JP3630990B2 - 回転ボールの製造方法及び表示媒体の製造方法及び表示装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転ボールの製造方法及び表示媒体の製造方法及び表示装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、情報機器の発達に伴い、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、これらニーズに合わせた表示装置の研究、開発が盛んに行われている。中でも液晶表示装置は、液晶分子の配列を電気的に制御し液晶の光学的特性を変化させる事ができ、上記のニーズに対応できる表示装置として活発な開発が行われ商品化されている。しかしながら、現在の液晶表示装置には、画面を見る角度や、反射光により、画面上の文字が見ずらく、また光源のちらつき・低輝度等から生じる視覚への負担が、未だ十分に解決されていない。この為、視覚への負担の少ない新たな表示装置の研究が盛んに検討されている。
【０００３】
新たな表示装置として、Ｎ．Ｋ．Ｓｈｅｒｉｄｏｎらにより電界駆動による微小ボールの回転を利用した表示装置が提案されている（“Ａ ｔｗｉｓｔｉｎｇＢａｌｌ Ｄｉｓｐｌａｙ”，Ｐｒｏｃ． ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ，第１８巻３／４号、２８９−頁，１９７７年、米国特許４１２６８５４号、同４１４３１０３号、同５３８９９４５号、特開昭６４−４２６８３号）。この表示装置は、微小なボールを用い、該ボールは一方の半球面が白色で、他方の半球面が黒色となっており、前記ボールを支持体に形成したキャビティ内に配し、各キャビティ内に高抵抗な液体を充填して、この液体中でボールが自由に回転できるようにしたものである。この場合、液体の種類により、ボールの黒色と白色の夫々の半球部分の相互の帯電状態が異なり、外部電界を与える事によってボールの白色又は黒色の半球面を観察する側にむけるよう回転を制御することができ、目的とする表示ができる。このような機械式の表示方法は、温度変化、電気的擾乱ノイズに対して極めて安定であり、メモリ性を有する為に表示中に電力を必要としない。さらに、ボール表面の自然光の反射・散乱を利用して表示する為に液晶装置・ブラウン管でみられるような光源のちらつき等にて起こる眼疲労を抑えることができる理想的な表示装置である。
【０００４】
このような表示装置に使用する２色ボールの製造方法として、ホスト液体中で２色の硬化可能液滴を合流させ硬化させる方法、遠心力によって２色の硬化可能液滴を合流させ硬化、捕集する方法等が提案されている（特公平７−６７７５４、特開平５−２７９４８６）。
【０００５】
前者の方法は、ホスト液体中で液体から固化しうる材料によって２色ボールが構成され、後者の方法も、遠心力によって放射されている間に液体から球状固体へと固化する材料を選択して使用する。
【０００６】
しかしながら、上記従来例では次のような問題点があった。即ち、上記方法に使用できるボール材料は、通常、有機物で、熱可塑性樹脂に限られるため材料の選択が狭められてしまう。さらに着色ボールを液体中で回転させる場合、有機材料は液体種によっては膨潤してしまうため液体種の選択の範囲が限られてしまう。
【０００７】
そこで本発明の目的は、上記課題に鑑みてなされたもので、従来方法では作製できなかったガラスやセラミックスなどの無機材料、或いは、熱硬化性樹脂、或いは、耐薬品性には優れるが低温度軟化姓樹脂などからなる着色ボールを容易に且つ大量に製造できる方法を提供することにある。
【０００８】
また、Ｍ．Ｓａｉｔｏｈらの文献Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＳＩＤ，Ｖｏｌ．２３／４，１９８２，２４９−２５２にこのような表示装置に使用する着色ボールの別の製造方法が提案されている。上記文献では、 ＦＩＧ．５に基板上に配置された粘着層に白色ボールを埋め込み、真空蒸着法で露出した白色ボール半球に黒色層を形成している。
【０００９】
しかし、 Ｍ．Ｓａｉｔｏｈらの文献では、製造誤差から複数の白色ボールの粒径が異なってしまうことを問題としていない。また、その場合、 Ｍ．Ｓａｉｔｏｈらの文献の製造方法では、複数の微小ボール半球表面に等しく着色層を形成できない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、製造誤差から複数の微小ボールの粒径が異なった場合でも、容易に複数の微小ボール半球表面に等しく微小ボールと光学的特性の異なる層を形成できる回転ボールの製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
