JP2005156809A - 電気泳動型多色表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 着色多孔質層と、着色電気泳動粒子が分散された絶縁性液体とを有する電気泳動型多色表示装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 電極を有する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、着色多孔質層と、着色電気泳動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、前記着色電気泳動粒子が、着色多孔質層とは光学的反射性が異なる色にそれぞれ着色された2種以上の着色電気泳動粒子であって、前記着色電気泳動粒子が仕切りにより他の色の着色電気泳動粒子とは混和しない構造を有する電気泳動型多色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位置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質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、前述の方式では、着色粒子と多孔質層の2色の発色しか得られず、昨今の表示材料へのカラー化の要求に対しては対応できない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、3色以上のカラー表示を有する電気泳動型多色表示装置を提供することを目的とする。

本発明者らは、着色多孔質層および着色電気泳動粒子について検討を行った結果、仕切りを設け、前記着色多孔質層とは光学反射特性の異なる着色電気泳動粒子であって、仕切り毎にそれぞれが光学反射特性が異なる2種以上の着色電気泳動粒子を配置し、該着色電気泳動粒子を電極間で電気泳動させ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、電極を有する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、着色多孔質層と、着色電気泳動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、前記着色電気泳動粒子が、前記着色多孔質層とは光学的反射性が異なる色にそれぞれ着色された2種以上の着色電気泳動粒子であって、前記着色電気泳動粒子が仕切りにより他の色の着色電気泳動粒子とは混和しない構造を有する電気泳動型多色表示装置を提供する。

本発明は、少なくとも多孔質層の色に加え、着色電気泳動粒子の2色以上の発色が可能となる。さらには、多孔質層を白色、泳動粒子をシアン、イエロー、マゼンタの着色粒子とすることでマルチカラーの表示が可能な電気泳動型多色表示p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多色表示装置の基本構成は、基材1の上にマトリックス状の透明電極2と電極3を有する2枚の基板間に、着色電気泳動粒子5〜7と、該着色電気泳動粒子が分散した絶縁性液体4、多孔質層8、多孔質層上の仕切り9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(スペーサー及びシール9)した構成である。
図2に、負の電荷を有するシアン着色電気泳動粒子を視面側の電極2に電気泳動させるように電圧を印加して電極2を陽極とする。さらに、負の電荷を有するマゼンタ着色電気泳動粒子及びイエロー着色電気泳動粒子が視面とは反対の電極3に電気泳動させるように電極3を陽極とするように電圧を印加した図を示した。
このとき、視面(図では上方)より電極2を通して表示面を観察すれば、マゼンタ着色電気泳動粒子とイエロー着色電気泳動粒子が存在する仕切り部は、着色粒子が多孔質層の下部に移動し隠蔽される。このため、3種の着色電気泳動粒子が存在する仕切り中、シアン着色電気泳動粒子が存在する仕切り部だけが視面側から視認でき、青色が見えることとなる。このように画像様に表示させたい画像に応じた極性の電圧を電極に印加することにより白色からマルチ色に明度を大きく変化させることができる画像カラー表示システムとすることができる。電圧の駆動方法は、スタティック駆動であっても、時分割駆動であっても、非線形素子を使用したTFTに代表されるアクティブ駆動であってもよい。

[着色電気泳動粒子]
本発明に使用される着色電気泳動粒子は、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。また該着色電気泳動粒子は、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着色電気泳動粒子群は、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、着色電気泳動粒子の粒子径は、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。本発明の趣旨にも掛かる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、着色電気泳動粒子の粒子径は、より小さい方が望ましい。よって、着色電気泳動粒子の粒径は、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。

(着色)
着色電気泳動粒子の着色は、特に色は限定されないが、マルチカラー表示、または、フルカラー表示する為には、色の3原色となるシアン、マゼンタ、イエローの3色以上が好ましい。

(濃度)
本発明で使用する着色電気泳動粒子の、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、分散媒中の着色電気泳動粒子の濃度が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)
実際に用いられる着色電気泳動粒子としては、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。
また、これら染料、顔料と分散剤などの添加物の混合系、若しくは、顔料、染料と樹脂の混合物からなる、カプセル化微粒子なども有用である。

[多孔質層]
本発明の多孔質層は、着色電気泳動粒子とは光学反射特性の異なる色であれば特に制限は無いが、多孔質層8は、着色電気泳動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、着色電気泳動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、着色電気泳動粒子を隠蔽する程度の濃度で隠蔽性がなければならない。
また、多孔質層の色が地色となる事から、良好な視認性の観点から白色である事が望ましい。
更に本発明では、2色以上の着色電気泳動粒子が各色お互い混ざり合わずに個別に多孔質層を往き来する必要性から、各々の色の微粒子を分け隔てて配置するための仕切りが必要である。その形状は、お互いが混ざり合わずに配置できれば特に限定するものではないが、例えば、三角形、格子升目状やハニカム状の同形状の繰り返しパターンの仕切りであったり、三角錐、四角錘等の砂時計形状が好ましい。

