专利名称：具有改良弯曲强度和脱模性能的微型杯组分的制作方法
技术领域：
本发明所属技术领域电泳显示器是基于电泳现象影响悬浮在溶剂中的带电荷颜料微粒所制成的一种非发射性的装置。该类显示器于1969年首次提出。电泳显示器通常包括一对相对而置且分隔开的板状电极，两电极间预留有一定距离。通常，其中一电极是透明的。该两板之间封装有着色的溶剂和悬浮的带电颜料颗粒所组成的分散物。
当在二电极之间施加一个电压差时，与颜料颗粒所带电荷极性相反的极板吸引颜料颗粒迁移到一侧。这样，在极板上选择性施加电压，可决定该颜料的颜色或该溶剂的颜色依电压差的极性显现。极板间施加反向电压，会引起颗粒迁移回相反的极板，从而改变颜色。可以通过电压范围控制极板电荷，获得由于透明极板上中间颜料密度引起的中间色彩密度(或灰色梯度)。
现有技术有许多类型电泳显示，例如，分区式电泳显示器(见M.A.Hopper和V.Novotny，电气和电子工程师协会论文集电气分卷(IEEE Trans.Electr.Dev.)，卷ED26，No.8，pp 1148-1152(1979)，以及微胶囊化的电泳显示器(如美国专利第5,961,804号和第5,930,026号所披露的)。在分区式电泳显示器的情况下，为避免不希望的微粒迁移(诸如沉淀)，在二个电极之间分出较小单元。而微胶囊化显示器则具有基本二维的微胶囊排列，其中各微胶囊含有由介电质流体与带电荷颜料微粒分散物(在视觉上与介电质溶剂对比)所组成的电泳组分。
另外，在本申请人于2000年3月3日提交的未决美国专利申请09/518,488号，2001年1月11日提交的未决美国专利申请09/759,212号，以及2001年2月25日提交的未决美国专利申请09/784,972号中，披露了一种改进的电泳显示(EPD)技术，在此一并结合作为参考。改进的电泳显示器包括多个盒，它们由具有明确定义的形状，尺寸，纵横比，和填充有分散在介电溶剂中的带电荷颜料粒子的微型杯形成。
本发明简述采用多官能团的紫外光(UV)固化组分制成微型杯阵列被用于改进的电泳显示器中。然而，如此形成的微型杯结构容易脆裂。由于高度交联和收缩，经常导致脱模过程中不希望发生的微型杯与导电基板间的开裂和脱胶。用多官能团的紫外光固化组分制成微型杯阵列，还表现出较差的弯曲强度。
现在已经发现，如果在微型杯组分中添加一种橡胶成分，其弯曲强度和抗应力能力可以明显地改善。两种其他主要性能还包括当使用这种添加橡胶成分的微型杯组分后，微模压过程中的脱模性能以及密封层和微型杯之间的粘合性能获得了改善。
适于此目的的合适的橡胶材料包括SBR(丁苯橡胶)、PBR(聚丁二烯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，以及它们的衍生物。特别有用的功能化橡胶诸如聚丁二烯二甲基丙烯酸酯(polybutadiene dimethacrylate)(自Startomer公司的CN301和CN302，以及Ricon树脂公司的Ricacryl 3100)，接枝(甲基)丙烯酸酯烃聚合物(graft(meth)acrylated hydrocarbon polymer)(Ricon树脂公司的Ricacryl 3500和Ricacryl 3801)，以及甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物(terminated butadiene-acrylonitrilecopolymers)(自BFGoodrich公司的Hycar VTBNX 1300×33，1300×43)。
图2A和图2B图示了另一种制备微型杯的处理步骤，其涉及通过对涂布有热固性前体物的衬底导电膜曝光的图形转移光蚀刻，其中，在透明衬板上的导体图形替代了光掩模，并且对辐射是透明的(“底部曝光”)。
图3A和图3B图示另一种制备微型杯的工艺步骤，其结合了底部和顶部光蚀刻曝光原理，其中，杯壁的固化在一个侧向是通过光掩模曝光，在相垂直的侧向是通过透明衬底导电膜底部曝光(“混合曝光”)。
