CN114127628A - 电泳显示器 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种电泳显示***，所述电泳显示***包括设置在基板上的第一电极以及三维(3D)碳基结构，所述3D碳基结构被配置为引导分散在其中的带电电泳墨水粒子的迁移，所述带电电泳墨水粒子被配置为响应于向所述第一电极施加电压。所述3D碳基结构包括：多个3D聚集体，所述多个3D聚集体由正交地融合在一起的石墨烯纳米片的形态限定并通过聚合物交联；以及多个通道，所述多个通道散布在整个所述3D碳基结构中由所述形态限定。所述多个通道包括多个粒子间通路和多个粒子内通路。每个粒子间通路可具有比每个粒子间通路更小的尺寸。第二电极设置在所述3D碳基结构上。每个3D聚集体可包括石墨烯、碳纳米洋葱、碳纳米片或碳纳米管中的任何一种或多种。

Description

电泳显示器
相关申请
本申请要求2019年6月25日提交的名称为“Electrophoretic Display”的美国临时专利申请62/866,464的优先权，并且本申请是2019年12月6日提交的名称为“ResonantGas Sensor”的美国专利申请16/706,542的部分继续申请，该专利申请要求2019年3月8日提交的名称为“Resonant Gas Sensor”的美国临时专利申请62/815,927的优先权并且是2019年1月3日提交的名称为“Resonant Gas Sensor”的美国专利申请16/239,423的继续申请，该专利申请要求2018年1月4日提交的名称为“Volatiles Sensor”的美国临时专利申请62/613,716的优先权；并且本申请是2019年2月22日提交的名称为“Antenna withFrequency-Selective Elements”的美国专利申请16/282,895的部分继续申请并要求其优先权权益，该专利申请是2018年4月3日提交的名称为“Antenna with Frequency-Selective Elements”的美国专利申请15/944,482的继续申请，该专利申请要求2017年5月18日提交的名称为“Carbon-BasedAntenna”的美国临时专利申请62/508,295的优先权并且要求2017年4月7日提交的名称为“Dynamic Energy Harvesting Power Architecture”的美国临时专利申请62/482,806的优先权，并且要求2017年4月5日提交的名称为“DynamicEnergy Harvesting Power Architecture”的美国临时专利申请62/481,821的优先权；所有这些专利据此全文以引用方式并入以用于所有目的。
技术领域
本公开整体涉及一种电泳显示器，并且更具体地涉及一种电泳显示装置，该电泳显示装置包括通过聚合物彼此交联的碳粒子并且在激活时模拟传统墨水在纸张上的外观。
背景技术
电泳显示器(EPD)也称为电子纸，其提供了传统平板显示器的低能耗替代品，因此已广泛用于各种消费品，包括电子阅读装置、数字记事本、货架标签、标志和适用于包装或用作数字标签的简单显示器。与发光的传统背光平板显示器不同，EPD像传统纸张一样反射光。这可以使其更便于阅读，并提供比大多数发光显示器更宽的视角。EPD通常通过使用保持在前基板与后基板之间的带电颜料粒子来操作。当在两个板上施加电压时，粒子迁移到带有与粒子上的电荷相反的电荷的板上。目前的EPD装置由于使用常规材料而在分辨率和性能方面受到限制。期望注入高度结构化和表面官能化的碳粒子以增强EPD分辨率、降低功耗并延长使用寿命，同时降低生产成本。
发明内容
提供本发明内容来以简化形式介绍以下在具体实施方式中进一步描述的一系列概念。本发明内容并不意图确认所要求保护主题的关键特征或本质特征，也不意图限制所要求保护主题的范围。此外，本公开的***、方法和装置各自具有若干创新方面，其中没有单独方面独自地负责本文所公开的期望属性。
本公开中所述的主题的一个创新方面可被实现为一种三维(3D)碳基结构，该3D碳基结构被配置为引导分散在其中的带电电泳墨水粒子的迁移，所述带电电泳墨水粒子被配置为响应于向第一电极施加电压。3D碳基结构可包括由正交地融合在一起的石墨烯纳米片的形态限定并且通过聚合物交联的多个3D聚集体以及散布在整个3D碳基结构中由所述形态限定的多个通道。所述多个通道可包括多个粒子间通路和多个粒子内通路。每个粒子间通路可具有比每个粒子间通路更小的尺寸。第二电极可设置在3D碳基结构上。
在一些实现方式中，电泳显示***可包括在多个3D聚集体或多个通道中的任何一者或多者中形成的多个凹陷部。任何一个或多个粒子间通路可具有不大于约10μm的平均径向尺寸。任何一个或多个粒子内通路可具有大于约200nm的平均径向尺寸。
在一些实现方式中，每个3D聚集体还包括石墨烯、碳纳米洋葱、碳纳米片或碳纳米管中的任何一种或多种。聚合物可包括纤维素、乙酸丁酸纤维素、苯乙烯丁二烯、聚氨酯、聚醚-聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂或乙烯基树脂中的任何一种或多种。
本公开中所述的主题的另一个创新方面可被实现为一种制备电泳显示结构的方法。该方法可包括使由来自含碳蒸气流的多个3D碳基聚集体限定的3D开放多孔结构自成核；用亲核部分使所述3D开放多孔结构的一个或多个暴露表面官能化；以及使3D开放多孔结构中的多个3D碳基聚集体交联。交联可包括转化亲核部分；以及限定3D开放多孔结构中的孔隙度。
在一些实现方式中，3D开放多孔结构的自成核还可包括限定平均孔径大于约200nm的孔隙度。3D开放多孔结构的自成核可包括在其中形成由多个3D碳基聚集体限定的多个通路。所述多个通路可被配置为将多个带电的可移动二氧化钛粒子引向设置在电泳显示结构上的带电电极。所述多个带电的可移动二氧化钛粒子中的任何一个或多个可被配置为被非反应性地拖入或拖出3D开放多孔结构。
本公开中所述的主题的另一个创新方面可被实现为一种显示装置，该显示装置包括设置在基板上的一对电极和设置在所述一对电极之间的三维(3D)碳基结构。3D碳基结构可被配置为基于向该对电极中的任何一个或多个电极施加的电压差来引导分散在其中的多个带电的电泳墨水粒子的迁移。3D碳基结构可包括：多个3D聚集体，所述多个3D聚集体由正交地融合在一起的石墨烯纳米片的形态限定并通过聚合物交联；以及多个通道，所述多个通道散布在整个所述3D碳基结构中由所述形态限定。所述多个通道可包括多个粒子间通路和多个粒子内通路。每个粒子间通路可具有比每个粒子间通路更小的尺寸。
在一些实现方式中，3D碳基结构可以不依赖于微型杯或微胶囊中的任何一者或多者。所述多个带电的电泳墨水粒子可包括多个带负电的可移动二氧化钛粒子。带负电的可移动二氧化钛粒子可显示出基本上白色的颜色。显示出基本上白色的颜色的带负电的可移动二氧化钛粒子可被配置为当所述一对电极中的任何一个电极带正电时被吸引到该电极；或者，当所述一对电极中的任何一个电极带负电时被排斥远离该电极。
在一些实现方式中，3D碳基结构可被配置为处于非导电状态。显示装置可包括被配置为向显示装置提供功率的天线。显示装置可包括位于3D碳基结构与所述一对电极中的任何一个或多个电极之间的对比层。对比层可以是第一颜色。多个带电的电泳墨水粒子可以是不同于第一颜色的第二颜色。3D碳基结构由小于约0.5的多分散指数限定。
以下附图和描述中阐述本说明书所述主题的一个或多个实现方式的细节。从具体实施方式、附图和权利要求将显而易知其他特征、方面和优点。应注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
附图说明
本文所公开主题的实现方式通过举例示出并且并不意图受附图中的图限制。贯穿附图和说明书，类似数字表示类似元件。应注意，以下附图的相对尺寸可能未按比例绘制。
图1A示出了根据一些实现方式的示例性常规EPD装置100A的侧面剖视示意图110A。
图1B示出了根据一些实现方式的常规微胶囊型电泳显示器。
图1C示出了根据一些实现方式的使用微型杯技术的常规PMEPD100C。
图1D示出了根据一些实现方式的包括基于碳的结构的EPD装置的剖视示意图。
图1E示出了根据一些实现方式的包括含碳结构的示例性EPD装置。
图2示出了说明根据一些实现方式的电泳显示器(诸如图1所示)的结构的示意图。
图3A至图3B示出了根据一些实现方式的结构(诸如图2所示)的扫描电子显微图像。
图4A至图4B是表示根据一些实现方式的用于制造电泳视觉显示器(诸如图1所示)的结构(诸如图2所示)的方法的示意图。
图5示出了根据一些实现方式的示例性电泳视觉显示器的剖视图。
图6示出了根据一些实现方式的示例性电泳视觉显示器的剖视图。
图7A示出了表示根据一些实现方式的制备用于电泳视觉显示器的碳墨的方法的示意图。
图7B示出了表示根据一些实现方式的制备用于电泳视觉显示器的碳墨的另一种方法的示意图。
