JP2009086135A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低い印加電圧の下で、粒子の移動がスムーズに行え、基板表面に粒子が付着することなく、安定した画像表示が行える画像表示装置を提供する。
【解決手段】少なくとも一方が透明な２枚の基体を対向させ、対向させた２枚の基体の間に粒子を存在させた画像表示装置で、２枚の基体は対向する面側にシリコーン構造を有する化合物を含有する層を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、帯電させた粒子を電界中で移動させることにより、画像を繰り返し表示し、消去できる様にした画像表示装置に関する。

従来より、液晶表示装置（ＬＣＤ）に代わる表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式等の技術を用いた画像表示装置が提案されてきた。これらの技術は、以下に示すメリットを有することから、携帯端末機器用表示素子や電子ペーパー等、次世代の画像表示装置への展開が注目されている。すなわち、液晶表示装置に比べて広い視野角が得られるので通常の印刷物に近い画質の画像が得られることや、電力消費量が少ないこと、及び、メモリ性と呼ばれる電源ＯＦＦ後も引き続き画像表示を継続する性質を有するといったメリットがある。

このうち、電気泳動方式の画像表示技術は、着色溶液中に分散粒子を添加してなる分散液を対向する基板間に配置させ、基板間に数十ボルト程度の電圧を印加することにより、液相中を粒子が移動して画像表示を行うものである。電気泳動方式の画像表示技術は、分散液をマイクロカプセル化して、これを対向する基板間に配置する技術（たとえば、非特許文献１参照）等が提案され、最も実用化の近い技術と目されて反面、画像表示環境の維持が困難な問題も抱えていた。

具体的には、着色溶液と分散粒子の比重差の問題が挙げられ、両者の比重差が大きくなると分散粒子が着色溶液中で沈降し易くなって、安定した画像表示が行えなくなる問題がある。たとえば、比重の小さな着色溶液に酸化チタン等の比重の大きな分散粒子を用いると、分散粒子は着色溶液中で沈降してしまう。また、着色溶液は、保存性に難点があるとされる染料を用いて形成されることが多く、一定レベルの画像表示状態を維持することが困難な側面を有していた。

一方、溶液を使用せずに画像表示を行う技術も提案されている。たとえば、帯電させた粒子を気相中に封入し、かつ、電圧を印加させて電界方向に沿って粒子を移動させることにより画像表示を行える様にした方式がある。この方式は、粒子の沈降や着色溶液の保存性という問題はないが、基板間に電圧を印加させて粒子を帯電させるとともに、電圧印加により形成された電界方向に沿って帯電粒子を移動させる必要があった。つまり、低い印加電圧の下でも粒子がスムーズに帯電、移動できる環境を基板間に形成させる技術が求められていた。そこで、低い印加電圧の下で粒子の帯電、移動が行える、いわゆる、駆動電圧の低減化技術が検討され、粒子と接触する基板面にフッ素樹脂をコーティングして駆動電圧の低減化を実現させようとする技術が検討された（たとえば、特許文献１参照）。

ところが、上述した基体表面にフッ素樹脂をコートしたものは、画像表示を行うと基体表面に帯電粒子が付着し易く、付着した粒子を引き離すために基体間に高い電圧を印加しなければならなかった。また、基体表面に粒子が付着すると、表示画像の濃度が低下して画像のコントラストが落ちて画質に影響を与えた。この様に、基体面にフッ素樹脂をコートした画像表示装置は、低い印加電圧の下で安定した画像表示を行うことが難しく、特に、繰り返し使用するうちに基体間で粒子の移動が困難になる傾向が見られた。
特開２００３−２４８２４７号公報 趙 国来、他３名、"新しいトナーディスプレイデバイス（Ｉ）"、１９９９年７月２１日、日本画像学会年次大会（通算８３回）"Ｊａｐａｎ Ｈａｒｄｃｏｐｙ’９９"、ｐ．２４９−２５２

本発明は、帯電させた粒子を気相中に封入し、電圧を印加して粒子を移動させることにより画像表示を行う画像表示装置において、画像表示を行った時に帯電粒子が基体に付着せず、画質低下を起こすことのない画像表示装置を提供することを目的とする。また、本発明は、低い印加電圧の下で粒子がスムーズに移動して、安定した画像表示が行える画像表示装置を提供することを目的とするものである。

上記課題は、以下に記載の構成により解消される。請求項１に記載の発明は、
『少なくとも一方が透明な２枚の基体を対向させ、対向させた２枚の基体の間に粒子を存在させてなる画像表示装置であって、
前記２枚の基体は対向する面側にシリコーン構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする画像表示装置。』というものである。

本発明によれば、帯電させた粒子を気相中に封入し、電圧を印加して粒子を移動させることにより画像表示を行う画像表示装置において、基体に帯電粒子が付着せず、画質低下を起こすことのない画像表示装置を提供することができる様になった。また、低い印加電圧の下で帯電粒子がスムーズに移動できるので、安定した画像表示が行える画像表示装置の提供を可能にした。

本発明は、帯電粒子を気相中に封入し、電圧を印加して粒子を移動させることにより画像表示を行う画像表示装置に関する発明で、特に、低い印加電圧でスムーズな画像表示を行える様にした画像表示装置に関する。

