JP2008003600A - 電気泳動ディスプレイ媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】溶媒耐性及び粒子安定性のある電気泳動ディスプレイ装置を提供する。
【解決手段】一組以上の着色粒子を誘電性流体中に含む電気泳動ディスプレイ媒体３０，３１，３２であって、一組以上の粒子の少なくとも１つがポリ（（メタ）アクリレート／親水性モノマー）乳化凝集ポリマー粒子、例えば、ポリ（メチルメタクリレート／ブチルアクリレート／Β−カルボキシエチルアクリレート）乳化凝集ポリマー粒子を含む電気泳動ディスプレイ媒体。このディスプレイ媒体は、その媒体を導電性基体間に位置するディスプレイ層４０（１以上）の多数の個別貯蔵所に含めることにより、電気泳動ディスプレイ装置に含まれる。
【選択図】図１

Description

溶媒耐性乳化凝集着色料粒子を用いるディスプレイ媒体を含む電気泳動ディスプレイ装置がここに記述され、それらの粒子は電界誘導帯電が可能なものであり得る。

電気泳動ディスプレイは当該分野において周知である。電気泳動ディスプレイは、一般には、適合する特定の比重の透明もしくは着色液体中にコロイド状に分散された１もしくは２種類の帯電色素粒子の懸濁液を含み、２枚の平行かつ透明な導電性電極パネルを含むセル内に収容される。帯電粒子は電場の影響の下で電極パネル間を移送され、したがって、電極に適切に電場を印加することによって画像を表示させることができる。情報を提供し、かつ画像を表示するための手段としての電気泳動ディスプレイの利点は、十分に理解されてきた。
米国特許第２，８００，４５７ 米国特許第３，６６８，１０６ 米国特許第４，２７２，５９６ 米国特許第５，２７８，０２０ 米国特許第５，２９０，６５４ 米国特許第５，３０８，７３４ 米国特許第５，３２２，９１２ 米国特許第５，３４４，７３８ 米国特許第５，３４６，７９７ 米国特許第５，３６４，７２９ 米国特許第５，３７０，９６３ 米国特許第５，４１８，１０８ 米国特許第５，５９３，８０７ 米国特許第６，０１７，５８４ 米国特許第６，１１３，８１０

複数の実施形態において、１以上の着色粒子の組を誘電性流体中に含む電気泳動ディスプレイ媒体が記述され、ここで、粒子の１以上の組の少なくとも１つはポリ（（メタ）アクリレート／親水性モノマー）乳化凝集ポリマー粒子、例えば、ポリ（メチルメタクリレート／ブチルアクリレート／β−カルボキシエチルアクリレート）乳化凝集ポリマー粒子を含む。

図１に示されるように、電気泳動ディスプレイ装置の一実施形態は、互いに正対して配置される２つの導電性基体１０および２０を含み、それらの間には電気泳動もしくはディスプレイ層４０がある。このディスプレイ層は、例えば、約５から約１，０００μｍ、例えば、約１０から約５００μｍ、もしくは約２０から約３５０μｍの厚みを有することができる。

層４０はその内部にスペーサーを含む層から構成されることができ、それのスペーサーは、流体および着色粒子を含んでなるディスプレイ媒体（３０、３１および３２）を各々含む、複数の個別の貯蔵所を規定する。複数は、例えば、約２から約１００，０００，０００、もしくは潜在的にはそれ以上、例えば、約１００から約５０，０００，０００、もしくは約１，０００から約１，０００，０００を指す。これに関して、各々の貯蔵所はその装置のピクセルに対応するものと考えることができる。貯蔵所は、例えば、その内部にディスプレイ媒体を収容し、もしくは収容することが可能であるあらゆる単位を指し、これには、例えば、スペーサー装置によって分離された単位、単一のシートもしくは２枚のシート間に形成されるポケット、空洞もしくは泡、シートもしくは層内のカプセルもしくはマイクロカプセル等が含まれる。

電気泳動ディスプレイ装置の導電性基体としては、あらゆる適切な物質を制限なしに用いることができ、これには、例えば、現時点で公知であり、かつ用いられる物質、もしくは将来当該分野において用いることができる物質が含まれる。少なくとも１つの導電性基体、特にその装置により形成される画像をそれを通して見ることができる少なくとも１つの最上層導電性基体は、そのように見ることを可能にするため、透明でなければならない。適切な物質として、導電性ポリマーフィルム、例えば、透明な導電性物質、例えば、酸化スズインジウム（ＩＴＯ）でコートされたポリマーフィルム、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、例えば、ＭＹＬＡＲ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）フィルム等、導電性ガラスフィルム、例えば、ＩＴＯコートガラス、および導電性薄金属に言及することができる。透明性については、ＩＴＯコートポリマーフィルムおよびガラスが適切である。これらの基体は曲げやすいものであっても剛性であってもよい。

導電性基体の間には複数の個別の貯蔵所（３０、３１、３２）が収容され、各々には以下により詳細に記述されるディスプレイ媒体が充填される。個別の貯蔵所の各々はその電気泳動ディスプレイ装置の１つの容器および／もしくはセルを規定する。

複数の実施形態において、個別の貯蔵所を互いに分離するのにスペーサーを用いることができる。あらゆる適切なスペーサーデザインを用いることができる。

貯蔵所内で用いようとするディスプレイ媒体は、機能するため、その貯蔵所の幅／直径より小さいサイズの粒子を含む。

複数の実施形態において、例えば、図２および３に示されるようにディスプレイ装置を曲げやすくさせることができる。この実施形態においては、ディスプレイ装置６５の基体５５が各々曲げやすいポリマーフィルムから構成され、スペーサーが基体の一方の上に、望ましくはその一部として、形成された格子パターンを含む。

