剩余電壓降低的電光顯示器的制作方法

專利名稱：剩余電壓降低的電光顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及剩余電壓降低的電光顯示器，以及用于減小電光顯示器中剩余電壓的方法。術語“剩余電壓”在這里用于表示，尋址脈沖(用于改變電光介質的光學狀態的電壓脈沖)終止之后，在特定電光顯示器中剩余的持久或衰減電場。已經發現，這種剩余電壓會導致對電光顯示器上顯示的圖像產生不良影響；特別地，剩余電壓會導致所謂的“重影(ghosting)”現象，即在重寫該顯示器之后，先前圖像的軌跡仍然是可見的。本發明特別地旨在用于電泳顯示器，但本發明并非僅僅適用于電泳顯示器。
電光顯示器包括電光材料層，在此使用的術語“電光材料”在成像技術領域中的傳統意義是指包括至少有一種光學性能不同的第一和第二顯示狀態的材料，對該材料施加電場可將其從第一顯示狀態改變到第二顯示狀態。盡管人眼通常能夠在顏色上感覺到該光學性能，但這種光學性能可以是另外的光學性能，例如光學透射率、反射率、發光、或者是對于機器讀取的專用顯示器，在可見光范圍之外的電磁波反射率改變意義上的偽色。
在本發明的顯示器中，從該電光介質具有固體外部表面的角度來說，電光介質通常是固體的(在下文中為了方便將這種顯示器稱為“固體電光顯示器”)，盡管這種介質可具有且通常具有內部液體或氣體填充空間。因此，術語“固體電光顯示器”包括膠囊化電泳顯示器、膠囊化液晶顯示器、以及下述的其它類型顯示器。
在此使用術語“灰度狀態”，在成像技術領域中其傳統意思是指介于像素的兩個極端光學狀態之間的一種狀態，但并不一定意味著處于這兩個極端狀態之間的黑白過渡。例如，下文中所參考的諸多專利和公開申請描述了這樣的電泳顯示器，即，該極端狀態為白色和深藍色，使得中間的“灰度狀態”實際上為淡藍色。實際上，正如所已經描述的，該兩個極端狀態之間的過渡有可能根本不是顏色變化。
在此使用術語“雙穩態”和“雙穩態性”，在成像技術領域中其傳統意思是指包括如下顯示元件的顯示器，該顯示元件具有至少有一種光學性能不同的第一和第二顯示狀態，使得通過有限持續時間的尋址脈沖驅動任意特定元件以呈現其第一或第二顯示狀態，該尋址脈沖終止之后，該狀態將會持續一定的時間，該時間為改變顯示元件狀態所需的尋址脈沖的最小持續時間的至少好幾倍，例如至少四倍。公開的美國專利申請No.2002/0180687表明，能夠顯示灰度級的一些基于顆粒的電泳顯示器不僅可以穩定于其極端的黑色和白色狀態，還可以穩定于其中間的灰度狀態，一些其它類型的電光顯示器也是如此。這種類型的顯示器確切地可稱為是“多穩態的”而非雙穩態的，盡管為了方便，在此使用術語“雙穩態”以同時覆蓋雙穩態和多穩態顯示器。
在此使用術語“脈沖”，在成像技術領域中其傳統意思是指電壓對時間的積分。然而，一些雙穩態電光介質充當電荷轉換器，因此對于這些介質可采用脈沖的備選定義，即電流對時間的積分(等于所施加的總電荷)。應當根據該介質是用作電壓-時間脈沖轉換器還是用作電荷脈沖轉換器而使用脈沖的恰當定義。
已知好幾種類型的電光顯示器。一種電光顯示器為例如美國專利No.5808783、5777782、5760761、6054071、6055091、6097531、6128124、6137467、和6147791中所描述的旋轉雙色部件類型(盡管這種類型的顯示器經常稱為“旋轉雙色球”顯示器，優選使用更為確切的術語“旋轉雙色部件”，這是因為在部分上述專利中旋轉部件不是球形的)。這種顯示器使用許多小物體(典型地為球形或圓柱形)和內部偶極子，其中該小物體具有光學特性不同的兩個或多個部分。這些小物體懸浮在矩陣中的填充了液體的液泡中，用液體填充該液泡，使得這些小物體可自由地旋轉。通過對顯示器施加電場，由此將小物體旋轉到各種位置并改變透過觀察表面能夠看到的小物體部分，從而改變顯示器的外觀。這種類型的電光介質通常是雙穩態的。
另一種類型的電光顯示器使用電變色介質，例如形式為納米變色薄膜的電變色介質，該納米變色薄膜包括至少部分地由半導電金屬氧化物制成的電極以及粘接到該電極的能夠進行可逆顏色變化的多個染料分子；例如可參考O’Regan，B.et al.，Nature 1991，353，737和Wood，D.，Information Display，18(3)，24(March 2002)。還可參考Bach，U.，et al.，Adv.Mater.，2002，14(11)，845。例如在美國專利No.6301038、國際專利申請No.WO 01/27690、以及美國專利申請2003/0214695中也描述了這種類型的納米變色薄膜。這種類型的介質通常也是雙穩態的。
成為許多年來廣泛研究和發展目標的另一種電光顯示器為基于顆粒的電泳顯示器，其中多個帶電顆粒在電場的影響下移動穿過懸浮液。和液晶顯示器相比，電泳顯示器具有良好的明度和對比度、寬視角、狀態的雙穩定性、以及低功耗的優點。然而，這些顯示器的與長期圖像質量相關的問題已經阻礙其廣泛使用。例如，構成電泳顯示器的顆粒趨于沉淀，導致這些顯示器的使用壽命不足。
如前所述，電泳介質需要存在懸浮液。在絕大多數現有技術的電泳介質中，這種懸浮液為一種液體，但是可以使用氣體懸浮液制造電泳介質；例如參考Kitamura，T.，et al.，“Electrical toner movementfor electronic paper-like display”，IDW Japan，2001，PaperHCS1-1和Yamaguchi，Y.，et al.，“Toner display using insulativeparticles charged triboelectrically”，IDW Japan，2001，PaperAMD4-4)。還可參考歐洲專利申請1429178、1462847、1482354、和1484625，以及國際申請WO 2004/090626、WO 2004/079442、WO2004/077140、WO 2004/059379、WO 2004/055586、WO 2004/008239、WO 2004/006006、WO 2004/001498、WO 03/091799、以及WO 03/088495。這種基于氣體的電泳介質似乎由于顆粒沉淀，當在允許這種沉淀的取向中使用該介質時，例如對于將該介質置于垂直平面的情形，遭受和基于液體的電泳介質相同類型的問題。實際上，基于氣體的電泳介質中的顆粒沉淀似乎比基于液體的電泳介質中更為嚴重，因為和液體懸浮液相比，氣體懸浮液的粘度更低，使電泳顆粒沉淀地更快。
最近已經公開了授權給或以麻省理工學院(MIT)和E Ink公司的名義申請的、描述膠囊化電泳介質的許多專利和申請。這種膠囊化介質包括許多小膠囊，每個小膠囊本身包括內部相和包圍該內部相的膠囊，該內部相含有懸浮在液體懸浮介質中的電泳移動顆粒。通常，該膠囊本身保持在聚合物粘接劑內，從而形成置于兩個電極之間的相干層。例如在下述專利和申請中描述了這種類型的膠囊化介質美國專利No.5930026、5961804、6017584、6067185、6118426、6120588、6120839、6124851、6130773、6130774、6172798、6177921、6232950、6249721、6252564、6262706、6262833、6300932、6312304、6312971、6323989、6327072、6376828、6377387、6392785、6392786、6413790、6422687、6445374、6445489、6459418、6473072、6480182、6498114、6504524、6506438、6512354、6515649、6518949、6521489、6531997、6535197、6538801、6545291、6580545、6639578、6652075、6657772、6664944、6680725、6683333、6704133、6710540、6721083、6727881、6738050、6750473、6753999、6816147、6819471、和6822782，美國專利申請公開號No.2002/0019081、2002/0060321、2002/0060321、2002/0063661、2002/0090980、2002/0113770、2002/0130832、2002/0131147、2002/0171910、2002/0180687、2002/0180688、2003/0011560、2003/0020844、2003/0025855、2003/0053189、2003/0102858、2003/0132908、2003/0137521、2003/0137717、2003/0151702、2003/0214695、2003/0214697、2003/0222315、2004/0008398、2004/0012839、2004/0014265、2004/0027327、2004/0075634、2004/0094422、2004/0105036、2004/0112750、和2004/0119681，以及國際申請公開號No.WO 99/67678、WO 00/05704、WO 00/38000、WO 00/38001、WO 00/36560、WO 00/67110、WO 00/67327、WO 01/07961、WO 01/08241、WO 03/107315、WO 2004/023195、WO2004/049045、WO 2004/059378、WO 2004/088002、WO 2004/088395、和WO 2004/090857。
許多前述專利和申請意識到，可以用連續相替代膠囊化電泳介質中包圍離散微膠囊的壁，從而產生所謂的聚合物分散電泳顯示器，其中電泳介質包括多個電泳液體的離散小滴和聚合物材料的連續相；還意識到，這種聚合物分散的電泳顯示器中的電泳液體的離散小滴可以被看作是膠囊或微膠囊，盡管離散膠囊膜并不和每個單獨的小滴相關聯，見例如前述的專利申請2002/0131147。因此，從本申請的角度來說，這種聚合物分散電泳介質被看作是膠囊化電泳介質的亞種。
