JP2004325738A

JP2004325738A - 回転粒子型表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP2004325738A
Application number: JP2003119676A
Authority: JP
Inventors: Michiya Nakajima; 道也中嶋; Kazunari Kawai; 一成川合; Naoto Saito; 直人齊藤; Toshihiro Ebine; 俊裕海老根
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】高コントラストと高反射率を同時に満たす粒子回転型表示装置を提供する。
【解決手段】基材上に、色および誘電性液体中における帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接して球状形状を形成している二色回転粒子（Ａ）を単層に積層した回転粒子型表示装置であって、前記二色回転粒子の異なる色のうちの明度が高い色と同色を有する単一色粒子（Ｂ）を、前記二色回転粒子（Ａ）の単層の粒子間の凹部に視面からみた手前側に更に積層する回転粒子型表示装置、及びその製造方法。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子回転型表示装置に使用するための、色および誘電性液体中における帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接して球状形状を形成している二色回転粒子を基材上で単層とし、その単層の粒子間の凹部に、二色回転粒子の異なる色のうちの明度が高い色と同色の着色粒子（Ｂ）を設置した回転粒子型表示装置及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
反射型表示装置は、表示のための照明を必要とせず、消費電力が少ないことから、近年、案内表示などの看板表示やパーソナルコンピュータ用の一時出力表示、移動体通信装置や携帯端末用の表示、広告、電子書籍などの表示装置などの分野に、液晶表示装置を始め、電気泳動ディスプレーや粒子回転型表示装置など、多くの開発が試みられている。中でも電気泳動ディスプレーや粒子回転型表示装置は、液晶表示装置のような偏光フィルムを使用しないので、明るい画面を提供できる。
【０００３】
特に、粒子回転型表示装置は、表示画像のメモリー機能を有し、表示のための駆動電圧に閾値を有することから、単純マトリックスでも表示ができるなど、他の表示装置にはない利点を有している。
【０００４】
特許文献１には、すべての二色回転粒子を視面から同じ深さの単層に配置し、この層にできるだけ互いに接近させて充填した粒子回転型表示装置のアイデアが提案されている。このような粒子回転型表示装置によれば、隣接した二色回転粒子同士の間に生じる隙間の面積が小さくなるため、該隙間部分で吸収される光量が少なくなる。また、任意の二色回転粒子について、それより視面に近い側に他の二色回転粒子が配置されることがないから、各二色回転粒子から反射された光を、他の二色回転粒子に遮られることなく視面まで到達させることができるため、反射率や、コントラストを向上させることが期待される。
【０００５】
【特許文献１】
特表２００１−５０９２７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１では、二色回転粒子の単層は、微粒子の配列に用いられる公知技術により形成できるものとしているが、実際には、二色回転粒子は、帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接した球状の微小粒子であるので、粒子間相互に電気的引力が作用する場合には多数の粒子が凝集してしまう。逆に、粒子間相互に電気的斥力が作用する場合には、互いに反発してしまうので、層状に配置させることが難しい。しかも、粒子と基材との間に電気的斥力が作用する場合には、粒子が基材と反発して散逸し、基材上に載せることができなかったりするなど、取扱い性が極めて悪い。二色回転粒子は上記のような帯電特性を持つことに加えて、１０〜１００μｍ程度の比較的小さな粒子径を持つこと、更に主成分が樹脂であるため比重が１．５以下と比較的低いことにより、重力の作用よりも静電気的な付着力が強くなる傾向にある。そのため、へらやマニピュレータ等の機械的外部力を用いる方法や、振動等により粒子が持つ位置エネルギーを低減させる方法では、二色回転粒子が密につまった単層を形成することは極めて困難である。このように、従来の技術では二色回転粒子が密につまった単層の形成は極めて困難であり、容易に実施できるものではなかった。
【０００７】
また、たとえ二色回転粒子が密につまった単層を形成しても、依然として粒子間には隙間が生じる。加えて、二色回転粒子を回転可能な状態にするためには、該粒子の各々の周囲にキャビティ（空隙）を形成させる必要があり、更に該粒子間の隙間が大きくなる。これらの隙間に相当量の光量が吸収されるため、二色回転粒子のみから構成される粒子回転型表示装置では反射率を高くすることは困難であった。このため、該表示装置の反射率を更にあげるには、この隙間部分で吸収される光量の低減、及び隙間部分の有効利用による反射率向上が求められていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、二色回転粒子（Ａ）の単層を形成した隙間に、二色回転粒子（Ａ）の２色のうち明度が高い色を有する着色粒子（Ｂ）を、前記二色回転粒子（Ａ）の単層の粒子間の凹部に視面からみた手前側に更に積層することにより前記課題が解決されることを見いだし、本発明に至った。
【０００９】
