KR100859306B1 - 인-플레인 스위칭 전기영동 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 인-플레인 스위칭 모드를 포함하는, 개선된 EPD 에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명의 EPD 는 명확한 사이즈, 형상 및 종횡비 (aspect ratio) 의 마이크로컵으로부터 형성된 분리 셀들을 포함하며, 그리고 셀 내 입자들의 이동은 인-플레인 스위칭 모드에 의해 제어된다. 본 발명의 EPD 는 연속 제작 프로세스 내에서 생산될 수 있으며, 표시장치는 개선된 컬러 채도를 제공한다.

Description

인-플레인 스위칭 전기영동 표시장치{IN-PLANE SWITCHING ELECTROPHORETIC DISPLAY}
배경
전기영동 표시장치 (EPD) 는, 착색된 유전성 용매 내에서 부유하는 대전 안료 입자 (charged pigment particle) 에 영향을 미치는 전기영동 (electrophoresis) 현상에 기초한 비발광성 (non-emissive) 장치이다. 이러한 표시장치의 일반형은 1969 년에 최초로 제안되었다. EPD 는 통상적으로, 전극 사이의 소정 거리를 결정하는 스페이서 (spacer) 로 이격되고, 대향하는 한쌍의 판형 전극을 구비한다. 통상적으로 관측면 (viewing side) 상에 있는, 적어도 하나의 전극은 투명하다. 패시브 타입 EPD 에 있어서, 각각 표시장치를 구동할, 상부 (관측면) 와 하부 판 상에 있는 행 및 열 전극이 필요하다. 대조적으로, 액티브 타입 EPD 에서는, 하부 판 상의 박막 트랜지스터 (TFT) 배열 및 상부 관측 기판 상의 공통의, 패턴화되지 않은 투명 전도체 판이 요구된다. 착색 유전성 용매 및 그 내부에 분산된 대전 안료 입자로 이루어진 전기영동 유동체가 두 전극 사이에 봉해진다.
두 전극 사이에 전압차가 가해지면, 인력에 의해서 안료 입자는 당해 안료 입자의 반대되는 극을 지닌 판으로 이동한다. 따라서, 판을 선택적으로 대전함으로써 결정되는, 투명 판에서 보이는 색은 용매의 색 또는 안료 입자의 색 중의 하나일 수 있다. 판의 극성을 역전 (reversal) 하면, 입자들은 반대 판으로 이동하며, 그에 의하여 색이 역전된다. 투명 판에서의 중간 (intermediate) 안료 밀도에 의한 중간색 밀도 (또는 계조) 는 일정 범위의 전압을 통해 판 전하를 제어함으로써 얻을 수 있다. 이 반사형 EPD 표시장치에서는, 백라이트가 불필요하다.
투과형 EPD 는, 백라이트, 컬러 필터, 및 2 개의 투명 전극을 갖는 기판을 사용하며, 미국 특허 번호 6,184,856 에 개시되어 있다. 전기영동 셀은 광 밸브 (light valve) 역할을 한다. 집합 (collected) 상태에서, 입자들은 셀의 수평 영역 커버리지 (coverage) 를 최소화하여 백라이트가 셀을 통과하는 것을 허용하도록 위치한다. 분산 (distributed) 상태에서, 입자들은 픽셀의 수평 영역을 커버하여 백라이트를 분산 (scatter) 또는 흡수 (absorb) 하도록 위치한다. 그러나, 본 장치에 사용되는 백라이트와 컬러 필터는 막대한 전력을 소비하므로, PDA (personal digital assistants) 및 전자 책 (e-books) 과 같은 휴대용 장치에는 바람직하지 않다.
보통의 상부/하부 전극 스위칭 모드의 EPD 외에도, 반사형 "인-플레인" 스위칭 EPD 는 Canon Research Center 의 E. Kishi 등이 2000 년도에 쓴 "5.1: development of In-Plane EPD", SID 00 Digest 의 페이지 24-27 및 IBM Almaden Research Center 의 Sally A. Swanson 등이 2000 년도에 쓴 "5.2: High Performance Electrophoretic Displays", SID 00 Digest 의 페이지 29-31 에 개시되었다. 그러나, 이 참조자료에는 모노크롬 인-플레인 스위칭 EPD 만이 개시되어 있다. 다중 컬러 표시장치 (multicolor display) 를 제작하기 위해서는, 컬러 분리 (separation) 및 렌디션 (rendition) 용의 컬러 필터 또는 분리된 컬러 픽셀이나 셀 구조가 필요하다. 컬러 필터는 통상적으로 고가이며 전력면에서도 비효율적이다. 반면에, 인-플레인 스위칭 모드에서의 컬러 분리 및 렌디션 용의 분리된 픽셀 또는 셀의 제조는 이전에 알려진 바 없다.
다양한 픽셀 또는 셀 구조의 EPD 가 종래 기술상 보고되어 왔으며, 예를 들어, 파티션 타입 EPD (M.A. Hopper and V. Novotny, IEEE Trans. Electr. Dev., Vol ED 26, No. 8, pp 1148-1152 (1979)) 및 마이크로캡슐형 (microencapsulated) EPD (미국 특허 번호 제 5,961,804 호 및 제 5,930,026 호) 이 있으며, 이들 각각은 하기한 문제점들을 안고 있다.
파티션 타입 EPD 의 경우, 두 전극 사이에, 공간을 더 작은 셀로 나누어 침전 (sedimentation) 과 같은, 입자들의 바람직하지 않은 행동을 방지하기 위한 파티션이 있다. 그러나, 파티션의 형성 (formation), 표시장치를 유동체로 충진하고, 표시장치에 유동체를 봉하며, 그리고 상이한 컬러의 현탁액 (suspension) 을 각각 분리되게 유지하는 과정에서 어려움에 직면한다.
마이크로캡슐형 EPD 는 대체로 2 차원 배열의 마이크로캡슐을 가지며, 각각의 마이크로캡슐 배열은 그 내부에서 유전성 유동체의 전기영동 조성물 (composition) 과, 시각적으로 유전성 용매 (dielectric solvent) 와 대조되는 대전 안료 입자의 분산물 (dispersion) 을 갖고 있다. 마이크로캡슐은 통상적으로 수성 (aqueous) 용매 내에서 제작되며, 유용한 콘트라스트 비 (contrast ratio) 를 얻기 위해 그 평균 입자 사이즈는 비교적 크다 (50 내지 150 마이크론). 큰 캡슐에 대해서는 2 개의 대향 전극 사이에 큰 갭 (gap) 이 요구되기 때문에, 큰 마이크로캡슐 사이즈는 주어진 전압에서 열악한 스크래치 저항성 (scratch resistance) 및 느린 응답 시간 (response time) 을 초래한다. 또한, 수성 용매에서 제작된 마이크로캡슐의 친수성 쉘 (hydrophilic shell) 은 통상적으로 높은 습도 및 온도 조건에 대해 민감하다. 이러한 단점을 회피하기 위해, 마이크로캡슐을 다량의 중합체 매트릭스 (polymer matrix) 내에 임베드 (embed) 하면, 이러한 매트릭스의 사용은 더 느린 응답 시간 및/또는 더 낮은 콘트라스트 비를 초래할 것이다. 이러한 타입의 EPD 에서는, 스위칭 속도 (switching rate) 를 개선하기 위하여, 전하 제어제 (charge-controlling agent) 가 종종 필요하다. 그러나, 수성 용매 내에서의 마이크로캡슐화 프로세스는 사용할 수 있는 전하 제어제의 타입을 제한한다. 마이크로캡슐 시스템과 연관된 또다른 단점은 컬러 애플리케이션에 대한 낮은 해상도와 낮은 어드레싱 능력 (addressibility) 이다.
