JPWO2005076064A1 - 情報表示装置 - Google Patents

Abstract

少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、電極の少なくとも一方を基板上に設け、これら電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子群を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置では、前記粒子（粒子群を構成する粒子）の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにして、基板表面を平滑化した。これにより、可能な限り電極を薄くして（電極の高さを小さくして）基板表面上を平滑化することにより、耐久後コントラスト比を向上させた情報表示装置を提供する。

Description

本発明は、クーロン力等を利用した粒子の飛翔移動または粉流体の移動を利用することにより画像等の情報表示を繰り返し行うことができる情報表示板を備える情報表示装置であって、特に、耐久後コントラスト比を向上させるようにした情報表示装置に関するものである。

従来より、液晶（ＬＣＤ）に代わる情報表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式等の技術を用いた情報表示装置が提案されている。

これら従来技術は、ＬＣＤと比較すると、通常の印刷物に近い広い視野角が得られる、消費電力が小さい、メモリ機能を有している等のメリットがあることから、次世代の安価な情報表示装置に使用可能な技術として考えられており、携帯端末用情報表示、電子ペーパー等への展開が期待されている。特に、最近では、分散粒子と着色溶液とから成る分散液をマイクロカプセル化し、これを対向する基板間に配置して成る電気泳動方式（例えば、非特許文献１参照）が提案され、期待が寄せられている。

しかしながら、電気泳動方式では、液中を粒子が泳動するために液の粘性抵抗により応答速度が遅くなるという問題がある。さらに、低比重の溶液中に酸化チタン等の高比重の粒子を分散させているため沈降しやすくなっており、分散状態の安定性維持が難しく、画像等の情報表示を繰り返した場合の表示安定性に欠けるという問題を抱えている。また、マイクロカプセル化にしても、セルサイズをマイクロカプセルレベルにして、見かけ上、上述した欠点が現れにくくしているだけであって、本質的な問題は何ら解決されていない。

一方、溶液中での挙動を利用する電気泳動方式に対し、溶液を使わず、導電性粒子と電荷輸送層とを基板の一部に組み入れる方式も提案され始めている（例えば、趙 国来、外３名、“新しいトナーディスプレイデバイス（Ｉ）”、１９９９年７月２１日、日本画像学会年次大会（通算８３回）“Japan Hardcopy’99”、p.249-252参照）。しかし、この方式は、電荷輸送層、さらには電荷発生層を配置するために構造が複雑化するとともに、導電性粒子に電荷を一定に注入することは難しいため、表示書き換えの安定性に欠けるという問題もある。

上述した種々の問題を解決するための一方法として、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、前記基板に設けた電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置が知られている。

このような情報表示装置では、例えば、ガラス基板等の基板の表面に形成されたＩＴＯ等の透明導電性材料をエッチングによりライン等にパターン化して電極を形成し、さらにその上にフォトレジストにより隔壁を形成して、対向する２枚の基板の間に複数のセルを構成し、各セル内に少なくとも１種類以上の粒子群を封入する。その際、基板上において隣接する電極間に谷間となるような隙間が形成されるので、電極の高さ（基板面から電極上面までの高さ）Ｈに対して粒子の粒子径Ｄが小さい場合（例えば図１３に示すようにＨ≒１．５Ｄの場合）には、対向電極間からこぼれた粒子が電極間の谷間に挟まって動けなくなり、表示不良を招くおそれがある。なお、この問題は、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、気体中に固体状物質が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す少なくとも１種以上の粉流体を封入し、前記基板に設けた電極を用いて粉流体に電界を与えて、前記粉流体を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具える情報表示装置においても同様に生じる。

本発明は、可能な限り電極を薄くして（電極の高さを小さくして）基板表面上を平滑化することにより、耐久後コントラスト比を向上させた情報表示装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、第１発明の情報表示装置は、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、前記基板に設けた電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置であって、前記粒子の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、第２発明の情報表示装置は、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、前記基板に設けた電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置であって、前記粒子の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにするともに、前記基板の前記電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜を積層したことを特徴とする。

上記目的を達成するため、第３発明の情報表示装置は、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、気体中に固体状物質が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す少なくとも１種以上の粉流体を封入し、前記基板に設けた電極を用いて粉流体に電界を与えて、前記粉流体を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具える情報表示装置であって、前記粉流体を構成する粒子物質の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにしたことを特徴とする。

上記目的を達成するため、第４発明の情報表示装置は、少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、気体中に固体状物質が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す少なくとも１種以上の粉流体を封入し、前記基板に設けた電極を用いて粉流体に電界を与えて、前記粉流体を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具える情報表示装置であって、前記粉流体を構成する粒子物質の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにするともに、前記基板の前記電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜を積層したことを特徴とする。

