KR100413157B1 - 개선된 마이크로캡슐화 전기 영동 디스플레이 - Google Patents

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Abstract

도포용 전기 영동 재료는 캐리어 및 내부에 분산된 마이크로캡슐을 포함하며, 마이크로캡슐들은 각각 복수의 페이즈를 포함한다. 페이즈 중 적어도 일부는 시각적으로 대비되며 전기장에 대해 차동적인 응답성을 나타내어, 전기장의 인가가 마이크로캡슐의 시각적 외관을 나타내게 한다. 재료는 전기장이 제거된 후에도 시각적 외관이 유지되는 안정성을 나나낸다. 한 양상에서, 본 발명은 시각적 외관의 안정성을 향상시킨다. 다른 양상에서, 페이즈 중 적어도 하나의 반사율이 향상된다. 다른 양상에서 페이즈 중 하나는 천연 미립자이며, 가시 광선을 방출한다.

Description

개선된 마이크로캡슐화 전기 영동 디스플레이{IMPROVED MICROENCAPSULATED ELECTROPHORETIC DISPLAY}
비-방출형 디스플레이들은, 상이한 광 주파수들의 반사율을 변경시킴으로써 얻어진 콘트라스트 차이를 이용하여 정보를 전달한다는 점에서, 빛을 방출하여 육안을 자극하는 전통적인 방출형 디스플레이와 구별된다. 비-방출형 디스플레이 중 하나가, 전기 영동 현상을 이용하여 콘트라스트를 얻는 전기 영동 디스플레이(electrophoresis display)이다. 전기 영동이란, 전기장이 인가되는 경우의 대전 입자들의 이동을 의미한다. 유체 내에서 전기 영동이 발생하면, 입자는 자신이 경험하는 점성 드래그(drag), 입자의 전하 (영구 전하 또는 유도 전하), 유체의 유전 특성, 인가된 전기장의 세기에 의해 초기에 결정된 속도로 이동한다.
전기 영동 디스플레이는 상이한 색상의 유전 액상 매체 내에 부유하는 한 가지 색상의 대전된 입자를 이용한다 (즉, 입자에 의해 반사되는 광은 유체에 의해 흡수됨). 부유물은, 한 쌍의 대향 전극 (둘 중 하나는 투명함) 사이에 배치된 (또는 한 쌍의 대향 전극에 의해 그 일부가 형성된) 셀 내에 수용된다. 전극이 매체를 통해 DC 또는 펄스 전기장을 인가하도록 동작하면, 입자는 반대 부호를 가지는 전극을 향해 이동한다. 그 결과, 색상의 변화를 시각적으로 관찰할 수 있다. 특히, 충분한 수의 입자가 투명 전극에 도달하면, 그 입자들의 색상이 디스플레이를 좌우한다. 그러나, 입자들이 다른 전극으로 끌려 가면, 입자들은 액상 매체의 색상에 의해 차단되고, 그 액상 매체의 색상이 디스플레이를 좌우한다.
이상적으로, 입자는 디바이스의 수명 동안 강하고 균일한 전하를 유지하며, 비교적 작은 전기장의 영향 하에서도 가능한 한 신속하게 이동한다. 두 전극 사이에 위치하는 부유 입자의 스위칭 시간은 다음과 같이 주어진다.
여기에서, d는 전극들간의 간격이고, η는 액상 매체의 점성이며, ε은 유전 상수이고, V는 전극들간의 전위차이며, ζ는 입자의 제타 전위(zeta potential)이다. t는 "스위칭 시간", 즉 입자군(the population of particles)이 하나의 전극에서 다른 전극으로 이동하는 데 필요한 시간이다. 따라서, 시스템은 통상적으로 t를 최소화하도록 선택된다. 예를 들어, 전극들 간의 간격은, 입자들이 투명 전극으로부터 멀어진 후 완전히 차단되는 것을 보장할 수 있을만큼 작다.
유용한 전기 영동 디스플레이는 쌍안정성이다. 이들의 상태는 활성화 전기장이 제거된 후에도 유지된다. 이는 일반적으로 전극 상의 잔류 전하, 및 입자와 전기 영동 셀 벽 사이의 반 데르 발스 상호 작용에 의해 성취된다. 불행하게도, 현재의 전기 영동 디스플레이의 안정성에는 한계가 있다. 입자의 밀도와 액상 매체의 밀도를 일치시킴으로써 입자의 침전을 방지할 수 있다해도, 장기간에 걸친 입자 응집은 문제점으로 남는다. 즉, 결국에는, 입자들간의 응집력이 분산력을 초과하여, 디스플레이의 형태 및 기능을 열화시킬 수 있다. 예를 들어, 입자 응집은 디스플레이의 형태를 열화시키는 시각적 패터닝을 유발한다.
종래의 전기 영동 디스플레이의 다른 단점은, 주파수가 백색 색조(white tonality)를 적절하게 제공할 수 없다는 것이다. 예를 들어, 통상적으로 적색, 녹색 및 청색으로 착색된 픽셀을 가지는 다색 전기 영동 디스플레이에서, 각각의 픽셀은 입사광 중 일부만을 반사시킬 수 있기 때문에, 이러한 픽셀들의 조합 출력은 통상 회색이 될 것이다. 즉, 반사광의 가산 조합은 완전한 백색 색조를 제공하지 않을 것이다.
<발명의 요약>
본 발명에 따르면, 전기 영동 디스플레이는, 분산된 마이크로캡슐화 전기 영동 소자를 이용하여 제조되며, 적절한 예가 미국 출원 번호 제08/738,260호 및 PCT 출원 제US96/13469호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다. '260 출원에 따른 전기 영동 디스플레이는, 유전 유체 및 상기 유전 유체와 시각적으로 대비되며 표면 전하를 띠는 부유 입자들로 이루어진 전기 영동 혼합물을 각각 가지는 마이크로캡슐에 기초한다. 적어도 하나가 시각적으로 투명한 한 쌍의 전극은 이러한 마이크로캡슐들의 2차원적인 배열의 대향면들을 덮는다. 두 전극들 간의 전위차에 의해, 입자들이 두 개의 전극 중 하나의 전극측으로 이동하게 되고, 투명 전극을 통해 관찰되는 것이 변경된다. 이 전극으로 끌려오면, 입자들은 관찰 가능해지고 그 색상이 지배적이게 된다. 그러나, 반대쪽 전극으로 끌려가면, 입자들은 유전 유체에 의해 차단된다.
제1 양태에서, 본 발명은 제어 가능한 쌍안정성 및/또는 임계값 특성이 개선된 마이크로캡슐화 전기 영동 디스플레이를 포함한다. 제1 실시예에서, 한 가지 이상의 대전된 착색 입자뿐만 아니라, 구면(sphere) 내에서 상기 입자들을 이동시키기 위한 전기장에 의해 배향에 영향을 받는 액정 재료를 포함한다. 전기장이 존재하는 경우, 액정 재료는 전기장 방향으로 정렬되어, 미립자들이 자유롭게 이동할 수 있게 한다. 전기장이 존재하지 않는 경우, 액정 재료는 정렬되지 않아서, 입자의 이동을 방해하여 쌍안정성 및 임계값을 개선한다.
이러한 제1 양태의 제2 실시예에서, 미립자의 극성과 상반되는 극성의 전하가 마이크로캡슐의 내벽 상에 제공된다. 예를 들어, 적절한 부호의 전하를 제공하는 대전제가 마이크로캡슐 벽의 내부 표면에 코폴리머화되거나 흡착된다.
