JP3949309B2 - 書き込み装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群からなる表示媒体、及び、特に着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させた分散液に電界を作用させることによって、泳動粒子の分布状態を変化せしめ、それによって可逆的に視認状態を変化させうる表示媒体と、少なくとも書き込み時には該表示媒体に近接させられるように着脱が可能な書き込み装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低消費電力化あるいは目への負担軽減などの観点から反射型表示装置への期待が高まっている。そのひとつとして、図３に示すような電気泳動表示装置が知られている。図中、１はガラス等の透明基板、２はその透明基板の一方面に所要のパターンで形成された透明電極であり、対向配置されたこれらの一組の透明電極２，２の間には、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させた分散液４が封入してある。泳動粒子は分散媒中で表面に電荷を帯びており、透明電極２の一方に泳動粒子の電荷と逆向きの電圧を与えた場合には泳動粒子がそちらに移動し堆積して泳動粒子の色が観測され、泳動粒子の電荷と同じ向きの電圧を与えた場合には泳動粒子は反対側に移動するため分散媒の色が観測され、これにより表示を行うことができる。
【０００３】
ここで、分散液４を単に両電極２，２間に封入する構造では、泳動粒子の凝集や付着現象によって表示ムラを発生することがあるので、両電極２，２間にメッシュ状あるいは多孔質状の有孔スペーサ７を配置することにより、分散液４を不連続に分割し、表示動作の安定化を図る工夫がなされている。
【０００４】
しかし、このような構造の場合、分散液の一様な封入処理が困難である、あるいは封入時に分散液の特性が変化して再現性を得るのが困難であるといった問題があった。
こうした問題を解決するものとして、特第２５５１７８３号公報では分散液を封入した多数のマイクロカプセルを作成し、これらを電極板間に充填した構成が採用されている。これら従来の表示装置では各電極に画像を表示するための信号を印加する駆動回路が接続されている。
【０００５】
このような表示装置はマトリックス状の２次元駆動が容易であるため、特にアクティブマトリックス駆動を採用することにより、高速かつ高解像度の書き込みが可能であるが、表示媒体を駆動部から切り離すことは実質上不可能であるため表示媒体が大型化し、かつ高価なものとなり、更には手軽に持ち歩いて移動させたり、複数枚を並べて見るというような用途には不向きであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこのような問題点を解決し、表示動作が安定かつ製造が容易な表示媒体、およびその表示媒体を手軽に持ち歩いたり、複数の画像を並べて見ることが安価にできる書き込み装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第一に、電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群が封入された多数のマイクロカプセルと、マイクロカプセルの隙間を埋めるバインダ材とが、ひとつの層をなすように一枚の共通電極を設けた基板上に固定され、かつ、書き込み装置が脱着可能であることを特徴とする表示媒体が提供される。
【０００８】
電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質または物質群としては、高分子分散型液晶、双安定性コレステリック液晶、酸化還元反応により着色と消色が可逆的に行われる物質からなる膜とそれに接する電解液からなるもの（エレクトロクロミック素子）、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させたもの（電気泳動素子）等が挙げられる。
【０００９】
これらはいずれも常温で流動性があるが、マイクロカプセル化することにより粉末状の固体として扱うことができるため、ブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の手法を用いて基板上に整列させることができるので、製造工程が簡便なものとなる。さらに上記構成では、マイクロカプセルが共通電極を設けた基板上に固定されているため、基板を１枚使用するだけでよく、また共通電極は通常パターンニングする必要がないため非常に安価に表示媒体を製造することができる。前記多数のマイクロカプセルは、それらの隙間を埋めるバインダ材とともにひとつの層をなすように、共通電極を設けた基板上に固定されている。バインダ材はマイクロカプセル相互およびマイクロカプセルと共通電極との付着力を増大させる作用をする（請求項１）。
【００１０】
前記電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質または物質群の中で、高分子分散型液晶や双安定性コレステリック液晶は散乱によって白色を表示するが、散乱能がそれほど高くないため充分な白色濃度が得られないという欠点がある。また、エレクトロクロミック素子は表示の見やすさの点では液晶よりも優れているが、電気化学反応を利用しているため書き込み時に電流が流れ、消費電力が大きくなるという欠点がある。
従って、本発明においては、視認性、消費電力の面で、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させたもの（電気泳動素子）を用いるのが望ましい。この場合にはマイクロカプセル化することにより、分散液がマイクロカプセル壁によって微小領域に分割されているため、泳動粒子の凝集や付着現象が生じにくく、安定に表示を行うことができるという利点も加わる（請求項２）。
【００１２】
そして、前記共通電極を設けた基板上に固定されている多数のマイクロカプセル及び／又はバインダ材上にはオーバーコート層が設けられているのが望ましい。オーバーコート層は表面を平滑化するとともに、表示媒体に外力が加わった場合にマイクロカプセルを保護する役目を果たす（請求項３）。
【００１３】
また本発明によれば、第二に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は画像信号に応じて該表示媒体に電界を作用させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有する電極アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置が提供される。
【００１４】
このような書き込み装置においては、表示媒体の共通電極をアース電位とし、基板と反対側の表面に電極アレイを密着させることにより、画像信号に応じた電位を所定の部位に与えることができ、それによって表示媒体中の分散液に電界を作用させることができる。電極アレイは表示媒体との平面位置関係を相対的に変えることができるので表示媒体の全面に視認できる情報を表示させることができる。さらにこの表示媒体は一度表示させた後は電界の作用がなくても表示状態を保持できるため、書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、表示媒体を複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項４）。
【００１５】
また本発明によれば、第三に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は画像信号に応じて該表示媒体表面に電荷を付与させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有するイオン銃アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置が提供される。
この書き込み装置は、前記本発明の第二の書き込み装置の電極アレイをイオン銃アレイに変えたものである。
【００１６】
このような書き込み装置においては、表示媒体の共通電極をアース電位とし、基板と反対側の表面にイオン銃アレイを近接させることにより、画像信号に応じた電荷を所定の部位に与えることができ、それによって表示媒体中の分散液に電界を作用させることができる。イオン銃アレイは表示媒体との平面位置関係を相対的に変えることができるので表示媒体の全面に視認できる情報を表示させることができる。イオン銃により表示媒体の表面に与えられた電荷は表示媒体を構成する材料の時定数で放電するため、それが粒子の移動時間（応答時間）より長い場合にはイオン銃の作用時間を応答時間より短くすることができ、したがって書き込み速度を速くすることができる。また、前記本発明の第二の書き込み装置と同様、表示媒体を書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項５）。
【００１７】
また本発明によれば、第四に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は複数の信号電極と走査電極を備え、その交差部に画像信号に応じて該表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有し、それによって該表示媒体に画像を表示するように構成されていることを特徴とする書き込み装置が提供される。
