JP2015152862A - 電気泳動粒子の製造方法、電気泳動粒子、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器 - Google Patents

電気泳動粒子の製造方法、電気泳動粒子、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子の製造方法、かかる機能を発揮し得る電気泳動粒子、かかる電気泳動粒子を用いた信頼性の高い、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を提供する。【解決手段】表面で第1の官能基を露出する母粒子2と、母粒子2に結合したブロックコポリマー33とを含む電気泳動粒子の製造方法であり、リビング重合により、分散媒中への分散性に寄与する側鎖を有するモノマーM1が重合した分散部32と、第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有するモノマーM2が重合した結合部31とが連結した複数のブロックコポリマー33を得る工程と、第1の官能基と、第2の官能基とを反応させることにより、結合部31を母粒子2に結合させてブロックコポリマー33を母粒子2に連結させる工程とを有する。【選択図】図2

Description

本発明は、電気泳動粒子の製造方法、電気泳動粒子、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器に関するものである。
一般に、液体中に微粒子を分散させた分散系に電界を作用させると、微粒子は、クーロン力により液体中で移動(泳動)することが知られている。この現象を電気泳動といい、近年、この電気泳動を利用して、所望の情報(画像)を表示させるようにした電気泳動表示装置が新たな表示装置として注目を集めている。
この電気泳動表示装置は、電圧の印加を停止した状態での表示メモリー性や広視野角性を有することや、低消費電力で高コントラストの表示が可能であること等の特徴を備えている。
また、電気泳動表示装置は、非発光型デバイスであることから、ブラウン管のような発光型の表示デバイスに比べて、目に優しいという特徴も有している。
このような電気泳動表示装置には、電気泳動粒子を溶媒中に分散させたものを、電極を有する一対の基板間に配置される電気泳動分散液として備えるものが知られている。
かかる構成の電気泳動分散液では、電気泳動粒子として、正帯電性のものと、負帯電性のものとを含むものが用いられ、これにより、一対の基板(電極)間に電圧を印加することで、所望の情報(画像)を表示させることができるようになる。
ここで、電気泳動粒子501としては、一般的に、基材粒子502に対して高分子533が連結された被覆層503を備えるものが用いられ(図7参照。)、このような被覆層503(高分子533)を備える構成とすることで、電気泳動分散液中において、電気泳動粒子501を分散および帯電させることが可能となる。
また、かかる構成の電気泳動粒子は、例えば、原子移動ラジカル重合反応(atom transfer radical polymerization :ATRP)を用いて、以下のようにして製造される。
すなわち、基材粒子502を用意し、この基材粒子502の表面に、重合開始基を有するシランカップリング剤531を結合させた後、この重合開始基を起点として、モノマーがリビングラジカル重合により重合した重合部532を形成して高分子(ポリマー)533を設けることで、帯電性や分散性等の性質が付与されることにより電気泳動粒子501が製造される(例えば、特許文献1参照。)。
ところで、このようなATRPを用いて製造した電気泳動粒子501では、高分子533は、基材粒子502の表面に結合したシランカップリング剤が有する重合開始基を起点として、モノマーが重合して重合部532が形成されることにより生成される。このとき、基材粒子502に連結するシランカップリング剤の密度、モノマーの種類等によっては、生成される高分子533における重合部532の分子量、すなわちモノマーの重合度に、隣接するもの同士の間でバラツキが生じることがある。
そのため、電気泳動分散液中に含まれる複数の電気泳動粒子間において、均一な分散能が得られないことがあった。
特開2013−156381号公報
本発明の目的の一つは、電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子を製造することができる電気泳動粒子の製造方法、かかる機能を発揮し得る電気泳動粒子、かかる電気泳動粒子を用いた信頼性の高い、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電気泳動粒子の製造方法は、表面に第1の官能基を有する粒子と、前記粒子に結合したブロックコポリマーとを含む電気泳動粒子の製造方法であって、
リビング重合により、分散媒中への分散性に寄与する部位を有する第1のモノマーが重合した分散部と、前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有する第2のモノマーが重合した結合部とが連結した前記ブロックコポリマーを得る第1の工程と、
前記第1の官能基と、前記第2の官能基とを反応させることにより、前記結合部を前記粒子に結合させて前記ブロックコポリマーを、前記粒子に連結させる第2の工程とを有することを特徴する。
これにより、電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子を製造することができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記第1の工程において、前記第1のモノマーを重合した後、前記第2のモノマーを重合して前記ブロックコポリマーを得ることが好ましい。
これにより、電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子を製造することができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記第1の工程において、前記第2のモノマーを重合した後、前記第1のモノマーを重合して前記ブロックコポリマーを得ることが好ましい。
これにより、電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子を製造することができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記リビング重合は、リビングラジカル重合であることが好ましい。
これにより、電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得る電気泳動粒子を製造することができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記リビングラジカル重合は、可逆的付加開裂型連鎖移動重合であることが好ましい。
可逆的付加開裂連鎖移動重合によれば、金属触媒を用いず金属汚染の心配がなく、さらに、第1のモノマーの重合時における重合を簡便に進行させることができる。また、分散部における分子量分布をより確実に1.2以下とすることができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記第2のモノマーを重合する工程に先立って、前記分散部を単離精製する処理を施すことが好ましい。
これにより、得られるブロックコポリマーをより均一で、純度の高いものとすることができる。
本発明の電気泳動粒子は、表面に第1の官能基を有する粒子と、
前記粒子に結合したブロックコポリマーとを有し、
前記ブロックコポリマーは、分散媒中への分散性に寄与する部位を有する第1のモノマーが重合することで形成された分散部と、前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有する第2のモノマーが重合することで形成され、前記分散部に連結した結合部とを備え、前記結合部において、前記第1の官能基と、前記第2の官能基とが反応することで前記粒子に複数連結しており、
複数の前記ブロックコポリマーは、前記分散部における分子量分布が1.2以下であることを特徴とする。
これにより、電気泳動分散液中において、各電気泳動粒子1を均一な分散能を発揮するものとすることができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記分散部は、その重量平均分子量が20,000以上、100,000以下であることが好ましい。
これにより、電気泳動粒子の電気泳動分散液中における分散性をより優れたものとすることができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記第1のモノマーは、下記一般式(I)で表されるシリコーンマクロモノマーであることが好ましい。
Figure 2015152862
[式中、Rは水素原子またはメチル基、R’は水素原子または炭素数1〜4のアルキル基、nは0以上の整数、xは1〜3の整数を表す。]
これにより、電気泳動分散液中に含まれる分散媒としてシリコンオイルを主成分とするものを用いた際に、第1のモノマーが分散媒に対して優れた親和性を示すため、モノマーM1が重合することで得られた分散部を備える電気泳動粒子を優れた分散性をもって分散媒中に分散させることができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記シリコーンマクロモノマーは、その分子量が1,000以上、10,000以下であることが好ましい。
これにより、第1のモノマーが重合することで得られた分散部を備える電気泳動粒子をより優れた分散性をもって分散媒中に分散させることができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記分散部は、前記結合部に連結する基端部側の前記第1のモノマーの分子量が先端部側の前記第1のモノマーの分子量よりも小さいことが好ましい。
