电泳显示装置及制造该装置的方法.pdf

本发明涉及包含一个或多个像素(20、42)的电泳显示面板(11)，所述像素包含具有分散的带电粒子(30)的流体以及封闭该流体的聚合物壁(21、44)。本发明还涉及包含一个或多个像素(20、42)的电泳显示面板(11)的制造方法，包含步骤：提供包含具有分散的带电粒子(30)的流体以及光可聚合物质的材料系统；将所述材料系统的一个或多个选定部分暴露于辐射，从而通过聚合所述光可聚合物质形成封闭该流体的聚合物壁(21、44)。

1.  一种电泳显示面板(11)，包含一个或多个像素(20、42)，所述像素包含具有分散的带电粒子(30)的流体以及封闭该流体的聚合物壁(21、44)。

2.  根据权利要求1的电泳显示面板(11)，其中所述显示面板(11)包含所述像素(20、42)的电极(31)，且所述聚合物壁(21、44)在所述电极(31)之间延伸。

3.  根据权利要求1的电泳显示面板(11)，其中所述显示面板(11)包含所述像素(20、42)的电极(31)，所述显示面板(11)在所述电极(31)之间基本上没有所述分散的带电粒子(30)。

4.  根据权利要求1的电泳显示面板(11)，其中所述电泳显示面板(11)包含基板(46)，所述基板(46)和所述聚合物壁(44)整体形成。

5.  一种显示装置(10)，包含根据权利要求1的电泳显示面板(11)，以及将图像信息提供给所述显示面板(11)的电路。

6.  一种制造包含一个或多个像素(20、42)的电泳显示面板的方法，包括步骤：
提供包含具有分散的带电粒子(30)的流体以及光可聚合物质的材料系统；
将所述材料系统的一个或多个选定部分暴露于辐射，从而通过聚合所述光可聚合物质而形成封闭该流体的聚合物壁(21、44)。

7.  根据权利要求6的方法，进一步包含步骤：在所述材料系统上或上方形成电极结构(31)以定义所述选定部分，并将所述材料系统的所述选定部分暴露于所述辐射以形成所述聚合物壁(21、44)。

8.  根据权利要求6的方法，进一步包含步骤：通过施加电压定位所述分散的带电粒子(30)以定义所述选定部分，并将由此定义的所述材料系统的所述选定部分暴露于所述辐射以形成所述聚合物壁(21、44)。

9.  根据权利要求6的方法，其中所述材料系统包含溶剂，且在所述溶剂处于液晶状态的温度下进行在所述辐射下的暴露。

10.  根据权利要求6的方法，其中所述材料系统进一步包含聚合抑制剂。

11.  根据权利要求6的方法，进一步包含步骤：在基板(22、40)上或上方提供所述材料系统，并通过将所述材料系统暴露于辐射而由所述材料系统形成对置基板(46)。

12.  根据权利要求6的方法，进一步包含步骤：在衬底(20、44)上或上方提供所述材料系统，用第一辐射束(43)辐射所述材料系统以形成所述聚合物壁，并用第二辐射束(45)辐射所述材料系统以形成对置基板(46)。

