一種電泳顯示裝置及其制備方法

專利名稱：一種電泳顯示裝置及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電泳顯示裝置及其制備方法。
背景技術：
與傳統的平板顯示技術相比，電泳顯示具備能耗低、可彎曲，對比度高、高圖象雙穩性、可視性好、應用簡單。結合了傳統紙張和電子顯示的優點，電泳顯示是當前電子紙應用領域中最具潛力的技術。電泳顯示技術大約在上世紀70年代提出，并逐步得到廣泛重視。美國的E ink公司發表了一系列的專利，包括以下專利如US6120588、US6652075、 US6822782、US6982178、US7079305和US7230750等。其主要技術是將可以在外加電場下顯示兩種或者多種色彩的電泳顯示液由微膠囊包覆起來，并在導電基材表面涂布有一層均勻的微膠囊薄層，然后將所制備的涂層與控制電路結合在一起得到電泳顯示裝置。該技術通過微膠囊包覆的方法較好地解決了電泳顯示液的穩定性的問題，也容易得到一個均勻的電泳顯示材料薄層，能夠很好地實現兩種或者數種色彩的顯示以及得到這些色彩的中間狀態。但是用這種技術來顯示全彩色有很大的難度，主要在于如何將多種能夠顯示不同基本顏色的微膠囊均勻地、有序地分布在導電基材上，并且同時形成尺寸較小的像素單元。美國的Sipix公司提出了一種微杯技術來實現電泳顯示，如專利US667^21、 US6751008和US6753067所述。Sipix公司的技術發展了一種連續生產微杯的方法，在微杯里灌注電泳顯示液，然后再進行封裝。這種技術可以很好地實現微杯的連續生產，也較好地解決了電泳顯示液的穩定性問題。為了實現全彩色的顯示，需要將不同的電泳顯示液灌注在相鄰的微杯里，從而形成一個基本的彩色顯示單元。但是灌注電泳顯示液后，在封裝的過程中如何避免不同顯示液的混雜有較大的困難。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于以現有的電泳顯示技術為基礎，并結合現有的電子工業和其他行業的成熟技術，提供一種新的電泳顯示裝置的設計方案，可以在單一顯示屏上直接實現多種顏色或者全彩色的圖像文字顯示。如前所述，現有的電泳顯示屏主要基于微膠囊或者微杯技術，微膠囊技術解決了電泳顯示液的穩定性問題，但其很難用于實現全彩色顯示。微杯技術既解決了電泳顯示液的穩定性問題，也可以通過在相鄰微杯灌注不同顯示液而實現全彩色的顯示，但其不能避免在封裝過程中顯示液混雜的問題。在現有技術的基礎上，本發明人提出了一種構思，即先將具有部分或全部相互連通的微池的電泳顯示層與一個透明的公共電極面板以及帶控制電路的控制電極面板進行封裝，組成一個完整的微池陣列空盒，然后再將電泳顯示液灌注到電泳顯示層的微池中的方法，這樣就有效地解決了顯示液混雜的問題。基于以上構思，本發明提供了一種電泳顯示裝置，具體技術方案如下
一種電泳顯示裝置，其電泳顯示層包括多個基本顯示單元，其特征在于，每一基本顯示單元包含一組微池亞單元，每個微池亞單元由可在封裝之后實現電泳顯示液的灌注相互連通的微池構成，所述微池包含電泳顯示液。優選的，所述微池亞單元在橫向或縱向的一個方向或兩個方向上彼此連通。這樣的布局節省材料，并且使得灌注方式高效，省力。所述相互連通的微池一端連有灌注裝置，另一端連有導管。如果所有微池均灌注同一種電泳顯示液，則可以將所有微池設置成彼此連通的，這樣只需在所有微池的一端設
置一個灌注裝置，另一端設置一個導管。所述單個微池的平面面積一般為1111112-4\108111112，優選為25111112-25\10、1112， 更優選為 1Χ102μπι2-4Χ104μπι2，最優選為 4Χ IO2 μ m2_l X IO4 μ m2。所述單個微池的高度一般為1-1000微米，優選5-200微米，更優選10-100微米， 最優選10-30微米。所述每一微池亞單元中的微池之間的連接通道的寬度一般為1-100微米，優選 2-50微米，更優選2-20微米。所述單個微池的形狀優選為菱形；所述微池的池壁由不導電或者導電率極低的材料構成，如玻璃、塑料、金屬氧化物、或者其他合適的材料。所述的透明的公共電極面板包括透明基材層和涂布在透明基材上的透明導電層， 其中透明導電層材料可選自銦錫氧化物(ΙΤ0)，氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)或氧化銦 (In2O3)；而透明基材材料可選自PET、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙火布。所述控制電極面板包括基材層和導電層，其中導電層材料可選自錫氧化物(ITO)， 氧化鋅(SiO)、二氧化錫(SnO2)或氧化銦(In2O3)、碳(C)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、 薄膜晶體管(Thin Film Transistor)、有機薄膜晶體管(Organic Thin Film Transistor) 等等；而基材材料選自PET、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙烯，環氧樹脂、FR-4、玻璃等。