JP2004536344A

JP2004536344A - In-plane switching electrophoretic display

Info

Publication number: JP2004536344A
Application number: JP2003514338A
Authority: JP
Inventors: ロン−チャン・リアン; ジェリー・チュン; デイビッド・チェン
Original assignee: Sipix Imaging Inc
Current assignee: E Ink California LLC
Priority date: 2001-07-17
Filing date: 2002-07-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: JP4093958B2; EP1407321A1; KR20040030815A; TW552485B; KR100859306B1; WO2003009059A1; CN1397831A; CN1196020C

Abstract

本発明はインプレーンスイッチング（ＩＰＳ：in plane switching）モードを含む改善されたＥＰＤに関する。より詳細には、本発明のＥＰＤは、適切に規定された寸法、形状およびアスペクト比を有するマイクロカップから形成される隔離されたセルを含み、セル内の粒子の運動をインプレーンスイッチングモードで制御する。本発明のＥＰＤは連続製造プロセスで製造することができ、また、このディスプレイにより彩度が改善される。The present invention relates to an improved EPD that includes an in-plane switching (IPS) mode. More particularly, the EPD of the present invention includes isolated cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios, controlling the movement of particles within the cells in an in-plane switching mode. I do. The EPD of the present invention can be manufactured in a continuous manufacturing process, and the display improves the saturation.

