JP4615554B2 - 表示媒体用粒子およびそれを用いた情報表示用パネル - Google Patents
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Description
また、従来の表示媒体用粒子として、粒子表面に外添した微粒子を付着させた構成も提案されており、この構成の表示媒体用粒子の表面に微細構造を設けて上記問題を解決できるが、表示特性の最大支配因子である帯電量の微妙な制御は難しい。
図1(a)、(b)に示す例では、光学的反射率および帯電性を有する表示媒体用粒子を含む少なくとも1種類以上の粒子から構成される、互いに光学的反射率および帯電特性が異なる表示媒体を、少なくとも2種以上(ここでは白色表示媒体用粒子3Waの粒子群からなる白色表示媒体3Wと黒色表示媒体用粒子3Baの粒子群からなる黒色表示媒体3Bを示す)、基板間に封入し、隔壁4で形成された各セルにおいて、基板1に設けた電極5(個別電極)と基板2に設けた電極6(個別電極)との間に電圧を印加することにより発生する電界に応じて、基板1、2と垂直に移動させる。そして、図1(a)に示すように白色表示媒体3Wを観察者に視認させて白色の表示を行うか、あるいは、図1(b)に示すように黒色表示媒体3Bを観察者に視認させて黒色の表示を行っている。なお、図1(a)、(b)において、手前にある隔壁は省略している。電極は基板の外側に設けても、基板の内部に埋め込むように設けてもよい。
なお、上述した電極5、6はともにライン電極として対向直交するようにしてもよい。
また、基板に電極を設けず、外部の電界形成手段から表示媒体に電界を付与して表示媒体を駆動する情報表示用パネルとすることもできる。
表示媒体用粒子10は、母粒子11と第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとからなる。図では第1の子粒子12Aを白色で、第2の子粒子12Bを黒色で示しているが、実際は第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとは同種の色としたり、透明色としたりする。母粒子11の表面に第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとを埋め込む。母粒子11の表面に母粒子11よりも粒子径が小さくかつ硬度の高い第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとを埋め込むことにより母粒子11の表面を硬質化することができる。表示媒体用粒子10は、母粒子11の表面が粒子径の小さい(=曲率の大きい)第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとで覆われており表示媒体用粒子10とパネル基板との付着面積が小さい。さらに第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとは高硬度のため、帯電電荷の鏡像引力による表示媒体用粒子10の基板接触部の変形が小さく、表示媒体用粒子10と基板との付着面積が小さいために、表示媒体用粒子10と基板との付着力が小さい。それゆえ、表示媒体用粒子10が小さな電界で効率よく駆動でき、高コントラスト、低駆動電圧の情報表示用パネルを構成できる。
また、第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bは、互いに帯電特性が異なる。情報表示用パネルにおいて、表示媒体用粒子の駆動を精密に制御するためには表示媒体用粒子の帯電量を精密に設計制御する必要がある
表示媒体用粒子10の帯電特性は母粒子11表面に固着させた子粒子の帯電特性に支配される。すなわち飽和帯電量が正の帯電特性を持つ子粒子を表面に固着させて得た表示媒体用粒子10は正帯電性を示す。同様に飽和帯電量が負の帯電特性を持つ子粒子を表面に固着させて得た表示媒体用粒子10は負帯電性を示す。また飽和帯電量の絶対値が大きい子粒子を表面に固着させて得た表示媒体用粒子10はの飽和帯電量の絶対値は大きく、飽和帯電量の絶対値が小さい子粒子を表面に固着させて得た表示媒体用粒子10の飽和帯電量の絶対値は小さい。
