JP2003167278A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 粒子を２枚の基板間に封入した乾式表示装置
において、安定性、特に繰返し耐久性に優れた画像を表
示できる画像表示装置を提供する。 【解決手段】 少なくとも一方が透明な対向する基板間
に粒子を封入し、この基板間に電界を発生させて前記粒
子を移動させ画像を表示する画像表示装置において、基
板間の空隙が２５℃における相対湿度が６０％ＲＨ以下
の気体で満たされている画像表示装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電気を利用した
粒子の移動によって画像を繰り返し表示、消去できる画
像表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶（ＬＣＤ）に代わる画像表示装置と
して、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サー
マル方式、２色粒子回転方式などの技術を用いた画像表
示装置（ディスプレイ）が提案されている。これらの画
像表示装置は、ＬＣＤに比べて、通常の印刷物に近い広
い視野角が得られる、消費電力が小さい、メモリー機能
を有している等のメリットから、次世代の安価な表示装
置として考えられ、携帯端末用表示、電子ペーパー等へ
の展開が期待されている。

【０００３】最近、分散粒子と着色溶液からなる分散液
をマイクロカプセル化し、これを対向する基板間に配置
する電気泳動方式が提案されている。（例えば、非特許
文献１参照）。しかしながら、電気泳動方式では、低比
重の溶液中に酸化チタンなどの高比重の粒子を分散させ
ているために、沈降しやすく、分散状態の安定性維持が
難しく、また、色をつけるために溶液に染料等を添加し
ているために長期保存性に難があり、画像繰り返し安定
性に欠けるという問題を抱えている。マイクロカプセル
化にしても、セルサイズをマイクロカプセルレベルに
し、見かけ上、このような欠点が現れ難くしているだけ
で、本質的な問題は何ら解決されていない。

【０００４】以上のような溶液中での挙動を利用した電
気泳動方式に対し、溶液を使わず、導電性粒子と電荷輸
送層を基板の一部に組み入れた方式も提案されている。
しかし、このような乾式表示装置では、基板の一部に電
荷輸送層、更には電荷発生層を配置するために構造が複
雑になると共に、導電性粒子から電荷を一定に逃がすこ
とが難しく、安定性に欠ける。

【０００５】

【非特許文献１】趙 国来、外３名、“新しいトナーデ
ィスプレイデバイス（Ｉ）”、１９９９年７月２１日、
日本画像学会年次大会（通算８３回）“Japan Hardcop
y’99”、p.249-252

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、以上
の如き状況から、乾式表示装置において、安定性、特に
繰返し耐久性に優れた画像を表示できる画像表示装置を
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために鋭意検討を重ねた結果、基板間の空隙
部の気体の湿度を管理することにより、安定性、特に繰
り返し耐久性に優れる画像表示装置が得られることを見
出し、本発明に至った。

【０００８】すなわち本発明は、以下の画像表示装置を
提供するものである。 １．少なくとも一方が透明な対向する基板間に粒子を封
入し、この基板間に電界を発生させて前記粒子を移動さ
せ画像を表示する画像表示装置において、基板間の空隙
が２５℃における相対湿度が６０％ＲＨ以下の気体で満
たされていることを特徴とする画像表示装置。 ２．対向する基板間の空間における粒子の体積占有率が
１０〜８０％である上記１の画像表示装置。 ３．各粒子の下記式で表される溶剤不溶率が５０％以上
である上記１又は２の画像表示装置。 溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100 （但し、Ａは粒子の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に粒
子を２５℃で２４時間浸漬した後の重量を示す） ４．各粒子の含水量が５重量％以下である上記１〜３い
ずれかの画像表示装置。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の画像表示装置では、対向
する基板間に粒子を封入した表示装置に何らかの手段で
基板表面に電荷が付与される。正に帯電した基板部位に
向かっては負に帯電した粒子がクーロン力により引き寄
せられ、また、負に帯電した基板部位に向かっては正に
帯電した粒子がクーロン力により引き寄せられ、それら
粒子が対向する基板間を往復移動することにより、画像
表示がなされる。従って、粒子が、均一に移動し、か
つ、繰り返し時あるいは保存時の安定性を維持できるよ
うに、表示装置を設計する必要がある。

