JP4598758B2

JP4598758B2 - デュアルモードスイッチングを有する電気泳動ディスプレイ

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Publication number: JP4598758B2
Application number: JP2006503688A
Authority: JP
Inventors: ロン−チャン・リアン; ジェリー・チュン
Original assignee: Sipix Imaging Inc
Current assignee: E Ink California LLC
Priority date: 2003-02-14
Filing date: 2004-02-13
Publication date: 2010-12-15
Anticipated expiration: 2024-02-13
Also published as: CN1295558C; TWI226503B; JP2006518051A; WO2004074911A3; TW200415432A; WO2004074911A2; US20040032391A1; CN1521549A; US7038656B2

Description

発明の背景

電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ）は、溶媒中に懸濁している帯電色素（又は顔料）粒子を動かす電気泳動現象に基づく非発光的(non-emissive)デバイスである。この一般的なタイプのディスプレイは、１９６９年に初めて提案された。ＥＰＤは、典型的には、一対の対向する相隔てたプレート状電極を、電極間の所定の距離を予め決めるスペーサーと共に有して成る。少なくとも一方の電極（典型的には表示（viewing）側）は透明である。パッシブ（または単純もしくは受動）型のＥＰＤでは、ディスプレイを駆動するために、上部（表示側）および底部プレートにおいて行（ロウ）電極および列（カラム）電極をそれぞれ必要とする。一方で、アクティブ（または能動）マトリクス型ＥＰＤでは、底部プレートにおいては薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のアレイ、上部表示基板においてはパターン化されていない透明導体板を必要とする。２つのプレート間には、着色された誘電性溶媒およびこれに分散した帯電色素粒子から成る電気泳動流体が封入されている。

２つの電極間に電圧差が付与されると、色素粒子はその極性と反対の極性のプレートへ引き寄せられることによって移動する。よって、プレートを選択的に帯電することによって、透明プレートに示される色を溶媒の色または色素粒子の色のいずれかに決定することができる。プレート極性の反転により、粒子は反対のプレートに戻され、これにより色が逆になる。電圧の範囲でプレートの電荷（または帯電）を制御することによって、透明プレートに引き寄せられる中間の色素粒子濃度による中間色濃度（またはグレーの暗度）を透明プレートにて実現できる。このタイプの反射型ＥＰＤディスプレイはバックライトを必要としない。ただし、暗がりでのディスプレイの可視性を高めるためにバックライトをオプションとして付加してもよい。

異なるピクセルまたはセル構造のＥＰＤが以前に報告されており、例えば、仕切型（またはパーテションタイプ）のＥＰＤ（Ｍ．Ａ．ＨｏｐｐｅｒおよびＶ．Ｎｏｖｏｔｎｙ、アイ・イー・イー・イー・トランス・エレクトロン・デバイシィーズ（IEEE Trans. Electr. Dev.）、２６巻、第８号、第１１４８〜１１５２頁（１９７９年））およびマイクロカプセル化ＥＰＤ（米国特許第５,９６１,８０４号および同５,９３０,０２６号に記載されている）がそうである。これらの各々は、以下に記載するように各々自身の課題を有する。

仕切型ＥＰＤでは、粒子の望ましくない運動、例えば沈降を防止するために、２つの電極間には空間をより小さなセルに分割するための仕切（パーテション）がある。しかしながら、仕切の形成において、即ち、ディスプレイを流体で充填し、ディスプレイに流体を封入し、そして異なる色の懸濁液を互いに分離した状態に保つプロセスにおいて、困難を伴う。そのような仕切型ディスプレイのためのロール・トゥ・ロール製造プロセスの開発においても、更により困難な課題に遭遇する。

マイクロカプセル化ＥＰＤは、誘電性流体および誘電性溶媒と視覚的に対照を為す帯電色素粒子の分散物の電気泳動組成物を、それぞれ内部に有するマイクロカプセルの実質的な２次元アレンジメント（または配置）を有する。マイクロカプセルは典型的には水溶液で調製され、有用なコントラスト比を得るため、平均粒径は比較的大きい（５０−１５０ミクロン）。大きなマイクロカプセルサイズは、粗末な耐スクラッチ性および所定の電圧に対して遅い応答時間をもたらす。なぜなら、大きなカプセルは、対向する２つの電極間で大きなギャップを必要とするからである。また、水溶液で調製されたマイクロカプセルの親水性シェルは、典型的には、高湿気および高温状態に対して敏感となってしまう。マイクロカプセルを多量のポリマーマトリックスで取り囲んで、これらの欠点を未然に防いでも、マトリックスの使用は、結果として更に遅い応答時間および／またはより低いコントラスト比をもたらす。スイッチング速度を向上させるために、このタイプのＥＰＤでは帯電制御剤をしばしば必要とする。しかしながら、水溶液におけるマイクロカプセル化プロセスは、使用可能な帯電制御剤のタイプを限定する。マイクロカプセルシステムに関連する他の欠点として、色の適用に関して不十分な解像度および不十分なアドレッサビリティ（またはアドレス可能性：addressability）が挙げられる。

米国特許第３６１２７５８号には別のタイプのＥＰＤが開示されており、電気泳動セルは、誘電性溶媒に分散された帯電色素粒子を含む平行線リザーバ(reservoirs)から形成される。チャネル状の電気泳動セルは、透明導体で覆われ、電気的に接続されている。パネルを見る側からの透明ガラス層は、透明導体の上に配されている（オーバーレイされている）。

ＥＰＤアレイを形成するマイクロチャネル、マイクログルーブまたはマイクロカラムの使用は、カラム方向に沿った望ましくない粒子の沈降またはクリーミングの課題を依然として有する。加えて、２つの電極間に電気泳動流体を封入するための、途切れのない、エアポケット（air pocket）のない連続的なシーリングプロセスを欠くため、ロール・トゥ・ロール製造を極めて困難にする。

近年、改良されたＥＰＤ技術およびロール・トゥ・ロール製造プロセスが、同時係属している出願、例えば米国出願第０９／５１８,４８８号（２０００年３月３日出願）（ＷＯ０１／６７１７０に対応）、米国出願第０９/６０６,６５４号（２０００年６月２８日出願）（ＷＯ０２/０１２８１に対応）および米国出願第０９/７８４,９７２号（２００１年２月１５日出願）（ＷＯ０２/６５２１５に対応）（これらの全ては参照することによりその全体が本明細書に組み込まれる）に開示された。改良されたＥＰＤはクローズドセルを含んで成り、該セルは、適切に規定された形状、寸法およびアスペクト比のマイクロカップから形成され、誘電性溶媒に分散された帯電色素粒子が充填されている。マイクロカップを含むこの改良された技術は、モノクロＥＰＤに高画質を与える。カラーディスプレイは、異なる色（例えば、赤、緑または青）の染料で充填されたマイクロカップの形を成す、空間的に隣接する小さなピクセルのアレイを用いることによって製造することもできる。しかしながら、従来のアップ／ダウンスイッチングモードのみを有するこのタイプのシステムでは重大な欠点がある。即ち、「ターンオフされた」着色ピクセルから反射される白色光が、「ターンオンされた」色の彩度を大きく下げることである。この件についての更なる詳細は、後の「詳細な説明」のセクションにて示す。

この後者の欠点を、例えば、ポリマー分散型液晶等の、「オフ」のピクセルを黒の状態に切り替え、また、「オン」のピクセルを所望の色の状態に保つオーバーレイ（または重ね合わされた）シャッターデバイスによって除くことができるが、このアプローチの欠点は、オーバーレイデバイスによる高いコスト、シャッターデバイスに関連する高Ｄｍｉｎ（背景の最小光学密度である）および複雑な駆動回路設計である。

別法では、通常のアップ／ダウンスイッチングモードのカラーディスプレイを、ディスプレイの表示側にオーバーレイされたカラーフィルターを用いて製造することができる。しかしながら、カラーフィルターを用いる反射型カラーディスプレイに関する主な課題は、暗いＤｍｉｎおよび質の高い「白」状態の不足である。

「インプレーン（または面内）（in-plane）」スイッチングコンセプトは、E.Kishiら、「５．１：ディベロップメント・オブ・インプレーン・ＥＰＤ（development of In-Plane EPD）」、キャノン・リサーチ・センター（Canon Research Center）、エスアイディー・００・ダイジェスト（SID 00 Digest）、第２４−２７頁、および、Sally A. Swansonら、「５．２：ハイ・パフォーマンス・ＥＰＤ（High Performance EPD）」、アイビーエム・アルマデン・リサーチ・センター（IBM Almaden Research Center）、エスアイディー・００・ダイジェスト（SID 00 Digest）、第２９−３１頁に開示されている。これらのシステムでは、着色された背景を白色または黒色粒子と共に用いることにより、カラー効果を得る。これらのシステムの欠点は、質の高い「白」または質の高い「黒」状態のいずれかが欠けていることである。更なる詳細を、「詳細な説明」のセクションにおいても記載する。

従って、有効な方法で、特にロール・トゥ・ロール製造プロセスによって製造することもできる、質の高いフルカラー機能を有する改良されたＥＰＤに対する要求は依然存在する。