曲げやすいポリマー基体５５は、例えば、硬化性の、例えば、ＵＶ硬化性の、接着剤のような物質を含むことができる。例えば、エポキシアクリル、例えば、Ｅｐｏｘｉｅｓからの６０−７１５５等、もしくはウレタンアクリル、例えば、６０−７１６５（Ｅｐｏｘｉｅｓ等）を用いることができる。

格子パターンをその上に有する曲げやすいポリマーフィルムは、ディスプレイ流体で充填され、接合されてディスプレイ装置を形成する。ディスプレイ流体はそのフィルム全体にわたって格子パターンのセルを充填するように適用することができ、典型的には、接合に先立って過剰のディスプレイ流体を端部で拭き取るか、もしくはならす。流体はセル内のみに局在させ、接合表面は清浄で残留流体が存在しないことが望ましい。

さらなる工程として、フィルムの接合表面を流体の表面張力よりも小さい表面エネルギーを有するように変更することができる。このようにすることで、流体が接合表面を濡らすことはない。例えば、ポリマーフィルム５５に低表面エネルギー物質５８、例えば、フルオロカーボンポリマー、シランもしくは、例えば長さが約８から約１，０００炭素原子の、アルキル鎖材料を貼付することにより、貼付された端部がセル内のディスプレイ媒体の流体によって濡れることがなく、別のフィルムへの良好な接合が保証される。

図３は、ディスプレイ媒体が充填された個別のセル６１の各々を有する、末端可撓性ディスプレイ装置６５を示す。

適切な電気泳動ディスプレイ装置の別の実施形態が図４に示される。図４において、電気泳動ディスプレイ装置は、ここでも、互いに正対して配置される導電性基体１０および２０を含む。しかしながら、この実施形態においては、基体の間の層は、その内部に電気泳動ディスプレイ媒体が封入されている、複数のマイクロカプセル４５を含んでなる。これらのマイクロカプセルは適切なマトリックス物質中に保持することができる。これらのマイクロカプセルは、例えば、約５ミクロンから約１，０００ミクロン、例えば、約５から約２００ミクロンもしくは約５から約５０ミクロンのサイズ（直径）を有するように作製することができる。

この実施形態においては、マイクロカプセルを調製してディスプレイ媒体を充填した後、マイクロカプセルを導電性基体の一方もしくは両者、またはマイクロカプセルと基体との間の中間層、または、複数の層が用いられる場合には、装置内の他のマイクロカプセルの層に固定もしくは接着することができる。

マイクロカプセルを作製するのに、あらゆる適切な封入法を用いることができる。封入のプロセスには、通常の、もしくは複雑なコアセルべーション、界面重合、インサイチュ（in-situ）重合、電気分解分散および冷却、もしくは噴霧乾燥プロセスを含むことができる。これらのプロセスにおいては、ディスプレイ媒体をそれによって封入しようとする壁形成物質の溶液に添加し、得られる封入微小球に架橋を施すことができる。これらのマイクロカプセルは、メラミン−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、レゾルシノール−ホルムアルデヒド、フェノール−ホルムアルデヒド、ゼラチン−ホルムアルデヒド、イソシアネート−ポリオール、２種類の反対に帯電したポリマーのインターポリマー複合体、例えば、ゼラチン／アラビアゴム、ゼラチン／ポリホスフェート、およびポリ（スチレンスルホン酸）／ゼラチン、ヒドロキシプロピルセルロース、前記の混合物および／もしくは組み合わせ等をマイクロカプセル壁形成物質として用いて調製することができる。

一旦生成すると、次に、それらのマイクロカプセルを、直接もしくはそれらの間の中間層を介して、装置の導電性基体の一方の上に位置させ、もしくは接着させる。接着は、例えば、あらゆる適切な結合剤によって達成することができ、その結合剤はマイクロカプセルを基体にコーティングする前にマイクロカプセルと混合するか、マイクロカプセルを乗せる前に基体上にコートするか、基体に乗せた後にマイクロカプセルにコートするか、もしくは、３つすべてを含めて、上記の１つ以上である。

接着剤もしくは結合剤として、あらゆる適切な物質を用いることができ、これには、例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）もしくはポリウレタン、例えば、ＮＥＯＲＥＺが含まれる。図５および６に示されるように、結合剤層７０はその内部に複数の空洞７２を含み、それらの空洞はディスプレイ媒体の流体７３および粒子７４で充填される。所望であれば、異なる色のディスプレイ媒体に異なる層を用いることができる。

この実施形態は、基体上での大面積ディスプレイ装置の創出に容易に適用することができる、装置のディスプレイ層にディスプレイ媒体を組み込む方法に関する。本質的には、まず、ディスプレイ媒体の粒子の組を、犠牲結合剤、すなわち、続いて除去される結合剤をも含んでなる複合粒子に組み込む。この複合粒子を結合剤層の結合剤に組み込んだ後、犠牲結合剤を除去することで、結合剤層中で複合粒子によって占められる空間がディスプレイ媒体の粒子を収容する空洞もしくは空隙となる。その後、犠牲結合剤の除去と同時に、もしくは犠牲結合剤の除去に続いて、ディスプレイ流体の液体を添加して空洞を充填することができる。

複合粒子の犠牲結合剤として、ワックス、例えば、ポリエチレンもしくはポリプロピレンワックス、例えば、Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅ製のＰＯＬＹＷＡＸワックスを用いることができる。ディスプレイ媒体の流体の存在下で溶解し、もしくは溶融して結合剤層から除去できる追加物質を用いることもできる。

