JP3819721B2 - 電気泳動表示装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気泳動表示装置に係り、特に、液晶中に二色性色素を溶解させて電圧によりスイッチングを行うゲストーホスト効果と、分散媒中に分散させた電気泳動粒子の電気泳動現象とを利用した、電気泳動表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、電気泳動表示装置に用いられる電気泳動方式の電場感応性顔料（以下、電気泳動Ｅ−インクと呼ぶ）には、大きく分けて２つの形態がある。一つは、図７（ａ）に示すタイプ１のように、マイクロカプセル中に着色溶媒１２を収容し、この着色溶媒１２中に帯電チタニア微粒子１１を分散させてなるものである。この形態の電気泳動Ｅ−インクを用いると、チタニア微粒子の白色と溶媒の色とのスイッチングを行うことにより、画像表示が可能である。
【０００３】
他の形態は、図７（ｂ）に示すタイプ２のように、マイクロカプセル中に電荷の符号と色が異なる帯電微粒子１１を透明溶媒２２中に分散させ、表面に現われる微粒子を選択することでスイッチングを行うものである。
【０００４】
これらを記載する文献として、以下のものが挙げられる。
【０００５】
［１］．Ｂ．Ｃｏｍｉｓｋｅｙ，Ｊ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔ ａｎｄ Ｊ．Ｊａｃｏｂｓｏｎ，Ｄｉｇｅｓｔ ｏｆ ＳＩＤ９７，ｐ７５。
【０００６】
［２］．Ｐ．Ｄｒｚａｉｃ，Ｂ．Ｃｏｍｉｓｋｅｙ，Ｊ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔ，Ｌ．Ｚｈａｎｇ，Ａ．Ｌｏｘｌｅｙ ａｎｄ Ｒ．Ｆｅｅｎｅｙ，Ｄｉｇｅｓｔｏｆ ＳＩＤ９９，ｐ１１３１。
【０００７】
［３］．Ｂａｒｒｅｔｔ Ｃｏｍｉｓｋｅｙ，Ｊ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔ，Ｈｉｄｅｋａｚｕ Ｙｏｓｈｉｚａｗａ ａｎｄ Ｊｏｓｅｐｈ Ｊａｃｏｂｓｏｎ，Ｎａｔｕｒｅ，３９４，ｐ２５３（１９９８）。
【０００８】
これらの電気泳動Ｅ−インクを用いた表示は、コントラストが大きいという利点を有するが、カラー化が困難であるという問題がある。即ち、タイプ１のＥ−インクの場合、チタニア微粒子１１の散乱による白表示とインクの色表示の２種類のスイッチングを用いるものであり、カラー化のためにはカラーフィルターが必要である。また、タイプ２のＥ−インクは、２種類の電気泳動粒子２１の色のスイッチングしか出来ないため、やはりカラーフィルターが必要となる。
【０００９】
カラーフィルターによる電気泳動Ｅ−インクを用いた表示のカラー化を実現する方法を図８に示す。例えば、レッドの表示を実現する場合、グリーン、ブルーの画素は光吸収状態（ブラック表示）として、レッドの画素のみが光反射状態となる。従って、反射光強度は、カラーフィルター１３によって約３分の１、グリーン、ブルーの画素が光吸収状態になることによって約３分の１になり、光利用効率は、ほぼ１／９（1/3×1/3=1/9）と低下してしまう。
【００１０】
また、白表示を行う場合は、レッド、グリーン、ブルーの画素ともに光反射状態であるが、カラーフィルターによる光吸収のため、反射率は最大でも、入射光強度の約1/3となる。
【００１１】
従って、カラーフィルター方式のＥ-インクは、表示が暗くなることが予想される。カラーフィルターの光透過率は、表示色の色純度とトレードオフの関係にあるため、光利用効率を向上させるべくカラーフィルターの光透過率を向上させると、色再現範囲は小さくなる。
【００１２】
一方、微粒子自身をカラーに着色する手法も提案されている。即ち、図９に示すように、電気泳動粒子３１を着色し、色領域をパターン印刷する方法である。
【００１３】
この方法によると、光利用効率が約1１／９となるため、暗い色表示となる。また、ホワイト表示はレッド、グリーン、ブルーの加法混色によって実現されるが、光利用効率は約１／３である。
【００１４】
更に、着色溶剤を用いてカラー化を実現する方法もある。即ち、電気泳動粒子の分散溶媒をレッド４１、グリーン４２、ブルー４３に着色する方法である。電気泳動粒子１１をチタニアとした場合、図１０に示すように、例えばレッド表示では、レッドの画素は光吸収状態となり、かつグリーン、ブルーの画素は光反射状態となる。この場合、明るい色表示が得られるが、鮮明ではない淡い色表示になる。ホワイト表示時の反射率は大きいが、黒表示ではレッド、グリーン、ブルーの加法混色状態であり、やはり高反射率になり、コントラストは小さい。
【００１５】
また、図１１に示すように、着色微粒子３１と着色溶剤４１，４２，４３を用いてカラー化を実現する方法、即ち、電気泳動粒子、溶剤ともにカラーに着色するパターンも考えられる。この場合、溶剤の色と電気泳動粒子の色を互いに補色の関係にすることにより、一つのカプセルで黒表示と色表示が得られる。図１１はレッドの表示状態を示す。
【００１６】
この方法によっても、やはり白表示の反射率が低減し、また、黒表示の反射率が大きくなって、コントラストが小さくなるという問題がある。
【００１７】
