DE60107396T2

DE60107396T2 - Elektrophoretische anzeige

Info

Publication number: DE60107396T2
Application number: DE60107396T
Authority: DE
Inventors: Rong-Chang Cupertino LIANG; Mary Chan-Park; C-J Scott TSENG; George Zarng-Arh WU; Hongmei Zang
Original assignee: Sipix Imaging Inc
Current assignee: E Ink California LLC
Priority date: 2000-03-03
Filing date: 2001-03-05
Publication date: 2005-10-27
Anticipated expiration: 2021-03-06
Also published as: CA2401564C; US20030039022A1; MXPA02008517A; KR20030029596A; US6930818B1; KR100572547B1; ATE283499T1; JP5204942B2; US20020131152A1; US6859302B2; AU2001240036A1; KR20030029778A; TWI238917B; US6751008B2; CN100368922C; WO2001067170A1; US20040196527A1; CN1818768A; HK1047477A1; DE60107396D1

Description

Hintergrund der Erfindung
a) Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein elektrophoretisches Display mit Zellen gut definierter Form, Größe und gut definiertem Verhältnis von Länge zu Breite, und diese Zellen sind mit geladenen Pigmentteilchen gefüllt, die in einem Lösungsmittel dispergiert sind, sowie ein neues Verfahren zu seiner Herstellung.
b) Beschreibung des Standes der Technik
Das elektrophoretische Display ist eine nicht-emittierende Vorrichtung auf der Grundlage des elektrophoretischen Phänomens geladener, in einem Lösungsmittel dispergierter Pigmentteilchen. Es wurde erstmals 1969 vorgeschlagen. Das Display umfaßt gewöhnlich zwei Platten mit einander gegenüberliegend angeordneten Elektroden, die unter Verwendung voneinander getrennter Abstandshalter angeordnet sind. Eine der Elektroden ist gewöhnlich transparent. Eine Suspension eines gefärbten Lösungsmittels und von geladenen Pigmentteilchen ist zwischen den beiden Platten eingeschlossen. Wenn ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Elektroden angelegt wird, wandern die Pigmentteilchen zu einer Seite, und dann kann entweder die Farbe des Pigments oder die Farbe des Lösungsmittels gesehen werden, ganz nach der Polarität des Spannungsunterschieds.
Um unerwünschte Bewegung der Teilchen zu verhindern, wie Sedimentation, Aufteilung zwischen den beiden Elektroden, wurde das Aufteilen des Raums in kleinere Zellen vorgeschlagen. Im Fall von elektrophoretischen Displays vom Trennwandtyp gab es jedoch einige Schwierigkeiten bei der Bildung der Trennwände und dem Verfahren des Einschließens der Suspension. Außerdem war es auch schwierig, unterschiedliche Farben von Suspensionen getrennt voneinander in dem elektrophoretischen Display vom Trennwandtyp beizubehalten.
Später wurden Versuche gemacht, die Suspension in Mikrokapseln einzuschließen. Die US-Patentschriften 5,961,804 und 5,930,026 beschreiben in Mikrokapseln eingeschlossene elektrophoretische Displays. Das Bezugsdisplay hat eine im wesentlichen zweidimensionale Anordnung von Mikrokapseln, von denen jede hier eine elektrophoretische Zusammensetzung eines dielektrischen Fluids hat, und eine Suspension von geladenen Pigmentteilchen, die visuell im Kontrast zu dem dielektrischen Lösungsmittel stehen. Die Mikrokapseln können durch Grenzflächenpolymerisation, Polymerisation in situ oder andere bekannte Methoden, wie physikalische Verfahren, Härtung in Flüssigkeit oder einfache/komplexe oder Koacervierung gebildet werden. Die Mikrokapsel können in eine Zelle zweier die voneinander beabstandeten Elektroden eingespritzt werden oder „eingedruckt" in oder auf einen transparenten Wandlerfilm beschichtet werden. Die Mikrokapseln können auch in einer transparenten Matrix oder einem Bindemittel, das selbst sandwichartig zwischen den beiden Elektroden liegt, immobilisiert sein.
Die WO 99/56 171 A beschreibt ein weiteres mikroeingekapseltes elektrophoretisches Display. Um eine sogenannte „Verschlußweise" des Displays zu erreichen, hat jede Mikrokapsel eine große Oberfläche und eine kleine Oberfläche, zwischen welchen dispergierte Teilchen nach Anlegen von elektrischen Feldern wandern können. Die Mikrokapseln können durch Einschweißen einer Menge von ungehärtetem Polymer in ihnen geformt werden, und dieses ungehärtete Polymer bildet eine von dem Suspendierfluid, in welchem die Teilchen dispergiert sind, getrennte Flüssigkeit. Die Mikrokapseln werden dann so ausgerichtet, daß eine Oberfläche zwischen dem Polymer und dem suspendierenden Fluid eine erwünschte Form für die Mikrokapsel definiert, und das Polymer wird dann gehärtet.
Die elektrophoretischen, nach diesem vorbekannten Verfahren hergestellten Displays, insbesondere die nach dem Mikroeinkapselungsverfahren hergestellten, wie in den US-Patentschriften 5,930,026, 5,961,804 und 6,017,584 beschrieben, haben viele Nachteile. Beispielsweise leidet das elektrophoretische Display, das mit dem Mikroeinkapselungsverfahren hergestellt wurde, unter Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsveränderungen (insbesondere Empfindlichkeit gegenüber Feuchtigkeit und Temperatur) infolge der Wandchemie der Mikrokapseln. Zweitens beruht das elektrophoretische Display darauf, daß die Mikrokapseln schlechte Kratzbeständigkeit infolge der dünnen Wand und großen Teilchengröße der Mikrokapseln haben. Um die Handhabbarkeit des Displays zu verbessern, werden Mikrokapseln in eine große Menge von Polymermatrix eingebettet, die zu einer langsamen Ansprechzeit infolge des großen Abstands zwischen den beiden Elektroden und zu einem niedrigen Kontrastverhältnis infolge der niedrigen Nutzlast der Pigmentteilchen führt. Es ist auch schwierig, die Oberflächenladungsdichte auf den Pigmentteilchen zu erhöhen, da ladungssteuernde Mittel dazu neigen, zu der Wasser/Öl-Grenzfläche während des Mikroeinkapselungsverfahrens zu diffundieren. Die niedrige Ladungsdichte oder das niedrige Zeta-Potential der Pigmentteilchen in den Mikrokapseln führt auch zu einer langsamen Reaktionsgeschwindigkeit. Außerdem hat wegen der großen Teilchengröße und breiten Teilchengrößenverteilung der Mikrokapseln der Stand der Technik bezüglich elektrophoretischer Displays dieses Typs eine schlechte Auflösung und Ansprechbarkeit für Farbanwendungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein elektrophoretisches Display gerichtet, das mehrere Zellen aufweist, von denen jede (i) umgebende Trennwände, (ii) eine darin eingefüllte elektrophoretische Zusammensetzung und (iii) eine polymere Dichtungsschicht umfaßt, welche von einer Dichtungszusammensetzung mit einem spezifischen Gewicht geringer als jenes der elektrophoretischen Zusammensetzung gebildet wird und dichtend an der Oberfläche der Trennwände anhaftet, um die elektrophoretische Zusammensetzung in jeder Zelle einzuschließen.
Ein anderer Aspekt der Erfindung ist auf ein Verfahren zur Herstellung eines elektrophoretischen Displays gerichtet, und dieses Verfahren umfaßt die Stufen, in denen man: a) Mikrobecher mit einer elektrophoretischen Zusammensetzung füllt, die in einem dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch dispergierte geladene Pigmentteilchen umfaßt, und b) die gefüllten Mikrobecher mit einer polymeren Abdichtungsschicht abdichtet, welche aus einer Dichtmasse mit einem spezifischen Gewicht geringer als jenes der elektrophoretischen Zusammensetzung gebildet sind.
Ausführungsformen nach der Erfindung betreffen die Herstellung von Zellen von gut definierter Form, Größe und eines gut definierten Längen/Breitenverhältnisses. Die Zellen schließen eine Suspension von geladenen Pigmentteilchen ein, die in einem dielektrischen Lösungsmittel dispergiert sind und werden von Mikrobechern gebildet, die nach der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Kurz gesagt, enthält das Verfahren zur Herstellung der Mikrobecher folgende Maßnahmen: man tieft einen Thermoplasten oder eine hitzehärtbare Vorläuferschicht als Überzug auf einem Leiterfilm mit einem vorgemusterten Steckform, anschließend Entformung während oder nach der Härtung der hitzegehärteten Vorläuferform durch Strahlung, Kühlen, Lösungsmittelverdampfung oder andere Mittel. Alternativ könnten die Mikrobecher durch bildartige Bestrahlung des Leiterfilms, der mit einer strahlungshärtbaren Schicht überzogen ist und anschließende Entfernung der unbestrahlten Bereiche, nachdem die bestrahlten Bereiche gehärtet wurden, gebildet werden.