結合剤層の結合剤として、あらゆる光学的に透明の物質を用いることができる。複数の実施形態において、犠牲ポリマー物質を抽出して空洞を形成するため、結合剤層は流体７３によって可塑化もしくは膨潤できることが望ましい。結合剤層は流体７３によって分解してはならない。これを達成する手段の１つは結合剤層を架橋して分解することなしに溶媒での膨潤を可能にすることである。複数の実施形態においてポリマーシートの形成に用いられるポリマー物質は、例えば、エラストマー物質、例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ製のＲＴＶシリコーンもしくはＳＹＬＧＡＲＤシリコーンエラストマーのいずれか、熱もしくはＵＶ硬化性ポリウレタン樹脂、及び熱もしくはＵＶ硬化性エポキシ樹脂から選択される１種類以上のポリマー物質並びに１種類以上の硬化剤を含むことができる。

一旦形成されると、その内部に埋め込まれた複合粒子から犠牲結合剤を除去する処理を結合剤層（１以上）に施す。これには、例えば、犠牲結合剤を溶解する溶媒処理手順、高温で犠牲結合剤を溶解して除去する処理、それらの組み合わせ等を含むことができる。例えば、ディスプレイ媒体の流体の存在下で、シートに超音波処理を施すことができる。犠牲結合剤は結合剤層から拡散脱離し、ディスプレイ媒体の粒子を複合粒子によって形成される空洞に残す。ディスプレイ媒体の流体を用いて犠牲結合剤除去工程を実施するとき、犠牲結合剤はディスプレイ媒体の流体で置換され、したがって、ディスプレイ媒体で充填された空洞を残す。

図７は、その内部に黒色および白色粒子を有する個別のセル８４を有するディスプレイ層８２を含むディスプレイ装置８０を示す。カラーフィルター８５がセル上に配置され、そのカラーフィルターはレッド８６、グリーン８７およびブルー８８のストライプを含む。このようにすることで、８色を表示することができる。例えば、白色粒子８３をレッドストライプの下で、かつ黒色８１をブルーおよびグリーンの下で表示するようにセルを駆動することにより、赤色を表示することができる。緑色および青色は、白色粒子をカラーフィルターのこれらそれぞれのストライプの下で表示させ、黒色を他の２つの色のストライプの下にするにより、同様に表示させることができる。黄色は、黒色をブルーの下に、かつ白色をレッドおよびグリーンの両者の下に出現させることによって引き出すことができる。シアンは、白色粒子をグリーンおよびブルーストライプの下で表示させ、黒色をレッドの下とすることで引き出すことができる。マゼンタは、白色をカラーフィルターのレッドおよびブルーストライプの下とし、かつ黒色をグリーンの下とすることで表示することができる。白色は、白色粒子をカラーフィルターのすべてのストライプの下とすることで表示され、黒色は黒色をカラーフィルターのすべての下とすることで表示される。

複数の実施形態において、ディスプレイ媒体は少なくとも１種類の流体および少なくとも１種類、例えば、少なくとも２種類、例えば、２から１０もしくは２から４種類の、流体中に分散する着色粒子の組（１以上）を含んでなる。

ここでの一実施形態において、ディスプレイ媒体は流体系に分散する着色粒子の１つ以上の組を含む。流体は無色／透明であってもよく、もしくは可視色、例えば、そこに分散する粒子の組が示す色（１以上）とは異なる対照的な色を示してもよい。

複数の実施形態において、ディスプレイ媒体の流体およびその中の粒子の組（１以上）は実質的に調和がとれた密度を有することができ、例えば、これらの物質の密度は互いの約１０％以内、または、より具体的には、互いの５％以内もしくは互いの２％以内である。

流体はディスプレイ媒体の約１０重量％から約９５重量％、例えば、ディスプレイ媒体の約３０重量％から約９０重量％もしくは約４０重量％から約８０重量％を構成することができる。

流体は電気泳動ディスプレイを用いるための分野において公知のあらゆる適切な液体から構成できる。流体は、例えば、液体状態にある物質を指し、気体もしくは空気ではない。流体の選択は、化学的不活性、そこに懸濁させようとする粒子に合致する密度および／もしくは粒子との化学的適合性の問題に基づくものであり得る。

流体は、その中に、少なくとも約３５℃の融点を有する熱可逆的ゲル化剤を含むことができる。

有機溶媒、例えば、ハロゲン化有機溶媒、飽和直鎖もしくは分岐鎖炭化水素、シリコーン液もしくは油、および低分子量ハロゲン含有ポリマーが、用いることができる幾つかの適切なタイプの流体である。

着色されている場合、流体を当該分野におけるあらゆる適切な手段によって着色することができ、これには適切な分散性着色料、例えば、染料および／もしくは分散性顔料をそこに含めることによるものが含まれる。

複数の実施形態において、流体は電荷制御添加物またはディスプレイ媒体および／もしくはそこに分散する粒子の帯電挙動に影響を及ぼし得る他のイオン性種を実質的に含まない。しかしながら、他の複数の実施形態においては、流体は粒子の表面エネルギーもしくは電荷を変更するための表面改変剤、電荷制御剤、分散剤、および／または表面活性剤のような添加物を含むことができる。

複数の実施形態において、ディスプレイ媒体は実質的に同じ色を示す粒子の組を少なくとも１つ含む。ディスプレイ媒体は、少なくとも２つ、例えば、２から１０もしくは２から４つの、流体中に分散された異なるように着色された粒子の組を含めて、１組の着色粒子を含んでなることができる。色は、例えば、電磁気スペクトルの波長範囲内の全吸収特性を指す。ここでの実質的に同じ色は、例えば、その組の他の粒子と実質的に同じ色相およびコントラスト（暗度／明度）を示す粒子を指す。

