JP5130748B2 - 帯電性粒子分散液及びその製造方法、画像表示媒体、並びに、画像表示装置 - Google Patents
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Description
イオン性高分子と、乳化剤と、着色剤と、シリコーンオイルからなる第1溶媒と、前記シリコーンオイルとは非相溶で、前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒とを含む混合溶液を攪拌し、乳化させる乳化工程と、
前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、
を有することを特徴とする帯電性粒子分散液の製造方法である。
前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項1に記載の帯電性粒子分散液の製造方法である。
前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項1又は2に記載の帯電性粒子分散液の製造方法である。
イオン性高分子と、乳化剤と、着色剤と、シリコーンオイルからなる第1溶媒と、前記シリコーンオイルとは非相溶で、前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒と、を含む混合溶液を攪拌し、乳化させる乳化工程と、
前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、
を少なくとも経て作製されたことを特徴とする帯電性粒子分散液である。
前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項4に記載の帯電性粒子分散液である。
前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項4又は5に記載の帯電性粒子分散液である。
少なくとも一方が透光性を有すると共に間隙をもって対向して配置された一対の基板と、
透光性を有する分散媒と前記分散媒中に分散され前記一対の基板間に形成される電界に応じて移動する粒子群とを含み、前記一対の基板間に封入される粒子分散液であって、イオン性高分子、乳化剤、着色剤、シリコーンオイルからなる第1溶媒、及び前記シリコーンオイルとは非相溶で前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒を含む混合溶液を攪拌し乳化させる乳化工程と、前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、を少なくとも経て作製される粒子分散液と、
を備えることを特徴とする画像表示媒体である。
前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項7に記載の画像表示媒体である。
前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項7又は8に記載の画像表示媒体である。
前記粒子分散液が複数種類有し、
当該複数種類の粒子分散液に含まれる粒子群が、互いに電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が異なると共に、互いに異なる色に着色されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の画像表示媒体である。
前記複数種類の粒子分散液に含まれる粒子群が、電界に応じて移動するために必要な電圧範囲を有し、且つ互いに当該電圧範囲が異なることを特徴とする請求項10に記載の画像表示媒体である。
請求項7乃至11のいずれか1項に記載の画像表示媒体と、
前記画像表示媒体の前記一対の基板間に、電圧を印加する電圧印加手段と、
を有することを特徴とする画像表示装置である。
第1実施形態に係る粒子の製造方法は、イオン性高分子、乳化剤、着色剤、シリコーンオイルからなる第1溶媒、及びシリコーンオイルとは非相溶でシリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒を含む混合溶液を攪拌し、乳化させる乳化工程と、乳化させた混合溶液から第2溶媒を除去する除去工程と、有することを特徴としている。
但し、本実施形態に係る粒子とは、帯電性の粒子を示す。
乳化工程では、イオン性高分子と、乳化剤と、着色剤と、シリコーンオイルからなる第1溶媒と、シリコーンオイルとは非相溶で、シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒と、を混合する。そして、得られた混合溶液を攪拌し、乳化させる。
