KR100824249B1 - 화상 안정도가 개선된 전기영동 매체를 포함하는 전기영동 디스플레이 - Google Patents
화상 안정도가 개선된 전기영동 매체를 포함하는 전기영동 디스플레이 Download PDFInfo
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Abstract
전기영동 매체 (200) 는 현탁액 (206) 에 부유되어 있는 복수의 파티클 (108, 218) 을 구비하며, 파티클 (108, 218) 은 매체에 전기장의 인가에 따라 현탁액 (206) 을 통해 이동할 수 있다. 현탁액은 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖는 폴리머를 그 안에 용해 또는 분산하며, 폴리머는 본질적으로 파티클상에 비흡수된다. 폴리머는 디스플레이의 쌍안정을 개선시키며 (즉, 디스플레이가 새롭게되지 않고, 기입된 화상이 지속하는 주기), 일반적으로 현탁액의 점성을 증가시키지 않고, 합리적인 범위내에서 디스플레이의 스위칭 시간을 유지한다. 매체는 캡슐화될 수도 있거나, 폴리머-분산 전기영동 매체의 형태일 수도 있다.
Description
본 발명은 개선된 화상 안정도를 갖는 전기영동 매체에 관한 것으로 이 매체를 포함하는 전기영동 디스플레이에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 디스플레이의 스위칭 시간이나 구동 전압의 허용불가한 증가없이 개선된 화상 안정도를 가능하게 하는 전기 이동 매체 및 디스플레이에 관한 것이다.
전기영동 디스플레이는 수년동안 집중적인 연구와 개발의 대상이었다. 이런 디스플레이는 액정 디스플레이와 비교할 때 우수한 휘도와 콘트라스트, 넓은 시야각, 상태 쌍 안정성, 및 낮은 전력 소비의 특성을 갖는다. 여기서 사용하고 있는 용어 "쌍 안정" 및 "쌍 안정성" 은, 당업계의 종래 기술의 의미에서, 하나 이상의 광학특성에서 다른 제 1 및 제 2 디스플레이 상태를 갖는 디스플레이 소자를 포함하여 임의의 소자가 유한 지속시간의 어드레싱 펄스에 의하여 구동되어 그것의 제 1 또는 제 2 디스플레이 상태 중 하나를 갖은 후, 어드레싱 펄스가 종결된 후에 그 상태가 적어도 수회, 예를들어 디스플레이 소자의 상태를 변화시키는 데 요구되는 어드레싱 펄스의 최소 지속시간인 4회 이상 동안 유지되도록 하는 디스플레이를 말한다. (실제로, 본 발명의 디스플레이의 일부를 포함하는 일부 전기영동 디스플레이는 다수의 회색 상태를 달성할 수 있으며, 아래에서 설명하는 바와 같이 그들의 극단의 흑색 및 백색 광학 상태 뿐만 아니라 그들의 중간적인 회색 상태에서도 안정적이다. 이런 디스플레이는 "쌍 안정" 보다는 "다중 안정" 이라고 적절하게 언급되며, 쌍 안정은 여기서 편의상 사용한다.) 전계의 인가에 의해 변화되는 광학 특성은 일반적으로 육안으로 인식가능한 색상이지만, 광전송, 반사, 발광 같은 또 다른 광학 특성일 수도 있고, 또는 기계 판독을 의도하는 디스플레이의 경우에 가시범위 밖의 전자기 파장의 반사의 변화의 의미에서 의사 색상일 수도 있다. 그럼에도 불구하고, 이들 디스플레이의 장기 화상 품질이 갖는 문제점은 그들의 이용의 확산을 방해하였다. 예를들어, 전기영동 디스플레이를 구성하는 파티클이 고정되어, 이들 디스플레이에 대한 서비스 수명이 부적절하게 되었다.
MIT (Massachusetts Institute of Technology) 와 E Ink Corporation 의 명의로 양도된, 캡슐화된 전기영동 매체를 기술하고 있는 다양한 특허 및 출원이 공개되었다. 이런 캡슐화된 매체는 다수의 소형 캡슐을 포함하고, 이들 각각은 그 자체가 현탁액 (liquid suspension) 내에 현탁된 전기영동적 이동 파티클을 포함하는 내부상과 매체 내부상 (internal phase) 을 둘러싸는 캡슐벽을 포함한다. 일반적으로, 캡슐은 그 자체가 2개의 전극사이에 위치하는 밀착층을 형성하도록 폴리머 바인더 내에 고정된다. 예를들어, 이런 종류의 캡슐화된 매체는 미국특허번호 5,930,026; 5,961,804; 6,017,584; 6,067,185; 6,118,426; 6,120,588; 6,120,839; 6,124,851; 6,130,773; 6,130,774; 6,172,798; 6,177,921; 6,232,950; 6,241,921; 6,249,271; 6,252,564; 6,262,706; 6,262,833; 6,300,932; 6,312,304; 6,312,971; 6,323,989; 및 6,327,072; 미국특허출원번호 2001-0045934; 및 국제출원공개번호 WO 97/04398; WO 98/03896; WO 98/19208; WO 98/41898; WO 98/41899; WO 99/10767; WO 99/10768; WO 99/10769; WO 99/47970; WO 99/53371; WO 99/53373; WO 99/56171; WO 99/59101; WO 99/67678; WO 00/03349 ; WO 00/03291; WO 00/05704 ; WO 00/20921; WO 00/20922; WO 00/20923; WO 00/26761; WO 00/36465; WO 00/36560; WO 00/36666 ; WO 00/38000 ; WO 00/38001 ; WO 00/59625; WO 00/60410 ; WO 00/67110; WO 00/67327 WO 01/02899 ; WO 01/07691 ; WO 01/08241 ; WO 01/08242 ; WO 01/17029 ; WO 01/17040 ; WO 01/17041 ; WO 01/80287 및 WO 02/07216 에 기술되어 있다.
대다수의 상술한 특허와 특허출원은, 캡슐화된 전기영동 매체의 이산 마이크로 캡슐을 둘러싸는 벽이 연속상 (continuous phase) 으로 대체되어, 전기영동 매체가 전기영동액의 복수의 이산 물방울 (droplet) 및 폴리머 재료의 연속상을 포함하는 소위 "폴리머 분산 전기영동 디스플레이"를 제조할 수 있으며, 이산 캡슐막이 각각의 개별 물방울들과 전혀 연관되지 않을지라도, 이런 폴리머 분산 전기영동 디스플레이 내의 전기영동액의 이산 물방울이 캡슐이나 마이크로 캡슐로 간주될 수 있음을 인식하고 있다. (WO01/02899, 10페이지 6-19행 참조)
캡슐화된, 전기영동 디스플레이는 일반적으로 전통적인 전기영동 장치의 클러스터링 및 설정 실패를 겪지 않으며 광범위한 유연성 및 경성 기판 상에 디스플레이를 프린트하거나 코팅할 수 있는 능력 같은 이점을 제공한다. (용어 "인쇄" 는 패치 다이 코팅, 슬롯 또는 압출 코팅, 슬라이드 또는 캐스케이드 코팅, 커튼 코팅 같은 사전계량 코팅; 나이프 오버 롤 코팅, 포워드 리버스 롤 코팅 같은 롤코팅; 그라비어 코팅; 딥 코팅; 스프레이 코팅; 메니스커스 코팅; 스핀 코팅; 브러쉬 코팅; 에어 나이프 코팅; 실크 화면 인쇄 프로세스; 정전 인쇄 프로세스; 열인쇄 프로세스; 잉크 제트 인쇄 프로세스; 및 다른 유사 기술을 포함하는 모든 형태의 인쇄 및 코팅을 제한됨이 없이 포함하는 것이다.) 따라서, 결과되는 디스플레이는 유연성을 가질 수 있다. 또한, 디스플레이 매체가 (다양한 방법을 이용하여) 인쇄될 수 있기 때문에, 디스플레이 자체는 저비용으로 제조될 수 있다.
이미 언급한 바와 같이, 전기영동 디스플레이는 쌍 안전성을 나타내지만, 이 쌍 안정성은 비제한적이지는 않으며 디스플레이상의 화상은 시간에 따라 천천히 페이드되어, 화상을 연장된 기간동안 유지하고자 하는 경우, 화상은 주기적으로 리프레쉬되어야 한다 (이런 리프레쉬가 필요한 간격은 화상 안정도의 편리한 정량 측정치이다). 또한, 화상 안정도가 부족한 많은 시스템에서, 규칙적인 인터벌로 소위 "블랭킹 펄스 (blanking pulse)"를 가하는 것이 필요하다; 이런 블랭킹 펄스는 먼저 디스플레이의 모든 화소를 하나의 광학 상태 (예를들어, 백색 상태) 로 구동하고, 그 후 모든 화소들을 반대 광학 상태 (예를들어, 흑색 상태) 로 구동하고, 그 후 원하는 화상을 기록하는 것을 포함한다. 이런 디스플레이의 리프레싱과 블랭킹은 본질적으로 에너지를 소비하고, 블랭킹 펄스는 화상에 집중하고자 하는 사람을 산만하게 하기 때문에, 이런 리프레싱 및 블랭킹을 최소화하는 것, 즉 화상의 리프레싱 및/또는 블랭킹 간의 간격이 증가되고 디스플레이의 전력 소비가 감소될 수 있도록 디스플레이의 쌍 안정성을 증가시키는 것이 바람직하다. 예를들어, 전기영동 디스플레이의 한 잠재적인 적용은, 장치의 고유 크기와 중량 제한, 및 다양한 범위의 조명 조건하에서 볼 수 있는 화면에 대한 필요성이 전기영동 디스플레이의 저전력 소비 및 반사 모드를 매우 매력적으로 만드는 개인 휴대 정보단말기 (PDA) 에서 이다. PDA 의 사용자가 전화번호 리스트 같은 단일의 화상을 장시간 동안 화면상에 유지하는 것이 일반적이며, PDA 의 에너지 소비와 사용자에 대한 산만함을 가장 최소한으로 유지하기 위해서는 이것이 이런 긴 시간동안 디스플레이의 임의의 리프레싱이나 블랭킹에 대한 필요없이 달성가능한 것이 바람직하다.
본 발명자와 그 공동 연구자들은 상술한 특허와 출원에서 기술된 종류의 전기 이동 디스플레이에서의 화상 안정도를 제한하는 주요인자가 중력하에서의 전기영동 색소 파티클의 설정인 것을 발견했다. 이런 설정 속도는 색소 물방울이 현탁액상의 점성에 1차 근사 역비례하기 때문에, 화상의 안정도는 액상의 점성을 증가시켜서 증가될 수 있다. 불행하게도, 전기영동 디스플레이 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 바와 같이, 색소 파티클의 전기영동 이동도 (파티클이 소정의 전계하에서 액상을 통하여 이동하는 속도) 는 또한 액상의 점성에 역으로 비례하고, 따라서 디스플레이의 스위칭 시간 (그 광학상태 중 하나에서 다른 상태로 디스플레이의 주어진 화소를 변화시키는 데 요구되는 시간- 색소 파티클이 액상 매체의 두께를 통하여 이동하는 데 필수적으로 필요한 시간) 은 액상 매체의 점성에 직접 비례한다. 따라서, 액상 매체의 점성을 광범위하게 변화시키는 것이 당업계에 공지된 것이지만, 여기서는 임의의 선택된 점성도가 타협되어, 점성을 증가시키는 것이 증가된 스위칭 시간을 희생하여 화상 안정도를 증가시키게 된다. 또한, 특히 원하는 정보를 찾기 위해서 여러 정보 "페이지" 나 화면을 통하여 이동하는 것이 필요할 수 있는 PDA 디스플레이 같은 소형 디스플레이의 경우에는, 실질적으로 약 1초 초과하는 스위칭 시간을 사용자가 견딜 수 없게 한다. (디스플레이에 인가된 구동 전압을 증가시킴으로써, 현탁액의 증가된 점성에 기인하여, 스위칭 시간의 증가를 상쇄하는 것이 가능하지만, 이것은 그 자체의 문제점의 발생을 가져온다. 구동 전압의 증가는 각 구동 펄스의 에너지 소비를 증가시키며, 구동 펄스를 제어하도록 요구되는 전자회로의 비용 및 복잡성을 필수적으로 증가시킨다. 또한, 많은 배터리-구동 장치에 있어서, 임의의 한계 이상으로 구동 전압을 증가시키는 것은 실제로 어렵다.) 따라서, 지금까지 PDA 또는 유사한 전기영동 디스플레이에서 달성될 수 있는 최대 화상 안정도는 에너지 보존 목적에 바람직한 것보다 실질적으로 더 낮은 값으로 제한되었다.
전기영동 디스플레이에서 사용된 현탁액에 임의의 폴리머의 첨가는 폴리머의 첨가에 의해 야기되는 현탁액의 점성의 증가에 의해 달성될 수 있는 것보다 더 큰 화상 안정도의 증가를 제공한다. 따라서, 현탁액에 이들 폴리머의 사용은 디스플레이의 스위칭 시간의 초과적인 증가없이 화상 안정도의 실질적인 증가를 허여한다.
따라서, 본 발명은 현탁액에 부유되어 있는 복수의 파티클을 포함하는 전기영동 매체를 제공하며, 파티클은 매체에 전계를 인가하면 현탁액을 통해 이동할 수 있다. 본 발명의 매체는, 현탁액이 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖는 폴리머를 그 안에 용해하거나 또는 분산하는 특징을 갖고, 폴리머는 파티클상에 본질적으로 비흡수된다.