ディスプレイ媒体は２組の異なるように着色された粒子、例えば、ブラック粒子およびホワイト粒子を含むことができる。複数の実施形態において、ディスプレイ媒体は少なくとも３つの異なるように着色された粒子の組を含む。例として、これら３組の着色粒子は３つの減色的原色、イエロー、シアンおよびマゼンタを含むことができ、もしくはレッド、ブルーおよびグリーンを含むことができる。４組の異なるように着色された粒子を含む例示的ディスプレイ媒体は、イエロー、シアン、マゼンタおよびブラックを含むことができる。例えばハイライトカラー表示用の、さらなる異なるように着色された粒子の組を、ここに記述されるいかなる実施形態においても、さらなる着色粒子の組として含めることもできる。

ディスプレイ媒体中の同じ着色粒子の組の各々はそのディスプレイ媒体の約５重量％から約５０重量％、例えば、約５重量％から約４０％もしくは約５重量％から約３０重量％を構成することができる。

複数の実施形態において、例えば、約１０^-11から約１０^-15Ｓ／ｍ、例えば、約１０^-12から約１０^-14Ｓ／ｍもしくは約１０^-12から約１０^-13Ｓ／ｍのオーダーの導電率を有する、低導電率電気泳動ディスプレイ媒体が記述される。したがって、このディスプレイ媒体の導電率は誘電性流体のものに匹敵する。このディスプレイ媒体の粒子はそれらに高い電場を印加することによって帯電するようになり、これは電界誘導もしくはインサイチュ帯電と呼ぶこともでき、その粒子帯電は、例えば、場の強度および帯電時間（もしくは帯電サイクルの数）に依存する。帯電の後、粒子はグラムあたりマイクロクーロン（μＣ）（すなわち、１０^-6Ｃ／ｇのオーダー）、例えば、約±０．１から約±２０μＣ／ｇ、約±０．２から約±１０μＣ／ｇもしくは約±０．３から約±５μＣ／ｇのオーダーの電荷（電荷対質量比）を有し得る。

ここでの実施形態の、流体およびその中の粒子の組を含む、ディスプレイ媒体は、電荷制御添加物およびそのディスプレイ媒体の帯電特性および／もしくは導電率に影響を及ぼす類似の過剰イオン性種を実質的に含まないようにさせることができる。ここでの実質的にイオンを含まないということは、例えば、上述の導電率値を達成することができる程度までイオン性種を含まないディスプレイ媒体を指す。結果として、ここでのディスプレイ媒体は上述の低導電率特性を示すことが可能である。

ディスプレイ媒体中に電荷制御添加物が望ましく存在しない結果として、ディスプレイ媒体の粒子の組の粒子は他の方法によって低帯電特性を示す可能性を含ませる必要がある。そのようなものは、例えば、表面活性剤および／もしくは水の存在下で粒子を形成することによって達成することができ、少量のこれらの物質は形成中に粒子に組み込まれ得る。粒子に電荷を付与することができる他の成分には、重合開始剤、例えば、ＡＰＳ（過硫酸アンモニウム）、連鎖移動剤、例えば、ＤＤＴ（ドデシルチオール）、または、粒子表面に露出し得るか、もしくは部分的に露出し得る、ポリマー主鎖中の酸性／塩基性官能基が含まれる。

ディスプレイ媒体の粒子として、ディスプレイ媒体の少なくとも１組の粒子は少なくとも（メタ）アクリレートモノマー単位および親水性モノマー単位のポリマーを含んでなる。

（メタ）アクリレートという用語は、例えば、アクリレートおよびメタクリレートの両者を指す。望ましくは、（メタ）アクリレートはメチルメタクリレートであるが、とは言え、メチルメタクリレートの代用物、例えば、アリル（メタ）アクリレート、ｎ−デシル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、エチル（メタ）アクリレート、ヘキサデシル（メタ）アクリレート、ヘキシル（メタ）アクリレート、イソルボニル（ｉｓｏｒｂｏｎｙｌ）（メタ）アクリレート、イソブチル（メタ）アクリレート、イソデシル（メタ）アクリレート、イソオクチル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、２−メトキシエチル（メタ）アクリレート、ネオペンチル（メタ）アクリレート、ｎ−オクチル（メタ）アクリレート、２−フェノキシエチル（メタ）アクリレート、２−ペンチルエチル（メタ）アクリレート、フェニル（メタ）アクリレート、ｎ−プロピル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレートもしくはそれらの組み合わせのようなアクリレートもしくは対応するメタクリレートを用いることもできる。

親水性、もしくはより水混和性のモノマーとして、ブチルアクリレートが望ましい。得られるポリマーは、ここで記述されるタイプのディスプレイにおいて典型的に用いられる、非極性溶媒、例えば、ＩＳＯＰＡＲ等における低い混和性を有する。ブチルアクリレートの親水性代替物の例には、アクリル酸、４−ヒドロキシブチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルメタクリレート、２−ジメチルアミノエチルアクリレート、２−ジメチルアミノエチルメタクリレート、２−（２−エトキシエトキシ）エチルアクリレート、２−ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、メタクリル酸、メトキシポリエチレングリコールモノメタクリレート、４−スチレンスルホン酸、２−ビニルピリジン、４−ビニルピリジン、酢酸ビニル、ビニルピバレート、プロピオン酸ビニル、ビニルトルエン、およびそれらの組み合わせが含まれる。

