專利名稱：電磁泳顯示器的制作方法
技術領域：
本發明涉及電磁泳顯示器，尤其涉及一種具有傳統的上/下換向方式或雙重換向方式的電磁泳顯示器。顯示盒填充以電磁泳分散體，其包括懸浮在溶劑中的微粒，所述微粒是帶電荷的并同時磁化的。
有幾種不同類型的電泳顯示器。在分區式電泳顯示器中(見M.A.Hopper和V.Novotny，IEEE Trans.Electr.Dev.，26(8)1148-1152(1979))，間隔物在二個電極之間分出較小單元，以避免不希望的微粒遷移，例如沉淀。微膠囊型電泳顯示器(如美國專利第5,961,804號以及第5,930,026號披露的)具有基本上二維結構的微膠囊排列，其中各微膠囊含有由介電質流體與帶電荷顏料微粒懸浮物(在視覺上與介電質溶劑對比)所組成的電泳組分。另一種類型的電泳顯示器(見美國專利第3,612,758號)具有電泳盒，這些盒是由平行的線槽(line reservoirs)制備而成。這些槽狀電泳盒由透明導體覆蓋，并與透明導體電接觸。一層透明玻璃覆蓋該透明導體(從該玻璃一側進行觀看)。
在共同未決專利申請中，即美國申請09/518,488(2000年3月3日提交，相應于WO 01/67170)、美國申請09/759,212(2001年1月11日提交)、美國申請09/606,654(2000年6月28日提交，相應于WO 02/01281)和美國申請09/784,972(2001年2月15日提交)，披露了一種改進的電泳顯示器制造技術，所有這些結合于此作為參考文獻。該改進的電泳顯示器包括隔離的盒，這些隔離的盒由明確限定形狀、大小、和縱橫比的微型杯制備而成，并以分散于電介質溶劑中的帶電荷顏料微粒填充，并用聚合物密封層密封。
所有這些電泳顯示器都可以用無源矩陣系統進行驅動。對一種典型的無源矩陣系統而言，在該盒的頂側有行電極，而在該盒的底側有列電極。頂部行電極和底部列電極互相垂直。然而，有兩種眾所周知的與無源矩陣系統驅動電泳顯示器相關的問題串擾(crosstalk)和交叉偏壓(cross bias)。當一個盒(像素)中的微粒受到一鄰近盒(像素)的電場施加的偏壓作用時，就會產生串擾。
圖1給出了一個例子。盒A的偏壓驅動帶正電荷微粒向該盒的底部遷移。因為盒B沒有任何偏壓，盒B中的帶正電荷微粒預期應留在該盒的頂部。然而，如果盒A和盒B互相接近，盒B的頂部電極電壓(30V)和盒A的底部電極電壓(0V)則產生串擾電場，該串擾電場會驅使盒B中的一些微粒向下遷移。加寬鄰近盒之間的距離可以消除這種問題，但增加該距離也可能會降低顯示器的分辨率。
如果一個盒具有相當高的閾值電壓，則可以減輕這種串擾問題。在本說明書中，閾值電壓被定義為使微粒離開它們目前的位置所需的最小(或起始)偏壓。如果這些盒具有足夠高的閾值電壓，就可以降低或消除串擾而同時不犧牲顯示器的分辨率。例如，可以通過增加電泳盒中的微粒-微粒相互作用或微粒-電極相互作用，以達到較高的閾值電壓。不幸的是，大多數增加閾值電壓的方法容易導致顯示器驅動電壓的顯著增加或換向速率的降低。
對無源矩陣顯示器來說，除了鄰近盒所造成的串擾之外，交叉偏壓也是可能的。施加于列電極的電壓不僅為在掃描行上的盒提供驅動偏壓，而且也影響在同一列上非掃描盒的偏壓。這種不希望的偏壓可能會驅動非掃描盒中的微粒向帶相反電荷的電極板方向遷移。這種不希望的微粒遷移會引起圖像密度的變化，并顯著降低該顯示器的對比度。美國專利第4,655,897號和第5,177,476號(已轉讓Copytele公司)，披露了一種具有選通電極的系統，該系統采用兩層電極結構，其中一層作為選通電極，由此使電泳顯示器在相對較高的驅動電壓下具有較高的分辨率。雖然這些參考文獻講述如何應用選通電極來提高閾值電壓，但由于結構的復雜性和低生產率，制造兩電極層的成本極其昂貴。此外，在這種類型的電泳顯示器中，電極曝露于溶劑中，這會導致不希望的電鍍效應和顯示器使用壽命的降低。
在美國專利第6,239,896號中披露的面內換向電泳顯示器，使用磁性底部基片來吸引磁性微粒并提供閾效應，以抵抗不希望的微粒遷移。行電極和列電極是置于底層上，從而形成驅動點矩陣。面內電極顯著地比上/下電極更難制造，特別對于較高分辨率顯示器而言更是如此。面內顯示器的換向速率在相當的操作電壓下比較慢，原因在于面內換向方式中電極之間的距離典型地大于通常的上/下方式中電極之間的距離。而且，由于缺乏真白色或真黑色狀態，彩色顯示器的色飽和度會比較差。
因而，仍然需要一種電泳顯示器，其中串擾效應和交叉偏壓效應將不會引起顯示器性能的下降，即使采用具有相對較低的本征閾值電壓的盒。
發明簡述本發明有兩個方面。第一個方面涉及具有傳統的上/下換向方式的電磁泳顯示器。該顯示器包括一頂部行電極層、一底部列電極層，以及夾在兩電極層之間的盒陣列。在本發明第一個方面的一個具體實施例中，一可換向磁性層是放置在底部電極層的下面。在另一個具體實施例中，有兩個可換向磁性層，一個放置在頂部行電極層的上面，另一個放置在底部電極層的下面。在第三個具體實施例中，一個永久性磁性層放置在頂部行電極層的上面，一個可換向磁性層放置在底部電極層的下面。在第四個具體實施例中，一個永久性磁性層放置在頂部行電極層的上面，一個永久性磁性層放置在底部電極層的下面。
本發明的第二個方面涉及雙重方式的電磁泳顯示器。該顯示器也包括一頂部行電極層、一底部列電極層，以及夾在兩電極層之間的盒陣列。然而對每個盒而言，底部列電極層包括一中心電極和兩個側電極，該兩個側電極位于中心電極的兩側。在本發明第二個方面的一個具體實施例中，一可換向磁性層是放置在底部列電極層的下面。在第二個具體實施例中，有兩個可換向磁性層，一個放置在頂部行電極層的上面，另一個放置在底部列電極層的下面。在第三個具體實施例中，一個永久性磁性層放置在頂部行電極層的上面，一個可換向磁性層放置在底部電極層的下面。在第四個具體實施例中，一個永久性磁性層放置在頂部行電極層的上面，一個永久性磁性層放置在底部電極層的下面。
在本發明的所有具體實施例中，頂側是觀察側，因而至少頂部行電極層和頂部磁性層(如果有的話)是透明的。
盒填充以電磁泳流體，該電磁泳流體包括分散于對比色的電介質溶劑中的帶電荷磁性微粒。當帶電荷磁性微粒被吸引到觀察側時，則看到磁性微粒的顏色(原色)。相反地，當帶電荷磁性微粒被吸引而離開觀察側時，則看到溶劑的顏色或其與背景的相加色。溶劑可用顏料或染料來著色。
本發明的設計有許多優點。首先，它避免帶電荷微粒在盒中不希望的遷移。有了磁性層產生的磁力，也無需提供給盒足夠高的閾值電壓以避免串擾效應和/或交叉偏壓效應。此外，雙重換向方式允許微粒在上/下方向以及面內方向移動，因此以極低的成本提供了高顏色質量的多色顯示器。
本發明的這些和其他特色以及優點將在以下的發明詳述和附圖中更詳細地說明，附圖以舉例的方式示范說明本發明的原理。
圖2A和2B是本發明的電磁泳顯示器(EMPD)的側視圖和俯視圖，其具有傳統的上/下換向方式和一個可換向的磁性層。
圖3A和3B是本發明的電磁泳顯示器的側視圖和俯視圖，其具有傳統的上/下換向方式和兩個磁性層。
圖4A和4B是本發明的電磁泳顯示器的側視圖和俯視圖，其具有雙重方式和一個可換向的磁性層。
圖5A和5B是本發明的電磁泳顯示器的側視圖和俯視圖，其具有雙重方式和兩個磁性層。
圖6A、6B和6C說明產生磁場的可能結構。
圖7A和7B說明圖2A的電磁泳顯示器的2×3無源矩陣圖8A-8C說明能夠雙重方式換向的電磁泳顯示器。
