KR20100121659A - 전기-광학 디스플레이 - Google Patents

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주니어 리차드 제이 파올리니
마이클 디 맥크리어리
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이 잉크 코포레이션
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Abstract

스타일러스 또는 유사한 기구로 기록하도록 의도된 전기-광학 디스플레이는, 전극 상에 전기-광학 재료의 층을 형성하고; 전기-광학 재료 위에 실질적인 무용매 중합성 액체 재료를 증착하며; 중합성 액체 재료를 중합함으로써 생산된다.

Description

전기-광학 디스플레이{ELECTRO-OPTIC DISPLAYS}
본 출원은,
(a) 미국특허 제 7,349,148호;
(b) 미국특허 제 7,173,752호;
(c) 미국특허 제 6,831,769호;
(d) 미국특허출원 공개공보 제 2005/0122563호;
(e) 미국특허 제 7,012,735호; 및
(f) 미국특허 제 7,110,164호에 관한 것이다.
전술한 출원의 전체 내용은 여기에 참조로서 통합된다. 이하에 언급하는 모든 미국 특허 및 공개 및 출원계속중 출원의 전체 내용도 여기에 참조로서 통합된다.
본 발명은 전기-광학 디스플레이에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 발명은 스타일러스-기반 및 유사한 전기-광학 디스플레이의 생산에 대한 프로세스에 관한 것이다. 본 발명은, (독점적으로는 아니지만) 특히, 캡슐화된 전기영동 매체를 포함하는 디스플레이에 이용하도록 의도된다.
전기-광학 디스플레이에 관한 기술의 상태 및 배경 명명은, 추가적인 정보를 위해 읽는 사람이 참조하는 미국특허 제 7,012,600호에서 상세히 논의된다. 따라서, 이러한 기술의 상태 및 명명을 이하 간략하게 요약할 것이다.
재료 또는 디스플레이에 적용되는 용어 "전기-광학"은 적어도 하나의 광학 특성에 있어서 다른 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 갖는 재료를 지칭하는 것으로 본 명세서에서 이미징 기술의 종래의 의미로 이용되는데, 이 재료는 재료에 대한 전기 분야의 적용에 의해 제 1 디스플레이 상태에서 제 2 디스플레이 상태로 변한다. 몇몇 전기-광학 재료는, 이 재료가 내부의 액체 또는 가스로 채워진 공간을 가질 수도 있고, 그리고 종종 가지더라도 고체의 외부 표면을 가지는 점에서 고체이다. 고체 전기-광학 재료를 이용하는 이러한 디스플레이는 이후 편의를 위해 "고체 전기-광학 디스플레이"로 지칭될 수도 있다. 따라서, 용어 "고체 전기-광학 디스플레이"는 회전 2색 부재 디스플레이, 캡슐화된 전기영동 디스플레이, 마이크로셀 전기영동 디스플레이 및 캡슐화된 액정 디스플레이를 포함한다.
용어 "쌍안정한 (bistable)" 및 "쌍안정 (bistability)"은 적어도 하나의 광학 특성에서 다른 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 갖는 디스플레이 엘리먼트를 포함하는 디스플레이를 지칭하는 것으로 본 명세서에서 기술의 종래의 의미로 이용되는데, 임의의 주어진 엘리먼트가 구동된 후에, 유한 지속시간의 어드레싱 펄스에 의해, 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 어느 하나를 가정하고, 어드레싱 펄스가 종료한 후에, 그 상태가 적어도 수회, 예를 들어, 적어도 4 회, 디스플레이 엘리먼트의 상태를 변경하는데 필요한 어드레싱 펄스의 최소 지속시간 동안 지속될 것이다.
수개의 타입의 전기-광학 디스플레이는, 예를 들어,
(a) 회전 2색 부재 디스플레이 (예를 들어, 미국특허 제 5,808,783호; 제 5,777,782호; 제 5,760,761호; 제 6,054,071호; 제 6,055,091호; 제 6,097,531호; 제 6,128,124호; 제 6,137,467호; 및 제 6,147,791호 참조);
(b) 전기변색 디스플레이 (예를 들어, O'Regan, B 등, Nature 1991, 353, 737; Wood, D., Information Display, 18(3), 24 (2002년 3월); Bach, U. 등, Adv. Master., 2002, 14(11), 845; 및 미국특허 제 6,301,038호; 제 6,870,657호; 및 제 6,950,220호 참조);
(c) 전기습윤 디스플레이 (Hayes, R.A. 등, "Video-Speed Electronic Paper Based on Electrowetting", Nature, 425, 383-385 (2003년 9월 25일) 및 미국특허공보 제 2005/0151709호 참조);
(d) 입자-기반 전기영동 디스플레이, 여기서 복수의 하전 입자는 전계의 영향 하에서 유체를 통해 이동함 (미국특허 제 5,930,026호; 제 5,961,804호; 제 6,017,584호; 제 6,067,185호; 제 6,118,426호; 제 6,120,588호; 제 6,120,839호; 제 6,124,851호; 제 6,130,773호; 및 제 6,130,774호; 미국특허출원 공보 제 2002/0060321호; 제 2002/0090980호; 제 2003/0011560호; 제 2003/0102858호; 제 2003/0151702호; 제 2003/0222315호; 제 2004/0014265호; 제 2004/0075634호; 제 2004/0094422호; 제 2004/0105036호; 제 2005/0062714호; 및 제 2005/0270261호; 및 국제출원공보 WO 00/38000; WO 00/36560; WO 00/67110; 및 WO 01/07961; 및 유럽특허 1,099,207 Bl; 및 1,145,072 B1; 및 전술한 미국특허 제 7,012,600호에서 논의된 다른 MIT 및 E 잉크 특허 및 출원 참조).
