專利名稱：具有改良彎曲強(qiáng)度和脫模性能的微型杯組分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域電泳顯示器是基于電泳現(xiàn)象影響懸浮在溶劑中的帶電荷顏料微粒所制成的一種非發(fā)射性的裝置。該類顯示器于1969年首次提出。電泳顯示器通常包括一對(duì)相對(duì)而置且分隔開的板狀電極，兩電極間預(yù)留有一定距離。通常，其中一電極是透明的。該兩板之間封裝有著色的溶劑和懸浮的帶電顏料顆粒所組成的分散物。
當(dāng)在二電極之間施加一個(gè)電壓差時(shí)，與顏料顆粒所帶電荷極性相反的極板吸引顏料顆粒遷移到一側(cè)。這樣，在極板上選擇性施加電壓，可決定該顏料的顏色或該溶劑的顏色依電壓差的極性顯現(xiàn)。極板間施加反向電壓，會(huì)引起顆粒遷移回相反的極板，從而改變顏色?？梢酝ㄟ^電壓范圍控制極板電荷，獲得由于透明極板上中間顏料密度引起的中間色彩密度(或灰色梯度)。
現(xiàn)有技術(shù)有許多類型電泳顯示，例如，分區(qū)式電泳顯示器(見M.A.Hopper和V.Novotny，電氣和電子工程師協(xié)會(huì)論文集電氣分卷(IEEE Trans.Electr.Dev.)，卷ED26，No.8，pp 1148-1152(1979)，以及微膠囊化的電泳顯示器(如美國(guó)專利第5,961,804號(hào)和第5,930,026號(hào)所披露的)。在分區(qū)式電泳顯示器的情況下，為避免不希望的微粒遷移(諸如沉淀)，在二個(gè)電極之間分出較小單元。而微膠囊化顯示器則具有基本二維的微膠囊排列，其中各微膠囊含有由介電質(zhì)流體與帶電荷顏料微粒分散物(在視覺上與介電質(zhì)溶劑對(duì)比)所組成的電泳組分。
另外，在本申請(qǐng)人于2000年3月3日提交的未決美國(guó)專利申請(qǐng)09/518,488號(hào)，2001年1月11日提交的未決美國(guó)專利申請(qǐng)09/759,212號(hào)，以及2001年2月25日提交的未決美國(guó)專利申請(qǐng)09/784,972號(hào)中，披露了一種改進(jìn)的電泳顯示(EPD)技術(shù)，在此一并結(jié)合作為參考。改進(jìn)的電泳顯示器包括多個(gè)盒，它們由具有明確定義的形狀，尺寸，縱橫比，和填充有分散在介電溶劑中的帶電荷顏料粒子的微型杯形成。
本發(fā)明簡(jiǎn)述采用多官能團(tuán)的紫外光(UV)固化組分制成微型杯陣列被用于改進(jìn)的電泳顯示器中。然而，如此形成的微型杯結(jié)構(gòu)容易脆裂。由于高度交聯(lián)和收縮，經(jīng)常導(dǎo)致脫模過程中不希望發(fā)生的微型杯與導(dǎo)電基板間的開裂和脫膠。用多官能團(tuán)的紫外光固化組分制成微型杯陣列，還表現(xiàn)出較差的彎曲強(qiáng)度。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果在微型杯組分中添加一種橡膠成分，其彎曲強(qiáng)度和抗應(yīng)力能力可以明顯地改善。兩種其他主要性能還包括當(dāng)使用這種添加橡膠成分的微型杯組分后，微模壓過程中的脫模性能以及密封層和微型杯之間的粘合性能獲得了改善。
適于此目的的合適的橡膠材料包括SBR(丁苯橡膠)、PBR(聚丁二烯橡膠)、NBR(丁腈橡膠)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，以及它們的衍生物。特別有用的功能化橡膠諸如聚丁二烯二甲基丙烯酸酯(polybutadiene dimethacrylate)(自Startomer公司的CN301和CN302，以及Ricon樹脂公司的Ricacryl 3100)，接枝(甲基)丙烯酸酯烴聚合物(graft(meth)acrylated hydrocarbon polymer)(Ricon樹脂公司的Ricacryl 3500和Ricacryl 3801)，以及甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物(terminated butadiene-acrylonitrilecopolymers)(自BFGoodrich公司的Hycar VTBNX 1300×33，1300×43)。
