JP6441369B2

JP6441369B2 - フルカラーディスプレイデバイス

Info

Publication number: JP6441369B2
Application number: JP2016544623A
Authority: JP
Inventors: ブライアンハンスチャン，; フイドゥ，; クレッグリン，; ホンメイザン，
Original assignee: イーインクカリフォルニア，エルエルシー
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2015-01-13
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2035-01-13
Also published as: KR102117775B1; CN105900005A; US10036931B2; ES2793903T3; EP3095007B1; EP3095007A1; KR20180088495A; US20180307115A1; EP3095007A4; KR20160098419A; WO2015108875A1; JP2019032535A; TW201541171A; US20150198858A1; CN105900005B; HK1222713A1; CA2934931A1; TWI646381B; CA2934931C; US10234742B2

Description

（発明の分野）
本発明は、各ピクセルが複数の高品質色状態を表示することができる、フルカラーディスプレイデバイスと、そのような電気泳動ディスプレイのための電気泳動流体とを対象とする。

（発明の背景）
カラーディスプレイを達成するために、多くの場合、カラーフィルタが使用される。最も一般的なアプローチは、赤、緑、および青色を表示するように、ピクセル化ディスプレイの黒／白色サブピクセルの上にカラーフィルタを追加することである。赤色が所望されるとき、表示される唯一の色が赤であるように、緑および青色サブピクセルが黒色状態に変えられる。緑色が所望されるとき、表示される唯一の色が緑であるように、赤および青色サブピクセルが黒色状態に変えられる。青色が所望されるとき、表示される唯一の色が青であるように、緑および赤色サブピクセルが黒色状態に変えられる。黒色状態が所望されるとき、３つ全てのサブピクセルが黒色状態に変えられる。白色状態が所望されるとき、３つのサブピクセルは、それぞれ、赤、緑、および青に変えられ、結果として、白色状態が視認者によって見られる。

そのような技法の最大の不都合は、サブピクセルのそれぞれが、所望の白色状態の約３分の１（１／３）の反射率を有するため、白色状態が極めて薄暗いことである。これを補うために、白色レベルが、（各サブピクセルがピクセルの面積のわずか４分の１である）赤、緑、または青色レベルを犠牲にして倍増されるように、黒色および白色状態のみを表示することができる、第４のサブピクセルが追加されてもよい。白色ピクセルからの光を追加することによって、より明るい色を達成することができるが、これは、色を非常に薄く、かつ不飽和状態にするようにする色域を犠牲にして達成される。３つのサブピクセルの色飽和を低減させることによって、類似結果を達成することができる。このアプローチを用いても、白色レベルは、通常、白黒ディスプレイのレベルの実質的に半分未満であり、十分に読みやすい白黒明度およびコントラストを必要とする電子書籍リーダまたはディスプレイ等のディスプレイデバイスのために許容できない選択にする。

図１は、本発明の電気泳動ディスプレイ流体を描写する。

図２−１〜２−４は、本発明の実施例を図示する。図２−１〜２−４は、本発明の実施例を図示する。図２−１〜２−４は、本発明の実施例を図示する。図２−１〜２−４は、本発明の実施例を図示する。

図３は、振動波形を示す。

図４および図５は、どのようにして黄、マゼンタ、およびシアン色状態が図２のディスプレイデバイスによって表示され得るのかを示す。

図６−１〜６−４は、本発明の別の実施例を図示する。図６−１〜６−４は、本発明の別の実施例を図示する。図６−１〜６−４は、本発明の別の実施例を図示する。図６−１〜６−４は、本発明の別の実施例を図示する。

図７および図８は、どのようにして紫、橙、および緑色状態が図６のディスプレイデバイスによって表示され得るのかを示す。

図９Ａおよび９Ｂは、それぞれ、ピクセル電極と整合させられた、または整合させられていないディスプレイセルを実証する。

（発明の要旨）
本発明の一側面は、
（ａ）複数のピクセルと、
（ｂ）第１の種類の粒子、第２の種類の粒子、第３の種類の粒子、および第４の種類の粒子が、溶媒または溶媒混合物中に分散され、第１および第２の種類の粒子が、高レベルの電荷を帯びて反対に荷電し、第３および第４の種類の粒子が、低レベルの電荷を帯びて反対に荷電する、電気泳動流体と、
を備え、ピクセルのそれぞれは、少なくとも５つの異なる色状態を表示することが可能である、電気泳動ディスプレイを対象とする。

一実施形態では、第１および第２の種類の粒子は、それぞれ、白色および赤色である。一実施形態では、第３および第４の種類の粒子は、それぞれ、青色および緑色である。一実施形態では、ピクセルのそれぞれは、白、赤、緑、青、および黒色の状態を表示することが可能である。別の実施形態では、ピクセルのそれぞれは、黄、マゼンタ、およびシアン色の状態を表示することが可能である。

一実施形態では、第３および第４の種類の粒子は、それぞれ、青色および黄色である。一実施形態では、ピクセルのそれぞれは、白、赤、黄、青、および黒色の状態を表示することが可能である。一実施形態では、ピクセルのそれぞれは、緑、橙、および紫色の状態を表示することが可能である。

