JP6028373B2 - 電気泳動粒子、電気泳動粒子の製造方法、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
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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。
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。
かかる構成の電気泳動分散液では、電気泳動粒子として、正帯電性のものと、負帯電性のものとを含むものが用いられ、これにより、一対の基板(電極)間に電圧を印加することで、所望の情報(画像)を表示させることができるようになる。
また、かかる構成の電気泳粒子は、例えば、原子移動ラジカル重合反応(atom transfer radical polymerization :ATRP)を用いて、以下のようにして製造される。
すなわち、基材粒子を用意し、この基材粒子の表面に、重合開始基を有するシランカップリング剤を結合させた後、この重合開始基を起点として、モノマーがリビングラジカル重合により重合した高分子(ポリマー)を設けることで、電気泳粒子が製造される(例えば、特許文献1参照。)。
したがって、基材粒子の電荷に依存することなく、すなわち、基材粒子の種類に関係することなく、電気泳動粒子に目的とする分散性および帯電性を付与することができる電気泳動粒子の製造方法の開発が求められている。
本発明の電気泳動粒子は、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有し、
前記被覆層は、有機ポリマーで構成され前記母粒子をセル状に包み込む殻体と、前記殻体の表面に結合したポリマーとを含み、
前記ポリマーは、重合開始基を起点として、モノマーに由来するリビングラジカル重合体が連結したものであり、
前記殻体は、表面に電荷を有する前記母粒子側に位置する、前記母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と、殻体の外側に位置する、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とが、最内殻で前記母粒子に向かって前記第1の極性基が配向し、最外殻で前記殻体の外側に向かって前記第2の極性基が配向して、それぞれが有する前記重合性基において架橋したネットワーク構造を形成していることを特徴とする。
これにより、母粒子の種類に関係することなく、目的とする分散性および帯電性が付与された電気泳動粒子とすることができる。
これにより、電気泳動分散液中において、電気泳動粒子を凝集させることなく分散させることができるようになる。すなわち、電気泳動粒子に分散性の特性を付与することができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記モノマーは、陽イオン性モノマーを含むことが好ましい。
これにより、電気泳動分散液中において、電気泳動粒子は、正帯電性の電気泳動粒子となる。すなわち、電気泳動粒子に正帯電性の特性を付与することができる。
本発明の電気泳動粒子では、前記モノマーは、陰イオン性モノマーを含むことが好ましい。
これにより、電気泳動分散液中において、電気泳動粒子は、負帯電性の電気泳動粒子となる。すなわち、電気泳動粒子に負帯電性の特性を付与することができる。
表面に電荷を有する前記母粒子を水性分散液に分散させる工程と、
前記水性分散液に、前記母粒子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する工程と、
前記水性分散液に、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する工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、有機ポリマーで構成される殻体により前記母粒子をカプセル状に包み込んでなるカプセル化母粒子を得る工程と、
前記水性分散液に、第2の極性基と反応性を有する官能基と、重合開始基とを有する重合開始基含有化合物を加えて混合することにより、前記重合開始基含有化合物を、前記カプセル化母粒子の表面に連結させる工程と、
前記水性分散液に、モノマーと触媒とを加えて、前記カプセル化母粒子の表面にポリマーを形成させることで電気泳動粒子を得る工程とを有することを特徴とする。
これにより、得られる電気泳動粒子の帯電特性に対する、母粒子の電荷による影響を的確に抑制することができることから、母粒子の種類に関係することなく、目的とする分散性および帯電性が付与された電気泳動粒子を容易に製造することができる。
これにより、第2の極性基と、重合開始基含有化合物が有する官能基とを確実に連結させることができる。
これにより、第2の極性基と、重合開始基含有化合物が有する官能基とを確実に連結させることができる。
これにより、目的とする分散性および帯電性が付与された電気泳動粒子を容易に製造することができる。
本発明の電気泳動粒子の製造方法では、前記重合開始基含有化合物は、前記重合開始基として、原子移動ラジカル重合により重合するものを備えることが好ましい。
これにより、重合開始基と、モノマーとが反応するリビングラジカル重合をより効率よく進行させることができる。
これにより、優れた分散能および移動能の双方を発揮する電気泳動粒子を備える電気泳動分散液とすることができる。
本発明の電気泳動シートは、基板と、
前記基板には、本発明の電気泳動分散液を収納する複数の構造体が設けられていることを特徴とする。
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。
<電気泳動粒子>
まず、本発明の電気泳動粒子について説明する。
図1は、本発明の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被覆層の模式図である。
母粒子2には、例えば、顔料粒子、染料粒子、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、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することでコート処理されたもの、樹脂粒子の表面を顔料で被覆することでコート処理されたもの、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の色を所望のものに設定することができる。
本発明では、被覆層3は、母粒子2をセル状(カプセル状)に包みこむ殻体31と、この殻体31の表面に結合した複数のポリマー32とを含む構成となっている。
このように、殻体31で母粒子2をセル状(カプセル状)に包みこむ構成とすることで、母粒子(基材粒子)2の電荷による影響を的確に抑制することができる。そのため、ポリマー32の種類および数等を設定することにより電気泳動粒子1に付与された分散性および帯電性等の特性が、母粒子2の電荷に依存して変化してしまうのを、的確に抑制または防止することができる。すなわち、電気泳動粒子1は、母粒子2の種類に関係することなく、目的とする分散性および帯電性等の特性を発揮するものとなる。
