KR20090031409A - 전기영동 디바이스와 그것을 제어하기 위한 방법 - Google Patents

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알윈 에르. 엠. 베르스추에렌
마크 티. 존슨
마르티누스 하. 베. 엠. 반 델덴
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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

본 발명은 시청 영역에 전기영동 매체를 끌어당기기 위해 사용되는 시청 전극이 그 시청 영역 상에서 분리되는 제 1 하위-전극(25)과 제 2 하위-전극(27)으로 나누어지는 전기영동 디바이스에 관한 것이다. 전기영동 매체가 시청 영역을 커버하게 될 때, 전기영동 매체는 먼저 하위-전극들 중 하나에서 모아진 다음, 하위-전극들 사이에 펄스를 인가함으로써 시청 영역 위로 퍼진다.

Description

전기영동 디바이스와 그것을 제어하기 위한 방법{ELECTROPHORETIC DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는, 통상적으로 디스플레이인 전기영동 디바이스에 관한 것으로, 이 전기영동 디바이스의 각 셀은 구동 유닛에 의해 상기 전극들 사이에 인가된 전계에 반응하는 전기영동 매체와 구동 전극들을 포함하고, 상기 전극들은 상기 전기영동 매체가 시청(viewing) 전극에 끌어 당겨지는 제 1 모드에서 셀을 통과하는 광의 투과가 전기영동 매체에 의해 차단되도록, 셀의 시청 영역에 위치하는 시청 전극과, 상기 전기영동 매체가 컬렉터 전극에 끌어 당겨지는 제 2 모드에서 상기 차단이 감소되도록, 상기 시청 영역 외부에 위치한 컬렉터 전극을 포함한다.
본 발명은 또한 전기영동 디바이스를 제어하기 위한 방법에 관한 것이다.
처음에 언급된 종류의 전기영동 디바이스는, 예컨대 US6639580B1에 설명되고, 많은 응용예에서 종이 인쇄 출력을 대체할 수 있는 저전력이고, 선택적으로 반사성의 얇은 디스플레이를 얻기 위해 사용될 수 있다.
처음에 언급된 종류의 전기영동 디바이스가 지닌 한 가지 문제점은, 그것의 콘트라스트가 낮을 수 있다는 것, 즉 기입된 셀과 기입되지 않은 셀 사이의 밝기 차이가 낮을 수 있다는 점이다.
그러므로 본 발명의 목적은 개선된 콘트라스트를 지닌 전기영동 디바이스를 얻는 것이다.
이 목적은 청구항 1에 따른 디바이스와 청구항 22에 따른 방법에 의해 달성된다.
더 구체적으로, 이 목적은 시청 전극이 그 사이에 비어있는 영역이 남을 수 있도록 분리되는 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극으로 나누어지고, 그 구동 유닛이 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 전기영동 매체가 상기 비어있는 영역으로 이동하도록, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압 펄스를 인가하도록 구성되는 처음에 언급된 종류의 디바이스에 의해 달성된다.
이 구성은 전기영동 매체가 비어있는 영역에 걸쳐 매우 고르게 퍼지는 것을 허용하여, 콘트라스트를 개선하는데, 이는 제 1 모드에서의 전기영동 매체의 영향이 좀더 효율적으로 되기 때문이다. 추가로, 전기영동 매체는 그것의 콘트라스트가 더 증가되도록, 비어있는 영역이 투명해 때 좀더 효율적으로 제거될 수 있다. 게다가, 시청 하위-전극들이 투명할 필요가 없기 때문에, 그것들의 물질은 더 자유롭게 선택될 수 있다.
제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극은 시청 영역의 반대쪽 가장자리에 위치할 수 있다.
셀에서, 컬렉터 전극, 제 1 시청 하위-전극 및 제 2 시청 하위-전극은 셀의 제 1 기판 위에서 실질적으로 평행한 스트립으로서 배치될 수 있고, 비어있는 영역과 제 1 시청 하위-전극은 컬렉터 전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 배치될 수 있다. 추가로, 게이트 전극은 제 1 시청 하위-전극과 컬렉터 전극 사이에 배치될 수 있다. 이러한 구성은 일반적인 전기영동 매체와 수동 매트릭스 구동 체계가 사용되는 것을 허용한다.
이러한 구성에서, 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 전압 펄스를 인가하기 전에, 게이트 전극의 전위가 컬렉터 전극의 전위와 제 1 시청 하위-전극 전위 사이에 있도록, 게이트 전극과 제 1 시청 하위-전극 사이보다는 컬렉터 전극과 제 1 시청 하위-전극 사이에 더 큰 전압을 제공하도록 구성될 수 있다.
첫 번째 옵션으로서, 구동 유닛은 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 전압 펄스를 인가하기 전에, 전기영동 매체가 제 1 시청 하위-전극에서 모이도록, 제 1 시청 하위-전극에서 전기영동 매체를 가장 많이 끌어당기는 전위를 제공하도록 구성될 수 있다.
대안적으로, 구동 유닛은 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 전압 펄스를 인가하기 전에, 전기영동 매체가 제 2 시청 하위-전극에서 모이도록, 제 2 시청 하위-전극에서 전기영동 매체를 가장 많이 끌어당기는 전위를 제공하도록 구성될 수 있다.
셀, 전기영동 매체 및 전기영동 매체가 떠다니는 유체는, 전기영동 매체가 임계 특성을 보여주도록 선택될 수 있다. 이는 게이트 전극을 사용하지 않고, 단순화된 어드레스 지정 체계가 사용되는 것을 허용한다.
