JP2015530625A - 多色電気泳動インク、関連するディスプレイデバイスおよび製造プロセス - Google Patents

Abstract

本発明は、非極性有機媒体に分散した少なくとも４種類の粒子を含み、それぞれの種類の粒子が、粒子と連結するある色の顔料を含み、正または負の静電荷を有し、上述の種類の粒子の少なくとも１種類が磁気特性（磁性コア）を有し、その結果、それぞれの種類の粒子を、静電力の作用と磁気による戻し力の作用との組み合わせにより、所定の様式で移動することができることを特徴とする、多色電気泳動インクに関する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気泳動ディスプレイデバイス用インクの分野に関し、さらに具体的には、多色インクの分野に関する。

さらに具体的には、本発明は、多色電気泳動インク、前記インクを製造するプロセス、前記インクを含む多色電気泳動ディスプレイデバイス、および多色電気泳動ディスプレイデバイスを製造するための前記多色電気泳動インクの使用に関する。

現在、インフォメーションディスプレイには、本質的に２つの方式が存在する。ひとつには例えば液晶ＬＣＤ（「液晶ディスプレイ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）」の頭字語）型またはプラズマ型の電子ディスプレイが存在し、他方で、紙支持体に印刷することによる紙ディスプレイが存在する。電子ディスプレイは、表示される情報を迅速に更新することができ、そのため、内容を変更することができるため、大きな利点があり、書き換え可能であるとも言われる。しかし、この種のディスプレイは、製造するのにクリーンルームでの作業を必要とし、電子工学の高度技術を必要とするため、製造工程が複雑である。その結果、相対的に高価である。一方、紙支持体に印刷することによって作られるディスプレイは、非常に安価であるためディスプレイとして大量に製造することができるが、以前の情報の上に情報を書き換えることができない。この種のディスプレイは、書き換え不可能なディスプレイに属する。

これら２種類の技術の利点を組み合わせることが可能なアイディアが数年前に出された。低コストで大量製造が可能なフレキシブルディスプレイが製造されたのである。このディスプレイは、紙に似ているが、電子版であり、すなわち、この支持体に表示された情報は、別の内容に空間を迅速に明け渡すよう、消去することができる。さらに、操作可能にするために常に電力供給を必要とする既存のスクリーンとは異なり、電子ペーパーは、表示を変えるときだけわずかな量のエネルギーを消費するのみである。エネルギー消費が大きな問題である場合に、紙に似た、実質的にエネルギーを消費しない可撓性で再使用可能なディスプレイデバイスは、絶好の使用機会を有する。さらに、電子ペーパーは反射型デバイスであるため、眼の疲労が大きいバックライト式のスクリーンと比較して、読み取りの快適性がかなり増す。この種のディスプレイは、ＥＰＩＤＳ（「電気泳動画像ディスプレイ（ＥｌｅｃｔｒｏＰｈｏｒｅｔｉｃ Ｉｍａｇｅ ＤｉｓｐｌａｙＳ）」の頭字語）技術に基づく。この技術は、２つの平行電極の間にある非導電性媒体に帯電粒子を分散させることからなる。さらに具体的には、ディスプレイは、導電性の表面電極と、電気泳動インクが充填されたピクセルを含む空洞部と、各ピクセルを制御するためにトランジスタに接続する底部電極とを備える。ピクセルは、種々の方法で製造することができる。ピクセルは、例えば、空洞部を仕切ってディスプレイの製造に必要な数のピクセルにするグリッドを用いて製造することができ、または、ピクセルはマイクロカプセルの形態であってもよく、各マイクロカプセルがピクセルを画定し、前記インクが充填されている。電気泳動インクは一般的に、黒色染料に浸された、白色の負に帯電したナノ粒子を含む。電場を加えると、各ピクセルの白色ナノ粒子がどちらかの電極に移動する。したがって、負の電場を加えると、白色ナノ粒子はピクセルの片方の端に位置し、ディスプレイ表面に対する白色ナノ粒子の位置によって、白色ナノ粒子の白色か、または黒色染料の色があらわれる。その結果、ディスプレイの空洞部に数百万のピクセルを配置し、情報表示の管理を目的とした電子回路を用いて電場で制御することによって、２色画像を作り出すことができる。この種のディスプレイの利点のひとつは、得られるコントラストが、ナノ粒子の移動およびナノ粒子の色に直接依存することである。さらに、電場が消失したときにも画像が所定の位置に維持されるため、得られるディスプレイは双安定である。ＥＰＩＤＳ技術に基づくこのようなディスプレイは、特に、例えば、携帯電話、電子タブレット、電子書籍、またはチップカードの付いたその他の車内ディスプレイに装備することが想定されている。

しかし、ＥＰＩＤＳ技術に基づくスクリーンには多くの利点があるものの、現時点では、２色の情報しか表示することができない。この技術を携帯電話、タブレットまたは電子書籍のスクリーンに使用することができるように、かつスクリーン市場での競争に勝つためには、このディスプレイを改良し多色ディスプレイを提案することが重要となる。

情報をカラーで表示することができるこのようなスクリーンを製造する試みが行われてきた。このようなカラーディスプレイは３つの異なる仕組みに基づく。すなわち、特にＵＳ７２８９１０１号特許に記載されるように、２色デバイスの上に着色したフィルターのマトリクスを配置する、異なる色を表示する２色ピクセルを並列に並べる、最後に、粒子の帯電量の差に基づいて、すなわち電気泳動移動度の差に基づいて顔料を半選択的に移動するという仕組みである。