Lösungsmittelbeständige, thermomechanisch stabile Mikrobecher mit einem weiten Größenbereich, Formbereich und Öffnungsverhältnis von Länge zu Breite können durch irgendeines der obigen Verfahren hergestellt werden. Die Mikrobecher werden dann mit einer Suspension von geladenen Pigmentteilchen in einem dielektrischen Lösungsmittel gefüllt und dicht eingeschlossen.
Das Abdichten kann auf unterschiedlichen Wegen erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es durch Dispergieren einer thermoplastischen Masse oder eines mit Hitze gehärteten Vorläufers in das elektrophoretische Fluid vor der Füllstufe. Der Thermoplast oder mit Hitze gehärtete Vorläufer ist mit dem dielektrischen Lösungsmittel unmischbar und hat ein spezifisches Gewicht niedriger als jenes des Lösungsmittels und der Pigmentteilchen. Nach dem Füllen trennt sich der Thermoplast oder die hitzegehärtete Vorläuferphase von dem elektrophoretischen Fluid und bildet eine oben schwimmende Schicht am oberen Ende des Fluids. Das Abdichten der Mikrobecher erfolgt dann bequemerweise durch Härtung der Vorläuferschicht durch Lösungsmittelverdampfung, Grenzflächenreaktion, Feuchtigkeit, Hitze oder Bestrahlung. UV-Strahlung ist die bevorzugte Methode, die Mikrobecher abzudichten, obwohl eine Kombination zweier oder mehrerer Härtungsmechanismen, wie sie oben beschrieben sind, verwendet werden kann, um den Dichtungsdurchsatz zu erhöhen. Alternativ kann das Abdichten durch Überbeschichten mit dem elektrophoretischen Fluid mit einer Lösung erfolgen, die den Thermoplasten oder hitzegehärteten Vorläufer enthält. Das Abdichten geschieht dann durch Härtung des Vorläufers durch Lösungsmittelverdampfung, Grenzflächenreaktion, Feuchtigkeit, Hitze, Strahlung oder eine Kombination von Härtungsmechanismen. Diese Dichtungsverfahren sind besonders einzigartige Merkmale der vorliegenden Erfindung.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein mehrstufiges Verfahren zur Herstellung eines monochromen elektrophoretischen Displays, das Zellen mit gut definierter Form und Größe besitzt. Die Verarbeitungsstufen enthalten die Herstellung der Mikrobecher nach einer der oben beschriebenen Methoden, Abdichten der Mikrobecher und schließlich Laminierung der abgedichteten Anordnung von Mikrobechern mit einem zweiten Leiterfilm, der mit einer Klebstoffschicht vorbeschichtet ist. Dieses mehrstufige Verfahren kann Rolle für Rolle kontinuierlich durchgeführt werden.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines vollfarbigen elektrophoretischen Displays durch Laminierung der vorgeformten Mikrobecher mit einer Schicht von positiv arbeitendem Photolack, selektives Öffnen einer bestimmten Anzahl der Mikrobecher durch bildweise Behandlung des positiven Photolacks, anschließendes Entwickeln des Lacks, Füllen der geöffneten Becher mit einem gefärbten elektrophoretischen Fluid und Abdichten der gefüllten Mikrobecher mit einem Abdichtungsverfahren. Diese Stufen können wiederholt werden, um abgedichtete Mikrobecher zu erzeugen, die mit elektrophoretischen Fluiden unterschiedlicher Farben gefüllt sind.
Diese mehrstufigen Verfahren, wie beschrieben, können Rolle für Rolle kontinuierlich oder halbkontinuierlich ausgeführt werden. Folglich sind sie geeignet für eine Produktion mit großem Vo lumen und niedrigen Kosten. Diese Verfahren sind auch wirksam und billig im Vergleich mit anderen Verfahren zur Produktion mit hohem Volumen. Das elektrophoretische Display, das gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, ist nicht empfindlich gegenüber der Umgebung, besonders Feuchtigkeit und Temperatur. Das Display ist dünn, flexibel, dauerhaft, leicht zu handhaben und formatflexibel. Da das elektrophoretische Display, welches nach der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde, Zellen mit einem günstigen Längen-zu-Breiten-Verhältnis und zu gut definierter Form und Größe umfassen kann, hat das bistabile reflektierende Display ausgezeichnete Farberzielbarkeit, hohes Kontrastverhältnis und rasche Umschaltgeschwindigkeit. Die Nachteile von elektrophoretischen Displays, die nach bekannten Verfahren hergestellt sind, werden daher beseitigt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Darstellung des elektrophoretischen Displays nach der vorliegenden Erfindung.
Die 2a und 2b zeigen das Verfahren Rolle für Rolle zur Herstellung eines elektrophoretischen Displays, insbesondere die Erzeugung von Mikrobechern durch Tiefen eines Leiterfilms, der mit einer UV-härtbaren Zusammensetzung beschichtet ist.
Die 3a bis 3d erläutern eine typische Methode zur Herstellung der Steckform für Mikrotiefen.
Die 4a bis 4c zeigen alternative Verfahrensstufen zur Herstellung der Mikrobecher einschließlich einer bildweisen Bestrahlung des Leiterfilms, der mit einem für UV-Strahlung hitzehärtbaren Vorläufer beschichtet ist.
5 ist ein Fließbild für die Herstellung eines schwarzweißen elektrophoretischen Displays oder andere einfarbiger elektrophoretischer Displays.
Die 6a bis 6h sind ein Fließbild zur Herstellung eines mehrfarbigen elektrophoretischen Displays.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Definitionen
Wenn nicht anders in dieser Beschreibung definiert, werden alle technischen Begriffe hier gemäß ihrer herkömmlichen Definitionen verwendet, wie sie üblicherweise vom Fachmann benutzt und verstanden werden.
Der Begriff „Mikrobecher" bedeutet die becherartigen Vertiefungen, die durch Mikrotiefen oder bildweise Bestrahlung erzeugt werden.
Der Begriff „Zelle" im Kontext der vorliegenden Erfindung soll die Einzeleinheit bedeuten, die aus einem abgedichteten Mikrobecher gebildet wird. Die Zellen werden mit geladenen Pigmentteilchen, dispergiert in einem Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, gefüllt.
Der Begriff „gut definiert" soll, wenn er die Mikrobecher oder Zellen beschreibt, angeben, daß der Mikrobecher oder die Zelle eine definierte Form, Größe und ein definiertes Längen/Breitenverhältnis hat, die gemäß den speziellen Parametern des Herstellungsverfahrens vorbestimmt sind.
Der Begriff „Längen-zu-Breiten-Verhältnis" ist ein allgemein bekannter Begriff in der Technik der elektrophoretischen Displays. Bei dieser Anwendung bedeutet er das Verhältnis von Tiefe zu Breite oder Tiefe zu Länge der Mikrobecher.
Bevorzugte Ausführungsformen
Ein elektrophoretisches Display nach der vorliegenden Erfindung, wie es in 1 gezeigt ist, besitzt zwei Elektrodenplatten (10, 11), von denen wenigstens eine transparent ist (10), und eine Schicht gut definierter Zellen (12), die zwischen den beiden Elektroden eingeschlossen ist. Die Zellen haben gut definierte Form und Größe und werden mit geladenen Pigmentteilchen gefüllt, die in einem farbigen dielektrischen Lösungsmittel dispergiert sind. Wenn ein Spannungsunterschied zwischen den beiden Elektroden angelegt wird, wandern die geladenen Teilchen zu einer Seite, so daß entweder die Farbe des Pigments oder die Farbe des Lösungsmittels durch den transparenten Leiterfilm zu sehen ist. Wenigstens einer der beiden Leiter ist bildweise. Das Verfahren zur Herstellung eines solchen elektrophoretischen Displays enthält verschiedene Aspekte.
I. Herstellung der Mikrobecher
I(a) Herstellung der Mikrobecher durch Tiefen
Diese Verfahrensstufe ist in den 2a und 2b gezeigt. Die Steckform (20) kann entweder oberhalb (2a) oder unterhalb (2b) der Bahn (24) angeordnet sein. Das transparente leitfähige Substrat wird durch Gewinnung eines transparenten Leiterfilms (21) auf einer Glasplatte oder einem Kunststoffsubstrat gewonnen. Eine Schicht eines Thermoplasten oder hitzehärtbaren Vorläufers (22) wird dann als Beschichtung auf dem Leiterfilm aufgebracht. Der Thermoplast oder die hitzehärtbare Vorläuferschicht wird bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur des Thermoplasten oder der hitzehärtbaren Vorläuferschicht durch die Steckform nach Art einer Walze, Platte oder eines Bandes getieft.