Description

【背景技術】
【０００１】
電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：electrophoretic display）は、着色された（または色付きの）誘電性溶媒中に懸濁している帯電色素粒子に作用する電気泳動現象に基づく非発光デバイスである。この一般的なタイプのディスプレイは１９６９年に初めて提案された。ＥＰＤは、典型的には、一対の対向する離間したプレート状電極を、電極間における所定の距離を予め決めるスペーサーと共に有して成る。少なくとも一方の電極（典型的には表示（viewing）側）は透明である。パッシブタイプのＥＰＤの場合、ディスプレイを駆動するには上部（表示側）および底部プレートにそれぞれある行および列電極が必要である。他方、アクティブタイプのＥＰＤの場合には、底部プレートにある薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイおよび上部表示基板にあるパターン形成していないコモン透明導体プレートが必要である。着色された誘電性溶媒およびその中で分散している帯電色素粒子で構成される電気泳動流体が２つの電極の間に閉じ込められている。
【０００２】
２つの電極間に電圧差が付与されると、色素粒子はその極性と反対の極性のプレートに引き寄せられることによって移動する。よって、プレートを選択的に帯電させることによって、透明プレートにて見られる色を溶媒の色または色素粒子の色のいずれかに決定できる。プレート極性を反転させることで粒子を反対側のプレートへ戻して移動させることができ、これにより色を反転できる。電圧レンジでプレートの帯電を制御することによって、中間の色素濃度による中間色濃度（またはグレーの濃さ）を透明プレートにて実現できる。このタイプの反射型ＥＰＤディスプレイではバックライトは不要である。
【０００３】
透過型ＥＰＤは米国特許第６，１８４，８５６号に開示されており、これにはバックライト、カラーフィルターおよび２つの透明電極を有する基材が使用されている。電気泳動セルはライトバルブとして機能する。集合した状態では、粒子はセルの横方向領域の被覆を最小限にするように配置され、これによりバックライトはセルを通過できる。分布した（または散らばった）状態では、粒子はピクセルの横方向領域を覆うように配置され、バックライトを散乱させ、または吸収する。しかしながら、このデバイスに用いられるバックライトおよびカラーフィルターは多大な電力を消費し、ＰＤＡ（携帯情報端末：Personal Digital Assistant）および電子書籍などの携帯型デバイスには望ましくない。
【０００４】
ＥＰＤの通常の上部／底部（またはトップ／ボトム）電極スイッチングモードの他に、反射型「インプレーン（in-plane：または平面もしくは面内）」スイッチングＥＰＤが、Ｅ．Ｋｉｓｈｉら、「５．１：Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ式ＥＰＤの開発（development of In-Plane EPD）」、キヤノンリサーチセンター、ＳＩＤ００ダイジェスト、第２４〜２７頁（２０００年）およびＳａｌｌｙＡ．Ｓｗａｎｓｏｎら、「５．２：高性能電気泳動ディスプレイ（High Performance Electrophoretic Displays）」、ＩＢＭアルマデンリサーチセンター、ＳＩＤ００ダイジェスト、第２９〜３１頁（２０００年）に開示されている。しかしながら、これらの文献にはモノクロのインプレーンスイッチングＥＰＤしか開示されていない。マルチカラーディスプレイを製造するため、カラーフィルターあるいは隔離されたカラーピクセルまたはセル構造のいずれかが色分解および演色のために必要である。カラーフィルターは典型的には高価であり、電力効率が高くない。他方、インプレーンスイッチングモードにおける色分解および演色のために、隔離されたピクセルまたはセルを製造することはこれまで教示されていない。
【０００５】
異なるピクセルまたはセル構造を有するＥＰＤが従来技術、例えば仕切り型ＥＰＤ（Ｍ．Ａ．ＨｏｐｐｅｒおよびＶ．Ｎｏｖｏｔｎｙ、アイ・イー・イー・イー・トランス・エレクトロン・デバイシィーズ（IEEE Trans. Electr. Dev.）、ＥＤ２６巻、第８号、第１１４８〜１１５２頁（１９７９年））およびマイクロカプセル化ＥＰＤ（米国特許第５，９６１，８０４号および同第５，９３０，０２６号）において報告されており、これらの各々は以下に記載するような個々の問題点を有している。
【０００６】
仕切り型ＥＰＤでは、粒子の望ましくない運動、例えば沈降を防止するために、空間をより小さなセルに分割するように２つの電極の間に仕切（またはパーティション）が設けられている。しかしながら、仕切りの形成、ディスプレイに流体を充填し、ディスプレイに流体を閉じ込め、異なる色の懸濁物を互いに分離した状態に保つというプロセスは困難である。
【０００７】
マイクロカプセル化ＥＰＤは、誘電性流体と帯電色素粒子の分散物との電気泳動組成物をそれぞれが有するマイクロカプセルの実質的に２次元的なアレンジメント（または配置）を有し、この粒子は誘電性溶媒と視覚的に対照をなす。マイクロカプセルは、典型的には水性溶液中で調製されて有用なコントラスト比を得、その平均粒子寸法は比較的大きい（５０〜１５０ミクロン）。マイクロカプセル寸法が大きいために、引掻抵抗に乏しく、大きいカプセルに対して大きい隙間が２つの電極間において必要となるので所定の電圧に対する応答時間が遅くなる。また、水性溶液中で調製したマイクロカプセルの親水性シェルは典型的には高い湿度および温度状態に対して敏感である。これらの欠点を回避するために多量のポリマーマトリックス中にマイクロカプセルを埋め込むと、マトリックスを使用していることにより、応答時間が更に遅くなり、および／またはコントラスト比が小さくなる。スイッチング速度を向上させるため、このタイプのＥＰＤではしばしば帯電制御剤が必要である。しかしながら、水性溶液中でのマイクロカプセル化プロセスにより、使用可能な帯電制御剤のタイプが制限される。マイクロカプセルシステムに関する他の短所には、解像度が低いことおよび色を適用する場合のアドレス性（addressability：アドレッサビリティ）が低いことがある。
【０００８】
近年、改善されたＥＰＤ技術が、同時継続出願である２０００年３月３日に出願された米国出願第０９／５１８，４８８号（国際公開第０１／６７１７０号に対応）、２００１年１月１１日に出願された米国出願第０９／７５９，２１２号、２０００年６月２８日に出願された米国出願第０９／６０６，６５４号（国際公開第０２／０１２８１号に対応）および２００１年２月１５日に出願された米国出願第０９／７８４，９７２号に開示された。これら全ては参照することにより本明細書に組み込まれる。改善されたＥＰＤには、適切に規定された形状、寸法およびアスペクト比を有するマイクロカップから形成されており、また誘電性溶媒中で分散した帯電色素粒子が充填されている、閉じられ、隔離されたセルが含まれる。電気泳動流体は各マイクロカップ内にて隔離され、封止されている。
【０００９】
実際、マイクロカップ構造によって、フォーマットに対して融通がきき、ＥＰＤを製造するのに効率的なロール・トゥ・ロール連続製造プロセスを実施できる。このディスプレイは、ＩＴＯ／ＰＥＴなどの導体フィルムでできている連続ウェブ上に、例えば（１）ＩＴＯ／ＰＥＴフィルム上に放射線硬化性組成物をコーティングし、（２）マイクロエンボス加工またはフォトリソグラフィ法によりマイクロカップ構造を形成し、（３）電気泳動流体を充填し、マイクロカップを封止し、（４）封止したマイクロカップに他の導体フィルムをラミネートし、および（５）アセンブリ（または組立て）に望ましい寸法またはフォーマットへディスプレイをスライスおよび切断することによって、製造できる。
【００１０】
このＥＰＤ設計の利点は、マイクロカップ壁が事実上、上部および底部基材を所定の距離だけ離して維持するビルトイン（または組込み）スペーサーとなっていることにある。マイクロカップディスプレイの機械的特性および構造的一体性は、スペーサー粒子を使用することによって製造したものを含む従来のいかなるディスプレイよりも極めて優れている。加えて、マイクロカップを含むディスプレイは、ディスプレイが曲がり、丸められ、例えばタッチスクリーンに適用した場合などの圧縮圧力下にあるときの信頼性の高いディスプレイ性能を含む望ましい機械的特性を有する。また、ディスプレイパネルの寸法を制限および予め決定し、所定の領域内にディスプレイ流体を閉じ込めていたエッジシール接着剤は、マイクロカップ技術を使用することにより不要となる。エッジシール接着法により製造される従来のディスプレイ内のディスプレイ流体は、何らかによりディスプレイが切断されたり、またはディスプレイに穴が開いたときには完全に漏れ出てしまう。損傷したディスプレイは最早機能しない。これに対してマイクロカップ技術により製造されるディスプレイ内のディスプレイ流体は各セル内に封入および隔離されている。このマイクロカップディスプレイは、アクティブ領域にあるディスプレイ流体を失うことによってディスプレイ性能を損なうという危険性なしに、ほぼあらゆる大きさに切断できる。換言すれば、このマイクロカップ構造はフォーマットに対して融通のきくディスプレイの製造方法を可能にし、この方法により、任意の所望のフォーマットへとスライスおよびダイシングできる大面積シートフォーマットでディスプレイを連続生産できる。隔離されたマイクロカップまたはセル構造は、例えば色およびスイッチング速度などの所定の特性が異なる流体をセルに充填する場合に特に重要である。マイクロカップ構造なしには、隣接する領域内の流体が相互に混合することまたは動作中にクロストークが生じることを防止するのは困難である。
【００１１】
従って、マルチカラーディスプレイは、異なる色（例えば赤、緑または青）の色素が充填されたマイクロカップから形成される小さいピクセルを有する空間的に隣接するアレイを用いて製造してよい。しかしながら、伝統的な上部／底部電極スイッチングモードを有するこのタイプのシステムには重大な欠点がある。「ターン・オフ」状態の着色されたピクセルから反射される白色光は「ターン・オン」状態の色の彩度を大きく減少させる。これに関するより詳細な内容は下記の「発明の詳細な説明」の欄にて述べる。
【００１２】
この欠点は各ピクセルを黒色にスイッチングする（または切り替える）ように、例えばポリマー分散液晶などのオーバーレイ・シャッター・デバイスによって改善できるが、この方法の短所はオーバーレイ・デバイスが高コストで駆動回路設計が複雑なことである。
【００１３】
従って、改善された特性を有し、効率的な方法で製造することもできるＥＰＤが依然として必要とされている。
【発明の要旨】
【００１４】
本発明は、イメージを形成するためにインプレーンスイッチング（in-plane switching：または平面スイッチングもしくはＩＰＳ）モードを備える改善されたＥＰＤに関する。より詳細には、本発明のＥＰＤは、適切に規定された寸法、形状およびアスペクト比を有するマイクロカップから形成される隔離されたセルを含み、セル内の粒子の運動をインプレーンスイッチングモードで制御する。本発明のＥＰＤは連続ロール・トゥ・ロール製造プロセスで製造することができ、これにより得られるディスプレイは彩度およびコントラスト比が改善される。
【００１５】
本明細書において特に断りのない限り、全ての技術的な用語は、それらが当該分野の当業者に一般的に使用および理解されているように、従来から用いられている定義に基づいて使用する。用語「セル」、「マイクロカップ（microcup）」、「適切に規定された（well-defined）」、「アスペクト比」および「画像露光（imagewise exposure：イメージ通りに露光）」は上記で示した同時継続出願明細書に定義されているものと同様である。
【００１６】
用語「隔離された」は個々に封止されている電気泳動セルを言うものであり、セル内の流体は１つのセルから他のセルに移ることができない。
【００１７】
Ｉ．従来の上部／底部スイッチングを用いる電気泳動ディスプレイの短所
図１のＥＰＤは従来の上部／底部（またはトップ／ボトム）電極スイッチングモードを有する。セルには、白色帯電粒子が着色された（赤、緑および青の）誘電性溶媒中に分散している懸濁物が充填されている。図１中の３つ全てのセルは、上部および底部電極（またはトップおよびボトム電極、図示せず）の間の電圧差によって帯電した状態にて示す。緑および青のセルでは、白色粒子は透明な上部表示電極へ移動し、これにより、粒子の色（すなわち白）が見る者に対し、２つのセルにある透明導体フィルムを通して映る。赤のセルでは、白色粒子はセルの底部へ移動し、溶媒の色（すなわち赤）が上部の透明導体フィルムを通して見られる。図１において、緑および青のセルから反射される白色光は赤色の彩度およびコントラスト比を減少させる。
【００１８】
上述の問題に加えて、極性の非常に小さい誘電性溶媒、例えばパーフルオロおよび炭化水素溶媒中にて染料の溶解度が小さく、また速さ（fastness）が劣ることは、上部／底部タイプのＥＰＤにて高いコントラスト比を実現するのに問題であった。
【００１９】
ＩＩ．本発明の電気泳動ディスプレイ
図２は、本発明の典型的な電気泳動セルを図示する。セル（２０）は上部層（またはトップレイヤー）（２１）および底部層（またはボトムレイヤー）（２２）を含む。底部層はインプレーンスイッチング電極（２３）および（２４）ならびに背景（またはバックグラウンド）層（２５）を有する。２つのインプレーン電極の間にはコモン電極（２９）が隙間（３０）により分離されて配置されている。別法では、底部層は１つのみのインプレーンスイッチング電極および１つのコモン電極をそれらの間に隙間を設けて有していてよい。もう１つの別法では、背景層（２５）が底部層（図示せず）にある電極の上部にある。また、インプレーン電極層は背景層としても機能してよく、この場合、インプレーン電極は白色であるか、または着色されていてよい。
【００２０】
典型的には、図２のセルには透明な誘電性溶媒（３２）中の着色された（または色付きの）粒子（３１）の分散物が充填されている。この粒子は白色、黒色または色付き（すなわち赤、緑または青）であってよい。背景層（２５）は無色、白色、黒色または色付きであってよい。充填したセルは、次いで、シーリング層（２６）でシール（または封止）する。その後、透明絶縁体層（２７）および好ましくは接着層（２８）を有する上部層（２１）を、シールしたセルの上にラミネートする（または重ねる）。
【００２１】
好ましくは、マイクロカップアレイはアップサイドダウン（または倒置）方式で作製される。この方式では、同時継続出願である２０００年３月３日に出願された米国出願第０９／５１８，４８８号（国際公開第０１／６７１７０号に対応）、２００１年１月１１日に出願された米国出願第０９／７５９，２１２号、２０００年６月２８日に出願された米国出願第０９／６０６，６５４号（国際公開第０２／０１２８１号に対応）および２００１年２月１５日に出願された米国出願第０９／７８４，９７２号（これら全ては援用することによって本明細書に組み込まれる）に開示されるようなマイクロエンボス加工またはフォトリソグラフィのいずれかによって、マイクロカップアレイを上部透明絶縁体基材に形成する。マイクロカップに電気泳動流体を充填し、次いで、シーリング層でシールする。その後、パターン形成された電極および好ましくは接着層を有する底部層を、シールしたマイクロカップの上にラミネートする。底部電極基材にカラー層を塗る、印刷する、コーティングするまたはラミネートすることによって、カラーの背景を加えることができる。
【００２２】
インプレーンスイッチングモードの利点の１つは、透明プラスチック絶縁体基材にマイクロカップを形成できることである。これにより、例えばＩＴＯ／ＰＥＴなどの脆い導体電極をマイクロエンボス加工および他のウェブ取扱い工程の間に壊す危険性がなくなる。パターン形成されたインプレーン導体フィルムは、充填およびシールしたマイクロカップの上にラミネートする最終工程においてのみ使用されてディスプレイパネルの作製が完了する。
【００２３】
（１）反射型モノクロディスプレイ
図３Ａに示すようなセルにおいては、白色粒子が無色透明な誘電性溶媒中に分散している。全てのセルの背景は同一色（黒、青、シアン、赤、マゼンタなど）である。コモン（図示せず）および２つのインプレーンスイッチング電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、白色粒子はセルの側面へ移動し、これにより、背景の色が上部（またはトップもしくは上面）透明開口部を通して見られる。コモンおよび２つのインプレーン電極の間に電圧差がないときは、白色粒子は誘電性溶媒中で分布し、この結果、粒子の色（すなわち白）が上部透明絶縁体層を通して見られる。
【００２４】
別法では、図３Ｂに示すように、全てのセルにおいて同一色の粒子が無色透明な誘電性溶媒中に分散し、セルの背景は白色である。コモン（図示せず）および２つのインプレーンスイッチング電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、着色粒子はセルの側面へ移動し、これにより、背景の色（すなわち白）が上部透明開口部を通して見られる。２つのインプレーン電極の間に電圧差がないときは、着色粒子は誘電性溶媒中で分布し、この結果、粒子の色が上部透明層を通して見られる。
【００２５】
（２）反射型マルチカラーディスプレイ
図４Ａ〜４Ｄは本発明のマルチカラーディスプレイを図示する。
【００２６】
図４Ａにおいて、セルには白色帯電粒子が分散している無色の誘電性溶媒が充填され、セルは異なる背景色（すなわち赤、緑または青）を有する。２つのインプレーン電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、白色粒子はセルの各側面へ移動し、背景の色（すなわち赤、緑または青）が上部透明開口部から見られる。２つのインプレーン電極の間に電圧差がないときは、粒子は誘電性溶媒中で分布し、これにより、白色（すなわち粒子の色）が上部透明開口部から見られる。
【００２７】
図４Ｂでは、セルには黒色粒子が分散している無色の誘電性溶媒が充填され、セルは異なる背景色（すなわち赤、緑または青）を有する。インプレーン電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、粒子はセルの各側面へ移動し、背景の色（すなわち赤、緑または青）が上部透明開口部から見られる。インプレーン電極の間に電圧差がないときは、粒子は誘電性溶媒中で分布し、これにより、黒色（すなわち粒子の色）が上部透明開口部から見られる。
【００２８】
図４Ｃは、異なる色（すなわち赤、緑または青）の粒子が分散している無色の誘電性溶媒が充填されているセルを示す。セルの背景は黒である。インプレーン電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、着色帯電粒子はセルの各側面へ移動し、背景の色（すなわち黒）が上部透明開口部から見られる。インプレーン電極の間に電圧差がないときは、着色粒子は誘電性溶媒中で分布し、これにより、粒子の色（すなわち赤、緑または青）が上部透明開口部から見られる。この設計では黒状態は高い質を有する。
【００２９】
図４Ｄでは、セルには異なる色（すなわち赤、緑または青）の粒子が分散している無色の誘電性溶媒が充填されている。セルの背景は白である。インプレーン電極（図示せず）の間に電圧差があるときは、粒子はセルの各側面へ移動し、背景の色（すなわち白）が上部透明開口部から見られ、これにより、質の高い白状態が得られる。インプレーン電極の間に電圧差がないときは、粒子は誘電性溶媒中で分布し、これにより、粒子の色（すなわち赤、緑または青）が上部透明開口部から見られる。
【００３０】
図４Ａ〜４Ｄに示すように、インプレーンスイッチングモードにより粒子を平面（右／左）方向に動かすことができ、粒子、背景および流体の異なる色組合せ（それぞれが個々に白、黒、赤、緑または青である）を様々なマルチカラーＥＰＤを形成するために使用できる。
【００３１】
加えて、誘電性溶媒中の粒子は混色であってよく、また、セルは同じ背景色を有する。
【００３２】
本発明の別法の反射型ディスプレイにおいては、ディスプレイの上部透明表示層は着色されていてよく、またはカラーフィルターが付されていてよい。この場合、透明な無色または着色された誘電性溶媒中の白色帯電粒子を含む電気泳動組成物がセルに充填され、また、セルの背景は黒色であってよい。モノクロディスプレイでは、各ピクセルにある透明表示層は同じ色（例えば黒、赤、緑、青、イェロー、シアン、マゼンタなど）を有する。マルチカラーディスプレイでは、透明表示層は異なる色を有してよい。
【００３３】
ＩＩＩ．本発明のマイクロカップアレイの製造
マイクロカップは一般的に、２０００年３月３日に出願された米国特許出願第０９／５１８，４８８号（国際公開第０１／６７１７０号に対応）および２００１年２月１５日に出願された米国特許出願第０９／７８４，９７２号に開示されるようなマイクロエンボス加工またはフォトリソグラフィによって製造できる。
【００３４】
ＩＩＩ（ａ）マイクロエンボス加工によるマイクロカップアレイの製造
雄型の製造
雄型は任意の適切な方法、例えばダイアモンド・ターン・プロセスまたはフォトレジスト・プロセスおよびその後のエッチングまたは電気メッキによって製造できる。雄型のためのマスターテンプレートは任意の適切な方法、例えば電気メッキによって製造できる。電気メッキを用いて、ガラスベースにクロムインコネルのようなシード・メタルの薄い層（典型的には３０００オングストローム）をスパッタ形成する。次に、フォトレジストの層により被覆して、放射線、例えば紫外線（ＵＶ）に曝露する。マスクをＵＶとフォトレジストの層との間に配置する。フォトレジストの露光領域は硬化状態となる。次に、非露光領域を適当な溶媒で洗浄することにより除去する。残った硬化フォトレジストを乾燥させ、シード・メタルの薄層を再度スパッタ形成する。このようにして電鋳用のマスターが完成する。電鋳に用いられる典型的な材料はニッケル・コバルトである。別法では、マスターは、「コンティニュアス・マニュファクチャリング・オブ・シン・カバー・シート・オプティカル・メディア（Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media）」、ＳＰＩＥＰｒｏｃ. 第１６６３巻、第３２４頁（１９９２年）に記載されているように無電解ニッケル付着または電鋳によってニッケルにより形成してよい。型のフロア（底部分）は典型的には厚さ約５０〜４００ミクロンである。マスターは、例えば「リプリケーション・テクニクス・フォー・マイクロ−オプティックス（Replication techniques for micro-optics）」、ＳＰＩＥＰｒｏｃ. 第３０９９巻、第７６〜８２頁（１９９７年）に記載されているように、ｅ（電子）−ビーム・ライティング、ドライ・エッチング、ケミカル・エッチング、レーザー・ライティングまたはレーザー・インタフェアランス（laser interference）を含む他のマイクロエンジニアリング技術を用いて形成することもできる。別法では、型はプラスチック、セラミックまたは金属を用いるフォトマシニング（photomachining、光学的加工）によって形成できる。
【００３５】
このようにして製造される雄型は典型的には約１〜５００ミクロン、好ましくは約２〜１００ミクロン、および最も好ましくは約４〜５０ミクロンの突起を有する。雄型はベルト、ローラーまたはシートの形態であってよい。連続製造にはベルトタイプの型が好ましい。ＵＶ硬化性樹脂組成物を適用（または塗布）する前に、脱型プロセスを支援するように雄型を離型剤で処理してよい。
【００３６】
マイクロカップはバッチ式プロセスまたは２００１年２月１５日に出願された米国出願第０９／７８４，９７２号に開示されるような連続ロール・トゥ・ロールプロセスのいずれかで形成できる。
【００３７】