しかし、このようなディスプレイは、依然として製造工程が非常に複雑であり、得られるディスプレイは大きなコントラストが得られず、その結果、読み取りの快適性は大きく低下する。

２０１０年に公開された「Ｐｉｇｍｅｎｔ−ｂａｓｅｄ ｔｒｉｃｏｌｏｒ ｉｎｋ ｐａｒｔｉｃｌｅｓ ｖｉａ ｍｉｎｉ−ｅｍｕｌｓｉｏｎ ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｃｈｒｏｍａｔｉｃ ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙｓ」という表題の文献（特に、Ｍｒ Ｔｉｎｇ Ｗｅｎによる文献）も知られている。この文献には、ミニエマルション重合技術によって帯電した着色粒子を合成することが記載されているが、合成した粒子の磁気特性を使用することはなんら記載されていない。この文献において、使用するポリマーはスチレン（すなわち、非官能性ポリマー）であり、電荷は添加剤によって導入されることも注記しておくべきである。最後に、このような粒子の合成とともに想定される技術は、それぞれに正電荷粒子および負電荷粒子の２種類のみを含むピクセルの並列によって色を得る技術であり、従来の電気泳動セルの並列からなる技術である。

それに加え、２００５年に公開された「Ｔｏｗａｒｄｓ Ｍｕｌｔｉ−ｃｏｌｏｒ Ｍｉｃｒｏｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ」という表題の文献（特に、Ｍｒ Ｃｈｕｌ Ａｍ Ｋｉｍによる文献）も知られている。この文献には、メタノール中で分散重合させることによってメタクリル酸を含む負に帯電した単純な白色粒子の合成が記載されており、合成した粒子の磁気特性を使用することは開示も示唆もされていない。

ＥＰＩＤＳ技術に基づく表示手段の開発が有益とされる状況では、デバイスの性能を上げるため、そしてそれにより市場での競争力を上げるために、多色ディスプレイを実現する新しいインクの製造が必須となる。したがって、本発明の目的は、従来技術の少なくとも１つの欠点を補うことである。本発明は、特に、異なる色の数種類の顔料を含む電気泳動インクを合成することを目的とする。

この趣旨で、本発明の主題は、非極性有機媒体に分散した少なくとも４種類の粒子を含み、それぞれの種類の粒子が、粒子と連結するある色の顔料を含み、正または負の静電荷を有し、上述の種類の粒子の少なくとも１種類が磁気特性（磁性コア）を有し、その結果、それぞれの種類の粒子を、静電力の作用と磁気による戻し力（ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｔｕｒｎ ｆｏｒｃｅ）の作用との組み合わせにより、所定の様式で移動できることを特徴とする多色電気泳動インクである。

ディスプレイの４つの並列するピクセルを非常に単純化した図である。

したがって、異なる色の顔料を有し、かつそれぞれの種類の粒子がそれぞれ特定の磁気特性および静電特性を有する粒子を混合することによって、各ピクセルごとに加えられた磁力および静電力にしたがって、これら１種類以上の粒子をインク中で移動させることができる。粒子の移動によって、着色した粒子が重なり合い、その結果、多色の情報を表示することができる。

好ましくは、インクは、磁気コアを有する少なくとも２種類の粒子と、２種類の非磁性粒子とを含む。また、磁気コアを有する２種類の粒子は、それぞれ静電的に正および負に帯電している。同様に、２種類の非磁性粒子も、それぞれ静電的に正および負に帯電している。

したがって、非磁性粒子を例えば電気泳動ディスプレイのいずれかの電極に向かって移動させるためには、電極の端に、粒子の静電荷にしたがって正または負の電圧を印加することが必要である。印加される電圧をＶ＋またはＶ−と示す。磁性粒子を移動させるためにもその電荷にしたがって電極の端に正または負の電圧を印加することが必要であろうが、磁性粒子の場合は、これに加え、粒子に加えられる、磁気による戻し力にこの電圧が打ち勝たなければならないため、この電圧は非磁性粒子を移動させるために印加される電圧より大きくなければならない。このような磁性粒子を移動させるために印加される電圧をＶ＋＋またはＶ−−と示す。

磁性コアを有する２種類の粒子は、それぞれある色と連結している。それぞれの磁性コアは、磁性コアと連結する顔料で覆われており、その後、それぞれ静電的に正および負に帯電させることが可能な官能性ポリマーで包み込まれている。同様に、それぞれの種類の非磁性粒子は、ある色と連結している。ある種類の非磁性粒子のために選択される顔料は、それぞれ静電的に正および負に帯電させることが可能な官能性ポリマーで包み込まれている。

好ましくは、３種類の粒子はそれぞれある顔料を含み、その結果、粒子の移動によりこの３種類の粒子が、ＲＧＢ系（三原色に基づく「赤緑青」加算混合系を示す頭字語）の色またはＣＭＹ系（「シアンマゼンタイエロー」減算混合系を示す頭字語）の色を表示することができる。第４の種類の粒子は、好ましくは、白色または黒色に着色した顔料を含む。

種々の色のために用いられる顔料の中で、例えば、以下のものを使用してもよい。
−赤色には、ヘマタイトまたはカドミウムレッド、
−緑色には、コバルトグリーンまたは酸化クロム、
−青色には、ケイ酸銅またはコバルトブルー、
−黒色には、カーボンブラックまたはマグネタイト。

この顔料リストは網羅的なものではなく、最終的に、使用する顔料セットがＲＧＢ系の色またはＣＭＹ系の色および黒色を表示することができるのであれば、任意の無機顔料（酸化物、ケイ酸塩など）を使用することができる。さらに、ある種の顔料には色合いが存在し、例えば、コバルトブルーには暗青色からターコイズブルーまでの数種類の色調が存在してもよい。

