WO2006103946A1

WO2006103946A1 - イオン性着色液体及びこれを用いた画像表示装置

Info

Publication number: WO2006103946A1
Application number: PCT/JP2006/305241
Authority: WO
Inventors: Shinichi Nakano; Hiroko Niwano
Original assignee: Sharp Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-03-25
Filing date: 2006-03-16
Publication date: 2006-10-05
Also published as: JP4666531B2; US20090052004A1; JPWO2006103946A1; US7729034B2

Abstract

　本発明のイオン性着色液体は、電圧印加により液体が移動し、少なくとも顔料を基材とする着色材料と、カチオンとアニオンとを組み合わせた常温溶融塩を主成分として含み、前記着色材料の平均体積粒子径が５μｍ以下、かつ体積粒度分布の変動係数が５０以下である。本発明の画像表示装置は、前記イオン性着色液体(21)への電圧の印加の有無に応じて、前記イオン性着色液体(21)の表面エネルギーを変化させて、前記イオン性着色液体(21)を移動又は液体の表示面側の表面面積を増減して画像表示をする。これにより、イオン性着色材料を分散媒中に安定して分散させることができ、電界誘導型の電子ペーパディスプレイなどに適用できる。

Description

明細書

イオン性着色液体及びこれを用いた画像表示装置

技術分野

[0001] 本発明はイオン性着色液体及び前記着色液体を用いた画像表示装置に関し、詳しくは、外部電場を利用して液体を移動させて画像を表示するシート状の画像表示装置、特に、エレクトロウエツティング現象を利用したフルカラーの電子ペーパーディスプレイに好適なイオン性着色液体及びこれを用ヽた画像表示装置に関する。背景技術

[0002] 従来より、着色の液体の移動現象を利用して表示を行う電子ディスプレイが提案されている。例えば、外部電場を利用して液体を移動させて表示する方式として、電気浸透方式とエレクトロウッテイング方式がある。

[0003] エレクトロウッテイング方式は、細管内の液体に対する電界印加で液体の界面張力を変化させ、電気毛管現象で貫通孔に沿って液体を移動させる一方、電界除去により細管力も液体を流出させる現象を利用している。この方式は、細管の内面に設けられる電極と外部電極との間のスィッチが閉じられる電圧 ON時には液体に電界が印加され、液体の細管内面に対する濡れ性が変化し、液体の細管内面に対する接触角が減少し、この現象に基づいて液体は細管内を電気毛管現象で移動していく。一方、スィッチが開かれ、液体に対する電界印加が除去されると、細管内面に対する液体の濡れ性が変化して接触角度は急激に増大し、この現象に基づいて液体は細管力流出される。

[0004] この種の電気毛管カラー表示装置として提案されて!、る特許文献 1では、着色の導電性液体は、液滴の接触角の相違するものを使用することから、水、アルコール、ァセトン、ホルムアミド、エチレングリコール、それらの混合物等力もなるとされている。

[0005] また、同様のエレクトロウエツティング現象を利用した表示素子及び表示装置からなる特許文献 2においても、前記導電性液体 (電解質溶液）として、 NaCl, Na SOな

2 4 どのような電解質を溶かした水溶液、水、アルコール、アセトン、ホルムアルデヒド、ェチレングリコールのような有極性液体又はこれらと他の適当な液体との混合物が挙げられている。特許文献 3においても、顔料を基材とする着色材料の分散媒として水や有機溶媒が用いられている。

[0006] このように従来提供されて!ヽる導電性着色液体は、顔料を基材とする着色材料の分散媒として水や有機溶媒が用いられている場合が多いが、分散媒が水系の場合には水自体のイオン半径が小さいことから電極表面を覆う絶縁膜を透過しやすくなり、かつ、電位窓が低いことから、絶縁破壊を起こしやすい問題がある。特に、前記水溶液に電圧を印加えて、その表面エネルギーを変化させるには高電圧を印加して、高電圧駆動しなければならず、しカゝも、誘電体膜厚が薄くなると前記絶縁破壊がより起こり易くなる。また、水系の分散媒は、着色液体自体が蒸気圧があることから、特に、高温領域において液体そのものの蒸気圧が影響し、体積膨張が著しくなり、破壊される恐れがある。さらにまた、分散媒に可燃性のものが含まれる場合、衝撃や劣化に伴う内圧上昇による破損で電解質溶液が漏洩'引火の恐れがあり、取り扱いが非常に難しくなる問題があると共に、長期耐久性に問題が多い。