电泳显示装置及制造该装置的方法
本发明涉及包含一个或多个像素的电泳显示装置，其中所述像素包含具有分散的带电粒子的流体。
WO 01/02899公开了包含囊层的电泳介质。每个囊包含液体以及置于该液体内的粒子，施加电场时所述粒子能够在囊内运动。在通过多个隔离物彼此分开的基板之间提供这些囊。该隔离物由诸如聚合材料的透明材料制成。该囊封的电泳介质用于制作电泳显示器。
和现有技术显示面板相关的问题为，包含流体以及分散的粒子的囊的尺寸通常不均匀。因此，施加电压会对每个囊产生不同的电场，使得不同囊之间的光学性能可能互不相同。由于一个像素通常包含若干囊，证明难以产生灰度级。
本发明的目标是提供就光学行为而言可以得到更好控制的电泳显示面板。
通过包含封闭流体的聚合物壁的电泳显示面板可实现该目标。由于是由封闭具有分散粒子的流体的聚合物壁确定像素，不再需要囊，由此导致对该像素以及包含这种像素的显示面板的光学行为的更好的控制。
在从属权利要求中定义该电泳显示面板的优选实施例。
本发明还涉及一种显示装置，该显示装置包含这种电泳显示面板以及将图像信息提供给所述显示面板的电路。该装置包括要求最佳清晰度的手提装置，例如个人数字助理(PDA)和电子书。
本发明进一步涉及包含一个或多个像素的电泳显示面板的制造方法，包含步骤：
-提供包含具有分散的带电粒子的流体以及光可聚合物质的材料系统；
-将所述材料系统的一个或多个选定部分暴露于辐射，从而通过聚合所述光可聚合物质而形成封闭该流体的聚合物壁。
在该方法中，该可聚合物质将扩散离开将用作有源像素区域的区域以形成聚合物壁。由于是由封闭具有分散粒子的流体的聚合物壁确定像素，不再需要囊，由此导致对该像素以及包含这种像素的显示面板的光学行为的更好的控制。
在本发明优选实施例中，该方法进一步包含步骤：在该材料系统上或上方形成电极结构以定义选定部分，并将所述材料系统的所述选定部分暴露于所述辐射以形成所述聚合物壁。通过辐射该系统，只有电极结构之间的区域被辐射，使得聚合将基本上只发生于这些区域。注意，可替代的方案是提供单独的光掩模来定义待辐射的选定部分，以便形成聚合物壁。然而，在使用像素的电极结构时，获得自对准的掩模。如果在该材料系统上直接定义电极结构，则可获得增强的分辨率以及更精细的图形化。
在本发明的一个实施例中，该方法进一步包含步骤：通过施加电压定位分散的带电粒子以定义所述选定部分，并将由此定义的所述材料系统的所述选定部分暴露于所述辐射以形成所述聚合物壁。这些粒子可遮挡其下的区域免受辐射。可聚合物质扩散到被辐射区域以构成确定像素的聚合物壁。在本实施例中，由该材料系统本身定义选定部分，由此导致最佳的分辨率。注意，在暴露于辐射期间，无需在该系统上维持所施加的电压，因为对于双稳态流体，这些粒子在撤除电压之后会保持原位。还应注意，使用分散的带电粒子定义选定部分，可以和光掩模或如前一段中所述的使用电极结构定义选定部分相结合。
在本发明的一个实施例中，该方法进一步包含步骤：在基板上或上方提供所述材料系统，并通过将所述材料系统暴露于辐射而由所述材料系统形成对置基板。该方法也称为光感应分层，即相分离成分层结构。在该实施例中，对置基板作为像素顶部上的硬聚合物薄膜从该材料系统获得。优选地，该材料系统首先暴露于第一辐射束以制造聚合物壁。该第一辐射束具有适于定义聚合物壁并避免开始分层的诸如强度和波长的参数。随后，施加具有不同参数的第二辐射束以形成对置电极。该工艺导致形成了填充有具有分散的带电粒子的流体的聚合物盒子。这些盒子包含由第一辐射束形成的聚合物壁，以及通过暴露于第二辐射束(即分层工艺)获得的聚合物覆盖子。
在本发明的一个实施例中，该材料系统包含聚合抑制剂以最小化未直接暴露于辐射地区域内的聚合。这种材料系统是优选的，因为在辐射过程中辐射束会在像素结构内反射，导致在非所要求的区域内发生聚合反应。对于低强度辐射束该优点更是明显。
在本发明的一个实施例中，该流体为液晶。在聚合步骤期间，由于存在单体而将液晶相和初始各向同性混合物分离。液晶被相分离这一事实加强了在壁形成期间的相分离过程，但是特别是在分层步骤期间，由于液晶的弹力，使得也包含带电粒子的液体区域保持没有聚合物。现在形成的显示器包含带电粒子，这些带电粒子在电场作用下在液晶液体中运动。由于液晶的剪切粘度低，这同样会增强显示器的切换特性。