图8示出了根据一些实现方式的用于电泳视觉显示器的示例性显示器配置的剖视示意图。
图9示出了根据一些实现方式的用于电泳视觉显示器的示例性显示器配置的剖视示意图。
图10示出了根据一些实现方式的用于电泳视觉显示器的示例性显示器配置的剖视示意图。
图11示出了根据一些实现方式的用于电泳视觉显示器的示例性显示器配置的剖视示意图。
图12示出了根据一些实现方式的示例性电泳显示单元的图像。
图13示出了根据一些实现方式的示例性电泳显示单元的图像。
图14示出了根据一些实现方式的示例性电泳显示单元的图像。
图15A示出了根据一些实现方式的多层示例性电泳显示器的剖视示意图。
图15B示出了根据一些实现方式的与多层电泳显示器相关联的特征的列表。
图16A示出了根据一些实现方式的多层电泳显示器的示例性实现方式。
图16B示出了根据一些实现方式的其中两个多层基板包括不同部件集合的示例性实现方式。
具体实施方式
引言
本文所公开的主题的各种实现方式整体涉及制造电泳显示器(在本文中称为“EPD”并且通俗地称为“电子纸”)的***和方法。电子纸(electronic paper/e-paper)，有时还有电子墨水，以及电泳显示器是基本上模拟在纸张上使用的传统(“普通”)湿墨水的外观的显示装置(或构成部件或显示装置)。然而，与发光的常规背光平板显示器(是指现代平板电视和计算机监视器显示器)不同，电子纸显示器将发出的光反射到其上，类似于常规纸。这可以使EPD对于眼睛来说相对更自然，并且在良好照明的环境中(诸如在晴天的户外，或者在办公室会议室中)更舒适地阅读，同时还提供比大多数常规或当前可用的发光显示器更宽的视角。值得注意的是，EPD中可用的对比率已经达到类似于传统印刷介质(包括报纸)的水平。因此，制造商现在通常可以基于他们是否可以在直射阳光下阅读而不产生看起来褪消(是指由于在显著外部照明的存在下在亮表面与暗表面之间缺乏足够的对比度而变得视觉上不清楚或不可区分)的图像来对EPD性能进行基准测试。
一些EPD技术可以在没有电力的情况下无限期地保持静态文本和图像，因此对于某些不需要的应用领域诸如在杂货店中生产的标牌或在货物和包装上的一次性标签等，提供了传统数字显示器的有用的低成本替代品。柔性电子纸可被配置为使用塑料基板材料和塑料电子器件以在它们各自的显示器背板中提供结构刚性，而照明的缺乏可导致转变为低操作成本的有限功耗。EPD的应用是众多的，并且可包括电子货架标签和数字标牌、机场、公共汽车、区域铁路和地铁(火车)站的时间表、乘坐共享服务拾取位置、电子广告牌(诸如在体育场)、智能电话显示器和便携式电子阅读器(“e-reader”)、能够以类似(或更好)的视觉灵敏度和精确度显示以印刷介质形式常规可用的书籍和杂志的数字版本的任何一者或多者。考虑到电子设备和基于云的计算的进步已经显著地增加了能够在从高等教育到公司金融的各种经济部门中每天处理和交换的数据量，向用户可视地呈现最新信息的能力已变得日益重要。
值得注意的是，文本和图形信息的详细显示对于物联网(“IoT”)***(是指具有标识符和通过网络传送数据而不需要人对人或人对计算机交互的能力的相互关联的计算设备、机械和数字机器的***)是重要的，其中低成本和功率要求对它们的广泛部署和使用提出了重大挑战。包括有机发光二极管(OLED)技术在内的现代显示技术提供了明亮的、详细的和高分辨率的显示器(完全具有精确复制真黑色表示的能力)，但是这些丰富的图形通常需要高的操作成本，如持续的功耗所反映的那样，并且可能不特别适合于与自供电或其他替代的能量采集解决方案集成。对于许多IoT应用，包括电子货架或包装标签，以低功率提供基本必要的信息比以高功率提供丰富的图形体验更合乎需要。尽管更高能效的电泳显示技术已经降低了持续的能量需求，但是它们仍然经常需要高电压和能量来驱动显示器，从而否定了使用环境能量收集方法的可能性。
独特3D分层开放多孔结构
本发明所公开的实现方式提供了具有定位在带相反电荷的电极层之间的含碳层的EPD显示装置。含碳层用作在电极层之间迁移的电泳墨水的物理屏障以引导和控制迁移，从而在保持低功耗的同时实现高图像分辨率。EPD装置通过在具有多功能特性的含碳层中掺入由石墨烯纳米片形成的三维(3D)碳基聚集体(其中石墨烯纳米片是指一类相对新的碳纳米粒子和/或纳米粉末)来提供超过常规EPD显示器的改进。石墨烯纳米片可以由具有薄片形状的基本上垂直对齐的石墨烯片的小堆叠(3-5层，或至多15层)组成。此类石墨烯片可以与在碳纳米管的壁中发现的那些几乎相同，但是以平面形式存在。石墨烯纳米片可以代替碳纤维、碳纳米管、纳米粘土或许多复合材料应用中的其他化合物，包括适用于本文提供的EPD装置的那些。
由石墨烯纳米片形成的3D碳基聚集体可在受控且可调谐的化学反应室或反应器中在其中流动含碳气态物质时合成(或以其他方式“自组装”、“自成核”或形成)，所述气态物质任选地包括一种或多种惰性载气等。3D碳基聚集体在飞行中在彼此正交(成直角)的限定位置处固有地自生长以限定3D分层开放多孔结构(术语“分层”在此用于指散布在较大3D碳聚集体中或之间的各种宽度或其他尺寸的多个开放通路)。本发明所公开的自生长或自组装方法提供了与已知的和常规的碳粒子形成方法的显著的程序性、合成性和技术性差异，诸如退火(是指改变材料的物理特性并且有时改变化学特性以增加其延展性并降低其硬度使其更易加工的热处理)和烧结(是指通过热或压力压实并形成材料的固体块而不将其熔化至液化点的方法)，以在3D分层开放多孔结构中呈现意想不到的有利的材料和性能特性。
关于所提出的EPD装置的含碳层的细节，在3D分层开放多孔结构中形成有组织且可调谐的多孔布置，该结构被配置为促进其中的碳基电子墨水的电泳迁移。多孔布置可以是基本上固定的，使得3D碳基聚集体交联，并且可通过粘结材料或粘结剂保持在适当的位置以促进柔性，这对于在柔性基板(诸如纸、塑料或其他材料)上形成多孔布置是期望的，但仍根据需要引导电泳墨水迁移。电泳碳基墨水可通过使用超声处理方法来制备，其中碳材料被同时破碎并官能化以制备在低介电溶剂中有效分散的约100nm至200nm范围内的亚微米墨水粒子。
本发明所公开的EPD装置、相关结构和电泳碳基墨水可以3D印刷在柔性和一次性基板上，允许开发并经济可行地生产适合日常使用的低成本装置。与传统的EPD相比，EPD装置具有相对较低的功耗要求，因此可以相对较低的功率量运行，从而允许可单独通过能量采集来操作的装置，而不是如在传统EPD装置中偶尔发现的那样在(例如)便携式电池电源上运行。如先前所讨论，本发明所公开的装置的应用广泛，并且包括(至少)用于包装的装运标签或用于商店物品的价格标签，其中要显示在EPD上的信息可以无线地传送到EPD。EPD的低成本允许其在其所附着的物品已被递送或购买等之后被丢弃。
常规电泳显示(“EPD”)装置
与发光的常规背光平板显示器不同，包括本发明所公开的EPD装置的电子纸显示器像传统纸张一样反射光，使得它们对于人眼观察和阅读是自然的，并且还可以提供更宽的视角，从而实现在替代零售店等中的传统标牌的应用中的通用性。而且，许多电子纸技术可以在没有电力的情况下无限期地保持(呈现)静态文本和图像，因此降低了各种领域中的应用的持续功耗要求。
图1A示出了示例性常规EPD装置100A的侧面剖视示意图110A以及EPD装置100A的自上向下视图108A，该装置包括上部(透明)电极层102A、包含电泳墨水胶囊的液体聚合物层104A和下部电极层106A。在常规实践中，将直径为约一微米(μm)的二氧化钛(“氧化钛”)粒子分散在烃基油中。也可将深色染料与表面活性剂(是指倾向于降低其溶解于其中的液体的表面张力的物质)和使二氧化钛粒子带电荷的带电剂一起添加到油中。将该混合物放置在由10μm至100μm的间隙分开的两个平行导电板(分别示出为上部电极层102A和下部电极层106A)之间。当在两个板上施加电压时，粒子电泳迁移(是指分散粒子在空间均匀电场的影响下相对于流体的运动)到带有与粒子相反的电荷的板上。当粒子位于显示器的前(观看)侧时，EPD100A看起来是白色的，因为二氧化钛粒子由于其折射率(描述光穿过给定材料的快慢程度的维度数值)而将光散射回观看者。当粒子位于显示器的后侧时，EPD的该部分看起来是暗的，因为入射光被有色染料吸收。如果后部电极被分成多个小图像元素(像素)，则可通过向显示器的每个区域施加适当的电压以产生反射和吸收区域的图案来形成图像。
常规EPD可被配置为通过或利用基于金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)的薄膜晶体管(TFT)技术来控制。可能需要TFT在EPD中形成高密度图像。基于TFT的EPD的常见应用是电子阅读器。EPD因为其纸状外观和低功耗而被认为是电子纸类别的主要示例。商用电泳显示器的实例包括在Amazon Kindle、Barnes&Noble Nook、Sony Reader和Kobo eReader中使用的高分辨率有源矩阵显示器。
