(57)【要約】【課題】従来のフレキシブル電気泳動型表示装置では、有害であるインク溶媒を用いる必要があり、製造中および販売後の使用中の両方において危害を及ぼす可能性が高い。【解決手段】電気泳動型表示装置はマイクロセルアレイ１１０−１を含んでおり、前記各マイクロセルは、インク量１４０−１を含むマイクロウェル１２０−１と、マイクロウェル１２０−１の上端に付着させられたポリマー系薄膜１３０−１と、を備える。薄膜１３０−１は、インクで満たされたマイクロウェル１２０−１を覆う水溶液および水アルコール溶液を気化することによって形成される。インク１４０−１は、イソパラフィン系溶媒あるいは油系溶媒を含み、マイクロウェル１２０−１の周辺側方壁１２５−１は２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内にある表面エネルギーを有しており、比較的軽いインクが比較的重い密封溶液の上方に移動するのを防止するとともに、前記薄膜をマイクロウェルの側方壁に確実に付着させることを容易にする。【選択図】図１
2006178456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のマイクロセルを含む表示装置であって、
各々のマイクロセルが、
下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルと、
前記マイクロウェル内に入れられたインク量であって、懸濁流体のなかに複数の粒子を含む前記インク量と、
前記周辺側方壁の上端に付着させられたポリマー系の薄膜であって、前記薄膜および前記マイクロウェルの前記下方壁および前記周辺側方壁によって画定された空洞の内部に前記インク量が密封されるようにする薄膜と、
を備え、
前記懸濁流体が、イソパラフィン系溶媒およびシリコーン油系溶媒のうちの１つを含む表示装置。
【請求項２】
表示装置の製造方法であって、
下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルであって、前記周辺側方壁の上端によって開口部が画定されるマイクロウェルを形成し、
粒子と、イソパラフィン系懸濁流体および油系懸濁流体のうちの１つと、を含むインク溶液を、前記開口部を通じて前記マイクロウェル構造のなかに注入し、
水溶液および水アルコール溶液のうちの１つに懸濁させたポリマーを含む密封溶液で前記マイクロウェルを被覆し、
前記ポリマーが、前記周辺側方壁の上端に接着して前記開口部を覆う薄膜を形成するように前記密封溶液を硬化させ、前記インク溶液を前記マイクロウェルの内部に密封することを含む製造方法。
【請求項３】
表示装置の製造方法であって、
下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルであって、前記周辺側方壁の上端によって開口部が画定され、かつ、表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内である壁部材料で構成されるマイクロウェルを形成し、
イソパラフィン系懸濁流体およびシリコーン油系懸濁流体のうちの１つに懸濁させた顔料粒子を含むインク溶液を、前記開口部を通じて前記マイクロウェル構造のなかに注入し、
水溶媒および水アルコール溶媒のうちの１つに懸濁させたポリマーを含む密封溶液で前記マイクロウェルを被覆することを含む製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非発光型の表示装置に関し、特に、柔軟性のある、粒子による表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動型表示装置は、粒子による、非発光型の表示装置の１つのタイプであって、これには、数千個の、独立してアドレス指定可能なマイクロセルのアレイが含まれ、その各々のマイクロセルには、一対の対向するように間隔をおいて配置されたプレート状の電極の間に保持された少量の電気泳動インクが含まれる。一般に、各々のマイクロセルは、大きさが、数十マイクロメートルから数百マイクロメートルである。電気泳動インクは、電極間の密閉されたセル領域のなかに保たれた着色懸濁流体中に懸濁している帯電した顔料粒子を含む。２つの電極のうち、少なくとも一方が透明であり、その透明電極を通してインクの状態を視認することが可能である。２つの電極間に電圧差をかけると、顔料粒子は、その顔料粒子によって蓄積された極性とは反対の極性を有する電極の方に移動し、それによって、電極の極性を選択的に変化させることによって透明電極を通じて表示される色を変化させることが容易になる。例えば、第１の電圧電位（例えば、高電圧）を透明電極に印加するとともに、反対の電圧電位（例えば、低電圧）を第２の電極に印加することによって、一粒子系インクの顔料粒子が、透明電極の方に移動させられて、その顔料粒子によって決まる表示色が表示される。極板の極性を反転することで、顔料粒子が、第２の電極の方に移動させられて、それによって、透明電極上に表示される色が、着色懸濁流体の色に変化させられる。中間の色濃度（あるいは中間調）は、電極の極性（電圧パルス長および振幅）を変化させて、異なる数の顔料粒子を透明電極の方に向かって移動させることによって得ることができる。二粒子系インクを用いた場合には、異なる色の反対に帯電したインク粒子が、印加された極性に応じて、反対の電極の方に移動する。この表示装置は、米国特許第６，０１７，５８４号明細書に記載のように、二粒子以上の電気泳動インクを含有する場合もある。
【０００３】
