JP2017507362A - 電気泳動ディスプレイ - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気泳動流体を含む電気泳動ディスプレイデバイスに関し、この流体は、溶媒内に分散される2つのタイプの帯電される粒子を含み、2つのタイプの帯電される粒子は、同一色であるが、反対の電荷極性を担持する。この電気泳動ディスプレイデバイスにおいて、ΔΕで表される、ピクセルのオン状態とオフ状態との間の色差は、少なくとも5である。上記溶媒は、上記帯電される粒子の色と視覚的に区別可能である色を有し得る。上記記流体はさらに、上記帯電される粒子の色から視覚的に区別可能である色を有する、帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子を含み得る。

Description

(発明の分野)
本発明は、電気泳動ディスプレイデバイスと、そのようなディスプレイデバイスのための電気泳動流体とを対象とする。
(発明の背景)
電気泳動ディスプレイ(EPD)は、誘電溶媒内に分散される帯電される色素粒子に影響を及ぼす電気泳動現象に基づく、非発光型デバイスである。EPDは、典型的には、離間されたプレート状電極の対を備える。典型的には、視認側上にある、電極プレートのうちの少なくとも1つは、透明である。その中に分散される帯電される色素粒子を伴う、誘電溶媒を含む電気泳動流体は、2つの電極プレート間に封入される。
電気泳動流体は、対比色の溶媒または溶媒混合物内に分散される、1つのタイプの帯電される色素粒子を有してもよい。この場合では、電圧差が2つの電極プレート間に付与されると、色素粒子は、色素粒子の極性とは反対の極性のプレートへの誘引によって、移動する。したがって、透明プレートに示される色は、溶媒の色または色素粒子の色のいずれかであり得る。プレート極性の逆転が、粒子を、対向するプレートに戻るように移動させ、それによって、色を逆転させる。
代替として、電気泳動流体は、対比色であり、反対の電荷を担持する、2つのタイプの色素粒子を有してもよく、2つのタイプの色素粒子は、透明な溶媒または溶媒混合物内で分散されてもよい。この場合では、電圧差が2つの電極プレート間に課されると、2つのタイプの色素粒子は、対向する端部に移動するであろう。したがって、2つのタイプの色素粒子の色のうちの1つが、視認側において見られるであろう。
電気泳動ディスプレイは、典型的には、双安定性を呈し、これは、電気泳動流体内の帯電される粒子が、電場下で所望される場所に駆動された後、帯電される粒子は、電場がオフにされた後に実質的に移動しないままであろうことを意味する。言い換えると、帯電される粒子を意図される場所に駆動することによって、画像が表示されると、画像は、電場がオフにされた後であっても変化しないままであろう。
本発明のディスプレイの特有の特徴のうちの1つは、伝統的な電気泳動ディスプレイと異なり、本発明における帯電される粒子が、全く双安定性を呈さないか、または最小の双安定性を呈することであり、これは、駆動電圧がオフにされると、粒子が、駆動電圧によって駆動されている位置から離れて移動するであろうことを意味する。
図1は、本発明の電気泳動流体を例証する。 図2は、図1のディスプレイデバイスによって、どのように異なる色状態が表示され得るのかを例証する。 図3は、代替の電気泳動流体を例証する。 図4は、図3のディスプレイデバイスによって、どのように異なる色状態が表示され得るのかを例証する。
(発明の詳細な説明)
本発明の第1の側面は、図1に示されるように、電気泳動流体を対象とする。
図1では、ディスプレイデバイスが、同一色であるが、反対の電荷極性を担持する、2つのタイプ(11および12)の帯電される粒子を含む、電気泳動流体を利用する。2つのタイプの帯電される粒子は、2つのタイプの帯電される粒子の色と視覚的に対照的な色を有する、溶媒または溶媒混合物(13)内で分散される。
ディスプレイ流体は、2つの電極層間に挟まれる。電極層のうちの一方は、ディスプレイデバイスの上部全体にわたって広がる、透明電極層(例えば、ITO)である、共通電極(15)である。他方の電極層(16)は、ピクセル電極(16a)の層である。
2つの垂直な破線間の空間は、ピクセルを表す。したがって、各ピクセルは、対応するピクセル電極を有する。
