JP4112784B2

JP4112784B2 - Display method, display sheet, and display device

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Publication number: JP4112784B2
Application number: JP2000246209A
Authority: JP
Inventors: 裕幸高橋; 智博井上; 忠雄桂川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2000-08-15
Filing date: 2000-08-15
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2020-08-15
Also published as: JP2002062547A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子の回転により粒子表面の光学的状態が変化して図形や文字等の画像を表示する表示技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を表示する表示装置としては、その表示品質、経済性の観点から現在でもＣＲＴが主流であるが、小型、軽量、低消費電力などを考慮して、種々のフラットパネルディスプレイが研究開発され、実用化されている。このようなディスプレイとしては、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光型ディスプレイおよび液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの受光型ディスプレイが挙げられる。
【０００３】
これらが主に適用されるＯＡ分野においては、これまで印刷物という媒体に慣れ親しんできたため、ちらつき等による目に疲労の少ないディスプレイが望まれているが、ＣＲＴを始めとする発光型ディスプレイではこの点を解決することは難しい。これに対して、受光型のＬＣＤはこの点で有利であり、低消費電力などの利点もあるが、視野角依存性、温度依存性などの特有のデメリットもあるのが実情である。
【０００４】
そこで、受光型ディスプレイとして、電気泳動ディスプレイ、磁気泳動ディスプレイ、分散粒子配向型ディスプレイ、電気的または磁気的手段を用いた回転粒子型ディスプレイなどが提案されてきた。特に、回転粒子型ディスプレイは、半球ずつに色分けされた球状回転粒子を電気的または磁気的手段などによって回転制御して画像を形成する方式で、広視野角および高コントラストの表示特性に加えて、大面積化にも有利である。電気的手段を用いたものは、例えば米国特許第４１２６８５４号や日本特許第２８６０７９０号に、磁気的手段を用いたものは、例えばＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｏｆｔｈｅＳＩＤｖｏｌ．１８／３＆４２８３（１９７７）に提示されている。
【０００５】
この回転粒子型ディスプレイの一例を図４に示す。この図に示すように、支持体基板１上に形成された表示層２において、回転粒子３が例えばマイクロカプセル４中に内包されて、粒子間の凝集を防ぐとともに回転する場が確保されている。回転粒子３は半球ずつ色分けされており、画像表示に必要な色が表示層２において上面となるよう、図示しない電気的手段または磁気的手段により回転制御される。マイクロカプセル４は、図５に示すように、透明のシェル５とその中の流動体６および回転粒子３から構成され、回転粒子３がカプセル内で自由に回転できるようになっている。マイクロカプセル４のシェル５を構成する材料としては、アクリル系、メタクリル系、ポリエステル、ポリスチレン、ポリウレア、ポリアミド、エポキシなど一般的な樹脂を単独または混合して使用することができる。マイクロカプセル４の製造は、回転粒子３を分散させたエマルジョンの内側と外側の両方からモノマーを供給する界面重合法、回転粒子３を分散させたエマルジョンの内相あるいは外相の一方からモノマーを供給するｉｎ−ｓｉｔｕ重合法、その他公知のマイクロカプセル化技術を用いることができる。マイクロカプセル４のシェル５は、ある程度の押圧に耐える機械的強度と、透明性および化学的安定性等の特性が求められ、必要に応じて各種樹脂などで表面を覆うなどの表面処理によって補強することもできる。また、マイクロカプセル４内の流動体６には、回転粒子３の回転をスムーズにするための潤滑作用が最も求められ、水、油、アルコール等の液体を用いることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、回転粒子型ディスプレイでは、球状粒子を回転可能とするために、▲１▼個々の球状粒子をマイクロカプセル化したり、▲２▼連続相透明基体中に球状粒子を保持すべき球状形状の空隙部を形成する必要がある。これらにおいて、球状粒子周囲の構造に着目すると、▲１▼ではマイクロカプセルのシェル内に、また▲２▼では透明基体中の球状空隙内に、それぞれオイル状液体の潤滑相を介して球状粒子が保持される構造が必要であって、微細かつ複雑な構造が要求される。このため、マイクロカプセルのシェルの形状や透明基体中の球状空隙の形状および潤滑相の厚みなどの、球状粒子の回転を阻害する原因となる構造上の因子を不具合なく、所定の構造を実現することは難しい。
【０００７】
一般的にマイクロカプセル化は界面重合法やｉｎ−ｓｉｔｕ重合法などの化学的方法、あるいは相分離法などの物理化学的方法にしても、作製プロセスがかなり複雑である。また、個々の粒子を確実に別々にカプセル化することも困難であり、粒子が存在しないカプセルや複数個々の粒子を内包したカプセルも生じてしまうことが多く、これらは表示品質を低下させる直接の原因となってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に対処してなされたもので、色分けされた粒子に簡単な作製プロセスによって確実に回転機能を付与し、表示品質の高い回転粒子型画面を得ることができる表示方法、表示シートおよび表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１の発明は、多数の色分けされた粒子の回転状態を制御することにより画像を表示する表示方法において、前記色分けされた粒子が表面に微細凹凸構造が形成されて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、回転制御される粒子いわゆる回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することによって、隣接する粒子間の付着力が低減され回転機能が付与される。一般に大気中の粒子集合体における粒子間および粒子／基体間の付着力は、主にファンデルワールス力、静電気力、液架橋力からなると考えてよいが、接触した２者間の付着力においては、ほとんどの条件下ではファンデルワールス力の寄与がかなり大きい。したがって、ファンデルワールス力を低減させれば、効果的に付着力を低減することができる。ファンデルワールス力は電子運動に起因して生じる力であり、物体間では必ず作用する普遍的な力であるが、原子間距離の７乗に反比例する近接力であり、表面間の分離距離が増大するとファンデルワールス力は著しく減少する。したがって粒子の表面に微細凹凸構造を形成することによって、相手との接触に寄与する各凸部先端の部分を除き、ファンデルワールス力の作用を著しく減少させることが可能となり、結果として粒子間の付着力が大きく低減する。付着力の低減は、粒子の回転運動における摩擦低減に直結し、粒子集合体中での粒子の回転運動が可能となる。また、粒子間の分離距離が増大することで、例えば磁気的にあるいは電気的に粒子間に引力が働くような構成の粒子を対象にした場合においても、それらの引力による付着を緩和する効果が生じる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の表示方法において、前記微細凹凸構造の凹凸深さが５ｎｍ以上であることを特徴とする。一般に空気中での接触状態にある２物体間の表面距離は０．４ｎｍ〜１ｎｍであるとされており、理論計算によれば、上述のようにその状態ではファンデルワールス力が支配的に大きく作用する場合が多い。ところがこの表面間距離が大きくなり、例えば１０ｎｍ以上となるとファンデルワールス力の寄与は著しく減少することが知られている。本発明者らは、良好な表面平滑性を有する球状粒子の表面に、種々のサイズの微細凹凸構造を形成して、粒子の付着力を測定した結果、付着力は凹凸構造の深さがほぼ５ｎｍ以上になると著しく減少することが実験的に確認された。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の表示方法において、前記微細凹凸構造が前記色分けされた粒子の表面に異なる種類の微粒子を保持させることによって形成されていることを特徴とする。粒子表面に微細凹凸構造を形成する方法は種々考えられるが、形成方法の簡便性、凹凸構造のサイズや存在密度の制御性などの点で上記の方法が好ましい。回転粒子の表面に保持させる微粒子のサイズは、下限について特別な制限はなく、上限については、回転粒子のサイズよりも小さいことが必要で、好ましくは回転粒子のサイズの１／１０程度以下であればよく、所望する微細凹凸構造の深さに応じて選択される。回転粒子の表面に微粒子を保持させる方法としては、両者を混合し、機械的応力を印加しながら撹拌する方法が用いられる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を磁気的方法によって制御することを特徴とする。本発明においては、色分けされた粒子は、磁気的方法によって制御可能とするために、着磁処理されたものが使用される。このように着磁処理された回転粒子が互いに接触しあうように配置された場合、ファンデルワールス力による付着のほかに磁気的な引力による付着も生じるが、回転粒子表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子表面間の実質的な分離距離が大きくなるため、これらの粒子の回転を阻害する粒子同士の付着が抑制される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を電気的方法によって制御することを特徴とする。本発明においては、色分けされた粒子は、電気的方法によって制御可能とするために、異なる色の部分に異なる帯電性が付与されている。このように帯電性が付与された回転粒子が互いに接触しあうように配置された場合、ファンデルワールス力による付着のほかに電気的な引力による付着も生じるが、回転粒子表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子表面間の実質的な分離距離が大きくなるため、これらの粒子の回転を阻害する粒子同士の付着が抑制される。
【００１５】
請求項６の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層とを具備することを特徴とする表示シートである。本発明においては、磁気的にあるいは電気的に回転制御可能に構成された粒子が、表面に微細凹凸構造を形成されて支持体基板間に配置されることで、接触する粒子との付着力に妨げられることなく磁気的あるいは電気的による粒子の回転制御が確実に行われるようになり、簡単な製造プロセスで表示品質の高い表示シートが得られる。また、支持体基板にプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示シートが得られる。
【００１６】
請求項７の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極とを具備することを特徴とする表示シートである。本発明においては、電気的に回転制御可能に構成された粒子が、表面に微細凹凸構造を形成されて支持体基板間に配置されることで、接触する粒子との付着力に妨げられることなく電極を介して印加される電界制御により粒子の回転が確実に行われるようになり、簡単な製造プロセスで表示品質の高い表示シートが得られる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６または７の表示シートにおいて、前記一対の支持体基板の間隔が、前記回転制御可能な粒子の粒径よりも大きく、かつその粒径の２倍よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
磁気的方法および電気的方法の違いによらず、回転粒子が印加された磁界あるいは電界により画像信号に対応した回転状態に制御されるためには、粒子の回転が支持体基板との摩擦によって妨げられないことが必要であり、そのためには支持体基板間の間隔が、回転粒子の粒径よりも大きいことが必要となる。ただし、回転粒子は支持体基板には固定されないため、支持体基板間の間隔が大きすぎると回転粒子の移動が起こりやすくなり、表示に悪影響を与える可能性が大きくなる。支持体基板間の間隔は回転粒子の粒径よりも大きく、かつ粒径の２倍、好ましくは１．５倍より小さいことが好ましい。支持体基板間の間隔を所望の間隔に保つ方法としては、その所望の間隔に対応したサイズのスペーサを支持体基板間に適当な密度分布に分散して存在させる方法が用いられる。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項６または７の表示シートにおいて、前記支持体基板の表示層と接する面に微細凹凸構造が形成されていることを特徴とする。本発明においては、粒子と支持体基板との間の付着力を大きく低減することが可能となり、粒子の回転運動における摩擦がさらに低減し、粒子の回転制御がより確実になり、欠陥のない鮮明な画像の表示が可能となる。
【００２０】
請求項１０の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、前記表示層内の色分けされ粒子を各画素単位で回転制御する手段とを具備することを特徴とする表示装置である。本発明においては、表示層内に配置される個々の回転粒子が微細凹凸構造の表面を有することで、個々の回転粒子が隣接する回転粒子と付着することなく回転しやすくなり、回転制御手段によって、画素単位に色分けされた回転粒子の回転状態が確実に制御されるため、欠陥のない鮮明な画像の表示が可能となる。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１０の表示装置において、前記回転制御する手段が、磁気書き込み手段を有することを特徴とする。本発明においては、一次元磁気ヘッドアレイや二次元磁気ヘッドアレイ等の磁気書き込み手段を表示層を形成する支持体基板に密着させて画素単位に印加する磁界の向き切り替えることにより、画素単位に回転粒子の回転状態が容易かつ確実に制御され、鮮明な画像が表示される。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１０記載の表示装置において、前記回転制御する手段が、前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極と、前記電極を介して前記表示層に画像信号に応じた電界を印加する手段を有することを特徴とする。本発明においては、支持体基板上に画素に対応してパターン形成された電極間に、画像信号に応じた電界を印加することにより、画素単位に回転粒子の回転状態が容易かつ確実に制御され、鮮明な画像が表示される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の表示装置を概略的に示すもので、支持体基板１１、１２間に、色分けされた回転粒子１３がその表面に微細凹凸構造が形成されて配置され、表示層１４が形成されている。また、支持体基板１１、１２間には一定間隔を保つためのスペーサ１５が配置され、この支持体基板１１、１２間の表示層１４内に均一に配置された回転粒子１３が磁気ヘッド１６等の磁気的手段によって回転制御される構成となっている。
【００２４】
回転粒子１３は、磁気的方法によって回転制御されるため、従来技術と同様に、磁性体を含み、色分けされた一方がＮ極、他方がＳ極になるように着磁されて永久磁石化されている。ただし、本実施の形態では、回転粒子１３に回転機能を付与するために、図２に示すように、粒子表面に多数の微粒子が付けられ微細凹凸表面構造に形成されている。
【００２５】
次に、上記構成の各部分についてさらに詳細に説明する。回転粒子１３は、磁性体からなる球状粒子、またはポリスチレン、ポリエチレン等の樹脂にマグネタイト、フェライト等の磁性体を含有させた球状粒子などでもよく、その形状としては、粒子の回転状態が制御しやすい形状が好ましく、実質的には球状が好ましい。また、大きさは表示装置および表示画素（解像度）、光の散乱、製造の容易さなどとも関連して決められるが、これまで数μｍ〜数百μｍ程度のものが使用されている。磁性体／樹脂複合粒子は、これらの材料を混練後、粉砕するか、または磁性体粒子を分散したモノマーを乳化重合、懸濁重合、分散重合等の方法を用いて作製される。
【００２６】
回転粒子１３の着色方法としては、▲１▼二酸化チタン、硫化亜鉛などの無機顔料、フタロシアニンなどの有機顔料、各種染料などを、溶媒や必要に応じてバインダー樹脂に分散し、スプレーなどで塗布する方法、▲２▼メッキなどの電気化学的に処理する方法、または▲３▼前記色素、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属をスパッタリングあるいは蒸着する方法、などが挙げられる。色分けするには、非着色面を接着剤や樹脂層に埋め込んで固定したり、比重を調節した液体中に浮かべるなどの方法により、露出面にのみ着色を行なう。磁性体粒子の場合には、磁性体の色がほとんど黒色であることから、２色のうち、一方に黒を用いる場合には、もう一方に、白、赤、緑、青などの他の色を着色するだけで、色分けされることになる。
【００２７】
このように着磁、着色処理された回転粒子１３に、これとは異なる別の種類の微粒子を接触した状態で保持、付着させて、粒子表面に好ましくは約５ｎｍ以上の凹凸深さの微細凹凸構造を形成する。このような微細凹凸構造を回転粒子１３の表面に形成することによって、接触状態にある回転粒子１３の表面間距離が大きくなり、空気中で接触状態にある２物体間の表面間距離０．４ｎｍ〜１ｎｍで支配的に最も大きく作用するといわれるファンデルワールス力を著しく低減させることができるとともに回転粒子１３の磁気的作用を緩和させることができ、その結果、回転粒子１３間の付着力を大きく低減させることができ、回転粒子集合体における回転粒子１３の回転運動を可能とすることができる。粒子表面に微細凹凸構造を形成する方法は種々考えられるが、形成方法の簡便性、凹凸構造のサイズや存在密度の制御性等の点で、図２に示すように微粒子を付着させる方法が好ましい。
【００２８】
回転粒子１３表面に接触した状態で保持させる微粒子（以下、外添微粒子という。）の材料としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの無機微粒子および各種ポリマー微粒子等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、外添微粒子の材料選択の幅は広い。
【００２９】
外添微粒子のサイズについては、下限については特別な制約はなく、例えば数ｎｍの超微粒子を用いてもよい。上限については、回転粒子１３のサイズとの兼ね合いという要素が考慮され、少なくとも回転粒子１３より小さいことが必要である。好ましくは回転粒子のサイズの概ね１／１０程度以下であればよく、あとは所望する微細凹凸構造の深さ等を考慮して選択すればよい。なお、回転粒子の表面に接触した状態で保持された外添微粒子は、一次粒子の状態で存在しているとは限らず、処理の方法および条件によっては、ある程度の数の粒子が凝集した凝集体粒子の状態で存在している場合もあり、回転粒子の表面に形成された微細凹凸構造の凹凸の深さは、外添微粒子の一次粒径よりも大きくなり得るものである。外添微粒子の形状については特別な制約はない。
【００３０】
外添微粒子は、必要に応じて例えば疎水化等の表面処理を施したものを用いてもよい。このような表面処理は、液架橋力等による外添微粒子自体の凝集を防ぎ、回転粒子１３上での外添微粒子の分散性を向上させる場合がある。また、回転粒子１３に外添微粒子を保持させた後の、環境（主に湿度）による回転機能の変動を防止するという点においても有利である。
【００３１】
回転粒子１３表面に接触保持させる外添微粒子の量については、明確な制限はないが、少なすぎると回転粒子１３表面上での凸部の存在密度が小さくなって、結果として回転粒子１３の付着力低減が不十分になり、回転機能が低下する。反対に多すぎると、回転粒子１３表面に保持しきれない外添微粒子が発生し、コントラスト比低下など、表示画像への悪影響につながる。