제2 양태에서, 본 발명은 광학적 투명성이 높고 백색 색조를 제공할 수 있는 전기 영동 디스플레이를 포함한다. 이 양태에서, 전기 영동 미립자의 재료에 반사 성분이 제공된다. 제1 실시예에서, 전기 영동 입자는 유체 캐리어 내에 분산되기 전에 반사성 재료로 코팅된다. 제2 실시예에서, 반사성 재료는 입자 내에 매립된다(embedded). 매립되는 재료는, 예를 들어 금속 조각 또는 유리 역반사체 구면일 수 있다. 제3 실시예에서는, 종래의 색소 입자가 역 반사체의 역할을 하는 외부 투명 쉘로 코팅된다.
제3 양태에서, 본 발명은 저광 환경에 적합한 마이크로캡슐화된 전기 영동 디스플레이를 포함한다. 디스플레이는 연속적으로 가시 광선을 방출하거나, 스스로는 보이지 않는 여기 광선에 응답하여 가시 광선을 방출하는 입자를 포함한다. 상기 두 경우에서, 입자가 분산될 액상 매체는 방출된 광을 흡수하여, 입자들이 마이크로캡슐의 관찰면에 대해 모이는 경우에만 광을 관찰할 수 있게 한다.
본 발명의 전기 영동 시스템은 프린팅 -즉, 패턴을 형성할 수 있는 비진공 증착 처리- 에 의해 증착될 수 있다. 이러한 예로는, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 및 리소그래피 및 그라비어 프린팅 등과 같은 접촉 공정이 있다. 이들은 임의의 형태의 기판 및 구조물에 도포될 수 있다. 또한, 이들은 직물 제조에 적합한 스레드 및 스트링의 형태로도 제조될 수 있다.
본 발명의 디스플레이는 한 가지 이상의 입자를 포함할 수 있다. 즉, 각각의 마이크로캡슐 내의 입자들은 물리적 특성 및/또는 색상면에서 이질적일 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 색상만 상이한 입자들을 이용하여 디스플레이 색상 중 하나에 대한 캐리어 유체 상의 의존도를 생략할 수 있다.
본 발명은 전자 디스플레이에 관한 것으로서, 특히 비-방출형 디스플레이(non-emissive display)에 관한 것이다.
도 1a는 착색 미립자의 제조를 위한 동심 노즐 분무 장치의 개략적인 정면도.
도 1b 내지 도 1e는 반사율이 향상된 입자의 확대 단면도.
도 2a는 에멀션-기초(emulsion-based) 마이크로캡슐화를 수행하기 위한 예시적인 장치 및 환경을 개략적으로 도시하는 도면.
도 2b는 실질적으로 투명한 캐리어 유체와 그 유체 내에 분산되어 있는 흑백 입자들을 포함하는 유화 방울을 도시하는 도면.
도 2c는 착색된 캐리어 유체를 포함하는 유화 방울 및 그 내부에서의 백색 미립자의 분산을 도시하는 도면.
도 3a 내지 도 3f는 한 가지 색상의 미립자를 함유하거나 입자를 전혀 포함하지 않는 마이크로캡슐의 확대 단면도.
도 4a 내지 도 4e는 여러가지 또는 색상의 미립자를 함유하는 마이크로캡슐의 확대 단면도.
도 5a 내지 도 5d는 리어-어드레스형 전기 영동 디스플레이 시스템의 개략적인 단면도.
도 6a 및 도 6b는 한 가지 이상의 색상의 입자 및 반사 약품를 함유하는 마이크로캡슐의 확대 단면도.
도 7a는 본 발명에 따라 마이크로캡슐화된 전기 영동 디스플레이의 부유물을 포함하는 프린트용 잉크를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7b는 도 7a에 도시된 잉크를 위한 스크린-프린팅 배열을 도시하는 도면.
도 7c 내지 도 7e는 임의의 표면 상으로의 또는 경계 내로의 도 7b의 잉크 프린팅을 도시하는 도면.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 전기 영동 디스플레이를 포함하는 쓰레드 또는 스트링을 도시하는 확대 단면도.
다음으로, 첨부 도면들을 참조하여, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 프린트 가능한 전기 영동 디스플레이는 내부 페이즈(internal phase) (표면 대전된 미립자 및 유전 유체를 포함할 수 있음)를 각각 함유하는 마이크로캡슐들을 포함하며, 상기 미립자와 상기 유체는 시각적으로 대비된다. 마이크로캡슐들은 통상 바인더(binder) 내에 분산되며, 프린팅 공정에 의해 증착될 수 있는 것이 바람직하다. 또 다른 방식으로서, 마이크로캡슐은 유리 또는 플라스틱 판들 사이로의 주입을 위한 캐리어 유체 내에 액정 대체 유체로서 분산될 수 있다.
광범위한 색소 입자가 내부 페이즈 미립자로서 사용될 수 있으며, 그 선택을 좌우하는 주된 표준은 적절한 전하, 크기, 색상 및 아래와 같이 처리될 수 있는지의 여부이다. 입자는 100㎛ 내지 1㎛ 미만의 크기를 가질 수 있지만, 1-5㎛의 크기를 갖는 것이 바람직하다. 입자는 음전하를 띨 수 있으며, 대전제 또는 대전 제어제(charge-control agent, CCA)에 의해 독립적으로 대전될 수도 있고, 유전 유체 내에서의 부유시 전하를 얻을 수도 있다. CCA는 색소 입자에 첨가되어 표면 전하(제타 전위)를 제공할 수도 있다. CCA는 입자 표면에 직접적으로 흡착될 수도 있고, 또는 입자의 제조시 혼합될 수도 있다. 일반적으로, CCA는 반경이 1㎛인 입자의 표면 상에 50-100 단위 전하와 동일한 제타 전위를 제공한다. 이는 10-4내지 10-5㎠/Vsec 정도의 충분한 전기 영동 기동력을 제공한다. 적절한 CCA가 본 기술 분야에 공지되어 있다. 이러한 CCA는 본질상 천연 폴리머 또는 비-폴리머일 수 있고, 이온성 또는 비이온성일 수 있다. 비이온성 폴리머 CCA로는 폴리에틸렌, 폴리부틴 숙신이미드(polybutene succinimide) 및 다양한 폴리비닐 피리딘 블록 코폴리머가 있다. 예를 들어, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함되어 있는 미국 특허 제5,380,362호, 제5,065,559호, 제4,680,103호 및 제4,298,448호를 참조한다. CCA (및 그 외의 하부 코팅재)는 색소 입자의 광학적 특성과 간섭해서는 안 된다.
적절한 미립자는, 미세 파우더를 생성하기 위한 종래의 방법은 물론, 그라인딩(grinding), 밀링(milling), 노즐 분무, 회전 분무, 초음파 기술, 또는 폴리머 빌딩 블록 [예를 들어, NYLON 폴리머를 제조하는 데 사용되는 헥사메틸렌 디아민(hexamethylene diamine) 및 아디포일 클로라이드(adipoyl chloride)]의 분무된 미스트 2개의 정전 결합을 포함하는 다양한 종래의 공지 기술 중 임의의 기술에 의해서 제조될 수 있다.
도 1a는 본 발명에 적합한 미립자를 제조하기 위한 동심 노즐 분무 기술(concentric-nozzle atomization technique)의 구현을 도시하고 있다. 착색제 또는 화학 첨가제를 함유할 수도 있고 함유하지 않을 수도 있는 폴리머가, 예시된 분무 장치의 분무 헤드(10)에 공급된다. 적절한 시스템 중 하나는 TiO2를 함유하는 저분자량 폴리에틸렌으로, 이는 백색의 마이크로구면(microsphere)를 생성한다. 장치를 둘러싸고 있는 일련의 히터 밴드(20)들이 폴리머를 쉽게 유동할 수 있는 유체 상태로 유지한다. 상기 언급한 폴리에틸렌 시스템을 용융 상태로 유지하는 데 있어서 170℃의 온도면 충분한 것으로 밝혀졌다.
