JP2004522180A - Electrophoretic display using nanoparticles - Google Patents

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Abstract

電気泳動ディスプレイ（２００）は、流体（２１２）と、実質的に可視光の波長未満の直径を有する複数のナノパーティクル（２１４）とを含み、その結果、ナノパーティクル（２１４）が分散された状態にあり、流体（２１２）が全体にわたって均一に分散される場合、ディスプレイ（２００）は、第１の光学的特徴を提示するが、ナノパーティクル（２１４）が、凝集された状態にあり、集められて凝集されて、個々のナノパーティクルより実質的に大きい場合には、ディスプレイ（２００）は、第２の異なる光学的特徴を提示する。ディスプレイ（２００）は、さらに、ナノパーティクル含有の流体（２１２）に電場を付与し、これにより、それらの分散された状態と凝集された状態との間にナノパーティクル（２１４）を移動させるように配列された少なくとも一つの電極（２０２、２０４）を含む。
【選択図】図２ＡThe electrophoretic display (200) includes a fluid (212) and a plurality of nanoparticles (214) having a diameter substantially less than the wavelength of visible light, such that the nanoparticles (214) are dispersed. When the fluid (212) is uniformly distributed throughout, the display (200) presents a first optical feature, but the nanoparticles (214) are in an aggregated state and collected When aggregated and substantially larger than individual nanoparticles, the display (200) presents a second, different optical feature. The display (200) further applies an electric field to the nanoparticle-containing fluid (212) so as to move the nanoparticles (214) between their dispersed and aggregated states. An array includes at least one electrode (202, 204).
[Selection diagram] FIG. 2A

Description

【０００１】
本発明は、可視光線の波長よりも実質的に小さい粒径を有するパーティクルであるナノパーティクルを用いる電気泳動ディスプレイに関する。
【０００２】
電気泳動ディスプレイは、何年もの間、研究および開発のテーマとなってきた。このようなディスプレイは、流体中で懸濁する複数の電荷を帯びたパーティクルを含むディスプレイ媒体を用いる。電極がディスプレイ媒体に隣接して提供されるので、電荷を帯びたパーティクルは、媒体に電界をかけることによって流体を通って移動され得る。このような電気泳動ディスプレイの１タイプにおいて、媒体は、種々の光学特性を有する流体中に一つの光学特性を有する単一タイプのパーティクルを含む。このような電気泳動ディスプレイの第２のタイプにおいて、媒体は、少なくとも一つの光学特性および電気泳動移動度の点で異なる二つの異なったタイプのパーティクルを含む。これらのパーティクルは、逆の極性の電荷を帯びてもよいし、帯びなくてもよい。異なった光学特性は、通常、人の目に見える色であるが、代替的または追加的に、一つ以上の任意の反射率、逆反射率、発光、蛍光、燐光、あるいは（機械によって読み出すことが意図されるディスプレイの場合）広義の意味での不可視の波長の吸収または反射度の相違の任意の一つ以上であり得る。
【０００３】
電気泳動ディスプレイは、主要な二つのタイプに分けられ得る。すなわち、カプセル化および非カプセル化ディスプレイである。非カプセル化電気泳動ディスプレイにおいて、電気泳動媒体は、バルク液として、通常、並列して間隔を置いく二つの電極間に存在する液体のフラットフィルムの形態で存在する。このような非カプセル化ディスプレイは、通常、長時間画像の質に関する問題を有し、この問題が、このディスプレイの使用の普及を妨げてきた。例えば、このような電気泳動ディスプレイを構成するパーティクルは、クラスタ形成および沈降（ｓｅｔｔｌｅ）する傾向があり、これらのディスプレイの寿命を低下させる。
【０００４】
カプセル化電気泳動ディスプレイは、パーティクルを含む流体がバルク液として存在するのではなく、その代わりに、多数の小さいカプセルの壁の中に閉じ込められるという点で非カプセル化ディスプレイとは異なる。カプセル化ディスプレイは、通常、従来の電気泳動デバイスのクラスタ化および沈降エラーモードの痛手を受けず、可撓性および剛性の多様な基板上でディスプレイを印刷またはコーティングすることができる等のさらなる利点を提供する。
【０００５】
カプセル化電気泳動ディスプレイに関するさらなる詳細については、リーダは、米国特許第５，９３０，０２６号、第５，９６１，８０４号、第６，０１７，５８４号、第６，０６７，１８６号、第６，１１８，４２６号、第６，１２０，５８８号、第６，１２０，８３９号、第６，１２４，８５１号、第６，１３０，７７３号、第６，１３０，７７４号、第６，１７２，７９８号、第６，１７７，９２１号、第６，２３２，９５０号、第６，２４９，７２１号、第６，２５２，５６４号、第６，２６２，７０６号、および第６，２６２，８３３号、ならびに国際公開公報ＷＯ９７／０４３９８号、ＷＯ９８／０３８９６号、ＷＯ９８／１９２０８号、ＷＯ９８／４１８９８号、ＷＯ９８／４１８９９号、ＷＯ９９／１０７６９号、ＷＯ９９／１０７６８号、ＷＯ９９／１０７６７号、ＷＯ９９／５３３７３号、ＷＯ９９／５６１７１号、ＷＯ９９／５９１０１号、ＷＯ９９／４７９７０号、ＷＯ００／０３３４９号、ＷＯ００／０３２９１号、ＷＯ９９／６７６７８号、ＷＯ００／０５７０４号、ＷＯ９９／５３３７１号、ＷＯ００／２０９２１号、ＷＯ００／２０９２２号、ＷＯ００／２０９２３号、ＷＯ００／３６４６５号、ＷＯ００／３８０００号、ＷＯ００／３８００１号、ＷＯ００／３６５６０号、ＷＯ００／２０９２２号、ＷＯ００／３６６６６号、ＷＯ００／５９６２５号、ＷＯ００／６０４１０号、ＷＯ００／６７１１０号、ＷＯ００／６７３２７号、ＷＯ０１／０２８９９号、ＷＯ０１／０７９６１号、ＷＯ０１／０８２４１号、ＷＯ０１／０８２４２号、ＷＯ０１／１７０２９号、ＷＯ０１／１７０４０号、およびＷＯ０１／１７０４１号を参照されたい。
【０００６】
従来技術の電気泳動ディスプレイはパーティクルを用いる。これらのパーティクルは小さい（通常約０．２５〜２μｍ）が、これらのパーティクルが形成される材料のバルク特性を実質的に有するためには十分に大きい。これらのパーティクルは、電気泳動ディスプレイ内に存在する間、同じ光学特性を保持する。ディスプレイの外観は、懸濁する流体中で、適切な電界を用いてパーティクルを移動することにより変更される。例えば、添付の図面の図１に模式的に示される従来技術の電気泳動ディスプレイを考察されたい。このディスプレイには、その前部の表示表面（図１に示される上部面）上に共通の透明な前部電極１００が提供され、その後部には、個別の電極のマトリックスを支持する不透明な基板１０２が提供される。これらの電極のうち二つのみが、それぞれ１０４および１０６と表示されて図１に示される。個別の電極１０４および１０６の各々は、ディスプレイの画素を規定する。カプセル化電気泳動媒体（一般に１０８と表示される）は、共通の電極１００と個別の電極１０４、および共通の電極１００と個別の電極１０６との間に配置され、図示しやすくするために、図１は、各個別の電極１０４および１０６と関連する媒体１０８の単一カプセル１１０のみを示すが、実際には、複数のカプセル（通常、少なくとも２０個）が各個別の電極と関連付けられる。さらに、図示しやすくするために、カプセルは、円形断面として図１に示されるが、実際には、これらのカプセルは平坦化された形状を有することが望ましい。
【０００７】
カプセル１１０の各々は、カプセル壁１１２、このカプセル壁１１２内に入っている暗色の流体１１４（本目的のために、青色と想定される）、および流体１１４中に懸濁する複数の明色の電荷を帯びたパーティクル１１６（本目的のために、粒径２５０〜５００のチタニアパーティクルと想定される）を含む。図示するために、チタニアパーティクル１１６は、負に帯電しているので、これらのチタニアパーティクルに関連する個別の電極のいずれかまで引っ張られ、共通の電極はより高い電位にある。しかしながら、パーティクル１１６は、代替的に正に帯電し得る。さらに、図１に示されるように、パーティクルは暗色であり、流体１１４は明色であり得るので、ディスプレイ媒体の前部と後部との間でパーティクルが移動すると十分な色の対比が生じる。
【０００８】
図１に示されるディスプレイにおいて、個別の電極の各々は、０または＋Ｖ（ここで、Ｖは駆動電圧）のどちらかで保持され、他方、共通の前部電極１００は、中間電圧＋Ｖ／２で保持される。チタニアパーティクル１１６は負に帯電しているので、これらのパーティクルは、二つの近傍の電極のうちのいずれか高い電位にある方に付く。従って、図１において、個別の電極１０４は、０に保持されることが示されるので、近傍のカプセル内のパーティクル１１６は、共通の電極１００の近傍、従って、ディスプレイの上部の表示表面の近傍に移動する。従って、個別の電極１０４と関連する画素は白色に見える。なぜなら、表示表面に入射する光は、この面の近傍のチタニアパーティクルから強度に反射されるからである。他方、図１における個別の電極１０６は、＋Ｖに保持されていることが示される。従って、近傍のカプセル内のパーティクル１１６は、電極１０６の近傍まで移動し、ディスプレイの表示表面に入る光によって示される、電極１０６と関連する画素の色は、着色された流体１１４を通過し、電極１１６の近傍のチタニアパーティクルから反射され、着色された流体１１４を通過して戻り、最終的にディスプレイの表示表面から再び現れる。すなわち、関連する画素は青色に見える。
【０００９】
関連する個別の電極上の電圧が変化することに伴う、この電気泳動ディスプレイの画素の外観の変化は、単に、流体中のチタニアパーティクルの位置が変化することによって起こることに留意されたい。チタニアパーティクルの色および他の光学特性それ自体は、電気泳動ディスプレイが動作する間は変化しない。図１に示される両方の画素において、チタニアパーティクルの機能は、光を強く散乱させることである。
【００１０】
明らかに、図１に示されるタイプのディスプレイは、チタニア以外の色素のパーティクル、例えば、Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ Ｐｉｎｋ Ｅ（Ｈｏｅｃｈｓｔ Ｃｅｌａｎｅｓｅ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）およびＬｉｔｈｏｌ Ｓｃａｒｌｅｔ（ＢＡＳＦ）といったマゼンタ色素、Ｄｉａｒｙｌｉｄｅ Ｙｅｌｌｏｗ（Ｄｏｍｉｎｉｏｎ Ｃｏｌｏｒ Ｃｏｍｐａｎｙ）といった黄色色素、Ｓｕｄａｎ Ｂｌｕｅ ＯＳ（ＢＡＳＦ）といったシアン色素等を用い得る（米国特許第５，３６４，７２６号を参照）。しかしながら、すべての場合において、ディスプレイの色に対する色素の寄与は、観測者に対する色素の位置に依存する。色素パーティクルがディスプレイの表示表面の近傍にある場合、色素により散乱させられる光は観測される色である。色素がディスプレイの後部面の近傍にある場合、色は、光が流体を通過する際に得られ、この後部面の近傍の色素から散乱され、その後、流体を再び通過する色である。
【００１１】
図１に示される、単一パーティクル／色流体タイプの電気泳動ディスプレイは、二つの不利な点を有する。第１に、ディスプレイは、上述の態様で、二つの色のみを生成し得、広範囲な色を生成することができない。第２に、二つの色の状態間に変化を起こすために、チタニアパーティクルは、電界の下で、二つの電極間の実質的に全距離を移動する必要があり、実際に、これは、通常、二つの状態間を移動する時間が数百ミリ秒、およびフレームレートがほぼ１Ｈｚ以下になり、ビデオに応用するには過度に遅い。
【００１２】
種々の色の画像を形成するために、電気泳動ディスプレイにて種々の色の色素の組み合わせが用いられ得る。各色素の色の移動が電界の影響を受けて異なると仮定して、異なった色の色素が同じ体積の液体中に含まれる場合、異なった色が可能である。例えば、正の電荷を帯びた白色色素パーティクルと負の電荷を帯びた黒色色素パーティクルとの混合物が、適切な電界をかけることによって、白色上に黒色、または黒色上に白色を作るために用いられ得る。
【００１３】
二つの異なった色の色素のみを含む電気泳動ディスプレイは、いくつかの異なった色を生成することができるにすぎない。すなわち、どちらかの色素がディスプレイの表示側にある場合は二つ、両方の色素がディスプレイの表示側にある場合は一つ、および、両方の色素がディスプレイの後側にある場合は一つである。このような表示は、広範囲な色を生成することができない。
【００１４】
電気泳動ディスプレイが２色の色素のみを含み、従って、その着色色素が逆の極性の電荷を有する場合、着色色素の位置が制御され得る。一方の極性を有する電界がオンである場合、一つの色の色素がディスプレイの前部に移行し、もう一方の色の色素がディスプレイの後部に移行する。電界を逆にすると、色素は、場所を入れ換え、観測者に見える色を変更する。表示の色を切り換えるために必要な時間は、電界が印加された状態で、色素パーティクルがディスプレイの一方の側からもう一方の側へ拡散するために必要な時間であり、従って、図１を参照して説明された電気泳動ディスプレイのものと同じ同様である。
【００１５】
一方の色素の電気泳動移動度が、実質的に、もう一方のものと異なる場合、電荷の極性が同じであるが、電気泳動移動度が実質的に異なる二つの異なった色の色素からなる電気泳動ディスプレイを構成することが可能である。一つの適切な対応方法は、適切な電界を用いてすべてのパーティクルをディスプレイの後部に引っ張ることである。次いで、二つのタイプのパーティクルのうちの移動度がより大きいパーティクルが前部表示表面に達するためにかかる時間の間のみ、逆の電界が印加される。これは、移動度がより高いパーティクルの色を生成する。移動度がより小さいパーティクルの色を生成するために、パーティクルのすべてがディスプレイの前部に引っ張られる。その後、移動度がより大きいパーティクルが前部の電極から引き離され、移動度がより小さいパーティクルを前部の電極の近傍に残すために十分に長い間、電界が反転される。これによって、易移動度がより小さいパーティクルの色を生成する。ディスプレイの色を切り換えるために必要な平均時間は、依然として、少なくとも、電界が印加された状態で、色素パーティクルがディスプレイの一方の側からもう一方の側へ拡散するために必要な時間である。
【００１６】
理論的には、複数の異なった色の色素が流体中で分散する電気泳動ディスプレイを生成することが可能である。各着色色素が、固有の別個の移動度を有する場合、色の範囲は、上述の同じ符号を有する二つの着色色素からなるが、異なった大きさの電気泳動移動度の電気泳動ディスプレイについて記載されたばかりのものと同じ態様で生成され得る。しかしながら、二つの明らかな問題は、おそらく、３色または４色より多い色を含むこのような媒体を実際に生成することが極めて困難であるということである。すべての色素の拡散は、同じ化学物質であっても、粒度の分布から生じる電気泳動移動度の分布、パーティクルの電荷の分布、およびパーティクルの形状の分布を有する。複数の異なった色の色素を有する画像の色を制御するために、各色の色素の電気泳動移動度の分布は、実質的に分離される必要がある。これは困難な問題である。ディスプレイが製作された際に電気泳動移動度の分布が実質的に重なり合っていないだけでなく、ディスプレイの実用寿命のためにも実質的に重なり合っていないことが必要とされる。さらに、ディスプレイの色を切り換えるために必要なスイッチング時間は、依然として、少なくとも上述の電気泳動ディスプレイと同じ時間である。
【００１７】
従来の電気泳動ディスプレイによって利用可能な、制限色の範囲を拡大する一つのアプローチは、ディスプレイの画素にわたって着色フィルタのアレイを配置することである。例えば、図１に示されるディスプレイは、流体１１４の色を、青色ではなく黒色または灰色に変更し、その後、色フィルタのアレイ（例えば、赤色、緑色および青色）をディスプレイの個々の画素にわたって配置することによって改質され得る。赤色フィルタで覆われた画素の表示表面の近傍にチタニアパーティクルを移動することは、画素を赤色に着色し、従って、ディスプレイの後部面の近傍に同じ画素のチタニアパーティクルを移動することは、画素を暗色または黒色にする。色を生成するこのアプローチを用いる際の主要な問題は、ディスプレイの輝度が、色フィルタの画素化（ｐｉｘｅｌａｔｉｏｎ）によって制限されることである。例えば、赤色が所望される場合、赤色フィルタによって覆われる画素は、赤色に見えるようにセットされる。従って、緑色によっておよび青色によって覆われる画素は、暗色に見えるようにセットされて、ディスプレイ面のフラクションのみが所望の色を有する一方で、残っている部分は暗色であり、従って、得られる任意の色の輝度を制限する。
【００１８】
カプセル化電気泳動ディスプレイにおいて、対応する色の画像を生成するための別の方法が用いられ得、すなわち、異なった色のパーティクルが異なったマイクロカプセルにカプセル化され得る。カラーの各々を含むマイクロカプセルは、適切な対応する電極の上部にてコーティングされ得、従って、選択された色は、そのカプセル内の色の色素をディスプレイの後部から前部に移動させることによって表示され得、他方、その固有のカプセル内のすべての他の色の色素は、ディスプレイの後部にて保持される。この設計は、カラーフィルタを用いるディスプレイと同じ制限事項のうちの一つを受ける。特定の色の色素がディスプレイの表示表面に移動され、すべての他の色がディスプレイの後部に移動された場合、ディスプレイ面は、背景色を示すすべての他の面と共に、その面のフラクション上にのみ所望の色を示す。これは、取得可能な光学性能を制限する。
【００１９】
従って、電気泳動ディスプレイにおいて色を生成するための、これらのすべての従来技術の方法に共通の特徴は、主に、ディスプレイ内のパーティクルの位置を制御することによって種々の色が生成され、これらの色は、任意の特定の着色色素パーティクルがディスプレイの表示表面の近傍か、またはディスプレイの後部の近傍にあるかによって決定される。従って、色を変更するために必要とされる時間は、電界が印加された影響を受けて、パーティクルがディスプレイの一方の側からもう一方の側に移動するために必要とされる時間であり、この時間は、通常、約数百ミリ秒である。
【００２０】
本発明は、従来技術のディスプレイにおけるよりも多様な色を達成し得る電気泳動ディスプレイを提供することに努める。また、本発明は、スイッチング時間が低減された電気泳動ディスプレイを提供することに努める。
【００２１】
（発明の要旨）
従って、本発明は、流体、および可視光線の波長よりも実質的に小さい粒径を有する複数のナノパーティクルを含む電気泳動ディスプレイを提供し、ナノパーティクルが拡散した状態で、および流体全体にわたって均一に拡散される場合、流体は、第１の光学特性を提供するが、ナノパーティクルが凝集された状態であり、ここのナノパーティクルよりも実質的に大きい凝集にまとめられる場合、流体は、第１の光学特性とは異なる第２の光学特性を提供し、電気泳動ディスプレイは、さらに、ナノパーティクルを含む流体に電界を印加し、これによって、ナノパーティクルを拡散された状態と凝集された状態との間で移動させるように構成された少なくとも一つの電極を含む。
【００２２】
本発明は、さらに、可視光線の波長よりも実質的に小さい粒径を有するナノパーティクル、ナノパーティクルから分離されたオブジェクト、およびナノパーティクルとこのオブジェクトとを接続する可撓性フィラメントを含むナノパーティクルアセンブリを提供し、従って、ナノパーティクルの少なくとも一つの光学特性が、ナノパーティクルとオブジェクトとの間の間隔と共に変化する。
【００２３】
本発明は、さらに、複数のナノパーティクルおよびポリマー鎖を含むナノパーティクルアセンブリを提供し、ナノパーティクルは、ポリマー鎖に沿って互いに間隔を置き、ポリマーは、第１の空間的配置（ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）と第２の空間的配置を有し、従って、鎖に沿う近傍のナノパーティクル間の距離が第１の空間的配置および第２の空間的配置において異なり、ナノパーティクルアセンブリの少なくとも一つの光学特性が、第１の空間的配置と第２の空間的配置との間で異なる。
【００２４】
最後に、本発明は、さらに、結合基を介してオブジェクトに固定されたナノパーティクルを含むナノパーティクルアセンブリを形成するプロセスを形成する。このプロセスは、結合基、および処理している間、ナノパーティクルを用いて達成することができる第１の官能基を含む結合基試薬を用いてナノパーティクルを処理し、これによって、第１の官能基をナノパーティクルと反応させて、結合基をナノパーティクルに固定するする工程を包含する。その後、結合基を保有するナノパーティクルは、結合基上に第２の官能基を生成するために有効な改質試薬を用いて処理され、この第２の官能基は、オブジェクトと反応することができる。最後に、結合基および第２の官能基を保有するナノパーティクルは、第２の官能基がオブジェクトと反応して、その結果、ナノパーティクルアセンブリを形成させるために有効な状態の下で、オブジェクトと接触する。
【００２５】
（発明の詳細な説明）
本発明の好適な実施形態は、ここで、添付の図面を参照して、例示によって、より詳細に説明される。
【００２６】
上述のように、本発明の電気泳動ディスプレイは、可視光線の波長よりも実質的に小さい粒径を有するナノパーティクルを有する。「粒径」という用語は、本明細書中において、非球面パーティクルの「等価直径（ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｄｉａｍｅｔｅｒ）」として通常知られているものを含む。流体中でパーティクルが移動することによって、ディスプレイの外観が変化する従来の電気泳動ディスプレイとは対照的に、本発明のディスプレイにおいて、色の変化は、ナノパーティクルの凝集の状態が変化することによってもたらされる。
【００２７】
ナノパーティクルは、従来技術の電気泳動ディスプレイにおいて用いられる色素パーティクルとは大きさによって区別される。色素パーティクルは、通常、数百ナノメータまたはそれ以上の大きさの粒径である。従って、比較的小さい色素パーティクルの粒径であっても、可視光線の波長と同じ大きさであり、青色光線の約４００ｎｍから赤色光線の約７００ｎｍまで多様である。従って、パーティクルの分光能は、関連する光の波長よりも小さい粒径を有するパーティクルの粒径の６乗にほぼ比例することが光学分野の当業者に周知である。従って、光の波長よりもはるかに小さい、隔離されたナノパーティクルは、目に付くほどには光を散乱させず、それ自体は、実質的に透明である。しかしながら、互いに近寄せられ、従って、凝集されて、光の波長に匹敵する粒径を有する比較的大きいクラスタにされる場合、このナノパーティクルは、光を強く散乱させる。従って、ナノパーティクルが拡散されるか、または凝集される（隔離された比較的大きいパーティクルまたは一つの層にされる）かを制御することによって、ナノパーティクルが透明か懸濁かが決定され得、従って、ナノパーティクルの凝集の程度を制御することによって電気泳動ディスプレイの色が変更され得る。
【００２８】
本発明における有用なナノパーティクルの大きさの上限は、ナノパーティクルを形成する材料、およびナノパーティクルが拡散される流体の性質に依存してある程度異なる。特に、拡散されたナノパーティクルによる光の散乱は、ナノパーティクルそれ自体の大きさ、および懸濁する流体の屈折率とナノパーティクルの屈折率との比率の両方に依存する。チタニアは、高い屈折率を有するので、チタニアが、例えば、炭化水素流体といった屈折率が比較的小さい流体中でナノパーティクルとして用いられる場合、チタニアパーティクルは、粒径が約１００ｍｍを超過せず、好適には、約５０ｎｍを超過しない。例えば、亜鉛酸化物（屈折率は約２．０）、粘土およびマグネシウムシリケート（これらは両方とも約１．６）等の小さい屈折率の材料から形成された他のナノパーティクルは、比較的大きく（約２００ｎｍまで）、依然として、光を任意の実質的な程度で散乱させない。しかしながら、一般に、ナノパーティクルの大きさを約５０ｎｍ未満に保持することが望ましい。
【００２９】
ナノパーティクルを形成するために用いられる材料は、絶縁体、導体または半導体であり得る。適切な絶縁体の例は、上述のように、チタニア、亜鉛酸化物、粘土およびマグネシウムシリケートを含む。有機絶縁体もまた用いられ得るが、このような有機材料は、良好な光の散乱を達成するために、上述の無機絶縁体が有するよりも、通常、厚い層を必要とする。適切な導体の例は、ほとんどの金属、特に、銀、金、プラチナ、パラジウム、およびこれらの合金を含む。ルテニウム、ロジウム、オスミウムおよびイリジウムもまた有用であり得る。適切な半導体の例は、セレン化カドミウムである。
【００３０】
絶縁体、導体および半導体から形成されたナノパーティクルは、すべて、本発明の電気泳動ディスプレイに用いられ得るが、電気泳動媒体の光学特性の変化は、拡散状態と凝集状態との間をパーティクルが移動すると、三つの場合において異なる。絶縁体から形成されたナノパーティクルの場合、上述のように、パーティクルの凝集は、Ｒａｙｌｅｉｇｈの光の散乱の理論の予測により、光の散乱効果を変化させる。従って、この場合、第１の光学特性（ナノパーティクルが拡散状態にある場合）は、光の散乱のレベルが低く、第２の光学特性（ナノパーティクルが凝集状態にある場合）は、光の散乱レベルが実質的に高い。
【００３１】
例えば、銀または金のナノパーティクル等の導電性ナノパーティクルも、凝集によって色が変化する。この色の変化は、凝集が形成されると、平均屈折率が変化することによるものである。絶縁体から形成されたナノパーティクルの場合とは対照的に（ここで、凝集が増加すると、光の散乱の強度が増加するが、ナノパーティクルの色は、実質的に同じ状態で保持される）、電気導体から形成されたナノパーティクルが凝集した場合、色および光の散乱の両方が増加する（すなわち、ディスプレイの第１および第２の光学特性は、異なった色を含む）。例えば、金のナノパーティクルの拡散は、通常、暗紅色である。金のナノパーティクルの凝集は、パーティクル間の距離に依存して、紫色から青色から黒色と、色が異なる（Ｕ．Ｋｒｅｉｂｉｇらによる、Ｓｕｒｆ．Ｓｃｉ．、１５６、６７８〜８００ページ（１９８５年）およびＷ−Ｈ Ｙａｎｇらによる、Ｊ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．１０３（５）（１９９５年））従って、電気泳動ディスプレイの色は、金等の導体のナノパーティクルの凝集の規模を制御することによって制御され得る。
【００３２】
半導体のナノパーティクルは、拡散状態および凝集状態の両方において粒径への依存性が高い色を有する。これらの色は、蛍光において、最も良好に、かつ最も容易に見出され得、ナノパーティクルにおける電子レベルの大きさに依存する量子化による。パーティクルが小さくなるほどバンドギャップが大きくなり、かつ蛍光の波長が短くなる。半導体材料のこのようなナノパーティクルの例は、セレン化カドミウムである（例えば、Ｍ．Ｇ．Ｂａｗｅｎｄｉによる「Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｃｏｍｍ．」１０７（１１）、７０９（１９９８年）を参照）。これらのパーティクルは、ナノパーティクルの大きさが約１．２ｎｍ〜１１．５ｎｍに変化すると４０ｎｍ（青色）〜７００ｎｍ（赤色）に滑らかに変化する蛍光ピークを有する（Ｃ．Ｂ．Ｍｕｒｒａｙらによる、ＪＡＣＳ、１１５（１９）、８７０９（１９９３年））。
【００３３】
セレン化カドミウム等の半導体ナノパーティクルが合成される場合、パーティクルの表面は、通常、トリアルキルホスフィンまたはトリアルキルホスフィン酸化物等の有機層を用いて処理される。この表面処理の存在は、ナノパーティクルのフロキュレーションに障壁を提供するので、ナノパーティクルの拡散は、延長された期間の間、コロイド状で安定し、パーティクルは、流体中で均一に分散された状態で保持される。通常、これらのナノパーティクル拡散は、ほぼ単分散である。これは、純粋な色をもたらす。異なった大きさの単分散半導体ナノパーティクルの混合物は、ほぼ単分散の重み付き平均である。
【００３４】
半導体ナノパーティクルの単分散の分散が凝集されて、密な位相になった場合、有機表面層は、パーティクルが密着することを防ぐ。従って、凝集は、蛍光色の強度を変更しない。しかしながら、異なった大きさの半導体ナノパーティクルが凝集される場合、この色は、実質的に、大きいパーティクルの色、すなわち、長い波長の色に変化する。これは、比較的小さいパーティクル内のより高いエネルギー状態から、比較的大きいパーティクル内のより小さいエネルギー状態へとエネルギーが長期にわたってやり取りされることによって説明される。従って、異なった波長の半導体ナノパーティクルの凝集が色の変化をもたらす（Ｃ．Ｒ．Ｋａｇａｎらによる、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ、７６（９）、１５１７〜１５２０ページ（１９９６年））。
【００３５】
他の光学効果は、半導体の蛍光ナノパーティクルと絶縁体のナノパーティクルとの組み合わせにより達成され得る。例えば、チタニアナノパーティクル（絶縁体）と半導体硫化カドミウムナノパーティクル（半導体）との凝集は、絶縁パーティクルにより蛍光状態が発光抑制されることによって半導体パーティクルの蛍光を減少させる（Ｈ．Ｍａｔｓｕｍｏｔｏらによる「Ｌａｎｇｍｕｉｒ」１１、４２８３〜４２８７ページ（１９９５年））。
【００３６】
拡散状態のこのようなパーティクルの望ましくない凝集を防ぐためにナノパーティクルの表面処理を用いることは、当然、半導体ナノパーティクルまたは上述の特定の表面処理剤に限定されない。例えば、金のナノパーティクルは、ポリマーコーティングによって安定化され得、これにより、逆の極性の電荷を帯びる二つのセットの金のナノパーティクルが、炭化水素溶液中で拡散され、本発明の電気泳動ディスプレイを形成することを可能にする。これは、以下において、より詳細に説明される。このような場合、金のナノパーティクルは、通常、粒径が約１０ｎｍであり得、ポリマーコーティングは、約１０ｎｍの厚さを有し得る。チタニアまたは他の絶縁体ナノパーティクルには、同様の目的で、ポリマーまたは他のコーティングが提供され得る。さらに、ナノパーティクルの電気泳動移動度を調整するためにナノパーティクルの表面のコーティングまたは化学的処理が用いられ得る。
【００３７】
本発明において用いられるナノパーティクルは、球形も、実質的球形さえも必要としない。ナノパーティクルディスプレイの特性の変形は、非球形、および例えば、一つの材料のコアが、異なった材料のシェルによって包囲される複合パーティクルを用いて達成され得、本発明は、このような非球形および／または複合パーティクルを用いてナノパーティクルディスプレイおよびアセンブリを増強（ｅｘｔｅｎｄ）する。
【００３８】
本発明において用いられる非球形ナノパーティクル（通常、全体または部分的に導電性材料から形成される）は、多様な形状を有する。例えば、このようなパーティクルは、異なった長さの三つのすべての主軸を有し得る楕円形を有し得、または、回転偏球面楕円または回転長球面楕円であり得る。非球形ナノパーティクルは、形状が代替的に層状であり得、「層状」という用語は、本明細書中にて、広義で、一つの軸に沿う最大寸法が、他の二つの軸の各々に沿う最大寸法よりも実質的に小さいボディを示す。従って、このような層状のナノパーティクルは、写真用フィルムにおいて周知の、板状の銀ハロゲン化物微粒子（ｔａｂｕｌａｒ ｓｉｌｖｅｒ ｈａｌｉｄｅ ｇｒａｉｎ）と同様の形状を有し得る。非円形状ナノパーティクルは、さらに、角錐または円錐の形状または細長い棒の形状を有する。最後に、ナノパーティクルは、形状が不規則であり得る。
【００３９】
本発明において用いられる複合（コア／シェル）ナノパーティクルは、前の段落で述べられた任意の形状を有し得、通常、絶縁コアを包囲する導電性コアを含むか、または導電性コアを包囲する電気的に絶縁されたシェルを含む。絶縁コアは、例えば、シリコン、チタニア、亜鉛酸化物、アルミニウムシリケート、種々の無機塩または硫黄等から形成され得る。
【００４０】
上述の単一のナノパーティクルのように、複合ナノパーティクルは、例えば、パーティクルが付着し合うか、またはこれらのパーティクルが、ナノパーティクルディスプレイの動作の間、接触する任意の表面に付着する程度を制御するために表面が改質され得る。一つの好適な表面改質のタイプは、ナノパーティクルの表面にポリマーを取りつけることである。
【００４１】
少なくともいくつかの場合において、拡散形態および凝集形態のどちらか、またはこれらの両方のナノパーティクルの光学特性が、ナノパーティクルの形状によって、およびナノパーティクルの大きさによって実質的に影響を受ける。さらに、コア／シェルタイプのナノパーティクルの複合において、光学特性は、コアとシェルとの相対的大きさによる影響を受ける。これは、例えば、Ｏｌｄｅｎｂｕｒｇらによる「Ｎａｎｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｏｆ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅｓ」Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．、２８８、２４３ページ（１９９８年）に記載される。
【００４２】
すでに示されたように、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて、電気泳動媒体は、カプセル化されてもよいし、されなくてもよいが、通常、上述の理由で、この媒体がカプセル化されることが望ましい。カプセル化された媒体は、便利にも、約１０〜約５００μｍの範囲の粒径を有する複数のマイクロカプセルを有し得る。カプセル化された媒体は、さらに、印刷技術を用いて、可撓性基板を含む種々の基板に付与するために便利である。
【００４３】
「印刷」という用語の使用は、パッチダイコーティング（ｐａｔｃｈ ｄｉｅ ｃｏａｔｉｎｇ）、薬液（ｓｌｏｔ ｃｏａｔｉｎｇ）または押出しコーティング、スライドまたはカスケード（ｃａｓｃａｄｅ）コーティング、およびカーテンコーティングといったプリメータコーティング（ｐｒｅ−ｍｅｔｅｒｅｄ ｃｏａｔｉｎｇ）、およびナイフ オーバ ロールコーティング（ｋｎｉｆｅ ｏｖｅｒ ｒｏｌｌ ｃｏａｔｉｎｇ）、フォワードおよびリバースロールコーティング、グラビアコーティング、浸漬コーティング、スプレーコーティング、メニスカスコーティング、スピンコーティング、ブラシコーティング、エアナイフコーティング、シルクスクリーン印刷プロセス、静電印刷プロセス、感熱印刷プロセス、インクジェト印刷プロセスおよび他の同様の技術を含むすべての形態の印刷およびコーティングを含むことが意図される。従って、生じたディスプレイは、可撓性であり得る。さらに、ディスプレイ媒体は印刷され得るので（種々の方法を用いて）、ディスプレイの製造コストは低減され得る。
