JP2006527411A - 電気泳動ディスプレイ装置及びその装置を製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、分散した帯電粒子（３０）を有する流体と該流体を囲む高分子壁（２１、４４）とを有する１つ又はそれ以上の画素（２０、４２）を有する電気泳動ディスプレイパネル（１１）に関する。本発明は、更に、１つ又はそれ以上の画素（２０、４２）を有する電気泳動ディスプレイパネル（１１）を製造するための方法であって、分散した帯電粒子（３０）を有する流体と光重合性物質とを有する材料系を与える段階と、前記光重合性物質を重合することにより前記流体を囲む高分子壁（２１、４４）を形成するために放射線に前記材料系の１つ又はそれ以上の選択部分を露出する段階とを有する方法に関する。

Description

本発明は、分散された帯電粒子を有する流体を有する１つ又はそれ以上の画素を有する
電気泳動ディスプレイ装置に関する。

国際公開第０１／０２８９９号パンフレットにおいて、カプセルの層を有する電気泳動媒体が開示されている。カプセルの各々は、液体と、電界の印加下でカプセル内を移動することができる液体内に分散された粒子とを有する。それらのカプセルは、複数のスペーサにより互いに距離を置いている２つの基板間に備えられている。スペーサは、例えば、高分子材料のような透明材料により構成される。カプセル化された電気泳動媒体は電気泳動ディスプレイを製造するために用いられる。

従来のディスプレイパネルに伴う問題点は、流体及び分散された粒子を有するカプセルは、一般に、大きさが均一でないことである。その結果、電圧印加により、光学的挙動がカプセル毎に変化する傾向にあるようなカプセルの各々に対して異なる電界がもたらされる。画素は、通常、幾つかのカプセルを有するため、階調生成を提供することは困難である。

本発明の目的は、光学的挙動に関して良好に制御することができる電気泳動ディスプレイパネルを提供することである。

この目的は、流体を囲む高分子壁を有する電気泳動ディスプレイパネルにより達成される。画素は分散粒子を有する流体を囲む高分子壁により確定されるため、カプセルはもはや必要なく、結果的に、画素及びそのような画素を有するディスプレイパネルの光学的挙動を良好に制御することができる。

電気泳動ディスプレイパネルの有利な実施形態については、独立請求項において規定されている。

本発明は、更に、そのような電気泳動ディスプレイパネルと前記ディスプレイパネルに画像情報を供給するための回路構成とを有するディスプレイ装置に関する。そのような装置としては、例えば、光学的な判読性を必要とする携帯情報端末(ＰＤＡ)及び電子ブック等の可搬型装置がある。

本発明は、１つ又はそれ以上の画素を有する電気泳動ディスプレイパネルを製造するための方法であって：
− 分散された帯電粒子と光重合性物質とを有する流体を有する材料系を与える段階；
− 前記光重合性物質を重合することにより流体を囲む高分子壁を形成するために放射線に前記材料系の１つ又はそれ以上の選択された部分を露出させる段階；
を有する、方法に更に関する。

この方法においては、重合性物質は、高分子壁を形成するために活性画素領域として機能する領域から離れるように拡散する。画素が分散粒子を有する流体を囲む高分子壁により確定されるため、カプセルはもはや必要なく、結果的に、画素及びそのような画素を有するディスプレイパネルの光学的挙動を良好に制御することができる。

本発明の好的な実施形態においては、方法は、選択される部分を規定するために材料系に接して又は離れて電極構造を形成する段階と、前記高分子壁を形成するために前記放射線に前記材料系の前記の選択された部分を露出させる段階とを有する。そのような材料系を照射することにより、電極構造間の領域のみが、重合がそれらの領域のみにおいて実質的に起こるように、照射されることが可能である。代替として、高分子壁を形成するために放射線に対して選択部分を規定するために、個別のフォトマスクを備えることができる。しかしながら、画素の電極構造を用いて、セルフアライメントマスクを得ることが可能である。電極構造が材料系の上部において、直接、規定される場合、解像度の改善及びより微細なパターニングが達成される。

本発明の実施形態においては、方法は、前記選択部分を規定するために電圧を印加することにより分散された帯電粒子を位置決めする段階と、前記高分子壁を形成するために前記放射線に前記材料系の前記の規定された選択部分を露出する段階とを更に有する。それらの粒子は、放射線から下方領域を遮蔽することが可能である。重合性物質は、画素を確定する高分子壁を構成するために照射領域に拡散する。この実施形態においては、選択部分は、材料系自体により規定され、結果的に最適な解像度が得られる。双安定性流体に対して、それらの粒子は電圧を取り除いた後も同じ位置に留まることが可能であるため、印加電圧は、放射線への露出中にその材料系に対して必ずしも維持される必要はない。選択部分を規定するために分散された帯電粒子を用いることは、前段落において説明したように選択粒子を規定するために電極構造の使用又はフォトマスクと組み合わせることが可能である。

