KR20160068895A - 컬러 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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이 잉크 캘리포니아 엘엘씨
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Abstract

본 발명은, 각각의 디스플레이 셀이 고 품질 색 상태를 표시할 수 있는, 하이라이트 또는 멀티컬러 디스플레이 디바이스를 위한 솔루션을 제공한다. 보다 구체적으로, 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 3개 타입의 대전된 입자 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함하는 전기영동 유체가 제공된다.

Description

컬러 디스플레이 디바이스{COLOR DISPLAY DEVICE}
본 발명은 전기영동 유체, 특히, 전기영동 디스플레이의 광학 성능을 향상시키기 위해 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들을 포함하는 전기영동 유체, 그리고 그러한 유체를 이용한 전기영동 디스플레이에 관한 것이다.
컬러 디스플레이를 달성하기 위하여, 컬러 필터들이 종종 사용된다. 가장 일반적인 접근법은 적색, 녹색 및 청색 컬러들을 표시하기 위해 픽셀처리된 디스플레이의 흑색/백색 서브픽셀들의 상부에 컬러 필터들을 추가하는 것이다. 적색 컬러를 원할 때, 녹색 및 청색 서브픽셀들이 흑색 상태로 변하여, 표시되는 유일한 컬러는 적색이 된다. 흑색 상태를 원할 때, 모든 3개의 서브픽셀들이 흑색 상태로 변한다. 백색 상태를 원할 때, 3개의 서브픽셀들이 적색, 녹색 및 청색으로 각각 변하고, 결과적으로 백색 상태가 보는이에게 보여진다.
그러한 기법의 단점은, 서브픽셀들의 각각이 원하는 백색 상태의 약 3분의 1 (1/3) 의 반사도를 가지므로, 백색 상태가 상당히 흐릿하다는 것이다. 이를 보상하기 위하여, 제 4 서브픽셀이 추가될 수도 있으며 이 제 4 서브픽셀은 흑색 및 백색 상태들만을 표시하여, 백색 레벨이 적색, 녹색 또는 청색 컬러 레벨의 희생으로 배가될 수 있다 (여기서 각각의 서브픽셀은 단지 픽셀의 영역의 1/4이다). 더 밝은 컬러들이 백색 픽셀로부터 광을 추가하는 것에 의해 달성될 수 있지만, 이것은 컬러들이 매우 밝고 불포화되게 하기 위하여 색역 (color gamut) 의 희생으로 달성된다. 유사한 결과는 또한, 3개의 서브픽셀들의 색 포화도를 감소시키는 것에 의해 달성될 수 있다. 이들 접근법으로도, 백색 레벨은 보통 흑색 및 백색 디스플레이의 레벨의 절반보다 실질적으로 더 작은데, 이는 그것을, 잘 읽을 수 있는 흑색-백색 밝기 및 대비를 필요로 하는 e-리더 또는 디스플레이들과 같은 디스플레이 디바이스들을 위한 받아들일 수 없는 선택이 되게 한다.
본 발명의 요약
본 발명의 일 양태는, 공통 전극과 픽셀 전극들의 층 사이에 개재된 전기영동 유체를 포함하고 제 1 및 제 2 표면들을 반대 측에 갖는 디스플레이 층으로서, 전기영동 유체는, 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함하고, 제 1, 제 2 및 제 3 타입의 입자들은, 서로 상이한 제 1, 제 2 및 제 3 광학 특성을 각각 갖고, 제 1 타입의 입자들은 하나의 극성의 전하를 갖고 제 2 및 제 3 타입의 입자들은 반대 극성의 전하를 갖고, 제 2 타입의 입자들은 전계 임계치를 가져서:
(a) 공통 전극과 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 전계 임계치보다 크고 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 제 2 광학 특성을 표시하게 하거나;
(b) 공통 전극과 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 전계 임계치보다 크고 제 1 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 제 1 광학 특성을 표시하게 하거나; 또는
(c) 제 1 광학 특성이 제 1 표면에 표시되면, 공통 전극과 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 전계 임계치 이하이고 제 3 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 제 3 광학 특성을 표시하게 한다.
일 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들 및 제 2 타입의 입자들은, 각각, 백색 및 흑색 컬러들이다.
일 실시형태에서, 제 3 타입의 입자들은 비백색 및 비흑색이다.
일 실시형태에서, 광학 특성은 색 상태이다.
일 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리페놀 및 폴리실록산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성된다.
일 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 폴리(펜타브로모페닐 메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌), 폴리(나프틸 메타크릴레이트), 폴리(알파-메틸스티렌), 폴리(N-벤질 메타크릴아미드) 및 폴리(벤질 메타크릴레이트) 로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성된다.
