DE69824746T2 - Elektrophoretische anzeigevorrichtungen und materialien - Google Patents

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D. Jonathan ALBERT
Barrett Comiskey
M. Joseph JACOBSON
Libing Zhang
Andrew Loxley
Robert Feeney
Paul Drzaic
Ian Morrison
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft gekapselte elektrophoretische Anzeigen und Materialien, die bei der Herstellung solcher Anzeigen verwendbar sind.
  • Elektrophoretische Anzeigen waren über eine Anzahl von Jahren der Gegenstand intensiver Forschung und Entwicklung. Elektrophoretische Anzeigen haben, verglichen mit Flüssigkristallanzeigen, die Eigenschaften einer guten Helligkeit und eines guten Kontrasts, weiter Betrachtungswinkel, einer Zustandsstabilität und eines niedrigen Leistungsverbrauchs. Dennoch haben Probleme hinsichtlich der Langzeit-Bildqualität dieser Anzeigen bisher ihre weitverbreitete Verwendung verhindert.
  • Die vorliegende Erfindung gekapselter elektrophoretischer Anzeigen löst viele dieser Probleme und bietet, verglichen mit Flüssigkristallanzeigen, zusätzliche Vorteile. Einige zusätzliche Vorteile sind die Möglichkeit, das Anzeigematerial auf eine große Vielfalt flexibler und starrer Materialien ausdrucken oder aufbringen zu können. Die Probleme hinsichtlich einer Klumpenbildung und eines Absetzens, die elektrophoretische Anzeigen aus dem Stand der Technik beeinträchtigt haben und zu unzureichenden Lebensdauern für die Anzeigen geführt haben, sind nun überwunden.
  • Der Zweck dieser Offenbarung besteht darin, elektrophoretische Anzeigen, insbesondere gekapselte elektrophoretische Anzeigen und Materialklassen sowie einige spe zifische Materialien, die bei ihrer Herstellung nützlich sein sollten, zu beschreiben.
  • Die erfolgreiche Herstellung einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige erfordert die richtige Wechselwirkung mehrerer verschiedener Materialtypen und Prozesse. Materialien, wie ein polymerisches Bindemittel, eine Kapselmembran und die elektrophoretischen Teilchen und das elektrophoretische Fluid, müssen alle chemisch verträglich sein. Die Kapselmembranen können nützliche Oberflächenwechselwirkungen mit den elektrophoretischen Teilchen bilden oder als eine inerte physikalische Grenze zwischen dem Fluid und dem Bindemittel wirken. Polymerbindemittel können als Klebstoffe zwischen Kapselmembranen und Elektrodenoberflächen wirken.
  • In manchen Fällen ist ein getrennter Kapselungsschritt des Prozesses nicht erforderlich. Das elektrophoretische Fluid kann direkt in das Bindemittel (oder eine Vorstufe des Bindemittels) dispergiert oder emulgiert werden, um eine sogenannte "polymerdispergierte elektrophoretische Anzeige" zu bilden. Bei solchen Anzeigen können die einzelnen elektrophoretischen Phasen als Kapseln oder Mikrokapseln bezeichnet werden, wenngleich keine Kapselmembran vorhanden ist. Diese polymerdispergierten elektrophoretischen Anzeigen werden als Untergruppen gekapselter elektrophoretischer Anzeigen angesehen.
  • Bei einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige umgibt das Bindemittel die Kapseln und trennt die beiden Begrenzungselektroden. Dieses Bindemittel muss mit der Kapsel und den Begrenzungselektroden verträglich sein und Eigenschaften aufweisen, die ein leichtes Drucken oder Beschichten ermöglichen. Es kann auch Begrenzungseigenschaften für Wasser, Sauerstoff, Ultraviolettlicht, das elektrophoretische Fluid oder andere Materialien besitzen. Überdies kann es oberflächenaktive Mittel und Vernetzungsmittel enthalten, die beim Beschichten oder beim Erzielen von Haltbarkeit helfen könnten. Die polymerdispergierte elektrophoretische Anzeige kann vom Emulsions- oder Phasentrennungstyp sein.
  • Die vorliegende Erfindung sieht gekapselte elektrophoretische Anzeigen vor.
  • Bei elektrophoretischen Anzeigen werden zumindest einige der Teilchen durch das Anlegen elektrischer Felder bewegt oder gedreht. Das elektrische Feld kann ein Wechselfeld oder ein Gleichfeld sein. Das elektrische Feld kann durch wenigstens ein Paar neben einem die Teilchen enthaltenden Bindemittel angeordneter Elektroden erzeugt werden. Die Teilchen können beispielsweise absorbierende Pigmente, streuende Pigmente oder Lumineszenzteilchen sein. Die Teilchen können auch aus einer Kombination von Farbstoffen, Pigmenten und Polymeren bestehen.
  • Diese Anzeigen können beispielsweise auch einen Teilchentyp, der Licht rückreflektiert oder im wesentlichen rückreflektiert, und einen anderen Typ, der Licht absorbiert, aufweisen. Das Anlegen eines elektrischen Felds kann bewirken, dass die Teilchen in einer gekapselten Anzeige so orientiert werden, dass die Kapsel Licht rückreflektiert oder im wesentlichen rückreflektiert. Das Anlegen eines anderen elektrischen Felds kann bewirken, dass die Teilchen so orientiert werden, dass die Kapsel Licht absorbiert oder nicht rückreflektiert. Eine Anzeige kann auch ein reflektierendes Substrat aufweisen, so dass die Orientierung eines Teil chentyps in einem bestimmten Muster bewirkt, dass Licht durch die Kapsel zum Substrat läuft, das Licht reflektiert. Die Orientierung eines zweiten Teilchentyps in einem bestimmten Muster bewirkt, dass die Kapsel Licht absorbiert oder andernfalls nicht reflektiert. Typen rückreflektierender und reflektierender Materialien, die bei der Herstellung eines rückreflektierenden bzw. reflektierenden Substrats verwendet werden können, umfassen Glaskugeln und beugende, reflektierende Schichten.
  • Ein weiterer Anzeigetyp weist Teilchen unterschiedlicher Farben auf. Eine solche Anzeige weist wenigstens zwei und vorzugsweise wenigstens drei verschiedene Teilchenarten auf, wobei jeder Teilchentyp eine andere elektrophoretische Beweglichkeit aufweist. Die verschiedenen elektrophoretischen Beweglichkeiten geben den Teilchen im wesentlichen nicht überlappende elektrophoretische Beweglichkeiten, so dass das Anlegen verschiedener elektrischer Felder bewirkt, dass verschiedene Untergruppen der gefärbten Teilchen an der Oberfläche der Kapsel betrachtet werden.
  • Ein weiterer Anzeigetyp weist Lumineszenzteilchen und ein sichtbares Licht blockierendes Medium, das lichtabsorbierende Teilchen oder Farbstoffe enthalten kann, auf. Das Anlegen verschiedener elektrischer Felder kann bewirken, dass die Teilchen auf der Vorderseite (die Augen sehen ein helles Pixel) oder auf der Rückseite (das Fluid absorbiert Strahlung) der Kapsel selektiv oder gleichmäßig lumineszieren. Das Anlegen verschiedener elektrischer Felder kann bewirken, dass entweder die Lumineszenzteilchen oder die Licht blockierenden Teilchen zu der Kapseloberfläche aufsteigen, was entweder zu einem hellen oder zu einem dunklen Aussehen der Kapsel führt.
  • Bei einem weiteren Typ einer elektrophoretischen Anzeige können die Teilchen selbst gekapselte Pigmente, Farbstoffe, Pigmentdispersionen, Farbstofflösungen oder eine Kombination von beliebigen von diesen sein. Diese Teilchen werden in einem Suspensionsfluid dispergiert und dann in einem Bindemittel in Kapseln gekapselt. Die Teilchen können innerhalb eines Suspensionsfluids dispergiert werden und jeweils mehrere feste Teilchen oder einen Farbstoff oder beide enthalten. Das Suspensionsfluid kann ein einziges Fluid oder eine Mischung von zwei oder mehr Fluiden sein. Gemäß einer Ausführungsform können die Teilchen einen Durchmesser zwischen etwa 10 nm und etwa 5 μm haben, während die Kapseln einen Durchmesser zwischen etwa 5 μm und etwa 200 μm haben können. Bei einer weiteren Ausführungsform können die Teilchen eine flexible Außenfläche aufweisen oder aus einer Polymerschicht bestehen, die einen Farbstoff oder eine Farbstofflösung umgibt.
  • Der Vorteil dieses Systems besteht darin, dass bekannte Emulgier- oder Kapselungstechniken verwendet werden können, um verbesserte Teilchen bei einer besseren Steuerung der Absorptionsfähigkeit, der optischen Eigenschaften, der Ladung, der Beweglichkeit, der Form, der Größe, der Dichte, der chemischen Eigenschaften der Oberfläche, der Stabilität und der Bearbeitbarkeit herzustellen. Es gibt eine große Anzahl von Farbstoffen und/oder Teilchen und Flüssigkeiten aller Polaritäten, die verwendet werden können, um ein hohes Maß an Kontrolle über die optischen Eigenschaften des Systems zu erlangen. Es ist möglich, Teilchen zu erzeugen, die Farbstoffe und/oder Teilchen enthaltende Kapseln sind, um Eigenschaften zu erhalten, die sich mit Pigmenten schwer erreichen lassen. Die vorliegende Erfindung betrifft diese gekapselten elektrophoretischen Anzeigen und die Materialien, wie Farbstoffe, Pigmente, Bindemittel usw., die bei ihrer Herstellung verwendbar sein können.
  • Gekapselte elektrophoretische Anzeigen können zwei oder mehr verschiedene Teilchentypen enthalten. Diese Anzeigen können beispielsweise Anzeigen einschließen, die eine Anzahl anisotroper Teilchen und eine Anzahl zweiter Teilchen in einem Suspensionsfluid enthalten. Durch das Anlegen eines ersten elektrischen Felds kann bewirkt werden, dass die anisotropen Teilchen eine spezifische Orientierung annehmen und eine optische Eigenschaft aufweisen. Durch das Anlegen eines zweiten elektrischen Felds kann dann bewirkt werden, dass die Mehrzahl von zweiten Teilchen verschoben werden, wodurch die anisotropen Teilchen desorientiert werden und die optische Eigenschaft gestört wird. Alternativ kann die Orientierung der anisotropen Teilchen eine einfachere Verschiebung der Mehrzahl von zweiten Teilchen ermöglichen. Die Teilchen können einen Brechungsindex aufweisen, der im wesentlichen mit dem Brechungsindex des Suspensionsfluids übereinstimmt.
  • Schließlich kann eine gekapselte Anzeige eine elektroosmotische Anzeige einschließen. Eine solche Anzeige kann Kapseln aufweisen, die ein den Brechungsindex anpassendes Fluid enthalten, das sich innerhalb der Kapsel bewegt, um beim Anlegen eines elektrischen Felds eine homogene Kapsel zu erzeugen. Die Kapsel kann auch ein poröses inneres Material, wie eine Alkylzellulose, enthalten, das bei einer Bewegung des den Brechungsindex anpassenden Fluids innerhalb der Kapsel anschwillt. Eine elektroosmotische Anzeige kann auch zwei oder mehr mischbare Fluide aufweisen, die sich innerhalb der Kapsel bewegen, um beim Anlegen eines elekt rischen Felds eine andere optische Eigenschaft zu erzeugen. Die optische Wirkung kann sich aus einer planaren Indexfehlanpassung oder einer nichtplanaren Indexfehlanpassung ergeben.
  • Für eine Verwendung beim Erzeugen elektrophoretischer Anzeigen verwendbare Materialien betreffen Materialtypen, die unter anderem Teilchen, Farbstoffe, Suspensionsfluide und beim Herstellen der Anzeigen verwendete Bindemittel einschließen. Bei einer Ausführungsform umfassen Teilchentypen, die zum Herstellen von Anzeigen mit suspendierten Teilchen verwendet werden können, streuende Pigmente, absorbierende Pigmente und Lumineszenzteilchen. Solche Teilchen können auch transparent sein. Bevorzugte Teilchen sind unter anderem Titandioxid, das in einer oder zwei Schichten mit einem Metalloxid, wie beispielsweise Aluminiumoxid oder Siliciumoxid, aufgebracht werden kann. Solche Teilchen können auch rückreflektierend sein oder eine Reflexionsbeschichtung aufweisen. Solche Teilchen können als Tripelspiegel aufgebaut sein. Lumineszenzteilchen können beispielsweise Zinksulfidteilchen einschließen. Die Zinksulfidteilchen können auch mit einer isolierenden Beschichtung gekapselt werden, um die elektrische Leitung zu reduzieren. Licht blockierende oder absorbierende Teilchen können beispielsweise Farbstoffe oder Pigmente einschließen.
  • Ein Suspensionsfluid (d. h. ein elektrophoretisches Fluid) kann ein Fluid mit einem hohen spezifischen Widerstand sein. Das Suspensionsfluid kann ein einzelnes Fluid sein, oder es kann eine Mischung von zwei oder mehr Fluiden sein. Das Suspensionsfluid, ob ein einzelnes Fluid oder eine Mischung von Fluiden, kann in seiner Dichte im wesentlichen mit derjenigen der Teilchen innerhalb der Kapsel überein stimmen. Das Suspensionsfluid kann ein halogenierter Kohlenwasserstoff sein, wie beispielsweise Tetrachlorethylen. Der halogenierte Kohlenwasserstoff kann auch ein Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht sein. Ein solches Polymer mit einem niedrigen Molekulargewicht ist Poly(chlortrifluorethylen). Der Polymerisationsgrad für dieses Polymer kann von etwa 2 bis etwa 10 reichen.
  • Farbstofftypen, die bei elektrophoretischen Anzeigen verwendbar sind, sind auf dem Fachgebiet allgemein bekannt. Sie können in dem Suspensionsfluid löslich sein. Diese Farbstoffe können weiter Teil einer Polymerkette sein. Farbstoffe können durch thermische, photochemische und chemische Diffusionsprozesse polymerisiert werden. Es können auch einzelne Farbstoffe oder Farbstoffmischungen verwendet werden.
  • Überdies können Kapseln in einem Bindemittel gebildet oder später darin dispergiert werden. Materialien zur Verwendung als Bindemittel sind unter anderem wasserlösliche Polymere, wasserdispergierbare Polymere, öllösliche Polymere, unter Wärme härtbare Polymere, thermoplastische Polymere und durch UV-Licht oder Strahlung härtende Polymere.
