JP2014132368A - 多色電気光学的ディスプレイ - Google Patents

Abstract

【課題】電気光学ディスプレイを提供すること。
【解決手段】電気光学材料の少なくとも２つの別個の層を備える、電気光学ディスプレイであって、これらの層のうちの１つは、他方の層によって表示することができない少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能である。ディスプレイは、その間に両方の層が挟持される、１組の電極によって駆動され、２つの層は、相互から少なくとも部分的に独立して制御可能である。本発明の別の形態は、単一の電気泳動層内の３つの異なる種類の粒子を使用し、３種類の粒子は、相互から独立してシャッタするように配列される。
【選択図】図１２Ｂ

Description

本発明は、多色電気泳動媒体、およびそのような媒体を組み込むディスプレイに関する。

材料またはディスプレイに適用されるような「電気光学」という用語は、画像技術におけるその従来の意味で、少なくとも１つの光学特性が異なる第１および第２の表示状態を有する材料であって、材料への電場の印加によって、その第１の表示状態からその第２の表示状態に変化させられる材料を指すために、本明細書で使用される。光学特性は、典型的には、人間の眼に知覚可能な色である。

「グレー状態」という用語は、画像技術におけるその従来の意味で、ピクセルの２つの極限光学的状態の中間にある状態を指すために、本明細書で使用され、これら２つの極限状態の間の黒・白遷移を必ずしも暗示するとは限らない。例えば、以下で参照される、Ｅ
Ｉｎｋの特許および公開された出願のうちのいくつかは、中間の「グレー状態」が実際には薄い青色になるように、極限状態が白色および藍色である、電気泳動ディスプレイを説明する。「黒色」および「白色」という用語は、ディスプレイの２つの極限光学的状態を指すために、以降で使用されてもよく、厳密に黒色および白色ではない極限光学的状態、例えば、前述の白色および藍色状態を通常含むものとして、理解されるべきである。「モノクロ」という用語は、介在するグレー状態がない、それらの２つの極限光学的状態にピクセルを駆動するのみである、駆動スキームを表すために、以降で使用されてもよい。

「双安定」および「双安定性」という用語は、当技術分野におけるそれらの従来の意味で、少なくとも１つの光学特性が異なる第１および第２の表示状態を有する表示要素を備える、ディスプレイであって、第１または第２の表示状態のうちのいずれか一方を呈するように、有限持続時間のアドレス指定パルスを用いて、所与の要素が駆動されてから、アドレス指定パルスが終了した後に、表示要素の状態を変化させるために必要とされるアドレス指定パルスの最小持続時間の少なくとも数倍、例えば、少なくとも４倍、その状態が続くようなディスプレイを指すために、本明細書で使用される。特許文献１では、グレースケール対応のいくつかの粒子ベースの電気泳動ディスプレイが、それらの極限の黒色および白色状態においてだけではなく、それらの中間グレー状態においても、安定しており、同じことが、いくつかの他の種類の電気光学ディスプレイにも当てはまることが示されている。この種類のディスプレイは、適正には、双安定よりもむしろ「多安定」と呼ばれるが、便宜上、「双安定」という用語が、双安定および多安定ディスプレイの両方を対象とするために、本明細書で使用されてもよい。

いくつかの種類の電気光学ディスプレイが知られており、例えば、以下である。
（ａ）例えば、米国特許第５，８０８，７８３号、第５，７７７，７８２号、第５，７６０，７６１号、第６，０５４，０７１号、第６，０５５，０９１号、第６，０９７，５３１号、第６，１２８，１２４号、第６，１３７，４６７号、および第６，１４７，７９１号で説明されているような、回転２色部材型、
（ｂ）エレクトロクロミック媒体、例えば、半導電金属酸化物から少なくとも部分的に形成される電極と、電極に付着した可逆色変化が可能な複数の色素分子とを備える、ナノクロミック膜の形態であるエレクトロクロミック媒体。例えば、Ｏ’Ｒｅｇａｎ， Ｂ．，
ｅｔ ａｌ， Ｎａｔｕｒｅ １９９１， ３５３， ７３７、およびＷｏｏｄ， Ｄ．， Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｄｉｓｐｌａｙ， １８（３）， ２４ （Ｍａｒｃｈ
２００２）を参照されたい。また、Ｂａｃｈ， Ｕ．， ｅｔ ａｌ， Ａｄｖ． Ｍａｔｅｒ．， ２００２， １４（１１）， ８４５も参照されたい。
（ｃ）Ｐｈｉｌｉｐｓによって開発され、Ｈａｙｅｓ， Ｒ．Ａ．， ｅｔ ａｌ， ”Ｖｉｄｅｏ−Ｓｐｅｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｐａｐｅｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏ ｗｅｔｔｉｎｇ”， Ｎａｔｕｒｅ， ４２５， ３８３−３８５ （２００３）で説明されている、エレクトロウェッティングディスプレイ。米国特許第７，４２０，５４９号では、そのようなエレクトロウェッティングディスプレイを双安定にできることが示されている。

複数の荷電粒子が電場の影響を受けて流体を通って移動する、粒子ベースの電気泳動ディスプレイが、長年にわたって熱心な研究および開発の主題になっている。電気泳動ディスプレイは、液晶ディスプレイと比較した時に、良好な輝度およびコントラスト、広い視角、状態の双安定性、および低い電力消費という属性を有することができる。それでもなお、これらのディスプレイの長期的画質に関する問題が、それらの広範な用途を妨げてきた。例えば、電気泳動ディスプレイを構成する粒子は、沈降する傾向があり、これらのディスプレイの不十分な耐用年数をもたらす。

上述のように、電気泳動媒体は、流体の存在を必要とする。ほとんどの従来技術の電気泳動媒体では、この流体は液体であるが、ガス状流体を使用して、電気泳動媒体を生産することができる。例えば、Ｋｉｔａｍｕｒａ， Ｔ．， ｅｔ ａｌ， ”Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｔｏｎｅｒ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｐａｐｅｒ−ｌｉｋｅ ｄｉｓｐｌａｙ”， ＩＤＷ Ｊａｐａｎ， ２００１， Ｐａｐｅｒ ＨＣＳｌ−１， ａｎｄ Ｙａｍａｇｕｃｈｉ， Ｙ．， ｅｔ ａｌ， ”Ｔｏｎｅｒ ｄｉｓｐｌａｙ ｕｓｉｎｇ ｉｎｓｕｌａｔｉｖｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｃｈａｒｇｅｄ ｔｒｉｂｏｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ”， ＩＤＷ Ｊａｐａｎ， ２００１， Ｐａｐｅｒ ＡＭＤ４−４）を参照されたい。また、米国特許第７，３２１，４５９号および第７，２３６，２９１号も参照されたい。そのようなガスベースの電気泳動媒体は、例えば、媒体が垂直面に配置される場合の兆候において、粒子沈降を可能にする配向で媒体が使用される時に、そのような沈降による、液体ベースの電気泳動媒体と同じ種類の問題の影響を受けやすいように思われる。実際に、液体と比較してガス状懸濁流体の低い粘度が、電気泳動粒子のより急速な沈降を可能にするため、粒子沈降は、液体ベースの媒体よりもガスベースの電気泳動媒体において深刻な問題であるように思われる。

Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＭＩＴ）およびＥ Ｉｎｋ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡されたもの、またはその名称における、多数の特許および出願は、カプセル化電気泳動および他の電気光学媒体で使用される種々の技術を説明している。そのようなカプセル化媒体は、多数の小さいカプセルを備え、そのそれぞれ自体は、流体媒体中に電気泳動的可動粒子を含有する内相と、内相を囲繞するカプセル壁とを備える。典型的には、カプセル自体は、２つの電極間に位置付けられたコヒーレント層を形成するように、ポリマー接着剤内に保持される。これらの特許および出願に説明される技術は、以下を含む。
（ａ）電気泳動粒子、流体、および流体添加剤。例えば、米国特許第７，００２，７２８号および第７，６７９，８１４号を参照されたい。
（ｂ）カプセル、結合剤、およびカプセル化過程。例えば、米国特許第６，９２２，２７６号および第７，４１１，７１９号を参照されたい。
（ｃ）電気光学材料を含有する膜およびサブアセンブリ。例えば、米国特許第６，９８２，１７８号および第７，８３９，５６４号を参照されたい。
（ｄ）ディスプレイで使用される、バックプレーン、接着剤層、ならびに他の補助層および方法。例えば、米国特許第７，１１６，３１８号および第７，５３５，６２４号を参照されたい。
（ｅ）色形成および色調整。例えば、米国特許第６，０１７，５８４、第６，６６４，９４４号、第６，８６４，８７５号、第７，０７５，５０２号、第７，１６７，１５５号、第７，６６７，６８４号、および第７，７９１，７８９号、ならびに米国特許出願公報第２００４／０２６３９４７号、第２００７／０１０９２１９号、第２００７／０２２３０７９号、第２００８／００２３３３２号、第２００８／００４３３１８号、第２００８／００４８９７０号、第２００８／０２１１７６４号、第２００９／０００４４４２号、第２００９／０２２５３９８号、第２００９／０２３７７７６号、第２０１０／０１０３５０２号、第２０１０／０１５６７８０号、および第２０１０／０２２５９９５号を参照されたい。
（ｆ）ディスプレイを駆動するための方法。例えば、米国特許第７，０１２，６００号および第７，４５３，４４５号を参照されたい。
（ｇ）ディスプレイの用途。例えば、米国特許第７，３１２，７８４号、および米国特許出願公報第２００６／０２７９５２７号を参照されたい。

前述の特許および出願の多くは、カプセル化電気泳動媒体内の離散マイクロカプセルを囲繞する壁を、連続相と置換することができ、したがって、電気泳動媒体が、電気泳動流体の複数の離散液滴と、ポリマー材料の連続相とを備える、いわゆるポリマー分散電気泳動ディスプレイを生産し、たとえいずれの離散カプセル膜も、各個別液滴と関連付けられなくても、そのようなポリマー分散電気泳動ディスプレイ内の電気泳動流体の離散液滴が、カプセルまたはマイクロカプセルと見なされてもよいことを認識する。例えば、米国特許第６，８６６，７６０号を参照されたい。したがって、本願の目的で、そのようなポリマー分散電気泳動媒体は、カプセル化電気泳動媒体の亜種として見なされる。

関連種類の電気泳動ディスプレイは、いわゆる「マイクロセル電気泳動ディスプレイ」である。マイクロセル電気泳動ディスプレイでは、荷電粒子および流体は、マイクロカプセル内にカプセル化されないが、代わりに、担体媒体、典型的には、ポリマーフィルム内に形成される、複数の空洞内で保持される。例えば、両方ともＳｉｐｉｘ Ｉｍａｇｉｎｇ， Ｉｎｃ．に譲渡された、米国特許第６，６７２，９２１号および第６，７８８，４４９号を参照されたい。以降で、「微小空洞電気泳動ディスプレイ」という用語は、カプセル化（ポリマー分散を含む）およびマイクロセル電気泳動ディスプレイの両方を対象とするために使用されてもよい。

電気泳動媒体は、（例えば、多くの電気泳動媒体では、粒子がディスプレイを通る可視光の透過を実質的に阻止するため）しばしば不透明であり、反射性モードで動作するが、多くの電気泳動ディスプレイは、１つの表示状態が実質的に不透明であり、１つの表示状態が光透過性である、いわゆる「シャッタモード」で動作するよう作製することができる。例えば、米国特許第５，８７２，５５２号、第６，１３０，７７４号、第６，１４４，３６１号、第６，１７２，７９８号、第６，２７１，８２３号、第６，２２５，９７１号、および第６，１８４，８５６号を参照されたい。電気泳動ディスプレイと同様であるが、電場強度の変動に依存する、誘電泳動ディスプレイは、同様のモードで動作することができる。米国特許第４，４１８，３４６号を参照されたい。シャッタモードで動作する、電気泳動媒体は、フルカラーディスプレイのための多層構造において有用であってもよい。そのような構造では、ディスプレイの画面に隣接する少なくとも１つの層が、画面からより遠隔にある第２の層を露出または遮蔽するように、シャッタモードで動作する。

現在、全てのディスプレイにおいて色の需要が増加している。カラーテレビ、カラーコンピュータディスプレイ、ならびに携帯電話および他の携帯用電子デバイス上のカラーディスプレイに慣れ親しんでいるユーザは、ディスプレイが、それらのほとんどが依然として単色で印刷される、印刷された本の体裁を再現することを目標としている、電子ブックリーダ等のアプリケーションでさえも、モノクロ画面を、視覚的魅力において何かが欠けていると見なす場合がある。

従来の印刷では、高品質のフルカラー画像は、下にある白紙から視聴者に反射される前に、各サブ画像を通して光がフィルタにかけられるような方法で重層される（すなわち、１つより多くの色がページの任意の点に存在することができる）、典型的にはシアン、マゼンタ、および黄色（「ＣＭＹ」）である、３つの減法混色の原色（黒が「ＣＭＹＫ」系に４原色として含まれてもよい）のそれぞれで、サブ画像を提供することによって形成される。（したがって、いわゆる「４原色」ＣＭＹＫ系は、実際に５色系であり、インクも何も存在しない場所で白色が現れるという事実から容易に理解されるように、下にある紙の白色が色形成系の一部である。）この３つまたは４つの重層サブ画像の配設では、印刷された紙のいずれの領域も不必要に光を吸収せず、したがって、最大輝度の画像が得られる。

従来技術の電気泳動および同様の電気光学ディスプレイは、典型的には、反射（光散乱）色素の使用に依存してきた。相当量の光がそのような色素の層を通過しないため、異なる色のサブ画像を重層することが可能ではなく、カラーディスプレイでは、色のパレットをレンダリングするために「カラー領域共有」を用いる必要がある。例えば、ディスプレイの複数の異なるサブ領域には、異なる色、例えば、赤、緑、および青を表示することが可能な電気泳動媒体が提供されてもよい。（異なる色のサブ画像の重層がないため、この種類のディスプレイは、典型的には、減法３原色よりもむしろ加法混色の原色を使用することに留意されたい。）代替として、モノクロ媒体を使用することができ、特定のピクセルが特定の原色を反映することができるように、色フィルタを提供することができる。しかしながら、いずれか一方のアプローチは、ディスプレイの領域のほんの一部が各原色の反射に利用可能であり、それは、利用可能な画像の輝度に悪影響を及ぼすという問題を抱えている。よって、カラー反射型ディスプレイの輝度を向上させるために、ディスプレイの任意のピクセルにおいて任意の所望の色を表示することができるディスプレイを提供すること、および、それにより、視聴者に反射される光の量を最大限化することが望ましい。

