JP2004537756A5 - - Google Patents

Description

カラーフィルタを有する電気泳動ディスプレイ

ａ）発明の分野
本発明は、適切に規定された寸法、形状およびアスペクト比を有し、溶媒中で分散した帯電色素粒子が充填されている隔離されたセルと、上部透明導体フィルムに配置されたカラーフィルタとを含む電気泳動ディスプレイに関する。

ｂ）関連技術の説明
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、電極間で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存在す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、底部プレートに存在する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイおよび上部表示基材に存在するパターン形成されていない透明なコモン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。

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。

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、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。

異なるピクセルまたはセル構造を有するＥＰＤが従来技術において報告されており、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）があり、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。

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を伴う。

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、有用なコントラスト比を得るため、典型的には水性溶液中で調製され、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大きい隙間が２つの電極間に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。

近年、改善されたＥＰＤ技術が、同時係属出願である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。

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）カップに電気泳動流体を充填し、およびマイクロカップアレイを封止し、（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。

このＥＰＤ設計の利点の１つは、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である。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により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が実現され、この方法では、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。

発明の要旨

本発明の第１の要旨は、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隔離されたセルと上部透明導体フィルムに配置されたカラーフィルタとを含むＥＰＤを指向したものである。このセルには、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。

より詳細には、本発明のＥＰＤは上部透明電極プレートと底部電極プレートとを含み、隔離されたセルは２つの電極プレートに間に収められている。このディスプレイは、マルチカラーのＥＰＤを得るため、上部透明導体フィルムに配置されたカラーフィルタを有する。カラーフィルタは導体フィルムの下、導体フィルムと導体フィルムによりコートされる基材層との間、または基材層の上に配置できる。

発明の詳細な説明

定義
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「マイクロカップ(microcup)」は、マイクロエンボス加工または画像露光（imagewise exposure：イメージ通りに露光）およびその後の溶媒現像により形成されるカップ状の窪み（または凹部、indentation）を言うものである。
用語「セル」は、本発明に関しては、シールされたマイクロカップから形成される単一のユニットを意味することを意図する。このセルには、溶媒または溶媒混合物中で分散した帯電色素粒子が充填されている。
用語「適切に規定された（well-defined）」は、マイクロカップまたはセルについて記載する場合、マイクロカップまたはセルが、製造プロセスの特定のパラメーターに基づいて予め決められる明確な形状、寸法およびアスペクト比を有することを意味することを意図する。
用語「アスペクト比」は、ＥＰＤの分野において一般的に知られた用語である。本願においては、マイクロカップの深さ対幅比または深さ対長さ比（あるいは長さに対する深さまたは幅に対する深さの比）である。
用語「隔離された」は、１つのセル内の電気泳動流体が他のセルに移ることができないように、シーリング層で個々に封止されている電気泳動セルを言うものである。
用語「導体フィルム」はプラスチック（または可塑性）基材にコートした導体フィルムとして理解される。

好ましい態様
本発明のＥＰＤは、図１に示すように、２つの電極プレート（１０、１１）と、この２つの電極の間に収められた隔離されたセルの層（１２）とを含む。上部（またはトップ）電極プレート（１０）は透明で、好ましくは無色であり、また、プラスチック基材（１４）上の（またはこれに接する）導体フィルム（１３）を含む。セルは適切に規定された形状および寸法を有し、誘電性溶媒（１６）中で分散している帯電色素粒子（１５）が充填されている。また、セルはシーリング層（１７）で個々にシール（または封止）されている。２つの電極の間に電圧差が付与されたときは、帯電粒子は一方の側に移動し、これにより、色素の色または溶媒の色のいずれかが上部透明表示層を通して見られる。

カラーフィルタ（１８）層は、図示するようにプラスチック基材（１４）の上部（または上面）に、または導体フィルム（１３）とプラスチック基材（１４）との間に（図示せず）、または導体フィルム（１３）とシーリング層（１７）との間に（図示せず）配置できる。

帯電色素粒子（１５）は好ましくは白色であり、また、誘電性溶媒（１６）は透明であって、無色であるか着色されていてよい。

別法では、各個のセルには正および負に帯電した粒子の双方が充填されていてよく、そして、この２つのタイプの粒子は異なる色を有していてよい。

Ｉ．マイクロカップの製造
Ｉ（ａ）エンボス加工によるマイクロカップの製造
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・プロセスおよびレジストを現像した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）」、ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ. 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）」、ＳＰＩＥ Ｐｒｏｃ. 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。

