CN101855389B - 用于制造电泳显示器的过程 - Google Patents

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Abstract

通过使所述衬底(208)与所述介质的流体形式(204)接触，并且在所述衬底(208)和电极(212)之间施加电势差，包封的电泳介质(204)的涂层在衬底(208)的离散的区域(602)上被形成。所述电势差随时间被改变以导致所述介质(204)被沉积在所述离散的区域(206)上，所述离散的区域(602)被在其中没有介质(204)存在的区域分开。多个介质可以被沉积以允许全彩色显示器的制造。

Description

用于制造电泳显示器的过程
相关申请
本申请与国际申请No.PCT/US2004/009421(公开号WO2004/088002)相关，读者可参考其以了解与本发明有关的技术的状态，包括对术语“电光(electo-optic)”、双稳的(bistable)”以及“双稳性(bistability)”的定义。
技术领域
本发明涉及用于制造电泳显示器的过程。
背景技术
可以通过印刷过程廉价地制造包封的电泳显示器的一个主要原因是：电泳介质自身具有相当大的机械强度及内聚力；以便所述显示器介质自身被印刷。同样地，电泳介质的机械强度及内聚力可以在布置在所述介质的任何一侧上的电极之间保持期望的间距而没有对机械分离器或者类似装置的任何需要。因此，如果所述电极(以及附加于其上的任何衬底)是柔性的，则所述包封的电泳显示器可以被弯曲或者卷起而不影响所述装置的显示质量；参见例如SID(信息显示协会)1998年的文摘第1131页上的(SID 98Digest，page 1131(1998))、Drzaic等人的“印刷的及可卷起的双稳电子显示器(Printed and Rollable BistableElectronic Display)”，其示出了卷绕在铅笔上而没有损坏的柔性包封的电泳显示器。
此外，由于所述电泳介质的机械强度及内聚力，这样的介质原则上可以被应用于电极可以在其上被提供的任何衬底；举例来说，所述衬底可以具有任意的三维形状，这与在一个维度上弯曲的大体上层状的薄片相反。诸如溅射等技术可以被用于将电极涂敷(apply)于任意的三维形状，但是用于将电泳介质涂敷于这种任意形状的现有技术还有很多需要改进的地方，尤其考虑到对仔细控制这种介质的沉积以产生最佳的光学性能的需要。
显示器性能(例如其光学性能)以及视觉吸引力(即最小化视觉缺陷)严重地依赖于得到高质量的涂层，其为优选地具有均匀厚度(通常单层的胶囊是所期望的)并且含有高表面密度的胶囊的涂层，所述高表面密度的胶囊具有最少的缺陷。举例来说，在其中胶囊没有与电极接触或者在其中胶囊的表面密度相对于衬底横向变化，或者在其中涂层厚度变化的区域分别显现为退化的暗色或者白色状态，光学状态或者颗粒度中的非均匀性，或者切换期间的非均匀性。在WO 2004/088002中提到的E Ink和MIT专利的某些内容描述了使用计量狭缝式涂敷(metered slot coating)技术来制造单层胶囊涂层以及适合于供商业产品所使用的层压粘合剂涂层。
然而，如已经提到的那样，这些现有技术不能满足在任意三维形状上形成具有足够均匀的厚度的电泳介质涂层以提供最佳的光学性能。虽然诸如浸渍(dip)或者喷涂(spray coating)的涂敷方法可以被应用于任意的三维形状，但难以或者不可能使用这些涂敷技术在衬底表面上实现均匀的胶囊单层。
与狭缝式涂敷技术冲突的其他问题包括：
(a)与涂敷头平行的类似于颤动的条痕(streak)(例如，由于涂敷设备中的震动)；这些条痕被认为是由胶囊的周期性的聚束(bunching)或者阻塞(jamming)引起的；
(b)在涂敷方向上(即垂直于所述涂敷头的狭缝)的拖尾(streaking)，其被认为是由于在将胶囊递送到所述涂敷头时的胶囊阻塞或者非均匀流动；
(c)少于期望的胶囊与光学面(optical face)的接触(或者浸润(wetting))，这是由于典型地被用在包封的电泳显示器中的小胶囊(大约20-200微米)的不充分的沉淀(settling)或者变形性；以及
(d)涂层厚度中的非均匀性，这是由于多层胶囊的形成(参见WO00/20922对在衬底上仅形成单层胶囊的优点的论述)。这些类型的缺点的存在可能对显示器的外观和光学性能产生有害影响。
同样地，在WO 2004/088002(特别参见WO 00/03291)中提到的EInk和MIT专利的一些内容描述了在其中多于一种类型的胶囊被使用的显示器，所述多种类型的胶囊以预先确定的图案被布置在衬底上。举例来说，全彩色显示器可以使用三种不同类型的胶囊，比如以三色相配色(triads)的条纹的形式被布置的白色/红色、白色/绿色以及白色/蓝色；这种显示器可以实现全彩色而不要求在全彩色液晶显示器中所使用的类型的滤色器。然而，虽然常规的印刷技术可以被用于制备具有(比如)小于每英寸10线(大约每毫米0.4线)的分辨率的这种类型的大型显示器，用这种常规技术制作具有大约每英寸100线(大约每毫米4线)的分辨率的这种类型的高分辨率显示器是非常困难的。此外，虽然溅射或者喷墨涂敷可以被用于涂镀胶囊的被组成图案的涂层，使用这些方法来制造单层胶囊涂层将是困难的或者不可能的。
