KR101856834B1 - 착색 전기영동 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

전기영동 매질 (800; 1000; 1100) 은 유체 (806) 및 상기 유체 (806) 에 배치된 적어도 제 1 종의 입자들 (804; 1004; 1104) 을 포함한다. 제 1 어드레싱 임펄스는 매질 (800; 1000; 1100) 에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자들 (804; 1004; 1104) 이 전계에 대해 일 방향으로 이동하지만, 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 매질 (800; 1000; 1100) 에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자들 (804; 1004; 1104) 은 전계에 대해 반대 방향으로 이동한다.

Description

착색 전기영동 디스플레이{COLORED ELECTROPHORETIC DISPLAYS}
아래에 언급된 모든 미국 특허 및 공개되고 계류중인 출원은 본원에 참조로써 원용된다.
본 발명은 컬러 전기영동 디스플레이에 관한 것으로, 보다 구체적으로 복수의 착색 입자를 포함하는 전기영동 재료의 단일 층을 사용하여 두 개 초과의 컬러를 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이에 관한 것이다.
본원에 사용된 바와 같이 용어 컬러는 블랙 및 화이트를 포함한다. 화이트 입자는 종종 광 산란형의 것이다.
그레이 상태라는 용어는 픽셀의 두 개의 극단적인 광학 상태의 중간 상태를 지칭하기 위해 촬상 기술 분야에서 통상의 의미로 본원에 사용되며, 반드시 이러한 두 가지 극단적인 상태 사이의 흑백 천이를 내포하는 것은 아니다. 예를 들어, 아래에서 언급되는 여러 E 잉크 특허 및 공개 출원은, 중간 그레이 상태가 실제로 담청색이 될 수 있도록 극단적인 상태가 화이트 및 심청색인, 전기영동 디스플레이를 설명한다. 사실, 이미 언급한 바와 같이, 광학 상태의 변화는 컬러 변화가 전혀 아닐 수도 있다. 블랙 및 화이트라는 용어는 디스플레이의 두 개의 극단적인 광학 상태를 언급하기 위해서 이하 사용될 수도 있으며, 예를 들면, 상기 화이트 심청색과 같이 엄격히 블랙 및 화이트가 아닌 극단적인 광학 상태를 보통 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
쌍안정성 및 불안정성이라는 용어는, 적어도 하나의 광학적 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 갖는 디스플레이 소자를 포함하는 디스플레이를 지칭하기 위해서, 그래서 유한 지속시간의 어드레싱 펄스에 의해, 임의의 주어진 소자가 구동된 이후에, 어드레싱 펄스가 종료된 이후, 디스플레이 소자의 상태 변화에 요구되는 어드레싱 펄스의 최소 지속기간인 적어도 몇 시간 동안, 예를 들어 적어도 4시간 동안 그 상태가 지속할 것인, 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 어느 하나를 상정하기 위해서 당해 분야에서 그 종래 의미로 본원에 사용된다. 그레이 스케일이 가능한 일부 입자 기반의 전기영동 디스플레이는 그들의 극단적인 흑백 상태에서 뿐만 아니라 그들의 중간 그레이 상태에서도 안정적이며, 동일한 내용이 일부 다른 전기 광학 디스플레이도 사실이라는 것이 미국 특허 7,170,670에 나타나져 있다. 이러한 유형의 디스플레이는 쌍안정성이라기 보다는 다중 안정성으로 불리는 것이 적정하지만, 편의상 쌍안정성이라는 용어가 본원에서 쌍안정성과 다중 안정성 디스플레이의 양자를 커버하기 위해 사용될 수도 있다.
전기영동 디스플레이의 구동을 언급하기 위해 사용되는 경우, 임펄스라는 용어는 디스플레이가 구동되는 기간 동안 시간에 대한 인가 전압의 적분을 지칭하기 위해 사용된다.
광대역 또는 선택된 파장 중 빛을 흡수, 산란, 또는 반사하는 입자는 본원에서 착색 또는 안료 입자로서 지칭된다. 염료 또는 광결정 등과 같이 빛을 흡수하거나 또는 빛을 반사하는 (그 용어의 엄격한 의미에서 불용성 착색 재료를 의미하는) 안료 이외의 다양한 재료가 또한 전기영동 매질 및 본 발명의 디스플레이에서 사용될 수도 있다.
입자 기반의 전기영동 디스플레이는 수년 동안 집중적 연구 및 개발의 주제가 되어왔다. 이러한 디스플레이에서, (때때로 안료 입자라고 지칭되는) 복수의 하전된 입자는 전계의 영향 하에서 유체를 통해 이동하고, 전기영동 디스플레이는 액정 디스플레이와 비교하는 경우 좋은 휘도 및 콘트라스트, 넓은 시야각, 상태 쌍안정성, 및 낮은 전력 소비의 속성을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 디스플레이의 장기 이미지 품질에 대한 문제는 그 광범위한 사용을 방지하고있다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이를 구성하는 입자는 침전하는 경향이 있고, 그 결과 이들 디스플레이에 대한 부적절한 서비스 수명을 초래한다.
상기 언급된 바와 같이, 전기영동 매질은 유체의 존재를 필요로 한다. 대부분의 선행 기술의 전기영동 매질에서, 이 유체는 액체이지만, 전기영동 매질을 가스 유체를 사용하여 제조할 수 있다; 예를 들면, Kitamura, T., et al., Electrical toner movement for electronic paper-like display, IDW Japan, 2001, Paper HCSl-1, 및 Yamaguchi, Y., et al., Toner display using insulative particles charged triboelectricaily, IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4 를 참조한다. 또한, 미국 특허 Nos. 7,321,459 및 7,236,291을 참조한다. 이러한 가스 기반의 전기영동 매질은, 매질이 이러한 침전을 허용하는 배향으로, 예를 들어 매질이 수직면에 배치되는 사인으로 사용되는 경우, 액체 기반의 전기영동 매질로서 침전하는 입자로 인해 동일한 유형의 문제가 발생하기 쉬운 것으로 보인다. 실제로, 액체들과 비교하여 기상 현탁 유체의 쏘우어 (Sower) 점성이 전기영동 입자의 더 빠른 침전을 허용하기 때문에, 입자 침전은 액체 기반 것들보다 가스 기반의 전기영동 매질에서 더 심각한 문제가 될 것으로 보인다.
MIT (Massachusetts Institute of Technology) 와 E Ink Corporation 에 양도되거나 또는 이들 이름의 다수의 특허 및 출원이 캡슐화된 전기영동과 다른 전기 광학 매질에 사용되는 다양한 기술에 대해 설명한다. 이러한 캡슐화된 매질은 다수의 작은 캡슐을 포함하고, 그 각각은 자체가 액체 매질에 전기영동적으로 이동가능한 입자를 포함하는 내부상 (internal phase), 및 내부상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로, 캡슐은 폴리머 바인더 내에 홀딩되어 두 개의 전극 사이에 위치한 코히런트 층을 형성한다. 이들 특허 및 출원에서 설명되는 기술은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자, 유체 및 유체 첨가제; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,002,728 및 7,679,814를 참조한다;
(b) 캡슐, 바인더 및 캡슐화 공정; 예를 들어 미국 특허 Nos. 6,922,276 및 7,411,719를 참조한다;
(c) 전기 광학 재료를 포함하는 필름 및 서브 어셈블리; 예를 들어 미국 특허 Nos. 6,982,178 및 7,839,564를 참조한다;
(d) 백플레인, 접착제층 및 디스플레이에 사용되는 다른 보조층 및 방법; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,116,318 및 7,535,624를 참조한다;
(e) 컬러 형성 및 컬러 조정; 예를 들어 미국 특허 Nos. 6,017,584; 6,664,944; 6,864,875; 7,075,502; 7,167,155; 7,667,684; 7,791,789; 7,956,841; 8,040,594; 8,054,526; 8,098,418; 8,213,076; 및 8,363,299 를 참조하고; 그리고 미국 특허출원 공개공보 Nos. 2004/0263947; 2007/0109219; 2007/0223079; 2008/0023332; 2008/0043318; 2008/0048970; 2009/0004442; 2009/0225398; 2010/0103502; 2010/0156780; 2011/0164307; 2011/0195629: 2011/0310461; 2012/0008188; 2012/0019898; 2012/0075687; 2012/0081779; 2012/0134009; 2012/0182597; 2012/0212462; 2012/0157269; 및 2012/0326957을 참조한다;
(f) 디스플레이를 구동하는 방법; 예를 들어 미국 특허 Nos. 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; 및 8,314,784를 참조하고; 그리고 미국 특허출원 공개공보 Nos. 2003/0102858; 2005/0122284; 2005/0179642; 2005/0253777; 2007/0091418; 2007/0103427; 2008/0024429; 2008/0024482; 2008/0136774; 2008/0150888; 2008/0291129; 2009/0174651; 2009/0179923; 2009/0195568; 2009/0322721; 2010/0045592; 2010/0220121; 2010/0220122; 2010/0265561; 2011/0187684; 2011/0193840; 2011/0193841; 2011/0199671; 및 2011/0285754를 참조한다 (이들 특허 및 출원은 이후 MEDEOD (MEthods for Driving Electro-optic Displays) 출원으로 지칭될 수도 있다);
(g) 디스플레이의 응용; 예를 들어 미국 특허 Nos. 7,312,784 및 8,009,348을 참조한다; 그리고
(h) 비전기영동 디스플레이, 미국 특허 Nos. 6,241,921; 6,950,220; 7,420,549 및 8,319,759; 및 미국 특허출원 공개공보 No. 2012/0293858에 기재된다.
전술한 특허 및 출원 중 다수는, 캡슐화 전기영동 매질 내의 개별 마이크로캡슐을 둘러싼 벽이 연속 상에 의해 대체되어 전기영동 매질이 전기영동 유체의 복수의 개별 액적들 및 중합체 재료의 연속 상을 포함하는 이른바 중합체 분산의 전기영동 디스플레이를 제조할 수 있고, 그리고 이러한 중합체 분산의 디스플레이 내의 전기영동 유체의 개별 액적은 개별 캡슐 멤브레인이 각각의 독립된 액적과 연관되지 않음에도 불구하고 캡슐 또는 마이크로캡슐로서 간주될 수도 있다는 것을 인식한다: 예를 들어, 미국 특허 No. 6,866,760을 참조한다. 이에 따라, 본 출원의 목적을 위해, 이러한 중합체 분산의 전기영동 매질은 캡슐화된 전기영동 매질의 서브 종으로 간주된다.
전기영동 디스플레의 관련 유형은 이른바 마이크로셀 전기영동 디스플레이이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에서, 대전된 입자 및 유체는 마이크로캡슐 내에 캡슐화되지 않고, 대신에 캐리어 매질, 통상 폴리머 필름 내에 형성된 복수의 공동 (cavity) 내에 유지된다. 예를 들어, 모두 Sipix Imaging, Inc.로 양도된 미국 특허 Nos. 6,672,921 및 6,788,449를 참조한다.
전기영동 매질이 종종 불투명하고 (그 이유는, 예를 들어, 많은 전기영동 매질에서, 입자들이 실질적으로 디스플레이를 통한 가시광의 투과를 차단하기 때문이다) 반사 모드로 동작하지만, 많은 전기영동 디스플레이는 하니의 표시 상태는 실질적으로 불투명하고 하나는 광 투과성인 이른바 셔터 모드로 동작하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 Nos. 5,872,552; 6,130,774; 6,144,361; 6,172,798; 6,271,823; 6,225,971; 및 6,184,856을 참조한다. 전기영동 디스플레이와 유사하지만 전계 강도의 변화에 의존하는 유전영동 디스플레이가 유사한 모드로 동작할 수 있다; 미국 특허 No. 4,418,346을 참조한다. 다른 유형의 전기 광학 디스플레이도 또한 셔터 모드로 동작할 수 있다. 셔터 모드로 동작하는 전기 광학 매질은 풀 컬러 디스플레이를 위한 다층 구조에 사용될 수 있으며; 이러한 구조에서, 디스플레이의 시인 표면에 인접하는 적어도 하나의 층이 셔터 모드로 동작하여 시인 표면으로부터 보다 멀리있는 제 2 층을 노출시키거나 또는 숨기도록 동작한다.
캡슐화된 전기영동 디스플레이는 전형적으로 전통적인 전기영동 디바이스의 클러스터링 및 침전 실패 모드를 겪지 않으며, 광범위하게 다양한 연질 및 경질 기판 상에 디스플레이를 인쇄하거나 코팅하는 능력과 같은 추가적인 이점을 제공하지 않는다. (인쇄라는 단어의 사용은 다음을 포함하는 모든 형태의 인쇄 및 코팅을 포함하지만 이에 한정되지 않는 것으로 의도된다: 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅과 같은 사전 계측된 코팅; 나이프 오버 롤 코팅, 순방향 및 역방향 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비아 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 공정; 정전 프린팅 공정; 열 프린팅 공정; 잉크 젯 프린팅 공정; 전기영동 증착 (미국 특허 No. 7,339,715 참조); 및 다른 유사한 기술). 이로써 형성된 디스플레이는 플렉서블할 수 있다. 또한, 디스플레이 매질이 (다양한 방법을 이용하여) 인쇄될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체가 저렴하게 제조될 수 있다.
전술한 미국 특허 No. 6,982,178에는 (캡슐화된 전기영동 디스플레이를 포함한) 고체 전기 광학 디스플레이의 조립 방법이 기재되어 있다. 기본적으로, 이 특허는 투광성 도전층; 도전층과 전기적 접촉 상태인 고체 전기-광학 매질층; 접착제층; 및 이형 시트를 순서대로 포함하는 이른바 "프론트 플레인 적층체 (front plane laminate, FPL) 를 설명한다. 일반적으로, 투광성 도전층은, 기판이 영구적인 변형 없이 지름 10 인치 (254 mm) 인 드럼 둘레에 수동으로 랩핑될 수 있다는 점에서, 바람직하게는, 플렉서블한, 투광성 기판 상에 수용될 것이다. 투광성이라는 용어가 이 특허에서 사용되고, 본원에서 이와 같이 지칭된 층이 보통 도전층 및 (만약 존재한다면) 인접한 기판을 통해 보여질 전기 광학 매질의 디스플레이 상태들의 변화를, 보는 사람이 그 층을 통해서 볼 수 있기에 충분한 광을 전달하는 것을 의미하며; 전기 광학 매질이 비가시 파장들로 반사도의 변화를 디스플레이하는 경우들에서는, 물론, 투광성이라는 용어는 관련 비가시 파장들의 투과를 언급하는 것으로 해석되어야 한다.
그러한 프론트 플레인 적층체를 이용하는 전기 광학 디스플레이의 어셈블리는 프론트 플레인 적층체로부터 이형 시트를 제거하고, 접착제층이 백플레인에 들러붙는 것을 야기하기에 효과적인 조건들 하에서 접착제층이 백플레인과 접촉함으로써 이루어질 수도 있고, 이로써 접착제층, 전기 광학 매질층 및 도전층이 백플레인에 고정된다. 이 공정은, 일반적으로 롤 투 롤 코팅 기술들을 이용하여 프론트 플레인 적층체가 대량 생산되고, 그 다음에 특정 백플레인들에 사용하기 위해 필요한 임의의 크기의 조각들로 절단되므로, 대량 생산에 매우 적합하다.
미국 특허 No. 7,561,324에는 기본적으로 전술한 미국 특허 No. 6,982,178의 프론트 플레인 적층체의 단순화된 버전인, 이른바 이중 이형 시트가 기재되어 있다. 이중 이형 시트의 일 형태는 2 개의 접착제층들 사이에 끼어 있는 고체 전기 광학 매질층을 포함하는데, 접착제층들 중 하나의 접착제층 또는 양 접착제층들 모두는 이형 시트로 커버된다. 이중 이형 시트의 다른 형태는 2 개의 이형 시트들 사이에 끼어 있는 고체 전기 광학 매질층을 포함한다. 이중 이형 필름의 양 형태들은 이미 설명된 프론트 플레인 적층체로부터 전기 광학 디스플레이를 조립하기 위한 공정과 일반적으로 유사한 공정에 사용하려는 것으로 의도되며; 통상적으로, 제 1 적층에서, 프론트 서브-어셈블리를 형성하기 위해 이중 이형 시트가 전면 전극에 적층되고, 그 다음에, 제 2 적층에서 최종 디스플레이를 형성하기 위해 프론트 서브-어셈블리가 백플레인에 적층되지만, 이 2 개의 적층들의 순서는 원한다면 뒤바뀔 수 있다.
미국 특허 No. 7,839,564에는 전술한 미국 특허 No. 6,982,178에 기재된 프론트 플레인 적층체의 변형예인, 이른바 반전 (inverted) 프론트 플레인 적층체가 기재되어 있다. 이 반전 프론트 플레인 적층체는 투광성 보호층과 투광성 도전층 중 적어도 하나의 층; 접착제층; 고체 전기 광학 매질층; 및 이형 시트를 순서대로 포함한다. 이 반전 프론트 플레인 적층체는 전기 광학층과 전면 전극이나 전면 기판 사이에 적층 접착제층을 갖는 전기 광학 디스플레이를 형성하는데 사용되며; 둘째로, 일반적으로, 전기 광학층과 백플레인 사이에 얇은 접착제층이 존재할 수도 존재하지 않을 수도 있다. 그러한 전기 광학 디스플레이들은 좋은 저온 수행과 함께 좋은 해상도를 겸비할 수 있다.
상기에 나타낸 바와 같이 가장 간단한 종래 기술의 전기영동 매질은 기본적으로 단지 2개의 컬러를 표시한다. 이러한 전기영동 매질은 단일 유형의 제 1 컬러를 갖는 전기영동 입자를 상이한 제 2 컬러를 갖는 착색 유체에서 사용하거나 (이 경우, 제 1 컬러는, 입자들이 디스플레이의 시인 표면에 인접하여 놓이는 경우 표시되고 제 2 컬러는 입자들이 시인 표면으로부터 이격된 경우 표시된다), 또는 비착색된 유체에 상이한 제 1 및 제 2 컬러를 갖는 제 1 및 제 2 유형의 전기영동 입자를 사용한다 (이 경우, 제 1 컬러는, 제 1 유형의 입자들이 디스플레이의 시인 표면에 인접하여 놓이는 경우 표시되고 제 2 컬러는 제 2 유형의 입자들이 시인 표면에 인접하여 놓이는 경우 표시된다). 통상적으로 2개의 컬러는 블랙 및 화이트다. 풀 컬러 디스플레이가 요구되는 경우, 컬러 필터 어레이는 단색 (흑백) 디스플레이의 시인 표면 상에 성막될 수도 있다. 컬러 필터 어레이를 갖는 디스플레이는 면적 공유 영역과 컬러 블렌딩에 의존하여 색 자극을 생성한다. 사용가능한 디스플레이 영역은 레드/그린/블루 (RGB) 또는 레드/그린/블루/화이트 (GBW) 등의 3개 또는 4개의 원색 사이에서 공유되고, 필터는 1차원 (스트라이프) 또는 2차원 (2X2) 반복 패턴으로 배열될 수 있다. 원색 또는 3개 초과의 원색의 선택은 또한 당업계에 공지되어 있다. (RGB 디스플레이의 경우) 3개 또는 (RGBW 디스플레이의 경우) 4개의 서브 화소는, 의도된 시인 거리에서 이들이 균일한 색자극 ('컬러 블렌딩') 에 의해 시각적으로 단일 픽셀로 함께 블렌딩될 정도로 충분히 작게 선택된다. 영역 공유의 고유 단점은 착색제가 항상 존재하는 것이며, 색상은 단지 기본이 되는 모노크롬 디스플레이의 해당 화소를 화이트 또는 블랙으로 스위치함으로써 (해당 원색을 온 또는 오프로 스위칭함으로써) 조절될 수 있다. 예를 들어, 이상적인 RGBW 디스플레이에서는, 레드, 그린, 블루 및 화이트 원색의 각각이 디스플레이 영역의 1/4 (4개중 하나의 서브 화소) 을 차지하며, 화이트 서브 화소는 기본이 되는 모노크롬 디스플레이 화이트로서 밝으며, 컬러 서브 화소의 각각은 모노크롬 디스플레이 화이트의 1/3 보다 더 밝지 않다. 전체 디스플레이에 의해 나타내지는 화이트의 휘도는 화이트의 서브 화소의 휘도의 절반을 초과할 수 없다 (디스플레이의 화이트 영역은 각각의 4개중 하나의 화이트 서브 픽셀을 표시함으로써 제조되고, 그리고 착색된 형태의 각각의 착색된 서브 픽셀은 화이트 서브 픽셀의 1/3과 동일하여, 결합된 3개의 착색된 서브 픽셀이 단지 하나의 화이트 서브 픽셀에 기여한다). 컬러의 휘도 및 포화는 블랙으로 스위칭되는 컬러 화소에 의해 영역 공유만큼 저하된다. 영역 공유는, 옐로우를 혼합하는 경우 옐로우가 동일한 휘도의 임의의 다른 컬러보다 더 밝고 포화된 옐로우가 거의 화이트만큼 밝기 때문에 특히 문제가 된다. 블루 화소 (디스플레이 영역의 1/4) 를 블랙으로 스위칭하면 옐로우가 너무 어둡게 된다.
다층의, 적층된 전기영동 디스플레이는 당업계에 공지되어 있다; J. Heikenfeld, P. Drzaic, J-S Yeo 및 T. Koch, SID의 저널, 19(2), 2011, pp. 129-156. 이러한 디스플레이에서, 주변 광은 종래의 컬러 인쇄와 정확히 유사하게, 3개의 감법 원색의 각각을 통해 이미지를 통과시킨다. 미국 특허 No. 6,727,873에는 스위칭가능 셀의 3개층이 반사형 백그라운드 상에 놓이는 적층된 전기영동 디스플레이가 기재되어 있다. 착색 입자가 횡으로 이동하거나 (국제 출원 No. WO 2008/065605), 또는 수직 및 수평 이동의 조합을 이용하여 마이크로핏으로 고립되는 유사한 디스플레이가 공지되어 있다. 두 경우 모두에 있어서, 각 층에는 화소 단위로 착색 입자를 집중 또는 분산시키는 역할을 하는 전극이 제공되어, 3개 층의 각각이 박막 트랜지스터들 (TFT's) (TFT's의 3개 층들 중 2개 층은 실질적으로 투명해야 한다) 의 층 및 투광성 상대 전극을 필요로 하게 한다. 전극의 이러한 복잡한 배열은 제조 비용이 낮고, 그리고 기술 분야의 현 상태에서는 특히 디스플레이의 화이트 상태를 전극의 여러 레이어를 통해 보아야 하기 때문에 화소 전극의 충분히 투명한 평면을 제공하는 것이 어렵다. 다층 디스플레이는 또한 디스플레이 스택의 두께가 화소 크기에 근접하거나 화소 크기를 초과하기 때문에 시차 문제를 겪는다.