대안적으로, 이는 전극에 유전체 코팅이 제공되는 셀에서 달성될 수 있다.
게이트 전극을 사용하지 않는 셀들에서, 셀, 전기영동 매체 및 전기영동 매체가 떠다니는 유체는, 전기영동 매체가 쌍안정(bi-stable) 특성을 보여주도록 선택될 수 있다. 이는 전기영동 매체를 적소에 유지하기 위해, 일단 셀이 제 1 모드나 제 2 모드로 설정되면, 전극들이 활동적으로 사용될 필요가 없도록, 전기영동 매체가 크게 브라운 운동(Brownian motion)을 겪지 않는 것을 보장한다.
또한, 게이트 전극들을 가지지 않는 셀들에서는, 컬렉터 전극, 제 1 시청 하위-전극 및 제 2 시청 하위-전극이 셀의 제 1 기판 상에서 실질적으로 평행한 스트립들로서 배치될 수 있다.
대안적으로, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극은 셀의 제 1 기판 상에서 실질적으로 평행한 스트립들로서 배치될 수 있고, 제 1 시청 하위-전극을 향하는 컬렉터 전극이 셀의 제 2 기판 상에 제공될 수 있다. 추가로, 컬렉터 전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 장벽이 제공될 수 있다.
디바이스는 또한 각 셀이 스위칭 소자를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이일 수 있다. 이 경우, 게이트 전극을 반드시 통합해야 하는 것은 아니다.
셀이 제 1 모드로 들어갔을 때 다른 전극들로부터의 비어있는 영역에 대한 임의의 영향이 보상되도록, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압을 인가하도록 제어 유닛이 구성될 수 있다.
전기영동 매체는 실질적으로 투명한 유체와 함께 검은색 입자들을 포함할 수 있고, 디바이스는 제 1 모드가 어두운 모드이고 제 2 모드가 밝은 모드가 되도록, 반사기(reflector)를 포함할 수 있다.
일 대안예로서, 전기영동 매체는 실질적으로 투명한 유체와 함께 컬러 입자들을 포함할 수 있고, 디바이스는 제 1 모드가 컬러 모드이고 제 2 모드가 밝은 모드가 되도록 반사기를 포함할 수 있다. 그러면 이 입자들은, 예컨대 입자들은 청록색, 자홍색 또는 노란색일 수 있다.
또 다른 대안예로서, 전기영동 매체는 흰색 입자들을 포함할 수 있고, 디바이스는 제 1 모드가 밝은 모드이고 제 2 모드가 어두운 모드가 되도록 흡수체를 포함할 수 있다.
인가된 펄스의 진폭은 그것의 지속 기간 동안 점차로 감소될 수 있다. 이는 그 펄스에 관한 타이밍 정밀도 요구 조건을 감소시킨다.
전술한 종류의 전기영동 디바이스를 제어하기 위한 방법은, 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 상기 전기영동 매체가 상기 비어있는 영역으로 이동하도록, 구동 유닛에 의해, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함한다.
이제, 본 발명의 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a 내지 도 1b는 알려진 전기영동 디스플레이 셀의 동작을 개략적으로 예시하는 도면.
도 2a 내지 도 2c는 개선된 전기영동 디스플레이 셀의 동작을 개략적으로 예시하는 도면.
도 3은 게이트 전극이 제공된 전기영동 셀을 예시하는 도면.
도 4는 도 3의 셀에 대응하는 전기영동 셀들의 어레이를 포함하는 전기영동 디스플레이를 예시하는 도면.
도 5, 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d는 각각 기입된 셀들과 기입되지 않을 셀들에 관해, 도 4의 디스플레이의 어드레스 지정 체계를 예시하는 도면.
도 8은 유전체 층이 제공된 전극들을 가지는 전기영동 셀을 예시하는 도면.
도 9는 유전체 층이 제공된 전극들을 가지는 전기영동 셀의 대안적인 구성을 예시하는 도면.
도 10은 전기영동 셀을 제어하기 위해 사용될 수 있는 펄스 형태를 예시하는 도면.
이들 도면은 도식적이고 일정 비율로 작성되지 않은 점이 주목되어야 한다. 이들 도면의 부분에 대한 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명백함 및 편리함을 위해 크기 면에서 확대되거나 축소된 것으로 도시된다.
도 1a와 도 1b는 알려진 전기영동 디스플레이 셀(1)의 동작을 개략적으로 그리고 단면도로 예시한다. 셀은 상부 기판(3), 하부 기판(5) 및 측벽(7,9)에 의해 한정된다. 통상 오일인 유체(11)는 셀에 넣어지고, 전기적으로 대전된 입자들을 포 함하는 전기영동 매체(13)는 유체에서 떠다닌다.