본 발명의 바람직한 형태에서, 폴리머는 200,000 내지 1,600,000g/mole 범위의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리이소부틸렌이며, 폴리이소부틸렌은 현탁액의 0.25 내지 2.5 중량% 을 포함한다.
또한, 본 발명은 현탁액에 부유되어 있는 복수의 파티클을 포함하는 전기영동 매체를 제공하며, 파티클은 매체에 전계를 인가하면 현탁액을 통해 이동할 수 있다. 이러한 형태의 발명에서, 현탁액은 [η] 의 고유 점성을 갖는 폴리머를 그 안에 용해하거나 분산하며, 매체 (100; 200; 300) 는 현탁액의 이온화 또는 이온가능한 그룹으로부터 분리되어 있으며, 폴리머는 0.5[η]-1 내지 2.0[η]-1 의 농도에서 현탁액에 존재한다.
본 발명의 바람직한 실시형태는, 단지 예시적이지만, 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.
도 1A 및 도 1B 는 전기영동 매체가 착색된 현탁액내에 단일 유형의 파티클을 포함하는, 본 발명의 제 1 전기영동 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
도 2A 및 도 2B 는 일반적으로 도 1A 및 도 2B 의 도면과 각각 유사하며, 전기영동 매체가 착색되지 않은 현탁액내에 반대 극성의 전하를 띠는 2 가지 서로 다른 유형의 파티클을 포함하는, 본 발명의 제 2 전기영동 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
도 3A 및 도 3B 는 일반적으로 도 2A 및 도 2B 의 도면과 각각 유사하며, 전기영동 매체가 착색되지 않은 현탁액내에 동일한 극성의 전하를 띠며 다른 전기영동 이동도를 갖는 2 가지 서로 다른 유형의 파티클을 포함하는, 본 발명의 제 3 전기영동 디스플레이의 개략적인 단면도이다.
도 4 는 후술할 실시예 1 에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 매체에서 사용되며, 매체에 첨가되는 폴리머에 비례하는 바람직한 현탁액의 상대적인 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 5 는 후술할 실시예 1 에 설명하는 바와 같이, 매체에 첨가되는 폴리머에 비례하는 본 발명의 제 1 바람직한 매체의 화상 안정도의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 6 은 도 5 의 그래프와 유사하지만, 후술할 실시예 2 에 설명하는 바와 같이, 현탁액의 상대적인 점성을 갖는, 본 발명의 제 2 바람직한 매체의 화상 안정도의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 7 및 도 8 은 후술할 실시예 3 에 설명하는 바와 같이, 동일한 점성을 갖지만 첨가된 폴리머가 부족한 유사한 매체와 비교하여, 본 발명의 제 1 바람직한 매체 및 제 2 바람직한 매체 각각의 백색 상태의 시간에 따른 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 9 는 후술할 실시예 4 에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 제 1 바람직한 매체의 백색, 흑색, 및 회색의 시간에 따른 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 10 은 후술할 실시예 5 에 설명하는 바와 같이, 온도에 따라, 본 발명의 제 1 바람직한 매체의 백색 및 흑색 상태의 시간에 따른 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 11 은 후술할 실시예 6 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리머 함유 현탁액 고유의 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 12 는 후술할 실시예 6 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리머 함유 전기영동 매체의 최초의 상대적인 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 13 은 후술할 실시예 6 에 설명하는 바와 같이, 현탁액의 상대적인 점성을 갖는 폴리머 함유 전기영동 매체의 최초 상대적인 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 14 는 후술할 실시예 6 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 점성 평균 분자량으로, 최소한 400초의 화상 안정도를 달성하기 위해 요구되는 상대적인 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 15 는 후술할 실시예 7 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리머 함유 전기영동 매체의 고유한 점성에 의해 정규화되는 강화된 화상 안정도에 대한 최초 농도의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 16 은 후술할 실시예 7 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 평균 분자량으로, 최소 400초의 화상 안정도를 달성하기 위해 요구되는 상대적인 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 17 은 후술할 실시예 8 에 설명하는 바와 같이, 폴리머의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리머 함유 현탁액의 고유한 점성의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 18 은 후술할 실시예 8 에 설명하는 바와 같이, 할로겐화 탄화수소를 포함하는 현탁액을 갖는 폴리머 함유 전기영동 매체의 백색 상태 화상 안정도의 변화율을 도시하는 그래프이다.
도 19 는 후술할 실시예 9 에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 전기영동 매체의 각종 광학 상태의 장기간 화상 안정도를 도시하는 그래프이다.
도 20 은 후술할 실시예 10 에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 전기영동 매체의 각종 광학 상태의 장기간 화상 안정도에 대한 온도의 영향을 도시하는 그래프이다.
도 21 은 후술할 실시예 11 에 설명하는 바와 같이, 본 발명의 전기영동 매체의 낮은 전계에 대한 비선형 응답을 도시하는 그래프이다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 현탁액에 떠있는 다수의 파티클을 포함하는 전기영동 매체를 제공한다. 파티클은 매체에 전계를 인가하면 액체를 통해 매체로 이동할 수 있다. 이 액체는, 약 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖는 용해 및/또는 분산된 폴리머를 함유하며, 이 폴리머는 본질적으로 파티클상에 흡수되지 않는다.
본 발명의 전기영동 매체는 전술한 E Ink 및 MIT 특허 및 출원에서 설명된 임의의 유형일 수도 있으며, 그러한 매체의 바람직한 실시형태는 첨부한 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명된다.
도 1A 및 도 1B 에 도시한 본 발명의 제 1 전기영동 디스플레이 (일반적으로 100 으로 나타냄) 는 복수의 캡슐 (104; 도 1A 및 도 1B 에는 단지 하나만 도시함) 을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체를 포함하며, 그 각각은 현탁액 (106) 및 그 안에 분산된 복수의 단일 유형의 파티클 (108) 을 함유하며, 그 파티클은 설명을 목적으로 흑색으로 가정한다. 파티클 (108) 은 전기영동적으로 이동성을 가지며, 카본 블랙 (carbon black) 으로 형성될 수도 있다. 하기의 설명에서는, 파티클 (108) 은 양전하 임을 가정하는데, 물론 원하면 음전하의 파티클도 사용될 수 있다. (삼각형 형상의 파티클 (108), 및 후술할 정사각형 및 원형의 다른 파티클은 각종 유형의 파티클들이 첨부한 도면에서 쉽게 구별되도록 예시적으로 사용되며, 어떤 점에서도 실제로 구형인 실질적인 파티클의 물리적 형태에 대응하지 않는다. 그러나, 여기에서, 본 발명의 디스플레이에서 비구형 파티클의 사용도 배제하지 않는다.)
디스플레이 (100) 는, 관찰자가 디스플레이 (100) 를 관찰하는 관찰 표면을 형성하는, 공통적이며 투명한 전면 전극 (110), 및 복수의 이산 후면 전극 (112) 을 포함하며, 그 후면 전극 각각은 디스플레이 (100) 의 하나의 화소를 정의한다 (하나의 후면 전극 (112) 만이 도 1A 및 도 1B 에 도시됨). 실질적으로 다수 (20 개 이상) 의 마이크로캡슐이 각각의 화소에 사용되지만, 설명과 이해를 쉽게 하기 위해, 도 1A 및 도 1B 는 후면 전극 (112) 에 의해 정의된 화소를 형성하는 하나의 마이크로캡슐만을 도시한다. 후면 전극 (112) 은 기판 (114) 상에 탑재된다.
도 1A 에 도시한 바와 같이, 후면 전극 (112) 에 인접한 위치에 놓인 파티클 (108) 이 전면 전극 (110) 을 통해 디스플레이 (100) 를 관찰하는 관찰자에게 보이지 않도록, 현탁액 (106) 은 착색된다. 현탁액 (106) 에 필요한 색은 액체의 염료를 용해함으로써 제공될 수도 있다. 착색된 현탁액 (106) 및 파티클 (108) 은 전기영동 매체 (102) 를 불투명하게 만들기 때문에, 후면 전극 (112) 및 기판 (114) 은 불투명한 전기영동 매체 (102) 를 통해 볼 수 없기 때문에 투명하거나 불투명하게 될 수 있다.
캡슐 (104) 및 파티클 (108) 은 넓은 범위의 크기로 제조될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 전극에 수직으로 측정된 캡슐의 두께는 약 10 내지 500㎛ 범위가 되며, 파티클 (108) 은 통상적으로 약 0.25 내지 2㎛ 범위의 직경을 갖는 것이 바람직하다.
도 1A 는 음으로 대전된 후면 전극 (112) 과 양으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (100) 를 도시한다. 이러한 조건하에서, 양으로 대전된 파티클 (108) 은 음으로 대전된 후면 전극 (112) 으로 끌리므로, 후면 전극 (112) 에 인접하게 놓이게 되며, 이들은 착색된 현탁액 (106) 에 의해 전면 전극 (110) 을 통해 디스플레이 (100) 을 관찰하는 관찰자로부터 감춰진다. 따라서, 도 1A 에 도시된 화소는 액체 (106) 의 색을 관찰자에게 표시하며, 그것은 예시를 목적으로 백색임을 가정한다. (도 1A 및 도 1B 의 디스플레이 (100) 는 바닥에 후면 전극 (112) 이 있는 것으로 되어 있지만, 실제로 전면 전극과 후면 전극 양자는 통상적으로 디스플레이 (100) 의 최대 시계 (visibility) 에 대해 수직으로 배치된다. 여기에 설명된 본 발명의 어떠한 특정 실시형태도 파티클의 이동을 제어하는 중력에 의존하지 않으며, 중력하의 그러한 운동은 실질적으로 너무 느려서 파티클 이동을 제어하는데 유용하지 않다.)
도 1B 는 후면 전극 (112) 에 대하여 음으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (100) 를 도시한다. 파티클 (108) 은 양으로 대전되기 때문에, 파티클은 음으로 대전된 전면 전극 (110) 에 끌어지며, 이에 따라서 파티클 (108) 은 전면 전극 (110) 에 인접한 곳으로 이동하며, 화소는 흑색의 파티클 (108) 을 표시한다.
도 1A 및 도 1B 에서, 캡슐 (104) 은 그 높이 (전극의 면에 직각) 보다 상당히 큰 폭 (전극의 면에 평행) 을 갖는 실질적으로 프리즘 형태로서 나타낸다. 캡슐 (104) 의 이 프리즘 형상은 신중히 고려된 것이다. 캡슐 (104) 이 본질적으로 구형인 경우, 도 1B 에 도시된 흑색 상태에서, 파티클 (108) 은 캡슐의 가장 높은 부분, 즉 캡슐의 중심 바로 위에 집중된 제한된 영역으로 모이는 경향이 있다. 그 후, 관찰자에게 보여지는 색은 이러한 중심의 흑색 영역과 이러한 중심 영역을 둘러싸는 백색의 환형부분의 평균이 되며, 여기에서 백색 액체 (106) 는 가시적이다. 따라서, 이러한 흑색 상태인 경우에도, 관찰자는 순흑색 보다 회색을 띤 색을 볼수 있으며, 화소의 2 개의 극단의 광학 상태 사이의 큰트라스트는 대응하여 제한된다. 반대로, 도 1A 및 도 1B 에 도시된 마이크로캡슐의 프리즘 형태로, 파티클 (108) 은 전체 단면부를 피복하여, 약간 또는 어떠한 백색 액체도 보이지 않도록 하며, 캡슐의 극단의 광학 상태 사이의 콘트라스트는 강화된다. 이러한 점과 전기영동 층내의 캡슐의 충전을 달성하는데 바람직한 논의에 있어서, 전술한 미국 특허권 제 6,067,185 호 및 대응 국제 공개 공보 WO 99/10767 을 참조한다. 또한, 전술한 E Ink 및 MIT 특허 및 출원에 설명한 바와 같이, 전자 매체에 기계적인 무결성을 제공하기 위해, 마이크로캡슐이 고체 바인더내에 통상적으로 내장되며, 이러한 바인더는 설명을 간단하게 하기 위해 도 1 내지 도 3 으로부터 생략된다.
도 2A 및 도 2B 에 도시한 본 발명의 제 2 전기영동 디스플레이 (일반적으로 200 으로 나타냄) 은 복수의 캡슐 (204) 을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체 (일반적으로 202 으로 나타냄) 를 포함하며, 그 각각은 현탁액 (206) 및 상술한 제 1 디스플레이 (100) 의 것과 동일한 그 안에 분산된 양으로 대전된 복수의 흑색 파티클 (108) 을 함유한다. 디스플레이 (200) 는 전면 전극 (110), 후면 전극 (112), 및 기판 (114) 을 더 포함하며, 이들 모두는 제 1 디스플레이 (100) 의 대응하는 것들과 동일하다. 그러나, 흑색 파티클 (108) 에 첨가하여, 복수의 음으로 대전된 파티클 (218) 은 현탁액 (206) 내에 있으며, 여기서 음으로 대전된 파티클은 백색으로 가정한다.
통상적으로, 디스플레이의 각종 상태의 광학 특성을 조정하기 위해 여러가지 색이 제공될 수도 있지만, 액체 (206) 은 착색되지 않는다 (즉, 본질적으로 투명). 도 2A 은 도시된 화소의 후면 전극 (112) 에 대해 양으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (200) 를 도시한다. 양으로 대전된 파티클 (108) 은 후면 전극 (112) 에 인접하여 정전기적으로 보유되며, 음으로 대전된 파티클 (218) 은 전면 전극 (110) 에 대해 정전기적으로 보유된다. 따라서, 백색 파티클 (218) 은 가시적이며 백색 파티클이 흑색 파티클을 감추므로, 전면 전극 (110) 을 통해 디스플레이 (200) 을 관찰하는 관찰자는 백색 화소를 볼 수 있다.
