專利名稱：基于微膠囊技術(shù)的顯示單元和顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
涉及一種基于微膠囊的顯示技術(shù)及其裝置，特別是利用電場(chǎng)力的作用推動(dòng)多個(gè)具 有不同光學(xué)特性的不導(dǎo)電液體在腔室和導(dǎo)流管構(gòu)成的封閉環(huán)境中流動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)在觀察 面表現(xiàn)出不同的光學(xué)特性的顯示技術(shù)和顯示裝置。
背景技術(shù)：
根據(jù)電學(xué)的基本知識(shí)，電荷之間具有電場(chǎng)力，相同極性的電荷具有互相排斥的電 場(chǎng)力，而不同極性的電荷之間具有相互吸引的電場(chǎng)力。在液體中的電荷在電場(chǎng)力的作用 下運(yùn)動(dòng)就是電泳現(xiàn)象。利用電場(chǎng)力和電泳現(xiàn)象開發(fā)電子顯示設(shè)備和電子紙的技術(shù)也出現(xiàn) 了眾多不同的技術(shù)。
一類是旋轉(zhuǎn)雙色元件構(gòu)成的顯示器，例如美國(guó)專利No. 5808783、 5777782、 5760761、 6054071、 6055091、 6097531、 6218124、 6137467、 6147791中所記載(盡管 這類型顯示器通常被稱為"旋轉(zhuǎn)雙色球"顯示器，但旋轉(zhuǎn)雙色元件更準(zhǔn)確，因?yàn)樵谏鲜?一些專利中旋轉(zhuǎn)元件并非球形的)。這種顯示器采用了大量含有兩個(gè)或多個(gè)具有不同光 學(xué)性質(zhì)的部分的小物體(通常為球形或圓柱形)，以及一種內(nèi)部偶極子。這些小物體懸浮 在基質(zhì)內(nèi)充有液體的液泡中，該液泡充有液體以便所述物體能自由旋轉(zhuǎn)。向顯示器施加 電場(chǎng)，從而使所述物體旋轉(zhuǎn)到各種位置并改變由觀察表面所看到的物體部分，從而改變 顯示器的呈現(xiàn)。這類顯示器通常為雙穩(wěn)態(tài)顯示器。
另一類是基于顆粒的電泳顯示器，人們對(duì)其進(jìn)行了多年的開發(fā)研究，其中帶電顆 粒在電場(chǎng)作用下移動(dòng)通過(guò)懸浮的流體。與液晶顯示器相比，電泳顯示器可具有良好的亮 度和對(duì)比度，廣泛的視角，雙穩(wěn)態(tài)以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)。
受讓給或?qū)儆?Massachusetts Institute of Technology (MIT)和 E-Ink Corporation的大量專利和申請(qǐng)被公開，其中記載了封裝的電泳介質(zhì)。這種封裝的電泳 介質(zhì)包含大量的小膠囊，每個(gè)小膠囊本身包括含有懸浮在液體懸浮介質(zhì)中的電泳移動(dòng)顆 粒的分散相以及飽含著該分散相的膠囊壁。典型地，所述膠囊自身固定在一種聚合物粘 合劑內(nèi)，從而在兩個(gè)電極之間形成的連貫層。這類封裝介質(zhì)在例如美國(guó)專利 No. 5930025、 5961804、 6017584、 6067185等以及公開號(hào)為W0 99/67678、 W0 00/05704、 W0 00/38000、 W0 00/38001、 W0 00/36560、 W0 00/67110、 W0 00/67327、 WO 01/07961、
WO 01/08241、 WO 03/107315、 WO 2004/023195和WO 2004/049045中有所記載。
另一類相干的電泳顯示器被稱為"微單元電泳顯示器"。在微單元電泳顯示器中， 帶電顆粒和懸浮液體沒(méi)有封裝在微膠囊中，取而代之留在載體介質(zhì)(通常為聚合物膜) 內(nèi)形成的大量腔室中。參見(jiàn)例如公開號(hào)為WO 02/01281的國(guó)際申請(qǐng)和公開的美國(guó)申請(qǐng) No. 2004/0075556， 二者都受讓給了 Sipix Imaging, Inc.。