發明詳述下面提供本發明的代表性具體實施例的詳細描述。雖然本發明參考其代表性的具體實施例而加以描述，但不應理解為這些具體實施例是對本發明的限制。為了符合特殊電磁泳顯示器的特定要求，這些特色的設計和尺寸可以改變，并且所有這類變化都在本發明的范圍內。為了說明本發明，在下面的描述中給出了許多特定細節。本發明可以在沒有這些特定細節的一些或全部條下依據本發明權利要求范圍來實施。為了清楚起見，并沒有詳細描述在與本發明相關的技術領域中熟知的技術性材料，以免使本發明不夠明確。I.定義除非在本專利說明書中另有定義，否則在此所用的技術術語皆根據本領域技術人員通常使用并了解的慣用定義而被使用。
在本專利說明書中，“閾值電壓”被定義為使微粒離開它們目前的位置所需的最小(或起始)偏壓。微粒閾效應是電泳顯示器的最重要特性之一，并且是微粒-微粒、微粒-溶劑、和微粒-電極相互作用的函數。
在本說明書中，術語“驅動電壓”被定義為為改變盒的顏色狀態而施加的偏壓，如通過驅動該盒中的微粒從位于或接近一個電極板的初始位置，遷移至位于或接近另一電極板的最終位置。特定用途的驅動電壓必須在所需性能參數(包括完成狀態轉變所需時間)的范圍內，足以引起盒顏色狀態的變化。
無源矩陣顯示器中的“掃描行”是指顯示器中目前正被更新或尋址的行。
“非掃描行”是指顯示器中還未被更新或尋址的行。
“已掃描行”是指顯示器中已被更新或尋址的行。
對掃描行中的盒而言，驅動電壓(也就是偏壓條件)應驅動微粒到希望的新位置或維持微粒在同一位置。對于已掃描行或非掃描行中的盒來說，驅動電壓應維持微粒在同一位置，即使底部列驅動電壓(也就是施加于與盒有關的列電極的電壓)發生變化，這種變化在該列的掃描行的盒正被換向(即在交叉偏壓條件下)時可能發生。無源矩陣電泳顯示器通常一次更新(掃描)一行，目的在于更新掃描行的盒，而同時不改變已掃描行和非掃描行的盒。
在本說明書中，“正偏壓”被定義為能引起帶正電荷微粒向下遷移(即，上電極比下電極具有更高電勢)的偏壓。
在本說明書中，“負偏壓”被定義為能引起帶正電荷微粒向上遷移(即，下電極比上電極具有更高電勢)的偏壓。
在本說明書中，微粒和磁性層之間產生的磁力可以稱作“磁力TM”或“磁力BM”。當僅有一底部磁性層時，“磁力TM”是當微粒在盒頂部時磁性層和微粒之間形成的磁力，而“磁力BM”是當微粒在盒底部時磁性層和微粒之間形成的磁力。由于底部磁性層和顯示器頂部之間存在距離，當僅有一底部磁性層時，“磁力BM”總是大于“磁力TM”。在兩磁性層的情況下(一個是在盒的頂部，另一個是在盒的底部)，在盒頂部的微粒與頂部磁性層形成“磁力TM”，而在盒底部的微粒與底部磁性層形成“磁力BM”。
在本說明書中，每個磁力TM和BM都可以轉換成偏壓，其以等效于磁力的力量吸引微粒。如果磁力表示為Fm＝M·|B|其中M是磁性微粒的磁化強度，而|B|是磁場的梯度，則等效偏壓為Vm＝Fm·d/q其中q是微粒的電荷，而d是頂部電極和底部電極之間的距離。依據此轉換，Vtm表示磁力TM的等效偏壓，而Vbm則表示磁力BM的等效偏壓。
頂部電磁體和底部電磁體所產生的磁場是在相反的方向，因而在盒頂部的微粒被頂部磁性層所吸引而被底部磁性層所排斥，在盒底部的微粒被底部磁性層所吸引而被頂部磁性層所排斥。在任一情況下，兩種磁力互相協助。
“屏蔽效應”(screening effect)一詞是指盒中的某些微粒比其他微粒遷移更快，因而在其他微粒之前達到目標電極。這些快速微粒事實上降低了電場強度，并使較慢的微粒進一步慢下來。II.本發明的各種設計A.具有傳統上/下換向方式的電磁泳顯示器在一具體實施例中，如圖2A所示，顯示器包括頂部電極層21和底部電極層22，至少其中之一是透明的(例如頂部電極層21)，并且包括位于兩層之間的盒20。頂部電極層21包括一個行電極23，而底部電極層22包括一個列電極24。可換向磁性層25放置于底部電極層的下面。頂部行電極和底部列電極是互相交叉的(最好是垂直)，而磁性層對準于頂部行電極層(21/23)(見圖2B)。顯示盒20包括分散于電介質溶劑27中的帶電荷磁性微粒26。在一具體實施例中，微粒26帶正電荷。
一候選的實施例示于圖3A中，其中基本設計類似于圖2A的具體實施例，不同之處是有兩個可換向磁性層(35a和35b)，一個35a在頂部行電極層31的上面，另一個35b在底部列電極層32的下面，并且兩個磁性層對準于行電極31/33，如圖3B所示。
第三個變化的實施例的基本設計類似于圖3A的實施例，不同之處是在頂部行電極層上面的頂部磁性層35a是永久性的，而在底部列電極層下面的磁性層35b是可換向的。
第四個變化的實施例的基本設計也類似于圖3A的實施例，不同之處是兩個磁性層(35a和35b)都是永久性的。
B.具有雙重換向方式的電磁泳顯示器在一具體實施例中，如圖4A所示，顯示器包括頂部電極層41和底部電極層42，至少在觀察側的電極層是透明的(頂部電極層41)，并且包括位于兩層之間的盒40。頂部電極層41包括一個行電極43。底部電極層42包括一個中心電極44和兩個側電極45，側電極位于中心電極的兩側。間隙46把中心電極和側電極分開。可換向磁性層47置于底部電極層42的下面。頂部行電極和底部列電極互相垂直，并且磁性層47對準于頂部行電極層41(見圖4B)。顯示盒40包括在電介質溶劑49中的帶電的磁性微粒48。在一具體實施例中，微粒48是帶正電荷的。
一可選擇具體實施例示于圖5A中，其中基本設計類似于圖4A的具體實施例，不同之處是有兩個可換向磁性層(57a和57b)，一個57a在頂部行電極層51的上面，另一個57b在底部列電極層52的下面，并且兩個磁性層對準于頂部行電極(見圖5B)。
第三個可選擇具體實施例的基本設計類似于圖5A的具體實施例，不同之處是在頂部行電極層上面的頂部磁性層57a是永久性的，而在底部列電極層下面的底部磁性層57b是可換向的。
第四個具體實施例的基本設計也類似于圖5A的具體實施例，不同之處是兩個磁性層(57a和57b)都是永久性的。
顯示器通常可根據本技術領域熟知的方法制造。本發明的范圍包括傳統的顯示器(即，如美國專利第3,668,106號和第3,612,758號所描述的分區型顯示器)、微型杯技術所制造的顯示器(如在WO01/67170和WO 02/01281中所披露的)和微囊化技術所制造的顯示器(如美國專利第5,961,804號和第5,930,026號所披露的)。在微型杯型顯示器的情況下，顯示盒具有明確限定的大小、形狀、和縱橫比，并優選用聚合物密封層單獨密封。
可通過任何熟知的方法分散磁性微粒，包括研磨、碾磨、球磨、氣流磨(microfluidizing)以及超聲波技術。例如，將細粉末形式的磁性微粒加入懸浮溶劑，所獲混合物被球磨數小時，將高度附聚的干顏料粉分散成最初的微粒。優選低蒸汽壓、不吸濕的溶劑用于磁泳或電磁泳流體。有用溶劑的實施例包括碳氫化合物，如萘烷(DECALIN)、5-亞乙基-2-降冰片烯(5-ethylidene-2-norbornene)、脂肪油、石蠟油；芳香族碳氫化合物，如甲苯、二甲苯、苯基二甲苯乙烷、十二烷基苯、和烷基萘；低粘度聚醚，如聚丙二醇以及乙二醇和丙二醇的嵌段共聚物；低粘度硅油、烷基或芳烷基酯和酮；鹵化溶劑，如全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯三氟甲苯(dichlorobenzotrifluoride)、3，4，5-三氯三氟甲苯(3，4，5-trichlorobenzotrifluoride)、氯五氟基苯、二氯壬烷(dichlorononane)、和五氯苯；全氟溶劑，如來自明尼蘇達州St.Paul的3M公司的FC-43、FC-70和FC-5060；低分子量的含鹵素聚合物，如來自俄勒岡州Portland的TCI America公司的聚全氟丙烯醚(poly(perfluoropropylene oxide))；聚三氟氯乙烯，如來自新澤西州River Edge的Halocarbon Product公司的鹵烴油(Halocarbon Oils)；和全氟聚烷基醚(perfluoropolyalkylether)，如來自Ausimont公司的Galden或來自特拉華州DuPont公司的Krytox油和脂K-Fluid系列。在一個優選具體實施例中，使用聚三氟氯乙烯作為電介質溶劑。在另一個優選的具體實施例中，使用聚全氟丙烯醚作為電介質溶劑。