用于实现包封的电泳介质的被组成图案的沉积的改进的方法将促进当前难以或者不可能实现的、电泳显示器的若干应用。同样地，电泳介质的改进的被组成图案的沉积可以提高当前由其他过程制作的若干种显示器的特性。举例来说，专色(spot-color)显示器可以通过将着色膜叠放在单色(黑色和白色)显示器的顶部上面而被制作。如果驱动所述显示器的背板被恰当地分段并且被连接到合适的电子器件，则在所述着色膜下面的、所述单色显示器的一部分可以独立于所述显示器的其他部分而被驱动以便制造除单色信息以外的颜色的区域。该着色膜必须与所述背板对准，并且被显示的颜色仅可以是该膜的颜色，加上黑色。在两种颜色(例如红色加蓝色)之间的切换在这种类型的显示器中是不可能的。被组成图案的电泳介质沉积将允许任意颜色以及颜色组合的介质的沉积。与背板分段对准的介质沉积将消除对准步骤，并且可以被用于提供高分辨率的灵活的颜色应用。
全彩色显示器要求(典型地)三个或者四个不同着色的子像素的独立定址(addressing)。大部分现有技术的全彩色电泳显示器已经使用了叠放在由主动矩阵背板(active matrix backplane)驱动的单色显示器上的对准的滤色器阵列。实现全彩色电泳显示器的可替代的方式将是使用与电泳介质的被组成图案的阵列相同的背板，所述电泳介质含有合适的电泳颗粒组(最常用地，红色加黑色、绿色加黑色、蓝色加黑色，以及可选地白色加黑色)。以这种方式使用多个电泳介质在高柔性的全彩色显示器的构建方面具有若干优点，包括避免对准的困难，尤其是当所述显示器被弯曲时的对准。
发明内容
本发明试图提供用于制造电泳显示器的过程，并且尤其是提供用于将胶囊沉积在衬底上的过程，所述过程减少或者消除上文所描述的用于沉积胶囊的现有技术的过程的问题。本发明的一些过程可以被用于制造全彩色显示器。本发明也提供了用于在该过程中使用的设备。
因此，本发明提供了用于在包含导电层的衬底上形成包封的电泳介质的涂层的设备。该设备包括：
涂敷模具，所述涂敷模具具有定义孔径的壁以及用于向该孔径供应包封的电泳介质的流体形式的装置；
传输装置，所述传输装置用于在一个方向上移动所述衬底经过所述涂敷模具；
电极，所述电极被布置为与所述涂敷模具中的孔径相邻以便所述衬底在已经经过所述涂敷模具之后经过所述电极；以及
电压供应装置，所述电压供应装置被布置为在所述电极和所述衬底的导电层之间施加电压。
在本发明的设备中，所述电压供应装置被布置为改变施加在所述电极和所述导电层之间的电压。所述电压供应装置可以被布置为周期性地改变施加在所述电极和所述导电层之间的电压。
术语衬底的“导电部分”，如在本文中所使用的那样，不应被解释为要求诸如通常与金属相关联的那样的导电性等级。在胶囊的电泳沉积中所引入的电流非常低以致于通常被看做半导体的许多材料或者甚至一些绝缘体具有足够的导电性来起本过程中的衬底的导电部分的作用。给定的材料是否具有足够的导电性可以容易地根据经验被确定；然而，通常这不是问题，由于如将在下文中所详细描述的那样，本发明通常将通过将胶囊沉积到最终的显示器的一个电极上(该电极可以从例如金属层、导电聚合物或者导电金属氧化物而被形成)来实现，并且这样的电极将必需地具有足够的导电性以在本过程中起作用。
如在前面提到的WO 2004/088002中那样，本过程可以包括将聚合物胶凝剂和/或层压粘合剂沉积在衬底上。含有胶囊的流体可以是水流体；由于所述胶囊沉积过程典型地对pH值敏感，故所述流体可以包含缓冲剂以控制其pH值。所述流体/胶囊混合物可以具有至少大约10μS/cm的导电性。例如至少1mS/cm的显著更高的导电性可以是有用的。
本发明的设备可以包括用于检测衬底上的标记的光检测装置，并且所述电压供应装置可以被布置为根据由所述光检测装置检测的所述标记的位置来改变施加在所述电极和所述导电层之间的电压。
在该设备中，所述电极典型地将具有垂直于衬底的移动方向所测量的宽度，所述宽度至少为平行于衬底的移动方向所测量的其长度的两倍大。所述宽度与长度的比可以远大于2；如在下文中所阐释的那样，电极的长度应当被保持为尽可能小以便所述设备可以制造电泳介质的窄条纹，诸如在高分辨率的彩色显示器(典型地超过每英寸100线，或者大约每毫米4线)中所需要的那样，其中所述电极可以具有等于电泳介质正被涂敷在其上的网模(web)的宽度，并且这样的网模将典型地为300毫米或者更宽。
本发明还提供了用于在包含导电层的衬底上形成包封的电泳介质的涂层的过程，该过程包括：
使衬底与包封的电泳介质的流体形式接触；并且
当衬底与该流体形式接触时，移动所述衬底经过电极同时将电压施加在所述电极和所述衬底的导电层之间，所述电压随时间被改变以便所述电泳介质被沉积在衬底的多个离散区域上，这些离散区域被在其中电泳介质没有被沉积在衬底上的区域分开。
在该过程中，在电泳介质沉积在衬底的离散区域上之后，所述衬底可以被清洗以从其上去除电泳介质。所述电泳介质也可以在清洗之后被固化(cured)(其为在本文中被用于覆盖烘干(drying)、交联(cross-linking)或者被用于将电泳介质的流体形式转换为其固体形式的任何其他方法的术语)。如上所述，电极典型地将具有垂直于衬底的移动方向所测量的宽度，所述宽度至少为平行于衬底的移动方向所测量的其长度的两倍大；所述宽度与长度的比可以远大于2。所述衬底可以被提供有标记，并且该过程可以包括检测这些标记并且使用对所述标记的检测来控制施加在电极和衬底的导电层之间的电压的变化。所述标记可以具有大体上垂直于衬底的移动方向延伸的多个隔开的条(bar)的形式。