電泳顯示器只需要很低的電功率來(lái)從一種狀態(tài)切換到另一種狀態(tài)。然而電泳顯示 器不具有無(wú)限的圖像穩(wěn)定性。顏料顆粒的布朗擴(kuò)散和沉降以及由于施加切換脈沖和其他
因素引起的小殘余電壓所驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)，都有可能衰減通過(guò)顯示器切換所獲得的光學(xué)狀 態(tài)。在沒(méi)有機(jī)制來(lái)防止這種光學(xué)狀態(tài)衰減的情況下，所述光學(xué)狀態(tài)必須定期更新，更新 顯示器消耗功率，從而降低了該顯示器的實(shí)用性，很難或者不可能在沒(méi)有消隱脈沖(即 在被驅(qū)動(dòng)到最終所期望的光學(xué)狀態(tài)之前驅(qū)使像素到其一個(gè)極端光學(xué)狀態(tài)下的脈沖)的情 況下完成單個(gè)像素的更新。為此仍然急需提高電泳介質(zhì)的圖像穩(wěn)定性。
在申請(qǐng)?zhí)枮?00480036461.9的中國(guó)專利申請(qǐng)"電泳介質(zhì)"中公開了通過(guò)提供具有 改性的聚合物殼的電泳顆粒的方法以產(chǎn)生出快速并且圖像穩(wěn)定的顯示器。同時(shí)提供了電 泳顆粒的制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種新的基于電場(chǎng)力的顯示單元設(shè)計(jì)技術(shù)以及包含這種顯示單元的顯 示裝置和電子紙。在具有上述電泳顯示器具備的良好的亮度和對(duì)比度，廣泛的視角，雙 穩(wěn)態(tài)以及低功耗的優(yōu)點(diǎn)外，還具有更好的圖像穩(wěn)定性。同時(shí)能夠支持多個(gè)顏色分辨率的 液體顯示單元和顯示裝置，并通過(guò)較小的電壓就可以有效的控制，以實(shí)現(xiàn)低能耗的薄型 顯示應(yīng)用。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提出的技術(shù)方案如下 顯示單元，包括
流體腔室，其包含帶有一種電荷的微膠囊和至少兩種流體，流體相互接觸且不可 混溶而且微膠囊外層與流體也不混溶，每種流體之間具有不同的光學(xué)特性；和 電極結(jié)構(gòu)，其中包含位于流體腔室兩端各一個(gè)電極；同時(shí)
腔室壁在它的相對(duì)的端部設(shè)置有兩個(gè)開口，所述開口利用外部流體管相互連接，
使流體進(jìn)出腔室流通；
上述流體管的管壁是透明材料制成的。
在流體腔室內(nèi)，帶有一種電荷的微膠囊位于中間位置，兩邊分別是具有不同光學(xué) 特性的流體。優(yōu)選的是在腔室中除了帶有一種電荷的微膠囊占據(jù)空間之外的空間以及流 體管的空間內(nèi)均勻地劃分為等容量的子空間，按照不同流體的光學(xué)特性順序(如顏色深 淺順序或顏色光譜順序或顏色明亮順序)分別填充每個(gè)子空間，使各種流體所占據(jù)的空 間形成一個(gè)類似多顏色的色帶。
用流體管作為顯示單元的觀察面，而流體管的管壁是透明的，因此當(dāng)流體在腔室 和流體管中流動(dòng)時(shí)，滯留在流體管中流體發(fā)生變化，因而觀察的光學(xué)特性發(fā)生變化。
優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)中，使每種流體與帶有一種電荷的微膠囊的比重接近，可以實(shí)現(xiàn)流體 在腔室和流體管中保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)。
優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)還包括使流體管的橫截面積遠(yuǎn)小于腔室的橫截面積，從而使微膠囊在 腔室發(fā)生的微小移動(dòng)引起的液體流動(dòng)在流體管中可以產(chǎn)生較大的位移，從而實(shí)現(xiàn)在電極 上施加較小的電壓就可以控制顯示單元的光學(xué)特性變化，實(shí)現(xiàn)顯示信息的變化。