メチルメタクリレートおよびブチルアクリレートのポリマーにおいては、β−カルボキシエチルアクリレートのモノマー単位をさらに含むことが望ましい。

（メタ）アクリレート、親水性モノマーおよび、任意に、β−カルボキシエチルアクリレートのポリマーを含んでなる乳化凝集粒子は、特にはスチレン、ブチルアクリレートおよびβ−カルボキシエチルアクリレートのポリマーの溶媒耐性と比較して、溶媒、例えば、脂肪族炭化水素流体に対する優れた溶媒耐性を有することが見出された。さらに、そのようなポリマー粒子は、スチレン、ブチルアクリレート、β−カルボキシエチルアクリレートポリマー粒子と比較して、高温で驚くほど優れた安定性を有する。

（メタ）アクリレートモノマー、親水性モノマーおよびβ−カルボキシエチルアクリレートのあらゆる適切な比をポリマーの形成において用いることができる。複数の実施形態において、（メタ）アクリレート、例えば、メチルメタクリレートは、例えば、モノマーの混合物の約４０重量％から約８５重量％、例えば、混合物の約５０重量％から約８０重量％もしくは約６０重量％から約７５重量％であり得、親水性モノマー、例えば、ブチルアクリレートは、例えば、モノマーの混合物の約１０重量％から約５０重量％、例えば、混合物の約２０重量％から約４５重量％もしくは約２０重量％から約３０重量％であり得、かつβ−カルボキシエチルアクリレートは、例えば、モノマーの混合物の約１重量％から約２０重量％、例えば、混合物の約２重量％から約１５重量％もしくは約２重量％から約１０重量％であり得る。

ポリマーの製造に用いられるモノマーは、そのポリマーの分子量特性を制御するため、少なくとも１種類の連鎖移動剤を含むこともできる。連鎖移動剤の例には、例えば、全モノマー混合物の約０．１から約１０重量パーセント、例えば、全モノマー混合物の約０．２から約５重量パーセントの、ドデカンチオール、ドデシルメルカプタン、オクタンチオール、四臭化炭素、四塩化炭素が含まれる。その上、より高分子量のポリマーを得るため、架橋剤、例えば、デカンジオールジアクリレートもしくはジビニルベンゼンを、例えば、全モノマー混合物の約０．０１重量パーセントから約２５重量パーセント、例えば、約０．５から約１０重量パーセントの量で、そのモノマー系に含めることもできる。

モノマーから誘導されるポリマーはそれらのモノマー単位の各々のランダム構造、例えば、以下のような構造を有することができる。

粒子は、例えば、約５ｎｍから約１００μｍ、例えば、約１０ｎｍから約５０μｍもしくは約０．５μｍから約２５μｍの平均サイズを有するように製造することができる。

粒子の形成において用いることができる化学プロセスには、例えば、乳化凝集、分散重合、ミニもしくはマイクロエマルジョン重合、懸濁重合、沈殿、相分離、溶媒蒸発、インサイチュ重合、または微量封入のあらゆるプロセスが含まれる。複数の実施形態において、（メタ）アクリレート、親水性モノマーおよび任意のβ−カルボキシエチルアクリレートポリマー粒子はエマルジョン重合によって製造される。そのような粒子は化学的に成長し、サイズが実質的に単分散で、かつ形状が実質的に球状となる傾向にある。乳化凝集粒子の別の利点は、粒子表面が結合剤樹脂によって実質的に完全に保護され、粒子の電荷に対する着色料、例えば、顔料、の寄与が排除され得ることである。

乳化凝集によるアクリレート系ポリマー粒子の製造方法は幾つかの特許、例えば、米国特許第５，２７８，０２０号、第５，３４６，７９７号、第５，３４４，７３８号、第５，４０３，６９３号、および第５，３６４，７２９号において説明されている。

乳化凝集粒子は、（Ｄ８４／Ｄ５０）の体積基準の上限幾何標準偏差値（ＧＳＤ）が約１．１から約１．２５の範囲にあるような、実質的に単分散のサイズを有することができる。全トナー粒子の５０％の累積パーセンテージが達成される粒子直径が体積Ｄ５０と定義され、８４％の類累積パーセンテージが達成される粒子直径が体積Ｄ８４と定義される。これら前述の体積平均粒子サイズ分布指数ＧＳＤｖはＤ５０およびＤ８４を累積分布において用いることによって表すことができ、体積平均粒子サイズ分布指数ＧＳＤｖは（体積Ｄ８４／体積Ｄ５０）と表される。

乳化凝集粒子は約０．９２から約０．９９、例えば、約０．９４から約０．９８もしくは約０．９５から約０．９７の平均真円度を有することができる。真円度は公知のＭａｌｖｅｒｎ Ｓｙｓｍｅｘ Ｆｌｏｗ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｚｅｒ ＦＰＩＡ−２１００を用いて決定することができる。

粒子の着色料として、染料、顔料、染料の混合物、顔料の混合物もしくは染料および顔料の混合物を用いることができる。粒子および／もしくは粒子の着色料には、染料が粒子上に沈殿するか、または粒子が染料、例えば、容易に可溶のアニオン性染料の金属塩、例えば、カルシウム、バリウムもしくはアルミニウム塩によって沈殿する、１つ以上のスルホン酸もしくはカルボン酸基を含むアゾ、トリフェニルメタンもしくはアントラキノン構造の染料で染色される、レーキ処理もしくは染色顔料も含むことができる。

