JP2013144795A - 着色組成物及び画像表示構造 - Google Patents

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Abstract

【課題】アゾメチン色素が良好に溶解含有されており、画像表示(特に、エレクトロウェッティング法や電気泳動法の原理で動作する表示装置での画像表示)に好適な着色組成物を提供する。
【解決手段】下記一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素と、非極性溶媒とを含有している〔Het:解離性基を有しない環、Ar:解離性基を有しない芳香環又は飽和複素環〕。

【選択図】なし

Description

本発明は、 アゾメチン色素を含有する着色組成物及び画像表示構造に関する。
近年、ディスプレイ材料、光記録媒体、インクジェット用材料等に有機色素が数多く用いられている。色素を塗布プロセスやインクジェットプロセスに使用する場合、着色効率を上げるため、高いモル吸光係数を有していることに加え、溶媒への高い溶解性をそなえていることが求められる。
新たな画像表示技術として、最近では、エレクトロウェッティング法を利用したディスプレイ(EWD)が注目されている(例えば、非特許文献1参照)。このディスプレイは、基板上に親水性媒体と油性着色インクの2相で満たされた複数のピクセルを配し、ピクセルごとに電圧印加のオン(ON)/オフ(OFF)によって親水性媒体/油性着色インク界面の親和性を制御し、油性着色インクを基板上に展開/変形させることによって行なう画像表示方式である。このようなエレクトロウェッティング法によるディスプレイに用いられる色素には、炭化水素系溶媒への高い溶解性が求められる。
色素は数多くのものが知られており、その中でもアゾメチン色素は、従来から写真用染料として広く利用されている(例えば、非特許文献2参照)。
また、アゾメチン色素としては、吸収特性や堅牢性に優れたピロロトリアゾール系やピラゾロトリアゾール系のアゾメチン色素等が提案されている(例えば、特許文献1〜2参照)。
特開2003−96327号公報 特開2002−256164号公報
Nature(London),425,383(2003) Journal American Chemical Society,第97巻,2764頁,1975年
しかしながら、上記のように従来から提案されているアゾメチン色素では、非極性溶媒への溶解性、特にデカンやヘキサン等の炭化水素系溶媒への溶解性を充分に確保することができない。そのため、例えばエレクトロウェッティング法や電気泳動法の原理を利用した画像表示に適用しようとすると、画像の表示切換(光シャッター)に支障を来たす等、更なる改善が求められていた。
本発明は、アゾメチン色素が良好に溶解含有されており、画像表示(特に、エレクトロウェッティング法や電気泳動法の原理で動作する表示装置での画像表示(例えば画像表示時のオン/オフ性(光シャッター特性)))に好適な着色組成物及び画像表示構造を提供することを目的とし、該目的を達成することを課題とする。
前記課題を達成するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 下記一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素と、非極性溶媒とを含む着色組成物である。
前記一般式(1)において、Hetは、解離性基を有しない環を表し、Arは、解離性基を有しない芳香環又は飽和複素環を表す。
<2> 前記アゾメチン色素は、下記一般式(2)で表される化合物である前記<1>に記載の着色組成物である。
前記一般式(2)において、Hetは、解離性基を有しないカプラー母核を表し、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R、R及びRは解離性基を有しない。
<3> 前記アゾメチン色素は、下記一般式(3)、一般式(4)、一般式(5)、又は一般式(6)で表される化合物である前記<1>又は前記<2>に記載の着色組成物である。
前記一般式(3)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R、R、R、及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、又は−CONR1112を表し、RとR、RとRは、それぞれ結合して芳香環を形成してもよい。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R〜Rは解離性基を有しない。
前記一般式(4)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。Rは、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。Xは、酸素原子又はN−R13を表す。R11、R12、及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表す。R11及びR12は、互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R、及びRは解離性基を有しない。
前記一般式(5)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R及びR〜Rは解離性基を有しない。
前記一般式(6)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R10は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R及びR〜R10は解離性基を有しない。
<4> 20℃での粘度が(好ましくは0.01mPa・s以上)10mPa・s以下である前記<1>〜前記<3>のいずれか1つに記載の着色組成物である。
<5> エレクトロウェッティング法の原理又は電気泳動法で動作する表示装置の画像表示材料に用いられる前記<1>〜前記<4>のいずれか1つに記載の着色組成物である。
<6> 表面が疎水性の疎水性ポリマー層と、前記表面に接触させて配置され、前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載の着色組成物を用いて形成されたオイル層と、前記オイル層に接触させて配置された親水性液層と、を有する画像表示構造である。
例えば、この画像表示構造を備えた表示装置として下記構成の装置が挙げられる。
すなわち、少なくとも一方の表面の少なくとも一部が導電性である第1の基板と、
第1の基板の導電性の表面に対向させて配置された第2の基板と、
第1の基板の導電性の表面を有する面側の少なくとも一部に配設された疎水性絶縁膜と、
疎水性絶縁膜と第2の基板との間に疎水性絶縁膜上を移動可能に設けられた前記<1>〜前記<5>のいずれか1つに記載の着色組成物と、
疎水性絶縁膜と第2の基板との間に、着色組成物と接して設けられた導電性の親水性液体と、を有する表示部を備え、
親水性液体と第1の基板の導電性の表面との間に電圧を印加し、エレクトロウェッティング表示用染料組成物と親水性液体との界面の形状を変化させることで画像を表示するエレクトロウェッティング表示装置。
本発明によれば、アゾメチン色素が良好に溶解含有されており、画像表示(特に、エレクトロウェッティング法や電気泳動法の原理で動作する表示装置での画像表示(例えば画像表示時のオン/オフ性(光シャッター特性)))に好適な着色組成物及び画像表示構造が提供される。
本発明の実施形態に係るエレクトロウェッティング表示装置の電圧オフ時の状態を示す概略断面図である。 本発明の実施形態に係るエレクトロウェッティング表示装置の電圧オン時の状態を示す概略断面図である。
以下、本発明の着色組成物、及びこれを用いた画像表示構造について、詳細に説明する。
<着色組成物>
本発明の着色組成物は、以下に示す一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素と、非極性溶媒とを用いて構成されている。また、本発明の着色組成物は、必要に応じて、更にアゾメチン色素以外の色素や極性溶媒、紫外線吸収剤等の添加剤などの他の成分を用いて構成されてもよい。
アゾメチン色素は、従来から広く知られ、画像用途でも例えば写真分野において使用されてはいたものの、従来のアゾメチン色素は、非極性溶媒に対する溶解性が低く、非極性溶媒で構成される液体組成物の着色剤には一般に用いられるに至っていない。
本発明においては、非極性溶媒で構成される着色組成物の着色剤として、解離性基が存在しない(好ましくは炭素数6以上のアルキル基を有する)特定構造のアゾメチン色素を用いることで、析出を起こし難い良好な溶解性が保たれ、画像表示(特に、エレクトロウェッティング法や電気泳動法の原理で動作する表示装置での画像表示)が良好になる。特に、画像表示する際のオン/オフ性(光シャッター特性)に優れ、鮮明で色相の良好な画像表示が可能になる。
−アゾメチン色素−
本発明の着色組成物は、下記一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素の少なくとも一種を含有する。この色素は、非極性溶媒への溶解性に優れているので、ディスプレイ等、中でもエレクトロウェッティング法の原理で動作する表示装置や、電気泳動法で動作するディスプレイに用いる色素として好適である。
前記一般式(1)において、Hetは、解離性基を有しない環を表し、Arは、解離性基を有しない芳香環又は飽和複素環を表す。このアゾメチン色素は、分子中に炭素数が6〜30である比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基(好ましくは直鎖アルキル基)を少なくとも1つ有している場合が好ましい。
一般式(1)で表されるアゾメチン色素は、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であり、非極性溶媒への溶解性、特に炭化水素系溶媒への溶解性に優れたものである。溶解度が1質量%以上であることは、画像表示用材料として、例えばエレクトロウェッティング法の原理や電気泳動法で動作するディスプレイを作製するための表示用部材(例えば、後述する画像表示構造)に適用し得ることを示す。
なお、以下において、色素の「25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンに対する溶解度」を、単に「溶解度」とも称する。
本発明のアゾメチン色素を、エレクトロウェッティング法の原理で動作するディスプレイや電気泳動法で動作するディスプレイを製造するための画像表示材料〔例えば、画像表示構造(例:表示セルのオン/オフ状態(画像表示/非表示の状態)を切替える光シャッターや、電気泳動法で動作する表示装置のカラー表示層(カラーフィルタ))等の表示用部材〕に適用する場合には、溶解度は、3質量%以上であることが好ましく、5質量%以上であることが更に好ましい。溶解度は高ければ高いほど好ましいが、通常は80質量%以下程度である。
以下、一般式(1)で表されるアゾメチン色素について詳述する。
一般式(1)で表されるアゾメチン色素は、分子中に−SOH、−PO、−COH、−OH等の解離性基(NH基を含まない)を有しない色素であり、非極性溶媒に対して良好な溶解性を示す。非極性溶媒への溶解性により優れる観点からは、該アゾメチン色素は、その分子中に炭素数6〜30の直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。このような構造上の特徴により、一般式(1)で表されるアゾメチン色素は、そのSP値(溶解性パラメーター)が非極性溶媒のSP値に近くなっており、溶剤との混合性が良化したものと推定される。
アゾメチン色素が分子中に前記直鎖又は分岐のアルキル基を有している場合、該アルキル基は、前記同様の理由から、炭素数6〜20の直鎖又は分岐のアルキル基が好ましく、該炭素数は6〜10が更に好ましい。
前記一般式(1)において、Hetで表される環としては、5員もしくは6員の炭化水素環、又は5員もしくは6員の複素環が挙げられる。該環の例として、ベンゼン環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、ピラゾロトリアゾール環、ピロロトリアゾール環、ナフタレン環、ピリドン環、バルビツール環などが挙げられる。
