JP2011043712A - 電気泳動粒子、電気泳動粒子分散液、表示媒体、および表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
更に、溶媒に溶解しにくい構造を採用することによって熱力学的に粒子間の引力を誘起し、凝集性を高めてメモリー性を付与する方法が提供されている(例えば、特許文献3参照)。
請求項1に係る発明は、
樹脂および着色剤を含む母粒子と、
該母粒子の表面を被覆し、下記一般式(1)で表される構造を有する分散剤と、
を含有する電気泳動粒子である。
前記分散剤が下記一般式(2)または一般式(3)で表される構造を有する請求項1に記載の電気泳動粒子である。
前記樹脂が、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸とアクリルアミドとの共重合体、アクリル樹脂およびその共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、ジメチルアミン・エポクロロヒドリン縮合体、およびカチオン化ポリビニルアルコールから選択される少なくとも1種である請求項1または請求項2に記載の電気泳動粒子である。
請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電気泳動粒子と、
該電気泳動粒子を分散させる分散媒と、
を有する電気泳動粒子分散液である。
前記電気泳動粒子として、色が異なる少なくとも2種の電気泳動粒子を含み、
且つ該2種の電気泳動粒子の一方に含有される前記分散剤と他方に含有される前記分散剤とで、前記構造部(a)および前記構造部(b)の構造が同じであって分散剤全体における前記構造部(b)が占める比率が異なる請求項4に記載の電気泳動粒子分散液である。
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
前記一対の基板の間に封入された請求項4または請求項5に記載の電気泳動粒子分散液と、
を備えた表示媒体である。
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
前記一対の基板の間に封入された請求項4または請求項5に記載の電気泳動粒子分散液と、
前記一対の基板に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備えた表示装置である。
・第1実施形態(1種(1色)の電気泳動粒子を含む場合)
本実施形態にかかる電気泳動粒子(以下単に「泳動粒子」と称す場合がある)は、樹脂および着色剤を含む母粒子と、該母粒子の表面を被覆し、下記一般式(1)で表される構造を有する分散剤と、を含有することを特徴とする。
「浸透圧斥力Vosm=∝第二ビリアル係数×(吸着密度(C))2×
(吸着層厚(分散剤層の厚さ)(δ))3」
の式で表されるものである。前記一般式(1)で表される構造を有する分散剤4においては、構造部(b)が吸着サイトとしての機能を有しているものと推察され、この吸着サイトの数に応じて上記式における「吸着密度(C)」が変化するものと考えられる。即ち、一般式(1)における「b」の値が小さくなるよう制御した場合、浸透圧斥力が小さくなり泳動粒子が他の泳動粒子と凝集しやすくなって、その結果閾値電圧が高くなるものと推察される。一方、一般式(1)における「b」の値が大きくなるよう制御した場合、浸透圧斥力が大きくなり泳動粒子が他の泳動粒子と凝集しにくくなって、その結果閾値電圧が低くなるものと推察される。
ここで、1種の泳動粒子を含有する本実施形態に係る泳動粒子分散液を備えた表示媒体において、印加される電圧による前記泳動粒子(負極に帯電した粒子)の挙動について、図2−A乃至図2−Dを用いて説明する。尚、合わせて印加する電圧(矩形波)と電荷量との関係を図3に示す。
ここに、図3におけるt1の状態、即ち電極8Aに+Q(V)(Q:泳動粒子の閾値電圧以上の電圧)の電圧を印加し且つ電極8Bに−Q(V)の電圧を印加することで、泳動粒子1aは電極8A側に移動する。
次いで、図3におけるt2の状態、即ち電極8Aに−Q(V)の電圧を印加し且つ電極8Bに+Q(V)の電圧を印加することで、泳動粒子1aは電極8Aから剥離し始め、更に、図3におけるt3の状態で泳動粒子1aは電極8B側に移動する。
本実施形態に係る泳動粒子分散液では、色が異なる少なくとも2種の電気泳動粒子を含んでもよい。この場合において、該2種の泳動粒子の一方に含有される分散剤と他方に含有される分散剤とで、一般式(1)における構造部(a)および構造部(b)の構造が同じであって分散剤全体における構造部(b)が占める比率が異なることが望ましい。
ここで、2種の泳動粒子を含有する本実施形態に係る泳動粒子分散液を備えた表示媒体において、印加される電圧による前記2種の泳動粒子(一方が正極に、もう一方が負極に帯電した粒子)の挙動について、図4−A乃至図4−Cを用いて説明する。