【００４４】
本発明において用いられる懸濁流体は、好適には、高い比抵抗流体（ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｆｌｕｉｄ）であり、用いられる正確なタイプのシステムに依存して、着色され得るか、または着色され得ない。この色は、流体中に従来の大きさ（すなわち、ナノパーティクルの大きさではない）の色素パーティクルの形状をとり得るが、流体中で溶解される色素は、通常、より便利である。懸濁流体は、単一流体であってもよいし、または二つ以上の流体の混合物でもよい。懸濁流体は、カプセル内のパーティクルのものと、実質的に一致させられた密度を有する。懸濁流体は、例えば、テトラクロロエチレンといったハロゲン化された炭化水素であり得る。ハロゲン化された炭化水素は、さらに、低分子量ポリマーであり得る。このような低分子量ポリマーの一つは、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）である。このポリマーの重合化の程度は、約２〜約１０であり得る。
【００４５】
電気泳動ディスプレイ分野の当業者に明らかなように、この媒体に必要な電界を印加するために、二つの電極を電気泳動媒体の近傍に提供することが必要である。しかしながら、一つの電極のみが必要であることが、本ディスプレイの永久的特徴である。第２の電極は、ハンドヘルドスタイラス（ｈａｎｄ−ｈｅｌｄ ｓｔｙｌｕｓ）または同様のデバイスの形態を有し得、これらは、媒体の状態を変更することが所望される場合にのみ媒体の近傍に運ばれる。しかしながら、本電気泳動ディスプレイは、少なくとも二つの永久電極を有することが非常に多い。これらの電極は、ナノパーティクルを含む流体の向かい合う側に配置され得、この場合、電極のうちの少なくとも一つは、ナノパーティクルを含む流体を見ることができる表示表面を提供するために、実質的に透明である。あるいは、両方の電極が、ナノパーティクルを含む流体の同じ側に配置され得るので、ナノパーティクルを含む流体の反対側はナノパーティクルを含む流体を見ることができる表示表面を構成する。両方の電極をディスプレイ機器上に有することで、全体が印刷された（ａｌｌ−ｐｒｉｎｔｅｄ）デバイスが形成される。特に、両方の電極が電気泳動媒体の同じ側にある場合、二つの電極は、異なった大きさであり得、それぞれ大きさが異なる領域にてナノパーティクルが凝集されることを可能にする（例えば、上述の国際特許出願公報ＷＯ９９／１０７６８号、図１Ａ〜図１Ｃ、図２Ａ〜図２Ｃおよび図３Ａ〜図３Ｄ、および本公報の９〜１５ページの関連する記載を参照）。
【００４６】
上述の記載から明らかなように、本発明は、ナノパーティクルの凝集の状態を変更するためのいくつかの異なった方法を含む。これらの方法は、
１．複数の所望のナノパーティクルから凝集を形成する工程と、
２．電界の影響を受けて、対向する電荷を帯びたパーティクルの凝集を分離する工程と、
３．各々が単一基板に取り付けられた複数のナノパーティクルを含むユニットを形成する工程であって、ユニットに電界が印加されると、ユニット内のナノパーティクル間の距離が変化し、これによって、ユニットによって表示される光学特性を変更する工程と、
４．電荷を帯びたナノパーティクルを、可撓性フィラメントを介して固定ボディに取りつける工程であって、電界をナノパーティクルに印加すると、ナノパーティクルと固定ボディとの間の間隔が変動する工程とを包含する。
【００４７】
方法の上述のリストは、限定的であることを意図せず、ナノパーティクルの凝集を変更する他の方法が用いられ得る。例えば、電界は、ｐＨの変化をもたらし得るか、または特定のイオンを生成し得る。これは、図６Ａ、図６Ｂ、図７および図８を参照して後述されるものと同様の態様でポリマーの空間的配置に影響を及ぼし得る。
【００４８】
方法１については、すでに述べられた。方法２の例は、対向する電荷を帯びる二つの異なったタイプの金のパーティクルのゾル（通常、ポリマーでコーティングされる）を形成する。電界が不在の場合、二つのタイプのパーティクルは、各タイプのパーティクルを一つ含むペアを形成する。しかしながら、流体に強い電界が印加される場合、各ペアのパーティクルは引き離される。これにより、金のパーティクルの総合有効径（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｉｚｅ）が変更され、上述の態様で色の変化がもたらされる。
【００４９】
方法３および方法４の両方のいくつかの変形が可能である。例えば、方法３において、各ユニットは、可撓性フィラメントによって接続される二つ以上のナノパーティクルを含み得る。あるいは、ユニットは、一方の端部が固定ボディに取り付けられ、かつ反対側の端部またはその近傍に電荷を帯びたボディが固定される細長い可撓性フィラメントを備え得る。このフィラメントは、固定ボディと電荷を帯びたボディとの間に、開いた間隔でそのボディに固定される複数のナノパーティクルを有し、従って、ユニットに電界が印加されると、固定ボディと電荷を帯びたボディとの間の開きが変化し、これによってナノパーティクル間の距離が変化する。ユニットは、さらに、一方の端部が第１の電荷を帯びたボディに取り付けられ、もう一方の端部が、第１の電荷を帯びたボディと逆の極性の電荷を帯びた第２の電荷を帯びたボディに取り付けられる細長い可撓性フィラメントを備え得る。このフィラメントは、二つの電荷を帯びたボディ間に、開いた間隔でそのボディに固定される複数のナノパーティクルを有し、従って、ユニットに電界が印加されると、二つの電荷を帯びたボディ間の開きが変化し、これによってナノパーティクル間の距離が変化する。
【００５０】
後述されるように、このような複数のナノパーティクルユニットを含むシステムにおいて、種々のユニットのフィラメントは、物理的または化学的に互いに結合されてゲルを形成し得る。このようなゲルに電界を印加すると、ゲルの収縮を引き起こし、これは、ナノパーティクル間の距離を変更し、従って、システムの光学特性を変更する。
【００５１】
方法４の例は、少なくともいくつかのナノパーティクルが電荷を帯び、かつ可撓性フィラメントを介して固定ボディに取り付けられるシステムであり、従って、ナノパーティクルに電界を印加すると、ナノパーティクルと固定ボディとの間の開きが変化する。このようにして、多数のナノパーティクルが単一の固定ボディに結合された場合、印加電界の変化は、ナノパーティクルの「密集（ｃｌｏｓｅ−ｐａｃｋｉｎｇ）」の程度を変化させ、従って、色または光の散乱を上述の態様で変化させる。
【００５２】
以下の考察は、方法３および方法４の種々の用途に適用可能である。ナノパーティクルが物理的に結合される基板の使用は、ナノパーティクル間の間隔の制御を支援する。例えば、上述のように、導体ナノパーティクルについては、色の制御は、ペアまたはトリプレットの形成に依存するか、またはパーティクル間の距離が制御された凝集の形成に依存する。半導体ナノパーティクルについては、色の制御は、異なった大きさのパーティクルが形成された場合に得られ得る。これらの目的は、パーティクルと、長さが制御されたポリマーとを結合することによって達成され得る。この考え方は、ＤＮＡの色基消滅プローブを用いて有効であることが示されている（Ｎ．Ｂ．Ｔｈｏｒｔｏｎらによる「Ｎｅｗ Ｊ．Ｃｈｅｍ．」２０、７９１〜８００ページ（１９９６年））。
【００５３】
異なった大きさのパーティクルを互いに結合させることで、例えば、半導体パーティクルと絶縁パーティクルとの間で、パーティクル間の相互作用を適正に生じさせることの支援となる。互いに結合されるパーティクルが電荷を帯びる場合、パーティクル間の開きのより良好な制御さえ得られる。対向する電荷を帯びるパーティクルは、電界が印加されることによって分離され得る。電界が不在の場合、対向する電荷を帯びたパーティクルは、互いの方向に引き合う。色のペアは、パーティクル間の距離に依存して変化し、パーティクル間の距離は、適正なポリマー結合の組み合わせおよび電界の印加によって制御され得る。
【００５４】
このパーティクルを結合する方策の利点は、色を変更するために、パーティクルが、例えば、いくつかのパーティクルの粒径の大きさといった、小さい距離を移動することだけを必要とする。この小さい距離は、すばやく移動することができるので、ディスプレイの切り換え時間が、上述の従来技術の電気泳動ディスプレイのものと比較して、実質的に低減され得る。
【００５５】
壁、またはポリマーを有する他の固定オブジェクトと結合されたナノパーティクルは、対向する電荷を帯びたナノパーティクル間の電気引力が凝集を引き起こす場合、小さいクラスタを形成し得る。薄層内のナノパーティクルに関しては、クラスタの大きさはかなり小さく、通常、ペアの大きさである。電界の印加は、パーティクル間の距離を変更し、従って、ディスプレイの色を変更する。壁と結合されたこのようなナノパーティクルは、従来のカプセル化されない電気泳動ディスプレイにおいて用いられ得、カプセル化電気泳動ディスプレイにおいて、パーティクルは、代替的に、カプセル壁と結合され得る。色が変化する前に、パーティクルが小さい距離を移動することのみが必要とされるので、関連する色の変化が速いだけでなく、ディスプレイが比較的薄く製作され得る。
【００５６】
結合は、一つのナノパーティクルから一つのナノパーティクルへのものであり得る。これらのパーティクルは、対向する電荷を帯び、かつ異なった大きさまたは組成であり得る。結合は、複数のパーティクルと、一つの組成または複数のパーティクルを有する一つのナノパーティクル、または小さい大きさの複数のナノパーティクルが、同じ組成の比較的大きいパーティクルと結合され得る（セレン化カドミウムの蛍光ナノパーティクルのように）。
【００５７】
あるいは、結合は、複数のパーティクルが単一のポリマー鎖と結合されるものであり得る。鎖を拡張し、かつ電界を印加してパーティクル間の距離を拡大するために、多数の帯電しないナノパーティクルが、同じ鎖と結合される逆に帯電しているパーティクルのペアを有するポリマー鎖と結合され得る（これは、色を生成することを必要としない）。
【００５８】
本発明のさらなる実施形態において、全部が同じ符号の電荷を有するナノパーティクルが電極と結合され得る。電界の印加は、ナノパーティクルを近づけてまとめ、または電極に近づけるか、またはこれらの両方を強いる。これらのパーティクル間の距離の変化のいずれかは、層の色を変更し得る。ナノパーティクルは、幅広い分子量のポリマーを有する電極と結合され得る。この結合された「大量の（ｓｅａ）」ナノパーティクルは、電界の印加によってパーティクル間の間隔が小さくなり得る。種々の大きさの電界は、異なったパーティクル間の開きを生成し得、従って、異なった色、特に、グレースケールを生成し得る。
【００５９】
このタイプの興味深い一つの実施形態は、電気泳動媒体の一方の側に逆の電荷のナノパーティクルが結合された二つのセットのナノパーティクルを有し、媒体の同じ側に二つのセットの電極を有し、二つのセットの電極は補間される（インターデジット）。対向する極性を二つのセットの電極に付与することで、二つのセットのパーティクルを分離し、従って、ディスプレイの外観を変更する。このようなディスプレイは、極めて薄く作られ得、非常に短い切り換え時間を有し得る。
【００６０】
上述の本方法において用いられる基板およびフィラメントは、通常、ポリマー鎖である。以下の記載において、このようなポリマー鎖は、通常、各ナノパーティクルが、単一のポリマー鎖と結合されるかのように記載され得る。しかしながら、上述の事実ゆえに、本電気泳動ディスプレイの機能の重要な点は、関連するパーティクルとパーティクルとの、またはパーティクルと電界との相互作用の強度が、パーティクル間の間隔を変更して色を変更するためには十分であることだと考えられる。従って、実用的な目的で、ナノパーティクルを一緒に連結するために一つ以上のポリマー鎖が用いられるのか否かは重要でなく、複数のポリマー鎖が用いられることが望ましい。
【００６１】
ナノパーティクルを互いに結合するために用いられるポリマーは、各パーティクルにしっかりと固定される必要がある。好適には、しっかりとした固定は、一つ以上の化学結合を用いて、ポリマー鎖をナノパーティクルに化学的にグラフト（ｇｒａｆｔｉｎｇ）することによって行われる。しかしながら、必要とされる固定は、各場合について、ナノパーティクルが流体中を移動すると、結果として生じた固定の強度が、電界および／または粘性力が付与されるために被り易い任意の破壊に耐えるのに十分である場合、酸塩基相互作用、物理的吸着力、溶媒和力（ｓｏｌｖａｔｉｏｎ ｆｏｒｃｅ）、またはこれらの力の任意の組み合わせによって達成され得る。
【００６２】
上述のように、ナノパーティクルの表面にグラフトされたポリマーは、極めてしっかりと保持される。複数の結合場所を介してナノパーティクルに結合し得るポリマーは、通常、単一の結合場所のみを有するポリマーよりも、しっかりと保持される。ポリマーの結合は、ポリマー上またはナノパーティクル表面上の他の結合場所で、活性基をイオンにキレート化することによって行われ得る。結合は、さらに、静電力によってもまた行われ得る。
【００６３】
ポリマーの重要な特性は、その弾性である。ポリマーは、一つのディスプレイ状態において、ナノパーティクルとナノパーティクルとを近づけるアプローチを可能にし、さらに、ナノパーティクルとナノパーティクルとの大規模な分裂が、電界を印加することにより第２のディスプレイ状態を達成することを可能にするように十分に可撓性でなければならない。ポリマーの弾性は、ポリマーの化学物質、および、ポリマーとポリマーが浸漬される流体と流体との間の相互作用によって変化する。通常、流体とのポリマーの相互作用が弱い場合、ポリマーは潰れる傾向があり、他方、ポリマー流体の相互作用が比較的強い場合、ポリマーは、より長く、より拡大する傾向がある。従って、ナノパーティクル間の分離は、電力を付加することによってのみでなく、ポリマー／流体溶媒力によって変更され得る。
【００６４】
このような溶媒力は、流体の組成を変更することによって、例えば、ポリマーに対して非溶剤の成分を追加または除去することによって変更され得る。溶媒力は、さらに、ポリマーそれ自体を改質し得る酸および塩基といった化学種を追加することによって変更され得る。溶媒力は、さらに、温度によって変化する。
【００６５】
本発明の電気泳動ディスプレイは、透過モードまたは反射モードのどちらかで動作し得る。例えば、電気泳動媒体が上述のタイプのものであり、拡散状態においては実質的に光を散乱しないが（従って、この媒体は、実質的に透明である）、凝集状態において光を拡散する場合（従って、媒体は、実質的に不透明である）、電気泳動ディスプレイは、ナノパーティクルを見ることができる表示画面を有し得、この表示画面のディスプレイの反対側において、光がナノパーティクルを含む流体を通過するように光源が構成される。従って、電気泳動媒体は、光バルブ、または秘密窓としての役割をし得、このタイプのマイクロカプセル化された電気泳動媒体は、ユニット領域ごとに比較的低いコストで広い領域の秘密窓を印刷するために用いられ得る。
【００６６】
あるいは、分光／非分光型電気泳動媒体の同じタイプを用いて、表示表面と反対側のディスプレイの表面は、反射性であるか、または着色され得る。媒体が非分光（透明）状態である場合、表示表面を見る観測者は、ディスプレイの反射性か、または着色された後面を見るが、媒体が分光モードである場合、観測者は、媒体それ自体の色を見、反射性か、または着色された後面は薄暗い。このタイプのディスプレイにて用いられる反射面は、例えば、鏡面ミラー、テクスチャゲイン反射器（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｇａｉｎ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）、ホログラフィック反射器または回析格子であり得る。特に、指向性ライティングと共に用いられる場合、ディスプレイの二つの状態間の対比が大きくなり得る。このようなディスプレイの後部が、異なった色でパターン化された場合、マルチカラーまたはフルカラーディスプレイが達成され得る。
【００６７】
添付の図面の図２Ａは、一般に、図１のものと同様の、着色された流体中で拡散する単一タイプの電荷を帯びた（本目的のために、負に帯電するがことが想定されるが、明らかに、正の電荷を帯びたナノパーティクルも同様に用いられ得る）ナノパーティクルを有する本発明のカプセル化電気泳動ディスプレイ（通常、２００と表示される）の模式的側面図である。図２Ａは、ディスプレイの一つの画素のみを示し、図１と同じ理由で、この画素を形成する一つのマイクロカプセルのみを示すが、実際には、各画素ごとに多数のマイクロカプセル（２０以上）が用いられ得る。
【００６８】
電気泳動ディスプレイ２００は、観測者がディスプレイを見るための表示画面を形成する共通の透明な前部電極２０２、および、各々がディスプレイの一つの画素を規定する複数の個別の後部電極２０４を備える（図２Ａには一つの電極２０４のみが示される）。後部電極２０４は、基板２０６上に取り付けられる。後部電極２０４は、好適には、高反射性の上部面を有し（図２Ａに示されるように）、後部電極２０４は透明であり、基板２０６には高反射性の上部面が提供され得る。
【００６９】
電気泳動ディスプレイ２００は、さらに、染色された液体２１２をカプセル化するマイクロカプセル壁２１０を有するマイクロカプセル２０８を含む。複数のナノパーティクル２１４は、液体２１２全体にわたって均一に拡散される。この電気泳動ディスプレイの好適な形態において、ナノパーティクル２１４は負に帯電し、約１０ｎｍの粒径を有するチタニアパーティクルを含み、他方、液体２１２は、青色の染料が溶解された炭化水素を含む。
【００７０】
図２Ａは、電極２０２および２０４にわたって電界が印加されない状態でのディスプレイ２００を示す。ナノパーティクル２１４には、任意の印加電界がかけられないので、これらのパーティクルは、液体２１２全体にわたって均一に拡散された状態で保持される。これらのナノパーティクルは、可視光線の波長よりも粒径が実質的に小さいので、実質的に非分光性であり、透明に見える。従って、ディスプレイを上方から見る観測者は（図２Ａ）、光が、染色された液体２１２を通過し、後部電極２０４から反射し（または基板２０６は、どの整数が反射面を保有するかに依存する）、および染色された液体２１２を通過して戻ることによって引き起こされる色を見る。
【００７１】
図２Ｂは、前部電極２０２に正の電位が印加され、後部電極２０４に負の電位が印加される場合の電気泳動ディスプレイ２００の状態を示す。結果として生じた電界は、ナノパーティクル２１４が、前部の電極２０２の近傍に凝集するようにし、従って、観測者は、凝集したナノパーティクル２１４の色を見る（好適なチタニアナノパーティクルの場合は白）。
【００７２】
図２Ｃは、前部電極２０２に負の電位が印加され、後部電極２０４に正の電位が印加された場合の、同じ電気泳動ディスプレイ２００の状態を示す。結果として生じた電界は、ナノパーティクル２１４を後部電極２０４の近傍で凝集させるので、観測者は、染色された液体２１２を通過し、凝集したパーティクル２１４から散乱し、染色された液体２１２を通過して戻る光によってもたらされた色を見る。この色は、後部電極２０４または基板２０６から反射が生じる、図２Ａで生成されたものと同じではない。従って、図２Ａ〜図２Ｃに示されるディスプレイ２００は、ナノパーティクル２１４ではなく従来の大きい色素パーティクルを用いる同様のディスプレイとは対照的に、三つの異なった色を表示することができる。実際、大きい色素パーティクルを用いる従来のディスプレイは、図２Ａに示されるものに匹敵し得る任意の状態を有さない。図２Ａにおいては、ナノパーティクルは、非分光の拡散状態であり、ディスプレイから有効に「消滅」する。
【００７３】
図２Ａ〜図２Ｃに示されるディスプレイ２００は、後部電極２０４上の反射面を黒色の非反射性表面と置換することによって改質され得る。従って、図２Ａに示される状態において、観測者は、後部の黒色を見、従って、ディスプレイの状態に依存して三つの完全に異なった色を提供する。
【００７４】
上述のように、ディスプレイ２００は、適切な直流電界を印加することによって、図２Ａに示される状態から図２Ｂまたは図２Ｃに示される状態へと変更され得る。逆の変更は、電極２０４および２０６を介して、通常、１０Ｈｅｒｔｚまたはそれ以上の十分な周波数の交流電界を印加することによって都合よく行われる。
あるいは、パルスの直流電界が、ナノパーティクルを拡散するために用いられ得る。
【００７５】
図２Ｂに示される状態で、ナノパーティクルは、電極２０２の近傍に単一の平坦層を有効に形成することが見出される。少なくとも理論的には、図２Ａ〜図２Ｃに示されるマイクロカプセル２０８の単層が、同じ厚さを有する非常に小さいマイクロカプセルの多層と置換される場合、この厚さは、可視光線の波長と同じ厚さであり、図２Ｂに対応する状態で、ナノパーティクルは、可視光線の波長と同じ大きさの規則的な間隔を置くことによって、一連の平坦な並列の平面を形成する。このような構造は、回析格子として利用され得る。
【００７６】
図３Ａは、本発明の単層電気泳動ディスプレイ（一般に、３００と表示される）を示す。このディスプレイは、同じ極性の電荷を有する（この目的のために、負と想定される）が、異なった電気泳動移動度を有する二つの異なったタイプのナノパーティクル３１６および３１８を含むマイクロカプセル３０８を用いる。ナノパーティクル３１６の移動度は、ナノパーティクル３１８のものよりも大きい。ナノパーティクル３１６および３１８は、さらに、凝集されると色が異なり、例えば、ナノパーティクル３１６は、凝集されると赤色であり得、ナノパーティクル３１８は青色である。さらに、マイクロカプセル３０８の流体３１２は無着色であり、後部電極３０４は、色（例えば、緑色）で着色され、これは、凝集されたナノパーティクル３１６および３１８の両方の色とは異なる。あるいは、後部電極３０４は透明であり、基板３０６に緑色が提供される。
【００７７】
図３Ａ〜３Ｃに示される単層電気泳動ディスプレイは、少なくとも一つの光学特性、すなわち色の点で異なる。図３Ａに示される第１のディスプレイ状態において、電界は、電極３０２および３０４にわたって印加されない。ナノパーティクル３１６および３１８は、任意の印加電界の影響を受けないので、これらの液体３１２全体にわたって均一に拡散された状態で保持される。これらのパーティクルは、可視光線の波長の直径よりも実質的に小さいため、ナノパーティクルは、実質的に非分光性であり、透明に見える。従って、ディスプレイを上部から見る観測者（図３Ａ）は、後部電極３０４の色（緑色）を見出す。
【００７８】
図３Ｂは、前部電極３０２に正の電位が印加され、後部電極３０４に負の電位が提供される場合の、同じ電気泳動ディスプレイ３００の第２のディスプレイ状態を示す。結果として生じた電界は、ナノパーティクル３１６および３１８を前部電極３０２の近傍に凝集させるが、このナノパーティクル３１６が高い電気泳動移動度を有するので、これらのパーティクルは、最初に電極３０２に到達し、観測者は、凝集されたナノパーティクル３１６の色（赤）を見出す。
【００７９】
図３Ｃは、前部電極３０２に負の電位が印加され、後部電極３０４に正の電位が印加される場合の、同じ電気泳動ディスプレイ３００の第３のディスプレイ状態を示す。結果として生じた電界は、ナノパーティクル３１６および３１８を後部電極３０４の近傍に凝集させるが、ナノパーティクル３１６がより高い電気泳動移動度を有するので、ナノパーティクルは、最初に、電極３０４に到達し、凝集されたナノパーティクル３１８の層が前部電極３０２と面する状態で保持し、従って、観測者は、凝集されたナノパーティクル３１８の層の色（青色）を見る。
【００８０】
従って、ディスプレイ３００の各画素は、赤色、緑色または青色を表示することができ、従って、このようなディスプレイから取得可能な色の飽和度は、上述のように、フィルタを用いる従来の電気泳動ディスプレイから取得可能なものよりも目に見えて大きい。
【００８１】
電気泳動ディスプレイ分野の当業者にとって、ディスプレイ３００が、同じ極性の電荷を帯びるが異なった電気泳動移動度を有する二つのセットのナノパーティクルを用いるのではなく、対向する極性の電荷を帯びる二つのセットのナノパーティクルを用いることによって改質され得ることが容易に明らかである。例えば、ナノパーティクル３１６が、負の電荷を帯びた状態で保持されるが、ナノパーティクル３１８が正に帯電する場合、図３Ａ〜図３Ｃに示される三つのディスプレイ状態の視覚的外観は変更されないが、図３Ｂにおいて、ナノパーティクル３１８は、後部電極３０４の近傍に位置し、他方、図３Ｃにおいて、ナノパーティクル３１８は、前部電極３０２の近傍に位置する。
【００８２】
図３Ａ〜３Ｃに示されるディスプレイは、電極３０４または基板３０６上の着色された後部面を反射面に置き換えること、および液体３１２に色素を組み入れることによって変更され得る。この変更されたディスプレイが図３Ａに示される状態にある場合、観察者によって見られる色は、染色された液体３１２通過し、後部電極３０４を反射し、染色された液体３１２を再通過する光から得られる色である。すなわち、観察者は単純に染色された液体の色を見る。
【００８３】
ディスプレイ２００と同様に、ディスプレイ３００は、適切な直流電場を印加することによって、図３Ａに示される状態から図３Ｂまたは３Ｃに示される状態に変化され得る。逆の変化は、電極３０４および３０６を介して、十分な周波数の交流電場を印加することによって、簡便にもたらされる。この交流電場は、典型的には、数十ヘルツまたはそれ以上のオーダーである。あるいは、パルス化された直流電場がナノパーティクルを分散させるために用いられ得る。
【００８４】
すでに記載されたように、懸濁した流体が着色されないという条件で、図２Ａ〜２Ｃおよび３Ａ〜３Ｃに示されたディスプレイのタイプは、マイクロカプセルが透明で、そのために、ディスプレイが光バルブまたはシャッターとして作用し得る状態（図２Ａおよび３Ａに示される）をもつ。このため、本発明の媒体（電気泳動層）は、任意の公知のタイプの電子光学媒体と共に光バルブまたはシャッターとして用いられ、電子光学媒体の各画素から取得され得る表示状態の数を増大し得る。電子光学媒体は、例えば、回転する二色性ボールタイプ（例えば、米国特許第５，８０３，７８３号、第５，７７７，７８２号および第５，７６０，７６１号に記載されたような）であり得る。電子光学物質（例えば、液晶、特に、ポリマー分散型および／または反射型液晶）、電子光学媒体（例えば、懸濁された棒状パーティクルデバイス）の他のタイプが用いられ得る。Ｓａｘｅ，Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ，Ａｐｒｉｌ／Ｍａｙ１９９６（Ｓｏｃｉｅｔｙ ｆｏｒ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ）および米国特許第４，４０７，５６５号を参照のこと。
【００８５】
本発明のこのタイプの二重層ディスプレイの簡単な例が図１０Ａ〜１０Ｃに示される。ディスプレイ（概して、１０００で指定される）は、複数の分散した透明な第１の電極１００２を含む。この第１の電極１００２のそれぞれは、ディスプレイの一画素を規定し（一つの電極１００２のみが図１０Ａ〜１０Ｃに示される）、観察者がディスプレイを見る表示表面を共に形成する。ディスプレイ１０００は、さらに、共通の透明な第２の電極１００４を含み、第１の電極１００２と第２の電極１００４との間に、カプセルに包まれた電気泳動媒体を含む。この電気泳動媒体は、未着色の液体１０１２をカプセルに包むマイクロカプセル壁１０１０を有するマイクロカプセル１００８を含む。複数のナノパーティクル１０１４が液体１０１２を介して分散される。例示の目的のため、ナノパーティクル１０１４は凝集されると赤色であることが仮定される。このため、ディスプレイ１０００の前部層（電極１００２および１００４と、マイクロカプセル１００８を含む）は、液体１０１２が着色されていない（その結果、前部層は、光バルブとして作用し得る）ことおよび分散電極および共通電極の位置が逆転されていることを除き、図２Ａ〜２Ｃに示される電気泳動ディスプレイ２００に実質的に類似する。
【００８６】
第２の電極１００４の反対側（図１０Ａ〜１０Ｃにおいて下側）上には、上述の米国特許第５，８０３，７８３号、第５，７７７，７８２号および第５，７６０，７６１号に記載されたタイプの二色性回転ボール層（概して、１０２０と指定される）が配置される。二色性回転ボール層１０２０は、連続的なポリマー性マトリクス１０２２を含む。このマトリクス１０２２内には、複数のオイル充填球状キャビティ１０２４が配置される。各キャビティ１０２４は、単一の球１０２６を含む。この単一の球１０２６は、第１の半球１０２６Ａと第２の半球１０２６Ｂを有する。これら半球は、色が異なっている。各球１０２６は、関連されたキャビティ１０２４内で回転可能であり、半球１０２６Ａと１０２６Ｂとの間の平面に対して垂直に配列された内部双極子を有する。そのため、球１０２６が電場中に置かれると、その双極子が電場に整列し、その半球１０２６Ａおよび１０２６Ｂ間の平面は、電場に対して垂直にある。例示の目的のために、半球１０２６Ａは、白色であるように仮定され、半球１０２６Ｂは、黒色であるように仮定され、双極子は、黒色の半球１０２６Ｂが電場のより正の端部の方を指し示すように配向する。
【００８７】
第２の電極１００４から二色性回転ボール層１０２０の反対側上には、複数の第３の電極１０３０が配置される（このうちの一つが図１０Ａ〜１０Ｃに示される）。第３の電極１０３０のそれぞれは、第１の電極１００２および基板１００６のうちの一方に位置合わせされる（ディスプレイの電気駆動の当業者に容易に明らかである理由に関し、一つのみの連続的電極および二セットの分散電極が、二つの光学的に活性な層のそれぞれにおいて各画素の別個の駆動を達成するために要求され、第２の連続する電極は必要がない）。
【００８８】
ディスプレイ１０００の各画素は、以下のように三つの表示状態が可能である。
【００８９】
（ａ）第１に、図１０Ａに示されるような白色状態であり、この白色状態では、第３の電極１０３０が第２の電極１００４に対して正にされる。その結果、白色の半球１０２６Ａが第２の電極１００４に向かい合い、一方で、第１の電極１００２は、第２の電極１００４と同一の電位に維持される。その結果、ナノパーティクル１０１４は、凝集されず、マイクロカプセルは、透明であり、白色半球１０２６Ａが、このために、表示表面を通して可視である。
【００９０】
（ｂ）第２に、図１０Ｂに示されるような黒色状態であり、この黒色状態では、第３の電極１０３０が第２の電極１００４に対して負にされる。その結果、黒色半球１０２６Ｂが第２の電極１００４に向かい合い、一方で、第１の電極１００２が第２の電極１００４と同一の電位に維持される。その結果、ナノパーティクル１０１４は、凝集されず、マイクロカプセルは透明であり、黒色半球１０２６Ｂが、このために、表示表面を通して可視である。
【００９１】
（ｃ）第３に、図１０Ｃに示されるような赤色状態であり、この赤色状態では、電場が第１の電極１００２および第２の電極１００４間に付与され、その結果、ナノパーティクル１０１４が電極１００２および１００４の一方に隣接して凝集し（図１０Ｃでは、電極１００２に隣接している）、このために、表示表面を通して可視である。この状態で、回転球１０２６の位置は、球１０２６が凝集されたナノパーティクル１０１４によって隠されるので無関係である。
【００９２】
図１０Ａ〜１０Ｃに示される三つの状態のディスプレイは、例えば、白色上黒色（または黒色上白色）のテキストディスプレイに、特定のテキストの赤色強調表示の能力を提供するために用いられ得る。このような三つの状態のディスプレイは、カラー画像を生成する能力を備える赤色、緑色および青色ディスプレイ状態を有するように変更され得る。
【００９３】
図１０Ａ〜１０Ｃに示される三つの状態のディスプレイは、さらに、ナノパーティクル１０１４の単一タイプのみを含むマイクロカプセル１００８を、図３Ａ〜３Ｃに示されるマイクロカプセル３０８に類似しており、異なる電気泳動移動度を有するナノパーティクルの二つの異なる種類を含むマイクロカプセルに置き換えることによって変更され得る。これは、四つの状態の表示を生成し、最初の二つの状態は、図１０Ａ〜１０Ｃを参照して上記に記載されたのと同一であり、第３の状態は、ナノパーティクルの第１の種類が凝集され、表示表面を通して可視である状態であり（図３Ｂ参照）、第４の状態は、第２の種類が凝集され、表示表面を通して可視である状態である（図３Ｃ参照）。このような四つの状態のディスプレイは、例えば、白色、赤色、緑色および青色状態を有し得、このため、白色背景上にカラー画像を表示するために用いられ得る。しかし、黒色領域が要求される場合、このようなディスプレイは、赤色、緑色および青色画素を混ぜることによってプロセスブラックを使用しなければならないことに留意されるべきである。
【００９４】
したがって、本発明により、複数の重ね合わされた電子光学層を使用して、三色を超える色を各画素において達成することができる。画像技術の当業者に周知であるように、現実的なフルカラー画像を達成するために、画像の各エリアの色だけではなく、色の飽和も制御することができなければならず、そのようにするために、用いられる３原色に対してだけではなく、黒色または白色に対しても種々の画素を設定することができる必要がある。従来の４色ＣＭＹＫ紙上印刷は、現実には５色システムである一方で、白色は、通常、白色の紙の印刷されないエリアによって供給されることに留意されたい。
【００９５】
比較できる５色システムは、図３Ａ〜３Ｃに示されたディスプレイの「二重にスタッキングされた」変更を用いて達成され得る。この変更では、マイクロカプセルのさらなる層および分散電極３０４に類似する分散された透明な電極のさらなる層が、連続的な電極３０２の上方に配置される。本発明の得られる好適な二重層ディスプレイが、図１１Ａ〜１１Ｅに示される。
【００９６】
図１１Ａ〜１１Ｅに示される二重層ディスプレイ（概して、１１００で指定される）の構成は、ディスプレイ３００および１０００の上記説明から容易に明らかであることが信じられ、したがって、この構成は、以下に簡単に要約される。ディスプレイ１１００の種々の構成要素は、（図１１Ａで上部から底部に読むと）以下のようである。
【００９７】
（ａ）複数の分散された透明な第１の電極１１０２。この第１の電極１１０２のそれぞれは、ディスプレイ１１００の１画素を規定し、観察者がディスプレイを見る表示表面を共に形成する。前記のように、一つの第１の電極１１０２のみが図１１Ａ〜１１Ｅに示される。
【００９８】
（ｂ）第１のカプセルに包まれた電気泳動媒体。これは、マイクロカプセル壁１１１０を有するマイクロカプセル１１０８を含む。マイクロカプセル壁１１１０は、未着色の液体１１１２、第１種のナノパーティクル１１１６（例示の目的のため、正に荷電されており、かつ凝集されたときに白色であると仮定する）および第２種のナノパーティクル１１１８（負に荷電されており、かつ凝集されたときに黒色であると仮定する）をカプセルで包む。
【００９９】
（ｃ）共通の透明な第２の電極１１０４。
【０１００】
