JP5971527B2 - 磁気泳動表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、磁気泳動作用を利用した表示装置に関し、より詳細には、表示面側からの操作によって表示を部分的に消去可能な磁気泳動表示装置に関するものである。

磁気泳動表示装置は、書き込みと消去とを繰り返し行うことができ、また電力を必要とせず、さらにダストレスということから、クリーンルームや教育現場への用途拡大が期待される。しかし、従来の磁気泳動表示装置では、表示面とは反対側の背面側に消去用磁石を設け、この消去用磁石を動かすことによって表示を消去していたため、装置の背面に手を回しこむ必要があり、表示装置の壁面への設置や大面積化が制限されるといった課題があった。

そこで、特許文献１では、表示シートの背面に一定の間隔で軟磁性体の突起を多数配置し、表示面から消去用磁石を作用させることで、表示の部分消去を可能とした磁気泳動表示装置が提案されている。また、特許文献２では、表示シートの背面に磁石片と流体を封入した表示セルが配置されたシートを装着し、表示面から消去用磁石を作用させた時のみ磁石片を表示シートに接近させ、消去用磁石が離れた後は、背面磁石が液体中をゆっくり沈むようにして、表示面から消去用磁石を作用させることで表示を消去できるようにした磁気泳動表示装置が提案されている。さらに、特許文献３では、マイクロカプセルの粒径と表示シートの厚みを規定することで、筆記と消去とを同一面で行えるようにした磁気泳動表示装置が提案されている。そしてまた、特許文献４では、磁極を２色に着色した粒子を用いて、一方の磁極を背景色とすることで表示面から消去する磁石反転表示磁気パネルが提案されている。

特開平10-301510号公報 特開2002-148665号公報 特開2001-083911号公報 特開2008-293405号公報

しかしながら、特許文献１の提案技術では、図８の概略図に示すように、シート構成が複雑である。また、表示セル５と軟磁性体６との間が離れているので、イレーサー４による、表示の消去に必要な背面への磁気吸引力を十分に得ることができない。一方、表示消去に十分な強い磁場を作用させると、針状の突起部の形状磁気異方性により突起が磁化されて、使用に伴い書き込み性能が維持できなくなるといった課題がある。

また、特許文献２の提案技術では、重力により磁石を退避させる必要があるため、壁面等への垂直配置ができず、シート構成も複雑になる。また、書き込み時に背面磁石が作用しやすく、表示色が薄くなるおそれがある。

特許文献３の提案技術では、磁性粒子を背面側に引く力が強くないため、表示の消去はされるが消去が不十分で表示面の消去部分に色が残るおそれがある。

特許文献４の提案技術では、磁極を２色に着色した磁性粒子が表示面に常に存在するため、反転しきらない磁性粒子により消去が不完全になる他、表示色が１色に制限される。

本発明は、このような従来問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡易な構成で、しかも書き込み性能を低下させることなく、表示面側からの操作によって表示を部分的に消去可能な磁気泳動表示装置を提供することにある。

前記目的を達成する本発明に係る磁気泳動表示装置は、着色分散液に磁性粒子が分散された液体が封入された複数の表示セルを平面状に配置した磁気泳動表示シートを備え、前記表示セルの中心よりも、前記磁気泳動表示シートの表示面と反対側の背面側に、前記複数の表示セルと接触するように複数の軟磁性体を配置し、前記磁気泳動表示シートの表示面に、当該表示面と対向する面の全体が同一極である消去用磁石を位置させることによって、前記磁気泳動表示シートの表示を消去することを特徴とする。

なお、本明細書において「接触」とは、軟磁性体と表示セルとが実際に接触している場合の他、軟磁性体と表示セルとの距離が２００μｍ未満の場合を含むものとする。

前記軟磁性体は略球形状であるのが好ましい。また、前記軟磁性体の平均粒子径は前記表示セルの最大幅よりも小さいのが好ましい。

前記軟磁性体の残留磁化は１０ｍＴ以下であるのが好ましい。

前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面の面積は、前記表示セルの面積以上であるのが好ましい。