マイクロエンボス加工プロセスの第１工程では、まず、任意の適切な手段、例えばローラー・コーティング、ダイ・コーティング、スロット・コーティング、スリット・コーティングおよびドクター・ブレード・コーティングなどによってＵＶ硬化性樹脂を基材（好ましくは透明絶縁体）上にコートする。適当な透明絶縁体基材には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフテート、ポリアラミド、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ポリスルホン、エポキシおよびそれらの複合材料などが含まれる。使用される放射線硬化性材料は熱可塑性または熱硬化性前駆体、例えば多官能性アクリレートまたはメタクリレート、ビニルエーテル、エポキシドならびにそれらのオリゴマーおよびポリマーなどである。多官能性アクリレートおよびそれらのオリゴマーが最も好ましい。また、多官能性エポキシドおよび多官能性アクリレートの組合せも、所望の物理−機械的特性を得るのに非常に有用である。ＵＶ硬化性樹脂はディスペンスの前に脱ガス処理してよく、また、これは場合により溶媒を含んでいてよい。溶媒は、存在する場合には容易に蒸発する。
【００３８】
基材上にコートした放射線硬化性材料を圧力下にて雄型によりエンボス加工する。雄型が金属製で不透明な場合、プラスチック絶縁体は典型的には、樹脂を硬化させるのに用いる化学線に対して透明である。逆に、化学線に対して雄型が透明であり、プラスチック絶縁体が不透明であってよい。プラスチック絶縁体は典型的には表示側であるので、これは透明であることが好ましい。この場合、電極は不透明であってよい。別法では、電極を有する基材に対してマイクロエンボス加工を実施してよい。
【００３９】
放射線で露光した後、放射線硬化性材料は硬化する。その後、雄型を外し、形成されたマイクロカップを現す。
【００４０】
ＩＩＩ（ｂ）フォトリソグラフィによるマイクロカップアレイの製造
マイクロカップアレイを製造するためのフォトリソグラフィ・プロセスを図５Ａおよび５Ｂに図示する。
【００４１】
図５Ａおよび５Ｂに示すように、マイクロカップアレイ（５０）は、任意の既知の方法により絶縁体基材ベース（５３）上に被覆した放射線硬化性材料（５１ａ）をＵＶ光（あるいは別法では他の形態の放射線および電子ビームなど）でマスク（５６）を通じて露光して、マスク（５６）を通じて投射された像（またはイメージ）に対応する壁（５１ｂ）を形成することによって製造できる。
【００４２】
図５Ａ中のフォトマスク（５６）では、黒っぽい四角形（５４）は用いる放射線に対して不透明な領域を示し、黒っぽい四角形の間のスペース（５５）は放射線に透明な領域を示す。開口領域（５５）を通じて放射線硬化性材料（５１ａ）上にＵＶを照射する。
【００４３】
図５Ｂに示すように、露光領域（５１ｂ）が硬化し、その後、未露光（または非露光）領域（マスク（５６）の不透明領域（５４）で保護されている）を適当な溶媒または現像液で除去してマイクロカップ（５７）を形成する。溶媒または現像液は、例えばメチルエチルケトン、トルエン、アセトンまたはイソプロパノールなどの、放射線硬化性材料を溶解または分散させるために一般的に用いられているものから選択される。
【００４４】
別法では、絶縁体基材の下にフォトマスクを配置することによって露光を実施することができる。この場合、露光に使用する放射線波長に対して基材は透明でなければならない。
【００４５】
上述の方法によって製造されるマイクロカップの開口部は、円形（または丸い形状）、正方形、矩形、六角形または他のいずれかの形状であってよい。開口部の間の仕切領域は、望ましい機械的性質を維持しながらも、大きい彩度およびコントラストを達成するために小さく維持することが好ましい。従って、ハニカム形状の開口部が、例えば円形開口部より好ましい。
【００４６】
反射型電気泳動ディスプレイの場合、各個のマイクロカップの寸法は、約１０^２〜約１×１０^６μｍ^２、好ましくは約１０^３〜約１×１０^５μｍ^２の範囲内であり得る。マイクロカップの深さは約５〜約２００ミクロン、好ましくは約２０〜１００ミクロンの範囲内である。開口部対全面積比（または全面積に対する開口部の比、全面積は壁中心から測定される壁を含む１つのカップの面積として定義される）は約０．２〜約０．９５、好ましくは約０．５〜約０．９の範囲内にある。開口部の距離は開口部のエッジからエッジまでで通常は約１５〜約４５０ミクロン、好ましくは約２５〜約３００ミクロンの範囲内にある。
【００４７】
ＩＩＩ（ｃ）マイクロカップのシーリング
マイクロカップに電気泳動流体を充填した後、これらをシール（または封止）する。マイクロカップをシーリングするという重要な工程は多くの方法で実施できる。好ましい方法は、着色された誘電性溶媒中で分散した帯電色素粒子を含む電気泳動流体にＵＶ硬化性組成物を分散させることである。適当なＵＶ硬化性材料には、アクリレート、メタクリレート、スチレン、アルファ−メチルスチレン、ブタジエン、イソプレン、アリルアクリレート、多価アクリレートまたはメタクリレート、シアノアクリレート、ビニルベンゼン、ビニルシラン、ビニルエーテルを含む多価ビニル、多価エポキシド、多価イソシアネート、多価アリル、および架橋性（または架橋可能な）官能基を含むオリゴマーまたはポリマーなどが含まれる。ＵＶ硬化性組成物は、誘電性溶媒に対して非混和性であり、電気泳動流体（すなわち誘電性溶媒および色素粒子の組合せ）より小さい比重を有する。２つの成分（ＵＶ硬化性組成物および電気泳動流体）をインラインミキサーで十分にブレンドして、精密なコーティング機構、例えばマイラド・バー（Myrad bar）、グラビア印刷、ドクター・ブレード、スロット・コーティングまたはスリット・コーティングによってマイクロカップ上に直ちに被覆する。ワイパーブレードまたは同様のデバイスにより過剰の流体を除去する。少量の弱い溶媒または溶媒混合物、例えばイソプロパノールまたはメタノールを使用してマイクロカップの仕切壁の上部表面上にある電気泳動流体の残留分を除去してよい。揮発性有機溶媒を使用して電気泳動流体の粘度および被覆率（coverage）を制御してよい。その後、このようにして充填したマイクロカップを乾燥させ、そして、ＵＶ硬化性組成物は電気泳動流体の上面に浮かんでくる。それが上に浮かんでくる間またはその後、上澄部のＵＶ硬化性層を硬化させることによってマイクロカップを封止できる。ＵＶまたは他の形態の放射線、例えば可視光、ＩＲおよび電子線ビームを使用してシーリング層を硬化させてマイクロカップをシールしてもよい。別法では、熱または湿気硬化性組成物を用いる場合には、熱または湿気を利用してシーリング層を硬化させてマイクロカップをシールしてもよい。
【００４８】
アクリレートモノマーおよびオリゴマーに対して望ましい密度および溶解度差を示す誘電性溶媒の好ましいグループは、ハロゲン化炭化水素およびその誘導体である。界面活性剤を使用して、電気泳動流体とシーリング材料との間の界面における濡れおよび付着を改善することができる。界面活性剤には、ＦＣ界面活性剤（３Ｍ社製）、ゾニル(Zonyl)フルオロ界面活性剤（デュポン製）、フルオロアクリレート、フルオロメタクリレート、フッ素置換長鎖アルコール、パーフルオロ置換長鎖カルボン酸およびそれらの誘導体が含まれる。
【００４９】
別法では、シーリング前駆体が誘電性溶媒と少なくとも部分的に相溶性である場合、混合を避けるために電気泳動流体およびシーリング前駆体をマイクロカップ内に順に被覆してもよい。従って、マイクロカップのシーリングは、充填したマイクロカップの表面で放射線、熱、湿気または界面反応によって硬化可能なシーリング材料の薄層をオーバーコートすることによって実施できる。揮発性有機溶媒を使用して、コーティングの粘度および厚さを調節することができる。揮発性溶媒をオーバーコートに使用する場合、シーリング層と電気泳動流体との間の混合の程度を小さくするため、揮発性溶媒は誘電性溶媒と非混和性であるのが好ましい。混合の程度を更に減らすため、オーバーコーティングの比重が電気泳動流体の比重より相当小さいことが非常に望ましい。同時継続出願である２００１年６月４日に出願された米国出願第０９／８７４，３９１号では、熱可塑性エラストマーが好ましいシーリング材料として開示されている。
【００５０】
有用な熱可塑性エラストマーの例には、ＡＢＡおよび（ＡＢ）ｎタイプ（式中、Ａはスチレン、α−メチルスチレン、エチレン、プロピレンまたはノルボルネンであり；Ｂはブタジエン、イソプレン、エチレン、プロピレン、ブチレン、ジメチルシロキサンまたはプロピレンスルフィドであり；また、ＡおよびＢは式中で同じはない）のジブロック、トリブロックおよびマルチブロックコポリマーが含まれる。数字ｎは≧１であり、好ましくは１〜１０である。特に有用なのはスチレンまたはα−メチルスチレンのジブロックまたはトリブロックコポリマー、例えばＳＢ（ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン））、ＳＢＳ（ポリ（スチレン−ｂ−ブタジエン−ｂ−スチレン））、ＳＩＳ（ポリ（スチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−スチレン））、ＳＥＢＳ（ポリ（スチレン−ｂ−エチレン／ブチレン−ｂ−スチレン））、ポリ（スチレン−ｂ−ジメチルシロキサン−ｂ−スチレン）、ポリ（α−メチルスチレン−ｂ−イソプレン）、ポリ（α−メチルスチレン−ｂ−イソプレン−ｂ−α−メチルスチレン）、ポリ（α−メチルスチレン−ｂ−プロピレンスルフィド−ｂ−α−メチルスチレン）、ポリ（α−メチルスチレン−ｂ−ジメチルシロキサン−ｂ−α−メチルスチレン）などである。
【００５１】
別法では、界面重合およびその後のＵＶ硬化がシーリング方法に非常に有利であることがわかった。電気泳動層とオーバーコートとの間の混合は、界面重合によって界面に薄いバリヤー層を形成することによって著しく抑制される。その後、後硬化工程（好ましくはＵＶ照射による）によってシーリングが完了する。使用する染料が熱硬化性前駆体中で少なくとも部分的に溶解する場合、２ステップオーバーコートプロセスが特に有用である。
【００５２】
ＩＩＩ（ｄ）マイクロカップのラミネーション
その後、シールしたマイクロカップに、パターン形成されたインプレーン導体フィルムおよび好ましくは接着層を含む上部層をラミネートする（または重ね合せる）。適当な接着材料にはアクリルおよびゴムタイプの感圧接着剤、例えば多官能性アクリレート、エポキシドまたはビニルエーテルなどを含むＵＶ硬化性接着剤、ならびにエポキシ、ポリウレタンおよびシアノアクリレートなどの湿気または熱硬化性接着剤が含まれる。
【００５３】
第ＩＩＩ（ａ）〜ＩＩＩ（ｄ）節の方法により製造されるセルは、透明表示層を上部に、インプレーン電極を有する層を底部にしてアップサイドダウン方式で使用できる。
【００５４】
ＩＩＩ（ｅ）別法
別法では、マイクロエンボス加工プロセスにおいて、ＵＶ硬化性樹脂を任意の適当な手段、例えばコーティング、浸漬および注ぎなどで雄型の上へディスペンスする。ディスペンサは可動式または固定式であってよい。ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフテート、ポリアラミド、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ポリスルホン、エポキシおよびそれらの複合材料などのプラスチック基材上のパターン形成されたインプレーン導体フィルムをＵＶ硬化性樹脂の上に重ねる。樹脂とプラスチック基材との間で適当な結合を確保し、また、マイクロカップのフロアの厚さを制御するたように圧力を加えてよい。雄型が金属製で不透明な場合、プラスチック基材は典型的には、樹脂を硬化させるのに用いる化学線に対して透明である。逆に、化学線に対して雄型が透明であり、プラスチック基材が不透明であってよい。
【００５５】
ＵＶ放射線で露光した後、ＵＶ硬化性樹脂は硬化し、その後、雄型を外すことができる。形成されたマイクロカップアレイは、上述と同様にして充填およびシールする。その後、シールしたマイクロカップに透明絶縁体層を、好ましくは接着剤を用いてラミネートする。
【００５６】
好ましい程度は劣るが、インプレーン電極を有する基材に対してフォトリソグラフィ露光を実施してもよい。放射線硬化性材料を、パターン形成された導体フィルム上にコートする。図５に示すように、および上記第ＩＩＩ（ｂ）節にて説明したように、放射線硬化性材料をフォトマスクを通して放射線で露光することによってマイクロカップを形成する。
【００５７】
その後、このようにして製造されるマイクロカップを上述のように充填およびシールし、これに透明絶縁体層を好ましくは接着剤でラミネートする。
【００５８】
この節に開示したマイクロカップの製造方法のいずれにおいても、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイを含む基材を底部インプレーン電極層として使用でき、またこの場合には、ＴＦＴ層はアクティブ駆動機構も提供する。
【００５９】
ＩＶ．懸濁物の調製
マイクロカップに充填される懸濁物は誘電性溶媒をその中に分散している帯電色素粒子と共に含み、この粒子は電解の作用により移動する。懸濁物は、電解内で移動しない別の着色剤を場合により含んでいてよい。この分散物は当該分野において周知の方法（例えば米国特許第６，０１７，５８４号、第５，９１４，８０６号、第５，５７３，７１１号、第５，４０３，５１８号、第５，３８０，３６２号、第４，６８０，１０３号、第４，２８５，８０１号、第４，０９３，５３４号、第４，０７１，４３０号および第３，６６８，１０６号など、また、アイ・イー・イー・イー・トランス・エレクトロン・デバイシィーズ（IEEE Trans. Electron Devices）、ＥＤ−２４、８２７頁（１９９７年）およびジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス（J. Appl. Phys.）４９（９）、４８２０頁（１９７８年）に記載されるような方法に基づいて調製できる。
【００６０】
この懸濁流体媒体は、粒子の大きい移動性のため好ましくは小さい粘度および約２〜約３０、好ましくは約２〜約１５の範囲にある誘電率を有する誘電性溶媒である。適当な誘電性溶媒の例には以下のものが含まれる：炭化水素、例えばデカヒドロナフタレン（デカリン（DECALIN））、５−エチリデン−２−ノルボルネン、脂肪油、パラフィン油、芳香族炭化水素、例えばトルエン、キシレン、フェニルキシリルエタン、ドデシルベンゼンおよびアルキルナフタレン、ハロゲン化溶媒、例えばジクロロベンゾトリフルオライド、３，４，５−トリクロロベンゾトリフルオライド、クロロペンタフルオロ−ベンゼン、ジクロロノナン、ペンタクロロベンゼンならびにパーフルオロ溶媒、例えばパーフルオロデカリン、パーフルオロトルエン、パーフルオロキシレン、ＦＣ−４３、ＦＣ−７０およびＦＣ−５０６０（３Ｍ社（ミネソタ州セントポール）製）、低分子量のフッ素含有ポリマー、例えばポリ（パーフルオロプロピレンオキサイド）（ティシーアイ・アメリカ（TCI America、オレゴン州ポートランド）製）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、例えばハロカーボン・オイルズ（Halocarbon Oils）（ハロカーボン・プロダクト社（Halocarbon Product Corp.、ニュージャージー州リバーエッジ）製）、パーフルオロポリアルキルエーテル、例えばガーデン（Galden）、ＨＴ−２００およびフルオロールインク（Fluorolink）(オーシモント（Ausimont）製）またはクライトックス・オイル（Krytox Oils）およびグリーシーズＫ−フルイッド・シリーズ（Greases K-Fluid Series）（デュポン（DuPont、デラウェア州）製）。１つの好ましい態様では、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）を誘電性溶媒として使用する。もう１つの好ましい態様では、ポリ（パーフルオロプロピレンオキサイド）を誘電性溶媒として使用する。
【００６１】
移動しない流体着色剤は、染料または色素（顔料）により形成してよい。ノニオン性アゾおよびアントラキノン染料が特に有用である。有用な染料の例には次のものが含まれるが、それらに限定されるものではない：オイル・レッド（Oil Red）ＥＧＮ、スーダン・レッド（Sudan Red）、スーダン・ブルー（Sudan Blue）、オイル・ブルー（Oil Blue）、マクロレックス・ブルー（Macrolex Blue）、ソルベント・ブルー（Solvent Blue）３５、ピラム・スピリット・ブラック（Pylam Sprit Black）およびファスト・スピリット・ブラック（Fast Spirit Black）（ピラム・プロダクツ（Pylam Products）社（アリゾナ州）製）、サーモプラスチック・ブラック（Thermoplastic Black）Ｘ−７０（バスフ（BASF）製）、アントロキノン・ブルー（anthroquinone blue）、アントロキノン・イェロー（anthroquinone yellow）１１４、アントロキノン・レッド（anthroquinone red）１１１および１３５、アントロキノン・グリーン（anthroquinone green）２８およびスーダン・ブラック（Sudan Black）Ｂ（アルドリッチ（Aldrich）製）。パーフルオロ溶媒を用いる場合、フッ素化染料が特に有用である。色素の場合、移動しない流体着色剤を生じる色素粒子を誘電性溶媒中に分散させてもよく、これらの着色粒子は帯電していないのが好ましい。移動しない流体着色剤を生じる色素粒子が帯電している場合、帯電した移動する色素粒子の電荷と反対の電荷を帯びているのが好ましい。双方の種類の色素粒子が同じ電荷を帯びている場合、これらは、異なる電荷密度または異なる電気泳動移動度を有する必要がある。移動しない流体着色剤を生じさせる染料または色素は、化学的に安定であり、また、懸濁物中の他の成分との適合性（または相溶性）である必要がある。
【００６２】
移動する帯電色素粒子は白色であることが好ましく、有機色素または無機色素、例えばＴｉＯ_２であってよい。
【００６３】
着色された移動する粒子を使用する場合、これらはフタロシアニン・ブルー（phthalocyanine blue）、フタロシアニン・グリーン（phthalocyanine green）、ジアリリド・イェロー（diarylide yellow）、ジアリリド（diarylide）ＡＡＯＴイェロー（Yellow）、およびキナクリドン（quinacridone）、アゾ（azo）、ローダミン（rhodamine）、ペリレン（perylene）色素シリーズ（サン・ケミカル（Sun Chemical）製）、ハンサ・イェロー（Hansa yellow）Ｇパーティクルズ（particles）（関東化学製）およびカーボン・ランプブラック（Carbon Lampblack）（フィッシャー（Fisher）製）により形成してよい。サブミクロンの粒子寸法が好ましい。これらの粒子は、許容できる光学的性質を有する必要があり、誘電性溶媒によって膨潤したり、軟化してはならず、また、化学的に安定である必要がある。また、得られる懸濁物は、通常の使用条件において、沈降、クリーミングまたは凝集に抗して安定である必要もある。
【００６４】
移動する色素粒子は、元々電荷を示しても、あるいは帯電制御剤を用いて顕在化するように帯電させてもよく、あるいは誘電性溶媒に懸濁させた時に電荷を得てもよい。適当な帯電制御剤は、当該技術分野において周知であり、本来的にポリマー性のものであっても、非ポリマー性のものであってもよく、また、イオン性または非イオン性であってもよく、以下のイオン性界面活性剤を含む：エアロゾル(Aerosol)ＯＴ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、金属石鹸、ポリブテンスクシンイミド、無水マレイン酸コポリマー、ビニルピリジンコポリマー、ビニルピロリドンコポリマー（例えばガネックス(Ganex)、インターナショナル・スペシャルティ・プロダクツ(International Specialty Products)製）、（メタ）アクリル酸コポリマー、およびＮ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートコポリマー。フルオロ界面活性剤は、パーフルオロカーボン溶媒における帯電制御剤として特に有用である。それには、ＦＣフルオロ界面活性剤、例えばＦＣ−１７０Ｃ、ＦＣ−１７１、ＦＣ−１７６、ＦＣ４３０、ＦＣ４３１およびＦＣ−７４０（３Ｍ社製）およびゾニル（Zonyl）フルオロ界面活性剤、例えばゾニル（Zonly）ＦＳＡ、ＦＳＥ、ＦＳＮ、ＦＳＮ−１００、ＦＳＯ、ＦＳＯ−１００、ＦＳＤおよびＵＲ（デュポン製）が含まれる。
【００６５】
適当な帯電色素分散物は、いずれの周知の方法で製造してもよく、そのような方法には、粉砕（grinding）、摩砕（milling）、摩擦（attriting）、マイクロ流動化（microfluidizing）および超音波を利用する技術が含まれる。例えば、微粉末の形態の色素粒子を懸濁溶媒中に加え、得られる混合物を数時間、ボールミルで粉砕または摩滅させて、非常に凝集した乾燥色素粉末を一次粒子に解砕する。好ましい程度は劣るが、移動しない流体着色剤を提供する染料または色素をボールミル処理の間、懸濁物に加えてよい。
【００６６】
色素粒子の沈降またはクリーミングは、誘電性溶媒の比重に適合させるのに適当なポリマーで粒子をマイクロカプセル化することによって解消できる。色素粒子のマイクロカプセル化は、化学的または物理的に行うことができる。典型的なマイクロカプセル化方法には、界面重合、イン・シトゥー重合、相分離、コアセルベーション、静電コーティング、噴霧乾燥、流動床コーティングおよび溶媒蒸発が含まれる。
【００６７】
色素懸濁物の場合、多くの可能性がある。減法混色の表色系の場合、帯電ＴｉＯ_２粒子をシアン、イェローまたはマゼンタ色の誘電性流体に懸濁させてよい。シアン、イェローまたはマゼンタ色は、染料または色素を使用することによって発現させることができる。加法混色の表色系の場合、染料または色素を使用することによって発現させた赤、緑または青色の誘電性流体中に帯電ＴｉＯ_２粒子を懸濁させてよい。赤、緑、青色系が大部分の用途に好ましい。
【００６８】
本発明の特定の態様を参照しつつ本発明を説明して来たが、本発明の真の概念および範囲を逸脱することなく種々の変更が成され得、また均等物で置換され得ることは当業者に理解されるべきである。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、処理工程（１つまたはそれ以上）に適用するため、本発明の目的、概念および範囲に対して多くの改変がなされ得る。そのような全ての改変は添付の特許請求の範囲内に属することを意図するものである。
【００６９】
従って、本発明が、本明細書の内容を考慮し、特許請求の範囲によって、従来技術の許容し得る限りにおいて広く規定されることを望むものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
全ての図面は概略的に示してあり、一定の縮尺で示していないことに留意されたい。
【００７１】
【図１】図１は上部／底部スイッチングモードのみを有する従来のＥＰＤの一般的欠点を図示する。
【図２】図２は本発明の代表的な電気泳動セルおよびインプレーンスイッチング電極の一般的な配置を図示する。
【図３Ａ】図３Ａは本発明のモノクロディスプレイを図示する。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明のモノクロディスプレイを図示する。
【図４Ａ】図４Ａは本発明のマルチカラーのシナリオ（またはプラン）を図示する。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明のマルチカラーのシナリオを図示する。
【図４Ｃ】図４Ｃは本発明のマルチカラーのシナリオを図示する。
【図４Ｄ】図４Ｄは本発明のマルチカラーのシナリオを図示する。
【図５Ａ】図５Ａはフォトマスクを通してのフォトリソグラフィ画像露光を含むマイクロカップの製造を図示する。
【図５Ｂ】図５Ｂはフォトマスクを通してのフォトリソグラフィ画像露光を含むマイクロカップの製造を図示する。[Background Art]
