JP5929239B2 - 電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器に関するものである。

一般に、液体中に微粒子を分散させた分散系に電界を作用させると、微粒子は、クーロン力により液体中で移動（泳動）することが知られている。この現象を電気泳動といい、近年、この電気泳動を利用して、所望の情報（画像）を表示させるようにした電気泳動表示装置が新たな表示装置として注目を集めている。
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。

また、電気泳動表示装置は、非発光型デバイスであることから、ブラウン管のような発光型の表示デバイスに比べて、目に優しいという特徴も有している。
このような電気泳動表示装置には、電気泳動粒子と分散剤とを非極性溶媒中に分散させたものを、電極を有する一対の基板間に配置される電気泳動分散液として備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

かかる構成の電気泳動分散液では、電気泳動分散液の温度や、電気泳動分散液中に含まれる水分量等が変化することにより、一対の電極間に電圧を印加した際の電気泳動粒子の各種特性に変化が生じることが判っている。すなわち、電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子による表示の保持特性に変化が生じることが判っている。

このように電気泳動粒子の各種特性に変化が生じるのは、電気泳動分散液の温度や、電気泳動分散液中に含まれる水分量等が変化することで、電気泳動分散液において、分散液が吸着する位置や分布が変化してしまうことに起因すると推察される。そのため、電気泳動分散液の温度や、電気泳動分散液中に含まれる水分量等の変化、すなわち、電気泳動表示装置（電気泳動粒子）の使用環境に依存することなく、電気泳動粒子の各種特性を均一にコントロールすることは実質的に不可能であった。

特開２００９−１８６５００号公報

本発明の目的の一つは、使用環境に依存することなく、電気泳動粒子の各種特性をほぼ均一に維持し得る電気泳動粒子を備える電気泳動分散液、かかる電気泳動分散液を用いた信頼性の高い、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を提供することにある。

このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明の電気泳動分散液は、母粒子と、
前記母粒子の少なくとも一部を覆う被覆層とを含む電気泳動粒子と、該電気泳動粒子を分散させる分散媒とを含む電気泳動分散液であって、
前記被覆層は、炭素数が２以上のアルキル基を有するモノマーがリビングラジカル重合により重合した疎水部を備えるポリマーを含み、
前記電気泳動分散液中における、有機高分子の濃度が１．０×１０ ^−５ ％以上、１．０×１０ ^−３ ％以下であることを特徴とする。
これにより、使用環境に依存することなく、電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子による表示の保持特性をほぼ均一に維持することができるようになる。
また、電気泳動分散液中における、有機高分子が、かかる濃度範囲にあるときに、電気泳動分散液中への分散剤および界面活性剤等の添加が省略されていると言うことができ、分散剤および界面活性剤等が含まれることに起因する、電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子による表示の保持特性の変化を確実に防止することができる。

本発明の電気泳動分散液では、前記炭素数は、６以上、２４以下であることが好ましい。
これにより、被覆層は優れた疎水性を示すため、電気泳動粒子は、分散媒中において、より優れた分散性を発揮するものとなる。
本発明の電気泳動分散液では、前記アルキル基は、直鎖状をなすものであることが好ましい。
これにより、被覆層は優れた疎水性を示すため、電気泳動粒子は、分散媒中において、より優れた分散性を発揮するものとなる。

本発明の電気泳動分散液では、前記モノマーは、下記一般式（４）で表されるものであることが好ましい。

（一般式（４）中、ｎは５以上、２３以下の整数を表す。）
かかるモノマーに由来するポリマーは優れた疎水性を発揮するものとなる。

本発明の電気泳動分散液では、前記アルキル基は、分岐状をなすものであることが好ましい。
これにより、被覆層は優れた疎水性を示すため、電気泳動粒子は、分散媒中において、より優れた分散性を発揮するものとなる。
本発明の電気泳動分散液では、前記ポリマーは、前記母粒子の表面に結合した第１の化合物に連結する第２の化合物を起点として、前記モノマーがリビングラジカル重合により重合した前記疎水部が、前記第２の化合物に連結したものであることが好ましい。
これにより、使用環境に依存することなく、電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子による表示の保持特性をほぼ均一に維持することができるようになる。

本発明の電気泳動分散液では、前記被覆層は、当該電気泳動粒子における重量占有率が３重量％以上、３０重量％以下であることが好ましい。
これにより、電気泳動粒子は、優れた疎水性を有するものとなるため、電気泳動分散液中における電気泳動粒子の分散性を向上させることができる。

本発明の電気泳動分散液では、前記分散媒は、その比誘電率が２．５以上、１０以下であることが好ましい。
かかる範囲内の比誘電率を有する分散媒は、優れた疎水性を有する分散媒と言うことができ、本発明の電気泳動粒子を電気泳動分散液中に確実に分散させることができる。
本発明の電気泳動シートは、基板と、
前記基板の上方に配置され、各々が本発明の電気泳動分散液を内包する複数の構造体とを含むことを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電気泳動シートが得られる。
本発明の電気泳動装置は、本発明の電気泳動シートを備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電気泳動装置が得られる。
本発明の電子機器は、本発明の電気泳動装置を備えることを特徴とする。
これにより、信頼性の高い電子機器が得られる。

本発明の電気泳動分散液が備える電気泳動粒子の実施形態を示す縦断面図である。 図１に示す電気泳動粒子が有するポリマーの構成を示す模式図である。 図２に示すポリマーの一例を示す模式図である。 図３に示す電気泳動粒子の製造方法を説明するための模式図である。 電気泳動表示装置の実施形態の縦断面を模式的に示す図である。 図５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。 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を示す斜視図である。 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。 実施例１の電気泳動表示装置における、反射率およびコントラストと使用温度との関係を示すグラフである。 比較例１の電気泳動表示装置における、反射率およびコントラストと使用温度との関係を示すグラフである。 実施例１の電気泳動表示装置における、反射率およびコントラストと使用湿度との関係を示すグラフである。 比較例１の電気泳動表示装置における、反射率およびコントラストと使用温度との関係を示すグラフである。