磁気泳動型表示装置（magnetophoretic displays）は、粒子による表示装置のもう１つのタイプであって、これには、例えば、白色の非磁性粒子の溶液中に懸濁している暗い色の磁化可能な粒子を含む磁気泳動インクが用いられる。磁化可能な粒子としては、例えば、鉄粒子または磁鉄鉱粒子であることが可能であり、白色粒子としては、二酸化チタンを主成分とする粒子またはその他の光散乱粒子であることが可能である。懸濁流体は、透き通っていてもよく、追加の界面活性剤を添加して良好な分散を保つのを助けるようにしてもよい。磁場勾配を（例えば、磁気針によって）かけると、磁性粒子が、より磁場強度が高い方向に移動する。これは、磁気ボード（マグナ・ドゥードル（MagnaDoodle））表示装置の原理である。（http://www.howstuffworks.com/magna-doodle6.htm）
【０００４】
その他の、粒子による（発光型）表示装置には、懸濁した蛍光粒子または燐光粒子からなるものもあり、その蛍光発光または燐光発光は、例えば、紫外線（ＵＶ光）によって活性化することができる。
【０００５】
例えば、コンピュータ用のフレキシブル表示装置あるいは電子ペーパーに対する要望が高まるにつれ、粒子による（例えば、電気泳動型または磁気泳動型）表示装置であって、粒子系インク（例えば、電気泳動インクまたは磁気泳動インク）が２つの柔軟性のある基板間に確実に密封されている表示装置に対する必要性が生じてきている。フレキシブル電気泳動型表示装置における隣接するマイクロセルは、一般に、垂直側壁によって隔てられており、粒子の沈殿および凝集を防ぐとともに、２つの向かい合う電極間のスペーサとしての役割を果たす。このマイクロセルの高さは、一般に、約５マイクロメートル〜約２００マイクロメートルの範囲内である（特に、磁気泳動型表示装置の場合には、その高さは、より大きい場合もあり、例えば、５００マイクロメートル〜１ミリメートルの範囲内となる場合もある）。フレキシブル電気泳動型表示装置において、特に重要なのは、インクが、これらのセル間を移動できないように区分けされたマイクロセルを設けることである。そうでなければ、表示装置を曲げたときに、移動する液体によって、書き込まれた画像が壊れてしまうであろう。さらに、セル間の経路が、粒子濃度の勾配を生じさせることにつながる。
【０００６】
フレキシブル電気泳動型表示装置の従来の製造方法には、一般に、５面（上面開放型）のマイクロウェルを柔軟性のある基材シート上に形成し、少量の電気泳動インクを各マイクロウェルのなかに注入し、さらに、そのマイクロウェルの上方の壁に付着して電気泳動インクを密封する上方の柔軟性のある薄膜を形成することが含まれる。このような方法によってフレキシブル電気泳動型表示装置を失敗なく製造する上で重要なことは、開放状態のマイクロウェル内のインクを移動させることなく、あるいは接着剤が、インクと、好ましくない形（例えば、インクが汚染されて凝集が発生するような形）で相互作用するようにさせることなく、通常、液体（粘性）または少なくとも粘着性で硬化していない状態にある、上方の柔軟性のある薄膜を形成することである。
【０００７】
インクを移動させることなく薄膜を形成するという課題を解決する１つの従来のアプローチとしては、比重が比較的大きいインクの上に浮かぶ、比重が比較的小さい、薄い層状の接着剤（つまり、一般的にいう、“未硬化ポリマー”）を用いることがある。この方法による１つのやり方では、インクをマイクロウェルのなかに注入し、その充填されたマイクロセルの上方に接着剤を一定量供給し、さらに、接着剤を硬化させることで、薄膜が形成される。もう１つのやり方では、インクと接着剤とを混合し、その混合物を、マイクロウェルのなかに注入し、相分離させて（すなわち、接着剤がインクの上に浮かぶようにして）、さらに、接着剤を硬化させることで、薄膜が形成される。
【０００８】
【特許文献１】米国特許第６，０１７，５８４号明細書
【特許文献２】米国特許第４，４４５，５２１号明細書
【特許文献３】米国特許第６，２９４，１５８号明細書
【特許文献４】米国特許第６，７０３，０２６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／０００３５８４号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００１／００１９７１１号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００２／０００４０３５号明細書
【特許文献８】米国特許出願公開第２００２／０１３１１５２号明細書
【特許文献９】米国特許出願公開第２００２／０１８８０５３号明細書
【特許文献１０】米国特許出願公開第２００３／００３９０２２号明細書
【非特許文献１】クレイグ・シー・フロイデンリヒ（Craig C. Freudenrich）著、“How Magna Doodle Works”、ＵＲＬ：http://www.howstuffworks.com/magna-doodle6.htm
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
フレキシブル電気泳動型表示装置の従来の形成方法における１つの問題は、インクが、比較的重く（比重が比較的大きく）なければならないことによって、このような従来の方法では、比較的高価あるいは有害なインクの種類、例えば、フルオロカーボンまたは溶媒系インクを用いることが必要とされるという点である。すなわち、これらの従来の方法の成否は、インクおよび密封層材料の化学的および物理的な特性に大きく依存しており、そういうものとして、比較的有害である、比重が大きいインク溶媒を用いることが必要とされ、このために、製造中および販売後の使用中の両方において、危害を及ぼす可能性が高くなる。
【００１０】
