JP2007065215A

JP2007065215A - 表示材料および表示装置

Info

Publication number: JP2007065215A
Application number: JP2005250207A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Maeda; 秀一前田
Original assignee: Oji Paper Co Ltd
Current assignee: New Oji Paper Co Ltd
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】長期間にわたり安定にＥＲ特性を保持することが可能で、耐久性に優れたＥＲ流体を利用した表示装置を提供する。
【解決手段】固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（ＥｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ）を用いた表示材料において、前記固体粒子が有機導電性高分子２からなることを特徴とする表示材料。さらに、前記有機導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも１種である表示材料。
【選択図】図１

Description

本発明は、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのデイスプレイとして使用されるか、またはそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えば電子ペーパーや電子書籍などにも使用できる表示装置に関する。

電界のオン−オフに応答してレオロジー的性質が変化する流体を、エレクトロレオロジー流体（ＥＲ流体、ＥｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ）と言う。典型的なＥＲ流体は固体粒子を絶縁性の液体に分散させた混合液であり、電界を印加すると瞬時に固化し、電界を取り去ると可逆的に流動するという性質がある。電界をかけると粒子が分極し、電界方向に粒子のブリッジを形成し、このブリッジ間の引力が流体の粘性を増大させる。

ブリッジ構造が形成される機構は、水の関与する系と関与しない系に分けられる。水の関与する系では、水の存在により固体粒子表面のイオン解離基が解離して電気二重層を形成し、この電気二重層が電界印加時に歪み、粒子同士が静電気的に引き合うという説が有力である。一方、水が関与しない系としては、ポリアニリンのような導電率を絶縁体領域から半導体領域まで変化させることのできる有機導電性高分子を用いる系が知られている（例えば、非特許文献１参照。）。水が関与しない系では、半導体領域の導電率を有する固体粒子内部に電子とホールによる分極が発生し、粒子同士が静電的に引き合うという説が有力である。

一般にＥＲ流体は、粘性が変化するという物理的な特性を利用してクラッチ、バルブ、ダンパー、アクチュエーター、ロボット制御、振動制御への応用が研究されている。一方、表示装置に応用しようという試みも始まっている。無電界下で固体粒子が分散した状態と、電界印加下で固体粒子がブリッジ化した状態では、光の透過率が異なることを利用して表示を行わせるものである。

ＥＲ流体を表示装置に応用するには、固体粒子が沈降したり、凝集しないことが重要である。水が関与する系では、分散相の沈殿や凝集を改善するために、水酸化チタンやシリカを有機物粒子表面に設け、比重を低下させた有機／無機複合粒子をＥＲ流体に応用し、調光素子のような表示装置に利用することが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。また、固体粒子の沈殿や凝集をさらに改善するために、固体粒子をマイクロカプセル化する方法も検討されている（例えば、特許文献１参照。）。

ところが、上述のように水が関与する系の場合、湿度変化や温度上昇による水の蒸発などにより水分量を制御することができず、ＥＲ特性の性能が大幅に変化するという問題があった。すなわち長期間にわたり安定にＥＲ特性を保持することは困難であり、表示装置として用いる場合に耐久性の問題があった。

特開２００４−５４１６５号公報（第２頁）ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．Ｉｎｄ．Ａｐｐｌｉｃａ．、３１、４５７−４６３（１９９５）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｏｌｌｏｉｄａｎｄＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｃｉｅｎｃｅ、１７７、２５０−２５６（１９６６）

従って、本発明の目的は、長期間にわたり安定にＥＲ特性を保持することが可能で、耐久性に優れるＥＲ流体を利用した表示装置を提供することにある。

本発明は、ＥＲ流体における固体粒子として、水が関与しない系を用いることにより、上記の課題を解決するものである。非水系なので、湿度の変化、水の蒸発などによるＥＲ特性の変化がなく、耐久性に優れた表示装置が作製できる。すなわち、本発明は以下の（１）〜（６）の構成を含む。
（１）固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（ＥｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ）を用いた表示材料において、前記固体粒子が有機導電性高分子からなることを特徴とする表示材料。
（２）前記有機導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも１種である（１）項に記載の表示材料。

（３）前記固体粒子が、有機導電性高分子と、有機微粒子および／または無機微粒子との複合体である（１）項または（２）項に記載の表示材料。
（４）前記有機微粒子が、ポリスチレンラテックスである（３）項に記載の表示材料。
（５）前記無機微粒子が、シリカおよび／または二酸化チタンである（３）項に記載の表示材料。
（６）（１）項〜（５）項のいずれか１項に記載の表示材料を、透明電極と、透明または不透明な電極とで挟み、電界を印加することにより、画像を表示することを特徴とする表示装置。