以下、本発明の電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜電気泳動粒子＞
まず、本発明の電気泳動分散液が備える電気泳動粒子の実施形態について説明する。
図１は、本発明の電気泳動分散液が備える電気泳動粒子の実施形態を示す縦断面図、図２は、図１に示す電気泳動粒子が有するポリマー（被覆層）の構成を示す模式図、図３は、図２に示すポリマーの一例を示す模式図である。

電気泳動粒子１は、母粒子２と、母粒子２の表面に設けられた被覆層３とを有しており、図１では、負に帯電した電気泳動粒子（負電気泳動粒子）を示している。
母粒子２には、例えば、顔料粒子、樹脂粒子またはこれらの複合粒子のうちの少なくとも１種が好適に用いられる。これらの粒子は、製造が容易である。
顔料粒子を構成する顔料としては、例えば、アニリンブラック、カーボンブラック、チタンブラック等の黒色顔料、二酸化チタン、三酸化アンチモン、硫酸バリウム、硫化亜鉛、亜鉛華、二酸化珪素等の白色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、イソインドリノン、黄鉛、黄色酸化鉄、カドミウムイエロー、チタンイエロー、アンチモン等の黄色顔料、モノアゾ、ジスアゾ、ポリアゾ等のアゾ系顔料、キナクリドンレッド、クロムバーミリオン等の赤色顔料、フタロシアニンブルー、インダスレンブルー、紺青、群青、コバルトブルー等の青色顔料、フタロシアニングリーン等の緑色顔料等が挙げられ、これらのうち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。

また、樹脂粒子を構成する樹脂材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、尿素系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリスチレン、ポリエステル等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。
また、複合粒子としては、例えば、顔料粒子の表面を樹脂材料で被覆したもの、樹脂粒子の表面を顔料で被覆したもの、顔料と樹脂材料とを適当な組成比で混合した混合物で構成される粒子等が挙げられる。

なお、母粒子２として用いる顔料粒子、樹脂粒子および複合粒子の種類を適宜選択することにより、電気泳動粒子１の色および帯電の種類を所望のものに設定することができる。
なお、図１および図２では、母粒子２がマイナス（負）に帯電することにより、電気泳動粒子１としてマイナスに帯電する場合について例示している。
母粒子２は、その表面の少なくとも一部（図示の構成では、ほぼ全体）が被覆層３により被覆されている。

本発明では、被覆層３は、共有結合、イオン結合、水素結合のような化学的に結合しており、具体的には、図２に示すように、被覆層３に含まれるポリマー（重合体）５の末端（一端部）を母粒子２の表面に共有結合させることにより、母粒子２は、被覆層３により被覆されている。
このポリマー５は、その主鎖から分岐する複数の側鎖に疎水性基４１を有する疎水部７を備えている。

疎水性基４１は、被覆層３を、疎水性を示すものとして、後述する分散媒中における電気泳動粒子１の分散性を向上させるためのものである。
このような疎水性基４１は、本発明では、炭素数が２以上のアルキル基であるが、６以上、２４以下のアルキル基であるのが好ましく、８以上、１８以下のアルキル基であるのがより好ましい。これにより、被覆層３は優れた疎水性を示すため、分散媒中における電気泳動粒子１の分散性をより向上させることができる。

また、炭素数が２以上のアルキル基は、分岐状をなす分岐アルキル基であってもよいが、直鎖状をなす直鎖アルキル基であるのが好ましい。これにより、隣接する疎水性基４１同士間で生じる立体障害を低減することができることから、かかる点からも、分散媒中における電気泳動粒子１の分散性をより向上させることができる。
また、このような側鎖に疎水性基４１を有するポリマー５は、後述するモノマーを用いたリビングラジカル重合により合成される。

なお、ポリマー５は、疎水性基４１を有する構造単位６の数ｍを設定することにより、ポリマー５中における疎水性基４１の数を容易に制御することができる。このため、このようなポリマー５で被覆層３を構成することにより、電気泳動粒子１における、疎水性の程度を所望のものに設定することができる。
ここで、ポリマー５は、その分子構造中に含まれる疎水性基４１（構造単位６）の数であるｍを３００以上とするのが好ましく、６００以上とするのがより好ましい。これにより、電気泳動粒子１は、優れた疎水性を有するものとなる。

なお、本実施形態では、ポリマー５は、図２に示すように、疎水性基４１を有する構造単位６の繰り返し部分である疎水部７が接続部（接続構造）８を介して、母粒子２の表面に結合（連結）している。
この接続部８は、例えば、母粒子２の表面に、一端部に母粒子２の表面と反応して結合する第１の官能基と他端部に第２の官能基とを有する第１の化合物を反応させ、その後、当該第１の化合物の当該第２の官能基と反応する第３の官能基と他端部に重合の開始点となる置換基とを有する第２の化合物を反応させることにより形成することができる。

そして、この接続部８の形成の後に、当該重合の開始点となる置換基に、モノマーをリビングラジカル重合法により作用させることにより疎水部７を形成することで、母粒子２の表面に結合した接続部８に疎水部７が連結したポリマー５を得ることができる。
なお、これらの第１の化合物、第２の化合物およびモノマーの種類、接続部８および疎水部７の形成方法については、後述する電気泳動粒子１の製造方法において詳述する。

