ES2946894T3 - Pantallas electroópticas y métodos para accionar las mismas - Google Patents

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Karl Raymond Amundson
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Abstract

Una primera pantalla incluye una capa de material electroóptico con electrodos primero y segundo en lados opuestos de la misma. Uno o ambos electrodos tienen al menos dos contactos espaciados. Los medios de control de voltaje están dispuestos para variar la diferencia de potencial entre los dos contactos espaciados unidos al mismo electrodo. Una segunda pantalla incluye una capa de material electroóptico con una secuencia de al menos tres electrodos eléctricamente aislados adyacentes. Los medios de control de voltaje varían la diferencia de potencial entre el primer y el último electrodo de la secuencia. También se proporcionan métodos para controlar estas pantallas. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Pantallas electroópticas y métodos para accionar las mismas
Referencia a solicitudes relacionadas
Esta solicitud está relacionada con la solicitud con n.° de serie 14/934.662, presentada el 6 de noviembre de 2015 (ahora la patente de Estados Unidos n.° 10.175.550).
Esta solicitud está relacionada con las patentes de Estados Unidos n.° 5.930.026; 6.445.489; 6.504.524; 6.512.354 6.531.997 6.753.999 6.825.970 6.900.851; 6.995.550; 7.012.600 ; 7.023.420; 7.034.783; 7.116.466; 7.119.772; 7.193.625 7.202.847 7.259.744 ; 7.304.787; 7.312.794; 7.327.511 ; 7.453.445; 7.492.339; 7.528.822; 7.545.358; 7.583.251 7.602.374 7.612.760 ; 7.679.599; 7.688.297; 7.729.039 7.733.311; 7.733.335; 7.787.169; 7.952.557; 7.956.841 7.999.787 8.077.141 8.125.501; 8.139.050; 8.174.490 ; 8.289.250; 8.300.006; 8.305.341; 8.314.784; 8.373.649 8.558.785; 8.593.396; y y las publicaciones de solicitudes de Patente de Estados Unidos n.° 2003/0102858; 2005/0253777; 2007/0091418; 2007/0103427; 2008/0024429; 2008/0024482 2008/0136774 2008/0291129 2009/0174651 2009/0179923 2009/0195568 2009/0322721 2010/0220121 2010/0265561 2011/0193840 2011/0193841 2011/0199671 2011/0285754 2013/0063333 2013/0194250 2013/0321278 2014/0009817 2014/0085350 2014/0240373 2014/0253425 2014/0292830 2014/0333685 2015/0070744 2015/0109283; 2015/0213765; 2015/0221257; y 2015/0262255.
Las patentes y solicitudes mencionadas en el párrafo anterior podrán en lo sucesivo, por conveniencia, denominarse colectivamente como aplicaciones "MEDEOD" (métodos para accionar pantallas electroópticas).
Antecedentes de la invención
La presente invención se refiere a pantallas electroópticas, especialmente pantallas electroópticas biestables. Esta invención está diseñada especialmente, pero no exclusivamente, para su uso con pantallas electroforéticas basadas en partículas en las que uno o más tipos de partículas cargadas eléctricamente están presentes en un fluido y se mueven a través del fluido bajo la influencia de un campo eléctrico para cambiar la apariencia de la pantalla.
El término "electroóptico", como se aplica a un material o una pantalla, se usa en el presente documento en su significado convencional en la técnica de formación de imágenes para referirse a un material que tiene un primer y segundo estados de visualización que difieren en al menos una propiedad óptica, cambiándose el material de su primer a su segundo estado de visualización mediante la aplicación de un campo eléctrico al material. Aunque la propiedad óptica típicamente es un color perceptible para el ojo humano, puede ser otra propiedad óptica, tal como la transmisión óptica, la reflectancia y la luminiscencia o, en el caso de pantallas destinadas a la lectura mecánica, pseudocolor en el sentido de un cambio en la reflectancia de las longitudes de onda electromagnéticas fuera del rango visible.
La expresión "estado gris" se usa en el presente documento en su significado convencional en la técnica de la formación de imágenes para referirse a un estado intermedio entre dos estados ópticos extremos de un píxel, y no implica necesariamente una transición de blanco y negro entre estos dos estados extremos. Por ejemplo, varias de las patentes de tinta electrónica y las solicitudes publicadas a las que se hace referencia a continuación describen pantallas electroforéticas en las que los estados extremos son blanco y azul intenso, de modo que un "estado gris" intermedio sería en realidad azul pálido. De hecho, como ya se mencionó, el cambio en el estado óptico puede no ser un cambio de color en absoluto. Los términos "negro" y "blanco" pueden usarse en lo sucesivo para referirse a los dos estados ópticos extremos de una pantalla, y debe entenderse que normalmente incluyen estados ópticos extremos que no son estrictamente blanco y negro, por ejemplo, los estados blanco y azul oscuro mencionados anteriormente. El término "monocromo" se puede usar en lo sucesivo para indicar un esquema de accionamiento que sólo accionar los píxeles a sus dos estados ópticos extremos sin estados grises intermedios.
Los términos "biestable" y "biestabilidad" se usan en el presente documento en su significado convencional en la técnica para referirse a pantallas que comprenden elementos de pantalla que tienen primer y segundo estados de pantalla que difieren en al menos una propiedad óptica, y de tal manera que después de que se haya accionado cualquier elemento dado, por medio de un pulso de direccionamiento de duración finita, para asumir su primer o segundo estado de pantalla, después de que el pulso de direccionamiento haya terminado, ese estado persistirá al menos varias veces, por ejemplo, al menos cuatro veces, la duración mínima del pulso de direccionamiento requerido para cambiar el estado del elemento de pantalla. En la patente de Estados Unidos n.° 7.170.670 se muestra que algunas pantallas electroforéticas basadas en partículas con capacidad de escala de grises son estables no solo en sus estados extremos de blanco y negro, sino también en sus estados intermedios de gris, y lo mismo se cumple con algunos otros tipos de pantallas electroópticas. Este tipo de pantalla se denomina apropiadamente "multiestable" en lugar de biestable, aunque por conveniencia, el término "biestable" se puede usar en el presente documento para cubrir pantallas tanto biestables como multiestables.
El término "impulso" se usa en el presente documento en su significado convencional de la integral de tensión con respecto al tiempo. Sin embargo, algunos medios electroópticos biestables actúan como transductores de carga, y con tales medios se puede usar una definición alternativa de impulso, en concreto, la integral de la corriente a lo largo del tiempo (que es igual a la carga total aplicada). Se debe usar la definición apropiada de impulso, dependiendo de si el medio actúa como un transductor de impulso de tensión-tiempo o como un transductor de impulso de carga.
Gran parte del análisis a continuación se centrará en los métodos para accionar una pantalla electroóptica a través de una transición desde un nivel de gris inicial a un nivel de gris final (que puede o no ser diferente del nivel de gris inicial). La expresión "forma de onda" se usará para indicar la curva total de tensión frente al tiempo usada para efectuar la transición de un nivel de gris inicial específico a un nivel de gris final específico. Una forma de onda de este tipo puede comprender una pluralidad de elementos de forma de onda; donde estos elementos son esencialmente rectangulares (es decir, donde un elemento dado comprende la aplicación de una tensión constante durante un período de tiempo); los elementos pueden denominarse "pulsos" o "pulsos de accionamiento". La expresión "esquema de accionamiento" indica un conjunto de formas de onda suficientes para efectuar todas las transiciones posibles entre los niveles de gris para una pantalla específica. Una pantalla puede hacer uso de más de un esquema de accionamiento; por ejemplo, la patente de Estados Unidos n.° 7.012.600 mencionada anteriormente enseña que es posible que sea necesario modificar un esquema de accionamiento dependiendo de parámetros tales como la temperatura de la pantalla o el tiempo durante el cual ha estado en operación durante su vida útil y, por lo tanto, una pantalla puede estar provista de una pluralidad de esquemas de accionamiento diferentes para usarse a diferentes temperaturas, etc. Un conjunto de esquemas de accionamiento usados de esta manera puede denominarse "un conjunto de esquemas de accionamiento relacionados". También es posible, como se describe en varias de las aplicaciones MEDEOD mencionadas anteriormente, usar más de un esquema de accionamiento simultáneamente en diferentes áreas de la misma pantalla, y un conjunto de esquemas de accionamiento usados de esta manera puede denominarse "un conjunto de esquemas de accionamiento simultáneo".
