KR20120013347A - 인플레인 전자광학 디스플레이 - Google Patents

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KR20120013347A
KR20120013347A KR1020117025382A KR20117025382A KR20120013347A KR 20120013347 A KR20120013347 A KR 20120013347A KR 1020117025382 A KR1020117025382 A KR 1020117025382A KR 20117025382 A KR20117025382 A KR 20117025382A KR 20120013347 A KR20120013347 A KR 20120013347A
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종석 여
유찬 전
마이클 지 그로우
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휴렛-팩커드 디벨롭먼트 컴퍼니, 엘.피.
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Abstract

일 실시형태에 있어서, 디스플레이 소자는 제 1 전극과 상기 제 1 전극 위에 있으며 내부에 오목부위를 갖는 유전체층과, 상기 유전체층 상에 배치된 제 2 전극과, 상기 디스플레이 소자 내에 있으며 착색입자를 함유하는 유체를 포함하며, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 전압신호는 상기 착색입자의 운동을 제어하여 상기 착색입자들이 상기 오목부위 속으로 밀집하게 함으로써 제 1 전압신호가 제 1 광학상태를 제공하고 상기 유체 속의 상기 착색입자들을 분산시킴으로써 제 2 전압신호가 제 2 광학상태를 제공하게 한다.

Description

인플레인 전자광학 디스플레이{IN-PLANE ELECTRO-OPTICAL DISPLAY}
관련출원들의 상호참조
본 출원은 2009년 3월 26일에 "전자광학 디스플레이"라는 명칭으로 출원된 미합중국 특허출원 제 12/411,828호에 관한 것으로서 그 우선권을 주장하며, 여기서는 이를 언급함으로써 인용한다.
전기영동은 전기장에 반응하여 유체 속에서 하전체가 이동하는 것이다. 전기영동 잉크는 쌍안정성(bistable)의 저전력형 디스플레이를 가능하게 하는 매체로서 유용하다. 전기영동 디스플레이는 상부 기판 및 하부 기판 상의 평행전극 사이에 개재된 서로 반대로 하전된 두 가지 다른 색상의 입자(예를 들어, 양전기로 하전된 백색 입자 및 음전기로 하전된 흑색 입자)를 갖는 투명 유체를 사용하여 개발되었다. 화면측에서의 전극이 음전기로 하전된 경우, 양전기로 하전된 백색 입자들은 화면으로 이동하여 디스플레이가 백색으로 나타난다. 화면측에서의 전극이 양전기로 하전된 경우, 음전기로 하전된 흑색 입자들은 화면으로 이동하여 디스플레이는 흑색으로 나타난다. 투명한 상태는 착색 입자들을 투명한 유체를 통해 기판으로 이동시키도록 기판에 실질적으로 평행한 전기장을 인가하도록 전극들이 배열된 "인플레인(in-plane)" 전기영동 디스플레이에 의해 가능해질 수 있다. 이에 따라서 착색입자들이 디스플레이의 표시화면으로부터 수집되어 투명한 상태를 형성할 수 있게 된다. 전기영동은 전자교환을 가능하게 하지만, 전기영동잉크를 사용하는 종래의 응용들은 한정된 이동성 및 유체역학적 불안전성에 의해 방해를 받았다. 면외(out of plane) 전극을 이용하는 전자광학 디스플레이의 양측면상에 투명한 도체층을 사용하면 투명한 도체층내의 흡수에 의해 광학 콘트라스트를 감소시킬 수 있다. 게다가, 투명한 도체로 피복된 기판과 관련하여 비용이 증가된다.
도 1은 전자광학 디스플레이의 유체내의 착색입자들의 대류 흐름의 일 실시형태를 도시하는 도면이다.
도 2(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 2(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 2(c)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 3(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 3(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 3(c)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 평면도를 도시한다.
도 4는 전자광학 디스플레이를 어드레싱하기 위한 선택라인 및 데이터라인을 포함하는 전자광학 디스플레이의 일 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 5는 제 1 전극, 일정 구조의 유전체층, 및 제 2 전극의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 6(a)는 기판, 제 1 전극, 특정구조의 유전체층, 및 제 2 전극의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 6(b)는 기판, 제 1 전극, 일정 구조의 유전체층, 및 제 2 전극의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 7(a)는 기판, 제 1 전극, 일정 구조의 유전체층, 및 제 2 전극의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 7(b)는 기판, 제 1 전극, 일정 구조의 유전체층, 및 제 2 전극의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 8(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 8(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 천이광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 8(c)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 9(a)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 9(b)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 10(a)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 10(b)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 11(a)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 11(b)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 12(a)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 12(b)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 13(a)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다.
도 13(b)는 기판, 제 1 전극, 제 2 전극, 및 일정 구조의 유전체층의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 14(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 14(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 1 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 14(c)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 2 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 14(d)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 3 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 15(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 15(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 1 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 15(c)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 2 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 15(d)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 3 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다.
도 16(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는 신호들의 일 실시형태를 도시한다.
도 16(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는 신호들의 다른 실시형태를 도시한다.
이후의 상세한 설명에 있어서는 상세한 설명의 일부를 구성하며 개시내용이 실시될 수 있는 특정 실시형태의 예시로서 도시된 첨부 도면을 참조한다. 이와 관련하여, "상부", "하부", "전방부", "후방부", "선단", "후단" 등 같은 방향성 용어가 설명하는 도면들의 방향과 관련하여 사용된다. 본 개시내용의 실시형태들의 구성요소들은 많은 서로 다른 방향으로 위치될 수 있기 때문에, 이 방향성 용어는 예시의 목적으로 사용되는 것이지 전혀 제한적인 것은 아니다. 본 개시내용의 범위로부터 이탈함 없이 그 외의 실시형태들도 이용될 수 있으며 구조적 또는 논리적 변화도 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 다음의 상세한 설명은 제한적 의미로 취한 것이 아니며, 본 개시내용의 범위는 첨부하는 특허청구범위에 의해 정해진다.
여기서 사용하는 "그레이스케일(grayscale)"이라는 용어는 흑백화상과 단색성 칼라화상 양자에 적용된다. 그레이스케일은 주어진 디스플레이의 영역내의 단일색의 밀도를 제어함으로써 생성되는 단일색의 여러 가지 다른 색조를 포함하는 화상을 의미한다.
여기서 사용하는 "위(over)"이라는 용어는 어느 특정 방향에 한정되는 것이 아니라 위(above), 아래, 옆에, 인접하여, 및/또는 위(on)를 포함할 수 있다. 게다가 이 "위"라는 용어는 제 1 구성요소가 제 2 구성요소의 "위"에 있는 경우 제 1 구성요소와 제 2 구성요소 사이에 개재되는 구성요소들을 포괄할 수 있다.
여기서 사용하는 "전자광학 디스플레이(electro-optical display)"라는 용어는 전기영동, 전자대류, 전기화학적 상호작용, 및/또는 그 외의 동전기학적(electrokinetic) 현상 중의 하나 이상을 이용하여 가시 화상을 형성하는 정보 디스플레이다. 이 "전자광학 디스플레이"라는 용어는 "동전기학적 디스플레이"라는 용어와 상호 교환 가능하게 사용된다.