常规微胶囊型电泳显示器100B示于图1B中，并且包括分别具有如图所示的交替和相反的极性或电荷的顶部电极阵列102B和底部电极阵列108B，以及白色带负电的粒子104B和黑色染料106B(统称为电子墨水)。EPD将微胶囊保持在夹在两个电极阵列102B和108B之间的液体聚合物层中，其中上部是透明的。两个电极阵列102B和108B被对齐以将片材划分为像素，并且每个像素对应于位于片材的任一侧上的一对电极。该片材与用于保护的透明塑料层合，得到80微米的总厚度，或普通纸张的两倍。电极阵列的网络(是指两个电极阵列102B和108B)连接到显示电路，该显示电路通过向特定电极对施加电压而在特定像素处将电子墨水“接通”和“断开”。表面电极的负电荷将白色带负电粒子106B排斥到局部胶囊的底部，迫使黑色染料106B到达表面以将像素变为黑色。反转电压具有相反的效果。其将白色带负电粒子106B吸引到表面，使像素变为白色。
超薄塑料无源矩阵EPD显示器(PMEPD)
使用微型杯技术的常规PMEPD100C示于图1C中，并且包括顶部图案化导体膜102C、带电粒子104C、密封或粘合剂层106C、底部图案化导体膜108C和介电溶剂110C。示例性微型杯114C(其可以同样或另选地将多个微型杯称为微型杯114C)可具有在60-180μm范围内的杯尺寸112C(是指宽度(w)或长度(1))，以及15-40μm的微型杯高度116C。顶部图案化导体膜102C和底部图案化导体膜108C夹置一个或多个微型杯，每个微型杯填充有介电溶剂110C，从而允许在暴露于电压时根据微型杯114C的形成来引导带电粒子104C的迁移。
PMEPD已通过基于微型杯和密封技术的形式灵活的卷对卷制造方法制备。具有急剧电光转换(“γ”)的5V至50V范围内的阈值电压的高转换速率微型杯PMEPD已在常规产品和技术中得到证明。由于缺乏固有的阈值特性来抑制或消除在矩阵驱动期间相邻像素之间的不期望的串扰或交叉偏移，因此使用传统的列和行电极图案的PMEPD通常会带来重大的技术挑战。
已进行若干尝试来解决阈值问题。例如，已采用附加的导电层或栅格电极来抑制非寻址像素中不期望的粒子运动。已开发此类PMEPD，但是由于必需的多层电极结构(其本身具有高成本)，通常需要高制造成本。另选地，已提出磁性粒子和磁性电极来提供所需的阈值，这也是以制造成本为代价的。已报道具有固有阈值特性的电泳流体，但是在例如响应时间、操作电压、亮度、图像均匀性和显示寿命方面存在折衷。
如图1C所示，微型杯114C的壁或隔板在整个EPD中提供机械支撑，并且可以提供有利的物理-机械特性，包括抗刮擦性、抗冲击性和抗弯曲性。它们还能够通过有效地隔离每个独立杯中的具有不同特性(诸如颜色和/或转换速率)的流体来实现颜色分离。通过连续填充和密封技术，EPD可以相对低的成本高速卷对卷制造。
常规技术中存在的局限性
尽管由于它们与其他类型的现代平板显示装置相比相对简单而通常以较低的成本生产和操作，但是与其他显示技术诸如液晶显示器(LCD)相比，电子纸技术可提供非常低的刷新率(这是不期望的)。这一缺点阻止了生产者实现复杂的现代交互式应用(使用例如快速移动菜单、鼠标指针或滚动)，如在标准移动设备(诸如智能电话)上常见的那些。在使用期间，这种限制的实例是，常规EPD装置上的文档在没有以下项的情况下可能无法顺利缩放：
(1)转换期间极度模糊；或者，
(2)非常慢的缩放(两者都是非常不期望的)。
另一个限制是在刷新部分屏幕之后，图像的阴影可能是可见的，留下不期望的残余物，该残余物在视觉上干扰显示在屏幕上的后续图像。这样的阴影是严重的麻烦并且在行业中被称为“重影图像”，并且该效果被称为“重影形成”。这种效果使人联想到屏幕老化，但是与屏幕老化不同，其可以在屏幕刷新若干次之后解决。
包括充当固定相的3D分层开放多孔结构的新型EPD装置，粒子可迁移通过所述固定相。
为了解决在常规EPD装置技术中遇到的限制，图1D示出了EPD装置100D的剖视示意图，该装置包括基于碳的三维(3D)结构130D，并且包括本质上“分层”的调谐开口或通路，诸如通过开口或通路宽度来组织。因此，结构130D通常是开放的和多孔的。在图1D所示的配置中，EPD装置100D包括通过任何一种或多种已知方法并通过使用可商购获得的工具沉积在基板110D上的多个层145D。
如图1D所示，EPD装置100D包括设置在基板110D上的第一电极层120D、设置在第一电极层120D上的结构130D、散布在形成于结构130D中的多孔布置148D内和周围的多个带电电泳墨水胶囊140D、以及设置在其上的第二电极层150D。结构130D可用隔离密封层139D密封并使用光学透明(透明)的粘合剂材料149D层合至第二电极150D。所述多个带电电泳墨水胶囊140D通过结构130D朝向层150D(相对于粒子的电荷和层的该部分的电荷，基本上如先前针对图1A至图1C中的常规EPD装置介绍的那样，其中带电电泳墨水胶囊140D(可以是白色的且带负电的)将被吸引到带正电的第一电极102B)电泳迁移(是指分散粒子在空间均匀电场的影响下相对于流体的运动)，以形成从层150D观看的高分辨率图像(诸如图案、图形、文本)，如眼睛105D的图标所示，并且基本上复制了传统墨水在纸张上的外观。
一般来讲，结构130D分别在第一电极层120D与第二电极层150D之间形成固定固相，并且可包括彼此联网在一起的多孔碳材料。包括二氧化钛(在本文中可互换地称为“氧化钛”、“钛IV氧化物”，是指具有TiO2化学式的天然存在的钛氧化物)的电泳墨水粒子(具有与固定碳固相的对比色)根据电压的施加分别迁移到第一电极层120D和第二电极层150D中的任何一者或多者。在操作中，带负电的可移动二氧化钛粒子可被吸引到带正电的第一电极层120D以显示白色，或被排斥远离带负电的第一电极层120D以导致显示黑色(或比白色暗)。任何一种或多种可移动二氧化钛可通过结构130D(也称为固定固相)引导或拖入和拖出(非反应性地)。这种方法可以容易地区别于常规技术，所述常规技术依赖于分散在介电溶剂中的电泳墨水，介电溶剂被捕获或至少基本上限制在微型杯或微胶囊中，其中运动分别受限于任何微型杯或微胶囊的组织和放置。
碳基3D分层开放多孔结构的制造
常规EPD装置可通过卷对卷形式的柔性制造方法来制造，并且可包括分散在微型杯内的介电溶剂中的带电二氧化钛和/或墨水粒子，带电粒子迁移通过该介电溶剂以形成和显示图像。EPD装置可包括被定位在相邻电极层之间的烃油，其中带电粒子迁移通过该油以形成图像。EPD装置还可包括通过如先前讨论的退火或烧结技术制备的碳构造，所述两种技术都是常规且已知的技术，并且不能提供实现图1D所示和讨论的结构130D所需的保真度。
与所讨论的(或其他)常规技术不同，结构130D可在包括甲烷(CH4)的试剂气态物质的大气压等离子体基蒸气流中成核和生长，以自形成初始含碳和/或碳基粒子(不需要另外的专用晶种粒子)。该初始粒子可通过形成多个正交互连的聚集体132D而膨胀，每个聚集体132D具有至少400nm的直径，诸如400nm至20μm，或诸如1μm至20μm的平均直径，其中每个聚集体包含多个石墨烯纳米片。
初始粒子随后通过以下方式膨胀：
·在“飞行中”合成，描述来源于微波等离子体反应室内半空中进入的含碳气体的另外的碳基材料的***性聚结(是指从独立于晶种粒子的初始碳基均相成核的成核和/或生长)；和/或，
·直接沉积或生长(另选地称为“自成核”)到热反应器内的支撑或牺牲基板诸如集电器上；和/或
·暴露于一个或多个后处理操作以实现特定期望特性。
聚结是指其中相同组成的两个相域聚集在一起并形成较大相域的过程。或者说，如果两种或更多种可混溶物质(由流动的甲烷气体形成的碳衍生物)的单独块发生最轻微的接触，则将它们似乎彼此“拉”在一起的过程。
因此，结构130D形成显示架构，其中碳基材料独特地自成核以分别合成或以其他方式产生被定位在第一电极层120D与第二电极层150D之间的可调谐多孔(非导电)网络，所述可调谐多孔(非导电)网络可引导其中的粒子的迁移运动并且因此产生并再现原本通过常规手段无法实现的清晰高质量图像。
返回到用于形成结构130的合成过程，如上文所介绍，包括含碳组成物质诸如甲烷(CH4)的蒸气流可流入两种一般反应器类型中的一种中：
·热反应器；或者，
·基于微波的(和/或“微波”)反应器。合适类型的微波反应器由Stowell等人，“Microwave Chemical Processing Reactor”，美国专利9,767,992(2017年9月19日)，该文献全文以引用方式并入本文。
如本文所用，术语“飞行中”是指基于接触来源于流入的含碳气态物质(诸如含有甲烷(CH4)的那些)的颗粒材料以“裂化”此类气态物质的新型化学合成方法。如通常理解和如本文所提及的那样，“裂化”意指甲烷热解以产生元素碳(诸如高品质炭黑)和氢气的技术过程，没有一氧化碳的潜在污染问题，并且基本上不具有二氧化碳排放。可在如上所述的微波反应器内发生的代表性吸热烃裂化反应如以下公式(1)所示：
CH4+74.85kJ/mol→C+2H2 (1)