최근에, 개선된 EPD 기술이 동시 계류중인, 2000 년 3 월 3 일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/518,488 호 (WO01/67170에 대응), 2001 년 1 월 11 에 출원된 미국 출원 번호 제 09/759,212 호, 2000 년 6 월 28 일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/606,654 호 (WO02/01281에 대응) 및 2001 년 2 월 15 일에 출원된 미국 출원 번호 제 09/784,972 호에서 개시되었고, 이들 모두가 여기서 참조된다. 개선된 EPD 는, 명확한 (well-defined) 형상, 사이즈, 및 종횡비 (aspect ratio) 를 갖는 마이크로컵 (microcups) 으로 형성되며, 대전 안료 입자를 유전성 용매에 분산 (disperse) 시켜 충진한 폐쇄 분리 셀들로 이루어진다. 전기영동 유동체는 각각의 마이크로컵에 분리되며 밀봉 (seal) 된다.
사실상, 마이크로컵 구조는, EPD 를 제작하기 위해 형식 유동적 (format flexible) 이고, 효율적인 롤투롤 (roll-to-roll) 연속 제작 방법을 가능하게 한다. 표시장치는, 예를 들어, (1) ITO/PET 상에 방사선 경화성 조성물 (radiation curable composition) 을 코팅, (2) 마이크로엠보싱 (microembossing) 또는 포토리소그래픽 (photolithographic) 방법에 의해 마이크로컵 구조를 제작, (3) 전기영동 유동체를 충진하고 마이크로컵을 밀봉, (4) 밀봉한 마이크로컵을 또 다른 전도체 막에 적층 (laminating), 및 (5) 표시장치를 조립에 바람직한 사이즈나 형식으로 슬라이싱 (slicing) 및 절단함으로써, ITO/PET 와 같은, 전도체 막의 연속 웹 (continuous web) 상에 제작될 수 있다.
이러한 EPD 디자인의 한가지 이점은, 사실상 마이크로컵 벽 (wall) 이 상부 및 하부 기판을 일정한 거리만큼 떨어져 있게 유지하는 내장 스페이서 (built-in spacer) 라는 점이다. 마이크로컵 표시장치의 기계적인 특성과 구조적 통합성 (integrity) 은 스페이서 입자를 사용하여 제작된 표시장치를 포함하는 종래의 어떤 표시장치보다도 현저하게 우수하다. 게다가, 마이크로컵을 포함하는 표시장치는, 표시장치가 휘거나, 말리거나 (rolled) 또는, 예를 들면 터치 스크린 애플리케이션의 압력 하에 있을 경우에, 신뢰성있는 표시장치 특성을 포함한, 바람직한 기계적 특성을 가진다. 또한, 마이크로컵 기술의 사용은, 표시장치 패널의 사이즈를 제한 및 미리 결정하여 표시장치 유동체를 정해진 영역 내에 속박시키는, 에지 밀봉 접착제 (edge seal adhesive) 를 필요치 않게 한다. 만일 표시장치가 어떤 식으로든 절단되거나 또는 표시장치에 구멍이 생긴다면, 에지 밀봉 접착 방법으로 제작된 종래의 표시장치 내의 표시장치 유동체는 완전히 새어 나가게 된다. 손상된 표시장치는 더 이상 기능하지 않는다. 대조적으로, 마이크로컵 기술에 의해 제작된 표시장치 내의 표시장치 유동체는 각각의 셀 내에 봉해지며 분리되어 있다. 마이크로컵 표시장치는 활성 영역에서의 표시장치 유동체의 손실로 인해 표시장치 성능이 손상될 위험없이, 어떠한 치수로도 절단할 수 있다. 즉, 마이크로컵 구조는 형식 유동적 (format flexible) 표시장치 제작 프로세스가 가능하며, 이 경우 이 프로세스는, 임의의 원하는 포맷으로 얇게 슬라이싱하거나 입방체의 모양으로 자를 수 있는 대형 시트 형식으로, 표시장치를 연속적으로 생산한다. 분리된 마이크로컵 또는 셀 구조는, 셀이 컬러나 스위칭 속도 (switching rate) 와 같은, 고유의 특성을 가진 여러 가지의 유동체로 충진되는 경우에 특히 중요하다. 마이크로컵 구조가 없다면, 인접하는 영역의 유동체가 서로 섞이는 것 (intermixing) 또는 작동 중에 크로스토크 (cross-talk) 가 일어나는 것을 방지하기가 매우 곤란하다.
따라서, 멀티 컬러 표시장치는, 상이한 컬러 (예를 들어, 적, 녹, 또는 청) 의 염료로 충진한 마이크로컵으로 형성되는 작은 픽셀들의 공간적으로 인접한 배열을 사용하여 제작할 수 있다. 그러나, 종래의 상부/하부 전극 스위칭 모드를 지닌 이러한 유형의 시스템은 중대한 단점을 지닌다. "턴-오프 (turned-off)" 착색 픽셀로부터 반사된 백색 광은 "턴-온 (turned-on)" 컬러의 컬러 채도 (color saturation) 를 심하게 감소시킨다. 이와 관련한 세부사항은 다음의 "상세한 설명" 부분에서 설명한다.
비록 이러한 단점은, 각각의 픽셀을 흑색으로 전환하는 중합체 분산형 액정 (polymer dispersed liquid crystal) 과 같은, 중첩된 셔터 장치에 의해 해결할 수 있지만, 이 방법의 단점은 중첩된 장치 (overlaid device) 와 복잡한 구동 회로 디자인으로 인한 고비용 (high cost) 이다.
따라서, 효율적인 방법으로 제작할 수 있는, 개선된 특성의 EPD 에 대한 요청이 여전히 존재한다.
발명의 개요
본 발명은, 이미지 형성 (image formation) 용 인-플레인 스위칭 모드를 포함하는 개선된 EPD 에 관한 것이다. 더 자세하게는, 본 발명의 EPD 는 명확한 사이즈, 형상 및 종횡비를 가진 마이크로컵으로 형성된 분리 셀을 포함하며, 셀 내에서 입자의 운동은 인-플레인 스위칭 모드에 의해서 제어된다. 본 발명의 EPD 는 연속 롤투롤 제작 프로세스에 의해 제조할 수 있으며, 그 결과물인 표시장치는 개선된 컬러 채도와 콘트라스트 비를 갖는다.
모든 도면은 개략적으로 도시된 것이며, 일정한 비율에 따른 것은 아니다.
도 1 은 상부/하부 스위칭 모드만을 갖는 종래의 EPD 의 보통의 단점을 나타낸다.
도 2 는 본 발명의 통상적인 전기영동 셀 및 인-플레인 스위칭 전극의 일반적인 위치를 나타낸다.
도 3A 및 3B 는 본 발명의 모노크롬 표시장치를 나타낸다.
도 4A 내지 4D 는 본 발명의 다양한 멀티 컬러 시나리오를 나타낸다.
도 5A 및 5B 는, 포토마스크를 통한 이미지와이즈 포토리소그래픽 노광 (imagewise photolithographic exposure) 과 관련된 마이크로컵의 제작을 나타낸다.
본 명세서에서 달리 정의하지 않는 한, 여기에 쓰이는 모든 기술 용어는, 당업자가 보통 사용하고 이해하는 통상적인 정의에 따른다. "셀", "마이크로컵", "명확한", 종횡비", 및 "이미지와이즈 노광" 이라는 용어는 상술한 동시계류 출원에서 정의한 바와 같다.
"분리된 (isolated)" 이라는 용어는 개별적으로 밀봉된 전기영동 셀을 칭하며, 셀 내의 유동체는 한 셀에서 다른 셀들로 이동하지 않는다.
Ⅰ. 종래의 상부/하부 스위칭을 갖는 전기영동 표시장치의 단점
도 1 의 EPD 는 통상의 상부/하부 전극 스위칭 모드를 갖는다. 셀들은 백색의 대전 입자를 (적, 녹, 및 청의) 착색 유전성 용매에 분산시킨 현탁액 (suspension) 으로 충진되어 있다. 도 1 의 3 개의 셀은, (도시되어 있지 않은) 상부와 하부 전극 사이의 전압차로 대전된 것으로 도시되어 있다. 녹색 및 청색 셀에 있어서 백색 입자는 투명한, 상부의 관측 전극으로 이동하며, 그 결과로서 입자의 컬러 (예를 들어, 백색) 가 두 셀 내에 있는 투명 전도체 막을 통하여 관측자 (viewer) 에게 반사된다. 적색 셀에서, 백색 입자는 셀의 하부으로 이동하며, 그리고 용매의 컬러 (예를 들어 적색) 는 상부의 투명 전도체 막을 통해서 보인다. 도 1 에서, 녹색 및 청색 셀로부터 반사된 백색 광은 적색 컬러의 채도와 콘트라스트 비를 현저히 감소시킨다.