출원 공개공보 Nos. 2012/0008188 및 2012/0134009에는 독립적으로 어드레싱가능한 화소 전극과 공통의, 투광성 전면 전극을 포함하는 단일 백플레인을 갖는 다색 전기영동 디스플레이가 기재되어 있다. 백 플레인과 전면 전극 사이에는 복수의 전기영동 층이 개시되어 있다. 이들 출원에 기재된 디스플레이는 모든 화소 위치에서 원색 (레드, 그린, 블루, 청록색, 자홍색, 옐로우, 블랙 및 화이트) 중 어느 것을 렌더링할 수 있다. 하지만, 단일 세트의 어드레싱 전극들 사이에 위치한 다중 전기영동 층들의 사용에는 단점이 있다. 특정 층에서의 입자에 의해 경험된 전계가, 동일한 전압으로 어드레싱되는 단일 전기영동 층의 경우보다 낮다. 또한, (예를 들어, 광 산란 또는 원치않는 흡수로 인한) 시인 표면에 가장 가까운 전기영동 층에서의 광학 손실은 기저의 전기영동 층에 형성되는 화상의 외관에 영향을 미칠 수도 있다.
단일 전기영동층을 이용한 풀 컬러 전기영동 디스플레이를 제공하려는 시도가 이루어지고 있다. 예를 들어, 미국 특허 출원 공개공보 No. 2011/0134506을 참조한다. 그러나, 당업계의 현 상태에서, 이러한 디스플레이는 일반적으로 느린 스위칭 속도 (수초 정도로 길다) 또는 높은 어드레싱 전압 등의 타협을 수반한다.
본 발명은 단지 단일의 전기영동 층을 이용하지만 2개 초과의 색상, 바람직하게는 디스플레이의 활성 영역의 모든 위치에서의 모든 색상을 표시할 수 있는, 컬러 디스플레이, 그리고 이러한 전기영동 디스플레이를 구동하는 방법을 제공하기 위해 노력한다.
따라서, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 적어도 제 1 화학 종의 입자를 포함하는 전기영동 매질을 제공하고, 제 1 종의 입자는, 제 1 어드레싱 임펄스가 매질에 적용되는 경우, 제 1 종의 입자가 전계에 대해 일 방향으로 이동하고, 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 매질에 적용되는 경우, 제 1 종의 입자가 전계에 대해 반대 방향으로 이동하도록 되는 것이다.
제 1 및 제 2 어드레싱 임펄스는 전계 세기, 기간 또는 양쪽에 있어서 서로 다를 수도 있다. 또한, 제 1 어드레싱 임펄스가 제 1 기간 동안 매질에 인가되는 제 1 전계를 인가하는 것을 포함하고, 제 2 어드레싱 임펄스가 제 2 기간 동안 매질에 인가되는 제 2 전계를 인가하는 것을 포함하지만, 제 1 및 제 2 전계가 각각 제 1 및 제 2 기간에 걸쳐 일정해야 하는 것을 의미하는 것으로 의도되는 것도 아니고, 제 1 및 제 2 전계의 크기가 반드시 서로 상이하거나 또는 제 1 및 제 2 기간의 지속기간이 상이한 것으로 이해되어야 하는 것도 아니다. 단지 제 2 어드레싱 임펄스 (즉, 제 2 기간에 걸쳐 취해진, 제 2 전계를 생성하는데 사용되는 전압의 시간에 대한 적분) 가 제 1 어드레싱 임펄스보다 커야 할 필요가 있다.
또한, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 적어도 제 1 종의 입자를 포함하는 전기영동 매질의 구동 방법을 제공하며, 그 방법은:
(a) 제 1 어드레싱 임펄스를 매질에 인가하여, 제 1 종의 입자로 하여금 전계에 대해 일 방향으로 이동하게 하는 단계; 및
(b) 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스를 매질에 인가하여, 제 1 종의 입자로 하여금 전계에 대해 반대 방향으로 이동하게 하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 다중의 상이한 색상을 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이를 제공하며, 그 디스플레이는 유체 및 유체에 배치된 복수의 입자를 포함하는 전기영동 매질을 포함하고, 그 디스플레이는 전기영동 매질의 반대측에 배치된 제 1 및 제 2 전극을 더 포함하고, 전기영동 매질로의 제 1 어드레싱 임펄스의 인가시 입자들은 제 1 전극을 향해 이동하지만, 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스의 인가시 입자들은 제 2 전극을 향해 이동한다.
이러한 전기영동 디스플레이의 한 형태로, 제 1 어드레싱 임펄스의 인가시 입자는 보다 양의 전극을 향해 이동하지만, 제 2 어드레싱 임펄스의 인가시 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동한다. 이러한 전기영동 디스플레이에서, 어떠한 전계도 입자에 인가되지 않는 경우, 입자는 보통 음전하를 가질 것이다. 이러한 디스플레이는 제 1 유형의 입자와 상이한 컬러를 갖고, 제 1 또는 제 2 어드레싱 임펄스의 인가시 보다 음의 전극을 향해 이동하는, 제 2 유형의 입자를 더 포함할 수도 있다.
이후 본 발명의 상기 언급된 매질 및 디스플레이는 편의상 본 발명의 전하 스위칭 입자 또는 CSP 매질 및 디스플레이로 지칭될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자를 포함하는 전기영동 매질을 포함한다. 제 1 종의 입자는 하나의 극성의 전하를 내포하는 한편, 제 2 및 제 3 종의 입자는 반대 극성의 전하를 내포한다. 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자의 특징은, 입자-입자 상호작용은 제 1 종의 입자와 제 3 종의 입자 사이보다 제 1 종의 입자와 제 2 종의 입자 사이에서 더 작다는 것이다. 제 1 어드레싱 임펄스가 전기영동 매질에 인가되는 경우, 제 1 종 및 제 3 종의 입자는 전계에 대해 일 방향으로 이동하고 제 2 종의 입자는 전계에 대해 반대 방향으로 이동한다. 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 전기영동 매질에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자는 전계에 대해 상기한 일 방향으로 이동하는 한편, 제 2 종 및 제 3 종의 입자는 전계에 대해 상기한 반대 방향으로 이동한다.
이러한 전기영동 매질에서, 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자 중에서 상호작용을 제어하는 한가지 방식은 입자 상의 고분자 코팅의 유형, 양 및 두께를 제어하는 것에 의한다. 예를 들어, 입자-입자 상호작용이 제 1 종의 입자와 제 3 종의 입자 사이보다 제 1 종의 입자와 제 2 종의 입자 사이에서 더 작도록 입자 특성을 제어하기 위해서는, 제 2 종의 입자는 고분자 표면 처리를 부담할 수도 있고, 그리고 제 3 종의 입자는 어떠한 고분자 표면 처리도 부담하지 않거나 제 2 종의 입자들보다 입자 표면의 단위 면적당 낮은 질량 커버리지를 갖는 고분자 표면 처리를 부담할 수도 있다. 보다 일반적으로, Hamaker 상수 (두 입자 간의 반데르 발스 상호작용의 강도의 측정치로서, 쌍 전위가 Hamaker 상수에 비례하고 두 입자 간의 거리의 6승에 반비례함) 및/또는 입자간 이격이 3종의 입자들에 대해 고분자 코팅(들)의 현명한 선택에 의해 조절될 필요가 있다.
다른 양태에서, 본 발명은 다중의 상이한 컬러를 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이를 제공하고, 그 디스플레이는 전기영동 매질 및 전기영동 매질의 반대측들에 배치되는 제 1 및 제 2 전극을 포함한다. 전기영동 매질은 유체 및 음전하를 갖는 복수의 제 1 종의 입자, 양전하를 갖는 복수의 제 2 종의 입자, 및 양전하를 갖는 복수의 제 3 종의 입자를 포함한다. 입자 쌍 상호작용인, 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱의 양자는 제 1 종의 입자와 제 3 종의 입자 사이보다 제 1 종의 입자와 제 2 종의 입자 사이에서 더 작다. 제 1 어드레싱 임펄스에 의해, 제 1 종 및 제 3 종의 입자는 보다 양의 전극을 향해 이동하고 제 2 종의 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동한다. 하지만, 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 2 어드레싱 임펄스에 의해, 제 1 종의 입자는 보다 양의 전극을 향해 이동하거나 또는 보다 양의 전극의 부근에 잔존하고 제 3 종의 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동하는 한편, 제 2 종의 입자는 보다 음의 전극의 부근에 잔존한다.
아래에 나타낸 이유로, 본 발명의 이들 전기영동 매질 및 디스플레이는 이후 편의상 본 발명의 스폿 컬러 또는 SC 매질 및 디스플레이로 지칭될 수도 있다.
또 다른 양태에서, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자를 포함하는 전기영동 매질을 포함한다. 유체는 제 1 컬러로 염색된다. 제 1 종의 입자는 광산란하고 하나의 극성의 전하를 지니는 한편, 제 2 및 제 3 종의 입자는 광산란하지 않고 각각 제 1 컬러와 상이하고 서로와도 상이한 제 2 및 제 3 컬러의 것이고 반대 극성의 전하를 지닌다. 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자의 특징은, 입자-입자 상호작용은 제 1 종의 입자와 제 3 종의 입자 사이보다 제 1 종의 입자와 제 2 종의 입자 사이에서 더 작다는 것이다. 제 1 어드레싱 임펄스가 전기영동 매질에 인가되는 경우, 제 1 종 및 제 3 종의 입자는 전계에 대해 일 방향으로 이동하고 제 2 종의 입자는 전계에 대해 반대 방향으로 이동한다. 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 전기영동 매질에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자는 전계에 대해 상기한 일 방향으로 이동하는 한편, 제 2 종 및 제 3 종의 입자는 전계에 대해 상기한 반대 방향으로 이동한다. 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 3 어드레싱 임펄스가 전기영동 매질에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자는 전계에 대해 상기한 반대 방향으로 이동하는 한편, 제 2 종 및 제 3 종의 입자는 전계에 대해 상기한 반대 방향으로 계속 이동한다.
본 발명은 또한 다중의 상이한 컬러를 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이를 제공하고, 그 디스플레이는 전기영동 매질 및 전기영동 매질의 반대측들에 배치되는 제 1 및 제 2 전극을 포함한다. 전기영동 매질은 제 1 컬러 염색의 유체; 음전하를 갖는 복수의 제 1 종의 광 산란 입자; 제 2 컬러를 갖고 양전하를 갖는 복수의 제 2 종의 비-광산란 입자; 및 제 3 컬러와 양전하를 갖는 복수의 제 3 종의 비-광산란 입자를 포함한다. (본 발명의 SC 매질 및 디스플레이와 관련하여 상술된 방식으로 조절될 수도 있는) 입자 쌍 상호작용인 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱의 양자는 제 1 종의 입자와 제 3 종의 입자 사이보다 제 1 종의 입자와 제 2 종의 입자 사이에서 작다. 제 1 어드레싱 임펄스가 디스플레이에 인가되는 경우, 제 1 종 및 제 3 종의 입자는 보다 양의 전극을 향해 이동하고 제 2 유형의 안료 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동한다. 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 2 어드레싱 임펄스가 디스플레이에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자는 보다 양의 전극을 향해 이동하거나 또는 보다 양의 전극 부근에 잔존하며 그리고 제 3 종의 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동하는 한편, 제 2 종의 입자는 보다 음의 전극 부근에 잔존한다. 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 3 어드레싱 임펄스가 디스플레이에 인가되는 경우, 제 1 종의 입자는 보다 음의 전극을 향해 이동한다.
아래에 나타낸 이유로, 본 발명의 이들 전기영동 매질 및 디스플레이는 이후 편의상 본 발명의 풀 컬러 또는 FC 매질 및 디스플레이로 지칭될 수도 있다.
마지막으로, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 적어도 한 종류의 하전된 입자를 포함하고 전계가 매질에 인가되는 경우 유체를 통해 이동할 수 있는 전기영동 매질을 제공하며, 매질은 또한 하전된 입자에 보다 많은 양전하를 부여할 수 있는 전하 제어 보조제를 포함하며, 여기서 전하 제어 보조제는 카르복실산의 금속염이고, 상기 금속은 리튬, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 루비듐, 바륨, 아연, 구리, 주석, 티탄, 망간, 철, 바나듐, 및 알루미늄으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명은 본 발명의 전기영동 매질을 포함하는 프론트 플레인 적층체, 이중 이형 시트, 반전 프론트 플레인 적층체 또는 전기영동 디스플레이로 확장된다. 본 발명의 디스플레이는 종래 기술의 전기 광학 디스플레이가 사용되고 있는 임의의 응용에서 사용될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 본 디스플레이는 전자 북 리더, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화기, 스마트 카드, 간판, 시계, 선반 라벨 및 플래시 드라이브에서 사용될 수도 있다.
첨부된 도면의 도 1은 본 발명의 전기영동 디스플레이를 관통하는 개략 단면도이다.
도 2는 2개의 비차단된 전극을 갖는 전기영동 디스플레이를 관통하는 매우 개략적인 단면도이며, 스위칭 동안의 전기영동 유체 내의 하전 종의 변위를 나타낸다.
도 3a 및 도 3b는 인가된 전계의 방향으로의 거리의 함수로서 전기영동 매질 내의 전위를 나타내는 그래프이다.
도 4는 2개의 비차단된 전극을 갖는 전기영동 디스플레이를 관통하는 도 2의 것과 유사한 매우 개략적 단면도이며, 전기화학적으로 생성된 이온의 추가의 흐름에 의한 스위칭 동안의 하전 종의 변위를 나타낸다.
도 5a 및 도 5b는 음으로 하전된 전기영동 입자와 주변 유체를 관통하는, 일정한 비율로 그리지 않은 개략 단면도이고, 입자 부근의 전하 수송의 모드에 관한 가정을 도시한다.
도 6은 아래에 설명된 특정 실험에서 음으로 하전된 화이트 안료의 이동을 예시한 현미경 사진을 나타낸다.
도 7은 전기영동 디스플레이를 관통하는 도 2 및 도 4의 것들과 유사한 매우 개략적 단면도이며, 전기화학적으로 생성된 이온의 추가의 흐름에 의한 스위칭 동안의 하전 종의 변위를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b는 제 1 및 제 2 어드레싱 임펄스하에서 디스플레이의 각종 광학 상태를 도시한 본 발명의 캡슐화된 CSP 전기영동 디스플레이를 관통하는 개략 단면도이다.
도 9는 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 CSP 전기영동 디스플레이에 의해 제조될 수 있는 컬러를 나타낸 그래프이다.
도 10a 및 도 10b는 제 1 및 제 2 어드레싱 임펄스하에서 디스플레이의 각종 광학 상태를 도시한 본 발명의 캡슐화된 SC 전기영동 디스플레이를 관통하는 개략 단면도이다.
도 11a-11d는 제 1, 제 2, 제 3 의 반대 극성 어드레싱 임펄스하에서 디스플레이의 각종 광학 상태를 도시한 본 발명의 캡슐화된 FC 전기영동 디스플레이를 관통하는 개략 단면도이다.
도 12는 본 발명의 전기영동 유체 중의 안료 전하의 전하 제어제 제어로서 최소 비율의 알루미늄 디(t-부틸)살리실레이트를 첨가하는 효과를 나타낸 그래프이다.
도 13a 및 도 13b는 아래 실시예 2에 기재된 바와 같이, 본 발명의 특정 디스플레이로부터 얻어진 컬러를 나타내는 L*b* 그래프이다.
도 14는 아래 실시예 3에서의 본 발명의 디스플레이에 인가된 구동 파형 및 그 결과의 L* 및 b* 값을 나타낸 그래프이다.
도 15a-15j는 아래 실시예 6에 기재된 실험에 사용된 다양한 파형을 나타내는 그래프이다.
도 16a-16j는 각각 도 15a-15j의 파형을 사용하여 얻은 시간의 함수로서 L*, a* 및 b* 값을 나타낸 그래프이다.
도 17은 아래 실시예 6에 기재된 실험에서 얻어진 색역을 나타내는 종래의 L*a*b* 색 공간의 a*b* 평면의 플롯이다.
도 18 및 도 19는 각각 아래 실시예 7 및 8에 기재된 실험에서 얻어진 색역을 나타내는 도 17의 것과 유사한 a*b* 평면의 플롯이다.
도 20은 도 14의 것과 유사하지만, 아래 실시예 4에서의 본 발명의 디스플레이에 인가된 변형 파형에 의해 달성된 결과를 나타낸 그래프이다.
도 21은 도 20에 도시된 변형 파형을 사용하여 달성된 개선된 컬러를 나타내는 CIE L*a*b* 색 공간의 L*b* 평면의 다이어그램이다.
도 22는 아래 실시예 9에서 설명된 DC 밸런스의 구동 방식의 개략적인 다이어그램이다.
도 23은 아래 실시예 9에 기재된 바와 같이, 단순 구형파 파형과 결과적인 임펄스 전위를 나타내는 그래프이다.
도 24는 아래 실시예 9에서의 블랙-투-옐로우 천이에 대해 이용되는 파형에 있어서 전압 대 시간 그래프이다.
도 25는 아래 실시예 9에 기재된 실험에서 획득되는 최적의 구동 전압의 해치-투-배치 변형예를 도시한 그래프이다.
도 26은 아래 실시예 9에서 사용되는 여러 피켓 펜스 파형에 대한 전압 대 시간 그래프를 도시한다.
도 27은 도 26에 도시된 피켓 펜스 파형을 이용하여 얻은 화이트 상태의 L* 및 b* 값을 도시한 그래프이다.
상기에 나타낸 바와 같이, 본 발명은 다양한 유형의 전기영동 매질 및 디스플레이를 제공한다. 하지만, 모든 이들 유형의 전기영동 매질 및 디스플레이는, 매질 또는 디스플레이가 낮은 어드레싱 임펄스로 구동되는 경우 전계에 따라 일 방향으로 그리고 매질 또는 디스플레이가 보다 높은 어드레싱 임펄스로 구동되는 경우 전계에 따라 반대 방향으로 이동되는 착색 입자에 의존한다. 어드레싱 임펄스의 증가시 착색 입자의 이동 방향의 이러한 역전은 (본 발명의 CSP 매질 및 디스플레이에서와 같이) 착색 입자에 대한 전하 극성의 실제 반전에 기한 것일 수도 있거나, 또는 (본 발명의 SC 및 FC 매질 및 디스플레이에서와 같이) 낮은 어드레싱 임펄스에서 제 2 입자를 갖는 응집체의 착색 입자 형성 부분이지만 높은 어드레싱 임펄스에서 응집체가 없어지는 것에 기한 것일 수도 있다.
또한, 3개의 감법 원색 착색 재료를 사용하여 혼합 컬러를 렌더링하는 경우, 3개의 착색 재료가 전기영동 디스플레이의 동일하거나 또는 상이한 적층 층에 존재하는 것과 무관하게, (모든 3개의 재료가 투광성인 경우) 화이트 반사체에 의하거나 또는 제 3 의 후방 산란 재료에 의해 광은 시인자에게 다시 반사되기 이전에 적어도 2개의 착색 재료를 통해 선택적으로 투과되어야 한다. 아래에서 보다 상세히 기재된 바와 같이, 제 3 의 착색 재료는 투광형 또는 반사형일 수 있다. 이로써, 이러한 3개의 감법 원색 착색 재료는 본 발명의 매질 또는 디스플레이에 사용되는 경우, 착색 재료중 적어도 2개가 투광성이고 실질적으로 후반 산란하지 않을 것이 요구된다. 이로써, 예를 들면, 그린광을 흡수하는 것으로 의도된 마젠타 안료는, 광이 레드 또는 블루와 같은 컬러를 렌더링하기 위해 다시 시인자에게 후방 산란되기 이전에 기본이 되는 착색 재료에 블루 및 레드 광을 투과해야 한다.
(예를 들어) 그린광이 흡수되지 않는 영역에서, 그린 흡수하는 마젠타 착색 재료가, 디스플레이의 시인 표면으로부터 광이 시인자에게 후방 산란되는 위치까지 연장되는 광학 경로로부터 제거되는 것이 필요하다. 이러한 착색 재료 제거는 보여지도록 의도되지 않는 경우 각 화소의 영역의 단지 일부에 착색 재료를 집중시키고 (이로써 그 커버링 파워를 감소시키고), 그리고 최대량의 광이 흡수되도록 의도되는 경우 전체 화소 영역에 걸쳐서 착색 재료를 확산시킴으로써 달성될 수도 있다. 이하, 그 영역적 커버링 파워를 감소시키기 위해 착색 재료를 공간적으로 집중시키는 것을 재료를 셔터링하는 것으로 지칭한다. 본 발명의 매질 및 디스플레이에서, 디스플레이의 시인 표면으로부터 보는 바와 같이, 원치않는 안료 입자는 셔텨링함으로써가 아니라 광산란 입자 뒤에 숨겨짐으로써 광학 경로로부터 제거된다.
본 발명의 디스플레이는 이 방식으로 고품질 컬러 인쇄의 외관을 재생할 수 있다. 이러한 고품질 인쇄는 일반적으로 감법 원색 시스템, 통상적으로 시안/마젠타/옐로우 (CMY) 및 선택적으로 블랙에서 적어도 3개의 착색제를 사용하여 수행된다. 이른바 3색 CMY 프린팅 시스템은 실제로 4색 시스템이라는 것이 종종 인식되지 않으며, 4번째 컬러는 착색제가 적용되고 그리고 감법 착색제에 의해 필터링되는 광을 시인자에게 다시 반사시키는 기능을 수행하는 기판 (종이 또는 유사한) 표면에 의해 제공된 화이트 배경이다. 셔터 모드로 사용되지 않는 한 실질적으로 불투명한 전기영동 매질에는 견줄만한 배경 컬러가 없기 때문에, 비-셔터 모드 전기영동 매질은 4가지 컬러 (화이트 및 삼원색, 삼원색은 통상적으로 시안, 마젠타 및 옐로우, 또는 레드, 그린 및 블루이다) 를 변조할 수 있어야 한다. 선택적으로 블랙 재료가 또한 포함될 수도 있지만, 시안, 마젠타 및 옐로우 컬러의 조합에 의해 블랙을 렌더링하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 전기영동 매질 및 디스플레이를 상세히 설명하기 이전에, 이러한 매질 및 디스플레이, 및 이들의 제조를 위한 바람직한 공정에서 사용하기 위한 재료와 관련하여 일부 일반적인 지침이 주어질 것이다.
본 발명의 매질 및 디스플레이의 제조시 사용되는 재료와 공정은 유사한 종래 기술의 매질 및 디스플레이에서 사용된 것과 일반적으로 유사하다. 예를 들어, 공동 양도의 미국 특허 No. 6,822,782에 기재된 바와 같이, 일반적인 전기영동 매질은 유체, 유체 중에 배치되고 유체에 전계 인가시 유체를 통해 이동 (즉, 단순 회전하지 않고 병진) 할 수 있는 복수의 전기영동 입자를 포함한다. 유체는 또한 통상적으로 적어도 하나의 전하 제어제 (CCA), 대전 보조제, 및 고분자 레올로지 개질제를 포함한다. 이러한 다양한 구성요소는 별도로 설명하지 않을 것이다.
