JP2023524126A - 電気泳動ディスプレイのためのマイクロスフィアおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
例示的なディスプレイアセンブリは、外側基板と、内側基板と、内側基板と外側基板との間に離間した関係で配置される第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の少なくとも１つの実質的に平面な微細構造とを備え、微細構造は電気泳動媒体を含み、電気泳動媒体は第１の化学物質および第２の化学物質を含み、第１の化学物質および第２の化学物質は、電気泳動媒体の光学特性を変化させるために第１の電極および第２の電極によって電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される。【選択図】図１
Description
本明細書は概してディスプレイパネル技術に関し、より具体的には、電気泳動ディスプレイ（electrophoretic display）のためのマイクロスフィア（microsphere）およびその製造方法に関する。
ディスプレイパネルの製造には、様々な技術が利用されている。いくつか、例えば液晶およびエレクトロウェッティングディスプレイは、バックライトの非効率的な使用につながる光学損失に悩まされている。エレクトロクロミックディスプレイなどの他のディスプレイは、ＬＣＤおよびエレクトロウェッティングディスプレイと比較して、応答時間が遅く、ピクセルを駆動するための電圧要件が高いことに悩まされている。
本明細書の態様によれば、マイクロスフィアを含むディスプレイデバイスが提供される。ディスプレイデバイスは、外側基板と、内側基板と、内側基板と外側基板との間に離間した関係で配置される第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の複数のマイクロスフィアであって、マイクロスフィアの各々が、電気泳動媒体を囲む球状シェルを含む、マイクロスフィアとを備え、電気泳動媒体が、１つまたは複数の第１の化学物質を含む荷電粒子、および１つまたは複数の第２の化学物質を含む逆に荷電した粒子を含み、第１の化学物質および第２の化学物質が、電気泳動媒体の光学特性を変化させるために第１の電極および第２の電極によって電気泳動媒体に印加される電磁場（electromagnetic field）の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される。
本明細書の別の態様によれば、電気泳動ディスプレイのためのマイクロスフィアを製造する方法が提供される。この方法は、油相に分散される水滴のエマルジョンを得るステップであって、水滴が電気泳動媒体を含み、電気泳動媒体が、１つまたは複数の第１の化学物質を含む荷電粒子、および１つまたは複数の第２の化学物質を含む逆に荷電した粒子を含み、第１の化学物質および第２の化学物質が、電気泳動媒体の光学特性を変化させるために電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される、ステップと、前駆体をエマルジョンに添加するステップと、各水滴のそれぞれの表面にシェルを形成するステップであって、シェルが、各水滴のそれぞれの表面での前駆体の反応により形成される、ステップと、を含む。
本明細書の別の態様によれば、電気泳動ディスプレイデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、基板層を準備するステップと、油相に分散される水滴のエマルジョンを得るステップであって、水滴が電気泳動媒体を含み、電気泳動媒体が、１つまたは複数の第１の化学物質を含む荷電粒子、および１つまたは複数の第２の化学物質を含む逆に荷電した粒子を含み、第１の化学物質および第２の化学物質が、電気泳動媒体の光学特性を変化させるために電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される、ステップと、前駆体をエマルジョンに添加するステップと、各水滴のそれぞれの表面にシェルを形成するステップであって、シェルが、各水滴のそれぞれの表面において前駆体の反応によって形成されて、マイクロスフィアを形成する、ステップと、マイクロスフィアを沈降または遠心分離によって収集するステップと、複数のマイクロスフィアを基板上に格子で配置するステップと、を含む。
以下の図面を参照して実施態様が説明される。
以下の説明は、ディスプレイアセンブリの色、コントラスト、および他の視覚的属性を制御するために電気泳動媒体を利用するディスプレイアセンブリのための特定の構造および製造方法を提示する。電気泳動媒体の詳細な説明は、２０１９年９月３０日に出願されたＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＩＢ２０１９／０５８３０６に提供されており、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
