JP2000035768A

JP2000035768A - 球状微粒子およびそれを用いた表示装置

Info

Publication number: JP2000035768A
Application number: JP20201498A
Authority: JP
Inventors: Masakatsu Tagami; 昌克田上
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-07-16
Filing date: 1998-07-16
Publication date: 2000-02-02

Abstract

(57)【要約】【課題】構造が簡単で且つ周囲の光のみを利用して明
るい表示を行うことのできる表示装置を提供する。【解決手段】半球面の各々に互いに異なった色を付与
し、いずれかの半球面のみに表面電荷を帯電させた球状
微粒子１を、対向する２枚の透明板の間に一定数充填
し、該２枚の透明板の間に任意の向きの電界を印加して
所望の色の半球面が表示面側に位置するように前記球状
微粒子を配列させることにより表示を行う表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表示装置に用いる
球状微粒子および該球状微粒子を用いた表示装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】文字や図形を表示するための表示装置と
しては、従来よりブラウン管が最も一般的に用いられて
きた。しかし、ブラウン管は奥行が長く重いため、ブラ
ウン管を表示装置として用いた機器の小型軽量化を図る
のが困難であった。そこで、近年では大画面でも軽量で
且つ薄いという特徴を持った液晶表示装置やプラズマ表
示装置も普及し、パーソナルコンピューターやワープ
ロ、モニター等に用いられることが多くなってきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、液晶表示装置
やプラズマ表示装置は構造が複雑であり、それ故製造コ
ストも高いという問題点があった。

【０００４】液晶表示装置は、液晶物質の光学異方性を
利用して、電界の印加により液晶物質の配向を生じさせ
て光の透過を制御することにより表示を行う装置である
が、この装置では偏光板や位相差補償板といった光学制
御フィルムを使用する必要があり、そこを通過する光量
のロスが大きい。特に偏光板を使用すると、光量は常に
１／２程度減量されるので、このロスを補うために、バ
ックライト等を具備させる等の工夫が必要となり、構造
の複雑化の要因となっている。また、近年、バックライ
トを使用しない液晶表示装置として、周囲の光の反射光
を利用する反射型液晶表示装置も提案されているが、こ
の方式でも偏光板が不可欠であり、周囲の光の反射光の
半分程度しか表示に使用できないので、表示面の明るさ
が十分ではない。

【０００５】また、プラズマ表示装置は、プラズマ放電
を利用して表示を行う装置であり、明るい表示面が得ら
れ、光学制御フィルムやバックライトは必要でないが、
表示ドットの一つ一つがプラズマ放電を行うために、セ
ルとセルの間に隔壁を設けなければならず、その構造は
複雑である。

【０００６】本発明は上記のような問題点に鑑みてなさ
れたものであり、構造が簡単であり、且つ周囲の光のみ
を利用して明るい表示を行うことのできる表示装置を提
供することを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記の問題
点を解決する手段に関し、鋭意研究を行った結果、周囲
の光を反射又は吸収することによって表示を行う反射型
表示装置において、極めて簡単な構造で表示を行うこと
ができる装置を発明した。

【０００８】すなわち本発明は、半球面の各々に互いに
異なった色を付与し、いずれかの半球面のみに表面電荷
を帯電させた球状微粒子を用い、一定間隔で対向する２
枚の透明板の間に前記球状微粒子を一定数充填し、該２
枚の透明板の間に任意の向きの電界を印加して所望の色
の半球面が表示面側に位置するように前記球状微粒子を
配列させることを特徴とする表示装置を提供するもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明をさらに詳細に説明
する。まず、球状微粒子の製造方法について説明する。

【００１０】図１に示すように、本発明の球状微粒子１
は、半球面２及び３の各々に互いに異なった色を付与
し、いずれかの半球面、例えば半球面２のみに正（図１
（ａ））又は負（図１（ｂ））の表面電荷を帯電させる
ことにより作製される。この球状微粒子は、外径が球状
であれば中空構造であっても構わない。また、球状微粒
子の粒径は、５〜１０００μｍが好ましい。しかし、特
に精細な表示を必要とする場合には、５〜１００μｍが
好ましい。粒径が５μｍ未満では、球状微粒子の半球面
の各々に相互に異なる着色を施すことが困難である。ま
た、粒径が１０００μｍを超えると、表示装置における
１画素当たりの球状微粒子数が減るので、表示品位が低
下する。

【００１１】球状微粒子の材質は特に限定されるもので
はないが、例えばポリメタクリル酸メチル、ポリスチレ
ン、ポリエチレン、シリコーン樹脂、エチレン−アクリ
ル酸共重合体等が用いられる。また、必要に応じてジビ
ニルベンゼン等で架橋されていてもよい。これらは、一
般的に広く用いられているエマルジョン重合法、分散重
合法、シード重合法、縣濁重合法等で重合されることが
望ましい。これは、できるだけ真球状に近い形状の粒子
を製造し易く、また、その際イオン性官能性モノマー成
分やイオン性を持った界面活性剤モノマーを共重合する
ことにより表面電荷を付与することが可能となるからで
ある。