A : 유체
유체는 전계 영향 하에서 유체를 통하여 이동하는 하전된 전기영동 입자를 포함한다. 바람직한 현탁 유체는 캡슐화의 전통적인 수성법을 사용해야 하는 경우 저유전율 (약 2), 높은 체적 저항율 (약 1015 Ohm.cm), 낮은 점도 (5 mPas 미만), 낮은 독성 및 환경 영향, 낮은 물 용해도 (10 ppm (parts per million) 미만) 를 가지지만; 이 요건은 캡슐화되지 않거나 또는 소정의 마이크로셀 디스플레이, 고비점 (약 90 ℃ 초과) 및 낮은 굴절률 (1.5 미만) 에 대해 완화될 수도 있음에 유의한다. 마지막 요건은, 산란 효율이 입자와 유체 간의 굴절률 불일치에 의존하는, 높은 굴절률의 산란하는 (통상적으로 화이트인) 안료의 사용으로부터 발생한다.
포화된 직쇄 또는 분지쇄 탄화수소, 실리콘 오일, 할로겐화 유기 용매 및 저분자량 할로겐 함유 중합체 등의 유기 용매가 일부 유용한 유체이다. 유체는 단일 성분을 포함할 수도 있거나 또는 그 화학적 및 물리적 특성을 조정하기 위하여 하나 초과의 성분 블렌드일 수도 있다. (사용된 경우) 마이크로캡슐화 공정을 위한 반응물 또는 용매, 예컨대 지용성 단량체는 또한 유체 중에 함유될 수 있다.
유용한 유기 유체는 포화 또는 불포화 탄화수소 (예컨대 다음에 한정되지 않지만, 도데칸, 테트라데칸, Isopar (등록 상표) 시리즈 (Exxon, Houston, Texas), Norpar (등록 상표) (정상 파라핀 액체 시리즈), Shell-Sol (등록 상표) (Shell, Houston, Texas), 및 Sol-Trol (등록 상표) (Shell) 의 지방족 탄화수소, 나프타 및 다른 석유계 용매; 실리콘 오일 (예컨대 다음에 한정되지 않지만, 옥타메틸 시클로실록산 및 고차 분자량 환형 실록산, 폴리메틸 페닐 실록산), 헥사메틸디실록산, 및 폴리디메틸실록산; 비닐 에테르, 예컨대 시클로헥실 비닐 에테르 및 Decave (International Flavors & Fragrances, Inc.의 등록 상표, New York, NY); 톨루엔과 같은 방향족 탄화수소; 및 테트라플루오로디브로모에틸렌, 테트라클로로에틸렌, 트리플루오로클로로에틸렌, 1,2,4-트리클로로벤젠 및 사염화탄소 및 퍼플루오로- 또는 부분 불화-탄화수소를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일부 전기영동 매질에서는 유체가 광학 흡수 염료를 함유하는 것이 유리하다. 이 염료는 유체에 용해 또는 분산되어야 하지만, 일반적으로 마이크로캡슐의 다른 성분에 불용성일 것이다. 염료 재료의 선택에 많은 융통성이 있다. 염료는 순수한 화합물일 수 있거나, 또는 블랙을 포함하여 특정 컬러를 달성하기 위해 염료의 블렌드가 사용될 수도 있다. 염료는 형광일 수 있고, 그것은 형광 입자가 입자의 위치에 따라 달라지는 디스플레이를 생산할 것이다. 염료는 광활성일 수 있어, 가시선 또는 자외선을 이용한 조사시 다른 색으로 변하거나 무색이 되고, 광 반응을 얻기 위한 또 다른 수단을 제공한다. 염료는 또한 예를 들어 열적, 광화학적 또는 화학적 확산 공정에 의해 중합될 수 있고, 경계 쉘 내부에 고체 흡수 폴리머를 형성한다.
전기영동 매질에 많은 염료가 사용될 수 있다. 중요한 염료 특성은 유체, 컬러 및 비용면에서의 광 안정성 (light fastness), 용해성 또는 분산성을 포함한다. 염료는 일반적으로 아조, 아조메틴, 플루오란, 안트라퀴논, 및 트리페닐메탄 염료의 부류로부터 선택되고, 유체에서의 용해도를 증가시키고 입자 표면에의 그 흡착을 감소시키도록 화학적으로 개질될 수도 있다.
B : 전기영동 입자
본 발명의 매질 및 디스플레이에서 사용되는 전기영동 입자는 바람직하게 컬러가 화이트, 블랙, 옐로우, 마젠타, 시안, 레드, 그린, 또는 블루이지만, 다른 (스폿) 컬러가 또한 사용될 수도 있다. 이러한 입자의 선택시 많은 융통성이 있다. 본 발명의 목적을 위해, 전기영동 입자는 유체에 불용성이고 하전되거나 또는 전하를 획득할 수 있는 (즉, 전기영동 이동도를 갖거나 또는 획득할 수 있는) 임의의 입자이다. 일부의 경우, 이러한 이동도는 제로이거나 또는 제로에 가까울 수 있다 (즉, 입자는 이동하지 않을 것이다). 입자는 예를 들어 비유도화된 안료 또는 염색된 (레이크화된) 안료일 수도 있거나, 또는 하전되거나 또는 전하를 획득할 수 있는 임의의 다른 성분일 수도 있다. 전기영동 입자에 대한 일반적인 고려사항은 그 광학 특성, 전기적 특성 및 표면 화학이다. 입자는 유기 또는 무기 화합물일 수 있으며, 이들은 광을 흡수하거나 또는 광을 산란시킬 수도 있으며, 즉 본 발명에서 사용하기 위한 입자는 산란 안료, 흡수 안료 및 발광성 입자를 포함할 수도 있다. 입자는 재귀 반사될 수 있거나 또는 황화 아연 입자와 같은 전계 발광일 수도 있거나, 또는 광발성일 수도 있다.
전기영동 입자는 임의의 형상, 즉 구형, 판상 또는 침상을 가질 수도 있다. 산란 입자는 일반적으로 고굴절률, 높은 산란 계수, 및 낮은 흡수 계수를 가지며, 루틸 (티타니아), 아나타제 (티타니아), 황산 바륨, 산화 지르코늄, 카올린, 또는 산화 아연과 같은 무기 재료로 구성될 수도 있다. 다른 입자는 페인트 및 잉크에서 사용되는 것과 같은 카본 블랙 또는 착색된 유기 또는 무기 안료와 같이 흡수성이다. 금속 입자와 같은 반사 재료가 또한 채용될 수 있다. 유용한 입자 직경은 10 nm 에서 약 10 ㎛까지의 범위일 수도 있지만, 광 산란 입자의 경우 입경이 약 200nm 보다 작지 않은 것이 바람직하다.
전기영동 입자로 유용한 원료 안료는 PbCrO4, 시안 블루 GT 55-3295 (American Cyanamid Company, Wayne, NJ), 시바크론 블랙 BG (Ciba Company, Inc., Newport, Delaware), 시바크론 터크오이스 블루 G (Ciba), 시발론 블랙 BGL (Ciba), 오라솔 블랙 BRG (Ciba), 오라솔 블랙 RBL (Ciba), 아세타민 블랙, CBS (E. I. du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, Delaware, 이하 du Pont으로 약칭), 크로세인 스칼렛 N Ex (du Pont) (27290), 파이버 블랙 VF (du Pont) (30235), 룩솔 패스트 블랙 L (du Pont) (Solv. Black 17), 니로신 베이스 No. 424 (du Pont) (50415 B), 오일 블랙 BG (du Pont) (Solv. Black 16), 로탈린 블랙 RM (du Pont), 세브론 브릴리언트 레드 3 B (du Pont); 베이직 블랙 DSC (Dye Specialties, Inc.), 헥톨렌 블랙 (Dye Specialties, Inc.), 아조솔 브릴리언트 블루 B (GAF, Dyestuff and Chemical Division, Wayne, NJ) (Solv. Blue 9), 아조솔 브릴리언트 그린 BA (GAF) (Solv. Green 2), 아조솔 패스트 브릴리언트 Red B (GAF), 아조솔 패스트 오렌지 RA Conc. (GAF) (Solv. Orange 20), 아조솔 패스트 옐로우 GRA Conc. (GAF) (13900 A), 베이직 블랙 KMPA (GAF), 벤조픽스 블랙 CW-CF (GAF) (35435), 셀리타졸 BNFV Ex 용해성 CF (GAF) (Disp. 블랙 9), 셀리톤 패스트 블루 AF Ex Conc (GAF) (Disp. Blue 9), 사이퍼 블랙 IA (GAF) (베이직 블랙 3), 디아민 블랙 CAP Ex Conc (GAF) (30235), 다이아몬드 블랙 EAN Hi Con. CF (GAF) (15710), 다이아몬드 블랙 PBBA Ex (GAF) (16505); 디렉트 딥 블랙 EA Ex CF (GAF) (30235), 한사 옐로우 G (GAF) (11680); 인단트렌 블랙 BBK Powd. (GAF) (59850), 인도카본 CLGS Conc. CF (GAF) (53295), 카티젠 딥 블랙 NND Hi Conc. CF (GAF) (15711), 라피도젠 블랙 3 G (GAF) (아조익 블랙 4): 술폰 시아닌 블랙 BA-CF (GAF) (26370), 잠베지 블랙 VD Ex Conc. (GAF) (30015): 루바녹스 레드 CP-1495 (The Sherwin-Williams Company, Cleveland, Ohio) (15630); 레이븐 11 (Columbian Carbon Company, Atlanta, Ga.), (입자 크기가 약 25 ㎛인 카본 블랙 응집체), 스타텍스 B-12 (Columbian Carbon Co.) (33 ㎛ 평균 입경의 퍼니스 블랙), 그린 223 및 425 (The Shepherd Color Company, Cincinnati, Ohio 45246); 블랙 1, 1G 및 430 (Shepherd); 옐로우 14 (Shepherd); 크롤로 (Krolor) 옐로우 KO-788-D (Dominion Colour Corporation, North York, Ontario; KROLOR는 등록 상표이다); 레드 합성 930 및 944 (Alabama Pigments Co., Green Pond, Ala. 35074), 크롤로 오렌지 KO-786-D 및 KO-906-D (Dominion Colour Corporation); 그린 GX (Bayer); 그린 56 (Bayer); 라이트 블루 ZR (Bayer); 패스트 블랙 100 (Bayer); 베이페록스 (Bayferrox) 130M (Bayer BAYFERROX는 등록 상표이다); 블랙 444 (Shepherd); 라이트 블루 100 (Bayer); 라이트 블루 46 (Bayer); 옐로우 6000 (First Color Co., Ltd., 1236-1, 정왕동, 시흥시, 경기도, 한국 429-450), 블루 214 및 385 (Shepherd); 바이올렛 92 (Shepherd); 및 크롬 그린을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
전기영동 입자는 또한 레이크 안료 또는 염색 안료를 포함할 수도 있다. 레이크화된 안료는 이들에 침전되거나 또는 착색된 염료를 갖는 입자이다. 레이크는 쉽게 용해할 수 있는 음이온성 염료의 금속염이다. 이들은 하나 이상의 술폰산 또는 카르복실산 그룹핑을 함유하는 아조, 트리페닐메탄 또는 안트라퀴논 구조의 염료이다. 이들은 일반적으로 기판 상에 칼슘, 바륨 또는 알루미늄 염으로 침전된다. 전형적인 예는 피콕 블루 레이크 (CI 피그먼트 블루 24) 및 페르시아 오렌지 (Cl 산 오렌지 7의 레이크), 블랙 M 토너 (GAF) (레이크 상에 침전된 블랙 염료 및 카본 블랙의 혼합물) 이다.
3개의 감법 원색 (옐로우, 마젠타 및 시안) 에서의 안료는 입사광을 실질적으로 비산란시킬 만큼 높은 흡광 계수 및 충분히 작은 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.
본 발명의 특히 바람직한 원료 안료 입자는 미국 특허 No. 8,270,064에 기재된 블랙 스피넬이다; 바람직하게 실리카, 알루미나 또는 지르코니아 코팅을 갖는 티타니아; 레드 : 피그먼트 레드 112, 피그먼트 레드 179, 피그먼트 레드 188 및 피그먼트 레드 254; 그린 : 피그먼트 그린 7; 블루 : 피그먼트 바이올렛 23; 옐로우 : 피그먼트 옐로우 74, 피그먼트 옐로우 120, 피그먼트 옐로우 138, 피그먼트 옐로우 139, 피그먼트 옐로우 151, 피그먼트 옐로우 155 및 피그먼트 옐로우 180; 마젠타 : 피그먼트 바이올렛 19, 피그먼트 레드 52 : 2 및 피그먼트 레드 122; 시안 : 피그먼트 블루 15 : 2, 피그먼트 블루 15 : 3, 피그먼트 블루 15 : 4, 및 피그먼트 블루 15 : 6.
관련될 수도 있는 추가 안료의 특성은 입자 크기 분포와 광 안정성이다. 복합재 입자 (즉, 보다 작은 안료 입자 또는 염료를 포함하는 중합체 입자) 가 본 발명에서 사용될 수도 있다. 안료는 후술되는 바와 같이 표면 관능화될 수도 있거나 또는 관능화되지 않고 사용될 수도 있다.
전기영동 입자의 물성 및 표면 특성이 입자의 표면 상에 각종 재료를 흡착시키거나 또는 이들 표면에 각종 재료를 화학적으로 결합시킴으로써 개질될 수 있다는 것이 오랫동안 알려져 왔다; 미국 특허 No. 6,822,782, 특히 4열, 27행 내지 5열, 32행을 참조한다. 이 동일한 미국 특허에는, 증착되어야 하는 중합체의 최적량 (개질된 입자에서의 중합체의 너무 큰 비율은 입자의 전기영동 이동도에서의 원치않는 감소를 야기시킨다) 이 있고, 그리고 입자 상에 코팅을 형성하기 위해 사용되는 중합체의 구조가 중요하다는 것이 나타내져 있다.
C : 전하 제어제
본 발명의 전기영동 매질은 통상적으로 전하 보조제 (CCA) 를 포함할 것이고, 전하 방향자를 포함할 수도 있다. 이들 전기영동 매질 성분은 통상적으로 저분자량의 계면활성제, 중합제, 또는 하나 이상의 성분의 블렌드를 포함하며, 전기영동 입자에 전하의 부호 및/또는 크기를 안정화시키거나 그렇지 않으면 개질하는 역할을 한다. CCA는 일반적으로 이하에서 헤드기로 지칭되는 이온 또는 기타 극성 그룹핑을 포함하는 분자이다. 양 또는 음의 이온 헤드기 중 적어도 하나는 이하에서 테일기로 지칭되는 비극성 사슬 (통상적으로 탄화수소 사슬) 에 부착되는 것이 바람직하다. CCA는 역 미셀을 내부상에 형성하고, 그리고 통상적으로 전기영동 유체로서 사용되는 매우 비극성인 유체에서 전기 전도성으로 이어지는 하전된 역 미셀의 작은 집단인 것으로 생각된다.
역 미셀은 CCA 분자의 비극성 테일기에 의해 둘러싸인 1nm에서 수십 나노미터까지로 크기가 변할 수도 있는 (그리고 구형, 원통형, 또는 다른 지오메트리를 가질 수도 있는) 극성이 높은 코어 (일반적으로 물을 포함) 를 포함한다. 역 미셀은 광범위하게, 특히 오일/물/계면활성제의 혼합물과 같은 3원 혼합물에서 연구되고 있다. 일례는, 예를 들어, Fayer et al., J. Chem. Phys,, 131, 14704 (2009) 에 기재된 이소옥탄/물/AOT 혼합물이다. 전기영동 매질에서, 3개의 상이 통상적으로 구별될 수도 있다: 표면을 갖는 고체 입자, 극히 작은 액적 (역 미셀) 의 형태로 분포되는 극성이 매우 높은 상, 및 유체를 포함하는 연속상. 하전된 입자와 하전된 역 미셀의 양자는 전계의 인가시 유체를 통해 이동할 수도 있고, 따라서 (통상적으로 없어지게 될 작은 도전율 자체를 갖는) 유체를 통한 전기적 도통을 위한 2개의 병렬 경로가 있다.
CCA의 극성 코어는 표면 상에의 흡착에 의해 표면 상의 전하에 영향을 미치는 것으로 생각된다. 전기영동 디스플레이에서, 이러한 흡착은 전기영동 입자의 표면 또는 마이크로캡슐의 내부 벽 (또는 다른 고체상, 예컨대 마이크로셀의 벽) 상에 이루어져 역 미셀과 유사한 구조를 형성할 수 있으며, 이들 구조는 이하에서 반 미셀 (hemi-micells) 로 지칭된다. 이온 쌍의 하나의 이온이 (예를 들어, 공유 결합에 의해) 다른 것보다 표면에 보다 강하게 부착되는 경우, 반 미셀과 결합되지 않은 역 미셀 사이의 이온 교환은 전하 분리로 이어질 수 있으며, 여기서 보다 강하게 결합된 이온이 입자와 여전히 연관되며 덜 강하게 결합된 이온이 자유 역 미셀의 코어에 통합되게 된다.
CCA의 헤드기를 형성하는 이온성 재료가 입자 (또는 다른) 표면에서의 이온 쌍 형성을 포함할 수도 있다는 것이 또한 가능하다. 이로써 CCA는 2가지 기본 기능을 수행할 수도 있다: 표면에서의 전하 분리 및 표면으로부터의 전하 분리. 전하 발생은 CCA 분자 중에 존재하거나 그렇지 않으면 역 미셀 코어 또는 유체에 통합되는 일부 모이어티와 입자 표면 사이의 산-염기 또는 이온 교환 반응으로부터 초래될 수도 있다. 이로써, 유용한 CCA 재료는 이러한 반응 또는 업계에 공지된 임의의 다른 하전 반응에 참여할 수 있는 것들이다.
본 발명의 매질에 유용한 전하 제어제의 비한정적인 부류는 유기 설페이트 또는 술포네이트, 금속 비누, 블록 또는 빗살 코폴리머, 유기 아미드, 유기 양쪽성 이온, 및 유기 인산염 및 포스포네이트를 포함한다. 유용한 유기 설페이트 또는 술포네이트는 나트륨 비스(2-에틸헥실) 술포숙시네이트, 칼슘 도데실벤젠술포네이트, 칼슘 석유 술포네이트, 중성 또는 염기성 바륨 디노닐나프탈렌 술포네이트, 중성 또는 염기성 칼슘 디노닐나프탈렌 술포네이트, 도데실벤젠술폰산 나트륨 염, 및 암모늄 라우릴 술포네이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 유용한 금속 비누는 염기성 또는 중성 바륨 페트로네이트, 칼슘 페트로네이트, 나프텐산, 옥탄산, 올레산, 팔미트산, 스테아린산 및 미리스트산 등의 카르복실산의 코발트, 칼슘, 구리, 망간, 마그네슘, 니켈, 아연, 알루미늄 및 철 염 등을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 유용한 블록 또는 빗살 공중합체는 (A) p-톨루엔술포네이트로 차화된 2-(N,N-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트 및 (B) 폴리(2-에틸헥실 메타크릴레이트)의 AB 디블록 공중합체, 및 폴리메틸 메타크릴레이트-메타아크릴산의 지용성 앵커기에 메달려 있는, 폴리(12-히드록시스테아린산)의 지용성 테일를 갖고 분자량이 약 1800인 빗살 그라프트 공중합체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 아미드/아민은 폴리이소부틸렌 숙신이미드, 예컨대 OLOA 371 또는 1200 (Chevron Oronite Company LLC, Houston, Tex.로부터 입수가능), 또는 Solsperse 17000 (Lubrizol, Wickliffe, OH로부터 입수가능: Solsperse 는 등록 상표이다), 및 N-비닐피롤리돈 중합체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 양쪽성 이온은 레시틴을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 포스페이트 및 포스포네이트는 포화 및 불포화 산 치환체로 인산화된 모노- 및 디-글리세리드의 나트륨 염을 포함하지만, 이에 한정되지 않는다. CCA에 유용한 테일기는 분자량 범위가 200-10,000인 폴리(이소부틸렌)과 같은 올레핀의 폴리머를 포함한다. 헤드기는 술폰산, 인산 또는 카르복실산 또는 아미드, 또는 대안으로 1차, 2차, 3차 또는 4 차 암모늄기와 같은 아미노기일 수도 있다.
본 발명의 매질에 사용되는 전하 보조제는 아래에 보다 상세히 설명되는 바와 같이 전기영동 입자 표면 상에 전하를 바이어싱할 수도 있다. 이러한 전하 보조제는 브론스테드 또는 루이스 산 또는 염기일 수도 있다.
입자 분산 안정화제는 캡슐 또는 다른 벽 또는 표면에의 입자 응집 또는 부착을 방지하기 위해 첨가될 수도 있다. 전기영동 디스플레이에 유체로서 사용되는 통상적인 높은 비저항의 액체에 있어서, 비수성 계면활성제가 사용될 수도 있다. 이들은 글리콜 에테르, 아세틸렌 글리콜, 알칸올아미드, 소르비톨 유도체, 알킬 아민, 4급 아민, 이미다졸린, 디알킬 옥사이드, 및 술포숙시네이트를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
D : 고분자 첨가제
미국 특허 No. 7,170,670에 기재된 바와 같이, 전기영동 매질의 쌍안정성은 수 평균 분자량이 약 20,000 초과하는 폴리머에 포함함으로서 개선될 수 있으며, 이 폴리머는 전기영동 입자 상에 본질적으로 비흡수되며; 폴리(이소부틸렌)은 이 목적에 바람직한 중합체이다.
또한, 예를 들어 미국 특허 No. 6,693,620에 기재된 바와 같이, 그것의 표면에 고정화된 전하는 주변 유체에 반대 하전의 전기적 이중층을 설정한다. CCA의 이온성 헤드기는 전기영동 입자 표면에 하전기로 이온 페어링되어, 고정화 또는 부분 고정화된 하전 종의 층을 형성할 수도 있다. 이 층의 외부에는 유체에 CCA 분자를 포함하는 하전 (역) 미셀을 포함하는 확산층이 있다. 종래 DC 전기영동에서, 인가된 전계는 고정 표면 상에 힘을 발휘하고 이동성의 상대 전하에 반대힘을 발휘하여, 확산층 내에 미끄러짐이 발생하고 입자가 유체에 대해 이동하도록 한다. 슬립 평면에서의 전위는 제타 전위로 알려져 있다.