컬렉터 전극(15)과 시청 전극(17)은 그것들이 전기영동 매체(13)에 영향을 미치기 위해, 셀에서 전계를 발생시킬 수 있도록, 셀 내에 배치되거나 셀과 관련하여 배치된다. 개시된 예에서, 전기영동 매체의 입자들은 검은색이다. 도 1a에서, 전기영동 매체(13)는 컬렉터 전극(15) 위에 모인다. 전기영동 매체의 입자들이 양으로 대전되면, 이는 예컨대 컬렉터 전극(15)을 -150V으로 설정하고, 시청 전극(17)을 0V로 설정함으로써, 실행될 수 있다. 이제 전기영동 매체(13)는 선택적인 검은색 마스크(19)에 의해 숨겨질 수 있다. 시청 전극(17) 위의 영역은 시청 영역으로서 간주될 수 있고, 이 경우 전기영동 매체는 셀(1)을 통과하는 광의 전파에 영향을 미칠 수 있다. 컬렉터 전극보다 훨씬 더 넓은 시청 전극(17)은, ITO(Indium Tin Oxide)로 이루어질 수 있고, 따라서 대체로 투명할 수 있다. 그러므로, 입사광 빔(21)은 셀을 통과하여 전파될 수 있고, 그 셀을 두 번째로 통과하기 위해, 셀 아래에 위치한 반사기(23)에 의해 반사될 수 있다. 그러므로 도 1a에서, 셀은 밝은 상태에 있다. 대안적으로, 전극(15,17)은 상부 기판(3)에 위치할 수 있고, 반사기(23) 또한 셀 내부에 위치할 수 있다.
도 1b에서는 알려진 셀이 대신 그것의 어두운 모드에 있다. 발생된 전계가 전기영동 매체로 하여금 시청 전극(17)의 상부에 모이게 하도록 전극(15,17)의 전압들이 반전되었다. 이제, 셀이 어둡게 보이도록 셀(1)을 통과하여 전파하는 동안 입사광의 많은 부분이 흡수된다. 하지만, 도 1b에서 인지될 수 있는 것처럼, 전기영동 매체는 보기 영역 위에 고르게 분포하지 않는다. 그 대신 전기영동 매체는 큰 정도로 컬렉터 전극에 가까운 시청 전극(17)의 좌측면에 많이 모이게 된다. 이 효과는 셀에서의 유체(11)가 이상적이지 않은, 즉 유체(11)가 일부 전도성(conductivity)을 가진다는 사실로 인한 것이다. 그러므로 발생된 전계는 시청 전극의 맨 오른쪽 끝에서는 너무 약하다. 추가로, 셀이 밝은 모드에 들어갈 때, 전기영동 매체의 일부 입자들은 도 1a에 예시된 것처럼, 시청 전극의 맨 오른쪽 면에 남겨질 수 있다. 그러므로 이 효과는 전기영동 디스플레이의 콘트라스트를 제한한다.
도 2a 내지 도 2c는 개선된 전기영동 디스플레이 셀의 동작과, 동시에 전기영동 디스플레이를 제어하기 위한 개선된 방법을 개략적으로 예시한다. 여기서, 종래 기술의 시청 전극은 시청 전극의 반대쪽 가장자리에 위치하는 제 1 시청 하위-전극(25)과 제 2 시청 하위-전극(27)으로 나누어졌다. 비어있는 영역(29)은 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 남겨진다. 전극들의 전위는 제어 유닛(24)에 의해 제어된다.
셀이 어두운 모드로 들어가는 것으로 의도될 때, 전압은 먼저 컬렉터 전극(15)과 제 1 시청 하위-전극(25) 사이에 제공되어, 전기영동 매체(13)가 도 2b에 예시된 것처럼, 제 1 시청 하위-전극(25)의 상부에 모인다.
이후, 제한된 지속 기간을 지닌 전압 펄스가 제 1 시청 하위-전극(25)과 제 2 시청 하위-전극(27) 사이에 인가된다. 이는 비어있는 영역(29) 위에 매우 고르게 분포된 전계를 생성하고, 이는 도 2c에 예시된 것처럼, 전기영동 매체가 비어있는 영역으로 이동하게 한다.
전기영동 매체의 입자들이 입자들의 단일 더미(heap)와 같이 이동하지 않고, 비어있는 영역을 커버하는 블라인드(blind)나 커튼과 같이 퍼진다. 이는 앞에서 가는(leading) 대전된 입자들의 이동이 뒤에서 따라가는 대전된 입자들이 겪게 되는 전계를 감소시킨다는 사실로 인한 것이다. 그러므로, 앞에서 가는 입자들은 인가된 펄스의 지속 기간에서 더 긴 거리를 이동하게 된다. 그러므로 입자들은 비어있는 영역(29) 위에서 매우 고르게 분포하게 된다. 추가로, 실질적으로 밝은 상태에 들어갈 때 모든 입자들은 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 반전된 전압을 인가함으로써 비어있는 영역으로부터 쉽게 제거될 수 있다. 게다가, 시청 하위-전극들이 비어있는 영역을 커버하지 않기 때문에, 투명할 필요가 없어 그것들의 재료는 여전히 비어있는 영역의 투명도를 개선시키고 따라서 디스플레이 밝기를 개선시키면서 훨씬 더 자유롭게 선택될 수 있다. 3개 이상의 시청 하위-전극을 사용하는 것이 가능하고, 또한 상이한 구성으로 시청 영역의 내부에 시청 하위-전극을 놓는 것이 가능하다.
도 3은 게이트 전극이 제공된 전기영동 셀을 예시한다. 이 셀에서, 게이트 전극(31)은 컬렉터 전극(15)과 제 1 시청 하위-전극(25) 사이에 놓인다. 이는 이후 추가로 정의되는 것처럼 반드시 임계 및 쌍안정 성질을 보여줄 필요가 없는 일반적인 전기영동 매체의 사용을 허용한다.