圖2A和圖2B圖示了另一種制備微型杯的處理步驟，其涉及通過對(duì)涂布有熱固性前體物的襯底導(dǎo)電膜曝光的圖形轉(zhuǎn)移光蝕刻，其中，在透明襯板上的導(dǎo)體圖形替代了光掩模，并且對(duì)輻射是透明的(“底部曝光”)。
圖3A和圖3B圖示另一種制備微型杯的工藝步驟，其結(jié)合了底部和頂部光蝕刻曝光原理，其中，杯壁的固化在一個(gè)側(cè)向是通過光掩模曝光，在相垂直的側(cè)向是通過透明襯底導(dǎo)電膜底部曝光(“混合曝光”)。
本發(fā)明詳述除非在本專利說明書中另有定義，否則在此所用的技術(shù)術(shù)語皆根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員通常使用并了解的慣用定義而被使用。在此，本專利申請(qǐng)上下文中的術(shù)語“微型杯(micro-cup)”、“盒”、“有明確定義的”、“縱橫比”以及“圖形曝光”，同上文所述未決美國(guó)專利申請(qǐng)定義一致，用于描述該微型杯的形狀特征。
該微型杯可用微模壓或光蝕刻方法制備。I.用微模壓工藝的微型杯制備凸模的制備可用任何適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ苽渫鼓?，例如金剛石切割工?diamondturn process)，或光致抗蝕處理后，接著蝕刻或電鍍?？梢杂萌魏芜m當(dāng)?shù)姆椒ㄖ圃煊糜谕鼓５闹髂０?，例如電鍍。采用電鍍法時(shí)，在一玻璃基板上噴鍍一層通常為3000的籽金屬薄層，例如鉻鎳鐵合金(chrome inconel)。接著涂布光致抗蝕劑層，并以紫外光曝光。一掩模被置于紫外光與光致抗蝕劑層之間。該光致抗蝕劑的曝光區(qū)域變硬。然后用適當(dāng)?shù)娜軇┣逑?，去除未曝光區(qū)域。對(duì)保留的固化光致抗蝕劑進(jìn)行干燥，并再次噴鍍一層籽金屬薄層。主模準(zhǔn)備就緒進(jìn)行電鑄成形。用于電鑄成形的典型材料是鎳鈷合金。此外，該主?？捎涉囍谱?，如攝影光學(xué)儀器工程師學(xué)會(huì)會(huì)刊，卷1663，pp.324(1992)中《(薄鍍層光學(xué)介質(zhì)的連續(xù)制作)》(“Continuousmanufacturing of thin cover sheet optical media”，SPIE Proc.)中所說明的，采用電鑄或無電鎳沉積。該模具的底板通常約50至400微米。主模也可用其他微工程技術(shù)制作，包括電子束寫入、干式蝕刻、化學(xué)蝕刻、激光寫入、或激光干涉，如攝影光學(xué)儀器工程師學(xué)會(huì)會(huì)刊刊登的《精密光學(xué)復(fù)制技術(shù))》(“Replication techniques formicro-optics”，SPIE Proc.)卷3099，pp.76-82(1997)中說明。此外，該模具可使用塑料、陶瓷、金屬，利用光加工制作。
這樣制備的凸模通常具有大約1至500微米之間的凸起，較好為大約2至100微米之間，優(yōu)選的是大約4至50微米。凸模可以是帶、輥、片的形式。對(duì)于連續(xù)制造而言，優(yōu)選的是帶型模。微型杯的形成微型杯可以用批次工藝或是連續(xù)的輥至輥工藝制作，如于2001年2月25日提交的未決美國(guó)專利申請(qǐng)09/784,972所披露。后者提供連續(xù)、低成本、高產(chǎn)出的制造技術(shù)，以制造電泳或液晶顯示器中用的隔間。在涂敷紫外光固化樹脂以前，如果需要，可采用脫模劑幫助脫模處理。在配送紫外光固化樹脂前可以先除氣，并且可以非必選地加入一種溶劑。這種溶劑(如果有的話)可以容易地蒸發(fā)。該紫外光固化樹脂可采用任何適當(dāng)?shù)姆绞脚渌陀谕鼓Ｉ?，例如涂布、滴落、傾倒等。配送器可以是移動(dòng)式的或固定式的。