전기영동 매체의 수개의 상이한 변형예가 있다. 전기영동 매체는 액체 또는 가스 유체를 이용할 수 있다; 가스 유체에 대해서는, 예를 들어, Kitamura, T. 등의 ""Electrical toner movement for electronic paper-like display" (IDW 일본, 2001, 페이퍼 HCS1-1, 및 Yamaguchi, Y. 등의 "Toner display using insulative particles charged triboelectrically" (IDW 일본, 2001, 페이퍼 AMD4-4); 미국특허공보 제 2005/0001810호; 유럽특허출원 제 1,462,847호; 제 1,482,354호; 제 1,484,635호; 제 1,500,971호; 제 1,501,194호; 제 1,536,271호; 제 1,542,067호; 제 1,577,702호; 제 1,577,703호; 및 제 1,598,694호; 및 국제출원 WO 2004/090626; WO 2004/079442; 및 WO 2004/001498 참조. 이 매체는 수많은 작은 캡슐을 포함하여 캡슐화될 수도 있는데, 이 작은 캡슐 각각은 액체 부유 매체에 부유하는 전기영동상 이동 입자를 포함하는 내부상 (internal phase) 을 포함하고, 캡슐 벽은 이 내부상을 둘러싼다. 통상적으로, 캡슐은 중합 바인더 내에 수용되어 2 개의 전극들 사이에 위치한 응집 층을 형성한다; 전술한 MIT 및 E 잉크 특허 및 출원 참조. 다른 방법으로는, 캡슐화된 전기영동 매체의 이산 마이크로캡슐을 둘러싼 벽은 연속상으로 대체되어, 소위 폴리머-분산된 전기영동 디스플레이를 생성할 수도 있는데, 여기서 전기영동 매체는 중합체 재료의 연속상 및 전기영동 유체의 복수의 개별 액적을 포함한다; 예를 들어, 미국특허 제 6,866,760호를 참조. 본 출원을 목적으로, 이러한 폴리머-분산 전기영동 매체는 캡슐화된 전기영동 매체의 서브종으로 간주된다. 다른 변형예는 소위 "마이크로셀 전기영동 디스플레이"이며, 이는 하전 입자 및 유체가 캐리어 매체, 통상적으로 중합막 내에 형성된 복수의 캐비티 내에 보유된다; 예를 들어, 미국특허 제 6,672,921호 및 제 6,788,449호를 참조.
캡슐화된 전기영동 디스플레이는 통상적으로 종래의 전기영동 디바이스의 클러스터링 및 침전 실패 모드를 겪지 않고, 광범위한 연성 및 강성 기판 상에 디스플레이를 프린팅 또는 코팅하는 능력과 같은 추가 이점을 제공한다. (단어 "프린팅"의 사용은 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅과 같은 전계량 (pre-metered) 코팅; 나이프 오버 롤 코팅, 포워드 및 리버스 롤 코팅과 같은 롤 코팅; 그라비어 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러시 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 스크린 프린팅 프로세스; 정전 프린팅 프로세스; 열적 프린팅 프로세스; 잉크 젯 프린팅 프로세스; 전기영동 증착 (미국특허 제 7,339,715호 참조); 및 다른 유사한 기술을 포함하지만 이에 제한되지 않는 모든 형태의 프린팅 및 코팅을 포함하도록 의도된다.) 따라서, 결과적으로 생긴 디스플레이는 연성일 수 있다. 또한, 디스플레이 매체가 (다양한 방법을 이용하여) 프린팅될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체는 저렴하게 만들어질 수 있다.
