DE69934618T2

DE69934618T2 - Verbesserte farbige mikroverkapselte elektrophoretische Anzeige

Info

Publication number: DE69934618T2
Application number: DE69934618T
Authority: DE
Inventors: Joseph M Jacobson; Paul Drzaic; Ian Morrison; Russell J. Wilcox
Original assignee: E Ink Corp
Current assignee: E Ink Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2019-07-09
Also published as: ATE276536T1; EP1754995B1; EP1093600B1; JP4568429B2; JP2002520655A; WO2000003291A1; CA2336596A1; ATE349722T1; DE69920228D1; DE69934618D1; US9293511B2; AU5094699A; US7667684B2; EP1754995A3; EP1093600A1; EP1754995A2; US20040190114A1; JP5047331B2; US20100156780A1; US20100103502A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren zur Herstellung farbiger elektrophoretischer Anzeigen.
Elektrophoretische Anzeigemedien sind allgemein gekennzeichnet durch die Bewegung von Partikeln durch ein angelegtes elektrisches Feld. Diese Anzeigen sind hoch reflektierend und sie können bistabil und für große Flächen hergestellt werden und sie verbrauchen nur eine geringe Leistung. Diese Eigenschaften ermöglichen die Benutzung elektrophoretischer Anzeigemedien für zahlreiche Anwendungen, für die traditionelle elektronische Anzeigen nicht geeignet sind. Bichromatische elektrophoretische Anzeigen wurden bisher nur für einen beschränkten Bereich von Farben demonstriert (z.B. Schwarz/Weiß oder Gelb/Rot), aber es gab bisher keine kommerzielle erfolgreiche Anwendung vollfarbiger elektrophoretischer Anzeigen. Ein Grund hierfür besteht darin, dass kommerziell ein Herstellungsverfahren fehlt, das wirksam und kostengünstig ist.
Eine traditionelle Technik zur Schaffung einer hellen, vollfarbigen Anzeige, die zur Schaffung von Emissionsanzeigen bekannt ist, besteht darin, Anzeigeelemente zu erzeugen, die rot, grün und blau sind. Bei diesem System hat jedes Element zwei Zustände: einen ersten Einschaltzustand oder die Emission von Farbe und einen zweiten Abschaltzustand. Da sich das Licht von diesen Elementen mischt, kann die Gesamtanzeige verschiedene Farben und Farbkombinationen aufweisen. Bei einer Emissionsanzeige ist das visuelle Ergebnis die Summation der Wellenlängen, die von den Anzeigeelementen emittiert werden und von den gewählten Intensitäten, die sichtbar sind, wenn Rot, Grün und Blau sämtlich in ausgeglichener Form aktiv sind. Die Helligkeit des weißen Bildes wird durch die Intensitäten der Lichtemission durch die einzelnen Anzeigeelemente gesteuert. Schwarz ist sichtbar, wenn kein Element aktiv ist oder in äquivalenter Weise, wenn alle Elemente eine Nullintensität aufweisen. Als ein zusätzliches Beispiel erscheint eine rote visuelle Darstellung, wenn das rote Element aktiv ist, während die grünen und blauen Elemente nicht aktiv sind und so lediglich lediglich rotes Licht emittiert wird.
Dieses Verfahren kann auch für bichromatische reflektierende Anzeigen angewandt werden, die typischerweise das subtraktive Farbsystem Cyan-Magenta-Gelb benutzen. Bei diesem System absorbieren die reflektierenden Anzeigeelemente charakteristische Abschnitte des optischen Spektrums, anstatt charakteristische Abschnitte des Spektrums zu erzeugen, wie dies bei einer emittierenden Anzeige der Fall ist. Weiß reflektiert alles oder es absorbiert in äquivalenter Weise nichts. Ein gefärbtes reflektierendes Material reflektiert Licht entsprechend einer Wellenlänge auf den Farbschirm und absorbiert den Rest der Wellenlängen in dem sichtbaren Spektrum. Um eine schwarze Anzeige zu erreichen, werden alle drei Anzeigeelemente angeschaltet, und sie absorbieren komplementäre Abschnitte des Spektrums.
Jedoch erfordern derartige Techniken, dass die gefärbten Anzeigeelemente auf einem Substrat in gleichen Anteilen angeordnet sind, die auf geeignete Adressierelektroden ausgerichtet sind. Ein Fehler bei der Erreichung im Wesentlichen gleicher Anteile der gefärbten Anzeigeelemente oder ein Fehler bei der Registrierung der Anzeigeelemente mit den Adressierelektroden führt zu einer unbefriedigenden Farbanzeige.
Die Literaturstelle Harbour et al., "Subdivided Electrophoretic Display", Xerox Disclosure Journal, Band 4, Nr. 6 (November 1979), Seite 705, beschreibt eine elektrophoretische Anzeige, bei der die Bildfläche in Zellen eingeteilt ist, von denen jede ein Bildelement repräsentiert. Die in jeder Zelle enthaltenen Partikel können sich nur örtlich setzen, und eine Redispergierung mit sich ändernden elektrischen Feldern ist möglich. Ein elektrophoretisches Anzeigebildmedium füllt jede Zelle aus und enthält eine gefärbte Flüssigkeit und elektrophoretische Partikel. Die Zellen können mit einem Photowiderstandsmaterial hergestellt sein.
Die Literaturstelle Minnema et al., "Pattern Generation in Polyimide Coatings and its Application in an Electrophoretic Image Display", Polymer Engineering and Science, Band 28, Nr. 12 (30. Juni 1988), Seiten 815–822, beschreibt eine direkte Photomusterung von Polyimidfilmen, basierend auf einer Modifikation des Polyamicsäure-Vorläufers. Diese modifizierten Vorläufer wurden wie herkömmliche negative Photowiderstände verarbeitet, und es wird berichtet, dass sie gut geeignet sind zur Herstellung der potentiell guten Struktur einer Mikrozellenelektrophoretischen Bildanzeige.
Die Literaturstelle Cominsky et al., "7.4L: Late-News Paper: Electrophoretic Ink: A Printable Display Material", 1997 SID Digest, Seiten 75–76, beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer elektrophoretischen Anzeigevorrichtung durch Überziehen einer elektrophoretischen elektronisch adressierbaren Tinte unter Benutzung herkömmlicher Drucktechniken, beispielsweise durch Siebdruck auf eine willkürliche Oberfläche. Die Tinte basiert auf Mikrokapseln, die entweder ein gefärbtes dielektrisches Fluid oder gefärbte Mikropartikel oder eine elektrophoretische Suspension enthalten, basierend auf zwei verschieden eingefärbten Arten von Mikropartikeln.
Die veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 01-086116 vom 30. März 1989 beschreibt eine elektrophoretische Anzeige, bei der die elektrophoretischen Partikel und das Suspendierungsfluid mikroverkapselt sind und die Mikrokapseln zwischen Elektroden zur Anzeigesteuerung angeordnet sind. Die Mikroverkapselung soll eine Ausflockung der elektrophoretischen Partikel und ein Festhaften dieser Partikel an den Elektroden vermeiden.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer elektrophoretischen Anzeige, die allgemein ähnlich jener ist, wie sie in der Druckschrift Cominsky und in der japanischen Patentanmeldung beschrieben ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

(a) es wird ein Substrat mit einer darin angeordneten Elektrode bereitgestellt; und
(b) es werden auf dem Substrat mehrere elektrophoretische Anzeigeelemente abgelagert, und jedes Anzeigeelement weist eine Kapsel auf, die eine Vielzahl von Partikeln enthält, die auf ein angelegtes elektrisches Feld ansprechen und eine erste optische Eigenschaft besitzen. Jedoch ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass
(c) ein elektrisches Signal an die Elektrode angelegt wird, nachdem die Anzeigeelemente auf dem Substrat abgelagert sind, wodurch die Anzeigeelemente auf das Substrat benachbart zur Elektrode übertragen werden.

Die Erfindung lehrt praktische Möglichkeiten, um wirksam und billig vollfarbige, verkapselte elektrophoretische Anzeigen herzustellen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Anzeigemedien ausgedruckt werden, und deshalb kann die Anzeige selbst sehr kostengünstig hergestellt werden.
Die verkapselte elektrophoretische Anzeige kann so konstruiert werden, dass der optische Zustand der Anzeige über eine längere Zeitdauer stabil ist. Wenn die Anzeige zwei Zustände besitzt, die auf diese Weise stabil sind, dann wird die Anzeige als bistabil bezeichnet. Wenn mehr als zwei Zustände der Anzeige stabil sind, dann kann die Anzeige als multistabil bezeichnet werden. Für die Zwecke vorliegender Erfindung werden die Ausdrücke bistabil und multistabil oder allgemein stabil benutzt, um eine Anzeige zu kennzeichnen, bei der jeder optische Zustand fixiert bleibt, nachdem die Adressierungsspannung wegfällt. Die Definition des stabilen Zustandes hängt von der Anwendung für die Anzeige ab. Ein langsam abklingender optischer Zustand kann wirksam stabil sein, wenn der optische Zustand im Wesentlichen unverändert über die erforderliche Betrachtungszeit erhalten bleibt. Beispielsweise ist bei einer Anzeige, die alle paar Minuten aktualisiert wird, ein Anzeigebild wirksam bistabil oder multistabil, wenn dieses über Stunden oder Tage, je nach Anwendung, erhalten bleibt. Bei der vorliegenden Erfindung zeigen die Ausdrücke bistabil und multistabil auch eine Anzeige an, die einen optischen Zustand anzeigt, der genügend lang verbleibt, um für die jeweilige Anwendung stabil zu bleiben. Stattdessen ist es möglich, verkapselte elektrophoretische Anzeigen zu schaffen, bei denen das Bild schnell verschwindet, nachdem die Adressierungsspannung abgenommen wird (d.h. die Anzeige ist weder bistabil noch multistabil). Wie dies noch beschrieben wird, ist es bei gewissen Anwendungen vorteilhaft, eine verkapselte elektrophoretische Anzeige zu benutzen, die nicht bistabil und nicht multistabil ist. Unabhängig davon, ob eine verkapselte elektrophoretische Anzeige stabil ist oder nicht, und unabhängig vom Ausmaß der Stabilität, so kann diese über geeignete chemische Modifikation der elektrophoretischen Partikel des Suspendierungsfluids, der Kapsel, der Bindermaterialien oder der Adressierungsverfahren gesteuert werden.
