JP4572520B2 - 画像表示媒体および画像形成装置 - Google Patents
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Description
この技術で用いられる粒子の構成は、画像の繰り返し表示の初期において白色濃度、黒色濃度および濃度コントラストに優れるが、長期にわたって繰返し表示した際に、画像濃度が低下して濃度コントラストが低下したり、画像の均一性が低下して画像むらを生じたりすることがあった。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、長期にわたって繰返し表示しても画像濃度の変化が小さく、濃度均一性の変化が小さく、安定した濃度コントラストを得ることができ、また、駆動電圧も低い画像表示媒体及びこれを用いた画像形成装置を提供することを課題とする。
まず、画像表示媒体を作製する際には、一対の基板間に封入される少なくとも第1の粒子(画像表示媒体とした際に、一方の極性に帯電する粒子)および第2の粒子(画像表示媒体とした際に、もう一方の極性に帯電する粒子)からなる粒子は所定量の割合で攪拌用の容器中に混合され攪拌される。
この機械的な攪拌混合の過程で粒子間および粒子と容器内壁との間で摩擦帯電がなされて各粒子は帯電すると考えられる。その後、混合された粒子は所定の体積充填率になるように一対の基板間に封入される。基板間に封入された粒子は基板間に印加される直流電圧の極性切替、あるいは、交流電圧の印加により、電界に従って基板間を往復する(イニシャライズ工程)。
基板上に付着した帯電粒子は基板表面との間に生じる影像力や、粒子と基板間のファンデルワールス力により基板に付着固定されると考えられる。ここで、各粒子の帯電性が高い場合は粒子間の凝集力が高くなり分離し難くなる。さらに帯電性の高い粒子は基板表面との付着性が高くなるため、印加された電界に従って移動せずに基板表面に固定する確率が高まる。さらに帯電性の高い凝集粒子を分離した場合には局所的に放電が生じるおそれもあり、得られる帯電性が不安定になると考えられる。
このような粒子表面からの外添用微粒子の脱落や、他の粒子、部材への移着を回避するには、粒子の帯電性や、流動性の維持が重要である。本発明者らは、以上に説明したような知見も踏まえて、上記課題を達成するために、以下の本発明を見出した。
<1> 対向配置された一対の基板と、該一対の基板間の空隙に封入された少なくとも2種類以上の粒子からなる粒子群と、を含み、外部刺激により、前記2種類以上の粒子の少なくとも1種類が正に、他の少なくとも1種類が負に帯電しうる性質を有し、かつ、前記正負に帯電し得る粒子が相互に異なる色である画像表示媒体において、
前記正負に帯電し得る粒子の粒度分布が、下式(1)を満たすことを特徴とする画像表示媒体である。
・式(1) 0.4<Ds/Dl<0.9
〔式(1)中、Dsは、前記正負に帯電し得る粒子のうち、一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表し、Dlは前記正負に帯電し得る粒子のうち、もう一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表す。
但し、DsおよびDlは、Ds<Dlなる関係を常に満たし、DsあるいはDlとして表される粒度分布Dは、10%体積径(d10vol)と90%体積径(d90vol)との比(d10vol/d90vol)を意味する。また、10%体積径(d10vol)および90%体積径(d90vol)は、d90vol≦d10volなる関係を常に満たす。〕
前記一対の基板間に、画像情報に応じた電界を発生させる電界発生手段を備えたことを特徴とする画像形成装置である。
・式(2) 0.4<Ds/Dl<0.9
〔式(2)中、Dsは、前記正負に帯電し得る粒子のうち、一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表し、Dlは前記正負に帯電し得る粒子のうち、もう一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表す。