本发明详述除非在本专利说明书中另有定义，否则在此所用的技术术语皆根据本领域技术人员通常使用并了解的惯用定义而被使用。在此，本专利申请上下文中的术语“微型杯(micro-cup)”、“盒”、“有明确定义的”、“纵横比”以及“图形曝光”，同上文所述未决美国专利申请定义一致，用于描述该微型杯的形状特征。
该微型杯可用微模压或光蚀刻方法制备。I.用微模压工艺的微型杯制备凸模的制备可用任何适当的方法制备凸模，例如金刚石切割工艺(diamondturn process)，或光致抗蚀处理后，接着蚀刻或电镀。可以用任何适当的方法制造用于凸模的主模板，例如电镀。采用电镀法时，在一玻璃基板上喷镀一层通常为3000的籽金属薄层，例如铬镍铁合金(chrome inconel)。接着涂布光致抗蚀剂层，并以紫外光曝光。一掩模被置于紫外光与光致抗蚀剂层之间。该光致抗蚀剂的曝光区域变硬。然后用适当的溶剂清洗，去除未曝光区域。对保留的固化光致抗蚀剂进行干燥，并再次喷镀一层籽金属薄层。主模准备就绪进行电铸成形。用于电铸成形的典型材料是镍钴合金。此外，该主模可由镍制作，如摄影光学仪器工程师学会会刊，卷1663，pp.324(1992)中《(薄镀层光学介质的连续制作)》(“Continuousmanufacturing of thin cover sheet optical media”，SPIE Proc.)中所说明的，采用电铸或无电镍沉积。该模具的底板通常约50至400微米。主模也可用其他微工程技术制作，包括电子束写入、干式蚀刻、化学蚀刻、激光写入、或激光干涉，如摄影光学仪器工程师学会会刊刊登的《精密光学复制技术)》(“Replication techniques formicro-optics”，SPIE Proc.)卷3099，pp.76-82(1997)中说明。此外，该模具可使用塑料、陶瓷、金属，利用光加工制作。
这样制备的凸模通常具有大约1至500微米之间的凸起，较好为大约2至100微米之间，优选的是大约4至50微米。凸模可以是带、辊、片的形式。对于连续制造而言，优选的是带型模。微型杯的形成微型杯可以用批次工艺或是连续的辊至辊工艺制作，如于2001年2月25日提交的未决美国专利申请09/784,972所披露。后者提供连续、低成本、高产出的制造技术，以制造电泳或液晶显示器中用的隔间。在涂敷紫外光固化树脂以前，如果需要，可采用脱模剂帮助脱模处理。在配送紫外光固化树脂前可以先除气，并且可以非必选地加入一种溶剂。这种溶剂(如果有的话)可以容易地蒸发。该紫外光固化树脂可采用任何适当的方式配送于凸模上，例如涂布、滴落、倾倒等。配送器可以是移动式的或固定式的。将一种导电膜覆盖于紫外光固化树脂上。合适的导电膜例子包括塑料基板上的透明导体ITO，该塑料为聚对苯二甲酸乙酯(polyethyleneterephthalate)、聚萘酸乙酯(polyethylene naphthate)、芳族聚酰胺(polyaramid)、聚酰亚胺、聚环烯、聚砜(polysulfone)、环氧化物，及它们的组合物。如果需要的话，可以施加压力，以确保树脂和塑料之间有适当的接合，并控制微型杯底板的厚度。可以采用层压辊、真空模塑成型、加压装置或任何其它类似的装置来施加压力。如果凸模是金属的并且不透明，则典型的塑料基板对于用来固化树脂的光化性辐射而言是透明的。反之，凸模可以是透明的，而塑料基板对于光化性辐射而言是不透明的。为了将模塑特征良好地转移到转移片上，塑料基板必须对于紫外光固化树脂具有良好的粘合性。II.用光蚀刻工艺的微型杯阵列的制备参见
图1，图2，和图3所示的用于制备微型杯阵列的光蚀刻工艺。II(a)顶部曝光如图1A和图1B所示，通过透过掩摸16对用已知方法涂布于导体电极膜12的辐射固化材料11a进行紫外光(或其他辐射形式，如可见光、红外线、及电子束等)曝光，从而形成壁11b，可以制备微型杯阵列10，其中，壁11b与掩模版16投影图形一致。衬底上的导电膜12最好位于由塑料构成的薄支撑基板13上。