3층 전기-광학 디스플레이의 제조는 보통 적어도 하나의 라미네이팅 동작을 수반한다. 예를 들어, 전술한 MIT 및 E 잉크 특허 및 출원 중 수개의 특허 및 출원에는, 바인더에 캡슐을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체가 플라스틱 필름 상에 인듐 주석 산화물 (ITO) 또는 유사한 전도성 코팅 (최종 디스플레이의 하나의 전극 역할을 함) 을 포함하는 연성 기판 상에 코팅되는, 캡슐화된 전기영동 디스플레이를 제조하는 프로세스가 설명되며, 캡슐/바인더 코팅은 기판에 단단하게 부착된 전기영동 매체의 응집 층을 형성하도록 건조된다. 개별적으로, 픽셀 전극에 접속되어 회로를 구성하기 위한 전도체의 적절한 배열 및 픽셀 전극의 어레이를 포함하는 백플레인이 준비된다. 최종 디스플레이를 형성하기 위해, 캡슐/바인더 층을 갖는 기판은 라미네이션 접착제를 이용하여 백플레인에 라미네이팅된다. 플라스틱 필름과 같은 단순한 보호층 (이 위에 스타일러스 또는 다른 이동가능 전극이 슬라이드됨) 으로 백플레인을 대체함으로써 스타일러스 또는 유사한 이동가능 전극과 이용가능한 전기영동 디스플레이를 준비하는데 매우 유사한 프로세스가 이용될 수 있다. 이러한 프로세스의 하나의 바람직한 형태에서, 백플레인은 연성이고, 플라스틱 필름 또는 다른 연성 기판 상에 픽셀 전극 및 전도체를 프린팅함으로써 준비된다. 이 프로세스에 의한 디스플레이의 대량 생산의 명백한 기술은 라미네이션 접착제를 이용한 롤 라미네이팅이다. 다른 타입의 전기-광학 디스플레이와 유사한 제조 기술이 이용될 수 있다. 예를 들어, 마이크로셀 전기영동 매체 또는 회전 2색 부재 매체가 캡슐화된 전기영동 매체와 실질적으로 유사한 방식으로 백플레인에 라미네이팅될 수도 있다.
본 발명은 소위 "스타일러스-기반 디스플레이"에 관한 것이다. 상술한 바와 같이, 대부분의 전기-광학 디스플레이는 전기-광학 매체의 양측에 고정 전극으로 구성된다. 그러나, 전기-광학 매체의 일측에만, 통상적으로 디스플레이의 뷰잉 표면 반대측에 고정 전극으로 구성될 수 있는 전기-광학 디스플레이 (예를 들어, 전술한 미국특허 제 6,473,072호 참조) 가 알려져 있다. 전기-광학 매체에 걸쳐 전계를 제공하는데 필요한 다른 전극은 전기-광학 매체에 대해, 수동으로나 기계상으로 이동할 수 있는 스타일러스, 프린트헤드 또는 유사한 이동가능 디바이스의 형태를 가진다. (용어 "스타일러스-기반 디스플레이"는 이동가능 전극의 정확한 성질과 무관하게 이러한 이동가능 전극을 갖는 모든 디스플레이를 커버하는 넓은 의미로 본 명세서에서 이용되고, 용어 "스타일러스"는 이러한 모든 이동가능 전극을 지칭하는 것으로 이용된다.) 사용자가 펜과 유사한 방식으로 이동가능 전극을 조작하고 디스플레이의 뷰잉 표면 상에 "기록"할 수 있으므로, 이러한 스타일러스-기반 디스플레이는, 그 중에서도 서명을 포함하여 핸드라이팅 재료를 캡처하는데 유용하다.
스타일러스-기반 디스플레이를 생산하는데 있어서 하나의 문제는 전기-광학 매체와 스타일러스 사이에 적절한 층을 제공하는 것이다. 많은 전기-광학 매체는 기계적 손상에 민감하고, 전기-광학 디스플레이를 기록하는 경우에 몇몇 사용자가 스타일러스를 취급하는 경향이 있는 서투른 방식이 주어질 때, 전기-광학 매체와 스타일러스 사이에, 기계적 손상으로부터 전기-광학 매체를 보호하는데 충분히 두껍고 강건한 보호층을 제공하는 것이 필요하다. 그러나, 이러한 보호층은 디스플레이 전극들 사이에 놓이므로, 전극들 사이에 인가된 임의의 주어진 동작 전압에 대해, 전기-광학 매체에 걸친 전압을 감소시키고, 이에 따라 이 매체의 전기-광학 성능을 감소시키는 보호층에 걸쳐 전압 강하가 있다. 고전도성 보호층을 이용하여 보호층에 걸친 전압 강하가 최소화될 수 있는 것처럼 보이더라도, 보호층의 저항은 보호층을 통한 전류의 수평 흐름 (즉, 보호층의 면에서의 전류의 흐름) 을 방지하기에 충분히 클 필요가 있는데, 그 이유는 이러한 전류의 수평 흐름이 스타일러스의 폭보다 실질적으로 넓은 영역 위의 전기-광학 매체의 광학 상태의 변화를 야기하고, 이에 따라 사실상 보호층 위로 스타일러스를 이동시킴으로써 생성된 라인을 "스미어 (smear)"한다.