상술한 문제 외에도, 예를 들어 퍼플루오로 및 탄화수소 용매 (perfluoro and hydrocarbon solvents) 와 같이, 매우 낮은 극성 (polarity) 의 유전성 용매 내에서의 낮은 용해도 및 열악한 염료 고착성은 상부/하부 타입의 EPD 에 있어서 높은 콘트라스트 비를 달성하기 위한 도전 과제이다.
Ⅱ. 본 발명의 전기영동 표시장치
도 2 는 본 발명의 통상적인 전기영동 셀을 나타낸다. 셀 (20) 은 상부 층 (21) 과 하부 층 (22) 을 포함한다. 하부 층은 인-플레인 스위칭 전극 (23, 24), 및 백그라운드 층 (25) 을 갖는다. 갭 (30) 에 의해 분리된 2 개의 인-플레인 전극 사이에는 공통 전극 (29) 이 존재한다. 다른 방법으로, 하부 층이 단지 하나의 인-플레인 스위칭 전극 및 그 사이에 갭을 갖는 하나의 공통 전극을 가질 수 있다. 또 다른 방법은 백그라운드 층 (25) 이, (도시되지 않은) 하부 층 전극의 상부에 있는 것이다. 인-플레인 전극 층은 백그라운드 층으로 기능할 수 있으며, 이 경우 인-플레인 전극(들)은 백색이거나 착색된 것일 수 있다.
통상적으로, 도 2 의 셀은, 깨끗한 유전성 용매 (32) 내에 착색 입자 분산체 (dispersion of colored particles) (31) 로 충진되어 있다. 그 입자들은 백, 흑 또는 (적, 녹 또는 청의) 컬러를 띨 수 있다. 백그라운드 층 (25) 은 무색, 백, 흑 또는 착색된 것일 수 있다. 그 후에, 충진된 셀은 밀봉 층 (26) 으로 밀봉된다. 그 후, 밀봉된 셀 위에 투명 절연체 층 (27) 을 갖는 상부 층 (21) 및 바람직하게는 접착제 층 (28) 이 적층된다.
바람직하게는, 마이크로컵 배열을 거꾸로 (in an up-side-down manner) 제작한다. 이 시나리오에서, 동시계류중인, 2000 년 3 월 3 일에 출원된 미국 특허출원 번호 제 09/518,488 호 (WO01/67170에 대응), 2001 년 1 월 11 일에 출원된 미국 특허출원 번호 제 09/759,212 호, 2000 년 6 월 28 일에 출원된 미국 특허출원 번호 제 09/606,654 호 (WO02/01281에 대응) 및 2001 년 2 월 15 일에 출원된 미국 특허출원 번호 제 09/784,972 호에서 개시된 바와 같이, 마이크로컵 배열을 마이크로엠보싱이나 포토리소그래피의 방법에 의해서 상부의 투명 절연체 기판 상에 제작하며, 위 자료들은 여기에서 참조한다. 마이크로컵은 전기영동 유동체로 충진되어 있으며, 그 후에 밀봉 층으로 밀봉된다. 그 후에, 밀봉된 마이크로컵 위에, 패턴화된 전극 및 바람직하게는 접착제 층을 포함하는 하부 층이 적층된다. 컬러 백그라운드는 하부 전극 기판에 컬러 층을 페인팅, 프린팅, 코팅 또는 적층함으로써 부가할 수 있다.
인-플레인 스위칭 모드의 이점 중 하나는, 깨끗한 플라스틱 절연체 기판 상에 마이크로컵을 제작할 수 있다는 점이다. 이는 마이크로 엠보싱 및 다른 웹 처리 단계 (web handling steps) 동안에, ITO/PET 와 같은, 부서지기 쉬운 전도체 전극을 손상할 위험을 제거한다. 패턴화된 인-플레인 전도체 막은, 충진되고 밀봉된 마이크로컵 상에 적층하기 위한 마지막 단계에서만 사용하여 표시패널의 제작을 완료한다.
(1) 반사형 모노크롬 표시장치
도 3A 에 도시된 셀에서, 깨끗하며 무색인 유전성 용매 내에 백색 입자가 분산되어 있다. 모든 셀들의 백그라운드는 (흑, 청, 시안, 적, 마젠타 등의) 동일한 색이다. (도시되지 않은) 공통 전극 및 (도시되지 않은) 2 개의 인-플레인 스위칭 전극 사이에 전압차가 있을 때, 백색 입자는 셀의 측면으로 이동하며 상부의 투명 개구부 (opening) 를 통해서 백그라운드 컬러가 보이게 된다. 공통 전극과 2 개의 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 백색 입자는 유전성 용매에 분산되며, 그 결과로서 입자의 컬러 (예를 들어 백색) 가 상부의 투명 절연체 층을 통해 보인다.
도 3B 에 도시된 바와 같이, 다른 방법으로는, 모든 셀마다 깨끗하며 무색인 유전성 용매 내에 동일한 컬러의 입자가 분산되어 있으며, 셀의 백그라운드는 백색이다. (도시되어 있지 않은) 공통 전극과 (도시되어 있지 않은) 2 개의 인-플레인 스위칭 전극 사이에 전압차가 있을 때, 착색 입자는 셀의 측면으로 이동하며, 상부의 투명 개구부를 통해 백그라운드의 컬러 (예를 들어 백색) 가 보이게 된다. 2개의 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 착색 입자는 유전성 용매 내에 분산되며, 그 결과로서 입자의 컬러가 상부의 투명 층을 통해 보이게 된다.
(2) 반사형 다중 컬러 표시장치
도 4A 내지 4D 는 본 발명의 다중 컬러 표시장치를 나타낸다.
도 4A 에서, 셀은, 백색 대전 입자를 그 안에 분산시킨 무색의 유전성 용매로 충진되어 있으며, 그리고 (예를 들어, 적, 녹, 또는 청의) 서로 상이한 백그라운드 컬러를 갖는다. (도시되지 않은) 인-플레인 전극 사이에 전압차가 있을 때, 백색 입자는 셀의 측면으로 이동하며, 백그라운드 컬러 (예를 들어 적, 녹, 혹은 청) 가 상부의 투명 개구부를 통해 보인다. 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 입자들은 유전성 용매 내로 분배되고, (예를 들어 입자의 컬러인) 백색이 상부의 투명 개구부를 통해 보이는 결과를 낳는다.
도 4B 에서, 셀은, 흑색 입자가 그 안에 분산된, 무색의 유전성 용매로 충진되어 있으며, 그리고 (예를 들어 적, 녹, 또는 청) 다양한 백그라운드 컬러를 갖는다. (도시되지 않은) 인-플레인 전극 사이에 전압차가 있을 때, 입자들은 셀의 측면으로 이동하며, (예를 들어 적, 녹, 또는 청의) 백그라운드 컬러가 상부의 투명 개구부를 통해 보인다. 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 유전성 용매 내에 분배된 입자들은, (예를 들어 입자의 색인) 흑색이 상부의 투명 개구부를 통해 보이는 결과를 낳는다.
도 4C 는, (예를 들어 적, 녹 또는 청의) 다양한 컬러의 입자가 그 안에 분산되어 있는, 무색의 유전성 용매로 충진된 셀을 나타낸다. 셀의 백그라운드는 흑색이다. (도시되지 않은) 인-플레인 전극 사이에 전압차가 있을 때, 착색 대전 입자는 셀의 측면으로 이동하며, 백그라운드 컬러 (예를 들어, 흑색) 가 상부의 투명 개구부를 통해서 보인다. 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 착색 입자는 유전성 용매 내에 분배되며, 입자의 컬러가 상부의 투명 개구부를 통해서 보이는 결과를 낳는다. 이 디자인에서, 흑색 상태는 고품질 (high quality) 이다.
