KR20180041768A - 전기영동 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR20180041768A
KR20180041768A KR1020187010296A KR20187010296A KR20180041768A KR 20180041768 A KR20180041768 A KR 20180041768A KR 1020187010296 A KR1020187010296 A KR 1020187010296A KR 20187010296 A KR20187010296 A KR 20187010296A KR 20180041768 A KR20180041768 A KR 20180041768A
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크레이그 린
브라이언 핸스 챈
후이 두
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이 잉크 캘리포니아 엘엘씨
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Abstract

수동 매트릭스 구동을 위하여 적당한 전기영동 디스플레이가 제공된다. 전기영동 디스플레이는 3 개의 타입들의 입자들을 포함하고, 제 1 (11; 21; 41) 및 제 2 (12; 22; 42) 타입들의 하전된 입자들은 반대 극성들의 전하들을 지니고 대비시키는 컬러들을 가진다. 제 3 타입의 입자들 (13; 23; 43) 은 제 1 또는 제 2 타입의 입자들과 동일한 컬러를 가진다.

Description

전기영동 디스플레이 디바이스
이 출원은:
(a) 미국 특허들 제 8,717,664 호; 제 8,964,282 호; 및 제 9,360,733 호; 및 미국 특허 공개 제 2016/0260372 호;
(b) 미국 특허 공개 제 2015/0103394 호;
(c) 미국 특허 공개 제 2015/0097877 호; 및
(d) 미국 특허 공개 제 2016/0293111 호에 관련된다.
이 특허들 및 공동계류 중인 출원들과, 이하에서 언급된 모든 다른 미국 특허들 및 공개되어 공동계류 중인 출원들의 전체 내용들은 참조로 본원에 편입된다.
이 발명은 전기영동 디스플레이 (electrophoretic display) 들, 이러한 디스플레이들을 구동하기 위한 방법들, 및 이러한 디스플레이들에서의 이용을 위한 전기영동 매체들에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이 (electrophoretic display; EPD) 는 용매에서 분산된 하전된 안료 입자 (charged pigment particle) 들의 전기영동 현상에 기반한 비-방출형 (non-emissive) 디바이스이다. 디스플레이는 전형적으로, 서로 대향하게 배치된 전극들을 갖는 2 개의 판들을 포함한다. 전극들 중의 하나는 통상적으로 투명하다. 내부에 분산된 하전된 안료 입자들을 갖는 컬러화된 유체로 구성된 전기영동 매체는 2 개의 판들 사이에서 봉입된다. 전압 차이가 2 개의 전극들 사이에서 부과될 때, 안료 입자들은 일측 또는 타측으로 이동하여, 안료 입자들의 컬러 또는 유체의 컬러 중의 어느 하나가 시인 면 (viewing side) 으로부터 보여지게 한다.
대안적으로, 전기영동 매체는 컬러들을 대비 (contrast) 시키고 반대의 전하들을 지니는 (carry) 2 개의 (또는 더 많은) 타입들의 하전된 안료 입자들을 포함할 수도 있고, 2 개의 타입들의 하전된 안료 입자들은 맑은 유체에서 분산된다. 이 경우, 전압 차이가 2 개의 전극 판들 사이에서 부과될 때, 2 개의 타입들의 하전된 안료 입자들은 반대 측들로 이동할 것이다. 이에 따라, 2 개의 타입들의 하전된 안료 입자들의 컬러들 중의 하나는 시인 면에서 보일 것이다.
전술된 특허들 및 공개된 출원들은, 전형적으로 모두 상이한 광학적 특성들을 가지는 3 개의 타입들의 입자들을 함유하는 전기영동 매체를 설명한다. (광학적 속성은 전형적으로 인간의 눈에 의해 지각가능한 컬러 (color) 이지만, 그것은 광학적 투과율 (optical transmission), 반사율 (reflectance), 발광 (luminescence), 또는 머신 판독 (machine reading) 을 위하여 의도된 디스플레이들의 경우에, 가시적 범위 외부의 전자기 파장들의 반사율에 있어서의 변화의 의미에서의 의사-컬러 (pseudo-color) 와 같은 또 다른 광학적 속성일 수도 있다.) 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 반대의 극성들의 전하들을 지닌다. 제 3 타입의 입자들은 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성의 전하를 지니지만, 제 1 또는 제 2 타입들의 입자들보다 더 낮은 제타 전위 (zeta potential) 및/또는 전기영동 이동성을 가진다. 이러한 전기영동 매체에 인가된 전기장들의 크기 및 시퀀싱 (sequencing) 의 세심한 제어에 의해, 3 개의 타입들의 입자들의 광학적 특성들은 디스플레이의 시인 표면에서 디스플레이될 수 있다. 전술된 미국 특허 제 8,717,664 호의 도 2 에서의 예에 대하여 예시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들의 광학적 특성들은 선행하는 문단에서 논의된 2 입자 매체들에서와 본질적으로 동일한 방법으로 적절한 극성의 높은 전기장들을 전기영동 매체에 인가함으로써 디스플레이된다. 제 3 타입의 입자들의 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여, 제 1 타입의 입자들 (즉, 제 3 타입의 입자들과 반대 극성의 전하를 띄는 입자들) 의 광학적 특성을 디스플레이하도록 매체가 먼저 구동되고, 그 다음으로, 제 3 타입의 입자들을 시인 표면을 향해 구동하는 경향이 있는 극성의 낮은 전기장이 인가된다. 이 낮은 전기장은 제 1 타입의 입자들이 시인 표면으로부터 멀어지도록 이동하게 하고, 제 2 및 제 3 타입의 입자들이 시인 표면을 향해 이동하게 한다. 그러나, (본 발명은 결코 이 신념에 의해 제한되지는 않지만) 고도로 하전된 제 1 및 제 2 타입들의 입자들이 서로 응집 (aggregate) 하여, 오직 제 3 타입의 입자들이 시인 표면에 인접하게 구동되고, 제 3 타입의 입자들의 광학적 특성이 디스플레이되는 것으로 보인다.
기존의 전기영동 매체들에서의 하나의 문제는, 그것들이 (전기장이 전기영동 매체의 일측 상에 배치된 연신형 전극 (elongate electrode) 들의 제 1 세트에 의하여 인가되고 연신형 전극들의 제 2 세트가 전기영동 매체의 대향 측 상에 배치되고, 연신형 전극들의 제 1 및 제 2 세트들은 복수의 픽셀들이 형성되도록 그 장축들이 서로에 대해 각도를 이루어 배열되고, 각각의 픽셀은 제 2 세트의 하나의 전극과의 제 1 세트의 하나의 전극의 중첩에 의해 정의되는) 수동 매트릭스 (passive matrix) 구동 방법들을 이용하여 구동될 수 없다는 것이다. 수동 매트릭스 구동 방법들은 전기영동 매체가 상당한 임계 전압 (즉, 디스플레이된 광학적 상태에서 변화를 야기시키지 않으면서 연장된 기간 동안에 매체에 걸쳐 인가될 수 있는 전압) 을 가지는 것을 요구하고, 대부분의 기존의 전기영동 매체들은 임계 전압을 갖지 않거나 오직 최소의 것을 가진다. 전술된 특허들 및 공개된 출원들에서 설명된 3 입자 전기영동 매체들의 서브세트 (subset) 는 수동 매트릭스 구동 방법들에 의해 구동될 수 있다는 것이 지금 발견되었고, 본 발명은 이러한 매체들, 이러한 매체들을 편입시키는 전기영동 디스플레이들, 및 이러한 전기영동 디스플레이들에서의 이용을 위한 구동 방법들에 관한 것이다.