この多色電気泳動インクを製造するプロセスは、それぞれの種類の粒子を別個に非極性有機媒体（例えば油）または非極性またはほとんど極性のない有機溶媒（例えばトルエンまたはアルカン）中で合成し、次いで、これらを混合することからなる。この場合、種々の粒子の合成を行う際の非極性有機媒体は、有利には、インクの分散媒体を構成し、または最低限でも、これらの粒子と親和性がある。

磁性コアを有する粒子に関し、この粒子の合成は、磁性コアを無機顔料で覆い、次いで、帯電させることが可能な官能性ポリマーでこれを包み込むことからなる。

本発明によって与えられる可能性の１つによれば、磁性コアの合成は、非極性有機媒体中で安定な磁性粒子を合成し、次いで、スチレンモノマーまたはメタクリル酸メチルモノマーから、極性または非極性の有機媒体または水性媒体中での異種媒体重合技術によって、磁性コアを含むラテックスを合成することからなる。

本発明に関して、「ラテックス」という用語は、部分的または完全にポリマーから作られる粒子を溶媒に分散したものを意味する。

有利には、合成される磁性粒子または用いられる磁性粒子は、金属酸化物である。

言い換えると、まず磁性ラテックスを合成し、次いで、これを顔料で覆い、最後に、静電的に帯電させることが可能なポリマーシェルで包み込む。

外側のシェルを形成するポリマーは、酸単位（負の粒子の場合）、または塩基単位（正の粒子の場合）を有する。その結果、単純な酸−塩基反応によって、これらの単位からプロトンが放出されるか、またはこれらの単位がプロトンを捕捉し、したがって、望ましいそれぞれの負電荷または正電荷を獲得することができる。正の粒子の場合、プロトンを捕捉する代わりに、塩基単位の窒素酸に結合可能な任意の化学基を捕捉することもできる。

磁性ラテックス（本記載の他の部分では磁性コアとも呼ばれる）を数工程で製造する。第１の工程は、「Ｍａｓｓａｒｔプロセス」として知られるプロセスにしたがって、有機強磁性流体を調製することからなる。このプロセスは、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を得るために、水性媒体中で塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）および塩化第一鉄（ＦｅＣｌ_２）を共沈殿させることからなる。この共沈殿は、濃アンモニア水溶液存在下、塩基媒体中で行われる。次いで、オレイン酸によりマグネタイトナノ粒子表面に炭素系鎖をグラフト結合することによって、水相磁性流体を有機相磁性流体にすることができる。

次いで、第２の工程は、得られたマグネタイトを包み込むことを意図した磁性ラテックスを合成することによって、磁性粒子のコアを作成することからなる。このために、第１の工程で合成したマグネタイトを、マグネタイトを包み込むために用いられるモノマーであるスチレンとともに、疎水性の高い薬剤であるヘキサデカンに分散させる。例えば、ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）を界面活性剤として使用し、過硫酸カリウムを重合開始剤として使用する。ある実施変形例によれば、非イオン性界面活性剤（例えば、Ｔｗｅｅｎ ８０（ポリソルベート８０）またはＳｐａｎ ８０（ソルビタンモノオレエート）も使用することができる。

次いで、前駆体の加水分解によって、この磁性コアの表面に顔料を析出させる。

次いで、帯電させることが可能なポリマーでこの着色した磁性コアを包み込む作業を実施する。着色した磁性粒子を包み込むこの工程は、前記着色した磁性粒子を前記非極性有機媒体に分散し、次いで、前記有機媒体中で安定な少なくとも１つのポリマーラテックスを合成し、前記ラテックスを前記粒子の周囲で保護性のシェルを形成するように析出させ、前記ラテックスの合成は、マクロ開始剤と共開始剤とを組み合わせて使用し、静電的に帯電させることが可能な官能性モノマーの、前記有機媒体中での重合によって行われることからなる。

同様に、非磁性粒子という観点で、連結する顔料を、上述の包み込みプロセスにしたがって、帯電させることが可能なポリマーで直接包み込む。

種々の種類の粒子を別個に合成したら、次いで、多色電気泳動インクを得るようにこれらの粒子を混合する。次いで、このようにして製造されたインクを、特に、多色電気泳動ディスプレイデバイスの製造に使用する。

本発明は、さらに、上述のインクを含む多色電気泳動ディスプレイデバイスに関する。このデバイスは、導電性表面電極と、多色インクが充填されたセルを含み、各セルが、その近傍と流体連通し、ピクセルを画定する空洞部と、各ピクセル下部に接触領域を含み、各接触領域が、各ピクセルへの静電力の印加を制御することを意図する集積回路のトランジスタに接続される底部電極と、最後に、磁性コアを有する粒子に対し、磁気による戻し力を加えることが可能な磁気手段とを備える。磁気手段は、有利には、例えば、磁気片または電磁石のような要素から選択することができる。

本発明の他の利点および特徴は、添付の図１を参照しつつ、実例となる例および非限定的な例として与えられる以下の実施例を読めば明らかになり、図１は、ディスプレイの４つの並列するピクセルを非常に単純化した図をあらわし、多色電気泳動インクを構成する４種類の異なる粒子を図示する。各ピクセルは、一方では磁力によって制御され、他方では異なる静電力によって制御され、その結果、多色ディスプレイを得るために、１つ以上の異なる種類の粒子が各ピクセルの表面電極に向かって移動する。