発明の概要

本発明は、従来のアップ／ダウンスイッチング（up/down switching）およびインプレーンスイッチング（in-plane switching）モードの両方を含んで成る、改良されたＥＰＤに関する。換言すると、改良されたＥＰＤは、デュアルスイッチングモードを有する。

本発明のモノクロＥＰＤは、テキストカラーとは異なる選択可能なハイライトカラーをディスプレイすることができる。例えば、白の背景、青のテキストおよび赤のハイライトを、ディスプレイのいずれの選択領域においても示すことができる。さらに、本発明のフルカラーＥＰＤは、高彩度の高コントラスト像をディスプレイすることができる。本発明のフルカラーディスプレイにおいて、質の高い黒および白状態の両方が可能である。本発明のＥＰＤは、複雑な回路設計を必要とせず、また、低コスト且つ高効率なロール・トゥ・ロール製造プロセスと両立できる。

本発明の別の要旨は、デュアルスイッチングモードおよびグレースケール性能の両方を有する電気泳動ディスプレイに関する。本発明の該要旨において、異なる明度（または暗さ）および彩度を、グレースケール技術を通して制御することができる。

全ての図は模式的に示されており、正確な縮尺ではないことに注意されたい。

発明の詳細な説明

本明細書において別途定義されない限り、全ての技術的な用語は、当業者が一般的に使用および理解しているように、常套の定義に従って本明細書において使用する。用語「適切に規定された（well-defined）」、「アスペクト比」および「画像露光（imagewise exposure：イメージ通りに露光）」は、上述の同時係属出願に定義された通りである。

本発明の範囲は、常套のＥＰＤならびにマイクロカップ、マイクロチャネルおよびマイクロカプセル等から製造されるＥＰＤを包含することが理解されよう。

用語「常套のＥＰＤ」は、当該技術分野で既知である任意の電気泳動セルを言うものである。電気泳動セルは、いずれの形およびサイズであってもよく、ディスプレイは、例えば、仕切型（またはパーテションタイプ）ディスプレイを含む。

用語「マイクロチャネル」は、米国特許第３６１２７５８号に開示されているタイプの電気泳動セルを言うものである。

用語「マイクロカップ（microcup）」は、カップ状の窪み（または凹部、indentation）を言い、マイクロエンボス加工、または非露光（もしくは未露光）領域または露光領域を除去する現像工程が後に続く画像露光（imagewise exposure：イメージ通りに露光）等の方法により形成され得る。さらに、集合状態にある複数形の「マイクロカップ（microcups）」は、一般に、構造化された二次元的マイクロカップアレイを構成するように一体的に形成または結合された、複数の該マイクロカップを含んで成るマイクロカップアッセンブリを言うものである。マイクロカップの寸法は、上述の同時係属出願に開示されている。

用語「トップシーリング（または上面シーリング）（top-sealing）」は、第１基板（もしくは基材）または電極層に構成されたディスプレイセルを充填して上面をシール（または封止）するシーリング方法を言わんとするものである。常套のエッジシール方法では、セルにディスプレイ流体を封入してエッジシールするために、２つの基板または電極層およびエッジシール接着剤が必要とされる。これに対して、トップシーリング方法では、第２基板または電極層をディスプレイセル上に配置する前に、ディスプレイ流体を封入してトップシールする。

用語「Ｄｍａｘ」はディスプレイの達成可能な最大光学密度を言うものである。

用語「Ｄｍｉｎ」はディスプレイの背景（またはバックグラウンド）の最小光学密度を言うものである。

用語「コントラスト比」は、Ｄｍａｘ状態における電気泳動ディスプレイの％反射率に対する、Ｄｍｉｎ状態における該ディスプレイの％反射率の比として定義されるものである。

I．常套のＥＰＤの不利点
（１）アップ／ダウンスイッチングのみを有するＥＰＤ
図１のＥＰＤは、アップ／ダウンスイッチングモードのみを有する。図中のセルには、着色された（赤、緑および青）誘電性流体に正電荷を帯びた白色粒子が分散している懸濁液が充填されている。図１に、上部電極と底部電極（または下部電極）（図示せず）との間の電圧差によって帯電された全３つのセルを示す。緑および青のセルでは、上部電極が低電圧を有し、これら２つのセル内の正電荷を帯びた白色粒子は透明な上部表示電極へ移動し、結果として、粒子の色（即ち、白）が２つのセル内の透明導体フィルムを通って観察者に反射される。赤のセルでは、底部電極が低電圧を有する；その結果として、正電荷を帯びた白色粒子はセルの下部に移動し、媒体の色（即ち、赤）が上部の透明導体フィルムを通して見られる。図１に示すシナリオでは、緑および青のピクセルから反射される白色光が赤のピクセルの彩度を大きく下げる。

（２）インプレーン（In-plane）スイッチングモードのみを有するＥＰＤ
図２Ａ−２Ｄに、インプレーンスイッチングモードのみを有する従来技術のＥＰＤの不利点を示す。

図２Ａにおいて、セルには、内部に分散された帯電白色粒子を含む無色の誘電性溶媒が充填されている。セルの背景は着色されている（即ち、赤、緑または青）。インプレーン電極間に電圧差があると、白色粒子はセルのいずれかの側面に移動し、背景の色（即ち、赤、緑または青）が上部の透明開口部から見える。インプレーン電極間に電圧差が無いと、粒子は誘電性溶媒中に散乱し、結果として白色（即ち、粒子の色）が上部の透明開口部から見える。このアレンジメント（無色の溶媒、着色された背景および白色粒子）は、高密度な黒状態に欠けたディスプレイをもたらす。

図２Ｂにおいて、セルには、内部に分散している黒色粒子を含む無色の流体が充填されている。セルの背景は着色されている（即ち、赤、緑または青）。インプレーン電極間に電圧差があると、粒子はセルのいずれかの側面に移動し、背景の色（即ち、赤、緑または青）が上部の透明開口部から見える。インプレーン電極間に電圧差が無いと、粒子は誘電性溶媒中に散乱し、結果として黒色（即ち、粒子の色）が上部の透明開口部から見える。このアレンジメント（溶媒／背景／粒子の色）は、望ましくないＤｍｉｎおよびコントラスト比を有する濁った白状態をもたらす。

図２Ｃは、内部に分散された着色粒子（即ち、赤、緑または青）を含む無色の流体が充填されたセルを示す。セルの背景は黒である。インプレーン電極間に電圧差があると、帯電された着色粒子はセルのいずれかの側面に移動し、背景の色（即ち、黒）が上部の透明開口部から見える。インプレーン電極間に電圧差が無いと、着色粒子は誘電性溶媒中に散乱し、結果として粒子の色（即ち、赤、緑または青）が上部の透明開口部から見える。この設計では、黒状態の質は高い。しかしながら、質の高い白状態は可能でない。結果として、このタイプの反射型ディスプレイは、Ｄｍｉｎ領域で濁った背景または低い反射度を有すると思われる。

図２Ｄにおいて、セルには、内部に分散している着色粒子（赤、緑または青）を含む無色の流体が充填されている。セルの背景は白である。インプレーン電極間に電圧差があると、粒子はセルのいずれかの側面に移動し、背景の色（即ち、白）が上部の透明開口部から見え、結果として質の高い白状態をもたらす。インプレーン電極間に電圧差が無いと、粒子は流体中に散乱し、結果として粒子の色（即ち、赤、緑または青）が上部の透明開口部から見える。この設計では、質の高い黒状態は得られない。

要約すると、インプレーンスイッチングモードのみでは、結果として、質の高い黒状態を有さない反射型カラーディスプレイ、または、質の高い白状態を有さないディスプレイのいずれかとなってしまう。このインプレーンスイッチングタイプの反射型カラーディスプレイでは、コントラスト比および彩度が不十分である。全てのインプレーンスイッチングＥＰＤにおいて、インプレーン電極の対向側にある基板は典型的には透明絶縁体であり、通常はディスプレイの表示側である。

II．本発明の電気泳動ディスプレイ
図３は、本発明の典型的な電気泳動セルの側面図を示す。カップ状のセルのみが示されているが、本発明の範囲は、マイクロチャネルおよび同等のものから形成されたセルおよび全てのタイプの常套の電気泳動セルを包含すると理解されよう。

セル（３０）は、上部層（３１）と底部層（３２）との間に挟まれている。上部層は、透明の上部電極（図示せず）を含む。底部層（３２）は、左手側にあるインプレーンスイッチング電極（３４）、底部電極（３５）および右手側にある別のインプレーン電極（３６）を含んで成る層（３２ａ）、ならびにオプションとして着色された背景層（３２ｂ）を有する。２つのインプレーン電極（３４、３６）と底部電極（３５）とを分離するギャップ（３７）が存在する。

背景層（３２ｂ）は、電極層（３２ａ）の上であってよく（図示せず）、また、電極層（３２ａ）の下であってもよい。別法では、層３２ａは、背景層として機能し、この場合には、層３２ａは黒または他の色であってよい。

更なる別法では、底部層は、間にギャップを有して、唯１つのインプレーンスイッチング電極および１つの底部電極を有してよい。

典型的には、図３のセルには、内部に分散された白色粒子（３９）を含む、クリアであるが着色された（即ち、赤、緑または青）誘電性溶媒（３８）が充填されており、セルの背景の色は典型的には黒である。粒子は正に帯電していても、負に帯電していてもよい。説明のために、本願を通じて、粒子は正に帯電しているものとする。