（ｄ）第２のカプセルに包まれた電気泳動媒体。これは、マイクロカプセル壁１１４２を有するマイクロカプセル１１４０を含む。このマイクロカプセル壁１１４２は、未着色の液体１１４４、第３種のナノパーティクル１１４６（正に荷電されており、かつ凝集されたときに赤色であると仮定する）および第４種のナノパーティクル１１４８（負に荷電されており、凝集されたときに緑色であると仮定する）をカプセルで包む。
【０１０１】
（ｅ）複数の分散された、透明な第３の電極１１３０（そのうち一つのみが図１１Ａ〜１１Ｅに示される）。この第３の電極１１３０のそれぞれは、第１の電極１１０２の一つに配列される。
【０１０２】
（ｆ）着色された基板１１０６。青色であると仮定する（所望であれは、第３の電極１１３０は、着色されかつ不透明に作製され得る。この場合、基板１１０６の色および透明性は、無関係であるか、または、マイクロカプセル１１４０内の液体１１４４は、青色に着色され得る）。
【０１０３】
ディスプレイ１１００の各画素は、以下の五つの表示状態が可能である。
【０１０４】
（ａ）図１１Ａに示されるような第１の赤色状態。この赤色状態では、第３の電極１１３０が、第２の電極１１０４に対して正にされ、その結果、第２の電極１１０４に隣接して赤色凝集体Ｒを形成する。一方で、第１の電極１１０２は、第２の電極１１０４と同じ電位に維持され、その結果、ナノパーティクル１１１６および１１１８は凝集されず、マイクロカプセル１１０８は、透明であり、ナノパーティクル１１４６の赤色凝集体Ｒは、このため、表示表面を通じて可視である（この状態では、ナノパーティクル１１４８は、第３の電極１１３０に隣接して緑色凝集体Ｇを形成するが、この緑色凝集体は、ナノパーティクル１１４６によって形成された赤色凝集体によって隠される）。
【０１０５】
（ｂ）図１１Ｂに示されるような第２の緑色状態。この緑色状態では、第３の電極１１３０は、第２の電極１１０４に対して負にされ、その結果、ナノパーティクル１１４８は、第２の電極１１０４に隣接して緑色凝集体Ｇを形成する。一方で、第１の電極１１０２は、第２の電極１１０４と同じ電位に維持される、その結果、ナノパーティクル１１１６および１１１８は、凝集されず、マイクロカプセル１１０８は、透明であり、ナノパーティクル１１４６の緑色凝集体Ｇは、このため、表示表面を通して可視である（この状態では、ナノパーティクル１１４６は、第３の電極１１３０に隣接して赤色凝集体Ｒを形成するが、この赤色凝集体は、ナノパーティクル１１４８によって形成された緑色凝集体によって隠される）。
【０１０６】
（ｃ）第３の白色状態。この白色状態では、第１の電極１１０２は、第２の電極１１０４に対して負にされ、その結果、ナノパーティクル１１１６は、第１の電極１１０２に隣接して白色凝集体Ｗを形成し、そして、この白色凝集体は、表示表面を通じて可視である（この状態では、ナノパーティクル１１１８は、第２の電極１１０４に隣接して黒色凝集体Ｋを形成するが、この黒色凝集体は、ナノパーティクル１１１６によって形成された白色凝集体によって隠される。また、この状態では、マイクロカプセル１１４０内のナノパーティクル１１４６および１１４８の分布は、無関係である。なぜなら、マイクロカプセル１１４０も白色凝集体によって隠されるからである）。
【０１０７】
（ｄ）第４の黒色状態。この黒色状態では、第１の電極１１０２は、第２の電極１１０４に対して正にされ、その結果、ナノパーティクル１１１８は、第１の電極１１０２に隣接して黒色凝集体Ｋを形成し、そして、この黒色凝集体は、表示表面を通じて可視である（この状態では、ナノパーティクル１１１６は、第２の電極１１０４に隣接して白色凝集体Ｗを形成するが、この白色凝集体は、ナノパーティクル１１１８によって形成された黒色凝集体によって隠される。また、この状態では、マイクロカプセル１１４０内のナノパーティクル１１４６および１１４８の分布は、ここでも無関係である）。
【０１０８】
（ｅ）第５の青色状態。この青色状態では、ナノパーティクル１１１６および１１１８は、液体１１１２に分散され、ナノパーティクル１１４６および１１４８は、液体１１４４に分散される。その結果、マイクロカプセル１１０８および１１４０の両方は、透明であり、基板１１０６の青色表面が表示表面を通じて可視である。
【０１０９】
ディスプレイ１１００の特定の色の特定の状態への割り当ては、任意であり、自由に変更され得ることが理解され得る。例えば、各上部マイクロカプセル１１０８の三つの状態が（例えば）透明、赤色および青色であり、各下部マイクロカプセル１１４０の三つの状態が緑色、黒色および白色である場合、ディスプレイの任意の所与の画素は、依然として、これら５色の任意の一つに別個に設定され、これにより、制御された色飽和およびフルカラーを達成することができるカラーディスプレイを生成し得る。しかしながら、人間の目は、おそらく白色における色合いのわずかな変化、およびおそらく白色または黒色における灰色性の痕跡に敏感であるが、赤色、緑色および青色における色合いの小さい変化に感受性が低いので、ディスプレイ１１００に類似するディスプレイでは、表示表面に隣接するマイクロカプセルが、白色および黒色状態を提供し、表示表面から遠いマイクロカプセルが他の三つの状態を提供することが一般的に望ましい。また、当然、ディスプレイ１１００に類似するディスプレイは、白色、黒色、赤色、緑色およびシアンの代わりに、白色、黒色、黄色、シアンおよびマゼンタの状態を提供するように容易に適合され得る。
【０１１０】
すでに説明されたディスプレイ２００、３００、１０００および１１００は、すべてのそれらの表示状態において安定であることが留意されるべきである。すなわち、一旦ディスプレイが駆動されると、すでに説明されたように光学的に活性な層の一方または双方に電場を印加することによって、ディスプレイの状態は、電場がオフにされた後でも実質的な期間持続する。
【０１１１】
光学的に活性な層を分離する基板材料１００４および１１０４は、ディスプレイにおける視差問題を最小にするためにできるだけ薄く作製されるべきである。可撓性の基板は、それらのでこぼこでかつ薄い形態因子のために、ガラス材料と比較してこれらの表示において有利である。
【０１１２】
ディスプレイ２００または３００をある着色された画像から他の画像に変化させるために、ディスプレイのすべての画素に交流電場を印加することが都合がよい。これにより、すべての画素が図２Ａまたは３Ａに示される条件に回復され、そして、次に、所望の画素が新しい画像を表示するために必要とされるように変化する。２Ａ→２Ｂおよび２Ａ→２Ｃの移行（およびディスプレイ３００の類似の移行）は、いわゆる「Ｖ／２」技術を同時に用いて、都合良くもたらされ得ることに留意のこと。この「Ｖ／２」技術では、前面の電極２０２は、＋Ｖ／２の電圧に設定される一方で、個々の画素を制御する種々の電極２０４は、関連する画素の所望の状態に応じて、０、＋Ｖ／２または＋Ｖに設定される。類似の技術が、当然、ディスプレイ１０００および１１００に用いられ得る。
【０１１３】
本発明の二重層のディスプレイは、図１０Ａ〜１０Ｃおよび１１Ａ〜１１Ｅに示され、二つの光学的に活性な層の間に透明電極を一つのみ有している。いくつかの場合には、さらなる層は必ずしも必要ではなく、例えば、図１１Ａ〜１１Ｅに示される電気泳動層が非常に微量の電流を通すので、第２の電極１１０４は、導電性ポリマーの透明層を含み得る。この導電性ポリマーは、例えば、以前に形成された電気泳動層上の溶液から付与され、そして、乾燥されて、ポリマーの連続した膜を生成し、第２の電極１１０４を形成し得る。しかしながら、第２の電極１１０４が薄い金属層（例えば、インジウム錫酸化物）であることが所望される場合、通常、薄い金属層をサポート（例えば、薄いポリマー膜）上に堆積することが必要である。この場合には、サポートは、第２の電極と光学的に活性な層の一方との間にあるので、サポートは、できるだけ薄く維持されるべきである。その結果、サポートの存在は、この光学的に活性な層を横切る電場を任意の所与の電圧に低減する。（電場のこの低減は、金属電極を両面上に有するサポートを用いることによって回避され得るが、これは、インジウム錫酸化物および類似の電極層が伝達する入射光は、約９０％にすぎず、このようにしてさらなる金属層をその構造に導入することは、ディスプレイの明るさに逆の影響を及ぼすので望ましくない。）
第２の電極に隣接して基板が存在する場合、第２の電極を形成する金属被膜加工された基板から開始し、二つの電極層を金属被膜加工された基板のいずれかの面上にコーティングし、その後、得られる構造を第１および第３の電極に積層することによって、図１１Ａ〜１１Ｅに示されるディスプレイを製造することは、都合良くあり得る。
【０１１４】
類似の理由のために、本発明の二重層のディスプレイが、図１０Ａ〜１０Ｃおよび１１Ａ〜１１Ｅに示され、透明な第１の電極のみが表示表面を形成している。これらの第１の電極は、典型的には、基板上に運ばれ、上部の光学的に活性な層を機械的な損傷から保護するさらなる機能を供給し得る。
【０１１５】
図４は、本発明の第３の電気泳動ディスプレイの単一のナノパーティクル（概して、４００で指定する）を示す。このナノパーティクル４００は、二つの別々の金のナノパーティクル４０２および４０４から構成される。この金のナノパーティクル４０２および４０４のそれぞれは、ポリマーコーティング４０６および４０８をそれぞれ有している。ナノパーティクル４０２は、正に荷電される一方で、ナノパーティクル４０４は、負に荷電される。その結果、ナノパーティクル４０２および４０４に電場が付与されない場合、それらは、静電誘引力によって互いに保持されて、結合されたナノパーティクル４００を形成する。しかしながら、強い電場がナノパーティクル４００に印加された場合、ナノパーティクル４０２および４０４は、電場の影響下で分離する。上述の理由のために、金のナノパーティクルの色は、パーティクルの大きさにより変化し、したがって、ナノパーティクル４０２および４０４の分離は、ディスプレイの色を変化させる。
【０１１６】
図５Ａおよび５Ｂは、単一のナノパーティクルユニット（概して、５００で指定される）の二つの異なる状態（図５Ａでは電場がなく、図５Ｂでは強い直流電流場が印加される）を示す。このナノパーティクルユニットは、一般に、二つの金のナノパーティクル５０２および５０４を含む点で図４に示されるものに類似する。金のナノパーティクル５０２および５０４のそれぞれは、ポリマーコーティング５０６または５０８をそれぞれ有し、ナノパーティクル５０２は、正に荷電される一方で、ナノパーティクル５０４は、負に荷電される。しかしながら、図４に示されるディスプレイと対照的に、ナノパーティクル５０２および５０４は、ナノパーティクル５０２および５０４のそれぞれの直径の数倍に等しい長さを有するポリマーフィラメント５１０の反対の端部に付着される。したがって、電場が印加されない場合、図５Ａに示されるように、ナノパーティクル５０２および５０４は、静電誘引によって互いに保持されて、結合されたナノパーティクル５００を形成する。しかしながら、強い電場がナノパーティクル５００に印加された場合、図５Ｂに示されるように、ナノパーティクル５０２および５０４は、この電場の影響下でポリマーフィラメント５１０によって許容される範囲まで分かれる。このフィラメントは、ナノパーティクルがそれらを互いに分離するために十分な距離だけ分離されるのに十分に長くされ、その結果、ディスプレイの色は、図５Ｂに示される状態において、分離されたナノパーティクル５０２および５０４と関連された色になる。しかしながら、電場が除去された場合、ナノパーティクル５０２および５０４は、迅速に再結合して、結合されたナノパーティクル５００を形成する。
【０１１７】
図４、５Ａおよび５Ｂに示されるディスプレイ、特に、図５Ａおよび５Ｂに示されるディスプレイが非常に迅速なスイッチングが可能であることが理解される。なぜなら、電気泳動パーティクルが媒体の厚さとほぼ等しい距離（典型的には、約２５０μｍすなわち２５０，０００ｎｍ）を移動することを要求する従来のディスプレイと対照的に、色の変化が、個々のナノパーティクルが互いに対して少量のナノパーティクルの直径（典型的には、約５０〜１００ｎｍの距離）だけ移動することのみを要求するからである。したがって、ここに記載されたディスプレイは、従来の電気泳動ディスプレイと比較して少なくとも２桁の大きさだけスイッチング時間を低減するべきであり、これにより、本発明のディスプレイを、ビデオ用途での使用のために適切にする。
【０１１８】
図６Ａおよび６Ｂは、本発明の第５の電気泳動ディスプレイの単一のユニット（概して、６００で指定する）の二つの異なる状態（図６Ａでは電場がなく、図６Ｂでは強い直流電場が印加される）を示す。ユニット６００は、フィラメント６０６の反対の端部に付着された二つのパーティクル６０２および６０４を含む。パーティクル６０２および６０４は、ナノパーティクルである必要はなく、色形成されている必要はない。実際に、このタイプのディスプレイの設計に最大の柔軟性を可能にするために、一般に、パーティクル６０２および６０４のいずれもが着色されておらず、カラーフォーミングでもないことが好適である。パーティクル６０２および６０４は、反対の極性の電荷を帯び、パーティクル６０２は、正に荷電され、パーティクル６０４は、負に荷電される。フィラメント６０６は、外部の力がないときには、らせん状または類似の立体配置を自然に装うタイプ（例えば、１以上のポリペプチド鎖）であるように選択される。当業者は、多くのポリマーのコンホメーションは、それらが浸される液体のタイプに強く依存し、従って、現在記載されたディスプレイのタイプを形成する場合、フィラメント６０６の所望のコンホメーションを生成するためにフィラメント６０６および懸濁液体の両方が注意深く選択されなければならないことを理解する。複数のナノパーティクル６０８がフィラメント６０６に沿う間隔で付着される。図６Ａに示される状態では、外部の電場が付与されず、パーティクル６０２と６０４との間の静電誘引は、フィラメント６０６の自然のらせん状コンホメーションとともに、種々のナノパーティクル６０８が接触するまたは互いに近接して存在するコンパクトな立体配置を想定するユニット６００を結果的に生じる。その結果、ユニットの色は、凝集されたナノパーティクル６０８の色になる。しかしながら、強い直流場がユニットに付与された場合、図６Ｂに示されるように、パーティクル６０２および６０４は、電場により離間するように引っ張られ、フィラメント６０６は、拡張された、実質的に直線状の立体配置を想定する。この立体配置では、ナノパーティクル６０８は、互いに分離される。その結果、ユニット６００によって表示される色は、分散されたナノパーティクル６０８の色になる。図４、５Ａおよび５Ｂを参照して上述されたものに類似する理由のために、図６Ａおよび６Ｂに示されるディスプレイは、非常に迅速なスイッチングが可能である。電場の強さを変更することによって、図６Ａおよび６Ｂに示されるユニット６００は中間状態にあるコンホメーションを想定するためになされ、これにより、ディスプレイにマルチレベルのグレースケールを達成することを可能にさせ得ることも留意されるべきである。
【０１１９】
図７は、図６Ａおよび６Ｂに示されるディスプレイのタイプの改変を示す。図７に示されるユニット７００のそれぞれは、一般に、荷電されたパーティクルがフィラメントの両端部に提供される代わりに、（正に）荷電されたパーティクル７０２がフィラメント７０６の一方の端部にのみ提供され、フィラメント７０６の他方の端部が直接固定されたボディー（この場合、電極７１０）に結合される点を除き、図６Ａおよび６Ｂに示されるものに類似する。ナノパーティクル７０８は、すでに記載された様式でフィラメント７０６に沿う間隔で付着される。
【０１２０】
図７は、Ｖ／２アドレッシングスキーム（ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅ）により用いられるユニット７００を概略的に示す。Ｖ／２アドレッシングスキームでは、ユニット７００が取り付けられる共通の前面電極７１０が＋Ｖ／２保持される一方で、二つの分散背面電極７１４および７１６は、それぞれ、＋Ｖおよび０に保持される。図７の左手側は、電極７１４が＋Ｖを保持することを示し、これは、前面電極７１０より高い電位である。したがって、ユニット７００の正に荷電されたパーティクル７０２は、電極７１４から反発され、ユニット７００は、図６Ａに示されるものに類似するコンパクトなコンホメーションを想定する。その結果、表示される色は、凝集されたナノパーティクル７０８の色になる。図７の右手側は、０に保持された電極７１６を示し、その結果、パーティクル７０２は、この電極に付着され、ユニット７００は、図６Ｂに示されるものに類似する拡張されたコンホメーションを想定し、表示される色は、分散されたナノパーティクル７０８の色になる。図６Ａおよび６Ｂに示されるユニット６００と同様に、中間コンホメーション、およびしたがって、グレースケールが達成され得る。また、ユニット７００は、迅速なスイッチングが可能である。
【０１２１】
図８は、多数の荷電されたナノパーティクル８０２（例示の目的のため、例示の容易性のために図８では、荷電は、正であり、ナノパーティクルの数が大きく低減されることが想定される）が、固定されたボディー（すなわち、電極８０６）への長さを変動するフィラメント８０４によってつなぎ止められる本発明のディスプレイを示す。図７におけるのと同じ様式で、図８の左手側は、ナノパーティクル８０２がつなぎ止められた電極８０６より高い電位である＋Ｖに保持された電極８０８を示す。したがって、正に荷電されたナノパーティクル８０２は、電極８０８から反発されて、電極８０６に近接して存在する。したがって、ナノパーティクル８０２は、近接してパックされた立体配置を想定し、その結果、表示された色は、凝集されたナノパーティクル８０２の色になる。図８の右手側は、０に保持された電極８１０を示し、その結果、ナノパーティクル８０２は、電極に付着され、電極８０６からそれらの個々のフィラメント８０４の長さによって許容される範囲に間隔が空けられる。したがって、ナノパーティクル８０２は、互いに分離され、表示される色は、分散されたナノパーティクル８０２の色になる。図６Ａ、６Ｂおよび７を参照して以前に議論されたディスプレイと同様に、図８に示されるディスプレイは、グレースケールを達成し得、迅速なスイッチングが可能である。
【０１２２】
図７および８に示されるディスプレイのタイプにおいて、ある場合には、通常ナノパーティクルを取り囲む流体の存在を不要にすることが可能であることが留意されるべきである。
【０１２３】
図９Ａ〜９Ｈは、反対の電荷を帯びており、かつ、フィラメントとして説明され得る部材によってリンクされている二つのパーティクルを含む点で、図５Ａおよび５Ｂに示される一般的タイプのシステムの変形とみなされ得る本発明の実施形態を示す。本実施形態は、面内電極２７０および２８０によって切り換えられることが意図され、それらのいくつかは、ＡＣ電場を印加することによって第１の色変化を、ＤＣ電場または別の周波数のＡＣ電場のいずれかの印加によって第２の色変化を提供することが意図される。図９Ａ〜９Ｂを参照すると、閉状態２８４にあるヘアピン形状の分子またはスプリングは、正に荷電されたヘッド２８２および負に荷電されたヘッド２８３を付着し得る。正味の電子的な荷電の代わりに、これらのヘッドは、強い双極子モーメントを有し得る。さらに、ヘアピン形状の分子またはスプリングの一方側は、ロイコ色素（ｌｅｕｃｏ ｄｙｅ）を付着し、ヘアピン形状の分子またはスプリングの他方側は、還元剤２８５を付着する。分子またはスプリングが閉状態２８４にある場合、ロイコ色素２８６および還元剤２８５は、近接して、結合２８７が形成され、そして、ロイコ色素は、効果的に還元され、これにより、第１の色状態をもたらす。ヘアピン形状の分子またはスプリング上に片持ちされた荷電されたヘッドの振動モードと共鳴する周波数のＡＣ電場を付与すると、結合２８７は、切断されて、これにより、開状態２８８を産生し得る。この開状態では、ロイコ色素および還元剤は、もはや近接しておらず、ロイコ色素は、還元されていない状態にあり、第２の色状態をもたらす。本システムは、ロイコ色素および還元剤群を再近接させるために機能するＤＣ電場を付与することによって反転され得る。多くの分子または微小に製造された構造が、状態では開のヘアピン形状の分子またはスプリングとして機能し得る。これらは、分子２８９のようなオレイン酸を含み得る。還元剤は、亜ジチオン酸ナトリウムを含み得る。説明されたような本システムは、双安定である。
【０１２４】
図９Ｄ〜９Ｆを参照すると、代替のロイコ色素−還元剤システムは、自然な状態２９３で図９Ｄに示されるポリマーを採用し得る。ＤＣ電場が印加されると、ポリマーは、直線状の形状２９４をとり、ロイコ色素２８６および還元剤２８５群は、互いに間隔が空けられる。ＤＣ電場またはＡＣ電場の印加を除去すると、ポリマーは、コイル状になる傾向があり、ロイコおよび還元基とランダムに接触するようになり、対応する色変化を伴って結合２８７を形成する。
【０１２５】
図９Ｇおよび９Ｈを参照すると、類似のシステムが可能であるが、代わりにポリマーロイコおよび還元群が、ブリッジ２９６によって反対荷電の微粒子に直接付着し得る。このブリッジ２９６は、ビオチン−ストレプトアビジンまたは任意の他の適切なブリッジであり得る。上記のように、ＤＣ電場の印加により、ロイコおよび還元群は遠位になり、これに対して、ＤＣ電場の除去またはＡＣ電場の印加により、ロイコおよび還元群をランダムに接触させるようになる。ポリマーが酸化された状態の安定性を助成するために加えられ得る。
【０１２６】
図１２は、ナノパーティクルアセンブリを形成するための本発明のプロセスの種々の段階を概略的に示す。このプロセスは、図５に示されるナノパーティクルユニット５００等の二つのナノパーティクルアセンブリを形成する際の使用のために主として意図され、図１２は、この種のプロセスを示す。しかしながら、プロセスは、さらに、図８に示されるアセンブリ（複数のナノパーティクルが別個の連結基を介して電極または他の巨視的物体に連結される）等のアセンブリを形成するために用いられ得る。
【０１２７】
プロセスの第１の段階では、第１のナノパーティクル１２００（正に荷電されるように示される）が連結試薬Ｘ−Ｌ−ＹＰにより処理される。ここで、Ｘは、用いられる条件下でナノパーティクルと反応することができる第１の官能基であり、Ｌは、所望の連結基であり、Ｙは、第２の官能基であり、保護基Ｐによって保護され、その結果、保護された基ＹＰは、用いられる条件下でナノパーティクルと反応することができない。（所望であれば、例えば、格納を容易にするために、連結試薬はＰ’Ｘ−Ｌ−ＹＰの形態で格納され得ることが理解される。ここで、Ｐ’は基Ｘのための保護基であり、保護基Ｐ’は、ナノパーティクル１２００との反応前または反応中のインサイチュでも除去され得る。）基ＸおよびＹは、同一であってもよいし、または異なっていてもよい。基Ｘは、ナノパーティクルと反応して、［Ｎ］−Ｘ−Ｌ−ＹＰとして表され得る中間種を形成する。ここで、［Ｎ］はナノパーティクルである。したがって、ナノパーティクルは、ここで、連結基Ｌ（および第２の官能基Ｙの保護された形態のＹＰ）を保有する。本発明の大抵のプロセスは、例えば、図５および８に示されるアセンブリ等のアセンブリを形成することを所望する場合のように、単一の連結基のみが各ナノパーティクルに付着されることが望まれ、熟練した化学者は、一より多くの連結基に付着されるナノパーティクルの数を最小にするために用いられ得る種々の技術（例えば、反応混合物中の連結試薬の濃度を低く維持すること）を知っている。
【０１２８】
本プロセスの第２の段階では、中間種［Ｎ］−Ｘ−Ｌ−ＹＰは、保護基Ｐを除去することによって第２の官能基Ｙからの遊離の形態を発生する修飾試薬により処理される。（本発明では、第２官能基の保護された形態からの保護基の除去によって第２の官能基が発生されることは必須ではないが、これは、本発明では、第２の官能基を発生する好適な方法である。例えば、第２の官能基は、連結試薬上に元々存在する完全に異なる基を、所望の第２の官能基に置き換えることによって発生され得る。例えば、クロロ基は、チオール基と置き換えられ得る）。第２の官能基Ｚは、ナノパーティクル１２００が連結されるべき物体（この場合、負に荷電されたナノパーティクル１２０２）と反応することができる。第２の官能基の発生は、第２の中間種［Ｎ］−Ｘ−Ｌ−Ｙを、図１２に示されるように生成する。
【０１２９】
最後に、本プロセスの第３の段階では、二つのナノパーティクル１２００および１２０２が連結基Ｌを介して連結されたままで、第２の中間種が第２の官能基Ｚがナノパーティクル１２０２と反応し、所望のナノパーティクルアセンブリを生成する条件下で、ナノパーティクル１２００が連結されるべき物体（この場合、負に荷電されたナノパーティクル１２０２）と接触される
図１２に示されるプロセスは、第２の中間種を、第２のナノパーティクルの代わりに電極または類似の巨視的物体と接触させることによって、図８に示されるアセンブリの種類を生成するように改変され得ることは容易に明らかである。
【０１３０】
典型的には、図１２に示されるプロセスでは、二つのナノパーティクルが、同一の材料から形成される。この材料は、通常、導電性の金属、例えば、銀、金、白金またはこれら金属の任意のアロイである。好適には、二つのナノパーティクルは、約６０ｎｍ以下の直径を有する。上述の金属と反応することができる官能基は、文献に記載され、用いられる金属と反応する任意の公知の官能基が採用され得る。好適な第１の官能基は、チオール、アミン、ホスフィンおよびヒドロキシル基である（最後の場合では、効果的な官能基は、ヒドロキシル基の脱プロトン化によって形成されるＯ−基である）。連結基Ｌは、例えば、アルキルまたはアルキレン基であり得、望ましくは、約５０ｎｍ以下の長さを有する。第１の官能基の場合のように、第２の官能基は、用いられる物体と反応する任意公知の官能基であり得る。上述の金属の場合には、第３の官能基は、望ましくは、チオール、アミン、ホスフィンまたはヒドロキシル基である。既に言及したように、第２の官能基は、好適には、保護された形態で当初から存在する。したがって、例えば、第２の官能基がチオール基である場合、この基の保護された形態は、ベンジル、アセチル、アルキル、カルボネートまたはカルバネート保護基で保護されたチオール基であり得る。同様に、第２の官能基がアミン基である場合、保護された形態は、ベンジル、カルボネート、カルバメートまたはアルキル基により保護されたアミン基、または、イミン、アミド、または尿素基の形態であり得る。
【０１３１】
図１２に示される種類のアセンブリを形成するために用いられる二つのナノパーティクルが異なる表面特徴を有するように選択される場合、ナノパーティクルは、アセンブリの合成の前に荷電される必要はなく、最終的なアセンブリにおいて荷電され得る。
【０１３２】
本発明のプロセスは、上記に三段階のプロセスとして記載されるが、いくつかの場合において第２の官能基の発生は、第２の官能基が反応する物体の存在下で実行されて、その結果、第２の官能基は、インサイチュで発生され、その物体とすぐに反応して、このため、三段階プロセスを二段階プロセスに縮めることが熟練した化学者には明らかである。
【０１３３】
すでに言及されたように、上記に記載されたプロセスに用いられるナノパーティクルは、ポリマーまたは他の材料のコーティングを保有し得る。このようなコーティングされたナノパーティクルが本発明のプロセスに用いられる場合、第１および第３の官能基は、ナノパーティクル自体またはコーティング材料のいずれかと反応し得るが、ナノパーティクル間の空間形成のより信頼性の高い制御を生じるので前者が通常好まれる。実際には、コーティング材料をナノパーティクルに付着するために用いられる大抵の技術は、ナノパーティクルの表面の実質的な部分を露出したまま残し、その結果、連結試薬は、コーティング材料の存在にもかかわらず、依然としてナノパーティクル自体の表面と反応する。ナノパーティクルがコア／シェルタイプのもの（一つの材料のコアが異なる物質のシェルによって完全に取り囲まれる）である場合、連結試薬は、当然、シェル材料と反応するように選択されるべきである。
【０１３４】
本発明のナノパーティクルアセンブリでは、複数のナノパーティクルが、フィラメントまたはバックボーンに付着され得、個々のナノパーティクル間の間隔は、酸化還元反応またはｐＨ、イオン強度、温度または他の物理化学パラメータの変化により、バックボーンに対するナノパーティクルの位置またはバックボーン自体のコンホメーションいずれかを変化させることによって変動され得る。上記に議論された図６Ａ、６Ｂ、７Ａおよび７Ｂに示されるナノパーティクルアセンブリの種類は、バックボーンの端部で荷電されたパーティクルの存在に依存するが、一方で、このような荷電されたパーティクルは、図１３および１４のナノパーティクルアセンブリによって示されるように必須ではない。
【０１３５】
例えば、添付図面の図１３Ａは、ナノパーティクルユニット（概して、１３００で指定する）を高度に概略的な様式で示す。このナノパーティクルユニットでは、複数の荷電されたナノパーティクル１３０２（例示の目的のために負に荷電される仮定する、明らかに正に荷電されたナノパーティクルも用いられ得る）は、短いフレキシブルなテザー（ｔｅｔｈｅｒ）または側鎖１３０４を介して、ポリマーの繰り返しユニット１３０６に結合される。ポリマー（通常、電子活性な共役ポリマーである）は、（例えば、ｐＨにおける変化の酸化還元反応によって）繰り返しユニット１３０６上の荷電が変動され得るように選択される。繰り返しユニット１３０６が電気的に中性であるかまたは負に荷電されている場合、ナノパーティクルは、図１３Ａ示される位置を採用する傾向がある。この位置で、テザー１３０４は、ポリマー鎖に対して必然的に垂直に伸長し、その結果、隣接のナノパーティクル１３０２間の平均距離は、比較的大きい。他方、繰り返しユニット１３０６が正に荷電されている場合、それらは、負に荷電されたナノパーティクル１３０２を引き付け、ナノパーティクルは、図１３Ｂに示される位置を採用する。この位置で、ナノパーティクルは、ポリマー鎖に隣接して存在し、その結果、隣接するナノパーティクル１３０２間の平均距離は、図１３Ａより実質的に小さくなり、したがって、ポリマーの色は変化する。
【０１３６】
図１４Ａおよび１４Ｂは、ポリマーバックボーンにおけるコンホメーションの変化によってナノパーティクル間の間隔が変動される別の種類のナノパーティクルを高度に概略的な様式で示す。特定のポリマー（例えば、ポリスチルベン、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、および共通の酸化還元依存形状変化部分（チアンスレン（ｔｈｉａｎｔｈｒｅｎｅ）、カリックスアレーン、アザ基、シクロオクタテトラエンおよびビピリジン（ｂｉｐｙｒｉｄｉｎｅ）等を含むポリマー）は、酸化還元反応または温度変化を受ける場合にコンホメーション変化（すなわち、ポリマー鎖における隣接する繰り返しユニットの相対的な位置の変化）を受けることが知られている。例えば、以下を参照のこと。
【０１３７】
Ｄ．Ｔ．ＭｃＱｕａｄｅらの「Ｃｏｎｊｕｇａｔｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ−Ｂａｓｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｅｎｓｏｒｓ」，Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．，１００，２５３７−２５７４（２０００）；
Ｍ．Ｅ．Ｇ．Ｌｙｏｎｓ（ｅｄ．），「Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｐａｒｔ Ｉ Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ」，Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９９４）；
Ｔ．Ａ．Ｓｋｏｔｈｅｉｍら（ｅｄｓ．）「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」，２ｄ．Ｅｄｎ．，Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ，Ｎｅｗ Ｙｏｒｋ（１９９８）
図１４Ａは、このタイプのナノパーティクルユニット（概して、１４００で示す）を示す。このナノパーティクルユニットは、複数のナノパーティクル１４０２がテザーまたは側鎖１４０４（この例では、これは好適にはリジッドである）を介して、このようなコンホメーションの変化を受けることができるポリマーの繰り返しユニット１４０６に結合される。図１４Ａに示されるコンホメーションでは、繰り返しユニット１４０６は、テザー１４０４を互いに平行に保持し、その結果、隣接するナノパーティクル１４０２間の距離は、比較的小さい。しかしながら、ポリマーのバックボーンを酸化還元反応に置くことにより、ポリマーは、図１４Ｂに示されるコンホメーションを採用する。このコンホメーションでは、繰り返しユニット１４０６により、交互のテザー１４０４が、反対方向に向けられ、その結果、隣接するナノパーティクル１４０２間の距離は、実質的に増加され、このため、結果的に色変化を生じる。図１４Ａおよび１４Ｂは、例示を容易にするために簡略化されている。実際に、隣接するテザー間の角度の変化は、通常、１８０°ではなく、例えば、１２０°であり得、その結果、図１４Ｂに示されるコンホメーションでは、ナノパーティクルが、ポリマーバックボーンに沿う軸を有するへリックス上の位置を占めるが、このようヘリックスのコンホメーションもまた、隣接するナノパーティクル間の距離の所望の増加を引き起こす。
【０１３８】
図１４Ａおよび図１４Ｂに示されるナノパーティクルユニットのタイプは、一電子還元反応が、いくつかの場合には、多数の繰り返しユニットを含むポリマー鎖全体のコンホメーションの変化を起こし得、その結果、大多数のナノパーティクルの色変化を引き起こすために要求される電子数が少ないという利点を有する。したがって、通常の場合であるように、酸化還元反応が電子化学的に実行される場合、色変化を引き起こすために単位面積あたりに要求されるパワーは、小さい。
【０１３９】
図１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａおよび１４Ｂに示されるタイプのナノパーティクルユニットでは、ポリマーは、（このフィルムの性質がナノパーティクルの必要な移動を可能にする場合には）フィルムの形態であってもよいし、液体媒体中の溶液または懸濁液であってもよい。
【０１４０】
ナノパーティクルベースのディスプレイの別のタイプは、いわゆる「層状」ポリマーを使用する。特定のポリマーのフィルムは、ポリマー鎖が互いに大部分平行な状態にあるように、処理され得ることが知られている。図１３Ａ、１３Ｂ、１４Ａおよび１４Ｂに示されるもの（ナノパーティクルフィルムが規則的な間隔でポリマー鎖に沿って付着されている）に類似のポリマーがこの様式で層状フィルムに形成される場合、交流電場（典型的には、ラジオ周波数レンジ）の印加は、ナノパーティクル間の平均距離を変化させ、このため、色変化を引き起こす。
【０１４１】