来源于上述“裂化”过程的碳可以在分散于气相中的同时融合(自结合)在一起，称为“飞行中”，以形成碳基粒子、结构、(基本上)2D石墨烯片和由其衍生的聚集体132D。聚集体132D(共同限定结构130D)可以各自单独地包括融合在一起的多层石墨烯纳米片(或由其组成)，每层石墨烯纳米片以与相邻的石墨烯纳米片正交的角度融合，以用作一类固有的、自支撑支架，该支架也可以在结构上由传统的化学(湿)粘结剂或其他接合材料补充，从而允许即使在第二电极层120D和/或基板110D的弯曲或其他运动的情况下保持结构130D的有利结构特征。
用于形成结构130D的沉积碳和/或碳基材料的电导率可通过在沉积阶段的第一部分中将金属添加剂添加到碳相中或改变来源于所讨论的裂化烃气体的各种碳粒子的比率来调谐(或消除)。作为能量沉积过程的一部分，可以调整其他参数和/或添加，使得沉积的碳和/或碳基粒子的能量程度将：(1)粘结在一起；或者，(2)不粘结在一起。并且，通过使结构130D在“飞行中”或直接在支撑或牺牲基板上的基于大气等离子体的蒸气流中成核和/或生长，可以减少或完全消除存在于EPD装置和EPD装置制造过程中的许多操作和部件。而且，可以在所讨论的碳和/或碳基材料中实现或添加定制和可调谐性。
碳基3D分层开放多孔结构的孔尺寸
如上所述，碳结构130D可以在飞行中合成为具有3D分层结构，该分层结构包括短程、局部纳米结构化与长程近似分形特征结构化的组合，其在该上下文中是指连续层的形成，包括每个连续层相对于其下的层的90度旋转等等，从而允许形成垂直(或基本上垂直)层和/或中间(“间”)层。这种取向在本文中被称为“正交分层”或“正交互连”以形成其中形成有多孔布置148D的结构130D。为了实现期望的EPD性能品质，多孔布置148D可被调谐成包括：
·粒子间孔151D，其为在聚集体132D内和周围的空隙空间、空腔或开口，所述聚集体在中孔尺寸和大孔尺寸(分别由国际理论和应用化学联合会IUPAC定义为具有从2nm和50nm延伸并大于50nm的孔径)之间延伸，并且尺寸被设定为200nm至2μm、400nm至5μm、或至多10μm，这是指形成结构130D的自组装聚集体132D的各部分之间的平均距离；以及
·粒子内孔隙度155D，其被定义为在每个聚集体132D内的材料之间，诸如在石墨烯层之间，并且可具有200nm至2μm的平均孔径。
结构130D可包括通过聚合物(诸如交联聚合物)互连的聚集体132D。
基板110D可以是柔性材料，诸如聚合物膜或纸基材料，并且是相对低成本和一次性的，特别适合于单次使用应用。适用于形成基板110D的示例性材料包括硬纸板、纸、聚合物涂覆的纸和聚合物膜以及卡片纸料、标签和盒子中的任何一种或多种。由于EPD100D在未被激活时的休眠、非功耗性质，EPD100的另选配置可以实现延长的使用期。
电泳显示器(EPD)装置的功能
第一电极层120D和第二电极层150D中的任何一者或多者可以结合用于与电路的非金属部分(诸如半导体、电解质、真空或空气)接触并为EPD装置100D的各个部件(诸如像素)产生电场的电导体。第一电极层120D和第二电极层150D分别可由彼此相同、相似或不同的材料制成。在一些实现方式中，第一电极层120D和第二电极层150D分别可以各自包括基本上彼此相邻定位的多个单独电极，其中任何一个或多个单独电极由导电墨水印刷。用于制造电极层120D和150D的电势形成材料可包括氧化铟锡(ITO)。第二电极层150D至少基本上是透明的，以允许观察由多个带电电泳墨水胶囊140D在结构130D的引导下的迁移形成的图像。第二电极层150D可以是ITO涂覆的膜，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，而第一电极层120D可以由含碳材料制成，诸如石墨烯或金属官能化碳同素异形体(包括石墨烯)。在第一电极层120D中普遍存在的碳粒子可通过粘结剂诸如聚合物互连，所述聚合物包括纤维素、乙酸丁酸纤维素、苯乙烯丁二烯、聚氨酯、聚醚-聚氨酯或可交联树脂。
结构130D可初始合成而不需要成核(另选地称为“晶种”粒子)，但随后可暴露于一个或多个后处理操作以实现多孔布置148D的任何一个或多个多孔通路的高灵敏度调谐(在宽度、长度或任何其他尺寸方面)，同时整体上保持完全不导电。碳和碳基材料可被后处理(如至少在图4B中进一步描述)以制备多孔布置148D，使得电泳粒子可以无障碍地通过多孔布置148D移入和移出结构130。用于产生结构130的碳的独特形态引导迁移粒子，而不产生、促进或以任何方式传导电力和/或电流。本质上，结构130是完全不导电的，因为用于形成交联碳(如结构130的图4B中详述)的一个或多个过程产生不导电材料。
因此，碳粒子132D之间的孔151D能够使多个带电电泳墨水胶囊140D单独地或至少主要地分别响应于第一电极层120D和第二电极层150D中的任何一者或多者的激活和/或去激活而通过结构130D电泳迁移(是指分散粒子在空间均匀电场的影响下相对于流体的运动)，而不经历来自结构130D本身的不期望的电干扰。例如，多个带电(通常为白色或浅色)电泳墨水胶囊140D中的带电墨水胶囊可通过由结构130D引导而电泳迁移到第二电极层150D，以形成使用缺乏结构130的独特粒子引导能力的常规技术不可能实现的分辨率水平的详细可见图像。在一些配置中，多个带电电泳墨水胶囊140D中的大部分或全部可以是浅色的，以与结构130D的深色形成对比。
多个带电电泳墨水胶囊140D中的大部分或全部可以是分散在低介电溶剂中的二氧化钛(氧化钛)或其他大约100nm的白色胶体粒子，所述低介电溶剂诸如异链烷烃中的任何一种或多种，诸如Isopar-L和Isopar-G、二甲苯、1，2-二氯苯、四氢化萘、二乙苯、甲苯、癸烷、十二烷、十六烷、环己烷、2-苯基己烷、1-苯基庚烷、1-苯基癸烷、四氯乙烯。多个带电电泳墨水胶囊140D可被配置为包括电荷控制剂(CCA)，诸如气溶胶二-2-乙基己基磺基琥珀酸钠(AOT)、聚(异丁烯琥珀酰亚胺)(PIBS)或脱水山梨醇油酸酯
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以具有限定的极性，使得它们响应于分别施加到第一电极层120D和第二电极层150D中的任何一者或多者的电压差而移动。
为了在基板110D的弯曲环境期间更好地保持限定的总体结构形状或图案，结构130D可包括通过粘结剂彼此互连的聚集体132D，所述粘结剂诸如包括纤维素、乙酸丁酸纤维素、苯乙烯丁二烯、聚氨酯、聚醚-聚氨酯或形成可聚合共价键的可交联树脂诸如丙烯酸酯、环氧树脂、乙烯基树脂的聚合物。粘结剂将聚集体132D连接在一起，但不消耗或以其他方式填充在彼此互连以形成结构130D的聚集体132D之间遇到的孔151D和/或其他空隙、空间或间隙。
在一些实现方式中，聚集体132D可包括组成形成元素，包括碳同素异形体诸如石墨烯、碳纳米洋葱(CNO)、碳纳米管(CNT)或它们的任何组合，使得在一些实现方式中，结构130D可包括限定重量和/或体积百分比的石墨烯，包括大于50％、大于80％或大于90％。由于结构130D的导电性质，结构130D的厚度131D可被制成比常规EPD材料薄，这使得其中的电极连接成为可能。
将结构130D制造为薄层可导致需要较少的能量来移动多个带电电泳墨水胶囊140D的情况，因此使得EPD装置100D更有利于仅通过能量采集方法来供电，诸如能量采集天线190D，或Stowell等人在2019年2月22日提交的名称为“Antenna with Frequency-Selective Elements”的美国专利序列号16/282,895中公开的其他方法，该专利全文并入本文。例如，结构130D的厚度131D可被配置为约10μm至约40μm、或约10μm至约100μm。结构130D的电导率可大于20,000S/m、或大于5,000S/m、或大于500S/m、或大于50S/m。就电阻而言，结构130D的薄层电阻可小于1Ohm/sq.、或小于10Ohm/sq.、或小于100Ohm/sq.、或小于1,000Ohm/sq.。
图1E示出了可包括具有结构130D的EPD装置100D的示例性EPD装置100E，均在图1D中示出和讨论。示例性EPD装置100E可以生成高分辨率文本102E和能够从广角观看的图，从而增强EPD装置100E的合意性。
图2A示出了根据一些实现方式的EPD显示器100D的结构130D(示于图1D中)的放大视图。如先前在图1D中所示，多孔布置148D可被调谐成包括：
·粒子间孔隙151D，其为聚集体132D内和周围的空隙空间、空腔或开口，其尺寸被设定为200nm至2μm、400nm至5μm、或至多10μm，是指形成结构130D的自组装聚集体132D的各部分之间的平均距离；以及
·粒子内孔隙度155D，其被定义为在每个聚集体132D内的材料之间，诸如在石墨烯层之间，并且可具有200nm至2μm的平均孔径。