在本发明的又一个实施例中，在低温下通过辐射形成液晶相只发生于低于显示器的实际工作温度的温度下，例如-20℃。通过加热至工作温度，例如室温，该液晶再次变为各向同性，此刻则起着常规液体的作用。在这种情形中，液晶相有助于使液晶区域不形成潜在的聚合物。
US 6,097,458公开了反射液晶显示器，其中显示介质包含液晶材料和聚合物壁。该聚合物壁为壁状的聚合物材料刚性结构，用于分隔各像素。然而该申请书既没有涉及电泳显示器，也没有公开这种显示器的光学行为控制方面的像素内的囊的问题。
将参考示出了本发明优选实施例的附图进一步阐述本发明。可以理解，根据本发明的装置和方法并不限于该具体和优选的实施例。
附图中：
图1示出了从现有技术已知的电泳显示面板；
图2示出了包含具有根据本发明的像素的显示面板的电子装置；
图3示出了根据本发明第一实施例制造的多个像素；
图4示出了根据本发明第二实施例制造的多个像素；
图5示出了1，2二苯乙烯-二甲基丙烯酸酯(stilbene-dimethacrylate)分子和这种分子的吸收谱；以及
图6示出了根据本发明第三实施例制造的像素。
图1示出了包含多个像素2的现有技术显示面板1。像素2包含夹在两个基板4之间的多个囊3。囊3嵌在聚合物粘合剂5中。囊3包含溶剂6和带电粒子7，用相应符号表示带电粒子的电荷。通过施加电场，可使这些粒子朝向衬底和远离衬底运动。通过使带正电的粒子为黑色，带负电的粒子为白色，这种电场可用于获得诸如将该显示面板1从黑色转变成白色的光学效果。
在图1中示意性地示出，和这种显示面板1相关的问题为囊3的尺寸并不均匀。这意味着对于所有的囊3而言，囊3上的电压降不是常数，使得各个囊之间的电光性能互不相同。一个囊3从黑色转变为白色的电压或电场可能不同于另一个囊3。由于单个像素2通常包含不止一个囊3，如图虚线所示，证实了难以产生灰度级。像素2内的囊3的不均匀性限制了可能的灰度级的数目。此外，像素2包含若干囊3这一实际情况增加了像素2内的囊壁8。这些壁8限制了在该显示面板1中可获得的最大反射率。
图2示出了包含根据本发明的显示面板11和控制特征12的装置10。显示面板11为电泳显示面板。装置10例如可指电子书。从亮度和对比度而言，电泳显示面板通常比液晶显示器(LCD)更加清晰可见。此外已经证明，在来自各种方向的入射环境光下可以容易看清楚该电泳显示面板11。
图3A示出了制作由聚合物壁21确定的电泳显示面板11的像素20的制作步骤截面图，图3B为该步骤的示意性俯视图。该材料系统包含例如溶剂(诸如碳氢化合物和碳氟化合物的混合物)、带正电的黑色素粒子(例如碳黑)、带负电的白色素粒子(例如TiO₂)、以及荷电剂(chargingagent)(例如气溶胶OT(AOT)、Aldrich的二(2-乙基己基)磺基丁二酸钠(C2OH37O7SNa)、或聚异丁烯丁二酰亚胺)。此外添加了光引发剂和可聚合物质。该材料系统为例如80wt％(CB6，碳氢化合物溶剂(Calcomp)中5wt％碳黑粒子)、15.1wt％的丙烯酸异冰片酯单体、4wt％R-684二甲基丙烯酸酯单体(交联剂)、0.5％的Darocure 4265(光引发剂)。首先在设有间距为例如20μm的ITO电极的两个玻璃基板22、23之间涂敷该混合物。该材料系统的选定部分随后通过直接涂敷在上基板22上并定义选定部分的掩模25暴露于UV辐射24。在该UV曝光期间，在该单元上保持5V直流的电场。结果，碳黑粒子朝下基板23运动。这样做的目的是最小化粒子对扩散过程的影响并使UV光线的散射最小。这样被辐射的系统分离该材料系统，使得可聚合物质(即单体)扩散远离有源像素区域20以形成封闭该流体的聚合物壁21。在掩模25为透明的区域内观察到壁的形成。当在ITO电极上施加正/负电场后，存在于被掩模遮挡的区域中的粒子可在该单元内上下运动。所得到的显示面板11具有由聚合物壁21确定的像素20的矩阵结构。
除了碳氢化合物溶剂，还可以使用液晶溶剂。使用液晶可能有助于改善该显示器中的双稳性。施加电压时液晶对准，带电粒子可容易地沿垂直于基板22、23的液晶分子的长轴方向运动。不施加电压时，液晶可形成随机取向的畴或者平行于基板22、23对齐。
使用液晶溶剂可能降低显示面板11的对比度，因为分散的带电粒子(未示出)周围的折射率的变化会引起入射光散射。通过使用具有低的双折射的液晶，可降低该散射效应。可以使用下述材料系统：80wt％的液晶E7(Merck)、15.3wt％丙烯酸异冰片酯单体、4wt％R-684(Kayarad)二丙烯酸酯单体、0.2wt％TEMPO(抑制剂)、0.5％Darocure 4265光引发剂(Ciba-Geigy)。为了获得电泳显示器，粒子必须在像素20内。将上述混合物和例如碳黑粒子混合可实现这一点。这些粒子的表面优选地被化学改性以获得稳定的分散，从而避免在相分离之前和之后这些粒子的聚结和沉淀。