本発明の第１実施形態の情報表示装置を構成する情報表示板の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態の情報表示装置を構成する情報表示板の他の例を示す図である。 本発明の第１実施形態の情報表示装置を構成する情報表示板のさらに他の例を示す図である。 本発明の第１実施形態の情報表示板の構造の一例を示す図である。 本発明の第１実施形態および第２実施形態の情報表示装置における電極構造の要件を説明するための図である。 本発明の情報表示板における隔壁で区画されるセルの形状を示す図である。 本発明の実施例１の情報表示板の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例２の情報表示板の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例１と対比する比較例１の情報表示板の製造方法を説明するための図である。 本発明の実施例３の情報表示板の製造方法を説明するための図である。 従来の情報表示装置において表示不良が発生する要件を説明するための図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づき詳細に説明する。
図１〜図３はそれぞれ、本発明の第１実施形態の情報表示装置を構成する情報表示板の一例およびその他の例を示す図であり、図４は本発明の第１実施形態の情報表示板の構造の一例を示す図である。以下の説明では、第１実施形態として粒子群を例にとって説明しているが、同様の説明を第２実施形態としての粉流体にも適用できる。

第１実施形態の情報表示板は、２種以上の色および帯電特性の異なる粒子群３を基板１および２と垂直方向に移動させることによる画像等の情報表示を行う表示方式（図１参照）に用いる情報表示板と、１種の色の粒子群３を基板１および２と平行方向に移動させることにより画像等の情報表示を行う表示方式（図２、図３参照）に用いる情報表示板とである。また、第１実施形態の情報表示板の構造は、図４に例示するように、基板１、２間に例えば格子状に形成した隔壁４により区画したセル５内へ、所定の粒子群３（３−１１，３−１２）を充填するように構成するものとする。

なお、図１において、６，７は、粒子群３または粉流体３に電界を与えるための電極であり、対向する基板間に粒子群または粉流体を封入した基板内に電界が付与されると、高電位の部位に向かっては低電位に帯電した粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）がクーロン力などによって引き寄せられ、また低電位の部位に向かっては高電位に帯電した粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）がクーロン力などによって引き寄せられ、それら粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）が電解方向にそって往復運動することにより、画像等の情報表示がなされる。ここで、粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）にかかる力としては、粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）同士のクーロン力により引き付け合う力、基板との電気影像力、分子間力、さらに液架橋力、重力等が考えられる。
図２において、６は、対電極の一方であり、この電極と対をなし基板間に設けられるもう一方の電極（図示せず）との間に電界を与えることにより対向する基板間に封入された粒子群または粉流体を表示板の横方向に移動させる。図２において、上に示された状態では粒子群または粉流体の色が画素として表示され、下に示された状態では基板１の内面色が画素として表示される。
図３において、６、７は対電極であり、電極６、７間に電界を与えることにより対向する基板間に封入された粒子群または粉流体を表示板の横方向に移動させる。図３において、上に示された状態では粒子群または粉流体の色が画素として表示され、下に示された状態では電極６の色または電極６が透明の場合は基板１の内面色が画素として表示される。

次に、本発明の情報表示装置の特徴部分である電極構造について図５に基づいて説明する。
図５は本発明の第１実施形態（粒子群）および第２実施形態（粉流体）の情報表示装置における電極構造の要件を説明するための図である。図５において、基板１、２上にマトリックス状に配置した電極６、７の高さ（基板面から電極上面までの高さ）をＨとし、粒子（粒子３−１１および３−１２）の粒子径Ｄとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるように、言い換えれば、電極の高さＨが粒子径Ｄの半分以下になるように、電極を極力薄くする。これにより、基板表面が平滑化されることになるので、基板上において隣接する電極間の谷間に粒子が挟まる可能性が低くなり、仮に電極間の谷間に粒子が入ったとしても粒子径Ｄが電極高さＨの２倍以上であるため容易に脱出することになるので、耐久後コントラスト比が向上した情報表示装置を提供できるようになる。

以下、本発明の情報表示装置の各構成部分について、第１実施形態および第２実施形態に共通の構成部分、粒子群（第１実施形態）に特有の部分、粉流体（第２実施形態）に特有の部分の順に、詳細に説明する。

まず、基板について述べる。
基板１、基板２の少なくとも一方は装置外側から粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）の色が確認できる透明基板であり、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料が好適である。可撓性の有無は用途により適宜選択され、例えば、電子ペーパー等の用途には可撓性のある材料、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン類の携帯機器表示等の用途には可撓性のない材料が用いられる。

基板材料を例示すると、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリカーボネートなどのポリマーシートや、ガラス、石英などの無機シートが挙げられる。
基板厚みは、２〜５０００μｍ、好ましくは５〜１０００μｍが好適であり、薄すぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにくくなり、厚すぎると、表示機能としての鮮明さ、コントラストの低下が発生し、特に、電子ペーパー用途の場合には可撓性に欠ける。