도 2B 은 도시된 화소의 후면 전극 (112) 에 대하여 음으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (200) 를 도시한다. 도 1B 에 도시된 대응하는 광학 상태에서, 양으로 대전된 파티클 (108) 은 음의 전면 전극 (110) 에 정전기적으로 끌리며, 음으로 대전된 파티클 (218) 은 양의 후면 전극 (112) 에 정전기적으로 끌린다. 따라서, 파티클 (108) 은 전면 전극 (110) 에 인접하게 이동하며, 화소는 파티클 (108) 의 흑색을 표시하며, 백색 파티클 (218) 을 감춘다.
도 3A 및 도 3B 에 도시한 본 발명의 제 3 전기영동 디스플레이 (일반적으로 300 으로 나타냄) 은 복수의 캡슐 (304) 을 포함하는 캡슐화된 전기영동 매체 (일반적으로 302 으로 나타냄) 를 포함한다. 디스플레이 (300) 는 전면 전극 (110), 후면 전극 (112), 및 기판 (114) 을 더 포함하며, 이들 모두는 상술한 디스플레이 (100 및 200) 의 대응하는 것들과 동일하다. 디스플레이 (300) 는, 액체 (306) 가 착색되지 않고 음으로 대전된 파티클 (218) 이 그 안에 부유되어 있다는 점에서, 상술된 디스플레이 (200) 와 유사하다. 그러나, 디스플레이 (300) 는 적색의 음으로 대전된 파티클 (320) 의 존재에 의해 디스플레이 (200) 와 다르며, 적색의 파티클이 백색의 파티클 (218) 보다 실질적으로 낮은 전기영동 이동도를 갖는다.
도 3A 은 도시된 화소의 후면 전극 (112) 에 대해 양으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (300) 를 도시한다. 음으로 대전된 백색 파티클 (218) 및 음으로 대전된 적색 파티클 (320) 은 전면 전극 (110) 으로 끌리며, 백색 파티클 (218) 이 더 높은 전기영동 이동도를 갖기 때문에, 백색 파티클은 먼저 전면 전극 (110) 으로 도달한다 (도 3A 에 도시된 광학 상태는, 도 3B 에 도시된 광학 상태의 전극의 극성을 갑작스럽게 바꾸어, 백색 파티클 (218) 과 적색 파티클 (320) 이 캡슐 (304) 의 두께를 횡단하도록 하며, 이에 따라서 백색 파티클 (218) 의 더 큰 이동도로 인하여 적색 파티클 (320) 이전에 전면 전극 (110) 에 인접한 위치로 백색 파티클이 도달하도록 허여함으로써 발생된다). 따라서, 백색 파티클 (218) 은 전면 전극 (110) 에 바로 인접하게 연속층을 형성하며, 이에 따라서 적색 파티클 (320) 을 감춘다. 따라서, 백색 파티클 (218) 이 가시적이며 백색 파티클이 적색 파티클 (320) 을 감추기 때문에, 전면 전극 (110) 을 통해 디스플레이 (300) 를 관찰하는 관찰자는 백색 화소를 볼 수 있다.
도 3B 은 도시된 화소의 후면 전극 (112) 에 대하여 음으로 대전된 전면 전극 (110) 을 갖는 디스플레이 (300) 를 도시한다. 음으로 대전된 백색 파티클 (218) 및 음으로 대전된 적색 파티클 (320) 은 후면 전극 (112) 에 끌리며, 백색 파티클이 더 높은 전기영동 이동도를 갖기 때문에, 도 3B 에 도시된 광학 상태가 도 3A 에 도시된 광학 상태의 전극상의 극성을 바꿈으로써 형성될 때, 백색 파티클 (218) 은 적색 파티클 (320) 보다 더 빨리 후면 전극 (112) 에 도달하며, 백색 파티클 (218) 은 후면 전극 (112) 에 인접한 연속층을 형성하며, 전면 전극 (110) 에 대향하는 적색 파티클의 연속층을 남긴다. 따라서, 적색 파티클이 가시적이며 백색 파티클 (218) 을 감추기 때문에, 전면 전극 (110) 을 통해 디스플레이 (300) 를 관찰하는 관찰자는 적색 화소를 볼 수 있다.
본 발명은 도 1 내지 도 3 에 도시된 캡슐화된 전기영동 매체의 임의의 형태에 적용될 수도 있다. 그러나, 본 발명은 캡슐화된 전기영동 매체에 제한되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이, 연속적인 상에 의해 둘러싸인 복수의 물방울을 포함하는 비연속적인 상을 형성하는 현탁액 및 파티클을 갖는, 비캡슐화된 매체 및 폴리머-분산 전기영동 매체에 적용될 수도 있다. 그러한 폴리머-분산 전기영동 매체에서, 물방울은 최소한 전기영동 매체 부피의 약 40% 을 포함하는 것이 바람직하다 (전술한 동시계류중인 출원 제 09/683,903 호를 참조).
본 매체에 사용되는 폴리머는, 종래의 전기영동 매체의 전하 제어제로서 사용된 낮은 분자량의 폴리머와 매우 다르다. 그러한 전하 제어제가 폴리머에 기초할 때 (모두가 그런것은 아니지만), 그들은 기껏해야 수천의 분자량을 가지며, 좀 더 중요하게는, 전기영동 파티클상으로 흡수되도록 하는 작용기 (functional group) 을 가져야만 하는데, 이는 그들이 파티클상의 전하를 제어하는 기능을 발휘할 수 있는 것은 그러한 흡수에 의하기 때문이다.
폴리머가 실질적으로 전기영동 파티클상에 흡수되지 않도록 보증하기 위해서, 화학적으로 매우 적절하며 현탁액에서 매우 용해 가능한 폴리머를 선택하는 것이 바람직하다. 폴리머 및 현탁액 결합은 액체가 상온에서 폴리머에 대해 최소한 시타 (theta) 용매가 되도록 하는 것이 바람직하다. 강화된 화상 안정도의 온도 범위를 확장하기 위해서, 액체가 화상 안정도 폴리머에 대해 우수한 용매인 경우 가장 바람직하다. 적절한 폴리머/액체 결합을 선택하는 하나의 방법은 폴리머의 분자량에 대한 결합의 고유한 점성을 도시하는 것이며, 고유 점성의 로그 대 분자량의 로그의 최선의 선형 기울기는 최소한 0.5, 및 바람직하게는 약 0.55 내지 약 0.8 인 것이 바람직한 결합이다.
통상적으로, 전기영동 디스플레이에서 사용되는 현탁액은 지방족 탄화수소 (aliphatic hydrocarbon) 이며 (단독으로 또는 할로겐화 탄화수소와 결합하여), 그러한 용액으로, 폴리머가 전기영동 파티클상의 화학적인 사이트와 상호 작용하거나 전기영동 파티클의 표면에 물리적으로 흡수되도록 하는, 이온화 가능 또는 이온 치환기 (ionic substituent) 와 같은 작용기가 본질적으로 없는 탄화수소 폴리머인 것이 바람직하다. 예를 들어, 실질적인 비율의 방향족 (aromatic group) 의 존재는, 현탁액이 지방족 탄화수소 및 할로겐화 탄화수소의 동일한 중량부 혼합인 경우, 전기영동 파티클상으로의 폴리머 흡수 또는 열악한 용해도를 야기하며, 이러한 현탁액에 있어서, 상당한 폴리스티렌 반복 유닛 (polystyrene repeating unit) 의 부분을 포함하는 탄화수소 코폴리머는 그러한 전기영동 매체에 사용되지 말아야 한다. 지방족 탄화수소/할로겐화 탄화수소 현탁액을 갖는 전기영동 매체에 있어서, 각종 다른 유형의 폴리머, 예를 들어, 폴리실록산 (polysiloxanes), 및 특히 폴리디메틸실록산 (polydimethylsiloxane) 이 사용될 수도 있지만, 폴리머는 폴리올레핀 (polyolefin), 현재에 바람직한 폴리머인 폴리이소부틸렌 (polyisobutylene)(poly-2-methylpropene) 인 것이 바람직하다. 폴리이소부틸렌은 본 발명의 사용에 적절한 분자량 범위에서 상업적으로 사용가능하며, 비용이 저렴하며, 고온에서 안정적이며, 내산화성을 가지며, 쉽게 반응하거나 이온화되는 성분을 포함하지 않는다. 상술한 바와 같이, 현탁액으로의 그러한 성분의 투입은 전기영동 매체상의 전하의 바람직하지 않은 변화를 초래하여 그들의 전기영동 이동도를 열화시키기 때문에, 이온의 또는 이온화 가능한 성분은 폴리머에서 바람직하지 않다. 폴리이소부틸렌은 바람직하게는 100,000 이상의, 바람직하게는 약 150,000 내지 약 3,000,000 의 범위의 수 평균 분자량을 갖고, 100,000 이상의, 바람직하게는 약 300,000 내지 약 3,000,000 의 중량 평균 분자량을 갖는다. 유사한 분자량 범위가 다른 폴리머에 사용될 수도 있다. 이들 분자량 범위내에 있는 폴리이소부틸렌은, 예를 들어, 시그마-알드리치사, P.O. Box 2060, 밀워키 위스콘신주 53201 의 카탈로그 번호 18145-5 및 18146-3 에서 입수가능하다. 또한, 폴리이소부틸렌은 약 200,000 내지 약 1,600,000 g/mole 범위의 점성 평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다.
어떤 특정 시스템에서 안정도를 형성하는 최적의 폴리머양은 실험상으로 쉽게 결정될 수 있다. 후술할 실시예에서 나타낸 바와 같이, 최적의 폴리머양은, 요구되는 화상 안정도, 폴리머의 분자량, 및 허용될 수 있는 매체의 최대 스위칭 시간으로 오히려 복잡한 방법으로 변한다. 그러나, 일반적으로, 최소한 상술한 바람직한 폴리이소부틸렌의 경우에서, 폴리머는 현탁액의 약 0.25 내지 약 2.5 중량% 의 양이 첨가되는 것이 바람직하며, 약 0.75 내지 약 2 중량% 양이 더욱 바람직하다. 폴리머의 분자량에 따라서, 약 0.25% 이하의 경우에, 폴리머는 현탁액의 점성의 증가에 기인하는 것 이외에 화상 안정도의 어떠한 증가를 형성하지 않으며, 약 2.5% 이상의 폴리머 농도는 스위칭 시간을 허용하지 않는 점성의 증가를 초래한다.
본 발명은 전기영동의 화상 안정도를 여러 등급 만큼 개선시킬 수 있으며, 매체의 스위칭 시간을 약 2 내지 4 의 인자 만큼 증가시킬 수 있다. 후술할 실시예에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 바람직한 매체는 최소한 약 1,000, 및 실질적으로 10,000 초 이상의 경우에 화상 안정도를 달성할 수 있는 반면에, 폴리머 첨가없는 유사한 매체는 10 초 정도의 화상 안정도를 달성할 수 있다. (후술할 실시예 1 에 설명하는 바와 같이, 여기에서 화상 안정도 시간에 대한 모든 참조는 2 유닛 만큼 변하는 광학 상태의 L* 에 대해 요구되는 시간에 의해 측정되는 시간이다.)
놀랍게도, 후술할 실시예에 나타낸 바와 같이, 전기영동 디스플레이의 기술에 대한 당업자들에게 자명하듯이, 본 발명에 따른 현탁액에 대한 폴리머의 첨가는 매체의 2 극단 광학 상태 (예를 들어, 흑색 및 백색) 뿐만 아니라 중간 회색 광학 상태를 안정화하기 위해 발견되었으며, 그러한 회색 상태는 일방의 극단 광학 상태로부터 타방의 극단 광학 상태로 매체를 구동하도록 요구되는 펄스와 비교하여 감소된 길이 및/또는 전압의 전기 펄스에 매체를 맡김으로써 제조될 수 있다. 디스플레이의 제한된 화소가 부분적인 변조 ("반조 (half-toning") 로 하여금 비실용적인 회색 스케일을 달성하도록 하는 소형 디스플레이 (PDA 에서 사용됨) 에서 회색 스케일을 달성할 수 있는 전기영동 디스플레이를 사용하는 것이 바람직하기 때문에, 회색 상태를 안정화시키기 위한 본 발명은 이러한 성능은 중요하다.
본 발명에 의해 달성되는 개선된 화상 안정도는, 최소한 후술할 실시예에서 테스트된 매체의 작동 온도 범위내에서는, 온도에 상당한 영향을 받지 않는다. 실시예 5 에 나타낸 바와 같이, 전기영동 매체의 광학 상태가 온도에 따라 변화함에도 불구하고, 광학 상태에서의 변화 직후의 매체의 초기 상태가 지속되고 있는 동안, 주기는 온도에 의해 상당한 영향을 받지 않는다.
본 발명의 전기영동 매체는 전술한 E Ink 및 MIT 특허 및 공개된 출원에 설명된 임의의 디스플레이 유형을 포함하는 전기영동 디스플레이의 종래의 유형으로 통합될 수도 있다. 본 발명은, 본 발명의 전기영동 매체 및 그 매체에 인접하게 배열되고 전기장을 그 매체에 인가할 수 있는 적어도 하나의 전극을 포함하는 전기영동 디스플레이를 제공한다. 그러한 디스플레이는 바늘 (stylus) 형태의 제 2 전극 또는 그 위에 기입하기 위해 매체를 통해 이동될 수 있는 유사한 장치를 갖는다. 본 발명의 전기영동 디스플레이의 형태에서, 2 개의 전극은 전기영동 매체의 대향 측면상에 각각 배치되며, 적어도 하나의 전극은 전기영동 매체가 실질적으로 투명한 전극을 통해 관찰될 수 있도록 실질적으로 투명하다. 상술한 바와 같이, 본 발명의 전기영동 매체가 캡슐화될 때, 통상적으로, 캡슐은 고체 바인더내에 보유되며, 디스플레이의 하나 또는 양 전극은 고온 적층과 같은 편리한 방법에 의해 바인더에 고정될 수도 있다.
