專利名稱：用于制造多色電泳顯示器的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電泳顯示器，它包含對形狀、尺寸、和縱橫比有明確定義的盒，該盒用分散在溶劑中的帶電荷顏料微粒填充；本發(fā)明還涉及制造這種顯示器的新穎方法。
b)與本發(fā)明相關(guān)的背景技術(shù)該電泳顯示器是根據(jù)懸浮在溶劑中的帶電荷顏料微粒的電泳現(xiàn)象制成的一種非發(fā)射性的裝置。這種電泳顯示器在1969年被首次提出。該顯示器通常包含具有電極的兩塊板，這兩塊板彼此相對放置并由間隔物分隔開。該電極板中的一塊通常是透明的。一種包含有一經(jīng)過染色的溶劑和帶電荷顏料微粒的懸浮物被封裝在該二電極板之間。當(dāng)在二個電極之間施加一個電壓差時，該顏料微粒將遷移到一側(cè)，該顏料的顏色或該溶劑的顏色依電壓差的極性顯現(xiàn)。
為了避免不希望的微粒移動(諸如沉淀)，有人提出將二個電極之間的空間分成較小的單元。然而，在分隔式電泳顯示器的情況下，在制作分隔物和懸浮物密封的過程中會遇到一些問題。另外，在分隔式電泳顯示器中，不同顏色的懸浮物也很難彼此分離。
后來，有人嘗試把懸浮物密封在微膠囊中。美國專利第5,961,804號以及第5,930,026號對微膠囊化的電泳顯示器進(jìn)行了說明。所述作為參考的顯示器具有基本二維的微膠囊排列，每個微膠囊具有包含一種介電流體和一種帶電荷顏料微粒懸浮物(在視覺上與介電溶劑對比)的電泳液組成。該微膠囊可以通過界面聚合、原位聚合，或其它已有的方法(例如物理制程、液體內(nèi)固化或簡單/復(fù)雜凝聚)來形成。在其形成后，該微膠囊可被注入到裝有二個被間隔開的電極的盒中，或被“印刷”或被涂布到一透明導(dǎo)電膜上。該微膠囊也可被固定在一透明基材或夾在二電極之間的粘合劑中。
利用這些現(xiàn)有工藝方法，特別是美國專利第5,930,026號、第5,961,804號以及第6,017,584號所披露的微膠囊方法制備的電泳顯示器有許多缺點。例如，用微膠囊方法制造的電泳顯示器，由于微膠囊壁的化學(xué)性質(zhì)受到對環(huán)境變化的敏感度(特別是對于濕度與溫度的敏感度)的不利影響。第二，基于該微膠囊制作的電泳顯示器，由于微膠囊的薄壁和大顆粒尺寸而具有不佳的抗刮性。為改進(jìn)該顯示器的操作性，微膠囊被嵌埋于大量的聚合物基材中。但是，由于二電極間距增大，使反應(yīng)時間變長。因為電荷控制劑在該微膠囊制造期間傾向于擴(kuò)散到水/油界面，所以也很難增加該顏料微粒上的表面電荷密度。在該微膠囊中顏料微粒的低電荷密度或ζ電位也會使響應(yīng)速率降低。此外，因為微膠囊的大微粒尺寸和與大范圍分布，對于色彩應(yīng)用而言，此類型的現(xiàn)有技術(shù)的電泳顯示器具有的分辨率與尋址能力較低。
本發(fā)明簡述本發(fā)明的第一個方面是關(guān)于一種電泳顯示器，它包括形狀、尺寸、和縱橫比有明確定義的盒。該盒用分散在介電溶劑中的帶電荷顏料微粒填充。
本發(fā)明另一個方面，提供了一種用于制造該電泳顯示器的新穎的制造工藝。
本發(fā)明另一個方面，提供了具有明確定義的形狀、尺寸、和縱橫比的盒的制備方法。該盒將分散在介電溶劑中的帶電荷顏料微粒密封，并由根據(jù)本發(fā)明所制作的微型杯構(gòu)成。簡言之，制備微型杯的方法包括用一個預(yù)成形的凸模，將涂布在一導(dǎo)電膜上的一熱塑性或熱固性前體物層進(jìn)行模壓；接著用輻射、冷卻、溶劑蒸發(fā)、或其它方法使該熱固性前體物層硬化；在硬化期間或之后，將其脫模。此外，該微型杯的形成可以通過將涂有輻射固化層的導(dǎo)電膜進(jìn)行圖形曝光，然后在該曝光區(qū)域變硬后，去除未曝光區(qū)域。
耐溶解且熱機(jī)械穩(wěn)定的微型杯所具有的尺寸、形狀、和開口比例范圍很寬，可以用上述兩種方法中任一種方法制作。然后用在介電溶劑中的帶電荷顏料微粒懸浮物填充該微型杯并密封。
本發(fā)明的另一個方面，是對填充有懸浮在介電溶劑中的帶電荷顏料微粒分散物的電泳流體的微型杯提供密封方法?？梢酝ㄟ^多種方法完成密封。優(yōu)選的是，在該填充步驟之前，將一種熱塑性或熱固性前體物分散在該電泳流體中。該熱塑性或熱固性前體物與該介電溶劑不互溶，并具有比該溶劑和顏料微粒低的比重。在填充后，熱塑性或熱固性前體物將與電泳流體相分離，并在該流體的表面形成一漂浮層。然后，通過溶劑蒸發(fā)、界面反應(yīng)、濕氣、熱或輻射，使該前體物層硬化，很容易地完成微型杯的密封。雖然可以使用二個或多個上述固化機(jī)理的組合來增加密封生產(chǎn)能力，但是優(yōu)選為紫外光(UV)輻射方法。此外，該密封可以通過將包含有該熱塑性或熱固性前體物的溶液涂布在該電泳流體上完成。然后通過溶劑蒸發(fā)、界面反應(yīng)、濕氣、熱、輻射或固化機(jī)理的組合方法，使該前體物層硬化而完成密封。這些密封方法是本發(fā)明的獨特特征。
本發(fā)明的另一個方面，提供一種用于制造包含有明確定義的形狀和尺寸的盒的單色電泳顯示器的多步驟方法。該處理步驟包括使用上述的任何方法之一制備微型杯，將微型杯密封，以及最后用預(yù)涂布膠層的一第二導(dǎo)電膜與已經(jīng)密封的微型杯陣列層疊。這種多步驟處理可以通過輥對輥的方式連續(xù)進(jìn)行。
