KR20230078806A - 멀티 컬러 전기 영동 디스플레이들에서 원색 컬러 세트들을 달성하기 위한 향상된 푸시-풀(epp) 파형들 - Google Patents

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이 잉크 코포레이션
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Abstract

4개의 상이한 유형의 입자들, 예를 들어 한 세트의 산란 입자들 및 3개의 세트의 감산성 입자들을 포함하는 4 입자 전기영동 매체를 구동하기 위한 향상된 푸시 풀 구동 파형들 적어도 5개의 상이한 전압 레벨들을 갖는 전압 드라이버를 사용할 때 타겟 컬러 상태에 대한 바람직한 파형을 식별하기 위한 방법들.

Description

멀티 컬러 전기 영동 디스플레이들에서 원색 컬러 세트들을 달성하기 위한 향상된 푸시-풀(EPP) 파형들
본 출원은 2020년 11월 2일자로 출원된 미국 가특허출원 제63/108,521호를 우선권 주장한다. 본 명세서에서 개시된 모든 특허들 및 공개들은 전부 참조에 의해 포함된다.
전기 영동 디스플레이 (Electrophoretic Display; EPD) 는 광 투과성 시야 표면에 대해 대전된 착색 입자의 위치를 변경하는 것에 의해 컬러를 변경한다. 이러한 전기 영동 디스플레이들은 일반적으로 "전자 페이퍼" 또는 "ePaper"로 지칭되는데, 그 이유는 결과적인 디스플레이가 페이퍼 상에 잉크와 매우 유사하게 고 콘트라스트를 갖고 햇빛에 가독성이 있기 때문이다. 전기영동 디스플레이들은 AMAZON KINDLE®과 같은 eReader에서 널리 채택되고 있는데, 그 이유는 전기영동 디스플레이들이 책과 같은 독서 경험을 제공하고, 전력을 거의 사용하지 않으며, 사용자가 수백 권의 책 라이브러리를 가벼운 휴대용 디바이스로 휴대할 수 있게 하기 때문이다.
수년 동안, 전기영동 디스플레이들은 흑색 및 백색의 단지 두 종류의 대전된 착색된 입자들만을 포함하였다. (확실히, 본원에 사용되는 "컬러"는 흑색 및 백색을 포함한다.) 백색 입자들은 종종 광 산란 유형이고, 예를 들어 이산화티타늄을 포함하는 한편, 흑색 입자들은 가시 스펙트럼에 걸쳐 흡수성이고, 카본 블랙, 또는 흡수성 금속 산화물, 이를 테면, 구리 크로마이트를 포함할 수 있다. 가장 단순한 의미에서, 흑색 및 백색 전기 영동 디스플레이는 단지 시인 표면에서 광투과성 전극, 후면 전극, 및 반대로 대전된 백색 및 흑색 입자들을 포함하는 전기 영동 매체만을 요구한다. 하나의 극성의 전압이 제공될 때 백색 입자들은 시인 표면으로 이동하고, 반대 극성의 전압이 제공될 때 흑색 입자들은 그 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. 이 패턴은 예를 들어 책의 텍스트일 수 있다.
보다 최근에는, 3색 디스플레이들 (흑색, 백색, 적색; 흑색 백색, 황색) 및 4색 디스플레이들 (흑색, 백색, 적색, 황색) 을 포함하는 다양한 컬러 옵션이 전기영동 디스플레이에 대해 상업적으로 이용 가능하게 되었다. 흑색 및 백색 전기 영동 디스플레이들의 동작과 유사하게, 3개 또는 4개의 반사성 안료들을 갖는 전기 영동 디스플레이들은 원하는 컬러 입자들이 시인 표면으로 구동되기 때문에 단순한 흑색 및 백색 디스플레이들과 유사하게 동작한다. 구동 방식들은 흑색 및 백색에 비해 훨씬 복잡하지만 결국 입자들의 광학적 기능은 동일하다.
ACeP™(Advanced Color Electronic Paper) 도 4 입자들을 포함하고 있지만, 청록색, 황색 및 마젠타색 입자들은 반사성이 아닌 감산성 (subtractive) 이고 이에 의해, 각각의 픽셀에서 수천개의 컬러들이 생성될 수 있게 한다. 컬러 프로세스는 오프셋 프린팅 및 잉크젯 프린터들에서 오랫동안 사용되어 프린팅 방법들과 기능적으로 등가이다. 지정된 컬러는 밝은 백색 종이 배경에서 청록색, 황색 및 마젠타색의 정확한 비율을 사용하여 생성된다. ACeP 의 사례에서, 시인 표면에 대한 청록색, 황색, 마젠타색 및 백색 입자들의 상대 위치들은 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 위치를 신중하게 제어하는 것이 중요하다. 명백하게, 안료들의 위치에서의 변동들은 지정된 픽셀에서 부정확한 컬러들이 디스플레이되는 결과를 초래할 것이다. 따라서, 이러한 시스템에 대한 정교한 전압 제어가 요구된다. 이 시스템에 대한 보다 자세한 세부사항들은 그 모두가 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 확인할 수 있다.
본 발명은 컬러 전기영동 디스플레이들, 특히, 배타적이지는 않지만, 복수의 착색 입자들, 예를 들어, 백색, 청록색, 황색, 및 마젠타색 입자를 포함하는 전기영동 재료의 단일 층을 사용하여 2 보다 많은 컬러들를 렌더링할 수 있는 전기영동 디스플레이들을 구동하기 위한 파형들에 관한 것이다. 일부 경우들에, 입자들 중 2개는 양으로 대전될 것이고, 2개의 입자들은 음으로 대전될 것이다. 일부 경우들에, 하나의 양으로 대전된 입자는 두꺼운 폴리머 셸을 가질 것이고, 하나의 음으로 대전된 입자는 두꺼운 폴리머 셸을 가질 것이다.
그레이 상태라는 용어는 이미징 기술에서 픽셀의 2가지 극단적인 광학 상태들의 중간의 상태를 지칭하는 통상적인 의미로 본 명세서에서 사용되며, 이들 2 가지의 극단적인 상태들 사이의 흑백 전환을 반드시 의미하지는 않는다. 예를 들어, 아래에 언급된 여러 E Ink 특허 및 공개된 출원들은 극단적인 상태들이 백색과 심청색 (deep blue) 이어서, 중간 그레이 상태가 실제로 담청색 (pale blue) 인 전기영동 디스플레이들을 기술한다. 실제로, 이미 기재한 바와 같이, 광학 상태의 변화는 컬러 변화가 전혀 아닐 수도 있다. 흑색 및 백색이라는 용어는 이하에서, 디스플레이의 두 극단적인 광학 상태들을 지칭하는데 사용될 수도 있으며, 엄밀하게 흑색 및 백색이 아닌 극단적인 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 디스플레이들은 그들의 극단적인 흑색 및 백색 상태들뿐만 아니라 이들의 중간 그레이 상태들에서도 안정하며, 기타 유형의 전기 광학 디스플레이에도 마찬가지인 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 디스플레이들의 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. 전기영동 디스플레이를 구동하는 것을 지칭하는데 사용될 때, 파형이라는 용어는 전기영동 매체에서 원하는 광학 효과를 생성하기 위해 주어진 시간 기간(초, 프레임 등)에 걸쳐 전기영동 매체에 제공되는 일련의 또는 패턴의 전압들을 설명하기 위해 사용된다.
광대역 또는 선택된 파장들 중 어느 하나에서 광을 흡수, 산란, 또는 반사하는 입자는 착색 또는 안료 입자로서 본 명세서에서 지칭된다. 염료들 또는 광결정(photonic crystal)들 등과 같이 광을 흡수 또는 반사하는 (불용성 착색 재료들을 의미하는 것으로서의 그 용어의 엄밀한 의미에서) 안료들 이외의 다양한 재료들이 또한 본 발명의 전기영동 매질들 및 디스플레이들에서 사용될 수도 있다.
입자 기반 전기영동 디스플레이들은 다년간 집중적인 연구 및 개발의 주제가 되어왔다. 이러한 디스플레이들에서, 복수의 대전 입자들 (때로는 안료 입자들로 지칭됨) 은 전기장의 영향하에 유체를 통해 이동한다. 전기 영동 디스플레이들은 액정 디스플레이들과 비해 양호한 휘도 및 콘트라스트, 광시야각, 상태 쌍안정성 및 저전력 소비의 속성을 가질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 디스플레이들의 장기적인 화질문제들로 널리 사용되지 못하고 있다. 예를 들어, 전기영동 디스플레이들을 구성하는 입자들은 침전되는 경향이 있어서, 이들 디스플레이들의 수명이 부적절하게 된다.