また、特公平７−６７７５４号公報及び特開平５−２７９４８６号公報等の先行技術で作製された２色ボールに比べて、着色層形成部と非形成部の境界が明瞭となり、表示装置のコントラストが向上した表示装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために以下の製造方法を採用した。
【００１３】
本発明の製造方法は、互いに比重が等しいボール複数を熱可塑性フィルム上に形成する工程と、該ボールの比重に合わせて該フィルムの加熱温度を制御して該フィルムを軟化させ、該ボールを該フィルム中に沈降させる工程と，表面張力により沈降速度が低下し沈降停止状態になった時点で該フィルムを冷却することにより、該ボールの半球を該フィルム中に埋め込む工程と、露出した該ボール表面に該ボールと光学的特性の異なる層を形成する工程と、該層が形成されたボールを該フィルムから取り出す工程と、を有する。更に、複数のボールは互いに粒径が異なった場合でも、各ボールの大きさの多少の不揃いに関係なく、それぞれのボールの下半球を埋め込むことができる。また、フィルム中にボールを埋め込んだ後、該層を形成するため、該層の形成部と非形成部との境界を明瞭にすることができ、表示装置のコントラストを高く維持できる。
【００１４】
更に、フィルムの溶解を超音波による衝撃を与えながら行っても良い。溶解速度を高めることができ、また、回転ボールに付着した蒸着膜のバリを容易に除去できる。
【００１５】
更に、フィルム中からボールを取り出した後、回転ボールにオゾン或いは酸素を含むプラズマを曝露することによって、回転ボール表面を清浄化することにより、回転ボール表面に残留した有機物を完全に除去できる。よって、層形成部と非層形成部の材料が持つ帯電状態を保持することができる。
【００１６】
更に、前記ボールの比重に合わせて該ボールの加熱温度を制御して前記フィルムを軟化させる工程を行っても良い。ボールの大きさの違いによる熱容量に起因するボール埋め込み時間のバラツキを抑制できる。
【００１７】
更に、気相エッチング法にてフィルムから回転ボールを回収しても良い。よって、溶剤或いは水に弱い着色材料を使用できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
フィルムと接触しているボールのフィルム内への埋め込みは、ボールの自重により行う。自重埋め込みは、フィルムを軟化させることにより、ボールを自重で沈下させる。この自重沈下で特徴的なことは、ボールの大きさのバラツキによらず、ボール体積の約半分をフィルム中に沈降させることができることにある。
【００１９】
自重でボールの約半分を沈降させるには、ボールの比重に合わせてフィルムの加熱温度を制御する必要がある。フィルムの加熱温度はそのフィルムの軟化点よりも高く設定する。ボールの比重が重い場合、例えばボールを構成する材料が酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛等である場合、フィルムは、軟化点近傍或いはそれよりも数から１０数度高い温度で加熱する。一方、ボールの比重が軽い場合、ボールを構成する材料が、ガラス或いは樹脂ボールである場合、フィルムの加熱温度を１０数〜数１０度高く設定する。ただし、フィルム材料は、金属などと異なり、合成方法、重合度、不純物などによって、同じ材料であっても軟化点或いは軟化点より高い温度での軟化の具合がかなり異なる場合があり、厳密の規定はできない。
【００２０】
使用するボールの比重は、殆どがフィルムより大きいため、加熱温度を上げすぎると、ボールはフィルム中に容易に没してしまう。しかし、適当な加熱温度に設定すると、ボールの大小に関係無く、ボールの体積の約半分程度が没した時点で、沈降速度が急激に低下し、見かけ上、沈降停止状態となる。これはフィルムの表面張力がボールに作用するためで、ボールの半分程度が没したとき最も強く作用する。この時点でフィルムを冷却することにより、ボールの半分がフィルムに埋め込まれたフィルムを得ることができる。
【００２１】
次に、上記着色層を形成した着色ボールの表示原理を図４を用いて説明する。白色の微小ボール１は、半球面に黒色の着色層２が積層して形成されている。図４より、観察側から見て、着色ボールの黒色側が観察側に向いた場合には、自然光が黒色の着色層２にて吸収され、黒色の着色層２の色を見ることとなり、着色ボールの白色側が観察側に向いた場合には自然光が微小ボール１にて反射され白色が見えることなる。微小ボールの寸法としては、ボールの直径が表示装置としての一画素以下の大きさとなるよう、２００μｍ以下のものが好ましい。微小ボールの形状としては、球体のような曲面形状のものであれば良い。
【００２２】
着色層２は、反射光の色、反射強度の差を用いることにより観察側からみて微小ボール材料と異なる色相を表示できればよい。。微小ボール表面上に着色層を被覆することにより、反射光の色、反射強度等の光学的特性の異なる２つの表面を作り出している。また、着色層としては、絶縁性液体中で安定で、機械的強度が強く、ボール表面への固着性の良い材料であることが好ましい。更に、着色層の色は、白色及び黒色に限られることなく、イエロー、マゼンタ、シアン等でも良い。
