电光显示器 背景技术 电泳是流体中的充电对象响应于电场的平移。 电泳墨可用作介质以使得能够实现 双稳定、 低功率型显示器。已经开发了使用夹在顶部和底部衬底上的平行电极之间的染色 流体和白色颗粒的电泳显示器。 当跨越染色流体横向地向衬底施加电场以使白色颗粒平移 至观看表面时， 显示器看起来是白色的。 当使电场反向以使白色颗粒远离观看表面平移时， 显示器看起来是染色流体的颜色。同样地， 还已开发了使用具有夹在顶部和底部衬底上的 平行电极之间的相反电荷的两个不同色彩颗粒 （例如， 带正电的白色颗粒和带负电的黑色 颗粒） 的清澈流体的电泳显示器。当观看侧的电极带负电时， 带正电的白色颗粒平移至观看 表面， 并且显示器看起来是白色的。 当观看侧的电极带正电时， 带负电的黑色颗粒平移至观 看表面， 并且显示器看起来是黑色的。使用平行电极以使颗粒横向地平移至顶部和底部衬 底的在先实施例不启用透明状态。 当顶面是色彩 A 时， 则底面将看起来是色彩 B， 反之亦然。
能够由 “平面内” 电泳显示器来启用透明状态， 其中， 电极被布置为施加基本上平 行于衬底的电场以使着色剂颗粒平移通过平行于衬底的清澈流体。这允许将着色剂颗粒 从显示器的观看区域中收集出来以产生透明状态。着色剂颗粒还可以跨越显示器的观看 区域散布而产生彩色状态。由于平面内电泳显示器所需的行进距离通常大得多， 所以开关 速度通常慢得多。减小行进距离对于给定电极宽度而言受到观看区域的通光孔径 （clear aperture） 限制。
此类显示器中的电泳墨的应用已经受到有限的移动性和不受控制的流体动力学 不稳定性的妨碍， 其中两者都对缓慢的开关速度有所贡献。 对于平面内电泳显示器而言， 附 加挑战包括在颜料被从观看区域收集出来时将其紧紧地压紧并将其完全从观看区域清除 出来以提供良好的对比度和亮度。
附图说明 图 1 描绘电光显示器的多个实施例中的流体中的着色剂颗粒的对流的概念图。
图 2A 和 2B 描绘在多个实施例中使用的电光显示器的暗状态和亮状态 （clear state） 的横截面图。
图 3A 和 3B 描绘用于显示器的点结构的两个实施例。
图 4 描绘用于显示器的点结构的另一实施例。
图 5 描绘用于显示器的线结构的一个实施例。
图 6 描绘用于显示器的线结构的另一实施例。
图 7 描绘亮状态下的显示器的一个实施例的横截面图。
图 8 描绘暗状态下的显示器的一个实施例的横截面图。
图 9 描绘具有分段或像素化顶部电极的显示器的一个实施例的横截面图。
图 10 描绘线结构的附加实施例。
图 11 描绘具有顶部和底部电极的一个实施例的多个彩色、 分段显示器。
图 12A ～ 12D 描绘堆叠显示元件的实施例的横截面和顶视图。
图 13 描绘显示器中的电介质层的替换实施例的横截面图。 图 14 描绘一个实施例的可单独寻址的分段或像素化点结构的顶视图和横截面图。 图 15 描绘一个实施例的具有金字塔形电介质层的可单独寻址的点结构的顶视图 和横截面图。
图 16 描绘使用具有加热元件或微机电元件或与电泳元件的组合的点结构的实施 例的横截面图。
图 17 描绘底层上的分段或像素化电极的一个实施例的横截面图。
图 18 描绘用于电子皮肤的阻挡电介质层的一个实施例的横截面图。
图 19 描绘用于多个着色剂的控制的点结构电极的一个实施例的横截面图。
图 20 描绘线结构显示元件的一个实施例的横截面图。
图 21 描绘点结构显示元件的一个实施例的横截面图。
具体实施方式