【００３２】
回転粒子１３に外添微粒子を接触状態で保持させるための処理方法としては、両者を混合し、機械的応力を加えながら撹拌する方法が好適に用いられる。これは、メカニカルブレンディング、あるいは乾式混合法、機械的混合法、機械的複合法等と呼ばれる方法で、簡便な機械的混合で回転粒子間での外添微粒子の存在状態にほとんどバラツキがない、均一な分散状態が得られ、これに加えられる機械的応力の印加方法や強度によって保持の状態（形態）が決まることになる。この保持の状態というのは、固定化されずに単に付着している状態、外添微粒子の一部が回転粒子１３と一体化するように固定化された状態、および外添微粒子が回転粒子１３にある程度埋没するように複合化した状態などが挙げられる。ただし、外添微粒子および回転粒子１３の材質的な硬さおよび印加する機械的応力にもよるが、外添微粒子が回転粒子１３中に完全に埋没したり、あるいは外添微粒子が回転粒子１３表面にフィルミング（膜化）してしまうような状態では、やはり回転粒子１３間の付着力の低減が不十分になるので好ましくない。
【００３３】
このように着磁、着色処理が施され、さらに回転機能が付与された回転粒子１３は、少なくとも一方が透明性を有する２枚の支持体基板１１、１２間に配置されて表示層１４が形成される。透明性を有する基板は観察者側である上側に配置される（図１において、支持体基板１２）。下側の支持体基板１１には必要に応じて、回転粒子１３の回転状態の制御を補助し安定化させるためのメモリー層を組み合わせてもよい。そしてこの下側の支持体基板１１の反対側から磁気ヘッド１６等で表示層１４の各画素に対応する領域に印加される磁界の向きを切り替えることにより、回転粒子１３の回転状態を制御して、色分けされた回転粒子１３のどちら側を上面（観察者側）に向けるかを決めることが可能になる。なお、支持体基板１１、１２間に表示層１４が形成され、必要に応じてメモリー層が形成される表示部は、磁気ヘッド１６等の書き込み／消去する入力部と分離して表示シートとして使用することもできる。この場合、表示シートの各種構成材料としてプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示手段が実現される。
【００３４】
支持体基板１１、１２はポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンなどの樹脂フィルムあるいは樹脂プレートを用いることができるが、特に限定されるものではなく、厚みは書き込み／消去を行うことを考慮すると薄い方が好ましい。一方、表示シートとした場合、その扱い易さを考慮するとあまり薄すぎるのも問題であり、１０〜１０００μｍ程度が好ましい。
【００３５】
また、支持体基板１１、１２の間隔は、スペーサ１５によって回転粒子１３の粒径よりも大きい間隔を保った状態に保持される。回転粒子１３が印加された磁界により画像信号に対応した回転状態に制御されるためには、回転粒子１３の回転が支持体基板１１、１２との摩擦によって妨げられないことが必要であり、そのためには支持体基板１１、１２間の間隔が、回転粒子１３の粒径よりも大きいことが必要となる。ただし、回転粒子１３は支持体基板１１、１２には固定されないため、支持体基板１１、１２間の間隔が大きすぎると回転粒子１３の移動が起こりやすくなり、表示に悪影響を与える可能性が大きくなる。支持体基板１１、１２間の間隔は回転粒子１３の粒径よりも大きく、かつ粒径の２倍（好ましくは１．５倍）より小さいことが好ましい。支持体基板１１、１２間の間隔を所望の間隔に保つ方法としては、その所望の間隔に対応したサイズのスペーサ１５を支持体基板１１、１２間に適当な密度分布に分散して存在させる方法が用いられる。スペーサ１５の材料や形状に特別な制限はなく、密度分布については使用する支持体基板１１、１２の剛性を考慮して設定すればよい。スペーサ１５は予め一方の支持体基板１１または１２に設置形成してもよいし、回転粒子１３と混合して一緒に支持体基板１１または１２上に形成してもよい。
【００３６】
さらに、支持体基板１１、１２の対向する表面に微細凹凸構造を形成してもよい。回転粒子１３と接触する基板表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子との接触に寄与する各凹凸部先端の部分を除き、ファンデルワールス力の作用を著しく減少させ、結果として粒子／支持体基板間の付着力を大きく低減することが可能となり、粒子の回転運動における摩擦がさらに低減し、粒子の回転運動がより容易となる。
【００３７】
下側の支持体基板１２に必要に応じて形成されるメモリー層は、主に半硬質磁性材料によって構成される。これは、磁気的手段によって書き込んだ表示情報を書き込みの磁界を切っても、また使用環境にある程度の磁場が存在しても、メモリー層の磁化によって保持するためのものであり、厚みは用いる磁性材料および作製方法にもよるが、０．１〜１０μｍ程度が好ましい。メモリー層を設けない場合には、必要に応じて表示情報を保持するために、例えば印加する磁界強度と粒子の回転挙動の関係においてしきい値特性をもたせるなどの方法が考えられる。
【００３８】
上記のように構成された表示部に対して、表示層１４の回転粒子１３を各画素単位で回転制御することによって画像情報の書き込みまたは消去する入力部が分離可能にまたは一体化されてとして設置される。このような入力部としては、観察者側と反対の基板支持体基板１１の下側に１次元または２次元の磁気ヘッドアレイが各画素単位に対応するように位置決めされて用いられる。また、一部分の追記／消去には、表示層上面側から磁気ペンなどを用いる方法がある。なお、１次元磁気ヘッドアレイを用いる場合には、主走査方向に移動する手段を用いて表示領域全体の画像を記録する。
【００３９】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、色分けされた回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触状態にある回転粒子間に一定以上の分離距離を確保することができ、これにより接触状態にある回転粒子間に作用するファンデルワールス力による付着力を大幅に低減できるとともに粒子間の磁気的引力による付着力を緩和することができるため、接触状態にある回転粒子の個々の回転運動の抵抗を小さくして回転しやすくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、回転粒子に簡単な作製プロセスで確実に回転機能は付与することができ、回転粒子を個々にカプセル化するような複雑な作製プロセスを要することなく、表示品質の高い表示シートないし表示装置を得ることができる。
【００４０】
図３は本発明の第２の実施の形態の表示装置を概略的に示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、支持体基板１１、１２間に形成される表示層１４内の色分けされた回転粒子２０が、電気的手段によって回転制御される構成となっていることである。電気的手段として、支持体基板１１、１２には各画素単位で電界を印加するための電極２１、２２が形成されている。回転粒子２０は、電気的方法によって回転制御されるため、色分けされた部分が異なる帯電特性を有するよう構成され、さらに磁気的方法によって回転制御される回転粒子１３の場合と同様に、回転機能を付与するために、表面が微細凹凸構造に形成されている。
【００４１】
次に、上記構成において、第１の実施の形態と異なる部分についてさらに詳細に説明し、共通する部分については重複する説明を省略する。回転粒子２０は、色分けされた部分が異なる帯電特性を持つよう作製されるが、これは回転粒子表面を半球ずつ異なる物質で覆うことによって達成される。つまり、色分けする際に、通常、表面を色の異なる物質で覆うわけであり、そのままそれが異なる帯電特性を持った部分ができることになる。ただし、実際には、それが粒子回転に寄与できるとは限らないため、帯電特性の大きく異なるような材料を添加することにより粒子回転が可能となる。これには、帯電制御の容易さから、ワックス状物質が良く用いられる。これらの例としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸などの高級脂肪酸類、ステアリン酸アルミニウムなどの高級脂肪酸金属塩類や高級脂肪酸誘導体類、カルナバワックス、パラフィンワックスなどのワックス類、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
【００４２】
このようにして色分けされ、帯電性を付与された回転粒子２０は、第１の実施の形態と同様の回転機能付与処理が施され、表面に微細凹凸構造が形成される。回転機能を付与された回転粒子２０は、各画素に対応した書き込み用の電極２１、２２が形成された２つの支持体基板間１１、１２に配置されて表示層１４が形成される。この場合も、２つの支持体基板１１、１２にうち少なくとも観察者側である支持体基板１２には透明性を有する基板が用いられる。そして電極２１、２２を介して印加される電界により各画素単位で表示層１４の回転粒子２０を回転制御することより、色分けされた粒子のどちら側を上面（観察者側）に向けるかを決めることが可能となる。なお、支持体基板１１、１２間に表示層１４が形成され、各画素に対応して支持体基板１１、１２上に電極２１、２２がパターン形成される表示部は、画像信号に応じて電極２１、２２間を介して各画素単位に印加する電界を制御する手段（図示せず）と分離して表示シートとして使用することもできる。この場合も、表示シートの各種構成材料としてプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示手段が実現される。
【００４３】
各画素に対応した書き込み用の電極２１、２２は、支持体基板１１、１２の表示層１４側に形成してもよいし、その反対側に形成してもよい。また、表示層１４の上面側に配置される電極２２は透明電極であることが必要であるが、下面側に配置される電極２１は光反射率の高い電極を用いることにより、表示の明るさを向上することできる。上面側に用いる透明電極としては、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＴｉＯ₂、Ｉｎ₂Ｏ₃−Ｓｎ、ＳｎＯ₂−Ｓｂなどの酸化物半導体薄膜等公知のものが用いられる。また、書き込んだ表示情報を書き込みの電界を切っても、また使用環境にある程度の電場が存在しても保持するために、たとえば印加する電界強度と粒子の回転挙動の関係においてしきい値特性をもたせるなどの方法が考えられる。
【００４４】
その他、支持体基板１１、１２の材料、厚み、基板の表面処理、基板間の間隔、基板間への回転粒子２０およびスペーサ１５の配置方法等は第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、色分けされた回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触状態にある回転粒子間に一定以上の分離距離を確保することができ、これにより接触状態にある回転粒子間に作用するファンデルワールス力による付着力を大幅に低減できるとともに粒子間の電気的引力による付着力を緩和することができるため、接触状態にある回転粒子の個々の回転運動の抵抗を小さくして回転しやすくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、回転粒子に簡単な作製プロセスで確実に回転機能は付与することができ、回転粒子を個々にカプセル化するような複雑な作製プロセスを要することなく、表示品質の高い表示シートないし表示装置を得ることができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
磁性体としてフェライト微粒子を含有した粒径約６μｍのポリマー球状粒子を公知の懸濁重合法にて作製した。これらを耐熱性アクリル接着層をつけたガラス基板上に粒子の下部が埋没するように接着し、半球上部を白の着色液（酸化チタン／ポリビニルブチラール／メチルエチルケトン）でスプレー塗布し、続いて１ＫＧの電磁石で着磁を行い、接着層から剥がし、白／黒に色分けされ、着磁された粒子を作製した。このフェライト含有ポリマー球状粒子に、粒径約１６ｎｍの疎水処理シリカを１．５重量％添加し、ミキサーで機械的に混合撹拌処理した。これをＳＥＭで観察したところ、シリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して付着した構造が確認された。この粒子にスペーサとして粒径約９μｍのポリスチレン粒子を５．０重量％添加して混合した後、表面に約５０ｎｍの微細凹凸構造が形成処理された１２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上に単粒子層として配列させ、さらにもう一枚のＰＥＴフィルムを対向させて周囲を封止処理し、表示層を内蔵した表示シートを作製した。この表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、鮮明な白黒画像が形成された。
【００４７】
実施例２
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、疎水処理シリカとして粒径約７ｎｍのものを用いた。機械的に混合撹拌処理した後、これをＳＥＭで観察したところ、やはりシリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して付着した構造が確認された。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、実施例１と同様に鮮明な画像が形成された。
【００４８】
比較例１
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、フェライト含有ポリマー球状粒子には何も回転機能付与の処理しないで、つまり微細凹凸構造を形成しないで表示シートを作製した。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００４９】
比較例２
実施例２と同様に疎水処理シリカとして粒径約７ｎｍのものを用いて表示シートを作製した。ただし、実施例２の場合よりもさらに強力に機械的撹拌混合処理を行った。これをＳＥＭで観察したところ、やはりシリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して存在していたが、粒径の半分以上の部分がフェライト含有ポリマー球状粒子の表面に埋没した構造が確認された。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００５０】
比較例３
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、表示層を形成する際にスペーサを用いなかった。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００５１】
比較例４
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、スペーサとして粒径約２０μｍのポリスチレン粒子を用いた。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、初期的には実施例１と同様に鮮明な画像が形成されたが、使用しているうちにまもなく画像中に欠陥部分が発生し始め、それが増加していった。
【００５２】
実施例３
サンワックスＦ−２００（三洋化成工業製）とカーボンブラックを混練し、スプレードライヤー法にて造粒し、分級して約１５μｍの黒色粒子を作製した。これを実施例１と同様な方法にて色分けし、シリカ粒子の付着処理を行った。この粒子にスペーサとして粒径約９μｍのポリスチレン粒子を５．０重量％添加して混合した後、ＩＴＯのストライプ状パターンが形成された１２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上に単粒子層として配列させ、さらにもう一枚のＩＴＯのストライプ状パターンが形成されたＰＥＴフィルムを対向させて周囲を封止処理し、表示層を内蔵した表示シートを作製した。この表示シートの表示層を挟む両側の電極間に画像信号に対応した電界を与えるよう電圧を印加したところ、鮮明な画像が形成された。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１および２の発明によれば、色分けされた粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触する粒子間の実質的な分離距離が増大するため、例えば粒子の磁性あるいは帯電性により粒子間に引力が働くような場合でも、粒子間の凝集を防ぐとともに粒子集合体中での粒子の回転運動を可能にすることができ、表示品質の向上を図ることができる。また、この表示方法は、簡単な構成とプロセスで対応可能なため、歩留まりの向上とコストの低減にも寄与することができる。
【００５４】
請求項３の発明によれば、色分けされた粒子の表面に異なる種類の微粒子を保持させて微細凹凸構造を形成する方法は、産業界で一般的によく使用される微粒子材料を用いて簡便な機械的混合撹拌処理で可能なため、表示品質の優れたディスプレイを、より簡単なプロセスで、かつ低コストで製造することができる。
【００５５】
請求項４の発明によれば、色分けされた粒子の回転状態を磁気的方法によって制御する場合は、表示シートの片側から書き込みが可能であり、書き込み系の構成を簡単にすることができるとともに表示系から書き込み系の分離が容易である。
【００５６】
請求項５の発明によれば、色分けされた粒子の回転状態を電気的方法によって制御する場合は、表示シートの両側から書き込むことになるが、それにより高解像度の表示が可能となる。
【００５７】
請求項６ないし１０の発明によれば、広視野角で目に優しく表示品質の高いペーパーライクな表示シートを低コストで作製することができる。
【００５８】
請求項１１ないし１２の発明によれば、広視野角で目に優しく表示品質の高い表示装置を複雑な製造プロセスを要することなく低コストで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の表示装置を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかる回転粒子の表面の微細凹凸構造の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表示装置を概略的に示す断面図である。
【図４】従来の回転粒子型ディスプレイの一例を示す断面図である。
【図５】従来技術の回転粒子を内包したマイクロカプセルの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、１２……支持体基板
２、１４……表示層
３、１３、２０……回転粒子
１５……スペーサ
１６……磁気ヘッド
２１、２２……電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a display technique for displaying an image such as a figure or a character by changing the optical state of a particle surface by the rotation of the particle.
[0002]
[Prior art]
As a display device for displaying information, CRT is still mainstream from the viewpoint of display quality and economy, but various flat panel displays have been researched and developed in consideration of small size, light weight, low power consumption, It has been put into practical use. Examples of such a display include a light emitting display such as a plasma display (PDP), an electroluminescence display (ELD), a fluorescent display tube (VFD), a light emitting diode (LED), and a liquid crystal display (LCD). It is done.
