JP2005128141A

JP2005128141A - 電気泳動表示媒体及び電気泳動表示装置

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Publication number: JP2005128141A
Application number: JP2003361833A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Kawai; 一成川合; Naoto Saito; 直人齋藤; Toshihiro Ebine; 俊裕海老根
Original assignee: Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2003-10-22
Publication date: 2005-05-19

Abstract

【課題】高反射率、高コントラスト、高信頼性を両立することができる電気泳動表示媒体ならびに電気泳動表示装置の提供。
【解決手段】電気絶縁性担体液中に、少なくとも１種以上の電気泳動粒子を分散させた電気泳動表示媒体において、前記電気絶縁性担体液が、一般式（１）
【化１】

（式中、Ｘ及びＹはそれぞれ独立にカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ベタイン酸基、炭素数１〜３のアルキル基、ピリジン塩基、アミノ基及び水素原子を表し、Ｒ^１からＲ^６は、それぞれ独立に炭素数１〜３のアルキル基及び水素原子を表し、ｎは５〜８０を表す。但し、Ｘ及びＹの少なくとも一方はカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ピリジン塩基、アミノ基及びベタイン酸基からなる群から選ばれる基である。）で表される化合物を含有する電気泳動表示媒体。
【選択図】なし。

Description

本発明は、電気絶縁性担体液及び電気泳動粒子を有する電気泳動表示媒体、及び該表示媒体を用いた電気泳動表示装置に関する。

現在、反射型表示装置としては、液晶の旋光性を利用したものが主に開発されているが、このような液晶セルでは、かならず偏光子を必要とし、反射光は偏光子を二回通過しなければならない。このため、反射光は５０％以上減衰し、反射型表示装置としての特性を大きく左右する画面の明るさを低下するなどの致命的な要因となっている。

これに対して、電気泳動表示装置を用いた反射型表示装置として、二枚の電極の間に、異なる色に着色された２種類の電気泳動粒子と無色透明の絶縁性液体（分散媒）とからなる分散液（電気泳動表示媒体）を層状に挟み込み、電気泳動粒子の対比色により画像を得る電気泳動表示装置が知られている。つまり、この電気泳動表示装置においては、２種類の電気泳動粒子をそれぞれ正負逆極性の電荷に帯電させ、電極間に印加する電圧の方向を変化させることにより、一方の電気泳動粒子のみを観測者に近い一方の電極の表面に付着させる。この近い側の電極の表面に付着した電気泳動粒子の色が目視される。このように電気泳動表示媒体の光学的反射特性を印加電圧に応じて変化させることにより、電気泳動表示装置の表示色を選択することができる。

また、電極間に、１種類の電気泳動粒子と、着色された絶縁性液体とからなる分散液を層状に挟み込み、電気泳動粒子と絶縁性液体との対比色により画像を得る電気泳動表示装置もある。この場合には、電気泳動粒子が観測者に近い一方の電極の表面に付着した場合には電気泳動粒子の色が目視され、電気泳動粒子が観測者から遠い他方の電極の表面に付着した場合には着色された絶縁性液体の色が目視されるようにして電気泳動表示装置の表示色を選択することができる。

このような電気泳動表示装置は、多数配列された画素としての表示用セルに電気泳動表示媒体を封入することで構成される。すなわち、各画素を制御してそれぞれの表示色を適切に選択することにより、表示装置の全体でモノクロの画像や文字等を表示できる。また、カラーの表示を行うには、電気泳動粒子や絶縁性液体を、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）、ブラック（Ｋ）、またはレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）に設定した各画素を配列すればよい。

しかしながら、かかる電気泳動表示装置においては、徐々に電気泳動粒子の電極表面への付着が進行し、コントラストの低下を生じるという問題があった。

このような問題を回避する方法として、電気絶縁性担体液にロジン及びロジン誘導体の少なくとも一方を溶解する方法もある（例えば特許文献１参照）

しかしながら、電気絶縁性担体液にロジン及びロジン誘導体等の不飽和炭化水素を有する化合物を溶解させると自然光による劣化で電気絶縁性担体液が着色し、画素の反射率が低下してしまうという欠点を有している。

そこで、本発明は、電気泳動粒子の凝集や貼り付きを防止する電気泳動表示媒体、及び該表示媒体を用いた電気泳動表示装置を提供することを目的とするものである。

特開２００３−１５１６５号公報

本発明が解決しようとする課題は、電気泳動表示装置において、電気泳動粒子の電極表面への付着を防止することで、コントラストの低下を防止する方法を提供することである。

本発明者らは鋭意検討の結果、電気泳動表示装置に用いられる電気絶縁性担体液に特定の化合物を含有させることにより電極表面への電気泳動粒子の付着が改善されることを見いだし本発明を完成するに至った。