ポリマー32は、モノマーがリビングラジカル重合により重合したものであり、後述する電気泳動分散液中における電気泳動粒子1の特性を発揮させるためのものである。
モノマーとして、非イオン性モノマーを含むものを用いて、リビングラジカル重合によりポリマー32を形成することで、後述する電気泳動分散液に含まれる分散媒に対して、ポリマー32は、優れた親和性を示すこととなる。そのため、電気泳動分散液中において、かかるポリマー32を備える電気泳動粒子1を凝集させることなく分散させることができる。すなわち、電気泳動粒子1に分散性の特性を付与することができる。
なお、モノマーから得られるポリマー32は、モノマーをM、後述する重合開始剤が有する重合開始基をXで表すと、図2のような模式図で表すことができる。
<電気泳動粒子の製造方法>
以下、電気泳動粒子1の製造方法(本発明の電気泳動粒子の製造方法)について説明する。
なお、以下に説明する電気泳動粒子1の製造方法は、まず、母粒子2が殻体31によりカプセル状に包み込まれたカプセル化母粒子5を得た後、このカプセル化母粒子5の表面に複数のポリマー32を生成させることで電気泳動粒子1を得る方法である。
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)のカプセル化母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を有する母粒子2を水性分散液90に分散させる。
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。
このとき、第1の重合性界面活性剤61の添加量は、母粒子2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(=使用した母粒子2の重量[g]×母粒子2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を有する母粒子2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、母粒子2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、母粒子2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、母粒子2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、母粒子2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。
これらの中でも、カチオン性基としては、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。
また、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基の中でも、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、ビニレン基からなる群より選択される1種であることが好ましい。さらに、この中でも特に、アクリロイル基、メタクリロイル基がより好ましい例として例示できる。
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が有する重合性基としては、前述のカチオン性の重合性界面活性剤が有する重合性基と同様の重合性基を用いることができる。
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、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、殻体31を構成する有機ポリマーは、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、殻体31を構成する有機ポリマーは、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、殻体31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、殻体31の機械的強度が向上する。また、“嵩高い”基である前記R2基が殻体31中に存在することによって、殻体31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。
なお、
(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つの条件を、本工程において設定することにより、殻体31の表面における帯電極性および帯電量を制御することができる。
さらに、必要に応じて、水性分散液90に超音波を所定時間照射してもよい。これにより、母粒子2の周囲に存在する第2の重合性界面活性剤62の配置形態が極めて高度に制御される。
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。これにより、重合開始剤80を確実に活性化させて、水性分散液90中での重合反応を好適に進行させることができる。
重合開始剤80としては、水溶性の重合開始剤が好ましく、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、2,2−アゾビス−(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、または4,4−アゾビス−(4−シアノ吉草酸)などが挙げられ、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。
まず、母粒子2が有する電荷64に第1の重合性界面活性剤61を吸着させて超音波を照射し、次いで疎水性モノマーを加え、さらに第2の重合性界面活性剤62を加えて超音波を照射して処理することで、母粒子2の周囲に存在する第1の重合性界面活性剤61やモノマーの配置形態が極めて高度に制御され、最内殻では母粒子2に向かって第1の極性基611が配向し、かつ最外殻では水性分散液90に向かって第2の極性基621が配向した状態が形成される。そして、乳化重合によって、この高度に制御された形態のまま、モノマーが有機ポリマーに転化されて殻体31が形成されることにより、殻体31により母粒子2をカプセル状に包み込んでなるカプセル化母粒子5が形成される。
上記の方法によれば、副生成物である水溶性のオリゴマーやポリマーの生成を減少させることができる。これによって、得られたカプセル化母粒子5が分散した水性分散液90の粘度を低下させることができ、限外濾過等の精製工程をより容易とすることができる。
重合反応は、反応系(水性分散液90)内に添加された重合開始剤80の開裂温度まで温度を上げることで重合開始剤80を開裂させ、開始剤ラジカルを発生させる。この開始剤ラジカルが各重合性界面活性剤61、62の不飽和基やモノマーの不飽和基を攻撃することにより、重合反応が開始される。
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カプセル化母粒子5は、母粒子2が殻体31で包み込まれたものとなる。