[0003]
In the OA field, where these are mainly applied, until now, we have become accustomed to the medium of printed matter, so a display with less eye fatigue due to flickering or the like is desired, but this point is necessary for light-emitting displays such as CRT. It is difficult to solve. On the other hand, the light-receiving LCD is advantageous in this respect and has advantages such as low power consumption, but there are also actual demerits such as viewing angle dependency and temperature dependency.
[0004]
Therefore, electrophoretic displays, magnetophoretic displays, dispersed particle orientation displays, rotating particle displays using electrical or magnetic means, and the like have been proposed as light receiving displays. In particular, the rotating particle display is a method in which spherical rotating particles color-coded into hemispheres are rotated and controlled by electrical or magnetic means to form an image. In addition to the wide viewing angle and high contrast display characteristics, It is also advantageous for increasing the area. Those using electrical means are, for example, US Pat. No. 4,126,854 and Japanese Patent No. 2860790, and those using magnetic means are, for example, Proceeding of the SID vol. 18/3 & 4283 (1977).
[0005]
An example of this rotating particle display is shown in FIG. As shown in this figure, in the display layer 2 formed on the support substrate 1, the rotating particles 3 are encapsulated in, for example, microcapsules 4 to prevent aggregation between the particles and to ensure a rotating field. . The rotating particles 3 are color-coded by hemisphere, and the rotation is controlled by an electric means or a magnetic means (not shown) so that a color necessary for image display becomes the upper surface in the display layer 2. As shown in FIG. 5, the microcapsule 4 includes a transparent shell 5, a fluid 6 therein, and rotating particles 3. The rotating particles 3 can freely rotate in the capsule. As a material constituting the shell 5 of the microcapsule 4, general resins such as acrylic, methacrylic, polyester, polystyrene, polyurea, polyamide, and epoxy can be used alone or in combination. The production of the microcapsule 4 is performed by an interfacial polymerization method in which the monomer is supplied from both the inside and the outside of the emulsion in which the rotating particles 3 are dispersed, and the monomer is supplied from either the inner phase or the outer phase of the emulsion in which the rotating particles 3 are dispersed. An in-situ polymerization method and other known microencapsulation techniques can be used. The shell 5 of the microcapsule 4 is required to have characteristics such as mechanical strength that can withstand a certain amount of pressure, transparency, and chemical stability, and is reinforced by surface treatment such as covering the surface with various resins as necessary. You can also Further, the fluid 6 in the microcapsule 4 is most required to have a lubricating action for smooth rotation of the rotating particles 3, and liquids such as water, oil, alcohol and the like can be used.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the rotating particle type display, in order to make the spherical particles rotatable, (1) individual spherical particles are microencapsulated, or (2) the spherical particles to be retained in the continuous phase transparent substrate. It is necessary to form a void having a shape. In these, when focusing on the structure around the spherical particles, the spherical particles are formed in the shell of the microcapsule in (1) and in the spherical voids in the transparent substrate in (2), respectively, via the lubricating phase of the oily liquid. A structure to be held is required, and a fine and complicated structure is required. For this reason, a predetermined structure is realized without any defects in structural factors that inhibit the rotation of the spherical particles, such as the shape of the shell of the microcapsule, the shape of the spherical void in the transparent substrate, and the thickness of the lubricating phase. It ’s difficult.
[0007]
In general, the microencapsulation is considerably complicated even if it is a chemical method such as an interfacial polymerization method or an in-situ polymerization method or a physicochemical method such as a phase separation method. In addition, it is difficult to reliably encapsulate individual particles separately, often resulting in capsules that do not contain particles or capsules that contain multiple individual particles, which directly reduces display quality. It becomes a cause.
[0008]
The present invention has been made in response to the above-mentioned problems of the prior art, and can reliably provide a rotation function to the color-coded particles by a simple production process, thereby obtaining a rotating particle type screen with high display quality. An object is to provide a display method, a display sheet, and a display device.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
That is, according to the first aspect of the present invention, in the display method for displaying an image by controlling the rotation state of a number of color-coded particles, the color-coded particles are arranged with a fine concavo-convex structure formed on the surface. It is characterized by.
[0010]
In the present invention, by forming a fine concavo-convex structure on the surface of so-called rotating particles whose rotation is controlled, the adhesion between adjacent particles is reduced and a rotating function is imparted. In general, the adhesion force between particles and particle / substrate in a particle aggregate in the atmosphere may be mainly composed of van der Waals force, electrostatic force, and liquid crosslinking force. Under most conditions, the van der Waals force contributes significantly. Therefore, if the van der Waals force is reduced, the adhesion force can be effectively reduced. Van der Waals force is a force caused by electron motion and is a universal force that always acts between objects, but is a proximity force that is inversely proportional to the seventh power of the interatomic distance, and the separation distance between surfaces is As it increases, van der Waals forces decrease significantly. Therefore, by forming a fine concavo-convex structure on the surface of the particles, it is possible to significantly reduce the action of van der Waals force, excluding the portion of the tip of each convex portion that contributes to contact with the counterpart, and as a result, between the particles Adhesion is greatly reduced. The reduction of the adhesion force is directly connected to the friction reduction in the rotational motion of the particles, and the rotational motion of the particles in the particle assembly becomes possible. In addition, when the separation distance between particles increases, for example, when particles having a configuration in which an attractive force acts between particles magnetically or electrically are targeted, the effect of reducing adhesion due to the attractive force is reduced. Arise.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, in the display method according to the first aspect, the concave / convex depth of the fine concavo-convex structure is 5 nm or more. In general, the surface distance between two objects in contact with each other in the air is 0.4 nm to 1 nm. According to theoretical calculations, the van der Waals force is dominantly large in that state as described above. Often acts. However, it is known that the contribution of van der Waals force is remarkably reduced when the distance between the surfaces becomes large, for example, 10 nm or more. As a result of forming fine concavo-convex structures of various sizes on the surface of spherical particles having good surface smoothness and measuring the adhesion force of the particles, the present inventors have found that the adhesion force is almost equal to the depth of the concavo-convex structure. It was experimentally confirmed that when the thickness was 5 nm or more, it decreased significantly.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the display method of the first aspect, the fine concavo-convex structure is formed by holding different kinds of fine particles on the surface of the color-coded particles. Various methods for forming a fine concavo-convex structure on the particle surface are conceivable, but the above method is preferable from the viewpoints of simplicity of the formation method, control of the size and density of the concavo-convex structure, and the like. The size of the fine particles to be held on the surface of the rotating particles is not particularly limited with respect to the lower limit, and the upper limit needs to be smaller than the size of the rotating particles, and preferably about 1/10 or less of the size of the rotating particles. What is necessary is just to select according to the depth of the desired fine uneven structure. As a method of holding the fine particles on the surface of the rotating particles, a method of mixing them and stirring them while applying mechanical stress is used.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in the display method of the first aspect, the rotational state of the color-coded particles is controlled by a magnetic method. In the present invention, the color-coded particles are magnetized so as to be controllable by a magnetic method. When the magnetized rotating particles are arranged so that they are in contact with each other, adhesion due to magnetic attraction occurs in addition to adhesion due to van der Waals force, but a fine uneven structure is formed on the surface of the rotating particles. By doing so, the substantial separation distance between the particle surfaces is increased, so that the adhesion of particles that inhibit the rotation of these particles is suppressed.