따라서, 하나의 양태에서, 이 발명은, 시인 표면을 가지고, 전기영동 매체 및 전기영동 매체에 전기장을 인가하기 위한 수단을 포함하는 전기영동 디스플레이를 제공하고, 전기영동 매체는 유체 및 유체에서 분산된 제 1, 제 2, 및 제 3 타입들의 입자들을 포함하고, 여기서:
(i) 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 지니고, 서로 상이한 제 1 및 제 2 광학적 특성들을 가지고;
(ii) 제 3 타입의 입자들은 실질적으로 제 1 광학적 특성을 가지고, 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성의 전하를 지니지만, 제 2 타입의 입자들보다 더 낮은 제타 전위 또는 전기영동 이동성을 가지고; 그리고
(iii) 제 1 광학적 특성이 시인 표면에서 디스플레이될 때, 제 2 타입의 입자들을 시인 표면을 향해 구동하는 극성의 전기장 E 의 시간 T 동안의 인가는 제 2 광학적 특성이 시인 표면에서 디스플레이되게 할 것이지만, 동일한 극성의 전기장 E/3 의 시간 T 동안의 인가는 제 1 광학적 특성이 시인 표면에서 디스플레이된 상태로 유지되게 할 것이다.
본 발명의 이 전기영동 디스플레이에서, 제 1 및 제 2 광학적 특성들은 백색 및 흑색 컬러들과 같은 상이한 컬러들일 수도 있다. 전기영동 디스플레이의 제 1 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들은 백색이며 네거티브로 하전되고 (negatively charged), 제 2 타입의 입자들은 흑색이며 포지티브로 하전되고 (positively charged), 제 3 타입의 입자들은 백색이며 포지티브로 하전된다. 제 2 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들은 흑색이며 포지티브로 하전되고, 제 2 타입의 입자들은 백색이며 네거티브로 하전되고, 제 3 타입의 입자들은 흑색이며 네거티브로 하전된다. 제 3 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들은 백색이며 포지티브로 하전되고, 제 2 타입의 입자들은 흑색이며 네거티브로 하전되고, 제 3 타입의 입자들은 백색이며 네거티브로 하전된다. 제 4 실시형태에서, 제 1 타입의 입자들은 흑색이며 네거티브로 하전되고, 제 2 타입의 입자들은 백색이며 포지티브로 하전되고, 제 3 타입의 입자들은 흑색이며 포지티브로 하전된다.
본 발명의 전기영동 디스플레이에서, 제 3 타입의 입자들은 제 1 및 제 2 타입들의 입자들보다 더 큰 평균 크기를 가질 수도 있고; 예를 들어, 제 3 타입의 입자들은 제 1 또는 제 2 타입들의 입자들의 크기의 약 2 배 내지 약 50 배일 수도 있다. 전기장을 인가하기 위한 수단은 시인 표면에 인접하게 배치된 연신형 전극들의 제 1 세트 및 시인 표면으로부터 전기영동 매체의 대향 측 상에 배치된 연신형 전극들의 제 2 세트를 포함할 수도 있고, 연신형 전극들의 제 1 및 제 2 세트들은 복수의 픽셀들이 형성되도록 그 장축들이 서로에 대해 각도를 이루어 배열되고, 각각의 픽셀은 제 2 세트의 하나의 전극과의 제 1 세트의 하나의 전극의 중첩에 의해 정의됨으로써, 수동 매트릭스 구동 시스템을 형성한다.
또 다른 양태에서, 이 발명은, 제 1 이미지로부터 제 2 이미지로, 시인 표면에서 제 1 또는 제 2 광학적 특성 중의 어느 하나를 각각 디스플레이할 수 있는, 복수의 픽셀들을 갖는 본 발명의 디스플레이를 구동하기 위한 (제 1 또는 "제 1 을 통한") 방법을 제공한다. 이 방법은:
(i) 제 1 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 디스플레이의 모든 픽셀들을 구동하는 단계; 및
(ii) 제 2 이미지에서의 제 2 광학적 특성을 디스플레이하는 픽셀들을 제 1 광학적 특성으로부터 제 2 광학적 특성으로 구동하는 단계를 포함한다.
발명의 이 제 1 방법에서, 디스플레이는 (위에서 정의된 바와 같은) 수동 매트릭스 디스플레이일 수도 있고, 단계 (b) 는 라인-바이-라인 (line-by-line) 에 기반하여 실시될 수도 있다. 이러한 수동 매트릭스 방법에서, 단계 (b) 는 하나의 세트의 전극들에 0 또는 ± (2V/3) 를, 그리고 다른 세트의 전극들에 ± (V/3) 을 인가함으로써 실시될 수도 있고, 여기서, V 는 픽셀을 제 1 광학적 특성을 디스플레이하는 것으로부터 제 2 광학적 특성을 디스플레이하는 것으로 구동하기 위하여 필요한 전압 차이이다.
또 다른 양태에서, 이 발명은, 제 1 이미지로부터 제 2 이미지로, 시인 표면에서 제 1 또는 제 2 광학적 특성 중의 어느 하나를 각각 디스플레이할 수 있는, 복수의 픽셀들을 갖는 본 발명의 디스플레이를 구동하기 위한 (제 2 또는 "균형잡힌 2 단계") 방법을 제공한다. 이 방법은:
(i) 제 2 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 제 1 이미지에서의 제 1 광학적 특성 및 제 2 이미지에서의 제 2 광학적 특성을 가지는 픽셀들을 구동하는 단계; 및
(ii) 제 1 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 제 1 이미지에서의 제 2 광학적 특성 및 제 2 이미지에서의 제 1 광학적 특성을 가지는 픽셀들을 구동하는 단계를 포함한다.
발명의 이 제 2 방법에서, 디스플레이는 (위에서 정의된 바와 같은) 수동 매트릭스 디스플레이일 수도 있고, 단계들 (a) 및 (b) 는 양자 모두 라인-바이-라인에 기반하여 실시될 수도 있다. 이러한 수동 매트릭스 방법에서, 단계들 (a) 및 (b) 는 하나의 세트의 전극들에 0 또는 ± (2V/3) 를, 그리고 다른 세트의 전극들에 ± (V/3) 을 인가함으로써 각각 실시될 수도 있고, 여기서, V 는 픽셀을 제 1 광학적 특성을 디스플레이하는 것으로부터 제 2 광학적 특성을 디스플레이하는 것으로, 또는 그 반대로 구동하기 위하여 필요한 전압 차이이다.
또 다른 양태에서, 이 발명은 유체 및 유체에서 분산된 제 1, 제 2, 및 제 3 타입들의 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 제공하고, 여기서:
(i) 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 지니고, 서로 상이한 제 1 및 제 2 광학적 특성들을 가지고; 그리고
(ii) 제 3 타입의 입자들은 실질적으로 제 1 광학적 특성을 가지고, 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성의 전하를 지니지만, 제 2 타입의 입자들보다 더 낮은 제타 전위 또는 전기영동 이동성을 가진다.
이러한 전기영동 매체에서, 제 1 및 제 2 광학적 특성들은 백색 및 흑색 컬러들과 같은 상이한 컬러들일 수도 있다. 제 3 타입의 입자들은 제 1 및 제 2 타입들의 입자들보다 더 큰 평균 크기를 가질 수도 있고; 예를 들어, 제 3 타입의 입자들은 제 1 또는 제 2 타입들의 입자들의 크기의 약 2 배 내지 약 50 배일 수도 있다.