第1の重合性界面活性剤61を水性分散液90に加えると、母粒子2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する。互いに反対の極性が結び付くことにより両者の極性は相殺されることになる。
この状態で重合反応を行うと、母粒子2表面に前記の構造を維持した図4(b)に示すような有機ポリマーで構成される殻体31が形成される。すなわち、重合反応前での母粒子2の周囲に存在する各重合性界面活性剤61、62の配置形態が極めて高度に制御される。そして、乳化重合反応によって、この高度に制御された形態のまま、重合性界面活性剤61、62および各モノマーが有機ポリマーに転化される。したがって、かかる方法で製造されたカプセル化母粒子5は、極めて高精度に構造が制御されたものとなる。
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を有する母粒子2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、すなわち母粒子2から離れる方向に向いている。
このような分散状態の水性分散液90に、例えば重合開始剤80を添加すると、第1の重合性界面活性剤61、61”および第2の重合性界面活性剤62の各重合性基613、613”、623を重合させることによって、図5(b)に示すように、母粒子2が殻体31’で包み込まれたカプセル化母粒子5が作製される。
なお、上記重合反応においては、上記各重合性界面活性剤、疎水性モノマー、架橋性モノマー、上記一般式(1)で表される化合物、およびその他の公知の重合性モノマーは、それぞれ1種または2種以上を用いることができる。
図6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7は、図3(d)のカプセル化母粒子の構成を示す部分拡大図である。
また、重合性界面活性剤61、62は、極性基611、621と疎水性基612、622と重合性基613、623とを有している。
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。
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、母粒子2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が母粒子2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、62が有する重合性基613、623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、62中の各ビニル基(重合性基613、623)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、62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7に示すように、母粒子2の表面を取り囲むような(覆うような)有機ポリマーで構成される殻体31が形成される。これにより、カプセル化母粒子5が得られる。
ここで、本工程[5]では、殻体31が備える第2の極性基621の種類に応じて、官能基Zの種類、すなわち、重合開始基含有化合物33の種類が選択される。
<<カルボン酸アニオン基>>
第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621がカルボン酸アニオン基である場合、官能基Zとして、水酸基またはアミノ基を備える重合開始基含有化合物33が選択される。これにより、第2の極性基621と、重合開始基含有化合物33が有する官能基Zとを確実に連結させることができる。
すなわち、まず、重合開始基含有化合物33を殻体31に連結させるのに先立って、カルボン酸アニオン基を、ハロゲン化または酸無水物化させる。
次いで、官能基Zが水酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でエステル結合を形成させ、官能基Zがアミノ基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でアミド結合を形成させる。その結果、重合開始基含有化合物33が殻体31に連結されることとなる。
第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621がスルホン酸アニオン基である場合、官能基Zとして、水酸基またはアミノ基を備える重合開始基含有化合物33が選択される。これにより、第2の極性基621と、重合開始基含有化合物33が有する官能基Zとを確実に連結させることができる。
すなわち、まず、重合開始基含有化合物33を殻体31に連結させるのに先立って、スルホン酸アニオン基を、ハロゲン化または酸無水物化させる。
次いで、官能基Zが水酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間で硫酸エステル結合を形成させ、官能基Zがアミノ基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間で硫酸アミド結合を形成させる。その結果、重合開始基含有化合物33が殻体31に連結されることとなる。
第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621がリン酸アニオン基である場合、官能基Zとして、水酸基またはアミノ基を備える重合開始基含有化合物33が選択される。これにより、第2の極性基621と、重合開始基含有化合物33が有する官能基Zとを確実に連結させることができる。
また、下記化学式Cのようにして、重合開始基含有化合物33が殻体31に連結される。
すなわち、まず、重合開始基含有化合物33を殻体31に連結させるのに先立って、リン酸アニオン基を、ハロゲン化または酸無水物化させる。
なお、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間で加水分解反応を伴う場合には、殻体31に1つの重合開始基含有化合物33が連結され、加水分解反応を伴わない場合には、殻体31に2つの重合開始基含有化合物33が連結される。
第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621がアルコキシドアニオン基である場合、官能基Zとして、カルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基を備える重合開始基含有化合物33が選択される。これにより、第2の極性基621と、重合開始基含有化合物33が有する官能基Zとを確実に連結させることができる。
すなわち、官能基Zがカルボキシル基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でエステル結合を形成させ、官能基Zがスルホン酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でスルホン酸エステル結合を形成させ、官能基Zがリン酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でリン酸エステル結合を形成させる。その結果、重合開始基含有化合物33が殻体31に連結されることとなる。