すなわち本発明は、基材上に、色および誘電性液体中における帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接して球状形状を形成している二色回転粒子（Ａ）を単層に積層した回転粒子型表示装置であって、前記二色回転粒子の異なる色のうちの明度が高い色と同色を有する単一色粒子（Ｂ）を、前記二色回転粒子（Ａ）の単層の粒子間の凹部に視面からみた手前側に更に積層することを特徴とする回転粒子型表示装置を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、（１）前記二色回転粒子（Ａ）からなる単層を製造する工程が、前記二色回転粒子（Ａ）の第１および第２の部分の一方または両方を基材に引き付けるような電界を基材上の空間に発生させた状態で、多数の二色回転粒子を前記基材上に供給する工程と、基材上の空間における電界を変調させ、二色回転粒子が基材側に向かう電気的引力を確保しながら、二色回転粒子を基材に沿った方向に移動させる工程を含む本発明の回転粒子型表示装置の製造方法と、
【００１１】
（２）前記二色回転粒子（Ａ）からなる単層を製造する工程が、前記二色回転粒子（Ａ）の少なくともその一部分に磁性体を含有させ、前記二色回転粒子の少なくとも一部分を基材に引き付けるような磁界を基材上の空間に発生させた状態で、多数の二色回転粒子を前記基材上に供給する工程と、基材上の空間における磁界を変調させ、二色回転粒子が基材側に向かう磁気的引力を確保しながら、二色回転粒子を基材に沿った方向に移動させる工程である本発明の回転粒子型表示装置の製造方法とを提供する。
【００１２】
更に、（１）または（２）の方法で、二色回転粒子（Ａ）を単層に並べ、生じた粒子間の凹部に、前記二色回転粒子の異なる色のうちの明度が高い色と同色の着色粒子（Ｂ）を設置する方法が、着色粒子（Ｂ）を分散させた液状エラストマーを二色回転粒子（Ａ）の単層上に層状に充填させる工程である本発明の回転粒子型表示装置の製造方法を提供する。
【００１３】
また、本発明は、上述の方法により二色回転粒子（Ａ）の単層を作製し、生じた二色回転粒子（Ａ）の粒子間の凹部に、上述の方法により着色粒子（Ｂ）を設置し、二色回転粒子（Ａ）の周囲の液状エラストマーを硬化させることにより、内部に二色回転粒子（Ａ）と着色粒子（Ｂ）を有するエラストマーシートを作製する工程と、前記工程により得られたエラストマーシートを誘電性液体によって膨潤させ、前記二色回転粒子の周囲に前記誘電性液体が充填された液胞を生成させてシート状マトリックスを作製する工程とを含むことを特徴とする回転粒子型表示装置の製造方法を提供する。
【００１４】
（装置の概要及び粒子の位置関係）
本発明における回転粒子型表示装置の断面における、二色回転粒子（Ａ）と、着色粒子（Ｂ）との位置関係を、図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に例示する。（ａ）は符号１で示す二色回転粒子（Ａ）間の隙間が小さく、符号７で示す着色粒子（Ｂ）を（Ａ）の上部に設置したケース、（ｂ）は二色回転粒子（Ａ）間の隙間が大きく、（ａ）の場合よりも径が大きな着色粒子（Ｂ）を（Ａ）の上部に設置したケース、（ｃ）は二色回転粒子（Ａ）間の隙間が大きく、（ａ）と同程度の径の着色粒子（Ｂ）を（Ａ）からなる層の内部に設置したケースである。
【００１５】
本発明において着色粒子（Ｂ）を二色回転粒子（Ａ）からなる単層の粒子間の凹部に視面からみた手前側に更に積層した状態とは、二色回転粒子（Ａ）の色相の境界線８よりも着色粒子（Ｂ）の赤道線９が視面側（図の上方）にある状態を意味する。二色回転粒子（Ａ）と着色粒子（Ｂ）とがこのような位置関係にあることにより隙間部分で吸収される光量の低減、球エッジ部分の散乱光の有効利用により反射率向上が達成できる。そのため（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のいずれ配置方式でも二色回転粒子（Ａ）のみからなる粒子回転型表示装置に比べて高い反射率が得られる。特に（ａ）及び（ｂ）の配置方式では（ｃ）に比べて高い反射率の粒子回転型表示装置が得られる。（ｃ）は（ａ）及び（ｂ）に比べて高コントラストの粒子回転型表示装置が得られる。これら（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）の状態は同一シート内で混在していても特に差し支えない。
【００１６】
（二色回転粒子）
本発明において、二色回転粒子とは、色および誘電性液体中における帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接して球状形状を形成している微小粒子であり、二色回転粒子の粒子径は、一般に１０〜１００μｍ程度である。また、二色回転粒子が球状形状であるとは、ほぼ真球状であり、粒子回転型表示装置に利用したときに、駆動電圧の制御により円滑に回転して表示に支障のないものであればよく、真球状、楕円球状などであり得る。
【００１７】
二色回転粒子の第１および第２の部分は、例えば白と黒とのように明度の異なる明暗の組み合わせとしてもよく、また、赤、青、緑などのように色相の異なる二色としてもよい。要は、少なくとも粒子表面に目視で識別可能な色差があり、その色差によって表示装置に表示を形成できればよい。
【００１８】
さらに、第１の部分と第２の部分とには、二色回転粒子が誘電性液体中に粒子の状態で存在する際に、帯電特性に差をもたせている。
ここで、「帯電特性の差」とは、表面電荷密度の差が０でないことを意味し、両者の極性は異なっていてもよく、または同じであってよい。
第１および第２の部分の極性が、正と正、あるいは負と負のように同じである場合、両者の表面電荷密度の絶対値が異なる必要がある。両者の極性が異なっている場合、両者の表面電荷密度の絶対値は異なっていてもよく、また等しくてもよい。第１の部分と第２の部分とを合わせた二色回転粒子全体の電荷は、正または負であってもよく、また、０にもなりうる。
【００１９】