在本实施例的以下详细说明中， 对构成其一部分的附图进行参考， 并且在附图中， 以图示的方式示出了可以实施的本公开的特定实施例。 足够详细地描述了这些实施例以使 得本领域的技术人员能够实施本公开的主题。应理解的是可以利用其它实施例， 并且在不 脱离本公开的范围的情况下可以进行过程或机械更改。因此， 不应以限制性意义理解以下 详细说明， 并且仅仅由随附权利要求及其等价物来限定本公开的范围。
本实施例涵盖具有根据定义模式引发对流的能量梯度的显示元件。 可以控制该对 流， 从而使受此类能量源影响的着色剂种类移动。可以用包括机械力、 温度梯度、 化学势梯 度、 浓度梯度以及其它干扰的方法来引发该能量梯度。本实施例可以显现在其中用于引发 对流的装置包括电极、 动电元件、 加热元件、 微流元件、 微机电元件或化学反应的电光应用 中。用于控制对流的装置 （例如， 使电极的一部分暴露的图案化电介质层） 提供诸如电荷转 移的能量转移以控制着色剂种类的对流并因此控制种类的速度和方向。
随后描述的显示元件使用着色剂颗粒的平面外移动和平面内移动两者来提供期 望的光学外观。 电对流和电泳的动电原理被用于电光显示器以使带电着色剂颗粒在显示元 件内的载体流体中移动。显示元件可以是像素、 子像素、 超像素、 段或如随后描述的其它显 示元件。
通常， 着色剂颗粒可以具有在几纳米与几微米之间的尺寸， 并具有通过吸收和 / 或散射光谱的某些部分来改变入射光的光谱组成的性质。 结果， 颗粒看起来是彩色的， 这提 供期望的光学效果。在其它实施例中， 着色剂可以是染料， 其由单吸收分子组成。
图 1 举例说明电光显示元件中的载体流体中的着色剂颗粒的对流的一个实施例 的概念图。显示元件可以是段、 像素、 子像素或超像素 （即， 不止一个像素） 。该元件包括着 色剂颗粒从其进入元件显示体积 100 的源 103 和着色剂颗粒流到其中的槽 104。在元件操 作期间， 可以使源和槽的角色颠倒。换言之， 源可以变成槽且反之亦然。流线 101 举例说明 如载体流体的对流移动所描述的着色剂颗粒从源 103 至槽 104 的移动。
可以以许多方式来产生显示元件的对流气流。 对流是包括液体和气体的流体中的 分子的宏观移动。 对流是由引起流体的不同部分彼此相对移动产生对流气流的流体内部的不平衡体积力。如果流体的不同部分具有由例如局部加热引起的不同密度， 则对流可以在 重力下发生。如果在流体内部存在由局部化学反应、 局部加热或其它干扰产生的压力或浓 度梯度， 则也可以发生对流。如果在流体中存在由外部电场 （AC 或 DC） 和到流体中的电荷 注入引起的离子电流， 则也可以发生对流。移动的离子然后通过粘性阻力和已占体积效应 产生压力梯度。此类对流通常称为电对流。
图 2A 和 2B 举例说明用于在显示元件内产生对流的方法的一个示例。图 2A 举例 说明暗状态下的显示元件。图 2B 举例说明亮状态下的显示元件。两个图都使用透明顶部 电极 201 作为图 1 的概念上的 “源” 并使用另一电极 205 作为图 1 的概念上的 “槽” 。虽然 图2的 “源” 电极 201 随后被描述为是透明的， 但不要求本实施例使两个电极都是透明的。 “源” 或 “槽” 中的一个可以由不透明材料组成。
图 2A 和 2B 的实施例以及随后描述的实施例由在衬底上形成的 “槽” 电极 205 组 成， 在一个实施例中， 其被涂敷透明导电材料的连续膜。透明导电材料可以包括碳纳米管 层、 诸如 ITO（氧化铟锡） 的透明导电氧化物或诸如 PEDOT（聚 3,4- 乙烯二氧噻吩） 的透明 导电聚合物。替换实施例可以使用为器件提供适当导电率和透明度的其它材料。