可通過使用適當的聚合物將微粒微囊化，以消除顏料微粒的沉淀或乳化，使其比重與懸浮溶劑的比重相適應。可用化學或物理方法完成顏料微粒的微膠囊化。典型的微囊化工藝包括界面聚合、原位聚合、相分離、凝聚、靜電涂布、噴霧干燥、流化床涂布以及溶劑蒸發。熟知的微膠囊化程序已經披露于Kondo的“微膠囊工藝和技術”(Microcapsule Processing and Technology)(I.E.Vandegaer編輯的“微膠囊化、方法和應用”(Microencapsulation，Processes andApplications)，紐約Plenum出版社，1974年)以及Gutcho的“微膠囊和微膠囊化技術”(Microcapsules and MicroencapsulationTechniques)(新澤西州Park Ridge的Nuyes Data公司，1976年)，兩者結合于此作為參考。
優選用高度磁性化合物和金屬或合金制備磁性微粒。在本發明中有用的磁性材料的實施例包括γ三氧化二鐵、針狀磁鐵礦、鈷改性或吸附性的三氧化二鐵、非定比三氧化二鐵、二氧化鉻、金屬或合金(例如不銹鋼、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Co-Cr、和Fe-Co-V合金)、有機多基(例如，側鏈上帶有機基團的聚合物、帶有機基團的主鏈共軛聚合物、二維多基、含有順磁金屬卟啉作為側鏈的聚合物以及在主鏈中含有順磁金屬離子(例如，Cu(II)、Ni(II)、Mn(II)、或VO(II))的聚合物。其它有用的磁性材料可在參考文獻中找到，如Marvin Camras的“磁性記錄手冊”(Magnetic RecordingHandbook)(Van Norstrand Reinhold公司，1988年)以及M.Kanachi的“磁性聚合物”(Magnetic Polymers)(收錄于K.Takemoto、R.M.Ottenbrite和M.Kamachi所編輯的“功能性單體和聚合物”(Functional Monomers and Polymers)，Marcel Dekker有限公司，1997年)。
有機多基的特定實施例非限定性地包括在上述所引參考文獻和幾篇美國專利(例如，第4,631,328、4,594,400、4,552,928和4,769,443號)中所披露的實施例。Kanachi在“磁性聚合物”中所披露的有機多基包括含有2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基作為側鏈的有機多基、熱退火的聚苯乙炔、具有苯氧基或硝酰基的有機多基、具有側鏈的硝基氮氧化物(nitronyl nitroxide)或叔丁基硝酰基的聚(1，3-亞苯基亞乙炔基)、二維聚合物(例如1，3，5-三氨基苯與碘反應所得到的聚合物)、衍生自靛藍的具有重復單元的有機多基、從1，3-雙-(3-斯德酮)和N′，N′-(1，4-亞苯基)雙馬來酰胺(bismaleamide)的無催化劑的1，3-二極的環加成作用所獲得的有機多基、在側鏈或主鏈上含有順磁離子的有機多基。在側鏈上含有順磁離子的有機多基包括含有四苯基卟啉(TPP)部分的有機多基、特別是衍生自順磁金屬離子(例如Cu(II)、Ag(II)、VO(II)、和Co(II))的有機多基以及衍生自TPP-Mn(II)和四氰乙烯在甲苯中反應所獲得的有機多基。在主鏈上含有順磁離子的有機多基包括Cu(II)和VO(II)的雜雙核配合物、無機聚合物、具有規則交替磁性中心的MnCu(pbaOH)(H2O)3(其中pbaOH是2-羥基-1，3-丙烯雙(oxamato))、由2-取代的4，4，5，5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物所組成以及衍生自Cu(II)、Ni(II)、或Mn(II)的聚合物、M(hfac)2(NIT)R的直鏈聚合物(其中M是Cu(II)、Ni(II)、或Mn(II)，(NIT)R是2-烷基-4，4，5，5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物，而hfac是六氟乙酰丙酮酸酯(hexafluoroaceteylacetonate))，以及三維結構(例如(rad)2Mn2[Cu(opba)]3(DMSO)22H2O，其中rad是2-(4-N-甲基吡啶)-4，4，5，5-四甲基咪唑啉-1-氧基-3-氧化物，opba是原亞苯基雙(oxamato)，而DMSO是二甲基亞砜。其它含有聚合物基的化合物(并確認該基與位置)是在美國專利第4,631,328號(各種染料(蒽醌、均二苯代乙烯、單-、雙-、三-偶氮)，側鏈)、第4,594,400號(噻噸酮，側鏈)、第4,552,928號(二-和三苯胺，側鏈)以及第4,769,443號(哌啶，側鏈)中所披露的含有聚合基的化合物。這些有機多基中的某些可以借由在預聚物混合物中包括基前體物、進行聚合、然后轉變成基而制備。
此外，通過用磁性材料對微粒進行微囊化，可以磁化帶電荷顏料(如TiO2)微粒。在微囊化工藝之前(優選)或之后，可以將磁性材料與顏料微粒混合或涂布于顏料微粒上。在這種情況下，特別有用的磁性材料的實施例包括通過例如噴鍍、真空淀積、電淀積、電鍍、或無電鍍以及微囊化/涂覆以磁性聚合物而制備的金屬微粒或金屬化微粒。最優選的是包含顏料和磁性微粒的混合物的帶電金屬化微粒和帶電微膠囊。
帶電荷磁化微粒可以呈現自身的電荷，或可使用電荷控制劑直接使之帶電荷，或可在懸浮于介質中時獲得電荷。適當的電荷控制劑是本領域熟知的；它們可為聚合或非聚合性質，并且也可以是離子的或非離子的。
可換向磁性層是由成行的電磁體所形成，以產生磁場。可以接通或斷開電磁體上的電壓，因而磁性層是可換向的(開/關)。圖6A說明一種使用電極結構以產生磁場的有用的電磁體。圖6B說明可換向的磁性層，其包括電磁體61的陣列。圖6C說明典型的電磁體，該電磁體是具有鐵心62的螺線管。當電流施加于線圈63時，則產生磁場。永久磁性層包括由永久磁性材料所制成的連續層。一個具體實施例是鐵氧體磁性層，其包括鐵氧體粉末和聚合物粘合劑，從而形成彈性或剛性粘結的永久磁體。III.具有傳統上/下換向方式的電磁泳顯示器(a)上/下換向方式/一個底部磁性層圖7A說明圖2A的電磁泳顯示器的2×3無源矩陣，并顯示一般2×3無源矩陣的俯視圖。為了說明，假設此情況下的驅動電壓是30V并且磁性微粒是帶正電荷。微粒是白色并分散于有色澄清溶劑中。因此，當微粒在頂部時，透過頂部觀察側看到磁性微粒的顏色(在此情況下為白色)。相反地，當微粒在底部時，從觀察側則看到溶劑的顏色。本說明的目標是驅動盒A和盒D到白色狀態、驅動盒B和盒C到有色狀態，同時維持E和F在復位狀態(白色狀態)。