(孔径)
多孔質層には、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、着色電気泳動粒子を隠蔽する程度の孔径である必要がある。また、着色電気泳動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。これらを満たすなものであれば特に多孔質層の径は限定するものではない。しかし、多孔質層の反射光が多孔質層の色を十分に反射するためには、視認限界とされる40μm以下が好ましく、より好ましくは、10μm以下である。

(孔配置)
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着色電気泳動粒子が堆積し、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。
本発明による孔径を小さくする事により、孔の数が同一の場合は、孔総面積が低減可能である事から、多孔質層の総反射率は向上され、多孔質層の色発現性は、向上する。

(孔形状)
孔の形状をすり鉢上に下方に向かい傾斜をつける事で着色粒子の付着を軽減することができ、膜の本来の色をより鮮明に表示することができる。また、孔の内壁は、着色電気泳動粒子が、孔を行き来する際、孔内壁に引っ掛からない様に平滑であることが好ましい。また、表面にシリコン変性、フッ素変性、有機官能基修飾等をする等して孔内壁の滑性を向上するなどの処理を施しても良い。更に、膜素材にシリコンエラストマー等のシリコンゴム架橋塗膜を用い、また絶縁性分散媒にシリコンオイルを用いる事でも膜表面への着色電気泳動粒子の付着を抑制できる。

(層厚)
本発明で使用する多孔質層の厚みは、厚いほど着色電気泳動粒子の隠蔽性は上がるが、厚過ぎると着色電気泳動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。

(多孔質層の製法)
本発明の多孔質層は、着色電気泳動粒子と光学反射特性が異なる色で着色されていれば特に製法は、限定されるものではないが、例えば、透明または着色フィルムに印刷手法にてインキを印刷する等して得られた着色フィルムにレーザー光線などで微細孔を加工する方法などが挙げられる。また、細孔径が40μm以下の孔を有する多孔質層の作製法は、特に手段は限定するものではないが、エキシマレーザー等を用いたレーザー加工が適する。
多孔質層を形成する材質は、特に限定するものではないが、膜を形成可能な樹脂などが挙げられる。実際に用いられる樹脂ポリマーは、例えば、アクリル(スチレン)樹脂、ウレタン樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエステル樹脂等が挙げられる。
これら樹脂にあらかじめ顔料や染料などの着色剤を練り込んでフィルム化し、印刷手法などで着色し、次いでレーザー加工手法や鋳型法等で孔を開ける事で目的とする多孔質層を得られる。

(仕切り製法)
また、複数種の着色電気泳動粒子を混ざり合わないように仕切りを作製する方法としては、特に限定するものではないが、例えば多孔質層に光硬化性の塗料を塗り、隔壁パターンを照射、エッチングする等して作製できる。また、砂時計形状の多孔質層は、孔の開口部が上部から下部に傾斜的に口径が狭まっている形状の逆錘形の孔を有する膜を2枚張り合わせる事で作製可能である。図3に示すような孔の形状を取ることにより、傾斜状の多孔質構造の上部及び下部が仕切りの役目をすることが好ましい。
その逆錘形の孔を有する多孔質膜の製法は、特に手段は限定するものではないが、たとえば、金型を用いた鋳型法が望ましい。具体的に、穴形状が逆四角錘の連続多孔質の作製法を例にとり説明すると、三角錐が連続的に配置された金型に、三角錐の頂点を口径にしたがった分が露出するように樹脂用液を流し込み膜を形成させた後に金型より膜を剥離することで穴形状が逆四角錘の連続多孔質が得られる。

[絶縁性液体:着色電気泳動粒子分散媒]
分散系中の着色電気泳動粒子分散媒である絶縁性液体は、透明であり、且つ低粘度の絶縁性液体であり、着色粒子を良好に分散すれば良い。その例としては、各種動植物油、シリコンオイル、有機溶剤等が挙げられる。絶縁性液体の粘度は、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/sec〜100mm/secが好ましい。

(他の添加剤)
分散系は、必ずしも電極、着色電気泳動粒子、多孔質層だけから構成されるものではなく、必要に応じて、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。

[電気泳動粒子分散媒の配置]
本発明では、各色の着色電気泳動粒子毎に場所を特定して配置する必要がある。配置する方法としては、所定の場所に配置できれば特に限定するものでは無いが、効率よく各着色粒子分散媒を所定の場所に配置する方法の一例を述べると、粒子分散媒を注入配置したい所が繰り抜かれ、注入をしたくないところはマスクされる様に構成されたマスクを用意し、その上から、スクリーン印刷を行う要領で着色粒子分散媒を注入する方法が有用である。