簡潔に述べると、いくつかの実施形態では、電気泳動媒体は２つのセットのナノ粒子を含む。第１のセットの粒子は、負に荷電したコアおよび光学活性成分で官能化されたポリマーコロナを含む。第２のセットの粒子は、正に荷電したコアおよび安定化成分で官能化されたポリマーコロナを含む。粒子の電荷は、一般性を失うことなく切り替えることができる。２つの成分実体は、正に荷電したナノ粒子が負に荷電したナノ粒子に十分に近く、それらのポリマーコロナが相互作用するときに、互いに相互作用するように選択される。その成分実体が相互作用すると、それらは、分離した成分とは異なる吸収特性を有する複合体を形成する。例えば、分離されたナノ粒子が実質的に透明であり得、成分実体が相互作用するのに十分に物理的に近い場合、ナノ粒子は特定の波長の光（例えば赤色）を透過し、他の波長を吸収し得る。
したがって、上述のセットの両方からのナノ粒子を含む流体に印加される電場（electric field）を制御することによって、ナノ粒子間の分離距離を制御することができ、これは、相互作用するナノ粒子の数に影響を与え、したがって流体の光学特性が変化する程度に影響を与える。様々な材料、およびそのような材料の挙動に関するさらなる説明が、上記の同時係属中のＰＣＴ出願に提供されている。
図１Ａは、上述の電気泳動媒体を利用する例示的なディスプレイデバイス１００を示す。ディスプレイデバイス１００（本明細書では単にデバイス１００とも称される）は、ディスプレイデバイス１００の内部から離れて、視聴者（記号１０６で示される）の方に対するその位置のために「外側」と称される外側基板１０４（例えば、ガラスまたは別の適切な半透明もしくは透明な材料）を備える。ディスプレイデバイス１００の内部は、ディスプレイデバイス１００のための電子機器または他の制御コンポーネントを収容することができる。デバイス１００は、反射材料などの内側基板１０８も含み、いくつかの例では、内側基板１０８も透明または半透明であってもよい。基板１０４および１０８は、互いに実質的に平行に配置され、見る方向に対して実質的に垂直である。
内側基板１０８と外側基板１０４との間に、デバイス１００は、外側電極層１１２および内側電極層１１６（本明細書では単に電極１１２および１１６とも称される）を備える。電極１１２および１１６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）膜から形成され得る。ＩＴＯに加えて、またはＩＴＯの代わりに、銀ナノワイヤなどの他の材料も利用されてもよい。外側電極１１２は半透明または透明であり、吸収、透過、または反射のために周辺光をアセンブリ１７００に通過させることができる。
電極１１２および１１６は、互いに対して離間した関係で配置される。特に、外側電極１１２は外側基板１０４に隣接していてもよく、この例では、外側基板１０４の内側に直接取り付けられている。他の例では、追加の材料（例えば、接着剤）が、外側基板１０４と外側電極１１２との間に配置されてもよい。同様に、内側基板１１６は内側基板１０８に隣接していてもよく、内側基板１０８に取り付けられていてもよい。内側電極１１６は、半透明もしくは透明であってもよく（例えば、ＩＴＯフィルムまたは銀ナノワイヤのアレイ）、または他の例では、反射面を提供することができる。他の例では、電極１１２および１１６は、ディスプレイ上で横方向に離間した関係で配置されてもよく、それぞれが内側基板１０８から外側基板１０４まで延在してもよい。そのような例では、電極は、ドープされたシリコン、金属、または透明な導電性材料を含む他の導電性材料から作製されてもよい。
電極１１２および１１６のうちの一方はコントローラ１１８（例えば、スマートフォンなどのコンピューティングデバイスの内部電子機器に接続される）によって駆動されるのに対して、電極１１２および１１６のうちの他方は基準電極である。
電極１１２と１１６との間に、デバイス１００は、複数のマイクロスフィア１２０（総称的にマイクロスフィア（microsphere（単数））１２０と称され、まとめてマイクロスフィア（microspheres）（複数））１２０と称される）を備える。好ましくは、マイクロスフィア１２０は、ほぼ同じサイズであり、例えば、約１から１．２の間の分散度（dispersity index）を有する。マイクロスフィア１２０は、概して、第１の電極と第２の電極との間に格子で配置される。例えば、格子は、面心立方充填配置（face-centered cubic packing arrangement）、もしくは六方最密充填配置（hexagonal close packing arrangement）、または２つの組み合わせ（すなわち、格子は不完全であり得る）、または他の格子であってもよい。マイクロスフィア１２０は、いくつかの例では、懸濁液１２２中に懸濁され得る。