多層の積層電気光学ディスプレイが、従来技術において公知である。そのようなディスプレイでは、周辺光が、従来のカラー印刷と類似した方式で、３つの減法混色の原色のそれぞれでサブ画像を通過する。米国特許第６，７２７，８７３号は、切り替え可能なセルの３つの層が反射背景上に配置される、積層電気泳動ディスプレイを説明している。色素が横方向に移動させられる、同様のディスプレイが公知であり、（例えば、国際出願公報第ＷＯ ２００８／０６５６０５号参照）、または微小空洞中の色素は、垂直および横移動の組み合わせを使用して移動させられる。そのようなディスプレイの論評については、Ｊ． Ｈｅｉｋｅｎｆｅｌｄ， Ｐ．， ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ， １９（２）， ２０１１， ｐｐ． １２９−１５６を参照されたい。これらの従来技術のディスプレイでは、各層の各ピクセルは、ピクセルごとに色素粒子を集中または分散させるよう、独立して駆動されることが可能でなければならない。これは、別個の３対の電極を必要とし、そのそれぞれは、典型的には、薄膜トランジスタのマトリクスを有するアクティブマトリクスバックプレーンと、対向する連続対電極とを備える。アクティブマトリクスバックプレーンのうちの２つは、各対電極がそうならなければならないように、可能な限り透明でなければならない。このアプローチは、電極のそのような複雑な配設を製造する高い費用といういくつかの不利点を抱え、特に、ディスプレイの白色状態が、そのような透明電極のいくつかの層を光が通過することを要求するため、現在の技術では、十分透明なバックプレーンを提供することが困難であるという事実に悩まされており、実践では、電極における光損失は、ディスプレイによって生成される画像の輝度に重大な悪影響を及ぼす。

画像技術の当業者は、フルカラー画像をレンダリングするために、各原色の独立アドレス指定を提供する必要があることを知っている。これは、頂点が、白、３つの減法混色の原色（黄色、マゼンタ、およびシアン）、加法混色の原色（赤、緑、および青）、および黒に対応する、「カラーキューブ」を示す、添付図面のうちの図１で図式的に図示されている。矢印によって示されるように、カラーキューブの内側または表面上の任意の点を、３つの（直交）座標軸、すなわち、白・黄色軸、白・マゼンタ軸、および白・シアン軸に沿った距離によって画定することができる。これらの距離は、ゼロ（すなわち、白）から約２（対応する加法混色の原色のスペクトル領域の光の対応する９９％吸収）に及ぶ、減法混色の原色における異なる光学密度に対応する。ディスプレイの全色域をレンダリングするために必要とされる、離散的にアドレス指定した独立状態の数は、黄色状態の数＋マゼンタ状態の数＋シアン状態の数である。しかしながら、レンダリングすることができる色の数は、これら３つの数の積である。したがって、例えば、２つの黄色状態（人間の視覚系は、その不在が黄色の減法混色の原色に対応する、青色光の空間的変動に対して比較的鈍感であるため）、ならびにマゼンタおよびシアンのそれぞれの２^４＝１６の状態をレンダリングするように、ディスプレイが選択されてもよい。ディスプレイを駆動する波形は、合計で３４の異なる状態をレンダリングするように要求されるが、２^９＝５１２の異なる色をアドレス指定できるようになる。

一側面では、本発明は、電気泳動または同様の電気光学材料の２つ以上の層を独立してアドレス指定するために、１対の電極が使用される、カラーディスプレイを提供する。そのようなカラーディスプレイは、１対または１組の電極（例えば、１組の電極は、アクティブマトリクスバックプレーンおよび単一の連続対電極となり得る）を使用して、１つよりも多くの原色の独立した、または少なくとも部分的に独立したアドレス指定を提供することができる。電気泳動または同様の材料の層のうちの少なくとも１つは、（上記で定義されるような）シャッタモードで動作してもよい。

シャッタモード電気泳動ディスプレイは、可変透過（「ＶＴ」）窓を含む、光変調器として使用することができる。光変調器は、電気光学媒体の潜在的に重要な市場を表す。ＶＴ窓として使用されることが可能なＶＴ媒体が、実証されており、特許文献で説明されている。例えば、米国特許第７，３２７，５１１号、ならびに米国出願公報第２００６／００３８７７２号、第２００７／０１４６３１０号、および第２００８／０１３００９２号を参照されたい。しかしながら、そのようなＶＴ媒体には、ある問題が残っている。第１に、同じ中間許容レベルの画像安定性（すなわち、安定した透過）およびヘイズで達成することが困難である。現在まで、許容レベルまでヘイズを低減するために、典型的には電気泳動媒体で使用される流体の屈折率に十分近い（または、上記で論議されるように、典型的には流体を包囲するポリマー相の屈折率に十分近い）屈折率を有する、黒色素は識別されていない。

従来技術のＶＴ電気泳動媒体（およびエレクトロクロミック媒体等の同様の電気光学媒体）に関連する別の問題は、それらが色相を変化させることができない、言い換えれば、そのような媒体によって表示されることが可能な色が、それらの終点色の間の線の上に位置し（本願の目的のために「色」としてみなされる透明状態）、媒体が、色域容量を持たないことである。例えば、前述の米国特許第７，３２７，５１１号、ならびに米国特許出願公報第２００６／００３８７７２号、第２００７／０１４６３１０号、および第２００８／０１３００９２号で説明されている、ＶＴ媒体から得られる色が、黒から透明に変化する一方で、エレクトロクロミック媒体は、典型的には、青紫から透明に変化する。（ＶＴ媒体における色の提供は、以下で詳細に論議されるように、ＶＴ窓を装備した室内の光が変化させられることを可能にする、または多層ディスプレイの中の１つの層としてのＶＴの使用を可能にするのに有用であってもよい。）いずれの種類の媒体も、色フィルタアレイの追加、および典型的にはパッシブあるいはアクティブマトリクスバックプレーンを使用した、マルチピクセル駆動方法の使用なしで付加的な色を生成することはできない。そのようなバックプレーンは、ＶＴ媒体を通る光透過を必然的に低減し、単一のピクセルＶＴディスプレイで使用される単純な電極よりもはるかに高価である。

したがって、依然として、低いヘイズと組み合わせて市販のＶＴディスプレイで望ましい高い画像安定性を提供することができる、ＶＴ媒体の必要性がある。また、依然として、かなりの色域を提供することができるＶＴ媒体の必要性もある。一側面では、本発明は、これらの問題の両方に対する解決策を提供しようとする。

米国特許第７，１７０，６７０号明細書

一側面では、本発明は、少なくとも電気光学材料の第１および第２の層を備える、電気光学ディスプレイを提供し、第１の層は、第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能であり、ディスプレイはさらに、前記第１および第２の層の一側面上に配置される第１の電極と、第１および第２の層を間にして第１の電極とは反対側に配置される第２の電極とを備え、第１および第２の層の間には電極がない。（「電極」という用語は、電気光学ディスプレイ技術におけるその従来の意味で、接地を含む既知の電位源に接続されることによって、その電位を制御することができる、伝導性材料を意味するために本明細書で使用される。したがって、本願の目的で、いずれの既知の電位源にも接続されるように配設されない伝導性材料は、電極ではない。）
そのようなディスプレイはさらに、電気光学材料の第３の層を備えてもよく、第３の層は、第１および第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能であり、第２の電極は、第１、第２、およびの第３の層を間にして第１の電極とは反対側に配置され、第２および第３の層の間には電極がない。電気光学材料の３つの層は、１組の減法混色の原色、例えば、シアン、マゼンタ、および黄色色素を含んでもよく、これらの色は、任意の順序で、第１、第２、および第３の層の間で分布させられてもよいことが、容易に明白となるであろう。（代替として、本発明のディスプレイは、３つよりも多くの原色を使用してもよく、または従来の減法混色の原色ではない原色を使用してもよい。）黄色色素を含有する層は、シアンおよびマゼンタ色素を含有する層よりも少数のグレーレベルを有するように配設されてもよい。本発明の１つの形態では、電気光学ディスプレイは、それを通して観察者がディスプレイを視認する画面を有し、画面に最も近い２つの電気光学層は、いずれか一方の順序で、シアンおよび黄色色素を含有する。

電気光学材料の少なくとも１つの層は、流体中に分散させられ、層への電場の印加時に流体を通って移動することが可能である、複数の荷電色素粒子を含む、電気泳動材料を含んでもよい。そのような電気泳動層は、脱カプセル化されてもよく、または微小空洞電気泳動材料を含んでもよい。層のうちの少なくとも１つ（好ましくは第１および第２の層の両方）の中の荷電粒子は、色素粒子が実質的に各ピクセルの領域全体を占有する、第１の光学的状態と、色素粒子が各ピクセルの領域の少ない割合のみを占有する、第２の光学的状態との間で移動可能であってもよい。第１および第２の電気光学層（ならびに存在する場合は第３の電気光学層）が、両方とも電気泳動層である時に、２つの層の種々の物理的パラメータを制御することによって、これらの層の中の色素の独立した制御が促進されてもよい。例えば、第１および第２の層の中の流体の降伏応力は、異なってもよく、第１および第２の層の中の微小空洞のサイズは、異なってもよく、第１および第２の層の中の粒子は、サイズ、形状、および電気伝導度のうちの少なくとも１つが異なってもよく、または、第１および第２の層の中の流体は、粘度および電気伝導度のうちの少なくとも１つが異なってもよい。

本発明の電気光学ディスプレイの好ましい形態は、第２の電気光学層から遠隔にある第１の電気光学層の表面に、またはそれに隣接して、画面を有し、かつ第２の電気光学層を間にして画面とは反対側に第３の電気光学層を有し、第３の電気光学層は、流体中に配置され、第３の電気光学層への電場の印加時に流体を通って移動することが可能である、異なる色の第１および第２の種類の粒子を含み、第１および第２の種類の粒子は、異なる電気泳動移動度である。第３の電気光学層の中の第１の種類の粒子は、白色であってもよい。第１および第２の電気光学層の中の粒子は、いずれか一方の順序で、黄色およびシアンであってもよく、第３の電気光学層の中の第２の種類の粒子は、マゼンタであってもよい。

本発明の電気光学ディスプレイの中の第１および第２の電極のうちの少なくとも１つは、ピクセルの領域の少ない割合のみを占有してもよい。本発明の微小空洞ディスプレイでは、微小空洞の壁は、流体中に分散された複数の荷電色素粒子を含む相よりも高い電気伝導度を有してもよい。電気光学層のうちの１つが、少なくとも２つの安定状態を有してもよい一方で、第２の電気光学層は、１つだけの安定状態を有してもよい。

別の側面では、本発明は、相互に隣接して配置される空洞の第１および第２の層を備え、第１および第２の層の間には電極がない、電気光学ディスプレイを提供し、他方の相に隣接して位置する、空洞の第１および第２の層のそれぞれの部分は、他方の層に向かって先細になる、実質的に錐体の形態であり、第１および第２の層のうちの少なくとも１つは、流体中に分散され、ディスプレイへの電場の印加時に流体を通って移動することが可能である、着色粒子を含む。そのようなディスプレイでは、第１および第２の層は、変形可能なカプセルで形成されてもよい。第１および第２の層のうちの１つは、着色粒子を含まなくてもよい。

別の側面では、本発明は、少なくとも電気光学材料の第１、第２、および第３の層を備える、電気光学ディスプレイを提供し、ディスプレイはさらに、第１、第２、および第３の層の一側面上に配置される第１の電極と、第１、第２、および第３の層を間にして第１の電極とは反対側に配置される第２の電極とを備え、第１および第２の層の間、または第２および第３の層の間には電極がなく、第１、第２、および第３の層は、以下の特性を有する。
（ａ）第１の層１は、電圧および／またはインパルス閾値を有し、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する、
（ｂ）第２の層は、第１の層よりも低い閾値を有し、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する、
（ｃ）第３の層は、閾値を持たず、安定状態ではなく、第２の層よりも速く切り替わり、正または負のインパルスで駆動されようと同じ状態に達し、電位が印加されない時にその全く正反対に弛緩する。

そのようなディスプレイは、
（ａ）第１の層を所望の色に設定するように高い電圧を印加するステップと、
（ｂ）第２の層を所望の色に設定するように、ステップ（ａ）よりも低い電圧を印加するステップと、
（ｃ）第３の層がその所望の色に弛緩することを可能にするステップと、
を含む、方法によって駆動されてもよい。

別の側面では、本発明は、少なくとも１つの空洞を画定する壁を備える、微小空洞電気泳動ディスプレイを提供し、空洞は、流体と、流体中に分散される、第１、第２、および第３の種類の粒子とを含有し、第１、第２、および第３の種類の粒子のそれぞれは、粒子が実質的に微小空洞の領域全体を占有する、非シャッタ状態と、粒子が微小空洞の領域の少ない割合のみを占有する、シャッタ状態とを有し、第１、第２、および第３の粒子は、異なる色であり、第１、第２、および第３の種類の粒子を、相互から独立して、それらの非シャッタおよびシャッタ状態の間で移動させることができるように、誘電泳動および／または電気浸透特性が異なる。そのようなディスプレイでは、第１、第２、および第３の種類の粒子の色は、３種類全ての粒子が、それらの非シャッタ状態にある時に、ディスプレイが実質的に黒く見えるようなものである。

本発明のこの側面は、電気泳動媒体の流体中にポリマー添加剤を必要とせずに、画像状態安定性を提供する、一連の着色有機色素（すなわち、黒以外の色を有する）の発見に基づく。正確な画像状態安定性機構は完全には理解されていないが、これらの色素自体は、流体中に懸濁された時に、緩い凝集体を形成すると思われる。この緩い凝集体は、降伏応力を示し、色素分散が十分濃縮された時に、ゲルが形成される。わずかな撹拌により、ゲルが破壊され、低粘度流体をもたらす。これらの色素のうちのいくつかは、流体を包囲する好ましい内相流体およびポリマー層の屈折率に近い屈折率を有し、凝集状態でさえも、低ヘイズ分散をもたらす。種々の着色色素の適切な混合によって、黒色光学的状態を有する媒体を作成することができる。