また、母粒子２の表面に対するポリマー５の吸着量は、電気泳動粒子１における被覆層３の重量占有率で表すことができ、この重量占有率は、３重量％以上、３０重量％以下であるのが好ましく、３重量％以上、３０重量％以下であるのがより好ましい。これにより、電気泳動粒子１は、優れた疎水性を有するものとなるため、後述する分散媒中における電気泳動粒子１の分散性を向上させることができる。
以上のようなポリマー５の具体例としては、例えば、図３に示すものが挙げられる。
このような電気泳動粒子１は、例えば、次のようにして製造することができる。

以下、電気泳動粒子１の製造方法について説明する。
図４は、図３に示す電気泳動粒子の製造方法を説明するための模式図である。
［１Ａ］ まず、母粒子２を用意する。
［２Ａ］ 次に、母粒子２の表面に、被覆層３を形成する。

以下、被覆層３を形成する方法について説明する。
［２Ａ−１］ まず、一端部に母粒子２の表面と反応して化学的に結合する第１の官能基と、他端部に第２の官能基とを有する第１の化合物を含む溶液を接触させ、次いで、一端部に第２の官能基と反応する第３の官能基と、他端部に重合開始基４７とを有する第２の化合物を含む溶液を接触させる。

第１の化合物において、第１の官能基としては、例えば、チオール基、スルホン酸基、カルボキシル基、第三級アミノ基、リン酸基、シアノ基、ハロゲン基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基およびアミド基等が挙げられる。
なお、第１の官能基としては、例えば、母粒子２の表面にイオン結合するものや水素結合等するものであってもよい。

ここで、図４に示すように、母粒子２がＳｉＯ_２等のような表面に水酸基が露出する材料で構成されている場合、第１の官能基としては、アルコキシシリル基が好適である。第１の官能基としてアルコキシシリル基を有する化学式（１）を母粒子２に作用させることにより、図４の式（Ａ）に示すように、母粒子２の表面とが縮合反応し、強固な結合を形成することができる。

一方、第１の化合物において、第２の官能基としては、アミノ基、水酸基、カルボキシル基、リン酸基およびアミド基等が挙げられる。
上記の第１の化合物の具体例としては、例えば、下記化学式（１）で表される化合物等が挙げられる。

［ただし、Ｒは、アルキル基を表す。］

また、第２の化合物において、第３の官能基としては、第２の官能基がアミノ基や水酸基である場合、例えば、ハロゲン基、チオール基、スルホン酸基、カルボキシル基、第三級アミノ基、リン酸基、酸ハライド基、アルコキシシリル基、ハロゲン化シリル基およびハロゲン化スルホニル基等が挙げられ、第２の官能基がカルボキシル基である場合、例えば、水酸基およびアミノ基等が挙げられる。

第２の化合物において、重合開始基４７としては、例えば、ハロゲン基、カルボニル基、ヒドロシリル基およびアミノ基等が挙げられる。
また、この第２の化合物は、その炭素数が１〜１０であるのが好ましく、２〜７であるのがより好ましい。
以上のような第２の化合物の具体例としては、例えば、下記の化学式（２）で表される化合物等が挙げられる。

図４の式（Ａ）のように、母粒子２と第１の化合物との反応により末端にアミノ基が導入された粒子に対して、酸ブロマイド基を有する化学式（２）に示した第２の化合物を作用させると、図４の式（Ｂ）に示すように、アミド結合が形成され、末端に重合開始基４７として臭素基が導入された粒子が生成する。
上述の母粒子２に第１の化合物、引き続いて第２の化合物を作用させる工程を具体的に説明すると、攪拌子を有するフラスコ内に、無水テトラヒドロフラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン（第１の化合物）およびシリカ粒子を入れた状態で、攪拌して懸濁物を得る。なお、シリカ粒子には、減圧下に加熱して、乾燥したものが好適に用いられる。次に、懸濁物を所定時間還流した後、室温まで冷却する。次に、懸濁物をフラスコ内から取り出し、遠心分離により上清を除去した後、残渣（固体相）をテトラヒドロフランで複数回洗う。そして、残渣を、減圧下に加熱して乾燥する。

次に、母粒子２の表面に、第２の化合物を含む溶液を接触させると、第２の化合物は、第１の化合物の第２の官能基と、第２の化合物の第３の官能基とが反応して結合する。
例えば、第２の化合物として化学式（２）で表される化合物を用いた場合は、図４の式（Ｂ）に示すように、第１の化合物のアミノ基と第２の化合物の酸ブロマイド基とが反応し、アミド結合が形成される。

具体的には、攪拌子を有するフラスコ内に、ジクロロメタン、トリエチルアミン、２−ブロモイソブチリルブロマイド（第２の化合物）、触媒量の４−（ジメチルアミノ）ピリジンおよび３−アミノプロピルトリメトキシシランが結合したシリカ粒子を入れた状態で、所定時間、攪拌して反応を行う。攪拌終了後、反応液にエタノールを添加して、反応を停止する。次に、反応液をフラスコ内から取り出し、遠心分離により上清を除去した後、残渣（固体相）をジクロロメタンで複数回洗う。そして、残渣を、減圧下に加熱して乾燥する。

その結果、末端に重合開始基（この場合には、Ｂｒ基）４７を備えた有機基が母粒子２に結合した状態となる。
なお、母粒子２の表面に、溶液を接触させる方法としては、例えば、Ｉ：溶液中に母粒子２を浸漬する方法（浸漬法）、II：母粒子２の表面に溶液を塗布する方法（塗布法）、III：母粒子２の表面に前記溶液をシャワー状に供給する方法（噴霧法）等が挙げられる。