폴리머는, 가압 헤드(pressure head)를 이용하거나 기계적 피스톤에 의해, 소형 튜브(30) (스테인레스 스틸 또는 그 밖의 내열 재료로 제조됨)를 통해 공급된다. 가열 가압된 공기가 유입구(40)를 통해 분무 헤드(10)에 공급된다. 25psi의 압력이면, 5㎛ 정도 크기의 구면을 생성하는 데 충분한 것으로 밝혀졌다. 액상 폴리머는 튜브(30)의 단부에서 배출되어 고온 고압 공기의 동심 스트림으로 유입된다. 믹싱 캐비티(mixing cavity)(50) 내에서, 두 개의 흐름이 난류 방식(turbulent manner)으로 혼합되어, 폴리머가 소형의 액적이 되게 함으로써, 이 액적들이 장치를 빠져 나가고, 주변 대기를 통해 이동하면서 냉각되게 한다. 입자들은, 본 기술 분야에 공지되어 있는 여과 방법들 [예를 들어, 필터 재료(fiter material) 이용, 원심 분리식 여과(cyclone filtration), 웨트 콜렉션(wet collection), 정전기 침전(electrostatic precipitition)] 중 하나를 이용하여 공기로부터 제거될 수 있다.
최종의 입자는 일반적으로 구면형이며, 크기의 분포를 가진다. 그 다음, 입자들은 -예를 들어 쉐이큰 스크린 베드(shaken screen bed) 상에서, 또는 고체 분류 분야에 공지되어 있는 그 밖의 수단을 이용하여- 크기 별로 분류될 수 있다. 디스플레이 재료로 사용될 수 있을 정도로 작지 않은 입자들은 재활용될 수 있다.
CCA는 여러 가지 방법으로 미립자와 연관될 수 있다. 한 가지 방법에서, CCA 재료는 내부 페이즈 미립자의 형성 공정 동안 폴리머 내에 매립될 수 있다. 예를 들어, 상이하게 착색된 마이크로구면의 세트 2개로 구성되는 시스템이 다음과 같이 준비될 수 있다. 제1 마이크로구면 세트는, 용융된 폴리에틸렌 및 TiO2에 양전하 대전제(positive charging agent)를 혼합하고, 상기와 같이 분무함으로써 형성된다. 제2 마이크로구면 세트는 용융된 폴리에틸렌에 음전하 대전제(negative charging agent)를 혼합하고, 분무함으로써 형성된다. 이와 같이 형성된 미립자들은 상반되는 전기적 특성을 나타낸다. 이러한 대전제 (적절한 예가 '103 특허에 개시되어 있음) 는, 자연적으로 또는 내부 페이즈 캐리어(internal phase carrier) 유체 내에서의 입자의 장시간에 걸친 용해에 의해, 수 년에 걸쳐 천천히 용액 속으로 분산된다. 그 결과, 대전제는 일정하고 상반된 극성의 전하 소스가 된다.
특정한 내부 페이즈 캐리어 유체 내의 특정한 종류의 폴리머에 양전하 또는 음전하 중 하나를 제공하는 것으로 공지되어 있는 그 밖의 다양한 CCA들도 채용될 수 있다. 대안적으로, 대전제는, 내부 페이즈 미립자의 제조 공정 동안 그들과 함께 코폴리머화될 수도 있고, 제조 공정 후 미립자 상에 흡착될 수도 있다. 또 다른 대안으로는, 대전 진행을 유발하는 방사능 재료 (예를 들어 알파 입자 또는 베타 입자 방출기)를, 미립자 내에 매립할 수도 있다.
다른 대전 방법으로는, 상이한 내부 페이즈 미립자 세트들마다 상이한 플라스틱들을 이용하는 방법이 있다. 예를 들어, 백색 미립자로는 폴리에틸렌을 사용하고, 흑색 미립자로는 나일론 폴리머를 이용할 수 있다. 이러한 플라스틱들은 서로 마찰시키면, 상반되는 대전 특성을 가지는 것으로 알려져 있다. 마찰 시리즈를 따라 상이한 폴리머들을 이용하면, 상이한 대전 특성을 생성할 수 있다.
또한, 마찰 대전을 이용하여 대전 미립자를 생성할 수 있다. 어떤 폴리머들은, 전하를 공급하거나 또는 용융된 폴리머에 의해 획득한 후 그 폴리머를 고체화한 경우, 장시간 (수 년간일 수도 있음)에 걸쳐 전하를 보유할 수 있다. 마찰 전기 시리즈는 두 가지의 상이한 재료들 간의 상호 작용에 의해 획득되는 전하의 부호 및 크기를 결정한다. 예를 들어, 폴리에틸렌이 유리관을 통해 흐르는 경우, 폴리에틸렌은 음전하를 획득하고, 유리관은 양전하를 획득할 것이다. 이러한 원리는 분무 또는 그 밖의 공정에 의해 생성된 미립자들을 마찰 전기적으로 대전하는 데 사용될 수 있다. 대전 소자는, 전하의 방출을 방지하기 위해 전기적으로 접지되어서는 안된다.
양호한 백색톤을 생성할 수 있는 반사형 칼라 디스플레이를 제공하기 위해서는, 표준 색소와 다른 내부 페이즈 미립자의 시스템이 채용되어야만 한다. 전술한 바와 같이, 통상의 적색, 녹색 및 청색으로 착색된 입자들은 각각 입사광의 일부만을 반사시킬 수 있기 때문에, 이들을 이용하면 회색의 조합 출력을 생성할 것이다. 백색 음영을 제공하기 위해서는, 반사율이 필요하다.
금속층 코팅 분야에 공지되어 있는 기술에 따라, 반사 코팅이 미립자에 도포될 수 있다. 적색, 녹색 또는 청색으로 염색될 수 있는 알루미늄, 은 또는 금의 층을 마이크로구면 상에 증착하는 데에, 예를 들어 물리적 증기 증착법이 사용될 수 있다. 이러한 구면이 도 1b에 도시되어 있다. 중심 구면(60)이 진공 증착법에 의해 금속층(62)으로 코팅된 후 염색된다. 그 다음, 입자는 전하 보유층(64)으로 코팅된다.
다른 방법에서, 마이크로구면은, 구면의 재료로 사용된 폴리머 내에 매립된 반사 재료를 가진다. 도 1c에 도시된 바와 같이, 알루미늄 막 조각이 이러한 목적으로 사용될 수 있다. 폴리머 구면(70)는, 폴리머 매트릭스 내에 매립된 알루미늄편(aluminum flake)(72)를 가진다. 이들은, 예를 들어, 벌크 상태의 유체가 분산되기 전에 단순 혼합함으로써 도입될 수 있다. 구면(70)의 표면에 도포된 착색층(74)은 칼라 디스플레이에 필요한 색조들 -일반적으로 풀 칼라 가산 디스플레이에 이용되는 세 가지 색조- 중 하나를 제공한다. 적절한 염색 및 도포 방법 (예를 들어, 도핑, 코팅 등)이 색소 제조 분야에 잘 정립되어 있다.
대안적으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 초소형 유리 역반사체 구면 (microscopic glass retroreflector sphere)들이 폴리머 마이크로구면 내에 매립되어 반사율을 얻을 수 있다. 폴리머 구면(80)는, 착색될 수 있는 유리 구면(82)의 분산을 가진다. 유리 구면(82)는 분무 이전에 벌크 상태의 유체 내에 도입될 수 있다. 착색층(84)은 칼라 디스플레이에 필요한 세 가지 색조 중 하나를 제공한다.
반사형 마이크로구면을 제조하는 마지막 방법은, 착색된 미립자를 외부 투명 코팅(outer clear coating)으로 둘러싸는 것이다. 그 다음, 이러한 외부 구면은 도 1e에 도시된 것과 같은 역반사체(retroreflector)의 역할을 한다. 이러한 경우, 폴리머 미립자(90)는 착색제(92)를 수용하며 (예를 들어 도핑에 의해), 투명 플라스틱 (예를 들어 폴리에틸렌)(94)으로 더 캡슐화되어 반사 렌즈 효과를 제공한다. 캡슐화는 폴리머 미립자를 용융된 폴리에틸렌 분출구에서 공통 분무함으로써 수행될 수 있다.