シリコーン変性樹脂としては、シリコーン変性アクリル樹脂、シリコーン変性ポリウレタン樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂等が挙げられる。これらの中でも、得られる粒子の分散安定性向上の点から、シリコーン変性樹脂としては、シリコーン変性アクリル樹脂が好適である。
シリコーンオイルは、混合溶液中で連続相を形成し得る貧溶媒として用いられる。シリコーンオイルとして具体的には、シロキサン結合に炭化水素基が結合したシリコーンオイル(例えば、ジメチルシリコーンオイル、ジエチルシリコーンオイル、メチルエチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、ジフェニルシリコーンオイル等)、変性シリコーンオイル(例えば、フッ素変性シリコーンオイル、アミン変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイルなど)が挙げられる。これらの中も、安全性が高く、化学的に安定で長期の信頼性が良く、且つ抵抗率が高いといった観点から、ジメチルシリコーンが特に望ましい。
第2溶媒は、混合溶液中で分散相を形成し得る良溶媒として用いられる。また、シリコーンオイルとは非相溶で、シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解するものが選択される。ここで、非相溶とは、複数の物質系が混じりあわずにそれぞれ独立した相で存在する状態を示す。また、溶解とは、溶解物の残存が目視にて確認でない状態を示す。
着色した磁性粉として、例えば、特開2003−131420公報記載の小径着色磁性粉を用いる。核となる磁性粒子と該磁性粒子表面上に積層された着色層とを備えたものが用いられる。そして、着色層としては、顔料等により磁性粉を不透過に着色する等適宜選定して差し支えないが、例えば光干渉薄膜を用いるのが好ましい。この光干渉薄膜とは、SiO2やTiO2等の無彩色材料を光の波長と同等な厚みを有する薄膜にしたものであり、薄膜内の光干渉により光を波長選択的に反射するものである。
次に、除去固定では、乳化工程において乳化させた混合溶液から第2溶媒(良溶媒)を除去する。この第2溶媒を除去することで、当該第2溶媒により形成された分散相内で、イオン性高分子が、他の材料を内容或いは表面に付着させつつ析出されて粒子化され、目的の粒子が得られる。
混合溶液を加熱して第2溶媒をする場合、当該加熱温度としては、例えば60℃以上200℃以下が望ましく、より望ましくは60℃以上180℃以下である。
一方、混合溶液を減圧して第2溶媒を除去する場合、当該減圧圧力としては、0.01mPa以上200mPa以下が望ましく、より望ましくは0.01mPa以上20mPa以下である。
イオン性及び非イオン性の界面活性剤としては、より具体的には以下があげられる。ノニオン活性剤としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルキロールアミド等が挙げられる。アニオン界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルフェニルスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩、高級脂肪酸塩、高級脂肪酸エステルの硫酸エステル塩、高級脂肪酸エステルのスルホン酸等がある。カチオン界面活性剤としては、第一級ないし第三級のアミン塩、第四級アンモニウム塩等があげられる。これら帯電制御剤は、粒子固形分に対して0.01重量%以上、20重量%以下が好ましく、特に0.05重量%以上10重量%以下の範囲が望ましい。
図1は、本発明の第2実施形態に係る画像表示装置を示す概略構成図である。第2実施形態に係る画像表示装置10は、その画像表示媒体12の分散媒50と粒子群34とを含む粒子分散液として、上記第1実施形態に係る粒子分散液の製造方法により得られた粒子分散液を適用する形態である。このため、第2実施形態に係る画像表示装置(画像表示媒体)では、表示性及び信頼性に優れるものとなる。また、特に、上記第1実施形態に係る粒子分散液の製造方法において、乳化剤として樹枝状構造を持つ高分子を適用したり、第2溶媒として水を適用することで、第2実施形態に係る画像表示装置(画像表示媒体)は表示性及び信頼性に優れるものとなる。
具体的には、ポリビニルカルバゾール、米国特許第4806443号に記載の特定のジヒドロキシアリールアミンとビスクロロホルメートとの重合によるポリカーボネート等が挙げられる。誘電体膜は、粒子の帯電特性や流動性に影響を及ぼすことがあるので、粒子の組成等に応じて適宜選択する。基板の一方である表示基板は光を透過する必要があるので、上記各材料のうち透明のものを使用することが好ましい。
