实现所期望的效果。
本发明的另一方面涉及使用构图表面处理剂影响所涂覆胶囊在连续电极上的填充密度的方法。在这一方面中，将构图表面处理剂沉积在连续电极上，以影响随后沉积的胶囊的填充。可以通过包括微接触、胶印、凹板印刷、凸版-凹版印刷的印刷技术或本领域技术人员公知的其他印刷技术，将构图表面处理剂涂覆到位于滤色器顶部的连续电极上。这是印刷的一种理想用途，因为局部尺度上不需要完美的制造；局部缺陷并非是灾难性的，因为胶囊在长距离范围上的适当填充倾向于适当地组织胶囊，而与局部缺陷无关。
另一方面，本发明涉及单分散胶囊(尺寸基本均匀的胶囊，例如其中至少大约95％的胶囊的直径与平均直径相差不会超过大约20％，并且优选不超过大约10％)在电泳显示器中的使用。特别希望结合已经描述的本发明的表面处理方面使用这种单分散胶囊，因为对于多分散胶囊而言，在将所沉积的薄膜重新排列成规则图案时，带有规则图案的表面处理剂变得不太有效，无论是将这些表面处理剂沉积在滤色器黑色掩模上，还是沉积在连续电极上都不太有效。
本发明的这些方面均用于通过影响涂覆到前电极上的胶囊的填充而改善封装电泳显示器的光学性能。用于实现这一目的的表面处理剂或者加入到滤色器黑色掩模内，或者直接印制在与显示材料接触的连续电极上。
本发明的另一方面涉及新型表面处理剂，其能用封装电泳显示材料填充CFA与底板之间的单元间隙。本发明的新型表面处理技术能使用更传统的液晶显示器制造技术。在本发明的这一方面中，将促进胶囊润湿的表面剂施加给CFA，并且将促进胶囊去湿的表面剂施加给底板。正如传统液晶制造过程中那样，组装滤色器阵列和底板，并且使它们之间具有精确的间隔物，并且用环氧树脂或其他边缘密封剂封边。然后使用泵、真空或本领域技术人员已知的其他类似技术，将封装电泳显示材料抽入滤色器阵列与底板之间的空间中。不过，由于CFA和底板上存在表面处理剂，胶囊优先紧靠显示器的前表面(滤色器表面)填充，并且趋于去湿，并远离底板表面运动。本发明确保封装电泳显示材料紧靠前观察表面填充，与材料紧靠底板填充的技术或者不优先紧靠CFA或底板表面填充的技术相比，显著地改善了光学性能。表面应力用于将胶囊吸引到前电极上，不过可采用其他力，包括重力、电泳和磁实现这一目的。
本发明的这一方面，通过影响注入前电极与底板之间形成的单元间隙中的胶囊的填充，改善了显示器的光学性能。能将传统的显示器填充技术用于封装电泳显示器中。
本发明各方面所用的电泳介质可以为上述E Ink和MIT专利和申请中所述的任何类型，读者可参照这些专利和申请获得更进一步的信息。
权利要求
1.一种包括分散于悬浮液中的多个带电粒子的电泳介质，该介质的特征在于，所述粒子包括至少两种电泳迁移率基本相同但颜色不同的粒子。
2.根据权利要求1所述的电泳介质，其中所述带电粒子包括无机颜料。
3.根据前面任一权利要求所述的电泳介质，其中所述带电粒子涂有二氧化硅或二氧化硅/氧化铝涂层。
4.根据前面任一权利要求所述的电泳介质，其中所述带电粒子涂有聚合物。
5.根据前面任一权利要求所述的电泳介质，其中所述带电粒子和悬浮液被保持在至少一个胶囊内。
6.一种用于形成电泳介质的方法，该方法的特征在于将至少两种具有不同颜色的颜料混合以形成混合颜料；使该混合颜料经历至少一次表面处理；并且将经过表面处理的混合颜料分散到悬浮液中，以形成至少两种电泳迁移率基本相同但颜色不同的粒子。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述表面处理包括用二氧化硅或二氧化硅/氧化铝涂层涂覆该混合颜料。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中所述表面处理包括在混合颜料上形成聚合物。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面处理包括用硅烷耦联剂处理混合颜料，以便提供一些位置，在这些位置上可以将聚合物附着于混合颜料上，此后在有效地导致聚合物形成在混合颜料表面上的条件下，利用至少一种单体或低聚物处理硅烷化的混合颜料。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，还包括将带电粒子和悬浮液封装到至少一个胶囊内。
11.一种电光显示元件(100)，包括电光显示介质(102)；用于改变电光显示元件的光学性质的光偏置元件(102)；以及用于寻址电光显示介质(102)的地址电极(110，112)，该显示元件的特征在于，在电光显示元件(100)的不同部分，光偏置元件的颜色不同，从而该光偏置元件形成了滤色器。
12.根据权利要求11所述的电光显示元件，其中电光显示介质(102)为电泳介质，该电泳介质包括悬浮液(16)、悬浮于该悬浮液(106)中并且通过向悬浮液(106)施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子(108，116)；该电泳介质还包括至少一个具有包围悬浮液(106)和带电粒子(108，116)的胶囊壁的胶囊(104，104’，104”)，该显示元件(100)可选地包括围绕胶囊的粘合剂，和/或靠近电泳介质(102)设置的层叠粘接剂，和/或设置于电泳介质(102)与显示器观察表面之间的前电极(110)，并且其中光偏置元件设置于胶囊壁、粘合剂、层叠粘接剂和前电极(110)的至少一个中。
13.一种电泳介质，其包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于该悬浮液中并且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子；以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁，该介质还包括滤色器阵列，该电泳介质的特征在于该滤色器阵列具有多个非矩形象素。
14.根据权利要求13所述的电泳介质，其中滤色器阵列的象素是六边形、正方形或三角形的。