【００１０】しかしながら、これまでの表示装置では、
材料主体の開発、例えば粒子材料、基板材料などの開発
が重視されるか、あるいは、その材料開発でカバーでき
ない特性を駆動電圧などの駆動方法で補おうとするのが
現状であった。例えば、駆動電圧を低電圧化するため
に、高帯電性の粒子を用いると、粒子移動が速やかに起
き、駆動電圧の低電圧化は可能となるものの、高帯電性
であるが故に、繰り返し使用時に粒子同士が凝集しはじ
めるという問題をかかえる。また、繰り返し耐久性を向
上するために、低帯電性粒子を用いると、粒子同士の凝
集は起こりにくく安定性は向上するものの、粒子の帯電
性が不足し、均一な粒子移動が起きにくくなると共に、
たとえ粒子が基板面まで移動したとしても、粒子〜基板
面の付着性、いわゆるメモリー性が十分でないために、
鮮明な画像が得られ難くなるという問題をかかえる。

【００１１】本発明は、安定性の改善のヒントが、材料
開発、駆動方法の他に、表示装置の空隙を占めている気
体の湿度、更には粒子の含水量にあることを見出したも
のである。先に述べたように、粒子が往復運動するわけ
であるから、その往復運動に支障をきたさないように、
粒子が移動する際の粒子を取り囲む媒体となる気体をき
ちんと管理すれば、繰り返し耐久性を向上させることが
できる。

【００１２】図１は本発明の画像表示装置の構造を示す
説明図である。図１において対向する基板１、基板２が
所定の間隔で設置されており、２種以上の色および帯電
特性の異なる粒子３が封入されている。この空隙部分の
気体の湿度管理が重要であり、２５℃における相対湿度
を６０％RH以下、好ましくは５０％RH以下、更に好まし
くは３５％RH以下とする。空隙部分とは、対向する基板
１、基板２に挟まれる部分から、粒子３の占有部分、装
置シール部分、また必要に応じて設ける後述する隔壁や
スペーサー部分を除いた、いわゆる粒子が接する気体部
分を指すものとする。気体は、先に述べた湿度領域であ
れば、その種類は問わないが、乾燥空気、窒素、アルゴ
ン、ヘリウムなどが好適である。気体は、その湿度が保
持されるように装置に封入することが必要であり、例え
ば、後述する粒子、基板などを所定湿度環境下にて組み
立て、更に、外からの湿度侵入を防ぐシール材、シール
方法を施し、気体及び粒子を封入した表示装置を作製す
る。

【００１３】基板に関しては、基板１、基板２の少なく
とも一方は装置外側から粒子の色が確認できる透明基板
であり、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料が
好適である。画像表示装置としての可撓性の有無は用途
により適宜選択され、例えば、電子ペーパー等の用途に
は可撓性のある材料、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコ
ン類の携帯機器表示等の用途には可撓性のない材料が用
いられる。

【００１４】基板材料を例示すると、ポリエチレンテレ
フタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、
ポリカーボネイトなどのポリマーシートや、ガラス、石
英などの無機シートが挙げられる。基板厚みは、２〜５
０００μｍ、好ましくは５〜１０００μｍが好適であ
り、薄すぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにく
くなり、厚すぎると、表示機能としての鮮明さ、コント
ラストの低下が発生し、特に、電子ペーパー用途の場合
には可撓性に欠ける。

【００１５】本発明の画像表示装置では、基板に電極を
設けない場合と、基板に電極を設ける場合がある。基板
に電極を設けない場合は、基板外部表面に静電潜像を与
え、その静電潜像に応じて発生する電界にて、所定の特
性に帯電した色のついた粒子を基板に引き寄せあるいは
反発させることにより、静電潜像に対応して配列した粒
子を透明な基板を通して表示装置外側から視認する。な
お、この静電潜像の形成は、電子写真感光体を用い通常
の電子写真システムで行われる静電潜像を本発明の画像
表示装置の基板上に転写形成する方法や、イオンフロー
により静電潜像を基板上に直接形成する等の方法があ
る。