本発明者は、画像表示装置を構成する基体間に電圧を印加した時、帯電粒子が基体間を移動する際のいわゆる帯電粒子の駆動条件を見出そうと考え、前述したフッ素樹脂をコートした基体面に粒子が付着することに着目した。そして、付着がフッ素樹脂を構成するフッ素原子の電気陰性度に起因して起きたものと考えたのである。すなわち、フッ素原子の電気陰性度によりフッ素樹脂自身が高い負帯電性を有しており、フッ素樹脂表面に粒子が繰り返し接触すると、フッ素樹脂と粒子との摩擦により静電気が発生し、この静電気の作用で付着力が発生したものと考えた。

また、フッ素樹脂のもつ柔らかな性質が粒子の付着を促進させていると考えた。つまり、柔らかな粘土表面にビー玉を衝突させると、ビー玉が粘土に付着する様に、柔らかいフッ素樹脂では粒子との接触面積が大きくなり易く、付着力を増大させていると考えられた。

この様な視点から、本発明者は粒子と接触する基体面を、粒子が接触しても摩擦による静電気の蓄積を起こすことなく、かつ、粒子との接触面積を増大させない様な材質で形成することを考えた。そこで、本発明者は、粒子と接触する基体面にシリコーン構造を有する化合物を含有させることを考え、フッ素樹脂よりも硬いこの化合物を含有させることにより、上記課題が解消されることを見出した。すなわち、粒子と接触する個所にシリコーン構造を有する化合物を含有させることにより、基体面に粒子が付着せず、低い電圧印加により帯電粒子が基体内をスムーズに移動することを見出した。

以下、本発明について詳細に説明する。なお、本発明に係る画像表示装置は、通常、表示素子とも呼ばれるものである。

本発明に係る画像表示装置は、少なくとも一方が透明な２枚の基体を対向させ、対向させた２枚の基体の間に帯電粒子を封入したもので、２枚の基体は対向する面側にシリコーン構造を有する化合物を含有する層を有するものである。

本発明でいうシリコーン構造を有する化合物とは、ケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）とが交互に結合してなるシロキサン結合と呼ばれる分子構造を有する有機化合物のことをいう。シロキサン結合を有する化合物は、具体的には、ゴムや樹脂の形態で供給される高分子シリコーンや、複数の−Ｍｅ₂ＳｉＯ−単位で構成される環状シロキサンに代表される低分子シリコーンが挙げられる。また、本発明でいうシリコーン構造を有する化合物は、分子構造がシロキサン結合のみから構成される化合物の他に、シロキサン結合以外の構造を併せもつ化合物も含まれる。具体的には、シロキサン結合以外の構造からなる化合物にシロキサン結合を有する化合物を混合したブレンド物（たとえば、ポリマーブレンド物）の形態を有する化合物がある。また、分子構造がシロキサン結合を有する繰り返し単位とシロキサン結合を有さない繰り返し単位とからなる共重合体構造の化合物もある。

本発明では、基体面にシリコーン構造を有する化合物を添加する場合、シロキサン結合を有する化合物のみで構成するよりも、シロキサン結合以外の分子構造を併せて形態で使用することが好ましい。すなわち、前述した様なシロキサン結合を有する繰り返し単位とシロキサン結合を有さない繰り返し単位とから構成される共重合体構造のものや、シロキサン結合を有する化合物を他の樹脂と混合させた形態にしたものが好ましい。具体的には、ケイ素と酸素が交互に結合したシロキサン結合を有する領域と、たとえば、ポリウレタン樹脂やビニル重合体樹脂等の高分子領域から構成されるものや、これらの領域を構成する成分が分子結合により一体化された構造を有するものである。シロキサン結合以外の分子構造を併用することのメリットとして、おそらく、対向面に電荷が過剰に蓄積することが抑制される構造となることが考えられる。その結果、画像表示を繰り返しても、対向面に電荷が過剰に蓄積することがないので、帯電による粒子同士の付着が回避され、安定した画像表示が維持されるものと推測される。

なお、本発明に係る画像表示装置に使用可能なシリコーン構造を有する物質については、後でさらに説明する。

次に、本発明に係る画像表示装置の具体的な実施形態について説明する。

最初に、本発明に係る画像表示装置の代表的な構成断面を図１に示す。図１（ａ）は、基体１１、１２上に層構造の電極１５を設け、電極１５表面に絶縁層１６を設けたものである。また、図１（ｂ）に示す画像表示装置は、装置内に電極を設けていない構造のもので、装置外部に設けられた電極を介して電界を付与させ、粒子の移動を行える様にしたものである。なお、図１の画像表示装置１は、図に示す様に、基体１１側より画像を視認するものとするが、本発明では基体１１側より画像を視認するものに限定されるものではない。また、図１（ｂ）に示すタイプは、装置自体に電極１５が設けられていない分、装置の構造を簡略化させ、その製造工程を短縮化することができるメリットがある。図１（ｂ）に示すタイプの画像表示装置１を電圧印加可能な装置にセットして電圧印加を行う様子を示すものを図３に示す。なお、本発明に係る画像表示装置の断面構成は図１（ａ）と（ｂ）に示すものに限定されるものではない。

図１（ａ）の画像表示装置１の最外部には、当該画像表示装置を構成する筐体である２つの基体１１と１２が対向して配置されている。基体１１と１２は双方が向き合う側の面上に電圧印加を行うための電極１５が設けられ、さらに、電極１５上にシリコーン構造を有する物質を含有する絶縁層１６が設けられている。

基体１１と１２には、電極１５と絶縁層１６が設けられているが、電極１５と絶縁層１６を有する側の面を対向させて形成される隙間１８には粒子２が存在する。なお、図１に示す画像表示装置１は、粒子２として黒色粒子２１と白色粒子２２の２種類の粒子を隙間１８に存在させている。また、図１の画像表示装置１では、隙間１８が基体１１と１２及び２つの隔壁１７により四方を囲んだ構造となっており、粒子２は隙間１８に封入された状態で存在している。