必要とされているのは、低コストで、比較的無害で、比重の小さいインクを有用に用いることを容易にする、柔軟性のある、粒子による表示装置を確実に製造する方法である。また、そのような方法によって製造される、低コストの、粒子による表示装置も必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数のマイクロセルを含む表示装置であって、各々のマイクロセルが、下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルと、前記マイクロウェル内に入れられたインク量であって、懸濁流体のなかに複数の粒子を含む前記インク量と、前記周辺側方壁の上端に付着させられたポリマー系の薄膜であって、前記薄膜および前記マイクロウェルの前記下方壁および前記周辺側方壁によって画定された空洞の内部に前記インク量が密封されるようにする薄膜と、を備え、前記懸濁流体が、イソパラフィン系溶媒およびシリコーン油系溶媒のうちの１つを含む表示装置であることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、表示装置の製造方法であって、下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルであって、前記周辺側方壁の上端によって開口部が画定されるマイクロウェルを形成し、粒子と、イソパラフィン系懸濁流体および油系懸濁流体のうちの１つと、を含むインク溶液を、前記開口部を通じて前記マイクロウェル構造のなかに注入し、水溶液および水アルコール溶液のうちの１つに懸濁させたポリマーを含む密封溶液で前記マイクロウェルを被覆し、前記ポリマーが、前記周辺側方壁の上端に接着して前記開口部を覆う薄膜を形成するように前記密封溶液を硬化させ、前記インク溶液を前記マイクロウェルの内部に密封することを含む製造方法であることを特徴とする。
【００１３】
本発明は、表示装置の製造方法であって、下方壁および前記下方壁から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁を含むマイクロウェルであって、前記周辺側方壁の上端によって開口部が画定され、かつ、表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内である壁部材料で構成されるマイクロウェルを形成し、イソパラフィン系懸濁流体およびシリコーン油系懸濁流体のうちの１つに懸濁させた顔料粒子を含むインク溶液を、前記開口部を通じて前記マイクロウェル構造のなかに注入し、水溶媒および水アルコール溶媒のうちの１つに懸濁させたポリマーを含む密封溶液で前記マイクロウェルを被覆することを含む製造方法であることを特徴とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本明細書において特に定義する場合を除いて、全ての技術用語は、当業者によって一般に用いられ、理解されているような通常の定義に従って用いられている。用語「マイクロウェル」とは、フォトリソグラフィ・パターニング、鋳型成形、マイクロエンボス加工、またはその他の製造プロセスによって、実質的に均一な層状の材料のなかに形成されたカップ状の構造を指す。従って、各々のマイクロウェルは、下方壁（そのマイクロウェル材料が堆積させられた基板によって形成することができる）と、その下方壁から上向きに延在し、予め画定された下方壁領域を取り囲む１つまたは複数の周辺側方壁（例えば、単一の円形の壁、または３つまたはそれ以上の連続した実質的に直線の壁）と、を含んでおり、その周辺側方壁の上端によって、そのマイクロウェルの開放端が画定されている。用語「マイクロセル」とは、密封されたマイクロウェル（すなわち、一定量の電気泳動インクまたはその他のインクを含み、周辺壁の上端に固定された密封薄膜を備え、そのインク量が、下方壁、周辺側方壁、および密封薄膜によって画定されている密閉された空間の内部に密封されるようになっているマイクロウェル）によって形成された画像単位を指す。
【００１５】
また、例えば、「上方」、「下方」、「側方」のような位置に関する用語を、以下および特許請求の範囲の記載において、特定の構造を、関係のある構造に対する相対的な位置に基づいて特定するために用いる。従って、特に定義する場合を除いて、これらの位置に関する用語は、固定された外部の基準に基づいて限定されるように意図されたものではない。
【００１６】
図１は、本発明によって構成された粒子による表示装置の一具体例である、マイクロセル１１０−１を含む電気泳動型表示装置１００の一部分を示す断面側面図である。マイクロセル１１０−１は、二次元の下方壁１２２−１と、その下方壁１２２−１から上向きに延在し、下方壁１２２−１によって画定された二次元領域を完全に取り囲む１つまたは複数の連続した周辺側方壁１２５−１と、を形成するようにパターニング処理またはその他の処理が施された電気的絶縁材料層１２０の一部分によって形成されたマイクロウェル１２０−１を含む。マイクロセル１１０−１の幅Ｗ（すなわち、側方壁１２５−１間を測定した値）は、５０〜１０００マイクロメートルの範囲内であり、より好ましくは、１００〜５００マイクロメートルの範囲内である。マイクロセル１１０−１の高さ（深さ）Ｈ（すなわち、下方壁１２２−１の内側表面から側方壁１２５−１の上端１２７−１までを測定した値）は、５〜２００マイクロメートルの範囲内であり、より好ましくは、１０〜１００マイクロメートルの範囲内であり、開口部と総面積の比率が、０．５対０．９８である。また、マイクロセル１１０−１は、側方壁１２５−１の上端１２７−１に接着され、マイクロウェル１２０−１の上方に延在する密封薄膜層１３０の一部分によって形成された薄膜（上方壁）１３０−１を含み、下方壁１２２−１、側方壁１２５−１、および薄膜１３０−１によって画定される密封密閉構造を形成する。この密封密閉構造の内部に配置されるのは、一定量の電気泳動インク（“電気泳動インク量”）１４０−１であり、これは、一粒子系の実施の形態において、着色懸濁流体１４２のなかに帯電した顔料粒子１４５を含む（代替的に、二粒子系インクにおいて、異なる色の反対に帯電した粒子が、透き通った懸濁流体のなかに含まれる場合もある）。電極１５０−１，１５５−１が下方壁１２２−１の下方と、薄膜１３０−１の上方と、にそれぞれ設けられており、選択された電圧源に、制御回路（図示せず）によって接続されている。下方壁１２２−１および薄膜部分１３０−１のうちの少なくとも一方と、それに対応する電極が、透明である。