  • In Comiskey B. u. a. "7.4L: Late-news paper: Electrophoretic ink: A printable display material", 1997, SID International Symposium Digest of Technical Papers, Boston, 13.–15. Mai 1997, Band 28, 13. Mai 1997, S. 75176 ist eine gekapselte elektrophoretische Anzeige mit einer betrachteten Oberfläche und einer rückwärtigen Oberfläche und einer Polymermatrix, die Fluid enthaltende Hohlräume aufweist, offenbart.
  • In der Druckschrift WO 97/50071 A ist eine gekapselte elektrophoretische Anzeige mit einer betrachteten Oberfläche und einer rückwärtigen Oberfläche offenbart, die eine Polymermatrix mit ein fluidenthaltenden Hohlräumen aufweist, wobei die Hohlräume nicht kugelförmig sind.
  • Gemäß einem ersten Aspekt ist die vorliegende Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume ein Längenverhältnis der Breite zur Höhe von mehr als 1,2 aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige mit den folgenden Schritten vor: (a) Härten eines Bindemittels, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: (b) Anwenden einer mechanischen Kraft auf das Bindemittel, wobei bewirkt wird, dass das Bindemittel zumindest eine nicht kugelförmige Kapsel bildet.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nun nur als Beispiel anhand der anliegenden Zeichnung beschrieben.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung gekapselter lichtstreuender Teilchen.
  • 2 zeigt eine Kapsel, die Teilchen in einem Suspensionsfluid enthält und ein Paar dazu benachbart angeordneter Elektroden aufweist.
  • 3 zeigt eine Kapsel, die lichtabsorbierende Teilchen in einem Suspensionsfluid enthält und ein reflektierendes oder rückreflektierendes Substrat aufweist, das an der Bodenfläche der Kapsel ange ordnet ist, wobei die Teilchen zu einer von dem Paar der Elektroden bewegt dargestellt sind, so dass Licht durch die Kapsel hindurchtreten kann und von dem Substrat reflektiert werden kann.
  • 4 zeigt die Kapsel aus 3, wobei die Teilchen bewegt werden, um Licht zu blockieren und daran zu hindern, das Substrat zu erreichen, wodurch verhindert wird, dass Licht durch das Substrat reflektiert wird.
  • 5 zeigt eine Kapsel, die lichtabsorbierende und rückreflektierende Teilchen enthält.
  • 6A zeigt eine Kapsel, die an ihrer Bodenfläche einen reflektierenden Tripelspiegel und Teilchen enthält, wobei in dieser Darstellung die Teilchen so positioniert sind, dass Licht durch die Kapsel hindurchtreten kann und von dem Tripelspiegel reflektiert werden kann.
  • 6B zeigt eine Kapsel, die an ihrer Bodenfläche einen reflektierenden Tripelspiegel und Teilchen aufweist, wobei in dieser Darstellung die Teilchen so positioniert sind, dass Licht durch die Kapsel hindurchtreten kann und von dem Tripelspiegel reflektiert werden kann.
  • 6C zeigt eine Mikrokapsel, die an ihrer Bodenfläche einen reflektierenden Tripelspiegel und Teilchen aufweist, wobei in dieser Darstellung die Teilchen so positioniert sind, dass Licht nicht durch die Kapsel hindurchtreten kann und von dem Tri pelspiegel reflektiert werden kann.
  • 7 zeigt, wie eine Kapsel Licht reflektieren kann.
  • 8A zeigt eine Kapsel aus 7, wobei innerhalb der Kapsel enthaltene Teilchen so positioniert sind, dass ermöglicht wird, dass Licht in die Kapsel eintritt und reflektiert wird.
  • 8B zeigt eine Kapsel aus 7, wobei innerhalb der Kapsel enthaltene Teilchen so positioniert sind, dass verhindert wird, dass in die Kapsel eintretendes Licht reflektiert wird.
  • 9 zeigt eine Kapsel, die Lumineszenzteilchen und lichtabsorbierende Teilchen enthält, wobei in dieser Darstellung die Lumineszenzteilchen zu der oberen Fläche der Kapsel hin angeordnet sind, wodurch sie Licht bereitstellen.
  • 10 zeigt eine Kapsel aus 9, wobei die lichtabsorbierenden Teilchen zu der oberen Fläche der Kapsel hin angeordnet sind, wodurch Licht blockiert wird und verhindert wird, dass es aus der Kapsel austritt.
  • 11 zeigt eine Kapsel, die neben einem reflektierenden Substrat und zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die Teilchen innerhalb der Kapsel so ausgerichtet sind, dass ermöglicht wird, dass Licht durch die Kapsel hindurchtritt und durch das Substrat reflektiert wird.
  • 12A zwei Kapseln in einem Bindemittel, das neben einem reflektierenden Substrat und zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die Teilchen innerhalb der Kapsel so ausgerichtet sind, dass ermöglicht wird, dass Licht durch die Kapsel hindurchtritt und durch das Substrat reflektiert wird.
  • 12B zeigt eine Kapsel, die neben einem reflektierenden Substrat und zwei Elektroden angeordnet ist, wobei die Teilchen innerhalb der Kapsel so ausgerichtet sind, dass verhindert wird, dass Licht durch die Kapsel hindurchtritt und durch das Substrat reflektiert wird.
  • 13A zeigt eine Darstellung einer Vorrichtung zum Ausführen einer emulsionsbasierten Kapselung.
  • 13B zeigt eine Darstellung eines Öltröpfchens eines Suspensionsfluids, worin weiße und schwarze Teilchen dispergiert sind.
  • 13C zeigt eine Darstellung eines Öltröpfchens eines dunkel gefärbten Suspensionsfluids, in dem Mikroteilchen und Ladungssteuermittel dispergiert sind.
  • Gleiche Bezugszeichen in der Zeichnung bezeichnen entsprechende Teile.
  • Diese Erfindung betrifft verbesserte gekapselte elektrophoretische Anzeigen und Materialien, die bei ihrer Herstellung verwendbar sind. Im allgemeinen weist eine gekapselte elektrophoretische Anzeige eine oder mehrere Teil chenarten auf, die Licht entweder absorbieren oder streuen. Ein Beispiel ist ein System, bei dem die Kapseln eine oder mehrere Arten elektrophoretisch beweglicher Teilchen enthalten, die in einem gefärbten Suspensionsfluid dispergiert sind. Ein weiteres Beispiel ist ein System, bei dem die Kapseln zwei getrennte Teilchenarten enthalten, die in einem klaren Suspensionsfluid suspendiert sind, wobei eine Teilchenart Licht absorbiert (Schwarz), während die andere Teilchenart Licht streut (Weiß). Es gibt auch andere Erweiterungen (mehr als zwei Teilchenarten, mit oder ohne Farbstoff usw.). Die Teilchen sind üblicherweise feste Pigmente, gefärbte Teilchen oder Pigment-/Polymerzusammensetzungen.
  • Elektrophoretische Anzeigen werden nachstehend beschrieben. Diese Anzeigen sind vorzugsweise mikrogekapselte elektrophoretische Anzeigen. Nachstehend werden auch Materialien beschrieben, die in solchen Anzeigen verwendbar sind.
  • I. Elektrophoretische Anzeigen
  • Eine Aufgabe der Erfindung besteht zumindest gemäß ihren bevorzugten Ausführungsformen darin, eine hochflexible, reflektierende Anzeige bereitzustellen, die leicht hergestellt werden kann, wenig (oder im Fall bistabiler Anzeigen keine) Energie verbraucht und daher in eine Vielzahl von Anwendungen aufgenommen werden kann. Die Erfindung betrifft eine druckbare Anzeige mit einem gekapselten elektrophoretischen Anzeigemedium. Die sich ergebende Anzeige ist flexibel. Weil die Anzeigemedien gedruckt werden können, kann die Anzeige selbst kostengünstig hergestellt werden.
  • Eine gekapselte elektrophoretische Anzeige kann so aufgebaut werden, dass der optische Zustand der Anzeige für eine gewisse Zeitdauer stabil ist. Wenn die Anzeige zwei Zustände aufweist, die auf diese Art stabil sind, wird die Anzeige als bistabil bezeichnet. Falls mehr als zwei Zustände der Anzeige stabil sind, kann die Anzeige als multistabil bezeichnet werden. Für den Zweck dieser Erfindung wird der Begriff bistabil verwendet, um eine Anzeige anzugeben, bei der jeder optische Zustand fest bleibt, sobald die Adressierspannung entfernt wurde. Die Definition eines bistabilen Zustands hängt von der Anwendung für die Anzeige ab. Ein langsam zerfallender optischer Zustand kann effektiv bistabil sein, wenn der optische Zustand über die erforderliche Betrachtungszeit im wesentlichen unverändert bleibt. Beispielsweise ist bei einer Anzeige, die alle paar Minuten aktualisiert wird, ein Anzeigebild, das über Stunden oder Tage stabil ist, für diese Anwendung im wesentlichen bistabil. In dieser Erfindung gibt der Begriff bistabil auch eine Anzeige an, die einen optischen Zustand aufweist, der ausreichend langlebig ist, um für die vorgesehene Anwendung im wesentlichen bistabil zu sein. Es ist alternativ möglich, gekapselte elektrophoretische Anzeigen herzustellen, bei denen das Bild schnell zerfällt, sobald die Adressierspannung für die Anzeige entfernt wurde (d. h. die Anzeige ist nicht bistabil oder multistabil). Wie beschrieben wird, ist es bei manchen Anwendungen vorteilhaft, eine gekapselte elektrophoretische Anzeige zu verwenden, die nicht bistabil ist. Ob eine gekapselte elektrophoretische Anzeige bistabil ist oder nicht und ihr Bistabilitätsgrad können durch geeignete chemische Modifikation der elektrophoretischen Teilchen, des Suspensionsfluids, der Kapsel und der Bindematerialien gesteuert werden.
  • Eine gekapselte elektrophoretische Anzeige kann viele Formen annehmen. Die Anzeige kann in einem Bindemittel dispergierte Kapseln aufweisen. Die Kapseln können eine beliebige Größe oder Form aufweisen. Die Kapseln können beispielsweise kugelförmig sein und Durchmesser im Millimeter- oder im Mikrometerbereich aufweisen, ihre Durchmesser liegen jedoch vorzugsweise zwischen zehn und einigen Hundert Mikrometern. Die Kapseln können durch eine nachstehend beschriebene Kapselungstechnik gebildet werden. Teilchen können in die Kapseln eingekapselt werden. Die Teilchen können zwei oder mehr verschiedene Teilchentypen sein. Die Teilchen können beispielsweise gefärbt, lumineszent, lichtabsorbierend oder transparent sein. Die Teilchen können beispielsweise reine Pigmente, gefärbte Pigmente (Lackpigmente) oder Pigment/Polymerzusammensetzungen einschließen. Die Anzeige kann weiter ein Suspensionsfluid aufweisen, in dem die Teilchen dispergiert sind.
  • Bei elektrophoretischen Anzeigen können die Teilchen orientiert oder verschoben werden, indem ein elektrisches Feld an die Kapsel angelegt wird. Das elektrische Feld kann ein Wechselstromfeld oder ein Gleichstromfeld aufweisen. Das elektrische Feld kann durch wenigstens ein neben einer Anzeige mit der Kapsel angeordnetes Elektrodenpaar bereitgestellt werden.
  • In der gesamten Beschreibung wird auf "Drucken" oder "gedruckt" Bezug genommen. In der ganzen Beschreibung soll Drucken alle Formen des Druckens und Beschichtens einschließlich der folgenden umfassen: vorgemessenes Beschichten, wie Stempelbeschichten, Schlitz- oder Extrusionsbeschichten, Gleit- oder Kaskadenbeschichten und Vorhangbeschichten; Walzenbeschichten, wie Messer-über-Walze- Beschichten, Vorwärts- und Rückwärts-Walzenbeschichten; Gravurbeschichten; Tauchbeschichten; Sprühbeschichten; Meniskusbeschichten; Schleuderbeschichten; Bürstenbeschichten; Luftmesserbeschichten; Siebdruckprozesse; elektrostatische Druckprozesse; thermische Druckprozesse und andere ähnliche Techniken. Ein "gedrucktes Element" bezeichnet ein unter Verwendung beliebiger der vorstehenden Techniken gebildetes Element.
  • 1 zeigt eine elektrophoretische Anzeige. Das Bindemittel 11 weist wenigstens eine Kapsel 13 auf, die mit einer Anzahl von Teilchen 15 und einem gefärbten Suspensionsfluid 17 gefüllt ist. Bei einer Ausführungsform sind die Teilchen 15 Titandioxidteilchen. Wenn ein elektrisches Gleichstromfeld mit der geeigneten Polarität an die Kapsel 13 angelegt wird, bewegen sich die Teilchen 15 zur betrachteten Oberfläche der Anzeige und streuen Licht. Wenn das angelegte elektrische Feld umgekehrt wird, bewegen sich die Teilchen 15 zur rückwärtigen Oberfläche der Anzeige, und die betrachtete Oberfläche der Anzeige erscheint dann dunkel.
  • 2 zeigt eine alternative elektrophoretische Anzeige. Diese Anzeige weist anisotrope Teilchen 10 und einen zweiten Satz von Teilchen 12 in einer Kapsel 14 auf. Die Kapsel weist neben ihr angeordnete Elektroden 16 und 16' auf. Die Elektroden sind mit einer Spannungsquelle 18 verbunden, die ein Wechselfeld (AC-Feld) oder ein Gleichfeld (DC-Feld) an die Kapsel 14 anlegen kann. Bei dieser Anzeige werden die anisotropen Teilchen 10 durch ein AC-Feld so orientiert, dass ermöglicht wird, dass Licht durch die Kapsel hindurchtritt. Die Brownsche Bewegung stellt normalerweise langsam einen anisotropen Zustand der Teilchen wieder her. Bei die ser Anzeige wird jedoch ein klarer zweiter Satz Brechungsindex-abgestimmter Teilchen 12 verwendet, um eine interne Turbulenz bereitzustellen und die anisotropen Teilchen zu deorientieren. Durch Anlegen eines DC-Felds, das bei einer viel niedrigeren Frequenz vor- und zurückgeschaltet wird, wird bewirkt, dass der zweite Teilchensatz verschoben wird und alle orientierten anisotropen Teilchen gestört werden. Hierdurch wird bewirkt, dass die Anzeige viel schneller in ihren Streuzustand zurückgesetzt wird. Die Anzeigezelle erscheint bei einer Deorientierung der anisotropen Teilchen dunkel. Dieses Schema funktioniert bei einer gekapselten Flüssigkeitszelle, einer Flüssigkeitszelle mit dispergierten Polymeren oder einer normalen Flüssigkeitszelle.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine elektrophoretische Anzeige beschrieben, bei der eine rückreflektierende Fläche verwendet wird. In den 3 und 4 ist eine solche Anzeige dargestellt.