この場合、間隙部材24は、表示基板20側、背面基板22側のいずれか、又は双方に作製し得る。
また、「粒子群34をほぼ全て移動させるために必要な最大電圧」とは上記の移動開始からさらに電圧及び電圧印加時間を増加させても、表示濃度の変化が生じなくなり、表示濃度が飽和する電圧を示す。
また、「ほぼ全て」とは、各色の粒子群34の特性ばらつきがあるため、一部の粒子群34の特性が表示特性に寄与しない程度異なるものがあることを表す。すなわち上述した移動開始からさらに電圧及び電圧印加時間を増加させても、表示濃度の変化が生じなくなり、表示濃度が飽和した状態である。
また、「表示濃度」は、表示面側における色濃度を光学濃度(Optical Density=0D)の反射濃度計X-rite社の反射濃度計で測定しながら、表示面側と背面側との間に電圧を印加して且つこの電圧を測定濃度が増加する方向に徐々に変化(印加電圧を増加又は減少)させて、単位電圧あたりの濃度変化が飽和し、且つその状態で電圧及び電圧印加時間を増加させても濃度変化が生じず、濃度が飽和したときの濃度を示している。
このため、表示基板20側には、マゼンタ粒子群34Mのみが付着した状態となるので、マゼンタ色が表示される(図3(F)参照)。
このため、表示基板20側には、何も付着しない状態となるため、絶縁性粒子36の色としての白色が表示される(図3(G)参照)。
同様に、上記図3(D)に示す状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−大電圧」を印加させると、図3(G)に示すように全ての粒子群34が背面基板22側に移動して白色表示がなされる。
(実施例A1)
乳化剤としてのシリコーン変性アクリルポリマー(信越シリコーン社製KP545)5重量部を、貧溶媒としてのジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)95重量部に溶解して溶液A(連続相)を調整した。次に、イオン性高分子としてのカチオン化ポリビニルアルコール「日本合成化学社製K−210」7重量部、着色剤としてのシアン顔料分散液(山陽色素社製エマコール:顔料固形分20重量部相当)3重量部、及び良溶媒としての水63重量部を混合して溶液B(分散相)を調整した。溶液A80重量部と溶液B20重量部とを混合して乳化を行い、乳化液を調製した。乳化は、超音波破砕機(エスエムテー社製UH−600S)にて10分間行った。
乳化剤としてのシリコーン変性アクリルポリマー(東レダウコーニング社製FA−4001CM)5重量部を、貧溶媒としてのジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)95重量部に溶解して溶液A(連続相)を調製した。イオン性高分子としてアクリル樹脂(東亜合成社製UC−3000:酸価74)7重量部、着色剤としてのシアン顔料分散液(山陽色素社製エマコール:顔料固形分20重量部相当)3重量部、及び良溶媒としての水63重量部を混合して溶液B(分散相)を調製した。溶液A80重量部と溶液B20重量部とを混合して乳化を行い、乳化液を調製した。乳化は、超音波破砕機(エスエムテー社製UH−600S)にて10分間行った。
イオン性高分子として実施例1で用いたカチオン化ポリビニルアルコール(日本合成化学社製K−210,7重量部)を用いた以外は、実施例A2と同様にて、シアン顔料含有電気泳動粒子がシリコーンオイルに分散された粒子分散液を得た。
良溶媒として水の代わりにメタノールを用いた以外は、実施例A2と同様にて、シアン顔料含有電気泳動粒子がシリコーンオイルに分散された粒子分散液を得た。
下記の成分を混合し、溶液を調整した。
・ブチルメタクリレート:16.0重量部
・ラウリルメタクリレート:10.0重量部
・スチレン:35.0重量部
・メタクリル酸:7.0重量部
・グリシジルメタクリレート:12.0重量部
・X−22−174DX(信越化学社製):20.0重量部
・パーブチルO(日本油脂社製)8.0部
・カルボキシル基含有シリコーングラフトアクリル樹脂化合物:12.0部(上記で合成した数平均分子量7300の高分子樹脂化合物)
・カーボンブラック(顔料):6.0重量部(デグサヒュルス社製;Printex85)
・分散剤(ゼネカ社製;ソルスパース5000):0.3重量部
・ニグロシン化合物(電荷調整剤):0.3重量部(中央化学社製;CHUO CCA−2)
・メチルエチルケトン(MEK:良溶媒):12.0重量部
・メチルエチルケトン(良溶媒):15.0重量部
・シリコーンオイル(分散媒):15.0重量部(商品名:KF−96L−2)