二色回転粒子の第１の部分と第２の部分とに互いに異なる帯電特性をもたせるためには、例えば、適宜の誘電性液体に浸すだけでよい。第１の部分と第２の部分との組成の違いのため、表面に形成される電気二重層により発生する電荷が両者の間で異なるため、第１の部分と第２の部分とで異なった帯電特性を持たせることができる。このようにして帯電した二色回転粒子は全体で球の極方向に電気双極子を形成するので、この電気双極子の方向を外部電界などの作用で制御することにより、各粒子の配向を制御して任意の表示を行うことが可能になる。また、第１の部分と第２の部分との帯電特性の差が大きいほど、電気双極子の大きさが大きくなり、表示の応答速度が速くなる。
【００２０】
二色回転粒子の第１の部分と第２の部分は、例えば、熱可塑性樹脂および着色材などから調製される熱可塑性樹脂組成物により構成することができる。色の異なる二種類の熱可塑性樹脂組成物から二色回転粒子を製造する方法としては、例えば、熱可塑性樹脂組成物を適宜の溶媒や添加物等と混合してインキを調製し、色の異なる二種類のインキを重ね刷りすることにより二層の塗膜が積層されてなる略円盤状の塗膜片を形成し、この塗膜片を加熱処理により球形化する方法がある。
【００２１】
（二色回転粒子の作製用熱可塑性樹脂組成物）
熱可塑性樹脂組成物としては、公知の熱可塑性の天然樹脂や合成樹脂を使用することができる。具体的には、例えば、ロジン、ロジンのペンタエリスリトールエステル、ダンマル、セラック、コーパル等の天然樹脂；アクリル系樹脂、ポリスチレン、スチレン―（メタ）アクリル酸エステル共重合体、スチレン―（メタ）アクリル酸共重合体、マレイン酸樹脂、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル―酢酸ビニル共重合体、エチレン―酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、石油樹脂、熱可塑性ポリウレタンなどの合成樹脂が例示される。これらの他に、熱可塑性樹脂組成物の熱可塑性を損なわない範囲内で、ニトロセルロース、セルロースアセテート、エチルセルロース、エチルヒドロキシエチルセルロース、塩化ゴム、環化ゴム、エステルゴム等を添加することもできる。上記樹脂類は、単独もしくは二種類以上を混合して用いることができる。
【００２２】
（着色材）
熱可塑性樹脂の着色に使用される着色材としては、公知慣用の顔料や染料を使用することができる。顔料としては、例えば亜鉛華、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、アンチモン白、カーボンブラック、鉄黒、ホウ化チタン、ベンガラ、マピコエロー、鉛丹、カドミウムエロー、硫化亜鉛、リトポン、硫化バリウム、セレン化カドミウム、硫酸バリウム、クロム酸鉛、硫酸鉛、炭酸バリウム、炭酸カルシウム、鉛白、アルミナホワイトなどの無機顔料；アゾ系顔料、ポリ縮合アゾ系顔料、メタルコンプレックスアゾ系顔料、フラバンスロン系顔料、フタロシアニン系顔料、キナクリドン系顔料、アントラキノン系顔料、アントラピリジン系顔料、ピランスロン系、ジオキサジン系顔料、ペリレン系顔料、ペリノン系顔料、イソインドリノン系顔料、キノフタロン系顔料、チオインジゴ系顔料、インダンスレン系顔料などの有機顔料が例示される。染料としては、例えばニグロシン系染料、フタロシアニン系染料、アゾ系染料、アントラキノン系染料、キノフタロン系染料、メチン系染料などが挙げられる。
本発明においては、上記顔料または染料を単独で使用することも、二種類以上の顔料もしくは染料を混合して使用することもできる。さらに、顔料と染料とを混合して使用することもできる。
【００２３】
（電荷制御剤）
上記熱可塑性樹脂組成物には、二色回転粒子の第１の部分と第２の部分の帯電特性を調節するため、必要に応じて、公知の電荷制御剤を添加することができる。電荷制御剤としては、通常電子写真用途等で用いられる電荷制御剤であれば公知のものが適宜使用される。たとえば、ナフテン酸、オクチル酸、オレイン酸、ステアリン酸、イソステアリン酸あるいはラウリン酸等の脂肪酸の金属塩、スルホコハク酸エステル類の金属塩、リン酸エステル金属塩、芳香族カルボン酸金属塩、芳香族スルホン酸金属塩、カリックスアレン誘導体、四級アンモニウム塩化合物、含金属アゾ化合物、アジン化合物、サリチル酸系金属錯体、ホウ素系化合物、レシチン等である。電荷制御剤の使用量は、特に制限されないが、上記着色材と樹脂との合計１００質量部に対して、０．５〜１０質量部とするのが好ましく、更に好ましくは０．５〜５質量部である。
【００２４】
なお、本発明での二色回転粒子の単層の製造方法は、上述した材料および製造方法によって製造された二色回転粒子に限定されるものではなく、他の材料および／または製造方法によって製造された二色回転粒子にも適用することができる。
【００２５】
（二色回転粒子の単層作製方法）
次に、多数の二色回転粒子を基材上に配置して単層とする方法について、例を挙げて説明する。
（基材）
本発明の二色回転粒子の単層の製造方法においては、基材として、公知慣用のシートを用いることができる。このようなシートとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンジフルオライドなどのプラスチックフィルムを用いることができる。
【００２６】
（単層作製法；電場法）
まず、二色回転粒子の第１および第２の部分の一方または両方を基材に引き付けるような電界を基材上の空間に発生させる。基材は、その上に二色回転粒子を配置できるようになるべく水平に配置する。
基材上の空間に電界を発生させる方法としては、例えば、基材そのものに電荷を帯電させたり、または、基材の裏側に帯電したシートを配置したりする方法がある。電界の方向は、基材から上方に向かう向きでも、下向きに基材に向かう向きでもよいが、二色回転粒子は、互いに異なる帯電特性をもつ第１の部分と第２の部分とを有するので、基材上の空間に発生させる電界の方向を決定するには、二色回転粒子の第１および第２の部分の帯電特性の関係を考慮する必要がある。
