DE2737682A1 - Elektrophoretische wiedergabevorrichtung mit vergrabenen zufuhrleitungen - Google Patents

Elektrophoretische wiedergabevorrichtung mit vergrabenen zufuhrleitungen

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DE2737682A1
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Description

PHA 20. ZWAN/CB
North American Philips Corp. ^
Elektrophoretische Vledergabevorrlchtung mit vergrabenen Zufuhrleitungen.
Die Erfindung bezieht sich auf
eine verbesserte elektrophoretische Bildwiedergabeseile oder nEPID"-Zelle, die aus mehreren Segmenten besteht. "EPID"-Zellen sind aus dem Stand der Technik bekannt und z.B. von Ota, in der US-PS 3.792,308 und von 0"Ca et al in "Proceedings of the I.R.E.E.", Band 61, Nr. 7, Juli 1°73iS. 832-836 beschrieben.
Eine WEPID"-Zelle vom nach der
Erfindung angewandten Typ enthält geladene Farbstoffteilchen, die Licht reflektieren und in einer dunkelgefärbten Flüssigkeit suspendiert sind, die zwischen einer transparenten Vorderelektrode, einer aus Segmenten aufgebauten Hinterelektrode und einer
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ORIGINAL INSPECTED
PHA 20.7^8 30.6.1977
Feld- oder Hintergrundelektrode angebracht ist.
Dadurch, dass ein Gleichstromfeld Aber der Suspension angelegt wird, werden die Teilchen zu einer oder der anderen Elektrode bewegt, je nach der Polarität der geladenen Teilchen.
Venn z.B. an den Stellen der negativ geladenen Farbstoffe die transparente Vorderelektrode an Erdpotential liegt, die Feldelektrode positiv ist, die selektierten Segmentelektroden negativ und die nichtselektierten Segmentelektroden negativ sind, werden die Teilchen an den Stellen der selektierten Segmentelektroden zu der transparenten Vorderelektrode abgestossen, während die anderen Teilchen an den Stellen der positiv geladenen Feld- und nikhtselektierten Segmentelektroden von diesen Elektroden angezogen werden. Der Beobachter, der durch die transparente Elektrode hindurch-» schaut, sieht die Form der selektierten Segmentelektroden infolge der niedergeschlagenen Schicht lichtreflektierender Teilchen auf einem dunkelen Hintergrund, weil die dunkele Suspensionsflüssigkeit den von der Feldelektrode und den nichtselektierten Segmentelektroden angezogenen Farbstoff dem Auge entzieht. Durch Umschaltung der Blarität, so
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->· PHA 20.7^8
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dass die selektierten Elektrodensegmente positiv und die Feld- und nichtselektierten Segmentelektroden negativ sind, wird die Lage des Farbstoffes umgekehrt, so dass der Beobachter nun das selektierte Elektrodensegment als ein dunkles Bild auf einem hellen Hintergrund sieht.
Ein Problem bei diesen "EPID"-
Vorrichtungen ergibt sich daraus, dass die Zufuhrleitungen, die Strom von der Quelle zu den Elektrodensegmenten führen, selber als Elektroden wirken und die Neigung haben, den geladenen Farbstoff anzuziehen oder abzustossen, so dass diese Leitungen für den Beobachter sichtbar werden und somit das gewünschte Bild beeinträchtigen.
Um diese Zufuhrleitungen dem Auge zu entziehen, sind ausgeschnittene Masken zwischen dem Beobachter und der Wiedergabevorrichtung angeordnet oder ist der den Zufuhrleitungen zugekehrte Teil der transparenten Elektrode mit einer undurchsichtigen Farbe überzogen.
Diese Verfahren haben sich nicht
bewährt, weil die Schwierigkeit, den Farbton der Maske oder der Farbe dem Farbton der Suspensionsflüssigkeit anzupassen, das Aussehen der "EPID"- Zelle oft ungünstig beeinflusst, insbesondere wenn
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PHA 20.7*18 30 Λ 1977
diese Zelle in einem Gebrauchsgegenstand, z.B. -einer Uhr, verwendet wird.