一実施形態では、低レベルの電荷は、高レベルの電荷の約５０％未満である。別の実施形態では、低レベルの電荷は、高レベルの電荷の約７５％未満である。

一実施形態では、電気泳動流体はさらに、実質的に荷電していない中立浮力粒子を備える。別の実施形態では、実質的に荷電していない中立浮力粒子は、荷電していない。

本発明の別の側面は、電気泳動流体を備え、それらの対向側に第１および第２の表面を有する、ディスプレイ層を対象とし、電気泳動流体は、全てが溶媒または溶媒混合物中に分散される、高く正に荷電した粒子、高く負に荷電した粒子、低く正に荷電した粒子、および低く負に荷電した粒子を備え、４種類の粒子は、それぞれ、相互と異なる光学特性を有し、したがって、
（ａ）高く正に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、第１の表面で高く正に荷電した粒子の光学特性を表示させるか、または
（ｂ）高く負に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、第１の表面で高く負に荷電した粒子の光学特性を表示させるか、または
（ｃ）いったん高く正に荷電した粒子の光学特性が第１の表面で表示されると、低く負に荷電した粒子と同一の極性を有するが、高く正に荷電した粒子と高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、第１の表面で低く負に荷電した粒子の光学特性を表示させるか、または
（ｄ）いったん高く負に荷電した粒子の光学特性が第１の表面で表示されると、低く正に荷電した粒子と同一の極性を有するが、高く正に荷電した粒子と高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、第１の表面で低く正に荷電した粒子の光学特性を表示させるか、または
（ｅ）振動波形の印加が、第１の表面で第５の光学特性を表示させ得る。

本発明の本側面の一実施形態では、４種類の粒子は、赤、緑、青、および白色である。別の実施形態では、４種類の粒子は、赤、黄、青、および白色である。さらなる実施形態では、４種類の粒子は、シアン、マゼンタ、黄、および白色である。

一実施形態では、４種類の粒子のうちのいずれも黒色粒子ではなく、第５の光学特性は、黒色の状態である。
本明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
（項目１）
（ａ）複数のピクセルと、
（ｂ）第１の種類の粒子、第２の種類の粒子、第３の種類の粒子、および第４の種類の粒子が、溶媒または溶媒混合物中に分散され、前記第１および第２の種類の粒子が、高レベルの電荷を帯びて反対に荷電し、前記第３および第４の種類の粒子が、低レベルの電荷を帯びて反対に荷電する、電気泳動流体と、
を備え、前記ピクセルのそれぞれは、少なくとも５つの異なる色状態を表示することが可能である、電気泳動ディスプレイ。
（項目２）
前記第１および第２の種類の粒子は、それぞれ、白色および赤色である、項目１に記載のディスプレイ。
（項目３）
前記第３および第４の種類の粒子は、それぞれ、青色および緑色である、項目２に記載のディスプレイ。
（項目４）
前記ピクセルのそれぞれは、白、赤、緑、青、および黒色の状態を表示することが可能である、項目３に記載のディスプレイ。
（項目５）
前記ピクセルのそれぞれは、黄、マゼンタ、およびシアン色の状態を表示することが可能である、項目４に記載のディスプレイ。
（項目６）
前記第３および第４の種類の粒子は、それぞれ、青色および黄色である、項目２に記載のディスプレイ。
（項目７）
前記ピクセルのそれぞれは、白、赤、黄、青、および黒色の状態を表示することが可能である、項目６に記載のディスプレイ。
（項目８）
前記ピクセルのそれぞれは、緑、橙、および紫色の状態を表示することが可能である、項目７に記載のディスプレイ。
（項目９）
前記４種類の粒子は、赤、緑、青、および白色の粒子であるか、または前記４種類の粒子は、赤、黄、青、および白色の粒子であるか、もしくは前記４種類の粒子は、シアン、マゼンタ、黄、および白色の粒子である、項目１に記載のディスプレイ。
（項目１０）
前記低レベルの電荷は、前記高レベルの電荷の約５０％未満である、項目１に記載のディスプレイ。
（項目１１）
前記低レベルの電荷は、前記高レベルの電荷の約７５％未満である、項目１に記載のディスプレイ。
（項目１２）
前記電気泳動流体はさらに、実質的に荷電していない中立浮力粒子を備える、項目１に記載のディスプレイ。
（項目１３）
前記実質的に荷電していない中立浮力粒子は、荷電していない、項目１２に記載のディスプレイ。
（項目１４）
電気泳動流体を含み、対向する側面に第１および第２の表面を有する、ディスプレイ層であって、前記電気泳動流体は、全てが溶媒または溶媒混合物中に分散される、高く正に荷電した粒子、高く負に荷電した粒子、低く正に荷電した粒子、および低く負に荷電した粒子を備え、前記４種類の粒子は、それぞれ、相互と異なる光学特性を有し、したがって、
（ａ）前記高く正に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、前記第１の表面で前記高く正に荷電した粒子の前記光学特性を表示させるか、または
（ｂ）前記高く負に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、前記第１の表面で前記高く負に荷電した粒子の前記光学特性を表示させるか、または
（ｃ）いったん前記高く正に荷電した粒子の前記光学特性が前記第１の表面で表示されると、低く負に荷電した粒子と同一の極性を有するが、前記高く正に荷電した粒子と前記高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、前記第１の表面で前記低く負に荷電した粒子の前記光学特性を表示させるか、または
（ｄ）いったん前記高く負に荷電した粒子の前記光学特性が前記第１の表面で表示されると、前記低く正に荷電した粒子と同一の極性を有するが、前記高く正に荷電した粒子と前記高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、前記第１の表面で前記低く正に荷電した粒子の前記光学特性を表示させるか、または
（ｅ）振動波形の印加が、前記第１の表面で第５の光学特性を表示させ得る、層。
（項目１５）
前記４種類の粒子は、赤、緑、青、および白色の粒子である、項目１４に記載の層。
（項目１６）
前記４種類の粒子は、赤、黄、青、および白色の粒子である、項目１４に記載の層。
（項目１７）
前記４種類の粒子は、シアン、マゼンタ、黄、および白色の粒子である、項目１４に記載の層。
（項目１８）
より低く荷電した粒子の電荷が、より高く荷電した粒子の電荷の約５０％未満である、項目１４に記載の層。
（項目１９）
より低く荷電した粒子の電荷が、より高く荷電した粒子の電荷の約７５％未満である、項目１４に記載の層。
（項目２０）
前記４種類の粒子のうちのいずれも黒色の粒子ではなく、前記第５の光学特性は、黒色の状態である、項目１４に記載の層。

