KR20080103918A - 전자 종이 디스플레이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에서는 캡슐화된 재영상 매질을 갖는 미세캡슐로 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 개시된다.
미세캡슐, 전자 종이 디스플레이, 전기영동 디스플레이
Description
캡슐화된 재영상(reimageable) 매질을 내포한 미세캡슐로 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 개시된다. 미세캡슐은 용액 내에 안정화될 수 있고, 용액의 액적은 잉크 젯 방법을 통해 기판에 도포될 수 있다. 디스플레이 장치에서, 도전성 기판에 의해 미세캡슐에 전기장을 인가하여 미세캡슐 내의 캡슐화된 재영상 매질의 제1 색 입자군 또는 제2 색 입자군을 표시할 수 있다. 이러한 방식으로, 캡슐화된 재영상 매질은 전자 종이 디스플레이로 영상을 형성하는 데 사용될 수 있다.
미국 특허 제7,123,238호는 두 개의 도전막 기판 사이에 위치한 스페이서(spacer) 층을 포함하는 전기영동 디스플레이 장치를 개시하였다.
전자 종이 디스플레이는 무작위로 분산되어 있는 투명한 플라스틱 스몰 비드의 박층을 시트의 표면에 결합시켜 형성할 수 있다. 비드는 흑색과 백색, 적색과 백색 등과 같은 두 가지의 대조색을 갖는 두 개의 반구를 갖는다. 반구는 전기적으로 하전되어 전기 쌍극자를 나타낸다. 예컨대, 제1 반구 위의 적색은 음전하와 결합될 수 있고 제2 반구 위의 백색은 양전하와 결합될 수 있다. 비드의 반구들은 오일-충전 캐비티 안에 함유되고, 전기적으로 하전된 반구를 끌어당기거나 반발시키는 전기 전하에 기초하여 오일-충전 캐비티 안에서 회전한다. 따라서, 비드 및/또는 오일-충전 캐비티를 수용하는 시트는 캐비티에 구멍이 뚫리거나 캐비티 또는 비드의 반구가 뭉개지거나 납작해지는 등의 손상을 입지 않도록 단단하고 강해야 할 필요가 있을 수 있다.
전압은 시트와 결합된 하나 이상의 전극판을 통해서 시트의 표면에 인가된다. 전극판에 의해 인가된 전압은 반구에 결합된 전하에 기초하여 하나 이상의 비드의 반구들 중 하나를 끌어당길 수 있는 전기장을 제공한다. 그 결과, 하나 이상의 비드는 비드의 반구들 중 하나, 비드의 반구들과 결합된 전하, 및 전극판에 의해 생긴 전기장 사이에서 인력에 의해 회전한다. 따라서, 비드의 반구들은 전자 종이 위에 시각 방향으로 반구들 중 하나를 제공하도록 회전할 수 있다. 각각의 비드에 대해 반구들 중 하나를 제공하도록 하나 이상의 비드를 회전시킴으로써, 반구들은 전자 종이 위에 영상을 형성 또는 표시할 수 있다. 그 결과로서, 전극판에 의해 시트의 표면에 인가된 전기장은 전자 종이의 시각 방향으로부터 가시화되는 영상을 만든다.
그러나, 전자 종이를 제조하기 위하여 오일-충전 캐비티를 갖는 비드의 박층을 시트의 표면에 결합시키는 작업은 종종 시간이 많이 소요되고 비용이 많이 든 다. 더우기, 하나 이상의 비드에 의해 전자 종이의 표면 위에 형성된 영상의 해상도는 시트 표면 위에 형성된 비드의 박층에 대한 제곱 인치당 화소수가 최소인 경우가 많기 때문에 LCD와 같은 통상의 디스플레이의 해상도에 비해서 낮은 경향이 있다. 게다가, 시트 표면 위의 제곱 인치당 비드의 개수를 증가시킴으로써 제곱 인치당 화소를 높이는 것은, 특정한 화소 또는 하위 화소에 상응하는 특정 위치에 오일-충전 캐비티를 위치시키는 것이 어렵기 때문에 성가신 작업이다. 또한, 제곱 인치당 화소를 증가시키기 위하여 증가된 개수의 오일-충전 캐비티를 시트의 표면에 밀봉시키는 것은 비드를 통한 전자 종이의 형성에 있어서 적절치 못하다. 상이한 반구들을 표시하기 위한 비드의 회전은 스크린 등과 같은 일부의 디스플레이 목적을 위해서는 너무 느린 경향이 종종 있다. 그 결과, 오일-충전 캐비티를 갖는 비드로 전자 종이를 제조하는 방법은 제조상의 문제를 일으킬 가능성이 높고 전자 종이의 제조 비용을 높이는 경우가 많다.
따라서, 액체 인쇄 방법에 의해서 캡슐화된 착색 액체를 갖는 미세캡슐로 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 요구된다. 또한, 캡슐화 재영상 매질을 갖는 미세캡슐을 기판의 표면 위에 분산시켜 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 요구된다. 추가로, 전기장을 인가하기 위하여 미세캡슐이 분산된 기판을 하나 이상의 도전성 기판들 사이에 위치시킬 수 있는 전자 종이 디스플레이의 제조 방법이 요구된다.
본 명세서에서는 캡슐화된 재영상 매질을 갖는 미세캡슐로 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 개시된다.
각각의 미세캡슐은 예컨대 매질 내에 현탁된 상이한 색상의 두 가지 입자와 같은 캡슐화된 재영상 매질을 가질 수 있고, 전자 종이 디스플레이의 제조시 기판에 도포될 수 있다. 미세캡슐은 용액 내에 안정화될 수 있고, 용액의 액적은 인쇄 방법을 통해서 기판에 도포 또는 인쇄될 수 있다. 캡슐화된 재영상 매질의 디스플레이 층을 기판 위에 형성하기 위하여 용액의 액체 부분은 기판으로부터 제거될 수 있다. 해상도, 즉 기판 위에 인쇄된 미세캡슐의 밀도는 액적 크기 및/또는 미세캡슐의 크기에 기초를 둘 수 있다. 미세캡슐을 위한 기계적 보호를 제공하기 위하여 미세캡슐에 보호층을 도포할 수 있다. 캡슐화 재영상 매질에 전기장을 인가하기 위하여 미세캡슐을 갖는 기판을 도전성 기판들 사이에 위치시켜 하나 이상의 영상을 표시할 수 있다.
본 명세서에 설명되는 여러 양태들의 이점은 디스플레이 매질 내에 현탁된 상이한 색상의 두 가지 입자를 갖는 미세캡슐을 도포할 수 있는 전자 종이 디스플레이의 제조방법을 제공한다는 것이다. 여러 양태들의 다른 이점은 캡슐화된 재영상 매질을 갖는 미세캡슐을 기판 위에 분산시켜 고해상도의 컬러 디스플레이를 형성할 수 있는 전자 종이 디스플레이의 제조방법을 제공한다는 것이다. 추가로, 여러 양태들의 또 다른 이점은 액정 디스플레이 등과 같은 통상의 디스플레이에 비해 더 낮은 비용으로 제조될 수 있는 전자 종이 디스플레이의 제조방법을 제공한다는 것이다.
일반적으로, 다양한 예시적 양태에서는 디스플레이 매질 내에 현탁된 캡슐화된 재영상 매질을 갖는 미세캡슐로 전자 종이 디스플레이를 제조하는 방법이 제공된다. 캡슐화된 재영상 매질은 디스플레이 매질 내에 현탁된 상이한 색상을 띠는 두 가지 이상의 입자군을 포함할 수 있고, 상이한 색상의 입자들은 전기장에 의해 디스플레이 매질 내에서 이동할 수 있다. 미세캡슐은 용액에 첨가될 수 있고, 임의로 용액 내에서 안정화될 수 있으며, 용액과 함께 기판에 도포될 수 있다. 그런 다음, 용액의 액체 부분은 기판 위에 미세캡슐의 디스플레이 층을 생성하기 위하여 기판으로부터 제거될 수 있다. 미세캡슐의 디스플레이 층의 해상도, 즉 기판 위에 분산된 미세캡슐의 밀도는 캡슐화된 재영상 매질의 크기 및/또는 기판에 도포된 용액의 액적 크기에 기초하거나 연관될 수 있다. 기계적 힘에 의한 손상으로부터 미세캡슐 및 기판을 보호하기 위하여 미세캡슐에 피복물을 도포할 수 있다. 기판 및 미세캡슐을 도전성 기판들 사이에 위치시켜 전기영동 디스플레이 또는 디스플레이 장치를 제조할 수 있다. 도전성 기판을 사용하여 캡슐화된 재영상 매질에 전기장을 인가함으로써 입자의 이동을 조작하여 관찰자에게 특정한 색이 위치 및/또는 화소에서 보여지게 함으로써 미세캡슐의 캡슐화 재영상 매질로 영상을 표시할 수 있다.
컬러 디스플레이란 두 가지 이상의 상이한 색상을 표시할 수 있는 임의의 디스플레이를 의미한다.
