KR20030038789A - 전기/자기 반응 입자 어셈블리 및 그의 제조 방법 - Google Patents

전기/자기 반응 입자 어셈블리 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

전자기 반응 입자를 위한 포켓을 갖는 기판을 함유하는 어셈블리는 예를 들어 디스플레이 매체, 렌즈 및 변색 직물을 포함한 다양한 용도를 위해 제조될 수 있다. 이들 포켓의 배열은 이전에 실현된 것보다 더 높은 입자 밀도를 제공하도록 선택될 수 있다. 어셈블리는 어셈블리 기판, 입자 및 탑 코트층을 포함한다.

Description

전기/자기 반응 입자 어셈블리 및 그의 제조 방법 {Electrically/Magnetically Responsive Particle Assembly and Methods for Manufacture Thereof}
전자기 반응 입자를 갖는 어셈블리 (예, 필름, 막, 구조체 또는 다른 구조물)를 사용하여 다양한 제품을 만들 수 있다. 상기 제품은 디스플레이 매체, 변색 직물, 렌즈 등을 포함한다. 이들 어셈블리에서는 정보를 표시하거나, 어셈블리의 색상을 변화시키기 위해 인가된 전자기장의 영향 하에 전자기 반응 입자의 운동 (예, 회전 또는 병진)을 이용한다. 상기한 입자 어셈블리를 제작하기 위한 한 수단에서, 2색 전자기 반응 입자는 전자기장의 인가 하에 회전하여 입자 표면의 2가지 색상 중 하나를 가시 방향으로 향하게 한다. 가시 방향으로 향하는 특정 색상은 인가된 전자기장의 극성에 따른다. 많은 용도에서, 2색 입자는 구형이고 2개의 판들 사이에서 필름 매트릭스 내에 또는 유전체액에 현탁된다.
평면 디스플레이 및 다른 용도를 위한 어셈블리 (예, 필름)를 제작하기 위한상기 및 다른 수단의 최대 가능성은 아직까지 실현되지 않았다. 현존하는 장치는 콘트라스트가 낮고 해상도가 낮아서 좋지 않다. 이들 장치는 대개 입자 다중층을 포함하거나 최적 패킹 형태로 확실하게 배치되지 않는 입자들을 갖는다. 게다가, 지금까지 생산된 장치는 두꺼워서 전자기 반응 입자를 활성화시키기에 충분히 큰 전자기장을 생산하기 위해 큰 작동 전압을 필요로 한다.
<발명의 개요>
일반적으로, 본 발명은 전자기 반응 입자용 포켓을 갖는 기판을 함유하는 어셈블리에 관한 것이다. 상기 포켓의 배열은 이전에 실현된 것보다 더 큰 입자 밀도를 제공하도록 선택될 수 있다. 한 실시태양은 어셈블리 기판과 전자기 반응 입자를 포함하는 어셈블리다. 어셈블리 기판은 하나 이상의 실질적으로 내포된 유체 함유 셀 (cells)을 한정한다. 각 셀은 서로 유체 소통되는 포켓들을 포함한다. 각 포켓은 어셈블리 기판에 의해 적어도 하나의 전자기 반응 입자를 포켓 내에 유지하도록 한정된다.
다른 실시태양은 어셈블리 기판, 입자 및 탑 코트 (top coat)층을 포함하는 어셈블리다. 상기 어셈블리 기판은 어셈블리 기판 내에 포켓을 한정한다. 어셈블리 기판의 각 포켓은 중합체 필름의 절제에 의해 형성된 포켓에 상응한다. 입자들은 기판의 포켓 내에 배치되고, 각 입자는 기판 내의 입자의 상태 (예, 위치 또는 배향)를 조절하도록 인가된 전자기장에 반응성이다. 탑 코트층은 입자와 기판 상에 배치된다.
또 다른 실시태양은 포켓을 한정하는 어셈블리 기판, 포켓 내에 배치된 입자, 및 제1 유전체 유체를 갖는 어셈블리다. 상기 어셈블리의 각 포켓은 평균적으로 적어도 2개의 입자들을 갖는다. 입자는 착색되고 기판 내의 입자의 상태를 조절하도록 인가된 전자기장에 반응성이다. 제1 유전체 유체는 입자와 상이한 색상을 갖고 적어도 포켓의 서브셋에 배치된다. 임의로, 제1 유전체 유체 및 입자와 상이한 색상을 갖는 다른 유전체 유체가 포켓의 다른 서브셋에 배치될 수 있다. 또한, 포켓은 각각 25개 이상의 입자들을 포함할 수 있다.
상기 어셈블리는 예를 들어 디스플레이 매체 (예를 들어, 얇은 휴대용 전자 디스플레이 또는 "전자 종이 (electronic paper)"), 교통 및 기타 신호, 직물 (예, 카무플라주 (camouflage) 또는 변색 직물), 렌즈, 필름, 지붕 (예, 장식용 또는 에너지 흡수/반사 목적용 변색 지붕) 및 기타 제품을 포함한 다양한 제품을 형성하기 위해 사용될 수 있다. 상기 입자는 예를 들어 2색 입자 (예, 상이한 색상의 반구체를 갖는 입자), 단색 입자, 3가지 이상의 색상을 갖는 입자, 반사 입자, 투명 또는 반투명 입자, 어셈블리 기판, 탑 코트층 또는 입자 주위의 유전체 유체와 상이한 굴절률을 갖는 입자, 또는 투과 윈도우를 갖는 입자일 수 있다. 상기 포켓은 예를 들어 6각형 또는 입방체 밀집 패턴을 포함하여 다양한 규칙적 및 비규칙적 패턴을 형성될 수 있다. 포켓당 약 1개의 입자를 평균적으로 갖는 어셈블리를 형성할 수 있다. 포켓당 2개 이상, 일반적으로 25개 이상의 입자를 평균적으로 갖는 다른 어셈블리도 형성될 수 있다.
다른 실시태양은 어셈블리의 제조 방법이다. 중합체 필름은 절제에 의해 중합체 필름의 일부를 제거하고 중합체 필름 내에 포켓을 생성시키도록 광조사된다.포을 갖는 어셈블리 기판은 중합체 필름을 사용하여 형성되며, 어셈블리 기판의 포켓은 중합체 필름 내의 포켓에 상응한다. 입자들은 어셈블리 기판의 포켓 내에 배치된다. 각 입자는 기판 내의 입자들의 상태를 조절하도록 인가된 전자기장에 반응성이다. 마지막으로, 탑 코트층이 입자 및 어셈블리 기판의 적어도 일부 상에 배치된다.
상기 방법은 임의의 상기한 어셈블리를 형성하기 위해 사용될 수 있다. 일부 예에서, 중합체 필름은 어셈블리 기판으로서 사용된다. 다른 예에서, 중합체 필름은 어셈블리 기판이 형성되는 주형으로서 사용된다.
상기 본 발명의 요약은 본 발명의 개시된 각 실시태양 또는 모든 실행을 기술하는 것을 의도하지 않는다. 하기 도면과 상세한 설명이 이들 실시태양을 보다 구체적으로 예시한다.
본 발명은 일반적으로 전자기 반응 입자 어셈블리, 보다 구체적으로 전자기 반응 입자를 포함하는 포켓을 갖는 입자 어셈블리 및 상기 입자 어셈블리의 제조 및 사용 방법에 관한 것이다.
본 발명은 첨부하는 도면과 함께 본 발명의 각종 실시태양의 하기 상세한 설명을 고려하여 보다 완전히 이해될 수 있다.
도 1A는 어셈블리 기판 내의 전자기 반응 입자의 한 실시태양의 개략도이다.
도 1B는 어셈블리 기판 내의 전자기 반응 입자의 다른 실시태양의 개략도이다.
도 1C는 어셈블리 기판 내의 전자기 반응 입자의 제3 실시태양의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른, 6각형 밀집 포켓을 갖는 레이저 절제된 중합체 필름의 한 실시태양의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른, 입방체 밀집 포켓을 갖는 레이저 절제된 중합체 필름의 한 실시태양의 평면도이다.
도 4A는 본 발명에 따른 간극 포스트를 갖는 6각형 밀집 포켓의 다른 실시태양의 평면도이다.
도 4B는 선 4B-4B를 따라 취한 도 4A의 중합체 필름의 단면도이다.
도 4C는 선 4C-4C를 따라 취한 도 4A의 중합체 필름의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른, 인접 배치된 포켓들의 셀을 포함하는 중합체 필름의 평면도이다.
도 6A는 본 발명에 따른, 입자 어셈블리 기판의 베이스층의 포켓 내에 배치된 입자의 한 실시태양의 단면도이다.