控制電極面板優選玻璃基板的TFT和柔性基板的0TFT。所述的控制電極面板上是由多組的次單元電極組成，作為一種具體的實施方式， 每一個次單元電極能夠對一個微池亞單元區域進行電壓控制，或是對單個微池進行電壓控制，根據顯示的實際情況而定。一組的次單元電極組成一個單元電極，一個單元電極驅動一個顯示單元，作為一種優選的實施方式，每一個次單元電極都能夠獨立進行電壓的控制，包括電壓的大小和驅動時間。所述微池里的電泳顯示液可以是一種單粒子體系，即只有一種帶電的固體顏料顆粒分散在含有有機染料的溶劑中，固體顏料和染料具有不同的顏色。所述微池里的電泳顯示液也可以是一種雙粒子或者多粒子體系，即至少有兩種不同顏色的固體顏料粒子分散在溶液中。在一個基本顯示單元內，相鄰的微池亞單元可以灌注同一種電泳顯示液，也可以灌注不同種類的電泳顯示液。所述基本顯示單元的一組微池亞單元，可以為四個微池亞單元，也就是可以灌注四種不同種類的電泳顯示液。所述顯示單元里灌注有四種不同的電泳顯示液的具體方案可以為三種為由一種公共顏色的著色劑和一種與公共顏色著色劑顏色不同的基本顏色著色劑組成的電泳顯示液，另一種為同時含有白色和黑色著色劑的電泳顯示液，其中所述公共顏色的著色劑為白色著色劑或黑色著色劑。四種不同的電泳顯示液里的著色劑的顏色組合可以分別為黑色/ 白色、紅色/白色、藍色/白色、和綠色/白色；還可以分別為黑色/白色、青色/白色、品紅色/白色、和黃色/白色。所述每個次單元電極的驅動電壓可獨立調節，可以通過調節電壓的大小或電壓的驅動時間，或者同時調節電壓的大小和驅動時間，以此來改變對應微池區域電泳顯示液的顏色灰度，來達到預期的顯示顏色灰度。通過同一個基本顯示單元下的各次單元電極控制的微池的顏色灰度，來調配出基本顯示單元的顏色效果，最終由各個基本顯示單元組成了整個顯示畫面。本發明還涉及電泳顯示裝置的制備方法，其制備包括如下步驟(1)透明導電膜和透明基材層構成透明公共電極面板，在透明公共電極面板的導電膜一面涂布一層材料膜；(2)將透明基板上的步驟(1)所述的材料膜制備成至少有同一微池亞單元中的各個微池彼此連通的微池陣列；(3)基材層和導電層構成控制電路面板，在控制電極面板的導電層制備多個次單元控制電極，利用粘粘劑將該控制電極面板與步驟( 所述的透明基板上的微池陣列層封裝在一起，形成微池陣列盒；(4)在步驟C3)所得微池陣列盒中注入電泳顯示液，將微池陣列盒密封。本發明的電泳顯示裝置在技術上相對簡單，容易實施，徹底地解決了微杯技術中的顯示液混雜問題，另外，通過特定的顯示液的組合可以實現多種顏色和全彩色的顯示。


圖1為電泳顯示裝置的橫截面示意圖；圖2為一種實施方式的電泳顯示裝置中多個微池的整體效果示意圖；圖3為一種實施方式的電泳顯示裝置中部分微池放大后的示意圖；圖4為一種實施方式的電泳顯示裝置的基本顯示單元的示意圖；圖5為顯示裝置的各個制作階段的示意圖，其中圖fe為涂布了不導電或導電率極低的材料的透明基板層；圖恥為本發明的一種實施方式的凸式模具示意圖；圖5c為本發明的一種實施方式的掩模版示意圖；圖5d為本發明的一種實施方式的制備好的微池陣列的示意圖；圖k為本發明的一種實施方式的控制電極面板的示意圖；圖5f為本發明的一種實施方式的灌注操作示意圖。
具體實施例方式^X本發明中的上下文中，術語“基本顯示單元”，是指顯示裝置的整個顯示平面區域劃分為許許多多的小區域，每一個小區域顯示出顯示畫面的其中一個小像素，以上所述的小區域就是基本顯示單元。術語“微池亞單元”，連通在一起的若干個微池組成了一個微池亞單元，一個微池亞單元下包含的微池數量根據實際的應用情況而定。術語“次單元電極”，是指一個基本顯示單元再分為若干個顯示區域，每一個顯示區域對應的控制面板上的一個小的控制電極，這個小的控制電極就叫次單元電極。本發明的電泳顯示裝置的一種實施方式如圖1所示，最上面一層為透明基材110， 該材料可以是玻璃、其他無機透明材料或者透明塑料，包括但不限于聚酯(如PET 對苯二甲酸乙二酯)、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯和其他透明的高分子材料。面板第二層為涂布在透明基材110上的一層導電的透明材料120，該材料包括并不限于氧化銦錫(ITO)、氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)、氧化銦(In2O3)和其他導電透明無機材料和導電透明高分子材料。110和120組成了公共電極面板，110和120材料的選擇應根據電泳顯示裝置的應用來決定。在室外的固定裝置上，可以優選涂布有ITO的玻璃板材，充分利用玻璃材料的透光性好、環境穩定性高的特點。在需要彎曲或折疊的場合下，優選涂布有 ITO的塑料，更優選涂布有ITO的聚酯材料，再進一步優選涂布有ITO的PET。130為電泳顯示層，其另外一面為具有導電材料140的控制電極面板150。導電材料140可以為金屬材料如金、銀、銅、鋁等、導電氧化物材料如ΙΤ0、ZnO, SnO2, In2O3等和薄膜晶體管 TFT(Thin Film Transistor)、有機薄膜晶體管 0TFT(0rganic Thin Film Transistor)等；面板150的材料可以為在工業和電子行業里使用的各種片材、板材和薄膜材料，例如各種塑料、陶瓷材料和復合材料。