子粒子の飽和帯電量の制御の自由度は小さく、結果として1種類の子粒子を母粒子表面に固着複合化して得た表示媒体用粒子10の飽和帯電量の制御の自由度は小さい。しかし、図2に示すように、飽和帯電量の異なる2種の子粒子(第1の子粒子12Aと第2の子粒子12B)を任意の割合で混合して母粒子11表面に固着複合化することにより飽和帯電量を任意に制御することが可能となり任意の飽和帯電量の表示媒体用粒子10を得ることができる。その結果、良好な表示性能(高コントラスト、低電圧駆動)、特に高いコントラストを初期から長期間にわたって実現できる情報表示用パネルを提供可能となる。
なお、図2において、母粒子11の図手前側に埋まっている子粒子は省略して図示していない。また、第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとしては高密度に三次元架橋した樹脂粒子などを用いることができる。
アスペクト比が0.8未満の場合、母粒子表面への均質な子粒子固着複合化処理が困難となる。均質な被覆ができないと、母粒子表面に子粒子で覆われていない部分が露出し帯電制御、および耐久性に悪影響が生ずる。
第1の子粒子と第2の子粒子との粒子径が上記の範囲を超えて大きく異なる場合、母粒子表面への均質な子粒子固着複合化処理が困難となる。均質な被覆ができないと、母粒子表面に子粒子で覆われていない部分が露出し帯電制御、および耐久性に悪影響が生ずる。
走査型電子顕微鏡(日立製S2700)画像より解析したアスペクト比Asを球形度の指標とする。短軸径Dsa、長軸径Dsbとしたときのアスペクト比As=Dsa/Dsbとする。また平均粒子径D=(Dsa+Dsb)/2と定義する。
100粒子についてアスペクト比As、平均粒子径Dを計測し、平均値を採用する。本発明の表示媒体用粒子の子粒子はAs≧0.8の球状であり、一般的な外添剤はAs<0.8と非球形形状である。
上記飽和帯電量の差が、絶対値で、10μC/m2未満の場合、第1の子粒子および第2の子粒子の帯電量がほぼ等しくなり、1種類の子粒子を用いたのと変わらなくなり、飽和帯電量を任意に制御することが困難となる。
表示媒体用粒子10は、母粒子11の表面に第1の子粒子12Aと第2の子粒子12Bとを埋め込み、さらにその外側に微小粒子13を外添付着させる。
表示媒体用粒子10は表示書き換えを繰り返し行って表示媒体用粒子10同士の衝突や表示媒体用粒子10とパネル基板や電極との衝突を繰り返し受けても、高硬度の子粒子で表面を覆われているため、表示媒体用粒子10表面に外添付着させている微小粒子13が表示媒体用粒子10内に埋め込まれない、または、埋め込まれる速度が従来の表示媒体用粒子より遅い。よって表示書き換えを繰り返しても、表示媒体用粒子10と基板との付着力増大、表示媒体用粒子10の流動特性悪化、表示媒体用粒子10の帯電特性変化が起こらず、初期性能を維持できる。つまり長期間にわたって初期性能が維持できる耐久性の良い情報表示用パネルとなる。
さらには初期に子粒子と子粒子の狭間の部分に付着していた微小粒子13が表示書き換えを繰り返していくとともに徐放されることも耐久性向上に寄与していると考えられる。
(1)母粒子
正帯電母粒子としてポリメチルペンテンポリマー(TPX-R18;三井化学社製)100重量部と、着色剤としてカ−ボンブラック(スペシャルブラック4:デグッサ社製)5重量部とを2軸混練機により溶融混練し、ジェットミル(ラボジェットミルIDS-LJ型:日本ニューマチック(株)製)で細かく粉砕し、分級機(MDS-2:日本ニュ−マチック工業)を用いて分級し、溶融球状化装置(MR-10:日本ニュ−マチック工業)を用いて溶融球状化し粒子径が0.5〜50μmの範囲で平均粒子径R0=9.0μmの正帯電母粒子Xを得た。