15.一种电光显示器，包括固体电光介质层、靠近电光介质层设置以便向其施加电场的至少一个电极，以及设置于电光介质与电极之间的滤色器阵列，该显示器的特征在于滤色器阵列的电阻并非远远大于电光介质层的电阻。
16.根据权利要求15所述的电光显示器，其中滤色器阵列的体积电阻率不大于大约1010欧姆厘米。
17.用作电光显示器中一个部件的一种制品，包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层(302)；位于固体电光介质层(302)的第一表面上的第一粘合层(308)；该制品的特征在于在第一粘合层(308)的与固体电光介质层(302)相对的一侧上提供分离片(310)；以及位于固体电光介质层(302)的第二表面上的第二粘合层(312)。
18.根据权利要求17所述的制品，还包括设置于第二粘合层(312)的与固体电光介质层(302)相对一侧上的第二分离片(314)。
19.根据权利要求17或18所述的制品，其中电光介质(302)为电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊(304)，每个胶囊包含悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁。
20.根据权利要求17至19中任一项所述的制品，其中第一和第二粘合层(308，312)延伸到电光介质层(302)的边缘以外。
21.用作电光显示器中一个部件的一种制品(300)，该制品包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层(302)；和覆盖固体电光介质层(302)的第一表面的第一分离片(310)；该制品(300)的特征在于覆盖固体电光介质层(302)的第二表面的第二分离片(314)。
22.根据权利要求21所述的制品，其中电光介质(302)为电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊(304)，每个胶囊包含悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁。
23.一种用于形成电光显示器的方法，该方法的特征在于提供一种制品，其包括在相对侧上具有第一表面和第二表面的固体电光介质层；位于固体电光介质层第一表面上的第一粘合层；设置于第一粘合层的与固体电光介质层相对的一侧上的分离片；以及位于固体电光介质层第二表面上的第二粘合层；通过第一粘合层将该制品层叠到前衬底上，从而形成前组件；从所述前组件上去除分离片；以及通过第一粘合层将前组件层叠到包括至少一个电极的底板上，从而形成电光显示器。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述前衬底包含电极。
25.根据权利要求23或24所述的方法，其中所述前衬底包括滤色器阵列。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的方法，其中所述制品包括覆盖第二粘合层的第二分离片，该方法包括在将制品层叠到前衬底之前从第二粘合层上去除第二分离片。
27.根据权利要求23至26中任一项所述的方法，其中所述制品的第一和第二粘合层延伸到电光介质层的边缘以外，并且在该方法中将第一与第二粘合层的边缘部分彼此粘接，从而在电光介质周围形成封边。
28.一种用于形成滤色器阵列的方法，该方法的特征在于使感光胶片成像，以在其上形成滤色器阵列图案；并且此后，将导电层沉积到感光胶片上。
29.一种用于形成电泳显示器的方法，该方法包括提供滤色器阵列；和提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场能移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；该方法的特征在于将电泳介质沉积在滤色器阵列上，以形成带有涂层的滤色器阵列；以及此后，将带有涂层的滤色器阵列层叠到包括至少一个象素电极的底板上。
30.根据权利要求29所述的方法，其中在通过沉积在表面上产生表面能量变化的区域之前，对滤色器阵列的表面进行表面处理。
31.一种用于将电泳介质沉积到电极上的方法，该方法包括提供电极；和提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场而能够移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；该方法的特征在于，对电极进行表面处理，以在其上产生表面能量变化的区域；以及在表面经过处理的电极上沉积电泳介质。
32.一种用于形成电泳显示器的方法，该方法包括提供前衬底；提供底板；提供电泳介质，该电泳介质包括多个胶囊，每个胶囊包括悬浮液、悬浮于悬浮液中且通过向悬浮液施加电场而能够移动穿过悬浮液的多个带电粒子，以及包围悬浮液和带电粒子的胶囊壁；该方法的特征在于，对前衬底的表面进行表面处理，以促进胶囊对其的润湿；对底板的表面进行表面处理，以促进胶囊对其的去湿；将前衬底与底板组装在一起，同时它们经过处理的表面彼此相对，并且在经过处理的表面之间具有间隙；以及将电泳介质放入间隙中，从而电泳介质的胶囊紧靠前衬底处理表面填充。
全文摘要
本发明提供了一种电泳介质，其包括至少两种电泳迁移率大致相同但颜色不同的粒子。本发明还提供了制品(300)，其包括固体电光介质层(302)、位于电光介质(302)一个表面上的第一粘合层(308)，覆盖第一粘合层(308)的分离片(310)，和位于电光介质(302)的相对的第二表面上的第二粘合层(312)。
文档编号G02F1/167GK1678954SQ03820879
公开日2005年10月5日 申请日期2003年9月2日 优先权日2002年9月3日
发明者G·M·杜塔勒, K·R·阿蒙森, B·科米斯基, H·G·加特斯, A·格纳加, J·E·赖特, M·L·斯泰纳, R·J·维尔科克斯, R·W·策纳, A·E·普伦 申请人:伊英克公司