第2の重合性界面活性剤62が有する第2の極性基621がアミノカチオン基(アミン基)である場合、官能基Zとして、カルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基を備える重合開始基含有化合物33が選択される。これにより、第2の極性基621と、重合開始基含有化合物33が有する官能基Zとを確実に連結させることができる。
すなわち、官能基Zがカルボキシル基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でアミド結合を形成させ、官能基Zがスルホン酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でスルホン酸アミド結合を形成させ、官能基Zがリン酸基である場合には、第2の極性基621と重合開始基含有化合物33との間でリン酸アミド結合を形成させる。その結果、重合開始基含有化合物33が殻体31に連結されることとなる。
この場合、連結部としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基が挙げられ、中でも、炭素数が1〜20程度の直鎖アルキル基であるのが好ましい。これにより、官能基Zおよび重合開始基Aの特性に影響を与えることなく、これら同士の離間距離を適切な大きさに保つことができるようになる。
したがって、このような重合開始基含有化合物33は、例えば、下記一般式(5)で表すことができる。
水性分散液90にモノマーMと触媒とを加えると、重合開始基AとモノマーMとが接触し、これら同士の間に重合反応が生じる。また、ポリマー32の生長過程において、生長末端が常に重合開始基Aとなり、この重合開始基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)32が合成される(生成する)。
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32が有するモノマーに由来する構成単位の数を精度よく制御することができる。
このようなことから、所望の重合度を有するポリマー32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。その結果、電気泳動粒子1は、後述する電気泳動分散液中において、優れた分散能および移動能を有するものとなる。
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。
以上のようにして、電気泳動粒子1が製造される。
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1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1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1が有する殻体31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、殻体31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1を冷却して凍結させる。これにより、電気泳動粒子1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1の凍結乾燥を行うことができる。
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(本発明の電気泳動粒子)を分散媒(液相分散媒)に分散(懸濁)してなるものである。
分散媒としては、比較的高い絶縁性を有するものが好ましく用いられ、例えば、例えば、各種水、アルコール類、セロソルブ類、エステル類、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、芳香族復素環類等が挙げられ、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。
また、分散媒中には、必要に応じて、例えば、電解質、界面活性剤(アニオン性またはカチオン性)、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、潤滑剤、安定化剤、各種染料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分散液中において、被覆層3が有するポリマー32の作用により、電気泳動粒子1は、優れた分散能と移動能との双方を発揮するものとなる。
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8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9は、図8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8および図9中の上側を「上」、下側を「下」として説明を行う。
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。
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。
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。
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。
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。
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、ポリマー32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、ポリマー32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。
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。
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。
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。
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10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10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。
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11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11中(a)は断面図、(b)は平面図である。