【００２７】
（１）二色回転粒子の第１および第２の部分の極性が、正と正、あるいは負と負のように同じである場合、一方の部分を引き付ける向きの電界は、他方の部分をも引き付けるのであるから、二色回転粒子全体を基材に引き付けることができる。例えば二色回転粒子の第１および第２の部分の極性が正である場合には、基材側が負となる下向きの電界を発生させ、第１および第２の部分の極性が負である場合には、基材側が正となる上向きの電界を発生させる。
基材上の空間にこれと逆方向の電界を発生させた場合、二色回転粒子の第１の部分と第２の部分との両方に基材から反発する静電力が作用するので、適切ではない。
【００２８】
（２）二色回転粒子の第１および第２の部分の極性が異なっている場合、一方の部分を引き付ける向きの電界は、他方の部分を反発させることになる。しかしながら、二色回転粒子の向きが反転すれば、二色回転粒子の電気双極子の向きも反転するのであるから、二色回転粒子全体を反発させるか否かは一概にはいえない。
第１の部分と第２の部分とで表面電荷密度の絶対値の差が大きい場合、表面電荷密度の絶対値が大きい部分を引き付けるような方向の電場を与えるのが好ましい。また、第１の部分と第２の部分との表面電荷密度の絶対値がほとんど等しく、二色回転粒子全体の電荷が０である場合、基材上の空間に、上向きあるいは下向きのいずれの方向の電界を与えても、第１の部分と第２の部分とのいずれか引き合う方の部分が基材側に引き付けられ、引き付けられた側の部分が基材側を向くように二色回転粒子の向きが変わるので、二色回転粒子を基材側に引き付けることができる。
【００２９】
次いで、基材１０上の空間に二色回転粒子１を引き付ける電界を発生させた状態で、図２（ａ）に示すように、該基材１０上に、多数の二色回転粒子１を供給する。上記電界の作用により二色回転粒子１が基材１０側に引き付けられるので、二色回転粒子１が基材１０と反発したり、二色回転粒子１が相互の斥力により散逸したりすることがなくなり、二色回転粒子１を無駄なく、かつ効率よく基材１０上に供給することができる。
この段階では、二色回転粒子１は、通常、凝集して多層に積層したもの３や、他のものから離れたところに位置するもの４が存在する。
【００３０】
二色回転粒子１を基材１０上に供給する際、二色回転粒子１は乾いた状態であってもよいが、好ましくは、誘電性液体中に分散された状態で基材１０上に供給するのがよい。これにより、誘電性液体が持つ滑材的な作用により、後述する単層化の工程において、二色回転粒子１の移動を容易にすることができる。また、二色回転粒子１の表面と誘電性液体との接触により、二色回転粒子１の第１の部分１ａおよび第２の部分１ｂが帯電状態を安定に維持することができる。
前記誘電性液体としては、例えばシリコーンオイルを用いることができる。
【００３１】
基材１０に二色回転粒子１を供給した後、基材１０上の空間の電界を変調させる。この際、二色回転粒子１が基材１０から反発するように電界を変調させると、二色回転粒子１を基材１０上から散逸させてしまうから、二色回転粒子１が基材１０側に向かう電気的引力を確保しつつ、この電気的引力を強めたり弱めたりし、あるいは二色回転粒子１が基材１０に沿った方向に移動するように、電気的引力の向きが、斜め下に向かうようにする。
このように電界を変調させる方法としては、例えば、基材１０の裏側（図２における下側）に帯電した部材１１（以下、帯電部材ということがある）を配置する方法がある。そして、図２（ｂ），図２（ｃ）に示すように、上記帯電部材１１を基材１０の裏側で基材１０に沿って移動させたり、あるいは、基材１０に近づけたり基材１０から遠ざけたりなどして運動させる。
【００３２】
帯電部材１１の寸法および形状は特に限定されないが、多数の二色回転粒子１のうち、一部分のみに電界の変調を作用させて、該二色回転粒子１の運動を操作することができるように、基材１０の寸法より小さくすることが好ましい。
帯電部材１１の電荷は、二色回転粒子１の第１の部分１ａおよび第２の部分１ｂの一方または両方と引き合う極性の電荷でもよい。また逆に、二色回転粒子１と、基材１０との電気的引力よりも弱い斥力であり、二色回転粒子が基材１０から散逸しない範囲の電荷であれば、反発しあう極性の電荷であってもよい。いずれにせよ、帯電部材１１の移動に合わせて、基材１０上の二色回転粒子１が帯電部材１１と引き合ったりあるいは反発したりすることが必要である。このような帯電部材１１と二色回転粒子１との電気的相互作用により、二色回転粒子１を操作して、基材１０に沿った所望の方向に移動させることができる。
二色回転粒子１を基材１０に沿った方向に移動させることにより、多層に堆積した二色回転粒子３を一層に展開させることができる。また、離れて位置する二色回転粒子４を寄せ集めることができる。
【００３３】
基材１０上の二色回転粒子１の配置状態に応じてこのような作業を継続することにより、図２（ｄ）に示すように、基材１０上に二色回転粒子１を一層に配列させて単層２にすることができる。さらに、二色回転粒子１間に不必要な隙間５がある場合、その隙間５の幅が二色回転粒子１の直径より大きい場合と小さい場合とのいずれの場合でも、二色回転粒子１を基材１０に沿った方向に移動させることにより隙間５を詰めることができる。この結果、二色回転粒子１を密に配列させることができる。
【００３４】
（単層作製法；磁場法）
さらに、少なくともその一部分に磁性体を含有した二色回転粒子（Ａ）を用いることにより磁場を利用して二色回転粒子（Ａ）の単層を作製することができる。
【００３５】
（磁性体）
本発明における磁性体とは、外部からの強い磁界に露出されると磁力を発生する物質である。磁性体には、外部磁界に露出されなくなった時には残存磁性を有意レベルで保持できない「軟磁性体」と、外部磁界が存在しなくても有意レベルの磁性を保持する「硬磁性体」とがある。