ピクセル電極(16a)は、米国特許第7,046,228号(その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる)に説明される。薄膜トランジスタ(TFT)バックプレーンを用いるアクティブマトリクス駆動が、ピクセル電極の層に関して言及されているが、本発明の範囲は、電極が所望される機能を果たす限り、他のタイプの電極を取り扱うことも包含することに留意されたい。
帯電される粒子の濃度は、ディスプレイ流体内で、1体積%〜20体積%、好ましくは、5体積%〜10体積%であってもよい。
帯電される粒子が白色である場合、それらは、TiO、ZrO、ZnO、Al、Sb、BaSO、PbSO、または同等物等の無機色素から形成されてもよい。それらはまた、白色を呈すために、高い屈折率(>1.5)を伴う、特定のサイズ(>100nm)のポリマー粒子であってもよい。
黒色の帯電される粒子に関して、それらは、CIピグメントブラック26もしくは28、または同等物(例えば、マンガンフェライトブラックスピネルもしくは銅クロマイトブラックスピネル)、またはカーボンブラックから形成されてもよい。
帯電される粒子が他の色(非白色および非黒色)である場合、それらは、CIピグメントPR254、PR122、PR149、PG36、PG58、PG7、PB28、PB15:3、PY83、PY138、PY150、PY155、またはPY20等の有機色素から形成されてもよい。それらは、色指数ハンドブック「New Pigment Application Technology」(CMC Publishing Co,Ltd、1988年)および「Printing Ink Technology」(CMC Publishing Co,Ltd、1984年)に説明されている、一般的に使用される有機色素である。具体的な例は、ClariantのHostaperm Red D3G 70−EDS、Hostaperm Pink E−EDS、PV fast red D3G、Hostaperm Red D3G 70、Hostaperm Blue B2G−EDS、Hostaperm Yellow H4G−EDS、Novoperm Yellow HR−70−EDS、Hostaperm Green GNX、BASFのIrgazine red L 3630、Cinquasia Red L 4100 HD、およびIrgazin Red L 3660 HD;Sun Chemicalのフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ダイアリーライドイエロー、またはダイアリーライドAAOTイエローを含む。色粒子はまた、CIピグメントブルー28、CIピグメントグリーン50、Clピグメントイエロー227、および同等物等の無機色素から形成されることもできる。
帯電される粒子の表面は、米国特許第6,822,782号および第7,002,728号と、米国特許出願公開第2014−0011913号、第2012−0199798号、および第2013−0175479号(これらの全ての内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる)とに説明されるように、要求される粒子の電荷極性および電荷レベルに基づいて、公知の技法によって改変されてもよい。
帯電される粒子は、生来の電荷を呈してもよいか、または電荷制御剤を使用して明示的に帯電されてもよいか、または溶媒もしくは溶媒混合物内に懸濁されるとき、電荷を取得してもよい。
好適な電荷制御剤が、当分野において周知であり、それらは、本質的にポリマーであってもよいか、もしくはポリマーでなくてもよいか、またはイオンもしくは非イオンであってもよい。電荷制御剤の例は、限定ではないが、Solsperse 17000(活性ポリマー分散剤)、Solsperse 9000(活性ポリマー分散剤)、OLOA11000(スクシンミド無灰分散剤)、Unithox 750(エトキシレート)、Span 85(ソルビタントリオレート)、Petronate L(ナトリウムスルホネート)、Alcolec LV30(ダイズレシチン)、Petrostep B100(石油スルホネート)またはB70(バリウムスルホネート)、Aerosol OT、ポリイソブチレン誘導体またはポリ(エチレン−co−ブチレン)誘導体、および同等物を含んでもよい。