一種相關類型的電泳顯示器是所謂的“微單元電泳顯示器”。在微單元電泳顯示器中，帶電顆粒以及懸浮液體并不包裹在微膠囊內，而是保持在形成于載體介質(通常為聚合物薄膜)內的多個腔內。例如，見國際申請公開No.WO 02/01281和已公開的美國專利申請No.2002/0075556，這兩個專利申請都授權給Sipix Imaging公司。
許多前述E Ink及MIT專利和申請還考慮到微單元電泳顯示器和聚合物分散的電泳顯示器。術語“膠囊化電泳顯示器”可指所有這些顯示器類型，這些顯示器也可共同地描述成“微腔電泳顯示器”以概括壁的形貌。
另一種類型的電光顯示器為由Philips研發的電浸濕顯示器，在Nature期刊2003年9月25日這一期中標題為“Performing PixelsMoving Images on Electronic Paper”的文章中得到描述。在于2004年10月6日提交的未決的申請序號No.10/711802中表明，這種電浸濕顯示器可制成是雙穩態的。
本發明中還可以使用其它類型的電光材料。特別讓人感興趣的是，雙穩態鐵電液晶顯示器(FLC)在本領域中是已知的并呈現出剩余電壓性質。
盡管電泳介質經常是不透明的(因為例如，在許多電泳介質中，顆粒基本上阻斷可見光透射過顯示器)并工作于反射模式，但許多電泳顯示器可制成工作于所謂的“快門模式”，其中一個顯示器狀態基本上是不透明的，一個顯示器狀態為透光的。例如，見前述美國專利No.6130774和6172798以及美國專利No.5872552、6144361、6271823、6225971、和6184856。介電電泳顯示器和電泳顯示器相似但依賴于電場強度的變化，可工作于類似的模式，見美國專利No.4418346。其它類型的電光顯示器還可以工作于快門模式。
膠囊化或微單元電泳顯示器通常不遭受傳統電泳裝置的群聚和沉淀失效模式，并且可提供另外的優點，例如能夠在許多柔性和剛性襯底上印刷或涂敷該顯示器的能力。(使用單詞“印刷”的目的是包括所有形式的印刷和涂敷，包括但不限于諸如斑片模壓涂敷，狹槽或擠壓涂敷，滑塊或級聯涂敷、幕涂的預測量涂敷；諸如刀上輥涂，正向和逆向輥涂的輥涂；凹版涂敷；浸漬涂敷；噴涂；彎月涂敷；旋涂；刷涂；氣刀涂敷；絲網印刷工藝；靜電印刷工藝；熱印刷工藝；噴墨印刷工藝；電泳沉積；和其它類似的技術)。因此，所得到的顯示器可以是柔性的。此外，由于可以(使用各種方法)印刷顯示器介質，顯示器本身的制造并不昂貴。
基于顆粒的電泳顯示器以及顯示相似行為的其它電光顯示器(這種顯示器在下文中為了方便而稱為“脈沖驅動顯示器”)的雙穩態或多穩態行為與傳統液晶(LC)顯示器的行為成顯著對比。扭轉向列型液晶并不是雙穩態或多穩態的，而是起著電壓轉換器的作用，使得對這種顯示器的像素施加特定的電場會在該像素產生特定灰度電平，該灰度電平與像素上先前的灰度電平無關。此外，LC顯示器只沿一個方向受驅動(從非透光或“暗”轉變到透光或“亮”)，通過降低或消除電場可實現從較亮狀態到較暗狀態的逆向轉變。最后，LC顯示器上像素的灰度電平對電場的極性不敏感而只對其強度敏感，實際上出于技術原因，商品化的LC顯示器通常以頻繁的間隔使驅動電場的極性反轉。與此對照的是，雙穩態電光顯示器在一級近似下充當脈沖轉換器，使得像素的最終狀態不僅取決于所施加的電場以及施加該電場的時間，還取決于施加該電場前像素的狀態。
同樣，為了獲得高分辨率的顯示器，顯示器的單個像素必須是能夠不受鄰近像素干擾而可尋址的。獲得這個目標的一個途徑是提供諸如晶體管或二極管的非線性元件陣列，至少一個非線性元件和每個像素相關聯，從而產生“有源矩陣”顯示器。尋址一個像素的尋址電極或像素電極通過關聯的非線性元件連接到適當的電壓源。通常，當非線性元件是晶體管時，像素電極連接到晶體管的漏極，將在下文中采用這種布置，該連接基本上是任意的并且像素電極可連接到晶體管的源極。傳統上，在高分辨率陣列中，像素布置成行和列的二維陣列，使得由一個特定行與一個特定列的交叉而唯一地定義任何特定像素。各列中所有晶體管的源極連接到單個列電極，而各行中所有晶體管的柵極連接到單個行電極；同樣，傳統上將源極分配到行，將柵極分配到列，但這種分配基本上是任意的，如果需要可以進行相反的分配。行電極連接到行驅動器，這基本上確保在任一特定時刻只選擇一個行，即，對所選定的行電極施加電壓從而確保選定行內的所有晶體管都是導通的，而對所有其它行施加電壓從而確保這些未被選擇的行內的所有晶體管保持不導通。列電極連接到列驅動器，該驅動器對各種列電極施加選定電壓，將選定行內的像素驅動到其預期光學狀態。(前述電壓是相對于公共前電極，并在整個顯示器上延伸，其中該公共前電極傳統上設于電光介質上與非線性陣列相對的一側上。)經過預先選定的間隔(已知為“線尋址時間”)后，取消選定已選定的行，選擇下一行，列驅動器上的電壓被改變到寫顯示器下一條線的電壓。重復這個過程，使得以逐行的方式寫整個顯示器。
前述2003/0137521描述了直流(DC)不平衡波形如何導致形成剩余電壓，通過測量顯示器像素的開路電化學勢可以確定該剩余電壓。
出于在前述未決申請中已經詳細解釋的原因，當驅動電光顯示器時，理想地使用DC平衡的驅動方案，即，基于這個方案，對于任何光學狀態序列，在最終光學狀態和初始光學狀態匹配的任何時刻，所施加的電壓的積分為零。這保證了光電層所經歷的凈DC不平衡限制在已知值之內。例如，可以使用15V、300ms脈沖將電光層從白色狀態驅動到黑色狀態。在該轉變之后，成像層已經經歷4.5V的DC不平衡脈沖。為了將薄膜驅動回到白色，如果使用-15V、300ms的脈沖，則在從白色轉變到黑色以及恢復到白色的一系列轉變過程中，成像層是DC平衡的。
現在已經發現，無論是從原因還是從結果上說，剩余電壓是電泳及其它脈沖驅動電光顯示器中更為普遍的現象。另外還發現，DC不平衡導致電泳顯示器長期的壽命退化。
通過使用長時間(例如幾個小時或幾天)未被開關的樣品而測量電泳顯示器中的剩余電壓。將電壓表連接開放像素電路上，測量“基礎電壓”讀數。隨后對像素施加例如轉換波形的電場。該波形結束后，立即使用電壓表測量一系列周期內的開路電勢，將測量的讀數與原始的基礎電壓之間的差看作是“剩余電壓”。
剩余電壓以復雜的方式衰減，在數學上可弱近似成多個指數之和。在典型實驗中，對電光介質施加15V約1秒。在該電壓脈沖結束之后，立即測量得到+3V和-3V之間的剩余電壓；1秒之后測量+1V和-1V之間的剩余電壓；10分鐘之后剩余電壓接近零(相對于原始的基礎電壓)。
在此使用術語“剩余電壓”，有時為了方便而用其表示整體現象。然而，脈沖驅動電光顯示器的轉換行為的基礎是在電光介質上施加電壓脈沖(電壓對時間的積分)。如附圖中的

圖1(該圖為剩余電壓隨時間變化的典型圖示)所示，在施加驅動脈沖之后，剩余電壓立即到達峰值(用102表示)(圖1中的時間標尺基本上是任意的)；之后，剩余電壓指數衰減，如圖1中的曲線104所示。剩余電壓持續一顯著的時間段，對電光介質施加“剩余脈沖”，如曲線104下的區域106所示；嚴格而言，剩余脈沖而非剩余電壓影響了電光顯示器的光學狀態，而通常認為是剩余電壓影響該光學狀態。
理論上，剩余電壓的效應應該直接對應于剩余脈沖。然而實際上，脈沖切換模式在低電壓下精確度降低。包括在這里所描述的實驗中用到的優選電泳介質在內的一些電光介質具有小的閾值，使得約為1V的剩余電壓不會導致介質的光學狀態在驅動脈沖終止之后出現明顯變化。因此，兩種等效的剩余脈沖在實際結果上互不相同，提高電光介質的閾值以降低剩余電壓的影響，這種做法是有用的。E Ink已經生產出具有“小閾值”的電泳介質，其閾值足夠小，能夠防止在典型使用中出現的剩余電壓在驅動脈沖結束后立即改變顯示圖像。如果閾值不夠或者剩余電壓過高，則顯示器會呈現回掃/自擦除或自增強的現象。
即使當剩余電壓低于小的閾值時，如果發生下一個圖形更新時該剩余電壓仍然存在，則該剩余電壓還會對圖像轉換產生嚴重的影響。例如，假設在電泳顯示器的圖像更新期間，施加+/-15V驅動電壓以移動電泳顆粒。如果先前的更新中持續+1V的剩余電壓，驅動電壓將實際上從+15V/-15V偏移到+16V/-14V。因此，像素將被朝黑色或白色狀態偏置，取決于剩余電壓為正或負。此外，由于剩余電壓的衰減速率，該效應隨經歷時間而改變。在緊接著前一圖像更新之后，使用15V、300ms驅動脈沖將像素中的電光材料轉換到白色，該電光材料實際上經歷了更接近16V、300ms的波形，而一分鐘后使用完全相同驅動脈沖(15V、300ms)轉換到白色狀態的像素內的材料實際上經歷了更接近15.2V、300ms的波形。因此，像素會呈現顯著不同的白色陰暗。
如果已經由先前的圖像(例如白色背景上的黑線)在多個像素上產生剩余電壓場，則剩余電壓也會在該顯示器上以相似的圖形排成陣列。從實際角度出發，顯示器上剩余電壓的最顯著效應就是重影。這個問題是對前述問題的補充，即，DC不平衡(例如16V/14V而非15V/15V)可能是電光介質緩慢的壽命退化的原因。
使用光度計可以從光學上測量重影或者類似的視覺假象。在頭戴式裝置顯示器屏幕中，具有相同目標明度的兩個相鄰像素的實際明度差異應該小于2L*(其中L*具有常用的ICE定義L*＝116(R/R0)1/3-16其中R為反射率，R0為標準反射率值)，優選地小于1L*，理想地小于0.3L*以避免給用戶造成障礙。
如果剩余電壓衰減緩慢，近似不變，則其在波形漂移方面的效應在不同圖像更新時是相同的；和衰減迅速的剩余電壓相比，衰減緩慢的剩余電壓實際上產生更小的重影。因此，10分鐘后更新一個像素和11分鐘后更新另一個像素時所經歷的重影遠小于迅速更新一個像素和1分鐘后更新另一個像素時的重影。相反地，如果剩余電壓迅速衰減，在發生下一個更新之前變為零，則該剩余電壓實際上不會導致可檢測到的重影。因此，出于實用目的，大于約0.2V且持續時間為10ms至1小時(最為特殊的是50ms至10分鐘)的剩余電壓最受關注。