前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面における実効磁化は４０ｍＴ〜１００ｍＴの範囲であるのが好ましい。

前記消去用磁石は、板状の硬磁性体であるのが好ましい。

前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面側に、スペーサーを設け、前記対向面と前記磁気泳動表示シートの表示面との距離が一定となるようにするのが好ましい。あるいは、前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面を、中心部が前記表示面側に突出した曲面とするのが好ましい。このとき、前記消去用磁石の前記曲面の曲率は０．２ｍｍ^−１以下であるのが好ましい。

前記磁性粒子として、磁極を異なる色に色分けした磁石片を用いてもよい。

本発明の磁気泳動表示装置では、複数の表示セルと接触するように複数の軟磁性体を配置するという簡易な構成で、書き込み性能を低下させることなく、表示面側からの操作によって表示を部分的に消去できる。

磁気泳動表示シートに画像を書き込んでいる時の概略断面図である。 磁気泳動表示シートの書き込みを消去している時の概略断面図である。 磁気泳動表示シートの他の形態を示す概略断面図である。 イレーサー端部の拡大概略図である。 磁気泳動表示シートの表示面とイレーサーとの距離に対する、表示消去可能なイレーサーの面積の下限を示す図である。 スペーサーを設けたイレーサーの一例を示す概説図である。 イレーサーの他の形態を示す概説図である。 従来の磁気泳動表示装置の一例を示す概説図である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが本発明はこれらの例に何ら限定されるものではない。

（磁気泳動表示装置）
磁気泳動表示装置は、画像の書き込みと消去とが繰返し可能な磁気泳動表示シートと、磁気泳動表示シートの表示面に画像を書き込むための書き込みペン（書込用磁石）と、書き込みを消去するイレーサー（消去用磁石）とを備える。以下、それぞれの部材について説明する。

（磁気泳動表示シート）
図１に、磁気泳動表示シート１に画像を書き込んでいる時の概略断面図を示し、図２に、書き込みを消去している時の概略断面図を示す。磁気泳動表示シート１は、光を透過する表示面側シート１４と、背面シート１５と、表示面側シート１４と背面シート１５との間に画像表示領域全面にわたり平面状に配置された複数の表示セル１１とを有する。表示セル１１のそれぞれには、着色分散液１２に磁性粒子１３を分散した液体が封入されている。そして、背面シート１５には軟磁性体１６が表示セル１１と接触するように混入されている。

図１に示すように、磁気泳動表示装置の表示面に画像を書き込む場合には、表示面に対して先端に磁石を備えた書き込みペン２を移動させる。すると、書き込みペン３の端部の磁力線が集中した部分に向かって、表示セル１１内の磁性粒子１３が泳動し表示面側に移動する。一方、書き込みペン３の磁界が影響しない表示セル１１では着色分散液１２により磁性粒子１３が隠蔽されているため、着色分散液１２と磁性粒子１３のコントラストによって画像が表示される。

一方、表示面に書き込まれた画像を消去する場合には、図２に示すように、表示面の画像部分に対して、表示面側の全体が同一極であるイレーサー３ａを移動させる。すると、イレーサー３ａによって生じる略並行磁力線が、背面シート１５に混入しているそれぞれの軟磁性体１６に向かって集中し、磁性粒子１３は磁力線の密度の高い方向、すなわち背面側に移動する。これにより、磁性粒子１３が表示面側に位置していた表示セル１１においても、着色分散液１２により磁性粒子１３が隠蔽されて表示の消去がなされる。

表示面側シート１４及び背面シート１５は公知の樹脂を成形したものを用いることができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリカーボネート等などの樹脂を用いることができる。これらの中でも、ポリエチレンテレフタレートが好ましい。

表示セル１１は、着色分散液１２が封入された平均粒径３０〜６５０μｍのマイクロカプセルである。マイクロカプセルの材質としては、例えば、ゼラチン／アラビアゴム重合体が挙げられる。なお、表示セル１１は、マイクロカプセルに限定されるものではなく、表示面側シート１４と背面シート１５の間に固定された隔壁によって密封され、着色分散液１２が封入された、複数表示セルで構成されたものでもよい。この場合、複数表示セルの隔壁としては、表示面側シート１４や背面シート１５と同様に、従来公知の樹脂を用いることができ、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニル、ポリカーボネート等が挙げられる。