전술한 바와 같이, 전기 영동 매체는 유체의 존재를 필요로 한다. 대부분의 종래 기술의 전기영동 매체에서, 이 유체는 액체이지만, 기체상 유체들을 사용하여 전기영동 매체가 제조될 수 있다: 예를 들어, 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 기체계 전기영동 매체들은 예를 들어 매체가 수직면에 배치되는 사인 (sign) 에서 그러한 침전을 허용하는 배향으로 매체가 사용될 때, 액체계 전기영동 매체와 동일한 유형의 입자 침전으로 인한 문제들이 발생하기 쉬운 것으로 나타난다. 실제로, 입자 침전은 액체계 전기영동 매체보다 기체계의 전기영동 매체에서 더 심각한 문제로 보이는데, 왜냐하면 액체 전기영동 매체와 비교하여 기체 현탁 유체의 점도가 더 낮아 전기영동 입자들이 보다 빠르게 침전될 수 있기 때문이다.
Massachusetts Institute of Technology (MIT) 와 E Ink Corporation 에 양도된, 또는 이들 명의의 수많은 특허들 및 출원들은 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 특허들 및 출원들에 기재된 기술들은 다음을 포함한다:
(a) 전기영동 입자, 유체 및 유체 첨가제; 예를 들어, 미국 특허 제 7,002,728 호 및 제 7,679,814 호 참조;
(b) 캡슐, 바인더 및 캡슐화 프로세스; 예를 들어, 미국 특허 제 6,922,276 호 및 제 7,411,719 호 참조;
(c) 마이크로셀 구조, 벽 재료 및 마이크로셀 형성 방법; 예를 들어, 미국 특허 제 7,072,095 호 및 제 9,279,906 호 참조;
(d) 마이크로셀 충전 및 밀봉 방법; 예를 들어, 미국 특허 제 7,144,942 호 및 제 7,715,088 호 참조;
(e) 전기-광학 재료를 함유하는 필름 및 서브어셈블리; 예를 들어, 미국 특허 제 6,982,178 호 및 제 7,839,564 호 참조;
(f) 백플레인, 접착 층들 및 다른 보조 층들 및 디스플레이에 사용되는 방법; 예를 들어, 미국 특허 제 7,116,318 호 및 제 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) 디스플레이의 응용; 예를 들어 미국 특허 번호 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 특허들 및 출원들 중 다수는 캡슐화된 전기영동 매체에서 분리된 마이크로캡슐을 둘러싸는 벽이 연속 상에 의해 치환될 수 있고, 따라서 전기영동 매체가 복수의 분리된 전기영동 유체의 액적들 및 중합체 재료의 연속 상을 포함하는, 소위 중합체-분산 전기영동 디스플레이를 생성하는 것, 그리고 그러한 중합체-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 6,866,760 참조. 따라서, 본 출원의 목적을 위해, 이러한 중합체-분산 전기영동 매체는 캡슐화된 전기영동 매체의 하위 종으로 간주된다.
관련 유형의 전기영동 디스플레이는 소위 마이크로셀 전기영동 디스플레이이다. 마이크로셀 전기영동 디스플레이에서, 대전 입자들 및 유체는 마이크로캡슐들 내에 캡슐화되는 것이 아니라, 그 대신 담지체 매체, 전형적으로는 중합체 필름 내에 형성된 복수의 공동들 내에 유지된다. 예를 들어 미국 특허 번호 제 6,672,921 및 6,788,449 호를 참조한다.
전기영동 매체는 종종 불투명하고 (예를 들어 많은 전기영동 매체에서, 입자들이 디스플레이를 통한 가시광의 투과를 실질적으로 차단하기 때문에) 반사 모드에서 동작하지만, 많은 전기영동 디스플레이는 하나의 디스플레이 상태가 실질적으로 불투명하고 하나의 디스플레이 상태는 광투과성인 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. 전기 영동 디스플레이들과 유사하지만 전기장 세기의 변동에 의존하는 유전 영동 디스플레이들이 유사한 모드에서 동작할 수 있다; 예를 들어 미국 특허 번호 4,418,346 참조. 다른 유형의 전기 광학 디스플레이들이 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 침전 실패 모드를 겪지 않으며, 광범위한 가요성 및 강성 기판들 상에 디스플레이를 인쇄 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 방법을 사용하여) 디스플레이 매체가 인쇄될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체가 저렴하게 제조될 수 있다.
전술한 바와 같이, 가장 단순한 종래 기술의 전기영동 매체는 본질적으로 단지 2 개의 컬러들만을 디스플레이한다. 이러한 전기영동 매체는 제 1 컬러를 갖는 단일 유형의 전기영동 입자를 제 2, 상이한 컬러를 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 유형들의 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 컬러들 (primary colors) 간에 공유되며, 필터들은 1차원 (스트라이프) 또는 2차원 (2x2) 반복 패턴으로 배열될 수 있다. 원색 컬러들 또는 3가지 초과 원색들의 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 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 착색 서브 픽셀을 표시함으로써 생성되고, 따라서 조합된 3개의 착색 서브 픽셀들은 하나의 백색 서브 픽셀보다 더 기여하지 않는다). 컬러들의 휘도와 채도는 컬러 픽셀들이 흑색으로 스위칭된 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 픽셀들 (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 전기 영동 디스플레이를 기술한다. 백 플레인과 전면 전극 사이에는 복수의 전기 영동 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 전기 영동 층들의 사용에는 단점이 있다. 특정 층에서 입자들이 겪게 되는 전기장은 동일한 전압으로 어드레싱된 단일 전기 영동 층에 대한 경우보다 낮다. 또한, 시인 표면에 가장 가까운 전기 영동 층에서의 광학 손실 (예를 들어, 광 산란 또는 원하지 않는 흡수에 의해 야기됨) 은 하부 전기 영동 층들에 형성된 이미지의 외관에 영향을 줄 수도 있다.
단일 전기영동 층을 사용하여 풀 컬러 전기영동 디스플레이를 제공하려는 시도들이 이루어져 왔다. 예를 들어, 미국 특허 번호 제 8,917,439호는, 클리어 (clear) 및 무색 또는 착색 용매에 분산된 1개 유형 또는 2개 유형들의 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 대전 입자들을 포함하는 전기영동 유체로 충전된 디스플레이 셀을 구동하기 위한 방법을 설명한다. 2개 유형의 안료 입자들은 착색된 용매에 또는 비대전 또는 약간 대전된 착색 입자들이 내부에 분산된 용매에 분산된다. 이 방법은 전체 구동 전압의 약 1 내지 20 %인 구동 전압을 인가함으로써 용매의 컬러 또는 비대전 또는 약간 대전된 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 입자들을 포함하며, 이들 모두는 용매 또는 용매 혼합물에 분산된다. 제 1 및 제 2 유형들의 안료 입자들은 반대 전하 극성들을 지니며, 제 3 유형의 안료 입자들은 제 1 또는 제 2 유형의 전하 레벨의 약 50 % 미만인 전하 레벨을 갖는다. 3가지 유형들의 안료 입자들은 상이한 레벨들의 임계 전압, 또는 상이한 레벨들의 이동도, 또는 양자 모두를 갖는다. 이들 특허 출원들 중 어느 것도 용어가 아래에서 사용되는 의미에서의 풀 컬러 디스플레이를 개시하지 않는다.
풀 컬러 전기영동 디스플레이들을 구동하는 개선된 방법들 및 이들 구동 방법들을 사용하여 풀 컬러 전기영동 디스플레이들에 대한 파형들을 식별하는 방법이 본 명세서에 개시된다. 일 양태에서, 전기영동 디스플레이의 구동 방법이 개시된다. 이 구동 방법은 4개 세트의 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 제공하는 단계로서, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖는 상기 전기영동 매체를 제공하는 단계, 상기 전기영동 매체를 제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 배치하는 단계, 적어도 5 개의 전압 레벨들, 높은 네가티브 전압, 중간 네가티브 전압, 제로 전압, 중간 포지티브 전압, 및 높은 포지티브 전압을 제공하도록 구성된 전압 드라이버를 제공하는 단계, 및 푸시-풀 파형을 제공함으로써 상기 전기영동 매체를 원하는 광학 상태로 구동하는 단계를 포함한다. 이러한 푸시-풀 파형은 제1 펄스 및 제2 펄스로 구성된 제1 포지티브의 부분을 포함하고, 상기 제1 펄스는 제1 포지티브 크기 및 제1 시간 폭을 갖고, 상기 제2 펄스는 제2 포지티브 크기 및 제2 시간 폭을 갖는다. 이 푸시-풀 파형은 제3 펄스 및 제4 펄스로 구성된 제2 네거티브 부분을 추가로 포함하고, 상기 제3 펄스는 제1 네거티브 크기 및 제3 시간 폭을 갖고, 상기 제4 펄스는 제2 네거티브 크기 및 제4 시간 폭을 갖는다. 상기 제1 포지티브 크기, 상기 제2 포지티브 크기, 상기 제1 네가티브 크기, 및 상기 제2 네가티브 크기는 모두 0이 아니고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 시간 폭들 중 적어도 3개는 0이 아니다. 일 실시예에서, 제1 세트의 입자들은 반사성이며, 제2, 제3, 및 제4 세트의 입자들은 감산성 (subtractive) 이다. 일 실시예에서, 입자들의 세트들 중 2개 세트들은 포지티브로 대전되고, 입자들의 세트들 중 2개 세트들은 네가티브로 대전된다. 일 실시예에서, 입자들의 세트들 중 하나는 포지티브로 대전되고 입자들의 세트들 중 3개는 네가티브로 대전된다. 일 실시예에서, 입자들의 세트들 중 3개는 포지티브로 대전되고 입자들의 세트들 중 1개는 네가티브로 대전된다. 일 실시예에서, 상기 제2 전극은 어레이로 배열된 복수의 픽셀 전극들을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 제2 전극은 광 투과성이다. 일 실시예에서, 상기 높은 네가티브 전압은 -30V 내지 -20V이고, 상기 중간 네가티브 전압은 -20V 내지 -2V이고, 상기 중간 포지티브 전압은 2V 내지 20V이고, 상기 높은 포지티브 전압은 20V 내지 30V이다.