有機色素の多くのそのような混合物はまた、かなりの色域を表示させることもできる。使用される有機色素の慎重な選択により、電気泳動媒体に印加される周波数および電圧を操作することによって、各色素を、個別に分散状態または充填状態にさせることができる、すなわち、異なる有機色素を、相互から独立して「シャッタ」させることもできるように、かなりの異なる誘電泳動移動度を有するよう、存在する異なる色の有機色素を選択することができる。その分散状態で特定の有機要素を有することは、その色素が、透過光の対応する光を吸収することを可能にし、分散が均一であるほど、吸収が多くなる。他方で、その充填状態で特定の有機色素を有することは、色素が位置する電気泳動媒体の領域の割合を最小限化し、したがって、その色素による吸収を最小限化する。相互から独立して、異なる色の粒子の「シャッタリング」を制御することによって、かなりの色域を表示できることが、容易に明白となるであろう。

そのような多色ＶＴ媒体を、フルカラーディスプレイとして直接使用することができ、反射型ディスプレイが所望される場合、当然ながら媒体の後に（すなわち、媒体を間にしてユーザによって視聴される側面とは反対側に）反射体を配置することができる。代替として、そのような多色ＶＴ媒体は、従来の「静止」色フィルタアレイの代替品として使用することができ、モノクロ反射型媒体（本質的に反射型の媒体、または反射体が提供された透過型媒体のいずれか一方）と組み合わせて使用することができ、このモノクロ媒体は、電気泳動媒体である必要はないが、任意の既知の種類の電気光学ディスプレイとなり得る。そのような二重層ディスプレイは、多色ＶＴ媒体がディスプレイの種々のピクセルまたはサブピクセルの色のみを制御することを可能にするという利点を有する一方で、モノクロ媒体は、各ピクセルまたはサブピクセルの輝度を制御する。全ての飽和レベルで全ての色を提供するようにＶＴ媒体が要求されなくなるため、色のみを制御するように多色ＶＴ媒体に要求することは、ＶＴ媒体で使用される複数の色素の独立した制御への需要を軽減する。

本発明のＶＴ媒体は、上記で論議される種類の電気泳動媒体のうちのいずれかであってもよい。したがって、ＶＴ媒体は、脱カプセル化、カプセル化、マイクロセル、またはポリマー分散媒体であってもよい。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
少なくとも電気光学材料の第１および第２の層を含む電気光学ディスプレイであって、前記第１の層は、前記第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能であり、前記ディスプレイはさらに、前記第１および第２の層の一側面上に配置される第１の電極と、前記第１および第２の層を間にして前記第１の電極とは反対側に配置される第２の電極とを含み、前記第１および第２の層の間には電極がない、電気光学ディスプレイ。
（項目２）
電気光学材料の第３の層をさらに含み、前記第３の層は、前記第１および第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能であり、前記第２の電極は、前記第１、第２、およびの第３の層を間にして前記第１の電極とは反対側に配置され、前記第２および第３の層の間には電極がない、項目１に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目３）
３つの層は、任意の順序で、シアン、マゼンタ、および黄色色素を含有する、項目２に記載の電気泳動媒体。
（項目４）
前記黄色色素を含有する前記層は、前記シアンおよびマゼンタ色素を含有する前記層よりも少数のグレーレベルを有するように配設される、項目３に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目５）
それを通して観察者が前記ディスプレイを視認する画面を有し、前記画面に最も近い２つの電気光学層は、いずれか一方の順序で、シアンおよび黄色色素を含有する、項目３に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目６）
前記電気光学材料の層のうちの少なくとも１つは、流体中に分散させられ、前記層への電場の印加時に前記流体を通って移動することが可能である、複数の荷電色素粒子を含む、電気泳動材料を含む、項目１に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目７）
前記第１および第２の層のうちの少なくとも１つは、微小空洞電気泳動材料を含む、項目６に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目８）
前記層のうちの少なくとも１つの中の荷電粒子は、色素粒子が実質的に各ピクセルの領域全体を占有する、第１の光学的状態と、前記色素粒子が各ピクセルの領域の少ない割合のみを占有する、第２の光学的状態との間で移動可能である、項目６に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目９）
前記第１および第２の層のそれぞれの中の前記荷電粒子は、前記色素粒子が実質的に各ピクセルの領域全体を占有する、第１の光学的状態と、前記色素粒子が各ピクセルの領域の少ない割合のみを占有する、第２の光学的状態との間で移動可能である、項目８に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１０）
前記第１および第２の層の中の前記流体の降伏応力は、異なる、項目９に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１１）
前記第１および第２の層の中の微小空洞のサイズは、異なる、項目９に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１２）
前記第１および第２の層の中の前記粒子は、サイズ、形状、および電気伝導度のうちの少なくとも１つが異なる、項目９に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１３）
前記第１および第２の層の中の前記流体は、粘度および電気伝導度のうちの少なくとも１つが異なる、項目９に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１４）
前記第２の電気光学層から遠隔にある前記第１の電気光学層の表面に、またはそれに隣接して、画面を有し、前記電気光学ディスプレイはさらに、前記第２の電気光学層を間にして前記画面とは反対側に第３の電気光学層を含み、前記第３の電気光学層は、流体中に配置され、前記第３の電気光学層への電場の印加時に前記流体を通って移動することが可能である、異なる色の第１および第２の種類の粒子を含み、前記第１および第２の種類の粒子は、異なる電気泳動移動度である、項目９に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１５）
前記第３の電気光学層の中の前記第１の種類の粒子は、白色である、項目１４に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１６）
前記第１および第２の電気光学層の中の前記粒子は、いずれか一方の順序で、黄色およびシアンであり、前記第３の電気光学層の中の前記第２の種類の粒子は、マゼンタである、項目１５に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１７）
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも１つは、ピクセルの領域の少ない割合のみを占有する、項目１に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１８）
前記微小空洞の壁は、前記流体中に分散された前記複数の荷電色素粒子を含む相よりも高い電気伝導度を有する、項目７に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目１９）
前記電気光学層のうちの１つは、少なくとも２つの安定状態を有し、前記第２の電気光学層は、１つだけの安定状態を有する、項目１に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目２０）
相互に隣接して配置される空洞の第１および第２の層を含み、前記第１および第２の層の間には電極がない、電気光学ディスプレイであって、他方の相に隣接して位置する、空洞の第１および第２の層のそれぞれの部分は、他方の層に向かって先細になる、実質的に錐体の形態であり、前記第１および第２の層のうちの少なくとも１つは、流体中に分散され、前記ディスプレイへの電場の印加時に前記流体を通って移動することが可能である、着色粒子を含む、電気光学ディスプレイ。
（項目２１）
前記第１および第２の層は、変形可能なカプセルで形成される、項目２０に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目２２）
前記第１および第２の層のうちの１つは、着色粒子を含まない、項目２０に記載の電気光学ディスプレイ。
（項目２３）
空洞を画定する壁を有する、微小空洞電気泳動ディスプレイであって、前記空洞は、流体と、前記流体中に分散され、前記ディスプレイへの電場の印加時に前記流体を通って移動することが可能である、複数の荷電粒子とを、その中に有し、前記粒子は、１つの極性の電荷を持ち、空洞壁は、前記荷電粒子上のものとは反対の極性の電荷を持ち、前記空洞は、前記空洞壁上のものと同じ極性の電荷を持つ固体粒子を実質的に含まない、微小空洞電気泳動ディスプレイ。
（項目２４）
少なくとも電気光学材料の第１、第２、および第３の層を含む、電気光学ディスプレイであって、前記ディスプレイはさらに、前記第１、第２、および第３の層の一側面上に配置される第１の電極と、前記第１、第２、および第３の層を間にして前記第１の電極とは反対側に配置される第２の電極とを含み、前記第１および第２の層の間、または前記第２および第３の層の間には電極がなく、前記第１、第２、および第３の層は、以下の特性を有する、
（ａ）前記第１の層１は、電圧および／またはインパルス閾値を有し、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する、
（ｂ）前記第２の層は、前記第１の層よりも低い閾値を有し、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する、
（ｃ）前記第３の層は、閾値を持たず、安定状態ではなく、前記第２の層よりも速く切り替わり、正または負のインパルスで駆動されようと同じ状態に達し、電位が印加されない時にその全く正反対に弛緩する、
電気光学ディスプレイ。
（項目２５）
項目２４に記載の電気光学ディスプレイを駆動する方法であって、
（ａ）前記第１の層を所望の色に設定するように高い電圧を印加するステップと、
（ｂ）前記第２の層を所望の色に設定するように、ステップ（ａ）よりも低い電圧を印加するステップと、
（ｃ）前記第３の層がその所望の色に弛緩することを可能にするステップと
を含む、方法。
（項目２６）
少なくとも１つの空洞を画定する壁を含む、微小空洞電気泳動ディスプレイであって、前記空洞は、流体と、前記流体中に分散される、第１、第２、および第３の種類の粒子とを含有し、前記第１、第２、および第３の種類の粒子のそれぞれは、前記粒子が実質的に前記微小空洞の領域全体を占有する、非シャッタ状態と、前記粒子が前記微小空洞の領域の少ない割合のみを占有する、シャッタ状態とを有し、前記第１、第２、および第３の粒子は、異なる色であり、前記第１、第２、および第３の種類の粒子を、相互から独立して、それらの非シャッタおよびシャッタ状態の間で移動させることができるように、誘電泳動および／または電気浸透特性が異なる、微小空洞電気泳動ディスプレイ。
（項目２７）
前記第１、第２、および第３の種類の粒子の色は、３種類全ての粒子が、それらの非シャッタ状態にある時に、前記ディスプレイが実質的に黒く見えるようなものである、項目２６に記載の微小空洞電気泳動ディスプレイ。

添付図面のうち、図１は、既述のように、簡単なカラーキューブを図示する。 図２Ａは、平面上に形成された乾燥マイクロカプセルの単一の層の理想側面図である。 図２Ｂは、図２Ａに示されるマイクロカプセルの層の上面図である。 図２Ｃは、平面上に形成されたマイクロカプセルの二重層の図２Ａに示されるものと同様の理想側面図である。 図２Ｄは、図２Ｃに示されるマイクロカプセルの二重層の上面図である。 図３Ａは、コンセートレータ電極を使用して色素シャッタリングが達成される、２つのカプセルの概略側面図である。 図３Ｂは、色素の側壁シャッタリングを使用する、２つのカプセルの図３Ａと同様の概略側面図である。 図３Ｃは、図２Ｃおよび２Ｄに示されるものと同様のカプセルの二重層の中で、どのようにして幾何学的色素シャッタリングが達成されてもよいかを示す、図３Ａおよび３Ｂのものと同様の概略側面図である。 図３Ｄおよび３Ｅは、それぞれ、図２Ｃおよび２Ｄに示されるものと同様のカプセルの二重層の中のカプセルの第２の層の非シャッタおよびシャッタ状態を示す。 図３Ｄおよび３Ｅは、それぞれ、図２Ｃおよび２Ｄに示されるものと同様のカプセルの二重層の中のカプセルの第２の層の非シャッタおよびシャッタ状態を示す。 図４は、本発明のディスプレイで使用される単一のカプセルを通る概略断面図であり、カプセル壁帯電によって達成される色素分散を図示する。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、シャッタした色素粒子が微小空洞に詰められてもよい、３つの異なる方法、および微小空洞を通る光の二重通過の対応透過効率を理想形態で図示する。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、シャッタした色素粒子が微小空洞に詰められてもよい、３つの異なる方法、および微小空洞を通る光の二重通過の対応透過効率を理想形態で図示する。 図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃは、シャッタした色素粒子が微小空洞に詰められてもよい、３つの異なる方法、および微小空洞を通る光の二重通過の対応透過効率を理想形態で図示する。 図６は、空洞中の色素の体積率の関数として、図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃの３つの色素配設の透過効率を示すグラフである。 Ｔｏｄｄ Ｓｑｕｉｒｅｓ ａｎｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｂａｚａｎｔ， Ｊ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．， （２００４） ５０９， ２１７−２５２から複製されている、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、電荷制御剤を含有する溶媒によって包囲される球状色素粒子を断面で示し、種々の種類の印加された電場において色素粒子に作用する力を図示する。 Ｔｏｄｄ Ｓｑｕｉｒｅｓ ａｎｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｂａｚａｎｔ， Ｊ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．， （２００４） ５０９， ２１７−２５２から複製されている、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、電荷制御剤を含有する溶媒によって包囲される球状色素粒子を断面で示し、種々の種類の印加された電場において色素粒子に作用する力を図示する。 Ｔｏｄｄ Ｓｑｕｉｒｅｓ ａｎｄ Ｍａｒｔｉｎ Ｂａｚａｎｔ， Ｊ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．， （２００４） ５０９， ２１７−２５２から複製されている、図７Ａ、７Ｂおよび７Ｃは、電荷制御剤を含有する溶媒によって包囲される球状色素粒子を断面で示し、種々の種類の印加された電場において色素粒子に作用する力を図示する。 図８Ａ−８Ｄは、本発明の２電気光学層ディスプレイの種々の状態を図示し、共通波形を使用して、２つの層を独立してシャッタさせることができる方式を示す。 図８Ａ−８Ｄは、本発明の２電気光学層ディスプレイの種々の状態を図示し、共通波形を使用して、２つの層を独立してシャッタさせることができる方式を示す。 図８Ａ−８Ｄは、本発明の２電気光学層ディスプレイの種々の状態を図示し、共通波形を使用して、２つの層を独立してシャッタさせることができる方式を示す。 図８Ａ−８Ｄは、本発明の２電気光学層ディスプレイの種々の状態を図示し、共通波形を使用して、２つの層を独立してシャッタさせることができる方式を示す。 図９Ａおよび９Ｂは、Ｌａ＊ｂ＊色空間のａ＊ｂ＊面上の投影であり、２つの層が同じ速度で切り替わる、本発明の１つのディスプレイの動作中に起こる色の変化を図示する。 図９Ａおよび９Ｂは、Ｌａ＊ｂ＊色空間のａ＊ｂ＊面上の投影であり、２つの層が同じ速度で切り替わる、本発明の１つのディスプレイの動作中に起こる色の変化を図示する。 図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、図９Ａおよび９Ｂのものと同様の投影であるが、２つの層が異なる速度で切り替わるディスプレイで起こる色の変化を図示する。 図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、図９Ａおよび９Ｂのものと同様の投影であるが、２つの層が異なる速度で切り替わるディスプレイで起こる色の変化を図示する。 図１１は、図８Ａ−８Ｄのものと同様であるが、１つの層が色素粒子を含有しない、本発明の３層ディスプレイを示す、概略側面図である。 図１２Ａおよび１２Ｂは、図１１のものと同様であるが、本発明の２つのさらなる３層ディスプレイを示す、概略側面図である。 図１２Ａおよび１２Ｂは、図１１のものと同様であるが、本発明の２つのさらなる３層ディスプレイを示す、概略側面図である。 図１２Ｃおよび１２Ｄは、本発明のさらなる３層ディスプレイの２つの異なる状態を示す。 図１２Ｃおよび１２Ｄは、本発明のさらなる３層ディスプレイの２つの異なる状態を示す。 図１３Ａおよび１３Ｂは、以下の実施例１０で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１３Ａおよび１３Ｂは、以下の実施例１０で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１４Ａおよび１４Ｂは、以下の実施例１１で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１４Ａおよび１４Ｂは、以下の実施例１１で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１５Ａおよび１５Ｂは、以下の実施例１２で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１５Ａおよび１５Ｂは、以下の実施例１２で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１６（図１３Ｂ、１４Ｂ、および１５Ｂと同様である）は、以下の実施例１３で試験されるディスプレイの色性能を図示する。 図１７は、以下の実施例３で得られる色を図示する。