磁性体は、常磁性体、強磁性体、反強磁性体および超磁性体（ｓｕｐｅｒｍａｇｎｅｔｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ）を含む。硬磁性体は、たとえば永久磁石であり、強磁性体の中でも残留磁化や保磁力が大きく、磁気的外乱によって残留磁化の強さが容易に変わらない強磁性体である。軟磁性体は、磁性体から硬磁性体を除いたものを指す。
これらの磁性体は、すべてが本発明における使用に適していると考えられる。磁性体の具体例は、強磁性体としては、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）などの磁性金属やヘマタイト（α−Ｆｅ_２Ｏ_３）、マグへマイト（γ−Ｆｅ_２Ｏ_３）やマグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）などの磁性金属の酸化物やＣｏフェライト、ＭｎＺｎフェライトなどの各種フェライト類；常磁性体としてはマンガン、アルミニウム等の常磁性金属；反強磁性体としてはビスマス等の反強磁性金属などを例示できる。
【００３６】
本発明においては、二色回転粒子中での磁性体の含有部位は特に限定されるものではない。しかし、二色回転粒子の製造方法を考慮すると、前記二色回転粒子の第１および第２の部分の少なくとも一方に含有させることが、特に好ましい。磁性体を含有させる方法としては、熱可塑性樹脂組成物を適宜の溶媒や添加物等と混合して色の異なる二種類のインキを調製する際に、上記磁性体を少なくとも一方に混合する方法を例示することができる。
【００３７】
本発明においては、磁性体の添加量は、二色回転粒子の単層を製造する際に、二色回転粒子の移動を磁界によって制御できる程度とする必要があるが、その必要量は該磁性体の残留磁化、保磁力などの磁気的特性によって異なる。例えば、磁性体の残留磁化、保磁力が大きいほど少量の添加で済むものと考えられる。
また、本発明の回転粒子型表示装置においては、二色回転粒子の配向の制御は駆動電圧によって行えばよいから、二色回転粒子の制御を磁界によって行うことは、可能ではあるが、必須ではない。磁気的外乱に対する回転粒子型表示装置の表示画像の安定性を考慮すると、飽和磁化が大きい磁性体の添加量は控えめにすることが好ましく、例えばマグネタイトなどの場合、上記着色剤と樹脂との合計１００質量部に対して０．１〜１０質量部とするのが好ましい。一方、ヘマタイトなどの飽和磁化が小さい磁性体の場合は、例えば、加熱処理による積層塗膜片の球形化が損なわれない範囲内であれば、多くとも差し支えないが、１０〜４０質量部の範囲が好ましい。
【００３８】
粒子回転型表示装置が表示画像のメモリー機能を有するためには、二色回転粒子の第１の部分と第２の部分との比重が大きく異ならない、更に好ましくは等しいことが求められる。磁性体がヘマタイトやマグネタイトなどのように比重が熱可塑性樹脂より大きいものの場合、磁性体を比重調整の意味でも利用することができる。例えば第１の部分と第２の部分とが、着色剤以外は成分が同一である熱可塑性樹脂組成物からなり、一方が黒色の着色剤として比重１．９のカーボンブラックを全体の２質量％含有し、他方が白色の着色剤として比重４．１の酸化チタンを全体の２０質量％含有している場合、着色剤が比重の小さいカーボンブラックである熱可塑性樹脂組成物にヘマタイトやマグネタイト等を添加して両者の比重差を小さくするように、更に好ましくは比重を等しくすればよい。この例のように、磁性体が着色剤と同系統の色を有する場合、熱可塑性樹脂組成物の色の均一性の観点から、より好ましい。
【００３９】
次に、多数の二色回転粒子を基材上に配置して単層とする方法について、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。本方法においても、基本的には電場法とほぼ同様な方法での単層、かつ密に二色回転粒子を配置できる。電場法と異なる点は図２の二色回転粒子の一部、好ましくは二色回転粒子（Ａ）の第１の部分１ａおよび第２の部分１ｂの一方または両方に磁性体を含有させることが必須であることと、二色回転粒子（Ａ）を基材１０上に引き付ける目的のため、たとえば鉄やニッケル等の強磁性の金属板（図示せず）を基材１０の下に設置することが好ましいことである。本方法では、部材１１は磁石に相当し、部材１１を基材１０に沿って移動させたり、該基材に近づけたり遠ざけたりすることで磁界を変調させ、これによって二色回転粒子（Ａ）を操作し、基材１０に沿った所望の方向に移動させることで、該回転粒子を密に配列することができる。
【００４０】
（着色粒子（Ｂ））
（構成）
本発明で使用する着色粒子（Ｂ）は、二色回転粒子（Ａ）の異なる色のうち明度が高い色と同色もしくは近い色を有する粒子である。しかし、着色粒子（Ｂ）は二色回転粒子（Ａ）のように表示を行うための電界により回転する必要はない。
【００４１】
（着色粒子（Ｂ）と二色回転粒子（Ａ）との配置の形態）
着色粒子（Ｂ）と二色回転粒子（Ａ）との配置の形態としては、図１（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に例示したとおり、大部分の着色粒子（Ｂ）が二色回転粒子（Ａ）からなる単層の粒子間の凹部に視面からみた手前側に更に積層した状態、即ち二色回転粒子（Ａ）の色相の境界線８よりも着色粒子（Ｂ）の赤道線９が視面側（図の上方）にある状態であることが好ましい。
【００４２】
（組成及び比重）