도 4는 도 3에서의 셀에 대응하는 전기영동 셀들의 어레이를 포함하는 전기영동 디스플레이를 예시한다. 심지어 실제 경우에는 수십만 개의 셀이 사용될 수 있을지라도, 다음에 나오는 설명을 간단하게 하기 위해, 4 ×4 셀들, 1:1, 1:2, 1:3 등(행:열)을 지닌 어레이만이 도시되어 있다. 각 셀들이 상이한 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 어둡거나 밝게 되어야 하는지 여부가 결정되는 셀들의 어드레스 지정은 어드레스 지정 회로를 사용하여 실행된다.
각 셀에서 컬렉터 전극(15), 제 1 시청 하위-전극(25) 및 제 2 시청 하위-전극(27)은 게이트 전극(31)과 함께 셀의 제 1 기판 상에 실질적으로 평행한 스트립으로서 배치된다.
어드레스 지정 회로는 각각 한 열에서의 모든 컬렉터 전극에 연결된 4개의 컬렉터 라인(C1,C2,C3 및 C4)을 포함한다. 또한, 각각 한 행에서의 모든 게이트 전극에 연결되는 4개의 게이트 라인(G1,G2,G3 및 G4)이 제공된다.
이제 어레이에서의 셀들의 어드레스 지정을 도 5, 도 6a 내지 도 6d 및 도 7a 내지 도 7d를 참조하여 설명한다. 이들 도면 각각은 좌측에서 우측으로, 예컨대 도 5에서 컬렉터 전극, 게이트 전극, 제 1 하위-전극 및 제 2 하위-전극이 도시되도록, 하부에서 상부로 도 4에서 셀의 단면을 예시한다. 우선, 어레이에서의 셀들은 도 5에 예시된 것처럼, 리셋 단계(phase)에서 리셋될 수 있다. 예에서, 전기영동 매체 입자들은 양으로 대전된다. 전극들은 점차로 우측으로부터 좌측까지 낮아지는 전압으로 설정되어, 전기영동 매체가 컬렉터 전극의 상부에서 모아진다. 이는 모든 셀들에 관해서 병렬로 행해질 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 기입되도록 선택되는 셀에서 보여지는 것과 같은 어드레스 지정 프로세스를 예시하는 데 반해, 도 7a 내지 도 7d는 어드레스 지정 회로를 제어하는, 구동 유닛에 보내진 정보에 의해 결정되는 것처럼, 기입되지 않을 셀에 서의 어드레스 지정을 예시한다.
어드레스 지정 프로세스에서, 게이트 전극 전압들은 처음에 어드레스 지정 단계에서 라인 단위로(line by line) 낮아져, 각 셀의 컬렉터 전극 전압이 그 셀이 기입될지 여부를 결정하는 것을 허용한다. 도 6a와 도 7a는 어드레스 지정이 그것들 각각의 행들에 관해 일어나기 전의 셀들을 보여준다. 그러므로, 게이트 전극 전압은 +150V에 남아 있는다. 그러므로, 컬렉터 전극이 0V 또는 100V(동일한 열에서의 또 다른 셀이 현재 기입되는지 여부에 의존하는)로 설정되는지와는 관계없이, 전기영동 매체는 컬렉터 전극의 상부에 남아 있는다.
도 6b와 도 7b에서, 셀들의 행은 게이트 전압(예컨대, 도 4에서의 라인 G3의 전압)을 낮춤으로써 선택된다. 예시된 예에서, 전압은 +150V로부터 +50V까지 낮아진다. 게이트 전압을 낮추기 전에, 컬렉터 전극들의 전압은 셀이 기입되는지 여부에 따라 설정된다{즉, 도 4에서의 라인들(C1 내지 C4)의 전압을 설정함으로써}. 그러므로, 도 6b에서의 셀의 컬렉터 전극은 100V로 설정되는데 반해, 도 7b의 대응하는 전극은 0V로 설정된다. 디스플레이의 모든 제 1 시청 하위-전극은 이 단계에서 -10V로 설정될 수 있다. 그러므로, 도 6b에서의 셀의 전기영동 매체는 제 1 시청 하위-전극으로 이동한다. 하지만, 도 7b에서, 전기영동 매체는 게이트 전극에 의해 높아진 장벽을 넘을 수 없고, 이 매체는 컬렉터 전극 상에 남아 있는다. 그 후, 어드레스 지정 단계가 다음 행으로 계속되기 전에, 2개의 셀들의 게이트 전압이 다시 +150V로 높아진다. 그러므로 전기영동 매체는 어드레스 지정 단계의 나머지 동안 컬렉터 전압이 100V 또는 0V인지와 관계없이, 각각 제 1 시청 하위-전극과 컬렉터 전극 상에 남아 있게 된다. 그러므로, 셀이 기입된다면, 게이트 전극의 전위가 컬렉터 전극의 전위와 제 1 시청 하위-전극의 전위 사이에 있도록, 구동 유닛이 게이트 전극과 제 1 시청 하위-전극보다는 컬렉터 전극과 제 1 시청 하위-전극 사이에 더 큰 전압을 인가하도록 구성된다.
그레이스케일을 얻는 한 가지 방식은, 전기영동 매체의 한 부분만이 통과하는 것이 허용되도록, 전기영동 매체가 게이트 전극을 통과하는 것이 허용되는 지속 시간을 제한하는 것이다. 대신, 어드레스 지정 단계가 반복될 수 있다. 일 예로서, 전술한 어드레스 지정 조건의 타이밍은, 셀이 기입될 때마다 입자들의 1/3만이 전달되도록, 조정될 수 있다. 어드레스 지정 단계는 3번 반복된다. 그러므로, 얼마나 여러 번 각 셀이 기입되는지(어떠한 입자도 전달되지 않는 경우를 포함하여)에 따라 4개의 상이한 그레이스케일이 얻어질 수 있다.