聚集体132D本身的尺寸可被设定成直径为至少约400nm，诸如约400nm至约20μm，或诸如约1μm至约20μm的平均直径，并且通过聚合物交联在一起(正交地)。图2B所示的详细视图135示出了包括正交地融合在一起的有组织的石墨烯纳米片的示例性聚集体132D的放大示意图，每个纳米片可能包括几层石墨烯(FLG)136和单层石墨烯137。图2C(图2B所示的另一放大图)所示的代表性粒子间孔隙度138a介于FLG 136(同样，在一些实现方式中，FLG136可以是聚集体132B)之间，而粒子内孔隙度138b在任何一个或多个FLG 136内，诸如介于石墨烯的单独的石墨烯层之间，并且尺寸被设定为约200nm至约2μm。
图3A和图3B分别是碳网络300和碳网络301(其中任何一个或多个代表图1D所示的结构130D)的扫描电子显微镜(SEM)显微照片，其中碳网络300和301仅由碳基材料组成(诸如在含碳气态物质诸如甲烷的大气蒸气流中“飞行中”生长的聚集体132D，如先前关于图1D所讨论)，而不施加或使用树脂来连接聚集体132D。图3A示出了碳网络300，其包括不同尺寸的各种较大的粒子间孔304(尺寸为200nm至2μm、400nm至5μm、或至多10μm)和较小的粒子内孔308(平均孔径为200nm至2μm)，其由图3A所示的碳网络300的高度织构化的3D构造显示。图3B是图3A所示的碳网络300的较高放大倍数的显微照片，示出了碳网络301的孔隙度。碳网络300和301示出了不使用树脂材料将碳材料粘结在一起的示例性碳基多孔结构。在某些使用或弯曲条件下，碳网络300和301可能断裂和分解，因此不能为迁移电泳墨水粒子提供引导以形成高分辨率图像的指导，从而限制了它们应用于电泳显示器(诸如图1所示的EPD装置100)的能力。为了解决这些潜在的性能问题，可将树脂(是指通常可转化成聚合物的植物或合成来源的固体或高粘性物质)***地掺入碳网络300和301中的任何一者或多者中以用于增强和保持结构的目的，使得它们能够用于EPD装置中而不会遇到断裂或其他性能问题。
图4A和图4B示出了具有所附说明性示意图400a和400b的流程图，两者均涉及制造碳基支架或结构，诸如1D所示的结构130D以及分别在图3A和图3B中所示的碳网络300和301，任何一者或多者适合于结合电泳显示器，诸如图1D所示的EPD装置100D。图4B所示的图400b表示图4A所示的图400a的延续。在图4A的操作410中，碳粒子诸如图1D所示的聚集体132D可以如先前所述和/或使用微波等离子体反应器和/或名称为“Microwave ChemicalProcessing”的美国专利9,812,295或名称为“Microwave Chemical Processing Reactor”的美国专利9,767,992中所述的方法在基本上大气蒸气流中“飞行中”生长，所述专利的相应全文以引用方式并入本文以用于所有目的。碳粒子(诸如聚集体132D)可以由若干较小的碳基组成元素(诸如正交融合的FLG和/或SLG)构成，如图2B和图2C所示。此类聚集体可以在操作420中进一步解构或分解成它们的组成纳米粒子，以在操作430中用亲核官能团官能化这些纳米粒子，以促进可交联单体与暴露的碳的键合。破碎和/或官能化可以在其中形成聚集体的反应器中进行，诸如在它们的官能化期间或之后立即进行。另选地，或除了如所述的原位(在同一反应器内)处理之外，在聚集体132D生长之后，可在反应器外部的后处理操作中进行破碎和/或官能化。在官能化期间添加的亲核部分可以促进与可交联单体的亲电部分的偶联。亲核部分可包括例如氢氧化物和/或胺，其中在图4A的实例中，暴露的碳可被氧化以形成羟基化碳。
转到图4B所示的图400b，操作430的官能化碳的亲核部分可在操作440中通过例如用亲核部分官能化图1D所示的结构130D的一个或多个暴露表面并将单体添加到碳纳米粒子的暴露和/或活性表面而转化成可交联碳。单体的实例包括低聚物的部分，诸如用丙烯酸酯或环氧化物连接的聚氨酯、聚醚或聚酯。也可以在操作440中添加有机偶联剂诸如甲苯二异氰酸酯(TDI)或亚甲基二苯基二异氰酸酯(MDI)，以进一步连接碳亲核体与可交联单体之间的键。操作440还可包括将碳纳米粒子与溶剂和聚合物引发剂组合，其中聚合物引发剂稍后将用于促进碳的交联。聚合物引发剂可包括紫外线(UV)或光引发剂，诸如α-羟基酮和单酰基膦。具体实例包括Irgacure 184、Irgacure 819、Irgacure 1300、Darocur 1173和Darocur TPO。也可以(或替代地)使用热引发剂，诸如过氧化苯甲酰、2，2’-偶氮二异丁腈(AIBN)、叔丁基过氧化物、1，1′-偶氮双(环己烷甲腈)、过氧化环己酮、过乙酸叔丁酯和4，4-偶氮双(4-氰基戊酸)。溶剂包括例如异丙醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、丙二醇单甲醚乙酸酯、甲基乙基酮、环己酮、N-甲基-2-吡咯烷酮、N，N--二甲基甲酰胺、二甲苯、甲苯、二氯甲烷和/或它们的各种混合物和组合。
可使用由操作440产生的材料通过添加溶剂和自由基引发剂来形成紫外线(UV)和/或热固化碳膏。操作440可包括洗涤以去除未成功连接到碳粒子的暴露表面的过量单体，使得所得碳将在碳粒子的表面上具有可用于交联的少量官能团。在操作450中，碳膏被浇铸为膏层452并干燥到为膏层452提供支撑的基板454(诸如聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯膜中的任何一种或多种)上。膏层452中的溶剂可以在浇铸到基板454上之后至少部分地去除。在操作460中，用于电泳显示器的像素图案通过在膏层的表面中压凹(debossing)(是指凹凸压印技术，其意味着分别形成凸起或凹陷的浮雕图像以及纸张和其他材料中的设计的过程)来形成，诸如通过在膏层452的表面中形成多个凹陷部463。在形成图案之后，通过施加UV能量和/或热将层452中的可交联碳聚合成结构462(类似于图1D所示的结构130D)。例如，金属卤化物型灯(诸如320nm-390nm、100mW/cm2的UVA光)可用于在5分钟的UV暴露中固化碳膏层的表面。所得层可通过在90℃下加热膜10分钟而进一步交联。本领域普通技术人员已知的其他自由基聚合方法也可以或另选地用于交联碳。在基板454上形成的结构462可掺入EPD诸如图D1的EPD装置100D中。
含碳电泳墨水胶囊(被配置为迁移通过碳结构)
图5和图6示出了根据一些实现方式的使用含碳电泳墨水(可互换地称为电子墨水)的示例性EPD(其中的任何一个或多个可以等同于或类似于图1D所示的EPD100D)的实现方式。常规电泳墨水可包含带负电的白色粒子和带正电的黑色粒子，并且悬浮于透明流体中。白色和黑色粒子(是指带电电泳墨水微球或胶囊)可被组织为薄膜以掺入各种最终用途应用诸如EPD中，从而实现在电话、手表、杂志、可佩戴物和电子阅读器等中的新型应用，以形成详细的人类可读图像，其中黑色电泳墨水胶囊可包括炭黑(是指由重质石油产物诸如FCC焦油、煤焦油或乙烯裂化焦油的不完全燃烧产生的材料)。
颜料粒子尺寸和ζ电势的均匀性在EPD装置应用中是期望的，因为带电粒子的差异可导致在暴露于所施加的电场时迁移速率的相应(和不期望的)差异，从而导致不期望的变化和所得图像质量的可预测性的缺乏。例如，较小尺寸的粒子倾向于以比较大粒子更快的速度迁移。本发明所公开的电泳墨水包括任何一种或多种高度结构化的碳，诸如石墨烯、碳纳米洋葱(CNO)、碳纳米管(CNT)或任何组合或衍生的所得结构，以便能够实现比常规墨水更高的粒子均匀性以及高度结构化碳的高相纯度，而不是单独的碳黑。例如，所提供的含碳电泳墨水可具有大于90％或大于95％或大于99％的高度结构化碳。本发明的碳墨可通过同时使碳粒子官能化和破碎来制造，导致粒子尺寸更均匀的分布和碳粒子在墨水中更高的分散。例如，碳墨可以是单分散的，具有小于0.1的多分散指数(PDI)，或具有＜0.2的窄粒度分布。
图5的EPD装置500类似于图1所示的EPD装置100D，其中基板510对应于与针对基板110D所述的相同特征，等等。与EPD装置100D不同，装置500利用散布在结构530内的碳基墨水540，并且还包括被定位在结构530与第二电极层550之间的对比层560。由于碳的存在将导致碳墨540的颜色变暗，因此对比层560可用于提供对比色，使得当墨水540靠近层560的底表面时，用户可看到由碳墨540形成的图案。例如，对比层560可以是白色的，包括二氧化铝、三氧化锑、硫酸钡、二氧化硅、二氧化钛、硫化锌或其他白色粒子，与碳墨540的黑色形成对比。
图6示出了另一种EPD显示设备600，其可以与任何一种或多种本发明所公开的含碳墨水一起使用。图6的EPD装置600可以基本上类似于图1D所示的EPD装置100D，其中基板610对应于与针对基板110D所述的相同特征，等等。与其他EPD实现方式不同，EPD装置600可包括具有与碳墨640的对比色(诸如白色)的结构630，而不是具有与其他示例性EPD实现方式中相同颜色的结构和墨水。结构630可以由聚合物复合材料制成，所述聚合物复合材料包括浅色(诸如白色)聚集体632，诸如二氧化铝、三氧化锑、硫酸钡、二氧化硅、二氧化钛、硫化锌或其他白色聚集体。结构630中的聚集体632可被表面官能化以实现交联，诸如使用丙烯酸酯官能团、环氧基团或有机改性的二氧化硅(“ORMOSIL”)。结构630可以是反光的，使得当墨水远离装置600的观察表面分散时碳墨不可见。
