KR20090039741A - 개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Abstract

복수의 픽셀(12, 14; 21, 22, 23, 24)을 가지는 개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스가 개시된다. 이 픽셀은 복수의 파티션 벽(10; 20)에 의해 이격된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이에 형성된다. 각 픽셀은 이 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 1차 전기력선(16)의 영향하에서 이동가능한 대전 입자(115)를 포함한다. 이 픽셀은 대전 입자가 파티션 벽을 통하여 연장되는 2차 전기력선(18)을 갖기 쉬운 픽셀의 사전 결정된 영역(200)으로 진입하는 것을 물리적으로 차단하는 차단 물질(210)을 추가로 포함한다. 따라서, 대전 입자는 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭(9)으로 이동하도록 입자를 끌어당길 수 있는 2차 전기력선을 갖는 픽셀의 영역으로 진입되는 것이 차단된다.
픽셀, 전기영동, 디스플레이, 입자, 파티션 벽

Description

개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스{AN IMPROVED MOVING PARTICLE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 개선된 전기 영동형 디스플레이에 대한 것이다.
이동 입자 디스플레이 디바이스는 오랫동안 알려져 왔고, 대전된 입자가 디스플레이의 광학적 외관을 변경하도록 전기장의 영향하에서 주위로 움직일 수 있는 원리에 기초한다. 예를 들면, 미국특허번호 제US3612758호는 전기 영동형 물질의 외관이 전기장에 의해 제어가능한 전기 영동형 디스플레이를 기술한다.
소위 "평면내(in-plane)" 전기 영동형 픽셀은 시청자로부터 숨겨진 마스킹된 영역으로부터 능동 시청 영역으로 입자를 이동시키도록 디스플레이 기판에 평행한 전기장을 사용한다. 능동 영역으로 또는 이 영역으로부터 이동되는 입자의 수가 커질 수 록, 픽셀의 광학적 외관에서의 변화도 더 커진다. 본 출원인의 국제출원번호 제WO2004/008238호는 전형적인 평면내 전기 영동형 디스플레이의 예를 제공한다. 평면내 전기 영동형 픽셀은 반투과형 또는 투과형 디스플레이를 형성하기 위해 사용될 수 있다.
능동 픽셀 영역(광학적 외관이 제어될 수 있는 영역) 대 비능동 픽셀 영역 (광학적 외관이 제어될 수 없는 영역)의 비율은 보통 구멍비(aperture ratio)로서 알려져있다. 구멍비가 높으면 높을수록, 픽셀의 광학 외관을 변화시키기 위해 제어될 수 있는 픽셀 부분이 더 높아진다. 높은 구멍비는 더 높은 콘트라스트비를 가능하게 한다.
이동 입자 디스플레이의 제조는 종종 복수의 파티션 벽에 의해 2개의 기판을 서로 이격시키기를 포함하되, 이 파티션 벽은 제 1 및 제 2 기판 사이에 복수의 픽셀을 한정한다. 픽셀은 각 픽셀의 광학적 외관을 제어하기 위해 이동가능한 대전 입자로 채워진다.
이들 디스플레이 디바이스를 형성하는 것과 관련된 주요한 문제중 하나는 다양한 픽셀 사이의 적당한 밀봉을 보장하는 것이 어려운 점이다. 파티션 벽과 기판 사이의 갭을 통하여, 하나의 픽셀로부터 또 다른 픽셀로의 대전 입자 이동은 셀에 의해 디스플레이된 이미지에서 매우 심각한 에러를 야기할 수 있다. 예를 들면, 대전 입자로 오버로딩되는 평면내 전기 영동형 픽셀은 모든 대전 입자를 능동 영역으로부터 멀어지게 이동시킬 수 없게 되며, 이는 극적으로 픽셀의 휘도 및 콘트라스트를 감소시킨다. 더욱이, 대전 입자는 픽셀의 한 영역을 떠날 수 있으며, 이후 픽셀의 다른 영역에 재진입하게 되며, 이는 픽셀의 광학적 외관을 혼란케 한다.
도 1은 3개 픽셀(4, 5 및 6)을 포함하는 알려진 평면내 전기 영동형 디스플레이의 단면도를 도시한다. 이 픽셀은 반사 기판(1)과 투명한 기판(2)에 의해 형성되며, 이들 픽셀은 복수의 파티션 벽(10)에 의해 서로 이격된다. 투명한 기판(2)는 시청자(11)의 시청으로부터 각 픽셀 부분을 마스킹하기 위해 블랙 마스킹(3)의 영 역으로 코팅된다. 이 픽셀은 이동 가능한 대전 입자(115)를 포함하는 전기 영동형 유체로 채워지며, 이 대전 입자는 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 마스킹된 영역(111)과 능동 영역(113) 사이에서 이동가능하다. 예를 들면, 픽셀(5)의 대전 입자 모두는 블랙 마스킹(3) 아래의 마스킹된 영역(111)으로 이동되며, 따라서 입사광(7)은 전기 영동형 유체를 통과하여 시청자쪽으로 반사된다. 대조적으로, 픽셀(6)의 대전 입자 모두는 능동 영역(113)으로 이동하고, 따라서 입사광(8)은 대전 입자(115)에 의해 흡수되고 시청자(11)쪽으로 되반사되지 않는다. 따라서, 각 픽셀의 광학적 외관은 능동 영역(113) 내의 대전 입자의 개수 및 분포를 변경시킴으로써 제어될 수 있다.