도 6B는 본 발명에 따른, 입자 어셈블리 기판의 베이스층의 포켓 내에 배치된 입자의 제2 실시태양의 단면도이다.
도 6C는 본 발명에 따른, 입자 어셈블리 기판의 베이스층의 포켓 내에 배치된 입자의 제3 실시태양의 단면도이다.
도 7A 및 도 7B는 본 발명에 따른, 포켓을 갖는 중합체 필름으로부터 어셈블리 기판을 형성하는 한 실시태양의 단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른, 포켓을 갖는 중합체 필름으로부터 어셈블리 기판을 형성하는 다른 실시태양의 단면도이다.
도 9A 내지 도 9C는 본 발명에 따른 입자 어셈블리를 형성하는 한 실시태양의 단면도이다.
도 10은 전자기 반응 입자의 랜덤 배치를 사용하는 입자 어셈블리를 도시한 것이다.
도 11A 내지 도 11C는 윤곽이 있는 저변 구역을 갖는 포켓을 형성하는 단계를 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 입자 어셈블리의 다른 실시태양의 단면도이다.
도 13A 내지 도 13L은 도 12의 입자 어셈블리의 포켓에 대한 각종 포켓 단면 형태와 입자 위치의 단면도 및 평면도이다.
도 14A 내지 도 14C는 본 발명에 따른 입자 어셈블리 형태의 개략적 평면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 컬러 입자 어셈블리의 단면도 및 평면도이다.
본 발명은 각종 변형 및 대체 형태로 수해할 수 있지만, 그 구체적인 예는 도면에 도시되며 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 본 발명을 기술된 특정 실시태양에 제한하고자 하는 것이 아님을 이해해야 한다. 그 반대로, 본 발명의 취지와 범위 내에 있는 모든 변경, 균등물 및 대안을 포함하는 것으로 의도된다.
본 발명은 내부에서 전자기 반응 입자들이 전자기장의 인가 또는 변화에 반응하여 움직이는 어셈블리에 적용가능하다. 본 발명은 예를 들어 디스플레이 매체 (예를 들어 얇은 휴대용 전자 디스플레이 또는 "전자 종이") 및 교통 또는 다른 신호와 같은 정보 표시용 어셈블리에 특히 적용가능하다. 표시될 수 있는 정보는 예를 들어 문자숫자 캐릭터, 기호, 데생, 예술품, 그림, 그래픽, 플로어 (floor) 그래픽, 비디오 신호, 및 의미나 표현 (예, 예술 표현)을 디스플레이 매체의 사용자 또는 관람자에게 전달할 수 있는 기타 표시를 포함한다. 본 발명은 또한 예를 들어 직물 (예, 카모플라주 또는 변색 직물), 렌즈, 필름, 지붕 (예, 장식용 또는 에너지 흡수/반사 목적용 변색 지붕), 비행기 표면, 연마제, 의료 장비 (예, 온도 센서), 장식용 덮개 (예, 벽지, 카펫, 깔개(rug) 및 태피스트리 (tapestry)) 및 기타 제품을 포함한 변색 또는 다른 용도를 위한 어셈블리에 적용가능하다. 본 발명은 높은 콘트라스트, 높은 해상도, 낮은 작동 전압 또는 이들 특징의 조합을 필요로 하는 용도에 특히 적합하다.
전자기 반응 입자
도 1A, 1B 및 1C는 어셈블리 기판 내의 전자기 반응 입자의 예를 도시한 것이다. 용어 "전자기 반응 입자"는 전기장, 자기장 또는 둘 모두의 인가 또는 변화에 특정 방식으로 (예, 회전함으로써 또는 다른 방식으로 움직임으로써) 반응하는 입자를 의미한다. 상기 정의에는 전기장 또는 자기장의 변화에 각각 반응하는 전기 반응성 입자와 자기 반응성 입자가 포함된다. "전자기장"의 인가 또는 변화는 전기장, 자기장 또는 둘 모두의 인가 또는 변화를 의미한다. 본원에서는 전기 반응성 입자에 영향을 끼치는 전기장, 전위 등의 사용과 관련하여 예를 들어 설명한다. 자기장 등과 자기 반응성 입자를 사용하여 유사한 결과가 얻어질 수 있음이 이해될 것이다.
도 1A 및 1B에서 전자기 반응 입자 (106)은 대개 전기적 또는 자기적으로 이방성이다. 도 1C의 전자기 반응 입자 (126)은 등방성 또는 이방성일 수 있다. 상기한 입자의 랜덤하게 배향된 분포에 충분히 강한 전자기장 (예, 전기장 또는 자기장)을 인가하면 일반적으로 입자가 보다 낮은 전기 또는 자기 포텐셜 에너지의 위치로 이동, 예를 들어 회전 또는 병진한다. 인가된 전자기장을 변화시키면 회전 또는 병진 (예, 한 장소에서 다른 장소로 이동함)에 의해 입자의 상태 (예, 배향 또는 위치)를 변화시킬 수 있다.
적어도 몇몇 실시태양에서, 입자들은 반사성, 대개 확산 반사성이다. 광학적 효과는 인가된 전자기장에 반응하는 입자의 운동 (예, 회전 또는 병진)의 결과로서 입자로부터 반사된 빛을 변조시킴으로써 얻어진다. 투과 입자는 광원으로부터 동일한 조도에 대해 보다 적은 휘도를 제공할 수 있고 투과 디스플레이는 추가의 렌즈 및(또는) 추가의 작업층을 필요로 할 수 있지만, 투과 입자를 또한 사용할 수 있다.
각종 상이한 종류의 입자가 사용될 수 있다. 예를 들어, 적합한 종류의 입자는 2색 입자 (예, 상이한 색상의 반구체를 갖는 입자), 단색 입자, 3가지 이상의 색상을 갖는 입자, 반사성 입자, 투명 또는 반투명 입자, 탑 코트층 또는 입자들 주위의 유전체 유체, 어셈블리 기판과 굴절률이 상이한 입자 및 투과 윈도우를 갖는 입자를 포함한다. 입자는 모두 동일한 색상을 가질 수 있거나, 입자들은 서브셋으로 나뉘어질 수 있으며, 여기서 각 서브셋의 입자는 상이한 색상 및 임의로 상이한 전자기 특성을 갖는다. 한 실시태양에서, 어셈블리는 2가지 서브셋의 입자들을 포함하고, 여기서 한 서브셋은 전자기장의 인가 또는 변화시 한 방향으로 움직이고, 다른 서브셋은 반대 방향으로 움직인다.
예를 들어 어셈블리 기판 내의 포켓의 형상, 입자 패킹 밀도와 분포 및 어셈블리의 용도에 기초하여 요구되는 다양한 형상의 입자를 선택할 수 있다. 입자는 구형, 원판형, 타원형, 원통형, 피라미드형, 입방체형, 직사각형, 박편형일 수 있거나, 또는 임의의 다른 규칙 또는 불규칙 형상을 가질 수 있다.
입자들은 모두 동일한 크기일 수 있다. 별법으로, 입자는 넓은 크기 범위에 걸쳐 분포될 수 있다. 분포의 폭과 크기 범위는 특정 용도와 제품에 대해 원하는 대로 선택할 수 있다. 일부 실시태양에서, 2가지 이상의 상이한 크기의 입자들 또는 다중-모드 크기 분포를 갖는 입자들이 사용될 수 있다.
도 1A 및 1B는 예로서 2색 입자의 사용을 예시하지만, 다른 종류의 입자도 또한 사용될 수 있다. 2색 입자 (106)은 대개 도시된 바와 같이 제1 색상, 예를 들어 흑색 또는 어두운 색을 갖도록 형성된 하나의 반구체 (112)를 갖고, 한편 다른 반구체 (114)는 광학적으로 대비되는 제2 색상, 예를 들어 백색 또는 밝은 색을 갖도록 형성된다. 예를 들어 적색 및 백색, 녹색 및 백색, 또는 청색 및 백색 반구체 (또는 백색 또는 흑색과 함께 예를 들어 시안색, 마젠타색 또는 황색을 사용한 다른 조합)를 갖는 입자를 포함한 다양한 상이한 2색 입자가 어셈블리 내로 포함될 수 있다. 도시된 예에서 2색 입자 (106)은 전기적 이방성이어서, 하나의 반구체가 전기 포텐셜에 의해 다른 반구체보다 강하게 끌어당겨지거나 강하게 밀려난다.
한 실시태양에서, 입자 (106)은 도 1A에 도시된 바와 같이 어셈블리 기판(104)의 포켓 (110) 내에 배치된다. 어셈블리 기판 (104)는 대개 베이스층과 탑 코트층을 포함한다. 포켓 (110)의 나머지는 입자 (106)의 움직임을 허용하는 유체 (108) (액체 또는 기체), 대개 유전체액으로 채워진다. 탑 코트층은 그를 통해 입자가 포켓 내에 배치되는 개구부를 밀봉하도록 포켓 (110) 상에 배치된다.