導電材料140可以通過現有的各種方法在面板 150上制作需要的結構或器件，例如涂布、電鍍、真空濺射、真空鍍膜、刻蝕等其他工藝。控制電極面板優選的是玻璃基板的TFT和柔性基板的0TFT。在導電材料層120和140之間封裝有電泳顯示層130，電泳顯示層包括多組基本顯示單元，每一基本顯示單元包含一組微池亞單元，每個微池亞單元由彼此連通的微池構成， 不同亞單元內灌注有相同或不同顏色的電泳顯示液，微池由池壁131圍成。池壁131的材料應為完全不導電或者導電率極低的材料，如玻璃、塑料、金屬氧化物、或者其他合適的材料。單個微池的形狀可以有多種選擇，包括但并不限于正方形、長方形、菱形、三角形、六邊形、八邊形、圓形、橢圓形、球形、橢球形。微池應選擇合適的形狀使得池壁所占的面積在整個顯示屏里最小化，盡量增加顯示屏的有效顯示面積。圖2是一種微池方案的總體效果示意圖，圖中的黑色線條代表了微池的池壁，每一個菱形區域代表了一個微池，此方案將微池設計成菱形，使池壁所占面積較小，有效地增加了顯示屏的有效顯示面積。同時圖2只是示意了一定面積的微池方案，微池區域的大小取決于實際的應用，應與實際電泳顯示裝置的顯示面積相當。圖3是一小塊電泳顯示微池的放大示意圖，即圖2中虛線框所示位置。同圖2類似，圖3中的微池形狀為菱形，如前所述，微池的形狀可以是任意一種形狀。為了方便解釋微池的設計方案，圖3只包括了數目極其有限的幾個微池。實際電泳顯示屏的微池數目可能會遠大于圖3所示意的數量，具體的數量取決于實際的電泳顯示屏的尺寸。如圖3所示， 相鄰的兩個微池(例如微池311和微池31 之間可能會有一個狹窄的通道321互相連接使微池連通。互相連通的微池組成一個亞單元，如圖3中的微池311、312、313和314就組成了一個微池亞單元。相鄰顯示單元的微池亞單元可以在縱向上相互連通，例如由微池311、312,313和314組成的微池亞單元與相鄰的縱向的下一個顯示單元的微池通過一個狹窄的通道321連接在一起。這樣，顯示屏內的同一縱向的微池都通過通道321相互連接起來，隨后通過灌注步驟，灌注同一種電泳顯示液。但是不同縱向的微池可能屬于不同的顯示單元， 在驅動的過程中由控制電路單獨驅動。相鄰的微池在顯示的時候有可能顯示不同的顯示狀態，也有可能被驅動成相同的顏色，這完全取決與顯示的需要。在微池陣列封裝以后，每一列微池的一端有一個較長的導管322用于在灌注電泳顯示液的時候釋放空氣和多余的電泳顯示液，在另一端連接有用于灌注電泳顯示液的灌注裝置323。圖3中只是列舉了一個顯示單元的微池，實際上顯示屏內導管322和灌注裝置 323之間的微池的數目會遠遠多于圖3所列示的微池。在制造顯示屏的時候，應盡量將灌注裝置設計在這個顯示屏的同一個邊緣，有利于灌注電泳顯示液。通過現有技術如毛細管、微小尺寸的針頭、液晶顯示屏灌漿設備等設備將需要灌注的電泳顯示液通過灌注裝置323注入到微池里；在外加壓力和液體在微池里因表面張力而產生的毛細作用力的共同作用下使電泳顯示液充滿相互連通的所有微池。同時微池里原有的空氣和多余的電泳顯示液通過導管322排出，也可以通過外加真空的辦法加速這一灌注過程。在灌注完成之后，用密封膠或是熱壓密封方式等方式，將導管322和灌注裝置323封住，防止電泳顯示液的流失和空氣的進入。在一個亞單元內部的所有微池里應灌注同種電泳顯示液，相鄰的亞單元可以灌注不同顏色的電泳顯示液，也可以灌注相同顏色的電泳顯示液。在圖3中相鄰的微池亞單元灌注有四種不同顏色的電泳顯示液，這只是列舉的一個例子，實際的電泳顯示屏的電泳顯示液的顏色種類一般為四種，也可根據需要改為一種，兩種，三種，或者甚至更多種類。具體的電泳顯示液的顏色的種類和顏色的組合應根據實際應用的需要來決定。在實際微池的平面布局時，單個微池(例如微池311或微池312)的尺寸(這里所述的尺寸是指微池的平面大小，而不是微池介于面板120和140之間的高度)可能由許多因素決定。單個微池的尺寸不宜太大。太大的微池一方面會限制電泳顯示屏的分辨率，從而影響最終的顯示效果；另一方面大尺寸的微池會影響固體顏料顆粒在電泳顯示液里的穩定性，進而影響顯示屏的長期顯示效果和壽命。這是由于在大尺寸的微池里填充有相對較大體積的電泳顯示液，會導致在單個微池里的固體顏料顆粒數量較多。即使采用了多種物理和化學的方法提高固體顏料顆粒在電泳顯示液里的分散穩定性，固體顆粒依然會因受重力影響而緩慢沉降從而影響顯示效果。如果沉積在一起的固體顆粒數目有限，那么它們在外加電場的驅動下會比較容易重新移動并分散到電泳顯示液里，不會對顯示效果有太大的影響。但是如果沉積在一起的固體顆粒數目太多，即使在外加電場的作用下，也難以使全部的固體顆粒重新分散到液相中，從而造成實際顯示的顏料顆粒數量不夠而影響最終的顯示效果。然而，另一方面，研究表明，采用過小的微池尺寸并不會顯著提高固體顆粒在液相中的穩定性，而且會大幅度增加顯示器面板的制造成本和周期。經研究表明，單個微池的平面面積一般為 1 μ m2-4X IO8 μ m2，優選為 25 μ m2_25X IO4 μ m2，更優選為 1 X IO2 μ m2_4X IO4 μ m2， 最優選為 4 X IO2 μ m2-lX IO4 μ m2。