실시형태들은 전극들이 동일 기판측면에 규정되어 유전체층에 의해 분리되는 인플레인 전자광학 디스플레이를 제공한다. 전극들은 하전된 착색입자들의 전기화학적 상호작용으로 전자대류를 야기한다. 일 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이는 제 1 전극층의 상단에 일정 구조의 유전체층이 있는 연속적이거나 블랭킷 상태의 제 1 전극층을 포함한다. 유전체층의 상단에는 일정 구조의 제 2 전극층이 형성된다. 제 1 전극 및 제 2 전극의 노출 부분 사이의 유체 연통으로 인하여 하전된 착색입자의 전기영동 운동에 의해 전자대류 흐름이 시작된다. 이에 따라서 일정 패턴을 갖는 저장부 내의 착색입자들이 제 1 전극의 상단상의 유전체층 속에 밀집하게 된다.
다른 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이는 분할된 제 1 전극과 상기 제 1 전극의 분할 부 사이에 개재된 분할된 제 2 전극을 포함한다. 제 1 및 제 2 전극의 상단에는 일정 구조의 유전체층이 형성된다. 제 1 및 제 2 전극의 노출부분 사이의 유체 연통으로 인하여 하전된 착색입자의 전기영동 운동에 의해 전자대류 흐름이 시작된다. 이에 따라서 일정 패턴을 갖는 저장부 내의 착색입자들이 제 1 및 제 2 전극의 상단상의 유전체층 속에 밀집하게 된다.
본 개시내용의 실시형태들은 정해진 패턴에 따라서 대류 흐름을 야기하는 에너지 구배를 갖는 디스플레이 소자를 포괄한다. 대류 흐름은 이런 에너지원에 의해 영향을 받는 착색제종을 움직이도록 제어될 수 있다. 에너지 구배는 기계적인 힘, 온도 구배, 화학포텐셜 구배, 농도 구배, 또는 그 외의 적절한 외란을 포함한 방법에 의해 야기된다. 본 실시형태들은 대류 흐름을 야기하는 수단이 전극, 동전기학적 소자, 가열소자, 미소유체 소자, 마이크로 전기기계적 소자, 또는 화학반응을 포함하는 전자광학 응용에서 명백해질 수 있다. 대류 흐름을 제어하기 위한 수단(예를 들어, 전극의 일부를 노출시키기 위한 일정 패턴의 전극 및/또는 일정 패턴의 유전체층)은 전하이동 같은 에너지 이동을 제공하여 착색제종의 대류 흐름을 제어하고 따라서 착색제종의 속도 및 방향을 제어한다.
후술하는 디스플레이 소자들은 원하는 광학적 외형을 제공하기 위해 착색입자의 면외(out-of-plane) 운동 외에 인플레인 운동도 이용한다. 디스플레이 소자내의 분산매 속의 하전된 착색입자를 움직이기 위해 전자광학 디스플레이에 전자대류, 전기화학적 상호작용, 및 전기영동의 동전기전 원리가 사용된다. 디스플레이 소자는 픽셀, 서브픽셀, 슈퍼픽셀, 분할부 또는 그 외의 적절한 디스플레이 소자가 될 수 있다.
일반적으로 착색제는 수 나노미터 내지 수 미크론 사이의 크기를 가질 수 있으며, 스펙트럼의 특정 부분을 흡수 및/또는 분산시킴으로써 입사광의 분광 조성을 변화시키는 특성을 갖는다. 그 결과, 입자가 색을 띠게 되어 원하는 광학효과를 제공한다. 다른 실시형태에 있어서, 착색제는 단일 흡수성 분자로 구성된 염료가 될 수 있다.
도 1은 전자광학 디스플레이 소자(90)의 유체 속의 착색입자들의 대류의 일 실시형태를 도시하는 도면이다. 디스플레이 소자(90)는 세그먼트, 픽셀, 서브픽셀, 슈퍼픽셀(즉, 한 개 보다 많은 픽셀) 또는 그 외의 적절한 디스플레이 소자다. 디스플레이 소자(90)는 착색 입자들이 소자 디스플레이 볼륨(100)에 들어가는 소스(103)와 착색 입자들이 유입되는 싱크(104)를 포함한다. 디스플레이 소자(90)가 동작하는 동안, 소스 및 싱크의 역할은 반전될 수 있다. 다시 말해서, 소스가 싱크가 되고 싱크가 소스가 될 수 있다. 흐름선(101)은 분산매의 대류이동으로 설명되는 것같이 착색 입자들이 소스(103)로부터 싱크(104)로 이동하는 것을 도시한다.
디스플레이 소자(90)의 대류흐름은 다양한 방식으로 발생될 수 있다. 대류는 액체 및 기체를 포함한 유체 내에서의 분자들의 거시적인 움직임이다. 대류는 유체의 서로 다른 부분들이 서로에 대하여 상대 운동하여 대류 흐름을 생성시키는 유체 내부의 균형 잡히지 않은 체적력(volumetric force)에 의해 발생된다. 유체의 서로 다른 부분들이 예를 들어 국부적인 가열에 의해 서로 다른 밀도를 갖는 경우 대류는 중력 하에서 일어날 수 있다. 또한 국부적인 화학반응, 국부적인 가열 또는 그 외의 적절한 외란에 의해 유체 내부에 압력이나 농도 구배가 생긴 경우에도 대류가 일어날 수 있다. 또한 외부의 전기장(AC 또는 DC) 및 유체 속으로의 전하주입에 의해 유체 속에서 이온이 흐르는 경우에도 대류가 일어날 수 있다. 이 때 이동하는 이온은 점성저항 및 배제체적효과(excluded volume effect)를 통해 압력 구배를 형성한다. 이런 대류를 전형적으로 전자대류(electro-convection)라고 부른다.
도 2(a)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 투명한 광학적 상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 전자광학 디스플레이 소자(200)는 제 1 기판(202), 제 1 전극(204), 오목부위(207)를 포함한 유전체층(206), 제 2 전극(208), 착색 입자(210), 디스플레이 볼륨(212), 및 제 2 기판(214)을 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(204)은 기판(202)상에 형성된 연속적이거나 블랭킷(blanket)상태 또는 고체판 전극이다. 유전체층은 제 1 전극(204) 상에 형성되며 유전체층(206)을 제공하도록 하는 구조를 갖는다. 유전체층(206)은 하전된 착색 입자들이 밀집하게 되게 하는 오목부위(207)들을 갖는 구조를 갖는다. 일 실시형태에 있어서, 제 2 전극(208)은 분할 전극이다.
전자광학 디스플레이 요소(200)는 도 1의 개념적 "싱크"로서 제 1 전극(204)과 도 1의 개념적 "소스"로서 제 2 전극(208)을 포함한다. 제 1 전극(204) 및 제 2 전극(208) 중의 하나 또는 둘은 투명하거나 불투명할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, "싱크" 전극(204)은 일 실시형태에서 투명한 도체재료로 된 연속막으로 피복된 기판 상에 형성된다. 투명한 도체재료는 탄소나노튜브층, ITO(인듐주석산화물) 같은 투명한 도전성 산화물, 또는 PEDOT(폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜) 같은 투명한 도전성 폴리머를 포함할 수 있다. 다른 실시형태들은 디스플레이 소자(200)에 적합한 전도성 및 투명성을 제공하는 그 외의 재료들을 사용할 수 있다. 다른 실시형태에 있어서, 기판(202)은 반사성 재료로 피복되거나 반사성 재료로 구성될 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 기판(202)은 불투명한 재료일 수 있다. 또 다른 실시형태에 있어서, 기판(202) 상에는 광산란기가 형성될 수 있다.