この方式について説明すると、まず、カプセルを３種類用意し、パターン印刷する。即ち、「カプセル１、着色微粒子：レッド、溶媒：シアン」、「カプセル２、着色微粒子：グリーン、溶媒：マゼンタ」、「カプセル３、着色微粒子：ブルー、溶媒：イエロー」の３種類である。着色微粒子が観測者側に移動した場合、該着色微粒子の色が表示される。一方、着色微粒子が観測者と反対側に移動した場合、着色微粒子の色と溶媒の色の減法混色によってブラックが表示される。
【００１８】
例えば、レッドの色表示の場合には、図１１の左側の画素はレッド表示となり、他の２種類の画素はブラック表示となる。この方式による光利用効率は約１／９であり、暗い色表示となる。
【００１９】
ホワイト表示の場合は、３種類のカプセルでそれぞれレッド、グリーン、ブルー表示を行い、これらの加法混色でホワイトを実現する。しかし、光利用効率は約１／３であり、暗い表示となる。
【００２０】
一方、補色の関係において、着色微粒子と溶媒を入れ替えた場合、ホワイト表示時の光利用効率は約２／３となり、明るい表示が得られるが、色表示はＹＭＣの平置配列となり、色再現範囲が大きく制約される。
【００２１】
電荷の符号が異なる２種類の電気泳動粒子を、透明溶媒に分散させることによりカラー化を実現する方式もあり、これにはカラーフィルターを用いる場合と、着色粒子を用いる場合とがある。
【００２２】
まず、カラーフィルターを用いる方式について説明すると、図１２に示すように、レッド表示の場合には、レッド表示時の光利用効率は約１／９と暗いものである。また、ホワイト表示時は、すべての画素が光反射状態であるが、光利用効率は約１／３と暗い。
【００２３】
電荷の符号が異なる２種類の着色電気泳動粒子を、透明溶媒２２に分散させる方式では、図１３に示すように、（ブラック、レッド）の微粒子５１からなるカプセル、（ブラック、グリーン）の微粒子５２からなるカプセル、（ブラック、ブルー）の微粒子５３からなるカプセルの３種類のカプセルによってパターンを形成する。図１３はレッドの表示状態を示す。
【００２４】
レッド表示時は、他の２種類の画素はブラック表示となり、色表示時の光利用効率は約１／９である。また、ホワイト表示時は、レッド、グリーン、ブルーの反射光の減法混色となり、光利用効率は約１／３となり、暗い表示である。
【００２５】
上述のタイプ２のＥ-インクにおいて、（ホワイト、レッド）の微粒子６１からなるカプセル、（ホワイト、グリーン）の微粒子６２からなるカプセル、（ホワイト、ブルー）の微粒子６３からなるカプセルの３種類のカプセルによってパターンを形成させる。レッドの表示状態を図１４に示す。
【００２６】
図１４に示すように、レッド表示時は他の２種類の画素はホワイト表示となり、色純度が小さい淡い表示となる。ホワイト表示時は全画素光反射状態で明るい表示が得られるが、ブラック表示時はレッド、グリーン、ブルーの反射光の減法混色となり、コントラストが小さくなる。
【００２７】
以上のように、マイクロカプセル型電気泳動Ｅ-インクは、電気泳動粒子と溶媒の色とのスイッチィング、または２種類の電気泳動粒子間のスイッチィングを行う表示方式であるが、色表示を実現するためには、原理的にコントラストと反射率のいずれかを大きく犠牲にする必要があり、明るく鮮明な色表示は得られない。
【００２８】
以上のことから、高いコントラストを維持しつつカラー表示を実現するためには、一つのマイクロカプセルにおいて、白、黒、色の３種類の表示を実現することが必須である。しかしながら現在、このような表示を実現した電気泳動Ｅ−インクは見出されていないのが現状である。
【００２９】
また、上記の電気泳動方式は、明確な閾値電圧を持たず、一つの色表示単位では階調がとれないことが問題である。即ち、表示色数が少なく、表示が鮮明ではない。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような事情の下になされ、電気泳動方式の表示装置の高いコントラストを維持しつつ、カラー表示を実現することを可能とした電気泳動表示装置を提供する。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため、検討を重ねた結果、マイクロカプセル内に液晶を収容し、その液晶中に高二色性比の第１の色素と、低二色性比の二色性色素または等方性色素からなる第２の色素を溶解させ、かつ微粒子を分散させることにより、鮮明なカラー表示を実現することができることを見出し、本発明をなすに至った。これをカラーゲスト−ホスト−電気泳動方式と呼ぶことにする。
【００３２】
即ち、本発明は、分散媒と、前記分散媒に分散した電気泳動粒子とを含む電気泳動表示素子であって、前記分散媒は、第１の二色性色素からなる第１の色素と、前記第１の二色性色素よりも低い二色性比を有する第２の二色性色素および／または等方性色素からなる第２の色素とを含み、前記第１の色素と、前記第２の色素とは、互いに補色関係にあることを特徴とする電気泳動表示装置を提供する。
【００３３】
なお、本発明において、第１の色素および第２の色素は、１種類の色素に限らず、複数種の色素の混合物を含む。
【００３４】
本発明の電気泳動表示装置は、電気泳動粒子と、液晶を含む分散媒とがマイクロカプセル内に収容された構成で使用され得る。このようなマイクロカプセルを用いてインクを生成し、このインクを、表面に透明電極が形成された所定の基体に印刷することにより、画像表示装置を構成することが出来る。或いは、用紙に印刷して、電子ペーパーを作成することが出来る。
【００３５】