表示セル１１に封入される着色分散液１２としては、隠蔽力を有し、磁性粒子１３の色とコントラストを生じるものであればよい。具体的には、顔料又は染料などの着色剤を分散媒に分散した分散液である。分散媒としては、例えば、水やエチレングリコールなどの極性分散媒、イソパラフィン、トルエン、油類などの非極性分散媒が挙げられる。顔料としては、例えば白色顔料の場合、二酸化チタン、リトポン、亜鉛華、鉛白、硫化亜鉛等が挙げられる。顔料の粒径は、十分な分散ができれば特に限定はないが、通常、平均粒径数μｍ程度が好ましい。

本発明で用いる磁性粒子１３としては、例えば、黒色酸化鉄、多孔性酸化鉄、二酸化マンガン含有酸化鉄、二酸化クロム、フェライト、鉄またはニッケルの微粒子、鉄−ニッケル合金などの親和処理を施していない磁性粒子１３が挙げられる。磁性粒子１３の平均粒径としては２０μｍ以下が望ましい。

また、磁性粒子１３として、磁極を異なる色に色分けした磁石片を用いると、外部磁界の作用により磁性粒子１３が泳動あるいは反転して、背景色の他に２色の表示を行うことができるようになる。このような磁石片は、例えば、樹脂又はゴムに磁性材料を分散したものを１色ずつ層状に形成したものを、細片化することによって作製できる。磁石片に用いられる材料としては、例えば、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライトなどの六方晶マグネトプランバイト型フェライト、サマリウムコバルト、セリウムコバルト、イットリウムコバルト、ブラセオジウムコバルト等の希土類コバルト、ネオジム合金、サマリウム−鉄−窒素合金、ネオジム系ナノ結晶スプリング磁粉、マグネタイト、マグヘマタイト、コバルト被着マグネタイト、コバルト被着マグヘマタイト、マンガンジンクフェライト、ニッケルジンクフェライト、鉛フェライト、希土類フェライト、二酸化クロムなどが挙げられる。磁石片の反転性と凝集防止のため、保持力の異なる２種以上の磁性材料を混合して用いてもよい。

本発明で使用する軟磁性体１６は残留磁化の小さいものが好ましい。具体的には、残留磁化が印加磁界８０ｋＡ／ｍにおいて１０ｍＴ以下であるものが望ましい。残留磁化が１０ｍＴよりも大きいと、表示濃度が経時的に低下するなどの不具合が生じるおそれがある。

軟磁性体１６としては、例えば、黒色酸化鉄、多孔性酸化鉄、二酸化マンガン含有酸化鉄、二酸化クロム、フェライト、鉄またはニッケルの微粒子、鉄−ニッケル合金などを用いることができる。

軟磁性体１６の形状に特に限定はないが、最大径と最小径との比が大き過ぎる場合、例えば針状であった場合、磁気分極が生じやすくなり、書き込みと消去とを繰り返し行ううちに軟磁性体１６が徐々に磁化され、表示濃度が低下するおそれがある。したがって、軟磁性体１６の形状としては、最小径に対する最大径の比が１〜２の範囲であるのが好ましい。より好ましくは球形状又は略立方体形状であり、さらに好ましくは球形状である。

また、軟磁性体１６の平均粒径は、表示セル１１の最大幅よりも小さくするのが望ましい。軟磁性体１６の平均粒径が表示セル１１の最大幅よりも大きいと、イレーサー３ａを作用させても磁力線が十分に集中せず表示の消去が不十分となるからである。なお、軟磁性体１６の平均粒径が表示セル１１の最大幅に対して小さすぎる場合、磁力線の集中する範囲が狭くなって、表示セル１１の内部全体に対して軟磁性体１６を背面側へ移動させる十分な作用が得られず、画像の消去が不十分となるおそれがある。したがって、軟磁性体１６の平均粒径は、表示セル１１の最大幅に対して１／１０〜３／４の範囲が望ましい。また、軟磁性体１６の個数は、表示セル１１の個数より多くするのが望ましい。軟磁性体１６の個数が表示セル１１の個数より少ないと、表示セル１１の一部において十分な画像消去作用が得られないことがある。