Der Thermoplast oder hitzehärtbare Vorläufer für die Herstellung der Mikrobecher kann multifunktionelles Acrylat oder Methacrylat, Vinylether, Epoxid und deren Oligomere, Polymere und dergleichen sein. Multifunktionelles Acrylat und dessen Oligomeren sind am meisten bevorzugt. Eine Kombination von multifunktionellem Epoxid und multifunktionellem Acrylat ist auch sehr brauchbar, um erwünschte physiko-mechanische Eigenschaften zu erzeugen. Ein vernetzbares Oligomer, das Flexibilität verleiht, wie Urethanacrylat oder Polyesteracrylat, wird gewöhnlich auch zugesetzt, um die Biegebeständigkeit der getieften Mikrobecher zu verbessern. Die Zusammensetzung kann Polymer, Oligomer, Monomer und Additive oder nur Oligomer, Monomer und Additive enthalten. Die Glasübergangstemperaturen (oder Tg) für diese Stoffklasse liegen gewöhnlich im Bereich von etwa –20°C bis etwa 150°C, vorzugsweise von etwa –20°C bis etwa 50°C. Das Mikrotiefungsverfahren wird typischerweise bei einer Temperatur höher als das Tg durchgeführt. Eine erhitzte Steckform oder ein erhitztes Gehäusesubstrat, gegen welche die Form preßt, kann verwendet werden, um die Mikrotiefungstemperatur und -druck zu steuern.
Wie in den 2a und 2b gezeigt, wird die Form während oder nach der Härtung der Vorläuferschicht freigegeben, um eine Anordnung von Mikrobechern (23) zu bekommen. Die Härtung der Vorläuferschicht kann durch Kühlen, Vernetzen oder Bestrahlung, Hitze oder Feuchtigkeit erreicht werden. Wenn die Härtung des hitzehärtbaren Vorläufers durch UV-Strahlung erreicht wird, kann UV-Strahlung auf den transparenten Leiterfilm vom Boden oder von oben auf den Bogen gerichtet werden, wie in den beiden Figuren gezeigt ist. Alternativ können UV-Lampen im Inneren der Form angeordnet werden. In diesem Fall muß die Form so transparent sein, daß sie UV-Licht durch die vorgemusterte Steckform auf die hitzehärtbare Vorläuferschicht strahlen läßt.
Herstellung der Steckform
Die Steckform kann mit einem Photolackverfahren mit nachträglichem Ätzen oder Elektroplattieren hergestellt werden. Ein repräsentatives Beispiel für die Herstellung der Steckform wird in 3 gegeben. Mit Elektroplattieren (3a) wird eine Glasbasis (30) mit einer dünnen Schicht (typischerweise 3000 Å) eines Impfmetalls (31), wie Brom-Inconel, aufgesputtert. Sodann wird sie mit einer Photolackschicht (32) beschichtet und UV ausgesetzt. Eine Maske (34) wird zwischen dem UV und der Photolackschicht (32) aufgebracht. Die freiliegenden Bereiche werden gehärtet. Die nicht bestrahlten Bereiche werden dann durch Waschen mit geeignetem Lösungsmittel entfernt. Der zurückbleibende gehärtete Photolack wird getrocknet und wiederum mit einer dünnen Schicht von Impfmetall gesputtert. Ein Original- oder Bezugsexemplar (3b) ist dann fertig für Galvanoplastik Ein typisches Material, das für Galvanoplastik verwendet wird, ist Nickel-Cobalt (33). Alternativ kann das Original aus Nickel durch Nickelsulfamat-Galvanisierung oder stromlose Nickelabscheidung, wie in „Kontinuierliche Herstellung optischer Medien aus dünnen Deckbögen", SPIE Proc. Vol. 1663, Seiten 324 ff (1992). Der Boden der Form (3d) ist typischerweise 50 bis 400 Mikron dick. Das Original oder die Bezugskopie kann auch unter Verwendung anderer Mikrotechniken, einschließlich e-Strahlbeschriften, Trockenätzen, chemisches Ätzen, Laserbeschriftung und Laserinterferenz, wie beschrieben in „Replikationstechniken für Mikrooptiken", SPIE Proc. Vol. 3099, Seiten 76–82 (1997) hergestellt werden. Alternativ kann die Form mit Photomechanik unter Verwendung von Kunststoffen, Keramiken oder Metallen gewonnen werden.
I(b) Herstellung der Mikrobecher durch bildweise Bestrahlung
Alternativ können die Mikrobecher durch bildweise Bestrahlung (4a) eines strahlungshärtbaren Materials (51), welches auf dem Leiterfilm (52) als Überzug aufgebracht ist, mit UV oder anderen Formen der Strahlung durch eine Maske (50) hergestellt werden. Der Leiterfilm (52) besitzt ein Kunststoffsubstrat (53).
Für ein Verfahren Rolle-zu-Rolle kann die Photomaske mit der Bahn synchronisiert werden und sich mit der gleichen Geschwindigkeit wie letztere bewegen. In der Photomaske (50) in 4a bedeuten die dunklen Quadrate (54) die opaken Flächen und der Raum (55) zwischen den dunklen Quadraten den Öffnungsbereich. Das UV strahlt durch den Öffnungsbereich (55) auf das strahlungshärtbare Material. Die belichteten Bereiche werden gehärtet, und die nicht belichteten Bereiche (geschützt durch den opaken Bereich in der Maske) werden dann durch ein geeignetes Lösungsmittel oder einen Entwickler unter Bildung der Mikrobecher (56) entfernt. Das Lösungsmittel oder der Entwickler wird unter jenen ausgewählt, die üblicherweise zum Lösen oder Reduzieren der Viskosität von strahlungshärtbaren Materialien, wie Methylethylketon, Toluol, Aceton, Isopropanol oder dergleichen, verwendet werden.
Die 4b und 4c erläutern zwei andere Optionen für die Herstellung von Mikrobechern durch bildweise Bestrahlung. Die Merkmale in diesen beiden Figuren sind im wesentlichen die gleichen, wie in 4a gezeigt, und die entsprechenden Teile werden auch gleich numeriert. In 4b ist der verwendete Leiterfilm (52) opak und vorbestimmt. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, das strahlungsempfindliche Material durch das Leiterbild, welches als die Photomaske dient, zu führen. Die Mikrobecher (56) können durch Entfernung der nicht belichteten Bereiche nach UV-Strahlung gebildet werden. In 4c ist der Leiterfilm (52) auch opak und mit Linienmuster versehen. Das strahlungshärtbare Material ist vom Boden her durch das Leiterlinienmuster (52) belichtet, welches als die erste Photomaske dient. Eine zweite Bestrahlung wird von der anderen Seite her durch die zweite Photomaske (50) mit einem Linienbild senkrecht zu den Leiterlinien durchgeführt. Der unbelichtete Bereich wird dann mit einem Lösungsmittel oder Entwickler entfernt, um die Mikrorisse (56) aufzudecken.
Im allgemeinen können die Mikrobecher jegliche Form und Größe haben, und ihre Größen variieren. Die Mikrobecher können eine im wesentlichen gleichmäßige Größe und Form in einem System aufweisen. Um jedoch die optimale Wirkung zu maximieren, können Mikrobecher mit einem Gemisch unterschiedlicher Formen und Größen produziert werden. Beispielsweise können Mikrobecher, die mit einer Dispersion von roter Farbe gefüllt sind, eine andere Form oder Größe als die grünen Mikrobecher oder die blauen Mikrobecher haben. Außerdem kann ein Pixel aus unterschiedlichen Mengen von Mikrobechern unterschiedlicher Färbungen bestehen. Beispielsweise kann ein Pixel aus einer Anzahl kleiner grüner Mikrobecher, einer Anzahl großer roter Mikrobecher und einer Anzahl kleiner blauer Mikrobecher bestehen. Es ist nicht erforderlich, die gleiche Form und Anzahl für die drei Farben zu haben.
Die Öffnungen der Mikrobecher können rund, quadratisch, rechteckig, sechseckig oder von anderer Form sein. Der Abtrennbereich zwischen den Öffnungen wird vorzugsweise klein gehalten, um eine hohe Farbsättigung und Kontrast zu erreichen, während erwünschte mechanische Eigenschaften beibehalten werden. Folglich ist die honigwabenförmige Öffnung beispielsweise gegenüber der runden Öffnung bevorzugt.