色素粒子が分散される溶媒は、高い粒子移動度のために、約2〜約30、好ましくは、約2〜約15の範囲内の誘電定数を有する。好適な誘電溶媒の例は、アイソパー、デカヒドロナフタレン(DECALIN)、5−エチリデン−2−ノルボルネン、脂肪油、パラフィン油の炭化水素;シリコン流体等;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等の芳香族炭化水素;ペルフルオロデカリン、ペルフルオロトルエン、ペルフルオロキシレン、ジクロロベンゾトリフルオリド、3,4,5−トリクロロベンゾトリフルオリド、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等のハロゲン化溶媒;ならびに3M Company(St.Paul MN)からのFC−43、FC−70、およびFC−5060等のペルフルオロ化溶媒、TCI America(Portland,Oregon)からのポリ(ペルフルオロプロピレンオキシド)等のポリマーを含有する低分子量ハロゲン、Halocarbon Product Corp.(River Edge,NJ)からのHalocarbon Oils等のポリ(クロロトリフルオロエチレン)、AusimontからのGaldenまたはDuPont(Delaware)からのKrytox OilsおよびGreases K−Fluid Series等のペルフルオロポリアルキルエーテル、Dow−corning(DC−200)からのポリジメチルシロキサン系シリコーン油を含む。
溶媒の色は、溶媒内に染料を溶解することによって生成されてもよい。溶媒染料は、一般に、商業的に入手可能である。有機溶媒のための染料の分子は、典型的には、無極性または低極性であり、それらは、イオン化を受けない。好ましい染料は、良好な耐光性を有する(例えば、金属錯体系)。商業的に入手可能な溶媒染料の例は、限定ではないが、Sovent Red 24、Sovent Red 26、Sovent Redソルベントレッド 164、Sovent Yellow 124、またはSolevent Blue 35を含んでもよい。
図2は、図1のディスプレイで異なる色状態がどのようにして表示されるのかを例証する。例証を目的として、正電荷を帯びた粒子と、負電荷を帯びた粒子の両方が、白色であり、それらは、青色の溶媒内で分散されると仮定される。
正の駆動電圧がピクセル(2(a)参照)に印加されると、正電荷を帯びた白色色素粒子は、共通電極またはその近傍に駆動される。その結果、白色が、視認側に見られる。
負の駆動電圧がピクセル(2(b)参照)に印加されると、負電荷を帯びた白色色素粒子は、共通電極またはその近傍に駆動される。その結果、視認側に見られる色はまた、白色である。
2(a)または2(b)のピクセルに印加される駆動電圧がオフにされると、帯電される白色粒子は、双安定性の欠如に起因して、共通電極から離れるように移動するであろう。この場合では、溶媒の色(すなわち、青色)が、視認側に見られる(2(c)参照)。
ピクセルの観点から、ピクセルは、正または負の駆動電圧が印加されるかにかかわらず、同一の光学状態を表示し、駆動電圧がオフにされると、異なる光学状態が、表示される。
より具体的には、粒子の色が視認側に見られることを可能にするために、正電荷を帯びた粒子を駆動し、共通電極側に到達させるために十分である、正の駆動電圧によって生成される電場が存在するとき、そのような状態は、「オン」状態と称される。同様に、粒子の色が視認側に見られることを可能にするために、負電荷を帯びた粒子を駆動し、共通電極側に到達させるために十分である、負の駆動電圧によって生成される電場が存在するとき、この状態もまた、「オン状態」と称される。前述されるように、2つのタイプの粒子は同一色であるため、両方の「オン」状態で表示される色は、同一である。
電力がオフである(つまり、いかなる駆動電圧も印加されない)とき、本状態は、「オフ」状態と称される。「オフ」状態では、異なる色が、表示される(つまり、視認側に見られる)。
本発明によると、双安定性の欠如に起因して、ΔΕとして定義される、「オン」状態と「オフ」状態との間の色変化は、少なくとも5、好ましくは、少なくとも10である。
色科学では、L、a、およびbが、光学状態を定義するために使用される。Lab色空間とは、非線形的に圧縮される(例えば、CIE XYZ色空間)座標に基づく、明度に関する次元Lと、反対色次元に関するaおよびbとを伴う、反対色空間である。明度L*は、L*=0において最も暗い黒色を、L*=100において最も鮮明な白色を表す。カラーチャネルa*およびb*は、a*=0かつb*=0において真の中間グレー色値を表す。赤色/緑色反対色は、a*軸に沿って表され、緑色は、負のa*値に、赤色は、正のa*値に表される。黄色/青色反対色は、b*軸に沿って表され、青色は、負のb*値に、黄色は、正のb*値に表される。b*軸およびb*軸のスケーリングおよび限度は、Lab色の具体的実装に依存し得るが、それらは、多くの場合、±100または−128〜+127の範囲内にわたる。全ての認知可能な色は、L*、a*、およびb*値のセットを有する。