また、上記の溶液を調製するための溶媒としては、テトラヒドロフランやジクロロメタンの他、例えば、水、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、アセトニトリル、酢酸エチル、エーテル、塩化メチレン、ＮＭＰ（Ｎ−メチル−２−ピロリドン）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て用いることができる。
また、浸漬法を用いる場合、第１の化合物の溶液に対して、必要に応じて、超音波を所定時間照射してもよい。これにより、母粒子２の表面に、重合開始基４７を有する接続部８をより高密度に結合させることができる。

［２Ａ−２］ 次に、重合開始基４７を有する接続部８の母粒子２と反対側に、疎水部７を形成する。これにより、ポリマー５が得られる（合成される）。
疎水部７は、重合開始基４７を基点として、疎水性基４１を有するモノマーを、リビングラジカル重合（特に、原子移動ラジカル重合：ＡＴＲＰ）によって重合させて、疎水性基４１を主鎖から分岐する側鎖に有するポリマー（重合体）を合成することにより形成される。

このリビングラジカル重合は、重合開始基４７を有する接続部８を結合させた母粒子２の表面に、疎水性基４１を有するモノマーと触媒とを含む溶液を接触させること等により行うことができる。
まず、疎水性基４１を有するモノマーを用意する。
このモノマーが有する疎水性基４１としては、上述したように、炭素数が６以上、２４以下の直鎖アルキル基、すなわち、下記化学式（３）で表されるアルキル基が好ましく用いられる。かかるモノマーに由来するポリマー５は優れた疎水性を発揮するものとなる。

（化学式（３）中、ｎは５以上、２３以下の整数を表す。）

一方、このモノマーが有する重合基としては、例えば、ビニル基、スチリル基、（メタ）アクリロイル基のような炭素‐炭素２重結合を含むもの、ノルボルニル基、エポキシ基、オキセタニル基等の開環反応を生起するもの等が挙げられるが、比較的重合活性が高く、安価という点等では、スチリル基や（メタ）アクリロイル基を含むモノマーを用いることが好ましい。
以上のようなモノマーの具体例には、下記化学式（４）で表されるものが挙げられる。

（化学式（４）中、ｎは５以上、２３以下の整数を表す。）

一方、触媒には、ポリマー５の生長過程において、生長末端を重合開始基４３とすることができるもの、またはルイス酸性度が比較的低いもの用いられる。かかる触媒としては、例えば、Ｃｕ、Ｆｅ、Ａｕ、Ａｇ、Ｈｇ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｒｕ、ＭｏおよびＮｂ等の遷移金属のハロゲン化物、銅フタロシアニン等の有機基が配位子として配位した遷移金属錯体等が挙げられるが、中でも、遷移金属のハロゲン化物を主成分とするものが好ましい。

前記溶液を調製するための溶媒としては、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノールのようなアルコール類、ヘキサン、オクタン、ベンゼン、トルエン及びキシレン等の炭化水素類、ジエチルエーテルやテトラヒドロフラン等のエーテル類、クロロベンゼン、ｏ-ジクロロベンゼンのようなハロゲン化芳香族炭化水素類等が挙げられ、これらを単独または混合溶媒として用いることができる。

この溶液を、重合開始基４７を有する接続部８を結合させた母粒子２の表面に接触させると、重合開始基４７とモノマーが有する重合基との間に重合反応が生じる。また、ポリマー５の生長過程において、生長末端が常に重合開始基４３となり、この重合開始基４３とモノマーの重合基との間に、さらに重合反応が生じてポリマー（重合体）５が合成される（生成する）。

例えば、モノマーとして前記化学式（４）で表される化合物を用い、触媒としてＣｕＢｒを用いることにより、図４の式（Ｃ）に示すように、母粒子２と反対側の端部に重合開始基４３を有する重合体として疎水部７を形成することができる。
ここで、リビングラジカル重合では、重合体の生長過程において、生長末端が常に重合活性を有するため、モノマーが消費され、重合反応が停止した後、新たにモノマーを加えると重合反応がさらに進行する。

したがって、反応系に供給するモノマーの量、反応時間や触媒量を所望の重合度に応じて調整した結果、合成されるポリマー５が有する疎水性基４１の数を精度よく制御することができる。
また、重合度の分布の揃ったポリマー５を得ることができるので、形成される被覆層３の膜厚を比較的均一なものとすることができる。

このようなことから、所望の疎水性を示す被覆層３を、電気泳動粒子１毎のバラツキを抑えつつ、簡易な工程で形成することができる。
また、前記溶液（反応液）は、重合反応を開始する前に、脱酸素処理を行っておくのが好ましい。脱酸素処理としては、例えば、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスによる真空脱気後の置換やパージ処理等が挙げられる。

また、重合反応に際して、前記溶液の温度を所定の温度（モノマーおよび触媒が活性化する温度）まで加熱（加温）することにより、モノマーの重合反応をより迅速かつ確実に行うことができる。
この加熱の温度は、触媒の種類等によっても若干異なり、特に限定されないが、３０〜１００℃程度であるのが好ましい。また、加熱の時間（反応時間）は、加熱の温度を前記範囲とする場合、１０〜２０時間程度であるのが好ましい。
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、温度調節器およびガス供給口を備えた反応容器内で行うのが好ましい。