本発明の電気泳動表示装置において、第１の色素は、３以上の二色性比を有し、第２の色素は、１．５以下の二色性比を有するものである子とが好ましい。また、第１の色素と、第２の色素とは、互いに補色関係にあることが好ましい。そうすることにより、両者の減色混色により、低い反射率のブラックの表示が得られ、それによって高いコントラストを得ることが出来る。
【００３６】
本発明の電気泳動表示装置では、第１の色素がシアンであり、第２の色素がレッドである第１の電気泳動表示部と、第１の色素がマゼンタであり、第２の色素がグリーンである第２の電気泳動表示部と、第１の色素がイエローであり、第２の色素がブルーである第３の電気泳動部とからなるパターンを有する構成とすることが出来る。
【００３７】
第２の色素としては、染料であるか、または平均粒径０．２μ以下の顔料微粒子が考えられる。
なお、本発明の電気泳動表示装置に使用される第１の色素および第２の色素は、単一の色素であっても、複数種類の色素の混合物であってもよい。
【００３８】
本発明の電気泳動表示装置は、直流電圧の印加、逆方向の直流電圧の印加、及び電圧の無印加により、直流電圧の印加、交流電圧の印加、及び電圧の無印加により、又は２種類以上の周波数の交流電圧の印加、及び電圧の無印加より、白、黒、及び白、黒以外のカラー表示を行うことが出来る。
【００３９】
具体的には、例えば、図１５に示すような方法でスイッチングを行うことが出来る。ホワイト・ブラック・カラー・ホワイト・・・のスイッチングを行う場合、まずＶ１の大きさの電圧を印加して微粒子を上部に集積させ、続いて周波数が一定値以上で微粒子の位置に影響を与えない交流電圧Ｖ２を印加して、（ａ）のホワイト表示を行う。次に、逆方向にＶ１を印加して微粒子を下部に集積させた後、電圧無印加状態にすると、（ｅ）のにブラック状態になる。ここに上記交流電圧Ｖ２を印加すると、（ｃ）のカラー状態になる。更にＶ１を印加して微粒子を上部に集積させ、その後Ｖ２を印加することによって、（ａ）のホワイト表示に戻る。
【００４０】
電気泳動粒子は、０．２μｍ以下の平均粒径を有することが望ましい。また、電気泳動粒子は、粒子長軸方向の長さが短軸方向の長さの1.1倍以上であるか、または微粒子を上部から見た場合の占有面積の向きによる差が1.1倍以上である形状を有することが望ましい。更に、電気泳動粒子は、流線型状、平板状、円盤状、楕円板状またはこれらの２つ以上の特徴を併せ持つ形状を有するものとすることが出来る。
【００４１】
これらの形状に異方性がある微粒子は、ポリマー、金属、金属薄膜に覆われたポリマー等が考えられる。ポリマーと金属薄膜に覆われたポリマー微粒子は、以下のような方法で作成することができる。まず、ポリマーＡとポリマーＢからなるミクロ相分離膜を作成する。次に、膜全体を延伸させる。ポリマーＡが微粒子となるべきドロップレット状で、ポリマーＢが媒体状である場合、ポリマーＡを溶解せずにポリマーＢを溶解する溶媒中に当該膜を浸漬することにより、ポリマーＡからなる異方性微粒子を得ることが出来る。
【００４２】
また、通常の方法でポリマーＡからなる球形微粒子を作成し、加熱しながら圧力をかけることにより、平板状微粒子を得ることが出来、転がすことによって流線形場状の微粒子を得ることが出来る。更には、造粒中に強磁場などの外力を加えることによっても異方性微粒子を作成することが可能である。
【００４３】
以上のように構成される本発明に係る電気泳動表示装置では、一つの画素内で白、黒、色表示の３種類の状態を実現することが可能であり、電気泳動方式の高反射率、高コントラストを維持しつつ、カラー表示を実現することが出来る。
【００４４】
更に、本発明に係る電気泳動表示装置は、ゲスト−ホスト効果を活用した階調を実現することが出来る。また、以下のようにしても、階調表示が可能である。
【００４５】
図１６は、３種類のレッド表示を示したものである。即ち、一つの画素でレッドを表示し、他の画素はホワイトかブラックのいずれかを選択することによって明るさと色純度が異なる３種類のレッド表示を得ることが出来る。また、この階調とゲスト−ホスト効果の階調とを組合せることにより、幅広い範囲で細かい階調を実現することが可能である。
【００４６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４７】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気泳動表示素子を示す模式図である。図１において、ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料１は、液晶分子２を含む分散媒中に、高二色性比の二色性色素からなる第１の色素３、低二色性比の二色性色素または等方性色素からなる第２の色素４、および電気泳動粒子５を分散させてなるものである。このような分散体は、皮膜６内に収容されて、マイクロカプセルを構成している。
【００４８】
このようなゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料１において、電気泳動粒子５としてチタニアを用いた場合について、白、黒、色表示の状態を図２を参照して、図７に示す従来のＥ−インクとの比較で説明する。
【００４９】