일부 양태에서, 캡슐화 재영상 매질을 갖는 미세캡슐(전기영동 디스플레이 매질)은 1종 이상의 유체 및 유체 내에 분산된 1종 이상, 예컨대 2종 이상(예: 2 내지 10종)의 색 입자군 및/또는 전기영동 입자군을 포함한다.
캡슐화된 재영상 매질은 유체계 내에 분산된 1종 이상의 색 입자군을 포함한다. 유체는 투명하거나, 내부에 분산된 입자군에 의해 나타나는 색상(들)로부터 상이한 대조색과 같은 가시적 색상을 나타낼 수 있다. 착색 유체는 전형적으로 단일의 색 입자군, 예를 들면, 백색 입자(유체의 색상은 백색 이외의 대조색이다)를 사용하는 디스플레이에 사용된다.
일부 양태에서, 미세캡슐의 유체 및 내부의 입자군(들)은 예컨대 이들 재료의 밀도가 서로의 약 25% 이내인 실질적으로 대등한 밀도를 가질 수 있다. 다른 양태에서, 유체는 상이한 밀도를 갖는 2종의 불혼화성 유체를 포함하고 제2 불혼화성 유체의 밀도보다 더 낮은 밀도를 갖는 제1 불혼화성 유체가 제2 불혼화성 유체 위에 놓이고, 각각의 입자군은 2종의 불혼화성 유체의 밀도들 사이의 밀도를 가져서 입자가 2종의 불혼화성 유체 사이의 계면에 놓일 수 있다. 캡슐화된 재영상 매질에 대한 색 입자 및/또는 전기영동 입자의 밀도는 실질적으로 현탁 유체의 밀도에 대등할 수 있다. 예컨대, 이들 각각의 밀도의 차이가 약 0 내지 약 2g/㎖인 경우, 현탁 유체는 내부에 분산된 색 입자 및/또는 전기영동 입자의 밀도에 "실질적으로 대등한" 밀도를 가질 수 있다.
유체는 디스플레이 매질의 약 10중량% 내지 약 95중량%로 포함될 수 있다.
유체는 당업계에 공지된 전기영동 디스플레이에 사용되는 임의의 적합한 유체로 이루어질 수 있다. 유체란, 예를 들면, 액체 상태의 재료를 말하며, 기체 또는 공기가 아니다. 물론, 공기 또는 다른 임의의 기체도 디스플레이 장치의 미세캡슐 내에 존재할 수 있지만, 미세캡슐의 유체란 액체 상태의 유체를 의미한다. 유체의 선택은 화학적 불활성, 내부에 현탁된 입자에 대등한 밀도, 및/또는 입자와의 화학적 상용성에 기초할 수 있다. 일부 양태에서, 현탁 유체는 낮은 유전 상수(예: 약 4 이하)를 가질 수 있다. 유체의 점도는 작업 온도에서 예컨대 전기장의 영향하에서 입자가 이동할 수 있도록 비교적 낮을 수 있다. 일부 양태에서, 유체는 대략 실온(약 23℃ 내지 약 27℃)에서 약 0.25센티스톡 내지 약 10센티스톡 범위의 동력학적 점도를 가질 수 있다. 유체는 유전성이며 실질적으로 이온을 함유하지 않을 수 있다. 유체는 또한 내부의 색 입자에 대해 최소한의 용매 작용을 가질 수 있고, 색 입자와 실질적으로 동등한, 예컨대 서로의 약 20% 이내인 비중을 가질 수 있다. 추가로, 유체는 일부의 중합체에 대해 불량한 용매로 선택될 수 있는데, 이는 입자 제조에 사용되는 중합체 재료의 범위를 증가시키기 때문에 입자 제조에 사용하기에 유리하다.
일부 양태에서, 사용가능한 적합한 형태의 유체는 할로겐화 유기 용매, 선형 또는 분지형 포화 탄화수소, 실리콘 오일 및 저분자량 할로겐-함유 중합체와 같은 유기 용매이다.
일부 양태에서, 지방족 탄화수소는 예컨대 캡슐화 재영상 매질의 색 입자로서 비가교결합 유화 응집 입자가 사용되고/되거나 색 입자가 지방족 탄화수소의 존재하에 입자 표면으로부터 탈착될 수 있는 표면 피복물로 처리되어 전하를 부여받은 경우에는 성능의 열화를 일으킬 수 있다. 따라서, 캡슐화 재영상 매질의 유체로는 실리콘 유체와 같은 비팽윤성 유체를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
착색된 경우, 유체는 염료와 같은 적합한 분산성 착색제 및/또는 분산성 안료를 첨가하는 방법과 같은 당업계의 임의의 적합한 수단에 의해 착색될 수 있다.
일부 양태에서, 유체는 캡슐화 재영상 매질 및/또는 내부에 분산된 입자의 전하 거동에 영향을 줄 수 있는 전하 조절 첨가제 및 다른 이온성 물질을 실질적으로 함유하지 않는다. 그러나, 다른 양태에서 유체는 입자의 표면 에너지 또는 전하를 개질시키기 위한 표면 개질제, 전하 조절제, 분산제 및/또는 계면활성제와 같은 첨가제를 함유할 수 있다.
일부 양태에서, 캡슐화 재영상 매질은 실질적으로 동일한 색상을 띠는 1종 이상의 입자군을 포함한다. 캡슐화 재영상 매질은 유체 내에 분산된 1종의 색 입자군, 또는 2종 이상, 예컨대 2 내지 10종, 또는 2 내지 4종의 상이한 색상을 띠는 색 입자군을 포함할 수 있다. 색상은 예컨대 전자기 스펙트럼의 파장 범위 내의 모든 흡수 특성을 나타낸다. 여기서 실질적으로 동일한 색상이란 예컨대 당해 군 내의 다른 입자와 실질적으로 동일한 색조 및 화면 대비(명암)를 나타내는 입자를 말한다. 캡슐화 재영상 매질 내의 상이한 입자군의 색 입자들은 서로에 대해 상이한 색상, 즉 흡수 특성을 나타낸다. 예를 들면, 제1 입자군이 황색을 띠는 경우, 상이한 색상의 제2 입자군은 황색과 다른 음영(색조 및/또는 화면 대비) 또는 시안색 또는 마젠타색과 같은 완전히 다른 색상을 나타낼 것이다.
일부 양태에서, 디스플레이의 한 화소에 상당하는 디스플레이 부분을 포함하는 미세캡슐이 상이한 두 가지의 입자를 갖는 것이 바람직하다. 화소 내의 각각의 미세캡슐은 백색 입자군과 백색이 아닌 입자군, 또는 백색이 아닌 두 가지의 다른 색상을 갖는 상이한 색 입자군들을 포함할 수 있다.
제1 입자군 내의 각각의 입자는 제1 색상을 표시 또는 제공할 수 있다. 또한, 제2 입자군 내의 각각의 입자는 제1 색상과 다른 제2 색상을 표시 또는 제공할 수 있다. 일부 양태에서, 제1 입자군은 시안색, 황색, 마젠타색 및 흑색일 수 있다. 또한, 제2 입자군은 시안색, 황색, 마젠타색 및 흑색 중 제1 입자군과 다른 하나의 색상일 수 있다.
일부 양태에서, 제1 입자군 및 제2 입자군과 함께 제3 입자군 및/또는 제4 입자군이 미세캡슐의 쉘 내부에 임의로 포함되거나 디스플레이 매질 내에 현탁될 수 있다. 일부 양태에서, 제3 입자군 및/또는 제4 입자군은 색 입자 또는 전기영동 입자일 수 있다. 미세캡슐의 쉘 내부의 입자군의 개수는 당업자에게 공지된 바와 같은 임의의 입자군의 개수일 수 있다.
미세캡슐 내의 각각의 동일한 색 입자군은 미세캡슐의 약 5중량% 내지 약 50중량%로 포함될 수 있다.
일부 양태에서는 낮은 전기 도전성, 예컨대 약 10-11 내지 약 10-15S/m의 도전성을 갖는 전기영동 캡슐화 재영상 매질이 개시된다. 캡슐화 재영상 매질의 도전성은 이처럼 유전성 매체의 도전성에 필적한다. 캡슐화 재영상 매질의 입자는 당해 입자에 높은 전기장을 인가함으로써 하전될 수 있고, 이때 입자 하전은 전기장의 세기 및 하전 시간(또는 하전 주기의 수)에 따라 달라진다. 하전 후, 입자는 그램당 마이크로쿨롱(μC)(즉, 10-6C/g), 예컨대 약 ±0.1 내지 약 ±20μC/g의 전하량(질량대 전하량비)을 가질 수 있다.
본 발명의 양태의 미세캡슐은 이처럼 캡슐화 재영상 매질의 전하 특성 및/또는 도전성에 영향을 미치는 전하 조절 첨가제 및 이와 유사한 과량의 이온성 물질을 실질적으로 함유하지 않도록 만들어질 수 있다. 여기서 이온을 실질적으로 함유하지 않는다 함은 캡슐화 재영상 매질이 상기 언급된 도전성 값을 달성할 수 있는 정도로 이온성 물질을 함유하지 않음을 의미한다. 따라서, 본 발명에서 캡슐화 재영상 매질은 상기 언급된 낮은 도전성 특성을 나타낼 수 있다.
