JP2005107146A

JP2005107146A - 電気泳動型表示装置

Info

Publication number: JP2005107146A
Application number: JP2003340352A
Authority: JP
Inventors: Naoto Saito; 直人齋藤; Toshihiro Ebine; 俊裕海老根; Yasuyuki Watanabe; 千葉県千葉市花見川区瑞穂２−１−１−２０; Kazunari Kawai; 一成川合
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-09-30
Filing date: 2003-09-30
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】多孔質層と、少なくとも１種以上の着色電気泳動着色粒子が分散された絶縁性液体とを有する高コントラストの電気泳動型表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】電極を有し少なくとも一方が透明な２枚の基板を、該電極を内側にして相対向させた基板間に、多孔質層と、少なくとも１種以上の電気泳動着色粒子が分散された絶縁性液体とを有する電気泳動型表示装置であって、前記多孔質層が前記電気泳動着色粒子とは異なる光学的反射特性を有する着色シリコンエラストマーであり、前記絶縁性液体がシリコンオイルを主成分とすることを特徴とする電気泳動型表示装置を提供する。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気泳動する着色粒子を含有する分散系と、多孔質層からなる表示装置に電界を作用させることにより、着色粒子を泳動させ、着色粒子と多孔質層との相対的分布状態を変えることにより、視面からの光学的反射特性を変化させて表示を行う電気泳動型表示装置に関する。

高度情報化社会の発展に伴いデジタル情報を視認化する表示媒体のニーズが増大している。これらを実現する技術としてＣＲＴ、液晶、ＥＬ、ＬＥＤ等の自発光型表示技術が開発されてきた。これらの自発光システムの他に、低消費電力であり、人間の目に違和感の少ない反射型表示システム開発が検討されてきた。反射型システムとしては、反射型液晶技術が有力な技術として開発された。しかし、更に視認性に違和感が少なく、安価であり、そして軽量、柔軟性等の携帯性に優れた表示システムへのニーズが大きいが、それを実現する有望な技術が確立されていないのが現状である。候補技術としては、電気泳動、電気酸化還元、ツイストボール等の技術が知られている。中でも電気泳動型表示装置は、低電力、高速応答性に優れ有力な反射型表示装置の一つである。

電気泳動型表示装置の１つとして、媒体中に分散した電気泳動する着色粒子と、該粒子とは光学的反射特性の異なる多孔性層からなる電気泳動型表示装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。該方式では、着色電気泳動粒子を電気泳動させることにより、その空間的分布状態を変化させ、１）粒子により多孔性層を隠蔽した状態と、２）多孔性層により粒子を隠蔽した状態、の２つの状態により光学的反射特性を変化させることにより表示を行う。

しかしながら、粒子が電気泳動の際に、多孔性層に電気泳動着色粒子の付着が起こり、コントラストの低下が起こることが問題であった。
特公昭５０−１５１２０号公報

本発明は、媒体中に分散した電気泳動する着色粒子と、該粒子とは光学的反射特性の異なる多孔質層からなる電気泳動型表示装置において、該着色粒子の多孔質膜に対する付着が起こりにくい高いコントラストを有する電気泳動型表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、多孔質膜の材質や分散媒の種類の検討を行った結果、シリコンエラストマーを多孔質層とし、シリコンオイルを主成分とする分散媒を電気絶縁性液体とすることにより本発明の課題が達成されることを見いだし、本発明を完成させるに至った。

すなわち本発明は、電極を有し少なくとも一方が透明な２枚の基板を、該電極を内側にして相対向させた基板間に、多孔質層と、少なくとも１種以上の電気泳動着色粒子が分散された絶縁性液体とを有する電気泳動型表示装置であって、前記多孔質層が前記電気泳動着色粒子とは異なる光学的反射特性を有する着色シリコンエラストマーであり、前記絶縁性液体がシリコンオイルを主成分とする電気泳動型表示装置を提供する。

本発明は、電気泳動着色粒子の多孔質層への付着が少なく、多孔質層による電気泳動着色粒子の隠蔽が十分に行える。このため、視面からの光学的反射特性の変化が大きく、高いコントラストの電気泳動型表示装置を提供することができる。

