JP4355126B2 - 微細構造のテンプレート - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、表示装置に関し、より詳細には、ジリコン表示装置（gyricon display）などのような、再利用可能でアドレス可能なペーパ状の表示装置用の整列されたアレイを作成する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
一般的に、シート状の表示装置は薄いシートから構成し、ペーパによる文書の多くの特徴を有している。この表示装置は、ペーパのように見え、ペーパのように周辺光のバルブ特性（すなわち、周辺光が明るければそれだけ容易に見ることができる）を有し、ペーパのように柔軟性に富み、ペーパのように持ち回ることができ、ペーパのように書き込むことができ、ペーパのようにコピーすることができ、またほぼペーパのアーカイバル記憶機能を有する。
【０００３】
「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」という名称の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号のように、表示シートを作るには様々な方式がある。この方式は、基板上にカプセルの単層を用いて構成された封入起電表示装置を教示している。非球形のこれらのカプセルは、電気泳動的に移動可能な粒子及び懸濁液を含んでいる。電気泳動粒子は、外部の電界の影響のもとでカプセルの中で動くように制約される。
【０００４】
あるいはまた、「Twisting Cylinder Display」という名称の米国特許第６，０５５，０９１号は、基板の中に配置された非球状の光学的異方性の粒子に基づいた、トウィスティング粒子表示装置（twisting particle display）を開示している。これらの粒子はバイクロマルな円筒体（bichromal cylinder）とすることができ、互いに平行に整列し、単層の中に密接して充填されることが好ましい。円筒体を含む基板は、シート材料内に円筒体を整列させるために使用される撹拌処理のステップを有する、球状粒子のジリコン表示装置から周知の膨張エラストマ技術を用いて製造することができる。
【０００５】
密接に充填された単層の表示装置は、ランダムに分布した球体を含む表示装置に対して多数の利点がある。密接に充填された単層の表示装置は、従来のジリコン表示装置と比べると、優れた反射率及び輝度の特性を示し、ジリコン素子によってカバーされた単層面が多いほど、反射率が良好になり表示装置の輝度が高くなる。しかしながら、この技術で説明された製造方法は、球体間ギャップを有するアレイを結果として生成する。この球体間ギャップは、表示装置の反射率及び輝度特性に対して負の影響を与える。球体間ギャップを無視できる密接に充填された整列されたアレイを提供する製造方法が必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細構造のテンプレートは、整列された表示装置のためのアレイを製造する微細構造のテンプレートであって、上面と下面とを備え、前記上面は複数の密な間隔（closely spaced）の凹部を含むパターンを有するテンプレート基板と、前記複数の密な間隔の凹部内に複数の粒子を配置して、複数の密な間隔の凹部に、少なくとも１つの前記複数の粒子の層を形成するための手段と、を有し、該複数の粒子の層を形成するための手段は、テンプレート基板の下面側に配置された真空源の吸引作用により、テンプレート基板の上面の凹部に、複数の粒子を引きつける。
【０００７】
要約すると、また本発明の１つの態様によれば、微細粒子の整列されたアレイを製造する微細構造のテンプレートが提供される。このテンプレートは上面及び下面を含み、上面には複数の凹部が配置されている。粒子は凹部内に配置され、少なくとも１つの粒子の層を形成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明による微細構造のテンプレートの１つの実施形態の断面図が示されている。この微細構造のテンプレート１０は、複数の凹部１２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部１２は、所定の直径の粒子１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。粒子１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティング表示装置のためのジリコン、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示されたシリンダ（円筒体）、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。説明の便宜上、以下の説明はジリコン表示装置の構成に向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部１２の深さはｒであり、この深さは粒子１４の直径よりも小さい。凹部１２は、微細構造のテンプレート１０全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート１０は、単一又は複数の層のテンプレートである。例えば、この層は、薄く、可撓性の、又は剛性の材料、例えば、ガラス若しくは任意の高範囲のポリマー材料である。微細構造のテンプレート１０内の凹部１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【０００９】
複数の素子があるこの明細書の全ての図面では、明快にするために、いくつかの素子にしか参照番号を付けていないことに注意されたい。しかしながら、参照番号付けされた素子と同様の形状の全ての素子は、参照番号付けされた素子と同一であることは理解されよう。
【００１０】
微細構造のテンプレート１０の単層内で粒子を充填する密接度合いを最大にするために、六角形の充填形幾何学的配置を利用することができる。図２は、この幾何学的配置を示している。粒子１４がここでは見えない凹部を充填している、微細構造のテンプレート１０の一部の平面図が示されている。粒子１４の中心は、例示的な六角形Ｈにより示すように六角形のパターンを形成している。すなわち、密に隣接する粒子の中心は、例示的な正三角形Ｅで示すように、正三角形を形成する。粒子１４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間２２が幾何学的配置の結果として生じる（単分散の充填された球体の単層は面全体をカバーすることはできない）。