本发明的过程的某些变体对于形成包括多个种类的电泳介质的彩色显示器特别有用。举例来说，在本过程的一个这样的变体中，在电泳介质沉积在衬底的离散区域上之后，非沉积的电泳介质被从衬底上去除，并且随后使衬底与第二包封的电泳介质的流体形式接触。当衬底与所述第二包封的电泳介质的流体形式接触时，移动所述衬底经过电极同时电压被施加在电极和衬底的导电层之间，该电压随时间被改变以便所述第二电泳介质被沉积在没有被先前沉积的(″第一″)电泳介质占据的衬底的多个离散区域上。在其上存在第一电泳介质的所述衬底的多个离散区域可以具有垂直于所述衬底的移动方向延伸的条纹的形式，并且所述第二电泳介质可以被沉积为大体上平行于所述第一电泳介质的条纹但是与所述第一电泳介质的条纹隔开的一系列条纹。可替代地，如果在其上存在第一电泳介质的、所述衬底的多个离散区域具有垂直于衬底的移动方向延伸的条纹的形式，衬底在与所述第二电泳介质的流体形式接触期间的移动可以大体上平行于第一沉积的电泳介质的条纹，以便所述第二电泳介质被沉积为大体上垂直于所述第一电泳介质的条纹伸展的一系列不完整的条纹。在任何情况下，在所述第二电泳介质沉积在衬底上之后，非沉积的第二电泳介质可以被从衬底上去除，并且所述衬底与第三包封的电泳介质的流体形式接触，由此将第三电泳介质沉积在没有被第一和第二电泳介质占据的衬底的区域上。当所述衬底与第三包封的电泳介质的流体形式接触时，可以移动所述衬底经过电极同时在电极和衬底的导电层之间施加电压，所述电压随时间被改变以便所述第三电泳介质被沉积在没有被第一和第二电泳介质占据的、衬底的区域上。举例来说，所述第三电泳介质可以被沉积为一系列周期性重复的平行条纹。可替代地，在先前所论述的变体中，其中在其上存在第一电泳介质的、所述衬底的多个离散区域具有垂直于所述衬底的移动方向延伸的条纹的形式，并且所述第二电泳介质被沉积为大体上垂直于所述第一电泳介质的条纹伸展的一系列不完整的条纹，所述第三电泳介质可以被沉积在没有被第一和第二电泳介质占据的、衬底的大体上所有区域上。
在本发明的所有变体中，所述衬底可以包括光可透射的聚合物膜以及光可透射的导电层。在包封的电泳介质沉积之后，这样被制作的衬底/电泳介质组件(sub-assembly)可以被层压到包含层压粘合剂层和释放薄片(release sheet)的第二组件，其中所述层压粘合剂层被层压到所述电泳介质，从而形成前面板(front plane)层压制件(laminate)，如在WO 03/104884中所描述的那样。
本发明扩展到用本发明的过程制造的电泳显示器。本发明的这种显示器可以被用于现有技术的电光显示器已经被用在其中的任何应用。因而，举例来说，本显示器可以被用在电子书阅读器、便携式计算机、平板计算机、蜂窝电话、智能卡、标牌、手表、货架标签以及闪存驱动器中。
附图说明
图1是供本发明的过程所使用的狭缝式涂敷设备的示意性的侧面正视图。
图2A-2D示出根据本发明的过程的优选变体可以被用于控制多种类型的胶囊在衬底上的沉积的各种模板(template)。
图3A和3B示出根据本发明的第二优选变体的以三种不同类型的胶囊的有序布置涂敷的衬底的两种极端的光状态。
图4示出优选的颜色像素的几何布局，该颜色像素包含三个不同着色的子像素，该颜色像素能够通过与被用于制作图3A和3B所示的被涂敷的衬底的过程相似的过程来制作。
图5示出可以用图4所示的像素的多个复制来制造的显示器的一部分的像素布置。
具体实施例
如已经提到的那样，本发明提供用于在衬底上形成包封的电泳介质的涂层的过程。在该过程中，有多个胶囊被分散在流体中，每个胶囊包含胶囊壁，被密封在胶囊壁内的流体以及被安置在该流体中并且在电场被施加到胶囊上时能够贯穿其中移动的多个带电粒子。衬底的导电部分与流体接触，并且电势差被施加在衬底的该导电部分和与流体电接触的相反电极之间。
典型地，在本过程中，有限量的含有胶囊的流体典型地通过狭缝式涂敷被放置在衬底上，尽管诸如帘幕式涂敷或者溅射涂敷等其他涂敷技术可以被采用，并且电势差的施加用作沉积来自该有限量的流体的胶囊；在许多情况下，存在于有限量的流体中的大体上所有胶囊将被沉积在衬底上。
完整的电泳显示器的制备当然可能涉及多于本发明的电泳沉积过程的步骤。完整的过程可以包括对表面的预处理以改进胶囊和/或其他部件与衬底的粘合。完整的过程可以包括显示器的两个或者多个成分的同时的或者顺序的涂敷，例如胶凝剂(其围绕胶囊以形成粘着的电泳层)以及层压粘合剂。具体地，通常有利的是通过本发明的电沉积过程既沉积胶囊也沉积胶凝剂，并且典型地这两个成分可以同时被沉积。层压粘合剂如果通过电沉积被沉积，则典型地将以独立于胶囊的步骤被沉积。胶凝剂和/或粘合剂可以是聚氨酯乳胶散体(polyurethanelatex dispersion)；然而，为改进的材料和性能特性(例如减小的湿度敏感性、更好的机械完整性、更好的粘合等等)被开发的其他带电聚合物乳胶、带电可溶解聚合物也可以被用作本过程中的表面预处理，胶凝剂以及粘合剂。另外，可以有可能的是以电泳沉积过程将不带电的部件用于表面预处理或者胶凝剂，其中比如在电泳沉积之前的到表面或者到带电胶囊的物理吸收将该成分并入电沉积层，并且允许其用于诸如提高胶合或者粘结的目的。