일 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 코어 쉘 입자들이다.
일 실시형태에서, 전기영동 유체에서 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 10체적% 의 범위이다.
일 실시형태에서, 전기영동 유체에서 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 5체적% 의 범위이다.
일 실시형태에서, 디스플레이 층은 제 1 타입의 입자들의 컬러, 제 2 타입의 입자들의 컬러 및 제 3 타입의 입자들의 컬러를 표시하지만, 제 4 타입의 입자들의 컬러는 표시하지 않는다.
본 발명의 또 다른 양태는, 전기영동 유체로서, 상기 유체는, 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들 및 제 4 타입의 입자들을 포함하고,
(a) 제 1 타입의 입자들 및 제 2 타입의 입자들은 반대 전하 극성들을 지니고;
(b) 제 3 타입의 입자들은, 제 1 또는 제 2 타입의 입자들과 동일한 전하 극성을 갖지만 더 낮은 강도이고;
(c) 제 3 타입의 안료 입자들과 동일한 전하 극성을 갖는 제 1 또는 제 2 타입의 입자들은 임계 전압을 갖고;
(d) 제 4 타입의 입자들은 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들이다.
도 1은, 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 3 타입의 대전된 안료 입자 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함하는 전기영동 유체를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 예를 도시한다.
본 발명의 상세한 설명
동작 동안 반대로 대전된 입자들 중의 어그리게이션 (aggregation) 및 대전된 입자들이 시인측의 디스플레이 셀들의 표면에 들러붙는 것은 전기영동 디스플레이의 신뢰성에 대한 2개의 주된 고장 모드들이다. 지금까지 디스플레이 셀 구조의 기계적 성질 또는 디스플레이 디바이스의 전기광학 성능 중 어느 하나에도 영향을 미치지 않고서는 이 문제를 해결할 효과적인 방안이 없었다.
이러한 현상은, 다수의 타입의 대전된 안료 입자들을 갖는 유체 시스템에서 특히 두드러진다. 이것은, 유체에서 더 높은 입자 농도가 더 많은 입자 들러붙음을 일으키기 때문이다.
본 발명자들은 이제, 디스플레이의 전기광학 성능에 영향을 미치지 않고서 입자 들러붙음 문제를 제거하기 위해, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들이 유체에 첨가될 수도 있다는 것을 알아냈다.
용어 "실질적으로 비대전" (substantially uncharged) 은, 동일한 전기영동 유체에서 다른 양으로 대전된 안료 입자들 또는 음으로 대전된 안료 입자들이 지니는 평균 전하의 10% 미만인 전하를 지니거나, 또는 대전되지 않은 것 중 어느 하나인 입자들을 나타낸다. 일 실시형태에서, 중성 부양 입자들은 대전되지 않는다.
용어 "중성 부양" 은, 중력으로 하강 또는 상승하지 않는 입자들을 나타낸다. 즉, 그 입자들은 2개 전극 플레이트 사이의 유체에서 부유한다. 일 실시형태에서, 중성 부양 입자들의 밀도는 그들이 분산되는 용매 또는 용매 혼합물의 밀도와 동일할 수도 있다.
본 발명의 전기영동 유체는, 모두 유전성 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 3 타입의 대전된 안료 입자 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함한다. 예시의 용이를 위하여, 도 1에 도시된 바처럼, 유체는 3개 타입의 대전된 안료 입자들, 즉 백색 입자들 (11), 흑색 입자들 (12) 및 컬러의 입자들 (13), 그리고 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들 (18) 을 갖는다.
하지만, 본 발명의 범위는 폭넓게, 3개 타입의 대전된 입자들이 시각적으로 구별가능한 색들을 갖는다면 임의의 컬러들의 입자들을 포함한다는 것이 이해된다.
본 발명의 디스플레이 유체를 이용하는 디스플레이 층은 2개의 표면들, 즉, 시인측의 제 1 표면 (16) 및 제 1 표면 (16) 의 반대측의 제 2 표면 (17) 을 가진다. 디스플레이 유체는 2개 표면들 사이에 개재된다. 제 1 표면 (16) 의 측에는, 투명 전극 층 (예를 들어, ITO) 인 공통 전극 (14) 이 있고, 디스플레이 층의 전체 상면 상에 퍼져있다. 제 2 표면 (17) 의 측에는, 복수의 픽셀 전극들 (15a) 을 포함하는 전극 층 (15) 이 있다. 디스플레이 유체는 디스플레이 셀들에 충전된다. 디스플레이 셀들은 픽셀 전극들과 정렬되거나 또는 정렬되지 않을 수도 있다. 픽셀 전극에 대응하는 영역은 픽셀 또는 서브픽셀로 지칭될 수도 있다. 픽셀 전극에 대응하는 영역의 구동은 공통 전극과 픽셀 전극 사이의 전압 포텐셜 차이 (voltage potential difference) (또는 전계로서 알려짐) 를 인가하는 것에 의해 달성된다.