在图1A中所示的光掩模16中，深色方块14表示光掩模16的不透明区域，深色区域之间的部分表示其开口(透明)区域15。紫外光辐射通过开口区15到达辐射固化材料11a。该曝光优选为直接对辐射固化材料11a，换言之，紫外光不通过基板13或导体电极膜12(顶部曝光)。这样，基板13或导体电极膜12都不需要对于紫外光或所用其他波长的辐射透明。
如图1B所示，曝光区域11b变硬，并且用适当溶剂或显影剂去除未曝光区域11c(由掩模版16的不透明区域14保护)，以形成微型杯17。该溶剂或显影剂选自常用于溶解或降低辐射固化材料粘度的甲基乙基甲酮、甲苯、丙酮、异丙醇等等。II(b)底部曝光或混合曝光本发明另外两种利用图形曝光制备微型杯阵列的方法见图2A、图2B、图3A、和图3B。这些方法利用紫外光通过衬底曝光，利用导电膜图案作为掩膜。
首先看图2A，所用导电膜22是预制图形的，以构成对应微型杯27的底部的盒的基板电极区。基板电极区24对紫外光波长(或其他辐射)是不透明的。导电膜区22之间的间隔25基本是透明的或者是紫外光可穿透的。在此情形下导体图形起到光掩膜作用。如图2A所示，辐射固化材料21a涂布于基板23和导电膜22上。用紫外光对材料21a“向上”(穿过基板23)投影曝光，固化未被导电膜22遮蔽的部分，换言之，这些区域对应间隔25。如图2B所示，按上文所述清除未固化材料21c，留下固化材料21b，形成微型杯27的杯壁。
图3A图示本发明所用的，结合底部和顶部曝光原则的另一种制备微型杯阵列30的组合方法。衬底导电膜32也是不透明的并制有条形图案。涂布辐射固化材料31a于衬底导电膜32和基板33上，通过导电条形图案32用作第一光掩模进行曝光。第二曝光是从“顶部”侧穿过第二光掩模36进行，第二光掩模36具有垂直于导电条32的条形图案。条34之间的间隔物35实际上对紫外光是透明的或可穿透的。在此处理过程中，杯壁材料31b的固化在一个侧向取向中是从底部固化，在与之垂直的侧向取向中是从顶部向下固化，共同形成完整的微型杯37。
如图3B所示，按照上文所述方法，用溶剂或显影剂去除未曝光部分，显现微型杯37。
如上文所述用于本工艺的辐射固化材料，是一种热塑性或热固性前体物，例如多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙烯醚、环氧化物，以及它们的低聚物、聚合物、和同类物。最优选的是多官能团的丙烯酸酯及其低聚物。多官能团的环氧化物与多官能的丙烯酸酯的组合也非常有用，可获得所需要的物理机械性能。
现在已经发现，添加橡胶成分可以明显提高微型杯质量，如弯曲强度、抗应力性能、微模压过程中的脱模性能、以及密封层和微型杯之间的粘合性能。
合适的橡胶材料具有低于0℃的Tg(玻璃化温度)。优选为不饱和橡胶材料，或者特别优选为具有不封端的或支链不饱和基团如乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、烯丙基的橡胶材料。特别合适的橡胶材料包括SBR(丁苯橡胶)、PBR(聚丁二烯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，以及它们的衍生物。特别有用的功能化橡胶诸如聚丁二烯二甲基丙烯酸酯(自Startomer公司的CN301和CN302，以及Ricon树脂公司的Ricacryl 3100)，接枝(甲基)丙烯酸酯烃聚合物(graft(meth)acrylated hydrocarbon polymer)(Ricon树脂公司的Ricacryl 3500和Ricacryl 3801)，以及甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物(自BFGoodrich公司的HycarVIBNX 1300×33，1300×43)。
在紫外光固化组分中的橡胶成分占重量比为1％至30％，较好为占重量比的5％至20％，优选为占重量比的8％至15％。橡胶成分可溶解或可分散于该配方组分。理想的是，该橡胶成分在紫外光固化前可溶于该组分，在紫外光固化后发生相分离形成微域。