유체에서의 하전 입자의 전기영동 운동은 콜로이드 과학에 대한 대부분의 교과서에서 커버된다. 예를 들면, Hiemenz, P. C. 및 Rajagopalan, R., Principles of Colloid and Surface Chemistry, 제 3 판, Marcel Dekker, NY, 1997을 참조한다. 전기영동 디스플레이에 대한 관심의 시스템에서, 유전 상수는 보통 낮으며 (2-10의 범위), 이온의 수가 작다. 이 체계에서, 다음의 식이 유지된다:
Figure 112015121957409-pct00001
(1)
여기서, ζ는 제타 전위이고; q는 입자의 네트 전하이고; ε0는 진공 유전율 상수이고; εΓ는 유전 상수이고; 그리고 a는 입자 반경이다. 따라서, 제타 전위가 ~50 mV 이고 반경이 ~150 nm인 입자는 유전 상수 2의 매질에서 단지 약 10개의 전자 전하 유닛의 네트 전하를 갖는다.
이것은 전기영동 매질 및 디스플레이의 컴포넌트의 일반적인 논의를 결론짓는다. 이하, 바람직한 본 발명의 전기영동 매질 및 디스플레이는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이다.
첨부된 도면의 도 1은 캡슐화된 전기영동 매질을 포함하는 본 발명의 (일반적으로 100으로 표기되는) 전기영동 디스플레이를 관통하는 개략적인 단면도이고; 이러한 디스플레이 및 그 제조 방법은 미국 특허 No. 6,982,178에 기재되어 있다. 디스플레이 (100) 는 투광성 기판 (102), 통상적으로 투명 플라스틱 필름, 예컨대 두께 약 25-200 ㎛의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET) 의 시트를 포함한다. 도 1에 도시되지는 않았지만, 기판 (102) (도 1에 도시된 바와 같이, 표시 장치의 관찰면을 형성한 상면) 은 하나 이상의 추가층들, 예를 들어, 자외선 방사선을 흡수하기 위한 보호층, 디스플레이로의 산소 또는 수분의 침투를 방지하기 위한 배리어층, 및 디스플레이의 광학 특성을 개선하기 위한 반사방지 코팅을 포함할 수도 있다.
기판 (102) 은 디스플레이의 전면 전극의 역할을 하는 얇고, 투광성인 도전층 (104) 을 지닌다. 층 (104) 은 인듐 주석 산화물 (ITO), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) 폴리(스티렌술포네이트) (PEDOT:PSS), 그라핀 등과 같이 가시 스펙트럼 영역에서 전자기 방사선의 최소 고유 흡수를 갖는 도전성 재료의 연속적인 코팅을 포함할 수도 있거나, 또는 가시광을 흡수 또는 반사하지만 층 전체가 투명한 것이 효과적인 이러한 표면 커버리지에 존재하는 은 (예를 들어, 나노와이어 또는 인쇄 그리드의 형태) 또는 탄소 (예를 들어, 나노 튜브 형태) 등의 재료의 불연속층일 수도 있다.
이하에서 보다 상세히 기재된 바와 같이, 전기영동 매질의 층 (일반적으로 108으로 표기) 은 선택적 고분자 층 또는 층 (106) 을 통해 도전층 (104) 과 전기적으로 접촉한다. 전기영동 매질 (108) 은 복수의 마이크로캡슐을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매질로서 도시되어 있다. 마이크로캡슐은 고분자 바인더 내에 유지될 수 있다. 층 (108) 에 걸친 전계의 인가시, 층 내의 음으로 하전된 입자가 양극을 향해 이동하고 양으로 하전된 입자가 음극을 향해 이동하여, 그 결과 기판 (102) 을 통해 디스플레이를 보는 관찰자에게는, 층 (108) 이 컬러를 변경하는 것처럼 보인다.
디스플레이 (100) 가 캡슐화된 전기영동층 (108) 을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 이는 본 발명의 필수적인 특징이 아니다. 층 (108) 은 캡슐화되거나 또는 밀봉 또는 밀봉해제된 마이크로 셀 또는 마이크로 컵을 포함할 수도 있거나, 또는 비캡슐화될 수도 있다. 층이 비캡슐화되면, 전기영동 내부상 (전기영동 입자 및 유체) 은 2개의 평면 전극 사이에 배치될 수도 있고, 그 중 적어도 하나는 투광성이다. 전극 사이의 간격은, 립 또는 비즈의 형태를 가질 수도 있는, 스페이서의 사용에 의해 제어될 수도 있다. 대안으로, 간격은 내부상을 포함하는 마이크로캡슐의 사용에 의해 제어될 수도 있다; 내부상은 캡슐 내부 및 외부에 위치할 수도 있다. 마이크로 캡슐 내부와 외부의 내부상이 동일한 것이 필요한 것은 아니지만, 특정 상황에서는 이것이 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 캡슐 외부의 내부상과 동일한 내부상을 포함하는 캡슐이 스페이서로서 사용되는 경우, 스페이서의 존재가 디스플레이의 시인자에 의해 덜 쉽게 식별될 수도 있다 (왜냐하면 내부 및 외부 내부상이 적어도 실질적으로 동일한 컬러로 스위칭될 것이기 때문이다).
미국 특허 No. 6,982,178 및 7,012,735에 기재된 바와 같이, 디스플레이 (100) 는 전기영동 층 (108) 을 커버하는 적층 접착제의 층 (110) 을 더 포함한다. 적층 접착제는, 2개의 서브어셈블리, 즉 화소 전극 (112) 의 어레이 및 화소 전극을 구동 회로에 연결하는 적절한 도체의 배열체를 포함하는 백플레인 (118) 과, 투명 전극 (104), 전기영동 층 (108), 적층 접착제 (110) 및 고분자 층 또는 층들 (106) 과 같은 선택적인 추가 컴포넌트를 지니는 기판 (102) 을 포함하는 프론트 플레인 (116) 을 조합함으로써 전기광학 디스플레이의 구성을 가능하게 한다. 최종 디스플레이를 형성하기 위해서, 적층 접착제 (110) 에 의해 프론트 플레인 (116) 을 백플레인 (118) 에 적층한다. 적층 접착제는 열 또는 화학 방사선에 의해 (예를 들면, UV 경화에 의해) 경화될 수 있거나 또는 비경화될 수도 있다.
적층 접착제 (110) 는 백플레인 전극 (112) 에서 전면 전극 (104) 까지 전기적 경로에 있기 때문에, 그 전기적 특성은 신중하게 맞추어져야 한다. 미국 특허 No. 7,012,735에 기재된 바와 같이, 적층 접착제는 고분자 재료 이외에 이온 도펀트를 포함할 수도 있고, 이온 도펀트는 염, 폴리전해질, 고분자 전해질, 고체 전해질, 도전성 금속 분말, 자성 액체, 비반응성 용매, 전도성 유기 화합물 및 이들의 조합으로부터 선택된 첨가제일 수도 있다. 본 발명의 캡슐화된 전기영동 매질의 체적 저항률은 일반적으로 약 1010 Ohm.cm 이고, 다른 전기 광학 매질의 저항률은 일반적으로 동일한 자릿수의 것이다. 따라서, 적층 접착제의 체적 저항률은, 통상적으로 약 20℃ 인 디스플레이의 작동 온도에서 보통 약 108 내지 1012 Ohm.cm이다.
고분자 층 (106) 이 비화소화된 투광성의 공통 전극 (104) 에 인접해 있기 때문에, 그 전기 전도도가 화소화된 백플레인 전극 (112) 에 인접하는 적층 접착제 층 (110) 보다 더 클 수도 있고 그리고 디스플레이의 스위칭동안 상이한 전위에서 유지되는 경우 하나의 백플레인 전극으로부터 그 이웃으로 흐르는 상당한 전류로 이어질 만큼 전도성이 있지 않을 수 있다는 것을 제외하고, 고분자층 (106) 은 적층 접착제층 (110) 의 것들과 유사한 특성을 갖는 적층 접착제층일 수도 있다 (예를 들어 US 특허 제 7,839,564 참조). 고분자 층 (106) 이 적층 접착제인 경우, 그것은 상기 언급된 미국 특허 No. 6,982,178에 상세히 기재된 바와 같이 프론트 플레인의 제조 동안 전기영동 층 (108) 을 전면 전극 (104) 에 부착하기 위해 사용될 수도 있다.
도 2는 전극 (202 및 204) 에 의해 인가되는 전계에 응답하여 셀 (일반적으로 200으로 표기) 에 포함된 본 발명의 전기영동 매질 내에서 일어날 수도 있는 하전된 재료의 플럭스를 개략적으로 나타낸다. 전기영동 유체에서의 이동성 하전된 종들은 일반적으로 하전된 입자들 P+ 및 P- 및 하전된 (역) 미셀 RM+ 및 RM-로 도시된다. 전계의 인가시, 하전된 종은 이동하며, 그리고 이들이 그렇게 하기 때문에 셀의 내부에서의 전계를 스크린한다. 전극이 차단되는 경우 (즉, 전극이 전기화학적 전류의 흐름을 허용하지 않는 경우), 하전된 종은 전극 사이의 중간 지점에서의 전계가 제로로 떨어질 때까지 전극 계면에서 축적된다. 이 분극 처리는 전기영동 내부상을 통한 도통에 의해 계면 커패시터의 충전으로서 생각될 수 있다 (하지만, 당업자들이라면 알 수 있는 바와 같이, 상황은 이러한 기본 그림이 제안하는 것보다 더 복잡하며, 그 이유는 중립 역 미셀의 하전된 미셀로의 해리가 내부상 내에서의 전하 발생으로 이어질 수 있기 때문이다).
차단된 전극을 갖는 도 2에 도시된 것과 같은 배열에서 하전된 종의 이동은 편미분 방정식의 Poisson-Nerast-Planck 시스템을 이용하여 모델링될 수 있다. Butler-Volmer-Frumkin 식을 이용하여, 전극에서의 전기화학적 반응의 효과가 이러한 모델에 통합될 수 있다. 도 3a 및 3b는 이러한 모델링의 결과를 나타내고, 제 1 전극으로부터의 거리의 함수로서 두 개의 전극을 분리하는 전기영동 내부상 내의 전기적 전위를 나타낸다. 도 3a는 전극이 차단되는 경우에 시간에 의한 이러한 전위의 진화를 도시하고; 셀의 중심에서의 전위 구배가 제로가 되면서 전극 계면에서 큰 전위 강하가 발전한다. 따라서, 셀의 분극 이후, 전기영동 입자 (및 역 미셀) 의 네트 흐름이 드리프트로서 중단되고 열 확산이 서로 균형잡힌다. 완전한 분극 이후, 전극이 모두 접지에 접속된 경우 (또는 공통 전위로 된 경우), 내부상은 초기에 인가된 전계와 동일한 전계 및 반대인 전계를 경험할 것이라는 점에 유의한다. 이것은 매질 상에 모든 이미지의 삭제를 초래할 것이다 (이른바 킥-백 문제).
도 3b는 전기화학 반응 (전하 주입) 이 전극 계면에서 발생할 수 있는 경우를 예시한다. 이 경우, 초기 분극 이후에, 전극 부근의 전계는 전자들이 내부상과 전극에서의 분자간 양방향으로 전달될 만큼 충분히 높아진다. 재료는 애노드에서 산화되고, 캐소드에서 환원된다. 전극에 인접하여 레독스 활성 재료의 충분한 공급이 있다면, 정상 전류가 셀 (200) 에서 흐른다 (그리고 셀의 중심에서의 전위 구배는 비제로이다).
도 4는 도 2와 유사한 개략 단면도이지만, 전기화학적 반응이 전극 계면에서 발생하는 경우 (단지 도 3b를 참조하여 논의됨) 를 도시한다. 도 4에는 단극성 전기화학 전류가 도시되어 있다; 즉, 이온이 하나의 전극에서 생성되고 다른 전극에서 소비된다. 따라서, 애노드 (204) 에서, 종 A는 화살표 (206) 로 도시된 바와 같이 내부상을 통해 캐소드 (202) 로 수송되며, 여기서 도 4에서 H로 도시된 수소 가스일 수도 있는 중립 수소 종들로 환원된다.
또한, 본 발명의 전기영동 매질에서 발생하는 전기화학 반응 중 하나는 물 전기분해인 것으로 여겨지며 (하지만 본 발명은 이러한 믿음에 결코 제한되지 않는다), 순수 물에서 물의 산화가 애노드에서 발생하여 양성자를 생성하며, 이로써:
애노드 (산화):
Figure 112015121957409-pct00002
(2)
캐소드로서, 수소 (또는 다른 수소 라디칼 생성물) 생성에 의해 양성자가 환원된다:
캐소드 (환원):
Figure 112015121957409-pct00003
(3)
이들 전기화학 반응의 네트 효과는 애노드로부터 캐소드로 양성자를, 도 4에서 굵은 화살표 (206) 로 나타낸 바와 같이, 물을 소비하면서 수송하는 것이다. 양성자의 단극성 (일 방향성) 전달은 음으로 하전된 역 미셀 및 안료의 수송과 반대 방향이다.
상기 언급된 바와 같이, 본 발명은 유체 및 유체에 배치된 적어도 제 1 종의 입자를 포함하는 전기영동 매질을 제공하고, 제 1 종의 입자는, 제 1 어드레싱 임펄스가 제 1 기간 동안 매질에 적용되어 제 1 어드레싱 임펄스를 매질에 인가하는 경우, 제 1 종의 입자가 전계에 대해 일 방향으로 이동하고, 제 1 전계와 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 제 2 기간 동안 매질에 적용되어 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 2 어드레싱 임펄스를 매질에 인가하는 경우, 제 1 종의 입자가 전계에 대해 반대 방향으로 이동하게 되는 것이다. 본 발명의 더 나은 이해를 제공할 목적으로, 안료 입자가 제 1 어드레싱 임펄스에 의해 제 1 방향으로 이동 (즉, 입자들이 음전하를 지녔던 것처럼 거동) 하고, 제 2 의 보다 높은 어드레싱 임펄스에 의해 제 2 방향으로 이동 (즉, 입자들이 양전하를 지녔던 것처럼 거동) 할 수도 있는 방법에 대한 다음의 가정이 제공되지만, 본 발명은 이 가정에 결코 한정되지 않는다.
도 5a는, 전기화학 전류의 부재에서, 도 5a의 점선 화살표의 방향으로 이동할 수 있는, 4개의 전자 전하 단위의 네트 전하를 갖는 음으로 하전된 입자 (500) 를 도시한다. 입자 (500) 에 흡착되는 것은 고유전 상수의 반 미셀 재료 (502) 의 층이다. 도 5a 및 도 5b는 일정한 비율로 그린 것이 아니며, 입자 및 흡착 층의 형상은 동심 타원같은 이상적인 형태로 도시된다. 사실상, 흡착 층은 분극될 가능성이 있으며, 사실상 연속적인 층도 일정한 두께의 층도 아닐 수 있다.
층 (502) 의 재료는 역 미셀의 코어 재료와 유사한 조성을 가지며 물을 포함할 가능성이 있다. 4개의 표면 결합 (또는 표면 흡착) 된 음 전하 (504) 가 도시되어 있으며, 고 유전 상수의 층 (502) 에 통합되어 있다. 이들 4개의 전하에 대한 상대 이온은, 전계에서의 입자와 반대 방향으로 이동할 수 있는 비부착된 미셀 확상층 (미도시) 를 형성하며, 그 이유는 이들 전하가 입자를 둘러싸는 유체역학적 슬립 인벨럽 뒤에 놓이기 때문이다. 이것은 역 미셀 하전된 종을 포함하는 낮은 유전 상수의 현탁 액체에서의 전기영동 이동에 대한 정상 조건이다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 이 상황은 역 미셀에 의해 주로 운반되는 전류가 내부상을 통해 흐를 때 달라질 것으로 생각된다. 이러한 전류는 전극에서의 전기화학 반응으로부터 또는 내부상에 인접하는 층으로부터의 전하 변위로부터 초래될 수도 있다. 전류는 주로 하나의 부호의 전하 캐리어에 의해 운반되는 것으로 생각된다; 이것은 (상기한 바와 같이) 특정 전기화학 반응으로부터 발생할 수도 있거나 또는 반대 극성의 전하 캐리어의 상이한 이동도로부터 발생할 수도 있다. 도 5b에서는 전하 캐리어가 주로 양전하인 것으로 상정되며, 이는 중성 또는 산성 pH에서 물을 전기분해하는 경우와 같을 것이다.
이전에 언급된 바와 같이, 고도의 비극성 유체 내의 도통은 하전된 역 미셀 또는 하전된 전기영동 입자에 의해 매개될 가능성이 있다. 따라서, 임의의 전기화학적으로 생성된 양성자 (또는 기타 이온) 는 미셀 코어에서의 유체를 통해 수송되거나 또는 전기영동 입자에 흡착될 가능성이 있다. 도 5b에서는, 양으로 하전된 역 미셀 (506) 이 입자 (500) 에 접근하여, 내부상의 분극 동안 입자 (500) 가 이동되었을 방향과 반대 방향으로 이동하는 것으로 도시된다. 더 큰 입자에 접근하는 역 미셀은 상호작용 없이 입자를 지나 이동할 수도 있거나, 또는 반대로 하전된 입자의 주위에 전기 이중층으로 통합될 수도 있다. 전기 이중층은 개선된 상대 이온 농도를 갖는 전하의 확산층과 입자 상의 반 미셀이 흡착된 코팅의 양자를 포함하며; 후자의 경우, 역 미셀 전하는 상기한 바와 같이, 입자의 제타 전위를 정의하는 슬립 인벨럽 내의 입자와 연관되게 될 것이다. 따라서, 양으로 하전된 이온의 전기화학 전류가 흐르는 동안, 미셀 코어에서의 유체를 통한 이온 (예컨대 도 5b에서의 이온 (508)) 의 수송에 의해 구동된 입자 표면에서의 일종의 이온 교환의 결과로서, 음으로 하전된 입자는 보다 양전하를 향해 바이어싱되게 될 수도 있다는 것이 가정된다. 또한 도 5b에서 역 미셀 (510) 로 도시된 바와 같이 역 미셀이 입자로부터 분리되어 나올 수도 있다는 것이 가정된다. 따라서, 입자의 네트 전하는 전기화학 전류의 크기 및 입자 표면에 가까운 양전하의 체류 시간의 함수가 될 것이다. 이러한 체류 시간은 입자 크기, 그 표면 화학, 및 유체에서의 미셀과 입자 표면에 흡착된 반 미셀의 화학적 성질에 의해 영향받을 가능성이 있다.
도 6은 입자의 움직임을 추적하여 상기 제시된 가정을 확인하기 위한 하나의 실험 결과를 나타낸 사진이다. 도 6은 25 ㎛ 갭에 의해 분리된 유리 표면에 배치된 서로 맞물린 (interdigitated) 전극들을 도시한다. 셀은 하나의 경계로서 서로 맞물린 전극과 제 2 의 경계로서 유리의 평평한 조각으로 구성된다. 두 경계 사이에 유체 (Isopar V), CCA (Solsperse 17000) 및 음전하를 지니고 대략 -40mV의 제타 전위를 갖는 복수의 화이트 (광산란) 폴리머 코팅된 티타니아 입자를 포함하는 내부상이 배치되고; 폴리머 코팅된 티타니아는 미국 특허 No. 6,822,782의 실시예 28에 기재된 바와 같이 실질적으로 제조된다. 하나의 전극이 접지되고 그 이웃이 +40V에 있는 경우, 화이트 입자는 보다 양의 전극에 모인다. 전압이 증가됨에 따라 (그리고 전류 흐름이 상응하게 증가됨에 따라), +160V에서 화이트 입자의 다수가 덜 양의 전극 부근에 모일 때까지 화이트 입자가 덜 양의 전극을 향해 이동한다. 사용된 실험 셀의 두께 때문에, 본 실험에 사용된 전압은 시판되는 전기영동 매질에서 요구되는 것보다 훨씬 더 높으며, 이것은 전기영동 매질의 훨씬 더 얇은 층을 사용한다.
도 7은 상기 원리를 구현하는 전기영동 디스플레이 (일반적으로 700으로 표기) 를 관통하는, 도 4와 유사한 개략 단면도이다. 전기영동 매질 층 (706) 은 고분자 적층 접착제 층들 (708 및 710) 사이에 개재되고; (캡슐화된) 내부상 유체가 전극 (704 및 712) 중 하나에 직접 코팅되는 경우 단일의 적층 접착제층만이 사용될 필요가 있다. 디바이스를 통해 흐르는 전기화학 전류는 굵은 화살표로 도시된다. 상기에 언급된 바와 같이, 적층 접착제는 이동성 이온 종으로 도핑될 수도 있고, 애노드 (712) 와 캐소드 (704) 사이에서 흐르는 (단극성) 전류가 공통 이온에 의해 운반될 필요는 없다. 이로써, 양이온 종 B+은 적층 접착제 층 (710) 과 전기영동 층 (706) 사이의 경계를 가로지르는 것으로 도시되며, 여기서 B+은 양성자 또는 다른 양이온일 수도 있다. 마찬가지로, 이온 C+은 전기영동 층 (706) 과 적층 접착제층 (708) 사이의 경계를 가로지르는 것으로 도시된다. 또, C+은 양성자 또는 다른 양이온일 수 있다. 캐소드 (704) 자체에서, 양성자가 환원되는 것으로 도시되지만 본 발명의 필수적인 특징은 아니다.
상기에 언급된 바와 같이, 디바이스에서 흐르는 전류가 반드시 본래의 전기화학인 것은 아닌 본 발명에서, 이온 B+ 및 C+의 흐름을 포함하는 변위 전류는, 이러한 변위 전류가 단극성이 아니라면, 음으로 하전된 입자의 역 방향 이동을 유도하기에 충분할 수 있다. 전기화학 또는 변위 전류가 양으로 하전된 이온에서 단극성이고, 이에 따라 음으로 하전된 입자들의 방향 역전으로 이어질 수 있는 것으로 상정되는, 상기 주장은 음으로 하전된 이온에서의 단극성 전기화학 전류에 적용되며, 이 경우 그것은 방향이 반전될 양으로 하전된 입자일 것이다. 그러나, 실제로 음으로 하전된 입자들의 방향 반전을 엔지니어링하는 것이 보다 쉬운 것으로 밝혀졌다.
또한, 전류의 단극성 특성이 본 발명의 필요 조건은 아니지만, 단극성 전류를 가정하면 관측된 현상 (예를 들어, 도 6에 설명된 거동) 을 이해하기 더 쉽다.
본 발명의 전기영동 매질 및 디스플레이의 각종 실시형태 및 착색 이미지를 형성하기 위한 그 용도는 이하에서 보다 상세히 기재될 것이다. 이들 실시형태에서, 하기의 일반적인 스위칭 메카니즘이 이용된다:
(A) (표면 결합되거나 또는 흡착된) 관련 전하를 갖는 입자가 전계에서 이동하는, 종래의 전기영동 이동;
(B) 보다 높은 제타 전위의 입자가 보다 낮은 제타 전위의 입자보다 더 빨리 이동하는, 종래의 레이싱 입자 (예를 들어, 미국 특허 No. 8,441,714 및 그 안에 인용된 이전의 특허들);
(C) 응집체가 전기화학 (또는 변위) 전류의 부재시 그 네트 전하에 따라 전계에서 이동하도록 하지만, 그 응집체가 전기화학 (또는 변위) 전류에 의해 입자의 적어도 하나에 대한 전하의 변조만큼 분리되는, 반대 부호의 입자들 간의 쿨롱 응집;
(D) 전기화학 (또는 변위) 전류의 결과로서 적어도 일종의 입자의 이동 방향의 역전.