[0014]
According to a fifth aspect of the present invention, in the display method of the first aspect, the rotation state of the color-coded particles is controlled by an electric method. In the present invention, the colored particles are given different chargeability to different color portions in order to be controllable by an electrical method. In this way, when rotating particles with chargeability are arranged so that they are in contact with each other, adhesion due to electrical attraction occurs in addition to adhesion due to van der Waals force. By forming, the substantial separation distance between the particle surfaces increases, so that adhesion between particles that inhibits rotation of these particles is suppressed.
[0015]
According to the invention of claim 6, a pair of support substrates arranged opposite to each other and color-coded, controllable particles having fine concavo-convex structures formed on the surface are arranged between the support substrates. A display sheet comprising a display layer. In the present invention, particles that are configured to be rotationally controllable magnetically or electrically are formed with a fine concavo-convex structure on the surface and disposed between the support substrates, so that the adhesion force with the contacting particles is increased. Magnetic or electrical particle rotation control is reliably performed without obstruction, and a display sheet with high display quality can be obtained by a simple manufacturing process. Further, by using a flexible material such as a plastic film for the support substrate, a display sheet that can be handled lightly like paper can be obtained.
[0016]
According to the invention of claim 7, a pair of support substrates arranged opposite to each other and color-coded, controllable particles having fine concavo-convex structures formed on the surface thereof are arranged between the support substrates. A display sheet comprising: a display layer; and electrodes formed on the pair of support substrates corresponding to pixels of the display layer. In the present invention, the particles configured to be electrically rotationally controllable are formed between the support substrates with a fine concavo-convex structure formed on the surface, so that the adhesion force with the contacting particles is not hindered. By controlling the electric field applied through the electrodes, the particles are reliably rotated, and a display sheet with high display quality can be obtained by a simple manufacturing process.
[0017]
According to an eighth aspect of the present invention, in the display sheet according to the sixth or seventh aspect, an interval between the pair of support substrates is larger than a particle size of the particles whose rotation can be controlled and smaller than twice the particle size. It is characterized by that.
[0018]
Regardless of the difference between the magnetic method and the electrical method, in order for the rotating particles to be controlled in a rotating state corresponding to the image signal by the applied magnetic field or electric field, the rotation of the particles is hindered by friction with the support substrate. For this purpose, it is necessary that the distance between the support substrates is larger than the particle diameter of the rotating particles. However, since the rotating particles are not fixed to the support substrate, if the distance between the support substrates is too large, the rotating particles are likely to move, which increases the possibility of adversely affecting the display. The spacing between the support substrates is preferably larger than the particle size of the rotating particles and smaller than twice the particle size, preferably smaller than 1.5 times. As a method for keeping the distance between the support substrates at a desired distance, a method is used in which spacers having a size corresponding to the desired distance are distributed in an appropriate density distribution between the support substrates.
[0019]
The invention according to claim 9 is the display sheet according to claim 6 or 7, wherein a fine concavo-convex structure is formed on a surface of the support substrate in contact with the display layer. In the present invention, the adhesion force between the particles and the support substrate can be greatly reduced, the friction in the rotational movement of the particles is further reduced, the rotation control of the particles is more reliable, and there is no defect. It is possible to display a simple image.
[0020]
According to the invention of claim 10, a pair of support substrates arranged opposite to each other, and color-coded between the support substrates, and particles capable of rotation control having a fine concavo-convex structure formed on the surface thereof are arranged. A display device comprising: a display layer; and means for controlling rotation of color-coded particles in the display layer in units of pixels. In the present invention, the individual rotating particles arranged in the display layer have a surface with a fine concavo-convex structure, so that the individual rotating particles can be easily rotated without adhering to the adjacent rotating particles. Since the rotation state of the rotating particles color-coded in units of pixels is reliably controlled, a clear image free from defects can be displayed.
[0021]
The invention according to an eleventh aspect is the display device according to the tenth aspect, wherein the means for controlling rotation includes magnetic writing means. In the present invention, a magnetic writing means such as a one-dimensional magnetic head array or a two-dimensional magnetic head array is brought into close contact with a support substrate on which a display layer is formed, and the direction of a magnetic field applied to the pixel unit is switched to rotate the pixel unit. The rotation state of the particles is easily and reliably controlled, and a clear image is displayed.
[0022]
According to a twelfth aspect of the present invention, in the display device according to the tenth aspect, the means for controlling the rotation includes electrodes formed on the pair of support substrates corresponding to the pixels of the display layer, and the electrodes. And means for applying an electric field corresponding to an image signal to the display layer. In the present invention, by applying an electric field according to an image signal between electrodes patterned in correspondence with pixels on a support substrate, the rotation state of the rotating particles can be easily and reliably controlled for each pixel. A clear image is displayed.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 schematically shows a display device according to a first embodiment of the present invention, in which color-coded rotating particles 13 are arranged between support substrates 11 and 12 with a fine uneven structure formed on the surface thereof. Thus, the display layer 14 is formed. In addition, a spacer 15 is disposed between the support substrates 11 and 12 so as to maintain a constant interval. The rotating particles 13 that are uniformly arranged in the display layer 14 between the support substrates 11 and 12 are magnetic heads 16 and the like. The rotation is controlled by magnetic means.
[0024]
Since the rotating particle 13 is rotationally controlled by a magnetic method, it includes a magnetic material and is magnetized so that one of the color-coded ones has an N pole and the other has an S pole, and is converted into a permanent magnet. ing. However, in this embodiment, in order to give the rotating particle 13 a rotating function, as shown in FIG. 2, a large number of fine particles are attached to the particle surface to form a fine uneven surface structure.
[0025]