從上述討論中顯而易見，通過最小化剩余脈沖可以減小剩余電壓的影響。如圖1所示，通過減小峰值剩余電壓或通過增大衰減速率可以實現這一點。理論上可以預測，如果在驅動脈沖結束后能夠瞬時完美地測量剩余電壓，則峰值剩余電壓的大小幾乎等于驅動脈沖的電壓，而符號相反。實踐中，許多剩余電壓似乎衰減迅速(例如小于20ms)，使得實驗上測量的“峰值”剩余電壓要小得多。因此，實踐中降低“峰值”剩余電壓的方法有(1)使顯示器工作于更低的電壓，或者(2)提高在圖像更新后的最初幾毫秒內發生的極快的衰減，該衰減可導致非常低的剩余脈沖。實際上，除了工作于更低電壓之外，減小剩余脈沖的一個主要途徑是增大衰減速率。
剩余電壓有好幾種可能來源。我們認為(盡管本發明根本不受該看法的限制)，剩余電壓的主要起因為形成顯示器各層的材料內的離子極化。
這種極化發生的方式有好幾種。在第一種(為了方便，用“I型”表示)極化中，在材料界面上或毗鄰界面產生離子雙層。例如，氧化銦錫(ITO)電極處的正電勢會在相鄰的疊層粘合劑中產生相應的陰離子極化層。這種極化層的衰減速率和疊層粘合劑層中的分離離子的復合相關聯。這種極化層的幾何結構由界面的形狀決定，但本質上典型地為平面形狀。
在第二種(II型)極化中，單個材料內的結核、晶體、或其它類型的材料不均勻會形成這樣的區域，即，離子在這些區域中的移動速度快于或慢于在周圍材料中的移動速度。離子遷移速率的不同會導致介質體內電荷極化程度的不同，因此會在單個顯示器元件內出現極化。基本上這種極化在本質上是局域化的，或者分散在整個層內。
在第三種(III型)極化中，會在對于任何特定類型離子的電荷輸運而言代表勢壘的任何界面處發生極化。微腔電泳顯示器中這種界面的一個重要示例為包括懸浮介質和顆粒(“內部相”)的電泳懸浮液與包括壁、粘合劑、和膠合劑的周圍介質(“外部相”)之間的邊界。在許多電泳顯示器中，內部相為憎水液體，而外部相為例如凝膠的聚合物。內部相中存在的離子通常不會在外部相中溶解和擴散，反之亦然。當垂直于該界面施加電場時，會在該界面的兩側上積聚符號相反的極化層。除去所施加的電場時，最終的非平衡電荷分布會導致可測量的剩余電壓電勢，該可測量的剩余電壓電勢以某一弛豫時間衰減，該弛豫時間由界面兩側的任一側上的兩個相中離子的遷移率決定。
通常在驅動脈沖期間發生極化。典型地，每個圖像更新是引發剩余電壓的事件。正波形電壓會在電光介質上產生極性相同或相反(或幾乎為零)的剩余電壓，具體取決于特定的電光顯示器，這將在下文中得到描述。
從前述討論顯而易見，會在電泳或其它電光顯示器內的多個位置發生極化，每個位置具有各自的衰減時間特征光譜，主要是在界面和材料不均勻的位置發生極化。依賴于這些電壓源相對于電活性元件(例如電泳懸浮液)的布置(換而言之，極化電荷分布)，以及各種電荷分布之間的電學耦合程度以及顆粒運動穿過懸浮液或其它電光微腔，各種極化將會產生或多或少有害的影響。由于電泳顯示器是通過帶電顆粒的運動進行工作，這本質上會導致電光層的極化，某種意義上說，優選的電泳顯示器不是指顯示器上的剩余電壓總為零的情形，而是指剩余電壓不會導致討厭的電光行為。理想地，可最小化脈沖，在1秒(優選地為50ms)內將剩余電壓降低到1V之下，優選地低于0.2V，使得通過在圖像更新之間引入最小中斷，電泳顯示器可實現光學狀態之間的所有轉換而無需考慮剩余電壓效應。對于工作于視頻速率或電壓低于+/-15V的電泳顯示器，這些理想值應相應地降低。類似的考慮適用于其它類型的電光顯示器。
總而言之，剩余電壓作為一種現象，至少基本上是發生在顯示材料元件內的離子極化所致，該離子極化可能發生于材料的界面或者發生于材料本身內部。這種極化會產生問題，特別是當該極化持續約50ms至約1小時之間的某個中間時間長度時。剩余電壓本身可通過各種方式而表現為圖像重影或視覺假象，其嚴重程度隨圖像更新之間所經歷的時間而變化。剩余電壓還會產生DC不平衡，并降低最終顯示器壽命。因此對于電泳或其它電光裝置的質量而言，剩余電壓的影響通常是有害的，應該最小化剩余電壓本身以及裝置的光學狀態對剩余電壓影響的敏感度。
在先前的E Ink專利申請中描述了降低或消除由剩余電壓所致的重影和視覺假象的諸多方法。例如，前述申請2003/0137521以及于2004年6月29日提交的未決申請序列號PCT/US2004/21000(還可參考相應的國際申請PCT/US2004/21000)描述了所謂的“軌道穩定”驅動方案，其中周期性地將電光介質驅動到“光學軌道”(電光介質的兩個極端光學狀態)之一；在該方案中，小的剩余電壓對光學狀態沒有明顯的影響。于2004年4月30日提交的未決申請序列號No.10/837062(還可參考相應的國際申請PCT/US2004/13573)描述了控制電泳介質的膠囊高度和色素水平，使得在轉換成黑色和白色時，小的剩余電壓將不會導致顯著的光學變化。
盡管這種方法可用于單色顯示器，但并沒有解決剩余電壓的根本原因。此外，盡管一定程度上對灰度級或彩色顯示有幫助，這些方法并沒有徹底解決系統尋址到灰度級的問題，這是因為電泳顯示器中的灰度級通常依賴于白色和黑色顆粒的混合比例，而不受到校正顆粒速度上的差異的物理壁的影響，因此灰度級尋址通常更易受目標波形和電泳介質經歷的實際電壓之間微小差異的影響。
在前述2003/0137521所描述的方法中，測量了剩余電壓，在每個圖像轉換之后立即或者周期性地施加校正平衡脈沖，以獲得零剩余電壓狀態。這對于單色和灰度級尋址都是有幫助的。然而，使用前述2003/0137521中所描述的方法測量剩余電壓并非都是實用的。
本發明旨在提供用于電光顯示器的附加尋址方法，該方法將能夠減小由剩余電壓所致的重影，但該方法無需測量像素水平的剩余電壓。本發明還旨在提供電光顯示器的附加尋址方法，該方法并不測量剩余電壓，但相對于前述方法以及測量剩余電壓的備選方法得到改進。本發明的方法可用于除了電泳顯示器之外的電光顯示器。本發明還旨在提供電光材料、制造方法、和將剩余電壓最小化的設計。通過減小峰值剩余電壓，加速電壓衰減速率或其任意組合，能夠實現剩余電壓的降低。
本發明提供了呈現剩余電壓的電泳或其它電光顯示器的改進尋址方法。本發明還提供了呈現剩余電壓的電泳和其它電光顯示器的改進的顯示電子裝置。
一方面，本發明提供了雙穩態電光顯示器的驅動方法，該顯示器具有多個像素，每個像素能夠顯示至少兩個灰度級。該方法包括對顯示器的每個像素施加由像素的初始及最終灰度級確定的波形。對于從特定初始灰度級到特定最終灰度級的至少一次轉換，可得到互不相同的至少第一和第二波形。根據本發明的這個方面，在轉換之前就確定了正在發生轉換的像素的剩余電壓，根據所確定的剩余電壓而對該轉換采用第一或第二波形。
在下文中為了方便，將本發明的這個方面稱為本發明的“波形選擇”方法。在該波形選擇方法的優選變形(下文中為了方便稱之為“停留時間波形選擇”方法)，對特定轉換中使用的第一或第二波形的選擇是基于相關像素的停留時間，即，在該轉換之前該相關像素已經處于其初始灰度級的時間。如果該像素處于初始灰度級的時間小于預定間隔，則使用第一波形，如果該像素處于初始灰度級的時間大于預定間隔，則使用第二波形。對于相同的轉換，停留時間波形選擇方法當然可以利用不止兩個波形。因此，在停留時間波形選擇方法的一個形式中，對于相關的轉換，使用了至少第一、第二、和第三波形，所有波形互不相同；如果像素處于初始灰度級而時間上小于第一預定時間間隔，則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級而時間上大于第一預定時間間隔且小于第二預定時間間隔，則使用第二波形，如果像素處于初始灰度級而時間上大于第二預定時間間隔，則使用第三波形。第一和第二預定時間間隔當然將隨所使用的特定波形和電光顯示器而變化；然而，第一預定時間間隔范圍為約0.3至3秒，第二預定時間間隔范圍為約1.5至15秒。
如前述2003/0137521所述，可以使用查找表執行本發明的波形選擇方法。因此，波形選擇方法包括存儲包含數據的查找表，對于像素灰度級之間的每個可能轉換，該數據代表該轉換將使用的一個或多個波形；存儲初始狀態數據，該初始狀態數據代表每個像素的至少一個初始狀態；存儲停留時間數據，該停留時間數據代表每個像素保持在其初始狀態的時間段；接收輸入信號，該輸入信號代表顯示器至少一個像素的預期最終狀態；以及產生輸出信號，該輸出信號代表將一個像素的初始狀態轉換到最終狀態所需的波形，由查找表確定該波形，該輸出信號依賴于初始狀態數據、停留時間數據、和輸入信號。
如前述2003/0137521、PCT/US2004/21000、以及于2004年3月31日提交的未決申請序列號10/814205(還可參考相應的國際申請WO2004/090857)所述，本發明的這種“查找表波形選擇”方法利用了查找表方法的任一可選方面；特別地可利用如這些未決申請中所描述的查找表方法中先前狀態、溫度補償、壽命補償方面，而不損害前述聲明的一般性。因此查找表波形選擇方法可包括存儲數據，該數據代表每個像素的初始狀態之前的至少一個先前狀態；并基于相關像素的至少一個先前狀態和初始狀態而產生輸出信號。該查找表波形選擇方法還包括接收代表顯示器至少一個像素的溫度的溫度信號，并根據該溫度信號產生輸出信號。該查找表波形選擇方法還包括產生代表相關像素的工作時間的壽命信號，并基于該壽命信號產生輸出信號。
本發明還提供了用于執行本發明的查找表波形選擇方法的裝置控制器，該控制器因此用于控制具有多個像素的雙穩態電光顯示器，每個像素能夠顯示至少兩個灰度級。該控制器包括用于存儲查找表數據的存儲工具，對于像素灰度級之間的每個可能轉換，該查找表數據代表該轉換將使用的波形，至少一個轉換具有與其相關的至少兩個不同的波形，該存儲工具還用于存儲初始狀態數據和停留時間數據，該初始狀態數據代表每個像素的至少一個初始狀態，該停留時間數據代表每個像素保持在其初始狀態的時間段；用于接收輸入信號的輸入工具，該輸入信號代表顯示器至少一個像素的預期最終狀態；計算工具，根據輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據和查找表數據來確定將一個像素的初始狀態改變為預期最終狀態所需的波形；以及用于產生代表波形的輸出信號的輸出工具。