図２（ａ）に示すように、ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料１に対して、直流電圧が印加されると、チタニア微粒子５がマイクロカプセルの上部に集積する。このとき、チタニア微粒子５の反射によって白色が実現される。色素３は電場方向に配列し、消色状態となるため、白色表示時の反射率は、図７（ａ）のタイプ１に示す従来のＥ−インクよりも高いものと予想される。
【００５０】
図２（ｂ）に示すように、ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料１に対して、一定値以上の周波数の交流電圧が印加されると、チタニア微粒子５は位置を変えず、分散媒２中に分散した状態（これを初期状態とすると）を維持するが、色素３は電場方向に配列し、消色状態となる。このため、色素４の色表示が実現される。
【００５１】
また、図２（ｃ）に示すように、最初に逆方向の直流電圧が印加されると、チタニア微粒子５は下部に集積し、その後に一定値以上の交流電圧を印加すると、チタニア微粒子５は下部に集積したままで、色素３は電場方向に配列し、色素４の色表示が実現される。その場合、観察者側にはチタニア微粒子５がないため、チタニア微粒子５による光散乱が抑制され、それによって着色時の吸光度を向上させることができる。
【００５２】
図２（ｄ）に示すように、電圧無印加状態では、チタニア微粒子５は分散媒２中に分散した状態（これを初期状態とすると）を維持するが、色素３は水平に配列し、色素３と色素４の減法混色によりブラック表示が実現される。
【００５３】
また、図２（ｅ）に示すように、最初に逆方向の直流電圧が印加されると、チタニア微粒子５は下部に集積し、その後に電圧無印加状態とすると、チタニア微粒子５は下部に集積したままで、色素３は水平に配列し、色素３と色素４の減法混色によりブラック表示が実現される。この場合、観察者側にはチタニア微粒子５がないため、チタニア微粒子５による光散乱が抑制され、それによって着色時の吸光度を向上させることができる。
【００５４】
以上の説明では、直流電圧と交流電圧を複合させて白、黒、色表示のスイッチングを行っているが、周波数が異なる複数の交流電圧を用いてスイッチングを行うことも可能である。即ち、二色性色素の方向は直流、交流に関わらず電圧制御が可能であるが、電気泳動粒子の位置制御は周波数の影響を受ける。即ち、ある一定範囲以下の周波数の時にその位置が制御され、その値を超える交流電圧には応答しなくなる。この現象を利用することにより、白、黒、色表示のスイッチングを行うことが可能である。
【００５５】
本発明の実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式は、例えば、インクＡによりホワイト・レッド・ブラックの色変化、インクＢによりホワイト・グリーン・ブラックの色変化、インクＣによるホワイト・ブルー・ブラックの色変化を設定することができる。これら３種類のインクをカラーフィルターのようにΔ配列に印刷すると、図３に示すように、紙のようなディスプレイを実現することが出来る。
【００５６】
本実施形態において、分散媒２として用いられる液晶物質としては、フッ素系液晶、シアノ系液晶、エステル系液晶などが挙げられる。
【００５７】
用いられる液晶化合物は、いずれも誘電異方性が正のものであるが、誘電異方性が負の公知の液晶も誘電異方性が正の液晶と混合して、全体として誘電異方性が正の液晶としして用いることができる。また、誘電異方性が負の液晶でも、適当な素子構成および駆動方式を用いれば、使用が可能である。
【００５８】
本発明に用いる第１および第２の色素を構成する二色性色素または等方性色素は、堅牢性に優れたアントラキノン類色素であることがより望ましい。色素の堅牢性が低い場合、チタニア微粒子の界面で化学反応が起こり、分子構造が変化して機能しなくなることがある。
【００５９】
二色性色素または等方性色素の液晶物質に対する割合は、好ましくは０．０１重量％以上、１０重量％以下、より好ましくは０．１重量％以上、５重量％以下である。色素の割合が低過ぎる場合、コントラストを十分に向上させることが困難である。色素の割合がが高すぎる場合、やはり色が濃く付きすぎるため、コントラストが低下し易い（ホワイト表示時の反射率劣化による）。
【００６０】
第１の色素と第２の色素の二色性比の差は、大きいほうが好ましい。大きければ大きいほど、高いコントラストを得ることが出来る。両者の二色性比の差は、好ましくは８以上であるのが好ましい。
第２の色素は、平均粒径０．２μ以下の顔料微粒子を含むことが望ましい。その理由は、次の通りである。
【００６１】
即ち、荷電粒子の粒径は、微粒子の移動速度、コントラストの点からは小さい方がよい。微粒子の平均粒径が０．２μｍを越えると、移動速度が遅くなり、応答速度が小さくなる。また、ホワイト表示時に微粒子間の隙間に着色分散媒が入り込み、反射率の低下を招く。更に、大きな微粒子は、液晶の配列を乱し易い傾向がある。これらの観点からは荷電粒子は小さい方がよいことになるが、小さい程凝集力が大きくなり、沈降という問題を生ずる。沈降防止のため、微粒子表面をポリマー等で被覆する方法がある。従って、凝集、沈降を防止する技術を駆使し、これが起こらない限界まで小さい荷電微粒子を用いることが望ましい。
【００６２】
また、本実施形態で用いるマイクロカプセルの作成方法としては、膜乳化法、相分離法、液中乾燥法、界面重合法、ｉｎ ｓｉｔｕ重合法、液中硬化皮膜法、噴霧乾燥法などの、従来行われているマイクロカプセル化法を挙げることが出来る。
【００６３】