各種流體之間除了光學(xué)特性有差異且相互之間不混溶外，優(yōu)選的是各種流體都是 疏水的，如烴系列機(jī)油就是不相混溶的，以HFC-134a與CFC-12(氟氯烴)為例，二者既 不混溶，又不溶于水，可以分別加入不同顏料形成不同的光學(xué)特性，同時(shí)選擇帶有一種 電荷的微膠囊的囊壁材料與流體不混溶。在申請(qǐng)?zhí)枮?00480036461.9的中國(guó)專利申請(qǐng) "電泳介質(zhì)"中公開了一些具有不相溶特性的帶電顆粒所用材料，在本發(fā)明中全文引用 該專利申請(qǐng)，并以其中所公開的材料和制作微膠囊的方法作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中制作微膠囊 的引用技術(shù)，制作中唯一差異，是膠囊中只有一種極性的電荷。
優(yōu)選的一種用兩種顏色的流體的顯示單元實(shí)現(xiàn)中，帶電荷微膠囊和兩種流體之間 的流體量選擇如下
第一種流體量-第二種流體量，且
第一種流體量-流體管所能容納的流體量，且 第一種流體量+帶電荷微膠囊量=腔室的容量(不包含流體管容量)。 在上述優(yōu)選的兩種流體顯示單元實(shí)現(xiàn)中，控制在電極上施加的電壓大小，使帶電 荷微膠囊不會(huì)進(jìn)入流體管。顯示單元的三種顏色是第一種流體在流體管中的顏色、第
二流體在流體管中的顏色以及第一種流體和第二種流體各占一半的流體管空間呈現(xiàn)的
顏色。
相應(yīng)地， 一種更多顏色的顯示單元實(shí)現(xiàn)中，優(yōu)選的是各種流體具有相同的量且都 等于流體管容量大小。
另一方面，為了提高顯示單元光學(xué)特性的穩(wěn)定性，在流體腔室兩端有可獨(dú)立容納 與所述帶電荷的微膠囊電荷極性相反的帶電液體或帶電微膠囊的小腔室。在小腔室中充 有相同電荷量的帶電液體或帶電微膠囊。由于小腔室中的帶電液體或帶電微膠囊所帶電 荷極性與腔室中帶電荷的微膠囊所帶電荷極性相反，當(dāng)腔室中帶電荷的微膠囊移動(dòng)到腔 室的一端時(shí)，即使電極上的電壓已經(jīng)去掉，但由于該端的小腔室充有與腔室中帶電荷的 微膠囊相反極性的帶電液體或帶電微膠囊并且距離比另一端的小腔室與腔室中帶電荷 的微膠囊的距離小，因此具有更大的電場(chǎng)吸引力，從而保持腔室中帶電荷的微膠囊在腔 室中的位置，以進(jìn)一步增強(qiáng)顯示單元的圖像穩(wěn)定性。
優(yōu)選的是流體腔室是圓柱形的。
優(yōu)選的是流體腔室面對(duì)流體的內(nèi)壁覆蓋一絕緣層，并且，該絕緣層是疏水的或疏油的。
優(yōu)選的是帶電荷的微膠囊在流體腔室中位于兩種具有不同光學(xué)特性的流體之間。 優(yōu)選的是電極包括一系列與腔室橫截面形狀相關(guān)的面狀電極。
優(yōu)選的是兩個(gè)電極位于腔室的兩端，以保證在電極上施加電壓時(shí)，控制帶電荷的 微膠囊在腔室中沿著腔室的軸向移動(dòng)。
優(yōu)選的是所述流體為液體。
優(yōu)選的是所述流體為不導(dǎo)電流體。
優(yōu)選的是流體為油。
優(yōu)選的是一種流體為黑色，另一種流體為白色。
優(yōu)選的是多種流體按一定光學(xué)特性順序排列在腔室和外部流體管中。 在流體腔室內(nèi)，流體在兩相對(duì)端，中間嵌入一個(gè)或多個(gè)帶電荷的微膠囊，優(yōu)選的 是微膠囊的直徑略大于或等于腔室的橫截面直徑，以保證流體不會(huì)通過(guò)微膠囊與腔壁之 間縫隙流動(dòng)?；蛘邠Q句話說(shuō)，帶電荷的微膠囊置于另外兩種流體之間。由于兩個(gè)電極分 別位于腔室的兩端，因此當(dāng)向兩個(gè)電極提供電壓時(shí)，其中一個(gè)電極將有正電荷，另一個(gè) 電極將有負(fù)電荷，如果腔室中的微膠囊?guī)в姓姾?，則在電場(chǎng)力的作用下，腔室中的微
膠囊將向有負(fù)電荷電極的一端移動(dòng)。微膠囊在腔室中的移動(dòng)直接推動(dòng)腔室中的流體在腔 室和流體管流動(dòng)，從而改變作為觀察面的流體管中流體的光學(xué)特性。而且， 一旦微膠囊 在腔室移動(dòng)到任何一端，在小腔室的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)力作用下，即使去掉電極上的電壓， 腔室中的微膠囊在小腔室電荷形成的電場(chǎng)力作用下保持穩(wěn)定狀態(tài)。