보호층에 걸친 전압 강하는 디스플레이의 동작 전압의 실질적인 증가를 요구하여 만족스런 전기-광학 성능을 제공할 수 있다. 예를 들어, E 잉크 코포레이션에 의해 상업상 판매되는 캡슐화된 전기영동 매체는, 전기-광학 매체 및 (비교적 얇은) 라미네이션 접착제층이 전극들 사이에 존재하도록 2 개의 고정 전극 세트와 함께 디스플레이에서 이용되는 경우에 15 V 에서 동작한다. 스타일러스-기반 디스플레이에서 이러한 전기영동 매체를 이용하기 위해, 5-10 mil (127-254 ㎛) 의 두께로 Pomalux SD-A (Westlake Plastics Co., P.O. Box 127, Lenni PA 19052-0127 에 의해 제조된 정적-방산 아세탈 코폴리머) 와 같은 폴리머 시트를 이용하는 것이 지금까지 필요한 것으로 보였다. 이들 폴리머 시트는 뻣뻣하고, 디스플레이의 필요한 동작 전압을 100-200 V 로 증가하였다. 이러한 높은 동작 전압은 (사실, 전기영동 디스플레이에 의해 요구된 매우 낮은 전류가 이러한 전압으로 하여금 완전히 안전하게 이용되도록 하더라도) 사용자에 의해 위험하다고 종종 인식된다는 점에서 불리하다. 더 중요하게는, 스타일러스-기반 디스플레이의 하나의 주요한 적용은, 배터리를 전력으로 하고 매우 휴대성이 있을 필요가 있는 전자 노트북이다. 배터리로부터 100-200 V 의 동작 전압을 생성하는 것은 복잡하고 비교적 비싼 전력 공급 회로를 필요로 하고, 높은 전압은 매우 많은 전력을 이용하여 배터리 수명이 바람직하지 않게 짧게 한다. 또한, 불가피하게 보호층 내에서 몇몇 전류의 수평 흐름이 있어서, 스타일러스에 의해 기록되는 라인은 보호층의 두께의 몇몇 부분에 의해 불가피하게 넓어지기 때문에, 보호층의 두께는 디스플레이의 최대 해상도를 감소시킨다.
따라서, 필요한 동작 전압을 감소시키면서 전기-광학 매체에 적절한 보호를 제공할 수 있는 스타일러스-기반 전기-광학 디스플레이용의 보호 시트에 대한 필요가 있고, 본 발명은 이러한 보호층을 제공하고자 한다.
본 발명은 전기-광학 디스플레의 준비를 위한 프로세스를 제공하며, 이 프로세스는,
전극 상에 전기-광학 재료의 층을 형성하는 단계;
전기-광학 재료의 층 위에 실질적인 무용매 중합성 액체 재료의 층을 증착하는 단계; 및
중합성 액체 재료의 중합을 야기하는데 효과적인 조건에 중합성 액체 재료를 노출함으로써, 전기-광학 재료의 층 위에 놓이는 중합체층을 형성하는 단계를 포함한다.
이렇게 생산된 디스플레이는 스타일러스 (이 용어는 상기에서 넓게 정의됨) 로 기록되도록 의도된다. 이러한 프로세스에서, 중합성 액체 재료는 열경화성일 수도 있고, 이 재료의 중합을 야기하는데 효과적인 조건은 이 재료를 경화시키기에 충분히 높은 온도로 이 재료를 가열하는 것을 포함할 수도 있다. 다른 방법으로는, 중합성 액체 재료는 방사선-경화성일 수도 있고, 이 재료의 중합을 야기하는데 효과적인 조건은 이 재료를 경화시키는데 효과적인 파장의 방사선에 이 중합성 액체 재료를 노출하는 것을 포함할 수도 있으며; 무용매 중합성 액체 재료의 기술의 당업자는 통상적으로 중합 방사선이 자외선에 있다는 것을 인지할 것이다. 중합성 액체 재료는 아크릴레이트 또는 우레탄 아크릴레이트 블렌드 또는 실리콘을 포함할 수도 있다.
그 프로세스는 전기-광학 재료의 층 상에 증착된 중합성 액체 재료의 층의 두께를 제어하는 단계를 포함할 수도 있다. 중합성 액체 재료의 층의 두께는 닥터 블레이드 (doctor blade) 또는 다이 코팅에 의해 제어될 수도 있다. 다른 방법으로는, 중합성 액체 재료의 층의 두께는, 중합성 액체 재료를 중합하기 전에 중합성 액체 재료의 층을 릴리스 시트와 접촉시켜 릴리스 시트 위로 닙 롤러를 통과시킴으로써 제어될 수도 있다.
이미 설명한 이유로, 전기-광학 재료에 대한 우수한 보호를 일관되게 하면서, 최종 중합체층의 두께를 가능하면 작게 유지하는 것이 바람직하다. 따라서, 중합체층의 두께는 약 6 내지 약 250 ㎛, 그리고 바람직하게는 약 8 내지 50 ㎛ 일 수도 있다. 몇몇 경우에는, 전극 상에 형성된 전기-광학 재료의 층은 비평면의 노출된 표면을 갖고, 최종 중합체층은 최종 중합체층의 노출된 표면이 실질적으로 평면이 되도록 전기-광학 재료의 층을 평탄화한다.
본 프로세스에서 이용되는 전기-광학 재료는 상술한 타입 중 임의의 타입으로 될 수도 있다. 따라서, 예를 들어, 전기-광학 재료는 회전 2색 부재 또는 전기변색 재료를 포함할 수도 있다. 다른 방법으로는, 전기-광학 재료는, 유체 내에 배치되어 유체를 통해 전계의 영향 하에서 이동할 수 있는 복수의 하전 입자를 포함하는 전기영동 재료를 포함할 수도 있다. 하전 입자 및 유체는 복수의 캡슐 또는 마이크로셀 내에 한정될 수도 있다. 다른 방법으로는, 전기영동 재료는, 하전 입자 및 유체가 중합체 재료를 포함하는 연속상에 의해 둘러싸인 복수의 개별 액적으로 존재하는 폴리머-분산 타입으로 될 수도 있다. 이 유체는 액체 또는 가스일 수도 있다.