  • In 3 ist die Kapsel 20 mit einem Suspensionsfluid gefüllt, das aus einem Fluid mit einem hohen Widerstand und Teilchen 22 bestehen kann. Wenn die Teilchen durch Anlegen eines elektrischen Felds zu der Elektrode 24 gezogen werden, nehmen die Teilchen einen kleinen Teil der sichtbaren Fläche der Anzeige ein. Hierdurch wird die klare Elektrode 26 freigelegt und ermöglicht, dass das Licht an der Fläche 28 reflektiert wird. Diese Fläche kann aus Glaskügelchen, einer beugenden, reflektierenden Schicht, beispielsweise in der Art eines holographisch gebildeten Reflektors, einer anderen bekannten rückreflektierenden Fläche oder einer anderen Fläche, die mit den Teilchen kontrastiert, bestehen. Die Kapsel hat dann das Aussehen des Substrats 28.
  • In 4 ist der zweite Zustand der Kapsel dargestellt. Teilchen 22, die innerhalb der Kapsel 20 enthalten sind, wandern durch Anlegen eines elektrischen Felds zu der Elektrode 26. Diese Teilchen verdunkeln dann die Fläche 28, und die Kapsel scheint dann bei Betrachtung von oben die Eigenschaften des Teilchens zu haben.
  • 5 zeigt eine weitere Ausführungsform einer elektrophoretischen Anzeige. Bei dieser Ausführungsform kann eine reflektierende Anzeige selektiv rückreflektierend gemacht werden, indem geladene Teilchen so manipuliert werden, dass sie entweder einen Weg rückreflektierten Lichts blockieren oder eine rückreflektierende Fläche erzeugen. Bei dieser Ausführungsform enthält eine Kapsel 30 rückreflektierende Teilchen 32 und schwarze Teilchen 34. Die rückreflektierenden Teilchen können beispielsweise rückreflektierende Tripelspiegel oder halbkugelförmig reflektierende beschichtete Teilchen einschließen. Beim Anlegen einer geeigneten Spannung zwischen die Elektroden 36 und 36' können sich die schwarzen Teilchen 34 zu der Betrachtungsfläche der Anzeige bewegen und einen dunklen Zustand erzeugen. Wenn sich die rückreflektierenden Teilchen durch Anlegen eines anderen elektrischen Felds zu der oberen Fläche der Anzeige bewegen können, erzeugen sie eine rückreflektierende Fläche, woraus sich ein heller Zustand ergibt.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Anzeige beschrieben, die selektiv rückreflektierend gemacht werden kann. Im allgemeinen arbeitet die Anzeige durch Manipulieren geladener Teilchen, um entweder einen Weg rückreflektierten Lichts zu blockieren oder eine rückreflektierende Fläche zu erzeugen. Die Teilchen bewegen sich (beispielsweise elektrophoretisch) innerhalb einer Kapsel. Die 6A–6C zeigen die vorgesehenen Konfigurationen.
  • Die Kapsel befindet sich in einer zwei- oder dreidimensionalen Tripelspiegelstruktur, die durch Prägen oder andere Mittel erzeugt werden kann. In zwei Zuständen, wie in den 6A und 6B dargestellt ist, ermöglichen die Teilchen 38 das Hindurchtreten von Licht 40 und das Reflektieren des Lichts durch den Tripelspiegel 42. In einem dritten Zustand blockieren die Teilchen 38 jedoch, wie in 6C dargestellt ist, den größten Teil des einfallenden Lichts 40 und verhindern, dass es von dem Tripelspiegel 42 rückreflektiert wird.
  • Bei einer in 7 dargestellten weiteren Ausführungsform wirkt eine einzige Kapsel, ähnlich einem Glaskügelchen, als ein Retroreflektor. Nur Licht, das bei einem vertikalen Versatz in einem Abstand vom Zentrum, der größer als ein kritischer Abstand y ist, in die Einfallsseite 44 eintritt, fällt unter einem Winkel, der groß genug ist, damit eine innere Totalreflexion auftritt, auf die innen totalreflektierende Seite (TIR-Seite) 46. Dieses Licht fällt in der Nähe der Mitte der TIR-Seite auf diese. Demgemäß tritt auf der Einfallsseite 44 die Rückreflexionswirkung von der Mittelachse fort auf. Auf der TIR-Seite 46 tritt der größte Teil der Rückreflexionswirkung jedoch in der vertikalen Mitte auf.
  • Demgemäß kann eine rückreflektierende, elektronisch adressierbare Anzeige hergestellt werden, bei der der rückreflektierende und der nicht rückreflektierende Zustand den in den 8A und 8B dargestellten entsprechen. In 8A sind die Teilchen 43 als zu der vorderen Fläche der Kapsel 45 hin angeordnet dargestellt. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass Licht an der TIR-Seite der Kapsel eintritt und davon reflektiert wird. In 8B sind die Teilchen 43 zu der Bodenfläche der Kapsel 45 hin angeordnet. In dieser Konfiguration blockieren die Teilchen den Lichtweg und verhindern dadurch, dass das Licht von der TIR-Seite der Kapsel reflektiert wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform ist eine mehrfarbige, gekapselte elektrophoretische Anzeige vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Anzeige, die eine Kapsel aufweisen kann, mit wenigstens einem Suspensionsfluid und wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens drei, Teilchenarten gefüllt. Diese Teilchen weisen verschiedene Farben auf und besitzen im wesentlichen nicht überlappende elektrophoretische Beweglichkeiten. Hier bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen nicht überlappende elektrophoretische Beweglichkeiten", dass weniger als 25% und vorzugsweise weniger als 5% der Teilchen mit verschiedenen Farben die gleiche oder ähnliche elektrophoretische Beweglichkeiten aufweisen. Beispielsweise haben bei einem System mit zwei Teilchenarten weniger als 25% der Teilchen einer Art die gleiche oder ähnliche elektrophoretische Beweglichkeiten wie die Teilchen der anderen Art. Schließlich kann gemäß einer alternativen Ausführungsform eine der Farben durch einen in dem Suspensionsfluid dispergierten Farbstoff dargestellt werden.
  • Bei einem Beispiel einer mehrfarbigen, gekapselten elektrophoretischen Anzeige können magentafarbene Teilchen mit einem durchschnittlichen Zeta-Potential von 100 mV, zyanfarbene Teilchen mit einem durchschnittlichen Zeta-Potential von 60 mV und gelbe Teilchen mit einem durchschnitt lichen Zeta-Potential von 20 mV vorhanden sein. Um diese Anzeige so zu adressieren, dass sie den magentafarbenen Zustand annimmt, werden alle Teilchen durch Anlegen eines elektrischen Felds in einer Richtung zu der Rückseite der Zelle gezogen. Anschließend wird das Feld gerade lange genug umgekehrt, damit sich die magentafarbenen Teilchen zu der oberen Fläche der Anzeigezelle bewegen können. Die zyanfarbenen und gelben Teilchen bewegen sich auch in diesem umgekehrten Feld, sie bewegen sich jedoch nicht so schnell wie die magentafarbenen Teilchen und werden demgemäß durch die magentafarbenen Teilchen verdeckt.
  • Zum Adressieren der Anzeige im zyanfarbenen Zustand werden alle Teilchen durch Anlegen eines elektrischen Felds in einer Richtung zu der Rückseite der Zelle gezogen. Anschließend wird das Feld gerade lang genug umgekehrt, damit sich die magenta- und zyanfarbenen Teilchen zu der oberen Fläche der Anzeigezelle bewegen können. Das Feld wird dann wieder umgekehrt, und die magentafarbenen Teilchen, die sich schneller bewegen als die zyanfarbenen Teilchen, lassen die zyanfarbenen Teilchen an dem oberen Teil der Anzeige freigelegt.
  • Schließlich werden zum Erreichen einer gelben Anzeige alle Teilchen zu der Vorderseite der Anzeige gezogen. Das Feld wird dann umgekehrt, und die gelben Teilchen, die hinter den magenta- und zyanfarbenen Teilchen herlaufen, werden an der Vorderseite der Anzeige freigelegt.
  • Es ist auch eine Anzeige möglich, bei der eine Feldeffekt-Lumineszenz verwendet wird. Ein Beispiel einer die Feldeffekt-Lumineszenz verwendenden Ausführungsform benötigt eine Wechselspannung von etwa 300 bis 400 Hz. Diese hohe Frequenz erzeugt jedoch keinen Nettoversatz der Lumineszenzteilchen. Die Lumineszenzteilchen sind im allgemeinen leitend. Das Einkapseln in einem Polymer oder einem anderen dielektrischen Material ist daher zum Verringern der Leitfähigkeit nützlich.
  • Die 9 und 10 zeigen eine Anzeigezelle 48 dieser Ausführungsform in ihrem weißen bzw. ihrem abgedunkelten Zustand. Die Lumineszenzteilchen 50 können beispielsweise Zinksulfidteilchen sein, die Licht emittieren, wenn sie durch ein elektrisches Wechselfeld angeregt werden. Das Wechselfeld kann einem zum Adressieren der Teilchen des Farbstoffs verwendeten Gleichfeld überlagert werden oder nach diesem angelegt werden. Eine zweite Art von Teilchen 52 in dem Fluid blockiert das von den Teilchen emittierte Licht, wenn die Anzeige so adressiert wird, dass sie ihren abgedunkelten Zustand annimmt.
  • Beim Anlegen eines Gleichfelds durch die zwei Elektroden 53 wandern die Lumineszenzteilchen 50 zu der Betrachtungsfläche der Anzeige 48 und werden angeregt, um Licht zu emittieren, woraus sich ein heller Zustand ergibt. Beim Anlegen eines elektrischen Felds entgegengesetzter Polarität wandern die Lumineszenzteilchen 50 zu der Rückseite der Anzeige 48, und die Licht blockierenden Teilchen 52 blockieren das von den Lumineszenzteilchen 50 emittierte Licht von der Betrachtungsfläche der Anzeige, woraus sich ein dunkler Zustand ergibt. Die Lumineszenzteilchen können photolumineszent oder elektrolumineszent sein. Photolumineszente Teilchen können durch kontinuierliches Ultraviolettlicht oder eine andere Strahlung von der Vorderseite der Anzeige stimuliert werden, oder die Beleuchtungsquelle kann sich hinter der Anzeige befinden. Im letztgenannten Fall ermög licht der Farbstoff oder die zweite Teilchenart, dass das Ultraviolettlicht durch die Anzeige hindurchläuft.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die elektrophoretische Anzeige eine Kapsel in einem Bindemittel auf, wobei die Kapsel eine Mehrzahl an Teilchen enthält, die selbst gekapselte Pigmente, Farbstoffe, Dispersionen oder Farbstofflösungen sind. Bei dieser Ausführungsform wird beispielsweise ein Pigment gekapselt, um Teilchen zu bilden, die von einigen zehn Nanometern bis einigen Mikrometern reichen, die dann dispergiert und gekapselt werden. Beispiele umfassen streuende Pigmente, absorbierende Pigmente oder Lumineszenzteilchen. Diese Teilchen werden dann als die elektrophoretischen Teilchen verwendet. Überdies ist es bei dieser Ausführungsform der Erfindung möglich, eine Farbstofflösung zu kapseln und sie als elektrophoretisches Teilchen zu verwenden.
  • Überdies ist es bei dieser Ausführungsform möglich, nicht nur einen Fluidfarbstoff oder ein Teilchen, sondern auch einen Fluidfarbstoff zuzüglich fester Teilchen zu kapseln. Diese Teilchen besitzen ihre eigenen optischen oder elektrischen Eigenschaften, die jene des Farbstoffs komplementieren können.
  • Diese gekapselten Teilchen können sowohl für gekapselte elektrophoretische Anzeigen als auch für nicht gekapselte elektrophoretische Anzeigen verwendbar sein. Der durchschnittliche Durchmesser eines Teilchens liegt im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 5 μm. Diese Kapseln müssen klein genug sein, um innerhalb der größeren Kapsel beweglich zu sein, deren Durchmesser typischerweise von etwa 5 μm bis etwa 400 μm reicht.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine gekapselte elektroosmotische Anzeige beschrieben. Bei dieser Ausführungsform wird eine poröse oder gelartige innere Phase einer Kapsel anschwellen gelassen (d. h. gefüllt) und durch die elektroosmotisch induzierte Bewegung eines den Brechungsindex anpassenden Fluids abgezogen (so dass die Differenz zwischen dem Brechungsindex des Fluids und dem Brechungsindex der inneren Phase vorzugsweise innerhalb von 0,5 liegt). Wenn die Poren des Materials mit dem Fluid gefüllt wurden, wirkt die Kapsel als ein homogenes optisches Material, so dass sie Licht entsprechend den Gesamteigenschaften des Mediums weitgehend durchläßt oder bricht. Wenn die Poren von dem mobilen Fluid entleert wurden, ist jedoch ein größerer Umfang optischer Indexfehlanpassungen vorhanden, und die Lichtstreuung ist stark erhöht.
  • Die poröse innere Phase der Kapsel kann ein Zellulosematerial, wie eine Alkylzellulose, aufweisen. Beispiele von Alkylzellulosen umfassen Methylzellulose, Methylhydroxyethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Carboxymethylzellulose und Natriumcarboxymethylzellulose, sind jedoch nicht auf diese beschränkt.
  • Bei den Ausführungsformen der Erfindung haben die Kapseln der elektrophoretischen Anzeige eine nicht kugelförmige Gestalt. Infolge der Absorption oder der Streuung durch die Kapselmaterialien und der Absorption oder der Streuung des Bindemittels treten bei gekapselten elektrophoretischen Anzeigen, verglichen mit nicht gekapselten Anzeigen, einige optische Verluste auf. Viele dieser Verluste ergeben sich aus kugelförmigen Hohlräumen. Es ist daher vorteilhaft, eine nicht kugelförmige Mikrokapsel, insbesondere ein dicht gepacktes Feld nicht kugelförmiger Hohlräume, bereitzustellen. Es ist wünschenswert, dass der Oberteil der Mikrokapsel eine flache Oberfläche aufweist, die mit der Betrachtungselektrode in einer Ebene liegt und vertikale oder nahezu vertikale Wände aufweist. Die Kapsel kann eine etwas abgeflachte Kugel, eine stark abgeflachte Kugel, im wesentlichen zylinderförmig oder ein mehrere Facetten aufweisendes Polyeder sein.
  • Eine Anzeige mit nicht kugelförmigen Kapseln kann ein Bindemittel mit ölhaltigen Hohlräumen aufweisen, die nicht kugelförmig sind. Diese ölhaltigen Hohlräume können elastomere Kapseln sein.
