KR20100138891A - 전기영동 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

다중 안정 전기영동 디스플레이 장치는 복수의 픽셀들을 구비하고 제1 기판 및 제2 기판을 포함한다. 상기 기판들은 서로 떨어져 있고 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들이 분산되어 있는 액정 재료를 포함하는 전기영동 매체의 층을 에워싼다. 상기 장치는 픽셀 영역 윤곽의 형성을 위한 및 상기 픽셀 영역 내의 상기 전기영동 매체의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하기 위한 전극들을 더 포함한다. 상기 전극들은 상기 디스플레이 픽셀들의 전체 시계보다 실질적으로 적게 차지하고, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자에 부딪치지 않는 제1 광학 상태와, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자에 부딪치는 제2 광학 상태 사이의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있다.

Description

전기영동 디스플레이 장치{ELECTROPHORETIC DISPLAY DEVICE}

본 발명은 전기영동 디스플레이 장치에 관한 것이다.

전기영동 디스플레이 장치는 일반적으로 그 내부 표면들 상에 투명한 전극 패턴들을 구비하는 한 쌍의 대향된 기판들을 포함한다. 그 기판들 사이에는 고도로 산란하거나 흡수하는 극미립자들이 분산되어 있는 비전도성 액체가 삽입된다. 극미립자들은 전기적으로 대전될 수 있고, 전극 구조들을 가로질러 적당한 전계를 인가하는 것에 의해 디스플레이의 상부 또는 하부 표면에 가역적으로 유인될 수 있다. 광학 콘트라스트는 염료 도핑된 액체들로 극미립자들의 컬러들을 대비시키는 것에 의해 또는 투명한 액체에서 부유되는, 정반대로 대전된 이중 극미립자들의 컬러들을 대비시키는 것에 의해 달성된다. 그러한 디스플레이들의 문제점은 그것들은 역치(threshold)가 없다는, 즉, 입자들은 낮은 전압에서 이동하기 시작하고, 더 높은 전압이 인가될 때 더 빠르게 이동한다는 것이다. 이 때문에 그 기술은 누화(crosstalk)를 감소시키기 위해 비교적 예리한 역치(sharp threshold)를 필요로 하는 수동 매트릭스 어드레싱(passive matrix addressing)에 부적당하게 된다.

종래의 전기영동 디스플레이들은 또한 일반적으로 느리게 스위칭하기 때문에, 그것들은 비디오 디스플레이와 같은 빠른 스위칭을 필요로 하는 응용들에 부적당하게 된다.

본 양수인에 의해 소유되고 그 내용들이 전체로서 참고로 본 명세서에 통합되는, US 2005/0094087에서는, 역치 및 비디오 레이트를 갖는 스위칭을 허용하는, 쌍안정(bistable) 전기영동 액정 디스플레이가 설명되어 있다. 이것은 매트릭스 어드레싱을 가능하게 하는 개별 기판들 상의 겹치는 투명한 행-열 전극들을 이용한다.

종래의 전기영동 디스플레이들은 디스플레이 장치의 디스플레이 표면에 관하여 하나는 상부 전극이고 하나는 하부 전극으로 수직으로 배열되어 있는 대향하는 전극들로 구성된다. 그러한 디스플레이들에서는, 전극들 사이의 수직 입자 운동에 의해, 픽셀은 투명한 전극들의 영역에 의해 정의되고, 그 투명한 전극들을 통해 픽셀에 전계가 인가된다.

투명한 전극들은 투과광(transmitted light)을 감쇠시키고, 이것은 디스플레이의 최고 밝기(peak brightness)를 제한한다. 투명한 전극들은 또한 높은 저항률을 갖고, 이것은 단순한 수동적으로 어드레싱되는 디스플레이의 사이즈를 제한할 수 있다. 전기영동 디스플레이들의 밝기는, 예를 들면, 동일한 기판 상의 2개의 스트립 전극들에 의해 제공되는, 면내 전극들(in-plane electrodes)의 이용에 의해 개선될 수 있고, 그 전극들 사이에서 안료들이 인가된 전계의 영향을 받아 수평으로 이동한다. 그러한 구성에서 액체 매체는 염료 없이 투명하고, 부유되는 안료들과의 혼합의 양호한 안정성을 제공한다. US 2005/0275933은 면내 전극들을 갖는 기판 및 전극들이 없는 대향 기판을 갖는 그러한 전기영동 장치를 설명하고 있다. 이 구성의 장치에서는 단순한 수동 매트릭스 어드레싱을 달성하기 어렵다.