本発明の実施形態においては、方法は、一の基板に接して又は離れて前記材料系を与える段階と、放射線に前記材料系を露出させることにより前記材料系から対向基板を形成する段階とを更に有する。そのような方法は又、光誘起成層化、即ち、層状構造への相分離と呼ばれている。この実施形態においては、対向基板は、画素の上部における硬い高分子膜として材料系から得られる。好的には、材料系は、高分子壁を形成するために第１放射線ビームに先ず露出される。この第１放射線ビームは、例えば、高分子壁を規定する及び成層化の開始を回避するために適合された強度及び波長等のパラメータを有する。続いて、異なるパラメータを有する第２放射線ビームが対向基板を形成するために適用される。その処理の結果、分散された帯電粒子を有する流体で満たされた高分子ボックスの形成が得られる。それらのボックスは、第１放射線ビームにより形成される高分子壁と、第２放射線ビームに対する露出即ち成層化処理により得られる高分子カバーとを有する。

本発明の実施形態においては、材料系は、放射線に直接露出されない領域における重合を最小化するために重合抑制剤を有する。そのような材料系は、放射線ビームが放射中に画素構造内で反射し、その結果、不所望の領域における重合反応の開始をもたらすことから、有利である。このような有利点は、特に、低強度放射線ビームに有効である。

本発明の実施形態においては、流体は液晶である。重合段階中、液晶相は、モノマーの存在のために初期の等方性混合物から分離される。液晶が相分離されているということは、壁形成中に相分離の処理を促進するが、特に、成層化中、液晶の弾性力のために、帯電粒子を又有する液体領域は高分子がないまま保たれる。形成されたディスプレイは、ここで、液晶の液体における電界により移動される帯電粒子を有する。これは、それ故に、液晶の低剪断粘度のためにディスプレイのスイッチング特性を向上させることが可能である。

本発明の他の実施形態においては、液晶層のみの形成が、低温であって、例えば、−２０℃において、照射によりディスプレイの実際の動作温度以下の温度で起こる。動作温度、例えば、室温に昇温することにより、液晶は再び等方性になり、ここで従来の液体のように作用する。この場合、液晶相は、液体領域に形成された潜在的可能性のある高分子がない状態になるように支援する。

米国特許第６，０９７，４５８号明細書において、ディスプレイ媒体が液晶材料と高分子壁を有する反射型液晶ディスプレイについて開示されている。その高分子壁は、画素を分離するための高分子に関係していないし、そのようなディスプレイの光学的挙動の制御に関して、画素内のカプセルの問題点について開示もしていない。

本発明については、本発明の好的な実施形態について、添付図面を参照して、更に説明される。本発明に従った方法及び装置は、それらの特定の且つ好的な実施形態に決して制限されないことが理解されるであろう。

図１は、複数の画素２を有する従来技術のディスプレイパネル１について示している。画素２は、２つの基板４間に挟まれている複数のカプセル３を有する。カプセル３は、高分子バインダ５中に埋め込まれている。カプセル３は溶媒６と帯電粒子７とを有し、それらの電荷はそれぞれの符号により示されている。対電粒子は、電界を印加することにより基板から離れるように及び基板に近づくように移動されることができる。正に帯電した粒子を黒色とし、負に帯電した粒子を白色とすることにより、そのような電界は、黒色から白色にディスプレイパネルをスイッチングするような光学的効果を得るために用いられることができる。

図１に模式的に示すように、そのようなディスプレイパネル１に伴う問題点は、カプセル３の大きさが均一ではないことである。これは、カプセル３に対して一定でないことを意味する。一のカプセル３は、他のカプセル３と異なる電圧又は電界において黒色から白色にスイッチングされることが可能である。破線で示されているように、個々の画素２は、通常、２つ以上のカプセル３を有するため、階調生成が困難であることが分かる。画素２内のカプセル３の非均一性は有効な階調数を制限する。更に、画素２が幾つかのカプセル３を有することは、そのような画素２内のカプセルの壁８をもたらす。それらの壁８は、そのようなディスプレイパネル１において達成されることができる最大反射率を制限する。