도 1 은 본 발명의 전기영동 디스플레이를 통한 개략적인 단면이다.
도 2 는 도 1 의 단면과 유하지만, 본 발명의 구동 방법들의 다양한 단계들 동안에 실시된 입자 위치들에서의 변화들을 예시하는 개략적인 단면이다.
도 3 은 도 2 의 단면과 유사하지만, 다양한 전기장들을 도 2 에서 예시된 다양한 상태들에 인가하는 효과들을 예시하는 개략적인 단면이다.
도 4 는 도 3 의 단면과 유사하지만, 다양한 입자들의 컬러들이 도 3 의 디스플레이에 비해 반전되는 대안적인 전기영동 디스플레이를 예시하는 개략적인 단면이다.
도 5a 는 수동 매트릭스 구동 시스템에서의 전극들의 배열을 예시한다.
도 5b 는 도 5a 의 수동 매트릭스 구동 시스템에서의 제 1 이미지로부터 제 2 이미지로의 천이를 예시한다.
도 6a 내지 도 6d 는 본 발명의 제 1 방법을 이용하여 도 5b 에서 도시된 전체적인 천이를 실시하기 위하여 필요한 개별적인 단계들, 및 이 단계들 동안에 도 5a 에서 도시된 다양한 전극들에 인가된 전위들을 예시한다.
도 7a 내지 도 7e 는 본 발명의 제 2 방법을 이용하여 도 5b 에서 도시된 전체적인 천이를 실시하기 위하여 필요한 개별적인 단계들, 및 이 단계들 동안에 도 5a 에서 도시된 다양한 전극들에 인가된 전위들을 예시한다.
위에서 표시된 바와 같이, 본 발명은 전기영동 매체들, 이러한 매체들을 포함하는 전기영동 디스플레이들, 및 이러한 전기영동 디스플레이들에서의 이용을 위한 구동 방법들을 제공한다. 본 발명의 전기영동 매체들은 수동 매트릭스 디스플레이들에서의 이용을 위하여 특히 유용하다.
도 1 은 본 발명의 전기영동 디스플레이를 통한 개략적인 단면이고, 이 디스플레이는 2 개의 전극 층들 (14 및 15) 사이에 배치된 전기영동 매체 (전반적으로 10 으로 표기됨) 를 포함한다. 디스플레이는 능동 매트릭스 디스플레이일 수도 있고, 이 경우, 전극 층 (14) 은 디스플레이의 하나의 전체 표면에 걸쳐 연장되는 (예를 들어, 인듐 주석 옥사이드 (indium tin oxide; ITO) 로 형성된) 공통의 광-투과성 (light-transmissive) 전극이고, 다른 전극 층 (15) 은 픽셀 전극들의 층 (예컨대, 박막-트랜지스터 (thin-film-transistor; TFT) 후면 (backplane)) 이다. 대안적으로, 디스플레이는 수동 매트릭스 디스플레이일 수도 있고, 이 경우, 전극 층들 중의 하나는 연신형 행 전극 (row electrode) 들의 세트를 포함하고, 다른 전극 층은 열 전극 (column electrode) 들의 세트를 포함하고, 행 및 열 전극들은 (전형적으로) 서로에 대해 수직이다. 이미 언급된 바와 같이, 본 발명의 전기영동 매체들은 수동 매트릭스 구동을 위하여 특히 적당하다.
이해의 용이함을 위하여, (도면들에서 예시된 바와 같은) 각각의 디스플레이의 상부 표면은 사용자가 이를 통해 디스플레이를 시인하는 시인 표면이라는 것이 이하에서 가정될 것이다. 광학적 특성들은 또한, (예시된 바와 같은) 하부의 비-시인 표면 상에서 디스플레이될 수도 있다는 것과, 이러한 광학적 특성들이 전극 층 (15) 이 광-투과성이거나 광-투과성이 아닌지 여부에 따라 가시적일 수도 있다는 것이 인식될 것이다.
도 1 에서의 점선들은 디스플레이의 개별적인 픽셀들을 표시한다. 디스플레이가 능동 매트릭스 디스플레이일 경우, 각각의 픽셀은 대응하는 픽셀 전극을 가진다. 디스플레이가 수동 매트릭스 디스플레이일 경우, 픽셀은 하나의 행 전극 및 하나의 열 전극 사이의 중첩에 의해 정의된다. 다른 타입들의 전극 어드레싱은 전극들이 전기영동 매체에 걸쳐 필요한 전기장을 제공할 경우에 이용될 수도 있다.
전기영동 매체 (10) 는 유체, 전형적으로, 유전체 용매 또는 용매 혼합물에서 분산된 3 개의 타입들의 하전된 입자들을 포함하고, 3 개의 타입들의 입자들은 제 1 타입의 입자들 (11), 제 2 타입의 입자들 (12), 및 제 3 타입의 입자들 (13) 로서 지칭될 것이다. 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 상이한 광학적 특성들 (전형적으로, 대비 컬러들) 을 가지고, 반대 극성들의 전하들을 지닌다. 도 1 에서 도시된 바와 같이, 제 1 타입의 입자들은 백색 입자들일 수도 있고, 제 2 타입의 입자들은 흑색 입자들일 수도 있고, 하나의 타입은 포지티브로 하전될 수도 있고 다른 타입은 네거티브로 하전될 수도 있다.
제 3 타입의 입자들 (13) 은 제 1 타입의 입자들과 실질적으로 동일한 광학적 특성을 가지지만, 제 2 타입의 입자들의 극성과 동일한 극성을 가지지만, 더 낮은 세기 (intensity) 인 전하를 지닌다. 제 2 타입의 입자들은, 이하에서 설명된 바와 같이, 전극들 사이의 전압이 어떤 값 아래로 떨어지면 제 2 입자들이 시인 전극에 인접하게 이동하지 않을 것이라는 의미에서 임계 전압을 가지는 것으로서 간주될 수도 있다.
용어 "임계 전압" 은 본 목적들을 위하여, 픽셀이 입자들의 컬러 상태와는 상이한 컬러 상태로부터 구동될 때, 입자들이 픽셀의 시인 표면에서 나타나지 않게 하면서, 시간의 기간 동안에 (전형적으로, 30 초보다 더 길지 않게, 바람직하게는, 15 초보다 더 길지 않게) 입자들에 인가될 수도 있는 전극들 사이의 최대 전압으로서 정의된다. 임계 전압은 하전된 안료 입자들의 내재하는 특성 또는 첨가-유도된 속성 중의 어느 하나일 수도 있다. 전자의 경우, 임계치는 입자들 사이, 또는 입자들과 어떤 기판 표면들 사이의 어떤 인력에 의해 생성된다. 임계치는 또한, 2 개의 타입들의 반대로 하전된 입자들의 상호작용을 통해 생성될 수도 있다. 후자의 경우, 임계 전압을 달성하기 위하여, 전기영동 매체의 임계치 특성들을 유도하거나 증대시키는 임계 작용제 (threshold agent) 가 첨가될 수도 있다. 임계 작용제는 전기영동 유체의 용매 또는 용매 혼합물에서 용해가능하거나 분산가능하고, 하전된 안료 입자들의 전하와 반대인 전하를 지니거나 유도하는 임의의 재료일 수도 있다. 임계 작용제는 인가된 전압의 변화에 대해 민감할 수도 있거나 민감하지 않을 수도 있다. 용어 "임계 작용제" 는 염료 (dye) 들 또는 안료 (pigment) 들, 전해질 (electrolyte) 들 또는 고분자전해질 (polyelectrolyte) 들, 중합체 (polymer) 들, 소중합체 (oligomer) 들, 계면활성제 (surfactant) 들, 전하 제어제 등을 폭넓게 포함할 수도 있다. 임계 작용제에 관한 추가적인 정보는 그 내용이 그 전체적으로 참조로 본원에 편입되는 미국 특허 제 8,115,729 호에서 찾을 수도 있다.