US 4,648,956은 하나의 기판은 단일 픽셀 투명한 디스플레이 전극들을 갖고 대향 기판은 스트립 수집 전극들(strip collecting electrodes)을 갖는 전기영동 디스플레이를 설명하고 있다. 인가된 전압의 영향을 받아 안료들은 투명한 단일 디스플레이 전극들을 갖는 전체 픽셀 영역을 커버하고 장치는 오프(OFF) 상태로 된다. 적당한 상이한 전압을 인가하는 것은 스트립 수집 전극들 사이의 간격이 투명한 방식으로 반대편의 스트립 수집 전극들에 안료들이 수집되게 한다. 광은 픽셀들을 통과하고, 따라서 이것은 장치의 온 상태(ON)를 결정한다.

디스플레이 픽셀들의 투명한 전도성 층은 디스플레이의 투과율을 감소시키고 저항률은 대면적 디스플레이들의 수동 매트릭스 어드레싱을 제한한다.

[발명의 개요]

본 발명의 양태들은 독립 청구항들에서 명기된다. 바람직한 특징들은 종속 청구항들에서 명기된다.

본 발명은 다중 안정(multi-stable)이고 역치 전압(threshold voltage)을 갖는 전기영동 디스플레이 장치를 제공한다. 쌍안정 장치는 다중 안정 장치의 가장 단순한 예이다. 본 명세서에서 설명된 원리들은 쌍안정 및 다중 안정 디스플레이 장치들 모두에 적용될 수 있다.

이 장치는 단순한 수동 매트릭스 방식에 의해 구동될 수 있다. 금속 전극들은 대면적 디스플레이를 위한 적절한 전도율을 제공하고 작은 면적을 차지하고, 높은 광 투과율을 제공하는 미세 와이어들의 형태일 수 있다. 부유되는 안료들을 갖는 액정은, 수동 매트릭스 어드레싱의 가능성을 제공하는, 역치를 갖는 다중 안정 스위칭을 허용한다.

하나의 실시예에서 상기 디스플레이는, 투명한 컬러 안료들로, 투과 모드에서의 동작에 적당한다. 이것은 적당한 투명한 컬러 안료들을 갖는 2개 또는 3개의 디스플레이 층들을 적층하는 것에 의해, 풀 컬러 디스플레이를 구축하는 가능성을 제공한다.

본 발명은 지금부터 다음의 도면들을 참조하여, 단지 예로서, 더 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 장치를 통한 평면도 및 개략 단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 장치의 제1 기판의 일부의 평면도들을 나타낸다.
도 3은 상이한 광학 상태들에서의, 도 1의 실시예에 따른 장치의 개략 단면도들을 나타낸다.
도 4는 도 1의 실시예에 따른 테스트 장치의 사진들을 나타낸다.
도 5는 도 1의 실시예에 따른 장치들의 상이한 광학 상태들에 대한 투과율의 그래프들을 나타낸다.
도 6 및 7은 본 발명의 제2 및 제3 실시예들에 따른 장치들의 개략 단면도들이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 장치의 개략 단면 및 평면도들이다.
도 9는 암(dark) 상태 및 명(light) 상태에서의 도 8의 장치의 개략 단면도이다.
도 10은 도 9의 장치의 개략 평면도들을 나타낸다.
도 11-13은 본 발명의 제6 실시예에 따른 장치의 도시들을 나타낸다.
도 14는 도 13의 장치의 암 상태 및 명 상태의 현미경 사진을 나타낸다.
도 15는 도 13의 장치에 대한 인가 전압 대비 명암비(contrast ratio; CR)의 그래프이다.
도 16은 본 발명의 제7 실시예에 따른 장치를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 추가 실시예에 따른 장치를 통한 개략 단면도이다.