[0007] さらに、顔料を基材とする着色材料の分散媒として水や有機溶媒を用いた場合、温度変化により分散媒自体の分子運動が著しく変化し、着色材料の凝集及び沈降が発生する問題がある。

[0008] 前記水系の分散媒に代えて、ァニオンとカチオンを有するイオン性着色液体を用いるものが特許文献 4で提案されている。即ち、着色材料としてポリア-リン及びポリチォフェンを有する長寿命、高安定性エレクト口クロミックデバイスを製作するための電解質として常温溶融塩を用いるものが提供されて、る。

[0009] しかし、特許文献 4にお、ても、常温溶融塩中で着色材料を分散安定化させて、着色材料の凝集や沈降する問題に関して何ら考慮されて、な、。

特許文献 1：特開平 10— 39799号公報

特許文献 2：特開 2000— 356750号公報

特許文献 3：特開 2003 - 221526号公報

特許文献 4：特表 2004 - 527902号公報

発明の開示

[0010] 本発明は、前記した問題に鑑みてなされたもので、エレクトロウエツティング方式の画像表示装置において、層間の通路に密封されて流れて電圧印加で移動される導電性の着色液体として、分散媒が不燃あるいは難燃性で、温度領域が低ぐ蒸気圧が無、或、は極めて小さく不揮発性で、温度変化による分散媒自体の分子運動が小さく!/ヽイオン性着色液体を用い、前記イオン性着色液体に配合する着色材料が凝集及び沈降が発生させないようにして、着色材料の分散の安定化を図り、耐久性を高めることが可能なイオン性着色液体及びこれを用いた画像表示装置を提供する。

[0011] 本発明のイオン性着色液体は、電圧印加により移動が可能なイオン性着色液体であって、前記イオン性着色液体は、少なくとも顔料を基材とする着色材料と、カチオンとァ-オンとを組み合わせた常温溶融塩を主成分として含み、前記着色材料の平均体積粒子径が 5 μ m以下、かつ体積粒度分布の変動係数が 50以下であることを特徴とする。

[0012] 前記において、「主成分」とは 90質量％以上をいう。「常温」とは 5〜35°Cの範囲をいう。「平均体積粒子径」とは、平均体積を粒径に換算したもので、例えば、堀場製作所レーザ回折粒度測定器 (LB— 550)、島津製作所レーザ回折粒度測定器 (SAL D2100)などを用いて測定することができる。粒度分布とは、測定対象となるサンプル粒子群の中に、どのような大きさ (粒子径)の粒子力どのような割合 (全体を 100 %とする相対粒子量)で含まれてヽるかを示す指標を!ヽぅ。変動係数とは標準偏差と平均の比をいう。

[0013] 本発明の画像表示装置は、前記のイオン性着色液体を用いた画像表示装置であつて、前記イオン性着色液体への電圧の印加の有無に応じて、前記イオン性着色液体の表面エネルギーを変化させて、前記イオン性着色液体を移動又は液体の表示面側の表面面積を増減して画像表示をすることを特徴とする。