これにより、電気泳動粒子の電気泳動分散液中における分散性をより優れたものとすることができるとともに、分散部を母粒子の表面に高密度に結合させることができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記結合部は、2以上8以下の個数の前記第2のモノマーが重合することで形成されたものであることが好ましい。
これにより、結合部を母粒子の表面に確実に結合したものとすることができる。
本発明の電気泳動分散液は、本発明の電気泳動粒子の製造方法により製造された電気泳動粒子または本発明の電気泳動粒子を含有することを特徴とする。
これにより、優れた分散能を発揮する電気泳動粒子を備える電気泳動分散液とすることができる。
本発明の電気泳動シートは、基板と、
前記基板の上方に配置され、各々が本発明の電気泳動分散液を収納する複数の構造体とを含むことを特徴とする。
これにより、性能および信頼性の高い電気泳動シートが得られる。
本発明の電気泳動装置は、本発明の電気泳動シートを備えることを特徴とする。
これにより、性能および信頼性の高い電気泳動装置が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の電気泳動装置を備えることを特徴とする。
これにより、性能および信頼性の高い電子機器が得られる。
本発明の電気泳動粒子の実施形態を示す縦断面図である。 図1に示す電気泳動粒子が有するポリマーの模式図である。 電気泳動表示装置の実施形態の縦断面を模式的に示す図である。 図3に示す電気泳動表示装置の作動原理を示す模式図である。 本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。 本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図である。 従来の電気泳動粒子における構造の縦断面を模式的に示す図である。
以下、本発明の電気泳動粒子の製造方法、電気泳動粒子、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
<電気泳動粒子>
まず、本発明の電気泳動粒子の製造方法を説明するのに先立って、かかる製造方法で製造された電気泳動粒子(本発明の電気泳動粒子)について説明する。
図1は、本発明の電気泳動粒子の実施形態を示す縦断面図、図2は、図1に示す電気泳動粒子が有するポリマーの模式図である。
電気泳動粒子1は、母粒子(粒子)2と、母粒子2の表面に設けられた被覆層3とを有している。
母粒子2には、例えば、顔料粒子、樹脂粒子またはこれらの複合粒子のうちの少なくとも1種が好適に用いられる。これらの粒子は、製造が容易である。
顔料粒子を構成する顔料としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、三酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫化亜鉛、亜鉛華、二酸化珪素等の白色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料等が挙げられ、これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、樹脂粒子を構成する樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスチレン、ポリエステル等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
また、複合粒子としては、例えば、顔料粒子の表面を樹脂材料で被覆することでコート処理されたもの、樹脂粒子の表面を顔料で被覆することでコート処理されたもの、顔料と樹脂材料とを適当な組成比で混合した混合物で構成される粒子等が挙げられる。
なお、母粒子2として用いる顔料粒子、樹脂粒子および複合粒子の種類を適宜選択することにより、電気泳動粒子1の色を所望のものに設定することができる。
なお、母粒子2は、後述するポリマー33の結合部31が備える第2のモノマーM2(以下、単に「モノマーM2」ともいう)が有する第2の官能基と結合(反応)し得る第1の官能基をその表面に備えている(露出している)必要がある。しかしながら、顔料粒子、樹脂粒子および複合粒子の種類によっては官能基を有していない場合があるため、この場合、予め、酸処理、塩基処理、UV処理、オゾン処理、プラズマ処理等の官能基導入処理を施して、母粒子2の表面に官能基が導入されている。
なお、母粒子2の表面に備える第1の官能基と、モノマーM2が備える第2の官能基との組み合わせとしては、互いに反応して連結し得るものであれば特に限定されないが、例えば、イソシアネート基と水酸基またはアミノ基との組み合わせ、エポキシ基、グリシジル基またはオキセタン基とカルボキシル基、アミノ基、チオール基、水酸基またはイミダゾール基との組み合わせ、アミノ基とCl、Br、Iのようなハロゲン基との組み合わせ、アルコキシシリル基と水酸基またはアルコキシシリル基との組み合わせ等が挙げられるが、中でも、第1の官能基が水酸基であり第2の官能基がアルコキシシリル基である組み合わせが好ましい。
この組み合わせとなっている母粒子2およびモノマーM2は、それぞれ、比較的容易に用意することができるとともに、母粒子2の表面に強固にモノマーM2(後述するブロックコポリマー)を連結させることができることから好ましく用いられる。
そこで、以下では、母粒子2の表面に備える第1の官能基が水酸基であり、モノマーM2が備える第2の官能基がアルコキシシリル基である組み合わせを一例に説明する。
母粒子2は、その表面の少なくとも一部(図示の構成では、ほぼ全体)が被覆層3により被覆されている。
被覆層3は、ブロックコポリマー33(以下、単に「ポリマー33」ともいう)を複数含む構成をなしている(図2参照。)。ブロックコポリマー33は、分散部32と分散部32に連結した結合部31を備え、分散部32は分散媒中への分散性に寄与する部位(基)を有する第1のモノマーM1(以下、単に「モノマーM1」ともいう)が重合することで形成され、モノマーM1に由来するユニット(以下、分散ユニットともいう)を複数含む。結合部31は、母粒子表面の第1の官能基と反応性を有する、第2の官能基を有する第2のモノマーM2が重合することで形成され、モノマーM2に由来するユニット(以下、結合ユニットともいう)を複数含む。この結合部31において、第1の官能基と第2の官能基とが反応することで母粒子2とブロックコポリマー33とが化学的に結合する。本発明では、複数のポリマー33が備える分散部32の分子量分布が1.2以下となっているものである。
分散部32は、後述する電気泳動分散液中において、電気泳動粒子1に分散性を付与するために、被覆層3中において、母粒子2の表面に設けられる。
この分散部32は、本発明では、電気泳動分散液中において、重合後は分散媒中への分散性に寄与する側鎖となる部位を有するモノマーM1が複数重合することで形成され、モノマーM1に由来する分散ユニットが複数連結している。また、分散部32はその分子量分布が1.2以下となっている。
分散部32の分子量分布とは、分散部32の数平均分子量(Mn)と分散部32の重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)を表し、この分散部32の分子量分布が1.2以下であることで、複数の電気泳動粒子1において露出する分散部32がほぼ均一な長さのものとなっていると言える。そのため、電気泳動分散液中において、各電気泳動粒子1は、均一な分散能を発揮することとなる。このような数平均分子量(Mn)や重量平均分子量(Mw)は、例えばゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)法を用いて、ポチスチレン換算分子量として測定することができる。
なお、分散部32の分子量分布は、1.2以下であればよいが、1.1以下であることが好ましく、1.05以下であることがより好ましい。これにより、電気泳動分散液中において、各電気泳動粒子1は、より均一な分散能を発揮するものとなる。
モノマーM1は、リビングラジカル重合(ラジカル重合)により重合し得るように1つの重合基を備え、さらに重合後は非イオン性の側鎖となる部位を備えるペンダント型の単官能モノマーである。
モノマーM1として、非イオン性の側鎖を備えるものを用いることで、リビングラジカル重合により形成される分散部32は、後述する電気泳動分散液に含まれる分散媒に対して、優れた親和性を示すこととなる。そのため、電気泳動分散液中において、かかる分散部32を備える電気泳動粒子1は、凝集することなく優れた分散性をもって分散するものとなる。
また、モノマーM1が有する1つの重合基としては、例えば、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリロイル基のような炭素−炭素2重結合を含むものが挙げられる。
このようなモノマーM1としては、例えば、ビニルモノマー、ビニルエステルモノマー、ビニルアミドモノマー、(メタ)アクリルモノマー、(メタ)アクリルエステルモノマー、(メタ)アクリルアミドモノマー、スチリルモノマー等が挙げられ、より具体的には、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、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、イソボニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロ(メタ)アクリレート、下記一般式(I)で表されるシリコーンマクロモノマー等のアクリル系モノマー、スチレン、2−メチルスチレン、3−メチルスチレン、4−メチルスチレン、2−エチルスチレン、3−エチルスチレン、4−エチルスチレン、2−プロピルスチレン、3−プロピルスチレン、4−プロピルスチレン、2−イソプロピルスチレン、3−イソプロピルスチレン、4−イソプロピルスチレン、4−tert−ブチルスチレン等のスチレン系モノマーが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
Figure 2015152862
[式中、Rは水素原子またはメチル基、R’は水素原子または炭素数1〜4のアルキル基、nは0以上の整数、xは1〜3の整数を表す。]