반사율을 제공하는 대신에, 미립자들이 실제로 가시 광선을 방출하여 저광 상태에도 적합해지도록 제조할 수 있다. 적절한 미립자가 전자 발광 재료, 형광 재료, 인광 재료 (예를 들어, 라듐 또는 트리튬이 도핑된 인) 또는 그 밖의 발광혼합물 또는 복합체로 도핑될 수 있다.
일반적으로, 내부 페이즈는 캐리어 유체 및 미립자를 포함한다. 캐리어 유체는 양호한 전기 영동 특성 (전기적 저항도가 높고, 유체를 착색시키는 염료는 잘 용해시키는 반면, 미립자는 용해시키지 않음) 은 물론, 그 밖의 관련 특성 (낮은 독성, 높은 끓는점 등) 들도 가진다. 본 발명의 다른 실시예에서, 캐리어 유체는 착색되지 않고 (즉, 시스템 내에 염료가 존재하지 않음), 대신에 부유물 내에 존재하는 여러 종류의 상이한 색상의 미립자에 의해 차동 스위칭 가능한 색상이 제공된다.
부유물의 비중은, 일반적으로 부유물 내에 분산되어 있는 미립자와 일치한다. 본 발명의 다른 실시예에서, 추가의 시스템 변경 요인 -예를 들어 액정 분자- 이 부유물에 첨가되어, 디스플레이의 쌍안정성 또는 임계 특성을 변경시킬 수 있다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 선택된 마이크로캡슐화 공정에 따른 일정한 제한 사항 (예를 들어 높은 끓는점) 내에서, 본 발명에 이용되는 전기 영동 캐리어 유체를 쉽게 선택할 수 있을 것이다.
내부 페이즈의 캡슐화는 다양한 방법으로 성취될 수 있다. 다양한 마이크로캡슐화 공정이 Kondo의 "Microcapsule Processing and Technology" 및 Gutcho의 "Microencapsulation"에 상세하게 기재되어 있다. 공정들은 수 개의 일반적인 범주 -계면 폴리머화, 원위치 폴리머화(in-situ polymerization), 물리적 공정, 유체 내 경화(in-liquid curing), 및 단순/복합 코아세르베이션(simple/complex coacervation)- 내에 포함되며, 이들은 모두 본 발명에 적용될 수 있다.
본 발명의 정황 내에서, 본 기술 분야의 숙련된 기술자들은 원하는 마이크로캡슐의 특성에 따라 마이크로캡슐화 공정 및 벽 재료를 선택할 수 있을 것이다. 상기 마이크로캡슐의 특성으로는, 마이크로캡슐의 반경 분포와, 마이크로캡슐 벽의 전기적 특성, 기계적 특성, 확산 특성 및 광학적 특성과, 마이크로캡슐의 내부 페이즈와의 적합성이 있다.
마이크로캡슐 벽은 일반적으로 높은 전기 저항도를 가진다. 비교적 낮은 저항의 벽을 사용할 수도 있지만, 이는 상대적으로 높은 어드레싱 전압을 필요로 한다는 점에서 성능을 제한한다. 마이크로캡슐 벽의 전기적 관련 특성에 대한 상세한 논의는 미국 특허 제 4,605,284 호에 개시되어 있으며, 그 전체 명세서가 본 발명에 참조로서 포함된다. 또한, 마이크로캡슐 벽은 기계적으로 강할 수 있다 (완성된 마이크로캡슐 파우더가 코팅용의 경화 가능 폴리머 바인더 내로 분무되는 경우에도, 기계적 강도가 위험하지 않은 정도임). 마이크로캡슐은 다공성(porous)이어서는 안 된다. 그러나, 다공성 마이크로캡슐을 제조하는 마이크로캡슐화 공정을 이용하기를 원하는 경우, 그 마이크로캡슐들은 제조 후 단계에서 재코팅되어야 한다 (즉, 제2 마이크로캡슐화). 또한, 마이크로캡슐이 경화 가능 바인더 내에 분산되는 경우, 바인더는 기공들을 폐쇄시키는 역할을 할 것이다. 마이크로캡슐 벽은 광학적으로 투명해야 한다. 그러나, 벽 재료는 마이크로캡슐(전기 영동 부유물)의 내부 페이즈 또는 그 마이크로캡슐이 분산될 폴리머 바인더의 굴절율에 일치하도록 선택될 수 있다. 몇몇 응용에 대해 (예를 들어, 두 개의 고정 전극들 간의 삽입), 단분산(monodisperse)된 마이크로캡슐 반경이 바람직하다. 그러나, 보다 전형적으로, 관찰면이 디스플레이 매체에 의해 더 조밀하게 채워지기 때문에, 반경 분포는 더 높은 대비를 나타낸다.
본 발명에 매우 적합한 마이크로캡슐화 기술이 미국 특허 제 4,087,376 호에 기재되어 있으며, 그 전체 내용이 본 명세서에 참조로서 포함된다. 상기 기술은, 음으로 대전된 카르복실-치환 1차 지방 탄화수소 다중 전해질 재료(carboxyl-sustituted, linear aliphatic hydrocarbon polyelectrolyte material)가 존재하는 오일/워터 에멀션(oil/water emulsion)의 수성 페이즈(aqueous phase) 내에서의 요소와 포름알데히드 간의 폴리머화를 포함한다. 최종의 미세화 캡슐 벽은 요소/포름알데히드 코폴리머이며, 이것이 내부 페이즈를 불연속적으로 둘러싼다. 캡슐은 투명하며, 기계적으로 강하고, 양호한 저항 특성을 가진다.
원위치 폴리머화의 관련 기술은, 전기 영동 혼합물 (즉, 색소 입자의 부유물을 함유하는 유전 유체) 을 수성 환경에서 분산시킴으로써 형성된 오일/워터 에멀션을 이용한다. 모노머(monomer)들이 폴리머화하여, 수성 페이즈보다 내부 페이즈에 대한 친화성이 높은 폴리머를 형성함으로써, 유화 액적(olily droplet)의 둘레에 표피로서 응축된다. 특히 유용한 원위치 폴리머화 공정에서, 요소와 포름알데히드는 폴리아크릴산이 존재하는 상태에서 응축된다 (미국 특허 제 4,001,140호 참조). 미국 특허 제 4,273,672 호에 개시되어 있는 다른 유용한 공정에서는, 수용액 내에 제공된 다양한 교차 결합 약품(cross-linking agent) 중 어느 것이라도 초소형 유화 액적 둘레에 증착될 수 있다. 이러한 교차 결합 약품으로는, 포름알데히드, 글리옥살, 글루타르알데히드 및 다른 포름알데히드 도너, 트리옥산, 에탄올아민, 에틸렌아민, 붕산, 붕산 나트륨 등의 붕산염, 또는 젤라틴, 검 트라가칸트, 메틸셀루로오스 및 A-스테이지 포름알데히드 응축 제품 등의 고분자 종 등이 있다. '140 및 '672 특허의 명세서 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
코아세르베이션 방법도 오일/워터 에멀션을 이용한다. 그러나, 이 경우에서, 마이크로캡슐 쉘(shell)을 형성할 모노머는 수성 페이즈가 아닌 분산 페이즈 액적(dispersed-phase droplet) 내에 존재한다. 하나 이상의 콜로이드가 수성 페이즈로부터 코아세르베이트되고, 온도, pH 농도 및/또는 상대적 농도의 제어를 통해 유화 액적 둘레에 쉘로서 증착되어, 마이크로캡슐을 생성한다. 코아세르베이션에 적절한 재료로는 젤라틴과 아라비아 고무가 있다. 미국 특허 제 2,800,457호를 참조한다 (그 명세서 전체가 본 명세서에 참조로서 포함되어 있다).
