JP5099217B2 - 画像表示装置用表示粒子および画像表示装置 - Google Patents
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Description
少なくとも樹脂および着色剤を含有する母体粒子および該母体粒子に外添される無機微粒子を含み、
表示粒子に対してポリオキシエチルフェニルエーテル水溶液中で60μAの超音波エネルギーを1分間付与したときに遊離する一次粒径5〜60nmの無機微粒子の遊離量Aが母体粒子に対して0.1〜2.5重量%であることを特徴とする画像表示装置用表示粒子および該画像表示装置用表示粒子を備えた画像表示装置に関する。
本発明に係る画像表示装置用表示粒子(以下、単に表示粒子という)は、母体粒子および無機微粒子を含み、詳しくは母体粒子に無機微粒子が外添されてなるものである。
本明細書中、一次粒径は一次粒子の粒径を意味し、本発明においてそのような一次粒径を有する無機微粒子Aは凝集体の形態を有していてもよい。無機微粒子Aは凝集体の形態を有していても、画像表示装置の駆動時において比較的容易に解砕されるためである。
(手順1)画像表示装置をそのまま分解して表示粒子を取り出す。
(手順2)表示粒子20gを300ccビーカーに入れ、ポリオキシエチルフェニルエーテルの0.2%水溶液(分散媒体)200gと混合し、十分に濡れさせる。
(手順3)超音波式ホモジナイザーUS−1200T(日本精機社製;仕様周波数 15kHz)にて、超音波エネルギーを、本体装置に付属の振動指示値を示す電流計の値が60μA(50w)を示すように調整し、1分間印加して無機微粒子を遊離させる。
(手順4)混合液を目開き1μmのろ紙で吸引ろ過し、得られたろ液から分散媒体を蒸発させて、遊離無機微粒子を分離し、十分に乾燥させる。
(手順5)遊離無機微粒子の総重量を測定し、さらにマイクロトラックUPA−150(日機装社製)により粒径分布を測定する。それらの結果から、所定粒径の無機微粒子の重量を求め、一次粒径5〜60nmの無機微粒子の重量をWa(g)とする。粒径分布の上記測定装置は、無機微粒子が凝集体の形態を有していても、凝集体を形成する一次粒子の粒度分布を測定するものである。
(手順6)手順3において電流計の値を300μA、超音波エネルギーの付与時間を60分間とすること以外、上記手順1〜5と同様の操作手順により、全ての遊離無機微粒子の総重量Wx(g)を測定する。
(手順7)手順6において、ろ過によって残渣として得られた母体粒子を十分に乾燥させ、母体粒子の重量Wc(g)を測定する。
(手順8)以下の式に従って母体粒子基準の遊離量Aおよび遊離量Xを求める。
遊離量A(重量%)=(Wa/Wc)×100
遊離量X(重量%)=(Wx/Wc)×100
疎水化度はメタノールウェッタビリティーによって測定された値を用いている。メタノールウェッタビリティーとは、メタノールに対する濡れ性を評価するものである。この方法は、内容量200mlのビーカー中に入れた蒸留水50mlに、測定対象の無機微粒子を0.2g秤量し添加する。メタノールを先端が液体中に浸漬されているビュレットから、ゆっくり撹拌した状態で無機微粒子の全体が濡れるまでゆっくり滴下する。この無機微粒子を完全に濡らすために必要なメタノールの量をa(ml)とした場合に、下記式により疎水化度が算出される。
疎水化度={a/(a+50)}×100
方法(A);
例えば、タービュラーミキサー(Glen Mills社製)、ヘンシェルミキサー(三井三池製作所社製)、スーパーミキサー(カワタ社製)等のような比較的弱い撹拌力で均一に混合できる混合装置により、比較的小さな撹拌速度および比較的短い混合時間で母体粒子と無機微粒子aを混合する(弱条件混合処理)。
無機微粒子aの構成材料としては無機微粒子Aと同様のものが例示できる。無機微粒子aは平均一次粒径または/および構成材料が異なる2種類以上の無機微粒子が使用されてよい。
測定手順としては、走査型電子顕微鏡「JSM-7410」(日本電子社製)を用いて粒子の100000倍の写真を撮影し、粒子200個についてそれぞれ最大長(粒子の周上の任意の2点間のうち最大の長さ)を測定し、その個数平均値を平均粒径とする。尚、粒子が凝集体として撮影される場合には、凝集体を形成する一次粒子の粒径を測定するものとする。