Ein anderes Problem besteht darin,
dass die Verwendung von Masken oder undurchsichtigen Farben bei jenen "EPID"-Zellen nicht möglich ist, bei denen es erwünscht ist, die Schattierungen des Hintergrundes und der Segmentelektroden dadurch umzukehren, dass ihre Polaritäten umgekehrt werden.
Die Erfindung bezweckt, ein
verbessertes System zu schaffen, bei dem eine unerwünschte durch die Zufuhrleitungen herbeigeführte Umschaltung vermieden wird und auf diese Weise die Zufuhrleitungen in "EPID"-Zellen dem Auge des Beobachters entzogen werden.
Die Erfindung bezweckt weiterhin,
ein Verfahren zu schaffen, bei dem die Zufuhrleitungen in einer "EPID"-Zelle dem Auge entzogen werden, unabhängig von Änderungen in Schattierung zwischen den Segmentelektroden und dem Hinter grund.
Nach der Erfindung sind die
Zufuhrleitungen von der Feldelektrode und den Segmentelektroden durch eine elektrisch isolierende Schicht getrennt, durch die sich leitende
Kanäle oder Verbindungen("Vias") erstrecken, die
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die Zufuhrleitungen mit den Feld- oder Segmentelektroden verbinden.
Auf der WEPID"-Zelle nach der
Erfindung ist die Oberfläche der Isolierschicht mit den Feld- und Segmentelektroden bedeckt, die mit der Suspension in Kontakt stehe\ während die Zufuhrleitungen von der Suspension durch die Elektroden- und Isolierschichten getrennt sind. Durch diese Konstruktion wird vermieden, dass ein elektrisches Ffeld zwischen den Zufuhrleitungen und der transparenten Elektrode entwickelt wird.
Es wird also kein Farbstoff von den
Zufuhrleitungen zu der Transparenten Elektrode abgestossen oder angezogen und die Zufuhrleitungen werden effektiv dem Auge des Beobachters entzogen.
Venn weiter die Polarität der
Segment- und Feldelektroden umgekehrt und auch die Schattierung der selektierten Segmentelektroden und der nichtselektierten Segment- und Hintergrundelektroden umgekehrt wird, sind die Zufuhrleitungen für den Beobachter noch immer nicht sichtbar, weil mittels der Isolierschichten vermieden wird, dass die Zufuhrleitungen eine Umschaltung herbeiführen.
Ein Beispiel einer anwendbaren Isolierschicht ist eine entwickelte Photoresistechicht, deren eine Oberfläche mit den Zufuhr-
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leitungen in Kontakt ist und auf deren gegenüberliegender Oberfläche die Feldelektrode und die Segmentelektroden niedergeschlagen sind, die elektrisch mit den Zufuhrleitungen über elektrisch leitende sich durch die Isolierschicht erstreckende Kanäle oder Verbindungen verbunden sind.
Die Isolierschicht ist nicht auf
eine Photoresistschicht beschränkt, sondern kann aus beliebigen verfügbarenlsoliermaterialien, z.B. SiO, MgO oder einem polymeren Film, z.B. Teflon, Polyätylen, Polystyrol, Polystyrol, Polypropylen oder Polycarbonat, gewählt werden.