본 발명은 또한 스타일러스에 의해 이미지화될 수 있는 전기-광학 디스플레이를 제공하는데, 이 디스플레이는 전극; 전극 상에 배치된 전기-광학 재료의 층; 및 전기-광학 재료의 층 위에 놓이는 중합체층을 포함하며, 이 중합체층은 실질적인 무용매 중합성 액체 재료의 중합 생성물을 포함한다.
도 1 은 본 발명의 전기-광학 디스플레이를 형성하는 프로세스에서 전기-광학 재료에 대한 중합성 액체 재료의 적용을 도시한 개략적인 측면도이다.
도 2 는 도 1 과 유사한 개략적인 측면도이지만, 중합성 액체 재료의 균일한 층을 형성하기 위해 릴리스 시트 및 롤러를 이용하는 것을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 전기-광학 재료의 층 위에 보호층을 형성하기 위한 실질적인 무용매 중합성 액체 재료 (소위 "100% 고체" 모노머 또는 올리고머) 의 이용에 관한 것인데, 이 보호층은, 스타일러스 또는 유사한 기구가 디스플레이 상에 기록하는데 이용되는 경우에 전기-광학 재료에 대한 기계적 손상을 방지하는 역할을 한다. 이러한 보호층을 형성하기 위한 실질적인 무용매 중합성 액체 재료의 이용은 스타일러스-기반 디스플레이에 관해 상술한 문제를 완화 또는 제거하고; 특히, 이들 중합성 액체 재료의 이용은, 상용 전기-광학 재료에 적절한 기계적 보호를 제공하지만 충분히 얇은, 얇지만 경질 (tough) 의 보호층의 형성을 허용하여, 종래의 보호층을 이용하는 종래기술의 스타일러스-기반 디스플레이와 비교하여 디스플레이의 동작 전압이 실질적으로 감소될 수 있다는 것을 발견하였다. 실제로, 본 발명의 디스플레이의 동작 전압은 종래기술의 디스플레이의 동작 전압보다 80-90 퍼센트 낮을 수 있다는 것을 발견하였다. 보다 얇은 보호층은 또한 디스플레이의 더 높은 해상도 처리를 허용하고 스타일러스-기반 플렉시블 디스플레이의 제조를 가능하게 한다.
본 발명의 스타일러스-기반 디스플레이는 전도성 전극에 직접 전기-광학 재료의 층을 코팅 또는 라미네이팅함으로써 형성될 수 있다. (많은 경우에, 특히 전극이 광투과성일 필요가 있는 경우에는, 전극은 통상적으로 기판, 통상적으로 중합 필름 상에 기계적으로 지지될 필요가 있지만; 전기-광학 디스플레이의 기술 분야의 당업자에게 적절한 기판이 공지되어 있으므로, 이러한 기판을 본 명세서에서 상세히 논의하지 않을 것이고, 전술한 미국특허 제 6,982,178호에서 논의된다.) 중합성 액체 재료는 디스플레이의 뷰잉 또는 넌-뷰잉 표면 중 어느 하나, 보다 보통은 전자를 형성하는데 이용될 수도 있다. 명백하게는, 중합성 액체 재료가 디스플레이의 뷰잉 표면을 형성하면, 중합성 액체 재료의 중합에 의해 형성되는 중합 층은 광투과성이어야 하고, 이 경우에 전기-광학 재료의 층이 형성되는 전극은 불투명할 수도 있고 금속화된 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) (PET) 또는 알루미늄 또는 다른 금속 호일과 같은 저렴한 전도체로부터 형성될 수 있다. 그러나, 전기-광학 재료의 층이 형성되는 전극이 디스플레이의 뷰잉 표면을 포함하면, 이 전극은 광투과성일 필요가 있고, 예를 들어, 인듐 주석 산화물 (ITO), CNT, 또는 폴리티오펜과 같은 전도성 폴리머로 형성될 수도 있다.
본 발명의 이 프로세스에 이용되는 중합성 액체 재료는 몇 개의 산업에서 "하드 코팅 재료"로 알려져 있고, 예를 들어, 광학 접착제로서 이용되어, 나무 바닥재 (wooden flooring) 상의 하드 표면, 및 안경 및 다른 광학 디바이스 상의 스크래치 내성을 갖는 코팅을 제공한다. 중합성 액체 재료는 방사선-경화성 또는 열경화성 모노머 또는 올리고머, 통상적으로는 아크릴레이트, 우레탄 아크릴레이트 블렌드 또는 실리콘을 포함한다. 현재 바람직한 액 재료는 Norland Products (2540 Route 130, Suite 100, P.O.Box 637, Cranbury NJ 08512) 에 의해 제조된 광학 접착제, 특히 NOA 63, NOA 71, 및 NOA 81 의 상표명으로 판매된 광학 접착제이다. 중합성 액체 재료는 전기-광학 재료 위에 놓이는 액체의 얇은 층을 생성하기 위해 흐를 수 있는 비교적 낮은 점성의 액체이다. 통상적으로, 액체의 중합 이후에 생성되는 중합체층은 약 6 내지 250 ㎛ 의 범위, 바람직하게는 8 내지 50 ㎛ 의 범위의 두께를 가질 것이다.