既述のように、一側面では、本発明は、そのそれぞれが、流体中に分散させられ、層への電場の印加時に流体を通って移動することが可能である、複数の荷電粒子を含む、少なくとも電気光学材料の第１および第２の層を備える、電気光学ディスプレイを提供する。電気泳動材料の第１の層は、第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能である。ディスプレイはさらに、第１および第２の層の一側面上に配置される第１の電極と、第１および第２の層を間にして第１の電極とは反対側に配置される第２の電極とを備え、第１および第２の層の間には電極がない。典型的には、電気泳動ディスプレイはさらに、流体中に分散させられ、層への電場の印加時に流体を通って移動することが可能である、複数の荷電粒子を含む、電気光学材料の第３の層を備える。第３の層は、第１および第２の層によって表示することができない、少なくとも１つの光学的状態を表示することが可能である。第２の電極は、第１、第２、および第３の層を間にして第１の電極とは反対側に配置され、第２および第３の層の間には電極がなく、１対（または組）の電極は、少なくとも部分的に相互から独立して、３つ全ての層を制御するために使用される。

本発明の背後の基本概念はおそらく、添付図面の図１２Ａに示されるもの等の３層ディスプレイを考慮することによって、最も容易に理解される。画面（それを通して観察者がディスプレイを視認する表面）に最も近い電気光学層は、色がピクセルの領域全体にわたって存在する、「分散」または「非シャッタ」状態、および色がピクセルの領域の大部分に不在であり、（たとえあったとしても）ピクセルの領域の少ない割合のみに存在する、「集中」または「シャッタ」光学的状態といった、２つの異なる光学的状態を有する。第２の電気光学層（観察者によって見られると、第１の電気光学層の後ろに位置する）は、第１の層と同様に動作するが、異なる色を使用する。

そのような３層ディスプレイの第３の電気光学層（観察者から遠隔にある層）は、第３の色を使用して、第１および第２の電気光学層と同じ方式で動作してもよく、第１、第２、および第３の色は通常、１組の減法混色の原色を形成するように選択される。第３の層がこのように作用する場合、３つの電気光学層を通過した光を、再びこれらの層を通して観察者へ反射するように、反射体がディスプレイの後ろに位置付けられる。しかしながら、より一般的には、第３の電気光学層は、２つの色のうちのいずれか１つ、すなわち、第３の減法混色の原色または白を表示することができるように、選択され、第３の電気光学層は、例えば、前述のＥ Ｉｎｋの特許および出願の多くで説明されるもの等の従来の二重粒子電気泳動層であってもよい。

ディスプレイの３つの電気光学層は、１組の電極の間に配置され、３つの電気光学層が、少なくとも部分的に相互から独立して駆動されることを可能にするために、適切なディスプレイコントローラが使用される。第１および第２の電気光学層がシャッタモード電気泳動層であり、第３の電気光学層が二重粒子電気泳動層である、本発明のディスプレイの好ましい形態では、直流駆動方法を使用して、第３の層を駆動することができる一方で、第１および第２の層は、以下で詳細に説明されるように、異なるシャッタリング駆動方法によって駆動される。

以降では、便宜上、光を選択的に吸収する材料は、「色素」と呼ばれ、その用語は、光を選択的に吸収することが可能な染料、フォトニック結晶等を含むと解釈されるべきである。３つの減法混色の原色色素を使用して、フルカラー画像を提供することを目的としている、本発明の実施形態では、光は、典型的には、視聴者へと戻って反射される前に、少なくとも２つの色素を通して選択的にフィルタにかけられる。第３の色素は、以下でより詳細に説明されるように、透明または反射性であってもよい。したがって、本発明で使用される色素のうちの少なくとも２つが、光透過性であり、実質的に後方散乱しない必要がある。したがって、例えば、マゼンタ色素は、緑色光を吸収することを目的としているが、青色および赤色光を下位層まで通さなければならない。緑色光が吸収されることを目的としていない領域では、色素が光路に存在しないことが必要である。光路からの色素のそのような除去が達成されてもよい、１つの方法は、ピクセル領域の（わずかな）一部分のみで色素を集中させ、したがって、その包括力を低減することである。マゼンタ色が所望される時に、最大量の光が吸収されることを可能にするように、色素は、ピクセル領域全体にわたって拡散される。その面積包括力を低減するように、色素を空間的に集中させる過程は、色素を「シャッタすること」と呼ばれる。

以下で詳細に説明されるように、印加された電場に応じて色素をシャッタするために、多数の方法を使用することができる。既述のように、本発明のディスプレイは、ロールツーロール過程で被覆されてもよい、マイクロカプセルから形成された電気光学層を利用してもよい。代替として、電気光学層は、当技術分野で公知であるようなマイクロセル、マイクロカップ、またはウェルを使用してもよい。本発明は、以降で、マイクロカプセルを使用した電気光学層に関して主に説明されるが、電気光学ディスプレイの当業者であれば、説明されるマイクロカプセルベースの構造を、色素含有相を空間的に分離するための他の方法に適合させるのに困難がないと考えられる。

既述のように、本発明は、複数の色素が１組の電極によって制御される、電気光学ディスプレイを対象とする。１つまたは複数の電気光学層が１組の電極の間に存在するかどうかにかかわらず、これらの電極の間に存在する電場は実質的に同じであるため、色素が同じまたは異なる電気光学層の中の電極の間に存在するかどうかにかかわらず、１組の電極によって生成される電場への種々の色素の反応は、ほとんどの場合、実質的に同じであると理解されるであろう。したがって、種々の色素が同じまたは異なる電気光学層に存在するかどうかに応じて、本発明の種々の実施形態を生成することができる。本発明は、各電気光学層（１つを除く）が単一の色素のみを含有する、本発明の実施形態を参照して主に説明されるが、使用される正確な駆動方法に応じて、全ての色素が単一の層に含有されてもよく、または２つの色素が１つの層に含有され、第３の色素が異なる層に含有されてもよく、色素をシャッタするために使用される手段は、異なる層の中で異なる。３つの色素がカプセルの単一の層に存在する、本発明の１つのディスプレイの説明が、以下で挙げられる。

色素をシャッタするためのある「幾何学的」方法は、場合によっては、マイクロカプセルの被覆層の自己集合に依存する。よって、そのような被覆層の予備論議が望ましい。前述のＥ Ｉｎｋ特許および出願の多くで、特に、米国特許第６，０６７，１８５号、第６，３９２，７８５号、第７，１０９，９６８号、および第７，３９１，５５５号に論議されるように、実践では、不連続相が、少なくとも１つの色素と、通常は電荷制御剤を加えた流体（典型的には、低極性で、実質的に水と混ざらない炭化水素）とを含む、電気泳動内相の液滴を含む、乳剤を形成することによって調製される。乳剤の連続相は、ポリマーの水溶液、典型的には、ゼラチンを含む。ポリマー材料は、例えば、随意で、例えば、アルデヒドと架橋結合されてもよい、薄いカプセル壁を形成するように、ゼラチンおよび第２のポリマー、典型的には、アカシアのコアセルベートの形成によって、液滴の表面上に堆積させられる。結果として生じた変形可能なマイクロカプセルは、直径が約２０〜１００μｍの球体である。そのようなマイクロカプセルは、制御された被覆率で平面上に被覆された時に、カプセルの単層を本質的に形成する。この単層が乾燥させられた時に、カプセルは、垂直に（すなわち、それらが被覆される表面と垂直に）収縮し、偏球を形成するように横方向に拡張する傾向がある。最終的に、カプセルが横方向に拡張するにつれて、それらの側壁が相互と接触し、カプセルは、形状が発泡体中のセルによって形成されるものと同様である、多面体角柱に変形する。理想的には、カプセルの単一の層は、投影で見た側壁が、図２Ａに（理想形態で）示されるように１２０度の角度で交わる、「ハニカム」（二次元六方格子）を形成する。（実践では、マイクロカプセルは、サイズがいくらか変化し、乾燥単一マイクロカプセル層の顕微鏡写真は、典型的には、図２Ｂに図示されるものと同様であるが、４〜８個が隣接する各マイクロカプセルを伴うハニカムを示す。以下で現れる理由により、本発明のディスプレイの中の色素のシャッタリングは、図２Ｂの理想ハニカムからのそのような逸脱によって大きく影響されない。）また、図２Ａに示されるように、典型的には、カプセルが被覆される平面的な基質と接触しているカプセルの面が、平面に一致する一方で、各カプセルの露出面は、湾曲した「ドーム」形状を採用する。

マイクロカプセルの第２の層が第１の層の上に被覆される時に、表面エネルギーの最小限化につながる表面張力は、図２Ｃで概略的に図示されるような泡状の幾何学形状への第１の層の中のカプセルのドーム形上面の変形を引き起こす傾向がある。この幾何学形状では、第１の層の中の各カプセルの上部分は、錐体部分が実質的に平坦であり、介在する縁が実質的に真っ直ぐな線であり、そのうちの４本が、１０９．５度の４面体角で各頂点において交わる、実質的に錐体状の形状を有する。発泡体の幾何学形状の詳細な説明については、例えば、 ”Ｆｏａｍｓ： Ｔｈｅｏｒｙ， Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ， ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”， Ｒ． Ｋ． Ｐｒｕｄ’ｈｏｍｍｅ ａｎｄ Ｓ． Ａ． Ｋｈａｎ， ｅｄｓ．， Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｋｋｅｒ， Ｉｎｃ．， １９９６を参照されたい。古典的に、単分散発泡体の中の各セルの形状は、１４面を伴う半規則的固体（本質的には切頂８面体）である。第１および第２の層の錐体部分が、第２の層における各錐体部の最低頂点とともに嵌合し、第２の層における３つの錐体部の間の陥凹の中へ充填するように、第２の層の中の各カプセルの下部分も、実質的に錐体状の形状を有することに留意されたい。以下で説明されるように、カプセルのそのような二重層の錐体部は、一種類の色素シャッタリングで重要である。カプセルの第３の層が第２の層を覆って被覆される場合、第２および第３の層の間の界面は、第１および第２の層の間の界面と同じ種類の相互貫入錐体部を見せると理解されるであろう。

図３Ａ−３Ｅは、本発明のディスプレイで採用されてもよい、色素シャッタリングの種々の形態を図示する。図３Ａは、コンセートレータ電極１０２を使用するディスプレイのシャッタ光学的状態を図示する。そのようなコンセートレータ電極は、適切な電圧がコンセートレータ電極に印加された時に、色素がコンセートレータ電極に引き付けられ、したがって、各ピクセルの領域のごくわずかのみを占有し、すなわち、色素がシャッタされるように、各ピクセルの領域のごくわずかのみを占有する小型電極である。

コンセートレータ電極は、ディスプレイがアドレス指定されるパターン化電極、印刷またはリソグラフィ方法によって基板上にパターン化されてもよい、銀または金等の伝導性材料の格子、または誘電材料のパターンで覆われている連続導体であってもよい。コンセートレータ電極はまた、薄膜トランジスタのアレイと関連付けられる、個別にアドレス可能な電極であってもよい。代替として、直接電気的にアドレス指定されない、離散的な孤立伝導性粒子は、ディスプレイ内の１つまたは複数の層に組み込まれてもよい。

図３Ｂは、図２Ｃおよび２Ｄに図示される種類の二重カプセル層の第１の層の中の幾何学的／カプセル壁色素シャッタリングを図示する。カプセルの第１の層の（図示されるような）上部の錐体形態により、色素粒子が電極１０４に向かって引き付けられるように、電極１０４および１０６に印加される電位が配設される時に、第１の層の中のカプセルの上部の錐体形態は、色素に、各錐体部の最上頂点の周囲の領域のみを占有する色素パック１０８を形成させ、したがって、各ピクセルの領域の小部分のみを占有する、すなわち、色素はシャッタされる。

幾何学的／カプセル壁シャッタリングは、壁材料がそれらの内相よりも導電性である、カプセルの１つよりも多くの層の使用によって、自然に達成することができる。例えば、ゼラチンカプセル壁は、典型的には、約１０^−７Ｓ／ｍの伝導度を有する（しかしこの値はカプセル壁を備えるポリマー材料の水和度に強く依存している）。電気泳動内相は、典型的には、約１０^−８Ｓ／ｍである、これよりもはるかに小さい伝導度を有する。したがって、カプセルの１つの層のカプセル壁は、カプセルの第２の層に対するコンセートレータ「電極」の役割を果たすことができる。加えて、上記で説明されるように、カプセルによって採用されてもよい錐体形状によって、幾何学的シャッタが提供されてもよい。必要であれば、幾何学的シャッタは、例えば、米国特許第６，１３０，７７４号および第６，１７２，７９８号で説明されるようなＶ字形溝の中へのカプセルのテンプレート被覆によって達成されてもよい。幾何学的シャッタはまた、フォトリソグラフィまたはエンボス加工方法、あるいは当技術分野で周知である他の方法を使用して、加工されてもよい。