與微池的尺寸類似，微池的高度(這里微池的高度對應于面板120和140之間的距離)也受多種因素的影響。如果微池的高度太高，電泳顯示液里的固體顏料顆粒在外加電場的驅動下從一側面板移動到另一側的面板需要時間較長，從而影響電泳顯示屏的顏色變化的響應速度。但過小的微池高度會使得在單位面積里的顏料顆粒數目不足，不能完全掩蓋電泳顯示液里的另外一種顏色，導致顯示屏的色彩不夠純正和鮮亮。經研究表明，單個微池的高度應在1-1000微米的范圍內，優選5-200微米，更優選10-100微米，最優選10-30 微米。在設計電泳顯示裝置的時候，也應該選擇合適的相鄰微池之間的通道321的寬度。為了使電泳顯示液在被灌注到顯示屏的時候能順利通過通道321，進入亞單元里所有的微池，不會引起堵塞，通道321應該有足夠的寬度。但通道321的寬度也不宜太大。如果通道過寬，會造成相鄰微池里的電泳顯示液和固體顏料顆粒互相流通，因此有可能會造成某些微池內的顏料顆粒濃度偏高，而其他的微池里的固體顏料顆粒數目偏少，使得同一個亞單元內的微池里的電泳顯示液不均勻，有可能導致電泳顯示屏的色彩不均勻，影響最終的顯示效果。經研究表明，通道321的寬度應在1-100微米的范圍內，優選2-50微米，更優選 2-20微米。微池里灌注的電泳顯示液為現有技術所通常使用的，可以參考本發明人在申請號為CN101082752B和CN101738814A中所公開的內容。電泳顯示液可包括多種成分，但至少包括一種非極性或低極性溶劑和一種表面帶有一定數目電荷的固體顏料顆粒。在外加直流電場的影響下帶電的顏料顆粒可以在溶劑中朝某一個特定的方向運動。為了控制顏料顆粒在溶劑中的穩定性和電泳特性，電泳顯示液里還包括其他次要成分，如藍色染料Blue AHF(美國UnitedColor公司)等有機染料，如聚醚改性三硅氧烷、Span 80 (美國Aldrich公司)等表面活性劑，如BI 164(德國畢克化學公司)等粒子分散劑，如OLOA 11000等粒子電荷控制試劑，如聚甲基丙烯酸甲酯、聚異丁烯等粘度調節試劑或其他成分。電泳顯示液的溶劑可以是各種非極性或低極性的有機溶劑或它們的混合物，包括各種芳香烴類但并不限于甲苯、苯、二甲苯，各種直鏈和支鏈的碳氫化合物但并不限于壬烷、葵烷、Isopar系列溶劑、Norpar溶劑或者其他烷烴類溶劑，各種鹵代烴但并不限于氯仿、四氯化碳，各種環烴但并不限于環己烷，以及其他溶劑。溶劑應選取高沸點、低揮發性、 低粘度、低毒性的有機液體，優選各種直鏈和支鏈的碳氫化合物，更優選Isopar和Norpar 系列的碳氫化合物。電泳顯示液里的固體顏料顆粒可分為無機顏料粒子和有機顏料粒子，無機顏料包括但并不限于二氧化硅、二氧化鈦、氧化鉻、氧化鐵、二氧化鋅、氧化銅、氧化鉛、碳黑、硅酸鹽、鈦黃、鉻黃、鉛鉻綠、錳紫、鐵藍、鈷藍、鋅白、鎘黃、鎘紅、硫酸鋇、鉬橙、群青、天青藍、翡翠綠、翠綠等；有機顏料包括但不限于有機黃色顏料(顏料黃174、聯苯胺黃、堅牢黃TOL、漢沙黃R)、有機橙色顏料(聯苯胺橙、顏料橙幻、有機藍色顏料(群青藍、蒽醌藍)、有機紅色顏料(茈紅、永固棗紅FRR、甲苯胺紫紅)等。為了防止粒子之間由于相互吸引而絮凝造成顯示液的不穩定，可以通過物理或者化學的方法對顏料顆粒的表面進行改性來提高其在溶劑中的穩定性。物理的方法包括但不限于在顯示液中加入高分子穩定劑或者表面活性劑，如分散劑ΝΝ0、烷基苯磺酸鈉、 Solsperse 26000 (英國ICI公司)，使其吸附于粒子表面，從而使粒子之間產生斥力來提高粒子在溶液中的分散穩定性。化學的方法包括但不限于將高分子鏈以共價鍵的方式連接在顏料顆粒的表面，提高其在溶液中的分散穩定性，如將聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或者其他高分子接枝在顏料顆粒表面來提高顏料顆粒在溶液中的穩定性。
電泳顯示液包括但不限于單粒子體系和雙粒子體系。在單粒子體系里只有一種帶電的固體顏料顆粒分散在含有有機染料的溶劑中，固體顏料和染料具有不同的顏色。在通電的情況下固體顏料粒子可以運動到顯示的一側，顯示屏因此表現為固體顏料的顏色；顏料顆粒也可以移動到顯示屏的背面，顯示屏則呈現出有機染料的顏色。雙粒子體系里有兩種不同顏色的固體顏料粒子分散在溶劑中，在通電的情況下顯示屏呈現出其中一種顏料粒子的顏色；在改變電場的情況下也可以讓顯示屏呈現另一種顏料粒子的顏色。在本專利所發明的電泳顯示裝置里，所有的微池里可以灌注同一種電泳顯示液， 在這種情況下，面板只能實現電泳顯示液里的著色劑(包括顏料和染料)的顏色以及由這些著色劑的顏色混合而產生的衍生顏色的顯示。例如面板里的微池灌注有一種含有白色和黑色著色劑的電泳顯示液，面板就能實現一種全白色或者全黑色的顯示狀態，以及介于白色和黑色之間的各種灰色。以上只是列舉了一種電泳顯示液來幫助闡述本專利，但并不意味著本專利所涉及的面板只能灌注含有白色和黑色著色劑的電泳顯示液。在微池里可以灌注任何一種電泳顯示液，來滿足實際應用的需求。在本專利所發明的電泳顯示裝置里，不同的微池亞單元里也可以灌注有不同的電泳顯示液，即每種電泳顯示液里包含有不同顏色的著色劑，從而實現多種顏色或者全彩色的顯示。