本发明也提供允许具有所希望的特性的涂层的制作的合成和沉积条件。如已经提到的那样，典型地所希望的涂层包含单层胶囊，具有被涂敷的电极衬底的高的胶囊表面区域覆盖率(最优地为100％；然而诸如胶囊壁的厚度、胶凝剂的存在、以及缺陷的许多因素会减小涂层覆盖率)，良好的胶囊-胶囊以及胶囊-衬底接触或者浸润。同样所希望的是涂层厚度在被涂敷的区域上均匀，胶囊仅被涂敷在衬底的目标部分上，以及胶囊以最少的胶凝剂被涂敷。所希望的涂层的其他方面为通过对剂型(formulation)和沉积条件的合理选择而使对被涂敷的电极衬底的任何损坏最小化(比如由于沉积期间的电化学降解)，涂层对被涂敷的具体衬底显现良好的浸润粘合性。根据本发明的优选实施例，合成和沉积条件可以被最优化以在例如铜、铂、黄金或者铟锡氧化物的具体导电衬底上制作所希望的涂层。本发明允许层压粘合剂的非常薄的(远小于10微米)、均匀的涂层的制备，用现有技术的机器涂敷过程不容易被制备的以及借助于本过程的涂层可以被直接施加到胶囊层涂层上。
如已经提到的那样，典型地只有有限量的含有胶囊的流体被放置在衬底上。在该过程的优选形式中，有限量流体的放置通过狭缝式涂敷来实现，从而形成可以被称为“狭缝式涂敷电泳胶囊沉积过程”或者“SCECD”的过程。由于所认可的是使该过程适应于将有限量的含有胶囊的流体沉积到衬底上的其他方法的使用的必要修改对于本领域的技术人员将是显而易见的，本过程在下文中将主要就其SCECD形式被描述。
现在将参照附图中的图1来描述SCECD过程的优选形式，图1为本发明的狭缝式涂敷设备(通常被标为200)的示意性侧面正视图，该狭缝式涂敷设备包括涂敷模具202，胶囊204和胶凝剂206的混合物通过其被涂敷在衬底208上，如图1所示衬底208相对于模具202从右到左移动，如箭头所指示的那样。如在现有技术的过程中那样，衬底208包含在其顶面上(如图1所示)承载导电层的聚合物膜，但是为了图示简单，在图1中没有单独示出该导电层。电池210在嵌入模具202内部的负电极212和衬底208的导电层之间施加电压，使得胶囊204和胶凝剂206以电泳形式被沉积到衬底208的导电层上同时衬底与电极212邻近(adjacent)，该过程在衬底208的顶面离开涂敷头并且被暴露在空气中时局部地终止。
本过程可以被用于将胶囊沉积在未被组成图案的电极的受控区域中。在前面提到的WO 2004/088002中所描述的多步骤过程中不同类型的胶囊被沉积在衬底上的不同电极组上，该过程具有胶囊必定被沉积在像素电极上的缺点。相反，当形成在其中胶囊被夹在含有像素电极矩阵的背板和具有跨大量像素并且典型地跨整个显示器延伸的单个连续电极的前端衬底(该前端衬底形成显示器的观看表面)之间的电泳显示器时，通常优选的是将胶囊沉积在连续电极上。将微胶囊涂敷到形成显示器的观看表面的衬底上是有利的，因为随着涂层变干可以使胶囊紧贴在衬底上并且浸润(wet)相邻胶囊以改进封装(packing)并且提高涂层的光密度，由此大体上改进显示器的光性能。涂层的暴露的背面具有若干微米的粗糙度并且胶囊褶皱和变形来补偿在连续电极处发生的变平和浸润。相反，当用粘合剂薄层将透明电极层压到制作在像素电极上的胶囊涂层时，从胶囊/胶凝剂涂层的背面所测量的电光性能与前侧相比在一定程度上退化。这种退化可能是由若干因素引起的，例如粘合剂层在光路径上的存在(该粘合剂层必须至少厚于胶囊层的粗糙度，因而典型地为至少10微米厚)，和/或胶囊的粗糙度和凹痕。可以通过改进层形成过程或者使粘合剂层的厚度最小化来限制这种退化。可替代地，该问题可以通过构建在前端衬底上有透明晶体管的显示器来完全避免。
此外，如在WO 03/104884中所论述的那样，出于商业原因，有利的是在胶囊沉积之后形成所谓的“前面板层压制件”，其按顺序包含光可透射电导层、与电导层电接触的电光介质层、粘合剂层以及释放薄片。这种前面板层压制件可以被制备为连续的网模，切削到应有的尺寸，释放薄片被去除并且层压制件被层压到背板以形成显示器。显然，这种前面板层压之间要求胶囊被沉积在连续的前端电极上。
因而，从使显示器的电光性能最大化的角度以及从商业制造便利性的角度两方面来看，有利的是实现胶囊到连续的前面板电极上被组成图案的沉积，以及接着将结果得到的被组成图案的电极与含有像素电极矩阵的背板对齐。本发明提供这种经修改的胶囊沉积过程，其中定义所述图案的长尺度小于描述胶囊沉积在其上的电极表面的横向大小的尺度。
已经发现的是胶囊在衬底上的图案化可以通过改变施加在电极(诸如图1所示的电极212)和衬底之间的电压来控制，同时衬底相对于电极被移动。(将会理解的是只有衬底和电极之间的相对运动会影响涂敷操作，并且衬底和电极中哪一个实际移动，或者是否两者都移动是工程设计上的问题。典型地，当胶囊的沉积要在长的网模上实现时，衬底将被移动经过静态的涂敷头。另一方面，当沉积要在衬底的有限块上实现时，通常将更方便的是将衬底夹在固定的位置，并且移动涂敷头，例如借助于一个或者多个螺杆。)