マイクロカプセル皮膜の材質としては、例えば、ポリエチレン類、塩素化ポリエチレン類、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸、無水マレイン酸共重合体、などのエチレン共重合体；ポリブタジエン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類；ポリプロピレン類；ポリイソブチレン類；ポリ塩化ビニル類；天然ゴム類；ポリ塩化ビニリデン類；ポリ酢酸ビニル類；ポリビニルアルコール類；ポリビニルアセタール類；ポリビニルブチラール類；四フッ化エチレン樹脂；三フッ化エチレン樹脂；フッ化エチレン・プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化ビニル樹脂、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・エチレン共重合体などの四フッ化エチレン共重合体、含フッ素ポリベンゾオキサゾールなどのフッ素樹脂類；アクリル樹脂類；メタクリル樹脂類；フマル酸樹脂類；マレイン酸樹脂類；ポリアクリロニトリル；アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合体などのアクリロニトリル共重合体；ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、アセタール樹脂、ナイロン６６などのポリアミド類；ポリカーボネート類；ポリエステルカーボネート類；セルロース樹脂類；フェノール樹脂類；ユリア樹脂類；エポキシ樹脂類；不飽和ポリエステル樹脂類；アルキド樹脂類；メラミン樹脂類；ポリウレタン類；ジアリールフタレート類；ポリフェニレンオキサイド類；ポリフェニレンスルフィド類；ポリスルフォン類；ポリフェニルサルフォン類；シリコーン樹脂類；ポリイミド類；ビスマレイミドトリアジン樹脂類；ポリイミドアミド類；ポリエーテルイミド類；ポリビニルカルバゾール類；ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン；セルロース類など、ほとんどすべての高分子の材質を用いることができる。
【００６４】
本発明の電気泳動表示装置では、ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料を適当なバインダー樹脂中に分散させてインク化しても良い。しかし、バインダー樹脂が多いと、スイッチングを行う分量が減るため、バインダー樹脂量は液晶に対して５０重量％以下であるのが好ましい。
【００６５】
使用可能なバインダー樹脂としては、ポリエチレン類；塩素化ポリエチレン頻；エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸共重合体等のエチレン共重合体；ポリブタジエン頻；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類；ポリプロピレン類；ポリイソブチレン類；ポリ塩化ビニル類；ポリ塩化ビニリデン類；ポリ酢酸ビニル類；ポリビニルアルコール頻；ポリビニルアセタール類；ポリビニルブチラール類；四フッ化エチレン樹脂類；三フッ化塩化エチレン樹脂類；フッ化エチレン・プロピレン樹脂類；フッ化ビニリデン樹脂類；フッ化ビニル樹脂類；四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・エチレン共重合体等の四フッ化エチレン共重合体；合フッ素ポリベンゾオキサゾール等のフッ素樹脂頻；アクリル樹脂類；ポリメタクリル酸メチル等のメタクリル樹脂類；ポリアクリロニトリル類；アクリロニトリル・ブタジエン・ステレン共重合体等のアクリロニトノル共重合体；ポリスチレン類；ハロゲン化ポリスチレン薪；ステレン・メタクリル酸共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体等のスチレン共重合体；ポリスチレンスルホン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム等のイオン性ポリマー；アセタール樹脂顆；ナイロン６６等のポリアミド類；ゼラチン；アラビアゴム；ポリカーボネート類；ポリエステルカーボネート類；セルロース系樹脂類；フェノール樹脂類；ユリア樹脂類；エポキシ樹脂類；不飽和ポリエステル樹脂類；アルキド樹脂類；メラミン樹脂類；ポリウレタン類；ジアリールフタレート樹脂類；ポリフェニレンオキサイド類；ポリフェニレンスルフィド頻；ポリスルフォン類；ポリフェニルサルフォン類；シリコーン樹脂類；ポリイミド類；ビスマレイミドトリアジン樹脂類；ポリイミドアミド類；ポリエーテルスルフォン類；ポリメチルペンテン類；ポリエーテルエーテルケトン類；ポリエーテルイミド類；ポリビニルカルバゾール類；ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン類等の熱可塑性樹脂を用いることができる。
【００６６】
これらのバインダー樹脂は、水溶性であれば水に溶解してゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料を分散したり、またバインダー樹脂が非水溶性であればエマルジョンにして水に分散させてゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料と混合してインクとすることができる。