【００１６】基板に電極を設ける場合は、電極部位への
外部電圧入力により、基板上の各電極位置に生じた電界
により、所定の特性に帯電した色の粒子が引き寄せある
いは反発させることにより、静電潜像に対応して配列し
た粒子を透明な基板を通して表示装置外側から視認す
る。この際の電極は、透明かつパターン形成可能である
導電性材料で形成され、例示すると、酸化インジウム、
アルミニウムなどの金属類、ポリアニリン、ポリピロー
ル、ポリチオフェンなどの導電性高分子類が挙げられ、
真空蒸着、塗布などの形成手法が例示できる。なお、電
極厚みは、導電性が確保でき光透過性に支障なければ良
く、３〜１０００ｎｍ、好ましくは５〜４００ｎｍが好
適である。この場合の外部電圧入力は、直流あるいは交
流を重畳しても良い。

【００１７】本発明の画像表示装置では、粒子の基板平
行方向の余分な粒子移動を阻止するため、基板上にエッ
チングなどにより規則正しい凹凸をつけても良く、図２
に示すように、基板断面方向から見れば三角状、四角
状、半円状などが、基板平面方向から見れば四角状、三
角状、丸状、ライン状などが例示される。その面積サイ
ズ、高さはいずれでも良いが、できるだけ表示側から見
える凸部分に相当する部分（枠部の面積）は小さくした
方が良く、枠部の面積を小さくすることにより画像表示
の鮮明さが増すことになる。従って、凸部形成により、
耐久繰り返し性や、メモリー保持性が向上する。また、
本発明の画像表示装置では、図３に示すような隔壁4
や、図４に示すようなスペーサー5 を用いて基板間の空
間を細分して、粒子の基板平行方向の余分な粒子移動を
阻止し、耐久繰り返し性、メモリー保持性を向上させる
と共に、基板間の間隔を均一にし、かつ補強し、表示装
置自体の強度を上げることもできる。

【００１８】粒子は、クーロン力により移動できるもの
であればいずれでも良い。また、粒子の作製は、必要な
樹脂、帯電制御剤、着色剤、その他添加剤を混練り粉砕
しても、あるいはモノマーから重合しても、あるいは既
存の粒子を樹脂、帯電制御剤、着色剤、その他添加剤で
コーティングしても良い。対向する基板間の空間におけ
る粒子の体積占有率は１０〜８０％が好ましく、更に好
ましくは１０〜６０％である。この範囲より大きい場合
には粒子の移動の支障をきたし、小さい場合にはコント
ラストが明確でなくなり易い。

【００１９】以下に、樹脂、帯電制御剤、着色剤、その
他添加剤を例示する。樹脂の例としては、ウレタン樹
脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性ア
クリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ
樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン
樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂など
が挙げられ、２種以上混合することもでき、特に、基板
との付着力を制御する上から、アクリルウレタン樹脂、
アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフ
ッ素樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が好適である。

【００２０】帯電制御剤の例としては、正電荷付与の場
合には、４級アンモニウム塩系化合物、ニグロシン染
料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘導体
などが挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属アゾ染
料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体な
どが挙げられる。着色剤の例としては、塩基性、酸性な
どの染料が挙げられ、ニグロシン、メチレンブルー、キ
ノリンイエロー、ローズベンガルなどが例示される。無
機系添加剤の例としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜
鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、
シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミ
ウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレン
ジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コ
バルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カー
ボンブラック、マンガンフェライトブラック、コバルト
フェライトブラック、銅粉、アルミニウム粉などが挙げ
られる。