ディスプレイの各々のセル内の帯電粒子は、同じ色または異なる色を有してよい。各々のセルは、混合された色の帯電粒子を含む電気泳動流体で充填されていてもよい。

本発明の一態様では、電気泳動流体は、唯１つのタイプの粒子を含んで成る、換言すれば、全ての粒子が同じ電荷を帯び、そして同じ色を有する。

図４Ａ−４Ｃに示すように、デュアルスイッチングモードによって、粒子を垂直（アップ／ダウン）方向または平面（左／右）方向のいずれかに移動させる。例えば、図４Ａにおいて、上部電極の電圧を低く設定し、底部電極およびインプレーン電極の電圧を高く設定する。白色粒子は移動して上部の透明導体フィルムに集まり、観察者によって白色（即ち、粒子の色）が見られる。

図４Ｂにおいて、インプレーン電極を低い電圧に設定し、上部および底部電極を高い電圧に設定する。このシナリオでは、白色粒子がセルの側面に移動し、それゆえ、上部の透明導体フィルムを通して見られる色は、背景の色（即ち、黒）である。

図４Ｃにおいて、上部電極の電圧を高く設定し、底部電極の電圧を低く設定し、そしてインプレーン電極を低い電圧に設定すると、白色粒子はセルの底部に移動する。このシナリオでは、観察者によって、上部の透明導体フィルムを通して流体の色（即ち、赤、緑または青）が、図４Ｃの赤のセルに示されるように見られる。フルカラーディスプレイに赤のピクセルを与えるためには、緑および青のセル内の白色粒子を、側面（図４Ｃに示すように）または上部（図示せず）のいずれかに引き付けてよい。前者が好ましい。なぜなら、通常、前者は後者よりも高い彩度を示すからである。従って、デュアルスイッチングモード技術は、質の高い赤、緑、青、黒および白を含む全ての色が同一デバイスで得られる、第１のフルカラーＥＰＤを提供する。

さらに、背景の色は、一般に使われる黒色の代わりに、いずれの色（例えば、シアン、イエローまたはマゼンタ）であってもよい。例えば、図３のセルには、内部に分散する正電荷を帯びた白色粒子を含む赤の透明な（clear）誘電性溶媒が充填されていてよく、背景の色はイエローであってよい。この場合には、粒子が上部に移動すると、白色（即ち、粒子の色）が観察者によって見られ、粒子がセルの底部を覆うように移動すると、透明導体を通して媒体の色（即ち、赤）が見られる。しかしながら、白色粒子がセルの側面に移動すると、上部の透明導体フィルムを通して見られる色は、オレンジの色合いであり得る。

異なる粒子／媒体／背景の色の組み合わせ（例えば、白／赤／シアン、白／赤／マゼンタ、白／青／イエロー、白／青／シアン、白／青／マゼンタ、白／緑／イエロー、白／緑／シアン、白／青／マゼンタ等）を用いることにより、他の色合いまたは色調を得ることができる。

フルカラーディスプレイを得るための好ましい組み合わせは、白色粒子、黒色背景、および加法混色の原色（即ち、赤、緑または青）で別々に着色された流体である。

本発明の別の態様は、ハイライトオプションを有するモノクロディスプレイである。そのような場合には、ディスプレイの全てのセルが同一の背景色を有し、同一の電気泳動流体（即ち、同一の粒子／溶媒の色の組み合わせを有している）が充填されている。例えば、ディスプレイは白色粒子を有してよく、溶媒は原色（赤、緑または青）のうちの１つであり、背景の色は溶媒の色と対照をなす色である。このアレンジメントは、色付きのハイライトオプションを有する比較的簡素な二色デバイスに有用である。例えば、白色粒子、イエローの誘電性溶媒および黒の背景を有するＥＰＤは、図４Ｄ（上面図）に示すように、各々のセルまたはピクセルにおいて少なくとも３つの異なる色をディスプレイすることができる。白色粒子を上部表示電極に全て引き付けると、白色が見られる。白色粒子を底部電極に一様に引き付けると、上部表示電極を通してイエロー色が見られる。白色粒子をセルのいずれかの側面のインプレーン電極に引き付けると、上部表示電極を通して黒色が見られる。粒子が中間の状態に移動すると、中間色も可能である。粒子、溶媒および背景について予め選択された色を有する低コストのモノクロＥＰＤを駆動するために本発明のデュアルスイッチング機能を用いることによって、ディスプレイのいずれのピクセルにおいてもハイライト性能を有するというこの非常に望ましい特性を実現することができる。

要約すると、デュアルスイッチングモードを有する本発明のＥＰＤは、これまで達成できなかった質の高いフルカラーＥＰＤを提供し、およびモノクロＥＰＤに対して、モノクロディスプレイのいずれのピクセルにおいてもハイライトカラー性能を提供することができる。

III．本発明の電気泳動セルの製造
米国出願第０９／５１８４８８号（２０００年３月３日出願）および米国出願第０９／７８４９７２号（２００１年２月１５日出願）に開示されているように、通常は、マイクロカップをマイクロエンボス加工またはフォトリソグラフィによって製造することができる。

カップ状のセルのみを図に示しているが、常套の電気泳動セルならびにマイクロチャネル、マイクロカラムおよび同等のものから製造される電気泳動セルもまた、本発明の範囲内であることが理解されよう。

III(a) マイクロエンボス加工によるマイクロカップアレイの製造
雄型の製造
雄型は、例えば、ダイヤモンドターンプロセス（diamond turn process）またはレジストの現像後にエッチングもしくは電気メッキのいずれかを行うフォトレジストプロセス等のいずれの適当な方法によっても製造することができる。雄型用のマスターテンプレートは、電気メッキ等のいずれの適当な方法によっても製造することができる。電気メッキにより、ガラス基板にクロムインコネル等のシードメタルの薄層（典型的には３０００Å）をスパッタする。次いで、フォトレジスト層をコートして、ＵＶに曝露する。ＵＶとフォトレジスト層との間にマスクを置く。フォトレジストの露光領域は硬化状態となる。次いで、非露光領域を、適当な溶媒を用いて洗浄することにより除去する。残りの硬化フォトレジストを乾燥させ、シードメタルの薄層を再びスパッタする。これにより、電鋳用のマスターの準備が完了する。電鋳用の典型的な材料は、ニッケルコバルトである。別法では、マスターを、「コンティニュアス・マニュファクチャリング・オブ・シン・カバー・シート・オプティカル・メディア（Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media）」（SPIE Proc.）第１６６３巻、第３２４頁（１９９２年）に記載されているように無電解ニッケル付着または電鋳によりニッケルから形成してよい。型のフロアは、典型的には約５０〜４００ミクロンの厚さである。マスターは、ｅ（電子）−ビーム・ライティング、ドライ・エッチング、ケミカル・エッチング、レーザー・ライティングまたはレーザー干渉（laser interference）（例えば「リプリケーション・テクニクス・フォー・マイクロ−オプティックス（Replication techniques for micro-optics）」（SPIE Proc.）第３０９９巻、第７６〜８２頁（１９９７年）に記載されているようなもの）を含む他のマイクロエンジニアリング技術を用いて製造することもできる。別法では、型は、プラスチック、セラミックまたは金属を用いるフォトマシニングまたはダイヤモンドターニングによって製造することができる。

このようにして製造される雄型は典型的には約３〜５００ミクロン、好ましくは約５〜１００ミクロン、最も好ましくは約１０〜５０ミクロンの突出部を有し、円形、四角形または他の図形などのいずれの形状であってもよい。雄型は、ベルト、ローラまたはシートの形であってもよい。連続製造には、ベルトまたはローラタイプの型が好ましい。ＵＶ硬化性樹脂組成物を適用（または塗布）する前に、型を、離型プロセスを助ける離型剤で処理してよい。離型プロセスを更に改良するために、導体とマイクロカップとの間の接着を向上させるためにプライマーまたは接着促進層を導体フィルムにプリコートしてもよい。

マイクロカップを、米国出願第０９／７８４９７２号（２００１年２月１５日出願）に記載されているロール・トゥ・ロール連続製法またはバッチ式プロセスで形成できる。

マイクロエンボス加工プロセスの第１段階において、ローラ・コーティング、ダイ・コーティング、スロット・コーティング、スリット・コーティング、ドクターブレード・コーティング等のいずれかの適当な手段によって、パターン付き透明導体フィルムにＵＶ硬化性樹脂を典型的にはコートする。導体フィルムは、スパッタリングコーティングによって、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフテート、ポリアラミド、ポリイミド、ポリシクロオレフィン、ポリスルホンおよびポリカーボネート等のプラスチック基板上に通常は作製される。用いられる放射線硬化性材料は、例えば、多官能性アクリレートもしくはメタクリレート、ビニルエーテル、エポキシドおよびこれらのオリゴマー、ポリマー等の熱可塑性物または熱硬化物の前駆体である。多官能性アクリレートおよびこれらのオリゴマーが最も好ましい。多官能性エポキシドおよび多官能性アクリレートの組み合わせも、望ましい物理機械特性を得るのに非常に有用である。ＵＶ硬化性樹脂は、ディスペンスの前に脱気してよく、オプションとして溶媒を含んでいてよい。溶媒は、もし存在しても、直ちに蒸発する。