本発明の電極は、少なくとも一方の基板上（基板内側）に設けるが、この上にコート層を設けても構わない。

両方の基板に電極を設ける場合は、電極部位への外部電圧入力によって基板上の各電極位置に生じた電界により、所定の特性に帯電した色の粒子群（粉流体）を引き寄せあるいは反発させることにより、電極部位に対応して配列した粒子群（粉流体）を透明な基板を通して表示装置外側から視認する方法である。
この場合、基板に設ける電極の電極形成材料としては、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、金等の金属類やＩＴＯ、酸化インジウム、導電性酸化錫、導電性酸化亜鉛等の導電金属酸化物類、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子類が例示され、適宜選択して用いられる。電極の形成方法としては、上記例示の材料をスパッタリング法、真空蒸着法、ＣＶＤ（化学蒸着）法、塗布法等で薄膜状に形成する方法や、導電剤を溶媒や合成樹脂バインダーに混合して塗布したりする方法が用いられる。視認側基板に設ける電極は透明である必要があるが、背面側基板に設ける電極は透明である必要がない。いずれの場合もパターン形成可能である導電性である上記材料を好適に用いることができる。なお、電極厚みは、導電性が確保でき光透過性に支障がなければ良く、３〜１０００ｎｍ、好ましくは５〜４００ｎｍが好適である。背面側基板に設ける電極の材質や厚みなどは上述した視認側基板に設ける電極と同様であるが、透明である必要はない。
なお、この場合の外部電圧入力は、直流あるいは交流を重畳しても良い。

本発明の隔壁の形状は、表示にかかわる粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）のサイズにより適宜最適設定され、一概には限定されないが、隔壁の幅は１〜１００μｍ、好ましくは２〜５０μｍに、隔壁の高さは１０〜５０００μｍ、好ましくは１０〜５００μｍに調整される。
また、隔壁を形成するにあたり、対向する両基板の各々にリブを形成した後に接合する両リブ法と、片側の基板上にのみリブを形成する片リブ法が考えられるが、本発明はどちらにも適用できる。
これらのリブからなる隔壁により形成されるセルは、図６に示すごとく、基板平面方向からみて形状としては四角状、三角状、ライン状、円形状、六角状が例示され、配置としては格子状、ハニカム状、網目状が例示される。表示側から見える隔壁断面部分に相当する部分（セルの枠部の面積）はできるだけ小さくした方が良く、表示状態の鮮明さが増す。

ここで、隔壁の形成方法を例示すると、金型転写法、スクリーン印刷法、サンドブラスト法、フォトリソ法、アディティブ法が挙げられる。このうちレジストフィルムを用いるフォトリゾ法や金型転写法が好適に用いられる。

次に、本発明の第１実施形態で用いる粒子群を構成する粒子について述べる。
粒子の作製は、必要な樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を混練り粉砕しても、あるいはモノマーから重合しても、あるいは既存の粒子を樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤でコーティングしても良い。
以下に、樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を例示する。

樹脂の例としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂などが挙げられ、２種以上混合することもでき、特に、基板との付着力を制御する上から、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が好適である。

荷電制御剤の例としては、正電荷付与の場合には、４級アンモニウム塩系化合物、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘導体等が挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属アゾ染料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体などが挙げられる。
着色剤の例としては、塩基性、酸性などの染料が挙げられ、ニグロシン、メチレンブルー、キノリンイエロー、ローズベンガル等が例示される。
無機系添加剤の例としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、マンガンフェライトブラック、コバルトフェライトブラック、銅粉、アルミニウム粉等が挙げられる。

また、ここで繰り返し表示書き換えを行う場合の耐久性をさらに向上させるためには、該粒子を構成する樹脂の安定性、特に、吸水率と溶剤不溶率とを管理することが効果的である。
基板間に封入する粒子を構成する樹脂の吸水率は、３重量％以下、特に２重量％以下とすることが好ましい。なお、吸水率の測定は、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準じて行い、測定条件は２３℃で２４時間とする。
該粒子を構成する樹脂の溶剤不溶率に関しては、下記関係式で表される粒子の溶剤不溶率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。
溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100
（だだし、Ａは樹脂の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に樹脂を２５℃で２４時間浸漬した後の重量を示す）
この溶剤不溶率が５０％未満の場合は、長期保存時に粒子表面にブリードが発生し、粒子の付着力に影響を及ぼし粒子の移動の妨げとなり、画像表示耐久性に支障をきたす場合がある。
なお、溶剤不溶率を測定する際に用いる溶剤（良溶媒）としては、フッ素樹脂ではメチルエチルケトン等、ポリアミド樹脂ではメタノール等、アクリルウレタン樹脂ではメチルエチルケトン、トルエン等、メラミン樹脂ではアセトン、イソプロパノール等、シリコーン樹脂ではトルエン等が好ましい。

また、粒子は球形であることが好ましい。
本発明では、各粒子の粒子径分布に関して、下記式に示される粒子径分布Spanを５未満、好ましくは３未満とする。
Span＝（ｄ(0.9)−ｄ(0.1)）／ｄ(0.5)
（ただし、ｄ(0.5)は粒子の50％がこれより大きく、50％がこれより小さいという粒子径をμｍで表わした数値、ｄ(0.1)はこれ以下の粒子の比率が10％である粒子径をμｍで表わした数値、ｄ(0.9)はこれ以下の粒子が90％である粒子径をμｍで表わした数値である。）
Spanを５以下の範囲に納めることにより、各粒子のサイズが揃い、均一な粒子移動が可能となる。