도 4D 에서, 셀은, (예를 들어 적, 녹 또는 청의) 다양한 컬러의 입자가 그 안에 분산되어 있는, 무색의 유전성 용매로 충진되어 있다. 셀의 백그라운드는 백색이다. (도시되지 않은) 인-플레인 전극 사이에 전압차가 있을 때, 입자는 셀의 측면으로 이동하며, 백그라운드 컬러 (예를 들어 백색) 가 상부의 투명 개구부를 통해서 보이며, 고품질 백색 상태의 결과를 낳는다. 인-플레인 전극 사이에 전압차가 없을 때, 입자는 유전성 용매 내에 분배되며, 입자의 컬러가 상부의 투명 개구부를 통해서 보이는 결과를 낳는다.
도 4A 내지 도 4D 에 도시된 바와 같이, 인-플레인 스위칭 모드는 입자들이 평면 (좌측/우측) 방향으로 이동하게 하며, 그리고 다양한 다중 컬러 EPD 를 생성하기 위해서, 각각 백, 흑, 적, 녹 또는 청인 입자, 백그라운드 및 유동체의 상이한 컬러 조합이 적용될 수 있다.
또한, 유전성 용매 내의 입자는 혼합된 컬러를 가질 수 있으며, 셀은 동일한 백그라운드 컬러를 갖는다.
본 발명의 또다른 반사형 표시장치에서, 표시장치의 상부 투명 관측 층을 착색하거나 또는 컬러 필터를 부가할 수도 있다. 이 경우, 셀은 전기영동 조성물로 채워져 있으며, 이 조성물은 깨끗한 무색 또는 착색 유전성 용매 내에 있는 백색 대전 입자를 포함하며, 셀의 백그라운드는 흑색일 수도 있다. 모노크롬 표시장치에서, 각 픽셀 상의 투명 관측 층은 (흑, 적, 녹, 청, 황, 시안, 마젠타 등과 같은) 동일한 색이다. 다중 컬러 표시장치에, 투명 관측 층은 다양한 컬러일 수도 있다.
Ⅲ. 본 발명의 마이크로컵 배열의 제작
일반적으로, 2000 년 3 월 3 일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제 09/518,488 호 (WO01/67170 에 대응) 및 2001 년 2 월 15 일에 출원된 제 09/784,972 호에서 개시된 바와 같이, 마이크로컵은 마이크로엠보싱이나 포토리소그래피의 방법으로 제작할 수 있다.
Ⅲ(a) 마이크로엠보싱에 의한 마이크로컵 배열의 제작
메일 몰드 (male mold) 의 제작
메일 몰드는, 에칭 또는 전기 도금 중 하나가 후속되는 포토레지스트 프로세스 또는 다이아몬드 턴 (turn) 프로세스와 같이, 임의의 적합한 방법으로도 제작할 수 있다. 메일 몰드용 원판 주형 (master template) 은, 전기 도금과 같은, 임의의 적합한 방법으로도 제작할 수 있다. 전기 도금에 의해서, 글래스 베이스 (glass base) 가 크롬 인코넬 (chrome inconel) 과 같은 시드 금속 (seed metal) 의 얇은 층 (통상적으로 3000 Å) 으로 스퍼터링된다. 그 후, 포토레지스트 층으로 코팅되며, 자외선 (UV) 과 같은 방사선에 의해 노광된다. 마스크는 UV 와 포토레지스트 층 사이에 위치한다. 포토레지스트의 노광된 영역은 경화된다. 그 후, 적합한 용매로 세정함으로써, 미노광된 영역이 제거된다. 남아있는 경화 포토레지스트는 건조되며, 시드 금속의 얇은 층으로 다시 스퍼터링된다. 그 후, 전기주조 (electroforming) 용 원판 (master) 이 준비된다. 전기주조용으로 사용되는 통상의 재료는 니켈 코발트이다. 다른 방법으로는, SPICE Proc. Vol. 1663 (1992) 의 "Continuous manufacturing of thin cover sheet optical media", 페이지 324 에서 설명된 바와 같이, 원판이 전기주조에 의한 니켈 또는 무전해 니켈 침전물로 제작될 수 있다. 몰드의 플로어 (floor) 는 통상적으로 약 50 내지 400 마이크론 두께이다. 또한, 원판은, SPIE Proc. Vol. 3099 (1997) 의 "Replication techniques for micro-optics", 페이지 76-82 에서 설명한 바와 같이, 전자빔 기록 (e-beam writing), 드라이 에칭, 화학적 에칭, 레이저 기록 (laser writing) 또는 레이저 간섭 (laser interference) 을 포함하는 기타 마이크로엔지니어링 기술을 이용하여 제작될 수 있다. 다른 방법으로는, 플라스틱, 세라믹 또는 금속을 사용하는 포토매칭 (photomatching) 에 의해 몰드가 제작될 수 있다.
따라서, 통상적으로 제작된 메일 몰드는, 1 내지 500 마이크론 사이, 바람직하게는 2 내지 100 마이크론 사이, 그리고 가장 바람직하게는 4 내지 50 마이크론 사이의 돌출부를 지닌다. 메일 몰드는 벨트, 롤러, 또는 시트의 형태일 수 있다. 연속 제작을 위해서는 벨트 타입의 몰드가 바람직하다. UV 경화성 수지 조성물 (UV curable resin composition) 을 도포하기 전에, 디몰딩 프로세스 (demolding process) 에서, 몰드를 보조용 몰드 릴리즈 (mold release) 로 처리할 수 있다.
2001년 2월 15일에 출원된 미국 특허출원번호 제 09/784,972 호에 기술된 것처럼, 마이크로컵은, 배치식 프로세스 또는 연속식 롤투롤 프로세스의 방법으로 형성될 수 있다.
마이크로엠보싱 프로세스의 첫 단계에서, 롤러 코팅, 다이 코팅, 슬롯 코팅, 슬릿 코팅, 닥터 블레이드 코팅 등과 같은 어떠한 적합한 수단에 의하여, 먼저 기판 상, 바람직하게는 투명 절연체 상에 UV 경화성 수지를 코팅한다. 적합한 투명 절연체 기판은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (terephthalate), 폴리에틸렌 나프테이트 (naphthate), 폴리아라미드, 폴리이미드 (polyimide), 폴리시클로올레핀 (polycycloolefin), 폴리술폰 (polysulfone), 에폭시 및 그들의 조성물 (composites) 을 포함한다. 사용되는 방사선 경화성 재료는, 다기능 아크릴레이트 (acrylate) 또는 메타크릴레이트 (methacrylate), 비닐에테르(vinylether), 에폭사이드 (epoxide) 및 그들의 소중합체 (oligomer), 중합체 (polymer) 등과 같은, 열가소성 또는 열경화성의 전구체 (precursor) 이다. 다기능 아크릴레이트 및 그 소중합체가 가장 바람직하다. 또한, 다기능 에폭사이드 및 다기능 아크릴레이트의 조합이 바람직한 물리 기계적 (physico-mechanical) 특성을 달성하는데 매우 유용하다. UV 경화성 수지는 분사하기에 앞서 가스가 제거될 수 있으며, 선택적으로 용매를 포함할 수도 있다. 용매는, 만일 존재한다면, 쉽게 증발한다.
기판 상에 코팅된 방사선 경화성 재료를, 압력을 가하여 메일 몰드에 의해서 엠보싱한다. 메일 몰드가 금속성이고 불투명하면, 플라스틱 절연체는 수지를 경화하기 위해 사용되는 화학선의 방사선 (actinic radiation) 에 통상적으로 투과적이다. 반대로 메일 몰드가 투명하고, 플라스틱 절연체가 화학선의 방사선에 대해서 불투과적일 수도 있다. 플라스틱 절연체는 통상적으로 관측면이므로, 투명한 것이 바람직하다. 이 경우, 전극은 불투명할 수 있다. 다른 방법으로는, 전극을 포함하는 기판 상에 마이크로엠보싱을 행할 수도 있다.
방사선으로 노광한 후, 방사선 경화성 재료를 경화시킨다. 그 후, 메인 몰드를 제거하여 형성된 마이크로컵을 노출시킨다.
Ⅲ(b) 포토리소그래피에 의한 마이크로컵 배열의 제작
마이크로컵 배열의 제작을 위한 포토리소그래픽 프로세스는 도 5A 및 도 5B 에 도시되어 있다.