軟磁性体１６は、表示セル１１の中心よりも背面側であって、表示セル１１と接触するように配置することが重要である。軟磁性体１６を表示セル１１の中心よりも表示面側に配置した場合、イレーサー３ａによって生じる略並行磁力線は、軟磁性体１６に向かって集中するものの、軟磁性体１６が表示セル１１の中心よりも表示面側に位置しているため、着色分散液１２によって磁性粒子１３が十分には隠蔽されず画像の消去が不十分となる。また、軟磁性体１６を表示セル１１から離れた位置に配置した場合、磁力線の集中による磁性粒子１３の吸引作用が表示セル１１内には及ばず、画像の消去が不十分となる。

軟磁性体１６は、表示セル１１の中心よりも背面側であって、表示セル１１と接触するように配置すればよく、背面シート１５に混入させる他、図３に示すように、背面シート１５上の表示セル１１の側面に配置しても構わない。

磁気泳動表示シート１の作製方法に特に限定はないが、例えば、軟磁性体１６をバインダーに分散させて基体シートに塗布及び乾燥し背面シート１５とした後、背面シート１５の一方側に、表示セル１１とバインダーとを混合した組成物を塗布し乾燥し、その表面に表示面側シート１４に固定して作製すればよい。

（書き込みペン）
書き込みペン３は、磁化が７０ｍＴ以上の棒磁石を用いるのがよい。磁化が７０ｍＴよりも小さいと、磁性粒子１３の泳動が起きにくく、表示濃度が不十分となるおそれがある。なお、磁極を異なる色に色分けした磁石片を用いて２色表示とする場合に、磁化が強い磁石を作用させると、磁石片の磁化が破壊されることがあるので、書き込みペン３の磁化は１１０ｍＴ以下であるのが好ましい。

鋭い線描を描くためには、棒磁石の側面を強磁性体で被覆し磁力線を集中させるのがよい。また、塗りつぶしやスタンプなど、広い領域の塗り画像を表示したい場合には、書き込みペン３の表示面との対向面を、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されたもの、あるいは表示面に対して水平な磁界を形成するものを用いるのが好ましい。

書き込みペン３の材料に特に限定はなく、従来公知のものを用いればよい。例えば、フェライト粒子（マグネトプランバイト型フェライト）、金属粒子（Ｎｄ、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の単独もしくは合金）からなる磁石又はこれらの材質にゴムや樹脂を加えて成形した磁石などが挙げられる。

（イレーサー）
図２に示すように、イレーサー３ａは、磁気泳動表示シート１の表示面と対向する面の全体が、Ｎ極（又はＳ極）で構成された板状の硬磁性体３１とホルダー３２とを備える。板状の硬磁性体３１により、磁気泳動表示シート１の表示面側において表示面に対して垂直方向で略平行な磁力線が形成される一方、背面側において軟磁性体１６により磁力線の集中が生じ、磁性粒子１３は磁力線の密度の高い方向、すなわち背面側に移動する。

イレーサー３ａに用いる硬磁性体３１としては従来公知のものを用いることができる。例えば、フェライト粒子（マグネトプランバイト型フェライト）、金属粒子（Ｎｄ、Ｓｍ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ等の単独もしくは合金）よりなる磁石及びこれらの材料にゴムや樹脂を加えて成形した磁石などが挙げられる。

磁気泳動表示シート１の表示面におけるイレーサー３ａの実効磁化は４０〜１００ｍＴの範囲が好ましく、より好ましくは５０〜８０ｍＴの範囲である。イレーサー３ａの実効磁化が４０ｍＴ未満の場合、イレーサー３ａの消去作用が不十分となるおそれがある。一方、イレーサー３ａの磁化が１００ｍＴを超えると、イレーサー側からの硬磁性体３１の作用が大きくなりすぎ、表示は消去されるものの、磁性粒子１３が全体に表面に引き寄せられて消去が不十分になるおそれがある。