これらの中でも、モノマーM1としては、上記一般式(I)で表されるシリコーンマクロモノマーであることが好ましい。このようなモノマーM1を重合して得られる分散部は、非極性の分散媒に対して優れた分散性を示す。すなわち、後述する電気泳動分散液中に含まれる分散媒として、例えばシリコンオイルを主成分とするものを用いた場合であっても、炭化水素系の溶媒を用いた場合であっても、分散媒に対して優れた親和性を示す。このため、モノマーM1が重合することで得られる分散部32を備える電気泳動粒子1を優れた分散性をもって分散媒中に分散させることができる。
モノマーM1として上記一般式(I)で表されるシリコーンマクロモノマーを用いる場合、その重量平均分子量は、1,000以上、10,000以下程度であることが好ましく、3,000以上8,000以下であることがより好ましい。これにより、モノマーM1が重合することで得られる分散部32を備える電気泳動粒子1をより優れた分散性をもって分散媒中に分散させることができる。
また、分散部32の重量平均分子量は、20,000以上、100,000以下であることが好ましく、30,000以上、60,000以下であることがより好ましい。特に、モノマーM1として、前記一般式(I)で表されるようなシリコーンマクロモノマーを用いた場合、あるいは炭化水素系モノマーを用いた場合、分散部32の重量平均分子量は、30,000以上、70,000以下であることが好ましく、45,000以上、55,000以下であることがより好ましい。これにより、電気泳動粒子1の電気泳動分散液中における分散性をより優れたものとすることができる。
さらに、分散部32は、結合部31に連結する基端部側の分散ユニットの分子量が先端部側の分散ユニットの分子量よりも小さくなっていることが好ましい。より具体的には、基端部側に位置する分散ユニットの前駆体となるモノマーM1が備える側鎖の分子量が、先端部側に位置する分散ユニットの前駆体となるモノマーM1が備える側鎖の分子量よりも小さくなっていることが好ましい。これにより、電気泳動粒子1の電気泳動分散液中における分散性をより優れたものとすることができるとともに、分散部32を母粒子2の表面に高密度に結合させることができる。
なお、このような側鎖の分子量の変化は、基端側から先端側に向かって連続的に大きくなるものであっても良いし、基端側から先端側に向かって段階的に大きくなるものであっても良い。
結合部31は、電気泳動粒子1が備える被覆層3中において、母粒子2の表面に結合しており、これにより、ポリマー33を母粒子2に連結させる。
この結合部31は、本発明では、母粒子2がその表面に備えた第1の官能基と反応性して共有結合を形成し得る、第2の官能基を有する第2のモノマーM2が複数重合することで形成されたものであり、モノマーM2に由来する結合ユニットが複数連なっている。
このように、各々が第2の官能基を有する結合ユニットを複数有する結合部31を備えるポリマー33を用いることで、電気泳動粒子1の分散性をより優れたものとすることができる。すなわち、ポリマー33は、複数の第2の官能基を含むのみならず、複数の第2の官能基が結合部31に集中して存在している。さらに、結合部31は複数の結合ユニットが連結しているため、結合ユニットが一つしかない場合に比べて母粒子2と反応可能な部位が大きい。そのため、ポリマー33を、複数のモノマーM2が重合することにより形成された結合部31において、母粒子2の表面に確実に結合したものとすることができる。
なお、本実施形態では、前述の通り、母粒子2の表面に備える第1の官能基が水酸基であり、モノマーM2が備える第2の官能基がアルコキシシリル基となっている。このような第1および第2の官能基の組み合わせとすることで、これら同士の反応が優れた反応性を示すことから、結合部31における、母粒子2の表面への結合をより確実に形成することができる。
このようなモノマーM2は、第2の官能基として、下記一般式(II)で表されるアルコキシシリル基を1つ備え、さらに、リビングラジカル重合により重合し得るように1つの重合基を備えるものである。
Figure 2015152862
[式中、Rは、それぞれ、独立して、炭素数1〜4のアルキル基、nは1〜3の整数を表す。]
モノマーM2として、かかる構成のものを用いることで、リビングラジカル重合によりモノマーM2が重合された結合部31とすることができ、さらに、リビングラジカル重合により形成された結合部31は、母粒子2の表面に位置する第1の官能基である水酸基に対して、優れた反応性を示すものとなる。
また、モノマーM2が有する1つの重合基としては、モノマーM1と同様に、例えば、ビニル基、スチリル基、(メタ)アクリロイル基のような炭素−炭素2重結合を含むものが挙げられる。
このようなモノマーM2としては、例えば、それぞれ、上記一般式(II)で表されるアルコキシシリル基を1つ備えるビニルモノマー、ビニルエステルモノマー、ビニルアミドモノマー、(メタ)アクリルモノマー、(メタ)アクリルエステルモノマー、(メタ)アクリルアミドモノマー、スチリルモノマー等が挙げられ、より具体的には、3−(メタ)アクリロキシプロピルトリエトキシ(メトキシ)シラン、ビニルトリエトキシ(メトキシ)シラン、ビニルトリエトキシ(メトキシ)シラン、4−ビニルブチルトリエトキシ(メトキシ)シラン、4−ビニルブチルトリエトキシ(メトキシ)シラン、8−ビニルオクチルトリエトキシ(メトキシ)シラン、8−ビニルオクチルトリエトキシ(メトキシ)シラン、10−メタクリロイルオキシデシルトリエトキシ(メトキシ)シラン、10−アクリロイルオキシデシルトリエトキシ(メトキシ)シラン、10−メタクリロイルオキシデシルトリエトキシ(メトキシ)シラン、10−アクリロイルオキシデシルトリエトキシ(メトキシ)シラン等のケイ素原子を含有するシラン系モノマーが挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合せて用いることができる。
また、1つのポリマー中において、結合部31に含まれる結合ユニットの個数は、2以上8以下であることが好ましく、4以上6以下であることがより好ましい。前記上限値を超えると、結合部31は分散媒に対する親和性が分散部32と比較して低いため、モノマーM2の種類によっては、電気泳動粒子1の分散性を低下させたり、部分的に結合部31同士で反応したりするおそれがある。また、前記下限値よりも少ないと、モノマーM2の種類によっては、母粒子2との結合が十分に進行させることができず、これに起因して電気泳動粒子1の分散性が低下するおそれがある。
また、結合部31に含まれる結合ユニットの数は、NMRスペクトル、IRスペクトル、元素分析、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)等の汎用分析機器を用いる分析により求めることができる。ポリマー33において、結合部31および分散部32は高分子重合体であるため、ともにある分子量分布を有している。したがって、上記のような分析の結果が、全てのポリマー33に当てはまるとは限らないが、少なくとも上記手法で求めた結合ユニット数が2〜8であれば、ポリマー33と母粒子2との反応性と、電気泳動粒子1の分散性とを両立させることができる。
このようなポリマー33は、後述する製造方法により得られる。例えば後述する可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)を用いると、比較的均一なポリマーを得ることができる。従って、連鎖移動剤に対して2〜8モル当量のモノマーM2を添加して重合すれば、結合部31における結合ユニット数を上記範囲とすることができる。モノマーM2の添加率が100%以下の場合はこれを考慮し、モノマーM2の添加量を2〜8モル当量以上にして重合反応を行ってもよい。
なお、分散部32を合成した後、結合部を合成する場合は、分散部32が連鎖移動剤として働く。この場合には、例えば、GPC法を用いて分散部32を構成する高分子の重量平均分子量および数平均分子量を求め、これを基にしてモノマーM2の添加量を決めればよい。
これにより、電気泳動粒子1を、ポリマー33を備える構成とすることにより効果を確実に発揮させることができ、電気泳動粒子1は電気泳動分散液中において優れた分散性を有するものとなる。
以上のような、結合部31と分散部32とを有するポリマー33が母粒子2の表面に結合部31において連結しており、さらに、分散部32における分子量分布が1.2以下となっている電気泳動粒子1は、例えば、本発明の電気泳動粒子の製造方法を適用して、次のようにして製造することができる。
<電気泳動粒子の製造方法>
電気泳動粒子1の製造方法は、分散部32と結合部31とが連結した複数のブロックコポリマー33を得る第1の工程と、母粒子2が備える第1の官能基と、第2のモノマーM2が有する第2の官能基とを反応させることにより、結合部31を母粒子2の表面に結合させて複数のブロックコポリマー33が母粒子2に連結した被覆層3を形成する第2の工程とを有している。第1の工程においては、重合開始剤を用いたリビングラジカル重合により、第1のモノマーM1が重合した分散部32を形成した後、第2の官能基を有する第2のモノマーM2が重合した結合部31を形成してもよいし、結合部31を形成した後分散部32を形成してもよい。ここでは分散部32を形成した後、結合部を形成する場合について説明する。
以下、各工程について詳述する。
[1] まず、分散部32と結合部31とが連結した複数のブロックコポリマー33を生成する(第1の工程)。
[1−1] まず、重合開始剤を用いたリビング重合により、第1のモノマーM1が重合した分散部32を形成する。
このリビング重合法としては、リビングラジカル重合、リビングカチオン重合またはリビングアニオン重合等が挙げられるが、中でも、リビングラジカル重合が好ましい。リビングラジカル重合とすることで、反応系で生じる反応液等を簡便に用いることができ、さらに、反応の制御性も良くモノマーM1を重合させることができる。さらに、分散部32における分子量分布を確実に1.2以下とすることができ、その結果、得られる電気泳動粒子1を電気泳動分散液中において均一な分散能を発揮し得るものとすることができる。
