JPH11327470A - 電子紙ディスプレイ用の多色球体形成方法 - Google Patents

電子紙ディスプレイ用の多色球体形成方法

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JPH11327470A
JPH11327470A JP11011408A JP1140899A JPH11327470A JP H11327470 A JPH11327470 A JP H11327470A JP 11011408 A JP11011408 A JP 11011408A JP 1140899 A JP1140899 A JP 1140899A JP H11327470 A JPH11327470 A JP H11327470A
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spheres
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 優れた電子紙ディスプレイ用多色球体の製造
方法を提供する。 【解決手段】 電子紙ディスプレイ用の回転球体１０を
極性付与可能物質から形成し、保護殻１２で包み込む。
球体１０は第一電極１４と第二電極１６の間に配置さ
れ、これらの電極間に電界を発生させる。この電界がそ
れぞれの球体１０に極性付与し、第一帯電ポールと第二
帯電ポールを持つ双極子エレクトレットに変換する。最
低一種の着色料２０をそれぞれの球体１０に付け、帯電
ポール同士が異なる性質を持つ多色球体を形成する。極
性付与された多色球体はその後電子紙ディスプレイを製
作するのに使われる。これは、それぞれの球体が選択的
に加えられた電界に反応し回転可能なように球体を配列
して包み込むことによって行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転球体電子紙デ
ィスプレイの技術に関し、特に電子紙ディスプレイシー
ト用の小さな極性付与球体の製作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子紙ディスプレイ装置は、ジリコン
（gyricon）ベースの電子紙ディスプレイとしても知ら
れ、通常シート状で、米国特許第4,126,854号及び米国
特許第4,143,103号に開示されており（現在の譲受人に
譲渡されている）、参考のためここにその全内容を編入
する。電子紙ディスプレイは、薄く透明なシートを備
え、紙の文書の特徴を数多く所有する。紙のような外観
を持ち、紙のような周辺光弁性質（例えば、周辺光が明
るいほどよく見える）を備え、紙のように曲げやすく、
紙のように持ち運び、書き込み、複写、そしてアーカイ
バル記憶（archival memory）が可能である。更に、こ
のディスプレイ装置を硬い構造として形成し、アドレス
電極を配列し組み込むことも可能である。どちらの実施
形態でも、顕著な特徴として厚さ数ミリのエラストマー
ホスト層を備え、数十μｍの直径を持つ二色球体を多数
含有する。二色球体のそれぞれは、例えば白と黒等、対
照的な色の半球を備え、それぞれの球形の空洞内に入れ
られ、誘電性液でこの空洞を満たされている。ホスト層
の対向表面に位置する電極間に電界を発生させた時、球
体はそれぞれの双極子と発生した電界極性の相互作用で
回転し、どちらかの半球を観察者に示す。
【０００３】従来の二色球体製作方法は、米国特許第5,
344,594号に開示されている（現在の譲受人に譲渡され
ている）。この方法では、単色のガラス球体を形成し、
酸化チタンを多量に詰込み、白く見せる。球体は、基板
上に単一層として堆積する。その後、それぞれの球体表
面に、真空蒸着室内で一方向から濃厚な不伝導性黒色物
質層をコートして一方の半球を覆う。二色球体は、液体
が満たされた空洞に嵌め込まれ、ホストマトリクス中で
浮遊する。球体の周囲の液体も球体自体も誘電体なの
で、球体は巨視的には中性の電荷を持つが、微視的スケ
ールでは、符号が反対の電荷を持つ電気的な二重層を含
む。一方の電荷層は、球体表面に配置され、他方の電荷
層は、空間電荷として球体表面から誘電性液へ外側に向
かって広がる。