【００１２】球状微粒子のいずれかの半球面に表面電荷
を帯電させる方法としては、表面電荷の帯電していない
球状微粒子の半球面のみを表面処理して表面電荷を帯電
させるか、或いは、全表面に表面電荷が帯電した球状微
粒子を作製した後に半球面のみを表面処理して表面電荷
を消去する方法がある。

【００１３】表面電荷を帯電させる方法としては、表面
にカルボニウム基（−ＣＯＯ^-）のような官能基を導入
する方法が挙げられる。例えば、アクリル酸、メタクリ
ル酸、イタコン酸、フマル酸等のカルボキシル基を含有
するモノマーや、２−ヒドロキシエチルアクリレートや
２−ヒドロキシプロピルアクリレート等の水酸基を含有
するモノマーを共重合すると、負に帯電した粒子を得る
ことができる。また、グリシジルメタクリレートやアリ
ルグリシジルエーテル等を共重合し、一旦球状粒子を重
合した後に、後反応で上記モノマーに代表される官能基
を導入してもよい。さらに、シリコーン樹脂は負に帯電
する性質を持つので、球状微粒子をシリコーン樹脂で形
成することにより、表面が負に帯電した粒子を得ること
ができる。

【００１４】また、表面電荷が帯電していない球状微粒
子の表面に、当該微粒子の直径の１／１０以下の大きさ
の予め帯電した超微粒子を、表面の色特性を阻害させな
い程度に付着させる方法もある。

【００１５】球状微粒子の半球面の各々に相互に異なる
着色を施す際の色の組み合わせは特に限定されないが、
高いコントラストを得るためには、一方は光を吸収する
割合が高い色で他方は光を反射する割合が高い色を選択
するのが好ましい。また、相互に補色となるような色の
組み合わせでもよい。

【００１６】球状微粒子の半球面の各々に相互に異なる
着色を施す方法としては、予め着色された材料を用いて
球状微粒子を形成した後、任意の半球面に別の着色を施
す方法が挙げられる。例えば、重合により形成する場合
は予め重合時に顔料等で色を着けておき、その後、任意
の半球面に別の色をコーティングする方法で作製するこ
とができる。また、ローラーによる印刷法を用いて直接
染料や顔料を球状微粒子にコーティングしてもよい。

【００１７】着色用の顔料としては任意のものを用いる
ことができるが、カーボンブラックを混入したものは黒
表示、酸化チタンを混入したものは白表示、赤色酸化鉄
を混入したものは赤表示、フタロシアニンブルーを混入
したものは青表示、フタロシアニングリーンを混入した
ものは緑表示が可能となる。

【００１８】予め着色された材料を用い、表面電荷が全
表面に帯電した着色球状微粒子を形成した後に、任意の
半球面への着色と表面電荷の消去を同時に行う方法も用
いることができる。その際には、電荷を持たない無機物
等の着色材料をコーティングすることが必要となる。例
えば、表面電荷が全表面に帯電した着色球状微粒子を平
面上に単層となるように並べ、これに垂直方向からアル
ミニウム、銀、金等の無機物を蒸着、スパッタリング、
イオンプレーティング等の方法により上半球面にのみ積
層されるようにコーティングする。その層厚は１０〜１
０００Åが好ましい。厚みが１０Å未満の場合は薄すぎ
て下地の色が目立ってしまい、表示装置に用いた場合の
表示コントラストが低下するのみならず、コーティング
される球状微粒子の表面電荷を打ち消すことができな
い。また、厚みが１０００Åを超えると、球体としての
形状がいびつとなり、球状微粒子が流体内でスムーズに
回転して向きを変えることが困難となる。

【００１９】次に、上記のようにして形成された球状微
粒子を用いた表示装置について説明する。

【００２０】図２は、本発明の表示装置の１セルの部分
のみを示す。対向する透明板１１及び１２の各々の内側
に透明電極１３及び１４が設けられており、その間隙に
流体１５が充填されている。流体中には一定数の球状微
粒子１が充填されている。

【００２１】上記構成において、例えば負に帯電した黒
色半球面と帯電していない白色半球面を有する球状微粒
子１を用いた場合、透明電極１３を正に印加した場合は
黒色半球面が透明電極１３側に向いて配列するので、表
示面１６には黒色が表示される。透明電極１４を正に印
加した場合は黒色半球面が透明電極１４側に向いて配列
するので、表示面１６は白色が表示される。このような
セルをマトリックス状に配列することにより、文字や図
形を表示させることができる。

【００２２】透明板１１及び１２は、透明である限り材
料は限定されず、ガラスやプラスチック等を用いること
ができる。また、透明電極１３及び１４は、例えば酸化
インジウム錫等の導電性物質を透明板にコーティングす
ることにより形成することができる。

【００２３】透明板１１と１２の間には、球状微粒子１
が円滑に移動・回転し易いように、流体１５を充填する
のが好ましい。流体１５は特に限定されず、液体でも気
体でもよいが、球状微粒子１の表面電荷がカルボニル基
のような官能基による場合は、流体中において球状微粒
子１の表面官能基が電気的に電離し、表面電荷が発現し
易いようなＰＨ値を有するような液体が好ましい。ま
た、その粘度は１〜２００ＣＰＳ程度の比較的低粘度で
あるのが好ましい。流体の粘度が２００ＣＰＳを上回る
場合は、流体の抵抗により球状微粒子の回転や移動スピ
ードが減殺され、表示の応答速度が遅くなる。