한 실시태양에서, 포켓이 밀봉되기 전에 포켓 내에 액체가 배치된다. 본 실시태양에서, 어셈블리 기판에 비팽창성 또는 약한 팽창성인 중합체가 사용되지만, 다른 중합체 (팽창성 중합체 포함)도 허용된다. 베이스층 또는 탑 코트층에 적합한 비팽창성 중합체는 예를 들어 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리메틸 메타크릴레이트 및 폴리카르보네이트를 포함한다.
다른 실시태양에서, 입자는 포켓 내에 베이스층 내에 배치되고, 이어서 탑 코트층이 입자와 포켓 상에 형성된다. 입자 (106)은 어셈블리 기판 (104) 내로 액체를 흡수함으로써 어셈블리 기판 내에서 자유롭게 회전한다. 상기 액체는 어셈블리 기판을 팽창시킨다. 예를 들어, 본원에 참고로 포함시킨 미국 특허 제4,126,854호에 논의된 바와 같이 저점도 실리콘 오일과 같은 액제는 경화 실리콘 중합체 매트릭스로 제조된 어셈블리 기판 내로 흡수된다. 액체는 어셈블리 기판 (104)의 중합체에 의해서만 흡수되고 입자 (106)에 의해서는 흡수되지 않는다. 그 결과, 어셈블리 기판 (104)의 팽창은 포켓 (110)과 입자 (106) 사이에 여유 (clearance)를 형성시키거나 증가시킨다.
한 예로서, 어셈블리 기판 (104)은 실리콘 중합체, 예를 들어 Dow Corning Sylgard 182 및 184 (Dow Corning Corp., Midland, Mich.)과 같은 투과성 물질로부터 형성될 수 있다. 팽창 액체는 대개 유전체 오일이다. 실리콘 중합체와 함께 사용하기에 적합한 유전체 오일은 예를 들어 실리콘 또는 파라핀 오일, 예를 들어 Dow Corning CS10 및 CS20과 Exxon IsoparTMG, K 및 L (Exxon Chemical Co., Houston, Tex.)을 포함한다.
어셈블리 기판 (104) 내에 입자 (106)를 배치시키기 위해 도 1B에 도시된 다른 수단이 사용될 수 있다. 상기 수단에서, 입자 (106)은 예를 들어 본원에 참고로 포함시킨 미국 특허 제5,604,027호에 기술된 바와 같이 캡슐화(encapsulating) 외피 (shell) (118) 내에 함유된 유체 (116) 내에 현탁된다. 이어서 외피 (118) 내의 입자 (106)가 어셈블리 기판 (104)의 포켓 내에 분산된다. 미세캡슐화된(microencapsulated) 입자를 사용하는 이점은 어셈블리 기판 (104)에 사용된 재료가 액체에 대해 투과성일 필요가 없으므로, 중합체 어셈블리 기판 (104)에 사용되는 재료 선택이 보다 넓어질 수 있다는 것이다.
입자 어셈블리를 형성하는 또 다른 수단을 도 1C에 도시한다. 상기 수단에서, 입자 (126)이 어셈블리 기판 (124) 내의 포켓 (128) 내에 배치된다. 유전체액 (130)이 또한 포켓 내에 배치된다. 유전체액 (130)은 하나의 색상 (예, 밝은 색 또는 백색)을 갖고 입자 (126)은 제2 색상 (예, 어두운 색 또는 흑색)을 갖는다. 입자 (126)은 인가된 전자기장에 반응성이어서, 입자 (126)은 포켓 (128) 내에서 위로 또는 아래로 움직이게 된다. 입자 (126)이 가시 영역으로부터 멀리 움직이면, 포켓 (128)은 유전체액 (130)의 색상을 갖는 것으로 보이게 된다. 입자(126)가 가시 영역을 향해 움직이면, 포켓 (128)은 입자 (126)의 색상을 갖는 것으로 보이게 된다. 다른 실시태양은 하나의 포켓 내에 동일한 색상의 다수 입자를 포함한다. 별법으로서, 2가지 상이한 종류의 입자들이 포켓 내에 배치될 수 있다 (각 종류는 상이한 색상 및 인가된 자기장 또는 전기장에 상이한 (예, 반대) 반응성을 갖는다).
개별 포켓 내의 개별 입자
다양한 어셈블리/포켓 배열이 선택될 수 있다. 한 배열은 입자들을 개별적인 분리된 포켓 내에 놓아 어셈블리를 형성하는 것을 포함한다. 도 6A, 6B 및 6C는 단일 입자를 함유하는 크기의 포켓을 도시한 것이다. 도 6A에 도시된 한 실시태양에서, 포켓 (402)은 포켓 (402) 내에 배치된 전자기 반응 입자 (406)의 상부가 베이스층의 상부면 (420)에 근접하도록 하는 깊이로 베이스층 (400) 내에 형성된다. 도 6B에 도시된 다른 실시태양에서, 포켓 (402)는 보다 얕아서 입자 (406)가 베이스층 (400) 밖으로 신장하도록 한다. 바람직하게는, 베이스층 내의 포켓의 벽들은 포켓 내에 배치된 입자의 중간점 위로 신장한다. 도 6C에 도시된 또 다른 실시태양에서, 포켓 (402)은 보다 깊어서, 입자 (406)이 포켓 내에 완전히 꼭맞고 베이스층의 상부면 (420)이 입자의 상부 위에 위치하도록 한다.
도 6A 및 6B에 도시된 배열은 다수 입자를 갖는 포켓의 보다 적은 예에 해당할 수 있다. 도 6A 및 6C에 도시된 배열이 탑 코트층을 형성하기 이전에 내부에서 입자가 회전하거나 병진하는 액체가 포켓 내에 놓일 수 있고, 원하는 경우, 입자의 회전 또는 병진을 허용하기 위해 포켓을 팽창시킬 필요가 없기 때문에 유리할 수있다.
포켓은 중합체 필름의 일부가 각 포켓 사이에 배치되도록 형성된다. 상기 실시태양에서, 최종 입자 어셈블리 내의 포켓은 도 2 및 3에 도시된 바와 같이 서로 분리된다. 최종 입자 어셈블리에서, 하나의 포켓으로부터의 유체는 대개 다른 포켓 내로 유동하지 않는다. 각 포켓 (202, 202')은 벽 (203, 203')에 의해 인접 포켓으로부터 분리된다.
포켓은 예를 들어 레이저 절제, 사진석판인쇄술, 널링 (knurling) (예를 들어 본원에 참고로 포함시킨 미국 특허 제4,588,258호 참조), 다이아몬드 터닝 (turning) (예를 들어 본원에 참고로 포함시킨 문헌[McClure, Laser Focus World, February 1991, p. 95-105] 참조), 경화와 함께 주형 내에서의 주조 (예를 들어 본원에 참고로 포함시킨 미국 특허 제5,183,597호와 제5,175,030호 참조), 압출, 입체석판인쇄술 (stereolithography), 에칭 (예, 반응성 이온 에칭) 및 기타 미세복제 기술을 포함한 다양한 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 포켓은 예를 들어 도 14A 내지 도 14C에 도시된 바와 같이 예를 들어 원형, 타원형, 사각형, 직사각형, 6각형 및 삼각형 단면 형상을 포함한 다양한 단면 형상 (포켓의 상부로부터 볼 때)을 갖도록 형성될 수 있다. 포켓의 형상은 원하는 경우 입자의 형상과 크기를 기초로 선택될 수 있다. 일부 실시태양에서, 포켓의 형상은 변할 수 있다. 예를 들어, 포켓은 가시 표면 근처에서 6각형 단면을 갖고 포켓의 다른 단부에서 원형 단면을 가질 수 있다.
하나의 예시적인 예로서, 포켓은 각각 직경이 90 내지 105 ㎛인 단일 구형입자를 유지시키도록 125 내지 250 ㎛ 두께의 베이스층에 형성될 수 있다. 포켓의 깊이는 예를 들어 50 내지 150 ㎛일 수 있다.