중합성 액체 재료의 하나의 중요한 특성은 중합 후에 형성되는 층의 전도율이고; 중합된 층은 너무 전도성이면 안되며, 그렇지 않으면 디스플레이 해상도가 손실될 것이다. 경험적으로, 해상도의 손실은 표면 전도율 5 × 105 ohm/sq 의 범위에서 현저하게 된다는 것을 발견하였다.
중합성 액체 재료의 층의 두께, 및 이에 따른 최종 중합체층의 두께는 액체 코팅의 당업자에 잘 알려진 수개의 기술에 의해 제어될 수 있다. 예를 들어, 첨부 도면의 도 1 은 바인더 (106) 에 배치된 캡슐 (104) 을 포함하는 전기영동층이 배치된 전도성 전극 (102) 을 매우 개략적인 방식으로 도시한다. 중합성 액체 재료 (108) 는 전기영동 층 위에 (예를 들어, 다이 또는 슬롯 코터에 의해) 분사되고, 중합성 액체 재료 (108) 의 두께는 닥터 블레이드 (110) 에 의해 제어된다. 캡슐 (104) 이 바인더 (106) 로부터 상향으로 돌출되므로, 전기영동 층의 (도 1 에 도시된 바와 같은) 상면은 비평면이지만, 중합성 액체 재료 (108) 의 제공은 중합 보호층의 최종 표면이 평면이 되는 것을 가능하게 하는 것을 주목하여야 한다. (중합성 액체 재료의 층의 두께가 캡슐 (104) 의 중심 위에서 0 에 접근할 수도 있다는 것을 도 1 이 제시하더라도, 실제로 이는 바람직하지 않고, 전체 전기영동 층 위에 보호층의 적어도 최소 두께가 존재하여야 한다.)
도 2 는 본 발명의 다른 프로세스를 매우 개략적인 방식으로 도시한다. 이 제 2 프로세스에서의 전도성 전극 (102), 캡슐 (104) 및 바인더 (106) 는 도 1 에 도시된 것과 일치한다. 또 다시 중합성 액체 재료 (108) 는 전기영동 층 위로 분사된다. 그러나, 닥터 블레이드가 채용되지 않지만; 대신에, 릴리스 시트 (212) 가 중합성 액체 재료 (108) 상에 적용되고 전체 어셈블리는 닙 롤러들 (214 및 216) 사이로 통과하여 중합성 액체 재료 (108) 의 두께를 제어한다.
어셈블리가 닙 롤러를 통해 수평으로 통과한다고 도 2 가 제시하더라도, 대규모의 롤-투-롤 생산에 있어서는 어셈블리가 닙 롤러를 통해 수직 하향으로 이동하며, 중합성 액체 재료는 전기영동 매체와 릴리스 시트 (212) 사이로 연속적으로 분사되는 것이 더 편리할 수도 있다.
중합성 액체 재료 (108) 의 두께를 제어하는데 릴리스 시트가 채용되는 경우, 릴리스 시트는 중합성 액체 재료의 경화 즉시 제거될 수도 있거나, 또는 중합성 액체 재료를 경화함으로써 형성된 중합체층에 기계적 보호를 제공하기 위해 나중까지 제자리에 남겨질 수도 있다.
본 프로세스에서, 중합액 층의 두께를 제어하는데 이용되는 시트가 릴리스 시트라는 것은 본질적이지 않으며, 이 시트가 연성일 필요도 없다. 게다가, 중합성 액체 재료를 경화함으로써 형성된 중합체층으로부터 이 시트가 제거되어야 하는 것도 본질적이지 않다. 예를 들어, 시트가 연성이거나 경성이든 간에, 이 시트는 최종 디스플레이에서의 보호층의 역할을 하는 투명 시트를 포함할 수 있다. 다른 방법으로는, 이 시트는, 폴리머 층에 의해 최종 디스플레이에 영구적으로 부착될 수 있는 전기-전도성 층을 포함할 수 있다. 통상적으로, 이러한 전기-전도성 층은 최종 디스플레이의 공통 전면 전극을 형성할 것이고, 이러한 경우에, 전기-전도성 층은 전기-광학 매체의 광학 상태의 변화가 전기-전도성 층을 통해 보일 수 있도록 광-투과성이어야 한다.