また、リビングラジカル重合法としては、原子移動ラジカル重合(ATRP)、ニトロキシドを介するラジカル重合(NMP)、有機テルルを用いるラジカル重合(TERP)および、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)等が挙げられるが、中でも、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)を用いることが好ましい。可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)によれば、金属触媒を用いず金属汚染の心配がなく、さらに、モノマーM1の重合時における重合を簡便に進行させることができる。また、分散部32における分子量分布をより確実に1.2以下とすることができる。
重合開始剤(ラジカル重合開始剤)としては、特に限定されないが、例えば、2,2'-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)、2,2'-アゾビス(4-メトキシ-2.4-ジメチルバレロニトリル)、2,2'-アゾビス(2.4-ジメチルバレロニトリル)、ジメチル 2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、1,1'-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2'-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]のようなアゾ系開始剤、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムのような過硫酸塩等が挙げられる。
また、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)とする場合、重合開始剤の他に、連鎖移動剤(RAFT剤)が用いられる。この連鎖移動剤としては、特に限定されないが、例えば、ジチオエステル基、トリチオカルバメート基、ザンテート基、ジチオカルバメート基等の官能基を有する硫黄化合物があげられる。
具体的には、連鎖移動剤としては、下記化学式(1)〜(7)で表される化合物が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの化合物は、比較的入手が容易であり、反応の制御を容易に行い得ることから好ましく用いられる。
Figure 2015152862
これらの中でも、連鎖移動剤は、上記化学式(6)で表される2-シアノ-2-プロピルベンドジチオエートであることが好ましい。これにより、反応の制御をより容易に行うことができるようになる。
さらに、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)を用いる場合、モノマーM1、重合開始剤、連鎖移動剤の比率は、形成すべき分散部32の重合度やモノマーM1等の化合物の反応性を考慮して適宜決定されるが、これらのモル比がモノマー:重合開始剤:連鎖移動剤=500〜5:5〜0.25:1であること好ましい。これにより、モノマーM1が重合することで得られる分散部32の長さ(重合度)を適切な大きさに設定することができるとともに、この分散部32を、その分子量分布を1.2以下として、高効率に生成することができる。
また、リビングラジカル重合によりモノマーM1を重合させる溶液を調製するための溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノールのようなアルコール類、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の炭化水素類、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等のエーテル類、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼンのようなハロゲン化芳香族炭化水素類等が挙げられ、これらを単独または混合溶媒として用いることができる。
また、前記溶液(反応液)は、重合反応を開始する前に、脱酸素処理を行っておくのが好ましい。脱酸素処理としては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスによる真空脱気後の置換やパージ処理等が挙げられる。
また、モノマーM1の重合反応に際して、前記溶液の温度を所定の温度まで加熱(加温)することにより、モノマーの重合反応をより迅速かつ確実に行うことができる。
この加熱の温度は、モノマーM1の種類等によっても若干異なり、特に限定されないが、30〜100℃程度であるのが好ましい。また、加熱の時間(反応時間)は、加熱の温度を前記範囲とする場合、5〜48時間程度であるのが好ましい。
なお、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)を用いた際には、分散部32の片末端(先端部)には使用した連鎖移動剤の断片が存在している。そして、この断片を備える分散部32が次工程[1−2]において、分散部32に結合部31を重合させる反応における連鎖移動剤として作用する。
[1−2] 次いで、分散部32に連結するように、母粒子2が備える第1の官能基と反応性を有する、第2の官能基を有する第2のモノマーM2が重合した結合部31を形成する。
これにより、分散部32と結合部31とが連結されたブロックコポリマーで構成されるポリマー33が生成される。
なお、本工程[1−2]における、モノマーM2を用いた結合部31の形成に先立って、必要に応じて、前記工程[1―1]で用いた未反応のモノマーM1や溶媒、重合開始剤等の不純物を除去し、分散部32を単離精製する精製処理(除去処理)を行なうようにしても良い。これにより、得られるポリマー33がより均一で、純度の高いものとなる。この精製処理としては、特に限定されず、例えば、カラムクロマトグラフィー法、再結晶法、再沈殿法等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて行うことができる。
また、前述の通り、可逆的付加開裂連鎖移動重合(RAFT)を用いた際には、分散部32の片末端には使用した連鎖移動剤の断片が存在している。このため、かかる構成の結合部31は、前記工程[1−1]が完了して得られた分散部32と、モノマーM2と、重合開始剤とを含有する溶液を調製し、この溶液中で、再度リビング重合を行うことで形成される。
なお、本工程に用いる溶媒としては、前記工程[1−1]で挙げたのと同様のものを用いることができ、また、溶液中でモノマーM2を重合させる際の条件は、前記工程[1―1]において溶液中でモノマーM1を重合させる際の条件として挙げたのと同様にすることができる。
[2] 次に、母粒子2が備える第1の官能基と、結合部31が有する複数の第2の官能基とを反応させて、これら同士の間で化学結合を形成することにより、複数のブロックコポリマー33を母粒子2に連結させる(第2の工程)。
これにより、母粒子2の少なくとも一部が被覆層3で被覆された電気泳動粒子1が得られる。このようなプロセスとしては、以下に示す乾式法、湿式法が挙げられる。
<<乾式法>>
乾式法では、まず、ポリマー33と、母粒子2とを適切な溶媒中で混合して溶液を調製する。なお、溶液中には、ポリマー33が備えるアルコキシシリル基の加水分解を促すため、必要に応じて微量の水、酸、塩基を添加してもよい。また、必要に応じて加熱、光照射等をおこなってもよい。
このとき、母粒子2の体積に対して、溶媒の体積は1体積%程度以上、20体積%程度以下であることが好ましく、5体積%程度以上、10体積%程度以下であることがより好ましい。これにより、母粒子2に対するポリマー33の接触機会を増大させることができるため、結合部31をより確実に母粒子2の表面に結合させることができる。
次いで、超音波照射による分散や、ボールミル、ビーズミル等を用いた撹拌等を行うことで、ポリマー33を母粒子2の表面に高効率に吸着させたのち、溶媒を除去する。
次いで、溶媒を除去することで得られた粉体を、好ましくは100℃〜200℃、1時間以上の条件で加熱してアルコキシシリル基を分解することで、母粒子2の表面に露出する水酸基と化学結合を形成させることで電気泳動粒子1を得る。
次いで、遠心分離器を用いながら再度溶媒中で数回洗浄することで、化学結合を形成することなく母粒子2の表面に吸着した余分なポリマー33を除去する。
以上のような工程を経ることで、精製された電気泳動粒子1を得ることができる。
<<湿式法>>
湿式法では、まず、ポリマー33と、母粒子2とを適切な溶媒中で混合して溶液を調製する。なお、溶液中には、ポリマー33が備えるアルコキシシリル基の加水分解を促すため、必要に応じて微量の水、酸、塩基を添加してもよい。また、必要に応じて加熱、光照射等をおこなってもよい。
このとき、母粒子2の体積に対して、溶媒の体積は1体積%程度以上、20体積%程度以下であることが好ましく、5体積%程度以上、10体積%程度以下であることがより好ましい。これにより、母粒子2に対するポリマー33の接触機会を増大させることができるため、結合部31をより確実に母粒子2の表面に結合させることができる。
次いで、超音波照射による分散やボールミル、ビーズミル等を用いた撹拌等を行うことで、ポリマー33を母粒子2の表面に高効率に吸着させたのち、この状態で溶液を、好ましくは100℃〜200℃、1時間以上の条件で加熱してアルコキシシリル基を分解することで、母粒子2の表面に露出する水酸基と化学結合を形成させることで電気泳動粒子1を得る。
次いで、遠心分離器を用いながら再度溶媒中で数回洗浄することで、化学結合を形成することなく母粒子2の表面に吸着した余分なポリマー33を除去する。
以上のような工程を経ることで、精製された電気泳動粒子1を得ることができる。
なお、ポリマー33を構成するモノマーM1の種類によっては、電気泳動粒子1を乾燥させてしまうと分散溶媒に分散しなくなる場合がある。このような場合には、洗浄作業の際には反応溶媒を分散溶媒に少しずつ置換していく(乾燥工程を経ない)溶媒置換法で行うことが好ましい。 なお、本工程に用いる溶媒としては、前記工程[1−1]で挙げたのと同様のものを用いることができる。