【００１７】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、動作中のマイクロセル１１０−１を示す断面側面図である。電極１５０−１と、電極１５５−１と、の間に電圧差がかけられると、帯電した顔料粒子１４５が、極性が反対の電極の方に向かって移動する。例えば、図２（Ａ）に示すように、顔料粒子１４５が、負に帯電しており、上方電極１５５−１における比較的高い（電極１５０−１における電位と比較して高い）正の電圧電位によって生じた電界の影響下にある場合に、顔料粒子１４５は、上向きに移動して薄膜部分１３０−１に接し、これによって、マイクロセル１１０−１は、薄膜部分１３０−１を介してみたときに、実質的に、顔料粒子１４５の色にみえるようになる。反対に、負の（電極１５０−１の電位に対して負の）電圧電位が上方電極１５５−１に印加された場合に、顔料粒子１４５は、下向きに移動して下方壁１２２−１に接し、これによって、マイクロセル１１０−１は、薄膜部分１３０−１を介してみたときに、着色懸濁流体１４２の色（あるいは、二粒子系インクでは、反対に帯電した粒子の色）にみえるようになる。
【００１８】
本発明の実施の形態によれば、表示装置１００は、従来の被覆方法（上述）と同様の方法を用いて形成されるが、特殊な材料を用いてマイクロセル１１０−１を形成する点が異なる。特に、本発明において行われる被覆方法の成否は、電気泳動インク、マイクロウェル表面材料、および密封薄膜を形成するために用いるポリマー溶液の材料選択の組み合わせに極めて影響されやすい。電気泳動インク、マイクロウェル表面材料、および密封溶液の組み合わせを適切に選択することが重要であり、そうでなければ、次のような影響が生じるおそれがある。ａ）密封溶液のドクターブレード法による処理中に、インクが、マイクロウェルの外に引き出される（これは、例えば、マイクロウェルの表面における表面エネルギーが低く、マイクロウェルの内部におけるインクに対する毛管力が弱い場合に起こる）。ｂ）密封溶液が、後戻りして、表面を湿らせない（これは、例えば、マイクロウェルの壁部が非常に疎水性の高い場合や、インクが密封溶液をはじく場合に起こる）。ｃ）密封溶液がインクと混じる（これは、インクと密封溶液とが相溶性が高すぎる場合に起こる）。
【００１９】
本発明の１つの態様によれば、電気泳動インク１４０−１の懸濁流体１４２は、イソパラフィン系溶媒（例えば、アイソパー（ＩＳＯＰＡＲ）（商標））または油系溶媒（例えば、シリコーン油系溶媒）を含み、マイクロウェル１２０−１の周辺側方壁１２５−１は、周辺側方壁１２５−１の表面における表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内となるような壁部材料または壁部被覆剤／処理剤（例えば、ＳＵ−８のようなエポキシ系の近紫外線フォトレジスト）を含む。以下にさらに詳しく述べるように、このような組み合わせによって、ＰＶＭ／ＭＡコポリマー（例えば、ポリ（メチルビニルエーテル−ａｌｔ−マレイン酸モノエチルエステル）（ＣＡＳ登録番号：２５０８７−０６−３）、ポリ（メチルビニルエーテル−ａｌｔ−マレイン酸モノブチルエステル）（ＣＡＳ登録番号：２５１１９−６８−０）、ポリ（メチルビニルエーテル−ａｌｔ−マレイン酸モノイソプロピルエステル）（ＣＡＳ登録番号：３１３０７-９５−６））またはＰＶＰ−ＶＡ（マレイン酸モノイソプロピルエステル−ビニルメチルエーテルコポリマー、ポリ（１−ビニルピロリドン−ｃｏ−ビニルアセテートコポリマー）（ＣＡＳ登録番号：２５０８６−８９−９））のアルキルエステルのうちの１つを水溶媒中または水アルコール溶媒中に懸濁させた状態で含む薄膜部分１３０−１を形成するためにポリマー系の密封溶液を用いてマイクロセル１１０−１を製造することが容易になる。当業者であれば認識されるはずであるが、イソパラフィン系、油系、またはシリコーン油系の懸濁流体を含む電気泳動インクによれば、従来の方法に用いられるようなフルオロカーボン（そのなかには、高価なものもあり、オゾン層を破壊するおそれがあるものもある）または溶媒（これに触れたり、その蒸気を吸い込んだりすると人体に有害となる場合がある）によるディスプレイ流体と比べて、安価で、ＶＯＣ（揮発性有機化合物）が少なく、安全上の理由で好ましい（例えば、そのような懸濁流体は比較的環境にやさしい、すなわち、無害である）という利点が得られる。イソパラフィン系、油系、またはシリコーン油系の懸濁流体が現時点では好ましいが、適切な懸濁流体を、例えば、トルエンおよびキシレンのような、環境にやさしいという点では劣る溶媒を用いて作成することも可能である。また、本願発明者らは、水溶媒中または水アルコール溶媒中に懸濁させたＰＶＭ／ＭＡコポリマーのエチルエステルを含むポリマー系の密封溶液によって優れた薄膜が作成されるということを確認した。また、当業者であれば認識されるはずであるが、水溶液系／水アルコール溶液系の密封溶液を選ぶことによって、懸濁流体と密封溶液溶媒との間における水と油の反発作用により、混じるという問題“ｃ”（上述）が防止される。