【００１１】
図３〜図４は別の充填の幾何学的配置を示している。これらの配置は、六角形の形状でカバーされる場合よりも小さい面の割合をカバーしている。図３は矩形の幾何学的配置を示している。この矩形の幾何学的配置は、粒子３４の中心によって形成された例示的な正方形Ｓにより示される。粒子３４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間３２は、充填の幾何学的配置により充填されないまま残される。
【００１２】
図４は菱形の幾何学的配置（ダイヤモンド形状）を示している。この菱形の幾何学的配置は、粒子４４の中心によって形成された例示的な菱形Ｒにより示される。粒子４４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間４２は、充填の幾何学的配置により充填されないまま残される。
【００１３】
ここで図５を参照する。多数の方法のいずれかを使用して、粒子１４を凹部１２の中に配置することができる。例えば、粒子１４が無作為に凹部１２の中に入るように、粒子のベッド(bed)を微細構造のテンプレート１０の上を静かに通過させる。微細構造のテンプレート１０を静かに振動させることによって、この処理を向上させることができる。あるいはまた、ブレードをテンプレート上に通過させて、粒子１４が凹部１２を充填するように仕向けることができる。余分な粒子１４を、空気のバーストを用いて吹き飛ばす、又は振り落とす若しくは拭い去ることができる。
【００１４】
一旦テンプレート１０内に捕捉されると、粒子１４は、図６に示すように、受入れ基板６０に移動されることができる。この移動は、粒子１４の層を基板６０に対して押し付けることによって達成することができる。基板６０は、金属シート、ポリマーシート、エラストマの部分的に硬化させた層、又は粒子１４をその表面の層６２に接着させるために十分な粘着力があるコーティングを有する任意の他の材料とすることができる。あるいはまた、粒子１４を所定の極性に充電し、受入れ基板６０を反対の所定の極性に充電して、粒子１４を基板６０に移動させる。電荷の中和化は、受入れ基板上に薄い絶縁フィルムを付けること又は球体上に薄いコーティングを付けることのいずれかによって避けられる。
【００１５】
ここで図７を参照する。基板６０及び粒子１４は、層７２によりオーバーコートすることができる（被覆することができる）。この層７２は、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる。粒子１４がジリコンボールである場合、基板６０、粒子１４及び保護層７２を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００１６】
しかしながら、ジリコンシートを形成するために、粒子１４を受入れ基板に移動させる必要がないことを評価されたい。捕捉された粒子１４を有する微細構造のテンプレート１０は、層７２を用いてオーバーコートすることができる。この層７２は、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる。粒子１４がジリコンボールである場合、微細構造のテンプレート１０、粒子１４及び保護層７２を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００１７】
図８を参照すると、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態において、微細構造のテンプレート８０は、複数の凹部８２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部８２は、所定の直径の粒子８６を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。各凹部８２内には、凹部８２からテンプレート８０を貫通して伸びる少なくとも１つのキャビティ８４がある。テンプレート８０は、適当な材料の単層として又は２つ以上のシートの貼り合わせにより好適にも形成することができる。粒子８６は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、（前述した）国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティング表示装置のための球体、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示されたシリンダ、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。説明の便宜上、以下の説明はジリコン表示装置の構成に向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部８２の深さはｒであり、この深さは粒子８６の直径よりも小さい。凹部８２及びそれらの関連するキャビティ８４は、微細構造のテンプレート８０全体にわたって均一に分布するように作成される。微細構造のテンプレート８０は、ガラス又は任意の高範囲のポリマー、金属、セラミックなどの薄い可撓性の材料とすることができる。微細構造のテンプレート８０内の凹部８２及びキャビティ８４は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００１８】
微細構造のテンプレート８０の単層内で粒子を充填する密接度合いを最大にするために、前述した図２に示したように、六角形の充填形幾何学的配置を利用することができる。六角形の形状でカバーされる場合よりも小さい面の割合をカバーしている別の充填形幾何学的配置も前に説明され、図３及び図４に示されている。
【００１９】
ここで図９を参照する。いくつかの方法によって、粒子８６をテンプレート８０の凹部８２の中に配置することができる。第１の方法によると、図９に示すように、粒子８６は容器９２の中に含まれていて、この容器では、粒子８６は何らかの周知の方法によって撹拌される。テンプレート８０は、円筒の型９４の上に巻き付け又は形成される。テンプレート８０内の複数の密接に充填されたキャビティ８４が、円筒の型９４の表面を通って伸びている。球体８６をテンプレート８０内の凹部８２に引き付け及び／又は保持するに十分な強度の真空（真空源は図示せず）が、円筒の型９４の内部の領域Ａに対して加えられる。円筒の型９４がその長手方向の軸の周りに回転するにつれて、球体８６が基板９６に接近する。