다른 양태에서, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법이 제공된다. 이 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법은 전기 영동 디스플레이를 구동하기 위한 전압들의 유한 세트를 선택하는 단계로서, 상기 세트는 적어도 5개의 상이한 전압 레벨들을 포함하는, 상기 전압들의 유한 세트를 선택하는 단계, 후보 파형들에 대한 유한 시간 폭을 선택하는 단계, 제1 펄스 및 제2 펄스로 구성된 제1 포지티브 부분과 제3 펄스 및 제4 펄스로 구성된 제2 네거티브 부분을 갖는 모든 파형들을 계산하는 단계로서, 상기 제1 펄스는 제1 포지티브 크기 및 제1 시간 폭을 갖고, 상기 제2 펄스는 제2 포지티브 크기 및 제2 시간 폭을 갖고, , 상기 제3 펄스는 제1 네거티브 크기 및 제3 시간 폭을 갖고, 상기 제4 펄스는 제2 네거티브 크기 및 제4 시간 폭을 갖는, 상기 모든 파형들을 계산하는 단계를 포함한다. 상기 제 1 포지티브 크기, 제 2 포지티브 크기, 제 1 네가티브 크기, 및 제 2 네가티브 크기는 각각 상기 유한 세트의 전압들로부터의 값을 갖고, 상기 제 1 펄스 폭, 상기 제 2 펄스 폭, 상기 제 3 펄스 폭, 및 상기 제 4 펄스 폭의 합은 상기 유한 시간 폭과 동일하다. 최종 단계는 4 세트의 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 갖는 전기영동 디스플레이의 모델을 사용하여 상기 후보 파형들 각각에 의해 생성된 광학 상태를 계산하는 단계로서, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖고, 상기 전기영동 매체는 제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 배치되는 상기 광학 상태를 계산하는 단계, 및 목표 광학 상태를 생성하기 위한 파형을 선택하는 단계이다. 일 실시예에서, 선택하는 단계는 타겟 컬러를 예측된 출력 컬러와 비교하는 단계를 포함한다. 일 실시예에서, 선택된 상기 파형들은 4 세트의 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 포함하는 물리적 전기영동 디스플레이에 입력되고, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖고, 상기 전기영동 매체는 제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 배치된다. 일 실시예에서, 물리적 전기 영동 디스플레이의 컬러 출력이 평가되고 상기 타겟 컬러와 비교된다. 일 실시예에서, 상기 전압들의 유한 세트는 -30V와 -20V 사이의 높은 네가티브 전압, -20V와 -2V 사이의 중간 네가티브 전압, 2V와 20V 사이의 중간 포지티브 전압, 및 20V와 30V 사이의 높은 포지티브 전압을 포함한다. 일 실시예에서, 상기 전압들의 유한 세트는 -27V, 0V, 및 +27V를 포함한다. 일 실시예에서, 제1 세트의 입자들은 반사성이며, 제2, 제3, 및 제4 세트의 입자들은 감산성이다. 일 실시예에서, 입자들의 상기 세트들 중 2개 세트들은 포지티브로 대전되고, 입자들의 상기 세트들 중 2개 세트들은 네가티브로 대전된다. 일 실시예에서, 상기 입자들의 세트들 중 하나는 포지티브로 대전되고 상기 입자들의 세트들 중 3개는 네가티브로 대전된다. 일 실시예에서, 상기 입자들의 세트들 중 3개는 포지티브로 대전되고 상기 입자들의 세트들 중 1개는 네가티브로 대전된다.
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 위치들을 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 2c 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 5는 하나의 반사성(백색) 입자 및 3개의 감산성(청록색, 황색, 마젠타색) 입자를 포함하는 최적화된 시스템에서 원색 컬러들의 세트를 달성하는데 사용될 수 있는 간단한 푸시 풀 파형(push pull waveform)을 도시한다.
도 6은 전기영동 디스플레이의 7 레벨 드라이버와 함께 사용될 수 있는 전압 펄스들의 세트를 예시한다. 전기영동 매체를 구동하는데 이용가능한 모든 파형은 이들 전압 펄스들의 일부 조합이다.
도 7은 향상된 푸시 풀 파형들을 식별하기 위한 알고리즘을 예시한다.
도 8은 예시적인 향상된 푸시 풀 파형을 도시한다.
도 9은 예시적인 향상된 푸시 풀 파형을 도시한다.
도 10은 금속 산화물 TFT 백플레인 및 4 입자 ACeP-타입 전기영동 매체의 모델을 사용하여 향상된 푸시 풀 파형들에 의해 달성된 10,000개의 최종 컬러 상태들을 도시한다.
도 11은 금속 산화물 TFT 백플레인 및 4 입자 ACeP-타입 전기영동 매체의 모델을 사용하는 DC-균형 EPP 파형의 서브세트를 도시한다.
도 12a 및 도 12b는 계산된 DC-비밸런스(도 12a) 및 DC-밸런스(도 12b) 파형을 비교하여 특정 녹색을 달성한다.
도 13a 및 도 13b는 계산된 DC-비밸런스(도 13a) 및 DC-밸런스(도 13b) 파형을 비교하여 특정 녹색을 달성한다.
본 발명은 예를 들어, 입자들 중 적어도 2개가 착색되고 감산성이며 입자들 중 적어도 하나가 산란되는, 다중-입자 컬러 전기 영동 매체를 구동하기 위한 향상된 푸시 풀 파형들을 식별하기 위한 방법들을 상술한다. 전형적으로, 이러한 시스템은 백색 입자 및 청록색, 황색, 및 마젠타색의 감산성 원색의 착색된 입자들을 포함한다. 이러한 시스템은 도 1 에 개략적으로 도시되어 있으며, 이는 모든 픽셀에서 백색, 황색, 적색, 마젠타색, 청색, 청록색, 녹색, 및 흑색을 제공할 수 있다.
ACeP 의 사례들에서, 8개의 주요 컬러들 (적색, 녹색, 청색, 청록색, 마젠타색, 황색, 흑색 및 백색) 각각은 4개의 안료들의 상이한 배열에 대응하며, 따라서 뷰어는 백색 안료 (즉, 광을 산란시키는 유일한 안료) 의 시인측 상에 있는 이들 착색된 안료들만을 보게 된다. 이들 컬러를 만들기 위해 4개의 안료들을 적절한 구성들로 분류하기 위한 파형들은 적어도 5개(높은 포지티브, 낮은 포지티브, 0, 낮은 네가티브의, 높은 네가티브) 의 전압 레벨들을 필요로 하는 것으로 밝혀졌다. 도 1 을 참조한다. 더 넓은 범위의 컬러들을 달성하기 위해, 안료들의 더 미세한 제어를 위해, 예를 들어, 7개의 전압 레벨들, 예를 들어, 9개의 추가 전압 레벨들이 사용되어야 한다. 본 발명은 픽셀 컬러들의 리프레시(refresh)들이 더 빠르고, 덜 번쩍이고, 뷰어에게 더 만족스러운 컬러 스펙트럼을 초래하도록 전기영동 매체를 구동하기 위한 향상된 푸시 풀 파형들을 식별하기 위한 방법들을 제공한다.