イレーサー３ａの、磁気泳動表示シート１の表示面と対向する面の面積としては、表示セル１１の面積以上にするのが望ましい。イレーサー３ａの前記面積が表示セル１１の面積より小さいと、磁力線が集中して磁性粒子１３が表面に吸引され表示の消去が困難となるおそれがある。

図４に、イレーサー３ａ端部の拡大概略図に示す。磁気泳動表示シート１の表示面から一定の距離を隔ててイレーサー３ａを位置させると、イレーサー３ａ端部の磁力線が集中している部分の影響による磁性粒子１３の吸引が防止でき、よりきれいに表示を消去できるようになる。

図５に、磁気泳動表示シート１の表示面とイレーサー３ａとの距離に対する、表示消去可能なイレーサー３ａの面積の下限を示す。表示面とイレーサー３ａとの距離が長いと、小面積のイレーサー３ａでも表示を消去できるようになる。反対に、表示面とイレーサー３ａとの距離が短い、イレーサー３ａ端部の磁力線の集中の影響が大きくなり、イレーサー３ａの面積を大きくしないと表示を消去できない。そして、イレーサー３ａが表示面に密着している場合には、イレーサー３ａ端部の磁力線の集中の影響によって表示のコントラストはなくなるが、表示面のイレーサー３ａが密着している部分全体が着色する。したがって、イレーサー３ａの面積が決まれば、表示の消去可能な、磁気泳動表示シート１の表示面とイレーサー３ａとの距離が定まる。かかる距離を常に維持するには、図６に示すように、イレーサー３ｂの、表示面と対向する面にスペーサー３３を設けるのが好ましい。なお、この図に示すイレーサー３ｂでは、表示面と対向する面の全体にスペーサー３３を設けているが、表示面とイレーサー３ｂとの距離を一定に維持できれば、スペーサー３３の取り付け位置は、イレーサー３ｂの、表示面と対向する面の一部（例えば、外縁部）であっても構わない。

また、図７に示すように、イレーサー３ｃの、表示面と対向する面を、中心部が表示面側に突出した曲面として、イレーサー３ｃ端部の磁力線が集中している部分の影響による磁性粒子１３の吸引を防止するようにしてもよい。このとき、イレーサー３ｃの、表示面と対向する面の曲率は０．２ｍｍ^−１以下が好ましく、より好ましくは０．０３ｍｍ^−１〜０．１ｍｍ^−１の範囲である。イレーサー３ｃの、表示面と対向する面の曲率が０．２ｍｍ^−１より大きいと、イレーサー３ｃの表面に磁力線が集中し、軟磁性体１６に至る磁力線が少なくなって、表示セル１１内の磁性粒子１３を背面側に移動させる力が不十分となるおそれがある。

（実施例１〜１４）
表１に示す実験条件で磁気泳動表示装置の書き込み性及び消去性を下記の方法で評価した。評価結果を表１に合わせて示す。なお、いずれのイレーサーも、磁気泳動表示シートの表示面と対向する面にＮ極の円形の硬磁性体を配置し、スペーサーとしてはポリエチレンシートを用いた。また、表１の「個数比」は、表示セルの個数に対する軟磁性体の個数比である。

（書き込み性及び消去性の評価方法）
直径１ｍｍの棒状磁石からなる書き込みペンで直線を描き、直線のコントラストを目視にて線書き込み性として評価した。
次いで、描いた直線に対して各イレーサーを表示面側から３回作用させた後、作用した部分に線画が残っているかどうかを目視にて線消去性として評価した。また、作用部分の色と背面側からイレーサーを作用した部分の色とを目視にて比較し白色度として評価した。そして、良好な場合を「◎」、許容できる場合を「○」、やや悪い場合を「△」、悪い場合を「×」とした。