すなわち本発明は、電気絶縁性担体液中に、少なくとも１種以上の電気泳動粒子を分散させた電気泳動表示媒体において、前記電気絶縁性担体液が、一般式（１）

（式中、Ｘ及びＹはそれぞれ独立にカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ベタイン酸基、炭素数１〜３のアルキル基、ピリジン塩基、アミノ基及び水素原子を表し、Ｒ^１からＲ^６は、それぞれ独立に炭素数１〜３のアルキル基及び水素原子を表し、ｎは５〜８０を表す。但し、Ｘ及びＹの少なくとも一方はカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ピリジン塩基、アミノ基及びベタイン酸基からなる群から選ばれる基である。）で表される化合物（以下、化合物（１）と言う。）を含有する電気泳動表示媒体を提供する。

本発明では化合物（１）を電気絶縁性担体液に溶解させるという簡単な手法によって、電気泳動粒子の電極表面へ付着を抑制することが可能となる。また該化合物はシロキサン結合を有することから化学的、熱的に安定であるため、劣化による電気絶縁性担体液の着色が起こりにくい。

以下、図１と図２を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本発明に係る電気泳動表示媒体は、図１に一例が例示される電気泳動表示装置に使用されるものである。電気泳動表示装置は、電極（５ａ，５ｂ）を有する２枚の基板（４ａ，４ｂ）間に、少なくとも１種の電気泳動粒子３が電気絶縁性担体液２に分散された電気泳動表示媒体１が挟持されている。該電気絶縁性担体液２に溶解された化合物（１）が含有されている。各電極５ａ，５ｂに電圧を印加することによって電気泳動粒子３を電極５ａ又は電極５ｂに移動させることにより表示を行なうことが出来る。

本発明の電気絶縁性担体液に含有される化合物（１）の粘度は低いことが好ましく、分子量は１０００から５０００の範囲であるものが好適である。このため、一般式におけるｎは５〜６５が好ましく、５〜２０が特に好ましい。

化合物（１）は、カルボキシル基、水酸基を有することが好ましい。化合物（１）の好ましい例示として、一般式（２）

（式中、Ｘ、Ｒ^１からＲ^６及びｎは、一般式（１）におけると同じ基を表す。）で表される化合物を挙げることができる。Ｘもカルボキシル基である一般式（２）で表される化合物が更に好ましい。

これらの親水性の極性基は一般的に帯電し、電気絶縁性担体液に電界を印加した際、電気泳動粒子と同様に電極に向けて電気泳動する。
化合物（１）を含有する電気泳動表示媒体は、電極間に電圧を印加した際に、電気泳動粒子よりも速く電極に到達し電泳動粒子が電極に直接付着することを防止したり、電気泳動粒子の電気泳動表示媒体中での分散を安定化することにより電気泳動粒子の電極付着を防ぐことが出来ると考えられる。このため、化合物（１）の極性基が有する電荷は、電気泳動粒子が単独の場合は、電気泳動粒子の電荷と同じ符号の電荷を有する基が好ましい。また、化合物（１）に導入される極性基の位置は直鎖の末端であることが好ましい。
化合物（１）の極性基が有する極性は、負の極性としてはカルボキシル基、水酸基などが挙げられ、正の極性基としてはピリジン塩基、アミノ基等を挙げることができる。

化合物（１）は、電気絶縁性担体液１００質量部に対して５質量部以上５０質量部以下の範囲であることが好ましい。５質量部未満の場合には、電気泳動粒子の分散性の低下や電極表面に対する電気泳動粒子の貼り付きのような不具合が生じ、５０質量部を超えると、電気絶縁性担体液の粘性が高くなり、応答速度が遅くなるといった不具合が生じる。

電気泳動粒子の分散媒として用いられる担体液としては、電気抵抗が高く、透明性の高い液体が用いられる。具体的には、例えば、ヘキサン、ペンタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン、エクソンモービル化学有限会社製のアイソパーＧ，Ｈ，Ｋ，Ｌ，Ｍ等の商品の下に販売されている有機溶剤の如き各種の脂肪族炭化水素溶剤、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、シリコーン油、動植物油等の合成または天然の油、フッ素化ポリエーテルの如きフッ素系溶媒などがいずれも使用可能で、２種類以上を混合して使用しても良い。

有色の担体液としては、上述の脂肪族炭化水素溶剤やシリコーン油、動植物油に対して可溶なノニオン系染料を適当量添加したものを用いることも可能で、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、メチン系染料等が挙げられる。