【００２１】繰返し耐久性を向上させるために、先に述
べた空隙部分の気体の湿度を管理することが必要である
が、繰り返し耐久性を更に向上させるためには、粒子自
体の安定性、特に、含水量と溶剤不溶率を管理すること
が効果的である。２種以上の色の異なる各粒子の含水量
は、５重量％以下、特に３重量％以下とすることが好ま
しい。なお、含水量の測定には、通常のカールフィッシ
ャー法が用いられる。各粒子の溶剤不溶率に関しては、
下記関係式で表される粒子の溶剤不溶率を５０％以上、
特に７０％以上とすることが好ましい。 溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100 （但し、Ａは粒子の樹脂成分の溶剤浸漬前重量、Ｂは良
溶媒中に粒子を２５℃で２４時間浸漬した後の樹脂成分
の重量を示す） この溶剤不溶率が５０％未満では、長期保存時に粒子表
面にブリードが発生し、粒子との付着力に影響を及ぼし
粒子の移動の妨げとなり、画像表示耐久性に支障をきた
す場合がある。なお、溶剤不溶率を測定する際の用の溶
剤（良溶媒）としては、フッ素樹脂ではメチルエチルケ
トン等、ポリアミド樹脂ではメタノール等、アクリルウ
レタン樹脂ではメチルエチルケトン、トルエン等、メラ
ミン樹脂ではアセトン、イソプロパノール等、シリコー
ン樹脂ではトルエン等が好ましい。

【００２２】各粒子は球形であることが好ましい。基板
１と基板２の間隔は、粒子が移動でき、コントラストを
維持できれば良いが、通常１０〜５０００μｍ、好まし
くは１０〜５００μｍに調整される。なお、本発明の画
像表示装置は、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話など
のモバイル機器の表示部、電子ブック、電子新聞などの
電子ペーパー、看板、ポスター、黒板などの掲示板、コ
ピー機、プリンター用紙代替のリライタブルペーパー、
電卓、家電製品の表示部、ポイントカードなどのカード
表示部などに用いられる。

【００２３】

【実施例】次に実施例および比較例を示して、本発明を
更に具体的に説明する。但し本発明は以下の実施例によ
り限定されるものではない。なお、実施例および比較例
で得られた粒子及び表示装置について、下記の基準に従
い、評価を行った。

【００２４】（１）粒子の含水量 カールフィッシャー装置を用いて測定した。 （２）溶剤不溶率 粒子をメチルエチルケトン溶剤中に２５℃で２４時間浸
漬し、１００℃で５時間乾燥した後の重量を測定した。
浸漬前後の重量変化より、次の式に従って溶剤不溶率を
測定した。 溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100 （但し、Ａは粒子の溶剤浸漬前重量、Ｂはメチルエチル
ケトン溶剤中に粒子を２５℃で２４時間浸漬した後の樹
脂成分の重量を示す） （３）表示機能の評価 作製した表示装置に、２５０Ｖを印加し、極性を反転さ
せることにより、黒色〜白色の表示を繰り返した。表示
機能の評価は、コントラスト比について、初期、１００
００回繰り返し後、更に５日放置後を反射画像濃度計を
用いて測定した。ここで、コントラスト比とは、コント
ラスト比＝黒色表示時反射濃度／白色表示時反射濃度と
した。なお、初期のコントラスト比に対する１００００
回繰り返し後および５日放置後のコントラスト比を保持
率とした。

【００２５】実施例２ 粒子Ａは、アクリルウレタン樹脂EAU53B（亜細亜工業
製）とイソフォロジンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）系
架橋剤エクセルハードナーHX（亜細亜工業製）にカーボ
ンブラック（CB）４phr、荷電制御剤ボントロンN07(オ
リエント化学製）２phrを添加し、混練り後、ジェット
ミルにて粉砕分級して粒子を作製した。粒子Ｂは、アク
リルウレタン樹脂EAU53B（亜細亜工業製）とＩＰＤＩ系
架橋剤エクセルハードナーHX（亜細亜工業製）に酸化チ
タン10phr、荷電制御剤ボントロンE89（オリエント化学
製）２phrを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕
分級して粒子を作製した。約５００Å厚みの酸化インジ
ウム電極を設けた一対のガラス基板を、間隔４００μｍ
になるようにスペーサーで調整したガラス基板間に、前
述粒子Ａ、Ｂを入れ、ガラス基板周辺をエポキシ系接着
剤にて接着すると共に、粒子を封入し、表示装置を作製
した。粒子Ａと粒子Ｂの混合率は同重量づつとし、それ
ら粒子のガラス基板間への充填率は６０容量％となるよ
うに調整した。ここで、空隙を埋める気体は、相対湿度
３０％RHの空気とした。評価結果を第１表に示す。

