JP4598759B2 - 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 - Google Patents
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Description
(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。
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。
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。
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。
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。
一態様において、マイクロカップの仕切壁は好ましくは不透明である(白色不透明または灰色不透明)。図13Aおよび13Bは、透明または不透明な仕切壁をそれぞれ有するマイクロカップの簡単な断面図を示す。図13Aは、2つのマイクロカップに分割する透明な仕切壁を通して、1つのマイクロカップ内の電気泳動組成物を、隣接するマイクロカップの上から見ることができることを示す。このような場合では、観察者は1色より多くの色を知覚することができ、結果としてカラーシフトまたはパララックス(ダブルイメージ)をもたらす。図13Bに示すように、仕切壁が不透明であると、この現象を避けることができる。不透明な仕切壁は、上述のマクロカップの形成のための放射線硬化性材料に、フィラー材料(例えば、シリカ、ZnO、TiO2、BaSO4、CaCO3またはポリマー粒子、好ましくはシリカまたはポリマー粒子)を1−20重量%の量、好ましくは2−10重量%の量で加えることによって得ることができる。
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。電気泳動組成物は、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。
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。
充填およびシーリング方法は、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。
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、ポリウレタンおよびシアノアクリレート等)が挙げられる。
上部基板層に上部電極層をコートまたはラミネートすることもできる。
表示側が、マイクロカップのトップシーリング側からであるとき、ブラックマトリクスを、図14Aに示すように仕切壁(141)の上面(140)とトップシーリング層(142)との間、図14Bに示すようにトップシーリング層(142)と(もし存在するならば)接着層(143)との間、図14Cに示すように(もし存在するならば)接着層(143)と上部電極層(144)との間、図14Dに示すように上部電極層(144)と上部基板(145)との間、または図14Eに示すように上部基板(145)の上部に適用することができる。表示側が底部からであるとき、ブラックマトリクスを、図14Fに示すようにマイクロカップ(146)と底部電極層(147)との間、図14Gに示すように底部電極層(147)と底部基板(148)との間、または図14Hに示すように底部基板(148)の底面に適用することができる。
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。
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。
(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(Active Matrix)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。
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。
(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。
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。
(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。
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。
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、ならびに
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
を含んで成り、各々のセルは、
(i) 不透明な仕切壁、
(ii) セル背景、
(iii) セル内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唯1種類の帯電色素粒子を含んで成る組成物
を含んで成る、電気泳動ディスプレイ。
(態様2)
不透明な仕切壁は白色である、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様3)
不透明な仕切壁は灰色である、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様4)
不透明な仕切壁は、UV硬化性材料およびフィラー、染料または色素を含んで成る組成物から形成されている、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様5)
フィラーは、シリカ、ZnO、TiO2、BaSO4、CaCO3およびポリマー粒子から成る群から選択される、態様4に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様6)
フィラー材料は、シリカまたはポリマー粒子である、態様4に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様7)
フィラー材料は、組成物の1−20重量%の量である、態様4に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様8)
フィラー材料は、組成物の2−10重量%の量である、態様7に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様9)
不透明な仕切壁は、放射線硬化性材料および潜在性光散乱材料を含んで成る組成物から形成されている、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様10)
潜在性光散乱材料は、硬化前には放射線硬化性材料に相溶性であるが、硬化後には非相溶性となる材料である、態様9に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様11)
潜在性光散乱材料は、熱的または光化学的なトリガーによってガスを放出する材料である、態様9に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様12)
熱的または光化学的なトリガーによってガスを放出する材料は、CO2を生成するカルボン酸、二環式のラクトンもしくは複素環化合物;COを生成するケトンもしくは二環式の付加化合物;SOおよびSO2を生成するスルホン、スルホニルオキシ化合物もしくは複素環化合物;N2を生成するアゾアルカン、アジド、ジアゾメタン、N−ニトロソ化合物、ジアゾ、トリアゾもしくはテトラアゾ複素環化合物;COSを生成するキサンテートならびにO2を生成するエンドペルオキシドから成る群から選択される、態様11に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様13)
熱的または光化学的なトリガーによってガスを放出する材料は、フェノール、トロポロン、ピリジン、ピラジン、ピロールまたはこれらのハロゲン化誘導体である、態様11に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様14)
不透明な仕切壁は、着色されている、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様15)
仕切壁の内面は、電気泳動組成物と同じ色を有する、態様1に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様16)
仕切壁の2つの側面は、異なる色を有する、態様15に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様17)
電気泳動ディスプレイであって
a) 上部電極層およびオプションとしての上部基板を含んで成る上部層、
b) 底部電極層およびオプションとしての底部基板を含んで成る底部層であって、底部電極層が1つの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、ならびに
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
を含んで成り、各々のセルは、
(i) 上面を有する仕切壁、
(ii) 仕切壁の上面または別の層の仕切壁の上面に対応する領域にあるブラックマトリクス層、
(iii) セル背景、ならびに
(iv) セル内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唯1種類の帯電色素粒子を含んで成る組成物
を含んで成る、電気泳動ディスプレイ。
(態様18)
ブラックマトリクス層は、仕切壁の上面にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様19)