（発明の詳細な説明）
本発明の電気泳動流体は、誘電性溶媒または溶媒混合物中に分散される４種類の粒子を含む。例証を容易にするために、４種類の色素粒子は、図１に示されるように、第１の種類（１１）、第２の種類（１２）、第３の種類（１３）、および第４の種類（１４）の粒子と称され得る。しかしながら、４種類のみの色素粒子では、電気泳動流体を利用するディスプレイデバイスは、少なくとも５つの異なる色状態を表示し得、これがフルカラーディスプレイに至る。

概して、４種類の粒子は、２つの群、すなわち、高く電荷した群および低く電荷した群に分けられる。反対に荷電した粒子の２つの群では、一方の群が、他方の群より強い電荷を帯びる。したがって、４種類の色素粒子はまた、高く正に荷電した粒子、高く負に荷電した粒子、低く正に荷電した粒子、および低く負に荷電した粒子と称され得る。

例として、赤色粒子（Ｒ）および白色粒子（Ｗ）は、反対に荷電した粒子の第１の群であってもよく、本群では、赤色粒子は、高く正に荷電した粒子であり、白色粒子は、高く負に荷電した粒子である。青色粒子（Ｂ）および緑色粒子（Ｇ）は、反対に荷電した粒子の第２の群であってもよく、本群では、青色粒子は、低く正に荷電した粒子であり、緑色粒子は、低く負に荷電した粒子である。

別の例では、赤色粒子は、高く正に荷電した粒子であってもよく、白色粒子は、高く負に荷電した粒子であってもよく、青色粒子は、低く正に荷電した粒子であってもよく、黄色粒子は、低く負に荷電した粒子であってもよい。

本発明の範囲は、４種類の粒子が視覚的に区別可能な色である限り、任意の色の粒子を広く包含することが理解される。

白色粒子については、それらは、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＢａＳＯ_４、ＰｂＳＯ_４、または同等物等の無機色素から形成されてもよい。

黒色粒子については、存在する場合、それらは、ＣＩ色素黒色２６または２８、もしくは同等物（例えば、マンガンフェライトブラックスピネルまた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。

他の色（非白色および非黒色）の粒子は、赤、緑、青、マゼンタ、シアン、または黄色等の色と無関係である。色粒子のための色素は、ＣＩ色素ＰＲ２５４、ＰＲ１２２、ＰＲ１４９、ＰＧ３６、ＰＧ５８、ＰＧ７、ＰＢ２８、ＰＢ１５：３、ＰＹ８３、ＰＹ１３８、ＰＹ１５０、ＰＹ１５５、またはＰＹ２０を含み得るが、それらに限定されない。これらは、カラーインデックスハンドブック、“ＮｅｗＰｉｇｍｅｎｔＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（ＣＭＣＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ，Ｌｔｄ，１９８６）および“ＰｒｉｎｔｉｎｇＩｎｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ”（ＣＭＣＰｕｂｌｉｓｈｉｎｇＣｏ，Ｌｔｄ，１９８４）で説明される、一般的に使用されている有機色素である。具体的な例は、ＣｌａｒｉａｎｔＨｏｓｔａｐｅｒｍＲｅｄＤ３Ｇ７０−ＥＤＳ、ＨｏｓｔａｐｅｒｍＰｉｎｋＥ−ＥＤＳ、ＰＶｆａｓｔｒｅｄＤ３Ｇ、ＨｏｓｔａｐｅｒｍｒｅｄＤ３Ｇ７０、ＨｏｓｔａｐｅｒｍＢｌｕｅＢ２Ｇ−ＥＤＳ、ＨｏｓｔａｐｅｒｍＹｅｌｌｏｗＨ４Ｇ−ＥＤＳ、ＮｏｖｏｐｅｒｍＹｅｌｌｏｗＨＲ−７０−ＥＤＳ、ＨｏｓｔａｐｅｒｍＧｒｅｅｎＧＮＸ、ＢＡＳＦＩｒｇａｚｉｎｅｒｅｄＬ３６３０、ＣｉｎｑｕａｓｉａＲｅｄＬ４１００ＨＤ、およびＩｒｇａｚｉｎＲｅｄＬ３６６０ＨＤ、ＳｕｎＣｈｅｍｉｃａｌフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ディアリライドイエローまたはディアリライドＡＡＯＴイエローを含む。

非黒色および非白色粒子はまた、赤、緑、青、および黄色色素等の無機色素であってもよい。実施例は、ＣＩ色素青色２８、ＣＩ色素緑色５０、およびＣＩ色素黄色２２７を含み得るが、それらに限定されない。