（実施例１：磁性コアを有する白色粒子の合成）
別個に得られた全種類の粒子を混合することによって、電気泳動インクを製造する。磁性粒子または非磁性粒子の合成は、同じプロセスによるものであるが、磁性粒子の合成は工程の数が多く、非磁性粒子の合成は行程の数が少ない。

本実施例には、磁性コアを有する白色粒子の合成を記載する。もちろん、この合成は、望ましい色の粒子を得るために、任意の顔料を用いて行うことができる。また、非磁性型の粒子の場合、磁性コアの調製（工程１および２）、そしてこれを顔料で覆うこと（工程３）からなる合成の初めの数工程は、再現されないだろう。

第１の工程：有機強磁性流体の調製：
強磁性流体の合成は、「Ｍａｓｓａｒｔプロセス」として知られるプロセスにしたがって行われる。このプロセスは、マグネタイト（Ｆｅ_３Ｏ_４）を得るために、水性媒体中で塩化第二鉄（ＦｅＣｌ_３）および塩化第一鉄（ＦｅＣｌ_２）を共沈殿させることからなる。このために、１８０ｇのＦｅＣｌ_２、１００ｍｌのＨＣｌ、５００ｍｌの水をビーカー内で混合する。原則として、ＦｅＣｌ_２の溶解を促進するために、合成開始時に塩酸（ＨＣｌ）を加える。すばやく攪拌しつつ、次いで、３７０ｍｌのＦｅＣｌ_３を加え、その後、２Ｌの水を加え、さらに混合物を激しく攪拌する。しかし、この共沈殿は、塩基性媒体中でしか起こり得ない。その結果、１Ｌの濃アンモニア水溶液を一度にすばやく加え、混合物を３０分間攪拌し続ける。この時間経過後に、水性強磁性流体が得られる。

次いで、得られた強磁性流体に１３６ｇのオレイン酸を加え、次いで、混合物を７０℃で３０分間攪拌する。実際に、オレイン酸によりマグネタイトナノ粒子表面に炭素系鎖をグラフト結合することによって、水相強磁性流体を有機相強磁性流体にすることができる。次いで、強磁性流体をデカンテーションし、洗浄し、次いで、例えばオクタンまたはシクロヘキサンなどのアルカン中、有機相に再分散する。

第２の工程：磁性ラテックスの調製
次いで、本発明の意義の範囲内にある磁性コア型の粒子の磁性コアを製造するために、第１の工程で得られたマグネタイトをポリマーで包み込む。このために、得られたこのマグネタイト２ｇを、６ｇのスチレンおよび０．２５ｇのヘキサデカンに分散させる。マグネタイトを十分に分散させ、ミニエマルションを製造するために、混合物全体に超音波をかける。スチレンは、マグネタイトを包み込むために用いられるモノマーである。ヘキサデカンは、疎水性の高い薬剤であり、ミニエマルションの製造を可能にする。次いで、ビーカー中で０．２ｇのＳＤＳ（ドデシル硫酸ナトリウム）を水２５ｇに溶解し、次いで、ミニエマルションを加え、混合物を２０分攪拌する。ＳＤＳは、ミニエマルションに粒子を十分に分散させることが可能な界面活性剤である。次いで、粒子の良好な分散を維持するために混合物全体に超音波を５分間かけ、次いで、０．１０ｇのＫＰＳ（過硫酸カリウム）を水に希釈したものを加える。ＫＰＳは、この場合には、重合開始剤である。次いで、混合物全体を７０℃で１２時間加熱する。この時間中に、ポリマーが析出し、それぞれのマグネタイト粒子を覆う。次いで、磁性ラテックス粒子（磁性コアとも呼ばれる）が得られる。

第３の工程：磁性コアを顔料で着色
この工程では、前の工程で得られた磁性ラテックスを、まずアルコール系溶媒（例えば、エタノール）に分散させる。次いで、この混合物に水／アンモニア水溶液を加え、次いで、チタン酸テトラブチルを約１時間３０分かけて滴下し、次いで、混合物をさらに２時間攪拌する。この場合、水／アンモニア水溶液によって、前駆体（チタン酸テトラブチル）が磁性ラテックスの周囲で酸化チタン（ＴｉＯ_２）として凝集する。次いで、得られた集合体全体を遠心分離／再分散サイクルによって洗浄する。これらのサイクル終了時に、酸化チタンの白色層でコーティングされた磁性ラテックスが得られる。

もちろん、この実施例は、単なる例示であり、磁性ラテックスは、適切な顔料の使用によって、任意の色に着色されてもよい。したがって、例えば、黄色の層（例えば、硫化カドミウム）を用いて磁性ラテックスを覆うことが望ましい場合には、酸化クロムを、例えば、硫化カドミウム前駆体の加水分解によって磁性コアに析出させる。ＣｄＳの前駆体は、酢酸カドミウムの水溶液にチオアセトアミドを加えて得られるＣｄ^２＋イオンの溶液である。黄色顔料の析出は、時間をかけて行う。この場合、水／アンモニア水溶液は必要なく、２種類の試薬は自然に反応する。いずれにせよ、任意の顔料を用いた磁性ラテックスの着色は、当業者ならすでに知っているプロセスにしたがって、磁性ラテックス表面に顔料を析出させることが可能な化合物を混合することによって行うことができる。