本發(fā)明的另一個方面提供一種用于制造全彩電泳顯示器的方法，通過使用一正性作用的光致抗蝕劑層疊在預(yù)成形的微型杯上；通過將正性光致抗蝕劑圖形曝光，然后顯影光致抗蝕劑，選擇性地打開一定數(shù)量的微型杯；使用著色的電泳流體填充已經(jīng)開啟的微型杯；用一種密封方法將已填充的微型杯密封。這些步驟可以重復(fù)，以形成填充不同顏色電泳流體的密封微型杯。
所披露的這些多步驟方法，可以通過輥對輥的方式連續(xù)地或半連續(xù)地進(jìn)行。因此，這些方法適用于大批量低成本的生產(chǎn)。而且與其它大量生產(chǎn)操作工藝相比，這些方法的效率高并且成本低。根據(jù)本發(fā)明所制作的電泳顯示器對于環(huán)境，特別是對于濕度和溫度不敏感。該顯示器的特點是薄、具柔韌性、耐用、易操作并且形式靈活。因為根據(jù)本發(fā)明所制作的電泳顯示器包含縱橫比令人滿意且對形狀和尺寸有明確定義的盒，所以該雙重穩(wěn)定反射式顯示器具有極佳的色彩尋址能力、高對比度、以及快的切換速率。因此，消除了在先技術(shù)的電泳顯示器的缺點。
附圖簡要說明

圖1是本發(fā)明的電泳顯示器的示意圖。
圖2a與2b圖示用于電泳顯示器制造的輥對輥工藝，特別是通過將涂布有一紫外光可固化組分的導(dǎo)電膜進(jìn)行模壓制作微型杯。
圖3a至3d說明一種制作微模壓用凸模的典型方法。
圖4a至4c表示一種通過微模壓所制作的典型的微型杯陣列。
圖5a至5c表示通過對涂布有一層紫外光輻射熱固性前體物的導(dǎo)電膜進(jìn)行圖形曝光制作微型杯的其它制作步驟。
圖6是制作黑/白電泳顯示器或其它單色電泳顯示器的流程圖。
圖7a至7h是用于制作多色電泳顯示器的流程圖。
本發(fā)明詳述定義除非在本專利說明書中另有定義，否則在此所有的技術(shù)術(shù)語都是根據(jù)本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所通常使用和理解的慣用定義來使用。
術(shù)語“微型杯”是指通過微模壓或圖形曝光所制作的杯狀凹處。
在本專利說明書中，術(shù)語“盒”所要表達(dá)的是指由一個密封的微型杯所形成的一個單位。該盒以分散在溶劑或溶劑混合物中的帶電荷顏料微粒填充。
術(shù)語“明確定義”在說明該微型杯或盒時，意指該微型杯或盒具有根據(jù)本方法的特定參數(shù)所預(yù)先確定的明確形狀、尺寸、和縱橫比。
術(shù)語“縱橫比”是電泳顯示器技術(shù)中所通常熟知的術(shù)語。在本專利說明書中，它是指該微型杯的深度與寬度或深度與長度的比例。
優(yōu)選實施例如圖1所示，本發(fā)明的電泳顯示器包含有二個電極板(10，11)(至少其中之一是透明的(10))，和一層裝在該二個電極之間的盒層(12)。該盒具有明確定義的形狀和尺寸，并用分散在經(jīng)著色的介電溶劑中的帶電荷顏料微粒填充。當(dāng)在兩個電極之間施加一個電壓差時，該帶電荷微粒遷移到一側(cè)，可以通過透明導(dǎo)電膜看見顏料或溶劑的顏色。至少兩個導(dǎo)體之一是預(yù)制圖形的。用于制備此類電泳顯示器的方法包括很多方面。
I微型杯的制備I(a)用模壓法制備微型杯加工步驟見圖2a和圖2b。凸模(20)可以放置在腹板(24)上方(圖2a)或下方(圖2b)。該透明導(dǎo)電極板是通過在一玻璃板或塑料板上涂布一層透明導(dǎo)電膜(21)制成。然后把一熱塑性或熱固性前體物層(22)涂布在該導(dǎo)電膜上。該熱塑性或熱固性前體物層在高于其玻璃化溫度下，用輥、板、或帶型凸模進(jìn)行模壓。用于制作該微型杯的熱塑性或熱固性前體物可以是多官能團(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、聚合物和與類似物。優(yōu)選的是多官能團(tuán)丙烯酸酯及其低聚物。為獲得理想的物理機(jī)械性能，多官能團(tuán)環(huán)氧化物和多官能團(tuán)丙烯酸酯的組合也非常有用。通常也加入諸如氨基甲酸乙酯丙烯酸酯、或聚酯丙烯酸酯等增強撓性的可交聯(lián)低聚物，以增強模壓制成的微型杯的彎曲強度。該組分可包含聚合物、低聚物、單體與添加劑，或者僅有低聚物、單體與添加劑。這種材料的玻璃化溫度(Tg)通常在約-70℃150℃的范圍，優(yōu)選為約-20℃至50℃。該微模壓制作通常在高于玻璃化溫度的溫度下進(jìn)行。一個經(jīng)過加熱的凸?；蛞粋€經(jīng)過加熱的底板(模具靠在其上進(jìn)行模壓)可以用來控制微模壓的溫度和壓力。
如圖2a與圖2b所示，在該熱固性前體物層硬化的期間或之后，將該凸模脫模，顯現(xiàn)出微型杯陣列(23)。該前體物層的硬化可通過冷卻、輻射、熱或濕氣引發(fā)交聯(lián)來完成。如果該熱固性前體物的固化是通過紫外光輻射來完成，則紫外光可以從腹板的底部或頂端照射在透明導(dǎo)電膜上，如二圖中所示。此外，紫外光燈可以安裝在該模具內(nèi)部。在這種情況中，模具必須是透明的，以使紫外光可以透過預(yù)成型的凸模輻射熱固性前體物層。