미세캡슐 내에 전하 조절 첨가제가 바람직하게 존재하지 않는 결과로서, 캡 슐화 재영상 매질의 입자군들의 입자는 다른 방법에 의해서 낮은 전하 특성을 나타낼 수 있도록 제조될 필요가 있다. 이는 계면활성제 및/또는 물의 존재하에 입자를 형성함으로써 달성될 수 있는데, 이때 이들 재료 중 소량은 형성 도중 입자 내로 혼입될 수 있다. 입자에 전하를 부여할 수 있는 다른 성분으로는 중합 개시제, 사슬 전달제(예: DDT), 또는 입자 표면 위에 노출 또는 부분 노출될 수 있는 중합체 골격 내의 산/염기 관능성 그룹이 포함된다. 이들 재료는 입자 내에서 0시간에서는 거의 무시할 만한 전하를 부여하지만, 예컨대 아래에 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 높은 전기장을 부여함으로써 상술한 바와 같은 낮은 전하량 값으로 입자를 하전시킬 수 있는 전하 물질로서 작용할 수 있다. 이들 재료는 입자의 부분이며, 실질적으로 캡슐화 재영상 매질 내에서 해리되지 않음으로써 캡슐화 재영상 매질이 낮은 도전성을 유지할 수 있게 한다. 더우기, 캡슐화 재영상 매질 내에 이온성 물질의 존재를 필요로 하기 때문에 시간이 지남에 따라 예컨대 부적절한 신호 입자의 재생 및/또는 매질 내의 충분한 이온성 물질의 결여로 인해 디스플레이가 열화되는 종래의 장치와 달리, 본 발명의 입자는 이온성 물질을 생성하지 않으며 하전을 위한 이온성 물질의 존재를 필요로 하지 않으므로 이러한 열화의 위험이 없다.
캡슐화 재영상 매질의 입자로는, 상기 논의된 낮은 전하 특성을 나타낼 수 있는 한 임의의 적합한 공정에 의해 제조된 임의의 입자가 사용될 수 있다. 따라서, 토너 기술에서 잘 알려진 두 가지 방법 유형인 물리적 분쇄방법과 화학적 제조방법에 의해 제조된 입자가 사용될 수 있다. 입자는 약 5㎚ 내지 약 100㎛의 평균 크기를 갖도록 제조될 수 있다. 입자는 미세캡슐의 쉘의 크기보다 더 작은 크기를 갖고 그 내부에 디스플레이 매질이 함유되어 입자가 쉘 내부에서 자유롭게 이동할 것이다.
색 입자 또는 전기영동 입자는 순수한 안료, 착색(레이크) 안료, 안료/중합체 복합물, 착색된 응집 중합체 입자 등일 수 있다. 입자의 착색제로는 염료, 안료, 염료 혼합물, 안료 혼합물 또는 염료와 안료의 혼합물이 사용될 수 있다. 입자 및/또는 입자의 착색제는 레이크 또는 착색 안료도 포함할 수 있고, 이때 염료가 입자 위에 침전되거나 입자가 쉽게 용해되는 음이온성 염료의 금속염과 같은 염료로 착색된다.
상기 입자의 전형적인 제조 기술은 액체 토너 및 다른 기술로부터 유래하며, 볼 밀, 마찰, 젯 밀 등이 포함된다. 착색된 중합체 입자는 중합체 내에 안료를 배합함으로써 제조될 수 있다. 그런 다음, 복합 재료를 목적하는 크기로 (습식 또는 건식) 분쇄한다. 이어서, 이것을 임의로 액상 담체에 첨가하고, 고전단하에 수시간 동안 최종 입자 크기 및/또는 크기 분포로 분쇄할 수 있다.
입자의 제조에 사용될 수 있는 화학적 공정으로는 예컨대 유화 응집, 분산 중합, 미니- 또는 마이크로-유화 중합, 현탁 중합, 침전, 상 분리, 용매 증발, 반응계내 중합 또는 임의의 미세캡슐화 공정이 포함된다.
착색 입자에 사용될 수 있는 중합체로는 예컨대 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 페놀 수지, 에틸렌-비닐아세테이트 공중합체, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 에틸렌 아크릴산 또는 메타크릴산 공중합체, 아크 릴 공중합체 및 삼량체 등이 포함된다.
일부 양태에서, 캡슐화 재영상 매질을 위한 입자는 예컨대 폴리에스테르 수지 기재의 유화 응집 입자 및 스티렌-아크릴레이트 또는 아크릴레이트 수지 기재의 유화 응집 입자를 포함하는 유화 응집 입자이다. 이러한 입자는 화학적으로 성장하고, 크기에 있어서 실질적으로 단분산성이며 모양에 있어서 실질적으로 구형인 경향이 있다. 유화 응집 입자의 다른 이점은 입자 표면이 결합제 수지에 의해 실질적으로 완전히 부동태화되어 안료와 같은 착색제에 대한 입자 전하량의 영향을 제거할 수 있다는 것이다.
상기 논의된 바와 같은 유화 응집 입자에 사용하기 위한 계면활성제로는 예컨대 음이온성, 양이온성, 비이온성 계면활성제 등이 포함된다.
입자 제조는 전형적으로 상술한 바와 같이 수성(물) 환경에서 수행되고, 전기영동 캡슐화 재영상 매질은 비-수성 환경(오일)이다. 색 입자를 제조하는 경우, 이들은 과량의 계면활성제를 제거하기 위하여 최종의 수세척 단계를 거친다. 색 입자 표면 위에 잔류되거나 색 입자 자체 내에 포집된 미량의 계면활성제가 잔존하여 색 입자의 낮은 도전성에 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 물이 선호되므로 실제로 오일 내에 유입된 계면활성제의 양은 매우 적다. 따라서, 유체 매질은 목적하는 낮은 도전성을 갖는다.
일부 양태에서, 유화 응집 입자는 약 0.5 내지 약 25㎛의 평균 입자 크기를 갖도록 제조된다. 입자 크기는 적합한 임의의 장치, 예컨대 통상의 쿨터(Coulter) 계수기를 사용하여 측정할 수 있다.
색 입자 및/또는 전기영동 입자는 필수적이지는 않으나 4급 암모늄 화합물과 같은 추가의 공지된 양성 또는 음성 전하 첨가제를 토너에 대해 약 0.1 내지 약 5중량%의 적합한 유효량으로 포함할 수도 있다.
본 발명에서 색 입자 및/또는 전기영동 입자로서 사용되거나 중합체 입자 내의 착색제로서 사용될 수 있는 안료의 예로는 순수 안료가 포함된다. 안료는 현탁 유체 내에서 불용성이어야 한다.
중합체 입자에서, 착색제는 색 입자 또는 전기영동 입자 내에서 입자의 약 0.1 내지 약 75중량%의 양으로 포함될 수 있다.
상기된 입자의 임의의 양태에서, 색 입자 또는 전기영동 입자는 1종 이상의 외부 첨가제를 이의 표면 위에 포함할 수도 있다. 이러한 외부 첨가제는 예컨대 헨쉘(Henschel) 블렌더를 사용한 블렌딩에 의해 도포될 수 있다. 색 입자 또는 전기영동 입자는 약 5㎚ 내지 약 250㎚의 평균 크기(직경)를 가질 수 있다. 상이한 크기를 갖는 입자들의 혼합물, 예컨대 직경으로 측정된 주요 평균 입자 크기가 약 5㎚ 내지 약 50㎚ 범위인 제1 실리카와, 직경으로 측정된 주요 평균 입자 크기가 약 100㎚ 내지 약 200㎚ 범위인 제2 실리카가 사용될 수도 있다. 외부 첨가제 입자는 표면 재료로 처리될 수도 있다.
일부 양태에서, 외부 첨가제는 색 입자 및/또는 전기영동 입자에 전하를 부여하기 위하여 사용될 수 있다.
일부 양태에서, 미세캡슐은 약 5미크론 내지 약 1,000미크론의 크기(직경)를 갖도록 제조될 수 있다.
미세캡슐을 제조하기 위해서는 임의의 적합한 캡슐화 방법이 사용될 수 있다. 캡슐화 공정은 통상의 또는 복합 코아세르베이션, 계면 중합, 반응계내 중합, 전해질 분산 및 냉각, 또는 분무-건조 공정을 포함할 수 있다. 이들 공정에서 디스플레이 매질은 벽-형성 재료의 용액에 첨가되어 캡슐화되고, 생성된 캡슐화 미세구는 가교결합될 수 있다. 미세캡슐은 미세캡슐 벽-형성 재료로서 멜라민-포름알데하이드, 우레아-포름알데하이드, 레조르시놀-포름알데하이드, 페놀-포름알데하이드, 젤라틴-포름알데하이드, 이소시아네이트-폴리올, 반대로 하전된 두 중합체의 혼성중합체, 하이드록시프로필 셀룰로오즈, 이들의 혼합물 및/또는 배합물 등을 사용하여 제조될 수 있다.