また、この担体液には、電気泳動粒子の電荷制御や電気泳動粒子の分散性向上を目的に、該担体液に溶解性を有する公知慣用の電荷制御剤や分散剤、界面活性剤等の添加剤を適当量加えることができる。

分散剤としては、一般に高分子と呼ばれている数平均分子量約１００００以上の重合体である高分子分散剤に加えて、数平均分子量１００００以下の一般にオリゴマーと呼ばれている低重合体を含めた化合物も用いることができる。例えばイソシアネート基と反応しうる活性水素原子を有するビニル重合体をポリイソシアネート化合物で架橋してなる担体液に可溶性の架橋重合体と分子鎖相互の縺れによって架橋重合体に捕捉された担体液に不溶性のビニル重合体からなる連鎖状重合体等を例示することができる（例えば特許文献２参照）。この他アニオン系高分子分散剤ではスチレン−無水マレイン酸共重合物、オレフィン無水マレイン酸共重合物、ナフタレンスルホン酸塩縮合物、ナフタレンスルホン酸塩のホルマリン縮合物、ポリアクリル酸ソーダ、ポリカルボン酸型陰イオン活性剤、ポリアクリルアミド部分加水分解物、アクリルアミド−アクリル酸ソーダ共重合物、アルギン酸ソーダ等を使用できる。カチオン系高分子分散剤ではポリエチレンイミン、ポリビニルイミダリゾン、アミノアルキル（メタ）アクリレート−アクリルアミド共重合物、ポリアクリルアミドマンニッヒ変成物、キトサン等を使用することができる。ノニオン系高分子分散剤としてはポリビニルアルコール、ポリオキシエチレンエーテルエステルのコポリマー、ポリアクリルアミド、ポリカルボン酸系化合物、ヒドロキシ脂肪酸のオリゴマー、ヒドロキシ脂肪酸のオリゴマー変成物、ポリヒドロキシ脂肪酸、ポリヒドロキシ脂肪酸変成物、ポリ−１２−ヒドロキシステアリン酸、Ｎ−ポリオキシアルキレンポリアルキレンポリアミン、デンプン等が使用できる。

高分子分散剤の市販品としては、例えばディスパービック１３０、ディスパービック１６１、ディスパービック１６２、ディスパービック１６３、ディスパービック１７０、エフカ４６、エフカ４７、ソルスパース３２５５０、ソルスパース２４０００、アジスパーＰＢ８１１、アジスパーＰＢ８１４、アジスパーＰＢ８２１等が挙げられる。
特開昭５９−３４５４０号公報

また分子全体として担体液に不溶性の非ゲル状グラフト重合体等の使用も可能である（例えば特許文献３参照）。
また界面活性剤は担体液に可溶であれば、制限なく用いることができる。界面活性剤は電気泳動粒子の分散安定性を保持するため高分子分散剤に対して溶解又は分散状態で混ざり合うことのできるノニオン系界面活性剤や、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、両性系界面活性剤のイオン系界面活性剤を高分子分散剤と混合して用いることもできる。
特公昭５８−１２２５５７号公報

電気絶縁性液体には、必要に応じて荷電制御剤を含有しても良く、絶縁性液体に添加する代表的な帯電制御剤として、金属石鹸、スルホン化油、アルキルリン酸エステル類、コハク酸イミド類がある。これらは単体で添加することもあるが、複数の組み合わせえ添加することも可能である。例えば、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸ジルコニウム、ナフテン酸クロム、ジルコニウムオクテート、カルシウムペトロネート、レシチン、ＯＬＯＡ１２００（シェブロン社製）等である。また、絶縁性液体は、比重の異なる複数種の液体を混合して調整し、その比重を電気泳動粒子に一致させると良い。

本発明で使用する電気泳動粒子としては、無機顔料、有機顔料、高分子材料あるいはこれらの複合粒子（無機材料と高分子材料とを複合させた粒子）のいずれを用いても良い。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を挙げることができる。また、有機顔料では、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。また上記顔料を樹脂で被覆することにより帯電性を改良することもできる。顔料を被覆する樹脂としてはポリアクリル系のポリスチレンアクリル酸樹脂、ポリアクリル酸エステル樹脂、ポリメタクリル酸エステル樹脂、エチレン−アクリル酸共重合樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、環状脂肪族エポキシ樹脂、グリジルエステル系エポキシ樹脂、グリシジルフタレート系エポキシ樹脂等の有機材料を用いた樹脂粒子でも良い。また電気泳動粒子の粒径は０．０５〜２０μｍが好ましい態様として挙げることができるが、特に限定されるものではない。