いくつかの例では、デバイス１００は、電極１１２および１１６による懸濁液１２２の加水分解を防止するために、電極１１２とマイクロスフィア１２０との間に内側および外側の誘電体層（図示せず）をさらに備え得る。デバイス１００は、基板１０４および１０８ならびに電極１１２および１１６の均一な間隔を促進するために、電極１１２と１１６との間に１つまたは複数のスペーサビーズ（図示せず）をさらに備え得る。
図１Ｂを参照すると、マイクロスフィア１２０が、より詳細に示されている。各マイクロスフィア１２０は、電気泳動媒体１２８を取り囲む球状シェル１２４を含む。いくつかの例では、懸濁液１２２および電気泳動媒体１２８の液体部分を含む流体は、同じ流体であり得る。球状シェル１２４に封入された電気泳動媒体１２８は、第１および第２の化学物質を含む上述の荷電ナノ粒子１３２および１３６を含む。
具体的には、荷電ナノ粒子１３２および１３６は、反対の電荷を有し、印加された電磁場の変化に応答して分離状態（separated state）と光学活性状態（optically active state）との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導され得る相補的な化学物質を含む。より具体的には、第１の電極１１２および第２の電極１１６は、マイクロスフィア１２０に含まれる電気泳動媒体１２８の光学特性を変化させるためにマイクロスフィア１２０に電磁場を印加するように制御され得る。
各マイクロスフィア１２０は、約１００ｎｍ～約２０μｍ、好ましくは約３００ｎｍ～約１μｍの直径を有する。他の例では、マイクロスフィア１２０の直径は、１００ｎｍより小さくてもよいか、または２０μｍより大きくてもよい。各マイクロスフィアのシェル１２４は、約５ｎｍ～約８０ｎｍの厚さを有する。シェル１２４は、シェル材料全体の電圧降下を低減するために、比較的剛性であり、低周波数で高い誘電率を有する固体材料から作製され得る。特に、シェル１２４は、実質的に無孔性であり、デバイス１００の製造および使用中に加えられる機械的応力に耐えるのに十分な幅である。例えば、シェル１２４は、セラミックまたはガラス材料、例えばシリカ－チタニアブレンドから形成され得る。尿素－ホルムアルデヒドなどのシェルを形成するための他の適切な材料もまた、当業者に想起され得る。
ここで図２を参照すると、マイクロスフィア１２０の格子の一部が、デバイス１００の作動状況下で示される。電極１１２および１１６は、電極１１２および１１６に電圧差を印加して、マイクロスフィア１２０にわたって電極１１２と１１６との間に電場２００を生成するコントローラ１１８によって制御可能である。逆に荷電したナノ粒子１３２および１３６は、マイクロスフィア１２０の内部の反対側に移動するが、シェル１２４内に含まれる。電場２００は、各マイクロスフィア１２０内の逆に荷電したナノ粒子間の分離を制御し、したがってマイクロスフィア１２０内の電気泳動媒体１２８の吸収スペクトル（およびそれにより外観）を制御する。電場２００の印加に応答したナノ粒子１３２および１３６の移動（migration）は、それら自体の反対の誘導電場２０４を引き起こす。さらに、隣接するマイクロスフィア内の逆に荷電した粒子１３２および１３６の近接は、マイクロスフィア間（inter-microsphere）の誘導電場２０８を引き起こす。シェル１２４およびマイクロスフィア間の誘導電場２０８を介した逆に荷電した粒子の引力は、より低い印加電場で逆に荷電した粒子１３２および１３６の良好な分離を促進し、それによりディスプレイデバイス１００の電圧要件を低下させる。
ディスプレイデバイス１００にマイクロスフィア１２０を含めることにより、ディスプレイデバイス１００の表示品質が向上する。例えば、マイクロスフィア１２０が、ナノ粒子の多層を提供するために十分な量で提供される場合、デバイス１００のコントラストは、ナノ粒子の単層と比較して増加する。具体的には、粒子の多層を有することによって、入射光線がディスプレイ１００を通過する途中で色吸収基の数が増加する。基板１０４と１０８との間の距離によって規定されるディスプレイデイバス１００の厚さは、マイクロスフィア１２０によって提供されるコントラストを増加または減少させるために変更され得る。具体的には、デバイス１００の厚さが増加すると、入射光は、より大きな容積の電気泳動媒体を横断する。より大きな容積の電気泳動媒体の増加した厚さおよび横断は、良好な色吸収を提供し、したがって所望の色の良好な反射を提供する。