도 1에서 볼 수 있는 것처럼, 파티션 벽(10)과 투명한 기판(2) 사이의 밀봉(sealing)은 완전하지 않으며, 종종 갭(9)이 이들 사이에 존재한다. 이들 갭(9)은 종종 픽셀(4, 5, 6)내의 초과 전기 영동형 유체에 의해 야기되며, 이는 투명한 기판(2)이 파티션 벽에 완전하게 밀착하는 것을 방지한다. 도 1에서 갭(9)의 사이즈는 축척대로 도시되지 않는다. 따라서, 입자가 갭(9)을 통하여 하나의 픽셀로부터 또 다른 픽셀로 이동하는 경향이 있으며, 이는 위에 개설된 바와 같이 픽셀의 광학적 외관에서 중대한 에러를 야기할 수 있다.
이 문제를 풀기 위한 알려진 접근 방식은 파티션 벽과 기판 사이의 밀봉의 유효성을 시도하고 증가시키는 것이다. 그러나, 이는 종종 픽셀에 유체 또는 접착제 첨가를 수반하고, 입자 전하의 응집 또는 손실, 파티션 벽과 기판 사이의 대전 입자의 트랩핑(trapping), 또는 기판으로의 입자의 바람직하지 않은 고 착(sticking)과 같은 다수의 바람직하지 않은 효과를 야기할 수 있다. 이러한 효과는 디스플레이의 품질에서 저하를 야기할 수 있다.
파티션 벽의 폭은 비록 이것이 귀중한 디스플레이 영역을 차지하고 각 픽셀의 구멍을 감소시켜, 이에 의해 디스플레이의 콘트라스트를 감소시킬지라도, 입자가 파티션 벽을 가로지르는 것을 더 어렵게 만들기 위해 증가될 수 있다.
또 다른 접근 방식은 전기장을 사용함으로써 개별 픽셀로 입자를 한정하려고 시도하는 것이다. 단일 픽셀 내로 대전 입자의 운동을 제한하기 위해 인접한 픽셀의 경계 사이의 가드 전극을 사용하는 수개 솔루션이 제안되었다. 이들 솔루션 중 일부는 기판 상에 마운팅된 가드 전극, 서로로부터 기판을 분리하기 위한 기판 사이의 스페이서를 사용한다. 그러나, 스페이서는 전기 영동형 입자의 국부적 모션 왜곡, 및 스페이서 부분 근처에서의 입자 감소와 같은 다수의 바람직하지 않은 효과를 야기할 수 있다.
다른 솔루션은 기판 사이의 파티션 벽 상에 마운팅된 가드 전극을 이용한다. 그러나, 픽셀 내의 우수한 전극 대칭성뿐만 아니라 가드 전극 및 구동 전극 사이의 우수한 정렬(alignment)은 효과적인 디스플레이 동작을 위해 일반적으로 요구된다. 비록 이들 요구조건이 종래 포토리쏘그래피에 의해 성취될 수 있을지라도, 이미지 저하 및 콘트라스트 감소가 무아레(Moire) 효과로부터, 그리고 픽셀의 중심에서의 대전 입자 덮임 및 클리어링 어려움으로부터 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술을 개선하는 전극 레이아웃을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 1 측면에 따르면, 제 1 및 제 2 기판 사이의 복수 픽셀을 한정하는 복수의 파티션 벽에 의해 서로 이격된 제 1 기판과 제 2 기판을 포함하는 디스플레이 디바이스가 제공되며, 각 픽셀은,
- 적어도 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극으로서, 서로 이격되고, 이들 사이까지 연장하는 1차 전기력선을 생성하도록 제어 신호를 가지고 구동 가능하게 되는, 적어도 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극;
- 상기 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 1차 전기력선의 영향하에 이동가능한 대전 입자를 포함하되,
여기서, 상기 제어 신호는 또한,
- 상기 복수의 픽셀 중 픽셀의 사전 결정된 영역에서 연장되고,
- 픽셀의 전극 및 이웃 픽셀과 연결된 전극 사이까지 연장되는 2차 전기력선을 생성하고,
여기서, 픽셀은 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 물리적으로 차단하기 위해 차단 물질을 추가로 포함한다.
대전 입자는 일반적으로 대전 입자의 극성에 따라, 1차 및 2차 전기력선과 동일 방향 또는 반대 방향으로 이동한다.
이 2차 전기력선은 픽셀의 전극과 이웃 픽셀에 연결된 전극 사이에서 연장된다. 따라서, 2 차 전기력선은 일반적으로는 픽셀의 파티션 벽을 통하여 연장되고, 따라서 기판과 파티션 벽 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나 이 임의 갭을 관통하도록 2차 전기력선의 영향하에 놓이는 어떤 입자라도 끌어당길 수 있다.
차단 물질은 물리적으로는 이 대전 입자가 2차 전기력선을 갖기 쉬운 픽셀의 사전 결정된 영역으로 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 이 입자는 이들이 2차 전기력선에 의해 끌어 당겨져, 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동되는 픽셀의 영역으로의 이동이 금지된다. 그러므로, 2차 전기력선으로 인해, 픽셀과 이웃 픽셀 사이의 대전 입자의 이동은 대단히 감소된다.
사전 결정된 영역은, 일반적으로는 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 픽셀의 전극 레이아웃 및 전극 사이에 존재하기 쉬운 전위차가 주어지면 강한 2차 전기력선을 가지기 쉬운 픽셀의 영역을 결정함으로써 결정된다. 명확하게는, 기판과 파티션벽 사이의 임의 갭으로 대전 입자를 신속히 끌어당길 수 있는 가장 센 2차 전기력선을 갖기 쉬운 픽셀 영역은(다른 픽셀 전극 사이의 작은 분리 또는 높은 전위차로 인해서), 차단 물질에 대한 훌륭한 후보 물질이다.