在這種“查找表波形選擇控制器”中，存儲工具還可用于存儲每個像素在其初始狀態之前的至少一個先前狀態，計算工具可用于確定依賴于輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、先前狀態數據、和查找表的波形。該輸入工具可用于接收代表顯示器至少一個像素的溫度的溫度信號，計算工具可用于確定依賴于輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、和溫度信號的波形。該控制器可進一步包括壽命信號發生工具，用于產生代表相關像素工作壽命的壽命信號，并包括根據輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、和壽命信號確定波形的計算工具。
在另一個方面中，本發明提供了包括電光材料層和電壓提供工具的電光顯示器，該電壓提供工具用于沿跨過電光材料層的任一方向施加不大于預定值的電壓，其中該電光材料的閾值電壓大于零，但小于該預定值的約三分之一。
在下文中為了方便，將本發明的這個方面稱為本發明的“低閾值”顯示器。這種低閾值顯示器旨在降低剩余電壓對顯示器的影響。在這種低閾值顯示器中，電光材料的閾值電壓不小于預定值的約五十分之一，但小于預定值的約三分之一。這種低閾值顯示器中的電光材料可以是前述類型中的任意一種；然而，該低閾值顯示器專門使用基于顆粒的電泳材料，該基于顆粒的電泳材料包括懸浮液和多個帶電顆粒，其中多個帶電顆粒保持在該懸浮液中，并在電光材料層上施加電壓時能夠移動穿過懸浮液。該電泳材料可以是例如膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料、或微單元電泳材料。該懸浮液可以是液體或氣體。
在另一個方面中，本發明提供了一種電泳介質，包括懸浮液、多個第一類型帶電顆粒、和多個第二類型帶電顆粒，其中該多個第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，多個第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的極性相反，其中第二類型顆粒上的總電荷為第一類型顆粒上總電荷的一半至兩倍。
在下文中，為了方便將本發明的這個方面稱為本發明的“電荷平衡雙模顆粒電泳介質”。該電泳介質可以是例如膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料、或微單元電泳材料。該懸浮液可以是液體或氣體。理想地，對這種電荷平衡雙模顆粒電泳介質施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質所呈現的剩余電壓低于約1V，優選地低于約0.2V。
在另一個方面，本發明提供了一種電泳介質，包括懸浮液、多個第一類型帶電顆粒、和多個第二類型帶電顆粒，其中該多個第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，多個第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的電荷極性相反，對該電泳介質施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，呈現的剩余電壓低于1V。
在下文中，為了方便將本發明的這個方面稱為本發明的“低剩余電壓電泳介質”。理想地，對這種電泳介質施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質所呈現的剩余電壓低于約0.2V。
在另一個方面中，本發明提供了包括分散在連續相中的懸浮液的多個離散小滴，該小滴進一步包括保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液的多個帶電顆粒，其中連續相的體電阻率不大于約小滴體電阻率的一半，連續相和小滴的體電阻率都小于約1011ohm.cm。在下文中，為了方便將本發明的這個方面稱為本發明的“體電阻率平衡電泳介質”，該介質可以是任何前述類型的電泳介質；因此，例如，該體電阻率平衡電泳介質可以是膠囊化電泳介質(膠囊壁包圍小滴，聚合物粘合劑包圍這些膠囊)、聚合物分散電泳介質、或者微單元電泳介質。
本發明還提供了用于降低電光介質和顯示器(特別是電泳顯示器和介質)上剩余電壓影響的附加改進和設計技術。例如，本發明提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括被選擇或設計成具有承載低峰值剩余電壓的能力或允許剩余電壓快速衰減(在縮短的剩余脈沖內)的材料。本發明還提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括已經摻雜、處理、純化、或其它加工以降低其攜帶剩余電壓的能力的材料。本發明還提供了包括膠合劑和層疊粘合劑的電泳顯示器，該膠合劑和粘合劑具有相似的成分、電導率、或離子遷移率。本發明還提供了一種電泳顯示器，其中至少兩個相鄰元件之間的界面已經被處理以降低剩余電壓，或者其中至少部分地引入中間層以降低剩余電壓。在下文中，將本發明的這些方面共同稱為“材料選擇”發明。
本發明還提供了一種電泳顯示器，該顯示器包括用于降低剩余電壓的位于顯示器像素內的導電路徑。在下文中將本發明的這個方面稱為“導電路徑”發明。
本發明還提供了包括兩種帶電顆粒的電泳顯示器，選擇各種顆粒的總電荷以降低剩余電壓。在下文中將本發明的這個方面稱為“ζ電勢”發明。
本發明還提供了一種電泳懸浮液，包括降低剩余電壓的懸浮液中的添加劑。在下文中將本發明的這個方面稱為“懸浮液添加劑”發明。
本發明還為具有降低的剩余電壓的微腔電泳顯示器提供了外部相材料。在下文中將本發明的這個方面稱為“微腔外部材料”發明。
本發明還提供了具有降低的剩余電壓的電泳顯示器和其它電光顯示器的制造方法，并提供了用于確定剩余電壓的工具。
如前所述，附圖中的圖1示出了電光顯示器中剩余電壓隨時間衰減的典型曲線。
圖2為示意性側面圖，示出了在涂敷膠囊化電泳介質期間膠囊和周圍液體之間的接觸圓。
圖3A為示意性側面圖，示出了在涂敷膠囊化電泳介質時作用于稀疏涂敷膠囊上的力。
圖3B為示意性側面圖，和圖3A的側面圖相似，但示出了由于圖3A所示力的作用，在最后干燥的膠囊層內膠囊的形式。
圖4A和4B為示意性側面視圖，分別和圖3A及3B相似，示出了作用于密堆積涂敷膠囊上的力以及最后干燥的膠囊層內膠囊的形式。
如前所述，本發明提供了電光顯示器和介質方面的諸多不同改進，并提供了用于驅動該顯示器的波形和控制器方面的改進。下面將分別(或關聯組)描述本發明的不同方面，盡管應該了解到，單個顯示器或介質可利用本發明的不止一個方面。例如，單個顯示器可包括本發明的體電阻率平衡電泳介質并使用本發明的波形選擇方法來驅動該介質。
確定剩余電壓的方法，用于呈現剩余電壓的電光顯示器的尋址方法和控制器前面已經描述，從剩余電壓對電光顯示器光學性能的有害影響角度考慮，當顯示器遭受這種剩余電壓時，通常需要或者理想地要采用可最小化剩余電壓影響的尋址方法。
對于電光顯示器的特定像素，剩余電壓的狀態受“圖像歷史”(即，先前施加的電場)的影響很大，因此受例如所使用的波形、電場強度、和連續圖像更新之間經歷時間這些參數的影響。
在前述2003/0137521以及于2003年5月23日提交的美國專利申請No.10/249973(亦可參考國際專利申請WO 03/107315)中所描述的一組有用的尋址方法中，使用了先前圖像數據的知識。使用了一種查找表，其中例如，將黑色像素轉換成白色的波形是不同的，取決于該黑色像素先前是否為白色，或者是否先前曾經為灰色(灰色轉變假設為不同的波形，將會產生不同數量的剩余電壓)。實際上已經發現，這種“先前n個狀態查找表”確實能減小由剩余電壓引起的重影。
然而，這種方法有好幾個缺點。首先，在跟蹤先前的光學狀態時，在某些情形中，所使用的算法并未考慮到每個圖像轉換(光學狀態改變)之間所經歷的時間，因此選擇查找表中所選用的值時，必須記住某些使用模型，例如平均每秒更新一次。第二，這個方法要求附加的存儲器，為了獲得更高的精度，必須增大查找表的尺寸，而所需要的存儲器的數量進一步增大，特別是當n超過2或3時。在前述專利申請中已經討論，在某些情形中，需要的查找表非常大，難以容納在便攜裝置中。
根據本發明的波形選擇方法，現在提出一種備選方法，其中首先確定每個像素的剩余電壓(或者使用已知與剩余電壓有關的各種參數來評估)，然后至少部分地基于所確定或評估的剩余電壓而選擇兩個或多個波形中的一個。這種波形選擇方法可利用諸多可能的途徑，基于已知或測量的顯示特性而評估或預計剩余電壓。波形選擇方法還可能涉及剩余電壓的直接測量。
在窮舉方法中，記錄每個像素的完整的更新歷史，包括所施加的電壓以及圖像更新之間經歷的時間。使用衰減模型預計每個先前的更新所遺留的剩余電壓。在所考慮的轉變之前的足夠長時間(通常約為10分鐘)所發生的更新可以被忽略，可以擦除其歷史，這是因為其對剩余電壓電平的貢獻已經基本上降為零。該像素的剩余電壓可以模型化為來自每個先前相關更新的剩余電壓的總數。
實際上，需要更少存儲器的優選方法是跟蹤每個像素的單個剩余電壓值和時間標記。在每個圖像更新之前，每個像素的剩余電壓值被降低，降低的數量取決于顯示器的衰減函數，并更新該時間標記。在每次更新之后，基于實際使用的波形，將剩余電壓值增大或減小一定數量，并更新時間標記。這樣，任何時間的剩余電壓都被跟蹤，但每個像素只需要存儲兩個數據值。