제 1 전극(204) 상에는 투명한 전기절연재(즉, 유전재)의 층이 침착되어 있다. 유전체층은 제 1 전극(204) 상의 유전체층(206)에 오목부위(207)를 형성하는 패턴으로 형성되어 있다. 오목부위들은 많은 다양한 공정으로 만들어질 수 있다. 이들 공정으로는 마스터나 스탬프에 의한 엠보싱이나 임프린팅, 포토리소그래피, 또는 유전체층의 에칭이 포함된다. 오목부위들은 어떠한 적절한 크기 및/또는 형상도 가질 수 있다.
다른 실시형태에 있어서, 전극들은 오직 유전체층(206)의 오목부위 내에 한정된다. 이런 실시형태에 있어서, 유전체층(206)은 먼저 절연기판의 상단에 침착되어 패터닝된 후, 예를 들어 무전해도금(electroless deposition)이나 그 외의 적절한 방법에 의해 오목부위 내부에 전극들이 형성된다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 전극층(204)은 먼저 일군의 전극들로 패터닝된 후, 유전체층(206)이 침착되고 오목부위(207)들이 전극들의 상단에 직접 형성된다. 후자의 작업에 대한 정렬은 예를 들어 포토리소그래피에 의해 이루어질 수 있다.
"소스" 전극(208)은 유전체층(206) 상에 형성된다. 전극(208)은 포토레지스트 또는 엠보싱수지 같은 재료의 엠보싱, 임프린팅, 몰딩 또는 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다. 디스플레이 소자(200)는 제 2 기판(214)의 형성에 의해 완성되는데, 제 2 기판은 제 2 전극(208)으로부터 일정 거리로 이격되어 형성되므로 분산매를 담고 있는 디스플레이 볼륨(212)을 형성한다. 기판(214)은 기둥, 벽 및/또는 스페이서 비드를 포함할 수 있는 기계적 정지부들의 망(도시하지 않음)에 의해 일정 거리에 고정된다. 기계적 정지부들은 포토레지스트나 엠보싱수지의 엠보싱, 임프린팅, 몰딩 또는 포토리소그래피에 의해 형성될 수 있다.
전자광학 디스플레이(200)의 분산매 외에 이후에 설명하는 실시형태들도 극성유체(예를 들어, 물) 또는 비극성 유체(예를 들어, 도데칸)를 포함할 수 있다. 게다가 액정 같은 이방성 유체가 사용될 수 있다. 이 유체는 염, 충전제, 안정제 및 분산제 같은 계면활성제를 포함할 수 있다. 일 실시형태에 있어서, 표면활성제는 이온질량 수송에 의해 전류를 유지할 수 있는 전해액인 유체를 제공한다.
분산매 속의 착색 입자(210)는 전자대류 디스플레이의 경우에 하전재료로 구성된다. 착색입자 재료는 안정한 전하를 영구적으로 보유할 수 있어야 하므로 소자의 반복된 작동이 착색입자상의 전하에 영향을 주지 않는다. 그러나 안정된 전하를 보유할 수 있는 한정된 능력을 갖는 착색입자 재료는 자체 전하를 유지하고 있는 동안 다양한 실시형태에 따라서 사용될 수 있다.
동작 중에, 양전기를 하전된 착색입자(210)는 전기영동방식으로 그리고 대류방식으로 제 2 전극(208)으로 이동하여, 투명한 광학상태가 되도록 제 1 전극(204)과는 상대적으로 제 2 전극(208)에 인가된 음의 바이어스(negative bias) 또는 전압신호에 의해 제 2 전압으로 유지된다. 그 결과 도 2(a)에 도시한 바와 같은 개구부가 생긴다.
일 실시형태에 있어서, 분산매 속에서의 이온질량 수송 및 분산매와 전극 사이에서의 전하 수송에 의해 대류 흐름이 야기된다. 분산매가 전극과 직접 접촉하여 전극과 결합되거나 또는 1종 이상의 재료를 포함한 중간층에 의해 전극으로부터 분리되는 경우 전하이동이 일어날 수 있다. 후자의 경우, 중간층의 내부전기전도성, 즉 체적에 의하거나 비아핀홀(via pinhole) 및 그 외의 결함에 의해 전하 이동이 용이해진다.
다른 실시형태에 있어서, 대류 흐름은 분산매와 전극 사이의 전하 이동 없이 분산매 속의 이온질량 수송에 의해 일어나는 일시적인 효과이다. 이 경우, 대류 흐름은 한정된 시간동안 진행되어 제 2 전극(208) 상의 착색입자의 밀집화를 용이하게 한다. 그 후 착색입자들은 전극과의 결합에 의해 발생되는 정전기력에 의해 제 2 전극(208)에 고정된다.
디스플레이 소자 내에서의 대류는 또한 다른 수단에 의해서도 야기될 수 있다. 예를 들어, 대류흐름은 동전기학적 수단, 기계적 수단(예를 들어, 기계적 피스톤), 온도 구배(예를 들어, 소스 및 싱크의 가열, 집속방사), 화학포텐셜 구배 외에도 다른 수단에 의해 야기될 수 있다.
도 2(b)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 디스플레이 소자를 투명한 광학상태로부터 어두운 광학상태로 전환하기 위해서는 바이어스가 인가되지 않거나 또는 제 2 전극(208)과 상대적으로 제 1 전극(204)에 간단한 반전 또는 펄스 바이어스 또는 전압신호가 인가된다. 이에 따라서 대류 흐름이 야기되며 착색 입자들은 더 이상 전기적으로 제 2 전극(208)에 고정되지 않는다. 그 결과, 착색 입자(210)들은 대량으로 디스플레이 볼륨(212)으로 수송된 후 디스플레이 볼륨(212) 전체적으로 비교적 균일하게 분산된다. 디스플레이 소자(200)의 어두운 광학상태에 있어서, 착색입자(210)들은 소자의 디스플레이 볼륨(212) 전역에 걸쳐 비교적 균일하고 분포되어 입사광을 흡수하고 어두운 광학적 외형을 만든다.
도 2(c)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 디스플레이 소자(200)를 다른 투명한 광학상태로 전환하기 위해서는 제 1 전극(204)과 상대적으로 제 2 전극(208)에 역극성의 바이어스 또는 전압이 인가된다. 그 결과 유전체층(206)의 오목부위(207)에 착색입자(210)들을 밀집하게 함으로써 디스플레이 소자(200)의 주개구부가 투명하게 된다. 따라서, 전자광학 디스플레이(200)는 두 가지 다른 투명한 상태 및 어두운 상태를 얻을 수 있다.
유전체층(206)의 오목부(207)의 깊이는 다음에 의해 정해질 수 있다:
식 1
Figure pct00001
여기서, L은 체적으로 나타낸 착색입자 부하, Lm은 체적으로 나타낸 최대 밀집 착색입자 부하, d는 메인 소자 디스플레이 볼륨의 두께, P는 1-A0/A로 정의되는 유전체층상의 구경비(aperture ratio)다.
양(quantity) A는 소자 디스플레이 볼륨의 면적인 반면 A0은 오목부 면적이다. 제 1 전극의 한정된 오목부위의 총 면적은 디스플레이 소자의 면적보다 충분히 작아서 수집되거나 투명한 입자상태와 분산된 입자상태 또는 그레이스케일 상태 사이에 광학콘트라스트를 제공한다.