Hetで表される環は、無置換でも置換されていてもよい。Hetが置換されている場合の置換基としては、解離性基を除く置換基の中から適宜選択することができる。該置換基の具体例としては、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、−CONR1112〔R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。〕が挙げられる。なお、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、及び−CONR1112は、後述する一般式(3)のR〜Rにおけるアルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、及び−CONR1112とそれぞれ同義であり、これらの好ましい態様も同様である。
Arで表される芳香環、飽和複素環としては、5員又は6員の環が好ましく、例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、ピロール環、インドール環、ピリジン環、キノリン環、ピラジン環、キノキサリン環、チアゾール環、チアゾリン環、オキサゾール環、オキサゾリン環、イミダゾール環等の芳香環、並びにピロリジン環、テトラヒドロフラン、テトラヒドロチオフェン、チアゾリン、オキサゾリン、イミダゾリン等の飽和複素環が好適に挙げられる。
中でも、Arとしては、ベンゼン環、ピロール環、インドール環がより好ましい。
Arで表される芳香環、飽和複素環は、無置換でも置換されていてもよい。Arが置換されている場合の置換基としては、解離性基を除く置換基の中から適宜選択することができ、具体例として、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ハロゲン原子が挙げられる。アルキル基、アルコキシ基、及びアリール基は、後述する一般式(2)のRにおけるアルキル基、アルコキシ基、及びアリール基とそれぞれ同義であり、これらの好ましい態様も同様である。
前記一般式(1)で表されるアゾメチン色素の中でも、下記一般式(2)で表されるアゾメチン色素が好ましい。
前記一般式(2)において、Hetは、解離性基を有しないカプラー母核を表す。Hetで表されるカプラー母核は、色素が色を呈するために必要な分子構造(発色団(母体骨格))のことである。すなわち、カプラー母核は、化合物中において連続する不飽和結合により構成された部分構造(共役系を形成するに必要な部分構造)であり、例えば、芳香族、>C=C<、>C=O、>C=N−、>N=N<、等が連結した構造部分である。カプラー母核の具体的な例として、イソオキサゾロン骨格、ピラゾロン骨格、ピラゾロトリアゾール骨格、ピロロトリアゾール骨格、ベンゾキノン骨格、ナフトキノン骨格、ピリドン骨格、バルビツール骨格、ピリミジン骨格、チオバルビツール骨格、アニリド骨格等が挙げられる。
具体的には、カプラー母核として、5員もしくは6員の炭化水素環、又は5員もしくは6員の複素環を含む分子骨格が好適であり、炭化水素環又は複素環の例として、ベンゼン環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、ピラゾロトリアゾール環、ピロロトリアゾール環、ナフタレン環、ピリドン環、バルビツール環、チオバルビツール環、ピリミジン環などが挙げられる。中でも、カプラー母核としては、例えば、ベンゼン環、ピラゾール環、イソオキサゾール環、ピラゾロトリアゾール環、ピロロトリアゾール環、ナフタレン環が好適に挙げられる。
は、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表す。Rで表される基には、解離性基は含まれない。
で表されるアルキル基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ノルマルブチル基、第3ブチル基、1−メチルシクロプロピル基、3−ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルウンデシル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、エトキシカルボニルメチル基、パーフルオロアルキル基(例えばパーフルオロメチル基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜15(更には炭素数1〜10)のアルキル基がより好ましく、特に好ましくはメチル基、エチル基、第3ブチル基、ヘキシル基、2−エチルヘキシル基である。
で表されるアルコキシ基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルコキシ基が好ましい。アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、ノルマルブトキシ基、第3ブトキシ基、3−ヘプチルオキシ基、ノルマルヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、ノルマルノニルオキシ基、ノルマルウンデシルオキシ基、クロロメチルオキシ基、トリフルオロメトキシ基、エトキシカルボニルメトキシ基、パーフルオロアルキルオキシ基(例えばパーフルオロメトキシ基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜15(更には炭素数1〜10)のアルコキシ基がより好ましく、特に好ましくはメトキシ基、エトキシ基、ヘキシルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基である。
で表されるアリール基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数6〜20のアリール基が好ましい。アリール基の例としては、フェニル基、4−メトキシフェニル基、ヘキシルオキシフェニル基、オクチルオキシフェニル基、2,6−ジメチルフェニル基、4−ジブチルアミノフェニル基、4−(2−エチルヘキサノイルアミノ)フェニル基、4−ヘキシルフェニル基などが好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜16(更には炭素数6〜12)のアリール基がより好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R、Rで表される基には、解離性基は含まれない。
、Rで表されるアルキル基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜30のアルキル基が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ノルマルブチル基、第3ブチル基、1−メチルシクロプロピル基、3−ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルウンデシル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、エトキシカルボニルメチル基、パーフルオロアルキル基(例えばパーフルオロメチル基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜30のアルキル基がより好ましく、更に好ましくは炭素数6〜20のアルキル基であり、特に好ましくはヘキシル基、オクチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基等である。
、Rで表されるアリール基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数6〜16のアリール基が好ましい。アリール基の例としては、フェニル基、4−メトキシフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−ジブチルアミノフェニル基、4−(2−エチルヘキサノイルアミノ)フェニル基、4−ヘキシルフェニル基などが好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜12のアリール基がより好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
〜Rで表される各基が置換基を有する場合、該置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基等を挙げることができる。
前記一般式(2)においては、分子中のHet及びR〜Rにおける基の少なくとも1つが、炭素数6〜30の比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。これより、アゾメチン色素は、非極性溶媒に対してより良好な溶解性を示す。
かかる観点から、一般式(2)の構造のうち、Rが水素原子、メチル基、メトキシ基であり、R及びRの一方又は両方が、炭素数6〜20(更には炭素数6〜12)の直鎖又は分岐のアルキル基を表す構造が特に好ましい。
前記一般式(1)〜(2)で表されるアゾメチン色素のうち、下記一般式(3)で表されるアゾメチン色素は好ましい化合物の一つである。
前記一般式(3)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。
、及びR〜Rは、前記一般式(2)におけるR、及びR〜Rとそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
、R、R、及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R、R、R、Rで表される基には、解離性基は含まれない。
〜Rで表されるアルキル基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、第3ブチル基、1−メチルシクロプロピル基、3−ヘプチル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基、ノルマルノニル基、ノルマルウンデシル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、エトキシカルボニルメチル基、パーフルオロアルキル基(例えばパーフルオロメチル基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜16のアルキル基がより好ましく、特に好ましくはメチル基、エチル基、第3ブチル基、2−エチルヘキシル基である。
〜Rで表されるアルコキシ基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルコキシ基が好ましい。アルコキシ基の例としては、メトキシ基、エトキシ基、ノルマルブトキシ基、第3ブトキシ基、3−ヘプチルオキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基、2−メチルヘキシルオキシ基、ノルマルノニルオキシ基、ノルマルウンデシルオキシ基、クロロメチルオキシ基、トリフルオロメトキシ基、エトキシカルボニルメトキシ基、パーフルオロアルキルオキシ基(例えばパーフルオロメトキシ基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜16のアルコキシ基がより好ましく、特に好ましくはメトキシ基、エトキシ基、2−エチルヘキシルオキシ基である。
〜Rで表されるアリール基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数6〜16のアリール基が好ましい。アリール基の例としては、フェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ジブチルアミノフェニル基、4−(2−エチルヘキサノイルアミノ)フェニル基、4−ヘキシルフェニル基などが好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜16のアリール基がより好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
〜Rで表される「−COOR11」及び「−CONR1112」において、R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して、5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。但し、R11、R12で表される基には、解離性基は含まれない。