【００２０】
基板９６は、金属シート、ポリマーシート、エラストマの部分的に硬化させた層、又は粒子８６をその表面の層９８に接着させるために十分な粘着力があるコーティングを有する任意の他の材料とすることができる。基板９６は、図６の基板６０と同じ特性を有し、また同じ目的の役目を果たす従順なシートである。基板９６は、表面９８を接着剤でコーティングされるか、又は表面９８を粘着性になるまで十分に柔らかくするために加熱される。粒子８６が表面９８に接触すると、ローラ９０が表面９８を粒子８６に押し付ける。次に、円筒の型９４の内部領域Ｂ内で真空が解除され、過度の圧力が加えられて、これにより、粒子８６がテンプレート８０から開放される。基板９６が円筒の型９４のそばを通って移動するにつれて、粒子８６が表面９８上の密接に充填された単分散の層内に連続的に置かれる。
【００２１】
あるいはまた、テンプレート８０が平坦な面である場合、図５を参照して前に説明した方法のいずれかにより、粒子８６をテンプレート８０の凹部８２の中に配置することができる。例えば、粒子８６が無作為に凹部８２の中に入るように、粒子のベッドを微細構造のテンプレート８０の上を静かに通過させる。微細構造のテンプレート８０を静かに振動させることによって、この処理を向上させることができる。あるいはまた、ブレードをテンプレート上に通過させて、粒子８６が凹部８２を充填するように仕向けることができる。余分な粒子８６を、空気のバーストを用いて吹き飛ばす、又は振り落とす若しくは拭い去ることができる。
【００２２】
粒子８６の層を有するシートを製造するために、密接に充填された粒子の単層が前述したように形成される。次に、この単層は、光学的に透明な接着剤又は粘着性で部分的に硬化したエラストマの層によりコーティングされる。粒子の第２の層は、次に、単層の上に分散される。この粒子の第２の層は、エラストマ又は接着剤に無作為又は順序付けられて積み重ねた状態で付着する。例えば、図１０は積重ねパターンを示している。このパターンでは、粒子の第２の層が基板９６上に置かれた単層の隙間２２内に配置されている。そのような順序付けは、加えられた球体の隙間への自己整列を用いることによって容易にすることができる。これらの隙間は、球体が移動する間は液体でありその後硬化されるエラストマの表面張力によって引き起こされる。この整列されたアレイでは、単層の六角形のパターンは粒子８６の第２の層の中で繰り返される。粒子８６及び基板９６の結果として生ずる層を、次に、図７を参照して前に説明したように、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる層によりオーバーコートすることができる。粒子８６がジリコンボールである場合、基板９６、粒子８６及び保護層を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００２３】
本発明の微細構造のテンプレートの中で形成された凹部及びキャビティの形状は任意とすることができることに注意されたい。前述した実施形態は凹部に対して球状を示しているが、図１１に示すように、それらは円錐形とすることもできる。図１１は、そのような構造の断面図を示している。この実施形態では、微細構造のテンプレート１００は、所定の直径の粒子１１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔を空けた複数の円錐の凹部１１２を有する面を含んでいる。粒子１１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティングボール表示装置のためのジリコン、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。凹部１１２の深さはｓであり、この深さは粒子１１４の直径よりも小さい。凹部１１２は、微細構造のテンプレート１００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート１００は、ガラス又は任意の高範囲のポリマーのような薄く、可撓性の材料である。微細構造のテンプレート１００内の凹部１１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００２４】
あるいはまた、本発明の微細構造のテンプレート内に形成された凹部及びキャビティは、縦方向又は横方向の円筒形であってもよく、これを図１２から後者の場合図１４に示す。図１２は、長方形の充填形幾何学的配置の円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレート２００の一部の平面図を示す。しかしながら、別の充填形幾何学的配置も利用することができることは理解されたい。図１３は、円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレート断面図を示す。微細構造のテンプレート３００は、所定の直径の円筒３１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔を空けた複数の凹部３１２を有する面を含んでいる。円筒３１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示された円筒、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの円筒などから構成することができる。 説明の便宜上、以下の説明はトウィスティング円筒表示装置を形成することに向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部３１２の深さはｒであり、この深さは円筒３１４の直径よりも小さい。凹部３１２は、微細構造のテンプレート３００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート３００は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料である。微細構造のテンプレート３００内の凹部３１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００２５】
