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KR20090087011A - 평면 정렬 스위칭 방식 전기 영동형 컬러 디스플레이 - Google Patents

평면 정렬 스위칭 방식 전기 영동형 컬러 디스플레이 Download PDF

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KR20090087011A
KR20090087011A KR1020097010840A KR20097010840A KR20090087011A KR 20090087011 A KR20090087011 A KR 20090087011A KR 1020097010840 A KR1020097010840 A KR 1020097010840A KR 20097010840 A KR20097010840 A KR 20097010840A KR 20090087011 A KR20090087011 A KR 20090087011A
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KR
South Korea
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particles
layer cavity
display panel
pixel
layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
KR1020097010840A
Other languages
English (en)
Inventor
카스-미첼 에이치. 렌쎈
패트릭 제이. 바에스조우
마르티누스 에이치. 더블유. 엠. 반 델덴
샌더 제이. 루센다아알
레온 더블유. 지. 스토프밀
알윈 알. 엠. 베르슈에렌
Original Assignee
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

평면 정렬 스위칭 타입 컬러 전기 영동형 디스플레이가 개시된다. 전기 영동 층은 현탁액을 포함하는 공동(18ab)으로 구성되고, 이 공동은 픽셀(10, 12)을 한정한다. 각 공동과 인접하게, 2개의 제어 전극(20a, 20b)이 픽셀의 시야(field of view)(26) 바깥쪽에 배열되어 입자의 평면내 운동을 개시한다. 컬러(황색, 청록색)에서 다르고 선택적으로 (i) (가능하게는 전하 극성) 뿐만 아니라 운동을 개시하기 위한 입자 이동률 또는 임계 전계, 또는 (ii) 시야의 바깥쪽에 또한 배열되는 추가적인 제어 전극에서 다른 2개 입자 타입(24a, 24b)이 픽셀 셀에 있는 현탁액 내에서 배열된다. 이러한 배열은 각 픽셀이 제어 가능한 방법으로 획득되도록 하는 복합 컬러 방식을 허용한다. 이 제어 전극은 공동의 경계 끝에 배열될 수 있는데, 즉 층 평면과 수직으로 배열될 수 있거나 또는 공동의 가장자리의 층 평면 내에 배열될 수 있다. 이들이 또한 광 차폐 층에 의해 커버되므로, 전극 및 이들 전극상에 모인 전하는 픽셀의 시야를 침범하지 않는다. 덧붙여, 공동 영역의 극소 부분이 전극 물질로 커버되며, 따라서 픽셀의 총 투과(휘도)가 최적화될 수 있다. 이러한 2개 셀(18ab, 18cd)은 서로의 상단에 적층될 수 있다. 제 2 셀에서의 입자(황색, 청록색)는 제 1 셀에서의 입자과 다른 색(자홍색, 흑색)을 갖지만, 그러나 이들의 다른 성질은 선택(i)에 따라 배열된다. 셀 중 하나는 주로 디스플레이의 휘도를 주로 결정하고, 다른 하나는 그 컬러를 결정한다. 백색 반사기는 반사형 CMY 또는 CMYK 감산형 컬러 디스플레이가 달성되는 것을 허용한다. 백라이트를 갖는 투과형 변형 이 또한 공개된다.
전기영동, 횡계방식, in-plane, 디스플레이, 컬러, 휘도, 스위칭

Description

평면 정렬 스위칭 방식 전기 영동형 컬러 디스플레이{IN-PLANE SWITCHING ELECTROPHORETIC COLOUR DISPLAY}
본 발명은 이미지를 디스플레이하는 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널에 대한 것이다.
전기 영동형 컬러 디스플레이 패널의 예가 미국특허번호 제US6680726호에 개시된다. 더 정확하게는, 미국특허번호 제US6680726호는 백라이트와 통합된 투과성 컬러 전기영동형 디스플레이에 관한 것이다. 이 디스플레이는 복수의 측방향으로 인접한 픽셀을 갖는다. 각 픽셀은 적층의 후면 또는 하단에 위치된 패널의 수평 표면 상에 한 픽셀이 다른 픽셀 위로 쌓여, 수직으로 적층되는 2개 이상의 셀로 구성된다. 또한, 적층 내의 각 셀은 측방향으로 인접한 유사 셀을 가지며, 이 셀들은 함께 디스플레이 내에서 한 층의 셀을 형성한다. 각 셀 사이에는 광 투과성 창이 있다. 이 셀은 광 투과성 유체 및 가시 스펙트럼(visible spectrum)의 일부를 흡수할 수 있는 대전 입자를 포함하며, 적층 내의 각 셀은 이 적층 내의 다른 셀에 있는 입자의 컬러와 다른 컬러를 갖는 입자를 포함한다. 픽셀의 컬러는 백라이트로부터 발생한 가시 스펙트럼 중 스택 내의 각 셀을 횡단하는 누적 효과를 견디고 잔류하는 부분에 의해 결정된다. 이러한 디스플레이는 보통 컬러 감산형 디스플레이로 언급된다. 미국특허번호 제US6680726호에서 디스플레이를 위한 적절한 셀 컬러는 청록색(C), 자홍색(M) 및 황색(Y)를 포함하며, 이는 3층 디스플레이를 생성한다. CMY에서, 황색에 자홍색을 더하면 적색이 나오고, 청록색에 자홍색을 더하면 청색이 만들어지고, 황색에 청록색을 더하면 녹색이 생긴다.