各々の電気泳動セルは、各々のセルに電気泳動組成物を封入するトップシーリング層を含んで成る、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様20)
上部電極層は、接着層が適用されている、態様19に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様21)
ブラックマトリクス層は、トップシーリング層と接着層との間にある、態様20に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様22)
ブラックマトリクス層は、接着層と上部電極層との間にある、態様20に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様23)
ブラックマトリクス層は、上部電極層と上部基板との間にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様24)
ブラックマトリクス層は、上部基板の上にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様25)
ブラックマトリクス層は、電気泳動セルと底部電極層との間にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様26)
ブラックマトリクス層は、底部電極層と底部基板との間にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様27)
ブラックマトリクス層は、底部基板の底面にある、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様28)
ブラックマトリクス層は、仕切壁の上面に位置合わせをして適用されている、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様29)
ブラックマトリクス層は、印刷、スタンピングまたはフォトリソグラフィによって適用されている、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様30)
ブラックマトリクス層は、蒸着またはシャドウマスクを用いるスパッタリングによって適用されている、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様31)
ブラックマトリクス層の光学密度は、0.5より高い、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様32)
ブラックマトリクス層の光学密度は、1より高い、態様31に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様33)
ブラックマトリクス層の厚さは、0.005μm〜5μmの範囲内である、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様34)
ブラックマトリクス層の厚さは、0.01μm〜2μmの範囲内である、態様33に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様35)
ブラックマトリクス層の直接または間接的に上にあるディフューザー層を更に含んで成る、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様36)
ブラックマトリクス層は、高度に架橋されたブラックマトリクス層である、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様37)
帯電色素粒子は、色素含有マイクロ粒子である、態様1または17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様38)
色素含有マイクロ粒子は、誘電性溶媒の比重に適合した比重を有する、態様37に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様39)
仕切壁は不透明である、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様40)
仕切壁は白色不透明である、態様39に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様41)
仕切壁は灰色不透明である、態様39に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様42)
仕切壁は着色されている、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様43)
仕切壁の内面は、電気泳動組成物と同じ色を有する、態様17に記載の電気泳動ディスプレイ。
(態様44)
仕切壁の2つの側面は異なる色を有する、態様43に記載の電気泳動ディスプレイ。
Claims (24)
- 電気泳動セルのアレイを含んで成る電気泳動ディスプレイであって、該電気泳動セルの各々が、
a) 上部電極を含んで成る上部層と、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との間に挟まれ、
b) 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により充填され、
c) 不透明な仕切壁およびセル背景を含んで成り、および
d) 色素粒子の色、着色された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である、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。
- 不透明な仕切壁は白色または灰色である、請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 不透明な仕切壁は、UV硬化性材料およびフィラー、染料または色素を含んで成る組成物から形成されている、請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 不透明な仕切壁は、放射線硬化性材料および潜在性光散乱材料を含んで成る組成物から形成されている、請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 不透明な仕切壁は、着色されている、請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁の内面は、着色された誘電性溶媒または溶媒混合物と同じ色を有する、請求項1に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁の2つの側面は、異なる色を有する、請求項7に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 電気泳動セルのアレイを含んで成る電気泳動ディスプレイであって、該電気泳動セルの各々が、
a) 上部電極を含んで成る上部層と、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との間に挟まれ、
b) 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により充填され、
c) セル背景、上面を有する仕切壁、および仕切壁の上面に対して位置合わせされたブラックマトリクス層を含んで成り、および
d) 色素粒子の色、着色された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である、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9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、仕切壁の上面にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、トップシーリング層と接着層との間にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、接着層と、前記上部電極を含んで成る上部電極層との間にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、前記上部電極を含んで成る上部電極層と、上部基板との間にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、上部基板の上にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、電気泳動セルと、前記底部電極を含んで成る底部電極層との間にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、前記底部電極を含んで成る底部電極層と、底部基板との間にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層は、底部基板の底面にある、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- ブラックマトリクス層の直接または間接的に上にあるディフューザー層を更に含んで成る、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 色素粒子は、色素含有マイクロ粒子である、請求項1または9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁は白色不透明または灰色不透明である、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁は着色されている、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁の内面は、着色された誘電性溶媒または溶媒混合物と同じ色を有する、請求項9に記載の電気泳動ディスプレイ。
- 仕切壁の2つの側面は異なる色を有する、請求項23に記載の電気泳動ディスプレイ。
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