図11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。
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。
また、本発明の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。
[実施例1A]
[1]まず、平均粒径0.3μmのチタニア粒子(母粒子: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構成される殻体で被覆してなるカプセル化母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。
[5] 次に、この混合液に、下記化学式(6)で表される化合物(重合開始基含有化合物)を加えた後、撹拌して、十分に攪拌混合することで、重合開始基含有化合物をカプセル化母粒子の表面に結合させた。
[7] 次に、この分散液に、陽イオン性モノマーとしてメタクロリルコリンクロリド1重量%、非イオン性モノマーとしてラウリルメタクリレート5重量%を、分散液中に投入した後、十分に攪拌混合することにより、ATRP法を用いてポリマーを形成することで、電気泳動粒子を製造した。
[9] 次に、得られた電気泳動粒子を真空乾燥した。なお、真空乾燥の条件は以下の通りとした。
・冷却温度:110℃
・圧力 :8Pa
前記工程[7]において、陽イオン性モノマーであるメタクロリルコリンクロリドに代えて、陰イオン性モノマーであるカルボキシメチル(メタ)アクリレート1重量%を用いたこと以外は、前記実施例1Aと同様にして、電気泳動粒子を製造した。
[実施例1B]
前記工程[1]において、チタニア粒子に代えて、平均粒径0.4μmのカーボンブラック粒子を用いたこと以外は、前記実施例1Aと同様にして、電気泳動粒子を製造した。なお、カーボンブラック粒子の表面は負に帯電していた。
[実施例2B]
前記工程[7]において、陽イオン性モノマーであるメタクロリルコリンクロリドに代えて、陰イオン性モノマーであるカルボキシメチル(メタ)アクリレート1重量%を用いたこと以外は、前記実施例1Bと同様にして、電気泳動粒子を製造した。
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。
これらの結果を、表1に示す。
また、その帯電量は、実施例1Aと実施例1Bとでほぼ等しく、実施例2Aと実施例2Bとでほぼ等しくなっていた。
これにより、前記工程[1]で選択する母粒子の帯電性(電荷)に依存することなく、前記工程[7]で用いるモノマーの種類を適宜選択すること、すなわちカプセル化母粒子の表面に結合させるポリマーの種類を適宜選択することにより、所望の帯電極性および帯電量を有する電気泳動粒子を製造し得ることが判った。
Claims (13)
- 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有し、
前記被覆層は、有機ポリマーで構成され前記母粒子をセル状に包み込む殻体と、前記殻体の表面に結合したポリマーとを含み、
前記ポリマーは、重合開始基を起点として、モノマーに由来するリビングラジカル重合体が連結したものであり、
前記殻体は、表面に電荷を有する前記母粒子側に位置する、前記母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と、殻体の外側に位置する、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とが、最内殻で前記母粒子に向かって前記第1の極性基が配向し、最外殻で前記殻体の外側に向かって前記第2の極性基が配向して、それぞれが有する前記重合性基において架橋したネットワーク構造を形成していることを特徴とする電気泳動粒子。 - 前記モノマーは、非イオン性モノマーを含む請求項1に記載の電気泳動粒子。
- 前記モノマーは、陽イオン性モノマーを含む請求項1または2に記載の電気泳動粒子。
- 前記モノマーは、陰イオン性モノマーを含む請求項1または2に記載の電気泳動粒子。
- 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の製造方法であって、
表面に電荷を有する前記母粒子を水性分散液に分散させる工程と、
前記水性分散液に、前記母粒子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する工程と、
前記水性分散液に、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する工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、有機ポリマーで構成される殻体により前記母粒子をカプセル状に包み込んでなるカプセル化母粒子を得る工程と、
前記水性分散液に、第2の極性基と反応性を有する官能基と、重合開始基とを有する重合開始基含有化合物を加えて混合することにより、前記重合開始基含有化合物を、前記カプセル化母粒子の表面に連結させる工程と、
前記水性分散液に、モノマーと触媒とを加えて、前記カプセル化母粒子の表面にポリマーを形成させることで電気泳動粒子を得る工程とを有することを特徴とする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の極性基がカルボン酸アニオン基、スルホン酸アニオン基またはリン酸アニオン基であり、前記重合開始基含有化合物が有する前記官能基が水酸基またはアミノ基である請求項5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の極性基がアルコキシドアニオン基であり、前記重合開始基含有化合物が有する前記官能基がカルボキシル基、スルホン酸基またはリン酸基である請求項5に記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記ポリマーは、前記重合開始基に前記モノマーをリビングラジカル重合により重合させることにより、前記カプセル化母粒子の表面に連結して形成される請求項5ないし7のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 前記重合開始基含有化合物は、前記重合開始基として、原子移動ラジカル重合により重合するものを備える請求項5ないし8のいずれかに記載の電気泳動粒子の製造方法。
- 請求項1ないし4のいずれかに記載の電気泳動粒子を含有することを特徴とする電気泳動分散液。
- 基板と、
前記基板には、請求項10に記載の電気泳動分散液を収納する複数の構造体が設けられていることを特徴とする電気泳動シート。 - 請求項11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。
- 請求項12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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