도 5A 및 도 5B 에 도시된 바와 같이, 마이크로컵 배열 (50) 은, 공지의 방법으로 절연 기판 베이스 (53) 상에 코팅된 방사선 경화성 재료 (51a) 를 마스크 (56) 를 통해 자외선 (또는 다른 방법으로는 다른 형태의 방사선, 전자빔 등) 에 노광시켜, 마스크 (56) 을 통해 투영된 이미지에 상응하는 벽 (51b; walls) 을 형성함으로써 제조할 수 있다.
도 5A 의 포토마스크 (56) 에서, 어두운 사각형 부분 (54) 은 채택된 방사선에 대해 불투명한 영역을 나타내며, 그리고 어두운 사각형 부분 사이의 스페이스 (55) 는 방사선 투과 영역을 나타낸다. UV 는 개구 영역 (55) 을 통해, 방사선 경화성 재료 (51a) 상으로 방사한다.
도 5B 에 도시된 바와 같이, 노광된 영역 (51b) 을 경화한 후, (마스크 (56) 의 불투명한 영역 (54) 에 의해 차단된) 미노광된 영역을 적당한 용매 또는 현상제로 제거하여 마이크로컵 (57) 을 형성한다. 용매 또는 현상제는, 메틸에틸케톤, 톨루엔, 아세톤, 이소프로판올 등과 같이, 방사선 경화성 재료를 용해 또는 분산시키는 데 일반적으로 사용되는 것들 중에서 선택한다.
다른 방법으로는, 절연체 기판 아래에 포토마스크를 배치하여 노광을 행할 수도 있다. 이 경우, 기판은 노광에 사용되는 방사선 파장에 대해 투과적이어야 한다.
상술한 방법에 따라 제작된 마이크로컵의 개구부는 원형, 정사각형, 직사각형, 육각형, 또는 다른 어떠한 형상일 수 있다. 개구부 사이의 파티션 영역은, 바람직한 기계적 특성을 유지하면서 높은 컬러 채도 및 콘트라스트를 달성하기 위해 작게 유지되는 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면 원형 개구부보다는 벌집 모양의 개구부가 바람직하다.
반사형 전기영동 표시장치에서, 각각의 개별 마이크로컵의 면적 (dimension) 은 약 102 내지 약 1×106 ㎛2 의 범위이고, 바람직하게는 103 내지 1×105 ㎛2 이다. 마이크로컵의 깊이 (depth) 는 약 5 내지 약 200 마이크론, 바람직하게는 약 20 내지 약 100 마이크론의 범위이다. 벽 중앙 (wall center) 에서 측정한 벽을 포함하는 한 컵의 전체 영역에 대한 개구부의 비는 약 0.2 내지 약 0.95, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 0.9 의 범위이다. 개구부의 거리는 개구부의 에지에서 에지까지 통상 약 15 내지 약 450 마이크론, 바람직하게는 약 25 내지 약 300 마이크론이다.
Ⅲ(c) 마이크로컵의 밀봉
전기영동 유동체로 충진한 후, 마이크로컵을 밀봉한다. 마이크로컵 밀봉의 주요 단계 (critical step) 는 여러 가지 방법으로 행할 수 있다. 바람직한 방법은 UV 경화성 조성물을, 착색 유전성 용매 내에 분산된 대전 안료 입자를 포함하는 전기영동 유동체에 분산시키는 것이다. 적합한 UV 경화성 재료는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 스티렌, 알파-메틸스티렌, 부타디엔, 이소프렌, 알릴아크릴레이트, 다가 (polyvalent) 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트, 시아노아크릴레이트, 비닐벤젠, 비닐실란, 비닐에테르를 포함하는 다가 비닐, 다가 에폭사이드, 다가 이소시아네이트, 다가 알릴, 및 가교결합할 수 있는 기능기를 포함하는 중합체 또는 소중합체를 포함한다. UV 경화성 조성물은 유전성 용매와 혼합되지 않으며, 예를 들어 유전성 용매와 안료 입자의 조합과 같은, 전기영동 유동체의 비중보다 더 낮은 비중을 지닌다. 2 개의 성분, 즉 UV 경화성 조성물 및 전기영동 유동체는 인-라인 혼합기 (in-line mixer) 내에서 완전히 혼합된 후, 미라드 바 (Myrad bar), 그라비어 (gravure), 닥터 블레이드, 슬롯 코팅 또는 슬릿 코팅과 같은 정밀 코팅 메커니즘을 이용하여 마이크로컵 상에 코팅된다. 와이퍼 블레이드 (wiper blade) 또는 유사한 장치를 이용하여 여분의 유동체를 제거한다. 이소프로판올이나 메탄올과 같은, 소량의 묽은 용매나 용매의 혼합물이, 마이크로컵의 파티션 벽의 상부 표면 상에 있는 잔여 전기영동 유동체를 제거하는데 사용될 수 있다. 휘발성 유기 용매가 전기영동 유동체의 점성 및 커버리지를 제어하는 데 사용될 수도 있다. 그 후, 이처럼 충진된 마이크로컵은 건조되며, UV 경화성 조성물은 전기영동 유동체의 상부까지 부유 (float) 한다. 마이크로컵은, 부유 중 또는 부유 후에, 위에 뜨는 (supernatant) UV 경화 층을 경화함으로써 밀봉될 수도 있다. 밀봉 층을 경화하고 마이크로컵을 밀봉하는데, UV 또는, 가시광선, 적외선 (IR) 및 전자빔과 같은 다른 형태의 방사선을 사용할 수 있다. 다른 방법으로는, 열 또는 수분 경화성 조성물을 사용하는 경우에는, 밀봉 층을 경화하고 마이크로컵을 밀봉하기 위해서 열 또는 수분을 채택할 수도 있다.
아크릴레이트 단위체 및 소중합체에 대하여 바람직한 밀도 및 용해도 차이를 나타내는 유전성 용매의 바람직한 군 (group) 은 할로겐화 탄화수소 (halogenated hydrocarbons) 및 유도체이다. 전기영동 유동체와 밀봉 재료 사이의 경계면에서의 접착 (adhesion) 과 습윤 (wetting) 을 개선하는 데에 계면활성제 (surfactants) 를 사용할 수도 있다. 계면활성제는 3M 사의 FC 계면활성제, DuPont 사의 Zonyl 플루오로 계면활성제 (fluorosurfactants), 플루오로아크릴레이트 (fluoroacrylates), 플루오로메타크릴레이트 (fluoromethacrylates), 플루오로로 치환된 긴 사슬 알콜 (fluoro-substituted long chain alcohols), 퍼플루오로로 치환된 긴 사슬 카르복실산 (perfluoro-substutited long chain carboxylic acids) 및 그 유도체를 포함한다.
다른 방법으로는, 만일 밀봉 전구체 (precursor) 가 적어도 부분적으로 유전성 용매와 공존할 수 있다면, 서로 혼합되는 것을 방지하기 위해 전기영동 유동체 및 밀봉 전구체가 순차적으로 마이크로컵에 코팅될 수 있다. 따라서, 방사선, 열, 수분 또는 경계면의 반응에 의해 경화된 봉합 물질의 얇은 층을, 충진된 마이크로컵의 표면 상에 코팅함으로써 마이크로컵의 밀봉을 행한다. 코팅의 점성 및 두께를 조정하는데, 휘발성 유기 용매를 사용할 수 있다. 휘발성 용매를 오버코팅에 사용할 때, 밀봉 층과 전기영동 유동체 사이의 혼합도 (degree of intermixing) 를 감소시키기 위해서, 유전성 용매와 섞이는 것이 바람직하다. 혼합도를 더 줄이기 위해서는, 오버코팅의 비중이 전기영동 유동체의 비중보다 많이 낮은 것이 매우 바람직하다. 동시계류 중인 특허 출원, 2001 년 6 월 4 일에 출원된 미국 특허출원 번호 제 09/874,391 호에서, 바람직한 밀봉 재료로서 열가소성 엘라스토머 (elastomers) 가 개시되어 있다.