Ein anderer Aspekt der Erfindung liegt in dem neuen Verfahren zur Bildung der Zufuhrleitunge) der Feldelektrode und der Segmentelektroden. ~
Nach diesem Aspekt der Erfindung wird ein elektrisch leitender Überzug, z.B. aus Indiumoxid oder Zinnoxid, auf einem elektrisch nichtleitenden Substrat, z.B. aus Glas, selektiv zur Bildung der Zufuhrleitungen geätzt. Die Zufuhrleitungen werden dann mit einer photoempfindlichen Schicht, wie Shipley AZ 1350 J, überzogen. Diese photoempfindliche Schicht wird anschliessend selektiv mit Hilfe einer Photomaske belichtet und danach
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vird der erhaltene belichtete Photoresist entwickelt, wobei die belichteten Kanäle oder Verbindungen mit den Zufuhrleitungen übrigbleiben. Eine dünne Schicht aus elektrisch leitendem Metall, wie Aluminium oder Chrom, wird auf dem Photoresist, z.B. durch Aufdampfen oder stromlose Ablagerung, niedergeschlagen, oder es wird ein elektrisch leitendes Metalloxid, wie Zinn- oder Indiumoxid, durch Zerstäubung oder stromlose Ablagerung angebracht, derart, dass die Wände der Verbindungen oder Kanäle völlig mit Metall überzogen sind und dadurch elektrische Wege zwischen der Metallschicht und den Zufuhrleitungen bilden. Dann wird auf der Metallschicht eine zweite photoempfindliche Schicht niedergeschlagen, nach einer gewünschten Konfiguration und Anordnung der Segment- und Feldelektroden belichtet und dann entwickelt. Die belichteten Teile der Metallschicht werden dann durch Ätzen entfernt, wonach der erhaltene zweite Photoresist entfernt wird, wobei die Segmentelektroden und Hintergrundoder Feldelektroden, die sich auf der ersten Photoresistschicht befinden, übrigbleiben; auser Ober die Verbindungen sind diese Elektroden gegen die Zufuhrleitungen durch diese Photoresistschicht isoliert.
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Die Erfindung wird nunmehr
beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. E.s zeigen :
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Substrat, auf dem Elektrodensegmente, eine Feldelektrode und Zufuhrleitungen angebracht sind, zur Anwendung in der elektrophoretischen Wiedergabevorr-chtung nach der Erfindung, und
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine elektrophoretische Wiedergabevorrichtung nach der Erfindung längs der Linie A-A in Fig. 1.
In Fig. 2 der Zeichnung ist die
Konstruktion einer numerischen Wiedergabevorrichtung nach der Erfindung wie folgt : Ein Glassubstrat 1 (etwa 2x3")» das auf einer Oberfläche mit einer dünnen transparenten Indiumoxidschicht überzogen ist (z.B. Neastron glass, hergestellt von Pittsburgh Plate Glass Company), wird gereinigt und <üe Indiumaxdschicht wird mit einer photoempfindliehen Schicht aus Shipley AZ 1350 J auf einem ♦•Spin coater" bei 2500 Umdrehungen/min überzogen und während 6 Minuten bei ^50C vorgeheizt. Unter Vewendung einer geeignetenMaske für die Zufuhrleitungen wird die photoempfindliche Schicht mit ultraviolettem Licht während etwa 3 Minuten belichtet.
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Nach der Belichtung wird der
erhaltene Photoresist während 20 Sekunden in einem Shipley-Entwickler entwickelt, mit Wasser gespült und während 1,5 Stunden bei 120°C geheizt.
Der belcihtete Teil der Indiumoxidschicht wird anschliessend in Salzsäure während 1,5 Minuten bei k5°C geätzt und danach mit Wasser gespült, Dann wird ein Fülloch in eine Ecke des Glassubstrats 1 gebohrt, wobei ein Bohrer mit einem Diamantkern verwendet wird. Der Photoresist wird anschliessend entfernt, wonach das mit Indiumoxidzufuhrleitungen 2 bedeckte Glassubstrat 1 übrigbleibt.