Für reflektierende elektrophoretische Displays kann die Abmessung eines jeden einzelnen Mikrobechers im Bereich von etwa 10² bis etwa 5 × 10⁵ μm² sein, vorzugsweise von etwa 10³ bis etwa 5 × 10⁴ μm². Die Tiefe der Mikrobecher liegt im Bereich von etwa 3 bis etwa 100 Mikron, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 50 Mikron. Das Verhältnis von Öffnung zu Wand liegt im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 100, vorzugsweise von etwa 0,4 bis etwa 20. Die Abstände der Öffnungen liegen gewöhnlich im Bereich von etwa 15 bis etwa 450 Mikron, vorzugsweise von etwa 25 bis etwa 300 Mikron von Kante zu Kante der Öffnungen.
II. Herstellung der Suspension/Dispersion
Die Mikrobecher werden mit geladenen Pigmentteilchen gefüllt, die in einem dielektrischen Lösungsmittel dispergiert sind. Die Dispersion kann nach Methoden hergestellt werden, die in der Technik wohlbekannt sind, wie aus den US-Patentschriften 6,017,584, 5,914,806, 5,573,711, 5,403,518, 5,380,362, 4,680,103, 4,285,801, 4,093,534, 4,071,430, 3,668,106 und IEEE Trans. Electon Devices, ED-24, 827 (1977) und J. Appl. Phys. 49 (9), 4820 (1978). Die geladenen Pigmentteilchen kontrastieren visuell mit dem Medium, in welchem die Teilchen suspendiert sind. Das Medium ist ein dielektrisches Lösungsmittel, welches vorzugsweise eine niedrige Viskosität und eine dielektrische Konstante im Bereich von etwa 2 bis etwa 30, vorzugsweise etwa 2 bis etwa 15 für hohe Teilchenmobilität hat. Beispiele geeigneter dielektrischer Lösungsmittel sind etwa Kohlenwasserstoffe, wie Decahydronaphthalin (DECALIN), 5-Ethyliden-2-norbornen, Fettöle, Paraffinöl, aromatische Kohlenwasserstoffe, wie Toluol, Xylol, Phenylxylylethan, Dodecylbenzol und Alkylnaphthalin, halogenierte Lösungsmittel, wie Perfluordecalin, Perfluortoluol, Perfluoroxylen, Dichlorbenzotrifluorid, 3,4,5-Trichlorbenzotrifluorid, Chlorpentafluorbenzol, Dichlornonan, Pentachlorbenzol und Perfluor-Lösungsmittel, wie FC-43, FC-70 und FC-5060 der 3M Company, S. Paul, MN, niedermolekulare halogenhaltige Polymere, wie Poly-(perfluorpropylenoxid) von der TCI America, Portland, Oregon, Poly-(chlortrifluorethylen), wie Halocarbon Oils von Halocarbon Product Corp., River Edge, NJ; Perfluorpolyalkylether, wie Galden von Ausimont oder Krytox Oils and Greases, K-Fluid Serie von DuPont, Delaware. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird Poly-(chlortrifluorethylen) als das dielektrische Lösungsmittel verwendet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird Poly-(perfluorpropylenoxid) als das dielektrische Lösungsmittel benutzt.
Das Suspendiermedium kann durch Farbstoffe oder Pigmente gefärbt werden. Nicht-ionische Azo- und Antrachinon-Farbstoffe sind besonders brauchbar. Beispiele brauchbarer Farbstoffe sind etwa, aber nicht ausschließlich, Oil Red EGN, Sudan Red, Sudan Blue, Oil Blue, Macrolex Blue, Solvent Blue 35, Pylam Spirit Black und Fast Spirit Black von Pylam Products Co., Arizona, Sudan Black B von Aldrich, Thermoplastic Black X-70 von BASF, Antrochinon Blau, Antrochinon Gelb 114, Antrochinon Rot 111, 135, Antrochinon Grün 28 von Aldrich. Im Fall eines unlöslichen Pigments können die Pigmentteilchen zur Erzeugung der Farbe des Mediums auch in dem dielektrischen Medium dispergiert werden. Diese Farbteilchen sind vorzugsweise ungeladen. Wenn die Pigmentteilchen zur Erzeugung von Farbe in dem Medium geladen werden, tra gen sie vorzugsweise eine Ladung, die derjenigen der geladenen Pigmentteilchen entgegengesetzt ist. Wenn beide Typen von Pigmentteilchen die gleiche Ladung tragen, dann sollten sie unterschiedliche Ladungsdichte oder unterschiedliche elektrophoretische Mobilität haben. In jedem Fall muß der Farbstoff oder das Pigment zur Erzeugung von Farbe des Mediums chemisch beständig und verträglich mit anderen Komponenten in der Suspension sein.
Die geladenen Pigmentteilchen können organische oder anorganische Pigmente sein, wie TiO₂, Phthalocyanin Blau, Phthalocyanin Grün, Diarylid Gelb, Diarylid AAOT Gelb und Chinachridon, Azo, Rhodamin, Perylen-Pigmentreiche von Sun Chemical, Hansa Gelb G-Teilchen von Kanto Chemical und Carbon Lampblack von Fisher. Untermikron-Teilchengröße ist bevorzugt. Die Teilchen sollten annehmbare optische Eigenschaften haben, sollten durch das dielektrische Lösungsmittel nicht gequollen oder erweicht sein und sollten chemisch beständig sein. Die resultierende Suspension kann auch beständig gegen Sedimentation, Emulsionsverdichtung oder Ausflockung unter normalen Arbeitsbedingungen sein.
Die Pigmentteilchen können eine natürliche Ladung haben oder können ausdrücklich unter Verwendung eines Ladungssteuermittels geladen werden oder können eine Ladung annehmen, wenn sie in dem dielektrischen Lösungsmittel suspendiert werden. Geeignete Ladungssteuermittel sind in der Technik wohlbekannt, sie können in ihrer Natur polymer oder nicht-polymer sein und können auch ionisch oder nicht-ionisch sein, einschließlich ionisch oberflächenaktiver Mittel, wie Aerosol OT, Natriumdodecylbenzolsulfonat, Metallseife, Polybutensuccinimid, Maleinsäurenhydrid-mischpolymere, Vinylpyridin-Copolymere, Vinylpyrrolidon Copolymere (wie Ganex von International Speciality Products), (Meth)acrylsäure-Copolymere, N,N-Dimethylaminoethyl-(meth)acrylat Copolymere. Oberflächenaktive Fluorverbindungen sind besonders brauchbar als Ladungssteuermittel in Perfluorkohlenstofflösungsmitteln. Diese schließen FC-oberflächenaktive Fluorverbindungen ein, wie FC-170C, FC-171, FC-176, FC430, FC431 und FC-740 von 3M Company und fluorhaltige Zonyl-Verbindungen, wie Zonyl FSA, FSE, FSN FSN-100, FSO, FSO-100, FSD und UR von DuPont.
Geeignete Dispersionen geladener Pigmente können nach irgendeiner der bekannten Methoden hergestellt werden, einschließlich Vermahlen, Verreiben, Pulverisieren, Mikrofluidisieren und Ultraschalltechniken. Beispielsweise werden Pigmentteilchen in der Form eines feinen Pulvers zu dem Suspendierlösungsmittel zugegeben, und das resultierende Gemisch mit einer Kugelmühle Vermahlen oder mehrere Stunden verrieben, um die stark agglomerierten trockenen Pigmentpulver in Primärteilchen zu zerbrechen. Obwohl weniger bevorzugt, kann ein Farbstoff oder Pigment zur Farberzeugung des suspendierten Mediums zu der Suspension während des Vermahlens in der Kugelmühle zugegeben werden.
Sedimentieren oder Emulsionsverdichtung der Pigmentteilchen können durch Mikroeinkapselung der Teilchen mit geeigneten Polymeren eliminiert werden, um das spezifische Gewicht demjenigen des dielektrischen Lösungsmittels anzupassen. Mikroeinkapselung der Pigmentteilchen kann chemisch oder physikalisch erfolgen. Typische Mikroeinkapselungsverfahren schließen Grenzflächenpolymerisation, Polymerisation in situ, Phasentrennverfahren, Coacervierung, elektrostatische Beschichtung, Sprühtrocknen, Wirbelschichtbeschichtung und Lösungsmittelverdampfung ein.
Für ein schwarz-weißes elektrophoretisches Display umfaßt die Suspension geladene weiße Teilchen von Titanoxid (TiO₂), dispergiert in einem schwarzen Lösungsmittel oder geladene schwarze Teilchen, dispergiert in einem dielektrischen Lösungsmittel. Ein schwarzer Farbstoff oder ein solches Farbstoffgemisch, wie Pylam Spirit Black und Fast Spirit Black der Pylam Products Co., Arizona, Sudan Black B von Aldrich, Thermoplastic Black X-70 von BASF oder ein unlösliches Schwarzpigment, wie Ruß, können verwendet werden, um die schwarze Farbe des Lösungsmittels zu erzeugen. Für andere gefärbte Suspensionen gibt es viele Möglichkeiten. Für ein substraktives Farbsystem können die geladenen TiO₂-Teilchen in einem dielektrischen Lösungsmittel von Cyan, Gelb oder Magentafarbe in einem dielektrischen Lösungsmittel suspendiert werden. Die Cyan-, Gelb- oder Magentafarbe kann über die Verwendung eines Farbstoffs oder eines Pigments erzeugt werden. Für ein Additiv-Farbsystem können die geladenen TiO₂-Teilchen in einem dielektrischen Lösungsmittel von Rot-, Grün- oder Blaufarbe allgemein auch über die Verwendung eines Farbstoffs oder eines Pigments suspendiert werden. Das Rot-, Grün-, Blau-Farbsystem ist für die meisten Anwendungen bevorzugt.