픽셀 전극들은 US 특허 제7,046,228호에 기재되어 있으며 그의 내용은 참조에 의해 본원에 전부 원용된다. 박막 트랜지스터 (TFT) 백플레인으로의 액티브 매트릭스 구동이 픽셀 전극들의 층에 대해 언급되지만, 본 발명의 범위는, 전극들이 원하는 기능들을 제공한다면, 다른 타입의 전극 어드레싱을 포함한다는 것에 유의한다.
대전된 백색 입자들 (11) 에 대해, 그것들은 무기 안료, 이를테면 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, Sb2O3, BaSO4, PbSO4 등으로부터 형성될 수도 있다.
대전된 흑색 입자들 (12) 에 대해, 그것들은 Cl 피그먼트 블랙 26 또는 28 등 (예를 들어, 망간 페라이트 블랙 스피넬 또는 구리 크로마이트 블랙 스피넬) 또는 카본 블랙으로부터 형성될 수도 있다.
제 3 타입의 대전된 안료 입자들 (13) 은 보통 비흑색 및 비백색이고 적색, 녹색, 청색, 심홍색, 청록색 또는 황색일 수도 있다. 이러한 타입의 입자들을 위한 안료들은, CI 피그먼트 PR 254, PR122, PR149, PG36, PG58, PG7, PB28, PB15:3, PY138, PY150, PY155 또는 PY20 를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지는 않는다. 그러한 것들은 컬러 인덱스 핸드북 “New Pigment Application Technology” (CMC Publishing Co, Ltd, 1986) 및 “Printing Ink Technology” (CMC Publishing Co, Ltd, 1984) 에 기재된 보통 사용되는 유기 안료들이다. 구체적인 예들은 Clariant Hostaperm Red D3G 70-EDS, Hostaperm Pink E-EDS, PV fast red D3G, Hostaperm red D3G 70, Hostaperm Blue B2G-EDS, Hostaperm Yellow H4G-EDS, Hostaperm Green GNX, BASF Irgazine red L 3630, Cinquasia Red L 4100 HD, 및 Irgazin Red L 3660 HD; Sun Chemical 프탈로시아닌 블루 (phthalocyanine blue), 프탈로시아닌 그린 (phthalocyanine green), 디아릴리드 옐로우 (diarylide yellow) 또는 디아릴리드AAOT 옐로우를 포함한다.
그 컬러들에 추가하여, 제 1, 제 2 및 제 3 타입의 대전된 입자들은, 다른 구별되는 광학 특성들, 이를테면 광학 투과도, 반사도, 루미네선스 또는, 기계 판독을 위해 의도된 디스플레이들의 경우에, 가시 범위 밖의 전자기 파장의 반사도의 변화의 의미에서 의사 컬러 (pseudo-color) 를 가질 수도 있다.
대전된 안료 입자들은 또한, 표면 상의 폴리머 층으로 코팅된 입자들일 수도 있고 폴리머 코팅은 다양한 종래 알려진 중합 기법을 통해 제조될 수 있다.
대전된 안료 입자들은 중성 전하를 지닐 수도 있거나 또는 전하 제어제의 존재를 통해 대전된다.
유체에서 3개 타입의 대전된 입자들의 비율은 달라질 수도 있다. 예를 들어, 흑색 입자는 전기영동 유체의 체적을 기준으로 약 0.1% 내지 10%, 바람직하게는 0.5% 내지 5% 를 차지할 수도 있고; 백색 입자들은 유체의 체적을 기준으로 약 1% 내지 50%, 바람직하게는 5% 내지 15% 를 차지할 수도 있고; 컬러 입자들은 유체의 체적을 기준으로 약 2% 내지 20%, 바람직하게는 4% 내지 10% 를 차지할 수도 있다.
전기영동 유체에서 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들 (18) 의 농도는 바람직하게는 약 0.1 내지 약 10체적% 의 범위, 보다 바람직하게는 약 0.1 내지 약 5체적% 의 범위이다.
용어 "약" 은 표시된 값의 ± 5% 인 범위를 나타낸다.