본 명세서에서 및 첨부된 청구항들에서 사용될 때, 용어 "다중 안정"(multi-stable) 또는 "다중 안정성"(multi-stability)은 다수의 광학 상태들 중 어떤 광학 상태에서도 안정된 전기영동 디스플레이의 셀의 속성을 지시한다. 다중 안정성으로 인해, 대전된 입자들은, 추가적인 이동을 일으키는 전극들 사이의 전계가 없는 경우에, 그들이 있는 곳은 어디라도, 심지어 2개의 전극들 사이의 어딘가에 머무를 수 있다.

그 결과, 픽셀은 대전된 입자들 중 일부는 보이고 일부는 보이지 않는 상태를 유지할 수 있어, 모든 입자들이 보이는 경우 또는 입자들 중 아무것도 보이지 않는 경우 사이의 어딘가의 컬러를 픽셀에 제공할 수 있다.

따라서, 다중 안정성은 전기영동 디스플레이의 셀들 또는 픽셀들이 다수의 중간 농담(shade)들 또는 컬러들 중 임의의 것을 취하게 하고 따라서 이미지가 그레이스케일로 디스플레이되게 한다. 본 명세서에서 설명된 원리들은 쌍안정 및 다중 안정 디스플레이 장치들 모두에 적용될 수 있다.

다음의 설명에서는, 설명의 목적으로, 본 시스템들 및 방법들의 철저한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정한 상세들이 제시된다. 그러나, 이 기술의 숙련자에게는 본 시스템들 및 방법들이 이러한 특정한 상세들 없이 실시될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 명세서에서 "실시예", "예" 또는 유사한 말의 언급은 그 실시예 또는 예와 관련하여 설명된 특정한 특징, 구조, 또는 특성이 적어도 그 하나의 실시예에 포함되지만, 반드시 다른 실시예들에 포함되는 것은 아니라는 것을 의미한다. 명세서의 다양한 곳들에서 "하나의 실시예에서"라는 구 또는 유사한 구들의 다양한 사례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지시하는 것은 아니다.

여기에서 개시된 원리들은 지금부터 설명적인 시스템들 및 방법들에 관하여 논의될 것이다.

도 1의 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치(1)는 제1 기판(2) 및 제2 기판(3)을 포함한다. 그 기판들(2, 3)은 서로 떨어져 있고 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들(5)이 분산되어 있는 액정 재료(13)를 포함하는 전기영동 매체(4)의 층을 에워싼다.

전기영동 매체(4)의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하기 위해 제1 기판(2)의 내부 표면 상에 제1 전극들(6a) 및 제2 전극들(6b)이 제공된다. 제2 기판(3)은, 그것의 광 투과율이 높도록, 전극을 지니지 않는다. 도 2에서 가장 잘 나타내어진 바와 같이, 제1 전극들(6a)은 제1 기판(2) 상에서 제2 전극들(6b)과 교차 배치되어 있다(interdigitated). 비록 제1 및 제2 전극들이 예로서 나타내어져 있지만, 본 발명은 픽셀당 2개의 전극에 제한되지 않는다는 것을 이해할 것이다. 3개 이상의 전극들이 옵션으로 이용될 수 있다.

이 예의 디스플레이(1)는 몇 개의 세그먼트들(9)로 만들어지고 각 세그먼트는 픽셀을 정의하는 교차 배치된 전극들(6a, 6b)의 세트를 지닌다. 이 예의 전극들(6)(30 ㎛ 간격)은 플라스틱 재료로 형성된 제1 기판(2) 상에 10 ㎛ 폭 금속 라인들로 형성되었다. 제2 기판(3)은 스페이서들(10)에 의해 제1 기판(2)으로부터 간격을 둔, 빈(bare) 플라스틱 시트였다. 이 예에서 스페이서들(10)은 10 ㎛ 스페이서 비드들(spacer beads)을 포함하였지만; 이 기술에서 알려진 다른 스페이서 유형들, 예를 들면, 스레드(thread) 또는 와이어, 또는 필러(pillar) 또는 포스트(post)와 같은 몰딩된, 부조 세공된(embossed) 또는 주조된(cast) 특징들이 이용될 수 있다. 전기영동 매체(4)는 사이즈 87 nm을 갖는 부유되는 투명한 청색 안료들 Hostaperm Blue B2G-D(Clariant)을 갖는 네마틱 액정 혼합물(MLC-6681 - Merck) 및 2%의 10 ㎛ 스페이서 비드들을 포함하였다. 안료 입자들은 LC에서 음의 전하를 획득한다.