최종 어셈블리 내의 포켓은 입자를 회전 또는 병진시키기 위한 여유를 제공하도록 입자의 직경 (또는 다른 관련 길이 치수)보다 더 넓은 최대 폭을 갖는다. 그러나, 단일 입자를 보유하도록 배열된 포켓의 경우, 입자 직경에 비해 포켓의 폭이 넓을수록 제시된 입자 크기 및 최소 벽 두께 (대개 화상 포화도가 상실됨)에 대한 입자의 패킹 밀도가 저하될 것이다. 포켓의 최대 폭은 대개 입자의 평균 직경 (또는 다른 적절한 길이 치수)보다 예를 들어 적어도 2% 더 크다. 일부 예에서, 포켓의 최대 폭은 입자의 평균 직경 (또는 다른 적절한 길이 치수)보다 적어도 5%, 10% 또는 20% 더 크다. 예로서, 포켓은 적어도 1 내지 5 ㎛의 포켓 내의 입자를 위한 측면 여유를 제공하도록 제조될 수 있다. 포켓 크기에 영향을 끼칠 수 있는 다른 요인은 예를 들어 입자 크기 분포 및 사용된 중합체 종류 (예, 팽창성 또는 비팽창성)를 포함한다.
포켓은 요구되는 밀도 및 분포를 얻기 위한 패턴으로 형성될 수 있다. 도 2는 6각형 밀집 패턴으로 배치된 포켓 (202)를 갖는 베이스층 (200)를 도시한 것이다. 6각형 밀집 패턴은 일반적으로 균일한 크기의 구형 입자의 최적 패킹 패턴으로서 인정된다. 입자의 밀도는 부분적으로 벽 (203)의 두께에 기초하여 최적 패킹에서 벗어날 것이다.
구형 입자 (및 원형 단면을 갖는 포켓)의 경우, 6각형 밀집은 약 91.7%의 패킹 밀도를 달성할 수 있고, 이 패킹 밀도는 입자 중앙을 통한 수평면을 설정하고입자에 의해 점유되는 상기 수평면의 비율을 결정함으로써 결정된다. 일부 실시태양에서, 어셈블리의 패킹 밀도는 85 내지 91.7%이고, 이것은 예를 들어 포켓들 사이의 벽 두께의 값이다.
필요한 경우, 패킹 밀도가 낮은 다른 포켓 패킹 배열을 선택할 수 있다. 도 3은 입방체 밀집 패턴의 포켓 (202')를 갖는 베이스층 (200')을 도시한 것이다. 다른 규칙적 또는 비규칙적 패턴을 사용할 수 있지만, 밀집 패턴, 특히 6각형 밀집 패턴이 보다 큰 입자 밀도, 보다 양호한 디스플레이 해상도, 콘트라스트 또는 색포화도, 또는 보다 높은 반사율 또는 최적 휘도를 제공할 수 있다. 포켓의 특정 패턴은 예를 들어 입자 어셈블리의 사용 용도, 입자 크기 및 형태, 요구되는 입자 밀도, 포켓 크기 및 형태, 및 디스플레이되는 대상과 같은 요소를 기초로 하여 선택할 수 있다.
도 2 및 3에서, 포켓은 위에서 보았을 때 원형 단면을 갖는 것으로서 도시되었다. 다른 단면을 갖는 포켓을 사용할 수 있으며, 포켓이 어셈블리 기판에 형성되는 패턴은 적절하게 변형할 수 있다. 예를 들어 입자가 비구형이고, 포켓에 적합하도록 충분히 작거나 포켓이 다수 입자를 포함하는 크기인 경우 비원형 단면을 갖는 포켓을 사용할 수 있다. 도 14A 내지 14C는 위에서 보았을 때 6각형, 정사각형 및 3각형 단면을 각각 갖는 포켓 (450)의 밀집 패턴을 도시한 것이다. 필요한 경우, 비밀집 비규칙적 패킹 패턴을 포함하여 다른 포켓 단면 및 패킹 패턴도 사용할 수 있다. 예를 들어, 원통형 입자가 반원통형 포켓에 위치할 수 있다.
개별 포켓 내의 다수 입자
도 12는 유전체 유체 (258)에 다수 입자 (256)을 포함하는 포켓 (252)를 갖는 어셈블리 기판 (250)의 실시태양을 도시한 것이다. 포켓은 2개 이상, 일반적으로 예를 들어 25 내지 수천개의 입자를 각각 포함하도록 선택할 수 있다. 단일 포켓에 배치되는 입자의 수는 예를 들어 입자 크기, 포켓의 크기 및 형태, 및 포켓 내 요구되는 입자 분포 (예를 들어 포켓 내 입자의 단일층 또는 다중층)을 포함한 다양한 팩터에 따라 결정될 수 있다.
입자는 일반적으로 상기한 단일 입자/단일 포켓 실시태양에 사용된 것보다 작다. 예를 들어, 입자의 직경은 0.1 내지 5 ㎛, 포켓의 직경은 30 내지 250 ㎛일 수 있다. 한 실시태양은 직경이 50 내지 60 ㎛인 포켓에 직경이 0.3 내지 0.4 ㎛인 입자를 포함한다.
바람직하게는, 포켓에 배치된 입자 물질 및 유전체 유체는 유전체 유체 내의 입자의 이동 용이성을 위해 실질적으로 동일한 밀도를 갖는다. 보다 바람직하게는, 유전체 유체 및 입자 물질의 밀도는 입자가 중력 또는 다른 힘 (예: 원심력)에 의해 현저하게 영향받지 않도록 충분히 근접하여야 한다. 바람직하게는, 입자는 요구되는 작동 기간, 예를 들어 정보가 전자기장의 변화 또는 재인가없이 디스플레이되는 동안 이동하지 않는다.
일반적으로, 유전체 유체는 입자와 색상이 상이하거나 또는 색상이 상이한 입자가 사용된다. 입자는 입자가 어셈블리 기판의 가시 표면으로 또는 이 표면으로부터 멀리 이동하도록 전자기장을 사용하여 유전체 유체를 통해 이동된다. 디스플레이되는 특정 색상은 예를 들어 입자의 색상 및 반사율, 유전체 유체의 색상 및반사율, 어셈블리 기판 및 탑 코트의 색상 및 반사율, 포켓 내 입자의 위치, 포켓 내 입자의 수, 입자의 크기 및 형태, 포켓의 크기 및 형태 및 전자기장의 강도 및 지속 기간을 포함하여 다양한 요인에 의해 결정할 수 있다. 일부 경우에, 전자기장은 입자의 일부만을 또는 입자 전체를 포켓의 상부와 저변부 사이의 중간 위치로 이동시키기 위해 인가 또는 변경된다. 이것은 색 포화도를 조절하기 위해 (예를 들어 다른 색상에 그레이 스케일 등을 제공하기 위해) 사용할 수 있다.
도 13A 내지 13L은 예를 들어 디스플레이 콘트라스트 특성을 적합화시키기 위해 사용될 수 있는 상이한 포켓 및 입자 배열을 도시한 것이다. 상기 관찰은 다른 포켓 기하형태 및 포켓당 다른 입자수에도 확장하여 적용할 수 있다.
도 13A 및 13B는 원통형의 포켓 (350)의 단면을 도시한 것이다. 도 13C 및 13D는 입자 (352)가 포켓의 저변부에 있을 때 (도 13C) 및 입자가 포켓의 상부에 있을 때 (도 13D) 포켓 (350)의 평면도를 도시한 것이다. 일반적으로, 상기 실시태양에서 포켓의 상부 표면만을 관찰할 수 있다. 따라서, 포켓의 상부 또는 저변부에서 패킹될 때 적어도 일부층을 제공하기 위해 충분한 입자가 포켓에 존재할 경우 포켓은 도 13C 및 13D에 도시된 두 상태 모두에서 비교적 균일한 색상을 나타낸다.
도 13E 및 13F는 입자 (362)로 패킹된 구형 포켓 (360)의 단면을 도시한 것이다. 도 13G 및 13H는 입자가 포켓의 저변부에 있을 때 (도 13G) 및 입자가 포켓의 상부에 있을 때 (도 13H) 포켓 (360)의 평면도를 도시한 것이다. 구형 포켓의 경우, 포켓의 상부 반구체의 전체 표면을 볼 수 있다 (주위 기판 물질이 실질적으로 투명한 것으로 가정). 입자가 구형 포켓의 저변부에 존재할 때, 상부 표면으로부터 관찰시에 포켓의 중앙은 일반적으로 유전체 유체의 색상에 대응한다. 그러나, 색상은 중앙으로부터 멀어지면서 입자의 색상과 점진적으로 혼합된다. 이것은 포켓 중앙으로부터 거리가 멀어지면서 관찰자와 입자 사이에 유전체 유체가 적어지기 때문에 발생한다. 반대로, 입자가 구형 포켓의 상부에 존재할 때, 상부 표면으로부터 관찰시에 포켓의 중앙은 일반적으로 입자의 색상에 대응하지만, 이 색상은 중앙으로부터 멀어지면서 유전체 유체의 색상과 점진적으로 혼합된다.