以下詳細に本発明を詳述する。
[電気泳動型表示装置の形態]
図１に本発明の基本構成を示した。
本発明の電気泳動型表示装置の基本構成は、基材１の上に少なくとも一方は透明である電極２、３を有する２枚の基板間に、電気泳動する着色粒子である電気泳動着色粒子５と、該電気泳動着色粒子が分散した絶縁性液体４、多孔質層６からなる分散系を配置し、スペーサーとなる絶縁物質を介し電極、多孔質層を接着、封止し（スペーサー及びシール７）、電気泳動型表示装置が得られる。
図２には、電気泳動着色粒子に正荷電の白色粒子、また多孔質層に黒色膜を用いて電気泳動型表示装置を構成し、電極３から電極２に電圧を印加した状態を示した。即ち、正電荷である白色粒子は、陰極である電極２へ向かい泳動し、多孔質層６と電極３の間にある泳動粒子は、多孔質層６の穴を通り陰極である電極２に集まる。粒子群が白色であるため、上方から電極２を通して表示面を見ると白色に見える。

次に、極性を反転し電圧を印加した状態を図３に示した。電極３が陰極となるため、泳動粒子は、多孔質層６を通り電極３に移動する。その際、上方より電極２を通して表示面を観察すれば、多孔質層の黒色が見えることとなる。この様に逆電荷の電圧を印加することによって白色から黒色に明度を大きく変化させることができるシステムとなる。

特に本発明では、多孔質層６の材質にシリコンエラストマー、粒子分散媒４にシリコンオイルを主成分とする絶縁性液体を用いる事により、電気泳動着色粒子が電極に向かって泳動する際の多孔質層６へ粒子付着が抑えられ、光反射率や光の吸収量等の変化量が大きく、高い繰り返し安定性を持ち、低電圧駆動が可能な電気泳動式表示および記録材料を提供することができる。

[電気泳動着色粒子]
本発明に使用される電気泳動着色粒子５は、正でも負でも構わないがいずれかの電荷を有することにより、電気泳動することができる。また該電気泳動着色粒子は、多孔質層の上面に配置された場合、粒子の色が表示面の表示色となる必要性から、多孔質層を粒子で隠蔽できることが要求される。したがって、この本発明に使用する電気泳動着色粒子は、多孔質層を隠蔽する程度の着色力を有することが必要とされる。

（粒径）
また、電気泳動着色粒子の粒子径は、多孔質層を行き来することから、多孔質層の開口径より小さくなければならない。多孔質層の開口径は、大きすぎると多孔質層の反射光が多孔質層の色を十分に反射しないことから、できるだけ小さいことが望まれる為、粒子径もそれに準じ、より小さい事が望まれる。更に、媒体中での分散安定性の観点からも、電気泳動着色粒子の粒子径は、より小さい方が望ましい。よって、電気泳動着色粒子の粒径は、隠蔽性が維持できる範囲で、より小さい事が好ましく、具体的には、１０ｎ（ナノ）ｍ〜１０μｍ、より好ましくは、５０ｎｍ〜１μｍである。
しかしながら、一般に小粒径の粒子は付着しやすくなり、本発明の表示システムでは、フィルム面の汚染につながる。よって、本発明の特徴である多孔質層が着色シリコンエラストマーであり、絶縁性液体がシリコンオイルを主成分とする絶縁性液体であることが、重要となる。

（着色）
電気泳動着色粒子の着色は、特に色は限定されないが、隠蔽性が高い色が好ましい。

（濃度）
本発明で使用する電気泳動着色粒子の、分散媒中の濃度は０．５〜５０質量％であることが好ましい。分散媒中の濃度が０．５質量％未満であると、多孔質層を隠蔽しにくくなる。一方、分散媒中の電気泳動着色粒子の濃度が５０質量％を超えると分散安定性が低下し、粒子が、泳動しにくくなったり、凝集する等の問題が発生する。
（種類）