ナノパーティクルベースのディスプレイのさらに別のタイプは、ゲル内に分散された多数のナノパーティクルを含む。上述のように、このようなゲルは、複数のナノパーティクルアセンブリのフィラメントを連結することによって形成され得る。この場合、ゲルへの電場の印加は、ナノパーティクルを移動させ、ゲルの光学的特徴を変化させる。あるいは、ゲル自体は、膨張可能で、好適には電気的に膨張可能であり得る。この場合、ゲルが膨張するにつれ、隣接するナノパーティクル間の距離が増加し、このため、色変化を引き起こす。隣接するナノパーィクル間の間隔を、２倍を超えて増加し得る膨張可能なゲルが公知である。ディスプレイの大抵のタイプでは、ディスプレイ媒体の色が変化するので、特に、大抵の印加では、異なる色状態においてディスプレイ媒体の異なる部分を同時に有することが望ましいので、ディスプレイ媒体自体の容積に実質的な変化を有することは、少なくとも不都合である。したがって、ナノパーティクルディスプレイの膨張可能なゲルタイプでは、ゲルは液体媒体に分散されたパーティクルの形態であり、そのため、ゲルが膨張し、液体媒体をそれ自体に吸収するときに、ゲル／液体系の容量変化全体が最小であることが一般に好適である。好適には、このようなゲル／液体において、ゲルの膨張は、酸化還元反応、好ましくは、電子化学的酸化還元反応を実行して、液体媒体のイオン強度を変化させることによってもたらされる。
【０１４２】
ナノパーティクルベースのディスプレイのさらなるタイプは、液体媒体に分散された個々のナノパーティクルを使用する。しかしながら、上記に記載されたディスプレイのいくつかのようにすべてのナノパーティクルを凝集する代わりに、このタイプのディスプレイは、各ナノパーティクルまわりの境界層の変化に依存して、隣接するナノパーティクル間の間隔を制御し、これにより、色変化を引き起こす。例えば、液体媒体に酸化還元反応に受けさせることによって、この媒体の性質（誘電率等）は、各パーティクル周りの境界層の厚さを変更するように変化され得る。このアプローチの変形では、特定のナノパーティクルが各ゲルにおいて異なる色を表示するように性質が異なる、二つのゲルの層が、互いに隣接して配置され得、荷電されたナノパーティクルは、電気的に二つのゲル間を移動される。
【０１４３】
多様なプロセスが、本発明のディスプレイに用いられる非複合ナノパーティクルを製造するために用いられ得るが、このようなプロセスは、二つの主要な群に分類される。すなわち、ナノパーティクルが、表面または二つの異なる相間の境界上あるいは表面または二つの異なる相間の境界に隣接して形成される「表面プロセス」と、ナノパーティクルが単一相内に形成される「バルクプロセス」である。これら二つのプロセスのタイプは、ここで、別々に説明される。
【０１４４】
表面処理自体は、ナノパーティクル物質（すなわち、ナノパーティクルを形成する物質）が表面上の単一層として分散される真の表面処理、およびナノパーティクル物質が表面層（この表面層の性質は下にあるバルク物質の性質とは異なる）内に分散される「表面層プロセス」にさらに細分され得る。最終的に、真の表面プロセスは、ナノパーティクル物質が表面の特定の選択された部分のみの上に堆積される選択的な堆積プロセス、およびナノパーティクル物質が全体表面上に堆積され、ナノパーティクル物質の生じる連続層がその後に破断されて個々のナノパーティクルを形成する非選択的堆積プロセスに分割され得る。
【０１４５】
本発明に有用であり得る選択的堆積プロセスの一つのタイプは、Ｊｅｎｓｅｎらの「Ｎａｎｏｓｐｈｅｒｅ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ；Ｔｕｎａｂｌｅ Ｌｏｃａｌｉｚｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｌａｓｍｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒａ ｏｆ Ｓｉｌｖｅｒ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．，Ｂ １０４，１０５４９（２０００）に記載されるものである。このプロセスでは、表面は、ナノ作用域ビードの最密層で覆われ、次いで、加熱気化または物理的気相成長法（ＰＶＤ）によって、金属がビードで覆われた表面上に堆積される。金属は、最密ビード間に残された実質的に三角形のエリア内のみの表面上に堆積し、その結果、表面上に形成された金属パーティクルは、三角形ピラミッドの円錐台の形態を必然的に有する（当然、金属もビードの表面上に堆積する）。これら円錐台の高さは、金属堆積プロセスの持続時間を制御することによって変動され得る。ビードは、任意の簡便な技術によって表面から除去される。上記文献は、ジクロロメタンまたはエタノール中のソニケーションを使用して、円錐台背面の金属を残す。上記文献は、もっぱら、表面上の金属パーティクルの性質に関するので、パーティクルの除去のための技術を議論しないが、このような除去のための一つの簡便な技術は、ビードの堆積前に、ビードを除去するために用いられる溶媒に不溶であるが、異なる溶液の適用によって容易に除去され得る物質の薄層で表面をコーティングすることである。例えば、有機溶媒に容易に溶解しないが、水性アルカリに溶解する種々のタイプのポリマーが知られている。
【０１４６】
金属堆積プロセスは、他の低コストの堆積技術、例えば、コストがかかる高度な減圧プロセスを要求するＰＶＤの代わりに電着または電気泳動によって置き換えられ得る。
【０１４７】
選択的堆積の第２のタイプは、変形可能な物質（例えば、ポリマーまたは金等の軟性の金属）の薄層で覆われている基板を使用する。薄層は、所望のナノパーティクルの形態を有する縮小された厚さの領域を形成するためにマイクロエンボス加工がなされ、エンボス加工された層は、縮小された厚さの領域を除去するためにエッチングされ、このため、基板自体に延びる開口を残す。所望のナノパーティクル物質は、例えば、ＣＶＤによって開口に堆積され、薄層の残りの部分は、典型的には基板を適切な溶媒で処理することによって除去され、ナノパーティクル物質を分散されたプリズムとして基板上に残す。得られるナノパーティクルは、例えば、液体の存在下でのソニケーションによって基板から除去され得る。あるいは、変形可能な物質層の堆積の前に、基板は、ナノパーティクルの形成の間にわたって残存するが適切な溶媒によって溶解されてこれらのナノパーティクルを遊離する犠牲層でコーティングされ得る
このタイプのプロセスの変形は、複合ナノパーティクルの形成の際に有用であり得る。マイクロエンボス加工することおよびエッチングすること（他のプロセスが代わりに用いられ得る）によって形成された開口の大きさが注意深く制御される場合、エンボス加工された表面は、一つパーティクルのみが各開口に入るような大きさを有する第１のタイプのパーティクルの懸濁で処理され得、パーティクルと開口の壁との間に小さいスペースを残す。一つのパーティクルは、各開口に入り、その後、エンボス加工された表面が、一つのパーティクルのみが、事前に堆積されたパーティクルと開口の壁との間に残されたスペースに入り得る大きさを有する第２のタイプのパーティクルの懸濁で処理される。この結果、第２の懸濁を用いた処理の後、各開口は、一つの第１のタイプのパーティクルおよび一つの第２のタイプのパーティクルを含む。基板は、次いで、加熱され（またはひょっとしたら適切な化学的処理がほどこされ）て、各開口内の二つのパーティクルを合体させ、単一の複合ナノパーティクルを形成する。この単一の複合ナノパーティクルは、以前に記載された技術の任意によって基板から放出され得る。
【０１４８】
本発明に有用なナノパーティクルを形成するために用いられ得る非選択的堆積プロセスの一つのタイプは、ブロックコポリマー（ｂｌｏｃｋ ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）から形成された表面を利用する。特定のブロックコポリマーがマイクロ相で分離される（すなわち、それらは少なくとも二つの異なる相の微細領域の混合から構成される）ことおよび二つの異なる相がコポリマーの表面上に存在することがポリマー技術における当業者によく知られている。マイクロ相の一つにおける結合がＸ線への暴露、紫外線放射、オゾン、電子ビームまたは他の類似の技術によって分裂される場合、いくつかの場合には、一つのマイクロ相が他の相を背後に残す溶媒中で溶解され得ることも知られている。したがって、ナノパーティクルを作製するために、ナノパーティクル物質の薄層は、任意の簡便な技術（ＣＶＤ、スパッタリングまたは電気泳動等）によりこのようなマイクロ相に分離されたブロックコポリマー表面上に堆積され得る。一つのマイクロ相での結合の分裂（ナノパーティクル物質の堆積前または後に実施され得る）後、コポリマーの表面は、一つのマイクロ相を溶解するが他のものは溶解しない溶媒で処理され得、これにより、ナノパーティクル物質の層を破断し、この層の第１のマイクロ相の表面を覆う部分を除去し、この層の背面の残りの部分（第２のマイクロ相の表面を覆う部分）を分散したナノパーティクルとして残す。最終的に、表面は、第２のマイクロ相を溶解する第２の溶媒で処理され得、この結果、ナノパーティクルを遊離する。ブロックコポリマーおよび第２の溶媒が注意深く選択された場合、このプロセスによって作製される第２の溶媒中のナノパーティクルの懸濁は、ナノパーティクル表示に即座に使用され得る。
【０１４９】
ナノパーティクルを製造するために真の表面プロセスを使用することの一つの利点は、このようなプロセスは、ナノパーティクルの一つ以上の表面をプロセスの一つの段階で露出されたまま残す一方で、他の表面（基板に面する）が同じ段階で隠されることである。したがって、隠された面を未処理のままに残しながら、（化学処理することまたは任意の所望の性質を有する別の物質の薄層の表面を覆うことのいずれかによって）ナノパーティクルの露出された表面（単数または複数）を処理することが可能である。例えば、テザーがパーティクルに付着される上述の出願番号第０９／５６５，４１７号に記載されたユニットのタイプの一つに用いられるようにナノパーティクルが意図される場合、酸化することまたは本質的に不活性な層でコーティングすることによってナノパーティクルの露出された表面（単数または複数）を皮膜で保護し、これにより、望ましい数を超える数のテザーが一つのナノパーティクルに付着される機会を縮小することが望ましくあり得る。基板上のナノパーティクルの表面処理は、それらの吸収特性およびこの結果、最終的な表示においてそれらが示す色を変動させるためにさらに用いられ得る。例えば、上述のＪｅｎｓｅｎらの文献は、誘電物質の薄層をナノパーティクルの露出された表面上に提供することは、それらの吸収特性を変化し得ることを述べている。
【０１５０】
ナノパーティクルの製造のための表面層プロセスの一つのタイプは、陽極酸化アルミニウム基板（任意の類似の、以下に記載するような適切な性質を有する表面酸化金属基板が置き換えられ得る）を使用する。陽極酸化アルミニウムは比較的均一なサイズの細長い細孔を有するように製造され得ることが知られている。例えば、以下を参照のこと。
【０１５１】
Ｍ．Ｒ．ＢｌａｃｋらのＭｅａｓｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｕｓｉｎｇ ｏｐｔｉｃａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｒｎｓｍｉｓｓｉｏｎ：ｂｉｓｍｕｔｈ ｎａｎｏｗｉｒｅｓ ｉｎ ｐｏｒｏｕｓ ａｌｕｍｉｎａ，ｉｎ Ｔ．Ｍ．Ｔｒｉｔｔらの（ｅｄｓ．），Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ−Ｔｈｅ ｎｅｘｔ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｆｏｒ ｓｍａｌｌ−ｓｃａｌｅ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ：ＭＲＳ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ １９９９，Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｐｒｅｓｓ，Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ ＰＡ（２０００）；およびＤ．Ａｌ−ＭａｗｌａｗｉらのＮａｎｏ−ｗｉｒｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｉｎ ａｎｏｄｉｃ ｏｘｉｄｅ ｎａｎｏ−ｔｅｍｐｌａｔｅｓ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．，９，１０１４（１９９４）
所望のナノパーティクル物質は、例えば、ＣＶＤまたは他の従来のプロセスによって細孔内に堆積され得、アルミニウム表面層は、濃縮されたアルカリによって簡便に溶解されて、長い棒状の形態でナノパーティクルを作製する。
【０１５２】
ナノパーティクルの製造のためのバルクプロセスの種々のタイプがここで記載される。このようなバルクプロセスは通常、液体媒体中で実行されるが、このような液体の使用は、必須ではない。例えば、ナノパーティクルは、適切な溶媒で膨張された固体ポリマー内部に所望のナノパーティクル物質の沈殿を生じる化学反応を実行することによって形成され得る。あるいは、ナノ結晶が、開始物質の気相浸透を通じてポリマーの内側に合成され得る。これらのアプローチは、以下に記載されている。
【０１５３】
Ｊ．Ｆ．Ｃｉｅｂｉｅｎらの「Ａ Ｂｒｉｅｆ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｍｅｔａｌ Ｎａｎｏｃｌｕｓｔｅｒｓ ｉｎ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ Ｆｉｌｍｓ」、Ｎｅｗ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２２，６８５（１９９８）；およびＢ．Ｈ．Ｓｏｈｎらの「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｉｒｏｎ Ｏｘｉｄｅ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｗｉｔｈｉｎ Ｍｉｃｒｏｄｏｍａｉｎｓ ｏｆ Ｂｌｏｃｋ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ ａｎｄ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１８２，２１６（１９９８）
ナノパーティクルを製造するためのバルクプロセスの一つの重要なタイプは、液体（典型的には、水性液体）中の界面活性剤によって形成されたミセルを使用する。再生可能な非球面形状（楕円体および棒状形態等）を有するミセルが製造され得ること知られている。このような非球面ミセルを含む溶液内のナノパーティクル物質の沈殿は、結果として、適切な条件の下で、ミセルと実質的に同一形状を有する非球面ナノパーティクルを形成する。例えば、以下を参照のこと。
【０１５４】
Ｂ．Ｍｅｓｓｅｒらの「Ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃ Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｃｈａｉｎｓ［Ｍｏ３Ｓｅ３−］ｎ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ Ｍｅｓｏｓｃｏｐｉｃ Ａｓｓｅｍｂｌｉｅｓ，Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ Ｃ５．８」（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ−Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０００，Ｂｏｓｔｏｎ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）およびＪ．Ｂｒｉｎｋｅｒらの「Ｒａｐｉｄ Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ ｏｆ Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，ＭＲＳ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ａｐｒｉｌ ２４−２８，２０００，Ｓａｎ Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ．
同様に、非常に小さいパーティクルであるナノパーティクルの、このような非球状ミセルを含む溶液内への導入は、ミセル内のパーティクルのトラップおよび合体を引き起こして、非球状のナノパーティクルを生成し得る。
【０１５５】
図１２を参照してすでに記載されたプロセスの代わりとして、図５Ａおよび５Ｂに示されるナノパーティクルアセンブリのタイプが、まずミセル（好適には、細長い棒状のミセル）内にテザーを形成し、そして、テザーのそれぞれに、テザーによって結合されることになっているナノパーティクルと反応することができる反応基、例えば、チオール基を提供することによって形成され得る。ナノパーティクルは、次いで、ミセル含有の溶液に導入されて、好適なテザーと反応して所望のユニットを形成し得る。その後、ミセルは、溶液の組成を変更することによって壊され、そしてナノパーティクルユニットが遊離され得る。
【０１５６】
非球状ナノパーティクルは、さらに、所望の物質の小さいナノパーティクルとより大きい「犠牲の」パーティクルを含むコロイド性の懸濁を形成することによって生成され得る。このより大きい「犠牲の」パーティクルは、ポリマーから形成され得る。ナノパーティクル物質および犠牲のパーティクルは、次いで、沈殿させられ（例えば、コロイド性の懸濁が安定でない第２の溶媒を加えることによって）、ナノパーティクル物質が犠牲のパーティクル間のキャビティに分散されたマトリクスを形成する。ナノパーティクルは、燒結され、犠牲のパーティクルは、所望のナノパーティクルを後に残したまま、焼き取られるか、または、溶媒に溶解される。例えば、以下を参照のこと。
【０１５７】
Ｏ．Ｄ．Ｖｅｌｅｖらの「Ａ Ｃｌａｓｓ ｏｆ Ｐｏｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｌｉｃ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」，Ｎａｔｕｒｅ，４０１，５４８（１９９９）および
Ｐ．Ｍ．Ｔｅｓｓｉｅｒらの「Ａｓｓｅｍｂｌｙ ｏｆ Ｇｏｌｄ Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ Ｆｉｌｍｓ Ｔｅｍｐｌａｔｅｄ ｂｙ Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ Ｃｒｙｓｔａｌｓ ａｎｄ Ｕｓｅ ｉｎ Ｓｕｒｆａｃｅ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｒａｍａｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ」，Ｊ．Ａｍ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，１２２，９５５４（２０００）
種々の形態を有するナノパーティクルは、さらに、ナノパーティクル物質が堆積される溶液の化学を変更して、物質の結晶の性質を変動させることによって生成され得る。溶液から堆積される物質の結晶の性質が、溶液の組成における小さい変更によってさえ根本的に変更され得ることが化学者によく知られている。よく知られた例を挙げると、塩化ナトリウムは、通常、水性溶液から立方体の形態で結晶化するが、小比率の尿素が溶液に加えられると八面体の形態で結晶化する。種結晶のサイズおよび濃度、反応温度、銀イオンの活性度、ゼラチン濃度および種類、ｐＨ、種々の反応剤の添加速度、反応容器の幾何学的条件および他の要素等のプロセスパラメータの制御によりどのように銀ハライドの結晶の性質が変動され得るかを詳述するフォトグラフィー産業からの広範な文献もある。これらの任意の技術は、ナノパーティクルの結晶の性質を変動させるために用いられ得る。特に、フォトグラフィーの用途に一般に好適な銀ハライドの平板状の結晶の性質を確保する際にヨウ素の臭素に対する比が非常に重要であり、類似の技術がナノパーティクルの結晶の性質を制御するために用いられ得ることが知られている。例えば、金および銀が共に沈殿されて、ナノパーティクルを形成する場合、ナノパーティクルの形態は、金属間の原子比とともに変動し得る。Ｊａｎａらは、セチルトリメチルアンモニウムブロマイドによって溶液中で形成された棒状のミセルを用いて、棒状の金および銀ナノパーティクルを合成した。ＪａｎａらのＣｈｅｍ．Ｃｏｍｍｕｎ．２００１，６１７−６１８；ＪａｎａらのＪ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｂ，１０５，４０６５−４０６７を参照のこと。
【０１５８】
本発明に用いられたコア／シェルナノパーティクルは、このような組成物パーティクルの形成のための任意の公知のプロセスによって形成され得る。絶縁コアの周りに導電性シェルを含むパーティクルの場合、一般の好適なアプローチは、絶縁コアの懸濁を処理することであり、導電性シェル物質に結合する試薬で処理され、この導電性シェル物質の非常に小さい（１−２ｍｍ）バーティクルを含む溶液で処理され、これにより、これらのパーティクルが結合され、コアを「装飾」する。一旦、少量のシェル物質がこの様式でコア上に配置されると、シェル物質の量は、さらなるコア物質を装飾されたコアを含む懸濁内に沈殿させることによって、または、無電解堆積によって、任意の所望の値に増加され得る。上述のＯｌｄｅｎｂｕｒｇらの文献を参照のこと。このタイプのプロセスは、一定のシェル厚が得られることを可能にし、上述のＯｌｄｅｎｂｕｒｇらの文献に議論されたように、ナノパーティクルの吸収特性がシェル厚によって大きく影響されるので、このような一定の厚さは重要である。
【０１５９】
本発明は、さらに、本発明のナノパーティクルベースのディスプレイ媒体のいくつかのタイプおよびディスプレイ媒体の類似のタイプにおいて「駆動する」（すなわち、色変化を引き起こす）ためのプロセスを提供する。図５Ａおよび５Ｂに示されたタイプのナノパーティクルアセンブリ内に二つのつなぎ止められたナノパーティクル間の間隔は、アセンブリに電場（通常は、直流電場）を受けさせることによって変動され得る。しかしながら、このようなナノパーティクルユニットは、さらに、交流電場によって駆動され得る。この交流電場は、典型的には、無線周波数範囲にあり、さらに、つなぎ止められたナノパーティクル間の平均間隔を変化させる。任意の所与のナノパーティクルユニットに対する色変化は、強い周波数依存性であり、色変化が起こる周波数は、ナノパーティクルの大きさおよびテザーの性質を変動することによって制御され得る。このため、例えば、それぞれが異なる駆動周波数に応答する三つの異なるタイプのこのようなナノパーティクルユニットを含む単一のディスプレイ媒体を有し得る。ナノパーティクルユニットの三つのタイプが三つの色、例えば、赤、緑および青を生成することが可能である場合、ディスプレイ媒体に、三つの駆動周波数の任意の所望の混合を含む波形を付与することができる駆動回路を提供することによって、フルカラーの単一層ディスプレイを製造することができる。種々の駆動周波数の振幅変調は、ナノパーティクルユニットの各異なるタイプによって展開される色の度合いを変化し、このため、ディスプレイがグレースケールを有するフルカラーを達成することを可能にする。
【０１６０】
ナノパーティクルユニットのこのタイプを駆動する代替のアプローチは、ナノパーティクルおよびテザーの一方または両方に、１以上の酸性または塩基性基を提供して、ユニットが懸濁される媒体のｐＨ（またはｐＫａ）によって電荷が変動されることによって、ナノパーティクル上および／またはテザー上の電荷を変化させることに依存する。例えば、両方のナノパーティクルが酸性基を有する場合、酸性基がプロトネートされるのに十分低いｐＨで、ナノパーティクルは、荷電しなくなり、互いに付着する傾向がある。しかしながら、高いｐＨで、酸性基が脱プロトネートされた場合、荷電された形態のナノパーティクルは、同じ荷電を有し、互いに反発する。ナノパーティクル上の電荷の変化は、さらに、酸化還元反応に感受性の官能基をナノパーティクル上に提供することによって影響され得る。ｐＨ、ｐＫａまたは酸化還元電位の必要な変化は、電子化学的に所望可能に達成される。
【０１６１】
ナノパーティクル上の荷電を変化させることによる色変化のこのような駆動は、特に、ナノパーティクルユニットの「１から多数の（ｏｎｅ−ｔｏ−ｍａｎｙ）」タイプに有用であり得る。このタイプでは、多数の小さいパーティクルが中心コアにつなぎ止められる。
【０１６２】
このタイプのディスプレイの別の変形は、三つの異なるタイプのナノパーティクルの「三つ組（ｔｒｉａｄ）」を用いる。各三つ組内の各パーティクルは、他の二つのパーティクルのそれぞれにつなぎ止められる。三つのパーティクルが異なる大きさに形成され、電荷がｐＨまたはｐＫａの異なるレベルで変化する基が提供される場合、以前に記載されたようにｐＨまたはｐＫａが変動されると種々の色が達成され得る。
【０１６３】
すでに記載されたナノパーティクルベースのディスプレイのタイプの多くにおいて、ディスプレイの状態の一方が着色され（黒色を含むように用いられる用語）、他方の状態が透明であることが観察される。（より詳細には、大抵の場合、ナノパーティクルの凝集は、吸収ピークの波長のシフトを引き起こす。このシフトは、二つの可視の波長の間であり得、その結果、例えば、知覚された色変化は赤色から青色になり得るが、実際には、紫外線領域から可視領域への吸収ピークシフト、または、可視領域から赤外領域への吸収ピークシフトを有することは都合が良く、これらの場合には、吸収ピークが紫外領域または赤外領域にある状態は、目には透明であるように見える）。したがって、本発明のディスプレイは、カラーフィルターアレイとして用いられ得る。ディスプレイが反射モードで動作することが望まれる場合、反射器（ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）は、アレイの背後（すなわち、アレイが通常見られる面に反対のアレイの面上）に配置され得る。しかしながら、所望の場合、ディスプレイは、バックライト（ｂａｃｋ−ｌｉｔ）され、透過モードで動作し得る。あるいは、本発明のフルカラーディスプレイは、グレースケールを表示することが可能な単色ディスプレイと結合されて、グレースケールおよび色の両方が可能なディスプレイを形成し得る。例えば、本発明のディスプレイは、上述の特許および出願に記載されたような電気泳動ディスプレイ（好適には、カプセル化された電気泳動ディスプレイ）と結合され得る。
【０１６４】
従来技術の電気泳動ディスプレイに用いられるより大きい色素パーティクルに代えてのナノパーティクルの使用は別として、本発明のディスプレイは、従来技術の電気泳動ディスプレイにおいて用いられる大抵の技術を採用し得、特に、上述のＥ Ｉｎｋ ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎおよびＭａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙの特許および出願に記載された技術の任意を使用し得る。読み手は、より詳細な情報のためにこれらの特許および出願を参照する。このため、本発明の好適な実施形態は、カプセル化された電気泳動ディスプレイならびに、その構築に有用な物質および方法を提供し得る。このカプセル化された電気泳動ディスプレイは、柔軟性のある、反射型のディスプレイを提供し、容易に製造され得、電力をほとんど消費せず（または、特定の状態での双安定ディスプレイの場合には、電力を消費しない）。（図２Ｂ、２Ｃ、３Ｂおよび３Ｃに示される状態等の状態は、安定であるように見えないかもしれないが、電場が除去されたときにナノパーティクルが懸濁流体の全体にわたってランダムに分散された状態において、実際には、しばしば十分なナノパーティクル／ナノパーティクルおよび／またはナノパーティクル／マイクロパーティクルの壁相互作用が存在し、少なくとも、ディスプレイのスイッチング時間に比較して長い期間の間、このような状態を安定にすることに留意のこと。）このようなディスプレイは、したがって、種々の用途に援用され得る。
【０１６５】
本発明のディスプレイは、以前に記載されたように、各画素において２より多いディスプレイ状態を有し得るが、本発明のディスプレイは、異なる画素または副画素での表示状態の異なるセットを表示するための公知の技術の任意を使用し得る。例えば、異なる媒体が、プリント（特に、インクジェットプリント）または、他の堆積技術によって、ストライプまたは他の幾何学的配列に配列され得る。特に、上述のＷＯ９９／５３３７３を参照のこと。あるいは、異なる媒体が、分離したマイクロセルに配列されて、異なる表示状態を有する画素または副画素を形成し得る。特に、上述のＷＯ００／６０４１０を参照のこと。異なる配置で複数の媒体を用いるこのようなディスプレイでは、すべての媒体が本発明の媒体であることは必ずしもない。例えば、このようなディスプレイは、上述の特許および出願に記載された電気泳動媒体、または図１０に示されるものに類似の回転ボール媒体等の１以上の他の電子光学的な物質と組み合わせて、本発明の１以上のナノパーティクル媒体を用い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、従来技術の電気泳動ディスプレイの模式的側面図である。
【図２Ａ】
図２Ａは、着色された流体中に単一タイプのナノパーティクルを含む、本発明の第１の電気泳動ディスプレイの状態を示す模式的側面図である。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、着色された流体中に単一タイプのナノパーティクルを含む、本発明の第１の電気泳動ディスプレイの状態を示す模式的側面図である。
【図２Ｃ】
図２Ｃは、着色された流体中に単一タイプのナノパーティクルを含む、本発明の第１の電気泳動ディスプレイの状態を示す模式的側面図である。
【図３Ａ】
図３Ａは、着色された流体中に二つのタイプのナノパーティクルを含む、本発明の第２の単層電気泳動ディスプレイの状態を示す、図２Ａ〜図２Ｃそれぞれのものと同様の模式的側面図である。
【図３Ｂ】
図３Ｂは、２着色された流体中に二つのタイプのナノパーティクルを含む、本発明の第２の単層電気泳動ディスプレイの状態を示す、図２Ａ〜図２Ｃそれぞれのものと同様の模式的側面図である。
【図３Ｃ】
図３Ｃは、２着色された流体中に二つのタイプのナノパーティクルを含む、本発明の第２の単層電気泳動ディスプレイの状態を示す、図２Ａ〜図２Ｃそれぞれのものと同様の模式的側面図である。
【図４】
図４は、本発明の第３の電気泳動ディスプレイの単一のナノパーティクルの模式図であり、このナノパーティクルは、対向する極性の電荷を有する二つのコーティングされたナノパーティクルから形成されている
【図５Ａ】
図５Ａは、本発明の第４の電気泳動ディスプレイの単一のナノパーティクルユニットの異なった状態を示す、図４のものと同様の模式図であり、このユニットは、通常、このユニットを形成する二つのナノパーティクルが互いに結合される点を除いて図４に示されるものと同様である。
【図５Ｂ】
図５Ｂは、本発明の第４の電気泳動ディスプレイの単一のナノパーティクルユニットの異なった状態を示す、図４のものと同様の模式図であり、このユニットは、通常、このユニットを形成する二つのナノパーティクルが互いに結合される点を除いて図４に示されるものと同様である。
【図６Ａ】
図６Ａは、本発明の第５の電気泳動ディスプレイの単一ユニットの状態を示し、図５Ａおよび図５Ｂのものと同様の模式的側面図であり、従って、ユニットは、複数の逆の極性、および全部が共通のフィラメントに接続された複数の色を形成するナノパーティクルを含む。
【図６Ｂ】
図６Ｂは、本発明の第５の電気泳動ディスプレイの単一ユニットの状態を示し、図５Ａおよび図５Ｂのものと同様の模式的側面図であり、従って、ユニットは、複数の逆の極性、および全部が共通のフィラメントに接続された複数の色を形成するナノパーティクルを含む。
【図７】
図７は、本発明の第６の電気泳動ディスプレイの二つの異なった状態を示す模式的側面図であり、このディスプレイのユニットは、フィラメントの一方の端部が固定された固定ボディに結合される点を除いて、図６Ａ〜図６Ｂに示されるものと概して同様である。
【図８】
図８は、複数のナノパーティクルが固定ボディと個別に結合される、本発明の第７の電気泳動ディスプレイの二つの異なった状態を示す模式的側面図である。
【図９Ａ】
図９Ａは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｂ】
図９Ｂは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｃ】
図９Ｃは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｄ】
図９Ｄは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｅ】
図９Ｅは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｆ】
図９Ｆは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｇ】
図９Ｇは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図９Ｈ】
図９Ｈは、本発明の電気泳動ディスプレイにおいて概して有用なタイプのユニットを示し、これらのユニットは、図５Ａ〜図５Ｂに示されるものと概して同様である。
【図１０Ａ】
図１０Ａは、本発明の第１の２層型電子ディスプレイの第３のディスプレイ状態を示す。
【図１０Ｂ】
図１０Ｂは、本発明の第１の２層型電子ディスプレイの第３のディスプレイ状態を示す。
【図１０Ｃ】
図１０Ｃは、本発明の第１の２層型電子ディスプレイの第３のディスプレイ状態を示す。
【図１１Ａ】
図１１Ａは、本発明の第２の２層型層電子ディスプレイの第５のディスプレイ状態を示す。
【図１１Ｂ】
図１１Ｂは、本発明の第２の２層型電子ディスプレイの第５のディスプレイ状態を示す。
【図１１Ｃ】
図１１Ｃは、本発明の第２の２層型電子ディスプレイの第５のディスプレイ状態を示す。
【図１１Ｄ】
図１１Ｄは、本発明の第２の２層型電子ディスプレイの第５のディスプレイ状態を示す。
【図１１Ｅ】
図１１Ｅは、本発明の第２の２層型電子ディスプレイの第５のディスプレイ状態を示す。
【図１２】
図１２は、ナノパーティクルアセンブリを生成するための、本発明による好適なプロセスのステージを示す。
【図１３Ａ】
図１３Ａは、複数のナノパーティクルが可撓性フィラメントを介してポリマー鎖と結合される、本発明のナノパーティクルアセンブリの状態を示す。
【図１３Ｂ】
図１３Ｂは、複数のナノパーティクルが可撓性フィラメントを介してポリマー鎖と結合される、本発明のナノパーティクルアセンブリの状態を示す。
【図１４Ａ】
図１４Ａは、複数のナノパーティクルが、二つの異なった空間的配置を有するポリマー鎖と結合される、本発明のナノパーティクルアセンブリの空間的配置を示す。
【図１４Ｂ】
図１４Ｂは、複数のナノパーティクルが、二つの異なった空間的配置を有するポリマー鎖と結合される、本発明のナノパーティクルアセンブリの空間的配置を示す。[0001]
The present invention relates to an electrophoretic display using nanoparticles, which are particles having a particle size substantially smaller than the wavelength of visible light.