하기의 실시예는, 본 발명의 전기영동 매체 및 디스플레이에 사용하기에 특히 바람직한 반응물, 조건, 기술의 세부사항들을 단지 예로서 나타낸 것이다.
하기의 실시예에서는 본 발명의 3 개의 바람직한 매체를 사용하며, 편리함을 위해, 이들 바람직한 매체는 이하 "매체 A", "매체 B", 및 "매체 C" 로 각각 칭한다. 비착색된 현탁액을 갖는 폴리머 코팅된 티타니아 (titania) 백색 파티클 및 폴리머 코팅된 흑색 파티클을 사용하는 캡슐화된 이중 파티클 유형인, 이들 매체는 하기의 프로세스에 의해 제조된다. 매체 A 및 매체 B 에서 사용되는 현탁 매체는, 분산제 (북아일랜드 연합 왕국, 맨체스터, 브래클리, 아베시아사 (Avecia Ltd.) 로부터 입수 가능한 Solsperse 17000, 여기서 "Solsperse" 은 등록된 상표명) 를 포함하는, 탄화수소 (텍사스주, 휴스턴, 엑손사 (Exxon Corporation) 로부터 입수가능한 Isopar-G, 여기서 "Isopar" 은 등록된 상표명임) 와 할로겐화 탄화수소 (뉴저지주, 리버 에지, 할로겐화 탄화수소 제조사 (Halogenated Hydrocarbon Products Corporation) 으로부터 입수 가능한 할로겐화 탄화수소 오일 1.8 - 이하 간단히 "할로탄소 (Halocarbon)" 이라 칭함) 의 혼합물이었다. 매체 C 은 현탁액에서 어떠한 할로탄소도 사용하지 않는다.
매체 A 내부상의 제조
캡슐화용 1084.6g 의 매체 A 내부상을 제조하기 위해, 542.3g 의 매체 A 전조 (precursor) 는, 40.4g 의 폴리머 코팅된 티타니아와, 4.1g 의 충전제 (Solsperse 17000), 4.1g 의 계면활성제 (Span85), 및 123g 의 1:1 w/w 이소파/할로탄소 (Isopar/Halocarbon) 용매를 결합함으로써 제조되었다. 이러한 분산은 하루 동안 혼합되어, 약 1 내지 2 시간 동안 초음파 처리되었다. 분리된 병에서, 1.7g 의 폴리머 코팅된 카본블랙이 123g 의 1:1 w/w 이소파/할로탄소 용매와 결합되며, 이러한 분산은 하루 동안 혼합되며, 그 후, 1 내지 2 시간 동안 초음파 처리되었다. 그 후, 티타니아 및 카본블랙 분산은 246g 의 1:1 w/w 이소파/할로탄소 용매와 결합 및 희석되었다. 매체 A 내부상은 1:1 w/w 이소파/할로탄소 용매와 동일한 중량으로 매체 A 전조를 희석함으로써 제조되었다. 하기에서 설명되는 바와 같이, 폴리이소부틸렌을 포함하는 이들 매체에서, 최종 희석 용매는 적절한 폴리이소부틸렌 농도로 제조되었다. 이소파 V 을 포함하는 이들 매체에서, 상기에서 정의된 절차를 뒤따라서, 이소파 V 가 이소파 G 로 대체되었다.
매체 B 내부상의 제조
캡슐화용 1000g 의 매체 B 내부상을 제조하기 위해, 120g 의 티타니아와 9g 의 카본블랙이 분리되어 폴리머 코팅된다. 폴리머 코팅된 티타니아는 분산제 자체 중량의 3.0% 와 혼합되어, 1:1 w/w 이소파/할로탄소 용매의 30% w/w 저장 용액으로 제조되었다. 폴리머 코팅된 카본블랙은 마이크로유체화기 (microfluidizer) 을 사용하여 5% w/w 저장 용액으로 유사하게 제조되었다. 2 가지의 결과적인 저장 용액은 충분한 첨가적인 1:1 w/w 이소파/할로탄소 혼합물과 결합되어, 1000g 의 혼합물을 제조하며, 그것은 캡슐화 공정에서 사용되기 전에 최소한 24 시간 동안 압연롤 (roll mill) 상에서 진동 및 저장되었다. (하기에 설명하는 바와 같이, 폴리이소부필렌 또는 이소파 V 을 포함하는 이들 매체에서, 폴리머의 첨가 또는 이소파 G 로 이소파 V 의 대체는 혼합 단계에서 영향을 미친다.)
내부상 A 및 B 의 캡슐화, 및 디스플레이의 제조
제조된 내부상을 캡슐화하기 위해서, 4L 반응기에서, 젤라틴 (gelatin; 22.5g) 이 40℃ 에서 교반함으로써 탈이온수 (1311.2g) 에서 용해되며, 용액의 표면상에 어떠한 거품도 발생되지 않도록 주의를 필요로 한다. 별개로, 아카시아 (acacia)(16.7g - 시그마-알드리치사로부터 입수가능) 는 탈이온수에서 용해되며, 결과적인 용액이 40℃ 로 가열되었다. 또한, 별개로, 상술한 내부상 (580g) 이 40℃ 로 가열되며, 그 후, 약 15 분 동안 젤라틴 용액에 첨가되며, 젤라틴 용액은 첨가 동안 교반되는데, 그것은 젤라틴 용액의 표면 아래에 위치된 낙하 깔때기 출구를 통해 내부상을 도입함으로써 행해졌다. 내부상의 첨가가 완료된 후, 교반 비율은 증가되며, 내부상을 200㎛ 의 매체 A 및 80㎛ 의 매체 B 의 평균 직경을 갖는 방울로 에멀션화하기 위해서, 30 분 동안 40℃ 에서 계속적으로 교반되었다.
그 후, 아카시아 용액이 약 1 분 동안 첨가되는데, 이 때 거품을 발생시키지 않기 위해서 주의를 필요로 한다. 혼합물의 pH 은 10% 의 아세트산 수용액을 사용하여 약 4.9 까지 낮추며, 동일한 온도에서 40 분 동안 더 강하게 교반되었다. 혼합물의 온도는 2 시간의 주기에 걸쳐서 10℃ 로 낮아지며, 계속적으로 강하게 교반되며, 글루타르알데히드 (glutaraldehyde)(8.35g) 이 첨가되었다. 이러한 첨가 후에, 혼합물은 점차적으로 25℃ 까지 따뜻해지며, 12 시간 더 강하게 교반되었다. 마지막으로, 교반이 중단되며, 혼합물이 10 내지 15 분 동안 침전되며, 그 시간 동안, 약 25㎜ 내지 50㎜ 의 거품 혼합물이 액체의 상부상에서 분리되었다.
그 후, 액체상이 제거되며, 반응기에 거품 혼합물이 잔존하며, 이 액체상의 캡슐은 탈이온수 내에서 침전 및 재분산에 의해 3 번 세정되었다. 매체 A 캡슐은, 평균 직경이 약 200㎛ 으로 100 내지 300㎛ 직경 사이의 분포를 나타내는 크기로 분리된다. 매체 B 캡슐은, 평균 직경이 70 내지 80㎛ 으로 50 내지 120㎛ 직경 사이의 분포를 나타내는 크기로 분리되며, 그러한 분포는 63㎛ 의 체상에서 90 초 동안 캡슐을 체질함으로써 영향을 받고, 그 후, 38㎛ 의 체상에서 30 초 동안 체질하여 최종 캡슐 슬러리를 형성한다.
결과적인 캡슐 슬러리는 원심분리되며, 그 후, 바인더의 1 중량부 대 캡슐의 9 중량부의 비율로 수성 우레탄 바인더 (730 메인 스트리트, 윌밍턴 MA 01887, 네오레신으로부터 입수 가능한 NeoRez R-9320, "NeoRez" 은 등록된 상표명) 와 혼합되며, 히드록시프로필메틸셀룰로스 (hydroxypropylmethylcellulose) 0.3 중량% 가 슬롯 코팅 첨가제로서 첨가되었다. 결과적인 혼합물은, 슬롯 코팅 헤드에 대해 1m/sec 로 이동하는 125㎛ 두께 인듐-주석 산화물 코팅된 폴리에스테르막상에 슬롯 코팅되었다. 코팅된막은 10 분 동안 공기 건조되도록 허여되며, 그 후, 15 분 동안 50℃ 에서 오븐 건조되어, 본질적으로 단일 캡슐층을 포함하는 약 50㎛ 두께의 전기영동 매체를 형성한다 (전술한 공개된 국제 특허출원 제 WO 00/20922 호 참조).
제조된 전기영동 매체의 특성을 조사하기 위해 사용될 수 있는 전기영동 디스플레이를 제공하기 위해서, 코팅된 막의 캡슐 코팅된 표면은 13 mil (330㎛) 갭 설정 (이 바인더는 캡슐 코팅된 표면을 평탄화하는 역할과 적층 부착제로서의 역할을 함) 을 갖는 닥터 블레이드 (doctor blade) 를 사용하는 전술한 NeoRez R-9320 바인더로 오버코팅되며, 오버코팅된막은 20 분 동안 50℃ 에서 건조되었다. 그 후, 건조된 막은 전기영동 매체에 대향하는 측면상에 인듐-주석 산화물로 코팅된 제 2 폴리에스테르막에 고온 적층되어, 최종적인 전기영동 디스플레이 또는 화소를 형성한다.
매체 C 내부상의 제조
캡슐화용 1064g 의 매체 C 내부상을 제조하기 위해, 우선, 678g 의 매체 C 전조가 406.8g 의 폴리머 코팅된 티타니아와 271.2g 의 이소파 용매를 결합함으로써 제조되었다. 이러한 분산은 하루 동안 혼합되며, 그 후, 약 1 내지 2 시간 동안 초음파 처리된다. 분리된 병에서, 16.7g 의 폴리머 코팅된 카본블랙이 67.0 g 의 이소파 용매와 결합되며, 그 후, 이러한 분산은 고전단 분산되었다. 그 후, 티타니아 및 카본블랙 분산은, 194.9g 의 이소파 용매, 48.8g 의 이소파 용매 내의 충전제 (Solsperse17000) 의 10 중량% 용액, 5.2g 의 계면 활성제 (Span85), 및 이소파 용매 내의 필요한 폴리머양과 결합 및 희석되었다. 결과적인 매체 C 내부상은 캡슐화 이전에 하루동안 혼합되었다.
내부상 C 의 캡슐화 및 디스플레이의 제조
제조된 내부상을 캡슐화하기 위해, 4L 반응기에서, 젤라틴 (66.7g) 은 교반하여 40℃ 의 탈이온수 (2622.2g) 에서 용해되었으며, 용액의 표면상에 어떠한 거품도 형성되지 않도록 유의한다. 별개로, 아카시아 (66.7g - 시그마 알드리치사로부터 입수 가능) 는 탈이온수 (655.6g) 에서 용해되고, 결과적인 용액은 40℃ 로 되었다. 또한, 별개로, 상술한 내부상 (1060g) 은 40℃ 까지 가열되어, 약 15 분의 주기 동안 젤라틴 용액에 첨가되며, 젤라틴 용액은 첨가 동안 교반되며, 이것은 젤라틴 용액의 표면 아래에 위치된 낙하 깔때기 출구를 통해 내부상을 도입함으로써 행해졌다. 내부상의 첨가가 완료된 후, 교반 비율은 증가되었으며, 교반은 내부상을 약 40㎛ 의 평균 직경을 갖는 물방울로 에멀션화하기 위해 40℃ 에서 60 분 동안 지속하였다.
그 후, 아카시아 용액은, 거품을 피하기 위해 유의하면서, 약 1 분의 주기 동안 첨가되었다. 혼합물의 pH 은 10% 수성 아세트산을 사용하여 약 4.9 로 낮아지며, 강한 교반이 동일한 온도에서 40분 더 지속되었다. 혼합물의 온도는 2 시간의 주기 동안 10℃ 까지 낮아지며, 강한 교반이 지속되며, 16.7g 의 50% 글루타르알데히드 용액이 첨가되었다. 이러한 첨가후에, 혼합물은 25℃ 까지 점점 증가되며, 12 시간 더 강하게 교반되었다.
그 후, 액상은 제거되며, 이 액상의 캡슐은 탈이온수에서의 침전 및 재분산에 의해 한 번 세정되었다. 캡슐은 약 40㎛ 의 평균 직경으로 20㎛ 내지 60㎛ 사이의 직경 분포를 형성하는 크기로 분리되었다. 그러한 분포는 38㎛ 체 상에서 90초 동안 캡슐을 체질함으로써 영향을 받을 수 있으며, 25㎛ 체 상에서 90초 동안 캡슐을 체질하여 최종 캡슐 슬러리를 형성할 수 있다.
결과적인 캡슐 슬러리는 pH 8 의 1 중량% 암모늄 수산화용액으로 조절되었다. 캡슐은 원심 분리기에 의해 응축되어, 1 중량부 바인더 대 8 중량부 캡슐의 비율로 수성 우레탄 바인더와 혼합되었다. 결과적인 혼합물은 폴리에스테르 막으로 코팅된 125㎛ 두께의 인듐-주석 산화물상에 바코팅되며, 그 코팅된 막이 1 시간 동안 공기 건조된 후, 본질적으로 단일 캡슐층을 포함하는 약 20㎛ 두께의 전기영동 매체가 형성되었다.