（比較例１）
表示セルと軟磁性体との距離を２００μｍとした以外は実施例１３と同様の実験条件で磁気泳動表示装置の書き込み性及び消去性を評価した。評価結果を表２に合わせて示す。

（比較例２）
表示セルと軟磁性体との距離を２００μｍとした以外は実施例５と同様の実験条件で磁気泳動表示装置の書き込み性及び消去性を評価した。評価結果を表２に合わせて示す。

（比較例３）
軟磁性体を配置しなかった以外は実施例１と同様の実験条件で磁気泳動表示装置の書き込み性及び消去性を評価した。評価結果を表２に合わせて示す。

（比較例４）
図８に示す構造の磁気泳動表示装置であって、ポリエチレンの板に幅１００μｍ、高さ５００μｍの突起を５００μｍピッチで固定して、表示セルとの個数比０．１の軟磁性体シートを作製し、スペーサーを介して軟磁性体を固定していない磁気泳動表示シートの背面に固定したものである。評価結果を表２に合わせて示す。

実施例１〜１４の磁気泳動表示装置では、いずれも良好に書き込み及び表示の消去がなされた。これに対し、比較例１，２の磁気泳動表示装置では、軟磁性体の表示セルとの距離が２００μｍと大きかったため、磁力線の集中による磁性粒子の吸引作用が表示セル内には及ばず、十分な白色度が得られなかった。また、軟磁性体を配置しなかった比較例３の磁気泳動表示装置及び図８に示す構造の比較例４の磁気泳動表示装置では、線はおおよそ消えたが、全体に表示セルによる着色があった。また比較例４の磁気泳動表示装置では、軟磁性体と対応する表面位置でわずかに白色度の良い部分が見られたが、使用可能なレベルにすることは困難であった。

本発明の磁気泳動表示装置は、簡易な構成で、書き込み性能を低下させることなく、表示面側からの操作によって表示を部分的に消去でき有用である。

１ 磁気泳動表示シート
３ａ，３ｂ，３ｃ イレーサー（消去用磁石）
１１ 表示セル
１２ 着色分散液
１３ 磁性粒子
１６ 軟磁性体
３３ スペーサー

Claims (11)

1. 着色分散液に磁性粒子が分散された液体が封入された複数の表示セルを平面状に配置した磁気泳動表示シートを備え、
   前記表示セルの中心よりも、前記磁気泳動表示シートの表示面と反対側の背面側に、前記複数の表示セルと接触するように複数の軟磁性体を配置し、
   前記磁気泳動表示シートの表示面に、当該表示面と対向する面の全体が同一極である消去用磁石を位置させることによって、前記磁気泳動表示シートの表示を消去することを特徴とする磁気泳動表示装置。
2. 前記軟磁性体が略球形状である請求項１記載の磁気泳動表示装置。
3. 前記軟磁性体の平均粒子径が前記表示セルの最大幅よりも小さい請求項２記載の磁気泳動表示装置。
4. 前記軟磁性体の残留磁化が１０ｍＴ以下である請求項１〜３のいずれかに記載の磁気泳動表示装置。
5. 前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面の面積が、前記表示セルの面積以上である請求項１〜４のいずれかに記載の磁気泳動表示装置。
6. 前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面における実効磁化が４０ｍＴ〜１００ｍＴの範囲である請求項１〜５のいずれかに記載の磁気泳動表示装置。
7. 前記消去用磁石が、板状の硬磁性体である請求項１〜６のいずれかに記載の磁気泳動表示装置。
8. 前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面側に、スペーサーを設け、前記対向面と前記磁気泳動表示シートの表示面との距離が一定となるようにした請求項７記載の磁気泳動表示装置。
9. 前記消去用磁石の、前記磁気泳動表示シートの表示面と対向する面が、中心部が前記表示面側に突出した曲面である請求項７記載の磁気泳動表示装置。
10. 前記消去用磁石の前記曲面の曲率が０．２ｍｍ^−１以下である請求項９記載の磁気泳動表示装置。
11. 前記磁性粒子が、磁極を異なる色に色分けした磁石片である請求項１〜１０のいずれかに記載の磁気泳動表示装置。