実際に用いられる電気泳動着色粒子としては、特に限定するものではないが、有機顔料、無機顔料、染料、金属粉、着色ガラス、樹脂等の着色微粉末、或いは、これら着色剤を含んでなる樹脂固形物の粉砕着色粒子、カプセル粒子などが挙げられる。ここで言う有機顔料としては、例えばアゾ系顔料、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、ベンズイミダゾロン系顔料、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、ピランスロン系顔料、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等が挙げられる。
また無機顔料としては、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、硼化チタン、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、アルミナホワイト等が挙げられる。

染料としては、たとえば、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、メチン系染料等が挙げられる。

[多孔質層]
本来、多孔質層は電気泳動着色粒子を通す程度の穴が開いており、また電気泳動着色粒子を隠蔽する層を用いれば、ある程度の表示特性は示すが、視認性に優れた表示特性を満足させるためには、電気泳動着色粒子が多孔質層を行き来する際に、多孔質層の穴以外の表層に電気泳動着色粒子が付着しないことが要求される。

本発明では、電気泳動着色粒子の多孔質層への付着の問題を、多孔質層６にシリコンゴム、電気泳動着色粒子の分散媒にシリコンオイルを主成分とする絶縁性液体を用いることで解決した。これは、シリコンゴムにシリコンオイルが浸透し、シリコンゴムを膨潤させた状態が、シリコンゴムとシリコンオイルの界面が平衡状態となりシリコンオイルの連続層となり、本来シリコンオイルに安定に分散している電気泳動着色粒子は、シリコンゴムへの付着が起こりにくくなると想定される。

（着色）
また、多孔質層６は、電気泳動着色粒子が多孔質層の下面に配置された場合、多孔質層の色が表示面の表示色となる必要性から、電気泳動着色粒子を多孔質層で隠蔽しなければならない。すなわち、この多孔質層は、分散媒中で無色透明なものは適さず、電気泳動着色粒子を隠蔽する程度の隠蔽性がなければならない。
したがって、本発明で使用する多孔質層は、シリコンエラストマー等のシリコンゴムであって、本発明で使用する電気泳動着色粒子と異なる光学的特性を有する着色シリコンエラストマーである。この条件をみたせば、着色に特に限定はないが、明彩色では、穴の影が黒色に見えることから、膜色がくすみ易くなる。このため高いコントラストを得るためには、影と同系色となる暗色系、特に黒色が好ましい。

（層厚）
本発明で使用する多孔質層の厚みは、厚いほど電気泳動着色粒子の隠蔽性は上がるが、厚過ぎると電気泳動着色粒子の孔を通っての泳動が遅くなり、また多孔質層への付着も起こりやすくなるため、１０〜５００μｍが好ましい。

（孔の形状）
多孔質層の孔の形状は、電気泳動着色粒子が往き来することができれば特に制限はない。電気泳動着色粒子がスムーズに往き来できることから、孔が層の上面から下面に略直行して貫通した孔形状が好ましい。一方、多孔質層が電気泳動着色粒子をよりよく隠蔽できる観点からは、多孔質層の層厚が薄い場合、例えば孔径と同程度の層厚の場合は、層の上面から下面への孔の形状は直行していない形状が好ましい。

（孔径）
また、シリコンゴム中には、無数の細孔が必要である。その孔径は、多孔質層が、目視でその層の色目が損なわれず、電気泳動着色粒子を隠蔽する程度の孔径である必要がある。また、電気泳動着色粒子がスムーズにその孔中を泳動できる孔径が必要である。よって、多孔質層の孔径は１〜５００μｍの範囲が好ましく、より好ましくは、１０〜２００μｍである。また、細孔の配置は、細孔間隔が狭く細孔の数が多すぎても多孔質層の色目が損なわれ、また、細孔間隔が広すぎても細孔間に電気泳動着色粒子が堆積し、多孔質層の色目が損なわれる。よって、多孔質層の孔は、上下左右２０〜５００μｍの間隔を開けることが望ましい。