일 실시형태에 있어서, 제 1 전극의 한정된 오목부위의 총면적은 투명한 상태와 어둡거나 그레이스케일 상태 사이의 광학콘트라스트를 최대화하기 위해 디스플레이 소자의 영역의 1% 내지 10%이다. 그러나 본 실시형태들은 어떠한 소정의 구경비에도 한정되지 않는다. 예를 들어, 다른 실시형태는 디스플레이 소자의 면적의 10% 내지 20% 사이인 오목부위의 총면적을 가질 수도 있다. 또 다른 실시형태는 디스플레이 소자의 면적의 20% 내지 50% 사이인 오목부위의 총면적을 가질 수도 있다. 다른 실시형태들은 낮은 광학콘트라스트가 필요한 실시형태들에 대한 디스플레이 요소의 면적의 50%보다 큰 오목부위의 총면적을 가질 수도 있다.
추가의 실시형태에 있어서, 디스플레이 소자(200)의 그레이스케일은 구경비, 전기적으로 활성인 오목부위의 밀도, 또는 전기적으로 활성인 오목부위의 깊이 중의 하나에 의해 조절될 수 있다. 이런 접근방법들은 오목부위의 크기, 오목부위 사이의 간격, 및 오목부위의 깊이의 변화를 통해 착색입자들이 디스플레이 볼륨 전반에 걸쳐 얼마나 분산되어 오목부위에 수집되는가를 기하학적으로 제어할 수 있게 한다. 일 실시형태에 있어서, 구경비(P)와 오목부 깊이는 투명한 광학상태와 어둡거나 그레이스케일 광학상태 사이의 광학콘트라스트를 최대화하도록 조정될 수 있다.
본 실시형태들은 이후로 오목부위에 대한 도트구조 또는 전극중의 적어도 하나상의 유전체를 선택적으로 패터닝하는 다른 방법을 참조한다. 본 실시형태의 목적상 도트는 디스플레이 소자의 광학콘트라스트 및 그 외의 특성에 대한 필요조건을 만족시키는 한 어떤 형상 및/또는 사이드도 될 수 있다.
도 3(a)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 일 실시형태에 있어서, 오목부위(207)는 제 1 전극(204)의 도트형상 부위를 노출시키고, 제 2 전극(208)은 육방격자패턴의 구조를 갖는다. 제 2 전극의 격자패턴의 각 육각형은 제 1 전극(204)의 도트형상 부위를 둘러싸고 유전체층(206)에 의해 제 1 전극(204)으로부터 분리되어 있다. 도 2(a)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 바와 같은 투명한 광학상태에서, 착색입자(210)들은 도 3(a)에 도시한 바와 같이 제 2 전극상에 밀집되어 있다.
도 3(b)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 도 2(b)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 바와 같은 어두운 광학상태에서, 착색입자(210)들은 대량으로 디스플레이 볼륨으로 수송된 후에 도 3(b)에 도시한 바와 같이 디스플레이 볼륨 전체적으로 비교적 균일하게 분산된다.
도 3(c)는 전자광학 디스플레이 소자(200)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 도 2(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 바와 같이 투명한 광학상태에서는 착색입자(210)들이 도 3(c)에 도시한 바와 같이 제 1 전극상의 오목부위에 밀집하게 된다.
전자광학 디스플레이 소자(200)는 또한 예를 들어 수동매트릭스 어드레싱(passive matrix addressing), 활성매트릭스 어드레싱(active matrix addressing) 또는 직접구동 어드레싱(direct drive addressing) 같은 많은 여러 가지 어드레싱 방식을 통해 구동되도록 구성될 수 있다.
도 4는 전자광학 디스플레이를 어드레싱하기 위한 선택라인(208a-208d) 및 데이터라인(204a-204d)을 포함한 전자광학 디스플레이(220)의 일 실시형태의 평면도를 도시한다. 도 4에 도시한 전자광학 디스플레이(220)는 가시화상을 형성하기 위해 수동 어드레싱을 사용하는 디스플레이의 일 예다. 수동 어드레싱 중에 선택된 열의 디스플레이 소자(220)들은 선택라인(208a-208d)과 데이터라인(204a-204d) 사이의 전위차에 의해 결정된 광학상태가 기입된다.
일 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이(220)는 도 2(a)-도 3(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 전자광학 디스플레이(200)와 유사하지만, 전자광학 디스플레이(220)에서는 제 1 전극(204) 및 제 2 전극(208)이 데이터라인(204a-204d) 및 선택라인(208a-208d)을 제공하는 구조를 갖는다는 점이 다르다.
유전재료층(206)은 데이터라인(204a-204d)과 선택라인(208a-208d) 사이에 있다. 일 실시형태에 있어서, 데이터라인(204a-204d)은 선택라인(208a-208d)에 대하여 수직이다. 각 데이터라인(204a-204d)과 각 선택라인(208a-208d)의 교차부는 전자광학 디스플레이(220)의 한 구간을 규정한다. 데이터라인(204a-204d) 및 선택라인(208a-208d)의 각각에는 바이어스 또는 전압신호가 개별적으로 인가되어 전자광학 디스플레이(220)의 각 구간을 개별적으로 제어한다.
다른 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이(200)는 가시화상을 형성하도록 활성 어드레싱을 이용할 수도 있다. 디스플레이 소자(200)는 제 1 또는 제 2 전극 중의 하나를 광학상태를 제어하는 트랜지스터나 그 외의 스위칭장치와 연결함과 함께 다른 전극은 기준바이어스 상태에 연결되어 있도록 함으로써 활발하게 어드레싱될 수도 있다.
디스플레이의 다른 예로는 직접 어드레싱된 것을 포함할 수 있다. 직접 어드레싱에 있어서, 각 디스플레이 소자(200)는 그 자신의 데이터라인에 의해 개별적으로 구동되는 분할부이다. 분할된 디스플레이 소자는 임의의 형상을 가질 수 있으며 반복배열로 조직되지 않을 수 있다.
도 5는 제 1 전극(204), 일정 구조를 갖는 유전체층(206) 및 제 2 전극(208)의 다른 실시형태의 평면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 2 전극(208)의 격자패턴의 각 육각형내의 제 1 전극(204)을 노출시키도록 일정 구조의 유전체층(206)에는 3개의 도트형상 오목부위가 형성된다. 다른 실시형태에 있어서는 제 2 전극(208)의 격자패턴의 각 육각형 내의 일정 구조 유전체층(206)에 다른 적절한 개수의 도트 형상 오목부위가 형성된다. 다른 실시형태에 있어서, 제 2 전극(208)의 격자패턴은 육각형 이외의 다른 적절한 형상에 근거하며, 도트형상 오목부위는 다른 적절한 형상으로 대체된다.
다음의 도 6(a) - 도 7(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 유전체층(206) 및 제 2 전극(208)의 구조에 대한 다른 실시형태들을 도시한다. 이들 실시형태들이 도시되고 설명되지만, 제 1 전극(204), 유전체층(206) 및 제 2 전극(208)에 대한 다른 적절한 구조도 사용될 수 있다.
도 6(a)는 기판(202), 제 1 전극(204), 일정 구조의 유전체층(206) 및 제 2 전극(208)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 6(b)는 단면도를 도시한다. 이 실시형태에 있어서, 유전체층(206)은 제 1 전극(204)의 라인을 노출시키는 도랑형 오목부위(207)를 포함하도록 하는 구조를 갖는다. 게다가, 제 2 전극은 또한 분할된 제 2 전극(208)의 라인을 형성하도록 하는 구조를 갖는다. 분할된 제 2 전극(208)의 라인들은 노출된 제 1 전극(204)의 라인에 평행하다.