각 셀에 의해 투과된 광의 양 및 컬러는 셀 내의 안료 입자의 위치 및 컬러에 의해 제어된다. 이어서, 위치는 셀의 전극에 대한 적당한 전압의 인가에 의해 정해지고, 여기서 셀의 각각은 수집벽(collecting wall) 전극 및 카운터 전극을 포함한다. 안료 입자가 셀에 진입하는 광 경로 내에 위치되는 경우, 입자는 이 광의 선택된 부분을 흡수하고 나머지 광은 이 셀을 통하여 투과된다. 안료 입자가 실질적으로는 셀에 진입하는 광 경로로부터 제거되는 경우, 이 광은 셀을 통과하여 의미 심장한 가시적 변화없이 나타날 수 있다. 그러므로, 시청자에 의해 보여지는 광은 수직 적층 내의 각셀에서의 입자의 분포에 의존한다. 적층 내의 셀 중 각각이 픽셀 그 자신과 동일한 측면 영역을 점유하므로, 투과 효율이 컬러를 생성하기 위해 서브픽셀의 나란한 배열에 의존하는 솔류션의 투과 효율 보다 의미 심장하게 더 높을 수 있다.
그러나, 미국특허출원번호 제US6680726호에 공개되어 있는 디스플레이가 가지는 문제점은 카운터 전극이 필수적으로 셀의 중심에 배열되고, 아래에 적층된 셀을 관통하는 전기적 연결을 갖는다는 점이다. 이는 셀의 제작을 복잡하게 하며, 그러므로 디스플레이 패널의 생산 비용을 증가시킨다. 더욱이, 결국 CMY 디스플레이에 대하여 적어도 3개 층을 야기하는 컬러당 한 개 층의 사용은 결국 디스플레이 패널을 제작할 때 정렬 문제를 야기할 수 있다.
그러므로, 개선된 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널에 대한 필요성이 있고, 더 상세하게는 이러한 전기 영동형 디스플레이 패널에 대하여 셀 내에서 전극의 위치 지정의 문제를 극복하거나 적어도 완화할 필요성이 있다.
위 목적은 적어도 하나의 픽셀을 포함하는 신규한 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널에 의해 충족되며, 적어도 하나의 픽셀은, 제 1 광학 성질을 갖는 제 1 대전 입자 세트 및 제 2 광학 성질을 갖는 제 2 대전 입자 세트를 구비하는 현탁액을 포함하는 층 공동과, 대전 입자가 전극쌍에 대한 제어 전압의 인가시 층 공동 내에서 평면내 방향으로 필수적으로 평면내 변위가 가능하도록 층 공동에 근접하게 배열되는 제어 전극쌍을 포함하며, 여기서 층 공동 내에 제 1 광학 성질 및 제 2 광학 성질을 갖는 대전 입자의 평면내 분포는, 대전 입자의 각 세트에 대하여 대전 입자의 임의 극성 차이에 추가하여 다르게 하는(differing) 제어 성질, 또는 층 공동에 근접하게 배열되는 적어도 하나의 추가 제어 전극 중 적어도 하나에 의존하고, 여기서 상기 전극쌍 및 상기 적어도 하나의 추가적인 제어 전극은 상기 적어도 하나의 픽셀의 적어도 일부의 복합 광학 성질이 제어가능하도록 상기 적어도 하나의 픽셀의 시청 영역의 바깥에 필수적으로 배열된다.
일반적으로는, 대전 입자의 현탁액을 포함하는 층 공동과 배열된 전극쌍에 대하여 제어 전압을 인가할 경우, 예를 들면 양의 전하를 갖는 입자는 반대 극성, 즉 음의 극성을 갖는 전극쪽으로 이동을 시작할 것이다. 그러나, 이러한 배열로 대전 입자의 상이한 세트의 분포에 대한 제어가능성을 달성하는 것은 간단하지 않다. 본 발명에 따르면, 이는 대전 입자의 세트 각각에 대하여 임의의 극성 차이에 추가하여 입자의 상이한 세트 각각에 대하여 적어도 상이한 제어 성질, 또는 층 공동과 근접하게 배열되는 적어도 하나의 추가적인 전극 중 적어도 하나를 선택함으로써 해소된다. 전극쌍에 대한 제어 전압의 인가를 통하여, 그리고 대안적으로는 적어도 하나의 추가적인 제어 전극을 통하여, 이에 의해 층 공동 내에 있는 입자의 상이한 세트의 분포를 제어하고, 이에 의해 층 공동의 복합 광학 성질을 변경하는 것이 가능하다.
본 발명에 따르면, 제어 전극은 제어 전압이 인가되는 때 입자가 층 공동 내에 평면내 방향으로 이동하도록, 바깥 끝에서는 픽셀의 시청 영역의 바깥에 필수적으로 배열되거나, 또는 연장된 층 공동의 주변에서는 평면내로 배열될 것이다. 이는 픽셀의 취급을 용이하게 하는데, 왜냐하면 층 공동이 픽셀의 바깥으로부터 필수적으로 도달될 수 있기 때문이다. 또 다른 이점은 제어 전극이 시청 영역의 바깥에 필수적으로 배열되기 때문에 픽셀 영역의 보다 작은 부분만이 전극 물질로 덮이게 된다는 점이다. 따라서, 픽셀의 총 투과율 및 따라서 휘도가 최적화될 수 있다. "시청 영역"이라는 표현은 본 발명과 관련하여 시청자가 디스플레이 패널을 바라보는 것에 의해 인식되는 그 복합 광학 상태를 변경할 수 있는 픽셀의 표면 부분을 의미하는 것으로 이해된다.