이 3가지 감산성 원색들을 제공하는, 예를들어 ACeP 시스템을 위한 3가지 입자들은 실질적으로 비광산란(non-light-scattering, SNLS)일 수 있다. SNLS 입자를 사용하면 컬러들을 혼합할 수 있으며 동일 수의 산란 입자들로 얻을 수 있는 것보다 더 많은 컬러 결과들이 제공된다. 이러한 임계치들은 입자들 사이의 크로스토크(cross-talk)를 피하기 위해 전압 구동 레벨들에 대해 충분히 분리되어야 하며, 이러한 분리는 일부 컬러들에 대해 높은 어드레싱 전압들의 사용을 필요로 한다. 또한, 가장 높은 임계값을 갖는 착색된 입자를 어드레싱하는 것은 또한 모든 다른 착색된 입자들을 이동시키고, 이들 다른 입자들은 후속적으로 더 낮은 전압들에서 원하는 위치들로 스위칭되어야 한다. 이러한 단계별 컬러 어드레싱 방식은 원하지 않는 컬러들의 깜박임 (flashing) 과 긴 트랜지션 시간을 초래한다.
이미 언급된 바와 같이, 첨부된 도면의 도 1은 흑색, 백색, 3개의 감산성 원색들 및 3개의 추가의 원색들을 디스플레이할 때 ACeP-타입 전기영동 매체 내의 다양한 입자들의 위치들을 도시하는 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 실시예들에서, 본 발명의 전기영동 매체에 사용되는 4 개의 입자들 중 하나만이 실질적으로 광을 산란시키며, 도 1 에서 이 입자는 백색 안료인 것으로 가정된다. 이 광산란 백색 입자는 백색 입자 위에 있는 임의의 입자들이 (도 1 에 나타낸 바처럼) 시인되는 백색 반사체를 형성한다. 디스플레이의 시인 표면에 진입하는 광은 이들 입자들을 통과하고, 백색 입자들로부터 반사되고, 다시 이들 입자들을 통과하고 디스플레이로부터 나온다. 따라서, 백색 입자들 위에 있는 입자들은 다양한 컬러들을 흡수할 수도 있으며 사용자에게 나타나는 컬러는 백색 입자들 위에 있는 입자들의 조합으로부터 비롯되는 것이다. 백색 입자들의 아래쪽 (사용자의 시점으로부터 뒤쪽) 에 배치된 임의의 입자들은 백색 입자들에 의해 가려지며 디스플레이되는 컬러에는 영향을 주지 않는다. 제 2 입자, 제 3 입자 및 제 4 입자들은 실질적으로 비-광산란성이기 때문에, 서로에 대한 그들의 순서 또는 배열은 중요하지 않지만, 이미 언급된 이유로, 백색 (광산란) 입자들에 대한 그들의 순서 또는 배열은 중요하다.
보다 구체적으로, 청록색, 마젠타색 및 황색 입자들이 백색 입자들 아래에 있을 때 (도 1 에서의 상황 [A]), 백색 입자들 위에는 입자들이 없으며, 픽셀은 단순히 백색을 디스플레이한다. 단일 입자가 백색 입자들보다 위에 있으면, 그 단일 입자의 컬러는, 도 1의 상황 [B], [D] 및 [F] 에서 각각 황색, 마젠타색 및 청록색이 디스플레이된다. 두 입자들이 백색 입자들 위에 놓여 있을 때, 디스플레이되는 컬러는 이 두 입자들의 컬러들의 조합이다; 도 1에서, 상황 [C]에서는, 마젠다색 및 황색 입자들은 적색을 디스플레이하고, 상황 [E]에서는 청록색 및 마젠다색 입자들은 청색을 디스플레이하고, 상황 [G]에서는 황색 및 청록색 입자들은 녹색을 디스플레이한다. 마지막으로, 모든 3개의 착색된 입자들이 백색 입자들 위에 놓일 때 (도 1의 상황 [H]), 모든 입사광은 3개의 감법 원색 착색된 입자들에 의해 흡수되고 픽셀은 흑색을 디스플레이한다.
하나의 감법 원색이 광을 산란시키는 입자에 의해 렌더링될 수 있으므로, 디스플레이는 하나는 백색이고 다른 하나는 착색되는 두 가지 유형들의 광산란 입자를 포함하는 것이 가능하다. 그러나, 이 경우, 백색 입자 위에 있는 다른 착색 입자들에 대한 광산란 착색 입자의 위치가 중요하다. 예를 들어, 컬러를 흑색으로 렌더링함에 있어서 (모든 3개의 착색된 입자들이 백색 입자들 위에 놓일 때), 산란 착색 입자는 비산란 착색 입자들 위에 놓일 수 없다 (그렇지 않으면 이들이 산란 입자 뒤에 부분적으로 또는 완전히 숨겨지고 렌더링되는 컬러는, 흑색이 아닌, 산란 착색 입자의 컬러가 될 것이다.)
하나보다 많은 유형의 착색 입자가 광을 산란한 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) 이상적인 상황을 도시한다. 실제로, 백색 입자들에 의한 가림은 불완전하여, 이상적으로 완전히 가려지는 입자에 의한 약간의 적은 광 흡수가 있을 수도 있다. 이러한 오염은 통상적으로 렌더링되는 색상의 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 정도로 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 컬러들" (primary colors) 은 도 1 에 도시된 바와 같이 8가지 컬러들, 흑색, 백색, 3가지 감법 원색들 및 3가지 부가적인 원색들을 지칭하는데 사용된다.)
도 2a 및 도 2b는 ACeP형 전기 영동 디스플레이에 사용되는 4개의 안료 유형들(1-4; 5-8)의 개략적인 단면도를 도시한다. 도 2a 에서, 코어 안료에 흡착된 폴리머 쉘은 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 (anisometric), 보다 작은 입자들의 응집체들 (즉, "포도 클러스터들") (grape cluster), 바인더에 분산된 작은 안료 입자들 또는 염료들을 포함하는 복합 입자들 등이 당해 기술분야에 널리 알려져 있다. 폴리머 쉘은 당해 기술 분야에 널리 공지된 것과 같은 그래프트화 프로세스들 또는 화학흡착에 의해 제조되는 공유 결합된 폴리머일 수도 있거나, 또는 입자 표면 상에 물리흡착될 수도 있다. 예를 들어, 폴리머는 불용성 및 가용성 세그먼트들을 포함하는 블록 코폴리머 (block copolymer) 일 수도 있다.
도 2a 의 실시형태에서, 제 1 및 제 2 입자 유형들은 바람직하게는 제 3 및 제 4 입자 유형들보다 더 실질적인 폴리머 셸을 갖는다. 광산란성 백색 입자는 (네가티브 또는 포지티브 중 어느 하나로 대전된) 제 1 또는 제 2 유형이다. 후속의 설명에서, 백색 입자는 네가티브 전하를 지니는 것으로 (즉, 유형 1 인 것으로) 가정되지만, 당업자들에게는 설명된 일반 원리들이 백색 입자들이 포지티브로 대전되는 입자들의 세트에 적용될 것이라는 것이 명백할 것이다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 입자 유형들이 제 3 및 제 4 입자 유형들과 비교하여 차별적 폴리머 셸들을 가질 필요는 없다. 도 2b 에 도시된 바와 같이, 4 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 네가티브 전하를 가질 수 있는 반면, 입자 6 은 입자 8 과 비교하여 더 큰 크기의 포지티브 전하를 갖는다. 폴리머 기능과 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 쉘의 두께는 다르다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 이 폴리머 쉘은 유형들 3 및 4 의 입자들에 대한 것 보다는 유형들 1 및 2 의 입자들에 대해 더 두껍다.
본 발명에서 모든 착색 안료들이 도 2a 및 2b를 참조하여 전술한 바와 같이 거동할 필요는 없다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 제3 입자는 실질적인 폴리머 쉘을 가질 수 있고, 약한 포지티브를 포함하는 넓은 범위의 전하를 가질 수 있다. 이러한 경우에, 제3 입자의 표면 화학은 제1 입자의 표면 화학과 상이해야 한다. 예를 들어, 제1 입자는 바람직하게는 소수성인 아크릴 또는 스티렌 단량체들로 구성될 수 있는 폴리머가 그래프팅되는 공유적으로 부착된 실란 쉘을 가질 수 있다. 제3 입자는 공유적으로 부착되지 않지만 분산 중합에 의해 코어 입자의 표면 상에 데포짓되는 폴리머 쉘을 포함할 수 있다. 이러한 경우에, 본 발명은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 전술한 메커니즘에 제한되지 않는다.