可以使用任何適當的方式計算該衰減函數和變化函數，例如通過基于公式和數據參數的邏輯計算、使用模擬邏輯裝置、或者使用具有適合于顯示器應用的足夠等級的查找表。可以以任何適當的方式，例如組合兩種計算結果的單個步驟進行所存儲的剩余電壓和時間標記值的實際更新。如果用于圖像更新的波形包括在長時間段(例如300至1000毫秒)上擴展的一系列脈沖，則在圖像更新本身期間更新剩余電壓和/或時間標記值是有利的。
特定顯示器的衰減函數對許多因素非常敏感，例如顯示器中所使用材料、制造方法、以及系統設計特征。因此，對于不同的電光顯示器，需要改變衰減函數或函數參數值。實踐中，由于電光介質和顯示器的復雜性，已經發現最有用的做法為，實驗上測量一系列施加電壓下顯示器系統的剩余電壓響應和衰減，由此創建查找表或者對數據進行函數擬合。在制造過程中周期性地重復這個測量步驟是有幫助的，例如，當轉換到新材料組或進行批改變時。在組裝之后單獨地表征每個顯示器的衰減函數并在顯示控制器中記錄最終參數，這種做法也是有幫助的。
特定顯示器的剩余電壓衰減和響應函數會受諸如溫度和濕度水平的環境因素影響。可對顯示器添加傳感器或用戶可選取的輸入值(或包括該顯示器的裝置)以跟蹤這種因素。因此，使用剩余響應和衰減函數或者考慮到這些環境參數的查找表是有利的。同樣，優選定期地(例如每隔30至300秒)更新剩余電壓值，而不管顯示器是否已經更新，使得所存儲的值考慮到諸如溫度和濕度的環境變化并保持精確性。
如果顯示器中的像素小，像素上的整體剩余電壓可能受到其相鄰的剩余電壓的顯著影響。因此，使用考慮到橫向場效應的剩余電壓更新函數，或者引入前處理或后處理算法以考慮這種效應。同樣地，響應于其緊鄰的剩余電壓值而周期性地更新每個像素的剩余電壓值，從而獲得對實際剩余電壓值的足夠精確的評估。
前述討論注重于基于系統輸入和特征而評估剩余電壓的方法。備選的方法是直接測量剩余電壓。在美國專利No.6512354中描述了感測電泳顯示器狀態的技術。類似的技術可用于感測其它電光顯示器中的剩余電壓。前述2003/0137521特別描述了使用比較器測量剩余電壓。可在每個圖像更新之前或者周期性地執行剩余電壓的直接測量，以更新和校正前述數據值。
可以結合使用評估及直接測量方法。例如，在每個圖像更新時可以使用評估方法，但可基于實際測量而周期性地更新剩余電壓值。由于剩余電壓響應和衰減速率會隨顯示器的工作壽命(幾年的時間)而改變，優選使用顯示控制器軟件跟蹤這些變化并使用基于實際數據而更新預測參數的適應性算法，例如Bayesian算法。
類似地，可對每個像素使用評估方法，可在一個或多個測試像素上直接感測剩余電壓值，并至少部分地基于該測試像素的評估剩余電壓和測量剩余電壓之間的差異而調整其余像素的剩余電壓值。該測試像素可以是顯示器觀察者能夠或不能看到的像素。
在至少一些情形中，顯示器的剩余電壓特性對顯示器的一個或多個特定層(例如粘合層)的電學性能非常敏感。因此，評估或測量剩余電壓的前述方法可被調整成評估或測量對剩余電壓特性有主要影響的特定層(例如粘合層)的電學特性，并恰當地調整各像素的剩余電壓值的算法。可使用傳感器檢測顯示器的特定層，傳感器可檢測或不檢測與可見像素相關的材料。此外，可在顯示器之外提供相關層的材料的物理樣品作為傳感器的一部分，該傳感器直接包括這種材料以測量其隨時間的響應和變化。
剩余電壓感知波形和尋址方法通過上述或其它任何恰當方法評估或測量剩余電壓(或間接變量)后，根據本發明的波形選擇方法，至少部分地基于評估或測量得到的當前剩余電壓或間接變量而選擇尋址方法。可基于特定像素的剩余電壓、該像素及其周圍像素的剩余電壓、或者大于一個像素及其緊鄰像素的整個或部分顯示器上的整體剩余電壓，選擇尋址方法。
可使用各種方法調整標準波形(即，不是剩余電壓感知波形)以考慮特定像素或像素組的剩余電壓。例如，可以從預期波形減去剩余電壓并施加降低的電壓，使得該像素所經歷的有效波形是原始的預期波形。備選地，可對該波形施加縮放因子或其它轉變。備選地，可保持波形內的電壓電平不變，而調整其持續時間。例如，如果標準波形要求10V、50ms的脈沖，但像素具有2V的剩余電壓，則該脈沖可為10V 40ms、8V 50ms、8.94V 44.7ms，或者甚至是插入了0V 10ms脈沖的兩個10V 20ms的脈沖(為了簡化，這些示例并不考慮2V剩余電壓的衰減速率，并且可以更為精確地調整以匹配從2V初始值衰減的預期剩余脈沖)。也可以調整這些波形以考慮這個實情，即，凈脈沖并不一定嚴格地保持不變，因為電光介質具有輕微的閾值或者對波形脈沖中電壓或持續時間的光學響應不對稱。
按這個方式直接計算波形調整會對顯示控制器增加巨大的開銷。為了降低這個開銷，控制器可從分別與某個范圍的剩余電壓值相關聯的一系列選項中選擇尋址波形、算法、公式或查找表。因此本發明的波形選擇方法擴展到在兩個或多個基本上等效的波形(在波形結束后，像素的最終光學狀態基本上沒有差別)內進行選擇，從而最小化像素內總體剩余電壓的變化(即，獲得非常低的剩余電壓波形)。通過模型化電光介質的衰減速率，或通過直接實驗以及對波形的調諧和優化過程，可確定最佳波形。本發明的波形選擇方法還擴展到在產生等效或非最小剩余電壓的基本上等效波形內進行選擇，選擇使特定像素的凈剩余電壓更接近零的波形；這種波形稱為“偏置剩余電壓波形”。
如前述WO 2004/090857和PCT/US2004/21000所述，可以且通常理想地使用這樣的驅動方案每個轉換所使用的波形是DC平衡(和DC平衡的總體驅動方案相反)。在其它情形中，波形的特定部分可以是DC平衡的，即使整個波形非DC平衡；這種示例為振動脈沖、消隱脈沖(見下文)、以及許多軌道穩定尋址方法。在這種DC平衡波形序列中，部分序列涉及被驅動到極端光學狀態(下文中為了方便而假設為黑色和白色)的像素，控制器可以選擇先轉換到哪個方向，先向白色還是先向黑色轉換。在轉換到一極端光學狀態之后轉換到另一個極端光學狀態時，第二次轉換會對剩余電壓產生更大的影響，簡單的原因為該轉換發生的時間靠后以及剩余電壓隨時間衰減的效應。因此，在DC平衡波形序列中，選擇先向黑色轉換還是向白色轉換會決定特定像素的剩余電壓會輕微增大或減小。這是本發明的偏置剩余電壓波形的另一個示例。
一些驅動方案需要周期性(典型地約每10分鐘一次或在每次圖像更新時)的消隱脈沖，將像素驅動到兩個極端光學狀態；例如參考前述的2003/0137521。例如，消隱脈沖可將顯示器轉換到全白然后全黑，或者轉換到全黑然后全白。根據本發明的波形選擇方法，可在這些備選中進行選擇以降低剩余電壓并因此降低察覺到的重影。備選地，通過確定顯示器的像素是否含有全部、正的、或負的剩余電壓，可通過選擇恰當的消隱序列(黑/白或白/黑)而降低顯示器上的總剩余電壓而不增大圖像更新時間。在一個變形中，首先轉換到哪個光學軌道(極端光學狀態)的決定不是基于整體剩余電壓，而是基于任意方向上具有高剩余電壓的像素的數目。更為普遍地，鑒于目標應用的用戶喜好，可以使用任何適當的算法確定將介質先驅動到哪個軌道，從而最小化界外值或由剩余電壓引起的顯示器的其它分散視覺假象。
如果需要，在剩余電壓沿一個或兩個方向為極值時，該算法還可準備引入附加的消隱序列(白-黑-白或白-黑-白-黑)。顯而易見的是，可以調整各像素上消隱脈沖的電壓電平而非持續時間。
本發明的波形選擇方法還擴展到，擴展電光介質已經處于極端光學狀態(即處于光學軌道)時的電壓脈沖的周期，由此增大或減小剩余電壓而不分散光學變化。每次像素處于極端光學狀態時都有這種電壓脈沖擴展的機會。前述消隱脈沖是一個示例。波形選擇方法因此提供了基于逐個像素的消隱脈沖持續時間(或電壓)的改變。基于每個像素計算結果，通過延長某個方向上的脈沖，可施加凈剩余電壓分量，由此可降低或消除該像素的總剩余電壓。因此，消隱脈沖可用于降低顯示器上所有像素的剩余電壓，而沒有明顯的光學影響。實際問題為，脈沖延長的程度能夠得到量化，即，基于剩余電壓范圍可將所有像素分類并對各類別中的所有像素施加相同的調整。
所謂的“軌道穩定”驅動方案是已知的(例如，參考前述2003/0137521、WO 2004/090857、和PCT/US2004/21000)，該方案允許任何特定像素經過有限數目的轉換而不接觸光學軌道，因此經常將待轉換的每個像素轉換其極端光學狀態中的一個極端光學狀態。例如，將像素從一個灰度級轉換到另一個灰度級，可首先將該像素轉換到黑色或白色狀態(可能保持一延長的周期)，接著施加后續脈沖以到達預期灰度級。由于像素被尋址朝向極端光學狀態的周期長，這種轉換趨于創建正的或負的剩余電壓。根據本發明的波形選擇方法，通過使該轉變使用光學軌道，由該轉變方向所創建的剩余電壓的符號與該轉變之前像素所承載的剩余電壓的符號相反，由此可最小化像素的剩余電壓。
使用軌道穩定驅動方案的一個原因是減輕剩余電壓的光學影響。如前所述，逐個像素級別地評估剩余電壓的測量可以減小使用這種軌道穩定驅動方案的必要性。一種混合方法是在剩余電壓相對高的像素中使用軌道穩定方法，而在剩余電壓低或不影響圖像時直接將像素轉變到預期狀態(直接脈沖方法)。
另一個降低剩余電壓的方法為識別剩余電壓為極值(即，幅度大于某些預定值)的像素，在通常的圖像更新之前，對這種像素施加偏置電壓以降低其剩余電壓，或者預先調整顯示器上的剩余電壓電平。這種預先調整可減小軌道穩定的周期并獲得更快的察覺圖像更新時間。如果偏置電壓小并保持相同的時間，或者如果趨于延長軌道穩定的周期而不是將顆粒從軌道拉回，則可以實現剩余電壓的降低而不分散視覺效果。
上述討論集中在跟蹤凈剩余電壓和選擇降低剩余電壓的恰當算法。像素或顯示器的圖像歷史的另一個參數為凈DC不平衡。成像技術領域的技術人員將會了解到，不論是和剩余電壓的任何調整相組合或者是獨立地使用上述方法，絕大部分上述方法可以被調整以跟蹤和校正凈DC不平衡。上述方法中確定先選擇哪個光學軌道以及什么樣的預先調整是恰當的時候，可以使用DC不平衡。同樣地，例如，即使當通過調整波形而降低剩余電壓時，如果像素已經是DC不平衡且在剩余電壓調整后變得更加不平衡，則驅動方案省略這個校正。類似地，當評估每個像素上的剩余電壓時，將會考慮到顯示器的任何改變或波形的調整以實現凈DC平衡。