Son conocidos varios tipos de pantallas electroópticas. Un tipo de pantalla electroóptica es un tipo de miembro bicromático rotatorio como se describe, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos n.° 5.808.783; 5.777.782; 5.760.761; 6.054.071 6.055.091; 6.097.531; 6.128.124; 6.137.467; y 6.147.791 (aunque este tipo de pantalla a menudo se denomina pantalla de "bola bicromática giratoria", se prefiere la expresión "miembro bicromático giratorio" por ser más preciso ya que, en algunas de las patentes mencionadas anteriormente, los elementos giratorios no son esféricos). Una pantalla de este tipo usa una gran cantidad de cuerpos pequeños (típicamente esféricos o cilíndricos) que tienen dos o más secciones con diferentes características ópticas y un dipolo interno. Estos cuerpos están suspendidos dentro de vacuolas llenas de líquido dentro de una matriz, llenándose las vacuolas de líquido para que los cuerpos puedan girar libremente. La apariencia de la pantalla se cambia aplicando un campo eléctrico a la misma, girando por tanto los cuerpos a diversas posiciones y variando cuál de las secciones de los cuerpos se ve a través de una superficie de visualización. Este tipo de medio electroóptico es típicamente biestable.
Otro tipo de pantalla electroóptica usa un medio electrocrómico, por ejemplo, un medio electrocrómico en forma de película nanocrómica que comprende un electrodo formado al menos en parte por un óxido de metal semiconductor y una pluralidad de moléculas colorantes que pueden cambiar de color de forma reversible fijadas al electrodo; véase, por ejemplo, O'Regan, B., et al., Nature 1991, 353, 737; y Wood, D., Information Display, 18(3), 24 (marzo de 2002). Véase también Bach, U., et al., Adv. Mater., 2002, 14(11), 845. También se describen películas nanocrómicas de este tipo, por ejemplo, en las patentes de Estados Unidos n.° 6.301.038; 6.870.657; y 6.950.220. Típicamente, este tipo de medio también es biestable.
Otro tipo de pantalla electroóptica es una pantalla electrohumectante desarrollada por Philips y descrita en Hayes, RA, et al., "Video-Speed Electronic Paper Based on Electro wetting", Nature, 425, 383-385 (2003). En la Patente de Estados Unidos n.° 7.420.549 se muestra que tales pantallas de electrohumectación pueden hacerse biestables.
Un tipo de pantalla electroóptica, que ha sido objeto de intensa investigación y desarrollo durante varios años, es la pantalla electroforética basada en partículas, en la que una pluralidad de partículas cargadas se mueve a través de un fluido bajo la influencia de un campo eléctrico. Las pantallas electroforéticas pueden tener atributos de buen brillo y contraste, amplios ángulos de visión, biestabilidad de estado y bajo consumo de energía en comparación con las pantallas de cristal líquido. Sin embargo, los problemas con la calidad de imagen a largo plazo de estas pantallas han impedido su uso generalizado. Por ejemplo, las partículas que componen las pantallas electroforéticas tienden a sedimentar, lo que da como resultado una vida de servicio inadecuada para estas pantallas.
Como se observó anteriormente, los medios electroforéticos requieren la presencia de un fluido. En la mayoría de los medios electroforéticos de la técnica anterior, este fluido es un líquido, pero los medios electroforéticos se pueden producir usando fluidos gaseosos; véase, por ejemplo, Kitamura, T., et al., "Electrical toner movement for electronic paper-like display", IDW Japón, 2001, Paper HCS1-1, y Yamaguchi, Y., et al., "Toner display using insulative particles charged triboelectrically", IDW Japón, 2001, Paper AMD4-4). Véanse también las patentes de Estados Unidos n.° 7.321.459 y 7.236.291. Tales medios electroforéticos basados en gas parecen ser susceptibles a los mismos tipos de problemas debido a la sedimentación de partículas que los medios electroforéticos basados en líquido, cuando los medios se usan en una orientación que permite tal sedimentación, por ejemplo, en un letrero donde se dispone el medio en un plano vertical. De hecho, la sedimentación de partículas parece ser un problema más serio en los medios electroforéticos basados en gas que en los líquidos, ya que la menor viscosidad de los fluidos de suspensión gaseosos en comparación con los líquidos permite una sedimentación más rápida de las partículas electroforéticas.
Numerosas patentes y solicitudes asignadas al Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y E Ink Corporation o a su nombre describen diversas tecnologías usadas en medios electroforéticos encapsulados y otros medios electroópticos. Tales medios encapsulados comprenden numerosas cápsulas pequeñas, cada una de las cuales comprende una fase interna que contiene partículas electroforéticamente móviles en un medio fluido, y una pared de cápsula que rodea la fase interna. Típicamente, las propias cápsulas se mantienen dentro de un aglutinante polimérico para formar una capa coherente situada entre dos electrodos. Las tecnologías descritas en estas patentes y solicitudes incluyen:
(a) Partículas electroforéticas, fluidos y aditivos de fluidos; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 7.002.728; y 7.679.814;
(b) Cápsulas, aglutinantes y procesos de encapsulación; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 6.922.276; y 7.411.719;
(c) Películas y subconjuntos que contienen materiales electroópticos; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 6.982.178; y 7.839.564;
(d) Paneles posteriores, capas adhesivas y otras capas auxiliares y métodos usados en pantallas; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 7.116.318; y 7.535.624;
(e) Formación de color y ajuste de color; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 7.075.502; y 7.839.564;
(f) Métodos para accionar pantallas; véanse las solicitudes MEDEOD mencionadas anteriormente;
(g) Aplicaciones de pantallas; véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 7.312.784; y 7.312.784; y
(h) Pantallas no electroforéticas, como se describen en las patentes de Estados Unidos n.° 6.241.921; 6.950.220; 7.420.5498.319.759; y 8.994.705, y en la publicación de solicitud de patente de Estados Unidos n.° 2012/0293858.
Muchas de las patentes y solicitudes mencionadas anteriormente reconocen que las paredes que rodean las microcápsulas discretas en un medio electroforético encapsulado podrían reemplazarse por una fase continua, produciendo por tanto una denominada pantalla electroforética dispersa en polímeros, en la que el medio electroforético comprende una pluralidad de gotitas discretas de un fluido electroforético y una fase continua de un material polimérico, y que las gotitas discretas de fluido electroforético dentro de una pantalla electroforética dispersa en polímeros de este tipo pueden considerarse como cápsulas o microcápsulas incluso aunque ninguna membrana de cápsula discreta esté asociada con cada gotita individual; véase, por ejemplo, la patente de Estados Unidos n.° 6.866.760 mencionada anteriormente. En consecuencia, para los fines de la presente solicitud, tales medios electroforéticos dispersos en polímeros se consideran subespecies de medios electroforéticos encapsulados.
Un tipo relacionado de pantalla electroforética es la denominada "pantalla electroforética de microcélulas". En una pantalla electroforética de microcélulas, las partículas cargadas y el fluido no se encapsulan dentro de microcápsulas, sino que se retienen dentro de una pluralidad de cavidades formadas dentro de un medio portador, típicamente una película polimérica. Véanse, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos n.° 6.672.921 y 6.788.449, ambas asignadas a Sipix Imaging, Inc.
Aunque los medios electroforéticos a menudo son opacos (dado que, por ejemplo, en muchos medios electroforéticos, las partículas bloquean sustancialmente la transmisión de la luz visible a través de la pantalla) y operan en un modo de reflexión, muchas pantallas electroforéticas se pueden hacer que operen en el denominado "modo de obturador" en el que un estado de la pantalla es sustancialmente opaco y el otro es transmisivo de luz. Véanse, por ejemplo, las Patentes de Estados Unidos n.° 5.872.552; 6.130.774; 6.144.361; 6.172.798; 6.271.823; 6.225.971; y 6.184.856. Las pantallas dielectroforéticas, que son similares a las pantallas electroforéticas, pero se basan en variaciones en la intensidad del campo eléctrico, pueden operar en un modo similar; véase la patente de Estados Unidos n.° 4.418.346. Otros tipos de pantallas electroópticas también pueden operar en modo de obturador. Los medios electroópticos que operan en modo de obturador pueden ser útiles en estructuras multicapa para pantallas a todo color; en tales estructuras, al menos una capa adyacente a la superficie de visualización de la pantalla opera en modo de obturador para exponer u ocultar una segunda capa más distante de la superficie de visualización.