隙間１８の厚さは、封入した粒子が移動可能で画像のコントラストを維持できる範囲であれば、特に限定されるものではなく、通常は１０μｍ乃至５００μｍ、好ましくは１０μｍ乃至２００μｍである。また、隙間１８内における粒子の体積占有率は、５％乃至７０％であり、好ましくは１０％乃至６０％である。粒子の体積占有率を上記範囲にすることにより、隙間１８内で粒子がスムーズに移動でき、また、コントラストのよい画像が得られる。

次に、画像表示装置１の隙間１８での粒子２の挙動について説明する。

本発明に係る画像表示装置は、対向させた２枚の基体の間に粒子を存在させ、対向する２枚の基体面の少なくとも一方にシリコーン構造を有する物質を含有させているものであるが、２枚の基体の間に存在させた粒子２により画像表示を行うものである。すなわち、画像表示装置を構成する少なくとも一方の基体面にシリコーン構造を有する物質を含有させ、２枚の基体間に電圧を印加して電界が形成されると、基体間に存在する粒子は帯電し、粒子は電界方向に沿って移動する様になる。この様に、粒子が存在する基体間に電圧を印加することにより、帯電した粒子が基体間を移動して画像表示を行うものである。

本発明に係る画像表示装置における画像表示は以下の手順により行われるものである。
（１）表示媒体として用いる粒子を、キャリアによる摩擦帯電等の公知の方法により帯電させ、帯電粒子にする。
（２）対向する２枚の基体間に帯電粒子を封入し、この状態で基体間に電圧を印加する。
（３）基体間への電圧印加により、基体間に電界が形成される。
（４）帯電粒子は、クーロン力の作用により電界方向に沿って基体表面に引き寄せられることにより帯電粒子が移動し、画像表示が行える様になる。
（５）また、基体間の電界方向を変えることにより、帯電粒子の移動方向を切り換える。この移動方向の切換えにより画像表示を様々に変えることができる。

なお、上述した公知の方法による粒子の帯電方法としては、たとえば、キャリアに粒子を接触させて摩擦帯電により粒子を帯電させる方法、帯電性の異なる２色の粒子を混合して振とう器で撹拌して粒子間の摩擦帯電により粒子を帯電させる方法等が挙げられる。

基体間への電圧印加に伴う粒子２の移動の例を図２と図３に示す。図２（ａ）は、基体１１と１２の間に電圧を印加する前の状態を示しており、電圧印加前は視認側の基体１１近傍には正に帯電した白色粒子２２が存在している。この状態は画像表示装置１が白色画像を表示しているものである。また、図２（ｂ）は、電極１５に電圧を印加した後の状態を示しており、電圧印加により負に帯電した黒色粒子２１が視認側の基体１１近傍に移動し、白色粒子２２は基体１２側に移動している。この状態は画像表示装置１が黒色画像を表示しているものである。

なお、図３は、図１（ｂ）に示した画像形成装置１に電極を有さないタイプのものを電圧印加装置３０にセットし、この状態で電圧を印加する前の様子（図３（ａ））と電圧を印加した後の様子を示したものである。図１（ｂ）に示すタイプの画像形成装置１も電極１５を有する画像形成装置１と同様、電圧印加により負に帯電した黒色粒子２１が視認側の基体１１近傍に移動し、正に帯電した白色粒子２２は基体１２側に移動している。

次に、図１に示す画像表示装置１を構成する基体１１、１２、電極１５、絶縁層１６、隔壁１７，及び、粒子２（黒色粒子２１、白色粒子２２）について説明する。

先ず、画像表示装置１を構成する基体１１と１２について説明する。画像表示装置１では、観察者は基体１１と１２の少なくとも一方の側から粒子２により形成される画像を視認するので、観察者が視認する側に設けられる基体は透明な材質のものが求められる。したがって、観察者が画像を視認する側に使用される基体は、たとえば可視光透過率が８０％以上の光透過性の材料が好ましく、８０％以上の可視光透過率を有することにより十分な視認性が得られる。なお、画像表示装置１を構成する基体のうち、画像を視認する側の反対側に設けられる基体の材質は必ずしも透明なものである必要はない。

基体１１、１２の厚さは、それぞれ２μｍ〜５ｍｍが好ましく、さらに、５μｍ〜２ｍｍがより好ましい。基体１１、１２の厚さが上記範囲のとき、画像表示装置１に十分な強度を付与するとともに基板の間隔を均一に保つことができる。また、基体の厚さを上記範囲とすることでコンパクトで軽量な画像表示装置を提供することができるので、拡い分野での当該画像表示装置の使用を促進させる。さらに、画像を視認する側の基体の厚みを上記範囲とすることにより、表示画像の正確な視認が行え表示品質に支障を与えない。

可視光透過率が８０％以上の材料としては、ガラスや石英等の可撓性を有さない無機材料や、後述する樹脂材料に代表される有機材料や金属シート等が挙げられる。このうち、有機材料や金属シートは画像表示装置にある程度の可撓性を付与することができる。可視光透過率を８０％以上とすることが可能な樹脂材料としては、たとえば、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等に代表されるポリエステル樹脂や、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリイミド樹脂等が挙げられる。また、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）に代表されるアクリル酸エステルやメタクリル酸エステルの重合体であるアクリル樹脂やポリエチレン樹脂等のビニル系の重合性単量体をラジカル重合して得られる透明樹脂も挙げられる。

