KR20230050436A - 고속의 고-콘트라스트 광학 상태 스위칭을 제공하는 4 입자 전기영동 매체 - Google Patents

고속의 고-콘트라스트 광학 상태 스위칭을 제공하는 4 입자 전기영동 매체 Download PDF

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KR20230050436A
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스티븐 제이 텔퍼
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텍 핑 심
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

개선된 전기영동 매체는 제 1 극성의 제 1 입자 및 반대 극성의 3개의 입자들을 포함하고, 제 1 입자 및 선택적으로 반대 극성의 입자들 중 하나는 증가된 전기장으로 전기영동 이동도의 감소를 겪는다. 이러한 전기영동 매체는 백색 및 흑색 픽셀 사이에서 매우 고속의 업데이트와 함께 풀-컬러 디스플레이를 가능하게 한다.

Description

고속의 고-콘트라스트 광학 상태 스위칭을 제공하는 4 입자 전기영동 매체
관련된 출원들
본 출원은 2020 년 9 월 15 일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 63/078,829 호 및 2021 년 5 월 20 일자로 출원된 미국 가특허 출원 제 63/191,075 호에 대해 우선권을 주장한다. 본 명세서에서 개시된 모든 특허들 및 공개들은 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
전기영동 디스플레이 (Electrophoretic Display; EPD) 는 광 투과성 시인 표면에 대해 하전된 착색된 입자의 위치를 변경하는 것에 의해 컬러를 변경한다. 이러한 전기영동 디스플레이들은 일반적으로 "전자 페이퍼" 또는 "ePaper"로 지칭되는데, 그 이유는 결과적인 디스플레이가 고 콘트라스트를 갖고 페이퍼 상에 잉크와 매우 유사하게 태양광-판독가능하다. 전기영동 디스플레이는 AMAZON KINDLE®과 같은 eReader에서 널리 채택되고 있는데, 그 이유는 전기영동 디스플레이가 책-유형의 독서 경험을 제공하고, 전력을 거의 사용하지 않으며, 사용자가 수백 권의 책을 경량 핸드헬드 디바이스로 담지할 수 있게 하기 때문이다.
수년 동안, 전기영동 디스플레이는 흑색 및 백색의 단지 두 종류의 하전된 착색된 입자만을 포함하였다. (확실히, 본원에 사용되는 "컬러"는 흑색 및 백색을 포함한다.) 백색 입자들은 종종 광 산란 유형이고, 예를 들어 티타늄 이산화물을 포함하는 한편, 흑색 입자는 가시 스펙트럼에 걸쳐 흡수성이고, 카본 블랙, 또는 흡수성 금속 산화물, 이를 테면, 구리 크로마이트를 포함할 수도 있다. 가장 단순한 의미에서, 흑색 및 백색 전기영동 디스플레이는 단지 시인 표면에서 광-투과성 전극, 배면 전극, 및 반대로 하전된 백색 및 흑색 입자들을 포함하는 전기영동 매체만을 요구한다. 하나의 극성의 전압이 제공될 때 백색 입자들이 시인 표면으로 이동하고, 반대 극성의 전압이 제공될 때 흑색 입자들이 시인 표면으로 이동한다. 후면 전극이 제어가능 영역들 (픽셀들) - 트랜지스터들에 의해 제어된 픽셀 전극들의 액티브 매트릭스 또는 분할된 전극 - 을 포함하면, 패턴은 시인 표면에서 전자적으로 나타나도록 만들어질 수 있다. 패턴은 예를 들어 책에 대한 텍스트일 수 있다.
보다 최근에는, 3색 디스플레이 (흑색, 백색, 적색; 흑색 백색, 옐로우) 및 4색 디스플레이 (흑색, 백색, 적색, 옐로우) 를 포함하는 다양한 컬러 옵션이 전기영동 디스플레이에 대해 상업적으로 이용 가능하게 되었다. 흑색 및 백색 전기영동 디스플레이의 동작과 유사하게, 3개 또는 4개의 반사성 입자들을 갖는 전기영동 디스플레이는 원하는 착색된 입자가 시인 표면으로 구동되기 때문에 단순한 흑색 및 백색 디스플레이와 유사하게 동작한다. 구동 방식은 흑색 및 백색에 비해 훨씬 복잡하지만 결국 입자들의 광학적 기능은 동일하다.
ACeP™ (Advanced Color Electronic Paper) 도 또한 4개의 입자들을 포함하고 있지만, 시안, 옐로우 및 마젠타 입자들은 반사성이 아닌 감색성 (subtractive) 이고 이에 의해, 각각의 픽셀에서 수천개의 컬러들이 생성될 수 있게 한다. 컬러 프로세스는 오프셋 프린팅 및 잉크젯 프린터들에서 오랫동안 사용되어 온 프린팅 방법과 기능적으로 등가이다. 주어진 컬러는 밝은 백색 종이 백그라운드에서 정확한 비율의 시안, 옐로우 및 마젠타를 사용하는 것에 의해 제조된다. ACeP 의 사례에서, 시인 표면에 대한 시안, 옐로우, 마젠타 및 백색 입자들의 상대 포지션들은 각각의 픽셀에서의 컬러를 결정한다. 이러한 유형의 전기영동 디스플레이는 각각의 픽셀에서 수천 개의 컬러들을 허용하지만, 약 10 내지 20 마이크로미터 두께의 작업 공간 내에서 (50 내지 500 나노미터-사이즈로 된) 안료들의 각각의 포지션을 신중하게 제어하는 것이 중요하다. 명백하게, 입자들의 위치의 변동은 주어진 픽셀에서 부정확한 컬러들이 디스플레이되는 결과를 초래할 것이다. 따라서, 이러한 시스템에 대한 정교한 전압 제어가 요구된다. 이 시스템에 대한 보다 자세한 세부사항들은 그 모두가 그 전체적으로 본원에 참조로서 포함되는 다음 미국 특허들 제 9,361,836, 9,921,451, 10,276,109, 10,353,266, 10,467,984, 및 10,593,272 호에서 이용가능하다.
그레이 상태라는 용어는 픽셀의 2개의 극단 광학 상태들의 중간의 상태를 지칭하는데 이미징 업계에서의 종래의 의미대로 본 명세서에서 사용되며, 이들 2 개의 극단 상태들 사이의 흑색-백색 트랜지션을 반드시 의미하지는 않는다. 예를 들어, 아래에 언급된 여러 E Ink 특허 및 공개된 출원들은 극단 상태들이 백색과 심청색 (deep blue) 이어서, 중간 그레이 상태가 실제로 담청색 (pale blue) 인 전기영동 디스플레이를 기술한다. 실제로, 이미 언급한 바와 같이, 광학 상태의 변화는 컬러 변화가 전혀 아닐 수도 있다. 흑색 및 백색이라는 용어는 이하에서, 디스플레이의 두 극단 광학 상태들을 지칭하는데 사용될 수도 있으며, 엄밀하게 흑색 및 백색이 아닌 극단 광학 상태들, 예를 들어 전술한 백색 및 어두운 청색 상태들을 보통 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
쌍안정 및 쌍안정성이라는 용어는 당해 기술분야에서의 이들의 종래의 의미대로 사용되어, 적어도 하나의 광학 특성이 상이한 제 1 및 제 2 디스플레이 상태들을 갖는 디스플레이 엘리먼트들을 포함하고, 따라서, 임의의 주어진 엘리먼트가 유한의 지속시간의 어드레싱 펄스에 의해 구동되어, 그의 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 어느 하나를 취한 후, 그 어드레싱 펄스가 종결된 후에, 그 상태가 적어도 여러번, 예를 들어, 적어도 4번, 디스플레이 엘리먼트의 상태를 변화시키는데 필요한 어드레싱 펄스의 최소 지속시간, 지속하게 될, 디스플레이를 지칭한다. 그레이 스케일이 가능한 일부 입자-기반 전기영동 디스플레이는 그들 극단 흑색 및 백색 상태들뿐만 아니라 이들의 중간 그레이 상태들에서도 안정하며 같은 것이 기타 유형의 전기-광학 디스플레이에도 들어맞는다는 것이 미국 특허 번호 7,170,670 에 나타나 있다. 이 유형의 디스플레이는 쌍안정이라고 하는 것보다도 오히려 다안정이라고 부르는 것이 적절하지만, 편의상, 쌍안정이라는 용어는 본 명세서에 있어서 쌍안정 및 다안정 디스플레이의 양쪽 모두를 커버하도록 사용될 수도 있다.
본원에서 임펄스라는 용어는, 전기영동 디스플레이를 구동하는 것을 지칭하는데 사용될 때, 디스플레이가 구동되는 기간 동안 시간에 대한 인가 전압의 적분을 지칭하도록 사용된다.
본원에서 광대역 또는 선택된 파장 중 어느 일방에서 광을 흡수, 산란 또는 반사하는 입자는 착색 또는 안료 입자라고 지칭된다. 염료 또는 광결정 (photonic crystal) 등과 같이 광을 흡수 또는 반사하는 (불용성 착색 재료를 의미하는 그 용어의 엄밀한 의미에서) 안료 이외의 다양한 재료가 또한 본 발명의 전기영동 매체 및 디스플레이에 사용될 수도 있다.
입자-기반 전기영동 디스플레이는 다년간 집중적인 연구 및 개발의 주제가 되어왔다. 이러한 디스플레이들에서, 복수의 하전 입자 (종종 안료 입자로 지칭됨) 는 전기장의 영향 하에 유체를 통해 이동한다. 전기영동 디스플레이는 액정 디스플레이와 비교할 때 양호한 휘도 및 컨트라스트, 광시야각, 상태 쌍안정성 및 저전력 소비의 속성을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 디스플레이의 장기간 이미지 품질에 대한 문제들은 그들의 광범위한 사용을 방해하였다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이를 구성하는 입자는 침강하는 경향이 있어, 이러한 디스플레이에 대해 불충분한 서비스 수명을 초래한다.
위에 주지한 바와 같이, 전기영동 매체는 유체의 존재를 필요로 한다. 대부분의 종래 기술의 전기영동 매체에서, 이 유체는 액체이지만, 가스상 유체를 사용하여 전기영동 매체가 제조될 수 있다; 예를 들면 Kitamura, T. 등의 Electrical toner movement for electronic paper-like display, IDW Japan, 2001, Paper HCS1-1, 및 Yamaguchi, Y. 등의 Toner display using insulative particles charged triboelectrically, IDW Japan, 2001, Paper AMD4-4) 를 참조한다. 또한 미국 특허 번호 7,321,459 및 7,236,291 를 참조한다. 이러한 가스계 전기영동 매체들은 매체가 이러한 침전을 허용하는 배향으로, 예를 들어 매체가 수직면에 배치되는 사인 (sign) 으로 사용될 때, 액체계 전기영동 매체들로서 입자 침강에 기인한 동일 유형들의 문제들을 겪기 쉬운 것으로 나타난다. 실제로, 입자 침강은 액체 기반 전기영동 매체보다 가스 기반의 전기영동 매체에서 더 심각한 문제로 보이는데, 왜냐하면 액체 전기영동 매체와 비교하여 가스 현탁 유체의 점도가 더 낮아 전기영동 입자들이 보다 빠르게 침강될 수 있기 때문이다.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) 와 E Ink Corporation 에 양도된, 또는 이들의 명의의 수많은 특허 및 출원은 캡슐화된 전기영동 및 다른 전기-광학 매체에 사용되는 다양한 기술을 설명한다. 이러한 캡슐화된 매체는 다수의 작은 캡슐을 포함하며, 그 각각은 그 자체가 유체 매체에 전기영동적으로 이동 가능한 입자들을 함유하는 내부 상 및 그 내부 상을 둘러싸는 캡슐 벽을 포함한다. 통상적으로, 캡슐은 그 자체로 폴리머 바인더 내에 유지되어 두 전극들 사이에 배치되는 코히런트층 (coherent layer) 을 형성한다. 이러한 특허 및 출원에 기재된 기술들은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자, 유체 및 유체 첨가제; 예를 들어, 미국 특허 제 7,002,728 및 7,679,814 호 참조;
(b) 캡슐, 바인더 및 캡슐화 프로세스; 예를 들어, 미국 특허 제 6,922,276 및 7,411,719 호 참조;
(c) 마이크로셀 구조들, 벽 재료들 및 마이크로셀 형성 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,072,095호 및 제9,279,906호 참조;
(d) 마이크로셀 충전 및 밀봉을 위한 방법들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제7,144,942호 및 제7,715,088호 참조;
(e) 전기 광학 재료들을 함유하는 필름 및 서브어셈블리들; 예를 들어, 미국 특허 번호 제6,982,178호 및 제7,839,564호 참조;
(f) 백플레인, 접착제 층 및 다른 보조 층들 및 디스플레이들에 사용되는 방법; 예를 들어, 미국 특허 제 7,116,318 및 7,535,624 호 참조;
(g) 컬러 형성 컬러 조절; 예를 들어, 미국 특허 번호 6,017,584; 6,545,797; 6,664,944; 6,788,452; 6,864,875; 6,914,714; 6,972,893; 7,038,656; 7,038,670; 7,046,228; 7,052,571; 7,075,502***; 7,167,155; 7,385,751; 7,492,505; 7,667,684; 7,684,108; 7,791,789; 7,800,813; 7,821,702; 7,839,564***; 7,910,175; 7,952,790; 7,956,841; 7,982,941; 8,040,594; 8,054,526; 8,098,418; 8,159,636; 8,213,076; 8,363,299; 8,422,116; 8,441,714; 8,441,716; 8,466,852; 8,503,063; 8,576,470; 8,576,475; 8,593,721; 8,605,354; 8,649,084; 8,670,174; 8,704,756; 8,717,664; 8,786,935; 8,797,634; 8,810,899; 8,830,559; 8,873,129; 8,902,153; 8,902,491; 8,917,439; 8,964,282; 9,013,783; 9,116,412; 9,146,439; 9,164,207; 9,170,467; 9,170,468; 9,182,646; 9,195,111; 9,199,441; 9,268,191; 9,285,649; 9,293,511; 9,341,916; 9,360,733; 9,361,836; 9,383,623; 및 9,423,666; 그리고 U.S. 특허 출원 공개 번호 2008/0043318; 2008/0048970; 2009/0225398; 2010/0156780; 2011/0043543; 2012/0326957; 2013/0242378; 2013/0278995; 2014/0055840; 2014/0078576; 2014/0340430; 2014/0340736; 2014/0362213; 2015/0103394; 2015/0118390; 2015/0124345; 2015/0198858; 2015/0234250; 2015/0268531; 2015/0301246; 2016/0011484; 2016/0026062; 2016/0048054; 2016/0116816; 2016/0116818; 및 2016/0140909 참조;
(h) 디스플레이 구동 방법; 예를 들어 미국 특허 번호 5,930,026; 6,445,489; 6,504,524; 6,512,354; 6,531,997; 6,753,999; 6,825,970; 6,900,851; 6,995,550; 7,012,600; 7,023,420; 7,034,783; 7,061,166; 7,061,662; 7,116,466; 7,119,772; 7,177,066; 7,193,625; 7,202,847; 7,242,514; 7,259,744; 7,304,787; 7,312,794; 7,327,511; 7,408,699; 7,453,445; 7,492,339; 7,528,822; 7,545,358; 7,583,251; 7,602,374; 7,612,760; 7,679,599; 7,679,813; 7,683,606; 7,688,297; 7,729,039; 7,733,311; 7,733,335; 7,787,169; 7,859,742; 7,952,557; 7,956,841; 7,982,479; 7,999,787; 8,077,141; 8,125,501; 8,139,050; 8,174,490; 8,243,013; 8,274,472; 8,289,250; 8,300,006; 8,305,341; 8,314,784; 8,373,649; 8,384,658; 8,456,414; 8,462,102; 8,514,168; 8,537,105; 8,558,783; 8,558,785; 8,558,786; 8,558,855; 8,576,164; 8,576,259; 8,593,396; 8,605,032; 8,643,595; 8,665,206; 8,681,191; 8,730,153; 8,810,525; 8,928,562; 8,928,641; 8,976,444; 9,013,394; 9,019,197; 9,019,198; 9,019,318; 9,082,352; 9,171,508; 9,218,773; 9,224,338; 9,224,342; 9,224,344; 9,230,492; 9,251,736; 9,262,973; 9,269,311; 9,299,294; 9,373,289; 9,390,066; 9,390,661; 및 9,412,314; 그리고 미국 특허 출원 공개 번호 2003/0102858; 2004/0246562; 2005/0253777; 2007/0091418; 2007/0103427; 2007/0176912; 2008/0024429; 2008/0024482; 2008/0136774; 2008/0291129; 2008/0303780; 2009/0174651; 2009/0195568; 2009/0322721; 2010/0194733; 2010/0194789; 2010/0220121; 2010/0265561; 2010/0283804; 2011/0063314; 2011/0175875; 2011/0193840; 2011/0193841; 2011/0199671; 2011/0221740; 2012/0001957; 2012/0098740; 2013/0063333; 2013/0194250; 2013/0249782; 2013/0321278; 2014/0009817; 2014/0085355; 2014/0204012; 2014/0218277; 2014/0240210; 2014/0240373; 2014/0253425; 2014/0292830; 2014/0293398; 2014/0333685; 2014/0340734; 2015/0070744; 2015/0097877; 2015/0109283; 2015/0213749; 2015/0213765; 2015/0221257; 2015/0262255; 2015/0262551; 2016/0071465; 2016/0078820; 2016/0093253; 2016/0140910; 및 2016/0180777 참조 (이들 특허 및 출원은 이하 MEDEOD (MEthods for Driving Electro-optic Displays) 출원으로 지칭될 수도 있다);
(i) 디스플레이들의 애플리케이션들; 예를 들어 미국 특허 제 7,312,784 및 8,009,348 참조; 그리고
(j) 미국 특허 번호 6,241,921; 및 U.S. 특허 출원 공개 번호 2015/0277160; 및 미국 특허 출원 공개 번호 2015/0005720 및 2016/0012710 에 기재된, 비전기영동 디스플레이.