기판들에 배향 층들(alignment layers)이 제공되었다. 이 예에서 기판들은 크롬 콤플렉스 용액(chrome complex solution)으로 처리되었지만, 액정 분자들 및 안료 입자들과 기판과의 적절한 상호 작용을 제공하기 위해 다른 유형의 표면 처리들이 이용될 수 있다. 이 기술에서 알려진 배향층들 및 구조들, 예를 들면, 격자(grating), 미세 구조(microstructure), 증발된 일산화 규소(evaporated silicon monoxide) 또는 레시틴(lecithin)과 같은 표면 활성제가 이용될 수 있다. 명 상태(light state)(도 4b)로 기입하는 것은 60 V 펄스들(100 ms)을 이용하여 행해졌고 암 상태(dark state)(도 4a)로 기입하는 것은 -60 V 펄스들(60-80 ms)을 이용하여 달성되었다.

전극들(6)은 디스플레이의 전체 시계(entire field of view)보다 실질적으로 적게 차지하고 제1 광학 상태(도 3a)와 제2 광학 상태(도 3b) 사이의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있다. 제1(암) 광학 상태에서는, 제1 기판(2)을 통과하는 대부분의 입사 광이 안료 입자들(5)에 의해 흡수된다. 제2(명) 광학 상태에서는, 제1 기판(2)을 통과하는 대부분의 입사 광이 제2 기판(3)에 부딪치고 안료 입자(5)에 부딪치지 않는다.

프린징 전계(fringing electric field)는 2개의 면내 전극들(6a, 6b) 사이의 공간을 커버할 것이다. 그 결과 안료 입자들의 대전을 제공하는 분자들의 쌍극자도 프린지 전계 라인들을 따라서 배향될 것이다. 스위칭은 입자들을 주요 시계(main field of view)의 안으로 및 밖으로 이동시키는 면내 전계들을 통해 이루어진다. 따라서, 안료 입자들은 배향된 LC 분자들과의 그들의 상호 작용으로 인해 이 방향으로 이동하도록 강제될 것이다. 적당한 전압 펄스가 안료 입자들(5)을 라인 전극(6a) 쪽으로 이동시키고(도 3b) 거기서 안료 입자들이 수집되거나, 또는 라인 전극들(6a, 6b) 사이의 공간에서 수집된다(도 3a). 제로 전계에서 안료들은, LC/안료 입자들의 안정된 네트워크를 제공하는, LC와 안료 입자들(5)의 상호 작용으로 인해, 전극들 사이의 영역에 갇힐 것이다. 이 때문에 장치는 평평한 폭넓은 전극들 상에 안료 입자들(5)을 쌓지 않고 쌍안정을 가능하게 한다.

전극들(6a, 6b) 사이에 안료들(5)을 확산시키기 위해, 전기 펄스는 전극들 사이에 안료들의 완전한 이동(full migration)을 생성하기에 충분하지 않은 길이 및/또는 진폭을 가져야 한다. 그러한 스위칭은 다음의 수학식에 의해 전자이동 거리(electromigration distance)와 관련되는, 펄스 길이 또는 전압의 변화에 의해 제어될 수 있다.

t = d²/μU

여기서 t는 전극들 사이의 표류 시간(drifting time)이고, U는 인가된 전압이고, d는 전극들 사이의 간격이고, μ는 전기영동 이동성(electrophoretic mobility)이다.

액정 매체, 이 예에서 네마틱 액정에 안료 입자들(5)을 분산시키는 것에 의해, 디스플레이는 쌍안정으로 되고 역치 전압을 갖는다. 스위칭은 주요 시계의 안으로 및 밖으로 입자들을 이동시키는 면내 전계들을 통해 이루어진다. 개선된 역치 전압 특성 및 스위칭 속도를 위하여, 액정 재료는 약 +2보다 크고 약 -2보다 작은 유전 이방성(dielectric anisotropy)을 갖는 것이 바람직하다.