（多孔質層の製法）
シリコンゴム層に穴を開け多孔質層にする為には、特に手段は限定するものではないが、たとえば、レーザー照射によるアブレーション加工や、金型を用いた鋳型法が望ましい。
また、シリコンエラストマーを着色するには、あらかじめ硬化前のシリコンエラストマーに顔料や染料などの着色剤を練り込んでおき、硬化させることで得られる。

[絶縁性液体]
分散系中の電気泳動着色粒子分散媒である絶縁性液体は、透明、もしくは、多孔質膜と同系色の着色系であり、且つ低粘度のシリコンオイルを主成分とする絶縁性液体であれば良い。その例としては、ジメチルシリコンオイル、メチルフェニルシリコンオイル等が挙げられる。シリコンオイルを主成分とするとは、絶縁性液体中のシリコーン成分が５０質量％以上であることを意味し、８０質量％以上であることが好ましく、更に１００質量％シリコンオイルであることが最も好ましい。
シリコンオイルの粘度は、高すぎると応答速度が低下し、それを補う為に消費電力が増加するなど、粒子が電気泳動する際の応答速度、消費電力に大きく影響する。よって、粘度は０．５ｍｍ^２／ｓｅｃ〜１００ｍｍ^２／ｓｅｃが好ましい。

（他の添加剤）
分散系は、必ずしも電気泳動着色粒子と絶縁性液体だけから構成されるものではなく、必要に応じて、着色剤、電荷制御材、分散安定剤、粘度調製剤、界面活性剤、樹脂、電解質等を添加しても構わない。

[基板]
基板は、電極と基材とからなる。
（電極）
通常の表示記録用途では、表示は一方側からだけ観察できれば良い為、電極２、３の内の一方が透明であれば良く、たとえば電極３は、不透明でも構わない。透明電極は、一般に知られている、たとえばＩＴＯ、ＡＴＯ、ＦＴＯ、ＡＺＯ等の透明電極が用いることができる。
また、表示を観察する際は、透明電極を介して分散系を見ることから、透明電極の透明度はより高い方が望ましく、透過率７５％以上であることが望ましく、より好ましくは８０％以上である。また、電極の抵抗値は、より小さい方が望ましく、好ましくは１００オーム以下、より好ましくは５０オーム以下である。

（基材）
また、一般に電極の透明導電物質を保持している基材は、ガラスもしくはポリマーフィルムなどであり、いずれの利用も可能であるが、表示装置に柔軟性を付与できることを考慮すると薄層ガラスやポリマーフィルムであることが、より望ましい。
また、電極２、３の導電性物質は、一方或いは両方が線、又は点などのマトリックス状、或いはセグメント状に分割エッチングされていてもよい。これらの線又は、点状電極を組み合わせて文字、数字、画像など所定の形状を構成し、それらの電極に同時に電圧を印加するか、走査によって時分割に電圧を印加し、静止画像、或いは動画像を表示することができる。

[スペーサー]
スペーサー７は、電極間に配置する為、絶縁物質である必要がある。材質は特に限定するものではないが、柔軟性や、接着剤との密着性から考慮するとポリマーフィルムであることが望ましい。スペーサーの形状は特に限定するものではないが、電気泳動着色粒子の表示装置内での移動等による粒子濃度の偏りを防止する為に格子状にする等して、分散系を均等配置する役割をもつ形状がより好ましい。

また、スペーサーは、分散系を配置する厚みを与えるのもであることから、その厚さは、電気泳動着色粒子の必要隠蔽層厚と分散系の粒子濃度で決定される。しかし、スペーサーの厚みが厚いと消費電力が大きくなるため、好ましくはより薄いことが望まれ、例えば５００μｍ以下が好ましく、更に５０〜３００μｍが好ましい。
スペーサーを接着剤等で電極或いは多孔質層と張り合わせることや、シール材中にスペーサーを添加して基板と多孔質層を接着することにより、本発明の表示記録装置を得ることができる。