전술한 특허 및 출원 중 다수는 캡슐화된 전기영동 매체에서 분리된 마이크로캡슐을 둘러싸는 벽이 연속 상에 의해 치환될 수 있고, 따라서 전기영동 매체가 복수의 분리된 전기영동 유체의 액적들 및 폴리머 재료의 연속 상을 포함하는, 소위 폴리머-분산 전기영동 디스플레이를 생성하는 것, 그리고 그러한 폴리머-분산 전기영동 디스플레이 내의 분리된 전기영동 유체의 액적들은 분리된 캡슐 막이 각각의 개별 액적과 관련되어 있지 않더라도 캡슐 또는 마이크로캡슐로 간주될 수도 있다는 것을 인식하고 있다; 예를 들어, 미국 특허 번호 제 6,866,760 호 참조한다. 따라서, 본 출원의 목적을 위해, 이러한 폴리머-분산 전기영동 매체는 캡슐화된 전기영동 매체의 하위 종으로 간주된다.
관련 유형의 전기영동 디스플레이는 소위 마이크로셀 전기영동 디스플레이이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에서, 하전 입자 및 유체는 마이크로캡슐 내에 캡슐화되는 것이 아니라, 그 대신 캐리어 매체, 전형적으로는 폴리머 필름 내에 형성된 복수의 캐비티 내에 보유된다. 예를 들어 미국 특허 번호 제 6,672,921 및 6,788,449 호를 참조한다.
전기영동 매체는 종종 불투명하고 (예를 들어 많은 전기영동 매체에서, 입자가 디스플레이를 통해 가시 광의 투과를 실질적으로 차단하기 때문에) 반사 모드에서 동작하지만, 많은 전기영동 디스플레이는 하나의 디스플레이 상태가 실질적으로 불투명하고 하나는 광-투과성인 소위 셔터 모드에서 동작하도록 만들어질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제 5,872,552; 6,130,774; 6,144,361; 6,172,798; 6,271,823; 6,225,971; 및 6,184,856 호를 참조한다. 전기영동 디스플레이와 유사하지만 전기장 세기의 변동에 의존하는 유전 영동 디스플레이가 유사한 모드에서 동작할 수 있다; 예를 들어 미국 특허 번호 4,418,346 참조. 다른 유형의 전기 광학 디스플레이가 또한 셔터 모드에서 동작가능할 수도 있다. 셔터 모드에서 동작하는 전기-광학 매체는 풀 컬러 (full color) 디스플레이를 위한 다층 구조에서 사용될 수 있다; 이러한 구조들에서, 디스플레이의 시인 표면에 인접한 적어도 하나의 층은 셔터 모드에서 동작하여 시인 표면으로부터 더 먼 제 2 층을 노출시키거나 또는 숨긴다.
캡슐화된 전기영동 디스플레이는 통상적으로 종래의 전기영동 디바이스들의 클러스터화 및 침강 실패 (settling failure) 모드를 겪지 않으며, 광범위하게 다양한 유연성 및 강성 기판들 상에 디스플레이를 프린팅하거나 또는 코팅하는 능력과 같은 추가의 이점들을 제공한다. (프린팅이라는 단어의 사용은 모든 형태의 프린팅 및 코팅을 포함하는 것으로 의도되며, 비한정적으로, 사전 계측 코팅 이를테면 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스캐이드 코팅, 커튼 코팅; 롤 코팅 이를테면 나이프 오버 롤 코팅, 포워드 및 리버스 롤 코팅; 그라비어 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 공정; 정전 프린팅 공정; 열 프린팅 공정; 잉크젯 프린팅 공정; 전기영동 성막법 (미국 특허 번호 제7,339,715호 참조) 및 기타 유사한 기술을 포함한다.) 따라서, 결과적인 디스플레이는 가요성 (flexible) 일 수 있다. 또한, (다양한 방법들을 사용하여) 디스플레이 매체가 프린팅될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체가 저렴하게 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가장 단순한 종래 기술의 전기영동 매체는 본질적으로 단지 2 개의 컬러만을 디스플레이한다. 이러한 전기영동 매체는 제 1 컬러를 갖는 단일 유형의 전기영동 입자를 제 2, 상이한 컬러를 갖는 착색 유체에 사용하거나 (이 경우, 입자가 디스플레이의 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 1 컬러가 표시되고, 입자가 시인 표면으로부터 이격될 때 제 2 컬러가 표시된다) 또는 비착색된 유체에 상이한 제 1 및 제 2 컬러를 갖는 제 1 및 제 2 유형의 전기영동 입자를 사용한다 ( 이 경우, 제 1 유형의 입자가 디스플레이의 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 1 컬러가 표시되고, 제 2 유형의 입자가 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 2 컬러가 표시된다). 일반적으로 2개의 컬러들은 흑색 및 백색이다. 풀 컬러 디스플레이가 희망될 경우, 컬러 필터 어레이가 단색 (흑색 및 백색) 디스플레이의 시인 표면 상에 성막될 수도 있다. 컬러 필터 어레이가 있는 디스플레이는 영역 공유 (area sharing) 및 컬러 배합 (color blending) 에 의거해 컬러 자극 (color stimuli) 을 만든다. 이용 가능한 디스플레이 영역은 적색/녹색/청색 (RGB) 또는 적색/녹색/청색/백색 (RGBW) 과 같은 3가지 또는 4가지 원색 컬러 (primary color) 간에 공유되며, 필터들은 1차원 (스트라이프) 또는 2차원 (2x2) 반복 패턴으로 배열될 수 있다. 원색 컬러들 또는 3가지 초과 원색 컬러들의 다른 선택도 또한 당해 기술분야에 알려져 있다. 의도된 시인 거리에서 균일한 컬러 자극을 갖는 단일 픽셀로 시각적으로 함께 배합되기에 충분히 작은 3개의 (RGB 디스플레이의 경우) 또는 4개의 (RGBW 디스플레이의 경우) 서브 픽셀들이 선택된다 ('컬러 배합'). 영역 공유의 고유한 단점은 착색제가 항상 존재하며, 컬러들이 그 하부 (underlying) 단색 디스플레이의 대응하는 픽셀들을 백색 또는 흑색으로 스위칭 (대응 원색 컬러를 온 또는 오프 스위칭) 하는 것에 의해서만 조정될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 이상적인 RGBW 디스플레이에서, 적색, 녹색, 청색 및 백색 원색들 각각은 디스플레이 영역의 1/4 (4 개 중 하나의 서브 픽셀) 을 차지하며, 백색 서브 픽셀은 그 하부 단색 디스플레이 백색과 동일한 정도의 휘도이며, 착색 서브 픽셀들의 각각은 단색 디스플레이 백색의 1/3 보다 밝지 않다. 전체적으로 디스플레이에 의해 보여지는 백색 컬러의 휘도는 백색 서브 픽셀의 휘도의 1/2 보다 클 수 없다 (디스플레이의 백색 영역들은 각각 4개 중 하나의 백색 서브 픽셀과, 백색 서브 픽셀의 1/3 과 동등한 그 착색 형태인 각각의 착색된 서브 픽셀을 표시함으로써 생성되고, 따라서 조합된 3개의 착색 서브 픽셀들은 하나의 백색 서브 픽셀보다 더 기여하지 않는다). 컬러의 휘도와 채도는 흑색으로 스위칭된 컬러 픽셀들을 가지는 영역 공유에 의해 낮아진다. 영역 공유는 황색을 믹싱할 때 특히 문제가 되는데, 그 이유는 이것이 동일한 휘도의 임의의 다른 컬러보다 더 밝고, 포화된 황색은 백색과 거의 동일한 정도의 휘도이기 때문이다. 청색 픽셀 (디스플레이 영역의 4 분의 1) 을 흑색으로 스위칭하면 황색이 너무 어둡게 된다.
미국 특허 번호 제 8,576,476 및 8,797,634 호는 독립적으로 어드레스 가능한 픽셀 전극, 및 공통의 광 투과성 전면 전극을 포함하는 단일 백 플레인을 갖는 멀티컬러 전기영동 디스플레이를 설명하고 있다. 백 플레인과 전면 전극 사이에는 복수의 전기영동 층들이 배치된다. 이들 출원들에 기재된 디스플레이들은 임의의 픽셀 위치에서 원색 컬러 (적색, 녹색, 청색, 청록색, 마젠타색, 황색, 백색 및 흑색) 중 어느 것을 렌더링할 수 있다. 그러나, 단일 세트의 어드레싱 전극들 사이에 위치되는 다수의 전기영동 층들의 사용에는 단점이 있다. 특정 층에서 입자가 겪게 되는 전기장은 동일한 전압으로 어드레싱된 단일 전기영동 층에 대한 경우보다 낮다. 또한, 시인 표면에 가장 가까운 전기영동 층에서의 광학 손실 (예를 들어, 광 산란 또는 원하지 않는 흡수에 의해 야기됨) 은 하부 전기영동 층들에 형성된 이미지의 외관에 영향을 줄 수도 있다.
두 개의 다른 타입의 전기영동 디스플레이 시스템은 임의의 픽셀 위치에서 임의의 컬러를 렌더링할 수 있는 단일 전기영동 매체를 제공한다. 구체적으로, 미국 특허 제9,697,778호는 낮은 인가 전압으로 어드레싱될 때 제 1 방향으로 그리고 더 높은 전압으로 어드레싱될 때 반대 방향으로 이동하는 백색 (광 산란) 입자와, 염색된 용매가 조합되는 디스플레이를 설명한다. 백색 입자와 염색된 용매가 백색 입자와 반대 전하를 갖는 2개의 추가적인 입자들과 조합되면, 풀 컬러 디스플레이를 렌더링하는 것이 가능하다. 그러나, '778 특허의 컬러 상태는 텍스트 판독기와 같은 애플리케이션에 대해 허용가능하지 않다. 특히, 시야 표면으로부타 백색 산란 입자를 분리하는 염색된 유체 중 일부가 항상 존재할 것이며, 이는 디스플레이의 백색 상태에서 틴트를 초래한다.
임의의 픽셀 위치에서 임의의 컬러를 렌더링할 수 있는 전기영동 매체의 제 2 형태는 미국 특허 제9,921,451호에 기재되어 있다. '451 특허에서, 전기영동 매체는 4개의 입자들: 백색, 시안, 마젠타 및 옐로우를 포함하며, 여기서 입자들 중 2개는 양으로 하전되고 2개는 음으로 하전된다. 그러나, '451 특허의 디스플레이들은 또한 백색 상태와의 컬러 믹싱을 겪는다. 입자들 중 하나는 백색 입자와 동일한 전하를 갖기 때문에, 일부 양의 동일한 전하 입자는 백색 상태가 바람직할 때 시야 표면을 향해 백색과 함께 이동한다. 복잡한 파형들을 갖는 이러한 원치 않는 틴팅을 극복하는 것이 가능하지만, 이러한 파형들은 디스플레이의 업데이트 시간을 크게 증가시키고, 일부 경우들에서, 이미지들 사이에서 허용할 수 없는 "플래싱"을 초래한다.
4개의 입자들을 포함하는 개선된 전기영동 디스플레이 시스템이 본 명세서에 개시된다. 종래 기술은 각각의 전하 극성의 2 개의 입자들을 갖는 입자들의 4 개 세트들을 기술하고 있지만, 본 발명은 (통상적으로 음으로 하전된) 하나의 전하 극성의 단일 유형의 입자, 및 (통상적으로 양으로 하전된) 반대 전하 극성의 3 개의 유형들의 입자들을 사용한다. 이 배열체는 제 1 전하 극성 (통상적으로 백색) 의 단일 입자의 고속의 클린한 광학 상태를 보장한다. 추가로, 반대 전하 극성의 입자들이 적절한 상보적 컬러들로 선택될 때, 고품질 프로세스 블랙이 생성될 수 있으며, 이는 고속의 흑색 온 백색 텍스트 페이지 턴 업데이트들을 허용한다.