本発明の有機導電性高分子を用いたＥＲ流体は、長期間にわたりＥＲ特性を保持することができ、安定で画像劣化がなく、耐久性に優れた表示装置の作製が可能になった。

以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の表示装置は、電界印加により光の透過率が変化するＥＲ流体からなり、前記ＥＲ流体の固体粒子が有機導電性高分子を主成分とすることを特徴とする。
本発明の表示装置の一例を図１に示す。セル内部に、ＥＲ流体の分散媒１、有機導電性高分子粒子２が存在する。このセルは、透明電極３で挟み込まれている。図１ａは電界を印加していない状態、図１ｂは電界を印加した状態を示す。図１ａでは、セル内の粒子は均一に分散した状態で、光が当たると分散粒子の色を反射する。一方、図１ｂでは、電界を印加することより粒子が分極し、互いに引き付け合い、電界と平行な方向にブリッジをつくり、分散媒と分離する状態になる。この状態で光が当たると、一部の光はブリッジ状の粒子で反射するが、それ以外はブリッジ間の無色分散媒を透過し、下部基板４の色を表示する。したがって、電界印加前は分散している有機導電性粒子２の色、電界印加時は下部基板４の色が観察される。

以上の説明では、下部電極も上部電極同様に透明のものを用いているが、金属など不透明性な電極材料を用いてもよい。この場合、ブリッジ形成時には不透明な電極の色が表示されることになる。したがって、表示という観点からは、下部基板は不要となる。

また以上の説明では、反射光を観察する例で示したが、下部から光を当て透過光を観察するする方式でもよい。この場合、図１における下部透明電極および下部基板４は透明である必要がある。

さらに以上の説明では、機械的に組み立てられたセル内部での挙動を例として示したが、これに限定されるものではない。例えば、ＥＲ流体をマイクロカプセル化して用いてもよい。すなわち、ＥＲ流体の分散媒と有機導電性高分子を主成分とする粒子をマイクロカプセルに内包し、バインダーとともにシート化した上で、上下の電極にはさむという構成も可能である。

次に本発明の表示装置の構成材料と製造方法について説明する。
本発明におけるＥＲ流体は、絶縁性液体と有機導電性粒子から構成される。絶縁性液体としては、シリコーン油、塩化ジフェニル、トランス油、流動パラフィン等のオイル類が挙げられる。
有機導電性粒子の材料としては、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフィンおよびこれらの誘導体などの導電性高分子化合物が挙げられる。これらの有機導電性粒子は、オイル中での分散性等を向上させるために、シリカ、二酸化チタンなどの無機微粒子と複合化させた有機無機複合粒子としてもよい。あるいは、ポリスチレンラテックスなど有機微粒子と複合化させて有機同士の複合粒子でもよい。また、必要に応じて界面活性剤などの添加物を適宜加えることもできる。

有機導電性粒子の大きさは、図１に示す透明電極間より直径が小さいものであれば特に制限はないが、好ましい粒子径の範囲は、０．１〜１００μｍである。０．１μｍ未満では粒子の色が薄くなることがあり、また１００μｍを超えると粒子の移動速度が遅くなり、ブリッジ形成に時間がかかることがあり、好ましくない。
また、有機導電性粒子と絶縁性液体との配合比率にも特に制限があるわけではないが、コントラスト、流動性（応答速度）などの観点から、固体粒子は液体に対して０．５〜２０質量％程度が好ましい。

有機導電性粒子の導電率は概ね半導体領域であることが必要である。すなわち、好ましくは、１０^−２〜１０^２Ｓｃｍ^−１の範囲であり、さらに好ましくは、１０^−１〜１０^１Ｓｃｍ^−１の範囲である。有機導電性粒子の導電率が高過ぎて導体の領域になると、ブリッジの形成時にブリッジが電流の導体となり電極間の電界が消えてしまうことがある。一方、有機導電性粒子の導電率が低すぎて絶縁体の領域になると、ＥＲ特性を発現しなくなることがある。

本発明の表示装置は、電界によって、有機導電性粒子が分散／ブリッジ形成することにより画像を表示する。電界を与える装置は、公知の手段を適用できる。表示部に電極板を設置する場合には、上側の電極板の材質としては、一般にはガラスを用いるが、透明性プラスチック、例えば、ポリカーボネート樹脂、またはアクリル系ではポリメチルメタクリレート、あるいは、スチレン系では、スチレン−アクリロニトリル共重合体等を用いてもよい。前記電極板の極線はＩＴＯを蒸着したものが望ましい。一方、下側に設置する電極板の場合は、図１では上側同様に透明のものを記したが、金属など不透明性な電極材料を用いてもよい。この場合、ブリッジ形成時には不透明な電極の色が表示されることになる。

ＥＲ流体における固体粒子として、水が関与しない有機導電性粒子を含む系を用いることにより、長期間にわたり安定で画像劣化のない、表示装置の作製が可能になった。水が関与しないので、湿度の変化、水の蒸発などによるＥＲ特性の変化がなく、安定にＥＲ特性を保持することが可能なったためと考えられる。

