KR20230051256A - 진보된 컬러 전기영동 디스플레이를 위한 개선된 구동 전압 및 개선된 구동 전압에 의한 디스플레이 - Google Patents

진보된 컬러 전기영동 디스플레이를 위한 개선된 구동 전압 및 개선된 구동 전압에 의한 디스플레이 Download PDF

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스티븐 제이 텔퍼
코스타 라다백
크리스토퍼 엘 후게붐
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

산란성 입자 및 적어도 2개의 감색법 입자를 포함하는 4 입자 전기영동 매체를 구동하기 위한 개선된 방법이 제공된다. 이러한 방법들은 박막 트랜지스터들의 어레이를 갖는 백플레인을 포함하는 컬러 전기영동 디스플레이와 같은 디스플레이들을 가능하게 하며, 여기서 각각의 박막 트랜지스터는 금속 산화물 반도체의 층을 포함한다. 금속 산화물 트랜지스터들은 더 고속이고, 더 높은 전압 스위칭을 허용하고, 따라서 탑-플레인 스위칭에 대한 필요 없이 4-입자 전기영동 매체의 직접적인 컬러 스위칭을 허용한다. 그 결과, 컬러 전기영동 디스플레이는 더 고속으로 업데이트될 수 있고 컬러들은 더 신뢰성 있게 재생된다.

Description

진보된 컬러 전기영동 디스플레이를 위한 개선된 구동 전압 및 개선된 구동 전압에 의한 디스플레이
관련된 출원들
본 출원은 2020년 9월 15일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/078,829호를 우선권으로 주장한다. 본 명세서에서 개시된 모든 특허들 및 공개들은 그 전체 내용이 참조로 통합된다.
전기영동 디스플레이 (Electrophoretic Display; EPD) 는 광 투과성 시야 표면에 대해 하전된 착색 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 담을 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 입자는 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 수 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 입자들은 시인 표면으로 이동하고, 반대 극성의 전압이 제공될 때 흑색 입자들은 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 안료들을 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, 안료들의 포지션에서의 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.
본 발명은 컬러 전기영동 디스플레이들에 관한 것이고, 특히 비배타적으로, 복수의 착색된 입자들, 예를 들어, 백색, 시안, 옐로우 및 마젠타 입자들을 포함하는 전기영동 재료의 단일 층을 사용하여 두개보다 많은 컬러들을 렌더링가능한 전기영동 디스플레이들에 관한 것이다. 일부 경우들에, 입자들 중 2개는 양으로 하전될 것이고, 2개의 입자들은 음으로 하전될 것이다. 일부 경우들에, 하나의 양으로 하전된 입자는 두꺼운 폴리머 셸을 가질 것이고, 하나의 음으로 하전된 입자는 두꺼운 폴리머 셸을 가질 것이다.
그레이 상태라는 용어는 픽셀의 2개의 극단 광학 상태들의 중간의 상태를 지칭하는데 이미징 업계에서의 종래의 의미대로 본 명세서에서 사용되며, 반드시 이들 2 개의 극단 상태들 사이의 흑색-백색 트랜지션을 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 다크 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 (때로는 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 참조. 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 5,872,552; 6,130,774; 6,144,361; 6,172,798; 6,271,823; 6,225,971; 및 6,184,856 참조. 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 인쇄하거나 또는 코팅하는 능력과 같은 추가의 이점들을 제공한다. (인쇄라는 단어의 사용은 모든 형태의 인쇄 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 인쇄 공정; 정전 인쇄 공정; 열 인쇄 공정; 잉크젯 인쇄 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 색을 갖는 착색된 유체에서 사용하거나 (이 경우, 입자가 디스플레이의 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 1 컬러가 디스플레이되고, 입자가 시인 표면으로부터 떨어질 때 제 2 컬러가 디스플레이된다), 또는 제 1 또는 제 2 컬러를 갖는 제 1 및 제 2 유형의 전기영동 입자들을 비착색 유체에서 사용한다 (이 경우, 제 1 유형의 입자가 디스플레이의 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 1 컬러가 디스플레이되고 제 2 유형의 입자가 시인 표면에 인접하게 놓일 때 제 2 컬러가 디스플레이된다). 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 3개 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 혼합할 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 공통, 광 투과성 전면 전극을 포함하는 단일 백 플레인을 갖는 다컬러 전기영동 디스플레이를 기술한다. 백 플레인과 전면 전극 사이에는 복수의 전기영동 층들이 배치된다. 이들 출원들에 기재된 디스플레이들은 임의의 픽셀 위치에서 원색 컬러 (적색, 녹색, 청색, 시안, 마젠타, 옐로우, 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.
단일 전기영동 층을 사용하여 풀 컬러 전기영동 디스플레이를 제공하려는 시도들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 미국 특허 제8,917,439호는, 클리어 (clear) 및 무색 또는 착색 용매에 분산된 1개 유형 또는 2개 유형의 안료 입자들을 포함하고, 그 전기영동 유체가 공통 전극과 복수의 픽셀 또는 구동 전극들 사이에 배치되는, 컬러 디스플레이를 기술한다. 구동 전극들은 배경 층을 노출시키도록 배열된다. 미국 특허 제 9,116,412 는 2개의 대비 컬러들의 그리고 반대 전하 극성들을 지니는 2개 유형의 하전 입자들을 포함하는 전기영동 유체로 충전된 디스플레이 셀을 구동하기 위한 방법을 설명한다. 2개 유형의 안료 입자들은 착색된 용매에 또는 비하전 또는 약간 하전된 착색 입자들이 내부에 분산된 용매에 분산된다. 그 방법은 전체 구동 전압의 약 1 내지 20 %인 구동 전압을 인가함으로써 용매의 컬러 또는 비하전 또는 약간 하전된 착색 입자들의 컬러를 디스플레이하도록 디스플레이 셀을 구동하는 단계를 포함한다. 미국 특허 제 8,717,664 및 8,964,282 호는 전기영동 유체 및 전기영동 디스플레이를 구동하는 방법을 설명한다. 유체는 제 1, 제 2 및 제 3 유형의 안료 입자를 포함하며, 이들 모두는 용매 또는 용매 혼합물에 분산된다. 제 1 및 제 2 유형의 안료 입자들은 반대 전하 극성들을 지니며, 제 3 유형의 안료 입자는 제 1 또는 제 2 유형의 전하 레벨의 약 50 % 미만인 전하 레벨을 갖는다. 3가지 유형의 안료 입자들은 상이한 레벨의 임계 전압, 또는 상이한 레벨의 이동도, 또는 양자 모두를 갖는다. 이들 특허 출원들 중 어느 것도 이 용어가 아래에서 사용되는 의미에서의 풀 컬러 디스플레이를 개시하지 않는다.