ポリマー結合剤および着色料に加えて、粒子はワックス分散体を含むこともできる。直鎖ポリエチレンワックス、例えば、Ｂａｋｅｒ Ｐｅｔｒｏｌｉｔｅから入手可能なＰＯＬＹＷＡＸ（登録商標）系列のワックスが有用である。もちろん、このワックス分散体には、ポリプロピレンワックス、カルナウバワックス等を含む当該分野において公知の他のワックス、およびワックスの混合物を含むことができる。これらのトナーは、例えば、固体ベースで、約１から約１５重量％のワックス粒子、例えば、約３から約１２重量％もしくは約５から約１０重量％を含むことができる。

上述の低導電率粒子の組を含むディスプレイ媒体において、まず粒子が、例えば、それらに電場を適切な時間および適切な電場で印加することによって帯電される。この電界誘導もしくはインサイチュ帯電は適切な荷電特性をディスプレイ媒体中の粒子の組の各々に付与する。粒子の組の各々は時間ｔ＝０で実質的にゼロ電荷を有する。高電場の印加により、粒子の組の各々は適切なレベルまで帯電する。

ここでの粒子の電界誘導もしくはインサイチュ帯電はあらゆる適切な方法によって達成することができる。そのような方法の１つが図８に示される。図８の装置１００はディスプレイ媒体を格納することができるセル１４０を含み、そのセルは一対の電極、例えば、平行プレート電極１５０、１６０の間に位置する。コントロールジェネレータ１２０および電源１１０によって適切な電場を発生させ、帯電を、過渡電流を監視する、電位計１７０によって監視することができる。反射濃度計１３０はセル１４０に格納されるディスプレイ媒体の反射率の変化を、それが電場によって前後に切り替わるため、監視する。この反射濃度計は、例えば、ＬａｂＶＩＥＷインターフェース・ソフトウェアおよびＰＣ１８０によって制御することができる。複数の実施形態において、印加される場の強度は約０．０５Ｖ／μｍから約５Ｖ／μｍ、例えば、約０．２５Ｖ／μｍから約３Ｖ／μｍもしくは約０．５Ｖ／μｍから約２Ｖ／μｍの範囲であり得る。場は約０．００１秒から約５時間、例えば、約０．００５秒から約２時間もしくは約０．０１秒から約１時間もしくは約１秒から約３０分間印加することができる。場はいかなる形態をとることもでき、特には、矩形波形態、三角波形態、正弦波形態等であり得る。

図９は、ＩＳＯＰＡＲ Ｍに分散されたイエロートナー（Ｉｍａｒｉ ＭＦ、イエロー・乳化凝集スチレンブチルアクリレート・トナー）（ＩＳＯＰＡＲ Ｍ中のトナーの固体添加量は８重量％である）を含んでなり、かつ矩形波電場を用いるディスプレイ媒体の過渡電流特性を示す。図１０は、電流−時間曲線下の積算面積から決定される、異なる場強度で獲得されるディスプレイ媒体中の粒子の合計電荷を示す。図において認められる電荷値が試験セルにおけるｎＣでの合計電荷を指すことに注意されたい。単位質量あたりの電荷（ｎＣ／ｇ）を算出するため、試験セルにおける合計電荷を試験セル内のトナーの質量で割る。合計質量はインク密度から得られる。ここでは、セル内の８重量％インクにおけるトナーの質量に典型的である、１４ｍｇの標準値を用いた。

図１１は、三角波電場（３００ミリヘルツ）を用いる、図９および１０に用いられるものと同じディスプレイ媒体の過渡電流特性を帯電循環時間の関数として示す。電場はＶ／μｍの単位で報告され、μｍは電極間の間隔である。電流が一時的に最高となる、粒子が間隔の一方の側から他方へ跳躍するピークが反映される。約１Ｖ／μｍの電場ピークは、５０μｍの電極間隔に対して、この跳躍を達成するのに５０Ｖの場が必要であることを示す。粒子の合計電荷が図１２に示される。電流対場曲線の直線部分の傾きによって示されるインク導電率は約１．９×１０^-12Ｓ／ｍであり、これはディスプレイ媒体中の遊離イオンが非常に僅かであることを示す。

図１３は、３つの異なるサイズ（７．２μｍ、９．３μｍおよび１６．８μｍ）を有する電気泳動インク粒子の帯電特性の一例を示す。図１３に示されるように、同じ時間帯電し、かつ同じ帯電波形態を用いるとき、最小の粒子が最高の電荷を獲得することができ、それに対して最大の粒子は最少の電荷を得る。

図１４は異なる帯電挙動を示す。具体的には、図１４は、ＩＳＯＰＡＲ Ｍ中に分散する通常のシアンポリエステルトナーで構成される電気泳動ディスプレイ媒体の帯電特性を示す。このポリエステルトナーは、化学的プロセス、例えば、乳化凝集ではなく、通常の物理的粉砕プロセスによって調製される。図１４に見ることができるように、帯電挙動は静的であり、すなわち、場が印加される時間の長さに関わらず、粒子は実質的に同じ電荷を得る。

異なるように着色された粒子の組は実質的に同様の電荷レベルを有するべきではなく、したがって、例えば、各々の粒子の組は、少なくとも約０．１μＣ／ｇ、例えば、互いに約０．３μＣ／ｇもしくは約０．７μＣ／ｇ、別の異なるように着色された粒子の組と異なる電荷を有するべきである。

電界誘導帯電に続くディスプレイ媒体への適切なＡＣもしくはＤＣ電流の印加の下で、異なる荷電レベルを有するディスプレイ媒体中の帯電粒子は場に応答して異なる速度で移動し、異なる色を表示するために粒子の移動に対する必要な制御を可能とする。