图7A示出了用于制备EPD装置的碳墨的流程图700及所附说明性示意图。在图7A的操作710中，使用微波等离子体反应器和/或如前述美国专利9,812,295和美国专利9,767,992中的任何一者或多者所述的方法制备碳粒子(类似于或等同于图1D所示的聚集体132D)。在操作720中，碳粒子可以与反应性单体(诸如苯乙烯、4-乙烯基-苄基氯和乙烯基-苄基三甲基氯化铵)组合，其中在操作730中，向混合物施加超声能量以同时使粒子破碎和官能化。碳粒子被破碎成纳米粒子，每个纳米粒子可具有例如小于200nm的平均尺寸。操作730中的超声处理还产生自由基，使得亚粒子被反应性单体官能化。单体在碳粒子的表面上聚合以制成用作分散剂的线性聚合物。操作730还可包括添加自由基引发剂，诸如AIBN或其他热引发剂。在操作730中，可将所得粒子分散在具有电荷控制剂(CCA)诸如AOT、PIBS或SPAN的低介电溶剂中，以制成含碳电泳墨水。在操作730中，可使用超声能量一起进行破碎和官能化，以形成尺寸相对均匀并高度分散在电泳墨水中的粒子。另选地，碳纳米材料可被氧化，其可与脂肪酸(诸如油酸、异棕榈酸和异硬脂酸)或胺(诸如十八烷基胺、十六烷基胺和油胺)偶联以制成可分散在低介电溶剂中的官能化碳。然后添加CCA以增加碳粒子的ζ电势。所得电泳墨水可具有至少30mV量值的高ζ电势值，诸如约-30mV至约-60mV(碳墨的负值)。
图7B是表示根据一些实现方式的制备用于电泳视觉显示器的碳墨的另一种方法740的示意图。与图7A所示和讨论的不同，碳粒子可以在操作750中以类似于操作710的方式制备，并且在操作760中与十八烷基胺反应以在操作770中制成官能化碳。而且，在本发明所公开的实例和/或实现方式的一些配置中，黑色或深色碳基电泳墨水可用于在白色(或浅色)固定碳基多孔基质或结构内迁移。然后可在操作780中将此类官能化碳与电荷控制剂混合(诸如实施例1中所述)。
EPD装置配置
图8至图11示出了根据一些实现方式的使用碳结构(诸如图1D所示的结构130D)和/或碳墨的本文所公开的EPD装置中的任何一者或多者的示例性配置。在这些附图中，为清楚起见，仅示出了电极层和基质层。而且，附图是示意性的并且并非按比例绘制；例如，凹陷部和层的尺寸可以与所示不同地成比例。
图8示出了EPD800的一部分，其包括第一电极层820(“底部电极”)、位于第一电极层820上的结构830(其可以是碳基的或含碳的，类似于图1D所示的结构130D)以及位于结构830上的第二电极层850(“顶部透明电极”)。结构830是不导电的、多孔的，并且由碳粒子831制成。为了说明墨水的运动，墨水840被示出为液滴，但是应当理解，墨水840包括注入结构830中的白色亚微米粒子，其如上所述在结构830的孔之间移动。墨水840在该实现方式中是电泳白色墨水并且带正电。
第一电极层820和第二电极层850被示出为具有像素832a、832b和832c，其中在操作中，第一电极层820的每个像素与第二电极层850中对应的成对像素带相反电荷。因为墨水840是带正电的，所以墨水840被吸引到第二电极层850的带负电的像素832b，使得像素832b在EPD800中看起来是白色的。相反，第二电极层850的带正电的像素832a和832c由于在第二电极层850处不存在墨水840，因而看起来是黑色的。显示器的像素832a、832b、832c可以在电极层850的平面中具有矩形、圆形、六边形或其他形状，其中像素形成诸如正交或对角线阵列的图案。
图9是EPD900的剖视图，示出了使用不导电的无孔碳基结构930而不是图8的结构830的实现方式。EPD900还使用彩色墨水940代替白色墨水840。图9包括第一电极层920(“底部电极”)、位于第一电极层920上的无孔碳基结构930、位于无孔碳基结构930上的多孔TiO2层960、以及位于层960上的第二电极层950(“顶部透明电极”)。无孔碳基结构930被图案化，具有形成在无孔碳基结构930中的凹陷区域935，墨水940可行进通过该凹陷区域。墨水940由带负电的电泳碳制成。墨水940可以是黑色或其他颜色，诸如通过添加彩色颜料代替碳。第一电极层920和第二电极层950中的像素对932a、932b和932c与上文针对图8所述的像素相似。
在图9中，像素932b被示出为呈现白色而在层960中没有碳粒子(黑色墨水940)，并且像素932a和932c被示出为呈现墨水940(多孔TiO2层960中的墨水940)的颜色。像素932a、932b、932c一起在EPD900上形成图像。图9示出了驱动墨水的一种实现方式，其中当在第一电极层920中的第一电极与第二电极层950中的第二电极(例如，每个像素932a、b、c中的电极)之间施加电压时，墨水940在电极层920和950之间垂直移动。电极可以分别由第一电极层920和第二电极层950中的可寻址阵列单独寻址，如本领域普通技术人员所理解的那样。在图9的实例中，第一电极层920的像素932a中的第一电极具有负电荷，并且第二电极950的像素932a中的第二电极具有正电荷。因为墨水940是带负电的，所以墨水940将移动通过凹陷部935，朝向第二电极层950并停留在多孔层960内，从而在由EPD900产生的图像中变得可见。当施加相反的电压时，如第二电极层950的像素932b上的负电荷和第一电极层920的像素932b上的正电荷所示，墨水940将朝向电极层920移动，并且像素932b将显示为空白。
图10和图11示出了EPD1000和1100的实现方式，它们类似于EPD900，但是具有横截面为三角形的开口(例如，凹陷部)。EPD1000包括第一电极层1020、位于第一电极层1020上的无孔碳基结构1030、位于无孔碳基结构1030上的多孔TiO2层1060、以及位于多孔TiO2层1060上的第二电极层1050。无孔碳基结构1030是不导电且无孔的。无孔碳基结构1030中的凹陷部1035具有三角形的顶点，其背离图像观察表面(例如，背离第二电极层1050)指向。墨水1040包括带负电的电泳碳。图10示出了一种构型，其中由于施加到第一电极层1020和第二电极层1050中的像素的电压，墨水1040垂直地穿梭进出凹陷部1035，如上所述。
图11示出了一种构型，其中无孔结构1130是与类似于图10的图案化有三角形凹陷部1135的无孔层，但是无孔碳基结构1130是导电的，而不是像无孔碳基结构1030那样不导电。图11的底部电极1120、顶部电极1150和多孔TiO2层1160类似于图10中的对应层。多孔TiO2层1160与顶部电极1150之间的绝缘密封层1170用于将无孔结构1130与顶部电极1150电绝缘。用于密封层1170的密封组合物的实例包括与电泳墨水不混溶并且具有比墨水低的比密度的热塑性前体分散体。在固定相充满密封前体和电泳墨水的混合物之后，前体相分离并在流体顶部形成薄层。该层然后可被热或辐射聚合以气密密封固定相。因为无孔结构1130是导电的，所以墨水1140朝向三角形凹陷部1135的整个面(例如，侧壁)移动，而不是如图10所示仅朝向向下的顶点移动。与EPD1000相比，这种实现方式可以在形成EPD1100的图像时提供更快的响应时间，因为墨水1140行进的距离更小。
图12和图13分别示出了根据一些实现方式的示例性电泳显示单元1200和1300的图像。在向显示单元1200或1300中的任何一者或多者施加约±1V的电压差时，观察到对比图像(相对于无电场)。类似地，图14示出了根据一些实现方式的指示程式化标记的示例性电泳显示单元1400的图像，所述程式化标记可根据电压施加重新配置，适合于电子阅读器、超市显示器等。
图15A示出了根据一些实现方式的示例性EPD1500A(其可在结构和功能上显著等同于图1D所示的EPD130D和/或本发明所公开的EPD装置中的任何一者或多者)的剖视图。EPD1500A可包括一个或多个层，包括保护层1502A、透明导电层1504A、多孔反射层1506A、具有集成微孔层1508A的多孔碳基质、密封层1510A和柔性层1512A(类似于可在其上形成或沉积任何一个或多个其他层的基板)。保护层1502A可以是基本上透明的，在可见范围内提供大于90％的透明度，并且还可以根据特定的最终使用场景(诸如与电子阅读器应用相比的超市或杂货店应用等)的需要进行调谐或配置。保护层1502A可以沉积在透明导电层1504A的顶部上，该透明导电层可具有约RS＜100Ω/sq→RS＜30Ω/sq(或在其大致范围内)的电阻值。透明导电层1504A可沉积在多孔反射层1506A上，这在一些配置中是任选的并且可基于碳基墨水的颜色来实现。多孔反射层1506A可沉积在具有集成微孔层1508A的多孔碳基质上，该多孔碳基质在形式和功能上可以基本上等同于图1D所示的结构130D，包括尺寸为约20μm的孔隙，或根据例如所使用的含碳电泳墨水粒子或胶囊等的尺寸的其他尺寸。具有集成微孔层1508A的多孔碳基质可沉积在密封层1510A上，该密封层可被配置为包括掺杂碳的聚合物或以其他方式与掺杂碳的聚合物邻接或保持在一起。密封层1510A可沉积在柔性层1512A上，该柔性层可以基本上模拟本发明所公开的基板中的任何一者或多者的功能以完成多层示例性EPD1500A。