Eine verkapselte elektrophoretische Anzeige kann zahlreiche Formen annehmen. Die Anzeige kann Kapseln aufweisen, die in einem Binder dispergiert sind. Die Kapseln können irgendeine Größe oder Gestalt haben. Die Kapseln können beispielsweise sphärisch sein, und sie können Durchmesser im Millimeterbereich aufweisen oder auch im Mikrometerbereich. Es ist jedoch zu bevorzugen, dass die Kapseln zehn bis wenige hundert Mikron groß sind. Die Kapseln können durch eine Verkapselungstechnik hergestellt werden, wie diese weiter unten beschrieben wird. Die Partikel können beispielsweise gefärbt, lumineszent, lichtabsorbierend oder transparent sein. Die Partikel können beispielsweise winzige Pigmente, gefärbte Pigmente oder Pigment/Polymer-Zusammensetzungen aufweisen. Die Anzeige kann außerdem ein Suspendierungsfluid aufweisen, in dem die Partikel dispergiert sind.
Eine erfolgreiche Konstruktion einer verkapselten elektrophoretischen Anzeige erfordert ein ordnungsgemäßes Zusammenwirken von mehreren unterschiedlichen Materialtypen und Verfahren, beispielsweise als ein Polymerbinder und wahlweise eine Kapselmembran. Diese Materialien müssen chemisch kompatibel mit den elektrophoretischen Partikeln und dem Fluid sein, und sie müssen außerdem miteinander kompatibel sein. Das Kapselmaterial kann in einem nützlichen Oberflächenzusammenwirken mit den elektrophoretischen Partikeln stehen oder kann als chemische oder physikalische Grenze zwischen Fluid und Binder ausgebildet sein. Verschiedene Materialien und Kombinationen von Materialien, die zur Herstellung verkapselter elektrophoretischer Anzeigen nützlich sind, werden in der parallel laufenden Patentanmeldung Ser.Nr. 09/140,861 beschrieben, die hiermit als Bezugnahme eingeführt wird.
In gewissen Fällen ist der Verkapselungsschritt des Verfahrens nicht notwendig und das elektrophoretische Fluid kann direkt in den Binder dispergiert oder emulgiert sein (oder es kann ein Vorläufer des Bindermaterials sein) und es kann eine wirksame "polymerdispergierte elektrophoretische Anzeige" konstruiert werden. Bei derartigen Anzeigen können im Binder erzeugte Hohlräume als Kapseln oder als Mikrokapseln bezeichnet werden, selbst wenn keine Kapselmembran vorhanden ist. Der in der elektrophoretischen Anzeige dispergierte Binder kann eine Emulsion oder ein Phasentrenntyp sein.
In der Beschreibung wird auf "Drucken" oder "Bedrucken" Bezug genommen. Im Rahmen dieser Beschreibung soll das Bedrucken alle Formen von Druck und Überzug umfassen einschließlich vorbemessener Überzüge, wie Patchformüberzüge, Schlitz- oder Extrusionsüberzüge, Gleit- oder Kaskadenüberzüge und Siebüberzüge, Walzüberzüge, beispielsweise Klingenwalzüberzüge, Vorwärts- und Rückwärtswalzüberzüge, Gravierüberzüge, Tauchüberzüge, Sprayüberzüge, Meniskusüberzüge, Sprühüberzüge, Bürstenüberzüge, Luftstrahlüberzüge, Siebschirmdruckverfahren, elektrostatische Druckverfahren, thermische Druckverfahren, lithographische Druckverfahren, Tintenstrahldruckverfahren und andere ähnliche Techniken. Ein "gedrucktes Element" bezieht sich auf ein Element, das unter Benutzung irgendeiner der beschriebenen Techniken hergestellt ist.
Wie oben erwähnt, können elektrophoretische Anzeigeelemente verkapselt sein. In der Beschreibung wird auf "Kapseln", "Elemente" und "Anzeigeelemente" Bezug genommen. Eine Kapsel oder ein Anzeigeelement kann selbst aus einer oder mehreren Kapseln oder weiteren Strukturen bestehen.
Die oben beschriebenen Vorteile der Erfindung ergeben sich zusammen mit weiteren Vorteilen aus der beiliegenden Zeichnung. In der Zeichnung beziehen sich gleiche Bezugszeichen allgemein auf gleiche Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, sondern es wurde Wert darauf gelegt, in den Zeichnungen die Prinzipien der Erfindung deutlicher hervorzuheben.
1A ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer von hinten adressierbaren Elektrodenstruktur für eine auf Partikel basierende Anzeige, bei der eine kleinere Elektrode mit einer Spannung relativ zu einer großen Elektrode angeordnet ist, wodurch bewirkt wird, dass die Partikel nach der kleineren Elektrode wandern;
1B ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer von hinten adressierbaren Elektrodenstruktur für eine auf Partikel basierende Anzeige, bei der die größere Elektrode mit einer Spannung relativ zu einer kleineren Elektrode angeordnet ist, wodurch bewirkt wird, dass die Partikel nach der größeren Elektrode wandern;
1C ist eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer von hinten adressierbaren Elektrodenstruktur;
1D ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Anzeige mit drei Anzeigeelementen, und jedes Anzeigeelement wird durch ein Druckverfahren erzeugt;
1E ist eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer Anzeige mit drei Anzeigeelementen, und jedes Anzeigeelement wird durch ein Druckverfahren erzeugt;
2 ist eine Schnittansicht einer Adressierungsstruktur einer hinteren Elektrode, hergestellt durch Druck;
3A ist ein schematisches Flussdiagramm von gewählten Schritten in einem Verfahren zur Herstellung einer Anzeige, die ein Verfahren benutzt, bei dem die Elektroden zunächst auf einem Substrat aufgedruckt werden und bei dem dann die Anzeigeelemente auf die Elektroden aufgedruckt werden;
3B ist ein schematisches Flussdiagramm von gewählten Schritten in einem Verfahren zur Herstellung einer Anzeige, die ein Verfahren benutzt, bei dem die Anzeigeelemente zunächst auf einem Substrat aufgedruckt werden und bei dem dann die Elektroden auf die Anzeigeelemente aufgedruckt werden;
3C ist ein schematisches Flussdiagramm von gewählten Schritten in einem Verfahren zur Herstellung einer Anzeige, die ein Verfahren benutzt, bei dem die Elektroden auf einem ersten Substrat aufgedruckt werden, bei dem dann die Anzeigeelemente auf einem zweiten Substrat aufgedruckt werden und dann die beiden Strukturen kombiniert werden, um eine Anzeige herzustellen;
3D ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Adressierungsstruktur mit transparenten Elektroden, bei dem ein elektrisches Wechselstromfeld auf die Kapsel angelegt wurde, um die Partikel zu veranlassen, in die Kapsel zu dispergieren;
3E ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Adressierungsstruktur für ein Anzeigeelement mit drei Unterpixeln;
3F ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Adressierungsstruktur, bei der ein Anzeigeelement adressiert wird, um weiß zu erscheinen;
3G ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Adressierungsstruktur, bei der ein Anzeigeelement adressiert wird, um rot zu erscheinen;
3H ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Adressierungsstruktur, bei der ein Anzeigeelement adressiert wird, um rotes Licht zu absorbieren;
3I ist eine schematische Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Adressierungsstruktur für ein Anzeigeelement, das drei Unterpixel besitzt, bei welchem die Anzeige adressiert ist, um rot zu erscheinen;
3J ist eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Adressierungsstruktur für ein Anzeigeelement;
3K ist eine schematische Draufsicht eines Ausführungsbeispiels einer interdigitalen Elektrodenstruktur;
3L ist eine schematische Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Anzeigestruktur mit einem eingefärbten Fluid und zwei Arten von Partikeln, adressiert, um Rot zu absorbieren;
3M ist eine schematische Seitenansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Doppelpartikel-Siebmodus-Anzeigestruktur mit einem durchsichtigen Fluid und drei Arten von Partikeln, adressiert, um Rot zu absorbieren;
4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer von hinten adressierbaren Elektrodenstruktur, die eine reflektierende Farbanzeige nach Art einer Halbtondarstellung oder gemäß einem Pointillismus erzeugt;
5 ist ein Ablaufdiagramm, das die Schritte zeigt, die durchzuführen sind, um unter Benutzung der vorliegenden Erfindung eine Anzeige herzustellen.
Elektronische Tinte ist ein optoelektronisch aktives Material, das aus wenigstens zwei Phasen besteht: einer elektrophoretischen Kontrastmedienphase und einer Überzugs/Binderphase. Die elektrophoretische Phase besteht bei einigen Ausführungsbeispielen aus einer einzigen Art elektrophoretischer Partikel, dispergiert in einem klaren oder gefärbten Medium oder mehr als einer Art von elektrophoretischen Partikeln mit unterschiedlichen physikalischen und elektrischen Charakteristiken, dispergiert in einem klaren oder gefärbten Medium. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die elektrophoretische Phase verkapselt, d.h. es gibt eine gekapselte Wandphase zwischen den beiden Phasen. Die Überzugs/Binderphase umfasst gemäß einem Ausführungsbeispiel eine Polymermatrix, die die elektrophoretische Phase umschließt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Polymer in dem Polymerbinder in der Lage, getrocknet, vernetzt oder auf andere Weise wie bei herkömmlichen Tinten gehärtet zu werden, und deshalb kann ein Druckverfahren benutzt werden, um die elektronische Tinte auf einem Substrat abzulagern.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Tinte Anzeigeelemente aufweisen, die in der Lage sind, unterschiedliche Farben anzuzeigen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel enthalten einige Anzeigeelemente rote Partikel, einige Anzeigeelemente enthalten grüne Partikel und einige Anzeigeelemente enthalten blaue Partikel. Gemäß einem anderen speziellen Ausführungsbeispiel enthalten einige Anzeigeelemente Cyanpartikel, einige Anzeigeelemente enthalten Magentapartikel und einige Anzeigeelemente enthalten gelbe Partikel. Durch Adressierung eines jeden Anzeigeelementes kann durch Anzeige eines Teils der gefärbten Partikel eine Anzeige veranlasst werden, ein Aussehen zu liefern, das einer gewählten Farbe mit einer gewählten Helligkeit entspricht.