具体的には、冷却管、アルゴンガス供給手段、攪拌翼が装着された反応容器を用意し、この反応容器内に、化学式（４）で表されるモノマーのメタノール溶液を収納し、メタノール溶液にＣｕＢｒ（触媒）および２，２’−ビピリジルを当該触媒の配位子として添加する。そして、この溶液に、重合開始基４７を有する接続部８を結合させた母粒子２を浸漬し、この状態で、前記溶液にアルゴンガスを通じることによって酸素を除去した後、アルゴン雰囲気下、４０〜６０℃で２０時間程度攪拌する。
以上のようにして、母粒子２が被覆層３で被覆された電気泳動粒子１が製造される。
このような電気泳動粒子１は、被覆層３が有するポリマー５の作用により、優れた疎水性を有するものとなるとともに、母粒子２が有する帯電状態が好適に維持されたものとなる。すなわち、母粒子２が負に帯電している場合には、電気泳動粒子１も負に帯電し、母粒子２が正に帯電している場合には、電気泳動粒子１も正に帯電するものとなる。

＜電気泳動分散液＞
次に、本発明の電気泳動分散液について説明する。
電気泳動分散液は、少なくとも１種の電気泳動粒子を分散媒（液相分散媒）に分散（懸濁）してなるものである。
ここで、通常、電気泳動分散液中における電気泳動粒子の分散性を向上させるために、電気泳動分散液中には、分散剤や界面活性剤等が添加されている。

このような分散剤および界面活性剤が添加されていると、前記背景技術で説明したように、電気泳動分散液の温度や、電気泳動分散液中に含まれる水分量等が変化することに起因して、電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子による表示の保持特性等の電気泳動粒子の電気泳動特性、電気泳動粒子の分散性、および電気泳動粒子の各種特性に変化が生じるという問題があった。

かかる問題点を解消するために、本発明では、電気泳動分散液中に含まれる電気泳動粒子として、被覆層に、炭素数が２以上のアルキル基を有するモノマーがリビングラジカル重合により重合した疎水部を備えるポリマーを含むものが用いられる。
これにより、電気泳動粒子は優れた疎水性を有するものとなるため、かかる電気泳動粒子を分散させる分散剤としても疎水性を示すものを用いることで、電気泳動分散中に分散剤および界面活性剤のような添加剤（有機高分子）を添加することなく、電気泳動粒子を電気泳動分散中に分散させることができるようになる。さらに、電気泳動分散中への分散剤および界面活性剤等の添加を省略することができるため、かかる分散剤および界面活性剤を添加することに起因して生じる、電気泳動粒子の各種特性が変化してしまうのを確実に防止することができる。

以上のように本発明の電気泳動分散液では、電気泳動分散液への添加剤の添加が省略されており、具体的には、電気泳動分散液中に含まれる有機高分子の濃度で規定したとき、有機高分子の濃度が１．０×１０^−５％以上、１．０×１０^−３％以下となっている。かかる濃度範囲にあるときに、電気泳動分散中への分散剤および界面活性剤等の添加が省略されていると言うことができ、分散剤および界面活性剤等が含まれることに起因する、電気泳動粒子の各種特性の変化を確実に防止することができる。

また、分散媒の疎水性の程度は、分散媒の比誘電率で表すことができ、その比誘電率は、２．５以上、１０以下であるのが好ましく、４．０以上、７．０以下であるのがより好ましい。かかる範囲内の比誘電率を有する分散媒は、優れた疎水性を有する分散媒と言うことができ、電気泳動粒子を電気泳動分散液中に確実に分散させることができる。

分散媒としては、その比誘電率を容易に前記範囲内に設定することができ、かつ比較的高い絶縁性を有するものが好ましく用いられ、具体的には、例えば、脂肪族炭化水素類（流動パラフィン）、脂環式炭化水素類、芳香族炭化水素類、ハロゲン化炭化水素類、芳香族復素環類、エステル類、エーテル類のような非プロトン性有機溶媒が挙げられ、これらを単独溶媒として用いてもよいし、混合溶媒として用いてもよい。

なお、電気泳動分散液中に含まれる有機高分子の濃度は、１．０×１０^−５％以上、１．０×１０^−３％以下となっていればよいが、１．０×１０^−５％以上、１．０×１０^−４％以下となっているのが好ましい。これにより、電気泳動粒子の各種特性の変化をより確実に防止することができる。
また、電気泳動粒子の分散媒への分散は、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、撹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。

＜電気泳動表示装置＞
次に、本発明の電気泳動シートが適用された電気泳動表示装置（本発明の電気泳動装置）について説明する。
図５は、電気泳動表示装置の実施形態の縦断面を模式的に示す図、図６は、図５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５および図６中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。

図５に示す電気泳動表示装置９２０は、電気泳動表示シート（フロントプレーン）９２１と、回路基板（バックプレーン）９２２と、電気泳動表示シート９２１と回路基板９２２とを接合する接着剤層９８と、電気泳動表示シート９２１と回路基板９２２との間の間隙を気密的に封止する封止部９７とを有している。
電気泳動表示シート（本発明の電気泳動シート）９２１は、平板状の基部９２と基部９２の下面に設けられた第２の電極９４とを備える基板９１２と、この基板９１２の下面（一方の面）側に設けられ、マトリクス状に形成された隔壁９４０と電気泳動分散液９１０とで構成された表示層９４００とを有している。
一方、回路基板９２２は、平板状の基部９１と基部９１の上面に設けられた複数の第１の電極９３とを備える対向基板９１１と、この対向基板９１１（基部９１）に設けられた、例えばＴＦＴ等のスイッチング素子を含む回路（図示せず）とを有している。

以下、各部の構成について順次説明する。
基部９１および基部９２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。
各基部９１、９２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。可撓性を有する基部９１、９２を用いることにより、可撓性を有する電気泳動表示装置９２０、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９２０を得ることができる。

また、各基部（基材層）９１、９２を可撓性を有するものとする場合、これらは、それぞれ、樹脂材料で構成するのが好ましい。
このような基部９１、９２の平均厚さは、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、２０〜５００μｍ程度であるのが好ましく、２５〜２５０μｍ程度であるのがより好ましい。