举例来说，在与图1所示的相似的设备中，电泳胶囊的“条纹沉积”(该术语将在下文中被解释)可以通过仅仅接通或者断开电极212和衬底208之间的电压同时导电衬底相对于支持物(support)被位移(translate)来实现。由于胶囊沉积仅在电流密度和场为高的区域中发生，即直接在电极212的下面，以这种方式的电压调制导致沉积胶囊的条纹的形成，这些条纹垂直于衬底的位移方向延伸并且被在其中没有胶囊被沉积的区域彼此分开。条纹之间的距离以及它们的宽度可以受电压以其被调制的频率以及受衬底位移的速度控制。
在衬底经过电极之后，没有沉积在衬底上的胶囊可以容易地从衬底表面被清洗掉，通过使用水流或者通过使被涂敷的衬底经过水浴，或者以对于涂敷技术领域中的技术人员将是显而易见的其他方式。由于胶囊的电泳运动将趋向于使它们朝沉积在其中发生的区域移动，在被小心控制的条件下(电压、衬底速度、电压修改频率、浆体合成、电极-衬底缝隙等等的条件)，可以使胶囊浪费变得最小。
确定胶囊涂层的质量，尤其是厚度和均匀性的其他变量是施加在电极和衬底之间的电压脉冲的电压和波形。一般而言，随着电压的增长，以及衬底位移速度减小，每单位面积沉积的胶囊的数量初始地增长，直到大体上完全覆盖衬底的所希望的区域的单层胶囊的沉积被实现。在该电压/速度组合以外，具有增长的厚度的胶囊多层被形成。出于在WO 00/20922中所论述的理由，紧密封装的胶囊单层是通常所希望的。幸运地，通过使用电泳技术来形成多层有显著障碍，使得单层覆盖相对容易实现。也有在其以下永久沉积(即在温和的水流下不能被清洗掉的沉积)不会发生的最小电压；对于任何专门的电泳介质和涂敷设备，该最小电压根据经验被最佳确定。
为了提供专门的电泳介质的明确定义的区域，诸如典型地被要求确保在最终的显示器中介质之间没有缝隙并且没有颜色的混合的那样，通常所希望的是条纹的边缘是清晰的；即在完全单层覆盖的区域和零覆盖的区域之间的过渡带尽可能的小。可以通过使电压脉冲的电压恰当地成形而使该过渡带的宽度最小化。方波脉冲通常不是优选的，由于胶囊沉积的地带在一定程度上延伸超过直接在电极下面的区域，并且特别地，在一定程度上延伸到电极后面(相对于位移的方向)，进入没有打算要被胶囊覆盖的区域。由于这种拖尾区域将经历低于直接存在于电极下面的场，并且将仅在短时间中经历该场(由于电极将远离其迅速地移动)，有可能的是仅部分的覆盖将在那里发生。相似的情况将在沉积地带的前端处适用。可以通过使电脉冲以相对低的电压开始，增加到最大值并且接着减小而使部分覆盖的这些区域最小化。由于对于沉积存在门限，胶囊将被拽向在其中根据地带的前端和背部处的低电压沉积被期望的区域，但是很少或者没有沉积将发生。因而，成形脉冲的使用既保存了胶囊也使过渡带锐化(sharpen)。脉冲的最优形状可以根据经验被确定。
由于部分沉积的区域将具有与电极和衬底之间的缝隙相似的长度(平行于衬底位移)，更窄的缝隙的使用将得到更清晰的线条和更高的涂层分辨率。
被组成图案的胶囊沉积的大部分应用要求具有不同的内相(internal phase)(颜色、切换速度等等)的不同胶囊的顺序施加(application)。实现不同胶囊的顺序施加的一种方法是如上文所描述的那样沉积第一类型的胶囊的条纹，清洗和烘干条纹状的涂层，并且通过使用相同的过程沉积第二类型的胶囊。由于多层沉积的门限(尤其在被烘干的胶囊层覆盖的区域中)，有可能通过电沉积而不用电压调制而将第二类型的胶囊施加在第一类型的胶囊的条纹之间的干净的区域中。然而，为了更精确的沉积，或者为了多于两种不同类型的胶囊的施加，第二和随后类型的胶囊的条纹必须与第一类型的条纹对齐。衬底与第一条纹组的对齐可以是有可能的，但是由于电压脉冲必须被正确地定时使得第二和后面类型的胶囊的沉积仅在所希望的(干净的)区域中发生这个事实而变得较困难。
可以通过提供用于涂层条纹的合适的模板来实现各个被涂敷的区域的必要的对齐；该模板可以被直接印刷(或者刻)在衬底上或者印刷在独立的膜上，该独立的膜接着被固定到衬底上。模板因而被用于控制施加在电极和衬底之间的电压。由于模板被永久地附接到衬底，并且没有在清洗、烘干(或者其他固化过程)、衬底在涂敷设备上的重新装配期间被去除，同步施加在电极和带有模板的衬底之间的电压自动地对齐被沉积的胶囊的各个条纹。将主要以光编码条纹(条形码)的形式描述该模板，但是可以以多种其他形式来提供该模板，包括机械或者电机装置(比如滑动电接头，一个部分附接于衬底，另一个部分附接于被用于沉积胶囊的电极或者涂敷头)，或者由磁读头检测的磁编码信号，或者任何其他类似的技术。
模板可以是印刷的黑色和白色条形的简单系列，它的两种可能的形式在图2A和2B中示出；这些模板打算被附接到衬底，其中条形垂直于涂敷期间衬底的位移方向。图2A示出有规律地隔开的条形，具有相同宽度的黑色和白色条形，而图2B示出其中黑色和白色条形具有不同宽度的模板。光源(例如聚焦于模板上的精确点的激光)被附接于涂敷设备，连同用于检测反射的激光光线的传感器(例如发光二极管，可能配备有滤波器来隔离激光光线波长)。在衬底和模板相对于涂敷设备被位移时，由发光二极管生成的电信号可以被用于选通(gate)施加在电极和衬底之间的电压。在第一胶囊沉积步骤、清洗和烘干之后，在其上具有模板的衬底被重新装配到涂敷设备，并且来自发光二极管的信号的极性被反转，以控制第二胶囊沉积步骤。衬底必须被对齐以便来自第一沉积步骤的胶囊条纹垂直于衬底位移的方向，即衬底在两个胶囊沉积步骤期间必须在相同方向上行进。可以通过使用机械装置来完成必要的对齐；举例来说，对齐条形或者准线锁(alignment pin)可以被提供用于将衬底装配在搬运器上，该搬运器移动衬底使其经过涂敷设备。然而，条纹的间距及它们的对齐对于涂敷方向上的对齐，并且重要地，对于涂敷速度或者外部波形发生器的频率的变化是不敏感的。控制胶囊沉积的这种方法可以被叫做“条形码电沉积辅助涂敷”(″bar-code EDAC″或者″BC-EDAC″)。