Die elektronische Tinte kann unter Benutzung unterschiedlicher Verfahren ausgedruckt werden, je nach den mechanischen Eigenschaften der benutzten Tinte. Beispielsweise kann die Brüchigkeit oder Viskosität der speziellen Tinte eine unterschiedliche Verfahrenswahl erfordern. Eine sehr viskose Tinte wäre nicht gut geeignet zur Ablagerung durch ein Tintenstrahldruckverfahren, während eine brüchige Tinte nicht geeignet wäre für ein Klingenwalzüberzugsverfahren.
Die optische Qualität einer elektronischen Tinte unterscheided sich erheblich von anderen elektronischen Anzeigematerialien. Der bemerkenswerteste Unterschied besteht darin, dass die elektronische Tinte ein hohes Ausmaß sowohl in Form von Reflektivität als auch in Form von Kontrast liefert, weil diese Tinte auf Pigmenten basiert (wie gewöhnliche Druckfarben). Das von der elektronischen Tinte gestreute Licht kommt von einer sehr dünnen Pigmentschicht, dicht benachbart zur Betrachtungsoberfläche. In dieser Beziehung ähnelt es einem gewöhnlichen gedruckten Bild. Auch kann die elektronische Tinte günstig über einen weiten Sichtwinkel in der gleichen Weise wie eine gedruckte Seite betrachtet werden, und eine derartige Tinte nähert sich einer Lambertianischen Kontrastkurve dichter an als irgendein anderes elektronisches Anzeigematerial. Da die elektronische Tinte gedruckt werden kann, ist es möglich, sie auf der gleichen Oberfläche wie anderes Druckmaterial anzuordnen, einschließlich traditioneller Tinten. Elektronische Tinte kann optisch stabil in allen Anzeigekonfigurationen gemacht werden, d.h. die Tinte kann in einen dauerhaften optischen Zustand überführt werden. Die Erzeugung einer Anzeige durch Druck einer elektronischen Tinte ist insbesondere nützlich bei Anwendungen mit geringer Leistung wegen dieser Stabilität.
Elektronische Tintenanzeigen sind insofern neu, als sie durch Gleichspannungen adressiert werden können und sehr wenig Strom ziehen. Daher können Elemente, die elektronische Tinten bilden, aus nicht traditionellen Materialien hergestellt werden, und elektronische Tinten können durch nicht traditionelle Verfahren hergestellt und benutzt werden. Als solche können die Leiter und Elektroden, die benutzt werden, um die Spannung an die elektronischen Tintenanzeigen anzulegen, einen relativ hohen Widerstand aufweisen. Die Möglichkeit der Benutzung von Widerstandsleitern erweitert beträchtlich die Anzahl und Typen von Materialien, die als Leiter in elektronischen Tintenanzeigen benutzt werden können. Insbesondere ist es nicht notwendig, kostspielige, im Vakuum gesputterte Indium-Zinn-Oxid-Leiter (ITO) zu benutzen, d.h. ein Standardmaterial für Flüssigkristallanzeigen. Abgesehen von einer Kostenersparnis kann der Ersatz von ITO durch andere Materialien Vorteile im Hinblick auf das Aussehen, die Verarbeitungsfähigkeit (gedruckte Leiter), Flexibilität und Dauerhaftigkeit liefern. Außerdem stehen die gedruckten Elektroden nur mit einem soliden Binder in Berührung, nicht mit einer flüssigen Schicht, wie dies bei Flüssigkristallen der Fall ist. Dies bedeutet, dass einige Leitermaterialien, die sich sonst durch Berührung mit Flüssigkristallen auflösen oder verschlechtern würden, bei Anwendung in Verbindung mit elektronischer Tinte benutzbar sind. Diese Materialien umfassen opake Metalltinten für die hintere Elektrode (z.B. Silber- und Graphittinten) sowie leitfähige transparente Tinten für irgendeine Struktur. Diese leitfähigen Überzüge umfassen Halbleiterkolloide, beispielsweise Indium-Zinn-Oxid und durch Antimon dotierte Zinn-Oxide. Organische Leiter (Polymerleiter und molekulare organische Leiter) können ebenfalls benutzt werden. Polymere umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Polyaniline und Derivate, Polythiophene und Derivate, Poly3,4-Ethylendioxythiophene (PEDOT) und Derivate, Polypyrrole und Derivate und Polyphenylenvinylene (PPV) und Derivate. Organische Molekularleiter umfassen, ohne hierauf beschränkt zu sein, Derivate von Naphthalen, Phthalocyanin und Pentacen. Polymerschichten können dünner und transparenter als mit herkömmlichen Anzeigen gemacht werden, weil die Leitfähigkeitserfordernisse nicht so erheblich sind.
Als Beispiel gibt es eine Klasse von Materialien, die als elektroleitfähige Pulver bezeichnet werden, die auch nützlich sind als transparente Leiterüberzüge bei elektronischen Tintenanzeigen. Ein Beispiel ist das Zelec ECP elektroleitfähige Pulver, das von DuPont Chemical Co., Wilmington, Delaware, hergestellt wird.
Es ist möglich, ein weites Feld von Farben durch Superposition geeigneter Anteile von drei in geeigneter Weise gewählten Farben zu erzeugen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel können die Farben Rot, Grün und Blau in verschiedenen Anteilen kombiniert werden, um ein Bild zu erzeugen, das in einer gewählten Farbe empfunden wird. Emissionsanzeigen oder Transmissionsanzeigen arbeiten gemäß additiven Regeln, wo die empfundene Farbe durch Summation der Emissionswellenlängen von mehreren emittierenden oder transmittierenden Objekten erzeugt wird. Für eine Emissionsanzeige oder eine Transmissionsanzeige, die drei Anzeigeelemente enthält, kann eine ein rotes Licht, eine ein grünes Licht und eine ein blaues Licht erzeugen und eine kann ein weites Feld von Farben sowie Weiß und Schwarz erzeugen. Gemäß einem Extrem wird die Kombination aller drei bei voller Intensität als Weiß empfunden, und andererseites wird die Kombination aller drei bei einer Nullintensität als Schwarz empfunden. Spezifische Kombinationen gesteuerter Anteile dieser drei Farben können benutzt werden, um andere Farben zu repräsentieren.
Bei einer reflektierenden Anzeige stellt das Licht, das der Betrachter empfindet, einen Teil des Spektrums dar, das nicht absorbiert wird, wenn das zu reflektierende Licht auf die Reflektoroberfläche auftrifft. Man kann demgemäß ein Reflexionssystem als ein subtraktives System ansehen, d.h., dass jede reflektierende Oberfläche von dem Licht jenen Anteil "subtrahiert", den der Reflektor absorbiert. Die Farbe eines Reflektors repräsentiert die Wellenlänge des Lichtes, die der Reflektor absorbiert. Ein gelber Reflektor absorbiert im Wesentlichen blaues Licht. Ein Magentareflektor absorbiert im Wesentlichen grünes Licht. Ein Cyanreflektor absorbiert im Wesentlichen rotes Licht. So kann bei einem anderen Ausführungsbeispiel, das Reflektoren benutzt, fast das gleiche Ergebnis wie bei einem emittierenden System durch Benutzung der drei Farben Cyan, Gelb und Magenta als Primärfarben aus allen anderen Farben erreicht werden, einschließlich Schwarz, aber Weiß kann nicht abgeleitet werden. Um Weiß bei einer solchen Anzeige zu erhalten, muss man einen dritten Zustand pro Anzeigeelement einführen, nämlich Weiß.
Bei den beschriebenen Verfahren wurden Partikel diskutiert. Es kann jedoch auch jede Kombination von Farben, flüssigen Tropfen und transparenten Bereichen Anwendung finden, die auf elektrophoretische Effekte ansprechen. Partikel verschiedener optischer Effekte können in geeigneten Anteilen kombiniert werden. Beispielsweise können bestimmte Farben in der elektrophoretischen Anzeige über- oder unterbestückt werden, indem mehr Anzeigeelemente einer Farbe als einer anderen Farbe ausgedruckt werden, im Hinblick auf die Empfindlichkeit des menschlichen Auges, um dadurch einen angenehmeren oder gleichmäßigeren Effekt zu erzielen. In gleicher Weise kann die Größe der Anzeigeelemente disproportioniert angewandt werden, um verschiedene optische Effekte zu erzielen.
Obgleich diese Beispiele mikroverkapselte elektrophoretische Anzeigen beschreiben, kann die Erfindung auch für andere reflektierende Anzeigen benutzt werden, einschließlich Flüssigkristallanzeigen, polymerdispergierte Flüssigkristallanzeigen, rotierende Kugelanzeigen, suspendierte Partikel und andere reflektierende Anzeigen, die in der Lage sind, ausgedruckt zu werden. Kurz gesagt sind zahlreiche Anwendungen denkbar, durch die Anzeigeelemente in einer direkten farbreflektierenden Anzeige ausgedruckt werden. Derartige Druckschemata ändern sich durch die Natur der Anzeige, und es können zahlreiche geeignete Mittel benutzt werden.
In den 1A und 1B ist ein Adressierungsschema zur Steuerung auf Partikeln basierender Anzeigen dargestellt, wobei Elektroden auf nur einer Seite der Anzeige angeordnet sind, wodurch die Anzeige von hinten adressiert werden kann. Dadurch, dass nur eine Seite der Anzeige für Elektroden benutzt wird, ergibt sich eine Vereinfachung der Herstellung der Anzeigen. Wenn beispielsweise die Elektroden nur auf der Rückseite der Anzeige angebracht werden, können beide Elektroden unter Benutzung opaker Materialien hergestellt werden, die gefärbt sind, weil die Elektroden nicht transparent sein müssen.
1A zeigt eine einzelne Kapsel 20 eines verkapselten Anzeigemediums. Kurz gesagt umfasst das Ausführungsbeispiel gemäß 1A eine Kapsel 20 mit wenigstens einem Partikel 50, der in einem Suspendierungsfluid 25 dispergiert ist. Die Kapsel 20 wird durch eine erste Elektrode 30 und eine zweite Elektrode 40 adressiert. Die erste Elektrode 30 ist kleiner als die zweite Elektrode 40. Die erste Elektrode 30 und die zweite Elektrode 40 können auf Spannungspotentiale eingestellt werden, die die Position der Partikel 50 in der Kapsel 20 beeinflussen.