본 명세서에서는, 풀 컬러 전기영동 디스플레이의 개선된 구동 방법 및 이들 구동 방법을 사용한 풀 컬러 전기영동 디스플레이들이 개시되어 있다. 일 양태에서, 본 발명은 컬러 전기영동 디스플레이를 포함하고, 이는 시인 표면에서의 광-투과성 전극, 픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인 - 각각의 박막 트랜지스터는 금속 산화물 반도체의 층을 포함함 -, 및 광-투과성 전극과 백플레인 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 컬러 전기영동 매체는 (a) 유체, (b) 유체에 분산된 복수의 제 1 입자 및 복수의 제 2 입자 - 제 1 입자 및 제 2 입자는 반대 극성의 전하들을 갖고 있고, 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 가짐 -, (b) 유체에 분산된 복수의 제 3 입자 및 복수의 제 4 입자 - 제 3 입자 및 제 4 입자는 반대 극성의 전하를 가지며, 제 3 입자 및 제 4 입자 각각은 서로 상이하고 제 2 입자와 상이한 감법 원색 컬러를 가짐 - 를 포함한다.
일부 실시형태들에서, 제 3 및 제 4 유형의 입자들에 의해 형성된 응집체를 분리하는 데 필요한 제 1 전기장은 임의의 다른 두 유형의 입자로부터 형성된 응집체를 분리하는 데 필요한 제 2 전기장보다 크다. 일부 실시형태들에서, 제 2, 제 3 및 제 4 입자 중 적어도 2개는 비-광-산란성이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 입자들은 백색이고, 제 2, 제 3, 및 제 4 입자들은 비-광-산란성이다. 일부 실시형태들에서, 제 1 및 제 3 입자들은 음으로 하전되고 제 2 및 제 4 입자들은 양으로 하전된다. 일부 실시형태들에서, 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 각각 그 컬러가 백색, 시안, 옐로우 및 마젠타이고 백색 및 옐로우 입자는 음으로 하전되고, 마젠타 및 시안 입자는 양으로 하전된다. 일부 실시형태들에서, 옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 안료들이 1.55 미만의 굴절률을 갖는 액체 및 안료를 포함한 1 ㎛ 의 두께의 층에 15 부피% 로 대략 등방성으로 분포될 때 흑색 배경에서 각각 측정된 650, 550 및 450 nm 에서 각각 2.5% 미만의 확산 반사율을 나타낸다. 일부 실시형태들에서, 액체는 약 5 미만의 유전 상수를 갖는 비극성 액체이다. 일부 실시형태들에서, 유체는 약 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖고 입자 상에 본질적으로 비-흡수성인 폴리머를 그 안에 용해하거나 분산시킨다. 일부 실시형태들에서, 금속 산화물 반도체는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 이다. 위의 발명들은 전자 북 리더기, 포터블 컴퓨터, 태블릿 컴퓨터, 셀룰러 전화, 스마트 카드, 사인, 시계, 선반 라벨, 또는 플래시 드라이브에 통합될 수도 있다.
다른 양태에서, 컬러 전기영동 디스플레이는 제어기, 시인 표면에서 광-투과성 전극, 및 픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인을 포함하고, 각각의 박막 트랜지스터는 금속 산화물 반도체의 층을 포함한다. 컬러 전기영동 매체는 광-투과성 전극과 백플레인 사이에 배치되고, 컬러 전기영동 매체는 (a) 유체, (b) 유체에 분산된 복수의 제 1 입자 및 복수의 제 2 입자 - 제 1 입자 및 제 2 입자는 반대 극성의 전하들을 갖고 있고, 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 가짐 -,및 (c) 유체에 분산된 복수의 제 3 입자 및 복수의 제 4 입자 - 제 3 입자 및 제 4 입자는 반대 극성의 전하를 가지며, 제 3 입자 및 제 4 입자는 각각 서로 상이하고 제 2 입자와 상이한 감법 원색 컬러를 가짐 - 을 포함한다. 제어기는 복수의 구동 전압들을 픽셀 전극들에 제공하도록 구성되어, 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색 및 흑색이 일정 전압으로 광-투과성 전극을 유지하면서 각각의 픽셀 전극에서 디스플레이될 수도 있게 한다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 픽셀 전극들에 25 볼트보다 크고 -25 볼트보다 작은 전압을 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 25V와 0V 사이의 전압 및 -25V와 0V 사이의 전압을 추가로 제공하도록 구성된다. 일부 실시형태들에서, 금속 산화물 반도체는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 이다.
다른 양태에서, 컬러 전기영동 디스플레이는 제어기, 시인 표면에서의 광-투과 전극, 백플레인 전극, 및 광-투과 전극과 백플레인 전극 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 컬러 전기영동 매체는 (a) 유체, (b) 유체에 분산된 복수의 제 1 입자 및 복수의 제 2 입자 - 제 1 입자 및 제 2 입자는 반대 극성의 전하들을 갖고 있고, 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 가짐 -, 및 (c) 유체에 분산된 복수의 제 3 입자 및 복수의 제 4 입자 - 제 3 입자 및 제 4 입자는 반대 극성의 전하를 가지며, 제 3 입자 및 제 4 입자는 각각 서로 상이하고 제 2 입자와 상이한 감법 원색 컬러를 가짐 - 을 포함한다. 제어기는 제 1 고전압 및 제 1 저전압을 광-투과성 전극에 그리고 제 2 고전압, 제로 전압, 및 제 2 저전압을 백플레인 전극에 인가하도록 구성되어, 컬러들, 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색 및 흑색이 시인 표면에 디스플레이될 수 있도록 하고, 여기서, 제 1 고전압, 제 1 저전압, 제 2 고전압 및 제 2 저전압 중 적어도 하나의 크기는 동일하지 않다. 일부 실시형태들에서, 제 1 고전압의 크기는 제 2 고전압의 크기는 동일하다. 일부 실시형태들에서, 제 1 저전압의 크기 및 제 2 저전압의 크기는 동일하고 제 1 고전압의 크기 및 제 1 저전압의 크기는 동일하지 않다.
다른 양태에서, 컬러 전기영동 디스플레이는 제어기; 시인 표면에서의 광-투과 전극, 백플레인 전극, 및 광-투과 전극과 백플레인 전극 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함한다. 컬러 전기영동 매체는 (a) 유체, (b) 유체에 분산된 복수의 제 1 입자 및 복수의 제 2 입자로서, 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자는 반대 극성의 전하를 가지며, 상기 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 상기 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 갖는, 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자; 및 (c) 유체에 분산된 복수의 제 3 입자 및 복수의 제 4 입자 - 제 3 입자 및 제 4 입자는 반대 극성의 전하를 가지며, 제 3 입자 및 제 4 입자는 각각 서로 상이하고 제 2 입자와 상이한 감법 원색 컬러를 가짐 - 을 포함한다. 제어기는 복수의 시간 종속 구동 전압들 중 하나를 백플레인 전극에 제공하는 한편, 다음의 구동 전압, 1) 제 1 시간 동안에 고전압, 제 2 시간 동안에 저전압, 및 제 3 시간 동안에 고전압, 또는 2) 제 1 시간 동안에 저전압, 제 2 시간 동안에 고전압, 및 제 3 시간에 고전압을 광 투과성 전극에 제공하는 것에 의해 컬러들, 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색, 및 흑색 컬러로 하여금 시인 표면에 디스플레이되게 하도록 구성된다.
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 다중-입자 전기영동 매체에 사용되는 4개 유형들의 상이한 안료 입자들을 개략적인 형태로 도시한다.