さらに、粒子の平均粒子径d(0.5)を、０．１〜５０μｍとすることが好ましい。この範囲より大きいと表示上の鮮明さに欠け、この範囲より小さいと粒子同士の凝集力が大きすぎるために粒子の移動に支障をきたすようになる。
さらにまた、各粒子の相関について、使用した粒子の内、最大径を有する粒子のd(0.5)に対する最小径を有する粒子のd(0.5)の比を５０以下、好ましくは１０以下とすることが肝要である。
仮に粒子径分布Spanを小さくしたとしても、色および帯電特性の異なる２種以上の粒子を用いる場合には互いに帯電特性の異なる粒子が互いに反対方向に動くので、互いの粒子サイズが近く、互いの粒子が当量ずつ反対方向に容易に移動できるようにするのが好適であり、それがこの範囲となる。

なお、上記の粒子径分布および粒子径は、レーザー回折／散乱法等から求めることができる。測定対象となる粒子にレーザー光を照射すると空間的に回折／散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光強度パターンは粒子径と対応関係があることから、粒子径および粒子径分布が測定できる。
本発明における粒子径および粒子径分布は、体積基準分布から得られたものである。具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd.)測定機を用いて、窒素気流中に粒子を投入し、付属の解析ソフト（Mie 理論を用いた体積基準分布を基本としたソフト）にて、粒子径及び粒子径分布の測定を行なうことができる。

粒子の表面電荷密度は以下のようにして測定することができる。すなわち、ブローオフ法によって、粒子群とキャリア粒子とを十分に接触させ、その飽和帯電量を測定することにより粒子の単位重量あたりの帯電量を測定できる。そして、この粒子の粒子径と比重を別途求めることにより、この粒子の表面電荷密度を算出する。
＜ブローオフ測定原理及び方法＞
ブローオフ法においては、両端に網を張った円筒容器中に粒子群とキャリアの混合体を入れ、一端から高圧ガスを吹き込んで粒子とキャリアとを分離し、網の目開きから粒子のみをブローオフ(吹き飛ばし)する。このとき、粒子が容器外に持ち去った帯電量と等量で逆の帯電量がキャリアに残る。そして、この電荷による電束の全てはファラデーケージで集められ、この分だけコンデンサーは充電される。そこで、コンデンサー両端の電位を測定することにより、粒子の電荷量Ｑは、
Ｑ＝ＣＶ （Ｃ：コンデンサー容量、Ｖ：コンデンサー両端の電圧）
として求められる。
ブローオフ粉体帯電量測定装置としては東芝ケミカル社製のTB-200を用いた。
本発明ではキャリア粒子として同一のもの（パウダーテック（株）製のキャリア粒子F963-2535）を用い、被測定物（粒子群または粉流体を構成する粒子）の単位重量あたりの電荷密度（μＣ／ｇ）を測定し、別途求めた平均粒子径及び比重から粒子（粒子群または粉流体を構成する粒子）の表面電荷密度（μＣ／ｍｍ^２）を算出した。
＜粒子比重測定方法＞
粒子比重は、株式会社島津製作所製比重計、マルチボリウム密度計H1305 にて測定した。

次に、本発明の第２実施形態で用いる粉流体について説明する。
本発明における「粉流体」は、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。例えば、液晶は液体と固体の中間的な相と定義され、液体の特徴である流動性と固体の特徴である異方性（光学的性質）を有するものである（平凡社：大百科事典）。一方、粒子の定義は、無視できるほどの大きさであっても有限の質量をもった物体であり、重力の影響を受けるとされている（丸善：物理学事典）。ここで、粒子でも、気固流動層体、液固流動体という特殊状態があり、粒子に底板から気体を流すと、粒子には気体の速度に対応して上向きの力が作用し、この力が重力とつりあう際に、流体のように容易に流動できる状態になるものを気固流動層体と呼び、同じく、流体により流動化させた状態を液固流動体と呼ぶとされている（平凡社：大百科事典）。このように気固流動層体や液固流動体は、気体や液体の流れを利用した状態である。本発明では、このような気体の力も、液体の力も借りずに、自ら流動性を示す状態の物質を、特異的に作り出せることが判明し、これを粉流体と定義した。

すなわち、本発明における粉流体は、液晶（液体と固体の中間相）の定義と同様に、粒子と液体の両特性を兼ね備えた中間的な状態で、先に述べた粒子の特徴である重力の影響を極めて受け難く、高流動性を示す特異な状態を示す物質である。このような物質はエアロゾル状態、すなわち気体中に固体状もしくは液体状の物質が分散質として安定に浮遊する分散系で得ることができ、本発明の情報表示装置で固体状物質を分散質とするものである。