具体的には、例えばタービュラーミキサー(Glen Mills社製)を使用する場合、撹拌速度は20〜300rpm、好ましくは50〜250rpmに、混合時間は3〜20分間、好ましくは5〜10分間に設定され、ビーズの平均粒径は0.1〜10mm、好ましくは0.5〜5mmである。撹拌速度を上記範囲内で小さくしたり、混合時間を上記範囲内で短くしたり、ビーズの平均粒径を上記範囲内で大きくしたりすると、遊離量Aは増大する。撹拌速度を上記範囲内で大きくしたり、混合時間を上記範囲内で長くしたり、ビーズの平均粒径を上記範囲内で小さくしたりすると、遊離量Aは減少する。撹拌速度が大きすぎたり、混合時間が長すぎたり、ビーズの平均粒径が小さすぎたりして上記範囲外となると、無機微粒子Aが母体粒子に比較的強く固定化されるため、遊離量Aが前記規定範囲より少なくなる。撹拌速度が小さすぎたり、混合時間が短かすぎたり、ビーズの平均粒径が大きすぎたりして上記範囲外となると、無機微粒子Aは解砕されず凝集塊のまま存在し、さらに装置内壁やビーズに付着するので、遊離量Aが前記規定範囲より少なくなる。
方法(B);
前記方法(A)において母体粒子に予め無機微粒子Cを固定化させておく。すなわち、母体粒子に無機微粒子Cを固定化させる前処理を実施した後で、前記方法(A)を実施する。これにより、無機微粒子Aが母体粒子表面の無機微粒子C上でより一層有効に機能し、基板間における表示粒子接触面に対する表示粒子の付着力低減効果およびベアリング効果がより向上する。「固定化」は、無機微粒子Cの一部が母体粒子に埋没されることによって母体粒子に一体化される現象を意味するものとする。
正帯電の表示粒子および負帯電の表示粒子のいずれにおいても、母体粒子は少なくとも樹脂および着色剤を含有する着色樹脂粒子であり、正帯電表示粒子に含まれる母体粒子と、負帯電表示粒子に含まれる母体粒子とで、異なる色の着色剤が含まれる。
本明細書中、重量平均分子量はHLC−8220(東ソー社製)によって測定された値を用いている。
測定手順としては、サンプル0.02gを界面活性剤溶液20ml(粒子を分散させるためのもので、界面活性剤成分を含む中性洗剤を純水で10倍希釈した界面活性剤溶液)で馴染ませた後、超音波分散を1分間行い、分散液を作製する。この分散液を、サンプルスタンド内のISOTONII(ベックマン・コールター社製)の入ったビーカーに、測定濃度10%になるまでピペットにて注入し、測定機カウントを2500個に設定して測定する。なお、マルチサイザー3のアパチャー径は50μmのものを使用する。
(1)樹脂と着色剤とを混練した後、粉砕、分級の各工程を経て母体粒子を製造する方法;
(2)水系媒体中で重合性単量体と着色剤を機械的に撹拌して液滴を形成した後、重合を行って母体粒子を製造する、いわゆる懸濁重合法;
(3)界面活性剤を含有させた水系媒体中に重合性単量体を滴下し、ミセル中で重合反応を行って100〜150nmの重合体粒子を製造した後、着色剤粒子と凝集剤を添加してこれらの粒子を凝集・融着させて母体粒子を製造する、いわゆる乳化重合凝集法。
本発明に係る画像表示装置は上記した表示粒子を備えたことを特徴とする。以下、本発明の画像表示装置について詳細に説明する。なお、本発明に係る画像表示装置は、「粉体ディスプレイ」とも呼ばれるものである。
本発明に係る画像表示装置は、2枚の基板間に電圧を印加されて電界が形成されると、帯電している表示粒子は電界方向に沿って移動する様になる。この様に、表示粒子が存在する基板間に電圧を印加することにより、帯電した表示粒子が基板間を移動して画像表示を行うものである。
(1)表示媒体として用いる表示粒子を、キャリアによる摩擦帯電等の公知の方法により帯電させる。
(2)対向する2枚の基板間に表示粒子を封入し、この状態で基板間に電圧を印加する。
(3)基板間への電圧印加により、基板間に電界が形成される。
(4)表示粒子は、電極間の電界の力の作用により表示粒子の極性と反対側の電界方向に沿って基板表面に引き寄せられ、画像表示が行える様になる。
(5)また、基板間の電界方向を変えることにより、表示粒子の移動方向を切り換える。この移動方向の切換えにより画像表示を様々に変えることができる。
図2(a)は、基板11と12の間に電圧を印加する前の状態を示しており、電圧印加前は視認側の基板11近傍には正帯電した白色粒子22が存在している。この状態は画像表示装置10が白色画像を表示しているものである。また、図2(b)は、電極15に電圧を印加した後の状態を示しており、基板11に正の電圧を印加することで負に帯電した黒色粒子21が視認側の基板11近傍に移動し、白色粒子22は基板12側に移動している。この状態は画像表示装置10が黒色画像を表示しているものである。