11、R12で表されるアルキル基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、エトキシカルボニルメチル基、ノルマルブチル基、ノルマルペンチル基、ノルマルオクチル基、2−エチルヘキシル基、ドデシル基、シクロヘキシル基、シアノエチル基、ヘキサデシル基、オクタデシル基、2,2,3,3−テトラフルオロプロピル基、クロロエチル基、アセトキシエチル基、ジメチルアミノメチル基が好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜16のアルキル基がより好ましく、特に好ましくはノルマルブチル基、2−エチルヘキシル基である。
11、R12で表されるアリール基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数6〜12のアリール基が好ましい。アリール基の例としては、フェニル基、4−メチルフェニル基、4−エチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ドデシルフェニル基、4−(2−エチルヘキシルオキシ)フェニル基、4−ドデシルオキシフェニル基が好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜12のアリール基がより好ましく、特に好ましくはフェニル基である。
11及びR12が互いに結合して形成される5員環、6員環、及び7員環は、窒素原子を含む5員、6員、又は7員の含窒素複素環である。該含窒素複素環としては、例えば、ピロリジン環、ピペリジン環、モルホリン環、ピペラジン環、ヘキサメチレンイミン環等が好ましい。
これら5員環、6員環、及び7員環は、さらに置換基を有していてもよい。
また、RとR、RとRは、それぞれ結合して芳香環を形成してもよい。更に、形成された芳香環は、置換基を有してもよい。
〜Rで表される各基が置換基を有する場合、該置換基としては、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基等を挙げることができる。
前記一般式(3)は、分子中のR〜R(R11〜R12を含む)から選ばれる基の少なくとも1つが、炭素数6〜30の比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。これより、アゾメチン色素は、非極性溶媒に対して良好な溶解性を示す。
かかる観点から、一般式(3)の構造のうち、Rが水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基であり、R及びRの一方又は両方が、炭素数6〜16(更には炭素数6〜12)の直鎖又は分岐のアルキル基を含む構造を有しており、Rが−COOR11又は−CONR1112であり、R〜Rが水素原子である場合が特に好ましい。
更には、Rが−COOR11を表す場合、R11は、炭素数4〜20のアルキル基であることが好ましく、特に好ましくは炭素数4〜12のアルキル基である。また、Rが−CONR1112を表す場合、R11、R12は、水素原子又は炭素数4〜20のアルキル基であることが好ましく、特に好ましくは水素原子又は炭素数4〜12のアルキル基である。
前記一般式(1)〜(2)で表されるアゾメチン色素のうち、下記一般式(4)で表されるアゾメチン色素は好ましい化合物の一つである。
前記一般式(4)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。
、及びR〜Rは、前記一般式(2)におけるR、及びR〜Rとそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。Rで表される基には、解離性基は含まれない。
で表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基は、前記一般式(3)のR〜Rで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基とそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
また、Rで表される「−COOR11」及び「−CONR1112」において、R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して、5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R11及びR12は、前記一般式(3)のR〜RにおけるR11及びR12と同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
Xは、酸素原子、又はN−R13を表す。R13は、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R13で表される基には解離性基は含まれない。
13で表されるアルキル基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数1〜20のアルキル基が好ましい。アルキル基の例としては、メチル基、エチル基、ノルマルブチル基、第3ブチル基、1−メチルシクロプロピル基、ノルマルヘキシル基、2−エチルヘキシル基、2−メチルヘキシル基、3−ヘプチル基、ノルマルノニル基、ノルマルウンデシル基、クロロメチル基、トリフルオロメチル基、エトキシカルボニルメチル基、パーフルオロアルキル基(例えばパーフルオロメチル基)などが好適に挙げられる。中でも、炭素数1〜16のアルキル基がより好ましく、特に好ましくはメチル基、エチル基、第3ブチル基、2−エチルヘキシル基である。
13で表されるアリール基は、無置換でも置換基を有してもよく、炭素数6〜16のアリール基が好ましい。アリール基の例としては、フェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−メトキシフェニル基、4−ジブチルアミノフェニル基、4−2−エチルヘキシルオキシフェニル基、4−ヘキシルフェニル基などが好適に挙げられる。中でも、炭素数6〜12のアリール基がより好ましく、特に好ましくはフェニル基、4−t−ブチルフェニル基、4−2−エチルヘキシルオキシフェニル基である。
前記一般式(4)は、分子中のR〜R、R及びR11〜R13から選ばれる基の少なくとも1つが、炭素数6〜30の比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。これより、アゾメチン色素は、非極性溶媒に対して良好な溶解性を示す。
かかる観点から、一般式(4)の構造のうち、Rが水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基であり、R及びRの一方又は両方が、炭素数6〜16(更には炭素数6〜12)の直鎖又は分岐のアルキル基であって、Rが炭素数6〜16アルキル基(好ましくは炭素数6〜12)又はシアノ基であり、Xが酸素原子又はN−R13(R13は炭素数1〜12のアルキル基(好ましくは炭素数2〜12)又は炭素数6〜16のアリール基(好ましくは炭素数6〜12)を表す。)である場合が特に好ましい。
前記一般式(1)〜(2)で表されるアゾメチン色素のうち、下記一般式(5)で表されるアゾメチン色素は好ましい化合物の一つである。
前記一般式(5)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。
、及びR〜Rは、前記一般式(2)におけるR、及びR〜Rとそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R、Rで表される基には、解離性基は含まれない。
又はRで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基は、前記一般式(3)のR〜Rで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基とそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
また、R又はRで表される「−COOR11」及び「−CONR1112」において、R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して、5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R11及びR12は、前記一般式(3)のR〜RにおけるR11及びR12と同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
前記一般式(5)は、分子中のR〜R、R〜R、及びR11〜R12から選ばれる基の少なくとも1つが、炭素数6〜30の比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。これより、アゾメチン色素は、非極性溶媒に対して良好な溶解性を示す。
かかる観点から、一般式(5)の構造のうち、Rが水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基であり、R及びRの一方又は両方が、炭素数6〜16(更には炭素数6〜12)の直鎖又は分岐のアルキル基であって、R及びRが各々独立に炭素数1〜12のアルキル基(好ましくは炭素数2〜12)又はシアノ基である場合が特に好ましい。
前記一般式(1)〜(2)で表されるアゾメチン色素のうち、下記一般式(6)で表されるアゾメチン色素は好ましい化合物の一つである。
前記一般式(6)において、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。
、及びR〜Rは、前記一般式(2)におけるR、及びR〜Rとそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R、Rで表される基には、解離性基は含まれない。
又はRで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基は、前記一般式(3)のR〜Rで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基とそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
また、R又はRで表される「−COOR11」及び「−CONR1112」において、R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して、5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R11及びR12は、前記一般式(3)のR〜RにおけるR11及びR12と同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
10は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R10で表される基には、解離性基は含まれない。
10で表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基は、前記一般式(3)のR〜Rで表されるアルキル基、アルコキシ基、アリール基とそれぞれ同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
また、R10で表される「−COOR11」及び「−CONR1112」において、R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して、5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R11及びR12は、前記一般式(3)のR〜RにおけるR11及びR12と同義であり、それぞれの好ましい態様も同様である。
前記一般式(6)は、分子中のR〜R及びR〜R12から選ばれる基の少なくとも1つが、炭素数6〜30の比較的炭素数の多い直鎖又は分岐のアルキル基を有していることが好ましい。これより、アゾメチン色素は、非極性溶媒に対して良好な溶解性を示す。
かかる観点から、一般式(6)の構造のうち、Rが水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基であり、R及びRの一方又は両方が、炭素数6〜16(更には炭素数6〜12)の直鎖又は分岐のアルキル基であって、R、R及びR10が、各々独立に、炭素数1〜12のアルキル基(好ましくは炭素数2〜12)、シアノ基、−COOR11(R11は炭素数1〜12のアルキル基(好ましくは炭素数2〜12)を表す。)である場合が特に好ましい。