  • Das Längenverhältnis (d. h. das Verhältnis zwischen der Breite und der Höhe) dieser Hohlräume ist größer als etwa 1,2. Das Längenverhältnis ist bevorzugter größer als etwa 1,5 und bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform größer als etwa 1,75. Bei einer bevorzugten Ausführungsform hat eine Anzeige mit nicht kugelförmigen Kapseln einen Volumenanteil (d. h. einen Anteil des Gesamtvolumens) des Bindemittels zwischen etwa 0 und etwa 0,9. Bevorzugter liegt der Volumenanteil zwischen etwa 0,05 und etwa 0,2.
  • Anzeigen dieses Typs haben sowohl eine rückwärtige Fläche als auch eine betrachtete Fläche. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist die betrachtete Fläche im wesentlichen eben. Hier bedeutet der Ausdruck "im wesentlichen eben" eine Krümmung (d. h. den Kehrwert des Krümmungsradius) von weniger als etwa 2,0 m. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind sowohl die rückwärtige Fläche als auch die betrachtete Fläche im wesentlichen eben. Weiterhin haben Ausführungsformen solcher Anzeigen vorzugsweise einen optisch aktiven Anteil (d. h. einen Prozentsatz der Gesamtoberfläche, der seine optischen Eigenschaften ändern kann) von mehr als etwa 80% und bevorzugter von mehr als etwa 90%.
  • Nicht kugelförmige Mikrokapseln können während der Kapselungsphase beispielsweise unter Verwendung eines nicht gleichförmigen Scherfelds oder eines komprimierenden Drucks gebildet werden. Solche nicht kugelförmigen Kapseln können auch während der Verarbeitung der Anzeige gebildet werden, wenn das Bindemittel trocknet oder härtet. Bei einem solchen System zieht das Bindemittel, wenn es schrumpft, die Kapseln dicht zueinander und zieht die Kapseln nach unten zu dem Substrat, auf das sie aufgebracht wurden. Beispielsweise neigt ein wässriges Verdampfungsbindemittel, wie in Wasser eingebrachtes Acryl, Urethan oder darin eingebrachter Poly(vinylalkohol) zu solchen Schrumpfungseigenschaften. Es wäre auch jedes andere Bindemittel, jede andere Emulsion oder jede andere Lösung geeignet. Die Lösung braucht nicht Wasser zu sein, sondern sie kann eine organische Flüssigkeit oder eine Kombination von Flüssigkeiten sein.
  • Solche nicht kugelförmigen Kapseln können durch Ausüben einer Kraft auf den Film während des Trocknens oder Härtens, um die Kapseln permanent zu verformen, gebildet werden. Eine solche Kraft kann durch ein Paar von Rollen, durch eine Vakuumlaminatpresse, durch eine mechanische Presse oder durch andere geeignete Mittel ausgeübt werden. Solche nicht kugelförmigen Kapseln können auch durch Dehnen des gehärteten Films in einer oder beiden ebenen Achsen des Films gepildet werden. Nach Abschluß des Härtungsprozesses kann die Kapsel über die Oberfläche des gehärteten Films vorstehen, woraus sich eine Linsenwirkung ergibt, welche die optischen Eigenschaften der Kapsel verbessert. Schließlich kann die Kapsel auch aus einem Material bestehen, das in einem Bindemittel erweicht wird, wodurch eine abgeflachte Kapsel ermöglicht wird, wenn die Kapseln und das Bindemittel abgelegt werden und das Bindemittel härten gelassen wird.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform wird eine Polymerdispergierte elektrophoretische Anzeige in ähnlicher Weise wie eine Polymer-dispergierte Flüssigkristallanzeige hergestellt. Während das Bindemittel trocknet oder härtet, wird die gekapselte Phase in nicht kugelförmige Hohlräume gezogen.
  • Eine elektrophoretische Anzeige wird entweder als eine gekapselte elektrophoretische Anzeige oder als eine Polymerdispergierte elektrophoretische Anzeige (mit einem ähnlichen Aufbau wie eine Polymer-dispergierte Flüssigkristallanzeige) hergestellt, und die Kapseln oder Flüssigkeitströpfchen werden durch Abflachen, durch Schrumpfen des Bindemittels oder durch mechanische Kräfte nicht kugelförmig gebildet. In jedem Fall sollten sich die Kapseln verformen können, weil sie ansonsten reißen können. Im Fall einer Polymer-dispergierten elektrophoretischen Anzeige ändern die gekapselten Phasen ihre Form, wenn das Polymer schrumpft. Zusätzlich können die gekapselten Phasen durch Dehnen des Substrats asymmetrisch verformt werden. Eine weitere Technik, die eingesetzt werden kann, besteht darin, das Bindemittel zuerst zu trocknen, so dass eine zähe obere Haut gebildet wird. Der Rest des Bindemittels kann dann langsam getrocknet werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die obere Fläche bricht oder zu uneben wird.
  • Die an die elektrophoretische Anzeige angrenzenden Elektroden können Polymere, wie Polyanilin, aufweisen. Diese Materialien können löslich sein, wodurch ermöglicht wird, dass sie, beispielsweise durch Bahnbeschichten, aufgebracht werden.
  • Es wird auch ein Mittel zum Adressieren einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige (oder einer anderen Anzeige) beschrieben. Wie in 11 dargestellt ist, sind Elektroden 66 und 66' auf einer Seite der Anzeige vorhanden. Diese Elektroden können Teil eines Kopfs ("Stifts") sein, der abtastend über die Anzeige bewegt wird. Es kann mehr als eine, weniger als eine oder genau eine Kapsel je Elektrodenpaar vorhanden sein. Durch Anwenden eines Gleichfelds auf die Pixel werden die Teilchen zu einer Seite bewegt und wird das darunterliegende Substrat 68 (beispielsweise ein Spiegel, eine rückreflektierende Beschichtung, eine diffus reflektierende Beschichtung usw.) freigelegt. Unter dem Einfluß eines Wechselfelds können die Teilchen 70 über den Raum verteilt werden und rufen das Aussehen eines weitgehend dunklen Pixels hervor. Die Elektroden selbst können klar oder lichtundurchlässig sein.
  • Anhand der 12A und 12B wird eine ähnliche Struktur beschrieben. Die Elektroden 72 und 72' weisen jedoch eine unterschiedliche Größe auf (ihre Größe unterscheidet sich beispielsweise um mehr als einen Faktor 2). Die Teilchen werden bewegt, um durch Ändern der Polarität des elektrischen Felds eine der Elektroden zu maskieren. In einem Fall (12A) bedecken die Teilchen eine kleine Fläche, und das Pixel ist weitgehend reflektierend. In einem anderen Fall (12B) bedecken die Teilchen 74' eine große Fläche, und das Pixel ist weitgehend absorbierend. Die Materi alien können umgekehrt werden, wobei beispielsweise reflektierende Teilchen und ein absorbierender Hintergrund verwendet werden. Es kann eine Maske vorhanden sein, die eine der Elektrodenstellen auf dem Material bedeckt.
  • Bei diesem Verfahren zum Adressieren einer Anzeige wird mit einem elektrostatischen Kopf geschrieben, der entweder permanent in einer Halteeinrichtung befestigt ist oder von Hand gehalten wird. Es kann auch auf ein gekapseltes magnetophoretisches Material angewendet werden. Es kann auch auf eine Polymer-stabilisierte Flüssigkristalltechnologie oder ein bistabiles Flüssigkristallmaterial eines beliebigen Typs, das beispielsweise nematisch ist, auf einer photojustierten Schicht angewendet werden. Es kann auch auf eine Anzeige mit suspendierten Teilchen angewendet werden.
  • Wiederum anhand der 11 und 12 sei bemerkt, dass gemäß beiden Ausführungsformen die rückwärtige Elektrode auch als ein transmissiver, lichtdurchlässiger oder auf andere Weise transparenter Hintergrund und nicht als reflektierend bereitgestellt werden kann. Bei diesen Ausführungsformen kann ein Gleichfeld bewirken, dass dunkle (absorbierende) Teilchen eine Elektrode abdecken, wie vorstehend beschrieben wurde, und das Pixel ist weitgehend lichtdurchlässig. Diese Ausführungsformen ermöglichen es, die Anzeige zum "Schalten" von Licht zu verwenden. Beispielsweise kann eine die beschriebenen Kapseln aufweisende Anzeige so adressiert werden, dass alle in der Anzeige vorhandenen Pixel weitgehend transparent sind, wobei in diesem Fall die Anzeige als ein Fenster oder eine klare Vorrichtung wirken würde. Falls alternativ ein Teil der Kapseln adressiert wird, ist die Anzeige teildurchlässig. Falls alle Kapseln unter Verwendung eines Wechselfelds adressiert werden, ist die Anzeige entweder lichtundurchlässig oder reflektierend.
  • II. Bei elektrophoretischen Anzeigen verwendbare Materialien
  • Es werden nun zum Herstellen der vorstehend beschriebenen gekapselten elektrophoretischen Anzeigen verwendbare Materialien erörtert. Viele dieser Materialien sind Fachleuten auf dem Gebiet der Herstellung herkömmlicher elektrophoretischer Anzeigen oder Fachleuten auf dem Gebiet der Mikrokapselung bekannt. Die Kombination dieser Materialien und Prozesse zusammen mit den anderen erforderlichen Komponenten, die in einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige vorgefunden werden, betrifft die hier beschriebene Erfindung.
  • A. Teilchen
  • Es besteht eine große Flexibilität bei der Auswahl von Teilchen, die in elektrophoretischen Anzeigen verwendbar sind, wie vorstehend beschrieben wurde. Für die Zwecke dieser Erfindung ist ein Teilchen eine beliebige Komponente, die geladen ist oder in der Lage ist, eine Ladung anzunehmen (d. h. die in der Lage ist, eine elektrophoretische Beweglichkeit anzunehmen), und diese Beweglichkeit kann in manchen Fällen null sein oder in der Nähe von Null liegen (d. h. die Teilchen bewegen sich nicht). Die Teilchen können reine Pigmente, gefärbte Pigmente (Lackpigmente) oder Pigment-/Polymerzusammensetzungen sein, oder sie können beliebige andere Komponenten sein, die geladen sind oder eine Ladung annehmen können. Typische Überlegungen für das elektrophoretische Teilchen sind seine optischen Eigenschaften, seine elektrischen Eigenschaften und die chemischen Eigenschaften seiner Oberfläche. Die Teilchen können organische oder anorganische Verbindungen sein, und sie können Licht entweder absorbieren oder streuen. Die gemäß der Erfindung verwendbaren Teilchen können weiter streuende Pigmente, absorbierende Pigmente und Lumineszenzteilchen einschließen. Die Teilchen können rückreflektierend sein, wie Tripelspiegel, oder sie können elektrolumineszent sein, wie Zinksulfidteilchen, die Licht emittieren, wenn sie durch ein Wechselfeld angeregt werden, oder sie können photolumineszent sein. Schließlich können die Teilchen oberflächenbehandelt werden, um das Aufladen oder die Wechselwirkung mit einem Lademittel zu verbessern oder um die Dispergierbarkeit zu verbessern.
  • Ein bevorzugtes Teilchen, das bei elektrophoretischen Anzeigen gemäß der Erfindung verwendbar ist, ist Titandioxid. Die Titandioxidteilchen können mit einem Metalloxid, wie Aluminiumoxid oder Siliciumoxid, beschichtet werden. Die Titandioxidteilchen können eine, zwei oder mehr Metalloxidschichten aufweisen. Beispielsweise kann ein Titandioxidteilchen zur Verwendung bei elektrophoretischen Anzeigen der Erfindung eine Beschichtung aus Aluminiumoxid und eine Beschichtung aus Siliciumoxid aufweisen. Die Beschichtungen können in einer beliebigen Reihenfolge zu den Teilchen hinzugefügt werden.
  • Das elektrophoretische Teilchen ist gewöhnlich ein Pigment, ein Polymer, ein Lackpigment oder eine Kombination der vorstehend erwähnten. Ein reines Pigment kann ein beliebiges Pigment sein, und es sind für ein leicht gefärbtes Teilchen gewöhnlich Pigmente, wie Rutil (Titandioxid), Anatase (Titandioxid), Bariumsulfat, Kaolin oder Zinkoxid, verwendbar. Einige typische Teilchen haben hohe Brechungsindizes, hohe Streukoeffizienten und niedrige Absorptionskoeffizienten. Andere Teilchen sind absorbierend, wie Rußschwarz oder gefärbte Pigmente, die in Farben und Tinten verwendet werden. Das Pigment sollte auch in dem Suspensionsfluid unlöslich sein. Es wurden bei ähnlichen Anzeigen auch gelbe Pigmente, wie Diarylidgelb, Hansagelb und Benzidingelb, verwendet. Jedes andere reflektierende Material kann für ein leicht gefärbtes Teilchen unter Einschluß von Nicht-Pigmentmaterialien, wie Metallteilchen, verwendet werden.
  • Verwendbare reine Pigmente umfassen unter anderem PbCrO4, Cyan blue GT 55-3295 (American Cyanamid Company, Wayne, NJ), Cibacron Black BG (Ciba Company, Inc., Newport, DE), Cibacron Turquoise Blue G (Ciba), Cibalon Black BGL (Ciba), Orasol Black BRG (Ciba), Orasol Black RBL (Ciba), Acetamine Blac, CBS (E. I. du Pont de Nemours and Company, Inc., Wilmington, DE), Crocein Scarlet N Ex (du Pont) (27290), Fiber Black VF (duPont) (30235), Luxol Fast Black L (duPont) (Solv. Black 17), Nirosine Base No. 424 (duPont) (50415 B), Oil Black BG (duPont) (Solv. Black 16), Rotalin Black RM (duPont), Sevron Brilliant Red 3B (duPont), Basic Black DSC (Dye Specialties, Inc.), Hectolene Black (Dye Specialties, Inc.), Azosol Brilliant Blue B (GAF, Dyestuff and Chemical Division, Wayne, NJ) (Solv. Blue 9), Azosol Brilliant Green BA (GAF) (Solv. Green 2), Azosol Fast Brilliant Red B (GAF), Azosol Fast Orange RA Conc. (GAF) (Solv. Orange 20), Azosol Fast Yellow GRA Conc. (GAF) (13900A), Basic Black KMPA (GAF), Benzofix Black CW-CF (GAF) (35435), Cellitazol BNFV Ex Soluble CF (GAF) (Disp. Black 9), Celliton Fast Blue AF Ex Conc (GAF) (Disp. Blue 9), Cyper Black IA (GAF) (Basic Blk. 3), Diamine Black CAP Ex Conc (GAF) (30235), Diamond Black EAN Hi Con. CF (GAF) (15710), Dia mond Black PBBA Ex (GAF) (16505), Direct Deep Black EA Ex CF (GAF) (30235), Hansa Yellow G (GAF) (11680), Indanthrene Black BBK Powd. (GAF) (59850), Indocarbon CLGS Conc. CF (GAF) (53295), Katigen Deep Black NND Hi Conc. CF (GAF) (15711), Rapidogen Black 3 G (GAF) (Azoic Blk. 4), Sulphone Cyanine Black BA-CF (GAF) (26370), Zambezi Black VD Ex Conc. (GAF) (30015), Rubanox Red CP-1495 (The Sherwin-Williams Company, Cleveland, OH) (15630), Raven 11 (Columbian Carbon Company, Atlanta, GA) (Rußschwarzansammlungen mit einer Teilchengröße von etwa 25 μm), Statex B-12 (Columbian Carbon Co.) (ein Ofenruß mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 33 μm) und Chromgrün.