図面の簡単な説明

[0014] [図 1]図 1は本発明の第 1実施形態における上部空間に着色のイオン性着色液体が流入して着色表示状態を示す断面図である。

[図 2]図 2は第 1実施形態における上部空間から着色のイオン性着色液体が流失して白色表示状態を示す断面図である。

[図 3]図 3は第 2実施形態における上部空間に着色のイオン性着色液体が流入して着色表示状態を示す断面図である。

[図 4]図 4は第 2実施形態における上部空間から着色のイオン性着色液体が流失して白色表示状態を示す断面図である。

発明を実施するための最良の形態

[0015] 本発明の着色液体は、分散媒として常温溶融塩力なるイオン性着色液体を用いる。常温溶融塩、即ち、室温以下の融点を有するイオン性着色液体は、不揮発性、蒸気圧が実質的にゼロであり、広い液体温度領域を備え、高い熱安定性を有し、使用温度範囲も広いことから漏洩'引火を防ぐことができる。さらに、高イオン伝導性を有すると共に低粘度であるため低電圧駆動が可能となる等の種々の好適な物性を備え、前記した問題を解消できる。

[0016] さらに、溶融塩は親水性のものが多いが、本発明では、実質的に水を含ませない非水系イオン性着色液体として、水系の分散媒とした場合に生じる絶縁破壊、蒸気圧による体積膨張で素子が破壊されることを確実に防止できる。

[0017] 前記のように常温溶融塩は水を配合して、な、非水系溶液とすることが好ま U、。

しかし、不可避的に空気中の水分を吸収して内部に取り込む場合がある。また、配合された水が絶縁破壊や蒸気圧による体積膨張で破壊されることが無い程度の少量な配合量、即ち、本発明においては、前記イオン性着色液体 100質量部に対して、不可避的な水分を 0〜 10質量部含んでも良、。

[0018] 本発明では、前記のように、顔料を基材とする着色材料は、平均体積粒子径が 5 μ m以下として、常温溶融塩中に分散させる。このように、平均体積粒子径が 5 m以下の着色材料を用いることにより、長期保存による常温溶融塩中での沈降を防ぐことが可能である。平均体積粒子径はより小さく方が好ましぐ以下、更には以下が好ましぐ下限は製造できる範囲で現在では 0. 02 m程度である。

[0019] また、着色材料の体積粒度分布の変動係数は 50以下である。前記のように、着色材料の体積粒度分布の変動係数が 50以下とすることにより、広い温度範囲、特に高温領域において粒子の凝集及び沈降を防ぐことが可能となり、かつ長期耐久性が確保することが可能となる。

[0020] この変動係数も小さ!/、方が好ましぐ変動係数はばらつきを示す数字なので、小さければ小さい程、粒子の凝集及び沈降を防ぐことができるので、 20以下がより好ましい。さらには、 5以下にすることが好ましぐ 5以下にすることで、エレクトロウエツティング方式のスイッチングの繰り返し特性が良いことが判明している。変動係数は 0. 1を下回るような組成均一性を得るには、分散に極めて長時間を必要とするため、生産面で実用的でないという理由で 0. 1である。ここで、エレクトロウエツティング方式とは、イオン性着色液体への電圧印加時に前記表示側空間にイオン性着色液体を拡散させて着色表示させる方式を、う。

[0021] イオン性着色材料と常温溶融塩との配合量は、常温溶融塩を 100質量部とすると、イオン性着色材料は 0. 05〜50質量部の範囲である。これは 0. 05質量部未満であると低粘度であることから機械的な分散手法では粒子径にばらつきが生じる。一方、 50質量部を越えると着色材料の分散安定ィ匕が難しくなり、保存安定性に欠けることになる。より好ましくは、 0. 1〜20質量部である。

[0022] 着色基材となる顔料の種類は、着色する色によって異なる力一例としてカーボンブラック等が用いられる。カーボンブラック以外の着色材料としては、酸化鉄、酸ィ匕鉛

、酸化銅、酸ィ匕チタンなどの無機顔料が挙げられる。

[0023] 前記イオン性着色液体の常温溶融塩 (電解質）は、電荷が 1価のカチオンとァ-ォンとを 1種類づっ組み合わせた 1—1塩が好ましい。イオン性着色液体において、力チオンとァ-オンの静電的な相互作用は電荷の積に比例するため、 1価のイオンを選ぶことによってイオン間の相互作用を減らし、融点や粘度を低下させることができる。この結果、低温溶融塩により低温特性を改善できる。