[0002]
Electrophoretic displays have been the subject of research and development for many years. Such displays use a display medium that includes a plurality of charged particles suspended in a fluid. As the electrodes are provided adjacent to the display medium, charged particles can be moved through the fluid by applying an electric field to the medium. In one type of such an electrophoretic display, the medium includes a single type of particle having one optical property in a fluid having various optical properties. In a second type of such an electrophoretic display, the medium comprises two different types of particles that differ in at least one optical property and electrophoretic mobility. These particles may or may not have charges of the opposite polarity. The different optical properties are typically a color that is visible to the human eye, but alternatively or additionally, one or more of any of the reflectance, retroreflectivity, luminescence, fluorescence, phosphorescence, or (mechanical readout) (Where the display is intended) can be any one or more of the differences in absorption or reflectance of invisible wavelengths in a broad sense.
[0003]
Electrophoretic displays can be divided into two main types. That is, encapsulated and non-encapsulated displays. In a non-encapsulated electrophoretic display, the electrophoretic medium is present as a bulk liquid, typically in the form of a flat film of liquid present between two electrodes spaced in parallel. Such non-encapsulated displays usually have long-term image quality problems that have hampered their widespread use. For example, the particles that make up such electrophoretic displays tend to cluster and settle, reducing the life of these displays.
[0004]
Encapsulated electrophoretic displays differ from non-encapsulated displays in that the fluid containing the particles is not present as a bulk liquid, but instead is confined within the walls of a number of small capsules. Encapsulated displays typically do not suffer from the clustering and sedimentation error modes of conventional electrophoretic devices, and have the additional advantage of being able to print or coat the display on a variety of flexible and rigid substrates. I will provide a.
[0005]
For further details regarding encapsulated electrophoretic displays, the reader is disclosed in U.S. Patent Nos. 5,930,026, 5,961,804, 6,017,584, 6,067,186, and 6th. No. 6,118,426, No. 6,120,588, No. 6,120,839, No. 6,124,851, No. 6,130,773, No. 6,130,774, No. 6,172. Nos. 6,798, 6,177,921, 6,232,950, 6,249,721, 6,252,564, 6,262,706, and 6,262. No. 833, and WO97 / 04398, WO98 / 03896, WO98 / 19208, WO98 / 41898, WO98 / 41899, WO99 / 10969, WO99. Nos. 10768, WO99 / 10767, WO99 / 53373, WO99 / 56171, WO99 / 59101, WO99 / 47970, WO00 / 03349, WO00 / 03291, WO99 / 67678, WO00 / 05704, WO99 / 53371, WO00 / 20921, WO00 / 20922, WO00 / 20923, WO00 / 36465, WO00 / 38000, WO00 / 38001, WO00 / 36560, WO00 / 20922, WO00 / 36666, WO00 / No. 59625, WO00 / 60410, WO00 / 67110, WO00 / 67327, WO01 / 02899, WO01 / 097961, WO01 / 08241, WO01 / 08242, W No. 01/17029, see No. WO01 / 17040, and No. WO01 / 17041.
[0006]
Prior art electrophoretic displays use particles. These particles are small (typically about 0.25-2 μm), but large enough to have substantially the bulk properties of the material from which they are formed. These particles retain the same optical properties while present in the electrophoretic display. The appearance of the display is altered by moving the particles in the suspending fluid using an appropriate electric field. For example, consider the prior art electrophoretic display schematically shown in FIG. 1 of the accompanying drawings. The display is provided with a common transparent front electrode 100 on its front display surface (the top surface shown in FIG. 1), followed by an opaque substrate supporting a matrix of individual electrodes. 102 is provided. Only two of these electrodes are shown in FIG. 1, labeled 104 and 106, respectively. Each of the individual electrodes 104 and 106 defines a pixel of the display. An encapsulated electrophoretic medium (generally designated as 108) is disposed between the common electrode 100 and the individual electrodes 104, and between the common electrode 100 and the individual electrodes 106, for ease of illustration. Although 1 shows only a single capsule 110 of the medium 108 associated with each individual electrode 104 and 106, in practice, multiple capsules (typically at least 20) are associated with each individual electrode. Further, for ease of illustration, the capsules are shown in FIG. 1 as a circular cross-section, but in practice, it is desirable that these capsules have a flattened shape.
[0007]
Each of the capsules 110 includes a capsule wall 112, a dark fluid 114 (which is assumed to be blue for this purpose) contained within the capsule wall 112, and a plurality of light colored suspended in the fluid 114. Charged particles 116 (assumed for this purpose to be titania particles having a particle size of 250-500). For purposes of illustration, the titania particles 116 are negatively charged and are pulled to any of the individual electrodes associated with these titania particles, with the common electrode at a higher potential. However, particles 116 may alternatively be positively charged. Further, as shown in FIG. 1, the particles are dark and the fluid 114 can be light, so that the movement of the particles between the front and the back of the display medium will produce a sufficient color contrast.
[0008]
In the display shown in FIG. 1, each of the individual electrodes is held at either 0 or + V (where V is the drive voltage), while the common front electrode 100 is at an intermediate voltage + V / 2. Will be retained. Since the titania particles 116 are negatively charged, these particles will attach to one of the two nearby electrodes, whichever is at the higher potential. Thus, in FIG. 1, the individual electrodes 104 are shown to be held at zero, so that the particles 116 in the nearby capsule will be in the vicinity of the common electrode 100 and therefore in the vicinity of the display surface at the top of the display. Moving. Therefore, the pixels associated with the individual electrodes 104 appear white. This is because light incident on the display surface is strongly reflected from titania particles near this surface. On the other hand, the individual electrodes 106 in FIG. 1 are shown to be held at + V. Thus, particles 116 in the nearby capsule move to the vicinity of the electrode 106 and the color of the pixel associated with the electrode 106, indicated by light entering the display surface of the display, passes through the colored fluid 114 and the electrode Reflected from the titania particles near 116, back through the colored fluid 114 and eventually reappears from the display surface of the display. That is, the associated pixel appears blue.
[0009]
Note that the change in the appearance of the pixels of this electrophoretic display with a change in the voltage on the associated individual electrode is caused simply by a change in the position of the titania particles in the fluid. The color and other optical properties of the titania particles themselves do not change during operation of the electrophoretic display. In both pixels shown in FIG. 1, the function of the titania particles is to scatter light strongly.
[0010]
Apparently, displays of the type shown in FIG. 1 are particles of dyes other than titania, for example, magenta dyes such as Hostaperm Pink E (Hoechst Celanese Corporation) and Lithol Scarlet (BASF), and Yellow Color Yellow Co., such as Diarylide Yellow (Dominion Color Company). And cyan dyes such as Sudan Blue OS (BASF) (see US Pat. No. 5,364,726). However, in all cases, the contribution of the dye to the color of the display depends on the position of the dye with respect to the observer. When the dye particles are near the display surface of the display, the light scattered by the dye is the observed color. If the dye is near the back surface of the display, the color is the color that is obtained as light passes through the fluid, is scattered from the dye near this back surface, and then passes through the fluid again.
[0011]
The single particle / color fluid type electrophoretic display shown in FIG. 1 has two disadvantages. First, the display can produce only two colors, in the manner described above, and cannot produce a wide range of colors. Second, in order to cause a change between the two color states, the titania particles need to travel substantially the entire distance between the two electrodes under an electric field, in fact, this is usually the case. The time to move between the two states is hundreds of milliseconds, and the frame rate is below 1 Hz, which is too slow for video applications.
[0012]
Combinations of dyes of different colors can be used in electrophoretic displays to form images of different colors. Different colors are possible if different color dyes are contained in the same volume of liquid, assuming that the color transfer of each dye is different under the influence of the electric field. For example, a mixture of positively charged white dye particles and negatively charged black dye particles is used to create black on white, or white on black, by applying an appropriate electric field. obtain.
[0013]
An electrophoretic display containing only two different colored dyes can only produce a few different colors. That is, two if either dye is on the display side of the display, one if both dyes are on the display side of the display, and one if both dyes are on the rear side of the display. is there. Such a display cannot produce a wide range of colors.
[0014]
If the electrophoretic display contains only two dyes, and thus the colored dyes have charges of opposite polarity, the position of the colored dye can be controlled. When the electric field with one polarity is on, one color dye migrates to the front of the display and the other color dye migrates to the back of the display. When the electric field is reversed, the dyes swap places and change the color seen by the observer. The time required to switch the color of the display is the time required for the dye particles to diffuse from one side of the display to the other with the electric field applied, thus see FIG. This is the same as that of the electrophoretic display described above.
[0015]
When the electrophoretic mobility of one dye is substantially different from that of the other, an electrophoretic charge consisting of two different colored dyes having the same charge polarity but substantially different electrophoretic mobilities. It is possible to configure a migration display. One suitable response is to pull all particles to the back of the display using a suitable electric field. The opposite electric field is then applied only during the time it takes for the higher mobility particles of the two types to reach the front display surface. This produces a higher mobility particle color. All of the particles are pulled to the front of the display to create a lower mobility particle color. The higher mobility particles are then pulled away from the front electrode and the electric field is reversed long enough to leave the lower mobility particles near the front electrode. As a result, the color of the particles having lower mobility is generated. The average time required to switch the colors of the display is still at least the time required for the dye particles to diffuse from one side of the display to the other with the electric field applied.
[0016]
Theoretically, it is possible to create an electrophoretic display in which a plurality of differently colored dyes are dispersed in a fluid. If each colored dye has a unique distinct mobility, the range of colors is described for an electrophoretic display of two different colored dyes with the same sign as described above, but of different size electrophoretic mobility. It can be produced in the same manner as just started. However, two obvious problems are that it is very difficult to actually produce such media, possibly containing more than three or four colors. The diffusion of all dyes, even for the same chemical, has a distribution of electrophoretic mobilities resulting from a distribution of particle sizes, a distribution of charge on particles, and a distribution of particle shapes. In order to control the colors of an image having a plurality of different colored dyes, the distribution of the electrophoretic mobilities of each colored dye needs to be substantially separated. This is a difficult problem. It is required that the electrophoretic mobility distributions not only be substantially non-overlapping when the display is fabricated, but also substantially non-overlapping for the useful life of the display. Furthermore, the switching time required to switch the colors of the display is still at least as long as the electrophoretic display described above.
[0017]
One approach to extending the limited color range available with conventional electrophoretic displays is to place an array of colored filters over the pixels of the display. For example, the display shown in FIG. 1 changes the color of the fluid 114 to black or gray instead of blue, and then places an array of color filters (eg, red, green and blue) across the individual pixels of the display. Can be modified. Moving the titania particles near the display surface of the pixel covered by the red filter will color the pixel red, and therefore moving the same pixel titania particles near the rear surface of the display will cause the pixel to move. Make it dark or black. A major problem in using this approach to color generation is that the brightness of the display is limited by the pixelation of the color filters. For example, if red is desired, the pixels covered by the red filter are set to appear red. Thus, the pixels covered by green and by blue are set to appear dark, with only the fraction of the display surface having the desired color, while the remaining part is dark and thus any resulting Limit the color brightness.
[0018]
In an encapsulated electrophoretic display, another method for producing a corresponding color image can be used, ie, different color particles can be encapsulated in different microcapsules. The microcapsules containing each of the colors can be coated on top of a suitable corresponding electrode, so that the selected color is indicated by moving the color dye in that capsule from the back of the display to the front. While the other color pigments in its own capsule are retained at the back of the display. This design suffers from one of the same limitations as displays using color filters. If a dye of a particular color is moved to the display surface of the display, and all other colors are moved to the back of the display, the display surface, along with all other surfaces that indicate the background color, will have a fraction on that surface. Only shows the desired color. This limits the achievable optical performance.
[0019]
Thus, a feature common to all these prior art methods for producing colors in an electrophoretic display is that various colors are produced, mainly by controlling the position of the particles in the display. The color is determined by whether any particular colored pigment particles are near the display surface of the display or near the back of the display. Thus, the time required to change color is the time required for particles to move from one side of the display to the other, under the influence of the applied electric field, This time is typically on the order of hundreds of milliseconds.
[0020]
The present invention seeks to provide an electrophoretic display that can achieve a greater variety of colors than in prior art displays. The present invention also seeks to provide an electrophoretic display with reduced switching time.
[0021]
(Summary of the Invention)
Accordingly, the present invention provides an electrophoretic display comprising a fluid and a plurality of nanoparticles having a particle size substantially smaller than the wavelength of visible light, wherein the nanoparticles are dispersed and uniformly distributed throughout the fluid. When diffused, the fluid provides a first optical property, but when the nanoparticles are in an agglomerated state and are aggregated into a substantially larger agglomeration than the nanoparticles here, the fluid will have a first optical property. Providing a second optical property different from the optical property, the electrophoretic display further applies an electric field to the fluid containing the nanoparticles, thereby causing the nanoparticles to transition between the diffused and aggregated states. At least one electrode configured to be moved.
[0022]
The invention further provides a nanoparticle assembly comprising nanoparticles having a particle size substantially smaller than the wavelength of visible light, an object separated from the nanoparticle, and a flexible filament connecting the nanoparticle to the object. Therefore, at least one optical property of the nanoparticle varies with the spacing between the nanoparticle and the object.
[0023]
The present invention further provides a nanoparticle assembly comprising a plurality of nanoparticles and a polymer chain, wherein the nanoparticles are spaced apart from each other along the polymer chain, and wherein the polymer has a first spatial conformation and a first spatial configuration. And the distance between neighboring nanoparticles along the chain is different in the first spatial arrangement and the second spatial arrangement, and at least one optical property of the nanoparticle assembly is different from the first spatial arrangement. Different between the first spatial arrangement and the second spatial arrangement.
[0024]
Finally, the invention further forms a process for forming a nanoparticle assembly comprising nanoparticles immobilized on an object via a linking group. The process treats the nanoparticles with a linking group reagent that includes a linking group and a first functional group that can be accomplished with the nanoparticles during processing, thereby providing a first functional group. Reacting the groups with the nanoparticles to immobilize the linking groups on the nanoparticles. Thereafter, the nanoparticles carrying the linking group are treated with a modifying reagent effective to generate a second functional group on the linking group, which second functional group can react with the object. it can. Lastly, the nanoparticles carrying the linking group and the second functional group are allowed to interact with the object under conditions where the second functional group reacts with the object, thereby forming a nanoparticle assembly. Contact.
[0025]
(Detailed description of the invention)
Preferred embodiments of the present invention will now be described in more detail, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:
[0026]
As described above, the electrophoretic display of the present invention has nanoparticles having a particle size substantially smaller than the wavelength of visible light. The term "particle size" includes what is commonly known herein as the "equivalent diameter" of aspherical particles. In contrast to conventional electrophoretic displays, in which the appearance of the display changes due to the movement of the particles in the fluid, in the display of the present invention, the change in color is caused by a change in the state of aggregation of the nanoparticles. It is.
[0027]
Nanoparticles are distinguished by size from dye particles used in prior art electrophoretic displays. Dye particles are typically several hundred nanometers or more in size. Therefore, even if the particle size of the pigment particles is relatively small, the particle size is the same as the wavelength of visible light, and varies from about 400 nm for blue light to about 700 nm for red light. Thus, it is well known to those skilled in the optical arts that the spectral power of a particle is approximately proportional to the sixth power of the particle size of a particle having a particle size smaller than the wavelength of the associated light. Thus, isolated nanoparticles, much smaller than the wavelength of light, do not scatter light appreciably and are themselves substantially transparent. However, when approached and thus aggregated into relatively large clusters having a particle size comparable to the wavelength of light, the nanoparticles strongly scatter the light. Thus, by controlling whether the nanoparticles are diffused or aggregated (isolated relatively large particles or in one layer), it can be determined whether the nanoparticles are transparent or suspended, Thus, by controlling the degree of aggregation of the nanoparticles, the color of the electrophoretic display can be changed.
[0028]
The upper limit for the size of the nanoparticles useful in the present invention will vary to some extent depending on the material from which the nanoparticles are formed and the nature of the fluid in which the nanoparticles are diffused. In particular, the scattering of light by the diffused nanoparticles depends both on the size of the nanoparticles themselves and on the ratio of the refractive index of the suspended fluid to the refractive index of the nanoparticles. Since titania has a high refractive index, when titania is used as nanoparticles in a fluid having a relatively small refractive index, for example, a hydrocarbon fluid, the titania particles have a particle size not exceeding about 100 mm and are suitable. Does not exceed about 50 nm. For example, other nanoparticles formed from materials of low refractive index, such as zinc oxide (having a refractive index of about 2.0), clay and magnesium silicate (both of which are about 1.6), are relatively large ( (Up to about 200 nm) still does not scatter light to any substantial degree. However, it is generally desirable to keep the size of the nanoparticles below about 50 nm.
[0029]
The material used to form the nanoparticles can be an insulator, conductor or semiconductor. Examples of suitable insulators include titania, zinc oxide, clay and magnesium silicate, as described above. Although organic insulators can also be used, such organic materials typically require thicker layers than do the inorganic insulators described above to achieve good light scattering. Examples of suitable conductors include most metals, especially silver, gold, platinum, palladium, and alloys thereof. Ruthenium, rhodium, osmium and iridium may also be useful. An example of a suitable semiconductor is cadmium selenide.
[0030]
Although nanoparticles formed from insulators, conductors, and semiconductors can all be used in the electrophoretic display of the present invention, changes in the optical properties of the electrophoretic medium cause the particles to move between a diffused state and an aggregated state. Then, the three cases are different. In the case of nanoparticles formed from insulators, as described above, particle aggregation changes the light scattering effect, as predicted by Rayleigh's theory of light scattering. Therefore, in this case, the first optical property (when the nanoparticles are in the diffusion state) has a low level of light scattering, and the second optical property (when the nanoparticles are in the aggregation state) indicates that the light scattering level is low. The level is substantially higher.
[0031]
For example, conductive nanoparticles such as silver or gold nanoparticles also change color due to aggregation. This change in color is due to a change in the average refractive index as the aggregates form. In contrast to the case of nanoparticles formed from insulators (where increased agglomeration increases the intensity of light scattering, but the color of the nanoparticles remains substantially the same). When nanoparticles formed from electrical conductors aggregate, both color and light scattering increase (ie, the first and second optical properties of the display include different colors). For example, the diffusion of gold nanoparticles is typically dark red. Aggregation of gold nanoparticles varies in color from purple to blue to black, depending on the distance between the particles (U. Kreibig et al., Surf. Sci., 156, 678-800 (1985)) and WH Yang et al., J. Chem. Phys. 103 (5) (1995)), therefore, the color of an electrophoretic display can be controlled by controlling the magnitude of aggregation of conductive nanoparticles such as gold. .
[0032]
Semiconductor nanoparticles have a color that is highly dependent on particle size in both the diffused and aggregated states. These colors can be best and most easily found in fluorescence, due to quantization that depends on the magnitude of the electron levels in the nanoparticles. The smaller the particles, the larger the band gap and the shorter the wavelength of the fluorescence. An example of such a nanoparticle of a semiconductor material is cadmium selenide (see, for example, "Solid State Comm." 107 (11), 709 (1998) by MG Bowendi). These particles have a fluorescence peak that changes smoothly from 40 nm (blue) to 700 nm (red) as the size of the nanoparticles changes from about 1.2 nm to 11.5 nm (JACS by CB Murray et al. 115 (19), 8709 (1993)).
[0033]
When semiconductor nanoparticles such as cadmium selenide are synthesized, the surface of the particles is usually treated with an organic layer such as a trialkylphosphine or a trialkylphosphine oxide. The presence of this surface treatment provides a barrier to the flocculation of the nanoparticles, so that the diffusion of the nanoparticles is colloidally stable for an extended period of time and the particles are evenly dispersed in the fluid Held in state. Typically, these nanoparticle diffusions are nearly monodisperse. This results in a pure color. Mixtures of monodisperse semiconductor nanoparticles of different sizes are approximately monodisperse weighted averages.
[0034]
When the monodisperse dispersion of semiconductor nanoparticles is aggregated into a dense phase, the organic surface layer prevents the particles from sticking together. Thus, aggregation does not change the intensity of the fluorescent color. However, when semiconductor nanoparticles of different sizes are agglomerated, this color changes substantially to the color of the larger particles, ie, the color of the longer wavelengths. This is explained by the long-term transfer of energy from higher energy states in relatively small particles to smaller energy states in relatively large particles. Thus, aggregation of semiconductor nanoparticles of different wavelengths results in a color change (CR Kagan et al., Phys. Rev. Lett, 76 (9), 1517-1520 (1996)).
[0035]
Other optical effects can be achieved by a combination of semiconductor fluorescent nanoparticles and insulator nanoparticles. For example, agglomeration of titania nanoparticles (insulator) and semiconductor cadmium sulfide nanoparticles (semiconductor) reduces the fluorescence of semiconductor particles by suppressing the emission of fluorescence by the insulating particles (Hangumoto et al., “Langmuir”). 11, pp. 4283-4287 (1995)).
[0036]
The use of nanoparticle surface treatments to prevent unwanted aggregation of such particles in the diffuse state is, of course, not limited to semiconductor nanoparticles or the specific surface treatment agents described above. For example, gold nanoparticles can be stabilized by a polymer coating, whereby two sets of oppositely charged gold nanoparticles are diffused in a hydrocarbon solution and the electrophoretic display of the present invention. To be formed. This is explained in more detail below. In such a case, the gold nanoparticles can typically have a particle size of about 10 nm and the polymer coating can have a thickness of about 10 nm. Titania or other insulator nanoparticles may be provided with a polymer or other coating for a similar purpose. In addition, coating or chemical treatment of the surface of the nanoparticles can be used to adjust the electrophoretic mobility of the nanoparticles.
[0037]
The nanoparticles used in the present invention need not be spherical or even substantially spherical. Variations in the properties of nanoparticle displays can be achieved using non-spherical, and, for example, composite particles in which a core of one material is surrounded by a shell of a different material, and the present invention relates to such non-spherical and spherical particles. And / or using composite particles to extend nanoparticle displays and assemblies.
[0038]
The non-spherical nanoparticles used in the present invention (usually formed wholly or partially from a conductive material) have a variety of shapes. For example, such particles may have an elliptical shape that may have all three major axes of different lengths, or may be a rotating oblate or ellipsoid of revolution. Non-spherical nanoparticles can alternatively be layered in shape, and the term "layered" is used herein in a broad sense, where the largest dimension along one axis is in each of the other two axes 2 shows a body substantially smaller than the largest dimension along it. Thus, such layered nanoparticles can have a shape similar to tabular silver halide grains, well known in photographic films. Non-circular nanoparticles also have the shape of pyramids or cones or elongated rods. Finally, nanoparticles can be irregular in shape.
[0039]
The composite (core / shell) nanoparticles used in the present invention can have any of the shapes described in the preceding paragraph, and usually include or surround the conductive core surrounding the insulating core. Including an electrically insulated shell. The insulating core can be formed from, for example, silicon, titania, zinc oxide, aluminum silicate, various inorganic salts or sulfur.
[0040]
Like the single nanoparticles described above, composite nanoparticles control, for example, the degree to which particles adhere to each other or to the extent that these particles adhere to any surface they contact during operation of the nanoparticle display. The surface can be modified to do so. One suitable type of surface modification is to attach a polymer to the surface of the nanoparticles.
[0041]
In at least some cases, the optical properties of the nanoparticles in either the diffuse or aggregated form, or both, are substantially affected by the shape of the nanoparticles and by the size of the nanoparticles. Furthermore, in the composite of core / shell type nanoparticles, the optical properties are affected by the relative size of the core and shell. This is described, for example, in Oldenburg et al., "Nanoengineering of Optical Resonances," Chem. Phys. Lett. 288, 243 (1998).
[0042]
As already indicated, in the electrophoretic display of the present invention, the electrophoretic medium may or may not be encapsulated, but usually the medium is encapsulated for the reasons described above. Is desirable. The encapsulated medium may conveniently have a plurality of microcapsules having a particle size ranging from about 10 to about 500 μm. The encapsulated media is also convenient for applying to various substrates, including flexible substrates, using printing techniques.
[0043]
The use of the term "printing" includes pre-metered coating, such as patch die coating, slot coating or extrusion coating, slide or cascade coating, and curtain coating, and Knife over roll coating, forward and reverse roll coating, gravure coating, dip coating, spray coating, meniscus coating, spin coating, brush coating, air knife coating, silk screen printing process, electrostatic printing process, thermal printing Process, inkjet printing process And it is intended to include printing and coating all forms including other similar techniques. Thus, the resulting display can be flexible. Further, because the display media can be printed (using various methods), the cost of manufacturing the display can be reduced.
[0044]
The suspending fluid used in the present invention is preferably a high resistivity fluid and may or may not be colored, depending on the exact type of system used. This color may take the form of dye particles of conventional size (ie, not nanoparticle size) in the fluid, but dyes dissolved in the fluid are usually more convenient. The suspending fluid may be a single fluid or a mixture of two or more fluids. The suspending fluid has a density substantially matched to that of the particles in the capsule. The suspending fluid can be, for example, a halogenated hydrocarbon such as tetrachloroethylene. The halogenated hydrocarbon may further be a low molecular weight polymer. One such low molecular weight polymer is poly (chlorotrifluoroethylene). The degree of polymerization of the polymer can be from about 2 to about 10.
[0045]
As will be apparent to those skilled in the electrophoretic display art, it is necessary to provide two electrodes in the vicinity of the electrophoretic medium in order to apply the required electric field to the medium. However, it is a permanent feature of the present display that only one electrode is required. The second electrode may have the form of a hand-held stylus or similar device, which is brought close to the medium only when it is desired to change the state of the medium. However, very often the present electrophoretic displays have at least two permanent electrodes. These electrodes may be disposed on opposite sides of the fluid containing the nanoparticles, wherein at least one of the electrodes is substantially arranged to provide a display surface on which the fluid containing the nanoparticles can be viewed. Transparent. Alternatively, both electrodes may be located on the same side of the fluid containing the nanoparticles, so that the opposite side of the fluid containing the nanoparticles constitutes a display surface on which the fluid containing the nanoparticles can be seen. Having both electrodes on the display device forms an all-printed device. In particular, if both electrodes are on the same side of the electrophoretic medium, the two electrodes can be of different sizes, each allowing nanoparticles to aggregate in regions of different sizes (eg, International Patent Application Publication No. WO 99/10768, cited above, FIGS. 1A-1C, FIGS. 2A-2C and FIGS. 3A-3D, and the relevant description on pages 9-15 of this publication.
[0046]
As will be apparent from the above description, the present invention includes several different methods for altering the state of aggregation of the nanoparticles. These methods are
1. Forming an aggregate from a plurality of desired nanoparticles,
2. A step of separating agglomeration of opposing charged particles under the influence of the electric field;
3. Forming a unit comprising a plurality of nanoparticles each attached to a single substrate, wherein when an electric field is applied to the unit, the distance between the nanoparticles within the unit changes, thereby allowing the unit to Changing the displayed optical properties;
4. Attaching the charged nanoparticles to the stationary body via the flexible filament, wherein the step of applying an electric field to the nanoparticles changes the distance between the nanoparticles and the stationary body. .
[0047]
The above list of methods is not intended to be limiting, and other methods of altering nanoparticle aggregation may be used. For example, an electric field can cause a change in pH or create specific ions. This can affect the spatial arrangement of the polymer in a manner similar to that described below with reference to FIGS. 6A, 6B, 7 and 8.
[0048]
Method 1 has already been described. The example of Method 2 forms a sol (usually coated with a polymer) of two different types of gold particles bearing opposite charges. In the absence of an electric field, the two types of particles form a pair containing one particle of each type. However, when a strong electric field is applied to the fluid, the particles of each pair are separated. This alters the effective size of the gold particles, resulting in a color change in the manner described above.
[0049]
Several variations of both Method 3 and Method 4 are possible. For example, in method 3, each unit may include two or more nanoparticles connected by a flexible filament. Alternatively, the unit may comprise an elongated flexible filament one end of which is attached to the stationary body and the charged body is anchored at or near the opposite end. The filament has between the fixed body and the charged body a plurality of nanoparticles that are fixed to the body at open intervals, so that when an electric field is applied to the unit, the fixed body and the charged body become charged. The gap between the particles and the body changes, thereby changing the distance between the nanoparticles. The unit further has one end attached to the first charged body and the other end connected to a second charged body opposite in polarity to the first charged body. May comprise an elongate flexible filament that is attached to a body carrying the same. This filament has a plurality of nanoparticles that are fixed to the body at open spacing between two charged bodies, so that when an electric field is applied to the unit, the two charged bodies The gap between them changes, which changes the distance between the nanoparticles.
[0050]
As described below, in a system including such a plurality of nanoparticle units, the filaments of the various units may be physically or chemically bonded together to form a gel. Applying an electric field to such a gel causes the gel to shrink, which changes the distance between the nanoparticles and thus changes the optical properties of the system.
[0051]
An example of method 4 is a system where at least some of the nanoparticles are charged and attached to the stationary body via a flexible filament, so that when an electric field is applied to the nanoparticles, the nanoparticles and the stationary body are The gap between changes. In this way, when multiple nanoparticles are combined into a single fixed body, a change in the applied electric field changes the degree of "close-packing" of the nanoparticles, and thus the color or light. The scattering is varied in the manner described above.
[0052]
The following discussion is applicable to various uses of Method 3 and Method 4. The use of a substrate to which the nanoparticles are physically bonded assists in controlling the spacing between the nanoparticles. For example, as described above, for conductive nanoparticles, control of color depends on the formation of pairs or triplets, or on the formation of aggregates with controlled distances between the particles. For semiconductor nanoparticles, color control can be obtained if different sized particles are formed. These objects can be achieved by combining the particles with a polymer of controlled length. This idea has been shown to be effective using a color group extinction probe for DNA (NB Thorton et al., "New J. Chem." 20, pp. 791-800 (1996)).
[0053]
Coupling particles of different sizes together helps, for example, properly create an interaction between the particles between the semiconductor particles and the insulating particles. Even better control of the gap between particles is obtained if the particles that are coupled to each other carry a charge. Opposite charged particles can be separated by the application of an electric field. In the absence of an electric field, opposing charged particles attract each other. The color pair varies depending on the distance between the particles, and the distance between the particles can be controlled by the proper combination of polymer bonds and the application of an electric field.
[0054]
The advantage of this particle combining strategy is that the particles only need to travel a small distance to change color, for example, the size of some particles. Since this small distance can be moved quickly, the switching time of the display can be substantially reduced compared to that of the prior art electrophoretic display described above.
[0055]
Nanoparticles associated with a wall or other fixed object with a polymer can form small clusters if the electrical attraction between opposing charged nanoparticles causes aggregation. For nanoparticles in a thin layer, the size of the cluster is fairly small, usually the size of a pair. The application of an electric field changes the distance between the particles, and thus changes the color of the display. Such nanoparticles bound to a wall may be used in a conventional non-encapsulated electrophoretic display, where the particles may alternatively be bound to a capsule wall. Since only the particles need to travel a small distance before the color changes, not only the associated color changes are fast, but the display can be made relatively thin.
[0056]
The coupling can be from one nanoparticle to one nanoparticle. These particles carry opposite charges and can be of different sizes or compositions. Coupling can be such that multiple particles and one nanoparticle having one composition or multiple particles, or multiple nanoparticles of a small size, can be combined with a relatively large particle of the same composition (fluorescence of cadmium selenide). Like nano particles).
[0057]
Alternatively, the association may be such that the particles are associated with a single polymer chain. A large number of uncharged nanoparticles combine with a polymer chain with a pair of oppositely charged particles that are combined with the same chain to extend the chains and increase the distance between the particles by applying an electric field. (This does not need to generate colors).
[0058]
In a further embodiment of the present invention, nanoparticles having all the same sign of charge may be associated with the electrode. The application of an electric field forces the nanoparticles closer together, or closer to the electrodes, or forces both. Any change in the distance between these particles can change the color of the layer. Nanoparticles can be associated with electrodes having a wide range of molecular weight polymers. This coupled “sea” nanoparticle may have a reduced spacing between the particles due to the application of an electric field. Electric fields of different magnitudes can create gaps between different particles, and thus different colors, especially gray scales.
[0059]
One interesting embodiment of this type has two sets of nanoparticles with oppositely charged nanoparticles on one side of the electrophoretic medium and two sets of electrodes on the same side of the medium. The two sets of electrodes are then interpolated (interdigit). Applying opposing polarities to the two sets of electrodes separates the two sets of particles and thus changes the appearance of the display. Such displays can be made very thin and have very short switching times.
[0060]
The substrates and filaments used in the method described above are typically polymer chains. In the description that follows, such polymer chains may generally be described as if each nanoparticle were associated with a single polymer chain. However, due to the facts described above, an important feature of the present electrophoretic display is that the strength of the interaction between the relevant particles and the particles or between the particles and the electric field changes the color by changing the spacing between the particles. It is thought that it is enough to do. Thus, for practical purposes, it is not important whether one or more polymer chains are used to link the nanoparticles together, and it is preferred that multiple polymer chains be used.
[0061]
The polymer used to bind the nanoparticles to each other needs to be firmly fixed to each particle. Preferably, the secure fixation is performed by chemically grafting the polymer chains to the nanoparticles using one or more chemical bonds. However, the required fixation is such that, in each case, as the nanoparticles move through the fluid, the strength of the resulting fixation will withstand any destruction that is likely to suffer due to the application of electric and / or viscous forces. Can be achieved by acid-base interaction, physical adsorption, solvation force, or any combination of these forces.