  • Die Teilchen können auch Lackpigmente oder gefärbte Pigmente einschließen. Lackpigmente sind Teilchen, auf denen sich ein ausgefällter Farbstoff befindet oder welche befleckt sind. Lacke sind Metallsalze oder leicht lösliche anionische Farbstoffe. Dies sind Farbstoffe mit einer Azostruktur, einer Triphenylmethanstruktur oder einer Anthraquinonstruktur, die eine oder mehrere Sulphonsäure- oder Carboxylsäuregruppen enthalten. Sie werden gewöhnlich durch ein Kalzium-, Barium- oder Aluminiumsalz auf einem Substrat ausgefällt. Typische Beispiele sind Peacock Blue Lake (CI Pigment Blue 24) und Persian Orange (Lack von CI Acid Orange 7), Black M Toner (GAF) (eine Mischung von Rußschwarz und auf einem Lack ausgefälltem schwarzem Farbstoff).
  • Ein gefärbtes dunkles Teilchen kann aus einem beliebigen lichtabsorbierenden Material, wie Rußschwarz, oder anorganischen schwarzen Materialien hergestellt werden. Das dunkle Material kann auch selektiv absorbierend sein. Beispielsweise kann ein dunkles grünes Pigment verwendet werden. Schwarze Teilchen können auch durch Beflecken von La texmaterialien mit Metalloxiden hergestellt werden, wie Latexcopolymere, die aus beliebigen von Butadien, Styren, Isopren, Methacrylsäure, Methylmethacrylat, Acrylnitril, Vinylchlorid, Acrylsäure, Natriumstyrensulfonat, Vinylacetat, Chlorostyren, Dimethylaminopropylmethacrylamid, Isocyanethylmethacrylat und N-(isobutoxymethacrylamid) bestehen und wahlweise konjugierte Dienverbindungen, wie Diacrylat, Triacrylat, Dimethylacrylat und Trimethacrylat, aufweisen. Schwarze Teilchen können auch durch eine Dispersionspolymerisationstechnik gebildet werden.
  • In den Systemen, die Pigmente und Polymere enthalten, können die Pigmente und Polymere innerhalb des elektrophoretischen Teilchens mehrere Bereiche bilden, oder sie können Ansammlungen kleinerer kombinierter Teilchen aus Pigmenten und Polymeren sein. Alternativ kann ein zentraler Pigmentkern von einem Polymermantel umgeben sein. Das Pigment, das Polymer oder beide können einen Farbstoff enthalten. Der optische Zweck des Teilchens kann darin bestehen, Licht zu streuen, zu absorbieren oder beides. Verwendbare Größen können von 1 nm bis etwa 100 μm reichen, solange die Teilchen kleiner als die Begrenzungskapsel sind. Die Dichte des elektrophoretischen Teilchens kann im wesentlichen mit derjenigen des Suspensionsfluids (d. h. des elektrophoretischen Fluids) übereinstimmen. Nach der hier verwendeten Definition hat ein Suspensionsfluid eine Dichte, die mit der Dichte des Teilchens "im wesentlichen übereinstimmt", wenn die Differenz ihrer Dichten zwischen etwa null und etwa zwei g/ml liegt. Die Differenz liegt vorzugsweise zwischen etwa null und etwa 0,5 g/ml.
  • Für die Teilchen verwendbare Polymere sind unter anderem: Polystyren, Polyethylen, Polypropylen, Phenolharze, Elvax- Harze von Du Pont (Ethylen-Vinylacetatcopolymere), Polyester, Polyacrylate, Polymethacrylate, Ethylenacrylsäure- oder Methacrylsäurecopolymere (Nucrel Resins – Dupont, Primacor Resins – Dow Chemical), Acrylcopolymere und – terpolymere (Elvacite Resins, DuPont) und PMMA. Verwendbare Materialien für die Homopolymer/Pigment-Phasentrennung bei einer Schmelze mit hohen Scherkräften sind unter anderem Polyethylen, Polypropylen, Polymethylmethacrylat, Polyisobutylmethacrylat, Polystyren, Polybutadien, Polyisopren, Polyisobutylen, Polylaurylmethacrylat, Polystearylmethacrylat, Polyisobornylmethacrylat, Poly-t-butylmethacrylat, Polyethylmethacrylat, Polymethylacrylat, Polyethylacrylat, Polyacrylnitril und Copolymere von zwei oder mehr dieser Materialien. Einige verwendbare Pigment-/Polymerkomplexe, die im Handel erhältlich sind, sind unter anderem Process Magenta PM 1776 (Magruder Color Company, Inc., Elizabeth, NJ), Methyl Violet PMA VM6223 (Magruder Color Company, Inc., Elizabeth, NJ) und Naphthol FGR RF6257 (Magruder Color Company, Inc., Elizabeth, NJ).
  • Der Pigment-Polymer-Verbundstoff kann durch einen physikalischen Prozess (beispielsweise Reibungs- oder Kugelmahlen), einen chemischen Prozess (beispielsweise Mikrokapselung oder Dispersionspolymerisation) oder einen anderen auf dem Gebiet der Teilchenherstellung bekannten Prozess gebildet werden. Es ist anhand der folgenden nicht beschränkenden Beispiele ersichtlich, dass die Prozesse und Materialien sowohl für die Herstellung von Teilchen als auch für das Laden von ihnen im allgemeinen vom Gebiet flüssiger Toner oder der Flüssigkeitsimmersionsentwicklung abgeleitet sind. Demgemäß sind alle bekannten Prozesse aus der Flüssigkeitsentwicklung besonders, jedoch nicht ausschließlich, relevant.
  • Es können noch neue und verwendbare elektrophoretische Teilchen entdeckt werden, es kann sich jedoch auch eine Anzahl von Teilchen, die Fachleuten auf dem Gebiet elektrophoretischer Anzeigen und flüssiger Toner bereits bekannt sind, als verwendbar erweisen. Im allgemeinen sind die Anforderungen an Polymere für flüssige Toner und gekapselte elektrophoretische Tinten in der Hinsicht ähnlich, dass das Pigment oder der Farbstoff leicht durch einen physikalischen, chemischen oder physikalisch-chemischen Prozess darin aufnehmbar sein müssen, dass sie bei der Kolloidstabilität helfen können und Ladungsstellen enthalten können oder in der Lage sein können, Materialien aufzunehmen, die Ladungsstellen enthalten. Eine allgemeine Anforderung von der Industrie flüssiger Toner, die gekapselte elektrophoretische Tinten nicht erfüllen, besteht darin, dass der Toner das Bild "fixieren" können muss, d. h. durch Wärme verschmelzbar sein muss, um nach dem Aufbringen der Tonerteilchen einen gleichmäßigen Film zu erzeugen.
  • Typische Herstellungstechniken für Teilchen wurden vom Fachgebiet flüssiger Toner und anderen Fachgebieten übernommen und umfassen Kugelmahlen, Reibungsmahlen, Strahlmahlen usw. Der Prozess wird für den Fall eines pigmentierten Polymerteilchens erläutert. In einem solchen Fall wird das Pigment in dem Polymer, gewöhnlich in einer Art eines Mechanismus mit hohen Scherkräften, wie einem Schneckenextruder, vermischt. Das Verbundmaterial wird dann (nass oder trocken) zu einer Anfangsgröße von etwa 10 μm gemahlen. Es wird dann in einer Trägerflüssigkeit, beispielsweise ISOPAR® (Exxon, Houston, TX) dispergiert und wahlweise mit einem Ladungssteuermittel (mit Ladungssteuermitteln) versetzt und unter hohen Scherkräften über mehrere Stunden bis zur endgültigen Teilchengröße und/oder Größenverteilung gemahlen.
  • Eine weitere Herstellungstechnik für Teilchen, die vom Gebiet flüssiger Toner übernommen wurde, besteht darin, das Polymer, das Pigment und das Suspensionsfluid in eine Mediumsmühle einzubringen. Die Mühle wird eingeschaltet und gleichzeitig auf eine Temperatur erwärmt, bei der das Polymer mit dem Lösungsmittel erheblich anschwillt. Diese Temperatur liegt typischerweise in der Nähe von 100°C. In diesem Zustand lässt sich das Pigment leicht in das angeschwollene Polymer einkapseln. Nach einer geeigneten Zeit, typischerweise einigen Stunden, wird die Mühle allmählich auf die Umgebungstemperatur abgekühlt, während gerührt wird. Dieses Mahlen kann über einige Zeit fortgesetzt werden, um eine ausreichend kleine Teilchengröße zu erhalten. Die Ladungsmittel können zu dieser Zeit hinzugefügt werden. Wahlweise kann weiteres Suspensionsfluid hinzugefügt werden.
  • Es können chemische Prozesse, wie die Dispersionspolymerisation, die Mini- oder Mikroemulsionspolymerisation, die Suspensionspolymerisationsausfällung, die Phasentrennung, die Lösungsmittelverdampfung, die In-Situ-Polymerisation, die geimpfte Emulsionspolymerisation oder ein anderer Prozess, der unter die allgemeine Kategorie der Mikrokapselung fällt, verwendet werden. Ein typischer Prozess dieses Typs ist ein Phasentrennprozess, bei dem ein gelöstes Polymermaterial durch Lösungsmitteldilution, Verdampfung oder eine thermische Änderung aus einer Lösung auf eine dispergierte Pigmentoberfläche ausgefällt wird. Andere Prozesse schließen chemische Mittel zum Beflecken von Polymerlatexmaterialien, beispielsweise mit Metalloxiden oder Farbstoffen, ein.
  • B. Suspensionsfluid
  • Das die Teilchen enthaltende Suspensionsfluid kann auf der Grundlage solcher Eigenschaften, wie der Dichte, des Brechungsindex und der Löslichkeit, ausgewählt werden. Ein bevorzugtes Suspensionsfluid hat eine niedrige Dielektrizitätskonstante (etwa 2), einen hohen spezifischen Volumenwiderstand (etwa 1015 Ohm·cm), eine niedrige Viskosität (weniger als 5 cst), eine geringe Giftigkeit und geringe Auswirkungen auf die Umwelt, eine geringe Wasserlöslichkeit (weniger als 10 ppm), ein hohes spezifisches Gewicht (größer als 1,5), einen hohen Siedepunkt (größer als 90°C) und einen niedrigen Brechungsindex (kleiner als 1,2).
  • Die Auswahl des Suspensionsfluids kann auf der Grundlage von Erwägungen der chemischen Trägheit, der mit dem elektrophoretischen Teilchen übereinstimmenden Dichte oder der chemischen Verträglichkeit sowohl mit den elektrophoretischen Teilchen als auch mit der Begrenzungskapsel erfolgen. Die Viskosität des Fluids sollte niedrig sein, wenn sich die Teilchen bewegen können sollen. Der Brechungsindex des Suspensionsfluids kann auch im wesentlichen an denjenigen der Teilchen angepasst werden. Hier ist der Brechungsindex eines Suspensionsfluids "im wesentlichen angepasst" an denjenigen eines Teilchens, falls die Differenz zwischen ihren jeweiligen Brechungsindizes zwischen etwa null und etwa 0,3 liegt und vorzugsweise zwischen etwa 0,05 und etwa 0,2 liegt.
  • Zusätzlich kann das Fluid so ausgewählt werden, dass es ein schlechtes Lösungsmittel für manche Polymere ist, was für die Verwendung bei der Herstellung von Mikroteilchen vorteilhaft ist, weil dadurch der Bereich von Polymermaterialien vergrößert wird, der bei der Herstellung von Polymeren und Pigmenten verwendbar ist. Organische Lösungsmittel, wie halogenierte organische Lösungsmittel, gesättigte lineare oder verzweigte Kohlenwasserstoffe, Silikonöle und halogenhaltige Polymere mit einem niedrigen Molekulargewicht, sind einige verwendbare Suspensionsfluide. Das Suspensionsfluid kann ein einziges Fluid umfassen. Das Fluid ist jedoch häufig eine Mischung von mehr als einem Fluid, um seine chemischen und physikalischen Eigenschaften anzupassen. Überdies kann das Fluid Oberflächenmodifizierer enthalten, um die Oberflächenenergie oder die Ladung des elektrophoretischen Teilchens oder der Begrenzungskapsel zu modifizieren. Reaktanten oder Lösungsmittel für den Mikrokapselungsprozess (beispielsweise in Öl lösliche Monomere) können auch in dem Suspensionsfluid enthalten sein. Ladungssteuermittel können auch zum Suspensionsfluid hinzugefügt werden.
  • Verwendbare organische Lösungsmittel sind unter anderem Epoxide, wie beispielsweise Decanepoxid und Dodecanepoxid; Vinylether, wie beispielsweise Cyclohexylvinylether und Decave® (International Flavors & Fragrances, Inc., New York, NY); und aromatische Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Toluol und Naphthalen. Verwendbare halogenierte organische Lösungsmittel sind unter anderem Tetrafluordibromethylen, Tetrachlorethylen, Trifluorchlorethylen, 1,2,4-Trichlorbenzol sowie Kohlenstofftetrachlorid. Diese Materialien haben hohe Dichten. Verwendbare Kohlenwasserstoffe sind unter anderem Dodecan, Tetradecan, die aliphatischen Kohlenwasserstoffe in der Isopar®-Reihe (Exxon, Houston, TX), Norpar® (Reihe normaler Paraffinflüssigkeiten), Shell Sol® (Shell, Houston, TX) und Sol-Trol® (Shell), Benzin und andere Petroleum-Lösungsmittel. Diese Materialien haben gewöhnlich niedrige Dichten. Verwendbare Beispiele von Silikonölen sind unter anderem Octamethylcyclosiloxan und zyklische Siloxane mit einem höheren Molekulargewicht, Poly(methylphenylsiloxan), Hexamethyldisiloxan und Polydimethylsiloxan. Diese Materialien haben gewöhnlich niedrige Dichten. Verwendbare halogenhaltige Polymere mit einem niedrigen Molekulargewicht sind unter anderem Poly(chlortrifluorethylen)polymer (Halogenated hydrocarbon Inc., River Edge, NJ), Galden® (ein perfluorierter Ether von Ausimont, Morristown, NJ) oder Krytox® von Dupont (Wilmington, DE). Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Suspensionsfluid ein Poly(chlortrifluorethylen)polymer. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform hat dieses Polymer einen Polymerisationsgrad von etwa 2 bis etwa 10. Viele der vorstehend erwähnten Materialien sind in einem Bereich von Viskositäten, Dichten und Siedepunkten erhältlich.