凸模的制備凸模可以通過光致抗蝕劑處理，然后進(jìn)行蝕刻或電鍍來制備。圖3給出一種用于制備凸模的代表性實施例。使用電鍍(圖3a)，在一玻璃基板(30)上噴鍍一層籽金屬薄層(31)(通常為3000)，例如鉻鎳鐵合金(chrome inconel)。接著涂布一層光致抗蝕劑層(32)，并用紫外光曝光。在該紫外光與光致抗蝕劑層(32)之間放置一個光掩模(34)。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。烘干剩下的硬化光致抗蝕劑，并再次噴鍍一層籽金屬薄層。然后一主模(圖3b)就制備好了，可以進(jìn)行電鑄。用于電鑄成形的典型材料是鎳鈷合金(33)。此外，該主?？捎涉囍谱?，如攝影光學(xué)儀器工程師學(xué)會會刊卷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，采用氨基磺酸鎳(nickel sulfamate)電鑄或無電鎳沉積。該模具(22)的底板通常約50至400微米。該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《精密光學(xué)復(fù)制技術(shù)》見攝影光學(xué)儀器工程師學(xué)會會刊(“Replication techniques for micro-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。
圖4a是通過微模壓所制作的典型微型杯的光學(xué)輪廓測量的三維輪廓。圖4b是表示該微型杯開口的光學(xué)顯微照片俯視圖。圖4c是表示其深度的一列微型杯的光學(xué)輪廓縱向剖面視圖。
I(b)通過圖形曝光制作微型杯作為另一種制作微型杯的方法，可以利用紫外光或其它形式的輻射，穿過光掩模(50)，將涂布在導(dǎo)電膜(52)上的輻射固化材料(51)進(jìn)行圖形曝光(圖5a)。該導(dǎo)電膜(52)涂布在塑料基板(53)上。
就輥對輥的工藝來說，光掩?？膳c腹板同步，即以與腹板相同的速度移動。在圖5a的光掩模(50)中，深色的方塊(54)代表不透明的區(qū)域，而該深色方塊之間的空間(55)則代表無遮擋的區(qū)域。紫外光穿過無遮擋的區(qū)域(55)照射在輻射固化材料上。經(jīng)曝光的區(qū)域變硬，然后將未曝光區(qū)域(光掩模的不透明區(qū)域所保護(hù)的)用適當(dāng)?shù)娜軇┗蝻@影劑去除，形成微型杯(56)。該溶劑或顯影劑選自丁酮、甲苯、丙酮、異丙醇或類似物等通常用于溶解或降低輻射固化材料粘性的物質(zhì)。
圖5b和圖5c說明用圖形曝光制備微型杯的其它兩種可選方法。此二圖示的特點基本與圖5a相同，對應(yīng)的組件也用相同的數(shù)字標(biāo)示。在圖5b中，所使用的導(dǎo)電膜(52)不透明并且已預(yù)制圖形。在這種情況下，利用導(dǎo)體圖案作為光掩膜對感光材料進(jìn)行圖形曝光是有利的。在紫外光輻射后，去除未曝光區(qū)域，制成微型杯(56)。在圖5c中，導(dǎo)電膜(52)也是不透明且有區(qū)帶畫案。通過作為第一光掩模的區(qū)帶圖案導(dǎo)電膜(52)從底部使該輻射固化材料曝光。從另一側(cè)通過具有與該導(dǎo)電膜的區(qū)帶垂直的區(qū)帶圖案的第二光掩模(50)，進(jìn)行第二曝光。然后用溶劑或顯影劑去除未曝光區(qū)域，顯露出微型杯(56)。
通常，該微型杯可以是任意形狀的，且其尺寸與形狀可以改變。在一個系統(tǒng)中，該微型杯可以具有大致相同的尺寸和形狀。然而，為了使光學(xué)效果最大化，可制作形狀和尺寸不同的混合微型杯。例如，用紅色分散物填充的微型杯可以與綠色微型杯或藍(lán)色微型杯具有不同的形狀或尺寸。此外，一個像素可由不同個數(shù)的不同顏色的微型杯組成。例如，一個像素可由多個小的綠色微型杯、多個大的紅色微型杯、以及多個小的藍(lán)色微型杯組成。三種顏色不必具有相同的形狀和數(shù)目。
該微型杯的開口可以是圓形、正方形、長方形、六角形或任何其它形狀。開口之間的間隔區(qū)域最好小一些，以便在維持理想的機(jī)械性質(zhì)的同時，獲得較高的色彩飽和度和對比度。因此，蜂巢狀開口比其它形狀(例如圓形)開口更好。
對于反射式電泳顯示器而言，各個微型杯的尺寸可在約102至約5×105平方微米的范圍內(nèi)，優(yōu)選為約103至約5×104平方微米。微型杯的深度在約3至約100微米的范圍內(nèi)，優(yōu)選為約10至約50微米。開口對壁的比例在約0.05至約100的范圍內(nèi)，優(yōu)選為約0.4至約20。開口的距離(由開口的邊緣至邊緣的距離)通常在約15至約450微米的范圍內(nèi)，優(yōu)選約25至約300微米。
II懸浮物/分散物的制備用分散在介電溶劑中的帶電荷顏料微粒填充微型杯。該分散物可根據(jù)現(xiàn)有的方法制備，例如披露于美國專利第6,017,584號、第5,914,806號、第5,573,711號、第5,403,518號、第5,380,362號、第4,680,103號、第4,285,801號、第4,093,534號、第4,071,430號、第3,668,106號，電氣和電子工程師協(xié)會會刊《電子裝置》(IEEETrans.Electron Device)，ED-24，827(1977)，以及J.Appl.Phys.49(9)，4820(1978)。該帶電荷的顏料微粒與其所懸浮的介質(zhì)在視覺上形成反差。該介質(zhì)是介電溶劑，最好具有低粘度且介電常數(shù)在約2至約30，對于高的微粒移動率而言，優(yōu)選為約2至約15。