着色粒子（Ｂ）は、二色回転粒子（Ａ）の明度の高い色と同色が付与されるための組成を持っていれば特に制限はない。粒子（Ｂ）が白の場合は、光散乱により白色を示すシリカやアルミナ等の無機微粒子やこれらを中空状にして、更に光散乱効果を向上させた粒子を例示することができる。加えて、二色回転粒子（Ａ）の明度の高い方の色と同一の顔料及び樹脂組成を持つ材料は特に好ましく用いられる。着色粒子（Ｂ）の比重は、該粒子（Ｂ）を二色回転粒子（Ａ）からなる単層の凹部に設置するために、本発明における粒子回転型表示装置に用いる液状エラストマーよりも高いことが好ましい。液状エラストマーとして最も好適に用いられるシリコンエラストマーの比重は約１．０５であるため、着色粒子（Ｂ）の比重がこれよりも高ければ、該粒子（Ｂ）を目的とする位置に容易に設置することが出来る。該粒子（Ｂ）の比重が低いと、液状エラストマーを硬化させる過程で、粒子（Ｂ）がエラストマー中で浮上し、回転粒子（Ａ）の視面の前面に位置してしまい、コントラストが低下してしまう恐れがある。
【００４３】
（着色粒子形状）
着色粒子（Ｂ）の形状には特に制限はないが、表示シートの白色度を向上させつつ、コントラストの低下を最小限に抑えるためには、二色回転粒子（Ａ）の隙間に設置でき且つ、二色回転粒子（Ａ）の視点側の表示部分を極力被覆しない上、二色回転粒子の回転動作に障害とならない必要があるため、特に球状が好ましい。
【００４４】
（粒子径）
着色粒子（Ｂ）の粒子径は該粒子が球状をしている場合は、その粒径ｄ（Ｂ）が、二色回転粒子（Ａ）の粒径ｄ（Ａ）に対して、（２−√３）／√３≦ｄ（Ｂ）／ｄ（Ａ）≦１であることが好ましい。ｄ（Ｂ）／ｄ（Ａ）の値が（２−√３）／√３よりも小さい場合、成膜シートにて着色粒子（Ｂ）が二色回転粒子（Ａ）の直上に存在しやすくなり、十分に低い明度が得られずコントラストが低下する弊害が生じる恐れがある。一方、ｄ（Ｂ）／ｄ（Ａ）が１より大きいと、視面に対して着色粒子（Ｂ）による二色回転粒子（Ａ）の妨げが顕著となりコントラストを低下させるおそれがある。
実際には、二色回転粒子（Ａ）の単層の隙間を効果的に着色粒子（Ｂ）により埋めればよいため、隙間の大きさ及びその分布を測定し、その隙間を埋めることができる粒子径の着色粒子（Ｂ）を使用すればよい。その目的のため、粒子径の異なる着色粒子（Ｂ）を混ぜて使用することが好ましい。
【００４５】
二色回転粒子（Ａ）の単層の配列により生じた隙間が着色粒子（Ｂ）の粒子径よりも大きい部分があるときは、一部の着色粒子（Ｂ）が二色回転粒子（Ａ）の視面とは反対側に位置する場合が生じうる。このような状態（すなわち図１における色相の境界線８よりも着色粒子（Ｂ）の赤道線９が視面に対して反対側（図の下方）にある状態）では、粒子（Ｂ）により反射された光が、粒子（Ａ）の明度の低い色に吸収されるため反射率は顕著には向上しにくい。そのため、着色粒子（Ｂ）の設置位置は二色回転粒子（Ａ）に対して視面側に設置されることが好ましい。しかしながら二色回転粒子（Ａ）の色相の境界線８よりも着色粒子（Ｂ）の赤道線９が視面に対して反対側に設置された状態においても、反射率の向上には一定の効果が認められるため、一部の着色粒子（Ｂ）が二色回転粒子（Ａ）の視面とは反対側に位置するのは許容される。
【００４６】
（着色粒子（Ｂ）を二色回転粒子（Ａ）の隙間に設置する方法）
次に着色粒子（Ｂ）を二色回転粒子（Ａ）の隙間に設置する方法として一例を挙げると、二色回転粒子（Ａ）を前述の電界法、又は磁界法により作製した単層２上に、液状エラストマー中に予め分散させた着色粒子（Ｂ）を極力均一な膜厚に展延させる。その後、液状エラストマーを１時間以上かけて硬化させることにより、液状エラストマー中の着色粒子（Ｂ）はエラストマー中で沈降し、最も位置エネルギーが低い二色回転粒子（Ａ）の隙間に入り込む。また同時にエラストマーの厚みが二色回転粒子の大きさに近い厚みまでレベリングされる。
【００４７】
液状エラストマー中の着色粒子（Ｂ）の割合は、二色回転粒子（Ａ）と着色粒子（Ｂ）との径の比率及び粒子（Ａ）からなる層の隙間の大きさにより最適な値を設定する必要があるが、０．５〜１０体積％が好ましい。着色粒子（Ｂ）の割合が０．５体積％より少ないと、粒子（Ｂ）を積層することによる反射率の向上が不十分である。１０体積％より多いと、液状エラストマーが増粘し、レベリングのみでシート形状にするのが困難となる。
【００４８】
（シート状マトリクスの作製）
例えば、図３に示すように、基材１０上に配列された単層２をなす二色回転粒子１の周囲に、硬化性の液状エラストマー５０に分散させた着色粒子７を層状に充填し、該液状エラストマー５０を硬化させることにより、図４に示すような、硬化したエラストマー層５２の内部に配列された二色回転粒子１と、その隙間の凹部分に着色粒子７を有するエラストマーシート５１を作製することができる。さらに、図５に示すように、上記エラストマーシート５１のエラストマー層５２を誘電性液体５５によって膨潤させ、それぞれの二色回転粒子１の周囲に誘電性液体５５が充填された液胞５３を生成させることにより、シート状マトリックス５４を作製することができる。
【００４９】
二色回転粒子１の単層及びその隙間の凹部分に着色粒子７を有するシート状マトリックス５４は、着色粒子７が設置されたことによりシートに受けた光を二色回転粒子の低明度側１ｂでの吸収等により失うことがない上、高明度側の１ａのエッジ部分により乱反射されていた光も、視面まで反射させ到達させることができる。このためこのような構成の粒子回転型表示装置を作製することにより、反射率が高く、コントラストの明瞭な粒子回転型表示装置を得ることができる。また、シート状マトリックス５４の厚みを、二色回転粒子が多層に積層した場合と比較して薄くできることから、シート状マトリックス５４の両側に配設される電極の間隔を狭くすることができる。従って、駆動電圧が低く、消費電力を削減した粒子回転型表示装置を得ることができる。
【００５０】
シート状マトリックス５４から粒子回転型表示装置を作製する方法は、特に限定されるものではなく、公知の適当な技術を利用すればよい。例えば、シート状マトリックス５４から基材１０を剥離し、該シート状マトリックス５４の両面５４ａ，５４ｂに、公知の電極シート（図示せず）を積層させる。または、基材１０を除去して電極シートを積層させる代わりに、基材１０のエラストマー層５２側と反対側の面（図５では基材１０の下面）に電極を配設するようにしてもよい。