ディスプレイ装置の個別の貯蔵所によって表示される色の制御は以下の説明によって実証することができる。この例において、ディスプレイ媒体は、シアン、イエロー、マゼンタおよびブラックの少なくとも４種類の異なるように着色された粒子の組を含み、シアンは約３μＣ／ｇの電荷、イエローは約２μＣ／ｇの電荷、マゼンタは約１μＣ／ｇの電荷およびブラックは約０．５μＣ／ｇの電荷を有する。異なるように着色された粒子の組の各々が異なる電荷、特には、異なる低導電率電荷を有する結果として、異なるように着色された粒子の組の各々は印加される電場に対して異なるように応答する（すなわち、異なるように着色された粒子の組の各々は異なる電気泳動移動度を示す）。この例においては、シアン粒子が最高電荷レベルを坦持し、したがって、印加される電場の下で最も迅速に応答する。したがって、シアン粒子を観察者に表示するため、まず、電場を印加することによって粒子を後部基体に引っ張る（引き付ける）ことができる。その電場を逆転することで、観察者がその貯蔵所／カプセルでシアンのみを感知するように、シアン粒子が最も迅速に前面電極に引き付けられる。

イエロー粒子の組は２番目に高い電荷レベルを有する。イエロー粒子を表示するため、上記シアン色表示からの電場を再度逆転させ、粒子の組を後部電極に向けて引き戻す。しかしながら、電場は、シアン粒子がイエロー粒子を追い越して後部電極に向けて移動するのに必要な間のみ印加される。一旦、シアン粒子がイエロー粒子を追い越して移動すると、この点でイエロー粒子が前部電極に最も近いため、黄色が観察者によって感知される。場の逆転がより長時間印加される場合、イエロー粒子はマゼンタ粒子を追い越して後部電極に向けて移動する。この転換点での場の印加の停止は、この点ではマゼンタ粒子が前部電極に最も近いため、マゼンタが観察者によって感知されることを可能にする。最後に、この例におけるブラック粒子は、それらが最低電荷を有するために最もゆっくりと移動するので、マゼンタ粒子がブラック粒子を追い越して移動するまで場の逆転を維持すること、例えば、ディスプレイ媒体中の粒子の組が後部電極に引き付けられるまで場の逆転を維持することは、この点でブラック粒子が前部電極に最も近いため、ブラック粒子が観察者によって感知されることを可能にする。

色表示を制御する別の具体的な例は多色ディスプレイ媒体であり、図１５から１８が参照される。ここで、イエロー粒子（Ｙ）に高い正電荷を持たせ、かつマゼンタ粒子（Ｍ）に低い正電荷を持たせ、シアン（Ｃ）は高い負電荷を有し、かつブラック（Ｂ）は低い負電荷を有する。より高い電荷を有する粒子は図においてより大きく示されるが、このより大きなサイズはより大きな電荷を示すものであって、必ずしもこれらの粒子の間の実際のサイズの関係を示すものではない。

望ましい着色粒子の組の選択的移動を可能とするため、駆動電圧波形を陽極性から陰極性に、もしくはその逆に変化させる。最上プレートが＋に帯電されるとき（図１６）、−帯電色素がこの電極に引き付けられる。より高い電荷の粒子、この場合にはシアンがこの電極に移動する最初の粒子であり、より低い移動度のブラック粒子がそれに続き、したがって、シアンが表示される。最上プレート電位が＋から−に切り替わると（図１５）、高速移動＋粒子、この場合にはイエローが最初に引き付けられ、より低速に移動するマゼンタ種がそれに続く。

より低い移動度の種を選択的に見るため、図１７および１８に示されるようにブリーフスイッチング（ｂｒｉｅｆ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）電圧パルスを加えることによって電圧波形を変更する。この選択的パルスは導電性基体を横切る電流／電場の極性を逆転させ、したがって、強く帯電された粒子の移動を短時間逆転させ、かつこれらの粒子をセルの中央に向けて移動させる。その後、より高い移動度の粒子がより低い移動度の粒子を追い越して後部基体に向けて一旦移動し、かつ反対の極性のさらなる粒子の組がそれらのより低い移動度の粒子よりも前部ビューイング導電性基体近くに移動する前に、電場を取り除く。外側（すなわち、視認可能な側）に留まるものは低速移動の低移動度粒子であり、これはこのパルス状電場に対するそれらの感受性が非常に、より低いためである。したがって、電場をパルス状に印加して負電荷粒子を後部基体に引き付けることにより、より低い電荷のブラック陰性粒子がより高い負電荷シアン粒子の代わりに表示される（図１８）。同様に、より高い正電荷イエロー粒子が表示されるとき、電場をパルス状に印加して正電荷粒子を後部基体に引き付けることにより、より低い正電荷マゼンタ粒子がイエローの代わりに表示される（図１７）。

複数の実施形態において、より移動度の高い粒子は約±１から約±５μＣ／ｇ、例えば、約±２から約±３μＣ／ｇの電荷を有することができ、より移動度の低い粒子は約±０．１から約±１μＣ／ｇ、例えば、約±０．１から約±０．７μＣ／ｇの電荷を有することができる。

５１４ｇの脱イオン水中のＤＯＷＦＡＸ表面活性剤（０．６８ｇ）の水溶液を７６℃に加熱し、４５ｇの脱イオン水中に８．２ｇの過硫酸アンモニウムの開始剤溶液を添加した。１０．８ｇのＤＯＷＦＡＸ、２５７ｇの脱イオン水の第２水溶液を調製し、４６７．１ｇのメチルメタクリレート（ＭＭＡ）、１６８．４ｇのブチルアクリレート（ＢＡ）、３０．９ｇのβ−カルボキシエチルアクリレート（β−ＣＥＡ）および７．５ｍＬのドデシルチオールのモノマー溶液を添加してモノマーラテックス懸濁液を形成した。次に、このモノマーラテックス懸濁液を３時間にわたって第１水溶液に滴下により添加する。添加が完了した後、重合をさらに４時間継続した。４５％の固体含有率を有するポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーラテックスが得られた。