이 차단 물질은 일반적으로는 실질적으로 파티션 벽의 높이와 동일하다. 따라서, 차단 물질은 일반적으로는 제 1 기판과 제 2 기판 사이까지 연장되며, 물리적으로 대전 입자가 사전 결정된 영역으로 진입하는 것을 막는다.
또한, 이 차단 물질은 대전 입자를 1차 전기력선이 제 1 전극과 제 2 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 영역 내로 유지시키도록 도울 수 있으며, 이에 의해 대전입자가 이웃 픽셀에 연결된 전극에 인가된 제어 신호에 의해 영향을 받는 것을 허용하는 것보다는, 오히려 이 대전 입자를 제 1 전극과 제 2 전극에 인가된 제어 신호의 영향하에 유지시키게 된다.
유리하게는, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀의 제 1 구동 전극과, 이 픽셀에 바로 인접한 이웃 픽셀의 제 1 구동 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 바로 인접한 픽셀의 제 1 구동 전극은 픽셀의 제 1 구동 전극 사이의 최종 2차 전기력선이 다량의 대전 입자가 픽셀 사이의 파티션 벽을 가로지르는 것을 야기하지 않으면서도 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동될 수 있다.
유리하게는, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀의 제 1 구동 전극과, 이 픽셀에 바로 인접한 이웃 픽셀의 제 2 구동 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀의 제 1 구동 전극과 이웃 픽셀의 제 2 구동 전극은 제 1 구동 전극과 제 2 구동 전극 사이의 임의 최종 2차 전기력선이 다량의 대전 입자가 픽셀 사이를 이동하는 것을 야기하지 않으면서도 구동 전압에 차이를 줌으로서 구동될 수 있다.
더욱이, 복수의 픽셀은 픽셀의 행 및 열 어레이로 배열될 수 있으며, 각 열은 열의 픽셀의 제 1 구동 전극 부분에 연결되거나 또는 이 제 1 구동 전극 부분을 형성하는 각 열 전극과 연결되며, 각 행은 행의 픽셀의 제 2 구동 전극 부분에 연결되거나 또는 이 제 2 구동 전극 부분을 형성하는 각 행 전극과 연결된다.
따라서, 행 및 열 전극은 개별적으로 픽셀의 광학적 외관을 설정하도록 디스플레이의 각 픽셀의 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 복수의 픽셀은 일반적으로는, 더 적은 개수의 픽셀이 일부 응용을 위해 사용될 수 없는 이유가 없을지라도, 100개 이상의 픽셀을 포함한다.
추가적으로는, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀의 제 1 구동 전극과 바로 인접한 픽셀에 연결된 열 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀의 제 1 구동 전극과 바로 인접한 픽셀에 연결된 열 전극은 다량의 대전 입자가 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동되거나, 또는 이 임의 갭을 관통하도록 야기하는 제 1 구동 전극과 열 전극 사이의 임의 최종 2차 전기력선없이, 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동될 수 있다.
더욱이, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀의 제 1 구동 전극과, 이 픽셀의 바깥쪽에 있는, 이 픽셀과 연결된 행 전극 부분 사이까지 연장된 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀의 제 1 구동 전극과 이 픽셀에 연결된 행 전극은 제 1 구동 전극과, 다량의 대전 입자가 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나, 또는 이 임의 갭을 관통하도록 야기하는 픽셀의 바깥쪽에 있는 행 전극 부분 사이의 임의 최종 2차 전기력선없이, 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동될 수 있다.
추가적으로는, 이 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀 내의 행 전극 부분과 바로 인접한 픽셀에 연결된 열 전극 부분 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀과 연결된 행 전극과 바로 인접한 픽셀에 연결된 열 전극은 다량의 대전 입자가 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나 또는 임의 갭을 관통하도록 야기하는 행 전극과 열 전극 사이의 임의 최종 2차 전기력선없이, 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동될 수 있다.
더욱이, 각 픽셀은 제 3 구동 전극을 추가로 포함할 수 있다. 제 1 구동 전극, 제 2 구동 전극 및 제 3 구동 전극은 각 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 제 1 전극과 제 3 전극 사이의 대전 입자를 이동하도록 하는 제어 신호로 구동 가능하다. 픽셀의 각 행은 행의 픽셀의 제 3 구동 전극 부분에 연결되거나, 또는 이 제 3 구동 전극 부분을 형성하는 각 시청 전극(viewing electrode)과 연결될 수 있다.
시청 전극은 열 전극에 직교될 수 있으며, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀내의 시청 전극 부분과 바로 인접한 픽셀에 연결된 열 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀과 연결된 시청 전극과 바로 인접한 픽셀과 연결된 열 전극은 시청 전극과 열 전극 사이의 임의 최종 2차 전기력선이 다수의 대전된 입자가 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭 안으로, 또는 이 임의 갭을 가로질러 이동하도록 야기하지 않으면서도, 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동될 수 있다.