모든 행들이 어드레스 지정될 때, 도 4에서 라인들(V1,V2)에 상이한 전압을 공급함으로써, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이의 퍼지는 단계(spread phase)에서, 전압 펄스가 인가된다. 그러므로, 제 1 시청 하위-전극의 전압은 -10V부터 100V까지 높아질 수 있는데 반해, 제 2 시청 하위-전극에서의 전압을 초기에 0V에 남아 있을 수 있다. 그러므로 기입된 셀의 전기영동 매체(도 6c)는 셀의 비어있는 영역으로 이주한다. 기입되지 않은 셀의 전기영동 매체(도 7c)는 여전히 컬렉터 전극에 고정되어 있다. 펄스의 끝에서, 제 2 시청 하위-전극의 전압을 100V까지 높아져, 펄스가 끝나게 된다. 이 경우, 펄스라는 것은 일반적으로 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압이 일시적으로 인가되는 것을 의미한다. 극성과 진폭은 구성에 의존한다.
그 후, 홀드 단계(hold phase)에서는 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극의 전압들이 0으로 떨어질 수 있다. 이 모드에서, 나중에 논의되는 것과 같이 전기영동 매체가 브라운 운동 특성을 가진다면, 입자들이 브라운 운동만을 겪게 된다. 입자들의 브라운 운동은, 실제로 긍정적인 것일 수 있는데, 이는 그것이 비어있는 영역(29)의 입자 분포를 훨씬 더 균질하게 만들기 때문이다. 게이트 전극(31)은 전기영동 매체를 적소 또는 비어있는 영역/시청 영역(도 6d에서의 기입된 셀) 또는 컬렉터 전극(15)(도 7d에서의 기입되지 않은 셀)의 상부에 유지하기 위해, 전기영동 매체의 대전(charging)과 동일한 극성의 낮은 전압으로 유지된다. 홀드 단계는 원칙적으로 무한히 지속될 수 있고, 전력 소비는 매우 낮다. 게이트 전극의 전압은 나중에 논의되는 것과 같이, 전기영동 매체의 선택에 의존하는 것처럼, 도 6d의 비어있는 영역에서의 입자들에 어느 정도 영향을 미칠 수 있다는 점이 주목되어야 한다. 그러므로 다른 전극들로부터 비어있는 영역에 대한 임의의 영향이 보상되도록, 또한 홀드 단계에 있는 제 1 시청 하위-전극(25)과 제 2 시청 하위-전극(27) 사이에 낮은(전압 펄스에 비해) 전압을 인가하도록 제어 유닛(24)을 구성하는 것이 유리할 수 있다.
도 6a 내지 도 6d에 예시된 것처럼, 어드레스 지정 단계 동안의 가장 낮은 전압은 전기영동 매체(13)가 셀이 기입된다면 퍼지는 단계 전에 이 전극의 상부에 모이도록, 제 1 시청 하위-전극(25)에 공급된다(도 3). 이 경우, 전기영동 매체는 양으로 대전되지만, 일반적으로 전기영동 매체를 가장 많이 끌어당기는 전위가 제 1 시청 하위-전극에 제공되는데, 즉 임자들이 음으로 대전된다면, 가장 양인 전위가 이 하위-전극에 제공된다.
하지만, 또한 가장 많이 끌어당기는 전위를 제 2 시청 하위-전극(27)에 제공하여, 어드레스 지정 단계 동안 이 하위-전극에서 전기영동 매체를 모으는 것이 가능하다. 이는 단순히 도 6a 내지 도 6d와 도 7a 내지 도 7d에서의 제 2 시청 하위-전극의 전압을 -50V로 변경함으로써 행해질 수 있다. 그 후 인가된 펄스의 극성은 또한 우측으로부터 좌측으로 전기영동 매체가 이동하게 만들기 위해, 반전되어야 한다. 이러한 접근법은 제 2 시청 하위-전극의 폭을 많이 증가시키지 않으면서, 더 얇은 제 1 시청 하위-전극의 사용을 허용한다. 제 2 시청 하위-전극에서 전기영동 매체를 모으는 것이 더 쉬운데, 이는 이러한 전극 둘레의 영역이 이 순간에 더 약한 전계를 경험하기 때문이다. 그러므로 전기영동 매체는 제 2 시청 하위-전극의 항부에 저장될 필요가 없다. 그러므로 비어있는 영역이 증가될 수 있어, 그 결과로서 디스플레이 밝기가 증가한다.
언급한 바와 같이, 지금까지 설명한 전기영동 디스플레이 디바이스는, 양의 대전제(charging agent)로서 취급되고, 예컨대 셀 유체(11)로서의 도데칸(dodecane)에서 떠다니는 탄소 입자들과 같은 검은색 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 가진다. 디스플레이는 입자들이 비어있는 영역에 있을 때 제 1 모드가 어두운 모드이고, 컬렉터 전극의 상부에 입자들이 있을 때 제 2 모드가 밝은 모드가 되도록, 반사기를 포함한다. 하지만 다른 실시예들도 가능하다.