しかしながら、イソパラフィン系／油系の懸濁流体（インク溶媒）が水溶液系／水アルコール溶液系の密封溶液と混じることはないが、インク溶媒は、その比重がより小さいために、密封溶液の上に移動する（すなわち、浮かぶ）ことになる場合がある（但し、懸濁流体の比重がより小さいことは、必須の要件ではない）。従って、重要なのは、（１）問題“ａ”（上述、すなわち、ドクターブレード法による処理中��インクが失われること）と、密封溶液上における“浮かぶ”というインクの移動と、の両方を防ぐために電気泳動インクに対して十分な引き寄せる力があって、かつ（２）薄膜をマイクロウェルの側方壁に確実に付着させることを容易にして、問題“ｂ”（上述、すなわち、薄膜の剥離）を回避するために水溶液系／水アルコール溶液系の密封溶液に対して十分な引き寄せる力がある壁部材料を用いてマイクロウェル１２０−１を形成することである。本願発明者らは、マイクロウェルを、表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内である壁部材料で形成したときに、さらには、１つの具体的な実施の形態において、ＳＵ−８を用いて形成したときに、上述したような有益な特性が得られるということを確認した。ＳＵ−８については、高品質の電気泳動表示装置を確実かつ反復可能に製造するために、イソパラフィン系／油系の電気泳動インクに対する十分な引力が働くとともに、水溶液系／水アルコール溶液系の密封溶液に対する十分な引力が働くということが実験により確認されている。
【００２０】
本発明の具体的な実施の形態によれば、アイソパーＭ（エクソン（Exxon）社製）１ｍｌを、ＴｉＯ２（ノンチョーキング）（米国ニュージャージー州ハイツタウン市所在のエレメンティス・スペシャリティーズ（Elementis Specialities）社製のＴＩＮＴ−ＡＹＤ  ＰＣ９００３）（白色顔料）０．１５ｇ、スーダンレッド７Ｂ（Sudan Red 7B）（赤色着色剤）８ｍｇ、および分散剤としてラムベント・テクノロジーズ（Lambent Technologies）社製のラムケムＰＥ１１３（LamChem PE113）１４ｍｇと混合することによって、アイソパーを主成分とした電気泳動インク１４０−１が作成された。これらの成分をアトリターミル（attritor mill）で摩砕して、粒子サイズを小さくし、その結果として得られたインクを、平行プレート状の構成の高さ約８０マイクロメートルのＳＵ−８セルからなる試験セルで試験した。約１２０Ｖの電圧電位において、このインクは、許容可能な赤色／白色コントラストを示した。ＳＵ−８（マイクロケム（MicroChem Corp.）社製）セルに、このインクを充填し、さらに、これを、ＶＯ５（商標）ヘアスプレーからなる密封溶液で具合良く被覆した。本願発明者らは、この組み合わせの材料によって、フレキシブル電気泳動型表示装置の製造を大幅に簡単にし、それによって、従来の方法における製造上の問題点を解決する、反復可能性が高く、確実な製造プロセスが容易となることを発見した。
【００２１】
本発明のもう１つの具体的な実施の形態によれば、ダウ・コーニング（Dow Corning）社製の２００（５０ｃｓｔ）シリコーン油１ｍｌ、ＴｉＯ２（ノンチョーキング）（エレメンティス・スペシャリティーズ社製のＴＩＮＴ−ＡＹＤ  ＰＣ９００３）０．１５ｇ、および青色着色剤（例えば、米国ウィスコンシン州ミルウォーキー市所在のアルドリッチ（Aldrich）社製のオイルブルーＮ（Oil Blue N））４ｍｇを混合することによって、シリコーン系の電気泳動インクが作成された。これらの成分をアトリターミルで摩砕して、粒子サイズを小さくし、上述したのと同様の試験セルでインクを切り替えたときにかなりの青色／白色コントラストが確認された。さらに、このインクは、上述した密封方法によってＳＵ−８セルのなかに具合良く密封された。本願発明者らは、ダウ・コーニング社製の２００の代わりに、ダウ・コーニング社製の５１０を用いることもできると考える。
【００２２】
本発明によって用いることが可能な電気泳動インクを作成するためのその他の潜在的な顔料、着色剤、電荷添加剤、および懸濁流体は、米国特許第６，０６７，１８５号明細書および米国特許第５，７４５，０９４号明細書に記載されている。
【００２３】
図３（Ａ）〜図３（Ｄ）は、本発明に係るもう１つの実施の形態によるマイクロセル１１０−１の製造に関連する基本的なプロセス工程を示す略断面側面図である。
【００２４】
図３（Ａ）を参照すると、この製造方法は、まず、カップ状のマイクロウェル構造１２０−１を、下方壁１２２−１およびその下方壁１２２−１から上向きに延在する１つまたは複数の周辺側方壁１２５−１を含む絶縁材料層１２０のなかに形成することによって始まる。周辺側方壁１２５−１は、開口部１２８を画定する上端１２７−１を有しており、この開口部１２８を介して、電気泳動インクを、下方壁１２２−１および側方壁１２５−１によって画定されたマイクロキャビティ１２９のなかに注入することができる。
【００２５】
１つの具体的な実施の形態において、マイクロウェル１２０−１は、エポキシ系の近紫外線フォトレジスト（例えば、ＳＵ−８）層１２０を柔軟性のある基板（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）で被覆された厚さ５０〜２５０マイクロメートルのマイラーシート）上に堆積させ、続いて、そのフォトレジストを、知られているフォトリソグラフィ技術を用いてパターニング処理することによって作成され、マイクロウェル１２０−１と実質的に同一のマイクロウェル構造のアレイを形成する。代替的には、それらのマイクロウェル構造を、アクティブマトリックスのバックプレーン（背面基板）上に直接、パターン形成することによって、図１を参照して上述した下方電極を設けるようにすることもできる。
【００２６】