図２は、本発明に従って、ディスプレイパネル１１と制御機能１２とを有する装置１０を示している。ディスプレイパネル１１は電気泳動ディスプレイパネルである。装置１０に、例えば、電子ブックを参照することが可能である。電気泳動ディスプレイパネルは、一般に、輝度及びコントラストに関して液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に比べてより判読可能である。更に、電気泳動ディスプレイパネル１１においては、種々の方向から入射する環境光があっても、容易に判読可能であることが明らかとなった。

図３は、平面図（Ｂ）で示す電気泳動ディスプレイパネル１１の高分子壁２１により確定される画素を形成するための形成段階を、断面図（Ａ）で示している。材料系は、例えば、溶媒（例えば、炭化水素及びフッ化水素の混合物）と、正に帯電した黒色粒子（例えば、カーボンブラック）及び負に帯電した白色顔料粒子（例えば、ＴｉＯ２）と、帯電剤（例えば、エアロゾルＯＴ（ＡＯＴ）、Ａｌｄｒｉｃｈ社製のビス（２−エチルヘキシル）ソジウムスルホサクシネート（Ｃ２０Ｈ３７Ｏ７ＳＮａ）又はポロイソブチレンスクシンイミド）とを有する。更に、光開始剤と重合性物質を添加する。そのような材料系は、例えば、８０重量％（ＣＢ６炭化水素溶媒（Ｃａｌｃｉｍｐ）中５重量％のカーボンブラック粒子））と、１５．１重量％のイソボニルアクリレートモノマーと、４重量％のＲ−６８４ジメタクリレートモノマーと、０．５重量％のＤａｒｏｃｕｒｅ ４２６５(登録商標)（光開始剤）とを有する。先ず、その混合物が、例えば、２０μｍの距離を置いている、ＩＴＯ電極を備えている２つのガラス基板２２、２３の間に供給される。その材料系の選択部分は、選択部分を規定する上部基板２２において直接適用されるマスク２５によりＵＶ光２４に、続いて露出される。そのＵＶ露光中、５Ｖ ＤＣの電界がセルに対して保たれる。その結果、カーボンブラックの粒子は下部基板２３の方に移動する。これは、ＵＶ光の走査を最小化し、拡散処理への粒子に影響を最小化するためになされる。そのように照射されたシステムは、流体を囲む高分子壁２１を形成するように重合するために、重合性物質、即ち、モノマーが活性画素領域２０から拡散して離れるようにして材料系を分離する。マスクにより遮蔽された領域に存在する粒子は、ＩＴＯ電極に対して正／負電界が印加された後に、セルにおいて上下に移動することが可能である。得られるディスプレイパネル１１は、高分子壁２１により確定される画素２０のマトリクス構成を有する。

炭化水素溶媒に代えて、液晶溶媒を用いることができる。液晶を使用することは、ディスプレイにおける双安定性を改善するために有用である。印加される電圧により、液晶は方向付けられ、帯電粒子は、基板２２、２３に対して垂直方向に、液晶分子の長軸に沿って容易に移動することができる。印加電圧を有しない場合、液晶はランダムなオリエンテーションを有する領域を形成するか又は、基板２２、２３に対して平行に並ぶ。

液晶溶媒を使用することにより、分散した帯電粒子の周りの屈折率の変化が入射光の散乱をもたらすために、ディスプレイパネル１１のコントラストを低下させ得る。この散乱効果は、低複屈折を有する液晶を用いることにより低減される。次のような材料系を用いることができる。即ち、その材料系は、８０重量％の液晶Ｅ７（Ｍｅｒｃｋ（登録商標）社製）と、１５．３％のイソボニルアクリレートモノマーと、４重量％のＲ−６８４（Ｋａｙａｒａｄ（登録商標）社製）ジメタクリレートモノマーと、０．２重量％のＴＥＭＰＯ（抑制剤）と、０．５重量％のＤａｒｏｃｕｒｅ ４２６５(登録商標)光開始剤（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ社製）とを有する。電気泳動ディスプレイを得るために、粒子は画素２０内にあることが必要である。これは、例えば、上記のカーボンブラック粒子を有する混合物に混合することにより実行されることができる。粒子の表面は、好的には、相分離の前及び後の両方において、粒子の凝集及び堆積を回避して安定な分散を得るために化学的に改善される。

他のオプションは、ディスプレイ装置１０が動作される温度で等方性であり、且つ非常に低い温度で液晶相である液晶を用いることである。ディスプレイパネル１１の製造プロセスは、それ故、相分離中に付加駆動力としての液晶の弾性エネルギーにおける変化を用いて、そのような低い温度で実行される。

