JP5034286B2 - 電気泳動粒子の製造方法 - Google Patents
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Description
この電気泳動表示装置は、電圧の印加を停止した状態での表示メモリー性や広視野角性を有することや、低消費電力で高コントラストの表示が可能であること等の特徴を備えている。
特許文献1には、絶縁性を有する着色液体と帯電粒子とが充填されたマイクロカプセルが、一対の透明電極に挟持された構成の電気泳動表示装置が開示されている。
この電気泳動表示装置では、一対の透明電極間に、電圧を印加すると、帯電粒子が電極間に生じた電界の方向にしたがって、一方の電極に向かって着色液体中を移動する。これにより、観測者には、帯電粒子の色および/または着色液体の色が見えることとなる。
したがって、一方または双方の電極をパターニングし、それらに印加する電圧をコントロールすることにより、所望の情報を表示することができる。
これは、すなわち粒子の帯電状態を制御することが困難であるためであり、現在、粒子の帯電状態を、所望のものに容易に制御する方法の開発が要望されている。
(1) 表面に電荷を有する粒子が分散された水性分散液に、前記粒子の表面の電荷と反対の極性の第1の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第1の重合性界面活性剤を加えて混合し、次いで、第2の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第2の重合性界面活性剤を加えて乳化し、その後、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、有機ポリマーで前記粒子を被覆してなる電気泳動粒子を製造する方法であって、
前記粒子は、表面が酸化シリコン層で覆われた酸化チタン粒子であって、前記酸化シリコン層のシリコン原子には水酸基が結合しており、かつ、前記水酸基の酸素原子とプロトンとが配位結合しているものであり、
前記第2の重合性界面活性剤が有する前記第2の極性基の極性と、
前記第2の重合性界面活性剤における前記第2の極性基の数、前記第2の極性基の価数、前記第2の重合性界面活性剤の分子量および前記第2の重合性界面活性剤の添加量のうちの少なくとも1つの条件と、を設定することにより、前記電気泳動粒子の帯電極性および帯電量を制御することを特徴とする電気泳動粒子の製造方法。
(3) 前記第1の重合性界面活性剤および前記第2の重合性界面活性剤が有する前記疎水性基は、それぞれ、アルキル基およびアリール基のうちの少なくとも一方を含む上記(1)または(2)に記載の電気泳動粒子の製造方法。
(5) 前記ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基は、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基およびビニレン基からなる群より選択される1種である上記(4)に記載の電気泳動粒子の製造方法。
該カチオン性基は、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基および第四級アンモニウムカチオン基からなる群より選択される1種である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
該アニオン性基は、スルホン酸アニオン基(−SO3 −)、スルフィン酸アニオン基(−RSO2 −:Rは炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基およびその変性体)およびカルボン酸アニオン基(−COO−)からなる群より選択される1種である上記(1)ないし(5)のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
<第1実施形態>
まず、本発明の電気泳動表示装置の第1実施形態について説明する。
図1は、第1実施形態の電気泳動表示装置の縦断面を模式的に示す図、図2は、図1に示す電気泳動表示装置の作動原理を示す模式図である。なお、以下では、説明の都合上、図1および図2中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
第1の基板1および第2の基板2は、それぞれ、シート状(平板状)の部材で構成され、これらの間に配される各部材を支持および保護する機能を有する。
各基板1、2は、それぞれ、可撓性を有するもの、硬質なもののいずれであってもよいが、可撓性を有するものであるのが好ましい。可撓性を有する基板1、2を用いることにより、可撓性を有する電気泳動表示装置20、すなわち、例えば電子ペーパーを構築する上で有用な電気泳動表示装置20を得ることができる。
これらの基板1、2の後述する電気泳動分散液10側の面、すなわち、第1の基板1の下面および第2の基板2の上面には、それぞれ、層状(膜状)をなす第1の電極3および第2の電極4が設けられている。