これらの基部９１、９２の隔壁９４０側の面、すなわち、基部９１の上面および基部９２の下面に、それぞれ、層状（膜状）をなす第１の電極９３および第２の電極９４が設けられている。
第１の電極９３と第２の電極９４との間に電圧を印加すると、これらの間に電界が生じ、この電界が電気泳動粒子９５に作用する。

本実施形態では、第２の電極９４が共通電極とされ、第１の電極９３がマトリックス状（行列状）に分割された個別電極（スイッチング素子に接続された画素電極）とされており、第２の電極９４と１つの第１の電極９３とが重なる部分が１画素を構成する。
各電極９３、９４の構成材料としては、それぞれ、実質的に導電性を有するものであれば特に限定されない。

このような電極９３、９４の平均厚さは、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。
なお、各基部９１、９２および各電極９３、９４のうち、表示面側に配置される基部および電極（本実施形態では、基部９２および第２の電極９４）は、それぞれ、光透過性を有するもの、すなわち、実質的に透明（無色透明、有色透明または半透明）とされる。

電気泳動表示シート９２１では、第２の電極９４の下面に接触して、表示層９４００が設けられている。
この表示層９４００は、電気泳動分散液（上述した本発明の電気泳動分散液）９１０が隔壁９４０により画成された複数の画素空間９４０１内に収納（封入）された構成となっている。

隔壁９４０は、対向基板９１１と基板９１２との間に、マトリクス状に分割するように形成されている。
隔壁９４０の構成材料としては、例えば、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、オレフィン系樹脂のような熱可塑性樹脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、フェノール系樹脂のような熱硬化性樹脂等の各種樹脂材料等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を組み合わせて用いることができる。

画素空間９４０１内に収納された電気泳動分散液９１０は、本実施形態では、着色粒子９５ｂと白色粒子９５ａとの２種（少なくとも１種の電気泳動粒子１）を分散媒９６に分散（懸濁）してなるものであり、前述した本発明の電気泳動分散液が適用される。
このような電気泳動表示装置９２０では、第１の電極９３と第２の電極９４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、着色粒子９５ｂ、白色粒子９５ａ（電気泳動粒子１）は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。

本実施形態では、白色粒子９５ａとして正荷電を有するものが用いられ、着色粒子（黒色粒子）９５ｂとして負荷電のものが用いられている。すなわち、白色粒子９５ａとして、母粒子２がプラスに帯電している電気泳動粒子１が用いられ、着色粒子９５ｂとして、母粒子２がマイナスに帯電している電気泳動粒子１が用いられる。
このような電気泳動粒子１を用いた場合、第１の電極９３を正電位とすると、図６（Ａ）に示すように、白色粒子９５ａは、第２の電極９４側に移動して、第２の電極９４に集まる。一方、着色粒子９５ｂは、第１の電極９３側に移動して、第１の電極９３に集まる。このため、電気泳動表示装置９２０を上方（表示面側）から見ると、白色粒子９５ａの色が見えること、すなわち、白色が見えることになる。

これとは逆に、第１の電極９３を負電位とすると、図６（Ｂ）に示すように、白色粒子９５ａは、第１の電極９３側に移動して、第１の電極９３に集まる。一方、着色粒子９５ｂは、第２の電極９４側に移動して、第２の電極９４に集まる。このため、電気泳動表示装置９２０を上方（表示面側）から見ると、着色粒子９５ｂの色が見えること、すなわち、黒色が見えることになる。

このような構成において、白色粒子９５ａ、着色粒子９５ｂ（電気泳動粒子１）の帯電量や、電極９３または９４の極性、電極９３、９４間の電位差等を適宜設定することにより、電気泳動表示装置９２０の表示面側には、白色粒子９５ａおよび着色粒子９５ｂの色の組み合わせや、電極９３、９４に集合する粒子の数等に応じて、所望の情報（画像）が表示される。

また、電気泳動粒子１の比重は、分散媒９６の比重とほぼ等しくなるように設定されているのが好ましい。これにより、電気泳動粒子１は、電極９３、９４間への電圧の印加を停止した後においても、分散媒９６中において一定の位置に長時間滞留することができる。すなわち、電気泳動表示装置９２０に表示された情報が長時間保持されることとなる。

なお、電気泳動粒子１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い。電気泳動粒子１の平均粒径を前記範囲とすることにより、電気泳動粒子１同士の凝集や、分散媒９６中における沈降を確実に防止することができ、その結果、電気泳動表示装置９２０の表示品質の劣化を好適に防止することができる。

本実施形態では、電気泳動表示シート９２１と回路基板９２２とが、接着剤層９８を介して接合されている。これにより、電気泳動表示シート９２１と回路基板９２２とをより確実に固定することができる。
接着剤層９８の平均厚さは、特に限定されないが、１〜３０μｍ程度であるのが好ましく、５〜２０μｍ程度であるのがより好ましい。

なお、この接着剤層９８は、本実施形態のように、第１の電極９３を覆う構成とすることで、第１の電極９３を電気的に絶縁する絶縁層としての機能も発揮する。
基部９１と基部９２との間であって、それらの縁部に沿って、封止部９７が設けられている。この封止部９７により、各電極９３、９４、表示層９４００および接着剤層９８が気密的に封止されている。これにより、電気泳動表示装置９２０内への水分の浸入を防止して、電気泳動表示装置９２０の表示性能の劣化をより確実に防止することができる。
封止部９７の構成材料としては、上述した隔壁９４０の構成材料として挙げたものと同様のものを用いることができる。

＜電子機器＞
次に、本発明の電子機器について説明する。
本発明の電子機器は、前述したような電気泳動表示装置９２０を備えるものである。
＜＜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７は、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を示す斜視図である。
図７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９２０で構成されている。