제 1 양태에서, 본 발명은 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체를 제공하고, 제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자, 제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자 - 제 2 입자는 입자에 공유 결합되는 폴리머의 표면 코팅을 가짐 -; 제 3 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자, 및 제 4 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고, 제 3 유형의 입자 및 제 4 유형의 입자 양쪽 모두는 입자에 착물화된 폴리머의 층을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 10-50 ㎛만큼 분리된 두 개의 전극들 사이에 배치되고, 제 1 유형의 입자는 10 V 가 전극들 사이에 인가될 때보다 20V 가 두 개의 전극들 사이에 인가될 때 더 낮은 전기영동 이동도를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 광 산란성 입자이고, 제 2, 제 3, 및 제 4 입자들은 광 흡수성이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 백색이고, 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 시안, 마젠타 및 옐로우로부터 선택된다. 일부 실시형태들에서, 옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 개별적인 입자들이 용액을 제조하기 위해 1.55 미만의 굴절률을 갖는 비극성 유체에서 15 부피% (부피 입자 대 부피 용액) 로 대략 등방성으로 분포될 때 각각 650, 550 및 450 nm 에서 확산 반사율을 나타내고, 용액이 흑색 배경 위에 대략 1 ㎛ 의 두께의 층에 배치된다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전하 극성은 음이고, 제 2 전하 극성은 양이다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 컬러 전기영동 디스플레이에 배치된다. 컬러 전기영동 디스플레이는 시인 표면에서의 광-투과성 전극, 픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인, 및 광-투과성 전극과 백플레인 사이에 위에 설명된 바와 같은 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 이러한 디스플레이는 전자 북 리더기, 포터블 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 스마트 카드, 사인, 시계, 선반 라벨 (shelf label), 또는 플래시 드라이브를 포함한다.
제 2 양태에서, 본 발명은 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체를 제공하고, 제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자, 제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자 - 제 2 입자는 폴리머의 표면 코팅을 갖지 않음 -; 제 3 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자, 및 제 4 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고, 제 3 유형의 입자 및 제 4 유형의 입자 양쪽 모두는 입자에 착물화된 폴리머의 층을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 10-50 ㎛만큼 분리된 두 개의 전극들 사이에 배치되고, 제 1 유형의 입자는 10 V 가 전극들 사이에 인가될 때보다 20V 가 두 개의 전극들 사이에 인가될 때 더 낮은 전기영동 이동도를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 광 산란성 입자이고, 제 2, 제 3, 및 제 4 입자는 광 흡수성이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 백색이고, 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 시안, 마젠타 및 옐로우로부터 선택된다. 일부 실시형태들에서, 옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 개별적인 입자들이 용액을 제조하기 위해 1.55 미만의 굴절률을 갖는 비극성 유체에서 15 부피% (부피 입자 대 부피 용액) 로 대략 등방성으로 분포되고, 용액이 흑색 배경 위에 대략 1 ㎛ 의 두께의 층에 배치될 때, 각각 650, 550 및 450 nm 에서 확산 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전하 극성은 음이고, 제 2 전하 극성은 양이다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 컬러 전기영동 디스플레이에 배치된다. 컬러 전기영동 디스플레이는 시인 표면에서의 광-투과성 전극, 픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인, 및 광-투과성 전극과 백플레인 사이에 위에 설명된 바와 같은 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 이러한 디스플레이는 전자 북 리더기, 포터블 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 스마트 카드, 사인, 시계, 선반 라벨 (shelf label), 또는 플래시 드라이브를 포함한다.
제 3 양태에서, 본 발명은 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체를 제공하고, 제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자, 제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자 - 제 2 입자는 전기영동 매체에서 제 2 입자의 각각의 그램에 대해 제 2 입자 상에 흡착된 200 mg 초과의 전하 제어제 (CCA) 를 가짐 -, 제 3 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자, 및 제 4 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고, 제 3 유형의 입자 및 제 4 유형의 입자 각각은 전기영동 매체에서 제 3 및 제 4 입자의 각각의 개별적인 그램에 대해 제 3 및 제 4 입자 상에 흡착된 50 mg 미만의 전하 제어제 (CCA) 를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 전하 제어제는 4차 아민 헤드 기 및 지방산 테일을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 10-50 ㎛만큼 분리된 두 개의 전극들 사이에 배치되고, 제 1 유형의 입자는 10 V 가 전극들 사이에 인가될 때보다 20V 가 두 개의 전극들 사이에 인가될 때 더 낮은 전기영동 이동도를 갖는다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 광 산란성 입자이고, 제 2, 제 3, 및 제 4 입자는 광 흡수성이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자는 백색이고, 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 시안, 마젠타 및 옐로우로부터 선택된다. 일부 실시형태들에서, 옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 개별적인 입자들이 용액을 제조하기 위해 1.55 미만의 굴절률을 갖는 비극성 유체에서 15 부피% (부피 입자 대 부피 용액) 로 대략 등방성으로 분포되고, 용액이 흑색 배경 위에 대략 1 ㎛ 의 두께의 층에 배치될 때, 각각 650, 550 및 450 nm 에서 확산 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태들에서, 제 1 전하 극성은 음이고, 제 2 전하 극성은 양이다. 일부 실시형태들에서, 전기영동 매체는 컬러 전기영동 디스플레이에 배치된다. 컬러 전기영동 디스플레이는 시인 표면에서의 광-투과성 전극, 픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인, 및 광-투과성 전극과 백플레인 사이에 위에 설명된 바와 같은 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 이러한 디스플레이는 전자 북 리더기, 포터블 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 스마트 카드, 사인, 시계, 선반 라벨, 또는 플래시 드라이브에 통합될 수도 있다.
도 1 은 흑색, 백색, 3 개의 감법 원색 (three subtractive primary) 및 3 개의 가법 원색 (three additive primary) 컬러들을 디스플레이할 때 본 발명의 전기영동 매체에서 다양한 착색된 입자들의 포지션들을 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2a 는 비극성 유체에서 4가지 유형의 입자들을 갖는 전기영동 디스플레이의 일반적인 예시이며, 컬러들의 전체 범위가 각각의 픽셀 전극에서 이용가능하다. 일부 실시형태들에서, 일 유형의 음으로 하전된 입자는 백색이고, 일 유형의 양으로 하전된 입자는 옐로우이고, 일 유형의 양으로 하전된 입자는 마젠타이고, 일 유형의 양으로 하전된 입자는 시안이지만, 본 발명은 예시적인 컬러 세트로 제한되지 않는다.
도 2b 는 시인 표면에서 제 1 전하 극성의 입자들 모두를 갖는 제 1 광학 상태와 시인 표면에서 제 2 (반대) 극성을 갖는 입자들을 갖는 제 2 광학 상태 사이의 트랜지션을 예시한다.
도 2c 는 시인 표면에서 제 1 전하 극성의 입자들 모두를 갖는 제 1 광학 상태와, 시인 표면에 위치되는 제 1 극성의 중간 하전 입자들 뒤에 제 2 (반대) 극성을 갖는 입자들을 갖는 제 3 광학 상태 사이의 트랜지션을 예시한다.
도 2d 는 시인 표면에서 제 1 전하 극성의 입자들 모두를 갖는 제 1 광학 상태와, 시인 표면에 위치되는 제 1 극성의 낮은 하전 입자들 뒤에 제 2 (반대) 극성을 갖는 입자들을 갖는 제 4 광학 상태 사이의 트랜지션을 예시한다.
도 2e 는 시인 표면에서 제 1 전하 극성의 입자들 모두를 갖는 제 1 광학 상태와, 시인 표면에 위치되는 제 1 극성의 중간 하전 입자들과 낮은 하전 입자들의 조합 뒤에 제 2 (반대) 극성을 갖는 입자들을 갖는 제 5 광학 상태 사이의 트랜지션을 예시한다.
도 3 은 전기영동 디스플레이의 단일 픽셀의 예시적인 등가 회로를 나타낸다.
도 4 는 예시적인 전기영동 컬러 디스플레이의 층들을 도시한다.
도 5 는 3개의 감광 입자 및 산란 (백색) 입자를 포함하는 전기영동 매체를 어드레싱하기 위한 예시적인 푸시-풀 구동 방식을 도시한다.
도 6a 는 제타전위가 각각 -35mV, -22mV, +54mV 및 +70mV 인 백색, 옐로우, 마젠타 및 시안 입자들을 포함하는 전기영동 매체에서의 광학밀도의 최대 변화율을 도시한다. 측정된 변화율은 500ms 지속기간의 펄스가 x-축 상에 표시된 전압으로 인가될 때 각각의 비-백색 입자에 대해 플롯된다.
도 6b 는 도 6a 의 전기영동 매체에 대한 전압 및 시간의 함수로서 측정된 컬러를 도시한다. -22mV 의 제타 전위를 갖는 옐로우 입자를 갖는 전기영동 매체는 좁은 범위의 전압 및 시간에 걸쳐 클린한 백색 상태만을 생성한다.
도 7a 는 제타전위가 각각 -35mV, +22mV, +54mV 및 +70mV 인 백색, 옐로우, 마젠타 및 시안 입자들을 포함하는 전기영동 매체에서의 광학밀도의 최대 변화율을 도시한다. 측정된 변화율은 500ms 지속기간의 펄스가 x-축 상에 표시된 전압으로 인가될 때 각각의 비-백색 입자에 대해 플롯팅된다.
도 7b 는 도 7a 의 전기영동 매체에 대한 전압 및 시간의 함수로서 측정된 컬러를 도시한다. +22mV 의 제타 전위를 갖는 옐로우 입자를 갖는 전기영동 매체는 더 넓은 범위의 전압 및 시간에 걸쳐 클린한 백색 상태를 생성한다.
도 8 은 제타전위가 각각 -35mV, +22mV, +54mV 및 +70mV 인 백색, 옐로우, 마젠타 및 시안 입자들을 포함하는 전기영동 매체에서 획득가능한 컬러들을 도시한다.
본 발명은 제 1 극성의 제 1 입자, 및 반대 극성을 갖지만 상이한 크기의 전하를 갖는 3개의 다른 입자들을 포함하는 개선된 4-입자 전기영동 매체를 포함한다. 일반적으로, 이러한 시스템은 감법 원색 컬러 (subtractive primary color) 를 갖는, 음의 백색 입자 (negative white particle) 및 옐로우, 마젠타, 및 시안의 양으로 하전된 입자를 포함한다. 추가적으로, 일부 입자들은 그들의 전기영동 이동도가 인가된 전기장의 강도에 대해 비선형이도록 조작될 수도 있다. 따라서, 하나 이상의 입자들은 정확한 극성의 높은 전기장 (예를 들어, 20V 이상) 의 인가로 전기영동 이동도의 감소를 경험할 것이다. 이러한 4-입자 시스템은 도 1 에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 모든 픽셀에서 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색, 및 흑색을 제공할 수 있다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 8개의 주요 컬러들 (적색, 녹색, 청색, 시안 마젠타, 옐로우, 흑색 및 백색) 각각은 4개의 입자들의 상이한 배열에 대응하며, 따라서 뷰어는 백색 입자의 시인측 상에 있는 이들 착색된 입자들 (즉, 광을 산란시키는 유일한 입자) 만을 보게 된다. 넓은 범위의 컬러들을 실현하기 위해, 입자들의 더 미세한 제어를 위해 추가의 전압 레벨이 사용되어야 한다. 설명된 포뮬레이션들에서, 제 1 (통상적으로 음의) 입자는 반사성 (통상적으로 백색) 인 반면, 반대로 하전된 (통상적으로 양의) 다른 3개의 입자들은 3개의 실질적으로 비-광-산란 ("SNLS") 을 포함한다. SNLS 입자들의 사용은 컬러들의 믹싱을 가능하게 하고 동일한 수의 산란 입자들로 얻을 수 있는 것보다 더 많은 컬러 결과들을 제공한다. 이러한 임계치들은 누화 (cross-talk) 를 피하기 위해 충분히 분리되어야 하며, 이 분리는 일부 컬러들에 대해 높은 어드레싱 전압의 사용을 필요하게 만든다. 개시된 4-입자 전기영동 매체는 또한 더 고속으로 업데이트될 수 있고, "덜 플래시하는" 트랜지션을 필요로 할 수 있고, 뷰어에게 더 만족스러운 (따라서, 상업적으로 더 가치있는) 컬러 스펙트럼을 생성할 수 있다. 추가적으로, 개시된 포뮬레이션들은 흑색 및 백색 픽셀들 사이에 고속의 (예를 들어, 500 ms 미만, 예를 들어, 300 ms 미만, 예를 들어, 200 ms 미만, 예를 들어, 100 ms 미만) 업데이트들을 제공하여, 이에 의해 백색 텍스트 상의 흑색에 대한 고속의 페이지 전환을 가능하게 한다.
도 1 에서, 디스플레이의 시인 표면은 (나타낸 바와 같이) 상단에 있는 것으로, 즉 사용자가 이 방향으로부터 디스플레이를 시인하고, 이 방향으로부터 광이 입사하는 것으로 가정된다. 이미 언급한 바와 같이, 바람직한 실시형태에서, 본 발명의 전기영동 매체에 사용되는 4 개의 입자 중 하나만이 실질적으로 광을 산란시키며, 도 1 에서 이 입자는 백색 안료인 것으로 가정된다. 이 광산란 백색 입자는 백색 반사체를 형성하고 이와 대비를 이루어 백색 입자 위에 있는 임의의 입자들이 (도 1 에 나타낸 바처럼) 시인된다. 디스플레이의 시인 표면에 진입하는 광은 이들 입자를 통과하고, 백색 입자들로부터 반사되고, 다시 이들 입자를 통과하고 디스플레이로부터 나온다. 따라서, 백색 입자 위에 있는 입자는 다양한 컬러를 흡수할 수도 있으며 사용자에게 나타나는 컬러는 백색 입자 위에 있는 입자들의 조합으로부터 비롯되는 것이다. 백색 입자들의 아래쪽 (사용자의 시점으로부터 뒤쪽) 에 배치된 임의의 입자는 백색 입자들에 의해 가려지며 디스플레이되는 컬러에는 영향을 주지 않는다. 제 2 입자, 제 3 입자 및 제 4 입자는 실질적으로 비-광산란성이기 때문에, 서로에 대한 그들의 순서 또는 배열은 중요하지 않지만, 이미 언급된 이유로, 백색 (광산란) 입자에 대한 그들의 순서 또는 배열은 중대하다.
보다 구체적으로, 시안, 마젠타 및 옐로우 입자들이 백색 입자들 아래에 있을 때 (도 1 에서의 상황 [A]), 백색 입자들 위에는 입자가 없으며, 픽셀은 단순히 백색 컬러를 디스플레이한다. 단일 입자가 백색 입자들보다 위에 있으면, 그 단일 입자의 컬러가, 도 1의 상황 [B], [D] 및 [F] 에서 각각 옐로우, 마젠타 및 시안이 디스플레이된다. 두 입자가 백색 입자 위에 놓여 있을 때, 디스플레이되는 컬러는 이 두 입자의 컬러들의 조합이다; 도 1에서, 상황 [C]에서는, 심홍색 및 황색 입자들이 적색 컬러를 디스플레이하고, 상황 [E]에서는 청록색 및 심홍색 입자들이 청색 컬러를 디스플레이하고, 상황 [G]에서는 황색 및 청록색 입자들이 녹색 컬러를 디스플레이한다. 마지막으로, 모든 3개의 착색된 입자들이 백색 입자들 위에 놓일 때 (도 1의 상황 [H]), 모든 입사광은 3개의 감법 원색 착색된 입자에 의해 흡수되고 픽셀은 흑색 컬러를 디스플레이한다.