マイクロスフィア１２０はまた、ディスプレイデバイス１００の均一性を改善する。例えば、マイクロスフィアは、印加した電場２００に応答して移動し、電位勾配に沿って移動する、逆に荷電した粒子１３２および１３６を含み、それらは場合によっては、隣接する電極に向かって横方向であり得、ディスプレイデバイス１００の異なる領域において逆に荷電した粒子１３２および１３６の濃度を変化させる。マイクロスフィア１２０は、この横方向の動きを制限し、ディスプレイデバイス１００全体にわたって実質的に均一な分布を維持する。すなわち、マイクロスフィアは、ディスプレイデバイス１００の１つの領域における電気泳動媒体の移動および電気泳動媒体の蓄積、ならびに異なる領域における電気泳動媒体の欠如または枯渇を減少させる。したがって、電気泳動媒体を含むマイクロスフィアを利用することによって、ディスプレイデバイス１００の各セクションは、マイクロスフィア１２０内に均一に分散された、実質的に同じ量の電気泳動媒体を含む。
いくつかの例では、第１の電極１１２および第２の電極１１６、ならびにそこに含まれるマイクロスフィア３２０は、サブピクセルアセンブリを形成し得る。すなわち、ディスプレイデバイス１００は、例えば矩形アレイに配置された複数のそのようなアセンブリを含むことができ、各サブピクセルアセンブリは、ディスプレイデバイス１００の１つのピクセルまたは１つのピクセルの一部を表す。他の例では、サブピクセルアセンブリは、他の適切な配置で配置されてもよい。したがって、完全なディスプレイは複数のサブピクセルアセンブリを含むことができ、各アセンブリは、各ピクセル（またはサブピクセル）のマイクロスフィア内の電気泳動媒体を独立して制御して、通常のディスプレイ機能を可能にする、一対の離間した電極を含む。いくつかの例では、各アセンブリは、それぞれのコントローラ１１８を含むことができ、各コントローラ１１８はディスプレイデバイス１００の中央ディスプレイプロセッサに接続され得る。すなわち、中央ディスプレイプロセッサはコントローラ１１８と通信して適切な電圧を、デバイス１００に表示される画像に応じて各アセンブリの電極１１２および１１６に印加することができる。他の例では、中央ディスプレイプロセッサは、サブピクセルアセンブリを直接制御することができる（すなわち、中央ディスプレイプロセッサは、各サブピクセルアセンブリのコントローラ１１８として機能することができる）。
いくつかの例では、マイクロスフィア１２０は多層構造に含まれてもよく、多層構造はディスプレイ１００に含まれて、各層構造に異なる色を提供できるようにすることができる。例えば、図３を参照すると、別の例示的なディスプレイデバイス３００が示される。ディスプレイデバイス３００は、ディスプレイデバイス１００と同様であり、外側基板３０４、内側基板３０８、および複数のマイクロスフィア３２０を含む。デバイス３００は、３層構造３２４－１、３２４－２、および３２４－２をさらに含む。特に、第１の層構造３２４は、第１の内側電極３１２－１と外側電極３１６－１との間にマイクロスフィア３２０－１を含み、第２の層構造３２４－２は、第２の内側電極３１２－２と外側電極３１６－２との間にマイクロスフィア３２０－２を含み、第３の層構造３２４－３は、第３の内側電極３１２－３と外側電極３１６－３との間にマイクロスフィア３２０－３を含む。デバイス３００は、各層における内側電極３１２および外側電極３１６のそれぞれ１つを駆動するように構成されたコントローラ３１８をさらに備えることができる。例えば、各層構造３２４は、異なる色（すなわち、各層におけるマイクロスフィアに含まれる粒子の光学特性に基づいて）を生成するように構成することができ、したがって、各コントローラ３１８は、所与の画像についての色の要件に応じてそれぞれの電極３１２および３１６を駆動する。他の例では、各層３２４は、別個のコントローラに結合されて、それぞれの電極３１２および３１６を独立して制御することができる。理解されるように、サブピクセルアセンブリ構造は、図３のディスプレイデバイス３００にも適用可能であり、サブピクセルアセンブリは、層構造３２４、ならびに内側電極３１２および外側電極３１６、ならびにそこに含まれるマイクロスフィア３２０から形成される。
次に図４を参照すると、マイクロスフィア１２０などのマイクロスフィアを製造する例示的な方法４００が示される。
方法４００はブロック４０５から始まり、ここで油中水エマルジョン（water-in-oil emulsion）が得られる。特に、エマルジョンの水相は水および電気泳動ナノ粒子を含む水滴を含む。例えば、電気泳動粒子は水中で合成（synthesize）することができ、添加剤を加えて水相（aqueous phase）を構成することができる。荷電している電気泳動粒子は、典型的に、水相中にほぼ均一に分散し、得られる油中水エマルジョンの液滴中の電気泳動粒子のほぼ均一な分布を可能にする。いくつかの例では、水相は、１つまたは複数の極性共溶媒（polar cosolvent）、触媒、増粘剤、および非イオン性界面活性剤をさらに含むことができる。油相は、シクロヘキサン、ポリオキシエチレンソルビタンモノオレエート、ポリイソプレン、上記の組み合わせなどの溶媒、ならびにそれらに含まれる非イオン性界面活性剤および増粘剤を含むことができる。好ましくは、水滴は、約１～約１．２の分散度を有する。すなわち、水滴は、ほぼ同じサイズであることが好ましい。