중합액 층의 두께를 제어하는데 이용되는 시트는 또한 (최종 디스플레이의 공통 전면 전극을 형성하기 위해 통상적으로 전기-전도성 층으로 된) 컬러 필터 어레이의 형태를 가질 수 있으며, 이는 연성 또는 강성일 수 있다. 이러한 컬러 필터 어레이는 전기-광학 매체의 반대측에 전극의 픽셀과 정렬될 필요가 있다. 컬러 필터 어레이가 강성 (예를 들어, 유리 컬러 필터 어레이) 이면, 이 컬러 필터 어레이는 중합성 액체 재료 상에 놓이며 픽셀과 조밀하게 정렬될 수도 있다. 컬러 필터 어레이는 이후 압축 또는 롤링될 수도 있고, 컬러 필터 어레이의 일부가 컬러 필터 어레이 정렬 툴 또는 픽스처를 이용하여 픽셀과 미세하게 정렬될 수도 있다. 미세 정렬 다음에, 중합성 액체 재료의 작은 영역이 스폿-경화되어, 디스플레이의 다른 컴포넌트에 대한 위치에 컬러 필터 어레이를 고정한다. 디스플레이는 중합성 액체 재료의 나머지 부분이 경화되기 전에 임의의 트랩 가스 (이하 참조) 를 제거하도록 취급될 수도 있다.
플렉시블 컬러 필터 어레이는, 플렉시블 컬러 필터 어레이의 왜곡으로 인한 오정렬을 피하기 위해, 디스플레이의 모든 영역이 미세하게 정렬될 때까지, 컬러 필터 어레이의 미세 정렬 및 후속 스폿-경화의 단계가 통상적으로 디스플레이의 상이한 영역에 대해 다수회 반복될 필요가 있다는 점을 제외하고 매우 유사한 방식으로 부착될 수도 있다.
중합액 층의 두께를 제어하는데 이용되는 시트가 디스플레이의 영구적인 부분으로 남는 대부분의 경우에 시트 아래에 어떤 공기 버블을 트랩핑하는 것을 피하는 것이 어렵다. 이러한 트랩핑된 공기 버블을 제거하는 기술은 당업계에 알려져 있고 (예를 들어, 디스플레이를 고압살균 (autoclaving), 또는 디스플레이를 진공에 놓기), 알려진 기술 중 임의의 기술은 본 프로세스에서 이용될 수도 있다. 상기에 기재된 바와 같이, 이 시트가 디스플레이의 나머지 부분과 정렬될 필요가 있는 컬러 필터 어레이 또는 유사한 시트이면, 버블 제거 동안에 시트의 정렬이 확실히 보존되게 하기 위해 버블 제거 프로세스 전에 중합성 액체 재료의 스폿-경화가 실시되어야 한다. 다른 경우에는, 예를 들어, 시트가 단순히 전기-전도성 층 및 (옵션으로) 전기-전도성 층의 지지체를 포함하는 경우에, 미세 정렬이 필요하지 않고, 이전의 중합성 액체 재료의 스폿-경화 없이 버블 제거가 수행될 수 있다.
본 발명의 현재 바람직한 프로세스의 세부사항을 나타내기 위해, 예시만을 위한 것이지만, 이하 다음의 실시예가 주어진다.
실시예
캡슐/바인더 슬러리는 전술한 미국특허 제 6,982,178호에 설명된 바와 같이 실질적으로 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)/ITO 필름의 ITO-커버된 표면 상에 슬롯-코딩되고, 결과적으로 코팅된 필름은 건조되어 PET/ITO 필름 상의 바인더에 캡슐의 응집 층을 생성한다. 개별적으로, 대략적으로 24 인치 (61 cm) 제곱의 얇은 금속 시트가 플라스틱 릴리스 시트로 커버되고, 그 릴리스 층이 노출되도록 배열된다. 12 인치 (30 cm) 제곱의 건조된 캡슐-코팅된 필름이 릴리스 시트의 상단 중심에 놓이고, 캡슐 층이 노출된다. Norland 광학 접착제 (NOA 63, NOA 71, 또는 NOA 81) 의 비드가 캡슐-코팅된 필름의 하나의 에지에서 13 mm 에 놓이고, 이 비드는 필름의 각 사이드 에지의 약 13 mm 내로 연장되어 프로세스의 나중 단계 동안에 디스플레이로부터 스퀴즈하는 광학 접착제의 양을 최소화한다. 제 2 릴리스 시트가 이후 광학 접착제를 베어링하는 캡슐-코팅된 필름 위에 놓이며, 제 2 릴리스 시트는 캡슐-코팅된 필름을 대향하는 릴리스 층과 함께 놓이고, 이 필름의 주변 둘레 전체로 캡슐-코팅된 필름의 에지 넘어서 적어도 2 인치 (51 mm) 연장되는 사이즈로 이루어져서 후속 라미네이팅 동안에 라미네이터 롤러의 오염을 최소화한다.