[0001]
Electrophoretic displays (EPDs) are non-emissive devices based on electrophoretic phenomena that act on charged dye particles suspended in a colored (or colored) dielectric solvent. This general type of display was first proposed in 1969. EPDs typically comprise a pair of opposed, spaced-apart plate-like electrodes, with a spacer pre-determining a predetermined distance between the electrodes. At least one electrode (typically the viewing side) is transparent. For a passive type EPD, driving the display requires row and column electrodes on the top (display side) and bottom plates, respectively. Active EPDs, on the other hand, require an array of thin film transistors (TFTs) on the bottom plate and an unpatterned common transparent conductor plate on the top display substrate. An electrophoretic fluid composed of a colored dielectric solvent and charged dye particles dispersed therein is confined between the two electrodes.
[0002]
When a voltage difference is applied between the two electrodes, the pigment particles move by being attracted to a plate of the opposite polarity. Thus, by selectively charging the plate, the color seen on the transparent plate can be determined to be either the color of the solvent or the color of the pigment particles. Reversing the plate polarity allows the particles to move back to the opposite plate, thereby inverting the color. By controlling the charging of the plate in the voltage range, an intermediate color density (or gray density) with an intermediate dye density can be realized on the transparent plate. No backlight is required for this type of reflective EPD display.
[0003]
Transmissive EPDs are disclosed in U.S. Patent No. 6,184,856, which uses a substrate having a backlight, a color filter, and two transparent electrodes. The electrophoresis cell functions as a light valve. In the assembled state, the particles are arranged to minimize coverage of the lateral area of the cell, thereby allowing the backlight to pass through the cell. In a distributed (or scattered) state, the particles are placed over the lateral area of the pixel and scatter or absorb the backlight. However, the backlight and color filters used in this device consume large amounts of power, which is undesirable for portable devices such as PDAs (Personal Digital Assistants) and electronic books.
[0004]
In addition to the normal top / bottom (or top / bottom) electrode switching modes of EPDs, reflective "in-plane" switching EPDs have been described in EP. Kishi et al., "5.1: Development of In-Plane EPD", Canon Research Center, SID 00 Digest, pp. 24-27 (2000); Swanson et al., "5.2: High Performance Electrophoretic Displays", IBM Almaden Research Center, SID 00 Digest, pp. 29-31 (2000). However, these documents only disclose a monochrome in-plane switching EPD. To produce a multi-color display, either color filters or isolated color pixels or cell structures are needed for color separation and color rendering. Color filters are typically expensive and not power efficient. On the other hand, producing isolated pixels or cells for color separation and color rendering in in-plane switching mode has not been taught so far.
[0005]
EPDs having different pixel or cell structures are known in the art, such as partitioned EPDs (MA Hopper and V. Novotny, IEEE Trans. Electr. Dev.). ED 26, No. 8, pp. 1148-1152 (1979)) and microencapsulated EPDs (U.S. Pat. Nos. 5,961,804 and 5,930,026), which are incorporated herein by reference. Each has its own problems as described below.
[0006]
In partitioned EPDs, a partition (or partition) is provided between the two electrodes to divide the space into smaller cells to prevent unwanted movement of the particles, such as settling. However, the process of forming partitions, filling the display with fluid, confining the fluid in the display, and keeping different color suspensions separate from each other is difficult.
[0007]
Microencapsulated EPDs have a substantially two-dimensional arrangement of microcapsules, each having an electrophoretic composition of a dielectric fluid and a dispersion of charged dye particles, wherein the particles are made of a dielectric material. Visually contrast with solvent. Microcapsules are typically prepared in an aqueous solution to obtain a useful contrast ratio, and their average particle size is relatively large (50-150 microns). Since the microcapsule size is large, the scratch resistance is poor, and a large gap is required between two electrodes for a large capsule, so that the response time to a predetermined voltage is slow. Also, the hydrophilic shell of microcapsules prepared in aqueous solutions is typically sensitive to high humidity and temperature conditions. Embedding the microcapsules in a large amount of polymer matrix to avoid these drawbacks results in slower response times and / or lower contrast ratios due to the use of the matrix. This type of EPD often requires a charge control agent to improve switching speed. However, the microencapsulation process in aqueous solutions limits the types of charge control agents that can be used. Other disadvantages of the microcapsule system include low resolution and poor addressability when applying color.
[0008]
In recent years, improved EPD technology has been disclosed in co-pending US patent application Ser. No. 09 / 518,488 filed Mar. 3, 2000 (corresponding to WO 01/67170), Jan. 11, 2001. US application Ser. No. 09 / 759,212, filed on Jun. 28, 2000 and US Ser. No. 09 / 606,654 filed on Jun. 28, 2000 (corresponding to WO 02/01281) and February 2001. No. 09 / 784,972, filed on the 15th. All of which are incorporated herein by reference. The improved EPDs are formed from microcups having well-defined shapes, dimensions and aspect ratios, and are filled with charged dye particles dispersed in a dielectric solvent, closed and isolated. Cells included. The electrophoretic fluid is isolated and sealed within each microcup.
[0009]
In fact, the microcup structure allows for a format-flexible and efficient roll-to-roll continuous manufacturing process to manufacture EPDs. This display is prepared by coating a radiation curable composition on a continuous web made of a conductive film such as ITO / PET, for example, by (1) coating the ITO / PET film on (2) micro-embossing or photolithography. Forming a microcup structure, (3) filling the electrophoretic fluid, sealing the microcup, (4) laminating another conductive film to the sealed microcup, and (5) assembling (or assembling) By slicing and cutting the display to the desired size or format.
[0010]
The advantage of this EPD design is that the microcup wall is effectively a built-in (or built-in) spacer that keeps the top and bottom substrates a predetermined distance apart. The mechanical properties and structural integrity of microcup displays are significantly better than any conventional display, including those made by using spacer particles. In addition, displays including microcups have desirable mechanical properties, including reliable display performance when the display is bent, rolled, and under compressive pressure, such as when applied to a touch screen. Also, the use of microcup technology eliminates the need for edge seal adhesives that limit and predetermine the dimensions of the display panel and confine the display fluid within predetermined areas. The display fluid in conventional displays manufactured by the edge seal bonding method leaks completely when the display is cut or pierced by any means. Damaged displays no longer function. In contrast, the display fluid in a display manufactured by microcup technology is encapsulated and isolated within each cell. The microcup display can be cut to almost any size without the danger of compromising display performance by losing display fluid in the active area. In other words, the microcup structure allows for a format versatile display manufacturing method that allows for continuous production of displays in large area sheet format that can be sliced and diced into any desired format. An isolated microcup or cell structure is particularly important when filling cells with fluids that differ in certain properties, such as color and switching speed. Without the microcup structure, it is difficult to prevent fluids in adjacent regions from intermixing or creating crosstalk during operation.
[0011]
Thus, multi-color displays may be manufactured with spatially adjacent arrays having small pixels formed from microcups filled with dyes of different colors (eg, red, green or blue). However, this type of system having a traditional top / bottom electrode switching mode has significant disadvantages. The white light reflected from the colored pixels in the "turn off" state greatly reduces the color saturation of the "turn on" state. More details regarding this will be described in the section “Detailed description of the invention” below.
[0012]
This drawback can be remedied by an overlay shutter device, such as a polymer dispersed liquid crystal, that switches (or switches) each pixel to black, but the disadvantage of this method is that the overlay device is expensive and the drive circuit design is complicated. That is what.
[0013]
Thus, there remains a need for EPDs having improved properties and which can also be manufactured in an efficient manner.
[Summary of the invention]
[0014]
The present invention relates to an improved EPD with an in-plane switching (or plane switching or IPS) mode for forming an image. More particularly, the EPD of the present invention includes isolated cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios, controlling the movement of particles within the cells in an in-plane switching mode. I do. The EPDs of the present invention can be manufactured in a continuous roll-to-roll manufacturing process, whereby the resulting display has improved saturation and contrast ratio.
[0015]
Unless defined otherwise herein, all technical terms are used based on conventional definitions, as they are commonly used and understood by those skilled in the art. . The terms “cell,” “microcup,” “well-defined,” “aspect ratio,” and “imagewise exposure” are the same as indicated above. As defined in the specification of the continuation application.
[0016]
The term "isolated" refers to an individually sealed electrophoretic cell, wherein the fluid within the cell cannot transfer from one cell to another.
[0017]
I.Disadvantages of electrophoretic displays using conventional top / bottom switching