虽然本发明已经参考其特定的具体实施例而加以描述，但是对于本领域技术人员来说，可以容易地对上述实施方案进行多种修改和改进，或应用于其它领域。另外，可以做多种的改变，以及有多种的等效物可以取代。此外，可以做许多修改来适合特殊的情况、材料、组分、工艺、一个工艺步骤或多个步骤，而不偏离本发明的目的、精神和范围。所有这些改动均在本发明专利申请权利要求范围内。例如，应当注意到，本发明用于微型杯的制造方法，也可以用于液晶显示器所用微型杯阵列。相似的，本发明的微型杯的选择性填充，封口，以及ITO层压方法，也可以用于制造液晶显示器。
因而，本发明的保护范围由权利要求所限定。
组件符号说明10 微型杯阵列11a 辐射固化材料11b 壁(曝光区域)11c 未曝光区域12 导体电极膜13 支撑基板14 深色方块15 开口(透明)区域16 掩摸17 微型杯21a 辐射固化材料21c 未固化材料21b 固化材料22 导电膜23 基板24 基板电极区25 间隔27 微型杯30 微型杯阵列31a 辐射固化材料31b 杯壁材料32 衬底导电膜32 衬底导电膜32 导电条形图案32 导电条33 基板34 条35 间隔物36 第二光掩模37 微型杯
权利要求
1.一种包括多个盒的电泳显示器，所述多个盒由包括辐射固化材料和橡胶材料的组分所制成。
2.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述的辐射固化材料是热塑性或热固性前体物。
3.根据权利要求2所述的电泳显示器，其中所述的热塑性或热固性前体物是一种多官能团的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯、乙烯醚、环氧化物，以及它们的低聚物、聚合物和同类物。
4.根据权利要求3所述的电泳显示器，其中所述的热塑性或热固性前体物是一种多官能团的丙烯酸酯及其低聚物。
5.根据权利要求2所述的电泳显示器，其中所述的辐射固化材料是多官能团的环氧化物和多官能团的丙烯酸酯的混合物。
6.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述的橡胶材料具有低于大约0℃的玻璃化温度。
7.根据权利要求6所述的电泳显示器，其中所述的橡胶材料是不饱和的。
8.根据权利要求7所述的电泳显示器，其中所述的橡胶材料具有不封端的或支链不饱和基团如乙烯基、丙烯酸酯基、甲基丙烯酸酯基、或烯丙基。
9.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述的橡胶材料是从SBR(丁苯橡胶)、PBR(聚丁二烯橡胶)、NBR(丁腈橡胶)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、SIS(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物)，及其衍生物中选择。
10.根据权利要求9所述的电泳显示器，其中所述的橡胶材料是从聚丁二烯二甲基丙烯酸酯、接枝(甲基)丙烯酸酯烃聚合物，或者甲基丙烯酸酯封端的丁二烯丙烯腈共聚物中选择。
11.根据权利要求1所述的电泳显示器，其中所述的组分包括重量比为约1％至约30％的橡胶材料。
12.根据权利要求11所述的电泳显示器，其中所述的组分包括重量比为约5％至约20％的橡胶材料。
13.根据权利要求12所述的电泳显示器，其中所述的组分包括重量比为约8％至约15％的橡胶材料。
14.一种制造电泳显示器的工艺，其步骤包括通过对含有辐射固化材料和橡胶材料的组分实施微模压法以制造微型杯。
15.一种制造电泳显示器的工艺，其步骤包括通过对含有辐射固化材料和橡胶材料的组分实施光蚀刻法以制造微型杯。
全文摘要
本发明涉及一种适于制造电泳显示盒的新颖组分。采用了这种添加有橡胶材料的组分的电泳盒的机械性能得到了明显改善。
文档编号G02F1/17GK1381760SQ0113642
公开日2002年11月27日 申请日期2001年10月16日 优先权日2001年4月23日
发明者陈仙海, 陈美英, 张小加, 梁荣昌 申请人:希毕克斯幻像有限公司