代替的な実施の形態において、マイクロウェル１２０−１は、（例えば、ＳＵ−８のなかの）パターンをシリコーンに転写して鋳型を形成することによって成形され、さらに、この鋳型を用いて、所望の構造が、硬化可能な（例えば、ＵＶ硬化可能な、熱硬化可能な、あるいは触媒の助けによって硬化可能な）ポリマー層のなかに複製される。特に、シルガード１８４（Sylgard 184）シリコーン（ダウ・コーニング社製）を用いて、その鋳型を形成し、ＵＶポリマー６０−７１６５（米国ロードアイランド州クランストン市所在のエポキシーズ・エトセトラ（Epoxies, Etc.）社製のウレタンアクリレート）を用いて、その複製構造を作成する。硬化可能なポリマーとしては、例えば、アクリル系またはエポキシ系のフォトポリマー（すなわち、光照射、例えば、紫外線によって画像露光されたときに選択的に重合および／または架橋されることが可能なポリマー／オリゴマー／モノマーを主成分とする画像形成組成物）または照射硬化可能なポリマーが含まれる。１つの具体的な実施の形態において、エポキシ系のポリマー６０−７１５５およびウレタンアクリレート６０−７１６５（両方とも、クランストン市所在のエポキシーズ・エトセトラ社製）を混合することによって、混合組成樹脂が作成された。硬化されたＵＶポリマー層は柔軟性があり、かつ、アイソパーのなかで膨張しない。１つの実施の形態において、マイクロウェル１２０−１は、薄いシート状のマイラー（図示せず）上に鋳型成形される。この場合においては、わずかに、薄い（数マイクロメートルの）ポリマー層だけが底部に残り、各マイクロウェルの下方壁を形成するように、その鋳型成形プロセスを調整しなければならない。鋳型成形プロセスから残留シリコーンを除去するために、鋳型成形されたポリマーをクリーニング処理（例えば、プラズマクリーニングまたは溶媒クリーニング）しなければならない場合もある。また、鋳型成形されたマイクロウェルに、表面コーティングまたは表面処理を施して、所望の表面エネルギーを生じさせることもできる。
【００２７】
フォトリソグラフィおよび鋳型成形に加えて、いくつかのその他の代替的な製造方法を用いて、マイクロウェル１２０−１を作成することもできる。また、例えば、マイクロエンボス加工または知られている微細加工（microfabrication）方法（例えば、エッチング、レーザアブレーション等）によって、マイクロウェル１２０−１を形成することもできる。さらに、フォトレジストおよびＵＶポリマーを用いるのに加えて、その他のポリマー系（例えば、二成分系）を用いて、マイクロウェル１２０−１を形成することもできる。
【００２８】
図３（Ｂ）を参照すると、続いて、電気泳動インク量１４０−１が、マイクロウェル１２０−１に開口部１２８を介して注入される。上述したように、電気泳動インク量１４０−１には、１８〜３０ｍＮ／ｍの範囲内の表面張力を有する懸濁流体１４２（すなわち、例えば、アイソパーのようなイソパラフィン系溶媒、または油系溶媒またはシリコーン油）のなかに分散させられた電気泳動（帯電）顔料粒子１４５が含まれる。その他の表面張力値も、それに応じて各壁部および密封溶液についての値が変化するのであれば可能な場合もある。また、懸濁流体の粘度は、この範囲がどの程度広い範囲となりうるかについて影響を及ぼす場合もある。注入プロセスは、好ましくは、各セルが一杯に充填されるよりもわずかに足りない程度になるように（すなわち、側方壁１２５−１の上端１２７−１が電気泳動インク量１４０−１の上面１４６よりも上に延在することになるように）行われる。代替的な実施の形態において、注入プロセスは、ドクターブレード法により、またはインクジェット印刷による噴射により、またはスプレーコーティングにより行われ、余分なインクを気化させて行われる。
【００２９】
図３（Ｃ）は、マイクロウェル１２０−１を、水溶液および水アルコール溶媒のうちの１つに懸濁させたポリマーを含む密封溶液層１３０で被覆することを示す。１つの実施の形態において、密封溶液層１３０は、密封溶液を側方壁１２５−１の上端１２７−１上にドクターブレード法により、またはカーテンコーティングすることにより、密封溶液層１３０の下面１３６が電気泳動インク溶液１４０−１の上面１４６に接するように被覆される。現時点における好適な実施の形態において、密封溶液層１３０は、表面張力が約１００〜１４０ｍＮ／ｍであるＰＶＭ／ＭＡコポリマーのエチルエステル（すなわち、膜形成ポリマー：ポリ（メチルビニルエーテル／無水マレイン酸）のモノエチルエステル）を含有する水溶媒／水アルコール溶媒を含む。密封溶液層１３０には、アミノメチルプロパノール（膜の湿気に対する強さを高める）、クエン酸トリエチル（可塑剤であって、粘着性を低減する）、およびジメチコンコポリオール（界面活性剤であって、粘着性を低減する）を含む（但し、これらに限定されない）いくつかの追加の添加剤が含まれる場合もある。１つの具体的な実施の形態において、水溶媒／水アルコール溶媒は、水中に４０％のエタノールを含む。また、密封溶液層１３０は、（密封される側が目視される側である場合に）表示色を変えるために着色剤（染料）または顔料を含有する場合もあり、（例えば、ガラス基板に一致する屈折率が望ましい場合に）その屈折率を増減させるためにナノ粒子を含有する場合もある。さらに、例えば、カーボンナノチューブおよびベイトロン（Baytron）という導電性ポリマーのような導電性材料が添加される場合もある（これは、磁気泳動型表示装置において、静電荷を放散させるために特に有用である場合もある）。上述したように、マイクロウェル１２０−１を、表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内である材料を用いて形成することによって、さらに、マイクロウェル１２０−１を、その幅が５０〜１０００マイクロメートルの範囲内となるように形成することによって、電気泳動インク溶液１４０−１と周辺側方壁１２５−１との間における引力により、密封溶液層１３０の上に、より軽い電気泳動インク溶液１４０−１が上向きに移動する（浮かぶ）ことを防ぐ電気泳動インク溶液１４０−１に対する力が生じる。従って、密封溶液層１３０は、理想的な位置に、電気泳動インク溶液１４０−１および側方壁１２５−１の上端１２７−１によって安定的かつ確実に支持され、ポリマー薄膜を形成する。