유용한 열가소성 엘라스토머의 예로는, ABA 및 (AB)n 타입의 2 블록, 3 블록, 및 다중 블록 혼성중합체 (copolymer) 를 포함하며, 이 경우 A 는 스티렌, 알파-메틸스티렌, 에틸렌, 프로필렌, 또는 노르보르넨 (norbornene) 이며, B 는 부타디엔, 이소프렌, 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 디메틸실록산 (dimethylsiloxane) 또는 프로필렌 황화물 (sulfide) 이며, 그리고 이 제형 (formula) 에서 A 및 B 는 동일할 수는 없다. 숫자 n 은 1 이상이며, 바람직하게는 1 내지 10 이다. SB (폴리(스티렌-b-부타디엔); poly(styrene-b-butadiene)), SBS (폴리(스티렌-b-부타티엔-b-스티렌); poly(styrene-b-butadiene-b-styrene)), SIS (폴리(스티렌-b-이소프렌-b-스티렌); poly(styrene-b-isoprene-b-styrene)), SEBS (폴리(스티렌-b-에틸렌/부틸렌-b-스티렌); poly(styrene-b-ethylene/butylenes-b-styrene)), 폴리(스티렌-b-디메틸실록산-b-스티렌) (poly(styrene-b-dimethylsiloxane-b-styrene)), 폴리(알파-메틸스티렌-b-이소프렌) (poly((α-methylstyrene-b-isoprene)), 폴리(알파-메틸스티렌-b-이소프렌-b-알파-메틸스티렌) (poly(α-methylstyrene-b-isoprene-b-α-methylstyrene), 폴리(알파-메틸스티렌-b-프로필렌 황화물-b-알파-메틸스티렌) (poly(α-methylstyrene-b-propylene sulfide-b-α-methylstyrene)), 폴리(알파-메틸스티렌-b-메틸실록산-b-알파-메틸스티렌) (poly(α-methylstyrene-b-dimethylsiloxane-b-α-methylstyrene)) 과 같은, 스티렌 또는 알파-메틸스티렌의 2 블록 또는 3 블록 혼성중합체가 특히 유용하다.
다른 방법으로는, 경계면의 중합 반응 후 UV 경화를 하는 것이 밀봉 프로세스에 매우 이로운 것으로 알려졌다. 경계면 중합 반응이 일어나는 경계면에서의 얇은 장벽 (barrier) 의 형성에 의해서, 전기영동 층과 오버코트 간의 혼합이 상당히 억제된다. 그 후, 사후 경화 (post curing) 단계, 바람직하게는 UV 방사선에 의해서 밀봉이 완료된다. 염료가 적어도 부분적으로 열경화성 전구체에서 가용성 (soluble) 이라면, 2 단계 오버코팅 프로세스가 특히 유용하다.
Ⅲ(d) 마이크로컵의 적층
그 후, 밀봉된 마이크로컵이, 패턴화된 인-플레인 전도체 막 및 바람직하게는 접착제 층을 포함하는 상부 층으로 적층된다. 적합한 접착제 재료는 아크릴 및 고무 타입의 점착제, 예를 들어 다기능 아크릴레이트, 에폭사이드, 또는 비닐에테르를 포함하는 UV 경화성 접착제, 및 에폭시, 폴리우레탄 및 시아노아크릴레이트와 같은 수분 또는 열 경화성 접착제를 포함한다.
섹션 Ⅲ(a) 내지 Ⅲ(d) 의 방법으로 제작된 셀은, 투명 관측 층이 상부에 오고 인-플레인 전극을 지닌 층이 하부로 가도록, 거꾸로 제작될 수도 있다.
Ⅲ(e) 다른 방법
다른 방법으로, 마이크로엠보싱 프로세스에서는, 코팅, 딥핑 (dipping), 푸어링 (pouring) 및 이와 유사한 방법과 같은, 임의의 적합한 수단을 사용하여 UV 경화성 수지를 메일 몰드 위에 분사한다. 분사기는 움직이는 것일 수도, 정지한 것일 수도 있다. 그 후, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에틸렌 나프테이트, 폴리아라미드, 폴리이미드, 폴리시클로올레핀, 폴리술폰, 에폭시 및 그 조성물과 같은 플라스틱 기판 상에서의 패턴화된 인-플레인 전도체 막을 UV 경화성 수지 상에 중첩한다. 수지와 플라스틱 기판 사이의 적절한 결합을 보장하고 마이크로컵 플로어의 두께를 제어하기 위해 압력을 가할 수도 있다. 메일 몰드가 금속성이고 불투명하다면, 플라스틱 기판은 수지를 경화하기 위해 사용되는 화학선의 방사선에 통상적으로 투과적이다. 역으로, 메일 몰드가 투명하고 플라스틱 기판이 화학선의 방사선에 불투과적일 수도 있다.
UV 방사선에의 노광 후, UV 경화성 수지를 경화한 다음, 메일 몰드를 제거할 수 있다. 그 형성된 마이크로컵 배열을 상술한 바대로 충진하며 밀봉한다. 그 후, 밀봉된 마이크로컵을, 바람직하게는 접착제를 사용하여, 투명 절연체 층으로 적층한다.
덜 바람직하지만, 또한, 포토리소그래픽 노광을 인-플레인 전극을 갖는 기판에 행할 수도 있다. 패턴화된 전도체 막 상에 방사선 경화성 재료를 코팅한다. 도 5 에 도시되고 섹션 Ⅲ(b) 에 상술한 바와 같이, 포토마스크를 통해서 방사선 경화성 재료를 방사선에 의해 노광시킴으로써 마이크로컵을 형성한다.
이렇게, 제작된 마이크로컵을, 상술한 바와 같이 충진하며 밀봉하고, 투명 절연체 층을, 바람직하게는 접착제를 이용하여, 적층한다.
여기서 개시한 마이크로컵의 제작에 관한 임의의 방법에 있어서, 박막 트랜지스터 (TFT) 의 배열을 포함하는 기판은 하부 인-플레인 전극 층으로 사용할 수 있으며, 또한 이 경우에 TFT 층은 액티브 구동 메커니즘 (active driving mechanism) 을 제공한다.
Ⅳ. 현탁액의 제조
마이크로컵 내에 충진된, 대전 안료 입자가 분산되어 있는 현탁액은 유전성 용매를 포함하며, 입자는 전기장의 영향으로 이동한다. 현탁액은, 전기장에서 이동하지 않는 부가적인 착색제 (additional colorants) 를 선택적으로 포함할 수도 있다. 분산 (dispersion) 은 미국 특허번호 제 6,017,584 호, 제 5,914,806 호, 제 5,573,711 호, 제 5,403,518 호, 제 5,380,362 호, 제 4,680,103 호, 제 4,285,801 호, 제 4,093,534 호, 제 4,071,430 호 및 제 3,668,106 호와 같이, 그리고 IEEE Trans. Electron devices, ED-24, 827 (1977) 및 J. Appl. Phys. 49(9), 4820 (1978)에서 설명된 바와 같이 당해 기술 분야에서 잘 알려진 방법에 따라 행해진다.