도 2b 는 다중-입자 전기영동 매체에 사용되는 4개 유형들의 상이한 안료 입자들을 개략적인 형태로 도시한다.
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 6 은 2-부분 리셋 페이즈 (A) 및 컬러 트랜지션 페이즈 (B) 를 포함하는 종래 기술로부터의 예시적인 파형이며, 이는 탑-플레인 스위칭을 사용하여 달성된다.
도 7 은 4-입자 풀 컬러 전기영동 디스플레이의 업데이트에서 이용가능한 컬러 색역과 다이폴들 ("플래시") 의 수 사이의 상관관계를 도시한다.
도 8 은 3개의 감광 입자 및 산란성 (백색) 입자를 포함하는 전기영동 매체에서 8개의 컬러들을 생성하기 위한 단순화된 탑-플레인 구동 파형들을 도시한다.
도 9 는 3개의 감법 입자 및 산란성 (백색) 입자를 포함하는 전기영동 매체에서 +2V만큼 탑-플레인 전압 레일들을 수정하는 계산된 효과를 도시한다.
도 10 은 3개의 감법 입자 및 산란성 (백색) 입자를 포함하는 전기영동 매체에서 +2V만큼 백플레인 전압 레일들을 수정하는 계산된 효과를 도시한다.
도 11 은 3개의 감법 입자 및 산란성 (백색) 입자를 포함하는 전기영동 매체에서 +2V 및 -2V 만큼 탑-플레인 전압 레일들 및 백플레인 전압 레일들 양쪽을 수정하는 계산된 효과를 도시한다.
본 발명은 4-입자 전기영동 매체를 구동하기 위한 개선된 방법들을 포함하며, 여기서 입자들 중 적어도 2개는 착색되고 감색되며 입자들 중 적어도 하나는 산란된다. 전형적으로, 이러한 시스템은 백색 입자 및 시안, 옐로우, 및 마젠타 감색 원색 착색된 입자들을 포함한다. 이러한 시스템은 도 1 에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 모든 픽셀에서 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색, 및 흑색을 제공할 수 있다.
ACeP 의 사례들에서, 8개의 주요 컬러들 (적색, 녹색, 청색, 시안 마젠타, 옐로우, 흑색 및 백색) 각각은 4개의 안료들의 상이한 배열에 대응하며, 따라서 뷰어는 백색 안료의 시인측 상에 있는 이들 착색된 안료들 (즉, 광을 산란시키는 유일한 안료) 만을 보게 된다. 이들 컬러를 만들기 위해 4개의 안료들을 적절한 구성으로 분류하기 위한 파형은 적어도 5개의 전압 레벨 (높은 양의, 낮은 양의, 0, 낮은 음의, 높은 음의 레벨) 을 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 도 1 을 참조한다. 더 넓은 범위의 컬러들을 실현하기 위해, 안료들의 더 미세한 제어를 위해 추가의 전압 레벨이 사용되어야 한다. 본 발명은 이러한 전기영동 매체를 구동하는 몇몇 개선된 방법을 제공하여, 이들이 픽셀 컬러를 더 고속으로 덜 플래시하게 리프레시하게 하여 뷰어에게 더 만족스러운 컬러 스펙트럼을 초래하도록 한다.
3개의 감법 원색 컬러들을 제공하는 3개의 입자는 실질적으로 비-광산란성 ("SNLS") 일 수도 있다. SNLS 입자들의 사용은 컬러들의 혼합을 가능하게 하고 동일한 수의 산란성 입자들로 얻을 수 있는 것보다 더 많은 컬러 결과들이 제공된다. 이러한 임계값들은 누화 (cross-talk) 를 피하기 위해 충분히 분리되어야 하며, 이 분리는 일부 컬러들에 대해 높은 어드레싱 전압의 사용을 필요하게 만든다. 또한, 가장 높은 임계값을 갖는 착색된 입자를 어드레싱하는 것은 또한 다른 모든 착색된 입자를 이동시키고, 이들 다른 입자는 후속적으로 더 낮은 전압에서 원하는 포지션들로 스위칭되어야 한다. 이러한 단계별 컬러 어드레싱 방식은 원하지 않는 컬러들의 플래싱 (flashing) 과 긴 트랜지션 시간을 초래한다. 본 발명은 이러한 단계적 파형의 사용을 필요로 하지 않으며, 후술하는 바와 같이 단지 2개의 양의 및 2 개의 음의 전압들로 모든 컬러들에 대한 어드레싱이 달성될 수 있다 (즉, 오직 5개의 상이한 전압, 2 개의 양의 전압, 2개의 음의 전압 및 0의 전압이 디스플레이에 필요하지만, 소정 실시 형태에서 후술되는 바와 같이, 디스플레이를 어드레싱하기 위해 더 많은 상이한 전압들을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다).
이미 언급한 바와 같이, 첨부된 도면들 중 도 1은 흑색, 백색, 3 개의 감법 원색 컬러 및 3 개의 가법 원색 컬러들을 디스플레이할 때 본 발명의 전기영동 매체에서 다양한 입자들의 위치를 보여주는 개략적인 단면도이다. 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 실시 형태에서, 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 황색, 심홍색 및 청록색이 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 산란성 입자 뒤에 부분적으로 또는 완전히 숨겨지고 렌더링되는 컬러는, 흑색이 아닌, 산란하는 착색된 입자의 컬러가 될 것이다.)
하나보다 많은 유형의 착색 입자가 광을 산란하는 경우 컬러를 흑색으로 렌더링하는 것은 쉽지 않다.
도 1 은 컬러들이 오염되지 않은 (즉, 광산란 백색 입자들이 백색 입자들 뒤에 있는 임의의 입자들을 완전히 가리는) 이상적 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) 양자 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) 은 도 1 에 도시된 바와 같이 8가지 컬러들, 흑색, 백색, 3가지 감법 원색 및 3가지 가법 원색을 나타내는데 사용된다.)
도 2a 및 도 2b 는 본 발명의 바람직한 실시형태들에 사용되는 4 개의 안료 유형들 (1-4; 5-8) 의 개략적인 단면 표현들을 도시한다. 도 2a 에서, 코어 안료에 흡착된 중합체 셸은 어두운 음영으로 나타내는 한편, 코어 안료 자체는 음영이 없는 것으로 도시된다. 코어 안료에 대해 광범위한 형태들이 이용될 수도 있다 : 구형 (spherical), 침형 (acicular) 또는 그렇지 않으면 비등축형, 보다 작은 입자들의 응집체들 (즉, "포도 송이들") (grape cluster), 바인더에 분산된 작은 안료 입자들 또는 염료들을 포함하는 복합 입자들 등이 당해 기술분야에 널리 알려져 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. 폴리머 셸을 코어 안료들에 부착시키는 몇몇 방법들이 아래 실시예들에서 설명된다.