고해상도 디스플레이를 얻기 위하여, 디스플레이의 개별 픽셀들이 인접한 픽셀들로부터의 간섭 없이 어드레싱 가능해야 한다. 이러한 목적을 달성하는 하나의 방법은 트랜지스터 또는 다이오드와 같은, 비선형 엘리먼트들의 어레이에 각각의 픽셀과 연관되는 적어도 하나의 비선형 엘리먼트를 제공하여 "능동 매트릭스" (active matrix) 디스플레이를 제조하는 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 어레이들에서, 픽셀들은 로우들 및 칼럼들의 2 차원 어레이로 배열되어, 임의의 지정 픽셀은 하나의 지정된 로우와 하나의 지정된 칼럼의 교차점에 의해 고유하게 정의된다. 각 칼럼에 있는 모든 트랜지스터들의 소스들은 단일 칼럼 전극에 접속되는 한편, 각 로우에 있는 모든 트랜지스터들의 게이트들은 단일 로우 전극에 접속된다; 다시 로우들로의 소스들 그리고 칼럼들로의 게이트들의 할당이 통상적이지만 본질적으로 임의적이며, 원하는 경우 반대로 될 수 있다. 로우 전극들은 로우 드라이버에 접속되며, 이는 본질적으로, 주어진 순간에 오직 하나의 로우만이 선택되도록, 즉, 선택된 로우 전극에, 선택된 로우에서의 모든 트랜지스터들이 도통되게 보장하기 위한 것과 같은 선택 전압이 인가되는 한편, 모든 다른 로우들에, 이러한 비 선택된 로우에 있는 모든 트랜지스터들이 비도통 상태로 남아있게 보장하기 위한 것과 같은 비 선택된 전압이 인가되도록 보장한다. 칼럼 전극들은 칼럼 드라이버들에 접속되고, 이들은 선택된 로우에 있는 픽셀들을 원하는 광학 상태들로 구동하기 위해 선택된 전압들을 다양한 칼럼 전극들에 인가한다. (전술한 전압들은 통상 비선형 어레이로부터 전기-광학 매체의 반대 측 상에 제공되고 전체 디스플레이에 걸쳐 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. 디스플레이에서의 어드레싱 사이의 시간은 "프레임"으로 알려져 있다. 따라서, 60Hz에서 업데이트되는 디스플레이는 16 msec인 프레임들을 갖는다.
통상적으로, 각각의 픽셀 전극은, 픽셀 전극과 커패시터 전극이 커패시터를 형성하도록 커패시터 전극과 연관된다; 예를 들어, 국제 특허 출원 WO 01/07961 참조. 일부 실시 형태들에서, N형 반도체 (예를 들어, 비정질 실리콘) 를 이용하여 트랜지스터들을 형성할 수도 있고, 게이트 전극들에 인가된 "선택" 및 "비선택" 전압들은 각각 포지티브 및 네가티브일 수 있다.
첨부 도면의 도 3은 전기영동 디스플레이의 단일 픽셀의 예시적인 등가 회로를 도시한다. 도시한 바와 같이, 이 등가 회로는 픽셀 전극과 커패시터 전극 사이에 형성된 커패시터 (10) 를 포함한다. 전기영동 매체 (20) 는 병렬의 커패시터 및 저항기로서 표현된다. 일부 예들에서, 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, 픽셀 전극에 보통 2 볼트 미만인 "킥백 전압" (kickback voltage) 으로도 알려진, 작은 네가티브 오프셋 전압을 초래할 수도 있다. 일부 실시예들에서, 원하지 않는 "킥백 전압"을 보상하기 위해, 공통 전위 Vcom 이 각각의 픽셀과 연관된 커패시터 전극 및 탑 플레인 전극에 공급될 수 있어서, Vcom 이 킥백 전압 (VKB) 과 동일한 값으로 설정될 때, 디스플레이에 공급되는 모든 전압은 동일한 양만큼 오프셋될 수 있고 어떠한 순 DC-비밸런스가 발생하지 않을 수 있다.
4 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, 3개의 포지티브, 3개의 네거티브, 및 0 인 7개의 상이한 전압들이 픽셀 전극들에 인가된다. 그러나, 일부 실시예들에서, 이들 파형들에 사용되는 최대 전압들은 비정질 실리콘 박막 트랜지스터들에 의해 처리될 수 있는 것보다 높다. 이러한 사례들에서, 적절한 고전압들이 탑 플레인 스위칭의 사용에 의해 획득될 수 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.
ACeP-타입 전기 영동 디스플레이를 제조하는 방법들은 종래 기술에서 논의되었다. 전기영동 유체는 마이크로캡슐들에 캡슐화되거나 또는 폴리머 층으로 밀봉된 마이크로셀 구조물들 내에 포함될 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 능동 매트릭스를 포함하는 백플레인 상에 배열된 얇은 오픈-셀 그리드 상에 직접 분사될 수 있다. 충전된 그리드는 이어서 통합된 보호 시트/광투과성 전극으로 상부 밀봉될 수 있다.
도 4는 ACeP-타입 전기영동 디스플레이의 디스플레이 구조(200)의 개략적인 단면도(축척되지 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 갖는다. (기판 (202) 과 전극들 (204) 의 조합은 통상적으로 디스플레이의 백플레인으로 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) 이 있는 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 수용하기 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 스위칭할 수 있는 게이트 전압들을 공급할 때 불안정하게 된다. 그럼에도 불구하고, 후술하는 바와 같이, ACeP의 성능은 높은 포지티브 및 네가티브의 전압들의 크기들이 +/- 15V를 초과하도록 허용될 때 개선된다. 따라서, 이전 개시내용들에서 설명된 바와 같이, 탑 플레인 스위칭으로도 알려진 백플레인 픽셀 전극들 상의 바이어스에 대해 상부 광투과성 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 전위는 디스플레이의 모든 픽셀에 영향을 미친다. 이 전압이 백플레인으로부터 이용가능한 최대 크기의 전압들 중 하나 (예를 들어, 최대 포지티브의 전압) 와 매칭하도록 설정되면, 이 전압이 백플레인 상에 어서트될 때 잉크 양단에 걸친 순 전압이 없을 것이다. 임의의 다른 이용가능한 전압이 백플레인에 공급될 때, 디스플레이 내의 임의의 픽셀에 공급되는 네가티브 극성의 전압이 항상 존재할 것이다. 따라서, 파형이 포지티브의 전압을 필요로 하면, 이는 탑 플레인 전압이 변경될 때까지 임의의 픽셀에 공급될 수 없다. 제 3 실시예의 멀티컬러 디스플레이에 사용하기 위한 전형적인 파형은 포지티브 및 네가티브의 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, 포지티브 펄스는 일부 컬러들에 대해 네가티브 펄스에 선행할 수 있는 반면, 네가티브 펄스는 다른 컬러들에 대해 포지티브 펄스에 선행할 수 있다. 이러한 경우들을 수용하기 위해, "정지들(rests)" (즉, 일시정지들(pauses)) 이 파형들로 구축되어야 한다. 실제로, 이는 이들이 이상적으로 필요한 것보다 훨씬 더 긴 (최대 2 배까지) 파형들을 초래한다.
두번째로, 탑 플레인 스위칭에서, 선택될 수 있는 전압 레벨들에 대한 제한들이 있다. 탑 플레인에 인가된 전압들을 각각 V t+ 및V t- 로 표시하고, 백 플레인에 인가된 전압들을 각각 V b+ 및 V b- 로 표시하는 경우, 전기영동 유체에 걸쳐 0 볼트 V를 달성하려면, |V t+ | = |V b+ | 및 |V t- | = |V b- | 가 참이어야 한다. 그러나 반드시 포지티브의 전압과 네가티브의 전압의 크기들이 동일할 필요는 없다.
ACeP (Advanced Color electronic Paper) 의 이전 실시예들에서, 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, 백플레인에 대한 전면 전극의 전위가 고려되는 경우 수반되는 광학적 천이들을 이해하는 것이 때때로 더 용이한 경우; 이것은 단순히 아래에 논의되는 파형들을 반전시킴으로써 행해질 수 있다.