Die Partikel 50 repräsentieren 0,1% bis 20% des von der Kapsel 20 umschlossenen Volumens. Bei einigen Ausführungsbeispielen repräsentieren die Partikel 50 2,5% bis 17,5% des von der Kapsel 20 umschlossenen Volumens. Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen repräsentieren die Partikel 50 5% bis 15% des von der Kapsel 20 umschlossenen Volumens. Bei noch zweckmäßigeren Ausführungsbeispielen repräsentieren die Partikel 50 9% bis 11% des von der Kapsel 20 umschlossenen Volumens. Allgemein sollte der Volumenprozentsatz der Kapsel 20, der von den Partikeln 50 eingenommen wird, so gewählt werden, dass die Partikel 50 den größten Teil der zweiten größeren Elektrode 40 einnehmen, wenn sie über der ersten kleineren Elektrode 30 angeordnet sind. Wie im Einzelnen weiter unten beschrieben, können die Partikel 50 in einer Farbe aus einer Anzahl von Farben eingefärbt sein. Die Partikel 50 können entweder positiv oder negativ geladen sein.
Die Partikel 50 sind in einem Dispergierungsfluid 25 dispergiert. Das Dispergierungsfluid 25 sollte eine niedrige Dielektrizitätskonstante haben. Das Fluid 25 kann klar oder im Wesentlichen klar sein, so dass das Fluid 25 nicht die Betrachtung der Partikel 50 und der Elektroden 30, 40 aus der Position 10 behindert. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist das Fluid 25 eingefärbt. Bei gewissen Ausführungsbeispielen hat das Dispergierungsfluid 25 eine spezifische Gravität, die im Wesentlichen der Dichte der Partikel 50 angepasst ist. Diese Ausführungsbeispiele können ein bistabiles Anzeigemedium schaffen, weil die Partikel 50 sich nicht bewegen, wenn kein elektrisches Feld über die Elektroden 30, 40 angelegt wird.
Die Elektroden 30, 40 sollten so bemessen und in geeigneter Weise so angeordnet sein, dass sie zusammen die gesamte Kapsel 20 adressieren. Es kann genau ein Paar von Elektroden 30, 40 pro Kapsel 20 vorgesehen werden oder auch mehrere Elektrodenpaare 30, 40 pro Kapsel 20 oder ein einziges Elektrodenpaar 30, 40 kann mehrere Kapseln 20 überspannen. Bei dem in 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel hat die Kapsel 20 eine abgeflachte rechteckige Form. Bei diesen Ausführungsbeispielen sollten die Elektroden 30, 40 den gesamten oder fast den gesamten flachen Oberflächenbereich benachbart zu den Elektroden 30, 40 adressieren. Die kleinere Elektrode 30 ist höchstens halb so groß wie die größere Elektrode 40. Gemäß den bevorzugten Ausführungsbeispielen hat die kleinere Elektrode die Größe von einem Viertel der größeren Elektrode 40. Bei den meisten bevorzugten Ausführungsbeispielen beträgt die Größe der kleineren Elektrode 30 ein Achtel der Größe der größeren Elektrode 40. Bei einem noch weiter bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt die Abmessung der kleineren Elektrode 30 ein Sechzehntel der Abmessung der größeren Elektrode 40. Dabei soll festgestellt werden, dass die Bezugnahme auf "kleiner" in Verbindung mit der Elektrode 30 bedeutet, dass die Elektrode 30 einen kleineren Bereich der Oberfläche der Kapsel 20 adressiert, aber es soll nicht notwendigerweise bedeuten, dass die Elektrode 30 physikalisch kleiner ist als die große Elektrode 40. Beispielsweise können mehrere Kapseln 20 so angeordnet werden, dass weniger von jeder Kapsel 20 durch die "kleinere" Elektrode 30 adressiert wird, obgleich sogar beide Elektroden 30, 40 in ihren Abmessungen gleich sind. Es soll außerdem festgestellt werden, dass, wie in 1C dargestellt, die Elektrode 30 nur eine Ecke der rechteckigen Kapsel 20 adressieren kann (in 1C strichliert dargestellt), was erfordert, dass die größere Elektrode 40 die kleinere Elektrode 30 an zwei Seiten umschließt, um die Kapsel 20 ordnungsgemäß zu adressieren. Weiter können die Elektroden irgendeine Form haben, beispielsweise können sie als konzentrische Ringe oder Rechtecke ausgebildet sein. Die Wahl des prozentualen Volumens der Partikel 50 und der Elektroden 30, 40 in dieser Weise ermöglicht, dass das verkapselte Anzeigemedium wie unten beschrieben adressiert werden kann.
Die Elektroden können aus irgendeinem Material hergestellt werden, das in der Lage ist, Elektrizität zu leiten, so dass die Elektroden 30, 40 ein elektrisches Feld an die Kapsel 20 anlegen können. Bei den hier diskutierten Ausführungsbeispielen kann das leitfähige Material unter Benutzung einer leitfähigen Tinte aufgedruckt werden. Leitfähige Tinten sind allgemein bekannt, und sie können dadurch hergestellt werden, dass in das Tintenfluid ein leitfähiges Material, beispielsweise pulverisiertes Metall oder pulverisiertes Graphit, eingefügt wird. Wie oben erwähnt, ermöglichen die von hinten adressierten Ausführungsbeispiele gemäß 1A und 1B, dass die Elektroden 30, 40 aus einem opaken Material, beispielsweise einer Lötpaste, aus Kupfer, aus mit Kupfer überzogenem Polyimid, aus Graphittinte, aus Silbertinte und anderen Metall enthaltenden leitfähigen Tinten hergestellt werden können. Stattdessen können die Elektroden unter Benutzung transparenter Materialien, beispielsweise von Indium-Zinn-Oxid und leitfähigen Polymeren, beispielsweise Polyanilin oder Polythiophenen, hergestellt werden. Die Elektroden 30, 40 können mit kontrastierenden optischen Eigenschaften ausgestattet werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen hat eine der Elektroden eine optische Eigenschaft, die komplementär zu den optischen Eigenschaften der Partikel 50 ist. Stattdessen kann, da die Elektroden nicht transparent sein müssen, eine Elektrode so konstruiert werden, dass sie in einer gewählten Farbe angezeigt wird. Da elektrischer Strom nicht immer erforderlich ist, um von einer Elektrode nach einem Anzeigeelement geleitet zu werden, sondern nur ein Stromfluss innerhalb der Elektrode erforderlich ist, um ein elektrisches Feld zu errichten, ist man allgemein in der Lage, die Elektrode mit einer gefärbten Tinte derart zu überziehen, dass eine gewünschte Farbe auf eine Elektrode aufgetragen wird, ohne dass dadurch nachteilige Wirkungen auf die Arbeitsweise der Elektrode entstehen.
Die Arbeitsweise des elektrophoretischen Anzeigeelementes wird unter Bezugnahme auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben, das zwei Zustände anzeigt, beispielsweise Schwarz und Weiß. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält die Kapsel 20 positiv geladene schwarze Partikel 50 und ein im Wesentlichen durchsichtiges Suspendierungsfluid 25. Die erste kleinere Elektrode 30 ist schwarz gefärbt, und sie ist kleiner als die zweite Elektrode 40, die weiß gefärbt oder hoch reflektierend ausgebildet ist. Wenn die kleinere schwarze Elektrode 30 auf ein negatives Spannungspotential relativ zu der größeren weißen Elektrode 40 gesetzt wird, dann wandern die positiv geladenen Partikel 50 nach der kleineren schwarzen Elektrode 30. Für den Betrachter der Kapsel 20, der sich an der Position 10 befindet, ergibt sich eine Mischung aus der größeren weißen Elektrode 40 und der kleineren schwarzen Elektrode 30, und dies erzeugt einen im Wesentlichen weißen Eindruck. Wenn gemäß 1B die kleinere schwarze Elektrode 30 auf ein positives Spannungspotential relativ zu der größeren weißen Elektrode 40 gesetzt wird, wandern die Partikel 50 nach der größeren weißen Elektrode 40, und dem Betrachter wird eine Mischung aus den schwarzen Partikeln 50, die die größere weiße Elektrode 40 bedecken, und der kleineren schwarzen Elektrode 30 dargeboten, was eine im Wesentlichen schwarze Anzeige zur Folge hat. Auf diese Weise kann die Kapsel 20 adressiert werden, um entweder einen visuell weißen Zustand oder einen visuell schwarzen Zustand anzuzeigen.