在替换实施例中， 衬底可以涂敷有反射材料或由反射材料组成。 在另一实施例中， 衬底可以是不透明材料。在另一实施例中， 可以在电介质材料上形成光散射器。 在底部电极 205 上沉积了一层透明电绝缘材料 203（即， 电介质） 。电介质 203 被 图案化以在电极 205 上的电介质 203 中产生凹陷区域 210。
可以用许多不同的工艺来制造凹陷区域。 这些工艺包括用母板或印花进行压花或 压印或电介质层 203 的蚀刻。凹陷区域可以是任何尺寸和 / 或形状。
在不同实施例中， 仅在电介质层的凹陷区域内限定电极。在此类实施例中， 首先 在绝缘衬底的顶部上对电介质层 203 进行沉积和图案化， 并且然后在凹陷区域内部形成电 极， 例如用无电沉积或用另一适当方法。在替换实施例中， 首先将底部电极层 205 图案化成 电极集合， 并且然后沉积电介质层 203 并直接在电极的顶部上形成凹陷区域 210。 可以例如 用光刻法来实现用于后一操作的对准。
由透明 “源” 电极 201 的形成来完成显示元件， 透明 “源” 电极 201 被形成为远离 电介质层 203 固定的距离以因此形成保持载体流体的显示体积 204。 “源” 电极 201 被可以 包括支柱、 壁和 / 或隔离珠的机械止动块 （未示出） 的网络保持在固定距离上。可以通过诸 如光致抗蚀剂或印花树脂的材料的压花、 压印、 成型或光刻来形成机械止动块。
图 2A 和 2B 的载体流体以及随后描述的实施例可以包括极性流体 （例如水） 和非极 性流体 （例如十二烷） 。另外， 可以使用诸如液晶的各向异性流体。该流体可以包括诸如盐、 充电剂、 稳定剂和分散剂的表面活性剂。 在一个实施例中， 该表面活性剂提供作为能够通过 离子质量运送来维持电流的电解液的流体。
载体流体中的着色剂颗粒在电对流显示器的情况下包括充电材料。 着色剂颗粒材 料应能够无止境地保持稳定的电荷， 使得元件的重复操作不影响着色剂颗粒上的电荷。然 而， 依照各种实施例， 可以使用具有保持稳定电荷的有限能力的着色剂颗粒材料， 同时其保 持其电荷。
在图 2A 所示的元件的暗状态下， 着色剂颗粒相对均匀地遍布于元件的显示体积 204 以吸收入射光并产生暗光学外观。可以防止或也可以不防止着色剂颗粒占据电介质层
203 中的一个或多个凹陷区域 210。
为了切换元件， 在两个电极 201、 205 之间施加电势差 V。这导致如图 2B 所示的元 件的主孔径的清空。 箭头的横向实线指示电场线且通向凹陷区域的箭头指示着色剂颗粒跟 随静电和对流流动的流动。使着色剂颗粒压紧在凹陷区域中随后被称为亮状态。
即使电势差引起流体的离子和对流流动， 带电着色剂颗粒也不遵循电场线 （实 线） 。带电着色剂颗粒实际上遵循如图 2B 的虚线所示的对流的线。在这方面， 该流动不完 全是电泳的。 在纯电泳流动下， 着色剂颗粒将被垂直地向下拉， 直到在电介质的顶部边界处 停止， 但通常不会在平面内移动。
在一个实施例中， 对流是由载体流体中的离子质量运送和载体流体与电极之间的 电荷转移引起的。 电荷转移可能在载体流体通过与电极直接接触被耦合到电极或被包括一 个或多个材料的中间层与电极分离时发生。在后一种情况下， 中间层的内部导电性促进电 荷转移， 体积的或经由针孔及其它缺陷。