導体フィルム／基板上にコートされた放射線硬化性材料を、加圧下、雄型によってエンボス加工する。雄型が金属製かつ不透明であると、導体フィルム／基板は、樹脂の硬化に用いる化学線に対して典型的には透明（または透過性）である。逆に、雄型が透明であり、導体フィルム／基板が化学線に対して不透明であってよい。

放射線への曝露の後に、放射線硬化性材料は硬化状態となる。次いで、雄型を、形成されたマイクロカップから離す（またはリリースする）。

III(b) フォトリソグラフィによるマイクロカップアレイの製造
マイクロカップアレイを製造するためのフォトリソグラフィ・プロセスを、図５Ａおよび５Ｂに示す。

図５Ａおよび５Ｂに示すように、マイクロカップアレイは、既知の方法によってパターン付き透明導体フィルム（５２）にコートされた放射線硬化性材料（５１ａ）を、マスク（５６）を通じてＵＶ光（または別法では、放射線、電子線等の別の形態）に曝露して、マスク（５６）を通じて投射された像（イメージ）に対応する壁（５１ｂ）を形成することによって製造することができる。導体フィルム（５２）は、プラスチック基板（５３）上にある。

図５Ａのフォトマスク（５６）において、濃い四角（dark squares）（５４）は、用いられる放射線に対して不透明な領域を表し、濃い四角の間のスペース（５５）は、放射線透過性領域を表す。ＵＶは開口領域（５５）を通って放射線硬化性材料（５１ａ）上に放射する。

図５Ｂに示すように、露光領域（５１ｂ）が硬化し、次いで、非露光領域（マスク（５６）の不透明領域（５４）で保護されている）を適当な溶媒または現像液によって除去し、マイクロカップ（５７）を形成する。溶媒または現像液は、放射線硬化性材料を溶解または分散させるために一般に用いられるもの（例えば、メチルエチルケトン、トルエン、アセトン、イソプロパノール等）から選択する。

別法では、導体フィルム／基板の下にフォトマスクを置くことによって露光することができる。この場合には、導体フィルム／基板は、露光に用いられる放射線波長に対して透明である必要がある。

上述の方法により製造されたマイクロカップの開口部は、円形、正方形、長方形、六角形または他のいずれの形であってもよい。開口部の間の仕切領域は、所望の機械特性を維持しながらも高い彩度およびコントラストを得るために、小さくするのが好ましい。従って、例えば、円形開口部よりもハニカム形の開口部が好ましい。

反射型電気泳動ディスプレイでは、個々それぞれのマイクロカップの寸法は、約１０^２〜約１ｘ１０^６μｍ^２、好ましくは約１０^３〜約１ｘ１０^５μｍ^２の範囲内であってよい。マイクロカップの深さは、約５〜約２００ミクロンの範囲、好ましくは約１０〜１００ミクロンの範囲内である。全面積（全面積は、壁の中心から測定した壁を含む１つのカップの面積として定義する）に対する開口部の比は、約０．０５〜約０．９５、好ましくは約０．４〜約０．９の範囲内にある。

セルの着色背景層は、底部層（非表示側）への着色層のペインティング、印刷、コーティング、蒸着、スパッタリング、またはラミネーティングによって付加されていてよい。

III(c) 懸濁液の調製
セルには、着色された誘電性溶媒中に分散する帯電色素粒子を含んで成る電気泳動組成物が充填されている。懸濁液は、電界で移動しない付加的な着色剤をオプションとして含んでよい。色素分散物は、例えば米国特許第６０１７５８４号、第５９１４８０６号、第５５７３７１１号、第５４０３５１８号、第５３８０３６２号、第４６８０１０３号、第４２８５８０１号、第４０９３５３４号、第４０７１４３０号および第３６６８１０６号等の、当該技術分野で周知の方法によって調製してよい。また、アイ・イー・イー・イー・トランス・エレクトロン・デバイシィーズ（IEEE Trans. Electr. Dev.）、２４巻、第８２７頁（１９７７年）、およびジャーナル・アプライド・フィジックス（J. Appl. Phys.）第４９（９）巻、第４８２０頁（１９７８年）を参照のこと。

粒子の大きい移動度のためには、誘電性溶媒は、低粘度および約２〜約３０、好ましくは約２〜約１５の範囲の誘電率を好ましくは有する。適当な誘電性溶媒の例として、炭化水素、例えばデカヒドロナフタレン（デカリン（DECALIN））、５−エチリデン−２−ノルボルネン、脂肪油、パラフィン油；芳香族炭化水素、例えばトルエン、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；ハロゲン化溶媒、例えばジクロロベンゾトリフルオライド、３，４，５−トリクロロベンゾトリフルオライド、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、ならびにパーフルオロ溶媒、例えばパーフルオロデカリン、パーフルオロトルエン、パーフルオロキシレン、ＦＣ−４３、ＦＣ−７０およびＦＣ−５０６０（３Ｍ社（3M Company、ミネソタ州セントポール）製）；低分子量のハロゲン含有ポリマー、例えばポリ（パーフルオロプロピレンオキサイド）（ティシーアイ・アメリカ（TCI America、オレゴン州ポートランド）製）、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）、例えばハロカーボン・オイル（Halocarbon Oils）（ハロカーボン・プロダクト社（Halocarbon Product Corp.、ニュージャージー州リバーエッジ）製）、パーフルオロポリアルキルエーテル、例えばガーデン（Galden）、ＨＴ−２００およびフルオロールインク（Fluorolink）(オーシモント（Ausimont）製）またはクライトックス・オイル（Krytox Oils）およびグリースＫ−フルイッド・シリーズ（Greases K-Fluid Series）（デュポン（DuPont、デラウェア州）製）が挙げられる。１つの好ましい態様では、ポリ（クロロトリフルオロエチレン）を誘電性溶媒として使用する。別の好ましい態様では、ポリ（パーフルオロプロピレンオキサイド）を誘電性溶媒として使用する。

誘電性溶媒は対照を為す染料または色素（顔料）により着色できる。非イオン性のアゾおよびアントラキノン染料が特に有用である。有用な染料の例には次のものが含まれるが、それらに限定されるものではない：オイル・レッド（Oil Red）ＥＧＮ、スーダン・レッド（Sudan Red）、スーダン・ブルー（Sudan Blue）、オイル・ブルー（Oil Blue）、マクロレックス・ブルー（Macrolex Blue）、ソルベント・ブルー（Solvent Blue）３５、ピラム・スピリット・ブラック（Pylam Spirit Black）およびファスト・スピリット・ブラック（Fast Spirit Black）（ピラム・プロダクツ社（Pylam Products Co.、アリゾナ州）製）、スーダン・ブラック（Sudan Black）Ｂ（アルドリッチ（Aldrich）製）、サーモプラスチック・ブラック（Thermoplastic Black）Ｘ−７０（バスフ（BASF）製）、アントラキノン・ブルー（anthraquinone blue）、アントラキノン・イェロー（anthraquinone yellow）１１４、アントラキノン・レッド（anthraquinone red）１１１および１３５、アントラキノン・グリーン（anthraquinone green）２８（アルドリッチ製）。パーフルオロ溶媒を用いるとき、フッ素化染料が特に有用である。対照を為す色素の場合には、媒体の着色料を誘電性媒体に分散させることもでき、帯電していないのが好ましい。対照色の色素粒子を帯電させると、該粒子は、帯電した原色の色素粒子の電荷と反対の電荷を帯びているのが好ましい。対照色および原色の両方の色素粒子が同一の電荷を帯びるとき、これらは、異なる電荷密度または異なる電気泳動移動度を有する必要がある。ＥＰＤに用いられる染料または色素は、化学的に安定であり、また、懸濁液中の他の成分と適合性（または相溶性）である必要がある。

帯電原色粒子は好ましくは白であり、有機または無機色素（例えばＴｉＯ_２、ＢａＳＯ_４、ＺｎＯ等）から形成されてよい。着色色素粒子を用いるとき、これらを、フタロシアニン・ブルー（phthalocyanine blue）、フタロシアニン・グリーン（phthalocyanine green）、ジアリリド・イェロー（diarylide yellow）、ジアリリド（diarylide）ＡＡＯＴイェロー（yellow）、およびキナクリドン（quinacridone）、アゾ（azo）、ローダミン（rhodamine）、ペリレン（perylene）色素シリーズ（サン・ケミカル（Sun Chemical）製）、ハンサ・イェロー（Hansa yellow）Ｇパーティクルズ（particles）（関東化学製）、およびカーボン・ランプブラック（Carbon Lampblack）（フィッシャー（Fisher）製）から選択してよい。粒径は、好ましくは０．０１−５ミクロンの範囲、更により好ましくは０．０５−２ミクロンの範囲である。粒子は、許容できる光学特性を有する必要があり、誘電性溶媒によって膨潤または軟化してはならず、また、化学的に安定である必要がある。また、得られる懸濁液が、通常の操作条件において、沈降、クリーミングまたは凝集に対して安定であることも必要である。