【００３０】
図３（Ｄ）は、密封溶液から水溶媒／水アルコール溶媒を気化させることによって、残っているポリマーによってマイクロウェルの開口部を覆う薄膜１３０−１を形成し、マイクロウェル１２０−１によって形成された空洞（chamber）の内部に電気泳動インク溶液１４０−１を密封するように密封溶液を硬化させることを示す（垂直方向の波線で図示）。このサンプルを高温に（例えば、９０℃まで）加熱し、水溶媒／水アルコール溶媒のより完全な気化を実現するようにする場合もある。上述したように、マイクロウェル１２０−１を、表面エネルギーが２０〜３０ｍＮ／ｍの範囲内である材料を用いて形成することによって、密封溶液層１３０と周辺側方壁１２５−１との間における引力により、薄膜１３０−１と側方壁１２５−１の上端１２７−１との間に、しっかりとした連結が生じる（但し、一般に、表面エネルギー値が、はるかにより広い範囲である場合もあり、例えば、適切な界面活性剤を水溶液／水アルコール溶液に添加することによって、その範囲を広げることが可能な場合もある）。
【００３１】
硬化プロセスの後に、薄膜１３０−１の上を別の材料でコーティングすることによって、薄膜１３０−１を、より強固にすることが可能である。１つの実施の形態において、感光性ポリマー（ダイマックス４０１（Dymax 401））を薄膜１３０−１上にコーティングして、さらに、これをＵＶ光によって架橋させる。そのポリマー平面をマイラーシートで押圧することによって極めて滑らかな表面が形成される。ＵＶ露光後に、マイラーは剥離されるが、これは、そのポリマーに対するマイラーの粘着力が弱いために可能である。
【００３２】
本願発明者らは、市販の液体ヘアスプレー（アルベルト−カルバー（Alberto-Culver USA, Inc.）社製のＶＯ５（商標））を、上述のインクを充填したマイクロセルを密封するために用いられる密封溶液として用いることが可能であるということを発見した。好適な実施の形態と同様に、このヘアスプレーは、ＰＶＭ／ＭＡコポリマーのエチルエステルを主成分としており、アミノメチルプロパノール、クエン酸トリエチル、およびジメチコンコポリオールを含み、加えて、香料およびアジピン酸ジイソプロピル軟化剤を含む。このヘアスプレーは、液状で提供されており、充填されたマイクロセルの上に、シート状のマイラーフォイルからなるドクターブレードを用いてそのまま塗布された。その後、温風エアガンを用いて、この層を硬化させた（溶媒を気化させた）。本願発明者らは、結果として得られた薄膜が、数日経過後（すなわち、完全に乾燥させられた後）、脆くなり亀裂が生じ始めるということを発見した。このため、ＰＥＧ２０，０００（ポリエチレングリコール）が、可塑剤として密封溶液に約２〜４重量％添加され、良好な結果が得られた。また、ＰＥＧは、密封溶液層の表面張力を低下させることで、場合によって、それが球状となること（beading up）を防ぐものであると考えられる。また、密封溶液の粘度を高めたことで、後戻り／脱ぬれ（pull-back/de-wetting）についてのより良好な結果がもたらされるということも確認された（脱ぬれは、はるかにより目立たない）。溶媒の一部を気化させることによって、より高い粘度が得られた。液体の体積を元の体積の４０％まで減少させた結果、非常に有用な粘度となった。また、密封溶液のより高い粘度によって、より膜厚の厚い薄膜が作成された。また、より膜厚の厚い薄膜層は、複数層のポリマーを塗布することによって得られる。この材料のＳＵ−８セル壁に対する粘着力は極めて良好であった。剥離試験において、ＳＵ−８壁は、代わりに、ＩＴＯ基板を剥離した。
【００３３】
もう１つの具体的な実施の形態によれば、密封溶液層は、水／アルコール基材（水アルコール溶液）およびシリコーン成分を含む。ヘアスプレーを主成分とする密封ポリマーにおける１つの成分はシリコーンである。シリコーンによって粘着力が低下するということが知られている（例えば、シリコーンは、鋳型成形したものを取り出すという用途によく用いられる）。本願発明者らは、実験において、表面層のなかにシリコーンが存在するときに粒子の粘着力がより低くなると考えられるということを確認した。これは、より高いコントラストが可能であり、表示装置が、より高速で切り替わることができるということを意味する（本願発明者らは、一粒子系インクシステムにおいて、より高速の切り替え速度と、より良好な暗状態と、を確認した）。但し、シリコーンはアイソパーと接触したときに独りでに膨張するものであり、シリコーン油がインクのなかに滲出することもあり、これによって、インクの挙動が変えられる。また、通常、数多くのシリコーンが水溶液と親和性がない。但し、水系と親和性がある親水性（有機修飾）シリコーンの一群がある。これらの有機修飾シリコーンは、ほぼ完全な水溶性を備えており、プロピル基を介して珪素原子に結合されたポリアルキルエノキシ（polyalkylenoxy）基によってメチル基の一部が置換されたジメチルシロキサン分子主鎖からなる（例えば、ジェレスト（Gelest, Inc.）社製のＤＢＥまたはＤＢＰポリマー）。これらの有機修飾シリコーンは、ジメチコンコポリオールとも呼ばれる（例えば、米国特許第６，７０３，０２６号明細書、第５欄参照）。ジメチコンコポリオールのその他の具体例としては、バジルドン・ケミカルズ（Basildon Chemicals）社製のＢＣ４０３またはノベオン（Noveon, Inc.）社製のウルトラシル（Ultrasil）（商標）ジメチコンコポリオール混合物（ポリエチレングリコールとの混合物）がある。