【００２３】
本発明の表示装置の１例を図４を用いて説明する。着色層２を形成した微小ボールと、該着色ボールを回転自在に支持する支持体５と、着色ボールが自在に回転できる為の間隙（キャビティ）７とで構成された表示媒体と、該着色ボールを回転し所望の着色層側を表示させる為の電極６、６’と電源８より構成される駆動手段よりなる。また、該間隙７は絶縁性液体で満たされている。
【００２４】
本発明の表示装置の駆動原理の一例を図６を用いて説明する。絶縁性液体中の粒子は、粒子と液体の間で電荷の授受が行われ電気二重層が形成され、粒子は正または負に帯電することが知られている。本発明の微小ボール１では半球表面に黒色の着色層２が形成され、他の半球面は白色である為、２つの異なる物質からなる領域を有する。よって、絶縁性液体から着色ボール表面に正イオン粒子又は負イオン粒子が特異吸着して、着色ボール表面に表面電位が生じる。この為、絶縁性液体中では各領域で帯電特性が異なることとなり、着色ボールの極方向に双極子モーメントを持つようになる。この着色ボールに電場を印加すると着色ボールにはその極方向を電界方向に揃えようとするトルクが働き、着色ボールはいずれかの半球面を一方向に揃える。白色微小ボール領域がマイナス帯電し、黒色層がプラス帯電しているとすると電源にてプラスが印加された電極６’に白色微小ボール側が、マイナスが印加された電極６に着色層２側がくる。これにより図面上部より本発明の表示装置を観察すると白色が見える。電界の方向を逆転すれば微小ボールは反転し、黒色層２側を観察側に向け黒色が見える。
【００２５】
図６に示すように、着色ボール、絶縁性液体で満たされたキャビティ７内を有する支持体５で構成された表示媒体を整形し、表示媒体の上下面に複数の電極を配置し、対向配置された電極間に電圧を印加することにより、該電圧の極性に従う表示色を表示することができる。
【００２６】
前記の絶縁性液体に用いる液体としては、電気的絶縁性の高い液体であればよくトルエン、キシレン等の有機溶剤や水を用いることが可能であるが、間隙を満たす絶縁性液体が揮発しないよう、不揮発性の液体を用いることが好ましい。特に透明なシリコーンオイルはイオンや不純物の含有量が低く、高抵抗な液体であり好ましい。また、絶縁性液体は、着色ボールと接触して、着色ボール表面を界面活性化させ、異なる２つの帯電電荷状態を誘発する性質を有する。
【００２７】
間隙の寸法としては、着色ボールの並進をなるべく防止し、メモリ性を有するため、着色ボールより少し大きいぐらいが好ましい。
【００２８】
また、着色ボールを駆動するに用いる電極としては、観察側からみて、微小ボールの表面に形成した着色層を観察できるよう、光透過であることが必要である。この為、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明導電膜を用いる。
【００２９】
支持体（光透過フィルム）としては、微小ボールの着色層を表示する為に、光学的に透明であることが必要であり、ポリエチレン、ポリスチレン、等の樹脂や、ガラス等を用いる。
【００３０】
本発明の表示装置は、着色ボールの回転を利用して、キャラクタ、グラフィック、ビデオ等の画像情報を表示する受光型表示装置に適用できる。また、紙のように見れ、紙のように動かせ、画像を書き込め、画像を複写でき、画像を読み込め、画像を消去できるペーパー・ディスプレイにも適用できる。
【００３１】
本発明は、別の実施形態をとっても良い。本発明の第２の表示装置では、着色ボールを透明な絶縁性液体と共に支持体（光透過フィルム）に形成されたキャビティ（空洞）中に分散させる以外の構成をとる。着色ボール間に単に絶縁性液体のみを介在させる構成をとるものである。
【００３２】
本発明の第２の表示装置の１つの例を図５を用いて説明する。着色ボール１００５は、微小ボールの半球表面に着色層が被覆されている（図示せず）。第１の透明電極１００１を有する第１の透明基板１００２と第１の透明基板と相対向し且つ第２の透明電極１００３を有する第２の透明基板１００４との間の空間を封止部（図示せず）により閉じた空間で構成し、この空間内の着色ボール１００５間を絶縁性液体１００６で充填する。閉じた空間を絶縁性液体で充填し、絶縁性液体中に着色ボールが分散された状態を示す。つまり、着色ボール１００５及び絶縁性液体１００６とで構成される表示媒体を透明電極を有する透明基板等で閉じる構成をとる。
【００３３】
以下、本発明の表示装置に用いられる構成部材を説明する。
【００３４】
まず、本発明に使用するボールは数百μｍ以下の直径を有する。ボール材料としては、特に制限はないが、例えば、ガラス、アルミナ、ムライト、チタニア、ジルコニア、酸化リチウムなどを含有する無機材料、あるいは無機材料、有機材料、金属材料の混合物などが使用可能である。
【００３５】