移動する色素粒子は元々電荷を示しても、あるいは帯電制御剤を用いて顕在化するように帯電してもよく、あるいは誘電性溶媒に懸濁したときに電荷を得てもよい。適当な帯電制御剤は当該技術分野において周知である；これらは、本来的にポリマー性のものであっても、非ポリマー性のものであってもよく、また、イオン性または非イオン性であってもよく、以下のイオン性界面活性剤を含む：エアロゾル（Aerosol）ＯＴ、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、金属石鹸、ポリブテンスクシンイミド、無水マレイン酸コポリマー、ビニルピリジンコポリマー、ビニルピロリドンコポリマー（例えばガネックス（Ganex、インターナショナル・スペシャルティ・プロダクツ（International Specialty Products）製））、（メタ）アクリル酸コポリマー、およびＮ，Ｎ−ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレートコポリマー。フルオロ界面活性剤はパーフルオロカーボン溶媒における帯電制御剤として特に有用である。これらの例として、ＦＣフルオロ界面活性剤、例えばＦＣ−１７０Ｃ、ＦＣ−１７１、ＦＣ−１７６、ＦＣ４３０、ＦＣ４３１およびＦＣ−７４０（３Ｍ社製）およびゾニル（Zonyl）フルオロ界面活性剤、例えばゾニルＦＳＡ、ＦＳＥ、ＦＳＮ、ＦＳＮ−１００、ＦＳＯ、ＦＳＯ−１００、ＦＳＤおよびＵＲ（デュポン製）が挙げられる。

適当な帯電色素分散物はいずれの周知の方法で製造してもよく、そのような方法には粉砕（grinding）、摩砕（milling）、摩擦（attriting）、マイクロ流動化（microfluidizing）および超音波を利用する技術が含まれる。例えば、微粉末の形態の色素粒子を懸濁溶媒に加え、得られる混合物を数時間、ボールミルで粉砕または摩滅させて、高度に凝集した乾燥色素粉末を一次粒子に解砕する。好ましさは劣るが、誘電性溶媒に色を付与する染料または色素を、ボールミル処理の間に懸濁液に加えてよい。

色素粒子の沈降またはクリーミングを、比重を誘電性溶媒の比重に適合させるのに適したポリマーで粒子をコーティングまたはマイクロカプセル化することによって解消できる。色素粒子のマイクロカプセル化またはコーティングは、化学的または物理的に行うことができる。典型的なマイクロカプセル化方法として、界面重合、イン・シトゥー重合、相分離、コアセルベーション、静電コーティング、噴霧乾燥、流動層コーティングおよび溶媒蒸発が挙げられる。

密度を適合させた色素含有マイクロ粒子を、同時係属特許出願である、米国出願第６０／３４５９３６号（２００２年１月３日出願）、米国出願第６０／３４５９３４号（同様に２００２年１月３日出願）、米国出願第１０／３３５２１０号（２００２年１２月３１日出願）、米国出願第１０／３３５０５１号（２００２年１２月３１日出願）、米国出願第６０／４０００２１号（２００２年７月３０日出願）、米国出願第６０／４１８０７８号（２００２年１０月１０日出願）および米国出願第６０／３５６２２６号（２００２年２月１１日出願）（これらの内容は、参照することにより本明細書に組み込まれる）に開示されている方法によって製造することができる。密度を適合させた色素含有マイクロ粒子の平均粒径は、０．１−１０μｍの範囲、好ましくは０．２５−３μｍの範囲であり得る。

III(d) マイクロカップの充填およびトップシーリング
充填およびトップシーリング方法は、同時係属特許出願である、米国出願第０９／５１８４８８号、米国出願第０９／７８４９７２号、米国出願第０９／８７９４０８号、米国出願第０９／８７４３９１号および米国出願第６０／４０８２５６号（これらの開示内容は、全て、参照することにより本明細書に組み込まれる）に記載されている。

マイクロカップを電気泳動組成物で充填した後に、トップシールする。マイクロカップのトップシーリングの重要な工程を、いくつかの方法によって達成することができる。好ましいアプローチは、着色された誘電性溶媒中に分散する帯電色素粒子または色素含有粒子を含んで成る電気泳動流体中に、ＵＶ硬化性組成物を分散させることである。適当なＵＶ硬化性材料として、アクリレート、メタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ブタジエン、イソプレン、アリルアクリレート、多価アクリレートもしくはメタクリレート、シアノアクリレート、（ビニルベンゼン、ビニルシラン、ビニルエーテルを含む）多価ビニル、多価エポキシド、多価イソシアネート、多価アリル、および架橋性官能基を含むオリゴマーもしくはポリマーが挙げられる。ＵＶ硬化性組成物は、誘電性溶媒に非混合性であり、誘電性溶媒および色素粒子を含んで成る電気泳動組成物の比重よりも低い比重を有する。２つの組成物（ＵＶ硬化性組成物および電気泳動組成物）を、例えばインラインミキサーを用いて完全にブレンドし、例えばマイラド・バー（Myrad bar）、グラビア印刷、ドクター・ブレード、スロット・コーティングまたはスリット・コーティング等の精密コーティング機構によってマイクロカップに速やかにコートする。過剰の流体を、ワイパー・ブレードまたは同様のデバイスによって除去する。マイクロカップの仕切壁の上面に残留する電気泳動流体を除去するのに、例えば、ヘプタン、イソプロパノールまたはメタノール等の少量の弱い溶媒または溶媒混合物を用いてよい。電気泳動流体の粘度および被覆率（coverage）をコントロールするのには、揮発性有機溶媒を用いてよい。次いで、このようにして充填されたマイクロカップが乾燥されて、ＵＶ硬化性組成物が電気泳動流体の上部に浮かぶ。該組成物が上部に浮かぶ間または後に、表面に浮かぶＵＶ硬化性の層を硬化することにより、マイクロカップをトップシールすることができる。トップシーリング層を硬化してマイクロカップをシールするのに、ＵＶ光または他の放射線（例えば可視光、ＩＲまたは電子線等）を用いてよい。別法において、熱または湿気硬化性組成物を用いるとき、トップシーリング層を硬化するのに熱または湿気を用いることもできる。

アクリレートモノマーおよびオリゴマーに対して望ましい密度ならびに溶解度差を示す好ましい誘電性溶媒の群は、ハロゲン化炭化水素であり、特に、アウジモント社（Ausimont)（イタリア）製、またはデュポン（Du Pont）社（デラウェア州）製のパーフルオロエーテル等のパーフルオロ溶媒、ならびにこれらの誘導体である。電気泳動流体とシーリング材料との間の界面の接着および濡れを向上させるのに、界面活性剤を用いてよい。界面活性剤の例として、ＦＣ界面活性剤（３Ｍ社製）、ゾニルフルオロ界面活性剤（デュポン社製）、フルオロアクリレート、フルオロメタクリレート、フッ素置換長鎖アルコール、パーフルオロ置換長鎖カルボン酸、およびこれらの誘導体が挙げられる。

別法では、特にトップシーリング前駆体が少なくとも部分的に誘電性溶媒と相溶性であるとき、混合を防ぐために、電気泳動流体およびトップシーリング組成物を順にマイクロカップ内に適用することができる。従って、放射線、熱、溶媒蒸発、湿気または界面反応によって硬化できるトップシーリング組成物の薄層を、充填されたマイクロカップの表面にオーバーコートすることによって、マイクロカップのトップシーリングを達成することができる。コーティングの粘度および厚さを調節するのに揮発性有機溶媒を用いてもよい。揮発性溶媒をオーバーコートに用いるとき、該溶媒が誘電性溶媒と非混和性であってトップシーリング層と電気泳動流体との間の混合度を下げることが好ましい。更に混合度を下げるために、オーバーコートされるトップシーリング組成物の比重が電気泳動流体の比重よりも大きくないことが大いに望ましい。同時係属の特許出願である米国出願第０９／８７４３９１号（２００１年６月４日出願）において、好ましいトップシーリング組成物として、熱可塑性エラストマーを含んで成る組成物が開示されている。他の同時係属の特許出願である米国出願第６０／４０８２５６号においては（その内容は、参照することにより、全て、本明細書に組み込まれる）、好ましいトップシーリング組成物として、ポリウレタンを含んで成る組成物が開示されている。フィルムの保全性（または一体性）およびコーティングの質を向上させるのに、例えば、シリカ粒子、バインダーポリマーおよび界面活性剤等の添加剤を用いてもよい。

別法において、界面重合およびこれに続くＵＶ硬化がトップシーリング方法に非常に有益であることが見出された。界面重合または架橋によって界面に薄いバリア層を形成することにより、電気泳動層とトップシーリングオーバーコートとの間の混合を著しく抑制する。次いで、好ましくはＵＶ放射によるポスト硬化工程によってトップシーリングを完了する。２工程のオーバーコートプロセスは、用いられる染料がトップシーリング組成物に少なくとも部分的に溶解性であるとき、特に有用である。

III(e) マイクロカップのラミネーション
次いで、好ましくは接着層を有する別の電極フィルムを用いて、トップシールされたマイクロカップをラミネートする。適当な接着材料として、感圧性接着剤（アクリル系およびゴムタイプ）、ＵＶ硬化性接着剤（例えば、多官能性アクリレート、エポキシド、ビニルエーテルもしくはチオレン等を含む）、ならびに湿気または熱硬化性接着剤（例えば、エポキシ、ポリウレタンもしくはシアノアクリレート接着剤等）が挙げられる。