III. Abdichten der Mikrobecher
Das Abdichten der Mikrobecher kann auf verschiedene Weise erfolgen. Ein bevorzugter Versuch ist der, eine UV-härtbare Zusammensetzung, die multifunktionelle Acrylate, acrylierte Oligomere und Photoinitiatoren enthält, in ein elektrophoretisches Fluid, das geladene Pigmentteilchen in farbigem dielektrischem Lösungsmittel dispergiert enthält, zu dispergieren. Die UV-härtbare Zusammensetzung ist unmischbar mit dem dielektrischen Lösungsmittel und hat ein spezifisches Gewicht geringer als jenes des dielektrischen Lösungsmittels und der Pigmentteilchen. Die beiden Komponenten, UV-härtbare Zusammensetzung und elektrophoretisches Fluid, werden sorgfältig in einem Mischer in-line vermengt und unmittelbar als Überzug auf den Mikrobechern mit einem Präzisionsbeschichtungsmechanismus, wie Myradbargravur, Rakel-Nutbeschichtung oder Schlitzbeschichtung, aufgebracht. Eine kleine Menge eines schwachen Lösungsmittels oder Lösungsmittelgemisches, wie Isopropanol, Methanol oder ihre wäßrigen Lö sungen, können verwendet werden, um das restliche elektrophoretische Fluid auf der oberen Oberfläche der Trennwände des Mikrobechers zu entfernen. Flüchtige organische Lösungsmittel können verwendet werden, um die Viskosität und die Bedeckung des elektrophoretischen Fluids zu steuern. Die so gefüllten Mikrobecher werden dann getrocknet, und die UV-härtbare Zusammensetzung schwimmt auf der Oberfläche des elektrophoretischen Fluids. Die Mikrobecher können durch Härten der oben schwimmenden UV-härtbaren Schicht während oder nach ihrem Aufschwimmen zu der Oberseite abgedichtet werden. UV- oder andere Strahlung, wie sichtbares Licht IR- und Elektronenstrahlung, können ebenfalls verwendet werden um die Mikrobecher zu härten und abzudichten. Alternativ können Hitze oder Feuchtigkeit auch verwendet werden, um die Mikrobecher zu härten und abzudichten, gegebenenfalls können hitze- und feuchtigkeitshärtbare Gemische verwendet werden.
Eine bevorzugte Gruppe von dielektrischen Lösungsmitteln, die die erwünschte Unterscheidung von Dichte und Löslichkeit gegenüber Acrylatmonomeren und -oligomeren haben, sind halogenierte Kohlenwasserstoffe und deren Derivate. Oberflächenaktive Stoffe können verwendet werden, um die Anhaftung und Benetzung an der Grenzfläche zwischen dem elektrophoretischen Fluid und den Dichtungsmaterialien zu verbessern. Brauchbare oberflächenaktive Mittel sind beispielsweise die FC-Mittel von 3M Company, oberflächenaktive Fluor-Mittel, Zonyl von DuPont, Fluoracrylate, Fluormethacrylate, Fluor-substituierte langkettige Alkohole, Perfluorsubstituierte langkettige Carbonsäuren und deren Derivate.
Alternativ kann das elektrophoretische Fluid und der abdichtende Vorläufer nacheinander in die Mikrobecher als Überzüge eingebracht werden, wenn der Dichtungsvorläufer wenigstens teilweise mit dem dielektrischen Lösungsmittel verträglich ist. So kann das Abdichten der Mikrobecher durch Überbeschichten einer dünnen Schicht von äußerst gut erhaltenem Vorläufer erzielt werden, welcher durch Strahlung, Hitze, Feuchtigkeit oder Grenzflächenreaktionen härtbar ist und auf der Oberfläche des gefüllten Mikrobechers härtet. Grenzflächenpolymerisation, gefolgt von UV-Härtung, ist sehr günstig für das Abdichtungsverfahren. Vermischen der elektrophoretischen Schicht und der Überbeschichtung wird signifikant durch die Bildung einer dünnen Barriereschicht an der Grenzfläche durch Grenzflächenpolymerisation unterdrückt. Das Abdichten wird dann durch eine Nachhärtungsstufe, vorzugsweise durch UV-Strahlung, vervollständigt. Um den Vermischungsgrad weiter zu reduzieren, ist es erwünscht, daß das spezifische Gewicht der Überbeschichtung signifikant unter jenes gesenkt wird, welches das elektrophoretische Fluid hat. Flüchtige organische Lösungsmittel können verwendet werden, um die Viskosität und die Dicke der Beschichtungen einzustellen. Wenn ein flüchtiges Lösungsmittel in der Überbeschichtung verwendet wird, ist es bevorzugt, daß es mit dem dielektrischen Lösungsmittel unmischbar ist. Das zweistufige Überbeschichtungsverfahren ist besonders brauchbar, wenn der verwendete Farbstoff wenigstens teilweise in dem hitzehärtbaren Vorpolymer löslich ist.
IV. Herstellung von monochromen elektrophoretischen Displays
Das Verfahren wird durch das Fließbild, wie in 5 gezeigt, erläutert. Alle Mikrobecher sind mit einer Suspension der gleichen Farbzusammensetzung gefüllt. Das Verfahren kann als ein kontinuierliches Rolle-zu-Rolle Verfahren mit den folgenden Stufen durchgeführt werden:

1. Beschichten einer Schicht von thermoplastischem oder hitzehärtbarem Vorläufer (60), gegebenenfalls mit einem Lösungsmittel oder einem Leiterfilm (61). Das Lösungsmittel, wenn vorhanden, wird leicht verdampft.
2. Die thermoplastische oder hitzehärtbare Vorläuferschicht wird bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur der hitzehärtbaren Vorläuferschicht mit Hilfe einer vorab mit Muster versehenen Einsteckform (62) getieft.
3. Entformung aus der thermoplastischen oder hitzehärtbaren Vorläuferschicht, vorzugsweise während oder nach deren Härtung durch geeignete Maßnahmen.
4. Füllen der so gebildeten Anordnung von Mikrobechern (63) mit einer geladenen Pigmentdispersion (64) in einem gefärbten dielektrischen Lösungsmittel, das wenigstens einen hitzegehärteten Vorläufer enthält, welcher unverträglich mit dem Lösungsmittel ist und ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das Lösungsmittel und die Pigmentteilchen hat.
5. Abdichten der Mikrobecher durch Härtung des hitzehärtbaren Vorläufers vorzugsweise durch Bestrahlung, wie UV-Bestrahlung (65), oder durch Hitze oder Feuchtigkeit während oder nach der Trennung des hitzehärtbaren Vorläufers und bildet eine oben schwimmende Schicht über der flüssigen Phase und bildet so geschlossene elektrophoretische Zellen, die Pigmentdispersion in einem gefärbten dielektrischen Lösungsmittel enthalten.
6. Die abgedichtete Anordnung von elektrophoretischen Zellen wird mit einem zweiten Leiterfilm (66) laminiert, der als Vorbeschichtung mit einer Klebstoffschicht (67) vorliegt, welche ein druckempfindlicher, ein hitze-, feuchtigkeits- oder strahlungshärtbarer Klebstoff ist.

Der Laminatklebstoff kann durch Bestrahlung mit UV (68) durch den oberen Leiterfilm nachgehärtet werden, wenn letzterer zu der Strahlung transportiert wird. Das fertige Produkt kann nach der Laminierungsstufe zerschnitten werden (69).
Die Herstellung der oben beschriebenen Mikrobecher kann bequemerweise durch die Alternativmethode eines bildweisen Bestrahlens des Leiterfilms mit einem hitzehärtbaren Vorläufer, gefolgt von einer Entfernung der unbestrahlten Bereiche mit einem geeigneten Lösungsmittel, ersetzt werden. Die Abdichtung der Mikrobecher kann alternativ durch direktes Überbeschichten und Härten einer Schicht der hitzehärtbaren Vorläuferzusammensetzung über der Oberfläche des elektrophoretischen Fluids erreicht werden.