色に加えて、４種類の粒子は、光学透過、反射率、発光、または機械読取のために意図されたディスプレイの場合、可視範囲外の電磁波長の反射率の変化という意味で疑似カラー等の他の明確な光学特性を有してもよい。

図１にも示されるように、本発明のディスプレイ流体を利用するディスプレイ層は、２つの表面、すなわち、視認側の第１の表面（１７）、および第１の表面（１７）の反対側の第２の表面（１８）を有する。ディスプレイ流体は、２つの表面の間に挟持される。第１の表面（１７）側には、ディスプレイ層の最上部全体を覆って拡散する、透明電極層（例えば、ＩＴＯ）である共通電極（１５）がある。第２の表面（１８）側には、複数のピクセル電極（１６ａ）を備える、電極層（１６）がある。

ピクセル電極は、その内容が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、米国特許第７，０４６，２２８号に説明されている。薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンを伴うアクティブマトリクス駆動が、ピクセル電極の層について記述されるが、本発明の範囲は、電極が所望の機能に供される限り、他の種類の電極の取扱いを包含することに留意されたい。

図１の２本の垂直点線の間の各空間は、ピクセルを表す。示されるように、各ピクセルは、対応するピクセル電極を有する。共通電極に印加される電圧と対応するピクセル電極に印加される電圧との間の電位差によって、電場がピクセルのために生成される。

流体中の４種類の粒子の割合は、変動し得る。例えば、１種類の粒子は、電気泳動流体の体積で、０．１％〜５０％、好ましくは、０．５％〜１５％を占めてもよい。

４種類の粒子が分散される溶媒は、透明かつ無色である。これは、好ましくは、高い粒子移動度のために、低い粘度と、約２〜約３０、好ましくは、約２〜約１５の範囲内の誘電率とを有する。好適な誘電性溶媒の例は、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、シリコン流体等の炭化水素、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、または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、またはペンタクロロベンゼン等のハロゲン化溶媒、および３ＭＣｏｍｐａｎｙ（Ｓｔ．ＰａｕｌＭＮ）からのＦＣ−４３、ＦＣ−７０、またはＦＣ−５０６０等のペルフルオロ化溶媒、ＴＣＩＡｍｅｒｉｃａ（Ｐｏｒｔｌａｎｄ，Ｏｒｅｇｏｎ）からのポリ（ペルフルオロプロピレンオキシド）等の低分子量のハロゲン含有ポリマー、ＨａｌｏｃａｒｂｏｎＰｒｏｄｕｃｔＣｏｒｐ．（ＲｉｖｅｒＥｄｇｅ，ＮＪ）からのＨａｌｏｃａｒｂｏｎＯｉｌｓ等のポリ（クロロトリフルオロエチレン）、ＡｕｓｉｍｏｎｔからのＧａｉｄｅｎまたはＤｕＰｏｎｔ（Ｄｅｌａｗａｒｅ）からのＫｒｙｔｏｘＯｉｌｓおよびＧｒｅａｓｅｓＫ−流体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。

一実施形態では、「低電荷」粒子によって帯びられる電荷は、「高電荷」粒子によって帯びられる電荷の約５０％未満、または約５％〜約３０％未満であってもよい。別の実施形態では、「低電荷」粒子は、「高電荷」粒子によって帯びられる電荷の約７５％未満、または約１５％〜約５５％未満であってもよい。さらなる実施形態では、示されるような電荷レベルの比較は、同一の電荷極性を有する２種類の粒子に適用される。

電荷強度は、ゼータ電位に関して測定されてもよい。一実施形態では、ゼータ電位は、ＣＳＰＵ−１００信号処理ユニット、ＥＳＡＥＮ＃Ａｔｔｎフロースルーセル（Ｋ：１２７）を伴うＣｏｌｌｏｉｄａｌＤｙｎａｍｉｃｓＡｃｏｕｓｔｏＳｉｚｅｒＩＩＭによって判定される。サンプルで使用される溶媒の密度、溶媒の誘電率、溶媒中の音速、溶媒の粘度等の計器定数は、全て試験温度（２５℃）で試験前に入力される。色素サンプルは、（通常、１２個未満の炭素原子を有する炭化水素流体である）溶媒中に分散され、５〜１０重量％に希釈される。サンプルはまた、電荷制御剤対粒子の１：１０の重量比を伴う、電荷制御剤（ＬｕｂｒｉｚｏｌＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、ＢｅｒｋｓｈｉｒｅＨａｔｈａｗａｙ会社から入手可能であるＳｏｌｓｐｅｒｓｅ１７０００（登録商標）、「Ｓｏｌｓｐｅｒｓｅ」は登録商標である）も含有する。希釈サンプルの質量が判定され、次いで、サンプルがゼータ電位の判定のためにフロースルーセルの中へ装填される。

「高く正に荷電した」粒子および「高く負に荷電した」粒子の大きさは、同一または異なり得る。同様に、「低く正に荷電した」粒子および「低く負に荷電した」粒子の大きさは、同一または異なり得る。

また、同一の流体中では、高い−低い電荷の粒子の２つの群は、異なるレベルの電荷差異を有し得ることも留意されたい。例えば、１つの群では、低く正に荷電した粒子は、高く正に荷電した粒子の電荷強度の３０％である電荷強度を有してもよく、別の群では、低く負に荷電した粒子は、高く負に荷電した粒子の電荷強度の５０％である電荷強度を有してもよい。