그러므로, 전기영동 매체는 청록색(C), 자홍색(M) 또는 노란색(Y)으로 채색 된 것과 같은 컬러 입자들을 포함할 수 있다. 그 후, 서로의 상부에서 실제(true) 검은색이 달성될 수 있는 것을 보장하기 위해, 검은색 층과 가능하게 결합된 3개의 층(C,M,Y)을 지닌 컬러 디스플레이를 얻는 것이 가능하게 된다. 적색-녹색-청색은 원칙적으로 또한 고려될 수 있다.
추가로, 전기영동 매체는 티타늄 산화물과 같은 흰색 입자들을 포함할 수 있고, 이 디스플레이는 제 1 모드가 밝은 모드이고 제 2 모드가 어두운 모드가 되도록, 반사기를 대체하는 흡수체를 포함한다.
당업자라면 다른 옵션들이 가능하다는 것을 이해하게 된다. 예컨대, 투과성 디스플레이가 반사기 대신 백라이트(backlight)를 제공함으로써 얻어질 수 있다. 또한 임의의 주변 광 상태에 적응할 수 있는 백라이트/반사기 결합이 존재한다. 더 나아가, 상이한 광 파장들에 관한 상이한 효과들을 제공하는 입자들과 더불어, 흡수 특성보다는 산란 특성을 지닌 전기영동 매체 입자들이 사용될 수 있다. 컬러 반사기와 흡수체가 또한 사용될 수 있다. 유체와는 상이한 굴절률을 가지는 비-흡수 입자들을 가지고, 재구성 가능한 회절 격자나 렌즈와 같은 광학 소자들을 실현하는 것도 가능하다.
게다가, 도 5 내지 도 7d 중 하나에 비해 간단해진 어드레스 지정 회로 또는 간단해진 어드레스 지정 체계를 허용하는 일정한 특성을 가지는 전기영동 매체를 제공하는 것이 가능하다. 우선 첫째로, 쌍안정 특성을 지닌 전기영동 매체가 사용될 수 있다. 이는 입자들이 전혀 또는 거의 전혀 브라운 운동(확산)을 겪게 되지 않는다는 것을 의미한다. 그러므로, 그 후 전혀 어떠한 전압도 홀드 단계 동안에는 인가될 필요가 없다.
쌍안정성은 그것이 비-뉴턴(non-Newtonian) 특성을 가지도록, 전기영동 매체, 셀 및 그 셀에서의 유체 결합의 흐름학(rheological) 특성을 조정함으로써 달성될 수 있다. 그 후, 전기영동 매체와 유체의 결합은 낮은 전단 응력(shear stress)들(확산에 의해 유도된)에 관한 높은 점성도와 높은 응력(인가된 전계에 의해 유도된)에 관한 낮은 점성도를 보여주게 된다. 이는 소위 액체의 빙햄(Bingham) 플라스틱 타입에 적용되는 것으로, 이는 그 액체에 높은 분자량의 중합체를 추가함으로써 달성될 수 있다. 또한 유사한 효과를 제공하기 위해 입자들 사이에 점착력(sticking force)을 도입하는 것이 가능하다.
유사하게, 셀에서 전기영동 매체와 유체를 결합하는 것에는 입자들이 임계값을 보여주게 하는 특성들이 제공될 수 있는데, 이는 전기영동 매체가 임계값 레벨 아래의 전계에 의해 거의 영향을 받지 않는다는 것을 의미한다. 이는 도 3의 게이트 전극을 제거하는 것을 가능하게 한다. 그 후, 어드레스 지정은 컬렉터 전극이 한 행씩 차례로 상호 연결되고, 제 1 시청 하위-전극이 한 열씩 차례로 상호 연결되고 그 역도 성립하도록 수정될 수 있다. 그러한 구성에서는 셀들이 한 행에서의 컬렉터 전극들의 전압을 높임으로써(양으로 대전된 전기영동 매체의 경우에서), 그리고 그 행에서 선택될 열들의 제 1 시청 하위-전극들의 전압을 낮춤으로써 한 행씩 차례로 어드레스 지정될 수 있어, 선택된 셀들만이 임계값을 초과하는 제 1 시청 하위-전극과 컬렉터 전극 사이의 전압을 가지게 된다.
일반적인 전기영동 매체에 관해, 임계값 특성을 달성하는 또 다른 방식은 도 8에 예시된 것과 같은 유전체 코팅을 전극들(중 적어도 하나)에 제공하는 것이다. 이 경우, 컬렉터 전극(15), 제 1 시청 하위-전극(25) 및 제 2 시청 하위-전극(27)은 그 셀의 하부 기판(5) 상의 실질적으로 평행한 스트립들로서 배치되고, 유전체 코팅(33)이 전극들 상에 적용된다. 유전체 코팅은 예컨대 40V보다 낮은 전극 내(intra-electrode) 전압들이 코팅 내부에서 흡수되도록 조정된다. 그러므로, 2개의 전극 사이에 40V 보다 큰 전압이 인가되는 경우에만 2개의 전극 사이의 전기영동 매체가 전계를 경험하게 된다. 도 8의 예에서, 예시된 어드레스 지정은 대응하는 행과 대응하는 열이 모두 활성화되는 경우, 즉 컬렉터 전압이 높아지고(0V로부터 +30V까지), 제 1 시청 하위-전극 전압이 낮아지는(0V로부터 -30V까지) 경우에만 일어나, 전극-내 전압은 40V의 임계값을 초과한다.