將一種導(dǎo)電膜覆蓋于紫外光固化樹脂上。合適的導(dǎo)電膜例子包括塑料基板上的透明導(dǎo)體ITO，該塑料為聚對(duì)苯二甲酸乙酯(polyethyleneterephthalate)、聚萘酸乙酯(polyethylene naphthate)、芳族聚酰胺(polyaramid)、聚酰亞胺、聚環(huán)烯、聚砜(polysulfone)、環(huán)氧化物，及它們的組合物。如果需要的話，可以施加壓力，以確保樹脂和塑料之間有適當(dāng)?shù)慕雍希⒖刂莆⑿捅装宓暮穸??？梢圆捎脤訅狠仭⒄婵漳Ｋ艹尚?、加壓裝置或任何其它類似的裝置來施加壓力。如果凸模是金屬的并且不透明，則典型的塑料基板對(duì)于用來固化樹脂的光化性輻射而言是透明的。反之，凸?？梢允峭该鞯?，而塑料基板對(duì)于光化性輻射而言是不透明的。為了將模塑特征良好地轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)移片上，塑料基板必須對(duì)于紫外光固化樹脂具有良好的粘合性。II.用光蝕刻工藝的微型杯陣列的制備參見

圖1，圖2，和圖3所示的用于制備微型杯陣列的光蝕刻工藝。II(a)頂部曝光如圖1A和圖1B所示，通過透過掩摸16對(duì)用已知方法涂布于導(dǎo)體電極膜12的輻射固化材料11a進(jìn)行紫外光(或其他輻射形式，如可見光、紅外線、及電子束等)曝光，從而形成壁11b，可以制備微型杯陣列10，其中，壁11b與掩模版16投影圖形一致。襯底上的導(dǎo)電膜12最好位于由塑料構(gòu)成的薄支撐基板13上。
在圖1A中所示的光掩模16中，深色方塊14表示光掩模16的不透明區(qū)域，深色區(qū)域之間的部分表示其開口(透明)區(qū)域15。紫外光輻射通過開口區(qū)15到達(dá)輻射固化材料11a。該曝光優(yōu)選為直接對(duì)輻射固化材料11a，換言之，紫外光不通過基板13或?qū)w電極膜12(頂部曝光)。這樣，基板13或?qū)w電極膜12都不需要對(duì)于紫外光或所用其他波長(zhǎng)的輻射透明。
如圖1B所示，曝光區(qū)域11b變硬，并且用適當(dāng)溶劑或顯影劑去除未曝光區(qū)域11c(由掩模版16的不透明區(qū)域14保護(hù))，以形成微型杯17。該溶劑或顯影劑選自常用于溶解或降低輻射固化材料粘度的甲基乙基甲酮、甲苯、丙酮、異丙醇等等。II(b)底部曝光或混合曝光本發(fā)明另外兩種利用圖形曝光制備微型杯陣列的方法見圖2A、圖2B、圖3A、和圖3B。這些方法利用紫外光通過襯底曝光，利用導(dǎo)電膜圖案作為掩膜。
首先看圖2A，所用導(dǎo)電膜22是預(yù)制圖形的，以構(gòu)成對(duì)應(yīng)微型杯27的底部的盒的基板電極區(qū)?；咫姌O區(qū)24對(duì)紫外光波長(zhǎng)(或其他輻射)是不透明的。導(dǎo)電膜區(qū)22之間的間隔25基本是透明的或者是紫外光可穿透的。在此情形下導(dǎo)體圖形起到光掩膜作用。如圖2A所示，輻射固化材料21a涂布于基板23和導(dǎo)電膜22上。用紫外光對(duì)材料21a“向上”(穿過基板23)投影曝光，固化未被導(dǎo)電膜22遮蔽的部分，換言之，這些區(qū)域?qū)?yīng)間隔25。如圖2B所示，按上文所述清除未固化材料21c，留下固化材料21b，形成微型杯27的杯壁。
圖3A圖示本發(fā)明所用的，結(jié)合底部和頂部曝光原則的另一種制備微型杯陣列30的組合方法。襯底導(dǎo)電膜32也是不透明的并制有條形圖案。涂布輻射固化材料31a于襯底導(dǎo)電膜32和基板33上，通過導(dǎo)電條形圖案32用作第一光掩模進(jìn)行曝光。第二曝光是從“頂部”側(cè)穿過第二光掩模36進(jìn)行，第二光掩模36具有垂直于導(dǎo)電條32的條形圖案。條34之間的間隔物35實(shí)際上對(duì)紫外光是透明的或可穿透的。在此處理過程中，杯壁材料31b的固化在一個(gè)側(cè)向取向中是從底部固化，在與之垂直的側(cè)向取向中是從頂部向下固化，共同形成完整的微型杯37。