바람직하게는, 적어도 하나의 픽셀은 층 공동과 적층되는 또 다른 층 공동을 추가로 포함하며, 여기서 상기 또 다른 층 공동은 제 3 광학 성질을 갖는 제 3 대전 입자 세트 및 제 4 광학 성질을 갖는 제 4 대전 입자 세트를 갖는 현탁액을 포함하며, 대전 입자의 각 세트는 대전 입자 세트의 각각에 대한 임의 극성 차이에 추가하여 적어도 하나의 제어 성질에서 다르다. 적어도 2개의 층 공동을 적층으로 배열하되, 층 공동의 각각은 대전 입자의 적어도 2개의 상이한 세트의 현탁액을 포함하는 경우, 총 픽셀의 적어도 일부의 복합 광학 성질을 변경하는 것이 가능하다. "복합 광학 성질"이라는 표현은 본 발명과 관련하여 층 공동 또는 총 픽셀의 총 컬러를 의미하는 것으로 이해되는데, 즉 컬러는 시청자가 디스플레이를 바라보는 것에 의해 인식된다.
비록 층 공동 내에 있는 대전 입자의 각 상이한 세트에 대하여 제어 성질이 다르게 되어야할지라도, 이들 제어 성질은, 상기 또 다른 층 공동 내에 있는 대전 입자의 상이한 세트에 대한 제어 성질이 서로 다른 한, 반드시 상기 또 다른 층 공동에서의 제어 성질과 다를 필요가 없다. 그러나, 만일 적어도 추가적인 제어가 상기 또 다른 층 공동과 포함된다면 대전 입자의 세트 둘 다에 대하여 동일한 제어 성질을 사용하는 것이 가능하다. 이 실시예에 따른 적층된 층 공동의 정렬이 용이하게되는데, 왜냐하면 필수적으로 카운터 전극이 셀의 중심에 있을 필요없이도, 모든 층 공동의 전극이 층 공동의 바깥으로부터 접근될 수 있기 때문이다. 더욱이, 종래 기술과 비교하여, 각 층 공동에서 상이한 광학 성질을 갖는 대전 입자의 적어도 2개 세트를 이용함으로써, 예를 들면 4가지 컬러 CMYK-디스플레이 패널을 달성하기 위해 필수적인 층의 개수를 최소화하는 것이 가능하다.
일반적으로는, 층 공동 두 개 모두는 동일한 구조 및 기능을 갖는다. 그러나, 본 발명에 따르면 서로에 대하여 90도 각도로 다른 공동 층에서의 입자를 이동하게 하는 것이 가능하도록(즉 대전 입자가 상기 또 다른 층 공동에서 평면내 방향으로 평면내 변위가 가능하지 않음) 상기 또 다른 층 공동을 배열하는 것이 가능할 것이다. 예를 들면, 2개 층 공동의 적층에서, 하단층은 상단층에 대하여 90도 만큼 회전될 수 있다. 추가적인 실시예가 구현될 수 있는데, 이 경우 이러한 각도는 90도와 다르게, 예를 들면 60도 또는 30도이다.
실시예에서, 적어도 하나의 픽셀은 층 공동과 배열된 제 1 제어 전극쌍, 및 상기 또 다른 층 공동과 배열된 제 2 제어 전극쌍을 포함한다. 이는 층 공동의 각각에 대한 복합 광학 성질의 별도 제어를 쉽게 하며, 따라서 예를 들면 다른 광학 상태 사이에서의 스위칭과 같은, 총 픽셀에 대한 총 복합 광학 성질의 제어를 쉽게 한다. 따라서, 적어도 4개의 상이한 상태 사이에서 픽셀의 각 층 공동을 스위칭하는 것이 가능하며, 적어도 4개의 상이한 상태는, 예를 들면 모든 대전 입자가 전극에 가깝게 "모이는" 제 1 상태, 상이한 입자의 세트 둘 다가 층 공동에서 산란되는 제 2 혼합 상태, 제 1 입자 세트가 산란되고 제 2 입자 세트는 제어 전극에 모이는 제 3 상태, 제 2 입자 세트가 산란되고 제 1 입자 세트는 제어 전극에 모이는 제 4 상태이다. 추가적으로는, 예를 들면 0으로부터 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256 이상의 단계까지의 중간 상태가 가능하다.
더욱이, 다른 층 공동으로부터 가능한 한 멀리 떨어지게 하나의 층에 대하여 전극을 배열함으로써 하나의 층 공동으로부터 다른 하나의 층 공동으로의 전계 영향을 최소화는 것이 가능하다. 예를 들면, 일실시예에서, 연장된 층 공동의 제어 전극은 상기 또 다른 하나의 연장된 층 공동을 향하는 평면의 맞은편 면에 근접하게 평면내로 배열된다. 그러나, 대안적으로는, 제어 전극의 제 1 및 제 2 세트는 층 공동과 상기 또 다른 하나의 층 공동 사이의 중간에 놓이는 공통 기판의 각 면상에 배열될 수 있으며, 이는 디스플레이 패널의 제작을 용이하게 한다.