適當(dāng)?shù)慕殡娙軇┑膶嵤├ㄓ惺畾浠?DECALIN)、5-亞乙基-2-降冰片烯、脂肪油、蠟下油等碳?xì)浠衔铮患妆?、二甲苯、苯基二甲苯乙烷、十二烷基苯和烷基萘等芳香族碳?xì)浠衔?；全氟萘烷、全氟甲苯、全氟二甲苯、二氯化三氟甲?dichlorobenzotrifluoride)、3，4，5三氯化-三氟甲苯(3，4，5-trichlorobenzotrifluoride)、氯五氟基苯(chloropentafluoro-benzene)、二氯壬烷、五氯苯等鹵化溶劑；自明尼蘇達(dá)州圣保羅(St.Paul)的3M公司的全氟溶劑，例如FC-43、FC-70和FC-5060；來自俄勒崗州波特蘭(Portland)的TCI America公司的低分子量的含鹵素的聚合物，例如聚全氟丙烯基醚(poly(perfluoropropylene oxide)；來自新澤西州River Edge的Halocarbon Product公司的聚氯三氟乙烯poly(chlorotrifluoroethylene)，例如鹵烴油(Halocarbon oil)；全氟化聚烷基醚(perfluoropolyalkylether)，例如來自Ausimont公司的Galden或是來自特拉華州DuPont的Krytox Oils和油脂K-流體系列。在一個優(yōu)選實施例中，使用聚氯三氟乙烯作為介電溶劑。在另一優(yōu)選實施例中，使用聚全氟丙烯基醚做為介電溶劑。
該懸浮介質(zhì)可為染料或顏料所著色。非離子偶氮與蒽醌染料特別地有用。有用的染料的例子非限定性地包括亞利桑那州PylamProducts公司生產(chǎn)的油溶紅EGN(Oil Red EGN)，蘇丹紅(SudanRed)，蘇丹藍(lán)(Sudan Blue)，油溶藍(lán)(Oil Blue)，Macrolex Blue，溶劑藍(lán)35(Solvent Blue 35)，亞利桑那州Pylam Products公司的PylamSpirit黑和Fast Spirit黑，Aldrich公司的蘇丹黑B(Sudan Black B)，BASF公司的Thermoplastic Black X-70，以及Aldrich公司的蒽醌藍(lán)，蒽醌黃114，蒽醌紅111，135，蒽醌綠28。對于不溶性顏料的情形，用于使介質(zhì)產(chǎn)生顏色的顏料顆粒亦可分散于該介電介質(zhì)中。這些有色顆粒優(yōu)選為不帶電荷的。如果用于在介質(zhì)中產(chǎn)生顏色的顏料顆粒是帶電荷的，則其最好帶有與該帶電荷顏料微粒相反的電荷。若二種顏料微粒帶有相同的電荷，則其應(yīng)具有不同的電荷密度或不同的電泳移動速率。在任何情況下，用于產(chǎn)生介質(zhì)顏色的染料或顏料必需具有化學(xué)穩(wěn)定性，并與懸浮物中的其它組分相容。
該帶電荷顏料微?？蔀橛袡C(jī)或無機(jī)顏料，如自Sun化學(xué)制品公司的TiO2、酞菁藍(lán)(phthalocyanine blue)、酞菁綠(phthalocyaninegreen)、二芳基黃(diarylide yellow)、二芳基AAOT黃(diarylideAAOT Yellow)、喹吖啶酮(quinacridone)、偶氮(azo)、若丹明(rhodamine)、苝系顏料(perylene pigment series)；自Kanto化學(xué)制品公司的漢撒黃G(Hansa yellow G)顆粒，以及Fisher公司的碳燈黑(Carbon Lampblack)。優(yōu)選的是亞微粒子尺寸。該微粒應(yīng)具有可接受的光學(xué)特性，不應(yīng)被介電溶劑膨脹或軟化，并且應(yīng)該是化學(xué)穩(wěn)定的。在正常的工作條件下，所產(chǎn)生的懸浮物亦必須穩(wěn)定且能抗沉淀、乳化或凝結(jié)。
該顏料微?？梢员旧韼в须姾桑蚩梢允褂秒姾煽刂苿┦怪黠@帶電，或懸浮在介電溶劑中時獲得電荷。適當(dāng)?shù)碾姾煽刂苿┦潜炯夹g(shù)領(lǐng)域所熟知的；它們可以是聚合或非聚合性質(zhì)，也可以是離子化或非離子化的，包括離子表面活性劑，例如氣溶膠鄰聯(lián)甲苯胺(Aerosol OT)、十二烷基苯磺酸鈉、金屬皂、聚丁烯琥珀酰亞胺、順丁烯二酸酐共聚物、乙烯吡啶共聚物、乙烯吡咯烷酮共聚物(例如來自International Special Products的Ganex)、(甲基)丙烯酸共聚物、N，N-二甲基胺基乙基(甲基)丙烯酸乙酯(N，N-dimethylaminoethyl(meth)acrylate)共聚物。氟化表面活性劑在全氟化碳溶劑中作為電荷控制劑特別有用。這些包括了FC氟化表面活性劑，例如自3M公司的FC-170C、FC-171、FC-176、FC430、FC431和FC-740，以及Zonyl氟化表面活性劑，例如來自Dupont公司的Zonyl FSA、FSE、FSN、FSN-100、FSO、FSO-100、FSD和UR。
適當(dāng)?shù)膸щ婎伭戏稚⑽锟梢酝ㄟ^任何已知的方法制造，包括研磨、碾磨、球磨、氣流磨(microfluidizing)、以及超聲波技術(shù)。例如，將細(xì)微粉末形式的顏料微粒添加到該懸浮溶劑中，所形成的混合物經(jīng)球磨或研磨數(shù)小時，而將高度團(tuán)聚的干顏料粉末粉碎成最初的微粒。雖然不是優(yōu)選的方法，但是在球磨過程中，用于產(chǎn)生懸浮介質(zhì)顏色的染料或顏料可以添加到該懸浮物中。