本実施形態では、第1の電極3が共通電極とされ、第2の電極4がマトリックス状(行列状)に分割された個別電極(画素電極)とされており、第1の電極3と1つの第2の電極4とが重なる部分が1画素を構成する。なお、第1の電極3も、第2の電極4と同様に複数に分割するようにしてもよい。
このような複合材料の具体例としては、例えば、ゴム材料中に導電性材料を混合した導電性ゴム、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系等の接着剤組成物中に導電性材料を混合した導電性接着剤または導電性ペースト、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ABS樹脂、ナイロン(ポリアミド)、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等のマトリックス樹脂中に導電性材料を混合した導電性樹脂等が挙げられる。
このような電極3、4の厚さ(平均)は、それぞれ、構成材料、用途等により適宜設定され、特に限定されないが、0.05〜10μm程度であるのが好ましく、0.05〜5μm程度であるのがより好ましい。
また、電気泳動表示装置20の側部近傍であって、第1の基板1と第2の基板2との間には、第1の電極3と第2の電極4との間隔を規定する機能を有するスペーサ7が設けられている。
スペーサ7の構成材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂等の各種樹脂材料や、シリカ、アルミナ、チタニア等の各種セラミックス材料等が挙げられ、これらから選択された1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
このようなスペーサ7の平均厚さ、すなわち、基板1、2間の距離(基板間距離)は、特に限定されないが、10〜500μm程度であるのが好ましく、20〜100μm程度であるのがより好ましい。
この電気泳動分散液10は、少なくとも1種の電気泳動粒子5を分散媒6に分散(懸濁)させてなるものである。
電気泳動粒子5の分散媒6への分散は、例えば、ペイントシェーカー法、ボールミル法、メディアミル法、超音波分散法、攪拌分散法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて行うことができる。
なお、電気泳動粒子5およびその製造方法の詳細については、後に説明する。
分散媒6としては、比較的高い絶縁性を有するものが好適に使用される。かかる分散媒6としては、例えば、各種水(蒸留水、純水、イオン交換水、RO水等)、メタノール、エタノール、イソプロパノール、ブタノール、オクタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、フェニルセロソルブ等のセロソルブ類、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、ギ酸エチル等のエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メチルイソプロピルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、ぺンタン、ヘキサン、オクタン等の脂肪族炭化水素類、シクロへキサン、メチルシクロへキサン等の脂環式炭化水素類、ベンゼン、トルエン、キシレン、ヘキシルベンゼン、ヘブチルベンゼン、オクチルベンゼン、ノニルベンゼン、デシルベンゼン、ウンデシルベンゼン、ドデシルベンゼン、トリデシルベンゼン、テトラデシルベンゼンのような長鎖アルキル基を有するベンゼン類等の芳香族炭化水素類、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、ピリジン、ピラジン、フラン、ピロール、チオフェン、メチルピロリドン等の芳香族複素環類、アセトニトリル、プロピオニトリル、アクリロニトリル等のニトリル類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、カルボン酸塩またはその他の各種油類等が挙げられ、これらを単独または混合物として用いることができる。
また、分散媒6(電気泳動分散液10)中には、必要に応じて、例えば、電解質、界面活性剤、金属石鹸、樹脂材料、ゴム材料、油類、ワニス、コンパウンド等の粒子からなる荷電制御剤、チタン系カップリング剤、アルミニウム系カップリング剤、シラン系カップリング剤等の分散剤、潤滑剤、安定化剤等の各種添加剤を添加するようにしてもよい。
このような電気泳動表示装置20では、第1の電極3および第2の電極4との間に電圧を印加すると、これらの間に生じる電界にしたがって、電気泳動粒子5は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。
これとは逆に、第2の電極4を負電位とすると、図2(B)に示すように、電気泳動粒子5は、第2の電極4側に移動して、第2の電極4に集まる。このため、電気泳動表示装置20を上方(表示面側)から見ると、分散媒6の色が見えることになる。