条形编码的各种其他方法可以被用于控制三种或者更多种类型的胶囊的沉积。举例来说，图2C示出各种灰度等级的条形码。当使用这种灰度等级条形码时，通过感测来自发光二极管的各个输出范围来控制所施加的电压。图2D示出使用两个平行的黑色和白色条纹组的两位条形码。两个激光器和/或两个发光二极管可以被用于以四种方式之一来控制所施加的电压。这种方案的若干形式对于涂敷技术领域的技术人员将是显而易见的。
胶囊的更精细的图案化可以通过使用具有电性分段的电极的条形码EDAC来实现，即该电极被分为彼此绝缘的一系列分段使得每个分段和衬底之间的电压可以独立地被控制。通过使用电极的各个分段的电控制(给出关于在垂直于衬底位移方向的方向上的位置的信息)将信息耦合在条形码模板上(给出关于在平行于位移方向的方向上的衬底位置的信息)，有可能沉积胶囊的任意图案。附接到主动矩阵背板的全彩色显示器可以以这种方式或者通过简单的条纹涂敷(尽管条纹涂敷要求两倍高的分辨率)被制作，但是多种颜色的胶囊的任意的、重新编程的专色涂敷仅可以通过在两个维度上对沉积的这种同时控制来实现。
除了上文所描述的条形涂敷电沉积技术以外，有将电沉积用于实现胶囊的图案化沉积供电泳显示器所用的若干其他方式。举例来说，图案化的背板可以与不同的分段一起使用，该不同的分段可以在电沉积步骤期间单独定址；分段的印刷电路板(PCB)可以以这种方式被采用。一组分段被连接在一起并且电压可以通过由胶凝剂和第一类型的胶囊构成的浆体被施加在这些分段和相反电极之间。相反电极可以相对于PCB移动的涂敷头的形式，或者以同时覆盖PCB的整个表面的固定电极的形式。在合适的时间和施加的电压之后，相反电极被去除，非沉积的胶囊通过清洗被去除，并且被涂敷的PCB被烘干。只有对其施加电压的分段将被涂敷以沉积的胶囊和胶凝剂。被发现为有利的是在指定的步骤中将没有被涂敷的所有分段相互连接使得它们与相反电极处于相同的电势，因为这种防范将使所不希望的、杂散胶囊在这些分段上的沉积减少。不同组分段可以通过重复电沉积、清洗以及烘干步骤而被涂敷以第二类型的胶囊。该过程可以被重复任意数量次，仅受PCB上的不同分段的数量的限制。
用于被组成图案的沉积的这种方式具有在显示器的制备期间不需要对齐步骤的优点。胶囊自动地仅沉积在将在显示器操作期间对它们供电的分段上。原则上，该过程可以被扩展到非常高分辨率的显示器，诸如被用在主动矩阵显示器中的那些。在实践中，必要的是显示器电子器件被设计用于允许在电沉积步骤期间跨浆体的所要求的电流的通过以及所要求的电压的施加。仅被设计用于驱动电泳显示器的主动矩阵背板和背板电子器件通常不能供应所要求的电流或者电压，因而独立的沉积电路必须被设计到背板中或者电子器件被不同地设计以允许电沉积步骤或者多个电沉积步骤。
也有可能以类似的方式使用被组成图案的相反电极。举例来说，胶囊的点阵列可以通过使用以由一行或者多行针构成的阵列形式的相反电极来制备。这些针被支持在与胶囊浆体或者电泳介质的其他流体形态接触的未被组成图案的导电衬底上面的短距离处，并且电流的短脉冲被施加在针和衬底之间。清洗和烘干将向衬底提供与相反电极的针对准的胶囊点阵列。相反电极本质上可以具有任何形状，使得胶囊的任何图案可以沉积在导电衬底上。所希望的是衬底具有最大可能的导电性，或者相反电极被设计使得它的各部分可以顺序地被供电，由于这些技术将改进胶囊沉积的非均匀性。可替代地，衬底的条纹可以顺序地被涂敷；举例来说，衬底可以被附接到圆柱形的心轴，其在胶囊沉积期间卷绕在被供电的相反电极上以改进涂层的非均匀性。
本发明的过程的另一个变体准许多达三种不同类型的胶囊的沉积而没有在衬底上提供条形码以控制不同类型的胶囊的相对位置的复杂性；该变体允许三种不同类型的胶囊的沉积，其仅涉及单次的、非常简单的对齐，即衬底在连续的涂敷操作期间的90度旋转(或者某个其他类似的角度)。
如在上文中所提到的那样，被没有胶囊的条纹分开的胶囊的隔开的条纹可以通过在衬底被位移经过电极时调制施加在电极和导电衬底之间的电压而产生。已经发现以相似的尺寸被分开的、具有小于或者等于大约1/16英寸(大约1.5毫米)宽度的条纹可以通过使用经整流的方波电势而被沉积，通过使用典型的现有技术的胶囊浆体以及大约3密耳(大约76微米)的电极/衬底涂层缝隙，在电极相对于衬底被位移时，该经整流的方波电势被施加到电极。条纹的宽度可以由多个实验性参数来控制，包括电极的导电部分的宽度、电极和衬底之间的电势、方波的占空比、其频率、以及位移的速度。改变这些参数中的一些具有预期的效果。如果方波的频率增加，或者位移速率减小，条纹变得更窄并且更加靠近。当占空比改变为具有更短持续时间的正向(相对于衬底)脉冲时，条纹变得更窄，并且它们之间的缝隙越宽。电极的尺寸，尤其是在位移方向上的其尖端部分的宽度可以影响条纹的宽度，使得对于窄条纹尽可能最薄的尖端宽度是所希望的。涂层介质的合成就这方面而言也是可能是重要的。