在替换实施例中， 对流是由载体流体中的离子质量运送引起的瞬态效应， 但没有 载体流体与电极之间的电荷转移。在这种情况下， 对流继续有限的时间量并促进凹陷区域 中的着色剂颗粒的压紧。 然后， 着色剂颗粒被通过与电极耦合产生的静电力包含在凹陷中。 为了使显示元件从亮状态切换至暗状态， 使电压的极性反向。这沿相反的方向引 发对流， 并且着色剂颗粒不再被电学地包含在凹陷中。 结果， 着色剂颗粒质量运送到显示体 积， 并且然后相对均匀地遍布于显示体积。
还可以用其它手段来引发显示元件内的对流。例如， 可以由动电手段、 机械手段 （例如， 机械活塞） 、 温度梯度 （例如， 源和槽的加热、 聚焦辐射） 、 化学势梯度以及其它手段引 发对流。
可 以 由 以 下 等 式 来 定 义 电 介 质 层 中 的 凹 陷 的 深 度：
其中， L 是按体积的着色剂颗粒负荷， Lm 是按体积的最大紧密堆叠着 色剂颗粒负荷， d 是主元件显示体积的厚度且 P 是由 1-A0/A 定义的孔径比。量 A 是元件显 示体积的面积， 而 A0 是凹陷面积。第一或第二电极的定义凹陷区域的总面积充分地小于显 示元件的面积以提供收集颗粒状态与散布颗粒状态之间的光学对比。
在一个实施例中， 第一或第二电极的定义凹陷区域的总面积在显示元件的面积的 1% 和 10% 之间， 以便使亮和暗状态之间的光学对比最大化。然而， 本实施例不限于任何预 定义的孔径比。例如， 替换实施例可能具有在显示元件的面积的 10% 和 20% 之间的凹陷区 域的总面积。另一实施例可以具有在显示元件的面积的 20% 和 50% 之间的凹陷区域的总面 积。其它实施例可以具有大于用于其中要求低光学对比的实施例的显示元件的面积的 50% 的凹陷区域的总面积。
在附加实施例中， 可以由以下各项中的一个来控制显示元件的灰度级 ： 孔径比、 电 活性的凹陷区域的密度或电活性的凹陷区域的深度。 这些方法使得能够通过凹陷区域的尺 寸、 凹陷之间的间距和凹陷区域的深度的变化来实现对着色剂颗粒如何遍布于显示体积并 被收集在凹陷区域中的几何控制。
在一个实施例中， 可以调整孔径比 P 和凹陷深度以使亮和暗状态之间的光学对比 最大化。本实施例随后参考用于凹陷区域的点结构或用于选择性地对电极中的至少一个 上的电介质进行图案化的其它方法。出于本实施例的目的， 点可以是任何形状和 / 或尺寸， 只要其满足对显示元件的光学对比及其它特性的要求即可。
图 3A 举例说明用于显示器的点结构。此图示出显示元件的顶视图 310 和横截面 图 300。在替换实施例中， 图 3 示出段、 子像素或超像素。
图 3 的显示元件举例说明点的周期性分布。每个点是被图案化到电介质层 305 中 以将显示元件显示体积连接到底部电极层 303 的凹陷区域 307。 在所示的实施例中， 底部电 极层 303 是在衬底材料 301 上形成的毯式电极 （blanket electrode） 。顶部电极 302 在显 示体积上形成。
图 3B 举例说明用于显示器的点结构的另一实施例。此图举例说明在不透明电极 303 的顶部上具有反射器 304 的反射像素器件。反射器还可以在电介质层 305 的顶部上。
图 4 举例说明用于显示器的点结构的另一实施例。此图示出点的非周期性分布的 顶视图 410 和横截面图 400。该非周期性实施例包括被图案化到在毯式电极 403 上形成的 电介质层 405 中的凹陷区域 407 的随机分布。毯式电极 403 在衬底 401 上形成。顶部电极 402 在显示体积上形成。 本实施例不限于如图 3 和 4 所示的点结构的分布。可以以具有可用二维点阵对称 的周期性点阵图案 （例如， 正方形、 矩形、 六边形） 以及跨越显示元件的面积分布的任何非周 期性或随机图案来布置点结构。