ボールを埋め込むフィルムは、通常基板上に形成しておくが、厚膜のフィルムを使用する場合は、基板を用いても用いなくても良い。基板上へのフィルム形成は、溶解或いは融解したフィルム溶液を塗布する、或いは基板とフィルムに熱をかけてラミネートするなどの方法により行うことができる。フィルム材料としては、熱可塑性樹脂を使用する。常温で固体であって、熱を加えることによって軟化する材料であれば特に制限はない。例えば、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート等を使用することができる。
【００３６】
フィルムを軟化させる方法としては、大別して２種類の方法がある。一つ目はフィルムを加熱して軟化させる方法、二つ目は一つ目と同時に加熱したボールをフィルムに接触させる方法、である。
【００３７】
軟化したフィルムに対してのボールを並べる方法としては、大別して２種類の方法がある。一つは、単純に振り撒くだけの方法である。軟化したフィルムに対して、十分な量のボールを散布することにより、フィルムと接触したボールはフィルムと接着する。フィルムと接触できなかったボールは、重力、風力などの力により除去する。これにより、フィルム上にはフィルムと接着したボールのみ残り、ランダムではあるが、１層からなるボール層を形成できる。もう一つの方法は、基板上にボールを１層並べて配置して加熱した後、基板上に形成されたフィルムをボールに接触させて接着を行う方法である。この場合、加熱はボール側でもフィルム側でもまた両方でも構わない。この方法の特徴は、ボールの配置を自由に設定できる点にある。即ち、ボールをフィルム上に最密充填の状態で１層形成できるため、単位面積当たりのボール密度を、前者の方法よりも十分高くすることができる。
【００３８】
フィルムと接触しているボールのフィルム内への埋め込みは、ボールの自重により行う。自重埋め込みは、フィルムの加熱温度を高めることにより、ボールを自重で沈下させる。この自重沈下で特徴的なことは、自動的にボール体積の約半分がフィルム中に沈降させることができることにある。
【００３９】
次に、ビーズの半球が露出したフィルム表面に着色層を形成する。着色材料としては、非導電性材料からなるボールを用いる場合は導電性材料を、導電性ボールを用いる場合は非導電性材料を使用する。また、着色材料の色はボールの色とできるだけコントラストが高くなる材料が選択される。例えば、白色の酸化チタン−酸化シリコンボールでは硫化アンチモンや炭化チタン、グラファイトなどを使用できる。これら着色層上にさらに反射防止膜を形成すると、ディスプレイとしてのコントラストをさらに高めることができる。着色方法に特に制限はないが、通常は、スパッター法、電子ビーム蒸着法等が用いられる。
【００４０】
着色層成膜後、ボールの回収を行う。ボールの回収は、最も簡単にはフィルムを水或いは溶剤等で溶解して行う。溶解は超音波衝撃等を併用することにより、より効果的にフィルム材料を溶解することができると共に、ボールに付着した余分な着色層などをボール表面から除去することができる。溶解を終えたボールは十分洗浄した後、回収、乾燥させることにより、着色ボールを得ることができる。一方、基板を用いていない場合、或いはフィルムを基板から剥離できる場合は、ドライエッチング等の気相反応でフィルムを除去できる。この場合、水或いは溶剤等に対して溶解或いは腐食しやすい着色材料や反射防止膜材料を使用することができる。フィルムを除去した後、ボールに振動などの衝撃を与えてボールに付着した余分な着色層を除去する。これにより、着色ボールを得ることができる。
【００４１】
作製した着色ボール表面に有機物等が付着している場合は、オゾン或いは酸素プラズマを含むガスに曝露してこれを除去する。
【００４２】
以上の方法により、着色ボールを作製することができる。
【００４３】
【実施例】
以下本発明を実施例を用いて詳細に説明する。
【００４４】
（実施例１）
図１に実施例１の着色ボールの製造方法のプロセス図を示す。まず、ポリビニルアルコール樹脂（以下ＰＶＡとする）を蒸留水に１０重量％の濃度で溶解しＰＶＡ溶液を作製した。この溶液を基板１０２上に塗布し、該基板を約５０℃に加熱保持して水分を蒸発させて、５０μｍ膜厚のＰＶＡフィルム１０１を得た（図１−ａ）。次に、基板を２００℃のホットプレート上で加熱し、ＰＶＡフィルム１０１を軟化させたのち、直径約６０〜８０μｍ、比重約５．４のジルコニアボール１０３をＰＶＡフィルム１０１上に振り撒いた（図１−ｂ）。次に基板１０２を直立させて軽く衝撃を与え、ＰＶＡフィルム１０１と非接触のボール１０３を取り除いた（図１−ｃ）。次に、ホットプレート温度を２２０℃に上昇させた。これにより、ＰＶＡフィルム１０１上のボール１０３はＰＶＡフィルム１０１中に自重によって約半分の体積が沈降した（図１−ｄ）。
【００４５】
沈降後、ＰＶＡフィルムを直ちに１５０℃に加熱されたホットプレート上に移した。つづいて、ホットプレート温度を２０℃／ｍｉｎ程度の速度で降温し、ＰＶＡフィルムを室温まで冷却した。
【００４６】