The EPD of FIG. 1 has a conventional top / bottom (or top / bottom) electrode switching mode. The cell is filled with a suspension of white charged particles dispersed in a colored (red, green and blue) dielectric solvent. All three cells in FIG. 1 are shown charged by the voltage difference between the top and bottom electrodes (or top and bottom electrodes, not shown). In the green and blue cells, the white particles migrate to the transparent top display electrode, so that the color of the particles (ie, white) is reflected to the viewer through the transparent conductor films in the two cells. In the red cell, the white particles migrate to the bottom of the cell and the solvent color (ie, red) is seen through the top transparent conductor film. In FIG. 1, the white light reflected from the green and blue cells reduces the saturation and contrast ratio of red.
[0018]
In addition to the above-mentioned problems, poor solubility and poor fastness of dyes in very polar dielectric solvents, such as perfluoro and hydrocarbon solvents, make top / bottom type EPDs difficult. To achieve a high contrast ratio.
[0019]
II.Electrophoretic display of the present invention
FIG. 2 illustrates a typical electrophoresis cell of the present invention. The cell (20) includes a top (or top) layer (21) and a bottom (or bottom) layer (22). The bottom layer has in-plane switching electrodes (23) and (24) and a background (or background) layer (25). A common electrode (29) is arranged between the two in-plane electrodes and separated by a gap (30). Alternatively, the bottom layer may have only one in-plane switching electrode and one common electrode with a gap between them. In another alternative, the background layer (25) is on top of the electrodes on the bottom layer (not shown). The in-plane electrode layer may also function as a background layer, in which case the in-plane electrode may be white or colored.
[0020]
Typically, the cell of FIG. 2 is filled with a dispersion of colored (or colored) particles (31) in a transparent dielectric solvent (32). The particles may be white, black or colored (ie, red, green or blue). The background layer (25) may be colorless, white, black or colored. The filled cells are then sealed (or sealed) with a sealing layer (26). Thereafter, an upper layer (21) having a transparent insulator layer (27) and preferably an adhesive layer (28) is laminated (or overlaid) over the sealed cells.
[0021]
Preferably, the microcup array is made in an upside-down (or inverted) manner. No. 09 / 518,488 filed on Mar. 3, 2000 (corresponding to WO 01/67170), filed Jan. 11, 2001, which is a co-pending application. U.S. Application No. 09 / 759,212, U.S. Application No. 09 / 606,654, filed June 28, 2000 (corresponding to WO 02/01281) and filed February 15, 2001. No. 09 / 784,972, incorporated herein by reference, either by microembossing or by photolithography as disclosed in US Pat. Form on a substrate. The microcup is filled with the electrophoretic fluid and then sealed with a sealing layer. Thereafter, a bottom layer having a patterned electrode and preferably an adhesive layer is laminated onto the sealed microcup. A colored background can be added by painting, printing, coating or laminating a color layer on the bottom electrode substrate.
[0022]
One of the advantages of the in-plane switching mode is that a microcup can be formed on a transparent plastic insulator substrate. This eliminates the risk of breaking fragile conductor electrodes such as, for example, ITO / PET during micro-embossing and other web handling steps. The patterned in-plane conductor film is used only in the final step of laminating on the filled and sealed microcup to complete the fabrication of the display panel.
[0023]
(1)Reflective monochrome display
In a cell as shown in FIG. 3A, white particles are dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent. The background of all cells is the same color (black, blue, cyan, red, magenta, etc.). When there is a voltage difference between the common (not shown) and the two in-plane switching electrodes (not shown), the white particles move to the side of the cell, thereby increasing the background color (or top or top or bottom). Top view) seen through the transparent opening. When there is no voltage difference between the common and the two in-plane electrodes, the white particles are distributed in the dielectric solvent, so that the color of the particles (ie, white) is seen through the upper transparent insulator layer.
[0024]
Alternatively, as shown in FIG. 3B, the particles of the same color are dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent in all cells, and the background of the cells is white. When there is a voltage difference between the common (not shown) and the two in-plane switching electrodes (not shown), the colored particles move to the sides of the cell, thereby increasing the background color (ie, white) Seen through the transparent opening. When there is no voltage difference between the two in-plane electrodes, the colored particles are distributed in the dielectric solvent, so that the color of the particles is seen through the upper transparent layer.
[0025]
(2)Reflective multi-color display
4A-4D illustrate a multi-color display of the present invention.
[0026]
In FIG. 4A, the cell is filled with a colorless dielectric solvent in which white charged particles are dispersed, and the cell has a different background color (ie, red, green or blue). When there is a voltage difference between two in-plane electrodes (not shown), the white particles migrate to each side of the cell, and the background color (ie, red, green or blue) is seen through the top transparent opening . When there is no voltage difference between the two in-plane electrodes, the particles are distributed in the dielectric solvent, so that white (ie, the color of the particles) is seen from the top transparent opening.
[0027]
In FIG. 4B, the cell is filled with a colorless dielectric solvent in which black particles are dispersed, and the cell has a different background color (ie, red, green or blue). When there is a voltage difference between the in-plane electrodes (not shown), the particles move to each side of the cell and the background color (ie, red, green or blue) is seen through the top transparent opening. When there is no voltage difference between the in-plane electrodes, the particles are distributed in the dielectric solvent, so that a black color (ie, the color of the particles) is seen from the top transparent opening.
[0028]
FIG. 4C shows a cell filled with a colorless dielectric solvent in which particles of different colors (ie, red, green or blue) are dispersed. The cell background is black. When there is a voltage difference between the in-plane electrodes (not shown), the colored charged particles move to each side of the cell and the background color (ie, black) is seen through the upper transparent opening. When there is no voltage difference between the in-plane electrodes, the colored particles are distributed in the dielectric solvent, so that the color of the particles (ie, red, green or blue) is visible through the top transparent opening. In this design, the black state has a high quality.
[0029]
In FIG. 4D, the cell is filled with a colorless dielectric solvent in which particles of different colors (ie, red, green or blue) are dispersed. The background of the cell is white. When there is a voltage difference between the in-plane electrodes (not shown), the particles migrate to each side of the cell, and the background color (ie, white) is seen through the top transparent opening, thereby providing high quality A white state is obtained. When there is no voltage difference between the in-plane electrodes, the particles are distributed in the dielectric solvent, so that the color of the particles (ie, red, green or blue) is visible through the top transparent opening.
[0030]
As shown in FIGS. 4A-4D, the in-plane switching mode allows the particles to move in a planar (right / left) direction and different color combinations of particles, background and fluid (each individually white, black, red, green). Or blue) can be used to form various multi-color EPDs.
[0031]
In addition, the particles in the dielectric solvent may be mixed color, and the cells have the same background color.
[0032]
In an alternative reflective display of the present invention, the upper transparent display layer of the display may be colored or provided with a color filter. In this case, the cell is filled with an electrophoretic composition containing white charged particles in a transparent, colorless or colored dielectric solvent, and the background of the cell may be black. In a monochrome display, the transparent display layer at each pixel has the same color (eg, black, red, green, blue, yellow, cyan, magenta, etc.). In a multi-color display, the transparent display layers may have different colors.
[0033]
III.Production of the microcup array of the present invention
Microcups are generally disclosed in U.S. patent application Ser. No. 09 / 518,488, filed Mar. 3, 2000 (corresponding to WO 01/67170), and U.S. Pat. It can be manufactured by micro-embossing or photolithography as disclosed in patent application Ser. No. 09 / 784,972.
[0034]
III (a)Manufacture of micro cup array by micro embossing
Manufacture of male mold
The male mold can be manufactured by any suitable method, such as a diamond turn process or a photoresist process followed by etching or electroplating. The master template for the male mold can be manufactured by any suitable method, for example, by electroplating. Electroplating is used to sputter a thin layer (typically 3000 angstroms) of a seed metal such as chrome inconel on a glass base. Next, it is coated with a layer of photoresist and exposed to radiation, for example, ultraviolet (UV). A mask is placed between the UV and the layer of photoresist. The exposed area of the photoresist is in a cured state. Next, the non-exposed area is removed by washing with a suitable solvent. The remaining hardened photoresist is dried and a thin layer of seed metal is sputtered again. Thus, a master for electroforming is completed. A typical material used for electroforming is nickel cobalt. Alternatively, the master may write "Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media", SPIE Proc. 1663, 324 ( 1992) may be formed from nickel by electroless nickel deposition or electroforming. The mold floor (bottom portion) is typically about 50-400 microns thick. The master may be an e-master, as described, for example, in "Replication techniques for micro-optics", SPIE Proc. 3099, 76-82 (1997). It can also be formed using other micro-engineering techniques including (electron) -beam writing, dry etching, chemical etching, laser writing or laser interference. Alternatively, the mold can be formed by photomachining using plastic, ceramic or metal.