Weitere Zweifarbenschematas können auf einfache Weise vorgesehen werden, indem die Farbe der kleineren Elektrode 30 und der Partikel 50 geändert wird oder indem die Farbe der größeren Elektrode 40 geändert wird. Beispielsweise ermöglicht die Veränderung der Farbe der größeren Elektrode 40 die Herstellung einer von hinten adressierten Zweifarbenanzeige, die Schwarz als eine der Farben besitzt. Stattdessen ermöglicht die Veränderung der Farbe der kleineren Elektrode 30 und der Partikel 50 die Schaffung eines von hinten adressierten Zweifarbensystems, das Weiß als eine der Farben benutzt. Weiter ist darauf hinzuweisen, dass die Partikel 50 und die kleinere Elektrode 30 unterschiedliche Farben haben können. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann eine Zweifarbenanzeige erzeugt werden, die eine zweite Farbe hat, die von der Farbe unterschieden ist, welche die kleinere Elektrode 30 und die Partikel 50 aufweisen. Beispielsweise kann eine von hinten adressierte orange-weiße Anzeige erzeugt werden, indem blaue Partikel 50, eine rote kleinere Elektrode 30 und eine weiße (oder hochreflektierende) größere Elektrode 40 benutzt werden. Allgemein können die optischen Eigenschaften der Elektroden 30, 40 und der Partikel 50 unabhängig gewählt werden, um die gewünschte Anzeigecharakteristik zu erhalten. Bei gewissen Ausführungsbeispielen können auch die optischen Eigenschaften des Dispergierungsfluids 25 geändert werden, beispielsweise kann das Fluid 25 eingefärbt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann diese Technik benutzt werden, um eine vollfarbige Anzeige zu erzeugen. Die 1D und 1E zeigen ein Ausführungsbeispiel, das drei Anzeigeelemente aufweist. Obgleich 1D und 1E rechteckige Elemente zeigen, die gleich bemessene Anzeigeelemente besitzen, kann ein Element irgendeine Gestalt aufweisen, und eine Anzeige kann aus Anzeigeelementen bestehen, die in ihrer Größe oder Gestalt ungleich sind, oder stattdessen kann die Anzeige aus Anzeigeelementen bestehen, die in ihrer Zahl durch ihre Farbe oder optische Eigenschaften ungleich sind. Die Anzeigeelemente können jeweils als einzige große Kapsel oder über irgendeine Zahl kleiner Kapseln oder Zellen verteilt werden. Zur Veranschaulichung ist der einfachere Fall einer einzigen großen Kapsel für jedes Anzeigeelement dargestellt. In beiden Fällen beziehen wir uns auf Bereiche 20, 20', 20'' als Kapseln. So enthält eine erste Kapsel 20 positiv geladene schwarze Partikel 50 und ein im Wesentlichen durchsichtiges Suspendierungsfluid 25. Eine erste kleinere Elektrode 30 ist schwarz gefärbt und kleiner als die zweite Elektrode 40, die rot gefärbt ist. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30 ein negatives Spannungspotential relativ zu der größeren roten Elektrode 40 angelegt wird, dann wandern die positiv geladenen Partikel 50 nach der kleineren schwarzen Elektrode 30. Für den Betrachter der Kapsel 20, der an der Position 10 befindlich ist, ergibt dies eine Mischung der größeren roten Elektrode 40 und der kleineren schwarzen Elektrode 30, was in der Wirkung im Wesentlichen Rot ergibt. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30 ein positives Spannungspotential relativ zu der größeren roten Elektrode 40 angelegt wird, wandern die Partikel 50 nach der größeren roten Elektrode 40, und dem Betrachter wird eine Mischung von schwarzen Partikeln 50, die die größere rote Elektrode 40 bedecken und der kleineren schwarzen Elektrode 30 zugeführt, und die Wirkung ist im Wesentlichen schwarz. Auf diese Weise kann die erste Kapsel 20 adressiert werden, um entweder einen roten sichtbaren Zustand oder einen schwarzen sichtbaren Zustand anzuzeigen. Man kann auch eine zweite Kapsel 20' haben, bei der die größere Elektrode 40' grün ist und eine dritte Kapsel 20'', bei der die größere Elektrode 40'' blau ist. Eine zweite Kapsel 20' enthält positiv geladene schwarze Partikel 50' und ein im Wesentlichen klares Suspendierungsfluid 25'. Eine erste kleinere Elektrode 30' ist schwarz gefärbt und sie ist kleiner als die zweite Elektrode 40', die grün gefärbt ist. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30' ein gegenüber der größeren grünen Elektrode 40' negatives Spannungspotential angelegt wird, dann wandern die positiv geladenen Partikel 50' nach der kleineren schwarzen Elektrode 30'. Für den Betrachter der Kapsel 20' ergibt sich aus der Position 10' eine Mischung der größeren grünen Elektrode 40' und der kleineren schwarzen Elektrode 30', und es ergibt sich eine grüne Anzeige. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30' ein positives Spannungspotential relativ zur größeren grünen Elektrode 40' angelegt wird, dann wandern die Partikel 50' nach der größeren grünen Elektrode 40', und dem Betrachter wird eine Mischung von schwarzen Partikeln 50', die die größere grüne Elektrode 40' bedecken und der kleineren schwarzen Elektrode 30' zugeführt, was im Ergebnis eine im Wesentlichen schwarze Anzeige wird. In gleicher Weise enthält eine dritte Kapsel 20'' positiv geladene schwarze Partikel 50'' und ein im Wesentlichen klares Suspendierungsfluid 25''. Eine erste kleinere Elektrode 30'' ist schwarz gefärbt, und sie ist kleiner als die zweite Elektrode 40'', die blau gefärbt ist. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30'' ein negatives Spannungspotential relativ zur größeren blauen Elektrode 40'' angelegt wird, wandern die positiv geladenen Partikel 50'' nach der kleineren schwarzen Elektrode 30''. Für den Betrachter der Kapsel 20'' ergibt sich aus der Position 10'' eine Mischung aus der größeren blauen Elektrode 40'' und der kleineren schwarzen Elektrode 30'', was in der Wirkung eine im Wesentlichen blaue Anzeige liefert. Wenn an die kleinere schwarze Elektrode 30'' ein positives Spannungspotential relativ zu der größeren blauen Elektrode 40'' angelegt wird, dann wandern die Partikel 50'' nach der größeren blauen Elektrode 40'', und dem Betrachter wird eine Mischung aus den schwarzen Partikeln 50'', die die größere blaue Elektrode 40'' bedecken und der kleineren schwarzen Elektrode 30'' zugeführt, was in der Wirkung eine im Wesentlichen schwarze Anzeige liefert. Weiter können die relativen Intensitäten dieser Farben durch die tatsächlichen Spannungspotentiale gesteuert werden, die an die Elektroden angelegt werden. Durch geeignete Wahl von Kombinationen der drei Farben kann man eine visuelle Anzeige erzeugen, die als wirksame Kombination der gewählten Farben in einem additiven Verfahren erscheint. Als alternatives Ausführungsbeispiel können die erste, zweite und dritte Kapsel größere Elektroden 40, 40', 40'' haben, die jeweils in Cyan, Gelb und Magenta eingefärbt sind. Die Arbeitsweise dieses alternativen Ausführungsbeispiels mit Cyan, Gelb und Magenta ist analog zu dem Ausführungsbeispiel mit Rot, Grün und Blau mit dem Unterschied, dass die Farben in einem subtraktiven Verfahren angezeigt werden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die größere Elektrode 40 statt weiß transparent oder reflektierend sein. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird, wenn die Partikel 50 nach der kleineren Elektrode 30 bewegt werden, Licht von der reflektierenden Oberfläche der größeren Elektrode 40 reflektiert, und die Kapsel 20 erscheint im Licht der Farbe, z.B. weiß. Wenn die Partikel 50 nach der größeren Elektrode 40 bewegt werden, wird die reflektierende Oberfläche bedeckt, und die Kapsel 20 erscheint dunkel, weil das Licht durch die Partikel 50 absorbiert wird, bevor das Licht die reflektierende Oberfläche erreicht. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine geeignete Umschaltung der Partikel durch eine Kombination von Wechselstromfeldern (AC) und Gleichstromfeldern (DC) begleitet sein.
Bei noch weiteren Ausführungsbeispielen kann die von hinten adressierte Anzeige, wie sie vorstehend diskutiert wurde, so konfiguriert sein, dass ein Übergang zwischen hauptsächlich durchlässigen und hauptsächlich opaken Arbeitsmoden erfolgt (dies wird im Folgenden als "Blendenmodus" bezeichnet). Es wird wieder auf die 1A und 1B Bezug genommen. Bei diesen Ausführungsbeispielen enthält die Kapsel 20 wenigstens einen positiv geladenen Partikel 50, dispergiert in einem im Wesentlichen durchsichtigen Dispergierungsfluid 25. Die größere Elektrode 40 ist transparent und die kleinere Elektrode 30 ist opak. Wenn an die kleinere opake Elektrode 30 ein negatives Spannungspotential relativ zu der größeren durchlässigen Elektrode 40 angelegt wird, dann wandern die Partikel 50 nach der kleineren opaken Elektrode 30. Für den Betrachter der Kapsel 20, der sich an der Position 10 befindet, ergibt sich eine Mischung aus der größeren transparenten Elektrode 40 und der kleineren opaken Elektrode 30, wodurch sich ein Effekt ergibt, der im Wesentlichen transparent ist. Wenn gemäß 1B an die kleinere opake Elektrode 30 ein positives Spannungspotential relativ zur größeren transparenten Elektrode 40 angelegt wird, dann wandern die Partikel 50 nach der zweiten Elektrode 40, und dem Betrachter wird eine Mischung von opaken Partikeln 50 zugeführt, die die größere transparente Elektrode 40 und die kleinere opake Elektrode 30 bedecken, und es wird ein Effekt erzielt, der im Wesentlichen als opak erscheint. Auf diese Weise kann eine Anzeige, die unter Benutzung der in 1A und 1B dargestellten Kapseln erzeugt wird, zwischen einem durchlässigen und einem opaken Modus umgeschaltet werden. Bei gewissen Ausführungsbeispielen können die Elektroden auf der Sichtseite der Kapsel 20 angeordnet werden. Eine derartige Anzeige kann benutzt werden, um ein Fenster zu konstruieren, das opak ist, oder es kann ein weiter Bereich von Farben erzeugt werden, wenn eine gefärbte Elektrode benutzt wird. Obgleich die 1A bis 1D ein Elektrodenpaar darstellen, dem jede Kapsel 20 zugeordnet ist, so ist es doch klar, dass jedes Elektrodenpaar auch mit mehr als einer Kapsel 20 ausgerüstet sein kann.
Eine ähnliche Technik kann in Verbindung mit dem Ausführungsbeispiel nach 3A, 3B, 3C und 3D benutzt werden. Gemäß 3A enthält die Kapsel 20 wenigstens einen dunklen oder schwarzen Partikel 50, der in einem im Wesentlichen klaren Dispergierungsfluid 25 dispergiert ist. Durch eine kleinere opake Elektrode 30 und eine größere transparente Elektrode 40 werden sowohl elektrische Gleichstromfelder (DC) als auch Wechselstromfelder (AC) an die Kapsel 20 angelegt. Ein DC-Feld kann der Kapsel 20 angelegt werden, um zu bewirken, dass die Partikel 50 nach der kleineren Elektrode 30 wandern. Wenn beispielsweise die Partikel 50 positiv geladen sind, dann wird an die kleinere Elektrode eine Spannung angelegt, die negativer ist als die der größeren Elektrode 40. Obgleich in den 3A bis 3D nur eine Kapsel pro Elektrodenpaar vorgesehen ist, so können unter Benutzung des gleichen Elektrodenpaares mehrere Kapseln adressiert werden.