如上文所提到的那样，被发现的是胶囊已经在其上沉积(尤其是在胶囊被清洗和烘干的情况下)的衬底的区域对于第二层胶囊的电沉积有非常大的抵抗力。举例来说，如在上文中所提到的那样，只有一组条纹已经通过上文所描述的电压调制过程被制作，具有与第一组不同的颜色或者类型的第二组条纹可以通过电沉积而不用以任何方式选通电压而沉积。因而，两种不同的胶囊类型的均匀条纹可以容易地被制作。
已经发现的是，如果上文所描述的电压调制过程以第二类型的胶囊重复，但是衬底在两个涂敷操作之间被旋转90度(或者类似角度)，第二类型的胶囊的电沉积以“不完整的条纹”的形式发生，第二类型的胶囊没有被沉积为与第一类型的胶囊的条纹成直角伸展的连续条纹，而是被沉积为第一胶囊的条纹之间的离散碎片(patch)；第二类型的胶囊不沉积在第一胶囊的条纹已经存在于其中的区域中。第二类型的胶囊的碎片的长度(平行于第一条纹的长度)及频率由与第一条纹的宽度相同的因素(电压、位移速度、选通频率、占空比等等)确定，而碎片的宽度(垂直于第一胶囊的条纹的长度)等于条纹之间的缝隙。
在紧跟第二类型的胶囊的电沉积的常规的清洗和烘干之后，衬底留有无遮蔽的(没有胶囊的)碎片，其具有与第一条纹之间的缝隙的宽度相等的宽度以及等于第二类型的胶囊的碎片之间的间距的长度。这些无遮蔽的碎片接着可以通过电沉积而不用电压调制被涂敷以第三类型(或者颜色)的胶囊，从而制作最终的衬底，其为三种不同类型的胶囊的有序布置而不要求在衬底上存在模板来控制三种不同类型的胶囊的相对对齐。
图3A和3B示出实验性的显示器的两种极端的光状态，该实验性的显示器具有以这种方式被制作的含有三种不同类型的胶囊的电泳介质层；该实验性的显示器使用了仅包含单个电极的背板使得显示器的所有子像素同时被切换；显然，商业显示器要求允许每个子像素独立地被切换的背板。
图3A和3B所示的显示器的电泳介质层如下被产生：
(a)包含含有带负电荷的黄色色素以及带正电荷的黑色色素的胶囊的第一胶囊化的电泳介质的隔开的条纹在第一、电压调制电沉积步骤中沉积；结果得到的条纹602如在图3A和3B中所示的那样水平地延伸，在图3A中为黑色及在图3B中为黄色(示出为深灰色)；
(b)在旋转衬底90度之后，包含含有带负电荷的棕色色素以及带正电荷的绿色色素的胶囊的第二胶囊化的电泳介质的不完整条纹或者碎片在第二、电压调制电沉积步骤中沉积；结果得到的不完整条纹604如在图3A和3B中所示的那样垂直地延伸，在图3A中为绿色(示出为浅灰色)以及在图3B中为棕色(示出为深灰色)；并且
(c)衬底的剩余的、大体上长方形的区域在第三、非电压调制的电沉积步骤中被涂敷以包含含有带负电荷的白色色素以及带正电荷的黑色色素的胶囊的第三胶囊化的电泳介质；结果得到的被涂敷的区域606在图3A中为黑色并且在图3B中为白色。在两个电压调制电沉积步骤中，位移速度大约为3毫米每秒并且选通频率为大约1赫兹；操作电压为40V(其中衬底相对于电极为正极)并且占空比为百分之三十。
用在实验性的显示器中的电泳介质的极端颜色状态当然是少见的，但是类似过程可以通过使用(例如)常规的红色/黑色、绿色/黑色、以及蓝色/黑色(或者对应的颜色/白色)介质来执行。
如上文所提到的那样，商业显示器要求允许每个子像素独立地被切换的背板，并且因而背板中的像素电极的布置(该背板是否为直接驱动型的，其中每个像素电极具有独立的导体，通过该独立的导体其电压可以被控制，或者为主动矩阵型)必须符合用具体的图案化技术所制作的颜色子像素的布置。在具有图3A和3B所示的类型的彩色电泳介质中，每个颜色像素具有图4所示的形状。如该图所示，该像素的几何形状可以被描述为类似希腊字母∏。∏的横杆包含具有第一颜色并且由在第一电沉积步骤中沉积的第一电泳介质的连续条纹中的一个的部分制成的第一子像素702。如果为了简单起见我们假定具有相等面积的三个不同电泳介质的正方形全彩色像素是所希望的(这些假定都不一定是真的)并且正方形的全彩色像素具有边长L，则子像素702的垂直尺寸(如图4所画)必须为L(因为子像素702由其制成的条纹在一个维度上是连续的)并且其水平尺寸为L/3。因而，为了制作图4所示的像素，第一电沉积步骤应当被进行使得相邻条纹之间的缝隙的宽度是条纹本身的宽度的两倍。
图4所示的颜色像素还包含具有第二颜色并且由在第二电沉积步骤中沉积的第二电泳介质的碎片中的一个制成的第二子像素704。由于子像素704具有等于第一电泳介质的条纹之间的间距的、为2L/3的水平尺寸，其垂直尺寸必须为L/2，如图4中所示。因而，为了制作图4所示的像素，第二电沉积步骤应当被进行使得相邻碎片之间的缝隙等于条纹本身的宽度。
最后，图4所示的颜色像素包含具有第三颜色并且由在第三、非电压调制电沉积步骤中沉积的第三电泳介质制成的第三子像素706。第三子像素706具有与第二子像素704相同的尺寸。
然而，由图4所示的颜色像素制成的显示器的分辨率不限于颜色像素本身的分辨率(在两个维度上都为L)。如图5所示，通过仔细选择背板中的像素电极的大小和放置，有可能制作具有两倍于颜色像素本身的分辨率(即在两个维度上都为L/2)的显示器。
图5示出并排形成的、具有图4所示的类型的两个颜色像素。包含子像素电极712、714及716的单个背板像素被示出，其中子像素电极被划上阴影线；七个另外的相邻的背板像素由虚线划定。