以下、前記一般式(1)〜(6)で表されるアゾメチン色素の具体例を示す。本発明は、これらの具体例によって制限されるものではない。なお、以下に示す具体例において、「Ph」はフェニル基を、「Me」はメチル基を、「Et」はエチル基を、「Pr」はプロピル基を、「Bu」はブチル基をそれぞれ表す。
前記Balは、下記の置換基を表す。
前記Bal2は、下記の置換基を表す。
前記EST1は、下記の構造を表す。
本発明におけるアゾメチン色素の合成は、ジャーナル・オブ・アメリカン・ケミカル・ソサイエティ(J.Am.Chem.Soc.),1957年、79巻、583頁、特開平9−100417号公報、特開2011−116898号公報、特開2011−12231号公報、特開2010−260941号公報、特開2007−262165号公報に記載の方法に準じて行なうことができる。
本発明の着色組成物は、アゾメチン色素を1種のみ含む態様のほか、2種以上を含む態様であってもよく、2種以上のアゾ系色素を含む場合はその色素の比率も任意である。
前記一般式(1)で表されるアゾメチン色素の着色組成物中における含有量は、特に制限されるものではなく、その目的に応じて任意の濃度で調製することができる。アゾメチン色素の着色組成物中における含有量は、色相の観点から、組成物全質量に対して5質量%以上が好ましく、より好ましくは色相や色濃度の観点から高濃度に含有される。具体的には、アゾメチン色素の含有量は、着色組成物の全質量に対して、10質量%以上が好適であり、更には15質量%以上が好適であり、特に20質量%以上が好適である。また、組成物の粘度の点で、アゾメチン色素の含有量は25質量%以上が望ましい。アゾメチン色素の含有量の上限は、70%が望ましく、更には50%が好ましい。
アゾメチン色素の含有量が前記範囲内であることで、エレクトロウェッティング法の原理又は電気泳動法で動作する表示装置、特にその表示を担う画像表示材料(表示セルのオン/オフ状態を切替える層(光シャッター層)や、電気泳動法で動作する表示装置のカラー表示層(カラーフィルタ))等の表示部の作製に適用した場合に、より高いコントラスト比が得られ、応答の速度化、低電圧化がより図れる。
アゾメチン色素がエレクトロウェッティング法の原理で動作する表示ディスプレイ用の色素として用いられる場合、通常着色組成物の全質量に対し0.2質量%以上の濃度とされ、必要とされるεC値(εは着色組成物の吸光係数)に応じて非極性溶媒により希釈して用いられる。
また、本発明の着色組成物は、前記一般式(1)で表されるアゾメチン色素のみを用いて構成されてもよいが、所望の色調とするため、該アゾメチン色素以外の他の色素を含んでもよい。例えば、本発明におけるアゾメチン色素と、該アゾメチン色素とは異なる構造の赤色、青色の色素とを混合し、黒色組成物としてもよい。
−他の色素−
本発明の着色組成物が含んでもよい他の色素としては、非極性溶媒に対して溶解性、分散性を有する色素の中から、本発明の効果を損なわない範囲で任意に選択することができる。
例えば、本発明の着色組成物を、エレクトロウェッティング法を利用したディスプレイに用いる場合、他の色素として、脂肪族炭化水素系溶媒などの非極性溶媒に溶解するものの中から任意の色素を選択すればよく、具体例として、Oil Blue N(アルキルアミン置換アントラキノン)、Solvent Green、Sudan Red、Sudan Blackなどが挙げられる。
−非極性溶媒−
本発明の着色組成物は、非極性溶媒の少なくとも一種を含有する。非極性溶媒とは、比誘電率の値が小さい(好ましくは比誘電率が5以下の)溶媒(いわゆる無極性溶媒)をいう。
比誘電率は、1〜5の範囲が好ましく、2〜4の範囲がより好ましく、2〜3の範囲が更に好ましい。比誘電率が5以下であると、極性が強すぎないため、画像表示する際の応答速度が良好であり、低電圧での駆動(動作)に有利である。なお、比誘電率は、非極性溶媒をセルギャップ10μmのITO透明電極付きガラスセルに注入し、得られたセルの電気容量を、エヌエフ株式会社製の型式2353LCRメーター(測定周波数:1kHz)を用いて20℃、40%RHにて測定される。
本発明における非極性溶媒は、前記アゾメチン色素を溶解する溶媒であり、例えば、n−ヘキサン、n−デカン、ドデカン、テトラデカン、ヘキサデカン等の脂肪族炭化水素系溶媒(好ましくは、炭素数6〜30)が挙げられる。
本発明の着色組成物は、非極性溶媒を含有するが、本発明の効果を損なわない範囲であれば、非極性溶媒に該当しない他の溶媒を含んでもよい。
本発明においては、非極性溶媒の本発明の着色組成物における含有量は、溶媒全量に対して、70質量%以上が好ましく、90質量%以上がより好ましい。非極性溶媒の含有量が70質量%以上であることで、アゾメチン色素の溶解性がより良好に保たれ、また本発明の着色組成物を例えばエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置に適用した場合に、より優れた光シャッター特性及び表示コントラストを発現させることができる。本発明において、更に好ましくは、溶媒成分として非極性溶媒のみ(全溶媒量中の非極性溶媒の比率が100質量%)を用いた組成である。
−その他成分−
その他、本発明の着色組成物は、必要に応じて任意の紫外線吸収剤、酸化防止剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
添加剤の含有量に特に制限はないが、通常、着色組成物の総量に対して20質量%以下程度で用いられる。
本発明のアゾメチン色素、及び、必要に応じて用いる他の色素は、既述の脂肪族炭化水素系溶媒などの非極性溶媒に溶解することにより、エレクトロウェッティング法の原理で動作する表示装置用の着色溶液(例:インク)とすることができる。
本発明の着色組成物の粘度としては、20℃での動的粘度で10mPa・s以下であることが好ましい。中でも、該粘度は、0.01mPa・s以上が好ましく、更には0.01mPa・s以上8mPa・s以下がより好ましい。着色組成物の粘度が10mPa・s以下であることで、エレクトロウェッティング法の原理又は電気泳動法で動作する表示装置の画像表示材料用途に好適であり、特にエレクトロウェッティング法の原理で動作する画像表示の際の光シャッターに適用する場合に、粘度の大きい組成に比べ、応答速度が速くより低い電圧で駆動させ得る点で好ましい。
なお、前記動的粘度は、色素のデカン10質量%溶液を、粘度計(500型、東機産業(株)製)を用いて20℃に調整して測定される値である。
本発明の着色組成物は、比誘電率が小さいことが好ましく、2.0〜10.0の範囲であることがより好ましい。この範囲内であると、本発明の着色組成物をエレクトロウェッティング法の原理又は電気泳動法で動作する表示装置の画像表示材料用途に好適であり、特にエレクトロウェッティング法の原理で動作する画像表示の際の光シャッターに適用する場合に、比誘電率の大きい組成に比べ、応答速度が速くより低い電圧で駆動させ得る点で好ましい。
比誘電率は、着色組成物をセルギャップ10μmのインジウム・スズ・オキサイド(ITO)透明電極付きガラスセルに注入し、得られたセルの電気容量を、エヌエフ株式会社製の型式2353LCRメーター(測定周波数:1kHz)を用いて20℃、40%RHにて測定される値である。
<画像表示構造及び表示装置>
本発明の着色組成物は、含有されるアゾメチン色素が非極性溶媒、特に炭化水素系溶媒への溶解性に優れるため、ディスプレイ等の表示装置、中でもエレクトロウェッティング法の原理で動作する表示装置(ディスプレイ)や電気泳動法で動作する表示装置(ディスプレイ)に用いられる画像表示材料として有用である。したがって、本発明の着色組成物は、これらの表示装置における画像表示を担う画像表示構造の作製に好適に用いられる。
エレクトロウェッティング法の原理は、国際公開第2005−098524号パンフレットに記載されている。この原理は、表面が疎水性のポリマー層上に配置された疎水性オイル層が電圧印加により変形する現象を利用する。疎水液(油滴)及びポリマー固体(例えばポリマー層)は、親水性液(例えば水又はエチレングリコールもしくはテトラブチルアンモニウム塩等の電解質を含有する親水性電解質溶液)で取り囲まれた状態にある。
この原理で動作する表示装置であるディスプレイは、はじめ例えば水に馴染まない疎水性の表面をもつ物質を例えばディスプレイの観察面から遠い側の基板に配置し、この基板と観察面に近い電極との間を親水性液(例えば水)及び着色した油滴(疎水液)で満たした状態にして電圧を印加する。親水性液と電極との間に電圧を印加することにより電圧差を与え、それに起因して親水性液と電極の間にクーロン的相互作用が現われ、互いに近づこうとする。それにより、電圧未印加時には表示セルの底部全体を覆っていた疎水液は、表示セルの底部を移動して底部全面を完全に覆わなくなり、一部分のみが覆われるように変形する。表面が疎水性のポリマー層は、透明性であるものが好ましい。疎水液で覆われなくなった部分は、光が透過し得る透明状態となる。観察者は、最大電圧が印加された場合及び電圧が印加されない場合の疎水液の形状変化を、表示セルにおける画像の表示(オン)又は非表示(オフ)の状態として認識することができる。
この原理で動作するディスプレイは、透過型と反射型の2通りが考えられる。
透過型ディスプレイの場合、「オン」状態では、疎水性の基板面を覆っていた疎水液が移動して光透過し得る状態に変化し、親水性液を通して光が観えるため、表示セルは「透明」、すなわち例えば白色に観え、逆に「オフ」状態では、疎水液が表示セルの底部全面を覆っているため、疎水液の着色に応じてカラー又は黒色に観えることで、全体としてパターン状の光学的印象が生じる。
また、反射型ディスプレイとしては、例えばポリマー層など、表示セルの底部に用いるポリマー固体が白色である構成、更には観察面から観て表示セルの底部に配された電極より更に離れた位置に反射層を配置した構成などが挙げられる。反射型の場合、「オン」状態では、疎水性の基板面を覆っていた疎水液が移動してポリマー固体が露出し、観察面から入射した光が反射層で反射してその白色が親水性液を通して観えるため、表示セルは「白」に観え、逆に「オフ」状態では観察面から入射した光が疎水液で吸収されて疎水液の色(カラー又は黒色)に観えることで、全体としてパターン状の光学的印象が生じる。
以上のように、疎水液である油滴の着色に用いる化合物は、油滴を構成する非極性溶媒への溶解性が良好であることが求められる。本発明の着色組成物は、メチン系色素の非極性溶媒への溶解性が良好であり、エレクトロウェッティング法を利用した表示方法に好適である。
具体的な例として、表面が疎水性であるポリマー層と、ポリマー層の前記表面に接触させて配置され、既述の本発明の着色組成物を用いて形成されたオイル層と、前記オイル層に接触させて配置された親水性液体を用いて形成される親水性液層とが少なくとも設けられた画像表示構造に好適に構成することができる。このような画像表示構造を備えた表示装置の例として、図1に示すエレクトロウェッティング素子であってもよい。
ディスプレイにおけるエレクトロウェッティング技術は、他のディスプレイ技術に比べて少ないエネルギー消費や、動画の表示にとって必須である、表示セルの表示状態の迅速な切り替え(切替時間の短縮)など、多くの利点を有している。さらに、疎水液中に溶解された着色材によって表示セルの彩色性が保証されるので、ディスプレイの表示セルは様々な色を呈することが可能である。着色材は親水性液に不溶でなければならない。それによって、赤(R)、緑(G)、青(B)及び黒を基調にした透過型ディスプレイ、又はシアン(C)、マゼンタ(M)、イエロー(Y)及び黒を基調にした反射型ディスプレイを実現できる。
電極と親水性液とのクーロン的相互作用の大きさは、印加電圧に比例する。したがって、電圧に応じて表示セル中に様々なグレースケールを表現することができ、ディスプレイにおいて高品質の画像を生成することができる。
エレクトロウェッティングは、ディスプレイの他、光学フィルター、適応レンズ、及びラボオンチップ技術にも利用できる。
また、電気泳動法は、溶媒中に分散された電荷を帯びた粒子が、電界によって移動する現象を利用した原理であり、省消費電力で、視野角依存性がないという利点を有する。