【００３４】
図４〜図７は、本発明によって製造された電気泳動型媒体の写真である。図４は、マイラーフォイル上に形成された鋳型成形マイクロウェルを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）による画像である。図５は、ＳＵ−８壁を備えた完成マイクロセルを示す写真である。これらのマイクロセルは、幅が約２００マイクロメートルであり、深さが約５０マイクロメートルである。図６は、密封されたマイクロセルのＳＥＭ画像であり、ＳＵ−８壁に対する優れた粘着力を備えた薄い薄膜を示す（このサンプルを半分に切断後、剥離は見られない）。図７は、密封されたサンプル（紫色の電気泳動インクを充填）のＳＥＭ画像である。このサンプルは半分に切断され、切断されたセルからインクが蒸発してしまっている。注目すべきは、この薄膜上に粒子の付着はほとんど見られず、むしろ透明に見えるということである。
【００３５】
本発明のもう１つの具体的な実施の形態において、例えば、上述したような表示装置の構造に磁気泳動インクを入れることによって、磁気泳動型表示装置を製造した。この磁気泳動インクは、アイソパーＭを１ｍｌと、分散剤としてラムベント・テクノロジーズ社製のラムケムＰＥ１１３を１４ｍｇと、デュポン（Dupont）社製の白色のＴｉピュアＲ７００（Ti-pure R700）ＴｉＯ２（二酸化チタン）粒子を１００ｍｇと、アルファ・エイサー（Alfa Aesar）社製の酸化鉄（ＩＩ，ＩＩＩ）を２６ｍｇと、を混合することによって作成された。この混合物は、超音波攪拌によって約５分間攪拌された。本願発明者らは、磁石をそのインクの近傍に持って行ったときの暗色／白色コントラストを観察した（酸化鉄粒子が、磁場によって磁化され、その磁石の方に向かって引き寄せられた。このとき、白色の非磁性顔料が、暗色の磁性粒子に移動させられて（取って代わられて）おり、これが、コントラストを生じさせる）。アイソパーを主成分とする磁気泳動インクは、さらに、上述した密封方法を用いてＳＵ−８セルのなかに具合良く密封された。
【００３６】
上述した具体的な実施の形態に加えて、本発明に係る特徴のその他の組み合わせを有益に組み合わせることもできる。例えば、本明細書において述べた密封方法が、例えば、液晶、油等のようなその他の液体（非水性、非アルコール性）を密封するのに有用である場合もある。さらに、本発明は、電気泳動型および磁気泳動型の粒子による表示装置に具体的に言及してここまで述べてきたが、本発明の様々な態様および特徴は、その他の粒子タイプ（例えば、蛍光性または燐光性）を含むインク溶液を用いて表示装置を構成するために用いてもよく、また表示装置以外の装置のなかに液体を封じ込めるために用いてもよい。従って、特に明示されていない限り、添付の特許請求の範囲は、必ずしも、電気泳動型表示装置および磁気泳動型表示装置に関するものとして解釈されるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る１つの実施の形態によって構成された電気泳動型表示装置の一部分を示す略断面側面図である。
【図２（Ａ）】動作時における図１の電気泳動型表示装置を示す断面側面図である。
【図２（Ｂ）】動作時における図１の電気泳動型表示装置を示す断面側面図である。
【図３（Ａ）】本発明に係るもう１つの実施の形態による図１の電気泳動型表示装置の製造方法を示す略断面図である。
【図３（Ｂ）】本発明に係るもう１つの実施の形態による図１の電気泳動型表示装置の製造方法を示す略断面図である。
【図３（Ｃ）】本発明に係るもう１つの実施の形態による図１の電気泳動型表示装置の製造方法を示す略断面図である。
【図３（Ｄ）】本発明に係るもう１つの実施の形態による図１の電気泳動型表示装置の製造方法を示す略断面図である。
【図４】本発明に係る一つの実施の形態によって柔軟性のある基板上に形成された鋳型成形マイクロウェルのＳＥＭ画像を示す図である。
【図５】本発明に係る一つの実施の形態によって形成された完成マイクロセルの写真を示す図である。
【図６】本発明に係る一つの実施の形態によって形成されたＳＵ−８マイクロセルのＳＥＭ画像を示す図である。
【図７】本発明に係る一つの実施の形態によって形成されたＳＵ−８マイクロセルのＳＥＭ画像を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１００  電気泳動型表示装置、１１０−１  マイクロセル、１２０  電気的絶縁材料層、１２０−１  マイクロウェル、１２２−１  下方壁、１２５−１  周辺側方壁、１２８  開口部、１３０−１  薄膜（上方壁）、１４０−１  インク溶液、１４２  懸濁流体、  １４５  顔料粒子。
【図１】
2006178456.tif 000003
【図２（Ａ）】
2006178456.tif 000004
【図２（Ｂ）】
2006178456.tif 000005
【図３（Ａ）】
2006178456.tif 000006
【図３（Ｂ）】
2006178456.tif 000007
【図３（Ｃ）】
2006178456.tif 000008
【図３（Ｄ）】
2006178456.tif 000009
【図４】
2006178456.tif 000010
【図５】
2006178456.tif 000011
【図６】
2006178456.tif 000012
【図７】
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