계면 중합 방법은 수성상 중의 유화액으로서 존재하는 전기영동 조성물 내의 유용성 단량체의 존재에 의존할 수 있다. 미세한 소수성 액적 내의 단량체는 수성상 내로 진입하기 위하여 단량체와 함께 반응하고, 액적과 주변의 수성 디스플레이 매질 사이의 계면에서 중합되며, 액적 둘레에서 쉘을 형성할 수 있다. 생성된 벽이 비교적 얇고 투과성일 수 있으나, 이 공정은 일부 다른 공정의 승온 특성을 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 매질의 선택에 있어서 융통성이 더 크다.
전기영동 미세캡슐의 균일성 및 품질을 개선하기 위하여 피복 보조제를 사용할 수 있다. 미세캡슐/기판 계면에서 계면 장력을 조절하고 액체/공기 표면 장력을 조절하기 위하여 전형적으로 습윤제가 첨가된다. 미세캡슐과 결합제 또는 기판 사이의 계면 장력을 개선하여 응집 및 입자 침전을 조절하기 위하여 분산제를 첨가할 수 있다.
공기/잉크 계면 장력을 조절하기 위하여 표면 장력 개질제를 첨가할 수 있다. 미세캡슐 형성 용액 내부로부터 기판의 표면으로 공기의 이동을 향상시키고 표면에서 거품의 파열을 촉진하기 위하여 소포제를 첨가할 수 있다. 미세캡슐의 수명을 늘리기 위하여 UV-흡수제와 같은 안정화제 및 산화방지제를 첨가할 수도 있다.
코아세르베이션 방법은 오일/물 유화액을 사용할 수 있다. 하나 이상의 콜로이드가 수성상 밖에서 코아세르베이트로 되고(즉, 응집되고), 온도, pH 및/또는 상대적 농도의 조절을 통해서 오일 액적 둘레에 쉘로서 침착됨으로써 미세캡슐을 형성한다.
예시적 복합 코아세르베이션 공정에서는, 캡슐화하고자 하는 디스플레이 매질을 예컨대 약 30℃ 내지 약 80℃의 승온에서 물, 젤라틴 및 아라빅 검의 혼합물과 같은 벽 형성 재료로 유화시킨다. 그런 다음, 아세트산 등과 같은 산을 첨가함으로써 pH를 예컨대 5 미만으로 감소시켜 코아세르베이션을 일으킨다. 이어서, 미세캡슐의 벽 재료를 예컨대 글루테르알데하이드 등을 첨가하고 우레아의 존재하에 혼합물을 교반함으로써 가교결합시킬 수 있다.
미세캡슐은 디스플레이 매질 내에 현탁된 입자들 주위에 각각의 미세캡슐의 벽을 한정하기 위하여 다층 벽을 가질 수 있다.
미국 특허 제6,529,313호에 설명된 바와 같이 전기영동 디스플레이 매질 또는 입자를 캡슐화하기 위하여 반연속적 미니에멀젼 중합 공정을 사용할 수도 있다.
전기영동 디스플레이 매질을 캡슐화하는 이점은 공정의 제어를 통해서 미세 캡슐을 구형 또는 구형 이외의 모양으로 제조할 수 있다는 것이다. 상이한 모양이 더 높은 미세캡슐 충전 밀도 및 더 높은 디스플레이 품질을 제공할 수 있다.
미세캡슐이 일단 생성되면, 미세캡슐은 이어서 적합한 분산, 도포 또는 인쇄 방법에 의해서 기판에 도포될 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐은 용액 내로 혼입되고, 예컨대 공지의 잉크 젯 분사 방법에 의해서 기판 위에 분사된다. 분사는 미세캡슐을 손상시키지 않도록 약 20℃ 내지 약 30℃와 같은 낮은 온도에서 수행된다. 용액은 실온에서 액체이므로 분사를 위해 더 높은 온도가 필요하지 않고, 따라서 분사 전에 먼저 용융시킬 필요가 없다.
미세캡슐은 잉크 젯 방법 등을 통해 기판의 표면 위에 도포하기 위하여 용액과 혼합되거나 용액 내에 안정화될 수 있다. 용액의 배합 범위는 광대하며, 용매 선택 및 중합체 용해도에 의해서만 제한된다. 예를 들어, 용매는 캡슐 벽의 통합성에 치명적인 영향을 미치지 않는 것을 선택해야 한다. 예컨대, 용매는 미세캡슐 벽의 통합성을 손상시키지 않는 유기 용매를 포함할 수 있다. 물은 팽윤 등으로부터 미세캡슐의 벽을 손상시키지 않는 경우에만 용액에 포함될 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐은 용액의 약 35중량%의 양으로 용액 내에 부하될 수 있다.
미세캡슐은 접착제 또는 중합체 기질 재료와 같은 임의의 적합한 결합제를 사용하여 기판의 표면에 접착될 수 있는데, 상기 결합제는 기판 위에 미세캡슐을 도포하기 전에 미세캡슐과 함께 혼합되거나, 미세캡슐을 도포하기 전에 기판 위에 피복되거나, 기판 위에 배치된 후의 미세캡슐 위에 피복되거나, 상기된 세 가지 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
기판의 표면 위에 형성된 디스플레이 층에서, 미세캡슐은 나란히 인접해 있는 관계로 배열될 수 있고, 일부 양태에서는 기판 위에 단층으로 배열된다(즉, 미세캡슐은 적층되지 않는다). 그러나, 미세캡슐의 하나 이상의 디스플레이 층도 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 전자 디스플레이는 미세캡슐의 하나 이상의 디스플레이 층, 예컨대 미세캡슐의 1 내지 10개의 디스플레이 층으로 형성될 수 있다. 전자 디스플레이는 미세캡슐의 하나 이상의 디스플레이 층을 갖는 기판을 제1 또는 전면 도전성 기판과 제2 또는 배면 도전성 기판 사이에 끼워 넣음으로써 형성할 수 있다. 원한다면, 기판의 표면에 도포된 미세캡슐의 상이한 디스플레이 층들을 상이한 컬러 디스플레이 매질을 위해 사용할 수 있다. 미세캡슐의 디스플레이 층은 약 5 내지 약 1,000㎛의 두께를 가질 수 있다. 이 양태는 기판 위에 거대 면적 디스플레이 장치를 생성하도록 쉽게 도포될 수 있는 전자 디스플레이 또는 전기영동 디스플레이 장치의 디스플레이 층 내에 미세캡슐 및 디스플레이 매질을 혼입시키는 방법과 관련된다.
일부 양태에서, 전자 디스플레이 장치는 예컨대 흡광성 후면과 같은 흡수성 후면을 포함하도록 만들어질 수도 있다. 실질적으로 투명한 도전성 기판을 갖는 매우 얇은 디스플레이 장치는 낮은 광학 밀도, 및 낮은 색 농도를 갖는 퇴색된 외관을 나타낼 수 있다. 높은 흡수성 후면은 전자 장치를 통한 투광성을 감소시킴으로써 디스플레이의 퇴색된 외관을 제거할 수 있다. 화면 대비는 더 크고 색 농도는 더 높은 것으로 나타난다.
흡수성 후면은 바람직하게는 흑색을 가질 수 있다. 이것은 임의의 적합한 방법에 의해 달성될 수 있다.
일부 양태에서는 기판 및/또는 미세캡슐 위에 보호층을 분무 및 피복할 수 있다. 기판 및/또는 미세캡슐은 보호층에 의해 커버되거나 실질적으로 커버될 수 있다. 따라서, 보호층은 미세캡슐을 커버하거나 실질적으로 커버함으로써 기판 및/또는 미세캡슐을 위한 기계적 보호를 제공할 수 있다.
미세캡슐 내에서 캡슐화 재영상 매질(입자군)의 이동 조절 및 미세캡슐 내에서 캡슐화 재영상 매질에 의한 영상 형성의 조절은 2006년 5월 19일자로 출원된 미국 특허원 제11/419,440호에 설명되어 있다.
하전 입자를 내포한 미세캡슐을 형성한 후, 미세캡슐의 디스플레이 층을 기판 위에 도포, 분산, 인쇄 또는 형성할 수 있다. 기판 및 디스플레이 층을 도전성 기판들 사이에 끼워넣어 전기영동 디스플레이 장치를 한정할 수 있다. 영상을 형성하기 위한 미세캡슐 또는 전기영동 디스플레이 장치의 미세캡슐의 디스플레이 층의 조작에서, 전기장, 특히 직접 전류 또는 교류 전류를 하나 이상의 도전성 기판에 의해 장치의 디스플레이 층 내의 미세캡슐에 직접 또는 인접하여 인가한다. 그 결과, 전기장은 미세캡슐 내의 하나 이상의 목적하는 입자군을 디스플레이 장치에 의해 표시되도록 이동시킬 수 있다.
디스플레이 장치의 양태에서, 각각의 개별적 미세캡슐은 개별적으로 접근될 수 있는데, 다시 말하면 디스플레이 층 내의 각각의 개별적 미세캡슐에 별개의 전기장을 인가하여 개별적 미세캡슐에서 적합한 색상이 생성되도록 할 수 있다. 상이한 개별적 미세캡슐의 적합한 군 또는 그룹은 하나 이상의 도전성 기판 내의 동 일한 구동 전극에 연결될 수도 있다. 예컨대, 디스플레이 장치에서 각각의 미세캡슐 또는 디스플레이 층 내의 일군의 미세캡슐은 영상의 화소 또는 하위 화소를 나타낼 수 있고, 각각의 화소 또는 하위 화소는 이처럼 개별적으로 조절되어 디스플레이 장치로부터 목적하는 전체 영상을 생성할 수 있다.