隔壁17の形状および配置を制御することにより、隔壁17により仕切られた隙間18のセルを様々な形状で配置できる。隙間18を基板11の視認方向から見た時のセルの形状および配置の例を図4下段の図に示す。セルは、図4下段の図に示すように、四角形状、三角形状、ライン状、円形状、六角形状等にて、複数個で、ハニカム状や網目状に配置することができる。
[白色表示粒子の製造]
(白色母体粒子)
下記した樹脂及び酸化チタンをヘンシェルミキサ(三井三池鉱業社製)に投入し、撹拌羽根の周速を25m/秒に設定して5分間混合処理して混合物とした。
スチレンアクリル樹脂(重量平均分子量20,000) 100重量部
アナタース型酸化チタン(平均一次粒径150nm) 30重量部
上記混合物を二軸押出混練機で混練し、次いで、ハンマーミルで粗粉砕した後、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で粉砕処理し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行って、体積平均粒径が10.0μmの白色母体粒子を製造した。
白色母体粒子100重量部に、アミノシラン系カップリング剤(アミノプロピルトリメトキシシラン)処理を行った平均一次粒径が100nmのシリカ粒子(疎水化度75%)5重量部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井三池鉱業社製)に投入し、撹拌羽根の周速(撹拌速度)を55m/秒に設定して30分間混合処理を行った。
(瞬間的加熱処理)
その後、得られた混合物に対して、熱風球形化装置(日本ニューマチック工業製;サーフュージングシステムSFS−3型)を用いて、入り口の熱風温度100℃、熱風流量1.0m3、原料投入速度1.0kg/hで、熱風処理時間を0.03sとして瞬間的加熱処理を行った。
(弱条件混合処理)
引き続き、得られた混合物と、アミノシラン系カップリング剤(アミノプロピルトリメトキシシラン)処理を行った平均一次粒径が15nmのシリカ粒子(疎水化度78%)0.4重量部と、平均一次粒径が1mmのガラスビーズ300重量部を500ccのポットに入れ、タービュラーミキサー(Glen Mills社製)により100rpmにて5分間混合処理を行った。得られた混合物をメッシュ篩にてガラスビーズを除去し、白色表示粒子を得た。当該シリカ粒子において一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は80重量%であった。
(黒色母体粒子)
下記した樹脂及びカーボンブラックをヘンシェルミキサ(三井三池鉱業社製)に投入し、撹拌羽根の周速を25m/秒に設定して5分間混合処理して混合物とした。
スチレンアクリル樹脂(重量平均分子量20,000) 100重量部
カーボンブラック(平均一次粒径25nm) 10重量部
上記混合物を二軸押出混練機で混練し、次いで、ハンマーミルで粗粉砕した後、ターボミル粉砕機(ターボ工業社製)で粗粉粉砕し、さらに、コアンダ効果を利用した気流分級機で微粉分級処理を行って、体積平均粒径が10.0μmの黒色母体粒子を製造した。
黒色母体粒子100重量部に、シラザン系カップリング剤ヘキサメチルジシラザン処理を行った平均一次粒径が100nmのシリカ粒子(疎水化度88%)5重量部を添加し、ヘンシェルミキサー(三井三池鉱業社製)に投入し、撹拌羽根の周速(撹拌速度)を55m/秒に設定して30分間混合処理を行った。
(瞬間的加熱処理)
その後、得られた混合物に対して、熱風球形化装置(日本ニューマチック工業製;サーフュージングシステムSFS−3型)を用いて、入り口の熱風温度100℃、熱風流量1.0m3、原料投入速度1.0kg/hで、熱風処理時間を0.03sとして瞬間的加熱処理を行った。
(弱条件混合処理)
引き続き、得られた混合物と、シラザン系カップリング剤ヘキサメチルジシラザン処理を行った平均一次粒径が15nmのシリカ粒子(疎水化度92%)0.4重量部と、平均一次粒径が1mmのガラスビーズ300重量部を500ccのポットに入れ、タービュラーミキサー(Glen Mills社製)により100rpmにて5分間混合処理を行った。得られた混合物をメッシュ篩にてガラスビーズを除去し、黒色表示粒子を得た。当該シリカ粒子において一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は82重量%であった。