例えば、単分散エマルジョンを得るために、界面活性剤の存在下で水相を油相に添加することによって粗いエマルジョンを最初に得ることができる。水相の体積分率は、エマルジョンの総体積の約５０％～約７５％であり得る。次いで、粗いエマルジョンは、当該技術分野で公知の方法によってほぼ均一なサイズのより小さな水滴に剪断され得る。例えば、粗いエマルジョンを高剪断クエット流れ（high-shear Couette flow）に供して水相を水滴に破砕することができるか、または粗いエマルジョンをホモジナイザー、１つまたは複数の多孔性膜、マイクロ流体デバイスなどに通過させることができる。いくつかの例では、所望のサイズおよびサイズ分散度を得るために、複数の経路および／または複数の剪断法を適用することができる。具体的には、エマルジョンの水滴は、マイクロスフィア１２０のシェル１２４が形成されるテンプレートを形成する。したがって、液滴は、好ましくは、約３００ｎｍ～約１μｍのサイズ、および低いサイズ分散度（すなわち、約１～１．２）を有する。
ブロック４１０で、前駆体がエマルジョンに添加される。前駆体は、一般に、水滴と反応してマイクロスフィア１２０のシェル１２４を形成するように構成された化合物である。例えば、前駆体は、オルトケイ酸テトラメチル（ＴＭＯＳ）［３－（２－アミノエチルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン（ＡＥＡＰＴＭＳ）およびチタンテトラプロポキシド（ＴＴＩＰ）の混合物などの有機金属前駆体である。より一般的には、前駆体は、マイクロスフィア１２０の所望のシェル材料にしたがって選択される。前駆体は、所定の期間にわたってエマルジョンに添加され得る。例えば、前駆体は、約２分間にわたってエマルジョンに滴加することができる。より一般的には、濃度勾配を低下させ、マイクロスフィアが結合して一緒に成長する可能性を低下させ、別個のカプセルの成長を促進するために、前駆体はエマルジョンにゆっくりと添加され得る。さらに、エマルジョン中の前駆体をより良好に分散させて別個のカプセルの成長をさらに促進するために、エマルジョンおよび前駆体は混合され得る。
前駆体がエマルジョンに添加されると、前駆体は水滴の表面に到達し、水相によって加水分解され、縮合反応（condensation reaction）を受けてシェル１２４を形成する。例えば、有機金属前駆体は、金属－酸素－金属結合を形成することができ、水滴の周りにガラス様材料のネットワークを形成するために接続し始める。他の例では、前駆体は、異なる様式で水滴と反応してシェル１２４を形成することができる。例えば、ポリマー前駆体は凝縮（condensation）を受けることがある。液滴の表面が覆われると、水および前駆体が新しく形成されたバリアを介してどれだけ速く接触できるかによって、反応が拡散律速（diffusion-limited）になる。さらに、形成中にシェル１２４の厚さが増加するにつれて、水および／または前駆体は既存のシェル１２４を通って拡散し、反応を継続しなければならず、シェル１２４が厚い場所では反応が遅くなる。逆に、反応は、シェル１２４が薄いかまたは存在しない領域において、より迅速に起こり得る。したがって、反応の拡散律速の性質により、任意の所与の液滴の周囲および液滴間のシェル１２４の厚さの均一性が向上する。
異なる前駆体の混合物を添加して、シェルの特性、反応速度、およびシェルの表面形態を変更することができる。例えば、チタンなどの元素を添加剤として使用して、材料の誘電率を増加させ、シェル全体の電圧降下を低下させることができる。懸濁液１２２および電気泳動分散系１２８の選択に応じて、シェルがそれらに入射する光の散乱を少なくするように、異なる前駆体を使用してシェルの屈折率を調整することができる。例えば、シェル１２４の屈折率は、懸濁液１２２の屈折率と一致するように選択することができ、次に、電気泳動分散系１２８の屈折率と一致するように選択することができる。シェル１２４、懸濁液１２２、および電気泳動分散系１２８の屈折率を一致させることによって、各マイクロスフィア１２０が光の散乱を少なくし、光散乱によって引き起こされる全体的なヘイズ（haze）が減少する。