在圖7A中，行R1有盒A和盒B；行R2有盒C和盒D；行R3有盒E和盒F；列C1有盒A、盒C、和盒E；以及列C2有盒B、盒D、和盒F。
初始狀態，該裝置重新設定，以移動在所有六個盒(A、B、C、D、E、和F)中的所有微粒到頂部(因此看到白色)。當行R1是在掃描行，并且行R2和行R3是在非掃描行時，在行R1、R2、和R3下面的磁性層都處于斷開狀態。此外，30V的驅動電壓施加于行R1以及0V的驅動電壓施加于行R2和行R3，同時25V的電壓施加于列C1以及0V的電壓施加于列C2。
在此驅動條件下1)為使盒A中的微粒保持在頂部(見圖7B-1)，必須滿足下述條件“閾值電壓”≥5V
2)在盒B(圖7B-2)中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”3)在盒C和盒E中，微粒是在25V的負偏壓下，并且在盒D和盒F中，微粒是在0V的偏壓下，因此微粒保持在盒的頂部。
行R1被掃描后，掃描發生在行R2，同時行R1變成已掃描行，并且行R3是非掃描行。現在接通R1下面的磁性層，并且關斷在R2和R3下面的磁性層。30V的驅動電壓施加于行R2以及0V的電壓施加于行R1和行R3。同時25V的電壓施加于列C2以及0V的電壓施加于列C1。
在此驅動條件下1)為使盒D中的微粒保持在頂部(見圖7B-4)，必須滿足下述條件“閾值電壓”≥5V2)在盒C(圖7B-3)中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”當R2正被掃描時，盒A和盒B中的微粒必須保持在掃描期間所設定的位置。然而當行R2正被掃描時，對在已掃描行上的盒A和盒B而言，施加于行電極(R1)和列電極(C1和C2)的電壓已經改變。此外，行R1下面的磁性層現在是接通的。
3)盒A是在0V偏壓下(圖7B-5)，因此為了維持微粒在頂部，必須滿足下述條件“閾值電壓”≥Vtm4)盒B是在25V的反偏壓下(圖7B-6)，因此為了使該盒中的微粒維持在底部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vbm≥25V5)在盒E中，微粒是在0V偏壓下，并且在盒F中，微粒是在25V的負偏壓下，因此微粒保持在盒的頂部。
從該實施例可以得到以下結論如果材料的閾值電壓為5V，那么磁力TM必須等于或小于5V的電場強度，并且磁力BM必須大于或等于20V的電場強度。一般而言，在該設計中的Vtm必須小于或等于Vbm。關于磁力TM和BM所需的準確強度，則依賴于微粒的閾值電壓，而這又依賴于施加的驅動電壓以及微粒和電極的性質。
(b)上/下換向方式/兩個可換向磁性層本節說明圖3A的電磁泳顯示器的2×3無源矩陣。為了說明，也假設此情況下的驅動電壓是30V。白色微粒是帶正電荷并且也是磁化的。
初始也是重新設置該裝置，以移動在所有六個盒(A、B、C、D、E、和F)中的所有微粒到頂部(因此看到白色)。
當行R1是在掃描行，并且行R2和行R3是在非掃描行時，行R1、R2、和R3的頂部和底部磁性層都斷開。此外，30V的驅動電壓施加于行R1以及0V的電壓施加于行R2和行R3，同時30V的電壓施加于列C1以及0V的電壓施加于列C2。
在此驅動條件下1)盒A中的偏壓為0V。R1的磁性層斷開。因此由于微粒的雙穩定性，盒A中的微粒保持在頂部。
2)在盒B中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”3)在盒C和盒E中，微粒是在30V的負偏壓下，并且在盒D和盒F中，微粒是在0V的偏壓下，因此微粒保持在這些盒的頂部。
當盒A和盒B中的大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于R1和C1的電壓都設定為0V，同時掃描行R1的頂部和底部磁性層都是接通的。已經在盒A頂部的微粒因而被微粒和頂部磁性層之間產生的磁場所吸引，并且已經在盒B底部的微粒被微粒和底部磁性層之間產生的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在其所希望的位置。
行R1被掃描后，掃描發生在行R2，同時行R1變成已掃描行。現在接通行R1的磁性層(頂部和底部)，并且關斷行R2和行R3的磁性層。30V的驅動電壓施加于行R2。15V的電壓施加于行R1，以及0V的電壓施加于R3。同時30V的電壓施加于列C2，以及0V的電壓施加于列C1。
在此驅動條件下1)盒D中的偏壓為0V。R2的磁性層斷開。由于微粒的雙穩定性，盒D中的微粒保持在頂部。
2)在盒C中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”當大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于R2和C2的電壓都設定為0V，同時接通R2的頂部和底部磁性層。已經在盒D頂部的微粒被微粒和頂部磁性層之間形成的磁場所吸引，并且已經在盒C底部的微粒被微粒和底部磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密并保持在所希望的位置。
當行R2正被掃描時，盒A和盒B中的微粒必須保持在掃描期間所設定的希望的位置。然而當行R2正被掃描時，對在已掃描行上的盒A和盒B而言，施加于行電極(R1)和列電極(C1和C2)的電壓已經改變。此外，行R1的兩個磁性層現在是接通的。
3)盒A是在15V的反偏壓下，因此為了維持微粒在頂部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vtm≥15V4)盒B也是在15V的反偏壓下，因此為了使該盒中的微粒保持在底部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vbm≥15V5)盒E是在0V偏壓下，并且盒F是在30V的負偏壓下。這些盒中的微粒保持在盒的頂部。
可以得到以下結論在此設計中，如果微粒的閾值電壓為5V，那么磁力TM和磁力BM都必須等于或大于10V的電場強度。一般而言，在該設計中的Vtm和Vbm都必須大于閾值電壓，并且它們的準確強度依賴于微粒/電極和施加的驅動電壓的性質。
(c)上/下換向方式/一個永久性頂部磁性層和一個可換向底部磁性層本節說明具有一個永久性頂部磁性層、和一個可換向底部磁性層的電磁泳顯示器的2×3無源矩陣。為了說明，也假設此情況下的驅動電壓是30V，并且磁性微粒是帶正電荷的。
初始狀態也重新設置該裝置以移動在所有六個盒(A、B、C、D、E、和F)中的所有微粒到頂部(因此看到白色)。
當行R1是在掃描行并且R2和R3是在非掃描行時，行R1、R2、和R3的底部磁性層都關斷。此外，30V的驅動電壓施加于行R1以及0V的電壓施加于行R2和行R3，同時30V的電壓施加于列C1以及0V的電壓施加于列C2。
在此驅動條件下1)盒A中的偏壓為0V。R1的底部磁性層斷開。因此由于微粒的雙穩定性以及微粒和頂部永久性磁性層之間形成的磁力，盒A中的微粒保持在頂部。