平均粒子径80μmのフェライトコア100重量部に対して、フッ素化アクリレート樹脂粒子を2部加え、これら原料を水平回転翼型混合機に投入し、水平回転翼の周速が8m/秒となる条件で22℃で10分間混合攪拌した後、90℃に加熱し40分攪拌して、キャリアAを製造した。
平均粒子径80μmのフェライトコア100重量部に対して、シクロヘキシルメタクリレート樹脂粒子を2部加え、これら原料を水平回転翼型混合機に投入し、水平回転翼の周速が8m/秒となる条件で22℃で10分間混合攪拌した後、90℃に加熱し40分攪拌して、キャリアBを製造した。
画像表示装置は、図1(a)と同様の構造を有するように、以下の方法に従って製造した。長さ80mm、幅50mm、厚さ0.7mmのガラス基板11を2枚用意し、各基板面上には、厚さ300nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)被膜(抵抗30Ω/□)からなる電極15を蒸着法により形成した。上記電極上に、ポリカーボネート樹脂12gを、テトラヒドロフラン80mlとシクロヘキサノン20mlの混合溶媒に溶解させてなる塗布液を、スピンコート法により塗布して厚さ3μmの絶縁層16を形成し、一対の電極付き基板を得た。
以下の方法で製造した白色表示粒子および黒色表示粒子を用いたこと以外、実施例1と同様の方法により、画像表示装置を製造した。
(弱条件混合処理)
実施例1と同様の白色母体粒子100重量部と、アミノシラン系カップリング剤(アミノプロピルトリメトキシシラン)処理を行った平均一次粒径が15nmのシリカ粒子(疎水化度78%)0.4重量部と、平均一次粒径が1mmのガラスビーズ300重量部を500ccのポットに入れ、タービュラーミキサー(Glen Mills社製)により100rpmにて5分間混合処理を行った。得られた混合物をメッシュ篩にてガラスビーズを除去し、白色表示粒子を得た。当該シリカ粒子において一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は80重量%であった。
(弱条件混合処理)
実施例1と同様の黒色母体粒子100重量部と、シラザン系カップリング剤ヘキサメチルジシラザン処理を行った平均一次粒径が15nmのシリカ粒子(疎水化度92%)0.3重量部と、平均一次粒径が1mmのガラスビーズ300重量部を500ccのポットに入れ、タービュラーミキサー(Glen Mills社製)により100rpmにて5分間混合処理を行った。得られた混合物をメッシュ篩にてガラスビーズを除去し、黒色表示粒子を得た。当該シリカ粒子において一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は82重量%であった。
以下の方法で製造した白色表示粒子および黒色表示粒子を用いたこと以外、実施例2と同様の方法により、画像表示装置を製造した。
弱条件混合処理を表に記載の条件に従って行ったこと以外、実施例2の白色表示粒子および黒色表示粒子の製造方法と同様の方法により、それぞれ白色表示粒子および黒色表示粒子を製造した。
以下の方法で製造した白色表示粒子および黒色表示粒子を用いたこと以外、実施例1と同様の方法により、画像表示装置を製造した。
前処理および弱条件混合処理を表に記載の条件に従って行ったこと以外、実施例1の白色表示粒子および黒色表示粒子の製造方法と同様の方法により、それぞれ白色表示粒子および黒色表示粒子を製造した。
白色表示粒子の製造に使用した平均一次粒径40nmの無機微粒子は、アミノプロピルトリメトキシシランで表面処理したシリカ粒子(疎水化度78%)である。一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は58重量%であった。
白色表示粒子の製造に使用した平均一次粒径60nmの無機微粒子は、アミノプロピルトリメトキシシランで表面処理したシリカ粒子(疎水化度76%)である。一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は32重量%であった。
黒色表示粒子の製造に使用した平均一次粒径40nmの無機微粒子は、ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカ粒子(疎水化度88%)である。一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は61重量%であった。