도 5 는 위에 설명된 4 입자 컬러 전기영동 디스플레이 시스템을 구동하는데 사용되는 (단순화된 형태의) 통상적인 파형들을 도시한다. 이러한 파형들은 단순한 "푸시-풀" 구조를 갖는다: 즉, 이들은 반대 극성의 2개의 펄스들을 포함하는 쌍극자로 구성된다. 이들 펄스들의 크기들 및 길이들은 획득된 컬러를 결정한다. 최소한, 5개의 이러한 전압 레벨들이 있어야 한다. 도 5 는 0 볼트뿐만 아니라 높은 그리고 낮은 포지티브 및 네가티브 전압들을 도시한다. 전형적으로, "낮은"(L)은 약 5 - 15V 의 범위를 지칭하는 반면, "높은"(H)은 약 15 - 30V 의 범위를 지칭한다. 일반적으로, "높은" 전압들의 크기가 높을수록, 디스플레이에 의해 달성되는 컬러 색역이 더 양호하다. "중간" (M) 레벨은 통상적으로 대략 15V 이지만; 그러나, M 의 값은 전기 영동 매체의 환경 뿐만 아니라 입자들의 조성물에 다소 달라진다. 일부 실시예들에서, 높은 네가티브 전압은 -30V 내지 -20V이고, 중간 네가티브 전압은 -20V 내지 -2V이고, 중간 포지티브 전압은 2V 내지 20V이고, 높은 포지티브 전압은 20V 내지 30V이다. 예를 들어, 높은 네가티브 전압은 -27V이고, 중간 네가티브 전압은 -15V이고, 중간 포지티브 전압은 15V이고, 높은 포지티브 전압은 27V이다. 3개의 전압들만이 이용가능하다면(즉, +Vhigh, 0, 및 -Vhigh), 전압 Vhigh의 펄스이지만 듀티 사이클을 1/n 로 어드레싱하는 것에 의해 더 낮은 전압(예: Vhigh/n, n은 1보다 큰 양의 정수)에서 어드레싱하는 것과 동일한 결과를 얻을 수 있다.
향상된 푸시-풀(EPP) 파형들은 더 많은 구동 레벨들로 달성될 수 있다. 예를 들어, 7레벨 드라이버는 디스플레이의 선택된 픽셀을 업데이트하는 동안 데이터 라인들에 7개의 서로 다른 전압들을 제공할 수 있다 (예를 들어, VH, VH’, VH”, 0, VL”, VL’, VL; 예를들어, +VH, +VM, +VL, 0, -VL, -VM, -VH). 구동 레벨들 사이의 간격은 전기영동 매체의 제형(formulation)에 따라 동일하거나 상이할 수 있다. 예를 들어 +VH = 27V, +VM = 15V, +VL = 5V, 0, -VL = -5V, -VM = -15V, -VH = -27V. 예를 들어 +VH = 30V, +VM = 20V, +VL = 10V, 0, -VL = -10V, -VM = -20V, -VH = -30V. 어쨌든 7레벨 드라이버를 사용하여 단일 컨트롤러가 있는 액티브 매트릭스 백플레인을 구동하는 경우, 컨트롤러는 한 번에 한 프레임씩만 주어진 픽셀을 업데이트할 수 있다. 따라서, 임의의 향상된 푸시 풀 파형은, 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 각각이 프레임 기간을 지속하는 펄스들의 일부 조합으로 구성된다. 매체에서 원하는 광학 상태를 달성하기 위해 사용되는 결과적인 파형은, 그러한 파형이 도 6의 펄스들 각각을 갖지 않거나 또는 일부 수(n)의 펄스를 가질 수 있다고 가정하여, 도 6의 펄스들의 일부 조합으로부터 구성된다.
충분한 전압 진폭을 갖는 7-레벨 드라이버들을 구현하는 것은 표준 비정질 실리콘 백플레인들에서 어렵다. 전자 이동도가 더 높은 덜 일반적인 재료로 만든 제어 트랜지스터들을 사용하면 이들 트랜지스터들이 7레벨 구동을 구현하는 데 필요한 +/-30V와 같이 더 큰 제어 전압들을 전환할 수 있다는 사실이 밝혀졌다. 새롭게 개발된 액티브 매트릭스 백플레인들은 금속 산화물 재료들, 이를 테면, 텅스텐 산화물, 주석 산화물, 인듐 산화물, 및 아연 산화물을 통합하는 박막 트랜지스터들을 포함할 수 있다. 이들 애플리케이션들에서, 채널 형성 영역은 이러한 금속 산화물 재료들을 사용하여 각각의 트랜지스터에 대해 형성되어, 예를 들어 약 -27V 내지 +27V의 범위 내에서 더 높은 전압의 더 빠른 스위칭을 가능하게 한다. 이러한 트랜지스터들은 게이트 전극, 게이트 절연막 (일반적으로 SiO2), 금속 소스 전극, 금속 드레인 전극, 및 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극과 적어도 부분적으로 중첩하는 상기 게이트 절연막 위의 금속 산화물 반도체막을 포함한다. 이러한 백플레인들은 Sharp/Foxconn, LG, 및 BOE 와 같은 제조사로부터 이용가능하다. 이러한 애플리케이션들을 위한 하나의 바람직한 금속 산화물 재료는 인듐 갈륨 아연 산화물 (IGZO)이다. IGZO-TFT는 비정질 실리콘의 20-50배의 전자 이동도를 갖는다. 액티브 매트릭스 백플레인에서 IGZO TFT들을 사용하는 것에 의해 적합한 디스플레이 드라이버를 통해 30V보다 큰 전압들을 제공하는 것이 가능하다.
예를 들어, 7-레벨 드라이버를 사용하는 경우, 향상된 푸시 풀(EPP) 파형들은 원하는 광학 성능을 달성하기 위해 훨씬 더 큰 공간의 파형 형상들 및 지속기간들을 사용할 수 있다. EPP 파형들은 포지티브 또는 네가티브의 유한 개수의 펄스들로 구성되도록 제한되며, 여기서 N P 는 추적 가능한 수이고, N 는 가능한 전압 레벨들의 수이고, P 은 펄스들의 수이다. 도 6 을 참조한다. 예를 들어, if, N = 7 이면 P < 5 이다. 전압 레벨 선택들의 세트, 고정 파형 길이, 및 펄스들의 수에 대해, 모든 가능한 파형들이 열거될 수 있다. 각 펄스에 대해, N개의 전압 레벨들 각각을 가질 수 있으며, 이는 (대체를 갖는)N P 고유한 전압 순열들로 이어지며, 여기서 P 는 펄스들의 수이다. 펄스 길이들에 대해, 파형의 전체 길이, M 가 고정된다는 제약에 따라 이들을 선택할 수 있다. P 펄스들을 갖는 시나리오를 고려하면, 인접한 펄스들이 동일한 길이일 수 없다는 것을 고려할 때, P 펄스들에 대한 N *(N - 1) P 고유전압 레벨 선택들이 있다 (이는 P - 1 펄스들이 된다). 그런 다음
Figure pct00001
로 펄스 길이들의 수를 계산할 수 있으며, 여기서 M - 1 은 P - 1(이항 계수) 을 선택하는 것으로 된다. 요약하면:
Figure pct00002
이 공식은 다중 펄스 구조가 주어졌을 때 파형들의 수를 설명한다. 이것은 또한 펄스 길이들에서의 모든 프레임 변화를 테스트하는 것으로 구성된다. 일반적으로, 파형들의 수는 모든D 프레임들을 테스팅함으로써 상당히 감소될 수 있으며, 이는 위의 식들에서 대체가 필요하다:
Figure pct00003
.
Figure pct00004
인 가능한 모든 고유한 펄스 기반 구조를 계산하기 위해, 다음과 같이 식을 만들고
Figure pct00005
,
단순화후 산출하면
Figure pct00006
여기서
Figure pct00007
는 하이퍼기하 함수이다.
물론, "최상의" 파형을 식별하는 것은 단순한 작업이 아니다. N=7, P=3, M=42 가 주어지면, 고유 파형들의 총 수는 206,640개이다. 이들 206,640 파형들 각각은 주어진 세트의 환경 조건들(예를 들어, 광원 및 온도)에 대해 테스트되어야 하며, 매체의 초기 상태가 파형에 대한 예상된 시작 상태와 매칭되도록 적절한 클리어링(예를 들어, 쉐이킹 펄스)을 제공하기 위해 프리픽스 파형으로 증강될 필요가 있다.
바람직한 EPP 파형들을 식별하기 위한 더 효율적인 방법은 최종 디스플레이 구성을 나타내는 대리 모델에서 각각의 제안된 EPP 파형을 가상으로 실행하는 것이다. 특정 전기영동 디스플레이 구성은 전달 함수에 의해 표현될 수 있다. 가장 단순한 형태로:
Figure pct00008
여기서
Figure pct00009
는 시간의 함수로서의 광학 상태이고 f 는 t=0에서 시스템의 일부 초기 상태(x(0))가 주어지면 시간의 함수로서의 디스플레이에 인가되는 전압의 함수이다. 온도, 상대 습도, 및 입사광 스펙트럼을 포함하지만 이에 제한되지 않는 추가적인 입력들이 여기서 특정될 수 있다. 이 함수f 는 구성 요소 측정들로 구축된 초기 모델과 같은 다양한 수단을 사용하여 추정할 수 있지만, 본명세서에 설명된 바람직한 실시예는 실제 f 가 딥 러닝 기반 모델링에 의해 근사화되고 있으므로 이후
Figure pct00010
로 설명되는 순환 신경망 아키텍처에 기반한 미분 가능한 딥 러닝 네트워크로 f 를 표현하는 것이다.