次に、画像形成装置１を構成する電極１５について説明する。基体１１と１２の面上に設けられる電極１５は、電圧印加により基板間すなわち隙間１８に電界を形成するものである。電極１５は、前述の基体と同様に、観察者が画像を視認する側に透明なものを設ける必要がある。

画像を視認する側に設けられる電極の厚みは、導電性を確保するとともに光透過性に支障を来さないレベルにすることが求められ、具体的には３ｎｍ〜１μｍが好ましく、５ｎｍ〜４００ｎｍがより好ましい。なお、画像を視認する側に設けられる電極の可視光透過率は、基体同様、８０％以上とすることが好ましい。

なお、画像を視認する側の反対側に設けられる電極の厚みも上記範囲とすることが好ましいが、透明なものにする必要はない。

電極１５の構成材料としては、金属材料や導電性金属酸化物、あるいは、導電性高分子材料等が挙げられる。具体的な金属材料としては、たとえば、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、金等が挙げられ、導電性金属酸化物の具体例としては、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）、酸化インジウム、アンチモン・スズ酸化物（ＡＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられる。さらに、導電性高分子材料としては、たとえば、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等が挙げられる。

電極１５を基体１１や１２上に形成する方法としては、たとえば、薄膜上の電極を設ける場合には、スパッタリング法や真空蒸着法、化学蒸着法（ＣＶＤ法；Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、塗布法等が挙げられる。また、導電性材料を溶媒やバインダ樹脂に混合させ、この混合物を基体に塗布して電極を形成する方法もある。

次に、画像表示装置１を構成する絶縁層１６について説明する。

図１に示す様に、本発明に係る画像表示装置１は、電極１５の表面にはシリコーン構造を有する物質を含有する絶縁層１６が設けられており、絶縁層１６表面で粒子２１と２２が接触する構成となっている。絶縁層１６に含有されるシリコーン構造を有する物質の代表例としてシリコーン樹脂が挙げられる。シリコーン樹脂は、その基本骨格がシロキサン結合と呼ばれるケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）との結合であり、側鎖にアルキル基等を有する高分子化合物の総称であり、有機ケイ素化合物とも呼ばれるものである。

絶縁層１６にシリコーン樹脂を含有させる方法としては、図１の様に、電極１５表面に絶縁層１６を形成する場合は、絶縁層形成用の樹脂成分としてシリコーン樹脂を選択し、これを塗布することでシリコーン樹脂を絶縁層に含有させることができる。また、電極１５が結着樹脂中に導電性微粒子を分散させてなる構造の場合は、結着樹脂の構成成分としてシリコーン樹脂を選択することで電極１５表面に含有させることができる。さらに、画像表示装置１の外部より電界を付与する方式の場合は、基板１１と１２の面が粒子２１と２２に直接接触する面となるので、基体１１と１２の対向面にシリコーン樹脂を含有する絶縁層１６を設けたり、基体１１と１２の構成成分として含有させる。

シリコーン樹脂を電極１５面上の絶縁層１６に含有させる場合、シリコーン樹脂の含有量は絶縁層１６の構成物質全体に対して１０ｐｐｍ以上とすることが好ましい。同様に、結着樹脂中に導電性微粒子を分散させた構造の電極１５を用いる場合は、結着樹脂中にシリコーン樹脂を１０ｐｐｍ以上含有させることが好ましい。さらに、基体１１と１２の対向面に直接絶縁層１６を設ける場合や基体１１と１２の構成成分としてシリコーン樹脂を含有する場合も絶縁層１６中に１０ｐｐｍ以上含有させたり、基体１１、１２中にシリコーン樹脂を１０ｐｐｍ以上含有させることが好ましい。

基体１１、１２の構成成分としてシリコーン樹脂を含有する場合や、導電性微粒子を結着樹脂中に分散させた構造の電極１５を用いる場合のシリコーン樹脂の添加方法としては、たとえば、次の様な方法が挙げられる。すなわち、シリコーン樹脂を溶剤に溶解して塗布、乾燥させる方法や、硬化性の原材料を塗布した後、熱や紫外線で硬化する方法、さらには、基体１１、１２や電極１５を作製するときにシリコーン樹脂やその原料を添加して成形する方法や、あるいは、塗布する方法等が挙げられる。

また、絶縁層１６の厚みを０．０１μｍ以上１０．０μｍ以下とすることが好ましい。すなわち、絶縁層１６の厚みが上記範囲の時は、電極１５間にそれほど大きな電圧を印加せずに粒子１３と１４を移動でき、たとえば、電気泳動法による画像形成で印加したレベルの電圧を付与して画像形成が行えるので好ましい。

次に、本発明に使用可能なシリコーン樹脂の具体例について説明する。本発明に使用可能なシリコーン樹脂は、ポリシロキサン樹脂に代表される一般式ＲｎＳｉＯ_(4-n)で表される繰り返し単位から構成されるものである。すなわち、基本骨格はシロキサン結合と呼ばれるケイ素原子（Ｓｉ）と酸素原子（Ｏ）との結合からなる繰り返し単位より構成され、側鎖にメチル基やフェニル基等の有機基を有するものである。ポリシロキサン樹脂は、モノマーであるオルガノクロロシラン類を加水分解後、重合により得られ、下記に示す様に、主鎖を構成するケイ素原子に側鎖となるｎ個の有機基が結合した構造を有するものである。