도 13I 및 13J는 예를 들어 구체의 절반을 커버하는 입자 (372)의 단일층을 갖는 구형 포켓 (370)의 단면을 도시한 것이다. 도 13K 및 13L은 입자가 포켓의 저변부에 있을 때 (도 13K) 및 입자가 포켓의 상부에 있을 때 (도 13L) 포켓 (370)의 평면도를 도시한 것이다. 입자가 구형 포켓의 저변부에 존재할 때, 상부 표면으로부터 관찰시에 포켓의 중앙은 일반적으로 유전체 유체의 색상에 대응하지만, 이 색상은 중앙으로부터 멀어지면서 입자의 색상과 점진적으로 혼합된다. 입자가 구형 포켓의 상부에 존재할 때, 상부 표면으로부터 관찰시에 포켓의 가장자리는 일반적으로 입자의 색상에 대응하지만, 이 색상은 중앙에 근접하면서 유전체 유체의 색상과 점진적으로 혼합된다. 입자가 단지 단일층을 형성하기 때문에, 유전체 유체 색상은 일반적으로 도 13G 및 13H에 도시된 포켓보다 선명하게 나타날 것이다.
연결된 포켓 구조 내의 입자
다른 실시태양에서, 포켓은 도 4A, 4B, 4C 및 5에 도시된 바와 같이 각각의 포켓이 하나 이상의 추가의 포켓과 유체 소통하도록 어셈블리 기판 내의 하나 이상의 셀에 형성될 수 있다. 일반적으로, 셀은 서로 유체 소통되는 (예를 들어 포켓 사이의 유체의 횡류가 발생하는) 포켓의 그룹으로서 정의된다. 각 셀은 실질적으로 둘러싼 환경을 형성한다. 입자 어셈블리의 상기 실시태양은 하나 이상의 셀을 포함한다.
도 4A, 4B 및 4C는 상기 실시태양의 6각형 밀집 배열의 일례를 도시한 것이다. 필요한 경우, 다른 패킹 배열, 예를 들어 입방체 밀집 또는 다른 비밀집 배열도 선택할 수 있다. 도 4A에 도시한 예에서, 어셈블리 기판의 베이스층 (300) 내의 각각의 포켓 (302)는 최종 어셈블리에서 6개 이상의 인접 포켓과 유체 소통한다. 도 4C는 포켓 사이의 간극을 통과하지 않는 라인을 따른 베이스층 (300)의 단면도를 도시한 것이다. 저변부 벽 (306)은 입자 어셈블리의 인접 포켓 (302) 간의 유체 소통을 허용한다.
도 4B는 6각형 밀집 배열의 간극을 포함하는 라인을 따른 베이스층 (300)의 단면도를 도시한 것이다. 각각의 간극에는 베이스층 (300)으로 제조된 포스트 (304)가 존재한다. 포스트 (304)는 포켓 (302)를 한정하는 기능을 수행한다. 일부 실시태양에서, 포스트는 입자의 상부 이상으로 신장한다. 탑 코트가 베이스층 및 포켓 위에 형성될 경우 탑 코트는 일반적으로 포스트와 접촉할 것이다.
다른 실시태양에서, 더 짧은 포스트를 사용하여 예를 들어 입자의 중앙 지점 또는 최고 높이의 2/3 지점까지만 포스트를 신장시킬 수 있다. 상기 포스트는 일반적으로 탑 코트층과 접촉하지 않는다. 임의로, 추가의 입자가 포스트 상에 존재할 수 있다. 일반적으로, 상기 입자는 포스트 상의 입자가 포켓 내의 입자간의 간극 공간에 포스트 상에서 꼭 맞게 존재하기 때문에 포켓 내 입자보다 실질적으로 더 작다. 이것은 어셈블리 내의 입자 패킹 밀도를 증가시킬 수 있다.
일반적으로, 생성 단일 셀 입자 어셈블리의 가장자리는 예를 들어 열, 초음파, 또는 기계적 밀봉에 의해 또는 베이스층의 외주 주위에 벽을 형성함으로써 밀봉된다. 밀봉은 입자 어셈블리로부터 유체의 누출을 방지한다. 단일 셀로 입자 어셈블리를 절단하면 인접 포켓들 사이의 낮은 벽에 의해 전체 입자 어셈블리로부터 유체를 누출시킬 수 있다.
도 5는 포켓 (402)의 2 이상의 셀 (408)을 갖는 베이스층 (400)의 다른 실시태양을 도시한 것이다. 제시된 셀 내의 포켓 사이에는 유체 소통되지만, 셀은 다른 셀 (408') 내의 포켓 (402')와의 유체 소통을 실질적으로 방지하기 위해 벽에 의해 분리되지만, 셀 사이의 벽 내의 결함이 상이한 셀 (408) 및 (408')의 포켓 (402) 및 (402') 사이에 일부 유체를 유동시킬 수 있음을 알 수 있다. 도시된 실시태양에서, 셀은 6각형이고, 6각형 배열로 배치된다. 다른 셀 형태 (예, 정사각형, 원형, 직사각형, 타원형, 3각형, 헤링본 (herringbone) 및 다른 규칙적 또는 비규칙적 형태), 및 다른 셀 배열을 사용할 수 있다. 상기 실시태양에서, 입자 어셈블리가 절단될 경우, 절단에 의해 횡단된 셀에서만 누출이 발생할 것이다. 상기 특정 배열은 벽에 의해 다른 포켓으로부터 분리된 각각의 포켓으로 얻을 수 있는 것보다 큰 입자 밀도를 생성시키고, 비손상된 셀로부터 유체의 손실에 대한 방어는 계속 유지할 수 있다.
상기 임의의 배열에서, 팽윤성 또는 비팽윤성 중합체 또는 다른 물질을 베이스층 및 탑 코트층으로서 사용할 수 있다. 일부 경우에, 팽윤이 일반적으로 낮은 입자 밀도를 야기하기 때문에 비팽윤성 물질을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
기사용된 입자 매체
반사성 입자 어셈블리를 형성하는 종래의 한 방법은 중합체 매트릭스에 전자기장 반응 입자를 혼합하는 단계, 중합체 매트릭스의 층을 형성하는 단계 및 상기 층을 경화시키는 단계를 포함하였다. 이 방법은 도 10에 도시한 바와 같이 중합체 매트릭스 내에 전자기 반응 입자의 랜덤한 분포를 야기하였다. 필름 (150)은 그 상부에 중합체 어셈블리 기판 (154)이 위치하는 기판층 (152)를 포함하였다. 2색 전자기 반응 입자 (156)은 어셈블리 기판 (154) 전체에 걸쳐 랜덤하게 분포하였다.
일반적으로, 도 10에 도시된 구조체와 관련된 문제가 존재한다. 어셈블리 기판 (154) 내의 입자 (156)가 서로 멀리 분리되었기 때문에, 필름의 해상도 및 콘트라스트가 최적치 미만이다. 또한, 필름은 입자가 큰 비율의 시청면을 커버하기 위해 비교적 두꺼울 필요가 있고, 따라서 작동 전압이 크다.
본원에 참고로 포함된 미국 특허 5,604,027에 기재된 다른 입자 어셈블리는 기판을 포토레지스트로 코팅한 후 사진식각법을 사용하여 포토레지스트의 패턴화를 수행함으로써 형성되었다. 포토레지스트는 식각되어 각각 투과 윈도우를 갖는 회전가능 입자가 그 내부에 배치된 캐비티를 형성한다. 상기 사진식각법의 한 단점은 큰 기판 (예, 디스플레이 스크린 또는 페이퍼 페이지 (paper page)의 크기의 기판)의 패턴화가 어려울 수 있다는 것이다. 큰 기판은 기판의 개별 부분의 연속적인 패턴화에 의해 패턴화시킬 수 있지만, 이것은 각각의 연속적인 패턴화 단계에대해 등록(registration)을 유지할 필요가 있다. 또한, 이 방법은 특정 기판과 비상용성일 수 있는 화학물질의 증착 및 제거를 수반하는 수회의 단계를 필요로 한다. 또한, 사진식각은 일반적으로 바닥이 평평한 원통형 캐비티의 형성을 야기한다. 이들 캐비티는 구형 입자와 사용하기에 적합하지 않을 수 있다.
포켓 형성된 어셈블리 기판의 형성
미세복제, 널링, 다이아몬드 터닝, 캐스팅, 압출, 입체사진식각, 에칭 및 기타 기술 뿐만 아니라 상기한 사진식각법을 사용하여 어셈블리 기판의 베이스층에 포켓을 형성할 수 있다. 입자 어셈블리의 새로운 유용한 형성 방법은 절제에 의해 중합체 필름의 일부를 제거하고 전자기 반응 입자 유지를 위한 입자 어셈블리 제조시에 사용될 수 있는 포켓을 형성하기 위한 중합체 필름의 광조사를 포함한다. 포켓을 갖는 중합체 필름은 입자 어셈블리의 베이스층으로서 사용될 수 있거나 입자 어셈블리의 적합한 베이스층이 형성될 수 있는 주형으로서 사용될 수 있다. 절제된 제품 형성에 적합한 중합체 필름은 예를 들어 폴리이미드 (예를 들어 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E.I. DuPont de Nemours & Co., Inc.의 KaptonTM), 폴리에스테르 및 타지 않으면서 레이저 광을 흡수하는 기타 필름을 포함한다.