전체 영상이 보여지게 하는 방식으로 디스플레이 장치의 디스플레이 층 내에서 각각의 미세캡슐을 조절하기 위한 하드웨어/소프트웨어를 포함한 조절 방법은 디스플레이 기술에 공지되어 있으며, 본 발명에서는 이러한 임의의 조절 방법을 적용할 수 있다. 개별적 접근성을 허용하기 위해서는 도전성 기판의 전극 크기가 디스플레이 장치의 개별적 미세캡슐의 크기와 동일하거나 그보다 더 작아서 각각의 개별적 조절을 가능하게 할 수 있다. 이 방식에서, 각각의 미세캡슐에 인가된 전기장은 개별적으로 조절될 수 있다. 또한, 전극의 크기는 미세캡슐의 크기와 상이하여(예컨대 더 커서), 하나 이상의 미세캡슐이 단일 전극에 의해 조절될 수 있게 하거나(이때 전극은 개별적 미세캡슐보다 더 크다), 또한 미세캡슐의 일부분만이 전극에 의해 조절(키고 끔)될 수 있게 한다(이때 전극은 미세캡슐의 크기보다 더 작다). 즉, 전극의 패턴은 미세캡슐과 함께 정렬될 필요는 없다. 상기 임의의 방법은 예컨대 후면 도전성 기판 위에 도전성 경로의 적합한 패턴화에 의해 수행될 수 있다. 전극의 패턴화의 예는 미국 특허 제3,668,106호에서 찾을 수 있다.
색 입자 및/또는 전기영동 입자의 이동을 달성하기 위해 인가될 수 있는 전기장의 세기는 전압을 두 개의 도전성 기판 사이 간격의 두께로 나눈 값으로서 한정될 수 있다. 전기장에 대한 전형적인 단위는 미크론당 전압(V/㎛)이다. 일부 양태에서, 각각의 입자의 전하량 수준은 약 0.5 내지 약 3V/㎛ 범위의 전기장을 가질 수 있다. 인가된 전기장은 약 0.1V/㎛ 내지 약 25V/㎛ 범위일 수 있다. 전기장의 인가 시간은 약 10msec 내지 약 5sec 범위일 수 있다. 일반적으로, 색 입자 및/또는 전기영동 입자의 전하량이 클수록 주어진 전기장 세기에서 입자가 더욱 빠르게 이동할 것이다.
다색 장치에서 색상의 디스플레이에 대한 상기 조절은 예컨대 2, 3, 4 또는 그 이상의 입자군과 같은 임의의 개수의 상이한 색 입자군 또는 전기영동 입자군을 함유한 미세캡슐의 디스플레이 층에 적용할 수 있다. 디스플레이에 추가의 색 범위 성능을 추가하기 위하여 청색, 적색, 녹색 등의 강조색과 같은 강조색 입자군을 다색 입자군에 포함시킬 수 있고, 색상의 조절은 상기 설명한 바와 같이 수행할 수 있다.
이제 도면을 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 번호는 동일한 부분을 가리키며, 도 1 및 도 2는 미세캡슐(10)이다. 일부 양태에서, 미세캡슐(10)은 디스플레이 매질 내에 현탁된 상이한 색상을 띠는 두 가지 이상의 입자군을 내포한 전기영동 미세캡슐일 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐(10)은 상술한 바와 같이 입자를 캡슐화할 수 있다.
미세캡슐(10)은 도 1 및 도 2에 도시되고 앞서 설명한 바와 같이 제1 입자군(14) 및/또는 제2 입자군(16)(이하 "입자군(14, 16)")을 캡슐화하는 쉘(12)을 가질 수 있다. 입자군(14, 16)은 미세캡슐(10)의 쉘(12) 내부에서 디스플레이 매질에 현탁될 수 있고, 각각 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 색 모드 또는 백색 모 드로 위치될 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐(10)의 쉘(12)은 상술한 바와 같이 위에 접착제를 가질 수 있는 외부 표면(13)을 가질 수 있다.
도 3 내지 7 및 10은 다수의 미세캡슐(10)을 갖는 전기영동 컬러 디스플레이 (100)(이하 "디스플레이(100)")의 제조방법(200)을 보여준다. 디스플레이(100)는 예컨대 고해상도를 갖는 4색 디스플레이(이하 "4색 디스플레이") 또는 고해상도를 갖는 강조 2색 디스플레이(이하 "2색 디스플레이")일 수 있다. 일부 양태에서, 4색 디스플레이는 적색, 녹색, 청색 및 흑색과 같은 전색을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 2색 디스플레이는 비-백색과 백색, 흑색과 백색 또는 두 가지의 상이한 비-백색을 포함할 수 있다. 2색 디스플레이 및 4색 디스플레이는 예컨대 각각 두 가지의 상이한 색상 및 네 가지의 상이한 색상을 표시할 수 있는 임의의 디스플레이를 의미한다.
도 3에서, 기판(102)은 임의의 흡수성 층(104)에 접착 또는 결합될 수 있다. 임의의 흡수성 층(104)은 기판(102)으로부터 분리 및/또는 제거될 수 있다. 일부 양태에서, 임의의 흡수성 층(104)은 물, 용액의 일부 등과 같은 유체를 흡수할 수 있다. 유체를 흡수한 후, 임의의 흡수성 층(104)은 기판(102)으로부터 제거 및 무시될 수 있다.
일부 양태에서, 기판(102)은 예컨대 액체가 기판(102)을 통과할 수 있게 하는 다공성 매질일 수 있다. 액체는 재생을 위해 수집되고/되거나 폐기될 수 있다. 임의의 흡수성 층(104)이 수집에 사용된 경우, 임의의 흡수성 층(104)은 건조, 재사용 또는 폐기될 수 있다. 기판(102)은 물, 용액의 일부 등과 같은 유체를 흡수 할 수 있는 액체 흡수성 기판 또는 비흡수성 기판일 수도 있다. 그 결과, 기판(102)은 임의의 흡수성 층(104) 없이 단독으로 사용될 수 있고, 액체를 완전히 제거하기 위하여 건조 처리된다. 기판(102)은 액체를 제거하는 동안에 미세캡슐(10)을 기판(102)에 유지시키기 위하여 기판의 표면을 미세캡슐 부동화제와 같은 성분으로 피복할 필요가 있을 수 있다. 일부 양태에서, 기판(102)은 예컨대 플라스틱 등과 같은 가요성 재료로 만들어질 수 있다. 기판(102) 및/또는 임의의 흡수성 층(104)은 PVA, 전분 또는 셀룰로오즈 또는 다른 잉크젯 투명 피복형 재료로 만들어질 수 있다.
미세캡슐(10)은 도 10의 단계(202)에 도시된 바와 같이 4색 디스플레이 또는 2색 디스플레이를 제공하도록 형성될 수 있다. 미세캡슐(10)을 형성한 후, 단계(204)에 도시된 바와 같이 미세캡슐(10)을 용액에 첨가하거나 용액 내에 안정화시켜 미세캡슐 용액을 형성 또는 한정할 수 있다.
일부 양태에서, 미세캡슐 용액의 액적은 단계(206)에 도시된 바와 같이 고해상도 액체 분산 방법과 같은 액체 분산 방법에 의해서 기판(102) 위에 도포 또는 분산될 수 있다. 고해상도 액체 분산 방법은 압전기 잉크-젯 방법(이하 "PIJ 방법"), 연속적 잉크 젯 방법 등일 수 있다. 미세캡슐 용액을 기판(102)에 도포하면 PIJ 방법의 인쇄 헤드 또는 연속적 잉크 젯 방법의 초소형 노즐로부터 미세캡슐 용액의 액적을 기판(102) 위로 분출시킬 수 있게 된다. 미세캡슐 용액을 도포하기 위한 고해상도 액체 분산 방법은 당업자에게 공지된 바와 같이 미세캡슐 용액의 액적을 분출시킬 수 있는 인쇄 헤드 또는 초소형 노즐을 갖는 임의의 잉크 젯 방법일 수 있다.
미세캡슐 용액을 기판(102)에 도포하기 위하여 미세캡슐 용액의 액적을 분출시키는 PIJ 방법을 사용하는 경우에는, 고체 잉크를 분사시키는 열적 잉크 젯 방법에서와 같이 기판(102) 위에 액적을 분출시키기 전에 미세캡슐 용액을 가열할 필요가 없을 수 있다. 그 결과, 미세캡슐 용액은 실온 또는 주위 조건에서 기판(102)에 도포될 수 있다. 일부 양태에서, 인쇄 헤드 또는 초소형 노즐은 미세캡슐 용액의 액적을 기판(102) 위에 분출시키기 전에 미세캡슐 용액을 가열시킬 수 있다.