【００１８】
このような書き込み装置においては、２次元配列された電界印加手段がスイッチング素子を有するため、その作用により選択時にある部位に与えられた電荷は非選択時には表示媒体を構成する材料の時定数で放電するため、それが粒子の移動時間（応答時間）より長い場合には選択時間を応答時間より短くすることができ、したがって書き込み速度を速くすることができる。また、前記本発明の第二および第三の特徴の書き込み装置と同様、表示媒体を書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項６）。
【００１９】
スイッチング素子としては、大面積に作製することが容易な薄膜デバイス、特に薄膜トランジスタを用いるのが望ましい。薄膜トランジスタはゲートに接続された走査電極から走査パルスを印加し、これに同期してソースに接続された信号電極から画像信号によって変調されたパルスがドレインに接続された個別電極より表示媒体に印加される。薄膜トランジスタは３端子素子であるためスイッチング性能が高く、中間調を伴うような場合にも鮮明な表示を得ることができる。なお、より書き込み速度を速くするために、蓄積コンデンサを等価回路的に表示媒体と並列になるように設けてもよい（請求項７）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第１の形態（請求項１、２、に対応）を図１に基づいて以下に説明する。図１は本発明の表示媒体の一例を示している。１はガラス、プラスチック等からなる基板で、厚さは１０μｍ〜１ｍｍ程度が望ましく、充分な機械的強度とフレキシビリティーを有するためには２５〜２００μｍ程度がより好ましい。視認側に用いる場合には透明な材質が選ばれるが、視認しない側に用いる場合には着色していてもよく、この色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。
【００２１】
２は金属、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の導電体薄膜からなる共通電極で、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法等で形成される。基板１を視認側に用いる場合には共通電極２として、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の透明な材質が選ばれるが、視認しない側に用いる場合には着色していてもよく、この色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。共通電極２は特にパターンニングする必要はないが、表示ドットごとの電界分布をより均一にしシャープな表示を得るために、ドット状、ストライプ状等の繰り返しパターンを形成してもよい。
【００２２】
３はマイクロカプセルで、分散液４を内包している。
５はバインダ材で、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸系共重合体、マレイン酸系共重合体、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、メチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン等の皮膜形成性を有する材料からなる。
【００２３】
外部から印加した電界がマイクロカプセル部分に有効に作用するためには、バインダ材として誘電率が分散液と同等以上であるものを用いるのが望ましい。バインダ材中には誘電率を調整するために主たる樹脂以外にアルコール、ケトン、カルボン酸塩等の化合物を混合してもよい。また、着色粒子あるいはイオンを混合することにより、その色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。
【００２４】
分散液４はベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭（化水）素類、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物等の抵抗率の高い有機溶媒中にアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染料あるいはカーボンブラック、酸化鉄、有機顔料等の着色微粒子を０．０１〜２０ｗｔ％程度含有させたものからなる分散媒に、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛等の無機顔料や、ダイアリーライドイエロー、フタロシアニンブルー等の有機顔料からなる泳動粒子を分散させたものが用いられる。
【００２５】
泳動粒子は分散媒と比重を合わせるため或るいは凝集を防いで分散性を高めるために、表面に他の物質を被覆したり、他の物質と複合化してもよい。粒径としては０．０１〜１０μｍ程度が好ましい。また、泳動粒子の表面電荷量を制御したり分散性を高める目的で、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリメチルメタクリレート、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等を添加してもよい。また、これら分散液を構成する各材料は必要に応じて２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２６】
マイクロカプセル３の壁材としては、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、ゼラチン−アラビアゴム等が使用できる。マイクロカプセルは界面重合法、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ重合法、コアセルベーション法等で形成される。カプセル径は１〜１０００μｍが作製可能であるが、充分な表示コントラストを得るには５μｍ以上とする必要があることが実験的にわかっている。また上限はカプセルの強度面から２００μｍ以下とするのがよいことが実験的にわかっている。さらに表示解像度の観点からは、例えば２００ｄｐｉ程度の表示を行うのであれば６０μｍ以下とする必要があるが、これは表示解像度に応じて適宜決定すればよい。
【００２７】
上記のような方法で形成されるマイクロカプセルは一般に水分を含むスラリー状となる。これを乾燥させて粉末状にすることも可能であるが、バインダ材５として、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、メチルセルロース、ゼラチン、ポリエチレンポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、尿素−ホルムアルデヒド、メラミン−ホルムアルデヒド、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体等の水溶性の高分子（またはプレポリマー）材料を使用する場合には、バインダ材の水溶液にマイクロカプセルのスラリーを混合して塗布液を作製すればよい。
【００２８】
この塗布液をブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、デイップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の手法で共通電極２を設けた基板に塗布し、乾燥させればマイクロカプセルとバインダ材がひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に強固に固定される。
マイクロカプセルの面内配列はマトリックス状、六方最密状等種々の形態をとることができ、垂直方向には単層および多層の配列が可能で、多層の場合マトリックス状、六方最密状等種々の形態をとることができる。また、層内のマイクロカプセルの充填率を上げるために、カプセル径分布の中心値が２つ以上であるマイクロカプセルを用いることは効果的である。
【００２９】
本発明の実施の第２の形態（請求項３に対応）を図２に基づいて以下に説明する。図２は本発明の表示媒体の他の一例を示している。基板１、共通電極２、マイクロカプセル３、分散液４、バインダ材５は前記第１の形態と同様の材料および形成方法により作製される。６はオーバーコート層でＳｉＯ2やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の無機物質あるいはポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸系共重合体、マレイン酸系共重合体、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、メチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン等の有機物質およびこれらに各種硬化剤、架橋剤を添加したものからなる。硬化剤、架橋剤の例として、イソシアネート基をもつ化合物、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、エポキシ基をもつ化合物、グリオキザール等を挙げることができる。これらを用いたオーバーコート層はスパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相法あるいはブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、デイップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の塗布法で作製することができる。