[0024] 前記カチオンは、下記の化学式（1)の 1, 3—ジアルキルイミダゾリウムカチオン、化学式（2)の N—アルキルピリジ-ゥムカチオン、化学式（3)のテトラアルキルアンモ- ゥムカチオン、化学式 (4)のテトラアルキルフォスフォユウムカチオン力選択されることが好ましい。

[0025] [化 1]

[0026] [化 2]

[0027] [化 3]

R1

N -

R3

[0028] [化 4]

R1

Ρ+- R3

[0029] 前記化学式 1〜4において、 R1〜R4は各々同一であっても異なってもよい炭素数〜 10のアルキル基を示す。

[0030] 前記ァ-オンは、（A1C1 ) nCl—、 (AlBr ) nBr―、 Cl—、 Br―、 Γ、（HF) nF―、 BF―、 PF

3 3 4 6

, TaF―、 WF―、 NO―、 NO―、 CF SO―、 (CF SO ) N―、 (CF SO ) C―、 (CF CF

2 2 2 3

SO ) N―、 CF COO—、 CF CF CF CO—、 CF CF CF SO―、 (CN) N―、 CH COO"

2 3 3 2 2 3 2 2 3 2 3 から選択されることが好ま、。

[0031] 具体的には、イオン性着色液体は、下記力選択される化学種を含むことが好ましい。

[0032] EMIA1C1、 EMIA1 CI、 EMIF-HF, EMIF- 2. 3HFゝ EMINO、 EMINO、 E

4 2 7 2 3

MIBF、 EMIA1F、 EMIPF、 EMIAsF、 EMISbF、 EMINbF、 EMITaF、 EM

4 4 6 6 6 6 6

ICH CO、 EMICF CO、 EMIC F CO、 EMICH SO、 EMICF SO、 EMIC H

3 7 3 3 4 9

SO、 EMI (CF SO ) N、 EMI (C F SO ) N、 EMI (CF SO ) C、 EMI (CN) N、

3 3 2 2 2 5 2 2 3 2 3 2

EMIVOC1、 BMIA1C1、 BMIBF、 BMIPF、 BMICF CO、 BMIC F CO、 BMI CH SO、 BMICF SO、 BMIC H SO、 BMI (CF SO ) N、 DMPIA1C1、 DMPI

3 3 3 3 4 9 3 3 2 2 4

Al CI、 DMPIPF、 DMPIAsF、 DMPI (CF SO ) N、 DMPI (C F SO ) N、 DM

2 7 6 6 3 2 2 2 5 2 2

PI (CF SO ) C。

3 2 3

[0033] なお、前記 EMIは 1ーェチルー 3—メチルイミダゾリゥム、 BMIは 1ーブチルー 3—メチルイミダゾリゥム、 DMPIはジメチルー 3—プロピルイミダゾリゥムの略記である。

[0034] 前記 EMIや BMIは空気や水に安定で、イオン伝導度が高、。このためイオン性着色液体を低電圧で高速移動させることができる。特に、同一のァ-オンであれば、 E MI+を有する化合物は室温で最大の電気伝導率を示す。

[0035] ァ-オンは種類によって基本物性はかなり相違するため、下記の物性値を有するィオン性着色液体となるように、ァ-オンとカチオンの組み合わせることが好ましい。即ち、イオン性着色液体の導電率は、 25°Cにおけるイオン伝導度（sZcm)が 0. 1 X 1 0 ³以上であることが好まし、。イオン伝導度（sZcm)を 0. 1 X 10— ³以上としたのは、誘電体膜とイオン性着色液体との界面に電荷が溜まりやすくなり、電荷密度の向上で電荷同士が反発することで、イオン性着色液体の表面形状 (表面エネルギー）を変化させやすくなり、低電圧でイオン性着色液体を駆動可能となるためである。イオン伝導度は高、ほど好ま、が、現在入手可能なイオン性着色液体のイオン伝導度の上限は約 3. 5 X 10— ³である。イオン性着色液体のイオン伝導度の評価は、 SUS電極を用いて、東陽テ-クカル社製の"インピーダンスアナラザー HP4294A"で、複素ィンピーダンス法により柳』定する。