대전 입자가 제어 전극쪽으로 이동하는 경우, 입자의 분포가 변경될 것이고, 대전 입자는 층 공동의 아주 적은 표면에서 압축되어, 이 전극과 근접 거리에 있는 입자는 덜 가시적이 된다. 바람직하게는, 적어도 하나의 층에는 전극을 커버하는 광 차폐물이 제공되고, 이는 추가로 압축된 입자의 가시성(visibility)을 최소화한다. 바람직하게는, 광 차폐물의 사이즈는 가능한 한 작게 선택되어 픽셀의 활성화 부분을 최대화시키는데, 즉 픽셀의 시청 영역을 최대화한다. 거기에, 광 차폐물은 "모이는 영역(collection area)"(즉, 시청 영역의 맞은편)의 컬러는 픽셀의 상태에 따라 변경되지 않음을 보장하기 위해 사용된다. 그러나, 광 차폐물은 또한 모든 층과 함께 배열될 수 있다. 다른 극성 또는 동일한 극성을 갖도록 층 중 적어도 하나에서의 대전 입자의 상이한 세트를 선택하는 것이 가능하다. 이러한 선택은 예를 들면 대전 입자의 광학 성질의 상이한 타입으로 인해, 픽셀의 구현에 기초될 수 있다. 그러나, 위에서 기술된 바와 같이, 한 층 공동에서의 대전 입자의 상이한 세트에 대하여 제어 성질을 차별화하고/하거나 추가 제어 전극을 포함하는 것이 필수적이다. 바람직하게는, 층 공동의 각각에서 입자의 상이한 세트에 대하여 제어 성질이 상이한 전기 영동형 이동률, 상이한 임계 전계, 전하의 상이한 크기, 또는 이들의 조합을 갖도록 선택된다. 극성에 관해서, 제어 성질은 예를 들면 대전 입자의 상이한 광학 성질 타입으로 인해, 픽셀의 구현에 기초하여 선택될 수 있다.
바람직하게는, 층 공동 중 하나는 디스플레이 패널의 휘도에 주로 영향을 미치고, 층 공동 중 또 다른 하나는 디스플레이 패널의 크로미넌스에 주로 영향을 미친다. 더욱이, 바람직한 실시예에서, 제 1 입자 타입은 황색으로 착색된 입자를 포함하고, 제 2 입자 타입은 청록색으로 착색된 입자를 포함하며, 제 3 입자 타입은 흑색으로 착색된 입자를 포함하고, 제 4 입자 타입은 자홍색으로 착색된 입자를 포함한다. 당업자라면 층 공동의 각각이 착색된 입자의 상이한 조합을 갖는 현탁액을 포함할 수 있다는 것을 이해한다. 예를 들면, 착색된 입자의 제 3 및 제 4 세트를 포함하는 층 공동이 배열되어 적색과 자홍색, 청색과 자홍색, 또는 적색과 청색 입자의 조합을 포함할 수 있다.
바람직한 실시예에서, 디스플레이는 반사형 디스플레이 패널이다. 이러한 반사형 디스플레이 패널은 예를 들면 외부의 자연 또는 인공 광 소스와 같은 주변광에 의존하며, 일반적으로는 잘 조명된 위치에서 동작한다. 이 실시예에 따른 반사형 디스플레이 패널은 수직 적층의 근처 또는 하단에 배열되는 반사기를 추가로 포함하고, 이 휘도에 주로 영향을 미치는 층 공동이 크로미넌스에 주로 영향을 미치는 층과 반사기 사이에 위치된다. 황색과 청록색 입자를 포함하도록 하는 층 공동, 및 흑색과 자홍색으로 착색된 입자를 포함하도록 하는 상기 또 다른 층을 선택하는 경우, 이 반사기는 바람직하게는 필수적으로 백색이 되도록 선택된다. 이 경우에서, 5가지 컬러 시스템이 달성될 수 있으며, 여기서 2개 컬러의 혼합이 층 공동에서 이루어지며, 또 다른 2개 컬러의 혼합이 상기 또 다른 층 공동에서 이루어지며, 한편으로는 동시에 백색 "백그라운드"를 갖는다. 이러한 5가지 컬러 시스템은 백색 종이상에 4 컬러 프린트와 유사하다.
또 다른 바람직한 실시예에서, 디스플레이는 수직 적층의 하단에 배열된 백라이트를 추가로 포함하는 투과형 디스플레이 패널이고, 크로미넌스에 주로 영향을 미치는 층 공동은 백라이트와 휘도에 주로 영향을 미치는 층 공동 사이의 중간에 놓인다. 투과형 디스플레이 패널은 인공적인 조명 아래에서 실내 사용에 매우 적합하고, 예를 들면 휴대형 컴퓨터 및 실험용 기구에서 그 쓰임을 찾는다.
당업자에 의해 이해되는 바와 같이, 위에 기술된 디스플레이 패널은 유리하게는 예를 들면 TV 응용 및/또는 모니터 응용에 대한 직시형 LCD(Liquid Crystal Display) 또는 LCD-프로젝터에서의 대체 콤포넌트로서 사용되나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 예가 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 기술될 것이다.