본 발명의 디스플레이를 구동하는데 사용되는 파형은 적어도 4개의 상이한 방법들 중 어느 하나 이상을 이용하여 표시하는데 제공된 전기 임펄스를 변조할 수도 있다:
(i) 특정 전압 펄스의 지속기간이 변경되는 펄스 폭 변조;
(ii) 그 듀티 사이클이 원하는 임펄스에 따라 변경되는, 펄스의 시퀀스가 제공되는 듀티 사이클 변조;
(iii) 공급 전압이 필요한 임펄스에 따라 변화되는 전압 변조; 및
(iv) (그 자체가 네트 제로 임펄스를 갖는) AC 파형에 인가된 DC 전압 오프셋.
이들 방법 중 사용되는 것은 의도된 출원 및 사용 디스플레이의 정확한 형태에 따라 달라진다. 상기에 언급된 바와 같이, 본원에서 용어 임펄스는 매질 또는 디스플레이가 어드레싱되는 기간 동안의 시간과 관련하여 인가된 전압의 적분을 나타내는데 사용된다. 또한, 상기에 언급된 바와 같이, 특정 전기화학 또는 변위 전류는 (일반적으로 음으로 하전된) 입자의 종 또는 쿨롱 응집체의 응집해제의 방향의 변화에 필요하며, 따라서 높은 임펄스가 디스플레이의 매질에 인가되는 경우 어드레싱 전압은 이러한 전류를 제공하기에 충분해야 한다. 보다 낮은 임펄스는 동일하게 보다 높은 전압에서 어드레싱 시간의 감소 또는 보다 낮은 어드레싱 전압에 의해 제공된다. 상기에 언급된 바와 같이, 분극상 (polarization phase) 이 존재하며, 이 분극상 동안 전기화학 전류가 최대값이 아니며, 이 분극상 동안 입자는 그 네이티브 전하 (즉, 임의의 어드레싱 전압이 매질 또는 디스플레이에 인가되기 이전에 이들이 지니는 전하) 에 따라 이동한다. 이로써, 고전압에서의 낮은 임펄스 어드레싱은 전기영동 매질을 분극화하지만 높은 정상 상태 전류 흐름으로 이어지지 않는 등의 기간 동안 이상적이다.
도 8a 및 도 8b는, 옐로우 염료로 염색된 유체 (806) 를 포함하는 (비하전된 옐로우 입자가 옐로우 염료로 치환될 수도 있다), 단일의 마이크로캡슐 (800) (밀봉 또는 밀봉해제된 마이크로셀, 또는 기타 유사한 인클로져가 대안으로 사용될 수도 있다) 의 여러 가능한 상태를 나타내는 개략 단면도이다. 유체 (806) 에는 양으로 하전된 투광성 마젠타 입자 (802) 및 음으로 하전된 화이트 입자 (804) 가 배치되어 있다. 마이크로캡슐 (800) 의 상부측에는, 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이, 실질적으로 투명한 전면 전극이 있으며, 그 상부 표면은 디스플레이의 시인 표면을 형성하는 한편, 마이크로 캡슐 (800) 의 반대측에는 이면 또는 화소 전극 (812) 이 있다. 도 8a 및 8b에서는, 이후 도면들과 유사하게, 전면 전극 (810) 은 접지 전위에 그대로 있고 (하지만 이것은 본 발명의 필수적인 특징이 아니며, 이 전극의 전위의 변형예는 일부의 경우 예를 들어 보다 높은 전계를 제공하기 위해 바람직할 수도 있다), 마이크로캡슐 (800) 을 가로지는 전계는 이면 전극 (812) 의 전압을 변경함으로써 제어된다는 것이 상정될 것이다.
도 8a는 낮은 임펄스로 구동되는 경우 마이크로 캡슐 (800) 의 두 가지 가능한 상태를 나타낸다. 이러한 낮은 임펄스하에서, 입자 (802 및 804) 는 기존의 전기영동 이동을 수행한다. 도 8a의 좌측편에 도시된 바와 같이, 이면 전극 (812) 이 양의 전압일 때, 화이트 입자 (804) 는 이면 전극 (812) 을 향해 이동하는 한편, 마젠타 입자 (802) 는 전면 전극 (810) 에 인접하여 놓여서, 화이트 입자에 의해 제공되는 화이트 배경에 대해 시인되는 마젠타 입자와 옐로우 염료의 조합에 의해 야기되는 레드 컬러를 마이크로 캡슐 (800) 이 표시하게 된다. 도 8a의 우측편에 도시된 바와 같이, 이면 전극 (812) 이 음의 전압일 때, 화이트 입자 (804) 는 전면 전극 (810) 를 향해 이동하여, 마이크로 캡슐 (800) 은 화이트 컬러를 표시한다 (옐로우 유체 (806) 및 마젠타 입자 (802) 의 양자가 화이트 입자 (804) 에 의해 마스킹된다).
도 8b는 높은 임펄스로 구동되는 경우 마이크로 캡슐 (800) 의 두 가지 가능한 상태를 나타낸다. 이러한 높은 임펄스하에서, 마젠타 입자 (802) 는 기존의 전기영동 이동을 계속 수행한다. 하지만, 화이트 입자 (804) 는 전하 역전되어 이들이 양으로 하전된 경우처럼 거동한다. 이에 따라, 도 8b의 좌측편에 도시된 바와 같이, 이면 전극 (812) 이 양의 전압일 때, 마젠타 입자 (802) 는 전면 전극 (810) 에 인접하여 놓이지만, 화이트 입자 (804) 는 또한 전면 전극을 향해 이동하여 마젠타 입자 바로 아래에 증착 배치되어, 마이크로캡슐 (800) 이 마젠타 컬러를 표시하게 된다 (마젠타 입자 (802) 를 통해 시인 표면으로부터 나오는 광은 마젠타 입자 (802) 를 통해 다시 화이트 입자 (804) 로부터 반사되고 시인 표면을 통해 나온다; 화이트 입자 (804) 는 옐로우 유체 (806) 를 마스킹한다). 도 8b의 우측편에 도시된 바와 같이, 이면 전극 (812) 이 음의 전압일 때, 화이트 입자 (804) 는 이면 전극 (812) 을 향해 이동하고 마젠타 입자 (802) 상부에 배치되어, 마이크캡슐은 옐로우 컬러를 표시하게 된다 (시인 표면으로부터 나오는 광은 옐로우 유체 (806) 에 의해 필터링되고 옐로우 유체 (806) 를 통해 화이트 입자 (804) 로부터 다시 반사되고 시인 표면을 통해 나온다; 화이트 입자 (804) 는 마젠타 입자 (802) 를 마스킹한다). 이로써, 낮은 어드레싱 임펄스에서는 상보의 컬러 쌍 화이트/레드가 생성되는 한편, 높은 어드레싱 임펄스에는 컬러 쌍 옐로우/마젠타가 생성된다.
명백하게, 착색 입자 및 염료의 다른 조합은 도 8a 및 8b에서 사용된 화이트 및 마젠타 입자, 및 옐로우 염료로 치환될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 실시형태는, 하나의 염료 또는 입자는 가법 원색들 중 하나를 갖고 다른 것은 상보의 감법 원색을 갖는다. 이로써, 예를 들어, 염료는 시안이고 2개의 입자는 화이트 및 레드일 수 있다. 이 조합에 의해 제공되는 네 가지 상태는 (낮은 임펄스 구동에서) 화이트 및 블랙이고 (높은 임펄스 구동에서) 레드 및 시안이다. 마찬가지로, 염료 및 입자의 그린/마젠타 및 블루/옐로우 조합이 화이트 입자와 함께 사용될 수도 있다.
도 9, 도 10a 및 도 10b는 블랙, 화이트 및 단일 스폿 컬러를 제공하도록 의도된 본 발명의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 이러한 디스플레이에서는 화이트와 블랙 사이, 화이트와 스폿 컬러 사이, 그리고 블랙과 스폿 컬러 사이의 중간 그레이 레벨을 제공할 수 있는 것이 바람직하다. 도 10a 및 도 10b는 스폿 컬러가 옐로우인 디스플레이를 도시한다.
도 9는 이 유형의 디스플레이에서 수득된 CIE L* (명도) 및 CIE C* (채도) 값을 나타낸 그래프이다. 디스플레이는 블랙, 화이트, 또는 스폿 컬러 (옐로우 가정) 로 기록될 수 있고, 그레이 (화살표 904), 블랙/옐로우 (화살표 906) 및 화이트/옐로우 (화살표 902) 의 중간 상태를 달성할 수 있다. 블랙 및 화이트 이외에 스폿 (강조) 컬러를 갖도록 제공되는 전자 북 리더와 같은 애플리케이션의 경우, 텍스트 및 이미지 렌더링에 있어서 이들 중간 상태가 이용가능한 것이 중요하다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 디스플레이의 여러가지 가능한 상태를 개략적으로 도시한다. 이 디스플레이는 접지된 전면 전극 (1010) (그 상부 표면은, 도시된 바와 같이, 디스플레이의 시인 표면을 제공한다) 및 이면 전극 (1012) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 포함한다. 이 모든 정수는 도 8a 및 도 8b에서의 대응 정수와 본질적으로 동일하다. 하지만, 마이크로캡슐 (1000) 내부의 유체는 염색되지 않지만, 그 내부에는 3종의 입자들, 즉 양으로 하전된 블랙 입자 (1008), 양으로 하전된 착색 입자 (1002) (옐로우로 도시) 및 음으로 하전된 화이트 입자 (1004) 가 배치되어 있다. 옐로우 입자 (1002) 는 투광성이며 바람직하게는 실질적으로 비산란한다. 입자 (1002, 1004 및 1008) 에 도시되는 전하는 +2, -3 및 +8로 나타내지만, 이들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
블랙 입자 (1008) 는 (굵은 테두리로 도 10a 및 도 10b에 도시된) 고분자 코팅을 지닌다. 옐로우 입자 (1002) 는 어떠한 고분자 코팅도 지니지 않거나 또는 블랙 입자 (1008) 에 의해 지녀지는 것보다 입자의 단위 면적당 커버리지가 더 낮은 고분자 코팅을 지니고, 그리고 화이트 입자 (1004) 는 또한 어떠한 고분자 코팅도 지니지 않거나 또는 블랙 입자 (1008) 에 의해 지녀지는 것보다 입자의 단위 면적당 커버리지가 더 낮은 고분자 코팅을 지닌다. 블랙 입자 (1008) 상의 고분자 코팅은 간격이 블랙 입자 (1008) 와 화이트 입자 (1004) 사이에서 유지되어, 입자들 (1004 및 1008) 사이에 형성된 임의의 쿨롱 응집체가 낮은 어드레싱 임펄스에 의해 분리될 만큼 충분히 약하게 된다. 한편, 옐로우 입자 (1002) 와 화이트 입자 (1004) 상의 최소량의 고분자 또는 부재는 이들 2종류의 입자들 사이의 응집을 훨씬 더 강하게 하여, 이하에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이 응집체가 낮은 어드레싱 임펄스에 의해 분리되지 않지만 높은 어드레싱 임펄스에 의해 분리될 수 있도록 한다.
보다 일반적으로, 입자 쌍 상호작용인, 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱이 화이트 입자와 옐로우 입자보다 화이트 입자와 블랙 입자 사이에서 더 작도록, Hamaker 상수 (두 입자 간의 반데르 발스 상호작용의 강도의 측정치로서, 쌍 전위가 Hamaker 상수에 비례하고 두 입자 간의 거리의 6승에 반비례함) 및/또는 입자간 이격이 고분자 코팅의 현명한 선택에 의해 조절될 필요가 있다.
이들 입자간 상호작용의 효과는, 어드레싱 임펄스의 부재 또는 낮은 어드레싱 임펄스의 존재시, 쿨롱 응집체가 옐로우 입자 (1002) 와 화이트 입자 (1004) 사이에 형성되어, 2개가 약하게 음으로 하전된 유닛으로서 함께 수송된다는 것이다. 이로써, 전기화학 또는 변위 이온 전류의 부재시, 마이크로캡슐 (1000) 유체 내의 내부상은 그것이 양의 블랙 입자와 음의 옐로우 입자를 포함한 것처럼 거동한다. 한편, 높은 임펄스 구동 조건하에서, 화이트 입자 (1004) 및 (가능하게는) 옐로우 입자 (1002) 는 상술한 바와 같이 전기화학적으로 또는 변위 발생된 양이온의 플럭스에 의해 보다 양으로 충전된 상태로 이동되고, 그리고 화이트 입자와 옐로우 입자 사이에 형성된 쿨롱 응집체는 약화된다. 이하, 전계는 2종류의 입자를 분리하기에 충분하여, 옐로우 입자 (1002) 가 이제 블랙 입자 (1008) 와 함께 보다 음의 전극을 향해 이동하는 한편, 화이트 입자 (1004) 는 이들이 내부상을 통한 전류의 부재하에 있을 수 있는 것보다 더 약하게 음으로 하전되지만 여전히 더 양의 전극을 향해 이동한다.
이들 변화의 효과는 도 10a 및 도 10b에 도시되어 있다. 도 10a의 좌측편은 낮은 임펄스 구동 조건하에 있고 전면 전극 (1010) 에 대해 양인 이면 전극 (1012) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 도시한다. 블랙 입자 (1008) 는 전면 전극 (1010) 으로 이동하는 한편, (낮은 임펄스 구동하에서 그대로 유지되는) 화이트 입자/옐로우 입자 응집체는 이면 전극 (1012) 으로 이동한다. 블랙 입자는 화이트 및 옐로우 입자를 마스킹하여, 마이크로캡슐이 블랙 컬러를 나타내게 된다. 도 10a의 우측편은 낮은 임펄스 구동 조건하에 있고 전면 전극 (1010) 에 대해 음인 이면 전극 (1012) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 도시한다. 블랙 입자 (1008) 는 이면 전극 (1010) 으로 이동하는 한편, 화이트 입자/옐로우 입자 응집체는 이면 전극 (1010) 으로 이동한다. 이로써 마이크로캡슐 (1000) 은 옐로우 컬러를 표시한다.
한편, 도 10b의 우측편은 높은 임펄스 구동 조건하에 있고 전면 전극 (1010) 에 대해 양인 이면 전극 (1012) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 도시한다. 높은 임펄스 구동 조건은 화이트 입자/옐로우 입자 응집체를 붕괴시켜서, 화이트, 옐로우 및 블랙 입자 모두가 서로 독립적으로 이동하게 한다. 이에 따라, 블랙 및 옐로우 입자는 전면 전극 (1010) 에 인접하여 이동하는 한편, 화이트 입자는 이면 전극 (1012) 에 인접하여 이동하며, 마이크로캡슐은 블랙 컬러를 표시하고; 광 흡수 블랙 입자가 시인 표면에 입사하는 모든 광을 입수하고 또한 화이트 입자를 마스킹하는 역할을 하기 때문에, 투광성 옐로우 입자는 이 상태의 블랙 컬러에 영향을 주지 않는다. 도 10b의 우측편은 높은 임펄스 구동 조건하에 있고 전면 전극 (1010) 에 대해 음인 이면 전극 (1012) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 도시한다. 블랙 및 옐로우 입자는 이면 전극 (1012) 에 인접하여 이동하는 한편, 화이트 입자는 전면 전극 (1010) 에 인접하여 이동하고 블랙 및 옐로우 입자를 마스킹한다. 이로써, 마이크로캡슐은 화이트 컬러를 표시한다.
이로써, 낮은 임펄스 구동 조건하에서, 마이크로캡슐 (1000) 은 블랙과 옐로우 상태 사이에서 스위칭될 수 있는 한편, 높은 임펄스 구동 조건하에서, 마이크로캡슐은 블랙과 옐로우 상태 사이에서 스위칭될 수 있다.
스폿 컬러 (도 10a에서는 옐로우) 와 그레이 레벨을 표시하기 위한 구동 시퀀스는 다음과 같다. 양의 백플레인과 함께 높은 임펄스 구동 조건을 이용하여 (도 10b의 좌측편), 디스플레이는 블랙으로 구동된다. 다음, 음의 백플레인과 함께 낮은 임펄스 구동 조건을 이용하여 (도 10a의 우측편), 디스플레이는 옐로우로 구동된다 (도 9에서의 화살표 906을 따름). 옐로우 상태로부터, 음의 백플레인과 함께 높은 임펄스 구동 (도 10b의 우측편) 은 화이트 상태를 생성한다 (도 9에서의 화살표 902를 따름). 마지막으로, 낮은 임펄스 구동 조건 및 양의 백플레인에 의한 화이트로부터의 구동 (도 10a의 좌측편) 은 블랙으로 가능 도중 그레이 레벨을 생성한다 (도 9에서의 화살표 904를 따름).
첨부된 도면의 도 11a-11d는 도 8a, 8b, 10a 및 10b에 도시된 디스플레이의 원리를 이용하는 디스플레이의 여러가지 상태를 나타내고, 그리고 각각의 마이크로캡슐이 블랙 및 화이트 그리고 가법 및 감법 원색 (레드, 그린, 블루, 시안, 마젠타, 옐로우) 의 양자를 표시할 수 있는 디스플레이를 제공하기 위한 3가지 상이한 레벨의 구동 임펄스를 나타낸다. 도 11a-11d에서, 입자 전하는 단지 예시의 목적으로 도시되며, 결코 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
도 11a-11d는 접지된 전면 전극 (1110) (그 상부 표면은, 도시된 바와 같이, 디스플레이의 시인 표면을 제공한다) 및 이면 전극 (1112) 을 갖는 마이크로캡슐 (1000) 을 도시한다. 이들 모든 정수는 도 8a, 도 8b, 도 10a 및 도 10b에서의 대응하는 정수와 본질적으로 동일하다. 마이크로캡슐 (1100) 은 시안 염료로 염색된 유체 (1108) 를 포함한다. 유체 (108) 는 그 내부에 3종의 입자들, 즉 양으로 하전된 투광성 마젠타 입자 (1102), 양으로 하전된 투광성 옐로우 입자 (1104) 및 음으로 하전된 광산란 화이트 입자 (1106) 가 배치되어 있다. 마젠타 입자 (1102) 는 고분자 코팅을 지니는 반면, 화이트 및 옐로우 입자 (1104 및 1106) 는 어떠한 고분자 코팅도 지니지 않거나 또는 단지 얇은 고분자 코팅만을 지닌다. 이에 따라, 낮은 임펄스 구동 조건하에서, 도 11a에 도시된 바와 같이, 마이크로캡슐 (1100) 은 도 10a 및 도 10b에 도시된 마이크로캡슐 (1000) 과 정확하게 유사한 방식으로 작용하며, 화이트 및 옐로우 입자들은 음으로 하전된 응집체에서 함께 수송되고, 그리고 마이크로캡슐 (1100) 은 심청색 (도 11a의 좌측편 참조) 과 옐로우 (도 11a의 우측편 참조) 상태 사이에서 스위칭될 수 있다. (심청색 상태는 시인 표면으로부터 들어가고, 시안 유체를 통과하고, 화이트 입자로부터 반사되고 그리고 시안 유체 마젠타 입자를 다시 통과하는 빛에 기인한다.) 화이트와 옐로우 입자가 함께 응집되고, 그리고 옐로우 입자가 시인자와 화이트 입자 사이에 위치한다면 수득할 수 있는 것보다 약한 옐로우를 제공하기 때문에, (마젠타와 화이트 입자의 위치를 반전하기에 불충분) 보다 높은 임펄스의 매우 짧은 펄스들이 옐로우 입자로부터 화이트를 분리하여 보다 나은 옐로우 (또는 도 11a의 좌측편에 도시된 상태에서는 보다 나은 청색) 를 가능하게 하기 위해서 사용될 수도 있다. 도 11a-11d에 도시된 본 발명의 실시형태에서, 가장 약한 컬러는 보다 낮은 양전하를 갖는 입자에 상보적일 가능성이 있다 (도 11a-11d에서, 이들은 옐로우 입자이므로, 약한 컬러는 청색이다).
중간 임펄스 구동 조건하에서 (도 11b 참조), 마이크로캡슐은 또한 도 10b의 높은 임펄스 구동 조건과 정확하게 유사한 방식으로 작용하며; 화이트 및 옐로우 입자 간의 응집이 파손되고, 모든 3종의 입자들이 독립적으로 수송되어, 마이크로캡슐이 블랙 (도 11b의 좌측편 참조) 과 화이트 (도 11b의 우측편 참조) 상태 사이에서 스위칭하게 된다. 도 10b와 도 11b 사이의 유일한 차이점은, 후자에서 블랙 상태가, 마젠타와 옐로우 입자들이 전면 전극 (1110) 에 인접하여 배치되고 광이 이들 입자 및 시안 유체 (1108) 를 통과하는 것에 기인한다는 것이다.
구동 임펄스가 보다 더 증가되는 경우 (도 11c 참조), 화이트 입자들은 이들이 양으로 하전된 것처럼 거동하고, 모든 3개의 안료들은 보다 음의 전극을 향해 이동하여, 연속 마젠타, 옐로우 및 화이트 층이 도 8b의 보다 음의 전극으로부터 외측으로 리딩되어 형성되게 된다. 결과적으로 표시된 컬러는 레드 (도 11c의 좌측편을 참조; 컬러는 마젠타 및 옐로우 입자를 통과하고, 화이트 입자로부터 반사되며, 그리고 마젠타 및 옐로우 입자를 다시 통과함으로써 생성된다) 및 시안 (도 11c의 우측편을 참조; 컬러는 시안 유체 (1108) 를 통과하고, 화이트 입자로부터 반사되며, 그리고 시안 유체를 다시 통과함으로써 생성된다) 이다.
마이크로캡슐 (1100) 의 마지막 두 컬러는 도 11d에 도시된 이른바 극성 역전 상태에 의해 생성된다. 도 11d의 좌측편에 도시된 그린 상태를 생성하기 위해서, 누구나 먼저 양의 이면 전극 (1112) 과 중간 레벨의 임펄스를 이용하여 마이크로캡슐을 구동하여 도 11b의 좌측편에 도시된 상태를 생성하고, 다음 이면 전극을 음의 극성으로 반전시키며, 그리고 여전히 중간 레벨의 임펄스를 이용하여 매우 하전된 마젠타 입자로 하여금 옐로우 및 화이트 입자를 통해 이동하게 하기에 충분한 기간 동안 이들이 이면 전극에 인접하여 놓이고 마이크로캡슐이 도 11d의 좌측편에 도시된 상태를 상정할 때까지 음의 극성을 적용한다. 이 상태에서, 시인 표면으로 들어오는 광이 시안 유체 및 옐로우 입자를 통과하고, (마젠타 입자를 마스킹하는) 화이트 입자로부터 반사되고, 옐로우 입자 및 시안 유체를 다시 통과하여, 마이크로캡슐이 그린 컬러를 표시하게 한다.