하나의 감법 원색 컬러가 광을 산란시키는 입자에 의해 렌더링될 수 있어, 디스플레이가 2 개의 유형들의 광 산란성 입자를 포함하도록 하며, 하나는 백색이고 다른 하나는 착색되는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우, 백색 입자 위에 있는 다른 착색 입자에 대한 광산란 착색 입자의 위치가 중요하다. 예를 들어, 컬러를 흑색으로 렌더링함에 있어서 (모든 3개의 착색된 입자들이 백색 입자들 위에 놓일 때), 산란하는 착색된 입자는 비산란하는 착색된 입자 위에 놓일 수 없다 (그렇지 않으면 이들은 산란 입자 뒤에 부분적으로 또는 완전히 숨겨지고 렌더링되는 컬러는, 흑색이 아닌, 산란하는 착색된 입자의 컬러가 될 것이다.)
도 1 은 컬러들이 오염되지 않은 (즉, 광산란 백색 입자들이 백색 입자들 뒤에 있는 임의의 입자들을 완전히 가리는) 이상적으로 되는 상황을 도시한다. 실제로, 백색 입자에 의한 가림은 불완전하여, 이상적으로 완전히 가려지는 입자에 의한 약간의 적은 광 흡수가 있을 수도 있다. 이러한 오염은 통상적으로 렌더링되는 컬러의 명도 (lightness) 및 채도 (chroma) 양쪽 모두를 감소시킨다. 본 발명의 전기영동 매체에서, 이러한 컬러 오염은 형성되는 컬러들이 연색성 (color rendition) 을 위한 산업 표준에 상응하는 점까지 최소화되어야 한다. 특히 선호되는 표준은 위에서 언급한 8가지 원색 컬러들 각각에 대한 L*, a* 및 b* 값들을 지정하는 SNAP (the standard for newspaper advertising production) 이다. (이하 "원색 컬러" (primary colors) 는 도 1 에 도시된 바와 같이 8가지 컬러들, 흑색, 백색, 3가지 감법 원색 및 3가지 가법 원색을 나타내는데 사용된다.)
도 2a-2e 는 본 발명에 사용된 4 개의 유형들의 개략적인 단면 표현들을 도시한다. 개선된 전기영동 매체를 활용하는 디스플레이 층은 시인측 상에서 제 1 (시인) 표면 (13) 및 제 1 표면 (13) 의 반대 측 상에 제 2 표면 (14) 을 포함한다. 전기영동 매체는 두 개의 표면들 사이에 배치된다. 두 개의 점선으로 되는 수직선들 사이의 각각의 공간은 픽셀을 나타낸다. 각각의 픽셀 내에서, 전기영동 매체는 어드레싱될 수 있고, 각각의 픽셀의 시인 표면 (13) 은 추가적인 층들에 대한 필요 없이 그리고 컬러 필터 어레이 없이 도 1 에 도시된 컬러 상태들을 달성할 수 있다.
전기영동 디스플레이들의 표준으로서, 제 1 표면 (13) 은 광투과성이고, 예를 들어, 상부에 배치된 인듐 주석 산화물 (ITO) 을 갖는 PET 의 시트로부터 구성되는 공통 전극 (11) 을 포함한다. 제 2 표면 (14) 상에서, 복수의 픽셀 전극들 (15) 을 포함하는 전극 층 (12) 이 존재한다. 이러한 픽셀 전극들은 미국 특허 번호 7,046,228 에 기술되어 있으며, 그 내용은 본 명세서에 전부 참조에 의해 통합된다. 박막 트랜지스터 (TFT) 백플레인으로 구동하는 액티브 매트릭스가 픽셀 전극들의 층을 위해 언급되지만, 본 발명의 범위는, 전극들이 원하는 기능들을 서빙하는 한은, 다른 타입들의 전극 어드레싱을 포괄함에 유의한다. 예를 들어, 상부 및 하부 전극들은 인접할 수 있다. 부가적으로, '228 특허에 설명된 것들과 상이한 픽셀 전극 백플레인들이 또한 적합하고, 비정질 실리콘 박막-트랜지스터 백플레인들에서 통상적으로 발견되는 것보다 더 높은 구동 전압들을 제공할 수 있는 액티브 매트릭스 백플레인들을 포함할 수 있다.
신규 개발되는 액티브 매트릭스 백플레인들은 금속 산화물 재료들, 이를 테면, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물 또는 더 복합적인 금속 산화물들, 이를 테면, 인듐 갈륨 지르코늄 산화물을 포함하는 박막 트랜지스터들을 포함할 수도 있다. 이들 애플리케이션에서, 채널 형성 영역은 이러한 금속 산화물 재료를 사용하여 각각의 트랜지스터마다 형성되어, 더 높은 전압의 더 고속의 스위칭을 허용한다. 이러한 금속 산화물 트랜지스터들은 또한 박막 트랜지스터 (TFT) 의 "오프" 상태에서의 누설을, 예를 들어 비정질 실리콘 TFT에 의해 달성될 수 있는 것보다 덜 허용한다. n개의 라인들을 포함하는 통상적인 스캐닝 TFT 백플레인에서, 트랜지스터는 디스플레이의 모든 라인을 리프레시하는 데 필요한 시간의 대략 비율 (n-1)/n 동안 "오프" 상태에 있을 것이다. 각각의 픽셀과 연관된 저장 커패시터들로부터의 임의의 전하 누설은 디스플레이의 전기-광학 성능의 저하를 초래할 것이다. TFT들은 통상적으로 게이트 전극, 게이트 절연 필름 (통상적으로 SiO2), 금속 소스 전극, 금속 드레인 전극, 및 게이트 절연 필름 상의 금속 산화물 반도체 필름, 적어도 부분적으로 오버랩하는 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함한다. 이러한 백플레인은 Sharp/Foxconn, LG, 및 BOE 와 같은 제조사로부터 입수가능하다. 이러한 백플레인은 ±30V (또는 그 이상) 의 구동 전압을 제공할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 결과적인 구동 파형들이 5개의 레벨들, 또는 7개의 레벨들, 또는 9개의 레벨들, 또는 그 이상을 포함할 수 있도록 중간 전압 드라이버들이 포함된다.
이러한 애플리케이션들을 위한 하나의 바람직한 금속 산화물 재료는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 이다. IGZO-TFT 는 비정질 실리콘의 전자 이동도보다 20-50배 높다. 액티브 매트릭스 백플레인에서 IGZO TFT들을 사용하는 것에 의해 적합한 디스플레이 드라이버를 통해 30V보다 큰 전압들을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 적어도 5개, 바람직하게는 7개의 레벨을 공급할 수 있는 소스 드라이버는 4-입자 전기영동 디스플레이 시스템에 대한 상이한 구동 패러다임을 제공한다. 일 실시형태에서, 2개의 양의 전압들, 2개의 음의 전압들, 및 0 볼트가 있다. 다른 실시형태에서, 3개의 양의 전압들, 3개의 음의 전압들, 및 0 볼트가 있다. 일 실시형태에서, 4개의 양의 전압들, 4개의 음의 전압들, 및 0 볼트가 있다. 이들 레벨들은 위에 설명된 바와 같이 탑-플레인 스위칭에 의해 부과되는 제한들 없이 약 -27V 내지 +27V 의 범위 내에서 선택될 수 있다.
본 발명의 전기영동 매체는 도 2a-2e 에 도시된 바와 같이, 비극성 유체 (17) 에서 4개의 유형의 전기영동 입자들을 포함한다. 제 1 입자 (W-*; 개방 원) 는 음으로 하전되고, 제 1 입자의 전기영동 이동도가 (아래 보다 자세하게 논의된) 구동 전기장의 세기에 의존하도록 표면 처리될 수도 있다. 이러한 경우에, 입자의 전기영동 이동도는 실제로 더 강한 전기장의 존재시 감소하며, 이는 다소 반직관적이다. 제 2 입자 (M++*; 어두운 원) 는 양으로 하전되고, 또한 제 2 입자의 전기영동 이동도가 구동 전기장의 강도에 의존하거나, 또는 전기장 방향의 반전시 입자들을 포함하는 캐비티의 일 측으로 구동된 후 제 2 입자의 수집의 언패킹 레이트가 제 3 및 제 4 입자의 컬렉션들의 언패킹 레이트보다 느리도록 표면 처리될 (또는 의도적으로 미처리될) 수도 있다. 제 3 입자 (Y+; 체크무늬 원) 는 양이지만, 제 2 입자보다 작은 전하 크기를 가진다. 또한, 제 3 입자는 표면 처리될 수 있지만, 제 3 입자의 전기영동 이동도가 구동 전기장의 세기에 의존하게 하는 방식으로 되지 않는다. 즉, 제 3 입자는 표면처리가 가능할 수도 있지만, 이러한 표면처리가 전기장의 증가에 따라 전기영동 이동도에서의 위에서의 언급된 감소를 초래하지 않는다. 제 4 입자 (C+++; 그레이 원) 는 가장 큰 크기의 양의 전하를 갖고 제 3 입자와 동일한 유형의 표면 처리를 갖는다. 도 2a 에 나타낸 바와 같이, 입자들은 도 1 에 도시된 바와 같이 컬러들을 생성하도록 그 컬러가 명목상 백색, 마젠타, 옐로우, 및 시안이다. 그러나, 본 발명은 이러한 특정 컬러 세트에 제한되지 않고, 하나의 반사성 입자 및 3개의 흡수성 입자에 제한되지 않는다. 예를 들어, 시스템은 모든 3 개의 반사성 입자들이 표면에서 시인가능하고 믹싱될 때 프로세스 백색 상태를 형성하기 위해 적절하게 매칭된 반사율 스펙트럼을 갖는 하나의 흑색 흡수성 입자 및 적색, 옐로우, 및 청색의 3 개의 반사성 입자들을 포함할 수 있다.
바람직한 실시양태에서, 제 1 입자 (음) 는 백색 및 산란성이다. 제 2 입자 (양, 중간 전하 크기) 는 마젠타이고 흡수성이다. 제 3 입자 (양, 낮은 전하 크기) 는 옐로우이고 흡수성이다. 제 4 입자 (양, 높은 전하 크기) 는 시안이고 흡수성이다. 하기의 표 1 은 폴리(이소부틸렌) 매트릭스 중에 분산된 이들 재료들의 Kubelka-Munk 분석에 따른 이들의 흡수 및 산란 계수들의 비와 함께, 본 발명의 전기영동 매체에 유용한 예시적인 옐로우, 마젠타, 시안 및 백색 입자들의 확산 반사율을 도시된다.
표 1. 바람직한 옐로우, 마젠타, 시안 및 백색 입자들의 확산 반사율.
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본 발명의 전기영동 매체는 위에서 논의된 형태들 중 임의의 형태일 수도 있다. 따라서, 전기영동 매체는 캡슐화되지 않거나, 캡슐 벽에 의해 둘러싸인 별개의 캡슐들로 캡슐화되거나, 밀봉된 마이크로셀들에서 캡슐화되거나, 폴리머-분산된 매체의 형태로 될 수 있다. 안료는 어디에서나, 이를 테면, 미국 특허 번호 제 9,697,778 및 9,921,451 호에서 자세히 설명되어 있다. 간략하게, 백색 입자 (W1) 는 미국 특허 제7,002,728호에 기재된 바와 같이 라우릴 메타크릴레이트 (LMA) 단량체를 포함하는 폴리머 재료가 부착된 실란올-관능화된 광산란성 안료 (티타늄 이산화물) 이다. 백색 입자 (W2) 는 미국 특허 제5,852,196호의 실시예 1 에 설명된 바와 같이 실질적으로 생성된 폴리머-코팅된 티타니아이고, 여기서 폴리머 코팅은 대략 99:1 비의 라우릴 메타크릴레이트 및 2,2,2-트리플루오로에틸 메타크릴레이트를 포함한다. 옐로우 입자 Y1 은 미국 특허 제 9,697,778 호에 일반적으로 설명된 바와 같이 Solsperse 19000 의 존재하에서 마찰에 의해 분산되고 코팅없이 사용되는 C.I. Pigment Yellow 180 이다. 옐로우 입자 Y2 은 미국 특허 제 9,697,778 호에 일반적으로 설명된 바와 같이 Solsperse 19000 의 존재하에서 마찰에 의해 분산되고 코팅없이 사용되는 C.I. Pigment Yellow 155 이다. 옐로우 입자 Y3 은 미국 특허 제9,697,778호에 일반적으로 기재된 바와 같이 Solsperse 19000의 존재 하에 마찰에 의해 분산되고, 코팅 없이 사용되는 C.I. Pigment Yellow 139 이다. 옐로우 입자 Y4 는 미국 특허 제 9,921,451 호의 실시예 4 에 설명된 바와 같이 트리플루오로에틸 메타크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트 및 디메틸실록산-함유 모노머들을 혼입시키는 분산 중합화에 의해 코팅되는 C.I. Pigment Yellow 139 이다. 마젠타 입자 M1 은 미국 특허 제9,697,778호 및 미국 특허 제9,921,451호의 실시예 5에 기재된 바와 같이 비닐벤질 클로라이드 및 LMA를 사용하여 코팅된 양으로 하전된 마젠타 재료 (디메틸퀴나크리돈, C.I. Pigment Red 122)이다.
마젠타 입자 M2 는 미국 특허 제9,921,451호의 실시예 6 에 기재된 바와 같이 메틸 메타크릴레이트 및 디메틸실록산-함유 모노머들을 혼입시키는 분산 폴리머화에 의해 코팅된 C.I. Pigment Red 122 이다. 시안 입자 C1 은 미국 특허 제9,921,451호의 실시예 7 에 기재된 바와 같이 메틸 메타크릴레이트 및 디메틸실록산-함유 모노머들을 혼입시키는 분산 중합화에 의해 코팅된 구리 프탈록시아닌 재료 (C.I. Pigment Blue 15:3) 이다. 일부 실시형태들에서, 컬러 색역은 코어 옐로우 안료로서 Ink Jet Yellow 4GC (Clariant) 를 사용하고 메틸 메타크릴레이트 표면 폴리머의 혼입에 의해 개선되는 것으로 밝혀졌다. 이 옐로우 안료의 제타 전위는 2,2,2-트리플루오로에틸 메타크릴레이트 (TFEM) 단량체 및 모노메타크릴레이트 말단 폴리(디메틸실록산) 의 첨가로 튜닝될 수 있다.