[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ー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ポリマーフィルムや薄層ガラス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、着色電気泳動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、着色電気泳動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) <着色多孔質層の作製>
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50部に溶解した溶液に、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。得られた混練物を400μ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75μmの白色ポリエーテルサルフォンフィルムが得られた。得られた多色着色フィルムにレーザープロ(コムネット社製CO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白色多孔質層が得られた。
次いで、得られた白色多孔質層にアルカリエッチング可能なUVアクリルウレタン樹脂を60μmの厚さで塗布し、1mm×3mmの長方形が上下左右0.5mm間隔で配置されたフォトマスクをかぶせた状態で2000mJ/cmの紫外線照射し、アルカリ現像液にて未照射部分を除去した。多孔質層裏面にも同様な処理を施し、これにより、多孔質膜の表裏に高さ50μm、幅0.5mmの壁で仕切られた1mm×3mmのセルを持つ多孔質膜が得られた。

(調製例2)<シアン(青色)着色電気泳動粒子分散系の調製>
ファストゲンブルーEP−7S(大日本インキ化学工業製:シアン顔料)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/sec)7部、X−22(信越化学製カルボキシル基含有シリコンオイル)3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、シアン(青色)着色電気泳動粒子シリコンオイル分散系(粒径約200n(ナノ)m)が得られた。

(調製例3)<マゼンタ(赤色)着色電気泳動粒子分散系の調製>
シムラーレッド3109(大日本インキ化学工業製:マゼンタ顔料)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/sec)7部、X−22(信越化学製カルボキシル基含有シリコンオイル)3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、マゼンタ(赤色)着色電気泳動粒子シリコンオイル分散系(粒径約200n(ナノ)m)が得られた。

(調製例4)<イエロー(黄色)着色電気泳動粒子分散系の調製>
シムラーファストイエロー4GO(大日本インキ化学工業製:イエロー顔料)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/sec)7部、X−22(信越化学製カルボキシル基含有シリコンオイル)3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、イエロー(黄色)着色電気泳動粒子シリコンオイル分散系(粒径約200n(ナノ)m)が得られた。

(実施例1)
調製例1で得られたポリエーテルサルフォンの仕切り付き着色多孔質層の下に、仕切りの上部に接着剤を塗布し、幅3mm幅、間隔0.5mmに線状マトリックスエッチングされたITOガラスを接着し、次いで、多孔質層上部に1mm×3mmの穴が0.5mm間隔で開口したスクリーン印刷用マスクを目くらマスクに利用し、仕切りマス一列毎に調製例2〜4で得られた着色粒子分散体をシアン(青色)着色電気泳動粒子分散系、マゼンタ(赤色)着色電気泳動粒子分散系、イエロー(黄色)着色電気泳動粒子分散系の順に流し込んだ。次いで、仕切り上部に接着剤を塗布し、多孔質層上部に、3本毎に0.5mm間隔で一本毎は、0.8mm幅、200μm間隔に線状マトリックスエッチングされたITOガラスを接着固定し、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の直流電圧を一本目から3本毎にプラス走査印加、2本目、3本目を3本毎にマイナス印加する事で青色表示した。次いで、同様に2本目をプラス印加、1本目と3本目をマイナス印加する事で、赤色表示された。次いで、次いで、同様に3本目をプラス印加、1本目と2本目をマイナス印加する事で、赤色表示された。

本発明の電気泳動型多色表示装置は、カラー表示が可能な反射型表示装置として非常に有用である。

本発明の電気泳動型多色表示装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の仕切り付き多孔質層を用いた電気泳動型多色表示装置を用いて、青色表示を行った図である。 本発明の電気泳動型多色表示装置に傾斜孔型多孔質層を用いて青色表示を行った図である。

符号の説明

1 基材
2 透明電極
3 電極
4 絶縁性液体:着色電気泳動粒子分散媒体
5 シアン着色電気泳動粒子
6 マゼンタ着色電気泳動粒子
7 イエロー着色電気泳動粒子
8 多孔質層
9 仕切り
10傾斜孔型多孔質層














Claims (6)

  1. 電極を有する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、着色多孔質層と、着色電気泳動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、前記着色電気泳動粒子が、着色多孔質層とは光学的反射性が異なる色にそれぞれ着色された2種以上の着色電気泳動粒子であって、前記着色電気泳動粒子が仕切りにより他の色の着色電気泳動粒子とは混和しない構造を有する電気泳動型多色表示装置。
  2. 前記着色電気泳動粒子が、シアン、イエロー及びマゼンタにそれぞれ着色された3種の着色電気泳動粒子であり、多孔質層が白色である請求項1記載の電気泳動型多色表示装置。
  3. 前記着色電気泳動粒子の平均粒子径が10nm〜10μmである請求項1または2記載の電気泳動型多色表示装置。
  4. 前記多孔質層の孔径が40μm以下の直行した貫通孔である請求項1〜3のいずれかに記載の電気泳動型多色表示装置。
  5. 前記多孔質層の孔の形状が傾斜構造である請求項1〜3のいずれかに記載の電気泳動型多色表示装置。
  6. 前記多孔質層がシリコンエラストマーであって、また、前記絶縁性液体がシリコンオイルである請求項1〜5のいずれかに記載の電気泳動型多色表示装置。
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