도 2a 의 실시형태에서, 제 1 및 제 2 입자 유형은 바람직하게는 제 3 및 제 4 입자 유형보다 더 실질적인 폴리머 셸을 갖는다. 광산란성 백색 입자는 (음으로 또는 양으로 중 어느 하나로 하전된) 제 1 또는 제 2 유형이다. 후속 논의에서, 백색 입자는 양의 전하를 지니는 것으로 (즉, 유형 1 인 것으로) 가정되지만, 당업자들에게는 설명된 일반 원리들이 백색 입자들이 양으로 하전되는 입자들의 세트에 적용될 것이라는 것이 명백할 것이다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 입자 유형이 제 3 및 제 4 입자 유형과 비교하여 차별적 폴리머 셸을 가질 필요는 없다. 도 2b 에 도시된 바와 같이, 4개의 입자들 상의 충분한 차동 전하 (differential charge) 는 입자들의 전기영동 제어 및 시인 표면에서 원하는 컬러의 생성을 허용할 것이다. 예를 들어, 입자 5 는 입자 7 보다 더 큰 크기의 음전하를 가질 수 있는 반면, 입자 6 은 입자 8 과 비교하여 더 큰 크기의 양 전하를 갖는다. 폴리머 관능기와 전하 (또는 입자 크기) 의 다른 조합들이 사용될 수 있음이 또한 가능하지만; 그러나, 이는 모든 4 개의 입자들이 적절한 전기장들, 예를 들어, 상업적 디지털 전자장치로 제조될 수 있는 더 낮은 전압 저기장의 존재하에 서로 분리될 수 있는 경우이어야 한다.
도 2a 의 시스템에서, 전하 제어제를 함유하는 현탁 용매에서 유형들 3 및 4 의 입자들의 혼합물들로부터 형성된 응집체를 분리시키는데 필요한 전기장은 2 개의 유형들의 입자의 임의의 다른 조합으로부터 형성된 응집체들을 분리시키는데 필요한 전기장보다 더 크다. 다른 한편으로, 제 1 및 제 2 유형들의 입자 사이에 형성된 응집체들을 분리시키는데 필요한 전기장은 제 1 및 제 4 입자들 또는 제 2 및 제 3 입자들 사이에 형성된 응집체들을 분리시키는데 필요한 전기장보다 더 작다 (그리고 물론 제 3 및 제 4 입자들을 분리시키는데 필요한 전기장보다 더 작다).
도 2a 에서, 입자들을 포함하는 코어 안료들은 대략 동일한 사이즈를 갖는 것으로 도시되고, 각각의 입자의 제타 전위 (zeta potential) 는, 도시되지 않았지만, 대략 동일한 것으로 가정된다. 각각의 코어 안료를 둘러싸는 폴리머 셸의 두께는 다르다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 이 폴리머 셸은 유형 3 및 4 의 입자들에 대한 것 보다는 유형 1 및 2 의 입자들에 대해 더 두껍다.
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 칼럼에 있는 모든 트랜지스터의 소스는 단일 칼럼 전극에 접속되는 한편, 각 로우에 있는 모든 트랜지스터의 게이트는 단일 로우 전극에 접속된다; 다시 로우로의 소스들 그리고 칼럼들로의 게이트들의 할당이 관례적이지만 본질적으로 임의적이며, 원하는 경우 반대로 될 수 있다. 로우 전극 (row electrode) 은 로우 구동기 (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 구동기 (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 구동기들 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 실시 형태들에서, 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 가 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 상승되야 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 스위칭이 사용될 때 Vcom 설정들이 있는 만큼 많은 수의 별도의 전력 공급 장치들을 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 보호 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 마이크로컵들로 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 마이크로컵들의 부착을 위한 프라이머 층, 및 마이크로컵들의 하부를 포함하는 일부 잔류 폴리머를 포함할 수도 있는 폴리머 층(들)이다. 마이크로컵들 (212) 의 벽들은 전기영동 유체 (214) 를 포함하기 위해 사용된다. 마이크로컵들은 층 (210) 으로 밀봉되고, 전체 프론트-플레인 구조체는 전기 전도성 접착제 층 (208) 을 사용하여 백플레인에 부착된다. 마이크로컵들을 형성하는 방법은 선행 기술, 예를 들어 미국 특허 제6,930,818호에 기재되어 있다. 일부 사례에서, 마이크로컵들은 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.
탑-플레인 스위칭 접근방식에 대해 수 개의 단점들이 존재한다. 첫째로, (전형적인 바와 같이) 탑-플레인이 픽셀화되지 않고, 디스플레이의 전체 표면에 걸쳐 연장되는 단일 전극일 때, 그의 전기 전위는 디스플레이의 모든 픽셀에 영향을 미친다. 이 전압이 백플레인으로부터 이용가능한 최대 크기의 전압들 중 하나 (예를 들어, 최대 양의 전압) 와 매칭하도록 설정되면, 이 전극이 백플레인 상에 어서트될 때 링크 양단에 걸친 순 전압이 없을 것이다. 임의의 다른 이용가능한 전압이 백플레인에 공급될 때, 디스플레이 내의 임의의 픽셀에 공급되는 음의 극성의 전압이 항상 존재할 것이다. 따라서, 파형이 양의 전압을 필요로 하면, 이는 탑-플레인 전압이 변경될 때까지 임의의 픽셀에 공급될 수 없다. 제 3 실시형태의 멀티컬러 디스플레이에 사용하기 위한 전형적인 파형은 양 및 음의 극성 양쪽 모두의 다수의 펄스들을 사용하고, 이들 펄스들의 길이들은 상이한 컬러들을 만들기 위해 사용되는 파형들에서 동일한 길이로 되지 않는다. 또한, 파형의 위상은 상이한 컬러들에 대해 상이할 수 있다: 즉, 양의 펄스는 일부 컬러들에 대해 음의 펄스에 선행할 수 있는 반면, 음의 펄스는 다른 컬러들에 대해 양의 펄스에 선행할 수 있다. 이러한 경우들을 수용하기 위해, "정지들" (즉, 일시정지들) 이 파형들로 구축되어야 한다. 실제로, 이는 이들이 이상적으로 필요한 것보다 훨씬 더 긴 (2의 인수만큼 큰) 파형들을 초래한다.
두번째로, 탑-플레인 스위칭에서, 선택될 수 있는 전압 레벨들에 대한 제한들이 있다. 탑-플레인에 인가된 전압들이 Vt+ 와 Vt- 로 개별적으로 표기되고, 백플레인에 인가된 전압은 Vb+ 및 Vb- 으로 각각 표기되면, 전기영동 유체 양단에 걸쳐 제로 볼트 조건을 실현하기 위해 |Vt+| = |Vb+| 및 |Vt-| = |Vb-| 이 참으로 되어야 한다. 그러나 반드시 양의 전압과 음의 전압의 크기가 동일할 필요는 없다.
ACeP (Advanced Color electronic Paper) 의 사전 실시형태들에서, 본 발명의 디스플레이의 백플레인의 픽셀 전극에 인가된 파형 (전압 대 시간 곡선) 이 설명되고 플롯되는 한편, 전면 전극은 접지된 것으로 (즉, 제로 전위인 것으로) 가정된다. 전기영동 매체에 의해 경험되는 전기장은 물론, 백플레인과 전면 전극 사이의 전위차 및 이들을 분리하는 거리에 의해 결정된다. 디스플레이는 통상적으로 그의 전면 전극을 통해 시인되어, 전면 전극에 인접한 입자들이 픽셀에 의해 디스플레이되는 컬러를 제어하고, 때때로 백플레인에 대한 전면 전극의 전위가 고려되는 경우 수반되는 광학적 트랜지션들을 이해하는 것이 더 용이한 경우; 이것은 단순히 아래에 논의되는 파형들을 반전시킴으로써 행해질 수 있다.