図１４を参照すると、円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態において、微細構造のテンプレート４００は、複数の凹部４１２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部４１２は、所定の直径の円筒４１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。各凹部４１２内には、凹部４１２からテンプレート４００を貫通して伸びる少なくとも１つのキャビティ４１６がある。円筒４１４は、前述したような任意の微細構造体を含むことができる。凹部４１２の深さはｒであり、この深さは円筒４１４の直径よりも小さい。凹部４１２及びそれらの関連するキャビティ４１６は、微細構造のテンプレート４００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート４００は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料である。微細構造のテンプレート４００内の凹部４１２及びキャビティ４１６は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。本願で説明された任意の方法を使用して、円筒４１４を微細構造のテンプレート４００の凹部４１４の中に配置することができる。
【００２６】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を参照すると、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態では、微細構造のテンプレート１５０は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料の２つ以上の層の積層によって形成される。図１５（Ａ）では、層１５４は複数の円錐状の凹部１５６を有する面を含んでいる。これらの凹部１５６は、所定の直径の粒子１５５を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。粒子１５５は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティングボール表示装置のためのジリコン、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。任凹部１５６の深さはｓであり、この深さは粒子１５５の直径よりも小さい。凹部１５６は、微細構造のテンプレート１５０全体にわたって均一に分布するように作成される。微細構造のテンプレート１５０内の凹部１５６は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。層１５２は、層１５２の凹部１５６と整列するように間隔を空けた複数のキャビティ１５８を含んでいる。この実施形態は凹部に対して円錐形を示しているが、それらは球形、円筒形、又は密接に充填された粒子の単層の組立体に適応させることができる任意の他の形状とすることができる。
【００２７】
あるいはまた、図１５（Ｂ）の実施形態は、微細構造のテンプレート１５０’の断面図を示している。この微細構造のテンプレート１５０’は、層１５４に積層された多孔質材料から構成する層１５２’を含んでいる。図１５（Ｂ）では、層１５４、凹部１５６、粒子１５５、及び凹部の深さｓは、図１５（Ａ）で説明した実施形態と同じ特性を有し、また同じ目的を果たしている。本発明の微細構造のテンプレートの層１５４内に形成された凹部は、任意の形状とすることができることに注意されたい。この実施形態は凹部に対して円錐形を示しているが、それらは球形、円筒形、又は密接に充填された粒子の単層の組立体に適応させることができる任意の他の形状とすることができる。
【００２８】
本発明による微細構造のテンプレートの利点には、電気ペーパ表示装置において使用されるような微細素子の整列されたアレイの製造に対するより費用効率の高い方法の可能性が含まれる。電気ペーパ用の密接に充填された整列されたアレイにより、反射率及び輝度の特性が向上され、この効果は単層面より多くのアレイがカバーされる場合に最適化される。さらに、自己組織化された粒子の充填に対して周波数が高くなっても、結晶の境界線のようなライン欠陥は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の微細構造のテンプレートの実施形態の部分断面図を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された六角形の形状で配列されている。
【図３】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された矩形の形状で配列されている。
【図４】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された菱形の形状で配列されている。
【図５】 本発明の粒子で充填された微細構造のテンプレートの部分断面図を示す図である。
【図６】 微細構造のテンプレートから受入れ基板へ粒子が移動した部分断面図を示す図である。
【図７】 基板及び上側シートに捕捉された粒子の部分断面図を示す図である。
【図８】 本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図９】 本発明による密接に充填されたアレイを製造する方法の断面図を示す図である。
【図１０】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では２層の粒子が密接に充填された六角形の形状で重ね合わされている。
【図１１】 本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では円筒形の凹部が密接に充填された六角形の形状で配列されている。
【図１３】 図１２のテンプレートの部分断面図を示す図である。
【図１４】 図１２のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図１５】 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０ テンプレート、１２ 凹部、１４ 粒子、ｒ 深さ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、表示装置に関し、より詳細には、ジリコン表示装置（gyricon display）などのような、再利用可能でアドレス可能なペーパ状の表示装置用の整列されたアレイを作成する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