如可从图5中容易地看到的那样，每个背板像素是边长为L/2的正方形，并且包含与第一子像素702的四分之一区域重叠的第一子像素电极712、与第二子像素704的四分之一区域重叠的第二子像素电极714、以及与第三子像素706的四分之一区域重叠的第三子像素电极716。三个子像素电极712、714及716分别具有与对应的子像素702、704及706相同的形状及取向，但是为二分之一的大小使得如图5中所示，第二子像素电极714覆盖子像素704的下部右边四分之一平面，并且第三子像素电极716覆盖子像素706的上部右边四分之一平面，而第一子像素电极712覆盖位于子像素702的左手半边的第一子像素702的一部分并且在从子像素702的对称的水平面的每个方向上延伸L/4的距离。
应当注意到的是紧接在像素电极712、714、176下面的像素电极使其子像素电极以与子像素电极712、714、716相同的方式布置，其中紧接在像素电极712、714、716的左边和右边的像素电极使它们的子像素电极相对于子像素电极712、714、716横向反转。
尽管本发明的过程已经在上文中以其对于包封的电泳显示器的应用被描述，本过程对于其他类型的电光显示器也可以是有用的。

Claims (10)

1.一种用于在包含导电层的衬底(208)上形成包封的电泳介质的涂层(206)的过程，所述过程包括：
使所述衬底(208)与所述包封的电泳介质的流体形式(204)接触；以及
当所述衬底(208)与所述流体形式(204)接触时，移动所述衬底经过电极(212)，同时在所述电极(212)与所述衬底(208)的所述导电层之间施加电压，
所述过程的特征在于：所述电压随时间被改变以便所述电泳介质(204)被沉积在所述衬底(208)的多个离散的区域(602)上，这些离散的区域(602)被在其中电泳介质(204)没有被沉积在所述衬底(208)上的区域分开。
2.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，其中在所述电泳介质(204)沉积在所述衬底(208)的离散的区域上之后，所述衬底(208)被清洗以从其上去除电泳介质(204)。
3.根据权利要求2所述的过程，其特征在于，所述过程还包括在清洗所述衬底之后固化沉积在所述衬底(208)上的电泳介质(204)。
4.根据权利要求1至3中任意一项权利要求所述的过程，其特征在于，其中所述电极(212)具有垂直于所述衬底(208)的移动方向所测量的宽度，所述宽度至少为平行于所述衬底(208)的移动方向所测量的其长度的两倍大，以便所述衬底(208)的所述多个离散的区域(602)具有垂直于所述衬底(208)的移动方向延伸的条纹的形式。
5.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，其中所述衬底(208)被提供有标记，并且这些标记被检测并被用于控制施加在所述电极(212)和所述衬底(208)的所述导电层之间的电压的变化。
6.根据权利要求1所述的过程，其特征在于，所述过程还包括：
在所述电泳介质(204)沉积在所述衬底(208)的所述离散的区域(602)上之后，从所述衬底(208)去除非沉积的电泳介质(204)；
使所述衬底(208)与第二包封的电泳介质的流体形式接触；
当所述衬底(208)与所述第二包封的电泳介质的所述流体形式接触时，移动所述衬底(208)经过电极，同时在所述电极和所述衬底(208)的所述导电层之间施加电压，所述电压随时间被改变以便所述第二包封的电泳介质被沉积在没有被先前沉积的电泳介质占据的、所述衬底的多个离散的区域(606)上。
7.根据权利要求6所述的过程，其特征在于，其中在其上存在所述沉积的电泳介质的所述衬底的所述多个离散的区域具有垂直于所述衬底的移动方向延伸的条纹的形式，并且所述第二包封的电泳介质被沉积为实质上平行于所述沉积的电泳介质的条纹但是与所述沉积的电泳介质的条纹隔开的一系列条纹。
8.根据权利要求6所述的过程，其特征在于，其中在其上存在所述沉积的电泳介质的所述衬底(208)的所述多个离散的区域(602)具有垂直于所述衬底(208)的移动方向延伸的条纹的形式，所述衬底(208)在与所述第二包封的电泳介质的流体形式接触期间的移动实质上平行于所述沉积的电泳介质的条纹，以便所述第二包封的电泳介质被沉积为实质上垂直于所述沉积的电泳介质的条纹伸展的一系列不完整的条纹(606)。
9.根据权利要求6所述的过程，其特征在于，所述过程还包括：
在所述第二包封的电泳介质沉积在所述衬底(208)上之后，从所述衬底(208)去除非沉积的第二包封的电泳介质；
使所述衬底(208)与第三包封的电泳介质的流体形式接触并且由此将所述第三包封的电泳介质沉积在没有被所述两个先前沉积的电泳介质占据的所述衬底的区域上。
10.根据权利要求9所述的过程，其特征在于，其中在其上存在所述沉积的电泳介质的所述衬底(208)的所述多个离散的区域(602)具有垂直于所述衬底(208)的移动方向延伸的条纹的形式，所述第二包封的电泳介质被沉积为实质上垂直于所述沉积的电泳介质的条纹伸展的一系列不完整的条纹(606)，并且所述第三包封的电泳介质被沉积在没有被所述两个先前沉积的电泳介质占据的所述衬底(208)的实质上所有区域上。
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