可通過使用適當(dāng)?shù)木酆衔飳⒃撐⒘Ｎ⒛一?，以消除顏料微粒的沉淀或乳化，使其比重與介電溶劑的比重一致。可用化學(xué)或物理方法完成顏料微粒的微囊化。典型的微囊化工藝包括界面聚合、原位聚合、相分離、凝聚、靜電涂布、噴霧干燥、流化床涂布、以及溶劑蒸發(fā)。
就黑/白的電泳顯示器而言，該懸浮物包含分散于黑色溶劑中的帶電荷的白色二氧化鈦(TiO2)微粒，或分散于一種介電溶劑中的帶電荷黑色微粒。黑色染料或染料混合物可被用于產(chǎn)生溶劑的黑色，如Pylam Products公司(亞利桑那州)的Pylam Spirit黑和FastSpirit黑，Aldrich公司的蘇丹黑B，BASF公司的Thermoplastic BlackX-70，或一種不可溶的黑色顏料如碳黑。對于其它有色懸浮物來說，有多種可能性。對于減色系統(tǒng)而言，帶電荷的二氧化鈦(TiO2)微?？蓱腋∮谒{(lán)綠色、黃色、或品紅色的介電溶劑中。該藍(lán)綠色、黃色、或品紅色可使用染料或顏料產(chǎn)生。對于加色系統(tǒng)而言，帶電荷的二氧化鈦微?？蓱腋∮诩t色、綠色、或藍(lán)色的介電溶劑中，其中該紅色、綠色、或藍(lán)色亦可使用染料或顏料產(chǎn)生。大多數(shù)的應(yīng)用最好采用這種紅色、綠色、或藍(lán)色系統(tǒng)。
III.微型杯的密封微型杯的密封可以通過多種方法完成。一種優(yōu)選的方法是將包含有多官能團(tuán)的丙烯酸酯、丙烯酸低聚物、和光引發(fā)劑的紫外光可固化組分分散在包含有帶電荷顏料微粒和經(jīng)染色的介電溶劑的電泳流體中。該紫外光可固化組分與該介電溶劑是不互溶的，且其比重低于該介電溶劑和顏料微粒。這兩個組分(紫外光可固化組分和電泳流體)在一個徑向混合器中充分地混合，并采用Myrad棒、凹印板、刮刀片、開槽涂布、或開縫涂布等精確的涂布機(jī)械裝置，立即涂布到該微型杯上。多余的流體用刮刀或類似的裝置刮除。少量的弱溶劑或者溶劑混合物例，如異丙醇、甲醇、或其他水性溶液溶劑可以用于清洗該微型杯的分隔壁頂表面上殘留的電泳流體。揮發(fā)性的有機(jī)溶劑可以用于控制該電泳流體的粘性和覆蓋性。然后將經(jīng)過填充的微型杯烘干，且該紫外光可固化組分漂浮到該電泳流體的頂端。通過在該浮至表面的紫外光可固化層浮到頂端的期間或之后，將其固化，密封該微型杯。紫外光或可見光、紅外線、及電子束等其它形式的輻射都可以用于將該微型杯固化并密封。此外，熱或濕氣也可以用于將該微型杯固化并密封，如果合適的話，可使用熱或濕氣固化組分。
優(yōu)選介電溶劑組(具有理想的密度，且對丙烯酸酯單體和低聚物有理想的溶解度差別)是鹵化碳?xì)浠锛捌溲苌?。表面活性劑可用以改良該電泳流體和密封材料之間界面的粘性和潤濕性。有用的表面活性劑包括3M公司的FC表面活性劑、DuPont公司的Zonyl氟化表面活性劑、氟化丙烯酸酯、氟化甲基丙烯酸酯、氟取代長鏈醇類、全氟取代的長鏈羧酸及其衍生物。
此外，如果這種密封前體物至少部分地與介電溶劑相容，則可將電泳流體及密封前體物依次涂布于微型杯。這樣，可通過涂敷一層熱固性前體物薄層(該前體物是輻射、熱、濕氣、或界面反應(yīng)可固化的)，并將其固化于經(jīng)填充的微型杯表面，以完成密封過程。界面聚合后進(jìn)行紫外光固化，對于密封過程極為有利。通過界面聚合形成一個薄的分隔層，使電泳層與外敷層之間的互相混合明顯地得到抑制。接著通過后固化步驟完成密封，優(yōu)選為紫外光輻射或其他光輻射。為進(jìn)一步降低互混程度，最好外涂敷層的比重明顯低于電泳流體的比重。可用揮發(fā)性有機(jī)溶劑調(diào)整涂層的粘度和厚度。當(dāng)揮發(fā)性溶劑用于外涂敷層時，優(yōu)選與該介電溶劑不相混溶的揮發(fā)性溶劑。這種二步涂敷方法，對所用染料至少部分地溶解于熱固性前體物情形特別適用。
IV.單色電泳顯示器的制備通過圖6所示的流程圖說明此工藝。所有的微型杯都用同色組分的懸浮物填充。該工藝可以是連續(xù)的輥對輥工藝，包括下列步驟1.在一導(dǎo)電膜(61)上涂布一層非必選帶有溶劑的熱塑性或熱固性前體物(60)。如果有溶劑，則該溶劑很容易揮發(fā)。
2.在高于該熱塑性或熱固性前體物層的玻璃化溫度下，將該熱塑性或熱固性前體物層通過一預(yù)成形的凸模(62)進(jìn)行模壓。
3.將模具從熱塑性或熱固性前體物層脫模，優(yōu)選在硬化的期間或之后。
4.將這樣制成的微型杯(63)陣列用經(jīng)染色的介電溶劑(64)填充，其中該介電溶劑包含有至少一種與該溶劑不相溶并具有比該溶劑和顏料微粒比重小的熱固性前體物。
5.在該熱固性前體物分離并在液相頂端形成一懸浮層的期間或之后，優(yōu)選紫外光輻射(65)，或者用熱或濕氣，將熱固性前體物固化而密封該微型杯，這樣形成裝有分散在一經(jīng)染色介電溶劑中的顏料懸浮物的密封電泳盒。
6.將預(yù)涂布有一膠層(67)的第二導(dǎo)電膜(66)層疊在經(jīng)密封的電泳盒陣列上，其中該膠層(67)可以是壓敏粘合劑、熱熔粘合劑，熱、濕氣、或輻射固化粘合劑。