<電気泳動分散液>
次に、本発明の電気泳動分散液について説明する。
電気泳動分散液は、少なくとも1種の電気泳動粒子(本発明の電気泳動粒子)を分散媒(液相分散媒)に分散(懸濁)してなるものである。
分散媒としては、沸点が100℃以上であり、比較的高い絶縁性を有するものが好ましく用いられる。かかる分散媒としては、例えば、各種水(例えば、蒸留水、純水等)、ブタノールやグリセリン等のアルコール類、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類、酢酸ブチル等のエステル類、ジブチルケトン等のケトン類、ペンタン等の脂肪族炭化水素類(流動パラフィン)、シクロヘキサン等の脂環式炭化水素類、キシレン等の芳香族炭化水素類、塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン等の芳香族複素環類、アセトニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類、カルボン酸塩、シリコンオイルまたはその他の各種油類等が挙げられ、これらを単独または混合物として用いることができる。
中でも、分散媒としては、脂肪族炭化水素類(流動パラフィン)またはシリコンオイルを主成分とするものが好ましい。流動パラフィンまたはシリコンオイルを主成分とする分散媒は、電気泳動粒子1の凝集抑制効果が高いことから、図3に示す電気泳動表示装置920の表示性能が経時的に劣化するのを抑制することができる。また、流動パラフィンまたはシリコンオイルは、不飽和結合を有しないため耐候性に優れ、さらに安全性も高いという利点を有している。
また、分散媒としては、比誘電率が1.5以上3以下であるものが好ましく用いられ、1.7以上2.8以下であるものがより好ましく用いられる。このような分散媒は、電気泳動粒子1の分散性に優れるとともに、電気絶縁性も良好である。このため、消費電力が小さく、コントラストの高い表示が可能な電気泳動表示装置920の実現に寄与する。なお、この誘電率の値は、50Hzにおいて測定された値であり、かつ、含有する水分量が50ppm以下、温度25℃である分散媒について測定された値である。
また、分散媒中には、必要に応じて、例えば、電解質、界面活性剤(アニオン性またはカチオン性)、金属石鹸、樹脂材料、ゴム材料、油類、ワニス、コンパウンド等の粒子からなる荷電制御剤、潤滑剤、安定化剤、各種染料等の各種添加剤を添加するようにしてもよい。
また、電気泳動粒子の分散媒への分散は、例えば、ペイントシェーカー法、ボールミル法、メディアミル法、超音波分散法、撹拌分散法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて行うことができる。
このような電気泳動分散液中において、被覆層3が有するポリマー33の作用により、電気泳動粒子1は、優れた分散能を発揮するものとなる。
<電気泳動表示装置>
次に、本発明の電気泳動シートが適用された電気泳動表示装置(本発明の電気泳動装置)について説明する。
図3は、電気泳動表示装置の実施形態の縦断面を模式的に示す図、図4は、図3に示す電気泳動表示装置の作動原理を示す模式図である。なお、以下では、説明の都合上、図3および図4中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
図3に示す電気泳動表示装置920は、電気泳動表示シート(フロントプレーン)921と、回路基板(バックプレーン)922と、電気泳動表示シート921と回路基板922とを接合する接着剤層98と、電気泳動表示シート921と回路基板922との間の間隙を気密的に封止する封止部97とを有している。
電気泳動表示シート(本発明の電気泳動シート)921は、平板状の基部92と基部92の下面に設けられた第2の電極94とを備える基板912と、この基板912の下面(一方の面)側に設けられ、マトリクス状に形成された隔壁940と電気泳動分散液910とで構成された表示層9400とを有している。
一方、回路基板922は、平板状の基部91と基部91の上面に設けられた複数の第1の電極93とを備える対向基板911と、この対向基板911(基部91)に設けられた、例えばTFT等のスイッチング素子を含む回路(図示せず)とを有している。
以下、各部の構成について順次説明する。
基部91および基部92は、それぞれ、シート状(平板状)の部材で構成され、これらの間に配される各部材を支持および保護する機能を有する。
各基部91、92は、それぞれ、可撓性を有するもの、硬質なもののいずれであってもよいが、可撓性を有するものであるのが好ましい。可撓性を有する基部91、92を用いることにより、可撓性を有する電気泳動表示装置920、すなわち、例えば電子ペーパーを構築する上で有用な電気泳動表示装置920を得ることができる。
また、各基部(基材層)91、92を可撓性を有するものとする場合、これらは、それぞれ、樹脂材料で構成するのが好ましい。
このような基部91、92の平均厚さは、それぞれ、構成材料、用途等により適宜設定され、特に限定されないが、20〜500μm程度であるのが好ましく、25〜250μm程度であるのがより好ましい。
これらの基部91、92の隔壁940側の面、すなわち、基部91の上面および基部92の下面に、それぞれ、層状(膜状)をなす第1の電極93および第2の電極94が設けられている。
第1の電極93と第2の電極94との間に電圧を印加すると、これらの間に電界が生じ、この電界が電気泳動粒子(本発明の電気泳動粒子)95に作用する。
本実施形態では、第2の電極94が共通電極とされ、第1の電極93がマトリックス状(行列状)に分割された個別電極(スイッチング素子に接続された画素電極)とされており、第2の電極94と1つの第1の電極93とが重なる部分が1画素を構成する。
各電極93、94の構成材料としては、それぞれ、実質的に導電性を有するものであれば特に限定されない。
このような電極93、94の平均厚さは、それぞれ、構成材料、用途等により適宜設定され、特に限定されないが、0.05〜10μm程度であるのが好ましく、0.05〜5μm程度であるのがより好ましい。
なお、各基部91、92および各電極93、94のうち、表示面側に配置される基部および電極(本実施形態では、基部92および第2の電極94)は、それぞれ、光透過性を有するもの、すなわち、実質的に透明(無色透明、有色透明または半透明)とされる。
電気泳動表示シート921では、第2の電極94の下面に接触して、表示層9400が設けられている。
この表示層9400は、電気泳動分散液(上述した本発明の電気泳動分散液)910が隔壁940により画成された複数の画素空間9401内に収納(封入)された構成となっている。
隔壁940は、対向基板911と基板912との間に、マトリクス状に分割するように形成されている。
隔壁940の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
画素空間9401内に収納された電気泳動分散液910は、本実施形態では、着色粒子95bと白色粒子95aとの2種(少なくとも1種の電気泳動粒子1)を分散媒96に分散(懸濁)してなるものであり、前述した本発明の電気泳動分散液が適用される。
このような電気泳動表示装置920では、第1の電極93と第2の電極94との間に電圧を印加すると、これらの間に生じる電界にしたがって、着色粒子95b、白色粒子95a(電気泳動粒子1)は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。
本実施形態では、白色粒子95aとして正荷電を有するものが用いられ、着色粒子(黒色粒子)95bとして負荷電のものが用いられている。すなわち、白色粒子95aとして、母粒子2がプラスに帯電している電気泳動粒子1が用いられ、着色粒子95bとして、母粒子2がマイナスに帯電している電気泳動粒子1が用いられる。
このような電気泳動粒子1を用いた場合、第1の電極93を正電位とすると、図4(A)に示すように、白色粒子95aは、第2の電極94側に移動して、第2の電極94に集まる。一方、着色粒子95bは、第1の電極93側に移動して、第1の電極93に集まる。このため、電気泳動表示装置920を上方(表示面側)から見ると、白色粒子95aの色が見えること、すなわち、白色が見えることになる。
これとは逆に、第1の電極93を負電位とすると、図4(B)に示すように、白色粒子95aは、第1の電極93側に移動して、第1の電極93に集まる。一方、着色粒子95bは、第2の電極94側に移動して、第2の電極94に集まる。このため、電気泳動表示装置920を上方(表示面側)から見ると、着色粒子95bの色が見えること、すなわち、黒色が見えることになる。
このような構成において、白色粒子95a、着色粒子95b(電気泳動粒子1)の帯電量や、電極93または94の極性、電極93、94間の電位差等を適宜設定することにより、電気泳動表示装置920の表示面側には、白色粒子95aおよび着色粒子95bの色の組み合わせや、電極93、94に集合する粒子の数等に応じて、所望の情報(画像)が表示される。
また、電気泳動粒子1の比重は、分散媒96の比重とほぼ等しくなるように設定されているのが好ましい。これにより、電気泳動粒子1は、電極93、94間への電圧の印加を停止した後においても、分散媒96中において一定の位置に長時間滞留することができる。すなわち、電気泳動表示装置920に表示された情報が長時間保持されることとなる。
なお、電気泳動粒子1の平均粒径は、0.1〜10μm程度であるのが好ましく、0.1〜7.5μm程度であるのがより好ましい。電気泳動粒子1の平均粒径を前記範囲とすることにより、電気泳動粒子1同士の凝集や、分散媒96中における沈降を確実に防止することができ、その結果、電気泳動表示装置920の表示品質の劣化を好適に防止することができる。
本実施形態では、電気泳動表示シート921と回路基板922とが、接着剤層98を介して接合されている。これにより、電気泳動表示シート921と回路基板922とをより確実に固定することができる。
接着剤層98の平均厚さは、特に限定されないが、1〜30μm程度であるのが好ましく、5〜20μm程度であるのがより好ましい。