더욱이, 각 픽셀은 제 4 구동 전극을 추가로 포함할 수 있다. 제 1 구동 전극, 제 2 구동 전극, 제 3 구동 전극 및 제 4 구동 전극은 제 3 구동 전극과 제 4 구동 전극 사이에 다수의 대전 입자를 분포시키기 위한 제어 신호로 구동 가능하며, 이에 의해 픽셀의 광학적 외관을 설정한다. 픽셀의 각 행은 행의 픽셀의 제 4 구동 전극 부분에 연결되거나, 또는 제 4 구동 전극 부분을 형성하는 각 제 2 시청 전극과 연결될 수 있다.
제 2 시청 전극은 열 전극과 직교될 수 있으며, 차단 물질은 2차 전기력선이 픽셀 내의 제 2 시청 전극 부분과 바로 이웃한 픽셀에 연결된 열 전극 사이까지 연장되는 픽셀의 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 차단할 수 있다.
따라서, 픽셀과 연결된 제 2 시청 전극 및 바로 이웃한 픽셀에 연결된 열 전극은 다량의 대전 입자가 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나 또는 이 임의 갭을 관통하도록 야기하는 제 2 시청 전극과 제 2 열 전극 사이의 임의 최종 2차 전기력선없이, 구동 전압에 차이를 줌으로써 구동 가능하다.
열 전극은 이들 전극이 파티션 벽 아래의 제 1 기판상에 형성되거나, 또는 파티션 벽 위의 제 2 기판상에 형성되도록, 파티션 벽과 정렬될 수 있다(align). 따라서, 열 전극은 픽셀 내의 상당한 영역을 차지할 수 없으며, 이는 픽셀의 능동 영역에 이용가능한 더 많은 면적을 남기며, 따라서 이는 픽셀의 구멍비 및 콘트라스트를 향상시킨다.
유리하게는, 디스플레이 디바이스는 평면내 전기 영동형 픽셀을 포함할 수 있다. 따라서, 적어도 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극에 인가된 제어 신호는 대전 입자가 기판에 평행하게 이동시켜 픽셀의 광학적 외관을 설정하도록 야기할 수 있다. 그러므로, 픽셀은 반투과형 또는 투과형 디스플레이를 구현하기 위해 사용될 수 있다.
유리하게는, 차단 물질은 픽셀이 적어도 하나의 대칭축을 가지도록 배열될 수 있다. 따라서, 픽셀의 이동 입자 물질 내로 유도된 전기 유체 역학적 교란(electro-hydrodynamic turbulence)이 파티션 벽의 에워싸는 부분 가까이에서 균일하고 대칭적으로 가해질 수 있으며, 따라서 물질 내에 이동 입자의 변위에서 순 오프셋이 없을 수 있다.
유리하게는, 차단 물질은 파티션 벽과 동일한 물질로부터 형성될 수 있으며, 이는 제조 프로세스를 단순화하는 것을 도울 수 있다.
유리하게는, 차단 물질은 픽셀의 파티션 벽으로부터 내부적으로 관입할 수 있다. 더욱이, 차단 물질의 관입은 사전 결정된 영역으로의 파티션 벽의 폭을 선택적으로 증가시킴으로써 형성될 수 있으며, 이는 또한 제조 프로세스를 단순화시키는 것을 도울 수 있다. 이 관입은 또한 파티션 벽으로부터 바깥쪽으로 돌출하고 픽셀 안쪽으로 돌출하는 돌기로서 기술될 수 있다.
이제, 본 발명의 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 단지 예시를 목적으로 기술될 것이다.
도 1은 알려진 디스플레이 디바이스의 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 디스플레이 디바이스의 2개 픽셀에 대한 개략적 평면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 디스플레이 디바이스의 4개 픽셀에 대한 개략적 평면도.
도면은 축척대로 도시되지 않으며, 동일 또는 유사 참조 기호는 동일 또는 유사 특징을 나타낸다.
본 발명의 제 1 예시적 실시예가 이제 도 2를 참조하여 기술된다. 도 2는 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2) 사이의 파티션 벽(10)에 의해 형성되는 제 1 및 제 2 평면내 전기 영동형 픽셀(12 및 14)을 보여준다. 각 픽셀은 제 1 구동 전극(118, 120)과, 제 2 구동 전극(114, 116)을 포함한다. 제 1 구동 전극(118 및 120)은 열 전극에 연결되고, 이 열 전극은 간략화를 위해 도시되지 않으며, 제 2 구동 전극(114 및 116)은 행 전극(112) 부분이다. 행, 열 및 구동 전극은 제 1 기판 및 제 2 기판의 하나 또는 둘 다에 형성된다.
각 픽셀의 구동 전극 상의 전압은 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 마스킹된 영역(111)과 능동 영역(113) 사이의 각 픽셀의 대전 입자(115)를 이동시키기 위해 1차 전기력선(16)을 셋업하도록 제어된다. 이 예시에서 대전 입자(115)는 흑색으로 착색되고, 따라서 이들 중에 더 많은 수가 능동 영역(113)으로 이동될 수 록, 픽셀은 흑색에 더 가깝게 나타난다. 대전 입자는 예를 들면, 염료 또는 안료를 이용하여 착색될 수 있거나, 또는 이들은 예를 들면 탄소 또는 산화 티타늄과 같은 천연적으로 착색된 물질로 만들어질 수 있다. 마스킹된 영역(111)은 도 1의 영역(111)을 커버하는 마스크와 유사한, 제 2 기판(2) 상의 흑색 마스크(명확화를 위해 미도시됨)에 의해 커버된다. 따라서, 마스킹된 영역(111)은 당업자에게 명백하게 되는 것과 같이, 항상 실질적으로 흑색으로 나타난다. 따라서, 픽셀의 광학적 외관은 능동 영역(113) 내에 있는 대전 입자(115)의 개수에 의존한다.