[0036] また、イオン性着色液体の粘度は 25°Cで 300cp以下であることが好ま、。粘度は低い程好ましいが、現在入手可能な粘度の下限は 60cp程度である。粘度を 25°Cで 300cp以下としたのは、 300cp以下であれば 50V程度以下の低電圧駆動が可能となるためである。

[0037] 前記イオン性着色液体は、その融点は— 4°C〜― 90°C程度であることが好ましい。

[0038] イオン性着色液体には室温で固体となる化合物も含まれる場合もあるが、本発明では室温 (約 25°C)で液体であると共に、低温域に達しても高!ヽイオン伝導度を有する液体、例えば、 EMIF- 2. 3HF等が好適に用いられる。

[0039] 画像表示装置はイオン性着色液体への電圧の印加の有無に応じて、イオン性着色液体の表面エネルギーを変化させて、イオン性着色液体を移動ある、は液体の表示面側の表面面積を増減して画像表示を行う電界誘導型のシート状で構成される。

[0040] 前記画像表示装置は、表側と裏側にそれぞれ電極を設けた層の間に表示用空間を備え、前記表示空間は貫通孔で連通しており、前記表示用空間に前記イオン性着色液体が充填され、前記表示用空間の表示側の前記電極層は透明電極とし、前記表示用空間の内側には光散乱層を備え、前記着色液体への電圧印加時に前記表示側空間に着色液体を拡散させて着色表示させる構成が好ましい。

[0041] 前記表示用空間には前記イオン性着色溶液とともに、前記イオン性着色溶液とは非相溶性の無極性液体を充填するのが好ましヽ。イオン性着色溶液と無極性液体との混合割合は、イオン性着色溶液:無極性液体 = 1〜99： 99〜1の範囲が好ましぐさら【こ好ましく【ま10〜90 : 90〜10の範囲でぁり、特【こ好ましく【ま20〜80 : 80〜20の範囲である。

[0042] 具体的には、電極層の間に表示用空間を設け、前記表示用空間に前記着色液体を充填し、前記表示用空間の表示側の前記層は透明とし、非表示側の前記層は光散乱層とし、外部電場を利用して着色液体を移動させ、前記着色液体の移動量に応じて白色散乱シート表面の光反射率を変化させて画像を表示させる。この方式は、エレクトロウエッテング方式あるいは電気浸透方式の表示装置と、われて、る。特に、高速に液体を移動させることができることから、エレクトロウエツティング方式の表示装置とすることが好ましい。

[0043] 詳細には、上部層と、貫通孔を有する光散乱体からなる中間層と、下部層とを備え、上部層と中間層との間に表示側上部空間、中間層と下部層との間に下部空間を設け、これら上下空間を前記貫通孔で連通した着色液体の通路を備え、前記着色したイオン性着色液体への電圧の印加の有無で表示側上部空間へ着色液体をエレクトロウエツティング方式で流入《流出させ、流入時には着色画像表示とする共に流出時には前記光散乱体の光散乱により白色表示するのが好ま、。

[0044] 前記表示装置では、上部層に電極を配置すると共に、貫通孔の内面に電極を配置した 2端子構造とし、前記 2端子をスィッチを介して接続し、前記スィッチをオン'オフすることで前記表示側の上部空間に着色のイオン性着色液体を流入させて着色画像の表示すると共に、前記上部空間から着色のイオン性流体を流出させて白色散乱画面に切り替えてもよい。あるいは、前記 2端子構造に代えて、 3端子構造としてもよい。前記 3端子構造では、上部空間の周面に上部電極、下部空間の周面に下部電極、前記白色散乱シートの貫通孔の内面に沿って配置される共通電極を設け、共通電極と上部電極、前記共通電極と下部電極に接続すると共に回路開閉手段がそれぞれ介設された上部側電源回路と下部側電源回路を備え、上部側電源回路の回路開閉手段と下部側電源回路の回路開閉手段とを交互に開閉させ、前記上部空間への前記イオン性着色液体の流入'流出を切り替える表示装置としてもよい。前記 3端子構造とすると、上部空間へのイオン性着色液体の流入'流出を上部側電源回路と下部側電源回路との交互の開閉による行うため、上部空間へのイオン性着色液体の流入 ·流出速度を迅速に行うことができる。