图 5 举例说明用于显示器的线结构的一个实施例的顶视图 510 和横截面图 500。 图 5 的实施例采用线的周期性分布。通过将线凹陷区域 507 图案化到在毯式电极层 503 上 形成的电介质层 505 中来形成该线， 所述毯式电极层 503 在衬底 501 上形成。如在其它实 施例中， 可以使用压花、 光刻或用于通过电介质层来形成凹陷区域的某些其它手段将线凹 陷区域图案化到电介质层 505 中。在显示体积上形成顶部电极 502。
图 6 举例说明用于显示器的线结构的非周期性分布的顶视图 610 和横截面图 600。 通过将线凹陷区域 607 图案化到在毯式电极层 603 上形成的电介质层 605 中来形成该线， 所述毯式电极层 603 在衬底 601 上形成。在显示体积上形成顶部电极 602。
凹陷区域已被示为圆形或线。 然而， 本实施例在凹陷的形状或尺寸方面不受限制， 只要其满足显示元件的孔径、 光学对比及其它操作要求即可。其可以以圆形、 三角形、 正方 形、 矩形、 菱形、 星形、 圆锥形、 倒金字塔或任何其它形状形成。 同样地， 不存在所有凹陷区域 具有相同尺寸的要求。 可以将凹陷区域的尺寸确定为使得该尺寸以周期性或非周期性的随 机方式改变。还可以在单个段或像素中随机地确定凹陷区域的尺寸。可以用多维形状或碎 片形状对电介质层进行图案化。 此图案化包括对电介质层进行图案化以阻挡需要不活动的 某些点。
可以将与显示元件的面积相比较小的点结构视为零维形状。 可以将具有基本上大 于另一维度的一个维度的线结构视为一维形状。 可以将具有与显示元件的面积相比显著的 横截面面积的凹陷区域视为二维区域。 可以将具有非垂直壁以及具有到显示元件体积中的 突出体的特征的凹陷区域视为三维形状。
图 10 举例说明用于显示器的线式结构的另一实施例的顶视图 1010 和横截面图 1000。本实施例不仅采用 “线” 的非周期性分布， 而且还使 “线” 变形。如在其它实施例中，
通过将凹陷区域 1007 图案化到在毯式电极层 1003 上形成的电介质层 1005 中来形成 “线” ， 所述毯式电极层 1003 在衬底 1001 上形成。在显示体积上形成顶部电极 1002。
图 7 举例说明示出顶部电极 702 和底部电极 701 两者的处于亮状态的显示元件的 一个实施例的横截面图。如在上述实施例中， 底部电极 701 是在衬底 704 上形成的毯式电 极。在底部电极 701 上形成图案化电介质层 705。用允许带电着色剂颗粒紧凑的凹陷区域 709 对电介质层 705 进行图案化。
在透明材料 707 上形成顶部电极 702。 顶部电极可以用来控制具有均匀、 分段或像 素化顶部电极的着色剂颗粒分布， 如图 9 所示和随后参考图 9 所述。
作为操作的示例， 可以使带正电的墨电泳地和对流地移动至底部电极， 压紧到凹 陷区域 709 中， 并在亮状态下由负偏压保持在那里。这导致通光孔径。在图 8 所示的暗状 态期间， 底部电极上的正偏压将带正电的着色剂颗粒排斥出凹陷区域而进入显示体积 708 中的载体流体。另外， 对流气流加速颗粒的移动并跨越显示体积分配 （disburse） 颗粒。
图 9 示出具有毯式底部电极 901 和分段或像素化顶部电极 902 的处于亮和暗状态 的邻近显示元件的一个实施例的横截面图。如在其它实施例中， 在衬底 904 上形成毯式底 部电极并在底部电极 901 上形成图案化电介质层 905。