über die Zufuhrleitungen 2 und das Substrat 1 wird eine photoempfindliche Schicht aus Shipley AZ 1350 J angebracht und während 6 Minuten bei 45°C vorgeheizt. Die erhaltene Photoresistschicht 3 wird dann mit ultraviolettem Licht während 3 Minuten unter Verwendung der geeigneten Masken für die Verbindungen beliditet, dann mit einem Shipley-Entwickler entwickelt und anschliessend mit destilliertem Wasser gespült, wobei die Verbindungen oder Kanäle h, die über den Photoresist 3 zu den Zufuhrleitungen 2 führen, gebildet werden. Das Substrat 1 wird dann während
einer Stunde bei 120°C geheizt.
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Auf dem Photoresist 3 wird eine
ο Aluminiumschicht mit einer Dicke von etwa 1000 A flurcH Aufdampfen angebracht. Die erhaltene Aluminiumschicht wird mit einer photοempfindlichen Schicht aus Shipley AZ 1350 J "!überzogen, während 6 Minuten bei k5°C vorgeheizt und mit ultraviolettem Licht während etwa 3 Minuten unter Verwendung der geeigneten Masken für die numerischen Segmentelektroden belichtet.
Der erhaltene Photoresist wird in einem Shipley-Entwickler entwickelt und mit destilliertem Wasser gespült.
Die belichteten Teile der Aluminiumschicht werden in 16 Teilen Phosphorsäure, - Teilen Salpetersäure, 2 Teilen Essigsäure und 1 Teil H2O geätzt, mit HgO gespült und mit Stickstoff trockengeblasen. Der verbleibende Teil des Photoresists wird mit ultraviolettem Licht belichtet und d^nn entwickelt, wonach die numerischen Segmentelektroden 5 und die Feldelektrode 6 übrigbleiben, die aus der Aiüminiumschicht gebildet sind. Das Substrat wird danach mit destilliertem Wasser gespült und mit Stickstoff trockengeblasen.
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Eine Injektionsnadel wird bis
zu dem Fülloch in dem Substrat 1 mit Epoxy abgedichtet. Das Substrat 1 wird dann mit der Vorderelektrode verbunden, die aus einer Indiumoxidschicht auf einem Glassubstrat 8 (2 - λ/k " χ 3 ") besteht und von dem Glassubstrat 1 durch Teflonstreifen von 2 mm getrennt ist. Das Substrat 1 wird anschliessend an vier Stellen über den Umfang der Vorrichtung mit der Vordertlektrode verbunden. Das Epoxy wird dann ausgehärtet; die Teflonstreifen werden entfernt und der verbleibende Teil des Umfangs zwischen dem Substrat 1 und der Vorderelektrode 7 wird mit Epoxy 9 abgedichtet. "Die erhaltene Zelle wird mittels der Injektionsnadel mit elektrophoretischer Suspension 10 gefüllt, die aus 15 cm3 eines 7 : 3-Gemisches von Perchloräthylen : Xylol, dessen spezifisches Gewicht auf 1,41 eingestellt ist, 420 g Diarylid-Gelb-Farbstoff, k0 mg Sudan-Rot-4BA-Farbstoff und 210 mg FC 170 fluoriertes Alkylpolyoxyathylenathanol (1 #) oder FC 430 fluorierte Alkylester (1 Gew.$) besteht, das von 3M als ein Auflademittel vertrieben wird, mit dessen Hilfe eine negative Ladung auf den Farbstoff übertragen wird; die Nadel wird dann abgeschnitten und mit Epoxy abgedichtet.