2つの色状態が、それぞれ、(L*,a*,b*)および(L*,a*,b*)と表される場合、2つの色状態間の色差は、以下の方程式から得られることができる。
Figure 2017507362
例えば、「オン」状態において、ピクセルが白色を表示する場合、Labシステムでは(65,−3.3,−1.8)と表され、そして「オフ」状態において、ピクセルが青色を表示する場合、(32.6,−11.4,−34.5)と表される。この例では、ΔEは、46.7であると計算される。
図3は、本発明の第2の側面を例証する。本図では、電気泳動流体が、同一色であるが、反対の電荷極性を担持する、2つのタイプ(31および32)の帯電される粒子を含む。2つのタイプの帯電される粒子は、透明かつ無色であり得る、溶媒または溶媒混合物(33)内に分散される。ディスプレイ流体は、2つの電極層間に挟まれる。電極層のうちの一方は、ディスプレイデバイスの上部全体にわたって広がる、透明電極層(例えば、ITO)である、共通電極(35)である。他方の電極層(36)は、ピクセル電極(36a)の層である。2つの垂直な破線間の空間は、ピクセルを表す。したがって、各ピクセルは、ピクセル電極に対応する。
本発明の第1の側面の上記の説明は、本発明の本側面にも適用可能である。しかしながら、本発明の本側面では、第3のタイプの粒子(34)が、添加され、この第3のタイプの粒子は、帯電されないか、またはわずかに帯電され、2つのタイプの帯電される粒子の色と視覚的に対照的な色である。粒子が分散される溶媒(33)は、好ましくは、透明かつ無色である。
帯電されないか、またはわずかに帯電される色粒子は、<20mVのゼータ電位を有してもよい。したがって、それらは、ディスプレイデバイスの動作中、ディスプレイ流体内に静止したままであり、実質的に均一に分散されたままであり得る。
帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子は、ポリマー材料から形成されてもよい。このポリマー材料は、コポリマーまたはホモポリマーであってもよい。
帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子のためのポリマー材料の例は、限定されないが、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリスチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリフェノール、ポリシロキサン、または同等物を含んでもよい。ポリマー材料のより具体的な例は、限定ではないが、ポリ(ペンタブロモフェニルメタクリレート)、ポリ(2−ビニルナフタレン)、ポリ(ナフチルメタクリレート)、ポリ(アルファ−メチスチレン)、ポリ(N−ベンジルメタクリルアミド)、またはポリ(ベンジルメタクリレート)を含んでもよい。
一実施形態では、帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子が着色される場合、それらは、限定ではないが、ジケトピロロピロールの部類である、ClariantのHostaperm Red D2B−COF VP 3781(すなわち、レッド254)、フタロシアニンの部類である、Hostaperm Blue E3R−COF VP3573(すなわち、ブルー15:6)、またはジオキサジンの部類である、Hostaperm Violet RL−COF O2 VP3101(すなわち、バイオレット23)等、LCD産業において色フィルタ用途のために使用される、商業的に入手可能な着色剤を含んでもよい。
別の実施形態では、帯電されないか、またはわずかに帯電される着色された粒子は、透明ポリマーマトリクスと、マトリクス内に可溶化される染料分子とを有してもよい。このタイプの帯電されないか、またはわずかに帯電される着色された粒子の例は、限定ではないが、染色されたポリマーマイクロ粒子と、染色されたポリスチレン粒子とを含んでもよく、その全ては、商業的に入手可能である。
帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子のサイズは、好ましくは、10ナノメートル〜5ミクロン、より好ましくは、50ナノメートル〜2ミクロンの範囲内である。
図3の帯電される粒子の濃度は、ディスプレイ流体内で、1体積%〜20体積%、好ましくは、5体積%〜10体積%であってもよく、帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子の濃度は、ディスプレイ流体内で、1体積%〜30体積%、好ましくは、7体積%〜20体積%であってもよい。
図4は、図3のディスプレイ流体で、異なる色状態がどのように表示されるのかを例証する。例証を目的として、正電荷を帯びた粒子と、負電荷を帯びた粒子の両方が、白色であり、第3のタイプの色素粒子は、帯電されないか、またはわずかに帯電され、青色であると仮定される。本実施例における溶媒は、透明かつ無色である。
正の駆動電圧がピクセル(4(a)参照)に印加されると、正電荷を帯びた白色色素粒子は、共通電極またはその近傍に駆動される。その結果、白色が、視認側に見られる。
負の駆動電圧がピクセル(4(b)参照)に印加されると、負電荷を帯びた白色色素粒子は、共通電極またはその近傍に駆動される。その結果、見られる色はまた、白色である。
4(a)または4(b)のピクセルに印加される駆動電圧がオフにされると、帯電される白色粒子は、双安定性の欠如に起因して、共通電極から離れるように移動するであろう。この場合では、帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子の色(すなわち、青色)が、視認側に見られる(4(c)参照)。
図4に示されるように、ピクセルは、正または負の駆動電圧が印加されるかにかかわらず、同一の光学状態を表示し、駆動電圧がオフにされると、異なる光学状態が、表示される。本発明によると、ΔΕとして定義される、「オン」状態と「オフ」状態との間の色変化はまた、少なくとも5、好ましくは、少なくとも10である。
少なくとも5、好ましくは、少なくとも10であるΔΕを達成するために、帯電される粒子の双安定性を減少/排除する多くの異なる方法が、存在する。以下は、いくつかの選択肢である。
例えば、より高いΔΕは、帯電される粒子の表面改変によって、達成されてもよい。一実施形態では、粒子は、粒子が、それらが分散される溶媒と適合するように、溶媒可溶性ポリマーを用いてコーティングされてもよい。
概して、粒子表面上の溶媒可溶性ポリマーの存在は、粒子の良好な分散性を達成するための秘訣である。溶媒可溶性ポリマーの選択は、材料と、電気泳動流体内で使用される溶媒との相溶性に依存するであろう。好適なポリマーは、限定ではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリレート、またはポリシロキサンを含んでもよい。
溶媒可溶性ポリマーは、モノマー、オリゴマー、またはポリマーから形成されてもよく、それらは、単鎖または分岐鎖を有してもよい。それらはまた、ポリマーと、粒子が分散される溶媒との相溶性、および/またはポリマー連鎖の密度および長さに応じて、粒子表面上のコイル、伸長した連鎖、または不規則に入り組んだ鎖等、異なる構成を有してもよい。
粒子の表面上では、ある単一タイプの溶媒可溶性ポリマーのみが、またはいくつかの異なるタイプの溶媒可溶性ポリマーが、存在してもよい。
一実施例は、コア色素としてのTiOであり、表面が、ポリラウリルアクリレートを用いてコーティングされる。溶媒可溶性ポリマーを形成する他の好適なモノマーは、限定ではないが、ラウリルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘキシルメタクリレート、n−オクチルアクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−オクタデシルアクリレート、またはn−オクタデシルメタクリレートを含んでもよい。
帯電される粒子が、表面を溶媒可溶性ポリマーを用いてコーティングされる場合、駆動電圧がオフにされると、粒子は、駆動された場所から離れるように移動し、溶媒に戻るように分散される傾向にあるであろう。
代替として、帯電される粒子のサイズは、好ましくは、比較的大きく、例えば、1ミクロンよりも大きい。帯電される粒子の密度もまた、好ましくは、高く、例えば、粒子が分散される溶媒の密度の少なくとも2倍高い。