在顶部电极的相应分段或像素化部分 920 ～ 922 下面形成被图案化到电介质层 905 中的每个凹陷区域 910 ～ 912。顶部电极 902 的分段或像素化部分 920 ～ 922 被电分 离， 因此， 允许每个相应的分段或像素化部分 920 ～ 922 具有与相邻部分 920 ～ 922 不同的 极性。在顶部电极上的每个相应的分段或像素化部分 920 ～ 922 下面可以存在多个凹陷区 域， 但是为了简单起见， 在图中， 在每个分段或像素化部分 920 ～ 922 下面仅示出一个凹陷 区域。
在操作中， 假设着色剂颗粒带正电， 如果向顶部电极 902 的顶部分段或像素化部 分 920 和 922 施加负电压， 则着色剂颗粒被从凹陷区域吸引出来进入显示体积 908 中的载 体流体。然而， 顶部电极 902 的中心分段或像素化部分 921 具有正电压， 因此， 着色剂颗粒 在凹陷区域中被压紧， 使得段或像素的该部分变亮。这种方法可以用来控制每个段或像素 的状态。
图 9 显示顶部电极被分段或像素化。在替换实施例中， 可以替代地将底部电极分 段或像素化。在另一实施例中， 可以将顶部和底部电极两者分段或像素化。
在另一实施例中， 可以在顶部和底部电极之间形成一个或多个附加电极。此类附 加电极可以用来确定电场形状并控制着色剂颗粒的平移。
图 11 举例说明具有顶部和底部电极的多个彩色、 分段显示器的一个实施例。所示 示例被分段成四个单独段 1101 ～ 1104。在一个实施例中， 在底部电极 1100 中形成这些段 1101 ～ 1104 且顶部电极 1105 是均匀的。然后用被相反地偏置的顶部 1105 或底部 1100 电 极来控制不同色彩的着色剂颗粒。
例如， 如果品红色着色剂颗粒具有正电荷且黑色着色剂颗粒具有负电荷， 则通过 改变施加于任何一个段 1101 ～ 1104 的电压的极性， 能够控制不同色彩的墨的移动。一个 段 1101 可以具有正极性并因此排斥来自该段 1101 中的凹陷区域的品红色着色剂颗粒， 同 时压紧该段 1101 中的凹陷区域中的黑色着色剂颗粒。 所述一个段 1101 将因此呈现品红色。 其余段 1102 ～ 1104 然后可以全部具有负极性电压， 并因此排斥来自这些段 1102 ～ 1104中的凹陷区域的黑色着色剂颗粒， 同时压紧那些段 1102 ～ 1104 中的凹陷区域中的品红色 着色剂颗粒。其余段 1102 ～ 1104 将因此呈现黑色。
在本文所述的任何实施例中可以使用不同色彩的不同极性着色剂颗粒以便控制 显示元件的色彩。一个色彩将被具有相同极性的底部电极排斥， 同时第二色彩将被吸引到 底部电极并在凹陷区域中压紧。被排斥的着色剂颗粒然后将确定像素的色彩。可以由两个 着色剂之间的散布比来控制显示元件中的从一个色彩至另一色彩的逐渐变化。
图 12A 和 12B 举例说明堆叠显示元件的一个实施例的横截面图和顶视图。如图 12A 所示， 堆叠显示元件 1201、 1202 可以是前述实施例中的任何一个。 点结构显示元件的堆 叠提供足够大的通光孔径， 使得其可以在不需要对准的情况下堆叠多层。例如， 重叠 95% 孔 径的两个堆叠 1201、 1202 可以导致超过 90% 的通光孔径， 因此导致与在制造期间的精确对 准相关联的成本节省。图 12B 的顶视图示出每个像素的偏移点结构所损失的有限孔径。