상이한 전기영동 이동도를 용이하게 하기 위한 전기영동 매체 첨가제 및 표면 처리제뿐만 아니라, 표면 처리제와 주변 전하 제어제 및/또는 자유 폴리머들 사이의 상호작용을 위한 제안된 메커니즘은 그 전체가 참조로 포함된 미국 특허 제9,697,778호에서 상세히 논의된다. 이러한 전기영동 매체에서, 다양한 유형의 입자 사이의 상호 작용을 제어하는 하나의 방법은 입자 상의 폴리머 코팅의 종류, 양 및 두께를 제어하는 것이다. 예를 들어, 예를 들어, 제 3 종들의 제 3 유형의 입자들과 제 4 유형의 입자들 사이에서보다 제 2 유형의 입자와 제 3 및 제 4 유형들의 입자들 사이에서 입자-입자 상호작용들이 더 작도록 입자 특성을 제어하기 위해, 제 2 유형의 입자는 폴리머 표면 처리를 가질 수도 있는 한편, 제 3 및 제 4 유형들의 입자들은 비 폴리머 표면 처리를 갖거나 또는 제 2 유형의 입자들보다 입자 표면의 단위 면적 당 더 낮은 질량 커버리지를 갖는 폴리머 표면 처리를 가질 수도 있다. 보다 일반적으로, Hamaker 상수 (이는 2 개의 입자들 사이의 Van der Waals 상호작용의 강도의 측정이고 쌍 전위는 Hamaker 상수에 비례하고 2 개의 입자들 사이의 거리의 6번째 거듭제곱에 반비례함) 및/또는 입자간 간격은 3 개 종들의 입자들에 대한 폴리머 코팅(들)의 신중한 선택에 의해 조정될 필요가 있다.
미국 특허 제9,921,451호에서 논의된 바와 같이, 상이한 유형의 폴리머는 상이한 유형의 폴리머 표면 처리를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반대로 하전된 입자들의 접근의 가장 가까운 거리가 입체 장벽 (steric barrier) (통상적으로 하나 또는 양자 모두의 입자들의 표면에 그래프트화 또는 흡착되는 폴리머) 에 의해 최대화될 때 Coulombic 상호작용들이 약화될 수도 있다. 폴리머 셸은 이 기술 분야에 널리 공지된 것과 같은 그래프트화 프로세스들 또는 화학적흡착에 의해 제조되는 공유 결합된 폴리머일 수도 있거나, 또는 입자 표면 상에 물리적흡착될 수도 있다. 예를 들어, 폴리머는 불용성 및 가용성 세그먼트들을 포함하는 블록 코폴리머일 수도 있다. 대안적으로, 폴리머 셸은 전기장 및 충분한 양 및 종류의 전하 제어제 (CCA - 아래에서 논의됨) 의 존재 하에 안료 입자와 착물화되는 전기영동 매체로부터의 자유 폴리머의 느슨한 네트워크라는 점에서 동적일 수 있다. 따라서, 전기장의 강도 및 극성에 따라, 입자는 더 많은 연관된 폴리머를 가질 수 있으며, 이는 입자가 컨테이너 (예를 들어, 마이크로캡슐 또는 마이크로셀) 및 다른 입자들과 상이하게 상호작용하게 한다. [폴리머 셸의 정도는 입자의 건조된 샘플의 온도를 상승시키고 열분해로 인한 질량 손실을 온도의 함수로서 측정하는 기술인 열 중량 분석 (thermal gravimetric analysis, TGA) 에 의해 편리하게 평가된다. TGA 를 사용하여, 폴리머인 입자의 질량 비율을 측정할 수 있고, 이는 코어 안료 및 이에 부착된 폴리머의 공지된 밀도를 사용하여 부피 분율로 전환될 수 있다.] 폴리머 코팅은 손실되지만 코어 안료는 남아 있는 조건을 찾을 수 있다 (이들 조건은 사용된 정확한 코어 안료 입자에 의존한다). 다양한 폴리머 조합이 도 2a-2e 와 관련하여 후술되는 바와 같이 작동하도록 제조될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태에서 입자 (전형적으로 제 1 및/또는 제 2 입자) 는 컨테이너 (예를 들어, 마이크로셀 또는 마이크로캡슐) 와 강하게 상호작용하는 공유-부착된 폴리머 셸을 가질 수 있다. 한편, 동일한 전하의 다른 입자들은 용액 중에 폴리머 코팅 또는 자유 폴리머를 갖는 착체를 갖지 않아서, 이들 입자는 컨테이너와 거의 상호작용하지 않는다. 다른 실시형태들에서, 입자 (전형적으로 제 1 및/또는 제 2 입자) 는 표면 코팅을 갖지 않을 것이며, 따라서 그 입자가 전하 이중층을 형성하는 것이 더 용이하고, 강한 필드의 존재 하에 전기영동 이동도 감소를 경험하게 한다.
4개 유형들의 입자들이 분산되는 유체 (17) 는 클리어하고 무색이다. 유체는 전기장의 영향 하에서 유체를 통해 이동하는 하전된 전기영동 입자들을 포함한다. 바람직한 현탁 유체는 낮은 유전 상수 (약 2), 높은 부피 저항률 (약 1015 Ohm.cm), 낮은 점도 (5 mPas 미만), 낮은 독성 및 환경적 영향, 낮은 수용해도 (캡슐화의 전통적인 수성 방법이 사용되는 경우 10 ppm 미만; 그러나, 이러한 요건은 비-캡슐화되거나 또는 특정 마이크로셀 디스플레이에 대해 완화될 수 있음), 높은 비등점 (약 90 ℃ 초과), 및 낮은 굴절률 (1.5 미만) 을 갖는다. 마지막 요건은 높은 굴절률의 산란 (전형적으로 백색) 안료의 사용으로부터 발생하며, 이의 산란 효율은 입자와 유체 사이의 굴절률의 불일치에 의존한다.
유기 용매, 이를 테면, 포화 선형 또는 분지형 탄화수소, 실리콘 오일, 할로겐화 유기 용매, 및 저분자량 할로겐-함유 폴리머는 일부 유용한 유체이다. 유체는 단일의 컴포넌트를 포함할 수 있거나 그 화학적 및 물리적 특성들을 튜닝하기 위하여 하나보다 많은 성분의 블렌드일 수도 있다. (사용되는 경우) 마이크로캡슐화 프로세스를 위한 반응물 또는 용매, 이를 테면, 오일 가용성 모노머들이 또한 유체에 포함될 수 있다.
유체는, 바람직하게는, 높은 입자 이동도를 위해 약 2 내지 약 30, 바람직하게는 약 2 내지 약 15 의 범위의 유전 상수 및 낮은 점도를 갖는다 적합한 유전 유체들의 예들은 탄화수소, 예를 들어, Isopar®, 데카하이드로나프탈렌 (DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 지방유, 파라핀유, 규소 유체, 방향족 탄화수소, 예컨대, 톨루엔, 크실렌, 페닐크실릴에탄, 도데실벤젠 또는 알킬나프탈렌, 할로겐화 용매, 예컨대, 퍼플루오로데칼린, 퍼플루오로톨루엔, 퍼플루오로크실렌, 디클로로벤조트리플루오라이드, 3,4,5-트리클로로벤조트리 플루오라이드, 클로로펜타플루오로-벤젠, 디클로로노난 또는 펜타클로로벤젠, 및 퍼플루오르화 용매, 예컨대, 3M Company, St. Paul MN 로부터의 FC-43, FC-70 또는 FC-5060, 폴리머들을 함유한 저 분자량 할로겐, 예컨대, TCI America, Portland, Oregon 으로부터의 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드), Halocarbon Product Corp., River Edge, NJ 로부터의 할로카본유와 같은 폴리(클로로트리플루오로-에틸렌), Ausimont 로부터의 갈덴 또는 DuPont, Delaware 로부터의 Krytox Oils and Greases K-유체 시리즈와 같은 퍼플루오로폴리알킬에테르, Dow-corning (DC-200) 으로부터의 폴리디메틸실록산계 실리콘유를 포함한다.
전기영동 매체는 전형적으로 또한 하나 이상의 전하 제어제 (CCA) 를 포함하고, 또한 전하 디렉터를 포함할 수도 있다. CCA 및 전하 디렉터들은 통상적으로, 저 분자량 계면 활성제들, 폴리머 제제들, 또는 하나 이상의 성분들의 블렌드들을 포함하고, 전기영동 입자들 상의 전하의 부호 및/또는 크기를 안정화시키거나 그렇지 않으면 수정하도록 작용한다. CCA 는 통상적으로, 이온성 또는 다른 극성 기를 포함한 분자이고, 이하, 헤드 기로서 지칭된다. 양이온성 또는 음이온성 헤드 기 중 적어도 하나는 바람직하게, 이하, 테일 기로서 지칭되는 비극성 사슬 (통상적으로, 탄화수소 사슬) 에 부착된다. CCA 는 내부상에서 역미셀(reverse micell)들을 형성하는 것으로 사료되고, 통상적으로 전기영동 유체들로서 사용되는 매우 비극성 유체들에서 전기 전도도를 유발하는 하전된 역미셀들의 작은 집단인 것으로 사료된다.
CCA들의 첨가는 CCA 분자의 비극성 테일 기에 의해 둘러싸인 (그리고, 구형, 실린더형, 또는 다른 기하형상을 가질 수도 있는), 1 nm 내지 수십 나노미터의 사이즈에서 변할 수도 있는 매우 극성인 코어를포함하는 역미셀의 제조를 제공한다. 전기영동 매체들에서, 3개의 상들, 즉, 표면을 갖는 고체 입자, 극히 작은 액적 (역미셀) 의 형태로 분포된 고 극성 상, 및 유체를 포함하는 연속상이 통상적으로, 구별될 수도 있다. 하전된 입자들 및 하전된 역미셀들 양자 모두는 전기장의 인가 시에 유체를 통해 이동할 수도 있으며, 따라서, 유체를 통한 전기 전도를 위한 2개의 병렬 경로들이 존재한다 (이 유체는 통상적으로, 사라질 정도로 작은 전기 전도도 자체를 가짐).
CCA 의 극성 코어는 표면들 상으로의 흡착에 의해 표면들 상의 전하에 영향을 미치는 것으로 사료된다. 전기영동 디스플레이에 있어서, 그러한 흡착은 역미셀들과 유사한 구조들을 형성하기 위해 전기영동 입자들의 표면들 또는 마이크로캡슐의 내부 벽들 (또는 마이크로셀의 벽들과 같은 다른 고체상) 상에 있을 수도 있으며, 이들 구조들은 이하 반미셀(hemi-micell)들로서 지칭된다. 이온 쌍의 하나의 이온이 다른 이온보다 표면에 (예를 들어, 공유 결합에 의해) 더 강하게 부착될 때, 반미셀들과 미결합 역미셀들 사이의 이온 교환은, 더 강하게 결합된 이온이 입자와 연관된 채로 남아있고 덜 강하게 결합된 이온은 유리 역미셀의 코어에 혼입되게 되는 전하 분리를 유도할 수 있다.
CCA 의 헤드 기를 형성하는 이온성 재료들이 입자 (또는 다른) 표면에서 이온쌍 형성을 유도할 수도 있음이 또한 가능하다. 따라서, CCA 는 2가지 기본 기능들: 즉, 표면에서의 전하 생성과 표면으로부터의 전하 분리를 수행할 수도 있다. 전하 생성은, CCA 분자에 존재하거나 역미셀 코어 또는 유체에 달리 혼입된 일부 모이어티와 입자 표면 사이의 산-염기 또는 이온 교환 반응으로부터 발생할 수도 있다. 따라서, 유용한 CCA 재료들은, 당업계에 공지된 바와 같은 반응 또는 임의의 다른 하전 반응에 참여 가능한 재료들이다.
본 발명의 매체들에서 유용한 전하 제어제들의 비한정적인 부류들은 유기 설페이트 또는 술포네이트, 금속 비누, 블록 또는 콤 코폴리머, 유기 아미드, 유기 양성이온, 및 유기 포스페이트 및 포스포네이트를 포함한다. 유용한 유기 설페이트 및 술포네이트는 나트륨 비스(2-에틸헥실) 술포숙시네이트, 칼슘 도데실벤젠술포네이트, 칼슘 페트롤리움 술포네이트, 중성 또는 염기성 바륨 디노닐나프탈렌 술포네이트, 중성 또는 염기성 칼슘 디노닐나프탈렌 술포네이트, 도데실벤젠술폰산 나트륨 염, 및 암모늄 라우릴 설페이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유용한 금속 비누는 염기성 또는 중성 바륨 페트로네이트, 칼슘 페트로네이트, 나프텐산, 옥탄산, 올레산, 팔미트산, 스테아르산 및 미리스트산 등과 같은 카르복실산의 코발트염, 칼슘염, 구리염, 망간염, 마그네슘염, 니켈염, 아연염, 알루미늄염 및 철염을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유용한 블록 또는 콤 코폴리머는 (A) 메틸 p-톨루엔술포네이트로 4급화된 2-(N,N-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트의 폴리머들 및 (B) 폴리(2-에틸헥실 메타크릴레이트) 의 AB 디블록 코폴리머들, 및 폴리(메틸 메타크릴레이트-메타크릴산)의 유용성 앵커기 상에 펜던트된 약 1800 의 분자량을 갖고 폴리(12-하이드록시스테아르산) 의 유용성 테일을 갖는 콤 그래프트 코폴리머를 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 아미드/아민은 폴리이소부틸렌 숙신이미드, 이를 테면, OLOA 371 또는 1200 (Houston, Tex.소재의 Chevron Oronite Company LLC 로부터 입수가능) 또는 SOLSPERSE 17000 또는 19000 (Wickliffe, OH 소재의 Lubrizol 로부터 입수가능; "Solsperse" 는 등록상표임), 및 N-비닐피롤리돈 폴리머들을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 양성이온은 레시틴을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 유용한 유기 포스페이트 및 포스포네이트는 포화 및 불포화 산 치환체들을 갖는 포스페이트화 모노- 및 디-글리세라이드의 나트륨 염을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. CCA 에 유용한 테일 기는 200-10,000 범위인 분자량의 폴리(이소부틸렌)과 같은 올레핀들의 폴리머들을 포함한다. 헤드 기는 술폰산, 인산 또는 카르복실산 또는 아미드일 수도 있거나, 대안적으로, 1차, 2차, 3차 또는 4차 암모늄 기와 같은 아미노 기일 수도 있다. 개시된 4-입자 전기영동 매체에서 유용한 CCA들의 한 부류는 미국 특허 공개 번호 2017/0097556 에 개시되어 있으며, 이는 그 전체가 본원에 참고로 포함된다. 이러한 CCA들은 일반적으로 4차 아민 헤드 기 (quaternary amine head group) 및 적어도 하나의 C-C 이중 결합을 포함하는 불포화 폴리머 테일 (unsaturated polymeric tail) 을 포함한다. 폴리머 테일은 전형적으로 지방산 테일이다. 다양한 CCA 분자량이 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, CCA 의 분자량은 12,000 그램/몰 이상, 예를 들어 14,000 그램/몰 내지 22,000 그램/몰이다.