ＥＰＤマイクロカップを製造するためにこのようにして製造される雄型は典型的には約３〜５００ミクロン、好ましくは約５〜１００ミクロン、および最も好ましくは約１０〜５０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またはローラー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。脱型プロセスを更に改善するため、マイクロカップと導体との間の付着性を改善するためのプライマーまたは接着増進層を導体フィルムに予めコートしてよい。

マイクロカップの形成
マイクロカップはバッチ式プロセスまたは同時係属出願である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。後者は、電気泳動ディスプレイまたは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）において使用する区画（またはコンパートメント）を製造するための低コストで高生産性の連続式製造技術を提供するものである。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。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。ＵＶ硬化性樹脂は任意の適当な手段、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のいずれでもよい。導体フィルムをＵＶ硬化性樹脂の上に重ねる。適当な導体フィルムの例には、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアラミド、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ポリスルホンおよびポリカーボネートなどのプラスチック基材上の透明導体ＩＴＯが含まれる。樹脂とプラスチックとの間の適性な結合を確保し、また、マイクロカップのフロアの厚さを制御するために、必要に応じて圧力を加えてよい。ラミネートローラ、真空モールド、プレス装置または他の同様の手段を用いて圧力を加えてよい。別法では、ＵＶ硬化性樹脂を導体フィルムの上にコートし、型によってエンボス加工することができる。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。型成形した形状を導体フィルム上へ良好に転写するためには、導体フィルムはＵＶ硬化性樹脂に対する付着性が良好な必要があり、ＵＶ硬化性樹脂は型表面からのリリース特性（または解放特性）が良好でなければならない。導体とマイクロカップとの間の付着性を改善するため、プライマーまたは接着増進層を導体フィルムに予めコートしてよい。

マイクロカップを製造するための熱可塑性物または熱硬化物の前駆体は、多価アクリレートまたはメタクリレート、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であってよい。多官能性アクリレートおよびそのオリゴマーが最も好ましい。多官能性エポキシドおよび多官能性アクリレートの組み合わせも非常に有用であり、望ましい物理的−機械的性質を達成できる。エンボス加工したマイクロカップの耐屈曲性を向上させるために、可撓性を付与する架橋性オリゴマー、例えばウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレートおよびアクリル化ゴムを添加してよい。この組成物はオリゴマー、モノマー、添加剤を含んでよく、また、場合によりポリマーも含んでよい。この種の材料のガラス転移温度（Ｔｇ）は、通常、約−７０℃〜約１５０℃、好ましくは約−２０℃〜約５０℃の範囲にある。マイクロエンボス加工処理は、典型的にはＵＶ硬化性組成物のＴｇより高い温度で実施する。加熱した雄型または型を押し付ける加熱したハウジング基材を使用して、マイクロエンボス加工の温度および圧力を制御することができる。

前駆体層が硬化してマイクロカップのアレイを生じる間、またはその後に型を離す（またはリリースする）。前駆体層の硬化は、冷却、放射線、熱または湿気による架橋によって行うことができる。熱硬化物前駆体の硬化をＵＶ照射によって実施する場合、２つの図面に示すように、ウェブの下方からまたは上方から透明導体フィルムにＵＶを照射してよい。別法では、型の内部にＵＶランプを配置してよい。この場合、予めパターン形成した雄型を通して熱硬化物前駆体層にＵＶ光を照射できるように型が透明である必要がある。

Ｉ（ｂ）画像露光によるマイクロカップの製造
別法では、導体フィルム（２２）上に被覆した放射線硬化性材料（２１）をＵＶまたは他の形態の放射線でマスク（２０）を介して画像露光する（図２）ことにより、マイクロカップを製造できる。導体フィルム（２２）は、プラスチック基材（２３）上に存在する。

ロール・トゥ・ロール・プロセスの場合、フォトマスクをウェブと同調させてウェブと同じスピードで移動させてよい。図２のフォトマスク（２０）では、黒っぽい四角形（２４）は不透明な領域を示し、黒っぽい四角形の間のスペース（２５）は開口領域を示す。開口領域（２５）を通じて放射線硬化性材料にＵＶを照射する。露光領域が硬化し、その後、未露光（または非露光）領域（マスクの不透明領域で保護されている）を適当な溶媒または現像液で除去してマイクロカップ（２６）を形成する。溶媒または現像液は放射線硬化性材料を溶解、分散またはその粘度を減少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。典型的な例には、メチルエチルケトン、エチルアセトン、トルエン、アセトン、イソプロパノール、メタノールおよびエタノールなどが含まれる。