금속 플레이트, 캡슐-코팅된 필름 및 2 개의 릴리스 시트의 전체 스택은 이후 롤이 개방된 상태로 롤 라미네이터에 위치하며, 이 스택은 캡슐-코팅된 필름이 전혀 없는 릴리스 시트 상에서 롤이 폐쇄되도록 위치한다. 이 스택은 이후 6 인치 (152 mm) 롤러 매체 경도계 실리콘 롤러를 이용하여 0.5 ft/min (약 2.5 mm/sec) 의 속도로 실온 및 50 psig (약 0.48 MPa) 에서 롤 라미네이터를 통해 통과한다. 이 라미네이터를 통한 통과는 캡슐-코팅된 필름의 원래의 거친 표면을 평탄화하는 프로세스에서 광학 접착제가 캡슐-코팅된 필름 위의 얇은 층에 퍼지게 한다. 이 스택은 이후 150 W/inch (6 W/mm) 자외선 램프 하에서 20 feet/min (약 100 cm/sec) 의 속도로 2회 통과하여 광학 접착제를 부분적으로 경화한다. 상단 릴리스 시트는 이후 제거되고, 나머지 층은 자외선 램프 아래에서 동일한 조건 하에 2 회 통과하여, 광학 접착제의 경화를 완료한다. 이후, 완전한 PET/ITO/캡슐-바인더 층/광학 접착제 디스플레이는 금속 플레이트 및 인접한 릴리스 시트로부터 제거되고 필요한 사이즈로 절단될 수 있다. 이 실시예에서 설명된 바와 같은 프로세스는 작은 규모의 실험실 방법이고, 다른 기술, 특히 롤-투-롤 기술이 대량 생산에 보다 적절할 수도 있다는 것을 알 것이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따라서, 하드하고 경질의 마감으로 경화될 수 있는 중합성 액체 재료의 이용은, 평활한 마감을 갖고 전기-광학층에 우수한 기계적 보호를 주는 매우 얇고, 비전도성인 보호층의 이용을 허용한다. 방사선 경화는 고속의 라인 속도 및 경제적인 롤-투-롤 생산 방법을 허용한다.

Claims (19)

  1. 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스로서,
    전극 (102) 상에 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 을 형성하는 단계;
    상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 위에 실질적인 무용매 중합성 액체 재료 (108) 의 층을 증착하는 단계; 및
    상기 중합성 액체 재료 (108) 의 중합을 야기하는데 효과적인 조건에 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 노출함으로써, 상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 위에 놓이는 중합체층을 형성하는 단계를 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 액체 재료 (108) 는 열경화성이고, 상기 중합성 액체 재료 (108) 의 중합을 야기하는데 효과적인 조건은 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 경화시키기에 충분히 높은 온도로 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 가열하는 것을 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 액체 재료 (108) 는 방사선-경화성이고, 상기 중합성 액체 재료 (108) 의 중합을 야기하는데 효과적인 조건은 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 경화시키는데 효과적인 파장의 방사선에 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 노출하는 것을 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합성 액체 재료 (108) 는 아크릴레이트 또는 우레탄 아크릴레이트 블렌드 또는 실리콘을 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 상에 증착된 중합성 액체 재료 (108) 의 층의 두께를 제어하는 단계를 더 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 중합성 액체 재료의 층의 두께는 닥터 블레이드 (110) 또는 다이 코팅에 의해 제어되는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 중합성 액체 재료의 층의 두께는, 상기 중합성 액체 재료 (108) 를 중합하기 전에 상기 중합성 액체 재료 (108) 의 층을 릴리스 시트 (212) 와 접촉시켜 상기 릴리스 시트 (212) 위로 닙 롤러 (214) 를 통과시킴으로써 제어되는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 릴리스 시트는 최종 디스플레이로부터 제거되는 릴리스 시트인, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 릴리스 시트는 상기 최종 디스플레이의 영구적인 부분으로 남는 전기-전도성 층을 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 릴리스 시트는 상기 최종 디스플레이의 영구적인 부분으로 남는 컬러 필터 어레이를 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    최종의 상기 중합체층의 두께는 6 내지 250 ㎛ 인, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  12. 제 11 항에 있어서,
    최종의 상기 중합체층의 두께는 8 내지 50 ㎛ 인, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 전극 (102) 상에 형성된 상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 은 비평면의 노출된 표면을 갖고, 최종의 상기 중합체층은 최종의 상기 중합체층의 노출된 표면이 실질적으로 평면이 되도록 상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 을 평탄화하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-광학 재료는 회전 2색 부재 또는 전기변색 재료를 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기-광학 재료는, 유체 내에 배치되어 상기 유체를 통해 전계의 영향 하에서 이동할 수 있는 복수의 하전 입자를 포함하는 전기영동 재료를 포함하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하전 입자 및 상기 유체는 복수의 캡슐 또는 마이크로셀 내에 한정되는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 하전 입자 및 상기 유체는 중합체 재료를 포함하는 연속상에 의해 둘러싸인 복수의 개별 액적으로서 존재하는, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 유체는 가스인, 전기-광학 디스플레이의 준비를 위한 프로세스.
  19. 스타일러스에 의해 이미지화될 수 있는 전기-광학 디스플레이로서,
    전극 (102);
    상기 전극 (102) 상에 배치된 전기-광학 재료의 층 (104, 106); 및
    상기 전기-광학 재료의 층 (104, 106) 위에 놓이는 중합체층을 포함하며,
    상기 중합체층은 실질적인 무용매 중합성 액체 재료 (108) 의 중합 생성물을 포함하는, 전기-광학 디스플레이.
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