중합체 필름의 절제에 적합한 방법은 예를 들어 레이저, 전자빔 및 이온빔을 포함하는 광 또는 입자빔을 사용한 필름의 일부의 제거를 포함한다. 적합한 레이저는 예를 들어 엑시머 레이저, 예를 들어 KrF, F2, ArF, KrCl 및 XeCl 레이저를 포함하지만, 다른 레이저도 사용할 수 있다. 절제 (즉, 필름의 일부의 제거)는 예를들어 필름의 일부의 승화, 기화, 분해 또는 배출을 포함한 상이한 메카니즘에 의해 달성할 수 있다. 중합체 필름의 레이저 절제의 적합한 방법의 예는 본원에 참고로 포함된 미국 특허 출원 제08/429,302호에 기재되어 있다.
그 예로서, 레이저가 중합체 필름의 일부를 제거하고 하나 이상의 개별 포켓을 형성하기 위해 중합체 필름에 도달할 수 있다. 다수 포켓은 마스크와 임의로 레이저원과 중합체 필름 사이에 배치된 화상형성 렌즈를 사용하여 동시에 형성될 수 있다. 이어서 다음 포켓(들)을 형성하기 위해 레이저 또는 필름이 제거될 수 있다. 임의로, 일련의 레이저가 사용될 수 있다.
포켓의 형상은 원하는 경우 빔을 사용하여 조절할 수 있다. 빔의 단면은 포켓의 저변부의 윤곽에 영향을 줄 수 있다. 이는 입자 어셈블리에 사용되는 입자의 형상 (예, 구형 또는 원통형)에 보다 밀접하게 유사한 윤곽의 저변부를 갖는 포켓을 형성시킬 수 있다.
포켓의 저변부의 윤곽을 형성시키는 다른 방법은 도 11A 내지 11C에 도시되어 있다. 빔을 사용하여 중합체 필름 (900)을 절제하여 도 11A에 도시된 바와 같이 제1 캐비티 (902)를 형성한다. 이어서 도 11B에 도시된 바와 같이 보다 좁은 빔을 사용하여 제2 캐비티 (904)를 형성한다. 그러나, 상기 제2 캐비티 (904)는 제1 캐비티 (902)보다 더 깊어서 계단 (906)을 생성시킨다. 캐비티의 깊이는 예를 들어 빔 강도 및 중합체 필름 (900)의 빔에의 노출 지속 시간과 같은 빔의 파라미터를 조정함으로써 조절될 수 있다. 이는 원하는 만큼 점차 좁은 빔을 사용하여 반복할 수 있다. 도 11C는 3개의 빔을 사용하여 형성된 포켓 (908)을 도시한 것이다.
도 11C에 도시된 바와 같이, 입자 (912)는 포켓이 원통형인 경우 상기 윤곽의 포켓 내에 보다 밀접하게 꼭 맞게 된다. 이는 보다 더 꼭맞을수록, 입자와 포켓 사이의 보다 큰 접촉 표면적 때문에 포켓 내의 입자 (특히, 2색 입자)의 특정 상태를 유지시키기 더 쉬우므로 유리할 수 있다. 입자가 포켓 내에 보다 확실히 유지될 때, 입자가 흔들리는 경향이 더 적을 것이다. 이는 시간 경과에 따른 화질의 손실을 감소시킬 수 있다. 다른 이점은 포켓을 채우기 위해 필요한 유체가 더 적다는 것이다.
입자 어셈블리 기판을 위한 주형으로서 중합체 필름
절제, 사진석판인쇄술, 미세복제, 널링, 다이아몬드 터닝, 캐스팅, 압출, 스트레오석판인쇄술, 에칭 또는 어떠한 다른 기술로 형성되든 포켓을 갖는 중합체 필름은 입자 어셈블리의 포켓 내에 배치되는 입자와 함께 입자 어셈블리 기판의 베이스층으로서 사용될 수 있다. 별법으로, 중합체 필름은 입자 어셈블리 기판의 베이스층을 형성하기 위해 주형으로서 사용될 수 있다. 이는 중합체 필름이 입자 어셈블리 기판에 적합하지 않은 재료로 이루어지거나 중합체 필름이 절제 또는 다른 포켓 형성 공정 때문에 탈색되거나 분해된 구역을 포함하는 경우 특히 유용할 수 있다.
도 7A 및 7B는 중합체 필름 (600)을 사용하여 입자 어셈블리 기판의 베이스층 (640)을 형성하기 위한 한 공정을 도시한 것이다. 이 공정에서, 포켓 (602)을 갖는 중합체 필름 (600)이 제1 주형이다. 포켓 (602)에 대응하는 돌출 (632)를 갖는 제2 주형 (630)은 도 7A에 도시된 바와 같이 중합체 필름 (600) 상에 성형 재료를 침적시켜 포켓 (602)를 채움으로써 형성된다. 제2 주형 (630)을 형성하기 위해 필요하다면 성형 재료를 경화시킨다. 일반적으로, 상기 성형 재료는 실리콘, 중합성 또는 고무 성형 화합물, 예를 들어 고온 용융 접착제, 1 또는 2 부품 밀봉제, 부틸 고무, 폴리우레탄 또는 금속 필름 (예를 들어 니켈, 은, 금, 크롬 및 구리와 같은 금속의 화학 또는 물리적 증착, 전기플레이팅 또는 비전기 플레이팅에 의해 형성됨)를 포함할 수 있다. 필요한 경우 (특히 중합성 또는 고무 성형 화합물에 대해), 성형 재료는 시간 경과에 따라 경화될 수 있거나 또는 경화는 예를 들어 열, 빛 (예, 자외광), 액틴 방사선, 전자빔 등을 사용하여 경화시킴으로써 유발시키거나 가속시킬 수 있다.
제2 주형 (630)은 중합체 필름 (600)으로부터 제거되고 포켓 (642)를 갖는 베이스층 (640)은 기판 재료를 제2 주형 (630) 상에 침적시킴으로써 형성된다. 입자 어셈블리 기판의 베이스층 (640)을 형성하기 위해 필요하다면 상기 기판 재료는 경화된다. 기판 재료는 대개 중합체, 예를 들어 열가소성 또는 열경화성 중합체 (예, 광 또는 열 경화성 아크릴레이트 중합체, 폴리우레탄 또는 에폭시 수지)이다. 베이스층 (640)은 제2 주형 (630)으로부터 제거되고 입자들로 채워질 수 있다. 제2 주형 (630)과 베이스층 (640)의 이형을 용이하게 하기 위해 중합체 필름 (600) 또는 제2 주형 (630) 상에 각각 이형제를 코팅할 수 있다.
도 8은 주형으로서 중합체 필름 (700)을 사용하는 별도의 방법을 도시한 것이다. 상기 방법에서, 기판 재료 (예, 열가소성 또는 열경화성 중합체)는 베이스층 (740)을 형성하기 위해 중합체 필름 (700)의 표면 상에 등각으로 침적된다. 이어서 베이스층 (740)은 중합체 필름 (700)으로부터 제거되고 입자로 채워진다. 필요하다면 기판 재료는 경화된다. 다시, 베이스층 (740)의 제거를 용이하게 하기 위해 중합체 필름 (700) 상에 이형제를 코팅할 수 있다.
입자 어셈블리의 형성
도 9A 내지 9C에 도시된 바와 같이, 입자 어셈블리 (840)은 포켓 (절제 또는 다른 방법에 의해 생성됨)을 포함하는 중합체 필름으로부터 또는 포켓을 갖는 어셈블리 기판을 제조하기 위해 주형으로서 중합체 필름을 사용하여 형성될 수 있다. 도 9A에 도시된 바와 같이 전자기 반응 입자 (806)은 포켓 (842) 내에 침적된다.