以下將具體闡述如何利用本專利所發明的顯示面板，結合電泳顯示的技術來實現全彩色的顯示。在當前的實際應用中，全彩色可通過三種基本顏色的組合或者更多種顏色的組合來實現。例如液晶顯示屏是通過紅色(Red)、綠色(Green)、藍色(Blue)三種顏色的不同組合來表達其他顏色的，即RGB體系；在彩色打印和印刷技術中，三種基本顏色是青色 (Cyan)、品紅(Magenta)和黃色fellow)，即CMY體系。在電泳顯示屏里，基本色可以采用 RGB體系，也可以采用CMY體系，或者其他色彩體系。從顏色的基本原理出發，電泳顯示技術類似于彩色打印或印刷技術。因此彩色電泳顯示屏可以選擇CMY系列，即采用青色、品紅和黃色為三種基本顏色。以下文字以CMY體系為基礎具體闡述了如何實現全彩色的電泳顯示，但是這并不意味者本專利只局限于CMY體系。在實際應用中，本專利所發明的電泳顯示面板可以采用任何一種色彩體系，包括但不局限于RGB體系和CMY體系；具體的基本色的選擇應根據實際應用的要求和電泳顯示液里所含有的著色劑的種類來決定。電泳顯示面板的微池里可以灌注三種不同的電泳顯示液來實現CMY基本顏色，每種顯示液里含有其中一種顏色的著色劑再加上一種公共顏色(白色或黑色)的固體顏料粒子或有機染料。在本發明中，為了較好地提供白色和黑色，還可以增加一種黑/白電泳顯示液。雖然更多種類的顏色組合可以提供更加豐富的顏色和寬廣的色譜，但是在電泳顯示的實際應用中這會顯著增加色彩控制軟件的工作量和控制電路的復雜程度，同時也會增加電泳顯示材料的制備難度和生產流程。因此本發明優選四種電泳顯示液的組合來實現全彩色的電泳顯示，更優選分別含有CMY三種基本色與另外一種公共顏色的電泳顯示液加上黑 /白電泳顯示液的組合，進一步優選C/W(青/白)、M/W(品紅/白)、Y/W(黃/白)和K/ W(黑/白)電泳顯示液的組合。在本發明的一種實施方式中，四種電泳顯示液分別被灌注在相鄰的四個微池亞單元里，如圖3所示。圖3提供了 12個微池亞單元的放大圖，每個亞單元里的微池相互連通并且灌注有同一種電泳顯示液；每四個相鄰的亞單元分別灌注不同的電泳顯示液，并組成一
11個完整的基本顯示單元。整個顯示裝置的平面顯示區域由不斷重復的基本顯示單元構成； 每一個基本顯示單元包括灌注有四種不同顏色的電泳顯示液的微池亞單元，這四種不同顏色的亞單元的順序可以是任何一種組合。控制電極面板上的控制電極是現有技術中的常用技術，其可以通過使帶電顏料粒子移動來改變顯示屏顯示的顏色，如中國專利CN100437714C和CN101373581所公開的內容。本發明的一種實施方式中，在下層控制電極面板上與每個微池(或是每一個微池亞單元)所對應的位置有一個獨立的次單元電極，每個控制電極的尺寸與微池(或是微池亞單元)的尺寸相當，并且每個控制電極能獨立施加電壓從而控制微池(或是微池亞單元)的顏色狀態。在控制顯示效果的時候，相鄰的四個灌注有不同顏色的電泳顯示液的微池亞單元411、412、413和414組成一個如410所示的基本顯示單元，如圖4所示。本發明設計的電泳顯示屏可以通過分別控制單個微池顏色(或是每一個微池亞單元)的方法來達到多種色彩和全彩色顯示的目的。當指定的基本顯示單元需要顯示三種基本色彩中的一種顏色的時候，只需將含有該色彩的電泳顯示液的微池驅動至這種顏色的飽和狀態，其他微池顯示白色即可。如圖4所示，當微池亞單元411、412、413和414中分別灌注有M/W (品紅/白)、C/W (青/白)、Y/W (黃/白)和K/W (黑/白)電泳顯示液，將微池亞單元411中的全部微池驅動至品紅色(Magenta)的狀態，其它微池亞單元412、413和 414中的微池全部驅動至白色狀態，這個基本顯示單元的總體色彩則為品紅色。青色和黃色的顯示可以通過類似的方法實現。白色的顯示則更為簡單，只需將所有次級單元驅動至白色的狀態即可。黑色則可以通過將四個微池亞單元411、412、413和414中的所有微池驅動至白色的相反狀態，即四個微池亞單元分別呈現品紅色、青色、黃色和黑色，這時基本顯示單元由于顏色疊加的作用在宏觀上呈現黑色。其它復合色彩的顯示需要涉及到比較復雜的驅動方式的組合。又比如，當微池亞單元412和413的C/W(青/白)和Y/W(黃/白)兩種電泳顯示液所在的微池在同一時間分別驅動到青色和黃色的狀態，同一基本顯示單元的其它兩個微池亞單元411和414驅動到白色的狀態，整個基本顯示單元則由于青色和黃色的疊加作用在宏觀上呈現綠色。其他色彩可以通過類似的相鄰微池亞單元顏色的組合來實現。以TFT或OTFT的控制電極面板為例進行說明，但本發明不僅限于TFT或OTFT控制電極。根據電泳顯示液的灰度與驅動的電壓的大小或驅動時間有關系，在相同電壓下，如一般采用士 15V電壓，電泳顯示液隨著驅動時間的變化，灰度會發生相應的變化，利用驅動時間上的變化，可以產生不同的灰度。進行驅動黑白電泳顯示液，先給控制電極面板上的次單元電極輸入電壓，電泳顯示液直到顯示白的狀態，即刷屏，然后再輸入反向電壓，隨著驅動時間的變化，黑色灰度會逐漸增加，直到一個飽和的狀態，全黑，這個時間為Ts。如果將這種電泳液的灰階分為8個灰階，簡單地，在驅動電壓15V，將每個灰階的驅動時間為(n-l)*Ts/ (8-1)，η是表示第η個灰階。即η = 8時，表示驅動到全黑。其它的彩色電泳顯示液，也可以利用此方法。如品紅/白的電泳顯示液，先進行刷屏，即先驅動到全白狀態，再進行反向電壓，第η個灰階對應的輸入驅動時間即是(n-l)*Ts/(8-l)。這樣不同電泳顯示液的不同灰階的組合，可組合出許多的彩色。進行灰級驅動的方法也可以參考專利CN101430864A驅動雙穩態電光顯示器的方法。TFT或OTFT可以輸出+15V、-15V和OV的電壓，而公共電極面板上的電壓為0V。已經發現，將像素從不同等級之間的切換所需要的驅動電壓波形是不一樣的，如顏色灰度從等級1 改變為等級0，與從等級1改變到等級2所需要的電壓波形是不一樣的，而且不同顏色灰度切換到相同的顏色灰度所需的驅動電壓波形也可能不一樣。如顏色灰度從等級0改變到等級1的驅動波形