本発明に係る電気泳動表示装置用分散液１は、図２に示すように、マイクロカプセル（光透過性材料）７に内包させて用いることもできる。マイクロカプセルの内包方法としては、ｉｎ−ｓｉｔｕ法、界面重合法、コアセルベーション法等の公知の方法が挙げられる（例えば特許文献４参照）。マイクロカプセルの壁材としては、特に限定されないが、具体的にはポリウレタン、ポリ尿素、ポリ尿素−ポリウレタン、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホンアミド、ポリカーボネート、ポリスルフィネート、エポキシ樹脂、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ゼラチン等が挙げられる。

特許第２５５１７８３号明細書

次に実施例により本発明を詳しく説明する。特に断らない限り、「部」および「混合比率」はいずれも質量を基準とする。

＜電気泳動表示媒体前駆体の調製＞
（調製例１）
着色剤としてキャボット社製カーボンブラック（商品名：エルフテックス８）を３０部、シェル石油社製エポキシ樹脂（商品名：エピコート１００４）５０部、シェル石油社製エポキシ樹脂（商品名：エピコート１００７）２０部からなる混合物を２本ロールを用いて溶融混練し、得られた着色混練物をロートプレックスを用いて粉砕し、１ｍｍパスの黒色の電気泳動粒子１を得た。該電気泳動粒子１を２０部、信越化学工業株式会社製カルボキシル基変性シリコーンオイル（商品名：Ｘ−２２−３７１０）２０部、エクソンモービル化学有限会社製炭化水素系担体液（商品名：アイソパーＧ）６０部をボールミルで均一に湿式分散して電気泳動表示媒体前駆体１を調製した。

但し、信越化学工業株式会社製カルボキシル基変性シリコーンオイル（商品名：Ｘ−２２−３７１０）は、下記の組成を有し、重量平均分子量が約１０００である。

但し、ｎはいずれも１０〜６５の混合物である。

（調製例２）
白色の電気泳動粒子として石原産業（株）製酸化チタン（商品名：ＣＲ−６０−２）を１０部、信越化学工業株式会社製分散剤１部（商品名：ＫＰ−５４５）、組成物Ａ２０部、エクソンモービル化学有限会社製炭化水素系有機溶剤（商品名：アイソパーＧ）６９部をボールミルで均一に湿式分散して電気泳動表示媒体前駆体２を調製した。

（調製例３）
着色剤としてキャボット社製カーボンブラック（商品名：エルフテックス８）を３０部、シェル石油社製エポキシ樹脂（商品名：エピコート１００４）５０部、シェル石油社製エポキシ樹脂（商品名：エピコート１００７）２０部からなる混合物を２本ロールを用いて溶融混練し、得られた着色混練物をロートプレックスを用いて粉砕し、１ｍｍパスの着色混練物の微粉末を得た。このようにして得られた着色混練物の微粉末を着色剤１とする。前記着色剤１を２０部、エクソンモービル化学有限会社製炭化水素系担体液（商品名：アイソパーＧ）８０部をボールミルで均一に湿式分散して電気泳動表示媒体前駆体３を調製した。

（調製例４）
着色剤として石原産業（株）製酸化チタン（商品名：ＣＲ−６０−２）を１０部、信越化学工業株式会社製分散剤１部（商品名：ＫＰ−５４５）１部、エクソンモービル化学有限会社製炭化水素系有機溶剤（商品名：アイソパーＧ）７９部をボールミルで均一に湿式分散して電気泳動表示媒体前駆体４を調製した。

（調製例５）
着色剤としてアルドリッチ社製染料（商品名：ＯｉｌＢｌｕｅＮ）０．５部、エクソンモービル化学有限会社社製炭化水素系有機溶剤（商品名：アイソパーＧ）９９．５部を攪拌機で溶解して電気泳動表示媒体前駆体５を調製した。

（調整例６）
着色剤として石原産業（株）製酸化チタン（商品名：ＣＲ−６０−２）を１０部、信越化学工業株式会社製分散剤１部（商品名：ＫＰ−５４５）１部、ハリマ化成（株）製ロジン変性ペンタエリスリトール樹脂５部、エクソンモービル化学有限会社製炭化水素系有機溶剤（商品名：アイソパーＧ）７７部をボールミルで均一に湿式分散して電気泳動表示媒体前駆体６を調製した。
＜電気泳動表示装置の作製＞