電気泳動法の原理で動作するディスプレイは、着色溶液中に電荷を帯びた粒子を添加し分散させてなる分散液(カラー表示機能(例:カラーフィルタ)を担う画像表示構造)を対をなす2枚の基板間に配置し、該基板間に数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なうものである。例えば、着色溶液として本発明の着色組成物を用い、これに電荷を帯びた粒子が分散された分散液をマイクロカプセル化したものを、対をなす2枚の基板間に配置することで、カラー表示を担う画像表示構造(いわゆるカラーフィルタ)を設けることによって構成されたディスプレイが考えられる。本発明の着色組成物は、アゾメチン色素の非極性溶媒への溶解性が良好であり、前記電気泳動法を利用した表示方法に好適である。
次に、本発明の画像表示構造を備えた装置の一例として、エレクトロウェッティング表示装置の具体的な実施形態を図1〜図2を参照して説明する。
既述の本発明の着色組成物は、後述するように、疎水性絶縁膜と第2の基板との間に疎水性絶縁膜上を移動可能に設けられる非導電性のオイルとして用いられる。また、本実施形態では、導電性を有する第1の基板としてITO付ガラス基板を備え、また、オイルを構成する非極性溶媒としてデカンを、親水性液体として電解質水溶液を用いた構成となっている。
図1は、本実施形態に係るエレクトロウェッティング表示装置の電圧オフ時における状態を示す。
図1に示すように、本実施形態のエレクトロウェッティング表示装置100は、導電性を有する基板(第1の基板)11と、基板11に対向させて配置された導電性を有する基板(第2の基板)12と、基板11上に配設された疎水性絶縁膜20と、疎水性絶縁膜20及び基板12間のシリコーンゴム壁22aとシリコーンゴム壁22bとにより区画された領域に充填された親水性液体14及びオイル16とを備えている。疎水性絶縁膜20と基板12との間がシリコーンゴム壁22aとシリコーンゴム壁22bとで区画された領域は、オイル16の移動により画像表示を行なう表示部(表示セル)として構成されている。
従来から、エレクトロウェッティング技術に関して種々の検討がなされているところ、オイル相を形成する非極性溶媒中に色素(例えば染料)を含有すると、画像表示する際の応答性が低下し、電圧印加状態で保った際のバックフローも悪化する傾向がある。これは、表示画像の品質を高めるため、色素濃度を高めようとした場合により顕著に現れる。オイル相に存在させる色素成分には、種々の染料等を適用可能であるが、その中でも特定の構造を有するアゾメチン色素は、応答性や電圧印加状態でのバックフロー特性が損なわれにくい。そのため、本発明においては、
特にエレクトロウェッティング技術のオイル相の着色に使用する色素成分として、特定の構造を有するアゾメチン色素を選択的に用いることで、非極性溶媒への溶解性を確保しつつ、画像表示時の応答性、及び電圧印加状態としたときのバックフローが特異的に改善されるというものである。
本実施形態のエレクトロウェッティング表示装置100では、基板11は、基材11aと、基材11aに設けられ、導電性を有する導電膜11bとを有しており、基板表面の全面が導電性を示すように構成されている。また、基板12は、基板11と対向する位置に配設されている。基板12は、基板11と同様に、基材12aと、基板12aに設けられ、導電性を有する導電膜12bとを有しており、基板表面の全面が導電性を示すように構成されている。ここで、導電性とは、比抵抗が10Ω・cm未満である性質をいう。
本実施形態では、基板11及び基板12は、透明性のガラス基板と、その上に設けられた透明性のITO膜とで構成されている。
基材11a及び基材12aは、装置の表示形態に応じて、透明性材料又は不透明材料のいずれを用いて形成されたものでもよい。画像を表示する観点からは、基材11a及び基材12aの少なくとも一方は、光透過性を有していることが好ましい。具体的には、基材11a及び基板12の少なくとも一方が、380nm〜770nmの波長領域全域において80%以上(より好ましくは90%以上)の透過率を有していることが好ましい。
基材11a及び基材12aに用いる材料の例としては、ガラス基板(例えば、無アルカリガラス基板、ソーダガラス基板、パイレックス(登録商標)ガラス基板、石英ガラス基板等)、プラスチック基板(例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)基板、ポリエチレンテレフタレート(PET)基板、ポリカーボネート(PC)基板、ポリイミド(PI)基板等)、アルミ基板やステンレス基板等の金属基板、シリコン基板等の半導体基板等を用いることができる。中でも、光透過性の観点から、ガラス基板又はプラスチック基板が好ましい。
また、基材として、薄膜トランジスタ(TFT)が設けられたTFT基板を用いることもできる。この場合、導電膜がTFTに接続された形態(すなわち、導電膜がTFTに接続された画素電極である形態)が好適である。これにより、画素ごとに独立して電圧を印加できるようになり、TFTを備えた公知の液晶表示装置と同様に、画像表示装置全体のアクティブ駆動が可能となる。
TFT基板における、TFT、各種配線、積蓄容量等の配置については、公知の配置とすることができ、例えば、特開2009−86668号公報に記載された配置を参照することができる。
導電膜11b及び導電膜12bは、装置の表示形態に応じて、透明性の膜又は不透明膜のいずれであってもよい。導電膜は、導電性を有する膜のことであり、導電性とは、電圧を印加できる程度の電気伝導性を有していればよく、表面抵抗が500Ω/□以下(好ましくは70Ω/□以下、より好ましくは60Ω/以下、更に好ましくは50Ω/□以下)の性質を有していることをいう。
導電膜は、銅膜などの不透明な金属膜、又は透明膜のいずれでもよいが、光透過性を与えて画像表示を行なう観点からは、透明導電膜が好ましい。透明導電膜は、380nm〜770nmの波長領域全域において80%以上(より好ましくは90%以上)の透過率を有していることが好ましい。透明導電膜の例としては、酸化インジウムスズ(ITO:Indium Tin Oxide)、酸化インジウム亜鉛(IZO:Indium Zinc Oxide)、酸化スズ、酸化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化カドミウム、及び酸化マグネシウムの少なくとも1種を含む膜が挙げられる。中でも、透明導電膜としては、光透過性及び導電性の点で、酸化インジウムスズ(ITO)を含む膜が好ましい。
ITOを含む膜における酸化スズの量は、抵抗値を小さくする点で、5〜15質量%の範囲が好ましく、8〜12質量%の範囲がより好ましい。
導電膜の比抵抗としては、特に制限はなく、例えば、1.0×10−3Ω・cm以下とすることができる。
好ましい形態として、基板12の導電膜12bに表示画素をなす複数の表示セルに対して共通の電位を付与する一方、基板11の導電膜11bには表示画素(表示セル)毎に独立した電位を付与することで、各表示セル(画素)に独立した電圧を印加する形態が挙げられる。この形態については、公知の液晶表示装置の形態を参照することができる。
本実施形態では、基板12は、基板11と同様に導電性を有する基板として配設されているが、基板12は導電膜を設けずに導電性を有しない態様でもよく、導電膜11bと親水性液体14との間で電圧印加するようにしてもよい。この場合、基板12の構成に特に制限はなく、例えば上記の基材12aに用いられる例として挙げた材料を用いることができる。
疎水性絶縁膜20は、基板11の導電膜11bの全面に亘って設けられており、少なくともオイル16と接している。この疎水性絶縁膜は、電圧が印加されていないときは(画像非表示時)、主としてオイルと接触した状態にあり、電圧が印加されたときは(画像表示時)、オイルがその表面を移動し、オイルが存在しなくなった領域は親水性液体と接触している状態となる。
疎水性とは、水を接触させたときの接触角が60°以上である性質をいい、好ましくは接触角が70°以上(より好ましくは80°以上)である性質をいう。
接触角は、JIS R3257「基板ガラス表面のぬれ性試験方法」内の「6.静滴法」に記載された方法が適用される。具体的には、接触角測定器(協和界面科学(株)製の接触角計CA−A)を用い、20メモリの大きさの水滴をつくり、針先から水滴を出して、疎水性絶縁膜に接触させて水滴を形成し、10秒静置後、接触角計の覗き穴から水滴の形状を観察したときの接触角θ(25℃)から求められる。
絶縁膜の「絶縁」とは、比抵抗が10Ω・cm以上である性質をいい、好ましくは比抵抗が10Ω・cm以上(より好ましくは10Ω・cm以上)である性質をいう。
疎水性絶縁膜は、オイル16との間で親和性を示し、親水性液体14との親和性が低い絶縁膜を用いることができるが、電圧印加を繰り返すことでオイルを移動させることにより生じる膜劣化を抑制する観点から、多官能性化合物に由来する架橋構造を有する膜が好ましい。中でも、疎水性絶縁膜は、重合性基を2つ以上有する多官能性化合物に由来する架橋構造を有する膜がより好ましい。架橋構造は、多官能性化合物の少なくとも1種を(必要に応じ他のモノマーとともに)重合させることにより好適に形成される。
本実施形態では、5員環状パーフルオロジエンを共重合した共重合体で構成されている。
多官能性化合物は、分子中に重合性基を2つ以上有する化合物である。重合性基としては、ラジカル重合性基、カチオン重合性基、縮合重合性基等が挙げられ、中でも、(メタ)アクリロイル基、アリル基、アルコキシシリル基、α−フルオロアクリロイル基、エポキシ基、−C(O)OCH=CH等が好ましい。また、多官能性化合物に含まれる2つ以上の重合性基は、同一であっても互いに異なっていてもよい。
架橋構造の形成において、多官能性化合物は、1種単独で用いても2種以上を併用してもよい。
多官能性化合物としては、公知の多官能の重合性化合物(ラジカル重合性化合物、カチオン重合性化合物、縮合重合性化合物等)を用いることができる。多官能性化合物としては、例えば、多官能アクリレートとして、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、2−n−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、ジメチロールートリシクロデカンジアクリレート、ヒドロキシピバリン酸ネオペンチルグリコールジアクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、エトキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、プロポキシ化ビスフェノールAジ(メタ)アクリレート、シクロヘキサンジメタノールジ(メタ)アクリレート、ジメチロールジシクロペンタンジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、プロポキシ化トリメチロールプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールトリアクリレート、テトラメチロールプロパントリアクリレート、テトラメチロールメタントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、カプロラクトン変性トリメチロールプロパントリアクリレート、エトキシ化イソシアヌール酸トリアクリレート、トリ(2−ヒドロキシエチルイソシアヌレート)トリアクリレート、プロポキシレートグリセリルトリアクリレート、テトラメチロールメタンテトラアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート、エトキシ化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、ネオペンチルグリコールオリゴアクリレート、1,4−ブタンジオールオリゴアクリレート、1,6−ヘキサンジオールオリゴアクリレート、トリメチロールプロパンオリゴアクリレート、ペンタエリスリトールオリゴアクリレート、ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート等が挙げられる。
多官能性化合物としては、上記以外にも、例えば、特開2008−181067号公報の段落0031〜0035、特開2008−139378号公報の段落0149〜0155、特開2010−134137号公報の段落0142〜0146等に記載の公知の重合性化合物の中から、多官能の重合性化合物を適宜選択して用いることができる。