流体はまた、室温において、0.5〜50cpsの範囲内の低剪断粘度を有するように設計されてもよく、そのため、電力がオフにされると、帯電される粒子は、重力に起因して、容易に下方に沈降する、またはブラウン運動によって均一に分散され得る。
さらに代替として、誘電コーティングが、共通電極が(逆バイアス現象と類似する)残留電圧を有するように、(視認側上の)共通電極の表面に適用されてもよく、これは、電力がオフにされると、共通電極から粒子を押し戻すことができる。誘電コーティングは、ポリウレタン、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール、ポリビニルアセテート、エポキシ樹脂、または同等物であってもよい。
本発明の電気泳動流体は、ディスプレイセル内に充填される。ディスプレイセルは、米国特許第6,930,818号(その内容は、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる)に説明されるようなカップ状マイクロセルであってもよい。ディスプレイセルはまた、それらの形状またはサイズにかかわらず、マイクロカプセル、マイクロチャネル、または均等物等、他のタイプのマイクロ容器であってもよい。これらの全ては、本願の範囲内である。
本発明は、その具体的実施形態を参照して説明されているが、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、種々の変更が成され得、そして均等物が代用され得ることが、当業者によって理解されるはずである。加えて、多くの改変が、特定の状況、材料、組成物、プロセス、プロセスステップ、または複数のプロセスステップを、本発明の目的および範囲に適合させるために成されてもよい。全てのそのような修正は、本明細書に添付される請求項の範囲内であることが意図される。

Claims (17)

  1. 電気泳動流体を含む電気泳動ディスプレイであって、前記流体は、溶媒内に分散される2つのタイプの帯電される粒子を含み、
    a)前記2つのタイプの帯電される粒子は、同一色であるが、反対の電荷極性を担持し、
    b)ΔΕで表される、ピクセルのオン状態とオフ状態との間の色差は、少なくとも5である、電気泳動ディスプレイ。
  2. ΔΕは、少なくとも10である、請求項1に記載のディスプレイ。
  3. 前記溶媒は、前記帯電される粒子の色と視覚的に区別可能である色を有する、請求項1に記載のディスプレイ。
  4. 前記流体はさらに、前記帯電される粒子の色から視覚的に区別可能である色を有する、帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子を含む、請求項1に記載のディスプレイ。
  5. 前記溶媒は、透明かつ無色である、請求項4に記載のディスプレイ。
  6. 前記流体はさらに、電荷制御剤を含む、請求項3に記載のディスプレイ。
  7. 前記流体はさらに、電荷制御剤を含む、請求項4に記載のディスプレイ。
  8. 前記帯電される粒子は、白色であり、前記溶媒は、赤色、緑色、または青色に染色される、請求項3に記載のディスプレイ。
  9. 前記帯電される粒子は、白色であり、前記帯電されないか、またはわずかに帯電される粒子は、赤色、緑色、または青色である、請求項4に記載のディスプレイ。
  10. 前記帯電される粒子は、溶媒可溶性ポリマーでコーティングされる、請求項1に記載のディスプレイ。
  11. 前記流体は、共通電極と、複数のピクセル電極との間に挟まれ、前記共通電極は、誘電コーティングを有する、請求項1に記載のディスプレイ。
  12. 前記帯電される粒子の密度は、前記粒子が分散される溶媒の密度の少なくとも2倍高い、請求項1に記載のディスプレイ。
  13. 前記流体は、室温において、0.5〜50cpsの範囲内の低剪断粘度を有する、請求項1に記載のディスプレイ。
  14. 前記帯電される粒子のサイズは、1ミクロンよりも大きい、請求項1に記載のディスプレイ。
  15. 前記流体は、ディスプレイセル内に充填される、請求項1に記載のディスプレイ。
  16. 前記ディスプレイセルは、カップ状マイクロセルである、請求項15に記載のディスプレイ。
  17. 前記ディスプレイセルは、マイクロカプセルである、請求項15に記載のディスプレイ。
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