図３Ｄおよび３Ｅは、図２Ｃおよび２Ｄに図示される種類の二重カプセル層の第２の層の中の幾何学的シャッタリングの使用を図示する。図３Ｄに示されるように、色素粒子が電極１０４に向かって引き付けられるように、電極１０４および１０６に印加される電位が配設される時に、カプセルの第２の層の上部分のドーム形状により、色素は、ドーム形部分の領域全体、したがって、ピクセル領域全体にわたって広がり、シャッタされない。他方で、色素粒子が電極１０６に向かって引き付けられるように、電極１０４および１０６に印加される電位が配設される時に、カプセルの第２の層の下部分の錐体形態は、色素に、各錐体部の最下頂点に隣接して小さい色素パック１１０を形成させ、したがって、各ピクセルの領域のごくわずかのみを占有し、すなわち、色素がシャッタされる。

図３Ｃは、側壁シャッタリングを図示する。この形態のシャッタリングでは、シャッタ状態で、色素は、カプセルの側壁に隣接して色素１１２を形成するように、電極の面と平行に横方向に移動させられる。

異方性粒子の使用、例えば、ディスプレイと垂直または平行な主軸を伴って配向されてもよい針またはプレート、あるいは色が変化する色素、あるいはゲルの膨張および非膨張、あるいは当技術分野で公知である他の同様の方法等のシャッタするための他の方法もまた、本発明のディスプレイで使用されてもよい。

上記の図３Ａ、３Ｂ、３Ｄ、および３Ｅの論議から容易に分かるように、コンセートレータ電極または幾何学的／カプセル壁シャッタリングを使用した色素シャッタリングは、色素移動が印加された電場の方向にある、ディスプレイの直流アドレス指定で達成されてもよい。側壁シャッタリングは、交流を用いてディスプレイをアドレス指定することによって達成されてもよく、その場合、カプセルの内部の中の色素が、カプセルの周囲の赤道「地帯」に堆積させられるように、以下でより詳細に説明されるように、正味の色素移動は、印加された電場と垂直な方向にあってもよい。

本発明のディスプレイは明らかに、色素が実質的にピクセルの領域全体を占有する、そのシャッタ状態からその非シャッタ状態に色素を分散させるためのいくつかの方法を必要とする。コンセートレータ電極または幾何学的／カプセル壁シャッタリングと併せて使用するために特に好まれる、そのような色素分散のための１つの方法は、印加された電場と垂直に色素を移動させるために使用されている、ＤＣアドレス指定および荷電カプセル壁の組み合わせの使用を図示する、図４で概略的に図示されている。図４に示されるカプセルでは、色素の装填は、非常に小さい領域の中へ集中させられてもよいように（図４のカプセルの下錐体部の最低頂点として示される）、非常に低い（カプセルの体積の約１％）。電場の印加時に、色素は通常、この頂点から対向頂点へ（すなわち、図４に図示されるように垂直に上向きに）移動し、そこで再び、カプセルの上錐体部の最上頂点に隣接する非常に小さい領域で集中させられる。色素粒子とカプセル壁との間に引力を提供することによって、垂直成分（すなわち、図に図示されるように水平な成分）が、粒子に印加される電気力に追加されてもよく、よって、粒子は、それらのシャッタ位置で占有する小さい領域から横方向に広がる。必要な引力は、静電気であってもよい。したがって、本発明のいくつかの実施形態では、色素粒子およびカプセル壁は、反対極性の電荷を持つことが好ましい。（明白に、本発明のこの側面は、概して、両方の極性の電荷を持つ粒子を含有するカプセルに適用することができず、例えば、米国特許第６，８７０，６６１号で説明されるように、１つだけの種類の粒子を含有するカプセル、または同じ極性の二重粒子カプセルに最適である。）例えば、ゼラチン／アカシアがカプセル壁を形成するために使用され、Ｓｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００（Ｌｕｂｒｉｚｏｌから入手可能である）等の帯電剤が使用される場合、カプセル壁は負の電荷を獲得してもよく、同じ帯電剤で正の電荷を獲得する色素が好まれる。色素粒子とカプセル壁との間に引力を提供してもよい、他の方法は、凝集剤、特に、枯渇凝集剤の使用を含む。そのようなカプセル・壁引力を使用することの結果は、色素がＤＣパルスのいずれか一方の極限で本質的に見えなくなるが、（カプセルの最上部における）１つの集中状態から（カプセルの底部における）別の集中状態へ、またはその逆の遷移中に見えるようになることである。色素は、約３０〜５０Ｈｚの間の周波数を有するＡＣで駆動し、ＤＣオフセットをＡＣ駆動に印加することによって、単純ＤＣ駆動において過渡状態となる状態に陥ってもよい。

本発明は、反対極性の電荷を持つカプセル壁を伴う移動性の荷電色素の使用に限定されないが、反対極性の電荷を持つ任意の固定表面を伴うそのような色素の使用にまで及ぶ。固定表面は、印加された電場の中で色素の移動を制約する。色素を含有する媒体および表面は、カプセル化される必要がない。

上記で説明されるシャッタリング機構は、図３Ｄおよび３Ｅに関して既述のように、印加された電場と平行にカプセル内で粒子移動を引き起こすように、ＤＣアドレス指定を使用した色素の従来の切替と組み合わせられてもよい。この場合、幾何学的／カプセル壁シャッタリングが起こらないことが望ましくてもよく、溝または隙間の中に集中させることができるよりも多くの色素をカプセルに組み込むことによって、これを確実にすることができる。そのような従来の電気泳動切替は、前述のＥ Ｉｎｋ特許および出願で説明されるように、染色流体を通って移動する単一の色素、同じまたは反対電荷の二重色素、または複数の色素および染色流体の組み合わせを伴ってもよい。

全ての種類のシャッタリング方法は、電気泳動媒体に存在し得る色素粒子の体積率に制限を課する傾向がある。光の少なくとも約８５パーセントが、単一の通過でシャッタされた色素の層を通して透過される、すなわち、色素が光の約１５パーセント以上を吸収するべきではないことが望ましく、これは、本発明のディスプレイで通常起こるような、シャッタ層を通る二重通過について、約７０パーセントの反射効率に対応する。図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、いくつかの理想シャッタリング方法を使用した、色素粒子の充填の３つの異なる可能な形態を理想形態で図示する。以下の簡易分析では、（とりわけ）全反射、空洞の後ろのランバート反射体によるものを除いた散乱、および界面反射による光損失は無視される。図５Ａの色素は、壁がディスプレイの面と垂直である、空洞の側壁上に堆積させられる。色素が全ての入射光を吸収し、光が一度空洞を通過し、均等拡散様式で反射され、次いで、二度目に空洞を通過すると仮定して、吸収される光の割合は、（１−α）^２であり、式中、αは、空洞内の色素の体積率である。図５Ｂでは、色素は、（図５Ａ−５Ｃで水平であると仮定される）ディスプレイの画面と平行に空洞の一面上で半円筒に収集される。色素収集の形態は、典型的には、いずれの幾何学的シャッタリングもない場合に、コンセートレータ電極における収集に適切となる。図５Ｃは、球状形態の中への色素の集中を示す。

図６は、空洞内の色素の体積率の関数として、図５Ａ、５Ｂおよび５Ｃに示される各シャッタリング幾何学形状の推定二重通過透過効率を示すグラフである。７０パーセントの二重通過効率が容認可能であると仮定して、図６は、これが、半円筒色素幾何学形状（図５Ｂ）には、多くても約１重量パーセントの色素を必要とし、球状色素幾何学形状（図５Ｃ）には、多くても約５重量パーセントの色素を必要とすることを示す。これらの低い許容色素集中（「装填」）を考慮して、シャッタリングに使用される色素は、最小限の装填で使用することができるように、最大可能減衰係数を有することが好ましい。

シャッタされた色素へのそのような体積率制限はまた、そのような色素の好ましい粒径に制約も課す。９０パーセントの面積被覆率のために、粒子の約２つの単層同等物が必要とされるように、表面上にランダムに配設される粒子は、規則正しい密集単層よりも低い効率で、その表面を覆う。加えて、５０，０００Ｌ／モル／ｃｍの減衰係数、１．５の比重、および５００の分子量を有する、典型的な染料について、７０ｎｍの厚さの完全充填層が、１という光学密度（すなわち、光の９０パーセント吸収）に必要とされる。したがって、そのような染料について、色素粒子の直径は、この厚さの約半分以下であることが好ましい。実践では、約１００ｎｍ未満の直径の色素粒径が、コンセートレータ電極および幾何学的／カプセル壁シャッタリングに好ましい。この方法が、上記で説明されるように、同じ程度のシャッタリングについて色素の大量装填を可能にするため、より大きい粒子が側壁シャッタリングを使用して隠されてもよい。

色素が別個の層の中でシャッタされる位置が相互の上に横たわらない（すなわち、色素が、カプセルの複数の層を有するディスプレイの中の異なる層に位置する場合のように、位置合わせされない）場合、付加的な光学的損失が起こる場合がある。色素の吸収スペクトルが重複する場合、両方の色素によって吸収される、いくらかの光は、第１の層の中の第１のシャッタされた色素によって、ピクセルの１つの領域中で、第２の層の中の第２のシャッタされた色素によって、同じピクセルの別の領域中で吸収されてもよい。この問題は、２つの色素によって吸収される波長がないように、シャッタリング色素におけるスペクトル重複を除去することによって、回避することができる。したがって、２つの色素がシャッタされ、第３の色素が従来の電気泳動によって切り替えられる時に、ディスプレイでは、２つのシャッタされた色素が黄色およびシアン（その吸収スペクトルが両方とも緑色光を通すように設計されており、したがって、有意に重複しない）であることが好ましい。

上述のように、ＡＣアドレス指定が、色素をシャッタするために使用されてもよい。誘導電荷電気浸透および電気泳動、ならびに誘電泳動および粒子連鎖等の誘導双極子効果を含む、多種多様な現象が、ＡＣアドレス指定が採用された時に起こる。どの挙動が起こるかは、以降でより詳細に説明されるように、印加される電場強度および周波数、ならびにカプセル内相の中の構成要素の特性の影響を受ける。

図７Ａは、電荷制御剤（ＣＣＡ）を含有する溶媒によって包囲される球状色素粒子を通る概略的断面を示す。ＣＣＡは、典型的には、以降では「頭部基」と呼ばれる、イオン基を含む界面活性剤様分子である。正または負のイオン頭部基のうちの少なくとも１つは、好ましくは、以降では「尾部基」と呼ばれる、無極性鎖（典型的には炭化水素鎖）に付着される。ＣＣＡが内相の中で逆ミセルを形成し、帯電逆ミセルのごく少数が内相で電気伝導度につながると考えられる。ＣＣＡはまた、色素粒子の表面上に、およびカプセルの内壁上に吸着すると考えられる。集合的に、ＣＣＡおよび逆ミセルは、電気泳動媒体の内相において（粒子およびカプセル壁上の）全ての表面の帯電を仲介する。

その表面上に固定化電荷を伴う粒子は、周辺流体中で、反対電荷の電気二重層を設定すると考えられる。ＣＣＡのイオン頭部基は、粒子表面上の荷電基とイオン対合されてもよく、固定化荷電種のシュテルン層を形成する。この層の外側には、ＣＣＡの荷電ミセル凝集体を含む、拡散層がある。従来のＤＣ電気泳動では、滑りが拡散層内で起こり、粒子が流体に対して移動するように、印加された電場は、力を固定表面電荷に及ぼし、反対の力を移動性の対電荷に及ぼす。滑り面における電位は、ゼータ電位として知られている。

誘導電荷電気浸透（以降では「ＩＣＥＯ」と略称されるが、「ＡＣ電気浸透」として知られている）は、同様の現象であるが、固定表面電荷よりもむしろ誘導電荷に応答して起こる。それは、Ｖ． Ａ． Ｍｕｒｔｓｏｖｋｉｎ， Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｊ．， ５８， ３４１−３４９ （１９９６）、およびＨ． Ｍｏｒｇａｎと同僚らによる一連の論文（例えば、， Ｊ． Ｃｏｌｌｏｉｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｓｃｉ．， ２１７， ４２０−４２２ （１９９９） ａｎｄ Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｅ， ６１， ４０１１−４０１８ （２０００）を参照）で説明されており、つい最近ではＳｑｕｉｒｅｓおよびＢａｚａｎｔ （Ｊ． Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．， ５０９， ２１７−２５２ （２００４）によって詳細に論評されている。ＩＣＥＯでは、外部から印加された電場は、表面の近傍で分極を誘導し、同時に、結果として生じる電気浸透流を駆動する。これは、印加された電場の強度において非線形ではない流速を生じる。印加された電場の存在下で、誘導双極子が設定されてもよく（図７Ａ参照）、その大きさは、粒子体積、ならびに伝導度、誘電率、サイズ、および形状を含む表面特性に依存する。この誘導双極子は順に、反対電荷の対応二重層を設定する流体中でイオン種（おそらくミセル）の流れを引き起こす（図７Ｂ）。次いで、流体が極から引き出され、赤道で放出されるように、電気浸透流が駆動される（図７Ｃ）。流体の流れの方向は、印加された電場の極性にかかわらず同じであり、したがって、流れは、印加されたＡＣ電位によって駆動することができる。均一電場の中の球状粒子の場合、（流れが対称であるため）いずれの粒子移動も結果として生じない。しかしながら、実践では、色素粒子は、完全には球対称ではなく、粒子のカオス的移動を誘導する、移動相の噴流が設定されてもよい。

Ｂａｚａｎｔは、以下のように、二重層の確立のための帯電時間を推定した（図７Ｂ）。

電場の中の伝導性円筒について、λ_ＤはＤｅｂｙｅ長であり、ａは粒子半径であり、Ｄは移動相の中の電荷担体の拡散定数である。色素粒子は、典型的には、誘電材料から成るが、シュテルン層内の電気伝導は、（特に吸着水の存在下で）陽子ホッピングを含む、いくつかの機構を通して起こってもよく、したがって、伝導度の仮定は、本文脈では不合理ではない。以下の論議は、本ディスプレイで生じてもよい機構のうちのいくつかの定性的で発見的な像を提供するために含まれ、決して本発明の範囲を限定しない。