[0035]
Male molds produced in this manner typically have protrusions of about 1-500 microns, preferably about 2-100 microns, and most preferably about 4-50 microns. The male mold may be in the form of a belt, roller or sheet. For continuous production, a belt type mold is preferred. Before applying (or applying) the UV curable resin composition, the male mold may be treated with a release agent to assist in the demolding process.
[0036]
The microcups can be formed either in a batch process or in a continuous roll-to-roll process as disclosed in US application Ser. No. 09 / 784,972, filed Feb. 15, 2001.
[0037]
In the first step of the micro-embossing process, the UV curable resin is first applied to the substrate (by any suitable means, such as roller coating, die coating, slot coating, slit coating and doctor blade coating). (Preferably a transparent insulator). Suitable transparent insulator substrates include polyethylene terephthalate, polyethylene naphthate, polyaramid, polyimide, polycycloolefin, polysulfone, epoxy and composites thereof. The radiation-curable materials used are thermoplastic or thermoset precursors, such as polyfunctional acrylates or methacrylates, vinyl ethers, epoxides and their oligomers and polymers. Multifunctional acrylates and their oligomers are most preferred. Also, combinations of multifunctional epoxides and multifunctional acrylates are very useful for obtaining the desired physical-mechanical properties. The UV curable resin may be degassed before dispensing and may optionally include a solvent. The solvent, if present, evaporates easily.
[0038]
The radiation-curable material coated on the substrate is embossed with a male mold under pressure. Where the male mold is metallic and opaque, the plastic insulator is typically transparent to actinic radiation used to cure the resin. Conversely, the male mold may be transparent to actinic radiation and the plastic insulator may be opaque. Since the plastic insulator is typically on the display side, it is preferably transparent. In this case, the electrodes may be opaque. Alternatively, micro-embossing may be performed on the substrate having the electrodes.
[0039]
After exposure to radiation, the radiation-curable material cures. Thereafter, the male mold is removed to reveal the formed microcup.
[0040]
III (b)Fabrication of microcup array by photolithography
A photolithographic process for manufacturing a microcup array is illustrated in FIGS. 5A and 5B.
[0041]
As shown in FIGS. 5A and 5B, the microcup array (50) comprises a radiation curable material (51a) coated on an insulator substrate base (53) by any known method by UV light (or alternatively It can be manufactured by exposing through a mask (56) with other forms of radiation and an electron beam to form a wall (51b) corresponding to the image (or image) projected through the mask (56).
[0042]
In the photomask (56) in FIG. 5A, the dark squares (54) indicate areas that are opaque to the radiation used, and the spaces between the dark squares (55) indicate areas that are transparent to the radiation. The radiation curable material (51a) is irradiated with UV through the opening area (55).
[0043]
As shown in FIG. 5B, the exposed areas (51b) are cured, and then the unexposed (or unexposed) areas (protected by the opaque areas (54) of the mask (56)) are replaced with a suitable solvent or developer. To form a microcup (57). The solvent or developer is selected from those commonly used for dissolving or dispersing radiation-curable materials, such as, for example, methyl ethyl ketone, toluene, acetone or isopropanol.
[0044]
Alternatively, exposure can be performed by placing a photomask under the insulator substrate. In this case, the substrate must be transparent to the radiation wavelength used for exposure.
[0045]
The openings of the microcups produced by the method described above may be circular (or round), square, rectangular, hexagonal or any other shape. The partition area between the openings is preferably kept small to achieve high chroma and contrast while maintaining desirable mechanical properties. Therefore, honeycomb-shaped openings are preferred over, for example, circular openings.
[0046]
For a reflective electrophoretic display, the size of each microcup is approximately 10²~ About 1 × 10⁶μm², Preferably about 10³~ About 1 × 10⁵μm²May be within the range. The microcup depth is in the range of about 5 to about 200 microns, preferably about 20 to 100 microns. The opening to total area ratio (or the ratio of the opening to the total area, where the total area is defined as the area of one cup containing the wall measured from the center of the wall) is from about 0.2 to about 0.95, preferably Is in the range of about 0.5 to about 0.9. The opening distance is usually in the range of about 15 to about 450 microns, preferably about 25 to about 300 microns, from edge to edge of the opening.
[0047]
III (c)Micro cup sealing
After filling the microcups with the electrophoretic fluid, they are sealed (or sealed). The important step of sealing the microcups can be performed in many ways. A preferred method is to disperse the UV curable composition in an electrophoretic fluid containing charged dye particles dispersed in a colored dielectric solvent. Suitable UV curable materials include acrylates, methacrylates, styrene, alpha-methylstyrene, butadiene, isoprene, allyl acrylate, polyvalent acrylates or methacrylates, cyanoacrylates, vinylbenzenes, polyvinyls including vinylsilanes, vinylethers, polyvalents. Epoxides, polyvalent isocyanates, polyvalent allyls, and oligomers or polymers containing crosslinkable (or crosslinkable) functional groups are included. The UV curable composition is immiscible with the dielectric solvent and has a lower specific gravity than the electrophoretic fluid (ie, the combination of the dielectric solvent and the dye particles). The two components (UV curable composition and electrophoretic fluid) are thoroughly blended in an in-line mixer to provide a precise coating mechanism, eg, Myrad bar, gravure printing, doctor blade, slot coating or slit. Immediately coat the microcups with the coating. Remove excess fluid with a wiper blade or similar device. A small amount of a weak solvent or solvent mixture, such as isopropanol or methanol, may be used to remove any residual electrophoretic fluid on the upper surface of the microcup partition. Volatile organic solvents may be used to control the viscosity and coverage of the electrophoretic fluid. Thereafter, the microcups thus filled are dried, and the UV-curable composition floats on top of the electrophoretic fluid. The microcup can be sealed by curing the UV curable layer in the supernatant while or after it floats over. UV or other forms of radiation, such as visible light, IR and electron beam, may be used to cure the sealing layer and seal the microcup. Alternatively, if a heat or moisture curable composition is used, heat or moisture may be used to cure the sealing layer to seal the microcup.
[0048]
A preferred group of dielectric solvents that exhibit desirable density and solubility differences for acrylate monomers and oligomers are halogenated hydrocarbons and derivatives thereof. Surfactants can be used to improve wetting and adhesion at the interface between the electrophoretic fluid and the sealing material. Surfactants include FC surfactant (manufactured by 3M), Zonyl fluorosurfactant (manufactured by DuPont), fluoroacrylate, fluoromethacrylate, fluorine-substituted long-chain alcohol, perfluoro-substituted long-chain carboxylic acid, and the like. And derivatives thereof.
[0049]
Alternatively, if the sealing precursor is at least partially compatible with the dielectric solvent, the electrophoretic fluid and sealing precursor may be sequentially coated in the microcup to avoid mixing. Thus, sealing of the microcups can be performed by overcoating the filled microcups with a thin layer of sealing material that can be cured by radiation, heat, moisture or interfacial reactions. Volatile organic solvents can be used to adjust the viscosity and thickness of the coating. When a volatile solvent is used in the overcoat, the volatile solvent is preferably immiscible with the dielectric solvent to reduce the degree of mixing between the sealing layer and the electrophoretic fluid. It is highly desirable that the specific gravity of the overcoating be significantly less than the specific gravity of the electrophoretic fluid to further reduce the degree of mixing. In co-pending US application Ser. No. 09 / 874,391, filed Jun. 4, 2001, thermoplastic elastomers are disclosed as preferred sealing materials.
[0050]
Examples of useful thermoplastic elastomers include ABA and (AB) n types, where A is styrene, α-methylstyrene, ethylene, propylene or norbornene; B is butadiene, isoprene, ethylene, propylene, butylene, Dimethylsiloxane or propylene sulfide; and A and B are not the same in the formulas). The number n is ≧ 1, preferably 1-10. Particularly useful are diblock or triblock copolymers of styrene or α-methylstyrene, such as SB (poly (styrene-b-butadiene)), SBS (poly (styrene-b-butadiene-b-styrene)), SIS (poly ( Styrene-b-isoprene-b-styrene)), SEBS (poly (styrene-b-ethylene / butylene-b-styrene)), poly (styrene-b-dimethylsiloxane-b-styrene), poly (α-methylstyrene) -B-isoprene), poly (α-methylstyrene-b-isoprene-b-α-methylstyrene), poly (α-methylstyrene-b-propylene sulfide-b-α-methylstyrene), poly (α-methyl) Styrene-b-dimethylsiloxane-b-α-methylstyrene).
[0051]
Alternatively, interfacial polymerization and subsequent UV curing have been found to be very advantageous for the sealing process. Mixing between the electrophoretic layer and the overcoat is significantly suppressed by forming a thin barrier layer at the interface by interfacial polymerization. Thereafter, the sealing is completed by a post-curing step (preferably by UV irradiation). A two-step overcoat process is particularly useful when the dyes used are at least partially soluble in the thermoset precursor.
[0052]
III (d)Lamination of microcups
Thereafter, the sealed microcup is laminated (or overlaid) with the patterned in-plane conductor film and an upper layer, preferably including an adhesive layer. Suitable adhesive materials include pressure-sensitive adhesives of the acrylic and rubber type, for example UV-curable adhesives, including polyfunctional acrylates, epoxides or vinyl ethers, and moisture or heat-curable adhesives, such as epoxies, polyurethanes and cyanoacrylates. Is included.
[0053]