撹拌機、温度計及び還流冷却器を備えた反応容器に、ジメチルスルホキシド50重量部、キシレン50重量部、カリウム−tert−ブトキシド2.2重量部、キナクリドン6.2重量部を採り、60℃に加熱した。この中に変性シリコーン(信越シリコーン社製X−22−174DX)20重量部、を1時間にわたって滴下した。滴下後さらにこの温度で6時間撹拌し、反応を行なった。反応終了後1.0mol/Lの塩酸水溶液20部を加えて反応生成物を析出さ せ、反応溶媒を除去した。さらに水で洗浄を行なった後、乾燥し油状の生成物を得た。
−ゼータ電位の測定−
上記実施例及び比較例で得られた粒子分散液における粒子のゼータ電位を測定した。結果を以下に示す。
・実施例A1 ゼータ電位:+82.2mV
・実施例A2 ゼータ電位:+94.6mV
・実施例A3 ゼータ電位:+75.4mV
・実施例A4 ゼータ電位:+72.1mV
・比較例A1 ゼータ電位:+70.5mV
・比較例A2 ゼータ電位:+60.1mV
上記実施例及び比較例で得られた粒子分散液に対して、分散安定性につき評価した。分散安定し得は、遠心分離機(トミー精工社製卓上遠心機LC−200)を用い、50mlのコニカルチューブに粒子分散液を入れ、4000rpm/30分間遠心分離を行なった後、目視にて観察した。結果を以下に示す。
・実施例A1 ほとんど変化が見られなかった。
・実施例A2 ほとんど変化が見られなかった。
・実施例A3 ほとんど変化が見られなかった。
・実施例A4 ほとんど変化が見られなかった。
・比較例A1 粒子が沈降し、液面から3分の2までが透明になっていた。
・比較例A2 粒子が沈降し、液面から3分の2までが透明になっていた。
・実施例A1 粒子が沈降し、液面から3分の2までが透明になっていた。
・実施例A2 ほとんど変化が見られなかった。
・実施例A3 粒子が沈降し、液面から3分の2までが透明になっていた。
・実施例A4 ほとんど変化が見られなかった。
・比較例A1 粒子が沈降した。
・比較例A2 粒子が沈降した。
以下に示すように上記第2実施形態に係る画像表示装置と同様な構成の画像表示装置を作製した(図1参照)
イオン性高分子としてカチオン性ポリマー(四日市合成社製PD−7)90重量部とポリアクリルアミド10重量部とを混合したものを用いた以外は、実施例A2と同様にして、シリコーンオイルにイエロー粒子群34が分散した粒子分散液を作製した。得られた粒子のゼータ電位測定を行ったところ、73.1mVであった。
イオン性高分子としてカチオン性ポリマー(四日市合成社製PD−7)を用いた以外は、実施例A2と同様にして、シリコーンオイルにマゼンタ粒子群34Mが分散した粒子分散液を作製した。得られた粒子のゼータ電位測定を行ったところ、83.5mVであった。
イオン性高分子としてカチオン化ポリビニルアルコール(日本成化学社製K−210)を用いた以外は、実施例A2と同様にして、シリコーンオイルにシアン粒子群34Cが分散した粒子分散液を作製した。得られた粒子のゼータ電位測定を行ったところ、96.2mV であった。
−絶縁性粒子36の作製−
絶縁性粒子36としては、次のように作成した粒子を用いた。
メタクリル酸シクロヘキシル:53重量部、酸化チタン:(タイペークCR63:石原産業社製):45重量部、及びシクロヘキサン:5重量部を直径10mmのジルコニアボールを使用し、ボールミル粉砕を20時間実施することにより、分散液Aを作成する。
炭酸カルシウム:40重量部及び水:60重量部をボールミルにて微粉砕することにより、炭カル分散液Bを作成する。2%セロゲン水溶液:4.3g、炭カル分散液8.5g、及び20%食塩水:50gを混合し、超音波機で脱気を10分間行い、乳化機で攪拌することにより、混合液Cを作成する。分散液A35gとジビニルベンゼン1g、重合開始剤AIBN:0.35gを、充分混合し、超音波機で脱気を10分行う。これを混合液Cの中にいれ、乳化機で乳化を実施する。
次にこの乳化液をビンにいれ、シリコン詮をし、注射針を使用し、減圧脱気を充分行い、窒素ガスで封入する。次に60℃で10時間反応させ粒子を作成する。冷却後、この分散液を、凍結乾燥機により−35℃、0.1Paの下で2日間シクロヘキサンを除く。得られた粒子粉をイオン交換水中に分散させ、塩酸水で炭酸カルシウムを分解させ、ろ過を行う。その後充分な蒸留水で洗浄し、粒度を揃え、これを乾燥させる。なお、この絶縁性粒子36の色は、白色であり、体積平均一次粒子径は、20μmであった。なお、体積平均一次粒子径の測定は、上述の方法を用いて行った。
また、支持基板44も同様に70mm×50mm×1.1mmのITO支持基板を使用し、エッチングによってこの支持基板44上に幅0.234mm、間隔0.02mmのライン状の背面電極46を複数作成した。
以上のようにして、表面基板20及び背面基板22各々を作製した。
た。また、基板間の空隙体積に対する絶縁性粒子36の総体積比は、約10%とした。