尚、図4−A乃至図4−Cに示す表示装置10は、表示媒体12と、表示媒体12に電圧を印加する電圧印加部16と、制御部18と、を含んで構成されている。表示媒体12は、画像表示面とされる表示基板20、表示基板20に間隙をもって対向する背面基板22、これらの基板間を定められた間隔に保持すると共に、表示基板20と背面基板22との基板間を複数のセルに区画する間隙部材24、各セル内に封入された泳動粒子34(正極に帯電)および色が前記泳動粒子34とは異なる泳動粒子35(負極に帯電)を含んで構成されている。
上記セル中には、本実施形態に係る泳動粒子分散液が封入されている。即ち、セル中には分散媒50が封入されると共に、本実施形態に係る泳動粒子34および35がこの分散媒50中に分散されている。尚、泳動粒子34および35には、一般式(1)における構造部(a)および構造部(b)の構造が同じであって分散剤全体における構造部(b)が占める比率が異なる分散剤が含まれており、閾値電圧は泳動粒子35の方が大きく調整されている。
本実施形態に係る泳動粒子は、既述の通り母粒子の表面が分散剤によって被覆された粒子である。
泳動粒子の母粒子には、樹脂中に着色剤が含有された母粒子が用いられる。上記樹脂としては、例えば熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂等が挙げられる。
母粒子の製造に使用される熱可塑性樹脂としては、スチレン、クロロスチレン等のスチレン類、エチレン、プロピレン、ブチレン、イソプレン等のモノオレフィン、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクチル、アクリル酸フェニル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ドデシル等のα−メチレン脂肪族モノカルボン酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルブチルエーテル等のビニルエーテル類、ビニルメチルケトン、ビニルヘキシルケトン、ビニルイソプロペニルケトン等のビニルケトン類の単独重合体あるいは共重合体が例示される。
母粒子を着色する着色剤としては、有機若しくは無機の顔料や、油溶性染料等が使用され、マグネタイト、フェライト等の磁性紛、カーボンブラック、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、フタロシアニン銅系シアン色材、アゾ系イエロー色材、アゾ系マゼンタ色材、キナクリドン系マゼンタ色材、レッド色材、グリーン色材、ブルー色材等の公知の着色剤が挙げられる。具体的には、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3、等が代表的なものとして例示される。
母粒子の樹脂中には、更に帯電制御剤を混合してもよい。帯電制御剤としては、電子写真用トナー材料に使用される公知のものが使用され、例えば、セチルピリジルクロライド、BONTRON P−51、BONTRON P−53、BONTRON E−84、BONTRON E−81(以上、オリエント化学工業社製)等の第4級アンモニウム塩、サリチル酸系金属錯体、フェノール系縮合物、テトラフェニル系化合物、酸化金属粒子、各種カップリング剤により表面処理された酸化金属粒子が挙げられる。
尚、上記母粒子の平均粒径は、大塚電子社製Fpar1000(動的光散乱式粒径分布測定装置)を用い、測定条件を0.5質量%、25℃に設定して測定される。本明細書に記載の数値は該方法によって測定されたものである。
本実施形態の泳動粒子は、母粒子の表面が分散剤によって被覆されている。尚、分散剤の色は、母粒子の色に影響を与えないよう、透明であることが望ましい。
本実施形態における分散剤は、下記一般式(1)で表される構造を有する。
〔上記一般式(1)において、R1は2以上のジメチルシロキサン構造が連結し且つ有機基が置換していてもよいジメチルシロキサン鎖を、R2は水素またはメチル基を、Ar1は芳香族基を有する有機基を表し、aは8以上88以下の、bは12以上82以下の、cは0以上30以下の、fは1以上3以下の整数を表す。また、a+b+c=100である。但し、上記一般式(1)で表される構造を有する分散剤において構造部(b)の占める比率は50質量%以下である。〕
〔上記一般式(2)および上記一般式(3)において、Rは水素または有機基を表し、aは18以上88以下の、bは12以上82以下の、cは0以上30以下の、nは3以上70以下の整数を表す。また、a+b+c=100である。但し、上記一般式(2)または上記一般式(3)で表される構造を有する分散剤において構造部(b)の占める比率は50質量%以下である。〕
また、nは前述の通り3以上70以下の整数を表し、更には、10以上35以下であうることが特に望ましい。
上記一般式(1)や一般式(2)および一般式(3)で表される構造を有する分散剤は、その重量平均分子量が2000以上1000000以下であることが望ましい。
尚、上記重量平均分子量は静的光散乱法またはサイズ排除カラムクロマトグラフィーにより測定され、本明細書に記載の数値は当該方法によって測定されたものである。