該如果該頂端導(dǎo)電層是透明的，則該層疊的粘合劑可以通過紫外光(68)等輻射透過該頂端導(dǎo)電膜而進(jìn)行后固化。在該層疊步驟完成后，就可以切割為成品(69)。
上述的微型杯制備可以很容易地用另一種方法取代對涂布有熱固性前體物的導(dǎo)電膜進(jìn)行圖形曝光，然后用適當(dāng)?shù)娜軇⒃撐雌毓鈪^(qū)域去除。也可以通過在電泳流體表面直接涂布并固化一層熱固性前體物組分來完成對微型杯的密封。
V.多色電泳顯示器的制備對于制造多色電泳顯示器而言，需要附加的步驟以產(chǎn)生包含不同顏色懸浮物的微型杯。這些附加的步驟包括(1)將一正性作用干膜光致抗蝕劑層疊在已制成的微型杯上，其中該光致抗蝕劑至少包含有一種可去除載體，例如Saint-Gobain公司(Worcester，MA)PET-4851，Shipley公司的酚醛正性光致抗蝕劑Microposit S1818，以及National Starch公司的Nacor72-8685和BF Goodrich公司的Carboset 515的混合物—一種堿性顯影膠層；(2)通過將該光致抗蝕劑進(jìn)行圖形曝光，將可去除的載體膜去除，以及用例如Shipley公司的經(jīng)稀釋的Microposit 351顯影劑將該正性光致抗蝕劑顯影，選擇性地開啟一定數(shù)目的該微型杯；(3)用含有帶電荷白色顏料(二氧化鈦)微粒的電泳流體和該第一原色的染料或顏料填充該已經(jīng)開啟的微型杯；并且(4)按照制作單色顯示器中的方法，將該經(jīng)填充的微型杯密封。這些額外的步驟可以重復(fù)，以便制作第二和第三原色電泳流體填充的微型杯。
更特別地，多色電泳顯示器可根據(jù)圖7所示的步驟來制作。
1.在一導(dǎo)電膜(71)上涂布一層熱固性前體物(70)。
2.在高于熱塑性或熱固性前體物層的玻璃化溫度下，將該熱塑性或熱固性前體物層通過一預(yù)成形的凸模(圖中未示出)進(jìn)行模壓。
3.將模具從熱塑性或熱固性前體物層脫模，優(yōu)選是在通過冷卻硬化，或通過輻射、熱、或濕氣進(jìn)行交聯(lián)硬化的期間或之后。
4.層疊一正性干膜光致抗蝕劑于所制成的微型杯(72)陣列上，其中該光致抗蝕劑層包含至少一膠層(73)、一正性光致抗蝕劑層(74)以及一可去的除塑料保護(hù)片(圖中未示出)。
5.將該正性光致抗蝕劑用紫外光、可見光或其他輻射進(jìn)行圖形曝光(圖7c)，去除塑料保護(hù)片，在曝光區(qū)域顯影并打開微型杯。步驟4及步驟5的目的是在一預(yù)定區(qū)域有選擇地打開微型杯(圖7d)。
6.用分散在介電溶劑中的帶電荷白色顏料分散物(75)填充該打開的微型杯，其中該介電溶劑至少包含該第一原色的染料或顏料，以及與該溶劑不相溶并具有比該溶劑和顏料微粒比重低的熱固性前體物(76)。
7.在該熱固性前體物分離并形成一漂浮在該液相頂端的表面層期間或之后，通過將該熱固性前體物固化(最好通過紫外光輻射，通過熱或濕氣的方法次之)把該微型杯密封，從而形成含有該第一原色的電泳流體的密封電泳盒(圖7e)。
8.可以重復(fù)上述的步驟5至7，從而在不同區(qū)域產(chǎn)生包含有不同顏色電泳流體的明確定義的盒(圖7e，7f與7g)。
9.將預(yù)涂布有一膠層(78)的一個預(yù)制圖形的第二預(yù)透明導(dǎo)電膜(77)套準(zhǔn)、層疊于密封的電泳盒陣列上，其中膠層(78)可以是壓敏粘合劑，熱熔粘合劑，熱、濕氣、或輻射固化粘合劑。
10.將該粘合劑固化。
以上方法中該微型杯的制作可以容易地用另一種方法取代將涂布有一熱固性前體物的導(dǎo)電膜進(jìn)行圖形曝光，然后用適當(dāng)?shù)娜軇⒃撐雌毓鈪^(qū)域去除。該微型杯的密封還可以通過在液相表面直接地涂布并固化熱固性前體物材料來完成。
用本方法制造的顯示器可以達(dá)到僅一張紙的厚度。該顯示器的寬度可為涂布片的寬度(通常為3至90英寸)。該顯示器的長度可為數(shù)英寸至數(shù)千英尺，取決于卷的大小。
實施例以下所描述的實施例，是為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更清楚地了解并實施本發(fā)明，不應(yīng)理解為是對本發(fā)明范圍的限制，而僅僅是對本發(fā)明的說明和示范。
實施例1 利用微模壓法的微型杯制備表1中所示的組分是用一個3密耳(千分之一英寸)開口的鎳鉻鳥型(Nickel Chrome bird type)薄膜涂布器，將其涂布在MylarJ101/200上。使溶劑揮發(fā)，留下一層玻璃化溫度低于室溫的粘性薄膜。
表1用于微模壓的含有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的組分
用Colorado Spring，Photo Stencil公司的預(yù)成形模板作為該微模壓用的凸模，用Henkel公司的Frekote 700-NC作為脫膜劑。然后，室溫下用加壓滾輪的模板對該經(jīng)涂布的薄膜進(jìn)行模壓。接著用裝有金屬氟化物燈管(具有80毫瓦/平方厘米的強度，波長為365納米)的Loctite Zeta 7410曝光裝置，透過Mylar膜將涂布物進(jìn)行紫外光固化約20分鐘。然后將經(jīng)模壓的薄膜從模具中脫模，呈現(xiàn)明確定義的微型杯，通過光學(xué)輪廓測量和顯微鏡測量，該微型杯具有從60微米至120微米(200-400dpi(點/英寸))范圍的橫向尺寸，以及5微米至30微米范圍的深度(圖4a至圖4c)。