【０００４】電気二重層の測定可能な特徴としてゼータ
ポテンシャルがあり、球体が誘電体を通過する際の剪断
面の正味表面及び体積電荷を表す。与えられた液体に対
して、ゼータポテンシャルは、球体表面物質のみの関数
である。このため、それぞれの半球の色または反射率の
違いを生じる物性により、球体の入った空洞内の誘電性
液に対して違う性質のゼータポテンシャルが生じる。こ
の半球間のゼータポテンシャル差が、球体の双極子とし
ての性質を形作り、球体は対向配置された電極が発生す
る電界に反応する。すなわち、それぞれの球体が回転
し、双極子モーメントが対向した電極によって生じた電
界に沿って並ぶ。
【０００５】二色球体には、電界存在時の双極子電荷分
布に加え、更に単極電荷が存在し、この単極電荷は総体
（net）電荷を持つ。二つの半球が、反対の極性のゼー
タポテンシャルを持ち、且つゼータポテンシャルの大き
さが同じなのはまれであるが、そのような場合には、単
極電荷は発生しない。この単極電荷の結果、球体は電界
方向に移動し、空洞壁で止まり保持される。球体が、空
洞内の液体中で容易に回転するには、双極子電荷のた
め、接している空洞壁から離れる必要がある。球体が空
洞壁で停止している時は、摩擦等の力が回転を阻止す
る。この力は、球体が単極電荷によって空洞壁から離れ
るまで働く。この特色が、ディスプレイ装置において長
時間にわたる像維持を可能にする。
【０００６】他の二色球体製作方法は、米国特許第5,26
2,098号及び米国特許第5,344,594号に開示され、現在の
譲受人に譲渡されている。米国特許第5,262,098号で
は、回転円盤法が開示されている。米国特許第5,344,59
4号では、二つの並んでいる異色の固化可能な液体の流
れを層流のホスト液中心へ流し、球体を形成する。二色
流がホスト液にフリージェットとして運ばれると、先端
が不安定になり小滴に分解される。この小滴が、ホスト
液によって移動させされる間に、球体状に変化し球体と
なる。この球体をホスト液で更に移動させ、硬化部及び
分離部へ運ぶ。
【０００７】従来の電子紙ディスプレイの二色球体製作
方法は、化学的工程を要し、化学的電荷をそれぞれの球
体表面に付与していた。この電荷付与方法として、違う
電荷の染料、もしくは色素をそれぞれの半球に塗布して
いた。半球表面ごとの化学的性質の差が双極球体を形成
し、球体は外部電界に沿って並ぶ。それぞれの半球が違
う色素及び組成物質、又はその一方から成り、球体が回
転する流体中で違う程度に帯電される。この代わりに単
色球体の片方の半球をコーティングし、もう片方の半球
との表面電荷特性の差をつけてもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上のような化学的な
二色球体表面帯電方法は、摩擦電気または不純物イオン
によって中和される危険性を持つ。この様な不純物イオ
ンは、帯電表面のコーティングと隣接したりコーティン
グの中に混入している。このため、中和の危険性を完全
に取り除くことは難しい。
【０００９】本発明は新しくまた改善された電子紙ディ
スプレイ用の回転球体製作方法を熟慮し、上述の問題点
等を克服するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は、新しくまた改
善された電子紙ディスプレイ用多色球体の製作方法を提
供する。多数の球体をコア物質から形成し、それぞれの
球体を保護殻で包み込む。複数の球体のそれぞれのコア
物質は、双極子エレクトレットに変換され、第一帯電ポ
ール（極）と第二帯電ポール（極）を有する。該第一帯
電ポールと第二帯電ポールとは異なるものである。複数
の球体のそれぞれは着色され、多色球体となる。この
時、第一帯電ポールは明確に第二帯電ポールに対して異
なる性質となる。
【００１１】本発明のより具体的な態様では、複数の球
体を基板に付着し、流体状態（fluid state）になるま
で加熱する。二つの電極を準備し、その電極間に電界を
発生させる。基板及び複数の球体を、その二電極間に配
置し、複数の球体に電界により極性を与える。その後複
数の球体は冷却され、電界の中で固化する。
【００１２】本発明のもう一つの態様では、電子紙ビデ
オディスプレイ製作方法を提供する。多色球体が第一帯