본 발명의 매체들에서 사용된 전하 보조제들은, 하기에서 더 상세히 설명되는 바와 같이, 전기영동 입자 표면들 상에 전하를 바이어싱시킬 수도 있다. 그러한 전하 보조제들은 브론스테드 또는 루이스 산 또는 염기일 수도 있다. 예시적인 전하 보조제는 미국 특허 제 9,765,015, 10,233,339 및 10,782,586 호에 개시되어 있으며, 이들 모두는 그 전체가 참조로 포함된다. 예시적인 보조제는 적어도 두 개의 히드록실 기를 포함하는 폴리히드록시 화합물을 포함할 수도 있고, 에틸렌 글리콜, 2,4,7,9-테트라메틸데신-4,7-디올, 폴리(프로필렌 글리콜), 펜타에틸렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 글리세롤, 펜타에리트리톨, 글리세롤 트리스(12-히드록시스테아레이트), 프로필렌 글리세롤 모노히드록시스테아레이트, 및 에틸렌 글리콜 모노히드록시스테아레이트를 포함하지만 이들에 제한되지 않는다. 동일한 분자에 적어도 하나의 알콜 작용기 및 하나의 아민 작용기를 함유하는 아미노알콜 화합물들의 예들은 트리이소프로판올아민, 트리에탄올아민, 에탄올아민, 3-아미노-1-프로판올, o-아미노페놀, 5-아미노-1-펜탄올, 및 테트라키스(2-하이드록시에틸)에틸렌디아민을 포함하지만 이에 한정되지 않는다. 일부 실시형태들에서, 전하 보조제는 바람직하게는 입자 질량의 약 1 내지 약 500 밀리그램/그램 ("mg/g"), 더 바람직하게는 약 50 내지 약 200 mg/g 의 양으로 전기영동 디스플레이 매체에 존재한다.
입자 분산 안정제들이 캡슐 또는 다른 벽들 또는 표면들에의 부착 또는 입자 응집을 방지하기 위해 추가될 수도 있다. 전기영동 디스플레이들에서 유체들로서 사용되는 통상적인 고 저항률 액체들에 대해, 비-수성 계면 활성제들이 사용될 수도 있다. 이들은 글리콜 에테르, 아세틸렌 글리콜, 알칸올아미드, 소르비톨 유도체, 알킬 아민, 4급 아민, 이미다졸린, 디알킬 옥사이드, 및 술포숙시네이트를 포함하지만 이에 한정되지 않는다.
미국 특허 제7,170,670호에 기술된 바와 같이, 전기영동 매체들의 쌍안정성은 약 20,000 을 초과하는 수 평균 분자량을 갖는 폴리머를 유체에 포함시킴으로써 개선될 수 있으며, 이 폴리머는 전기영동 입자들에 대해 본질적으로 비-흡수성이고; 폴리(이소부틸렌) 이 이러한 목적으로 선호된 폴리머이다. 또한, 예를 들어 미국 특허 제6,693,620호에 기술된 바와 같이, 표면 상에 고정된 전하를 갖는 입자는 주변 유체에서 반대 전하의 전기 이중층을 셋업한다. CCA 의 이온 헤드 기는 전기영동 입자 표면 상에서 하전된 기와 이온 쌍을 이루어, 고정된 또는 부분적으로 고정된 하전된 종들의 층을 형성할 수도 있다. 이 층의 외부에는, 유체에 CCA 분자들을 포함하는 하전된 (역)미셀들을 포함하는 확산층이 있다. 종래의 DC 전기영동에 있어서, 인가된 전기장은 고정형 표면 전하들에 대한 힘 및 이동형 카운터-전하들에 대한 반대 힘을 가하여, 확산층 내에서 슬립피지 (slippage) 가 발생하고 입자가 유체에 대하여 이동한다. 슬립 평면에서의 전위는 제타 전위로서 공지된다.
그 결과, 전기영동 매체 내의 입자 유형 중 일부는 전기영동 매체에 양단에 걸친 전기장의 강도에 따라 상이한 전기영동 이동도를 갖는다. 예를 들어, 제 1 (낮은 강도, 즉, 대략 ±10V 이하) 전기장이 전기영동 매체에 인가될 때, 제 1 유형의 입자들은 전기장에 대하여 한 방향으로 이동하지만, 제 2 (높은 강도, 즉, 대략 ±20V 이상) 전기장이 제 1 전기장과 동일한 극성을 갖고 인가될 때, 제 1 유형의 입자들은 전기장에 대해 반대 방향으로 이동하기 시작한다. 거동은 하전된 역 마이셀 또는 역하전된 전기영동 입자에 의해 매개되는 매우 비극성 유체 내의 전도로부터 기인한다고 이론화된다. 따라서, 임의의 전기화학적으로 생성된 프로톤 (또는 다른 이온) 은 가능하다면 미셀 코어 내의 비극성 유체를 통해 운반되거나 전기영동 입자 상에 흡착될 것이다. 예를 들어, 미국 특허 제 9,697,778 호의 도 5b 에 예시된 바와 같이, 양으로 하전된 역 미셀은 반대 방향으로 진행하고 있는 음의 전기영동 입자에 접근할 수도 있고, 여기서 역 미셀은 음으로 하전된 입자 주변의 전기 이중층에 혼입된다. (전기 이중층은 향상된 상대 이온 농도를 갖는 확산 전하층 및 입자 상의 반-미셀 표면-흡착된 코팅 둘 다를 포함하고; 후자의 경우, 역 미셀 전하는 전술한 바와 같이 입자의 제타 전위를 정의하는 슬립 엔벨로프(slip envelope) 내에서 입자와 연관될 것이다.) 이러한 메커니즘을 통해, 양으로 하전된 이온의 전기화학적 전류가 전기영동 유체를 통해 흐르고, 음으로 하전된 입자는 더 양인 전하를 향해 바이어스될 수 있다. 그 결과, 예를 들어, 제 1 음의 유형의 입자의 전기영동 이동도는 전기화학 전류의 크기 및 입자 표면에 가까운 양의 전하의 체류 시간의 함수이며, 이는 전기장의 강도의 함수이다.
또한, 미국 특허 제9,697,778호에도 기재된 바와 같이, 인가된 전기장에 따라 상이한 전기영동 이동도를 나타내는 양의 전하 입자를 제조할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 2차 (또는 코-) CCA 가 다양한 입자들의 제타 전위들을 조정하기 위해 전기영동 매체에 첨가될 수 있다. 코-CCA의 신중한 선택은 하나의 입자의 제타 전위의 변경을 허용하면서 다른 입자들의 제타 전위는 본질적으로 변하지 않게 유지할 수 있고, 스위칭 동안 다양한 입자들의 전기영동 속도들 및 입자 간 상호작용들 둘 모두의 밀접한 제어를 허용한다.
일부 실시형태들에서, 최종 포뮬레이션을 위해 의도된 전하 제어제의 일부는 전기영동 입자의 합성 동안 첨가되어, 원하는 제타 전위를 조작하고 강한 전기장으로 인한 전기영동 이동도의 감소에 영향을 미친다. 예를 들어, 폴리머 그래프팅 동안 4차 아민 전하 제어제 (quaternary amine charge control agents) 를 첨가하면 CCA 의 일부 양이 입자들에 착물화되는 것으로 관찰되었다. (이는 전기영동 유체로부터 입자를 제거하고, 이어서 안료로부터 THF로 표면 종을 스트리핑하여 모든 흡착된 종을 제거함으로써 확인될 수 있다. THF 추출물을 1H NMR로 평가할 때, 다량의 CCA가 안료 입자에 흡착되거나 표면 폴리머와 착화되었음이 명백하다.) 실험은 입자의 표면 폴리머 사이의 높은 CCA 로딩이 강한 전기장의 존재 하에 입자 주위에 전하 이중층의 형성을 용이하게 한다는 것을 시사한다. 예를 들어, 마젠타 입자의 그램 당 200 mg 초과의 전하 제어제 (CCA) 를 갖는 마젠타 입자들은 높은 양 전기장의 존재 하에 우수한 체류 특성을 갖는다. (예를 들어, 도 2c 및 상기 설명을 참조한다) 일부 실시형태들에서, CCA 는 4차 아민 헤드 기 및 지방산 테일을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 지방산 테일은 불포화된다. 전기영동 매체 내의 입자들 중 일부가 높은 CCA 로딩을 포함할 때, 일관된 전기영동 이동도가 요구되는 입자들은 실질적인 CCA 로딩, 예를 들어, 마무리된 입자의 그램당 50 mg 미만의 전하 제어제 (CCA), 예를 들어, 마무리된 입자의 그램당 10 mg 미만의 전하 제어제 (CCA) 를 갖지 않는 것이 중요하다.
다른 실시형태에서, Isopar E 에서 Solsperse 17000의 존재 하에 4가지 유형의 입자를 포함하는 전기영동 매체은 소량의 산성 엔티티들, 예를 들어 디-t-부틸 살리실산의 알루미늄 염 (Bontron E-88, 미국 뉴저지주 케닐워스 소재의 Orient Corporation 사로부터 입수가능함) 의 첨가로부터 이익을 얻는다. 산성 재료의 첨가는 (전부는 아니지만) 많은 입자의 제타 전위를 보다 양의 값들로 이동시킨다. 하나의 실시형태에서, (2 개의 재료들의 총 가중값을 기준으로 하여) 약 1% 의 산성 재료 및 99% 의 Solsperse 17000 은 제 3 유형의 입자 (Y+) 의 제타 전위를 -5mV 로부터 약 +20mV 로 이동한다. 특정 입자의 제타 전위가 알루미늄 염과 같은 Lewis 산성 재료에 의해 변경되는지의 여부는 입자의 표면 화학물질의 세부사항들에 따른다.
표 2 는 바람직한 실시형태에서 3개의 유형들의 착색된 및 단일의 백색 입자들의 예시적인 상대 제타 전위를 나타낸다.
표 2. 백색 입자의 상대 제타 전위의 존재 하에 착색된 입자의 상대 제타 전위.
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일 실시형태에서, 음의 (백색) 입자는 -30mV 의 제타 전위를 갖고, 나머지 3 개의 입자들은 모두 백색 입자에 대해 양이다. 따라서, 양의 시안, 마젠타, 및 옐로우 입자들을 포함하는 디스플레이는 (시인 표면에 대하여 백색 입자의 앞에 있는 모든 착색된 입자들에 의한) 흑색 상태와, 뷰어에게 가장 가까운 백색 입자들에 의한 백색 상태 사이를 스위칭하여, 뷰어가 나머지 3개의 입자들을 인식하지 못하게 한다. 이와 대조적으로, 백색 입자가 0V 의 제타 전위를 가질 때, 음으로 하전된 옐로우 입자는 가장 음으로 되는 모든 입자들이고 이에 따라 이 입자를 포함하는 디스플레이는 옐로우와 청색 상태 사이를 스위칭한다. 이는 백색 입자가 양으로 하전된 경우에도 발생할 것이다. 그러나, 양으로 하전된 황색 입자는 제타 전위가 +20mV를 초과하지 않는 한 백색 입자보다 더 양으로 된다.
본 발명의 전기영동 매체의 거동은 인가된 전기장에 의존하는 (표 2 에서 제타 전위로서 나타내어지는) 백색 입자의 이동도와 부합한다. 따라서, 표 2 에 예시된 예에서, 저전압으로 어드레싱될 때 백색 입자는 그 제타 전위가 -30mV 인 것처럼 거동하지만, 고 전압으로 어드레싱될 때, 백색 입자는 제타 전위가 더 양인 것처럼 거동할 수 있고, 심지어 +20mV 만큼 높을 수 있다 (옐로우 입자의 제타 전위에 매칭함). 따라서, 저 전압으로 어드레싱될 때, 디스플레이는 흑색 상태와 백색 상태 사이를 스위칭할 것이지만, 더욱 고 전압으로 어드레싱될 때, 청색 상태와 옐로우 상태 사이에서 스위칭할 것이다.
높은 (예를 들어, "±H", 예를 들어 ±20V, 예를 들어 ±25V) 전기장 및 낮은 (예를 들어, "±L", 예를 들어 ±5V, 예를 들어 ±10V) 전기장의 존재하에서의 다양한 입자의 움직임이 도 2b 내지 도 2e에 도시되어 있다. 예시의 목적을 위해, 점선들에 의해 바운딩된 각각의 박스는 상부 광-투과성 전극 (21) 및 하부 전극 (22) 에 의해 바운딩된 픽셀을 나타내는데, 이는 액티브 매트릭스의 픽셀 전극일 수 있지만, 이는 또한 광-투과성 전극, 또는 세그먼트화된 전극 등일 수 있다. 모든 양의 입자들이 시인 표면 (명목상 흑색) 에 존재하는 제 1 상태로부터 시작하여, 전기영동 매체는 도 2b-2e에 도시된 바와 같이 4개의 상이한 광학 상태들로 구동될 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 이는 백색 광학 상태 (도 2b), 마젠타 광학 상태 (도 2c), 옐로우 광학 상태 (도 2d), 및 적색 광학 상태 (도 2e) 를 초래한다. 도 1 의 나머지 4개의 광학 상태들은 도 5 의 속기로 도시된 바와 같이 초기 상태 및 구동 전기장들의 순서를 반전시킴으로써 달성될 수 있다는 것이 명백해야 한다.
도 2b 에서와 같이 저전압으로 어드레싱될 때, 입자는 음의 전압이 백플레인에 인가될 때의 경우에 대해 화살표로 도시된 상대 속도를 갖는 그들의 상대 제타 전위에 따라 거동한다. 따라서, 이 예에서, 시안 입자가 옐로우 입자보다 빠르게 이동하는 마젠타 입자보다 빠르게 이동할 수 있다. 제 1 (양의) 펄스는 입자들의 위치들을 변화시키지 않는데, 이는 입자들이 인클로저의 벽들에 의해 이미 운동 중에 제한되기 때문이다. 제 2 (음의) 펄스는 착색된 입자 및 백색 입자의 포지션을 교환하고, 따라서 디스플레이가 흑색 상태와 백색 상태 사이를 스위칭하지만, 착색된 입자의 상대적인 이동도를 반영하는 과도적인 컬러를 갖는다. 펄스들의 시작 포지션들 및 극성들을 반전시키는 것은 백색으로부터 흑색으로의 트랜지션을 허용한다. 따라서, 이 실시형태는 프로세스 흑색 또는 프로세스 백색을 통하여 다수의 컬러들로 실현되는 다른 흑색 및 백색 포뮬레이션들에 비해 더 낮은 전압들 (그리고 더 적은 전력을 소비하는 것) 을 요구하는 흑색-백색 업데이트들을 제공한다.