V. Herstellung von mehrfarbigen elektrophoretischen Displays
Für die Herstellung eines mehrfarbigen elektrophoretischen Displays sind zusätzliche Stufen erforderlich, um Mikrobecher zu erzeugen, die Suspensionen unterschiedlicher Farben enthalten. Diese zusätzlichen Stufen schließen ein, daß man (1) die bereits gebildeten Mikrobecher mit einem positiv arbeitenden Trockenfilm-Photolack laminiert, der aus wenigstens einem entfernbaren Träger, wie PET-4851 von Saint-Gobain, Worcester, MA, einem positiv arbeitenden Novolac-Photolack, wie Microposit S1818 vom Shipley, und eine mit Alkali entwickelbare Klebstoffschicht, wie ein Gemisch von Nacor 72-8685 von der National Starch sowie Carboset 515 von BF Goodrich besteht, (2) selektiv eine bestimmte Menge der Mikrobecher öffnet, indem man den Photolack bildweise bestrahlt, den entfernbaren Trägerfilm entfernt und den positiven Photolack mit einem Entwickler, wie verdünntem Microposit 351-Entwickler von Shipley, entwikkelt, (3) die geöffneten Becher mit dem elektrophoretischen Fluid, welches Teilchen von geladenem weißem Pigment (TiO₂) und Farbstoff oder Pigment der ersten Primärfarbe füllt und (4) die gefüllten Mikrobecher, wie bei der Herstellung monochromer Displays beschrieben, abdichtet. Diese zusätzlichen Stufen können wiederholt werden, um Mikrobecher zu erzeugen, die mit elektrophoretischem Fluid der zweiten und der dritten Primärfarben gefüllt sind.
Spezieller können mehrfarbige elektrophoretische Displays gemäß den in 6 gezeigten Stufen hergestellt werden:

1. Man beschichtet einen hitzehärtbaren Vorläufer (70) auf einem Leiterfilm (71).
2. Die thermoplastische oder hitzehärtbare Vorläuferschicht wird bei einer Temperatur höher als die Glasübergangstemperatur durch eine vorgemusterte Steckform (nicht gezeigt) getieft.
3. Von dem Thermoplasten oder der hitzehärtbaren Vorläuferschicht wird die Form vorzugsweise während oder nach ihrer Härtung durch Kühlung oder Vernetzung durch Strahlung, Hitze oder Feuchtigkeit entfernt.
4. Die so gebildete Anordnung von Mikrobechern (72) wird mit einem positiven Trockenfilm-Photolack laminiert, der wenigstens eine Klebstoffschicht (73), einen positiv arbeitenden Photolack (74) und einen entfernbaren Kunststoffdeckbogen (nicht gezeigt) umfaßt.
5. Bildweise (6c) wird der positiv arbeitende Photolack durch UV, sichtbares Licht oder andere Strahlung bestrahlt, der Deckbogen wird entfernt, und in dem belichteten Bereich werden Becher entwickelt und geöffnet. Der Zweck der Stufen 4 und 5 ist der, die Mikrobecher in einem vorbestimmten Bereich (6d) selektiv zu öffnen.
6. In die geöffneten Mikrobecher wird eine Dispersion (75) von geladenem weißem Pigment in einem dielektrischen Lösungsmittel, welches wenigstens einen Farbstoff oder ein Pigment der ersten Primärfarbe enthält, und ein hitzehärtbarer Vorläufer (76) gefüllt, welcher mit dem Lösungsmittel unverträglich ist und ein niedrigeres spezifisches Gewicht als das Lösungsmittel und die Pigmentteilchen hat.
7. Die Mikrobecher werden versiegelt, um geschlossene elektrophoretische Zellen zu bilden, die elektrophoretisches Fluid der ersten Primärfarbe enthalten, indem man den hitzehärtbaren Vorläufer (vorzugsweise durch Strahlung, wie UV, weniger bevorzugt durch Hitze oder Feuchtigkeit) während oder nach Abtrennung des hitzehärtbaren Vorläufers und Bildung einer oben schwimmenden Schicht über der flüssigen Phase (6e)
8. Die oben beschriebenen Stufen 5 bis 7 können wiederholt werden, um gut definierte Zellen zu erzeugen, die elektrophoretische Fluide unterschiedlicher Farben in verschiedenen Bereichen (6e, 6f und 6g) enthalten.
9. Die abgedichtete Anordnung elektrophoretischer Zellen wird in Ausrichtung zu einem zweiten vorgemusterten transparenten Leiterfilm (77), der mit einer Klebstoffschicht (78) vorbeschichtet ist und der ein Haftkleber, ein Heißschmelzkleber, ein hitze-, feuchtigkeits- oder strahlungshärtbarer Klebstoff ist, laminiert.
10. Der Klebstoff wird gehärtet.

Die Herstellung der in dem Verfahren oben beschriebenen Mikrobecher kann bequemerweise durch das Alternativverfahren ersetzt werden, bei dem man den Leiterfilm, der mit einem hitzehärtbaren Vorläufer beschichtet ist, bildweise belichtet und danach die unbelichteten Bereiche mit einem geeigneten Lösungsmittel entfernt. Das Abdichten der Mikrobecher kann alternative durch direktes Überziehen mit einer Schicht des hitzehärtbaren Vorläufermaterials über der Oberfläche der flüssigen Phase erfolgen.
Die Dicke des nach dem vorliegenden Verfahren, wie beschrieben, hergestellten Displays kann so dünn wie ein Stück Papier sein. Die Breite des Displays ist die Breite des Beschichtungsstreifens (typischerweise 3–90 Inch). Die Länge des Displays kann irgendwo zwischen Inches und tausend Fuß liegen, abhängig von der Größe der Rolle.
Beispiele
Die folgenden Beispiele sind angeführt, um es dem Fachmann zu ermöglichen, die vorliegende Erfindung klarer zu verstehen und zu praktizieren. Sie sollten nicht als Beschränkung der Erfindung, sondern lediglich als deren Illustration und Präsentation angesehen werden.
Beispiel 1
Herstellung von Mikrobechern durch Mikrotiefen
Die Zusammensetzung, die in Tabelle 1 gezeigt ist, wird als Überzug auf Mylar J101/200 Gauge unter Verwendung eines Nickel-Chrom-Filmapplikators vom Bird-Typ mit einer Öffnung von 3 mil aufgebracht. Das Lösungsmittel läßt man verdampfen, wobei es hinter einem klebrigen Film mit einem Tg unter Raumtemperatur austritt.
Tabelle 1: PMMA-haltige Zusammensetzung für Mikrotiefung
Eine vorgefertigte Matrize von Photo Stencil, Colorado Springs, CO., wurde als die Einsteckform für Mikrotiefung verwendet, und Frekote 700-NC von Henkel wurde als Entformer benutzt. Der Beschichtungsfilm wurde dann mit der Matrize unter Verwendung einer Druckwalze bei Raumtemperatur getieft. Die Beschichtung wurde dann während etwa 20 Minuten durch den Mylar-Film unter Verwendung einer Loctite Zeta 7410 Belichtungseinheit, die mit einer Metallfluoridlampe mit einer Intensität von 80 mW/cm² bei 365 nm ausgestattet war, UV-gehärtet. Der tiefgezogene Film wurde dann aus der Form freigegeben, um gut definierte Mikrobecher mit Seitenabmessungen im Bereich von 60 μm bis zu 120 μm (200–400 dpi) und einer Tiefe im Bereich von 5 μm bis 30 μm, gemessen durch optische Profilometrie und Mikroskopie, zu ergeben.
Beispiel 2
Eine Zusammensetzung, die festes Oligomer, Monomer und Additiv enthält, ist in Tabelle 2 gezeigt. Die Glasübergangstemperatur des Gemisches ist wiederum unter Raumtemperatur. Die klebrige Beschichtung wird oben auf Mylar J101/200 Gauge wie oben aufgebracht. Das Tiefen kann bei 32°C und 60°C unter Verwendung einer erhitzen Druckwalze oder eines Laminators durchgeführt werden. Gut definierte Mikrobecher mit hoher Auflösung (100–400 dpi) mit einer Tiefe im Bereich von 5 bis 30 Mikron wurden hergestellt.
Tabelle 2: Tiefen einer Zusammensetzung, die Oligomer, Monomer, Additive und Lösungsmittel enthält
Beispiel 3
Herstellung von Pigmentdispersion in dielektrischem Lösungsmittel
Polystyrol (0,89 Gramm, Polysciences, Inc., Molekulargewicht 50.000) und AOT (0,094 Gramm, American Cyanamide, Natriumdioctylsulfosuccinat) wurden in 17,74 Gramm heißem Xylol (Aldrich) aufgelöst. Ti-Pure R-706 (6,25 Gramm) wurde zu der Lösung zugesetzt und in einem Attritor mit 200 Umdrehungen je Minute während mehr als 12 Stunden gemahlen. Eine stabile Dispersion mit niedriger Viskosität wurde erhalten. Oil-blue N (0,25 Gramm, Aldrich) wurde zugegeben, um die Dispersion zu färben. Die Suspension wurde dann in einer elektrophoretischen Standardzelle getestet, die zwei ITO-Leiterplatten umfaßte, welche durch einen Abstandshalter von 24 Mikron voneinander getrennt waren. Hoher Kontrast, abwechselnd weiße und blaue Bilder, wurden mit einer Umschaltgeschwindigkeit von etwa 60 Hz und einer Anstiegszeit von 8,5 Millisekunden bei 80 Volt beabachtet.