別法では、導体フィルム／基材支持ウェブの下にフォトマスクを配置することによってマイクロカップの製造を実施することができる。この場合、フォトマスクを通じて下方からＵＶ光を照射し、また、基材は放射線に対して透明でなければならない。

一般的に、マイクロカップは任意の形状を有してよく、また、その寸法および形状は様々であってよい。マイクロカップは、１つのシステムにおいて実質的に均一な寸法および形状であってよい。しかしながら、光学的効果を最大限にするために、異なる形状および寸法が混在するマイクロカップを製造することができる。例えば、赤色用のマイクロカップは、緑色または青色用のマイクロカップと異なる形状または寸法を有してよい。更に、ピクセルは、異なる数の異なる色のマイクロカップから成ってよい。例えば、ピクセルは、幾つかの小さい緑色マイクロカップ、幾つかの大きい赤色マイクロカップおよび幾つかの小さい青色マイクロカップから成ってよい。３つの色に対して同じ形状および数とする必要はない。

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。

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典型的には約５〜約１００ミクロン、好ましくは約１０〜５０ミクロンの範囲内である。全面積に対する開口面積の比は約０．０５〜約０．９５、好ましくは約０．４〜約０．９０の範囲内にある。

ＩＩ．懸濁物／分散物の調製
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帯電色素粒子が分散した状態で含み、この粒子は電界の作用により移動する。懸濁物は、電界内で移動できる、またはできない、別のコントラストをなす着色剤を場合により含んでいてよい。この懸濁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（１９７７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。

この懸濁流体媒体は、粒子の大きい移動性のために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好ましくは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。

コントラストをなす着色剤は、染料または色素（顔料）から選択できる。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 Spirit 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）、アントラキノン・ブルー（anthraquinone blue）、アントラキノン・イェロー（anthraquinone yellow）１１４、アントラキノン・レッド（anthraquinone red）１１１および１３５、アントラキノン・グリーン（anthraquinone 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。コントラストをなす色の色素の場合、着色剤は誘電性媒体中に分散させてもよく、また、帯電していないのが好ましい。コントラストをなす色の色素粒子が帯電している場合、原色の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。コントラストをなす色および原色の粒子の双方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。ＥＰＤに使用され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）を有する必要がある。

主要な帯電原色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。

着色された色素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）から選択できる。粒子寸法は０．０１〜５ミクロンの範囲が好ましく、０．０５〜２ミクロンの範囲がより好ましい。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。

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とき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、ＦＣ−４３０、ＦＣ−４３１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ＦＳＡ、ＦＳＥ、ＦＳＮ、ＦＳＮ−１００、ＦＳＯ、ＦＳＯ−１００、ＦＳＤおよびＵＲ（デュポン製）が含まれる。

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。

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。

本発明については、帯電粒子は典型的には白色であり、また誘電性溶媒は透明であって、無色であるかまたは着色されていてよい。

ＩＩＩ．マイクロカップの充填および封止
マイクロカップの充填は常套の手段により実施できる。また、充填したマイクロカップのシーリング（または封止）は多くの方法により実施できる。好ましい方法は、着色された誘電性溶媒中に分散した帯電色素粒子を含む電気泳動流体に、多官能性アクリレート、アクリル化オリゴマーおよび光開始剤を含むＵＶ硬化性組成物を分散させることである。ＵＶ硬化性組成物は、誘電性溶媒と非混和性であり、誘電性溶媒および色素粒子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、例えばヘプタン、イソプロパノールおよび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硬化させ、マイクロカップをシールしてよい。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硬化させ、マイクロカップをシールしてもよい。

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、パーフルオロ溶媒、例えば低分子量ポリ（パーフルオロプロピレンオキシド）、パーフルオロエーテル（オーシモント（イタリア）製またはデュポン（デラウェア州）製）およびそれらの誘導体である。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。有用な界面活性剤には、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。

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には特に、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、放射線、熱、溶媒蒸発、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し、および、充填したマイクロカップの表面で硬化させることによって実施できる。熱可塑性エラストマーが好ましいシーリング材料である。添加剤（例えばシリカ粒子および界面活性剤など）を使用して膜一体性およびコーティングの質を向上させるようにしてよい。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。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。混合の程度を更に減らすため、オーバーコート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。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、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。使用する染料が熱硬化物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。