도 2c 에서, 제 1 (양의) 펄스는 마젠타 입자의 이동도 (즉, 3개의 양으로 하전된 착색된 입자의 중간 이동도의 입자) 를 감소시키기에 충분한 양의 고전압이다. 감소된 이동도 때문에, 마젠타 입자는 본질적으로 제자리에 동결 유지되고, 저전압의 반대 방향으로의 후속 펄스는 마젠타 입자보다 시안, 백색 및 옐로우 입자를 더 많이 이동시키고, 이에 의해 시인 표면에서 마젠타 컬러를 생성하고, 마젠타 입자 뒤에는 음의 백색 입자가 있다. 중요하게는, 시작 위치 및 펄스들의 극성들이 반전되면 (즉, 시인 표면의 반대측으로부터, 즉, 전극 (22) 을 통해 디스플레이를 뷰잉하는 것과 동등함), 이 펄스 시퀀스는 녹색 컬러 (즉, 옐로우 및 시안 입자들의 혼합물) 를 생성할 것이다.
도 2d 에서, 제 1 펄스는 마젠타 입자 또는 백색 입자의 이동도를 크게 감소시키지 않는 저전압이다. 그러나, 제 2 펄스는 백색 입자의 이동도를 감소시키는 음의 고전압이다. 이는 3 개의 양의 입자들 사이의 더욱 효율적인 레이싱을 허용하여, 가장 느린 유형의 입자들 (이 예에서, 옐로우) 는 백색 입자의 앞에서 가시적으로 유지되며, 입자의 이동도는 보다 앞의 음의 펄스로 감소되었다. 특히, 옐로우 입자들이 그 입자들을 포함하는 캐비티의 상부 표면에 도달하지 않게 한다. 중요하게는, 시작 포지션 및 펄스들의 극성들이 반전되면 (즉, 시인 표면의 반대측으로부터, 즉, 전극 (22) 을 통해 디스플레이를 뷰잉하는 것과 동등하게), 이 펄스 시퀀스는 청색 컬러 (즉, 옐로우와 시안 입자들의 혼합물) 를 생성할 것이다.
마지막으로 도 2e 는 양쪽 펄스들이 고 전압일 때, 마젠타 입자 이동도는 제 1 높은 양의 펄스로 감소되고, 시안과 옐로우 사이의 레이싱은 제 2 높은 음의 펄스로 야기되는 백색 이동도에서의 감소에 의해 강화된다. 이는 적색 컬러를 생성한다. 중요하게는, 시작 포지션 및 펄스들의 극성들이 반전되면 (즉, 시인 표면의 반대측으로부터, 즉, 전극 (22) 을 통해 디스플레이를 뷰잉하는 것과 동등하게), 이 펄스 시퀀스는 시안 컬러를 생성할 것이다.
고해상도 디스플레이를 얻기 위하여, 디스플레이의 개별 픽셀들이 인접한 픽셀들로부터의 간섭 없이 어드레싱 가능해야 한다. 이러한 목적을 달성하는 하나의 방법은 "액티브 매트릭스" (active matrix) 디스플레이를 제조하기 위해, 각각의 픽셀과 연관되는 적어도 하나의 비선형 엘리먼트를 갖는, 트랜지스터 또는 다이오드와 같은, 비선형 엘리먼트들의 어레이를 제공하는 것이다. 하나의 픽셀을 어드레싱하는, 어드레싱 또는 픽셀 전극은 연관된 비선형 엘리먼트를 통해 적절한 전압 소스에 접속된다. 통상적으로, 비선형 엘리먼트가 트랜지스터일 때, 픽셀 전극은 트랜지스터의 드레인에 접속되고, 이 배열이 이하의 설명에서 가정될 것이지만, 이는 본질적으로 임의적이며, 픽셀 전극은 트랜지스터의 소스에 접속될 수 있다. 통상적으로, 고해상도 어레이에서, 픽셀들은 로우 및 칼럼의 2 차원 어레이로 배열되어, 임의의 특정 픽셀은 하나의 지정된 로우와 하나의 지정된 칼럼의 교차에 의해 고유하게 정의된다. 각 컬럼에 있는 모든 트랜지스터의 소스는 단일 컬럼 전극에 접속되는 한편, 각 로우에 있는 모든 트랜지스터의 게이트는 단일 로우 전극에 접속된다; 다시 로우로의 소스들 그리고 컬럼들로의 게이트들의 할당이 관례적이지만 본질적으로 임의적이며, 원하는 경우 반대로 될 수 있다. 로우 전극 (row electrode) 은 로우 드라이버 (row driver) 에 접속되며, 이는 본질적으로, 주어진 순간에 오직 하나의 로우만이 선택되도록, 즉, 선택된 로우 전극에, 선택된 로우에서의 모든 트랜지스터가 도통되게 보장하기 위한 것과 같은 선택 전압이 인가되는 한편, 모든 다른 로우들에, 이러한 비 선택된 로우에 있는 모든 트랜지스터가 비도통 상태로 남아있게 보장하기 위한 것과 같은 비 선택된 전압이 인가되도록 보장한다. 칼럼 전극 (column electrode) 은 칼럼 드라이버 (column driver) 들에 접속되고, 이들은 선택된 로우에 있는 픽셀들을 원하는 광학 상태로 구동하기 위해 선택된 전압들을 다양한 칼럼 전극들에 부과한다. (전술한 전압은 종래에 비선형 어레이로부터 전기-광학 매체의 반대 측 상에 제공되고 전체 디스플레이를 가로 질러 연장되는 공통 전면 전극에 대한 것이다.) "라인 어드레스 시간" 으로 알려진 사전 선택된 간격 후에, 선택된 로우는 선택 해제되고, 다음 로우가 선택되며, 칼럼 드라이버들 상의 전압들이 변경되어 디스플레이의 다음 라인이 기입된다. 이 프로세스가 반복되어 전체 디스플레이가 로우 단위 방식으로 기입된다.
종래에, 각각의 픽셀 전극은, 픽셀 전극과 커패시터 전극이 커패시터를 형성하도록 그와 연관된 커패시터 전극을 갖는다; 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 01/07961 참조. 일부 실시형태들에서, N형 반도체 (예를 들어, 비정질 실리콘) 를 이용하여 트랜지스터를 형성할 수도 있고, 게이트 전극에 인가된 "선택" 및 "비선택" 전압들은 각각 양 및 음일 수 있다.
첨부 도면의 도 3은 전기영동 디스플레이의 단일 픽셀의 예시적인 등가 회로를 도시한다. 나타낸 바와 같이, 그 회로는 픽셀 전극과 커패시터 전극 사이에 형성된 커패시터 (10) 를 포함한다. 전기영동 매체 (20) 는 병렬 상태의 커패시터 및 저항기로서 표현된다. 일부 예에서, 픽셀과 연관된 트랜지스터의 게이트 전극과 픽셀 전극 사이의 직접 또는 간접 커플링 커패시턴스 (30) (일반적으로 "기생 커패시턴스"로 지칭됨) 는 디스플레이에 원하지 않는 노이즈를 생성할 수도 있다. 보통, 기생 커패시턴스 (30) 는 저장 커패시터 (10) 의 그것보다 훨씬 작으며, 디스플레이의 픽셀 로우들이 선택되거나 선택 해제될 때, 기생 커패시턴스 (30) 는, 보통 2 볼트 미만인 "킥백 전압" (kickback voltage) 으로도 알려진, 픽셀 전극에 작은 음의 오프셋 전압을 초래할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 원하지 않는 "킥백 전압"을 보상하기 위해, 공통 전위 (Vcom) 가 각각의 픽셀과 연관된 커패시터 전극과 탑-플레인 전극에 공급될 수도 있어, Vcom 이 킥백 전압 (VKB) 에 동일한 값으로 설정될 때, 디스플레이에 공급된 모든 전압이 동일한 양만큼 오프셋될 수도 있고 순 DC-임밸런스가 경험되지 않게 된다.
그러나 Vcom 이 킥백 전압에 대해 보상되지 않은 전압으로 설정될 때 문제가 발생할 수도 있다. 백플레인에서만 이용 가능한 것보다 높은 전압을 디스플레이에 인가하고자할 때 이것이 일어날 수도 있다. 백플레인에 공칭 +V, 0, 또는 -V 의 선택이 공급되는 경우, 예를 들어, Vcom 에 -V 이 공급되는 동안, 디스플레이에 인가되는 최대 전압이 2배가 될 수도 있다는 것은 당해 기술분야에 잘 알려져있다. 이 경우에 경험되는 최대 전압은 (즉, 탑-플레인에 대해 백플레인에서) +2V 인 반면, 최소 전압은 0이다. 음의 전압이 필요하면, Vcom 전위는 적어도 제로로 상승되어야 한다. 따라서 탑-플레인 스위칭을 사용하여 양의 및 음의 전압들로 디스플레이를 어드레싱하는 데 사용되는 파형들은 하나보다 많은 Vcom 전압 설정의 각각에 할당되는 특정 프레임들을 가져야 한다.
4개의 입자들을 갖는 컬러 전기영동 디스플레이를 구동하기 위한 파형들의 세트는 본 명세서에 참조로서 포함되는 미국 특허 제 9,921,451 호에 설명된다. 미국 특허 제 9,921,451 호에는, 7개의 상이한 전압: 3개의 양의 전압, 3개의 음의 전압, 및 0 의 전압이 픽셀 전극에 인가된다. 그러나, 일부 실시형태들에서, 이들 파형에 사용되는 최대 전압은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터에 의해 처리될 수 있는 것보다 높다. 이러한 사례들에서, 적절한 고전압이 탑-플레인 스위칭의 사용에 의해 획득될 수 있다. (위에서 설명된 바처럼) Vcom 이 의도적으로 VKB로 설정될 때, 별도의 전원 공급부가 사용될 수도 있다. 그러나, 탑-플레인 플레인 스위칭이 사용될 때 Vcom 설정들이 있는 만큼 많은 수의 별도의 전원 공급부들을 사용하는 것은 비용이 많이 들고 불편하다. 또한 탑-플레인 스위칭은 킥백을 증가시키고 이에 의해 컬러 상태들의 안정성을 열화시키는 것으로 알려져 있다.
디스플레이 디바이스는 종래 기술에 공지된 여러 방법들로 본 발명의 전기영동 유체를 사용하여 구성될 수도 있다. 전기영동 유체는 마이크로캡슐들에 캡슐화되거나 또는 마이크로셀 구조들 내에 포함되고 이들은 그 후 폴리머 층으로 밀봉될 수도 있다. 마이크로캡슐 또는 마이크로셀 층들은 전기 전도성 재료의 투명 코팅을 지니는 플라스틱 기판 또는 필름 상에 코팅 또는 엠보싱될 수도 있다. 이 어셈블리는 전기 전도성 접착제를 사용하여 픽셀 전극들을 지니는 백플레인에 라미네이트될 수도 있다. 대안적으로, 전기영동 유체는 픽셀 전극들의 액티브 매트릭스를 포함하는 백플레인 상에 배열된 얇은 오픈-셀 그리드 상에 직접 분산될 수 있다. 충전된 그리드는 이어서 통합된 보호성 시트/광-투과성 전극으로 상부-밀봉될 수 있다.
도 4 는 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 디스플레이 구조체 (200) 의 개략적인 단면도 (축척하여 도시하지 않음) 를 도시한다. 디스플레이 (200) 에서, 전기영동 유체는 마이크로셀들로 제한되는 것으로 예시되지만, 마이크로캡슐들을 포함하는 등가 구조체들이 또한 사용될 수 있다. 유리 또는 플라스틱일 수도 있는 기판 (202) 은 개별적으로 어드레싱된 세그먼트들이거나 액티브 매트릭스 배열로 박막 트랜지스터들과 연관되는 픽셀 전극들 (204) 을 지지한다. (기판 (202) 과 전극들 (204) 의 조합은 통상적으로 디스플레이의 백-플레인으로 지칭된다.) 층 (206) 은 백플레인에 적용되는 본 발명에 따른 선택적인 유전체 층이다. (적합한 유전체 층을 성막하기 위한 방법은 참조로서 포함된 미국 특허 출원 제 16/862,750 호에 기재되어 있다.) 디스플레이의 프론트-플레인은 투명한 전기 전도성 코팅 (220) 을 지지하는 투명 기판 (222) 을 포함한다. 위에 놓인 전극층 (220) 은 선택적인 유전체 층 (218) 이다. 층 (또는 층들)(216) 은 투명 전극 층 (220) 에 대한 마이크로셀들의 부착을 위한 프라이머 층, 및 마이크로셀들의 하부를 포함하는 일부 잔류 폴리머를 포함할 수도 있는 폴리머 층(들)이다. 마이크로셀들 (212) 의 벽들은 전기영동 유체 (214) 를 포함하기 위해 사용된다. 마이크로셀들은 층 (210) 으로 밀봉되고, 전체 프론트-플레인 구조체는 전기 전도성 접착제 층 (208) 을 사용하여 백플레인에 부착된다. 마이크로셀들을 형성하는 방법은 선행 기술, 예를 들어 미국 특허 제6,930,818호에 기재되어 있다. 일부 사례에서, 마이크로셀들은 깊이가 20 ㎛ 미만, 예를 들어, 깊이가 15 ㎛ 미만, 예를 들어, 깊이가 12 ㎛ 미만, 예를 들어, 깊이가 약 10 ㎛, 예를 들어, 깊이가 약 8 ㎛ 이다.
대부분의 상업용 전기영동 디스플레이들은 여러 출발 재료들의 비용 및 제조 설비의 넓은 이용가능성에 기인하여 액티브 매트릭스 백플레인들 (202/024) 의 구성에서 비정질 실리콘 계 박막 트랜지스터들 (TFT들) 을 사용한다. 불행하게도, 비정질 실리콘 박막 트랜지스터들은 약 +/- 15V 보다 높은 전압들의 스위칭을 허용할 게이트 전압들을 공급할 때 불안정하게 된다. 그럼에도 불구하고, 후술하는 바와 같이, ACeP의 성능은 높은 양 및 음의 전압의 크기가 +/-15V를 초과하도록 허용될 때 개선된다. 따라서, 이전 개시내용들에서 설명된 바와 같이, 탑-플레인 스위칭으로도 알려진 백플레인 픽셀 전극들 상의 바이어스에 대해 상부 광-투과성 전극의 바이어스를 추가적으로 변경하는 것에 의해 개선된 성능이 달성된다. 따라서, (백플레인에 비해) +30V 의 전압이 필요하면, 탑-플레인은 -15V 로 스위칭될 수 있는 반면, 적절한 백플레인 픽셀은 +15V 로 스위칭된다. 탑-플레인 스위칭을 갖는 4-입자 전기영동 시스템을 구동하기 위한 방법들이, 예를 들어, 미국 특허 제9,921,451호에 더 상세히 설명된다.
이들 파형들은, 디스플레이의 각각의 픽셀이, 30V, 15V, 0, -15V 및 -30V 로서 예시되는, +Vhigh, +Vlow, 0, -Vlow 및 -Vhigh 로 지정된 5 개의 상이한 어드레싱 전압들에서 구동될 수 있는 것을 요구한다. 실제로, 더 많은 수의 어드레싱 전압들을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 3 개의 전압들만이 이용가능하면 (즉, +Vhigh, 0, 및 -Vhigh), 더 낮은 전압 (즉, Vhigh/n, 여기서 n 은 양의 정수 > 1 임) 에서의 어드레싱과 동일한 결과를, 전압 Vhigh 의 펄스들로 그러나 1/n 의 듀티 사이클로 어드레싱하는 것에 의해 달성하는 것이 가능할 수도 있다.