Die kleinere Elektrode 30 ist höchstens halb so groß wie die größere Elektrode 40. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die kleinere Elektrode eine Ausdehnung von einem Viertel der größeren Elektrode 40; noch zweckmäßiger ist es, wenn die kleinere Elektrode 30 nur ein Achtel der Ausdehnung der größeren Elektrode 40 hat. Gemäß einem noch weiter zu bevorzugenden Ausführungsbeispiel hat die kleinere Elektrode 30 eine Ausdehnung von einem Sechzehntel der Ausdehnung der größeren Elektrode 40.
Um die Partikel 50 zu veranlassen, nach der kleineren Elektrode 30 zu wandern, wie dies in 3A dargestellt ist, kann das einfallende Licht durch die größere transparente Elektrode 40 hindurchtreten und durch eine reflektierende Oberfläche 60 reflektiert werden. Im Blendenmodus wird die reflektierende Oberfläche 60 durch eine transluzente Schicht ersetzt, oder es ist überhaupt keine Schicht vorhanden, und das einfallende Licht kann durch die Kapsel 20 hindurchtreten, d.h. die Kapsel 20 ist durchlässig. Wenn die transluzente Schicht oder die transparente Schicht eine Farbe enthält, beispielsweise ein Farbfilter, dann hat das hindurchtretende Licht jene Wellenlängen, die das Filter passieren, und das reflektierende Licht besteht aus jenen Wellenlängen, die das Filter reflektiert, während die Wellenlängen, die das Filter absorbiert, verlorengehen. Das visuelle Erscheinen der Blendenmodusanzeige kann davon abhängen, ob die Anzeige durchlässig oder reflektiv ist, oder sie kann abhängen von dem Filter oder der Position des Betrachters.
Gemäß 3B sind die Partikel 50 über die Kapsel 20 durch Anlegen eines Wechselstromfeldes an die Kapsel 20 über die Elektroden 30, 40 dispergiert. Die in der Kapsel 20 durch das Wechselstromfeld dispergierten Partikel 50 blockieren einfallendes Licht und hindern es daran, durch die Kapsel 20 zu fallen, was bewirkt, dass sie am Sichtpunkt 10 dunkel erscheint. Das in den 3A bis 3B dargestellte Ausführungsbeispiel kann im Blendenmodus benutzt werden, indem keine reflektierende Oberfläche 60 angeordnet wird und stattdessen eine transluzente Schicht, eine tranparente Schicht, eine Farbfilterschicht oder überhaupt keine Schicht angeordnet werden. Im Blendenmodus verursacht das Anlegen eines Wechselstromfeldes, dass die Kapsel 20 opak erscheint. Die Transparenz der Blendenmodusanzeige, die durch das Gerät gemäß 3A bis 3D erzeugt wird, kann durch eine Anzahl von Kapseln gesteuert werden, die unter Benutzung von Gleichstromfeldern und Wechselstromfeldern adressiert werden. Beispielsweise würde eine Anzeige, bei der jede zweite Kapsel 20 unter Benutzung eines Wechselstromfeldes adressiert wird, halb so durchlässig erscheinen als wenn alle Partikel durch das Wechselstromfeld adressiert würden.
Die 3C und 3D zeigen ein Ausführungsbeispiel der Elektrodenstruktur, die oben beschrieben wurde, wobei die Elektroden 30, 40 auf der "Oberseite" der Kapsel 20 liegen, d.h. die Elektroden 30, 40 liegen zwischen dem Sichtpunkt 10 und der Kapsel 20. Bei diesem Ausführungsbeispiel sollten beide Elektroden 30, 40 transparent sein. Tranparente leitfähige Schichten können unter Benutzung leitfähiger Polymere hergestellt werden, beispielsweise aus Polyanilinen, Polythiophenen, aus Indium-Zinn-Oxid oder Polymeren, die leitfähige Partikel mit wenigen als 100 Nanometer Durchmesser enthalten, beispielsweise Kupferiodite, ionische Polymere oder schlitzdotierte Polymere. Diese Materialien können löslich gemacht werden, so dass die Elektroden unter Benutzung einer Überzugstechnik hergestellt werden können, beispielsweise als Sprühüberzug, als Sprayüberzug, als Meniskusüberzug, in Drucktechnik, durch Vorwärts- und Rückwärtswalzüberzüge oder dergleichen. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird das durch die Elektroden 30, 40 hindurchtretende Licht entweder von den Partikeln 50 absorbiert, durch die reflektierende Schicht 60 (wenn vorhanden) reflektiert, durch die Kapsel 20 übertragen (wenn keine reflektierende Schicht 60 vorgesehen ist) oder teilweise durchgelassen und/oder teilweise reflektiert, wenn ein Farbfilter anstelle der retroreflektierenden Schicht 60 vorhanden ist.
Gemäß 3E sind drei Anzeigeelementkapseln 22, 22' und 22'' vorgesehen, von denen jede wenigstens einen weißen Partikel 50, dispergiert in einem im Wesentlichen klaren Dispergierungsfluid 25, aufweist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist jede Anzeigeelementkapsel 22, 22' und 22'' eine transparente Elektrode 42, 42' und 42'' auf, die darüber angeordnet ist und außerdem ein Farbfilter 60, 60' und 60'', das darunter angeordnet ist. Eine gemeinsame Reflexionsoberfläche 70 kann hinter der Farbfilterschicht angeordnet werden. Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel umfasst die Anzeige eine emittierende Lichtquelle 70.
Über kleinere opake Elektroden 30, 30' und 30'' und größere transparente Elektroden 40, 40' und 40'' können elektrische Gleichstromfelder und elektrische Wechselstromfelder an die Kapseln 20, 20' und 20'' angelegt werden. An die Kapseln 20, 20' und 20'' kann ein Wechselstromfeld angelegt werden, um die Partikel 50, 50' und 50'' zu veranlassen, nach den kleineren Elektroden 30, 30' und 30'' zu wandern. Wenn beispielsweise die Partikel 50, 50' und 50'' positiv geladen sind, dann wird an die kleineren Elektroden 30, 30' und 30'' eine Spannung angelegt, die negativer ist als die Spannung an den größeren Elektroden 40, 40' und 40''.
Die kleinere Elektrode 30 ist höchstens halb so groß wie die größere Elektrode 40. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die kleinere Elektrode 30 eine Ausdehnung von einem Viertel der größeren Elektrode 40, noch zweckmäßiger ist es, wenn die kleinere Elektrode 30 nur ein Achtel der Ausdehnung der größeren Elektrode 40 hat. Gemäß einem noch weiter zu bevorzugenden Ausführungsbeispiel hat die kleinere Elektrode 30 eine Ausdehnung von einem Sechzehntel der Ausdehnung der größeren Elektrode 40.
Dadurch, dass die Partikel 50 veranlasst werden, nach der kleineren Elektrode 30 zu wandern, wie dies bei den beiden ersten Kapseln gemäß 3E der Fall ist, kann alles einfallende Licht durch die größere transparente Elektrode 40 und durch das Filter 60 hindurchtreten, um vom Substrat 70 reflektiert zu werden und durch die Einrichtung zurückzukehren. Wenn das erste, zweite und dritte Filter 60, 60' und 60'' mit Cyan, Magenta bzw. Gelb gefärbt ist und die Partikel 50 weiß sind, dann kann das System ein Vollfarbenbild in einer üblichen Zweifarbendarstellung liefern.
Die Filterschicht 60 kann eine transluzente Schicht, eine transparente Schicht, eine Farbfilterschicht sein, oder es ist überhaupt keine Schicht vorgesehen, und das weitere Substrat 70 kann reflektierend, emittierend, transluzent oder überhaupt nicht vorhanden sein. Wenn die Schicht 60 eine Farbe aufweist und beispielsweise als Farbfilter ausgebildet ist, dann hat das durchgelassene Licht Wellenlängen, die das Filter passieren, und das reflektierte Licht besteht aus jenen Wellenlängen, die das Filter reflektiert, während die Wellenlängen, die das Filter absorbiert, verlorengehen. Das visuelle Erscheinungsbild des Anzeigeelementes in 3E hängt demgemäß davon ab, ob die Anzeige eine durchlässige oder eine reflektive Bedingung hat, und außerdem hängt das Erscheinungsbild von den Charakteristiken des Filters und der Position des Betrachters ab. Gemäß einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann eine Schicht 60 auf der Oberseite der Kapsel in der Nähe der Elektrode 42 vorgesehen werden.
In den 3F bis 3K ist ein Ausführungsbeispiel eines Dreifarbenelementes beschrieben. Die klare Elektrode 42 lässt das Licht in die Kapsel 22 eintreten und entweder auf weiße Partikel W, rote Partikel R oder ein gefärbtes Substrat 60 auftreffen. Das Substrat 60 kann eine Kombination von Farbfiltern und einem nicht gefärbten Substrat sein, oder es kann als ein einheitlich gefärbtes Substrat vorgesehen werden. Die Kapsel 22 umfasst auch ein Suspendierungsfluid, das gefärbt ist (möglicherweise wird die Notwendigkeit für ein getrenntes Farbfilter 60 überflüssig) oder das Fluid ist im Wesentlichen klar. Die Elektroden 45 und 35 sind transparent und können gleich bemessen oder in irgendeiner Weise ausgebildet sein, wobei die relativen Partikelgrößen und die Mobilitäten der Partikel W und R berücksichtigt werden müssen. Ein Spalt existiert zwischen 45 und 35. Es soll angenommen werden, dass die Partikel W negativ geladen und die Partikel R positiv geladen sind. In 3F ist an die obere Elektrode 42 ein positives Spannungspotential relativ zu den unteren Elektroden 35 und 45 angelegt, so dass die Partikel W nach oben wandern und die Partikel R nach unten, so dass Weiß dargestellt wird. In 3G wird durch Umkehrung der Polarität der Elektroden Rot dargestellt. Sowohl in 3F als auch in 3G verdecken die Partikel das Substrat 60. In 3H ist an die Elektrode 45 ein negatives Spannungspotential relativ zur Elektrode 35 angelegt, während die Elektrode 42 auf einem Spannungspotential zwischen den Potentialen von 45 und 35, beispielsweise auf Null, steht. Stattdessen schaltet die Elektrode 42 zwischen den Potentialen von 35 und 35 um, so dass mit der Zeit die wirksame Spannung von 42 wieder zwischen den Potentialen von 35 und 45 liegt. In diesem Zustand bewegen sich die Partikel R nach der Elektrode 45, und die Partikel W bewegen sich nach der Elektrode 35, und beide Partikel R und W bewegen sich vom Spalt im Inneren der Kapsel 22 weg. Dies zeigt das Substrat 60, so dass eine dritte Farbe, beispielsweise Cyan, abgebildet wird. Gemäß abgewandelten Ausführungsbeispielen können sich die Farbkombinationen ändern. Die speziellen Farben der Filter und die Partikel brauchen sich nicht zu unterscheiden. Dieses System, das als "Doppelpartikelvorhangmodus" bezeichnet wird, kann drei willkürliche Farben wiedergeben. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Farben wie beschrieben, wobei eine Farbe weiß ist und die beiden anderen Farben komplementär zueinander. Auf diese Weise wird gemäß 3H, wenn ein kleiner Anteil von Rot sichtbar wird, ein Teil des reflektierten Lichtes von dem Cyansubstrat absorbiert und das Gesamtergebnis ist Schwarz, das durch einen kleinen Anteil von sichtbarem Weiß überlagert werden kann. Auf diese Weise kann das Element in 3H als Cyan erscheinen, selbst wenn etwas Rot und Weiß sichtbar ist. Wie oben erwähnt, können die Ränder des Elementes maskiert werden, um Partikel R und W zu verbergen, wenn der Modus gemäß 3H wirksam ist.