【００３０】
さらには紫外線硬化樹脂あるいは電子線硬化樹脂をオーバーコート層に用いることもできる。具体的には紫外線あるいは電子線照射により重合反応を起し、硬化して樹脂となるモノマーまたはオリゴマーに、場合により光重合開始剤を混合して塗布し、紫外線あるいは電子線を照射することにより形成される。
【００３１】
このようなモノマーまたはオリゴマーとしては（ポリ）エステルアクリレート、（ポリ）ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンアクリレート、（ポリ）ホスファゼンメタクリレート等がある。
【００３２】
光重合開始剤としてはジクロロアセトフェノンやトリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノサルファイド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス（トリクロロメチル）トリアジン化合物等が挙げられる。
【００３３】
オーバーコート層の厚さは、保護層としての機能を損なわない範囲内でできるだけ薄い方が表示解像度の点から望ましく０．１〜６０μｍ、より好ましくは０．３〜３０μｍである。
【００３４】
また、外部から印加した電界がマイクロカプセル部分に有効に作用するためには、オーバーコート層の誘電率は大きい方が望ましい。具体的には、オーバーコート層の厚さをｄｏ、誘電率をεｏとし、マイクロカプセルとバインダ材よりなる層（近似的には分散液）の厚さをｄｍ、誘電率をεｍとすると、（εｏ／ｄｏ）＞（εｍ／ｄｍ）の関係にあるのが望ましい。
【００３５】
更にまた、オーバーコート層の屈折率はマイクロカプセル壁材およびバインダ材の屈折率より小さい方が表面反射を軽減する点から望ましい。
【００３６】
さらにより積極的に表面反射を軽減するために、オーバーコート層の上に単層または多層の反射防止膜を設けてもよい。例えば２層膜の場合、空気の屈折率をｎａ、オーバーコート層の屈折率をｎｏ、第１層（空気側の層）の屈折率をｎ1、膜厚をｄ1、第２層（オーバーコート層の側）の屈折率をｎ2、膜厚をｄ2とすると、▲１▼ｎ1ｄ1＝ｎ2ｄ2かつｎａｎ2 2＝ｎｏｎ1 2、▲２▼ｎ1ｄ1＝ｎ2ｄ2かつｎ1ｎ2＝ｎａｎｏ等を満たすあるいはそれに近い組み合わせが効果的である。
【００３７】
屈折率の比較的小さい材料として、ＭｇＦ2、ＣａＦ2等が好適に使用でき、大きい材料としてＳｉＯｘ，ＣｅＯ2等が好適に使用できる。これらは真空蒸着法、スパッタリング法等の通常の薄膜形成手段によって作製することがでさる。外部から印加した電界（電荷）の消滅時間（時定数）が長い方が書き込み速度の点から望ましい。
【００３８】
そのためにはオーバーコート層の比抵抗は大きい方が望ましい。具体的には、オーバーコート層の厚さをｄｏ、比抵抗をρｏとし、マイクロカプセルとバインダよりなる層（近似的には分散液）の厚さをｄｍ、誘電率をρｍとすると、ρｏｄｏ＞ρｍｄｍの関係にあるのが望ましい。
また、オーバーコート層中に着色粒子あるいはイオンを混合することにより、その色（反射色）を表示色の部に利用することもできる。なお、オーバーコート層は必要に応じて２層以上からなる層としてもよい。
【００３９】
上記実施の第１および第２の形態において、共通電極２を設けた基板上にマイクロカプセルあるいはバインダ材の付着性をより高めるためにアンダーコート層を設けてもよい。アンダーコート層の材料としてはオーバーコート層と同様のものが使用できる。また、その厚さ、誘電率、比抵抗等の物性値はマイクロカプセルおよびバインダ材からなる層との関係において、前記のオーバーコート層に準ずるものとするのが望ましい。なお、アンダーコート層は必要に応じて２層以上からなる層としてもよい。
【００４０】
本発明の実施の第３の形態（請求項４に対応）を図４に基づいて以下に説明する。図４は本発明の書き込み装置の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図２に示す構造のものが使用される。１１は電極アレイで、基板１２にスクリーン印刷等で形成された電極棒１３と一体的に搭載されたスイッチング回路１４からなり、これらが紙面と垂直方向に多数並べられてアレイ化している。１５は電源回路で、画像信号に応じた電圧パルスをスイッチング回路１４を経て、電極棒１３に供給する。１６は送り機構で、この場合は表示媒体を移動させることにより、全面に視認できる情報を表示させることができる。この代わりに表示媒体を固定して、電極アレイを移動させるような機構を用いてもよい。電極アレイ１１、電源回路１５および送り機構１６は図示しないハウジング内に納められ、書き込み装置として機能する。
【００４１】
以下に表示動作の一例を説明する。まず、表示媒体中の泳動粒子の表面電荷と逆の極性の電圧（例えば負電圧）を電極棒１３に印加することによって、泳動粒子が表面に移動し、泳動粒子の色が観測される。電圧を逆にすれば、泳動粒子は共通電極側に移動し、表面からは分散媒の色が観測される。駆動上はドット毎に極性を変えるよりは、一度全面をベタ表示（消去動作）した後に、画像信号に応じて選択したドットを反転させる（書き込み動作）方が容易である。
【００４２】
本発明の実施の第４の形態（請求項５に対応）を図５に基づいて以下に説明する。図５は本発明の書き込み装置の他の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図１に示す構造のものが使用される。２１はイオン銃アレイで、コロナワイヤ２２、放電フレーム２３、制御電極２４ａ、２４ｂからなり、これらが紙面と垂直方向に多数並べられてアレイ化している。２６はコロナイオン発生用高圧電源、２７はイオン流制御用電源である。２８は送り機構で、この場合は表示媒体を移動させることにより、全面に視認できる情報を表示させることができる。この代わりに表示媒体を固定して、イオン銃アレイを移動させるような機構を用いてもよい。
【００４３】
続いて、以下に表示動作の一例を説明する。まず、表示媒体中の泳動粒子の表面電荷と逆の極性の電圧（例えば負電圧）をコロナワイヤ２２に印加して、表示媒体の表面に負電荷を供給する。するとこの電荷と共通電極２との間に形成される電界によって、泳動粒子が表面に移動し、泳動粒子の色が観測される。次に正電圧をコロナワイヤ２２に印加して、画像信号に応じて制御電極２４ａに印加する電圧の極性および大きさを変える。すなわち、正電圧を印加した場合にはイオン流がアパーチャー２５を通過して、表示媒体の表面に正電荷が供給されるため、泳動粒子は共通電極側に移動し、表面からは分散媒の色が観測される。負電圧を印加した場合にはイオン流がアパーチャー２５を通過できないため、表示媒体の表面には電荷が供給されず、泳動粒子の移動が起こらず、表面からは泳動粒子の色が観測される。イオン銃アレイ２１、高圧電源２６、イオン流制御用電源２７および送り機構２８は図示しないハウジング内に納められ、書き込み装置として機能する。
【００４４】
本発明の実施の第５の形態（請求項６，７に対応）を図６に基づいて以下に説明する。図６は本発明の書き込み装置の他の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図２に示す構造のものが使用される。３１は書き込み装置で、表面に複数の信号電極と走査電極を備え、その交差部に画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有している。４０は画像に応じた信号を書き込み装置に与えるための電源回路である。
【００４５】
書き込み装置の表面の構造の例を図７に基づき説明する。これはスイッチング素子に薄膜トランジスタを用いた場合である。基板３２としてガラス等の絶縁体または表面を絶縁化した金属を用いる。３３はゲート電極を兼ねる走査電極で、Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ、Ａｌ等の金属薄膜からなる。３４はゲート絶縁摸で、ＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ等の絶縁体薄膜からなる。３５はａ−Ｓｉ、Ｐｏ１ｙ−Ｓｉ等の半導体薄膜からなるチャネル、３６はソース電極を兼ねる信号電極、３７はドレイン電極で、それぞれＡ１、Ｃｒ等の金属薄膜からなる。３８は個別電極でＡｌ、Ｃｒ、ＩＴＯ，ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の導電性薄膜からなる。３９はＳｉＯ2、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の無機物質あるいはポリイミド、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の有機物質からなる保護層である。これらはスパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法等の薄膜形成技術とウェットエッチング法、ドライエッチング法等のパターンニング技術とを組み合わせた公知の方法で作製することができる。