因此，本發明的波形選擇方法可歸納為能夠呈現剩余電壓的電光顯示器的尋址方法，其中確定和剩余電壓相對應的數據值，并至少部分地基于剩余電壓值而選擇尋址波形。在這種方法中，通常明確地跟蹤時間和剩余電壓值或代表各值的數據。然而，應該認識到，電泳和其它電光顯示器的尋址波形隱含或近似地說明了時間和剩余電壓值。例如，在前述2003/0137521、WO 2004/090857、和PCT/US2004/21000中描述的所謂“先前n個狀態”的尋址方法并不跟蹤時間，但這些方法跟蹤先前像素光學狀態的歷史，如果驅動方案設計人員具有關于典型的使用模型以及圖像更新之間通常經歷的時間方面的知識，則從該方法可得到時間。因此，現在意識到這種方法趨于降低剩余電壓，因此呈現改善的重影行為。
以前使用這種方法的一個實際原因為，許多電光顯示器中的顯示控制器沒有訪問時鐘信息以跟蹤圖像更新之間經歷的時間，可能是因為這種經歷時間數據對于雙穩態顯示器是最為有用的，而迄今為止已經商品化的雙穩態顯示器極少。在本發明的波形選擇方法的優選形式中，控制器包括時鐘或等效計時機制。備選地，控制器與外部信息源(諸如使用該顯示器作為輸出裝置的裝置)邏輯通信，該外部信息源產生經歷時間值并將該信息提供給控制器。例如，該裝置可以將時間信息和函數調用一起提供給顯示控制器，或者和每個新的圖像數據組一起向控制器提供。這種時間信息被量化(例如，立即、0.5秒、1秒、2秒、10秒、30秒、60秒、60秒以上)，由此降低數據帶寬而仍然提供有用的信息，特別是如果量化的時間帶被選擇成對應于剩余電壓的基本指數衰減。
通常，最有用的是，控制器接收每個像素的經歷時間數據，因為某些像素在更新期間可能沒有變化。然而，控制器接收對應于經歷時間的數據仍然是有用的，這是因為最近的圖像更新、最近的消隱脈沖、或像素組的最近更新影響最大。另外，控制器可接收表示顯示器的可能更新頻率的數據，例如表示用戶是否正輸入文本(要求對整個顯示器或其特定區域進行快速連續的更新)的標記。
在本發明的停留時間波形選擇方法中使用另一個形式的對剩余電壓的近似校正，該方法提供了多個波形供選擇以實現圖像轉變，其中在多個波形間進行選擇至少部分是基于相關像素在其初始灰度狀態的停留時間，或者該停留時間的某些代表。在多個波形之間進行的這種時間敏感選擇隱含地解釋了剩余電壓隨時間的衰減，即使沒有明確跟蹤、評估、或測量該剩余電壓。
例如，本發明的特定停留時間波形選擇方法可應用于顯示器的控制器，該顯示器具有四個灰度級，使用基于具有16項的邏輯轉換表的驅動方案，各項對應于從一個灰度級(0，1，2，3)到另一個(0，1，2，3)的轉變。項的選擇是基于關于預期轉變的初始和最終灰度級。在每個項內，有三種可能的波形。當在先前圖像更新之后的1秒內發生圖像轉變時，控制器選擇第一波形；當在先前圖像更新之后的1至5秒內發生圖像轉變時，控制器選擇第二波形；當在先前圖像更新之后的5秒以上發生圖像轉變時，控制器選擇第三波形。
在停留時間波形選擇方法中，可以用查找表代表波形(如前所述)，可以調整波形(或分裂成多個子表)以考慮環境條件的變化，還可以在制造顯示器時整體或部分地設置以包括單個顯示器的特定參數。簡而言之，本方法中使用的波形可能包括在前述2003/0137521、WO2004/090857、和PCT/US2004/21000中描述的任一可選分量和變化。
從前述描述可以看出，盡管在本發明的停留時間波形選擇方法中沒有明確跟蹤剩余電壓，盡管經歷的時間可以是基于自從顯示器更新之后經歷的時間而不是基于自從特定像素更新之后經歷的時間，但該停留時間波形選擇方法確實隱含地近似剩余電壓和經歷的像素更新時間，因此呈現優于現有技術驅動方案的改進的重影行為。
材料選擇如前所述，用于電光顯示器的材料選擇對在這種顯示器工作過程中出現的剩余電壓有著主要影響，因此對這種顯示器的電光性能有著主要影響。
同樣如前所述，當用于電光顯示器時，特定材料呈現對剩余電壓有貢獻的I型極化。我們認為(盡管本發明根本不受該看法的限制)，但是該極化經常是由于移動穿過至少一個成分材料的離子的遷移率和濃度引起的。
制備測試單元，其中材料與擬制造的顯示器中相同的界面接觸，由此可以測量任意特定材料的剩余電壓衰減速度。例如，制備出包括涂敷到ITO襯底上的受控厚度的疊層粘合劑的測試單元，在層疊粘合劑/ITO界面上施加電場。隨后通過切斷充電電路，用高阻抗電壓表監視像素上的電壓，由此測量剩余電壓峰值和衰減。
已經發現，具有更高離子遷移率的疊層粘合劑呈現更快的剩余電壓衰減速率。優選的疊層粘合劑具有小于約1011ohm.cm的體電阻率。
先前的E Ink專利申請，例如前述的2003/0011867和2003/0025855，以及與2004年2月10日提交的美國專利申請序列號10/708121描述了具有受控電阻率的疊層粘合劑，或非均相或各向異性導電的例如Z軸粘合劑。這種粘合劑可提供進一步降低剩余電壓的優點。
疊層粘合劑也可以呈現II型極化。在測試單元中，已經發現增大的粘合劑厚度與更高的剩余電壓相關聯。由于在界面的極化應該和薄膜厚度無關，這個結果暗示著存在內部電荷極化位置，這是II型極化效應的特征。因此必須謹慎地選擇粘合劑厚度，以及對于膠囊化電泳顯示器來講其在膠囊周圍的形貌。加熱相同的測試疊層粘合劑，以逐出可疑的雜質和結晶區域。之后呈現降低的剩余電壓。
可在顯示器內存在材料界面的任何位置發生I型極化。已經發現，疊層粘合劑和膠合劑使用相同的材料(即，用于包圍膠囊和將它們形成粘接層的材料，如許多前述E Ink及MIT專利和申請中所描述的)，消除界面，并降低剩余電壓。因此，本發明提供了包括微腔膠合劑和疊層粘合劑的電泳顯示器，其中這些材料是相同的或者在成分上是相似的，或者在電導率或離子遷移率上是電學等效的。在材料組分不同的一些情形中，理想地摻雜弱導電材料以在界面的兩側上獲得基本上相同的離子遷移率。
在某些界面的I型極化會受表面粗糙度影響。優選地對某些界面進行平整化或引入紋理，由此在界面的任意側上提供一定程度的材料相互貫穿。這些技術會導致特定界面處的極化增強或極化減弱，根據所考慮的特定顯示器，任意一種情形可以是有利的。例如，抵消顯示器中其它位置極化的一個位置上的極化增大可能導致整個電光介質上剩余電壓降低。典型地，如果界面形成強耦合到電光介質的剩余電壓，則理想地應降低界面處的極化程度及其衰減速率。
在某些表面的I型極化也會受到表面清潔度影響。理想地應在涂敷和層疊之前清洗襯底以獲得一致的電學行為。
電泳層中的導電路徑在微腔電泳顯示器中，存在單元壁(這里使用該術語包括膠囊化顯示器的膠囊壁)，該單元壁與電泳內部相(懸浮液和帶電顆粒)電學上并聯。形式為帶電離子的電流可以流過該內部相或者穿過單元壁。單元壁可以是諸如凝膠的聚合物，或者可以是任何其它適當的材料。單元壁通常進一步地被前述的膠合劑包圍。因此，部分電流會通過膠合劑或單元壁在顯示器的電極之間流動，而不流過電泳內部相，因此對顯示器或像素的電光狀態的改變沒有貢獻。
在前述E Ink和MIT專利及申請中所述的優選電泳顯示器中，單元壁和膠合劑的電導率通常略微高于內部相的電導率。因此通過膠合劑和單元壁可部分地發生剩余電壓的弛豫。
對電泳介質施加電場時，帶電顆粒向顯示器的兩個電極移動。如果帶電顆粒在前電極(通常觀察者穿過這個電極察看顯示器)附近群聚一段時間，相應的電子或電荷相反的離子相應地可流過該單元壁和/或膠合劑。由此創建的帶電區域可產生剩余電壓，該電壓影響后續的圖像更新。因此，單元壁和膠合劑的電導率和離子遷移率和其形貌一樣重要。
可以使用和上面的疊層粘合劑中所描述的方法相似的方法測量特定單元/膠合劑形貌的剩余電壓。根據本發明的體電阻率平衡電泳介質方面，優選地膠合劑和單元壁的體電阻率至少比電泳內部相的體電阻率小兩倍，且該兩個體電阻率均小于約1011ohm.cm。更為普遍地，在包括分散在連續相(形式上可以是聚合物分散介質、膠囊化電泳介質中單元壁和膠合劑的組合、或僅僅是微單元電泳介質內的單元壁內的單個連續相)內的多個懸浮液離散小滴的電泳介質中，該小滴包括保持在懸浮液中并在對電泳介質施加電場時可移動穿過懸浮液的多個帶電顆粒，優選地該連續相的體電阻率不大于小滴的體電阻率的約一半，且該連續相和小滴的體電阻率都小于約1011ohm.cm。在優選實施例中，膠合劑和單元壁占據電泳層體積的約5％至20％(其余為電泳內部相)，膠合劑均勻地分布在膠囊壁之間。
考慮ζ電勢以及電荷平衡雙模顆粒電泳介質在許多前述E Ink和MIT專利和申請中描述的優選類型電泳介質為所謂的“相反電荷雙模顆粒(dual particle)”介質，其中電泳內部相包括兩種不同類型的顆粒，所述顆粒攜帶的電荷的極性相反(例如見前述2002/0171910中不同類型電泳介質的討論)。例如通過在前述2002/0185378以及在2004年10月7日提交的未決申請序列號10/711829(還可參考相應的國際申請No.PCT/US2004/33188)中所描述的表面改性，可以控制每個顆粒上電荷的數量。通過在膠囊化或填充微單元之前，選擇在電泳內部相中提供的顆粒的總數量，可以通過可預計的方式控制每個微腔內的顆粒的數目。將每個顆粒的平均電荷數乘以每個微腔的平均顆粒數目，可以評估該微腔內各種類型顆粒的總電荷。
已經發現，如果電荷類型相反顆粒的總電荷不是近似平衡，在極化微腔內產生特別大的極化，這會在連續相材料內引入相應大的緩慢衰減的極化。還已經發現，通過改變顆粒類型的凈總電荷，可以在下述狀態之間改變膠囊化電泳顯示器電場留下相同符號的剩余電壓(使得相反方向的后續更新被延遲)的狀態、出現非常小的剩余電壓的狀態、以及電場留下相反符號的剩余電壓(使得相反方向的后續更新得到促進)的狀態。
根據本發明的電荷平衡雙模顆粒方面，優選地，任意一種類型的電泳顆粒的總電荷不大于另一種電泳顆粒總電荷的約兩倍。同樣優選地，根據本發明的低剩余電壓電泳介質方面，在相反電荷雙模顆粒電泳顯示器中，選擇顆粒電荷、顆粒質量、和顆粒遷移率，使得該顯示器呈現“低剩余電壓行為”；該行為在此被定義為，施加15V、300毫秒方波DC尋址脈沖1秒之后，測量的剩余電壓低于約1V(理想地低于約0.2V)。