수동 매트릭스 구동을 용이하게 하기 위하여, 임계 전압은 제 1 타입의 입자들의 컬러 상태로부터 제 2 타입의 입자들의 컬러 상태로 구동하기 위하여 요구된 전압의 적어도 1/3 이다. 더 많은 세부사항들은 이하에서 주어진다.
제 3 타입의 입자들은 제 2 타입의 입자들보다 낮은 레벨의 전하 세기를 가지지만, 2 개의 타입들의 입자들은 동일한 극성의 전하들을 지닌다. 제 3 타입의 입자들이 지닌 전하는 제 2 타입의 입자들이 지닌 전하의 약 50 % 보다 더 작을 수도 있고, 바람직하게는, 약 5 % 내지 약 30 % 일 수도 있다. 용어 "전하 세기 (charge intensity)" 는 본 출원의 문맥에서, "제타 전위 (zeta potential)" 또는 전기영동 이동성과 상호 교환가능하게 이용될 수도 있다. 입자들의 전하 극성들 및 전하 전위의 레벨들은 미국 특허 출원 공개 제 2014/0011913 호에서 설명된 방법에 의해 변동될 수도 있거나 및/또는 제타 전위의 측면에서 측정될 수도 있다. 하나의 실시형태에서, 제타 전위는 CSPU-100 신호 프로세싱 유닛을 갖는 콜로이드 동역학 음향사이저 (Colloidal Dynamics AcoustoSizer) IIM, ESA EN# Attn 흐름 관통 셀 (K:127) 에 의해 결정된다. 샘플에서 이용된 용매의 밀도, 용매의 유전 상수, 용매에서 소리의 속력, 용매의 점성과 같은 도구 상수들은 테스팅 온도 (25 ℃) 에서, 테스팅 전에 모두 입력된다. 안료 샘플들은 (통상, 12 개보다 더 적은 탄소 원자들을 가지는 탄화수소 (hydrocarbon) 유체인) 용매에서 분산되고, 5-10 중량% 가 되도록 희석된다. 샘플은 또한, 전하 제어제 (Lubrizol 주식회사, Berkshire Hathaway 컴퍼니로부터 입수가능 Solsperse 17000; "Solsperse" 는 등록 상표임) 를 함유하며, 전하 제어제 (charge control agent) 대 입자들의 중량 비는 1:10 이다. 희석된 샘플의 질량이 결정되고, 그 다음으로, 샘플은 제타 전위의 결정을 위하여 관류 셀 (flow through cell) 로 로딩된다. 전기영동 이동성의 측정을 위한 방법들 및 장치는 전기영동 디스플레이들의 기술에서의 당업자들에게 잘 알려져 있다.
도면들에서 예시된 특정 디스플레이들은 흑색 및 백색 입자들을 제 1 및 제 2 타입들의 입자들로서 이용하지만, 발명의 범위는 그것들이 시각적으로 대비되는 한, 임의의 컬러들의 2 개의 타입들의 입자들을 폭넓게 망라한다는 것이 이해되어야 한다.
백색 입자들은 TiO2, ZrO2, ZnO, Al2O3, Sb2O3, BaSO4, PbSO4 등과 같은 무기 안료로부터 형성될 수도 있다. 흑색 입자들은 CI 안료 흑색 26 또는 28 등 (예컨대, 망간 페라이트 흑색 스피넬 (manganese ferrite black spinel) 또는 구리 크로마이트 흑색 스피넬 (copper chromite black spinel)) 또는 흑색 탄소 (carbon black) 로부터 형성될 수도 있다. 비-백색 및 비-흑색인 입자들은 적색, 녹색, 청색, 마젠타 (magenta), 시안 (cyan), 황색, 또는 임의의 다른 희망하는 컬러일 수도 있고, 예를 들어, CI 안료 PR PR 254, PR122, PR149, PG36, PG58, PG7, PB28, PB15:3, PY83, PY138, PY150, PY155, 또는 PY20 으로부터 형성될 수도 있다. 그것들은 컬러 인덱스 핸드북들, "New Pigment Application Technology (새로운 안료 응용 기술)" (CMC Publishing Co, Ltd, 1986) 및 "Printing Ink Technology (인쇄 잉크 기술)" (CMC Publishing Co, Ltd, 1984) 에서 설명된 보편적으로 이용된 유기 안료들이다. 특정 예들은 Clariant 호스타펌 적색 (Hostaperm Red) D3G 70-EDS, 호스타펌 핑크 (Hostaperm Pink) E-EDS, PV 패스트 레드 (fast red) D3G, 호스타펌 적색 (Hostaperm red) D3G 70, 호스타펌 청색 (Hostaperm Blue) B2G-EDS, 호스타펌 황색 (Hostaperm Yellow) H4G-EDS, 노보펌 황색 (Novoperm Yellow) HR-70-EDS, 호스타펌 녹색 (Hostaperm Green) GNX, BASF 이가진 적색 (Irgazine red) L 3630, 싱콰시아 적색 (Cinquasia Red) L 4100 HD, 및 이가진 적색 (Irgazin Red) L 3660 HD; Sun Chemical 프탈로시아닌 청색 (phthalocyanine blue), 프탈로시아닌 녹색 (phthalocyanine green), 디아릴리드 황색 (diarylide yellow), 또는 디아릴리드 AAOT 황색 (diarylide AAOT yellow) 을 포함한다. 컬러화된 입자들은 또한, 적색, 녹색, 청색, 및 황색과 같은 무기 안료들일 수도 있다. 예들은 CI 안료 청색 28, CI 안료 녹색 50, 및 CI 안료 황색 227 을 포함할 수도 있지만, 이것으로 제한되지는 않는다.
이용된 입자들은 중합체 쉘 (polymer shell) 을 갖지 않는 주 입자들일 수도 있다. 대안적으로, 각각의 입자는 중합체 쉘을 갖는 불용성 코어 (insoluble core) 를 포함할 수도 있다. 코어는 유기 또는 무기 안료의 어느 하나일 수 있고, 그것은 단일 코어 입자 또는 다수의 코어 입자들의 응집물일 수도 있다. 입자들은 또한 중공 입자 (hollow particle) 들일 수도 있다.