도 1a 내지 1d는 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 패널 내에 포함된 픽셀의 예시적인 층 공동의 측단면도.
도 2a 내지 2b는 반사형 디스플레이 패널 내에 배열된 도 1로부터의 픽셀의 측단면도.
도 3은 투과형 디스플레이 패널 내에 배열된 도 1로부터의 픽셀의 측단면도.
이들 도면이 도식적이며 일정한 비율에 따라 도시되지 않음을 주목해야 한 다. 이들 도면의 요소에 대한 상대적인 치수 및 비율은 도면의 명확화 및 편리성을 위해, 사이즈가 확대 또는 축소되어 도시된다.
도면을 참조하되 특히 도 1a 내지 도 1d를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 컬러 감산식 전기 영동형 디스플레이에서의 사용을 위해 층 공동(18ab)이 묘사된다. 도 1에서, 층 공동(18ab)은 2개의 어드레싱 가능한 제어 전극(20a 및 20b)을 포함한다. 바람직하게는, 이 전극(20a 및 20b)은 픽셀(10)의 시청 영역(26) 바깥쪽에 있는 컬렉터 영역(28a, 28b) 내에서 층 공동(18ab)의 맞은편 모서리에 위치된다. 대안적으로는, 이들은 층 공동(18ab)의 맞은편 측면벽으로 따라 위치될 수 있다. 층 공동(18ab)의 현탁액은 대전 입자(24a 및 24b)의 2개 상이한 세트를 추가로 포함하며, 이는 컬러(예를 들면, 광학 성질)를 제외하면 적어도 하나의 다른 제어 성질에서 다르다. 이 예에서, 입자의 한 세트는 양의 전하 및 높은 이동성을 갖는 입자(24a)를 포함하고, 반면에 입자의 다른 세트는 음의 전하 및 낮은 이동성을 갖는 입자(24b)를 포함한다. 전극(20a 및 20b)의 전압(Va, Vb)을 적절하게 변경함으로써(전압 레벨, 지속 기간 등), 층 공동(18ab)은 적어도 4개의 상태 사이를 스위칭할 수 있다. 제 1 상태(도 1a)에서, Va =-V이고 Vb = +V이며, 이에 의해 청록색 입자(24a)는 전극(20a)에 의해 컬렉터 영역(28a)쪽으로 끌어 당겨지고 황색 입자(24b)는 전극(20b)에 의해 컬렉터 영역(28b)쪽으로 끌어 당겨진다. 이 상태에서, 층 공동(18ab)은 필수적으로는 투명하고, 층 공동(18ab)에 닿는 임의 광은 사실상 변경없이 이 층 공동을 통과할 것이다.
그 이후, 전계는 반전된다. 만일 펄스가 짧으면, 시청 영역(26)은 빠른 청록 색 입자(24a)(24b)만에 의해 점유될 것이며, 반면에 더 느린 황색 입자(24b)는 컬렉터 영역(24b)에 또는 이 컬렉터 영역에 가깝게 남게 된다. 제 2 상태에서, 백색광의 입력에 대하여, 층 공동(18ab)은 시청자에게 청록색으로 보이게 될 것이다.
다른 한편으로는, 만일 펄스가 길다면, 빠른 청록색 입자(24a)는 컬렉터 영역(28b)(도 1c)에 모일 것이고, 반면에 시청 영역(26)은 더 느린 황색 입자(24a)만에 의해 점유될 것이다. 그러므로, 이러한 제 3 상태에서, 층 공동(18ab)은 시청자에게 황색으로 보일 것이다.
마지막으로(도 1d), 중간 펄스를 인가함으로써(대안적으로는 더 균일한 분포를 촉진하기 위해 일부 AC 셰이킹과 결합함), 혼합 상태가 달성될 수 있으며, 이 경우 모든 입자(24a 및 24b)는 시청 영역(26)의 층 공동(18ab) 전체에 걸쳐 분포된다. 이러한 제 4 상태에서, 층 공동(18ab)은 시청자에게 (황색과 청록색의 혼합으로 인해) 녹색으로 보일 것이다.
선택적으로는, 각 전극(20)에는 이전에 논의된 바와 같이 광 차폐물(미도시)이 제공될 수 있다. 층 공동 내에 인가된 전압이 다른 층 공동 내에서의 전계 방해를 야기하지 않는 것을 피하기 위해, 기판의 유전율 상수 및 전도성, 전극, 층 공동의 현탁액 또는 다른 구성요소가 적절하게 선택되어야만 한다.
더욱이, 또한 상이한 이동성을 갖는 대신에 입자의 상이한 세트가 상이한 임계 전계를 갖도록 제어 성질을 선택하는 것이 또한 가능하다. 예를 들면, 입자의 상이한 세트가 반대 전하를 갖는 이러한 구현에서, 입자의 제 1 세트는 입자의 제 2 세트보다 더 낮은 임계치를 갖는다. 제 1 상태(도 1a와 비교되는 바와 같이)는 입자 둘 다의 임계치 보다 더 높은 전계를 인가함으로써 달성되며, 따라서 입자는 전극에 모이게 되고 픽셀의 시청 영역(26)은 클리어된다. 이는 또한 "리셋" 상태이며, 이 상태로부터 다른 상태가 구동된다.