Una pantalla electroforética encapsulada típicamente no sufre el modo de fallo de agrupamiento y sedimentación de los dispositivos electroforéticos tradicionales y proporciona ventajas adicionales, tales como la capacidad de imprimir o revestir la pantalla en una amplia diversidad de sustratos flexibles y rígidos. (El uso de la palabra "impresión" pretende incluir todas las formas de impresión y revestimiento, que incluyen, pero sin limitación: revestimientos predosificados, tales como revestimiento de matriz de parche, revestimiento de ranura o extrusión, revestimiento deslizante o en cascada, revestimiento de cortina; revestimiento con rodillo tal como revestimiento con cuchillo sobre rodillo, revestimiento con rodillo hacia delante y hacia atrás; revestimiento de huecograbado; revestimiento por inmersión; revestimiento por pulverización; revestimiento de menisco; revestimiento por centrifugación; revestimiento con cepillo; revestimiento de cuchillo de aire; procesos de serigrafía; procesos de impresión electrostática; procesos de impresión térmica; procesos de impresión por inyección de tinta; deposición electroforética (véase la patente de Estados Unidos n.° 7.339.715); y otras técnicas similares). Por lo tanto, la pantalla resultante puede ser flexible. Además, debido a que el medio de pantalla se puede imprimir (usando una diversidad de métodos), la propia pantalla se puede fabricar de forma económica.
También se pueden usar otros tipos de medios electroópticos en las pantallas de la presente invención.
El comportamiento biestable o multiestable de las pantallas electroforéticas basadas en partículas y otras pantallas electroópticas que muestran un comportamiento similar (en lo sucesivo, tales pantallas, por conveniencia, se denominarán "pantallas accionadas por impulsos"), contrasta marcadamente con el de las pantallas de cristal líquido convencionales ("LC"). Los cristales líquidos nemáticos trenzados no son biestables ni multiestables, sino que actúan como transductores de tensión, de modo que la aplicación de un campo eléctrico dado a un píxel de una pantalla de este tipo produce un nivel de gris específico en el píxel, independientemente del nivel de gris presente previamente en el píxel. Además, las pantallas LC solo se accionan en una dirección (de no transmisivas u "oscuras" a transmisivas o "claras"), efectuándose la transición inversa de un estado más claro a uno más oscuro reduciendo o eliminando el campo eléctrico. Finalmente, el nivel de gris de un píxel de una pantalla LC no es sensible a la polaridad del campo eléctrico, únicamente a su magnitud y, de hecho, por razones técnicas, las pantallas LC comerciales suelen invertir la polaridad del campo de accionamiento a intervalos frecuentes. Por el contrario, las pantallas electroópticas biestables actúan, en una primera aproximación, como transductores de impulsos, de modo que el estado final de un píxel depende no solo del campo eléctrico aplicado y del tiempo durante el cual se aplica este campo, sino también del estado del píxel antes de la aplicación del campo eléctrico.
Tanto si el medio electroóptico usado es biestable como si no, para obtener una pantalla de alta resolución, los píxeles individuales de una pantalla deben ser direccionables sin interferencia de píxeles adyacentes. Una forma de lograr este objetivo es proporcionar una matriz de elementos no lineales, tales como transistores o diodos, con al menos un elemento no lineal asociado con cada píxel, para producir una pantalla de "matriz activa". Un electrodo de direccionamiento o de píxel, que direcciona un píxel, se conecta a una fuente de tensión adecuada a través del elemento no lineal asociado. Típicamente, cuando el elemento no lineal es un transistor, el electrodo de píxel está conectado al drenaje del transistor, y esta disposición se asumirá en la siguiente descripción, aunque es esencialmente arbitraria y el electrodo de píxel podría estar conectado a la fuente del transistor. Convencionalmente, en matrices de alta resolución, los píxeles se organizan en una matriz bidimensional de filas y columnas, de modo que cualquier píxel específico se define de forma única por la intersección de una fila específica y una columna específica. Las fuentes de todos los transistores en cada columna están conectadas a un único electrodo de columna, mientras que las puertas de todos los transistores en cada fila están conectadas a un único electrodo de fila; de nuevo, la asignación de fuentes a filas y puertas a columnas es convencional pero esencialmente arbitraria, y podría invertirse si se desea. Los electrodos de fila están conectados a un accionador de fila, lo que esencialmente garantiza que en un momento dado únicamente se seleccione una fila, es decir, que se aplique al electrodo de fila seleccionado una tensión tal que garantice que todos los transistores en la fila seleccionada son conductores, mientras que se aplica a todas las demás filas una tensión tal que garantice que todos los transistores en estas filas no seleccionadas permanezcan no conductores. Los electrodos de columna están conectados a accionadores de columna, que ponen sobre los diversos electrodos de columna tensiones seleccionadas para accionar los píxeles en la fila seleccionada a sus estados ópticos deseados. (Las tensiones anteriormente mencionadas son relativas a un electrodo frontal común que se proporciona convencionalmente en el lado opuesto del medio electroóptico de la matriz no lineal y se extiende por toda la pantalla). Después de un intervalo preseleccionado conocido como el "tiempo de dirección de línea", se anula la selección de la fila seleccionada, se selecciona la siguiente fila y se cambian las tensiones en los accionadores de columna para que se escriba la siguiente línea de la pantalla. Este proceso se repite de modo que toda la pantalla se escriba de una manera fila por fila.
Como alternativa, con un medio electroóptico que tiene una tensión umbral sustancial (que no tienen la mayoría de los medios electroforéticos) se puede usar el accionamiento de matriz pasiva. En este tipo de accionamiento, se proporcionan dos conjuntos de electrodos alargados paralelos en lados opuestos de la capa electroóptica, estando dispuestos los dos conjuntos de electrodos perpendiculares entre sí, de modo que cada píxel se define por la intersección de un electrodo en cada uno de los dos conjuntos. Finalmente, las pantallas electroópticas pueden hacer uso del denominado "accionamiento directo", en el que se proporciona una pluralidad de píxeles cada uno con un conductor separado que conecta un electrodo de píxel a un controlador de pantalla, que puede controlar por tanto directamente el potencial de cada electrodo de píxel.
Las pantallas de matriz activa y pasiva son complicadas y costosas, especialmente en el caso de pantallas de gran área, ya que el coste de los electrodos necesarios tiende a ser una función del área de pantalla más que del número de píxeles. Sin embargo, las pantallas de matriz activa y pasiva tienen la flexibilidad de visualizar cualquier imagen y, por lo tanto, pueden representar tanto imágenes como texto de tamaños de punto variables. Las pantallas de accionamiento directo tienden a ser menos costosas, pero carecen de flexibilidad y, si pueden mostrar texto, típicamente se limitan a un único tamaño de punto y requieren una gran cantidad de conexiones entre los electrodos de píxel y el controlador; véase, por ejemplo, la patente de diseño de Estados Unidos n.° D485,294, que requiere 63 píxeles para representar un carácter de diversas versiones del alfabeto latino en un único tamaño de punto.
Hasta ahora, la mayoría de las aplicaciones comerciales de pantallas electroópticas electroforéticas y biestables similares han sido en productos pequeños y relativamente caros (tales como lectores de documentos electrónicos, relojes y dispositivos de memoria de estado sólido) donde se puede tolerar el gasto de una pantalla de matriz activa, o donde es suficiente una pantalla de accionamiento directa sencilla. Sin embargo, hay un interés creciente en aplicar tales pantallas a muebles y aplicaciones arquitectónicas (véase la solicitud con n.° de serie 14/934.662 mencionada anteriormente), y en tales aplicaciones es difícil tolerar el gasto de la matriz activa o del accionamiento directo. Además, en muchas aplicaciones arquitectónicas y de muebles, la pantalla electroóptica está destinada a proporcionar patrones geométricos sencillos, típicamente en movimiento, de modo que las capacidades complejas de texto y gráficos de la matriz activa y de las pantallas de accionamiento directo son innecesarias. La presente invención busca proporcionar pantallas y métodos de accionamiento útiles en tales aplicaciones arquitectónicas y de muebles.
Se han realizado propuestas anteriores para usar redes de resistencias para controlar la formación de imágenes; véanse, por ejemplo, las patentes de Estados Unidos n.° 3.679.967 y 5.400.122. Las pantallas y los métodos de accionamiento de la presente invención no hacen uso de tales redes de resistencias.