本発明の対象となる情報表示装置は、少なくとも一方が透明な、対向する２枚の基板間に、気体中に固体粒子が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す粉流体を封入するものであり、このような粉流体は、低電圧の印加でクーロン力などにより容易に安定して移動させることができる。

粉流体とは、先に述べたように、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。この粉流体は、特にエアロゾル状態とすることができ、本発明の情報表示装置では、気体中に固体状の物質が分散質として比較的安定に浮遊する状態で用いられる。

エアロゾル状態の範囲は、粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍以上であることが好ましく、更に好ましくは２．５倍以上、特に好ましくは３倍以上である。上限は特に限定されないが、１２倍以下であることが好ましい。
粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍より小さいと表示上の制御が難しくなり、また、１２倍より大きいと粉流体を装置内に封入する際に舞い過ぎてしまうなどの取扱い上の不便さが生じる。なお、最大浮遊時の見かけ体積は次のようにして測定される。すなわち、粉流体が透過して見える密閉容器に粉流体を入れ、容器自体を振動あるいは落下させて、最大浮遊状態を作り、その時の見かけ体積を容器外側から測定する。具体的には、直径（内径）６ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリプロピレン製の蓋付き容器（商品名アイボーイ：アズワン（株）製）に、未浮遊時の粉流体として１／５の体積相当の粉流体を入れ、振とう機に容器をセットし、６ｃｍの距離を３往復／ｓｅｃで３時間振とうさせる。振とう停止直後の見かけ体積を最大浮遊時の見かけ体積とする。

また、本発明の情報表示装置は、粉流体の見かけ体積の時間変化が次式を満たすものが好ましい。
Ｖ_１０／Ｖ_５＞０．８
ここで、Ｖ_５は最大浮遊時から５分後の見かけ体積（ｃｍ^３）、Ｖ_１０は最大浮遊時から１０分後の見かけ体積（ｃｍ^３ ）を示す。なお、本発明の情報表示装置は、粉流体の見かけ体積の時間変化Ｖ_１０／Ｖ_５ が０．８５よりも大きいものが好ましく、０．９よりも大きいものが特に好ましい。Ｖ_１０／Ｖ_５ が０．８以下の場合は、通常のいわゆる粒子を用いた場合と同様となり、本発明のような高速応答、耐久性の効果が確保できなくなる。

また、粉流体を構成する粒子物質の平均粒子径（ｄ（０．５））は、好ましくは０．１−２０μｍ、更に好ましくは０．５−１５μｍ、特に好ましくは０．９−８μｍである。０．１μｍより小さいと表示上の制御が難しくなり、２０μｍより大きいと、表示はできるものの隠蔽率が下がり装置の薄型化が困難となる。なお、粉流体を構成する粒子物質の平均粒径（ｄ（０．５））は、次の粒径分布Spanにおけるｄ（０．５）と同様である。

粉流体を構成する粒子物質は、下記式に示される粒子径分布Spanが５未満であることが好ましく、更に好ましくは３未満である。
粒子径分布Span＝（ｄ（０．９）−ｄ（０．１））／ｄ（０．５）
ここで、ｄ（０．５）は粉流体を構成する粒子物質の５０％がこれより大きく、５０％がこれより小さいという粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．１）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質の比率が１０％である粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．９）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質が９０％である粒子径をμｍで表した数値である。粉流体を構成する粒子物質の粒子径分布Spanを５以下とすることにより、サイズが揃い、均一な粉流体移動が可能となる。

なお、以上の粒子径分布および粒子径は、レーザー回折／散乱法などから求めることができる。測定対象となる粉流体にレーザー光を照射すると空間的に回折／散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光強度パターンは粒子径と対応関係があることから、粒子径および粒子径分布が測定できる。粉流体を構成する粒子物質の粒子径および粒子径分布は、体積基準分布から得られる。具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd. )測定機を用いて、窒素気流中に粉流体を投入し、付属の解析ソフト（Mie 理論を用いた体積基準分布を基本としたソフト）にて、測定を行うことができる。

粉流体の作製は、必要な樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を混練り粉砕しても、モノマーから重合しても、既存の粒子を樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤でコーティングしても良い。以下、粉流体を構成する樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を例示する。

樹脂の例としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂などが挙げられ、２種以上混合することもでき、特に、基板との付着力を制御する上から、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が好適である。

荷電制御剤の例としては、正電荷付与の場合には、４級アンモニウム塩系化合物、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘導体などが挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属アゾ染料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体などが挙げられる。
着色剤の例としては、塩基性、酸性などの染料が挙げられ、ニグロシン、メチレンブルー、キノリンイエロー、ローズベンガルなどが例示される。
無機系添加剤の例としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、銅粉、アルミニウム粉などが挙げられる。

しかしながら、このような材料を工夫無く混練り、コーティングなどを施しても、エアロゾル状態を示す粉流体を作製することはできない。エアロゾル状態を示す粉流体の決まった製法は定かではないが、例示すると次のようになる。