실질적으로 비대전 중성 부양 입자들 (18) 은 폴리머 재료로부터 형성될 수도 있다. 폴리머 재료는 코폴리머 또는 호모폴리머일 수도 있다.
실질적으로 비대전 중성 부양 입자들을 위한 폴리머 재료의 예들은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리페놀, 폴리실록산 등을 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다. 폴리머 재료의 보다 구체적인 예들은, 폴리(펜타브로모페닐 메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌), 폴리(나프틸 메타크릴레이트), 폴리(알파-메틸스티렌), 폴리(N-벤질 메타크릴아미드) 또는 폴리(벤질 메타크릴레이트) 를 포함할 수도 있지만, 이에 한정되지 않는다.
보다 바람직하게는, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 디스플레이 유체의 유전성 용매에 불용성이고, 고굴절률을 갖는 폴리머로부터 형성된다. 일 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 굴절률은, 입자들이 분산되는 용매 또는 용매 혼합물의 굴절률과는 상이하다. 하지만, 통상적으로 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 굴절률은 용매 또는 용매 혼합물의 굴절률보다 더 높다. 일부 경우들에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 굴절률은 1.45 보다 높을 수도 있다.
일 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들을 위한 재료는 방향족 모이어티 (aromatic moiety) 를 포함할 수도 있다.
실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 현탁 중합, 분산 중합, 시드 중합 (seed polymerization), 무비누 중합, 에멀젼 중합과 같은 중합 기법들 또는, 역 에멀젼 증발 공정 (inverse emulsification-evaporation process) 을 포함하는 물리적 방법을 통해 모노머들로부터 제조될 수도 있다. 모노머들은 분산제의 존재 상태에서 중합된다. 분산제의 존재는 폴리머 입자들로 하여금 원하는 크기 범위에서 형성될 수 있게 하고 분산제는 또한 폴리머 입자들의 표면에 물리 또는 화학적으로 결합된 층을 형성하여 그 입자들이 응집되는 것을 방지할 수도 있다.
분산제들은 바람직하게는 탄화수소 용매에서 폴리머 입자들을 안정화시킬 수도 있는 (적어도 8개 원자들의) 긴 사슬 (long chain) 을 갖는다. 그러한 분산제들은, 아크릴레이트 말단 또는 비닐 말단 거대분자 (macromolecule) 일 수도 있으며 이들은 아크릴레이트 또는 비닐 기가 반응 매질에서 모노머와 공중합할 수 있기 때문에 적합하다.
분산제의 하나의 특정 예는 아크릴레이트 말단 폴리실록산 (Gelest, MCR-M17, MCR-M22) 이다.
적합한 분산제들의 또 다른 타입은, 아래 나타낸 바처럼, 폴리에틸렌 거대단량체들이다:
Figure pct00001
거대단량체의 백본은 폴리에틸렌 사슬일 수도 있고, n 은 30-200 일 수도 있다. 이러한 타입의 거대단량체들의 합성은 Seigou Kawaguchi 등의 Designed Monomers and Polymers, 2000, 3, 263 에서 찾아볼 수도 있다.
유체 시스템이 불소화되면, 분산제들은 바람직하게 또한 불소화된다.
대안적으로, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 또한, 폴리머 쉘로 코팅된 코어 입자로부터 형성될 수도 있고 쉘은, 예를 들어, 위에 특정된 임의의 폴리머 재료로부터 형성될 수도 있다.
코어 입자는 무기 안료, 이를테면 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, Cl 피그먼트 블랙 26 또는 28 등 (예를 들어, 망간 페라이트 블랙 스피넬 또는 구리 크로마이트 블랙 스피넬), 또는 유기 안료 이를테면 프탈로시아닌 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아릴리드 옐로우, 디아릴리드 AAOT 옐로우, 및 Sun Chemical 로부터의 퀴나크리돈, 아조, 로다민, 페릴렌 안료 시리즈, Kanto Chemical 로부터의 한자 옐로우 G 입자들, 및 Fisher 로부터의 카본 램프블랙 등일 수도 있다.
코어 쉘 실질적으로 비대전 중성 부유성 입자들의 경우에, 그것들은 미세캡슐화 방법, 이를테면 코아세르베이션, 계면 중축합, 계면 가교, 인슈트 중합 (in-suit polymerization) 또는 매트릭스 중합에 의해 형성될 수도 있다.
실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 크기는 바람직하게는 약 100 나노미터 내지 약 5 미크론의 범위에 있다.
스위칭 스피드, 이미징 쌍안정성 및 신뢰성과 같은 디스플레이 디바이스의 성능을 향상시키기 위한 첨가제로서 포함되는 유체 내의 다른 입자성 물질이 있을 수도 있다.