電気泳動粒子5は、前述したように、表面に電荷を有する粒子を有機ポリマーで被覆してなるものである。
また、電気泳動粒子5の平均粒径は、0.1〜10μm程度であるのが好ましく、0.1〜7.5μm程度であるのがより好ましく、特に0.2〜0.5μm程度であるのがさらに好ましい。
ところで、一般に電気泳動粒子とは、分散液中で正または負の電荷を有し、外部電場に応答して分散液中を移動する平均的な距離(電気泳動移動度)が、電気泳動粒子でない粒子と比べて著しく大きい粒子のことを言う。
具体的には、例えば、以下のようにして電気泳動粒子5の帯電極性および帯電量を制御することができる。
(B)後述する電気泳動粒子5の製造過程において、添加する第2の重合性界面活性剤における第2の極性基の数を多くすることにより、最終的に得られる電気泳動粒子5の帯電量を増大させることができる。
(D)後述する電気泳動粒子5の製造過程において、添加する第2の重合性界面活性剤として、分子量がより大きいものを選択することにより、第2の極性基の極性部分の割合が無極性部分より減少するため、最終的に得られる電気泳動粒子5の帯電量を減少させることができる。
以上の(A)と、(B)、(C)、(D)および(E)のうちの少なくとも1つの条件とを設定することにより、電気泳動移動度が大きな電気泳動粒子5を得ることもできる。したがって、かかる電気泳動移動度が大きな電気泳動粒子5を用いることにより、電気泳動表示装置20の特性(表示特性)をより向上させることができる。
図3は、本発明の電気泳動粒子の製造方法を説明するための模式図、図4(a)は、図3(c)の水性分散液中で起こり得る粒子の分散状態を示す部分拡大図、図4(b)は、図3(d)の電気泳動粒子の一形態を示す部分拡大図である。
また、図5(a)は、図3(c)の水性分散液中で起こり得る粒子の別の分散状態を示す部分拡大図、図5(b)は、図3(d)の電気泳動粒子の別の形態を示す部分拡大図である。
[1]まず、表面に電荷64を有する粒子50を水性分散液90に分散させる。
粒子50の構成材料としては、その表面に電荷64を有しているものであればよく、特に限定されないが、例えば、顔料、染料、樹脂等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせたもの(例えば、顔料や染料を含有する樹脂等)を用いることができる。これらの材料は、その表面に電荷64を有しているため、水性分散液90に対する分散性に優れ、粒子50の構成材料として好適である。
水性分散液90には、例えば、蒸留水、イオン交換水、純水、超純水、RO水等の各種水を単独、または、水を主成分とし、メタノール、エタノール等の各種低級アルコールを混合した水性分散液90が好適に用いられる。
この処理としては、原料粒子に、例えば、カップリング剤、界面活性剤等の極性を有する化合物を吸着させる方法等が挙げられる。
このとき、第1の重合性界面活性剤61の添加量は、粒子50の使用量から換算される電荷64を有する極性基の総モル数(=使用した粒子50の重量[g]×粒子50の電荷64を有する極性基の量[mol/g])の0.5〜2倍モルの範囲が好ましく、より好ましくは、0.8〜1.2倍モルの範囲である。0.5倍モル以上の添加量とすることによって、電荷64を有する粒子50にイオン的に強く結合し、容易にカプセル化が可能となる。一方、2倍モル以下の添加量とすることで、粒子50に未吸着の第1の重合性界面活性剤61の発生を少なくすることができ、粒子50を芯物質として持たないポリマー粒子(ポリマーのみからなる粒子)の発生を防止することができる。
具体的には、粒子50が負の電荷64を有する場合は、第1の重合性界面活性剤61として、カチオン性の重合性界面活性剤を用いることができる。これに対して、粒子50が正の電荷64を有する場合は、第1の重合性界面活性剤61として、アニオン性の重合性界面活性剤を用いることができる。
カチオン性の重合性界面活性剤が有するカチオン性基としては、例えば、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基、第四級アンモニウムカチオン基、第四級ホスホニウムカチオン基、スルホニウムカチオン基、ピリジニウムカチオン基等が挙げられる。
カチオン性の重合性界面活性剤が有する疎水性基としては、アルキル基およびアリール基のうちの少なくとも一方を含むのが好ましい。
カチオン性の重合性界面活性剤が有する重合性基およびとしては、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基が好ましい。
カチオン性の重合性界面活性剤の例としては、特公平4−65824号公報に記載されているようなカチオン性のアリル酸誘導体などを挙げることができる。カチオン性の重合性界面活性剤の具体例としては、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド、メタクリル酸ジメチルアミノエチルベンジルクロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、ジアリルジメチルアンモニウムクロライド、2−ヒドロキシ−3−メタクリロキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド等を挙げることができる。