上記の方程式（１）は、粒子が大きくなるにつれて、帯電時間が長くなることを示す。次いで、最大誘導電荷電気浸透速度は、以下のように推定される。

式中、Ｅは印加された電場の大きさであり、ωは角周波数であり、ηは移動相の粘度である。周波数が増加するにつれて、最大誘導電荷電気浸透速度が減少することが分かる。ω^２τ_ｃ ^２＞＞１である、高い周波数では、誘導電荷電気浸透速度が、（二重層を帯電させる時間がないため）非常に低くなり、流体中の電荷担体による誘導双極子のスクリーニングが低減される。そのような周波数では、連鎖につながる粒子・粒子相互作用、または誘電泳動移動度につながる電場勾配との相互作用が起こってもよい。したがって、増加する周波数とともにＡＣ電場を印加することは、上記で説明されるように、低い周波数で電気浸透流を引き起こしてもよいが、周波数が増加させられるにつれて、粒子・粒子相互作用および誘電泳動が優勢になってもよい。結果は、例えば、誘導双極子凝集によって、全ての粒子が集中することであってもよい。それらは、電気浸透駆動周波数で、流れの静止点が位置してもよい領域中に（すなわち、球状カプセル内の粒子の場合、赤道周囲の輪の中に）集中する可能性が高い。粒子集中が起こる周波数は（理想的な場合）、印加された電場に比例し、また、以下の式であるため、粒径にも反比例して依存する。

本発明者らは、ディスプレイが比較的低いＡＣ周波数（典型的には３０〜１００Ｈｚの範囲内）でアドレス指定された時に、カプセル化色素粒子が高速移動を示し、カプセルの中で均一に分布させられることを観察した。より高い周波数では、色素粒子の移動は、減速し、カプセル壁において集まり、透明性（シャッタリング）につながってもよい。しかしながら、周波数が比較的低い値から比較的高い値まで急に増加させられた場合、粒子が壁において流れの静止点に到達する時間がない場合があり、粒子は、固定化されるが、シャッタされなくなる。したがって、最適なシャッタリングのために、周波数が一定の電圧で低い値から高い値へ傾斜させられること、または電圧が一定の周波数で高い値から低い値へ傾斜させられること、あるいはこれら２つの傾斜の何らかの組み合わせが好ましい。

ＩＣＥＯ移動から静止状態への遷移が起こる周波数は、印加された電圧に関係し（場合によっては比例し）、サイズ、形状、および伝導度等の粒子特性、ならびに粘度、伝導度、および誘電率等の流体特性に依存する。したがって、色素は、ディスプレイを駆動するために使用されるＡＣの周波数を変化させることによって、選択的に、かつ独立してアドレス指定されてもよい。例えば、第１のカプセルの中の第１の色素が、大きいサイズを有し、高粘度の流体に組み込まれてもよい一方で、第２のカプセル層の中の第２の色素は、小さいサイズを有し、低粘度の流体に組み込まれてもよい。最低アドレス指定周波数ω_１では、電気浸透移動によって、両方の色素が分布および拡散させられる。より高いアドレス指定周波数ω_２では、第１の色素がシャッタされてもよい一方で、第２の色素は、依然として移動している。さらに高い周波数ω_３では、両方の色素がシャッタされてもよい。周波数が急にω_１からω_３に切り替えられた（またはω_３よりもわずかに低い周波数に切り替えられ、次いで、ω_３まで増加させられた）場合、第１の色素がシャッタする時間がなくてもよいが、第２の色素がシャッタする時間はあってもよい。したがって、一定の電圧を使用し、アドレス指定の周波数のみを変化させて、同じ波形で各色を駆動させながら、異なる色にアクセスすることが可能である。周波数を一定に保ち、電圧を変化させることによって、同じ効果が得られてもよく、そのようなスキームは、２つよりも多くの色に拡張されてもよいことが明らかになるであろう。以下の実施例１−３は、異なる周波数の交流電圧を使用して、単一のカプセル層の中の１つよりも多くの色にアドレス指定することを説明する。（当然ながら、異なる粒子についてＩＣＥＯ移動から静止状態への遷移が起こる周波数が、粒子特性のみによって制御される時、上記で説明されるように、各色素に対する別個の環境を提供するよりもむしろ、共通カプセルに１つよりも多くの色の粒子を組み込むことが可能であることが明白となるであろう。）
共通波形で全ての色素を駆動しながら、複数の色素をシャッタするための別の方法は、その一方が着色され（第２の色素であり）、その他方が白色である、２つの逆帯電した色素を含有する、カプセルの第２の層がその上で被覆される、グリッド電極等のコンセートレータ電極を持つ基質上に被覆される、第１の色素を含有するマイクロカプセルの第１の層を有する、本発明の２層ディスプレイを概略的断面図で示す、図８Ａ−８Ｄに図示されている。（図８Ａ−８Ｄに示されるディスプレイは、図示されるように、下から見られることを目的としていると留意されたい。）（色１、色２、色１プラス色２、および色なしという４つの可能な極限状態への）２つの色のアドレス指定は、第１の層の中のシャッタリングのタイミングと第２の層の中の垂直切替のタイミングとの間の差を利用することによって達成される。図８Ａ−８Ｄは、ディスプレイの４つの異なる状態を図示する。図８Ａでは、第１の色素８０２は、コンセートレータ電極８０４へシャッタされ、第２の色素８０６は、白色色素８０８の前で可視的である。図８Ｂでは、ディスプレイが、白色背景に対して第１および第２の色素８０２および８０６をともに示すように、色素８０２が、第１の層にわたって均一に拡散される一方で、第２の層は、図８Ａと同じ状態である。図８Ｃでは、ディスプレイが白色色素を示すように、第２の色素８０６は、白色色素８０８の後ろに隠され、第１の色素は、カプセルの第１の層の上錐体部の最上頂点で集中させられることによってシャッタされる。図８Ｄでは、ディスプレイが白色背景に対して第１の色素を示すように、第１の色素８０２が、カプセルの第１の層の上面にわたって均一に拡散される一方で、第２の層図８Ｃと同じ状態である。この種類のディスプレイは、以下の実施例４で詳細に説明される。

図８Ａ−８Ｄの２つのカプセル層の必要な独立制御は、２種類のカプセル間の切替速度の差を活用することによって達成されてもよい。印加された電圧が閾値を下回ると、カプセル内で色素移動が起こらないように、例えば、カプセル内の流体が降伏応力を示す場合、そのような速度の差は、印加された電圧と非線形となり得る。したがって、例えば、上記の図８Ａ−８Ｄに示されるカプセルの第１の層が、Ｖ１という切替の電圧閾値を有し、カプセルの第２の層が、Ｖ２という電圧閾値を有し、Ｖ２＞Ｖ１である場合、第２の層をＶ２よりも大きい電圧でアドレス指定することができ（また、第１の層も切り替える）、その後、第１の層を、（第２の層に影響を及ぼすことなく）Ｖ１とＶ２との間の電圧で切り替えることができる。そのようなスキームは、３つの電圧閾値を有するカプセルの３つの層に拡張することができる。

必要な電圧閾値は、種々の方法で提供されてもよい。上述のように、マイクロカプセルの内相は、降伏応力を有してもよい。クーロン閾値を生成するように、シャッタリング色素への反対電荷の粒子がカプセルに追加されてもよい。これらの反対電荷の粒子は、着色色素による光の吸収に影響を及ぼさず、ディスプレイの全体的外観に影響を及ぼさないように、実質的に非散乱および非吸収であってもよく、単にカプセルの内部の切替挙動を変調するように組み込まれる。

独立してカプセル層をアドレス指定する別の技法は、カプセルの１つの層を多安定にすること（すなわち、流体中に分散されたポリマーを提供することによって達成されてもよいように、この層に画像ヒステリシスを与えること、米国特許第７，１７０，６７０号参照）、およびヒステリシスを示さず、活発にアドレス指定されていない時はデフォルト状態に戻る第２の層を作製することである。図９Ａおよび９Ｂは、Ｌａ＊ｂ＊色空間のａ＊／ｂ＊面上のそれらの投影に関して、そのようなディスプレイの色の変化を図示する。図９Ａの矢印ｉは、図８Ａ−８Ｄのカプセルの第１の層で起こり得るような、シアンから白への切り替えを表す。いずれか一方の極性の電場が印加された時に、色素は分散状態からシャッタし、そのように形成される画像が安定していないと仮定される場合、電場が除去された時に、シャッタされた色素は再分散し、デフォルトシアン状態が再形成される。矢印（ｉｉ）は、図８Ａ−８Ｄに示されるカプセルの第２の層で起こり得るような、白から黄色への切り替えを表す。この切り替えは、電場の方向が逆転されるまで最終状態が安定しているように、ヒステリシスなものである。

図９Ｂは、第１および第２の層の中のカプセルの切替速度が同じである時に、どのようにして４つの着色状態をこのディスプレイで達成できるかを図示する。矢印（１）は、カプセルの第１の層が（デフォルトシアン状態から）白に駆動され、第２の層が白から黄色に駆動されるように、電場の印加によって駆動されているディスプレイを示す。矢印（２）は、駆動電場がゼロまで低減されるにつれて、第２の層が黄色状態にとどまるが、第１の層がデフォルトのシアンになり、緑である、黄色とシアンの組み合わせをもたらすことを示す。矢印（３）は、次いで、ディスプレイが反対極性の電場で駆動されるにつれて、第１の層が再び白に駆動される一方で、第２の層は黄色から白に駆動されることを示す。結果は、白色画像である。最終的に、矢印（４）は、電場が逆極性駆動からゼロまで低減されるにつれて、第２の層が白のままである一方で、第１の層がシアンに戻り、シアン画像をもたらすことを示す。特定の電圧における駆動時間を変化させること（パルス幅変調）によって、または駆動電圧を変化させることによって、異なるレベルの色が獲得されてもよい。

２つの層の切替速度が同じでない場合、より大きい色域が達成されてもよい。図１０Ａおよび１０Ｂは、それぞれ、図９Ａおよび９Ｂと同様の投影であるが、シアンシャッタリング層が白色／黄色層よりも高速であるが、黄色層の切替なしでシアンを完全にシャッタすることができるほど高速ではない時に起こる、色の変化を示す。白色／黄色層がヒステリシス画像安定性を示す一方で、シアンシャッタは示さないと仮定される（しかし、両方の層がヒステリシス画像安定性を示す場合に、同様の原則が適用される）。図１０Ａでは、白色層が黄色に切り替えられるにつれて辿られる経路が見える。短い切替時間で、シアン層が完全にシャッタされる一方で、白色層は完全には黄色に切り替えられていない。これは、図１０Ａでｘとして示される、中間黄色状態を提供する。シアンシャッタの弛緩は、ｙとして示される青緑色を提供する。黄色の継続的な切替は、完全な黄色状態を提供し、そこから、シアンシャッタの緩和によって緑が得られる。図１０Ｂに示されるように、黄色から白に切り替える時に辿られる経路は、シアンシャッタの極限（すなわち、開閉）で同じ点を訪れるが、同じではない。純黄色または白色状態は、１つの駆動方向のみで獲得されることが注目に値する。シアンシャッタがヒステリシス画像安定性を示さない場合、デフォルトではない状態を維持するために、保持電圧が必要とされる。

図１１は、本発明の３層ディスプレイの概略側面図を示す。この３層ディスプレイは、コンセートレータ電極が、壁が内部よりも伝導性であるカプセルの第１の層に置換されることを除いて、図８Ａ−８Ｄに示される２層ディスプレイと略同様である。このカプセルの層は、色素を含有せず、透明であってもよく、単純にテンプレートの役割を果たし、カプセルの第２の層（第１の色素を含有する）を成形し、カプセル壁シャッタを提供する働きをする。図１１のディスプレイが、２つの原色の４つの可能な極限状態を達成する機構は、図８Ａ−８Ｄを参照して上記で説明されるものと正確に類似している。この種類の３層ディスプレイは、以下の実施例５で詳細に説明される。

第３の原色は、いくつかの異なる方法で、図８Ａ−８Ｄおよび１１に示されるディスプレイの中で提供されてもよい。図１２Ａは、上述の３つの方法のうちのいずれかを使用してシャッタされる第３の原色の提供を図示する（コンセートレータ電極が示されているが、カプセル壁／幾何学的シャッタリングまたは側壁シャッタリングも使用されてもよい）。

図１２Ｂは、第２の色と同じ層の中にあり、すなわち、白色色素と組み合わせ、垂直に切り替えられた第３の色の提供を図示する。再度、第３の色は、第１または第２の色のいずれか一方よりもかなりゆっくりと切り替えられるべきである。図１２Ｂのディスプレイでは、第２および第３の色は、並んで配設され、これは、図１２Ａに示されるものよりは好ましくない構成である。しかしながら、第３の色を含有するカプセルが、第２の色を含有するカプセルとは異なるサイズになる可能性があり、したがって、カプセルのいくらかの重複が達成されてもよい可能性がある。加えて、第２および第３の色の何らかの混合が、構造内の光散乱によって達成されてもよい。図１２Ｂは、第１の色素のカプセル壁／幾何学的シャッタを示すが、カプセルの層は排除されてもよく、代わりに、コンセートレータ電極が、第１の色素をシャッタするために使用されてもよい。

図１２Ｃおよび１２Ｄは、図１２Ａおよび１２Ｂに示されるディスプレイと略同様である、本発明の３層ディスプレイの２つの異なる光学的状態を示す。図１２Ｃおよび１２Ｄに示されるディスプレイでは、第１の電気光学層（図１２Ｃおよび１２Ｄに図示されるような最下層）は、黄色色素を含有し、安定状態であり、閾値を有し、高い動作電圧を必要とする。この層の中の黄色色素は、色素が、この層の中の各カプセルの錐体上部の最上頂点に限定される、図１２Ｃに示されるシャッタ状態と、黄色色素が、各カプセルの平坦な下面の全体を覆う、図１２Ｄに示される非シャッタ状態との間で移動可能である。図１２Ｃおよび１２Ｄに示されるディスプレイの第２の電気光学層は、シアン色素を含有し、安定状態ではない。この層の中のシアン色素は、色素が、各カプセルの最上および最下頂点に限定される、図１２Ｃおよび１２Ｄに示される２つのシャッタ状態と、色素が各カプセルの全体を通して均一に分布させられる、非シャッタ状態（図示せず）との間で、移動させることができる。ディスプレイの第３の電気光学層は、図１２Ｃに示される非シャッタ位置と、図１２Ｄに示されるシャッタ位置との間で（図示されるように）垂直に移動させることができる、マゼンタ色素を含有する。図１２Ｃおよび１２Ｄに示される上部電極には、白色反射体が提供される。