まず、粉流体を構成する粒子物質の表面に、平均粒子径が２０−１００ｎｍ、好ましくは２０−８０ｎｍの無機微粒子を固着させることが適当である。更に、その無機微粒子がシリコーンオイルで処理されていることが適当である。ここで、無機微粒子としては、二酸化珪素（シリカ）、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化銅等が挙げられる。この無機微粒子を固着させる方法が重要であり、例えば、ハイブリダイザー（奈良機械製作所（株）製）やメカノフュージョン（ホソカワミクロン（株）製）などを用いて、ある限定された条件下（例えば処理時間）で、エアロゾル状態を示す粉流体を作製することができる。

ここで繰り返し表示書き換えを行う場合の耐久性を更に向上させるためには、粉流体を構成する樹脂の安定性、特に、吸水率と溶剤不溶率を管理することが効果的である。基板間に封入する粉流体を構成する樹脂の吸水率は、３重量％以下、特に２重量％以下とすることが好ましい。なお、吸水率の測定は、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準じて行い、測定条件は２３℃で２４時間とする。粉流体を構成する樹脂の溶剤不溶率に関しては、下記関係式で表される粉流体の溶剤不溶率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。
溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×１００
（ただし、Ａは樹脂の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に樹脂を２５℃で２４時間浸漬した後の重量を示す）

この溶剤不溶率が５０％未満では、長期保存時に粉流体を構成する粒子物質表面にブリードが発生し、粉流体との付着力に影響を及ぼし粉流体の移動の妨げとなり、画像表示耐久性に支障をきたす場合がある。なお、溶剤不溶率を測定する際の溶剤（良溶媒）としては、フッ素樹脂ではメチルエチルケトン等、ポリアミド樹脂ではメタノール等、アクリルウレタン樹脂では、メチルエチルケトン、トルエン等、メラミン樹脂ではアセトン、イソプロパノール等、シリコーン樹脂ではトルエン等が好ましい。

また、粒子群または粉流体の充填量については、粒子群または粉流体の占有体積（体積占有率）が、対向する基板間の空隙部分の５〜７０vol ％、好ましくは５〜６５vol ％、更に好ましくは５〜５５vol ％になるように調整することが好ましい。粒子群または粉流体の体積占有率が、５vol ％より小さいと鮮明な画像表示が行えなくなり、７０vol ％より大きいと粒子群または粉流体が移動しにくくなる。
さらに、本発明においては基板間の粒子群または粉流体を取り巻く空隙部分の気体の管理が重要であり、表示安定性向上に寄与する。具体的には、空隙部分の気体の湿度について、２５℃における相対湿度を６０％RH以下、好ましくは５０％RH以下、さらに好ましくは３５％RH以下とすることが重要である。
この空隙部分とは、図４において、対向する基板１、基板２に挟まれる部分から、粒子群または粉流体３の占有部分、隔壁４（隔壁を設けた場合）の占有部分、情報表示板シール部分を除いた、いわゆる粒子群または粉流体が接する気体部分を指すものとする。
空隙部分の気体は、先に述べた湿度領域であれば、その種類は問わないが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、乾燥メタンなどが好適である。
この気体は、その湿度が保持されるように情報表示板に封入することが必要であり、例えば、粒子の充填、情報表示板の組み立て等を所定湿度環境下にて行い、さらに、外からの湿度侵入を防ぐシール材、シール方法を施すことが肝要である。

以下、本発明の実施例および比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は下記に限定されるものではない。
作製した情報表示板について、後記の基準に従い、表示板としての機能の測定および評価を行った。その結果を以下の表１；第１発明（第３発明）および表２；第２発明（第４発明）に示す。

＜実施例１；第１発明（第３発明は粒子群を粉流体に置き換えたこと以外、同様）＞
情報表示板を以下のように作製した。
まず、図７に示すように、基板（例えば７ｃｍ×７ｃｍ□のガラスエポキシ基板）を用意し、その上に膜厚１０μｍ以下の金属箔（ここでは３μｍのアルミ箔）を積層した。次に、金属箔にレジストを塗布し、その後、露光、レジスト現像、金属箔エッチング、レジスト剥離を順次行うことにより、電極付き基板を完成させた。完成した基板は、マトリクス状に配置される各電極の大きさが３００μｍ×３００μｍで、電極の高さ（Ｈ）が３μｍで、隣接する電極間の隙間が５０μｍであった。

次に、電極付き基板上にここでは高さ５０μｍのリブを作り、ストライプ状の隔壁を形成した。
リブの形成は次のように行なった。感光性フィルムであるニチゴーモートン社製ドライフィルムフォトレジストＮＩＴ２５０をＩＴＯガラス上にラミネートし、露光、現像により、所望とするライン３０μｍ、スペース３２０μｍ、ピッチ３５０μｍの隔壁を形成した。そして、基板上の隔壁間にセルを形成した。