마찬가지로, 도 11d의 우측편에 도시된 마젠타 상태는, 먼저 음의 이면 전극 (1112) 과 중간 레벨의 임펄스를 이용하여 마이크로캡슐을 구동하여 도 11b의 우측편에 도시된 상태를 생성하고, 다음 이면 전극을 양의 극성으로 반전시키며, 그리고 여전히 중간 레벨의 임펄스를 이용하여 매우 하전된 마젠타 입자로 하여금 옐로우 및 화이트 입자를 통해 이동하게 하기에 충분한 기간 동안 이들이 전면 전극에 인접하여 놓이고 마이크로캡슐이 도 11d의 좌측편에 도시된 상태를 상정할 때까지 양의 극성을 적용함으로써 생성된다. 이 상태에서, 시인 표면으로 들어오는 광이 마젠타 입자를 통과하고, (옐로우 입자를 마스킹하는) 화이트 입자로부터 반사되고, 마젠타 입자를 통해 다시 통과하여, 마이크로캡슐이 마젠타 컬러를 표시하게 한다.
본 발명의 전기영동 매질은 유체 및 적어도 하기의 추가 성분을 포함한다:
(a) 반대 극성의 전하를 지니는 제 1 및 제 2 입자들; 입자의 통상적으로 적어도 하나 및 보통 2개가 고분자 표면 코팅을 지니지만, 이전에 언급된 바와 같이 입자-입자 상호작용을 다른 방법으로 제어할 가능성은 배제되지 않는다. 예를 들어, 도 11a-11d에 도시된 마이크로캡슐 (1100) 은 음으로 하전된 화이트 입자 및 양으로 하전된 마젠타 입자를 포함한다. 비화이트 입자는 바람직하게는 실질적으로 비산란하고 감법 원색 (옐로우, 마젠타 또는 시안) 중 하나의 것이다;
(b) 제 1 및 제 2 입자의 고분자 표면 코팅보다 입자의 단위 면적당 질량 커버리지가 보다 낮은, 고분자 표면 코팅 (또는 입자-입사 상호작용을 제어하기 위한 다른 처리) 을 지닐 수도 있고 지니지 않을 수도 있는 제 3 입자. 보다 일반적으로, Hamaker 상수 및/또는 입자간 간격은 고분자 코팅(들)의 현명한 선택에 의해 조정되어, 입자 쌍 상호작용인 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱의 양자가 제 1 종류의 입자와 제 3 종류의 입자 사이보다 제 1 종류의 입자와 제 2 종류의 입자 사이에서 더 작다. 예를 들어, 도 11a-11d에 도시된 마이크로캡슐 (1100) 은 양으로 하전된 옐로우 입자를 포함한다. 제 3 입자는 바람직하게 실질적으로 비산란하고 (즉, 투광성이고), 제 1 또는제 2 안료와 상이한 감법 원색 중 하나를 갖는다;
(c) 유체에 용해되거나 또는 분산될 수 있고, 제 3 의 감법 원색을 갖는 염료; 예를 들어, 도 11a-11d에 도시된 마이크로캡슐 (1100) 은 시안 염료를 포함한다;
(d) 적어도 하나의 전하 제어제;
(e) 하전 보조제; 및
(f) 고분자 안정화제.
본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에서, 제 1 (화이트) 입자는 고분자 재료가 부착된 이산화 티탄과 같은 실라놀-관능화된 산란 재료이고; 제 2 입자는 후술되는 바와 같이 코팅된 디메틸퀴나크리돈과 같은 양으로 하전된 마젠타 재료이며, 그리고 제 3 안료는 시안인 경우 비코팅되어 사용되는, BASF로부터 입수되는 Heliogen (등록 상표) 블루 D 7110 F와 같은 구리 프탈로시아닌 재료이거나 또는 옐로우인 경우 다시 비코팅되어 사용되는, 피그먼트 옐로우 180과 같은 유기 안료이다.
이 바람직한 실시형태에서의 염료는 Sudan I 또는 Sudan II와 같은 아조 염료 또는 그 유도체일 수도 있는 탄화수소 (Isopar E) 용해성의 재료이다. 아래 실시예에 나타낸 바와 같이 아조메틴과 같은 다른 탄화수소 용해성의 염료 (옐로우 및 시안은 쉽게 이용가능함) 또는 당업계에 주지된 다른 재료가 또한 사용될 수도 있다.
본 발명의 매질에서 사용하기 위한 특히 바람직한 시안 염료는 하기 구조로 나타내진다:
Figure 112015121957409-pct00004
식중 R은 포화 또는 불포화될 수도 있는 적어도 6개의 탄소 원자를 포함하는 분지 또는 비분지된 탄화수소 사슬이다. 염료의 혼합물, 예를 들어 상이한 R 기를 갖는 상기 식의 2개 이상의 염료의 혼합물을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 이러한 혼합물의 사용은 탄화수소 유체에서 보다 나은 용해도를 제공할 수도 있는 한편, 여전히 개별 염료 분자가 재결정에 의해 정제될 수 있게 한다. 이들 염료의 조제는 아래 실시예 5에 기재된다.
단일 CCA의 존재하에서 다양한 입자의 제타 전위 (예를 들면, Solsperse 17000) 는 상술한 바와 같이 스위칭하기 위해 이상적으로 배열되지 않을 수도 있다. 보조 (또는 co-) CCA는 다양한 입자의 제타 전위를 조절하도록 전기영동 매질에 첨가될 수 있다. co-CCA의 주의깊은 선택은 하나의 입자의 제타 전위의 변화를 허용할 수도 있는 한편 다른 입자들의 제타 전위는 본질적으로 변하지 않게 남겨두며, 이것은 스위칭 및 입자간 상호작용 동안의 다양한 입자의 전기영동 속도 양자의 근접한 제어를 허용한다. 도 12는 작은 비율의 산성 재료 (Bontron E-88, Orient Corporation, Kenilworth, NJ로부터 입수가능, 그리고 디-t-부틸 살리실산의 알루미늄 염인 것으로 제작자에 의해 언급됨) 의 첨가로 Isopar E에서 Solsperse 17000의 존재하에서 4개의 입자의 제타 전위의 변화를 나타낸 그래프이다. 산성 재료의 첨가는 (모두는 아니지만) 많은 입자의 제타 전위를 보다 양의 값으로 이동시킨다. 도 12로부터, (다음 두 재료의 총 중량을 기준으로) 1%의 산성 재료 및 99%의 Solsperse 17000의 사용이 피그먼트 옐로우 180의 제타 전위를 약 -5 mV에서 약 +20mV로 이동시킨다는 것을 알 것이다. 산성 재료의 동일한 비율의 첨가는 (미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 바와 같이 조제되는) 폴리머 코팅된 화이트 입자의 제타 전위를 약 -45mV에서 약 -20 mV로 변화시킨다. 그러나, 마젠타 안료의 제타 전위는 알루미늄 염의 첨가에 의해 크게 변하지 않는다. 특정 입자의 제타 전위가 알루미늄 염과 같은 루이스 산성 재료에 의해 변화하는지 여부는 입자의 표면 화학물질의 상세에 의존할 것이다.
염기성 co-CCA (예를 들어, OLOA 371, Chevron Corporation, Sam Ramon, CA로부터 입수가능) 의 첨가는 다양한 안료의 제타 전위를 보다 음의 값으로 이동시킬 것이다.
하기의 실시예는, 비록 단지 예시에 의한 것이지만, 본 발명의 매질 및 전기영동 디스플레이를 제조하는데 사용되는 특히 바람직한 재료, 프로세스, 조건 및 기술의 상세를 나타내도록 이하에 제공된다.
실시예 1
이 예는 첨부된 도면의 도 8에 나타낸 유형의 2개 입자의 착색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
파트 A : 마젠타 안료 분산액의 제조
Clariant, Basel, Switzerland로부터 입수가능한 잉크 제트 마젠타 E 02 VP2621 (15g) 을 톨루엔에 분산시켰다. 생성된 분산액을 500 mL의 둥근 바닥 플라스크로 옮기고 그 플라스크를 질소로 탈기하였다. 이후 반응 혼합물을 42℃가 되게 했으며, 그리고 온도 평형시, 4-비닐벤질클로라이드를 참가하였고 반응을 질소하에서 밤새 42℃에서 교반하였다. 생성된 반응 혼합물을 실온으로 냉각시킨 후 관능화된 안료를 분리하기 위해 원심 분리하였다. 원심 케이크를 톨루엔 (3 × 250 mL) 으로 세정하여, 고분자 사슬이 부착될 수 있는 비닐기로 관능화된 마젠타 안료 14.76 g을 제조하였다.
이로써 건조된 안료를 초음파 처리와 함께 톨루엔에서 분산시키고 롤 밀 상에서 압연하였으며, 큰 자기 교반 바 및 플라스크를 갖춘 2구 500 mL 둥근 바닥 플라스크로 옮긴 결과적인 분산액을 65℃에서 유지된 예열된 실리콘 오일 배쓰로 넣었다. 라우릴 메타크릴레이트를 그 플라스크에 첨가하였고, 비그럭스 (Vigreux) 증류 컬럼을 공기 응축기로서 사용하기 위해 부착하였으며, 그리고 플라스크의 제 2 구를 고무 격벽으로 폐쇄시켰다. 시스템을 적어도 한 시간 동안 질소로 퍼지하였고, 이후 톨루엔 중의 AIBN 용액 (2,2'-아조비스(2-메틸프로피오니트릴)) 을 모두 한번에 반응 플라스크로 시린지하였다. 반응 혼합물을 밤새 65℃에서 격렬하게 교반하였고, 이후 1 L 플라스틱 원심 분리병에 부었으며, 톨루엔으로 희석하고 30분 동안 4500 RPM에서 원심 분리하였다. 원심 케이크를 톨루엔으로 한번 세정하였고, 혼합물을 다시 30분 동안 4500 RPM에서 원심 분리하였다. 상청액을 디켄팅하였고, 결과적인 안료를 70℃ 진공 오븐에서 밤새 건조한 다음, 모르타르 및 페스틀을 이용하여 분쇄하였으며, 그리고 Isopar E에서 분산시켜 20 중량% 분산액을 형성하였으며, 이 분산액은 적어도 24 시간 (또는 원한다면 더 길게) 롤 밀 상에서 압연하고 초음파 처리하였다. 결과적인 분산액은 패브릭 메시를 통해 필터링하여 임의의 큰 입자를 제거하였고, 샘플을 제거하였으며, 그리고 그 고형분 함량을 측정하였다.
파트 B : 내부상의 제조
상기 파트 A에서 조제한 마젠타 안료 분산액을 이산화 티탄의 60% w/w Isopar E 분산액 (상기 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 바와 같이 코팅된 고분자) 83.07 g, Isopar E 중의 Solsperse 17000의 20% w/w 용액 7.76 g, Isopar E 중의 분자량 1,270,000인 폴리(이소부틸렌)의 15% w/w 용액 (이 폴리(이소부틸렌)은 이미지 안정화제 역할을 한다; 미국 특허 No. 7,170,670 참조), 아래 식의 Sudan 1 (Acros Organics, New Jersey로부터 입수가능) 0.575g 및 Isopar E 5.82 g과 조합하였다:
Figure 112015121957409-pct00005
결과적인 화합물을 기계적 롤러 상에서 밤새 분산시켜, 캡슐화 준비중이고 전도도 304.7 pS/cm 인 내부상을 제조하였다.
파트 C : 마이크로캡슐화
파트 B에서 제조된 내부상을 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 절차에 따라 캡슐화하였다. 결과적인 캡슐화된 재료를 침강에 의해 분리하였고, 탈이온수로 세정하였으며, 그리고 체질하여 크기 분리하였다. 코울터 멀티사이저 (Coulter Multisizer) 를 사용하는 캡슐 사이즈 분석은, 형성된 캡슐이 40 ㎛의 평균 크기를 가졌고 총 캡슐 체적의 85% 초과가 20 내지 60 ㎛의 원하는 크기를 갖는 캡슐에 있었다는 것을 나타냈다.
파트 D : 디스플레이의 제조
상기 파트 C에서 제조된 체질된 캡슐은 수산화 암모늄 용액을 이용하여 pH 9로 조정하였고, 과량의 물을 제거하였다. 이후 캡슐을 농축하였고 상청액을 폐기하였다. 농축된 캡슐을 (미국 특허 출원 공개공보 No. 2005/0124751에 기재된 것과 유사한 방식으로 제조되는) 수성 폴리우레탄 바인더와 캡슐 15 중량부에 대해 바인더 1중량부의 비율로 혼합하였고, 그 이후 Triton X-100 계면활성제 및 히드록시프로필메틸셀룰로오스를 첨가하고 격렬하게 혼합하여 슬러리를 제공하였다.
이로써 조제된 캡슐 슬러리를 바 코터를 이용하여 125 ㎛ 두께의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET)/ITO 필름의 산화 인듐 주석 (ITO) 코팅된 표면 상에 코팅하였고, 코팅된 표면을 60℃에서 건조시켰다. 별도로, 도전성 도펀트로서 테트라에틸암모늄 헥사플루오로포스페이트로 도핑된 폴리우레탄 접착제의 층을 이형 시트 상에 코팅하였고, 결과적인 PET 필름/접착제 서브 어셈블리를 상기 언급된 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 바와 같이 코팅된 캡슐의 상부에 적층시켰다. 이형 시트를 제거하였고, 결과적인 다층 구조를 그라파이트 이면 전극 상에 적층하여, 시인 표면으로부터 PET 필름, ITO 층, 캡슐 층, 적층 접착제층 및 그라파이트 이면 전극을 이 순서로 포함하는 실험용 단일 화소의 디스플레이를 제조하였다.
파트 E : 전기 광학 테스트
결과적인 디스플레이를, 아래에 명시된 바와 같이 제로로부터 오프셋된 ± 30V 및 50 Hz (예를 들어, 5V 오프셋이 +35/-25V의 50 Hz 구형파 진동 (oscillation) 을 제공할 것이다) 의, (전면 ITO 전극이 접지된 상태에서) 그라파이트 이면 전극에 인가된 구형파 AC 파형을 이용하여 스위칭하였다. 아래의 표 1은 디스플레이의 표시된 컬러 상태에 대해 획득된 다양한 파장에서의 반사율 (% 단위) 을 나타낸다.
Figure 112015121957409-pct00006
레드/화이트 스위칭을 위한 DC 오프셋은 ±10V 였다. 이 경우, 화이트 및 마젠타 안료는 옐로우로 염색된 유체를 통해 이동한다. 레드 상태는, 화이트 배경에 대한 마젠타 (그린 흡수하는) 안료 및 옐로우 (블루 흡수하는) 염료의 시인으로부터 초래된다. 마젠타/옐로우 스위칭을 위한 DC 오프셋은 ±60V 였다. 도 8을 참조하여 상술한 바와 같이, 화이트 안료가 디스플레이의 시인측으로부터 떨어져 음으로 하전된 이면 전극을 향하여 이동할 때 옐로우 컬러가 획득되었다.
요약하여, 낮은 인가 전계에서 화이트 안료는 음으로 하전된 것처럼 거동하고, 이면 전극이 상대적으로 낮은 음의 전압에 있는 경우 전면 전극으로 구동되고, 그리고 450 nm에서 높은 반사율을 제공하며 (염료에 의해 흡수된 파장); 보다 음의 이면 전극 인가 전압에서 화이트 안료는 이면 전극을 향해 이동하고, 양으로 하전된 것처럼 거동하고, 염료를 노출시키며, 450 nm에서 반사율을 감소시킨다.
실시예 2
이 실시예는 첨부된 도면의 도 10a 및 10b에 나타낸 유형의 3개 입자의 비염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
파트 A : 옐로우 안료 분산액의 제조
Clariant, Basel, Switzerland로부터 입수가능한 옐로우 안료, Novoperm Yellow P-HG를 Isopar E 및 Isopar E 중의 Solsperse 17000의 용액과 조합하였고, 그리고 혼합물을 Szegvari Attritor (등록 상표) 타입 01-HD, 사이즈 01을 이용하여 650 rpm에서 0.4-0.6 mm 유리 비즈로 1 시간 동안 격렬하게 어트리팅 (attriting) 하는 것에 의해 분산시켜 옐로우 안료 분산액을 제공하였다.
파트 B : 화이트 안료 분산액의 제조
이산화 티탄을 상기 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 바와 같은 실란으로 처리하였다. 결과적인 실란 처리된 화이트 안료를 미국 특허 출원 공개공보 No. 2011/0012825에 기재된 바와 같이 모노머 및 중합 개시제로 처리하여 고분자 고팅된 화이트 안료를 제조하였고, 이를 Isopar E와 조합하여 화이트 안료 분산액을 수득하였다.
파트 C : 블랙 안료 분산액의 제조
블랙 안료 (BK444 또는 BK20C920, Shepherd Color Company, Cincinnati, OH로부터 입수가능) 를 BK444에 대해서는 약 300 nm 및 BK20C920에 대해서는 약 500nm의 입자 크기로 물에서 밀링하였다. 밀링된 안료는 미국 특허 No. 6,822,782에 기재된 것과 유사한 방식으로 N-[3-(트리메톡시실릴)프로필]-N'-(4-비닐벤질)에틸렌디아민 비스하이드로클로라이드 (United Chemical Technologies로부터 입수가능) 를 이용하여 표면 관능화되었다. 열 중량 분석 (TGA) 은 BK444의 경우 휘발성 (유기) 재료의 4-10 %와 BK20C920의 경우 휘발성 재료의 1.1-1.3 %의 존재를 나타냈다. 미국 특허 No. 6,822,782에 기재된 바와 같이, 라우릴 메타크릴레이트 코팅을 이후 안료에 제공하였다. 최종 안료는 BK444의 경우 TGA에 의해 15-25% 휘발성 재료 및 BK20C920의 경우 4-6% 휘발성 재료를 나타냈다.
파트 D : 전기영동 매질의 제조
상기 파트 A에서 제조한 옐로우 안료 분산액 (1.91g) 을, 상기 파트 C에서의 BK444에서 제조한 블랙 분산액 (0.92g), 상기 파트 B에서 제조한 화이트 분산액 (4.95 g), Esprix Technologies, Sarasota, FL로부터 입수가능한 알루미늄 3,5-디-tert-부틸살리실레이트 (Isopar E 중의 1% w/w 용액의 0.1g), 상기 실시예 1과 동일한 폴리(이소부틸렌) (Isopar E 중의 15% w/w 용액의 0.46g) 및 Isopar E의 1.66g과 조합하였다. 결과적인 혼합물을 초음파 처리하고 30분 동안 42℃로 가온하여 전도도 240 pS/cm인 탄화수소 유체에 3개의 안료를 포함하는 전기영동 매질을 제조하였다.
파트 E : 전기 광학 테스트
셀 (a): 각각이 ITO의 투명 전도성 코팅으로 코팅된 2개의 50mm × 55mm 유리판으로 이루어지는 평행판 셀을 제조하였다. 상기 파트 D에서 제조한 전기영동 매질 (15μL) 을 하부 유리판의 ITO 코팅면 상으로 분배하고, 이후 ITO 코팅이 유체와 접촉이 되도록 전기영동 매질 위체 상부 유리판을 배치하였다. 다음, 상부 및 하부 유리판 모두의 ITO 코팅된 측면에 부착된 도전성 구리 테이프를 사용하여 셀에 전기 접속하였다.
셀 (b): 각각의 유리판 위의 전도성 ITO 코팅을 폴리머 오버코트 (아세톤 중의 폴리(메틸 메타크릴레이트) (PMMA) 의 용액을 #7 메이어 로드로 바-코팅하여 두께 대략 0.5 ㎛ 의 다이 코팅을 제공한다) 의 도포에 의해 차단한 것을 제외하고, 셀 (a) 에 대해 상술한 바와 같이 셀 (b) 를 제조하였다.
아래 표 2에 도시된 듀티 사이클 시퀀스를 이용하여, 하부 전극을 접지하면서 하부 전극에 인가된 ± 30, 15, 및 7.5 V의 전압에서의 10 Hz 주파수의 구형파, 그에 앞서 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 및 1의 듀티 사이클을 이용한 ± 30V, 10 Hz, 6 x 1 sec. 지속기간에서의 일세트의 쉐이크업 펄스 트레인으로 이루어지는 파형으로 셀 (a) 및 (b) 를 전기적으로 구동하였다.
Figure 112015121957409-pct00007
셀 (a) 및 (b)를 전기적으로 구동할 때 반사 스펙트럼을 획득하여, 각각 도 13a 및도 13b에 도시된 결과를 제공하였다. 이들 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 전극을 비차단하여던 셀 (a)에서, 셀을 블랙, 화이트 및 옐로우 상태로 렌더링할 수 있었다 (도 13a 및 13b에서, b*의 보다 양의 값은 증가하는 옐로우 착색을 나타내는 한편, L*의 보다 양의 값은 증가하는 명도를 나타낸다). 반대로, 셀 (b)에서는, 전극을 차단하고 최소의 전류를 통과시켜, 어떠한 화이트 상태도 보이지 않았으며 (높은 L* 및 낮은 b*을 갖는 상태가 없음); 셀은 블랙과 화이트 상태 사이에서 단순히 스위칭되었다.
실시예 3
이 실시예는 첨부된 도면의 도 10a 및 10b에 나타낸 유형의 3개 입자의 비염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
내부상을 하기의 성분들 (중량비) 로부터 제조하였다:
(실시예 2, 파트 B로부터의) 화이트 안료: 29.7%
(실시예 2, 파트 C로부터의) 블랙 안료: 6.0%
(실시예 2, 파트 A로부터의) 옐로우 안료: 3.0%
Solsperse 17000: 2.0%
알루미늄 디-t-부틸 살리실레이트: 0%
(실시예 1 및 2 에서와 같은) 폴리(이소부틸렌): 1.05%
이후, 그렇게 제조한 내부상을 미국 특허 No. 7,002,728에 기재한 바와 같이 캡슐화하였다. 결과적인 캡슐을 침강에 의해 분리하였고, 탈이온수로 세정하였으며, 그리고 체질하여 크기 분리하였다. 코울터 멀티사이저를 사용하는 캡슐 사이즈 분석은, 형성된 캡슐이 40 ㎛의 평균 크기를 가졌고 총 캡슐 체적의 85% 초과가 20 내지 60 ㎛의 원하는 크기를 갖는 캡슐에 있었다는 것을 나타냈다. 이후, 캡슐을 상기 실시예 1, 파트 D에 기재한 그라파이트 이면 전극들을 갖는 단일 화소 실험 디스플레이로 전환하였다.