實施例2含有固態(tài)低聚物、單體和添加劑的組分如表2所示。該混合物的玻璃化溫度也低于室溫。如前例，該粘性涂層沉積在MylarJ101/200的頂端。模壓可使用加熱加壓輥或?qū)雍蠙C(jī)(laminator)，在32℃和60℃進(jìn)行。制得具有5至30微米深的明確定義的高分辨率微型杯(100至400dpi)。
表2含有低聚物、單體、添加劑和溶劑的模壓組分
實施例3 介電溶劑中的顏料分散物的制備聚苯乙烯(0.89克，Polysciences公司，分子量50,000)以及AOT(0.094克，American Cyanamide公司，琥珀酸二辛酯磺酸鈉)溶解在17.77克的熱二甲苯(Aldrich公司)中。添加Ti-Pure R-706(6.25克)到該溶液中，并在一研磨機(jī)中以200轉(zhuǎn)/分鐘(rpm)的速度研磨12小時以上。得到了低粘性、穩(wěn)定的分散物。將油溶藍(lán)N(0.25克，Aldrich)添加到該分散物中進(jìn)行染色。然后將該懸浮物用一標(biāo)準(zhǔn)的電泳盒(包含有被一個24微米的間隔物所隔離的二塊ITO導(dǎo)電板)測試。在80伏特下，可觀察到高對比度的白色藍(lán)色交替影像，該影像具有大約60赫茲的切換速率和8.5毫秒的浮現(xiàn)時間。
實施例4重復(fù)實施例3的實驗，不同之處是使用油溶紅EGN(Oil RedEGN，Aldrich公司)和具有24微米間隔物的電泳盒。在60伏特下，可觀察到高對比度的紅色與白色交替影像，該影像具有大約60赫茲的切換速率和12毫秒的浮現(xiàn)時間。
實施例5在溶液中用研磨機(jī)研磨Ti-Pure R-706(112克)，其中該溶液包含有11.2克的順丁烯二酸酐共聚物(Baker Hughes的X-5231)、24克的3，4-二氯三氟甲苯(3，4-dichlorobenzotrifluoride，自Aldrich)、以及24克的1，6-二氯己烷(也來自Aldrich)。相似地，12克的碳黑在100℃的溶液中研磨，該溶液含有1.2克的烷基化聚乙烯吡咯烷酮(alkylated polyvinylpyrrolidone)(自ISP的Ganex V216)、34克的3，4-二氯三氟甲苯、以及34克的1，6-二氯己烷(Aldrich)。然后，將這二種分散物均勻地混合并測試。在100伏特下，可觀察到高對比度的黑色與白色交替影像，該影像具有最高10Hz的切換速率和約36毫秒的浮現(xiàn)時間。
實施例6 用一步法工藝密封微型杯0.05毫升的含有占重量比1％的苯偶酰二甲基縮酮(benzildimethyl ketal，Sartomer公司的Esacure KB1)的1，6-己二醇二丙烯酸酯(HDDA，1，6-hexanediol diacrylate，來自Aldrich)紫外光可固化組分，分散在0.4毫升的介電溶液中，該介電溶液含有分散在FC-43(來自3M公司)中的占重量比0.5％的2，2，3，3，4，4，5，5，6，6，7，7，8，8，9，9，10，10，10-氟代十九烷-1-癸醇(-nonadecafluoro-1-decanol)(Aldrich)。所產(chǎn)生的分散物立即填充在按實施例2制作的微型杯陣列中。多余的流體用刮刀刮除。該HDDA溶液發(fā)生相分離需要至少30秒，并用紫外光輻射(10毫瓦/平方厘米)進(jìn)行固化約1分鐘。在微型杯頂部可以觀察到一堅硬清晰的薄層，并且該微型杯被密封。
實施例7 用二步法(涂布和紫外光固化)工藝密封微型杯將實施例5中制備的電泳流體涂布在按實施例2方法制作的微型杯陣列上。將一個Norland光學(xué)粘合劑NOA 60(新澤西州NewBrunswick的Norland Products公司)薄層涂布在該經(jīng)填充的微型杯上。任何多余的紫外光粘合劑要用Mylar膜薄刮片刮除，并用一片吸收紙清理。該經(jīng)涂布的粘合劑立即在Loctite Zeta紫外光曝光裝置下進(jìn)行15分鐘固化。該微型杯被完全密封，且看不到氣泡。用Mitutoyo公司的厚度計測量的，該經(jīng)固化的膠層厚度約為5至10微米。
實施例8 用二步法(涂布和濕氣固化)工藝密封微型杯重復(fù)實施例7的實驗，不同之處是用俄亥俄州哥倫布Elmer’sProducts公司的Instant Krazy膠替代該Norland粘合劑。涂布的粘合劑用空氣中的濕氣固化5分鐘。該微型杯被完全地密封，看不到氣泡。用Mitutoyo公司的厚度計測量，該經(jīng)固化的膠層厚度約為5至10微米。
實施例9 用二步法(涂布和界面聚合)工藝密封微型杯重復(fù)實施例8的實驗，不同之處是用含有占重量0.3％的四乙撐五胺(Aldrich)的3，4-二氯三氟甲苯(3，4-dichlorobenzotrifluoride)溶液代替該電泳流體，用無水醚中的脂肪族聚異氰酸酯(來自Bayer公司的聚氨基甲酸酯類粘合劑N 3300)溶液代替該Instant Krazy膠。在涂布之后幾乎可以立即觀察到一個高度交聯(lián)的薄膜。醚在室溫下蒸發(fā)后，該介電溶液被完全地密封在微型杯中。沒有觀察到氣泡。