미세캡슐 용액의 액적을 도포하는 동안, 인쇄 헤드 또는 초소형 노즐은 하나 이상의 미세캡슐 용액의 액적을 기판(102) 위에 동시에 분출시킬 수 있다. 일부 양태에서, 액적은 하나 이상의 미세캡슐을 포함하도록 충분히 클 수 있다. 따라서, 인쇄 헤드 또는 초소형 노즐은 약 100미크론 정도의 크기를 갖는 미세캡슐을 함유한 액적을 인쇄 또는 방출할 수 있다.
인쇄 헤드 또는 초소형 노즐은 액적을 통하여 미세캡슐 용액을 기판(102)에 인쇄, 분산 또는 도포할 수 있다. 미세캡슐 용액의 액체 부분은 도 10의 단계(208)에 도시된 바와 같이 기판(102)으로부터 건조 또는 제거될 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐 용액의 액체 부분은 부분적으로 또는 실질적으로 물로 이루어질 수 있다. 액체 부분은 기판(102)을 열, 미열 또는 무열에 노출시킴으로써 기판(102)으로부터 증발, 제거 또는 건조될 수 있다. 그 결과, 기판(102)은 그 위에 도포된 미세캡슐 용액의 액체 부분을 제거할 수 있다. 이와 같이, 기판(102)은 미세캡슐 용액의 액체 부분을 제거하기 위한 임의의 흡수성 층(104)을 포함하지 않을 수 있다. 일부 양태에서, 액체 부분은 단계(210)에 도시된 바와 같이 임의의 흡수성 층(104)에 의한 흡수를 통해 제거될 수 있다.
미세캡슐 용액의 액체 부분을 기판(102)으로부터 제거한 후, 도 10의 단계(212)에 도시된 바와 같이 미세캡슐(10)의 디스플레이 층(106)이 기판(102) 위에 남거나 형성될 수 있다. 기판(102) 위에 남을 수 있는 디스플레이 층(106)은 기판(102) 위에 미세캡슐(10)을 위한 색 밀도를 형성 또는 한정할 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐(10)의 디스플레이 층(106)은 예컨대 약 5 내지 약 1,000㎛의 두께를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 디스플레이 층(106)에 의해 형성 또는 한정된 색 밀도는 기판(102) 전체에 걸쳐서 연속적, 무중단 및/또는 일관적일 수 있다. 일부 양태에서, 미세캡슐(10)의 디스플레이 층(106)은 디스플레이 장치의 디스플레이 층 내에 단층(디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)의 평균 직경에 실질적으로 상응하는 두께를 갖는 층)을 형성한다. 그러나, 예컨대 2 내지 약 10개와 같은 다수의 디스플레이 층들도 사용될 수 있다.
일부 양태에서, 다수의 색 또는 전색을 표시할 수 있는 디스플레이 장치를 제조하기 위하여, 잉크 젯 방법을 통해 하나 이상의 디스플레이 층(106)을 기판(102)에 도포할 수 있다. 예컨대, 인쇄 헤드의 첫 번째 통과로, 적색 입자군과 백색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(10)을 갖는 제1 디스플레이 층을 기판(102)에 도포할 수 있다. 그 결과, 제1 층의 미세캡슐(10)은 디스플레이 장치를 위한 각각의 화소의 제1 하위 화소를 한정할 수 있다. 두 번째 통과로, 청색 입자군과 백색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(10)을 갖는 제2 디스플레이 층을 기 판(102)에 도포함으로써 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대한 제2 하위 화소를 한정할 수 있다. 세 번째 통과로, 녹색 입자군과 백색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(10)을 갖는 제3 디스플레이 층을 기판(102)에 도포함으로써 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대한 제3 하위 화소를 한정할 수 있다. 네 번째 통과로, 흑색 입자군과 백색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(10)을 갖는 제4 디스플레이 층을 기판(102)에 도포함으로써 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대한 제4 하위 화소를 한정할 수 있다. 물론, 미세캡슐의 상이한 색 조합들도 당업계에 공지된 인쇄 헤드와 같이 복수 색을 동시에 도포할 수 있는 인쇄 헤드로부터 모두 함께 도포될 수 있다.
제1, 제2, 제3 및 제4 디스플레이 층의 미세캡슐은 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대한 네 가지 하위 화소들을 한정할 수 있다. 각각의 하위 화소는 색 입자 또는 백색 입자를 표시할 수 있다. 따라서, 디스플레이 장치의 각각의 화소는 전색, 백색 또는 여러 색들을 표시할 수 있다. 각각의 하위 화소를 위한 각각의 미세캡슐 내의 색 입자와 백색 입자는 색 또는 백색을 표시하여 전색 영상을 제공하도록 조절될 수 있다.
일부 양태에서, 단일 통과시 인쇄 헤드는 미세캡슐을 갖는 단일 디스플레이 층을 기판 위에 분산 또는 도포하여 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대해 하나 이상의 하위 화소, 예컨대 2개의 하위 화소 또는 4개의 하위 화소를 한정할 수 있다. 인쇄 헤드는 단일 통과 또는 2회 이상의 통과시 기판(102) 위에 미세캡슐을 분산시켜 디스플레이 장치의 각각의 화소에 대해 하나 이상의 하위 화소에 목적하 는 색 입자를 제공할 수 있다. 그 결과, 인쇄 헤드는 두 가지 이상의 색을 표시할 수 있는 화소를 형성하는 하위 화소 내에 하나 이상의 목적하는 색 입자를 갖는 미세캡슐의 하나 이상의 디스플레이 층의 분산을 조절할 수 있다.
일부 양태에서는, 미세캡슐 용액의 액체 부분을 제거하거나 제거하지 않고서 미세캡슐 또는 기판의 표면(13) 위에 임의의 접착제를 사용하여 미세캡슐(10) 또는 디스플레이 층(106)을 기판(102)에 고정 또는 결합시킬 수 있다. 일부 양태에서, 기판(102)이 액체 흡수성이 아닌 경우에는, 미세캡슐 용액의 액체 부분을 제거하거나 제거하지 않고서 기판(102) 표면 위에 미세캡슐 부동화제를 사용하여 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)을 기판(102)에 접착, 고정 또는 결합시킬 수 있다. 이와 같이, 미세캡슐(10) 또는 디스플레이 층(106)은 접착 특성 또는 미세캡슐(10)의 쉘(12) 위의 접착제 및/또는 기판(102) 위의 미세캡슐 부동화제에 의해 기판(102)에 접착, 고정 또는 결합될 수 있다.
일부 양태에서, 디스플레이 층(106)에 의해 형성 또는 한정된 색 밀도는 기판을 따라 연속적, 무중단 또는 일관적이지 않을 수 있는데, 도 10의 단계(214)에 도시된 바와 같이 인쇄 헤드가 추가의 액적을 기판(102) 위에 도포, 분산 또는 인쇄할 수 있다. 기판(102) 위에 분산된 추가의 액적으로부터 액체 부분을 제거한 후, 기판(102) 위에 잔존할 수 있는 디스플레이 층(106)은 연속적, 무중단 및/또는 일관적일 수 있다. 인쇄 헤드 또는 초소형 노즐은 기판(102) 위의 디스플레이 층(106)이 기판(102) 전체에 걸쳐서 연속적, 무중단 및/또는 일관적이 될 수 있을 때까지 임의의 양의 추가의 액적을 기판(102) 위에 분산시킬 수 있다. 이와 같이, 디스플레이 층(106)은 기판(102) 위의 미세캡슐(10)의 다수의 디스플레이 층일 수 있다.
기판(102) 위에 잔존할 수 있는 디스플레이 층(106)에 의해 형성 또는 한정된 색 밀도는 제곱 인치당 약 75도트(dpi) 이상의 해상도를 가질 수 있다. 기판(102) 위의 디스플레이 층(106)의 해상도는 미세캡슐 용액 내의 액적의 크기 및/또는 미세캡슐(10)의 직경에 의존 또는 기초하거나 그와 관련될 수 있다. 예컨대, 액적 크기 또는 미세캡슐(10)의 직경이 감소할수록 기판(102) 위의 디스플레이 층(106)의 해상도는 증가한다.
임의의 흡수성 층(104)은 도 10의 단계(216)에 도시된 바와 같이 기판(102)으로부터 제거 또는 분리될 수 있다. 그 결과, 기판(102)은 도 5에 도시된 바와 같이 디스플레이 층(106)과 함께 잔존할 수 있다. 달리, 기판(102)은 임의의 흡수성 층(104)을 포함하지 않을 수 있고 임의의 흡수성 층(104)을 제거할 필요가 없을 수도 있다. 그럼에도, 기판(102) 또는 임의의 흡수성 층으로부터 액체 부분을 제거한 후에 기판(102)은 디스플레이 층(106)과 함께 잔존할 수 있다.
단계(218)에 도시된 바와 같이 기판(102) 및/또는 디스플레이 층(106)에 보호층(108)이 도포 또는 분산될 수 있다. 그 결과, 기판(102), 디스플레이 층(106) 및 보호층(108)은 도 6에 도시된 바와 같이 복합 구조물(109)을 형성 또는 한정할 수 있다.