폴리우레탄 접착제가 슬롯-다이 코터를 사용하는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 릴리스 시트상에 코팅되었다. 이 코팅된 릴리스 시트는 65℃ 의 오븐으로 반송되어, 10분 동안 건조되었다. 코팅 동안, 슬롯을 통한 유량 및 코팅 헤드 속도는 건조될 때 15㎛ 두께의 접착제 막을 제공하도록 조절되었다. 그 후, 코팅된 릴리스 시트는 웨스턴 매그넘 (Western Magnum) 롤 적층기를 사용하여 마이크로캡슐 코팅된 폴리에스테르 막에 적층되며, 건조된 릴리스 시트는 마이크로캡슐 층의 상부에 놓여, 0.7ft/min (3.5 min/sec) 의 선형 속도로, 300℉ (149℃) 의 상부롤 및 275℉ (135℃) 의 하부롤을 갖는 50 PSI (0.46mPa) 에서의 적층기에서 적층되었다. 그 후, 종래와 동일한 조건을 사용하여, 결과적인 라미네이트가 냉각되어, 단일-화소 디스플레이가 냉각된 라미네이트로부터 적절한 크기로 절단, 릴리스 시트의 제거, 후면 전극상에 접착제 막을 도포함으로써 형성되었다.
실시예 1
매체 A 에서 부유 용액에 PIB 의 첨가를 나타내는 이 실시예에서는, PIB 첨가에 의해 야기되는 점성 증가에 기인하는 것보다 더 큰 화상 안정도의 증가를 형성한다.
일련의 예비실험이 매체 A 및 매체 B 에서 사용된 1:1 w/w 이소파/할로겐화탄소 혼합물의 점성에 대한 영향을 결정하도록 수행되었다. 이 혼합물은 25℃ 에서 약 0.0021 Pa sec 의 점성을 갖는 것이 발견되었고, 매체 A 및 매체 B 에서 사용된 색소의 첨가는 이 점성을 약간 증가시켰다.
첨부한 도 4 은 상대적인 점성 (ηrel), 즉 용액 점성 대 1:1 w/w 이소파/할로겐화탄소 혼합물의 비의 변화를 도시하며, 용액의 PIB (χPIB) 의 중량분율로, 이 변화는 예상된 형태이며, 도 4 에 도시되지 않은 더 높은 χPIB 값이 적합도를 결정하는데 사용되는 데이터에 포함되는 것을 제외하고, "가장 최적의" 곡선은 데이터에 적합한 3차 다항식이다. 도면은 상술한 PIB 폴리머 18145-5 및 18146-3 에 대한 폴리머의 중량 분율의 효과를 도시한다. 도 4 에 도시된 모든 폴리머 응축에 있어서, 용액은 0.01 내지 10 Pa 의 측정 압력 범위에 대한 뉴토니안 (Newtonian) 이며 (75㎜ 직경, 1°원뿔 및 피지카 (Physica) UDS200 제어 압력 유량계상의 플레이트 기하학을 사용하여 측정), 이것은 중력 설정동안 색소 파티클에 의해 용액에 가중된 압력과 파티클의 전기영동 운동에 의해 가중된 압력을 커버하는데 충분하다.
PIB 농도의 변화에 있어서, 더한 실험이 매체 A 을 사용하는 디스플레이의 화상 안정도를 결정하도록 수행되었다. 이 실험에서, 화상 안정도는 42V 스위칭 펄스를 사용하여 다수의 주기 동안 극단적인 흑색 및 백색 상태에 대한 제 1 스위칭 화소에 의해 측정되고, 이 단계는 동일한 화소에 대한 이전의 측정으로부터 발생하는 히스토리 효과를 삭제하였다. 이러한 주기 직후에, 주어진 화소의 광학 상태를 형성하기 위해 필요한 전압 펄스가 인가되며 (화상 안정도 측정에 있어서, 이러한 펄스의 단은 시간을 0 으로 표시함), 그 후에 화소의 광학 상태의 반사 도는 50㎳ 의 간격에서 측정되었다. (축에서 벗어나게 조명된 화소의 기능으로서의 반사도는 포토 다이오드 검출기를 사용하여 결정되었다. 포토 검출기 전압은 700 내지 400㎚ 의 범위에 걸쳐서 분광 측광기 (spectrophotometer) 로 측정된 반사도에 응답하여 전압을 측정함으로써 변형되며, 이 분광 측광기는 확산 반사도 표준에 따라 측정되었다.) 이 결과는 도 5 에 도시된다. 이 도면에서 (및 후술하는 다른 도면), 반사율 지속도는 명도 (L*) 에 요구되는 시간으로 정의되며 (예를 들어, 헌트, R.W.G. "측정 컬러", 3 판, 파운턴 프레스, 킹스턴-오펀-토마스, 영국 (1998), (ISBN 0 86343 387 1) 참조), 어드레싱 펄스의 종료 후에 관찰된 최대 (임의의 다른 도면에서 흑색 상태에 대한 최소) 로부터 2 유닛만큼 변화시키며, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 이 최대는 어드레싱 펄스의 단에서 필수적으로 발생하지 않는다. (최대로부터 L* 의 변화를 측정하는 것은 사용자가 디스플레이상에 화상의 저하를 인식하기 시작할 때를 측정하는 것에 대응한다. 인간의 눈은, 광범위하게 상이한 시간에서 보여지는 2 개의 디스플레이 사이의 휘도의 차이보다, 제한된 주기 시간에 걸친 디스플레이의 휘도의 차이에 더 민감하다. 그러므로, 사용자는, 디스플레이가 임의의 절대적인 L* 값에 이를때의 변화에 의한 것보다, 최대 (L*) 에서 최근에 보여진 가장 밝은 화상으로부터의 변화에 의해 디스플레이상의 화상의 저하를 판정하는 경향이 있다.)
도 5 의 파선은, 0 폴리머 농도에서 반사율 지속도값을 측정한 도 4 의 PIB (18145-5) 에 대한 점성-농도 곡선이며, 폴리머 농도에 대한 반사율 지속도의 변화를 대략적으로 도시하며, 그것은 반사율 지속도의 변화가 색소 설정과 상관관계가 있는지, 폴리머의 첨가에 의해 야기되는 점성의 변화와 상관관계가 있는지에 대해 나타낸다.
PIB 에서 달성되는 반사율 지속도의 변화가 PIB 의 첨가에 의해 야기되는 점성의 변화에 기인하는 것임을 나타내는 다른 수단으로서, 현탁액의 이소파 G 의 부분이, 화학적으로 유사한 용매이지만 더 높은 점성을 갖는 이소파 V 로 대체되는, 실험이 수행되었다. 이러한 대체의 효과는, 어떠한 폴리머의 도입과 전기영동 파티클에 의해 실험되는 화학적 환경의 실질적인 변화없이, 현탁액의 점성을 증가시킨다. 이들 이소파 V 대체 실험으로부터의 결과는 "w/IV" 로 표시된 점으로서 도 5 에 도시되며, 이 점은 동일한 점성을 갖는 PIB 함유 매체에 대응하는 가로축에 도시된다.
도 5 로부터, 약 0.9 중량% (χPIB=0.009) 보다 큰 PIB 농도에서, 반사율 지속도의 증가는 현탁액 점성에 기초하여 예상되는 것보다 크며, 실험값과 기대값 사이의 불일치는 PIB 농도를 증가시킨다는 것을 알 수 있다. 도 5 의 세로축은 로그이며, 점성의 증가에 기인하지 않는 반사율 지속도의 증가는 1.5 중량% (χPIB=0.015) 의 PIB 농도에서보다 실질적으로 크며, 반사율 지속도는 도 5 의 파선에 기초하여 기대되는 값의 약 70 배 또는 이소파 V 실험에 기초하여 기대되는 것보다 약 30 배가 된다.
또한, 강화된 어두운 상태의 화상 안정도에 요구되는 폴리머의 임계 농도가 백색 상태의 임계 농도보다 상당히 낮음에도 불구하고, 어두운 상태 화상 안정도상에 첨가되는 폴리머의 유사한 효과가 관찰되었다. 대부분의 디스플레이 애플리케이션에 있어서, 어두운 상태 화상 안정도와 백색 상태 화상 안정도를 제공하는 바람직하며, 이 예에서, 백색 상태 화상 안정도에 대한 임계 농도는 얼마나 많은 폴리머를 부가하는지를 결정한다. 그러나, 백색 및 어두운 상태에 대한 임계 농도의 차이는, 긴 시간 또는 어두운 상태의 강화된 화상 안정도 (가용성 폴리머의 첨가에 의해 제공) 와 열악한 백색 상태의 화상 안정도를 갖는 전기영동 매체를 형성하거나, 또는 다른 수단에 의해 제공되는 백색 상태의 화상 안정도를 형성하는 것이 가능하다는 것을 의미한다.
실시예 2
이 실시예에서는, 매체 B 의 현탁액에 PIB 의 첨가는 PIB 첨가에 의해 야기되는 상대적인 점성의 증가에 기인하는 것보다 화상 안정도의 증가를 형성하는 것임을 나타낸다.
실시예 1 의 PIB 및 이소파 V 첨가 실험은, 매체 B 에 대한 스위칭 전압으로 설계된 15V 의 스위칭 펄스가 사용되는 경우를 제외하고, 매체 B 로 반복되었다. 이 결과는 첨부된 도 6 에 도시되며, 매체 B 로 달성된 결과는, PIB 에 제공된 반사율 지속도 강화가 매체 B 의 더 높은 농도 (1.1 중량% 보다 큼) 에서 발생한다는 점을 제외하고, 상술한 실시예 1 에 설명한 바와 같이 매체 A 로 달성된 결과와 질적으로 유사하다.
실시예 3
이 실시예는, PIB 가 첨가되고 매체 A 및 매체 B 을 사용하여 형성되는 화상이 본질적으로 동일한 점성의 현탁액을 갖지만 PIB 가 없는 변형된 매체 A 및 매체 B 로부터의 화상보다 더 느리게 저하하는 것을 나타낸다.
매체 A 디스플레이는 3.90 의 상대적인 점성 (ηrel, 변형된 매체와 변형되지 않은 매체와의 비율) 을 형성하기 위해 첨가된 PIB 의 1.47 중량% 로 제조되었다. 유사한 매체 A 디스플레이는 유사한 상대적인 점성 (ηrel=3.60) 을 형성하도록 이소파 V 을 사용함으로써 제조되었다. 또한, PIB 의 1.40 중량% 로 변형된 것 (ηrel=3.66) 과 이소파 V (ηrel=3.60)로 변형된 것, 즉 유사한 쌍의 매체 B 디스플레이가 제조되었다.
상기 실시예 1 및 실시예 2 에 설명된 바와 같이, 2 쌍의 디스플레이는 백색 상태로 구동되며, 모든 4 개의 디스플레이의 L* 값은 시간에 대해서 조사되었다. 매체 A 디스플레이에 대한 결과는 도 7 에 도시되며, 매체 B 디스플레이에 대한 결과는 도 8 에 도시된다. 이 경우에서, PIB 을 포함하는 매체의 반사율 지속도는 이소파 V 을 포함하는 매체의 반사율 지속도보다 훨씬 크며, 매체 A 디스플레이에서, 이소파 V-변형된 매체에 대해 약 230초와 비교할 때, PIB-변형된 매체는 실질적으로 1200초를 초과하는 반사율 지속도를 가지는 반면, 매체 B 디스플레이에서, 이소파 V-변형된 매체에 대해 약 70초와 비교할 때, PIB-변형된 매체는 약 390초를 초과하는 반사율 지속도를 갖는다.
이들 실험은, PIB 의 첨가에 의해 야기되는 현탁액 점성의 증가에 기인하는 것보다 PIB 디스플레이로 변형된 매체가 화상 안정도에서 훨씬 큰 증가를 한다는 것을 나타낸다.
실시예 4
이 실시예에서는, 본 발명이 전기영동 디스플레이의 극 (흑색 및 백색) 광학 상태 뿐만 아니라 중간의 회색 상태의 안정도를 허여함을 나타낸다.
디스플레이는 PIB 의 1.53 중량% 을 포함하는 매체 A 을 사용하여 제조하였다. 디스플레이는 실시예 1 에서 상술한 바와 같이 흑색 및 백색 상태로 구동되며, 흑색 상태로부터 백색 상태로 디스플레이를 변화시키기 위해 요구되는 것보다 더 짧은 구동 펄스를 사용함으로써 중간의 회색 상태로 구동되었다. 모든 3 개 상태의 L* 값은 시간에 대해서 조사되었으며, 결과는 도 9 에 도시된다. 이 도면으로부터, PIB 의 첨가는 흑색 및 백색 상태 뿐만 아니라 중간의 회색 상태를 안정화시키는데 유용하였음을 알 수 있다.
실시예 5
이 실시예에서는, 본 발명에 의해 제공된 화상 안정도의 증가가 온도에 의해 상당히 영향받지 않음을 나타낸다.