계면 폴리머화 방법은, 수성 페이즈 내의 에멀션으로서 존재하는 전기 영동 혼합물 내의 지용성 모노머의 존재에 의존한다. 미세한 소수성 액적(hydrophobic droplet) 내의 모노머는 수성 페이즈 내에 도입된 모노머와 반응하여, 액적과 주위의 수성 매체 사이의 계면에서 폴리머화함으로써, 액적 둘레에 쉘을 형성한다. 이러한 방식으로 형성된 벽들이 상대적으로 얇고 삼투성이긴 하지만, 이 공정은 몇몇 다른 공정의 고온 특성을 필요로 하지 않으므로, 유전 유체를 선택하는 관점에서 볼 때 융통성이 더 크다.
도 2a는 에멀션-기초(emulsion-based) 마이크로캡슐화를 수행하기 위한 예시적인 장치 및 환경을 도시하고 있다. 오일/워터 에멀션이, 모니터링용 장치(110) 및 온도 제어용 장치(160)가 장착된 용기(115) 내에 준비된다. pH 모니터(120)도 용기(115)에 장착될 수 있다. 추진기(140)가 마이크로캡슐화 공정 내내 섞기를 계속하며, 유화제(emulsifier)와 조합하여, 완성된 마이크로캡슐이 될 에멀션 액적(150)의 크기를 제어하는데 사용될 수 있다. 수성 연속 페이즈(aqueous continuous phase)(130)는, 예를 들어 프리폴리머 및 다른 시스템 변경 인자를 함유할 수 있다.
도 2b는, 실질적으로 투명한 전기 영동 부유 유체(405)를 포함하고, 백색 미립자(400) 및 흑색 미립자(410)가 함유되어 있는 유화 액적(150)을 도시하고 있다. 바람직하게는, 미립자(400, 410)는 서로 비슷하거나 동일하고, 부유 유체(405)와 비슷하거나 동일한 비중을 가진다. 액상 페이즈는 약간의 임계/쌍안정성 변경 인자, CCA 및/또는 소수성 모노머를 함유하여, 계면 폴리머화를 수행할 수 있다.
도 2c는, 백색 미립자(330) 및 적절한 CCA의 분산을 함유하며 진하게 염색된 전기 영동 부유 유체(195)를 포함하는 유사한 유화 액적(190)을 도시하고 있다.
도 3a 내지 도 3f는, 한 가지 색상의 미립자를 함유하거나, 미립자를 전혀 함유하지 않는 다양한 전기 영동 마이크로캡슐을 도시하고 있다. 도 3a에서, 투명 전극(300) 및 배면 전극(310)은, 마이크로캡슐(320) 내에 함유되어 있는 대전 및 착색된 다량의 미립자가 염색된 캐리어 유체(340)를 통해 전극들 중 하나로/로부터 이동하도록, 선택적으로 그리고 대향하여 바이어스된다. 이러한 구성 중 하나에서, 미립자(330)는 투명 전극(300) 측으로 끌려가서 관찰 가능해진다. 반대의 구성에서, 미립자(330)는 배면 전극(310)으로 끌려가서, 염색된 유체(340)에 의해 가려진다.
도 3a에 도시된 시스템이, 미립자(330)와 셀 벽(320) 간의 표면 상호 작용으로 인해 쌍안정성이고 임계값 (즉, 최소 전위 하에서 실질적인 입자 이동에 대한 저항)을 제공하긴 하지만, 도 3b 내지 도 3d에 도시된 시스템은 쌍안정성 및/또는 임계값의 특성에 대한 보다 직접적인 제어를 제공한다. 도 3b 및 도 3c에서, 마이크로캡슐(320)은 참조 번호(350 및 360)로 표시된 액정 재료도 함유할 수 있다. 전기장의 존재 하에서 (도 3b), 액정 재료(350)는 전기장의 방향으로 정렬되어, 미립자(330)가 전극(300 및 310) 사이를 이동할 수 있게 한다. 도 3c에서와 같이 전기장이 인가되지 않는 경우, 액정 분자는 참조 번호(360)로 표시된 것과 같이 실질적으로 정렬되지 않은 상태이며, 이는 전극(300 및 310) 사이에서의 미립자(330)의 이동을 방해한다. 이러한 목적에 유용한 액정 분자는 본 기술 분야에서 전통적인 것이고, 미국 특허 제4,305,807호에 적절한 예가 기재되어 있으며, 그 내용 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.
도 3d에서, 대전제(370)는 마이크로캡슐(320)의 벽의 내부 표면에 코폴리머화되거나 흡착되거나 또는 화학적으로 속박된다. 이러한 대전제(370)는 미립자(330)의 극성과 상반되는 극성의 전하를 가지며, 상반되게 대전된 미립자와 상호 작용하여, 쌍안정성 및/또는 임계값을 획득한다. 즉, 속박 전자는, 유도되지 않은 미립자의 이탈 이동을 억제하는 보유력을 추가한다. 미립자(370)와 마이크로구면(320)의 벽 간의 상호 작용의 정도는, 쌍안정성에 대한 기여도, 및 원하는 스위칭 시간 내에 미립자가 완전히 이동하게 하는 데 필요한 전위차 (즉, 임계값)에 대한 영향을 결정한다. 적절한 대전제는 전기 영동 디스플레이 분야에 전통적인 것이다. 대안적으로, 전하는, 대전되거나 극성이 높은 그룹의 코폴리머화를 통해서, 또는 상이한 유형의 폴리머들 간 (즉, 입자의 폴리머와 마이크로캡슐 벽의 폴리머 사이) 의 마찰 전기 상호 작용을 통하여 마이크로캡슐의 폴리머 벽에서 자연적으로 발생할 수 있다.
도 3e는 입자를 사용하지 않는 마이크로캡슐화된 전기 영동 시스템을 도시하고 있다. 대신에, 마이크로캡슐(320)의 내부 페이즈는 두 가지의 혼합 불가능한 착색 유체(380 및 385)를 포함한다. 이 유체들(380 및 385)은 상이한 전기적 특성을 가져서, 전극(300 및 310)의 선택적인 바이어싱을 통해 차동적으로 어드레싱될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제 5,582,700 호 (내용 전체가 본 명세서에 참조로서 포함됨) 에 개시되어 있는 바와 같이, 유체(380 및 385)는 비극성 연속 페이즈 및 극성 비연속 페이즈의 에멀션일 수 있다. 에멀션의 극성 페이즈는 비극성 페이즈의 액적 [역 교질 입자(reverse micelle) 또는 역 에멀션)을 형성할 수 있으며, 비극성 페이즈에서 녹지 않는 염료를 함유한다. 염료 함유 액적은 전기장을 이용하여 비극성 페이즈 내로 운반될 수 있다. 전기장을 이용하여 극성 액적의 분포를 제어함으로써, 극성 페이즈를 비극성 페이즈로부터 분리시키는 것, 또는 비극성 페이즈 내에서 응고 또는 분산시키는 것이 가능하다. 극성 페이즈가 분산되는 경우, 에멀션은 비극성 페이즈와 극성 페이즈가 혼합된 색상을 나타내게 된다. 그러나, 극성 페이즈가 덩어리로 뭉치게 함으로써, 전극(300, 310) 중 하나에 인접한 페이즈를 끌어당기거나 응집시켜, 관찰 가능한 색상을 극성 페이즈의 색상으로 변경하는 것이 가능하다.