도 10의 단계(220)에 도시된 바와 같이 제1 또는 전면 도전성 기판(110a) 및/또는 제2 또는 배면 도전성 기판(110b)(이하 "도전성 기판(110a, 110b)")이 복합 구조물(109)에 도포될 수 있다. 복합 구조물(109)은 도 7에 도시된 바와 같이 도전성 기판(110a, 110b) 사이에 위치 또는 삽입될 수 있다. 일부 양태에서, 보호층(108)은 전면 도전성 기판(110a)에 인접할 수 있고, 기판(102)은 배면 도전성 기판(110b)에 인접할 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 복합 구조물(109)과 도전성 기판(110a, 110b)에 의해 한정 또는 형성될 수 있다. 복합 구조물(109)과 도전성 기판(110a, 110b)에 의해 디스플레이 장치(100)를 형성하는 경우에는 제조 비용이 통상의 디스플레이와 관련한 제조 비용보다 더 낮을 수 있다.
도전성 기판(110a, 110b)은 가요성 또는 강성일 수 있다. 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)을 위한 쉘(12)의 상부 측면(18)은 전면 도전성 기판(110a)에 인접하여 위치할 수 있다. 그 결과, 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)을 위한 쉘(12)의 상부 측면(18)에 인접하여 위치될 수 있는 입자군(14, 16)이 전면 도전성 기판(110a)을 통해 가시화될 수 있다.
미세캡슐(10)의 디스플레이 층(106)이 사이에 끼워진 도전성 기판(110a, 110b)은 기판(102) 또는 디스플레이 층(106)의 전체 길이 및 폭에 상응하는 길이 및 폭을 가질 수 있다. 따라서, 도전성 기판(110a, 110b)은 다수의 분리된 기판들이 사용될 수 있더라도 디스플레이 장치의 디스플레이 층(106) 위에서 분리된 조각으로 존재하지 않는 연속적인 단일 막일 수 있다. 도전성 기판(110a, 110b)은 적합한 도전 특성과 구조적 통합성을 유지하면서도 가능한 한 얇게 제조될 수 있다. 예컨대, 도전성 기판(110a, 110b)은 약 10미크론 내지 약 500미크론, 약 10 내지 약 250미크론, 또는 약 20 내지 약 100미크론의 높이 또는 두께를 가질 수 있다.
디스플레이 장치(100)는 목적하는 임의의 적합한 전체 길이 및 폭을 가질 수 있다. 디스플레이 장치(100)는 임의의 목적하는 길이를 갖도록 제조될 수도 있으나, 디스플레이 장치(100)의 크기 및 사용의 용이성을 고려하여 약 30 내지 약 1,000미크론의 총 길이가 사용될 수 있다.
일부 양태에서, 배면 도전성 기판(110b)은 디스플레이 층(106)의 하나 이상의 미세캡슐에 전기장을 인가할 수 있다. 전기장은 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10) 내부의 입자군을 전환 또는 이동시켜 상술한 바와 같이 목적하는 입자를 표시할 수 있다. 전기장은 목적 또는 의도하는 입자군을 전면 기판(110a)을 통해 미세캡슐(10)에 의해 표시되도록 이동시킬 수 있다. 기판(102) 위에 디스플레이 층(106)의 각각의 화소에 대한 하나 이상의 하위 화소를 한정 또는 형성하는 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)은 전기장에 의해 목적하는 입자를 표시하도록 조절될 수 있다. 디스플레이 층의 각각의 화소에 대한 하위 화소에 의해서 표시되는 입자를 조절함으로써, 화소는 디스플레이(100)의 디스플레이 층(106)을 통해 영상을 형성하도록 전기장에 의해 조절될 수 있다.
일부 양태에서는, 도전성 기판(110a, 110b)의 도전성을 조절하거나 도전성 기판(110a, 110b)을 위한 전압-조절 레지스터를 제공하기 위하여 도전성 기판(110a, 110b)에 전계 효과 트랜지스터(도시하지 않음)를 접착 또는 연결할 수 있다. 일부 양태에서는, 배면 도전성 기판(110b)을 위한 전계 효과 트랜지스터를 제공하기 위하여 배면 도전성 기판(110b)에 박막 트랜지스터(도시하지 않음)를 접착 또는 연결할 수 있다. 전계 효과 트랜지스터 또는 박막 트랜지스터는 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)에 전기장을 인가하기 위하여 배면 도전성 기판(110b)에 도포될 수 있다.
영상은 목적하는 입자를 표시하기 위하여 하나 이상의 화소 또는 하나 이상의 하위 화소를 한정하는 미세캡슐(10)에 전기장을 인가함으로써 형성할 수 있다. 배면 도전성 기판(110b)은 디스플레이 장치(100)를 위한 각각의 화소 또는 각각의 하위 화소를 한정하는 각각의 미세캡슐(10)에 전기장을 인가하거나 인가하지 않을 수 있다. 각각의 화소 또는 각각의 하위 화소를 한정하는 각각의 미세캡슐(10)에 전기장을 인가하거나 인가하지 않음으로써, 배면 도전성 기판(110b)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 미세캡슐(10) 내의 각각의 입자군(14, 16)을 위한 위치를 조절할 수 있다. 그 결과, 배면 도전성 기판(110b)은 디스플레이 층(106)의 미세캡슐(10)을 조절하여 디스플레이 장치(100) 위에 영상을 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9는 디스플레이 층(106)이 위에 포함된 레이아웃(300)을 가질 수 있는 기판(102)을 보여준다. 레이아웃(300)은 디스플레이 층(106)의 화소(302)를 한정하는 서로 인접하여 위치된 디스플레이 층(106)의 다수의 미세캡슐(10)을 포함할 수 있다. 레이아웃(300) 및/또는 디스플레이 층(106)은 디스플레이(100)의 디스플레이 층(106)을 위한 목적하는 해상도를 달성하는 데 필요할 수 있는 임의의 개수의 화소(302)를 함유할 수 있다. 디스플레이 층(106)의 화소(302)를 형성하는 각각의 미세캡슐(10)은 화소(302)의 하위 화소를 한정할 수 있다.
기판(102) 위의 각각의 화소(302)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 제1 배열(310) 또는 제2 배열(320)로 배향될 수 있다. 화소(302)의 제1 배열(310)은 기판(102)을 가로질러 수직 또는 수평으로 확장될 수 있는 미세캡슐(306a 내지 306d)와 같은 4종의 미세캡슐을 포함할 수 있다. 화소(302)의 제2 배열(320)은 상자 모양 또는 사각형으로 형성될 수 있는 미세캡슐(306a 내지 306d)을 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 각각의 화소(302)를 한정하는 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d)은 상이한 색 입자를 갖는 미세캡슐일 수 있다. 예컨대, 각각의 화소(302)는 적색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(306a), 녹색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(306b), 청색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(306c), 및 흑색 입자군을 함유할 수 있는 미세캡슐(306d)을 포함할 수 있다. 색입자와 함께, 기판(102) 위의 레이아웃(300)의 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d)은 백색 입자군을 함유할 수 있다.
일부 양태에서, 각각의 화소(302)를 위한 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d)은 제1 색 입자군 및 상이한 제2 색 입자군을 함유할 수 있다. 일부 양태에서, 각각의 화소(302)는 미세캡슐(306a 내지 306c)와 같은 3종의 미세캡슐에 의해 한정될 수 있다. 예컨대, 미세캡슐(306a)은 시안색 입자군을 함유할 수 있고, 미세캡슐(306b)은 황색 입자군을 함유할 수 있으며, 미세캡슐(306c)은 마젠타색 입자군을 함유할 수 있다.
상술한 바와 같이, 배면 도전성 기판(110b)은 각각의 화소(302)에 대한 각각의 하위 화소를 한정하는 미세캡슐(10), 또는 각각의 화소(302)의 각각의 캡슐(306a 내지 306d)에 전기장을 인가할 수 있다. 색 입자군 및/또는 백색 입자군은 전기장 및/또는 각각의 입자군과 관련한 도전성 전하량에 의존하는 각각의 화 소(302)에 대한 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d) 내부의 위치를 전환 또는 이동시킬 수 있다. 그 결과, 각각의 화소(302)의 각각의 하위 화소의 각각의 미세캡슐은 미세캡슐(306a 내지 306d)을 통해 색 입자 또는 백색 입자를 표시할 수 있고, 색 모드 또는 색 모드와 백색 모드의 혼합으로 존재할 수 있다.
이와 같이, 각각의 화소(302) 또는 각각의 화소(302)의 하위 화소는 전면 도전성 기판(110a)에 가장 근접한 입자군에 기초하여 청색, 녹색, 적색, 흑색, 백색, 시안색, 황색, 마젠타색, 백색 또는 배합된 색과 같은 색상을 표시할 수 있다. 따라서, 각각의 화소(302)는 도 8에 도시된 바와 같이 기판(102) 위에 각각의 화소(302)의 하위 화소를 통하여 전면 도전성 기판(110a)에 의해 목적하는 색을 표시할 수 있다. 그 결과, 레이아웃(300)은 전색 영상 및/또는 흑백 영상을 표시할 수 있다.