磁性コアを着色したら、磁性型の粒子を製造するプロセスの最終段階は、静電的に帯電させることが可能なポリマーを包み込むことからなる。

同様に、非磁性型の粒子の場合、静電的に帯電させることが可能なポリマーシェルで、このような粒子のために選択された顔料を包み込むことが必要である。

この場合、中間工程（以下に記載する第４の工程）は、マクロ開始剤を合成することからなる。共開始剤と組み合わせて使用するマクロ開始剤は、顔料（または、粒子の種類によっては着色した磁性コア）の周りでポリマーシェルを重合させるだけではなく、このようにして合成した粒子を非極性有機媒体中で安定させ、粒子がすべてが均質になるよう粒径を制御することも可能にする。

本記載の他の部分で、「共開始剤」または「開始剤」という用語は、重合反応を開始させるために使用する添加剤を区別なく示す。重合反応を開始した後、共開始剤はホモポリマーを生成し、これが析出によって粒子に関与し、粒子の拡大に関与するだろう。本記載の他の部分全体で使用する共開始剤は、Ａｒｋｅｍａ社から「Ｂｌｏｃｋｂｕｉｌｄｅｒ」というブランド名で製造され、販売される開始剤である。

「マクロ開始剤」という用語は、粒子を安定化させるように機能する疎水性ポリマー鎖と、重合反応を開始させるように機能する開始剤部分とで構成される添加剤を示し、最終的に、コポリマーを生成する。本記載の残りの部分で、粒子を安定化するように機能する疎水性ポリマー鎖を明確に区別するために、「立体反発毛状部（ｓｔｅｒｉｃ ｒｅｐｕｌｓｉｏｎ ｈａｉｒ）」という用語によって示す。マクロ開始剤は、有利には、共開始剤から合成される。その結果、マクロ開始剤の開始剤部分は、共開始剤と同一である。マクロ開始剤および共開始剤は、両方とも、官能性モノマーの重合反応を並行して開始させる。重合反応終了時に、立体反発毛状部の末端にあり粒子に固定される新しく作られたポリマー鎖を含むコポリマーが生成される。したがって、立体反発毛状部は、粒子に接続したままであり、それによって非極性有機媒体中で粒子を安定化させることができる。

共開始剤自体は、上の反応を開始させ、ホモポリマーのみを製造するように機能する。これら２種類の開始剤を適切な比率で組み合わせると、最終的に得られると思われるラテックス粒子の粒径を正確に制御することができる。実際に、２種類の開始剤の比率は、ホモポリマーとコポリマーの比率に影響を与え、そのため、得られる粒子の粒径に影響を与えるだろう。

第４の工程：有機分散重合の最終工程のためのマクロ開始剤の合成
１００ｍｌの丸底フラスコ中、１．３３ｇの共開始剤と、２６．１０ｇのアクリル酸２−エチルヘキシルを３０ｍｌのトルエン中で混合する。均質になるまでこの溶液を攪拌する。次いで、溶解した気体をすべて除去するために、攪拌しながら減圧／窒素サイクルを行う。次いで、攪拌しつつ、この丸底フラスコを１２０℃で２時間加熱し、次いで、冷水浴で冷却する。このようにして作成したマクロ開始剤を、残留モノマーから精製するために、メタノールから析出させる。次いで、残った溶媒を除去するために、得られた粘性液体を減圧下、５０℃で乾燥させる。このようにして合成したマクロ開始剤は、包み込まれる粒子の種類により、顔料または着色した磁性コアを包み込む後の工程で使用する準備ができている。

第５の工程：最終粒子の合成
２５０ｍｌのビーカー中、すでに合成した粒子（すなわち、合成すべき最終粒子の種類により、着色した磁性コアまたは無機顔料）３ｇと、４ｇのＳｐａｎ ８０（ソルビタンモノオレエート）を２００ｍｌのトルエン中で混合する。Ｓｐａｎ ８０は、着色した磁性粒子または無機顔料を、使用する非極性有機溶媒（この場合にはトルエン）中で良好に分散させることができる界面活性剤である。Ｓｐａｎ ８０が完全に溶解するまで、この混合物を５分間攪拌し、次いで、包み込まれる粒子を十分に分散させるために、この混合物に超音波をかける。このために、出力が約４２０Ｗに８分間調節され、パルス２ｓ、休止２ｓが交互に起こる超音波プローブを利用する。この超音波処理中、有機媒体の温度が上がるのを防ぐために、懸濁液を含むビーカーを冷水浴に入れる。

同時に、０．２ｇのマクロ開始剤と、０．５ｍｇの共開始剤を５ｍｌのトルエンに溶解する。加えるべき５ｍｌの４−ビニルピリジンも調製する。４−ビニルピリジンは、無機顔料または着色した磁性コアの周りにポリマーシェルを形成することが可能なモノマーの１つである。次いで、このシェルを正に帯電させてもよく（４−ビニルピリジンの場合）、または負に帯電させてもよい（共重合していてもしていなくてもよいアクリル酸型、メタクリル酸型またはこれらの誘導体の酸モノマーを使用する場合）。超音波処理が終わったらすぐに、粒子分散物を、毎分３００回転で機械攪拌しつつ２５０ｍｌ反応器に注ぐ。次いで、マクロ開始剤と共開始剤の混合物をトルエンに溶解し、次いで４−ビニルピリジンをこの反応器に加え、窒素を通しつつ、混合物全体を１２０℃で１２時間加熱する。このようにして合成した白色磁性粒子をその後回収し、次いで、トルエン中、毎分３０００回転で遠心分離／再分散によって精製する。この遠心分離工程によって、均質な粒径の粒子のみを保持することができる。均質な粒径の粒子を回収する別の方法は、透析を行うことからなる。