The cells manufactured by the methods of Sections III (a) to III (d) can be used in an upside-down manner with the transparent display layer on top and the layer with in-plane electrodes on the bottom.
[0054]
III (e)Alternative
Alternatively, in a micro-embossing process, the UV curable resin is dispensed onto the male mold by any suitable means, such as coating, dipping and pouring. The dispenser may be movable or fixed. A patterned in-plane conductive film on a plastic substrate such as polyethylene terephthalate, polyethylene naphthate, polyaramid, polyimide, polycycloolefin, polysulfone, epoxy and composites thereof is overlaid on the UV curable resin. Pressure may be applied to ensure proper bonding between the resin and plastic substrate and to control the thickness of the microcup floor. Where the male mold is metallic and opaque, the plastic substrate is typically transparent to actinic radiation used to cure the resin. Conversely, the male mold may be transparent to actinic radiation and the plastic substrate may be opaque.
[0055]
After exposure to UV radiation, the UV curable resin is cured, after which the male mold can be removed. The formed microcup array is filled and sealed as described above. Thereafter, a transparent insulator layer is laminated on the sealed microcup, preferably using an adhesive.
[0056]
Although less preferred, photolithographic exposure may be performed on a substrate having in-plane electrodes. A radiation curable material is coated on the patterned conductor film. The microcup is formed by exposing the radiation curable material to radiation through a photomask, as shown in FIG. 5 and as described in Section III (b) above.
[0057]
Thereafter, the microcup thus produced is filled and sealed as described above, and a transparent insulator layer is laminated thereon, preferably with an adhesive.
[0058]
In any of the microcup manufacturing methods disclosed in this section, a substrate comprising an array of thin film transistors (TFTs) can be used as the bottom in-plane electrode layer, in which case the TFT layer also provides an active drive mechanism.
[0059]
IV.Preparation of suspension
The suspension filled in the microcup contains a dielectric solvent with the charged dye particles dispersed therein, which particles move by the action of electrolysis. The suspension may optionally include another colorant that does not migrate in the electrolysis. This dispersion can be prepared by methods known in the art (eg, US Pat. Nos. 6,017,584, 5,914,806, 5,573,711, 5,403,518, 5,380). No. 3,362, 4,680,103, 4,285,801, 4,093,534, 4,071,430 and 3,668,106, and the like. -IEEE Trans. Electron Devices, ED-24, p. 827 (1997) and Journal of Applied Physics (J. Appl. Phys.) 49 (9), 4820 Page (1978).
[0060]
The suspending fluid medium is a dielectric solvent that preferably has a low viscosity due to the high mobility of the particles and a dielectric constant in the range of about 2 to about 30, preferably about 2 to about 15. Examples of suitable dielectric solvents include: hydrocarbons such as decahydronaphthalene (DECALIN), 5-ethylidene-2-norbornene, fatty oils, paraffin oils, aromatic hydrocarbons such as Toluene, xylene, phenylxylylethane, dodecylbenzene and alkylnaphthalene, halogenated solvents such as dichlorobenzotrifluoride, 3,4,5-trichlorobenzotrifluoride, chloropentafluoro-benzene, dichlorononane, pentachlorobenzene and perfluoro Solvents such as perfluorodecalin, perfluorotoluene, perfluoroxylene, FC-43, FC-70 and FC-5060 (from 3M, St. Paul, Minn.), Low molecular weight fluorine-containing polymers such as poly (perflu Oropropylene oxide) (TCI America, Portland, Oregon), poly (chlorotrifluoroethylene) such as Halocarbon Oils (Halocarbon Product Corp., (Riveredge, NJ), perfluoropolyalkyl ethers, such as Galden, HT-200 and Fluorolink (from Ausimont) or Krytox Oils and Glysees K -Greases K-Fluid Series (DuPont, Delaware). In one preferred embodiment, poly (chlorotrifluoroethylene) is used as the dielectric solvent. In another preferred embodiment, poly (perfluoropropylene oxide) is used as the dielectric solvent.
[0061]
The immobile fluid colorant may be formed by a dye or pigment (pigment). Nonionic azo and anthraquinone dyes are particularly useful. Examples of useful dyes include, but are not limited to: Oil Red EGN, Sudan Red, Sudan Blue, oil -Blue (Oil Blue), Macrolex Blue, Solvent Blue 35, Pyram Sprit Black and Fast Spirit Black (Pyram Products) (Pylam Products) (Arizona), Thermoplastic Black X-70 (BASF), anthroquinone blue, anthroquinone yellow 114, Anthroquinone red 111 and 135, anthroquinone green (anthroquinone green) 28 and Sudan Black (Sudan Black) B (manufactured by Sigma-Aldrich (Aldrich)). When using a perfluorosolvent, fluorinated dyes are particularly useful. In the case of dyes, dye particles that produce a fluid colorant that does not migrate may be dispersed in a dielectric solvent, and these colored particles are preferably uncharged. If the pigment particles that produce the immobile fluid colorant are charged, they preferably have a charge opposite that of the charged migrating pigment particles. If both types of dye particles carry the same charge, they need to have different charge densities or different electrophoretic mobilities. Dyes or pigments that give rise to immobile fluid colorants must be chemically stable and compatible (or compatible) with the other components in the suspension.
[0062]
The moving charged dye particles are preferably white, and are organic or inorganic dyes such as TiO.₂It may be.
[0063]
When using colored moving particles, these include phthalocyanine blue, phthalocyanine green, diarylide yellow, diarylide AAOT Yellow, and quinacridone ( quinacridone), azo, rhodamine, perylene dye series (manufactured by Sun Chemical), Hansa yellow G particles (manufactured by Kanto Chemical) and carbon -It may be formed by Lamp Lamp (Carbon Lampblack) (manufactured by Fisher). Submicron particle sizes are preferred. These particles must have acceptable optical properties, must not swell or soften by the dielectric solvent, and must be chemically stable. The suspension obtained must also be stable against sedimentation, creaming or flocculation under normal conditions of use.
[0064]
The migrating dye particles may initially exhibit a charge, or may be charged so as to be evident using a charge control agent, or may acquire a charge when suspended in a dielectric solvent. Suitable charge control agents are well known in the art, may be polymeric in nature, non-polymeric, and may be ionic or non-ionic. It often contains the following ionic surfactants: Aerosol OT, sodium dodecylbenzenesulfonate, metal soap, polybutene succinimide, maleic anhydride copolymer, vinylpyridine copolymer, vinylpyrrolidone copolymer (eg, Ganex, International -Specialty Products (manufactured by International Specialty Products), (meth) acrylic acid copolymers, and N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylate copolymers. Fluorosurfactants are particularly useful as charge control agents in perfluorocarbon solvents. They include FC fluorosurfactants such as FC-170C, FC-171, FC-176, FC430, FC431 and FC-740 (from 3M) and Zonyl fluorosurfactants such as Zonyl FSA. , FSE, FSN, FSN-100, FSO, FSO-100, FSD and UR (from DuPont).
[0065]
Suitable charged dye dispersions may be manufactured by any of the well-known methods, including grinding, milling, attriting, microfluidizing, and microfluidizing. Techniques that use ultrasound are included. For example, pigment particles in the form of a fine powder are added to a suspending solvent, and the resulting mixture is milled or attrited in a ball mill for several hours to break up highly agglomerated dry pigment powder into primary particles. To a lesser extent, a dye or pigment providing a fluid colorant that does not migrate may be added to the suspension during ball milling.
[0066]
Sedimentation or creaming of the pigment particles can be eliminated by microencapsulating the particles with a suitable polymer to match the specific gravity of the dielectric solvent. Microencapsulation of the pigment particles can be performed chemically or physically. Typical microencapsulation methods include interfacial polymerization, in situ polymerization, phase separation, coacervation, electrostatic coating, spray drying, fluidized bed coating and solvent evaporation.
[0067]
In the case of dye suspensions, there are many possibilities. In the case of the subtractive color system, charged TiO₂The particles may be suspended in a cyan, yellow or magenta dielectric fluid. Cyan, yellow or magenta colors can be developed by using dyes or pigments. In the case of an additive color system, charged TiO in a red, green or blue dielectric fluid developed by using a dye or pigment.₂The particles may be suspended. Red, green and blue colors are preferred for most applications.
[0068]
Although the invention has been described with reference to particular embodiments of the invention, it will be understood that various changes can be made and equivalents can be substituted without departing from the true concept and scope of the invention. It should be understood by those skilled in the art. In addition, many modifications may be made to adapt a particular situation, material, composition of matter, process, process step or steps, to the objective, concept and scope of the present invention. All such modifications are intended to fall within the scope of the appended claims.
[0069]
Accordingly, it is desired that the present invention, in light of the present specification, be defined by the appended claims as broadly as the prior art allows.
[Brief description of the drawings]
[0070]
Note that all figures are shown schematically and not to scale.
[0071]
FIG. 1 illustrates the general disadvantages of a conventional EPD having only a top / bottom switching mode.
FIG. 2 illustrates the general arrangement of a representative electrophoresis cell and in-plane switching electrodes of the present invention.
FIG. 3A illustrates a monochrome display of the present invention.
FIG. 3B illustrates a monochrome display of the present invention.
FIG. 4A illustrates a multi-color scenario (or plan) of the present invention.
FIG. 4B illustrates a multi-color scenario of the present invention.
FIG. 4C illustrates a multi-color scenario of the present invention.
FIG. 4D illustrates a multi-color scenario of the present invention.
FIG. 5A illustrates the fabrication of a microcup including photolithographic image exposure through a photomask.
FIG. 5B illustrates fabrication of a microcup including photolithographic image exposure through a photomask.