입자의 제 1 세트만을 시야(도 1b)로 구동하기 위해, 입자의 제 2 세트에 대한 임계 전계보다 더 낮은 전계를 인가하는 것으로 충분하다. 더욱이, 시야(도 1d)에서 입자 둘 다를 갖는 상태를 획득하기 위해, 입자의 상이한 세트 둘 다가 시청 영역(26)으로 이동하지만 맞은편 전극에 모이지 않기에 충분히 길게 임계치 둘 다 보다 더 큰 전계가 인가된다. 이러한 혼합 상태로부터, 컬렉터 전극 중 하나에서 최저 임계치를 갖는 입자를 "모으고" 따라서 시청 영역(26)의 제 2 세트만을 이용하여 제 4 상태(도 1c)를 달성하는 것이 가능하다.
또한, 각 층 공동 내에서 상이한 컬러 입자를 제어하도록 이용될 수 있는 전하 및 이동성에 더하여 다른 성질은 전하의 크기, 쌍안정성, 또는 이들의 조합을 포함한다. 또한, 추가적으로 또는 대신에, 적어도 하나의 추가적인 제어 전극이 제공되어 상이한 컬러 입자의 제어 가능성을 향상시킬 수 있다.
도 2a는 반사형 디스플레이 패널 내에 배열된 2층 픽셀(10)의 구조를 예시한다. 픽셀(10)은 도 1a 내지 도 1d에 관해서 논의된 제 1 층 공동(18ab), 상이한 층 공동(18cd)(제 1 층 공동(18ab)과 유사한 구조를 가짐), 및 반사기(30)를 포함한다. 픽셀(10)에서, 휘도에 주로 영향을 미치는 층 공동은 반사기(30)에 최근접하게 배열된다. 따라서, 상이한 층 공동(18cd)은 양의 전하와 낮은 이동성을 갖는 흑색 입자(24c), 및 음의 전하와 높은 이동성을 갖는 자홍색 입자(24d)의 현탁액을 포함 하고, 휘도 영향층의 외관(aspect)을 반사기쪽으로 최근접하게 수용하도록, 층 공동(18cd)이 층 공동(18ab)과 반사기 사이의 중간에 놓인다. 도 1a 내지 도 1d에서와 같이, 층 공동(18ab), 즉 픽셀(10)의 크로미넌스에 주로 영향을 미치는 층 공동은 양의 전하 및 이동성을 갖는 청록색 입자(24a), 및 음의 전하 및 낮은 이동성을 갖는 황색 입자(24b)의 현탁액을 포함한다. 바람직하게는, 휘도에 주로 영향을 미치는 층 공동(18cd)은 550nm에 가까운 또는 약 550nm의 흡수 파장을 갖는 입자를 포함한다.
도 2a의 논의 단순화를 위해, 층 공동(18ab 및 18cd)은 도 1c에 관하여 논의된 유사한 상태에 있으며, 시청 영역(26)은 층 공동(18ab)에 있는 더 느린 황색 입자(24b), 및 층 공동(18cd)에 있는 더 느린 자홍색 입자(24d)에 의해서만 점유될 것이다. 이러한 경우에서, 황색 입자(24a)와 자홍색 입자(24d)의 혼합은 적색 컬러가 시청자에 의해 인식되는 상태를 생성할 것이다. 본 예에서, 반사기는 백색 컬러를 가지도록 선택되며, 따라서 이는 5가지 컬러 시스템(CMYK + 백색)을 생성하는 가능성을 제공한다.
황색, 자홍색 및 청록색을 혼합으로써, 픽셀의 복합 광학 성질, 예를 들면 흑색으로 근사하게 되는 컬러를 생성하는 것이 가능하다. 그러나, 실제적인 청록색, 자홍색, 및 황색 안료의 혼합은 순흑색이 아니고 짙은 어두운 컬러이다. 그러나, 흑색 입자(24c)를 도입함으로써, 순흑색을 생성하는 것이 가능하다. 이는 특히 디스플레이 패널을 예를 들면 풀 컬러 전자 종이로 배열하면 유리할 수 있다.