제 1 및 제 2 픽셀(12 및 14)은 +10V의 전압이 제 1 구동 전극(118)에 인가되고, -10V 전압은 제 1 구동 전극(120)에 인가되며, 0V의 전압은 행 전극(112)에 인가되는(그리고, 따라서 제 1 및 제 2 구동 전극(114 및 116)에 인가됨) 상태로 도시된다.
대전 입자(115)는 양으로 대전되어 이들은 각 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 1차 전기력선(16)과 동일한 방향으로 이동될 수 있다. 대안적으로는, 대전 입자(115)는 음으로 대전되어, 이들은 당업자에게 명백하게 되는 바와 같이, 1차 전기력선(16)에 대한 반대 방향으로 이동될 수 있다.
1차 전기력선(16)에 더하여, 2차 전기력선(18)은 파티션 벽(10)을 통하여, 픽셀(12)의 제 1 구동 전극과, 파티션 벽(10)을 통하여 제 2 이웃 픽셀(14)의 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극 사이까지 연장된다. 이 픽셀(12)은 사전 결정된 영역(200) 내의 차단 물질(210)을 포함하며, 이 차단 물질은 파티션 벽(10)으로부터 픽셀 안쪽으로 관입한다. 이 차단 물질(210)은 2차 전기력선(18)을 갖는 픽셀(12)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 픽셀(12)의 대전 입자(115)를 물리적으로 차단한다. 따라서, 픽셀(12)의 대전 입자(115)는 픽셀(12)의 사전 결정된 영역(200)에 진입되는 것이 물리적으로 차단되며, 여기서 입자는 기판과 파티션 벽 사이의 임의 갭으로 이동하거나 또는 이 임의 갭을 관통하도록 입자를 끌어당길 수 있는 2차 전기력선(18)의 영향하에 들게 될 수 있다.
다른 2차 전기력선은 또한 픽셀 내에 존재하기 쉬우며, 이 전기력선은 예를 들면 동일한 디스플레이 디바이스의 픽셀(12, 14)과 다른 픽셀 형성부 사이까지 연 장되는 전기력선이다. 2차 전기력선은 또한 픽셀의 구동 전극과 이웃 픽셀에 연결된 열 전극(명확화를 위해 미도시됨) 사이까지 연장되기 쉽다.
차단 물질(210)은 2차 전기력선을 갖기 쉬운 사전 결정된 영역(200)으로 파티션 벽의 폭을 선택적으로 증가시킴으로써 파티션 벽과 일체로 형성된다. 대안적으로는, 이 차단 물질은 파티션 벽으로부터 별도로 형성될 수 있다. 비록 대안적으로 형상이 2차 전기력선을 갖기 쉽도록 결정된 사전 결정된 영역으로부터 대전 입자를 물리적으로 차단하기에 적합하다면, 차단 물질이 삼각 형상과 같은 다른 형상으로 형성될 수 있을지라도, 차단 물질(210)은 실질적으로 파티션 벽과 동일한 높이를 갖는 사각형 블럭의 물질이다.
차단 물질은 입자가 2차 전기력선을 갖기 쉬운 픽셀의 사전 결정된 영역으로 진입하는 것을 물리적으로 차단하기 위해, 제 1 기판 및 제 2 기판 사이의 벽의 추가부분으로서 형성될 수 있다.
이 예시에서, 차단 물질은 SU-8과 같은 파티션 벽과 동일한 물질로부터 만들어진다. SU-8은 양이온 중합 매커니즘 이후 마스킹된 광경화에 의해 구조화될 수 있는 다기능 에폭사이드이며, 여기서 노출되지 않은 영역은 용매에 의해 제거된다. 대안적으로는, 차단 물질은 파티션 벽과 다른 물질로부터 형성될 수 있다.
제 1 픽셀(12) 및 제 2 픽셀(14)은 전기 영동형 디스플레이 디바이스의 일부를 함께 형성하는 수백 개 픽셀의 어레이 중 2개의 대표적인 픽셀이다.
본 발명의 제 2 실시예는 도 3을 참조하여 이제 기술된다. 도 3은 4개의 예시적인 전기 영동형 픽셀(21, 22, 23, 24)의 어레이에 대한 평면도를 도시하면, 이 픽셀은 디스플레이 디바이스의 어레이 일부를 형성한다. 픽셀은 도 2의 픽셀과 유사한 방식으로, 파티션 벽(20)에 의해 이격되는 제 1 기판과 제 2 기판(명확화를 위해 미도시됨) 사이에 형성된다.
각 픽셀은 제 1 구동 전극(FDE), 제 2 구동 전극(SDE), 제 3 구동 전극(TDE), 및 제 4 구동 전극(FRDE)을 포함한다. 마스킹된 영역(111) 내의 제 1 구동 전극, 제 2 구동 전극 및 제 3 구동 전극은 제 3 구동 전극(TDE)의 영역으로 다수의 대전된 입자(115)를 이동시키기 위해 사용되며, 개수는 픽셀의 요구된 광학적 외관에 따라 결정된다. 제 4 구동 전극(FRDE)은 제 3 구동 전극(TDE)의 영역으로부터 제 4 구동 전극(FRDE)의 영역으로 다수의 대전 입자를 끌어당기기 위해, 그리고 능동 영역(113)으로 끌어당기기 위해 사용되며, 이에 의해 픽셀의 광학적 외관을 설정하게 된다.