但し、DsおよびDlは、Ds<Dlなる関係を常に満たし、DsあるいはDlとして表される粒度分布Dは、10%体積径(d10vol)と90%体積径(d90vol)との比(d10vol/d90vol)を意味する。また、10%体積径(d10vol)および90%体積径(d90vol)は、d90vol≦d10volなる関係を常に満たす。〕
本発明の画像表示媒体は、対向配置された一対の基板と、該一対の基板間の空隙に封入された少なくとも2種類以上の粒子からなる粒子群(以下、「表示デバイス用粒子」と称す場合がある)と、を含み、外部刺激により、前記2種類以上の粒子の少なくとも1種類が正に、他の少なくとも1種類が負に帯電しうる性質を有し、かつ、前記正負に帯電し得る粒子が相互に異なる色である画像表示媒体において、前記正負に帯電し得る粒子の粒度分布が、下式(3)を満たすことを特徴とする。
・式(3) 0.4<Ds/Dl<0.9
但し、DsおよびDlは、Ds<Dlなる関係を常に満たし、DsあるいはDlとして表される粒度分布Dは、10%体積径(d10vol)と90%体積径(d90vol)との比(d10vol/d90vol)を意味する。また、10%体積径(d10vol)および90%体積径(d90vol)は、d90vol≦d10volなる関係を常に満たす。
さらにこの粗大粒子は対極側に衝突し、この際の衝突により、対極側に存在する粒子をはじき飛ばすことにより、連続的なクラウド現象が発生するトリガーとなる。これにより、基板と粒子と間の付着力を低減させることができるため、低電位での表示が可能である。このため、基板間に封入された粒子の応答速度を向上させることができ、また、粒子同士の衝突エネルギーを軽減できることから、粒子表面のダメージが抑制され、繰り返し表示した際の経時的な濃度コントラストの劣化を抑制することができる。
一方、本発明の画像表示媒体においては、相対的により小さい電界で動き易い粒子、すなわち粗大粒子が存在するために、初期状態において、この粗大粒子がトリガーとなって、連鎖的に他の粒子の移動を促すことができる。加えて、画像表示に際して、基板表面に粒子を密に配列した場合でも、その粒度が比較的ばらついているために、粗大な粒子の間の空隙を微小な粒子が埋める形となり空隙が発生しにくくなるために、特に白の反射濃度を大きくすることが容易である。
粒度分布の比Ds/Dlが0.9を超える場合には、相対的により小さい電界で容易に移動し始めるトリガーとなる粒子が実質的に存在しなくなるために駆動電圧が高くなる。また、粒子同士の衝突エネルギーが増加するために、粒子表面のダメージが増加し、結果として繰り返し表示した際の経時的な濃度コントラストの劣化を促進してしまう。一方、粒度分布の比Ds/Dlが0.4を未満の場合には、定常的な状態における粒子の流動性が悪くなるためにためにコントラストが低下する。
また、当該白色の粒子は、色材を含み、該色材が、酸化チタンであることが望ましい。色材に酸化チタンを使用することにより、可視光の波長の範囲において、隠蔽力を高くでき、より一層のコントラストを向上できる。特に白粒子の粒度分布を、他のもう一方の粒子の粒度分布よりも広いものとすることにより、表示基板面への粒子の埋まりが改善され、さらに隠蔽性が向上し、更なるコントラスト向上が図れる。なお、酸化チタンの種類としては、ルチル型やアナターゼ型のような種類が知られているが、好ましくは、ルチル型が良い。
次に、表示デバイス用粒子の構成材料について以下に説明する。本発明の画像表示媒体に用いられる表示デバイス用粒子は、少なくとも、着色剤(色材)、および、樹脂を少なくとも含むものである。
着色剤としては、カーボンブラック、チタンブラック、磁性粉、その他、有機、無機系の黒色材、ルチル型酸化チタン、アナターゼ型酸化チタン、亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化ジルコニウム等の白顔料、その他、有彩色の色材としては、フタロシアニン系、キナクリドン系、アゾ系、縮合系、不溶性レーキ顔料、無機酸化物系の染顔料を使用することができる。
着色剤の添加量は、着色剤の比重を1としたとき、1〜60重量%の範囲内であることが好ましく、5〜30重量%の範囲内であることが好ましい。