粒子の電荷極性および電荷のレベルは、その内容が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、米国特許出願公開第２０１４−００１１９１３号で説明される方法に従って調整されてもよい。

また、４種類の粒子は、異なる粒子サイズを有し得ることも留意されたい。例えば、より小さい粒子は、約５０ｎｍ〜約８００ｎｍに及ぶサイズを有してもよい。より大きい粒子は、より小さい粒子のサイズの約２〜約５０倍、より好ましくは、約２〜約１０倍であるサイズを有してもよい。

本実施例は、図２で実証される。本実施例における流体は、赤、緑、青、および白色素粒子を有する。赤色粒子（Ｒ）は、高い正電荷を帯び、白色粒子（Ｗ）は、高い負電荷を帯び、青色（Ｂ）粒子は、低い正電荷を帯び、緑色粒子（Ｇ）は、低い負電荷を帯びる。

図２（ａ）では、高い負電圧電位差（例えば、−１５Ｖ）がピクセルに印加されるとき、白色粒子（Ｗ）は、共通電極（２１）側に押され、赤色粒子（Ｒ）は、ピクセル電極（２２ａ）側に引かれる。青色（Ｂ）および緑色（Ｇ）粒子は、それらのより低い電荷レベルにより、より高く荷電した白色および赤色粒子より遅く移動し、したがって、それらは、青色粒子の上方に緑色粒子を伴って、ピクセルの中央にとどまる。結果として、白色が視認側で見られる。

図２（ｂ）では、高い正電圧電位差（例えば、＋１５Ｖ）がピクセルに印加されるとき、粒子分布は、図２（ａ）に示されるものと反対になり、結果として、赤色が視認側で見られる。

図２（ｃ）では、より低い正電圧電位差（例えば、＋３Ｖ）が図２（ａ）のピクセルに印加される（つまり、白色状態から駆動される）とき、白色粒子（Ｗ）がピクセル電極（２２ａ）に向かって移動する一方で、赤色粒子（Ｒ）は共通電極（２１）に向かって移動する。それらが移動しながら接触するとき、それらの相互への強い引力により、それらは、移動を停止し、ピクセルの中央にとどまる。換言すると、低い正電圧電位差によって生成される電場は、白色および赤色粒子を分離するために十分に強くない。

しかしながら、電場は、より低く荷電した青色粒子および緑色粒子を分離するために十分に強く、また、反対に荷電した高−低粒子対（白色／青色および赤色／緑色）の間の引力を克服するためにも十分に強い。結果として、より低く荷電した（正の）青色粒子（Ｂ）は、共通電極（２１）側（すなわち、視認側）まで移動し、より低く荷電した（負の）緑色粒子（Ｇ）は、ピクセル電極（２２ａ）側へ移動する。その結果として、青色が視認側で見られる。

図２（ｄ）では、より低い負電圧電位差（例えば、−３Ｖ）が図２（ｂ）のピクセルに印加される（つまり、赤色状態から駆動される）とき、赤色粒子（Ｒ）がピクセル電極（２２ａ）に向かって移動する一方で、白色粒子（Ｗ）は共通電極（２１）に向かって移動する。白色粒子および赤色粒子が接触するとき、それらの相互への強い引力により、それらは、移動を停止し、ピクセルの中央にとどまる。換言すると、低い負電圧電位差によって生成される電場は、白色粒子および赤色粒子を分離するために十分に強くない。

しかしながら、電場は、より低く荷電した青色粒子および緑色粒子を分離するために十分に強く、また、反対に荷電した高−低粒子対（白色／青色および赤色／緑色）の間の引力を克服するためにも十分に強い。結果として、より低く荷電した（負の）緑色粒子（Ｇ）は、共通電極側（すなわち、視認側）まで移動し、より低く荷電した（正の）青色粒子（Ｂ）は、ピクセル電極側へ移動する。その結果として、緑色が視認側で見られる。

図２（ｅ）では、黒色が視認側から見られる。これは、赤色、緑色、および青色粒子をピクセルの上部分で混合させ、黒色状態を視認側で見せるように、ピクセルが赤色状態（図２ｂで見られる）であるときに振動波形を印加することによって達成されてもよい。

振動波形は、多くのサイクルにわたって一対の反対駆動パルスを繰り返すことから成る。例えば、振動波形は、２０ミリ秒間の＋１５Ｖパルスおよび２０ミリ秒間の−１５Ｖパルスから成り、そのような一対のパルスは、５０回繰り返される。そのような振動波形の合計時間は、２０００ミリ秒であろう（図３参照）。

実践では、少なくとも１０回の繰り返しがあってもよい（すなわち、１０対の正および負のパルス）。

振動波形が印加された後、光学状態は、本実施例では黒色であることが見られる、粒子の混合物に由来するであろう。

振動波形内の駆動パルスのそれぞれは、実施例では完全白色状態から完全赤色状態まで必要とされる駆動時間の５０％を超えずに（または３０％、１０％、もしくは５％を超えずに）印加される。例えば、完全白色状態から赤黄色状態に、または逆も同様にピクセルを駆動するために３００ミリ秒かかる場合、振動波形は、それぞれ多くても１５０ミリ秒にわたって印加される、正および負のパルスから成ってもよい。実践では、パルスは、より短いことが好ましい。

また、図２（ｃ）および２（ｄ）の色状態に達するように印加される、より低い電圧電位差は、赤色状態から白色状態に、または白色状態から赤色状態にピクセルを駆動するために必要とされる全駆動電圧電位差の約５％〜約５０％であり得ることも留意されたい。