어레이는 3개 열 전극(CE1, CE2 및 CE3)을 포함한다. 열 전극(CE1)은 픽셀(21 및 23)의 제 1 구동 전극(FDE)에 연결되고, 열 전극(CE2)은 픽셀(22 및 24)의 제 1 구동 전극(FDE)에 연결된다. 열 전극(CE2)은 픽셀(21 및 22) 사이, 및 픽셀(23 및 24) 사이의 파티션 벽(20) 위에 배열된다. 열 전극(CE3)은 본 도면에 도시되지 않은 픽셀의 추가 열에 대한 구동 전극에 연결된다. 이 어레이는 행 전극(RE1 및 RE2)을 추가로 포함한다. 행 전극(RE1) 부분은 픽셀(21 및 22)의 제 2 구동 전극(SDE)을 형성하고, 행 전극(RE2) 부분은 픽셀(23 및 24)의 제 2 구동 전극(SDE)형성한다. 이 어레이는 각 픽셀의 제 3 구동 전극(TDE)을 형성하는 시청 전극(VE), 및 각 픽셀의 제 4 구동 전극(FRDE)을 형성하는 시청 전극(SVE)을 포함한 다. 행 전극, 열 전극, 시청 전극, 제 2 시청 전극, 및 구동 전극은 제 1 기판 및 제 2 기판 중 하나 또는 둘 다 위에 형성된다.
동작시, 먼저 어레이는 픽셀의 제 1 구동 전극의 영역에 각 픽셀의 (양으로) 대전된 입자(115) 모두를 동시에 끌어 당김으로써 리셋된다. 이를 하기 위해, 모든 제 1 구동 전극(FDE)은 열 전극(CE1, CE2 및 CE3)을 통하여 0V로 설정되고, 모든 제 2 구동 전극(SDE)은 행 전극(RE1 및 RE2)을 통하여 +5V로 설정되며, 제 3 구동 전극(TDE)의 모두는 시청 전극(VE)을 통하여 +10V로 설정되고, 제 4 구동 전극(FRDE)의 모두는 제 2 시청 전극(SVE)를 통하여 +15V로 설정된다. 다음으로, 제 2 구동 전극(SDE)은 행 전극(RE1 및 RE2)을 통하여 모두 +50V로 설정되어 대전 입자 모두를 제 1 구동 전극(FDE)의 영역 내에 유지시키며, 시청 전극은 -5V로 설정되고, 제 2 시청 전극은 -10V로 설정된다.
두 번째로는, 각 픽셀의 행이 순차로 어드레싱된다. 한 행의 픽셀을 어드레싱하기 위해, 픽셀의 행과 연결된 행 전극의 전압은 낮추어지며, 행의 픽셀을 위한 데이터가 열 전극에 인가된다. 예를 들면, 픽셀(21 및 22)의 행에 대하여, 행 전극(RE1) 상의 전압은 +10V로 낮아지고, 열 전극(CE1)은 +25V의 데이터 전압으로 설정되며, 열 전극(CE2)은 +0V의 데이터 전압으로 설정된다. 이는 픽셀(21)의 대전 입자(115)를 제 1 구동 전극(FDE)(+25V에서)으로부터 제 2 구동 전극(SDE)(+10V에서)을 지나, 제 3 구동 전극(TDE)(-5V)의 영역으로 이동시키며, 이후 제 4 구동 전극(FRDE)(-10V)의 영역으로 이동시키고, 이에 의해 입자(115)를 능동 영역(113)으로 이동시키고 픽셀(21)의 광학적 외관을 변경시킨다. 픽셀(22)의 제 1 구동 전극 이 0V로 설정되기 때문에, 픽셀(22)의 입자(115)는 제 1 구동 전극에 남아있게 된다. 픽셀(23 및 24)의 대전 입자(115)는 이들 열 전극 전압에 의해 영향을 받지 않는데, 왜냐하면 행 전극(RE2)은 여전히 +50V에 있기 때문이다.
다음으로는, 행 전극(RE1)의 전압은 다시 +50V까지 상승하고, 행 전극(RE2)의 전압은 +10V로 낮아지게 되어 픽셀(23 및 24)의 광학적 외관은 유사한 방식으로 픽셀(21 및 22)에 설정될 수 있다.
유사한 전극 레이아웃을 가지는 전기 영동형 디스플레이에 적용가능한 픽셀 어드레싱 방식의 추가 세부 설명을 위해, 본 출원인의 공동 계류중인 미국특허출원 제US 60726854호(대리인참조번호 제PH002317호)를 참조한다.
도 3 내의 확장도는 4개 픽셀(21, 22, 23, 24) 사이의 영역에서, 파티션 벽, 차단 물질, 및 전극의 더 큰 확대도를 도시한다. 다양한 전극 사이의 전위차로 인해, 2차 전기력선을 갖기 쉬운 픽셀(21 및 23) 영역 중 일부는 참조 번호(30, 31, 32, 33)에 의해 표시된다.
픽셀(21 및 22)의 어드레싱 동안, 2차 전기력선은 픽셀(21)의 제 1 구동 전극(FDE)(+25V에서)과 픽셀(22)의 제 1 구동 전극(FDE)(0V에서) 사이에서 연장되고, 픽셀(21)의 제 1 구동 전극(FDE)(+25V에서)과 열 전극(CE2)(0V) 사이에서 연장되며, 픽셀(21)의 제 1 구동 전극(FDE)(+25V에서)과 픽셀(22)의 제 2 구동 전극(SDE)(+10V에서)에서 연장된다. 차단 물질(210)은 물리적으로 2차 전기력선을 갖는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로 입자(115)가 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 픽셀(21)의 입자(115)는 영역(31)으로부터 차단되며, 이 영역에서 이들 입 자는 기판과 파티션 벽 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나, 또는 임의 갭을 관통하도록 끌어 당겨질 수 있다.