なお、図７はスイッチング素子の１ユーツトを示したものであり、表示画面の大きさと画素密度（解像度）に応じてＸ方向およびＹ方向に同一パターンが繰り返し形成される。
【００４６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
実施例１
図１に示す表示媒体を以下のように作製した。分散媒としてテトラクロロエチレンに０．５ｗｔ％の青色染料（マクロレックスプルーＲＲ：バイエル社製）を溶解したものを用い、泳動粒子として、表面をＡｌで処理した平均粒径０．２１μｍの一酸化チタン（ＣＲ６０：石原産業社製）を用いた。この粒子とオレイン酸を分散媒に各々１０ｗｔ％と０．５ｗｔ％混合して、分散液４とした。この分散液を内包するマイクロカプセルを以下のように作製した。ゼラチン水溶液とアラビアゴム水溶液を混合して、５０℃に昇温し水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨを９に調整する。この中に分散液４を加え、撹拝して乳化する。さらにｐＨを４まで徐々に下げて分散液界面にゼラチン／アラビアゴムの濃厚液を析出させた後、温度を下げて皮膜をゲル化し、グルタールアルデヒド水溶液を加えて硬化した。このようにしてゼラチン−アラビアゴムを壁材とするマイクロカプセルのスラリーを得た。カプセル径は平均５０μｍとなるように乳化条件を制御した。基板１として１００μｍ厚のＰＥＴを用い、ＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により形成して共通電極２とした。この上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−１１７：クラレ社製）１０％水溶液に等重量の上記マイクロカプセルスラリーを加えたものをブレードコーターで塗布し、乾燥することによりマイクロカプセルとポリビニルアルコールがひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に固定した。
【００４８】
実施例２
図２に示す表示媒体を以下のように作製した。分散液４は実施例１と同様のものを用いた。
この分散液を内包するマイクロカプセルを以下のように作製した。分散液４を保護コロイド水溶液中に加え、攪拌して乳化する。炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９とした後、尿素−ホルムアルデヒドプレポリマーを加え、さらに酢酸を加えてｐＨを４に調整をした後、６０℃で２時間反応させることにより分散液界面でプレポリマーが重合し、尿素樹脂の皮膜を形成した。このようにして尿素樹脂を壁材とするマイクロカプセルのスラリーを得た。カプセル径は平均４０μｍとなるように乳化条件を制御した。基板１として１００μｍ厚のＰＥＴを用い、ＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により形成して共通電極２とした。この上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−１１７：クラレ社製）１０％水溶液に等重量の上記マイクロカプセルスラリーを加えたものをブレードコーターで塗布し、乾燥することによりマイクロカプセルとポリビニルアルコールがひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に固定された。
さらにその上に、ウレタンアクリレート系紫外線硬化性樹脂（Ｃ７−１５７：大日本インキ社製）の７５％酢酸ブチル溶液をブレードコーターで塗布し、７０℃で乾燥後、８０Ｗ／ｃｍの紫外線ランプを照射して硬化し、膜厚約５μｍのオーバーコート層６を設けた。
【００４９】
実施例３
実施例２の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図４に示す電極アレイを具備する書き込み装置で書き込みを行った。電極アレイは１２５μｍピッチで８００個の電極棒を配列したものを用いた。まず、電極棒１３に−３００Ｖを供給した状態で走査し、全面を白表示とした。次に電源の極性を反転させて、スイッチング回路１４を介して画像信号に応じて、電極棒１３に＋３００Ｖの電圧を印加した。印加のパルス幅は１０ｍｓとした。ローラ送り機構１６によって表示媒体を移動させることにより全面に画像を表示することができた。送り速度は１２．５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００５０】
実施例４
実施例１の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図５に示すイオン銃アレイを具備する書き込み装置で書き込みを打つだ。イオン銃アレイは１２５μｍピッチで８００個のイオン銃を配列したものを用いた。
まず、コロナワイヤ２２に−５ｋＶの電圧を印加して、表示媒体表面全面を自表示とした。
次に、コロナワイヤ２２に＋５ｋＶの電圧を印加し、画像信号に応じて制御電極２４ａに＋１５０Ｖ（青表示）または−１５０Ｖ（白表示）の電圧を印加した。印加のパルス幅は１０ｍｓとした。ローラ送り機構２８によって表示媒体を移動させることにより全面に画像を表示することができた。送り速度は１２．５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００５１】
実施例５
実施例２の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図６に示す書き込み装置で書き込みを行った。書き込み装置３１として、表面に図７に示す薄膜トランジスタを８００×８００個（電極間ピッチ１２５μｍ）形成したものを用い、１走査線当たりの選択時間を０．１ｍｓとして、全ラインの書き込み（所要時間：０．１ｍｓ×２２００＝２２０ｍｓ）を行った。共通電極側が白表示となる電圧を＋２０Ｖ、青表示となる電圧を−２０Ｖとした、書き込み終了後間もなく全画面の表示が完了した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の表示媒体によれば、低コストで表示安定性に優れた表示媒体を提供することができる（請求項１〜２）。また、本発明の表示媒体によれば、磨耗が少なく耐久性に優れた表示媒体を提供することができる（請求項３）。本発明の書き込み装置によれば、表示媒体を表示状態を保持したまま書き込み装置から外すことができるので、手軽に持ち歩いたり、複数の画像を並べて見ることが容易にできる。（請求項４〜７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示媒体の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による表示媒体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の表示装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による書き込み装置の例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明による書き込み装置の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明による書き込み装置の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明による書き込み装置の一例の表面付近を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 共通電極
３ マイクロカプセル
４ 分散液
５ バインダ材
６ オーバーコート層
７ 有孔スペーサ
１０ 表示媒体
１１ 電極アレイ
１２ 基板
１３ 電極棒
１４ スイツチング回路
１５ 電源回路
１６ 送り機構
２１ イオン銃アレイ
２２ コロナワイヤ
２３ 放電フレーム
２４ａ 制御電極
２４ｂ 制御電極
２５ アパーチャー
２６ コロナイオン発生用高圧電源
２７ イオン流制御用電源
２８ 送り機構
３１ 書き込み装置
３２ 基板
３３ 走査電極（兼ゲート電極）
３４ ゲート絶縁膜
３５ 半導体薄膜
３６ 信号電極（兼ソース電極）
３７ ドレイン電極
３８ 個別電極
３９ 保護層
４０ 電源回路
【発明の属する技術分野】
本発明は電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群からなる表示媒体、及び、特に着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させた分散液に電界を作用させることによって、泳動粒子の分布状態を変化せしめ、それによって可逆的に視認状態を変化させうる表示媒体と、少なくとも書き込み時には該表示媒体に近接させられるように着脱が可能な書き込み装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