투명한 착색된 안료 입자들(5)(Clariant) 및 10 ㎛ 스페이서 비드들(10)을 이용하여 전기영동 매체(4)로서 이용하기 위한 실험적인 혼합물들이 만들어졌다. 포뮬레이션(formulations)은 다음과 같았다:

1. MLC6681 네마틱 LC(Merck) + 3% Hostaperm 안료 Blue B2G-D(음의 전하);

2. MLC6681 + 3% Hostaperm 안료 Pink E02(양의 전하);

3. MLC6681 + 3% Novaperm 안료 Yellow 4G(음의 전하).

투명한 안료들로 그러한 CMY 셀들을 쌓는 것에 의해 풀 컬러 투과형 디스플레이가 실현될 수 있다.

도 5는 2개의 면내 셀들에 제공된, 픽셀의 스위칭된 상태들의 투과율 스펙트럼 측정을 나타낸다. 하나의 장치는 투명한 안료 Hostaperm Blue B2G-D(도 5a)를 포함하는 액정 MLC6681로 채워졌고, 다른 것은 Hostaperm Pink E02(도 5b)를 포함하는 MLC6881로 채워졌다.

상이한 컬러들을 갖는 정반대로 대전된 안료들(5a, 5b)의 이용은, 도 6 및 도 7에 도시된 실시예들에서 설명되는 바와 같이, 디스플레이 셀에서 2개의 컬러들 사이의 스위칭을 허용한다.

이제 도 8-10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예가 개략적으로 설명된다. 제1 전극(6a)은 제1 기판(2)의 내부 표면 상의 가늘고 긴 와이어 또는 미세 금속 라인의 형태이다. 제2 전극(6b)은 제2 기판(3)의 대향하는 내부 표면 상의 가늘고 긴 와이어 또는 미세 금속 라인의 형태이다. 제2 전극(6b)은 2차원 형상, 이 예에서는 직사각형의 윤곽을 정의한다. 장치는 평평한 폭넓은 전극들 상에 안료 입자들(5)을 쌓지 않고 쌍안정을 가능하게 한다. 2개의 전극들(6a, 6b) 사이의 프린징 전계(fringing electric field)는 제2 전극(6b)의 직사각형 영역 내의 공간을 커버할 것이다. 그 결과 안료 입자들의 대전을 제공하는 분자들의 쌍극자도 프린지 전계 라인들을 따라서 배향될 것이다. 따라서, 안료 입자들은 배향된 LC 분자들과의 그들의 상호 작용으로 인해 이 방향으로 이동하도록 강제될 것이다. 적당한 전압 펄스가 안료 입자들(5)을 상부 라인 전극(6a) 쪽으로 이동시키고(도 9b, 10b) 거기서 안료 입자들이 수집된다. 그 결과 제2 전극(6b)에 의해 정의된 영역 경계는 투명할 것이다. 이 예에서, 제2 전극(6b)에 의해 정의된 영역은 형상이 직사각형이지만; 그 영역은 임의의 소망의 형상일 수 있다는 것을 이해할 것이다. 도 9b 및 10b에 나타내어진 명 상태에서, 제1 기판(2)을 가로지르는 광의 대부분은 전극과 마주치지 않을 것이고, 그에 따라 입자들을 그의 표면에 유인하기 위해 투명한 전극이 필요한 종래 기술의 디스플레이들에 비하여 광 투과율을 개선한다. 비록 본 발명의 이 양태는 중단되지 않은(unbroken) 제2 전극(6b)에 의해 경계가 정해진 영역들에 관하여 설명되지만, 이것은 본 발명의 작용에 필수적인 것은 아니라는 것을 이해할 것이다. 결과로 생기는 프린지 전계가 디스플레이가 암 상태로 구동될 때 정의된 영역의 실질적으로 전부가 안료 입자들(5)을 수용하게 하기에 충분하다면 (예를 들면 도 10c에 도시된 바와 같이) 제2 전극(6b) 내의 갈라진 틈(break)(12)이 용인될 수 있다.

정반대 극성을 갖는 전압 펄스의 인가는 제2 전극들(6b)에 의해 경계가 정해진 직사각형 영역 쪽으로의 이동을 제공하고, 거기서 안료 입자들이 확산된다(도 9a, 10a). 전압 펄스 길이 및 진폭을 조정함으로써, 안료들은 프린지 전계 라인들을 따라서 상부 및 하부 기판들 사이의 영역에서 멈출 수 있다. LC 분자들과의 강한 상호 작용으로 인해, 이 상태는 제로 전계에서 안정될 것이다.