도 7(a)는 기판(202), 제 1 전극, 일정 구조의 유전체층(206) 및 제 2 전극(208)의 다른 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 유전체층(206)은 제 1 전극(204)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(207)를 포함하는 구조를 갖는다. 게다가, 제 2 전극은 격자패턴의 각 사각형이 도트형 오목부위(207)를 둘러싸는 사각형 격자의 패터닝된 전극을 형성하도록 하는 구조를 갖는다.
도 8(a)는 전자광학 디스플레이 소자(300)의 어두운 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 전자광학 디스플레이 소자(300)는 제 1 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306), 오목부위(305, 307)를 포함하는 유전체층(308), 착색입자(310), 디스플레이 볼륨(312), 및 제 2 기판(314)을 포함한다.
본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(304)은 기판(302)상에 형성된 분할된 전극이고, 제 2 전극은 기판(302)상에 형성된 분할된 전극이다. 제 1 전극(304)의 분할부들은 제 2 전극(306)의 분할부들 사이에 개재된다. 다른 실시형태에 있어서, 제 1 전극(304) 및/또는 제 2 전극(306)의 각 분할부는 제 1 전극(304) 및/또는 제 2 전극(306)의 두 개 이상의 분할부가 서로 인접하도록 다수의 분할부로 분할될 수 있다. 기판(302), 제 1 전극(304) 및 제 2 전극(306)상에는 유전체층이 형성되며, 이 유전체층은 유전체층(308)을 제공하도록 하는 구조를 갖는다. 유전체층(308)은 하전된 착색입자(310)들이 제 1 전극(304)상에 밀집하도록 하는 오목부위(305) 및 하전된 착색입자(310)들이 제 2 전극(306)상에 밀집하도록 하는 오목부위(307)를 갖는 구조를 갖는다.
동작 중에 디스플레이 소자를 어두운 광학상태로 전환시키기 위해서는 바이어스는 인가되지 않고 간단한 펄스바이어스 또는 전압신호가 제 2 전극(306)과는 상대적으로 제 1 전극(304)에 인가된다. 이에 따라서 대류흐름이 야기되며, 착색입자들은 제 1 전극(304) 또는 제 2 전극(306)에 전기적으로 고정되지 않는다. 그 결과, 착색입자(310)들은 대량으로 디스플레이 볼륨(312)쪽으로 수송된 후, 디스플레이 볼륨(312) 전체적으로 비교적 균일하게 분산된다. 디스플레이 소자(300)의 어두운 광학상태에서, 착색입자(310)들은 소자의 디스플레이 볼륨(312)의 전역에 걸쳐서 비교적 균일하게 분포되어 입사광을 흡수하고 어두운 광학 외형을 만든다.
도 8(b)는 전자광학 디스플레이 소자(300)의 천이광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 디스플레이 소자(300)를 양전기로 착색입자(310)들이 하전되어 투명한 광학상태로 전환시키기 위해서는, 제 1 전극(304)과는 상대적으로 제 2 전극(306)에 음의 바이어스 또는 전압신호가 인가된다. 이에 따라서 도 8(b)에 도시한 바와 같이 디스플레이 소자(300)의 주개구부(main aperture)의 투명화가 시작된다. 본 실시형태에 있어서, 이 천이광학상태는 전자광학 디스플레이 소자(300)에 대한 그레이스케일 광학상태를 제공하기 위해 펄스신호를 사용하여 유지될 수 있다.
도 8(c)는 전자광학 디스플레이 소자(300)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 디스플레이 소자(300)를 투명한 광학상태로 전환시키기 위해서는, 제 1 전극(304)과는 상대적으로 제 2 전극(306)에 음의 바이어스 또는 전압신호가 유지된다. 그 결과 착색 입자(310)들이 유전체층(308)의 오목부위(307)에 밀집함으로써 디스플레이 소자(300)의 주개구부가 투명해진다. 투명한 광학상태에서는 양전기로 하전된 착색입자(310)들이 전기영동방식 및 대류방식으로 제 2 전극(306)으로 이동하여 거기서 제 2 전극(306)상의 음의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정된다.
다른 실시형태에서는 음전기로 착색입자(310)들을 하전시키기 위해 착색입자(310)들을 유전체층(308)의 오목부위(305)에 밀집시킴으로써 디스플레이 소자(300)의 주개구부가 투명하게 된다. 투명한 광학상태에서, 음전기로 하전된 착색입자들은 전기영동방식 및 대류방식으로 제 1 전극(304)으로 이동하여 거기서 제 1 전극(304)상의 양의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정된다.
다음의 도 9(a) - 도 13(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 제 1 전극(304), 제 2 전극(306), 및 유전체층(308)의 구조에 대한 다른 실시형태를 도시한다. 이들 실시형태들이 도시되고 설명되지만, 제 1 전극(304), 제 2 전극(306) 및 유전체층(308)에 대한 그 외의 적절한 구조도 사용될 수 있다.
도 9(a)는 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306) 및 특정구조의 유전체층(308)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 9(b)는 단면도를 도시한다. 제 1 전극(304)은 제 2 전극(306)의 전도성재료의 분할된 라인 사이에 개재된 전도성재료의 분할된 라인들을 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 유전체층(308)은 분할된 제 1 전극(304)의 라인들을 노출시키는 도랑형 오목부위(305) 및 분할된 제 2 전극(306)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(307)를 포함하도록 하는 구조를 갖는다.
도 10(a)는 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306), 및 일정 구조의 유전체층(308)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 10(b)는 단면도를 도시한다. 제 1 전극(304)은 제 2 전극(306)의 전도성 재료의 분할된 라인들 사이에 개재된 전도성 재료의 분할된 라인들을 포함한다. 제 1 전극의 각 분할된 라인의 폭은 제 2 전극(306)의 각 분할된 라인의 폭과 실질적으로 동일하다. 본 실시형태에 있어서, 유전체층(308)은 분할된 제 1 전극(304)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(305) 및 분할된 제 2 전극(306)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(307)를 포함하는 구조를 갖는다. 도트형 오목부위(305)는 도트형 오목부위(307)와 어긋나있을 수 있다.
도 11(a)는 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306) 및 일정 구조의 유전체층(308)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 11(b)는 단면도를 도시한다. 제 1 전극(304)은 제 2 전극의 전도성재료의 분할된 라인들 사이에 개재된 전도성 재료의 분할된 라인을 포함한다. 본 실시형태에 있어서, 유전체층(308)은 분할된 제 1 전극(304)의 I형 부위를 노출시키는 I형 오목부위(305) 및 분할된 제 2 전극(306)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(307)를 포함하는 구조를 갖는다. 도트형 오목부위(307)들은 I형 오목부위(305) 사이에 실질적으로 중심을 두고 있다. 다른 실시형태에서는 도트형 오목부위가 하나보다 많은 도트로 만들어질 수 있다.
도 12(a)는 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306) 및 일정 구조의 유전체층(308)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 12(b)는 단면도를 도시한다. 제 1 전극(304)은 제 2 전극(306)의 도전성 재료의 분할된 라인들 사이에 개재된 전도성 재료의 분할된 라인들을 포함한다. 제 1 전극(304)의 각 분할된 라인의 폭은 제 2 전극의 각 분할된 라인의 폭보다 작다. 본 실시형태에 있어서, 유전체층(308)은 분할된 제 1 전극(304)의 라인들을 노출시키는 도랑형 오목부위(305) 및 분할된 제 2 전극(306)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(307)를 포함하는 구조를 갖는다. 본 실시형태에서는 제 2 전극(306)의 각 라인 분할부 전역에 걸쳐서 3개의 도트형 오목부위(307)가 이격되어 있다.