【００２４】球状微粒子１の個数は、球状微粒子が表示
面の全面に均一に密接して配列した層が１層以上となる
程度であればよいが、具体的には１〜３層充填できる個
数が望ましい。球状微粒子の層が１層で且つ球状微粒子
同士が密接せずに間隙が発生する程度の個数では、球状
微粒子の着色半球面による表示色以外の色が発現し、コ
ントラストが低下する。一方、３層より多く充填する
と、セルギャップ中の球状微粒子の数が多くなり過ぎ、
球状微粒子同士の衝突等の物理的作用により、応答速度
の低下を招く。

【００２５】セルギャップは特に限定されないが、球状
微粒子の移動の容易さ等を考慮すると、球状微粒子の直
径の３〜２０倍が好ましい。

【００２６】

【実施例】以下に、実施例を通じて本発明をさらに詳し
く説明する。

【００２７】１）球状微粒子の作製まず、負の表面電荷を持った白色微粒子を作製する。ビ
ーカーに蒸留水１０００ｍｌを入れ、５５℃に保った状
態でメチルトリメトキシシラン３００ｇを添加し、撹拌
機を使用して３時間撹拌を行う。その後、１／１０Ｎに
調整された水酸化ナトリウムを４ｍｌ添加して撹拌を続
け、粒子が生成した段階で１％の酢酸水を２ｍｌ添加し
て中和し、重合反応を停止する。その後、水を用いて濾
過、洗浄を行い、５０℃で５時間乾燥後、シリコーンの
真球状微粒子を得た。その際の収率は９７％、平均粒径
は８．８μｍであった。この方法によって得られた粒子
は大きく負に帯電することが知られている。上記操作に
よって得られた微粒子は白色で、負の帯電を帯びてい
る。この粒子を平面上に単層となるように並べ、蒸着装
置内で１０^-5Ｔｏｒｒに減圧し、球体の半球面に厚みが
５００μｍ程度となるように銀蒸着を行う。

【００２８】２）セルの作製ガラスセルとしてダウコーニング社製の＃７０５９を２
枚準備し、ガラスセル１７ａ及び１７ｂとした（図
３）。各々について、マグネトロンスパッタリング法で
２５ｍｍ²のＩＴＯ（インジウムチンオキサイド）蒸着
膜を２面作製して透明電極１８ａ，１９ａ（いずれもガ
ラスセル１７ａ上）及び１８ｂ，１９ｂ（いずれもガラ
スセル１７ｂ上）とした。このように作製した２枚のガ
ラスセルをＩＴＯ蒸着面が内側となるように設定する。
この際のセルギャップ（ＩＴＯ間の距離）は３００μｍ
とした。重合時に使用した蒸留水２０を０．５μｍのメ
ンブレン濾過を行った後、セル間隙に充填した。セル間
隙に充填した蒸留水２０中に、１）の操作で得られた球
状微粒子２１を表示面積から、単層又は２層となるよう
な数を充填した。得られたセルの厚みは約５ｍｍであっ
た。

【００２９】上記セルの各画素に、表示面側の電極がそ
れぞれ正、負となるように電界を印加し、表示面を観察
した。表示色は白色と銀色の２色であった。視野角度に
関しては、コントラスト５以上で諧調反転の無い領域を
正面からの角度で定義した。その際の視野角度は左右１
４０°程度であった。

【００３０】３）比較例液晶表示装置としてメルコ社製ＳＴＮ型ディスプレイＦ
ＴＤ−ＸＰ１５−ＣＰを準備し、表示性能の評価を行っ
た。装置の厚みは３０ｍｍで表示色はフルカラーであ
り、視野角度は左右４０°程度であった。

【００３１】上記のように、本発明の表示装置は表示色
数が２色と少ないが、液晶表示装置よりも圧倒的に単純
な構造で薄く、視野角が広いため、携帯情報端末等への
利用が考えられる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明した通り本発明の表示装置によ
れば、構造が簡単であり、且つ周囲の光のみを利用して
明るい表示を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の球状微粒子を示す説明図である。

【図２】本発明の表示装置を示す説明図である。

【図３】本発明の実施例で作製した表示装置を示す平面
図（ａ）及び断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１，２１球状微粒子２，３半球面１１，１２，１７ａ，１７ｂガラスセル１３，１４，１８ａ，１８ｂ，１９ａ，１９ｂ透明電
極１５流体１６表示面２０蒸留水

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半球面の各々に互いに異なった色を付与
し、いずれかの半球面のみに表面電荷を帯電させた球状
微粒子。
【請求項２】対向する２枚の透明板の間に、請求項１
記載の球状微粒子を一定数充填し、該２枚の透明板の間
に任意の向きの電界を印加して所望の色の半球面が表示
面側に位置するように前記球状微粒子を配列させること
を特徴とする表示装置。