Next, each part of the above configuration will be described in more detail. The rotating particle 13 may be a spherical particle made of a magnetic material, or a spherical particle in which a magnetic material such as magnetite or ferrite is contained in a resin such as polystyrene or polyethylene. The shape of the rotating particle 13 is easy to control. Shape is preferable, and substantially spherical shape is preferable. The size is determined in relation to the display device and display pixels (resolution), light scattering, ease of manufacture, and the like, but a size of about several μm to several hundred μm has been used so far. The magnetic / resin composite particles are produced by kneading these materials and then pulverizing them, or using a monomer in which the magnetic particles are dispersed using a method such as emulsion polymerization, suspension polymerization, or dispersion polymerization.
[0026]
As the coloring method of the rotating particles 13, (1) inorganic pigments such as titanium dioxide and zinc sulfide, organic pigments such as phthalocyanine, various dyes and the like are dispersed in a solvent or a binder resin as required, and applied by spraying or the like. And (2) a method of electrochemical treatment such as plating, or (3) a method of sputtering or vapor-depositing a metal such as the dye, Au, Ag, and Al. In order to color-code, only the exposed surface is colored by a method such as embedding and fixing the non-colored surface in an adhesive or a resin layer, or floating in a liquid having a specific gravity adjusted. In the case of magnetic particles, since the color of the magnetic material is almost black, when black is used for one of the two colors, other colors such as white, red, green, and blue are used for the other. Just by coloring, it will be color-coded.
[0027]
A fine irregularity having an irregularity depth of preferably about 5 nm or more is preferably formed on the particle surface by holding and adhering another kind of fine particles different from this to the magnetized and colored rotating particles 13 in a contact state. Form a structure. By forming such a fine concavo-convex structure on the surface of the rotating particle 13, the distance between the surfaces of the rotating particles 13 in contact is increased, and the distance between the surfaces of two objects in contact in air is 0.4 nm. The van der Waals force, which is said to be predominantly acting at ˜1 nm, can be remarkably reduced and the magnetic action of the rotating particles 13 can be relaxed. As a result, the adhesion force between the rotating particles 13 is increased. The rotational motion of the rotating particles 13 in the rotating particle aggregate can be made possible. Various methods for forming a fine concavo-convex structure on the particle surface are conceivable, but the method of attaching fine particles as shown in FIG. 2 is preferable in terms of the ease of the formation method and the controllability of the size and density of the concavo-convex structure. .
[0028]
Examples of the material of the fine particles to be held in contact with the surface of the rotating particles 13 (hereinafter referred to as externally added fine particles) include inorganic fine particles such as silica, titanium oxide, and alumina, and various polymer fine particles. The material selection for the externally added fine particles is not limited.
[0029]
The size of the externally added fine particles is not particularly limited with respect to the lower limit, and for example, ultrafine particles of several nm may be used. Regarding the upper limit, the factor of balance with the size of the rotating particle 13 is taken into consideration, and it is necessary that the upper limit is at least smaller than the rotating particle 13. Preferably, it may be about 1/10 or less of the size of the rotating particles, and the selection may be made in consideration of the depth of the desired fine uneven structure. The externally added fine particles held in contact with the surface of the rotating particles do not always exist in the form of primary particles, and depending on the treatment method and conditions, a certain number of particles aggregated. In some cases, it exists in the form of aggregated particles, and the depth of the irregularities of the fine irregular structure formed on the surface of the rotating particles can be larger than the primary particle size of the externally added fine particles. There are no particular restrictions on the shape of the externally added fine particles.
[0030]
The externally added fine particles may be subjected to surface treatment such as hydrophobization, if necessary. Such surface treatment may prevent aggregation of the externally added fine particles themselves due to a liquid crosslinking force or the like, and may improve the dispersibility of the externally added fine particles on the rotating particles 13. Further, it is advantageous in that the rotation function is prevented from being changed by the environment (mainly humidity) after the externally added fine particles are held in the rotating particles 13.
[0031]
The amount of externally added fine particles to be held in contact with the surface of the rotating particles 13 is not clearly limited. However, if the amount is too small, the existence density of the convex portions on the surface of the rotating particles 13 is reduced, and as a result, the attached particles of the rotating particles 13 are attached. Adhesion force reduction becomes insufficient, and the rotation function decreases. On the other hand, if the amount is too large, externally added fine particles that cannot be held on the surface of the rotating particles 13 are generated, which causes adverse effects on the display image such as a reduction in contrast ratio.
[0032]
As a treatment method for holding the externally added fine particles in contact with the rotating particles 13, a method of mixing both and stirring while applying mechanical stress is suitably used. This is a method called mechanical blending, or dry mixing, mechanical mixing, mechanical compounding, etc., with simple mechanical mixing and almost no variation in the presence of externally added fine particles between rotating particles. A dispersed state is obtained, and the holding state (form) is determined by the application method and strength of the mechanical stress applied thereto. This holding state is a state in which the particles are simply fixed without being fixed, a state in which a part of the externally added fine particles is fixed so as to be integrated with the rotating particles 13, and a state in which the externally added fine particles are rotated. The state of being compounded so as to be buried to some extent. However, depending on the material hardness of the externally added fine particles and the rotating particles 13 and the applied mechanical stress, the externally added fine particles are completely buried in the rotating particles 13 or the externally added fine particles are on the surface of the rotating particles 13. In a state where filming (film formation) occurs, the adhesion force between the rotating particles 13 is not sufficiently reduced, which is not preferable.
[0033]
The rotating particles 13 thus magnetized and colored and further provided with a rotating function are arranged between the two support substrates 11 and 12 having at least one transparency, and the display layer 14 is formed. Is done. The substrate having transparency is arranged on the upper side which is the observer side (in FIG. 1, the support substrate 12). If necessary, the lower support substrate 11 may be combined with a memory layer for assisting and stabilizing the rotational state of the rotating particles 13. Then, the rotational state of the rotating particles 13 is controlled by switching the direction of the magnetic field applied to the region corresponding to each pixel of the display layer 14 with the magnetic head 16 or the like from the opposite side of the lower support substrate 11. It is possible to determine which side of the color-coded rotating particle 13 is directed to the upper surface (observer side). In addition, the display layer 14 is formed between the support substrates 11 and 12, and the display unit in which the memory layer is formed if necessary is used as a display sheet separately from the writing / erasing input unit such as the magnetic head 16. You can also In this case, by using a flexible material such as a plastic film as various constituent materials of the display sheet, display means that can be handled lightly like paper is realized.
[0034]
The support substrates 11 and 12 can use resin films or resin plates such as polyethylene terephthalate, polycarbonate, and polyethylene, but are not particularly limited, and the thickness is preferably thinner in consideration of writing / erasing. . On the other hand, when it is set as a display sheet, it is a problem that it is too thin considering the ease of handling, and about 10-1000 micrometers is preferable.
[0035]