第1幀第2幀第3幀第4幀第5幀驅動電壓(V)15015-15-15從等級2改變到等級1的驅動波形
第1幀第2幀第3幀第4幀第5幀驅動電壓(V)15150-15-15這上面二個表中驅動電壓都是控制電極面板上輸出的驅動電壓，公共電極電壓為 0V。所以需存儲包含轉變所需的電壓波形的數據查找表，通過數據查找表，找出相關的數據，進行目標顏色變度的驅動。通過精確控制每個微池(或是每一個微池亞單元)的驅動電壓波形，可以實現單個微池的顏色的不同色度和灰度的變化。通過各微池亞單元之間顏色的疊加作用，可以在單個基本顯示單元里呈現出多種顏色的總體效果，進而實現整個電泳顯示屏全彩色顯示的最終目標。結合附圖5各圖，說明本發明的電泳顯示裝置的形成過程首先，在透明導電基板上涂膜如圖fe所示，在帶導電膜520的透明玻璃基板或塑料基板510上，通過涂布的方式(包括但不限于預行計量涂敷，如片模涂層、狹縫或擠壓涂敷、滑動或層疊涂敷、幕式淋涂；輥涂，如輥襯刮刀輥涂，浸漬涂布，噴涂，旋涂，刷涂；絲網印刷工藝；噴墨印刷工藝以及其它類似技術)，將不導電或導電率極低的材料530，均勻涂在基板的導電膜一側，這些材料可以是熱塑性樹脂、熱固性樹脂、或其前體的組合物，如環氧丙烯酸酯、聚氨丙烯酸酯的組合物，膜厚為1-1000微米，優選5-500微米，更優選10-500微米，最優選10-100微米；也可以涂可輻射固化材料膜，如丙烯酸酯化的氨基甲酸乙酯低聚物、丙二酚型環氧樹脂等，根據需要選擇，膜厚度為1-1000微米，優選5-200微米，更優選10-100微米，最優選10-30微米。然后，制備微池陣列；當基板涂有熱塑性樹脂、熱固性樹脂、或其前體的組合物時，采用凸印的方法制作微池陣列通過刻蝕、雕刻或電鑄的方法，依照要制備的微池陣列的形狀，制作出了凸式模具，例如圖恥所示的凸式模具Mo。用基板的涂好熱塑性樹脂、熱固性樹脂或其前體物的一側，壓在凸式模具上，在高于所用熱塑性樹脂、熱固性樹脂或其前體物層的玻璃化轉變溫度的條件下，用凸式模具對樹脂材料層進行模壓，冷卻后，模具與樹脂材料層分開，制成例如圖5d所示的微池陣列。
當基板涂有可輻射固化材料時，可以采用光刻的方法制作微池陣列通過按照微池陣列形狀定做的例如圖5c所示掩膜版590，用紫外線或其它形式的輻射將涂布在透明導電基板上的導電膜上的可輻射固化材料，直接進行曝光、顯影來制作例如圖5d所示的微池陣列。當電泳顯示層包含灌注裝置以及導管等設置時，則制備的微池陣列也要包含該些設置，如圖5d所示的幾組微池兩端設置的灌注裝置552和導管551。緊接著，制作微池陣列盒控制電路面板基板上具備多個次單元控制電極，這些次單元電極可以是TFT或是 0TFT。在由基板和次單元電極組成的控制電極面板上涂上粘貼劑，粘貼劑可以是壓敏粘貼齊U、熱熔粘貼劑、輻射固化粘貼劑等。將微池陣列覆蓋在控制電極面板上，微池的一側朝向控制電極面板的粘貼劑一側，通過層壓的方式，將微池陣列與控制電極面板粘貼在一起，制成微池陣列盒。考慮到多種的電泳顯示液的灌注，灌注裝置優選進行錯位設計，并且，灌注同種電泳液的灌注裝置設計在同一水平線上，如圖5f所示，這樣的設計，有利于增加灌注裝置的開口大小，也方便同種電泳液的灌注。最后，在微池陣列中灌注電泳顯示液例如圖5f所示，通過現有技術如毛細管、微小尺寸的針頭、液晶顯示屏灌漿設備等設備將需要灌注的電泳顯示液通過灌注裝置552注入到微池里；在外加壓力和液體在微池里因表面張力而產生的毛細作用力的共同作用下使電泳顯示液充滿同一亞單元內所有的微池。如果整個顯示裝置只灌注一種電泳液，則只需將微池陣列盒的灌注裝置端完全浸入到電泳顯示液中，保持導管裸露在空氣中，通過毛細作用就可以將電泳顯示液灌注在微池中。同時微池里原有的空氣和多余的電泳顯示液通過導管551排出，也可以通過外加真空的辦法加速這一灌注過程。在灌注完成之后，用密封膠或是熱壓密封方式等，將導管551 和灌注裝置552封住，防止電泳顯示液的流失和空氣的進入。實施例下面舉例說明具體設計實例。所舉的實例只是用于幫助闡述這個專利，并不意味著本發明局限于所列舉的實例。實施例1 一、電泳顯示裝置的制備1通過凸式模具制作微池陣列在帶ITO構成的導電膜的透明玻璃基板上，通過輥襯刮刀輥涂的方式，將包括環氧丙烯酸酯、聚氨丙烯酸酯的組合物，均勻涂在基板的導電膜一側，膜厚25微米。通過刻蝕的方法，依照微池陣列的形狀制作出了凸式模具，其中，每個微池亞單元具有4個相互連通的微池，僅同一縱列的微池亞單元之間相互連通，而橫向相鄰的微池亞單元之間不連通，相互連通的微池一端具有一灌注端，另一端具有導管端。