また、本発明に使用可能なシリコーン樹脂には、上記ポリシロキサン樹脂の他に変性シリコーン樹脂と呼ばれるものも含まれる。変性シリコーン樹脂とは、シリコーン樹脂を構成するポリシロキサン樹脂成分に、アクリル樹脂等の他の有機高分子樹脂成分を含有させたものである。具体的には、シロキサン結合で構成されるポリシロキサン高分子鎖に有機高分子鎖を分子結合させた構造を有する共重合体樹脂の形態で供給されるものや、ポリシロキサン樹脂に有機高分子樹脂を混合させてブレンド物の形態で供給されるものが挙げられる。

変性シリコーン樹脂は、分子結合した有機高分子の種類に基づいて、たとえば、アルキッド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂等と呼ばれる。本発明に使用可能な変性シリコーン樹脂の具体例としては、たとえば、アルキッド変性シリコーン樹脂、ポリエステル変性シリコーン樹脂、アクリル変性シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、フェノール変性シリコーン樹脂等が挙げられる。

本発明では、これらのシリコーン樹脂の単独での使用、あるいは、複数種類のシリコーン樹脂を混合して使用することも可能である。また、使用するシリコーン樹脂の分子量は、特に限定されるものではなく、いわゆるシリコーンオイルと呼ばれる比較的低分子量のシリコーン樹脂から高分子量のシリコーン樹脂まで使用できる。

次に、画像形成装置１を構成する隔壁１７について説明する。図１に示す画像表示装置１では、本発明でいう基板間に該当する隙間１８を対向する基体１１と１２で形成しているが、必要に応じて基体１１と１２にそれぞれ直交する様に２つの隔壁１７を配置させて形成することもできる。基体１１と１２に２つの隔壁１７を用いることにより、四方を基体と隔壁で囲まれた隙間１８を形成することができる。隔壁１７を用いて画像表示装置１を形成することにより隙間１８を基体１１の視認方向から見た時に得られる画像表示面１８ａを図４に示す様な様々な形状にすることができる。

図４は画像表示面１８ａの形状の例を示す模式図である。図４に示す様に、画像表示面１８ａは隔壁１７の配置により、四角形状、三角形状、ライン状、円形状、六角形状等のものが得られ、これらを複数個配置させることにより、ハニカム形状や網目形状の画像表示面を形成することができる。なお、隔壁１７により仕切られた隙間１８をセルと呼ぶこともある。隔壁１７の幅、すなわち、画像表示面１８ａ側の隔壁の厚みは、表示画像の鮮明性を確保する上からできるだけ薄くした方がよい。

隔壁１７は、たとえば以下に挙げる方法を用いて画像を視認する側の反対側の基体上を加工処理することによりの形成することができる。隔壁１７を形成する方法としては、たとえば、樹脂材料等によるエンボス加工や熱プレス射出成形による凹凸形成、フォトリソグラフ法やスクリーン印刷等が挙げられる。

次に、隙間１８に封入される粒子２について説明する。図１の画像表示装置は、白色粒子２２と黒色粒子２１の２種類の粒子が封入されている。粒子の移動による画像表示は、基体１１と１２に設けられた電極１５に電圧が印加されると隙間１８に電界が形成され、白色粒子２２と黒色粒子２１は摩擦帯電により帯電し、電界に応じて隙間１８を移動する。この様に、電界が形成された隙間１８内を粒子が移動することにより画像表示が行われる。なお、白色粒子２２と黒色粒子２１を用いて画像形成を行うことにより、コントラストのある画像が得られる。

隙間１８に含有させた粒子２を駆動させるための電界付与（電圧印加）方法としては、特に限定されるものではないが、たとえば、図１（ａ）に示す画像表示装置１は、基体１１と１２に設けられた電極１５を介して隙間１８に電界を付与するものである。一方、図１（ｂ）に示す画像表示装置１は、その構造中に電極１５を有するものではなく、この様な画像表示装置１は、画像表示装置１外の電極を有する装置に画像形成装置１を接続させることで、隙間１８に電界を形成させ、粒子２の駆動を行うことができる。

なお、白色粒子２２と黒色粒子２１の２種類の粒子で画像表示を行うときには、公知の方法で白色粒子２２と黒色粒子２１の帯電性に差を持たせることにより、２種類の粒子の移動性を制御することができる。具体的な方法としては、たとえば、キャリアとの帯電序列を変える様に粒子の設計を行ったり、粒子表面に添加する外添剤とキャリアとの帯電序列を変える様に外添剤を選択する等の方法がある。

画像形成装置１に使用可能な粒子２の粒径は、体積基準メディアン径で０．１μｍ乃至５０μｍのものが好ましく、粒子２の粒径を上記範囲とすることにより、均一でムラのない鮮明が画像が得られる。また、粒子同士の凝集のおそれもなく、スムーズな移動により、適度な画像濃度とコントラストを有する画像が得られる。

なお、粒子２の体積基準メディアン径（Ｄ５０ｖ径）は、マルチサイザー３（ベックマン・コールター社製）に、データ処理用のコンピューターシステムを接続した装置を用いて測定、算出することができる。

測定手順としては、粒子２ ０．０２ｇを界面活性剤溶液２０ｍｌ（粒子２を分散させるためのもので、界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で１０倍希釈した界面活性剤溶液）で馴染ませた後、超音波分散を１分間行い、粒子分散液を作製する。この粒子分散液を、サンプルスタンド内のＩＳＯＴＯＮII（ベックマン・コールター社製）の入ったビーカーに、測定濃度１０％になるまでピペットにて注入し、測定機カウントを２５００個に設定して測定する。なお、マルチサイザー３のアパチャ−径は５０μｍのものを使用する。