【００２６】実施例２ 実施例１において、空隙を埋める気体を、相対湿度４０
％RHとした以外は、同様にして、表示装置を作製した。
評価結果を第１表に示す。

【００２７】実施例３ 実施例１において、粒子Ａ及び粒子Ｂを構成する樹脂
を、ナイロン樹脂のトレジンEF30（帝国化学産業製）へ
変更した以外は、同様にして、表示装置を作製した。評
価結果を第１表に示す。粒子含水量が大きいので１００
０回繰り返し後および５日放置後の保持率がやや劣化し
た。

【００２８】実施例４ 実施例１において、粒子Ａ及び粒子Ｂを構成する樹脂
を、アクリルウレタン樹脂EAU53Bのみへ変更した（架橋
剤なし）以外は、同様にして、表示装置を作製した。評
価結果を第１表に示す。架橋剤を用いないので保存時劣
化が大きい。

【００２９】比較例１ 実施例１において、空隙を埋める気体を、相対湿度７０
％RHとした以外は、同様にして、表示装置を作製した。
評価結果を第１表に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【発明の効果】本発明により、粒子を２枚の基板間に封
入した乾式表示装置において基板間の空隙の湿度を適切
に管理することによって、安定性、特に繰返し耐久性に
優れた画像を表示できる画像表示装置が得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の画像表示装置の構造を示す説明図で
ある。

【図２】 本発明の画像表示装置における基板の形状に
一例を示す図である。

【図３】 本発明の画像表示装置における基板の形状に
一例を示す図である。

【図４】 本発明の画像表示装置における基板の形状に
一例を示す図である。

【符号の説明】

１、２：基板 ３：粒子 ４：隔壁 ５：スペーサー

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１４年１１月２８日（２００２．１１．
２８）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】実施例３ 実施例１において、粒子Ａ及び粒子Ｂを構成する樹脂
を、ナイロン樹脂のトレジンEF30（帝国化学産業製）へ
変更した以外は、同様にして、表示装置を作製した。評
価結果を第１表に示す。粒子含水量が大きいので１００
００回繰り返し後および５日放置後の保持率がやや劣化
した。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【表１】

フロントページの続き (72)発明者 二瓶 則夫 東京都小平市小川東町３−５−５ (72)発明者 薬師寺 学 東京都小平市小川東町３−２−６−408 (72)発明者 北野 創 東京都小平市小川東町３−５−５ (72)発明者 川越 隆博 埼玉県所沢市青葉台1302−57

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が透明な対向する基板間
   に粒子を封入し、この基板間に電界を発生させて前記粒
   子を移動させ画像を表示する画像表示装置において、前
   記基板間の空隙が２５℃における相対湿度が６０％ＲＨ
   以下の気体で満たされていることを特徴とする画像表示
   装置。
2. 【請求項２】 対向する基板間の空間における粒子の体
   積占有率が１０〜８０％である請求項１に記載の画像表
   示装置。
3. 【請求項３】 各粒子の下記式で表される溶剤不溶率が
   ５０％以上である請求項１又は請求項２に記載の画像表
   示装置。 溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100 （但し、Ａは粒子の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に粒
   子を２５℃で２４時間浸漬した後の樹脂成分の重量を示
   す）
4. 【請求項４】 各粒子の含水量が５重量％以下である請
   求項１〜３いずれかに記載の画像表示装置。