負帯電母粒子としてポリメチルペンテンポリマー(TPX-R18;三井化学社製)100重量部と、着色剤として二酸化チタン(タイペークCR-90:石原産業社製)100重量部とを2軸混練機により溶融混練し、ジェットミル(ラボジェットミルIDS-LJ型:日本ニューマチック(株)製)で細かく粉砕し、分級機(MDS-2:日本ニュ−マチック工業)を用いて分級し、溶融球状化装置(MR-10:日本ニュ−マチック工業)を用いて溶融球状化し粒子径が0.5〜50μmの範囲で平均粒子径R0=9.4μmの負帯電母粒子Yを得た。
子粒子として、表1に示す子粒子a1〜a4、b1、c1、d1を準備した。
子粒子は乳化重合の標準的な手法に従い表1に示すモノマー重量比、重量比の乳化剤、および開始剤をモノマー重量の6倍量の精製水中に分散乳化させ70℃で38時間、N2ガス還流下で重合し、精製水で十分に洗浄して真空オーブンで水分を蒸発させ乾燥粉体試料を得た。モノマーはいずれも和光純薬工業(株)製試薬を精製して用いた。乳化剤はラウリル硫酸ナトリウム(和光純薬工業(株)試薬)を用いた。重合開始剤は2,2'-アゾビス[2-メチル-N-(2-ヒドロキシエチル)プロピオンアミド](和光純薬工業(株))を0.4重量部用いた。
母粒子XまたはYに表1に示す子粒子のうち表2のように1種または2種を選び、下記(i)の方法で複合化装置で複合化し、下記(ii)の方法でシリカ微粒子(HDK H3004;ワッカー社製)を表面に付着処理したものを表示媒体用粒子とした。
(i)母粒子+子粒子固着複合化処理方法
装置:サンプルミル SK-M10 ((株)協立理工社製)
条件:70℃、16500rpm x 30〜90分間
例えば、母粒子Xと子粒子a1と子粒子b1とを所定の割合で混合した混合粉体(嵩体積=みかけの体積130cm3)を上記装置に一括投入し所定条件において複合化処理を行った後、目開き150μmのSUS篩で篩い分けして篩を通過したものを複合粒子X(a1,b1)とした。また母粒子Xと子粒子a1を上記の方法で複合化した粒子をX(a1)と表す。
(ii)シリカ微小粒子の外添付着処理方法
カーボンミキサー(エスエムテー社)
条件:25℃、4000rpm x 15分間
複合粒子とシリカ微粒子からなる外添剤(HDK H3004;ワッカー社製)を重量比2%の割合で混合した混合粉体(嵩体積=みかけの体積200cm3)を上記装置に一括投入し上記条件において付着処理を行った後、目開き150μmのSUS篩で篩い分けして篩を通過させて表示媒体用粒子を得た。
正帯電表示媒体用粒子と負帯電表示媒体用粒子とを当量混合攪拌して摩擦帯電を行い、100μmのスペ−サ−を介して配置された、一方が内側ITO処理され電源に接続されたガラス基板と、もう一方が銅基板であるセル中に体積占有率30%で充填し、表示テスト用パネルを得た。ITOガラス基板、銅基板それぞれを電源に接続し、ITOガラス基板を低電位に、銅基板を高電位となる様に直流電圧をかけると、正帯電表示媒体用粒子は低電位極側に、負帯電表示媒体用粒子は高電位極側にそれぞれ飛翔する。ここで正帯電表示媒体用粒子を黒色、負帯電表示媒体用粒子が白色の場合、ガラス基板を通して黒色の表示状態が観察され、次に印加電圧の電位を逆にすると、粒子はそれぞれ逆方向に飛翔して、白色の表示状態が観察される。印加電圧を-200[V]〜+200[V]まで10[V]ごとに変化させ、それぞれの表示状態において反射率を測定し、同絶対値の電圧印加時の白表示時反射率と黒表示時反射率の比をその電圧におけるコントラスト比とし、±200[V]印加時のコントラスト比を初期C200として表示媒体用粒子の鮮明表示性の指標とした。
さらにこの情報表示用パネルに電圧±200[V]、周波数1[kHz]で100万回交互に電圧を印加して粒子を反転飛翔させた後に上記同様に各印加電圧におけるコントラスト比を測定して100万回耐久後C200とした。
表2における性能判断の判断基準は以下の通りである。
初期C200が10.0以上のパネルを初期特性が非常に良好であると判断した。
初期C200が6.0以上で10.0未満のパネルを初期特性が良好であると判断した。
初期C200が5.0以上で6.0未満のパネルを初期特性がやや不良であると判断した。
初期C200が5.0未満のパネルを初期特性が不良であると判断した。
耐久後C200が10.0以上のパネルを耐久性が非常に良好であると判断した。