3개 타입의 안료 입자들이 분산되는 용매는 투명 (clear) 하고 무색이다. 그것은 바람직하게는 높은 입자 이동도를 위해 낮은 점도 및 약 2 내지 약 30, 바람직하게는 약 2 내지 약 15 범위의 유전 상수를 갖는다. 적합한 유전성 용매의 예들은 탄화수소 이를테면 이소파르, 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보넨, 지방유, 파라핀유, 실리콘 유체, 방향족 탄화수소 이를테면 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실벤젠 또는 알킬나프탈렌, 할로겐화 용매 이를테면 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오로톨루엔, 퍼플루오로크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리 플루오라이드, 클로로펜타플루오로-벤젠, 디클로로노난 또는 펜타클로로벤젠, 및 과불화용매 이를테면 3M Company, St. Paul MN 로부터의 FC-43, FC-70 또는 FC-5060, 저분자량 할로겐 함유 폴리머 이를테면 TCI America, Portland, Oregon 로부터의 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드), 폴리(클로로트리플루오로-에틸렌) 이를테면 Halocarbon Product Corp., River Edge, NJ 로부터의 할로카본 오일, 퍼플루오로폴리알킬에테르 이를테면 Ausimont 로부터의 Galden 또는 DuPont, Delaware 로부터의 Krytox Oils 및 Greases K-Fluid 시리즈, Dow-corning (DC-200) 로부터의 폴리디메틸실록산계 실리콘 오일을 포함한다.
3개 타입의 대전된 안료 입자들 중의 2개는 반대 전하 극성을 지니고 제 3 타입의 대전된 안료 입자들은 약간 대전된다. 용어 "약간 대전되는" 은 더 강하게 대전된 입자들의 전하 강도의 약 50% 미만, 바람직하게는 약 5% 내지 약 30% 인 입자들의 전하 레벨을 나타내도록 의도된다. 일 실시형태에서, 전하 강도는 제타 포텐셜 (zeta potential) 의 측면에서 측정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 제타 포텐셜은 ESA EN# Attn 플로우 스루 셀 (flow through cell) (K:127), CSPU-100 신호 처리 장치를 갖는 Colloidal Dynamics AcoustoSizer IIM 에 의해 결정된다. 계기 상수 (instrument constant) 들, 이를테면 샘플에 사용되는 용매의 밀도, 용매의 유전 상수, 용매에서 소리의 속도, 용매의 점도, 이들 모두는 시험 온도 (25℃) 에서 시험 전에 입력된다. 안료 샘플들은 용매 (보통 12 개 미만의 탄소 원자들을 갖는 탄화수소 유체이다) 에 분산되고 중량 기준으로 5-10% 사이로 희석된다. 샘플은 또한, 전하 제어제 대 입자들의 1:10 의 중량 비로, 전하 제어제 (Lubrizol Corporation, Berkshire Hathaway company 로부터 입수가능한 Solsperse 17000®; “Solsperse” 는 등록 상표이다) 를 함유한다. 희석된 샘플의 질량이 결정되고, 다음으로 샘플은, 제타 포텐셜의 결정을 위해 플로우 스루 셀 내에 로딩된다.
흑색 입자들이 양으로 대전되고 백색 입자들이 음으로 대전되면, 컬러 안료 입자들은 약간 대전될 수도 있다. 즉, 이 예에서, 흑색 및 백색 입자들이 지니는 전하들은 컬러 입자들이 지니는 전하보다 훨씬 더 강렬하다.
추가적으로, 약간의 전하를 지니는 제 3 타입의 대전된 입자들은, 다른 2개 타입들의 더 강한 대전된 입자들 중의 어느 하나가 지니는 전하 극성과 동일한 전하 극성을 갖는다.
3개 타입의 대전된 입자들은 다양한 크기들을 가질 수도 있다. 일 실시형태에서, 3개 타입들 중 일 타입의 입자들은 다른 2개 타입들보다 더 크다. 3개 타입의 입자들 중에서, 약간 대전된 일 타입의 입자들이 바람직하게는 더 큰 크기를 갖는다는 것에 유의한다. 예를 들어, 흑색 및 백색 입자들 양자 모두는 상대적으로 작고 그들의 크기 (동적 광 산란을 통해 시험됨) 는 약 50 nm 내지 약 800 nm, 그리고 더 바람직하게는 약 200 nm 내지 약 700 nm 의 범위일 수도 있고, 이 예에서, 약간 대전된 컬러 입자들은, 바람직하게는 흑색 입자들 및 백색 입자들보다 약 2 내지 약 50 배 그리고 더 바람직하게는 약 2 내지 약 10 배 더 크다.