图15B示出了根据一些实现方式的与多层电泳显示器相关联的特征1500B的列表。与示例性EPD1500A一起使用的顶部电极(图15A中未示出)可包括导电但不含银(Ag)的光学透明导体或由其形成。具有集成微单元层1508A的多孔碳基质可包括图案化微型杯、微胶囊或凹陷区域，其被配置为增强其中的电泳墨水迁移，从而在降低的功耗水平下得到最佳的图像形成质量。第一电极层和第二电极层(图15A中未示出)可被制备成耐溶剂的。示例性EPD1500A的所有透明部件可含碳，诸如包括与本发明所公开的实现方式相关联的任何一种或多种高度结构化的碳。
图16A示出了设置在容器1610上的多层电泳显示器1600的示例性实现方式。多层电泳显示器1600可以与此前描述的EPD装置600相同或不同。在该实例中，EPD装置600被设置在交互操作以形成具有可视读出1601的传感器***的其他部件附近。在一些情况下，并且如图所示，容器(例如，装运纸箱、信封等)具有表面，在该表面上可以印刷一个或多个传感器和可视读出装置。在一些情况下，所述一个或多个传感器和一个或多个可视读出装置互连以便形成分析物传感器***，该分析物传感器***可被印刷(例如，3D印刷、喷墨印刷、光刻印刷等)到一个或多个标签上，所述标签又固定到容器上。
图16A示出了一组部件的样本配置的分解图，该组部件交互操作以形成用于检测流体(例如，气体或液体)分析物并用于显示(例如，可视读出1601)分析物的存在和/或浓度的指示的分析物传感器***。多层电泳显示器可以由任意数量和/或并置的像素构成。分析物传感器***的分析物传感器可以是电化学的、高频的、共振的、化学发光的或这些的任何组合。在一些情况下，第一分析物传感器和第二分析物传感器被印刷在同一基板(例如，标签或容器表面)上。每个分析物传感器可包括第一电极、第二电极和电解质，其中一些部件包括颗粒碳和氧化还原介体。分析物传感器阵列可用于增加功能性，诸如检测多种气体和/或减去背景水分水平和/或提高对任何特定分析物的灵敏度的能力。如图所示，EPD装置600通过功率和信号互连1650联接到分析物传感器1660。
设置在一个容器上的多个分析物传感器可协同利用，以便检测化学物质的组合，这继而导致表征整个化合物。多个分析物传感器的存在可用于排除假阳性。此类多分析物传感器***可包括被配置为检测第一目标化学品的第一传感器，以及被配置为检测不同于第一目标化学品的第二目标化学品的第二传感器。如果并且当第一传感器阳性检测到第一目标化学品并且第二传感器阳性检测到第二目标化学品时，诸如所示EPD装置600的指示器呈现视觉指示。例如，如果并且当第一传感器阳性检测到第一目标化学品时，可以显示第一同心环(例如，作为可视读出1601)，并且如果并且当第二传感器阳性检测到第二目标化学品时，可以显示第二同心环。
此外，其他部件可以与分析物传感器***集成以增加分析物传感器***的附加功能。例如，能量采集天线1670可以提供传感器和/或显示器所需的电功率。关于制备和使用能量采集天线的一般方法的进一步细节在2019年2月22日提交的名称为“Antenna withFrequency-Selective Elements”美国申请序列号16/282,895中有所描述，该申请据此全文以引用方式并入。
作为用于提供传感器和/或显示器所需的电功率的另一实例，能量存储装置(未示出)可设置在传感器附近和/或显示器附近。关于制备和使用能量存储装置的一般方法的进一步细节在2020年1月10日提交的名称为“MULTI-PART NONTOXIC PRINTEDBATTERIES”的美国申请序列号16/740,381中有所描述，该申请据此全文以引用方式并入。
严格作为其上印刷有显示***的电活性标签的非限制性变型，电活性标签可包含被配置为显示遥测数据、Q码或条形码和/或图标的EPD装置。示例性变型包括可更新信息的遥测数据，和/或具有使用数字数据和/或α或字母数字文本格式的任何变型的图像(例如，计量图像、Q码图像、QR码图像或条形码图像等)。在一些实现方式中，颜色变化或图像变化按顺序显示。在此类实现方式中，显示器中的变化诸如所显示的符号或图像的一种或多种颜色的变化、或时间顺序的前后变化可用于指示任何当前状况诸如周围环境的状况、或显示器中用于指示分析物的存在的变化、或容器内容物的状况等。
上述装置还可以任选地包括诸如可被配置为与其他电子装置通信的低功率通信部件。在一些非限制性实例中，硬纸板装运容器配备有类似于分析物传感器1660的第一电化学传感器和作为分析物传感器1660的变体的第二电化学传感器。能量采集和/或能量存储装置驱动传感器和显示装置。
与前述传感器设计结合的粒子碳的有益特性能够实现非常低功率的装置，诸如在0.1微安至5微安的电流和1伏左右的电压下工作的装置。此实例说明利用本文所述的颗粒碳的分析物传感器可使用可集成到即使很小的包装件的表面上的低成本低功率驱动器/检测电子装置来制备。此外，该实例示出了此类低成本印刷显示器还可以与其他***部件诸如分析物传感器、能量采集器、电池和通信芯片集成。
在一些情况下，如图16B所示，可以在两个不同的基板上印刷两组不同的部件，然后在使用时，可以将这两个不同的基板组合成单个检测和显示***。在所述和其他检测和显示***中，第一组部件1661的特征可以不同于第二组部件1662的特征，因此，第一组部件1661可设置在第一基板1641上，并且第二组部件1662可设置在第二基板1642上。可通过配合的导电端子提供电连接性(例如，用于供电和/或用于电信号传导)。在图16B的实例中，配合的正极性端子(例如，第一正端子1651、第二正端子1652)和配合的负极性端子(例如，第一负端子1653、第二负端子1654)提供功率。在其他实现方式中，附加的配对终端可被配置为在第一组部件1661的成员与第二组部件1662的成员之间提供信号传导。此外，在第一组部件1661的特征不同于第二组部件1662的特征的情况下，印刷技术可能与在第一基板1641上形成第一组部件1661和在第二基板1642上形成第二组部件1662不同。
任何上述印刷技术可用于构造第一组部件或第二组部件1662的各种装置。在一些情况下，部件的任何一层或多层的成分和/或特征可指示高能量光刻的使用。更具体地，在需要浆料(例如，以形成电解质)的情况下，和/或当3D结构在深度尺寸上比可使用前述3D印刷技术所形成的更深时，和/或当需要粘结剂以向装置的一部分提供机械完整性时，和/或当需要比可使用增材3D印刷技术所提供的更高的吞吐量时，则可指示使用减除高能量光刻(subtractive high-energy photolithography)。在一些情况下，使用第一印刷技术印刷第一基板的第一组部件，而使用第二印刷技术印刷第二基板的第二组部件。
严格地作为一个实例并且再次参见设置在第二基板1642上的第二组部件1662，第二组部件可通过使用波长在紫外范围内的光的光刻法来形成。更具体地，可以应用用于进行真空紫外(VUV)光刻的各种技术。
在一些情况下，当进行VUV光刻时所涉及的压力可以是不同于真空或接近真空的压力。事实上，一些印刷/沉积技术的压力远高于大气压。此外，为了支持在进行VUV光刻时使用的宽范围的压力，将照射波长选择为在低空气吸收的区域中，使得不需要真空环境来进行高能量光刻。当进行VUV光刻时，这种关于使用中的波长和压力的灵活性导致更高的印刷吞吐量。
光波长的选择(在约120nm至约172nm的范围内，其对应于约7eV至约10.1960eV的光子能量)导致实现期望的特征尺寸。在本公开的上下文中，小的特征尺寸(例如，1微米、0.5微米、0.25微米和更小)可导致越来越小的显示像素，这继而导致具有越来越高的分辨率的显示器。
实施例
实施例1，电泳墨水1。
使用前述技术和/或名称为“Microwave Chemical Processing”的美国专利9,812,295或名称为“Microwave Chemical Processing Reactor”的美国专利9,767,992中报告的方法中的任何一种或多种制备石墨烯。将10g石墨烯添加到在冰浴中冷却的250mL96％硫酸中，并将所得混合物搅拌至少90分钟。将50g KMnO4缓慢添加到反应混合物中以防止任何加热。搅拌30分钟后，将反应混合物加热至35℃并再搅拌2小时。初始添加450mL H2O和50mL H2O2，然后再添加700mL H2O。将反应混合物过滤并用5％HCl和大量H2O洗涤直至洗脱液pH达到7，得到氧化石墨烯。