（実施例１）
電気泳動表示媒体前駆体１と電気泳動表示媒体前駆体２を１：１で混合して攪拌機で１０分間攪拌することにより分散し、電気泳動表示媒体１を調製した。片面に表面抵抗１０Ω／□の透明導電膜（ＩＴＯ膜）を形成したガラス基板（厚さ３ｍｍ）一対を、ＩＴＯ膜が対向するように配置し、隔壁を挟持することにより約１５０μｍ厚の空間を有するセルを作製した。その空間に試料１を注入後、両ガラス板をエポキシ樹脂系接着剤で封止することにより電気泳動表示装置１を作製した。

（実施例２）
電気泳動表示媒体前駆体２と電気泳動表示媒体前駆体５を１：１で混合し、攪拌機で１０分間攪拌することにより分散し、電気泳動表示媒体２を調製した以外は実施例１と同様にして電気泳動表示装置２を作製した。

（比較例１）
電気泳動表示媒体前駆体３と電気泳動表示媒体前駆体４を１：１で混合し、攪拌機で１０分間攪拌することにより分散し、電気泳動表示媒体３を調製した以外は実施例１と同様にして電気泳動表示装置３を作製した。

（比較例２）
電気泳動表示媒体前駆体４と電気泳動表示媒体前駆体５を１：１で混合し、攪拌機で１０分間攪拌することにより分散し、電気泳動表示媒体４を調製した以外は実施例１と同様にして電気泳動表示装置４を作製した。

（比較例３）
電気泳動表示媒体前駆体６と電気泳動表示媒体前駆体３とを１：１で混合し、攪拌機で１０分間攪拌することにより分散し、電気泳動表示媒体５を調整した以外は実施例１と同様にして電気泳動表示装置５を作製した。

（測定方法）
＜I．反射率及びコントラストの測定＞
作製した電気泳動表示装置を直流電源に接続し、電界方向を切り替えて３０Ｖの電圧を印加することで、各表示色を交互に得る。各々の表示色についてＤｉｓｐｌａｙＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＤＭＳ５０１（ＡＵＴＲＯＮＩＣ社製）を用いて各表示色の反射率測定を行った。測定は、白色光にて、４５°照射−０°受光で行い、標準白色板の反射率を１００％とした場合の値である。また、両表示色の反射率の比をコントラストとした。

＜II．表示安定性の測定＞
周波数５００ｍＨｚ、±３０Ｖの矩形波で電圧を印加して、表示色の切り替えを２０回繰り返して行い、その際の両表示色の反射率からコントラストを求めた。２０回繰り返した後の白反射率・コントラストと初期（１回目）の白反射率・コントラストとの違いを表示安定性の評価指標とした。

＜測定結果＞
上記I．及びII．の測定結果を以下の表１に示す。

表１中の実施例１と比較例１、また実施例２と比較例２の比較から、本発明の化合物（１）を電気絶縁性担体液に溶解したことで高い白反射率、高いコントラストの表示が得られることがわかる。また繰り返し表示を行っても電気泳動粒子の電極付着は認められず高い白反射率、高いコントラストが保持されたままであることが確認された。比較例３は、ロジン誘導体が極性基を有するため、電気泳動粒子の電極付着を抑制する効果は認められるものの、１００日間自然光下に放置すると黄変が見られた。

本発明に係る電気泳動表示装置の構成の一例を示す断面図。本発明に係る電気泳動表示装置の構成の他の例を示す断面図。

符号の説明

１電気泳動表示装置用媒体
２電気絶縁性担体液
３電気泳動粒子
４ａ第１基板
４ｂ第２基板
５ａ第１電極
５ｂ第２電極
６隔壁
７マイクロカプセル

Claims

電気絶縁性担体液中に、少なくとも１種以上の電気泳動粒子を分散させた電気泳動表示媒体において、
前記電気絶縁性担体液が、一般式（１）

（式中、Ｘ及びＹはそれぞれ独立にカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ベタイン酸基、炭素数１〜３のアルキル基、ピリジン塩基、アミノ基及び水素原子を表し、Ｒ^１からＲ^６は、それぞれ独立に炭素数１〜３のアルキル基及び水素原子を表し、ｎは５〜８０を表す。但し、Ｘ及びＹの少なくとも一方はカルボキシル基、水酸基、スルフォン酸基、ピリジン塩基、アミノ基及びベタイン酸基からなる群から選ばれる基である。）で表される化合物を含有することを特徴とする電気泳動表示媒体。
一般式（１）で表される化合物の含有率が５質量％〜５０質量％である請求項１記載の電気泳動表示媒体。
一般式（１）で表される化合物が、一般式（２）

（式中、Ｘ、Ｒ^１からＲ^６及びｎは、一般式（１）におけると同じ。）
で表される化合物である請求項１または２記載の電気泳動表示媒体。
前記電気絶縁性担体液がシリコーンオイルを使用する請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の電気泳動表示媒体。