＜＜ディスプレイ＞＞
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８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８中（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
図８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。

本体部８０１は、その側部（図８（ａ）中、右側）に電子ペーパー６００を挿入可能な挿入口８０５が形成され、また、内部に二組の搬送ローラ対８０２ａ、８０２ｂが設けられている。電子ペーパー６００を、挿入口８０５を介して本体部８０１内に挿入すると、電子ペーパー６００は、搬送ローラ対８０２ａ、８０２ｂにより挟持された状態で本体部８０１に設置される。

また、本体部８０１の表示面側（図８（ｂ）中、紙面手前側）には、矩形状の孔部８０３が形成され、この孔部８０３には、透明ガラス板８０４が嵌め込まれている。これにより、本体部８０１の外部から、本体部８０１に設置された状態の電子ペーパー６００を視認することができる。すなわち、このディスプレイ８００では、本体部８０１に設置された状態の電子ペーパー６００を、透明ガラス板８０４において視認させることで表示面を構成している。

また、電子ペーパー６００の挿入方向先端部（図８中、左側）には、端子部８０６が設けられており、本体部８０１の内部には、電子ペーパー６００を本体部８０１に設置した状態で端子部８０６が接続されるソケット８０７が設けられている。このソケット８０７には、コントローラー８０８と操作部８０９とが電気的に接続されている。
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。
また、このようなディスプレイ８００では、電子ペーパー６００が、前述したような電気泳動表示装置９２０で構成されている。

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、電気泳動表示装置９２０を適用することが可能である。

以上、本発明の電気泳動分散液、電気泳動シート、電気泳動装置および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。
また、電気泳動粒子の製造方法は、任意の目的の工程が１または２以上追加されていてもよい。

１．電気泳動粒子の製造
（実施例１）
１−１．白色粒子の製造
＜１＞ まず、母粒子として、白色の母粒子（石原産業社製、「タイベークＣＲ−９０」）を用意した。
＜２＞ 次に、ステンレス製容器内に、ヘキサン溶媒２０重量部、上記化学式（１）で表される化合物０．１重量部、白色の母粒子１重量部を投入して混合液を得た後、十分に攪拌混合した。

＜３＞ 次に、混合液中に、上記化学式（２）で表される化合物０．１重量部を、混合液中に投入した後、十分に攪拌混合した。
＜４＞ 次に、上記化学式（３）で表される化合物（式中、ｎは８を表す。）０．２重量部を、混合液中に投入した後、十分に攪拌混合することにより、白色の母粒子に被覆層が形成された白色粒子を製造した。

１−２．着色粒子（黒色粒子）の製造
母粒子として、白色の母粒子に代えて、黒色の母粒子（三菱マテリアル社製、「ＳＣ−１３Ｒ−Ｎ」）を用意し、この黒色の母粒子１重量部を、ステンレス製容器内に投入したこと以外は、前記白色粒子と同様にして黒色粒子を製造した。
（比較例１）
白色の母粒子（石原産業社製、「タイベークＣＲ−９０」）および黒色の母粒子（三菱マテリアル社製、「ＳＣ−１３Ｒ−Ｎ」）に、粒子１重量部に対し、２０重量部のトルエン中、０．２重量部のステアリルメタクリレートと０．００２重量部のメタクリル酸３−（トリメトキシシリル）プロピルを混合し、０．００２重量部の２，２’−アゾビス（イソブチロニトリル）（ＡＩＢＮ））を開始剤として重合を行い、溶媒除去、洗浄後、１２０℃に加熱して高分子を粒子に結合させることで、比較例１の白粒子および黒粒子をそれぞれ製造した。

２．電気泳動分散液の調製
（実施例１）
分散媒として、式：Ｃ_７Ｈ_１５ＣＯＯＣ_２Ｈ_５で表されるエステル分散媒を用意し、この分散媒に、実施例１の白色粒子および実施例１の黒色粒子を、それぞれ、３０重量％および５重量％となるように添加した後、これらに超音波を１時間付与することで実施例１の電気泳動分散液を調製した。
なお、この実施例１の電気泳動分散液中における有機高分子の含有率は２．０ｘ１０^−５％であった。

（比較例１）
分散媒として、ＩｓｏｐａｒＭ（エクソンモービル社製）を用意し、この分散媒に、分散剤としてＳｏｌｓｐｅｒｓｅ１７０００（アビシア社製）、溶媒１００重量部に対し０．２重量部の分散剤を入れた分散媒を用意し、比較例１の白色粒子および比較例１の黒色粒子を、３０重量部および５重量部となるように６５重量部の添加剤入り分散媒に添加した後、これらに超音波を１時間付与することにより、比較例１の電気泳動分散液を調製した。
なお、この比較例１の電気泳動分散液中における有機高分子の含有率は０．２１％であった。

３．電気泳動表示装置の製造
（実施例１）
まず、ＩＴＯで構成される電極（第１の電極）が形成されたＰＥＴ−ＩＴＯ基板を用意し、このＰＥＴ−ＩＴＯ基板上に紫外線硬化樹脂を供給した後、形成すべき封止部の形状に対応した型を押し当てた状態で、紫外線硬化樹脂に紫外線照射することで、その中央部に凹部を備える封止部を形成した。