도 2b는 반사형 디스플레이 패널 내에 배열된 2층 픽셀(10)의 대안적인 구현 예를 예시한다. 픽셀(10)은 도 1a 내지 도 1d 및 도 2에 관하여 논의된 2개 층 공동(18ab, 18cd), 및 반사기(30)를 포함한다. 그러나, 도 2b에서 제어 전극(20a 내지 20d)는 2개 층 공동(18ab 및 18cd) 사이의 중간에 놓이는 공통 기판(31)상에 배열된다. 공통 기판(31)은 수개의 이점을 갖는다. 첫 번째로, 이는 픽셀의 제작을 용이하게 하는데, 왜냐하면 전극 구조를 생성하는 중요 단계가 단일 기판상에서만 이루어질 필요가 있고, 따라서 상이한 전극의 정렬이 더 쉽게 되기 때문이다. 더욱이, 디스플레이의 가장자리로부터 픽셀 전극까지의 전도선이 모두 동일한 기판상에 있으며, 이는 외부 구동 전자회로에 대한 생성 및 결합을 더 쉽게 한다. 더욱이, 만일 전극 둘 다가 투명하지 않다면(광 차폐물로서 동작하기 위해), 만일 이들이 서로 근접하게 있다면 이점이 있는데, 왜냐하면 시차(parallax)를 방지하고 디스플레이에서의 광 손실을 감소시키는 이유때문이다. 또한 중심 기판의 유전체 성질은 기판의 맞은편 면에서의 각 전극으로부터 발생하는 전계선이 어드레싱되지 않은 매체층을 교란하지 않거나 작은 정도로만 교란하도록 선택될 수 있다. 추가로 크로스 토크 전계의 감소는 전극 세트 중 하나를 맞은편 측에서 다른 전극 세트에 대하여 90도 이상으로 회전할 때 가능하다. 따라서, 가장 강한 교란 전계(disturbing field)가 교차 구동 전극(하나 위에 다른 하나)의 모서리 사이에서만 발생하고, 그러나 중심 기판 내에서는 실질적으로 층 공동 내로 침투하지 않는다. 대안적으로는, 사용된 물질의 유전체 성질이 제 1 층으로부터 발생한 전계가 제어되는 방식으로 제 2 층까지 연장되도록 선택될 수 있으며, 이는 제 1 층 내의 입자를 구동하기에 앞서 제 2 층 내의 입자를 구동하기 위해 사용된다.
도 3은 2층 투과형 디스플레이 패널 내에 배열된 2층 픽셀(12)을 예시한다. 적층된 2층 픽셀 구조는 도 2a에 예시된 구조와 유사하지만, 그러나 2개의 상이한 층 공동(18ab, 18cd)은 층 공동(18cd)이 시청자를 향하도록 변경된 위치를 갖는다. 더욱이, 반사기(30)는 백라이트(32) 형태의 능동 광 소스로 대체된다.
픽셀(12)의 동작 동안, 픽셀(12)의 휘도는 휘도층(도 2a 내지 도 2b의 경우에서와 같이 층 공동(18cd))에 의해 조절될 뿐만 아니라 백라이트의 휘도를 조절함으로서도 조절된다. 따라서, 높은 휘도를 갖는 풀 컬러 투과형 디스플레이 패널을 제공하는 것이 가능하다.
이 실시예에 따른 투과형 디스플레이는 정적 컬러 필터를 갖는 대응하는 LCD 디스플레이보다 밝은 상태에서 6배 더 높은 투과율을 갖는다. 이는 더 작고, 덜 전력 소모적인 백라이트가 동일한 스크린 정면(front-of-screen) 휘도를 달성하는 것을 가능하게 한다. 더욱이, 디스플레이는 더 포화된 컬러를 가질 수 있는데, 왜냐하면 - LCD 패널과 대조하여- 백색 상태의 휘도는 착색된 상태에서의 컬러 포화에 의해 영향을 받지 않기 때문이다. 표준 LCD는 고정된 RGB 컬러 필터와 작동한다. 컬러 필터의 적색, 녹색 및 청색 부분이 덜 포화될수록, 휘도는 더 높아진다. 본 발명의 패널은 또한 LCD 층 또는 다른 타입의 디스플레이(플라즈마, OLED)와 결합하여 동적 컬러 필터로서 사용될 수 있으며, 이는 LCD 디스플레이의 고속 응답 속도의 이점을 유지하면서도 더 높은 휘도 및 더 포화된 컬러를 가능하게 한다.
본 발명이 도면과 전술한 설명에서 상세하게 예시되고 기술되었을 지라도, 이러한 예시 및 설명은 설명적이거나 예시적인 것으로 여겨지고 제한적인 것으로 여겨지지 않으며, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다. 개시된 실시예에 대한 변형은 도면, 명세서, 첨부된 청구항의 연구로부터 청구된 발명을 실행할 때, 당업자에 의해 이해되고 성취될 수 있다. 예를 들면, CMYK 대신에, 착색된 입자의 다른 조합이 사용될 수 있거나, 또는 디스플레이는 반사형과 투과형 성질을 결합한 반투과형의 디스플레이일 수 있다. 입자 중 하나의 "컬러"는 예를 들면 UV 또는 적외선과 같은 스펙트럼의 비가시부분에서 광의 흡수일 수 있다. 더욱이, 비록 도 2a 내지 도 2b에서의 전극쌍(20a 내지 20b) 및 도 3에서의 전극쌍(20c-20d)이 필수적으로는 서로 수직하게 정렬될지라도, 이는 반드시 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 상이한 전극의 배치는 대신에 디스플레이 패널에 대하여 상이한 구현 전략에 의존될 수 있다.
청구항에서, "포함"이라는 용어는 다른 구성요소를 배제하지 않으며, 단수의 구성요소는 복수의 구성요소를 배제하지 않는다. 특정 수단이 상호 상이한 종속항에서 인용되는 단순한 사실은 이들 수단의 조합이 유리하게 사용될 수 없다는 것을 나나타내지 않는다. 청구항에서 임의 참조 기호는 보호범위를 제한하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
본 발명은 이미지를 디스플레이하는 전기 영동형 컬러 디스플레이에 이용 가능하다. 이 컬러 디스플레이의 픽셀은, 제 1 광학 성질을 갖는 제 1 대전 입자 세트 및 제 2 광학 성질을 갖는 제 2 대전 입자 세트를 구비하는 현탁액을 포함하는 층 공동과, 대전 입자가 전극쌍에 대한 제어 전압의 인가시 층 공동 내에서 평면내 방향으로 필수적으로 평면내 변위가 가능하도록 층 공동에 근접하게 배열되는 제어 전극쌍을 포함한다.