ここで、イエロー粒子群34Yが移動を開始するときの電圧の絶対値|Vty|は、50V、イエロー粒子群34Yをほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値|Vdy|は、53Vであった。
また、マゼンタ粒子群34Mが移動を開始するときの電圧の絶対値|Vtm|は、34V、マゼンタ粒子群34Yをほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値|Vdm|は、38Vであった。
また、シアン粒子群34Cが移動を開始するときの電圧の絶対値|Vtc|は、20V、シアン粒子群34Cをほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値|Vdc|は、24Vであった。
そして、図3を用いて説明したように、基板間に印加する電圧を制御したところ、表示する色に応じて各色の粒子群34を選択的に移動され、所望の色を表示することができた。
12 画像表示媒体
16 電圧印加部
20 表示基板
22 背面基板
24 間隙部材
34 粒子群
34C シアン粒子群
34Y イエロー粒子群
34M マゼンタ粒子群
36 絶縁性粒子
38 支持基板
40 表面電極
42 表面層
44 支持基板
46 背面電極
48 表面層
50 分散媒
Claims (12)
- イオン性高分子と、乳化剤と、着色剤と、シリコーンオイルからなる第1溶媒と、前記シリコーンオイルとは非相溶で、前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒、とを含む混合溶液を攪拌し、乳化させる乳化工程と、
前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、
を有することを特徴とする帯電性粒子分散液の製造方法。 - 前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項1に記載の帯電性粒子分散液の製造方法。
- 前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項1又は2に記載の帯電性粒子分散液の製造方法。
- イオン性高分子と、乳化剤と、着色剤と、シリコーンオイルからなる第1溶媒と、前記シリコーンオイルとは非相溶で、前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒と、を含む混合溶液を攪拌し、乳化させる乳化工程と、
前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、
を少なくとも経て作製されたことを特徴とする帯電性粒子分散液。 - 前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項4に記載の帯電性粒子分散液。
- 前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項4又は5に記載の帯電性粒子分散液。
- 少なくとも一方が透光性を有すると共に間隙をもって対向して配置された一対の基板と、
透光性を有する分散媒と前記分散媒中に分散され前記一対の基板間に形成される電界に応じて移動する粒子群とを含み、前記一対の基板間に封入される粒子分散液であって、イオン性高分子、乳化剤、着色剤、シリコーンオイルからなる第1溶媒、及び前記シリコーンオイルとは非相溶で前記シリコーンオイルより沸点が低く且つイオン性高分子を溶解する第2溶媒を含む混合溶液を攪拌し乳化させる乳化工程と、前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去する除去工程と、を少なくとも経て作製される粒子分散液と、
を備えることを特徴とする画像表示媒体。 - 前記乳化剤が、樹枝状構造を持つ高分子であることを特徴とする請求項7に記載の画像表示媒体。
- 前記第2溶媒が、水であることを特徴とする請求項7又は8に記載の画像表示媒体。
- 前記粒子分散液が複数種類有し、
当該複数種類の粒子分散液に含まれる粒子群が、互いに電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が異なると共に、互いに異なる色に着色されていることを特徴とする請求項7乃至9のいずれか1項に記載の画像表示媒体。 - 前記複数種類の粒子分散液に含まれる粒子群が、電界に応じて移動するために必要な電圧範囲を有し、且つ互いに当該電圧範囲が異なることを特徴とする請求項10に記載の画像表示媒体。
- 請求項7乃至11のいずれか1項に記載の画像表示媒体と、
前記画像表示媒体の前記一対の基板間に、電圧を印加する電圧印加手段と、
を有することを特徴とする画像表示装置。
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