도 5 는 위에 설명된 4-입자 컬러 전기영동 디스플레이 시스템을 구동하는데 사용되는 (단순화된 형태의) 통상적인 파형들을 도시한다. 이러한 파형들은 "푸시-풀" 구조를 갖는다: 즉, 이들은 반대 극성의 2개의 펄스들을 포함하는 쌍극자로 구성된다. 이들 펄스의 크기들 및 길이들은 획득된 컬러를 결정한다. 최소한, 5개의 이러한 전압 레벨들이 있어야 한다. 도 5 는 0 볼트뿐만 아니라 높은 그리고 낮은 양 및 음의 전압을 도시한다. 전형적으로, "저"(L)은 약 5 - 15V 의 범위를 지칭하는 반면, "고"(H)은 약 15 - 30V 의 범위를 지칭한다. 일반적으로, "높은" 전압들의 크기가 높을수록, 디스플레이에 의해 달성되는 컬러 색역이 더 양호하다. 일부 실시형태들에서, 첨가 "매체" (M) 레벨이 사용되고, 이는 통상적으로 대략 15V 이지만; 그러나, M 의 값은 전기영동 매체의 환경 뿐만 아니라 입자들의 조성물에 다소 의존할 것이다.
도 5 가 컬러들을 형성하는데 요구되는 가장 단순한 다이폴들을 도시하고 있지만, 실제적인 파형들은 이들 패턴들의 다수의 반복들 또는 비주기적이고 5개 보다 많은 전압 레벨들을 사용하는 다른 패턴들일 수 있음이 이해된다.
물론, 도 5 의 구동 펄스들로 원하는 컬러를 달성하는 것은 입자들이 공지된 상태로부터 프로세스를 시작하는 것에 달려있으며, 이는 픽셀 상에 디스플레이되는 마지막 컬러일 가능성이 적다. 따라서, 일련의 리셋 펄스들이 구동 펄스들에 선행하고, 이는 픽셀을 제 1 컬러로부터 제 2 컬러로 업데이트하는 데 필요한 시간량을 증가시킨다. 리셋 펄스들은 참조로서 통합된 미국 특허 번호 제 10,593,272 호에 더 상세히 설명된다. 이들 펄스들의 길이들 (리프레스 및 어드레스) 및 나머지 임의의 것의 길이들 (즉, 이들 사이의 제로 전압의 주기들) 가 선택될 수도 있어, 전체 파형 (즉, 전체 파형에 걸쳐 시간에 대한 전압의 적분) 이 DC 밸런싱되게 한다 (즉, 시간에 걸친 전압의 적분은 제로가 된다). DC 밸런스는 펄스들이 길이 및 리셋된 페이즈에서의 나머지를 조정하는 것에 의해 실현될 수 있어, 리셋된 페이즈에서 공급된 순 임펄스는 어드레스 페이즈에서 공급된 순 임펄스에 대해 크기가 동일하고 부호가 반대이고 그 페이지 동안에, 디스플레이가 특정 원하는 컬러로 스위칭된다. 그러나, 도 2b - 2e 에 도시된 바와 같이, 8 개의 원색 컬러들에 대한 시작 상태는 흑색 또는 백색 상태이고, 이는 지속되는 저전압 구동 펄스로 실현될 수 있다. 이러한 시작 상태를 달성하는 단순성은 상태들 사이의 업데이트들의 시간을 더 감소시키고, 이는 사용자에게 더 만족스럽고 또한 소비되는 전력의 양을 감소시킨다 (따라서, 배터리 수명을 증가시킨다).
추가적으로, 파형들의 앞선 논의, 및 특히 DC 밸런스의 논의는 킥백 전압 문제를 무시한다. 실제로, 이전에 설명된 바와 같이, 모든 백플레인 전압이 킥백 전압 VKB와 동일한 양만큼 전원공급부에 의해 공급된 전압으로부터 오프셋된다. 따라서, 사용된 전원공급부가 3개 전압 +V, 0 및 -V 을 제공하면, 백플레인은 실제로 V+VKB, VKB, 및 -V+VKB 전압을 수신한다 (VKB 는 비정질 실리콘 TFT들의 경우 보통 음수임에 유의함). 그러나, 동일한 전원 공급부는 킥백 전압 오프셋 없이 전면 전극에 + V, 0 및 -V를 공급한다. 따라서, 예를 들어, 전면 전극에 -V 가 공급될 때, 디스플레이는 2V+VKB 의 최대 전압 및 VKB 의 최소값을 경험하게 된다. 비용이 많이 들고 불편할 수 있는, 별도의 전원공급부를 사용하여 킥백에 더하여, 전면 전극에 VKB를 공급하는 대신, 전면 전극에 양의 전압, 음의 전압 및 VKB가 공급되는 섹션들로 파형을 분할할 수도 있다.
실시예들
실시예 1 - 인가 전압의 함수로서 색 밀도에서의 변화율 측정.
본 발명의 이점은 실험적으로 확인되었다. 특히, 도 4 의 구성과 유사하게 2개의 디스플레이들을 준비하였으며, 여기서 하나의 디스플레이의 마이크로셀은 제타 전위 (낮은 인가 전압에서 측정됨) 가 각각 -35mV, +70mV, +54mV 및 -22mV 인 백색, 시안, 마젠타 및 옐로우 입자를 포함하는 포뮬레이션으로 충전되었다. 제 2 디스플레이는 제타 전위 (낮은 인가 전압에서 측정됨) 가 각각 -35mV, +70mV, +54mV 및 +24mV인 백색, 시안, 마젠타 및 황색 입자를 포함하는 포뮬레이션으로 충전된 마이크로셀을 가졌다. (음의 및 양의 옐로우 포뮬레이션을 위하여 작용하는) 도 5 의 펄스 시퀀스를 사용하여, 분광광도계를 포함하는 전기-광학 측정 벤치 (electro-optic measurement bench) 를 사용하여 밀도의 변화율을 평가하였다. D. Hertel, "Optical measurement standards for reflective e-paper to predict colors displayed in ambient illumination environments," Color Research & Application, 43, 6, (907-921), (2018) 참조한다.
도 6a 는 x-축에 표시된 전압으로 500ms 지속 시간의 펄스들이 인가될 때 제 1 디스플레이에서의 양의 입자들의 각각에 대응하는 광학 밀도의 최대 변화율을 도시한다. 도 7a 는 x-축에 표시된 전압으로 500ms 지속 시간의 펄스들이 인가될 때 제 1 디스플레이에서의 양의 입자들의 각각에 대응하는 광학 밀도의 최대 변화율을 도시한다. 전압이 크기가 증가함에 따라 모든 입자에 대한 밀도의 최대 변화율은 약 +/- 20V 인가 전압에서 변화율이 감소할 때까지 증가함을 알 수 있다. 흥미롭게도, 이러한 변화율의 변화는 황색 입자가 양으로 하전되는지 또는 음으로 하전되는지와 무관하게 발생하며, 표 2 에 제시된 예시적인 숫자와 일치한다. 시안 및 마젠타 입자들에 대해 인가된 전압의 함수로서 대략 동일한 최대 변화율을 성공적으로 전달하지만, 옐로우 입자에 대한 곡선은 도 7a에 비해 도 6a 에서 훨씬 더 평탄하고 이는 양의 옐로우 입자에 비해 원하는 광학 상태를 실혀하기 위해 다른 입자들 사이의 적절한 순서에서 음의 옐로우 입자를 "배치"하는 것이 더 곤란하다는 것을 의미함을 주지할 수 있다.
음의 옐로우 대 양의 옐로우에 대한 대조군의 차이는 양의 옐로우 입자를 갖는 디스플레이와 비교하여 음의 옐로우 입자를 포함하는 디스플레이에 대해 좀더 옐로우에 가까운 백색 상태로 나타난다. 도 6b 및 도 7b 에서, 전압은 x-축 상에, 시간은 y-축 상에 나타나며, 얻어진 색들은 플롯팅된다. 옐로우 입자들이 음의 전하를 가질 때 (도 6a), 조성물은 약 +/-7 내지 +/-10 볼트 사이의 좁은 전압 범위에서 어드레싱될 때만 흑색과 백색 사이에서 전환된다 (점선 박스 참조). 그러나, 옐로우 입자들이 양으로 하전될 때 (도 7a), 디스플레이는 약 +/-7 내지 약 +/-24V 로 흑색 및 백색을 렌더링할 수 있다 (점선 박스 참조). 따라서, 양으로 하전된 옐로우 입자를 포함하는 전기영동 매체는 e-판독기 또는 시간 테이블과 같은 흑색 및 백색 픽셀 사이의 정기적인 업데이트를 필요로 하는 애플리케이션에 대해 우수하다. 즉, 디스플레이가 흑색 및 백색 상태들 사이에서 스위칭하는 어드레싱 전압들의 훨씬 더 넓은 윈도우가 존재한다. 또한, 표 2 와 관련하여 언급된 바와 같이, 옐로우 입자가 음으로 하전되면, 특정 임계 전압 초과에서, 디스플레이는 단순히 흑색과 백색 사이에서 스위칭하지 않을 것이고, 오히려 옐로우와 청색 상태들 사이에서 스위칭할 것이다.
실시예 2 - 양의 옐로우 입자들을 포함하는 전기영동 매체의 컬러 색역.
더 길고 더 복잡한 파형들로 디스플레이를 구동시키고 분광광도계 전기-광학 테스트 벤치를 사용하여 L*a*b* 값들을 측정하는 것에 의해 실시예 1 의 제 2 디스플레이에 대해 8개의 원색 상태 이외의 복수의 광학 상태를 측정하였다. 측정들은 도 8 에 도시된 바와 같이, 우수한 흑백 콘트라스트 비를 갖는 수만개의 컬러들의 색역을 제안한다.
따라서, 본 발명은 고품질 백색 상태와 흑색 상태 사이의 고속 스위칭을 제공하는 풀 컬러 전기영동 매체를 제공한다. 따라서 본 출원의 기술의 여러 양태들 및 실시형태들을 설명하였지만, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에게 쉽게 발생할 수 있다는 것을 알아야 한다. 이러한 변경, 수정 및 개선은 애플리케이션에서 설명된 기술의 정신 및 범위 내에 있도록 의도된다. 예를 들어, 당업자는 기능을 수행하고 및/또는 본 명세서에 설명된 결과 및/또는 하나 이상의 이점들을 획득하기 위한 다양한 다른 수단 및/또는 구조를 쉽게 구상할 것이고, 및 이러한 변형 및/또는 수정 각각이 본 명세서에 설명된 실시형태들의 범위 내에 있는 것으로 여겨진다. 당업자는 본 명세서에 설명된 특정 실시형태들에 대한 많은 등가물들을, 단지 일상적인 실험만을 사용하여 인식하고 확인하는 것이 가능할 것이다. 따라서, 전술한 실시형태들은 단지 예로서 제시된 것이며, 첨부된 청구항 및 그에 대한 등가물의 범위 내에서, 발명의 실시형태들은 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있음을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 2 이상의 피처들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들의 임의의 조합은, 그러한 피처들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들이 상호 일치하지 않는 경우, 본 개시의 범위 내에 포함된다.

Claims (11)

  1. 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체로서,
    제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자;
    제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자로서, 상기 제 2 입자는 상기 입자에 공유 결합되는 폴리머의 표면 코팅을 갖는, 상기 제 2 유형의 입자;
    제 3 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자; 및
    제 4 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고,
    상기 제 3 유형의 입자 및 상기 제 4 유형의 입자 양쪽 모두는 상기 입자에 착물화된 폴리머의 층을 포함하는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  2. 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체로서,
    제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자;
    제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자로서, 상기 제 2 입자는 폴리머의 표면 코팅을 갖지 않는, 상기 제 2 유형의 입자;
    제 3 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자, 및
    제 4 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고,
    상기 제 3 유형의 입자 및 상기 제 4 유형의 입자 양쪽 모두는 상기 입자에 착물화된 폴리머의 층을 포함하는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  3. 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체로서,
    제 1 광학 특성 및 제 1 전하 극성을 갖는 제 1 유형의 입자;
    제 2 광학 특성을 갖고, 제 1 전하 크기를 가진 제 2 전하 극성을 갖는 제 2 유형의 입자로서, 상기 제 2 입자는 상기 전기영동 매체에서 제 2 입자의 각각의 그램에 대해 상기 제 2 입자 상에 흡착된 200 mg 초과의 전하 제어제 (CCA) 를 갖는, 상기 제 2 유형의 입자;
    제 3 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 작은 제 2 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 3 유형의 입자; 및
    제 4 광학 특성을 갖고, 상기 제 1 전하 크기보다 큰 제 3 전하 크기를 가진 상기 제 2 전하 극성을 갖는 제 4 입자를 포함하고,
    상기 제 3 유형의 입자 및 상기 제 4 유형의 입자 각각은 상기 전기영동 매체에서 제 3 및 제 4 입자들의 각각의 개별적인 그램에 대해 상기 제 3 및 제 4 입자 상에 흡착된 50 mg 미만의 전하 제어제 (CCA) 를 갖는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전하 제어제는 4차 아민 헤드 기 및 지방산 테일을 포함하는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기영동 매체는 10-50 ㎛만큼 분리된 두 개의 전극들 사이에 배치되고, 상기 제 1 유형의 입자는 10 V 가 상기 전극들 사이에 인가될 때보다 20V 가 상기 두 개의 전극들 사이에 인가될 때 더 낮은 전기영동 이동도를 갖는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 입자는 광 산란성 입자이고, 상기 제 2, 제 3, 및 제 4 입자들은 광 흡수성인, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 입자는 백색이고, 상기 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 시안, 마젠타 및 옐로우로부터 선택되는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  8. 제 7 항에 있어서,
    옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 개별적인 입자들이 용액을 제조하기 위해 1.55 미만의 굴절률을 갖는 비극성 유체에서 15 부피% (부피 입자 대 부피 용액) 로 대략 등방성으로 분포될 때 각각 650, 550 및 450 nm 에서 확산 반사율을 나타내고, 상기 용액은 흑색 배경 위에 대략 1 ㎛ 의 두께의 층에 배치되는, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 전하 극성은 음이고, 제 2 전하 극성은 양인, 비극성 유체를 포함하는 전기영동 매체.
  10. 컬러 전기영동 디스플레이로서,
    시인 표면에서의 광-투과성 전극;
    픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인; 및
    상기 광-투과성 전극과 상기 백플레인 사이에 배치된 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항의 전기영동 매체를 포함하는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  11. 제 10 항에 따른 컬러 전기영동 디스플레이를 포함하는 전자 북 리더기, 휴대용 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 스마트 카드, 사인 (sign), 시계, 선반 라벨 (shelf label) 또는 플래시 드라이브.
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