すでに示されたように、一側面では、本発明は、全ての色素が流体を通して実質的に均一に分散された時に、媒体が実質的に黒く見えるように、流体中に複数の異なる有機色素を含む、可変透過電気泳動媒体を提供する。また、媒体は、（電荷制御剤または同様の作用物質、界面活性剤以外の）流体中にポリマー添加剤を実質的に含まないが、依然として高度の画像安定性を有する。そのような可変透過媒体の好ましい形態では、電気泳動媒体に印加される周波数および電圧を操作することによって、各色素を、分散状態または充填状態にさせることができ、媒体がかなりの色域を表示することができるように、色素は、かなりの異なる誘電泳動移動度を有するように選択される。

色素の技術分野で当業者に周知であるように、黒を含む付加的な色を提供するように、２つ以上の色素の混合物を作製することができる。自動車塗料等の厳しい用途のために、広範囲の色素が開発されており、これらの色素のうちのいくつかは、ＶＴ媒体の好適な特性を実証している。キクナドリンおよびフタロシアニン族の色素が有用であることが分かっている。そのような色素は、非常に広い色域を全体でもたらすように混合することができるが、これまで、色域の一部になるために黒を必要とするという追加制約が、単一の媒体で達成可能な色域を縮小してきた。

いくらか予想外に、ＶＴ媒体で有用な色素のうちのいくつかは、広範囲の印加された周波数および電圧への異なる応答という意味で、広範囲の電気泳動移動度を表すことが分かっている。したがって、電気泳動媒体に印加される周波数および電圧を操作することによって、各色素を、個別に分散状態または充填状態にさせることができ、すなわち、異なる有機色素を、相互から独立して「シャッタ」させることができる。分散状態は、色素が透過光を吸収することを可能にし、分散が均一になるほど、吸収が良好になる。充填状態は、色素が位置する媒体の面積の割合を最小限化し、それにより、その色素による吸収を最小限化する。全ての色素が充填された場合、媒体は、その「開放」または実質的に透明の光学的状態を成す。他方で、全ての色素が流体の全体を通して分散された場合、中間色を達成するように、種々の色素の量および色が平行を保たれているならば、媒体は、実質的に黒色の光学状態を成す。少なくとも１つの色素が分散され、少なくとも１つの色素充填された場合、媒体の色は、分散色素の色に近づき、種々の色素の分散の状態の独立制御によって、かなりの色域を生成することができ、カラー画像技術分野の当業者によく知られる理由により、そのようなＶＴ媒体は、異なる色および誘電泳動移動度を有する、少なくとも３つの異なる色素を含有することが、通常好ましい。

本発明のディスプレイは、すでに論議されているように、３つの別個の色素を駆動するために、（これら３つの色素が１つ、２つ、または３つの別個の電気光学層に存在しようと）種々の駆動方法を利用することができる。おそらく驚くべきことに、１組の電極およびＤＣ電圧のみを使用して、相互から実質的に独立して３つの別個の色素を駆動することが可能である。概念的に、ＤＣおよび１組の電極のみを使用して、３つの異なる色素を駆動するための方法は、以下のように要約されてもよい。

（原則は層を必要としないが）以下の特性を伴う３色形成層があると仮定する。
（ａ）層１は、電圧（またはインパルス）閾値を有し、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する。
（ｂ）層２は、より低い閾値を有するか、または閾値を持たず、安定状態であり、その色は、印加された電圧の極性に依存する。
（ｃ）層３は、閾値を持たず、安定状態ではなく、層２よりも速く切り替わる。層３は、正または負のインパルスで駆動されようと同じ状態に達し、電位が印加されない時にその全く正反対に弛緩する。

これらの３つの条件を考慮すると、駆動スキームは以下のとおりである。
（ａ）層１を所望の色に設定するために高い電圧を使用する。実践では、これは二元となり得て、この場合、黄色となるべきである。これはまた、層２および３にも影響を及ぼす。
（ｂ）層２を所望の色に設定するためにより低い電圧を使用する。これは、層１に影響を及ぼさず、層３をその極限状態に切り替える。
（ｃ）第３の層がその所望の色に弛緩することを可能にし、保持電圧（または任意の電圧におけるパルス）でそれをそこで保つ。

これの代替案は、３つ全ての層が安定状態である場合、３色に対する３つの異なる電圧において連続的にアドレス指定し、より低速の層をアドレス指定する時に、より高速の層の付随切替を補正するという、より率直なスキームである。この場合、最低速層が最初にアドレス指定され、層１および２はそれぞれ、閾値を有する。しかしながら、これは、はるかに設計し難い。

ここで、例証目的のみとしてであるが、本発明の媒体で使用される好ましい試薬、条件、および技法を示すように、以下の実施例が挙げられる。

（実施例１）赤色、緑色、および青色色素を含有する第１の媒体
この実施例で使用された色素：
Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ Ｐｉｎｋ Ｅ ０２、１．４５の比重、７７ｍ^２／ｇの表面積、および９０ｎｍの平均粒径を有すると製造業者によって記載されている、赤色キナクリドン色素（Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， ４０００ Ｍｏｎｒｏｅ Ｒｏａｄ， Ｃｈａｒｌｏｔｔｅ ＮＣ ２８２０５より市販されている）。
Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ Ｇｒｅｅｎ ＧＮＸ、同じ製造業者から入手可能であり、２．０５の比重、４０ｍ^２／ｇの表面積、および５０ｎｍの平均粒径を有すると製造業者によって記載されている、緑色銅フタロシアニン色素。
Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ Ｂｌｕｅ Ｂ２Ｇ−Ｄ、同じ製造業者から入手可能であり、１．６の比重、４４ｍ^２／ｇの表面積、および７５ｎｍの平均粒径を有すると製造業者によって記載されている、青色銅フタロシアニン色素。

（製造業者によって記載されたように）ｄ−リモネン中で約２０重量パーセントの色素、および色素表面積の１平方メートルあたり０．００４４ｇのＳｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００を含有する、各色素の練り顔料を、実質的に前述の２００７／０１４６３１０で説明されているように調製した。各練り顔料のサンプルを、ｄ−リモネンで０．０１重量パーセント色素まで希釈し、２ｍｍ経路長のサンプルキュベットを使用したＭｉｎｏｌｔａ
ＣＭ−３６００ｄ分光計を用いて、色透過について結果として生じた分散を測定した。練り顔料をまた、可能な限り黒に近い色を有する（すなわち、従来のＣＩＥ Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間の中で可能な限り最小のａ＊およびｂ＊値を有する）混合分散を生成するように混合した。結果は以下の表１で示される。

「黒色」混合物は、実際には、いずれの緑色色素も追加することもなく、緑色になる傾向があったことに留意されたい。これは、「青色」色素の青緑色相によって引き起こされた。

（実施例２）赤色、緑色、および青色色素を含有する第２の媒体
７０ｎｍの平均粒径を有するキナクリドン色素である、Ｃｌａｒｉａｎｔ Ｉｎｋ Ｊｅｔ Ｍａｇｅｎｔａ Ｅ０２ ＶＰ ２６２１が、実施例１で使用されたピンク色色素に代替されたことを除いて、実施例１を繰り返した。再度、練り顔料をまた、可能な限り黒に近い色を有する混合分散を生成するように混合した。結果は以下の表２で示される。

再度、混した「黒」は、緑色になる傾向があり、好適な代替青色色素を見つけることができなかったため、色素セットの大きな変化が必要であったと判定された。

（実施例３）緑色、紫色、および黄色色素を含有する媒体
ピンク色および青色色素が、同じ製造業者からのＣｌａｒｉａｎｔ Ｈｏｓｔａｐｅｒｍ Ｖｉｏｌｅｔ ＲＬ０２およびＣｌａｒｉａｎｔ Ｎｏｖｏｐｅｒｍ Ｙｅｌｌｏｗ
４Ｇ ＶＰ２５３２と置換されたことを除いて、実施例１を繰り返した。前者が、１．４９の比重、８０ｍ^２／ｇの表面積、および５０ｎｍの平均粒径を有すると製造業者によって記載されている、ジオキサジン色素である一方で、後者は、１．４４の比重、３３ｍ^２／ｇの表面積、および１６２ｎｍの平均粒径を有すると製造業者によって記載されている、ジスアゾ色素である。再度、練り顔料をまた、可能な限り黒に近い色を有する混合分散を生成するように混合した。結果は以下の表３で示される。

表３から分かるように、この１組の色素の混合物は、良好な中間黒色を生成する。

米国特許第６，８６６，７６０号の実施例１で説明されているのと実質的に同じ方式で、この黒色混合物を使用して、ポリマー分散電気泳動媒体を生成した。ポリマー分散媒体を、ポリエチレンテレフタレート／ＩＴＯ膜のインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）被覆表面上に被覆し、乾燥させ、接着剤層を塗布し、駆動電圧および周波数の種々の組み合わせで駆動された、実験的な単ピクセルディスプレイを生産するように、結果として生じた膜を後方電極に積層した。

そのような多色素ディスプレイでは、全ての色素が充填された場合、ディスプレイは開いている（実質的に透明である）ように見え、全ての色素が分散された場合、ディスプレイは閉鎖している（実質的に黒い）ように見える。その分散形態での各色素の割合が、ディスプレイ中のその色素の全体的割合とは異なる（すなわち、表３に示される５７．８％緑色、２２．９％紫色、１９．３％黄色とは異なる）場合、ディスプレイの色は、より分散した色素の色に近づく。例えば、黄色色素がよく分散され、緑色および紫色色素が充填された場合、ディスプレイは、黄色に見える。代替として、黄色および緑色色素が分散され、紫色のみが充填された場合、ディスプレイは、黄緑色に見える。以下の表４は、印加された波形および生成される対応色の実施例を挙げる。

上記の色、および異なる波形を使用して生成される他の色が、添付図面の図１７のａ＊ｂ＊面で描画されている。色は、サンプルの後ろに配置された白色背景を伴って、反射モードのＥｙｅ−Ｏｎｅ分光光度計を用いて測定された。白色背景は、Ｌ＊ａ＊ｂ＊計算のための参照白色点として取り扱われた。

図から、実験的ディスプレイは、ａ＊ｂ＊面の緑色／黄色／青色部分の中だけであるが、かなりの色域を表示することができ、この特定のディスプレイは、正のａ＊（すなわち、赤色）を生成できなかったことが分かるであろう。しかしながら、この実験的ディスプレイによって表示されることが可能なかなりの色域、および市販されており、そのようなディスプレイに組み込むために好適である広範囲の色素を考慮すると、付加的な色素の評価および処方のさらなる研究により、ａ＊ｂ＊面により集中した、より広い色域を有するディスプレイを生産するであろうと予想できる。

（実施例４）シアンシャッタリングカプセルのための被覆スラリー
シアン色素、Ｉｒｇａｌｉｔｅ Ｂｌｕｅ ＧＬＶＯ（ＢＡＳＦ， Ｌｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙから入手可能である）（８ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（１２ｇ）およびＳｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００の溶液（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｗｉｃｋｌｉｆｆｅ， ＯＨから入手可能である、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ中の２０ｇの２０％ｗ／ｗ溶液）と組み合わせ、シアン色素分散を得るようにビーズとともに撹拌することによって、混合物を分散させた。

このようにして調製されたシアン色素分散（５．７５ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（１０９．２５ｇ）と組み合わせ、カプセル化の準備ができた内相を生成するように、結果として生じた混合物を機械的に一晩圧延した。次いで、米国特許第７，００２，７２８号で説明されている手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。結果として生じたカプセル化材料を沈降によって単離し、脱イオン水で洗浄し、４５および２０μｍメッシュの篩を使用して篩過することによって、サイズ分離した。Ｃｏｕｌｔｅｒ Ｍｕｌｔｉｓｉｚｅｒを使用した分析は、結果として生じたカプセルが４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が、２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にあったことを示した。

結果として生じたカプセルスラリーをｐＨ９に調整し、過剰な水を除去した。次いで、カプセルを濃縮し、上澄み液を廃棄した。カプセルを、水性ポリウレタン結合剤（米国特許出願第２００５／０１２４７５１号で説明されているものと同様に調製された）と混合し、少量のＴｒｉｔｏｎ Ｘ−１００界面活性剤およびヒドロキシプロピルメチルセルロースを追加し、以下で詳細に説明されるように、ディスプレイで使用する準備ができたスラリーを提供するように徹底的に混合した。

（実施例５）１％ｗ／ｗの色素を含有するシアンシャッタリングカプセルのための被覆スラリー
Ｉｒｇａｌｉｔｅ Ｂｌｕｅ ＧＬＶＯ（２６ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（７０ｇ）およびＳｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００の溶液（Ｉｓｏｐａｒ Ｅ中の７０ｇの２０％ｗ／ｗ溶液）と組み合わせ、シアン色素分散を生成するように、混合物をガラスビーズとともに磨砕機の中で分散させた。このようにして調製されたシアン色素分散（５．７５ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（１０９．２５ｇ）と組み合わせた。カプセル化の準備ができた内相を生成するように、結果として生じた混合物を機械的に一晩圧延した。次いで、４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にある、カプセルを生成するように、実施例４の手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。次いで、上記の実施例４と同じ方法で、カプセルを被覆スラリーに組み込んだ。

（実施例６）マゼンタシャッタリングカプセルのための被覆スラリー
マゼンタ色素Ｑｕｉｎｄｏ Ｒｅｄ １９（Ｓｕｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ， ＮＹから入手可能である）に、実質的に米国特許第７，００２，７２８号で説明されているようなポリ（ラウリルメタクリレート）被覆を提供した。次いで、マゼンタ色素分散を生成するように、被覆色素（１３ｇ）をＩｓｏｐａｒ Ｅ（３０ｇ）と組み合わせ、２００μｍメッシュ膜を通して濾過し、固体率が１７％であると判定された。

このようにして調製されたマゼンタ色素分散（１３ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（８８ｇ）およびＳｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００（Ｉｓｏｐａｒ Ｅ中の８ｇの２０％ｗ／ｗ溶液）と組み合わせ、カプセル化の準備ができた内相を生成するように、結果として生じた混合物を機械的に一晩圧延した。次いで、４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にある、カプセルを生成するように、実施例４の手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。次いで、上記の実施例４と同じ方法で、カプセルを被覆スラリーに組み込んだ。