일단
Figure pct00011
확립되면, 각각의 향상된 푸시-풀(EPP) 파형은, 달성된 최종 광학 상태 컬러 값, 뿐만 아니라 중간 상태들(광학 트레이스 정보), 및 후속적으로 고스팅 성능, 전압 감도, 전이 외관(예를 들어, "플래시니스") 및 온도 감도와 같은 계산가능한 수량들에 대해 대리 모델 상에서 평가될 수 있다. 이들 메트릭들 중 임의의 것 또는 전부는 바람직한 EPP 파형들을 식별하는 총 비용 함수로 결합될 수 있으며, 이는 후속적으로 테스트 중인 실제 전기영동 디스플레이 상에서 검증된다. 실제 전기영동 디스플레이 상의 이러한 후속 측정들은
Figure pct00012
의 추가적인 개선들을 제공하기 위해 딥 러닝 모델에 피드백될 수 있다 이러한 완료 프로세스는 도 7에서 블록 형식으로 설명된다. 도 7에 설명된 방법은 그 파라미터화 내에서 총망라적임을, 즉 모든 가능한 순열들이 검색된다는 것을 인식해야 한다. 따라서, 이 방법은 자연스럽게 파라미터화의 공통 과제, 즉 최적화 알고리즘이 파라미터 공간을 충분히 샘플링하는 것을 보장하는 방법을 극복한다. 설정된 클록 사이클을 갖는 능동 매트릭스 구동과 유한 전압 레벨들을 갖는 드라이버의 조합은 파라미터 공간을 크게 감소시키면서도, 출력 파형들은 물리적 디스플레이에서 의미있고 즉시 적용가능하다. 따라서, EPP 튜닝 방법은 수학적으로 총망라할 수 있고, 생산 디스플레이를 위한 최종 파형을 튜닝할 때 추가적인 최적화를 요구하지 않는다.
도 7에 도시된 바와 같이, 프로세스는 파형 길이를 선택하는 것으로 시작한다(710). 위에서 논의된 바와 같이, 프레임 폭, 고객 애플리케이션들, 및 전력 소비와 같은 제한들은 이 계산을 제한할 수 있다. 그럼에도 불구하고 이 방법은 10밀리초에서 수초까지 다양한 파형 길이에 사용할 수 있다. 단계들(720) 및 (730)에서, 펄스들의 수가 선택되고, 총 전압 및 전압 레벨들의 수가 각각 선택되며, 이는 파형들에 대한 저장 매체들의 비용 및 이용가능성, 및 다수의 전력 공급부들의 비용 대 가변 전력 공급부의 추가 비용과 같은 상업적 생산 제한들에 의해 다시 제한될 수 있다. 이들 인자들 모두가 누적되면, 고유 파형들의 기본 세트가 단계(740)에서 생성되고, 그 결과 단계(750)에서 파형들 각각이 컬러 타겟에 대해 평가된다. 컬러 타겟은 예를 들어, 디지털 이미지에 대한 RGB 컬러 코드 또는 헥스 코드일 수 있다. 대안적으로, 컬러 타겟은 Pantone 컬러 또는 CMYK 인쇄 표준일 수 있다. 컬러 타겟에 가장 근접한 결과를 달성하는 파형을 단계(760)에서 후보 파형으로 출력한다. 이 파형은 모델링된 디스플레이에 대응하는 실제 4 입자 전기영동 디스플레이에 실제로 공급될 수 있고, 이에 의해 결과는 교정된 광학 벤치(calibrated optical bench)로 측정되고 타겟과 비교된다. 일부 실시예들에서, 이들 측정치들은 단계(770)를 통해 모델에 피드백된다. 4 입자 전기영동 디스플레이의 출력을 평가하기 위한 적절한 교정된 광학 벤치의 보다 상세한 내용은 그 전문이 참고로 포함되는 "Optical measurement standards for reflective e-paper to predicted colors in ambient illumination environments," Color Research and Application , vol. 43, issue 6, pages 907-921 (2018)"에서 찾을 수 있다.
전술한 방법들을 사용하여, 더 빠르고 더 적은 플래시인 ACeP-타입 시스템에 대한 컬러 파형들의 서브세트들은 추가 테스트를 위해 신속하게 분리된다. 이러한 푸시-풀 파형들은 상대적인 극성의 펄스 높이 및 폭의 일부 조합으로 실제로 분기(또는 삼분기)되는 쌍극자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 향상된 푸시 풀 파형은 VL 의 크기 및 제 1 폭 t1 을 갖는 네거티브 다이폴의 제 1 부분, 뿐만 아니라 VL' 의 크기 및 제 2 폭 t2 를 갖는 네거티브 다이폴의 제 2 부분을 포함할 수도 있다. 쌍극자의 포지티브 부분은 예를 들어 크기 VH 및 제3 폭 t3의 단일 펄스일 수 있거나, 쌍극자의 포지티브 부분은 모델
Figure pct00013
및 업데이트에 대한 사용자 필요사항 (예를 들어, 속도, 에너지 소비, 컬러 특이성) 에 따라 2분기 또는 3분기될 수 있다. 물론, 도 9에 도시된 바와 같이, 미러 강화된 푸시 풀 기능이 사용자의 필요에 더 양호한 파형일 수 있다.
물론, 푸시 풀 구동 펄스로 원하는 컬러를 달성하는 것은 공지된 상태로부터 프로세스를 시작하는 입자들에 달려 있으며, 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 펄스들 (리프레스 및 어드레스) 의 및 나머지 임의의 것(리프레스 및 어드레스) 의 길이들은 전체 파형(즉, 전체 파형에 대한 시간에 대한 전압의 적분)이 DC 밸런스(즉, 시간에 대한 전압의 적분이 실질적으로 0이 되도록)가 되도록 선택될 수 있다. DC 밸런스는 펄스들이 길이들 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.
EPP 파형을 사용하면 전이 외관이 최대 P 개의 갑작스러운 컬러 변화들의 세트로 제한된다는 점에서 완전히 제약되지 않은 파형들보다 우수하다. 제한되지 않은 파형들이 컬러 변화들의 수를 감소시키거나 만족스러운 전이 외관을 갖도록 설계될 수 있지만, 그것은 트레이닝 데이터의 더 큰 파싱 및 더 많은 컴퓨팅 능력을 요구하는 기술적으로 어려운 문제이다. 이는 본 명세서에 기술된 바와 같이 EPP 파형들을 선택하면 훨씬 더 용이하다. 또한, 이 EPP 튜닝 방법을 사용하면 관리된 전이 외관을 가진 단순한 파형 구조와 최적화의 복잡성 사이에서 좋은 절충점을 역사적으로 제공했던 사각 펄스 기반 파형들 (quare-pulse based waveforms) 을 철저하게 열거할 수 있다. 또한 단일 프레임 드라이브들과 큰 과도 전류의 수를 방지하면 다른 방식(온도 민감도, 전압 민감도, 제조 변동성 전반에 걸친 견고성)으로 결과 EPP 파형들을 더 견고하게 만들 수 있다.
실시예
전술된 방법들은 사용하여 금속 산화물 AM-TFT 백플레인 및 하나의 반사성(백색) 입자 및 3개의 감산성 입자들 (청록색, 마젠타색 및 황색)을 포함하는 4 입자 전기영동 매체를 설명하는 모델 함수를 구성하였다. 85Hz(0.5s)에서의 42-프레임 파형에 대해 각각의 3-펄스 EPP 파형을 시험하였다(총 206, 640개의 고유 파형들). 흑색, 백색, 마젠타색, 청색, 청록색, 녹색, 황색 및 적색의 컬러들에 대응하는 8개의 컬러 타겟을 선택하였다. 이 8개의 타겟들 각각에 가장 가까운 최종 컬러 상태를 갖는 10,000개의 파형들이 추가로 평가되도록 선택되었다. 이들 10,000개의 최종 컬러 상태 포인트들이 도 10의 a*-b* 플롯 상에 플롯팅된다:
흥미로운 점은 고스팅 (ghosting) 이나 DC-밸런스와 같은 다른 특징을 검색할 때 이 방법들을 사용하면 더 큰 통찰력을 얻을 수 있다는 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, DC-밸런스(삼각형들) 또는 DC-비밸런스(원들) 파형들을 사용하여 여러 가지 동일한 컬러 상태들을 구현할 수 있다. 도 11의 대표적인 컬러 상태들에서 DC-비밸런스 EPP 파형(원)과 DC-밸런스 EPP 파형들(삼각형) 사이의 중첩을 주목한다. 그러나, 실제 파형들을 보면, 일부 경우들에서 DC-밸런스 및 DC-비밸런스 파형들이 형상이 상당히 유사하다는 것을 보는 것이 두드러진다. 예를 들어, 도 11의 사각형에 대응하는 도 12a 및 도 12b와, 도 11의 별에 대응하는 도 13a 및 도 13b를 비교한다. 도 12a 및 12b의 예에서, DC-밸런스 및 DC-비밸런스 파형들 사이의 차이는 거의 없는 반면, 도 13a 및 13b에서, DC-밸런스 파형 및 DC-비밸런스 파형들 사이의 차이는 상당히 뚜렷하다.