如圖3B所示，按照上文所述方法，用溶劑或顯影劑去除未曝光部分，顯現(xiàn)微型杯37。
如上文所述用于本工藝的輻射固化材料，是一種熱塑性或熱固性前體物，例如多官能團(tuán)的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙烯醚、環(huán)氧化物，以及它們的低聚物、聚合物、和同類物。最優(yōu)選的是多官能團(tuán)的丙烯酸酯及其低聚物。多官能團(tuán)的環(huán)氧化物與多官能的丙烯酸酯的組合也非常有用，可獲得所需要的物理機(jī)械性能。
現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，添加橡膠成分可以明顯提高微型杯質(zhì)量，如彎曲強(qiáng)度、抗應(yīng)力性能、微模壓過程中的脫模性能、以及密封層和微型杯之間的粘合性能。
合適的橡膠材料具有低于0℃的Tg(玻璃化溫度)。優(yōu)選為不飽和橡膠材料，或者特別優(yōu)選為具有不封端的或支鏈不飽和基團(tuán)如乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基的橡膠材料。特別合適的橡膠材料包括SBR(丁苯橡膠)、PBR(聚丁二烯橡膠)、NBR(丁腈橡膠)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，以及它們的衍生物。特別有用的功能化橡膠諸如聚丁二烯二甲基丙烯酸酯(自Startomer公司的CN301和CN302，以及Ricon樹脂公司的Ricacryl 3100)，接枝(甲基)丙烯酸酯烴聚合物(graft(meth)acrylated hydrocarbon polymer)(Ricon樹脂公司的Ricacryl 3500和Ricacryl 3801)，以及甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物(自BFGoodrich公司的HycarVIBNX 1300×33，1300×43)。
在紫外光固化組分中的橡膠成分占重量比為1％至30％，較好為占重量比的5％至20％，優(yōu)選為占重量比的8％至15％。橡膠成分可溶解或可分散于該配方組分。理想的是，該橡膠成分在紫外光固化前可溶于該組分，在紫外光固化后發(fā)生相分離形成微域。
雖然本發(fā)明已經(jīng)參考其特定的具體實(shí)施例而加以描述，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以容易地對(duì)上述實(shí)施方案進(jìn)行多種修改和改進(jìn)，或應(yīng)用于其它領(lǐng)域。另外，可以做多種的改變，以及有多種的等效物可以取代。此外，可以做許多修改來適合特殊的情況、材料、組分、工藝、一個(gè)工藝步驟或多個(gè)步驟，而不偏離本發(fā)明的目的、精神和范圍。所有這些改動(dòng)均在本發(fā)明專利申請(qǐng)權(quán)利要求范圍內(nèi)。例如，應(yīng)當(dāng)注意到，本發(fā)明用于微型杯的制造方法，也可以用于液晶顯示器所用微型杯陣列。相似的，本發(fā)明的微型杯的選擇性填充，封口，以及ITO層壓方法，也可以用于制造液晶顯示器。
因而，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求所限定。
組件符號(hào)說明10 微型杯陣列11a 輻射固化材料11b 壁(曝光區(qū)域)11c 未曝光區(qū)域12 導(dǎo)體電極膜13 支撐基板14 深色方塊15 開口(透明)區(qū)域16 掩摸17 微型杯21a 輻射固化材料21c 未固化材料21b 固化材料22 導(dǎo)電膜23 基板24 基板電極區(qū)25 間隔27 微型杯30 微型杯陣列31a 輻射固化材料31b 杯壁材料32 襯底導(dǎo)電膜32 襯底導(dǎo)電膜32 導(dǎo)電條形圖案32 導(dǎo)電條33 基板34 條35 間隔物36 第二光掩模37 微型杯
權(quán)利要求