도 11-13에 도시된 장치에서, 스위칭 메커니즘은 도 8-10의 장치들에서와 본질적으로 동일하다. 차이점은 이 장치는 제1 전극들 각각의 맞은편에 있는 직사각형의 경계를 정의하는 단 하나의 제2 전극(6b)의 맞은편에 복수의 평행한 제1 전극들(6a)을 갖는다는 것이다. 이 예에서, 각 전극(6)은 약 5 ㎛의 폭을 갖는다. 암 상태(도 12a 및 13a)에서 안료 입자들(5)은 제2 전극(6b)에 의해 경계가 정해진 전체 영역에 걸쳐 확산된다.

도 14a는 암 상태(도 12a 및 13a)의 현미경 사진이고 도 14b는 명 상태(도 12b 및 13b)의 현미경 사진이다. 안료 입자들(5)의 이동은 제1(상부) 기판(2)과 제2(하부) 기판(3)의 사이이고, 셀 간격(cell gap)은 약 10 ㎛이다. 보다 작은 셀 간격들은 요구되는 진폭 및 펄스 길이를 감소시킬 수 있다.

입자 이동성(μ)은 다음과 같이 산출될 수 있다:

μ = d²/tU

d = 20 ㎛ = 2×10^-3 cm

t = 30 - 50 ms

U = 80 V

μ ~ 1-1.6 10^-6 cm²/s V.

이 실험적인 디스플레이는 최적화되지 않았지만 4에 가까운 명암비를 달성하였다.

도 15는 10 ㎛ 폭 전극들 및 20 ㎛의 간격을 갖는 도 11-13의 장치에 대한 인가 전압 대비 명암비(contrast ratio)를 나타낸다. 전기영동 매체는 MLC-6681 LC 및 R700 (TiO₂) 안료 입자들을 포함하였다. 디스플레이는 단극 펄스들(unipolar pulses) 30 및 50 ms/80 V: 30 ms 오프 상태, 50 ms 온 상태로 구동되었다. 곡선은 수동 매트릭스 어드레싱의 가능성을 나타내는, 아주 양호한 역치 특성들을 나타낸다.

도 16에 나타내어진 실시예에서는, 제1(Y) 전극들(6a)로서 미세 금속 라인들 및 제2(6b) 전극들로서 사각형 전극들을 정의하는 미세 금속 라인들의 조합이 이용된다. 디스플레이는 매트릭스 어드레싱 가능하고, 각 픽셀(8)은 X 전극의 사각형 부분에 의해 둘러싸이고 라인 Y 전극에 의해 겹쳐지는 영역에 의해 정의된다. 적당한 역치 전압이 X 전극과 Y 전극 사이에 인가될 때, 픽셀(8)은 온 상태 또는 오프 상태로 쌍안정으로 스위칭되고 정반대 극성의 적당한 펄스에 의해 다른 상태로 구동될 때까지 그 상태에 머무를 것이다. 전극들(6)은 디스플레이의 시계의 30%보다 적게 차지하고 실질적으로 나머지 시계를 온 상태와 오프 상태 사이에서 스위칭할 수 있다. 금속 전극들(6)은 매우 미세할 수 있고; 그것들은 바람직하게는 디스플레이의 시계의 20%보다 적게, 특히 1-20%를 차지한다.

도 17의 장치는 도 3의 장치와 유사한 면내 전극들을 이용하지만, 제3 기판(7), 및 제2 기판(3)의 다른 표면 상의 추가적인 전극들(6c, 6d)을 포함한다. 전극들은 제2 기판에 제한되지 않고 제1 및 제3 기판들 상에 위치할 수도 있다. 전기영동 매체의 2개의 층들(4a, 4b)을 제공함으로써, 주어진 픽셀에 대하여 4개의 상이한 컬러들 또는 광학 상태들 중 임의의 것이 선택될 수 있다. 제1 전기영동 매체(4a)는 정반대 전하의 분산된 안료 입자들(5a, 5b)을 갖고, 제2 전기영동 매체(4b)는 서로 정반대 전하의 상이한 분산된 안료 입자들(5c, 5d)을 갖는다.