多官能性化合物は、分子中に重合性基を3つ以上(好ましくは4つ以上、より好ましくは5つ以上)有することが好ましい。これにより、膜中における架橋構造の密度を更に増加させることができるので、電圧印加を繰り返したときの疎水性絶縁膜の劣化がさらに抑制される。
多官能性化合物としては、含フッ素化合物が好ましく、フッ素含有率が分子量の35質量%以上(好ましくは40質量%以上、より好ましくは45質量%以上)である多官能性化合物がより好ましい。多官能性化合物がフッ素原子を(特にフッ素含有率が分子量の35質量%以上)含むことにより、疎水性絶縁膜の疎水性がより向上する。多官能性化合物におけるフッ素含有率の上限には特に制限はないが、上限は、例えば分子量の60質量%(好ましくは55質量%、より好ましくは50質量%)とすることができる。
多官能性化合物である含フッ素化合物としては、例えば、特開2006−28280号公報の段落0007〜0032に記載された含フッ素化合物を用いることができる。
多官能性化合物の重合方法は、好ましくは塊状重合又は溶液重合である。
重合の開始方法は、重合開始剤(例えばラジカル開始剤)を用いる方法、光又は放射線を照射する方法、酸を加える方法、光酸発生剤を添加した後に光を照射する方法、加熱により脱水縮合させる方法等がある。これらの重合方法、重合の開始方法は、例えば鶴田禎二著、「高分子合成方法」改訂版(日刊工業新聞社刊、1971年)や大津隆行・木下雅悦共著、「高分子合成の実験法」、化学同人、昭和47年、124〜154頁に記載されている。
疎水性絶縁膜は、多官能性化合物を含有する硬化性組成物を用いて好適に作製される。硬化性組成物に含まれる多官能性化合物は、1種又は2種以上のいずれでもよく、硬化性組成物は、さらに単官能性化合物を含んでもよい。単官能性化合物としては、公知の単官能モノマーを用いることができる。
硬化性組成物中における多官能性化合物の含有量(2種以上である場合には総含有量;以下同じ)は特に制限はないが、硬化性の観点からは、硬化性組成物の全固形分に対し、30質量%以上が好ましく、40質量%以上がより好ましく、50質量%以上が特に好ましい。全固形分とは、溶剤を除いた全成分をいう。
硬化性組成物は、さらに溶剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。溶剤としては、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、ベンゼン、トルエン、アセトニトリル、塩化メチレン、クロロホルム、ジクロロエタン、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、シクロヘキサノン、シクロヘキサノール、乳酸エチル、乳酸メチル、カプロラクタムなどが挙げられる。
硬化性組成物中における溶剤の含有量(2種以上である場合には総含有量)は、硬化性組成物の全質量に対して、20〜90質量%が好ましく、30〜80質量%がより好ましく、40〜80質量%が特に好ましい。
硬化性組成物は、さらに重合開始剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。重合開始剤としては、熱及び光の少なくとも一方の作用によりラジカルを発生する重合開始剤が好ましい。
熱の作用によりラジカル重合を開始する重合開始剤としては、有機過酸化物、無機過酸化物、有機アゾ化合物、ジアゾ化合物等が挙げられる。有機過酸化物としては、過酸化ベンゾイル、過酸化ハロゲンベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酸化アセチル、過酸化ジブチル、クメンヒドロぺルオキシド、ブチルヒドロペルオキシドが挙げられる。無機過酸化物としては、例えば、過酸化水素、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等、有機アゾ化合物として2−アゾ−ビス−イソブチロニトリル、2−アゾ−ビス−プロピオニトリル、2−アゾ−ビス−シクロヘキサンジニトリル等が、ジアゾ化合物としては、例えばジアゾアミノベンゼン、p−ニトロベンゼンジアゾニウムなどが挙げられる。
光の作用によりラジカル重合を開始する重合開始剤としては、ヒドロキシアルキルフェノン類、アミノアルキルフェノン類、アセトフェノン類、ベンゾイン類、ベンゾフェノン類、ホスフィンオキシド類、ケタール類、アントラキノン類、チオキサントン類、アゾ化合物、過酸化物類、2,3−ジアルキルジオン化合物類、ジスルフィド化合物類、フルオロアミン化合物類や芳香族スルホニウム類などの化合物が挙げられる。
ヒドロキシアルキルフェノン類の例には、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−1−プロパン−1−オン、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン、2−ヒロドキシ−1−{4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル}−2−メチル−プロパン−1−オン、1−ヒドロキシジメチルフェニルケトン、1−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトンが含まれる。
アミノアルキルフェノン類の例には、2−ジメチルアミノ−2−(4−メチルベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イルフェニル)ブタン−1−オン、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オンが含まれる。
アセトフェノン類の例には、2,2−ジエトキシアセトフェノン、p−ジメチルアセトフェノンが含まれる。
ベンゾイン類の例には、ベンゾインベンゼンスルホン酸エステル、ベンゾイントルエンスルホン酸エステル、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル及びベンゾインイソプロピルエーテルが含まれる。
ベンゾフェノン類の例には、ベンゾフェノン、2,4−ジクロロベンゾフェノン、4,4−ジクロロベンゾフェノン及びp−クロロベンゾフェノンが含まれる。
ホスフィンオキシド類の例には、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシドが含まれる。
また、これらの重合開始剤と併用して増感色素を用いることもできる。
重合開始剤の含有量は特に制限されないが、硬化性組成物の全固形分に対して0.1〜15質量%が好ましく、より好ましくは0.5〜10質量%であり、特に好ましくは2〜5質量%である。
硬化性組成物は、必要に応じて、その他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、無機酸化物微粒子、シリコーン系あるいはフッ素系の防汚剤、滑り剤、重合禁止剤、シランカップリング剤、界面活性剤、増粘剤、レベリング剤等が挙げられる。
その他の成分を含有する場合、その含有量は、硬化性樹脂組成物の全固形分に対して0〜30質量%の範囲であることが好ましく、0〜20質量%の範囲であることがより好ましく、0〜10質量%の範囲であることが特に好ましい。
疎水性絶縁膜の膜厚は、特に制限されるものではないが、50nm〜10μmが好ましく、より好ましくは100nm〜1μmである。疎水性絶縁膜の膜厚が上記範囲であると、絶縁性と駆動電圧とのバランスの点で好ましい。
〜疎水性絶縁膜の形成方法〜
疎水性絶縁膜は、下記の方法により好適に作製できる。すなわち、
基板11の導電性が付与されている面(本実施形態では基板11の導電膜11bの表面)に、多官能性化合物を含有する硬化性組成物を付与して硬化性層を形成する硬化性層形成工程と、形成された硬化性層中の多官能性化合物を重合させて該硬化性層を硬化させる硬化工程とを有する方法である。このような方法により、架橋構造を有する疎水性絶縁膜が形成される。
基板11上に硬化性層である疎水性絶縁膜20を形成する場合、公知の塗布法又は転写法により行なうことができる。
塗布法による場合、基板11上に硬化性組成物を塗布し(好ましくは乾燥させて)硬化性層を形成する。塗布法としては、例えば、スピンコート法、スリットコート法、ディップコート法、エアーナイフコート法、カーテンコート法、ローラーコート法、ワイヤーバーコート法、グラビアコート法、エクストルージョンコート法等の公知の方法を用いることができる。
転写法による場合、あらかじめ硬化性組成物を用いて形成された硬化性層を有する転写材料を準備しておき、該転写材料の硬化性層を基板11上に転写することにより、基板11上に硬化性層を形成する。転写法の詳細については、例えば、特開2008−202006号公報の段落0094〜0121や特開2008−139378号公報の段落0076〜0090を参照することができる。
硬化性層の硬化(多官能性化合物の重合)は、例えば、活性エネルギー線の照射(以下、露光ともいう)及び加熱の少なくとも一方を施すことにより行なえる。
露光に用いられる活性エネルギー線としては、例えば、紫外線(g線、h線、i線等)、電子線、X線が好ましく用いられる。露光は、プロキシミティ方式、ミラープロジェクション方式、ステッパー方式等の公知の露光装置を用いて行なってもよい。露光時の露光量は、例えば、10mJ/cm〜2000mJ/cmとすることができ、50mJ/cm〜1000mJ/cmが好ましい。
露光の際には、所定のフォトマスクを介して露光し、次いでアルカリ溶液などの現像液を用いて現像することにより、所望とするパターンにパターニングされた疎水性絶縁膜を得ることも可能である。
また、加熱は、例えば、ホットプレートや炉を用いた公知の方法により行なうことができる。加熱温度は適宜設定できるが、例えば100℃〜280℃とすることができ、150℃〜250℃が好ましい。加熱時間も適宜設定できるが、例えば、2分〜120分とすることができ、5分〜60分が好ましい。
本実施形態において、疎水性絶縁膜20と基板12との間には、親水性液体14とオイル16とが注入されている。
親水性液体14とオイル16とは、互いに混じり合わない液体であり、図1〜図2に示すように、界面17A又は界面17Bを境に互いに分離して存在している。なお、図1〜図2において、界面17Aは、電圧オフ状態での親水性液体14とオイル16との界面を表し、界面17Bは、電圧オン状態における親水性液体14とオイル16との界面を表す。
オイル16は、既述のように、一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素と、非極性溶媒と、を含有する非導電性の液体(着色組成物)である。このオイルは、色素を含むことで着色されている。
非導電性とは、比抵抗が10Ω・cm以上(好ましくは10Ω・cm以上)である性質をいう。
オイルは、比誘電率が小さいことが好ましい。オイルの比誘電率は、10.0以下の範囲が好ましく、2.0〜10.0の範囲がより好ましい。比誘電率がこの範囲内であると、比誘電率が10.0を超える場合と比較して、応答速度が速く、より低い電圧で駆動(動作)させ得る点で好ましい。
比誘電率は、オイルをセルギャップ10μmのITO透明電極付きガラスセルに注入し、得られたセルの電気容量を、エヌエフ株式会社製の型式2353LCRメーター(測定周波数:1kHz)を用いて20℃、40%RHにて測定される値である。
オイルの粘度としては、20℃での動的粘度で10mPa・s以下であることが好ましい。中でも、粘度は、0.01mPa・s以上が好ましく、更には0.01mPa・s以上8mPa・s以下がより好ましい。オイルの粘度が10mPa・s以下であることで、粘度が10mPa・sを超える場合と比較して、応答速度が速くより低い電圧で駆動させ得る点で好ましい。なお、動的粘度は、粘度計(500型、東機産業(株)製)を用いて20℃に調整して測定される値である。
オイルは、実質的に後述する親水性液体と混ざり合わないことが好ましい。具体的には、オイルの親水性液体に対する溶解度(25℃)が、0.1質量%以下であることが好ましく、0.01質量%以下がより好ましく、0.001質量%以下が特に好ましい。
本発明のエレクトロウェッティング表示装置のOD(画像濃度)値は、高いほど画像の識別性や鮮明さがより向上する。そのため、本発明における特定色素の極大吸収波長におけるOD値は、オイル層の厚み当たり0.5/μm以上が好ましく、より好ましくは0.65/μm以上であり、更に好ましくは1.0/μm以上である。
親水性液体14は、導電性の親水性液体である。導電性とは、比抵抗10Ω・cm以下(好ましくは10Ω・cm以下)の性質をいう。