次に、このＰＶＡフィルム１０１に対して、スパッタ蒸着法により着色層１０４として炭化チタン層を約３００ｎｍ厚形成した（図１−ｅ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１を蒸留水中に浸漬して、超音波衝撃を与えながらＰＶＡを溶解させた。この溶液を蒸留水で数回置換した後、ボール１０３を回収、乾燥させた。乾燥後、酸素プラズマ処理を行い、ボール表面に残留した有機物の完全な除去を行った（図１−ｆ）。以上の操作により、ボールの半面が黒色の炭化チタン層に覆われた着色ボール１０５を作製することができた。
【００４７】
以上、詳細に述べたように、本実施例では次のような作用効果を持つ。
【００４８】
フィルム中にボールの一部を埋め込んだ後、着色層を形成するため、着色層の形成部と非形成部の境界が明瞭にすることができる。そのため、着色ボール回転型表示装置のコントラストを高く維持することができる。
【００４９】
フィルムへのボール埋め込みを自重で行うことにより、各ボールの大きさの多少の不揃いに関係無く、それぞれのボールの下半球分を埋め込むことが可能である。
【００５０】
フィルムの溶解を超音波による衝撃を与えながら行うことにより、溶解速度を高めることができる。またボールに付着した蒸着膜のバリを容易に除去することができる。
【００５１】
フィルム中からボールの取り出した後に、該ボールに対してオゾン或いは酸素を含むプラズマを曝露することによってボール表面を清浄化することにより、白部分及び黒部分の材料が持つ本来の帯電状態差を保持することができるようになり、回転時の応答速度の低下を抑制できる。
【００５２】
（実施例２）
図１に実施例２の着色ボールの製造方法のプロセス図を示す。約２００℃のホットプレート上で、厚さ４０μｍのＰＶＡフィルム１０１を基板１０２に密着させた後冷却した（図１−ａ）。次に、ヒーター上で３５０℃に加熱した酸化リチウム、酸化チタン及び酸化シリコンからなる直径約４０−５０μｍ、比重約３．６のボール１０３を散布した（図１−ｂ）。散布後、窒素ガスをフィルム表面に吹き付けることにより、過剰なボールを除去した（図１−ｃ）。次に、ホットプレート温度を２３０℃に上昇させた。これにより、ＰＶＡフィルム１０１上のボール１０３はＰＶＡフィルム１０１中に自重によって約半分の体積が沈降した（図１−ｄ）。
【００５３】
沈降後、ＰＶＡフィルムを直ちに１５０℃に加熱されたホットプレート上に移した。つづいて、ホットプレート温度を２０℃／ｍｉｎ程度の速度で降温し、ＰＶＡフィルムを室温まで冷却した。
【００５４】
次に、このＰＶＡフィルム１０１に対して、スパッタ蒸着法によりフッ化マグネシウムとアルミニウム共蒸着層１０４を約３００ｎｍ厚形成した（図１−ｅ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１を蒸留水中に浸漬して、超音波衝撃を与えながらＰＶＡを溶解させた。この溶液を蒸留水で十分置換した後、ボール１０３を回収、乾燥させた。乾燥後、酸素プラズマ処理を行い、ボール表面に残留した有機物の完全な除去を行った（図１−ｆ）。以上の操作により、白色ボールの半面が黒色のフッ化マグネシウムをアルミニウム共蒸着層に覆われた着色ボール１０５を作製することができた。
【００５５】
（実施例３）
図２に実施例３の着色ボールの製造方法のプロセス図を示す。まず、ＰＶＡを蒸留水に１０重量％の濃度で溶解しＰＶＡ溶液を作製した。この溶液を第１の基板（ポリエチレンテレフタレートフィルム）１０２上に塗布し、該基板を約５０℃に加熱保持して水分を蒸発させて、５０μｍ膜厚のＰＶＡフィルム１０１を得た（図２−ａ）。次に、第２の基板１０８上に直径約７０−９０μｍのジルコニアボール１０３を最も密に一層充填し、１８０℃に加熱した（図２−ｂ）。次に、ボール１０３に対してＰＶＡフィルム１０１を接触させ（図２−ｃ）、ボール１０３をＰＶＡフィルム１０１に転写させた（図２−ｄ）。次に、フィルム１０１を２２０℃のホットプレート上で加熱した。これにより、ＰＶＡフィルム１０１上のボール１０３はＰＶＡ中に自重によって約半分の体積が沈降した（図２−ｅ）。
【００５６】
沈降後、ＰＶＡフィルムを直ちに１５０℃に加熱されたホットプレート上に移した。つづいて、ホットプレート温度を２０℃／ｍｉｎ程度の速度で降温し、ＰＶＡフィルムを室温まで冷却した。
【００５７】
次に、このＰＶＡフィルム１０１に対して、スパッタ蒸着法により炭化チタン層１０４を約３００ｎｍ厚形成した（図２−ｆ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１を蒸留水中に浸漬して超音波衝撃を与えながらＰＶＡを溶解させた。この溶液を加熱した蒸留水で十分置換した後、ボール１０３を回収、乾燥させた。乾燥後、酸素プラズマ処理を行い、ボール表面に残留した有機物の完全な除去を行った（図２−ｇ）。以上の操作により、ボールの半面が黒色の炭化チタン層に覆われた着色ボール１０５を作製することができた。
