JP2004245917A

JP2004245917A - 表示素子およびそれを用いた表示媒体

Info

Publication number: JP2004245917A
Application number: JP2003033205A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kono; 研二河野; Yoshiyuki Nagataki; 義幸長瀧
Original assignee: Hitachi Maxell Ltd
Current assignee: Maxell Holdings Ltd
Priority date: 2003-02-12
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2004-09-02

Abstract

【課題】明色の表示の明るさが高い表示素子および表示媒体を提供する。
【解決手段】明色と暗色の２種類の色の異なる部分を有する外観であって、回転させて表面に向ける色を変えることによって画像や文字等を表示することが可能な表示素子において、該表示素子の形状が回転体またはそれに近い形状でありかつ該表示素子表面を占める明色部の比率を暗色部より広くする。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類の色の異なる部分を有する外観であって、回転させて表面に向ける色を変えることによって画像や文字等を表示することが可能な表示素子およびそれを用いて作製した表示媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報化ネットワークの急速な発展に伴い、さまざまな情報がデジタル化され、ビジネスや日常生活の面で利用されるようになった。その結果、電子情報社会となりペーパーレス化が進むと考えられていたが、紙の消費量そのものは減ることはなかった。このことは、地球環境保護の観点からも好ましいものとは言えない。このような背景を基に最近では、電子ドキュメントの長所である表示内容の書き換えの容易性と紙ドキュメントの長所である形状可変性とを併せ持つ表示媒体いわゆる電子ペーパーの開発が盛んに行われている。
【０００３】
また、紙に記された文字や画像は、ＣＲＴや液晶等の現在広く普及しているディスプレイに表示されたそれらに比べて、読みやすく疲れにくいといわれている。このためほとんどの電子ペーパーは、紙に近い白さが表示できることを目標に開発が進められている。したがって白背景に黒表示が一般的であるが、用途やデザインによっては色のついた背景に暗い色で表示を行う方が好ましい場合もある。そこで本明細書では、２種類の色の表示が可能な場合、背景に好適に使用される白等の明るい方の色を明色、線や画像の描写に好適に利用される暗い方の色を暗色と定義する。組み合わせた色のいずれが明色・暗色であるかはマクベス濃度計等による光学濃度の測定により確定でき、光学濃度の低い方が明色、高い方が暗色である。
【０００４】
電子ペーパーの候補技術の１つとして、２色以上の部分を有する回転体粒子の向きを制御することによって表示を行う手法が提案されており、何回も書き換えが可能、画像保持のためのエネルギーが不要等電子ペーパーとして必要とされる特性を有しているのに加え、高解像度化、大面積化、低コスト化等が可能になると期待されており、種々の用途が期待されている。また、理論的には白の表示の明るさやコントラストの高いものが得られると言われている。
【０００５】
このような２色以上の部分を有する回転体粒子を用いる手法としては、白黒２種類のワックスから製造した２色粒子を電界で制御するタイプ（例えば、非特許文献１参照）や、黒いワックスから製造した粒子に半球アルミメッキしたものを磁界で制御するタイプ（例えば、非特許文献２参照）など、種々の提案がされている。
【０００６】
しかしながら、実際には高い白表示の明るさを得ることは容易ではなく、先に示した回転体粒子の前者の例では白表示の反射率が２０％弱と低い（例えば、非特許文献１参照）。また、後者の例ではコントラストは高いものの、白表示の外観は白っぽい灰色で紙のような白さとは言い難い（例えば、非特許文献２参照）。
【０００７】
【非特許文献１】
ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＳＩＤ，７／２，１４１（１９９９）
【非特許文献２】
ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅＳＩＤ，１８／３＆４，２８３（１９７７）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記のような反射率あるいはコントラストに関わる問題点を解消し、白等の明色の表示の明るさが高い表示媒体を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、明色と暗色の２種類の色の異なる部分を有する外観であって、回転させて表面に向ける色を変えることによって画像や文字等を表示することが可能な表示素子において、該表示素子の形状が回転体またはそれに近い形状でありかつ該表示素子表面を占める明色部の比率を暗色部より広くすることにより、白等の明色の表示の明るさが高い表示媒体が得られることを見出した。
【００１０】
従来の粒子回転タイプの表示素子では、２色の部分を有する表示素子は半分を白等の明色部、残り半分を黒等の暗色部としているため、明色部を観察側に向けて明色表示をしたときでも、明色部の中心軸を完全に観察方向に揃えられずに若干のずれがあるため、あるいは観察方向を明色部の中心軸と完全に一致させることが難しいため、暗色部の一部が端から見えてしまって明色表示の明るさが低下してしまうことに気がつき、本発明に至った。本発明では、表示素子表面を占める明色部の比率を暗色部より広くすることにより、明色部の中心軸が観察方向に対してある程度ずれても暗色部が観察側に見えないようにすることができ、従来の表示素子を用いた表示媒体に比べて明色表示を明るくすることができたと考えられる。
【００１１】
本発明の表示素子の形状は回転体またはそれに近い形状であればよく、これにより容易に観察側に向ける色を変えることができ、画像や文字等の表示に好適である。代表的な形状としては、球形、楕円体形、円柱形、円錐形、樽型、これらを組み合わせた形、またはこれらに近い形状等が挙げられ、これらの中でも球形、円柱形およびこれらに近い形状は製造上有利なため、特に好適に使用される。
【００１２】
本発明における暗色部は明色部よりも狭いことが特徴であるが、暗色部が表示素子表面を占める範囲を、図１のように暗色部を下にしたときの緯度の範囲を用いて表すと、０度以下に相当する部分よりも平均で狭い範囲であることが必要である。
【００１３】
表示素子の緯度θよりも下の範囲を暗色部とし、この表示素子の明色部の中心軸または面を観察方向に対して角度Φ傾いて向けたときに、２次元の形状として観察した場合の表示素子全体に対する暗色部の比率をプロットしたのが図２および３である。図２は素子が球形の場合であり、図３は円柱の場合である。
【００１４】
これらを考慮すると、暗色部を下にしたときの緯度の範囲が−１０度以下に相当する部分よりも平均で狭い範囲であると、この表示素子の明色部の中心軸または面が観察方向に対して２０度傾いても観察者に見える暗色部の比率は１％以下に抑えられるので効果的である。さらに暗色部を下にしたときの緯度の範囲が−２０度以下に相当する部分よりも平均で狭い範囲であると、観察方向に対して３０度傾いても観察者に見える暗色部比率が１％以下に抑えられるのでより効果的である。
【００１５】
実際に暗色部の範囲を緯度で測定するには、まず表示素子にその向きを一定に揃えるための磁場や電場等の駆動力を与えて、暗色部の中心軸または面が観察方向に対して垂直になるように図４のように配向させる。その状態を写真、ビデオ、ルーペ、顕微鏡等で観察し、表示素子中央を通る境界線に垂直な線上で、中心から暗色部最外端までの距離ａ、中心から表示素子最外端までの距離ｂを計測すればよく、ａ／ｂのアークサインの値が暗色部最外端の緯度である。製造法によっては暗色部の範囲はばらつくので、ばらつきのある場合は１０個測定して平均を求めるのが望ましい。このとき暗色部の範囲の最外端部、すなわち暗色部と明色部の境界が明確でない場合には、表示素子中央を通る境界線に垂直な線上の光学濃度分布をコンピュータによる画像解析により計測し、境界付近両側のプラトー部分の平均濃度をそれぞれ求めて、それらの中央値の濃度となる点を境界と定義する。このとき、光源はなるべく観測方向に近いものを用いる。
【００１６】
以上のように暗色部を狭くしていけば明色表示の明るさは向上するが、その効果は次第に小さくなり、その一方で明色表示と暗色表示のコントラストが低下するという問題を生じる。ここで、表示素子部分のみのコントラストは、２次元の形状として観察した場合の表示素子全体に対する暗色部の比率の、暗色表示時と明色表示時の差に概ね比例すると考えられる。本発明においては明色表示時の暗色部の比率はほぼ０なので、暗色表示時の暗色部の比率が高いことが好ましく、暗色部を正面手前から２次元の形状として観察した場合に該表示素子全体の５０％よりも広い範囲であれば、表示素子部分のコントラストの低下が半分程度に抑えられるので好ましい。これは球体でいえば暗色部が緯度−４５度以下の範囲に相当し、円柱体でいえば−６０度以下の範囲に相当する。