Further, the distance between the support substrates 11 and 12 is maintained by the spacer 15 in a state where the distance is larger than the particle diameter of the rotating particles 13. In order for the rotating particles 13 to be controlled in a rotating state corresponding to the image signal by the applied magnetic field, it is necessary that the rotation of the rotating particles 13 is not hindered by friction with the support substrates 11 and 12. Requires that the distance between the support substrates 11 and 12 is larger than the particle diameter of the rotating particles 13. However, since the rotating particles 13 are not fixed to the support substrates 11 and 12, if the distance between the support substrates 11 and 12 is too large, the rotating particles 13 are likely to move, and the display may be adversely affected. Become. The distance between the support substrates 11 and 12 is preferably larger than the particle size of the rotating particles 13 and smaller than twice the particle size (preferably 1.5 times). As a method for keeping the distance between the support substrates 11 and 12 at a desired distance, the spacers 15 having a size corresponding to the desired distance are distributed between the support substrates 11 and 12 in an appropriate density distribution. Is used. The material and shape of the spacer 15 are not particularly limited, and the density distribution may be set in consideration of the rigidity of the support substrates 11 and 12 to be used. The spacer 15 may be previously formed on one of the support substrates 11 or 12, or may be mixed with the rotating particles 13 and formed on the support substrate 11 or 12 together.
[0036]
Furthermore, a fine uneven structure may be formed on the opposing surfaces of the support substrates 11 and 12. By forming a fine concavo-convex structure on the surface of the substrate in contact with the rotating particle 13, the effect of van der Waals force is significantly reduced except for the portion of the tip of each concavo-convex part that contributes to contact with the particle, resulting in particle / support The adhesion force between the body substrates can be greatly reduced, the friction in the rotational motion of the particles is further reduced, and the rotational motion of the particles becomes easier.
[0037]
The memory layer formed on the lower support substrate 12 as needed is mainly composed of a semi-hard magnetic material. This is because the display information written by magnetic means is held by the magnetization of the memory layer even if the magnetic field for writing is cut off or even if there is a certain magnetic field in the usage environment, the thickness is the magnetic used Although depending on the material and the manufacturing method, about 0.1 to 10 μm is preferable. In the case where no memory layer is provided, in order to retain display information as necessary, for example, a method of providing a threshold characteristic in relation to the applied magnetic field strength and the rotational behavior of the particles can be considered.
[0038]
An input unit for writing or erasing image information by controlling rotation of the rotating particles 13 of the display layer 14 in units of pixels with respect to the display unit configured as described above is installed as being separable or integrated. Is done. As such an input unit, a one-dimensional or two-dimensional magnetic head array is positioned below the substrate support substrate 11 opposite to the viewer side so as to correspond to each pixel unit. In addition, there is a method of using a magnetic pen or the like from the upper surface side of the display layer to add / erase a part. When a one-dimensional magnetic head array is used, an image of the entire display area is recorded using means that moves in the main scanning direction.
[0039]
As is clear from the above description, in the present embodiment, a fine uneven structure is formed on the surface of the color-coded rotating particles, thereby ensuring a certain separation distance between the rotating particles in contact. This can greatly reduce the adhesion force due to van der Waals force acting between rotating particles in contact state, and can reduce the adhesion force due to magnetic attraction between particles, so that it is in contact state. The resistance of the individual rotational motion of the rotating particles can be reduced to facilitate rotation. Therefore, according to the present embodiment, the rotating function can be surely imparted to the rotating particles with a simple manufacturing process, and the display quality can be reduced without requiring a complicated manufacturing process for encapsulating the rotating particles individually. High display sheet or display device can be obtained.
[0040]
FIG. 3 schematically shows a display device according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is in the display layer 14 formed between the support substrates 11 and 12. That is, the color-coded rotating particles 20 are configured to be rotationally controlled by electrical means. As electrical means, electrodes 21 and 22 for applying an electric field in units of each pixel are formed on the support substrates 11 and 12. Since the rotating particle 20 is rotationally controlled by an electrical method, the color-coded portions are configured to have different charging characteristics, and further, the rotating function is provided as in the case of the rotating particle 13 whose rotation is controlled by a magnetic method. In order to give, the surface is formed in the fine concavo-convex structure.
[0041]
Next, in the above configuration, parts different from those of the first embodiment will be described in more detail, and overlapping description of common parts will be omitted. The rotating particles 20 are made so that the color-coded portions have different charging characteristics, but this is achieved by covering the rotating particle surface with different materials hemispheres. That is, when the colors are classified, the surface is usually covered with substances having different colors, so that portions having different charging characteristics can be formed as they are. However, in practice, it does not always contribute to particle rotation, and therefore particle rotation can be performed by adding materials having greatly different charging characteristics. For this, a wax-like substance is often used because of easy charge control. Examples of these include higher fatty acids such as stearic acid, palmitic acid and lauric acid, higher fatty acid metal salts such as aluminum stearate and higher fatty acid derivatives, waxes such as carnauba wax and paraffin wax, polyethylene, polypropylene and ethylene. -Vinyl acetate copolymer etc. are mentioned.
[0042]
The rotating particles 20 thus color-coded and imparted with chargeability are subjected to the rotation function applying treatment similar to that of the first embodiment, and a fine uneven structure is formed on the surface. The rotating particles 20 provided with the rotating function are arranged between the two support substrates 11 and 12 on which the writing electrodes 21 and 22 corresponding to each pixel are formed to form the display layer 14. Also in this case, a transparent substrate is used as the support substrate 12 that is at least the viewer side of the two support substrates 11 and 12. Then, by rotating and controlling the rotating particles 20 of the display layer 14 for each pixel by an electric field applied via the electrodes 21 and 22, it is determined which side of the color-coded particles is directed to the upper surface (observer side). It becomes possible. The display layer 14 is formed between the support substrates 11 and 12 and the electrodes 21 and 22 are patterned on the support substrates 11 and 12 corresponding to each pixel. It can also be used as a display sheet separately from means (not shown) for controlling the electric field applied to each pixel unit between 21 and 22. Also in this case, by using a flexible material such as a plastic film as various constituent materials of the display sheet, display means that can be handled lightly like paper is realized.
[0043]
The writing electrodes 21 and 22 corresponding to each pixel may be formed on the display substrate 14 side of the support substrates 11 and 12 or on the opposite side. In addition, the electrode 22 disposed on the upper surface side of the display layer 14 needs to be a transparent electrode, but the electrode 21 disposed on the lower surface side uses a high light reflectivity electrode to display brightness. Can be improved. As the transparent electrode used on the upper surface side, In₂O_Three, SnO₂ZnO, CdO, TiO₂, In₂O_Three-Sn, SnO₂A known material such as an oxide semiconductor thin film such as -Sb is used. In addition, in order to maintain the written display information even when the electric field for writing is cut off or even when a certain electric field exists in the use environment, for example, threshold characteristics are set in relation to the applied electric field strength and the rotational behavior of particles. A method such as giving it can be considered.
[0044]
In addition, the material and thickness of the support substrates 11 and 12, the surface treatment of the substrates, the distance between the substrates, the method of arranging the rotating particles 20 and the spacers 15 between the substrates, and the like are the same as in the first embodiment.
[0045]