2)在盒B中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”+Vtm3)在盒C和盒E中，微粒是在30V的負偏壓下，并且在盒D和盒F中，微粒是在0V的偏壓下，因此微粒保持在盒的頂部。磁力TM也幫助使所述兩盒中的微粒保持在頂部。當盒A和盒B中的大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于R1和C1的電壓都設定為0V，同時掃描行R1的底部磁性層接通。已經在盒A頂部的微粒因而被微粒和頂部永久性磁性層之間產生的磁場所吸引，并且已經在盒B底部的微粒被微粒和底部可換向磁性層之間產生的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
行R1被掃描后，掃描發生在行R2，同時行R1變成已掃描行。現在接通在行R1底部的磁性層，并且關斷行R2和行R3的底部磁性層。30V的驅動電壓施加于行R2。15V的電壓施加于行R1以及0V的電壓施加于R3。同時30V的電壓施加于列C2以及0V的電壓施加于列C1。
在此驅動條件下1)盒D中的偏壓為0V。R2的底部磁性層斷開。由于微粒的雙穩定性以及微粒和頂部永久性磁性層之間的磁力，盒D中的微粒保持在頂部。
2)在盒C中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”+Vtm當大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于R2和C2的電壓都設定為0V，同時R2的底部磁性層接通。已經在盒D頂部的微粒被微粒和頂部永久性磁性層之間形成的磁場所吸引，并且已經在盒C底部的微粒被微粒和底部可換向磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密并保持在所希望的位置。
當行R2正被掃描時，盒A和盒B中的微粒必須保持在掃描期間所設定的希望的位置。然而當行R2正被掃描時，對在已掃描行上的盒A和盒B而言，施加于行電極(R1)和列電極(C1和C2)的電壓已經改變。此外，行R1的底部磁性層現在是接通的。
3)盒A是在15V的反偏壓下，因此為了維持微粒在頂部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vtm≥15V4)盒B也是在15V的反偏壓下，因此為了讓該盒中的微粒維持在底部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vbm≥15V5)盒E是在0V偏壓下，并且盒F是在30V的負偏壓下。兩盒中的微粒保持在盒的頂部。磁力TM也幫助使微粒保持在頂部。
從該實施例的說明可知，如果微粒材料的閾效應為5V，那么磁力TM必須等于或大于10V的電場強度，而磁力BM也必須等于或大于10V的電場強度。一般而言，對該設計來說，Vtm和Vbm都必須大于微粒的閾值電壓，并且它們的準確強度依賴于微粒/電極和施加的驅動電壓的性質。
(d)上/下換向方式/兩個永久性磁性層本節說明具有兩個永久性磁性層的電磁泳顯示器的2×3無源矩陣。為了說明，也假設此情況下的驅動電壓是30V。微粒是帶正電荷并且也是磁化的。
初始狀態也重新設置該裝置，以移動在所有六個盒(A、B、C、D、E、和F)中的所有微粒到頂部(因此看到白色)。
當行R1是在掃描行，并且行R2和行R3是在非掃描行時，將30V的驅動電壓施加于行R1，以及0V的電壓施加于行R2和行R3，同時30V的電壓施加于列C1，以及0V的電壓施加于列C2。
在此驅動條件下1)盒A中的偏壓為0V。因此由于微粒的雙穩定性以及微粒和頂部磁性層之間的磁力，盒A中的微粒保持在頂部。
2)在盒B中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”+Vtm3)在盒C和盒E中，微粒是在30V的負偏壓下，并且在盒D和盒F中，微粒是在0V的偏壓下，因此微粒保持在兩盒的頂部。磁力TM也幫助使微粒保持在頂部。
當盒A和盒B中的大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于R1和C1的電壓都設定為0V。已經在盒A頂部的微粒被微粒和頂部永久性磁性層之間產生的磁場所吸引，并且已經在盒B底部的微粒被微粒和底部永久性磁性層之間產生的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
行R1被掃描后，掃描發生在行R2，同時行R1變成已掃描行。30V的驅動電壓施加于行R2。15V的電壓施加于行R1以及0V的電壓施加于R3。同時30V的電壓施加于列C2以及0V的電壓施加于列C1。
在此驅動條件下1)盒D中的偏壓為0V。由于微粒的雙穩定性以及微粒和頂部磁性層之間的磁力，盒D中的微粒保持在頂部。
2)在盒C中，為使微粒移動到盒的底部，必須滿足下述條件30V＞“閾值電壓”+Vtm當大多數微粒靠近或已經遷移到其目的地時，將施加于R2和C2的電壓都設定為0V。在盒D頂部的微粒被微粒和頂部永久性磁性層之間形成的磁場所吸引，并且在盒C底部的微粒被微粒和底部永久性磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
當行R2正被掃描時，盒A和盒B中的微粒必須保持在掃描期間所設定的所希望的位置。然而當行R2正被掃描時，對在已掃描行上的盒A和盒B而言，施加于行電極(R1)和列電極(C1和C2)的電壓已經改變。
3)盒A是在15V的反偏壓下，因此為了維持微粒在頂部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vtm≥15V4)盒B也是在15V的反偏壓下，因此為了維持該盒中的微粒在底部，必須滿足下述條件“閾值電壓”+Vbm≥15V5)盒E是在0V偏壓下，并且盒F是在30V的負偏壓下。兩盒中的微粒保持在盒的頂部。磁力TM也幫助使微粒保持在頂部。
從該實施例可以得到以下結論如果微粒的閾效應為5V，那么磁力TM必須等于或大于10V的電場強度，而磁力BM也必須等于或大于10V的電場強度。一般而言，Vtm和Vbm都必須大于微粒的閾值電壓，并且它們的準確強度依賴于微粒/電極和施加的驅動電壓的性質。IV.具有雙重換向方式的電磁泳顯示器(a)雙重換向方式/一個底部可換向磁性層本節說明圖4A的具有雙重方式的多色顯示器。為了說明，假設微粒是白色、帶正電、并且也是磁化的。微粒分散于澄清的有色溶劑中，并且盒的背景是黑色。因此，當微粒是在頂部時，透過頂部觀察側看到白色。當微粒是在底部時則看到溶劑的顏色，并且當微粒遷移到側電極時從觀察側就看到黑色(也就是盒的背景色)。
為了示范說明，本說明中的驅動電壓是40V。起初所有頂部行電極都重設為0V，底部電極重設為40V，并且將底部可換向磁性層斷開。其結果是，所有微粒遷移到盒的頂部，這導致從觀察側看到白色。
當一行正被掃描時(掃描行)，40V的驅動電壓施加于頂部行電極，并且關斷該行的磁性層。
當40V的電壓同時施加于盒A的底部中心電極和兩個側電極時(見圖8A)，在盒中沒有任何正偏壓或負偏壓。然而，由于微粒的雙穩定性，微粒保持在頂部，并且透過觀察側可看到白色。
在圖8B的盒B中，10V的電壓同時施加于中心電極和兩個側電極，產生了30V的正偏壓，該偏壓把微粒向下拉，其結果是從觀察側看到溶劑的顏色。