In 3I ist ein Vollfarbenelement dargestellt, das drei Anzeigeelemente umfasst, wobei jedes in der Weise arbeitet, wie dies in den 3F bis 3H dargestellt ist, wobei die gefärbten Partikel positiv geladen sind und die weißen Partikel negativ geladen sind. Das System kann immer noch arbeiten, wenn die obere Elektrode 42 sich als gemeinsame obere Elektrode erstreckt, wie dies in 3I dargestellt ist. Um beispielsweise den dargestellten Zustand zu erreichen, können an die Elektroden 42, 45, 35, 45', 35', 45'', 35'' Spannungspotentiale von –30 V, 60 V, 60 V, –60 V, +60 V, +60 V angelegt werden.
In den 3J bis 3K ist ein Elektrodenschema dargestellt, durch das eine Menge von Mikrokapseln für ein gesamtes Anzeigeelement in ähnlicher Weise wie oben beschrieben adressiert werden kann. Eine klare Elektrode 42 lässt das Licht in die Mikrokapseln 27 eintreten und entweder auf weiße Partikel W, rote Partikel R oder das eingefärbte Substrat 60 auftreffen. Wie oben, kann das eingefärbte Substrat 60 eine Kombination eines Farbfilters und eines nicht gefärbten Substrats 60 sein oder es kann ein gefärbtes Substrat 60 als einheitlich gefärbtes Substrat vorgesehen werden. Die Kapseln 27 umfassen ein Suspendierungsfluid, das gefärbt sein kann (wodurch die Notwendigkeit eines getrennten Farbfilters 60 überflüssig wird) oder das Fluid ist klar. Die Elektroden 45 und 35 sind transparent, und sie können von gleicher Größe oder in irgendeiner Weise bemessen sein, wobei die relative Partikelgröße und die Mobilität der Partikel W und R berücksichtigt werden muss. Es besteht ein Spalt zwischen 45 und 35. Es soll angenommen werden, dass die Partikel W negativ geladen und die Partikel R positiv geladen sind. Das System arbeitet in gleicher Weise wie in Verbindung mit den 3F bis 3K beschrieben, obgleich für jede gegebene Mikrokapsel 27 Mehrfachspalte vorgesehen werden können. 3K veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel eines geeigneten Elektrodenmusters, in dem die Elektroden 45 und 35 eingefügt sind.
Die 3L bis 3M zeigen ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel. Wiederum ermöglicht eine klare Elektrode 42 einen Lichtdurchtritt in die Kapsel 22 und ein Auftreffen auf weißen Partikeln W oder roten Partikeln R. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3L weist die Kapsel 22 ein Suspendierungsfluid 62 auf, das Cyan gefärbt ist. Wenn an die Elektroden 45 und 35 geeignete Spannungen angelegt werden, bewegen sich die Partikel R und W auf die Elektroden 45 bzw. 35, wo sie durch das Licht absorbierende Suspendierungsfluid 62 abgedeckt werden. Andererseits kann, wie in 3M dargestellt, das Suspendierungsfluid 62 im Wesentlichen klar sein, und eine dritte Art von Cyanpartikeln C ist in die Kapseln 22 eingesetzt. Die Cyanpartikel haben eine relativ neutrale Ladung. Wenn an die Elektroden 45 und 35 geeignete Spannungen angelegt werden, bewegen sich die Partikel R und W auf die Elektroden 45 bzw. 35 und zeigen die Cyanpartikel.
Die in den 3A bis 3M dargestellte Adressierungsstruktur kann mit elektrophoretischen Anzeigemedien und verkapselten elektrophoretischen Anzeigemedien benutzt werden. Die 3A bis 3M zeigen Ausführungsbeispiele, bei denen die Elektroden 30, 40 statisch am Anzeigemedium anhaften. Bei gewissen Ausführungsbeispielen zeigen die Partikel 50 eine Bistabilität, d.h. sie sind im Wesentlichen ohne Bewegung, wenn ein elektrisches Feld fehlt.
Verschiedene der vorstehend beschriebenen Substrate sind reflektierend und es kann eine analoge Technik benutzt werden, wobei die Substrate Licht emittieren und die Partikel wiederum in einem "Blendenmodus" arbeiten, um Licht durchzulassen oder abzusperren. Ein bevorzugtes Substrat für diese Anwendung ist ein elektrolumineszierendes (EL) Gegenlicht. Ein solches Gegenlicht kann reflektierend sein, wenn es nicht aktiv ist, oft in Verbindung mit einer weißgrünlichen Einfärbung, und das Licht in verschiedenen Wellenlängen emittiert, wenn es aktiv ist. Durch Benutzung weißlicher EL-Substrate anstelle von statischen Weiß reflektierenden Substraten, ist es möglich, eine vollfarbige reflektierende Anzeige herzustellen, die auch ihren Betriebsmodus umschalten kann, um einen Bereich von Farben in einem Emissionszustand zu liefern, wobei ein Betrieb unter geringen Umgebungslichtbedingungen möglich wird.
Die 4A und 4B zeigen ein Ausführungsbeispiel einer von hinten adressierten Elektrodenstruktur, die eine reflektierende Farbanzeige in einer Weise erzeugt, die ähnlich einem Halbtonverfahren oder einem Pointillismus ist. Die Kapsel 20 enthält weiße Partikel 55, dispergiert in einem klaren Suspendierungsfluid 25. Elektroden 42, 44, 46, 48 sind mit Cyan, Magenta, Gelb bzw. Weiß eingefärbt. Wenn gemäß 4A an die gefärbten Elektroden 42, 44, 46 ein positives Potential relativ zur weißen Elektrode 48 angelegt wird, dann wandern negativ geladene Partikel 50 nach diesen drei Elektroden und bewirken, dass die Kapsel 20, von dem Sichtpunkt 10 aus betrachtet, eine Mischung von weißen Partikeln 55 darbietet und die weiße Elektrode 48 einen Effekt erzeugt, der weitgehend weiß ist. Wenn gemäß 4B an die Elektroden 42, 44, 46 ein gegenüber der Elektrode 48 negatives Potential angelegt wird, wandern die Partikel 55 nach der weißen Elektrode 48, und das Auge 10 sieht eine Mischung von weißen Partikeln 55, von Cyanelektrode 42, von Magentaelektrode 44 und der gelben Elektrode 46, wodurch ein weitgehend schwarzer oder grauer Eindruck entsteht. Durch Adressierung der Elektroden kann jede Farbe erzeugt werden, die unter Verwendung eines subtraktiven Farbprozesses herstellbar ist. Um beispielsweise die Kapsel 20 dem Sichtpunkt 10 in einer roten Farbe darzustellen, wird an die gelbe Elektrode 46 und die Magentaelektrode 42 ein Spannungspotential angelegt, das positiver ist als das Spannungspotential, das an die Cyanelektrode 42 und die weiße Elektrode 48 angelegt ist. Außerdem können die relativen Intensitäten dieser Farben durch die jeweiligen Spannungspotentiale eingestellt werden, die an die Elektroden angelegt werden. Wiederum kann Wechselstrom benutzt werden, um die Position der Partikel in einem Schritt dieses Verfahrens in zufälliger Weise festzulegen.
Die in den 4A und 4B benutzte Technik könnte in ähnlicher Weise mit weniger Elektroden und durch Steuerung von weniger Farben benutzt werden. Wenn beispielsweise die Elektrode 42 nicht vorhanden wäre, dann könnte das Element immer noch drei Farben anzeigen. Wenn die Elektroden 44 und 46 rot und cyan gefärbt sind, dann könnte die Kapsel Rot, Cyan und Weiß anzeigen. Diese Konstruktion könnte dann als ein Anzeigeelement benutzt werden, das in Verbindung mit ähnlich gestalteten Anzeigeelementen verwendet wird, die andere Farbtrippel aufweisen, so dass eine vollfarbige Anzeige erfolgen kann, wie dies oben beschrieben wurde.
Die in den 1 bis 4B beschriebene Adressierungsstruktur umfasst im typischen Fall eine obere Elektrode, die durch eine Anzeigetreiberschaltung gesteuert wird. Es kann gezeigt werden, dass bei Fehlen der oberen Elektrode die Anzeige durch eine äußere Spannungsquelle abgebildet werden kann, beispielsweise durch einen darüberlaufenden Stift oder einen elektrostatischen Druckkopf. Dies bedeutet, dass die oben erwähnte Technik benutzt werden kann, um eine vollfarbige elektrophoretische Anzeige bei vollfarbigen elektrophoretischen Medien anzuwenden.
Aus der obigen Diskussion ergibt sich, dass elektrophoretische Farbanzeigen eine sorgfältige Registrierung der Anzeigeelemente gegenüber den Elektroden erfordern, die benutzt werden, um jene Anzeigeelemente zu adressieren. Die 5 zeigt Schritte, die durchgeführt werden können, um wirksam und kostengünstig eine Anzeige herzustellen, wobei Registrierprobleme bekannter Anzeigen vermieden werden.