低消費電力化あるいは目への負担軽減などの観点から反射型表示装置への期待が高まっている。そのひとつとして、図３に示すような電気泳動表示装置が知られている。図中、１はガラス等の透明基板、２はその透明基板の一方面に所要のパターンで形成された透明電極であり、対向配置されたこれらの一組の透明電極２，２の間には、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させた分散液４が封入してある。泳動粒子は分散媒中で表面に電荷を帯びており、透明電極２の一方に泳動粒子の電荷と逆向きの電圧を与えた場合には泳動粒子がそちらに移動し堆積して泳動粒子の色が観測され、泳動粒子の電荷と同じ向きの電圧を与えた場合には泳動粒子は反対側に移動するため分散媒の色が観測され、これにより表示を行うことができる。
【０００３】
ここで、分散液４を単に両電極２，２間に封入する構造では、泳動粒子の凝集や付着現象によって表示ムラを発生することがあるので、両電極２，２間にメッシュ状あるいは多孔質状の有孔スペーサ７を配置することにより、分散液４を不連続に分割し、表示動作の安定化を図る工夫がなされている。
【０００４】
しかし、このような構造の場合、分散液の一様な封入処理が困難である、あるいは封入時に分散液の特性が変化して再現性を得るのが困難であるといった問題があった。
こうした問題を解決するものとして、特第２５５１７８３号公報では分散液を封入した多数のマイクロカプセルを作成し、これらを電極板間に充填した構成が採用されている。これら従来の表示装置では各電極に画像を表示するための信号を印加する駆動回路が接続されている。
【０００５】
このような表示装置はマトリックス状の２次元駆動が容易であるため、特にアクティブマトリックス駆動を採用することにより、高速かつ高解像度の書き込みが可能であるが、表示媒体を駆動部から切り離すことは実質上不可能であるため表示媒体が大型化し、かつ高価なものとなり、更には手軽に持ち歩いて移動させたり、複数枚を並べて見るというような用途には不向きであった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はこのような問題点を解決し、表示動作が安定かつ製造が容易な表示媒体、およびその表示媒体を手軽に持ち歩いたり、複数の画像を並べて見ることが安価にできる書き込み装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、第一に、電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群が封入された多数のマイクロカプセルと、マイクロカプセルの隙間を埋めるバインダ材とが、ひとつの層をなすように一枚の共通電極を設けた基板上に固定され、かつ、書き込み装置が脱着可能であることを特徴とする表示媒体が提供される。
【０００８】
電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質または物質群としては、高分子分散型液晶、双安定性コレステリック液晶、酸化還元反応により着色と消色が可逆的に行われる物質からなる膜とそれに接する電解液からなるもの（エレクトロクロミック素子）、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させたもの（電気泳動素子）等が挙げられる。
【０００９】
これらはいずれも常温で流動性があるが、マイクロカプセル化することにより粉末状の固体として扱うことができるため、ブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、ディップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の手法を用いて基板上に整列させることができるので、製造工程が簡便なものとなる。さらに上記構成では、マイクロカプセルが共通電極を設けた基板上に固定されているため、基板を１枚使用するだけでよく、また共通電極は通常パターンニングする必要がないため非常に安価に表示媒体を製造することができる。前記多数のマイクロカプセルは、それらの隙間を埋めるバインダ材とともにひとつの層をなすように、共通電極を設けた基板上に固定されている。バインダ材はマイクロカプセル相互およびマイクロカプセルと共通電極との付着力を増大させる作用をする（請求項１）。
【００１０】
前記電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質または物質群の中で、高分子分散型液晶や双安定性コレステリック液晶は散乱によって白色を表示するが、散乱能がそれほど高くないため充分な白色濃度が得られないという欠点がある。また、エレクトロクロミック素子は表示の見やすさの点では液晶よりも優れているが、電気化学反応を利用しているため書き込み時に電流が流れ、消費電力が大きくなるという欠点がある。
従って、本発明においては、視認性、消費電力の面で、着色した分散媒中にその分散媒の色とは異なる色を有する複数の泳動粒子を分散させたもの（電気泳動素子）を用いるのが望ましい。この場合にはマイクロカプセル化することにより、分散液がマイクロカプセル壁によって微小領域に分割されているため、泳動粒子の凝集や付着現象が生じにくく、安定に表示を行うことができるという利点も加わる（請求項２）。
【００１２】
そして、前記共通電極を設けた基板上に固定されている多数のマイクロカプセル及び／又はバインダ材上にはオーバーコート層が設けられているのが望ましい。オーバーコート層は表面を平滑化するとともに、表示媒体に外力が加わった場合にマイクロカプセルを保護する役目を果たす（請求項３）。
【００１３】
また本発明によれば、第二に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は画像信号に応じて該表示媒体に電界を作用させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有する電極アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置が提供される。
【００１４】
このような書き込み装置においては、表示媒体の共通電極をアース電位とし、基板と反対側の表面に電極アレイを密着させることにより、画像信号に応じた電位を所定の部位に与えることができ、それによって表示媒体中の分散液に電界を作用させることができる。電極アレイは表示媒体との平面位置関係を相対的に変えることができるので表示媒体の全面に視認できる情報を表示させることができる。さらにこの表示媒体は一度表示させた後は電界の作用がなくても表示状態を保持できるため、書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、表示媒体を複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項４）。
【００１５】
また本発明によれば、第三に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は画像信号に応じて該表示媒体表面に電荷を付与させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有するイオン銃アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置が提供される。
この書き込み装置は、前記本発明の第二の書き込み装置の電極アレイをイオン銃アレイに変えたものである。
【００１６】
このような書き込み装置においては、表示媒体の共通電極をアース電位とし、基板と反対側の表面にイオン銃アレイを近接させることにより、画像信号に応じた電荷を所定の部位に与えることができ、それによって表示媒体中の分散液に電界を作用させることができる。イオン銃アレイは表示媒体との平面位置関係を相対的に変えることができるので表示媒体の全面に視認できる情報を表示させることができる。イオン銃により表示媒体の表面に与えられた電荷は表示媒体を構成する材料の時定数で放電するため、それが粒子の移動時間（応答時間）より長い場合にはイオン銃の作用時間を応答時間より短くすることができ、したがって書き込み速度を速くすることができる。また、前記本発明の第二の書き込み装置と同様、表示媒体を書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項５）。
【００１７】
また本発明によれば、第四に、前記の表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置において、該表示媒体と該書き込み装置は少なくとも書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、しかも該書き込み装置は複数の信号電極と走査電極を備え、その交差部に画像信号に応じて該表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有し、それによって該表示媒体に画像を表示するように構成されていることを特徴とする書き込み装置が提供される。