（調製例１）

＜シリコンエラストマー製多孔質層の作製＞
ＳＹＬＧＡＲＤ１８４（ダウコーニング社製シリコンエラストマー）１０部とＭＡ１００（三菱化学製カーボンブラック）０．２部を混合し、次いでＰＴ−３１００（KINEMATICA社ポリトロンロータ・ステータ式ホモジナイザー）にて５分混練した。得られた混練物にＳＹＬＧＡＲＤ１８４硬化剤１部を添加、攪拌し、次いで２００μアプリケーターにてＰＥＴフィルム上に塗装し、１００℃で３０分硬化した。ＰＥＴフィルムより塗膜を剥離することにより、膜厚１５０μｍの黒色シリコンエラストマーフィルムが得られた。得られた黒色シリコンエラストマーにレーザープロ（コムネット社製ＣＯ_２レーザー加工機）を用い、孔径５０μｍ、穴ピッチ２００μｍの細孔を開けることで黒色多孔質層が得られた。
（調製例２）

＜ポリエーテルサルフォン樹脂製多孔質層の作製＞
スミカエクセルＰＥＳ４８００Ｐ（住友化学工業（株）製ポリエーテルサルフォン）１０部をｎーメチルピロリドン１００部に溶解した溶液に、ＭＡ１００（三菱化学製カーボンブラック）０．２部を混合し、次いでＰＴ−３１００（KINEMATICA社ポリトロンロータ・ステータ式ホモジナイザー）にて５分混練した。得られた混練物にＳＹＬＧＡＲＤ１８４硬化剤１部を添加、攪拌し、次いで５００μアプリケーターにてガラス上に塗装し、１５０℃で２時間乾燥した。ガラスより塗膜を剥離することにより、膜厚１００μｍの黒色シリコンエラストマーフィルムが得られた。得られた黒色シリコンエラストマーにレーザープロ（コムネット社製ＣＯ_２レーザー加工機）を用い、孔径５０μｍ、穴ピッチ２００μｍの細孔を開けることで黒色多孔質層が得られた。
（調製例３）

＜白色電気泳動着色粒子分散系（シリコンオイル）の調製＞
ＣＲ−２４（堺化学製メチルシロキサン変性酸化チタン：粒径２００μｍ）１部、ＫＦ−９６−１０（信越化学製メチルフェニルシリコンオイル：粘度１０ｍｍ^２／ｓｅｃ）１０部、ＫＰ−５４５：アクリルシリコン分散剤（信越化学製：アクリル酸アルキル共重合体メチルポリシロキサン）０．５部を攪拌混合し、白色電気泳動着色粒子が正の電荷を有する白色電気泳動着色粒子シリコンオイル分散系が得られた。
（調製例４）

＜白色電気泳動着色粒子分散系（アイソパー）の調製＞
ＣＲ−２４（堺化学製メチルシロキサン変性酸化チタン：粒径２００μｍ）１部、アイソパーＧ（エクソンモービル化学（有）製イソパラフィン）１０部、ＫＰ−５４５：アクリルシリコン分散剤（信越化学製：アクリル酸アルキル共重合体メチルポリシロキサン）０．５部を攪拌混合し、白色電気泳動着色粒子が正の電荷を有する白色電気泳動着色粒子アイソパー分散系が得られた。
（実施例１）

調製例１で得られたシリコンエラストマー製多孔質層の上下に２枚の２ｍｍの淵を残して真ん中が繰り抜かれた膜厚１００μｍのＰＥＴフィルムを配置、接着し、さらにその上下を２枚のＩＴＯガラスで挟み、接着固定した。その空間に調製例３で得られた白色電気泳動着色粒子シリコンオイル分散体を注入し、電気泳動型表示装置が得られた。得られた電気泳動型表示装置に３０Ｖの直流電圧を１秒毎に交互に極性を反転するように継続的に印加した。５分間、電圧を印加後の、表示上方電極が陰極時と陽極時の表示面の光反射率をＩＴＯガラスを通してマクベス社製光学濃度計で測定した。得られた光学濃度値を光反射率に換算した値とコントラストを表１にまとめた。
（比較例１）