도 9는 컬렉터 전극이 제 1 시청 하위-전극을 향하는 셀의 제 2 기판 상에 제공되는 대안적인 구성을 예시한다. 이 경우, 컬렉터 전극(15)과 제 2 시청 하위-전극(27) 사이에 장벽이 놓일 수 있어, 사용된 전압들에서 이들 전극 사이에 어떠한 입자 전달도 직접적으로 달성될 수 없다. 이러한 구성은 비어있는/활성 영역을 증가시키고 그에 따라 도 8의 구성에 비해 밝기를 증가시킨다. 추가로, 어드레스 지정 회로는 컬렉터 전극이 별도로 배치되기 때문에, 더 작은 교차(crossing)를 수반한다.
퍼지는 단계 동안에 인가된 전압 펄스는 주의 깊게 시간이 지정되어야 한다. 만약 펄스가 너무 짧다면, 전기영동 매체는 어느 정도까지만 비어있는 영역으로 이동하고, 따라서 픽셀이 회색으로 나타난다. 반면에 펄스가 너무 길면, 뒤에서 따라 가는 입자들이 비어있는 영역으로 한참 이동하여 동일한 결과를 가져온다. 전기영동 매체, 유체 및 사용된 전압들의 사용된 조합에 관해 최적의 펄스 지속 기간이 테스트되어야 한다. 펄스 지속 기간 허용 오차(tolerance)를 덜 엄격하게 만드는 한 가지 방법은 도 10에 개략적으로 예시된 펄스 형태를 사용하는 것이다. 이 경우, 펄스는 초기 전압에서 시작한 다음 그것의 지속 기간 동안 점차 감소한다. 예시된 경우, 펄스는 선형적으로 감소한다. 하지만, 펄스는 여전히 유사한 효과를 얻으면서, 지수 함수식으로, 대수 함수식으로, 계단식으로 등 다른 방식으로 감소할 수 있다.
전술한 실시예에서, 디스플레이가 수동 매트릭스 디스플레이이지만, 디스플레이 디바이스는 당업자에 의해 실현되는 것처럼, 각 셀이 스위칭 소자를 포함하는 능동 매트릭스 디스플레이로서 고안될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 전기영동 매체를 시청 영역으로 끌어당기는데 사용되는 시청 전극이 시청 영역 상에서 떨어져 있는 제 1 하위-전극과 제 2 하위-전극으로 나누어지는 전기영동 디스플레이에 관한 것이다. 전기영동 매체가 시청 영역을 커버해야 할 때에는, 전기영동 매체가 먼저 하위-전극들 중 하나에서 모아진 다음, 하위-전극들 사이에 펄스를 인가함으로써 시청 영역 위에 퍼진다.
설명된 디스플레이 디바이스는, 예컨대 전자 종이, 전자 가격 태그(price tag), 전자 선반 라벨(shelf label) 및 전자 게시판(billboard)으로서 사용될 수 있다.
본 발명은 설명된 실시예들에 제한되지 않지만, 첨부된 청구항의 범주 내에 서 변화될 수 있다.
예컨대, 비록 도면에서 사용된 전기영동 매체가 양으로 대전될지라도, 음으로 대전된 입자들이 전기영동 매체에서 대신 사용될 수 있다. 그 후 전극 전압이 반전된다. 위 설명에서 사용된 전압 진폭은 단지 예일 뿐이라는 점은 두말할 필요가 없다.
본 발명이 도면과 전술한 상세한 설명부에서 상세히 설명되고 예시되었지만, 그러한 예시와 설명은 제한적이 아닌 예시적 또는 전형적인 것으로 간주되어야 하는데, 즉 본 발명은 개시된 실시예들에 제한되지 않는다. 개시된 실시예들에 대한 변형예들은 도면, 개시물 및 첨부된 청구항의 연구를 통해 주장된 본 발명을 실시함으로써, 당업자에 의해 이해되고 실시될 수 있다. 청구항에서 "포함하는"이라는 단어는 다른 요소들을 배제하지 않고, "하나의"라는 단어는 복수의 존재를 배제하지 않는다. 일정한 방법이 서로 상이한 종속항에서 인용되고 있다는 단순한 사실은, 이러한 방법의 결합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 암시하는 것은 아니다. 청구항들에서 임의의 참조 번호는 그 범주를 제한하는 것으로 해석되지 말아야 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 전기영동 디스플레이는 전자 종이, 전자 가격 태그(price tag), 전자 선반 라벨(shelf label) 및 전자 게시판(billboard)으로서 이용 가능하다.