帯電制御剤としては、電子写真用トナー材料に使用される公知のものが使用でき、例えば、セチルピリジルクロライド、P−51、P−53(オリエント化学工業社製)等の第4級アンモニウム塩、サリチル酸系金属錯体、フェノール系縮合物、テトラフェニル系化合物、カリックスアレン化合物、また、酸化金属微粒子、又は、各種カップリング剤により、表面処理された酸化金属微粒子を挙げることができる。また、帯電制御剤としては、無色のもの、或いは、着色力の低いものが好ましい。添加量は、0.1〜10重量%の範囲内であることが好ましく、0.5〜5重量%の範囲内がより好ましい。
ポリマー微粒子の体積平均粒子径は、表示デバイス用粒子よりも小さいものであれば特に限定されないが、10μm以下であることが好ましく、5μm以下であることがより好ましい。また、粒度分布はシャープなものがよく、より好ましくは、単分散であることが好ましい。
ここで、「中空粒子」とは、粒子内部に空隙を有するものを指す。空隙率は10〜90%であることが好ましい。また、「中空粒子」は、中空のカプセル状態のものであっても、粒子の外壁が多孔質状態のものであってもよい。
粒度分布を揃える方法としては、上述の湿式製法における造粒条件を調整したり、一旦得られた粒子を分級操作する方法が挙げられる。
湿式製法における造粒条件を調整する場合には、水相中に、表示デバイス用粒子を構成する材料を分散させた油相を分散させた際の攪拌速度を調整したり、界面活性剤を利用する場合にはその濃度を調整する等により粒子の粒度分布を制御することができる。
本発明の画像表示媒体において、基板は、対向配置された一対の基板が用いられ、この一対の基板間の空隙には表示デバイス用粒子が封入される。
なお、外部刺激として電界を用いて正または負に帯電し得る粒子の帯電状態を制御する場合には、基板として導電性を有する板状体(導電性基板)が用いられる。この場合、画像表示媒体としての機能を持たせるためには、一対の基板のうち少なくとも一方が透明な透明導電性基板であることが必要となる。なお、この際、画像表示媒体の透明導電性基板が設けられた側が画像表示面となる。
この保護層は、主に基板対向面への表示デバイス用粒子の接着性及び帯電列や、基板の透明性、更には、対向面表面の汚染防止の観点から選択することができる。具体的な保護層の材料としては、例えば、ポリカーボネート樹脂、ビニルシリコーン樹脂、フッ素基含有樹脂等を挙げることができる。樹脂の選択は、使用する表示デバイス用粒子の表面を構成する材料や、表示デバイス用粒子との摩擦帯電の差が小さいものが選択される。
本発明の画像形成装置は、上述した本発明の画像表示媒体に画像を形成する画像形成装置であり、本発明の画像表示媒体を構成する一対の基板間に、画像情報に応じた電界を発生させる電界発生手段を備えたことを特徴とする。
以下、図面を参照して本発明の画像表示媒体を用いた、本発明の画像形成装置の実施の形態について詳細に説明する。なお、同様の機能を有すものは全図面を通して同じ符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図1は、本発明の画像形成装置の一例(第1の実施形態)を示す概略構成図である。
第1の実施形態に係る画像形成装置12は、図1に示すように電圧印加手段201を備えている。画像表示媒体10は、画像が表示される側の表示基板14と、これに対向する非表示基板16との間に、これら2つの基板の外周を封止するようにスペーサ204が設けられ、表示基板14、非表示基板16およびスペーサ204で仕切られた隙間に表示デバイス用粒子として黒色粒子18及び白色粒子20とが封入されている。表示基板14及び非表示基板16の対向面には、後述するように透明電極205が付されているが、非表示基板16の対向面に設けられた透明電極205は接地されており、表示基板14の対向面に設けられた透明電極205は電圧印加手段201と接続されている。
画像表示媒体10を構成する表示基板14及び非表示基板16には、例えば、サイズが50×50×1.1mmで、対向面に透明電極205としてITO透明電極が設けられた7059ガラス基板を使用することができる。表示基板14及び非表示基板16の対向面に設けられた透明電極205の表面にはポリカーボネート樹脂層206(厚さ5μmのポリカーボネート樹脂(PC−Z)からなる層)が設けられている。