입자들이 분산되는 유체는 맑고 무색 (colorless) 일 수도 있다. 그것은 바람직하게는, 높은 입자 이동성 (particle mobility) 을 위하여, 낮은 점성 (viscosity) 과, 약 2 내지 약 30, 바람직하게는, 약 2 내지 약 15 의 범위인 유전 상수를 가진다. 적당한 유전체 용매의 예들은 탄화수소들 예컨대, 이소파라핀, 데카히드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노보넨, 지방 오일들 (fatty oils), 파라핀 오일, 실리콘 유체들, 방향족 탄화수소들 예컨대, 톨루엔, 자일렌, 페닐자일릴에탄, 도데실벤젠, 또는 알킬나프탈렌, 할로겐화 용매들 예컨대, 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오로톨루엔, 퍼플루오로자일렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리플로우라이드, 클로로펜타플루오로벤젠, 디클로로노난, 또는 펜타클로로벤젠, 및 퍼플루오로화 용매들 예컨대, 3M 컴퍼니, St. Paul MN 로부터의 FC-43, FC-70, 또는 FC-5060, 저분자량 할로겐 함유 중합체들 예컨대, TCI America, Portland, Oregon 으로부터의 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드), 폴리(클로로트리플루오로에틸렌) 예컨대, Halocarbon Product 주식회사, River Edge, NJ 로부터의 할로카본 (Halocarbon Oil) 들, 퍼플루오로폴리알킬에테르 예컨대, Ausimont 또는 Krytox Oils 로부터의 갈덴 (Galden) 및 DuPont, Delaware 로부터의 그리스 K-유체 시리즈 (Greases K-Fluid Series), Dow-corning 으로부터의 폴리디메틸실록산계 실리콘 오일 (DC-200) 을 포함한다.
전기영동 디스플레이에서의 전기영동 유체는 디스플레이 셀들 내에 충전될 수도 있다. 디스플레이 셀들은 그 내용이 전체적으로 참조로 본원에 편입되는 미국 특허 제 6,930,818 호에서 설명된 바와 같은 마이크로셀 (microcell) 들일 수도 있다. 디스플레이 셀들은 또한, 그 형상들 또는 크기들에 관계 없이, 마이크로캡슐 (microcapsule) 들, 마이크로채널 (microchannel) 들, 또는 등가물들과 같은 다른 타입들의 마이크로-용기 (micro-container) 들일 수도 있다. 이것들의 전부는 본 발명의 범위 내에 있다.
3 개의 타입들의 입자들은 다른 크기들을 가질 수도 있고; 예를 들어, 3 개의 타입들의 입자들 중의 하나는 다른 2 개의 타입들보다 더 클 수도 있다. 3 개의 타입들의 입자들 중에서, 더 낮은 전하 세기를 가지는 제 3 타입은 바람직하게는 더 큰 크기를 가진다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들 양자 모두는 상대적으로 작을 수도 있고, (동적 광 산란을 통해 테스트된) 그 크기들은 약 50 nm 로부터 약 800 nm 까지, 그리고 더 바람직하게는, 약 200 nm 로부터 약 700 nm 까지의 범위일 수도 있고, 이 예에서, 더 낮은 전하 세기를 지니는 제 3 타입의 입자들은 제 1 및 제 2 타입들의 입자들의 바람직하게는 약 2 배 내지 약 50 배, 그리고 더 바람직하게는, 약 2 배 내지 약 10 배이다.
전기영동 매체는 스위칭 속력, 쌍안정성, 및 신뢰성을 개선시키기 위한 첨가제들과 같은, 디스플레이의 성능을 증대시키기 위한 추가적인 첨가제들을 함유할 수도 있다.
도 2 는 본 발명의 구동 방법들의 다양한 단계들 동안에 실시된 입자 위치들에서의 변화들을 예시하는 개략적인 단면이다. 도 2 에서 도시된 전기영동 매체에서, 제 1 타입의 입자들 (21) 은 백색이며 네거티브로 하전되고, 제 2 타입의 입자들 (22) 은 흑색이며 포지티브로 하전된다. 제 3 타입의 입자들 (23) 은 백색이며 포지티브 전하를 지니지만, 제 2 타입의 입자들의 세기보다 더 낮은 세기이다. 그 결과, 흑색 입자들이 지니는 더 강한 전하들로 인해, 높은 전기장들이 인가될 때, 흑색 입자들 (22) 은 제 3 타입의 입자들 (23) 보다 더 빠르게 이동한다. 도 2 에서, 능동 매트릭스 구동의 경우, 시인 표면에 인접하게 놓여 있는 "상부" 또는 "전면 전극" (24) 은 공통 전극이고, "하부 전극" (25) 은 픽셀 전극이다. 대안적으로, 수동 매트릭스 구동에서는, 픽셀과 연관된 "상부 전극" 은 행 전극일 수도 있고, 하부 전극은 열 전극일 수도 있거나, 그 반대일 수도 있다.
도 2 에서의 상태 (a) 에서는, 픽셀 전극 (25) 이 전면 전극 (24) 에 대해 + 15 V 에서 설정되어 (이하, 전면 전극이 0 V 에서 유지될 것이므로, 이 경우, 공통 전극은 픽셀 전극에 대해 강한 네거티브인 것으로 가정될 것임) 제 1 타입의 입자들 (21) 이 픽셀 전극 (25) 에 인접하게 이동하는 반면, 흑색 입자들 (22) 및 제 3 타입의 입자들 (23) 이 전면 전극 (24) 에 인접하게 이동한다. 그 더 낮은 전하로 인해, 제 3 타입의 입자들 (23) 은 흑색 입자들 (22) 이 행하는 것보다 전면 전극 (24) 을 향해 더 느리게 이동하여, 흑색 입자들 (22) 은 전면 전극 (24) 에 바로 인접하게 놓여 있고 제 3 타입의 입자들 (23) 을 마스킹하므로, 흑색 컬러는 시인 표면에서 디스플레이된다.
도 2 에서의 상태 (b) 에서는, 픽셀 전극 (25) 이 전면 전극 (24) 에 대해 - 15 V 에서 설정되어 제 1 타입의 입자들 (21) 이 전면 전극 (24) 에 인접하게 이동하는 반면, 흑색 입자들 (22) 및 제 3 타입의 입자들 (23) 은 픽셀 전극 (25) 에 인접하게 이동하므로, 백색 컬러가 시인 표면에서 디스플레이된다.
도 2 에서의 상태 (c) 는 제 3 타입의 입자들 (23) 의 컬러가 시인 표면에서 디스플레이되는 방식을 예시한다. 프로세스는 백색 상태 (b) 로부터 시작한다. 흑색 입자들 (22) 및 제 3 타입의 입자들 (23) 이 전면 전극 (24) 을 향해 이동하는 동안에, 제 1 타입의 입자들 (21) 이 픽셀 전극 (25) 을 향해 이동하게 하기 에 충분한 길이의 시간 주기 동안에 낮은 포지티브 전압 (예컨대, + 5 V) 이 픽셀 전극 (25) 에 인가된다. 그러나, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들 (21 및 22) 이 도 2 에서의 상태 (c) 에서 도시된 바와 같이, 픽셀과 전면 전극들의 중간에서 만날 때, 낮은 구동 전압에 의해 생성된 전기장이 그것들 사이의 인력들을 극복할 정도로 충분히 강하지 않으므로, 그것들은 중간 위치에서 유지된다. 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 혼합된 상태에서 픽셀과 전면 전극의 중간에 머무른다. 따라서, 제 3 타입의 입자들의 컬러 (백색) 는 시인 표면에서 가시적이다. 비-시인 표면에 인접하게, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들이 혼합되어, 픽셀 전극 (25) 이 광-투과성인 것으로 가정하면, 결과적으로 중간 컬러 (회색) 가 디스플레이된다.
도 3 의 상부 파트는 도 2 로부터의 상태들 (a) 및 (b) 를 반복하고, ± 15 V 의 구동 전압들을 이용하여 그것들 사이의 천이들을 예시한다. 도 3 은 또한, 상태 (b) 에서의 픽셀로의 + 5 V 구동 전압의 인가는 픽셀을 상태 (c) 로 변환하고, 제 3 입자들 (23) 의 컬러는 시인 표면에서 디스플레이된다는 것을 도시한다. 그러나, 제 3 입자들 (23) 의 광학적 특성 (컬러) 은 제 1 입자들 (21) 의 그것과 본질적으로 동일하므로, 상태 (b) 로부터 상태 (c) 로의 천이는 픽셀의 외관에서의 가시적 변화를 야기시키지 않는다.