일부 양태에서, 전기장은 레이아웃(300)의 각각의 화소(302)를 위한 각각의 하위 화소를 한정하는 특정한 미세캡슐에 인가될 때 변화될 수 있다. 이와 같이 하나 이상의 하위 화소를 한정하는 선택적 미세캡슐에 의해 표시된 입자군은 전기장의 변화에 기초하여 위치를 전환 또는 이동시킬 수 있다. 일부 양태에서, 각각의 화소(302)를 위한 미세캡슐(306a 내지 306d)은 입자군에 관련된 전기장 및/또는 도전성 전하량에 기초하여 제1 전극층(110a)을 통해 가시화될 수 있는 백색 입자군을 표시할 수 있다. 그 결과, 기판(102) 위의 레이아웃(300)은 도 9에 도시된 바와 같이 영상을 표시하지 않거나 백색 모드로 존재할 수 있다.
일부 양태에서, 기판(102)은 각각의 화소(302)의 하위 화소를 한정하는 미세 캡슐(306a 내지 306d)을 통해 하프 토닝(half-toning) 효과를 나타낼 수 있다. 하프 토닝 효과는 레이아웃(300)의 하나 이상의 화소(302)를 위한 미세캡슐(306a 내지 306d)에 전기장을 인가, 비인가 또는 역인가함으로써 달성할 수 있다. 그 결과, 입자군과 관련된 전기장 및/또는 도전성 전하량에 기초하여 하나 이상의 화소(302)를 위한 미세캡슐(306a 내지 306d)의 제1 부분은 색 입자를 표시할 수 있고, 하나 이상의 화소(302)를 위한 미세캡슐(306a 내지 306d)의 제2 부분은 백색 입자를 표시할 수 있다. 이와 같이, 하프 토닝 효과는 색 입자군을 표시하는 미세캡슐(306a 내지 306d)의 제1 부분과 백색 입자를 표시하는 미세캡슐(306a 내지 306d)의 제2 부분을 갖는 하나 이상의 화소(302)에 의해 한정 또는 형성될 수 있다.
각각의 화소(302)에 대한 미세캡슐(306a 내지 306d) 또는 하위 화소는 약 10미크론 내지 약 150미크론 범위, 더욱 바람직하게는 약 20미크론 내지 약 120미크론 범위의 미세캡슐 크기를 가질 수 있다. 일부 양태에서, 기판(102) 위의 레이아웃(300)은 약 75dpi의 해상도를 가질 수 있고, 레이아웃(300)의 각각의 화소(302)는 약 300미크론 내지 약 360미크론 범위의 화소 크기를 가질 수 있다. 약 75dpi의 해상도로 기판(102) 위의 레이아웃(300)은 컴퓨터 스크린 또는 모니터의 해상도와 동일하거나 거의 동일할 수 있는 해상도를 가질 수 있다.
배면 도전성 기판(110b)은 레이아웃(300)의 각각의 화소(302)에 대한 임의의 개수의 미세캡슐(306a 내지 306d)에 전기장을 인가할 수 있다. 그 결과, 레이아웃(300)은 임의 개수의 화소(302)의 임의 개수의 미세캡슐(306a 내지 306d)에 대한 색 입자를 표시함으로써 고해상도로 영상을 표시할 수 있다. 일부 양태에서, 영상은 각각의 화소(302)의 모든 하위 화소에 의해서 또는 레이아웃(300)에 의한 모든 화소(302)에 의해서 표시될 수 있다.
일부 양태에서, 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d)의 배향 또는 위치는 화소(302)의 하위 화소를 통해 전색 영상을 고해상도로 현상 또는 표시할 수 있게 한다. 전색 영상을 고해상도로 표시하기 위하여, 각각의 화소(302)에 대한 미세캡슐(306a 내지 306d)은 전색 영상 내에서 고해상도로 색 입자군을 표시하도록 순차적으로 배향될 필요가 있을 수 있다. 예컨대, 각각의 화소(302)에 대한 미세캡슐(306a 내지 306d)은 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 배열(310)에서, 상부 위치의 미세캡슐(306a)로부터 하부 위치의 미세캡슐(306d)까지 순차적으로 배향되고 그 사이에 미세캡슐(306b, 306c)이 배향될 필요가 있을 수 있다. 화소(302)에 대한 제2 배열에서, 미세캡슐(306a)은 상부 좌측에 위치하고, 미세캡슐(306b)은 상부 우측에 위치하며, 미세캡슐(306c)은 하부 좌측에 위치하고, 미세캡슐(306d)은 하부 우측에 위치할 수 있다. 그 결과, 각각의 화소(302)에 대한 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d) 또는 하위 화소는 특정한 비-백색 입자군을 표시하여 층(300) 위에 영상을 고해상도로 형성 또는 한정할 수 있다.
잉크 젯 방법의 인쇄 헤드는 기판(102) 위에 미세캡슐 용액의 액적을 분출하여 화소(302)를 제1 배열(310) 또는 제2 배열(320)로 형성할 수 있다. 인쇄 헤드는 각각의 미세캡슐(306a 내지 306d)을 적합한 배향으로 위치시켜 제1 배열(310) 또는 제2 배열(320)을 달성할 수 있다. 또한, 인쇄 헤드는 미세캡슐(306a 내지 306d)을 임의의 바람직한 배향으로 위치시켜 당업자에게 공지된 바와 같은 임의의 배열을 형성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 양태에서 제1 상태의 현탁 입자군을 갖는 미세캡슐의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 양태에서 제2 상태의 현탁 입자군을 갖는 미세캡슐의 단면도이다.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 양태에 따른 전기영동 디스플레이의 제조 단계를 보여준다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 양태에서 기판 위에 미세캡슐을 갖는 레이아웃(layout)의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 양태에 따른 전기영동 디스플레이의 제조방법의 흐름도이다.
Claims (3)
- 투명한 쉘(shell)과 쉘 내부의 디스플레이 매질을 포함하는 미세캡슐을 함유한 용액을 제공하는 단계(여기서, 디스플레이 매질은 (a) 실질적으로 투명한 유체 내의 2종 이상의 상이한 색 입자군 또는 (b) 상이한 색상을 띠는 유체 내의 1종 이상의 색 입자군을 포함한다),용액을 기판 위에 분산시켜 미세캡슐의 디스플레이 층을 기판 위에 형성하는 단계 및기판에 인접하여 도전성 기판을 위치시켜 기판이 디스플레이 층과 도전성 기판 사이에 놓이도록 하는 단계(여기서, 도전성 기판은 디스플레이 층의 하나 이상의 미세캡슐에 전기장을 인가하고, 디스플레이 층 내의 각각의 미세캡슐의 입자군은 전기장에 의해 미세캡슐 내에서 이동하여 표시된다)를 포함하는 다색 전기영동 디스플레이의 제조방법.
- 투명한 쉘과 쉘 내부의 디스플레이 매질을 포함하는 미세캡슐을 액체 부분을 갖는 용액 내에 안정화시키는 단계(여기서, 디스플레이 매질은 (a) 실질적으로 투명한 유체 내의 2종 이상의 상이한 색 입자군 또는 (b) 상이한 색상을 띠는 유체 내의 1종 이상의 색 입자군을 포함한다),용액을 기판 위에 분산시키는 단계,용액의 액체 부분을 제거하는 단계(여기서, 액체 부분을 제거한 후, 미세캡 슐의 디스플레이 층이 기판 위에 형성된다) 및기판과 디스플레이 층을 두 개의 도전성 기판(여기서, 이들 중 적어도 하나의 시야 측면은 투명하다) 사이에 위치시키는 단계(여기서, 전기장은 디스플레이 층의 하나 이상의 미세캡슐에 인가될 수 있고, 각각의 미세캡슐의 입자군은 전기장에 의해서 미세캡슐 내부에서 이동할 수 있다)를 포함하는, 다색 전기영동 디스플레이의 제조방법.
- 투명한 쉘과 쉘 내부의 디스플레이 매질을 포함하는 미세캡슐을 함유하고 액체 부분을 갖는 용액을 제공하는 단계(여기서, 디스플레이 매질은 (a) 실질적으로 투명한 유체 내의 2종 이상의 상이한 색 입자군 또는 (b) 상이한 색상을 띠는 유체 내의 1종 이상의 색 입자군을 포함하고, 미세캡슐은 디스플레이의 화소를 한정하며, 각각의 화소는 적색/백색, 청색/백색 및 녹색/백색 미세캡슐 배합물 또는 적색/녹색, 청색/녹색 및 적색/청색 미세캡슐 배합물을 포함한 3종 이상의 상이한 두 가지 입자군의 미세캡슐을 포함한다),용액을 기판 위에 분사하고, 용액의 액체 부분을 제거하여 기판 위에 미세캡슐의 디스플레이 층을 형성하는 단계 및기판에 인접하여 도전성 기판을 위치시켜 기판이 디스플레이 층과 도전성 기판 사이에 놓이도록 하는 단계(여기서, 도전성 기판은 디스플레이의 하나 이상의 미세캡슐에 전기장을 인가하고, 디스플레이 층 내의 각각의 미세캡슐의 입자군은 전기장에 의해 미세캡슐 내에서 이동하여 표시된다)를 포함하는, 다색 전기영동 디 스플레이의 제조방법.
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