このようにして得られる粒子回転型表示素子を表示駆動電源や駆動回路等の適宜の部品と組み合わせることにより、粒子回転型表示装置とすることができる。
【００５１】
（マトリクス状）
次に、本発明の実施の形態の二色回転粒子の単層の製造方法を、図６および図７を参照しながら説明する。本実施の形態においては、基材２０として、電極シートを用いる。
電極シートとは、プラスチックなどのシート２２の上に電極２１を設けたものであり、スズ添加酸化インジウム（ＩＴＯ）、アンチモン添加酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛、アルミニウム添加酸化亜鉛（ＡＺＯ）などの金属酸化物半導体からなる薄膜を蒸着やスパッタリングなどの手法でプラスチックフィルム上に形成したもののほか、上述の金属酸化物半導体や金、銀、銅、鉄などの金属、あるいは黒鉛を微粒子化した導電性粉末を樹脂に分散させてシート化した導電性シートを用いてもよい。中でも、ＩＴＯは、透明性及び導電率が高いことから、電極材料として好適である。
基材２０の電極２１の形状としては、シート２２の一面に広がってベタに形成されたものでもよく、また、直線状、格子状、櫛型等のパターンとなって設けられたものであってもよい。
【００５２】
基材２０が電極シートである場合、図６に示すように、電極シート２０の上方に対向して対向電極２３を配置し、この対向電極２３を、駆動回路２４および電源２５と介して電極２１に接続し、駆動回路２４および電源２５を用いて、基材２０の電極２１と対向電極２３との間に電圧を印加することにより、基材２０上の空間（電極２１と対向電極２３との間の空間）に電界を発生させることができる。対向電極２３の形状は、電極２１の形状に合わせて、適宜のものを選択して用いればよい。
【００５３】
本実施の形態においては、さらに、図６及び図８に示すように、基材２０の電極２１を列方向に延在する複数の直線状の電極とし、対向電極２３を、電極２１と垂直な、行方向に延在する複数の直線状の電極としている。この場合、特定の電極２１，２３の間に電圧を印加することにより、その交差箇所に電界を発生させることができる。これにより、基材２０上の所望の位置に電界を発生させることができ、好ましい。
ここでは単純マトリックス（パッシブマトリックス）の電極としているが、特にこれに限定されるものではなく、アクティブマトリックスなどでもよい。
【００５４】
図７に示すような二色回転粒子１の単層６を作製するには、まず、二色回転粒子１の第１および第２の部分１ａ，１ｂの一方または両方を基材２０に引き付けるような電界を基材２０上の空間に発生させる。
電界の方向の選定は、二色回転粒子の単層の製造方法（電場法）と同様に、二色回転粒子１の第１および第２の部分１ａ，１ｂの帯電特性の関係を考慮して、電界が二色回転粒子１の第１の部分１ａと第２の部分１ｂとの一方または両方を基材２０側に引き付けるものとなるように選定する。
基材２０上に二色回転粒子１を供給する方法は、二色回転粒子の単層の製造方法（電場法）と同様に、二色回転粒子１を適宜の誘電性液体に分散させた状態で基材２０上に供給する方法をとることもできる。
基材２０上の空間の電界を変調させる方法としては、電圧印加手段を適宜の方法によって制御し、基材側電極２１と対向電極２３との間に印加される電圧を変調させることにより行うことができる。
【００５５】
本実施の形態の二色回転粒子の単層６の製造方法によれば、電界の変調により、図７に示すように、二色回転粒子１を電極２１，２３の交差箇所に単層６をなすように配置し、しかも二色回転粒子１を電界に沿って配向した姿勢で配列させることができる。さらに、二色回転粒子１の配置を維持したまま、液状エラストマーの充填および硬化の工程と、誘電性液体５５による膨潤の工程を行うことにより、二色回転粒子１が電極２１，２３間の交差領域に配置された単層を有するシート状マトリックスを作製することができる。（図９）
図７のから図９を作製する工程において、液状エラストマー中に着色粒子（Ｂ）を含有させることで、着色粒子（Ｂ）二色回転粒子１の間の凹部にを設置した後、該液状エラストマーを硬化させることにより、二色回転粒子（Ａ）とその隙間に着色粒子（Ｂ）を有するエラストマーシートを製造することができる。
【００５６】
図９でのシート状マトリックス５６は、対向電極２３を、シート状マトリックス５６の電極シート２０と反対側の面５６ｂ（電極が取り付けられていない上側の面）上に配設することにより、回転粒子型表示装置とすることができる。
このような回転粒子型表示装置は、二色回転粒子１が電極２１，２３間の交差領域に配置されていて、二色回転粒子を配列させるのに使用する電極を、表示電極とすることができる。このため表示画素電極上に二色回転粒子が位置することにより、二色回転粒子１に横方向の駆動電界が掛かりにくいため、高いコントラストを得ることができ好ましい。更に二色回転粒子１間の隙間の凹部に明度の高い着色粒子（Ｂ）（図示せず）が設置されていると、高い反射率を同時に得ることができる。
このように、本発明は上記回転粒子型表示装置の各表示画素電極上に、二色回転粒子をそれぞれ配置した回転粒子型表示装置の製造方法をその一態様として提供することができる。
【００５７】
なお、上記説明では、シート状マトリックス５６の両面５６ａ，５６ｂに配設される電極として、二色回転粒子１の単層６の形成に使用した電極２１，２３をそのまま用いたものとして説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。シート状マトリックス５６から電極２１，２３を剥離して除去した後、該シート状マトリックス５６の両面５６ａ，５６ｂに、他の電極を配設することもできる。この場合、上記他の電極は、二色回転粒子１が当該電極間の交差領域に配列されるように、上記他の電極と二色回転粒子１との相対位置を合わせて配設する必要がある。