Claims (22)

  1. 구동 유닛과 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 전기영동 디바이스로서,
    각 셀은 구동 전극들과 구동 유닛에 의해 상기 전극들 사이에 인가된 전계에 반응하는 전기영동 매체(13)를 포함하고, 상기 전극들은 상기 전기영동 매체가 시청(viewing) 전극에 끌어 당겨지는 제 1 모드에서 셀을 통과하는 광의 투과가 전기영동 매체에 의해 차단되도록, 셀의 시청 영역에 위치하는 시청 전극과, 상기 전기영동 매체가 컬렉터 전극에 끌어 당겨지는 제 2 모드에서 상기 차단이 감소되도록, 상기 시청 영역 외부에 위치한 컬렉터 전극(15)을 포함하며,
    상기 시청 전극은 적어도 제 1 시청 하위-전극(sub-electrode)(25)과 제 2 시청 하위-전극(27)으로 나누어지고, 이들은 그들 사이에 비어있는 영역(29)이 존재하도록 분리되며, 셀이 제 1 모드로 들어갈 때, 상기 전기영동 매체가 상기 비어있는 영역으로 이동하도록, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압 펄스를 인가하도록 구동 유닛(24)이 구성되는,
    어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    제 1 시청 하위-전극(25)과 제 2 시청 하위-전극(27)은 시청 영역의 반대 가 장자리에 위치하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  3. 제 2항에 있어서,
    셀에서 컬렉터 전극, 제 1 시청 하위-전극 및 제 2 시청 하위-전극은 셀의 제 1 기판(5) 상에 실질적으로 평행한 스트립(strip)으로서 배치되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비어있는 영역과 제 1 시청 하위-전극은, 컬렉터 전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 배치되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  5. 제 4항에 있어서,
    제 1 시청 하위-전극과 컬렉터 전극 사이에 게이트 전극(31)이 배치되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 구동 유닛(24)은, 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 상기 전압 펄스를 인가하기 전에, 게이트 전극의 전위가 컬렉터 전극의 전위와 제 1 시청 하위-전극 전위 사이에 있도록, 게이트 전극과 제 1 시청 하위-전극 사이보다는 컬렉터 전극과 제 1 시청 하위-전극 사이에 더 큰 전압을 제공하도록 구성되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  7. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 상기 전압 펄스를 인가하기 전에, 상기 전기영동 매체가 제 1 시청 하위-전극에서 모이도록, 제 1 시청 하위-전극(25)에서 상기 전기영동 매체를 가장 많이 끌어당기는 전위를 제공하도록 구성되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  8. 제 4항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 유닛은 셀이 제 1 모드로 들어갈 때 상기 전압 펄스를 인가하기 전에, 상기 전기영동 매체가 제 2 시청 하위-전극에서 모이도록, 제 2 시청 하위-전극(27)에서 상기 전기영동 매체를 가장 많이 끌어당기는 전위를 제공하도록 구성되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  9. 제 1항에 있어서,
    셀, 전기영동 매체(13), 및 전기영동 매체가 떠다니는 유체(11)는, 상기 전 기영동 매체가 임계 특성을 보여주도록 선택되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  10. 제 1항에 있어서,
    전극들 중 적어도 하나에는 유전체 코팅(33)이 제공되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  11. 제 1항, 제 9항 또는 제 10항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀, 전기영동 매체, 및 전기영동 매체가 떠다니는 유체는, 상기 전기영동 매체가 쌍안정(bi-stable) 특성을 보여주도록 선택되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  12. 제 9항, 제 10항 또는 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    컬렉터 전극, 제 1 시청 하위-전극 및 제 2 시청 하위-전극은 셀이 제 1 기판(5) 상에 실질적으로 평행한 스트림으로서 배치되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  13. 제 9항, 제 10항 또는 제 11항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극은 셀의 제 1 기판(5) 상에 실질적으로 평행한 스트립으로서 배치되고, 컬렉터 전극은 상기 제 1 시청 하위-전극을 향하게 셀의 제 2 기판(3) 상에 제공되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 컬렉터 전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에는 장벽(barrier)(35)이 제공되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 디바이스는 능동 매트릭스 디스플레이이고, 각 셀은 스위칭 소자를 포함하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항에 있어서,
    셀이 제 1 모드로 들어갈 때, 다른 전극들로부터의 비어있는 영역에 대한 임의의 영향이 보상되도록, 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압을 인가하도록 제어 유닛이 구성되는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  17. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 모드가 어두운 모드이고 제 2 모드가 밝은 모드가 되도록, 전기영동 매체는 검은색 입자를 포함하고, 상기 디바이스는 반사기를 포함하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  18. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 모드가 컬러 모드이고 제 2 모드가 밝은 모드가 되도록, 상기 전기영동 매체는 컬러 입자들을 포함하고, 상기 디바이스는 반사기를 포함하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 입자들은 청록색, 자홍색 또는 노란색인, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  20. 제 1항 내지 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 모드는 밝은 모드이고 제 2 모드는 어두운 모드가 되도록, 전기영동 매체는 흰색 입자를 포함하고 상기 디바이스는 흡수체를 포함하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  21. 제 1항 내지 제 20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펄스의 진폭은 상기 펄스의 지속 기간 동안 점차로 감소하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스.
  22. 구동 유닛과 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀을 포함하는 전기영동 디바이스를 제어하는 방법으로서,
    각 셀은 구동 전극들과 구동 유닛에 의해 상기 전극들 사이에 인가된 전계에 반응하는 전기영동 매체를 포함하고, 상기 전극들은 상기 전기영동 매체가 시청 전극에 끌어 당겨지는 제 1 모드에서 셀을 통과하는 광의 투과가 전기영동 매체에 의해 차단되도록, 셀의 시청 영역에 위치하는 시청 전극과, 상기 전기영동 매체가 컬렉터 전극에 끌어 당겨지는 제 2 모드에서 상기 차단이 감소되도록, 상기 시청 영역 외부에 위치한 컬렉터 전극을 포함하며,
    상기 시청 전극은 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극으로 나누어지고, 이들은 그들 사이에 비어있는 영역이 남도록 분리되며, 상기 방법은 셀이 제 1 모드로 들어갈 때, 상기 전기영동 매체가 상기 비어있는 영역으로 이동하도록, 상기 구동 유닛에 의해 제 1 시청 하위-전극과 제 2 시청 하위-전극 사이에 전압 펄스를 인가하는 단계를 포함하는, 어레이로 배치된 복수의 픽셀 셀과 구동 유닛을 포함하는 전기영동 디바이스를 제어하는 방법.
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