1.一種包括多個(gè)盒的電泳顯示器，所述多個(gè)盒由包括輻射固化材料和橡膠材料的組分所制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泳顯示器，其中所述的輻射固化材料是熱塑性或熱固性前體物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電泳顯示器，其中所述的熱塑性或熱固性前體物是一種多官能團(tuán)的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙烯醚、環(huán)氧化物，以及它們的低聚物、聚合物和同類物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電泳顯示器，其中所述的熱塑性或熱固性前體物是一種多官能團(tuán)的丙烯酸酯及其低聚物。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電泳顯示器，其中所述的輻射固化材料是多官能團(tuán)的環(huán)氧化物和多官能團(tuán)的丙烯酸酯的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泳顯示器，其中所述的橡膠材料具有低于大約0℃的玻璃化溫度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電泳顯示器，其中所述的橡膠材料是不飽和的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電泳顯示器，其中所述的橡膠材料具有不封端的或支鏈不飽和基團(tuán)如乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、或烯丙基。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泳顯示器，其中所述的橡膠材料是從SBR(丁苯橡膠)、PBR(聚丁二烯橡膠)、NBR(丁腈橡膠)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-異戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，及其衍生物中選擇。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電泳顯示器，其中所述的橡膠材料是從聚丁二烯二甲基丙烯酸酯、接枝(甲基)丙烯酸酯烴聚合物，或者甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物中選擇。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電泳顯示器，其中所述的組分包括重量比為約1％至約30％的橡膠材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電泳顯示器，其中所述的組分包括重量比為約5％至約20％的橡膠材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電泳顯示器，其中所述的組分包括重量比為約8％至約15％的橡膠材料。
14.一種制造電泳顯示器的工藝，其步驟包括通過對(duì)含有輻射固化材料和橡膠材料的組分實(shí)施微模壓法以制造微型杯。
15.一種制造電泳顯示器的工藝，其步驟包括通過對(duì)含有輻射固化材料和橡膠材料的組分實(shí)施光蝕刻法以制造微型杯。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適于制造電泳顯示盒的新穎組分。采用了這種添加有橡膠材料的組分的電泳盒的機(jī)械性能得到了明顯改善。
文檔編號(hào)G02F1/17GK1381760SQ0113642
公開日2002年11月27日 申請(qǐng)日期2001年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月23日
發(fā)明者陳仙海, 陳美英, 張小加, 梁榮昌 申請(qǐng)人:希畢克斯幻像有限公司