Claims

An electrophoretic display having an in-plane switching mode comprising isolated electrophoretic cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios.

The electrophoretic display according to claim 1, wherein the display has two in-plane electrodes.

The electrophoretic display according to claim 1, wherein the display has one in-plane electrode.

Microcups has an upper opening in the range of from about 10 ² to about 1 × 10 ⁶ [mu] m ^2, the electrophoretic display according to claim 1.

Microcups has an upper opening in the range of from about ¹⁰³ to about 1 × 10 ⁵ μm ^2, an electrophoretic display according to claim 4.

The electrophoretic display of claim 1, wherein the depth of the microcups is in a range from about 5 to about 200 microns.

The electrophoretic display of claim 6, wherein the depth of the microcups is in a range from about 20 to about 100 microns.

2. The electrophoretic display of claim 1, wherein the aperture to total area ratio ranges from about 0.2 to about 0.95.

An electrophoretic display having isolated cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios, the cells comprising a transparent display layer on one side of the display;
A layer having in-plane electrodes on the opposite side of the display; and
An electrophoretic display wherein a cell is filled with a dielectric solvent or solvent mixture containing dispersed charged particles.

The electrophoretic display according to claim 9, further comprising a separate background layer.

The electrophoretic display according to claim 9, wherein the transparent display layer is colorless.

The electrophoretic display according to claim 11, wherein the separate background layer is on top of a layer having in-plane electrodes.

The electrophoretic display of claim 11, wherein the separate background layer is below a layer having in-plane electrodes.

The electrophoretic display according to claim 11, wherein the layer having the in-plane electrode functions as a background layer, and the in-plane electrode is white or colored.

The electrophoretic display according to claim 9, wherein the display is a monochrome display.

The electrophoretic display according to claim 15, wherein the dielectric solvent is colorless and transparent.

17. The electrophoretic display of claim 16, wherein all the cells have white particles and the same background color.

18. The electrophoretic display according to claim 17, wherein the background color is black, red, green, blue, yellow, cyan or magenta.

17. The electrophoretic display of claim 16, wherein all the cells have the same color particles and a white background color.

20. The electrophoretic display according to claim 19, wherein the particles are black, red, green, blue, yellow, cyan or magenta.

17. The electrophoretic display of claim 16, wherein the individual cells have mixed color particles and the same background color.

22. The electrophoretic display according to claim 21, wherein the mixed color is two or more colors selected from the group consisting of black, white, red, green, blue, yellow, cyan and magenta.

23. The electrophoretic display of claim 22, wherein the background color is selected from the group consisting of black, white, red, green, blue, yellow, cyan, and magenta.

The electrophoretic display according to claim 9, wherein the display is a multi-color display.

25. The electrophoretic display of claim 24, wherein the cells have white particles and different background colors.

25. The electrophoretic display according to claim 24, wherein the cells have black particles and different background colors.

The electrophoretic display of claim 24, wherein the cells have different colored particles and a white background.

25. The electrophoretic display of claim 24, wherein the cells have different colored particles and a black background.

The electrophoretic display according to claim 9, wherein the transparent display layer is colored or provided with a color filter.

30. The electrophoretic display of claim 29, wherein said separate background layer is on top of a layer having in-plane electrodes.

30. The electrophoretic display of claim 29, wherein the separate background layer is below a layer having in-plane electrodes.

30. The electrophoretic display according to claim 29, wherein the layer having the in-plane electrode functions as a background layer, and the in-plane electrode is white or colored.

30. The electrophoretic display of claim 29, wherein all said cells have white particles and a black background.

34. The electrophoretic display of claim 33, wherein all said cells have a transparent display layer of the same color.

34. The electrophoretic display according to claim 33, wherein the cells have different color transparent display layers.

A method of making an electrophoretic display having isolated cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios, comprising:
a) forming a layer by coating a radiation-curable material on a transparent insulator substrate;
b) forming microcups on the radiation curable material by microembossing or image exposure with radiation;
c) filling the microcup with the electrophoretic composition;
d) sealing the microcup;
e) A method comprising laminating a substrate comprising in-plane electrodes to a sealed microcup.

37. The method of manufacturing an electrophoretic display according to claim 36, wherein a substrate including an in-plane electrode and an adhesive is used.

A method of making an electrophoretic display having isolated cells formed from microcups having well-defined dimensions, shapes and aspect ratios, comprising:
a) forming a layer by coating a radiation-curable material on a substrate containing in-plane electrodes;
b) forming microcups on the radiation curable material by microembossing or image exposure with radiation;
c) filling the microcup with the electrophoretic composition;
d) sealing the microcup;
e) A method comprising laminating a transparent insulator substrate on the sealed microcup.

The method for manufacturing an electrophoretic display according to claim 38, wherein a transparent insulator substrate and an adhesive are used.

Microcups has an upper opening in the range of from about 10 ² to about 1 × 10 ⁶ μm ^2, The method of claim 36.

Microcups has an upper opening in the range of from about 10 ² to about 1 × 10 ⁶ μm ^2, The method of claim 38.

37. The method of claim 36, wherein the transparent insulator substrate is colorless.

43. The method of claim 42, wherein all the cells have the same background color and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of the same color dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent.

43. The method of claim 42, wherein said cells have different background colors and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of the same color dispersed in a colorless transparent dielectric solvent.

43. The method of claim 42, wherein said cells have the same background color and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of different colors dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent.

39. The method of claim 38, wherein said transparent insulator substrate is colorless.

47. The method of claim 46, wherein all the cells have the same background color and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of the same color dispersed in a colorless transparent dielectric solvent.

47. The method of claim 46, wherein said cells have different background colors and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of the same color dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent.

47. The method of claim 46, wherein the cells have the same background color and are filled with an electrophoretic composition comprising charged particles of different colors dispersed in a colorless and transparent dielectric solvent.

37. The method of claim 36, wherein the transparent insulator substrate is colored.

52. The method of claim 50, wherein the cell has a black background and is filled with an electrophoretic composition comprising charged white particles dispersed in a colorless transparent dielectric solvent.

52. The method of claim 51, wherein all cells have a transparent insulator substrate of the same color.

52. The method of claim 51, wherein the cells have different colored transparent insulator substrates.

39. The method of claim 38, wherein the transparent insulator substrate is colored.

55. The method of claim 54, wherein said cell has a black background and is filled with an electrophoretic composition comprising charged white particles dispersed in a colorless transparent dielectric solvent.

56. The method of claim 55, wherein all cells have a transparent insulator substrate of the same color.

56. The method of claim 55, wherein the cells have different colored transparent insulator substrates.

The electrophoretic display according to claim 9, wherein a substrate comprising an array of thin film transistors is used as a layer having in-plane electrodes.