【００５８】
フィルム上のボールを最密充填に近い状態で配置できるため、単位体積あたりの着色ボールの製造量を多くできる。
【００５９】
（実施例４）
図３に実施例４の着色ボールの製造方法のプロセス図を示す。まず、ＰＶＡを蒸留水に１０重量％の濃度で溶解しＰＶＡ溶液を作製した。この溶液を基板１０２上に塗布し、該基板を約５０℃に加熱保持して水分を蒸発させて、５０μｍ膜厚のＰＶＡフィルム１０１を得た（図３−ａ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１上に直径約７０−９０μｍのジルコニアボール１０３を最も密に一層充填した（図３−ｂ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１を２２０℃に加熱したホットプレート上で軟化させ、ＰＶＡフィルム上のボール１０３をＰＶＡ中に自重によって約半分の体積が沈降させた（図３−ｃ）。
【００６０】
沈降後、ＰＶＡフィルムを直ちに１５０℃に加熱されたホットプレート上に移した。つづいて、ホットプレート温度を２０℃／ｍｉｎ程度の速度で降温し、ＰＶＡフィルムを室温まで冷却した。
【００６１】
次に、このＰＶＡフィルム１０１に対して、スパッタ蒸着法により炭化チタン層１０４を約５００ｎｍ厚形成した（図３−ｄ）。次に、ＰＶＡフィルム１０１を蒸留水中に浸漬して、超音波衝撃を与えながらＰＶＡを溶解させた。この溶液を蒸留水で十分置換した後、ボール１０３を回収、乾燥させた。乾燥後、酸素プラズマ処理を行い、ボール表面に残留した有機物の完全な除去を行った（図３−ｅ）。以上の操作により、ボールの半面が黒色の炭化チタン層に覆われた着色ボール１０５を作製することができた。
【００６２】
（実施例５）
実施例１で作製した着色ボール１０５を用いて、前述したＳｈｅｒｉｄｏｎ等と同様な方法で、エラストマー中に分散させてシート状の表示媒体を作製した。具体的には、２液型シリコーンゴム（ダウコーニング社製シルポット１８４）中に前記着色ボールを分散させた。次にガラス基板上でこの分散系を厚さ約１００μｍの膜状に伸ばし、該シリコーンゴムを１００℃、１時間の条件で加熱硬化させた。次に上記着色ボール分散硬化ゴムシートをガラス基板より剥離し、粘度１ｃｓのシリコーンオイル（東芝シリコーン社製）中に２４時間浸漬して該ゴムシートを膨潤させ、着色ボールの周囲にキャビティ（隙間５−１０μｍ）を形成させた。次に、前記ゴムシートをＩＴＯ電極膜付きガラス基板で挟持させて、表示装置を作製した。該表示装置に±１００Ｖの電界を印加すると、着色ボールがキャビティ内で回転することにより、電界の極性に応じて観察側に炭化チタン層を形成した半球面、または未形成の半球面が現れた。応答速度は５０ｍｓ以下であった。詳しくは、観察側の電極が（＋）極になるように電界を印加すると未着色な半球面が現れるように回転し、観察側から見て白色を表示した。電界を逆極性にすると、炭化チタン層のある半球面が現れ、黒色を表示した。この際、コントラスト比は約５：１であった。また視野角特性は±８５°以上であった。
【００６３】
（実施例６）
図７は本発明の第１の実施形態を利用した表示装置の一例の概略構成を示すものである。図７（ａ）は平面図、図７（ｂ）は断面図である。先ず、透明な下部ＩＴＯ電極２１０２で全面を被覆された厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム２１０１上に、実施例１で述べた着色ボール２１０３を分散させて成るゴムシート２１０４を厚さ１００μｍに形成した。係るシート上に、所望の形状にパターニングされた透明な上部ＩＴＯ電極２１０６を有する厚さ１００μｍのＰＥＴフィルム２１０５を、上部ＩＴＯ電極２１０６が前記ゴムシート２１０４と対向する向きに圧着した。上部ＩＴＯ電極２１０６の形状・サイズは、所望の解像度に合わせて選択する必要があるが、本実施例では簡単にするため、従来公知の７セグメント・タイプを用いた。各上部電極２１０６とパルス発生器２１０７を接続し、波高値１００Ｖ、パルス幅５０ｍｓの矩形波を全電極に印加して、全面を白色状態とした。次に、上部ＩＴＯ電極２１０６の内、任意のものをスイッチ２１０８で選択した上で、先程とは逆極性のパルスを印加したところ、選択した上部ＩＴＯ電極に相当する個所のみ着色ボール２１０３が回転し黒色化し、セグメント形状の組み合わせを利用した表示（数字やアルファベットの一部）が可能であることを確認した。また、係る黒色表示セグメントに先程のパルスとは逆極性のパルス（最初のパルスと同極性）を印加したところ、黒色表示が再度白色表示に戻ることを確認した。
【００６４】
（実施例７）