静電的に帯電させることが可能なポリマーシェルを作成することを意図する官能性モノマーは、粒子が保有しなければならない最終的な電荷によって選択される。したがって、正に帯電した粒子を含むために、顔料を覆う官能性ポリマーは、例えば、４−ビニルピリジンのモノマー、またはジメチルアミノメタクリレート−コ−スチレンから作られる。負に帯電した粒子を含むために、顔料を覆う官能性ポリマーは、共重合してもしなくてもよいアクリル酸またはメタクリル酸およびその誘導体と、別の中性モノマー、例えば、スチレンまたはＭＭＡ（メタクリル酸メチル）から作られる。

この方法によって、粒径が５０ｎｍ〜５０μｍのラテックス粒子を得ることができる。５０ｎｍより小さいと、ポリマー鎖が短くなりすぎ、析出しないため、粒子を生成しないという危険性がある。

この意図した用途のための粒子の粒径は、好ましくは、０．５〜２μｍである。

有利には、粒径の選択は、固定したモノマー含有量でマクロ開始剤の割合に対する共開始剤の割合を変えることによって得られる。意図した用途のためのマクロ開始剤／共開始剤のモル比は、好ましくは、２．５〜３０である。実際に、マクロ開始剤のモル濃度に対する共開始剤のモル濃度が大きくなると、粒子の粒径が大きくなり、逆もまた真である。

適切な化合物存在下では、ポリマーシェル自体が帯電している。外側のシェルを形成するポリマーは、酸単位（負の粒子の場合）または塩基単位（正の粒子の場合）のいずれかを有する。したがって、単純な酸−塩基反応によって、これらの単位からプロトンが放出されるか、またはこれらの単位がプロトンを捕捉することによって電荷を獲得する。正の粒子の場合、プロトンを捕捉する代わりに、塩基単位の窒素原子に結合可能な任意の化学基を捕捉することもできる。すなわち、例えば、このようにして合成した白色粒子がヨードメタン存在下におかれるときにこのような現象が起こり、粒子は正に帯電する。

非磁性粒子の合成の場合、工程４および５のみ（すなわち、無機顔料を包み込むために工程５で必要なマクロ開始剤の合成）を行う。表面処理または界面活性剤の観点で、無機顔料を非極性有機媒体にあらかじめ分散させておく。表面処理は、例えば、疎水性を上げるために、顔料のヒドロキシル基に炭素系の鎖をグラフト結合することからなっていてもよい。表面修飾を行ったら、顔料を分散させるために、超音波を５〜１０分間使用する。

ある実施変形例によれば、顔料の表面張力を変えるために、界面活性剤、例えば、ソルビタンモノオレエート（Ｓｐａｎ ８０）を使用する。次いで、超音波を５〜１０分間用いることによって、無機顔料を非極性有機媒体に分散させる。

上述のプロセスにしたがって全種類の粒子を別個に製造したら、多色インクを生成するようにこれらの粒子を混合し、これを電気泳動ディスプレイのピクセルに注ぐ。

（実施例２：磁性コアを有する黒色粒子の合成）
この合成に使用する製品は、以下のとおりである。マグネタイトＦｅ_３Ｏ_４黒色顔料、顔料粒子を非極性溶媒に良好に分散させることができる界面活性剤としてＳｐａｎ ８０（ソルビタンモノオレエート）、Ａｒｋｅｍａ社から「Ｂｌｏｃｋｂｕｉｌｄｅｒ」というブランド名で販売される共開始剤、マクロ開始剤の合成に使用することを意図するアクリル酸２−エチルヘキシル、黒色顔料を包み込む正に帯電したポリマーシェルを作成することを意図したモノマーである４−ビニルピリジン、非極性溶媒としてトルエン。アクリル酸２−エチルヘキシルおよび４−ビニルピリジンモノマーは、残留する阻害剤を除去するために、乾燥剤（例えば、水素化カルシウムＣａＨ_２）であらかじめ精製し、減圧下で蒸留しておく。

第１の工程：マクロ開始剤の合成：
１００ｍｌの丸底フラスコ中、１．３３ｇの共開始剤と、２６．１０ｇの２−エチルヘキシルアクリレートを３０ｍｌのトルエン中で混合する。均質になるまでこの溶液を攪拌する。次いで、溶解した気体をすべて除去するために、攪拌しながら減圧／窒素サイクルを行う。次いで、攪拌しつつ、この丸底フラスコを１２０℃で２時間加熱し、次いで、冷水浴で冷却する。このようにして作成したマクロ開始剤を、残留モノマーから精製するために、メタノールから析出させる。次いで、残った溶媒を除去するために、得られた粘性液体を減圧下、５０℃で乾燥させる。このようにして合成したマクロ開始剤は、顔料を包み込む後の工程で使用する準備ができている。

第２の工程：分散重合によるＦｅ_３Ｏ_４顔料の包み込み
２５０ｍｌのビーカー中、３ｇのＦｅ_３Ｏ_４と、４ｇのＳｐａｎ ８０（ソルビタンモノオレエート）を２００ｍｌのトルエン中で混合する。Ｓｐａｎ ８０は、非極性有機溶媒中で顔料粒子を良好に分散させることができる界面活性剤である。Ｓｐａｎ ８０が完全に溶解するまで、この溶液を５分間攪拌し、次いで、顔料粒子を十分に分散させるために、この混合物に超音波をかける。このために、出力が約４２０Ｗで８分間調節され、パルス２ｓ、休止２ｓが交互に起こる超音波プローブを利用する。この超音波処理中、有機媒体の温度が上がるのを防ぐために、懸濁液を含むビーカーを冷水浴に入れる。