次に、２種類の粒子群（粒子群Ａ、粒子群Ｂ）を準備した。ここで、粒子群Ａ、粒子群Ｂを構成する粒子の粒子径は、電極の高さＨの２倍以上とするのが好ましく、ここではいずれも粒子径Ｄが６μｍのものを用いた（Ｄ＝２Ｈ＝６μｍ）。
粒子群Ａ（黒色粒子群）は、アクリルウレタン樹脂ＥＡＵ５３Ｂ（亜細亜工業（株）製）／ＩＰＤＩ系架橋剤エクセルハードナーＨＸ（亜細亜工業（株）製）に、カーボンＭ１００（三菱化学（株）製）４ｐｈｒ、荷電制御剤ボントロンＮＯ７（オリエント化学（株）製）２ｐｈｒを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕分級して作製した。
粒子群Ｂ（白色粒子群）は、アクリルウレタン樹脂ＥＡＵ５３Ｂ（亜細亜工業（株）製）／ＩＰＤＩ系架橋剤エクセルハードナーＨＸ（亜細亜工業（株）製）に、酸化チタン１０ｐｈｒ、荷電制御剤ボントロンＥ８９（オリエント化学（株）製）２ｐｈｒを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕分級して作製した。

次に、粒子群Ａを第１の粒子群３−１１として、容器内の上部のノズルから気体中に分散して、容器内の下部に置かれた基板１上のセル５内に散布することにより、粒子群Ａをセル５内に充填した。続いて、粒子群Ｂを第２の粒子群３−１２として、容器内の上部のノズルから気体中に分散して、容器の下部に置かれた基板１上のセル５内（すでに粒子群Ａが充填されている）に散布することにより、粒子群Ｂを粒子群Ａに重ねて充填した。粒子群Ａと粒子群Ｂの混合率は同重量ずつとし、それら粒子群の基板間への充填率（体積占有率）は２５ｖｏｌ％となるように調整した。

その後、上記と同様にして作製した電極付き基板（基板２）を、粒子群Ａ，粒子群Ｂがセル内に充填配置された電極付き基板（基板１）に重ね、基板周辺をエポキシ系接着剤で接着するともに、粒子群を封入し、情報表示板を作製した。ここで、空隙を埋める気体は、露点−４０℃の乾燥窒素ガスとした。
以上により作製された実施例１の情報表示板は、表１に示す初期コントラスト比および耐久後コントラスト比を有するものとなった。

＜実施例２；第１発明（第３発明は粒子群を粉流体に置き換えたこと以外、同様）＞
電極付き基板の製造方法を図８に示す「転写法」に変更したことと、粒子径Ｄが０．４μｍのものを用いた（Ｄ＝２Ｈ＝０．４μｍ）こと以外は、上記実施例１と同様にして情報表示板を作製した。すなわち、まず、図８に示すように、ダミー基板（例えば７ｃｍ×７ｃｍ□）を用意し、その下面に、後述するマトリクス状電極に対応する回路を形成した。次に、ダミー基板の回路が形成された面の下部に、実施例１と同一形状の基板（例えば７ｃｍ×７ｃｍ□）が形成されるように、基板材料であるガラスエポキシを積層した。その後、ダミー基板剥離を行うことにより、電極付き基板を完成させた。完成した基板は、マトリクス状に配置される各電極の大きさが３００μｍ×３００μｍで、電極の高さ（Ｈ）が０．２μｍで、隣接する電極間の隙間が５０μｍであった。
以下、実施例１と同様にして、実施例２の情報表示板を作製した。作製された情報表示板は、表１に示す初期コントラスト比および耐久後コントラスト比を有するものとなった。

＜比較例１（第１発明と対比）＞
情報表示板を以下のように作製した。
まず、図９に示すように、銅貼り積層基板（ガラスエポキシ基板等の基板上に膜厚１２μｍの銅箔を接着剤で貼り合わせたもの；例えば７ｃｍ×７ｃｍ□）を用意する。次に、銅箔にレジストをラミネートし、その後、露光、レジスト現像、銅箔エッチング、レジスト剥離を順次行うことにより、電極付き基板を完成させた。完成した基板は、マトリクス状に配置される各電極の大きさが３００μｍ×３００μｍで、電極の高さ（Ｈ）が１２μｍで、隣接する電極間の隙間が５０μｍであった。
以下、実施例１と同様にして、比較例１の情報表示板を作製した。作製された情報表示板は、表１に示す初期コントラスト比および耐久後コントラスト比を有するものとなった。

＜実施例３；第２発明（第４発明は粒子群を粉流体に置き換えたこと以外、同様）＞
情報表示板を以下のように作製した。
電極付き基板を実施例２と同様にして製造するが、電極付き基板のマトリクス状電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜およびレジスト膜を追加積層する変更を加えた。すなわち、図８に示す「転写法」によって基板材料であるガラスエポキシを積層した後、ガラスエポキシ（ＦＲＰ）が半硬化した状態のときに、図１０に示すように、電極付き基板のマトリクス状電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜である銅箔（代わりにフッ素フィルム等を用いてもよい）を接着剤によって貼り付け、さらに、防錆のためのレジスト膜を接着剤によって貼り付けた。その後、ダミー基板剥離を行うことにより、電極付き基板を完成させた。完成した基板は、マトリクス状に配置される各電極の大きさが３００μｍ×３００μｍで、電極の高さ（Ｈ）が０．２μｍで、隣接する電極間の隙間が５０μｍであった。
以下、実施例２と同様にして、実施例３の情報表示板を作製した。作製された情報表示板は、表２に示す初期コントラスト比および耐久後コントラスト比を有するものとなった。表２には、金属箔膜およびレジスト膜を追加積層していない実施例２の情報表示板のデータも併記している。なお、表１と表２とでは、測定条件が異なるため、実施例２に関する初期コントラスト比および耐久コントラスト比のデータが異なるものとなっている。