【００１７】
さらに、暗色部を正面手前から２次元の形状として観察した場合に該素子全体の６０％よりも広い範囲であれば、表示素子部分のコントラストの低下が６割程度に抑えられるのでより好ましい。これは球体でいえば暗色部が緯度−３９度以下の範囲に相当し、円柱体でいえば−５３度以下の範囲に相当する。さらには、暗色部を正面手前から２次元の形状として観察した場合に該素子全体の７０％よりも広い範囲であれば、表示素子部分のコントラストの低下が７割程度に抑えられるのでさらに好ましい。これは球体でいえば暗色部が緯度−３３度以下の範囲に相当し、円柱体でいえば−４５度以下の範囲に相当する。
【００１８】
実際に暗色部を正面手前から２次元の形状として観察して該素子全体に対する範囲を測定するには、表示素子にその向きを一定に揃えるための磁場や電場等の駆動力を与えて、暗色部の中心軸または面が観察方向に一致するように図５のように配向させ、その状態を写真、ビデオ、ルーペ、顕微鏡等で観察して表示素子全体に対する暗色部の比率を面積比として求める。コンピュータによる画像解析等を用いれば容易に測定することが可能である。製造法によっては暗色部の範囲はばらつくので、ばらつきのある場合は１０個測定して平均を求めるのが望ましい。
【００１９】
使用する表示素子の大きさは用途に応じて適宜選択可能である。たとえばＡ４サイズで画像解像度が２５０ｄｐｉを必要とするならば、表示素子の大きさは、１００μｍ以下が好ましく、大型表示あるいは看板用途として使用するならば実際に見る距離で個々の表示素子が気にならない程度まで素子サイズを大きくしてもかまわない。また、実用上の表示素子の大きさの下限は１μｍである。
【００２０】
本発明の表示素子を特定の方向に向ける制御には、何れの手法を用いても構わない。例えば、磁界、電界、機械的制御等が挙げられる。以上のような手法はこれまでに種々提案されており、従来の表示素子の代わりに本発明の表示素子を用いれば、従来公知の何れの手法も用いることが可能である。
【００２１】
本発明の表示素子は、いずれの手法を用いて製造しても良い。例えば従来公知の製造法を一部変更することによっても製造することができる。素子材を樹脂等に埋め込んで噴霧、蒸着、感光等で着色する場合には埋め込む比率を変えれば良く、素子材を埋め込まずに蒸着やスパッタ等で着色する場合にはこれらの金属等が斜めに入射するような位置で素子材を回転等させれば良く、メッキ槽に半分浮かべてメッキする場合には比重を調整してメッキ液中に沈む範囲を変えれば良く、２種類の溶融ワックス等を合体・飛翔させて粒子化する場合には供給する溶融ワックスの比率を調整すればよい。また、素子材を一時的に固定して塗料を塗工して着色する手法は、半分より狭い範囲に着色するのに好適であり、色だけではなく磁性や特定の電気特性を持った塗料等を塗工するのも効果的である。
【００２２】
本発明の表示素子は、回転可能に保持できればいずれの手法によって表示媒体化してもよく、従来公知のいずれの手法も用いることが可能である。例えば、２枚のシート間に表示素子を入れる方法、媒体を小さなセルに分けてそれぞれに表示素子を入れる方法、表示素子を樹脂中に内包させてこれらの隙間に液体を満たす方法、液体と共にマイクロカプセル化する方法等が挙げられる。また、素子材に磁気塗料を塗工した場合等、表示素子どうしの相互作用が弱い場合等には、個々のセルに複数の表示素子を入れるのも有効である。また、特に大きな表示素子を用いる場合には、軸や回転機構等を設けて機械的制御が可能な媒体としても良い。
【００２３】
【実施例】
以下、明色表示の明るさを向上させる実施例によって本発明を詳細に説明するが、これは本発明の効果を具体的に説明するためのものであって、これによって本発明が限定されるものではない。
【００２４】
＜実施例１＞
〔材料〕
＊粒子：東洋紡績（株）製タフチックＡＲ６５０Ｌ−Ｗ（平均粒子径１００μｍの白色の架橋アクリル球状微粒子）
＊粒子に塗工する着色塗料：金属鉄磁性分（ＤＭ−８６、同和鉱業社製）と塩化ビニル・酢酸ビニル・ビニルアルコール共重合体（ＭＲ−１１０、日本ゼオン社製）とを分散させた黒色の磁性塗料
＊粒子と共にセルに入れる液体：溶剤（アイソパーＭ）に微細なシリカ（アエロジル２００，アエロジル社製）を分散させたチキソ性液体。
【００２５】
上記の着色塗料を白色粒子に着色部の面積が粒子表面の半分未満になるように塗工した後、塗工部中心がＳ極になるように着磁させ、さらに磁石にて分級して表示媒体用表示素子を製造した。最終的に３種類の部分着色粒子を得、それぞれ実施例１〜３の表示素子として用いた。
【００２６】