El documento US 2016/0232835 A1 describe una primera pantalla que comprende una capa de material electroóptico con un primer y un segundo electrodos en sus lados opuestos. Uno o ambos electrodos que tienen al menos dos contactos separados y medios de control de tensión están dispuestos para variar la diferencia de potencial entre los dos contactos separados fijados al mismo electrodo. Una segunda pantalla comprende una capa de material electroóptico con una secuencia de al menos tres electrodos adyacentes a la misma. Los medios de control de tensión varían la diferencia de potencial entre el primer y el último electrodo de la secuencia. Los electrodos de la secuencia alternan entre las dos superficies de la capa de material electroóptico y tienen bordes que se superponen o se encuentran adyacentes a los electrodos anterior y siguiente de la secuencia. Los electrodos, excepto el primero y el último, están aislados eléctricamente de manera que su potencial se controla mediante el paso de corriente a través de la capa de material electroóptico. También se proporcionan métodos para accionar estas pantallas.
[Parr. 30] El documento EP 1 099 207 B1 (véanse especialmente las Figuras 4B, 4C y 9) describe una pantalla electroforética de accionamiento directo (es decir, una en la que cada electrodo de panel posterior tiene su propio conductor individual). El panel posterior de la pantalla comprende una capa posterior que tiene una línea conductora para cada electrodo, una capa aislante central y una capa frontal que comprende los electrodos del panel posterior. Las vías conductoras se extienden a través de la capa aislante para conectar cada capa conductora a su electrodo de panel posterior asociado.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona pantallas y métodos para accionar tales pantallas, de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
La expresión "transmisor de luz" se usa en el presente documento en su significado convencional en la técnica de las pantallas, como se describe, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos n.° 6.982.178 mencionada anteriormente, para significar transmitir suficiente luz visible para permitir que un observador vea el material electroóptico a través del electrodo transmisor de luz para observar los cambios en el estado óptico del material electroóptico.
Como se analizó en varias de las aplicaciones de MEDEOD mencionadas anteriormente, si la forma de onda aplicada a una pantalla electroóptica no está equilibrada en CC, puede dar como resultado daño en los electrodos, especialmente en el caso de los electrodos transmisores de luz, que típicamente son muy delgados, menos de 1 μm. Para reducir o eliminar tal daño a los electrodos, al menos parte de uno de los electrodos usados en la presente pantalla puede estar provisto de una capa de pasivación dispuesta entre el electrodo y la capa de material electroóptico. Las capas de pasivación apropiadas se describen, por ejemplo, en la patente de Estados Unidos n.° 6.724.519.
Los medios de control de tensión de la pantalla de la invención pueden variar las diferencias de potencial aplicadas a al menos una de las líneas conductoras como, por ejemplo, una onda sinusoidal, una onda triangular, una onda en diente de sierra o una onda cuadrada de frecuencia fija o variable.
Las pantallas de la presente invención pueden hacer uso de cualquiera de los tipos de medios electroópticos analizados anteriormente. Por tanto, por ejemplo, la pantalla electroóptica puede comprender un miembro bicromático giratorio, un material electrocrómico o electrohumectante. Como alternativa, la pantalla electroóptica puede comprender un material electroforético que comprende una pluralidad de partículas cargadas eléctricamente dispuestas en un fluido y que pueden moverse a través del fluido bajo la influencia de un campo eléctrico. Las partículas cargadas eléctricamente y el fluido pueden estar confinados dentro de una pluralidad de cápsulas o microcélulas. Como alternativa, las partículas cargadas eléctricamente y el fluido pueden estar presentes como una pluralidad de gotitas discretas rodeadas por una fase continua que comprende un material polimérico. El fluido puede ser líquido o gaseoso.
Breve descripción de los dibujos
Las realizaciones mostradas en las Figuras 1 a 6 de los dibujos adjuntos no son realizaciones de la invención reivindicada, pero son útiles para comprender las características opcionales de la invención.
La Figura 1 de los dibujos adjuntos es una vista en planta superior altamente esquemática de una pantalla destinada para su uso como mesa de café.
La Figura 2 es una sección altamente esquemática a lo largo de la línea II-II de la Figura 1 orientada hacia la dirección de la flecha.
La Figura 3 es una vista en planta superior esquemática de una segunda pantalla en la que se proporcionan espacios en un electrodo de modo que la corriente eléctrica debe seguir una trayectoria no lineal entre los dos contactos del electrodo.
La Figura 4 es una vista en planta superior esquemática, generalmente similar a la de la Figura 3, de una tercera pantalla en la que un electrodo se divide en secciones que tienen diferentes resistencias eléctricas por unidad de longitud.
La Figura 5 ilustra una pantalla en la que un electrodo tiene regiones de capacitancia variable por unidad de área.
La Figura 6 es una sección transversal esquemática a través de una quinta pantalla de electrodos aislados.
Las Figuras 7A a 7D son una vista en planta superior esquemática de las diversas capas de un panel posterior de acuerdo con una primera realización de la presente invención.
Las Figuras 8A a 8D son una vista en planta superior esquemática de las diversas capas de un panel posterior de acuerdo con una segunda realización de la presente invención.
Las Figuras 9A a 9D son una vista en planta superior esquemática de las diversas capas de un panel posterior de acuerdo con una tercera realización de la presente invención.
Descripción detallada
Además, debido a que las pantallas de la presente invención pueden basarse en la luz ambiental reflejada para ver las imágenes producidas por el material electroóptico, deben minimizarse las pérdidas de luz del electrodo transmisor de luz. Por ejemplo, la luz ambiental viajará a través del electrodo transmisor de luz dos veces en las pantallas de acuerdo con las diversas realizaciones de la presente invención, en primer lugar, cuando la luz ambiental viaja desde su fuente hasta la superficie del material electroóptico y en segundo lugar cuando la luz se refleja desde el material electroóptico hasta el observador. El material del electrodo debe formar un electrodo frontal conductor suficientemente alto para garantizar suficiente corriente para el accionamiento uniforme de la pantalla. Las capas más gruesas de material de electrodo tendrán mayor conductividad; sin embargo, las capas más gruesas también provocarán una mayor pérdida de luz porque los materiales no son incoloros. El óxido de indio y estaño (ITO) es altamente coloreado, pero el efecto de este color puede minimizarse aplicando una capa extremadamente delgada del orden de 2000 A, por ejemplo.
Aunque, por supuesto, la resistencia óptima del electrodo variará con el tamaño de la pantalla, el número de contactos y las propiedades del medio electroóptico específico usado, en general, la resistencia de lámina del material del electrodo transmisor de luz es preferentemente de aproximadamente 500 a aproximadamente 50.000 ohmios/cuadrado, más preferentemente de aproximadamente 1.000 a aproximadamente 15.000 ohmios/cuadrado, y lo más preferentemente de aproximadamente 300 a aproximadamente 5000 ohmios/cuadrado. Por supuesto, si se desea, se pueden utilizar conductores transmisores de luz como PEDOT, nanotubos de carbono, grafeno y nanocables.
Los materiales electroópticos usados en las pantallas de la presente invención serán normalmente materiales de pantalla biestables tales como miembros bicromáticos giratorios electrocrómicos o materiales electroforéticos. Tales materiales biestables cambian sus estados electroópticos solo después de la exposición al campo eléctrico durante períodos significativos, típicamente del orden de 0,1 a 1 segundo. En consecuencia, la apariencia de la pantalla de la presente invención está controlada no solo por los potenciales presentes en las diversas áreas de cada electrodo a medida que varían los potenciales en los contactos separados, sino también por la velocidad a la que el material electroóptico usado reacciona a los campos eléctricos a los que está expuesto. Además, como se analizó en algunas de las aplicaciones de MEDEOD mencionadas anteriormente, algunos materiales electroópticos están sujetos a un fenómeno conocido como "proliferación" por el cual los cambios en el potencial en un electrodo afectan el estado electroóptico del material sobre un área mayor que la del propio electrodo. Aunque la proliferación se trata a menudo como un problema en las pantallas electroópticas, ya que tiende a distorsionar la imagen visualizada, en al menos algunas pantallas de la presente invención la proliferación puede ser realmente ventajosa para ocultar áreas de la pantalla que, de otra manera, estarían inactivas. Por ejemplo, como ya se mencionó en algunas pantallas de la presente invención, el primer y/o el segundo electrodo pueden estar interrumpidos por al menos un área no conductora, de modo que la corriente eléctrica debe seguir una trayectoria no lineal entre los dos contactos en ese electrodo. La proliferación se puede usar para ocultar los efectos ópticos de tales áreas no conductoras. De hecho, en algunos casos, puede ser deseable diseñar el material electroóptico con mayor proliferación para ayudar en tal ocultación.