一般的に、シート状の表示装置は薄いシートから構成し、ペーパによる文書の多くの特徴を有している。この表示装置は、ペーパのように見え、ペーパのように周辺光のバルブ特性（すなわち、周辺光が明るければそれだけ容易に見ることができる）を有し、ペーパのように柔軟性に富み、ペーパのように持ち回ることができ、ペーパのように書き込むことができ、ペーパのようにコピーすることができ、またほぼペーパのアーカイバル記憶機能を有する。
【０００３】
「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」という名称の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号のように、表示シートを作るには様々な方式がある。この方式は、基板上にカプセルの単層を用いて構成された封入起電表示装置を教示している。非球形のこれらのカプセルは、電気泳動的に移動可能な粒子及び懸濁液を含んでいる。電気泳動粒子は、外部の電界の影響のもとでカプセルの中で動くように制約される。
【０００４】
あるいはまた、「Twisting Cylinder Display」という名称の米国特許第６，０５５，０９１号は、基板の中に配置された非球状の光学的異方性の粒子に基づいた、トウィスティング粒子表示装置（twisting particle display）を開示している。これらの粒子はバイクロマルな円筒体（bichromal cylinder）とすることができ、互いに平行に整列し、単層の中に密接して充填されることが好ましい。円筒体を含む基板は、シート材料内に円筒体を整列させるために使用される撹拌処理のステップを有する、球状粒子のジリコン表示装置から周知の膨張エラストマ技術を用いて製造することができる。
【０００５】
密接に充填された単層の表示装置は、ランダムに分布した球体を含む表示装置に対して多数の利点がある。密接に充填された単層の表示装置は、従来のジリコン表示装置と比べると、優れた反射率及び輝度の特性を示し、ジリコン素子によってカバーされた単層面が多いほど、反射率が良好になり表示装置の輝度が高くなる。しかしながら、この技術で説明された製造方法は、球体間ギャップを有するアレイを結果として生成する。この球体間ギャップは、表示装置の反射率及び輝度特性に対して負の影響を与える。球体間ギャップを無視できる密接に充填された整列されたアレイを提供する製造方法が必要とされる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の微細構造のテンプレートは、整列された表示装置のためのアレイを製造する微細構造のテンプレートであって、上面と下面とを備え、前記上面は複数の密な間隔（closely spaced）の凹部を含むパターンを有するテンプレート基板と、前記複数の密な間隔の凹部内に複数の粒子を配置して、複数の密な間隔の凹部に、少なくとも１つの前記複数の粒子の層を形成するための手段と、を有し、該複数の粒子の層を形成するための手段は、テンプレート基板の下面側に配置された真空源の吸引作用により、テンプレート基板の上面の凹部に、複数の粒子を引きつける。
【０００７】
要約すると、また本発明の１つの態様によれば、微細粒子の整列されたアレイを製造する微細構造のテンプレートが提供される。このテンプレートは上面及び下面を含み、上面には複数の凹部が配置されている。粒子は凹部内に配置され、少なくとも１つの粒子の層を形成する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明による微細構造のテンプレートの１つの実施形態の断面図が示されている。この微細構造のテンプレート１０は、複数の凹部１２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部１２は、所定の直径の粒子１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。粒子１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティング表示装置のためのジリコン、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示されたシリンダ（円筒体）、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。説明の便宜上、以下の説明はジリコン表示装置の構成に向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部１２の深さはｒであり、この深さは粒子１４の直径よりも小さい。凹部１２は、微細構造のテンプレート１０全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート１０は、単一又は複数の層のテンプレートである。例えば、この層は、薄く、可撓性の、又は剛性の材料、例えば、ガラス若しくは任意の高範囲のポリマー材料である。微細構造のテンプレート１０内の凹部１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【０００９】
複数の素子があるこの明細書の全ての図面では、明快にするために、いくつかの素子にしか参照番号を付けていないことに注意されたい。しかしながら、参照番号付けされた素子と同様の形状の全ての素子は、参照番号付けされた素子と同一であることは理解されよう。
【００１０】
微細構造のテンプレート１０の単層内で粒子を充填する密接度合いを最大にするために、六角形の充填形幾何学的配置を利用することができる。図２は、この幾何学的配置を示している。粒子１４がここでは見えない凹部を充填している、微細構造のテンプレート１０の一部の平面図が示されている。粒子１４の中心は、例示的な六角形Ｈにより示すように六角形のパターンを形成している。すなわち、密に隣接する粒子の中心は、例示的な正三角形Ｅで示すように、正三角形を形成する。粒子１４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間２２が幾何学的配置の結果として生じる（単分散の充填された球体の単層は面全体をカバーすることはできない）。
【００１１】
図３〜図４は別の充填の幾何学的配置を示している。これらの配置は、六角形の形状でカバーされる場合よりも小さい面の割合をカバーしている。図３は矩形の幾何学的配置を示している。この矩形の幾何学的配置は、粒子３４の中心によって形成された例示的な正方形Ｓにより示される。粒子３４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間３２は、充填の幾何学的配置により充填されないまま残される。