【００６７】
溶媒として液晶を用いることは、チタニア微粒子の分散性向上に大きく寄与するので好ましい。通常の溶媒を用いる場合、チタニア微粒子の凝集、沈降を防ぐため、比重が大きい溶媒を用いることが望ましい。このため、テトラクロロエチレン等のクロル系溶媒が用いられている。しかし、この溶媒は環境に対する影響力が大きく、かつ揮発するため、取り扱いが困難である。一方、溶媒として液晶を用いた場合、まず環境にやさしくかつ揮発しないという利点がある。さらに粘性が大きいため微粒子の凝集、沈降を防止することが出来る。かつ、電圧印加時（電気泳動時）には液晶分子の向きが揃うため、該方向の粒子の移動度が大きくなるという利点がある。
【００６８】
電気泳動粒子としては、チタニアに限らず、シリカ、アルミナ等を用いることも可能である。また、ポリマー微粒子や、ポリマー微粒子上に金属がコートされたものでもよい。微粒子の粒径は、上述のように、０．２μｍ以下の平均粒径を有することが望ましく、１０μｍを越えると、移動度が低減する。
【００６９】
微粒子の形状は、真球ではなく、その形状に異方性があることが、移動度と白表示時の反射率の点でより望ましい。即ち、上述したように、微粒子は、粒子長軸方向の長さが短軸方向の長さの1.1倍以上であるか、または微粒子を上部から見た場合の占有面積の向きによる差が1.1倍以上である形状を有することが望ましい。このような異方性を有する微粒子により、速い移動度と、高い白表示時の反射率を売ることが出来る。
【００７０】
そのような異方性を有する微粒子の形状の例を図４に示す。図４において、（ａ）、（ｂ）は平板状の例、（ｃ）は楕円板状の例、（ｄ）円盤状の例、（ｅ）は流線型状の例をそれぞれ示す。
【００７１】
図５に、異方性微粒子（平板状微粒子）５を用いた場合の、電圧の印加、無印加による微粒子の挙動を示す。（ａ）、（ｃ）は断面図、（ｂ）、（ｄ）はそれらの上面部を示す。
【００７２】
直流電圧が印加されると、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、異方性微粒子５は液晶中を移動するが、その際、抵抗が小さくなるように分子軸方向に配列する。このため、移動度が大きくなり、そのため応答速度が大きくなり、また駆動電圧が低下する。
【００７３】
一方、荷電微粒子が集積した電圧無印加状態（ホワイト表示時）では、図５（ｃ）、（ｄ）に示すように、異方性微粒子５は基板面に対して垂直に配列する。この状態では、微粒子５が沈降する方向の抵抗が大きいため、微粒子が沈降せず、メモリー性が長時間保持される。また、微粒子の凝集も起こらないため、高い反射率を得ることが出来る。
【００７４】
なお、微粒子５が異方性であることによる効果は、通常の溶媒中では粘度が大きい溶媒中ほど高く、また、通常の溶媒より粘度に異方性がある液晶中の方が、その効果が顕著である。
【００７５】
マイクロカプセルの形状は、通常球形であるが、図６に示すように、多角柱状の形状とすることも可能である。このような多角柱状の形状のマイクロカプセルによると、直流電圧印加による荷電微粒子の集積に際し、隙間なく微粒子が敷き詰められるので、反射率がより高くなるという利点がある。
【００７６】
また、多角柱状の形状のマイクロカプセルによると、特に、ホワイト→カラー、ホワイト→ブラックの応答速度が、数十ミリ秒と、動画に対応できる応答速度を得ることが出来る。
【００７７】
【実施例】
以下、本発明の種々の実施例について説明する。
【００７８】
（実施例１）
カラーＧＨ−電気泳動方式電場感応性顔料を以下のように調製した。即ち、正の誘電異方性を有するネマチック液晶であるＺＬＩ−１８４０（商品名：メルク社製）７０重量部に、下記式（１）に示す分子構造を有するイエローの二色性色素２重量部、ブルーのアントラキノン類色素（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ９１）２重量部を溶解させた。
【００７９】
この液晶溶液に、親水性のメチルメタクリレートモノマー１０重量部、疎水性のイソブチルメタクリレート５重量部、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレートを１重量部、ベンゾイルパーオキサイド１重量部、および平均粒径０．１μｍのチタニア微粒子を９重量部を混合して、溶解または分散させ、ポリビニルアルコール３重量部、および純水３００重量部と共にホモジナイザーで乳化した後、上記液晶組成物を８５℃で重合した。
【００８０】
１時間重合を行った後、生成物を１μｍのフィルターで濾過し、３回純水で洗浄して、透明高分子被膜で包含された平均粒径１０μｍの電場感応性顔料（マイクロカプセル）を得た。なお、攪拌速度を調整することにより、粒径を制御した。このようにして得たマイクロカプセルをアクリル樹脂に分散し、アクリル樹脂：マイクロカプセル＝１：１０とした、インキを調製した。
【００８１】
このインキをＩＴＯ付きガラス基板にスクリーン印刷で塗布し、乾燥させ、ＩＴＯ付対向基板を真空圧着させて、セルを作成した。