Una pantalla típica de la presente invención puede comprender las siguientes capas en orden:
(a) una capa conductora transparente (el "electrodo frontal") que forma la superficie de visualización de la pantalla;
(b) una capa de un medio electroforético encapsulado;
(c) una capa de adhesivo de laminación; y
(d) una "panel posterior" que comprende un sustrato (típicamente una película polimérica) y un conductor que no necesita ser transparente
Se limpian al menos dos áreas de cada electrodo en las capas (a) y (d) para exponer el conductor a los contactos eléctricos, que se pueden tratar de forma independiente. Finalmente, la pantalla comprende unos medios de control de tensión para accionar el electrodo frontal y el panel posterior a potenciales positivos y negativos entre sí, y para producir un gradiente de potencial dentro de cada electrodo.
Una pantalla de este tipo se ha producido usando los siguientes materiales. El electrodo frontal estaba formado por tereftalato de polietileno de 5 mil (127 μm) revestido en una superficie con ITO, grado OC300 o 450. Como alternativa, el electrodo frontal se puede revestir sobre la capa restante de la pantalla sin ningún sustrato de soporte. El medio electroforético encapsulado era sustancialmente como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 8.270.064, y el adhesivo de laminación era una capa de 25 μm sustancialmente como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 7.012.735 que contiene 5000 ppm de dopante de hexafluorofosfato de tetrabutilamonio para controlar las propiedades eléctricas. El panel posterior era una película de PET/ITO similar a la usada para el electrodo frontal, pero podría sustituirse por un conductor de carbono impreso u otro conductor transparente o no transparente de bajo coste.
Una pantalla de este tipo en uso como mesa de café se ilustra esquemáticamente en las Figuras 1 y 2 de los dibujos adjuntos. Como se muestra en la Figura 1, la mesa de café (generalmente designada como 100) comprende una parte superior de vidrio rectangular alargada 102 soportada en sus cuatro esquinas sobre patas 104. La propia pantalla, generalmente designada como 106, está soportada debajo de la parte superior de vidrio 102 de la mesa, de modo que la parte superior de vidrio pueda proteger la pantalla 106 de daños mecánicos.
Como se muestra en la Figura 2, la pantalla 106 comprende una película de PET 108 que lleva un electrodo frontal ITO 110 que se extiende por toda el área de la pantalla 106. En contacto con el electrodo frontal 110 hay un medio electroforético encapsulado 112, cuya superficie inferior lleva una capa de adhesivo de laminación 114, que asegura el medio electroforético encapsulado 112 a un panel posterior que comprende una capa de electrodo de ITO 116 sobre una película de PET 118. Como se muestra en la Figura 1, el electrodo frontal 110 está provisto de cuatro contactos T1-T4 dispuestos cerca de las esquinas de la mesa rectangular, mientras que el electrodo de panel posterior 116 está provisto de manera similar con cuatro contactos B1-B4 dispuestos de manera similar.
La Figura 2 ilustra la manera en que se forman los contactos T1-T4 y B1-B4. Los contactos B1-B4 se producen mediante corte superficial de aberturas a través de la película superior 108, típicamente con un cortador láser, y limpiando las porciones subyacentes del medio electroforético 112 y el adhesivo de laminación 114. De manera similar, los contactos T1-T4 se producen mediante corte superficial de aberturas a través de la película inferior 118 y limpiando las porciones superpuestas del medio electroforético 112 y el adhesivo de laminación 114 usando solvente y frotando a mano o con medios mecánicos como un cepillo de dientes eléctrico. Las aberturas resultantes se llenan con un material conductor, por ejemplo, un adhesivo relleno de carbono o una tinta conductora, para producir contactos que se pueden direccionar individualmente. Se proporciona un medio de control de tensión puede accionar los contactos T1-T4 y B1-B4 independientemente a potenciales positivos y negativos por un controlador de pantalla (no mostrado) que tiene 12 salidas pudiendo cada una suministrar cualquier tensión y forma de onda entre ± 30 V programables en cada canal independientemente, 30 V y también teniendo una alta impedancia o estado de flotación. El controlador tiene una línea de accionamiento para cada salida, accionamiento directo.
La pantalla mostrada en las Figuras 1 y 2 se puede construir sustancialmente como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 6.982.178 mencionada anteriormente. La película APET/ITO (que eventualmente formará la película inferior 108 y el electrodo 110) se reviste con el medio electroforético 112 o se lamina con él para formar un subconjunto PET/ITO/electroóptico. Una segunda película de PET/ITO (que eventualmente formará la película inferior 118 y el electrodo 116) se lamina al subconjunto con adhesivo de laminación. Como se indicó anteriormente, el electrodo inferior 116 puede o no ser transparente ya que el medio electroforético 112 no transmite luz. La estructura resultante es una pantalla electroóptica completa que puede conmutar dadas las conexiones eléctricas correctas. Este medio se puede crear en rollos de gran tamaño y se puede cortar (típicamente cortado con láser) al tamaño requerido para pantallas individuales, es decir, 406 x 1523 mm (16 x 60 pulgadas) para la mesa de café ilustrada. También se podrían usar otros métodos de construcción, por ejemplo, la formación de un laminado de plano frontal (FPL) como se describe en la patente de Estados Unidos n.° 6.982.178 mencionada anteriormente, seguida del corte del FPL a medida antes de la laminación al plano posterior. Se retira el sustrato en el área de corte superficial y, a continuación, se limpia el medio electroforético. Cuanto mayor sea el número de contactos y la distribución espacial de estos contactos alrededor de la periferia de la pantalla, más complejo será el patrón de conmutación que puede efectuarse.
El accionamiento de la pantalla mostrado en las Figuras 1 y 2 puede efectuarse, por ejemplo, configurando los contactos superiores T2 y T3 a -20 V y 20 V respectivamente, mientras que los contactos B2 y B3 del panel posterior se ponen a tierra, permitiendo que todos los contactos restantes floten. Si este patrón de accionamiento se mantiene durante más de aproximadamente 1 segundo, el estado óptico de la capa electroforética será mitad oscuro y mitad blanco con un área de gradiente difuso en el centro. Si los electrodos accionados se alimentan en su lugar con patrones de tensión variable en lugar de tensiones fijas, se producen patrones en movimiento en la capa electroforética. Por ejemplo, si un contacto recibe una onda sinusoidal de amplitud de 20 V a una frecuencia de 0,1 Hz y el otro contacto accionado en el mismo electrodo recibe una onda sinusoidal de amplitud de 20 V a una frecuencia de 0,09 Hz, una onda de conmutación de negro a blanco se moverá lentamente a través de la pantalla con diferentes velocidades y diferentes direcciones, de izquierda a derecha o de derecha a izquierda, que varían con el tiempo debido a la diferente frecuencia de las dos ondas sinusoidales suministradas. La velocidad y la dirección de la onda en movimiento de blanco a negro o de negro a blanco se pueden hacer constantes y repetitivas haciendo que la frecuencia de las dos ondas sinusoidales sea la misma y dándoles una diferencia de fase constante. Se pueden formar patrones más complejos accionando dos contactos en extremos opuestos de una diagonal de la pantalla, especialmente si se usan diagonales opuestas en los electrodos superior e inferior. Se pueden producir patrones aún más complejos proporcionando un mayor número de contactos alrededor de la periferia de la pantalla.
Aunque la pantalla mostrada en las Figuras 1 y 2 tiene electrodos en forma de rectángulos sencillos, de modo que cada electrodo es esencialmente uniforme entre los contactos espaciados en sus dos extremos, la pantalla no está restringida a electrodos rectangulares o de cualquier forma particular, y se pueden producir efectos interesantes usando pantallas poligonales (por ejemplo, hexagonales u octogonales), o pantallas circulares o elípticas. En tales casos, se pueden proporcionar uno o más contactos alrededor de la periferia de la pantalla y otro contacto en el centro de la pantalla para que los cambios en el material electroóptico se propaguen radialmente en lugar de linealmente. Además, la pantalla no está limitada a formas bidimensionales planas, sino que puede aplicarse a objetos tridimensionales. Tanto los electrodos como los medios electroópticos se pueden depositar en objetos tridimensionales; por ejemplo, los electrodos formados a partir de conductores orgánicos pueden depositarse a partir de una solución y los medios electroforéticos pueden depositarse mediante técnicas de pulverización.