另一方面。由于腔室的橫截面積遠(yuǎn)大于流體管的橫截面積，因此微膠囊產(chǎn)生的小 位移就能推動(dòng)電流體在流體管中較大的變化，因此可以使用很低的電壓控制顯示單元顏 色的變化。
此顯示單元非常適合做顯示裝置，包含
至少一個(gè)上述的顯示單元和將每個(gè)顯示單元連接到電路以產(chǎn)生矩陣顯示器的裝置。
此顯示單元也適合做柔性電子紙，包含
在柔軟材料中至少貼裝一個(gè)上述的顯示單元和將每個(gè)顯示單元連接到電路以更新 顯示單元顯示內(nèi)容的裝置。
本發(fā)明的有益效果，可以從上述實(shí)現(xiàn)中看出，采用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多分辨率、低 驅(qū)動(dòng)電壓、低能耗的顯示單元和顯示設(shè)備，并可以實(shí)現(xiàn)一種在柔性基質(zhì)材料中的電子紙 的應(yīng)用。同時(shí)由于每個(gè)顯示單元的顯示狀態(tài)可以在去掉所施加的電壓后保持光學(xué)狀態(tài)， 因此所制造的顯示設(shè)備或電子紙可以長(zhǎng)時(shí)間顯示相同內(nèi)容而不需要消耗任何電能。只有 在需要更新內(nèi)容時(shí)才消耗電能，因此是一種十分節(jié)能的顯示技術(shù)。


圖1是采用本發(fā)明的由具有光學(xué)特性不同的兩種流體與帶電荷微膠囊構(gòu)成的顯示
單元工作原理示意圖，其中圖la是兩種流體在流體管中個(gè)占用一半的空間呈現(xiàn)中間色
的顯示單元示意圖，圖1是黑色流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)黑色的顯示單元示意圖
圖，lc是白色流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)白色的顯示單元示意圖。
圖2a、圖2b、圖2c采用本發(fā)明的顯示單元一種實(shí)現(xiàn)分別處于不同狀態(tài)的示例圖 圖3是采用本發(fā)明的增加了充有與腔室中微膠囊所帶電荷極性相反的帶電液體或
微膠囊的小腔室的顯示單元一種實(shí)現(xiàn)示例圖。
圖4是采用本發(fā)明的由具有光學(xué)特性不同的三種流體與帶電荷微膠囊構(gòu)成的顯示
單元工作原理示意圖，其中圖4a是第一種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第一種流體光
學(xué)特性的顯示單元示意圖，圖4b是第二種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第二種流體光 學(xué)特性的顯示單元示意圖，圖4c是第三種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第三種流體光
學(xué)特性的顯示單元示意圖。
圖5是用多個(gè)顯示單元構(gòu)成顯示器像素陣列原理示意圖。
具體實(shí)施方式
-
圖1是采用本發(fā)明的由具有光學(xué)特性不同的兩種流體與帶電荷微膠囊構(gòu)成的顯示 單元工作原理示意圖。腔室102與流體管101內(nèi)部是中空的，并通過(guò)內(nèi)部開口實(shí)現(xiàn)液體 在腔室和流體管中的流動(dòng)。在圖示中，帶電荷微膠囊103帶有正電荷，微膠囊103、流 體104、流體105相互之間不混溶，流體104與流體105具有不同的光學(xué)特性，比如， 本示例中，流體104為黑色流體(或添加了黑色顏料的流體)，流體105為白色流體(或添 加了白色顏料的流體)。電極106、電極108分別位于腔室兩端。腔室內(nèi)壁覆蓋絕緣層和 疏水層或覆蓋即絕緣又疏水的單層(沒(méi)有畫出)。