【００１２】
図４は菱形の幾何学的配置（ダイヤモンド形状）を示している。この菱形の幾何学的配置は、粒子４４の中心によって形成された例示的な菱形Ｒにより示される。粒子４４の直径はｄであり、中心間の間隔はＤである。隙間４２は、充填の幾何学的配置により充填されないまま残される。
【００１３】
ここで図５を参照する。多数の方法のいずれかを使用して、粒子１４を凹部１２の中に配置することができる。例えば、粒子１４が無作為に凹部１２の中に入るように、粒子のベッド(bed)を微細構造のテンプレート１０の上を静かに通過させる。微細構造のテンプレート１０を静かに振動させることによって、この処理を向上させることができる。あるいはまた、ブレードをテンプレート上に通過させて、粒子１４が凹部１２を充填するように仕向けることができる。余分な粒子１４を、空気のバーストを用いて吹き飛ばす、又は振り落とす若しくは拭い去ることができる。
【００１４】
一旦テンプレート１０内に捕捉されると、粒子１４は、図６に示すように、受入れ基板６０に移動されることができる。この移動は、粒子１４の層を基板６０に対して押し付けることによって達成することができる。基板６０は、金属シート、ポリマーシート、エラストマの部分的に硬化させた層、又は粒子１４をその表面の層６２に接着させるために十分な粘着力があるコーティングを有する任意の他の材料とすることができる。あるいはまた、粒子１４を所定の極性に充電し、受入れ基板６０を反対の所定の極性に充電して、粒子１４を基板６０に移動させる。電荷の中和化は、受入れ基板上に薄い絶縁フィルムを付けること又は球体上に薄いコーティングを付けることのいずれかによって避けられる。
【００１５】
ここで図７を参照する。基板６０及び粒子１４は、層７２によりオーバーコートすることができる（被覆することができる）。この層７２は、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる。粒子１４がジリコンボールである場合、基板６０、粒子１４及び保護層７２を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００１６】
しかしながら、ジリコンシートを形成するために、粒子１４を受入れ基板に移動させる必要がないことを評価されたい。捕捉された粒子１４を有する微細構造のテンプレート１０は、層７２を用いてオーバーコートすることができる。この層７２は、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる。粒子１４がジリコンボールである場合、微細構造のテンプレート１０、粒子１４及び保護層７２を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００１７】
図８を参照すると、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態において、微細構造のテンプレート８０は、複数の凹部８２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部８２は、所定の直径の粒子８６を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。各凹部８２内には、凹部８２からテンプレート８０を貫通して伸びる少なくとも１つのキャビティ８４がある。テンプレート８０は、適当な材料の単層として又は２つ以上のシートの貼り合わせにより好適にも形成することができる。粒子８６は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、（前述した）国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティング表示装置のための球体、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示されたシリンダ、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。説明の便宜上、以下の説明はジリコン表示装置の構成に向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部８２の深さはｒであり、この深さは粒子８６の直径よりも小さい。凹部８２及びそれらの関連するキャビティ８４は、微細構造のテンプレート８０全体にわたって均一に分布するように作成される。微細構造のテンプレート８０は、ガラス又は任意の高範囲のポリマー、金属、セラミックなどの薄い可撓性の材料とすることができる。微細構造のテンプレート８０内の凹部８２及びキャビティ８４は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００１８】
微細構造のテンプレート８０の単層内で粒子を充填する密接度合いを最大にするために、前述した図２に示したように、六角形の充填形幾何学的配置を利用することができる。六角形の形状でカバーされる場合よりも小さい面の割合をカバーしている別の充填形幾何学的配置も前に説明され、図３及び図４に示されている。
【００１９】
ここで図９を参照する。いくつかの方法によって、粒子８６をテンプレート８０の凹部８２の中に配置することができる。第１の方法によると、図９に示すように、粒子８６は容器９２の中に含まれていて、この容器では、粒子８６は何らかの周知の方法によって撹拌される。テンプレート８０は、円筒の型９４の上に巻き付け又は形成される。テンプレート８０内の複数の密接に充填されたキャビティ８４が、円筒の型９４の表面を通って伸びている。球体８６をテンプレート８０内の凹部８２に引き付け及び／又は保持するに十分な強度の真空（真空源は図示せず）が、円筒の型９４の内部の領域Ａに対して加えられる。円筒の型９４がその長手方向の軸の周りに回転するにつれて、球体８６が基板９６に接近する。
【００２０】
基板９６は、金属シート、ポリマーシート、エラストマの部分的に硬化させた層、又は粒子８６をその表面の層９８に接着させるために十分な粘着力があるコーティングを有する任意の他の材料とすることができる。基板９６は、図６の基板６０と同じ特性を有し、また同じ目的の役目を果たす従順なシートである。基板９６は、表面９８を接着剤でコーティングされるか、又は表面９８を粘着性になるまで十分に柔らかくするために加熱される。粒子８６が表面９８に接触すると、ローラ９０が表面９８を粒子８６に押し付ける。次に、円筒の型９４の内部領域Ｂ内で真空が解除され、過度の圧力が加えられて、これにより、粒子８６がテンプレート８０から開放される。基板９６が円筒の型９４のそばを通って移動するにつれて、粒子８６が表面９８上の密接に充填された単分散の層内に連続的に置かれる。