최종적으로, 도 3 은 - 5 V 구동 전압의 효과는 제 1 입자들 (21) 을 전면 전극 (24) 에 인접하게, 그리고 제 1 및 제 3 입자들을 픽셀 전극들 (25) 에 인접하게 구동하기 위한 것이므로, - 5 V 의 구동 전압이 상태 (b) 에서의 픽셀에 인가될 때, 입자들의 어느 것도 이동하지 않는다는 것을 도시한다. 이에 따라, 도 3 은, 일단 픽셀이 - 15 V 구동 전압에 의하여 흑색 상태 (a) 로부터 백색 상태 (b) 로 구동되었으면, + 5 V 또는 - 5 V 구동 전압 중의 어느 하나의 더 이후의 인가에 의해 추가의 가시적 변화가 야기되지 않는다는 것을 도시한다. 본 발명의 전기영동의 이 특성은 이들을 수동 매트릭스 구동에 특히 적합하게 만든다.
도 4 는 도 3 과 정확하게 유사하지만, 제 1 타입의 입자들 (41) 이 흑색이며 포지티브로 하전되고 제 2 타입의 입자들 (42) 이 백색이며 네거티브로 하전되는 전기영동 디스플레이를 예시한다. 제 3 타입의 입자들 (43) 은 흑색이며 네거티브로 하전된다. 백색 입자들 (즉, 제 2 타입) 은 흑색 상태로부터 백색 상태로 구동하기 위하여 요구된 전압의 1/3 인 임계 전압을 가진다.
도 4 에서 도시된 천이들은 도 3 에서 도시된 천이들의 이전 설명을 고려하면 전기영동 디스플레이들에서의 당업자들에게 용이하게 분명할 것이고, 이에 따라, 도 4 에서 도시된 천이들이 다음과 같이 요약될 수도 있는 것으로 믿어진다. 도 4 에서 도시된 상태 (a) (이것은 물론 픽셀의 백색 상태임) 에서의 픽셀에, + 15 V 의 구동 전압이 인가될 때, 제 1 타입의 (흑색) 입자들 (41) 은 전면 전극 (44) 에 인접하게 이동하고, 백색 입자들 (42) 은 픽셀 전극 (45) 에 인접하게 이동하여, 흑색 컬러가 시인 면에서 디스플레이된다. 제 3 타입의 입자들 (43) 은 백색 입자들 (42) 과 함께, 그러나 백색 입자들보다 더 느리게 이동한다. - 15 의 구동 전압을 상태 (b) 에서의 픽셀에 인가하는 것은 이 입자 이동들을 반전시키고, 백색 상태 (a) 를 복원시킨다.
도 4 는 또한, ± 5 V 구동 전압들을 상태 (b) 에서의 픽셀에 인가하는 효과를 예시한다. 도 4 에서 도시된 바와 같이, 도 3 의 상기한 설명으로부터 용이하게 분명해야 하는 바와 같이, 상태 (b) 에서의 픽셀로의 - 5 V 구동 전압의 인가는 상태 (c) 를 초래하고, 제 3 타입의 입자들 (43) 은 전면 전극 (44) 에 인접하게 놓여 있고, 제 1 및 제 2 타입들의 입자들 (41 및 42) 의 응집된 혼합물은 전방 및 픽셀 전극들 (44 및 45) 의 중간에 놓여 있다. 제 3 타입의 입자들이 흑색이므로, 흑색 컬러는 시인 표면에서 디스플레이되는 반면, 픽셀 전극 (45) 이 광-투과성일 경우, 회색 컬러는 비-시인 표면에서 가시적이다. 유사하게, 상태 (b) 에서의 픽셀로의 + 5 V 구동 전압의 인가는 본질적으로 입자 이동을 생성하지 않고, 픽셀은 도 4 에서의 (d) 에서 도시된 것과 동일한 상태에서 유지된다. 이에 따라, 도 4 로부터, 일단 픽셀이 + 15 V 구동 전압을 이용하여 백색 상태 (a) 로부터 흑색 상태 (b) 로 구동되었으면, 픽셀로의 ± 5 V 구동 전압들의 후속 인가는 픽셀의 외관에서 추가의 가시적 변화를 생성하지 않는다는 것이 결론내려질 수 있다.
더 일반적으로, 도 3 및 도 4 의 상기한 고려사항은, 본 발명의 전기영동 매체들에서, 일단 픽셀이 구동 전압 E (도 3 및 도 4 에서의 ± 15 V) 를 이용하여, 제 2 타입의 입자들의 광학적 특성이 디스플레이되는 상태 (상태 (a)) 로부터 제 1 타입의 입자들의 광학적 특성이 디스플레이되는 상태 (상태 (b)) 로 구동되었으면, ± (E/3) 의 구동 전압들 (도 3 및 도 4 에서의 ± 5 V) 의 픽셀로의 후속인가가 픽셀의 외관 (상태들 (c) 및 (d)) 에서의 추가의 가시적 변화를 생성하지 않을 것이라는 도시한다. 그것은, 능동 매트릭스 또는 다른 구동 기법들이 희망하는 경우에 이용될 수도 있지만, 본 발명의 전기영동 매체들을 수동 매트릭스 구동을 위하여 특히 적당한 것으로 하는, 제 1 타입의 입자들의 광학적 특성을 디스플레이하는 픽셀의 특전이다.
도 5a 는 전형적인 수동 매트릭스 디스플레이에서의 전극들의 구성을 개략적으로 도시한다. 도시된 바와 같이, 열 전극들의 세트 (C1 내지 C3) 은 행 전극들의 세트 (R1 내지 R3) 에 대해 수직이고; 실제로는, 훨씬 더 큰 수의 양자 모두의 열 및 행 전극들이 통상적으로 있을 것이고, 각각의 세트에서의 전극들의 수들이 동일할 필요가 없는데, 예를 들어, 4:3 의 종횡비 (aspect ratio) 를 갖는 디스플레이가 600 개의 행 전극들 및 800 개의 열 전극들을 가질 수도 있기 때문이다. 도 5a 에서 예시된 바와 같이, 열 전극들은 행 전극들의 아래에 놓인다. 디스플레이의 각각의 픽셀은 하나의 행 전극과 하나의 열 전극 사이의 중첩에 의해 정의되고, 그러므로, 예시된 바와 같은 각각의 픽셀에 대하여, 행 전극은 전면 전극일 것이고, 열 전극은 하부 전극일 것이다. 도시된 9 개의 픽셀들은 예시적인 목적들을 위하여 (a) 내지 (i) 로 지정된다. 픽셀들 (a) 내지 (c) 는 라인 1 상에 있고; 픽셀들 (d) 내지 (f) 는 라인 2 상에; 그리고 픽셀들 (g) 내지 (i) 는 라인 3 상에 있다.
도 5b 는 이하의 본 발명의 방법들의 논의에서 이용된 2 개의 샘플 이미지들을 예시한다. 제 1 이미지에서, 픽셀들 (a) 내지 (i) 는 각각 W (백색), K (흑색), W, K, W, K, W, W, 및 W 이다. 제 2 이미지에서, 픽셀들 (a) 내지 (i) 는 각각 K, W, W, W, K, K, W, K, 및 K 이다. 제 1 이미지를 제 2 이미지로 구동하기 위한 본 발명의 방법들은 이하에서 설명된다.