電ポールと第二帯電ポールを有して一旦製作された後、
多色球体をアレイ状に包み込んでビデオディスプレイを
製作する。この時、それぞれの多色球体は回転可能で、
選択的に加えられた電界に応じて色素を表示する。
【００１３】本発明の一つの効果として、極性をそれぞ
れの球体コア部に付与するので、化学的に球体に帯電さ
せるよりも安定した双極子を形成できることがあげられ
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】図１において、小さな球体１０
は、一般的に０．０５ミリから０．５ミリの直径を持
ち、選択された流体を霧状にし小滴を作成するいずれか
の方法から形成される。これらの方法は、例えば米国特
許第5,262,098号に開示されている（現在の譲受人に譲
渡されている）。球体１０は、単色球体として形成後着
色するか、あるいは二色球体として形成する。極性付与
可能物質、例えばポリマーやワックス等を球体のコア部
形成時に使用する。好適な実施例では、ポリエチレンを
基礎にしたワックス物質を使用する。
【００１５】球体１０の一群を形成した後、つまり所定
数の球体１０を形成した後、それらの球体のそれぞれ
は、保護膜または殻（shell）１２に覆われ、その総体
的な円形を保持する。保護殻物質は、それぞれの球体１
０の周囲を薄くコーティング可能なものから選択され
る。他の方法として、保護殻を一枚のシートとして形成
し、このシート状の保護殻が連続的かつ全体的に複数の
球体１０を包んでもよい。更に後述のようにそれぞれの
球体を溶解状態まで加熱する。ワックスやポリマーを加
熱すると膨張するため、保護殻物質は更に溶解したワッ
クスやポリマーを入れる器としても機能する。通常、ワ
ックスを溶解すると１０％以上膨張するため、保護殻コ
ーティング１２に多大な圧力を加える。そのため、保護
殻物質は、小さな穴の発生を防ぐのに十分な厚さで、な
おかつエラストマー性質を保つのに十分な薄さの物質か
ら選択される。結晶性の少ないワックス物質を球体コア
として使用することにより、球体コア部の溶解膨張特性
を減らし、保護殻破壊の危険性を低くすることができ
る。
【００１６】電子紙ディスプレイの回転球体として機能
させるには、それぞれの球体の一部が帯電され、これに
より電界存在に対して各球体が反応する（並ぶ）。所望
の電荷特性を得るには、それぞれの被包性球体１０に極
性付与し、それぞれの球体１０を双極子エレクトレット
に変換する。これは、被包性球体１０を二つの電極間に
配置することにより実現する。一つは正電荷の上部電極
１４で、もう一つは下部電極１６である。この二電極１
４と１６間に電界を発生させる。コア部の形成に用いら
れるワックス又はポリマー媒体の溶解状態での導電率
は、固体状態での場合に比べはるかに高いので、両電極
から十分な強さの電界を発生させている時には球体１０
を加熱する。溶解状態のコア部では、コア材料のイオン
が可動状態となり、電界によって、この可動イオンが逆
電荷の電極へと移動し、または押し流される。そのた
め、それぞれの球体は双極子に変換され、強力な正電荷
の半球と負電荷の半球とが球体中に形成される。その他
にも、総合電荷が中性でない球体あるいは単極球体で、
双方の半球が同符号の電荷を持ち、片方の電荷がはるか
に大きく、これにより二つの半球を特徴づけてる場合も
ある。
【００１７】球体１０を一定時間電界に晒し、望まれる
極性を付与した後、球体コア部は冷却され、固体状態に
なる。この固体状態では、それぞれの球体の極性消失率
がはるかに低下し、電界除去後も双極子特性を長時間保
持する。
【００１８】図２において、一旦球体１０が極性付与さ
れ双極子になると、半球着色料と並べられる。つまり、
極と着色を相関させる。第１の実施形態では、球体１０
を配列し基板１８に固定し、上記電極１４及び１６間で
極性付与する。基板１８と極性付与球体は着色装置へと
運ばれ、そこで着色料２０ａが極性付与球体１０の「上
部」に堆積される。例えば、もし球体１０の上部に負極
性が付与され、黒色染料２０ｂで上部が着色された場
合、双極で黒色側が負の二色球体が得られる。
【００１９】代案としては以下がある。極性付与工程
で、基板１８と固着球体１０とを絶縁媒体２２で覆う。