Además, pueden obtenerse efectos ópticos interesantes proporcionando huecos en uno o ambos electrodos, por ejemplo, eliminando o alterando químicamente el material del electrodo, de modo que la corriente eléctrica deba seguir una trayectoria no lineal entre los dos contactos en ese electrodo. La Figura 3 es una vista en planta superior esquemática de una pantalla (generalmente designada como 300) de este tipo. Al igual que con la pantalla 100 mostrada en las Figuras 1 y 2, la pantalla 300 tiene la forma de un rectángulo alargado, con contactos de tira 302 y 304 provistos en sus extremos opuestos. El electrodo 306 que se extiende entre los contactos 302 y 304 está interrumpido por una pluralidad de áreas no conductoras 308 de manera que la corriente eléctrica (y, por lo tanto, los efectos electroópticos) debe seguir un curso sustancialmente sinusoidal entre los contactos 302 y 304,
Las áreas no conductoras tales como las áreas 308 en la Figura 3 pueden usarse para "canalizar" efectos electroópticos en una diversidad de patrones interesantes. Por ejemplo, una pantalla circular, elíptica o poligonal puede tener un solo contacto en la periferia de la pantalla, un segundo contacto en el centro de la pantalla y áreas no conductoras en espiral para canalizar los efectos electroópticos a lo largo de un electrodo en espiral que se extiende entre los dos contactos. Se dispone de una libertad de diseño aún mayor en el caso de pantallas tridimensionales; por ejemplo, una pantalla formada sobre un sustrato cilíndrico podría usar un área helicoidal no conductora para canalizar los efectos electroópticos a lo largo de una trayectoria helicoidal entre los contactos provistos en los extremos opuestos del sustrato cilíndrico.
Como ya se ha mencionado, en algunas pantallas, al menos uno del primer y segundo electrodos puede dividirse en una pluralidad de secciones que tienen diferentes resistencias eléctricas por unidad de longitud, y en la Figura 4 se muestra una vista en planta superior esquemática de una pantalla de este tipo (generalmente designada como 400). La pantalla 400 es generalmente similar a la pantalla 300 mostrada en la Figura 3 en que la pantalla 400 tiene la forma de un rectángulo alargado provisto en sus extremos opuestos con los contactos 402 y 404. Además, al igual que la pantalla 300, la pantalla 400 está provista de áreas no conductoras 408. Sin embargo, la disposición de las áreas 408 difiere de la de las áreas 308 en la Figura 3; las áreas 408 tienen la forma de dos pares de áreas adyacentes que se extienden desde los bordes largos opuestos de la pantalla 400 para dejar entre cada par adyacente un "cuello" o "istmo" estrecho de material conductor 410 o 412. Por tanto, la corriente que pasa entre los contactos 402 y 404 pasa sucesivamente a través de una región de baja resistencia 414, el cuello de alta resistencia 410, una región de baja resistencia 416, el cuello de alta resistencia 412 y una región de baja resistencia 418.
La Figura 4 ilustra la formación de regiones de resistencia variable variando la anchura del electrodo, pero, por supuesto, podrían emplearse otras técnicas para variar la resistencia. Por ejemplo, la pantalla mostrada en la Figura 4 podría modificarse reemplazando cada región del cuello 410 y 412 con contactos provistos en las regiones adyacentes e interconectados a través de una resistencia apropiada. Para evitar la presencia antiestética de componentes eléctricos visibles, las resistencias y los conductores asociados podrían acomodarse dentro del marco que rodea la pantalla, tal como a menudo está presente, por ejemplo, en las mesas de café convencionales. La capacidad de interconectar regiones de electrodos "invisiblemente" por medio de componentes eléctricos dispuestos dentro un marco de este tipo proporciona un grado adicional de libertad de diseño, en concreto, la capacidad de disponer los segmentos de electrodos eléctricamente en un orden que difiere de su ubicación física. Por ejemplo, considérese una versión modificada de la pantalla 400 en la que el electrodo se divide en cinco segmentos (designados por conveniencia A, B, C, D y E leyendo de izquierda a derecha en la Figura 4) en lugar de los tres segmentos 414, 416 y 418 mostrados en la Figura 4, estando interconectados los segmentos A-E a través de conductores y resistencias ocultos dentro de un marco. Las interconexiones eléctricas podrían estar dispuestas de modo que los segmentos de los electrodos estén eléctricamente interconectados en el orden (es decir) A, D, B, C, E, lo que producirá efectos electroópticos que parecerán saltar alrededor de la pantalla en lugar de progresar linealmente a lo largo de ella, como en la pantalla 100 mostrada en las Figuras 1 y 2.
En lugar de proporcionar regiones de diversas resistencias dentro de un electrodo, se pueden usar regiones de capacitancia variable, y en la Figura 5 se muestra una sección transversal esquemática a través una pantalla de este tipo (generalmente designada como 500). La pantalla 500 es generalmente similar a las pantallas 300 y 400 mostradas en las Figuras 3 y 4 respectivamente en la medida en que tiene la forma de un rectángulo alargado con un electrodo 506 provisto de los contactos 502 y 504 en sus extremos opuestos. Sin embargo, a diferencia de los electrodos ilustrados de las pantallas 300 y 400, el electrodo 506 de la pantalla 500 no se interrumpe. Sin embargo, el electrodo 506 está provisto de regiones de capacitancia variable por unidad de área al proporcionar, en el lado opuesto del medio electroóptico del electrodo 506, una serie de electrodos separados 512, todos los cuales están puestos a tierra. Fácilmente, será evidente que las regiones del electrodo 506 que se encuentran opuestas a los electrodos 512 tendrán una capacitancia por unidad de área sustancialmente mayor que las regiones del electrodo 512 que no se encuentran opuestas a los electrodos 512, proporcionando por tanto variaciones en el rendimiento electroóptico de la pantalla 500 generalmente similares a aquellas proporcionadas por las regiones de resistencia variable en la pantalla 400. (Típicamente, una capa adhesiva similar a la capa adhesiva 114 mostrada en la Figura 2 estará presente entre la capa electroóptica 510 y el electrodo 506 o entre la capa electroóptica 510 y los electrodos 512. La capa adhesiva se omite en la Figura 5 para facilitar la ilustración, pero su presencia o ausencia no supone ninguna diferencia en la forma fundamental de operación de la pantalla 500).
Ahora se describirá una pantalla de electrodo aislado con referencia a la Figura 6. Conceptualmente, una pantalla de electrodos aislados podría considerarse como una modificación de la pantalla de electrodos de resistencia variable del tipo mostrado en la Figura 4, comprendiendo la modificación el uso de la propia capa electroóptica como regiones de alta resistencia entre los electrodos de baja resistencia. Esta modificación coloca sucesivas regiones de alta resistencia (electrodos) en lados opuestos de la capa electroóptica, de modo que solo se requiere un único conjunto de electrodos.
Más específicamente, como se muestra en la Figura 6, la pantalla de electrodos aislados (generalmente designada como 600) comprende una capa 610 de material electroóptico y una secuencia de siete electrodos 612-624, cada uno de los cuales tiene la forma de una tira alargada que se extiende a través de la anchura completa de la pantalla. El primer y segundo electrodos 612 y 624 respectivamente están conectados a una unidad de control de tensión (indicada esquemáticamente en 626) que permite aplicar una diferencia de potencial variable en el tiempo entre los electrodos 612 y 624. Los electrodos restantes 614-622 están eléctricamente aislados de modo que sus potenciales están controlados por el paso de corriente a través de la capa 610 de material electroóptico. Los electrodos 612-624 alternan entre las superficies superior e inferior (como se ilustra) de la capa 610, y los electrodos 614, 618 y 622 en la superficie superior (que es la superficie de visualización de la pantalla) son transmisores de luz; los electrodos 612, 616, 620 y 624 pueden o no ser transmisores de luz. Como puede observarse en la Figura 6, cada uno de los electrodos 614-622 tiene un primer borde (su borde izquierdo como se ilustra en la Figura 6) que se superpone con el electrodo anterior y un segundo borde (su borde derecho como se ilustra en la Figura 6) que se superpone con el siguiente electrodo. No es absolutamente necesario que los bordes adyacentes se superpongan con la condición de que sean adyacentes entre sí para dejar una trayectoria conductora de longitud razonable a través de la capa 610. Se apreciará que no es necesario que el primer y segundo bordes de los electrodos estén en lados opuestos del electrodo. Por ejemplo, los electrodos 612-624 podrían tener forma de triángulos isósceles, de modo que el primer y segundo bordes no serían paralelos, o los electrodos podrían estar dispuestos en forma de tablero de ajedrez, en cuyo caso algunos electrodos tendrían primeros y segundos bordes en ángulo recto entre sí.