親水性液体は、例えば、電解質及び水性溶媒を含んで構成される。
電解質としては、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、テトラブチルアンモニウムクロリド等の塩が挙げられる。親水性液体中における電解質の濃度は、0.1〜10mol/Lが好ましく、0.1〜5mol/Lがより好ましい。
水性溶媒としては、水及びアルコールが好適であり、さらに水以外の水性溶媒を含んでいてもよい。アルコールとしては、エタノール、エチレングリコール、グリセリン等が挙げられる。
水性溶媒は、界面活性剤を含まない方が応答性の観点から好ましい。
エレクトロウェッティング表示装置100には、導電膜11bと親水性液体14を介して導電膜12bとの間に電圧を印加するための電源25(電圧印加手段)及びこの電圧をオン/オフするためのスイッチ26が電気的に接続されている。
本実施形態では、基板12に設けられている導電膜12bに電圧印加することで、親水性液体14への電圧(電位)の印加が行なえるようになっている。このように、本実施形態では、基板12の親水性液体14に接する側の表面が導電性を有する構成(基材12aの親水性液体14に接する側に導電膜としてITO膜が存在する構成)となっているが、この形態に限られるものではない。例えば、基板12に導電膜12bを設けずに親水性液体14中に電極を差し込んで、差し込まれた電極によって親水性液体14に電圧(電位)を印加するようにしてもよい。
次に、エレクトロウェッティング表示装置100の動作(電圧オフ状態及び電圧オン状態)について説明する。
図1に示すように、電圧オフ状態では、疎水性絶縁膜20とオイル16との親和性が高いことから、疎水性絶縁膜20の全面にオイル16が接した状態となっている。エレクトロウェッティング表示装置100のスイッチ26をオンして電圧が印加されると、親水性液体14とオイル16との界面は、図1の界面17Aから図2に示す界面17Bに変形する。このとき、疎水性絶縁膜20とオイル16との接触面積が減少し、図2に示すようにオイル16がセルの端に移動する。この現象は、電圧印加により疎水性絶縁膜20の表面に電荷が発生し、この電荷によって、親水性液体14が、疎水性絶縁膜20に接していたオイル16を押しのけて疎水性絶縁膜20に接触するために生じる現象である。すなわち、電極と親水性液体とが帯電して両者に互いにクーロン的相互作用が生じ、電極と親水性液体との親和性が増し、オイルは疎水性絶縁膜との接触面が最小になる方向に移動する。
エレクトロウェッティング表示装置100のスイッチ26をオフし、電圧の印加をオフ状態とすると、再び図1の状態に戻る。
エレクトロウェッティング表示装置100では、図1及び図2に示す動作が繰り返し行なわれる。
ここで、オイルは、既述の本発明の着色組成物を用いて形成されており、スイッチ26がオフのときには、オイル16の色相が表示され、スイッチ26がオンのときには、観察面に透明表示がされ、これらが交互に良好に切り替えられる。このとき、親水性液体が赤色、緑色、青色等の所望の色相に着色されていてもよく、オイル及び親水性液体からなる色相(スイッチオフ時)と親水性液体の色相(スイッチオン時)とによる2色表示が可能である。更に、親水性液体とオイルとの色相を種々組み合わせて所望の色相(例えばRGB3原色)を呈する複数のセルを1つの画素に配置し、このセル単位で選択的に電圧供給することで、カラー画像の表示も可能である。また、オイルの色相が黒色の場合、スイッチ26がオフのときに遮光され、スイッチ26がオンされたときに光源から出射された光が通過して白表示されることで、白黒表示が可能になる。
上記では、エレクトロウェッティング表示装置の実施形態について、図1及び図2を参照して説明したが、本実施形態に限定されるものではない。
例えば、図1及び図2では、基板11において、導電膜11bが基材11aの表面全体に亘って設けられているが、導電膜11bが基材11aの表面の一部にのみ設けられた形態であってもよい。また、基板12では、導電膜12bが基材12aの表面全体に亘って設けられているが、導電膜12bが基材12aの表面の一部にのみ設けられた形態であってもよい。
また、実施形態において、オイル16に染料を含めて所望の色(例えば黒、赤、緑、青、シアン、マゼンタ、イエロー等)に着色することにより、エレクトロウェッティング表示装置の画像表示を担う画素として機能させることができる。この場合、オイル16が、例えば、画素のオン状態及びオフ状態を切り替える光シャッターとして機能する。この場合、エレクトロウェッティング表示装置は、透過型、反射型、半透過型のいずれの方式に構成されてもよい。
また、本実施形態におけるエレクトロウェッティング表示装置は、第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方の外側(オイルに対向する面の反対側)に、紫外線カット層を有していてもよい。これにより、表示装置の耐光性を更に向上させることができる。
紫外線カット層としては公知のものを用いることができ、例えば、紫外線吸収剤を含有する紫外線カット層(例えば紫外線カットフィルム)を用いることができる。紫外線カット層は、波長380nmの光を90%以上吸収することが好ましい。
紫外線カット層は、第1の基板及び第2の基板の少なくとも一方の外側に接着剤を用いて貼り付ける方法等、公知の方法により設けることができる。
エレクトロウェッティング表示装置では、図1に示す構造(疎水性絶縁膜20と基板12との間がシリコーンゴム壁22aとシリコーンゴム壁22bとで例えば格子状に区画された領域(表示セル))を表示部となる一画素とし、この表示セルを複数個2次元方向に配列することによって、画像表示が可能になる。このとき、導電膜11bは、一画素(表示セル)毎に独立してパターニングされた膜であってもよいし(例えばアクティブマトリクス型の画像表示装置の場合など)、複数の画素(表示セル)に跨るストライプ状にパターニングされた膜であってもよい(例えばパッシブマトリクス型の画像表示装置の場合など)。
エレクトロウェッティング表示装置100は、基材11a及び基材12aとして、ガラス、プラスチック(ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等)等の光透過性を有する基板を用い、かつ導電膜11b、12b及び疎水性絶縁膜20として光透過性を有する膜を用いることにより、透過型の表示装置とすることができる。この透過型の表示装置の画素において、表示セルの外部に反射板を設けることで、反射型の表示装置とすることもできる。
また、例えば、導電膜11bとして、反射板としての機能を兼ね備えた膜(例えばAl膜、Al合金膜などの金属膜)を用いたり、基材11aとして、反射板としての機能を兼ね備えた基板(例えばAl基板、Al合金基板などの金属基板)を用いたりすることで、反射型の画像表示装置の画素とすることもできる。
本実施形態のエレクトロウェッティング表示装置100を構成する表示セルや画像表示装置のその他の構成は、例えば、特開2009−86668号公報、特開平10−39800、特表2005−517993、特開2004−252444、特開2004−287008、特表2005−506778、特表2007−531917号公報、特開2009−86668号公報等に記載の公知の構成とすることができる。また、公知のアクティブマトリクス型又はパッシブマトリクス型の液晶表示装置の構成も参照することができる。
エレクトロウェッティング表示装置は、表示セル(表示画素)に加え、必要に応じてバックライト、セルギャップ調整用のスペーサ、封止用のシール材等、公知の液晶表示装置と同様の部材を用いて構成することができる。このとき、オイル及び親水性液体は、例えば、基板11上のシリコーンゴム壁によって区画された領域にインクジェット法により付与することで設けられてもよい。
本実施形態のエレクトロウェッティング表示装置100は、例えば、基板11を準備する基板準備工程と、基板11の導電性表面側に疎水性絶縁膜20を形成する工程と、基板11の疎水性絶縁膜20形成面上を区画する隔壁を形成する隔壁形成工程と、隔壁により区画された領域に(例えばインクジェット法により)オイル16及び親水性液体14を付与する付与工程と、付与工程後の基板11のオイル16及び親水性液体14が付与された側に基板12を重ねてセル(表示部)を形成するセル形成工程と、必要に応じて基板11と基板12とをセルの周囲で接着することでセルを封止する封止工程とを有する方法が挙げられる。基板11と基板12との接着は、液晶表示装置の作製に通常用いられるシール材を用いて行なうことができる。
また、隔壁形成工程の後であってセル形成工程の前に、セルギャップ調整用のスペーサを形成するスペーサ形成工程が設けられていてもよい。
以下、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその主旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は質量基準である。
〔実施例1〜16〕
−1.着色溶液の調製−
アゾメチン色素(下記表に示す、前記例示化合物D−1,D−5,D−11,D−12,D−21,D−27,D−39,D−44,D−47,D−50,D−56,D−57,D−58,D−59,D−67,D−68を用意)と、有機溶剤であるn−ヘキサン(n−hexane)とを混合して、アゾメチン色素の15質量%n−ヘキサン溶液(着色組成物)を調製し、16種の着色溶液を作製した。
作製した各着色溶液について、色相、吸収極大波長(λmax)、吸光度(abs)、吸光係数(ε)、及びn−ヘキサンに対する各アゾメチン色素の溶解度(質量%)を測定、評価した。測定、評価の結果を下記表1〜表6に示す。
−2.測定・評価−
(1)色相
各着色溶液(着色組成物)を目視により観察し、その色相を判定した。
(2)吸収極大波長、吸光度、及び吸光係数
着色溶液(着色組成物)について、可視光吸光度計(UV−1800PC、(株)島津製作所製)にて吸収極大波長(λmax)、吸光度を測定すると共に、ランベルト・ベールの法則に基づいて、吸光係数(ε)を算出した。
(3)n−ヘキサンに対する溶解度
非極性溶媒であるn−ヘキサンに対する各アゾメチン色素の溶解度を、以下の方法で測定した。
50℃に加熱したn−ヘキサンに各色素を溶解して飽和溶液を調製した後、得られた飽和溶液を25℃、0.1MPa環境下に1時間放置した。析出した色素を濾過し、析出量を測定することにより、25℃、0.1MPaにおける各色素のn−ヘキサンに対する溶解度(質量%)を算出した。
(4)動的粘度の測定
下記表7に示すアゾメチン色素について、各色素のデカン10質量%溶液を調製し、R型粘度計(500型、東機産業(株)製)を用いて20℃での粘度を測定した。粘度の測定結果を下記表7に示す。
(5)比誘電率の測定
下記表7に示すアゾメチン色素を用意し、この色素をn−ヘキサンに溶解した5質量%溶液、7.5質量%溶液、及び10質量%溶液(いずれも着色溶液)を調製した。得られた各着色溶液を、セルギャップ10μmのインジウム・スズ・オキサイド(ITO)透明電極付ガラスセルに注入した。これらガラスセルの各々について、電気容量を測定した(測定周波数:1kHz)。また、上記と同じガラスセルにn−ヘキサンのみを注入した参照用セルを用意し、この参照用セルの電気容量も測定した。得られたセルの電気容量の測定は、エヌエフ株式会社製の型式2353LCRメーター(測定周波数:1kHz)を用い、20℃、40%RHに行なった。
前記測定により着色溶液の比誘電率を求め、この比誘電率からアゾメチン色素自体の比誘電率を外挿法により算出した。比誘電率の測定結果を下記表7に示す。
比誘電率は、その値が、低い方が例えばエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置に適用する場合に、電気的耐久性が向上する点で好適である。
〔比較例1〜6〕
実施例1において、色素として用いた例示化合物D−1を、下記化合物D−101〜D−106にそれぞれ代えたこと以外は、実施例1と同様にして、着色溶液(着色組成物)を調製し、得られた着色溶液の色相、吸収極大波長、吸光度、吸光係数、及び溶解度の測定、評価を行なった。測定、評価の結果は、下記表1〜表6に示す。
前記表1〜表6に示すように、本発明におけるアゾメチン色素は、炭化水素系溶媒であるヘキサンに対し、高い溶解度を示した。また、作製した着色溶液(着色組成物)は、吸光係数の大きいものであった。