【００１８】
このような書き込み装置においては、２次元配列された電界印加手段がスイッチング素子を有するため、その作用により選択時にある部位に与えられた電荷は非選択時には表示媒体を構成する材料の時定数で放電するため、それが粒子の移動時間（応答時間）より長い場合には選択時間を応答時間より短くすることができ、したがって書き込み速度を速くすることができる。また、前記本発明の第二および第三の特徴の書き込み装置と同様、表示媒体を書き込み装置から外して手軽に持ち歩いたり、複数個用意することによって、複数の画像を並べて見ることが容易にできる（請求項６）。
【００１９】
スイッチング素子としては、大面積に作製することが容易な薄膜デバイス、特に薄膜トランジスタを用いるのが望ましい。薄膜トランジスタはゲートに接続された走査電極から走査パルスを印加し、これに同期してソースに接続された信号電極から画像信号によって変調されたパルスがドレインに接続された個別電極より表示媒体に印加される。薄膜トランジスタは３端子素子であるためスイッチング性能が高く、中間調を伴うような場合にも鮮明な表示を得ることができる。なお、より書き込み速度を速くするために、蓄積コンデンサを等価回路的に表示媒体と並列になるように設けてもよい（請求項７）。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の第１の形態（請求項１、２、に対応）を図１に基づいて以下に説明する。図１は本発明の表示媒体の一例を示している。１はガラス、プラスチック等からなる基板で、厚さは１０μｍ〜１ｍｍ程度が望ましく、充分な機械的強度とフレキシビリティーを有するためには２５〜２００μｍ程度がより好ましい。視認側に用いる場合には透明な材質が選ばれるが、視認しない側に用いる場合には着色していてもよく、この色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。
【００２１】
２は金属、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の導電体薄膜からなる共通電極で、スパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ法、塗布法等で形成される。基板１を視認側に用いる場合には共通電極２として、ＩＴＯ、ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の透明な材質が選ばれるが、視認しない側に用いる場合には着色していてもよく、この色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。共通電極２は特にパターンニングする必要はないが、表示ドットごとの電界分布をより均一にしシャープな表示を得るために、ドット状、ストライプ状等の繰り返しパターンを形成してもよい。
【００２２】
３はマイクロカプセルで、分散液４を内包している。
５はバインダ材で、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸系共重合体、マレイン酸系共重合体、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、メチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン等の皮膜形成性を有する材料からなる。
【００２３】
外部から印加した電界がマイクロカプセル部分に有効に作用するためには、バインダ材として誘電率が分散液と同等以上であるものを用いるのが望ましい。バインダ材中には誘電率を調整するために主たる樹脂以外にアルコール、ケトン、カルボン酸塩等の化合物を混合してもよい。また、着色粒子あるいはイオンを混合することにより、その色（反射色）を表示色の一部に利用したり、反射率を増加させることによりコントラスト比を向上させることもできる。
【００２４】
分散液４はベンゼン、トルエン、キシレン、ナフテン系炭化水素等の芳香族炭化水素類、ヘキサン、シクロヘキサン、ケロシン、パラフィン系炭化水素等の脂肪族炭化水素類、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、臭化エチル等のハロゲン化炭（化水）素類、含フッ素エーテル化合物、含フッ素エステル化合物等の抵抗率の高い有機溶媒中にアントラキノン類やアゾ化合物類等の油溶性染料あるいはカーボンブラック、酸化鉄、有機顔料等の着色微粒子を０．０１〜２０ｗｔ％程度含有させたものからなる分散媒に、二酸化チタン、酸化亜鉛、硫化亜鉛等の無機顔料や、ダイアリーライドイエロー、フタロシアニンブルー等の有機顔料からなる泳動粒子を分散させたものが用いられる。
【００２５】
泳動粒子は分散媒と比重を合わせるため或るいは凝集を防いで分散性を高めるために、表面に他の物質を被覆したり、他の物質と複合化してもよい。粒径としては０．０１〜１０μｍ程度が好ましい。また、泳動粒子の表面電荷量を制御したり分散性を高める目的で、ステアリン酸、オレイン酸、リノール酸、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、ポリエチレンオキシド、ポリメチルメタクリレート、シランカップリング剤、チタンカップリング剤等を添加してもよい。また、これら分散液を構成する各材料は必要に応じて２種類以上を混合して用いてもよい。
【００２６】
マイクロカプセル３の壁材としては、尿素−ホルムアルデヒド樹脂、メラミン−ホルムアルデヒド樹脂、ウレタン樹脂、ゼラチン−アラビアゴム等が使用できる。マイクロカプセルは界面重合法、Ｉｎ−Ｓｉｔｕ重合法、コアセルベーション法等で形成される。カプセル径は１〜１０００μｍが作製可能であるが、充分な表示コントラストを得るには５μｍ以上とする必要があることが実験的にわかっている。また上限はカプセルの強度面から２００μｍ以下とするのがよいことが実験的にわかっている。さらに表示解像度の観点からは、例えば２００ｄｐｉ程度の表示を行うのであれば６０μｍ以下とする必要があるが、これは表示解像度に応じて適宜決定すればよい。
【００２７】
上記のような方法で形成されるマイクロカプセルは一般に水分を含むスラリー状となる。これを乾燥させて粉末状にすることも可能であるが、バインダ材５として、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、メチルセルロース、ゼラチン、ポリエチレンポリアクリルアミド、ポリアクリル酸、尿素−ホルムアルデヒド、メラミン−ホルムアルデヒド、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体等の水溶性の高分子（またはプレポリマー）材料を使用する場合には、バインダ材の水溶液にマイクロカプセルのスラリーを混合して塗布液を作製すればよい。
【００２８】
この塗布液をブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、デイップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の手法で共通電極２を設けた基板に塗布し、乾燥させればマイクロカプセルとバインダ材がひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に強固に固定される。
マイクロカプセルの面内配列はマトリックス状、六方最密状等種々の形態をとることができ、垂直方向には単層および多層の配列が可能で、多層の場合マトリックス状、六方最密状等種々の形態をとることができる。また、層内のマイクロカプセルの充填率を上げるために、カプセル径分布の中心値が２つ以上であるマイクロカプセルを用いることは効果的である。
【００２９】
本発明の実施の第２の形態（請求項３に対応）を図２に基づいて以下に説明する。図２は本発明の表示媒体の他の一例を示している。基板１、共通電極２、マイクロカプセル３、分散液４、バインダ材５は前記第１の形態と同様の材料および形成方法により作製される。６はオーバーコート層でＳｉＯ2やＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の無機物質あるいはポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリアミド、ポリスチレン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアクリル酸エステル、ポリメタクリル酸エステル、アクリル酸系共重合体、マレイン酸系共重合体、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、アルキッド樹脂、シリコーン樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、メチルセルロース、エチルセルロース、ゼラチン等の有機物質およびこれらに各種硬化剤、架橋剤を添加したものからなる。硬化剤、架橋剤の例として、イソシアネート基をもつ化合物、ポリアミドエピクロロヒドリン樹脂、エポキシ基をもつ化合物、グリオキザール等を挙げることができる。これらを用いたオーバーコート層はスパッタリング法、ＣＶＤ法等の気相法あるいはブレードコート、ワイヤーバーコート、スプレーコート、スピンコート、デイップコート、スクリーン印刷、ロールコート等の塗布法で作製することができる。