基部91と基部92との間であって、それらの縁部に沿って、封止部97が設けられている。この封止部97により、各電極93、94、表示層9400および接着剤層98が気密的に封止されている。これにより、電気泳動表示装置920内への水分の浸入を防止して、電気泳動表示装置920の表示性能の劣化をより確実に防止することができる。
封止部97の構成材料としては、上述した隔壁940の構成材料として挙げたものと同様のものを用いることができる。
<電子機器>
次に、本発明の電子機器について説明する。
本発明の電子機器は、前述したような電気泳動表示装置920を備えるものである。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図5は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
図5に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置920で構成されている。
<<ディスプレイ>>
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図6は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図である。このうち、図6中(a)は断面図、(b)は平面図である。
図6に示すディスプレイ(表示装置)800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。
本体部801は、その側部(図6(a)中、右側)に電子ペーパー600を挿入可能な挿入口805が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対802a、802bが設けられている。電子ペーパー600を、挿入口805を介して本体部801内に挿入すると、電子ペーパー600は、搬送ローラ対802a、802bにより挟持された状態で本体部801に設置される。
また、本体部801の表示面側(図6(b)中、紙面手前側)には、矩形状の孔部803が形成され、この孔部803には、透明ガラス板804が嵌め込まれている。これにより、本体部801の外部から、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を視認することができる。すなわち、このディスプレイ800では、本体部801に設置された状態の電子ペーパー600を、透明ガラス板804において視認させることで表示面を構成している。
また、電子ペーパー600の挿入方向先端部(図6(a)中、左側)には、端子部806が設けられており、本体部801の内部には、電子ペーパー600を本体部801に設置した状態で端子部806が接続されるソケット807が設けられている。このソケット807には、コントローラー808と操作部809とが電気的に接続されている。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
また、このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600が、前述したような電気泳動表示装置920で構成されている。
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、電気泳動表示装置920を適用することが可能である。
以上、本発明の電気泳動粒子の製造方法、電気泳動粒子、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、本発明の電気泳動粒子の製造方法は、任意の目的の工程が1または2以上追加されていてもよい。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
電気泳動粒子の製造、電気泳動分散液の調製、電気泳動分散液の評価
[実施例1]
1.分散部の合成
フラスコに、分子量1,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0711」):10g(10mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:45mg(0.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:33mg(0.2mmol)、酢酸エチルを加え、20時間加熱撹拌してシリコーンマクロモノマーを重合した。これを室温まで冷却して反応を終了し、溶媒を除去して赤褐色のシリコーンポリマー反応溶液を得た。
得られた反応溶液を、ヘキサンとクロロホルムの混合溶媒を展開溶媒としてシリカゲルカラムで精製し、不純物を除去してシリコーンポリマーを単離した。トルエンを展開溶媒としたゲル浸透クロマトグラフィーによって得られたシリコーンポリマーの重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)を測定し、分子量分布(Mw/Mn)が1.2以下であることを確認した。
2.結合部の合成
フラスコに、上記で得られたシリコーンポリマー:1g(19μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):21mg(72μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:2.4mg(15μmol)、酢酸エチルを加え、加熱撹拌して重合を行った。これを室温まで冷却して反応を終了し、溶媒を除去してブロックコポリマーを得た。
3.電気泳動分散液の調整
フラスコに、上記で得られたブロックコポリマー:1g、酸化チタン粒子(石原産業製「CR−90」):5g、シリコーンオイル(信越化学製「KF−96−20cs」)を加え、加熱撹拌してブロックコポリマーを粒子に結合させて電気泳動粒子を得た。反応後の溶液から、未反応のブロックコポリマーを除去し、シリコーンオイルを信越化学製「KF−96−2cs」に置換して白色の電気泳動分散液を得た。このとき、分散液中の電気泳動粒子が33wt%となるよう調整した。
4.電気泳動分散液の評価
静的光散乱法によって分散液中における電気泳動粒子の分散性(体積平均粒径(nm))を測定した。
また、酸化チタン粒子に変えて窒化チタン粒子を用いた以外は上記と同様の方法で調整した黒色の電気泳動分散液を、白色の電気泳動分散液と黒色の電気泳動分散液とが体積比が10:1となるよう混合し、厚さ50μmの透明電極セルに注入して表示特性(白反射率(%)、黒反射率(%)、コントラスト)の評価を行った。
[実施例2]
モノマーとして、分子量が5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(18μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例3]
モノマーとして、分子量が10,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0725」):10g(1mmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(18μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例4]
分子量が500のメタクリル末端ジメチルシリコーンマクロモノマーを合成し、得られたモノマー:10g(20mmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー1g(21μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例5]
分子量が20,000のメタクリル末端ジメチルシリコーンマクロモノマーを合成し、得られたモノマー:10g(0.5mmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(17μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例6]
分子量1,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0711」):10g(10mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:22mg(0.1mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:16mg(0.1mmol)、を用い、重合時間を36時間とした以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(10μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):10mg(36μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:1.6mg(10μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例7]
分子量5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:22mg(0.1mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:16mg(0.1mmol)、を用い、重合時間を36時間とした以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(10μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):10mg(36μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:1.6mg(10μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例8]