[0045] 前記上部電極、下部電極には、イオン性着色液体と接触する側に、誘電体層、撥水性を有する絶縁層を順次積層し、イオン性着色液体が接触する最表面には前記撥水層を配置したことが好まし、。

[0046] 即ち、前記連続させた上部空間、白色散乱体の貫通孔、下部空間内において、ィオン性着色液体の移動速度を高速として動画表示を可能とするため、上部電極、下部電極の表面に誘電体層と疎水性を有する絶縁層を配置し、あるいは、絶縁層の表面に疎水層を配置し、電圧の印加時には疎水層が親水層となるようにすることが好ましい。

[0047] 前記誘電体層には、例えば、パリレン (パリレンとはパラキシレン系榭脂の総称)あるいは酸ィ匕アルミナを含有させ、その層厚を 1〜0.： L m程度とすることが好ましい。

[0048] 前記貫通孔及び前記空間内に、前記イオン性着色液体と、前記イオン性着色液体と混じり合わない透明あるいは異なる色に着色された側鎖高級アルコール、側鎖高級脂肪酸、アルカン炭化水素、シリコーンオイル、マッチングオイルカゝら選択された 1 種又は複数種からなる無極性オイルを封入する。

[0049] 前記イオン性着色液体と相溶性がな!、無極性オイルを用いた場合、空気とイオン性着色液体とを接触させるよりは、無極性オイル中でイオン性着色液体の液滴がより移動しやすくなり、イオン性着色液体を高速移動させることが可能となる。 [0050] 本発明のシート状画像表示装置では、前記上部空間及び下部空間を各画素毎に仕切壁で仕切り、各画素毎に用いる前記イオン性着色液体は赤 (R) ,緑 (G) ,青 (B )のいずれかの着色透明液体とし、前記上部空間に着色されたイオン性着色液体が導入されて広がることにより、フルカラーの画像表示をさせ、かつ、前記イオン性着色液体を高速移動させることで、フルカラーの動画表示を行う構成とした。

[0051] なお、 R, G. B表示をする表示空間をまとめて 1画素と見なす場合には、各表示空間は 1つの絵素と見なす。

[0052] 上述したように、本発明の着色液体は、着色材料の分散媒として、カチオンとァ- オンとを組み合わせた常温溶融塩を用い、イオン性の着色液体とすることにより、不揮発性で蒸気圧がゼロであり、広い温度領域と、高い熱安定性を有し、絶縁破壊、蒸気圧による体積膨張で素子が破壊されることを確実に防止できる。さらに、高ィォン伝導性を有すると共に低粘度であるため低電圧駆動させることができる等の種々の利点を有する。

[0053] また、前記分散媒に配合する着色材料は、平均体積粒子径が 5 μ m以下として、常温溶融塩中に分散させているため、長期保存による常温溶融塩中での沈降を防ぐことができる。さらに、着色材料の体積粒度分布の変動係数が 50以下としたため、広い温度範囲、特に高温領域において粒子の凝集及び沈降を防ぐことができ、長期耐久性が確保できる。

[0054] 本発明の着色液体は、少なくとも顔料を基材とする着色材料と、カチオンとァニオンとを組み合わせた常温溶融塩を含有するイオン性着色液体とし、着色材料の平均体積粒子径が 5 μ m以下で、体積粒度分布の変動係数が 50以下である。