いくつかの例では、水滴および油相は、シェルの形成を促進し、容易にするために他の成分を含んでもよい。例えば、水滴は、シェル形成反応を触媒するための触媒（例えば、上記の例ではアンモニア）を含んでもよい（例えば、上記の例では、加水分解はアンモニアによって触媒される）。水滴および／または油相は、反応速度を制御するために増粘剤をさらに含んでもよい。特に、増粘剤は、シェル界面への前駆体の拡散を減少させ、したがって反応を遅くし、シェル１２４がより均一に形成することを可能にする。油相はまた、水滴の凝集を阻止するために他の成分を含んでもよい。例えば、ポリイソプレンなどの長鎖油溶性ポリマー、または疎水性ポリマーナノ粒子は、衝突する粒子間の疎水性バリアを維持するのに役立つ。ポリイソプレンブロックビニルアルコールなどの高分子界面活性剤は、液滴の立体安定化のために使用することができ、これは、液滴が衝突したときに液滴の運動エネルギーを吸収し、融合（coalescence）に対する耐性を増加させる。前駆体を添加した後、エマルジョンをかき混ぜ（例えば撹拌により）、所定の時間（例えば約２分～約２４時間）反応させることができる。
いくつかの例では、エマルジョンに前駆体を添加する前に、追加の油相（oil phase）を添加するためにエマルジョンを最初に希釈することができる。例えば、前駆体によるシェル１２４の形成は、水滴の安定性に影響を与える可能性があるアルコールを生成し得る。特に、アルコールはエマルジョンを不安定にする可能性があり、分散相（水性）が全体の多くの割合を構成しすぎると水中油エマルジョン（oil-in-water emulsion）への反転を引き起こす。したがって、エマルジョンの希釈（例えば、約４倍から２０倍以上）は、アルコール生成後の水滴の安定化を助けることができる。さらに、エマルジョンは、例えば、前駆体の拡散を減少させ得る粒子凝集を減少させるために、液滴の均一なコーティングを促進するために希釈され得る。
例えば、図５Ａおよび５Ｂを参照すると、ブロック４１０の例示的な実施が示される。図５Ａでは、単分散水滴５００が油相５０４に分散している。前駆体５０８は油相に添加される。図５Ｂでは、前駆体は液滴５００の表面に拡散し、液滴の周囲にシェル５１２を形成する。過剰な前駆体５０８は油相５０４に残る場合がある。
図４に戻って、ブロック４１５では、プロセス後の処理をマイクロスフィアに適用することができる。例えば、プロセス後の処理は、マイクロスフィアの溶解度を変化させるため（例えば、極性媒体へより容易に分散するようにするため）に表面コーティング（例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン、３－［クロロ（ジメチル）シリル］プロパン－１－アミン、および同様のものなどの加水分解性シラン）を追加すること、マイクロスフィアから界面活性剤を除去するため（例えば、水溶性を増加させるため）に半極性溶媒中でマイクロスフィアを洗浄すること、過剰なイオンおよび水を除去するために水滴の溶媒を交換することなどを含むことができる。例えば、溶媒を交換するために、マイクロスフィア１２０のシェル１２４は、シェルの内側と外側との間で溶媒を交換できるように多孔性であってもよい。細孔は、電気泳動粒子が通過するのを防ぐのに十分に小さくすることができる。特に、細孔は、マイクロスフィア１２０の製造プロセスに基づいて（すなわち、前駆体によるシェル形成中に）本質的に形成され得る。
ブロック４２０では、マイクロスフィアが収集される。例えば、マイクロスフィアは、分散相（dispersed phase）および連続相（continuous phase）の相対密度に応じて、沈降（settling）または遠心分離（centrifugation）によって収集することができる。いくつかの例では、沈降速度は液滴のサイズに大きく依存するため、マイクロスフィアは遠心分離を使用してサイズによって選別することもできる。
ここで図６を参照すると、電気泳動ディスプレイを製造する例示的な方法６００が示される。
ブロック６０５では、透明基板層が提供される。基板層は、以下に見られるように、基板層１０４または１０８のいずれであってもよい。基板層は、例えば、二酸化ケイ素、ホウケイ酸ガラス、または任意の他のドープされたケイ酸塩であり得る。当業者には、他の適切な誘電体基板も想起されるであろう。いくつかの実施形態では、フレキシブル基板が提供され得る。基板層は、好ましくは、ディスプレイデバイスの厚さを減少させるために薄い。しかしながら、基板層は、製造プロセスに耐えるのに十分な厚さでもある。いくつかの例では、基板層は、０．１～１ｍｍの厚さを有する。好ましくは、基板層は、約０．３ｍｍ～約０．６ｍｍの厚さを有する。
ブロック６１０では、電気泳動マイクロスフィアが製造される。マイクロスフィアは、例えば、方法４００にしたがって製造することができる。すなわち、マイクロスフィアは、油相に分散した水滴のエマルジョンを得ることによって製造することができる。具体的には、水滴は電気泳動粒子を含む。次いで、有機金属前駆体をエマルジョンに添加して、各水滴のそれぞれの表面にシェルを形成してマイクロスフィアを形成することができる。