ＩＶ．本発明の電気泳動ディスプレイの製造
このプロセスを図３に示すようなフローダイアグラムによって説明する。電気泳動分散物によって全てのマイクロカップを充填する。このプロセスは、以下の工程を含んで成る連続的なロール・トゥ・ロール・プロセスとすることができる：
１．導体フィルム（３１）上に適宜溶媒を含む熱可塑性物または熱硬化物の前駆体の層（３０）をコートする。溶媒は存在する場合には容易に蒸発する。
２．予めパターン形成した雄型（３２）によって、熱硬化物の前駆体層のガラス転移温度より高い温度にて熱可塑性物または熱硬化物の前駆体層をエンボス加工する。
３．好ましくは、熱可塑性物または熱硬化物の前駆体層を適当な手段によって硬化する間またはその後、その層から型を離す。
４．透明誘電性溶媒中の帯電色素分散物（３４）を上述のように形成したマイクロカップ（３３）のアレイに充填する。
５．同時係属特許出願である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）、２００１年２月１５日に出願された米国出願第０９／７８４，９７２号および２００１年６月４日に出願された米国出願第０９／８７４，３９１号に記載の方法によりマイクロカップをシールし、よって、電気泳動流体を含有する閉じた電気泳動セルを形成する。
このシーリング方法は、誘電性溶媒と非相溶性であり、溶媒および色素粒子より小さい比重を有する熱硬化物前駆体を少なくとも、誘電性溶媒に添加し、その後、熱硬化物前駆体を、適宜、熱硬化物前駆体が分離する間またはその後に、ＵＶなどの放射線によって、または熱もしくは湿気によって硬化させることを含む。別法では、マイクロカップのシーリングは、シーリング組成物を電気泳動流体の表面に直接オーバーコートし、および硬化させることによって行ってもよい。
６．感圧接着剤、ホットメルト接着剤、熱、湿気または放射線硬化性接着剤であってよい接着剤層（３７）を予め被覆したＩＴＯ／ＰＥＴなどの第２導体フィルム（３６）によって、電気泳動セルのシールしたアレイをラミネートする。工程（１）および工程（６）にて使用する２つの導体フィルムの少なくとも一方は透明である。アクティブマトリックスＥＰＤの場合、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）をこの工程に使用してよい。
７．上部の透明ＩＴＯ／ＰＥＴ層にカラーフィルター（３８）を加える。
別法では、上部表示導体層（ＩＴＯ）とシーリング層との間に、または上部表示導体層（ＩＴＯ）とＰＥＴプラスチック基材層との間にカラーフィルタ層を配置してよい。
工程６におけるラミネート接着剤は、上部導体フィルムが放射線に対して透明な場合には、ＵＶなどの放射線によって上部導体フィルムを通して後硬化させてよい。出来上がった製品は、ラミネート工程の後で切断（３９）してよい。
上述の方法においてＩＴＯラインの向きは様々であってよいことに留意されたい。加えて、切断（３９）の後にカラーフィルタを付してもよい。

上述のマイクロカップの製造は、熱硬化物前駆体を被覆した導体フィルムを画像露光し、その後、非露光領域を適当な溶媒によって除去する別の方法によって置換するのが好都合である場合がある。

また、本発明のモノクロディスプレイは、全てのセルの上部透明導体フィルム層へ同じ色のフィルターを加えることによって得ることができる。上部透明導体フィルム層は無色であることが好ましい。帯電粒子は典型的には白色であり、また、透明誘電性溶媒は黒色または他の色であってよい。例えば、セルは赤色フィルターおよび透明な黒色の誘電性溶媒中に分散した白色帯電粒子を有していてよい。この場合、粒子がセルの上部へ移動し、そこで留まるときは、赤色が上部導体フィルムを通して見られる。粒子がセルの底部へ移動するときは、カラーフィルタを通過する光が黒色の溶媒に吸収されることによって、黒色が上部導体フィルムを通して見られる。

本発明のマルチカラーディスプレイは、異なる色（すなわち赤、緑、青、イェロー、シアンまたはマゼンタなど）のフィルタを個々のセルの表示側に配置することによって得ることができる。加法混色の原色（赤、緑および青）が好ましい。カラーフィルタは赤、緑または青色の縞（またはストライプ）を含んでよい。帯電粒子は白色または着色されていて（またはカラーであって）よく、好ましくは白色である。個々のセル中の誘電性溶媒が異なる色であっても、同じ色であってもよく、好ましくは黒色である。カラーフィルタは、場合によりブラックマトリックスを含んでいてよい。