スペーサ204としては、40×40×0.3mmのシリコンゴムプレートの中央部を15×15mmの正方形に切り抜いて空間を形成したものを利用することができる。
なお、図1および以下に示す図面の説明において、表示デバイス用粒子18、20は、既述したように、粒度分布の比(Ds/Dl)が0.4を超え0.9未満の関係を満たすものである。
以下、図面を参照して本発明の第2実施形態を詳細に説明する。
図2は、本発明の画像形成装置の他の例(第2の実施形態)を示す概略構成図であり、単純マトリックスを用いた画像表示媒体10に画像を形成するための画像形成装置12について示したものである。
帯電性の異なる複数の(不図示の)表示デバイス用粒子群が封入された画像表示媒体10の平面方向には、縦および横方向の電圧を制御する電極403An及び404Bn(nは正数)が単純マトリックス構造となるように配置されている。電極403Anは、波形発生装置405B及び電源405Aにより構成された電界発生装置405の電源405Aに接続されており、電極404Bnは、波形発生装置402B及び電源402Aにより構成された電界発生装置402の電源402Aに接続されている。また、電極404Bn、電源405A、電極403Anはシーケンサー406に接続されている。
表示デバイス用粒子18、20は、電極面あるいは基板面に接触しており、基板14または基板16の少なくとも一方の面は透明で表示デバイス用粒子18,20の色を外部から透過して見ることができるものである。電極403A,404Bは、図3に示すように、基板14および16が向き合う面側に埋めこまれて一体化していてもよく、図4に示すように基板14、16の内部に埋めこまれて一体化してもよく、図5のように表示基板14および非表示基板16が向き合う面と反対側の面から少し離れた位置に、表示基板14および非表示基板16と分離して設けられてもよい。
以下、図面を参照して本発明の第3実施形態を詳細に説明する。図6は本発明の画像形成装置の他の例(第3の実施形態)を示す概略構成図であり、具体的には印字電極を用いた画像形成装置について示したものである。
図6に示す画像形成装置12は、印字電極11と、この印字電極11に対向配置されアースに接続された対向電極26から構成されている。
印字電極11と対向電極26との間は画像表示媒体10が矢印B方向に搬送可能である。画像表示媒体10は一対の基板(表示基板14および非表示基板16)、この基板間に封入された表示デバイス用粒子18,20から構成され、矢印B方向への搬送に際しては、非表示基板16側が対向電極26と近接ないし接触し、表示基板側が、印字電極11に近接するように搬送される。
なお、印字電極11は、基板13と、基板13の表示基板14側に設けられた電極15とからなり、印字電極11は不図示の電源に接続されている。
電極15は、図7(A)に示すように、表示基板14の片側の面に画像表示媒体10の搬送方向(図中矢印B方向)に対して略直交する方向(すなわち、主走査方向)に沿って画像の解像度に応じて所定間隔に1列に並べられている。電極15は、図7(B)に示すように正方形でもよいし、図7(C)に示すようにマトリックス状に配置されていてもよい。
各電極15には、図8に示すように、AC電源17AとDC電源17Bとが接続制御部19を介して接続されている。接続制御部19は、一端が電極15に接続され、かつ、他端がAC電源17Aに接続されたスイッチ21Aと、一旦が電極15に接続され、かつ、他端がDC電源17Bに接続されたスイッチ21Bからなる複数のスイッチで構成されている。
まず、画像表示媒体10が図示しない搬送手段により図中矢印B方向へ搬送され、印字電極11と対向電極26との間に搬送されると、制御部60は、接続制御部19に指示して全てのスイッチ21Aをオンさせる。これにより、すべての電極15にAC電源17Aから交流電圧が印加される。
ここで画像表示媒体10は、電極を持たない一対の基板内の空間に2種類以上の表示デバイス用粒子群が封入された媒体である。
これにより、表示基板14側には黒色粒子18のみが現れるため、画像部に対応する部分に画像が表示される。