ブロック６１５では、マイクロスフィアは、例えば沈降または遠心分離によって収集される。いくつかの例では、沈降速度はマイクロスフィアのサイズに大きく依存するため、マイクロスフィアは遠心分離を使用してサイズによって選別することもできる。さらに、ディスプレイに使用するためのマイクロスフィアのサブセットが選択され得る。例えば、マイクロスフィアのサブセットは、約１～約１．２の分散度を有するように選択され得る。
ブロック６２０では、マイクロスフィアは基板上に格子で配置される。格子は、マイクロスフィアの１つまたは複数の層、好ましくは、７層～１００層を含むことができる。格子は、例えば、面心立方充填配置または六方最密充填配置であり得る。他の例では、格子は、上記の充填配置の混合物、または異なる充填配置であってもよい。
格子は、例えば、マイクロスフィアの濃縮懸濁液の沈降および遠心分離によって配置され得る。いくつかの例では、沈降および遠心分離は、小さな振幅振動によって支援され得る。他の例では、マイクロスフィアは、少なくとも１つの揮発性希釈剤を含む溶媒の混合物中に懸濁され得る。懸濁液を基板上に広げて、基板上に均一なフィルムを生成することができる。高揮発性希釈剤を蒸発させ、その間にフィルムを表面張力によって最終的な厚さに圧縮し、そのプロセスにおいて格子が形成する。
いくつかの例では、例えば、上記の格子配置プロセスのいずれかにおいて、懸濁液は、所望の厚さに等しい直径を有する均一なサイズのシリカ球などのスペーサー材料をさらに含んでもよい。
他の例では、マイクロスフィアを格子に配置するための他の適切なプロセスが企図される。
例えば、図７Ａを参照すると、マイクロスフィア７００の集合が基板７０４上に堆積される。図７Ｂでは、マイクロスフィアは格子７０８に配置される。
図６に戻って、ブロック６２５では、格子の上に別の基板層を適用することができる。いくつかの例では、基板層は、外側基板１０４（または、適用可能な場合、内側基板１０８）であってもよい。他の例では、基板層は中間層であってもよく、その上に追加のマイクロスフィアが、追加の格子で配置されて、追加の層を形成することができる。他の例では、基板層は、電極として機能するように酸化インジウムスズなどの透明な導電性材料で片面または両面をコーティングすることができる。基板はまた、サブピクセルアセンブリを駆動するために透明導体への接続を形成する、基板にパターン化された電子制御デバイスを有してもよい。
有利なことに、マイクロスフィアは、既存の液晶ディスプレイ製造プロセスと同じ様式で液体として堆積され得る。さらに、電気泳動マイクロスフィアは、液晶を特定の方向に整列させるための偏光子、カラーフィルター、および層の必要性を低減させる。むしろ、マイクロスフィアを層状に積層させて、より豊かな色の機能を可能にすることができる。
特許請求の範囲は、上記の実施例に記載された実施形態によって限定されるべきではなく、全体として説明と一致する最も広い解釈が与えられるべきである。
Claims (24)
- 外側基板と、
内側基板と、
前記内側基板と前記外側基板との間に離間した関係で配置される第１の電極および第２の電極と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間の複数のマイクロスフィアであって、マイクロスフィアの各々が、電気泳動媒体を囲む球状シェルを含む、マイクロスフィアと、
を備えるディスプレイデバイスであって、
前記電気泳動媒体が第１の化学物質および第２の化学物質を含み、前記第１の化学物質および前記第２の化学物質が、前記電気泳動媒体の光学特性を変化させるために前記第１の電極および前記第２の電極によって前記電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される、ディスプレイデバイス。 - マイクロスフィアの各々が、約１００ｎｍ～約２０μｍの直径を有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
- マイクロスフィアの各々が、約３００ｎｍ～約１μｍの直径を有する、請求項１に記載のディスプレイデバイス。
- 複数のマイクロスフィアの分散度が、約１～１．２である、請求項１～３のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
- マイクロスフィアの各々の前記シェルの厚さが、約５ｎｍ～約８０ｎｍである、請求項１～４のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第１の電極と第２の電極との間に複数のマイクロスフィアを含むための層構造をさらに備え、前記複数のマイクロスフィアが、前記層構造内に格子で配置される、請求項１～５のいずれか一項に記載のディスプレイデバイス。
- 前記格子が、面心立方充填配置または六方最密充填配置のうちの１つを含む、請求項６に記載のディスプレイデバイス。