另一个选择是使用在显示器件10工作温度下是各向异性并在更低的温度下为液晶的液晶。随后在这些低温下，利用在相分离期间液晶弹性能的变化作为额外驱动力来执行显示面板11的制作工艺。
图4示出了本发明的第二实施例，其中通过将材料系统暴露于辐射24而制造两个像素20。基板22、23之间的材料系统包含具有分散的带电粒子30的流体以及用单体M表示的可聚合物质。此外，提供了电极结构31。
图4(A)和(B)示出了制造显示面板11的三种备选方法。不使用图3所示的光掩模25，图4首先示出了电极结构31可用于定义要暴露于辐射24的选定部分。由于入射的辐射束24’，该材料系统分离，使得单体M聚合在被曝光区域中以便形成封闭该流体的聚合物壁21(见图4B)。在此选择辐射波长，使得电极结构31吸收辐射24，且玻璃或塑料衬底22、23透射该辐射24。衬底22透射的光强和电极结构31透射的光之比为对比率。该对比率优选是足够高的，例如50。然而，当含有液体、单体、粒子等的混合物也含有聚合抑制剂时，较低的对比率也是有用的。聚合抑制剂使聚合介质对辐射强度的响应高度非线性。适当的波长为330nm。
其次，图4示出了分散的带电粒子30本身用作可切换掩模。这一点可如下实现：例如通过对电极结构31施加电压来对粒子30提供电场，使得例如带负电粒子30通过占据适当位置来定义选定部分。注意，对于双稳态溶剂的情形，无需连续施加电压，因为撤除电场之后粒子30仍保持在原来位置。
最后，分散带电粒子30和电极结构31都可用于定义选定部分。
对于图3和图4所示的实施例，在两个基板22、23之间提供材料系统。在本发明的第三实施例中，使用光感应分层提供基板。光感应分层为一种单基板技术，已在本申请人的WO 02/48281中得到描述。
图5示出了出于分层目的而向该材料系统添加的1，2二苯乙烯二甲基丙烯酸酯分子。该材料系统例如包含含有例如十二烷的溶剂的50wt％粒子、5wt％1，2二苯乙烯二甲基丙烯酸酯、44.5wt％甲基丙烯酸异冰片酯、以及0.5wt％光引发剂IRG651(Ciba-Geigy)。图5还示出了这种分子的光学吸收谱。
图6(A)示出单个衬底40，其中在该衬底上沉积了包含先前段落中所述的材料系统的薄膜41。诸如刮片技术或缝隙模压涂敷(slot diecoating)的薄膜制备技术可用于涂敷薄膜41，已知这些技术可快速地对小面积和大面积进行涂敷。
通过两步辐射工艺获得像素42。包括含有粒子的溶剂以及可聚合物质的材料系统被涂敷到玻璃基板40上形成厚度d约为20μm的薄膜41。湿薄膜41通过掩模25暴露于第一辐射束43，例如400nm的高强度光。如图5所示，该波长位于1，2二苯乙烯-二甲基丙烯酸酯的吸收区之外，因此在薄膜厚度d上不存在强度梯度。被曝光区域中的聚合导致形成聚合物壁44，如图6(B)所示。
随后，使未曝光区域暴露于第二辐射束45，例如340nm的UV光。在该波长下，1，2二苯乙烯-二甲基丙烯酸酯呈显著的吸收，如图5所示。选择更低的强度以减慢聚合物网络的形成，使该材料有时间沿垂直方向分层，如图6(C)所示。因此，光聚合主要发生于UV强度最高的区域，即靠近指向该UV源(未示出)的薄膜表面。这导致薄膜内的单体向上扩散且十二烷分子沿相反方向即朝向基板40扩散。因此，形成连续的硬聚合物薄膜作为对置基板46。在该过程期间，粒子(未示出)需固定在基板40上以防止其被捕获在聚合物顶层薄膜46内。通过在薄膜41上施加电场或磁场可实现这一点，例如通过电晕放电。
该工艺最终导致填充了含有粒子的溶剂的聚合物盒子的形成。这些盒子含有在第一相分离步骤中形成的聚合物壁44，以及在第二相分离步骤即分层步骤中形成的聚合物盖子46。
本发明不限于上述实施例，在权利要求范围内可以通过许多方式改变或扩展这些实施例，例如图6的实施例使用液晶溶剂来代替各向同性溶剂以增强相分离与/或改善显示面板11的双稳性。当在工作温度期间需要该溶剂的液晶态时，可以使用下述材料系统：50wt％的含有粒子的E7(Merck)、5wt％的1，2二苯乙烯-二甲基丙烯酸酯、44.5wt％甲基丙烯酸异冰片酯、以及0.5wt％光引发剂IRG651(Ciba-Geigy)。