픽셀(21 및 22)의 어드레싱 동안, 2차 전기력선은 픽셀(21 및 22) 사이의 파티션 벽과 정렬되는 열 전극(CE2)(0V에서)과, 픽셀(21) 내에 있는 행 전극(RE1)(+10V에서) 부분(SDE) 사이까지 연장된다. 차단 물질(210)은 2차 전기력선을 갖는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로 입자(115)가 진입하는 것을 물리적으로 차단한다. 따라서, 픽셀(21)의 입자(115)는 영역(32)로부터 차단되고, 이 영역에서 이들 입자는 기판과 파티션 벽사이에 존재하는 임의 갭으로 진입하거나, 또는 임의 갭을 관통하도록 끌어 당겨질 수 있다.
어레이의 리셋 동안, 2차 전기력선은 픽셀(21 및 22) 사이의 파티션 벽(20)과 정렬되는 열 전극(CE2)(0V에서)과, 픽셀(21) 내에 있는 시청 전극(VE)(+10V에서) 부분(TDE) 사이까지 연장된다. 차단 물질(210)은 물리적으로 2차 전기력선을 갖는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로 입자(115)가 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 픽셀(21)의 입자는 영역(33)으로부터 차단되며, 이 영역에서 이들 입자는 기판과 파티션 벽 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나, 또는 임의 갭을 관통하도록 끌어 당겨질 수 있다.
어레이의 리셋 동안, 2차 전기력선이 픽셀(23 및 24) 사이의 파티션 벽(20)과 정렬되는 열 전극(CE2)(0V에서)과, 픽셀(21) 내에 있는 제 2 시청 전극(SVE)(+15V에서) 부분(FRDE) 사이까지 연장된다. 차단 물질(210)은 물리적으로 2차 전기력선을 갖는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로 입자(115)가 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 픽셀(23)의 입자는 영역(33)으로부터 차단되며, 이 영역에서 이들 입자는 기판과 파티션 벽 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하거나, 또는 임의 갭을 관통하도록 끌어 당겨질 수 있다.
각 픽셀은 픽셀의 중심을 통해 연장되고 열과 일치하는 대칭선을 갖는다. 따라서, 각 픽셀 내에 유도된 전기 유체 역학적 교란(electro-hydrodynamic turbulence)은 픽셀 벽의 둘러싸는 부분 가까이에서 동일하게 그리고 대칭적으로 가해지며, 따라서 입자(115)의 변위에서 순 오프셋이 유도되지 않는다.
요약하면, 복수의 픽셀을 갖는 개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스가 제공된다. 픽셀은 복수의 파티션 벽에 의해 이격된 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 형성된다. 각 픽셀은 픽셀의 광학적 외관을 설정하도록 1차 전기력선의 영향하에 이동 가능한 대전 입자를 포함한다. 이 픽셀은 추가로 파티션 벽까지 연장되는 2차 전기력선을 갖기 쉬운 픽셀의 사전 결정된 영역으로 대전 입자가 진입하는 것을 물리적으로 차단하기 위한 차단 물질을 포함한다. 따라서, 대전 입자는 파티션 벽과 기판 사이에 존재하는 임의 갭으로 이동하도록 입자를 끌어당길 수 있는 2차 전기력선을 갖는 픽셀 영역으로의 진입이 차단된다.
본 발명은 비록 개념이 다른 유형 및 구성의 이동 입자 디스플레이 디바이스까지 확장될 수 있을지라도, 평면내 전기 영동형 디스플레이 픽셀과 관련하여 설명되었다.
비록 본 설명에서 픽셀의 행 및 열을 참조하였으나, 이들 용어는 서로 바뀔 수 있음을 이해해야 할 것이다. 예를 들면, 만일 디스플레이가 90°로 회전되면, 행은 열로 여겨질 수 있고, 열은 행으로 여겨질 수 있다. 필수적으로는, 픽셀의 행 및 열은 서로 직교하는 방향으로 연장된다.
이해를 쉽게 하기 위해, 비록 도 3에 예시된 바와 같이, 차단 물질이 복수의 픽셀 중 각 픽셀에 동일하게 가해질 수 있음이 이해될지라도, 이 차단 물질은 복수의 픽셀 중 하나의 픽셀에 관하여 기술된다.
첨부된 청구항의 범위 내에 드는 다른 실시예도 또한 당업자에게 명백할 것이다. 특히, 여기에 기술된 다양한 특징의 실시예는 추가 실시예를 형성하기 위해 결합될 수 있다. 청구항에서의 참조 기호는 청구항의 범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
본 발명은 개선된 이동 입자 디스플레이 디바이스에 이용 가능하다. 더 상세하게는, 개선된 전기 영동형 디스플레이에 이용 가능하다.
이 전기 영동형 디스플레이는, 제 1 및 제 2 기판 사이의 복수 픽셀을 한정하는 복수의 파티션 벽에 의해 서로 이격된 제 1 기판과 제 2 기판을 포함하며, 여기서, 각 픽셀은, 적어도 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극으로서, 서로 이격되고, 이들 사이까지 연장하는 1차 전기력선을 생성하도록 제어 신호를 가지고 구동 가능하게 되는, 적어도 제 1 구동 전극 및 제 2 구동 전극; 상기 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 1차 전기력선의 영향하에 이동가능한 대전 입자를 포함한다.