同時に、０．２ｇのマクロ開始剤と、０．５ｍｇの共開始剤を５ｍｌのトルエンに溶解する。加えるべき５ｍｌの４−ビニルピリジンも調製する。超音波処理が終わったらすぐに、Ｆｅ_３Ｏ_４分散物を、毎分３００回転で機械攪拌しつつ２５０ｍｌ反応器に注ぐ。次いで、マクロ開始剤と共開始剤の混合物をトルエンに溶解し、次いで４−ビニルピリジンをこの反応器に加え、窒素を通しつつ、混合物全体を１２０℃で１２時間加熱する。４−ビニルピリジンは、顔料の周りにポリマーシェルを作成し、その後に正に帯電させることが可能なモノマーである。

このようにして合成した黒色粒子をその後回収し、次いで、トルエン中、毎分３０００回転で遠心分離／再分散によって精製する。この遠心分離工程によって、均質な粒径の粒子のみを保持することができる。均質な粒径の粒子を回収する別の方法は、透析を行うことからなる。

次いで、例示的な実施形態に記載する方法で合成した黒色粒子を、例えば、ヨードメタン存在下、または酸基を有する他の粒子と接触させ、正に帯電させる。正に帯電した磁性黒色粒子はこのようにして得られる。

実施例３：多色電気泳動インクを含むディスプレイデバイス
図１に模式的にあらわされるのは、ディスプレイデバイスの４個のピクセルである（それぞれ、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３およびＰ４で示す）。ディスプレイデバイスは、１０で示す透明表面電極を備えており、この電極はすべてのピクセルを覆っている。また、２０で示す底部電極も備えている。２つの電極の間に空洞部１１が作られ、多色電気泳動インクが充填されている。実際に、空洞部は、互いに連通するセルを備える。これらのセルは、一方では垂直壁２１によって底部電極２０に対して垂直に区分けされており、他方で、底部電極２０によっても区分けされている。これらのセルは実際に、ディスプレイのピクセルＰ１〜Ｐ４を画定している。これらのピクセルは、インクが自由に流れてすべてのセルを充填するように、互いに連通する。底部電極２０は、接触領域２２を備えている。実際には、それぞれのセルまたはピクセルの下部に接触領域が存在し、それぞれの接触領域２２は、各ピクセルへの異なる静電力印加を制御することを意図する集積回路３０のトランジスタ３２に接続される。最終的に、４０で示す磁気手段は、底部電極２０の下に配置される。この磁気手段４０は、例えば、磁気片または電磁石の形態であってもよい。

各ピクセルＰ１〜Ｐ４に充填するインクは、構成要素である４種類の粒子によってあらわされ、これらの粒子は、それぞれＡ、Ｂ、ＣおよびＤで示される。いかなる様式にも限定しないこの具体例では、粒子Ａは、例えば青色であり、非磁性であり、正に帯電しており、粒子Ｂは、例えば黄色であり、磁性コアを有し、正に帯電しており、粒子Ｃは赤色であり、非磁性であり、負に帯電しており、最後に、粒子Ｄは黒色であり、磁性コアであり、負に帯電している。

磁性コアを含むそれぞれの粒子（すなわち、この実施例では粒子ＢおよびＤ）は、ディスプレイデバイスの底部に配置される磁気片または電磁石４０によって誘発される、磁気による戻し力が加わる。その結果、磁性粒子を表面電極１０に向かって移動させるためには、この磁気による戻し力に勝つために、電極間に印加される電圧を、非磁性型の粒子を移動させるために加える電圧よりも大きくすることが必要である。

本記載の他の部分で、非磁性粒子を移動させるのに必要な電圧の閾値は、Ｖ＋（Ｖ−）で示され、磁性粒子を移動させるのに必要な電圧の閾値は、Ｖ＋＋（Ｖ−−）で示される。

したがって、ピクセルＰ１では、電極間に電圧Ｖ＋が印加され、その結果、非磁性の負に帯電した粒子Ｃが正の表面電極１０に向かって移動する。その結果、ピクセルＰ１は、粒子Ｃの赤色を表示する。ピクセルＰ２では、電極間にＶ＋＋が印加され、その結果、非磁性で負に帯電した粒子Ｃと、さらに磁性で負に帯電した粒子Ｄが正の表面電極１０に向かって移動する。その結果、２種類の粒子ＣおよびＤの赤色および黒色がピクセルＰ２の表面で重ね合わされ、その結果、このピクセルＰ２は、黒色を表示する。ピクセルＰ３では、電極間に電圧Ｖ−が印加され、その結果、非磁性の正に帯電した粒子Ａが、負に帯電した表面電極１０に向かって移動する。したがって、ピクセルＰ３は、粒子Ａの色である青色に見える。最後に、ピクセルＰ４では、電圧Ｖ−−が印加され、その結果、非磁性で正に帯電した粒子Ａと、さらに、磁性で正に帯電した粒子Ｂが、負に帯電した表面電極１０に向かって移動する。その結果、粒子ＡおよびＢの青色および黄色がピクセルＰ４の表面で重ね合わされ、その結果、このピクセルＰ４は、緑色を表示する。

上述の事例は、このようなインクを含む多色ディスプレイがどのように動作するかを説明するための具体例にすぎない。表示される色は、磁性または非磁性であり、負または正に帯電した着色粒子の選択によって変わるであろう。さらに、好ましくは、インクを構成する粒子は、ピクセル内の粒子の移動によってＲＧＢ系の色またはＣＭＹ系の色および黒色を表示することができるように選択される。もちろん、本発明の内容から逸脱することなく、別の表色系を選択することもできる。