  • Das Fluid muss vor dem Bilden einer Kapsel zu kleinen Tröpfchen geformt werden können. Bei Verfahren zur Bildung kleiner Tröpfchen werden Durchflussstrahlen, Membranen, Düsen oder Öffnungen sowie auf Scherkräften basierende Emulgierschemata eingesetzt. Die Bildung kleiner Tröpfchen kann durch elektrische Felder oder Schallfelder unterstützt werden. Oberflächenaktive Stoffe und Polymere können verwendet werden, um das Stabilisieren und Emulgieren der Tröpfchen im Fall einer Emulsionskapselung zu unterstützen. Ein bevorzugter oberflächenaktiver Stoff zur Verwendung bei Anzeigen gemäß der Erfindung ist Natriumdodecylsulfat.
  • Es kann bei manchen Anzeigen vorteilhaft sein, wenn das Suspensionsfluid einen optisch absorbierenden Farbstoff enthält. Dieser Farbstoff kann in dem Fluid löslich sein, er ist jedoch im allgemeinen in den anderen Komponenten der Kapsel unlöslich. Es gibt eine große Flexibilität bei der Auswahl des Farbstoffmaterials. Der Farbstoff kann eine reine Verbindung sein oder aus Farbstoffmischungen bestehen, um eine bestimmte Farbe, einschließlich Schwarz, zu erreichen. Die Farbstoffe können fluoreszierend sein, wodurch eine Anzeige hergestellt wird, bei der die Fluoreszenzeigenschaften von der Position der Teilchen abhängen. Die Farbstoffe können photoaktiv sein und bei Bestrahlung mit sichtbarem oder ultraviolettem Licht zu einer anderen Farbe wechseln oder farblos werden, wodurch ein anderes Mittel zum Erhalten eines optischen Ansprechens bereitgestellt wird. Farbstoffe könnten auch polymerisierbar sein, wobei innerhalb der Begrenzungskapsel ein festes absorbierendes Polymer gebildet wird.
  • Es gibt viele Farbstoffe, die zur Verwendung in einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige verwendet werden können. Die hierbei wichtigen Eigenschaften sind ein schnelles Ansprechen auf Licht, die Löslichkeit in der Suspensionsflüssigkeit, die Farbe und die Kosten. Diese gehören im allgemeinen der Klasse der Azo-, Anthraquinon- und Triphenylmethan-Farbstoffe an und können chemisch modifiziert werden, so dass die Löslichkeit in der Ölfarbe erhöht wird und die Adsorption durch die Teilchenoberfläche reduziert wird.
  • Es wird sich eine Anzahl von Farbstoffen als verwendbar erweisen, die Fachleuten auf dem Gebiet elektrophoretischer Anzeigen bereits bekannt sind. Verwendbare Azofarbstoffe sind unter anderem die Farbstoffe Oil Red und die Farbstof fe der Sudan-Red- und Sudan-Black-Reihen. Verwendbare Anthraquinon-Farbstoffe sind unter anderem die Oil-Blue-Farbstoffe und die Farbstoffe der Macrolex-Blue-Reihe. Verwendbare Triphenylmethan-Farbstoffe sind unter anderem Hydrol von Michler, Malachitgrün ("Malachite Green"), Kristallviolett ("Crystal Violet") und Auramin O ("Auramine O").
  • C. Ladungssteuermittel und Teilchenstabilisatoren
  • Ladungssteuermittel werden verwendet, um den elektrophoretischen Teilchen eine gute elektrophoretische Beweglichkeit zu verleihen. Stabilisatoren werden verwendet, um ein Zusammenballen der elektrophoretischen Teilchen zu verhindern und um zu verhindern, dass sich die elektrophoretischen Teilchen irreversibel an der Kapselwand ablagern. Beide Bestandteile können aus Materialien mit einem breiten Bereich von Molekulargewichten (niedriges Molekulargewicht, oligomer oder polymer) hergestellt werden, und sie können rein oder eine Mischung sein. Insbesondere werden geeignete Ladungssteuermittel im allgemeinen aus dem Gebiet flüssiger Toner angepasst. Das zum Modifizieren und/oder Stabilisieren der Teilchenoberflächenladung verwendete Ladungssteuermittel wird so eingesetzt, wie auf den Gebieten flüssiger Toner, elektrophoretischer Anzeigen, nicht wässriger Farbdispersionen und Motorölzusätzen allgemein bekannt ist. Bei all diesen Techniken können Ladungsstoffe zu nicht wässrigen Medien hinzugefügt werden, um die elektrophoretische Beweglichkeit zu erhöhen oder die elektrostatische Stabilisation zu erhöhen. Die Materialien können auch die sterische Stabilisation verbessern. Verschiedene Ladungstheorien werden postuliert, einschließlich einer selektiven Ionenadsorption, einer Protonenübertragung und einer Kontakt elektrifizierung.
  • Es kann ein optionales Ladungssteuermittel oder ein optionales Ladungsleitmittel verwendet werden. Diese Bestandteile bestehen typischerweise aus oberflächenaktiven Stoffen mit einem niedrigen Molekulargewicht, polymerischen Mitteln oder Mischungen von einem oder mehreren Bestandteilen und dienen dazu, das Vorzeichen und/oder die Größe der Ladung auf den elektrophoretischen Teilchen zu stabilisieren oder auf andere Weise zu modifizieren. Die Ladungseigenschaften des Pigments selbst können unter Berücksichtigung der Säure- oder grundlegenden Oberflächeneigenschaften des Pigments in Betracht gezogen werden, oder die Ladungsstellen können auf der Trägerharzoberfläche (falls vorhanden) auftreten, oder es kann eine Kombination von diesen beiden vorhanden sein. Zusätzliche Pigmenteigenschaften, die relevant sein können, sind die Teilchengrößenverteilung, die chemische Zusammensetzung und die Schnelligkeit des Ansprechens auf Licht. Das zum Modifizieren und/oder Stabilisieren der Teilchenoberflächenladung verwendete Ladungssteuermittel wird aufgebracht, wie auf dem Gebiet flüssiger Toner, elektrophoretischer Anzeigen, nicht wässriger Farbdispersionen und Motoröl-Zusatzstoffe allgemein bekannt ist. Bei all diesen Techniken können Ladungsstoffe zu nicht wässrigen Medien hinzugegeben werden, um die elektrophoretische Beweglichkeit oder die elektrostatische Stabilisation zu erhöhen. Die Materialien können auch die sterische Stabilisation verbessern. Verschiedene Ladungstheorien werden postuliert, einschließlich einer selektiven Ionenadsorption, einer Protonenübertragung und einer Kontaktelektrifizierung.
  • Es können auch Ladungshilfsmittel hinzugefügt werden. Diese Materialien erhöhen die Wirksamkeit der Ladungssteuermittel oder Ladungsleitmittel. Die Ladungshilfsmittel können eine Polyhydroxyverbindung oder eine Aminoalkoholverbindung sein, die vorzugsweise in dem Suspensionsfluid in einem Anteil von wenigstens 2 Gew.-% löslich sind. Beispiele von Polyhydroxyverbindungen, welche wenigstens zwei Hydroxylgruppen enthalten, sind unter anderem Ethylenglycol, 2,4,7,9-Tetramethyl-decyn-4,7-diol, Poly(propylenglycol), Pentaethylenglycol, Tripropylenglycol, Triethylenglycol, Glycerol, Pentaerythritol, Glycerol-tri-12-hydroxystearat, Propylenglycerolmonohydroxystearat und Ethylenglycolmonohydroxystearat. Beispiele von Aminoalkoholverbindungen, welche wenigstens eine Alkoholfunktion und eine Aminfunktion im selben Molekül aufweisen, sind unter anderem Triisopropanolamin, Triethanolamin, Ethanolamin, 3-Amino-1-propanol, o-Aminophenol, 5-Amino-1-pentanol und Tetra(2-hydroxyethyl)ethylendiamin. Das Ladungshilfsmittel ist vorzugsweise in einem Anteil von etwa 1 bis etwa 100 mg/g und bevorzugter von etwa 50 bis etwa 200 mg/g der Teilchenmasse in dem Suspensionsfluid vorhanden.
  • Die Oberfläche der Teilchen kann auch chemisch modifiziert werden, um beispielsweise die Dispersion zu unterstützen, die Oberflächenladung zu verbessern und die Stabilität der Dispersion zu verbessern. Oberflächenmodifizierer sind unter anderem organische Siloxane, Organohalogensilane und andere funktionelle Silankopplungsmittel (Dow Corning® Z-6070, Z-6124 und 3 Zusatzstoffe, Midland, MI); organische Titanate und Zirconate (Tyzor® TOT, TBT und TE Series, Dupont, Wilmington, DE); hydrophobe Mittel, wie langkettige (C12 bis C50) Alkyl- und Alkylbenzolsulphonsäuren, Fettamine oder -diamine und ihre Salze oder Quaternärderivate sowie amphipathische Polymere, die kovalent an die Teil chenoberfläche gebunden werden können.
  • Im allgemeinen wird angenommen, dass das Laden zu einer Säure-Base-Reaktion zwischen einigen in der kontinuierlichen Phase und an der Teilchenoberfläche vorhandenen Anteilen führt. Demgemäß sind verwendbare Materialien jene, die an einer solchen Reaktion oder einer anderen auf dem Fachgebiet bekannten Ladungsreaktion teilnehmen können.
  • Verschiedene nicht einschränkende Klassen von Ladungssteuermitteln, die verwendbar sind, umfassen organische Sulfate oder Sulfonate, Metallseifen, Block- oder Kombinations-Copolymere, organische Amide, organische Zwitterionen und organische Phosphate und Phosphonate. Verwendbare organische Sulfate und Sulfonate sind unter anderem Bis(2-ethylhexyl)natriumsulfosuccinat, Kalziumdodecylbenzolsulfonat, Kalziumpetroleumsulfonat, neutrales oder basisches Bariumdinonylnaphthalensulfonat, neutrales oder basisches Kalziumdinonylnaphthalensulfonat, Dodecylbenzolsulfonsäurenatriumsalz und Ammoniumlaurylsulphat. Verwendbare Metallseifen sind unter anderem basisches oder neutrales Bariumpetronat, Kalziumpetronat, Co-, Ca-, Cu-, Mn-, Ni-, Zn- und Fe-Salze von Naphthensäure, Ba-, Al-, Zn-, Cu-, Pb- und Fe-Salze von Stearinsäure, divalente und trivalente Metallcarboxylate, wie Aluminiumtristearat, Aluminiumoctoat, Lithiumheptanoat, Eisenstearat, Eisendistearat, Bariumstearat, Chromstearat, Magnesiumoctoat, Kalziumstearat, Eisennaphthenat und Zinknaphthenat, Mn- und Zn-Heptanoat und Ba-, Al-, Co-, Mn- und Zn-Octoat. Verwendbare Block- und Kombinations-Copolymere sind unter anderem AB-Diblock-Copolymere von (A) Polymeren von 2-(N,N)dimethylaminoethylmethacrylat, das mit Methyl-p-toluolsulfonat quaternisiert ist und (B) Poly-2-ethylhexylmethacrylat und Kombi nations-Pfropfcopolymere mit in Öl löslichen Ausläufern von Poly(12-hydroxystearinsäure) mit einem Molekulargewicht von etwa 1800, die an eine in Öl lösliche Ankergruppe von Po-ly(methylmethacrylat-methacrylsäure) angehängt sind. Verwendbare organische Amide sind unter anderem Polyisobutylensuccinimide, wie OLOA 1200 und N-Vinylpyrrolidonpolymere. Verwendbare organische Zwitterionen umfassen unter anderem Lecithin. Verwendbare organische Phosphate und Phosphonate umfassen unter anderem Natriumsalze von phosphatierten Mono- und Diglyceriden mit gesättigten und ungesättigten Säuresubstituenten.
  • Teilchendispersionsstabilisatoren können hinzugefügt werden, um eine Teilchenausflockung oder ein Anhaften an den Kapselwänden zu verhindern. Für die typischen, einen hohen spezifischen Widerstand aufweisenden Flüssigkeiten, die als Suspensionsfluide in elektrophoretischen Anzeigen verwendet werden, können nicht wässrige oberflächenaktive Stoffe verwendet werden. Diese sind unter anderem Glycolether, Acetylglycole, Alkanolamide, Sorbitolderivate, Alkylamine, quaternäre Amine, Imidazoline, Dialkyloxide und Sulfosuccinate.
  • D. Kapselung
  • Die Kapselung hat eine lange und reiche Geschichte, wobei sich zahlreiche Prozesse und Polymere bei der Erzeugung von Kapseln als verwendbar erwiesen haben. Die Kapselung der inneren Phase kann in einer Anzahl verschiedener Weisen erreicht werden. Zahlreiche geeignete Prozeduren zur Mikrokapselung sind detailliert in Microencapsulation, Processes and Applications, (I. E. Vandegaer, Herausgeber), Plenum Press, New York, NY (1974) und in Gutcho, Microcapsules and Microencapsulation Techniques, Nuyes Data Corp., Park Ridge, N. J. (1976) ausgeführt.
  • Die Prozesse fallen in mehrere allgemeine Kategorien, die alle auf die vorliegende Erfindung angewendet werden können: die Grenzflächenpolymerisation, die In-Situ-Polymerisation, physikalische Prozesse, wie die Koextrusion und andere Phasentrennungsprozesse, das Härten in einer Flüssigkeit und eine einfache bzw. komplexe Koazervation.
  • Zahlreiche Materialien und Prozesse sollten sich als beim Herstellen von Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung verwendbar erweisen. Verwendbare Materialien für einfache Koazervationsprozesse sind unter anderem Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyvinylacetat und Zellulosederivate, wie beispielsweise Carboxymethylzellulose. Verwendbare Materialien für komplexe Koazervationsprozesse sind unter anderem Gelatine, Akaziengummi, Carrageenan, Carboxymethylzellulose, hydrolisierte Styrenanhydridcopolymere, Agar, Alginat, Casein, Albumin, Methylvinylethercomaleinanhydrid und Zellulosephthalat. Verwendbare Materialien für Phasentrennungsprozesse sind unter anderem Polystyren, PMMA, Polyethylmethacrylat, Polybutylmethacrylat, Ethylzellulose, Polyvinylpyridin und Polyacrylnitril. Verwendbare Materialien für In-Situ-Polymerisationsprozesse sind unter anderem Polyhydroxyamide mit Aldehyden, Melamin oder Harnstoff und Formaldehyd; wasserlösliche Oligomere des Kondensats von Melamin oder Harnstoff und Formaldehyd; und Vinylmonomere, wie beispielsweise Styren, MMA und Acrylnitril. Schließlich sind verwendbare Materialien für Grenzflächen-Polymerisationsprozesse unter anderem Diacylchloride, wie beispielsweise Sebacoyl, Adipoyl und Di- oder Polyamine oder Alkohole und Isocyanate. Verwendbare Emulsionspolymerisa tionsmaterialien können unter anderem Styren, Vinylacetat, Acrylsäure, Butylacrylat, t-Butylacrylat, Methylmethacrylat und Butylmethacrylat einschließen.