Claims (13)

  1. 제 1 및 제 2 기판 사이의 복수 픽셀(12, 14; 21, 22, 23, 24)을 한정하는 복수의 파티션 벽(10; 20)에 의해 서로 이격된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 포함하는 디스플레이 디바이스로서,
    각 픽셀은,
    - 서로 이격되고, 이들 사이에서 연장하는 1차 전기력선(16)을 생성하도록 제어 신호를 통해 구동 가능한, 적어도 제 1 구동 전극(118, 120; FDE) 및 제 2 구동 전극(114, 116; SDE);
    - 상기 픽셀의 광학적 외관을 설정하기 위해 1차 전기력선(16)의 영향하에 이동가능한 대전 입자(115)를 포함하되,
    상기 제어 신호는 또한,
    - 상기 복수의 픽셀 중 픽셀(12; 21)의 사전 결정된 영역(200)에서 연장되고,
    - 픽셀(12; 21)의 전극(118; FDE, SDE, TDE, FRDE) 및 이웃 픽셀(14; 22)과 연결된 전극(120, 116; FDE, SDE, TDE, FRDE, CE2, RE1, VE, SVE) 사이에서 연장되는 2차 전기력선(16)을 생성하고,
    픽셀(12; 21)은 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 물리적으로 차단하기 위해 차단 물질(210)을 추가로 포함하는, 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 2차 전기력선(18)이 픽셀(12; 21)의 제 1 구동 전극(118; FDE)과 픽셀(12; 21)에 바로 인접한 이웃 픽셀(14; 22)의 제 1 구동 전극(120; FDE) 사이에서 연장되는 픽셀(12; 21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 2차 전기력선(18)이 픽셀(12; 21)의 제 1 구동 전극(118; FDE)과 픽셀(12; 21)에 바로 인접한 이웃 픽셀(14; 22)의 제 2 구동 전극(116; SDE)사이에서 연장되는 픽셀(12; 21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 픽셀(21, 22, 23, 24)은 픽셀의 행 및 열 어레이로 배열되며, 각 열은 상기 열의 픽셀의 제 1 구동 전극(FDE) 부분에 연결되거나, 또는 제 1 구동 전극(FDE) 부분을 형성하는 각 열 전극(CE1, CE2, CE3)과 연결되고, 각 행은 상기 행의 픽셀의 제 2 구동 전극(SDE) 부분에 연결되거나, 또는 제 2 구동 전극(SDE) 부분을 형성하는 각 행 전극(RE1, RE2)과 연결되는, 디스플레이 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 상기 2차 전기력선이 픽셀(21)의 제 1 구동 전극(FDE)과, 바로 인접한 픽셀(22)에 연결된 열 전극(CE2) 사이에서 연장되는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 상기 2차 전기력선이 픽셀(21)의 제 1 구동 전극(FDE)과, 픽셀(21)의 바깥쪽에 있는 픽셀에 연결된 행 전극(RE1) 부분 사이에서 연장된 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  7. 제 4 항, 제 5 항 또는 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 상기 2차 전기력선이 픽셀(21) 내의 행 전극(SDE)부분과, 바로 인접한 픽셀(22)에 연결된 열 전극(CE1, CE2) 사이에서 연장된 픽셀의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    각 픽셀은 제 3 구동 전극(TDE)을 추가로 포함하고, 픽셀의 각 행은 상기 행의 픽셀의 제 3 구동 전극(TDE) 부분에 연결되거나 또는 제 3 구동 전극 부분을 형성하는 각 시청 전극(VE)과 연결되며, 시청 전극(VE)은 열 전극(CE1, CE2, CE3)과 직교이고, 차단 물질(210)은 상기 2차 전기력선이 픽셀(21) 내의 시청 전극(VE)의 부분(TDE)과, 바로 인접한 픽셀(22)에 연결된 열 전극(CE1, CE2) 사이에서 연장되는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  9. 제 8 항에 있어서,
    각 픽셀은 제 4 구동 전극(FRDE)을 추가로 포함하고, 픽셀의 각 행은 상기 행의 제 2 시청 픽셀의 제 4 구동 전극의 부분에 연결되거나 또는 제 4 구동 전극의 부분을 형성하는 제 2 시청 전극(SVE)과 연결되고, 상기 제 2 시청 전극은 열 전극(CE1, CE2, CE3)과 직교하고, 차단 물질(210)은 상기 2차 전기력선이 픽셀(21) 내의 제 2 시청 전극(SVE)의 부분(FRDE)과, 바로 인접한 픽셀(22)에 연결된 열 전극(CE1, CE2) 사이에서 연장되는 픽셀(21)의 사전 결정된 영역(200)으로부터 대전 입자(115)를 차단하는, 디스플레이 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수 픽셀은 평면내 전기 영동형 픽셀(21, 22, 23, 24)인, 디스플레이 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 픽셀(12; 21)이 적어도 하나의 대칭축을 갖도록 배열되는, 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 상기 파티션 벽과 동일한 물질로 형성되는, 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    차단 물질(210)은 픽셀(12; 21)의 파티션 벽으로부터 안쪽으로 관입되고, 차단 물질(210)의 관입은 사전 결정된 영역(200)으로 상기 파티션 벽의 폭을 선택적으로 증가시킴으로써 형성되는, 디스플레이 디바이스.
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