本発明の一態様において、アクティブ駆動機構も提供するために、底部電極層の１つとして薄膜トランジスタを含む基板を用いてよく、このシナリオでは上部電極は透明である。

トップシールされたマイクロカップに、コーティング、印刷、蒸着、スパッタリングまたはこれらの組み合わせによって第２（上部）電極層を配置することもできる。

IV．デュアルモードスイッチングの操作
IV(a) パッシブマトリクス
(1) 電極回路設計
図６Ａは、２層のパッシブマトリクス電極回路設計の側面図である。図６Ｂは、デュアルモードの２層のパッシブマトリクス電極設計の上面図を示す。１つの上部層（６１）と底部層（６２）との間にセル（６０）をはさむ。水平方向のバーは、透明であり、且つセルの上部を走る行（ロウ）電極（６３）である。底部層（６２）は、セルの左側にある１つのインプレーン電極（６４）、１つの底部列（カラム）電極（６５）および右側の別のインプレーン電極（６６）から成る。インプレーン電極とカラム電極との間にギャップ（６７）が存在する。

上部行電極、底部列電極およびインプレーン電極の断面は、ディスプレイセルを規定する。

(2) 駆動タイミングシーケンス
本発明のデュアルモードスイッチングを説明するために、共通の黒背景および透明な（clear）着色溶媒中に分散する正電荷を帯びた白色粒子を含んで成る電気泳動セルを用いる。

選択したセルまたはピクセルの上部行電極（６３）を粒子と反対の極性で帯電させ、同時に、底部列電極（６５）およびインプレーン電極（６４）を粒子と同じ極性で帯電させて、粒子を上方へ引き寄せることにより、純白（true white）状態を生成することができる。観察者は上部透明導体層を通して白色を見る。

図７Ａは、セルのアレイの断面図であり、純白状態を示す。白色粒子が全てのセル内でセルの上部に移動すると、結果として生ずる色（即ち、白）が透明導体フィルム（図示せず）を通して上部から見られる。図７Ｂは、純白状態を示すセルのアレイの上面図である。

真黒（true black）状態を、例えば２工程の駆動プロセスにより得ることができる。第１工程において、行電極（６３）の電圧を高く設定し、列電極（６５）および２つのインプレーン電極（６４）の電圧を低く設定する。結果として、白色粒子はセルの底部に初めに引き寄せられる。第２工程において、インプレーン電極の電圧を低く設定し、列電極の電圧を高く設定し、そして行電極の電圧も高く設定する。これらの設定の下で、白色粒子は、電界によって動かされ、移動してセルの側面を覆い、結果として上部の導体フィルムを通して黒の背景色が見られる。

別法では、真黒状態を１工程の駆動プロセスを用いることにより得ることもできる。より詳しくは、選択されたセルの行（６３）および列（６５）電極を高電圧に、そしてインプレーン電極（６４）を低電圧に設定することによって、黒色を見ることができる。行および列電極に印加される電圧は同じでなくてもよい。これにより、上部行電極（６３）および底部列電極（６５）の両方からの電界は、選択されたセル内の粒子にセルのエッジに向かって迅速に移動することを余儀なくさせ、結果として質の高い真黒状態が実現される。

図８Ａは、（図７Ａに示すものと）同一のセルのアレイの断面図であり、本発明の真黒状態を示す。全てのセルの白色粒子はセルの側面に移動し、結果として背景（即ち、黒）の色が上部透明導体フィルムを通して見られる。図８Ｂは、真黒状態を示すセルのアレイの上面図である。

上部（行）電極（６３）の電圧を高く設定し、列電極（６５）および２つのインプレーン電極（６４）の電圧を低く設定するとき、選択されたセルは着色された（例えば、赤、青または緑）状態を得ることができる。この場合では、セル内の白色粒子は電界によって動かされ、底部の列電極に移動する。セルの底部は白色粒子で覆われ、誘電性溶媒の色（即ち、赤、緑または青）が上部透明導体層を通して見られる。選択されたピクセルのセル内の帯電白色粒子を底部に移動させることにより、本発明においていずれの色の組み合わせも得ることもできる。粒子が底部列電極に部分的に移動するように電圧を調整することによってグレースケールを得ることもできる。

図９Ａは、（図７Ａおよび図８Ａに示すものと）同一のセルのアレイの断面図であり、本発明の同一のＥＰＤディスプレイにおいて、白、黒および２色の状態を示す。上部行電極（６３）に移動した白色粒子を含むセルは白色を示す；底部列電極（６５）に移動した白色粒子を含むセルは誘電性溶媒の色（即ち、赤、緑または青）を示す；そして、セルの側面に移動した白色粒子を含むセルは黒色を示す。図９Ｂは、複数の色（マルチカラー：multiple colors）を示すセルのアレイの上面図である。

セル内の２つのインプレーン電極を用いたデュアルスイッチングモードを上述したが、唯１つのインプレーン電極または多数のインプレーン電極を用いて同じ結果を得ることもできる。

IV(b) ＴＦＴアクティブマトリクス
(1) 電極回路設計
ＬＣＤディスプレイシステムに用いられるＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アクティブマトリクス（ＡｃｔｉｖｅＭａｔｒｉｘ）は、米国特許第５１３２８２０号に記載されている。そのようなＴＦＴ技術を、本発明のデュアルモードＥＰＤに適用することもできる。好ましい態様では、例えばＩＴＯ等の透明導体材料でできている上部層電極は、ディスプレイの上面全体を覆うワンピース形状である。上部電極はグラウンド（０Ｖ）に接続する。図１０Ａは、２ｘ２のセルアレイの底部電極層の上面図を示す。図１０Ｂは、ＴＦＴ接続の詳細を示す。各セル（１００）は、１つの底部電極（１０１）および２つのインプレーン電極（１０２）を含んで成る。各々の底部電極はＴＦＴ（１０４ａ）のドレイン（１０３ａ）に接続する。各セルのインプレーン電極は別のＴＦＴ（１０４ｂ）のドレイン（１０３ｂ）に接続する。ＴＦＴ（１０４ａおよび１０４ｂ）のソース（１０５ａおよび１０５ｂ）は、デバイスの底面を通って垂直に走る信号線（１０６ａおよび１０６ｂ）に接続する。ＴＦＴ（１０４ａおよび１０４ｂ）のゲート（１０７ａおよび１０７ｂ）は走査線（１０８）に接続し、該走査線はデバイスの底面を通って水平に走る。走査線および信号線はマトリクス構造を形成するが、互いに絶縁されている。

デュアルモードスイッチングにおいて、各セルには、底部電極（１０１）およびインプレーン電極（１０２）を独立して制御するのに、２つのＴＦＴ（１０４ａおよび１０４ｂ）が必要とされる。セル（１００）の行（ロウ）が走査されると、走査線（１０８）は、該セルの行にあるＴＦＴ（１０４ａおよび１０４ｂ）のゲート（１０７ａおよび１０７ｂ）に電圧を印加して、ＴＦＴをターンオンする。同時に、ＴＦＴのソース（１０５ａおよび１０５ｂ）に接続されている信号線（１０６ａおよび１０６ｂ）において各電極への信号を印加する。次いで、これらの信号を、底部電極およびインプレーン電極にそれぞれに接続されている、ＴＦＴのドレイン（１０３ａおよび１０３ｂ）にスイッチする。信号は、各セルの所望のバイアス状態を形成する。電圧を維持するための蓄積コンデンサ（１０９ａおよび１０９ｂ）を追加し、これにより、電極の電圧はスイッチングの後でもセルにバイアスを与え続ける。この駆動スキームは、スイッチング時間を劇的にスピードアップする。さらに、蓄積コンデンサ（１０９ａおよび１０９ｂ）をチャージした後に、ドライバーは次の行をスイッチし続けることができる。電極の各行のスイッチング時間は、蓄積コンデンサのチャージ時間のみである。これにより、ディスプレイの応答時間が大きく減少する。

(2) 駆動タイミングシーケンス
本発明のデュアルモードスイッチングを説明するために、共通の黒背景および透明な着色溶媒中に分散する正電荷を帯びた白色粒子を含んで成る電気泳動セルを用いる。

好ましい態様において、デバイスの上部電極をグラウンド（０Ｖ）に永久に接続する。図１０Ｃに示すように、走査線を電圧Ｖonに設定し、走査行上の全てのＴＦＴをターンオンする。次いで、信号線の電圧を底部電極およびインプレーン電極にスイッチする。底部電極およびインプレーン電極の両方を負電圧に設定すると、セル内の粒子がセルの底面に移動する。セルの底部が白色粒子で覆われて、誘電性溶媒の色（即ち、赤、緑または青）が上部透明導体層を通して見られる。

図１０Ｄに示すように、底部電極およびインプレーン電極の両方を正電圧に設定すると、セル内の粒子はセルの上面に移動する。セル内の白色粒子がセルの上部に移動することにより、導体層を通して上部から白色が見られる。

図１０Ｅに示すように、底部電極を０Ｖに設定し、インプレーン電極を負電圧に設定すると、粒子が小さなインプレーン電極の領域に移動し、結果として黒の背景色が上部透明導体フィルムを通して見られる。