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 크기 및 길이는 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. 첨가 "매체" (M) 레벨은 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.
따라서, 일반 구동 전압은 디스플레이의 선택된 픽셀의 업데이트 동안 구동 전자장치들이 데이터 라인들에 7개 만큼이나 많은 상이한 전압들 (+H, +M, +L, 0, -L, -M, -H) 을 제공할 것을 요구한다. 7 개의 상이한 전압들을 전달하는 것이 가능한 멀티-레벨 소스 구동기들이 이용가능하지만, 전기영동 디스플레이들에 대한 가장 상업적으로 이용가능한 소스 구동기들은 단일 프레임 동안 3 개의 상이한 전압들 (통상적으로 양의 전압, 제로, 및 음의 전압) 만이 전달되도록 허용한다. 따라서, 앞서 논의된 바와 같이, 백플레인에 공급되는 3개의 전압들 (통상적으로 +V, 0 및 -V) 이 하나의 프레임에서 다음 프레임으로 변경될 수 있다면, 3 레벨 소스 드라이버 아키텍처를 수용하기 위해 도 5 의 일반적인 파형들을 수정할 필요가 있다. 나머지 전압 레벨들은 "탑-플레인 스위칭" 구동 방식을 사용하는 것에 의해 실현될 수 있고, 여기서 광 투과성 (탑-플레인) 공통 전극은 -V, 0 및 +V 사이에서 스위칭될 수 있는 한편, 픽셀 전극에 인가되는 전압은 또한 -V, 0 에서 +V 로 달라질 수 있는데, 공통 전극이 0 에 있을 때 한 방향의 픽셀 천이들이 핸들링되며, 공통 전극이 +V 에 있을 때 다른 방향의 천이들이 핸들링된다.
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.
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 -V 를 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 전원 공급부를 사용하여 전면 전극에 VKB를 공급하는 대신, 전면 전극에 양의 전압, 음의 전압 및 VKB가 공급되는 섹션들로 파형을 분할할 수도 있다. 킥백에 더하여
비정질 실리콘 트랜지스터 제어를 사용하는 상업적 실시형태들에서, 7개의 상이한 전압들: 3개의 양의, 3개의 음의 및 0 의 전압이 픽셀 전극들에 인가될 수 있다. 일단 탑-플레인 스위칭, 리셋 펄스들, 및 DC 밸런싱의 복잡성들이 고려되면, 결과적인 파형들은 다소 복잡하다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제 10,593,272호로부터 취해진 도 6 은 단일 컬러를 디스플레이하기 위해 사용되는 하나의 이러한 파형을 개략적으로 도시한다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 매 컬러마다 파형들은 동일한 기본 형태들을 가지며: 즉, 파형은 고유하게 DC-밸런싱되고, 다음과 같은 두 개의 섹션들 또는 페이즈들을 포함할 수 있고; (1) 임의의 컬러가 재현 가능하게 얻어질 수 있는 상태로의 디스플레이의 "리셋" 을 제공하는데 사용되고 파형의 나머지의 DC 임밸런스와 동일하고 반대인 DC 임밸런스가 제공되는 예비적인 일련의 프레임들, 및 (2) 렌더링될 컬러에 특정한 일련의 프레임들; 비교로서, 도 6 에 도시된 파형의 섹션 A 와 B 참조한다.
제 1 "리셋" 페이즈 동안, 디스플레이의 리셋은 이전에 디스플레이된 컬러들에 특유한 잔여 전압 및 안료 구성을 포함하는, 이전 상태의 임의의 메모리를 이상적으로 소거한다. 이러한 소거는 디스플레이가 "리셋/DC 밸런싱" 페이즈에서 최대 가능한 전압에서 어드레싱될 때 가장 효과적이다. 또한, 가장 임밸런싱된 컬러 트랜지션들의 밸런싱을 가능하게 하기에 충분한 프레임들이 이 페이즈에서 할당될 수도 있다. 일부 컬러는 파형의 제 2 섹션에서 양의 DC 밸런스를 필요로 하고 다른 것들은, "리셋/DC 밸런싱" 페이즈의 프레임들의 약 절반에서, 음의 밸런스를 필요로 하기 때문에, 전면 전극 전압 Vcom은 VpH로 설정되고 (백플레인과 전면 전극 사이의 최대 가능한 음의 전압을 허용함), 그리고 나머지에서, Vcom이 VnH 로 설정된다 (백플레인과 전면 전극 사이에서 최대 가능한 양의 전압을 허용함). 경험적으로, Vcom = VnH 프레임들을 Vcom = VpH 프레임들에 의해 선행시키는 것이 바람직하다는 것을 알아냈다.
"원하는" 파형 (즉, 전기영동 매체 양단에 걸쳐 인가하는 것이 바람직한 시간에 대한 실제 전압의 곡선) 은 도 6 의 하부에 예시되어 있으며, 그 탑-플레인 스위칭에 의한 구현은 위에 도시되어 있으며, 여기서 전면 전극 및 백플레인 (BP) 에 인가된 전위들 (Vcom) 이 예시된다. 다음의 전압들: VpH, VnH (일반적으로 ± 10-15V 범위의 가장 높은 양의 및 음의 전압), VpL, VnL (일반적으로 ± 1 - 10V의 범위의 보다 낮은 양의 및 음의 전압들), 및 제로를 공급할 수 있는 전력 공급 장치에 접속된 칼럼 드라이버가 사용되는 것으로 가정된다. 이들 전압들에 추가하여, 킥백 전압 (VKB) (예를 들어, 미국 특허 번호 7,034,783 에 기재된 바와 같이 측정되는, 사용된 특정 백플레인에 특유한 작은 값) 이 추가적인 전력 공급 장치에 의해 전면 전극에 공급될 수 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 모든 백플레인 전압은 전력 공급 장치에 의해 공급되는 전압으로부터 VKB (음수로 보여짐) 만큼 오프셋되지만 전면 전극 전압은, 전술한 바처럼 전면 전극이 명시적으로 VKB 로 설정된 경우를 제외하고, 그렇게 오프셋되지 않는다.
잠재적인 사용자들로부터의 피드백에 기초하여, 도 6 에 도시된 바와 같은 구동 펄스들(파형들)은 A) 가 너무 길고, B) 가 너무 플래시인 것으로 결정되었다. ("플래시"는 업데이트 동안 "다이폴"로 알려진 과도한 수의 최종 상태 안료 문제들을 지칭한다. 업데이트당 다이폴의 수가 증가함에 따라, 뷰어는 디스플레이로부터 방출된 광이 없음에도 디스플레이가 "플래시중"이라고 인식할 가능성이 높다.)