在圖8C的盒C中，40V的電壓施加于中心電極以及10V的電壓施加于側電極，由于產生的電場，使微粒遷移到側電極，這導致從觀察側看到黑色的背景顏色。
當盒B和盒C中的大多數微粒是靠近或已經遷移到其目的地時，施加于掃描行的中心電極和側電極的電壓都設定為0V。現在接通磁性層，在底部的微粒因此被微粒和底部磁性層之間形成的磁場所吸引。結果就降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
對于非掃描行而言，底部磁性層斷開，并且0V的電壓施加于頂部行電極，這導致所有微粒受到向盒頂部的偏壓并保持在盒的頂部。
一行被掃描后，該行變成已掃描行，同時下一行正被掃描。對于已掃描行而言，在底部電極層下面的磁性層被接通，并且已掃描的盒可以是白色、彩色、或黑色狀態。0V的電壓施加于已掃描行的頂部行電極。底部列電極和兩個側電極的電壓依據掃描行上所驅動的狀態而變化，因此產生如下所述的9種可能的情況。已掃描行中的微粒應保持在掃描期間所設定的位置。
1)在圖8A的盒A中，現將0V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件40V+“閾值電壓”≥Vtm
當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件10V+“閾值電壓”≥Vtm當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件40V+“閾值電壓”≥Vtm2)在圖8B的盒B中，現將0V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥40V當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥10V當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥40V3)在圖8C的盒C中，現將0V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥40V當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥10V當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥10V在該實施例中，微粒材料的閾效應和磁場強度必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥40V10V+“閾值電壓”≥Vtm如果微粒的閾效應為5V的電場強度，那么Vbm必須等于或大于35V，并且Vtm必須等于或小于15V。因此一般而言，頂部磁力必須小于底部磁力。實際上，它們的準確強度可由固有的微粒閾效應和設定的驅動電壓來決定。
(b)雙重換向方式/兩個可換向磁性層在第二個可選擇的具體實施例中，電磁泳顯示器與圖4A設計的不同之處在于它在頂部行電極的上面具有一個額外的可換向磁性層。兩個可換向磁性層所產生的磁場方向相反。因此舉例來說，當磁性微粒是在頂部并且被頂部磁性層吸引(拉)到頂側時，雖然微粒和底部磁性層之間的磁力可以忽略，但是底部磁性層推動微粒并幫助微粒向頂側遷移。在此可選擇的設計中，初始狀態所有的頂部行電極也都重設為0V，并且所有底部電極都重設為40V。在重設期間，接通所有的頂部磁性行并斷開所有的底部磁性層。其結果是，所有微粒移動到頂部并從觀察側看到白色。
當一行正被掃描時(掃描行)，40V的驅動電壓施加于頂部行電極，并且斷開頂部和底部磁性層。施加于底部中心電極和側電極的電壓示于圖8A、8B、和8C中。因此，同樣如圖8A、8B、和8C所示，盒可以具有改變的顏色。
當大多數微粒靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于掃描行的頂部行電極、底部中心電極和側電極的電壓都設定為0V。頂部磁性層和底部磁性層都接通。在頂部的微粒被微粒和頂部磁性層之間形成的磁場所吸引，并且在底部的微粒也被微粒和底部磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
對于非掃描行而言，磁性層被關斷，并且0V的電壓施加于頂部行電極，這導致所有微粒受到向盒頂部的偏壓并保持在盒的頂部。
一行被掃描后，該行變成已掃描行，同時下一行正被掃描。對于已掃描行而言，頂部和底部磁性層都被接通。20V的電壓施加于已掃描行的頂部行電極。
底部列電極和兩個側電極的電壓依據掃描行上所驅動的狀態而變化，因此產生如下所述的9種可能的情況。已掃描行中的微粒必須保持在掃描期間所設定的位置。
1)在圖8A的盒A中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，微粒保持在電極的頂部。
當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V2)在圖8B的盒B中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在底部。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持覆蓋底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30V
3)在圖8C的盒C中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在側電極。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，微粒保持在側電極。
考慮到所有上述情況，微粒材料的閾效應和磁場強度必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30VVtm+“閾值電壓”≥10V如果微粒的閾效應為5V的電場強度，那么Vbm必須等于或大于25V，并且Vtm必須等于或大于5V。一般而言，頂部和底部磁場強度可依據微粒閾效應和設定的驅動電壓來改變。
(c)雙重換向方式/一個頂部永久性磁性層和一個底部可換向磁性層在此具體實施例中，一個永久性磁性層是在盒頂部的上面，一個可換向磁性層是在底部電極層的下面。兩個磁性層所產生的磁場方向相反。因此舉例來說，當磁性微粒被頂部磁性層吸引(拉)到頂側時，雖然微粒和底部磁性層之間的磁力可以忽略，但是底部磁性層推動微粒并幫助微粒向頂側遷移。在此可選擇的設計中，初始狀態時所有的頂部行電極也都重設為0V，并且所有底部電極都重設為40V。在重設期間，關斷所有的底部磁性行。其結果是，所有微粒移動到頂部并從觀察側看到白色。
當一行正被掃描時(掃描行)，40V的驅動電壓施加于頂部行電極，并且關斷底部磁性層。施加于底部中心電極和側電極的電壓示于圖8A、8B、和8C中。因此，同樣如圖8A、8B、和8C所示，盒可以具有變化的顏色。
當施加于底部中心電極和側電極的電壓都在10V或分別在10V-40V-10V時，為使微粒遷移到底部電極或側電極，必須滿足下述條件30V＞Vtm+“閾值電壓”當大多數微粒靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于掃描行的頂部行電極、底部中心電極、和側電極的電壓都設定為0V，并接通底部可換向磁性層。在頂部的微粒被微粒和頂部磁性層之間形成的磁場所吸引，并且在底部的微粒被微粒和底部磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