전형적으로, 적어도 95%의 포켓은 적어도 하나의 입자 또는 원하는 수의 입자들 (각 포켓 내에 다수 입자를 갖는 배열에 대해)을 포함한다. 바람직하게는, 적어도 99%의 포켓은 적어도 하나의 입자 또는 원하는 수의 입자들 (각 포켓 내에 다수 입자를 갖는 배열에 대해)을 포함한다. 입자들은 브러싱되거나, 쓸리거나, 닦여지거나, 낙하되거나, 흔들리거나 또는 다른 방식으로 포켓 내에 놓여질 수 있다. 포켓을 채우기 위한 방법의 한 예는 입자들을 어셈블리 기판의 베이스층 상에 분배시키는 것을 포함한다. 이어서 기판을 향하여 뻗은 브러시를 갖는 회전 장치를 지나 진행한다. 상기 장치는 회전하여 브러시가 기판의 진행 반대 방향으로 움직이도록 한다. 브러시는 입자들을 채워지지 않은 포켓내로 쓸어넣고 포켓들 사이의 영역으로부터 입자를 제거한다. 잉여 입자들은 대개 기판의 쓸어지지 않은 부분 상으로 다시 밀리거나, 기판의 측면으로 밀어내지거나 또는 브러시에 의해 집어올려진다. 브러시에 의해 집어올려진 잉여 입자들을 제거하기 위해 선택적인 흡인 장치가 배치될 수 있다.
브러시의 길이와 뻣뻣함 뿐만 아니라 브러시 모의 직경은 입자의 크기와 종류에 따라 선택될 수 있다. 보다 긴 브러시는 일반적으로 보다 작은 입자에서 유용하고 (기판에 대한 장치의 위치가 조정가능하지 않은 경우), 보다 뻣뻣한 브러시는 일반적으로 보다 무거운 입자에서 유용하다.
포켓 내에 입자를 침적시키는 다른 방법은 입자를 포켓 내로 끌어당기는 전자기장을 제공하는 것을 포함한다. 입자는 전기 반응성이므로 적절한 전자기장의 선택에 의해 끌어당겨질 것이다. 이 기술은 상기한 브러싱 기술을 포함한 다른 방법과 함께 사용될 수 있다. 전자기장의 인가는 예를 들어 입자가 기판 상으로 분배된 후 및 포켓 내로 입자를 브러싱하기에 앞서 또는 브러싱하는 동안 일어날 수 있다.
입자 (806)를 포켓 (842) 내에 침적시킨 후, 도 9B에 도시된 바와 같이 탑 코트층 (848)이 일반적으로 입자 상에 형성된다. 상기 탑 코트층 (848)은 일반적으로 건조되거나 가교결합되어 고체층을 형성할 수 있는 액체 중합체 물질이다. 탑 코트층 (848)은 원하는 경우 베이스층과 탑 코트층을 팽창시키는 액체에 투과성인 물질로부터 형성될 수 있다.
별법으로, 포켓 (842)이 전체 입자 (806)를 유지시키기에 충분히 크다면, 탑 코트층 (848)을 형성하기 이전에 유체 (예, 유전체액)가 첨가될 수 있다. 액체는 예를 들어 커튼 또는 플러드 (flood) 코팅, 분무 및 프린팅을 포함한 다양한 기술에 의해 첨가될 수 있다. 일부 실시태양, 특히 다수 입자들을 갖는 포켓을 갖는 일부 실시태양에서, 상이한 색상을 갖는 액체들이 예를 들어 잉크 젯 또는 다른 프린팅 방법과 같은 기술에 의해 상이한 서브셋의 포켓에 일반적으로 비랜덤 패턴으로 개별적으로 첨가될 수 있다. 예를 들어, 도 15에 도시된 바와 같이, 4가지 상이한 색상의 액체 460A, 460B, 460C, 460D (예, 흑색, 마젠타색, 시안색 및 황색 또는 백색, 적색, 청색 및 녹색)가 개별 서브셋의 포켓에 전색 디스플레이를 형성하기 위해 사용될 수 있는 패턴으로 첨가될 수 있다. 포켓의 수평, 수직 또는 대각선 열들은 동일한 색상의 액체로 채워질 수 있다. 상기 실시태양에서 입자 (464)는 예를 들어 백색 또는 밝은 색일 수 있다. 입자는 원하는 경우 유전체 유체의 색상을 선택적으로 차단하기 위해 사용될 수 있다.
대안으로서, 입자는 착색될 수 있고 액체는 백색 또는 밝은 색일 수 있다. 전색 디스플레이는 상이한 색상 (예, 흑색, 마젠타색, 시안색 및 황색, 또는 백색, 적색, 청색 및 녹색)을 갖는 4개의 서브셋의 입자를 사용하여 형성될 수 있다. 적절하게 착색된 입자를 서브셋의 포켓 내에 배치할 수 있다. 또 다른 대안으로서, 상이한 색상 및 상이한 전자기성의 입자를 포켓 내에 침적시킬 수 있다. 예를 들어, 적색과 같은 색상을 갖는 하나의 서브셋의 입자 및 백색 입자를 갖는 제2 서브셋을 적색 색상을 제공하기 위해 지정된 포켓 내에 침적시킬 수 있다. 적색 및 백색 입자들은 반대의 전자기 반응성을 가질 수 있어서, 하나의 서브셋의 입자가 포켓의 상부로 끌어당겨지는 동안, 다른 서브셋은 포켓의 저변부로 끌어당겨지게 된다. 상기한 배열은 적절하게 착색된 입자들 (예를 들어 청색, 녹색, 황색, 시안색, 마젠타색 또는 흑색)을 사용하여 다른 포켓에 대해 반복될 수 있다. 포켓 내의 유체는 착색되거나, 맑거나 반투명할 수 있다.
다시 도 9B를 참조하면, 탑 코트층 (848)이 맑거나, 투명하거나 착색된 물질로 형성될 수 있다. 입자가 탑 코트층을 통해 볼 수 있을 정도로 가시 표면에 충분히 가까우면 탑 코트층 (848)은 또한 반투명한 물질로 형성될 수 있다. 탑 코트층 또는 입자가 미세캡슐화되기 전에 액체가 첨가되는 경우, 탑 코트층 (848)은 폴리스티렌, 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 아크릴릭 및 에폭시 중합성 물질을 포함하지만 이에 제한되지 않는 비투과성 중합체 물질로부터 형성될 수 있다. 상기 실시태양에서는 어셈블리 기판을 팽창시킬 필요가 없다.
상부 및 저변부 전극 (824, 826)은 일반적으로 도 9C에 도시된 바와 같이 베이스층 (840)과 탑 코트층 (848)의 마주보는 표면들 상에 또는 부근에 배치된다. 일부 실시태양에서 상부 및 저변부 전극들 중 적어도 하나는 베이스층 (840)과 탑 코트층 (848)으로부터 이격되고, 다른 실시태양에서 상부 및 저변부 전극들은 베이스층 (840)과 탑 코트층 (848)의 표면 상에 배치된다. 전극들을 가로질러 인가된 전자기장은 입자들 (806)을 인가된 전기장에 따라 정렬하여 이동 (예, 회전 또는 병진)시킨다.
전형적으로, 탑 코트층 (848) 상의 상부 전극 (824)는 투명한 전도체, 예를 들어 금속 (예를 들어 알루미늄, 니켈, 크롬, 금, 구리, 백금 또는 주석) 또는 전도성 화합물 (예를 들어 산화주석인듐, 산화바나듐, 도핑된 산화주석, 폴리티오펜, 폴리아닐린 및 다른 전도성 중합체)의 박막을 사용하여 제조된다. 저변부 전극(826)은 동일하거나 상이한 전도성 물질을 사용하여 형성될 수 있고 투명하거나 불투명할 수 있다. 별도의 실시태양에서, 입자 어셈블리 기판의 베이스층은 전도성 중합체를 사용하여 형성될 수 있다. 이어서 상기 베이스층은 저변부 전극으로서 기능할 수 있어서, 추가의 전극층은 필요하지 않게 된다.
상부 전극 또는 저변부 전극 또는 둘 모두는 각 포켓 또는 포켓들의 군이 개별적으로 또는 통합적으로 어드레스가능하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 포켓은 X-Y 포맷 또는 임의의 다른 공지된 어드레싱 배열로 어드레스될 수 있다. 한 예에서, 저변부 전극은 입자를 함유하는 기판의 전체 부분을 실질적으로 덮는 단일 전극이고, 상부 전극은 단일 포켓 또는 인접 포켓들의 군의 개별적인 어드레싱을 허용하는 다수 전극 부재들을 포함한다. 단일 상부 전극 및 다수 전극 부재들을 갖는 저변부 전극을 갖는 반대의 배열도 또한 사용될 수 있다. 전극 부재들의 개별적인 활성화에 의해, 정보 (예, 문자숫자 캐릭터, 기호 또는 다른 그래픽)가 표시될 수 있거나 원하는 패턴이 전자기 반응 입자 어셈블리를 사용하여 형성될 수 있다.