As is clear from the above description, in the present embodiment, a fine uneven structure is formed on the surface of the color-coded rotating particles, thereby ensuring a certain separation distance between the rotating particles in contact. This can greatly reduce the adhesion force due to van der Waals force acting between rotating particles in contact state, and can reduce the adhesion force due to electric attraction between particles, so that the contact state is maintained. The resistance of the individual rotational motion of the rotating particles can be reduced to facilitate rotation. Therefore, according to the present embodiment, the rotating function can be surely imparted to the rotating particles with a simple manufacturing process, and the display quality can be reduced without requiring a complicated manufacturing process for encapsulating the rotating particles individually. High display sheet or display device can be obtained.
[0046]
【Example】
Examples of the present invention will be described below.
Example 1
Polymer spherical particles having a particle diameter of about 6 μm containing ferrite fine particles as a magnetic material were prepared by a known suspension polymerization method. These are bonded on a glass substrate with a heat-resistant acrylic adhesive layer so that the lower part of the particles is buried, and the upper part of the hemisphere is spray-coated with a white coloring liquid (titanium oxide / polyvinyl butyral / methyl ethyl ketone), followed by 1 KG. Magnetization was performed with an electromagnet, peeled off from the adhesive layer, and white / black color-coded and magnetized particles were produced. To the ferrite-containing polymer spherical particles, 1.5% by weight of hydrophobically treated silica having a particle size of about 16 nm was added, and mechanically mixed and stirred with a mixer. When this was observed by SEM, a structure in which the silica particles were uniformly distributed and adhered to the peripheral surface of the ferrite-containing polymer spherical particles was confirmed. After adding 5.0% by weight of polystyrene particles having a particle size of about 9 μm as spacers to the particles and mixing them, they are arranged as a single particle layer on a 125 μm-thick PET film having a surface with a fine uneven structure of about 50 nm formed thereon. Then, another sheet of PET film was opposed to seal the periphery, and a display sheet with a built-in display layer was produced. When this display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array for writing / erasing, a clear black and white image was formed.
[0047]
Example 2
A display sheet was produced in the same manner as in Example 1. However, the silica having a particle size of about 7 nm was used as the hydrophobic treated silica. After mechanically mixing and stirring, this was observed with an SEM. As a result, a structure in which silica particles were uniformly distributed and adhered to the peripheral surface of the ferrite-containing polymer spherical particles was confirmed. When the produced display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array for writing / erasing, a clear image was formed as in Example 1.
[0048]
Comparative Example 1
A display sheet was produced in the same manner as in Example 1. However, the ferrite-containing polymer spherical particles were not subjected to any rotation function imparting treatment, that is, a display sheet was produced without forming a fine uneven structure. When the produced display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array and writing / erasing was performed, many defective portions were generated in the image, and an image having a considerably low display quality was formed.
[0049]
Comparative Example 2
In the same manner as in Example 2, a display sheet was produced using hydrophobically treated silica having a particle size of about 7 nm. However, the mechanical stirring and mixing treatment was performed more strongly than in the case of Example 2. When this was observed by SEM, the silica particles were uniformly distributed on the peripheral surface of the ferrite-containing polymer spherical particles, but more than half of the particle size was buried in the surface of the ferrite-containing polymer spherical particles. The structure was confirmed. When the produced display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array and writing / erasing was performed, many defective portions were generated in the image, and an image having a considerably low display quality was formed.
[0050]
Comparative Example 3
A display sheet was produced in the same manner as in Example 1. However, no spacer was used when forming the display layer. When the produced display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array and writing / erasing was performed, many defective portions were generated in the image, and an image having a considerably low display quality was formed.
[0051]
Comparative Example 4
A display sheet was produced in the same manner as in Example 1. However, polystyrene particles having a particle size of about 20 μm were used as spacers. When the produced display sheet was in close contact with the two-dimensional magnetic head array and writing / erasing was performed, a clear image was initially formed in the same manner as in Example 1, but the image was soon to be used. Defects began to appear inside and increased.
[0052]
Example 3
Sunwax F-200 (manufactured by Sanyo Chemical Industries) and carbon black were kneaded, granulated by a spray dryer method, and classified to produce about 15 μm black particles. This was color-coded by the same method as in Example 1 to perform silica particle adhesion treatment. After adding 5.0% by weight of polystyrene particles having a particle size of about 9 μm as spacers to the particles and mixing them, they were arranged as a single particle layer on a 125 μm-thick PET film on which an ITO stripe pattern was formed. A PET sheet on which a single ITO stripe pattern was formed was faced to seal the periphery, and a display sheet incorporating a display layer was produced. When a voltage was applied between the electrodes on both sides of the display sheet of this display sheet to apply an electric field corresponding to the image signal, a clear image was formed.
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the first and second aspects of the present invention, by forming a fine relief structure on the surface of the color-coded particles, the substantial separation distance between the contacting particles is increased. Even when attractive force acts between particles due to magnetism or electrification, it is possible to prevent aggregation between particles and to enable rotational movement of particles in a particle assembly, thereby improving display quality. . In addition, since this display method can be handled with a simple configuration and process, it can contribute to an improvement in yield and a reduction in cost.
[0054]
According to the invention of claim 3, the method for forming the fine uneven structure by holding different kinds of fine particles on the surface of the color-coded particles is simple using a fine particle material generally used in the industry. Since the mechanical mixing and stirring process is possible, a display with excellent display quality can be manufactured by a simpler process and at a lower cost.
[0055]
According to the fourth aspect of the present invention, when the rotation state of the color-coded particles is controlled by a magnetic method, writing can be performed from one side of the display sheet, and the configuration of the writing system can be simplified and displayed. The writing system can be easily separated from the system.
[0056]
According to the fifth aspect of the present invention, when the rotation state of the color-coded particles is controlled by an electric method, writing is performed from both sides of the display sheet, thereby enabling high-resolution display.
[0057]
According to the inventions of claims 6 to 10, it is possible to produce a paper-like display sheet that has a wide viewing angle and is gentle on the eyes and high in display quality at low cost.
[0058]
According to the eleventh to twelfth aspects of the present invention, a display device having a wide viewing angle and being easy on the eyes and high in display quality can be manufactured at a low cost without requiring a complicated manufacturing process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a display device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view showing an example of a fine uneven structure on the surface of a rotating particle according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a display device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an example of a conventional rotating particle type display.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a microcapsule including a rotating particle according to a conventional technique.
[Explanation of symbols]
1, 11, 12 ... Support substrate
2, 14 ... Display layer
3, 13, 20 ... rotating particles
15 …… Spacer
16. Magnetic head
21, 22 ... Electrodes