次に、ＰＥＴ−ＩＴＯ基板上に形成された封止部が備える凹部に、実施例１の電気泳動分散液を供給して、前記凹部を電気泳動分散液で満たすことで表示部を得た。その後、表示部上に、ＩＴＯで構成される電極（第２の電極）が形成されたＰＥＴ−ＩＴＯ基板を配置した後、ロールラミネータを用いて封止部とＰＥＴ−ＩＴＯ基板とを接合することにより、一対の電極間に表示部が配置された実施例１の電気泳動表示装置を製造した。
（比較例１）
凹部に供給する電気泳動分散液として、実施例１の電気泳動分散液に代えて比較例１の電気泳動分散液を用いたこと以外は、前記実施例１の電気泳動表示装置と同様にして比較例１の電気泳動表示装置を製造した。

４．評価
４．１ 温度変化による電気泳動特性の評価
実施例１および比較例１の電気泳動表示装置について、一対の電極間に第１の電極が正電位となるように電圧を印加した際に、湿度４０％ＲＨの雰囲気下における、第１の電極側から観察した際の白反射率および黒反射率の温度変化を測定し、さらに、測定された白反射率および黒反射率からコントラストを求めた。

これらの結果を、図５、６に示す。
図５から明らかなように、実施例１の電気泳動表示装置では、電気泳動表示装置の使用時の温度変化に影響を受けることなく、白反射率、黒反射率およびコントラストがそれぞれほぼ一定となる結果が得られた。
これに対して、図６から明らかなように、比較例１の電気泳動表示装置では、電気泳動表示装置の使用時における温度が変化することに起因して、電気泳動分散液中での分散剤が吸着する位置や分布が変化してしまい、その結果、白反射率、黒反射率およびコントラストがそれぞれ変化する結果となった。

４．２ 湿度変化による電気泳動特性の評価
実施例１および比較例１の電気泳動表示装置について、一対の電極間に第１の電極が正電位となるように電圧を印加した際に、温度２０℃の雰囲気下における、第１の電極側から観察した際の白反射率および黒反射率の湿度変化を測定し、さらに、測定された白反射率および黒反射率からコントラストを求めた。
これらの結果を、図７、８に示す。

図７から明らかなように、実施例１の電気泳動表示装置では、電気泳動表示装置の使用時の湿度変化に影響を受けることなく、白反射率、黒反射率およびコントラストがそれぞれほぼ一定となる結果が得られた。
これに対して、図８から明らかなように、比較例１の電気泳動表示装置では、電気泳動表示装置の使用時における湿度が変化することに起因して、電気泳動分散液中での分散剤が吸着する位置や分布が変化してしまい、その結果、白反射率、黒反射率およびコントラストがそれぞれ変化する結果となった。

１……電気泳動粒子 ２……母粒子 ３……被覆層 ４１……疎水性基 ４２……陰イオン ４３……重合開始基 ４４……発色団 ４５……陰イオン性基 ４６……陽イオン ４７……重合開始基 ４８……陽イオン性前駆基 ４９……陰イオン性前駆基 ５……ポリマー ６、６’、６”……構造単位 ７……疎水部 ８……接続部 ９１……基部 ９２……基部 ９３……第１の電極 ９４……第２の電極 ９５……電気泳動粒子 ９５ａ……白色粒子 ９５ｂ……着色粒子（黒色粒子） ９６……分散媒 ９７……封止部 ９８……接着剤層 ９１０……電気泳動分散液 ９１１……対向基板 ９１２……基板 ９２０……電気泳動表示装置 ９２１……電気泳動表示シート ９２２……回路基板 ９４０……隔壁 ９４００……表示層 ９４０１……画素空間 ６００……電子ペーパー ６０１……本体 ６０２……表示ユニット ８００……ディスプレイ ８０１……本体部 ８０２ａ、８０２ｂ……搬送ローラ対 ８０３……孔部 ８０４……透明ガラス板 ８０５……挿入口 ８０６……端子部 ８０７……ソケット ８０８……コントローラー ８０９……操作部

Claims (11)

1. 母粒子と、
   前記母粒子の少なくとも一部を覆う被覆層とを含む電気泳動粒子と、該電気泳動粒子を分散させる分散媒とを含む電気泳動分散液であって、
   前記被覆層は、炭素数が２以上のアルキル基を有するモノマーがリビングラジカル重合により重合した疎水部を備えるポリマーを含み、
   前記電気泳動分散液中における、有機高分子の濃度が１．０×１０ ^−５ ％以上、１．０×１０ ^−３ ％以下であることを特徴とする電気泳動分散液。
2. 前記炭素数は、６以上、２４以下である請求項１に記載の電気泳動分散液。
3. 前記アルキル基は、直鎖状をなすものである請求項１または２に記載の電気泳動分散液。
4. 前記モノマーは、下記一般式（４）で表されるものである請求項１ないし３のいずれかに記載の電気泳動分散液。
   

   

   （一般式（４）中、ｎは５以上、２３以下の整数を表す。）
5. 前記アルキル基は、分岐状をなすものである請求項１または２に記載の電気泳動分散液。
6. 前記ポリマーは、前記母粒子の表面に結合した第１の化合物に連結する第２の化合物を起点として、前記モノマーがリビングラジカル重合により重合した前記疎水部が、前記第２の化合物に連結したものである請求項１ないし５のいずれかに記載の電気泳動分散液。
7. 前記被覆層は、当該電気泳動粒子における重量占有率が３重量％以上、３０重量％以下である請求項１ないし６のいずれかに記載の電気泳動分散液。
8. 前記分散媒は、その比誘電率が２．５以上、１０以下である請求項１ないし７のいずれかに記載の電気泳動分散液。
9. 基板と、
   請求項１ないし８のいずれかに記載の電気泳動分散液を内包する複数の構造体とを含むことを特徴とする電気泳動シート。
10. 請求項９に記載の電気泳動シートを備えることを特徴とする電気泳動装置。
11. 請求項１０に記載の電気泳動装置を備えることを特徴とする電子機器。

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