도 13(a)는 기판(302), 제 1 전극(304), 제 2 전극(306) 및 일정 구조의 유전체층(308)의 다른 실시형태의 평면도를 도시하고 도 13(b)는 단면도를 도시한다. 제 1 전극(304)은 제 2 전극(306)의 전도성 재료의 분할된 라인들 사이에 개재된 전도성 재료의 분할된 라인들을 포함한다. 제 1 전극(304)의 각 분할된 라인의 폭은 제 2 전극(306)의 각 분할된 라인의 폭보다 작다.
본 실시형태에 있어서, 유전체층(308)은 분할된 제 1 전극(304)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(305a) 및 분할된 제 1 전극(304)의 라인들을 노출시키는 도랑형 오목부위(305b)를 포함하는 구조를 갖는다. 도트형 오목부위(305a)들은 도랑형 오목부위(305b) 사이에 개재된다. 유전체층(308)은 또한 분할된 제 2 전극(306)의 도트들을 노출시키는 도트형 오목부위(307a) 및 분할된 제 2 전극(306)의 X형 부위를 노출시키는 X형 오목부위(307b)를 포함하는 구조를 갖는다. 도트형 오목부위(307a)들은 X형 오목부위(307b) 사이에 개재된다. 도트형 오목부위(307a)는 도랑형 오목부위(305b)들 사이에 실질적으로 중심을 두고 있으며, 도트형 오목부위(305a)는 X형 오목부위(307b)들 사이에 실질적으로 중심을 두고 있다.
앞에서 유전체층 상의 오목부위의 다양한 형상들을 도시하고 설명하였지만, 유전체층상의 오목부위의 형상은 전극상의 0차원, 1차원 또는 2차원적 형상의 임의의 적절한 조합을 포함할 수 있다. 이 형상들은 전극들 사이에서 하전된 착색입자들의 이동을 최적화하여 착색입자들의 최적 밀집화 및 분산화를 제공한다. 따라서, 본 개시내용은 여기서 설명하는 특정 실시형태들에 한정되지 않는다.
도 14(a)는 전자광학 디스플레이 소자(400)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 전자광학 디스플레이 소자(400)는 제 1 기판(402), 제 1 전극(404), 제 2 전극(406), 오목부위(405, 407)를 포함하는 유전체층(408), 하전된 착색입자(410a, 410b), 디스플레이 볼륨(412), 제 3 전극(416) 및 제 2 기판(414)을 포함한다.
이중착색잉크 내의 하전된 착색입자(410a, 410b)들은 서로 반대로 하전되어 각각 시안 및 마젠타 같은 다른 색을 제공한다. 이중착색잉크내의 착색제는 시안, 마젠타, 옐로우, 블랙, 레드, 그린, 블루 및 화이트 같은 주요한 감색성 또는 가색성 착색제의 어떤 조합도 될 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(404)은 기판(402)상에 형성된 분할된 전극이며, 제 2 전극(406)은 도 8(a)-도 8(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 전자광학 디스플레이 소자(300)와 유사한 기판(402)에 형성된 분할된 전극이다. 유전체층은 기판(402), 제 1 전극(404) 및 제 2 전극(406)상에 형성되며 유전체층(408)을 제공하는 구조를 갖는다. 유전체층(408)은 하전된 착색입자(410a)들이 제 1 전극(404)상에 밀집하도록 하는 오목부위(405) 및 하전된 착색입자(410b)들이 제 2 전극(406)상에 밀집하도록 하는 오목부위(407)를 갖는 구조를 갖는다.
제 3 전극(416)은 제 2 기판(416)상에 형성되며, 디스플레이 볼륨(412)에 의해 제 1 전극(404) 및 제 2 전극(408)으로부터 이격되어 있다. 제 3 전극(416)은 탄소나노튜브층 같은 투명한 전도성재료, ITO(인듐주석산화물) 같은 투명한 전도성 산화물, 또는 PEDOT(폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜) 같은 투명한 전도성 폴리머를 포함한다. 제 3 전극(416)은 이중착색잉크를 갖는 그레이스케일 광학상태를 가능하게 하도록 제 1 전극(404) 및 제 2 전극(406)과 함께 사용된다. 다른 실시형태에 있어서, 제 3 전극(416)은 분할된 전극이다.
디스플레이 소자(400)를 투명한 광학상태로 전환시키기 위해, 제 1 전극(404)에 양의 바이어스 또는 전압신호가 인가되고, 제 2 전극(406)에 음의 바이어스 또는 전압신호가 인가되며, 제 3 전극(416)에는 기준 바이어스 또는 접지신호가 인가된다. 그 결과 음전기로 하전된 착색입자(410a)들을 유전체층(408)의 오목부위(405)에 밀집시키고 양으로 하전된 착색입자(410b)들을 유전체층(408)의 오목부위(407)에 밀집시킴으로써 디스플레이 소자(400)의 주개구부가 투명해진다. 투명한 광학상태에서, 음전기로 하전된 착색입자(410a)들은 전기영동방식 및 대류방식으로 제 1 전극(404)으로 이동하여 거기서 제 1 전극(404)상의 양의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정되며, 양전기로 하전된 착색입자(410b)들은 전기영동방식 및 대류방식으로 제 2 전극(406)으로 이동하여 거기서 제 2 전극(406)상의 음의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정된다.
이중착색잉크에서는 일단 각 착색제가 각각의 제 1 및 제 2 전극에 밀집하게 되면, 하나 또는 두 개의 착색제가 적절한 바이어스로 전극에 고정될 수 있다. 유전체층내의 오목한 도트를 이용하여 한 극성의 착색입자들을 고정하는 동안, 다른 전극을 조절하여 다른 극성의 착색입자에 대한 그레이스케일 광학상태를 생성할 수 있다. 제 1 전극과 제 3 전극 사이의 펄스폭 및/또는 진폭변조로 한 극성의 착색입자들을 제어하는 한편 제 2 전극과 제 3 전극 사이의 펄스폭 및/또는 진폭변조로 다른 극성의 착색입자들을 제어한다.
도 14(b)는 전자광학 디스플레이 소자(400)의 제 1 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에서 제 1 전극(404)과 제 3 전극(416) 사이의 전압은 착색입자(410a)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 1 전극(404)을 0 또는 약간 음의 전압과 양의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 제 2 전극(406) 상의 음의 바이어스 또는 전압신호는 유전체층(408)의 오목부위(407)에 밀집한 양전기로 하전된 착색입자(410b)들을 고정시킨다.
도 14(c)는 전자광학 디스플레이 소자(400)의 제 2 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 2 전극(406)과 제 3 전극(416) 사이의 전압은 착색입자(410b)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 2 전극(404)을 0 또는 약간 양의 전압과 음의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 제 1 전극(404)상의 양의 바이어스 또는 전압신호는 유전체층(408)의 오목부위(405)에 밀집한 음으로 하전된 착색입자(410a)들을 고정한다.
도 14(d)는 전자광학 디스플레이 소자(400)의 제 3 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(404)과 제 3 전극(416) 사이의 전압은 착색입자(410a)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 1 전극(404)을 0볼트와 양의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 게다가, 제 2 전극(406)과 제 3 전극(416) 사이의 전압은 착색입자(410b)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 2 전극(406)을 0볼트와 음의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 착색입자(410a, 410b)는 혼합되어 착색제(410a)의 색 및 착색입자(410b)의 색과는 다른 제 3의 색을 생성할 수 있다.