将300mg氧化石墨烯分散并使用设置为30％振幅的探针超声波仪(Sonics VCX750)在30mL H2O中超声破碎2小时。超声处理得到平均粒径为149nm的亚微米粒子，使用动态光散射法对其进行测量。接下来，添加500mg十八烷基胺(ODA)在50mL乙醇中的溶液并回流过夜。将所得ODA官能化石墨烯粒子用50mL H2O洗涤，再用3x50mL乙醇洗涤。为了制备电泳墨水，将150mg ODA官能化石墨烯与150mg Span 80在3.75g 1，2，3，4-四氢化萘(四氢化萘)中混合。将混合物在超声浴中混合1小时，然后通过0.7um玻璃纤维过滤器过滤，得到电泳石墨烯墨水。
实施例2，电泳墨水2。
用碳纳米洋葱(CNO)代替石墨烯重复实施例1以制备CNO基墨水。
实施例3，电泳墨水3。
将900mg石墨烯分散在90mL CH2Cl2中并用超声探针在20kHz和0℃下照射。超声处理2小时后，平均粒度为191nm，使用动态光散射法对其进行测量。向破碎的碳分散体中添加9.0g四丁基溴化铵在15mL H2O中的溶液、1.2g KMnO4在15mL H2O中的溶液和40mL乙酸，并将混合物搅拌过夜。将所得的石墨烯氢氧化物用含水乙醇(50重量％，100mL)洗涤至少5次以去除杂质。将5g油酸添加到500mg石墨烯氢氧化物在100mL己烷中的溶液中，并将混合物在60℃下搅拌20小时。通过离心获得油酸官能化碳，将其用30mL己烷洗涤至少三次。为了制备电泳墨水，将100mg油酸官能化石墨烯与100mg Span 85在2.5g十二烷中混合。将混合物在超声浴中混合1小时，然后通过0.7μm玻璃纤维过滤器过滤，得到电泳墨水。
实施例4，电泳墨水4。
将2g石墨烯、100mg过氧化苯甲酰、350g苯乙烯和700mL甲苯添加到圆底烧瓶中。将反应混合物通过鼓泡氩气脱气1小时，然后在0℃下用20kHz的高强度超声照射2小时。将混合物通过Teflon过滤器(0.22um)过滤并用甲苯洗涤至少三次。将聚苯乙烯官能化石墨烯(100mg)干燥并使用超声浴用100mg Span 85再分散于二甲苯(2.5g)中以制备电泳墨水。
实施例5，可交联碳材料。
用超声发生器将10g在实施例3中制备的石墨烯氢氧化物分散在1L DMF中。将分散溶液用氮气脱气后，添加0.5mL二月桂酸二丁基锡，并在70℃下滴加预溶于200mL DMF中的300g甲苯二异氰酸酯。搅拌4小时后，将反应混合物冷却至50℃，然后滴加300g丙烯酸羟乙酯，并将混合物再搅拌12小时。最后，通过真空过滤和用二氯甲烷洗涤获得丙烯酸酯官能化石墨烯。为了制备可交联碳制剂，将10g丙烯酸酯官能化石墨烯与500mg Darocur 1173和500mg过氧化苯甲酰一起分散在10mL的乙醇和二甲苯的1∶1混合物中。用机械搅拌器混合所得制剂。
实施例6，电泳显示单元1。
使用具有50μm间隙的刮刀，用如实施例5中所述制备的可交联碳制剂涂覆经ITO涂覆的PET。在去除溶剂之后，将所得膜用UVA光以100mW/cm2固化5分钟，随后90℃热处理10分钟。用二氧化钛/聚丙烯酸酯复合材料涂覆单独的经ITO涂覆的玻璃。在ITO玻璃之间添加电泳墨水1，然后使用环氧密封剂密封。向显示单元施加±1V显示出如图12所示的对比图像。
实施例7，电泳显示单元2。
使用如图13所示的电泳墨水2重复实施例6。
实施例8，电泳显示单元3。
使用如图14所示的电泳墨水2重复实施例6，以形成文本图像。
已参考本发明所公开的发明的实现方式。每个实例已通过解释本发明的技术的方式提供，而不是作为本技术的限制。事实上，尽管已参照本发明的具体实现方式来详细描述本说明书，但应理解的是，本领域的技术人员在理解前述内容之后可容易构想出这些实现方式的替代物、变化和等同物。例如，作为一种实现方式的一部分示出或描述的特征可以与另一种实现方式一起使用以产生又一种实现方式。因此，本主题旨在覆盖所附权利要求及其等同物的范围内的所有此类修改和变化。本领域的一般技术人员可对本发明做出这些和其他修改和变化，而不背离在所附权利要求中更具体陈述的本发明的范围。此外，本领域的一般技术人员将理解的是，前述描述仅作为实例，并不意图限制本发明。

Claims (24)

1.一种电泳显示***，所述电泳显示***包括：
第一电极，所述第一电极设置在基板上；
第二电极，所述第二电极设置在所述基板上；以及
三维(3D)碳基结构，所述3D碳基结构设置在所述第一电极与所述第二电极之间，所述3D碳基结构被配置为引导分散在整个所述3D碳基结构中的带电电泳墨水粒子的迁移，所述带电电泳墨水粒子响应于在所述第一电极上施加电压，所述3D碳基结构包括：
多个3D聚集体，所述多个3D聚集体由正交地融合在一起的石墨烯纳米片的形态限定并通过聚合物交联；以及
多个通道，所述多个通道散布在整个所述3D碳基结构中由所述形态限定，所述多个通道中的每个通道包括粒子间通路或粒子内通路中的至少一者。
2.如权利要求1所述的电泳显示***，其中所述粒子内通路的尺寸小于所述粒子间通路的尺寸。
3.如权利要求1所述的电泳显示***，所述电泳显示***还包括在所述多个3D聚集体或所述多个通道中的任何一者或多者中形成的多个凹陷部。
4.如权利要求1所述的电泳显示***，其中多个所述粒子间通路具有不大于约10μm的平均径向尺寸。
5.如权利要求1所述的电泳显示***，其中所述粒子内通路具有大于约200nm的平均径向尺寸。
6.如权利要求1所述的电泳显示***，其中每个3D聚集体还包括石墨烯、碳纳米洋葱、碳纳米片或碳纳米管中的任何一种或多种。
7.如权利要求1所述的电泳显示***，其中所述多个3D聚集体彼此交联。
8.如权利要求1所述的电泳显示***，其中所述聚合物包括纤维素、乙酸丁酸纤维素、苯乙烯丁二烯、聚氨酯、聚醚-聚氨酯、丙烯酸酯、环氧树脂或乙烯基树脂中的任何一种或多种。
9.一种制备电泳显示结构的方法，所述方法包括：
使由来自含碳蒸气流的多个三维(3D)碳基聚集体限定的3D开放多孔结构自成核；
用亲核部分使所述3D开放多孔结构的一个或多个暴露表面官能化；以及
通过在所述3D开放多孔结构中限定孔隙度来使所述3D开放多孔结构中的所述多个3D碳基聚集体交联。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述3D开放多孔结构的所述自成核还包括限定平均孔径大于约200nm的孔隙度。
11.如权利要求9所述的方法，其中所述3D开放多孔结构的所述自成核还包括在由所述多个3D碳基聚集体限定的所述3D开放多孔结构中形成多个通路。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述多个通路被配置为将多个带电的可移动二氧化钛粒子引向设置在所述电泳显示结构上的带电电极。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述多个带电的可移动二氧化钛粒子被配置为被非反应性地拖入或拖出所述3D开放多孔结构。
14.一种显示装置，所述显示装置包括：
一对电极，所述一对电极设置在基板上；以及
三维(3D)碳基结构，所述3D碳基结构设置在所述一对电极之间并且被配置为基于在所述一对电极上施加电压差来引导分散在整个所述3D碳基结构中的多个带电的电泳墨水粒子的迁移，所述3D碳基结构包括：
多个3D聚集体，所述多个3D聚集体由正交地融合在一起的石墨烯纳米片的形态限定并通过聚合物交联；以及
多个通道，所述多个通道散布在整个所述3D碳基结构中由所述形态限定，所述多个通道中的每个通道包括粒子间通路或粒子内通路中的至少一者。
15.如权利要求14所述的电泳显示***，其中所述粒子内通路的尺寸小于所述粒子间通路的尺寸。
16.如权利要求14所述的显示装置，其中所述3D碳基结构不依赖于微型杯或微胶囊中的任何一者或多者。
17.如权利要求14所述的显示装置，其中所述多个带电的电泳墨水粒子还包括多个带负电的可移动二氧化钛粒子。
18.如权利要求14所述的显示装置，其中所述带负电的可移动二氧化钛粒子被配置为显示基本上白色的颜色。
19.如权利要求14所述的显示装置，其中所述3D碳基结构被配置为处于非导电状态。
20.如权利要求19所述的显示装置，其中所述多个带负电的可移动二氧化钛粒子被配置为当所述3D碳基结构处于所述非导电状态时被非反应性地引导通过所述3D碳基结构。
21.如权利要求14所述的显示装置，所述显示装置还包括被配置为向所述显示装置提供功率的天线。
22.如权利要求14所述的显示装置，所述显示装置还包括设置在所述3D碳基结构与所述一对电极之间的对比层。
23.如权利要求22所述的显示装置，其中所述对比层为第一颜色，并且所述多个带电的电泳墨水粒子为不同于所述第一颜色的第二颜色。
24.如权利要求14所述的显示器，其中所述3D碳基结构由小于约0.5的多分散指数限定。
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