도 3f는 저광 환경에 적합한 백라이트 시스템을 도시하고 있다. 이 경우, 미립자(390)는 형광, 인광 또는 그 밖의 발광 재료를 함유한다 (이들은 일체화될 수도 있고 표면 흡착될 수도 있음). 적절한 재료로는, 예를 들어 라듐 또는 트리튬 도핑된 인광체, 또는 전기 발광 시스템이 있다. 부유 유체(395)는 가시 광선을 차광하는 염료를 함유한다. 따라서, 발광 미립자가 배면 전극(310)으로 끌려가는 경우, 미립자들은 유체(395)에 의해 가려질 것이다. 즉, 미립자들의 가시 광선 신호가 유체(395)에 의해 흡수될 것이다. 대안적으로, 부유 유체(395)가 가시 광선만을 차광하고, 자외선(UV) 또는 전극(310) (여기 광선에 대해 투명함) 뒤에 배치된 광원이나 배면광에 의해 방출된 여기 광선은 통과시킬 수도 있다. 광원(397)으로부터의 광선은 미립자가 형광 작용을 하게 하며, 미립자는 전극(300) 측으로 끌려가는 경우에는 관찰 가능하고, 전극(310) 측으로 끌려가는 경우에는 관찰 불가능하다. 예를 들어, 미국 특허 제3,792,308호를 참조하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참조로서 포함된다.
도 4a 내지 도 4e는 다양한 유형 또는 색상의 미립자를 함유하는 다양한 전기 영동 마이크로캡슐을 도시하고 있다. 도 4a를 참조하면, 전기 영동 마이크로캡슐(320)은 캐리어 유체(405)를 함유하며, 그 유체(405) 내에는 한 가지 색상을 가지는 다량의 대전된 미립자(400), 및 상이한 또는 대비되는 색상을 가지는 유사한 양의 비대전된 미립자(410)가 분산되어 있다. 투명 전극(300) 및 배면 전극(310)은, 대전된 착색 미립자(400)가 전극(300)을 향해 이동하여 미립자(400)의 색상이 우세하게 하거나, 미립자(400)가 전극(310)을 향해 이동하여 미립자(410)의 색상이 우세하게 한다 [미립자(400)가 미립자(410) 뒤에 숨기 때문]. 대안적으로, 도 4b에 도시된 바와 같이, 미립자(400) 및 상이하게 착색된 미립자(420)가 상반되는 전하를 운반하여, 전극(300) 측으로 끌려간 미립자의 가시성을 향상시키고 다른 미립자와의 시각적인 간섭을 감소시키는 푸시-풀 효과(push-pull effect)를 유발한다. 또 다른 대안으로서, 상이한 입자 세트가 동일한 전하 부호 및 상이한 전하량을 가질 수 있다.
도 3b 내지 3d에서와 마찬가지로, 도 4c 내지 도 4e는 쌍안정성 및/또는 임계값 특성에 대한 직접적인 제어를 용이하게 하는 시스템을 도시하고 있다. 도 4c 및 도 4d에서, 마이크로캡슐(320)은 다량의 대전된 미립자(400) 및 다량의 비대전된 미립자(410)와, 참조 번호(350, 360)으로 도시된 액정 재료를 함유한다. 전기장이 존재하는 경우 (도 4c), 액정 재료(350)는 전기장 방향으로 정렬되어, 미립자(400 및 410)가 전극(300 및 310) 사이에서 이동할 수 있게 한다. 전기장이 인가되지 않는 경우 (도 4d), 액정 재료는 참조 번호(360)로 표시된 바와 같이 실질적인 비정렬 상태인 것으로 예측되며, 이것은 미립자(400 및 410)가 전극(300 및 310) 사이에서 이동하는 것을 방해한다. 또한, 입자(400 및 410)의 유형에 대해 상반되는 전하를 운반하여, 전극(300) 측으로 끌려간 미립자의 가시성을 향상시키고 다른 미립자와의 시각적 간섭을 감소시키는 푸시-풀 효과를 유발하는 것이 가능하다.
도 4e에서, CCA(370)는 마이크로캡슐(320)의 벽의 내부 표면과 코폴리머화되거나, 거기에 흡착된다. 이러한 CCA(370)는 대전된 미립자(400)의 극성과 상반되는 극성의 전하를 가지며, 상반되게 대전된 미립자와 상호 작용하여 원하는 쌍안정성 및/또는 임계값을 획득한다.
도 5a 내지 도 5d는, 상단 투명 전극(300)을 필요로 하지 않아서 "리어-어드레스(rear-addressed)" 시스템으로 칭해지는 시스템을 도시하고 있다. 도 5a에서, 세 개의 전극(510, 520, 530)은 마이크로캡슐(320)을 향해 배향된 실질적인 동일 평면 상에 놓이거나, 마이크로캡슐의 외부 표면 근처에 서로 인접하여 배치될 수 있다. 전극들 중 하나에 인가되는 전위는, 나머지 전극들이 구동된 전극의 그라운드 리턴에 효과적으로 접속되어 있는 한, 그 나머지 전극들에 상반된 전하를 유도할 것이다. 마이크로캡슐(320)은 상반되게 대전되고 상이하게 착색된 다량의 미립자(400, 420)를 함유한다. 전극(510)이 음으로 바이어스되는 경우, 전극(520, 530)은 그에 대응하여 전극(510)에 대하여 양으로 바이어스된다. 따라서, 미립자(400, 420)은 도시된 바와 같이 배향될 것이다. 전극(520)과 전극(530)을 연속적으로 음으로 바이어스시킴으로써, 미립자(420)가 전극면과 인접한 마이크로캡슐(320)의 바닥으로 끌려가서, 미립자(400)가 마이크로캡슐의 상부 영역으로 가게 한다. 효과적으로, 미립자(420)는 전극(510 내지 530)에 의해 정의된 경로를 따라 정류한다. 음으로 바이어스시키는 대신에 양으로 바이어스시켜 유사한 과정을 거치면, 상반된 색상 배향을 얻을 수 있다. 명백하게, 각각의 용기(320)에 대한 개별의 전극 세트에 대한 필요성으로 인해, 본 시스템은 대형 전기 영동 캡슐에 가장 적합하다.
도 5b에 도시되고 '469 PCT 특허에 논의되어 있는 바와 같이, 마이크로캡슐(320)은 주파수 독립 유전 상수를 가지며 제1 색상을 나타내는 연속 페이즈(560)를 함유한다. 주파수에 의존하는 유전 상수를 가지며 제2 색상을 나타내는 재료(550)가 유체(560) 내에 분산된다. 예를 들어, 재료(550)는 저주파에서는 페이즈(560)보다 높은 유전 상수를 가지고, 고주파수에서는 페이즈(560)보다 낮은 유전 상수를 가질 수 있다. 전극(540)에 의해 저주파 AC 전기장을 인가하면, 페이즈(560)보다 재료(550)가 전극 부근의 고 전기장 영역으로 잘 끌려가기 때문에, 위에서 볼 때 마이크로캡슐(320)은 페이즈(560)의 색상을 나타낸다. 반대로, 전극(540)에 의해 고주파 AC 전기장을 인가하면, 재료(550)보다 페이즈(560)가 고 전기장 영역으로 더 잘 끌려가기 때문에, 위에서 볼 때 마이크로캡슐(320)은 재료(550)의 색상을 나타낸다. 이러한 구성은 유전체 영동 시스템을 나타낸다.
도 5c에 도시된 바와 같이, 두 개의 페이즈 모두 유체일 수 있다. 제1 주파수에서, 유체(380)는 상이하게 착색된 유체(385)보다 높은 유전 상수를 가진다. 제2 주파수에서는, 유체(380)가 유체(385)보다 낮은 유전 상수를 가진다. 따라서, 제1 주파수에서, 유체(380)가 전극(540) 부근의 영역으로 끌려가고, 위에서 볼 때 마이크로캡슐(320)은 유체(385)의 색상을 나타내게 된다. 제2 주파수에서는 상반되는 효과를 얻을 수 있으므로, 마이크로캡슐은 도 5c에 도시된 것과 같이 나타나게 된다.