したがって、本発明の着色組成物は、エレクトロウェッティング法の原理で動作する表示装置や電気泳動法で動作する表示装置の用途に好適であり、ディスプレイに適用した場合に優れた画像の表示のオン/オフ性(いわゆる光シャッター特性)が期待できる。
また、前記表7に示されるように、本発明におけるアゾメチン色素は、低い粘度を示した。本発明の着色組成物は、高い色素濃度としながらも、低粘度であることから、例えばエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置、特にエレクトロウェッティング法の原理で動作する画像表示の際の光シャッターに適用した場合に、高いコントラスト比と速い応答速度と低電圧化を図ることができる。更に、本発明におけるアゾメチン色素の比誘電率は、前記表7に示すように高い値であり、この点からもエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置への適用に適する。
以上のように、本発明の着色組成物は、エレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置のカラーフィルタの用途に好適である。
〔実施例17〕
下記の組成中の成分を混合して、アゾメチン色素濃度が51質量%の黒色溶液を作製した。
<組成>
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−21)・・・260mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−50)・・・200mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−59)・・・160mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−44)・・・300mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−56)・・・100mg
・n−デカン ・・・980mg
実施例1と同様の方法により動的粘度を測定したところ、7.9mPa・sと低い値を示しており、例えばエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置に適用した場合に高いコントラスト比と速い応答速度が得られる。
〔実施例18〕
下記の組成中の成分を混合して、アゾメチン色素濃度が37質量%の黒色溶液を作製した。
<組成>
・下記色素Y−1 ・・・280mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−5) ・・・180mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−59)・・・160mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−44)・・・300mg
・アゾメチン色素(既述の例示化合物D−56)・・・100mg
・n−デカン ・・・980mg
実施例1と同様の方法により動的粘度を測定したところ、7.5mPa・sと低い値を示しており、例えばエレクトロウェッティング法又は電気泳動法の原理で動作する表示装置に適用した場合に高いコントラスト比と速い応答速度が得られる。
〔実施例19〜36〕
図1に示すように、基板11(基材11a及びITO電極(導電膜)11b)上に、疎水性ポリマー層としてフッ素ポリマー(サイトップ、旭硝子(株)製)からなる絶縁層20が設けられている表示セル(表示部)を用意し、このセルのITO電極11b上に実施例1〜18で作製した着色溶液又は黒色溶液を充填してオイル層を形成した。次いで、このオイル層の上に塩化ナトリウム水溶液もしくはエチレングリコール(親水性液)を充填し、親水性液層を形成した。このようにして、エレクトロウェッティング素子を作製した。
上記のように作製したエレクトロウェッティング素子のそれぞれに通電し、画像表示させた。その結果、画像表示する際の表示のオン/オフ性(いわゆる光シャッター特性)に優れていた。このうち、実施例18で作製した黒色溶液を染料オイルとして用い、後述する実施例37と同様にしてテストセルを作製し、評価した結果を以下に示す。
〔実施例37〕
−1.着色オイルの調製−
上記した実施例1等と同様にして、下記表9に示す5種の染料(アゾメチン色素)のいずれかを含む20質量%n−ヘキサン溶液(着色溶液)を調製し、染料オイルとして用いた。
−2.テストセルの作製−
透明電極として厚み100nmのインジウムスズオキサイド(ITO)膜が付いたガラス基板(10mm×10mm)のITO膜の表面に、フッ素系ポリマー(商品名:サイトップ、旭硝子社製、型番CTL−809M)を厚み600nmとなるように塗布し、フッ素ポリマー層を形成して疎水性絶縁膜とした。続いて、このフッ素ポリマー層上に、1cm×1cmサイズのシリコーンゴム(厚み50μmのシール材;扶桑ゴム社製のシリウス(商品名))の中心部から8mm×8mm×50μmサイズの四面体を切り抜いて作製した額縁状のシリコーンゴム壁を置いて表示部を形成した。このシリコーンゴム壁で取り囲まれた中に、上記のようにして調製した染料オイル1〜5の各々を厚み4μmとなるように注入し、オイル層を形成した。このオイル層の上に、エチレングリコール(親水性液体)を厚み46μmとなるように注入し、親水性液層を形成した。その上部からさらにITO膜付ガラス基板を、ITO膜がオイル層及び親水性液層と向き合うようにして置き、固定化した。このようにして、図1に示す構造を有するエレクトロウェッティングテストセルを作製した。
−3.評価−
作製したテストセルを用い、2枚のITO膜付ガラス基板の各ITO膜(透明電極)に、信号発生器にて100V直流電圧を印加(フッ素ポリマー層(疎水性絶縁膜)が形成されている側のITO電極にマイナス電圧を印加)し、表示セル(図2中の表示セル30)を観察した。この表示セルにおいて、染料オイルがフッ素ポリマー層の表面を一方向に移動し、フッ素ポリマー層上を覆う面積が縮小していることを確認した。
このときの染料オイルの応答性(下記の応答時間及び面積収縮率)、及び電圧を印加したままの状態で保持したときのバックフロー現象の程度(下記のバックフロー比率)を評価した。評価結果は、下記表9に示す。
電圧印加による面積の縮小については、下記式(1)で算出される面積収縮率[%]により、バックフロー現象については、下記式(2)で算出されるバックフロー比率[%]により、それぞれ評価した。
a)応答時間[msec]=電圧未印加状態から電圧印加を開始し、印加時点から最も縮んだ状態に達するまでに要した時間
b)面積収縮率[%]=(最も縮んだ時の染料インクの面積)/(電圧印加前の染料インクの面積)×100 ・・・(1)
c)バックフロー比率[%]=(電圧印加状態で5秒経過した後の染料インクの面積)/(最も縮んだ時の染料インクの面積)×100 ・・・(2)
ここで、「バックフロー」とは、電圧印加した状態で保持されたときに収縮して減少したオイルの面積が経時で広がる現象である。
また、OD(画像濃度)は、TOPCOM社製の分光放射計SR−3を用いて、染料の極大吸収波長において測定した濃度である。
なお、上記の面積収縮率は、1%〜60%の範囲が好ましく、より好ましくは2%〜50%の範囲であり、さらに好ましくは4%〜40%の範囲である。また、応答時間は、1sec未満が好ましく、より好ましくは200msec未満である。バックフロー比率については、100%〜200%の範囲が好ましく、100%〜150%の範囲がより好ましく、100%〜130%の範囲がさらに好ましい。
表9に示すように、本発明の着色組成物である染料オイル1〜5は、応答性に優れており、画像表示した状態でのバックフロー現象が抑制されていた。
本発明の着色組成物は、ディスプレイ等の表示装置、中でも、エレクトロウェッティング法の原理で動作する表示装置や、電気泳動法で動作する表示装置に好適に用いられる。
11・・・第1の基板
11a,12a・・・基材
11b,12b・・・ITO膜
12・・・第2の基板
14・・・親水性液体
16・・・オイル
17A,17B・・・親水性液体とオイルとの界面
20・・・疎水性絶縁膜
22a,22b・・・シリコーンゴム壁
30・・・表示セル
100・・・エレクトロウェッティング表示装置

Claims (6)

  1. 下記一般式(1)で表され、25℃、0.1MPaにおけるn−ヘキサンへの溶解度が1質量%以上であるアゾメチン色素と、非極性溶媒とを含む着色組成物。

    〔一般式(1)中、Hetは、解離性基を有しない環を表し、Arは、解離性基を有しない芳香環又は飽和複素環を表す。〕
  2. 前記アゾメチン色素は、下記一般式(2)で表される化合物である請求項1に記載の着色組成物。

    〔一般式(2)中、Hetは、解離性基を有しないカプラー母核を表し、Rは水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R、R及びRは解離性基を有しない。〕
  3. 前記アゾメチン色素は、下記一般式(3)、一般式(4)、一般式(5)、又は一般式(6)で表される化合物である請求項1又は請求項2に記載の着色組成物。

    〔一般式(3)中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R、R、R、及びRは、各々独立に、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、−COOR11、又は−CONR1112を表し、RとR、RとRは、それぞれ結合して芳香環を形成してもよい。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環、又は7員環を形成してもよい。R〜Rは解離性基を有しない。〕

    〔一般式(4)中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。Rは、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。Xは、酸素原子又はN−R13を表す。R11、R12、及びR13は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表す。R11及びR12は、互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R、及びRは解離性基を有しない。〕

    〔一般式(5)中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R及びR〜Rは解離性基を有しない。〕

    〔一般式(6)中、Rは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、又はアリール基を表し、R及びRは、各々独立にアルキル基又はアリール基を表す。R及びRは、各々独立に、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、シアノ基、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R10は、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、、−COOR11、又は−CONR1112を表す。R11及びR12は、各々独立に、水素原子、アルキル基、又はアリール基を表し、R11及びR12は互いに結合して5員環、6員環又は7員環を形成してもよい。R〜R及びR〜R10は解離性基を有しない。〕
  4. 20℃での粘度が10mPa・s以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の着色組成物。
  5. エレクトロウェッティング法の原理又は電気泳動法で動作する表示装置の画像表示材料に用いられる請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の着色組成物。
  6. 表面が疎水性の疎水性ポリマー層と、
    前記表面に接触させて配置され、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の着色組成物を用いて形成されたオイル層と、
    前記オイル層に接触させて配置された親水性液層と、
    を有する画像表示構造。
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