由于帶電荷微膠囊?guī)в姓姾?。?dāng)兩個(gè) 電極上施加電壓時(shí)，則在一個(gè)電極上有正電荷，另一個(gè)電極上有負(fù)電荷，在同極性電荷 相互排斥和不同極性電荷相互吸引的電場(chǎng)力作用下，帶正電荷微膠囊向有負(fù)電荷的電極 方向移動(dòng)，推動(dòng)帶正電荷微膠囊在腔室中沿著腔室管軸線XX'移動(dòng)并推動(dòng)流體104、流 體105進(jìn)出流體管。如果以流體管為觀察面，就可以看到不同的光學(xué)特性。其中圖la 是兩種流體在流體管中各占用一半的空間呈現(xiàn)中間色的顯示單元示意圖，圖lb是黑色 流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)黑色的顯示單元示意圖，圖lc是白色流體充滿流體管全 部空間呈現(xiàn)白色的顯示單元示意圖。以流體管為光學(xué)觀察面，其中軸OO'是顯示單元的 光學(xué)對(duì)稱軸。
圖4是采用本發(fā)明的由具有光學(xué)特性不同的三種流體與帶電荷微膠囊構(gòu)成的顯示 單元工作原理示意圖。與圖1不同的是采用了三種具有不同光學(xué)特性并且互不混溶的流 體404、 405、 409與帶電荷微膠囊都不混溶。通過(guò)適當(dāng)控制施加在電極106和電極108 之間的電壓，可以控制流體404、 405 、 409在流體管中的不同量而呈現(xiàn)不同的光學(xué)特性。 其中圖4a是第一種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第一種流體光學(xué)特性的顯示單元示意 圖，圖4b是第二種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第二種流體光學(xué)特性的顯示單元示意 圖，圖4c是第三種流體充滿流體管全部空間呈現(xiàn)第三種流體光學(xué)特性的顯示單元示意 圖。以流體管為光學(xué)觀察面，其中軸OO'是顯示單元的光學(xué)對(duì)稱軸。
下面對(duì)于顯示單元的實(shí)現(xiàn)做進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖2a、圖2b、圖2c采用本發(fā)明的顯示單元一種實(shí)現(xiàn)分別處于不同狀態(tài)的示例圖。 此顯示單元220包含不可混溶的兩種流體250、 251，例如液體，和微膠囊240。其中微 膠囊240是帶電荷的，例如正電荷或負(fù)電荷；流體250和流體251是具有不同光學(xué)特性 的流體，如用兩種不混溶的油，分別加上白色顏料和黑色顏料。在本實(shí)施實(shí)例中，微膠 囊240被夾在流體250和流體251之間。
流體被容納在腔室222和流體管238中，其中微膠囊240被全部放在腔室中，占 據(jù)腔室大部分空間，流體250盒流體251分別位于腔室微膠囊240兩端和流體管中， 并有相同容量。在這個(gè)實(shí)施實(shí)例中腔室222表現(xiàn)為由側(cè)壁224限定的縱向延伸的管的形 式并具有一管軸線。在這個(gè)特定的例子中，腔室為一圓柱形管，其管軸線為XX'。另外 的壁226和228在管的端部延伸已形成封閉流體的腔室222。
微膠囊240中充滿液體和帶電荷微粒，囊壁具有一定的柔性能保持一定的形狀， 在顯示單元220腔室管軸線XX'的橫向上延伸。
典型地，為了將微膠囊240、流體250、 251限定在腔室222預(yù)期的部分內(nèi)，腔壁 對(duì)于每一流體和微膠囊具有一定的疏水性或疏油性。
顯示單元220進(jìn)一步包含置于腔室兩端的兩個(gè)電極230和電極232，優(yōu)選的是電 極的橫截面與腔室的橫截面尺寸一致。
腔壁的整個(gè)內(nèi)側(cè)都被絕緣層覆蓋并且此絕緣層還覆蓋一疏水層或疏油層，作為可 替換的既絕緣又疏水或疏油的層248覆蓋腔壁的內(nèi)側(cè)，如圖2a、 2b、 2c所示。在顯示 單元一個(gè)狀態(tài)下，沒(méi)有電壓施加到電極230和電極232上，沒(méi)有外部電場(chǎng)作用力，微膠 囊240是靜止的。