대안적으로, 도 5d에 도시된 바와 같이, 다량의 미립자(570)는 배리스터 또는 반도체 재료로 구성되며, 전압에 따라 다른 컨덕턴스를 나타낸다. 미립자(570) 및 주변 유체는 상이하게 착색된다. 미립자(570)들이 항상 도전성인 경우, 이들은 전극(540)에 의해 생성된 수렴성 전기장을 향해 정전기적으로 끌려갈 것이다 (이동 속도는 전기장의 세기에 의해 결정됨). 그러나, 도전성 미립자(570)도 전기장의 세기에 의존하기 때문에, 이들은 저전압에서는 충분한 강도의 힘을 겪지 못할 것이다. 즉, 도전성 미립자(570)의 이동 속도는 전기장의 세기에 두 배 의존한다. 따라서, 미립자(570)가 초기에 분산되는 경우, 마이크로캡슐(320)의 색상은 미립자(570)와 주변 유체 양자 모두의 기여도를 반영할 것이다. 저전압에서, 이러한 외양은 신속하게 영향을 받지 않는다. 그러나, 고전압에서, 미립자(570)는 도전성이 되므로 전극(540) 측으로 신속하게 끌려가고, 따라서 마이크로캡슐의 외양은 전기 영동 유체에 의해 결정될 것이다 (미립자(570)는 가려짐).
주파수 의존성에 의해서도 유사한 효과를 얻을 수 있다. 미립자(570)들은 반도체이기 때문에, 고전압에 속하는 경우에도 순간적으로 극성화되지는 않는다. 그러므로, 고주파 AC 전류가 전극(540)에 인가되는 경우, 미립자(570)는 실질적으로 극성화하지 않을 것이며, 따라서 전극(540) 측으로의 인력을 거의 느끼지 않을 것이다. 저주파에서, 미립자는 대전 전기장에 응답하여 극성화할 수 있으며, 따라서 미립자(570)는 전극(540) 측으로 끌려갈 것이다. 당연히, 고진폭 AC 신호는 극성 미립자들을 더 신속하게 끌어당길 것이다.
도 6a 및 도 6b는 상기에 논의되었던 반사성 개념이 풀 칼라 디스플레이에 적용되는 방법을 도시하고 있다. 반사형 풀 칼라 디스플레이에서, 적색, 녹색, 청색을 나타내는 각각의 상태는, 적색, 녹색, 청색으로 프린트된 정상 반사율의 적어도 3배의 반사율을 가져서, 그들의 합산이 백색을 나타내게 해야 한다. 도 6a에서, 역 반사 거울 또는 밀도-정합 플라스틱 구면(density-matching plastic sphere)(620) [역 반사 싸인(retroreflecting sign)에서 사용되는 것과 유사한 것임] 가 마이크로캡슐(320) 내에 분산되어, 더 밝은 픽셀을 생성한다. 구면(620)의 반사율이 주변 유체(405)의 반사율보다 실질적으로 커서, 구면(620)이 렌즈의 역할을 하는 것이 바람직하다.
대안적으로, 도 6b에 도시된 바와 같이, 반사형 미립자를 투명 착색제로 코팅하거나, 불투명한 착색제를 투명 쉘 (역 반사 렌즈의 역할을 함) 내에 캡슐화함으로써, 더 높은 반사율의 착색된 미립자(630)가 형성될 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 프린팅 잉크를 형성하기 위해 마이크로캡슐 디스플레이를 이용하는 것을 도시하고 있다. 도 7a에서, 프린팅에 적합한 캐리어(720) 내에 마이크로캡슐 시스템(320)을 분산시켜 슬러리(slurry) 또는 분산을 생성함으로써, 프린트 가능한 전자 잉크(710)가 생성된다. 캐리어는 광 경화성일 수 있으며 (예를 들어 UV 경화성 폴리머), 열 경화성 또는 화학 경화성일 수 있다. 대안적으로, 캐리어는 증발에 의해 형성될 수도 있고 (예를 들어, 프린팅 분야에서 통상적으로 채용되는 수분계 폴리머), 비경화성일 수도 있다. 예를 들어, 비경화성 시스템은 액정 디스플레이용 대체 유체로서 사용될 수 있다. 이러한 응용에서, 마이크로캡슐 분산은 2 개의 디스플레이 전극 (일반적으로 유리임) 사이에 진공 주입된다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 잉크(710)는 스텐실 프린팅 -잉크(710)가 스텐실(740)을 통과하여 상을 프린트함- 등의 종래의 수단에 의해 프린트될 수 있다.
대안적으로, 도 7c 및 도 7d에 도시되어 있는 바와 같이, 잉크(710)가 임의의 표면 상에 프린팅되어 평면 또는 곡면 상에 전기적으로 어드레스 가능한 디스플레이를 형성하는 방법도 있다. 또한, 도 7e에 도시된 바와 같이, 마이크로캡슐(320)의 벽이 화학적으로 약화되거나 압력이 가해져서, 선형 경계 내에 정확하게 들어맞을 수 있다. 이것은, 마이크로캡슐들 간의 간격을 감소시킴으로써, 개구비 (즉, 콘트라스트 재료에 의해 실제 점유된 관찰 표면의 백분율)를 증가시킨다.
도 8a 및 도 8b는, 본 발명에 따라 필라멘트, 쓰레드 또는 스트링이 마이크로캡슐로부터 형성되는 과정을 도시하고 있다. 도 8a에 도시된 바와 같이, 쓰레드 또는 스트링(thread or string)은 잉크(710)가 채워진 얇고 투명한 플렉시블 튜브 전극(300)으로부터 형성된다. 와이어 전극(310)이 튜브(300)를 통해 연장되고 (벽에 접촉하지 않음), 튜브(300)의 끝이 밀봉됨으로써, 장치가 완성된다.
대안적으로, 도 8b에 도시된 바와 같이, 투명 튜브 재료(800)로부터 시작하여, 마이크로캡슐을 이용하지 않고서도 캡슐화된 전기 영동 쓰레드를 형성할 수 있다. 전형적으로 천연 폴리머인 투명 튜브(800)는, 예를 들어 착색된 미립자(330) 및 염색된 캐리어 유체(340)로 구성되는 전기 영동 시스템의 내부 페이즈로 채워진다. 얇은 와이어 전극(340)이 튜브(800)를 통해 연장되고, 튜브는 열적 또는 화학적으로 크림핑(crimping)되어, 각각 전기 영동 분산 및 긴 전극(310)을 각각 포함하는 일련의 캡슐을 생성한다. 그 다음, 투명 전극(300)이 크림핑된 튜브(800)의 외부에 제공되어 쓰레드를 형성한다. 전극(300)과 전극(310) 사이에 전압을 인가하면, 쓰레드의 색상이 변화한다.
본 명세서에서 사용된 용어 및 표현은 설명을 위한 것으로서 제한을 위한 것이 아니며, 이러한 용어 및 표현의 사용에 있어서 도시되고 설명된 양상 또는 부분과의 등가물을 배제하려는 의도는 없으며, 청구된 발명의 범위 내에서 다양한 변경이 가능함을 알아야 한다.