[0062]
As mentioned above, the polymer grafted on the surface of the nanoparticles is very firmly retained. Polymers that can bind to nanoparticles via multiple attachment sites are typically more tightly held than polymers having only a single attachment site. Attachment of the polymer may be performed by chelating the active group to an ion at the polymer or at other attachment sites on the nanoparticle surface. Coupling can also be effected by electrostatic forces.
[0063]
An important property of a polymer is its elasticity. Polymers allow for an approach to bring nanoparticles into close proximity in one display state, and furthermore, large-scale splitting of the nanoparticles to achieve the second display state by applying an electric field Must be flexible enough to allow The elasticity of a polymer changes due to the chemical properties of the polymer and the interaction between the polymer and the fluid in which the polymer is immersed. In general, when the interaction of the polymer with the fluid is weak, the polymer tends to collapse, while when the interaction of the polymer fluid is relatively strong, the polymer tends to be longer and larger. Thus, the separation between nanoparticles can be modified not only by applying power, but also by polymer / fluid solvent forces.
[0064]
Such solvent power can be altered by altering the composition of the fluid, for example, by adding or removing non-solvent components to the polymer. Solvent power can be further modified by adding species such as acids and bases that can modify the polymer itself. Solvent power also varies with temperature.
[0065]
The electrophoretic display of the present invention can operate in either a transmission mode or a reflection mode. For example, if the electrophoretic medium is of the type described above and does not substantially scatter light in the diffuse state (and thus is substantially transparent), but diffuses light in the aggregate state ( Thus, the medium is substantially opaque), the electrophoretic display may have a display screen on which the nanoparticles can be viewed, and on the opposite side of the display screen the light impinges the fluid containing the nanoparticles. A light source is configured to pass through. Thus, the electrophoretic medium may serve as a light valve, or secret window, and this type of microencapsulated electrophoretic medium prints a large area secret window at a relatively low cost per unit area. Can be used for
[0066]
Alternatively, using the same type of spectral / non-spectral electrophoretic medium, the surface of the display opposite the display surface can be reflective or colored. If the medium is in a non-spectral (transparent) state, an observer looking at the display surface will see the reflective or colored back surface of the display, but if the medium is in spectral mode, the observer will see the medium itself. The color of the back and the reflective or colored back is dim. The reflective surface used in this type of display can be, for example, a specular mirror, a textured gain reflector, a holographic reflector or a diffraction grating. Especially when used with directional lighting, the contrast between the two states of the display can be large. If the rear of such a display is patterned with different colors, a multi-color or full-color display can be achieved.
[0067]
FIG. 2A of the accompanying drawings generally bears a single type of charge that diffuses in a colored fluid, similar to that of FIG. 1 (for this purpose, it is assumed that it is negatively charged. However, apparently, a positively charged nanoparticle can be used as well) (FIG. 1) is a schematic side view of an encapsulated electrophoretic display (typically labeled 200) of the present invention with nanoparticles. FIG. 2A shows only one pixel of the display and, for the same reason as FIG. 1, only one microcapsule forming this pixel, but in practice, many microcapsules (20 or more) per pixel Can be used.
[0068]
The electrophoretic display 200 comprises a common transparent front electrode 202 that forms a display screen for an observer to view the display, and a plurality of individual rear electrodes 204, each defining one pixel of the display ( Only one electrode 204 is shown in FIG. 2A). The rear electrode 204 is mounted on the substrate 206. The back electrode 204 preferably has a highly reflective top surface (as shown in FIG. 2A), the back electrode 204 is transparent, and the substrate 206 can be provided with a highly reflective top surface. .
[0069]
The electrophoretic display 200 further includes microcapsules 208 having microcapsule walls 210 that encapsulate the stained liquid 212. The plurality of nanoparticles 214 are diffused uniformly throughout the liquid 212. In a preferred form of this electrophoretic display, the nanoparticles 214 comprise negatively charged, titania particles having a particle size of about 10 nm, while the liquid 212 comprises a hydrocarbon in which a blue dye is dissolved.
[0070]
FIG. 2A shows the display 200 with no electric field applied across the electrodes 202 and 204. Since no applied electric field is applied to the nanoparticles 214, these particles are maintained in a state of being uniformly diffused throughout the liquid 212. These nanoparticles are substantially non-spectral and appear transparent because they are substantially smaller in particle size than the wavelength of visible light. Thus, an observer looking at the display from above (FIG. 2A) sees the light passing through the stained liquid 212 and reflecting off the back electrode 204 (or the substrate 206 depends on which integer possesses a reflective surface). And the color caused by returning through the dyed liquid 212.
[0071]
FIG. 2B shows a state of the electrophoretic display 200 when a positive potential is applied to the front electrode 202 and a negative potential is applied to the rear electrode 204. The resulting electric field causes the nanoparticles 214 to aggregate near the front electrode 202, and thus the observer sees the color of the aggregated nanoparticles 214 (white for the preferred titania nanoparticles). ).
[0072]
FIG. 2C shows the same electrophoretic display 200 when a negative potential is applied to the front electrode 202 and a positive potential is applied to the rear electrode 204. The resulting electric field causes the nanoparticles 214 to aggregate near the rear electrode 204 so that the observer passes through the stained liquid 212 and scatters from the aggregated particles 214 and passes through the stained liquid 212. Look at the colors brought by the returning light. This color is not the same as that generated in FIG. 2A, where reflection from the back electrode 204 or substrate 206 occurs. Thus, the display 200 shown in FIGS. 2A-2C can display three different colors, in contrast to similar displays that use conventional large dye particles instead of nanoparticles 214. In fact, conventional displays using large dye particles do not have any state comparable to that shown in FIG. 2A. In FIG. 2A, the nanoparticles are in a non-spectral diffusion state and effectively “disappear” from the display.
[0073]
The display 200 shown in FIGS. 2A-2C can be modified by replacing the reflective surface on the back electrode 204 with a black non-reflective surface. Thus, in the state shown in FIG. 2A, the observer sees black at the rear, thus providing three completely different colors depending on the state of the display.
[0074]
As described above, the display 200 can be changed from the state shown in FIG. 2A to the state shown in FIG. 2B or 2C by applying an appropriate DC electric field. The opposite change is conveniently effected by applying an alternating electric field of sufficient frequency, typically 10 Hertz or more, through electrodes 204 and 206.
Alternatively, a pulsed DC electric field can be used to diffuse the nanoparticles.
[0075]
In the state shown in FIG. 2B, the nanoparticles are found to effectively form a single planar layer near the electrode 202. At least in theory, if the monolayer of microcapsules 208 shown in FIGS. 2A-2C is replaced with a multilayer of very small microcapsules having the same thickness, this thickness will be less than the wavelength of visible light. At the same thickness and corresponding to FIG. 2B, the nanoparticles form a series of flat parallel planes by regularly spaced at the same size as the wavelength of visible light. Such a structure can be used as a diffraction grating.
[0076]
FIG. 3A shows a single-layer electrophoretic display (generally designated 300) of the present invention. This display includes a microcapsule 308 comprising two different types of nanoparticles 316 and 318 having charges of the same polarity (assumed negative for this purpose) but having different electrophoretic mobilities. Used. The mobility of the nanoparticles 316 is greater than that of the nanoparticles 318. The nanoparticles 316 and 318 also have a different color when aggregated, for example, the nanoparticles 316 can be red when aggregated, and the nanoparticles 318 are blue. Further, the fluid 312 of the microcapsules 308 is uncolored and the back electrode 304 is colored with a color (eg, green), which is different from the color of both aggregated nanoparticles 316 and 318. Alternatively, the back electrode 304 is transparent and the substrate 306 is provided with a green color.
[0077]
The single-layer electrophoretic displays shown in FIGS. 3A-3C differ in at least one optical property, namely color. In the first display state shown in FIG. 3A, no electric field is applied across electrodes 302 and 304. Since the nanoparticles 316 and 318 are not affected by any applied electric field, they are kept uniformly diffused throughout these liquids 312. Because these particles are substantially smaller than the diameter of the wavelength of visible light, the nanoparticles appear substantially non-spectral and transparent. Thus, an observer viewing the display from above (FIG. 3A) finds the color of the rear electrode 304 (green).
[0078]
FIG. 3B shows a second display state of the same electrophoretic display 300 when a positive potential is applied to the front electrode 302 and a negative potential is provided to the rear electrode 304. The resulting electric field causes the nanoparticles 316 and 318 to aggregate near the front electrode 302, but because the nanoparticles 316 have a high electrophoretic mobility, they first reach the electrode 302. The observer finds the color (red) of the aggregated nanoparticles 316.
[0079]
FIG. 3C shows a third display state of the same electrophoretic display 300 when a negative potential is applied to the front electrode 302 and a positive potential is applied to the rear electrode 304. The resulting electric field causes the nanoparticles 316 and 318 to aggregate near the back electrode 304, but because the nanoparticles 316 have a higher electrophoretic mobility, the nanoparticles first reach the electrode 304, The layer of agglomerated nanoparticles 318 holds in front of the front electrode 302, so the observer sees the color (blue) of the layer of agglomerated nanoparticles 318.
[0080]
Thus, each pixel of the display 300 can display red, green or blue, and thus the saturation of the colors obtainable from such a display is, as described above, a conventional electrophoretic display using filters. Visibly larger than what you can get from.
[0081]
For those skilled in the art of electrophoretic displays, rather than using two sets of nanoparticles carrying charges of the same polarity but having different electrophoretic mobilities, two sets of charges of opposite polarity are charged. It is readily apparent that these can be modified by using nanoparticles. For example, if the nanoparticles 316 are held negatively charged, but the nanoparticles 318 are positively charged, the visual appearance of the three display states shown in FIGS. 3A-3C is unchanged. 3B, the nanoparticles 318 are located near the rear electrode 304, while in FIG. 3C, the nanoparticles 318 are located near the front electrode 302.
[0082]
The displays shown in FIGS. 3A-3C can be modified by replacing the colored back surface on the electrode 304 or substrate 306 with a reflective surface and incorporating a dye into the liquid 312. When this modified display is in the state shown in FIG. 3A, the color seen by the observer is from light passing through the stained liquid 312, reflecting the back electrode 304, and re-passing through the stained liquid 312. It is the color obtained. That is, the observer simply sees the color of the stained liquid.
[0083]
Like display 200, display 300 can be changed from the state shown in FIG. 3A to the state shown in FIG. 3B or 3C by applying an appropriate DC electric field. The opposite change is conveniently effected by applying an alternating electric field of sufficient frequency via the electrodes 304 and 306. This alternating electric field is typically on the order of tens of hertz or more. Alternatively, a pulsed DC electric field can be used to disperse the nanoparticles.
[0084]
As previously described, provided that the suspended fluid is not colored, the type of display shown in FIGS. 2A-2C and 3A-3C is such that the microcapsules are transparent so that the display is a light valve or shutter. (See FIGS. 2A and 3A). Thus, the media (electrophoretic layer) of the present invention can be used as a light valve or shutter with any known type of electro-optical medium to increase the number of display states that can be obtained from each pixel of the electro-optical medium. . Electro-optical media are, for example, of the rotating dichroic ball type (eg, as described in US Pat. Nos. 5,803,783, 5,777,782 and 5,760,761). possible. Other types of electro-optic materials (eg, liquid crystals, especially polymer dispersed and / or reflective liquid crystals), electro-optic media (eg, suspended rod-like particle devices) may be used. See Saxe, Information Display, April / May 1996 (Society for Information Display) and U.S. Patent No. 4,407,565.
[0085]
A simple example of this type of dual layer display of the present invention is shown in FIGS. The display (generally designated by 1000) includes a plurality of dispersed transparent first electrodes 1002. Each of the first electrodes 1002 defines a pixel of the display (only one electrode 1002 is shown in FIGS. 10A-10C) and together form a display surface on which a viewer views the display. The display 1000 further includes a common transparent second electrode 1004 and an encapsulated electrophoretic medium between the first electrode 1002 and the second electrode 1004. The electrophoretic medium includes microcapsules 1008 having microcapsule walls 1010 encapsulating an uncolored liquid 1012. A plurality of nanoparticles 1014 are dispersed through the liquid 1012. For illustrative purposes, it is assumed that the nanoparticles 1014 are red when aggregated. For this reason, the front layer of the display 1000 (including the electrodes 1002 and 1004 and the microcapsules 1008) is uncolored with the liquid 1012 (so that the front layer can act as a light valve) and disperse. It is substantially similar to the electrophoretic display 200 shown in FIGS. 2A-2C, except that the positions of the electrodes and the common electrode are reversed.
[0086]
On the opposite side (lower side in FIGS. 10A-10C) of the second electrode 1004, the aforementioned U.S. Pat. Nos. 5,803,783, 5,777,782 and 5,760,761 are described. A type of rotating dichroic ball layer (generally designated 1020) is disposed. Dichroic rotating ball layer 1020 includes a continuous polymeric matrix 1022. A plurality of oil-filled spherical cavities 1024 are arranged in the matrix 1022. Each cavity 1024 includes a single sphere 1026. This single sphere 1026 has a first hemisphere 1026A and a second hemisphere 1026B. These hemispheres are different in color. Each sphere 1026 is rotatable within an associated cavity 1024 and has internal dipoles arranged perpendicular to the plane between the hemispheres 1026A and 1026B. Thus, when the sphere 1026 is placed in an electric field, its dipoles align with the electric field, and the plane between the hemispheres 1026A and 1026B is perpendicular to the electric field. For illustrative purposes, hemisphere 1026A is assumed to be white, hemisphere 1026B is assumed to be black, and the dipole is such that black hemisphere 1026B is oriented toward the more positive end of the electric field. Orient as indicated.
[0087]
On the opposite side of the dichroic rotating ball layer 1020 from the second electrode 1004, a plurality of third electrodes 1030 are arranged (one of which is shown in FIGS. 10A-10C). Each of the third electrodes 1030 is aligned with one of the first electrode 1002 and the substrate 1006 (only one continuous electrode for reasons that would be readily apparent to one skilled in the art of electrically driving displays). And two sets of dispersive electrodes are required to achieve separate driving of each pixel in each of the two optically active layers, and a second continuous electrode is not required).
[0088]
Each pixel of the display 1000 can have three display states as follows.
[0089]
(A) First, a white state as shown in FIG. 10A, in which the third electrode 1030 is made positive with respect to the second electrode 1004. As a result, the white hemisphere 1026A faces the second electrode 1004, while the first electrode 1002 is maintained at the same potential as the second electrode 1004. As a result, the nanoparticles 1014 are not aggregated, the microcapsules are transparent, and the white hemisphere 1026A is thus visible through the display surface.
[0090]
(B) Second, a black state as shown in FIG. 10B, in which the third electrode 1030 is made negative with respect to the second electrode 1004. As a result, the black hemisphere 1026B faces the second electrode 1004, while the first electrode 1002 is maintained at the same potential as the second electrode 1004. As a result, the nanoparticles 1014 are not aggregated, the microcapsules are transparent, and the black hemisphere 1026B is therefore visible through the display surface.
[0091]
(C) Third, a red state as shown in FIG. 10C, in which an electric field is applied between the first electrode 1002 and the second electrode 1004 so that the nanoparticle 1014 is Aggregates adjacent to one of 1002 and 1004 (adjacent to electrode 1002 in FIG. 10C) and is therefore visible through the display surface. In this state, the position of the rotating sphere 1026 is irrelevant because the sphere 1026 is hidden by the aggregated nanoparticles 1014.
[0092]
The three-state display shown in FIGS. 10A-10C can be used, for example, to provide a black-and-white (or white-on-black) text display with the ability to red highlight certain text. Such a three state display can be modified to have red, green and blue display states with the ability to produce color images.
[0093]
The three-state display shown in FIGS. 10A-10C further resembles the microcapsules 1008 containing only a single type of nanoparticle 1014, similar to the microcapsules 308 shown in FIGS. It can be modified by replacing it with microcapsules containing two different types of nanoparticles with mobility. This produces a representation of the four states, the first two states being the same as described above with reference to FIGS. 10A-10C, and the third state being the first state of the nanoparticle. The fourth state is a state where the types are aggregated and visible through the display surface (see FIG. 3B), and the fourth state is a state where the second types are aggregated and visible through the display surface (see FIG. 3C). Such a four state display may have, for example, white, red, green and blue states, and thus may be used to display a color image on a white background. However, it should be noted that where black areas are required, such displays must use process black by mixing red, green, and blue pixels.
[0094]
Thus, according to the present invention, more than three colors can be achieved in each pixel using a plurality of superimposed electro-optical layers. As is well known to those skilled in the imaging arts, to achieve a realistic full-color image, it must be possible to control not only the color of each area of the image, but also the saturation of the color, as such. Therefore, it is necessary that various pixels can be set not only for the three primary colors used but also for black or white. Note that while conventional four-color CMYK on-paper printing is actually a five-color system, white is usually provided by unprinted areas of white paper.
[0095]
A comparable five-color system can be achieved with a "double-stacked" modification of the display shown in FIGS. In this variation, an additional layer of microcapsules and an additional layer of dispersed transparent electrodes similar to dispersed electrode 304 are disposed above continuous electrode 302. The resulting suitable dual-layer display of the present invention is shown in FIGS.
[0096]
It is believed that the configuration of the dual-layer display (generally designated 1100) shown in FIGS. 11A-11E is readily apparent from the above description of displays 300 and 1000, and therefore, this configuration is simplified below. Is summarized in The various components of the display 1100 (read from top to bottom in FIG. 11A) are as follows.
[0097]
(A) a plurality of dispersed transparent first electrodes 1102; Each of the first electrodes 1102 defines a pixel of the display 1100 and together form a display surface on which a viewer views the display. As mentioned above, only one first electrode 1102 is shown in FIGS.
[0098]
(B) an electrophoretic medium encapsulated in a first capsule. It includes microcapsules 1108 having microcapsule walls 1110. The microcapsule wall 1110 includes an uncolored liquid 1112, a first type of nanoparticles 1116 (assumed positively charged for purposes of illustration and white when aggregated) and a second type of nanoparticles. (Assuming it is negatively charged and black when aggregated).
[0099]
(C) a common transparent second electrode 1104;
[0100]
(D) an electrophoretic medium encapsulated in a second capsule. It includes microcapsules 1140 having microcapsule walls 1142. The microcapsule wall 1142 includes an uncolored liquid 1144, a third type of nanoparticle 1146 (assuming it is positively charged and red when aggregated) and a fourth type of nanoparticle 1148 ( (Assuming negatively charged and green when aggregated).
[0101]
(E) A plurality of dispersed, transparent third electrodes 1130 (only one of which is shown in FIGS. 11A-11E). Each of the third electrodes 1130 is arranged on one of the first electrodes 1102.
[0102]
(F) Colored substrate 1106. Assume blue (if desired, third electrode 1130 can be made colored and opaque. In this case, the color and transparency of substrate 1106 are irrelevant or microcapsules 1140 The liquid 1144 therein may be colored blue).
[0103]
Each pixel of the display 1100 is capable of the following five display states.
[0104]
(A) First red state as shown in FIG. 11A. In this red state, the third electrode 1130 is made positive with respect to the second electrode 1104, thus forming a red aggregate R adjacent to the second electrode 1104. On the other hand, the first electrode 1102 is maintained at the same potential as the second electrode 1104 so that the nanoparticles 1116 and 1118 are not aggregated, the microcapsules 1108 are transparent, and the red The aggregate R is thus visible through the display surface (in this state, the nanoparticles 1148 form a green aggregate G adjacent to the third electrode 1130, which is Concealed by the red aggregates formed by).
[0105]
(B) The second green state as shown in FIG. 11B. In this green state, the third electrode 1130 is made negative with respect to the second electrode 1104, so that the nanoparticles 1148 form a green aggregate G adjacent to the second electrode 1104. On the other hand, the first electrode 1102 is maintained at the same potential as the second electrode 1104 so that the nanoparticles 1116 and 1118 are not aggregated and the microcapsules 1108 are transparent and the nanoparticles 1146 The green aggregate G is thus visible through the display surface (in this state, the nanoparticle 1146 forms a red aggregate R adjacent to the third electrode 1130, but this red aggregate is (Concealed by the green aggregates formed by particles 1148).
[0106]
(C) Third white state. In this white state, the first electrode 1102 is made negative with respect to the second electrode 1104 so that the nanoparticles 1116 form a white aggregate W adjacent to the first electrode 1102, and The white aggregate is visible through the display surface (in this state, the nanoparticle 1118 forms a black aggregate K adjacent to the second electrode 1104, but the black aggregate forms the nanoparticle 1116). In this state, the distribution of the nanoparticles 1146 and 1148 in the microcapsule 1140 is irrelevant, because the microcapsule 1140 is also concealed by the white aggregate. ).
[0107]
(D) Fourth black state. In this black state, the first electrode 1102 is made positive with respect to the second electrode 1104 so that the nanoparticles 1118 form a black aggregate K adjacent to the first electrode 1102, and The black aggregate is visible through the display surface. (In this state, the nanoparticles 1116 form a white aggregate W adjacent to the second electrode 1104, and the white aggregate forms the nanoparticle 1118. And the distribution of nanoparticles 1146 and 1148 within microcapsule 1140 is again irrelevant in this state).
[0108]
(E) Fifth blue state. In this blue state, nanoparticles 1116 and 1118 are dispersed in liquid 1112 and nanoparticles 1146 and 1148 are dispersed in liquid 1144. As a result, both microcapsules 1108 and 1140 are transparent and the blue surface of substrate 1106 is visible through the display surface.
[0109]
It can be appreciated that the assignment of particular colors of the display 1100 to particular states is arbitrary and can be changed freely. For example, if the three states of each upper microcapsule 1108 are (for example) transparent, red and blue and the three states of each lower microcapsule 1140 are green, black and white, then any given pixel of the display Can still be set separately to any one of these five colors, which can create a color display that can achieve controlled color saturation and full color. However, the human eye is likely to be sensitive to slight changes in shades in white and possibly traces of grayness in white or black, but less sensitive to small changes in shades in red, green and blue, so that the display 1100 In displays similar to, it is generally desirable that the microcapsules adjacent to the display surface provide white and black states, and the microcapsules far from the display surface provide the other three states. Also, of course, displays similar to display 1100 can be easily adapted to provide white, black, yellow, cyan, and magenta states instead of white, black, red, green, and cyan.
[0110]
It should be noted that the displays 200, 300, 1000 and 1100 already described are stable in all their display states. That is, once the display is driven, by applying an electric field to one or both of the optically active layers as described above, the state of the display is substantially maintained even after the field is turned off. Lasts for a period.
[0111]
Substrate materials 1004 and 1104 that separate the optically active layers should be made as thin as possible to minimize parallax problems in the display. Flexible substrates are advantageous in these displays compared to glass materials because of their uneven and thin form factor.
[0112]
To change the display 200 or 300 from one colored image to another, it is convenient to apply an alternating electric field to all pixels of the display. This restores all pixels to the conditions shown in FIG. 2A or 3A, and then changes the desired pixels as needed to display a new image. Note that the 2A → 2B and 2A → 2C transitions (and similar transitions of display 300) can be conveniently effected using so-called “V / 2” techniques simultaneously. In this “V / 2” technology, the front electrode 202 is set to a voltage of + V / 2, while the various electrodes 204 that control individual pixels depend on the desired state of the associated pixel. 0, + V / 2 or + V. Similar techniques can of course be used for displays 1000 and 1100.
[0113]
The dual layer display of the present invention is shown in FIGS. 10A-10C and 11A-11E and has only one transparent electrode between the two optically active layers. In some cases, an additional layer may not be necessary, for example, the second electrode 1104 may be a transparent layer of a conductive polymer because the electrophoretic layers shown in FIGS. May be included. The conductive polymer can be applied, for example, from a solution on a previously formed electrophoretic layer and dried to produce a continuous film of the polymer and form the second electrode 1104. However, if it is desired that the second electrode 1104 be a thin metal layer (eg, indium tin oxide), it is usually necessary to deposit the thin metal layer on a support (eg, a thin polymer film). is there. In this case, the support should be kept as thin as possible, since the support is between the second electrode and one of the optically active layers. As a result, the presence of the support reduces the electric field across this optically active layer to any given voltage. (This reduction of the electric field can be avoided by using a support having metal electrodes on both sides, but the incident light transmitted by indium tin oxide and similar electrode layers is only about 90%, Introducing an additional metal layer into the structure in this way is undesirable because it adversely affects the brightness of the display.)
Starting with the metallized substrate forming the second electrode, if there is a substrate adjacent to the second electrode, coating two electrode layers on either side of the metallized substrate It can then be advantageous to fabricate the display shown in FIGS. 11A-11E by subsequently laminating the resulting structure to the first and third electrodes.
[0114]
For similar reasons, the dual layer display of the present invention is shown in FIGS. 10A-10C and 11A-11E, where only the transparent first electrode forms the display surface. These first electrodes are typically carried on the substrate and may provide an additional function of protecting the upper optically active layer from mechanical damage.
[0115]
FIG. 4 shows a single nanoparticle (generally designated 400) of the third electrophoretic display of the present invention. This nanoparticle 400 is composed of two separate gold nanoparticles 402 and 404. Each of the gold nanoparticles 402 and 404 has a polymer coating 406 and 408, respectively. Nanoparticles 402 are positively charged, while nanoparticles 404 are negatively charged. As a result, when no electric field is applied to nanoparticles 402 and 404, they are held together by electrostatic attraction to form bonded nanoparticles 400. However, if a strong electric field is applied to the nanoparticles 400, the nanoparticles 402 and 404 will separate under the influence of the electric field. For the reasons described above, the color of the gold nanoparticles changes with the size of the particles, and thus the separation of the nanoparticles 402 and 404 changes the color of the display.
[0116]
5A and 5B show two different states of a single nanoparticle unit (generally designated 500) (no electric field in FIG. 5A and strong DC current field applied in FIG. 5B). This nanoparticle unit is generally similar to that shown in FIG. 4 in that it includes two gold nanoparticles 502 and 504. Each of the gold nanoparticles 502 and 504 has a polymer coating 506 or 508, respectively, where the nanoparticles 502 are positively charged while the nanoparticles 504 are negatively charged. However, in contrast to the display shown in FIG. 4, the nanoparticles 502 and 504 are attached to opposite ends of a polymer filament 510 having a length equal to several times the diameter of each of the nanoparticles 502 and 504. . Thus, when no electric field is applied, nanoparticles 502 and 504 are held together by electrostatic attraction to form bonded nanoparticles 500, as shown in FIG. 5A. However, when a strong electric field is applied to the nanoparticles 500, the nanoparticles 502 and 504 split to the extent allowed by the polymer filament 510 under the influence of this electric field, as shown in FIG. 5B. This filament is made long enough that the nanoparticles are separated by a distance sufficient to separate them from each other, so that the color of the display, in the state shown in FIG. And 504. However, when the electric field is removed, the nanoparticles 502 and 504 quickly recombine to form the bound nanoparticles 500.
[0117]
It will be appreciated that the displays shown in FIGS. 4, 5A and 5B, in particular the displays shown in FIGS. 5A and 5B, are capable of very fast switching. Because, in contrast to conventional displays that require electrophoretic particles to travel a distance approximately equal to the thickness of the media (typically about 250 μm or 250,000 nm), the color change is Require only a small amount of nanoparticle diameter to move relative to each other (typically a distance of about 50-100 nm). Accordingly, the displays described herein should reduce switching time by at least two orders of magnitude as compared to conventional electrophoretic displays, thereby making the displays of the present invention suitable for use in video applications. To be appropriate for.
[0118]
6A and 6B show two different states (no electric field in FIG. 6A and strong DC electric field in FIG. 6B) of a single unit (generally designated 600) of the fifth electrophoretic display of the present invention. ). Unit 600 includes two particles 602 and 604 attached to opposite ends of filament 606. Particles 602 and 604 need not be nanoparticles and need not be colored. In fact, it is generally preferred that none of the particles 602 and 604 be uncolored or color-formed to allow maximum flexibility in the design of this type of display. Particles 602 and 604 carry charges of opposite polarity, particle 602 is positively charged, and particle 604 is negatively charged. Filament 606 is selected to be of a type (eg, one or more polypeptide chains) that naturally assumes a helical or similar configuration in the absence of external forces. One skilled in the art will recognize that the conformation of many polymers is strongly dependent on the type of liquid in which they are immersed, and thus will produce the desired conformation of the filament 606 when forming the type of display currently described. It is understood that both the filament 606 and the suspension must be carefully selected in order to do so. A plurality of nanoparticles 608 are deposited at intervals along the filament 606. In the state shown in FIG. 6A, no external electric field is applied, and the electrostatic attraction between particles 602 and 604, along with the natural helical conformation of filament 606, comes into contact with various nanoparticles 608 or The result is a unit 600 that assumes a compact configuration that is close to each other. As a result, the color of the unit becomes the color of the aggregated nanoparticles 608. However, when a strong DC field is applied to the unit, as shown in FIG. 6B, the particles 602 and 604 are pulled apart by the electric field and the filament 606 is expanded, substantially linear. Assume a three-dimensional configuration. In this configuration, the nanoparticles 608 are separated from each other. As a result, the color displayed by the unit 600 becomes the color of the dispersed nanoparticles 608. For reasons similar to those described above with reference to FIGS. 4, 5A and 5B, the displays shown in FIGS. 6A and 6B are capable of very rapid switching. By changing the strength of the electric field, the unit 600 shown in FIGS. 6A and 6B is made to assume a conformation in an intermediate state, thereby enabling the display to achieve multi-level gray scale It should also be noted that
[0119]
FIG. 7 shows a modification of the type of display shown in FIGS. 6A and 6B. Each of the units 700 shown in FIG. 7 generally has (positively) charged particles 702 provided at only one end of the filament 706 instead of charged particles provided at both ends of the filament. 6A and 6B, except that the other end of the filament 706 is directly coupled to a fixed body (in this case, electrode 710). The nanoparticles 708 are deposited at intervals along the filament 706 in the manner described previously.
[0120]
FIG. 7 schematically shows a unit 700 used according to the V / 2 addressing scheme. In the V / 2 addressing scheme, the two distributed back electrodes 714 and 716 are held at + V and 0, respectively, while the common front electrode 710 to which the unit 700 is attached is held at + V / 2. The left hand side of FIG. 7 shows that electrode 714 holds + V, which is a higher potential than front electrode 710. Thus, the positively charged particles 702 of unit 700 are repelled from electrodes 714, and unit 700 assumes a compact conformation similar to that shown in FIG. 6A. As a result, the displayed color is the color of the aggregated nanoparticles 708. The right-hand side of FIG. 7 shows an electrode 716 held at 0 so that particles 702 are attached to this electrode and the unit 700 has an expanded conformation similar to that shown in FIG. 6B. The assumed and displayed color will be the color of the dispersed nanoparticles 708. Similar to the unit 600 shown in FIGS. 6A and 6B, an intermediate conformation, and thus a gray scale, can be achieved. In addition, the unit 700 can perform quick switching.
[0121]
FIG. 8 shows a number of charged nanoparticles 802 (for illustrative purposes, for ease of illustration, FIG. 8 assumes that the charge is positive and the number of nanoparticles is greatly reduced. Shows a display of the invention where the length of the filament 804 is anchored to a fixed body (ie, electrode 806). Figure in the same manner as in FIG. 8 On the left hand side shows an electrode 808 held at + V, a higher potential than the electrode 806 to which the nanoparticles 802 are anchored. Therefore, the positively charged nanoparticles 802 are repelled from the electrode 808 and are present in the vicinity of the electrode 806. Thus, the nanoparticles 802 assume a closely packed configuration, so that the displayed color is the color of the aggregated nanoparticles 802. The right hand side of FIG. 8 shows the electrode 810 held at zero so that nanoparticles 802 are attached to the electrode and spaced from the electrode 806 to the extent permitted by the length of their individual filaments 804. Can be vacated. Therefore, the nanoparticles 802 are separated from each other, and the displayed color is the color of the dispersed nanoparticles 802. Similar to the displays previously discussed with reference to FIGS. 6A, 6B and 7, the display shown in FIG. 8 can achieve gray scale and can switch quickly.
[0122]
It should be noted that in the type of display shown in FIGS. 7 and 8, in some cases it may be possible to obviate the presence of a fluid that normally surrounds the nanoparticles.
[0123]
9A-9H show a variation of the system of the general type shown in FIGS. 5A and 5B in that they contain two particles of opposite charge and linked by a member that can be described as a filament. 3 illustrates an embodiment of the invention that may be considered. This embodiment is intended to be switched by the in-plane electrodes 270 and 280, some of which will apply a first color change by applying an AC electric field, either a DC electric field or an AC electric field of another frequency. Is intended to provide a second color change. Referring to FIGS. 9A-9B, a hairpin-shaped molecule or spring in the closed state 284 may attach a positively charged head 282 and a negatively charged head 283. Instead of a net electronic charge, these heads can have strong dipole moments. Further, one side of the hairpin-shaped molecule or spring has leuco dye attached thereto, and the other side of the hairpin-shaped molecule or spring has a reducing agent 285 attached thereto. When the molecule or spring is in the closed state 284, the leuco dye 286 and the reducing agent 285 are in close proximity and a bond 287 is formed, and the leuco dye is effectively reduced, thereby providing a first color state. Bring. Applying an AC electric field at a frequency that resonates with the vibration mode of the charged head, cantilevered on a hairpin-shaped molecule or spring, can break the bond 287, thereby producing an open state 288. In this open state, the leuco dye and the reducing agent are no longer in close proximity, and the leuco dye is in an unreduced state, resulting in a second color state. The system can be inverted by applying a DC electric field that functions to bring the leuco dyes and reducing agents into close proximity. Many molecules or microfabricated structures can function as open hairpin shaped molecules or springs in the state. These can include oleic acid, such as molecule 289. The reducing agent may include sodium dithionite. The system as described is bistable.
[0124]
Referring to FIGS. 9D-9F, an alternative leuco dye-reducing agent system may employ the polymer shown in FIG. When a DC electric field is applied, the polymer assumes a linear shape 294 and the leuco dye 286 and the group of reducing agents 285 are spaced apart from each other. Upon removal of the application of a DC or AC electric field, the polymer tends to coil and comes into random contact with the leuco and reducing groups, forming bonds 287 with a corresponding color change.