본 발명의 맥락에서, 용어 "임계 전압" 또는 "전계 임계치" 는, 입자들의 그룹의 색 상태와는 상이한 색 상태로부터 픽셀이 구동될 때, 그 입자들로 하여금 픽셀의 시인측에 나타나게 함이 없이, 입자들의 그룹에 소정 기간 (통상적으로 30초 이하, 바람직하게는 15초 이하) 동안 인가될 수도 있는 최대 전계로서 정의된다. 본원에서 용어 "시인측" 은 이미지들이 보는이에게 보여지는 디스플레이 층에 있는 제 1 표면을 나타낸다.
임계 전압 또는 전계 임계치는 대전 입자들의 내재적 특성 또는 부가 유도 (additive-induced) 성질이다.
전자의 경우에, 임계 전압 또는 전계 임계치는, 반대로 대전된 입자들간의 또는 입자들과 소정 표면들 사이의 소정 인력에 의거하여, 생성된다.
부가 유도 임계 전압 또는 전계 임계치의 경우에, 전기영동 유체의 임계 특성들을 유도 또는 증대시키는 임계 작용제 (threshold agent) 가 첨가될 수도 있다. 임계 작용제는, 전기영동 유체의 용매 또는 용매 혼합물 중에 용해가능하거나 분산가능하고 대전 입자들의 전하와 반대인 전하를 지니거나 또는 유도하는 임의의 재료일 수도 있다. 임계 작용제는 인가된 전압의 변화에 민감하거나 둔감할 수도 있다. 용어 "임계 작용제" 는 염료 또는 안료, 전해질 또는 고분자 전해질, 폴리머, 올리고머, 계면활성제, 전하 제어제 등을 폭넓게 포함할 수도 있다.
임계 작용제에 관한 추가적인 정보는 US 특허 제8,115,729호에서 찾아볼 수도 있으며, 그의 내용은 참조에 의해 본원에 전부 원용된다.
다음은 본 발명을 예시하는 실시예이다.
실시예
이 실시예는 도 2에 보여져 있다. 흑색 입자들 (22) 은 5V 의 임계 전압을 갖는 것으로 상정된다. 그러므로, 흑색 입자들 (22) 은, 인가된 전압 포텐셜 차이가 5V 이하이면, 시인측으로 이동하지 않는다.
백색 안료 입자들 (21) 은 음으로 대전되는 반면, 흑색 안료 입자들 (22) 은 양으로 대전되고, 양자 모두 타입의 안료 입자들은 컬러 입자들 (23) 보다 더 작다.
컬러 입자들 (23) 은 임계 전압을 갖는 흑색 입자들과 동일한 전하 극성을 지니지만, 약간 대전된다. 결과적으로, 인가된 전압 포텐셜이 흑색 입자들의 임계 전압보다 더 클 때 그들이 지니는 더 강한 전하 강도 때문에 흑색 입자들은 컬러 입자들 (23) 보다 더 빠르게 이동한다.
제 4 타입의 입자들은 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들 (24) 이다.
도 2a 에서, 인가된 전압 포텐셜 차이는 +15V 이다. 이 경우에, 백색 입자들 (21) 은 픽셀 전극 (26) 으로 또는 근처로 이동하고 흑색 입자들 (22) 및 컬러 입자들 (23) 은 공통 전극 (25) 으로 또는 그 근처로 이동한다. 결과적으로, 흑색 컬러가 시인측에서 보여진다. 컬러 입자들 (23) 은 공통 전극 (25) 을 향해 이동하지만; 그들의 더 낮은 전하 강도 및 더 큰 크기 때문에, 그것들은 흑색 입자들보다 더 느리게 이동한다.
도 2b 에서, -15V 의 전압 포텐셜 차이가 인가될 때, 백색 입자들 (21) 은 공통 전극 (25) 으로 또는 그 근처로 이동하고 흑색 입자들 및 컬러 입자들은 픽셀 전극 (26) 으로 또는 그 근처로 이동한다. 결과적으로, 백색 컬러가 시인측에서 보여진다.
컬러 입자들 (23) 은, 그들이 또한 양으로 대전되어 있기 때문에 픽셀 전극쪽으로 이동한다. 하지만, 그들의 더 낮은 전하 강도 및 더 큰 크기 때문에, 그것들은 흑색 입자들보다 더 느리게 이동한다.