実施例２は、黒、白、赤、緑、または青色状態を呈するピクセルの可能性を実証するが、本発明はまた、ピクセルが黄、マゼンタ、またはシアン色状態を呈する可能性も提供する。

図４では、各ピクセルは、２つのサブピクセルを有する。図４（ａ）では、一方のサブピクセルが赤色を表示し、他方のサブピクセルが緑色を表示するときに、黄色状態が表示される。図４（ｂ）では、一方のサブピクセルが赤色を表示し、他方のサブピクセルが青色を表示し、ピクセルにマゼンタ状態を表示させる。図４（ｃ）では、ピクセルがシアン色状態を表示する一方で、サブピクセルのうちの一方は青色を表示し、他方のサブピクセルは緑色を表示する。

より明るい黄、マゼンタ、またはシアン色状態を表示するために、ピクセルは、３つのサブピクセルから成ってもよい。これは、第３のサブピクセルが追加され、その第３のサブピクセルが白色状態のみを表示する、図５に示されている。

本実施例は、図６で実証される。本実施例における流体は、赤、黄、青、および白の色素粒子を有する。赤色粒子（Ｒ）は、高い正電荷を帯び、白色粒子（Ｗ）は、高い負電荷を帯び、青色（Ｂ）粒子は、低い正電荷を帯び、黄色粒子（Ｙ）は、低い負電荷を帯びる。

図６（ａ）では、高い負電圧電位差（例えば、−１５Ｖ）がピクセルに印加されるとき、白色粒子（Ｗ）は、共通電極（６１）側に押され、赤色粒子（Ｒ）は、ピクセル電極（６２ａ）側に引かれる。青色（Ｂ）粒子および黄色（Ｙ）粒子は、それらのより低い電荷レベルにより、より高く荷電した白色粒子および赤色粒子より遅く移動し、したがって、それらは、青色粒子の上方に黄色粒子を伴って、ピクセルの中央にとどまる。結果として、白色が視認側で見られる。

図６（ｂ）では、高い正電圧電位差（例えば、＋１５Ｖ）がピクセルに印加されるとき、粒子分布は、図６（ａ）に示されるものと反対になり、結果として、赤色が視認側で見られる。

図６（ｃ）では、より低い正電圧電位差（例えば、＋３Ｖ）が図６（ａ）のピクセルに印加される（つまり、白色状態から駆動される）とき、白色粒子（Ｗ）がピクセル電極（６２ａ）に向かって移動する一方で、赤色粒子（Ｒ）は共通電極（６１）に向かって移動する。それらが移動しながら接触するとき、それらの相互への強い引力により、それらは、移動を停止し、ピクセルの中央にとどまる。換言すると、低い正電圧電位差によって生成される電場は、白色粒子および赤色粒子を分離するために十分に強くない。

しかしながら、電場は、より低く荷電した青色粒子および黄色粒子を分離するために十分に強く、また、反対に荷電した高−低粒子対（白色／青色および赤色／黄色）の間の引力を克服するためにも十分に強い。結果として、より低く荷電した（正の）青色粒子（Ｂ）は、共通電極（６１）側（すなわち、視認側）まで移動し、より低く荷電した（負の）黄色粒子（Ｙ）は、ピクセル電極（６２ａ）側へ移動する。その結果として、青色が視認側で見られる。

図６（ｄ）では、より低い負電圧電位差（例えば、−３Ｖ）が図６（ｂ）のピクセルに印加される（つまり、赤色状態から駆動される）とき、赤色粒子（Ｒ）がピクセル電極（６２ａ）に向かって移動する一方で、白色粒子（Ｗ）は共通電極（６１）に向かって移動する。白色粒子および赤色粒子が接触するとき、それらの相互への強い引力により、それらは、移動を停止し、ピクセルの中央にとどまる。換言すると、低い負電圧電位差によって生成される電場は、白色粒子および赤色粒子を分離するために十分に強くない。

しかしながら、電場は、より低く荷電した青色粒子および黄色粒子を分離するために十分に強く、また、反対に荷電した高−低粒子対（白色／青色および赤色／黄色）の間の引力を克服するためにも十分に強い。結果として、より低く荷電した（負の）黄色粒子（Ｙ）は、共通電極側（すなわち、視認側）まで移動し、より低く荷電した（正の）青色粒子（Ｂ）は、ピクセル電極側へ移動する。その結果として、黄色が視認側で見られる。

図６（ｅ）では、黒色が視認側から見られる。これは、ピクセルが赤色状態（図６ｂで見られる）であるときに振動波形を印加することによって達成されてもよく、黒色状態を視認側で見せる。

同様に、実施例２で説明されるように、図６（ｃ）および６（ｄ）の色状態に達するように印加される、より低い電圧電位差は、赤色状態から白色状態に、または白色状態から赤色状態にピクセルを駆動するために必要とされる全駆動電圧電位差の約５％〜約５０％であってもよい。

実施例２は、黒、白、赤、黄、または青色状態を呈するピクセルの可能性を実証するが、本発明はまた、ピクセルが紫、橙、または緑色状態を呈する可能性も提供する。

図７では、各ピクセルは、２つのサブピクセルを有する。図７（ａ）では、一方のサブピクセルが赤色を表示し、他方のサブピクセルが青色を表示するときに、紫色状態が表示される。同様に、図７（ｂ）では、一方のサブピクセルが赤色を表示し、他方のサブピクセルが黄色を表示し、ピクセルに橙色状態を表示させる。図７（ｃ）では、ピクセルが緑色状態を表示する一方で、サブピクセルのうちの一方は青色を表示し、他方のサブピクセルは黄色を表示する。