為了評估相反電荷雙模顆粒電泳內部相中的電荷平衡，分析每個顆粒上的電荷與質量之比(因為在制造時可以容易地測量質量)是有幫助的。我們認為，盡管本發明根本不受該看法的限制，但可以使用下述關系評估電荷與質量之比q/M正比于ξ/d2(1)其中q為顆粒電荷；M為質量；ξ為ζ電勢(mV)；d為顆粒直徑。
理想地，應該通過仔細地協同優化顆粒電荷、顆粒質量、顆粒直徑、和ζ電勢而控制電泳內部相的總凈電荷。
在呈現(如前所定義的)低剩余電壓行為的基本上電荷平衡的電泳介質中，如果發生任一下述情況則該行為通常會停止(a)任一類型顆粒上的平均電荷改變了約20％至100％；(b)一種類型顆粒的相對質量改變了約50％至300％；(c)一種類型顆粒的平均直徑改變了約30％至200％；以及(d)一種類型顆粒的平均遷移率改變了約20％至100％。
懸浮液添加劑已經發現，向電泳介質的懸浮液添加表面活性劑會降低剩余電壓。例如，使用相同的雙模顆粒相反電荷的電泳介質制備單個像素顯示器時，對其中一個懸浮液添加脫水山梨醇三油酸酯(作為Span 80銷售)，包括脫水山梨醇三油酸酯的顯示器呈現降低的剩余電壓。
我們認為盡管本發明并不限于該看法，但是表面活性劑改變了兩種電泳顆粒之間的相對電荷平衡。我們還認為，表面活性劑通過調整電泳內部相內的電荷弛豫速率而降低了III型極化，使其更緊密地平衡外部相內相應的弛豫速率。
因此，本發明提供了呈現(前面所定義的)低剩余電壓行為的電泳顯示器，如果電泳內部相中的表面活性劑或電荷控制劑的濃度改變了約30％至200％，則這種行為終止。
用于微腔電泳顯示器的外部相材料可以選擇用于微腔電泳顯示器的外部相材料，或者混合、摻雜、或調整這種材料，以獲得預期的剩余電壓弛豫速率。如前所述，內部相的弛豫速率會受許多因素影響，包括電泳顆粒的選擇、表面活性劑的濃度、和電荷控制劑。本發明的一個方面提供了外部相材料和內部相材料在弛豫速率上的平衡(因子小于2)。
本發明的這個方面提供了呈現(前面所定義的)低剩余電壓行為的電泳顯示器，如果外部相材料的電導率改變了約30％至200％，則這種行為終止。
在典型的膠囊化電泳顯示器中，關鍵的外部相材料為凝膠膠囊壁。壁的電導率受濕度影響顯著。在優選實施例中，電泳顯示器包括濕氣阻擋層，對工作環境的相對濕度(RH)變化有抵抗性。在另一個優選實施例中，(通過將顯示器放置于濕度受控的環境中直到平衡和/或在濕度受控的環境中制造該顯示器)將顯示器調整成最終顯示器內的電泳層的相對濕度為20％RH至55％RH，優選為35％RH。
因此，本發明提供了包括RH調節顯示器材料的電泳顯示器的制造方法。該電泳顯示器還包括不滲透水的濕氣阻擋層或襯底。
低閾值電光顯示器可以通過許多方式制造小閾值的電泳或其它電光顯示器。該閾值由顆粒和壁之間或顆粒之間的吸引力所致。該吸引力可以是電學的，例如電荷極性相反的顆粒之間的吸引力；物理的，例如來源于表面張力的吸引力；或者是磁性的。閾值也可由懸浮液的性質決定，該性質可以為強剪切變稀、或具有明顯的屈服應力(例如對于Bingham流體)或電流變性能。附加電場例如由面內電極或控制柵格創建的電場可以替代閾值。
出于本申請的目的，當在特定電壓電平下對顯示器施加1秒持續時間的方波DC脈沖導致小于2L*的光學變化時，認為在該特定電壓電平下存在閾值。
已知在顯示技術中，電光介質的閾值用于無源尋址方案的基礎。通常，這種方案依賴于等于轉變電壓一半的閾值(“V/2”)；在一些驅動方案中，使用為轉變電壓三分之一(“V/3”)的最小閾值可實現無源尋址。
相反，如前所述，和轉變電壓的±15V相比，小到1V的閾值有助于降低剩余電壓對電光性能的影響。因此，本發明的低閾值顯示器方面提供了工作電壓不大于±V的電光顯示器，其中電光材料的閾值電壓大于零但小于約3/V。
制造具有降低的剩余電壓的電泳顯示器本發明的最后一個方面涉及電泳顯示器制造的改進，以降低由此制造的顯示器所呈現的剩余電壓。
在膠囊化電泳顯示器制造過程中，膠囊通常懸浮在漿料中，該漿料包括膠囊和聚合物膠合劑，還可包括各種添加劑，例如水、可塑劑、pH值調節劑、抗微生物劑、和表面活性劑或電荷控制劑。出于當前的目的，這種漿料可以被看作包括構成漿料的非揮發性成分的、不包括膠囊的“膠合劑”。在一些情形中，膠合劑材料在漿料制備過程中或運輸和儲存過程中可能分離，在涂敷之前并不總是充分混合。因此存在區域間不均勻的區域，導致最終顯示器中的II型極化問題。為了緩解這種問題，理想地應徹底混合這種膠合劑材料，例如通過諸如使用螺旋槳葉片進行混合或者在輥軋機上處理時間加長等適當的方法。
干燥膠合劑材料理想地應具有均勻的電學特性，使得在施加15V電壓脈沖300ms并在1秒后停止，測量得到的粘合劑材料本身的剩余電壓應該小于約1V，優選小于0.2V。
如前所述，理想地應控制被膠合劑占據的、膠囊之間的間隙大小，因為這個間隙對III型極化有貢獻。可以使用電沉積直接控制膠囊間距，如于2004年3月24日提交的未決申請序列號10/807594中所描述的。在微單元或光圖形化電泳顯示器中，可以直接控制微腔間距。
在涂敷膠囊化電泳顯示器中，干燥膠囊間距和形貌是由許多可控制因素的結果，如諸多前述E Ink和MIT專利及申請中所討論的。總而言之，通過改變膠囊壁厚度和彈性、涂敷漿料的配方、涂敷襯底的表面能、涂敷模具距離襯底的高度、流過或泵壓經過模具到襯底上的涂敷漿料的數量、襯底絲網的速度、以及濕涂敷薄膜的干燥條件諸如溫度、持續時間和氣流可以調節膠囊形態。下面將描述有助于膠囊間距和形貌控制的原理。
A膠囊壁性能對干燥膠囊形狀的影響膠囊壁性能隨材料變化而不同，并隨膠囊化的過程變量特別是混合速度而變化。膠囊壁應該理想地是足夠彈性的，以允許整體膠囊高度/直徑比例為0.33至0.5。然而，膠囊壁理想地也應該允許局部變化，實現在涂敷膠囊的襯底上在膠囊六方密堆積的銳角轉角上出現接近90度的轉彎半徑，如美國專利No.6067185和6392785中的示例所描述的。
我們認為(盡管本發明根本不受該看法的限制)，膠囊壁的彈性會受到膠囊壁材料(弱交聯通常會產生更具柔性的膠囊壁)的交聯程度以及壁厚度的影響。壁厚度受到內部相配方、凝膠/阿拉伯膠水平、以及工藝參數影響。對于特定膠囊堆積圖形，降低壁厚度可改善介質的“孔徑比”(即，發生光學狀態變化的電泳介質區域與被膠囊壁占據不發生這種變化的區域之間的比值)；然而，太薄的壁容易破裂。
在下表中列出了已經發現的對壁厚度有重要影響的特定工藝參數。通過在4L尺度下進行膠囊化實驗而產生該表中所列的結果。還在該表中示出了和標準的膠囊化工作程序相比較的壁厚度的相對定量排序。4L膠囊化的標準工藝條件為阿拉伯膠水平(為標準水平的100％)、pH值(4.95)、乳化溫度(40℃)、冷卻速率(3小時)、和內部相添加速率。在該表中，序號3表示標準厚度的壁，1表示非常薄的壁，5表示厚壁。
表
對壁性能而言，pH值為一個關鍵的參數，不僅影響壁厚度，而且在不同pH水平下的凝聚層固體含量和粘性大不相同。最終，所使用的凝膠和阿拉伯膠的類型對壁性能具有極大的影響。
B膠合劑蒸發作為改變干燥膠囊形狀的機制膠合劑蒸發的影響取決于涂敷的漿料仍是濕的時候膠囊的密堆積程度。相同的膠合劑比例，對于相同的膠囊直徑，根據濕膠囊接近程度會產生平坦的(扁橢球形)或高的(基本上為棱柱形)膠囊。
圖2示出了這樣的情形，即膠囊/膠合劑漿料涂敷到襯底110上使得膠囊112稀疏涂敷，即，膠囊112被與膠囊112的直徑相當的膠囊112之間的間隙分開。如圖2所示，在這些情形下，膠囊112僅部分浸漬在未固化膠合劑114中，使得遠離襯底110的膠囊112部分從膠合劑層114凸出，膠合劑和各膠囊之間的邊界是圍繞基本圓形膠囊的半徑為rc的圓。可以確定干燥過程中表面張力作用在膠囊上的向下的力為F＝2πσrcsinψc其中
F為膠囊上向下的力；σ為包圍膠囊的液體的表面張力；rc為液體和膠囊的接觸圓的直徑，如圖2所示；以及ψc為包圍膠囊的液體的接觸角的余角(即，90°-接觸角)。
從圖2可以看出，膠囊尺寸增大時及周圍液體水平降低時，rc將增大。
在如圖的圖3A和3B及圖4A和4B中分別示出了這種向下的力的兩個極端情形。在圖3A和4A中，箭頭A表示水從濕潤膠合劑中蒸發，而箭頭B表示表面張力對膠囊所施加的力。在圖3B和4B中，“C”表示干燥的膠合劑。(注意，從圖3A一直到圖4B，都忽略了所示兩個膠囊之外的膠合劑的存在。)圖3A和3B闡述了該向下的力對稀疏涂敷的濕膠囊的作用，即，膠囊被涂敷成在相鄰膠囊之間留下的間隙基本上為膠囊直徑的相當大部分。從圖3A和3B可以看出，向下的力的效果是將原始球形膠囊平整成扁橢球，該橢球通常將在最終干燥層內相互接觸，但這些橢球經過相鄰膠囊之間的接觸只出現微小畸變或根本不畸變。相反，圖4A和4B闡述了向下的力對密堆積涂敷濕膠囊的作用，其中涂敷的濕膠囊相互接觸。從圖4A和4B可以看出，向下的力的效果是強迫膠囊在逐漸越來越大的區域上相互接觸，使得在最終干燥層內，這些膠囊基本上具有多棱柱的形式，棱柱的高度基本上大于其寬度；如果濕膠囊為六方密堆積(理想地就是這種情形)，干燥的膠囊將基本上具有六方棱柱的形式。應該注意，如果膠囊太過稀疏堆積，干燥后會在膠囊之間留下空隙并趨于連接成串。
C漿料制備對干燥膠囊形狀的影響膠囊的pH水平會影響干燥膠囊的形狀。當pH值增大時，凝膠上的電荷變化，影響凝膠與涂敷膠囊的襯底(典型地為ITO表面)之間的吸引力，并使膠囊的位置移動變得更困難或更容易。通過改變襯底而選擇襯底表面能可以影響這個關系。
表面活性劑等級影響膠囊之間的相互粘附(膠粘)并可能影響到與膠合劑的粘附。表面活性更強的表面活性劑削弱表面張力，應降低干燥過程中作用于膠囊上的表面張力。表面活性弱的配方有助于平整膠囊。