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Durch das Anlegen einer Gleichspannung von -50 V an die Segmentelektrode 11 in Fig. 1 und einer Gleichspannung von +50 V an die verbleibenden Segment- und Feldelektroden in bezug auf die transparente Vorderelektrode 7 wird der negativ geladene Farbstoff an der Stelle der negativ geladenen Segmentelektrode 11 zu der positiveren transparenten Vorderelektrode 7 angezogen, wä hrend der negativ geladene Farbstoff an den Stellen der positiv geladenen verbleibenden Segment- und Feldelektroden zu diesen Elektroden angezogen wird. Dadurch wird eine hellgelbe Wiedergabe in Form der Segmentelektrode 11 auf einem undurchsichtigen roten Hintergrund erhalten, während keine Teile der Zufuhrleitungen 2 im wiedergegebenen Bild sichtbar sind. Bei Umkehr der Polaritäten durch das Umlegen des Schalters 12, so dass die Segmentelektrode 11 an +50 V und die verbleibenden Segment- und Feldelektroden an -50 V gegenüber der transparenten Vorderelektrode liegen, wird der Farbstoff an der Stelle der Segmentelektrode 11 zu der nun positiven Elektrode und der Farbstoff an den Stellen der verbleibenden Segment- und Feldelektroden zu der nun positiveren Vorderelektrode angezogen, wobei die
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Segmentelektrode 11 als undurchsichtig rot auf einem hellgelben Hintergrund wiedergegeben wird, während keine Teile der Zufuhrleitungen 2 im wiedergegebenen Bild sichtbar sind.
Ein Beispiel der Anwendung des
Schattierungsumkehrverfahrens ist die Wirkung einer digitalen Uhr, bei der "EPID1! Zellen für die Wiedergabe verwendet werden. Eine Vierziffernuhr ist hergestellt, in der die Schattierungsumkehr ■tO einmal pro Sekunde durchgeführt wird, wodurch eine "Sekunden"-Anzeige für die Uhr erhalten wird.
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Claims (6)

PHA 20. 30.6.1977 PATENTANSPRÜECHE :
1. ) Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass sie enthalt : eine elektrophoretische Suspension, die aus einer undurchsichtigen isolierenden Flüssigkeit mit Farbstoffteilchen einer zu der Farbe der genannten Flüssigkeit kontrastierenden Farbe besteht, die im allgemeinen nur eine einzige Polarität aufweisen; eine erste transparente Elektrode ;
mindestens eine segmentierte Elektrode und eine Feldelektrode mit einer Oberfläche, die der Hauptoberfläche der genannten ersten transparenten Elektrode gegeniter liegt und von dieser durch mindestens ein dünnes isolierendes Glied getrennt ist; eine Isolierschicht, die in Kontakt mit der Oberfläche der genannten Segment- und Feldelektroden steht und mit elektrisch leitenden Kanälen versehen ist, die elektrisch leitende Durchführungen für die genannten Segment- und Feldelektroden bilden und sich durch die genannte Isolierschicht erstrecken ;
Spannungszuführungsmittel zum Anlegen eines umkehrbaren elektrischen Feldes zwischen der genann- ten ersten transparenten Elektrode und der genannten segment!erten Elektrode;
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elektrische Zufuhrleitungen, die sich auf der Oberfläche der genannten Isolierschicht befinden und von den genannten Segment- und Feldelektroden abgekehrt und elektrisch mit denselben über die genannten elektrisch leitenden Kanäle verbunden sind, und elektrisch leitende Mittel, die die genannten Zufuhrleitungen elektrisch mit den genannten Spannungszuführungsmitteln verbinden.
2. Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus einem anorganischen dielektrischen Material besteht.
3· Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste transparente Elektrode aus einem dünnen Überzug eines transparenten elektrisch leitenden Materials auf der Oberfläche eines transparenten elektrisch isolierenden Substrats besteht.
4. Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Segment- und Feldelektroden aus einem Metall bestehen.
5· Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung nach Anspruch ht dadurch
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gekennzeichnet, dass die Segment- und Feldelektroden sich über die genannten elektrisch leitenden Kanäle erstrecken und die elektrisch leitenden Wege über die genannten Kanäle bilden.
6. Elektrophoretische visuelle
Wiedergabevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolierschicht aus einem polymeren Material besteht.
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DE19772737682 1976-09-01 1977-08-20 Elektrophoretische wiedergabevorrichtung mit vergrabenen zufuhrleitungen Withdrawn DE2737682A1 (de)

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