以上をまとめると、表１に示すように、粒子の粒子径Ｄと電極の高さをＨとが、Ｄ≧２Ｈとなる実施例１および実施例２の情報表示板は、初期コントラスト比＝１０に対して耐久後コントラスト比＝１０という所望の通りの高い耐久後コントラスト比が得られた。このように実施例１および実施例２の情報表示板において高い耐久後コントラスト比が得られた理由は、可能な限り電極を薄くして基板表面上を平滑化したことが寄与していると推定できる。一方、比較例１の情報表示板は、初期コントラスト比＝１０に対して耐久後コントラスト比＝７となり、著しい耐久後コントラスト比の劣化が見られた。
また、表２に示すように、電極付き基板のマトリクス状電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜およびレジスト膜を追加積層した実施例３の情報表示板は、初期コントラスト比＝１０に対して耐久後コントラスト比＝９となり、電極付き基板のマトリクス状電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜およびレジスト膜を追加積層していない実施例２の情報表示板の耐久後コントラスト比＝１．５に対して著しい耐久後コントラスト比の改善効果が確認できた。このように実施例３の情報表示板の耐久後コントラスト比が著しく向上した理由は、金属箔膜およびレジスト膜を追加積層によって透湿度が０．０１（g/m^２/day）以下から５０（g/m^２/day）へと飛躍的に向上したことに起因すると推定できる。

［表示機能の評価］
表示機能の評価は、白→黒および黒→白のベタ表示画像にて、白ベタ画像表示時の画像濃度（白反射率：単位％）と黒ベタ画像表示時の画像濃度（黒反射率：単位％）との比で示されるコントラスト比（白反射率／黒反射率）にて行い、初期コントラスト比および耐久後コントラスト比を対比した。その際の耐久性評価の指標は、表１の場合、耐久試験前に測定したコントラスト比を初期コントラスト比とし、電極間に１００Ｖを印加して１０万回反転による耐久試験を行った後に測定したコントラスト比を耐久後コントラスト比とし、表２の場合、耐久試験前に測定したコントラスト比を初期コントラスト比とし、作製した情報表示板を６０℃、９０％ＲＨ湿熱オーブン中に１０００時間放置した後、電極間に１００Ｖを印加した後に測定したコントラスト比を耐久後コントラスト比とした。
上記において、反射率の測定には、ポータブル反射濃度計 ＲＤ１９（グレタマクベス社製）を用いた。

本発明の情報表示板は繰り返し使用しても画像コントラストが低下せず、この情報表示板を搭載した情報表示装置は、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話、ハンディターミナル等のモバイル機器の表示部、電子ブック、電子新聞等の電子ペーパー、看板、ポスター、黒板等の掲示板、電卓、家電製品、自動車用品等の表示部、ポイントカード、ＩＣカード等のカード表示部、電子広告、電子ＰＯＰ、電子値札、電子棚札、電子楽譜、ＲＦ−ＩＤ機器の表示部などに好適に用いられる。

Claims (4)

1. 少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、前記基板に設けた電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置であって、
   前記粒子の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにしたことを特徴とする情報表示装置。
2. 少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、少なくとも１種類以上の粒子群を封入し、前記基板に設けた電極を用いて前記粒子群に電界を与えて、前記粒子を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具備する情報表示装置であって、
   前記粒子の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにするともに、
   前記基板の前記電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜を積層したことを特徴とする情報表示装置。
3. 少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、気体中に固体状物質が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す少なくとも１種以上の粉流体を封入し、前記基板に設けた電極を用いて粉流体に電界を与えて、前記粉流体を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具える情報表示装置であって、
   前記粉流体を構成する粒子物質の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにしたことを特徴とする情報表示装置。
4. 少なくとも一方が透明な対向する２枚の基板の間の、隔壁によって設けられた複数のセル内に、気体中に固体状物質が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す少なくとも１種以上の粉流体を封入し、前記基板に設けた電極を用いて粉流体に電界を与えて、前記粉流体を移動させて画像等の情報を表示する情報表示板を具える情報表示装置であって、
   前記粉流体を構成する粒子物質の粒子径をＤとし、前記電極の高さをＨとしたとき、Ｄ≧２Ｈとなるようにするともに、
   前記基板の前記電極を設けた面とは反対側の面に金属箔膜を積層したことを特徴とする情報表示装置。

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