膠合劑比例是影響干燥膠囊形狀的關鍵因素。低的膠合劑比例形成更圓的膠囊。2∶1的膠合劑比例(即，兩份重量的膠囊比一份重量的膠合劑)足以在干燥時包圍作為完全球形的每個膠囊，因此形成最不平整的膠囊。低的膠合劑比例允許膠合劑在干燥時填充各膠囊之間的空隙。根據涂敷條件，8∶1的膠合劑比例足以獲得平坦的膠囊或加高的(多邊形)膠囊。
D涂敷參數對干燥膠囊形狀的影響如前所述，涂敷工藝應最佳地將濕膠囊沉積成相互之間形成預定間距。獲得這種預期間距的關鍵參數包括涂敷速度、模具類型、模具高度、和漿料流速。
實驗上已經發現，增大涂膠機內的漿料流速，同時保持所有其它參數不變，可增大涂敷高度，產生濕膠囊更緊密放置的結果。這會導致部分膠囊太過密集，導致平整度更低/更為增高的干燥膠囊。
在相關涂敷實驗中，將模具內間隙減小到低數值(例如40-50微米)會將模具的高度增大到與所使用的濕膠囊相當的值。在該模具高度，實際上膠囊是單層排列，但通常堆積得非常緊密。在低的模具高度下涂敷趨于形成增高的干燥膠囊。理想地，膠囊應涂敷成濕潤時“幾乎相互接觸”但又不堆積在一起。
E干燥參數對干燥膠囊形狀的影響實驗上已經發現，鏈條式平爐在60℃下干燥2分鐘能夠創建包括膠囊的薄膜，該薄膜具有平整的、增高的、和球形的干燥膠囊。太快干燥膠囊的嘗試導致在膠合劑頂部形成“皮膚”；該皮膚捕獲膠合劑內的濕并使得薄膜干燥非常慢。
干燥時的氣流速率影響蒸發速率并影響蒸發氣體是否被捕獲在膠囊之間。不使用足夠的通風難以獲得成功，膠合劑上方的氣流對此有幫助。
*******************************************上述描述已經強調了本發明應用于電泳顯示器。這種電泳顯示器可以是任何類型，并仍然受益于本發明的至少一些方面。因此，該顯示器可包括例如膠囊化、微單元、微杯、和聚合物分散顯示器的微腔電泳顯示器；使用一種或多種顆粒的電泳顯示器(雙模顆粒電泳顯示器所特有的本發明的方面當然除外)；使用無色或染料懸浮液的電泳顯示器；包括油基和氣體懸浮介質的電泳顯示器；柔性和剛性電泳顯示器；通過非線性裝置(例如薄膜晶體管)，通過無源工具(例如控制柵格)，以及通過直接驅動而尋址的電泳顯示器；通過電泳顆粒的橫向或面內移動，通過垂直或電極到電極移動，或其任意組合而工作的電泳顯示器；以及全色、點色、和單色電泳顯示器。
最后再次強調，盡管主要將本發明描述成應用于電泳顯示器，但本發明的許多方面可適用于具有剩余電壓的任何電光顯示器或介質，對于雙穩態電光顯示器具有特殊重要性。
權利要求
1.一種具有多個像素的雙穩態電光顯示器的驅動方法，每個像素能夠顯示至少兩個灰度級，該方法包括對顯示器的每個像素施加由像素的初始和最終灰度級決定的波形，所述方法的特征在于，對于從特定初始灰度級到特定最終灰度級的至少一個轉變，如果像素處于初始灰度級而時間上小于預定時間間隔則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級而時間上大于預定時間間隔則使用不同于第一波形的第二波形。
2.根據權利要求1的方法，其中對于至少一個轉變，使用互不相同的第一、第二、和第三波形，如果像素處于初始灰度級而時間上小于第一預定時間間隔則使用第一波形，如果像素處于初始灰度級而時間上大于第一預定時間間隔且小于第二預定時間間隔則使用第二波形，如果像素處于初始灰度級而時間上大于第二預定時間間隔則使用第三波形。
3.根據權利要求2的方法，其中第一預定時間間隔的范圍為0.3至3秒，第二預定時間間隔范圍為1.5至15秒。
4.根據權利要求1的方法，包括存儲包含數據的查找表，對于像素灰度級之間的每個可能轉換，該數據代表該轉換將使用的一個或多個波形；存儲初始狀態數據，該初始狀態數據代表每個像素的至少一個初始狀態；存儲停留時間數據，該停留時間數據代表每個像素保持在其初始狀態的時間段；接收輸入信號，該輸入信號代表顯示器至少一個像素的預期最終狀態；以及產生輸出信號，該輸出信號代表將一個像素的初始狀態轉換到最終狀態所需的波形，由查找表確定該波形，該輸出信號依賴于初始狀態數據、停留時間數據、和輸入信號。
5.根據權利要求4的方法，進一步包括存儲數據，該存儲數據代表在初始狀態之前的每個像素的至少一個先前狀態，其中根據一個像素的至少一個先前狀態和初始狀態而產生輸出信號。
6.根據權利要求4的方法，進一步包括接收代表顯示器至少一個像素的溫度的溫度信號，并基于該溫度信號產生輸出信號。
7.根據權利要求4的方法，進一步包括產生代表像素工作時間的壽命信號，并根據該壽命信號而產生輸出信號。
8.一種用于控制具有多個像素的雙穩態電光顯示器的裝置控制器，其中每個像素能夠顯示至少兩個灰度級，該控制器包括用于接收輸入信號的輸入工具，該輸入信號代表顯示器至少一個像素的預期最終狀態；用于存儲查找表數據的存儲工具，對于像素灰度級之間的每個可能轉換，該查找表數據代表該轉換將使用的波形，該存儲工具還用于存儲初始狀態數據，該初始狀態數據代表每個像素的至少一個初始狀態；計算工具，根據輸入信號、初始狀態數據、和查找表確定將一個像素的初始狀態改變為預期最終狀態所需的波形；以及用于產生代表波形的輸出信號的輸出工具，該控制器的特征在于，對于至少一個轉變，存儲工具存儲至少兩個與其相關聯的不同波形，并存儲代表每個像素保持在初始狀態時間段的停留時間數據，計算工具部分地根據該停留時間數據確定使用至少兩個不同波形中的哪一個波形。
9.根據權利要求8的控制器，其中該存儲工具還用于存儲代表每個像素在其初始狀態之前的至少一個先前狀態的先前狀態數據，計算工具用于確定依賴于輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、先前狀態和查找表的波形。
10.根據權利要求8的控制器，其中該輸入工具用于接收代表顯示器至少一個像素的溫度的溫度信號，計算工具用于確定依賴于輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、和溫度信號的波形。
11.根據權利要求8的控制器，進一步包括壽命信號發生工具，用于產生代表像素工作壽命的壽命信號，并包括根據輸入信號、初始狀態數據、停留時間數據、和壽命信號確定波形的計算工具。
12.一種包括電光材料層和電壓提供工具的電光顯示器，該電壓提供工具用于沿跨過電光材料層的任一方向施加不大于預定值的電壓，該顯示器的特征在于，該電光材料的閾值電壓大于零但小于該預定值的三分之一。
13.根據權利要求12的電光顯示器，其中該電光材料具有不小于預定值的五十分之一但小于預定值的三分之一的閾值電壓。
14.根據權利要求13的電光顯示器，其中該電光材料包括基于顆粒的電泳材料，該基于顆粒的電泳材料包括懸浮液和保持在懸浮液內并在電光材料層上施加電壓時可移動穿過懸浮液的多個帶電顆粒。
15.根據權利要求14的電光顯示器，其中該電泳材料為膠囊化電泳材料、聚合物分散電泳材料或微單元電泳材料。
16.根據權利要求14的電光顯示器，其中懸浮液為氣體。
17.一種電泳介質，包括懸浮液、多個第一類型帶電顆粒、和多個第二類型帶電顆粒，其中該多個第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，多個第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的極性相反，該電泳介質的特征在于第二類型顆粒上的總電荷為第一類型顆粒上總電荷的一半至兩倍。
18.根據權利要求17的電泳介質，其中該電泳介質為膠囊化電泳介質、聚合物分散電泳介質或微單元電泳介質。
19.根據權利要求17的電泳介質，其中該懸浮液為氣體。
20.根據權利要求17的電泳介質，其中對其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質所呈現的剩余電壓低于1V。
21.根據權利要求20的電泳介質，其中對其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質所呈現的剩余電壓低于0.2V。
22.一種電泳介質，包括懸浮液、多個第一類型帶電顆粒、和多個第二類型帶電顆粒，其中該多個第一類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，多個第二類型帶電顆粒保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液，第二類型顆粒的電荷極性與第一類型顆粒的電荷極性相反，該電泳介質的特征在于對該電泳介質施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，呈現的剩余電壓低于1V。
23.根據權利要求22的電泳介質，其中對其施加15V、300毫秒的方波尋址脈沖1秒之后，該電泳介質所呈現的剩余電壓低于0.2V。
24.一種具有多個像素的雙穩態電光顯示器的驅動方法，每個像素能夠顯示至少兩個灰度級，該方法包括對顯示器的每個像素施加由像素的初始和最終灰度級決定的波形，該方法的特征在于，對于從特定初始灰度級到特定最終灰度級的至少一個轉變，可以使用互不相同的至少第一和第二波形，在轉變之前確定正在經歷轉變的像素的剩余電壓，根據所確定的剩余電壓對該轉變使用第一或第二波形。
25.一種包括分散在連續相中的懸浮液的多個離散小滴的電泳介質，該小滴進一步包括保持在懸浮液中并在電泳介質上施加電場時能夠移動穿過懸浮液的多個帶電顆粒，該介質的特征在于連續相的體電阻率不大于小滴體電阻率的一半，連續相和小滴的體電阻率都小于1011ohm.cm。
全文摘要
本發明提供了用于降低電光顯示器中剩余電壓影響的材料和方法(包括驅動方法)。
文檔編號G09G3/34GK101027711SQ200480035154
公開日2007年8月29日 申請日期2004年11月26日 優先權日2003年11月26日
發明者R·J·維爾科克斯, T·H·懷特賽德斯, K·R·阿蒙森, G·M·丹納, R·M·韋伯, C·H·霍尼曼, 曹嵐, R·J·保利尼, R·切尼亞姆 申請人:伊英克公司