より明るい紫、橙、または緑色状態を表示するために、ピクセルは、３つのサブピクセルから成ってもよい。これは、第３のサブピクセルが追加され、その第３のサブピクセルが白色状態のみを表示する、図８に示されている。

２つの実施例では、具体的な色の粒子が利用されることが実証されているが、上記のような実践では、高い正電荷または高い負電荷、もしくは低い正電荷または低い負電荷を帯びる粒子は、任意の色であってもよい。これらの変形例の全ては、本願の範囲内であることを意図している。例えば、４種類の粒子は、シアン、マゼンタ、黄、および白色であってもよい。

本発明のさらなる側面では、流体はさらに、実質的に荷電していない中立浮力粒子を含んでいてもよい。

「実質的に荷電していない」という用語は、荷電されていないか、または荷電した粒子によって帯びられる平均電荷の５％未満である電荷を帯びるかのいずれかである、粒子を指す。一実施形態では、中立浮力粒子は、荷電していない。

「中立浮力」という用語は、重力で上昇または下降しない粒子を指す。換言すると、粒子は、２つの電極板の間の流体中で浮動するであろう。一実施形態では、中立浮力粒子の密度は、それらが分散される溶媒または溶媒混合物の密度と同一であり得る。

ディスプレイ流体中の実質的に荷電していない中立浮力粒子の濃度は、好ましくは、体積で約０．１〜約１０％の範囲内、より好ましくは、体積で約０．１〜約５％の範囲内である。

実質的に荷電していない中立浮力粒子は、ポリマー材料から形成されてもよい。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。

実質的に荷電していない中立浮力粒子のポリマー材料の実施例は、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、およびポリシロキサンを含み得るが、それらに限定されない。ポリマー材料の具体的例は、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−メチルスチレン）、ポリ（Ｎ−ベンジルメタクリルアミド）、およびポリ（ベンジルメタクリレート）を含み得るが、それらに限定されない。

より好ましくは、実質的に荷電していない中立浮力粒子は、ディスプレイ流体の溶媒中で可溶性ではなく、また、高い屈折率も有する、ポリマーから形成される。一実施形態では、実質的に荷電していない中立浮力粒子の屈折率は、粒子が分散される溶媒または溶媒混合物のものと異なる。しかしながら、典型的には、実質的に荷電していない中立浮力粒子の屈折率は、溶媒または溶媒混合物のものより高い。ある場合には、実質的に荷電していない中立浮力粒子の屈折率は、１．４５を上回り得る。

一実施形態では、実質的に荷電していない中立浮力粒子の材料は、芳香族部分を含んでもよい。

実質的に荷電していない中立浮力粒子は、懸濁重合、分散重合、シード重合、ソープフリー重合、乳化重合、または逆乳化−蒸発プロセスを含む物理的方法等の重合技法を通して、単量体から調製されてもよい。単量体は、分散剤の存在下で重合される。分散剤の存在は、ポリマー粒子が所望のサイズ範囲で形成されることを可能にし、分散剤はまた、粒子が凝集することを防止するように、ポリマー粒子の表面に物理的または化学的に結合された層を形成してもよい。

分散剤は、好ましくは、炭化水素溶媒中でポリマー粒子を安定させ得る、（少なくとも８つの原子の）長鎖を有する。そのような分散剤は、アクリレートまたはビニル基が反応媒体中の単量体と共重合することができるため好適である、アクリレート末端またはビニル末端高分子であってもよい。

分散剤の１つの具体例は、アクリレート末端ポリシロキサン（Ｇｅｌｅｓｔ、ＭＣＲ−Ｍ１７、ＭＣＲ−Ｍ２２）である。

別の種類の好適な分散剤は、以下に示されるようなポリエチレンマクロモノマーである。
ＣＨ_３−［−ＣＨ_２−］_ｎ−ＣＨ_２Ｏ−Ｃ（＝Ｏ）−Ｃ（ＣＨ_３）＝ＣＨ_２

マクロモノマーのバックボーンは、ポリエチレン鎖であってもよく、整数「ｎ」は、３０〜２００である。本種類のマクロモノマーの合成は、ＳｅｉｇｏｕＫａｗａｇｕｃｈｉｅｔａｌ，ＤｅｓｉｇｎｅｄＭｏｎｏｍｅｒｓａｎｄＰｏｌｙｍｅｒｓ，２０００，３，２６３で見出され得る。

流体システムがフッ素化される場合には、分散剤も好ましくはフッ素化される。

代替として、実質的に荷電していない中立浮力粒子はまた、ポリマーシェルでコーティングされたコア粒子から形成されてもよく、シェルは、例えば、上記で識別されるポリマー材料のうちのいずれかから形成されてもよい。

コア粒子は、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｌ色素ブラック２６または２８、もしくは同等物（例えば、マンガンフェライトブラックスピネルまたは銅クロマイトブラックスピネル）等の無機色素、またはフタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、ディアリライドイエロー、ディアリライドＡＡＯＴイエロー、およびＳｕｎＣｈｅｍｉｃａｌからのキナクリドン、アゾ、ローダミン、ペリレン色素系列、ＫａｎｔｏＣｈｅｍｉｃａｌからのＨａｎｓａｙｅｌｌｏｗＧ粒子、ならびにＦｉｓｈｅｒからのＣａｒｂｏｎＬａｍｐｂｌａｃｋ、もしくは同等物等の有機色素であってもよい。