調製例２で得られたポリエーテルサルフォン樹脂製多孔質層の上下に２枚の２ｍｍの淵を残して真ん中が繰り抜かれた膜厚１００μｍのＰＥＴフィルムを配置、接着し、さらにその上下を２枚のＩＴＯガラスで挟み、接着固定した。その空間に調製例３で得られた白色電気泳動着色粒子シリコンオイル分散体を注入し、電気泳動型表示装置が得られた。得られた電気泳動型表示装置に３０Ｖの直流電圧を１秒毎に交互に極性を反転するように継続的に印加した。５分間、電圧を印加後の、表示上方電極が陰極時と陽極時の表示面の光反射率をＩＴＯガラスを通してマクベス社製光学濃度計で測定した。得られた光学濃度値を光反射率に換算した値を表１にまとめた。
（比較例２）

調製例１で得られたシリコンエラストマー製多孔質層の上下に２枚の２ｍｍの淵を残して真ん中が繰り抜かれた膜厚１００μｍのＰＥＴフィルムを配置、接着し、さらにその上下を２枚のＩＴＯガラスで挟み、接着固定した。その空間に調製例４で得られた白色電気泳動着色粒子アイソパー分散体を注入し、電気泳動型表示装置が得られた。得られた電気泳動型表示装置に３０Ｖの直流電圧を１秒毎に交互に極性を反転するように継続的に印加した。５分間、電圧を印加後の、表示上方電極が陰極時と陽極時の表示面の光反射率をＩＴＯガラスを通してマクベス社製光学濃度計で測定した。得られた光学濃度値を光反射率に換算した値を表１にまとめた。
（比較例３）

調製例２で得られたポリエーテルサルフォン樹脂製多孔質層の上下に２枚の２ｍｍの淵を残して真ん中が繰り抜かれた膜厚１００μｍのＰＥＴフィルムを配置、接着し、さらにその上下を２枚のＩＴＯガラスで挟み、接着固定した。その空間に調製例４で得られた白色電気泳動着色粒子アイソパー分散体を注入し、電気泳動型表示装置が得られた。得られた電気泳動型表示装置に３０Ｖの直流電圧を１秒毎に交互に極性を反転するように継続的に印加した。５分間、電圧を印加後の、表示上方電極が陰極時と陽極時の表示面の光反射率をＩＴＯガラスを通してマクベス社製光学濃度計で測定した。得られた光学濃度値を光反射率に換算した値を表１にまとめた。

実施例１では、電圧を極性反転させることにより、白色電気泳動着色粒子を２つの電極間で移動させても、白色電気泳動着色粒子の多孔質層への付着がすくないため、視面側が陰極時には白色電気泳動着色粒子による高い白反射率が得られ、視面側が陽極時には黒色多孔質層による低い反射率が得られる。このため高いコントラストを得ることが出来ている。一方、比較例１〜３では、白色電気泳動着色粒子の黒色多孔質層への付着が起こりコントラストの低下が起こっていることがわかる。

本発明の電気泳動型表示装置は、コントラストに優れた反射型表示装置として非常に有用である。

本発明の表示記録装置の一例を示す概略構成図である。本発明の表示記録装置の陰極である電極２に粒子が集まった図である。本発明の表示記録装置の陰極である電極３に粒子が集まった図である

符号の説明

１基材
２透明電極
３電極
４絶縁性液体
５電気泳動着色粒子
６多孔質層
７スペーサーおよびシール

Claims

電極を有し少なくとも一方が透明な２枚の基板を、該電極を内側にして相対向させた基板間に、多孔質層と、少なくとも１種以上の電気泳動着色粒子が分散された絶縁性液体とを有する電気泳動型表示装置であって、前記多孔質層が前記電気泳動着色粒子とは異なる光学的反射特性を有する着色シリコンエラストマーであり、前記絶縁性液体がシリコンオイルを主成分とすることを特徴とする電気泳動型表示装置。
前記電気泳動着色粒子の平均粒子径が１０〜１００００ｎｍである請求項１記載の電気泳動型表示装置。
前記シリコンエラストマーの細孔が直行した貫通孔であり、またその孔径が１〜２００μmである請求項１または２記載の電気泳動型表示装置。
前記多孔質層が黒色シリコンエラストマーである請求項１から３のいずれかの請求項に記載の電気泳動型表示装置。