Claims (14)

  1. 적어도 하나의 픽셀(10, 12)을 포함하는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널로서,
    상기 적어도 하나의 픽셀(10, 12)은,
    - 제 1 광학 성질을 갖는 제 1 대전 입자(24a) 세트 및 제 2 광학 성질을 갖는 제 2 대전 입자(24b) 세트를 구비하는 현탁액을 포함하는 층 공동(18ab); 및
    - 대전 입자(24a, 24b)가 제어 전극쌍에 대한 제어 전압의 인가시 층 공동(18ab) 내에서 평면내 방향으로 필수적으로 평면내 변위가 가능하도록 층 공동(18ab)에 근접하게 배열되는 제어 전극쌍(20a, 20b)을 포함하되,
    층 공동(18ab) 내에 제 1 광학 성질 및 제 2 광학 성질을 갖는 대전 입자(24a, 24b)의 평면내 분포는,
    - 대전 입자(24a, 24b)의 각 세트에 대하여 대전 입자(24a, 24b)의 임의 극성 차이에 추가하여 달라지게 하는(differing) 제어 성질; 또는
    - 층 공동(18ab)에 근접하게 배열되는 적어도 하나의 추가 제어 전극 중 적어도 하나에 의존하고,
    상기 전극쌍(20a, 20b) 및 상기 적어도 하나의 추가적인 제어 전극은, 상기 적어도 하나의 픽셀(10, 12)의 적어도 일부의 복합 광학 성질이 제어가능하도록, 상기 적어도 하나의 픽셀(10, 12)의 시청 영역(26)의 바깥에 필수적으로 배열되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 픽셀(10, 12)은 상기 층 공동(18ab)과 적층되는 또 다른 층 공동(18cd)을 추가로 포함하고,
    상기 또 다른 층 공동(18cd)은 제 3 광학 성질을 갖는 제 3 대전 입자(24c) 세트 및 제 4 광학 성질을 갖는 제 4 대전 입자(24d) 세트를 구비하는 현탁액을 포함하고, 대전 입자(24c, 24d)의 각 세트는 대전 입자(24c, 24d)의 세트의 각각에 대하여 임의 극성 차이에 추가하여 적어도 하나의 제어 성질에서 다르게 되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 픽셀(10, 12)은, 층 공동(18ab)과 배열된 제 1 제어 전극쌍(20a, 20b)과, 상기 또 다른 층 공동(18cd)과 배열된 제 2 제어 전극쌍(20c, 20d)을 포함하는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 제어 전극 세트(20a-20b, 20c-20d)는 층 공동(18ab)과 상기 또 다른 층 공동(18cd) 사이의 놓이는 공통 기판(31)의 각 면상에 배열되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 층 공동(18ab, 18cd)에는 전극과 근접 거리에 있는 입자가 덜 가시적이도록 전극(20a-20d)을 커버하는 광 차폐물이 제공되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 층 공동(18ab, 18cd) 내의 대전 입자의 상이한 세트(24a-24b, 24c-24d)는 상이한 극성을 가지는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 층 공동(18ab, 18cd) 내의 대전 입자의 상이한 세트(24a-24b, 24c-24d)는 동일한 극성을 갖는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 층 공동(18ab, 18cd) 내의 입자의 상이한 세트(24a-24b, 24c-24d)의 제어 성질은 상이한 이동도를 가지도록 선택되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 층 공동(18ab, 18cd) 내의 입자의 상이한 세트(24a-24b, 24c- 24d)의 제어 성질은 상이한 임계 전계를 가지도록 선택되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  10. 제 2 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 층 공동(18ab, 18cd)은 상기 디스플레이 패널의 휘도(18cd)에 주로 영향을 미치고, 또 다른 층 공동(18ab)은 상기 디스플레이 패널의 크로미넌스(chrominance)에 주로 영향을 미치는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  11. 제 2 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 입자 타입은 황색으로 착색된 입자(24a)를 포함하고, 제 2 입자 타입은 청록색으로 착색된 입자(24b)를 포함하고, 제 3 입자 타입은 흑색으로 착색된 입자(24c)를 포함하고, 제 4 입자 타입은 자홍색으로 착색된 입자(24d)를 포함하는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  12. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 수직 적층의 근처 또는 하단에 배열된 반사기(30)를 추가로 포함하는 반사형 디스플레이 패널이고, 휘도(18cd)에 주로 영향을 미치는 층 공동은 크로미넌스(18ab)에 주로 영향을 미치는 층 공동과 반사기(30) 사이의 중간에 위치되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  13. 제 12 항에 있어서,
    반사기(30)는 필수적으로 백색인, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
  14. 제 2 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 수직 적층의 하단에 배열되는 백라이트(32)를 추가로 포함하는 투과형 디스플레이 패널이고, 크로미넌스(18ab)에 주로 영향을 미치는 층 공동은 백라이트(32)와 휘도(18cd)에 주로 영향을 미치는 층 공동 사이에 위치되는, 전기 영동형 컬러 디스플레이 패널.
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