図４は、放射線２４に材料系を露出することにより２つの画素が製造される、本発明の第２実施形態について示している。基板２２、２３間の材料系は、分散した帯電粒子３０とモノマーＭで表されている重合性物質とを有する流体を有する。更に、電極構造３１を備えている。

図４（Ａ）及び（Ｂ）は、ディスプレイパネル１１を製造するための３つの代替方法を示している。図３に示すフォトマスクに代えて、図４においては、電極構造３１が放射線２４に対する露出のための選択部分を規定するために用いられることが可能であることを、先ず示している。材料系は、図４（Ｂ）に示している流体を囲む高分子壁２１を形成するために露光領域においてモノマーが重合されるように、侵入する放射線ビーム２４´の結果として分離される。ここで、電極構造３１が放射線２４を吸収し、ガラス又はプラスチック基板２２、２３が放射線２４を透過する放射線の波長が選択される。基板２２により透過される光強度と電極構造３１により透過される光強度との間の比はコントラスト比である。このコントラスト比は、好的には、例えば、５０で十分に高い。しかしながら、液体、モノマー、粒子等を含む混合物が又、重合抑制剤を含むときに、より低いコントラスト比を又、用いることが可能である。重合抑制剤は、放射線強度に対する重合媒体の応答を高非線形性にする。適切な波長は３３０ｎｍである。

第２に、図４は、分散した帯電粒子３０自体がスイッチング可能マスクとして作用することが可能であることを示している。これは、粒子３０に電界を印加することにより、例えば、負に帯電した粒子３０が適切な位置を取ることにより選択部分を規定するように、電極構造３１に電圧を印加することにより、達成されることができる。双安定性溶媒の場合、粒子は電界の除去後の位置に留まるために、電圧の連続印加は必要ない。

最終的に、分散した帯電粒子３０及び電極構造３１両方を、選択部分を規定するために用いることができる。

図３及び４に示している実施形態に対して、材料系は、２つの基板間に備えられる。本発明の第３の実施形態においては、基板を備えるために光誘起成層化が用いられる。光誘起成層化は単一の基板技術であり、本出願者により国際公開第０２／４８２８１号パンフレットに既に記載されている。

図５は、成層化目的のために材料系に加えられたスチルベン−ジメタアクリレート分子を示している。そのような材料系は、例えば、５０重量％の溶媒、例えば、ドデカンを含む粒子と、５重量％のスチルベン−ジメタアクリレートと、４４．５重量％のイソボニルアクリレートと、０．５重量％の光抑制剤ＩＲＧ６５１（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ(登録商標)社製）とを有する。図５は、更に、そのような分子についての光吸収について示している。

図６（Ａ）は、前段落において説明した、堆積される材料系を有する薄膜４１を有する単一基板４０を示している。小さい領域及び大きい領域の両方を速くコーティングするために既知である、ドクターブレード技術又はスロットダイコーティングのような薄膜形成技術を、薄膜４１を適用するために用いることができる。

画素４２が、２つの段階の放射線処理において得られる。溶媒を含む粒子と重合性物質とを有する材料系が、ガラス基板４０に約２０μｍの厚さｄを有する薄膜４１として適用される。レジストがコーティングされた薄膜４１は、第１放射線ビームであって、例えば、大きい強度の４００ｎｍの光に対してマスク２５を通して露光される。この波長は、図５に示しているスチルベン−ジメタアクリレートの吸収領域の外側にあり、それ故、その薄膜の厚さｄに対して強度勾配は存在しない。露光領域における重合により、図６（Ｂ）に示すように、高分子壁４４の形成が得られる。

続いて、露光されなかった領域は、第２放射線ビーム４５であって、例えば、３４０ｎｍのＵＶ光により露光される。この波長において、スチルベン−ジメタアクリレートは、図５に示すように、著しい吸収を示す。図６（Ｃ）に示すように、垂直方向において成層化するための時間を材料に与える高分子ネットワーク形成を低速化するために、非常に低い強度を選択する。その結果、ＵＶ強度が最も高いところで、即ち、ＵＶ光源（図示せず）の方に方向付けられる薄膜表面近傍で、光重合が主に起こる。これは又、上方向への薄膜中のモノマーの拡散及びその反対方向、即ち、基板４０の方へのドデカン分子の拡散をもたらす。その結果、連続して硬い高分子薄膜が対向基板４６として得られる。この処理中、粒子（図示せず）は、上部の高分子薄膜４６にそれらがトラップされないようにするために、基板４０に定着される必要がある。これは、薄膜４１に対して電界又は磁界を印加することにより、例えば、コロナ放電により、なされる。