以上に例示したカチオン性の重合性界面活性剤は、単独で、または2種以上の混合物として使用することができる。
アニオン性の重合性界面活性剤が有する疎水性基としては、前述のカチオン性の重合性界面活性剤が有する疎水性基と同様の疎水性基を用いることができる。
アニオン性の重合性界面活性剤の例としては、特公昭49−46291号公報、特公平1−24142号公報、または特開昭62−104802号公報に記載されているようなアニオン性のアリル誘導体、特開昭62−221431号公報に記載されているようなアニオン性のプロペニル誘導体、特開昭62−34947号公報または特開昭55−11525号公報に記載されているようなアニオン性のアクリル酸誘導体、特公昭46−34898号公報または特開昭51−30284号公報に記載されているようなアニオン性のイタコン酸誘導体などを挙げることができる。
このようなアニオン性の重合性界面活性剤の具体的な例としては、一般式(31):
で表される化合物、または式(32):
で表される化合物が好ましい。
また、アニオン性の重合性界面活性剤が有するアニオン性基としては、例えば、一般式(33):
で表される化合物が好ましい。式(33)で表される好ましいアニオン性の重合性界面活性剤としては、以下の化合物を挙げることができる。
また、本発明に用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、下記の式(34)で表される化合物が好ましい。
また、アニオン性の重合性界面活性剤としては、下記の式(A)で表される化合物も好ましい。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(35)で表されるアルキルアリルスルホコハク酸エナトリウム塩を挙げることができる。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(36)で表されるメタクリロイルオキシポリオキシアルキレン硫酸エステルナトリウム塩を挙げることができる。下記式で、nは1〜20である。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(37)で表される化合物を用いることができる。
以上に例示したアニオン性の重合性界面活性剤は、単独で、または2種以上の混合物として使用することができる。
さらに、有機ポリマー60は、疎水性モノマーから誘導された繰り返し構造単位を有するのが好ましい。
このうち、疎水性基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基および芳香族炭化水素基のうちの少なくとも1種を含むものを例示できる。
また、重合性基としては、ラジカル重合が可能な不飽和炭化水素基であって、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基およびビニレン基からなる群より選択される1種であるのが好ましい。
さらに、有機ポリマー60は、架橋性モノマーから誘導された繰り返し構造単位および/または下記一般式(1)で表されるモノマーから誘導された繰り返し構造単位を有するのが好ましい。
有機ポリマー60が一般式(1)で表されるモノマーから誘導された繰り返し構造単位を有することにより、“嵩高い”基である前記R2基によって、有機ポリマー60の分子のたわみやすさが減り、すなわち、分子の運動性が拘束されるため、有機ポリマー60の機械的強度が向上する。また、“嵩高い”基である前記R2基が有機ポリマー60中に存在することによって、電気泳動粒子5が耐溶剤性に優れたものとなる。一般式(1)において、R2が示す脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基、アダマンタン基、テトラヒドロフラン基等が挙げられる。
上記一般式(1)で表されるモノマーの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
このとき、
(A)加える第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621の極性、
(B)第2の重合性界面活性剤62における第2の極性基621の数、
(C)第2の極性基621の価数、
(D)第2の極性基621の分子数、
(E)第2の重合性界面活性剤62の添加量、
から選択される条件の中で、(A)と、(B)、(C)、(D)および(E)のうちの少なくとも1つの条件とを設定することにより、最終的に得られる電気泳動粒子5の帯電極性および帯電量を制御することができる。
第2の重合性界面活性剤62としては、前述の第1の重合性界面活性剤と同様のものを用いることができる。