도 6a 내지 도 6d 는 본 발명의 제 1, 제 1 을 통한 방법을 이용하여 도 3 의 전기영동 디스플레이를 제 1 이미지에서 도 5b 에서 도시된 제 2 이미지로 구동하기 위하여 필요한 단계들을 예시한다. 도 6a 에서 도시된 단계 1 에서, 모든 픽셀들은 제 1 이미지에서의 그 상태에 관계 없이 제 1 타입의 입자들의 컬러 (백색) 를 디스플레이하도록 구동된다. 이것을 달성하기 위하여, 모든 열 전극들 C1 내지 C3 은 - 10 V 로 설정되고, 모든 행 전극들 R1 내지 R3 은 + 5 V 로 설정된다. 그 결과, 모든 픽셀들은 - 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 제 1 타입의 입자들의 컬러가 디스플레이되는 상태 (도 3 에서의 상태 (b)) 로 스위칭한다.
단계 2 (도 6b) 에서는, 오직 라인 1 이 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구된 임의의 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 예시된 바와 같이, 픽셀 (a) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 + 10 V, 0 V, 및 0 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 - 5 V, + 5 V, 및 + 5 V 로 설정된다. 그 결과, 픽셀 (a) 는 + 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 흑색 상태로 스위칭한다 (도 3, 상태 (b) 로부터 상태 (a) 로의 천이 참조). 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 구동 전압들을 경험하고, 이에 따라, 백색으로 유지된다 (도 3, 각각 상태 (b) 로부터 상태들 (c) 및 (d) 로의 천이들 참조).
단계 3 (도 6c) 에서는, 오직 라인 2 가 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구된 임의의 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀들 (e) 및 (f) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀들이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 0 V, + 10 V, 및 + 10 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 + 5 V, - 5 V, 및 + 5 V 로 설정된다. 그 결과, 양자 모두의 픽셀들 (e) 및 (f) 는 + 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로부터 흑색으로 스위칭하고, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압을 경험하고, 이에 따라, 백색으로 유지된다 (이전 단락에서의 단계 2 의 설명 참조).
최종적인 단계 4 (도 6d) 에서는, 오직 라인 3 이 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구된 임의의 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀들 (h) 및 (i) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀들이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 0 V, + 10 V, 및 + 10 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 + 5 V, + 5 V 및 - 5 V 로 설정된다. 그 결과, 양자 모두의 픽셀들 (h) 및 (i) 는 + 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로부터 흑색으로 스위칭하고, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로 유지된다 (2 개의 이전 단락들에서의 단계들 2 및 3 의 설명 참조).
이에 따라, 도 6a 내지 도 6d 에서 도시된 바와 같은 본 발명의 제 1 구동 방법은 모든 픽셀들을 제 1 타입의 입자들의 컬러로 구동하고, 그 후에, 제 2 이미지에서의 상이한 컬러 상태들에 있도록 요구된 픽셀들을, 모든 라인들이 구동되었을 때까지, 라인 바이 라인 (line by line) 으로 구동하는 초기 단계를 포함한다. 흑색 및 백색 컬러 상태들이 방법을 예시하기 위하여 이용되었지만, 2 개의 컬러 상태들이 시각적으로 구별가능하기만 하면, 본 발명은 임의의 2 개의 컬러 상태들에 적용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 7a 내지 도 7e 는 본 발명의 제 2 구동 방법의 단계들을 예시한다. 이 제 2 방법에서, 픽셀들은 라인 바이 라인으로 구동되고, 예시된 시스템에서, 흑색 픽셀들은 백색 픽셀들이 흑색으로 구동되기 전에 백색으로 구동된다(즉, 제 2 타입의 입자들의 컬러를 디스플레이하는 픽셀들은 제 1 타입의 입자들의 컬러로 구동됨).
도 7a 에서 예시된 단계 1 에서, 오직 라인 1 은 픽셀들이 제 2 이미지에서 백색이 되도록 요구될 경우에 임의의 흑색 픽셀들을 백색으로 스위칭하도록 구성된다. 예시된 바와 같이, 라인 1 에서의 픽셀 (b) 는 흑색으로부터 백색으로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 0 V, - 10 V, 및 0 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 + 5 V, - 5 V, 및 - 5 V 로 설정된다. 그 결과, 픽셀 (b) 는 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색 상태로 스위칭한다 (도 3a, 상태 (b) 로부터 상태 (a) 로의 천이 참조). 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 구동 전압들을 경험하고, 이에 따라, 변화되지 않은 상태로 유지된다.
단계 2 (도 7b) 에서, 오직 라인 2 는 제 2 이미지에서 백색이 되도록 요구되는 임의의 흑색 픽셀들을 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀 (d) 는 흑색으로부터 백색으로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 - 10 V, + 0 V, 및 + 0 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 - 5 V, + 5 V, 및 - 5 V 로 설정된다. 픽셀 (d) 은 - 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 흑색으로부터 백색으로 스위칭하는 반면, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압들을 경험하고, 변화되지 않은 상태로 유지된다.
흑색으로부터 백색으로 구동될 필요가 있는 라인 3 에서의 픽셀들이 없다 (도 5b 참조). 이 때문에, 이 단계는 예시된 바와 같은 방법에서 생략될 수 있지만, 제 2 방법은 전형적으로 2N 개의 단계들을 요구할 것이라는 것이 주목되어야 하고, 여기서, N 은 수동 매트릭스에서의 행 전극들의 수이다.
도 7c 에서 예시된 다음 단계에서, 오직 라인 1 은 픽셀들이 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구될 경우에 임의의 백색 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀 (a) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 + 10 V, 0 V, 및 0 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 - 5 V, + 5 V, 및 + 5 V 로 설정된다. 픽셀 (a) 은 + 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로부터 흑색으로 스위칭하는 반면, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압들을 경험하고, 그러므로, 변화되지 않은 상태로 유지된다.
도 7d 에서 예시된 다음 단계에서, 오직 라인 2 는 픽셀들이 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구될 경우에 임의의 백색 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀 (e) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 0 V, + 10 V, 및 0 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 + 5 V, - 5 V, 및 + 5 V 로 설정된다. 픽셀 (e) 은 + 15 V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로부터 흑색으로 스위칭하는 반면, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압들을 경험하고, 변화되지 않은 상태로 유지된다.
도 7e 에서 예시된 최종적인 단계에서, 오직 라인 3 은 픽셀들이 제 2 이미지에서 흑색이 되도록 요구될 경우에 임의의 백색 픽셀들을 흑색으로 스위칭하도록 구동된다. 이 예에서, 픽셀들 (h) 및 (i) 는 흑색 상태로 구동될 필요가 있는 유일한 픽셀들이다 (도 5b 참조). 이것을 달성하기 위하여, 열 전극들 C1 내지 C3 은 각각 0 V, + 10 V, 및 + 10 V 로 설정되고, 행 전극들 R1 내지 R3 은 각각 + 5 V, + 5 V, 및 - 5 V 로 설정된다. 픽셀들 (h) 및 (i) 는 + 15V 의 구동 전압을 경험하고, 그러므로, 백색으로부터 흑색으로 스위칭하고, 나머지 픽셀들은 + 5 V 또는 - 5 V 의 어느 하나의 구동 전압을 경험하고, 변화되지 않은 상태로 유지된다.