도 15(a)는 전자광학 디스플레이 소자(500)의 투명한 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 전자광학 디스플레이 소자(500)는 제 1 기판(502), 제 1 전극(504), 오목부위(507)를 포함한 유전체층(506), 제 2 전극(508), 하전된 착색입자(510a, 510b), 디스플레이 볼륨(512), 제 3 전극(516) 및 제 2 기판(514)을 포함한다.
이중착색잉크 속의 하전된 착색입자(510a, 510b)들은 서로 반대로 하전되어 각각 시안 및 마젠타 같은 다른 색을 제공한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(504)은 기판(502)상에 형성된 연속적이거나 블랭킷 상태 또는 고체판 전극이며, 제 2 전극(508)은 도 2(a)-도 2(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 전자광학 디스플레이 소자(200)와 유사한 유전체층(506)에 형성된 분할되거나 격자패턴의 전극이다. 유전체층은 제 1 전극(504)상에 형성되며, 유전체층(506)을 제공하도록 하는 구조를 갖는다. 유전체층(506)은 하전된 착색입자(510b)들이 제 1 전극(504)에 밀집하게 하는 오목부위(507)를 갖는 구조를 갖는다. 하전된 착색입자(510a)들은 제 2 전극(508)상에 밀집할 수 있게 된다.
제 3 전극(516)은 제 2 전극(516)상에 형성되며, 디스플레이 볼륨(512)에 의해 제 1 전극(504) 및 제 2 전극(508)으로부터 분리된다. 제 3 전극(516)은 탄소나노튜브층, ITO(인듐주석산화물) 같은 투명한 전도성 산화물, 또는 PEDOT(폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜) 같은 투명한 전도성 폴리머를 포함한다. 제 3 전극(516)은 제 1 전극(504) 및 제 2 전극(506)과 함께 사용되어 이중착색잉크를 갖는 그레이스케일 광학상태를 가능하게 한다. 다른 실시형태에 있어서, 제 3 전극(516)은 분할된 전극이다.
디스플레이 소자(500)를 투명한 광학상태로 전환하기 위해서, 제 1 전극(504)에는 음의 바이어스 또는 전압신호가 인가되고, 제 2 전극(506)에는 양의 바이어스 또는 전압신호가 인가되며, 제 3 전극(516)에는 기준 바이어스 또는 접지신호가 인가된다. 그 결과 음전기로 하전된 착색입자(510a)들을 제 2 전극(508)상에 밀집시키고 양전기로 하전된 착색입자(510b)들을 유전체층(506)의 오목부위(507)에 밀집시킴으로써 디스플레이 소자(500)의 주개구부가 투명하게 된다. 이 투명한 광학상태에서, 음전기로 하전된 착색입자(510a)들은 전기영동방식 및 대류방식으로 제 2 전극(508)으로 이동하고 거기서 제 2 전극(508)상의 양의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정되며, 양전기로 하전된 착색입자(510b)들은 전기영동방식 및 대류방식으로 제 1 전극(504)으로 이동되어 거기서 제 1 전극(504)상의 음의 바이어스 또는 전압신호에 의해 고정된다.
도 15(b)는 전자광학 디스플레이 소자(508)의 제 1 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 2 전극(508)과 제 3 전극(516) 사이의 전압은 착색입자를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 2 전극(508)을 0 또는 약간 음의 전압과 양의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 제 1 전극(504)상의 음의 바이어스 또는 전압신호는 유전체층(506)의 오목부위(507)에 밀집된 양으로 하전된 착색입자(510b)를 고정시킨다.
도 15(c)는 전자광학 디스플레이 소자(500)의 제 2 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 1 전극(504)과 제 3 전극(516) 사이의 전압은 착색입자(510b)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 1 전극(504)을 0 또는 약간 양의 전압과 음의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 제 2 전극(508)상의 양의 바이어스 또는 전압신호는 제 2 전극(508)에 밀집된 음으로 하전된 착색입자(510a)를 고정한다.
도 15(d)는 전자광학 디스플레이 소자(500)의 제 3 그레이스케일 광학상태의 일 실시형태의 단면도를 도시한다. 본 실시형태에 있어서, 제 2 전극(508)과 제 3 전극(516) 사이의 전압은 착색입자(510a)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 2 전극(508)을 0볼트와 양의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 게다가, 제 1 전극(504)과 제 3 전극(516) 사이의 전압은 착생입자(510b)를 사용하여 그레이스케일 광학상태를 생성하기 위해 제 1 전극(504)을 0볼트와 음의 전압 사이에서 펄싱함으로써 조절된다. 착색입자(510a, 510b)들은 혼합되어 착색입자(510a)의 색 및 착색입자(510b)의 색과는 다른 제 3의 색을 생성할 수 있다.
도 14 및 도 15는 이중착색잉크 속의 각 착색제를 독립적으로 제어하기 위한 제 3 전극을 포함하는 실시예들을 도시하지만, 단일 착색잉크도 기준 바이어스 조건에서 제 3 전극과는 상대적으로 제 1 또는 제 2 전극에 인가된 전압에 의해 유사한 방식으로 동작할 수 있다.
도 16(a)는 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하기 위한 신호의 일 실시형태를 도시한다. 신호(600, 602)는 도 2(a)-도 2(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(200), 도 8(a)-도 8(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(300), 도 14(a)-도 14(d)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(400), 도 15(a)-도 15(d)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(500) 또는 그 외의 적합한 디스플레이 소자 같은 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는데 사용될 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는데 진폭변조가 사용된다. 신호(600)는 제 1 진폭(V1) 및 제 1 펄스폭(P1)을 갖는 펄스신호를 포함한다. 신호(602)는 제 2 진폭(V2) 및 제 1 펄스폭(P1)을 갖는 펄스신호를 포함한다. 제 2 진폭(V2)은 제 1 진폭(V1)보다 작으므로 신호(600)는 전자광학 디스플레이 소자내의 두 개의 전극 사이에 인가되었을 때 신호(602)보다 밝은 그레이스케일 상태를 야기한다. 일정한 펄스폭을 유지하면서 전자광학 디스플레이 소자내의 두 개의 전극 사이에 인가되는 펄스신호의 진폭을 조정함으로써 어떤 적합한 개수의 그레이스케일 레벨도 얻을 수 있다.
도 16(b)는 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는 신호들의 다른 실시형태를 도시한다. 신호(604, 606)는 도 2(a)-도 2(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(200), 도 8(a)-도 8(c)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(300), 도 14(a)-도 14(d)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(400), 도 15(a)-도 15(d)를 참조하여 앞에서 설명하고 도시한 디스플레이 소자(500), 또는 그 외의 적합한 디스플레이 소자 같은 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는데 사용될 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는데는 펄스폭 변조가 사용된다. 신호(604)는 제 1 진폭(V1) 및 제 1 펄스폭(P1)을 갖는 펄스신호를 포함한다. 신호(606)는 제 1 진폭(V1) 및 제 2 펄스폭(P2)을 갖는 펄스신호를 포함한다. 제 2 펄스폭(P2)은 제 1 펄스폭(P1)보다 작으므로 신호(604)는 전자광학 디스플레이 소자 내의 두 개의 전극사이에 인가될 때 신호(606)보다 밝은 그레이스케일 상태를 야기한다. 일정한 진폭을 유지하면서 전자광학 디스플레이 소자내의 두 개의 전극 사이에 인가되는 펄스신호의 펄스폭을 조정함으로써 어떤 적절한 개수의 그레이스케일 레벨도 얻을 수 있다. 다른 실시형태에 있어서는 전자광학 디스플레이 소자의 광학상태를 설정하는데 진폭변조 및 펄스폭 변조가 사용된다.