次に、基体１１と１２の隙間１８に含有する粒子２の構成材料について説明する。画像表示装置１に使用される粒子２は、少なくとも樹脂と着色剤とを含有し、摩擦力等の作用で帯電性を発現することが求められる。粒子２は、画像表示装置１でコントラストのある画像表示を行うことが求められることから、着色剤により着色されたものが好ましい。また、粒子表面に酸化チタンやシリカ、炭酸カルシウム等の無機化合物粒子を外部添加することも可能である。

粒子２を構成する樹脂は、特に限定されるものではなく、下記に示すビニル系樹脂と呼ばれる重合体がその代表的なものであり、ビニル系樹脂の他に、ポリアミド樹脂やポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂等の縮合系の樹脂もある。ビニル系樹脂の具体例としては、ポリスチレン樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂の他、エチレン単量体やプロピレン単量体より形成されるポリオレフィン樹脂等が挙げられる。また、ビニル系樹脂以外の樹脂としては、前述した縮合系樹脂の他に、ポリエーテル樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリウレタン樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等がある。

粒子２に使用可能な樹脂を構成する重合体は、これらの樹脂を形成する重合性単量体を少なくとも１種類用いて得られるものの他、複数種類の重合性単量体を組み合わせて作製することもできる。複数種類の重合性単量体を組み合わせて樹脂を作製する場合、たとえば、ブロック共重合体やグラフト共重合体、ランダム共重合体といった共重合体を形成する方法の他、複数種類の樹脂を混ぜ合わせるポリマーブレンド法による樹脂形成もある。

次に、粒子２に含有される着色剤も、特に限定されるものではなく、公知の顔料が用いられる。このうち、白色粒子２１を構成する白色顔料としては、たとえば、酸化亜鉛（亜鉛華）、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等が挙げられ、その中でも酸化チタンが好ましい。また、黒色粒子２２を構成する黒色顔料としては、たとえば、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等が挙げられ、その中でもカーボンブラックが好ましい。

粒子２の作製方法は、特に限定されるものではなく、たとえば、電子写真方式の画像形成に使用されるトナーの製造方法等、樹脂と着色剤を含有する粒子を作製する公知の方法を応用することにより対応が可能である。粒子２の具体的な作製方法としては、たとえば、以下の方法が挙げられる。
（１）樹脂と着色剤とを混練した後、粉砕、分級の各工程を経て粒子を作製する方法。
（２）水系媒体中で重合性単量体と着色剤を機械的に撹拌して液滴を形成した後、重合を行って粒子を作製する、いわゆる懸濁重合法によるもの。
（３）界面活性剤を含有させた水系媒体中に重合性単量体を滴下し、ミセル中で重合反応を行って１００〜１５０ｎｍの重合体粒子を作製した後、着色剤粒子と凝集剤を添加してこれらの粒子を会合させて粒子を作製する、いわゆる乳化会合法によるもの。

以下、実施例を挙げて本発明の実施態様を具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
１．画像表示装置の作製
以下の手順により、正帯電性の白色粒子と負帯電性の黒色粒子を用いて画像表示を行う画像表示装置を作製した。
１−１．粒子の作製
（１）「白色粒子１」の作製
下記樹脂及び酸化チタンをヘンシェルミキサ（三井三池鉱業社製）に投入し、撹拌羽根の周速を２５ｍ／秒に設定して５分間混合処理して混合物とした。

スチレンアクリル樹脂（重量平均分子量２０，０００） １００質量部
アナタース型酸化チタン（平均一次粒径１５０ｎｍ） ３０質量部
上記混合物を二軸押出混練機で混練し、次いで、ハンマーミルで粗粉砕した後、ターボミル粉砕機（ターボ工業社製）で粉砕処理し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行って、体積基準メディアン径が８．２μｍの白色粒子を作製した。

次に、上記白色粒子にアミノシランカップリング剤処理を施したシリカ微粒子（平均一次粒径５０ｎｍ）０．６質量部を添加し、バイブリダイザー（奈良機械（株）製）を用い、その回転数を１５，０００ｒｐｍに設定し、１０分間の処理を行った。引き続き、アミノシランカップリング剤処理を行った平均一次粒径が１５ｎｍのシリカ粒子を１．０質量部添加して、同様の処理を行うことにより「白色粒子１」を作製した。
（２）「黒色粒子１」の作製
下記樹脂及びカーボンブラックをヘンシェルミキサ（三井三池鉱業社製）に投入し、撹拌羽根の周速を２５ｍ／秒に設定して５分間混合処理して混合物とした。

スチレンアクリル樹脂（重量平均分子量２０，０００） １００質量部
カーボンブラック（平均一次粒径２５ｎｍ） １０質量部
上記混合物を二軸押出混練機で混練し、次いで、ハンマーミルで粗粉砕した後、ターボミル粉砕機（ターボ工業社製）で粗粉粉砕し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行って、体積基準メディアン径が８．０μｍの黒色粒子を作製した。