耐久後C200が6.0以上で10.0未満のパネルを耐久性が良好であると判断した。
耐久後C200が5.0以上で6.0未満のパネルを耐久性がやや不良であると判断した。
耐久後C200が5.0未満のパネルを耐久性が不良であると判断した。
(i)子粒子による母粒子表面被覆率
粒子径単分散の真球体による平面最密充填被覆率で近似する。すなわち、母粒子の平均粒子径D、配合量(体積分率)Φ、子粒子Nの平均粒子径dN、配合量(体積分率)φNのとき子粒子Nによる母粒子表面被覆率CNは
である。
(ii)子粒子および表示媒体用粒子の飽和帯電量q/sの測定方法
ブローオフ法の標準的な手法によって基準キャリアと混合攪拌したときの飽和帯電量を測定した。ブローオフ帯電量装置としてTB-203(京セラケミカル社製)、混合攪拌装置としては一般的なスイングアーム式振とう機YD-8(ヤヨイ社製)、基準キャリアとして球状フェライトキャリアF96-80(パウダーテック社製)を用いた。キャリアと測定サンプルの混合重量比は100:0.1(子粒子の場合)、100:3(表示媒体用粒子の場合)とした。
また、実施例1、2、3、8、9では全項目良好な結果となった。
実施例4では、負帯電表示媒体用粒子の子粒子の最小アスペクト比が0.78と、0.8未満のため、100万回耐久性能判断で不良の結果となった。
実施例5では、負帯電表示媒体用粒子の子粒子飽和帯電量差が1μC/m2で、10μC/m2未満のため、初期性能判断でやや不良の結果となった。
実施例6では、負帯電表示媒体用粒子の子粒子飽和帯電量差が4μC/m2であり、かつ、負帯電表示媒体用粒子の2種類の子粒子の粒子径が1.67のため、初期性能判断でやや不良、100万回耐久性能判断で不良の結果となった。
実施例7では、負帯電表示媒体用粒子の子粒子飽和帯電量差が1μC/m2で、10μC/m2未満のため、初期性能判断でやや不良の結果となった。
比較例では、正帯電表示媒体用粒子および負帯電表示媒体用粒子ともに、子粒子を1種類しか用いていないため、全ての性能判断において不良の結果となった。
以上により、本発明の表示媒体用粒子を用いることによって、初期性能および、繰り返し書き換え(100万回)を行っても良好な画像特性を保持する情報表示用パネルを提供できることが分かった。
3 表示媒体
3W 白色表示媒体
3Wa 白色表示媒体用粒子
3B 黒色表示媒体
3Ba 黒色表示媒体用粒子
4 隔壁
5、6 電極
10 表示媒体用粒子
11 母粒子
12A 第1の子粒子
12B 第2の子粒子
13 微小粒子
Claims (5)
- 母粒子に、第1の子粒子と第2の子粒子とを埋め込んだ形態で複合化した表示媒体用粒子であって、
前記第1の子粒子および前記第2の子粒子が、前記母粒子よりも粒子径が小さくかつ高硬度であり、
前記第1の子粒子および前記第2の子粒子が、互いに帯電特性が異なり、
前記第1の子粒子の平均粒子径が、前記第2の子粒子の平均粒子径の、2/3以上3/2以下の範囲にある、
ことを特徴とする表示媒体用粒子。 - 前記第1の子粒子および前記第2の子粒子が、0.8以上のアスペクト比を有することを特徴とする請求項1に記載の表示媒体用粒子。
- 前記第1の子粒子の飽和帯電量と前記第2の子粒子の飽和帯電量との差が、絶対値で、10μC/m2以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の表示媒体用粒子。
- 前記第1の子粒子および前記第2の子粒子の外側に、微小粒子を外添付着させたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の表示媒体用粒子。
- 少なくとも1種類の表示媒体を、少なくとも一方が透明な2枚の基板間空間に封入し、前記表示媒体を電気的に駆動させることによって、画像等の情報を表示する情報表示用パネルにおいて、
前記表示媒体として、請求項1〜4のいずれか1項に記載の表示媒体用粒子を少なくとも1種類用いることを特徴とする情報表示用パネル。
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