セルの行が走査された後、各セルの蓄積コンデンサが信号線電圧に従ってチャージされる。セルの行が走査されないとき、該セルの行は非走査位相にある。非走査位相の間、蓄積コンデンサにより設定された電圧を有する電極は、電界を発生し続け、そして粒子の動きを制御し続ける。

この設計の走査時間の限界は、蓄積コンデンサの放電時間によって決定される。良好なスイッチング速度を維持するために、電圧が１０％を超えて降下する前に、コンデンサをリフレッシュ（再チャージ）させる必要がある。ディスプレイ応答（オン／オフ）時間はピクセルオン／オフ時間によって決まる。なぜなら、各ピクセルは迅速にチャージおよびリフレッシュされ得るからである。従って、ラインからラインへの走査の遅延を無視することができる。

IV(c) パッシブマトリクスとＴＦＴアクティブマトリクスとの組み合わせ
(1) 電極回路設計
この新規の設計では、駆動電極設計にパッシブマトリクス電極およびＴＦＴアクティブマトリクスの両方を利用する。図１１Ａは駆動回路設計の上面図、図１１Ｂはその側面図を示す。底部電極層（１１７）は、底部列電極（１１１）およびインプレーン電極（１１２）を含んで成る。各セルのインプレーン電極をＴＦＴ（１１３）のドレインに接続する。ＴＦＴのソースを、デバイスの底面を通って垂直に走る信号線（１１４）に接続する。ＴＦＴのゲートを、デバイスの底面を通って水平に走る走査線（１１５）に接続する。走査線および信号線はマトリクス構造を形成するが、２つのタイプの線は互いに絶縁されている。セル（１１０）を、１つの上部層（１１６）と底部層（１１７）との間に挟む。水平方向のバーは、透明であり且つセル（１１０）の上部を通って走る上部行電極（１１８）である。２つのインプレーン電極（１１２）と列電極（１１１）とを分離するギャップ（１１９）が存在する。上部行電極、底部列電極およびインプレーン電極の断面がディスプレイセルを規定する。

上部行電極（１１８）および底部列電極（１１１）は、粒子の上下方向の動きを制御するパッシブマトリクスを形成する。インプレーン電極（１１２）および底部列電極（１１１）は粒子のインプレーンの動きのためのバイアス電圧を与える。インプレーン電極はＴＦＴアクティブマトリクスによって制御される。

図１１Ｃに示すように、走査信号を電圧Ｖonに設定し、走査行上の全てのＴＦＴをターンオンする。次いで、信号線の電圧をインプレーン電極にスイッチする。底部列電極およびインプレーン電極の両方を低電圧に設定し、上部行電極を高電圧に設定すると、セル内の粒子はセルの底面に移動する。従ってセルの底部が白色粒子によって覆われ、誘電性溶媒の色（即ち、赤、緑または青）が透明導体層を通して見られる。

図１１Ｄに示すように、底部電極およびインプレーン電極の両方を高電圧に設定し、上部行電極を低電圧に設定すると、セル内の粒子はセルの上面に移動する。セル内の白色粒子がセルの上部に移動すると、上部から白色が見られ、セルは白色状態になる。

図１１Ｅに示すように、上部行電極および底部列電極を高電圧に設定し、インプレーン電極を低電圧に設定すると、粒子は小さなインプレーン電極の領域に移動し、結果として黒の背景色が上部透明導体フィルムを通して見られる。

この設計は、インプレーンスイッチングの時間を減らすという利点を有する。インプレーン電極をＴＦＴによって制御するとき、蓄積コンデンサはインプレーン電極の電圧を維持する。非走査位相の間、蓄積コンデンサにより設定された電圧を有する電極は、電界を発生し続け、そして粒子の動きを制御し続ける。これにより、セルのスイッチング時間を効果的に減らす。

IV(d) パッシブマトリクスおよびＴＦＴアクティブマトリクスの別の組み合わせ
(1) 電極回路設計
別の新規の設計では、駆動電極設計にパッシブマトリクス電極およびＴＦＴアクティブマトリクスの両方を利用する。図１２Ａは、駆動回路設計の上面図を示し、図１２Ｂはその側面図を示す。底部電極層（１２７）は、底部列電極（１２１）およびインプレーン電極（１２２）を含んで成る。各セルの底部電極をＴＦＴ（１２３）のドレインに接続する。ＴＦＴのソースを、デバイスの底面を通って垂直に走る信号線（１２４）に接続する。ＴＦＴのゲートを、デバイスの底面を通って水平に走る走査線（１２５）に接続する。走査線および信号線はマトリクス構造を形成するが、互いに絶縁されている。セル（１２０）を、上部層（１２６）と底部層（１２７）との間に挟む。水平方向のバーは、透明であり且つセルの上部を通って走る上部行電極（１２８）である。２つのインプレーン電極（１２２）と底部電極（１２１）とを分離するギャップ（１２９）が存在する。上部行電極、底部電極およびインプレーン電極の断面がディスプレイセルを規定する。

上部行電極およびインプレーン電極は、パッシブマトリクスを形成する。インプレーン電極および底部電極は、粒子のインプレーンの動きのためのバイアス電圧を与える。底部電極はＴＦＴアクティブマトリクスによって制御される。

図１２Ｃに示すように、走査信号を電圧Ｖonに設定し、走査行上の全てのＴＦＴをターンオンにする。次いで、信号線の電圧を底部電極にスイッチする。底部電極およびインプレーン電極の両方を低電圧に設定し、上部行電極を高電圧に設定すると、セル内の粒子はセルの底面に移動する。セルの底部が白色粒子で覆われ、誘電性溶媒の色（即ち、赤、緑または青）が上部透明導体層を通して見られる。

図１２Ｄに示すように、底部電極およびインプレーン電極の両方を高電圧に設定し、上部行電極を低電圧に設定すると、セル内の粒子はセルの上面に移動する。セル内の白色粒子がセルの上部に移動し、結果として上部から白色が見られ、ピクセルは白状態となる。

図１２Ｅに示すように、上部行電極および底部列電極を高電圧に設定し、インプレーン電極を低電圧に設定すると、粒子は小さなインプレーン電極の領域に移動し、結果として黒の背景色が上部透明導体フィルムから見られる。

この設計は、アップダウンスイッチングの時間を減らすという利点を有する。底部電極をＴＦＴによって制御するとき、蓄積コンデンサは底部電極の電圧を維持する。非走査位相の間、蓄積コンデンサによって設定された電圧を有する電極は、電界を発生し続け、そして粒子の動きを制御し続ける。これにより、セルのスイッチング時間を効果的に減らす。

V．デュアルスイッチングモードＥＰＤのカラーコントロール
多くの場合において、ディスプレイのメインカラー以外の色および色合いをディスプレイ（または表示）できることが望ましい。例えば、セルが赤状態、白状態および黒状態の間でシフトし得る電気泳動ディスプレイ等の、例えば、メインカラーが赤、白および黒であるデュアルモードディスプレイにおいて、中間の色合いをディスプレイできることが望ましい。このことを、当該技術分野ではグレースケール技術と呼ぶ。

図１３は、デュアルスイッチングモードを有するグレースケールオプションを示す。例えば、図１３のセルに、内部に分散された帯電白色粒子を含む赤の透明な（clear）誘電性溶媒を充填してよく、セルの背景色は黒である。この場合では、粒子が上部に移動すると、観察者から白色が見られ、白色粒子がセルの側面に移動すると、黒の背景が見られる。しかしながら、粒子が底部に移動すると、上部透明導体フィルムを通して観察者に見られる色は赤である。このシナリオでは、黒の背景上にある白色粒子による領域の被覆率（coverage）が赤色の「暗さ（darkness）」に影響を及ぼす。各々のセル内の「赤さ（redness）」または「暗さ（darkness）」のレベルの認識は、黒色領域と赤色領域との比、換言すると、白色粒子が黒背景を覆う程度に依存する。例えば、セルＡは、セルＢおよびＣよりも暗い赤色を示し得る。なぜなら、セルＡにおいては、白色粒子に覆われていない背景領域がより広いからである。セルＣは純粋（ピュア）な赤色を示し得る。なぜなら、黒の背景領域の大部分を白色粒子が覆っているからである。この色制御スキームは、例えば、ＲＧＢ系（内部に分散された白色粒子を含む、赤、緑および青の溶媒を含むセルを含んで成る）等の加色系に適当である。

セルＡに示すように、全ての白色粒子をインプレーン電極に初めに移動させることによって、このタイプのグレースケール制御を達成することができる。次いで、所望の明度に従って所定の量（または相当量）の白色粒子を底部電極に移動させる。白状態は、全ての白色粒子を上部に移動させ、上部表示面を覆うことによって得られる。

底部電極に移動する粒子の量を、グレースケール制御技術を用いて決定してよい。グレースケール制御を、駆動パルス振幅（または出力レベル：amplitude）制御または駆動パルス幅制御によって実行できる。図１５Ａは、より大きな駆動力を供給する、より高いパルス振幅を示し（セルＣ）、これにより、より多くの粒子を底部電極に移動させる。図１５Ｂの駆動波形を適用すると、より広いパルス幅を有するパルスもまた、より大きな駆動力を供給し（セルＣ）、より多くの粒子を底部電極に移動させる。別の駆動方法は、電極に複数の（複合、多重またはマルチ）パルスを適用することである（図示せず）。より多くのパルスは、より大きな駆動力を供給し、より多くの粒子を底部電極に移動させ得る。上述の３つの駆動パルス変調アルゴリズムを、最適なカラーグレースケール制御を得るために組み合わせることもできる。