このとき、必要に応じて、水性分散液90の温度を所定の温度(重合開始剤80が活性化する温度)まで昇温することにより、重合開始剤80を加え重合開始剤80を活性化させて、水性分散液90中で重合することによって好適に実施することができる。
ここで、上記で説明した水性分散液90中での重合である乳化重合法によれば、第1の重合性界面活性剤61および各モノマーは次のような挙動を示すと推測される。なお、以下では、前記工程[1]において、疎水性モノマーを加えた場合について説明する。
上記のような重合反応は、超音波発生器、攪拌機、還流冷却器、滴下漏斗および温度調節器を備えた反応容器内で行うのが好ましい。
重合開始剤80の反応系内への添加は、例えば、水溶性の重合開始剤80を純水に溶解した水溶液を反応容器内に滴下することで好適に実施できる。このとき、重合開始剤80が活性化される温度に加熱した水性分散液90に重合開始剤80を含有した水溶液を一度にまたは分割して添加しても、または連続的に添加してもよい。また、重合開始剤80を添加した後に、重合開始剤80が活性化される温度に水性分散液90を加熱してもよい。
以上のようにして得られる電気泳動粒子5は、粒子50を有機ポリマー60で被覆されたものとなる。
ここで、こうして得られた電気泳動粒子5の製造過程において、各重合性界面活性剤および各モノマーが示す挙動の一例を、図4に基づいて、さらに詳細に説明する。
第1の重合性界面活性剤61は、図5(a)に示すように、その第1の極性基611が、負の電荷64を有する粒子50向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この第1の重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、第2の重合性界面活性剤62の疎水性基622と重合性基623とが向き合い、第2の極性基621は水性分散液90の存在する方向、すなわち粒子50から離れる方向に向いている。
このような各重合性界面活性剤61、62は、重合系内に、粒子50が有する電荷64と第1の重合性界面活性剤61の第1の極性基611とがイオン的に結合してから最外殻に第2の重合性界面活性剤62の第2の極性基621が水性分散液90側に向いて配向したミセル様の構造を形成し、重合反応によって有機ポリマー60を形成することから、乳化重合前における粒子50の周囲に存在するモノマーの配置形態が重合後の粒子50付近の分極状態に影響を与え、よって極めて高精度で制御することができると言える。その結果、最終的に得られる電気泳動粒子5は、その外側に第2の極性基621を配し、第2の極性基621の極性に依存する帯電極性であって、第2の重合性界面活性剤62における第2の極性基621の数、第2の極性基621の価数、第2の重合性界面活性剤62の分子量および第2の重合性界面活性剤62の添加量に依存する帯電量である電荷を有するものとなる。換言すれば、これらの因子を設定することにより、電気泳動粒子5の帯電極性および帯電量を制御することができる。
また、上記乳化重合反応は、イオン性の重合性界面活性剤を用いて行っているため、原料モノマーを含む混合液の乳化状態は乳化剤を用いなくても良好な場合が多い。したがって、必ずしも乳化剤を用いる必要はないが、必要に応じて公知のアニオン系、ノニオン系、およびカチオン系乳化剤からなる群から選ばれる少なくとも一種を用いることもできる。
図11は、図3(c)の水性分散液中で起こり得る粒子の分散状態を示す部分拡大図、図12は、図3(d)の電気泳動粒子の構成を示す部分拡大図である。
図11に示す粒子50は、酸化チタンで構成された原料粒子50aと、この原料粒子50aの表面を覆う酸化シリコン(SiO2)層50bとを有している。そして、酸化シリコン層50bの表面には、酸化シリコンのSi原子と結合するO(酸素)原子と、この酸素原子に共有結合するH(水素)原子、すなわち水酸基(−OH)が露出している。
なお、ここでは、前記式(31b)に示す重合性界面活性剤の化学式を簡略化して、XSO3Naと表す。ただし、Xは、SO3Na以外の炭化水素部分を示す。
水性分散液90の分散媒に、粒子50および重合性界面活性剤61、61’を加えると、
HCl + H2O → H3O+ + Cl− ・・・(a)
SiOH + H3O+ + XSO3NaCl− → SiO−H+ + H+ + XSO3 − + H2O + Na+Cl− ・・・(b)
の反応が生じ、生成したH+(プロトン)は、酸化シリコンのSi原子に結合した水酸基のO原子と配位結合する。このプロトンと、水酸基中のH原子とにより、粒子50の表面は、正の電荷64を有することとなる。
さらに、隣接する複数のアルキルフェニル基(疎水性基612)同士は、互いに凝集する。
このような各基の挙動により、重合性界面活性剤61が粒子50の表面を覆うように配向し、イオン結合対が形成される。
このような分散状態の水性分散液90中に、重合開始剤を加えると、隣接する複数の各重合性界面活性剤61、61’が有する重合性基613、613’の間で重合反応が生じる。