현탁액 매질 (suspending fluid medium) 은, 바람직하게는 낮은 점성 및 약 2 내지 약 30 의 범위의 유전성 상수, 바람직하게는 약 2 내지 약 15 의 높은 입자 이동도 (mobility) 를 갖는 유전성 용매이다. 적합한 유전성 용매의 예는 데카히드로나프탈렌 (decahydronaphthalene, DECALIN), 5-에틸리덴-2-노르보르넨 (5-ethylidene-2-norbornene) 과 같은 탄화수소 (hydrocarbon), 톨루엔 (toluene), 자일렌 (xylene), 페닐자일릴에탄 (phenylxylylethane), 도데실벤젠 (dodecylbenzene) 및 알킬나프탈렌 (alkylnaphthalene) 과 같은 방향족 탄화수소 (aromatic hydrocarbon), 지방 오일 (fatty oil), 파라핀 오일 (paraffin oil), 디클로로벤조트리플루오라이드 (dichlorobenzotrifluoride), 3,4,5-트리클로로벤조트리플루오라이드 (3,4,5-trichlorobenzotrifluoride), 클로로펜타플루오로-벤젠 (chloropentafluoro-benzene), 디클로로노난 (dichlorononane), 펜타클로로벤젠 (pentachlorobenzene) 과 같은 할로겐화 용매, 및 퍼플루오로데칼린 (perfluorodecalin), 퍼플루오로톨루엔 (perfluorotoluene), 퍼플루오로자일렌 (perfluoroxylene), Minnesota 주 St. Paul 소재 3M company 의 FC-43, FC-70 및 FC-5060 과 같은 퍼플루오로 용매, Oregon 주 Portland 소재 TCI America 의 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드) (poly(perfluoropropylene oxide)), New Jersey 주 River Edge 소재 Halocarbon Product Corp. 의 Halocarbon Oils 과 같은 폴리(클로로트리플루오로에틸렌) (poly(chlorotrifluoroethylne)), Ausimont 의 Galden, HT-200, 및 Fluorolink 또는 Delaware 소재 DuPont 의 Kryptox Oils 및 Greases K-Fluid 시리즈와 같은 퍼플루오로폴리알킬에테르 (perfluoropolyalkylether) 와 같은 중합체들을 포함하는 저 분자량 플루오린을 포함한다. 바람직한 일 실시유형에 있어서, 폴리(클로로트리플루오로에틸렌) (poly(chlorotrifluoroethylene)) 를 유전성 용매로 사용한다. 바람직한 또다른 실시유형에서는, 폴리(퍼플루오로프로필렌 옥사이드) (poly(perfluoroprophylene oxide)) 를 유전성 용매로 사용한다.
이동하지 않는 유동체 착색제는 염료 또는 안료로부터 형성될 수 있다. 특히, 비이온 아조 (nonionic azo) 및 앤트라퀴논 (anthraquinone) 염료가 유용하다. 비록 다음의 예에 제한되는 것은 아니지만, 유용한 염료의 예는 Oil Red EGN, Sudan Red, Sudan Blue, Oil Blue, Macrolex Blue, Solvent Blue 35, Pylam Spirit Black 및 Fast Spirit Black (Pylam Products Co., Arizona), Thermoplastic Black X-70 (BASF), anthraquinon blue, anthraquinone yellow 14, anthraquinone reds 111 및 135, anthraquinone green 28 및 Sudan Black B (Aldrich) 를 포함한다. 퍼플루오로화 (perfluorinated) 용매를 사용할 때, 플루오로화 (fluorinated) 염료가 특히 유용하다. 안료의 경우, 유전성 용매 내에, 비이동성 유동체 착색제 생성을 위한 안료 입자를 분산시킬 수 있으며, 이러한 착색 입자는 대전되지 않는 것이 바람직하다. 비이동성 유동체 착색제의 생성을 위한 안료 입자가 대전되면, 그 입자들은 대전 이동성 안료 입자의 전하와 반대되는 전하를 운반하는 것이 바람직하다. 양쪽 타입의 안료 입자가 같은 전하를 운반하면, 그 입자들은 다른 전하 밀도 또는 다른 전기영동 이동도를 가져야 한다. 이동하지 않는 유동체 착색제를 생성하기 위한 염료 또는 색소는 화학적으로 안정하고 현탁액 내의 다른 구성요소 (components) 와 양립 가능해야 한다.
대전 이동 안료 입자는 백색이 바람직하며, TiO2 와 같은 무기 (inorganic) 또는 유기 (organic) 안료일 수 있다.
착색 이동 입자 (colored migrating particles) 를 사용하는 경우, 그 입자들은 프탈로시아닌 (phthalocyanine) 블루, 프탈로시아닌 그린, 디아릴리드 (diarylide) 옐로우, 디아릴리드 AAOT 옐로우, 및 퀸아크리돈 (quinacridone), 아조(azo), 로다민 (rhodamine), 페릴렌 (perylene) 안료 시리즈 (Sun Chemical), Hansa yellow G 입자 (Kanto Chemical), 및 Carbon Lampblack (Fisher) 로부터 형성할 수 있다. 초미세 (submicron) 한 입자 사이즈가 바람직하다. 이러한 입자들은 조건에 맞는 광학 특성을 지녀야 하며, 유전성 용매에 의해서 부풀거나 연화 (softened) 되지 않아야 하며, 그리고 화학적으로 안정해야 한다. 또한, 보통의 동작 조건에서 결과물인 현탁액은 침전 (sedimentation), 크리밍 (creaming) 또는 응집 (focculation) 에 대해 안정적이어야 한다.
이동 안료 입자는 원래 전하를 띤 것일 수도 있으며, 또는 전하 제어제를 사용하여 직접 대전될 수도 있으며, 또는 유전성 용매에서 부유 (suspended) 할 때 전하를 얻을 수도 있다. 적합한 전하 제어제는 당해 기술 분야에서 잘 알려져 있다. 이들은 사실상 중합체일 수도 있고 아닐 수도 있으며, 이온일 수도 있고 아닐수도 있는데, 이는 에어로졸 OT, 소듐 도데실벤젠술포네이트 (sodium dodecylbenzenesulfonate), 메탈 소프 (metal soaps), 폴리부텐 숙신이미드 (polybutene succinimide), 말레산 무수물 혼성중합체 (maleic anhydride copolymers), 비닐피리딘 혼성중합체 (vinylpyridine copolymers), 비닐피롤리돈 혼성중합체 (vinylpyrrolidone copolymers) (Ganex, International Specialty Products), (메타)아크릴산 혼성중합체 ((meth)acrylic acid copolymers), 및 N,N-디메틸아미노에틸 (메타)아크릴레이트 혼성중합체 (N,N-dimethylaminoethyl (meth)acrylate copolymers) 와 같은 이온성 계면활성제를 포함한다. 플루오로 계면활성제는 퍼플루오로탄소 (perfluorocarbon) 용매 내에서 전하 제어제로서 유용하다. 이는 3M 사의 FC-170C, FC-171, FC-176, FC430, FC431, 및 FC-740 과 Dupont 사의 Zonyl FSA, FSE, FSN, FSN-100 ,FSO ,FSO-100, FSD 및 UR 과 같은 FC 플루오로 계면활성제를 포함한다.
그라인딩, 밀링 (milling), 마멸 (attriting), 마이크로플루다이징 (microfludizing), 및 초음파 기술을 포함한 어떠한 공지의 방법에 의해서도, 적합한 대전 안료 분산물이 제작될 수 있다. 예를 들어, 미세한 파우더 형태의 안료 입자가 현탁 용매 (suspending solvent) 에 첨가되며, 그 결과물인 혼합체는 몇 시간 동안 볼 (ball) 로 밀링되거나 마멸되어 매우 덩어리진 건조 안료 파우더를 주요 입자 (primary particles) 로 파쇄시킨다. 비록 덜 바람직하지만, 비이동성 유동체 착색제를 생성하는 염료 또는 안료가 볼 밀링 프로세스 동안에 현탁액에 부가될 수 있다.
비중을 유전성 용매의 비중과 매칭 (matching) 시키는 적합한 중합체를 지닌 입자를 마이크로캡슐화 함으로써, 안료 입자의 침전 또는 크리밍은 제거될 수 있다. 안료 입자의 마이크로캡슐화는 화학적 또는 물리적인 방법으로 행해진다. 통상적인 마이크로캡슐화 프로세스는 경계면 중합 반응, 인-시츄 (in-situ) 중합반응, 상 분리 (phase separation), 코아세르베이션 (coacervation), 정전기 코팅, 스프레이 건조, 액화 베드 코팅 (fluidized bed coating) 및 용매 증발 (solvent evaporation) 을 포함한다.
안료 현탁액에 있어서는 많은 수단이 있다. 감색 (subtractive color) 시스템에서는 대전 TiO2 입자가 시안 옐로우 또는 마젠타 컬러의 유전성 유동체 중에 부유될 수 있다. 시안, 황색 또는 마젠타 컬러는 염료 또는 안료의 사용을 통해서 생성될 수 있다. 가색 (additive color) 시스템에서는 대전된 TiO2 입자가, 또한 염료 또는 안료의 사용을 통해서 생성된, 적, 녹, 또는 청색의 유전성 용매에 부유될 수 있다. 대부분의 애플리케이션에서는, 적, 녹, 청 컬러 시스템이 바람직하다.