図１４は、デュアルスイッチングモードＥＰＤでの、彩度のグレースケール制御を示す。例として、図１４のセルは、マゼンタの透明な（clear）誘電性溶媒中に分散された白色帯電粒子および黒背景を有するものとする。この場合では、上部電極と底部電極との間の粒子の分布を制御することによって、色の飽和（または彩度）を達成することができる。セルＡに示すように、セルの上側部分に白色粒子をランダムに分布させると、より多くの白色粒子が目に見え、彩度が低い。セルＣに示すように、セルの下側部分に白色粒子をランダムに分布させると、より少ない白色粒子が見え、彩度は高い。換言すると、セルＣの色はセルＡの色よりも飽和している。従って、初めに全白色粒子を上部に移動させ、次いでグレースケール制御技術を用いて底部に移動させることにより、彩度の制御を達成することができる。この色制御スキームは、例えば、ＣＭＹ系（内部に分散された白色粒子を含む、シアン、マゼンタおよびイエローの溶媒を含むセルを含んで成る）等の減色系に適当である。黒状態は、全白色粒子をインプレーン電極に移動させ、黒の背景が見られるようにすることによって得られる。

このタイプのグレースケール制御を、駆動パルス振幅制御または駆動パルス幅制御によって実施することができる。図１５Ａは、より大きな駆動力を供給する、より高いパルス振幅を示し（セルＣ）、より多くの粒子が上部電極から離れて移動する。図１５Ｂの駆動波形を適用すると、より広いパルス幅を有するパルスも、より大きな駆動力を供給し（セルＣ）、より多くの粒子が上部電極から離れて移動する。別の駆動方法は、電極に複数のパルスを適用することである（図示せず）。より多くのパルスは、より大きな駆動力を供給し、より多くの粒子を底部電極へ動かすことができる。上述の３つの駆動パルス変調アルゴリズムを、最適なカラーグレースケール制御を達成するために組み合わせることもできる。

本発明をその特定の態様を参照しつつ説明して来たが、本発明の真の概念および範囲を逸脱することなく種々の変更が成され得、また均等物で置換され得ることが当業者に理解されるべきである。加えて、特定の状況、材料、組成物、プロセス、処理工程（１つまたはそれ以上）に適合するよう、本発明の目的、概念および範囲に対して多くの改変がなされ得る。そのような全ての改変は添付の特許請求の範囲に属することを意図するものである。

本発明ならびにこれを製造および使用する方法およびプロセスは、本発明が属する技術分野における当業者がこれを製造および使用することができる程に十分な、明確な、簡潔な、そして正確な表現で本明細書に記載されている。上記は本発明の好ましい態様を記載していること、および、特許請求の範囲に記載されている本発明の範囲から逸脱することなく改変が成され得ることが理解されよう。発明と見なされる対象を特に指し示し且つ明瞭に要求するために、特許請求の範囲には本明細書が含まれる。
本願発明は以下の態様を含む。
（態様１）
電気泳動ディスプレイであって、
ａ）上部電極を含んで成る上部層、
ｂ）底部電極および少なくとも１つのインプレーン電極を含んで成る底部層、
ｃ）上部層と底部層との間に挟まれた電気泳動セルのアレイであって、各々のセルはセル背景を有し且つ電気泳動組成物で充填されているアレイ（組成物は、着色された誘電性溶媒または溶媒混合物に分散された唯１種類の帯電色素粒子を含んで成る）、ならびに
ｄ）着色された誘電性溶媒における色素粒子分布を制御するグレースケールメカニズム
を含んで成る電気泳動ディスプレイ。
（態様２）
底部電極板において、またはその付近において、相当量の色素粒子が分散されている、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様３）
セル背景の被覆率によって明度が決定される、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様４）
色素粒子を駆動パルスによって電気泳動ディスプレイセルに分散する、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様５）
視認可能な色素粒子の数によって彩度が決定される、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様６）
駆動パルス振幅制御または駆動パルス幅制御によってグレースケールメカニズムが実施される、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様７）
複数駆動パルスによってグレースケールメカニズムが実施される、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。
（態様８）
駆動パルス振幅制御、駆動パルス幅制御および複数駆動パルスから成る群より選択される１つまたはそれより多くの組み合わせによって、グレースケールメカニズムが実施される、態様１に記載の電気泳動ディスプレイ。

図１は、アップ／ダウンスイッチングモードのみを有する従来のＥＰＤの一般的な欠点を示す。図２Ａは、インプレーンスイッチングモードのみを有するＥＰＤにおける純白または真黒状態の不足を示す。図２Ｂは、インプレーンスイッチングモードのみを有するＥＰＤにおける純白または真黒状態の不足を示す。図２Ｃは、インプレーンスイッチングモードのみを有するＥＰＤにおける純白または真黒状態の不足を示す。図２Ｄは、インプレーンスイッチングモードのみを有するＥＰＤにおける純白または真黒状態の不足を示す。図３は、本発明の典型的な電気泳動セルおよびアップ／ダウンおよびインプレーンスイッチング電極の一般的配置を示す。図４Ａは、デュアルモードを有する改良されたＥＰＤの種々の可能なシナリオを示す。図４Ｂは、デュアルモードを有する改良されたＥＰＤの種々の可能なシナリオを示す。図４Ｃは、デュアルモードを有する改良されたＥＰＤの種々の可能なシナリオを示す。図４Ｄは、本発明のハイライトオプションを示す（上面図）。図５Ａおよび５Ｂは、フォトマスクを介したフォトリソグラフィ画像露光を含むマイクロカップの製造を示す。図６Ａは、２層ＩＴＯ電極システムを示す。図６Ｂは、２層ＩＴＯ電極システムを示す。図７Ａは、本発明の純白状態を示す（断面図）。図７Ｂは、本発明の純白状態を示す（上面図）。図８Ａは、本発明の真黒状態を示す（断面図）。図８Ｂは、本発明の真黒状態を示す（上面図）。図９Ａは、本発明のマルチカラー状態を示す（断面図）。図９Ｂは、本発明のマルチカラー状態を示す（上面図）。図１０Ａは、ＴＦＴアクティブ駆動機構を示す。図１０Ｂは、ＴＦＴアクティブ駆動機構を示す。図１０Ｃは、ＴＦＴアクティブ駆動機構を示す。図１０Ｄは、ＴＦＴアクティブ駆動機構を示す。図１０Ｅは、ＴＦＴアクティブ駆動機構を示す。図１１Ａは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の組み合わせを示す。図１１Ｂは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の組み合わせを示す。図１１Ｃは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の組み合わせを示す。図１１Ｄは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の組み合わせを示す。図１１Ｅは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の組み合わせを示す。図１２Ａは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の別の組み合わせを示す。図１２Ｂは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の別の組み合わせを示す。図１２Ｃは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の別の組み合わせを示す。図１２Ｄは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の別の組み合わせを示す。図１２Ｅは、アクティブおよびパッシブ駆動機構の別の組み合わせを示す。図１３は、グレースケール制御によって異なる明度を達成し得る方法を示す。図１４は、グレースケール制御によって異なるレベルの彩度を達成し得る方法を示す。図１５Ａは、図１３および１４のセルの、様々なパルス振幅を有する駆動信号を表す。図１５Ｂは、図１３および１４のセルの、様々なパルス幅を有する駆動信号を表す。

Claims

電気泳動ディスプレイであって、
Ａ．複数のディスプレイセルであって、該ディスプレイセルの各々が、
ａ）上部電極を含んで成る上部層、
ｂ）底部電極および少なくとも１つのインプレーン電極を含んで成る底部層、
ｃ）セル背景、
ｄ）該ディスプレイセルに充填された電気泳動組成物であって、着色された誘電性溶媒または溶媒混合物に分散された帯電色素粒子を含んで成る電気泳動組成物
を含み、帯電色素粒子の色、誘電性溶媒または溶媒混合物の色、またはセル背景の色である３種の色状態を表示可能なディスプレイセル、ならびに
Ｂ．誘電性溶媒または溶媒混合物における帯電色素粒子の分布を制御するグレースケールメカニズム
を含んで成る電気泳動ディスプレイ。
帯電色素粒子は同じ色を有する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
底部電極において、またはその付近において、相当量の帯電色素粒子が分散されている、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
セル背景の被覆率によって明度が決定される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
帯電色素粒子を駆動パルスによって電気泳動組成物に分散する、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
視認可能な帯電色素粒子の数によって彩度が決定される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
駆動パルス振幅制御または駆動パルス幅制御によってグレースケールメカニズムが実施される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
複数駆動パルスによってグレースケールメカニズムが実施される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。
駆動パルス振幅制御、駆動パルス幅制御および複数駆動パルスから成る群より選択される１つまたはそれより多くの組み合わせによって、グレースケールメカニズムが実施される、請求項１に記載の電気泳動ディスプレイ。