입자 어셈블리를 사용하는 디스플레이 용도에서 콘트라스트는 예를 들어 입자의 색상과 반사도, 어셈블리 기판의 색상, 포켓 내의 유전체 유체의 색상, 입자의 패킹 밀도, 포켓의 패킹 밀도, 포켓들 사이의 벽의 두께, 포켓의 배열 및 단일 전극의 전압에 의해 영향을 받는 입자의 수를 포함한 다양한 요인에 따를 수 있다. 일부 디스플레이 및 다른 용도에서, 입자 어셈블리는 적어도 5:1의 콘트라스트를 달성하도록 배열된다. 일부 실시태양에서, 콘트라스트 10:1 이상일 수 있다. 콘트라스트는 분광계 또는 유사한 광 반사 측정 기구를 사용하여 측정할 수 있다. 콘트라스트는 일반적으로 입자 어셈블리의 밝은 구역과 어두운 구역 사이의 반사된 휘도 또는 명도에서의 상대적인 차이이다.
본 발명은 상기한 특정 예에 제한되는 것으로 간주되어서는 안되며, 반대로 첨부된 청구의 범위 내에 명백히 설명된 바와 같이 발명의 모든 측면을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각종 변형, 동등한 공정 뿐만 아니라 본 발명이 적용될 수 있는 수많은 구조는 본 명세서의 면에서 본 발명이 지향하는 당업계의 숙련인에게 명백할 것이다.

Claims (31)

  1. 적어도 하나의 실질적으로 내포된 유체 함유 셀 {각 셀은 서로 유체 소통되는 다수의 포켓 (각 포켓은 포켓 내에 적어도 하나의 전자기 반응 입자를 유지하도록 어셈블리 기판에 의해 한정됨)을 포함함}을 한정하는 어셈블리 기판; 및
    적어도 하나의 셀 내에 배치되고 포켓 내에 유지되는 다수의 전자기 반응 입자
    를 포함하는 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 어셈블리가 어셈블리를 조사하는 빛을 선택적으로 반사시키도록 입자가 인가된 전자기장에 반응하여 이동하도록 구성되고 배열된 디스플레이 매체를 형성하는 것인 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 어셈블리 기판의 각 포켓이 단일 입자를 함유하는 크기인 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 어셈블리 기판의 각 포켓이 1 내지 5 ㎛의 측면 여유를 갖는 단일 입자를 함유하는 크기인 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 셀의 다수의 포켓이 6각형 밀집 패턴으로 배치되는 것인 어셈블리.
  6. 제1항에 있어서, 적어도 하나의 셀의 단면이 6각형인 것인 어셈블리.
  7. 제1항에 있어서, 어셈블리가 6각형 밀집 패턴으로 배치된 다수의 셀을 포함하는 것인 어셈블리.
  8. 제1항에 있어서, 상기 입자가 2색 입자를 포함하는 것인 어셈블리.
  9. 제1항에 있어서, 어셈블리 기판의 포켓의 적어도 99%가 적어도 하나의 입자를 함유하는 것인 어셈블리.
  10. 제1항에 있어서, 어셈블리 기판이 각 셀에 대해 다수의 포스트를 한정하며, 상기 포스트는 인접한 포켓들을 분리시키는 것인 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 포스트가 인접한 포켓들 사이의 간극 위치에 배치되는 것인 어셈블리.
  12. 제10항에 있어서, 포스트 위에 배치된 간극 입자를 추가로 포함하는 어셈블리.
  13. 다수의 포켓을 한정하는 어셈블리 기판 (어셈블리 기판의 각 포켓은 중합체 필름의 절제에 의해 형성된 포켓에 대응함);
    기판의 포켓 내에 배치된 입자 (여기서 각 입자는 기판 내의 입자의 상태를 조정하기 위해 인가된 전자기장에 반응성임); 및
    입자와 기판 상에 배치된 탑 코트층
    을 포함하는 어셈블리.
  14. 제13항에 있어서, 상기 포켓이 레이저 절제에 의해 중합체 필름에 형성되는 것인 어셈블리.
  15. 제13항에 있어서, 어셈블리 기판이 주형으로서 중합체 필름을 사용하여 형성되는 것인 어셈블리.
  16. 제13항에 있어서, 어셈블리 기판이 중합체 필름을 포함하는 것인 어셈블리.
  17. 제13항에 있어서, 어셈블리 기판의 포켓의 적어도 일부에 배치된, 입자와 색상이 상이한 제1 유전체 유체를 추가로 포함하는 것인 어셈블리.
  18. 제17항에 있어서, 제1 유전체 유체가 제1 서브셋의 포켓 내에 배치되고, 제2유전체 유체가 제2 서브셋의 포켓에 배치되며, 제1 유전체 유체는 제2 유전체 유체와 상이한 색상을 갖는 것인 어셈블리.
  19. 다수의 포켓을 한정하는 어셈블리 기판;
    적어도 제1 서브셋의 포켓 내에 배치된 다수의 입자 (여기서 평균적으로 제1 서브셋의 각 포켓은, 제1 색상을 가지며 포켓 내의 입자의 위치를 조절하기 위해 인가된 전자기장에 반응성인 적어도 2개의 입자를 포함함); 및
    적어도 제1 서브셋의 포켓 내에 배치된, 제1 색상과 상이한 제2 색상을 갖는 제1 유전체 유체
    를 포함하는 어셈블리.
  20. 제19항에 있어서, 적어도 제2 서브셋의 다수의 포켓 내에 배치된, 제1 및 제2 색상과 상이한 제3 색상을 갖는 제2 유전체 유체를 추가로 포함하는 어셈블리.
  21. 제19항에 있어서, 제1 서브셋 내의 각 포켓이 적어도 25개의 입자를 함유하는 것인 어셈블리.
  22. 제19항에 있어서, 제1 및 제2 색상과 상이한 제3 색상을 갖고 제2 서브셋의 다수의 포켓 내에 배치되는 제2 서브셋의 입자를 추가로 포함하는 것인 어셈블리.
  23. 제22항에 있어서, 제2 서브셋의 포켓 내에 배치된, 제2 및 제3 색상과 상이한 제4 색상을 갖는 제2 유전체 유체를 추가로 포함하는 것인 어셈블리.
  24. 제19항에 있어서, 적어도 제1 서브셋의 포켓 내에 배치된, 제1 및 제2 색상과 상이한 제3 색상을 갖는 제2 서브셋의 입자를 추가로 포함하는 것인 어셈블리.
  25. 제19항에 있어서, 상기 어셈블리가, 어셈블리에 조사되는 빛을 선택적으로 반사시키도록 입자가 인가된 전자기장에 반응하여 움직이도록 구성되고 배열되는 디스플레이 매체를 형성하는 것인 어셈블리.
  26. 제19항에 있어서, 다수의 포켓이 적어도 3개의 서브셋으로 나뉘어지고, 각 서브셋은 전색 디스플레이를 형성하도록 내부에 배치된 적절하게 착색된 입자와 유체를 갖는 것인 어셈블리.
  27. 중합체 필름을 광조사하여 절제에 의해 중합체 필름의 일부를 제거하고 중합체 필름 내에 다수의 포켓을 생성시키는 단계;
    중합체 필름을 사용하여, 중합체 필름 내의 다수의 포켓에 대응하는 다수의 포켓을 갖는 어셈블리 기판을 형성하는 단계;
    어셈블리 기판의 다수의 포켓 내에 입자를 배치시키는 단계 (여기서 각 입자는 기판 내의 입자의 상태를 조절하도록 인가된 전자기장에 반응하여 움직이도록구성되고 배열됨); 및
    입자 및 어셈블리 기판의 적어도 일부 상에 탑 코트층을 배치시키는 단계
    를 포함하는 어셈블리의 제조 방법.
  28. 제27항에 있어서, 어셈블리 기판을 형성하는 단계가 어셈블리 기판으로서 다수의 포켓을 갖는 필름을 사용하는 것을 포함하는 것인 방법.
  29. 제27항에 있어서, 어셈블리 기판을 형성하는 단계가 다수의 포켓을 갖는 어셈블리 기판을 형성하기 위한 주형으로서 필름을 사용하는 것을 포함하는 것인 방법.
  30. 제27항에 있어서, 주형으로서 필름을 사용하는 단계가 중합체 필름 상에 중합체 조성물을 배치시켜 다수의 포켓을 갖는 어셈블리 기판을 형성하는 것을 포함하는 방법.
  31. 제27항에 있어서, 주형으로서 필름을 사용하는 단계가 중합체 필름 상에 조성물을 배치시킴으로써 필름의 다수의 포켓에 대응하는 다수의 돌출을 갖는 제2 주형을 형성하고, 제2 주형 상에 제2 조성물을 배치시킴으로써 제2 주형의 다수의 돌출에 대응하는 다수의 포켓을 갖는 어셈블리 기판을 형성하는 것을 포함하는 방법.
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