그렇게 구성화된 디스플레이를 도 14 (접지된 전면 전극에 대한 이면 전극 전압이 도시된다) 에 도시된 파형을 이용하여 구동하였다. 파형은 -15V의 1초 펄스, 이후 +15V의 1초 펄스, 이후 길이가 50ms에서 400ms까지 50 ms 증분으로 변화하는 -15V의 테스트 펄스로 이루어졌다. 또한 디스플레이가 구동될 때 측정된 L*와 b* 값들이 도 14에 도시되어 있다. (도 9의 화살표 906 및 902에 나타낸 바와 같이) 테스트 펄스동안 디스플레이가 블랙으로부터 옐로우를 통해 화이트로 스위칭된 한편, (도 9의 화살표 904에 나타낸 바와 같이) +15V 펄스 동안 디스플레이가 화이트로부터 블랙으로 스위칭되었다.
실시예 4
이 실시예는 첨부된 도면의 도 11a-11d에 나타낸 유형의 3개 입자의 염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
파트 A : 시안 안료 분산액의 제조
BASF, Ludwigshafen, Germany로부터 입수가능한 시안 안료, Irgalite Blue GLVO를 Isopar E 및 Solsperse 17000의 용액과 조합하였고, 그리고 결과적인 혼합물을 650 rpm에서 0.4-0.6 mm 유리 비즈로 1 시간 동안 격렬하게 어트리팅하는 것에 의해 분산시켜 시안 안료 분산액을 제공하였다.
파트 B : 전기영동 매질의 제조
전기영동 매질을 하기의 성분들 (중량비) 로부터 제조하였다:
(실시예 1, 파트 B로부터의) 화이트 안료: 29.7%
(실시예 1, 파트 A로부터의) 마젠타 안료: 1.3%
(상기 파트 A로부터의) 시안 안료: 0.75%
Sudan 옐로우 염료: 0.75%
Solsperse 17000: 2.0%
알루미늄 디-t-부틸 살리실레이트: 0.02%
(실시예 1-3 에서와 같은) 폴리(이소부틸렌): 1.05%
결과적인 유체를 상기 실시예 2에 기재된 셀 (a)로 로딩하였고, 그리고 표 2에서 상기에 나타낸 듀티 사이클 시퀀스를 이용하여, 상부 전극을 접지하면서 이면 전극에 인가된 ± 10, 15, 20 및 40 V의 전압에서의 30 Hz 주파수의 구형파로 이루어지는 파형으로 어드레싱하였다.
테스트 셀로부터 반사관 광을 분광학적으로 분석하였고, SNAP 컬러 표준으로의 CIE L*a*b* 최근접 접근을 기록하였다. 이들 값 (a* 및 b*) 을 아래 표 3에 나타낸다. 전기영동 유체가 모든 원색 (CMYRGBKW) 을 구별할 수 있었던 것을 알 수 있다.
Figure 112015121957409-pct00008
실시예 5
이 실시예는 본 발명의 전기영동 매질 및 디스플레이에서 유용한 시안 염료의 그룹의 제조를 나타낸다.
파트 A : 제 1 시안 염료의 제조
이 실시예의 이 파트는 하기 반응에 의한 시안 염료의 제조를 나타낸다:
Figure 112015121957409-pct00009
식중 R은 C12H25 알킬기를 나타낸다. 이 반응은 미국 특허 No. 5,122,611의 실시예 3으로부터 적합화된다.
환류 응축기 및 자기 교반 바가 장착된 2구 500 mL 둥근 바닥 플라스크에 4-브로모-N-도데실-1-히드록시-2-나프트아미드, 디클로로메탄 (DCM) 및 에탄올을 첨가하였다. 결과적인 반응 혼합물에 탈이온수 중의 N,N-디에틸-p-페닐렌디아민 설페이트 염, 그리고 탈이온수 중의 탄산 칼륨, 이어서 탈이온수 중의 암모늄 퍼설페이트염을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 30분동안 교반하였고, 이후 큰 분별 깔때기에 부어 분리하였다. 수성층을 DCM을 이용하여 추출하였고, 유기층을 탈이온수로 세정하였다.
결과적인 유기상을 감압하에서 농축시키고, 생성된 조물질을 DCM 및 메탄올을 이용한 재결정을 통하여 정제하였다.
염료는 Isopar E 용액에서 λmax가 648nm였고, ε = 28,100 Lmol-1cm- 1 였다. 4℃에서의 Isopar E 중의 염료의 용해도는 1.2 wt%였다.
파트 B : 제 2 시안 염료의 제조
이 실시예의 이 파트는 하기 3단계 반응에 의한 시안 염료의 제조를 나타낸다:
Figure 112015121957409-pct00010
이 반응 시퀀스의 첫번째 단계는 Huang, Y.; Luedtke, R. R.; Freeman, R. A.; Wu, L.; Mach, R. H. J. Med. Chem. 2001, 44, 1815- 1826, 및 미국 특허 No. 5,122,611에서의 세번째 단계로부터 적합화된다.
단계 1:
오버헤드 교반기가 장착된 1 L 둥근 바닥 플라스크에 1-히드록시-2-나프토산, 피리디늄 브로마이드 퍼브로마이드 및 아세트산을 첨가하였다. 결과물인 반응 혼합물을 실온에서 밤새 교반한 다음, 여과하였고, 그리고 결과물인 고체를 탈이온수로 세정하고, 진공하에서 건조시키고, 추가 정제없이 사용하였다.
단계 2:
250 mL 둥근 바닥 플라스크에, 4-브로모-1-하이드록시-2-나프토산 및 N,N-디메틸포름아미드 (DMF) 를 첨가하였다. 일단 산이 용해되었으면, 1-히드록시벤조트리아졸 수화물 및 N-(3-디메틸아미노프로필)-N'-에틸카르보디이미드 하이드로클로라이드를 플라스크에 첨가하였다. 마지막으로, 올레일아민을 시린지를 통해 플라스크에 첨가하였다. 결과물인 반응 혼합물을 실온에서 5일동안 교반한 다음, 탈이온수로 붓고 디클로로메탄 (DCM, 3 x 100 mL 부분 표본) 으로 추출하였다. 유기상을 10wt% 염산 용액 (4 x 100 mL) 과 조합하고 이것으로 세정하였다. 형성된 고형분을 유기상으로부터 여과시켰다. 유기상을 실리카 플러그를 통해 여과시켰고, 생성물을 감압하에서 농축시켰다 (48% 수율).
단계 3:
환류 응축기 및 자기 교반 바가 장착된 2구 500 mL 둥근 바닥 플라스크에 4-브로모-1-히드록시-N-올레일-2-나프트아미드, DCM 및 에탄올을 첨가하였다. 결과적인 반응 혼합물에 탈이온수 중의 N,N-디에틸-p-페닐렌디아민 설페이트 염, 그리고 탈이온수 중의 탄산 칼륨, 이어서 탈이온수 중의 암모늄 퍼설페이트염을 첨가하였다. 반응 혼합물을 실온에서 30분동안 교반하였고, 이후 큰 분별 깔때기에 부어 분리하였다. 수성층을 DCM을 이용하여 추출하였고, 조합된 유기층을 탈이온수로 세정하였다. 결과적인 유기상을 감압하에서 농축시켜 미정제물을 제공하였고, 미정제물을 용리액인 DCM을 사용하여 실리카 겔 크로마토그래피를 통해 정제하였다.
결과적인 염료는 Isopar E 용액에서 λmax가 622nm 였고, ε = 25,800 Lmol-1cm-1 였다. 4℃에서의 Isopar E 중의 염료의 용해도는 3.9 wt%였다.
실시예 6
이 실시예는 첨부된 도면의 도 11a-11d에 나타낸 유형의 3개 입자의 염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
파트 A : 옐로우 안료 분산액의 제조
Clariant, Basel, Switzerland로부터 입수가능한 옐로우 안료, Novoperm Yellow P-HG를 Isopar E 및 Isopar E 중의 Solsperse 17000의 용액과 조합하였고, 그리고 혼합물을 Szegvari Attritor 타입 01-HD, 사이즈 01을 이용하여 650 rpm에서 0.4-0.6 mm 유리 비즈로 1 시간 동안 격렬하게 어트리팅하는 것에 의해 분산시켜 옐로우 안료 분산액을 제공하였다.
파트 B : 마젠타 안료 분산액의 제조
Clariant, Basel, Switzerland로부터 입수가능한 잉크 제트 마젠타 E 02 VP2621을 톨루엔 중에 10% w/w로 분산시켰다. 안료 분산액을 500 mL 둥근 바닥 플라스크로 옮기고 그 플라스크를 질소로 탈기하고, 그 용액을 42℃가 되게 하였다. 이 온도의 반응시, 4-비닐벤질클로라이드를 첨가하였고 결과물인 반응 혼합물을 밤새 질소하의 42℃에서 교반하였다. 결과물인 생성물을 실온으로 냉각시킨 후 관능화된 안료를 분리하기 위해 원심 분리하였다. 원심 케이크를 톨루엔 (3 × 250 mL) 으로 세정하여, 관능화된 마젠타 안료를 제조하였다.
이로써 제조된 마젠타 안료를 상기 언급된 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 라우릴 메타크릴레이트 코팅으로 코팅하였다. 이후 최종 안료를 Isopar E와 조합하여 마젠타 안료 분산액을 제조하였고, 이를 200 마이크로미터 메시 필름을 통해 여과하였고 그 고형분을 15.9%가 되도록 결정하였다.
파트 C : 화이트 안료 분산액의 제조
티타니아 분산액을 상기 실시예 2, 파트 B에서와 같이 제조하였다.
파트 D : 전기영동 매질의 제조 및 전기 광학 테스트
상기 파트 A에서 제조한 옐로우 안료 분산액 (0.65g) 을, 상기 파트 B에서 제조한 마젠타 분산액 (0.83g), 상기 파트 C에서 제조한 화이트 분산액 (3.22g), 상기 실시예 5, 파트 A에서 제조한 시안 염료 (0.10g), 알루미늄 3,5-디-tert-부틸살리실레이트 (Isopar E 중의 1% w/w 용액의 0.07g), 분자량 600,000의 폴리(이소부틸렌) (Isopar E 중의 15% w/w 용액의 0.31g) 및 추가 Isopar E의 1.26g을 혼합하였다. 결과적인 혼합물을 초음파 처리하고 30분 동안 42℃로 가온하여 전도도 74 pS/cm인 전기영동 매질을 제조하였다.
이 전기영동 매질 유체를 상기 실시예 2에 기재한 제 1 시험 셀에 로딩하였다. 전면 전극을 접지하면서 이면 전극을 도 15a-15j에 도시된 파형으로 구동했을 때의 반사 스펙트럼을 얻었다. 도 16a-16j는 도 15a-15j에서의 파형을 각각 이용하여 달성된 (시간에 대한 L*, a* 및 b*의 그래프로서 플로팅된) 광학 상태를 나타낸다. 분광기의 샘플 속도는 20 Hz였고, 그래서 각각의 파형의 시작에서 리셋 펄스 동안의 광학 천이가 기록되지 않았다.
도 15a-15f에서는, ± 30V 또는 ± 15V에서의 급속 진동 리셋 펄스의 시리즈와 이어지는 1.5 초의 -30V (도 15a), -15V (도 15b), -7.5 V (도 15c), +30V (도 15d), +15V (도 15e) 또는 +7.5V (도 15f) 의 일정한 이면 전극을 이용한 구동으로 이루어지는 파형이 사용되었다. 도 15g-15j에 도시된 파형은 ± 30V 또는 ± 15V의 급속 진동 리셋 펄스의 동일 시리즈를 포함하는 상이한 유형의 것이지만, 이면 전극 전압이 양과 음의 임펄스 사이의 제로 전압에서의 휴지와 함께 양과 음의 전압 사이에서 교호하는 파형의 구동부를 이용한다. 펄스는 ± 30V (도 15g) 및 ± 15V (도 15h) 이다. 도 15g 및 15h에서 구동 시퀀스가 양-제로-음-제로-양-제로-음-제로 등이고 도 15i 및 15j에서 구동 시퀀스가 음-제로-양-제로-음-제로-양-제로 등이라는 점에서, 도 15i 및 15j에서의 파형은 본질적으로 각각 도 15g 및 도 15h에서의 파형의 반전 형태이다.
도 16a-16c로부터, 도 15a-도 15c의 파형의 결과가 b*는 3개의 경우 모두에서 양으로 시작하여 펄스가 계속됨에 따라 음의 값으로 이동하는 한편, a*는 상당히 일정함을 유지한다는 것이고; 이로써 디스플레이가 (녹색을 띤) 옐로우 틴트로부터 시안 틴트로 변화하여 시안 틴트의 화이트에서 제로를 가로진다는 것임을 알 것이다. 도 15c의 파형은 거의 화이트 상태를 생성한다. 이들 결과는 도 11a-11c의 우측편을 참조하여 상기에서 제안한 스위칭 메커니즘과 일치한다. 반대로, 도 15d-15f의 양의 구동 파형에 의해, 도 16d-16f는 심청색 상태 (b* 약 -10) 에서 레드 상태 (a* +22; b* 약 +10) 로의 디스플레이 스위칭을 나타내고, 도 15f의 파형은 거의 블랙 상태를 생성한다. 이들 결과는 도 11a-11c의 우측편을 참조하여 상기에서 제안한 스위칭 메커니즘과 일치한다.
도 16g 및 16h는, 도 15g 및 15h의 역전 파형이 디스플레이로 하여금 마젠타 (이면 전극이 양) 와 그린 상태 (이면 전극이 음) 사이에서 진동하게 하고; 도 15h의 파형을 이용하여 최적의 마젠타가 획득된다는 것을 나타낸다. 마찬가지로, 도 16i 및 16j는, 도 15i 및 15j의 역전 파형이 디스플레이로 하여금 그린 (이면 전극이 음) 과 레드/마젠타 상태 (이면 전극이 양) 사이에서 진동하게 하고; 도 15j의 파형을 이용하여 최적의 그린이 획득된다는 것을 나타낸다. 그 각각이 양과 음의 구동 임펄스 사이에서 교호하는, 도 15g/15h의 파형과 15i/15j의 파형 사이의 차이는, 리셋 트레인이 시작하여 도 15g/15h의 파형에서의 음의 펄스로 및 도 15i/15j의 파형에서의 양의 펄스로 종료한다는 것이다. 이로써, 시작점은 도 15g/15h의 파형에서 네트 음의 임펄스들 및 도 15i/15j의 파형에서 네트 양의 임펄스를 갖는다. 시작하는 네트 음의 임펄스는 그린 상부의 마젠타를 선호하는 한편, 시작하는 네트 양의 임펄스는 마젠타 상부의 그린을 선호한다.
도 17은 도 15a-15j의 파형에 의해 얻어진 모든 컬러의 a*/b* 평면 상의 플롯이고, 그 도면들로부터 모든 원색이 이러한 본 발명의 전기영동 디스플레이에 의해 제공된다는 것을 알 수 있다.
실시예 7
이 실시예는 첨부된 도면의 도 11a-11d에 나타낸 유형의 제 2 의 3개 입자의 염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
파트 A : 시안 안료 분산액의 제조
Clariant, Basel, Switzerland로부터 입수가능한 시안 안료, Hostaperm Blue BT-617-D (26 g) 를 Isopar E (70 g) 및 Solsperse 17000의 용액 (Isopar E 중의 20% w/w 용액의 70g) 과 혼합하였고, 결과적인 혼합물을 650 rpm에서 0.4-0.6 mm 유리 비즈로 1 시간 동안 격렬하게 어트리팅하는 것에 의해 분산시켜 시안 안료 분산액을 제공하였다.
파트 B : 전기영동 매질의 제조 및 전기 광학 테스트
전기영동 매질을 하기의 성분들 (중량비) 로부터 제조하였다:
(실시예 3, 파트 C로부터의) 화이트 안료: 29.7%
(실시예 1, 파트 A로부터의) 마젠타 안료: 2.1%
(상기 파트 A로부터의) 마젠타 안료: 0.75%
오토메이트 옐로우 염료 (Dow Chemical): 0.75%
Solsperse 17000: 0.785%
알루미늄 디-t-부틸 살리실레이트: 0.01%
(실시예 1-3 에서와 같은) 폴리(이소부틸렌): 1.05%
결과적인 유체를 상기 실시예 2에 기재된 셀 (a)에 배치하고, 도 15a-15j에 도시된 파형으로 구동하였다. 도 18은 모든 컬러가 획득되는, 도 17의 것과 유사한, a*b* 평면에서의 플롯이다. 도 18로부터, 레드를 제외한 모든 원색이 이 전기영동 매질에 의해 제공된다는 것을 알 것이다.
실시예 8
이 실시예는 첨부된 도면의 도 11a-11d에 나타낸 유형의 제 3의 3개 입자의 염색 유체 전기영동 디스플레이의 제조를 나타낸다.
내부상을 하기의 성분들 (중량비) 로부터 제조하였다:
(실시예 3, 파트 C로부터의) 화이트 안료: 29.7%
(실시예 1, 파트 A로부터의) 마젠타 안료: 3.0%
(실시예 2, 파트 A로부터의) 옐로우 안료: 2.5%
(실시예 6, 파트 A로부터의) 시안 안료: 1.5%
Solsperse 17000: 1.24%
알루미늄 디-t-부틸 살리실레이트: 0.01%
(실시예 1-3 에서와 같은) 폴리(이소부틸렌): 1.05%
이로써 제조된 내부상을 미국 특허 No. 7,002,728에 기재된 절차에 따라 캡슐화하였다. 결과적인 캡슐화된 재료를 침강에 의해 분리하였고, 탈이온수로 세정하였으며, 그리고 체질하여 크기 분리하였다. 코울터 멀티사이저를 사용하는 캡슐 사이즈 분석은, 형성된 캡슐이 74 ㎛의 평균 크기를 가졌고 총 캡슐 체적의 85% 초과가 50 내지 100 ㎛의 원하는 크기를 갖는 캡슐에 있었다는 것을 나타냈다. 이후, 캡슐을 상기 실시예 1, 파트 D에서와 동일한 방식으로 실험용의 단일 화소 디스플레이로 전환하였다.
이후, 이들 디스플레이를 도 15a-15j에 도시된 파형으로 구동하였다. 도 19는 모든 컬러가 획득되는, 도 17 및 18의 것과 유사한, a*b* 평면에서의 플롯이다. 도 19로부터, 모든 원색이 이 전기영동 매질에 의해 제공된다는 것을 알 것이다.
실시예 9 - 스폿 컬러에 대한 파형 최적화
상기 실시예 3에 기재된 실험에 이어서, 도 14에 도시된 파형의 유형은 도 10a 및 도 10b에 도시된 세 입자 블랙/화이트/스팟 컬러의 전기영동 매질의 유형에서 양호한 스폿 컬러를 얻기 위한 최적의 파형이 사실이 아닌 것으로 밝혀졌다. (스폿 컬러는 도 10a 및 도 10b에 옐로우로 도시되어 있고, 하기의 논의에서도 동일한 스폿 컬러가 상정될 것이지만, 이것은 단지 예시의 목적만을 위한 것이며 화이트 또는 블랙 이외의 어떠한 스폿 컬러라도 사용될 수 있음은 물론이다) 보다 양호한 상황 (즉, 옐로우 스폿 컬러의 경우 증가된 b* 값, 및 일부 다른 스폿 컬러의 경우 증가된 a* 값) 이, 적절히 선택된 주파수 및 듀티 사이클을 갖는 구형파를 이용함으로써 달성될 수 있음이 밝혀졌다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 양으로 하전된 블랙 안료는, 이면 전극 (1012) 이 전면 전극 (1010) 에 대해 양인 경우 디스플레이의 시인 (상부) 표면으로 그리고 이면 전극 (1012) 이 전면 전극 (1010) 에 대해 음인 전압인 경우 디스플레이의 후면으로 이동한다. 한편, 음으로 하전된 블랙 안료는, 이면 전극이 음인 경우 디스플레이의 시인 표면으로 그리고 이면 전극이 양인 경우 디스플레이의 후면으로 이동한다. 제 3 의 (옐로우) 안료는 처음에 음으로 하전되고, 그리고 낮은 임펄스하에서 이면 전극이 음인 경우, 옐로우 안료가 디스플레이의 시인 표면으로 먼저 이동하지만 (도 10a, 우측 - 디스플레이는 옐로우로 보인다), 전압이 높은 어드레싱 임펄스를 제공하기에 충분히 긴 시간동안 인가된다면, 옐로우 착색된 안료는 화이트 안료 뒤로 사라지고 디스플레이는 옐로우에서 화이트로 변한다 (도 10b, 우측).
이들 컬러 변화는 도 14에 나타내진다. 도 14에 도시된 제 1 사이클을 고려한다. 처음에 디스플레이는 블랙 상태에 있다 (도 10a, 좌측). -15V 펄스가 인가되는 경우, 블랙 안료는 이면 표면으로 이동하고 화이트 및 옐로우 안료는 시인 표면으로 이동한다 (도 10a, 우측). 처음에 b* 및 L*은 디스플레이가 옐로우로 터닝할 때 증가한다. 몇 시간 후, b* ("황색도") 는 그 최대에 도달한 다음 감소하는 한편, L*은 높은 어드레싱 임펄스가 도달되어 디스플레이가 화이트로 터닝함에 따라 계속 증가한다 (도 10b, 우측).
도 14에 도시된 바와 같이, 교호하는 음 및 양의 펄스를 이용하는 매우 단순한 파형은 단일의 양-음 사이클에 의해 이용가능한 것보다 더 높은 최대 b* 값을 달성할 수 있다는 것을 발견하였다. 이 파형은 도 20에 나타나있으며, 도 20으로부터 이 파형이, 보다 긴 (1초) 양의 펄스에 의해 분리되고 음의 펄스 중 하나에 의해 종결되는 짧은 (약 0.5초) 음의 펄스의 시리즈를 포함한다는 것을 알 것이다. 최적의 양 및 음의 천이 기간은 전기영동 매질의 조성에 다소 의존하며, 그것은 보통 수백 밀리초 길이이다. 얼마나 길게 음의 펄스가 있어야 할 필요가 있는지를 결정함에 있어서의 주요 팩터는 옐로우 컬러의 감소가 시작되기 이전에 (블랙으로부터) 음의 구동을 얼마나 길게 적용할 수 있는냐는 것이다. 양의 펄스는 음의 펄스보다 더 길어야 하며, 그리고 디스플레이를 극단적인 블랙 광학 상태로 다시 구동하기 위해서 충분히 길 필요가 있다. 도 20에 도시된 바와 같이, 사용된 파형은 b*을, 도 14에 도시된 파형에 있어서의 약 41과 비교하여 약 55로 증가시킨다.
도 21은 도 14에 도시된 제 1 사이클 및 도 20의 파형에 대한 L* 대 b*의 플롯을 나타낸다. (도 21에서 "Y"로 나타낸) 도 20 파형의 극단적인 옐로우 상태는 도 14 파형의 것보다 실질적으로 더 높은 b* 값을 갖는다는 것을 알 것이다. 이러한 b*에서의 개선에 대한 하나의 가능한 설명은, 최적의 옐로우 상태가 달성되기 이전에 옐로우 안료의 몇몇이 "터닝 어라운드" (즉, 디스플레이의 시인 표면으로부터 멀리 이동함) 를 시작한다는 것이다. 구동 펄스의 극성을 간략히 역전시킴으로써, 옐로우 안료 상의 전하가 리셋되고 그리고 전압이 다시 음으로 스위칭되는 경우, 옐로우 안료가 디스플레이의 시인 표면으로 계속 이동하고 모두는 아니지만 대부분이 이 표면에 도달하여 보다 양호한 옐로우 상태 및 개선된 최대 b*을 초래한다.