如果在電極230和電極232上施加電壓，如電極230連接電壓正極，電極232連 接電壓負(fù)極，此時(shí)電極230上有正電荷，電極232有負(fù)電荷，由于本示例中微膠囊240 帶正電荷，因此電極230與微膠囊240形成排斥的電場(chǎng)力，電極232與微膠囊240形成 吸引的電場(chǎng)力，在這個(gè)力的作用下，微膠囊240向電極232端移動(dòng)，當(dāng)電極上電壓維持 時(shí)，此移動(dòng)就會(huì)繼續(xù)或者直到微膠囊240到達(dá)腔室的右壁228。如果電極230和電極232 之間的電壓被關(guān)斷，微膠囊240將會(huì)保持在它已經(jīng)到達(dá)的位置。
圖2c示出了微膠囊240幾乎到達(dá)右壁228的情況，使流體251通過(guò)開口 237幾乎 全部流入流體管238中。以流體管238為觀察面，當(dāng)流體管238為透明材料時(shí)，觀察到 的是流體251的光學(xué)特性所反映的顏色。以流體管為光學(xué)觀察面，其中軸OO'是顯示單
元的光學(xué)對(duì)稱軸。
為了實(shí)現(xiàn)開始移動(dòng)微膠囊240所需的電場(chǎng)力，只需要小的電壓，例如僅僅幾伏特， 因此電壓源是一個(gè)低壓源。
在微膠囊240向右移動(dòng)期間，向右移動(dòng)的微膠囊240在它的右側(cè)擠壓流體251經(jīng) 由腔壁上的開口 237流到腔室的外面。連接到此開口和腔室左側(cè)的開口 236的流體管 238引導(dǎo)流體251從開口 237進(jìn)入流體管238，同時(shí)流體250從開口 236回到腔室。
圖2b示出了顯示單元的第二個(gè)光學(xué)特性狀態(tài)，此狀態(tài)通過(guò)將在電極230和電極 232上施加反向電壓，即電極230連接電壓負(fù)極，電極232連接電壓正極，此時(shí)電極230 上有負(fù)電荷，電極232有正電荷，由于本示例中微膠囊240帶正電荷，因此電極230 與微膠囊240形成吸引的電場(chǎng)力，電極232與微膠囊240形成排斥的電場(chǎng)力，在這個(gè)力 的作用下，微膠囊240向電極230端移動(dòng)，當(dāng)電極上電壓維持時(shí)，此移動(dòng)就會(huì)繼續(xù)或者 直到微膠囊240到達(dá)腔室的左壁226。如果電極230和電極232之間的電壓被關(guān)斷，微 膠囊240將會(huì)保持在它已經(jīng)到達(dá)的位置。
在微膠囊240向左移動(dòng)期間，向左移動(dòng)的微膠囊240在它的左側(cè)擠壓流體250經(jīng) 由腔壁上的開口 236流到腔室的外面。連接到此開口和腔室右側(cè)的開口 237的流體管 238引導(dǎo)流體250從開口 236進(jìn)入流體管238，同時(shí)流體251從開口 237回到腔室。
以流體管238為觀察面，當(dāng)流體管238為透明材料時(shí)，觀察到的是流體250的光 學(xué)特性所反映的顏色。以流體管為光學(xué)觀察面，其中軸oo'是顯示單元的光學(xué)對(duì)稱軸。
圖2a是顯示單元表現(xiàn)為一種介于流體250的光學(xué)特性和流體251的光學(xué)特性之間 的一種狀態(tài)。與上述同樣的原理，通過(guò)在電極230和電極232之間(在圖2c狀態(tài)下)施 加一定時(shí)間的電壓，可以使流體250和流體251分別充滿流體管一半的空間。此時(shí)以流 體管238為觀察面，當(dāng)流體管238為透明材料時(shí)，觀察到的是流體250的光學(xué)特性和流 體251的光學(xué)特性混合所反映的顏色。以流體管為光學(xué)觀察面，其中軸OO'是顯示單元 的光學(xué)對(duì)稱軸。
實(shí)際上，所屬領(lǐng)域的人員明白，通過(guò)適當(dāng)控制施加于電極230和電極232之間的 電壓和維持時(shí)間，可以控制流體250和流體251在流體管中所占空間的比例，從而得到 多種介于流體250的光學(xué)特性與流體251之間的光學(xué)特性的混合光學(xué)特性。
這里所指的光學(xué)特性可以是可見(jiàn)光的顏色反射特性、透射特性等或不可見(jiàn)光的反 射特性、透射特性等，因此可以應(yīng)用于可見(jiàn)光反射或透射的顯示領(lǐng)域，也可應(yīng)用于非可