【００３０】
さらには紫外線硬化樹脂あるいは電子線硬化樹脂をオーバーコート層に用いることもできる。具体的には紫外線あるいは電子線照射により重合反応を起し、硬化して樹脂となるモノマーまたはオリゴマーに、場合により光重合開始剤を混合して塗布し、紫外線あるいは電子線を照射することにより形成される。
【００３１】
このようなモノマーまたはオリゴマーとしては（ポリ）エステルアクリレート、（ポリ）ウレタンアクリレート、エポキシアクリレート、ポリブタジエンアクリレート、シリコーンアクリレート、メラミンアクリレート、（ポリ）ホスファゼンメタクリレート等がある。
【００３２】
光重合開始剤としてはジクロロアセトフェノンやトリクロロアセトフェノン等のアセトフェノン類、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ベンゾイル、ベンゾインアルキルエーテル、ベンジルジメチルケタール、モノサルファイド、チオキサントン類、アゾ化合物、ジアリルヨードニウム塩、トリアリルスルフォニウム塩、ビス（トリクロロメチル）トリアジン化合物等が挙げられる。
【００３３】
オーバーコート層の厚さは、保護層としての機能を損なわない範囲内でできるだけ薄い方が表示解像度の点から望ましく０．１〜６０μｍ、より好ましくは０．３〜３０μｍである。
【００３４】
また、外部から印加した電界がマイクロカプセル部分に有効に作用するためには、オーバーコート層の誘電率は大きい方が望ましい。具体的には、オーバーコート層の厚さをｄｏ、誘電率をεｏとし、マイクロカプセルとバインダ材よりなる層（近似的には分散液）の厚さをｄｍ、誘電率をεｍとすると、（εｏ／ｄｏ）＞（εｍ／ｄｍ）の関係にあるのが望ましい。
【００３５】
更にまた、オーバーコート層の屈折率はマイクロカプセル壁材およびバインダ材の屈折率より小さい方が表面反射を軽減する点から望ましい。
【００３６】
さらにより積極的に表面反射を軽減するために、オーバーコート層の上に単層または多層の反射防止膜を設けてもよい。例えば２層膜の場合、空気の屈折率をｎａ、オーバーコート層の屈折率をｎｏ、第１層（空気側の層）の屈折率をｎ1、膜厚をｄ1、第２層（オーバーコート層の側）の屈折率をｎ2、膜厚をｄ2とすると、▲１▼ｎ1ｄ1＝ｎ2ｄ2かつｎａｎ2 2＝ｎｏｎ1 2、▲２▼ｎ1ｄ1＝ｎ2ｄ2かつｎ1ｎ2＝ｎａｎｏ等を満たすあるいはそれに近い組み合わせが効果的である。
【００３７】
屈折率の比較的小さい材料として、ＭｇＦ2、ＣａＦ2等が好適に使用でき、大きい材料としてＳｉＯｘ，ＣｅＯ2等が好適に使用できる。これらは真空蒸着法、スパッタリング法等の通常の薄膜形成手段によって作製することがでさる。外部から印加した電界（電荷）の消滅時間（時定数）が長い方が書き込み速度の点から望ましい。
【００３８】
そのためにはオーバーコート層の比抵抗は大きい方が望ましい。具体的には、オーバーコート層の厚さをｄｏ、比抵抗をρｏとし、マイクロカプセルとバインダよりなる層（近似的には分散液）の厚さをｄｍ、誘電率をρｍとすると、ρｏｄｏ＞ρｍｄｍの関係にあるのが望ましい。
また、オーバーコート層中に着色粒子あるいはイオンを混合することにより、その色（反射色）を表示色の部に利用することもできる。なお、オーバーコート層は必要に応じて２層以上からなる層としてもよい。
【００３９】
上記実施の第１および第２の形態において、共通電極２を設けた基板上にマイクロカプセルあるいはバインダ材の付着性をより高めるためにアンダーコート層を設けてもよい。アンダーコート層の材料としてはオーバーコート層と同様のものが使用できる。また、その厚さ、誘電率、比抵抗等の物性値はマイクロカプセルおよびバインダ材からなる層との関係において、前記のオーバーコート層に準ずるものとするのが望ましい。なお、アンダーコート層は必要に応じて２層以上からなる層としてもよい。
【００４０】
本発明の実施の第３の形態（請求項４に対応）を図４に基づいて以下に説明する。図４は本発明の書き込み装置の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図２に示す構造のものが使用される。１１は電極アレイで、基板１２にスクリーン印刷等で形成された電極棒１３と一体的に搭載されたスイッチング回路１４からなり、これらが紙面と垂直方向に多数並べられてアレイ化している。１５は電源回路で、画像信号に応じた電圧パルスをスイッチング回路１４を経て、電極棒１３に供給する。１６は送り機構で、この場合は表示媒体を移動させることにより、全面に視認できる情報を表示させることができる。この代わりに表示媒体を固定して、電極アレイを移動させるような機構を用いてもよい。電極アレイ１１、電源回路１５および送り機構１６は図示しないハウジング内に納められ、書き込み装置として機能する。
【００４１】
以下に表示動作の一例を説明する。まず、表示媒体中の泳動粒子の表面電荷と逆の極性の電圧（例えば負電圧）を電極棒１３に印加することによって、泳動粒子が表面に移動し、泳動粒子の色が観測される。電圧を逆にすれば、泳動粒子は共通電極側に移動し、表面からは分散媒の色が観測される。駆動上はドット毎に極性を変えるよりは、一度全面をベタ表示（消去動作）した後に、画像信号に応じて選択したドットを反転させる（書き込み動作）方が容易である。
【００４２】
本発明の実施の第４の形態（請求項５に対応）を図５に基づいて以下に説明する。図５は本発明の書き込み装置の他の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図１に示す構造のものが使用される。２１はイオン銃アレイで、コロナワイヤ２２、放電フレーム２３、制御電極２４ａ、２４ｂからなり、これらが紙面と垂直方向に多数並べられてアレイ化している。２６はコロナイオン発生用高圧電源、２７はイオン流制御用電源である。２８は送り機構で、この場合は表示媒体を移動させることにより、全面に視認できる情報を表示させることができる。この代わりに表示媒体を固定して、イオン銃アレイを移動させるような機構を用いてもよい。
【００４３】
続いて、以下に表示動作の一例を説明する。まず、表示媒体中の泳動粒子の表面電荷と逆の極性の電圧（例えば負電圧）をコロナワイヤ２２に印加して、表示媒体の表面に負電荷を供給する。するとこの電荷と共通電極２との間に形成される電界によって、泳動粒子が表面に移動し、泳動粒子の色が観測される。次に正電圧をコロナワイヤ２２に印加して、画像信号に応じて制御電極２４ａに印加する電圧の極性および大きさを変える。すなわち、正電圧を印加した場合にはイオン流がアパーチャー２５を通過して、表示媒体の表面に正電荷が供給されるため、泳動粒子は共通電極側に移動し、表面からは分散媒の色が観測される。負電圧を印加した場合にはイオン流がアパーチャー２５を通過できないため、表示媒体の表面には電荷が供給されず、泳動粒子の移動が起こらず、表面からは泳動粒子の色が観測される。イオン銃アレイ２１、高圧電源２６、イオン流制御用電源２７および送り機構２８は図示しないハウジング内に納められ、書き込み装置として機能する。
【００４４】
本発明の実施の第５の形態（請求項６，７に対応）を図６に基づいて以下に説明する。図６は本発明の書き込み装置の他の一例を示している。１０は表示媒体で例えば図２に示す構造のものが使用される。３１は書き込み装置で、表面に複数の信号電極と走査電極を備え、その交差部に画像信号に応じて表示媒体に電界を印加することのできるスイッチング素子を有している。４０は画像に応じた信号を書き込み装置に与えるための電源回路である。
【００４５】
書き込み装置の表面の構造の例を図７に基づき説明する。これはスイッチング素子に薄膜トランジスタを用いた場合である。基板３２としてガラス等の絶縁体または表面を絶縁化した金属を用いる。３３はゲート電極を兼ねる走査電極で、Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ、Ａｌ等の金属薄膜からなる。３４はゲート絶縁摸で、ＳｉＮｘ，ＳｉＯｘ等の絶縁体薄膜からなる。３５はａ−Ｓｉ、Ｐｏ１ｙ−Ｓｉ等の半導体薄膜からなるチャネル、３６はソース電極を兼ねる信号電極、３７はドレイン電極で、それぞれＡ１、Ｃｒ等の金属薄膜からなる。３８は個別電極でＡｌ、Ｃｒ、ＩＴＯ，ＳｎＯ2、ＺｎＯ：Ａｌ等の導電性薄膜からなる。３９はＳｉＯ2、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）等の無機物質あるいはポリイミド、ポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の有機物質からなる保護層である。これらはスパッタリング法、ＣＶＤ法、塗布法等の薄膜形成技術とウェットエッチング法、ドライエッチング法等のパターンニング技術とを組み合わせた公知の方法で作製することができる。
なお、図７はスイッチング素子の１ユーツトを示したものであり、表示画面の大きさと画素密度（解像度）に応じてＸ方向およびＹ方向に同一パターンが繰り返し形成される。
【００４６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００４７】