La aplicación de una diferencia de potencial variable en el tiempo por los medios de control de tensión 626 entre los electrodos 612 y 624 provocará una variación compleja en los potenciales de los electrodos 614-622, dependiendo de factores tales como la resistividad de la capa 610, las capacitancias entre los electrodos, polarización dentro de la capa 610, etc., y una variación incluso más compleja en el estado óptico de las diversas partes de la capa 610. Más comúnmente, se percibirá que las diversas partes de la capa 610 "parpadean" a medida que se varía la tensión aplicada por los medios de control de tensión 626.
Una pantalla fabricada de acuerdo con la invención reivindicada incluye un panel posterior que está configurada para lograr un conmutador de onda de baja potencia. Haciendo referencia a las Figuras 7A a 7D, el panel posterior puede comprender un sustrato rectangular 700 sobre el que se puede imprimir una primera pluralidad de líneas o trazas conductoras 710 de diferentes longitudes. Un extremo de cada una de las líneas conductoras 710 está conectado a un circuito de accionamiento (no mostrado). Una capa de material aislante 720 se aplica sobre la primera pluralidad de líneas conductoras 710, excepto por una pluralidad de huecos o aberturas 730 que dejan expuestos los extremos no conectados de la primera pluralidad de líneas conductoras 710. Una segunda pluralidad de líneas o trazas conductoras 740 (que en lo sucesivo se denominarán "áreas conductoras") se aplica sobre la capa de material aislante 720, de modo que cada una de las líneas conductoras 740 atraviesa y está en contacto eléctrico con una primera línea conductora 710 respectiva. Esto puede lograrse imprimiendo la segunda pluralidad de líneas conductoras 740 sobre los huecos 730 en el material aislante 720. La ubicación de los huecos en la capa de material aislante y la segunda pluralidad de líneas conductoras están ubicadas con precisión para evitar un cortocircuito eléctrico entre líneas conductoras no asociadas. Por lo tanto, cada línea conductora en la primera pluralidad está en contacto eléctrico con solo una línea dentro de la segunda pluralidad y viceversa. También se pueden aplicar una o más almohadillas de contacto 751, 752 a un extremo expuesto de una primera línea conductora 710. La una o más almohadillas de contacto 751, 752 pueden proporcionar una ubicación para conectar eléctricamente el panel posterior al electrodo frontal transmisor de luz (no mostrado) de la pantalla. Finalmente, se aplica una capa de material resistivo 760 sobre la segunda pluralidad de líneas conductoras 740, de modo que la capa de material resistivo 760 esté en contacto eléctrico con la segunda pluralidad de líneas conductoras 740. La capa de material resistivo es preferentemente la capa más superior del panel posterior y estará en contacto directo con un laminado del plano frontal (FPL) de la pantalla.
Cada uno de los componentes del panel posterior puede fabricarse fácilmente usando técnicas conocidas por los expertos en la materia, tales como los métodos para fabricar placas de circuito impreso multicapa. Se pueden usar diversos materiales para las diversas capas del panel posterior. Por ejemplo, los materiales para la capa aislante incluyen, pero sin limitación, materiales dieléctricos, preferentemente, materiales dieléctricos que comprenden oligómeros orgánicos o basados en silicona sin disolventes fotocurables. Los ejemplos de materiales que se pueden usar en la capa resistiva incluyen, pero sin limitación, carbono resistivo, polímeros rellenos de ITO, polímeros rellenos de PEDOT y rellenos metálicos. De manera similar, se puede usar cualquier material conductor para imprimir la primera y la segunda pluralidad de líneas conductoras, tal como carbono o metales conductores, como plata, níquel y cobre.
El material para formar las áreas conductoras 740 tiene preferentemente una conductividad más alta que el material usado para formar la capa de material resistivo. La combinación de las áreas conductoras y la capa de material resistivo esencialmente proporciona una serie de barras colectoras altamente conductoras en las que las áreas conductoras sirven como barras colectoras individuales porque la capa de material resistivo garantiza una tensión uniforme alrededor de cada línea. La resistencia de la capa de material resistivo se puede seleccionar en relación con la longitud y la separación entre las líneas de barra colectora. Preferentemente, la resistencia total entre líneas de barra colectora es mayor o igual que 1 kOhm, más preferentemente mayor o igual que 10 kOhm para un consumo de energía reducido. Por ejemplo, en una configuración en la que la relación entre la longitud y la separación de las líneas de barra colectora es 10, proporcionar una capa resistiva con una resistividad de 10 kOhm/cuadrado da como resultado una resistencia total entre las líneas de barra colectora de 1 kOhm.
Para accionar la pantalla, se puede usar un accionador con capacidad de salida de dos niveles o de tres niveles, que también tiene preferentemente una capacidad de salida flotante (alta impedancia). Con referencia nuevamente a las Figuras 7A a 7D, el accionador puede conectarse a la primera pluralidad de líneas conductoras 710 a lo largo del lado izquierdo del sustrato 700. En una primera etapa, el accionador puede aplicar tensión a la línea de barra colectora más a la izquierda ("primera línea de barra colectora") de la segunda pluralidad de líneas conductoras 740 y cortocircuitar o hacer flotar las líneas de barra colectora restantes. Como se usa en el presente documento a lo largo de la memoria descriptiva y las reivindicaciones, "corto" o "cortocircuito" significa poner a tierra una línea o área conductora, y "flotar" o "hacer flotar" significa aislar eléctricamente una línea o área conductora. Los medios electroópticos dentro del FPL que está ubicado en proximidad de la línea de la barra colectora más a la izquierda conmutarán inmediatamente y aparecerá un gradiente de color de los medios electroópticos conmutados a no conmutados entre la primera línea de barra colectora y la subsiguiente línea de barra colectora ("segunda línea de barra colectora"). Si el accionador puede modular la anchura de pulso (PWM) o de la tensión (VM) emitida, el accionador puede aumentar gradualmente el ciclo de trabajo o la tensión para crear un gradiente de desarrollo más lento. Después de algún período de tiempo, cuya duración puede determinarse por la velocidad de conmutación requerida por la aplicación, el accionador puede aplicar tensión a la segunda línea de barra colectora, mientras finaliza la aplicación de tensión en la primera línea de barra colectora, y así sucesivamente. De esta manera, el accionador puede conmutar gradualmente los medios electroópticos a través de toda la pantalla de manera controlada mientras limita la aplicación de tensión solo al área donde existe el gradiente entre los medios electroópticos conmutados y no conmutados.
Si se desea un gradiente más amplio, por ejemplo, el accionador puede aplicar tensión en múltiples líneas de barra colectora adyacentes, temporizadas en sucesión, para distribuir gradualmente el gradiente a través de la pantalla. Finalmente, se puede crear un gradiente en cualquier ubicación de la pantalla y pueden existir múltiples gradientes simultáneamente aplicando un patrón de tensiones opuestas en múltiples líneas de barra colectora. El gradiente puede iniciar y detenerse en cualquier punto de la pantalla o en cualquier momento y, si se generan múltiples gradientes simultáneamente, los gradientes pueden propagarse en múltiples direcciones a múltiples velocidades. Por lo tanto, la complejidad de la onda depende de la separación de la línea de la barra colectora y del control del software para el accionador.