水性分散液90中に過硫酸アンモニウムを添加すると、過硫酸アンモニウム中のO−O(酸素−酸素)結合が切断され、ラジカルとなる。このラジカルは、重合性界面活性剤61、61’中の各ビニル基(重合性基613、613’)のπ電子となる2つの共有電子対のうち、一方と反応する。これにより、π電子の他方が不対電子となり、ラジカルとなる。このラジカルは、隣接するビニル基のπ電子と反応し、新たにラジカルを生成するとともに、これらの重合性界面活性剤61、61’の間に架橋構造が形成される。このような反応が連鎖的に進行することにより、各ビニル基がポリマー化され、図12に示すように、粒子50の表面を覆うような有機ポリマー60が形成される。これにより、電気泳動粒子5が得られる。
回収の方法としては、限外濾過、ナノ濾過、精密濾過、ケーク濾過、逆浸透等の各種濾過方法が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、特に限外濾過を用いるのが好ましい。
限外濾過は、微細な粒子を濾過する方法であり、電気泳動粒子5を濾過する方法として好適に用いられる方法である。
電気泳動粒子5の乾燥は、例えば、凍結乾燥、通気乾燥、表面乾燥、流動乾燥、気流乾燥、噴霧乾燥、真空乾燥、赤外線乾燥、高周波乾燥、超音波乾燥、微粉砕乾燥等の各種乾燥方法により行うことができるが、凍結乾燥により行うのが好ましい。
凍結乾燥では、水性分散液90を固体から気体へ昇華させることにより乾燥させるため、電気泳動粒子5が有する有機ポリマー60中の本来の形状や機能等にほとんど影響を与えることなく、有機ポリマー60を乾燥させることができる。
まず、濾過により水性分散液90ら取り出された電気泳動粒子5を冷却して凍結させる。これにより、電気泳動粒子5中に含有する水性分散液90が固体に変化する。
冷却温度としては、水性分散液90が凍結する温度以下であればよく、特に限定されないが、−100〜−20℃程度であるのが好ましく、−80〜−40℃程度であるのがより好ましい。冷却温度が上記温度範囲より高いと、水性分散液90を十分に固体化させることができない場合がある。一方、冷却温度が上記温度範囲より低いと、水性分散液90の固体化はそれ以上期待できない。
減圧時の圧力としては、水性分散液90の組成によっても異なるが、100Pa程度以下であるのが好ましく、10Pa程度以下であるのがより好ましい。減圧時の圧力が前記範囲内であると、水性分散液90をより確実に昇華させることができる。
以上のようにして、電気泳動粒子5の凍結乾燥を行うことができる。
次に、電気泳動表示装置の第2実施形態について説明する。
図6は、第2実施形態の電気泳動表示装置の縦断面を模式的に示す図である。なお、以下では、説明の都合上、図6中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
以下、第2実施形態の電気泳動表示装置について説明するが、前記第1実施形態の電気泳動表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
マイクロカプセル40は、透明基板1と対向基板2の間(透明基板1の裏面と対向基板2の裏面との隙間)に、縦横に並列するように単層で(厚み方向に重なることなく1個ずつ)配設され、それぞれ第1の電極3および第2の電極4に接触している。また、本実施形態では、隣り合う2つの第2の電極4に対して、1つのマイクロカプセル40が配置されている。すなわち、マイクロカプセル40は、隣り合う2つの第2の電極4にまたがるように配置されている。
このマイクロカプセル40の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、アラビアゴムとゼラチンとの複合材料、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリエーテルのような各種樹脂材料が挙げられ、これらから選択された1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
マイクロカプセル40の大きさ(平均粒径)は、特に限定されないが、通常、10〜150μm程度であるのが好ましく、20〜100μm程度であるのがより好ましい。
このマイクロカプセル40は、その内部に、電気泳動分散液10を封入している。
このバインダ材41には、各電極3、4およびマイクロカプセル40との親和性(密着性)に優れ、かつ、絶縁性に優れる樹脂材料が好適に使用される。
このような第2実施形態の電気泳動表示装置20によっても、前記第1実施形態と同様の作用・効果が得られる。
次に、電気泳動表示装置の第3実施形態について説明する。
図7は、第3実施形態の電気泳動表示装置の縦断面を模式的に示す図である。
以下、第1実施形態の電気泳動表示装置について説明するが、前記第1および前記第2実施形態の電気泳動表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
このような第3実施形態の電気泳動表示装置20によっても、前記第1および第2実施形態と同様の作用・効果が得られる。
次に、電気泳動表示装置の第4実施形態について説明する。