その処理により、最終的には、粒子を含有している溶媒で満たされた高分子ボックスの形成が得られる。それらのボックスは、第１相分離段階中に形成される高分子壁４４と、第２相分離段階、即ち、成層化段階において形成される高分子カバー４６とを有する。

本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば、ディスプレイパネル１１の双安定性を改善するため及び／又は相分離を改善するために等方性溶媒に代えて、図６の実施形態についての液晶媒体を用いることにより、本発明の特許請求の範囲における範囲内で多くの方法により変形又は拡張することができる。溶媒の液晶相が操作温度の間に所望されるとき、次のような材料系であって、即ち、５０重量％の粒子を有するＥ７（Ｍｅｒｃｋ（登録商標）社製）と、５重量％のスチルベン−ジメタアクリレートと、４４．５重量％のイソボニルアクリレートと、０．５重量％の光抑制剤ＩＲＧ６５１（Ｃｈｉｂａ−Ｇｅｉｇｙ(登録商標)社製）との材料系を有する。

従来技術において既知である電気泳動ディスプレイパネルを示す図である。 本発明に従った画素を有するディスプレイパネルを有する電子装置を示す図である。 本発明に従って製造された複数の画素を示す図である。 本発明の第２実施形態に従って製造された複数の画素を示す図である。 スチルベン−ジメタアクリレート分子とそのような分子についての吸収の様子を示す図である。 本発明の第３実施形態に従って製造された複数の画素を示す図である。

Claims (12)

1. 分散した帯電粒子を有する流体と該流体を囲む高分子壁とを有する１つ又はそれ以上の画素を有することを特徴とする電気泳動ディスプレイパネル。
2. 請求項１に記載の電気泳動ディスプレイパネルであって、該電気泳動ディスプレイパネルは前記画素のための電極を有し、前記高分子壁は前記電極間に延びている、ことを特徴とする電気泳動ディスプレイパネル。
3. 請求項１に記載の電気泳動ディスプレイパネルであって、該電気泳動ディスプレイパネルは前記画素のための電極を有し、前記電気泳動ディスプレイパネルは前記電極間に前記の分散した帯電粒子が実質的にない、ことを特徴とする電気泳動ディスプレイパネル。
4. 請求項１に記載の電気泳動ディスプレイパネルであって、該電気泳動ディスプレイパネルは基板を有し、前記基板及び前記高分子壁は一体的に形成されている、ことを特徴とする電気泳動ディスプレイパネル。
5. 請求項１に記載の電気泳動ディスプレイパネルと、前記電気泳動ディスプレイパネルに画像情報を供給する回路構成と、を有することを特徴とするディスプレイ装置。
6. １つ又はそれ以上の画素を有する電気泳動ディスプレイパネルを製造するための方法であって：
   分散した帯電粒子を有する流体と光重合性物質とを有する材料系を与える段階；及び
   前記光重合性物質を重合することにより前記流体を囲む高分子壁を形成するために放射線に前記材料系の１つ又はそれ以上の選択部分を露出する段階；
   を有することを特徴とする方法。
7. 請求項６に記載の方法であって：
   前記選択部分を規定するために前記材料系に接して又は離れて電極構造を形成する段階；及び
   前記高分子壁を形成するために前記放射線に前記材料系の前記選択部分を露出する段階；
   を更に有する、ことを特徴とする方法。
8. 請求項６に記載の方法であって：
   前記選択部分を規定するために電圧を印加することにより前記の分散した帯電粒子を位置付ける段階；及び
   前記高分子壁を形成するために前記放射線に前記材料系の前記の規定された選択部分を露出する段階；
   を更に有する、ことを特徴とする方法。
9. 請求項６に記載の方法であって、前記材料系は溶媒を有し、前記放射線への露出は所定温度において実行され、前記溶媒は液晶状態にある、ことを特徴とする方法。
10. 請求項６に記載の方法であって、前記材料系は重合性抑制剤を更に有する、ことを特徴とする方法。
11. 請求項６に記載の方法であって：
    基板に接して又は離れて前記材料系を与える段階；及び
    放射線に前記材料系を露出することにより前記材料系から対向基板を形成する段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。
12. 請求項６に記載の方法であって：
    基板に接して又は離れて前記材料系を与える段階；
    前記高分子壁を形成するために第１放射線ビームで前記材料系を照射する段階；及び
    対向基板を形成するために第２放射線ビームで前記材料系を照射する段階；
    を更に有する、ことを特徴とする方法。

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