実施例６で用いた７セグメント・タイプの構成に変えて、下部電極２１１２、上部電極２１１３をストライプ状のＩＴＯ電極で構成した。ストライプ状のＩＴＯ電極幅及びその電極間の間隔は、４０μｍとした。下部電極２１１２と上部電極２１１３とは互いに直交するように配置した表示装置を作成した。係る表示装置の概略構成を図１１の（ａ），（ｂ）に示す。全下部電極２１１２と全上部電極２１１３に不図示のパルス発生器を用いて波高値１００Ｖ，パルス幅５０ｍｓの矩形波を加えて、全面を白色状態とした。次に任意の下部電極２１１２と上部電極２１１３とを選び、係る電極間に上記パルス発生器を用いて逆極性のパルスを印加したところ、両電極が交差する領域において、着色ボール２１０３が回転して、黒色化した。すなわちパルス印加する電極の組み合わせを選択することにより、所望の領域を黒色表示できることを確かめた。また、さらに黒色表示をもたらすパルスとは逆極性のパルスを印加することにより、黒色表示部分が再度白色表示に戻ることを確認した。
【００６５】
（実施例８）
実施例５と同様に、着色ボールを、エラストマー中に分散させてシート状の表示媒体を作製した。
【００６６】
本実施例では、表示媒体の上表面及び下表面に透明電極を設けない形態をとる。つまり、図４のような電極６、６′を設けない形態をとる。
【００６７】
具体的には、２液型シリコーンゴム中に前記着色ボールを分散させた。次に、ガラス基板上でこの分散系を厚さ約１００μｍの膜状に伸ばし、該シリコーンゴムを１００℃、１時間の条件で加熱硬化させた。次に、上記着色ボール分散硬化ゴムシートをガラス基板より剥離し、粘度１ｃｓの周囲にキャビティを形成させた。次に、前記ゴムシートを厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムで挾持させて、表示媒体を作製した。表示媒体に対して、外部からスタイラスなどを用いて電界を印加すると、着色ボールがキャビティ内で回転することにより、電界の極性に応じて観察側に炭化チタン層を形成した半球面、または未形成の半球面が現れた、応答速度は２００ｍｓ以下であった。
【００６８】
スタイラスの１列である図９を用いて、表示媒体への記録方法を説明する。９１は、表示媒体９２に画像情報を書き込むためのスタイラスである。ローラー９３により、表示媒体９２を矢印９５方向に搬送する。スタイラス９１内に装備された電界印加手段９４により表示媒体９２内に挾持された夫々の着色ボールに印加する電界の向きを選択して、着色ボールの回転を制御する。
【００６９】
詳しくは、観察側から（＋）の電界を反対側から（−）の電界を印加すると、未着色な半球面が観察側に現れるように回転し、観察者からみて白色を表示した。電界を逆極性にすると、炭化チタン層のある半球面が現れ、黒色を表示した。この際、コントラスト比は約５：１であった。また視野角特性は±８５°以上であった。
【００７０】
【発明の効果】
本発明の製造方法を用いることにより、着色ボールを大量にしかも安価に製造できる。この方法によって作製した着色ボールを用いてボール回転型表示装置を作製することにより、着色ボールの製造コストがその多くを占める着色ボール回転型表示装置を十分安価に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１、２、５、６、７、８に使用される着色ボールの製造方法を示す図である。
【図２】本発明の実施例３に使用される着色ボールの製造方法を示す図である。
【図３】本発明の実施例４に使用される着色ボールの製造方法を示す図である。
【図４】本発明の表示装置の動作原理を示す図である。
【図５】本発明の第２の表示装置を示す図である。
【図６】本発明の表示装置の動作原理を示す図である。
【図７】本発明の実施例６に用いられる表示装置を示す図である。
【図８】本発明の実施例７に用いられる表示装置を示す図である。
【図９】本発明の実施例８に用いられる図である。
【符号の説明】
１０１ フィルム
１０２ 基板
１０３ ボール
１０４ 着色層
１０５ 着色ボール
１０８ 第２の基板
１ 微小ボール
２ 着色層
５ 支持体
６、６’ 電極
７ キャビティ
８ 電源
９、９’ ガラス基板

Claims (21)

1. 光学的特性の異なる２つの表面を備えた回転ボールの製造方法において、
   互いに比重が等しいボール複数を熱可塑性フィルム上に形成する工程と、該ボールの比重に合わせて該フィルムの加熱温度を制御して該フィルムを軟化させ、該ボールの自重によって該ボールを該フィルム中に沈降させる工程と，表面張力により沈降速度が低下し沈降停止状態になった時点で該フィルムを冷却することにより、該ボールの半球をフィルム中に埋め込む工程と、露出した該ボール表面に該ボールと光学的特性の異なる層を形成する工程と、該層が形成されたボールを該フィルムから取り出す工程と、を有することを特徴とする回転ボールの製造方法。
2. 前記複数のボールは、互いに粒径が異なる請求項１に記載の回転ボールの製造方法。
3. 更に、前記ボールの比重に合わせて該ボールの加熱温度を制御して前記フィルムを軟化させる工程を有する請求項１又は請求項２に記載の回転ボールの製造方法。
4. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、液体中にて前記フィルムを溶解除去することによって行われる請求項１又は請求項２に記載の回転ボールの製造方法。
5. 前記フィルムを溶解除去する工程は、超音波による衝撃を前記フィルムに与えながら行われる請求項４に記載の回転ボールの製造方法。
6. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、気相中でのエッチングにて前記フィルムを除去することによって行われる請求項１又は請求項２に記載の回転ボールの製造方法。
7. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程の後、該ボールにオゾン或いは酸素を含むプラズマを曝露する請求項１又は請求項２に記載の回転ボールの製造方法。
8. 光学的特性の異なる２つの表面を備えた回転ボールを回転させることにより表示を行う表示媒体の製造方法において、
   互いに比重が等しいボール複数を熱可塑性フィルム上に形成する工程と、該ボールの比重に合わせて該フィルムの加熱温度を制御して該フィルムを軟化させ、該ボールの自重によって該ボールを該フィルム中に沈降させる工程と，表面張力により沈降速度が低下し沈降停止状態になった時点で該フィルムを冷却することにより、該ボールの半球を該フィルム中に埋め込む工程と、露出した該ボール表面に該ボールと光学的特性の異なる層を形成する工程と、該層が形成されたボールを該フィルムから取り出す工程と、該層が形成されたボールを媒体内に分散させる工程と、を有することを特徴とする表示媒体の製造方法。
9. 前記複数のボールは、互いに粒径が異なる請求項８に記載の回転媒体の製造方法。
10. 更に、前記ボールの比重に合わせて該ボールの加熱温度を制御して前記フィルムを軟化させる工程を有する請求項８又は請求項９に記載の表示媒体の製造方法。
11. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、液体中にて前記フィルムを溶解除去することによって行われる請求項８又は請求項９に記載の表示媒体の製造方法。
12. 前記フィルムを溶解除去する工程は、超音波による衝撃を前記フィルムに与えながら行われる請求項１１に記載の表示媒体の製造方法。
13. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、気相中でのエッチングにて前記フィルムを除去することによって行われる請求項８又は請求項９に記載の表示媒体の製造方法。
14. 前記層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程の後、該ボールにオゾン或いは酸素を含むプラズマを曝露する請求項８又は請求項９に記載の表示媒体の製造方法。
15. 光学的特性の異なる２つの表面を備えた回転ボールを回転させることにより表示を行う表示装置の製造方法において、
    互いに比重が等しいボール複数を熱可塑性フィルム上に形成する工程と、該ボールの比重に合わせて該フィルムの加熱温度を制御して該フィルムを軟化させ、該ボールの自重によって該ボールを該フィルム中に沈降させる工程と，表面張力により沈降速度が低下し沈降停止状態になった時点で該フィルムを冷却することにより、該ボールの半球を該フィルム中に埋め込む工程と、露出した該ボール表面に該ボールと光学的特性が異なる層を形成する工程と、該層が形成されたボールを該フィルムから取り出す工程と、該層が形成されたボールを媒体内に分散させる工程と、該媒体表面上に電極を形成する工程と、を有することを特徴とする表示装置の製造方法。
16. 前記複数のボールは、互いに粒径が異なる請求項１５に記載の表示装置の製造方法。
17. 更に、前記ボールの比重に合わせて該ボールの加熱温度を制御して前記フィルムを軟化させる工程を有する請求項１５又は請求項１６に記載の表示装置の製造方法。
18. 前記着色層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、液体中にて前記フィルムを溶解除去することによって行われる請求項１５又は請求項１６に記載の表示装置の製造方法。
19. 前記フィルムを溶解除去する工程は、超音波による衝撃を前記フィルムに与えながら行われる請求項１８に記載の表示装置の製造方法。
20. 前記着色層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程は、気相中でのエッチングにて前記フィルムを除去することによって行われる請求項１５又は請求項１６に記載の表示装置の製造方法。
21. 前記着色層が形成されたボールをフィルムから取り出す工程の後、前記着色ボールにオゾン或いは酸素を含むプラズマを曝露する請求項１５又は請求項１６に記載の表示装置の製造方法。

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