Como se explicó anteriormente, la capa de material aislante entre la primera y la segunda pluralidad de líneas conductoras conecta el circuito de accionamiento a áreas remotas del panel posterior. Las diversas líneas conductoras pueden cruzarse entre sí sin cortocircuitarse eléctricamente entre sí. Esta configuración permite diversos diseños de panel posterior. Por ejemplo, un panel posterior que tiene capas impresas similares a las del panel posterior rectangular descrito anteriormente puede proporcionarse en su lugar sobre un sustrato circular. Con referencia a las Figuras 8A a 8D, un sustrato circular 800 incluye una primera pluralidad de líneas conductoras concéntricas 810 que tienen longitudes variables impresas alrededor de un área circunferencial del sustrato 800. Un extremo de cada una de las líneas conductoras concéntricas 800 ubicadas en un borde del sustrato se conecta a un accionador (no mostrado). Una capa de material aislante 820 se reviste sobre la primera pluralidad de líneas conductoras 810, excepto por los huecos o aberturas 830 que dejan expuestos los extremos no conectados de cada una de las primeras líneas conductoras 810. Una segunda pluralidad de líneas conductoras o áreas conductoras 840 está impresa radialmente sobre la capa de material aislante 820, de modo que cada área conductora 840 se aplica sobre una abertura respectiva 830, de modo que cada área conductora 840 está en contacto eléctrico con una única línea conductora concéntrica 810. El panel posterior también puede incluir uno o más puntos de conexión 851, 852, 853 para conectarse eléctricamente con un electrodo transmisor de luz (no mostrado) de la pantalla. Finalmente, se aplica una capa de material resistivo 860 sobre las líneas conductoras radiales 840 para formar una pluralidad de líneas de barra colectora que se extienden radialmente en el plano trasero circular. Durante la operación, una pantalla que tenga el panel posterior circular con líneas de barra colectora que se extienden radialmente permitiría conmutar los medios electroópticos en una trayectoria de gradiente circunferencial.
En otra realización más de la invención reivindicada, se puede proporcionar un panel posterior que puede formar patrones de gradiente de color bidimensionales. Con referencia a las Figuras 9A a 9D, un sustrato 900 incluye una pluralidad de líneas conductoras generalmente paralelas 910. Los extremos de cada una de las líneas conductoras 910 a lo largo de un borde del sustrato 900 están conectados a un accionador (no mostrado). Se aplica una capa de material aislante 920 sobre la pluralidad de líneas conductoras 910, excepto por los huecos o aberturas 930 que quedan para exponer los extremos no conectados de las líneas conductoras 910. A continuación, se puede imprimir opcionalmente una pluralidad de áreas conductoras 940 sobre cada uno de los extremos no conectados de la pluralidad de líneas conductoras. Una o más de las áreas conductoras pueden servir como conexiones 951, 952 para conectar eléctricamente el panel posterior con el electrodo transmisor de luz (no mostrado) de la pantalla. Finalmente, se aplica una capa de material resistivo 960 sobre la pluralidad de áreas conductoras 940, si están presentes, o los extremos expuestos de la pluralidad de líneas conductoras 910. Las áreas conductoras, si están presentes, o los extremos expuestos de la pluralidad de líneas conductoras en combinación con el material resistivo formarán una pluralidad de puntos de barra colectora. Al igual que con las líneas de barra colectora, los puntos de las barras colectoras están preferentemente separados entre sí con una distancia suficiente para proporcionar una resistencia mayor o que 1 kOhm. Aplicando un patrón alterno de tensiones de un punto de barra colectora a otro punto de barra colectora, el accionador puede crear gradientes de color en múltiples direcciones alrededor de cada punto.
A partir de lo anterior, se observará que la presente invención proporciona una pantalla que permite mover cambios en el estado óptico de un medio electroóptico (especialmente un medio biestable, tal como un medio electroforético) y la generación de patrones de interés visual con electrodos muy sencillos y económicos.
Será evidente para los expertos en la materia que se pueden realizar numerosos cambios y modificaciones en las realizaciones específicas de la invención descrita anteriormente sin apartarse del alcance de la invención según se reivindica. Por ejemplo, las tensiones variables no están, por supuesto, confinadas a ondas sinusoidales simples; pueden emplearse ondas triangulares, ondas de diente de sierra y ondas cuadradas de frecuencia fija o variable.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Una pantalla (700; 800) que comprende una capa de material electroóptico, un primer electrodo transmisor de luz y un panel posterior dispuesto en el lado opuesto de la capa de material electroóptico del primer electrodo, y medios de control de tensión,
estando caracterizada la pantalla (700, 800) por que el panel posterior comprende:
una primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810);
una capa de material aislante (720; 820) aplicada sobre la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810); una segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840) aplicada al lado opuesto de la capa de material aislante (720; 820) de la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810), siendo igual la segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840) en número a la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810), y estando asociada cada una de la segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840) con una diferente de la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810); y
una capa de material resistivo (760; 860) en contacto eléctrico con la segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840),
teniendo la capa de material aislante (720; 820) una pluralidad de aberturas (730; 830) que se extienden a través de la misma de manera que cada una de la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810) está conectada eléctricamente a su segunda línea conductora asociada (740; 840) a través de una diferente de las aberturas (730; 830),
y estando dispuestos los medios de control de tensión para variar las diferencias de potencial entre la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810) y entre el primer electrodo y la primera pluralidad de líneas conductoras (710; 810).
2. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material electroóptico comprende un elemento bicromático giratorio, un material electrocrómico o electrohumectante.
3. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material electroóptico comprende un material electroforético que comprende una pluralidad de partículas cargadas eléctricamente dispuestas en un fluido y que pueden moverse a través del fluido bajo la influencia de un campo eléctrico.
4. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 3, en donde las partículas cargadas eléctricamente y el fluido están confinados dentro de una pluralidad de cápsulas o microcélulas, o están presentes como una pluralidad de gotitas discretas rodeadas por una fase continua que comprende un material polimérico.
5. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde al menos una de la primera y segunda pluralidades de líneas conductoras (710, 740; 810, 840) comprende un material conductor seleccionado del grupo que consiste en plata, níquel, cobre y carbono.
6. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el material resistivo (760; 860) comprende uno o más de un polímero cargado con ITO, un polímero cargado con PEDOT y carbono.
7. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una resistencia total entre líneas adyacentes de la segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840) es de al menos 1 kOhm, y preferentemente de al menos 10 kOhm.
8. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada una de las líneas conductoras en la segunda pluralidad (740; 840) están configuradas para operar como una barra colectora.
9. Una pantalla (900) que comprende una capa de material electroóptico, un primer electrodo transmisor de luz y un panel posterior dispuesto en el lado opuesto de la capa de material electroóptico del primer electrodo, y medios de control de tensión,
estando caracterizada la pantalla (900) por que el panel posterior comprende:
una pluralidad de líneas conductoras (910);
una capa de material aislante (920) aplicada sobre la pluralidad de líneas conductoras (910), teniendo la capa de material aislante (920) una pluralidad de aberturas (930) que se extienden a través de la misma de manera que cada abertura (930) expone un extremo de una diferente de las líneas conductoras (910);
una capa de material resistivo (960) en contacto eléctrico a través de la pluralidad de aberturas (930) con el extremo de cada una de las líneas conductoras (910); y
y estando dispuestos los medios de control de tensión para variar las diferencias de potencial entre la pluralidad de líneas conductoras (910) y entre el primer electrodo y la pluralidad de líneas conductoras (910).
10. La pantalla de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además una pluralidad de áreas conductoras (940) dispuestas entre el extremo de cada una de las líneas conductoras (910) y la capa de material resistivo (960), en donde cada línea conductora (910) en la pluralidad de líneas conductoras está eléctricamente conectada a un área conductora diferente (940) y cada área conductora (940) a una línea conductora diferente (910).
11. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 10, en donde al menos una de la pluralidad de líneas conductoras (910) y áreas conductoras (940) comprende plata, y/o el material resistivo (960) comprende carbono.
12. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 9, en donde la resistencia total entre los extremos de las líneas conductoras adyacentes (910) es de al menos 1 kOhm, y preferentemente de al menos 10 kOhm.
13. Una pantalla de acuerdo con la reivindicación 9, en donde cada uno de los extremos de las líneas conductoras (910) está configurado para operar como una barra colectora.
14. Un método para accionar una pantalla electroóptica de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende aplicar tensión a al menos una de la segunda pluralidad de líneas conductoras (740; 840) mientras que simultáneamente cortocircuita o hace flotar al menos una de la segunda pluralidad restante de líneas conductoras (740; 840).
15. Un método para accionar una pantalla electroóptica de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende aplicar tensión a al menos una de la pluralidad de líneas conductoras (910) mientras que simultáneamente cortocircuita o hace flotar al menos una de la pluralidad restante de líneas conductoras (910).
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