도 10 및 도 11에서 알 수 있듯이, EPP 파형들을 사용하여, 주어진 ACeP-타입 전기영동 디스플레이 빌드에서 바람직한 타겟 컬러들(도 11의 "X")이 달성가능하지 않을 수 있다. 이러한 현상은 물리적 디스플레이들에서 재현된다.
이와 같이 본 출원의 기술의 여러 양태들 및 실시예들을 설명하였으므로, 다양한 변경, 수정 및 개선이 당업자에게 용이하게 이루어질 수 있음은 물론이다. 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 실시예들의 범위 내에 있는 것으로 간주된다. 당업자는 본 명세서에 설명된 특정 실시예들에 대한 많은 등가물들을, 단지 일상적인 실험만을 사용하여, 인식하거나 확인하는 것이 가능할 것이다. 따라서, 전술한 실시예들은 단지 예로서 제시된 것이며, 첨부된 청구항 및 그에 대한 등가물의 범위 내에서, 발명의 실시예들은 구체적으로 설명된 것과 다르게 실시될 수도 있음은 물론이다. 또한, 본 명세서에 설명된 2 이상의 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들의 임의의 조합은, 그러한 특징들, 시스템들, 물품들, 재료들, 키트들 및/또는 방법들이 상호 일치하지 않는 경우, 본 개시의 범위 내에 포함된다.

Claims (20)

  1. 전기영동 디스플레이의 구동방법으로서,
    4개 세트의 입자들을 포함하는 전기영동 매체를 제공하는 단계로서, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖는, 상기 전기영동 매체를 제공하는 단계;
    제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 상기 전기영동 매체를 배치하는 단계;
    적어도 5개의 전압 레벨들, 높은 네가티브 전압, 중간 네가티브 전압, 제로 전압, 중간 포지티브 전압 및 높은 포지티브 전압을 제공하도록 구성된 전압 드라이버를 제공하는 단계; 및
    푸시-풀 파형을 제공함으로써 상기 전기영동 매체를 원하는 광학 상태로 구동하는 단계로서, 상기 푸시-풀 파형은
    제1 펄스 및 제2 펄스로 구성된 제1 포지티브 부분으로서, 상기 제1 펄스는 제1 포지티브 크기 및 제1 시간 폭을 갖고, 상기 제2 펄스는 제2 포지티브 크기 및 제2 시간 폭을 갖는 상기 제1 포지티브 부분; 및
    제3 펄스 및 제4 펄스로 구성된 제2 네거티브 부분으로서, 상기 제3 펄스는 제1 네거티브 크기 및 제3 시간 폭을 갖고, 상기 제4 펄스는 제2 네거티브 크기 및 제4 시간 폭을 갖고, 상기 제1 포지티브 크기, 상기 제2 포지티브 크기, 상기 제1 네거티브 크기, 및 상기 제2 네거티브 크기는 모두 0이 아니고, 상기 제1, 제2, 제3, 및 제4 시간 폭들 중 적어도 3개는 0이 아닌, 상기 제2 네거티브 부분
    을 갖는, 상기 전기영동 매체를 원하는 광학 상태로 구동하는 단계
    를 갖는 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입자들의 제1 세트는 반사성이고, 상기 입자들의 제2, 제3, 및 제4 세트들은 감산성 (subtractive) 인, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 입자들의 세트들 중 2개는 포지티브로 대전되고, 상기 입자들의 세트들 중 2개는 네가티브로 대전되는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 입자들의 세트들 중 하나는 포지티브로 대전되고, 상기 입자들의 세트들 중 3개는 네가티브로 대전되는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 입자들의 세트들 중 3개는 포지티브로 대전되고, 상기 입자들의 세트들 중 1개는 네가티브로 대전되는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 어레이 형태로 배열된 복수의 화소 전극들을 포함하는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은 광 투과성인,전기영동 디스플레이의 구동방법.
  8. 제1항에 있어서
    상기 높은 네가티브 전압은 -30V 내지 -20V이고, 상기 중간 네가티브 전압은 -20V 내지 -2V이고, 상기 중간 포지티브 전압은 2V 내지 20V이고, 상기 높은 포지티브 전압은 20V 내지 30V인, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전압 드라이버는 7개의 전압 레벨들: 높은 네가티브 전압, 중간 네가티브 전압, 낮은 네가티브 전압, 제로 전압, 낮은 포지티브 전압, 중간 포지티브 전압, 및 높은 포지티브 전압을 제공하도록 구성되는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  10. 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법으로서,
    전기영동 디스플레이를 구동하기 위한 전압들의 유한 세트를 선택하는 단계로서, 상기 세트는 적어도 5개의 상이한 전압 레벨들을 포함하는, 상기 전압들의 유한 세트를 선택하는 단계;
    후보 파형들에 대한 시간의 유한 시간 폭을 선택하는 단계;
    제1 펄스 및 제2 펄스로 구성된 제1 포지티브 부분과 제3 펄스 및 제4 펄스로 구성된 제2 네거티브 부분을 갖는 모든 파형들을 계산하는 단계로서,
    상기 제1 펄스는 제1 포지티브 크기 및 제1 시간 폭을 갖고,
    상기 제2 펄스는 제2 포지티브 크기 및 제2 시간 폭을 갖고,
    상기 제3 펄스는 제1 네거티브 크기 및 제3 시간 폭을 갖고,
    상기 제4 펄스는 제2 네거티브 크기 및 제4 시간 폭을 갖고,
    상기 제 1 포지티브 크기, 상기 제 2 포지티브 크기, 상기 제 1 네가티브 크기, 및 상기 제 2 네가티브 크기는 각각 상기 유한 세트의 전압들로부터의 값을 갖고,
    상기 제1 펄스 폭, 상기 제2 펄스 폭, 상기 제3 펄스 폭, 및 상기 제4 펄스 폭의 합은 상기 유한 시간 폭과 동일한,
    상기 모든 파형들을 계산하는 단계;
    입자들의 4 세트들을 포함하는 전기영동 매체를 갖는 전기영동 디스플레이의 모델을 사용하여 상기 후보 파형들 각각에 의해 생성된 광학 상태를 계산하는 단계로서, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖고, 그리고 상기 전기영동 매체는 제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 배치되는, 상기 광학 상태를 계산하는 단계; 및
    파형을 선택하여 대상 광학 상태를 생성하는 단계
    를 포함하는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 선택하는 단계는 타겟 컬러를 예측된 출력 컬러와 비교하는 단계를 포함하는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 선택된 파형을, 입자들의 4개의 세트를 포함하는 전기영동 매체를 포함하는 물리적 전기영동 디스플레이에 입력하는 단계를 더 포함하고, 각각의 입자 세트는 상이한 광학 특성 및 상이한 전하 특성을 갖고, 그리고 상기 전기영동 매체는 제1 광 투과 전극과 제2 전극 사이에 배치되는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 물리적 전기 영동 디스플레이의 상기 컬러 출력을 평가하는 단계 및 상기 컬러 출력을 상기 타겟 컬러와 비교하는 단계를 더 포함하는,향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 전압들의 유한 세트는 -30V와 -20V 사이의 높은 네가티브 전압, -20V와 -2V 사이의 중간 네가티브 전압, 2V와 20V 사이의 중간 포지티브 전압, 및 20V와 30V 사이의 높은 포지티브 전압을 포함하는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전압들의 유한 세트는 -27V, 0V 및 +27V를 포함하는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 세트는 7개의 전압 레벨들: 높은 네가티브 전압, 중간 네가티브 전압, 낮은 네가티브 전압, 제로 전압, 낮은 포지티브 전압, 중간 포지티브 전압, 및 높은 포지티브 전압을 포함하는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 입자들의 제1 세트는 반사성이고, 상기 입자들의 제2, 제3, 및 제4 세트들은 감산성 (subtractive) 인, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 입자 세트들 중 2개는 포지티브로 대전되고, 상기 입자 세트들 중 2개는 네가티브로 대전되는, 전기영동 디스플레이의 구동방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 입자들의 세트들 중 하나는 포지티브로 대전되고, 상기 입자들의 세트들 중 3개는 네가티브로 대전되는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 입자들의 세트들 중 3개는 포지티브로 대전되고, 상기 입자들의 세트들 중 1개는 네가티브로 대전되는, 향상된 푸시-풀 파형을 식별하는 방법.
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