この絶縁媒体は誘電性の流体で、気体の絶縁破壊を防
ぐ。気体の絶縁破壊は、強力な電界が電極１４と１６間
に発生した時に生じる。この強力な電界が空気場をイオ
ン化し、アークが発生する。アークは、球体又は電極、
又はその両方を傷つけ、また制御不能のイオン電荷を持
ち込むので望ましくない。
【００２０】図３において、電子紙ディスプレイシート
３０（スケールは図のとおりではない）は、双極二色球
体１０を配置してパネル３２に包み形成する。このパネ
ル３２はエラストマーまたは他のふさわしい物質で形成
し、各球体が回転可能で、選択的に発生させた電界に応
答して、位置を変えることなく（移行運動せず）回転す
る。またパネル３２は空洞３４を有しており、各空洞３
４内に各球体を包含している。また空洞の直径は被包性
球体１０の直径よりも少し大きい。その他に、制限の少
ない空洞またはグリッド（ｇｒｉｄ）では、一つあるい
はそれ以上の球体が一つの空洞に存在でき、移行運動も
可能である。光学的に透明な流体３６でそれぞれの空洞
３４を満たし、球体１０を回転可能とする。パネル３２
は基板３８と基板４０間に配置し、第一導電体グリッド
５０を基板３８とパネル３２の間に配置し、第二導電体
グリッド５２を基板４０とパネル３２の間に配置する。
第二導電体グリッドは、第一導電体グリッドに対して直
交するような配置が好ましい（図中の符号５１、５３で
示す向きを参照）。例えば、第一及び第二導電体グリッ
ドが所定基板上に導体パターンを形成して構成されてい
る場合には、該パターンが第一と第二導電体グリッドと
で直交するように配置する。電源６０は、導電体間に接
続され、電界を選択的にパネル３２の一部に発生させ
る。このため、その部分に存在する一つ又は複数の球体
１０が、双極子の電荷に応じて回転する。ディスプレイ
シート３０は光学上透明物質を有し、被包性球体１０が
観察者から認識できる。
【００２１】図４及び５において、着色料を球体の双極
子と揃える工程で、上記の他に採りうる方法として電気
泳動で着色料又は色素をコア物質中の可動電荷と共に移
動させる方法が挙げられる。球体１０は、最初灰色又は
その他の白色と着色料との混合色である。例えば、一つ
の着色料は中性染料で、もう一つは電気泳動帯電色素で
ある。極性付与工程中、電界が球体１０に作動するた
め、コア物質中のイオンが、電極へと引き付けられる。
塗布色素も電荷を有するため、図５に示すように一つの
半球に移動する。図５において、白色素７０は正電荷を
帯び、上部正電極１４の反対側の半球に移動する。この
結果、双極子二色球体となり、この球体では、上部極７
２が負の対イオンを含み、黒色染料７４で着色される。
【００２２】その他の着色料と双極子を揃える方法とし
て、準安定色素分散がある。この方法は、不可動な染料
と可動イオンの組み合わせによって「定着（settle）」
する。色素を含んだ染料が塗布された後、図５に示すよ
うに一つの着色された半球を形成し、その後電界を加え
ることによって可動電荷の双極子を作る。しかし、染料
は分散したまま残り、反対側の半球も着色する。このた
め、それぞれの球体の片面に定着法もしくは遠心分離法
により着色し、電界が色素を妨害することなく双極子を
作る。この方法は混合色球体（例えば不可動な染料及び
色素、と可動イオン）を円盤回転法等の装置で製作する
ステップを含む。この時、球体は適当な保護殻物質に包
まれ、球体の層が電極間に配置される。更に、気体の絶
縁破壊を防ぐために誘電性流体をその際同時に配置して
もよい。その後、球体をコア物質の融点まで加熱し、遠
心分離を行って色素を定着させ、直流電界を必要時間加
えそれぞれの球体の片面を色素で覆う。球体を冷却し、
それぞれのコア物質を凍らせ、球体を回収する。最後に
球体を配置してエラストマーあるいは上述の他の適当な
物質に包むことで、電子紙シートを製作する。
【００２３】製作工程の一例について以下に解説する。
白色素を付着したポリエチレンオキサイドでドープされ
たポリワックス（polyethylene-oxide-doped polywax）
球体を約４μｍのパリレンでコーティングし、シルガー
ド（sylgard）エラストマーシートで包み込む。そのシ
ートを遠心機内で３０分間回転させた後、ワックスの融