  • Die hergestellten Kapseln können in einem härtbaren Träger dispergiert werden, wodurch sich eine Tinte ergibt, die auf große und beliebig geformte oder gekrümmte Oberflächen unter Verwendung herkömmlicher Druck- und Beschichtungstechniken gedruckt oder aufgebracht werden kann.
  • In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung wird ein Fachmann eine Kapselungsprozedur und ein Wandmaterial auf der Grundlage der gewünschten Eigenschaften für die Kapsel auswählen. Diese Eigenschaften schließen die Verteilung von Kapselradien, elektrische, mechanische, Diffusions- und optische Eigenschaften der Kapselwand und die chemische Verträglichkeit mit der inneren Phase der Kapsel ein.
  • Die Kapselwand hat im allgemeinen einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand. Wenngleich es möglich ist, Wände mit verhältnismäßig niedrigen spezifischen Widerständen zu verwenden, kann hierdurch die Leistungsfähigkeit begrenzt werden, weil höhere Adressierungsspannungen erforderlich sind. Eine vollständige Erörterung der relevanten elektrischen Eigenschaften der Kapselwand ist in der Druckschrift US-A-4 605 284 dargelegt.
  • Die Kapselwand sollte auch mechanisch stark sein (wenngleich die mechanische Stärke nicht sehr kritisch ist, falls das fertige Kapselpulver in einem härtbaren Polymerbindemittel zur Aufbringung zu dispergieren ist). Die Kapselwand sollte im allgemeinen nicht porös sein. Falls es jedoch erwünscht ist, eine Kapselungsprozedur zu verwenden, die poröse Kapseln erzeugt, können diese in einem Nachverarbeitungsschritt (d. h. einer zweiten Kapselung) überzogen werden. Falls die Kapseln überdies in einem härtbaren Bindemittel zu dispergieren sind, dient das Bindemittel dazu, die Poren zu schließen. Die Kapselwände sollten optisch klar sein. Das Wandmaterial kann jedoch so ausgewählt werden, dass es mit dem Brechungsindex der inneren Phase der Kapsel (d. h. des Suspensionsfluids) oder eines Bindemittels, in dem die Kapseln zu dispergieren sind, übereinstimmt. Für manche Anwendungen (beispielsweise ein Einschieben zwischen zwei festen Elektroden) sind monodispergierte Kapselradien wünschenswert.
  • Eine Kapselungstechnik, die für die vorliegende Erfindung sehr geeignet ist, ist in der Druckschrift US-A-4 087 376 dargelegt. Bei der Prozedur wird eine Polymerisation zwischen Harnstoff und Formaldehyd in einer wässrigen Phase einer Öl/Wasser-Emulsion bei Vorhandensein eines negativ geladenen linearen Kohlenwasserstoff-Polyelektrolytmaterials mit substituierter Carboxylgruppe ausgeführt. Die sich ergebende Kapselwand ist ein Harnstoff/Formaldehyd-Copolymer, das die innere Phase diskret umschließt. Die Kapsel ist klar, mechanisch stark und hat gute Widerstandseigenschaften.
  • Bei der verwandten Technik der In-Situ-Polymerisation wird ein Öl/Wasser-Emulsion verwendet, die durch Dispergieren der elektrophoretischen Zusammensetzung (d. h. der dielektrischen Flüssigkeit, die eine Suspension der Pigmentteilchen enthält) in einer wässrigen Umgebung gebildet ist. Die Monomere polymerisieren unter Bildung eines Polymers mit einer höheren Affinität für die innere Phase als für die wässrige Phase, so dass sie um die emulgierten Öltröpf chen kondensieren. Bei einem besonders nützlichen In-Situ-Polymerisationsprozess kondensieren Harnstoff und Formaldehyd bei Vorhandensein von Poly(acrylsäure) (siehe beispielsweise in dem US-Patent 4 001 140). Bei einem anderen verwendbaren Prozess, der in dem US-Patent 4 273 672 beschrieben ist, wird ein beliebiges von einer Vielzahl von in einer wässrigen Lösung enthaltenen Vernetzungsmitteln um mikroskopische Öltröpfchen angelagert. Solche Vernetzungsmittel sind unter anderem Aldehyde, insbesondere Formaldehyd, Glyoxal oder Glutaraldehyd; Alaun; Zirconiumsalze und Polyisocyanate.
  • Beim Koazervationsverfahren wird auch eine Öl/Wasser-Emulsion verwendet. Eines oder mehrere Kolloide werden aus der wässrigen Phase einer Koazervation (d. h. einer Zusammenballung) unterzogen und bei Steuerung der Temperatur, des pH-Werts und/oder der relativen Konzentrationen als Mäntel um die Öltröpfchen abgelagert, wodurch die Mikrokapsel erzeugt wird. Für die Koazervation geeignete Materialien sind unter anderem Gelatine und Arabisches Gummi. Siehe beispielsweise US-Patent 2 800 457.
  • Beim Grenzflächen-Polymerisationsverfahren wird das Vorhandensein eines öllöslichen Monomers in der elektrophoretischen Zusammensetzung, die wieder als eine Emulsion in einer wässrigen Phase vorhanden ist, ausgenutzt. Die Monomere in den winzigen hydrophoben Tröpfchen reagieren mit einem in die wässrige Phase eingebrachten Monomer, wobei sie an der Grenzfläche zwischen den Tröpfchen und dem umgebenden wässrigen Medium polymerisieren und Mäntel um die Tröpfchen bilden. Wenngleich die sich ergebenden Wände verhältnismäßig dünn sind und durchlässig sein können, sind bei diesem Prozess nicht die erhöhten Temperaturen erfor derlich, die für manche andere Prozesse charakteristisch sind, und es ist daher eine größere Flexibilität in bezug auf die Auswahl der dielektrischen Flüssigkeit gegeben.
  • 13A zeigt eine als Beispiel dienende Vorrichtung und Umgebung zum Ausführen einer emulsionsbasierten Kapselung. Eine Öl/Wasser-Emulsion wird in einem Gefäß 76 vorbereitet, das mit einer Vorrichtung 78 zum Überwachen und einer Vorrichtung 80 zum Steuern der Temperatur versehen ist. Eine Überwachungseinrichtung 82 für den pH-Wert kann auch vorhanden sein. Ein Rührwerk 84 behält die Bewegung während des Kapselungsprozesses bei und kann in Kombination mit Emulgatoren verwendet werden, um die Größe der Emulsionströpfchen 86 zu steuern, die zu fertigen Kapseln führen. Die wässrige kontinuierliche Phase 88 kann beispielsweise ein Prepolymer und verschiedene Systemmodifikatoren enthalten.
  • 13B zeigt ein Öltröpfchen 90, das ein im wesentlichen transparentes Suspensionsfluid 92 enthält, in dem weiße Mikroteilchen 94 und schwarze Teilchen 96 dispergiert sind. Vorzugsweise haben die Teilchen 94 und 96 Dichten, die im wesentlichen mit der Dichte des Suspensionsfluids 92 übereinstimmen. Die flüssige Phase kann auch einige Schwellenwert/Bistabilitäts-Modifikatoren, Ladungssteuermittel und/oder hydrophobe Monomere enthalten, um eine Grenzflächenpolymerisation vorzunehmen.
  • 13C zeigt ein ähnliches Öltröpfchen 98, das ein dunkel gefärbtes Suspensionsfluid 100 aufweist, welches eine Dispersion weißer Teilchen 94 und geeigneter Ladungssteuermittel enthält.
  • Beschichtungshilfen können verwendet werden, um die Gleichmäßigkeit und Qualität des aufgebrachten oder aufgedruckten elektrophoretischen Tintenmaterials zu verbessern. Befeuchtungsmittel werden typischerweise hinzugefügt, um die Grenzflächenspannung an der Grenzfläche zwischen der Beschichtung und dem Substrat einzustellen und die Oberflächenspannung zwischen der Flüssigkeit und Luft einzustellen. Befeuchtungsmittel sind unter anderem anionische und kationische oberflächenaktive Mittel und nichtionische Stoffe, wie Silikon oder Materialien auf Fluorpolymerbasis. Dispersionsmittel können verwendet werden, um die Grenzflächenspannung zwischen den Kapseln und dem Bindemittel zu modifizieren und dadurch die Ausflockung und das Absetzen von Teilchen zu steuern.
  • Oberflächenspannungs-Modifikatoren können hinzugefügt werden, um die Grenzflächenspannung zwischen Luft und der Tinte einzustellen. Polysiloxane werden typischerweise bei einer solchen Anwendung verwendet, um die Oberflächeneinebnung zu verbessern, während andere Fehler innerhalb der Beschichtung minimiert werden. Oberflächenspannungs-Modifikatoren sind unter anderem fluorierte oberflächenaktive Mittel, wie beispielsweise die Zonyl®-Reihe von DuPont (Wilmington, DE), die Fluorod®-Reihe von 3M (St. Paul, MN) und die Fluoralkylreihe von Autochem (Glen Rock, NJ); Siloxane, wie beispielsweise Silwet® von Union Carbide (Danbury, CT); und Polyethoxy- und Polypropoxyalkohole. Schaumverhinderungsmittel, wie Silikon- und silikonfreie Polymermaterialien, können hinzugefügt werden, um die Bewegung von Luft aus der Tinte an die Oberfläche zu verbessern und das Ausbrechen von Blasen an der Beschichtungsfläche zu erleichtern. Andere verwendbare Schaumverhinderungsmittel sind unter anderem Glycerylester, Polyol, gemischte Schaumverhinderungsmittel, wie Öllösungen von Alkylbenzolen, natürliche Fette, Fettsäuren und Metallseifen und Silikon-Schaumverhinderungsmittel aus einer Kombination von Dimethylsiloxanpolymeren und Siliciumdioxid. Stabilisatoren, wie UV-Absorber und Antioxidationsmittel, können hinzugefügt werden, um die Lebensdauer der Tinte zu verbessern.
  • Andere Zusatzstoffe zum Steuern der Eigenschaften, wie der Beschichtungsviskosität und der Schaumbildung, können auch in dem Beschichtungsfluid verwendet werden. Stabilisatoren (UV-Absorber, Antioxidationsmittel) und andere Zusatzstoffe können sich als bei praktisch eingesetzten Materialien nützlich erweisen.
  • E. Bindemittel
  • Das Bindemittel wird als ein nicht leitendes klebendes Medium, das die Kapseln unterstützt und schützt, sowie zum Verbinden der Elektrodenmaterialien mit der Kapseldispersion verwendet. Bindemittel sind in vielen Formen und chemischen Typen verfügbar. Zu diesen gehören wasserlösliche Polymere, in Wasser schwebende Polymere, öllösliche Polymere, unter Wärme härtende und thermoplastische Polymere und strahlungsgehärtete Polymere.
  • Zu den wasserlöslichen Polymeren gehören die verschiedenen Polysaccharide, die Polyvinylalkohole, N-Methylpyrollidon, N-Vinylpyrollidon, die verschiedenen Carbowax®-Spezies (Union Carbide, Danbury, CT) und Poly-2-hydroxyethylacrylat.
  • Die in Wasser dispergierten oder in Wasser schwebenden Systeme sind im allgemeinen Latexverbindungen, beispielsweise Neorez®- und Neocryl®-Harze (Zeneca Resins, Wilmington, MA), Acrysol (Rohm and Haas, Philadelphia, PA), Bayhydrol® (Bayer, Pittsburgh, PA) und die HP-Linie von Cytec Industries (West Paterson, NJ). Hierbei handelt es sich im allgemeinen um Latexmaterialien von Polyurethanen, die gelegentlich mit einem oder mehreren von Acrylen, Polyestern, Polycarbonaten oder Silikonen gemischt sind, die jeweils das fertige gehärtete Harz mit einem spezifischen Satz von Eigenschaften versehen, die durch die Glasübergangstemperatur, den "Klebrigkeitsgrad", die Weichheit, die Klarheit, die Flexibilität, die Wasserdurchlässigkeit und die Lösungsmittelbeständigkeit, das Streckmodul und die Dehnungsfestigkeit, die thermoplastische Fließfähigkeit und das Feststoffniveau definiert sind. Einige in Wasser schwebende Systeme können mit reaktiven Monomeren gemischt werden und zur Bildung komplexerer Harze katalysiert werden. Einige können weiter durch die Verwendung eines Vernetzungsmittels, wie Aziridin, vernetzt werden, das mit Carboxylgruppen reagiert.
  • Es folgt eine typische Anwendung eines in Wasser schwebenden Harzes und von wässrigen Kapseln. Ein Volumen der Teilchen wird bei einer geringen Geschwindigkeit zentrifugiert, um überschüssiges Wasser zu trennen. Nach einem gegebenen Zentrifugationsprozess, beispielsweise über 10 Minuten bei 60 × G, werden die Kapseln am Boden des Zentrifugenrohrs vorgefunden, während sich der Wasserteil oben befindet. Der Wasserteil wird sorgfältig entfernt (durch Abgießen oder Pipettieren). Die Masse der restlichen Kapseln wird gemessen, und es wird eine Harzmasse hinzugefügt, so dass die Masse des Harzes zwischen einem Achtel und einem Zehntel des Gewichts der Kapseln liegt. Diese Mischung wird leicht etwa eine halbe Stunde lang auf einem oszillierenden Mi scher gemischt. Nach etwa einer halben Stunde kann die Mischung auf das entsprechende Substrat aufgebracht werden.
  • Beispiele für die unter Wärme härtenden Systeme sind durch die Familie der Epoxidharze gegeben. Die Viskosität dieser binären Systeme kann sehr stark schwanken, und die Reaktivität des Paars bestimmt die "Gebrauchsdauer" der Mischung. Falls die Gebrauchsdauer ausreicht, um einen Beschichtungsvorgang zu ermöglichen, können die Kapseln in einer geordneten Anordnung bei einem Beschichtungsprozess aufgebracht werden, bevor das Harz gehärtet wird.