제1 디스플레이 층에서의 자홍색(magenta) 및 청록색(cyan) 투명한 안료 입자들, 및 제2 적층된 층에서의 황색 및 흑색 안료들의 이용은 풀 컬러 디스플레이의 실현을 허용한다. 풀 컬러 디스플레이는 단일 CMY 투명한 컬러 안료 입자들을 갖는 층들의 적층에 의해 구축될 수도 있다. 예증의 목적으로 여기에서 구체적으로 설명된 CM/YK 조합에 더하여 2개의 층들에서 CMYK의 다른 조합들이 이용될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 추가의 예는 제1 층에서의 흑색/자홍색(KM) 및 제2 층에서의 청록색/황색(CY)의 조합이다.

실험들에서 우리는, MLC6681, MLC6436-000, MLC6650, MLC6204-000, MLC6639, E7, ZLI4788-000, MDA-03-4518, ZLI4792(Merck 출시)를 포함하는 광범위의 액정들을 이용하였다. 불투명한 안료들로서 우리는 백색 TiO₂ 안료들 R700, R900(Dupont), WP10S, 적색 RP10S, 황색 YP10S 및 흑색 BP10S를 이용하였다. 우리는 투명한 안료들 청색 Hostaperm 안료 Blue B2G-D, 자홍색 Hostaperm 안료 Pink E02, 황색 Novoperm 안료 Yellow 4G(Clariant 출시)를 이용하였다. 셀들은 지정된 금속 전극들을 갖는 플라스틱 및 유리 기판들을 이용하여 조립된다.

우리는 '전자 종이' 응용들뿐만 아니라 풀 컬러 수동 매트릭스 어드레싱되는 디스플레이들에 대한 잠재력을 제공하는, 본 발명에 따른 장치들에서 쌍안정성 및 전압 역치 스위칭을 관찰하였다.

관사 'a' 및 'an'은 여기에서 문맥이 다르게 요구하지 않는다면 '적어도 하나'(at least one)를 나타내기 위해 이용된다.

Claims (25)