下記実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではない。

実施例１
（１）有機導電性高分子微粒子の調製
２．５ｇのシリカ微粒子の水分散物（粒径２０ｎｍ、固形分４０ｗｔ％、Ｎｙａｃｏｌ社製）と酸化剤として９．１ｇのＦｅＣｌ_３・６Ｈ_２Ｏを、９０ｇのイオン交換水中に混ぜて１０分間攪拌した後、ピロール１．０ｍｌを滴下した。反応液は５分で透明から黒色に変わった。２時間攪拌を続けた後に、反応液を遠心分離機（６０００ｒｐｍ、３０分）にかけて、反応生成物であるピロール−シリカ複合体と未反応のシリカやモノマーを含む液状成分と分離した。さらにこの反応生成物を、超音波分散機を用いてイオン交換水中で再分散したのち、再び遠心分離機にかけた。この遠心分離−再分散のプロセスを３回繰り返すことにより、未反応のシリカやモノマーを取り除いた。さらに６０℃に設定した乾燥機中で２４時間乾燥することにより、粉末状の有機導電性高分子１．５ｇを得た。
元素分析の結果、得られた有機導電性高分子中のポリピロール含有量は７０ｗｔ％であった。また、この有機導電性高分子を走査型電子顕微鏡で観察することにより、個々の粒子の大きさは直径で約３００ｎｍであることがわかった。さらに、この有機導電性高分子からペレットを作製し、４ｐｏｉｎｔ−ｐｒｏｂｅ法で導電率を測定したところ、８．２Ｓｃｍ^−１であった。

（２）ＥＲ流体の調製
シリコーンオイル（商標：ＴＳＦ−４５１−１０、ＧＥ東芝シリコーン製、誘電率＝２．６Ｆ／ｍ）５０ｇに上記の有機導電性高分子粒子１．３ｇ、界面活性剤（商標ＴＳＦ４７００、ＧＥ東芝シリコン製）０．２ｇを添加し、超音波分散機で１０分間分散した。
（３）表示セルの作製
図１に示すような表示セルを作製した。大きさは１０×１０ｍｍ、電極間の距離は０．５ｍｍとした。電極は上下ともＩＴＯガラス電極とし、下側の基板は白色のものを用いた。表示セル内には、０．０５ｍｌの上記ＥＲ流体を封入した。

（４）表示実験
上記の表示セルに直流高圧電源により電圧（２００Ｖ）をかけ、黒（有機導電性高分子粒子が分散した状態）→白（有機導電性高分子粒子がブリッジを形成した状態）に変化させ、その程度を目視評価した。また、表示セルを半年間放置した後に同様の評価を行なった。
評価基準は、○：表示のコントラストがはっきりしている、△：表示のコントラストは不明瞭な部分もあるが実用上問題ない。×：表示のコントラストは不十分であり実用レベルにない、とした。評価結果を表１に示す。

実施例２
有機導電性高分子微粒子の調製において、ピロールの代りにアニリンを用いた以外は、実施例１と同様に試料を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、得られた有機導電性高分子中のポリアニリン含有量は５０ｗｔ％、大きさは直径で約５００ｎｍ、導電率は、０．２Ｓｃｍ^−１であった。

実施例３
有機導電性高分子微粒子の調製において、シリカの代りに二酸化チタン（粒径１０ｎｍ、固形分４０ｗｔ％、Ｎｙａｃｏｌ社製）を用いた以外は、実施例１と同様に試料を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、得られた有機導電性高分子中のポリピロール含有量は６５ｗｔ％、大きさは直径で約６００ｎｍ、導電率は、３０．１Ｓｃｍ^−１であった。

実施例４
有機導電性高分子微粒子の調製において、シリカの代りにポリスチレンラテックス（ＪＳＲ６４０、日本合成ゴム（株）製）を用いた以外は、実施例２と同様に試料を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。なお、得られた有機導電性高分子中のポリアニリン含有量は６０ｗｔ％、大きさは直径で約８００ｎｍ、導電率は、０．０７Ｓｃｍ^−１であった。

比較例１
有機導電性高分子微粒子の代りに、アクリル−シリカ複合粒子（例えば、日本印刷学会誌、３８、１７（２００１）参照。）を用いてＥＲ流体を得た以外は、実施例１と同様に試料を作製し、同様の評価を行った。評価結果を表１に示す。

本発明の有機導電性高分子を用いたＥＲ流体は、長期間にわたりＥＲ特性を保持することができ、安定で画像劣化がなく、耐久性に優れた表示装置の作製が可能となり、実用的に優れたものである。

電界によるＥＲ流体の変化を示す模式図

符号の説明

１ＥＲ流体の分散媒
２有機導電性高分子粒子
３透明電極
４下部基板

Claims

固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（ＥｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌＦｌｕｉｄ）を用いた表示材料において、前記固体粒子が有機導電性高分子からなることを特徴とする表示材料。
前記有機導電性高分子が、ポリアニリン、ポリピロール、およびこれらの誘導体から選択される少なくとも１種である請求項１に記載の表示材料。
前記固体粒子が、有機導電性高分子と、有機微粒子および／または無機微粒子との複合体である請求項１または２に記載の表示材料。
前記有機微粒子が、ポリスチレンラテックスである請求項３に記載の表示材料。
前記無機微粒子が、シリカおよび／または二酸化チタンである請求項３に記載の表示材料。
請求項１〜５のいずれかに記載の表示材料を、透明電極と、透明または不透明な電極とで挟み、電界を印加することにより、画像を表示することを特徴とする表示装置。