對于非掃描行而言，磁性層被關斷，并且0V的電壓施加于頂部行電極，這導致所有微粒受到向盒頂部的偏壓并保持在盒的頂部。
一行被掃描后，該行變成已掃描行，同時下一行正被掃描。對于已掃描行而言，頂部和底部磁性層都被接通。20V的電壓施加于已掃描行的頂部行電極。底部列電極和兩個側電極的電壓依據掃描行上所驅動的狀態而變化，因此產生如下所述的9種可能的情況。已掃描行中的微粒必須保持在掃描期間所設定的位置。
1)在圖8A的盒A中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，微粒保持在電極的頂部。
當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V2)在圖8B的盒B中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在底部。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持覆蓋底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30V
3)在圖8C的盒C中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在側電極。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，微粒保持在側電極。
考慮到所有上述情況，微粒材料的閾效應和磁場強度必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30VVtm+“閾值電壓”≥10V30V＞Vtm+“閾值電壓”在該實施例中，如果微粒的閾效應為5V的電場強度，那么Vbm必須等于或大于25V，并且Vtm必須等于或大于5V，但小于25V。一般而言，頂部和底部磁場強度可依據微粒閾效應和施加的驅動電壓來改變。
(d)雙重換向方式/兩個永久性磁性層在此具體實施例中，一個永久性磁性層是在盒頂部的上面，一個永久性磁性層是在底部電極層的下面。兩個磁性層所產生的磁場方向相反。因此舉例來說，當磁性微粒被頂部磁性層吸引(拉)到頂側時，雖然微粒和底部磁性層之間的磁力可以忽略，但是底部磁性層推動微粒并幫助微粒向頂側遷移。在此可選擇的設計中，初始狀態所有的頂部行電極也都重設為0V，并且所有底部電極都重設為40V。其結果是，所有微粒移動到頂部并從觀察側看到白色。
當一行正被掃描時(掃描行)，40V的驅動電壓施加于頂部行電極。施加于底部中心電極和側電極的電壓示于圖8A、8B、和8C中。因此，同樣如圖8A、8B、和8C所示，盒可以具有改變的顏色。
當底部中心電極和側電極都設在10V或分別在10V-40V-10V時，為使微粒遷移到底部電極或側電極，必須滿足下述條件30V＞Vtm+“閾值電壓”當大多數微粒是靠近或已經遷移到其目標位置時，施加于掃描行的頂部行電極、底部中心電極、和側電極的電壓都設定為0V。在頂部的微粒被微粒和頂部磁性層之間形成的磁場所吸引，并且在底部的微粒被微粒和底部磁性層之間形成的磁場所吸引。結果降低了屏蔽效應，微粒堆積得更密，并保持在所希望的位置。
對于非掃描行而言，0V的電壓施加于頂部行電極，這導致所有微粒受到向盒頂部的偏壓并保持在盒的頂部。
一行被掃描后，該行變成已掃描行，同時下一行正被掃描。對于已掃描行而言，20V的電壓施加于已掃描行的頂部行電極。底部列電極和兩個側電極的電壓依據掃描行上所驅動的狀態而變化，因此產生如下所述的9種可能的情況。已掃描行中的微粒必須保持在掃描期間所設定的位置。
1)在圖8A的盒A中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，微粒保持在電極的頂部。
當列電極和側電極都在10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持在頂部，必須滿足下述條件Vtm+“閾值電壓”≥10V2)在圖8B的盒B中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在底部。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，為使微粒保持覆蓋底部，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30V3)在圖8C的盒C中，現將20V(而不是40V)的電壓施加于頂部行電極，而列電極和側電極可以都在40V、都在10V、或分別在10V-40V-10V，這依施加于掃描行的電壓而定。
當列電極和側電極都在40V時，為使微粒保持在側電極，必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥20V當列電極和側電極都在10V時，微粒保持在側電極。
當列電極和側電極分別設在10V-40V-10V時，微粒保持在側電極。
考慮到上述所有情況，微粒材料的閾效應和磁場強度必須滿足下述條件Vbm+“閾值電壓”≥30VVtm+“閾值電壓”≥10V30V＞Vtm+“閾值電壓”在該實施例中，如果微粒的閾效應為5V的電場強度，那么Vbm必須等于或大于25V，并且Vtm必須等于或大于5V，但小于25V。實際上，頂部和底部磁場強度可依據微粒閾效應和施加的驅動電壓來改變。
為了便于說明，上述所有具體實施例中都是使用白色、帶正電的磁性微粒來說明。應該理解本發明并不僅局限于這種類型的微粒。本發明還有許多其他有用的微粒系統。這類微粒系統非限定性地包括1.黑色微粒和白色或其他有色微粒在無色澄清溶劑中的混合物，其中該黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而白色或其他有色微粒是不帶電荷的并且沒有磁性；或
2.黑色微粒和白色或其他有色微粒在澄清無色溶劑中的混合物，其中所述黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而白色或其他有色微粒沒有磁性并且帶有與黑色微粒相反的電荷；或3.黑色微粒和白色或其他有色微粒在無色澄清溶劑中的混合物，其中所述黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而白色或其他有色微粒沒有磁性并且帶有與黑色微粒相同電性但不同水平的電荷。
如所說明的，本發明的所有可選擇的設計可以容易地實施。磁性層的磁場強度可以依據微粒材料的閾效應和操作期間施加的驅動電壓來改變。本發明范圍內的各種設計有許多優點。例如，由于磁性層的存在，降低了閾值要求。當設計有兩個磁性層時，磁場是當微粒靠近電極時接通。因為在其他行正被掃描時，磁場在非掃描期間繼續吸引微粒，所以此特點降低了換向時間。電場可在“屏蔽效應”發生之前斷開。磁場繼續拉動和堆積微粒，顯著地改善了對比度。
所以，希望本發明的范圍是在現有技術所允許的前提下，按照下面權利要求的范圍，并以說明書為依據。
權利要求