コアシェルが実質的に荷電していない中立浮力粒子の場合、それらは、コアセルベーション、界面重縮合、界面架橋結合、その場での（ｉｎ−ｓｕｉｔ）重合、またはマトリクス重合等のマイクロカプセル化方法によって形成されてもよい。

実質的に荷電していない中立浮力粒子のサイズは、好ましくは、約１００ナノメートル〜約５ミクロンの範囲内である。

本発明の本側面の一実施形態では、流体に添加される実質的に荷電していない中立浮力粒子は、４種類の荷電した粒子の１つの色と実質的に視覚的に同一の色を有してもよい。例えば、ディスプレイ流体において、荷電した赤色粒子、緑色粒子、青色粒子、および白色粒子、ならびに実質的に荷電していない中立浮力粒子があってもよく、この場合、実質的に荷電していない中立浮力粒子は、赤色、緑色、青色、または白色であってもよい。

別の実施形態では、実質的に荷電していない中立浮力粒子は、４種類の荷電粒子のいずれか１つの色と実質的に異なる色を有してもよい。

流体中の実質的に荷電していない中立浮力粒子の存在は、入射光の反射を増加し、したがって、特に、それらが反射材料から形成される場合、コントラスト比も向上する。

画像安定性もまた、４つの粒子流体システム内の実質的に荷電していない中立浮力粒子の添加によって向上され得る。実質的に荷電していない中立浮力粒子は、電場下の電極の表面上に詰め込まれた荷電粒子から生じる間隔を充填することができ、したがって、荷電粒子が重力に起因して沈降しないように防止する。

加えて、実質的に荷電していない中立浮力粒子が、白色である場合、それらは、ディスプレイの反射性を増進し得る。それらが、黒色である場合、それらは、ディスプレイの黒さを増進し得る。

いずれの場合も、実質的に荷電していない中立浮力粒子は、流体中の４種類の荷電粒子の駆動挙動に影響を及ぼさない。

前述される電気泳動流体は、ディスプレイセル内に充填される。ディスプレイセルは、その内容が参照することによって全体として本明細書に組み込まれる、米国特許第６，９３０，８１８号に説明される、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、または均等物等の他の種類のマイクロコンテナであってもよい。これらの全ては、本願の範囲内である。

図９Ａおよび９Ｂに示されるように、本発明におけるディスプレイセル（９０）およびピクセル電極（９２ａ）は、整合されてもよく、または整合されなくてもよい。

用語「約」は、本願全体を通して、表示値の±５％を意味することが意図される。

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、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更が行われ得、均等物が置換され得ることが、当業者によって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、１つまたは複数のプロセスステップを、本発明の目的、精神、および範囲に適合させるように、多くの修正が行われ得る。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を意図している。

Claims

ディスプレイ層であって、前記ディスプレイ層は、電気泳動流体を含み、前記ディスプレイ層は、対向する側面に第１および第２の表面を有し、前記電気泳動流体は、全てが溶媒または溶媒混合物中に分散される、高く正に荷電した粒子、高く負に荷電した粒子、低く正に荷電した粒子、および低く負に荷電した粒子を備え、前記４種類の粒子は、それぞれ、相互と異なる光学特性を有し、したがって、
（ａ）前記高く正に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、前記第１の表面で前記高く正に荷電した粒子の前記光学特性を表示させ、かつ、
（ｂ）高く負に荷電した粒子と同一の極性を有する電場の印加が、前記第１の表面で前記高く負に荷電した粒子の前記光学特性を表示させ、かつ、
（ｃ）いったん前記高く正に荷電した粒子の前記光学特性が前記第１の表面で表示されると、低く負に荷電した粒子と同一の極性を有するが、前記高く正に荷電した粒子と前記高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、前記第１の表面で前記低く負に荷電した粒子の前記光学特性を表示させ、かつ、
（ｄ）いったん前記高く負に荷電した粒子の前記光学特性が前記第１の表面で表示されると、前記低く正に荷電した粒子と同一の極性を有するが、前記高く正に荷電した粒子と前記高く負に荷電した粒子との間の引力を克服するために十分に強くないが、他の反対に荷電した粒子の間の引力を克服するために十分である、電場の印加が、前記第１の表面で前記低く正に荷電した粒子の前記光学特性を表示させ、かつ、
（ｅ）振動波形の印加が、前記第１の表面で第５の光学特性を表示させ、
前記第５の光学特性は、前記４種類の粒子の各々の前記光学特性と異なり、
前記電気泳動流体はさらに、実質的に荷電していない中立浮力粒子を備える、層。
前記４種類の粒子は、赤色、緑色、青色、および白色の粒子である、請求項１に記載の層。
前記４種類の粒子は、赤色、黄色、青色、および白色の粒子である、請求項１に記載の層。
前記４種類の粒子は、シアン色、マゼンタ色、黄色、および白色の粒子である、請求項１に記載の層。
より低く荷電した粒子の電荷が、より高く荷電した粒子の電荷の５０％未満である、請求項１に記載の層。
より低く荷電した粒子の電荷が、より高く荷電した粒子の電荷の７５％未満である、請求項１に記載の層。
前記４種類の粒子のうちのいずれも黒色の粒子ではなく、前記第５の光学特性は、黒色の状態である、請求項１に記載の層。