Es wird ein Substrat bereitgestellt, das wenigstens zwei Elektroden aufweist (Schritt 502). Die Zahl der vorgesehenen Elektroden ändert sich in Abhängigkeit von der Zahl der Bereiche, die individuell adressiert werden sollen. Bei traditionellen RGB-Anzeigen werden drei Elektroden oder drei Gruppen von Elektroden vorgesehen, um rote Kapseln, grüne Kapseln und blaue Kapseln zu adressieren. Die Elektroden können ein vorbestimmtes interessierendes Muster aufweisen. Beispielsweise kann eine Anzeige sowohl elektronische Tinte als auch traditionelle Drucktinten aufweisen. Bei einer derartigen Anzeige können die Elektroden so geformt sein, dass nur jene Abschnitte der Anzeige adressiert werden, die elektronische Tinte führen sollen.
Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Substrat vorgesehen, und die Elektroden sind auf das Substrat aufgedruckt unter Verwendung irgendeiner bekannten Drucktechnik. In 2 ist die Struktur einer gedruckten Elektrode dargestellt. Ein leitfähiges Material 162 kann auf ein isolierendes Substrat 160 aufgedruckt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen, beispielsweise jenem nach 2, definiert das Substrat 160 einen oder mehrere Übergänge 164, die es ermöglichen, dass das leitfähige Druckmaterial 162 durch die adressierende Logik 166 hindurchgeschickt wird. Die adressierende Logik 166 kann auch gedruckt werden.
Im Folgenden wird wieder auf 5 Bezug genommen. Eine erste Vielzahl elektrophoretischer Anzeigeelemente wird selektiv auf dem Substrat aufgedruckt, registriert auf wenigstens einer der Elektroden, die auf dem Substrat angeordnet sind (Schritt 504). Die elektrophoretischen Anzeigeelemente sind allgemein Kapseln, die eine Art oder mehrere Arten von Partikeln in einem Dispergierungsfluid aufweisen, wie oben in Verbindung mit den 1 bis 4B beschrieben wurde. Die Anzeigeelemente, die die Kontrastphase einer elektronischen Tinte bilden, können auf dem Substrat unter Benutzung irgendeiner bekannten oben beschriebenen Technik aufgedruckt werden. In gewissen Fällen liefert die Drucktechnik selbst die Genauigkeit, die notwendig ist, um das Anzeigeelement auf die zugeordnete Elektrode auszurichten. Beispielsweise könnte ein Tintenstrahldruckverfahren benutzt werden, um rote Kapseln, im Wesentlichen registriert auf eine "rote" Elektrode, auszurichten, wobei grüne Kapseln im Wesentlichen auf eine "grüne" Elektrode ausgerichtet werden und blaue Kapseln im Wesentlichen auf eine "blaue" Elektrode ausgerichtet werden. Die Kapseln können sequenziell aufgedruckt werden, oder es kann ein Tintenstrahlkopf benutzt werden, der gleichzeitig rote, grüne und blaue Kapseln in selektiver Weise bedruckt.
Bei gewissen Ausführungsbeispielen können die Anzeigeelemente auf das Substrat unter Benutzung eines Zwischengliedes aufgezogen werden, das eine im Wesentlichen zylindrische Oberfläche oder eine im Wesentlichen flache Oberfläche besitzt, beispielsweise ein lithographischer Gurt. Bei speziellen Ausführungsbeispielen ist das Zwischenglied eine Walze, ein Gurt, ein Tintenlöscher, eine Bürste oder ein Schwamm. Die Anzeigeelemente können an dem Zwischenglied durch elektrostatische Kräfte, durch Oberflächenspannung, durch chemische Bindekräfte oder ein angelegtes elektrisches Feld anhaften.
Die Eigenschaften der Binderphase werden so eingestellt, dass eine Anpassung an den gewünschten Druckprozess erfolgen kann. Beispielsweise kann eine Tinte, die bei einem Tintenstrahldruck benutzt wird, eine niedrige Viskosität besitzen. Eine Tinte, die für einen lithographischen Druck geeignet ist, muss so eingestellt sein, dass sie einen geeigneten Berührungswinkel besitzt. Die Anzeigeelemente können in einem geeigneten Trägerfluid, beispielsweise Wasser oder einem organischen Lösungsmittel, dispergiert sein, das nach dem Überziehen austrocknet. Das Trägerfluid kann auch Agenzien aufweisen, um die Oberflächenspannung, den Berührungswinkel, die Viskosität oder die elektrische Leitfähigkeit zu modifizieren. Die Binderphase kann Monomere, Oligomere, Polymere oder Polymerisationshemmer aufweisen. Die Komponenten können benutzt werden, um physikalisch robuste Anzeigeelementschichten zu erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel könnten die Anzeigeelemente in einer ein Polymer enthaltenden Wasserlösung geringer Viskosität dispergiert sein. Diese Lösung könnte durch Tintenstrahldruck auf ein geeignetes Elektrodenmuster ausgerichtet werden. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das Anzeigeelement in einem durch Ultraviolett härtbaren Kunstharz dispergiert sein, das bei einem lithographischen Druckprozess benutzt wird und auf den jeweiligen Elektroden durch einen lithographischen Prozess abgelagert und ausgehärtet wird, um eine Anzeigeelementschicht zu bilden. In allen Fällen werden die Anzeigeelemente, im Wesentlichen ausgerichtet auf die jeweiligen Elektroden, aufgedruckt.
Bei anderen Ausführungsbeispielen wird die elektronische Tinte auf das Substrat unter Benutzung eines geeigneten Überzugsverfahrens aufgetragen, beispielsweise durch Klingenwalzüberzug, durch Schirmdruckverfahren, durch Aufbürsten oder andere Überzugstechniken ohne Musterbildung. Bei diesen Ausführungsbeispielen wird ein elektrisches Signal an die Elektrode angelegt, auf die die Anzeigeelemente ausgerichtet werden sollten. Durch Anlegen eines elektrischen Signals werden die Anzeigeelemente in der Nähe der Elektrode angezogen. Bei gewissen Ausführungsbeispielen wird ein Träger benutzt, und das angelegte Signal überwindet die Kräfte, die die Anzeigeelemente am Träger haltern und übertragen die Elemente auf das Substrat in der Nähe der Elektrode. Die Anzeigeelemente können in einer Flüssigkeit geringer Viskosität, beispielsweise in einem Kohlenwasserstoff geringen Molekulargewichts, dispergiert sein, beispielsweise in Methylethylketon oder Cyclohexan oder Alkohol, wie beispielsweise Ethanol oder Propanol. Die Anzeigeelemente werden dann so behandelt, dass sie eine gesteuerte Oberflächenladung erzeugen, beispielsweise durch Einstellung des pH-Wertes der Dispergierungsflüssigkeit oder durch Zusatz oberflächenaktiver Mittel wie Seife, von Reinigungsmitteln oder anderen Dispersionsmitteln. Weil die Ladung der Anzeigeelemente eingestellt wird, kann eine elektrische Ladung die Anzeigeelemente auf die geeignete Elektrode übertragen.
Es können dann andere Anzeigeelemente von dem Substrat entfernt werden, beispielsweise durch Auswaschen des Substrates, damit nur die Anzeigeelemente verbleiben, die sich in der Nähe der Elektrode befinden. Eine zweite Vielzahl elektrophoretischer Anzeigeelemente wird dann selektiv auf dem Substrat auf eine andere Elektrode ausgerichtet aufgetragen (Schritt (506) unter Benutzung von Techniken, die den beschriebenen Techniken entsprechen. Die zur selektiven Ablagerung der ersten Anzeigeelemente benutzte Technik braucht nicht dieselbe Technik zu sein, die benutzt wird, um die zweite Vielzahl von Anzeigeelementen abzulagern.
Die Technik zum Aufdrucken von Anzeigen kann benutzt werden, um die hintere Elektrodenstruktur auf einer Anzeige aufzubauen oder um zwei getrennte Schichten zu erzeugen, die zur Bildung der Anzeige laminiert werden. Beispielsweise kann eine elektronisch aktive Tinte auf eine Indium-Zinn-Oxid-Elektrode aufgedruckt werden. Getrennt kann eine hintere Elektrodenstruktur wie oben beschrieben auf ein geeignetes Substrat, z.B. auf Plastik, auf Polymerfilme oder Glas, aufgedruckt werden. Die Elektrodenstruktur und das Anzeigeelement können laminiert werden, um eine Anzeige zu bilden.
Die beschriebenen Ausführungsbeispiele benutzen verkapselte elektrophoretische Anzeigen. Es gibt jedoch zahlreiche andere Anzeigemedien auf Partikelbasis, die in gleicher Weise arbeiten, einschließlich verkapselter suspendierter Partikel und Kugelanzeigen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer elektrophoretischen Anzeige mit den folgenden Schritten: (a) es wird ein Substrat mit einer darin angeordneten Elektrode (30, 40; 35, 45) bereitgestellt und (b) es werden auf dem Substrat mehrere elektrophoretische Anzeigelemente abgelagert, wobei jedes Anzeigelement eine Kapsel (22) aufweist, die mehrere Partikel (50) enthält, die auf ein angelegtes elektrisches Feld ansprechen und eine erste optische Eigenschaft besitzen; wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass (c) an die Elektrode (30, 40; 35,45) ein elektrisches Signal angelegt wird, nachdem die Anzeigelemente auf dem Substrat abgelagert sind, wodurch die Anzeigelemente auf das Substrat benachbart zur Elektrode übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter den Schritt aufweist, mit dem von dem Substrat Anzeigeelemente entfernt werden, die nicht benachbart zur Elektrode (30, 40; 35, 45) befindlich sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Entfernung der nicht benachbart zur Elektrode (30, 40; 35, 45) liegenden Anzeigeelemente durch Auswaschen des Substrats erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, welches den folgenden weiteren Schritt aufweist: (d) es wird eine Vielzahl zweiter elektrophoretischer Anzeigeelemente im wesentlichen ausgerichtet auf die zweite Elektrode (30', 40'; 35', 45') abgelagert, wobei jedes zweite Anzeigeelement eine Kapsel (22') aufweist, die eine Vielzahl von Partikeln (50') einer zweiten Art enthält, welche auf ein zweites angelegtes elektrisches Feld ansprechen, und eine zweite optische Eigenschaft besitzen, die visuell unterschiedlich von der ersten optischen Eigenschaft ist.