실시형태들은 전극 사이에 유전체층을 갖는 인플레인 전극을 포함하는 전자광학 디스플레이 소자를 제공한다. 이 실시형태들은 주변자기장 및 인플레인 스위칭 자기장 같은 다양한 전기장 구조를 사용할 수 있게 하여 하전된 착색입자들의 운동을 최적화한다. 두 개의 전극 사이에 인가되는 전위는 착색입자의 밀집화 외에도 그레이스케일을 제어하는데 사용될 수 있다. 이 실시형태들에서 전기영동력에 의해 시작되는 전자대류 흐름은 종래의 전자광학 디스플레이 소자에 비하여 착색입자들의 인플레인 운동을 가속시킬 수 있다. 게다가 두 개의 전극 구조는 3개의 상태(즉, 두 개의 투명한 상태 및 하나의 어둡거나 분산된 상태)를 제공할 수 있다. 또한, 양측 전극은 동일 면 또는 기판상에 규정되기 때문에, 디스플레이 소자의 상단층은 플라스틱 시트가 될 수 있어서 이는 조립공정을 간소화할 수 있다. 또한 상단의 투명한 도전체의 필요성도 없앨 수 있어서 투명한 도전체에 의한 흡수를 줄이고 광학 콘트라스트를 향상시킨다.
여기서 특정 실시형태들을 도시하고 설명하였지만, 당업자라면 본 개시내용의 범위로부터 이탈함 없이 여기서 도시하고 설명한 특정 실시형태를 다양한 대체 및/또는 동등한 실현형태로 대체할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 본 출원은 여기서 논의한 특정 실시형태들의 어떠한 개작이나 변형도 포괄하려는 것이다. 따라서 본 개시내용은 특허청구범위 및 그 동등물에 의해서만 한정되는 것이다.

Claims (15)

  1. 디스플레이 소자로서,
    제 1 전극과,
    상기 제 1 전극 위에 있으며 내부에 오목부위를 갖는 유전체층과,
    상기 유전체층 상에 배치된 제 2 전극과,
    상기 디스플레이 소자 내에 있으며 착색입자를 함유하는 유체를 포함하며,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 전압신호는 상기 착색입자의 운동을 제어하여 상기 착색입자들이 상기 오목부위 속으로 밀집하게 함으로써 제 1 전압신호가 제 1 광학상태를 제공하고, 상기 유체 속의 상기 착색입자들을 분산시킴으로써 제 2 전압신호가 제 2 광학상태를 제공하게 하는
    디스플레이 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 착색입자를 상기 제 2 전극에 밀집시킴으로써 제 3 전압신호가 제 3 광학상태를 제공하는
    디스플레이 소자.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 연속적인 전극을 포함하며, 상기 제 2 전극은 분할되거나 격자패턴의 전극을 포함하는
    디스플레이 소자.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 반대측에 있는 제 3 전극을 더 포함하며,
    상기 유체는 상기 제 3 전극과 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 있는
    디스플레이 소자.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 착색입자는 두 가지 다른 색의 착색입자를 포함하며, 상기 서로 다른 색의 착색입자는 반대 극성을 갖는
    디스플레이 소자.
  6. 디스플레이 소자로서,
    기판과,
    상기 기판의 제 1 부분상에 배치된 제 1 전극과,
    상기 기판의 제 2 부분상에 배치된 제 2 전극과,
    내부에 오목부위를 가지며, 상기 기판의 나머지 부분 및 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 상에 배치되는 유전체층 - 상기 오목부위는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 위에 있음 - 과,
    상기 디스플레이 소자 내에 있는 착색입자를 함유하는 유체를 포함하며,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극에 인가되는 전압신호가 착색입자의 운동을 제어하여 상기 제 1 전극 위의 상기 오목부위 속에 상기 착색입자를 밀집시킴으로써 제 1 전압신호가 제 1 광학상태를 제공하고, 상기 유체 속의 상기 착색입자를 분산시킴으로써 제 2 전압신호가 제 2 광학상태를 제공하는
    디스플레이 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 2 전극 위의 오목부위 속으로 상기 착색입자를 밀집시킴으로써 제 3 전압신호가 제 3 광학상태를 제공하는
    디스플레이 소자.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 분할된 전극을 포함하며,
    상기 제 2 전극은 분할된 전극을 포함하는
    디스플레이 소자.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 기판의 반대측에 있는 제 3 전극을 더 포함하며,
    상기 유체는 상기 제 3 전극과 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 사이에 있는
    디스플레이 소자.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 착색입자는 두 가지 다른 색의 착색입자를 포함하며, 상기 서로 다른 색의 착색입자는 반대 극성을 갖는
    디스플레이 소자.
  11. 전자광학 디스플레이 작동 방법으로서,
    제 1 전극과, 유전체층과 접촉하는 제 2 전극을 포함하는 전자광학 디스플레이 소자를 제공하는 단계 - 상기 유전체층은 상기 제 1 전극을 상기 제 2 전극으로부터 분리하고 상기 디스플레이 소자는 착색입자를 함유하는 유체를 포함함 - 와,
    상기 제 1 전극에 상기 착색입자를 밀집시켜서 제 1 광학상태를 제공하도록 상기 제 1 전극에 제 1 전압신호를 인가하는 단계와,
    상기 제 2 전극에 상기 착색입자를 밀집시켜서 제 2 광학상태를 제공하도록 상기 제 2 전극에 제 2 전압신호를 인가하는 단계와,
    상기 유체 속의 상기 착색입자를 분산시켜서 제 3 광학상태를 제공하도록 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극 중의 적어도 하나에 제 3 전압신호를 인가하는 단계를 포함하는
    전자광학 디스플레이 작동 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자광학 디스플레이 소자를 제공하는 단계는 상기 유체에 의해 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극으로부터 분리된 제 3 전극을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 방법은, 상기 제 3 전극에 기준 또는 접지 신호를 인가하는 단계를 더 포함하는
    전자광학 디스플레이 작동 방법.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 전압신호를 인가하는 단계는 상기 제 1 전극에 펄스폭 변조된 신호를 인가하여 상기 펄스폭에 근거한 그레이스케일 레벨을 갖는 그레이스케일 광학상태를 제공하는 단계를 포함하는
    전자광학 디스플레이 작동 방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 전압신호를 인가하는 단계는 상기 제 1 전극에 진폭 변조된 신호를 인가하여 상기 진폭에 근거한 그레이스케일 레벨을 갖는 그레이스케일 광학상태를 제공하는 단계를 포함하는
    전자광학 디스플레이 작동 방법.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 전자광학 디스플레이 소자를 제공하는 단계는 분할된 제 1 전극 및 분할된 제 2 전극을 제공하는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 전압신호를 인가하는 단계는 상기 제 1 전극의 선택된 분할부에 상기 제 1 전압신호를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 전압신호를 인가하는 단계는 상기 제 2 전극의 선택된 분할부에 상기 제 2 전압신호를 인가하는 단계를 포함하며,
    상기 제 3 전압신호를 인가하는 단계는 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극중의 적어도 하나의 선택된 분할부에 상기 제 3 전압신호를 인가하는 단계를 포함하는
    전자광학 디스플레이 작동 방법.
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