실시예 4 에서의 동일한 PIB 함유 매체 A 은 상기의 실시예 1 에서 설명한 바와 같이 흑색 및 백색 상태로 구동되면서, 25℃, 35℃, 45℃ 의 온도에서 유지되며, 양 상태의 L* 값은 시간에 대해서 조사되었다. 그 결과는 도 10 에 도시되 며, PIB 의 첨가에 의해 제공되는 화상 안정도의 증가는 온도에 의해 실질적으로 영향받지 않음을 알 수 있다. (흑색 상태의 L* 의 차이는 PIB 첨가가 없는 이러한 매체의 특징을 나타내며, 이들 차이는 흑색을 나타내는데 사용되는 구동 펄스의 특징을 변형함으로써 감소될 수 있다. 그러나, 실질적인 비교를 제공하기 위해, 구동 펄스의 특징의 어떠한 조절도 이 실험에서 이루어지지 않았다.)
실시예 6
이 실시예는 본 발명의 전기 이동 매체에서 사용될 폴리머의 최적의 분자량의 범위를 결정하는 방법을 나타낸다.
부분 A : 분자량 범위에 따른 고유 점성의 변화
넓은 분자량 범위를 포함하는 일련의 폴리이소부틸렌은 시그마-알드리치사 및 과학 폴리머 제조사로부터 구입하였고, 공급자에 따르면, 이 일련의 폴리이소부틸렌은 약 105 내지 4.6 x 106 범위의 점성 평균 분자량 (Mv) 을 가졌다. 각각의 폴리이소부틸렌은 매체 A 및 매체 B 을 제조하는데 사용되는 지방족 탄화수소/할로겐화탄소 용매 혼합물에서 개별적으로 용해되었고, 25℃ 에서의 결과적인 용액의 고유 점성은 도 4 에 도시된 데이터를 나타내도록 상술한 실시예 1 에서 사용된 바와 동일한 방법으로 측정되었고, 이 결과는 도 11 에 도시된다.
폴리머 화학의 당업자에게 자명한 바와 같이, 도 4 에 도시된 점성 데이터는 폴리머 및 용매 시스템에 대한 고유 점성을 결정하는데 사용될 수 있다. 고유 점성 ([η])은 특정 점성 (ηsp) 대 폴리머 농도 (C) 비율의 0 농도 제한으로서 정 의되며, 여기서 특정 점성은 (ηrel -1) 로서 정의되어, [η] 은 도 4 에 도시된 데이터로부터 직접 결정될 수 있다 (예를 들어, 플로리, P.J. "폴리머 화학의 원리", 코넬 대학 출판사, 이시카시, 뉴욕주 (1953) 참조). 고유 점성 [η] 은 용매의 점성을 강화시키는 폴리머 용량의 측정이며, 분자량에 따라서 증가하며, 특정 폴리머 화학에 대한 용매의 양호도 또는 용매 품질에 민감하다.
도 11 에 도시된 라인은 데이터에 대한 최상의 선형 적합도이며, 그것의 기울기는 0.61 이다. 이 기울기는 Staudinger-Mark-Houwink 방정식의 지수 α을 나타낸다.
[η] = kMvα
여기서 Mv 은 점성 평균 분자량이며, k 은 상수이며 도 11 에 도시된 최선의 적합도의 인터셉트이다 (히멘즈, P.C. "콜라이드 및 표면 화학의 원리", 마르쉘 데커, 뉴욕시, 뉴욕주 (1986)). α에 대한 값은 폴리머와 용매에 따라서 변하며, 통상적으로 0.5<α<0.8 범위에 있다 (예를 들어, "폴리머 핸드북, 3판", J.브랜드럽 및 E.H.이머거트, 윌리 인터사이언스, 뉴욕시, 뉴욕주 (1989)). 0.5 값은 용해된 폴리머에 대한 시타 용해력 조건을 나타내며, 여기서 폴리머/용매쌍에 대한 시타 용해력은 무한 분자량 폴리머가 용매로부터 촉진하는 조건이다. α에 대한 0.7 이상의 더 큰 값은 양호한 부전열 (athermal) 용해력을 나타낸다. 그러므로, 도 11 에서 관찰된 0.61 의 기울기는, 이 지방족 탄화수소/할로겐화된 할로겐탄소 용매 혼합물이 25℃ 에서 PIB 에 대해 적당히 양호한 용매임을 나타낸다.
폴리머의 점성 평균 분자량을 결정하는 방법으로서 고유 점성 측정 방법을 사용하는 것이 공통적이다. 예를 들어, 광 스캐터링 또는 젤 투과 크로마토그래피와 같은 다른 기술을 사용하여 분자량이 결정되는 동일한 화학의 일련의 상이한 분자량 폴리머를 갖는 경우, 특정 용매의 고유 점성 측정은 도 11 에 도시된 바와 같이 고유 점성 대 기지의 분자량에 대한 도면의 제공을 허여한다. 그 결과, 그러한 화학에 대한 폴리머의 새로운 샘플의 고유 점성을 측정함으로써, 도 11 와 같은 도면이 그 샘플의 점성 평균 분자량을 결정하는데 사용될 수 있다. 이것은 실험에 의한 것이며, 각각의 폴리머 화학 및 용매 결합에 대해 확립되어야 한다. 그러나, 도 11 에 도시된 바와 같이, 곡선의 관계에서 폴리머 샘플에 있어서, 용매 유형의 함수로서 일련의 용매 혼합물 또는 온도 범위에 걸쳐서, 고유 점성의 측정은 상대적인 용해력을 판정하도록 허여한다. 도 11 에 사용된 임의의 폴리머 샘플에 있어서, 온도의 변화 또는 지방족 탄화수소/할로겐화된 할로겐화탄소 용매 혼합물의 혼합비의 변화에 기인하여, 도 11 에 도시된 바와 같이 고유 점성의 감소는 용매 품질의 저하를 암시한다.
부분 B : 잉크의 화상 안정도
다른 실험이 부분 A 와 동일한 폴리머로 매체 A 을 사용하는 디스플레이의 화상 안정도를 결정하기 위해 수행되었다. 각각의 폴리머에 있어서, 적절한 점성 범위가 포함되는 것을 보증하도록, 도 11 을 사용하여, 폴리머의 상이한 농도로 디스플레이가 제조되었다. 백색 및 어두운 상태 화상 안정도는 상술한 방법과 동일한 방법으로 각각의 디스플레이에 대해 측정되었고, 화상 안정도는 도 6 와 동 일한 방법으로 각각의 폴리머에 대한 상대적인 점성의 함수로서 도시되었다.
일반적으로, 각각의 폴리머에 대한 상대적인 점성의 함스로서 화상 안정도 작용은 도 5 및 도 6 에 도시된 것과 질적으로 유사하며, 특정 임계 농도 이상으로 폴리머 농도가 증가되면, 모든 상이한 분자량 폴리머는 강화된 화상 안정도를 가져온다.
강화된 화상 안정도가 관찰된 가장 낮은 상대적인 점성은 폴리머의 개시 농도로 표시되고, 이 개시 농도는 폴리머의 분자량이 증가할수록 단조롭게 감소하였다. 매체 B 점성이 폴리머 농도 및 분자량에 따라 변화하기 때문에, 대부분의 상업적인 애플리케이션에서, 통상적으로 디스플레이의 광학 스위칭 시간을 최소화하기 위해서 매체 점성을 최소화하는 것에 관심을 가지며, 개시 상대적인 점성으로서 강화된 화상 안정도에 요구되는 폴리머의 개시 농도 또는 임계값을 측정하는 것이 유용하다. 도 12 은 폴리머 점성 평균 분자량의 함수로서 개시 상대적인 점성을 도시한다. 도 12 의 곡선 아래의 폴리머 농도에서, 매체 B 은 폴리머 용액의 점성과 일치하는 화상 안정도를 나타낸다. 이것은 매체 B 의 상대적인 점성의 함수로서 화상 안정도 (IS) 을 도시하는 도 13 에 도시되며, 여기서 ηrel 은 각종 분자량 폴리머의 첨가에 의해 변화되었다. 도 5 및 도 6 와 같이, 도 13 의 점선은 ηrel=3.1 에 수직으로 시프트된 파티클 침전에 대한 점성 스케일링을 도시하며, 아 도면은, 개시 농도보다 더 낮은 농도 (도 12 에 도시) 에서, 화상 안정도에 대한 폴리머의 효과가 상대적인 점성에 대한 효과에 기인하여 발생하는 것을 나타낸다.
개시 농도보다 더 큰 폴리머 농도 (및 더 큰 상대적인 농도) 에서, 매체 B 은 매체의 점성에 대해 상당히 강화된 화상 안정도를 나타낸다. 일반적으로, 폴리머 분자량에 있어서, 폴리머 분자량에 대해 도 6 에 도시된 바와 같이, 플리머 농도에 따른 화상 안정도의 증가가 강해지더라도, 폴리머의 농도가 개시 농도 이상으로 증가될 때, 화상 안정도가 증가된다. 다른 면에서는, 예를 들어, 4,600,000g/mol 의 Mv 을 갖는 폴리이소부틸렌에 있어서, 증가는 약해진다. 그러므로, 임의의 분자량을 갖는 폴리머에 있어서, 폴리머 농도는 화상 안정도를 달성하도록 "동조"될 수 있다. (이 실시예에서 제시된 데이터는 폴리머 농도가 증가될 때 제한없이 화상 안정도가 증가함을 의미하지 않는다. 이 경우, 상대적인 점성이 어떤 지점 이상 (즉, 5 또는 6) 으로 증가될 때, 매체의 광학 스위칭 시간이 너무 느려져서 상업적 목적에 맞지 않는다. 또한, 화상 안정도가 105 내지 106초 이상 이르면, 화상 안정도 차이를 양자화하는데 어려워진다.)
도 12 은, 강화된 화상 안정도를 달성하기 위해 요구되는 개시 상대적인 점성을 최소화하기 위해, 약 730,000g/mol 의 Mv 을 갖는 폴리이소부틸렌이 사용되어야 함을 도시한다. 물론, 상업적인 전기영동 매체는 개시 상대적인 점성에서 관찰되는 것보다 더 큰 화상 안정도를 필요로 할 수도 있다. 그러나, 도 14 은, 400초의 화상 안정도가 요구되는 경우, 이것은 730,000g/mol 의 Mv 을 갖는 폴리이소부틸렌을 사용함으로써 가장 낮은 상대적인 점성에서 달성될 수 있음을 도시 한다.
이 실시예에서 설명된 실험은 화상 안정도를 형성하기 위해 요구되는 농도 및 상대적인 점성이 첨가되는 폴리머의 분자량에 의존한다는 것을 나타낸다. 일반적으로, 전기영동 매체의 광학 스위칭 시간을 최소화하는 것이 바람직하며, 또한, 특정한 화상 안정도를 형성하기 위해 요구되는 폴리머의 첨가에 기인하여 점성의 증가를 최소화하는 것이 바람직하다. 매체 B 유형에 있어서, 탄화수소/할로겐화수소 현탁액이 넓은 분자량 범위에 대해서 양호한 용매인 경우에, 상업적으로 이용가능한 폴리이소부틸렌의 최적의 점성 평균 분자량은 400,000 < Mv < 1,200,000 g/mol 범위가 된다.
실시예 7
이 실시예는 본 발명의 전기영동 매체에서 낮은 폴리분산 지수를 갖는 폴리머의 사용을 나타낸다.
상술한 실시예 6 에서 사용된 폴리이소부틸렌은, 폴리분산 지수가 1.5 을 초과하는 넓은 분자량 분포를 갖는 비싼 상업적인 재료이다. 이들 폴리머의 분자량 분포는 테트라하이드로퓨란 (tetrahydrofuran) 에서 젤 투과 크로마토그래피 (GPC) 에 의해 분석되었고, 하기의 표 1 은 샘플 6 에서 사용된 폴리머의 수평균 분자량 (Mn), 중량 평균 분자량 (Mw), 및 PDI (=Mw/Mn) 에 대해 얻어지는 값을 나타낸다. 샘플은 제조자에 의해 보고된 점성 평균 분자량 (Mv) 에 따라서 구성된다.
실시예 6 에 나타낸 바와 같이, 강화된 화상 안정도에 대한 개시 농도가 폴리머의 분자량에 의존하기 때문에, 좁은 폴리머 분자량 분포가 낮은 상대적인 점성에서 강화된 화상 안정도를 형성할 수 있을지에 의문을 가질 이유가 존재하고, 분자량 분포를 좁게함으로써, 원하는 화상 안정도를 최적으로 달성하는데 기여하지 않는 저분자량 및 고분자량 재료를 제거하는 효과가 생긴다. 따라서, 좁은 분자량 범위의 폴리이소부틸렌 샘플은 폴리머 스탠다드 서비스-미합중국 사 (실버 스프링, MD) 및 미합중국 폴리머 스탠다드사 (Mentor, OH) 로부터 입수되었다. 이 제조자에 따르면, 이들 좁은 분포를 갖는 폴리이소부틸렌은 입수가능한 고분자량의 폴리부틸렌을 분별증류함으로써 제조되었다. 제조자에 의해 보고된 바와 같이, GPC 및 광 스캐터링에 의해 결정된 분자량 분포는 하기의 표 2 에 나타낸다. 또한, 본 발명자 및 그의 동업자에 의해 결정된 바와 같이, 표 2 은 매체 B 의 현탁액으로 사용된 탄화수소/할로겐화탄소 혼합물의 폴리머의 고유 점성을 나타낸다.