分子量10,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0725」):1g(1mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:22mg(0.1mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:16mg(0.1mmol)、を用い、重合時間を36時間とした以外は実施例1と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(10μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):10mg(36μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:1.6mg(10μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例9]
シリコーンマクロモノマーに変えて、分子量が6,000のスチレンマクロモノマー(東亜合成株式会社製「AS−6」):20g(1.7mmol)を用い、ヘキサンとトルエンの混合溶媒を展開溶媒としてシリカゲルカラムで精製した以外は実施例1と同様にして分散部の合成を行った。得られたスチレンポリマー:1g(18μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):16mg(54μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:2.4mg(15μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例10]
シリコーンマクロモノマーに変えて、分子量が254のn−ラウリルメタクリレート(シグマアルドリッチ社製):10g(39.4mmol)を用い、ヘキサンと酢酸エチルの混合溶媒を展開溶媒としてシリカゲルカラムで精製した以外は実施例1と同様にして分散部の合成を行った。得られたアルキルポリマー:1g(20μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例11]
アゾビスイソブチロニトリルの添加量を8.3mg(0.05mmol)とし、重合時間を30時間とした以外は実施例1と同様にして分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(21μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして、結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例12]
分子量が5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(1mmol)を用いた以外は実施例11と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(21μmol)を用いた以外は実施例11と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例13]
分子量が10,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0725」):10g(2mmol)を用いた以外は実施例11と同様にして、分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(20μmol)を用いた以外は実施例11と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例14]
分子量が5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):5g(1mmol)と分子量が10,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0725」):5g(0.5mmol)を混合してシリコーンポリマーを合成した以外は実施例1と同様にして分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(18μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例15]
フラスコに、分子量5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):6g(1.2mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:45mg(0.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:33mg(0.2mmol)、酢酸エチルを加え、10時間加熱撹拌してシリコーンマクロモノマーを重合した。このフラスコに、分子量1,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0711」):4g(4mmol)を加えてさらに12時間重合し、実施例1と同様に精製して分散部の合成を行った。得られたシリコーンポリマー:1g(19μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例16]
フラスコに、分子量5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)、2−ブロモイソ酢酸エチル:50mg(0.26mmol)、イソプロパノールを加えてモノマー溶液を調整した。別のフラスコに、2,2’−ビピリジル:312mg、塩化銅(I):80mg、塩化銅(II):18mg、イソプロパノール、水を加えて撹拌し、触媒溶液を調整した。モノマー溶液に触媒溶液を加え、30時間加熱撹拌して重合した。これを室温まで冷却して反応を終了し、溶媒を除去して茶褐色のシリコーンポリマー反応溶液を得た。得られた反応溶液を、メタノールと水を用いて分液精製し、分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(20μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例17]
RAFT剤として、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエートに変えて2−フェニル−2−プロピルベンゾジチオエート:54mg(0.2mmol)を用いた以外は実施例2と同様にして分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(24μmol)を用いた以外は実施例1と同様にして結合部を合成した。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例18]
シリカゲルカラムによる精製を省略した以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例19]
分散部を単離せずにブロックコポリマーを合成した以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。具体的には、フラスコに、JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:45mg(0.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:33mg(0.2mmol)、酢酸エチルを加え、20時間加熱撹拌してシリコーンマクロモノマーを重合した。このフラスコに、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):210mg(0.7mmol)を加えてさらに20時間重合し、分散部と結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例20]
分散部と結合部の合成順序を入れ替えて実施例20の電気泳動分散液を調整した。具体的には、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):232mg(0.8mmol)、2−シアノ−2−プロピルベンゾジチオエート:45mg(0.2mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:33mg(0.2mmol)、酢酸エチルを加え、5時間加熱撹拌して重合反応を行った。このフラスコに、分子量5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)を加えてさらに20時間重合し、分散部と結合部の合成を行った。これを室温まで冷却して反応を終了し、溶媒を除去してブロックコポリマー反応溶液を得た。得られた反応溶液を、ヘキサンとクロロホルムの混合溶媒を展開溶媒としてシリカゲルカラムで精製し、不純物を除去してブロックコポリマーを単離した。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例21]
実施例2と同様にして、分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(18μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):8mg(27μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:2.4mg(15μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部を合成した。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例22]