以下に、前記一般式(1)、一般式(2)および一般式(3)で表される構造を有する分散剤の具体例(化合物1乃至3)を示す。尚、下記化合物1乃至3において、Rは前記一般式(2)および前記一般式(3)におけるRと同義であり、炭素数1以上10以下の置換基を有していてもよいアルキル基が望ましい。
・「化合物1」と「ポリ2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸」との組合
・「化合物1」と「カチオン化ポリビニルアルコール」との組合
・「化合物2」と「ポリ2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸」との組合
上記一般式(1)で表される構造を有する分散剤の合成方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法等によって合成される。以下に、その一例を示す。
上記重合開始剤としては、例えば、V−65、AIBN等が用いられる。
母粒子の表面を前記分散剤で被覆した本実施形態に係る泳動粒子の製造方法としては、特に限定されるものではなく、公知の方法等によって合成される。以下に、その一例を示す。
まず、前記分散剤を絶縁性溶媒(例えばジメチルシリコーンオイル)に溶解して連続相を調製する。次いで、母粒子を構成する樹脂と着色剤とを良溶媒(例えば水)に混合して分散相を調製する。前記連続相と前記分散相とを混合し、超音波破砕機等の乳化装置を用いて乳化させる。次に、得られた乳化液を攪拌しながら加熱すると共に減圧(例えば、65℃/10mPa)することで前記良溶媒を除去し、泳動粒子が分散された泳動粒子分散液が得られる。
上記分散相を構成する良溶媒としては、上記水の他、炭素数5以下の低級アルコール、テトラヒドロフラン(THF)、アセトン等が用いられる。この中でも、泳動粒子の帯電特性の観点から、水が特に望ましい。
次に、本実施形態に係る泳動粒子分散液の分散媒について説明する。泳動粒子が分散される分散媒としては、絶縁性液体であることが望ましい。ここで、「絶縁性」とは、体積固有抵抗が1011Ωcm以上であることを示しており、本明細書において統一の定義である。
この分散媒に混合する着色剤としては、カーボンブラック、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、フタロシアニン銅系シアン色材、アゾ系イエロー色材、アゾ系マゼンタ色材、キナクリドン系マゼンタ色材、レッド色材、グリーン色材、ブルー色材等の公知の着色剤が挙げられる。具体的には、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.I.ピグメント・ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3、等が代表的なものとして挙げられる。
本実施形態に係る表示媒体は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、前記一対の基板の間に封入された前述の泳動粒子分散液と、を備えることを特徴とする。
また本実施形態に係る表示装置は、少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、前記一対の基板の間に封入された前述の泳動粒子分散液と、前記一対の基板に電圧を印加する電圧印加装置と、を備えることを特徴とする。
以下、本実施形態に係る表示媒体、表示装置における泳動粒子分散液以外の各部材について説明する。
まず、一対の基板について説明する。基板の少なくとも一方は透光性を有し、表示側の基板となって画像が視認される。ここで、本実施形態における透光性とは、可視光の透過率が60%以上であることを示している。
一対の基板の間隙を保持するための間隙部材(例えば、図4−A乃至図4−Dにおける24)は、基板の透光性を損なわないように形成され、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電子線硬化樹脂、光硬化樹脂、ゴム、金属等で形成される。
なお、「透明」とは、可視光に対して、透過率60%以上有することを示している。
表示媒体における前記セルの大きさとしては、表示媒体の解像度と密接な関係にあり、セルが小さいほど高解像度な画像を表示し得る表示媒体が作製され、通常表示媒体の基板の板面方向の長さが10μm以上1mm以下である。
電圧印加部(電圧印加装置の一例)は、電極に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、電極の双方が電圧印加部に電気的に接続されている場合を説明するが、電極の一方が、接地されており、他方が電圧印加部に接続された構成であってもよい。
制御部は、装置全体の動作を司るCPU(中央処理装置)と、各種データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、装置全体を制御する制御プログラム等の各種プログラムが予め記憶されたROM(Read Only Memory)と、を含むマイクロコンピュータとして構成されていてもよい。