[0125]
Referring to FIGS. 9G and 9H, a similar system is possible, but instead the polymeric leuco and reduced groups may be attached directly to oppositely charged microparticles by bridge 296. This bridge 296 can be biotin-streptavidin or any other suitable bridge. As described above, the application of the DC electric field makes the leuco and reduced groups distal, whereas the removal of the DC electric field or the application of the AC electric field causes the leuco and reduced groups to come into random contact. Polymers may be added to aid stability in the oxidized state.
[0126]
FIG. 12 schematically illustrates various stages of a process of the invention for forming a nanoparticle assembly. This process is primarily intended for use in forming two nanoparticle assemblies, such as the nanoparticle unit 500 shown in FIG. 5, and FIG. 12 illustrates this type of process. However, the process may further involve the assembly shown in FIG. Base (Connected to an electrode or other macroscopic object via a microlens).
[0127]
In the first stage of the process, a first nanoparticle 1200 (shown as positively charged) is treated with a linking reagent XL-YP. Where X is a first functional group capable of reacting with the nanoparticles under the conditions used, L is a desired linking group, Y is a second functional group, and a protecting group Protected by P, so that the protected group YP cannot react with the nanoparticles under the conditions used. (It is understood that if desired, for example, to facilitate storage, the linking reagent may be stored in the form of P'XL-YP, wherein P 'is a protection for the group X. And the protecting group P ′ can also be removed in situ before or during the reaction with the nanoparticle 1200.) The groups X and Y can be the same or different. The group X reacts with the nanoparticles to form an intermediate species that can be represented as [N] -XL-YP. Here, [N] is a nanoparticle. Thus, the nanoparticles now carry the linking group L (and YP in a protected form of the second functional group Y). Most processes of the present invention require that only a single linking group be attached to each nanoparticle, such as when it is desired to form an assembly, such as the assemblies shown in FIGS. Rarely, skilled chemists are aware of various techniques that can be used to minimize the number of nanoparticles attached to more than one linking group (eg, maintaining low concentrations of linking reagents in the reaction mixture). )know.
[0128]
In the second stage of the process, the intermediate species [N] -XL-YP is treated with a modifying reagent that generates a free form from the second functional group Y by removing the protecting group P. . (In the present invention, it is not essential that the second functional group is generated by removing the protecting group from the protected form of the second functional group. For example, a second functional group can be generated by replacing a completely different group originally present on the linking reagent with a desired second functional group, eg, a chloro group. , A thiol group). The second functional group Z can react with an object to which the nanoparticles 1200 are to be connected (in this case, negatively charged nanoparticles 1202). Generation of the second functional group produces a second intermediate species [N] -XLY as shown in FIG.
[0129]
Finally, in the third stage of the process, the second intermediate species reacts with the second functional group Z with the nanoparticles 1202 while the two nanoparticles 1200 and 1202 remain linked via the linking group L. The nanoparticles 1200 are contacted with the object to be connected (in this case, the negatively charged nanoparticles 1202) under conditions that produce the desired nanoparticle assembly.
The process shown in FIG. 12 is modified to produce the type of assembly shown in FIG. 8 by contacting a second intermediate species with an electrode or similar macroscopic object instead of a second nanoparticle. It is readily apparent that this can be done.
[0130]
Typically, in the process shown in FIG. 12, two nanoparticles are formed from the same material. This material is usually a conductive metal, for example silver, gold, platinum or any alloy of these metals. Preferably, the two nanoparticles have a diameter of about 60 nm or less. As the functional groups capable of reacting with the above-mentioned metals, any known functional groups which react with the metal used can be employed as described in the literature. Preferred first functional groups are thiol, amine, phosphine and hydroxyl groups (in the last case, the effective functional groups are O 2 formed by deprotonation of the hydroxyl group). − Group). The linking group L can be, for example, an alkyl or alkylene group, and desirably has a length of about 50 nm or less. As in the case of the first functional group, the second functional group can be any known functional group that reacts with the substance used. In the case of the aforementioned metals, the third functional group is desirably a thiol, amine, phosphine or hydroxyl group. As already mentioned, the second functional group is preferably initially present in protected form. Thus, for example, if the second functional group is a thiol group, the protected form of this group may be a thiol group protected with a benzyl, acetyl, alkyl, carbonate or carbanate protecting group. Similarly, when the second functional group is an amine group, the protected form may be in the form of an amine group protected by a benzyl, carbonate, carbamate or alkyl group, or an imine, amide, or urea group. .
[0131]
If the two nanoparticles used to form an assembly of the type shown in FIG. 12 are selected to have different surface features, the nanoparticles need not be charged before the synthesis of the assembly and the final In a typical assembly.
[0132]
Although the process of the present invention is described above as a three-stage process, in some cases the generation of the second functional group is performed in the presence of an object with which the second functional group reacts, As a result, it is apparent to the skilled chemist that the second functional group is generated in situ and reacts immediately with the object, thus reducing the three-step process to a two-step process.
[0133]
As already mentioned, the nanoparticles used in the processes described above may carry a coating of a polymer or other material. When such coated nanoparticles are used in the process of the present invention, the first and third functional groups may react with either the nanoparticles themselves or the coating material, but with less space formation between the nanoparticles. The former is usually preferred because it results in reliable control. In practice, most techniques used to attach the coating material to the nanoparticles leave a substantial portion of the surface of the nanoparticles exposed so that the linking reagent is not affected by the presence of the coating material. And still reacts with the surface of the nanoparticle itself. If the nanoparticles are of the core / shell type (the core of one material is completely surrounded by a shell of a different material), the linking reagent should, of course, be chosen to react with the shell material.
[0134]
In the nanoparticle assembly of the present invention, a plurality of nanoparticles can be attached to a filament or backbone, and the spacing between individual nanoparticles can be caused by redox reactions or changes in pH, ionic strength, temperature or other physicochemical parameters. , Can be varied by changing either the position of the nanoparticles relative to the backbone or the conformation of the backbone itself. The type of nanoparticle assembly shown in FIGS. 6A, 6B, 7A and 7B discussed above depends on the presence of charged particles at the edge of the backbone, while such charged particles , Are not required, as shown by the nanoparticle assemblies of FIGS.
[0135]
For example, FIG. 13A of the accompanying drawings shows a nanoparticle unit (generally designated 1300) in a highly schematic manner. In this nanoparticle unit, a plurality of charged nanoparticles 1302 (assuming negatively charged for illustrative purposes, apparently positively charged nanoparticles can also be used) include a short flexible tether ( tether) or via a side chain 1304 to a repeating unit 1306 of the polymer. The polymer (usually an electroactive conjugated polymer) is selected such that the charge on the repeating unit 1306 can be varied (eg, by a redox reaction of a change in pH). If the repeating unit 1306 is electrically neutral or negatively charged, the nanoparticles will tend to adopt the position shown in FIG. 13A. At this position, the tether 1304 necessarily extends perpendicular to the polymer chain, so that the average distance between adjacent nanoparticles 1302 is relatively large. On the other hand, if the repeating units 1306 are positively charged, they will attract the negatively charged nanoparticles 1302, which will adopt the position shown in FIG. 13B. At this location, the nanoparticles are adjacent to the polymer chain, such that the average distance between adjacent nanoparticles 1302 is substantially smaller than in FIG. 13A, and thus the color of the polymer changes.
[0136]
FIGS. 14A and 14B show, in a highly schematic manner, another type of nanoparticle in which the spacing between nanoparticles is varied by a conformational change in the polymer backbone. Certain polymers (eg, polystilbene, polythiophene, polyaniline, polypyrrole, and common redox-dependent shape-changing moieties (thianthrene, calixarenes, aza groups, polymers containing cyclooctatetraene, bipyridine, and the like)) Are known to undergo a conformational change (ie, a change in the relative position of adjacent repeating units in the polymer chain) when subjected to a redox reaction or a temperature change, see, eg, below. .
[0137]
D. T. McQuade et al., "Conjugated Polymer-Based Chemical Sensors", Chem. Rev .. , 100, 2537-2574 (2000);
M. E. FIG. G. FIG. Lyons (ed.), "Electroactive Polymer Electrochemistry, Part I Fundamentals", Plenum Press, New York (1994);
T. A. Skotheim et al. (Eds.) "Handbook of Conducting Polymers", 2d. Edn. , Marcel Dekker, New York (1998)
FIG. 14A shows a nanoparticle unit of this type (generally indicated at 1400). The nanoparticle unit is a polymer that allows a plurality of nanoparticles 1402 to undergo such a conformational change via a tether or side chain 1404, which in this example is preferably rigid. It is coupled to a repeating unit 1406. In the conformation shown in FIG. 14A, the repeating unit 1406 holds the tethers 1404 parallel to each other, such that the distance between adjacent nanoparticles 1402 is relatively small. However, by placing the polymer backbone in a redox reaction, the polymer adopts the conformation shown in FIG. 14B. In this conformation, the repeating units 1406 cause the alternating tethers 1404 to be directed in opposite directions, such that the distance between adjacent nanoparticles 1402 is substantially increased, thereby resulting in a color change Is generated. 14A and 14B have been simplified for ease of illustration. Indeed, the change in angle between adjacent tethers is typically not 180 °, but may be, for example, 120 °, so that in the conformation shown in FIG. 14B, the nanoparticles are aligned with the axis along the polymer backbone. Occupy a position on the helix with such a helix, but such a helix conformation also causes the desired increase in distance between adjacent nanoparticles.
[0138]
The types of nanoparticle units shown in FIGS. 14A and 14B show that the one-electron reduction reaction can, in some cases, cause a conformational change throughout the polymer chain, including a large number of repeating units, This has the advantage that the number of electrons required to cause the color change of the majority of the nanoparticles is small. Therefore, when the redox reaction is performed electrochemically, as is usual, the power required per unit area to cause a color change is small.
[0139]
In nanoparticle units of the type shown in FIGS. 13A, 13B, 14A and 14B, the polymer may be in the form of a film (if the properties of this film allow the necessary movement of the nanoparticles). , A solution or suspension in a liquid medium.
[0140]
Another type of nanoparticle-based display uses so-called "layered" polymers. It is known that films of certain polymers can be treated such that the polymer chains are largely parallel to each other. If a polymer similar to that shown in FIGS. 13A, 13B, 14A and 14B (the nanoparticle film is attached along the polymer chain at regular intervals) is formed in this manner into a layered film, an alternating electric field The application of (typically a radio frequency range) changes the average distance between nanoparticles, thus causing a color change.
[0141]
Yet another type of nanoparticle-based display includes a large number of nanoparticles dispersed within a gel. As described above, such a gel may be formed by connecting filaments of a plurality of nanoparticle assemblies. In this case, application of an electric field to the gel moves the nanoparticles and changes the optical characteristics of the gel. Alternatively, the gel itself may be expandable, preferably electrically expandable. In this case, as the gel expands, the distance between adjacent nanoparticles increases, thus causing a color change. Swellable gels are known that can increase the spacing between adjacent nanoparticle more than two-fold. For most types of displays, the color of the display media changes, and especially for most applications, it is desirable to have different portions of the display media simultaneously in different color states, resulting in a substantial change in the volume of the display media itself. Is at least inconvenient. Thus, in the swellable gel type of nanoparticle displays, the gel is in the form of particles dispersed in a liquid medium, so that when the gel swells and absorbs the liquid medium into itself, the gel / liquid system It is generally preferred that the overall capacitance change be minimal. Suitably, in such gels / liquids, swelling of the gel is effected by performing a redox reaction, preferably an electrochemical redox reaction, to change the ionic strength of the liquid medium.
[0142]
A further type of nanoparticle-based display uses individual nanoparticles dispersed in a liquid medium. However, instead of aggregating all the nanoparticles as in some of the displays described above, this type of display relies on a change in the boundary layer around each nanoparticle, and between adjacent nanoparticles. Control the spacing, thereby causing a color change. For example, by subjecting a liquid medium to a redox reaction, the properties (such as the dielectric constant) of the medium can be changed to change the thickness of the boundary layer around each particle. In a variation of this approach, two layers of gel can be placed next to each other, with different properties such that certain nanoparticles display different colors in each gel, and the charged nanoparticles are electrically charged. Moved between the two gels.
[0143]
Although a variety of processes can be used to produce the non-composite nanoparticles used in the displays of the present invention, such processes fall into two main groups. That is, a "surface process" in which nanoparticles are formed on or adjacent to a surface or a boundary between two different phases, and a "bulk process" in which nanoparticles are formed in a single phase. Process. These two process types are now described separately.
[0144]
The surface treatment itself is a true surface treatment in which the nanoparticle material (ie, the material that forms the nanoparticle) is dispersed as a single layer on the surface, and the nanoparticle material is the surface layer (the nature of this surface layer is underlying (Different from the bulk material properties) can be further subdivided into "surface layer processes". Ultimately, a true surface process is a selective deposition process in which the nanoparticle material is deposited only on certain selected portions of the surface, and the nanoparticle material is deposited on the entire surface, Can be divided into non-selective deposition processes that are subsequently broken to form individual nanoparticles.
[0145]
One type of selective deposition process that may be useful in the present invention is described in Jensen et al., "Nanosphere Lithography; Tunable Localized Surface Plasmon Resonance Spectra of Silver Nanoparticles," J. Am. Phys. Chem. , B 104, 10549 (2000). In this process, the surface is covered with a close-packed layer of nano-area beads, and then metal is deposited on the bead-covered surface by thermal evaporation or physical vapor deposition (PVD). The metal deposits on the surface only in the substantially triangular area left between the closest beads, so that the metal particles formed on the surface necessarily take the form of a truncated cone of a triangular pyramid. (Of course, metal also deposits on the surface of the bead). The height of these truncated cones can be varied by controlling the duration of the metal deposition process. The beads are removed from the surface by any convenient technique. The above references use sonication in dichloromethane or ethanol to leave the metal behind the truncated cone. The above references do not discuss techniques for particle removal as they relate solely to the nature of the metal particles on the surface, but one simple technique for such removal is to remove the beads before depositing the beads. Coating the surface with a thin layer of material that is insoluble in the solvent used for removal, but can be easily removed by the application of a different solution. For example, various types of polymers that are not readily soluble in organic solvents but are soluble in aqueous alkalis are known.
[0146]
Metal deposition processes can be replaced by electrodeposition or electrophoresis instead of other low cost deposition techniques, such as PVD, which requires costly and sophisticated vacuum processes.
[0147]
The second type of selective deposition uses a substrate that is covered with a thin layer of a deformable material (eg, a polymer or a soft metal such as gold). The thin layer is micro-embossed to form a reduced thickness region having the desired nanoparticle morphology, and the embossed layer is etched to remove the reduced thickness region. This leaves an opening extending through the substrate itself. The desired nanoparticle material is deposited in the openings, for example, by CVD, and the remaining portion of the thin layer is removed, typically by treating the substrate with a suitable solvent, to disperse the nanoparticle material as a prism. Leave on substrate. The resulting nanoparticles can be removed from the substrate, for example, by sonication in the presence of a liquid. Alternatively, prior to deposition of the deformable material layer, the substrate may be coated with a sacrificial layer that remains during the formation of the nanoparticles but is dissolved by a suitable solvent to release these nanoparticles.
Variations of this type of process can be useful in forming composite nanoparticles. If the size of the opening formed by micro-embossing and etching (other processes can be used instead) is carefully controlled, only one particle is embossed on each opening. It can be treated with a suspension of particles of a first type having a size to enter, leaving a small space between the particles and the walls of the opening. One particle enters each opening, after which the embossed surface has a size such that only one particle can enter the space left between the previously deposited particles and the walls of the opening Treated with a second type of particle suspension. As a result, after treatment with the second suspension, each opening contains one first type of particle and one second type of particle. The substrate is then heated (or possibly subjected to a suitable chemical treatment) to coalesce the two particles in each opening to form a single composite nanoparticle. This single composite nanoparticle can be emitted from the substrate by any of the previously described techniques.
[0148]
One type of non-selective deposition process that can be used to form the nanoparticles useful in the present invention utilizes a surface formed from a block copolymer. The fact that certain block copolymers are separated in a microphase (ie, they consist of a mixture of microscopic regions of at least two different phases) and the presence of two different phases on the surface of the copolymer is a matter of polymer technology. It is well known to those skilled in the art. If the bonds in one of the microphases are disrupted by exposure to X-rays, ultraviolet radiation, ozone, electron beams or other similar techniques, in some cases, one microphase will be behind another. It is also known that it can be dissolved in the solvent leaving. Thus, to create nanoparticles, a thin layer of nanoparticle material can be deposited on such a microphase-separated block copolymer surface by any convenient technique (CVD, sputtering or electrophoresis, etc.). . After splitting of bonds in one microphase (which may be performed before or after deposition of the nanoparticle material), the surface of the copolymer may be treated with a solvent that dissolves one microphase but not the other, Breaks the layer of the nanoparticle material, removes the portion of the layer covering the surface of the first microphase, and disperses the remaining portion of the back surface of the layer (the portion covering the surface of the second microphase). And leave them as nanoparticles. Finally, the surface can be treated with a second solvent that dissolves the second microphase, thus releasing the nanoparticles. If the block copolymer and the second solvent are carefully selected, the suspension of nanoparticles in the second solvent created by this process can be used immediately for nanoparticle display.
[0149]
One advantage of using a true surface process to produce nanoparticles is that such a process leaves one or more surfaces of the nanoparticles exposed at one stage of the process, while The other surface (facing the substrate) is hidden at the same stage. Thus, the exposed of the nanoparticles (either by chemical treatment or by covering the surface of a thin layer of another material with any desired properties) while leaving the hidden surface untreated It is possible to treat the surface (s). For example, if the nanoparticles are intended to be used in one of the types of units described in application Ser. No. 09 / 565,417 where the tether is attached to the particles, they may oxidize or essentially oxidize. Protect the exposed surface surface (s) of the nanoparticles with a coating by coating with an inert layer, thereby reducing the chance that more than the desired number of tethers will be attached to a single nanoparticle It may be desirable. Surface treatment of the nanoparticles on the substrate can be further used to vary their absorption properties and thus the color they show in the final display. For example, the above-mentioned Jensen et al. Reference states that providing a thin layer of dielectric material on the exposed surfaces of the nanoparticles can alter their absorption properties.
[0150]
One type of surface layer process for the production of nanoparticles uses an anodized aluminum substrate (any similar, surface-oxidized metal substrate having suitable properties as described below can be substituted). It is known that anodized aluminum can be manufactured to have elongated pores of relatively uniform size. For example, see below.
[0151]
M. R. Black et al., Measuring the dielectric properties of nanostructures using optical reflection and trnsmission: bismuth nanowires in porous. M. Tritt et al., Thermoelectric materials-The next generation materials for small-scale refrigeration and power generation application (eds.): MRS Symposium Proceedings, Boston, December 1999, Materials Research Society Press, Pittsburgh PA (2000); and D. Al-Malawwi et al., Nano-wires formed in anodic oxide nano-templates, J. Am. Mater. Res. , 9, 1014 (1994)
The desired nanoparticle material can be deposited in the pores, for example, by CVD or other conventional processes, and the aluminum surface layer is easily dissolved by the concentrated alkali to create the nanoparticles in a long rod-like form I do.
[0152]
Various types of bulk processes for the production of nanoparticles are described herein. Although such bulk processes are typically performed in a liquid medium, the use of such a liquid is not required. For example, nanoparticles can be formed by performing a chemical reaction that results in the precipitation of the desired nanoparticle material inside the solid polymer swollen with a suitable solvent. Alternatively, nanocrystals can be synthesized inside the polymer through vapor phase permeation of the starting material. These approaches are described below.
[0153]
J. F. B. Ciebien et al., "A Brief Review of Metal Nanoclusters in Block Copolymer Films", New Journal of Chemistry, 22, 685 (1998); H. Sohn et al., "Magnetic Properties of Iron Oxide Nanostructures with Microdomains of Block Copolymers", Journal of mag.
One important type of bulk process for producing nanoparticles uses micelles formed by surfactants in liquids (typically aqueous liquids). It is known that micelles having reproducible aspherical shapes (such as ellipsoidal and rod-like shapes) can be produced. Such precipitation of the nanoparticle material in the solution containing the aspherical micelles, under appropriate conditions, results in the formation of aspherical nanoparticles having substantially the same shape as the micelles. For example, see below.
[0154]
B. Messer et al., "Hydrophobic Inorganic Molecular Chains [Mo 3 Se 3 −] n and ther Mesoscopic Assemblies, Presentation C5.8 "(Materials Research Society Symposium, November-December 2000, Boston, Massachusetts) and J.A. Brinker et al., "Rapid Prototyping of Patterned Functional Nanostructures", MRS Conference, April 24-28, 2000, San Francisco, California.
Similarly, the introduction of nanoparticles, which are very small particles, into a solution containing such non-spherical micelles can cause trapping and coalescence of the particles within the micelles to produce non-spherical nanoparticles.
[0155]
As an alternative to the process already described with reference to FIG. 12, the type of nanoparticle assembly shown in FIGS. 5A and 5B first forms a tether in a micelle (preferably an elongated rod-shaped micelle) and Each of the tethers may be formed by providing a reactive group, such as a thiol group, capable of reacting with the nanoparticles to be bound by the tether. The nanoparticles can then be introduced into a micelle-containing solution and react with a suitable tether to form the desired unit. Thereafter, the micelles can be broken by changing the composition of the solution and the nanoparticle units can be released.
[0156]
Non-spherical nanoparticles can also be created by forming a colloidal suspension containing small nanoparticles of the desired substance and larger "sacrificial" particles. This larger “sacrificial” particle can be formed from a polymer. The nanoparticle material and the sacrificial particles are then allowed to settle (eg, by adding a second solvent in which the colloidal suspension is not stable) and the nanoparticle material is dispersed in the cavities between the sacrificial particles. To form The nanoparticles are sintered and the sacrificial particles are burned out or dissolved in a solvent, leaving behind the desired nanoparticles. For example, see below.
[0157]
O. D. Velev et al., "A Class of Porous Metallic Nanostructures", Nature, 401, 548 (1999) and
P. M. "Assembly of Gold Nanostructured Films Sampled by Colloidal Crystals and Use in Surface-Enhanced Raman Spectroscopy," by Tessier et al. Am. Chem. Soc. , 122, 9554 (2000)
Nanoparticles having various morphologies can also be generated by altering the chemistry of the solution in which the nanoparticle material is deposited to alter the crystalline nature of the material. It is well known to chemists that the crystalline nature of the material deposited from a solution can be fundamentally altered even by small changes in the composition of the solution. As a well-known example, sodium chloride usually crystallizes in cubic form from aqueous solutions, but crystallizes in octahedral form when a small proportion of urea is added to the solution. By controlling process parameters such as seed crystal size and concentration, reaction temperature, silver ion activity, gelatin concentration and type, pH, addition rate of various reactants, geometric conditions of reaction vessel and other factors. There is also extensive literature from the photography industry detailing how the crystal properties of silver halide can be varied. Any of these techniques can be used to alter the crystalline properties of the nanoparticles. In particular, the ratio of iodine to bromine is very important in securing tabular crystalline properties of silver halide that are generally suitable for photography applications, and similar techniques control the crystalline properties of nanoparticle crystals. It is known that it can be used for: For example, when gold and silver are co-precipitated to form nanoparticles, the morphology of the nanoparticles can vary with the atomic ratio between the metals. Jana et al. Synthesized rod-shaped gold and silver nanoparticles using rod-shaped micelles formed in solution with cetyltrimethylammonium bromide. Jana et al., Chem. Commun. 2001, 617-618; Jana et al. Phys. Chem. B, 105, 4065-4067.
[0158]
The core / shell nanoparticles used in the present invention can be formed by any known process for forming such composition particles. For particles that include a conductive shell around an insulating core, a generally preferred approach is to treat the suspension of the insulating core, which is treated with a reagent that binds to the conductive shell material, Treated with a solution containing very small (1-2 mm) verticles, thereby binding these particles and "decorating" the core. Once a small amount of shell material has been placed on the core in this manner, the amount of shell material can be determined by precipitating additional core material into the suspension containing the decorated core, or by electroless deposition. It can be increased to any desired value. See Oldenburg et al., Supra. This type of process allows for a constant shell thickness to be obtained and, as discussed in the above-mentioned Oldenburg et al. Document, such absorption properties of the nanoparticles are greatly influenced by the shell thickness, so such a constant The thickness is important.
[0159]
The present invention further provides a process for "driving" (ie, causing a color change) in some types of nanoparticle-based display media of the present invention and similar types of display media. The spacing between two tethered nanoparticles in a nanoparticle assembly of the type shown in FIGS. 5A and 5B can be varied by subjecting the assembly to an electric field (typically a DC electric field). However, such nanoparticle units can also be driven by an alternating electric field. This alternating electric field is typically in the radio frequency range, and also changes the average spacing between the tethered nanoparticles. The color change for any given nanoparticle unit is strongly frequency dependent, and the frequency at which the color change occurs can be controlled by varying the size of the nanoparticles and the nature of the tether. Thus, for example, one may have a single display medium that includes three different types of such nanoparticle units, each responding to a different drive frequency. When the three types of nanoparticle units are capable of producing three colors, for example, red, green and blue, imparting a waveform to the display medium containing any desired mixture of the three drive frequencies By providing a drive circuit that can provide full color, a full color single layer display can be manufactured. Amplitude modulation at different drive frequencies changes the degree of color developed by each different type of nanoparticle unit, thus allowing the display to achieve full color with gray scale.
[0160]
An alternative approach to driving this type of nanoparticle unit is to provide one or both of the nanoparticles and the tether with one or more acidic or basic groups to allow the pH (or pK a ) Depending on changing the charge on the nanoparticles and / or on the tether. For example, if both nanoparticles have acidic groups, at a pH low enough for the acidic groups to be protonated, the nanoparticles will become uncharged and tend to adhere to each other. However, at high pH, when the acidic groups are deprotonated, the charged forms of the nanoparticles have the same charge and repel each other. The change in charge on the nanoparticles can be further affected by providing functional groups on the nanoparticles that are sensitive to redox reactions. pH, pK a Alternatively, the required change in redox potential is achieved electrochemically as desired.
[0161]
Such driving of a color change by changing the charge on a nanoparticle may be particularly useful for the "one-to-many" type of nanoparticle unit. In this type, many small particles are anchored to the central core.
[0162]
Another variation of this type of display uses a "triad" of three different types of nanoparticles. Each particle in each triplet is anchored to each of the other two particles. Three particles are formed at different sizes and the charge is pH or pK a If groups are provided that vary at different levels of pH or pK as previously described. a Are varied, various colors can be achieved.
[0163]
In many of the previously described types of nanoparticle-based displays, it is observed that one of the states of the display is colored (a term used to include black) and the other state is transparent. (More particularly, in most cases, the aggregation of the nanoparticles causes a shift in the wavelength of the absorption peak. This shift can be between two visible wavelengths, such as a perceived color change Can be from red to blue, but in practice, it is convenient to have an absorption peak shift from the ultraviolet region to the visible region, or an absorption peak shift from the visible region to the infrared region, in these cases When the absorption peak is in the ultraviolet or infrared region, it appears transparent to the eyes). Therefore, the display of the present invention can be used as a color filter array. If it is desired that the display operate in a reflective mode, the reflector may be located behind the array (ie, on the side of the array opposite the side where the array is normally seen). However, if desired, the display can be back-lit and operate in a transmissive mode. Alternatively, the full color display of the present invention may be combined with a single color display capable of displaying gray scale to form a display capable of both gray scale and color. For example, the display of the present invention can be combined with an electrophoretic display (preferably an encapsulated electrophoretic display) as described in the aforementioned patents and applications.
[0164]
Apart from the use of nanoparticles instead of the larger dye particles used in prior art electrophoretic displays, the displays of the present invention may employ most of the techniques used in prior art electrophoretic displays, Any of the techniques described in the E Ink Corporation and Massachusetts Institute of Technology patents and applications mentioned above may be used. Readers will refer to these patents and applications for more detailed information. Thus, preferred embodiments of the present invention may provide encapsulated electrophoretic displays and materials and methods useful for their construction. This encapsulated electrophoretic display provides a flexible, reflective display, can be easily manufactured, consumes little power (or in the case of bistable displays in certain conditions) , Does not consume power). (States such as those shown in FIGS. 2B, 2C, 3B and 3C may not appear to be stable, but when the electric field is removed, the nanoparticles are randomly dispersed throughout the suspension fluid. In practice, in practice, there is often sufficient nanoparticle / nanoparticle and / or nanoparticle / microparticle wall interaction, at least for a long period of time compared to the switching time of the display. Note that it stabilizes the condition.) Such a display can therefore be employed for various applications.
[0165]
Although the display of the present invention may have more than two display states at each pixel, as previously described, the display of the present invention displays a different set of display states at different pixels or sub-pixels. Any of the known techniques can be used. For example, different media may be arranged in stripes or other geometric arrangements by printing (especially inkjet printing) or other deposition techniques. In particular, see WO 99/53373, supra. Alternatively, different media may be arranged in separate microcells to form pixels or sub-pixels having different display states. In particular, see WO 00/60410 above. In such displays using multiple media in different arrangements, not all media are media of the present invention. For example, such displays may be combined with one or more other electro-optical materials, such as the electrophoretic media described in the above-identified patents and applications, or a rotating ball media similar to that shown in FIG. One or more nanoparticle media of the present invention may be used.
[Brief description of the drawings]
FIG.
FIG. 1 is a schematic side view of a prior art electrophoretic display.
FIG. 2A
FIG. 2A is a schematic side view showing a state of the first electrophoretic display of the present invention including a single type of nanoparticles in a colored fluid.
FIG. 2B
FIG. 2B is a schematic side view showing the state of the first electrophoretic display of the present invention including a single type of nanoparticles in a colored fluid.
FIG. 2C
FIG. 2C is a schematic side view showing a state of the first electrophoretic display of the present invention including a single type of nanoparticles in a colored fluid.
FIG. 3A
FIG. 3A is a schematic side view similar to that of FIGS. 2A-2C, respectively, showing the state of the second monolayer electrophoretic display of the present invention, including two types of nanoparticles in a colored fluid. It is.
FIG. 3B
FIG. 3B is a schematic side view similar to that of FIGS. 2A-2C, respectively, showing a state of a second monolayer electrophoretic display of the present invention comprising two types of nanoparticles in a two-colored fluid. FIG.
FIG. 3C
FIG. 3C is a schematic side view similar to that of FIGS. 2A-2C, respectively, showing a state of a second monolayer electrophoretic display of the present invention comprising two types of nanoparticles in a two-colored fluid. FIG.
FIG. 4
FIG. 4 is a schematic diagram of a single nanoparticle of the third electrophoretic display of the present invention, wherein the nanoparticle is formed from two coated nanoparticles having opposite polarity charges.
FIG. 5A
FIG. 5A is a schematic diagram similar to that of FIG. 4, showing a different state of a single nanoparticle unit of the fourth electrophoretic display of the present invention, which unit typically forms this unit. Similar to that shown in FIG. 4 except that two nanoparticles are bonded together.
FIG. 5B
FIG. 5B is a schematic diagram similar to that of FIG. 4, showing a different state of a single nanoparticle unit of the fourth electrophoretic display of the present invention, which unit typically forms this unit. Similar to that shown in FIG. 4 except that two nanoparticles are bonded together.
FIG. 6A
FIG. 6A shows the state of a single unit of the fifth electrophoretic display of the present invention, and is a schematic side view similar to that of FIGS. 5A and 5B, so that the unit has a plurality of opposite polarities, And nanoparticles that form multiple colors, all connected to a common filament.
FIG. 6B
FIG. 6B shows the state of a single unit of the fifth electrophoretic display of the present invention, and is a schematic side view similar to that of FIGS. 5A and 5B, so that the unit has a plurality of opposite polarities, And nanoparticles that form multiple colors, all connected to a common filament.
FIG. 7
FIG. 7 is a schematic side view showing two different states of a sixth electrophoretic display of the present invention, wherein the unit of the display is coupled to a fixed body having one end of a filament fixed. Except for this, it is generally similar to that shown in FIGS. 6A-6B.
FIG. 8
FIG. 8 is a schematic side view showing two different states of the seventh electrophoretic display of the present invention, in which a plurality of nanoparticles are individually combined with a fixed body.
FIG. 9A
FIG. 9A shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9B
FIG. 9B shows the types of units generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9C
FIG. 9C shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9D
FIG. 9D shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9E
FIG. 9E shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9F
FIG. 9F illustrates units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9G
FIG. 9G shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 9H
FIG. 9H shows units of a type generally useful in the electrophoretic display of the present invention, which are generally similar to those shown in FIGS. 5A-5B.
FIG. 10A
FIG. 10A shows a third display state of the first two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 10B
FIG. 10B shows a third display state of the first two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 10C
FIG. 10C shows a third display state of the first two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 11A
FIG. 11A shows a fifth display state of the second two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 11B
FIG. 11B shows a fifth display state of the second two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 11C
FIG. 11C shows a fifth display state of the second two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 11D
FIG. 11D shows a fifth display state of the second two-layer electronic display of the present invention.
FIG. 11E
FIG. 11E shows a fifth display state of the second two-layer electronic display of the present invention.
FIG.
FIG. 12 shows a stage of a preferred process according to the invention for producing a nanoparticle assembly.
FIG. 13A
FIG. 13A shows a state of the nanoparticle assembly of the present invention in which a plurality of nanoparticles are bonded to a polymer chain via a flexible filament.
FIG. 13B
FIG. 13B shows a state of the nanoparticle assembly of the present invention in which a plurality of nanoparticles are bonded to a polymer chain via a flexible filament.
FIG. 14A
FIG. 14A shows the spatial arrangement of a nanoparticle assembly of the present invention in which a plurality of nanoparticles are combined with polymer chains having two different spatial arrangements.
FIG. 14B
FIG. 14B shows the spatial arrangement of a nanoparticle assembly of the present invention in which a plurality of nanoparticles are combined with polymer chains having two different spatial arrangements.