- 前記第１の電極と第２の電極との間に追加のマイクロスフィアを含むように前記層構造に実質的に平行に配置された追加の層構造をさらに備える、請求項６または請求項７に記載のディスプレイデバイス。
- 電気泳動ディスプレイのためのマイクロスフィアを製造する方法であって、
油相に分散される水滴のエマルジョンを得るステップであって、前記水滴が電気泳動媒体を含み、前記電気泳動媒体が第１の化学物質および第２の化学物質を含み、前記第１の化学物質および前記第２の化学物質が、前記電気泳動媒体の光学特性を変化させるために前記電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される、ステップと、
前駆体を前記エマルジョンに添加するステップと、
各水滴のそれぞれの表面にシェルを形成するステップであって、前記シェルが、各水滴のそれぞれの表面での前記前駆体の反応により形成される、ステップと、
を含む、方法。 - 前記水滴が、約１～約１．２の分散度を有する、請求項９に記載の方法。
- 前記エマルジョンを得るステップが、
界面活性剤の存在下で水相を前記油相に添加して、粗いエマルジョンを形成するステップと、
前記粗いエマルジョンを剪断して、前記水滴を形成するステップと、
を含む、請求項９または請求項１０に記載の方法。 - 前記粗いエマルジョンを剪断するステップが、
粗いエマルジョンを高剪断クエット流れに供して、前記水相を前記水滴に破砕するステップ、
前記粗いエマルジョンをホモジナイザーに通過させるステップ、
前記粗いエマルジョンを多孔質膜に通過させるステップ、および
前記粗いエマルジョンをマイクロ流体デバイスに通過させるステップ、
のうちの１つまたは複数を含む、請求項１１に記載の方法。 - 前記水滴が、各水滴のそれぞれの表面において前駆体によって前記シェルの形成を促進するための触媒をさらに含む、請求項９～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 前記前駆体を添加する前に、追加の油相および界面活性剤を用いて前記エマルジョンを希釈するステップをさらに含む、請求項９～１３のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エマルジョンをかき混ぜ、前記エマルジョンを約２分～約２４時間反応させて、各水滴のそれぞれの表面に前記シェルを形成するステップをさらに含む、請求項９～１４のいずれか一項に記載の方法。
- 表面コーティングを添加して、前記マイクロスフィアの溶解度を変化させるステップをさらに含む、請求項９～１５のいずれか一項に記載の方法。
- 半極性溶媒中で前記マイクロスフィアを洗浄して、前記マイクロスフィアから界面活性剤を除去するステップをさらに含む、請求項９～１６のいずれか一項に記載の方法。
- 前記水滴の溶媒を交換して、過剰なイオンおよび水を除去するステップをさらに含む、請求項９～１７のいずれか一項に記載の方法。
- 沈降または遠心分離によって前記マイクロスフィアを収集するステップをさらに含む、請求項９～１８のいずれか一項に記載の方法。
- ディスプレイデバイスを製造する方法であって、
基板層を準備するステップと、
油相に分散される水滴のエマルジョンを得るステップであって、前記水滴が電気泳動媒体を含み、前記電気泳動媒体が第１の化学物質および第２の化学物質を含み、前記第１の化学物質および前記第２の化学物質が、前記電気泳動媒体の光学特性を変化させるために前記電気泳動媒体に印加される電磁場の変化に応答して分離状態と光学活性状態との間で切り替わるように可逆的に相互作用するように誘導される、ステップと、
前駆体を前記エマルジョンに添加するステップと、
各水滴のそれぞれの表面にシェルを形成するステップであって、前記シェルが、各水滴のそれぞれの表面において有機金属前駆体の反応によって形成されて、マイクロスフィアを形成する、ステップと、
前記マイクロスフィアを沈降または遠心分離によって収集するステップと、
複数の前記マイクロスフィアを前記基板上に格子で配置するステップと、
を含む、方法。 - 遠心分離を使用してサイズによって前記マイクロスフィアを選別するステップをさらに含み、前記複数のマイクロスフィアが、約１～約１．２の分散度を有するように選択される、請求項２０に記載の方法。
- 前記格子が、面心立方充填配置、六方最密充填配置、またはそれらの組み合わせのうちの１つを含む、請求項２０または請求項２１に記載の方法。
- 第２の基板層を前記格子上に適用するステップをさらに含む、請求項２０～２２のいずれか一項に記載の方法。
- 中間層を前記格子上に適用するステップと、
追加のマイクロスフィアを前記中間層上の追加の格子に配置するステップと、
さらに含む、請求項２０～２３のいずれか一項に記載の方法。
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