このセルに１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ間印加し、チタニア微粒子を観測面に集めた後に、５Ｖ，１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、反射率６０％の白表示が得られた。次に、逆方向に１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ間印加し、次いで５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、ブルー表示になった。更に、電圧無印加状態にしたところ、反射率３％のブラック表示が得られた。
【００８２】
【化１】

【００８３】
（実施例２）
二色性色素として下記式（２）に示す分子構造のマゼンタ色素を用い、等方性色素としてシアン染料（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｂｌｕｅ９９）１重量部、イエロー染料（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｙｅｌｌｏｗ６４）１重量部を用いる他は実施例１と全く同様にしてセルを作成した。
【００８４】
このセルに１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ間印加し、チタニア微粒子を観測面に集めた後に、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、反射率６０％の白表示が得られた。次に、逆方向に１０Ｖの直流電圧を印加した後、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、グリーン表示になった。更に、電圧無印加状態にしたところ、反射率４％のブラック表示が得られた。
【００８５】
【化２】

【００８６】
（実施例３）
二色性色素として二色性色素材料ＬＳＢ３１８（商品名：三菱化学社製、シアン色素）を２重量部用い、等方性色素としてレッド染料（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒｓｅ Ｒｅｄ５６）２重量部を用いた他は、実施例１と全く同様にして、セルを作成した。
【００８７】
このセルに１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ間印加し、チタニア微粒子を観測面に集めた後に、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、反射率６０％の白表示が得られた。次に、逆方向に１０Ｖの直流電圧を印加した後、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、レッド表示になった。更に、電圧無印加状態にしたところ、反射率３％のブラック表示が得られた。
【００８８】
（実施例４）
実施例１、２、３の電場感応性顔料を、図４ に示すようなΔ配列にパターン印刷した。実施例１、２、３と同様の駆動方法により駆動させたところ、白表示時の反射率６０％、黒表示時の反射率３．３％が得られた。また、各色表示においては３段階の階調を得た。即ち、３種類の画素において、（レッド、ブラック、ブラック）（レッド、ブラック、ホワイト）（レッド、ホワイト、ホワイト）の階調である。
【００８９】
（比較例１）
実施例１、２、３に用いた各色の等方性染料のみをそれぞれ液晶に溶解させ、チタニア微粒子を分散させて実施例１と同様にしてレッド、グリーン、ブルーの３種類の電場感応性顔料を作成した。これら電場感応性顔料を用い、実施例４のようにΔ配列させたセルを作成した。実施例１、２、３と同様の駆動方法により駆動させたところ、白表示時の反射率は６０％であったが、黒表示時の反射率が２０％であり、黒表示を明確に出すことは出来なかった。
【００９０】
（比較例２）
実施例１、２、３の各色の等方性染料をいっしょに液晶に溶解させてブラックの着色液晶を作成し、比較例１と同様にしてセルを作成した。このセルの観測者側にＲＧＢΔ配列のカラーフィルターを密着させた。実施例１、２、３と同様の駆動方法により駆動させたところ、黒表示時の反射率は４％と良好であったが、白表示反射率は２０％と小さく、表示が暗くなった。これはカラーフィルターを設置することによる光利用効率低減の影響である。
【００９１】
（実施例５）
表面にアルミナを蒸着させたＭＭＡ微粒子（図４（ａ）に示す形状）を荷電微粒子に用いる他は、実施例４と全く同様にしてＲＧＢΔ配列にパターン印刷した。実施例１、２、３と同様の駆動方法により駆動させたところ、ホワイト表示時の反射率は７０％と大きく、黒表示の反射率は３％であった。また応答速度（ホワイト→カラー、ホワイト→ブラック）は６０ミリ秒であった。
【００９２】
モノクロ画像の場合には、１０００時間放置後もコントラストが変化することなく画像が維持された。なお、実施例４の応答速度は１００ミリ秒である。本実施例の場合のほうが応答速度がより速いが、これは本実施例の場合、上部に集積された荷電微粒子の向きの変化のみでホワイト表示から変化するからである。
【００９３】
また、実施例４のモノクロ画像のメモリー性は３００時間が限度である。本実施例のメモリー性が１０００時間も維持されるのは、実施例４より荷電微粒子の沈降速度がはるかに小さいからである。
【００９４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によると、一つの画素内で白、黒、色表示の３種類の状態を実現することが可能であり、電気泳動方式の高反射率、高コントラストを維持しつつ、カラー表示を実現することが出来る。