단순화된 탑-플레인 스위칭
업데이트의 시간 길이 및 플래시들을 감소시키기 위해, 더 적은 수의 이용가능한 컬러들에 대한 교환으로 프론트-플레인 스위칭의 복잡성이 감소될 수 있다. (다이폴들 ("플래시") 의 수의 함수로서 이용가능한 컬러 색역의 계산이 도 7 에 제시된다. 추가적으로, 입자들은 전기영동 매체 내에서 유한한 속도를 갖기 때문에, 다이폴이 적용되는 시간의 양은 또한 컬러 색역의 사이즈에 영향을 준다.
도 8 은 단순화된 탑-플레인 스위칭 펄스 시퀀스가 사용되는 이러한 솔루션 (상부 좌측 패널) 을 도시하며, 단순화된 백플레인 펄스 시퀀스 (좌측; 아래) 는 단일 탑-플레인 시퀀스에 매칭되어 적어도 이산적인 컬러들을 제공한다. 탑-플레인은 하나가 양이고 하나가 음인 2개의 전압들 사이에서 스위칭되는 반면, 하방 평면은 3개의 상이한 전압들: 양의 전압, 음의 전압 및 0 의 전압을 취할 수 있다. (도 8 에서, 전압 레벨은 상대, 즉 1, 0, -1 이지만, 많은 경우에, 통상적으로 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 포함하는 상업적 백플레인을 갖는 것과 같이 실제로 15V, 0, 및 -15V 일 것이다.) 백플레인 펄스 시퀀스로부터 탑-플레인의 펄스 시퀀스를 감산하는 것에 의해 (도 8 좌측), 도 5 의 8 개의 컬러 시퀀스들이 달성된다 (도 8 우측). 도 5 및 도 8 의 펄스 시퀀스에 대해, 전기영동 유체는 음으로 하전된 백색 안료, 양으로 하전된 마젠타 안료 및 시안 안료를 포함하고, 옐로우 안료는 양으로 또는 음으로 하전되거나 본질적으로 중성을 가질 수 있다는 것이 이해된다. 다른 컬러/전하 조합들이 가능하며, 그에 따라 파형들이 조정될 수 있다.
앞서 논의된 바와 같이, 도 8 의 파형들에서, 적어도 5개의 상이한 전압들이 요구된다. 액티브 매트릭스 구동 환경에서, 이는 (a) 특정 로우가 특정 시간에 선택될 때 컬럼들에 5 개의 상이한 전압들의 선택을 공급하는 것에 의해, 또는 (b) 특정 로우가 제 1 시간에 선택될 때 수 개 (즉, 3 개) 의 상이한 전압들, 그리고 동일한 로우가 제 2 시간에 선택될 때 상이한 세트의 전압들의 선택을 컬럼들에 제공하는 것에 의해, 또는 (c) 제 1 시간과 제 2 시간 양쪽에서 컬럼들에 3 개의 전압들의 동일한 선택을 제공하지만 제 1 시간과 제 2 시간 사이에 전면 전극의 전위를 변경하는 것에 의해, 실현될 수 있다. 옵션 (c) 는 공급되도록 요구되는 전압들 중 적어도 하나가 백플레인 전자장치가 지원할 수 있는 것보다 더 높을 때 특히 유용하다.
탑-플레인 스위칭으로, 높은 양 및 높은 음의 전위를 동시에 어서트할 수 없기 때문에, 백플레인의 -/+ 다이폴에 대해 탑-플레인의 +/- 다이폴을 오프셋할 필요가 있다. 도 8 에 도시된 파형에서, 트랜지션마다 하나의 다이폴만이 존재한다. 이는, 각각의 다이폴이 디스플레이에 대한 2개의 가시적인 광학 변화들을 초래하기 때문에, 가능한 가장 적은 "플래시" 파형을 제공한다. 각각의 로우가 선택될 때 5개의 상이한 전압 레벨들이 백플레인 전극들에 공급될 수 있고, 백플레인 전자장치들이 필요한 최고 전압들을 지원할 수 있는 경우들에서, 도 8에 도시된 방식으로 다이폴들을 오프셋할 필요가 없다.
수정된 레일 전압을 이용한 구동
도 8 의 구동 시퀀스에 대해, 탑-플레인에 인가되는 전압들은 각각 Vt+ 및 Vt- 로 표기되고, 백 플레인에 인가된 전압은 Vb+ 및 Vb- 이면, |Vt+| = |Vt-| = |Vb+| = |Vb-| = V 이 된다. 이에 따라, 상업적인 백플레인에서 통상적인 바와 같이 최대 공급 전압은 +/- 15볼트이고, 전기영동 매체 양단에 걸친 전압들은 30V, 28V, 0V, -28V, 및 -30V 으로 된다.
그러나, 탑-플레인 전극 및 백-플레인 전극의 최대 전압 크기들 (즉, "레일") 은 동일할 필요는 없다. 예를 들어, 레일 전압 오프셋들은 일부 공칭 최대 전압 크기 값 V로부터 계산될 수 있다. 각각의 레일에 대한 오프셋은 w, x, y 및 z 로 표기될 수도 있은 한편, 제로 전압 레일은 0 으로 유지되고 탑 플레인에 인가되지 않는 것으로 본다. (즉, 도 8 에 도시된 바와 같이, 백플레인이 하이, 로우 및 0인 반면, 탑-플레인은 단지 하이 및 로우이다.)
따라서 다음과 같다:
Figure pct00001
Figure pct00002
백 플레인 전압을 참조하여 보면, 고, 중, 및 저 크기의 3 개의 상이한 음의 전압들은, 탑 플레인이 VH-, VM-, 및 VL- 로 표기된 Vt+ 으로 설정될 때 전기영동 잉크에 인가될 수도 있다 (즉, Vb - Vt , 여기서, Vb 는 위에 도시된 3 개의 값들의 어느 것을 취할 수 있다).
이들 전압들은 하기와 같다.
Figure pct00003
탑-플레인이 Vt-로 설정된 경우 사용가능한 전압은 하기와 같다:
Figure pct00004
w = x = y = z 일 때 중간 전압 VM+ 및 VM-만이 오프셋의 영향을 받는다는 것이 명백하다. 따라서, 중간 전압들이 각각 오프셋의 양만큼 감소되는 (양인 것으로 가정됨) 동안, 고 전압 크기들은 2V로, 제로 전압들은 0으로 유지될 수 있다. 2개의 중간 전압들 사이의 차이는 항상 2V일 것이다.
예를 들어, 5-레벨 구동 시스템에서, 탑-플레인 레일(들)이 일부 양 δ만큼 증가 (또는 감소) 되면, 즉 w = δ 또는 x = δ 인 반면, 백플레인 레일이 동일하게 유지되면, 일부 구동 전압의 전체 크기는 증가 (또는 감소) 할 것이고, 오프셋은 VL+ 및 VL- 상태가 상이함에 따라 새로운 구동 레벨을 생성할 것이다. 이러한 변화의 효과는 w = δ 또는 x = δ 및 δ = +2V 일 때 계산될 수 있고, 도 9 에 그래프로 도시되어 있다. 도 9 에서는 구동 전압의 변경에 따라 8개의 원색 컬러들이 변화되는 것을 도시하였다. 도 9 에서, 개방 정사각형은 "베이스", 균일하게 분포된 구동 레벨들을 나타내고, 채워진 삼각형은 최고 구동 레벨의 추가적인 +2V를 나타내는 반면, 모든 다른 레벨들은 동일하게 유지되고, 채워진 원은 중간 상부 구동 전압에 대한 추가적인 +2V를 나타내는 반면, 모든 다른 상태들은 베이스 구동 경우에서와 같이 유지된다. 도 9 로부터 알 수 있는 바와 같이, +2V만큼 개별 탑-플레인 레일들만을 수정하는 것은 단지 사소한 효과들만을 생성한다. 개방 원의 포지션을 닫힌 삼각형 및 닫힌 원과 비교한다. 양의 오프셋이 양의 레일에 인가될 때 백색 상태 (도 9의 중심) 에서 가장 큰 변화가 관찰되며, 이 경우 b*는 (바람직하지 않게) 상승된다.