Beispiel 4
Das Experiment des Beispiels 3 wurde wiederholt mit der Ausnahme, daß Oil Red EGN (Aldrich) und eine elektrophoretische Zelle mit einem Abstandshalter von 24 Mikron verwendet wurden. Ein hoher Kontrast, alternierende rote und weiße Bilder, wurden mit einer Umschaltgeschwindigkeit von 60 Hz und einer Anstiegszeit von 12 Millisekunden bei 60 Volt beobachtet.
Beispiel 5
Ti-Pure R-706 (112 Gramm) wurde mit einem Attritor in einer Lösung vermahlen, die 11,2 Gramm Maleinsäureanhydrid-Copolymer (Baker Hughes X-5231), 24 Gramm 3,4-Dichlorbenzotrifluorid und 24 Gramm 1,6-Dichlorhexan (beide von Aldrich) enthielt. Ähnlich wurden 12 Gramm Ruß in einer Lösung mit einem Gehalt von 1,2 Gramm alkyliertem Polyvinylpyrrolidon (Ganex V216 von ISP), 34 Gramm 3,4-Dichlorbenzotrifluorid und 34 Gramm 1,6-Dichlorhexan (Aldrich) bei 100°C vermahlen. Diese beiden Dispersionen wurden dann homogen miteinander vermischt und getestet. Schwarze und weiße Bilder mit hohem Kontrast wurden mit einer Umschaltgeschwindigkeit bis zu 10 Hz und einer Anstiegszeit von etwa 36 Millisekunden bei 100 Volt beobachtet.
Beispiel 6
Abdichtung der Mikrobecher in einem einstufigen Verfahren
0,05 Milliliter UV-härtbarer Zusammensetzung mit 1 Gew.-% Benzildimethylketal (Esacure KB1 von Sartomer) in HDDA (1,6-Hexandioldiacrylat von Aldrich) wurden in 0,4 ml eines dielektrischen Lösungsmittels dispergiert, welches 0,5 Gew.-% des 2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,9,9,10, 10,10-Nonadecafluor-1-decanol (Aldrich) in FC-43 von 3M Company enthielt. Die resultierende Dispersion wurde dann unmittelbar in eine Anordnung von Mikrobechern gefüllt, die wie in Beispiel 2 hergestellt worden waren. Überschuß an Fluid wurde mit einem Wischerblatt weggekratzt. Die HDDA-Lösung ließ man sich in ihre Phasen während wenigstens 30 Sekunden trennen und härtete durch UV-Strahlung (10 mw/cm²) während etwa 1 Minute. Eine harte, klare Schicht wurde oben über den Mikrobechern beobachtet, und die Mikrobecher waren dicht verschlossen.
Beispiel 7
Versiegeln der Mikrobecher durch ein zweistufiges Verfahren (Überbeschichten und UV-Härtung)
Das elektrophoretische Fluid, das in Beispiel 5 hergestellt worden war, wurde als Überzug auf der Mikrobecheranordnung aufgebracht, die wie in Beispiel 2 hergestellt war. Eine dünne Schicht von optischem Klebstoff NOA 60 (Norland Products Inc., New Brunswick, NJ) wurde als Beschichtung auf den gefüllten Mikrobechern aufgebracht. Ein Überschuß des UV-Klebstoffs wurde mit einem Streifen Mylar-Film weggekratzt und durch ein Stück absorbierendes Papier gereinigt. Der überbeschichtete Klebstoff wurde dann unmittelbar unter einer Loctite Zeta 7410U V-Belichtungseinheit während etwa 15 Minuten gehärtet. Die Mikrobecher wurden vollständig versiegelt, und keine Lufttasche wurde beobachtet. Die Dicke der gehärteten Klebstoffschicht war etwa 5 bis 10 Mikron, gemessen mit einem Mitutoyo-Dickenmeßgerät.
Beispiel 8
Versiegeln der Mikrobecher durch ein zweistufiges Verfahren (Überbeschichten und Feuchtigkeitshärtung)
Das Experiment des Beispiels 7 wurde wiederholt, jedoch mit der Ausnahme, daß der Norland-Klebstoff durch Instant Krazy Kleber von Elmer's Products, Inc., Columbus, Ohio, ersetzt wurde. Der Überbeschichtungsklebstoff wurde dann während 5 Minuten durch Feuchtigkeit in der Luft überbeschichtet. Die Mikrobecher wurden vollständig versiegelt, und keine Lufttasche wurde beobachtet. Die Dicke der gehärteten Klebstoffschicht war etwa 5 bis 10 Mikron, gemessen mit einem Mitutoyo-Dickenmeßgerät.
Beispiel 9
Verschweißen der Mikrobecher mit einem zweistufigen Verfahren (Überbeschichtung und Grenzflächenpolymerisation)
Das Experiment von Beispiel 8 wurde mit der Ausnahme wiederholt, daß das elektrophoretische Fluid durch eine 3,4-Dichlorbenzotrifluorid-Lösung mit einem Gehalt von 0,3 Gew.-% Tetraethylenpentaamin (Aldrich) ersetzt wurde und der Instant Krazy Kleber durch ein aliphatisches Polyisocyanat (Desmodur N 3300 von Bayer Corp.), einer Lösung in wasserfreiem Ether, ersetzt wurde. Ein stark vernetzter dünner Film wurde fast unmittelbar nach dem Überbeschichten beobachtet. Das dielektrische Lösungsmittel wurde vollständig im Inneren der Mikrobecher eingeschlossen, nachdem der Ether bei Raumtemperatur verdampft worden war. Es wurden keine Lufttaschen beobachtet.

Claims

Elektrophoretisches Display mit einer Vielzahl von aus Mikrobechern gebildeten Zellen (72), wobei jede dieser Zellen (72) (i) umgebende Scheidewände, (ii) eine elektrophoretische Zusammensetzung (75) darin eingefüllt und (iii) eine polymere Dichtungsschicht umfaßt, die von einer Dichtungszusammensetzung (76) mit einem spezifischen Gewicht geringer als jenes der elektrophoretischen Zusammensetzung gebildet wird und dichtend an der Oberfläche der Scheidewände anhaftet, um die elektrophoretische Zusammensetzung in jeder Zelle einzuschließen.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, worin die Vielzahl von Zellen sandwichartig zwischen einer obersten Elektrode (77) und einer Bodenelektrode (71) angeordnet ist, wobei wenigstens eine dieser Elektroden transparent ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Zellen eine im wesentlichen gleichmäßige Größe und Form oder unterschiedliche Größen und Formen haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Zellen nichtkugelig sind.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Mikrobecher eine Öffnung mit einer kreisförmigen, polygonalen, hexagonalen, rechteckigen oder quadratischen Form haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Mikrobecher einen Öffnungsbereich haben, der im Bereich von etwa 10² bis etwa 5 × 10⁵ μm², vorzugsweise von etwa 10³ bis etwa 5 × 10⁴ μm² haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Zellen eine Tiefe im Bereich von etwa 3 bis etwa 100 Mikron, vorzugsweise von etwa 10 bis etwa 50 Mikron, haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Mikrobecher ein Verhältnis von Öffnung zu Wand im Bereich von etwa 0,05 bis etwa 100, vorzugsweise von etwa 0,4 bis etwa 20 haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die elektrophoretische Zusammensetzung mit weißen Teilchen beladen ist, die in einem farbigen dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch dispergiert sind.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 9, bei dem das dielektrische Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch durch einen Farbstoff oder ein Pigment gefärbt sind.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 9, bei dem das dielektrische Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch eine niedrige dielektrische Konstante im Bereich von etwa 2 bis etwa 30 hat.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 9, bei dem die elektrophoretische Zusammensetzung eine Dispersion von Weißpigmentteilchen, dispergiert in dem dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, gefärbt durch einen Farbstoff oder eine zweite Farbpigmentdispersion, umfaßt.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 12, bei dem der Farbstoff oder die Farbpigmentdispersion nichtionisch ist oder eine Ladungspolarität hat, die von jener der Weißpigmentdispersion verschieden ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die elektrophoretische Zusammensetzung geladene TiO₂-Teilchen, dispergiert in einem gefärbten oder geschwärzten Lösungsmittel, umfaßt.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die elektrophoretische Zusammensetzung eine substraktive oder additive Farbe ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 10, bei dem der Farbstoff oder das Pigment ungeladen sind oder eine von jener der weißen Pigmentteilchen verschiedenen Ladungspolarität haben.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Dichtungszusammensetzung eine UV-härtbare Zusammensetzung ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die Dichtungszusammensetzung einen Thermoplasten oder hitzehärtbaren Vorläufer umfaßt.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, worin die Dichtungszusammensetzung ein Material umfaßt, welches aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus polyvalentem Acrylat oder Methacrylat, Cyanoacrylaten, polyvalentem Vinyl, polyvalentem Epoxid, polyvalentem Isocyanat, polyvalentem Allyl und Oligomeren oder Polymeren, die vernetzbare funktionelle Gruppen enthalten, besteht.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, in dem die Dichtungszusammensetzung in einem organischen Lösungsmittel gelöst oder dispergiert ist, welches mit der elektrophoretischen Zusammensetzung unverträglich oder unmischbar ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 1, bei dem die elektrophoretische Zusammensetzung teilweise in jeden der Mikrobecher eingefüllt ist.