  • Thermoplastische Polymere, die häufig Polyester sind, werden bei hohen Temperaturen geschmolzen. Eine typische Anwendung dieses Produkttyps ist ein warmschmelzender Klebstoff. Eine Dispersion wärmebeständiger Kapseln könnte in einem solchen Medium aufgebracht werden. Der Verfestigungsprozess beginnt während des Abkühlens, und die endgültige Härte, Klarheit und Flexibilität werden durch die Verzweigung und das Molekulargewicht des Polymers beeinflusst.
  • In Öl und in Lösungsmittel lösliche Polymere ähneln in ihrer Zusammensetzung häufig dem in Wasser schwebenden System, wobei die offensichtliche Ausnahme des Wassers selbst besteht. Die Bandbreite der Formulierung für Lösungsmittelsysteme ist enorm und nur durch die Auswahl der Lösungsmittel und die Löslichkeit der Polymere begrenzt. Von erheblicher Bedeutung bei lösungsmittelbasierten Systemen ist die Lebensfähigkeit der Kapsel selbst, und die Unversehrtheit der Kapselwand kann in keiner Weise durch das Lösungsmittel beeinträchtigt werden.
  • Strahlungsgehärtete Harze werden im allgemeinen unter den lösungsmittelbasierten Systemen vorgefunden. Kapseln können in einem solchen Medium dispergiert und aufgebracht werden, und das Harz kann dann durch eine zeitliche Belichtung bis zu einem Schwellenniveau der Ultraviolettstrahlung entweder langer oder kurzer Wellenlänge gehärtet werden. Wie in allen Fällen härtbarer Polymerharze werden die endgültigen Eigenschaften durch die Verzweigung und die Molekulargewichte der Monomere, Oligomere und Vernetzungsmittel beeinflusst.
  • Es wird jedoch eine Anzahl "wasserreduzierbarer" Monomere und Oligomere vermarktet. Im strengsten Sinne sind sie nicht wasserlöslich, sondern Wasser ist bei niedrigen Konzentrationen ein annehmbarer Verdünnungsstoff und kann relativ leicht in der Mischung dispergiert werden. Unter diesen Umständen wird Wasser verwendet, um die Viskosität zu reduzieren (die anfänglich Tausende bis Hunderttausende Centipoise beträgt). Wasserbasierte Kapseln, wie jene, die beispielsweise aus einem Protein- oder Polysaccharidmaterial bestehen, könnten in einem solchen Medium dispergiert werden und aufgebracht werden, vorausgesetzt, dass die Viskosität in ausreichendem Maße verringert werden könnte. Das Härten erfolgt bei solchen Systemen im allgemeinen durch Ultraviolettstrahlung.
  • III. Beispiele
  • Beispiel 1
  • Die folgende Prozedur beschreibt die Gelatin-/Akaziengummikapselung zur Verwendung bei elektrophoretischen Anzeigen gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • A. Herstellung der Ölphase (inneren Phase)
  • Einer 1-l-Flasche werden 0,5 g Oil Blue N (Aldrich, Milwaukee, WI), 0,5 g Sudan Red 7B (Aldrich), 417,25 g Halogenated hydrocarbon Oil 0.8 (Halogenated hydrocarbon Products Corp., River Edge, NJ) und 73,67 g Isopar-G® (Exxon, Houston, TX) hinzugegeben. Die Mischung wird bei 60°C sechs Stunden lang gerührt und dann auf Zimmertemperatur abgekühlt. 50,13 g der sich ergebenden Lösung werden in ein 50 ml fassendes Polypropylen-Zentrifugenrohr eingebracht, zu dem 1,8 g Titandioxid (TiO2) (DuPont, Wilmington, DE), 0,78 g einer 10%igen Lösung von OLOA 1200 (Chevron, Somerset, NJ) in Halogenated hydrocarbon Oil 0.8 und 0,15 g Span 85 (Aldrich) hinzugefügt werden. Diese Mischung wird dann fünf Minuten lang bei der Leistungsstufe 9 in einem Ultraschallgerät vom Modell 75D von Aquasonic (VWR, Westchester, PA) bei 30°C beschallt.
  • B. Herstellung der wässrigen Phase
  • 10,0 g Akaziengummi (Aldrich) werden in 100,0 g Wasser unter Rühren bei Zimmertemperatur über 30 Minuten gelöst. Die sich ergebende Mischung wird in zwei 50 ml fassende Polypropylen-Zentrifugenrohre abgegossen und bei etwa 2000 Umdrehungen pro Minute (Umin) 10 Minuten lang zentrifugiert, um unlösliches Material zu entfernen. 66 g der gereinigten Lösung werden dann in einen 500 ml fassenden Mantelreaktor ohne Prallplatten eingegossen, und die Lösung wird dann auf 40°C erwärmt. Ein Paddelrührwerk mit sechs Messern (vertikale Geometrie) wird dann knapp unterhalb der Oberfläche der Flüssigkeit angeordnet. Während die Lösung mit 200 Umin gerührt wird, werden 6 g Gelatine (300 bloom, Typ A, Aldrich) sorgfältig über etwa 20 Sekunden hinzugefügt, um Klumpen zu vermeiden. Das Rühren wird dann auf 50 Umin verringert, um eine Schaumbildung zu reduzieren. Die sich ergebende Lösung wird dann 30 Minuten lang gerührt.
  • C. Kapselung
  • Unter Rühren bei 200 Umin wird die wie vorstehend beschrieben hergestellte Ölphase langsam etwa 15 Sekunden lang in die wässrige Phase gegossen, die auch wie vorstehend beschrieben hergestellt wurde. Die sich ergebende Öl/Wasser-Emulsion wird 20 Minuten lang emulgieren gelassen. Zu dieser Emulsion werden langsam über etwa 20 Sekunden 200 g Wasser hinzugegeben, das auf 40°C vorgewärmt wurde. Der pH-Wert wird dann etwa fünf Minuten lang mit einer 10%igen Essigsäurelösung (Essigsäure von Aldrich) auf 4,4 reduziert. Der pH-Wert wird unter Verwendung eines pH-Meßgeräts, das zuvor mit Pufferlösungen mit einem pH-Wert von 7,0 und 4,0 kalibriert wurde, überwacht. Es wird dann 40 Minuten lang umgerührt. Anschließend werden 150 g Wasser zugegeben, das auf 40°C vorgewärmt worden ist, und der Inhalt des Reaktors wird dann auf 10°C abgekühlt. Wenn die Lösungstemperatur 10°C erreicht hat, werden 3,0 ml 37%iger Formalinlösung (Aldrich) zugegeben, und die Lösung wird weitere 60 Minuten lang gerührt. 20 g Natriumcarboxymethylzellulose (NaCMC) werden zugegeben, und der pH-Wert wird dann durch Hinzugeben einer 20 Gew.-% aufweisenden Lösung von Natriumhydroxid (NaOH) auf 10,0 erhöht. Das Thermostatbad wird dann auf 40°C gelegt, und es wird weitere 70 Minuten lang gerührt. Der Schlamm wird über Nacht unter Rühren auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen. Der sich ergebende Schlamm der Kapsel ist dann für das Sie ben bereit.
  • D. Herstellung der Anzeige
  • Es werden nachstehend zwei Prozeduren zum Herstellen einer elektrophoretischen Anzeige aus dem vorstehend erwähnten Kapselschlamm beschrieben.
  • 1. Prozedur, bei der ein Urethanbindemittel verwendet wird
  • Der sich aus dem vorstehend Erwähnten ergebende Kapselschlamm wird mit dem wässrigen Urethanbindemittel NeoRez R-9320 (Zeneca Resins, Wilmington, MA) bei einem Verhältnis von einem Teil Bindemittel zu 10 Teilen der Kapsel gemischt. Die sich ergebende Mischung wird dann unter Verwendung eines Streichmessers auf eine 0,7 mm dicke Schicht eines mit Indiumzinnoxid besputterten Polyesterfilms aufgebracht. Der Spalt des Streichmessers wird kontrolliert auf 0,18 mm gelegt, um eine Einzelschicht der Kapseln abzulagern. Der aufgebrachte Film wird dann in Warmluft (60°C) 30 Minuten lang getrocknet. Nach dem Trocknen wird der trockene Film bei 60°C auf eine rückwärtige Ebene laminiert, die eine 3 mm dicke Polyesterschicht aufweist, die mit einem Druck von 15 psi in einem Warmwalzlaminat von Cheminstruments, Fairfield, OH durch Siebdruck mit Dickfilm-Silber- und dielektrischen Tinten überzogen wurde. Die hintere Ebene wird unter Verwendung eines anisotropen Bands mit dem Film verbunden. Die leitenden Bereiche bilden adressierbare Bereiche der sich ergebenden Anzeige.
  • 2. Prozedur, bei der ein Urethan-/Polyvinylalkohol-Bindemittel verwendet wird
  • Der sich aus dem vorstehend Erwähnten ergebende Kapselschlamm wird mit dem wässrigen Bindemittel gemischt, das eine Mischung von NeoRez R-966 (Zeneca Resins) und einer 20%igen Lösung von Airvol 203 (einem Polyvinylalkohol, Airvol Industries, Allentown, PA) bei einem Verhältnis von einem Teil der Lösung Airvol 203 zu einem Teil NeoRez R-966 zu fünf Teilen der Kapsel enthält. Die sich ergebende Mischung wird dann unter Verwendung eines Streichmessers auf eine 0,7 mm dicke Schicht des mit Indiumzinnoxid besputterten Polyesterfilms aufgebracht. Der Spalt des Streichmessers wird kontrolliert auf 0,18 mm gelegt, um eine Einzelschicht der Kapseln abzulagern. Der aufgebrachte Film wird dann in Warmluft (60°C) 30 Minuten lang getrocknet. Nach dem Trocknen wird eine Dickfilm-Silbertinte direkt auf die Rückseite des trockenen Films aufgedruckt und bei 60°C härten gelassen. Die leitenden Bereiche bilden die adressierbaren Bereiche der Anzeige.
  • Beispiel 2
  • Nachstehend wird ein Beispiel für die Herstellung von Mikrokapseln durch In-Situ-Polymerisation gegeben.
  • In einem 500 ml fassenden Mantelreaktor ohne Prallplatten werden 50 ml einer 10 Gew.-% aufweisenden wässrigen Lösung von Ethylencomaleinanhydrid (Aldrich), 100 ml Wasser, 0,5 g Resorcinol (Aldrich) und 5,0 g Harnstoff (Aldrich) gemischt. Die Mischung wird bei 200 Umin gerührt, und der pH-Wert wird mit einer 25 Gew.-% aufweisenden NaOH-Lösung über einen Zeitraum von 1 Minute eingestellt. Der pH-Wert wird unter Verwendung eines pH-Meßgeräts überwacht, das zuvor mit Pufferlösungen mit einem pH-Wert von 7,0 und 4,0 kalib riert wurde. Hierzu wird langsam die Ölphase hinzugegeben, die wie vorstehend in Beispiel 1 hergestellt wurde, und das Rühren wird auf 450 Umin erhöht, um die durchschnittliche Teilchengröße auf weniger als 200 μm zu verringern. 12,5 g einer 37 Gew.-% aufweisenden wässrigen Formaldehydlösung werden dann hinzugegeben, und die Temperatur wird auf 55°C erhöht. Die Lösung wird zwei Stunden lang auf 55°C erwärmt.
  • Beispiel 3
  • Nachstehend wird ein Beispiel für die Herstellung von Mikrokapseln durch Grenzflächenpolymerisation gegeben.
  • Zu 44 g der wie in Beispiel 1 beschrieben hergestellten Ölphase werden 1,0 g Sebacoylchlorid (Aldrich) zugegeben. Drei Milliliter der Mischung werden dann in 200 ml Wasser unter Rühren bei 300 Umin bei Zimmertemperatur dispergiert. Zu dieser Dispersion werden dann 2,5 ml einer 10 Gew.-% aufweisenden wässrigen Lösung von 1,6-Diaminhexan zugegeben. Nach etwa einer Stunde bilden sich Kapseln.
  • Es werden daher gekapselte elektrophoretische Anzeigen und Materialien, die bei ihrer Herstellung verwendbar sind, beschrieben. Zusätzliche Aspekte und Vorteile der Erfindung sind unter Berücksichtigung des vorstehend Erwähnten offensichtlich. Dementsprechend ist der Schutzumfang der Erfindung nur durch den Schutzumfang der anliegenden Ansprüche beschränkt.

Claims (17)

  1. Gekapselte elektrophoretische Anzeige mit einer betrachteten Oberfläche und einer rückwärtigen Oberfläche, die eine Polymermatrix mit fluidenthaltenden Hohlräumen aufweist, bei der die Hohlräume nicht kugelförmig sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume ein Längenverhältnis der Breite zu Höhe von mehr als 1,2 haben.
  2. Anzeige nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid innerhalb der Hohlräume ein Öl ist.
  3. Anzeige nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis größer als 1,5 ist.
  4. Anzeige nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Längenverhältnis größer als 1,75 ist.
  5. Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil der Polymermatrix zwischen 0,05 und 0,9 liegt.
  6. Anzeige nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Volumenanteil zwischen 0,05 und 0,2 liegt.
  7. Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die betrachtete Oberfläche im wesentlichen eben ist.
  8. Anzeige nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die betrachtete Oberfläche als auch die rückwärtige Oberfläche im wesentlich eben sind.
  9. Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch aktive Anteil der betrachteten Oberfläche größer als 80% ist.
  10. Anzeige nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der optisch aktive Anteil größer als 90% ist.
  11. Anzeige nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidenthaltenden Hohlräume innerhalb elastomerer Kapseln angeordnet sind.
  12. Verfahren zum Herstellen einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige mit dem folgenden Schritt: (a) Härten eines Bindemittels, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch: (b) Anwenden einer mechanischen Kraft auf das Bindemittel, wobei bewirkt wird, dass das Bindemittel zumindest eine nicht kugelförmige Kapsel bildet.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (a) und (b) gleichzeitig erfolgen.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kraft durch Rollen, eine Vakuumlaminatpresse, eine mechanische Presse oder durch mehrere dieser Vorgehensweisen ausgeübt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanische Kraft bewirkt, dass das Bindemittel sich ausdehnt.
  16. Verfahren zum Herstellen einer gekapselten elektrophoretischen Anzeige, wobei das Verfahren den Schritt des Härtens eines Bindemittels umfaßt und dadurch gekennzeichnet ist, dass das Bindemittel ein Verdampfungsbindemittel ist, das beim Härten deformiert, was die Bildung zumindest einer nicht kugelförmigen Kapsel bewirkt.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdampfungsbindemittel ein Akryl-, Urethan- oder Poly-(Vinylalkohol) Bindemittel ist.
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