（実施例７）マゼンタ／白色垂直切替カプセルのための被覆スラリー
機能性マゼンタ色素（１０ｇ、上記の実施例６で説明されるように調製された）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（４０ｇ）と組み合わせ、マゼンタ色素分散を生成するようにビーズとともに撹拌することによって、結果として生じた混合物を分散させ、２００μｍメッシュ膜を通して濾過し、固体率を判定した。この分散（１８．８２ｇ）を、二酸化チタン（Ｅ．
Ｉ． ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ， ＤＥから入手可能なＲ７９４）（米国特許第７，００２，７２８号で説明されるように扱われた７０．５７ｇの６０％ｗ／ｗ分散）、少量のＳｏｌｓｐｅｒｓｅ
１７０００および分子量６００，０００のポリ（イソブチレン）、ならびに付加的な量のＩｓｏｐａｒ Ｅと組み合わせた。カプセル化の準備ができた内相を生成するように、結果として生じた混合物を機械的に一晩圧延した。次いで、４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にある、カプセルを生成するように、実施例４の手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。次いで、上記の実施例４と同じ方法で、カプセルを被覆スラリーに組み込んだ。

（実施例８）黄色／白色垂直切替カプセルのための被覆スラリー
黄色色素Ｐａｌｉｏｔａｎ Ｙｅｌｌｏｗ Ｌ １１４５（ＢＡＳＦから入手可能である）を、Ｎ−［３−（トリメトキシシリル）プロピル］−Ｎ’−（４−ビニルベンジル）エチレンジアミン塩酸塩で表面処理し、その後に、実質的に米国特許第７，００２，７２８号で説明されるようにポリ（ラウリルメタクリレート）被覆の提供が続く。この黄色色素（３０ｇ）を、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ（７０ｇ）と組み合わせ、２時間超音波で分解し、機械的に一晩圧延した。次いで、結果として生じた分散（４５．６ｇ）を、実施例７と同じＲ７９４二酸化チタン（１０２．６ｇの６０％ｗ／ｗ分散）、少量のＳｏｌｓｐｅｒｓｅ
１７０００および分子量８５０，０００のポリ（イソブチレン）、ならびに付加的な量のＩｓｏｐａｒ Ｅと組み合わせた。カプセル化の準備ができた内相を生成するように、結果として生じた混合物を機械的に一晩圧延した。次いで、４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にある、カプセルを生成するように、実施例４の手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。次いで、上記の実施例４と同じ方法で、カプセルを被覆スラリーに組み込んだ。

（実施例９）色素を含有しないカプセルのための被覆スラリー
カプセル化の準備ができた内相を生成するように、Ｉｓｏｐａｒ Ｅ 中のＳｏｌｓｐｅｒｓｅ １７０００の溶液を機械的に一晩圧延した。次いで、４０μｍの平均サイズを有し、全カプセル体積の８５パーセント以上が２０〜６０μｍの所望のサイズを有するカプセルの中にある、カプセルを生成するように、実施例４の手順に従って、このようにして調製された内相をカプセル化した。次いで、上記の実施例４と同じ方法で、カプセルを被覆スラリーに組み込んだ。

（実施例１０）シアン／黄色２色ディスプレイの組立および切替
５０μｍ間隙を伴うバー塗工機を使用して、実施例４で調製されたシアンシャッタリングカプセルスラリーを、５０μｍピッチおよび１μｍ線幅のプリント六角格子金属電極を持つ、１２５μｍポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）膜上に被覆した。被覆を６０℃で乾燥させ、その後に、１００μｍの間隙を伴うバー塗工機を用いて、上記の実施例８で説明されるように調製された黄色／白色垂直切替カプセルスラリーを使用して、カプセルの第２の被覆を塗布した。第２の被覆層を６０℃で乾燥させた。解放シート上に事前被覆された、テトラアルキルアンモニウム塩でドープしたポリウレタン接着剤の層を、米国特許第７，００２，７２８号で説明されるようにカプセルの第２の層の上に積層した。解放シートを除去し、結果として生じた多層構造をグラファイト後方電極上に積層した。最終的に組み立てられると、ディスプレイ構造は、その画面からの順序で、ＰＥＴ膜基礎の第１の層と、パターン化電極の第２の層と、シアンシャッタリングカプセルの第３の層と、黄色／白色垂直切替カプセルの第４の層と、伝導性ドープ積層接着剤の第５の層と、グラファイト後方電極を備える第６の層とを備えた。

４０Ｖから−４０Ｖに及んだＤＣ電圧によってオフセットされた、３０Ｈｚおよび＋／−１０Ｖにおける方形波ＡＣ信号を印加することによって、このようにして生成されたディスプレイ構造を駆動した。ディスプレイが駆動されるにつれて、タングステン環光源によって照射され、ディスプレイから反射された光を分光光度法で分析し、以下の表５で示されるＬ＊ａ＊ｂ＊値を生じた。

これらの結果は、図１３Ａおよび１３Ｂで図式的に示されている。図１３Ａは、上面透明電極において３０Ｈｚ ＡＣ駆動に印加されるＤＣオフセットの関数として、Ｌ＊、ａ＊、およびｂ＊値を示す。結果として生じた状態はわずかに劣るが、３０Ｈｚ ＡＣ構成要素なしで、同様の状態が単純ＤＣ駆動を用いて得られることに留意されたい。

このディスプレイは、図８Ａ−８Ｄに示されるように動作する。上面側でコンセートレータ電極と接触し、反対側でカプセルの第２の層と接触している、カプセルの第１の層は、正電荷を持つシアン色素を含有する。ＤＣオフセットが正である時に、シアン色素は、（図８Ｃに示されるように）カプセルの第１の層とカプセルの第２の層との間の接合点でシャッタされる。ＤＣオフセットが負である時に、シアン色素は、（図８Ａに示されるように）コンセートレータ電極に集まる。ＤＣオフセットがゼロに向かって移動するにつれて、色素は、シャッタ状態から離れる。図１３Ａのａ＊値で見られるヒステリシスループは、これらの変化を反映する（あまり負ではないａ＊は、シャッタされたシアン色素に対応する）。ＤＣオフセットが増加させられるにつれてシャッタ状態に向かう色素の移動が、ＤＣオフセットが減少させられるにつれてシャッタ状態から離れる色素の移動よりも速いため、わずかなヒステリシスがある。

第２のカプセル層の中の垂直切替カプセル（すなわち、粒子が印加された電場と平行に移動するカプセル）は、正電荷を持つ黄色色素、および負電荷を持つ白色色素を含有し、したがって、上面が負に帯電した時に、このカプセルの層は、黄色画像（正のｂ＊）を表示し、上面が正に帯電した時に、白色画像（覆っているシアン層の中の青色成分により、負のｂ＊）を表示する。

図１３Ｂに示されるａ＊／ｂ＊プロットは、図９Ｂで概念的に示されるものと実験的に対応する。

（実施例１１）シャッタリングを方向付けるために無色素カプセルの層が使用される、シアン／マゼンタ２色ディスプレイの組立および駆動
この実施例で生産されるディスプレイは、図１２Ａに示される構造を有する。

上記の実施例１０におけるカプセルの第１の層と同じ条件を使用して、上記の実施例９で調製された無色素カプセルスラリーを、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）の透明伝導性被覆を有するＰＥＴ膜上に被覆し、乾燥させた。カプセルの第２の被覆は、８０μｍのバーのバー塗工機間隙を用いて上記の実施例５において調製されたシアンシャッタリングカプセルスラリーを用いて塗布し、６０℃で乾燥させた。第３のカプセル層を形成するように、１００μｍのバー塗工機間隙を使用し、上記の実施例７で調製されたマゼンタ／白色垂直切替カプセルスラリーを使用して、カプセルの第３の被覆を塗布し、６０℃で乾燥させた。実施例１０と同じ方法で、接着剤層をカプセルの第３の層の上に積層した。解放シートを除去し、結果として生じた多層構造をグラファイト後方電極上に積層した。最終的に組み立てられると、ディスプレイ構造は、その画面からの順序で、ＰＥＴ膜基礎の第１の層と、非パターン化連続透明電極の第２の層と、無色素カプセルの第３の層と、シアンシャッタリングカプセルの第４の層と、マゼンタ／白色垂直切替カプセルの第５の層と、接着剤の第６の層と、グラファイト後方電極を備える第７の層とを備えた。

４０Ｖから−４０Ｖに及んだＤＣ電圧によってオフセットされた、３０Ｈｚおよび＋／−１０Ｖにおける方形波ＡＣ信号を印加することによって、このようにして生成されたディスプレイ構造を駆動した。ディスプレイが駆動されるにつれて、タングステン環光源によって照射され、ディスプレイから反射された光を分光光度法で分析し、以下の表６で示されるＬ＊ａ＊ｂ＊値を生じた。

これらの結果は、図１４Ａおよび１４Ｂで図式的に示されている。図１４Ａは、上面透明電極において３０Ｈｚ ＡＣ駆動に印加されるＤＣオフセットの関数として、Ｌ＊、ａ＊、およびｂ＊値を示す。上記の実施例１０の場合ように、結果として生じた状態はわずかに劣るが、３０Ｈｚ ＡＣ構成要素なしで、同様の状態が単純ＤＣ駆動を用いて得られることに留意されたい。

このディスプレイは、以下のように動作する。一側面上で無色素カプセルと接触し、反対側でカプセルの第３の層と接触している、カプセルの第２の層は、正電荷を持つシアン色素を含有し、図４で概念的に示されるようにシャッタする。ＤＣオフセットが正である時に、シアン色素は、カプセルの第２の層とカプセルの第３の層との間の接合点でシャッタされる。ＤＣオフセットが負である時に、シアン色素は、カプセルの第２の層と（無色素）カプセルの第１の層との間の接合点でシャッタされる。シアン色素のシャッタリングは、矢印ｉが、上面が正電荷を持つ時のシャッタおよび非シャッタシアン色素の間の移動に対応し、矢印ｉｉが、上面が負電荷を持つ時のシャッタおよび非シャッタシアン色素の間の移動に対応する、図１４Ｂに示されるａ＊／ｂ＊プロットで容易に見られる。

垂直切替カプセルは、正電荷を持つマゼンタ色素、および負電荷を持つ白色色素を含有し、したがって、上面が負に帯電した時に、このカプセルの層は、マゼンタ画像（より正のｂ＊）を表示し、上面が正である時に、白色画像（より負のｂ＊）を表示する。この切替は、図１４Ｂの矢印ｉｉｉに対応する。

（実施例１２）図１２Ａの通りのシアン／マゼンタ／黄色３色ディスプレイ
第２の被覆では、バー塗工機間隙が８０μｍであったことを除いて、第１の被覆層には上記の実施例６で調製されたマゼンタシャッタリングカプセルスラリー、および第２の被覆層には上記の実施例５で調製されたシアンシャッタリングカプセルスラリーを使用して、実施例１０の最初の２つの被覆ステップを繰り返した。次に、第３のカプセル層を形成するように、１００μｍのバー塗工機間隙を用いて、上記の実施例８で調製された黄色／白色垂直切替カプセルスラリーを塗布し、６０℃で乾燥させた。全て実施例１０のように、接着剤層をカプセルの第３の層の上に積層し、解放シートを除去し、残りの層をグラファイト後方電極上に積層した。最終的に組み立てられると、ディスプレイ構造は、その画面からの順序で、ＰＥＴ膜基礎の第１の層と、パターン化電極の第２の層と、マゼンタシャッタリングカプセルの第３の層と、シアンシャッタリングカプセルの第４の層と、黄色／白色垂直切替カプセルの第５の層と、伝導性ドープ積層接着剤の第６の層と、グラファイト後方電極を備える第７の層とを備えた。

全て実施例１０と同じ方法で、ディスプレイ構造を駆動し、照射し、そこから反射された光を分析した。結果は以下の表７で示される。

これらの結果は、それぞれ、図１３Ａおよび１３Ｂに直接相当する、図１５Ａおよび１５Ｂで図式的に示されている。広範囲の色がディスプレイによってアドレス可能であることが分かる。色は、ａ＊軸に沿ってオフセットされ、マゼンタシャッタが完全には閉鎖していないことを示す。そのようなオフセットは、均一な色フィルタをディスプレイ全体に適用することによって補正されてもよい。

（実施例１３）単一の印加電圧および時間変調を使用した２色ディスプレイ
ＰＥＴ上のＩＴＯ被覆が、無色素カプセル層の塗布前に、イオンドーパントを含む組成物で前処理されたことを除いて、本質的に上記の実施例１１で説明されるように、ディスプレイを調製した。以下の表８に示される波形を使用して、このディスプレイをアドレス指定した。

駆動は、長さ２００ｍｓの３０Ｖにおけるパルスを継続し、その後に、長さが２秒の休止が続いた。ディスプレイによって生成される色は、文字が表８の最後の列の中の文字に対応する、図１６に示されている。負の電圧が、シアン色素をシャッタし、図１６の位置ａに対応して、マゼンタ／白色カプセルをマゼンタに切り替える。電圧がゼロで保持されると、安定状態であるマゼンタ／白色カプセルは、マゼンタ状態にとどまるが、安定状態ではないシアンシャッタは、図１６の位置ｂに対応して、透明状態からシアン状態に弛緩する。次いで、正の電圧が、図１６の位置ｃに対応して、シアンをシャッタされた透明状態に、マゼンタを白色状態に切り替える。電圧がゼロで保持されると、安定状態であるマゼンタ／白色カプセルは、白色状態にとどまるが、安定状態ではないシアンシャッタは、図１６の位置ｄに対応して、シアン状態から透明状態に弛緩する。次に、駆動の極性が逆転されるが、切替時間は、２秒の休止によって分離されたパルスにおいて２００ｍｓまで削減される。マゼンタ／白色カプセルが、（安定状態であるため）白色からマゼンタ状態に増分的に切り替えられる一方で、シアンカプセルは、部分的にシャッタする（位置ｅ）が、電圧がゼロまで低減されるたびに、非シャッタ状態に弛緩する（位置ｆ）。このパターンは、短パルスが継続されるにつれて繰り返す。

先述の論議から、本発明は、複数の色を表示することが可能な可変透過電気泳動媒体を提供することが分かるであろう。可変色区分化オーバーレイとして使用される時に、本発明の媒体は、従来の（静止）色フィルタアレイよりもはるかに広い色域を提供することができる。本発明はまた、高い画像安定性を伴う低ヘイズモノクロ可変透過媒体も提供する。

Claims (1)

1. 本願明細書に記載の発明。