이에 따라, 본 발명의 제 2 방법에서, 도시된 바와 같은 구동은 모든 픽셀들이 제 2 이미지에서 필요한 컬러들로 구동되었을 때에 제 2 패스의 최후 라인까지 라인 바이 라인으로 수행된다.
상기한 것으로부터, 본 발명은 수동 매트릭스 구동 방식들과의 이용을 위하여 양호하게 적응되는 전기영동 매체, 전기영동 디스플레이, 및 구동 방법들을 제공할 수 있다는 것을 알 것이다.

Claims (15)

  1. 시인 표면을 가지고, 전기영동 매체 (10) 및 상기 전기영동 매체 (10) 에 전기장을 인가하기 위한 수단 (24, 25; 44, 45) 을 포함하는 전기영동 디스플레이로서,
    상기 전기영동 매체는 유체 및 상기 유체에서 분산된 제 1 (11; 21; 41), 제 2 (12; 22; 42), 및 제 3 (13; 23; 43) 타입들의 입자들을 포함하고,
    (i) 상기 제 1 (11; 21; 41) 및 제 2 (12; 22; 42) 타입들의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 지니고, 서로 상이한 제 1 및 제 2 광학적 특성들을 가지고, 상기 디스플레이는,
    (ii) 상기 제 3 타입 (13; 23; 43) 의 입자들이 실질적으로 상기 제 1 광학적 특성을 가지고, 상기 제 2 타입 (12; 22; 42) 의 입자들과 동일한 극성의 전하를 지니지만, 상기 제 2 타입 (12; 22; 42) 의 입자들보다 더 낮은 제타 전위 (zeta potential) 또는 전기영동 이동성을 가지고; 그리고
    (iii) 상기 제 1 광학적 특성이 상기 시인 표면에서 디스플레이될 때, 상기 제 2 타입 (12; 22; 42) 의 입자들을 상기 시인 표면을 향해 구동하는 극성의 전기장 E 의 시간 T 동안의 인가는 상기 제 2 광학적 특성이 상기 시인 표면에서 디스플레이되게 할 것이지만, 동일한 극성의 전기장 E/3 의 시간 T 동안의 인가는 상기 제 1 광학적 특성이 상기 시인 표면에서 디스플레이된 상태로 유지되게 할 것을 특징으로 하는, 전기영동 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학적 특성들은 상이한 컬러들인, 전기영동 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 광학적 특성들은 백색 및 흑색 컬러들인, 전기영동 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들 (21) 은 백색이며 네거티브로 하전되고, 상기 제 2 타입의 입자들 (22) 은 흑색이며 포지티브로 하전되고, 상기 제 3 타입의 입자들 (23) 은 백색이며 포지티브로 하전되는, 전기영동 디스플레이.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들 (41) 은 흑색이며 포지티브로 하전되고, 상기 제 2 타입의 입자들 (42) 은 백색이며 네거티브로 하전되고, 상기 제 3 타입의 입자들 (43) 은 흑색이며 네거티브로 하전되는, 전기영동 디스플레이.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들은 백색이며 포지티브로 하전되고, 상기 제 2 타입의 입자들은 흑색이며 네거티브로 하전되고, 상기 제 3 타입의 입자들은 백색이며 네거티브로 하전되는, 전기영동 디스플레이.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 타입의 입자들은 흑색이며 네거티브로 하전되고, 상기 제 2 타입의 입자들은 백색이며 포지티브로 하전되고, 상기 제 3 타입의 입자들은 흑색이며 포지티브로 하전되는, 전기영동 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 타입의 입자들 (13; 23; 43) 은 상기 제 1 및 제 2 타입들의 입자들보다 더 큰 평균 크기를 가지는, 전기영동 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 3 타입의 입자들 (13; 23; 43) 은 상기 제 1 또는 제 2 타입들의 입자들의 크기의 약 2 배 내지 약 50 배인, 전기영동 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가하기 위한 수단은 상기 시인 표면에 인접하게 배치된 연신형 전극들의 제 1 세트 (R1 내지 R3) 및 상기 시인 표면으로부터 상기 전기영동 매체의 대향 면 상에 배치된 연신형 전극들의 제 2 세트 (C1 내지 C3) 를 포함하고, 상기 연신형 전극들의 제 1 및 제 2 세트들 (R1 내지 R3, C1 내지 C3) 은 복수의 픽셀들 (a 내지 i) 이 형성되도록 그 장축들이 서로에 대해 각도를 이루어 배열되고, 각각의 픽셀 (a 내지 i) 은 상기 제 2 세트 (C1 내지 C3) 의 하나의 전극과의 상기 제 1 세트 (R1 내지 R3) 의 하나의 전극의 중첩에 의해 정의됨으로써, 수동 매트릭스 구동 시스템을 형성하는, 전기영동 디스플레이.
  11. 제 1 이미지로부터 제 2 이미지로, 시인 표면에서 제 1 또는 제 2 광학적 특성 중의 어느 하나를 각각 디스플레이할 수 있는, 복수의 픽셀들을 갖는 제 1 항에 기재된 디스플레이를 구동하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 제 1 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 상기 디스플레이의 모든 픽셀들을 구동하는 단계; 및
    (b) 상기 제 2 이미지에서의 상기 제 2 광학적 특성을 디스플레이하는 상기 픽셀들을 상기 제 1 광학적 특성으로부터 상기 제 2 광학적 특성으로 구동하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 구동하기 위한 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제 10 항에 기재된 수동 매트릭스 디스플레이이고, 단계 (b) 는 라인-바이-라인 (line-by-line) 에 기반하여 실시되는, 디스플레이를 구동하기 위한 방법.
  13. 제 1 이미지로부터 제 2 이미지로, 시인 표면에서 제 1 또는 제 2 광학적 특성 중의 어느 하나를 각각 디스플레이할 수 있는, 복수의 픽셀들을 갖는 제 1 항에 기재된 디스플레이를 구동하기 위한 방법으로서,
    (a) 상기 제 2 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 상기 제 1 이미지에서의 상기 제 1 광학적 특성 및 상기 제 2 이미지에서의 상기 제 2 광학적 특성을 가지는 픽셀들을 구동하는 단계; 및
    (b) 상기 제 1 광학적 특성을 디스플레이하기 위하여 상기 제 1 이미지에서의 상기 제 2 광학적 특성 및 상기 제 2 이미지에서의 상기 제 1 광학적 특성을 가지는 픽셀들을 구동하는 단계를 포함하는, 디스플레이를 구동하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 디스플레이는 제 10 항에 기재된 수동 매트릭스 디스플레이이고, 단계들 (a) 및 (b) 는 양자 모두 라인-바이-라인에 기반하여 실시되는, 디스플레이를 구동하기 위한 방법.
  15. 유체 및 상기 유체에서 분산된 제 1, 제 2, 및 제 3 타입들의 입자들을 포함하는 전기영동 매체로서,
    (i) 상기 제 1 및 제 2 타입들의 입자들은 반대 극성들의 전하들을 지니고, 서로 상이한 제 1 및 제 2 광학적 특성들을 가지고; 그리고
    (ii) 상기 제 3 타입의 입자들은 실질적으로 상기 제 1 광학적 특성을 가지고, 상기 제 2 타입의 입자들과 동일한 극성의 전하를 지니지만, 상기 제 2 타입의 입자들보다 더 낮은 제타 전위 또는 전기영동 이동성을 가지는, 전기영동 매체.
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