以下、図面を参照して本発明の第4実施形態を詳細に説明する。図9は本発明の画像形成装置の他の例(第4の実施形態)を示す概略構成図であり、静電潜像担時体を用いる画像形成装置について示したものである。
図9に示す画像形成装置12は、矢印A方向に回転可能なドラム状の静電潜像担持体24と、これに対向配置された矢印C方向に回転可能なドラム状の対向電極26とから主に構成されており、静電潜像担持体24と、対向電極26との間を矢印B方向に一対の基板間に表示デバイス用粒子を封入した画像表示媒体10が挿通可能である。
静電潜像担持体24が図9において矢印A方向に回転開始されると、静電潜像形成部22により静電潜像担持体24上に静電潜像が形成される。一方、画像表示媒体10は、図示しない搬送手段により図中矢印B方向へ搬送され、静電潜像担持体24と対向電極26との間に搬送される。
−分散液A1の調製−
下記成分を混合し、10mmΦのジルコニアボールにてボールミル粉砕を20時間実施して分散液A1を調製した。
<組成>
・メタクリル酸シクロヘキシル:61質量部
・酸化チタン1(白色顔料):35質量部
(一次粒子径:0.3μm、タイペークCR63:石原産業社製)
・中空粒子(一次粒子径:0.3μm):3質量部
(SX866(A):JSR社製)
・帯電制御剤(SBT−5−0016:オリエント工業社製):1質量部
下記成分を混合し、上記と同様にボールミルにて微粉砕して炭カル分散液Bを調製した。
<組成>
・炭酸カルシウム:40質量部
・水:60質量部
下記成分を混合し、超音波機で脱気を10分間おこない、ついで乳化機で攪拌して混合液Cを調製した。
<組成>
・炭カル分散液B:8.5g
・20%食塩水:50g
上記白粒子−1の未分級品を、目開き:5μm、20μmのナイロン篩にかけ、粒度を揃えた。これを乾燥させ、平均粒子径13μmの白粒子−2を得た。このときの粒度分布d10vol/d90volは、2.0であった。
上記白粒子−1の未分級品を、目開き:10μm、15μmのナイロン篩にかけ、粒度を揃えた。これを乾燥させ、平均粒子径13μmの白粒子−3を得た。このときの粒度分布d10vol/d90volは、1.3であった。
上記白粒子−1の未分級品を、目開き:40μm、5μmのナイロン篩にかけ、粒度を揃えた。これを乾燥させ、平均粒子径13μmの白粒子−4を得た。このときの粒度分布d10vol/d90volは、2.7であった。
上記白粒子−1の未分級品を、目開き:45μm、5μmのナイロン篩にかけ、粒度を揃えた。これを乾燥させ、平均粒子径12μmの白粒子−5を得た。このときの粒度分布d10vol/d90volは、2.9であった。
下記成分を混合し、10mmΦのジルコニアボールにてボールミル粉砕を20時間実施して分散液A2を調製した。
・メタクリル酸メチルモノマー:89質量部
・メタクリル酸ジエチルアミノエチルモノマー:1質量部
・マイクロリスブラック(チバスペシャリティケミカルズ製):10質量部
黒粒子−1の未分級品を目開き:12μm、15μmのナイロン篩にかけ、粒度を揃えた。これを乾燥させ、平均粒子径14μmの黒粒子−2を得た。このときの粒度分布d10vol/d90volは、1.1であった。
表示デバイス用粒子18、20として、白粒子−3と、黒粒子−2とを、それぞれ白粒子:黒粒子の配合比率(質量比)を6:5となるように混合した所定量の粒子混合物を用いて、第1の実施の形態に係る画像表示媒体及び画像形成装置を作製した。
・表示基板14−非表示基板16間の電圧の極性切り替え間隔:1秒
・印加電圧:駆動電圧に設定
・極性切り替え:1600サイクル
(2)駆動条件B
・表示基板14−非表示基板16間の電圧の極性切り替え間隔:0.1秒
・印加電圧:駆動電圧に設定
・極性切り替え:10000サイクル
反射濃度は、マクベス濃度計(RD914)により測定し、黒濃度と白濃度との差を求めた。評価基準は以下の通りである。
○:黒濃度と白濃度との差が0.8以上
△:黒濃度と白濃度との差が0.7以上〜0.8未満
×:黒濃度と白濃度との差が0.7未満