図8は、第4実施形態の電気泳動表示装置の縦断面を模式的に示す図である。なお、以下では、説明の都合上、図8中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
以下、第1実施形態の電気泳動表示装置について説明するが、前記第1、第2および第3実施形態の電気泳動表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
すなわち、第3実施形態の電気泳動表示装置20では、図8に示すように、第2の基板2に、第2の電極4よりサイズの大きい第1の電極3が、第2の電極4と重なるように設けられている。
なお、本実施形態では、電気泳動粒子5として、負に帯電しかつ黒色(有色)のものを用い、第2の基板2が白色のもの、第2の電極4が黒色(有色)である場合を一例として説明する。
このような電気泳動表示装置20では、第2の電極4を正電位とすると、電気泳動粒子5は、第2の電極4側に移動して、第2の電極4に集まる。
これとは逆に、第2の電極4を負電位とすると、電気泳動粒子5は、第2の電極4から露出する第1の電極3側に移動して、当該部分に集まる。
このような第4実施形態の電気泳動表示装置20によっても、前記第1、第2および第3実施形態と同様の作用・効果が得られる。
以上のような電気泳動表示装置20は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置20を備える本発明の電子機器について説明する。
<<電子ペーパー>>
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図9に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図10は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図である。このうち、図10中(a)は断面図、(b)は平面図である。
図10に示すディスプレイ(表示装置)800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図10に示す構成と同様のものである。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、本発明の電気泳動表示装置20を適用することが可能である。
以上、本発明の電気泳動粒子の製造方法、電気泳動分散液、マイクロカプセル、電気泳動表示装置および電子機器を、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものでない。
また、本発明の電気泳動表示装置は、各前記実施形態から選択された任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
1.電気泳動粒子の作製
(実施例1)
[1]まず、平均粒径0.3μmのチタニア粒子(石原産業社製、「CR−90」)を水(水性分散液)に分散させ、分散液を得た。なお、チタニア粒子の表面は正に帯電していた。
[2]次に、この分散液に、下記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤(第1の重合性界面活性剤)を加え、超音波を照射しつつ撹拌して、混合液を得た。
[4]次に、この乳化液に、過硫酸ナトリウム(重合開始剤)を加え、撹拌して、チタニア粒子の周囲を有機ポリマーで被覆してなる電気泳動粒子を含む混合液を得た。なお、このときの条件は、温度:70℃、撹拌時間:5時間とした。
[6]次に、得られた電気泳動粒子を真空乾燥した。なお、凍結乾燥の条件は以下の通りである。
・冷却温度:−45℃
・圧力 :9Pa
ジアリルジメチルアンモニウムクロライド塩に代えて、前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いた以外は、前記実施例1と同様にして、電気泳動粒子を得た。
(実施例3)
前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を2倍モル量加えた以外は、前記実施例2と同様にして、電気泳動粒子を得た。
(実施例4)
前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤に代えて、下記化学式(39)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いた以外は、前記実施例2と同様にして、電気泳動粒子を得た。
前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤に代えて、下記化学式(40)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いた以外は、前記実施例2と同様にして、電気泳動粒子を得た。
前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤に代えて、下記化学式(41)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いた以外は、前記実施例2と同様にして、電気泳動粒子を得た。