유사한 방식으로, 백플레인 레일(들)은 일부 양 δ, 즉 y = δ 또는 z = δ만큼 증가 (또는 감소) 될 수 있는 반면, 탑-플레인 레일은 동일하게 유지된다. y = z = δ = +2V 의 유사한 백플레인 레일 조정의 효과가 도 10에 도시되어 있다. 도 10 에서는 구동 전압의 변경에 따라 8개의 원색 컬러들이 변화되는 것을 도시하였다. 도 10 에서, 개방 정사각형은 "베이스", 균일하게 분포된 구동 레벨들을 나타내고, 채워진 삼각형은 최저 구동 레벨의 추가적인 +2V를 나타내는 반면, 모든 다른 레벨들은 동일하게 유지되고, 채워진 원은 중간 더 낮은 구동 전압에 대한 추가적인 +2V를 나타내는 반면, 모든 다른 상태들은 베이스 구동 경우에서와 같이 유지된다. 성능의 변화는 두드러지지 않지만, 양의 또는 음의 레일이 +2V만큼 수정될 때 옐로우 컬러가 점점 녹색으로 변하게 된다. 이것은 전형적으로 그것이 예를 들어 플레시 톤들이 녹색으로 보이게 하기 때문에 바람직하지 않다. 그러나, 일부 디지털 사이니지 애플리케이션들에서, 더 강한 녹색 톤들에 대해 옐로우 톤들을 트레이드하는 것이 바람직할 수 있다.
놀랍게도, 동일한 오프셋 δ = w = x = y = z가 모든 4개의 레일 전압에 적용될 때, 전기 광학 성능에서 더 뚜렷한 시프트가 발생하여, 특정 애플리케이션에 의해 요구될 수 있는 바와 같이 전기영동 매체의 컬러 성능을 조정할 기회를 제공한다. 도 11 에서는 구동 전압의 변경에 따라 8개의 원색 컬러들이 변화되는 것을 도시하였다. 도 11 에서, 개방 정사각형은 "베이스"를 나타내고, 균일하게 분포된 구동 레벨들을 나타내고, 채워진 삼각형은 모든 구동 레벨들에 대해 추가적인 +2V를 나타내고, 채워진 원은 모든 구동 레벨들에 대해 추가적인 -2V를 나타낸다. 도 11 에서, 전기-광학 성능은 δ가 -2V, 0 및 +2V 인 경우에 계산되었으며, 전기-광학 응답의 시프트는 화살표로 도시된다. 일부 상태들 (옐로우, 적색, 시안) 은 오프셋의 변화들에 의해 단지 매우 약간 영향을 받는 반면, 백색 및 마젠타 상태들은 오프셋이 더 음으로 이루어짐에 따라 더 음의 b*를 향해 매우 실질적으로 시프트됨을 알 수 있다. 위의 식들로부터 알 수 있는 바와 같이, 오프셋을 더 음으로 만드는 것은 VM-를 덜 음으로 그리고 VM+를 더 양으로 만든다. 이러한 효과들 중 가장 중요한 것은 백색 상태에서 b*의 감소이다.
따라서, 함께 고려하면, 이러한 결과들은 가장 유용한 조정이 모든 4개의 전압 레일들에 동일한 오프셋을 적용하는 것임을 암시한다. 이는 고전압 크기 또는 제로에 영향을 주지 않고 중간 전압 (VM) 레벨을 변화시키는 능력을 초래한다. 이렇게 하면 특히 b* 차원에서 더 중립적이도록 백색 상태를 조정할 수 있다.
금속 산화물 백플레인들을 이용한 더 높은 전압 어드레싱
레일 전압을 수정하는 것은 4-입자 전기영동 시스템과 상이한 전기-광학 성능을 달성하는데 있어서 일부 유연성을 제공하지만, 탑-플레인 스위칭에 의해 도입된 많은 제한들이 있다. 예를 들어, 본 발명의 디스플레이로 백색 상태를 만들기 위해, 더 낮은 음 전압 (VM-) 은 최대 음 전압 (VH-) 의 절반보다 작은 것이 통상적으로 바람직하다. 그러나, 위의 식들에 도시된 바와 같이, 탑-플레인 스위칭은 더 낮은 양의 전압이 항상 최대 양의 전압의 적어도 절반, 통상적으로 절반 초과일 것을 요구한다.
탑-플레인 스위칭의 복잡성들에 대한 대안적인 해결책은 더 높은 전자 이동도를 갖는 덜-일반적인 재료들로부터 제어 트랜지스터들을 제조하는 것에 의해 제공될 수 있으며, 이에 의해 트랜지스터들이 더 큰 제어 전압들, 예를 들어 +/- 30V를 직접 스위칭할 수 있게 한다. 새롭게 개발된 액티브 매트릭스 백플레인들은 금속 산화물 재료, 이를 테면, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 및 아연 산화물을 통합하는 박막 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이들 애플리케이션에서, 채널 형성 영역은 이러한 금속 산화물 재료를 사용하여 각각의 트랜지스터마다 형성되어, 더 높은 전압의 더 고속의 스위칭을 허용한다. 이러한 트랜지스터들은 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 이용가능하다.
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 있을 것이다. 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.
개선된 백플레인, 이를 테면, 금속 산화물 백플레인들을 사용하여, 즉, 도 5 에 설명된 바와 같이, 적합한 푸시-풀 파형으로 각각의 픽셀을 직접 어드레싱하는 것이 가능하다. 이는, 6초 업데이트를 1초 미만으로 변환하는 일부 경우들에서, 각각의 픽셀을 업데이트하는 데 필요한 시간을 크게 감소시킨다. 일부 경우들에서, 어드레싱을 위한 시작점을 설정하기 위해 리셋 펄스들을 사용할 필요가 있을 수 있지만, 리셋은 더 높은 전압들에서 더 고속으로 행해질 수 있다. 또한, 감소된 컬러 세트들을 갖는 4색 전기영동 디스플레이들에서, 도 5 에 도시된 푸시-풀 파형들보다 단지 약간 더 긴 특정 파형으로 제 1 컬러로부터 제 2 컬러로 직접 구동하는 것이 가능하다.