点よりも高い温度まで加熱し、冷却した。この時点で、
半球的には白色透明である。その後、シートをおよそ２
００Ｖの電圧下で３０分ほど再加熱し、冷却した。これ
らのステップは同時に行ってもよく、その場合電極を遠
心機内に配置し、遠心分離中、球体に極性付与する。エ
ラストマーシートをアイソパー（isopar）内で膨張（sw
ell）させ、交流電界内で観察する。球体は、交流電界
によってスイッチするのが観察された。つまり球体の白
色着色側は正電荷を持ち、分極場（polling field）で
形成された双極子の予想と一致した。
【００２４】以上本発明について好適な実施形態を示し
て説明したが、本発明はこれらの記載に直接限定されな
い。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による多数回転球体に二電極間で極性
を付与する工程を示す図である。
【図２】 着色料を塗布した複数の球体を示す図であ
る。
【図３】 本発明による球体から製作した電子紙ディス
プレイの斜視図である。
【図４】 本発明の他の実施形態に係る単色球体の電界
内での初期位置を示す図である。
【図５】 図４の球体が本発明の方法により分極され半
球ごとに着色される工程を示す図である。
【符号の説明】 １０ 球体、１２ 保護殻、１４ 上部電極、１６ 下
部電極、１８ 基板、２０ａ 着色料、２０ｂ 黒色着
色料、２２ 絶縁媒体、３０ 電子紙ディスプレイシー
ト、３２ パネル、３４ 空洞、３６ 光学的透明流
体、３８，４０基板、５０ 第一導電体グリッド、５２
第二導電体グリッド、６０ 電源、７０ 白色素、７
２ 上部極、７４ 黒色染料。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 多色球体の形成方法であって、 極性付与可能物質を用いて複数の球体を形成するステッ
    プと、 前記複数の球体を保護カバーで覆うステップと、 前記複数の球体のそれぞれの前記極性付与可能物質に極
    性を付与し、第一帯電ポールと、該第一帯電ポールと電
    荷の異なる第二帯電ポールとを形成するステップと、 前記第一帯電ポールと前記第二帯電ポールとが光学的に
    異なる性質を持つように前記複数の球体のそれぞれを着
    色し多色球体を形成するステップと、を含むことを特徴
    とする多色球体の形成方法。
JP01140899A 1998-01-28 1999-01-20 電子紙ディスプレイ用の多色球体形成方法 Expired - Lifetime JP4384746B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/014,647 US6054071A (en) 1998-01-28 1998-01-28 Poled electrets for gyricon-based electric-paper displays
US09/014,647 1998-01-28

Publications (2)

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JPH11327470A true JPH11327470A (ja) 1999-11-26
JP4384746B2 JP4384746B2 (ja) 2009-12-16

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JP01140899A Expired - Lifetime JP4384746B2 (ja) 1998-01-28 1999-01-20 電子紙ディスプレイ用の多色球体形成方法

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US (1) US6054071A (ja)
EP (1) EP0933752B1 (ja)
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DE (1) DE69930683T2 (ja)

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