前記化学式(38)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤に代えて、下記化学式(42)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いた以外は、前記実施例2と同様にして、電気泳動粒子を得た。
各実施例で得られた電気泳動粒子について、それぞれ、表面のゼータ電位を測定した。
その結果、実施例1の電気泳動粒子と実施例2〜7の各電気泳動粒子では、帯電極性が異なることが明らかとなった。すなわち、実施例1の電気泳動粒子は正に、実施例2〜7の各電気泳動粒子はいずれも負に帯電していた。
さらに、実施例2〜7の各電気泳動粒子の帯電量も、それぞれ、帯電量が異なっていた。
これらの結果は、前記工程[3]で添加した第2の重合性界面活性剤が有する第2の極性基の極性と、第2の重合性界面活性剤における第2の極性の数、第2の極性基の組成、第2の極性基の価数、第2の重合性界面活性剤の分子量および第2の重合性界面活性剤の添加量のうちの少なくとも1つとを変えることにより、得られる電気泳動粒子の帯電極性および帯電量を制御し得ることを示している。
Claims (7)
- 表面に電荷を有する粒子が分散された水性分散液に、前記粒子の表面の電荷と反対の極性の第1の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第1の重合性界面活性剤を加えて混合し、次いで、第2の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第2の重合性界面活性剤を加えて乳化し、その後、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、有機ポリマーで前記粒子を被覆してなる電気泳動粒子を製造する方法であって、
前記粒子は、表面が酸化シリコン層で覆われた酸化チタン粒子であって、前記酸化シリコン層のシリコン原子には水酸基が結合しており、かつ、前記水酸基の酸素原子とプロトンとが配位結合しているものであり、
前記第2の重合性界面活性剤が有する前記第2の極性基の極性と、
前記第2の重合性界面活性剤における前記第2の極性基の数、前記第2の極性基の価数、前記第2の重合性界面活性剤の分子量および前記第2の重合性界面活性剤の添加量のうちの少なくとも1つの条件と、を設定することにより、前記電気泳動粒子の帯電極性および帯電量を制御することを特徴とする電気泳動粒子の製造方法。 - 前記粒子は、表面が酸化シリコン層で覆われた酸化チタン粒子に塩酸を接触させる処理を施すことにより得られたものである請求項1に記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記第1の重合性界面活性剤および前記第2の重合性界面活性剤が有する前記疎水性基は、それぞれ、アルキル基およびアリール基のうちの少なくとも一方を含む請求項1または2に記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記第1の重合性界面活性剤および前記第2の重合性界面活性剤が有する前記重合性基は、それぞれ、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基である請求項1ないし3のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基は、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基およびビニレン基からなる群より選択される1種である請求項4に記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記第2の重合性界面活性剤が有する前記第2の極性基は、カチオン性基であり、
該カチオン性基は、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基および第四級アンモニウムカチオン基からなる群より選択される1種である請求項1ないし5のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。 - 前記第2の重合性界面活性剤が有する前記第2の極性基は、アニオン性基であり、
該アニオン性基は、スルホン酸アニオン基(−SO3 −)、スルフィン酸アニオン基(−RSO2 −:Rは炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基およびその変性体)およびカルボン酸アニオン基(−COO−)からなる群より選択される1種である請求項1ないし5のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
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