【００５８】
以上、本発明を好適な実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明はこの実施の形態のみに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の改変が可能である。
二色回転粒子を基材に沿った方向に移動させる際には、風力、振動、揺動、基材の傾斜による重力、二色回転粒子を分散した誘電性液体の流れの力など、他の種類の外力を補助的に併用してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の回転粒子型表示装置によれば、二色回転粒子（Ａ）の単層とその隙間に明度の高い着色粒子（Ｂ）を有するため高コントラストと高反射率を同時に満たす表示装置を得ることができる。また、マトリックスを薄型にして、電極の間隔を狭くすることができる上、二色回転粒子に横方向の駆動電界が掛かりにくくすることもできる。従って、駆動電圧が低く、消費電力を削減することができ、かつ色境界線がシャープになり、コントラストなどの表示特性に優れた粒子回転型表示装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明での回転粒子型表示装置の断面図である。
【図２】本発明での二色回転粒子の単層の製造方法の一例を説明する図である。
【図３】二色回転粒子及び着色粒子の周囲に液状エラストマーを層状に充填した状態の一例を示す断面図である。
【図４】二色回転粒子の及び着色粒子の周囲にエラストマーを硬化させた状態の一例を示す断面図である。
【図５】図４中の二色回転粒子の周囲に誘電性液体が充填された液胞を生成させた状態の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に掛かる二色回転粒子の単層の製造方法に用いられる装置の一例を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態により製造された二色回転粒子の単層の一例を示す断面図である。
【図８】図６に示す電極の形状を示す平面図である。
【図９】図７中の二色回転粒子の周囲に誘電性液体が充填された液胞を生成させた状態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
１二色回転粒子
１ａ二色回転粒子の第１の部分
１ｂ二色回転粒子の第２の部分
２単層
３凝集して多層に積層した二色回転粒子
４離れたところに位置した二色回転粒子
５二色回転粒子１間に不必要な隙間
６単層
７着色粒子
８シート断面方向からみた二色回転粒子の色相の境界線
９シート断面方向からみた着色粒子の赤道線
１０基材
１１帯電部材
２０基材（電極シート）
２１電極
２２シート
２３対向電極
２４駆動回路
２５電源
５０液状エラストマー
５１エラストマーシート
５３液胞
５４シート状マトリックス
５５誘電性液体
５６シート状マトリックス
５６ａシート状マトリックスの電極シート側の面
５６ｂシート状マトリックスの電極シートと反対側の面

Claims

基材上に、色および誘電性液体中における帯電特性がともに異なる第１および第２の部分が境界面で接して球状形状を形成している二色回転粒子（Ａ）を単層状に密に並べた回転粒子型表示装置であって、前記二色回転粒子の異なる色のうちの明度が高い色と同色を有する着色粒子（Ｂ）を、前記二色回転粒子（Ａ）からなる単層の粒子間の凹部の視面からみた手前側に、更に積層した部分を有することを特徴とする回転粒子型表示装置。
前記着色粒子（Ｂ）が球状であり、その粒径ｄ（Ｂ）が、前記二色回転粒子（Ａ）の粒径ｄ（Ａ）に対して、（２−√３）／√３≦ｄ（Ｂ）／ｄ（Ａ）≦１である請求項１に記載の回転粒子型表示装置。
前記回転粒子型表示装置の各表示画素電極上に、前記二色回転粒子（Ａ）がそれぞれ配置された請求項１または２に記載の回転粒子型表示装置。
前記二色回転粒子（Ａ）からなる単層を製造する工程が、前記二色回転粒子（Ａ）の第１および第２の部分の一方または両方を基材に引き付けるような電界を基材上の空間に発生させた状態で、多数の二色回転粒子を前記基材上に供給する工程と、基材上の空間における電界を変調させ、二色回転粒子が基材側に向かう電気的引力を確保しながら、二色回転粒子を基材に沿った方向に移動させる工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転粒子型表示装置の製造方法。
前記二色回転粒子（Ａ）からなる単層を製造する工程が、前記二色回転粒子（Ａ）の少なくともその一部分に磁性体を含有させ、前記二色回転粒子の少なくとも一部分を基材に引き付けるような磁界を基材上の空間に発生させた状態で、多数の二色回転粒子を前記基材上に供給する工程と、基材上の空間における磁界を変調させ、二色回転粒子が基材側に向かう磁気的引力を確保しながら、二色回転粒子を基材に沿った方向に移動させる工程を含むことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転粒子型表示装置の製造方法。
前記着色粒子（Ｂ）を前記二色回転粒子（Ａ）間の凹部に、視面からみた手前側に設置する工程として、前記着色粒子（Ｂ）を分散させた液状エラストマーを前記二色回転粒子（Ａ）の単層上に層状に充填させる工程を含む請求項４または５に記載の回転粒子型表示装置の製造方法。
請求項６記載の方法で、前記着色粒子（Ｂ）を分散させた液状エラストマーを前記二色回転粒子（Ａ）の単層上に層状に充填して硬化させ、二色回転粒子（Ａ）からなる単層の粒子間の凹部に、視面からみた手前側に着色粒子（Ｂ）を有するエラストマーシートを作製する工程と、前記工程により得られたエラストマーシートを誘電性液体によって膨潤させ、前記二色回転粒子の周囲に前記誘電性液体が充填された液胞を生成させてシート状マトリックスを作製する工程とを含む回転粒子型表示装置の製造方法。