[0055] 即ち、粒子力なる顔料を常温溶融塩に分散させており、常温溶融塩を 100質量部とすると、顔料は 0. 05〜50質量部配合する。

[0056] 前記イオン性着色液体は、電荷が 1価のカチオンとァ-オンとを 1種類づっ組み合わせた 1—1塩力もなる常温溶融塩で、かつ、水を全く含まない非水系のイオン性着色液体とする。

[0057] カチオンは、 1, 3—ジアルキルイミダゾリウムカチオン、 N—アルキルピリジ-ゥムカチオン、テトラアルキルアンモ-ゥムカチオン、テトラアルキルフォスフォ -ゥムカチォンから選択される。

[0058] また、ァ-オンは、（A1C1 ) nCl—、 (AlBr ) nBr―、 Cl—、 Br―、 Γ、（HF) nF―、 BF―、 PF

3 3 4

―、 TaF―、 WF―、 NO―、 NO―、 CF SO―、 (CF SO ) N―、 (CF SO ) C―、 (CF CF

6 6 7 3 2 3 3 3 2 2 3 2 3 3 2

SO ) N―、 CF COO—、 CF CF CF CO—、 CF CF CF SO―、（CN) N―、及び CH C

2 3 3 2 2 3 2 2 3 2 3

OO—から選ばれる少なくとも一つである。

[0059] 前記カチオンとァ-オンとは、イオン性着色液体 21が下記の融点、粘度、イオン伝導度を備える組み合わせとなるように選択するのが好ましい。

(1)融点は— 4〜― 90°Cの範囲である。この範囲であれば、常温で液体であり不揮発性であるため蒸気圧がゼロで、広い液体温度領域を有し、高い熱安定性を有する

(2)常温（25°C)におけるイオン伝導度（sZcm)は 0. 1 X 10—³以上である。

(3)常温（25°C)における粘度は 300cp以下である。

[0060] 前記した物性を有するイオン性着色液体としては、前記した 1ーェチルー 3—メチルイミダゾリゥム（EMI)、 1ーブチノレー 3—メチルイミダゾリゥム（BMI)、ある!/ヽはジメチルー 3—プロピルイミダゾリゥム（DMPI)からなる化学種を含むものが用いられる。

[0061] 前記顔料力なる着色材料として、本発明ではカーボンブラックの粒子を用い、前記粒子は、平均体積粒子径が 5 m以下で、かつ、体積粒度分布の変動係数が 50 以下とした。

[0062] 以下、着色液体の実施例と比較例について説明する。

[0063] (実施例 1)

着色材料としてカーボンブラックとして、三菱化学株式会社製、商品名： MA100を用いた。常温溶融塩として、広栄化学工業株式会社製商品名： IL A4を用いた。

[0064] カーボンブラックと常温溶融塩とは、常温溶融塩 100質量部に対してカーボンブラックを 10質量部で配合し、均質に分散されるように 40°Cの温度で 60分間撹拌した。

[0065] 動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550) で測定した結果、前記カーボンブラックの平均体積粒子径は 1 μ m、体積粒度分布の変動係数は 20であった。

[0066] (実施例 2) 着色材料としてカーボンブラックとして、三菱化学株式会社製、商品名： MA100を用いた。常温溶融塩として、広栄化学工業株式会社製商品名： IL A4を用いた。

[0067] カーボンブラックと常温溶融塩とは、常温溶融塩 100質量部に対してカーボンブラックを 50質量部で配合し、均質に分散されるように撹拌した。

[0068] 動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550) で測定した結果、前記カーボンブラックの平均体積粒子径は 5 m、体積粒度分布の変動係数は 20であった。

[0069] (実施例 3)

[0070] カーボンブラックと常温溶融塩とは、常温溶融塩 100質量部に対してカーボンブラックを 0. 05質量部で配合し、均質に分散されるように撹拌した。

[0071] 動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550) で測定した結果、前記カーボンブラックの平均体積粒子径は 1 μ m、体積粒度分布の変動係数は 50であった。