1. 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치(multi-stable electrophoretic display device)로서,
   복수의 픽셀들을 구비하고,
   제1 기판 및 제2 기판 ― 상기 기판들은 서로 떨어져 있고 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들이 분산되어 있는 액정 재료를 포함하는 전기영동 매체(electrophoretic medium)의 층을 에워쌈 ―; 및
   픽셀들의 형성을 위한 것이며, 상기 픽셀 영역 내의 상기 전기영동 매체의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하는 전극 라인들
   을 포함하고;
   상기 전극 라인들은 상기 디스플레이 픽셀들의 전체 시계(entire field of view)보다 실질적으로 적게 차지하고, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자에 부딪치지 않는 제1 광학 상태와, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자들에 부딪치는 제2 광학 상태 사이의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 상기 제1 기판 상에 제공된 적어도 2개의 전극 라인들을 포함하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 상기 제1 기판 상에 제공된 제1 및 제2 교차 배치된 전극들(interdigitated electrodes)을 포함하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 액정 재료는 그 안에 2가지 상이한 유형의 안료 입자들이 분산되어 있고, 그 중 하나의 유형은 양의 전하를 획득하고 그 중 다른 유형은 음의 전하를 획득하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 금속으로 만들어지는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 제2 기판으로부터 떨어져 있는 제3 기판, 및 상기 제2 기판과 상기 제3 기판 사이에 에워싸인 제2 전기영동 매체의 층; 및 상기 제2 전기영동 매체의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하기 위한 전극들을 더 포함하고; 상기 제2 전기영동 매체는 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들이 분산되어 있는 액정 재료를 포함하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 층들 중 하나의 층 내의 상기 안료 입자들은 다른 층 내의 상기 안료 입자들과 조성이 상이한 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 층들 각각은 그 안에 2가지 상이한 유형의 안료 입자들이 분산되어 있고, 그 중 하나의 유형은 양의 전하를 획득하고 그 중 다른 유형은 음의 전하를 획득하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 상기 제1 기판 상의 가늘고 긴 제1 와이어 및 상기 제2 기판 상의 대향된(opposed) 제2 와이어를 포함하고, 상기 제2 와이어는 그의 형상이 상기 제1 와이어의 대향된 부분보다 실질적으로 더 큰 면적을 차지하는 2차원 형상의 윤곽을 정의하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 제2 와이어는 실질적으로 직사각형 형상의 윤곽을 정의하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 약 10 ㎛ 이하의 폭을 갖는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 약 1 ㎛ 내지 약 6 ㎛의 범위의 폭을 갖는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 약 3 ㎛ 내지 약 5 ㎛의 범위의 폭을 갖는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 장치가 상기 제1 광학 상태에 있을 때, 상기 제1 기판을 통하여 투과되는 대부분의 광이 상기 제2 기판에 부딪치는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 안료 입자들은 광을 반사시키거나 산란시키고, 상기 전기영동 매체는 용해된 염료를 더 포함하고, 상기 장치가 상기 제1 광학 상태에 있을 때 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 상기 염료에 의해 흡수되는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 안료 입자들은 지정된 파장대(waveband) 내의 광을 선택적으로 흡수하고 상기 지정된 파장대 밖의 광을 실질적으로 투과시키는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
17. 제1항에 있어서, 상기 전극 라인들은 상기 안료 입자들이 상기 장치가 상기 제1 광학 상태에 있을 때보다는 상기 픽셀 영역을 더 많이 차지하지만, 상기 안료 입자들이 상기 장치가 상기 제2 광학 상태에 있을 때보다는 상기 픽셀 영역을 더 적게 차지하여, 각 픽셀에 그레이스케일 능력(grayscale capability)을 제공하는, 적어도 하나의 중간 광학 상태로의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
18. 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치로서,
    제1 기판 및 제2 기판 ― 상기 기판들은 서로 떨어져 있고 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들이 분산되어 있는 액정 재료를 포함하는 전기영동 매체의 층을 에워쌈 ―; 및
    상기 전기영동 매체의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하기 위한 상기 제1 기판의 내부 표면 상의 면내 금속 전극들(in-plane metallic electrodes)을 포함하고;
    상기 전극들은 상기 디스플레이의 전체 시계보다 실질적으로 적게 차지하고, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자에 부딪치지 않는 제1 광학 상태와, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자들에 부딪치는 제2 광학 상태 사이의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 전극들은 상기 제1 기판 상에 제공된 제1 및 제2 교차 배치된 금속 전극들을 포함하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 전극들은 상기 디스플레이의 시계의 30%보다 적게 차지하고, 상기 전극들이 차지하지 않는 실질적으로 나머지 시계를 상기 제1 광학 상태와 상기 제2 광학 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
21. 제18항에 있어서, 상기 전극들은 상기 디스플레이의 시계의 1-20%를 차지하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
22. 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치로서,
    제1 기판 및 제2 기판 ― 상기 기판들은 서로 떨어져 있고 그 안에 미세하게 분할된 안료 입자들이 분산되어 있는 액정 재료를 포함하는 전기영동 매체의 층을 에워쌈 ―; 및
    상기 전기영동 매체의 적어도 일부를 가로질러 전계를 인가하기 위한 전극들을 포함하고;
    상기 전극들은 상기 제1 기판의 내부 표면 상의 가늘고 긴 제1 미세 금속 와이어 및 상기 제2 기판의 내부 표면 상의 대향된 제2 미세 금속 와이어를 포함하고, 상기 제2 와이어는 상기 적어도 하나의 제1 와이어의 대향된 부분보다 실질적으로 더 큰 면적을 차지하는 2차원 형상의 윤곽을 정의하고;
    상기 전극들은 상기 디스플레이의 전체 시계보다 실질적으로 적게 차지하고, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자에 부딪치지 않는 제1 광학 상태와, 픽셀에 입사하는 대부분의 광이 안료 입자들에 부딪치는 제2 광학 상태 사이의 스위칭을 달성하기 위해 이용될 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
23. 제22항에 있어서, 상기 제2 와이어는 실질적으로 직사각형 형상의 윤곽을 정의하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
24. 제22항에 있어서, 상기 전극들은 상기 디스플레이의 시계의 30%보다 적게 차지하고, 상기 전극들이 차지하지 않는 실질적으로 나머지 시계를 상기 제1 광학 상태와 상기 제2 광학 상태 사이에서 스위칭할 수 있는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.
25. 제24항에 있어서, 상기 전극들은 상기 디스플레이의 시계의 1-20%를 차지하는 다중 안정 전기영동 디스플레이 장치.

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