Claims (32)

  1. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들(dispersion of microcapsules)을 포함하는 전기 영동(electrophoretic) 또는 유전체 영동 재료(dielectrophoretic material)에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들(internal-phase constituents) -상기 성분들 중 적어도 일부는 시각적으로 대비되며, 전기장에 대해 차별적으로 응답함- ; 및
    b. 상기 성분들 중 적어도 하나의 반사율을 강화하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 수단은 내부 페이즈 성분들이며 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하는 입자들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 입자들은 반사성 재료와 연관되며, 상기 반사성 재료는 상기 입자들에 코팅되는 금속 쉘(metal shell)인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  4. 제3항에 있어서, 상기 반사성 코팅재는 금속 쉘인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  5. 제4항에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 은 및 금으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  6. 제1항에 있어서, 상기 입자들은 반사성 재료와 연관되며, 상기 반사성 재료는 상기 입자들 내에 매립된(embedded) 금속편(metal flake)인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  7. 제1항에 있어서, 상기 입자들은 반사성 재료와 연관되며, 상기 반사성 재료는 상기 입자들 내에 매립된 다량의 유리 역반사체 구면(glass retroreflector spheres)인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자들은 반사성 재료와 연관되며, 상기 반사성 재료는 상기 각각의 입자를 둘러싸고 있는 외부 투명 캡슐인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 페이즈 성분들은 적어도 하나의 액상 페이즈(liquid phase)를 포함하고,
    상기 반사율을 강화하기 위한 상기 수단이 상기 액상 페이즈 내에 분산된 반사성 재료를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  10. 제9항에 있어서, 상기 반사성 재료는 투명 입자들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액상 페이즈 및 상기 투명 입자들은 굴절율을 가지며,
    상기 입자들의 굴절율은 상기 액상 페이즈의 굴절율을 초과하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 내부 페이즈 성분들은 제1 색상을 가지는 유체를 포함하며,
    상기 입자들은 대비되는 제2 색상을 가지는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 내부 페이즈 성분은 투명한 캐리어 유체를 포함하며,
    다량의 제1 입자들은 제1 색상 및 제1 전하를 가지고,
    다량의 제2 입자들은 제2 색상, 및 상기 제1 전하와 부호가 상반되거나 크기가 다른 제2 전하를 가지며,
    상기 제1 및 제2 색상은 시각적으로 대비되는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 캐리어 유체, 및 내부에 분산된 다량의 입자들을 포함하고,
    상기 입자들 각각은 영구 전하(permanent charge)를 가지며,
    상기 마이크로캡슐은 내부 표면을 포함하고,
    상기 강화 수단은 상기 마이크로캡슐의 상기 내부 표면과 연관된 속박 전하들(bound charges) -상기 속박 전하들은 상기 입자들의 전하와 상반되는 부호를 가짐- 를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  17. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 캐리어 유체, 및 내부에 분산된 다량의 입자를 포함하고,
    상기 입자들 각각은 영구 전하(permanent charge)를 가지며,
    상기 마이크로캡슐은 내부 표면을 포함하고,
    상기 강화 수단은 상기 마이크로캡슐의 상기 내부 표면과 연관된 속박 전하들(bound charges) -상기 속박 전하들은 상기 입자들의 전하와 상반되는 부호를 가짐- 를 포함하며,
    상기 속박 전하들은 상기 내부 표면과 연관된 적어도 하나의 전하 제어 첨가제를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  18. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 제1 색상을 가지는 다량의 제1 입자들 및 대비되는 제2 색상을 가지는 다량의 제2 입자들을 포함하며,
    상기 다량의 제1 및 제2 입자들은 상이한 마찰 전기 특성을 나타내는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  19. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 다량의 입자들을 포함하며,
    상기 마이크로캡슐은 내부 표면을 가지고,
    상기 입자들과 상기 내부 표면은 상이한 마찰 전기 특성을 나타내는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  20. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 입자들은 (a) 흡착된 대전제(charging agent), (b) 코폴리머화되는 대전제, 및 (c) 매립되는 대전제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 대전제를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  21. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 입자들은 (a) 흡착된 대전제(charging agent), (b) 코폴리머화되는 대전제, 및 (c) 매립되는 대전제로 구성되는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 대전제를 포함하며,
    상기 대전제는 이미터(emitter)인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  22. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 반도체 또는 배리스터 재료의 입자를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  23. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하고,
    상기 내부 페이즈 성분들은 전하 제어제가 용해되어 있는 유체를 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함-; 및
    b. 가시 광선을 방출하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 가시 광선 방출 수단은 인광 재료를 포함하며,
    상기 인광 재료는 내부 페이즈 성분인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  27. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함-; 및
    b. 가시 광선을 방출하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 가시 광선 방출 수단은 전계 발광 재료(electroluminescent material)를 포함하며,
    상기 전계 발광 재료는 내부 페이즈 성분인 전기 영동 또는 유전체 영동 재료.
  28. 연장형 전기 영동 디바이스(elongated electrophoretic device)에 있어서,
    a. 하우징 전극을 형성하는 도전성 재료를 포함하는 투명한 튜브형 하우징;
    b. 상기 하우징 내에 배치된 와이어 전극; 및
    c. 상기 하우징을 채우는 다량의 마이크로캡슐들
    을 포함하며,
    상기 각각의 마이크로캡슐은 그 내부에 복수의 페이즈들을 포함하며, 상기 페이즈들 중 적어도 일부는 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하며 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답하여, 상기 하우징과 와이어 전극 양단의 전위가 상기 전기 영동 디바이스의 시각적 외관을 결정하게 하는 전기 영동 디바이스.
  29. 연장형 전기 영동 디바이스에 있어서,
    a. 하우징 전극을 형성하는 도전성 재료를 포함하는 투명한 튜브형 하우징;
    b. 상기 하우징 내에 배치된 와이어 전극; 및
    c. 상기 하우징을 통과하는 다량의 셀들
    을 포함하며,
    상기 각각의 셀은 그 내부에 복수의 페이즈들을 포함하며, 상기 페이즈들 중 적어도 일부는 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하며 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답하여, 상기 하우징과 와이어 전극 양단의 전위가 상기 전기 영동 디바이스의 시각적 외관을 결정하게 하는 전기 영동 디바이스.
  30. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들(dispersion of microcapsules)을 포함하는 전기 영동(electrophoretic) 또는 유전체 영동 재료(dielectrophoretic material)를 포함하는 프린트형 전자 디스플레이(printed electronic display)에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들(internal-phase constituents) -상기 성분들 중 적어도 일부는 시각적으로 대비되며, 전기장에 대해 차별적으로 응답함- ; 및
    b. 상기 성분들 중 적어도 하나의 반사율을 강화하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 수단은 내부 페이즈 성분들이며 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하는 입자들을 포함하는 프린트형 전자 디스플레이.
  31. 캐리어, 및 내부에 분산된 마이크로캡슐들을 포함하는 전기 영동 또는 유전체 영동 재료를 포함하는 프린트형 전자 디스플레이에 있어서,
    상기 각각의 마이크로캡슐은,
    a. 복수의 내부 페이즈 성분들 -상기 성분들 중 적어도 일부는, 전기장의 방향에 의존하여, 상기 내부 페이즈 성분들이 쌍안정성 특성 및 임계 특성에 따라 제1 또는 제2의 시각적으로 차별가능한 외관(visually dufferentiable appearance)을 갖도록 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답함 -; 및
    b. 상기 특성들 중 적어도 하나를 강화하기 위한 수단
    을 포함하며,
    상기 수단은 내부 페이즈 성분들이며 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하는 입자들을 포함하는 프린트형 전자 디스플레이.
  32. 연장형 전기 영동 디바이스(elongated electrophoretic device)를 포함하는 프린트형 전자 디스플레이에 있어서,
    상기 디바이스는,
    a. 하우징 전극을 형성하는 도전성 재료를 포함하는 투명한 튜브형 하우징;
    b. 상기 하우징 내에 배치된 와이어 전극; 및
    c. 상기 하우징을 채우는 다량의 마이크로캡슐들
    을 포함하며,
    상기 각각의 마이크로캡슐은 그 내부에 복수의 페이즈를 포함하며, 상기 페이즈들 중 적어도 일부는 구면 형상을 가지고 역반사 렌즈로서 기능하며 시각적으로 대비되고 전기장에 대해 차별적으로 응답하여, 상기 하우징과 와이어 전극 양단의 전위가 상기 전기 영동 디바이스의 시각적 외관을 결정하게 하는 프린트형 전자 디스플레이.
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