ピクセルが非常に小さく、非常に近接しているため、肉眼では、ピクセルを他のピクセルと区別するのに十分な解像度はない。その結果、３列または４列並列したピクセルによって表示される色は、加えて、肉眼では重なり合っているように見える。したがって、眼は、多くの陰影を有する色範囲全体を再構築する。したがって、例えばＲＧＢ系の三原色を表示する一連のピクセルを見たとき、肉眼ではそれらが重なり合って見えるため、スクリーン上には白色の領域が見えるであろう。

このようにして合成した多色インクには、多くの利点がある。特に、多色ディスプレイデバイスを製造するのに必要なＲＧＢ（赤−緑−青）系の少なくとも３色を、単一のインクで表示することができる。ある場合には最大コントラストの５０％〜７５％が失われ得るような、フィルターや２色ピクセル並列を使用するディスプレイと比較しても、このインクを使用すればコントラストが低下しない。このことは、各ピクセルがすべての色を表示できるという事実によって可能になる。

カラーディスプレイデバイス自体の製造するプロセスにも有利である。つまり、単一のインクであるため、ピクセルに充填するインクの量を制御する必要がない。

Claims (13)

1. 非極性有機媒体に分散した少なくとも４種類の粒子を含み、前記４種類の粒子のそれぞれが、前記粒子と連結するある色の顔料を含み、正または負の静電荷を有し、上述の種類の粒子の少なくとも１種類が磁気特性（磁性コア）を有し、その結果、前記それぞれの種類の粒子を、静電力の作用と磁気による戻し力の作用との組み合わせにより、所定の様式で移動できることを特徴とする、多色電気泳動インク。
2. 磁性コアを有する２種類の粒子を含み、前記２種類の粒子のそれぞれについて、前記磁性コアが、前記粒子と連結するある色の顔料で覆われており、次いで、それぞれ静電的に正および負に帯電させることが可能な官能性ポリマーで包み込まれることを特徴とする、請求項１に記載の多色電気泳動インク。
3. ２種類の非磁性粒子を含み、前記２種類の粒子のそれぞれが、前記粒子と連結するある色の顔料を含み、それぞれ静電的に正および負に帯電させることが可能な官能性ポリマーで包み込まれることを特徴とする、請求項１または２に記載の多色電気泳動インク。
4. 前記粒子のうち３種類はそれぞれが、ある色の顔料を含み、その結果前記３種類の粒子が、前記粒子の移動によりＲＧＢ系の色またはＣＭＹ系の色を表示することができ、第４の種類の粒子が白色顔料または黒色顔料を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の多色電気泳動インク。
5. それぞれの種類の粒子を別個に非極性有機媒体中で合成すること、次いで、これらを混合すること、次いで、前記非極性有機媒体が、得られるインクの分散媒体を構成することからなることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の多色電気泳動インクを製造するプロセス。
6. 磁性コアを有する粒子の前記合成は、磁性コアを合成すること、前記磁性コアを無機顔料で覆うこと、次いで、帯電させることが可能な官能性ポリマーで前記磁性コアを包み込むことからなることを特徴とする、請求項５に記載のプロセス。
7. 前記磁性コアの前記合成は、非極性有機媒体中で安定な磁性粒子を合成すること、次いで、スチレンモノマーまたはメタクリル酸メチルモノマーから、極性または非極性の有機媒体または水性媒体中での異種媒体重合技術によって、前記磁性コアを含むラテックスを合成することからなることを特徴とする、請求項６に記載のプロセス。
8. 合成される前記磁性粒子または用いられる前記磁性粒子が金属酸化物であることを特徴とする、請求項７に記載のプロセス。
9. 前記非磁性粒子の合成は、帯電させることが可能な官能性ポリマーで無機顔料を包み込むことからなることを特徴とする、請求項５に記載のプロセス。
10. 着色した磁性コアまたは無機顔料を包み込む前記工程は、前記着色した磁性コアまたは前記顔料を前記非極性有機媒体に分散すること、次いで、前記有機媒体中で安定な少なくとも１つのポリマーラテックスを合成すること、前記ラテックスを前記着色した磁性コアまたは前記顔料の周囲で保護性のシェルを形成するように析出させることからなり、前記ラテックスの合成は、マクロ開始剤と共開始剤とを組み合わせて使用し、静電的に帯電させることが可能な官能性モノマーの、前記有機媒体中での重合によって行われることを特徴とする、請求項６または９に記載のプロセス。
11. 請求項１から４のいずれか一項に記載の多色電気泳動インクを含む多色電気泳動ディスプレイデバイスであって、
    表面電極（１０）と、
    前記多色電気泳動インクが充填されたセルを含み、前記各セルがその近傍と流体連通し、ピクセル（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４）を画定する空洞部（１１）と、
    各ピクセル下部に接触領域（２２）を含み、各接触領域が、各ピクセルへの静電力の印加を制御することを意図する集積回路（３０）のトランジスタ（３２）に接続される底部電極（２０）と、
    各ピクセルに含まれる磁性コア型の粒子に対し、磁気による戻し力を加えることが可能な磁気手段（４０）と
    を備えることを特徴とする、多色電気泳動ディスプレイデバイス。
12. 前記磁気手段（４０）が、磁気片または電磁石などの要素から選択されることを特徴とする、請求項１１に記載の多色電気泳動ディスプレイデバイス。
13. 請求項１１または１２に記載される多色電気泳動ディスプレイデバイスを製造するための、請求項１から４のいずれか一項に記載の多色電気泳動インクの使用。

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