图 12C 和 12D 举例说明堆叠显示元件的另一实施例的横截面图和顶视图。在本实 施例中， 将点结构显示元件 1201、 1202 堆叠， 使得点结构被对准。与图 12A 和 12B 的实施 例相反， 图 12C 显示通过在两层之间的内部衬底的两侧上限定对准的点结构来形成本实施 例。 在替换实施例中， 点结构的两侧可能不一定对准， 并且仍提供足够大的通光孔径作为透 明显示器。每个层可以包括单色或不止单色的着色剂颗粒以提供多色显示。 如图 12A ～ 12D 所示的段或像素的堆叠不限于仅仅两层。通过堆叠三层能够获得 全色显示， 每个层是品红色、 青色和黄色的减原色浅色。其它实施例可以堆叠其它数量的 层， 包括黑色或白色层。
图 13 举例说明显示器中的电介质层的替换实施例的横截面图。在本实施例中， 电 介质层 1301 形成有在电介质层与像素显示体积 1300 之间的顶点 1303 或其它形状。此类 形状帮助在显示元件被切换至亮状态时将着色剂颗粒引导至凹陷区域中， 并将着色剂颗粒 压紧到凹陷区域中。
图 14 举例说明其中点结构可单独地寻址的一个实施例的顶视图和横截面图。可 以对单独的点或成组的点施加偏压以吸引一种类型的带电颗粒， 同时在某些实施例中排出 另一类型的一个或多个。 电极可以在超大像素内具有偏压条件的混合以便控制单着色剂墨 中的灰度级或用双着色剂墨连续地控制从一个至另一个的色彩。如果使用正偏压条件 （其 余点仍是负的） 在超像素中激活点密度的 33%， 如果使用诸如品红色的单着色剂墨， 则超像 素内的品红色着色剂颗粒的约 33% 将散布， 同时其余部分将停留在负偏压电极的通孔内。 这种方法可以用来控制灰度级。
图 14 的横截面图示出被图案化到电介质层 1400 中的三个凹陷区域 1410 ～ 1412。 作为在电介质层 1400 下面形成的毯式电极的替代， 每个凹陷区域或凹陷区域组具有可单 独寻址的电极 1420 ～ 1422。在所示的情况下， 前两个电极 1420、 1421 被负偏压， 并压紧带 正电的墨， 同时其余电极 1422 被正偏压以分配来自该凹陷区域的墨。还可以在顶部衬底上 而不是电介质层下面形成可单独寻址的电极。
用于灰度级控制的方法的另一实施例是电压振幅和脉冲宽度的函数。振幅和 / 或 脉冲宽度的动态调制能够控制被分配在每个显示元件内的着色剂颗粒密度的控制。
本实施例涵盖产生具有比人眼能够分辨的小的脉冲宽度的电压脉冲。 向顶部或底 部电极的分段或像素化部分施加电压脉冲以动态地控制压紧和散布条件之间的平衡。 振幅
（例如， 0V 至几十伏） 或脉冲宽度 （例如， 100 ms 至几 μs） 的调制能够通过控制显示元件的 观看区域中的着色剂颗粒的特定浓度来提供期望的灰度级。 在无偏压或具有排斥偏压条件 的情况下， 着色剂颗粒处于散布状态。 在有吸引偏压条件的情况下， 颗粒被压紧在凹陷区域 中。 当偏压条件在两个状态之间动态地切换时， 实现完全散布与完全压紧之间的中间状态。
图 15 举例说明其中点结构是可单独寻址的且用金字塔形凹陷区域对电介质层进 行图案化的一个实施例的顶视图和横截面图。图 15 的实施例的操作与图 14 的操作基本上 类似。再次地， 还可以在顶部衬底上而不是电介质层下面形成可单独寻址的电极。
图 16 举例说明使用微机电元件或加热元件的点结构的一个实施例的横截面图。 在一个实施例中， 使用微机电元件 1610 ～ 1612 来使着色剂颗粒移动至电介质 1603 中的凹 陷区域之外。在替换实施例中， 用显示器的顶部和底部上的加热元件 1062 来替换电极和微 机电元件 1610 ～ 1612。可以将这些实施例与电泳元件组合以更高效地移动并控制着色剂 颗粒。