得られた表示媒体用粒子と上記チキソ性液体の混合物を、背面は白、表面は透明の２枚の１８８μｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの間にギャップが０．５ｍｍになるようなスペーサと共に挟んで密封し、実施例１〜３の表示媒体を作製した。
【００２７】
＜比較例１＞
白色粒子を着色部の面積が粒子表面の半分以上になるように塗工した他は、実施例１〜３と同様にして表示媒体を製造した。
【００２８】
〔評価〕
得られた表示媒体に面内に平行に磁力線が通るように磁石を配置して表示素子の磁気塗料塗工部の中心軸を面内に平行に配向させたときと、フェライト磁石のＳ極を背面に接して置いて磁気塗料塗工部を手前正面向きに配向させたときの拡大画像をＵＳＢＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅＭ２（スカラー（株）社製）にてコンピュータに取り込み、暗色部の範囲を画像解析ソフトＩｍａｇｅ−Ｊ（ＮａｔｉｏｎａｌＩｎｓｔｉｔｕｔｅｓｏｆＨｅａｌｔｈ（ＮＩＨ）製）にて計測した。各々の実施例および比較例について１０個の表示素子を計測し、平均を求めた。
【００２９】
得られた表示媒体の背面にフェライト磁石のＮまたはＳ極を接して置いて白表示または黒表示させ、マクベス濃度計ＲＤ９１５にて反射濃度を測定し、白表示時の反射率およびコントラストを求めた。
【００３０】
実施例１〜３および比較例１の表示媒体に対して得られた白表示時の反射率およびコントラストの値を表１に示す。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表３のように球形でかつ表示素子表面を占める明色部の比率が暗色部より広い表示素子を用いた実施例１〜３の表示媒体は、明色部の比率が暗色部より狭い球体基材を用いた比較例１に比べて、白表示の白さすなわち反射率高くすることができた。
【００３３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、明色表示の明るさを高くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明において暗色部の範囲の緯度による規定方法を示すもので、表示素子の回転（中心）軸に垂直な断面図である。
【図２】球形の表示素子の緯度θよりも下の範囲を暗色部とし、この表示素子の明色部の中心軸または面を観察方向に対して角度Φ傾いて向けたときに、２次元の形状として観察した場合の表示素子全体に対する暗色部の比率をプロットしたものである。
【図３】円柱形の表示素子の緯度θよりも下の範囲を暗色部とし、この表示素子の明色部の中心軸または面を観察方向に対して角度Φ傾いて向けたときに、２次元の形状として観察した場合の表示素子全体に対する暗色部の比率をプロットしたものである。
【図４】この発明において暗色部の緯度範囲を測定する方法を示すもので、球形および円柱形の表示素子を暗色部の中心軸または面が観察方向に対して垂直になるように配向させたとき観察される形態を示した図である。
【図５】この発明の暗色部の緯度範囲の測定において、暗色部と明色部の境界が不明確な場合の境界の定義方法を示すもので、境界が不明確な表示素子を暗色部の中心軸または面が観察方向に対して垂直になるように配向させたとき観察される形態と、表示素子中央部を通る境界線に垂直な線上の光学濃度を画像解析により計測して得られる光学濃度分布を示した図である。
【図６】この発明において暗色部を正面手前から２次元の形状として観察して素子全体に対する範囲を測定する方法を示すものである。
【符号の説明】
１表示素子
２回転体の回転（中心）軸
３明色部
４暗色部
５明色部および暗色部の中心軸または中心面
６暗色部の範囲の最外端緯度
７表示素子中央を通る境界線に垂直な線

Claims

明色と暗色の２種類の色の異なる部分を有する外観であって、回転させて表面に向ける色を変えることによって画像や文字等を表示することが可能な表示素子において、該表示素子の形状が回転体またはそれに近い形状でありかつ該表示素子表面を占める明色部の比率が暗色部より広いことを特徴とする表示素子。
該表示素子の形状が球、円柱またはそれらに近い形状である請求項２記載の表示素子。
該暗色部の表示素子表面を占める範囲の平均が、暗色部を下にしたときに緯度−１０度以下に相当する部分よりも狭い範囲である請求項１記載の表示素子。
該暗色部の表示素子表面を占める範囲の平均が、該暗色部を正面手前から２次元の形状として観察した場合に、該素子全体の５０％よりも広い範囲である請求項３記載の表示素子。
請求項１〜４記載の表示素子を回転可能に保持した表示媒体。