【００９５】
本発明の電気泳動表示装置は、大型の宣伝広告用ディスプレイのみならず、ペーパライクディスプレイに適用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式を模式的に示す図。
【図２】 本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式を用いた各表示状態の説明図。
【図３】 本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式を用いた表示装置の説明図。
【図４】 本発明の電気泳動表示装置に用いる異方性電気泳動粒子の様々な形状の例を示す図。
【図５】 異方性電気泳動粒子を用いたゲスト−ホスト−電気泳動方式の、微粒子の挙動を示す図。
【図６】 断面多角形のマイクロカプセルを示す図。
【図７】 従来の電気泳動Ｅ−インクを模式的に示す図。
【図８】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図９】 従来のを用いた表示状態の説明図。
【図１０】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図１１】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図１２】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図１３】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図１４】 従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の説明図。
【図１５】 本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式における白、黒、色表示のスイッチングを示す図。
【図１６】 本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電気泳動方式において、明るさと色純度が異なる３種類のレッド表示を示す図。
【符号の説明】
１…ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料
２…液晶分子
３…第１の色素
４…第２の色素
５…電気泳動粒子
１１，２１…電気泳動Ｅ−インク
１２…着色分散媒
１３…カラーフィルター
２２…透明分散媒
３１，５１…着色電気泳動粒子
４１，４２，４３…着色分散媒

Claims (9)

1. 分散媒と、前記分散媒に分散した電気泳動粒子とを含む電気泳動表示素子であって、前記分散媒は、第１の二色性色素からなる第１の色素と、前記第１の二色性色素よりも低い二色性比を有する第２の二色性色素および／または等方性色素からなる第２の色素とを含み、前記第１の色素と、前記第２の色素とは、互いに補色関係にあることを特徴とする電気泳動表示装置。
2. 前記第１の色素は、３以上の二色性比を有し、前記第２の色素は、１．５以下の二色性比を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
3. 前記分散媒は液晶を含み、電気泳動粒子と前記分散媒とがマイクロカプセル内に収容されてなることを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
4. 前記第１の色素がシアンであり、前記第２の色素がレッドである第１の電気泳動表示部と、前記第１の色素がマゼンタであり、前記第２の色素がグリーンである第２の電気泳動表示部と、前記第１の色素がイエローであり、前記第２の色素がブルーである第３の電気泳動部とからなるパターンを有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
5. 前記第２の色素は、平均粒径０．２μｍ以下の顔料微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
6. 直流電圧の印加、逆方向の直流電圧の印加、及び電圧の無印加により、直流電圧の印加、交流電圧の印加、及び電圧の無印加により、又は２種類以上の周波数の交流電圧の印加、及び電圧の無印加より、白、黒、及び白、黒以外のカラー表示を行うことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
7. 前記電気泳動粒子は、０．４μｍ以下の平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
8. 前記電気泳動粒子は、粒子長軸方向の長さが短軸方向の長さの1.1倍以上であるか、または微粒子を上部から見た場合の占有面積の向きによる差が1.1倍以上である形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
9. 前記電気泳動粒子が、流線型状、平板状、円盤状、楕円板状またはこれらの２つ以上の特徴を併せ持つ形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。

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