상기 논의가 개선된 옐로우 상태에 집중되었지만, 도 20에 도시된 파형의 유형은 다른 장점을 갖는다. 구동 펄스의 길이를 변화시킴으로써, 중간의 광학 상태의 개선을 달성해왔다. 도 21에 도시된 바와 같이, 가변적인 L*, 매우 낮은 b*에 의한 "그레이" 상태는 도 21의 W-K 경로에 따라 이동함으로써 획득되는 한편, 가변적인 L*, 가변적인 b*에 의한 "Y-그레이" 상태는 도 21의 K-Y-W 경로에 따라 이동함으로써 획득된다.
도 20에 도시된 파형의 유형은 예를 들어 하기의 다양한 방식으로 전체적인 DC 밸런스 구동 스킴에 통합될 수 있다 (쌍안정성 전기 광학 디스플레이의 구동 스킴에서 전체 DC 밸런스를 유지하는 것의 중요성에 대해 상술된 MEDEOD 출원을 참조):
(a) 자기 밸런스 (self-balanced) 천이: 미국 특허 No. 7,119,772에 기술된 바와 같이, 이러한 구동 스킴에서는, 두 개의 광학 상태 사이의 천이를 정의하는 각각의 파형이 제로 네트 임펄스를 갖는다. 옐로우로의 천이를 위한 최적의 도 20 유형의 파형이 네트 임펄스를 가질 수도 있기 때문에, 이 네트 임펄스는 예를 들어 대향 임펄스를 갖는 프리-펄스에 의해 카운터밸러스되어야 한다. 옐로우로의 천이를 위한 도 20에 도시된 파형은 네트 양의 임펄스를 가져서, 옐로우로의 전체적인 천이가 도 20 파형 이전에 동일한 음의 임펄스 (화이트를 향함) 를 먼저 가질 것이다; 및
(b) 왕복 DC 밸런스 : 미국 특허 No. 7,012,600에 기술된 바와 같이, 많은 종래의 구동 스킴에서, 개별 파형은 DC 밸런스가 없다. 대신 전체 구동 스킴은, 천이의 모든 폐쇄된 루프 (즉, 천이의 각각의 세트는 동일한 그레이 레벨에서 시작 및 종료한다) 가 제로 네트 임펄스를 갖도록 설계된다. 이를 달성하기 위해, 각각의 광학 상태에 "임펄스 전위"가 할당되고, 2개의 상이한 광학 상태 사이의 임의의 천이에서 사용되는 파형의 네트 임펄스는 이들 2개의 광학 상태 사이에서의 임펄스 전위의 차이를 동일하게 해야 한다. 도 22는 이러한 구동 스킴을 나타낸다. 타원은 할당된 임펄스 전위를 갖는 광학 상태를 나타낸다. 방향을 가리키는 화살표는, 화살표의 끝에 나타낸 2개의 광학 상태 사이의 파형의 네트 임펄스를 보여준다; 이 임펄스는 이들 2개의 광학 상태 사이의 임펄스 전위의 차이를 동일하게 해야 한다. 도 20 유형의 옐로우 전이는 이러한 구동 스킴에 다수의 방식으로 통합될 수 있다. 예를 들어, 옐로우로의 천이는 개념적으로 두 부분의 천이인, 현재의 상태에서 블랙으로의 천이, 다음 블랙에서 옐로우로의 천이로서 고려될 수 있다. 도 20 유형의 옐로우 파형은 네트 양의 임펄스를 가지기 때문에, 그것은 (네트 양의 임펄스를 또한 갖는) 블랙으로의 제 1 천이의 부분으로 고려될 수 있다. 다음 파형의 제 2 부분은, 블랙 및 선택된 옐로우 임펄스 전위의 차이와 동일한, 옐로우로의 음의 세트 임펄스이다. 도 23 및 24는 이 접근법을 나타낸다. 도 23은 단순 구형파 구동 및 임펄스 전위를 나타낸다. 강조된 영역은 블랙-투-옐로우 천이를 나타낸다. 도 20 유형의 파형의 옐로우 부분은, 블랙-투-옐로우 천이에서 사용되는 실제 전압 펄스를 나타내는, 도 24에 도시된 바와 같은 이러한 천이의 화이트-투-블랙 부분의 컴포넌트인 것으로 고려될 수 있다.
최적의 도 20 유형의 파형은, 배치가 동일한 명목상의 조성을 갖는 경우일지라도 전기영동 재료의 배치마다 상이할 수 있는 방식으로 전압에 의존한다는 것이 밝혀졌다. 도 25는, 옐로우로 구동하기 위해 사용되는 최적의 전압이 상기에서 이용된 15V와는 달리 20-29V 범위에 있는, 배치의 예를 나타낸다.
도 10a 및 도 10b에 도시된 디스플레이의 유형의 성능을 제한하는 팩터 중 하나는 블랙 또는 옐로우로부터 화이트로에 요구되는 파형 지속기간이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 심지어 어떠한 역 극성 펄스없이도, 블랙에서 화이트로의 천이에 전체 2 초가 걸릴 수도 있다. 이것은, 파형이 역 극성의 기간을 포함하는 경우 및/또는 더 높은 구동 전압이 이용되는 경우 보다 더 현저하다. 이들 성능 제한에 대처하기 위해서, 도 26에 도시된 바와 같이, "피켓 펜스" 유형의 파형이 사용될 수도 있고, 이것은 이러한 유형의 파형의 4개의 (간략화된) 예를 나타낸다. 상부에서 하부로, 도 26은 원래의 파형, 음의 펄스가 확장되어 있는 파형, 제로 전압의 기간이 삽입되어 있는 파형, 및 역 (양) 의 전압의 기간이 추가되어있는 파형을 나타낸다. 이러한 방식으로 파형에 작은 간격의 제로 또는 양의 전압을 추가하는 것으로 화이트 상태로부터 옐로우의 보다 빠른 제거를 허용하며, 이로써 보다 짧은 파형을 가능하게 하고/하거나 옐로우의 양을 감소시킴으로써 화이트 상태를 개선한다. 도 27은 피켓 펜스 파형의 사용에 의해 달성될 수 있는 화이트 광학 상태의 L* 및 b* 값의 개선을 나타낸다. 도 27에서, picketGapSign은 피켓의 어느 종류가 사용되었는지를 나타내고; 1의 값은 구동을 확장하는 것을 의미하고, 0의 값은 제로 전압의 기간을 추가하는 것을 의미하고, 그리고 -1의 값은 역 (양) 의 전압을 추가하는 것을 의미한다. TotalGapTime은 이 방식으로 추가된 구동 시간의 총량을 나타낸다.
전기영동 디스플레이의 당업자에게는, 상기에서 논의된 파형의 사용이 상당량의 플래싱으로 하여금 천이 중에 시인될 수 있게 할 수도 있다는 것이 명백할 것이다. 이러한 플래싱은, 화소의 몇몇 부분이 밝은 광학 상태에 있는 한편 화소의 몇몇 다른 부분이 어두운 광학 상태에 있도록, 화소의 2개 이상의 서브 집단에 대해 상이한 파형을 이용함으로써 감소될 수 있으며; 멀리서 본 이러한 디스플레이의 평균 광학 상태는 이후 서서히 달라지는 그레이일 것이다. 이러한 플래시 감소 기술은 양 극성의 구동 펄스를 갖는 클리어링 신호로 적용되는 경우 가장 효과적이며, 그 이유는 모든 화소가 주기적인 블랙으로의 구동 및 화이트로의 구동의 동일한 듀티 사이클을 경험하고 이로써 상이한 파형을 이용하여 그룹으로 쉽게 분할되기 때문이다. 이 기술은 상기에서 언급한 MEDEOD 출원의 일부에서 (블랙 및 화이트 전기영동 디스플레이에 대해) 이전에 개시되었다.
상기로부터, 본 발명은 디스플레이의 전체 영역에 걸쳐 모든 원색을 렌더링할 수 있는 풀 컬러 디스플레이를 제공할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 원하는 경우, 본 발명에 의해 제공된 컬러 변조 이외에 영역 변조가 이용되어, 디스플레이가 전체 범위의 포화를 나타낼 수 있도록 할 수도 있다. 본 발명은 또한 디스플레이의 전체 영역에 걸쳐 스폿 컬러를 생성할 수 있는 디스플레이를 제공할 수 있다.

Claims (40)

  1. 유체 및 상기 유체에 배치된 적어도 제 1 종의 입자들을 포함하는 전기영동 매질로서,
    상기 제 1 종의 입자들은, 제 1 어드레싱 임펄스가 상기 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 종의 입자들이 전계에 대해 일 방향으로 이동하는 것이고,
    상기 매질은, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 종의 입자들이 상기 전계에 대해 반대 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 전기영동 매질.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유체는 염색되고, 그리고 상기 전기영동 매질은 상기 제 1 종의 입자들과 상이한 컬러를 가지고 상기 제 1 및 제 2 어드레싱 임펄스들의 양자하에서 상기 전계에 대해 동일한 방향으로 이동하는 제 2 종의 입자들을 포함하는, 전기영동 매질.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 종의 입자들은 상기 제 1 어드레싱 임펄스 하에서 상기 제 1 종의 입자들과 반대 방향으로 이동하고 상기 제 2 어드레싱 임펄스 하에서 상기 제 1 종의 입자들과 동일한 방향으로 이동하는, 전기영동 매질.
  4. 제 2 항에 있어서,
    염색된 상기 유체와 상기 2종의 입자들 중 하나는 가법 원색들 중 하나를 갖고 상기 염색된 유체와 상기 2종의 입자들 중 다른 하나는 상보의 감법 원색을 갖는, 전기영동 매질.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 종의 입자들은 화이트이고, 상기 염색된 유체와 상기 제 2 종의 입자들 중 하나는 가법 원색들 중 하나를 갖고 상기 염색된 유체와 상기 제 2 종의 입자들 중 다른 하나는 상보의 감법 원색을 갖는, 전기영동 매질.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동 매질은 상기 제 1 종의 입자들과 상이하고 서로와도 상이한 컬러들을 갖는 제 2 및 제 3 종의 입자들을 포함하고,
    상기 제 2 및 제 3 종의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 담지하고 상기 제 1 종의 입자들은 상기 제 3 종의 입자들과 동일한 극성의 전하를 담지하여,
    상기 제 1 어드레싱 임펄스가 일 방향으로 인가되는 경우 상기 전기영동 매질의 일 표면이 상기 제 3 종의 입자의 컬러를 표시하게 하고, 상기 제 1 어드레싱 임펄스가 반대 방향으로 인가되는 경우 디스플레이의 상기 일 표면이 상기 제 1 및 제 2 입자들의 컬러들의 혼합을 표시하게 하는 한편, 상기 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 일 방향으로 인가되는 경우 상기 일 표면이 제 1 및 제 3 입자들의 컬러들의 혼합을 표시하게 하고, 상기 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 반대 방향으로 인가되는 경우 상기 일 표면은 상기 제 2 입자들의 컬러를 표시하게 하는, 전기영동 매질.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 유체는 염색되지 않는, 전기영동 매질.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 및 제 3 종의 입자들은 화이트 및 블랙인, 전기영동 매질.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 3 어드레싱 임펄스의 인가시, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입자들 모두는 상기 전계에 대해 동일한 방향으로 수송되는, 전기영동 매질.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 유체는 상기 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자들의 컬러들과 상이한 컬러로 염색되는, 전기영동 매질.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 종의 입자들 중 하나는 화이트이고 다른 2종의 입자들 및 상기 유체의 컬러들은 임의의 순서로 옐로우, 시안 및 마젠타로부터 선택되는, 전기영동 매질.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들 및 상기 유체는 복수의 캡슐들 또는 마이크로셀들 내에 한정되는, 전기영동 매질.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 입자들 및 상기 유체는 고분자 재료를 포함하는 연속상에 의해 둘러싸인 복수의 별도 액적들로서 존재하는, 전기영동 매질.
  14. 제 1 항에 기재된 전기영동 매질을 포함하는, 프론트 플레인 적층체.
  15. 제 1 항에 기재된 전기영동 매질 및 상기 전기영동 매질에 전계를 인가하기 위해 배치된 적어도 하나의 전극을 포함하는, 전기영동 디스플레이.
  16. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 전자 북 리더.
  17. 유체 및 상기 유체에 배치된 적어도 제 1 종의 입자들을 포함하는 전기영동 매질의 구동 방법으로서,
    (a) 제 1 어드레싱 임펄스를 상기 매질에 인가하여, 상기 제 1 종의 입자들로 하여금 전계에 대해 일 방향으로 이동하게 하는 단계; 및
    (b) 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스를 상기 매질에 인가하여, 상기 제 1 종의 입자들로 하여금 상기 전계에 대해 반대 방향으로 이동하게 하는 단계를 포함하는, 전기영동 매질의 구동 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유체는 염색되고 상기 전기영동 매질은 상기 제 1 종의 입자들과 상이한 컬러를 갖는 제 2 종의 입자들을 포함하고, 그리고 상기 제 2 종의 입자들은 상기 제 1 및 제 2 어드레싱 임펄스들의 양자하에서 상기 전계에 대해 동일한 방향으로 이동하는, 전기영동 매질의 구동 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전기영동 매질은 상기 제 1 종의 입자들과 상이하고 서로와도 상이한 컬러들을 갖는 제 2 및 제 3 종의 입자들을 포함하고,
    상기 제 2 및 제 3 종의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 담지하고 상기 제 1 종의 입자들은 상기 제 3 종의 입자들과 동일한 극성의 전하를 담지하며,
    상기 방법은:
    (a) 상기 제 1 어드레싱 임펄스를 일 방향으로 인가하여, 상기 전기영동 매질의 일 표면으로 하여금 상기 제 3 종의 입자를 표시하게 하는 단계;
    (b) 제 1 어드레싱 임펄스를 반대 방향으로 인가하여, 디스플레이의 상기 일 표면으로 하여금 제 1 및 제 2 입자들의 컬러들의 혼합을 표시하게 하는 단계;
    (c) 상기 제 2 어드레싱 임펄스를 상기 일 방향으로 인가하여, 상기 일 표면으로 하여금 제 1 및 제 3 입자들의 컬러들의 혼합을 표시하게 하는 단계; 및
    (d) 상기 제 2 어드레싱 임펄스를 반대 방향으로 인가하여, 상기 일 표면으로 하여금 제 2 입자들의 컬러를 표시하게 하는 단계를 포함하는, 전기영동 매질의 구동 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 3 어드레싱 임펄스를 상기 매질에 인가하는 단계를 더 포함하여, 상기 제 1, 제 2 및 제 3 입자들 모두로 하여금 상기 전계에 대해 동일한 방향으로 수송되게 하는, 전기영동 매질의 구동 방법.
  21. 제 19 항에 있어서,
    단계 (b) 는 하나의 극성의 짧은 전압 펄스들의 시리즈를 포함하는 파형을 전기영동 매질에 인가함으로써 행해지고, 각각은 상기 짧은 전압 펄스들의 마지막 전압 펄스 이후 반대 극성의 보다 긴 전압 펄스가 뒤따르는 것을 제외하는, 전기영동 매질의 구동 방법.
  22. 다중의 상이한 컬러들을 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이로서,
    상기 디스플레이는 유체 및 상기 유체에 배치된 복수의 입자들을 포함하는 전기영동 매질을 포함하고,
    상기 디스플레이는 상기 전기영동 매질의 반대측에 배치된 제 1 및 제 2 전극들을 더 포함하고,
    상기 전기영동 매질로의 제 1 어드레싱 임펄스의 인가시 상기 입자들은 상기 제 1 전극을 향해 이동하지만, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성의 것인 제 2 어드레싱 임펄스의 인가시 상기 입자들은 상기 제 2 전극을 향해 이동하는, 전기영동 디스플레이.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 제 1 어드레싱 임펄스의 인가시 상기 입자들은 보다 양의 전극을 향해 이동하지만, 상기 제 2 어드레싱 임펄스의 인가시 상기 입자들은 보다 음의 전극을 향해 이동하는, 전기영동 디스플레이.
  24. 제 23 항에 있어서,
    제 1 종류의 입자들과 상이한 컬러를 갖고, 상기 제 1 또는 제 2 어드레싱 임펄스 중 어느 하나의 인가시 보다 음의 전극을 향해 이동하는, 제 2 종류의 입자들을 더 포함하는, 전기영동 디스플레이.
  25. 유체 및 상기 유체에 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자들을 포함하는 전기영동 매질로서,
    상기 제 1 종의 입자들은 하나의 극성의 전하들을 담지하고 상기 제 2 및 제 3 종의 입자들은 반대 극성의 전하들을 담지하여,
    제 1 어드레싱 임펄스가 상기 전기영동 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 및 제 3 종의 입자들이 전계에 대해 일 방향으로 이동하게 하고 상기 제 2 종의 입자들이 상기 전계에 대해 반대 방향으로 이동하게 하지만, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 전기영동 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 일 방향으로 이동하게 하는 한편 상기 제 2 및 제 3 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 반대 방향으로 이동하게 하는, 전기영동 매질.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 제 2 종의 입자들은 고분자 표면 처리를 견디고, 그리고 상기 제 3 종의 입자들은 어떠한 고분자 표면 처리도 견디지 않거나 또는 상기 제 2 종의 입자들보다 입자 표면의 단위 면적당 보다 낮은 질량 커버리지를 갖는 고분자 표면 처리를 견디는, 전기영동 매질.
  27. 다중의 상이한 컬러들을 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이로서,
    상기 디스플레이는 전기영동 매질 및 상기 전기영동 매질의 반대측들에 배치된 제 1 및 제 2 전극들을 포함하고,
    상기 전기영동 매질은 유체 및 음전하를 갖는 복수의 제 1 종의 입자들, 양전하를 갖는 복수의 제 2 종의 입자들, 및 양전하를 갖는 복수의 제 3 종의 입자들을 포함하고,
    입자 쌍 상호작용들인 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱의 양자는 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 3 종의 입자들 사이보다 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 2 종의 입자들 사이에서 더 작아서,
    제 1 어드레싱 임펄스에 의해 상기 제 1 및 제 3 종의 입자들이 보다 양의 전극을 향해 이동하게 하고 상기 제 2 종의 입자들이 보다 음의 전극을 향해 이동하게 하지만, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 2 어드레싱 임펄스에 의해 상기 제 1 종의 입자들이 보다 양의 전극을 향해 이동하게 하거나 또는 보다 양의 전극의 부근에 잔존하게 하고 상기 제 3 종의 입자들이 보다 음의 전극을 향해 이동하게 하는 한편 상기 제 2 종의 입자들이 보다 음의 전극의 부근에 잔존하게 하는, 전기영동 디스플레이.
  28. 제 1 컬러로 염색된 유체 및 상기 유체에 배치된 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자들을 포함하는 전기영동 매질로서,
    상기 제 1 종의 입자들은 광산란하고 하나의 극성의 전하들을 담지하는 한편 상기 제 2 및 제 3 종의 입자들은 광산란하지 않고 각각 상기 제 1 컬러와 상이하고 서로와도 상이한 제 2 및 제 3 컬러들의 것이고 반대 극성의 전하들을 담지하며,
    상기 제 1, 제 2 및 제 3 종의 입자들의 특징은, 입자-입자 상호작용이 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 3 종의 입자들 사이보다 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 2 종의 입자들 사이에서 더 작고, 제 1 어드레싱 임펄스가 상기 전기영동 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 및 제 3 종의 입자들이 전계에 대해 일 방향으로 이동하고 상기 제 2 종의 입자들이 상기 전계에 대해 반대 방향으로 이동하지만, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 전기영동 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 일 방향으로 이동하는 한편 상기 제 2 및 제 3 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 반대 방향으로 이동하고, 그리고 상기 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 크지만 동일한 극성을 갖는 제 3 어드레싱 임펄스가 상기 전기영동 매질에 인가되는 경우, 상기 제 1 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 반대 방향으로 이동하는 한편 상기 제 2 및 제 3 종의 입자들이 상기 전계에 대해 상기 반대 방향으로 계속 이동하는 것인, 전기영동 매질.
  29. 다중의 상이한 컬러를 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이로서,
    상기 디스플레이는 전기영동 매질 및 상기 전기영동 매질의 반대측들에 배치되는 제 1 및 제 2 전극들을 포함하고,
    상기 전기영동 매질은 제 1 컬러로 염색된 유체; 음전하를 갖는 광산란하는 복수의 제 1 종의 입자들; 제 2 컬러 및 양전하를 갖는 광산란하지 않는 복수의 제 2 종의 입자들; 및 제 3 컬러 및 양전하를 갖는 광산란하지 않는 복수의 제 3 종의 입자들을 포함하고,
    입자 쌍 상호작용들인 쿨롱 및 끌어당기는 비쿨롱의 양자는 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 3 종의 입자들 사이보다 상기 제 1 종의 입자들과 상기 제 2 종의 입자들 사이에서 더 작아서,
    제 1 어드레싱 임펄스가 상기 디스플레이에 인가되는 경우 상기 제 1 및 제 3 종의 입자들이 보다 양의 전극을 향해 이동하게 하고 제 2 종류의 안료 입자들이 보다 음의 전극을 향해 이동하게 하지만, 상기 제 1 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 2 어드레싱 임펄스가 상기 디스플레이에 인가되는 경우 상기 제 1 종의 입자들이 보다 양의 전극을 향해 이동하거나 또는 보다 양의 전극의 부근에 잔존하게 하고 상기 제 3 종의 입자들이 보다 음의 전극을 향해 이동하게 하는 한편 상기 제 2 종의 입자들이 보다 음의 전극의 부근에 잔존하게 하고, 그리고 상기 제 2 어드레싱 임펄스보다 더 큰 제 3 어드레싱 임펄스가 상기 디스플레이에 인가되는 경우 상기 제 1 종의 입자들이 보다 음의 전극을 향해 이동하게 하는, 전기영동 디스플레이.
  30. 제 1 항에 기재된 전기영동 매질을 포함하는, 이중 이형 시트.
  31. 제 1 항에 기재된 전기영동 매질을 포함하는, 반전 프론트 플레인 적층체.
  32. 제 1 항에 기재된 전기영동 매질을 포함하는, 전기영동 디스플레이.
  33. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 휴대용 컴퓨터.
  34. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 태블릿 컴퓨터.
  35. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 셀룰러 전화기.
  36. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 스마트 카드.
  37. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 간판.
  38. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 시계.
  39. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 선반 라벨.
  40. 제 15 항에 기재된 전기영동 매질을 통합한, 플래시 드라이브.


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