【００２１】
あるいはまた、テンプレート８０が平坦な面である場合、図５を参照して前に説明した方法のいずれかにより、粒子８６をテンプレート８０の凹部８２の中に配置することができる。例えば、粒子８６が無作為に凹部８２の中に入るように、粒子のベッドを微細構造のテンプレート８０の上を静かに通過させる。微細構造のテンプレート８０を静かに振動させることによって、この処理を向上させることができる。あるいはまた、ブレードをテンプレート上に通過させて、粒子８６が凹部８２を充填するように仕向けることができる。余分な粒子８６を、空気のバーストを用いて吹き飛ばす、又は振り落とす若しくは拭い去ることができる。
【００２２】
粒子８６の層を有するシートを製造するために、密接に充填された粒子の単層が前述したように形成される。次に、この単層は、光学的に透明な接着剤又は粘着性で部分的に硬化したエラストマの層によりコーティングされる。粒子の第２の層は、次に、単層の上に分散される。この粒子の第２の層は、エラストマ又は接着剤に無作為又は順序付けられて積み重ねた状態で付着する。例えば、図１０は積重ねパターンを示している。このパターンでは、粒子の第２の層が基板９６上に置かれた単層の隙間２２内に配置されている。そのような順序付けは、加えられた球体の隙間への自己整列を用いることによって容易にすることができる。これらの隙間は、球体が移動する間は液体でありその後硬化されるエラストマの表面張力によって引き起こされる。この整列されたアレイでは、単層の六角形のパターンは粒子８６の第２の層の中で繰り返される。粒子８６及び基板９６の結果として生ずる層を、次に、図７を参照して前に説明したように、エラストマ又は他の任意の所望の材料とすることができる層によりオーバーコートすることができる。粒子８６がジリコンボールである場合、基板９６、粒子８６及び保護層を当業者に周知の方法によって硬化して、ジリコンシートを形成することができる。
【００２３】
本発明の微細構造のテンプレートの中で形成された凹部及びキャビティの形状は任意とすることができることに注意されたい。前述した実施形態は凹部に対して球状を示しているが、図１１に示すように、それらは円錐形とすることもできる。図１１は、そのような構造の断面図を示している。この実施形態では、微細構造のテンプレート１００は、所定の直径の粒子１１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔を空けた複数の円錐の凹部１１２を有する面を含んでいる。粒子１１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティングボール表示装置のためのジリコン、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。凹部１１２の深さはｓであり、この深さは粒子１１４の直径よりも小さい。凹部１１２は、微細構造のテンプレート１００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート１００は、ガラス又は任意の高範囲のポリマーのような薄く、可撓性の材料である。微細構造のテンプレート１００内の凹部１１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００２４】
あるいはまた、本発明の微細構造のテンプレート内に形成された凹部及びキャビティは、縦方向又は横方向の円筒形であってもよく、これを図１２から後者の場合図１４に示す。図１２は、長方形の充填形幾何学的配置の円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレート２００の一部の平面図を示す。しかしながら、別の充填形幾何学的配置も利用することができることは理解されたい。図１３は、円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレート断面図を示す。微細構造のテンプレート３００は、所定の直径の円筒３１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔を空けた複数の凹部３１２を有する面を含んでいる。円筒３１４は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、（前述した）米国特許第６，０５５，０９１号の中で開示された円筒、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの円筒などから構成することができる。 説明の便宜上、以下の説明はトウィスティング円筒表示装置を形成することに向けられる。しかしながら、本願で開示された微細構造のテンプレートは、多数の種類の密接に充填された単層のいずれをも構成するために使用されることは理解されよう。凹部３１２の深さはｒであり、この深さは円筒３１４の直径よりも小さい。凹部３１２は、微細構造のテンプレート３００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート３００は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料である。微細構造のテンプレート３００内の凹部３１２は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。
【００２５】
図１４を参照すると、円筒形の凹部を有する微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態において、微細構造のテンプレート４００は、複数の凹部４１２を有する面を含んでいる。これらの複数の凹部４１２は、所定の直径の円筒４１４を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。各凹部４１２内には、凹部４１２からテンプレート４００を貫通して伸びる少なくとも１つのキャビティ４１６がある。円筒４１４は、前述したような任意の微細構造体を含むことができる。凹部４１２の深さはｒであり、この深さは円筒４１４の直径よりも小さい。凹部４１２及びそれらの関連するキャビティ４１６は、微細構造のテンプレート４００全体にわたって均一に分布するように作成される。この微細構造のテンプレート４００は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料である。微細構造のテンプレート４００内の凹部４１２及びキャビティ４１６は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。本願で説明された任意の方法を使用して、円筒４１４を微細構造のテンプレート４００の凹部４１４の中に配置することができる。