도 2c 에서, +5V 의 전압 포텐셜 차이가 도 2(b) 에서의 유체에 인가된다. 이 경우에, 음으로 대전된 백색 입자들 (21) 은 픽셀 전극 (26) 쪽으로 이동한다. 흑색 입자들 (22) 은 그들의 임계 전압이 5V 이기 때문에 별로 이동하지 않는다. 컬러 입자들 (23) 이 현저한 임계 전압을 갖지 않는다는 사실에 기인하여, 그것들은 공통 전극 (25) 으로 또는 그 근처로 이동하고 결과적으로, 컬러 입자들의 컬러가 시인측에서 보여진다.
본 발명의 이 양태의 일 실시형태에서, 유체에 첨가된 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들 (24) 은, 컬러가 실질적으로, 3개 타입들 중 하나의 타입의 대전된 안료 입자들의 컬러에 시각적으로 동일할 수도 있다. 예를 들어, 디스플레이 유체에, 대전된 흑색 입자들, 대전된 백색 입자들, 약간 대전된 컬러 입자들 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들이 있을 수도 있고 그 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 백색, 흑색 또는 컬러 입자들과 동일한 컬러를 가질 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 3개 타입 중 어느 하나 타입의 대전된 안료 입자들의 컬러와는 실질적으로 상이한 컬러를 가질 수도 있다.
디스플레이 디바이스는 본 발명의 전기영동 유체를 포함하고, 본 발명의 전기영동 유체는 3개 타입의 대전된 입자들 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함하는데, 각각 3개 타입의 대전된 입자들의 컬러를 표시할 수 있지만, 제 4 타입의 입자들은 그러하지 않다.
유체에서 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 존재는, 특히 입자들이 반사 재료로부터 형성되는 경우에, 입사 광의 반사를 증가시킨다. 결과적으로, 대비율이 향상될 수 있다.
3 대전 입자 유체 시스템 (three-charged-particle fluid system) 에서 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 첨가에 의해 이미지 안정성이 향상될 수 있다. 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 대전된 안료 입자들이 구동 전계 하에서 전극의 표면에 오버 패킹되는 것으로부터 비롯되는 갭들에 충전될 수 있으며, 이로써 대전된 안료 입자들이 중력에 기인하여 침강하는 것을 방지한다.
또한, 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들이 백색이면, 그것들은 디스플레이의 반사도를 증대시킬 수도 있다. 그것들이 흑색이면, 그것들은 디스플레이되는 흑색 컬러를 증대시킬 수도 있다.
전기영동 디스플레이 디바이스에서 전기영동 유체는 디스플레이 셀들에 충전된다. 디스플레이 셀들은 US 특허 제6,930,818호에 기재된 바처럼 컵형 (cup-like) 마이크로셀들일 수도 있으며, 그의 내용은 참조에 의해 본원에 전부 원용된다. 디스플레이 셀들은 또한, 형상 또는 크기에 상관 없이, 마이크로캡슐, 마이크로채널 또는 동등물과 같은 다른 타입들의 마이크로 컨테이너 (micro-container) 들일 수도 있다. 이들 전부는 본원의 범위 내에 속한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 본 발명의 전기영동 유체를 이용하는 디스플레이 디바이스는 하이라이트 디스플레이 (high-light display) 디바이스이고, 이 실시형태에서, 컬러 입자들은 모든 디스플레이 셀들에서 동일한 컬러이다. 각각의 디스플레이 셀은, 디스플레이 셀들이 픽셀 전극들과 정렬되면, 그러한 하이라이트 디스플레이 디바이스에서의 셀이 된다. 하지만, 하이라이트 디스플레이 디바이스에서 디스플레이 셀들은 픽셀 전극들과 정렬되거나 또는 픽셀 전극들과 정렬되지 않을 수도 있다.
또 다른 실시형태에서, 본 발명의 전기영동 유체를 이용하는 디스플레이 디바이스는 멀티컬러 디스플레이 디바이스일 수도 있다. 이 실시형태에서, 컬러 입자들은 디스플레이 셀들에서 상이한 컬러이다. 이 실시형태에서, 디스플레이 셀들 및 픽셀 전극들이 정렬된다.
본 발명은 본 발명의 특정 실시형태들을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 진정한 사상 및 범위를 이탈하지 않고서 다양한 변화들이 이루어질 수 있고 균등물이 치환될 수 있다는 것이 당업자에 의해 이해되야 한다. 추가적으로, 특정 상황, 재료, 조성, 프로세스, 프로세스 단계 또는 단계들을 본 발명의 목적 및 범위에 맞추기 위하여 많은 변형들이 이루어질 수도 있다. 모든 그러한 변형들은 여기에 첨부된 청구항들의 범위 내에 속하도록 의도된다.