次に、上記黒色粒子にアミノシランカップリング剤処理を施したシリカ微粒子（平均一次粒径５０ｎｍ）０．６質量部を添加し、バイブリダイザー（奈良機械（株）製）を用い、その回転数を１５，０００ｒｐｍに設定し、１０分間の処理を行った。引き続き、アミノシランカップリング剤処理を行った平均一次粒径が１５ｎｍのシリカ粒子を１．０質量部添加して、同様の処理を行うことにより「黒色粒子１」を作製した。
１−２．絶縁層の形成
長さ８０ｍｍ、幅５０ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのガラス基体を２枚用意し、各基体面上には、厚さ３００ｎｍのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）被膜からなる電極を蒸着法により形成した。上記電極が形成されたガラス基体上に、粘度平均分子量３０，０００の下記構造のポリカーボネート樹脂１２ｇをテトラヒドロフラン８０ｍｌとトルエン２０ｍｌの混合溶媒に溶解させてなる塗布液を、スピンコート法により塗布して絶縁層を形成した。なお、絶縁層の形成は、乾燥時の膜厚が３μｍになる様に塗布を行い、また、前記塗布液は、粘度平均分子量が１００，０００のジメチルシリコーン樹脂を１００ｐｐｍ含有させる様に調製した。

１−３．「画像表示装置１」の作製
前述の「白色粒子１」と「黒色粒子１」のそれぞれを、振とう器で３０分間撹拌して、「白色粒子１」と「黒色粒子１」を予め摩擦帯電させ、白色粒子は正帯電させ、黒色粒子は負帯電させておいた。

前述のポリカーボネート樹脂とジメチルシリコーン樹脂よりなる絶縁層を有する２枚のガラス基体を、絶縁層が対向する様に配置させ、ガラス基体の両端には隔壁として厚さ５０μｍのポリエチレンテレフタレート板を挟んで隙間を形成した。この隙間に「白色粒子１」と「黒色粒子１」の混合物を白色粒子の占有体積が１５％、黒色粒子の占有体積が１５％となる様に充填して、「画像表示装置１」を作製した。
１−４．「画像表示装置２、３」の作製
前述の「画像表示装置１」の作製に用いたガラス基体上に絶縁層を形成する際、粘度平均分子量が１００，０００のジメチルシリコーン樹脂の含有量を１，０００ｐｐｍに変更した他は同様の手順で「画像表示装置２」を作製した。また、前記ジメチルシリコーン樹脂の含有量を１０，０００ｐｐｍに変更した他は同様の手順で「画像表示装置３」を作製した。
１−５．「画像表示装置４」の作製
前述の「画像表示装置１」の作製に用いたガラス基体上に絶縁層を形成する際、粘度平均分子量４０，０００の下記構造のシリコーン変性ポリカーボネート樹脂に変更するとともに塗布液中にジメチルシリコーン樹脂を添加しなかった。その他は同様の手順で「画像表示装置４」を作製した。

１−６．「画像表示装置５」の作製
前述の「画像表示装置１」の作製に用いたガラス基体上に絶縁層を形成する際、以下の手順で作製した粘度平均分子量３５，５００のシリコーン−ウレタン共重合体樹脂に変更するとともに、塗布液中にジメチルシリコーン樹脂を添加しなかった。その他は同様の手順で「画像表示装置５」を作製した。シリコーン−ウレタン共重合体樹脂の作製手順は以下のとおりである。

撹拌装置、温度センサ、冷却管、窒素導入装置を取り付けた反応容器に下記化合物を投入後、窒素気流下１８０℃の温度下で１０時間の反応処理を行って、水酸基価３７、酸価０．４０、分子量３，０３０のポリシロキサン−ポリエステル共重合体を作製した。

ε−カプロラクトン ３１０質量部
下記構造のアルコール変性シロキサンオイル １５０質量部

テトラブチルチタネート ０．０５質量部
次に、下記化合物を混合、溶解させて、
上記ポリシロキサン−ポリエステル共重合体 １５０質量部
１，４−ブタンジオール ２７質量部
メチルエチルケトン ２００質量部
ジメチルホルムアミド １００質量部
上記化合物からなる混合物を形成した。前記混合物を６０℃の下で撹拌しながら、下記化合物よりなる混合溶液を徐々に滴下した。

水添化ＭＤＩ（４，４’−ジフェニルメタンジイソシアネートの水添化物）
９１質量部
ジメチルホルムアミド １８８質量部
滴下終了後、８０℃の温度下で６時間の反応処理を行うことにより、シリコーン−ウレタン共重合体樹脂を作製した。作製した樹脂の固形分濃度を３５％にして、２５℃における粘度平均分子量を測定したところ、３５，５００であった。また、この様にして調整した樹脂溶液は高い透明性を有するものであった。
１−７．「画像表示装置６」の作製
前述の「画像表示装置１」の作製に用いたガラス基体上に絶縁層を形成する際、塗布液中に粘度平均分子量が１００，０００のジメチルシリコーン樹脂を含有していない塗布液を用いた他は同様の手順で「画像表示装置６」を作製した。
１−８．「画像表示装置７」の作製
前述の「画像表示装置１」の作製に用いたガラス基体上に絶縁層を形成する際、粘度平均分子量５０，０００の下記構造からなるテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン−ビニリデンフロライド三元共重合体樹脂に変更した。また、塗布液中にジメチルシリコーン樹脂を添加しなかった。その他は同様の手順で「画像表示装置７」を作製した。

１−９．「画像表示装置８、９」の作製
前記「画像表示装置１」の作製において、ガラス基体面上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）被膜の電極形成を行わず、前記絶縁層形成用の塗布液を乾燥時の膜厚が３μｍになる様にガラス基体面上に塗布を行って、「画像表示装置８」を作製した。すなわち、「画像表示装置８」は電極を有さない２つのガラス基体上に粘度平均分子量が１００，０００のジメチルシリコーン樹脂を１００ｐｐｍ含有してなる絶縁層を有するものである。