表示デバイス用粒子18、20として、白粒子−1と、黒粒子−1とを、それぞれ白粒子:黒粒子の配合比率(質量比)を6:5となるように混合した所定量の粒子混合物を用いて、第1の実施の形態に係る画像表示媒体及び画像形成装置を作製した。次に、実施例1と同様にして評価を行なった。結果を表1に示す。
実施例3〜5および比較例1〜2については、白粒子と黒粒子との組合せを表1に示す組合せとしたことを除いて、第1の実施の形態に係る画像表示媒体及び画像形成装置を作製し実施例1と同様に評価を行った。結果を表1に示す。
11 印字電極
12 画像形成装置
13 印字電極11の表示基板14側の面
14 表示基板
15 電極
16 非表示基板
17A AC電源
17B DC電源
18 表示デバイス用粒子(黒色粒子)
19 接続制御部
20 表示デバイス用粒子(白色粒子)
22 静電潜像形成部
24 静電潜像担持体(感光体ドラム)
24A 導電性基体
24B 光導電層
26 対向電極
28 直流電圧電源
60 制御部
80 帯電装置
82 光ビーム走査装置
84 ポリゴンミラー
86 折り返しミラー
204 スペーサ
205 透明電極
206 ポリカーボネート層
402 電界発生装置
402A 電源
402B 波形発生装置
403 電極An
404 電極Bn
405 電界発生装置
405A 電源
405B 波形発生装置
406 シーケンサー
Claims (4)
- 対向配置された一対の基板と、該一対の基板間の空隙に封入された少なくとも2種類以上の粒子からなる粒子群と、を含み、外部刺激により、前記2種類以上の粒子の少なくとも1種類が正に、他の少なくとも1種類が負に帯電しうる性質を有し、かつ、前記正負に帯電し得る粒子が相互に異なる色である画像表示媒体において、
前記正負に帯電し得る粒子の粒度分布が、下式(1)を満たすことを特徴とする画像表示媒体。
・式(1) 0.4<Ds/Dl<0.9
〔式(1)中、Dsは、前記正負に帯電し得る粒子のうち、一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表し、Dlは、前記正負に帯電し得る粒子のうち、もう一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表す。
但し、DsおよびDlは、Ds<Dlなる関係を常に満たし、DsあるいはDlとして表される粒度分布Dは、10%体積径(d10vol)と90%体積径(d90vol)との比(d10vol/d90vol)を意味する。また、10%体積径(d10vol)および90%体積径(d90vol)は、d90vol≦d10volなる関係を常に満たす。〕 - 前記正負に帯電し得る粒子の少なくとも一方が、白色の色材を含むことを特徴とする請求項1に記載の画像表示媒体。
- 前記色材が、酸化チタンであることを特徴とする請求項2に記載の画像表示媒体。
- 対向配置された一対の基板と、該一対の基板間の空隙に封入された少なくとも2種類以上の粒子からなる粒子群と、を含み、外部刺激により、前記2種類以上の粒子の少なくとも1種類が正に、他の少なくとも1種類が負に帯電しうる性質を有し、かつ、前記正負に帯電し得る粒子が相互に異なる色であり、前記正負に帯電し得る粒子の粒度分布が、下式(2)を満たす画像表示媒体に画像を形成する画像形成装置であって、
前記一対の基板間に、画像情報に応じた電界を発生させる電界発生手段を備えたことを特徴とする画像形成装置。
・式(2) 0.4<Ds/Dl<0.9
〔式(2)中、Dsは、前記正負に帯電し得る粒子のうち、一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表し、Dlは前記正負に帯電し得る粒子のうち、もう一方の極性に帯電している少なくとも1種類の粒子の粒度分布を表す。
但し、DsおよびDlは、Ds<Dlなる関係を常に満たし、DsあるいはDlとして表される粒度分布Dは、10%体積径(d10vol)と90%体積径(d90vol)との比(d10vol/d90vol)を意味する。また、10%体積径(d10vol)および90%体積径(d90vol)は、d90vol≦d10volなる関係を常に満たす。〕
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