雖然本發(fā)明已通過參考其特定具體實施例來說明，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，可以容易地對上述實施方案進(jìn)行各種改變和等同置換而不偏離本發(fā)明的目的、精神、和范圍。另外，可以有許多修改以適用于特別的情形、材料、組分、方法、方法步驟或步驟，而不脫離本發(fā)明的目的、精神、與范圍。所有這類修改被認(rèn)為在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
組件符號說明10 電極板11 電極板12 盒層20 凸模2 透明導(dǎo)電膜22 熱塑性或熱固性前體物層23 微型杯陣列24 腹板30 玻璃基板31 籽金屬薄層32 光致抗蝕劑層33 鎳鈷合金34 光掩模50 光掩模51 輻射固化材料52 導(dǎo)電膜53 塑料基板54 深色的方塊55 無遮擋的區(qū)域56 微型杯60 熱固性前體物層61 導(dǎo)電膜62 凸模63 微型杯64 介電溶劑65 紫外光輻射66 第二導(dǎo)電膜67 膠層68 紫外光(UV)輻射69 切割70 熱固性前體物
71 導(dǎo)電膜72 微型杯73 膠層74 正性光致抗蝕劑75 顏料分散物76 熱固性前體物77 透明導(dǎo)電膜78 膠層
權(quán)利要求
1.一種用于制造多色電泳顯示器的方法，包括以下步驟a)制備微型杯；b)將所述微型杯層疊一層正性光致抗蝕劑；c)將所述的正性光致抗蝕劑進(jìn)行圖形曝光，在預(yù)定區(qū)域中有選擇地打開微型杯；d)將打開的微型杯用電泳流體填充，所述電泳流體包含分散于第一色的介電溶劑中的帶電荷顏料微粒；e)將經(jīng)填充的所述微型杯密封；f)在不同的區(qū)域中重復(fù)步驟c)至e)，從而產(chǎn)生填充有不同顏色的電泳流體的微型杯組；以及g)如果有，則去除殘留的正性光致抗蝕劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的微型杯的填充和密封是通過以下方式完成的用含有熱塑性或熱固性前體物的電泳流體填充所述的微型杯，其中所述熱塑性或熱固性前體物的比重低于所述介電溶劑和帶電荷顏料微粒的比重，硬化在所述電泳流體的頂部由所述熱塑性或熱固性前體物形成的漂浮層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中其中所述的硬化是通過溶劑蒸發(fā)、界面反應(yīng)、濕氣、熱、輻射、或者其結(jié)合的方法完成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的熱塑性或熱固性前體物與所述的介電溶劑不互溶。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的密封是通過在所述的電泳流體上涂布包含熱塑性或熱固性前體物的組分，所述熱塑性或熱固性前體物的比重低于所述介電溶劑和帶電荷顏料微粒的比重，并硬化所述熱塑性或熱固性前體物的組分完成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的硬化是通過溶劑蒸發(fā)、界面反應(yīng)、濕氣、熱、輻射、或者其結(jié)合的方法完成的。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述的熱塑性或熱固性前體物與所述的介電溶劑不互溶。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的微型杯是通過用凸模將一熱塑性或熱固性前體物層進(jìn)行模壓或者將一輻射固化材料層進(jìn)行圖形曝光再去除未曝光區(qū)域制備的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中一膠層被預(yù)先涂敷在所述正性光致抗蝕劑上并被層疊在所述微型杯上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電泳顯示器，其中所述的膠層可被所述正性光致抗蝕劑的顯影劑顯影。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于制造多色電泳顯示器的方法，包括以下步驟a)制備微型杯；b)將所述微型杯層疊一層正性光致抗蝕劑；c)將所述的正性光致抗蝕劑進(jìn)行圖形曝光，在預(yù)定區(qū)域中有選擇地打開微型杯；d)將打開的微型杯用電泳流體填充，所述電泳流體包含分散于第一色的介電溶劑中的帶電荷顏料微粒；e)將經(jīng)填充的所述微型杯密封；f)在不同的區(qū)域中重復(fù)步驟c)至e)，從而產(chǎn)生填充有不同顏色的電泳流體的微型杯組；以及g)如果有，則去除殘留的正性光致抗蝕劑。該方法可通過輥對輥的方式連續(xù)地或半連續(xù)地進(jìn)行用該方法制造的顯示器可以達(dá)到僅一張紙的厚度，對于環(huán)境不敏感。該顯示器的特點是薄、具柔韌性、耐用、易操作并且形式靈活。
文檔編號G02F1/1333GK1818768SQ20041003275
公開日2006年8月16日 申請日期2001年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月3日
發(fā)明者染榮昌, 陳美英, 曾金仁, 吳讓二, 臧宏玫 申請人:希畢克斯幻像有限公司