実施例１
図１に示す表示媒体を以下のように作製した。分散媒としてテトラクロロエチレンに０．５ｗｔ％の青色染料（マクロレックスプルーＲＲ：バイエル社製）を溶解したものを用い、泳動粒子として、表面をＡｌで処理した平均粒径０．２１μｍの一酸化チタン（ＣＲ６０：石原産業社製）を用いた。この粒子とオレイン酸を分散媒に各々１０ｗｔ％と０．５ｗｔ％混合して、分散液４とした。この分散液を内包するマイクロカプセルを以下のように作製した。ゼラチン水溶液とアラビアゴム水溶液を混合して、５０℃に昇温し水酸化ナトリウム水溶液を加えてｐＨを９に調整する。この中に分散液４を加え、撹拝して乳化する。さらにｐＨを４まで徐々に下げて分散液界面にゼラチン／アラビアゴムの濃厚液を析出させた後、温度を下げて皮膜をゲル化し、グルタールアルデヒド水溶液を加えて硬化した。このようにしてゼラチン−アラビアゴムを壁材とするマイクロカプセルのスラリーを得た。カプセル径は平均５０μｍとなるように乳化条件を制御した。基板１として１００μｍ厚のＰＥＴを用い、ＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により形成して共通電極２とした。この上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−１１７：クラレ社製）１０％水溶液に等重量の上記マイクロカプセルスラリーを加えたものをブレードコーターで塗布し、乾燥することによりマイクロカプセルとポリビニルアルコールがひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に固定した。
【００４８】
実施例２
図２に示す表示媒体を以下のように作製した。分散液４は実施例１と同様のものを用いた。
この分散液を内包するマイクロカプセルを以下のように作製した。分散液４を保護コロイド水溶液中に加え、攪拌して乳化する。炭酸ナトリウムを加えてｐＨを９とした後、尿素−ホルムアルデヒドプレポリマーを加え、さらに酢酸を加えてｐＨを４に調整をした後、６０℃で２時間反応させることにより分散液界面でプレポリマーが重合し、尿素樹脂の皮膜を形成した。このようにして尿素樹脂を壁材とするマイクロカプセルのスラリーを得た。カプセル径は平均４０μｍとなるように乳化条件を制御した。基板１として１００μｍ厚のＰＥＴを用い、ＩＴＯ薄膜をスパッタリング法により形成して共通電極２とした。この上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ−１１７：クラレ社製）１０％水溶液に等重量の上記マイクロカプセルスラリーを加えたものをブレードコーターで塗布し、乾燥することによりマイクロカプセルとポリビニルアルコールがひとつの層をなして、共通電極２を設けた基板に固定された。
さらにその上に、ウレタンアクリレート系紫外線硬化性樹脂（Ｃ７−１５７：大日本インキ社製）の７５％酢酸ブチル溶液をブレードコーターで塗布し、７０℃で乾燥後、８０Ｗ／ｃｍの紫外線ランプを照射して硬化し、膜厚約５μｍのオーバーコート層６を設けた。
【００４９】
実施例３
実施例２の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図４に示す電極アレイを具備する書き込み装置で書き込みを行った。電極アレイは１２５μｍピッチで８００個の電極棒を配列したものを用いた。まず、電極棒１３に−３００Ｖを供給した状態で走査し、全面を白表示とした。次に電源の極性を反転させて、スイッチング回路１４を介して画像信号に応じて、電極棒１３に＋３００Ｖの電圧を印加した。印加のパルス幅は１０ｍｓとした。ローラ送り機構１６によって表示媒体を移動させることにより全面に画像を表示することができた。送り速度は１２．５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００５０】
実施例４
実施例１の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図５に示すイオン銃アレイを具備する書き込み装置で書き込みを打つだ。イオン銃アレイは１２５μｍピッチで８００個のイオン銃を配列したものを用いた。
まず、コロナワイヤ２２に−５ｋＶの電圧を印加して、表示媒体表面全面を自表示とした。
次に、コロナワイヤ２２に＋５ｋＶの電圧を印加し、画像信号に応じて制御電極２４ａに＋１５０Ｖ（青表示）または−１５０Ｖ（白表示）の電圧を印加した。印加のパルス幅は１０ｍｓとした。ローラ送り機構２８によって表示媒体を移動させることにより全面に画像を表示することができた。送り速度は１２．５ｍｍ／ｓｅｃとした。
【００５１】
実施例５
実施例２の表示媒体（表示面積１０ｃｍ×１０ｃｍ）に図６に示す書き込み装置で書き込みを行った。書き込み装置３１として、表面に図７に示す薄膜トランジスタを８００×８００個（電極間ピッチ１２５μｍ）形成したものを用い、１走査線当たりの選択時間を０．１ｍｓとして、全ラインの書き込み（所要時間：０．１ｍｓ×２２００＝２２０ｍｓ）を行った。共通電極側が白表示となる電圧を＋２０Ｖ、青表示となる電圧を−２０Ｖとした、書き込み終了後間もなく全画面の表示が完了した。
【００５２】
【発明の効果】
本発明の表示媒体によれば、低コストで表示安定性に優れた表示媒体を提供することができる（請求項１〜２）。また、本発明の表示媒体によれば、磨耗が少なく耐久性に優れた表示媒体を提供することができる（請求項３）。本発明の書き込み装置によれば、表示媒体を表示状態を保持したまま書き込み装置から外すことができるので、手軽に持ち歩いたり、複数の画像を並べて見ることが容易にできる。（請求項４〜７）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示媒体の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明による表示媒体の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図３】従来の表示装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明による書き込み装置の例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明による書き込み装置の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明による書き込み装置の他の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明による書き込み装置の一例の表面付近を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１ 基板
２ 共通電極
３ マイクロカプセル
４ 分散液
５ バインダ材
６ オーバーコート層
７ 有孔スペーサ
１０ 表示媒体
１１ 電極アレイ
１２ 基板
１３ 電極棒
１４ スイツチング回路
１５ 電源回路
１６ 送り機構
２１ イオン銃アレイ
２２ コロナワイヤ
２３ 放電フレーム
２４ａ 制御電極
２４ｂ 制御電極
２５ アパーチャー
２６ コロナイオン発生用高圧電源
２７ イオン流制御用電源
２８ 送り機構
３１ 書き込み装置
３２ 基板
３３ 走査電極（兼ゲート電極）
３４ ゲート絶縁膜
３５ 半導体薄膜
３６ 信号電極（兼ソース電極）
３７ ドレイン電極
３８ 個別電極
３９ 保護層
４０ 電源回路
Claims (2)
- 電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群が封入された多数のマイクロカプセルと、マイクロカプセルの隙間を埋めるバインダ材とが、ひとつの層をなすように共通電極を一枚のみ設けた基板上に固定され、かつ、書き込み装置が脱着可能である表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置であって、該表示媒体の基板と反対側の表面と書き込み時には密着させられるように着脱が可能であり、前記共通電極をアース電位として画像信号に応じて該表示媒体に電界を作用させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有する電極アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置。
- 電界の作用によって光学的特性が可逆的に変化する物質あるいは物質群が封入された多数のマイクロカプセルと、マイクロカプセルの隙間を埋めるバインダ材とが、ひとつの層をなすように共通電極を一枚のみ設けた基板上に固定され、かつ、書き込み装置が脱着可能である表示媒体に視認できる情報を表示させることができる書き込み装置であって、該表示媒体の基板と反対側の表面と書き込み時には近接させられるように着脱が可能であり、前記共通電極をアース電位として画像信号に応じて該表示媒体表面に電荷を付与させることができ、かつ該表示媒体との平面位置関係を相対的に変えうる機構を有するイオン銃アレイを具備していることを特徴とする書き込み装置。
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