４Ｌ反応ケトルに３１７ｇのポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーラテックス、２００ｇの脱イオン水およびＳｕｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂｌｕｅ色素を添加した。その混合物を１，０００ＲＰＭでポリトロン処理（ｐｏｌｙｔｒｏｎｅｄ）した後、３．６５ｇのポリアルミニウムクロライド、３０ｇのＨＮＯ₃、０．０１Ｍの溶液を５分にわたって滴下により添加した。ケトルを５０℃に加熱し、２００ＲＰＭで１００分間攪拌して７．５ミクロンの凝集粒子サイズを得た。ｐＨを約７．６に調整した後、その材料を９８℃まで６時間かけて加熱し、９８℃で５時間維持した。その後、混合物を冷却し、７．５ミクロンサイズの融合円形粒子を得た。

比較のため、ポリ（スチレン／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーを調製した。５１４ｇの脱イオン水中のＤＯＷＦＡＸ表面活性剤（０．６８ｇ）の水溶液を７６℃に加熱し、４５ｇの脱イオン水中に８．１ｇの過硫酸アンモニウムの開始剤溶液を添加した。１０．８ｇのＤＯＷＦＡＸ、２５７ｇの脱イオン水の第２水溶液を調製し、４１８．５ｇのスチレン、１２３ｇのブチルアクリレート（ＢＡ）、１６．２ｇのβ−カルボキシエチルアクリレート（β−ＣＥＡ）、１．８９ｇのデカンジオールジアクリレート（ＡＤＯＤ）および５．９４ｇのドデシルチオールのモノマー溶液を添加してモノマーラテックス懸濁液を形成した。次に、このモノマーラテックス懸濁液を５時間にわたって第１水溶液に滴下により添加する。モノマーラテックス添加の１．５時間後、３．２９ｇのさらなるドデシルチオールをモノマーラテックス懸濁液に添加し、モノマーラテックス懸濁液の添加を継続した。この添加が完了した後、重合をさらに２時間継続した。４１％の固体含有率を有するポリ（スチレン／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーラテックスが得られた。

すべての乳化凝集粒子をポリ（スチレン／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーラテックスから、上述のポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）ポリマーラテックスに対する方法と同じ方法で調製した。

樹脂のペレットを（１）染色ＩＳＯＰＡＲ Ｍおよび（２）染色５ｃＳｔシリコーン油（ｓｉｌｉｃｏｎ ｏｉｌ）に、各々６０℃で一晩、浸漬することによって乳化凝集粒子の溶媒耐性を評価した。（溶媒中の染料による）樹脂の変色の程度がその樹脂の溶媒耐性の定性的（質的）尺度である。すなわち、試験終了時のペレットの着色が少ないほど樹脂の溶媒耐性が大きい。ＩＳＯＰＡＲ Ｍおよびシリコーン油の両者において、ポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）乳化凝集粒子は僅かな色のみを示し、ポリ（スチレン／ＢＡ／β−ＣＥＡ）乳化凝集粒子と比較して実質的にあまり色を示さなかった。

複数の乳化凝集粒子を（１）ＩＳＯＰＡＲ Ｍおよび（２）５ｃＳｔシリコーン油に、各々６０℃で一晩、浸漬することによって粒子安定性も評価した。試験終了時の粒子凝塊および／もしくは崩壊の程度が溶媒中の粒子安定性の定性的（質的）尺度である。ＩＳＯＰＡＲ Ｍおよびシリコーン油の両者において、ポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）乳化凝集粒子はポリ（スチレン／ＢＡ／β−ＣＥＡ）乳化凝集粒子よりも両溶媒において著しく安定であった。幾らかの程度の粒子接着／凝塊がポリ（ＭＭＡ／ＢＡ／β−ＣＥＡ）乳化凝集粒子で生じたが、それらの粒子は小球としてのそれらの構造一体性を維持し、攪拌で溶媒中に再分散した。

電気泳動ディスプレイ装置の一実施形態を示す。 曲げやすい電気泳動ディスプレイ装置を示す。 曲げやすい電気泳動ディスプレイ装置を示す。 電気泳動ディスプレイ装置の他の実施形態を示す。 ディスプレイ媒体が充填された複数の空洞を有するディスプレイ層を示す。 ディスプレイ媒体が充填された複数の空洞を有するディスプレイ層を示す図５の挿入図である。 カラーフィルターを含むディスプレイ装置を示す。 ディスプレイ装置の粒子を帯電させるための装置を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 電気泳動ディスプレイ装置において用いるための粒子の帯電特性を示す。 ディスプレイ装置のセルによって表示される色の制御方法を示す。 ディスプレイ装置のセルによって表示される色の制御方法を示す。 ディスプレイ装置のセルによって表示される色の制御方法を示す。 ディスプレイ装置のセルによって表示される色の制御方法を示す。

Claims (1)

1. 一組以上の着色粒子を誘電性流体中に含む電気泳動ディスプレイ媒体であって、該一組以上の粒子の少なくとも１つがポリ（（メタ）アクリレート／親水性モノマー）乳化凝集ポリマー粒子を含む電気泳動ディスプレイ媒体。

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