黒色表示粒子の製造に使用した平均一次粒径60nmの無機微粒子は、ヘキサメチルジシラザンで表面処理したシリカ粒子(疎水化度89%)である。一次粒径5〜60nmの一次粒子の含有量は34重量%あった。
画像表示装置に対して以下の手順で直流電圧を印加し、電圧印加により得られる表示画像の反射濃度を測定することにより、表示特性を評価した。尚、電圧印加は、以下の手順で行い、印加電圧を0Vからプラス側に変化させた後、続いてマイナス側に変化させ、再び0Vに戻る経路のヒステリシス曲線を描く様に電圧を印加した。すなわち、
(1)0Vから+100Vまで20V間隔で電圧を変化させながら印加を行う。
(2)+100Vから−100Vまで20V間隔で電圧を変化させながら印加を行う。
(3)−100Vより0Vまで20V間隔で電圧を変化させながら印加を行う。
上記手順で各画像表示装置に直流電圧を印加したところ、白表示の状態でプラスの電圧を印加した時に、表示が白から黒に変化することが確認された。なお、画像表示装置の視認方向上流側の電極に印加する電圧を変化させ、他方の電極は電気的に接地させた。濃度は、反射濃度計「RD−918(マクベス社製)」を用いて測定した。
(コントラスト)
コントラストは、黒色濃度と白色濃度との差、すなわち、
コントラスト=黒色濃度−白色濃度
で定義される濃度差により評価した。
黒色濃度は、画像表示装置の視認方向上流側の電極に+100Vの電圧を印加した時に得られる表示面の反射濃度である。
白色濃度は、画像表示装置の視認方向上流側の電極に−100Vの電圧を印加した時に得られる表示面の反射濃度である。
濃度は、反射濃度計「RD−918(マクベス社製)」を用いて、表示面上の5カ所をランダムに測定して、その平均値とした。
コントラストは、濃度差が1.30以上を最優良(◎)、1.20以上を優良(○)、1.00以上を合格(△)、1.00未満を不合格(×)とした。
繰り返し特性は、+100Vと−100Vの電圧印加を交互に繰り返し、その都度反射濃度を測定したとき、コントラストが0.70以下になった時点での繰り返し回数に基づいて評価した。繰り返し回数が5000回以上を優良(○)、1000回以上を合格(△)、1000回未満を不合格(×)とした。
最小駆動電圧は、0Vから200Vまで5V間隔で印加電圧を変化させた時、表示濃度の値が0.7以上となる時の電圧である。最小駆動電圧が60V以下を最優良(◎)、80V以下を優良(○)、100V以下を合格(△)、100Vを超えると不合格(×)とした。
Claims (6)
- 少なくとも一方が透明な2枚の基板間に表示粒子を粉体形態で封入し、該基板間に電界を発生させることによって、該表示粒子を移動させて画像を表示する画像表示装置に用いられる表示粒子であって、
少なくとも樹脂および着色剤を含有する母体粒子および該母体粒子に外添される無機微粒子を含み、
表示粒子に対してポリオキシエチルフェニルエーテル水溶液中で60μAの超音波エネルギーを1分間付与したときに遊離する一次粒径5〜60nmの無機微粒子の遊離量Aが母体粒子に対して0.1〜2.5重量%であることを特徴とする画像表示装置用表示粒子。 - 表示粒子に対してポリオキシエチルフェニルエーテル水溶液中で300μAの超音波エネルギーを60分間付与したときに遊離する全無機微粒子の遊離量Xが母体粒子に対して0.1〜20重量%である請求項1に記載の画像表示装置用表示粒子。
- 遊離量A/遊離量Xが0.01〜0.99である請求項2に記載の画像表示装置用表示粒子。
- 少なくとも一方が透明な2枚の基板間に表示粒子を粉体形態で封入し、該基板間に電界を発生させることによって、該表示粒子を移動させて画像を表示する画像表示装置であって、
前記表示粒子が、少なくとも樹脂および着色剤を含有する母体粒子および該母体粒子に外添される無機微粒子を含むものであり、
前記表示粒子に対してポリオキシエチルフェニルエーテル水溶液中で60μAの超音波エネルギーを1分間付与したときに遊離する一次粒径5〜60nmの無機微粒子の遊離量Aが母体粒子に対して0.1〜2.5重量%であることを特徴とする画像表示装置。 - 表示粒子に対してポリオキシエチルフェニルエーテル水溶液中で300μAの超音波エネルギーを60分間付与したときに遊離する全無機微粒子の遊離量Xが母体粒子に対して0.1〜20重量%である請求項4に記載の画像表示装置。
- 遊離量A/遊離量Xが0.01〜0.99である請求項5に記載の画像表示装置。
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