图 17 举例说明具有分段或像素化电极层 1701 的显示元件的一个实施例的横截面 图。可以在双着色剂显示元件中使用此类实施例， 其中， 可以由分段电极 1702、 1703 来控制 带正电的第一着色剂种类 1706。由分段电极 1704 来控制带负电的第二着色剂种类 1707。 在电极层 1701 上形成图案化电介质层 1705。 根据施加于显示元件中的电极的电压， 能够实 现各种色彩。当分段电极 1702、 1703 带负电且分段电极 1704 带正电时， 带正电的着色剂颗 粒 1706 将被收集到分段电极 1702、 1703 之上的凹陷区域中， 并且带负电的着色剂颗粒 1707 将被收集到分段电极 1704 之上的凹陷区域中。这导致亮状态。当向分段电极 1702、 1703 施加小的正偏压时， 带正电的着色剂颗粒 1706 将被从分段电极 1702、 1703 之上的凹陷区域 排斥， 同时能够由较大的正偏压将带负电的着色剂颗粒 1707 保持在分段电极 1704 之上的 凹陷区域中。这导致具有带正电的第一着色剂颗粒 1706 的色彩的状态。使用施加于分段 电极 1704 的小负偏压和施加于分段电极 1702、 1703 的较大负偏压， 能够以类似的方式实现 具有带负电的第二着色剂颗粒 1707 的色彩的状态。
图 18 举例说明具有被阻挡电介质层 1805 的显示元件的一个实施例的横截面图。 通过使用光刻法、 压花或其它讨论的方法选择性地阻挡电极 1801 的点图案， 能够以使得仅 具有凹陷区域的区域被接通和关断的方式实现静态图案。
图 19 举例说明具有用于控制多个着色剂的分段或像素化电极 1901 的显示元件的 一个实施例。此图示出显示元件的侧视图 1900 和顶视图 1910。在双色实施例中， 每个色彩 将被与另一相反地充电。
例如， 品红色着色剂可以带正电且黑色着色剂可以带负电。 在此类实施例中， 显示 元件内的点密度的 33% 可以被正偏压以散布品红色着色剂的 33%， 同时相等量的黑色着色 剂将被压紧到那些点电极上。通过控制被正或负偏压的电极的比， 显示元件内的色彩能够 从一个类型至另一个连续地改变。 可以控制双着色剂以产生从一个色彩至另一色彩的逐渐 变化。
图 20 举例说明线结构显示元件的一个实施例。本实施例示出侧视图 2000 和顶视 图 2010。如在其它实施例中， 在底部上对电介质层 2005 进行图案化。然而， 本实施例在电 介质层 2005 的每个图案化区域内形成底部电极 2001 ～ 2003。
顶部电极 2020 ～ 2022 在顶视图 2010 中被示为被分段。顶部电极 2020 ～ 2022和底部电极 2001 ～ 2003 两者的尺寸和形状仅仅是出于说明的目的。替换实施例可以采取 其它形式。
图 21 举例说明用于具有三个段的显示元件的点结构的一个实施例。本实施例示 出侧视图 2100 和顶视图 2110。在底部上对电介质层 2105 进行图案化。在本实施例中， 用 用于电极 2101 ～ 2103 的点结构对电介质层 2105 进行图案化。顶部电极 2120 ～ 2122 被 分段。
在任何上述实施例中， 可以将顶部和 / 或底部电极分段或像素化并直接驱动。这 使得能够进行着色剂颗粒的控制以实现灰度级控制。
所述各种实施例相比于其它现有解决方案具有优点。 虽然现有技术已努力避免电 泳显示器中的对流效应的使用， 但本实施例中的某些使用电对流原理来实现着色剂颗粒在 显示器内的平面内移动以响应于顶部和底部电极上的平行电极产生暗和亮状态。