본 발명은 특정 실시유형을 참조하여 설명하였지만, 당업자는, 발명의 진정한 사상과 범위에서 벗어남이 없이도 다양한 변경을 할 수 있으며, 균등물로 대체할 수 있음을 알 수 있다. 또한, 특정한 환경, 재료, 조성물, 프로세스, 프로세스의 단계 또는 단계들에 적응하기 위해서, 본 발명의 대상물, 사상 및 범위에 많은 변형이 가해질 수 있다. 이러한 변형은 첨부된 청구항의 범위 내에 포함된다.
따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 범위에 의해서 선행 기술이 허용하는 한 넓게, 그리고 명세서의 관점에서 한정된다.

Claims (58)

  1. (1) 전기영동 셀이 전기영동 조성물로 충진되고, 충진된 마이크로컵이 상기 전기영동 조성물의 비중보다 낮은 비중을 가지는 밀봉 조성물로 형성된 밀봉층으로 밀봉되는, 상기 전기영동 셀을 포함하고,
    (2) 인-플레인 스위칭 모드인, 전기영동 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀의 각각은 1개 또는 2개의 인-플레인 전극을 가지는, 전기영동 표시장치.
  3. 전기영동 셀이 유전성 용매 또는 용매 혼합물에 분산된 대전 입자를 포함하는 전기영동 조성물로 충진되고, 상기 충진된 전기영동 셀이 상기 전기영동 조성물의 비중보다 낮은 비중을 가지는 밀봉 조성물로부터 형성된 밀봉층으로 밀봉되는, 상기 전기영동 셀을 포함하고,
    상기 전기영동 셀의 각각은 일측의 투명 관측 층과 대향측의 일 공통전극 및 인-플레인 전극으로 구성되는 층을 포함하는, 전기영동 표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀의 각각은 별개의 백그라운드 층을 더 포함하는, 전기영동 표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 별개의 백그라운드 층은 상기 일 공통전극과 인-플레인 전극으로 구성되는 층 아래 또는 상부에 있는, 전기영동 표시장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 일 공통전극과 인-플레인 전극으로 구성되는 층은 컬러를 띄거나 흑색인, 전기영동 표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시장치는 모노크롬 표시장치인, 전기영동 표시장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유전성 용매는 투명하고 무색인, 전기영동 표시장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 대전 입자는 하나의 컬러이거나 또는 혼합된 컬러인, 전기영동 표시장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 대전 입자는 백색인, 전기영동 표시장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    흑, 백, 적, 녹, 청, 황, 시안 또는 마젠타로 구성된 군에서 선택된 컬러의 백그라운드 층을 포함하는, 전기영동 표시장치.
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시장치는 다중 컬러 표시장치인, 전기영동 표시장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 대전 입자들은 백색이거나, 흑색 또는 상이한 컬러인, 전기영동 표시장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    백색이거나, 흑색 또는 상이한 컬러인 백그라운드 층을 포함하는, 전기영동 표시장치.
  15. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명 관측 층이 착색되거나 또는 컬러 필터를 포함하는, 전기영동 표시장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 대전 입자는 백색이고 상기 전기영동 셀은 흑색의 백그라운드를 가지는, 전기영동 표시장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀 모두는 동일한 컬러 또는 상이한 컬러의 투명 관측 층을 가지는, 전기영동 표시장치.
  18. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명 관측 층은 무색인, 전기영동 표시장치.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀들은 동일한 컬러의 백그라운드를 가지고, 투명하고 무색의 유전성 용매에 분산된 동일한 컬러의 대전 입자를 포함하는 전기영동 조성물로 충진되는, 전기영동 표시장치.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀들은 상이한 컬러의 백그라운드를 가지고, 투명하고 무색의 유전성 용매에 분산된 동일한 컬러의 대전 입자를 포함하는 전기영동 조성물로 충진되는, 전기영동 표시장치.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀들은 동일한 컬러의 백그라운드를 가지고, 투명하고 무색의 유전성 용매에 분산된 상이한 컬러의 대전 입자를 포함하는 전기영동 조성물로 충진되는, 전기영동 표시장치.
  22. 제 3 항에 있어서,
    상기 투명 관측 층은 착색되는, 전기영동 표시장치.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀들은 흑색의 백그라운드를 가지고, 투명하고 무색의 유전성 용매에 분산된 백색의 대전 입자를 포함하는 전기영동 조성물로 충진되는, 전기영동 표시장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 전기영동 셀들은 동일한 컬러 또는 상이한 컬러의 투명 관측 층을 가지는, 전기영동 표시장치.
  25. 제 3 항에 있어서,
    박막 트랜지스터의 배열을 포함하는 기판은 상기 일 공통전극 및 인-플레인 전극을 포함하는 층으로 사용되는, 전기영동 표시장치.
  26. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 조성물은 방사선, 열 또는 수분 경화성 조성물인, 전기영동 표시장치.
  27. a) 투명 절연체 기판 상에 방사선 경화성 재료를 코팅하여 층을 형성하는 단계;
    b) 마이크로엠보싱 또는 방사선에 대한 이미지와이즈 노광에 의해 상기 방사선 경화성 재료 상에 마이크로컵들을 형성하는 단계;
    c) 상기 마이크로 컵들을 전기영동 조성물로 충진하는 단계;
    d) 상기 전기영동 조성물의 비중보다 낮은 비중을 가지는 밀봉 조성물로 상기 마이크로컵들을 밀봉하는 단계; 및
    e) 상기 밀봉된 마이크로컵들 각각 상부에 일 공통전극 및 인-플레인 전극을 포함하는 기판으로 상기 밀봉된 마이크로컵들을 적층하는 단계를 포함하는, 전기영동 표시장치의 제조 방법 .
  28. a) 공통전극 및 인-플레인 전극을 포함하는 기판 상에 방사선 경화성 재료를 코팅하여 층을 형성하는 단계;
    b) 마이크로엠보싱 또는 방사선에 대한 이미지와이즈 노광에 의해 상기 방사선 경화성 재료 상에 마이크로컵들을 형성하는 것으로, 상기 마이크로컵들 각각이 일 공통전극 및 인-플레인 전극을 포함하는 기판 상에 있는 단계;
    c) 상기 마이크로 컵들을 전기영동 조성물로 충진하는 단계;
    d) 상기 전기영동 조성물의 비중보다 낮은 비중을 가지는 밀봉 조성물로 상기 마이크로컵들을 밀봉하는 단계; 및
    e) 상기 밀봉된 마이크로컵들을 투명 절연체 기판으로 적층하는 단계를 포함하는, 전기영동 표시장치의 제조 방법 .
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 및 단계 (d)는,
    (1) 상기 밀봉 조성물 및 상기 전기영동 조성물의 혼합물을 충진하는 단계, 및
    (2) 상 분리하여 상기 전기영동 조성물 상부에 부유층을 형성하는 동안 또는 이후, 상기 밀봉 조성물을 경화함으로써 상기 충진된 마이크로컵을 밀봉하는 단계에 의해 달성되는, 전기영동 표시장치의 제조 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 는,
    (1) 상기 전기영동 조성물 상에 상기 밀봉 조성물을 오버코팅하는 단계, 및
    (2) 상기 밀봉 조성물을 경화하는 단계에 의해 달성되는, 전기영동 표시장치의 제조방법.
  31. 제 28 항에 있어서,
    상기 단계 (c) 및 단계 (d)는,
    (1) 상기 밀봉 조성물 및 상기 전기영동 조성물의 혼합물을 충진하는 단계, 및
    (2) 상 분리하여 상기 전기영동 조성물 상부에 부유층을 형성하는 동안 또는 이후, 상기 밀봉 조성물을 경화함으로써 상기 충진된 마이크로컵을 밀봉하는 단계에 의해 달성되는, 전기영동 표시장치의 제조 방법.
  32. 제 28 항에 있어서,
    상기 단계 (d) 는,
    (1) 상기 전기영동 조성물 상에 상기 밀봉 조성물을 오버코팅하는 단계, 및
    (2) 상기 밀봉 조성물을 경화하는 단계에 의해 달성되는, 전기영동 표시장치의 제조방법.
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