(分散剤1の合成)
攪拌機、温度計を備えた反応容器に、溶媒としてのイソプロピルアルコール(IPA)7質量部を採り、下記表1に示すモノマー(a)(サイラプレーンFM−0711、チッソ株式会社製)、モノマー(b)(2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、NKエステル702A、新中村化学工業社製)、および重合開始剤よりなる溶液を加え、溶解させた。この溶液に対して窒素バブリング(毎分100ml、15分間)を行い、密栓して55℃で5時間加熱攪拌を続け、反応を終了した。得られた樹脂溶液から溶媒のIPAを蒸発させ、共重合体(分散剤1/前述の分散剤具体例における化合物1に該当する分散剤)を得た。
前記より得た分散剤1:3質量部を、絶縁性溶媒としてのジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)97質量部に溶解して連続相を調製した。次いで、母粒子の原料であるイオン性高分子化合物としてのポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸10質量部、着色剤としてのシアン顔料C.I.ピグメントブルー15:3(H524F、山陽エマコール)3質量部、および良溶媒としての水85質量部を混合して分散相を調製した。前記連続相と前記分散相とを混合し、超音波破砕機(エスエムテー社製UH−600S)を用いて10分間乳化を行った。
次に、得られた乳化液をナスフラスコに入れ、攪拌しながらエバポレーターにて加熱(65℃)および減圧(10mPa)することで水を除去し、シアン泳動粒子C1がシリコーンオイルに分散された泳動粒子分散液を得た。
また、得られた泳動粒子分散液を固形分0.1質量%になるように分散媒で希釈して希釈分散液を調製し、該希釈分散液に、電極間隔1mmで対向させた電極基板を浸漬し、電極間に電圧(100V)を10秒間印加した。電極に粒子を電着させ粒子の極性を評価したところ、正帯電であった。
実施例1の分散剤1の合成において、用いるモノマー(a)およびその量、モノマー(b)およびその量を下記表1に示すごとく変更し、また比較例4においては更に下記表1に示すモノマー(c)を用いて分散剤を合成した。
また、実施例1のシアン泳動粒子C1の合成において、用いる母粒子を下記表2に示すごとく変更してシアン泳動粒子分散液を得た。
得られたシアン泳動粒子分散液が電界により移動を開始する電圧(電極間に印加する電圧)を調べた。具体的には、短冊状(1cm×5cm)の透明ガラス電極をスペーサー(厚さ100μm)を介して対向させた。対向させた電極側面部からシアン泳動粒子分散液を注入した。最初に直流電圧を印加して泳動粒子をそれぞれ両電極に泳動させた。このとき透明ガラス電極側面部からは電極上に泳動してきた泳動粒子の色が観察される。その後、電極間に三角波(0.5V/sec)を印加しながら、透明ガラス側面部からの強度を測定し、色変化が開始し始めた電圧を閾値電圧(粒子の移動開始電圧)とした。結果を下記表3に示す。
2 母粒子
2A 樹脂
2B 着色剤
4 分散剤
8A,8B 電極
10 表示装置
12 表示媒体
16 電圧印加部
18 制御部
20 表示基板
22 背面基板
24 間隙部材
34,35 泳動粒子
40 表面電極
46 背面電極
50 分散媒
Claims (7)
- 前記樹脂が、ポリ−2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸とアクリルアミドとの共重合体、アクリル樹脂およびその共重合体、スチレン・マレイン酸共重合体、ジメチルアミン・エポクロロヒドリン縮合体、およびカチオン化ポリビニルアルコールから選択される少なくとも1種である請求項1または請求項2に記載の電気泳動粒子。
- 請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の電気泳動粒子と、
該電気泳動粒子を分散させる分散媒と、
を有する電気泳動粒子分散液。 - 前記電気泳動粒子として、色が異なる少なくとも2種の電気泳動粒子を含み、
且つ該2種の電気泳動粒子の一方に含有される前記分散剤と他方に含有される前記分散剤とで、前記構造部(a)および前記構造部(b)の構造が同じであって分散剤全体における前記構造部(b)が占める比率が異なる請求項4に記載の電気泳動粒子分散液。 - 少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
前記一対の基板の間に封入された請求項4または請求項5に記載の電気泳動粒子分散液と、
を備えた表示媒体。 - 少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
前記一対の基板の間に封入された請求項4または請求項5に記載の電気泳動粒子分散液と、
前記一対の基板に電圧を印加する電圧印加装置と、
を備えた表示装置。
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