用涂好樹脂材料的基板一側，壓在凸式模具上，在60°C條件下，用凸式模具對樹脂材料進行模壓，冷卻后，模具與樹脂材料分開，制成微池陣列550。2微池陣列盒的制作如圖k所示，控制電路面板基板560上制作多個次單元控制電極570，從而組成控制電極面板，這些次單元電極可以是TFT或是0TFT，每個次單元電極分別與一個微池亞單元相對應，尺寸相當，并可以獨立控制該微池亞單元的電壓。在由基板560和次單元電極 570組成的控制電極面板上涂上壓敏粘貼劑580。將微池陣列覆蓋在控制電極面板上，微池的一側朝向控制電極面板的粘貼劑一側，通過層壓的方式，將微池陣列與控制電極面板粘貼在一起，制成微池陣列盒。3灌注電泳顯示液如圖5f所示，采用帶有針嘴的灌注管，將針嘴對準需灌注同種電泳顯示液的灌注裝置，將電泳顯示液輸入到灌注裝置上，通過毛細作用力注入到微池里。同時微池里原有的空氣和多余的電泳顯示液通過同一縱列的微池亞單元一端的導管551排出。在灌注完成之后，用密封膠，將導管551和灌注裝置552封住，則完成整個電泳顯示裝置的制作。二、電泳顯示裝置的顯示該電泳顯示裝置中灌注了四種通過已知方法配制的顯示液，即參考圖4,411 M/ W(品紅/白)、412 C/W(青/白)、413 Y/W(黃/白)和414 K/W(黑/白)，由此相鄰的四個微池亞單元組成了一個電泳顯示單元。并且，以圖4中的一個電泳顯示單元為例， 通過調節控制面板上的各個次單元電極的電壓，以控制對應的微池亞單元中的電泳顯示液至特定顏色，從而使得每個電泳顯示單元總體呈現某種顏色。具體的控制電壓和顯示的顏色組合見下表。
\電壓顯TF 顏色組合的顯示單元的宏觀顏色\電壓顯示顏色組合的顯示單元的宏觀顏色41115V品紅ψ >、、、4110白白41215V青4120白41315V黃4130白41415V黑4140白41115V品紅品紅4110白青4120白41215V青4130白4130白4140白4140白4110白黃41115V品紅藍
權利要求
1.一種電泳顯示裝置，其電泳顯示層包括多個基本顯示單元，其特征在于，每一基本顯示單元包含一組微池亞單元，每個微池亞單元由能夠在封裝之后實現電泳顯示液的灌注相互連通的微池構成，所述微池包含電泳顯示液。
2.一種電泳顯示裝置的制備方法，包括如下步驟(1)透明導電膜和透明基材層構成透明公共電極面板，在透明公共電極面板的導電膜一面涂布一層材料膜；(2)將透明基板上的步驟(1)所述的材料膜制備成至少有同一微池亞單元中的各個微池彼此連通的微池陣列；(3)基材層和導電層構成控制電路面板，在控制電極面板的導電層制備多個次單元控制電極，利用粘粘劑將該控制電極面板與步驟(2)所述的透明基板上的微池陣列層封裝在一起，形成微池陣列盒；(4)在步驟C3)所得微池陣列盒中注入電泳顯示液，將微池陣列盒密封。
3.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述微池亞單元在橫向或縱向一個方向或兩個方向上彼此連通。
4.如權利要求1、2或3所述的裝置或方法，其特征在于，所述相互連通的微池一端連有灌注裝置，另一端連有導管。
5.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述單個微池的平面面積一般為1 μ m2-4X IO8 μ m2，優選為25 μ m2_25X IO4 μ m2，更優選為 1 X IO2 μ m2-4 X IO4 μ m2，最優選為 4 X IO2 μ m2_l X IO4 μ m2。
6.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述單個微池的高度為1-1000微米，優選5-200微米，更優選10-100微米，最優選10-30微米。
7.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述每一微池亞單元中的微池之間的連接通道的寬度為1-100微米，優選2-50微米，更優選2-20微米。
8.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述微池的池壁由不導電或者導電率極低的材料構成。
9.如權利要求1所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述單個微池的形狀為正方形、長方形、菱形、三角形、六邊形、八邊形、圓形、橢圓形、球形、橢球形，優選為菱形。
10.如權利要求1所述的電泳顯示裝置，其特征在于，在電泳顯示層一側還包括透明的公共電極面板，所述透明的公共電極面板包括透明基材層和涂布在透明基材上的透明導電層。
11.如權利要求2所述的方法或權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述透明的公共電極面板的透明導電層材料選自銦錫氧化物，氧化鋅、二氧化錫或氧化銦。
12.如權利要求2所述的方法或權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述透明的公共電極面板的透明基材材料選自PET、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙火布。