また、前記「画像表示装置６」の作製において、ガラス基体面上にインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）被膜の電極形成を行わず、前記絶縁層形成用の塗布液を乾燥時の膜厚が３μｍになる様にガラス基体面上に塗布を行い、電極を有さない「画像表示装置９」を作製した。

以上の手順により、「画像表示装置１〜９」を作製した。
２．評価実験
上記手順により作製した「画像表示装置１〜５、８」を「実施例１〜６」、「画像表示装置６、７、９」を「比較例１〜３」とした。

各画像表示装置に対して以下の手順で直流電圧を印加し、電圧印加により得られる画像表示装置の反射濃度を測定することにより、表示特性を評価した。なお、電圧印加は、以下の手順で行い、印加電圧を０Ｖからプラス側に変化させた後、続いてマイナス側に変化させ、再び０Ｖに戻る経路のヒステリシス曲線を描く様に電圧を印加した。すなわち、
（１）０Ｖから＋１００Ｖまで２０Ｖ間隔で電圧変化させながら印加を行う。
（２）＋１００Ｖから−１００Ｖまで２０Ｖ間隔で電圧を変化させながら印加を行う。
（３）−１００Ｖより０Ｖまで２０Ｖ間隔で電圧を変化させながら印加を行う。

ただし、「画像表示装置６、７、９（比較例１〜３）」への電圧印加は、（１）は０Ｖから＋２５０Ｖまで５０Ｖ間隔で行い、（２）は＋２５０Ｖから−２５０Ｖまで５０Ｖ間隔で行い、（３）は−２５０Ｖより０Ｖまで５０Ｖ間隔で行った。

なお、「画像表示装置１〜５」と「画像表示装置６、７」は画像表示装置に設けられた２つのインジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）被膜の電極を用いて直流電圧を印加した。また、「画像表示装置８、９」は電極を備えた測定装置にセットし、測定装置に設けられている電極より直流電圧の印加を行った。

上記手順で各画像表示装置に直流電圧を印加したところ、白表示の状態でプラスの電圧を印加した時に、表示が白から黒に変化することが確認された。

評価は、表示特性として黒色濃度、白色濃度、コントラストを評価し、さらに、最低駆動電圧の評価を行った。このうち、黒色濃度は画像表示装置の視認方向電極に＋１００Ｖの電圧を印加した時に得られる表示面の反射濃度であり、白色濃度は上記のヒステリシス曲線により−１００Ｖの電圧印加を行った時に得られる表示面の反射濃度を示す。ただし、比較例１〜３は黒色濃度は画像表示装置に＋２５０Ｖの電圧を印加した時に得られる表示面の反射濃度とした。

また、コントラストは上記（１）で得られた黒色濃度と（２）で得られた白色濃度の差、すなわち、
コントラスト＝（（１）で得られた黒色濃度）−（（２）で得られた白色濃度）
で定義するものである。

さらに、最低駆動電圧は、０Ｖから＋１００Ｖまで２０Ｖ間隔で変化させた時（ただし、比較例１〜３では０Ｖから＋２５０Ｖまで５０Ｖ間隔で変化させた時）、表示濃度の値が下記の値となる時の電圧である。

表示濃度＝（（２）で得られた白色濃度）＋〔｛（（１）で得られた黒色濃度）−（（２）で得られた白色濃度）｝×０．１〕
前述の各濃度は、反射濃度計「ＲＤ−９１８（マクベス社製）」を用いて、表示面上の５カ所をランダムに測定して、その平均値とした。そして、白色濃度は０．５５以下、黒色濃度は１．２５以上、コントラストは０．７０以上を合格とし、最低駆動電圧は５０Ｖ以下を合格とした。

以上の結果を表１に示す。

表１に示す様に、本発明に該当する実施例１〜６の画像表示装置は、いずれも最低駆動電圧が５０Ｖ以下で、かつ、表示特性が黒色濃度１．２５以上、白色濃度０．５０以下、コントラスト０．７０以上の値を有し、本発明で規定する合格値をクリアする結果になった。一方、本発明外に該当する比較例１〜３の画像表示装置は、最低駆動電圧が１００Ｖとなり、表示特性もいずれも規定を満たさないものになった。

この様に、実施例１〜６は比較例１〜３よりも低い電圧印加の下で良好な表示特性が得られる結果が得られた。また、最低駆動電圧も実施例１〜６は比較例１〜３よりも低い結果が得られた。以上の結果から、本発明の構成によれば、従来よりも低い印加電圧の下で粒子の移動がスムーズに行えて、安定した画像表示が行えることが確認された。

画像表示装置の断面構成の一例を示す概略図である。 基体間への電圧印加による粒子の移動の例を示す模式図である。 基体間への電圧印加による粒子の移動の例を示す模式図である。 画像表示面の形状例を示す模式図である。

符号の説明

１ 画像表示装置
１１、１２ 基体
１５ 電極
１６ 絶縁層
１７ 隔壁
１８ 隙間
１８ａ 画像表示面
２ 粒子
２１ 黒色粒子
２２ 白色粒子

Claims (1)

1. 少なくとも一方が透明な２枚の基体を対向させ、対向させた２枚の基体の間に粒子を存在させてなる画像表示装置であって、
   前記２枚の基体は対向する面側にシリコーン構造を有する化合物を含有する層を有することを特徴とする画像表示装置。

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