Claims (49)

複数のパーティクルを含む流体と、該流体に電場を印加し、これにより、該流体を通じて該パーティクルを移動させるように配列された少なくとも一つの電極とを含む電気泳動ディスプレイであって、
該パーティクルは、実質的に可視光の波長より小さい直径を有するナノパーティクルであり、該ナノパーティクルが分散された状態にあって、かつ、該流体にわたって均一に分散された場合に、該流体は、第１の光学的特徴を提示するが、該ナノパーティクルが、集まって凝集して、個々のナノパーティクルより実質的に大きくなる凝集された状態にある場合に、該流体は、該第１の光学的特徴とは異なる第２の光学的特徴を提示し、該電場が、該ナノパーティクルを分散された状態と凝集された状態との間に移動させるために有効であることを特徴とする電気泳動ディスプレイ。An electrophoretic display comprising: a fluid comprising a plurality of particles; and at least one electrode arranged to apply an electric field to the fluid, thereby moving the particles through the fluid.
The particles are nanoparticles having a diameter substantially smaller than the wavelength of visible light, and when the nanoparticles are in a dispersed state and are uniformly dispersed throughout the fluid, the fluid: Presenting a first optical characteristic, wherein the fluid, when in agglomerated state where the nanoparticles aggregate and become substantially larger than individual nanoparticles, the fluid Electrophoresis presenting a second optical feature different from the mechanical feature, wherein the electric field is effective to move the nanoparticles between a dispersed state and an aggregated state display. 前記ナノパーティクルは、２００ｎｍ以下の平均直径を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 1, wherein the nanoparticles have an average diameter of 200 nm or less. 前記ナノパーティクルは、５０ｎｍ以下の平均直径を有することを特徴とする請求項２に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 2, wherein the nanoparticles have an average diameter of 50 nm or less. 前記ナノパーティクルは、少なくとも一つの絶縁体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 1, wherein the nanoparticles include at least one insulator. 前記ナノパーティクルは、二酸化チタン、酸化亜鉛、粘土および珪酸マグネシウムのうちの任意の１以上を含むことを特徴とする請求項４に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 4, wherein the nanoparticles include any one or more of titanium dioxide, zinc oxide, clay, and magnesium silicate. 前記第１の光学的特徴は、低レベルの光散乱であり、前記第２の光学的特徴は、実質的に増加されたレベルの光散乱であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。6. The method of claim 1, wherein the first optical feature is a low level of light scattering and the second optical feature is a substantially increased level of light scattering. An electrophoretic display according to any one of the preceding claims. 前記ナノパーティクルは、少なくとも一つの導体および／または少なくとも一つの半導体を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to any one of claims 1 to 3, wherein the nanoparticles include at least one conductor and / or at least one semiconductor. 前記ナノパーティクルは、銀、金およびセレン化カドミウムのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項７に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 7, wherein the nanoparticles include at least one of silver, gold, and cadmium selenide. 前記第１および第２光学的特徴は、異なる色であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。9. The electrophoretic display according to claim 1, wherein the first and second optical features are different colors. 前記流体および前記ナノパーティクルは、少なくとも一つのカプセル内にカプセル化されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to any one of claims 1 to 9, wherein the fluid and the nanoparticles are encapsulated in at least one capsule. 前記流体および前記ナノパーティクルは、１０〜５００μｍの範囲の直径を有する複数のマイクロカプセル内にカプセル化されることを特徴とする請求項１０に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 10, wherein the fluid and the nanoparticles are encapsulated in a plurality of microcapsules having a diameter in a range from 10 to 500m. 異なる電気泳動移動度を有する少なくとも二つの異なる種類のナノパーティクルによって特徴つけられる請求項１〜１１のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。An electrophoretic display according to any of the preceding claims, characterized by at least two different types of nanoparticles having different electrophoretic mobilities. 前記二つの異なる種類のナノパーティクルは、反対の極性の電荷を有すること特徴とする請求項１２に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 12, wherein the two different types of nanoparticles have charges of opposite polarities. 前記ナノパーティクル含有流体が見られ得る表示表面によって特徴付けられる請求項１２または１３に記載の電気泳動ディスプレイであって、
（ａ）前記第１および第２の種類のナノパーティクルが該流体を通じて分散される第１の表示状態と、
（ｂ）該第１の種類のナノパーティクルが凝集され、該表示表面を通じて可視である第２の表示状態と、
（ｃ）該第２の種類のナノパーティクルが凝集され、該表示表面を通じて可視である第３の表示状態と
を有し、
該第１、第２および第３の表示状態は、少なくとも一つの光学的特徴において異なる、電気泳動ディスプレイ。Electrophoretic display according to claim 12 or 13, characterized by a display surface on which the nanoparticle-containing fluid can be seen,
(A) a first display state in which the first and second types of nanoparticles are dispersed through the fluid;
(B) a second display state in which the first type of nanoparticles are aggregated and visible through the display surface;
(C) a third display state in which the second type of nanoparticles is aggregated and visible through the display surface;
The electrophoretic display, wherein the first, second, and third display states differ in at least one optical feature. 前記流体は着色され、前記第１の表示状態は、該流体の色を表示し、前記第２の表示状態は、前記表示表面に隣接して凝集された前記第１の種類のナノパーティクルの色を表示し、前記第３の表示状態は、該表示表面に隣接して凝集された前記第２の種類のナノパーティクルの色を表示することを特徴とする請求項１３または１４に記載の電気泳動ディスプレイ。The fluid is colored, the first display state displays the color of the fluid, and the second display state is a color of the first type of nanoparticles aggregated adjacent the display surface. 15. The electrophoresis device according to claim 13, wherein the third display state displays a color of the second kind of nanoparticles aggregated adjacent to the display surface. 16. display. 前記流体は、光伝達可能であり、前記表示は、反射性または着色された表面を、前記表示表面から該流体の反対側上にさらに含み、前記第１の表示状態は、該流体を通じて該反射性または着色された表面を表示することを特徴とする請求項１４に記載の電気泳動ディスプレイ。The fluid is light transmissible, and the display further includes a reflective or colored surface on the opposite side of the fluid from the display surface, wherein the first display state includes the reflective condition through the fluid. The electrophoretic display according to claim 14, wherein the electrophoretic display displays a colored or colored surface. 前記第２の表示状態は、前記表示表面に隣接して凝集された前記第１の種類のナノパーティクルの色を表示し、前記第３の表示状態は、該表示表面に隣接して凝集された前記第２の種類のナノパーティクルの色を表示することを特徴とする請求項１３または１６に記載の電気泳動ディスプレイ。The second display state displays the color of the first type of nanoparticles aggregated adjacent to the display surface, and the third display state aggregates adjacent to the display surface. 17. The electrophoretic display according to claim 13, wherein a color of the second type of nanoparticles is displayed. 前記第１および第２の種類のナノパーティクルは、同じ極性の電荷を有するが、該第１の種類のナノパーティクルは、該第２の種類のナノパーティクルより高い電気泳動移動度を有し、その結果、前記第２の表示状態において、該第１および第２の種類のナノパーティクルは、前記表示表面に対して両方とも凝集されるが、該第１の種類のナノパーティクルが、該表示表面により近く、そのため、該第１の種類は、該表示表面を通じて可視であり、第３の表示状態において、第１および第２の種類のナノパーティクルは、前記反射性または着色された表面に隣接して両方とも凝集されるが、該第１の種類のナノパーティクルが、該反射性または着色された表面により近く、そのため、該第２の種類が、該表示表面を通じて可視であることを特徴とする請求項１６に記載の電気泳動ディスプレイ。The first and second types of nanoparticles have the same polarity of charge, but the first type of nanoparticles has a higher electrophoretic mobility than the second type of nanoparticles, and As a result, in the second display state, the first and second types of nanoparticles are both aggregated on the display surface, but the first type of nanoparticles are Close, so that the first type is visible through the display surface, and in a third display state, the first and second types of nanoparticles are adjacent to the reflective or colored surface Both are agglomerated, but note that the first type of nanoparticles is closer to the reflective or colored surface, so that the second type is visible through the display surface. An electrophoretic display according to claim 16,. 前記ナノパーティクルの少なくともいくつかは、それぞれが単一の基板に付着された複数のナノパーティクルを含むユニットの形態であり、そのため、該ユニットに電場を付与する際に、該ユニット内のパーティクル間の距離が変化され、これにより、該ユニットによって表示される光学的特徴が変化することを特徴とする請求項１〜１８のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。At least some of the nanoparticles are in the form of a unit that includes a plurality of nanoparticles each attached to a single substrate, such that when an electric field is applied to the unit, 19. The electrophoretic display according to any one of the preceding claims, wherein the distance is changed, thereby changing the optical characteristics displayed by the unit. （ａ）柔軟なフィラメントによって接続された少なくとも二つのナノパーティクルと、
（ｂ）固定されたボディに付着された一方の端部を有し、その反対側の端部に添付されるかまたは隣接する電気的に荷電されたボディを有する細長い柔軟性のあるフィラメントであって、該固定されたボディと該電気的に荷電されたボディとの間の空間が空けられた間隔に固定された複数のナノパーティクルを有し、その結果、前記ユニットに電場を付与する際、該固定されたボディと該電気的に荷電されたボディとの間の空間が変化され、これにより、該ナノパーティクル間の距離が変化する、フィラメント、または、
（ｃ）第１の電気的に荷電されたボディに付着された一方の端部と、該第１の電気的に荷電されたボディに対して反対極性の荷電を有する第２の電気的に荷電されたボディに付着されたその反対側の端部とを有する細長い柔軟性のあるフィラメントであって、該フィラメントは、二つの電気的に荷電されたボディ間の空間が空けられた間隔に固定された複数のナノパーティクルを有し、その結果、前記ユニットに電場を付与する際に、二つの電気的に荷電されたボディ間の空間が変化し、これにより、該ナノパーティクル間の距離が変化する、フィラメント
と含むことを特徴とする請求項１９に記載の電気泳動ディスプレイ。(A) at least two nanoparticles connected by a flexible filament;
(B) an elongated flexible filament having one end attached to a fixed body and having an electrically charged body attached to or adjacent to the opposite end. Wherein the space between the fixed body and the electrically charged body comprises a plurality of nanoparticles fixed at spaced intervals, so that when applying an electric field to the unit, The space between the fixed body and the electrically charged body is changed, thereby changing the distance between the nanoparticles, a filament, or
(C) one end attached to the first electrically charged body and a second electrically charged body having an opposite polarity charge with respect to the first electrically charged body. An elongated flexible filament having an opposite end attached to a shaped body, the filament being fixed in a spaced apart space between the two electrically charged bodies. A plurality of nanoparticles, so that when applying an electric field to the unit, the space between the two electrically charged bodies changes, thereby changing the distance between the nanoparticles. 20. The electrophoretic display according to claim 19, comprising a filament. 前記ナノパーティクルの少なくともいくつかは、電気的な電荷を有し、柔軟性のあるフィラメントを介して固定されたボディに付着され、その結果、該ナノパーティクルに電場を付与する際、該ナノパーティクルと該固定されたボディとの間の空間が変化することを特徴とする請求項１〜２０のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。At least some of the nanoparticles have an electrical charge and are attached to a fixed body via a flexible filament, such that when an electric field is applied to the nanoparticles, the nanoparticles become 21. The electrophoretic display according to claim 1, wherein a space between the fixed body and the fixed body changes. 前記電極および前記流体の両方が光伝達可能であることを特徴とし、順に、
表示表面を形成する光伝達可能な電極と、
前記ナノパーティクル含有流体と、
光伝達可能な第２の電極と、
電気光学媒体と、
第３の電極と
を含み、該電気光学媒体は、該第２および第３の電極間に電場を付与することによって第１の光学的状態と第２の光学的状態との間でスイッチングされることが可能であり、
（ａ）複数のナノパーティクルが該流体を通じて分散され、該電気光学媒体は、該第１の光学的状態にあり、該表示表面を通じて可視である第１の表示状態と、
（ｂ）複数のナノパーティクルが該流体を通じて分散され、該電気光学媒体が第２の光学的状態にあり、該表示表面を通じて可視である第２の表示状態と、
（ｃ）複数のナノパーティクルが凝集され、該表示表面を通じて可視である第３の表示状態と
を有し、該第１、第２および第３の表示状態は、少なくとも一つの光学的特徴において異なることによってさらに特徴付けられる請求項１〜２１のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。Wherein both the electrode and the fluid are capable of transmitting light,
An electrode capable of transmitting light forming a display surface;
The nanoparticle-containing fluid,
A second electrode capable of transmitting light,
An electro-optic medium,
A third electrode, wherein the electro-optic medium is switched between a first optical state and a second optical state by applying an electric field between the second and third electrodes. Is possible,
(A) a plurality of nanoparticles dispersed through the fluid, wherein the electro-optic medium is in the first optical state and is visible through the display surface;
(B) a second display state in which the plurality of nanoparticles are dispersed through the fluid, the electro-optic medium is in a second optical state, and is visible through the display surface;
(C) a plurality of nanoparticles aggregated and a third display state visible through the display surface, wherein the first, second, and third display states differ in at least one optical feature. The electrophoretic display according to any one of claims 1 to 21, further characterized by: 前記第３の表示状態において、前記複数の第１のナノパーティクルは凝集され、前記表示表面を通じて可視であり、電気的ディスプレイは、複数の第２のナノパーティクルが凝集され、該表示表面を通じて可視である第４の表示状態を有し、該第１、第２、第３および第４の表示状態は、少なくとも一つの光学的特徴において異なることを特徴とする請求項１２または２２に記載の電気泳動ディスプレイ。In the third display state, the plurality of first nanoparticles are aggregated and are visible through the display surface, and the electrical display is wherein the plurality of second nanoparticles are aggregated and visible through the display surface. 23. The electrophoresis device according to claim 12, having a certain fourth display state, wherein the first, second, third and fourth display states are different in at least one optical feature. display. 前記電気光学媒体は、第２の電気泳動媒体を含むことを特徴とする請求項２２または２３に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 22, wherein the electro-optical medium includes a second electrophoretic medium. 前記第２の電気泳動媒体は、複数のナノパーティクルを第２の流体中に含むことを特徴とする請求項２４に記載の電気泳動ディスプレイ。The electrophoretic display according to claim 24, wherein the second electrophoretic medium includes a plurality of nanoparticles in a second fluid. 前記第２の電気泳動媒体は、第２の流体と、該第２の流体中の複数の第３の種類のナノパーティクルと、該第２の流体中の複数の第４の種類のナノパーティクルとを含み、該第３および第４の種類のナノパーティクルは、電気泳動の移動度が異なることを特徴とし、前記第１の表示状態において、該複数の第３のナノパーティクルは、凝集され、前記表示表面を通じて可視であり、前記第２の表示状態において、該複数の第４のナノパーティクルが凝集され、該表示表面を通じて可視であり、前記第１および第２の種類のナノパーティクルが関連される流体を通じて分散され、該第３および第４の種類のナノパーティクルが該第２の流体を通じて分散される第５の表示状態を有し、該第１、第２、第３、第４および第５の表示状態は、少なくとも一つの光学特徴において異なることをさらに特徴とする請求項２４または２５に記載の電気泳動ディスプレイ。The second electrophoretic medium includes a second fluid, a plurality of third types of nanoparticles in the second fluid, and a plurality of fourth types of nanoparticles in the second fluid. Wherein the third and fourth types of nanoparticles have different electrophoretic mobilities, and in the first display state, the plurality of third nanoparticles are aggregated, Visible through a display surface and, in the second display state, the plurality of fourth nanoparticles are aggregated and visible through the display surface and the first and second types of nanoparticles are associated. A fifth display state in which the third and fourth types of nanoparticles are dispersed through the second fluid, wherein the first, second, third, fourth, and fifth particles are dispersed through the fluid; The display status of An electrophoretic display according to claim 24 or 25 also further characterized in differ in one optical feature. 前記第２の流体は着色され、前記第３および第４の種類のナノパーティクルは、反対極性の電荷を有し、前記第５の表示状態は、該第２の流体の色を表示することを特徴とする請求項２６に記載の電気泳動ディスプレイ。The second fluid is colored, the third and fourth types of nanoparticles have charges of opposite polarity, and the fifth display state displays a color of the second fluid. The electrophoretic display according to claim 26, characterized in that: 前記第２の流体は光伝達可能であり、反射性または着色された面を前記表示表面から該第２の流体の反対側上にさらに含み、前記第５の表示状態は、該第２の流体を通じて反射性または着色された面を表示することを特徴とする請求項２６に記載の電気泳動ディスプレイ。The second fluid is light transmissible, and further includes a reflective or colored surface on the opposite side of the second fluid from the display surface, wherein the fifth display state comprises the second fluid. The electrophoretic display according to claim 26, wherein a reflective or colored surface is displayed through the display. 前記第１から第５の表示状態は、白色、黒色、赤色、緑色および青色の状態または白色、黒色、黄色、シアンおよびマゼンタの状態を含む特徴とする請求項２６〜２８のいずれか一つに記載の電気泳動ディスプレイ。29. The display device according to claim 26, wherein the first to fifth display states include white, black, red, green and blue states or white, black, yellow, cyan and magenta states. An electrophoretic display as described. 実質的に可視光の波長未満の直径を有するナノパーティクルを含むナノパーティクルアセンブリであって、該ナノパーティクルから分離したオブジェクトと、該ナノパーティクルおよび該オブジェクトを結合し、その結果、該ナノパーティクルの少なくとも一つの光学的特徴が該ナノパーティクルと該オブジェクトとの間の空間により変動する、柔軟性のあるフィラメントとによって特徴付けられるナノパーティクルアセンブリ。A nanoparticle assembly comprising nanoparticles having a diameter substantially less than the wavelength of visible light, comprising: an object separated from the nanoparticles; and the nanoparticles and the objects are coupled, such that at least one of the nanoparticles A nanoparticle assembly characterized by a flexible filament, one optical characteristic of which varies with the space between the nanoparticle and the object. 前記少なくとも一つのナノパーティクルおよび前記オブジェクトは、電気的に荷電され、その結果、アセンブリに電場を付与する際に、該ナノパーティクルと該オブジェクトとの間の空間が変化することを特徴とする請求項３０に記載のナノパーティクルアセンブリ。The method of claim 1, wherein the at least one nanoparticle and the object are electrically charged, such that a space between the nanoparticle and the object changes when an electric field is applied to the assembly. 31. The nanoparticle assembly according to 30. 請求項２〜９の任意の一つに規定された任意の１以上の性質によって特徴付けられる請求項３０または３１に記載のナノパーティクルアセンブリ。32. The nanoparticle assembly according to claim 30 or 31, characterized by any one or more properties defined in any one of claims 2-9. 前記オブジェクトは、
（ａ）単一のフィラメントに付着された少なくとも二つのナノパーティクルを含むような第２のナノパーティクルと、
（ｂ）前記フィラメントの一方の端部に添付されるかまたは隣接する電気的に荷電されたボディであって、固定されたボディに付着された反対側の端部を有し、該固定されたボディと該電気的に荷電されたボディとの間に空間を空けた間隔で固定された複数のナノパーティクルを有し、該固定されたボディと該家電されたボディとの間の空間は変化し、これにより、該ナノパーティクル間の距離が変化する、フィラメントか、または、
（ｃ）前記柔軟性のあるフィラメントの一方の端部に添付されるかまたは隣接する第１の電気的に荷電されたボディであって、該フィラメントは、該第１の電気的に荷電されたボディに対して反対極性の電荷を有する第２の電気的に荷電されたボディに付着された反対側端部を有し、該フィラメントは、該二つの電気的に荷電されたボディ間に空間を空けた間隔で固定された複数のナノパーティクルを有し、その結果、該ユニットに電場を付与する際に、該二つの電気的に荷電されたボディ間の空間が変化し、これにより、該ナノパーティクル間の距離が変化する、ボディと
を含むことを特徴とする請求項３０〜３２のいずれか一つに記載のナノパーティクルアセンブリ。The object is
(A) a second nanoparticle comprising at least two nanoparticles attached to a single filament;
(B) an electrically charged body attached to or adjacent to one end of the filament, the body having an opposite end attached to a fixed body; A plurality of nanoparticles fixed at spaced intervals between the body and the electrically charged body, wherein a space between the fixed body and the home appliance body varies; , Thereby changing the distance between the nanoparticles, a filament, or
(C) a first electrically charged body attached to or adjacent to one end of the flexible filament, wherein the filament is the first electrically charged body; An opposite end attached to a second electrically charged body having a charge of opposite polarity to the body, the filament defining a space between the two electrically charged bodies; Having a plurality of nanoparticles fixed at spaced intervals, such that when applying an electric field to the unit, the space between the two electrically charged bodies changes, thereby causing the 33. The nanoparticle assembly according to any one of claims 30 to 32, comprising a body, wherein a distance between the particles changes. 電気的荷電を有し、分離した柔軟性のあるフィラメントを介して前記オブジェクトに付着され、そのため、前記ナノパーティクルに電場を付与する際に、該ナノパーティクルと前記固定されたボディとの間の空間が変化する、複数のナノパーティクルによって特徴付けられる請求項３０〜３２のいずれか一つに記載のナノパーティクルアセンブリ。A space between the nanoparticle and the fixed body when applying an electric field to the nanoparticle when applied to the object via a separate flexible filament having an electrical charge 33. The nanoparticle assembly according to any one of claims 30 to 32, wherein the nanoparticle assembly is characterized by a plurality of nanoparticles that vary. 前記オブジェクトは、複数のナノパーティクルを有するポリマー鎖であり、該ナノパーティクルは、分離したフィラメントを介して該ポリマー鎖上の空間が空けられた付着点に付着され、各ナノパーティクルは、結合さあれたフィラメントが該ポリマー鎖から離れるように延び、その結果、該ナノパーティクルは該ポリマー鎖から空間が空けられる第１の位置と、該ナノパーティクルが該ポリマー鎖に隣接して存在する第２の位置とを有すること特徴とする請求項３０〜３２のいずれか一つに記載のナノパーティクルアセンブリ。The object is a polymer chain having a plurality of nanoparticles, wherein the nanoparticles are attached to the space-attached attachment points on the polymer chain via separate filaments, and each nanoparticle is associated with one another. The filaments extend away from the polymer chain such that the nanoparticles are spaced apart from the polymer chain at a first location and a second location at which the nanoparticles are adjacent to the polymer chain. The nanoparticle assembly according to any one of claims 30 to 32, comprising: 前記ナノパーティクルは電気的に荷電され、前記ポリマー鎖は電気的に活性であり、該ナノパーティクルは、該電気的に活性なポリマー上の荷電を変化させることによって、それらの第１の位置からそれらの第２の位置に移動されることを特徴とする請求項３５に記載のナノパーティクルアセンブリ。The nanoparticles are electrically charged, the polymer chains are electrically active, and the nanoparticles are moved from their first position by changing the charge on the electrically active polymer. 36. The nanoparticle assembly according to claim 35, wherein the nanoparticle assembly is moved to a second position. 前記ナノパーティクルは、非球状であることを特徴とする請求項３０〜３６のいずれか一つに記載のナノパーティクルアセンブリ。The nanoparticle assembly according to any one of claims 30 to 36, wherein the nanoparticles are non-spherical. 前記ナノパーティクルは、異なる物質のコアを取り囲む一つの物質のシェルを含むことを特徴とする請求項３０〜３７のいずれか一つに記載のナノパーティクルアセンブリ。The nanoparticle assembly according to any one of claims 30 to 37, wherein the nanoparticles include a shell of one material surrounding a core of a different material. 前記シェルおよびコアのうちの一方は、電気的に絶縁しており、他方は電気的に導通することを特徴とする請求項３８に記載のナノパーティクルアセンブリ。39. The nanoparticle assembly of claim 38, wherein one of the shell and the core is electrically insulated and the other is electrically conductive. 複数のナノパーティクルを含むナノパーティクルアセンブリであって、ポリマー鎖であって、該ナノパーティクルは、該ポリマー鎖に沿って互いに空間が空けられ、該ポリマーは、第１および第２のコンホメーションを有し、その結果、該鎖に沿って隣接するナノパーティクル間の距離が該第１および第２のコンホメーションにおいて異なり、該ナノパーティクルアセンブリの少なくとも一つの光学的特徴が該第１および第２のコンホメーション間で異なる、ポリマー鎖によって特徴付けられるナノパーティクルアセンブリ。A nanoparticle assembly comprising a plurality of nanoparticles, wherein the polymer chains are spaced apart from each other along the polymer chains, and the polymer has a first and a second conformation. The distance between adjacent nanoparticles along the chain is different in the first and second conformations, and at least one optical feature of the nanoparticle assembly is different from the first and second conformations. Nanoparticle assemblies characterized by polymer chains that differ between conformations of 前記ポリマー鎖は、酸化還元反応によりその第１および第２のコンホメーション間で変化され得ることを特徴とする請求項４０に記載のナノパーティクルアセンブリ。41. The nanoparticle assembly of claim 40, wherein the polymer chain can be changed between its first and second conformations by a redox reaction. 連結基を介してオブジェクトに固定されたナノパーティクルを含むナノパーティクルアセンブリを形成するためのプロセスであって、
ナノパーティクルを、該連結基と、処理の条件下で該ナノパーティクルと反応することが可能な第１の官能基を含む連結試薬で処理し、これにより、該第１の官能基を該ナノパーティクルと反応させ、該連結基を該ナノパーティクルに固定する工程と、
その後に、該連結基を有する該ナノパーティクルを、第２の官能基を該連結基上に生成するのに効果的な改変試薬で処理する工程であって、該第２の官能基は、該オブジェクトと反応することが可能である、工程と、
その後に、該連結基と、該第２の官能基を有する該ナノパーティクルを、該第２の官能基を該オブジェクトと反応させるのに効果的な条件下に該オブジェトと接触させ、これにより、該ナノパーティクルアセンブリを形成する工程と
で特徴付けられるプロセス。A process for forming a nanoparticle assembly including nanoparticles fixed to an object via a linking group,
Treating the nanoparticles with a linking reagent comprising the linking group and a first functional group capable of reacting with the nanoparticles under the conditions of the treatment, whereby the first functional group is And fixing the linking group to the nanoparticles,
Thereafter, treating the nanoparticles having the linking group with a modifying reagent effective to generate a second functional group on the linking group, wherein the second functional group comprises A process capable of reacting with the object;
Thereafter, contacting the linking group and the nanoparticles having the second functional group with the object under conditions effective to cause the second functional group to react with the object; Forming the nanoparticle assembly. 前記オブジェクトは、第２のナノパーティクルであることを特徴とする請求項４２に記載のプロセス。43. The process of claim 42, wherein said object is a second nanoparticle. 前記二つのナノパーティクルは、反対極性の電荷を有することを特徴とする請求項４２または４３に記載のプロセス。44. The process according to claim 42 or 43, wherein the two nanoparticles have charges of opposite polarities. 前記オブジェクトは電極であり、プロセスにおいて、複数のナノパーティクルは、分離した連結基を介して該電極に固定されることを特徴とする請求項４２に記載のプロセス。43. The process of claim 42, wherein the object is an electrode, and wherein the plurality of nanoparticles are fixed to the electrode via separate linking groups in the process. （ａ）前記第１の官能基は、チオール、アミン、ホスフィンまたはヒドロキシル基を含むこと、
（ｂ）前記連結基は、アルキルまたはアルケン基を含むこと、
（ｃ）前記連結基は、５０ｎｍ以下の長さを有すること
の任意の１以上によって特徴付けられる請求項４２〜４５のいずれか一つに記載のプロセス。(A) the first functional group comprises a thiol, amine, phosphine or hydroxyl group;
(B) the linking group includes an alkyl or alkene group;
46. The process of any one of claims 42 to 45, wherein (c) the linking group is characterized by any one or more of having a length of 50 nm or less. 前記第２の官能基の生成は、該第２の官能基の保護された形態から保護基を除去することによってもたらされること特徴とする請求項４２〜４６のいずれか一つに記載のプロセス。47. The process according to any one of claims 42 to 46, wherein the production of the second functional group is effected by removing a protecting group from a protected form of the second functional group. 前記第２の官能基は、チオール、アミン、ホスフィンまたはヒドロキシル基であることを特徴とする請求項４２〜４７のいずれか一つに記載のプロセス。48. The process according to any one of claims 42 to 47, wherein the second functional group is a thiol, amine, phosphine or hydroxyl group. 前記第２の官能基の前記保護された形態は、ベンジル、アセチル、アルキル、カルボネートまたはカルバメート保護基によって保護されたチオール基、または、ベンジル、カルバメート、カルボネートまたはアルキル基によって保護されたアミン基を含むか、または、イミン、アミドまたは尿素の群の形態であることを特徴とする請求項４８に記載のプロセス。The protected form of the second functional group comprises a thiol group protected by a benzyl, acetyl, alkyl, carbonate or carbamate protecting group, or an amine group protected by a benzyl, carbamate, carbonate or alkyl group 49. The process of claim 48, wherein the process is in the form of a group of imines, amides or ureas.
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114946A (en) * 2003-10-07 2005-04-28 Asahi Glass Co Ltd Optical element
JP2006343457A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd Display device
JP2006343650A (en) * 2005-06-10 2006-12-21 Fuji Xerox Co Ltd Dimmer composition, optical element, and dimming method of element
JP2006349903A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Display element, display method and display apparatus
JP2006350111A (en) * 2005-06-17 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Display medium, display element and display method
JP2007156151A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Fuji Xerox Co Ltd Display medium, display element, and display method
JP2007249188A (en) * 2006-02-14 2007-09-27 Fuji Xerox Co Ltd Image displaying medium, image display device, writing device and image displaying program
JP2008518346A (en) * 2004-10-29 2008-05-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Device with frontmost surface and display
US7688496B2 (en) 2005-11-25 2010-03-30 Fuji Xerox Co., Ltd. Display medium, display device and display method
JP2010244008A (en) * 2009-04-07 2010-10-28 Chunghwa Picture Tubes Ltd Pixel driving structure of particle display displaying three colors and method for displaying colors thereof
JP2012177940A (en) * 2012-06-04 2012-09-13 Fuji Xerox Co Ltd Image display medium, image display device, and image display program
CN112005166A (en) * 2018-04-23 2020-11-27 伊英克公司 Variable transmission device based on nanoparticles

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7075502B1 (en) 1998-04-10 2006-07-11 E Ink Corporation Full color reflective display with multichromatic sub-pixels
TWI229230B (en) 2002-10-31 2005-03-11 Sipix Imaging Inc An improved electrophoretic display and novel process for its manufacture
DE10302605B4 (en) * 2003-01-23 2006-05-24 Humboldt-Universität Zu Berlin Arrangement and method for diffracting light waves on a diffraction structure
US8253654B2 (en) 2007-03-16 2012-08-28 Motorola Mobility Llc Visual interface control based on viewing display area configuration
JP5239185B2 (en) * 2007-03-26 2013-07-17 セイコーエプソン株式会社 Electrophoretic display and electronic device
US8049747B2 (en) 2007-12-14 2011-11-01 Motorola Mobility, Inc. Light diffuser for a stretchable display
WO2012152392A1 (en) * 2011-05-09 2012-11-15 Merck Patent Gmbh Particles for electrophoretic displays

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6067185A (en) * 1997-08-28 2000-05-23 E Ink Corporation Process for creating an encapsulated electrophoretic display
US6241921B1 (en) * 1998-05-15 2001-06-05 Massachusetts Institute Of Technology Heterogeneous display elements and methods for their fabrication

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005114946A (en) * 2003-10-07 2005-04-28 Asahi Glass Co Ltd Optical element
JP4529407B2 (en) * 2003-10-07 2010-08-25 旭硝子株式会社 Refractive index distribution control optical element
JP2008518346A (en) * 2004-10-29 2008-05-29 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Device with frontmost surface and display
JP2006343457A (en) * 2005-06-08 2006-12-21 Casio Comput Co Ltd Display device
JP2006343650A (en) * 2005-06-10 2006-12-21 Fuji Xerox Co Ltd Dimmer composition, optical element, and dimming method of element
JP2006349903A (en) * 2005-06-15 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Display element, display method and display apparatus
JP2006350111A (en) * 2005-06-17 2006-12-28 Fuji Xerox Co Ltd Display medium, display element and display method
US8531757B2 (en) 2005-06-17 2013-09-10 Fuji Xerox Co., Ltd. Display medium and display element, and display method
US7688496B2 (en) 2005-11-25 2010-03-30 Fuji Xerox Co., Ltd. Display medium, display device and display method
JP2007156151A (en) * 2005-12-06 2007-06-21 Fuji Xerox Co Ltd Display medium, display element, and display method
US7609435B2 (en) 2005-12-06 2009-10-27 Fuji Xerox Co., Ltd. Display medium, display device, and displaying method
JP2007249188A (en) * 2006-02-14 2007-09-27 Fuji Xerox Co Ltd Image displaying medium, image display device, writing device and image displaying program
US9129566B2 (en) 2006-02-14 2015-09-08 Fuji Xerox Co., Ltd. Image displaying medium, image display device, writing device and displaying method
JP2010244008A (en) * 2009-04-07 2010-10-28 Chunghwa Picture Tubes Ltd Pixel driving structure of particle display displaying three colors and method for displaying colors thereof
US8232961B2 (en) 2009-04-07 2012-07-31 Chunghwa Picture Tubes, Ltd. Pixel driving structure of displaying three colors of particle display and its displaying colors method
JP2012177940A (en) * 2012-06-04 2012-09-13 Fuji Xerox Co Ltd Image display medium, image display device, and image display program
CN112005166A (en) * 2018-04-23 2020-11-27 伊英克公司 Variable transmission device based on nanoparticles
JP2021515274A (en) * 2018-04-23 2021-06-17 イー インク コーポレイション Nanoparticle-based variable transmission device
JP2022040289A (en) * 2018-04-23 2022-03-10 イー インク コーポレイション Nano-particle based variable transmission devices
JP7152494B2 (en) 2018-04-23 2022-10-12 イー インク コーポレイション Nanoparticle-based tunable transmission device
CN112005166B (en) * 2018-04-23 2024-05-10 伊英克公司 Nanoparticle-based variable transmission device

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WO2002057843A3 (en) 2002-12-12
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