【００２６】
図１５（Ａ）及び図１５（Ｂ）を参照すると、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の断面図が示されている。この実施形態では、微細構造のテンプレート１５０は、薄く、可撓性の、又はガラス若しくは任意の高範囲のポリマーのような剛性の材料の２つ以上の層の積層によって形成される。図１５（Ａ）では、層１５４は複数の円錐状の凹部１５６を有する面を含んでいる。これらの凹部１５６は、所定の直径の粒子１５５を密接に充填した単層の組立体に適応させるために精密に間隔が空けられている。粒子１５５は、任意の微細構造体から構成することができる。例えば、国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ９９／２３３１３号（Drzaic、「Encapsulated Electrophoretic Displays Having a Monolayer of Capsules」）の中で開示されているような電気泳動のカプセル、トウィスティングボール表示装置のためのジリコン、又はガラス、ポリマー、金属、若しくはゲルの粒子などから構成することができる。任凹部１５６の深さはｓであり、この深さは粒子１５５の直径よりも小さい。凹部１５６は、微細構造のテンプレート１５０全体にわたって均一に分布するように作成される。微細構造のテンプレート１５０内の凹部１５６は、フォトリソグラフィ、高エネルギー粒子による打撃及びその後のエッチング、レーザアブレーション、エンボス加工、又は他の周知の手段によって作成することができる。層１５２は、層１５２の凹部１５６と整列するように間隔を空けた複数のキャビティ１５８を含んでいる。この実施形態は凹部に対して円錐形を示しているが、それらは球形、円筒形、又は密接に充填された粒子の単層の組立体に適応させることができる任意の他の形状とすることができる。
【００２７】
あるいはまた、図１５（Ｂ）の実施形態は、微細構造のテンプレート１５０’の断面図を示している。この微細構造のテンプレート１５０’は、層１５４に積層された多孔質材料から構成する層１５２’を含んでいる。図１５（Ｂ）では、層１５４、凹部１５６、粒子１５５、及び凹部の深さｓは、図１５（Ａ）で説明した実施形態と同じ特性を有し、また同じ目的を果たしている。本発明の微細構造のテンプレートの層１５４内に形成された凹部は、任意の形状とすることができることに注意されたい。この実施形態は凹部に対して円錐形を示しているが、それらは球形、円筒形、又は密接に充填された粒子の単層の組立体に適応させることができる任意の他の形状とすることができる。
【００２８】
本発明による微細構造のテンプレートの利点には、電気ペーパ表示装置において使用されるような微細素子の整列されたアレイの製造に対するより費用効率の高い方法の可能性が含まれる。電気ペーパ用の密接に充填された整列されたアレイにより、反射率及び輝度の特性が向上され、この効果は単層面より多くのアレイがカバーされる場合に最適化される。さらに、自己組織化された粒子の充填に対して周波数が高くなっても、結晶の境界線のようなライン欠陥は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の微細構造のテンプレートの実施形態の部分断面図を示す図である。
【図２】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された六角形の形状で配列されている。
【図３】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された矩形の形状で配列されている。
【図４】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では凹部が密接に充填された菱形の形状で配列されている。
【図５】 本発明の粒子で充填された微細構造のテンプレートの部分断面図を示す図である。
【図６】 微細構造のテンプレートから受入れ基板へ粒子が移動した部分断面図を示す図である。
【図７】 基板及び上側シートに捕捉された粒子の部分断面図を示す図である。
【図８】 本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図９】 本発明による密接に充填されたアレイを製造する方法の断面図を示す図である。
【図１０】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では２層の粒子が密接に充填された六角形の形状で重ね合わされている。
【図１１】 本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図１２】 本発明の実施形態のテンプレートの平面図であり、この図では円筒形の凹部が密接に充填された六角形の形状で配列されている。
【図１３】 図１２のテンプレートの部分断面図を示す図である。
【図１４】 図１２のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【図１５】 （Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の微細構造のテンプレートの別の実施形態の部分断面図を示す図である。
【符号の説明】
１０ テンプレート、１２ 凹部、１４ 粒子、ｒ 深さ。
Claims (1)
- 整列された表示装置のためのアレイを製造する微細構造のテンプレートであって、
上面と下面とを備え、前記上面は複数の密な間隔の凹部を含むパターンを有するテンプレート基板と、
前記複数の密な間隔の凹部内に複数の粒子を配置して、前記複数の密な間隔の凹部に、少なくとも１つの前記複数の粒子の層を形成するための手段と、を有し、
該複数の粒子の層を形成するための手段は、前記テンプレート基板の下面側に配置された真空源の吸引作用により、前記テンプレート基板の上面の前記凹部に、前記複数の粒子を引きつけることを特徴とする微細構造のテンプレート。
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