見(jiàn)光的光學(xué)特性變化領(lǐng)域。
如圖2a、 2b、 2c所示，選擇微膠囊240的量以及對(duì)于流體250和251量的選擇， 一種優(yōu)選的方案是滿足如下關(guān)系
1) 流體250的量=流體251的量，且
2) 流體250的量=流體管238所能容納的流體量，且
3) 流體250的量+微膠囊240的量=腔室222的容量(不保含流體管238中的容量)。
在如圖2a、 2b、 2c所示的實(shí)施實(shí)例中，其中流體250和流體251是互不相混溶 的油，并各自擁有不同的光學(xué)特性，在微膠囊240和絕緣層248有非常薄的油膜，此膜 充當(dāng)微膠囊240于腔室移動(dòng)的潤(rùn)滑膜。
電極230和電極232與腔室橫截面相關(guān)，優(yōu)選的是電極的表面與腔室橫截面相同， 如電極形成半徑典型地位于lmm和20mm之間的圓面。圖2a、 2b、 2c所示中的層248 具有的厚度在5nm和50 U之間。
圖3是采用本發(fā)明的增加了充有與腔室中微膠囊所帶電荷極性相反的帶電液體或 微膠囊的小腔室的顯示單元一種實(shí)現(xiàn)示例圖。與圖2所示實(shí)例的不同之處在于，本實(shí)施 實(shí)例中把腔室兩端的壁328、 326設(shè)計(jì)為內(nèi)部中空的小腔室，并在小腔室中充有與腔室 中微膠囊所帶電荷極性相反的帶電液體或微膠囊，如本實(shí)例中為充有負(fù)電荷或負(fù)離子的 液體，其它部分具有相同的結(jié)構(gòu)。在圖3所示的實(shí)例中，由于小腔室的存在，使微膠囊 240只能穩(wěn)定在三個(gè)位置狀態(tài)，即腔室的最左邊、腔室的最右邊以及腔室的正中間。而 且在兩個(gè)電極都沒(méi)有施加電壓時(shí)，由于當(dāng)微膠囊240位于腔室的正中間時(shí)，如果出現(xiàn)較 大機(jī)械振動(dòng)，使微膠囊240偏離腔室的正中間，在小腔室中電荷的作用下，可能使微膠 囊240移動(dòng)到靠近的小腔室一端，從而改變了顯示單元的光學(xué)特性。為了使顯示單元具 有很好的光學(xué)穩(wěn)定性，可以只利用本實(shí)例的兩種光學(xué)狀態(tài)微膠囊240位于腔室的最左 邊和微膠囊240位于腔室的最右邊。這時(shí)的顯示單元具有極好的光學(xué)穩(wěn)定性，是較理想 的雙穩(wěn)態(tài)顯示器或電子紙的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。同時(shí)，由于小腔室的存在，當(dāng)需要切換顯示單元 的顯示狀態(tài)時(shí)，需要提高施加在電極230和電極232之間的初始電壓，以克服小腔室產(chǎn) 生的電場(chǎng)力，相應(yīng)地，當(dāng)微膠囊240越過(guò)腔室的正中間位置，小腔室的存在將加速微膠 囊240的移動(dòng)，其效果可以表現(xiàn)為兩個(gè)方面 一方面如果需要最快的切換速度，則可以 維持電極上的電壓，另一方面，如果需要最好的節(jié)省能耗，則此時(shí)可以去掉電極上的電
壓，由小腔室產(chǎn)生的電場(chǎng)力可以繼續(xù)推動(dòng)微膠囊240的移動(dòng)。
圖5是用多個(gè)顯示單元構(gòu)成顯示器像素陣列原理示意圖。由于每個(gè)顯示單元500 包含兩個(gè)電極，在形成的像素點(diǎn)陣顯示器實(shí)現(xiàn)中，每行的行掃描電極需要一個(gè)，如圖示 的501，每列的列掃描電極需要一個(gè)，如圖示的503。在完整的顯示器電路中，還包含 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元和像素驅(qū)動(dòng)單元，圖中沒(méi)有畫出。 一種實(shí)現(xiàn)方式，是將顯示單元均勻敷設(shè) 在具有電極基板上(類似于LCD工藝)。敷設(shè)時(shí)需要保證每個(gè)顯示單元的流體管部分朝 向觀察面即可。
采用同樣的方法，敷設(shè)于柔軟的有機(jī)材料中可以制造柔性顯示設(shè)備或敷設(shè)于紙類 材質(zhì)的材料上可以制造電子紙。