점성에 대한 분자량 분포 범위의 효과는 표 1 의 400,000 의 분자량 (Mv) 을 가진 폴리머와 표 2 의 451,000 의 분자량 (Mn) 을 가진 폴리머를 비교함으로써 알 수 있다. 표 1 로부터의 폴리머의 중량 평균 분자량은 표 2 로부터의 폴리머의 분자량보다 약간 작지만, 표 1 의 고유 점성 및 상대적인 점성이 표 2 의 것보다 더 크다. 이것은 표 1 의 고분자량 성분의 폴리머가 용액의 점성에 더 크게 불균일하게 기여하기 때문에 발생한다. 이들 고분자량 성분이 전기영동 매체의 화상 안정도를 강화시키는데 첨가되지 않기 때문에, 강화된 화상 안정도는 폴리머 분자량 분포의 폭을 감소시킴으로써 낮은 상대적인 점성에서 달성될 수 있다.
표 2 의 제한된 양의 폴리머가 입수가능하며, 단위 중량당 비용이 표 1 의 폴리머의 비용보다 더 많이 들기 때문에, 개시 농도의 결정은 점성 평균 분자량 (Mv) 에 대한 스케일링된 개시 농도 ([η]CPIB) 로서 도 12 에 도시된 데이터를 재도시함으로써 정제되었고, 여기서 CPIB 은 강화된 화상 안정도의 개시에 이르도록 요구되는 폴리머의 농도이다. 이 결과는 도 15 에 도시되며, 이것은 강화된 화상 안정도를 형성하는데 요구되는 폴리머의 개시 농도가 [η]-1 로서 추정될 수 있 음을 나타낸다.
따라서, 매체 B 디스플레이는 [η]-1 농도 가이드을 포함하는 폴리머의 농도 범위에 걸쳐서 표 2 의 폴리머를 사용하여 제조하였다. 도 16 은 표 2 의 폴리머에 대한 중량 평균 분자량에 대해 400초의 화상 안정도를 달성하도록 요구되는 상대적인 점성을 도시하며, 표 1 의 폴리머에 대해 도 13 으로부터 대응하는 데이터를 재형성한다. 이 도면은 강화된 화상 안정도가 폴리머의 분자량 분포를 정제 또는 좁힘으로써 상당히 낮은 상대적인 점성에서 달성될 수 있음을 도시한다. 예를 들어, 580,000 의 Mw 을 갖는 표 1 의 폴리머 (넓은 분포) 에 있어서, 적어도 400초의 화상 안정도를 형성하도록 요구되는 ηrel 은 3.7 인 반면에, 583,000 의 Mw 을 갖는 표 2 의 폴리머 (좁은 분포) 에 있어서, 유사한 화상 안정도가 약 2.5 의 ηrel 에서 관찰되었다.
도 16 은 [η]-1 룰이 화상 안정도에 필요한 폴리머의 개시 농도를 예측하는 우수한 개시 지점을 제공함을 도시한다. 이 도면에서, 실선은, 매체 B 현탁액의 폴리머에 대해 실험적으로 결정된 [η] 값이 표 2 에 주어진, 표 2 의 폴리머의 화상 안정도에 대한 [η]-1 룰 예측을 나타낸다. [η] 이 폴리머에 대한 전기영동 매체의 현탁액의 용매 품질 및 분자량 분포에 민감하기 때문에, 이 결과는 [η]-1 이 전기영동 매체에서 강화된 화상 안정도의 개시를 형성하는데 요구되는 가용성 폴리머의 농도를 예측하는 일반적인 방법을 제공함을 나타낸다.
이 실시예에 설명된 실험은, 본 발명에 따른 가용성 폴리머의 첨가에 의해 야기되는 전기영동 매체의 상대적인 점성의 증가가 첨가된 폴리머의 분자량 분포의 폭을 감소시킴으로써 최소화될 수 있다. 실시예 6 에서 사용된 폴리머는 1.6 내지 거의 3 범위인 폴리분산 지수를 가졌다. PDI 을 1.3 이하로 낮춤으로써, 폴리머의 첨가에 기인하는 상대적인 점성의 증가가 주어진 Mw 를 갖는 폴리머에 대해 30% 이상 만큼 감소될 수 있다. 이러한 룰은 본 발명에 있어서 화상 안정도를 달성하기 위해서 넓고 다중형태의 분산 폴리머을 배제하지 않으며, 실제로 본 발명에서는 아직 유용하지 않지만 일부 상업적인 폴리이소부틸렌이 극도로 넓은 분자량 분산을 갖는다.
또한, 이 실시예에서 설명된 실험은 강화된 화상 안정도를 형성하도록 요구되는 폴리머의 최소 농도 (및 특정 분자량에 대한 최소 점성) 를 제거하는 역할을 제공한다. 이러한 룰이, 강화된 화상 안정도를 형성하는데 요구되는 주어진 분자량 폴리머의 개시 농도가 [η]-1 근처에서 발견된다는 것이다. 이러한 룰은 전기영동 매체에서 중요하게 될 수도 있는 다른 폴리머/현탁 시스템의 가이드 공식에 적용될 수 있기 때문이다. 따라서, 예를 들어, 상이한 전기영동 매체 또는 현탁액에서 폴리이소부틸렌을 사용하고자 하는 경우, 새로운 현탁액의 폴리이소부틸렌에 대한 [η]을 측정하며, 그 후 매체의 상대적인 점성의 최소한의 증가를 갖는 강화된 화상 매체가 [η]-1 근처에서 발견되는 폴리머 농도를 추정하며, 폴리머 농도의 범위, 즉 0.5[η]-1<CPIB<1.5[η]-1 에 공식 최적화를 집중한다. 허용가능한 첨가 농도 및 현탁액의 용매 품질이 요구되지만, 이러한 룰은 다른 유형의 폴리머 유형을 사용할 때 적용될 수 있으며, 이것은 하기의 실시예 8 에서 설명한다.
실시예 8
이 실시예는 본 발명의 전기영동 매체에서 사용되는 폴리머에 대해 현탁액에 요구되는 용매 품질을 나타낸다.
도 11 의 데이터를 발생시키는데 사용되는 실험은, 종래에 사용된 탄화수소/할로겐화탄소 혼합물보다 매체 C 에서 사용된 순수성 탄화수소 현탁액에서, 동일한 폴리이소부틸렌을 사용하여 반복되었고, 이 결과는 도 17 에 도시된다. 이 도면의 최선의 선형 적합선의 기울기는 0.73 이며, 데이터의 불확실성 및 작은수의 샘플이 주어지는 경우, 탄화수소가 폴리이소부틸렌에 대해 우수한 용매이며, 종래에 사용된 탄화수소/할로겐화탄소 혼합물보다 더 좋은 용매임을 나타낸다.
매체 C 디스플레이는 730,000g/mol 의 Mv 을 갖는 폴리이소부틸렌을 사용하여 제조되었고, 폴리머의 농도는 종래의 실시예에서 유도된 상수 [η]CPIB 룰을 사용하여 결정되었다. 제조된 디스플레이는 상술한 실시예 6 에서 제조된 매체 B 디스플레이의 작용에 기초하여 기대되는 것과 비교할만한 화상 안정도를 갖는다.
도 11 및 도 17 의 데이터는, 적어도 25℃ 에서 매체 A 디스플레이 및 매체 B 디스플레이에서 사용된 탄화수소/할로겐화탄소 혼합물의 할로겐화탄소의 양은 폴리이소부티렌에 대한 현탁액의 전체적인 품질을 감소시킨다. 실제로, 폴리이소부틸렌이 할로겐화탄소 그 자체내에서 열악한 가용성을 갖고 있지만, 폴리이소부틸렌이 할로겐화탄소의 첨가에 의해 지방족 탄화수소에서 농축된 용액으로부터 촉진 될 수 있음이 관찰되었다. 도 18 은, 현탁액에서 지방족 탄화수소 대 할로겐화탄소양의 비에 대한 함수로서, 일련의 매체 C 의 백색 상태 화상 안정도 성능을 도시한다. 도 18 은 할로겐화탄소의 농도가 증가할수록 화상 안정도가 열악해짐을 도시한다. 80% 할로겐화탄소로, 디스플레이는 어떠한 폴리이소부틸렌이 존재하지 않는 것처럼 작용하며, 실제로, 디스플레이를 제조하기 위해 사용된 농축된 폴리이소부틸렌 저장 용액은 현탁액으로 혼합하지 않는다. 도 18 은 용매비의 함수로서 Mv 730,000g/mole 폴리이소부틸렌의 고유 점성을 도시하며, 할로겐화탄소 내용의 증가에 따른 [η]의 감소는 용매 품질의 저하를 나타낸다. 이러한 관찰에 기초하여, 전기영동 매체의 강화된 화상 안정도를 형성하기 위해 폴리머 및 현탁액을 선택하는 용매 품질 기준이 제안될 수 있으며, 용액이 실온에서 적어도 폴리머에 대한 시타 용매가 되도록, 폴리머/현탁액 결합이 이루어져야 한다. 강화된 화상 안정도의 온도 범위를 확장시키기 위해서, 현탁액은 폴리머에 대해 우수한 용매이어야 한다. 초기에 설명한 바와 같이, 이것은 분자량을 갖는 고유 점성에 대한 스케일링 지수 α에서 반영될 수 있고, 여기서 상술한 기준은 적어도 0.5 의 기울기를 제안하며, 최적으로는 0.55<α<0.8 의 기울기가 된다.
도 18 에 도시된 데이터를 발생시키기 위해 사용되는 디스플레이를 제조하는데 있어서, 비록 도시된 [η] 이 할로겐화탄소 내용이 증가하면서 감소하지만, [η] 에 대한 용매 품질의 효과을 위해 어떠한 교정도 이루어지지 않았다. 이전의 단락에서 특정된 최적의 용매 품질 범위에 걸쳐서, 할로겐화탄소 내용을 증가시 키면서 용매 품질의 감소에 대한 교정을 위해서 상수 [η]CPIB 을 사용할 수 있다.
이 실시예에 제공된 데이터는 전기영동 디스플레이에서 강화된 화상 안정도를 형성하기 위한 폴리머/현탁액 결합에 대한 허용가능한 용매 품질의 범위를 정의한다. 데이터는, 폴리이소부틸렌이 현탁액의 범위에 대해 강화된 화상 안정도를 형성하도록 사용될 수 있고, 강화된 화상 안정도가 용액이 폴리머에 대해 적어도 적당하게 우수한 용매인 것으로 확인될 때 관찰됨을 나타낸다. 폴리이소부틸렌에 대한 용액의 용매 품질이 그의 조성을 변화시켜 열화되는 경우, 화상 안정도는 저하된다. 가장 넓게 작용하는 온도 범위에 걸쳐서 강화된 화상 안정도를 형성하기 위해서, 폴리머/현탁액 결합은 상온에서 분자량을 갖는 고유 점성에 대한 스케일링 지수 α가 0.55<α<0.8 내의 있도록 선택되어야 하며, α의 값이 더 높을수록 좋다.
매체 A 및 매체 B 디스플레이로부터의 색소 농도와 상이한 매체 C 디스플레이의 화상 안정도는, 화상 안정도를 유도하는 폴리머의 효율이 색소의 넓은 농도에 걸쳐서 유지될 수 있음을 증명한다.
실시예 9
이 실시예는 수시간의 화상 안정도를 갖는 전기영동 매체의 제조를 나타낸다.
매체 C 디스플레이는, 상기에서 제조된 각 1064g 의 매체 C 내부상의 이소파 용매에서 730,000 점성 평균 분자량 폴리이소부틸렌의 53.5g 의 13 중량% 용액을 사용하여 제조되었다. 그 후, 디스플레이는, 흑색-백색 (b→w), 백색-흑색 (w→b), 흑색-회색 (b→g), 백색-회색 (w→g), 및 회색-회색 (g→g) 의 5 개의 상이한 광학 상태 전이 유형을 필요로 하며, 여기서 흑색 및 백색은 디스플레이의 극 광학 상태를 표시한다. 흑색-백색 (b→w), 백색-흑색 (w→b) 전이는, 다른 전이에 있어서 구동 펄스가 대응적으로 짧아질수록, 0.3초 동안 15V 로 매체를 노출시킴으로써 영향을 받고, 이러한 단일 구동 펄스의 적용후에, 디스플레이는 각 실험의 잔존 부분에 대해 전력 공급이 중단된 상태가 되었다. 각 디스플레이의 L* 은 구동 펄스의 인가 동안 및 인가 후에 종래에 설명된 방법으로 측정되었고, 그 결과는 도 19 에 도시된다. 측정의 시간 스케일은 8 차에 이르며, 각 전이의 개시는 디지털화된다.
도 19 은 디스플레이의 백색 및 흑색 상태가 106초의 화상 안정도를 나타냄을 도시한다. 예를 들어, 도 19 의 b→w 전이의 면밀한 연구는, 구동 펄스가 완료된 후 백색 상태 휘도의 느린 소멸이 있음을 나타내지만, 도 19 에 포함되는 시간 스케일에 걸친 총 소멸은 약 1-2L* 이므로, 화상 안정도는 106 초 이상이다. 휘도의 상당한 변화는, 측정 시간이 103초를 초과할 때, 변화율이 매우 낮은 값으로 감소하면서, 상대적으로 짧은 시간에서 발생한다. 실제로, 이들 휘도 상태는 107초을 초과하는 주기에 걸쳐서 몇달 동안 지속하지만, 긴 시간의 화상 안정도는 양적으로 후속되지 않음이 관찰되었다. 화상 안정도 거동은 스위칭 기간에 걸쳐서 재현되었고, 휘도 상태에서 디스플레이의 긴 시간 주기는 후속 전이에서 휘도를 달성할 성능에 영향을 미치지 않는데, 즉 어떠한 영속적인 화상 보유 또는 화상 통전 테스트 (burn-in) 도 관찰되지 않았다.