13.如權利要求2所述的方法或權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述透明的公共電極面板為涂布有ITO的玻璃板材。
14.如權利要求2所述的方法或權利要求10所述的裝置，其特征在于，所述透明的公共電極面板為涂布有ITO的塑料，更優選涂布有ITO的聚酯材料，再進一步優選涂布有ITO 的 PET。
15.如權利要求10所述的電泳顯示裝置，其特征在于，在電泳顯示層另一側還包括控制電極面板，所述控制電極面板包括基材層和導電層。
16.如權利要求2所述的方法或權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述控制電極面板的基材材料選自PET、尼龍、聚苯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氯乙烯，環氧樹脂、 FR-4、玻璃。
17.如權利要求2所述的方法或權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述控制電極面板的導電層材料選自錫氧化物(ITO)，氧化鋅(ZnO)、二氧化錫(SnO2)或氧化銦(In2O3)、 碳(C)、金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、薄膜晶體管 TFTCThin Film Transistor)、有機薄膜晶體管 OTFT (Organic Thin Film Transistor)。
18.如權利要求2所述的方法或權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述控制電極面板的基板為玻璃基板的TFT或柔性基板的0TFT。
19.如權利要求2所述的方法或權利要求15所述的裝置，其特征在于，所述的控制電極面板上的控制電極由多組次單元電極組成，每一個次單元電極設置成能獨立對一個微池亞單元區域或一個微池進行電壓控制的結構，一組的次單元電極組成一個基本顯示單元的控制電極。
20.如權利要求19所述的裝置或方法，其特征在于，所述控制電極的每一個次單元電極設置成能夠獨立控制電壓的大小和驅動時間的結構。
21.如權利要求1、10或15所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述電泳顯示液是一種單粒子體系，即只有一種帶電的固體顏料顆粒分散在含有有機染料的溶劑中，固體顏料和染料具有不同的顏色。
22.如權利要求1、10或15所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述電泳顯示液是一種雙粒子或者多粒子體系，即至少有兩種不同顏色的固體顏料粒子分散在溶液中。
23.如權利要求1、10或15所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基本顯示單元包含四組微池亞單元。
24.如權利要求1、10或15所述的裝置或權利要求2所述的方法，其特征在于，所述相鄰的微池亞單元內灌注有同一種電泳顯示液或者分別灌注不同種類的電泳顯示液。
25.如權利要求M所述的裝置或方法，其特征在于，所述相鄰的微池亞單元的灌注裝置錯位設計，并且，灌注同種電泳顯示液的灌注裝置設計在同一水平線上。
26.如權利要求23所述的裝置或方法，其特征在于，所述顯示單元里灌注有四種不同的電泳顯示液，其中三種為由一種公共顏色的著色劑和一種與公共顏色著色劑顏色不同的基本顏色著色劑組成的電泳顯示液，另一種為同時含有白色和黑色著色劑的電泳顯示液。
27.如權利要求沈所述的裝置或方法，其特征在于，所述公共顏色的著色劑為白色著色劑或黑色著色劑。
28.如權利要求沈所述的裝置或方法，其特征在于，所述四種不同的電泳顯示液里的著色劑的顏色組合分別為黑色/白色、紅色/白色、藍色/白色、和綠色/白色。
29.如權利要求沈所述的裝置或方法，其特征在于，所述四種不同的電泳顯示液里的著色劑的顏色組合分別為黑色/白色、青色/白色、品紅色/白色、和黃色/白色。
全文摘要
本發明涉及一種電泳顯示裝置及其制備方法，該裝置的電泳顯示層包括多個基本顯示單元，其特征在于，每一基本顯示單元包含一組微池亞單元，每個微池亞單元由可在封裝之后實現電泳顯示液的灌注相互連通的微池構成，所述微池包含電泳顯示液。該裝置的制備方法是先將具有部分或全部相互連通的微池的電泳顯示層與一個透明的公共電極面板以及帶控制電路的控制電極面板進行封裝，組成一個完整的微池陣列空盒，然后再將電泳顯示液灌注到電泳顯示層的微池中的方法。在技術上相對簡單，容易實施，徹底地解決了微杯技術中的顯示液混雜問題，另外，通過特定的電泳顯示液的組合可以實現多種顏色和全彩色的顯示。
文檔編號G09G3/34GK102385213SQ20101028640
公開日2012年3月21日 申請日期2010年9月6日 優先權日2010年9月6日
發明者劉祖良, 葉達文, 張磊, 曾晞, 陳宇 申請人:廣州奧熠電子科技有限公司