Claims (18)

  1. 공통 전극과 픽셀 전극들의 층 사이에 개재된 전기영동 유체를 포함하고 제 1 및 제 2 표면들을 반대 측에 갖는 디스플레이 층으로서,
    상기 전기영동 유체는, 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들 및 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인 제 4 타입의 입자들을 포함하고, 제 1, 제 2 및 제 3 타입의 입자들은, 서로 상이한 제 1, 제 2 및 제 3 광학 특성을 각각 갖고, 상기 제 1 타입의 입자들은 하나의 극성의 전하를 갖고 상기 제 2 및 제 3 타입의 입자들은 반대 극성의 전하를 갖고, 상기 제 2 타입의 입자들은 전계 임계치를 가져서:
    (a) 상기 공통 전극과 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 상기 전계 임계치보다 크고 상기 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가 상기 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 상기 제 2 광학 특성을 표시하게 하거나;
    (b) 상기 공통 전극과 상기 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 상기 전계 임계치보다 크고 상기 제 1 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가 상기 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 상기 제 1 광학 특성을 표시하게 하거나; 또는
    (c) 상기 제 1 광학 특성이 제 1 표면에 표시되면, 상기 공통 전극과 상기 픽셀 전극 사이의 전계의 인가로서, 상기 전계는 상기 전계 임계치 이하이고 상기 제 3 타입의 입자들과 동일한 극성을 갖는, 상기 전계의 인가가, 상기 픽셀 전극에 대응하는 영역으로 하여금 제 1 표면에서 상기 제 3 광학 특성을 표시하게 하는, 디스플레이 층.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들 및 상기 제 2 타입의 입자들은, 각각, 백색 및 흑색 컬러들인, 디스플레이 층.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 타입의 입자들은 비백색 및 비흑색인, 디스플레이 층.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 광학 특성은 색 상태인, 디스플레이 층.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리페놀 및 폴리실록산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는, 디스플레이 층.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 폴리(펜타브로모페닐 메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌), 폴리(나프틸 메타크릴레이트), 폴리(알파-메틸스티렌), 폴리(N-벤질 메타크릴아미드) 및 폴리(벤질 메타크릴레이트) 로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는, 디스플레이 층.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 코어 쉘 입자들인, 디스플레이 층.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동 유체에서 상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 10체적% 의 범위인, 디스플레이 층.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동 유체에서 상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 5체적% 의 범위인, 디스플레이 층.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들의 컬러, 상기 제 2 타입의 입자들의 컬러 및 상기 제 3 타입의 입자들의 컬러를 표시하지만, 상기 제 4 타입의 입자들의 컬러는 표시하지 않는, 디스플레이 층.
  11. 모두 용매 또는 용매 혼합물에 분산된, 제 1 타입의 입자들, 제 2 타입의 입자들, 제 3 타입의 입자들 및 제 4 타입의 입자들을 포함하는 전기영동 유체로서,
    (a) 상기 제 1 타입의 입자들 및 상기 제 2 타입의 입자들은 반대 전하 극성들을 지니고;
    (b) 상기 제 3 타입의 입자들은, 제 1 또는 제 2 타입의 입자들과 동일한 전하 극성을 갖지만, 더 낮은 강도이고;
    (c) 상기 제 3 타입의 안료 입자들과 동일한 전하 극성을 갖는 상기 제 1 또는 제 2 타입의 입자들은 임계 전압을 갖고;
    (d) 상기 제 4 타입의 입자들은 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들인, 전기영동 유체.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들 및 상기 제 2 타입의 입자들은, 각각, 백색 및 흑색 컬러들인, 전기영동 유체.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 3 타입의 입자들은 비백색 및 비흑색인, 전기영동 유체.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리아닐린, 폴리피롤, 폴리페놀 및 폴리실록산으로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는, 전기영동 유체.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 폴리(펜타브로모페닐 메타크릴레이트), 폴리(2-비닐나프탈렌), 폴리(나프틸 메타크릴레이트), 폴리(알파-메틸스티렌), 폴리(N-벤질 메타크릴아미드) 및 폴리(벤질 메타크릴레이트) 로 이루어지는 군으로부터 선택된 재료로 형성되는, 전기영동 유체.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들은 코어 쉘 입자들인, 전기영동 유체.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기영동 유체에서 상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 10체적% 의 범위인, 전기영동 유체.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 전기영동 유체에서 상기 실질적으로 비대전 중성 부양 입자들의 농도는 0.1 내지 5체적% 의 범위인, 전기영동 유체.
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