Claims

A display method for displaying an image by controlling a rotation state of a number of color-coded particles, wherein the color-coded particles are arranged with a fine concavo-convex structure formed on a surface thereof.

The display method according to claim 1, wherein an uneven depth of the fine uneven structure is 5 nm or more.

2. The display method according to claim 1, wherein the fine concavo-convex structure is formed by holding different kinds of fine particles on the surface of the color-coded particles.

The display method according to claim 1, wherein the rotation state of the color-coded particles is controlled by a magnetic method.

The display method according to claim 1, wherein the rotation state of the color-coded particles is controlled by an electrical method.

A pair of support substrates disposed opposite to each other;
A display sheet comprising: a display layer in which rotation-controllable particles, which are color-coded and have a fine concavo-convex structure formed thereon, are arranged between the support substrates.

A pair of support substrates disposed opposite to each other;
A display layer in which rotation-controllable particles that are color-coded between the support substrates and have fine concavo-convex structures formed on the surface thereof are arranged;
A display sheet comprising electrodes formed on the pair of support substrates corresponding to the pixels of the display layer.

8. The display sheet according to claim 6, wherein a distance between the pair of support substrates is larger than a particle size of the rotation controllable particle and smaller than twice the particle size. Sheet.

The display sheet according to claim 6 or 7, wherein a fine concavo-convex structure is formed on a surface of the support substrate in contact with the display layer.

A pair of support substrates disposed opposite to each other;
A display layer in which rotation-controllable particles that are color-coded between the support substrates and have fine concavo-convex structures formed on the surface thereof are arranged;
And a means for controlling the rotation of the color-coded particles in the display layer in units of pixels.

11. A display device according to claim 10, wherein said means for controlling rotation includes magnetic writing means.

11. The display device according to claim 10, wherein the means for controlling the rotation includes an electrode formed on the pair of support substrates corresponding to a pixel of the display layer, and an image signal to the display layer via the electrode. A display device comprising means for applying an electric field according to the above.