実施例2と同様にして、分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(18μmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):63mg(216μmol)、アゾビスイソブチロニトリル:2.4mg(15μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部を合成した。得られたブロックコポリマーを用いて、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例23]
結合部を合成する際に、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランに変えて3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−502」):19mg(72μmol)を用いた以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例24]
結合部を合成する際に、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランに変えて3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン(信越シリコーン社製「KBM−503」):18mg(72μmol)を用いた以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例25]
結合部を合成する際に、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランに変えてメタクリル酸−2−イソシアナトエチル:11mg(72μmol)を用いた以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[実施例26]
実施例10と同様にして、分散部、結合部を合成した。シリコーンオイルに変えて炭化水素系溶媒(エクソンモービル社製「アイソパーG」)を用いた以外は実施例1と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[比較例1]
フラスコに、分子量5,000のシリコーンマクロモノマー(JNC株式会社製「サイラプレーン FM−0721」):10g(2mmol)、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン(信越シリコーン社製「KBE−503」):210mg(0.7mmol)、アゾビスイソブチロニトリル:33mg(0.2mmol)、酢酸エチルを加え、20時間加熱撹拌して重合した。これを室温まで冷却して反応を終了し、溶媒を除去してシリコーンポリマー反応溶液を得た。得られた反応溶液を、ヘキサンとクロロホルムの混合溶媒を展開溶媒としてシリカゲルカラムで精製し、不純物を除去してランダムコポリマーを単離した。得られたランダムコポリマーを用いた以外は実施例1と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[比較例2]
結合部の合成を省略した以外は実施例2と同様にして、電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[参考例1]
アゾビスイソブチロニトリルの添加量を165mg(1mmol)とした以外は実施例1と同様にして分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(16μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用い、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[参考例2]
アゾビスイソブチロニトリルの添加量を165mg(1mmol)とした以外は実施例2と同様にして分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(15μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用い、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
[参考例3]
アゾビスイソブチロニトリルの添加量を165mg(1mmol)とした以外は実施例3と同様にして分散部を合成した。得られたシリコーンポリマー:1g(15μmol)を用い、実施例1と同様にして結合部の合成を行った。得られたブロックコポリマーを用い、実施例1と同様にして電気泳動分散液の調整、評価を行った。
分散部の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)、結合部における結合ユニット数、評価結果をまとめたものを表1に示す。
Figure 2015152862
なお、実施例19における分散部の分子量分布は、合成したシリコーンポリマーの一部を抜き取って測定した。また、実施例20における分散部の分子量分布は、結合部、ブロックコポリマーそれぞれの測定結果から概算したものである。比較例1における分子量分布は、参考値である。
1……電気泳動粒子 2……母粒子 3……被覆層 31……結合部 32……分散部 33……ブロックコポリマー 91……基部 92……基部 93……第1の電極 94……第2の電極 95a……白色粒子 95b……着色粒子 96……分散媒 97……封止部 98……接着剤層 501……電気泳動粒子 502……基材粒子 503……被覆層 531……シランカップリング剤 532……重合部 533……高分子 600……電子ペーパー 601……本体 602……表示ユニット 800……ディスプレイ 801……本体部 802a……搬送ローラ対 802b……搬送ローラ対 803……孔部 804……透明ガラス板 805……挿入口 806……端子部 807……ソケット 808……コントローラー 809……操作部 910……電気泳動分散液 911……対向基板 912……基板 920……電気泳動表示装置 921……電気泳動表示シート 922……回路基板 940……隔壁 9400……表示層 9401……画素空間 M1……第1のモノマー M2……第2のモノマー

Claims (16)

  1. 表面に第1の官能基を有する粒子と、前記粒子に結合したブロックコポリマーとを含む電気泳動粒子の製造方法であって、
    リビング重合により、分散媒中への分散性に寄与する部位を有する第1のモノマーが重合した分散部と、前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有する第2のモノマーが重合した結合部とが連結した前記ブロックコポリマーを得る第1の工程と、
    前記第1の官能基と、前記第2の官能基とを反応させることにより、前記結合部を前記粒子に結合させて前記ブロックコポリマーを、前記粒子に連結させる第2の工程とを有することを特徴する電気泳動粒子の製造方法。
  2. 前記第1の工程において、前記第1のモノマーを重合した後、前記第2のモノマーを重合して前記ブロックコポリマーを得る請求項1に記載の電気泳動粒子の製造方法。
  3. 前記第1の工程において、前記第2のモノマーを重合した後、前記第1のモノマーを重合して前記ブロックコポリマーを得る請求項1に記載の電気泳動粒子の製造方法。
  4. 前記リビング重合は、リビングラジカル重合である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の電気泳動粒子の製造方法。
  5. 前記リビングラジカル重合は、可逆的付加開裂型連鎖移動重合である請求項4に記載の電気泳動粒子の製造方法。
  6. 前記第2のモノマーを重合する工程に先立って、前記分散部を単離精製する処理を施す請求項2ないし5のいずれか1項に記載の電気泳動粒子の製造方法。
  7. 表面に第1の官能基を有する粒子と、
    前記粒子に結合したブロックコポリマーとを有し、
    前記ブロックコポリマーは、分散媒中への分散性に寄与する部位を有する第1のモノマーが重合することで形成された分散部と、前記第1の官能基と反応性を有する第2の官能基を有する第2のモノマーが重合することで形成され、前記分散部に連結した結合部とを備え、前記結合部において、前記第1の官能基と、前記第2の官能基とが反応することで前記粒子に複数連結しており、
    複数の前記ブロックコポリマーは、前記分散部における分子量分布が1.2以下であることを特徴とする電気泳動粒子。
  8. 前記分散部は、その重量平均分子量が20,000以上、100,000以下である請求項7に記載の電気泳動粒子。
  9. 前記第1のモノマーは、下記一般式(I)で表されるシリコーンマクロモノマーである請求項7または8に記載の電気泳動粒子。
    Figure 2015152862
    [式中、Rは水素原子またはメチル基、R’は水素原子または炭素数1〜4のアルキル基、nは0以上の整数、xは1〜3の整数を表す。]
  10. 前記シリコーンマクロモノマーは、その分子量が1,000以上、10,000以下である請求項9に記載の電気泳動粒子。
  11. 前記分散部は、前記結合部に連結する基端部側の前記第1のモノマーの分子量が先端部側の前記第1のモノマーの分子量よりも小さい請求項7ないし10のいずれか1項に記載の電気泳動粒子。
  12. 前記結合部は、2以上8以下の個数の前記第2のモノマーが重合することで形成されたものである請求項7ないし11のいずれか1項に記載の電気泳動粒子。
  13. 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の電気泳動粒子の製造方法により製造された電気泳動粒子または請求項7ないし12のいずれか1項に記載の電気泳動粒子を含有することを特徴とする電気泳動分散液。
  14. 基板と、
    前記基板の上方に配置され、各々が請求項13に記載の電気泳動分散液を収納する複数の構造体とを含むことを特徴とする電気泳動シート。
  15. 請求項14に記載の電気泳動シートを備えることを特徴とする電気泳動装置。
  16. 請求項15に記載の電気泳動装置を備えることを特徴とする電子機器。
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