別法では、セルには正および負に帯電した粒子の双方が充填されていてよい。この２つのタイプの粒子は異なる色を有する。例えば、正に帯電した粒子は白色であってよく、負に帯電した粒子は着色されていてよい。正に帯電した白色粒子がセルの上部へ移動し、そこで留まるときは、フィルターの色が上部表示層を通して見られる。負に帯電した着色された粒子がセルの上部へ移動し、そこで留まるときは、フィルターの色と負に帯電した粒子の色とが合わさった色が見られる。

本発明のディスプレイは低コストで製造できる。加えて、カラーフィルタを有するディスプレイは、無色の誘電性流体を有するというオプションを提供するので有利である。これにより、困難であるかもしれない染料の選択プロセスまたは複雑な色素分散プロセスが不要となる。

説明したような本発明の方法によって製造されるディスプレイの厚さは、紙１枚程度に薄くすることができる。ディスプレイの幅は、被覆ウェブの幅（典型的には１〜９０インチ）である。ディプレイの長さは、ロールのサイズに応じて、数インチから何千フィートのいずれにもすることができる。

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に属することを意図するものである。

図１は本発明の電気泳動ディスプレイの概略図である。 図２Ａおよび２Ｂは画像露光を含む、マイクロカップを製造するためのプロセス工程を示す。 図３は本発明の電気泳動ディスプレイを製造するためのフローチャートである。

Claims (28)

1. （ａ）透明プラスチック基材層上の透明導体フィルムを含む透明上部表示電極と；
   （ｂ）底部電極と；
   （ｃ）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複数の隔離されたセルであって、誘電性溶媒または溶媒混合物中で分散した帯電色素粒子を含む電気泳動流体が充填され、および該電気泳動流体より小さい比重を有するシーリング組成物から形成されるシーリング層で封止されているセルと；
   （ｄ）透明プラスチック基材層の上部、または透明導体フィルムと透明プラスチック基材層との間、または透明導体フィルムの下に位置するカラーフィルタ層と
   を含む、電気泳動ディスプレイ。
2. 底部電極は導体フィルムまたは薄膜トランジスタを含む基材である、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
3. セルは寸法および形状が実質的に均一である、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
4. 複数のセルは異なる寸法および形状を有するセルを含む、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
5. セルは非球形である、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
6. セルは約１０^２〜約１×１０^６μｍ^２の範囲の開口面積を有するマイクロカップから形成される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
7. セルは約１０^３〜約１×１０^５μｍ^２の範囲の開口面積を有するマイクロカップから形成される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
8. セルは円形、多角形、六角形、矩形または正方形の形状を有する開口部を有するマイクロカップから形成される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
9. セルは約５〜約１００ミクロンの範囲の深さを有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
10. セルは約１０〜約５０ミクロンの範囲の深さを有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
11. セルは約０．０５〜約０．９５の範囲の開口部対全面積比を有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
12. セルは約０．４〜約０．９の範囲の開口部対全面積比を有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
13. モノクロディスプレイである、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
14. マルチカラーディスプレイである、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
15. 前記カラーフィルタは前記セルに対して同じ色または異なる色を有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
16. 前記カラーフィルタは赤、緑および青色の縞を含む、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
17. 前記カラーフィルタはブラックマトリックスを更に含む、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
18. 前記粒子は白色であり、または着色されている、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
19. 前記セルにおける前記誘電性溶媒は同じ色または異なる色を有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
20. 前記セルにおける前記誘電性溶媒は黒色である、請求項１９に記載の電気泳動ディスプレイ。
21. 前記粒子は反対の電荷を帯びている、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
22. 正の電荷を帯びた粒子は白色であり、および負の電荷を帯びた粒子は着色されている、請求項２１に記載の電気泳動ディスプレイ。
23. 正の電荷を帯びた粒子は着色されており、および負の電荷を帯びた粒子は白色である、請求項２１に記載の電気泳動ディスプレイ。
24. 前記シーリング組成物は放射線硬化性組成物である、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
25. 前記シーリング組成物は熱または湿気硬化性組成物である、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
26. 前記シーリング組成物は熱可塑性エラストマーを含む、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
27. 前記カラーフィルタ層はシーリング層と透明導体フィルムとの間にある、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
28. （ａ）透明プラスチック基材層上の導体フィルムを含む透明上部表示電極と；
    （ｂ）底部電極と；
    （ｃ）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複数の隔離されたセルであって、誘電性溶媒または溶媒混合物中で分散した帯電色素粒子を含む電気泳動流体が充填されているセルと；
    （ｅ）透明導体フィルムと透明プラスチック基材層との間、または透明導体フィルムの下に位置するカラーフィルタ層と
    を含む、電気泳動ディスプレイ。