따라서, 본 발명은 탑-플레인 스위칭 없이 전기영동 매체를 직접 어드레싱할 수 있는 풀 컬러 전기영동 디스플레이들뿐만 아니라 이러한 전기영동 디스플레이들에 대한 파형들을 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 (19)

  1. 컬러 전기영동 디스플레이로서,
    시인 표면에서의 광-투과성 전극;
    픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인으로서, 각각의 박막 트랜지스터는 금속 산화물 반도체의 층을 포함하는, 상기 백플레인; 및
    상기 광-투과성 전극과 상기 백플레인 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함하고,
    상기 컬러 전기영동 매체는:
    (a) 유체;
    (b) 상기 유체에 분산된 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들로서, 상기 제 1 및 상기 제 2 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 상기 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 (subtractive primary colors) 중 하나를 갖는, 상기 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들;
    (c) 상기 유체에 분산된 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들로서, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 각각 서로 상이하고 상기 제 2 입자들과 상이한 감법 원색 컬러를 갖는, 상기 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들을 포함하는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 및 제 4 유형의 입자들에 의해 형성된 응집체를 분리하는 데 필요한 제 1 전기장은 임의의 다른 두 개의 유형들의 입자들로부터 형성된 응집체를 분리하는 데 필요한 제 2 전기장보다 큰, 컬러 전기영동 디스플레이.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2, 제 3 및 제 4 입자들 중 적어도 2개는 비-광-산란성인, 컬러 전기영동 디스플레이.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 입자들은 백색이고, 상기 제 2, 제 3, 및 제 4 입자들은 비-광-산란성인, 컬러 전기영동 디스플레이.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 3 입자들은 음으로 하전되고 상기 제 2 및 제 4 입자들은 양으로 하전되는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 입자들은 각각 컬러가 백색, 시안, 옐로우 및 마젠타이고 백색 및 옐로우 입자들은 음으로 하전되고, 마젠타 및 시안 입자들은 양으로 하전되는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  7. 제 6 항에 있어서,
    옐로우, 마젠타 및 시안 안료들은 안료들이 1.55 미만의 굴절률을 갖는 액체 및 안료를 포함한 1 ㎛ 의 두께의 층에 15 부피% 로 대략 등방성으로 분포될 때 흑색 배경에서 측정된 650, 550 및 450 nm 각각에서 2.5% 미만의 확산 반사율을 나타내는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  8. 제 1 항에 있어서,
    액체는 약 5 미만의 유전 상수를 갖는 비극성 액체인, 컬러 전기영동 디스플레이.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유체는 약 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖고 입자들 상에 본질적으로 비-흡수성인 폴리머를 내부에 용해하거나 또는 분산시키는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 반도체는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 인, 컬러 전기영동 디스플레이.
  11. 제 1 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.
  12. 컬러 전기영동 디스플레이로서,
    제어기;
    시인 표면에서의 광-투과성 전극;
    픽셀 전극들에 커플링된 박막 트랜지스터들의 어레이를 포함하는 백플레인으로서, 각각의 박막 트랜지스터는 금속 산화물 반도체의 층을 포함하는, 상기 백플레인; 및
    상기 광-투과성 전극과 상기 백플레인 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함하고,
    상기 컬러 전기영동 매체는:
    (a) 유체,
    (b) 상기 유체에 분산된 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들로서, 상기 제 1 및 2 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 1 입자들은 광산란성 입자이고, 상기 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 갖는, 상기 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들; 및
    (c) 상기 유체에 분산된 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들로서, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 각각 서로 상이하고 상기 제 2 입자들과 상이한 감법 원색 컬러를 갖는, 상기 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들을 포함하고,
    상기 제어기는 복수의 구동 전압들을 픽셀 전극들에 제공하도록 구성되어, 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색 및 흑색이 일정 전압에서 광-투과성 전극을 유지하면서 각각의 픽셀 전극에서 디스플레이될 수 있게 하는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제어기는 픽셀 전극들에 25 볼트보다 크고 -25 볼트보다 작은 전압을 제공하도록 구성되는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제어기는 25V 와 0V 사이의 전압 및 -25V 와 0V 사이의 전압을 추가로 제공하도록 구성되는, 컬러 전기영동 디스플레이.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속 산화물 반도체는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO) 인, 컬러 전기영동 디스플레이.
  16. 컬러 전기영동 디스플레이로서,
    제어기;
    시인 표면에서의 광-투과성 전극;
    백플레인 전극; 및
    상기 광-투과성 전극과 상기 백플레인 전극 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함하고,
    상기 컬러 전기영동 매체는:
    (a) 유체;
    (b) 상기 유체에 분산된 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들로서, 상기 제 1 및 제 2 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 상기 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 갖는, 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자;
    (c) 상기 유체에 분산된 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들로서, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 각각 서로 상이하고 상기 제 2 입자들과 상이한 감법 원색 컬러를 갖는, 상기 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들을 포함하고,
    상기 제어기는 제 1 고전압 및 제 1 저전압을 광-투과성 전극에 그리고 제 2 고전압, 제로 전압, 및 제 2 저전압을 백플레인 전극에 제공하도록 구성되어, 컬러들, 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색 및 흑색이 시인 표면에 디스플레이될 수 있게 하고,
    상기 제 1 고전압, 제 1 저전압, 제 2 고전압 및 제 2 저전압 중 적어도 하나의 크기는 동일하지 않은, 컬러 전기영동 디스플레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 1 고전압의 크기 및 상기 제 2 고전압의 크기는 동일한, 컬러 전기영동 디스플레이.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 저전압의 크기 및 상기 제 2 저전압의 크기는 동일하고 상기 제 1 고전압의 크기 및 상기 제 1 저전압의 크기는 동일하지 않은, 컬러 전기영동 디스플레이.
  19. 컬러 전기영동 디스플레이로서,
    제어기;
    시인 표면에서의 광-투과성 전극;
    백플레인 전극; 및
    상기 광-투과성 전극과 상기 백플레인 전극 사이에 배치된 컬러 전기영동 매체를 포함하고,
    상기 컬러 전기영동 매체는:
    (a) 유체;
    (b) 상기 유체에 분산된 복수의 제 1 및 복수의 제 2 입자들로서, 상기 제 1 및 제 2 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 1 입자는 광산란성 입자이고, 상기 제 2 입자는 감법 원색 컬러들 중 하나를 갖는, 상기 제 1 입자 및 상기 제 2 입자;
    (c) 상기 유체에 분산된 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들로서, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 반대 극성의 전하들을 가지며, 상기 제 3 및 제 4 입자들은 각각 서로 상이하고 상기 제 2 입자들과 상이한 감법 원색 컬러를 갖는, 상기 복수의 제 3 및 복수의 제 4 입자들을 포함하고,
    상기 제어기는 상기 광-투과성 전극에 하기 구동 전극:
    제 1 시간 동안 고전압, 제 2 시간 동안 저전압, 및 제 3 시간 동안 고전압, 또는
    제 1 시간 동안 저전압, 제 2 시간 동안 고전압, 및 제 3 시간 동안 저전압
    중 하나를 제공하면서 상기 백플레인 전극에 복수의 시간 종속 구동 전압들 중 하나를 제공하는 것에 의해, 컬러들 백색, 옐로우, 적색, 마젠타, 청색, 시안, 녹색 및 흑색 컬러로 하여금 시인 표면에 디스플레이되게 하도록 구성되는, 컬러 전기영동 디스플레이.
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