도 19 은 매체 C 회색 상태는 화상이 안정됨을 나타내며, 흑색 및 백색 상태에 대해 관찰되는 것과 유사한 휘도 소멸율을 나타낸다. 따라서, 증명된 회색 상태 화상 안정도는 스위칭 화소에 대해 일반적인 화상 흐름 파형, 즉 전자이동 디스플레이에서의 회색-대-회색 어드레싱의 향상을 가능하게 한다.
이 실시예는 매체 C 유형 전기영동 매체에서의 일반적인 화상 안정도를 나타내며, 중간 회색 상태 뿐만 아니라 흑색 및 백색 상태의 안정도를 나타낸다. 또한, 이 실시예는 주어진 디스플레이 상태의 안정도가 이 상태가 이르게 되는 경로에 독립적이며, 적어도 106 이상의 긴 시간 화상 안정도는 전기영동 매체에 신속하게 어드레스되는 낮은 전압에서 달성될 수 있음을 나타낸다.
실시예 10
이 실시예는 실시예 9 에 도시된 각종 상태의 화상 안정도가 온도에 독립적임을 나타낸다.
개인 휴대 정보 단말기와 같은 휴대용 정보 기기, 및 다른 소비 장치는 통상의 사용 동안 넓은 범위의 온도에 노출되며, 따라서 기기 및 장치에 사용되는 디스플레이는 (통상적으로) 0℃ 내지 50℃ 범위에 걸쳐서 동작하는 것이 필요하다. 실시예 9 에서 설명된 실험은 이 온도 범위에 걸쳐서 반복되었고, 화상 안정도는 이 범위내에서 온도에 의해 실질적으로 영향받지 않음이 확인되었다.
또한, 실험에서는, 디스플레이가 임의의 온도에서 특정 광학 상태로 구동될 때 어떠한 변화가 발생하며, 그 후 디스플레이의 온도가 변화될 때 어떠한 변화가 발생하는지를 결정하도록 수행되었다. 좀 더 상세히 설명하면, 실시예 9 에서 사용된 디스플레이는 그 실시예에서 설명된 방법으로 25℃ 에서 흑색, 회색, 및 백색 상태로 구동되며, 그 후 온도가 0℃ 내지 50℃ 의 범위에 걸쳐 변화되는 동안 디스플레이에는 전력 공급이 중단된 상태로 두었다. 그 결과는 도 20 에 도시되며, 이 도면의 하부는 시간에 따른 흑색, 회색, 및 백색 디스플레이의 온도의 변화를 도시하며, 이 도면의 상부는 시간에 따른 L*의 변화를 도시한다. 이 범위내에서 온도의 변화는 실질적으로 디스플레이의 광학 상태에 어떠한 영향도 미치지 않음을 알 수 있다.
이 실시예는 폴리이소부티렌과 같은 폴리머가 디스플레이의 통상적인 동작 온도에 걸쳐서 화상 안정도를 달성하도록 사용될 수 있다는 것을 나타낸다. 이러한 유형의 화상 안정도를 갖는 디스플레이는 외부 환경 온도가 상당히 디스플레이 온도를 변화시킨다 할지라도 화상을 유지할 것으로 기대될 수 있다.
실시예 11
이 실시예는 본 발명에 따른 전기영동 매체에 대한 폴리머의 첨가가 매체에 인가된 저전압 임펄스에 대한 비선형 응답을 제공함을 나타낸다.
하이브리드 매체 B/매체 C 디스플레이는, 상술한 매체 B 와 실질적으로 동일한 제조 공정과, 상술한 매체 C 와 실질적으로 동일한 색소 로딩과 캡슐 크기로, 현탁액, 계면활성제, 바인더, 적층 접착제을 사용하여 제조되었다. ηrel 이 3.3 이 되는 농도에서, 이 하이브리드 매체는 폴리이소부틸렌 (18146-3) 을 포함한다. 이 디스플레이는, 500㎳ 동안 15V 의 구동 펄스를 사용하여 흑색과 백색 상태 사이에서 전환하며, 106초를 초과하는 화상 안정도를 갖는다. 도 21 의 파선에 도시된 바와 같이, 백색 상태는 68 의 L* 값을, 흑색 상태는 22 의 L* 값을 갖는다.
저전압을 사용하여 흑색 상태와 백색 상태 사이에서 디스플레이를 전환하려고 시도할 때, 디스플레이의 응답은 실질적으로 비선형이었던 것으로 관찰되었다. 도 21 의 개방원은, 전압, 및 15V 와 흑색 상태를 완전하게 백색 상태로 전환시키는데 충분한 500㎳ 펄스의 것과 동일한 임펄스 (시간에 대해 인가된 전압의 적분) 를 갖는 펄스 길이의 결합을 갖는 구동 펄스의 디스플레이의 흑색 상태로의 인가로부터 초래하는 L*값을 나타낸다. 약 10V 이하에서, 인가된 임펄스에 대한 디스플레이의 응답은 실질적으로 비선형임을 도 21 로부터 알 수 있다. 예를 들어, 그러한 구동 펄스의 임펄스가 15V 와 L*을 22 로부터 68 로 증가시키는 것 500㎳ 펄스와 동일함에도 불구하고, 3750㎳ 동안 디스플레이에 대한 2V 의 인가는 약 22 로부터 34 로의 L* 의 변화를 형성한다. 도 21 의 충전원은 500㎳ 동안 특정 전압을 인가함으로써 얻어지는 L*값을 도시하며, 이 주기 동안 디스플레이에 2V 의 인가는 2 유닛 이하의 실질적으로 감지할 수 없는 L* 의 변화를 형성하여, 디스플레이는 명백한 임계치를 나타낸다. 철저한 관찰은 디스플레이가 저전압에서 여전히 전환중임을 나타내기 때문에, 명백한 임계치는, L* 의 허용 변화에 따라서, 3750㎳ 보다 짧은 시간동안, 관찰된다. 도 21 은 흑색으로부터 백색으로의 전이에 대한 데이터를 도시하지만, 유사한 거동이 백색으로부터 흑색으로의 전이에 대해 관찰되었다.
이러한 약한 임계 거동은, 디스플레이가 활성 매트릭스의 백플레인에 존재하는 임의의 DC 오프셋 기생 전압 (통상적으로, 양성 또는 음성 바이어스의 수백 ㎷ 까지) 에 민감하지 않게 만들기 때문에 바람직하다 (이들 기생 전압은 백플레인의 트랜지스터에 전력공급이 될 때마다 연속적).
전기영동 매체의 임펄스 비선형성은 강화된 화상 안정도를 형성하는데 사용되는 폴리머의 농도를 변경함으로써 조절될 수 있음이 발견되었다. 주어진 분자량 폴리머에 대한 개시 농도 이상으로 폴리머의 농도를 증가시키므로, 강한 비선형성이 증가한다. 강한 임펄스 비선형성이 증가되는 경우, 전기영동 디스플레이는 더 큰 명백한 임계 전압을 나타낸다. 높은 임계치는 수동 매트릭스 어드레싱 방식으로 전기영동 매체의 사용을 가능하게 하는 바람직한 속성이다.
이 실시예에서는, 본 발명에 따라 강화된 화상 안정도를 제공하기 위해서, 현탁액에 폴리머의 첨가는 매체의 광학 응답을 변화시키며, 유동학의 강한 전단 박화 거동 (shear thining behavior) 과 유사한 방법으로 펄스에 대해 비선형인 응답을 하고 있음을 나타낸다. 이 비선형 펄스 응답은 매체로 하여금 전압 임계 거동을 나타내도록 한다. 비선형성 성질은 폴리머 농도를 조절함으로써 조절될 수 있으며, 개시 농도보다 더 큰 농도에서 폴리머 농도를 증가시킴으로써, 강한 비선형 거동이 증가한다. 이 현상은 저렴한 수동적으로 어드레스되는 디스플레이를 개발하는데 유용할 수도 있다.
더한 정보로서 참조되고, 상술한 특허권 및 특허출원과 같이, 비흡수 폴리머의 구비와는 별도로, 본 발명의 전기영동 매체는 동일한 성분 및 제조 기술을 이용할 수도 있다.
상술한 설명으로부터, 본 발명은 전기영동 디스플레이에 의해 형성되는 화상 안정도의 실질적인 증가를 제공하여, 그러한 디스플레이의 품질을 향상시키며, 특히, 휴대용 장치과 같은 애플리케이션에서, 디스플레이의 에너지 소비를 감소시키는 것은 매우 중요한 것임을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 변형에 의해, 쉽게 시중에서 입수가능한 저렴하고 비독성 재료를 사용하여, 화상 안정도의 증가를 달성할 수 있다.
Claims (22)
- 현탁액 (106; 206; 306) 에 부유되어 있는 복수의 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 을 구비하는 전기영동 매체 (100; 200; 300) 를 포함하는 전기영동 디스플레이로서,상기 매체 (100; 200; 300) 에 전계를 인가하면, 상기 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 은 상기 현탁액 (106; 206; 306) 을 통해 이동할 수 있으며,상기 디스플레이는 상기 매체에 인접하게 배치되고 상기 매체에 전계를 인가할 수 있는 적어도 하나의 전극 (110, 112) 을 더 포함하고,상기 디스플레이는, 상기 현탁액 (106; 206; 306) 에 20,000 을 초과하는 수평균 분자량을 갖는 폴리머가 용해되거나 분산되며,상기 폴리머는 상기 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 상에 본질적으로 비흡수되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항에 있어서,상기 폴리머는 100,000 을 초과하는 수평균 및/또는 중량 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 2 항에 있어서,상기 폴리머는 150,000 내지 3,000,000 범위의 수평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 2 항에 있어서,상기 폴리머는 300,000 내지 3,000,000 범위의 중량 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 폴리머는 2 이하의 폴리분산 지수를 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 폴리머는, 현탁액에 이온 성분 또는 이온화가능 성분을 제공할 수 있는 작용기가 본질적으로 없는 탄화수소 폴리머인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 6 항에 있어서,상기 폴리머는 폴리올레핀 (polyolefin) 또는 폴리실록산 (polysiloxane) 인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 7 항에 있어서,상기 폴리머는 폴리이소부틸렌인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 8 항에 있어서,상기 폴리이소부틸렌은 200,000 내지 1,600,000 g/mole 범위의 점성 평균 분자량을 갖는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 현탁액은, 지방족 탄화수소 단독이거나, 또는 할로겐화 탄화수소와 혼합되는 지방족 탄화수소인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 현탁액 및 폴리머는, 분자량에 따른 고유 속도 변동에 대한 스케일링 지수가 0.55 내지 0.8 의 범위인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 폴리머는 상기 현탁액의 0.25 내지 2.5 중량% 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 12 항에 있어서,상기 폴리머는 상기 현탁액의 0.75 내지 2 중량% 의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 탄화수소 현탁액 (106; 206; 306) 에 부유되어 있는 복수의 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 을 구비하는 전기영동 매체 (100; 200; 300) 를 포함하는 전기영동 디스플레이로서,상기 매체 (100; 200; 300) 에 전계를 인가하면, 상기 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 은 상기 현탁액 (106; 206; 306) 을 통해 이동할 수 있으며,상기 디스플레이는 상기 매체에 인접하게 배치되고 상기 매체에 전계를 인가할 수 있는 적어도 하나의 전극 (110, 112) 을 더 포함하고,상기 디스플레이는, 상기 현탁액 (106; 206; 306) 에 200,000 내지 1,600,000g/mole 범위의 점성 평균 분자량을 갖는 폴리이소부틸렌이 용해되거나 분산되며,상기 폴리이소부틸렌은 상기 현탁액 (106; 206; 306) 의 0.5 내지 2.5 중량% 을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 탄화수소 현탁액 (106; 206; 306) 에 부유되어 있는 복수의 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 을 구비하는 전기영동 매체 (100; 200; 300) 를 포함하는 전기영동 디스플레이로서,상기 매체 (100; 200; 300) 에 전계를 인가하면, 상기 파티클 (108; 108, 218; 218, 320) 은 상기 현탁액 (106; 206; 306) 을 통해 이동할 수 있으며,상기 현탁액 (106; 206; 306) 에는 [η] 의 고유 점성을 갖는 폴리머가 용해되거나 분산되며,상기 디스플레이는 상기 매체에 인접하게 배치되고 상기 매체에 전계를 인가할 수 있는 적어도 하나의 전극 (110, 112) 을 더 포함하고,상기 디스플레이는, 상기 폴리머가 상기 현탁액 내에서 이온 또는 이온가능한 기가 실질적으로 없으며,상기 폴리머는 상기 현탁액 (106; 206; 306) 에 0.5[η]-1 내지 2.0[η]-1의 농도로 존재하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 매체는 상기 현탁액 및 파티클이 복수의 캡슐내에 보유되도록 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 매체는 상기 현탁액 및 파티클이 복수의 물방울 (droplet) 을 포함하는 불연속적인 상을 형성하고, 상기 물방울은 연속적인 상에 의해 포위되는, 2 개의 상 유형이 존재하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 매체는 전기영동 이동도가 상이한 2 개의 상이한 유형의 파티클을 갖는 이중 파티클 유형이 존재하는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,화상 안정도가 적어도 1,000초인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 제 19 항에 있어서,화상 안정도가 적어도 10,000초인 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
- 삭제
- 제 1 항 내지 제 4 항, 제 14 항 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 전기영동 매체의 반대측상에 2 개의 전극 (110, 112) 이 배치되며,상기 2 개의 전극 중 적어도 하나는 실질적으로 투명하여, 상기 전기영동 매체가 실질적으로 투명한 전극을 통해 관찰될 수 있는 것을 특징으로 하는 전기영동 디스플레이.
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