由于每個(gè)顯示單元的顯示狀態(tài)可以在去掉所施加的電壓后保持光學(xué)狀態(tài)，因此所 制造的顯示設(shè)備或電子紙可以長(zhǎng)時(shí)間顯示相同內(nèi)容而不需要消耗任何電能。只有在需要 更新內(nèi)容時(shí)才消耗電能，因此是一種十分節(jié)能的顯示技術(shù)。
權(quán)利要求
1、顯示單元，包括流體腔室，其包含帶有一種電荷的微膠囊和至少兩種流體，流體相互接觸且不可混溶而且微膠囊外層與流體也不混溶，每種流體之間具有不同的光學(xué)特性；和電極結(jié)構(gòu)，其中包含位于流體腔室兩端各一個(gè)電極；同時(shí)腔室壁在它的相對(duì)的端部設(shè)置有兩個(gè)開口，所述開口利用外部流體管相互連接，使流體進(jìn)出腔室流通；上述流體管的管壁是透明材料制成的。
2、 如權(quán)利要求1所述的顯示單元，其特征在于流體腔室面對(duì)流體和微膠囊的內(nèi)壁 覆蓋一絕緣層，并且，該絕緣層是疏水的或疏油的。
3、 如權(quán)利要求1所述的顯示單元，其特征在于帶有電荷的微膠囊在流體腔室中位 于兩種具有不同光學(xué)特性的流體之間。
4、 如權(quán)利要求1所述的顯示單元，其特征在于流體腔室兩端有可獨(dú)立容納與所述 帶有電荷的微膠囊電荷極性相反的帶電液體或帶電微膠囊的小腔室。
5、 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的顯示單元，其特征在于帶有一種電荷的微膠囊?guī)?有正電荷，小腔室中的帶電液體或帶電微膠囊?guī)в胸?fù)電荷。
6、 如權(quán)利要求14中任一項(xiàng)所述的顯示單元，其特征在于帶有一種電荷的微膠囊?guī)?有負(fù)電荷，小腔室中的帶電液體或帶電微膠囊?guī)в姓姾伞?br> 7、 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的顯示單元，其特征在于一種流體為黑色，另一種 流體為白色。
8、 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的顯示單元，其特征在于多種流體按一定光學(xué)特性 順序排列在腔室和外部流體管中。
9、 顯示裝置，包含至少一個(gè)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的顯示單元和將每個(gè)顯示單元連接到電路以 產(chǎn)生矩陣顯示器的裝置。
10、 柔性電子紙，包含在柔性基質(zhì)材料中至少貼裝一個(gè)如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的顯示單元和將每個(gè) 顯示單元連接到電路以更新顯示單元顯示內(nèi)容的裝置。
全文摘要
一種基于微膠囊技術(shù)的顯示單元，包括流體腔室，其包含帶有電荷的微膠囊和至少兩種流體，流體相互接觸且不可混溶而且微膠囊外層與流體也不混溶，每種流體之間具有不同的光學(xué)特性；和電極結(jié)構(gòu)，其中包含位于流體腔室兩端各一個(gè)電極，并且腔室壁在它的相對(duì)的端部設(shè)置有兩個(gè)開口，所述開口利用外部流體管相互連接，使流體進(jìn)出腔室流通；上述流體管的管壁是透明材料制成的，以流體管為觀察面。在電極上加上電壓，通過(guò)產(chǎn)生的電場(chǎng)力驅(qū)動(dòng)帶有電荷的微膠囊在腔室中移動(dòng)并進(jìn)一步推動(dòng)流體在腔室和流體管中流動(dòng)，使面向觀察面的流體管表現(xiàn)出不同的光學(xué)特性。并采用至少一個(gè)本發(fā)明中的顯示單元實(shí)現(xiàn)了一種基于微膠囊技術(shù)的低能耗顯示裝置。
文檔編號(hào)G02F1/01GK101169566SQ200710177689
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月20日
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