Elektrophoretisches Display nach Anspruch 21, bei dem diese teilweise eingefüllte elektrophoretische Zusammensetzung in Berührung mit der polymeren Dichtungsschicht steht.
Verfahren zur Herstellung eines elektrophoretischen Displays, mit den Stufen, in denen man a) Mikrobecher (72) mit einer elektrophoretischen Zusammensetzung (75) füllt, die geladene Pigmentteilchen umfaßt, welche in einem dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch dispergiert sind, und b) die gefüllten Mikrobecher mit einer polymeren Dichtungsschicht abdichtet, welche aus einer Dichtungszusammensetzung (76) mit einem spezifischen Gewicht geringer als jenes der elektrophoretischen Zusammensetzung gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Dichtungszusammensetzung in der elektrophoretischen Zusammensetzung dispergiert wird und das Abdichten der gefüllten Mikrobecher durch Härten der Dichtungszusammensetzung bewerkstelligt wird, während oder nachdem sie einer Phasentrennung unterliegt und eine oben schwimmende Schicht über der elektrophoretischen Zusammensetzung bildet.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das Abdichten der gefüllten Mikrobecher durch Aufbringung einer Beschichtung der Dichtungszusammensetzung, die wenigstens teilweise unmischbar mit der elektrophoretischen Zusammensetzung ist, auf dieser elektrophoretischen Zusammensetzung bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die Dichtungszusammensetzung einen Thermoplasten oder hitzehärtbaren Vorläufer umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 24 oder 25, bei dem die Dichtungszusammensetzung ein Materialumfaßt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus polyvalentem Acrylat oder Methacrylat, Cyanoacrylaten, polyvalentem Vinyl, polyvalentem Epoxid, polyvalentem Isocyanat, polyvalentem Allyl und Oligomeren oder Polymeren, die vernetzbare funktionelle Gruppen enthalten, besteht.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Dichtungszusammensetzung einen Thermoplasten oder hitzehärtbaren Vorläufer umfaßt, der mit einem flüchtigen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch verdünnt ist, welches nach dem Beschichten der elektrophoretischen Zusammensetzung verdampft wird.
Verfahren nach Anspruch 25, bei dem die Dichtungszusammensetzung einen Thermoplasten oder hitzehärtbaren Vorläufer umfaßt, der durch Strahlung, Hitze, Feuchtigkeit oder Grenzflächenreaktionen an der Grenzfläche zwischen der Beschichtung und der elektrophoretischen Zusammensetzung gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, weiterhin mit Laminieren der abgedichteten Mikrobecher mit einem zweiten Leiterfilm (77), der mit einer Klebstoffschicht vorüberzogen ist.
Verfahren nach Anspruch 30, bei dem die Klebstoffschicht durch Hitze, Feuchtigkeit oder Strahlung vernetzbar ist und während oder nach der Laminierung gehärtet wird.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem die Mikrobecher durch (a) Prägen einer Schicht von Thermoplast oder hitzehärtbarem Vorläufer (70), der als Überzug auf einem Leiterfilm (71) mit einer vorprofilierten Steckform (62) aufgebracht wird, und (b) Härtung des Thermoplasten oder der hitzehärtbaren Vorläuferschicht und Ablösen von der Form hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der hitzehärtbare Vorläufer aus der Gruppe ausgewählt wird, die aus polyvalentem Acrylat oder Methacrylat, polyvalentem Vinyl, polyvalentem Epoxid, polyvalentem Allyl und Oligomeren oder Polymeren, die vernetzbare funktionelle Gruppen enthalten, besteht.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem der Thermoplast oder die hitzehärtbare Vorläuferschicht bei einer Temperatur nahe oder oberhalb ihrer Glasübergangstemperatur, vorzugsweise im Bereich von etwa –70°C bis etwa 150°C, stärker bevorzugt von etwa –20°C bis etwa 100°C geprägt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem das Härten der hitzehärtbaren Vorläuferschicht durch Vernetzen mit Strahlung, vorzugsweise durch UV, sichtbares Licht, nahe IR oder Elektronstrahlbestrahlung, Hitze, Feuchtigkeit, Kühlung oder Verdampfen eines Lösungsmittels oder Weichmachers, bewerkstelligt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, bei dem die vorprofilierte Steckform vor, während oder nach der Härtung des Thermoplasten oder der hitzehärtbaren Vorläuferschicht entformt wird.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die Mikrobecher durch a) Aufbringung einer Schicht einer strahlungshärtbaren Zusammensetzung (51) auf einem Leiterfilm (52), b) bildweise Belichtung der strahlungshärtbaren Schicht und c) Entfernung der unbelichteten Bereiche durch einen Entwickler oder ein Lösungsmittel, um die Mikrobecher freizugeben, hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die strahlungshärtbare Zusammensetzung ein Material umfaßt, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus polyvalentem Acrylat oder Methacrylat, polyvalentem Vinyl, polyvalentem Epoxid, polyvalentem Allyl und Oligomeren oder Polymeren, die vernetzbare funktionelle Gruppen enthalten, besteht.
Verfahren nach Anspruch 37, bei dem die bildweise Entwicklung durch UV, sichtbares Licht, nahe IR oder Elektronenstrahlbestrahlung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 23, bei dem das elektrophoretische Display ein vielfarbenelektrophoretisches Display ist, mit den Stufen, in denen man a) Mikrobecher mit einer Schicht von positivem Photoresist (74) versieht, b) den positiven Photoresist bildweise belichtet, um selektiv die Mikrobecher in einem vorbestimmten Bereich zu öffnen, c) die geöffneten Mikrobecher mit einer elektrophoretischen Zusammensetzung füllt, die geladene Pigmentteilchen, dispergiert in einem dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, mit einem Gehalt einer Farbstoff- oder Pigmentdispersion einer ersten Farbe füllt, d) die gefüllten Mikrobecher abdichtet, um geschlossene elektrophoretische Zellen zu bilden, die mit der elektrophoretischen Zusammensetzung der ersten Farbe gefüllt sind, e) die Stufen b) bis d) in unterschiedlichen Bereichen wiederholt, um Gruppen geschlossener elektrophoretischer Zellen zu erzeugen, die mit elektrophoretischen Zusammensetzungen anderer Farben gefüllt werden, und f) restlichen positiven Photoresist, wenn vorhanden, entfernt.
Verfahren nach Anspruch 40, zusätzlich mit einer Laminierung der geschlossenen elektrophoretischen Zellen mit einem zweiten Leiterfilm (77), der mit einer Klebstoffschicht (78) vorbeschichtet ist.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem die Dichtungszusammensetzung in der elektrophoretischen Zusammensetzung dispergiert wird und die Dichtung der gefüllten Mikrobecher durch Härtung der Dichtungszusammensetzung während oder nach ihrer Phasentrennung und Bildung einer oben schwimmenden Schicht über der elektrophoretischen Zusammensetzung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem das Abdichten der gefüllten Mikrobecher durch Beschichten der elektrophoretischen Zusammensetzung mit der Dichtungszusammensetzung, welche wenigstens teilweise mit dem dielektrischen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch unmischbar ist, erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem eine Klebstoffschicht als Vorüberzug auf dem positiven Photoresist aufgebracht wird und auf den Mikrobechern laminiert wird.
Verfahren nach Anspruch 44, bei dem die Klebstoffschicht durch einen Entwickler des positiven Photoresists entwickelt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 40, bei dem die Mikrobecher durch Prägen eines Thermoplasten oder einer hitzehärtbaren Vorläuferschicht (60) oder durch bildweise Belichtung einer Schicht einer strahlungshärtbaren Zusammensetzung (51) hergestellt werden.