1.一種電磁泳顯示器，包括a)一個頂部電極層和一個底部電極層，至少其中之一是透明的；b)填充以分散于溶劑中的帶電磁性微粒的盒陣列；以及c)至少一個磁性層。
2.根據權利要求1所述的顯示器，其具有傳統的上/下換向方式，并且其中所述一磁性層是可換向的并置于所述底部電極層。
3.根據權利要求1所述的顯示器，其具有傳統的上/下換向方式和兩個磁性層。
4.根據權利要求3所述的顯示器，其中所述磁性層之一是置于所述頂部電極層，以及另一磁性層是置于所述底部電極層。
5.根據權利要求4所述的顯示器，其中所述兩個磁性層都是可換向的。
6.根據權利要求4所述的顯示器，其中所述頂部磁性層是永久性的，而所述底部磁性層是可換向的。
7.根據權利要求4所述的顯示器，其中所述兩個磁性層都是永久性的。
8.根據權利要求1所述的顯示器，具有雙重換向方式，因此所述底部電極層包括中心電極和兩個側電極。
9.根據權利要求8所述的顯示器，具有雙重換向方式，其中所述一磁性層是可換向的并置于所述底部電極層。
10.根據權利要求8所述的顯示器，具有雙重換向方式和兩個磁性層。
11.根據權利要求10所述的顯示器，其中所述磁性層之一是置于所述頂部電極層，而另一磁性層是置于所述底部電極層。
12.根據權利要求11所述的顯示器，其中所述兩個磁性層都是可換向的。
13.根據權利要求11所述的顯示器，其中所述頂部磁性層是永久性的，而所述底部磁性層是可換向的。
14.根據權利要求11所述的顯示器，其中所述兩個磁性層都是永久性的。
15.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性的帶電荷微粒是白色并且分散于黑色或彩色溶劑中。
16.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述微粒是黑色微粒和白色或其他有色微粒在無色澄清溶劑中的混合物，所述黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而所述白色、或其他有色微粒是不帶電荷的并且沒有磁性。
17.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述微粒是黑色微粒、和白色、或其他有色微粒在無色澄清溶劑中的混合物，所述黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而所述白色或其他有色微粒沒有磁性并且帶有與所述黑色微粒相反的電荷。
18.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述微粒是黑色微粒和白色或其他有色微粒在無色澄清溶劑中的混合物，所述黑色微粒是帶電荷的并具有磁性，而所述白色、或其他有色微粒沒有磁性并且帶有與所述黑色微粒相同電性但不同電量的電荷。
19.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述至少一磁性層產生了磁場。
20.根據權利要求19所述的顯示器，其中所述磁場的強度取決于微粒閾效應和施加于所述電極層的驅動電壓。
21.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性微粒是順磁性的、鐵磁性的、反鐵磁性的、或亞鐵磁性的微粒。
22.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性微粒是由選自γ三氧化二鐵、針狀磁鐵礦、鈷改性的或吸附性的三氧化二鐵、非定比三氧化二鐵、二氧化鉻、金屬或合金和有機多基組成的組。
23.根據權利要求22所述的顯示器，其中所述金屬或合金是不銹鋼、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Co-Cr、或Fe-Co-V合金。
24.根據權利要求22所述的顯示器，其中所述有機多基是選自由側鏈上帶有有機基團的聚合物、帶有有機基團的主鏈共軛聚合物、二維多基、含有順磁金屬卟啉作為側鏈的聚合物、和主鏈中含有順磁金屬離子的聚合物組成的組。
25.根據權利要求24所述的顯示器，其中所述順磁金屬離子是Cu(II)、Ni(II)、Mn(II)、或VO(II)。
26.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性微粒是用磁性外殼通過涂布或微膠囊化而磁化的微粒。
27.根據權利要求26所述的顯示器，其中所述磁性外殼選自由γ三氧化二鐵、針狀磁鐵礦、鈷改性或吸附性的三氧化二鐵、非定比三氧化二鐵、二氧化鉻、金屬或合金和有機多基組成的組。
28.根據權利要求27所述的顯示器，其中所述有機多基選自由側鏈上帶有有機基團的聚合物、帶有有機基團的主鏈共軛聚合物、二維多基、含有順磁金屬卟啉作為側鏈的聚合物、和主鏈中含有順磁金屬離子的聚合物組成的組。
29.根據權利要求28所述的顯示器，其中所述金屬或合金選自由Ni、Cu、Co、Fe、Cr、Fe-Co、Fe-Ni、Fe-Co-Ni、Co-Ni、Co-Cr、和Fe-Co-V合金組成的組。
30.根據權利要求29所述的顯示器，其中所述金屬或合金外殼是通過噴鍍、真空淀積、電淀積、電鍍、或無電鍍涂布到所述微粒上。
31.根據權利要求26所述的顯示器，其中所述磁性外殼是通過微膠囊化方法涂布于所述微粒上的磁性聚合物外殼。
32.根據權利要求31所述的顯示器，其中所述磁性聚合物外殼選自由下述的聚合物組成的組側鏈上帶有有機基團的聚合物、帶有有機基團的主鏈共軛聚合物、二維多基、含有順磁金屬卟啉作為側鏈的聚合物、和主鏈上含有順磁金屬離子的聚合物。
33.根據權利要求32所述的顯示器，其中所述順磁金屬離子是Cu(II)、Ni(II)、Mn(II)、或VO(II)。
34.根據權利要求31所述的顯示器，其中所述微膠囊化方法是相分離、簡單和復雜的凝聚、界面聚合或交聯、原位聚合或交聯、噴霧干燥、流化床干燥、銳孔、或液內固化或硬化。
35.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性微粒是包含有分散于聚合物基質中的磁性材料的微膠囊。
36.根據權利要求35所述的顯示器，其中所述微膠囊進一步包括顏料或染料。
37.根據權利要求36所述的顯示器，其中所述顏料是白色的TiO2或ZnO。
38.根據權利要求36所述的顯示器，其中所述顏料是彩色的。
39.根據權利要求1所述的顯示器，其中所述磁性微粒是彩色、或黑色。
40.根據權利要求39所述的顯示器，其中所述黑色磁性微粒是由γ三氧化二鐵、針狀磁鐵礦、鈷改性或吸附性的三氧化二鐵、非定比三氧化二鐵、或二氧化鉻制成。
全文摘要
本發明涉及電磁泳顯示器，尤其涉及一種具有傳統的上/下換向方式或雙重換向方式的電磁泳顯示器。顯示盒填充以電磁泳分散體，其包括懸浮在溶劑中的微粒，所述微粒是帶電荷的并同時也是磁化的。本發明的顯示器可避免微粒在盒中不希望的遷移。磁性層產生的磁力使無需提供給盒足夠高的閾值電壓以避免串擾效應和/或交叉偏壓效應。此外，雙重換向方式允許微粒在上/下方向以及面內方向移動，因此可以以極低的成本提供高顏色質量的多色顯示器。
文檔編號G02F1/17GK1453621SQ02131638
公開日2003年11月5日 申請日期2002年9月12日 優先權日2002年4月23日
發明者鐘冶明, 梁榮昌 申請人:希畢克斯影像有限公司