[0072] (比較例 1)

[0073] カーボンブラックと常温溶融塩とは、常温溶融塩 100質量部に対してカーボンブラックを 60質量部で配合し、均質に分散されるように撹拌した。

[0074] 動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550) で測定した結果、前記カーボンブラックの平均体積粒子径は 10 m、体積粒度分布の変動係数は 20であった。

[0075] (比較例 2)

[0076] カーボンブラックと常温溶融塩とは、常温溶融塩 100質量部に対してカーボンブラックを 0. 04質量部で配合し、均質に分散されるように撹拌した。 [0077] 動的光散乱式粒径分布測定装置 (株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550) で測定した結果、前記カーボンブラックの平均体積粒子径は 1 μ m、体積粒度分布の変動係数は 70であった。

[0078] [保存安定性試験]

実施例 1〜3、比較例 1、 2について保存安定性の試験をおこなった。

[0079] 前記保存安定性試験は、着色液体を 70°Cのオーブンに 10日間放置し、放置前後の着色液体について、固形物の粒子径を、株式会社堀場製作所製商品名： LB— 550によって測定し、放置前後の粒子径変化を調べた。その結果を、下記の基準に従って評価した。

[0080] 粒子径変化が少ないほど、粒子の凝集が少なぐ保存安定性が高い。

[0081] A：初期からの平均粒子径変化が 30nm以内である。

[0082] B:初期からの平均粒子径変化が 30nmを超え、 lOOnm未満である。

[0083] C :初期力の平均粒子径変化が lOOnmを超え、 500nm未満である。

[0084] D：初期からの平均粒子径変化が 500nmを超えて!/、る。

[0085] その結果、実施例 1の着色液体は A、実施例 2は B、実施例 3は Bであった。これに対して、比較例 1は C、比較例 2は Dであった。

[0086] この結果より、着色材料の平均体積粒子径が 5 μ m以下、体積粒度分布の変動係数が 50以下とすると、粒子径変化が少なぐ粒子の凝集が少なぐ保存安定性が高いことが確認できた。

[0087] (実施形態 1)

本発明の着色液体を用いたシート状の画像表示の実施形態を説明する。図 1、図 2 に示す第 1実施形態は、エレクトロウエッテング方式を利用したシート状の画像表示装置である。

[0088] 前記画像表示装置は、光散乱シート 10と、前記光散乱シート 10と下部空間 11をあけて配置される第 1シートからなる下部電極基板 12と、光散乱シート 10と上部空間 1 3をあけて配置される透明な第 2シートからなる上部電極基板 14を備えて、る。前記光散乱シート 10及び上下電極基板 12、 14となる第 1シート及び第 2シートはいずれも絶縁材料から形成した。なお、上部電極基板 14側が画像表示側となる。 [0089] 光散乱シート 10の厚さ方向（図中、垂直方向）には貫通孔 15を設け、その下端 15 aは、直交する水平方向の下部空間 11と、上端 15bは水平方向の上部空間 13と連通し、これら連続した下部空間 11、貫通孔 15、上部空間 13とで H形状の液体貯留部 20を形成した。前記下部空間 11及び上部空間 13は、図 1、図 2に示すように、白色の仕切壁 40で仕切り、前記下部空間 11、貫通孔 15、上部空間 13を密閉された連通流路カもなる液体貯留部 20とした。

[0090] 前記液体貯留部 20には、前記本発明の実施例 1〜3のいずれかのイオン性着色液体 21と、絶縁性オイル 22とを密封した。前記オイル 22はイオン性着色液体と非相溶性であり、透明あるいはイオン性着色液体 21とは異なる色に着色された、側鎖高級アルコール、側鎖高級脂肪酸、アルカン炭化水素、シリコーンオイル、マッチングオイルカゝら選択された 1種又は複数種カゝらなる無極性のオイルを用いた。無極性オイルの好ましい粘度は 25°Cにおいて 0. 65cSt〜50cStの範囲である。

[0091] 前記イオン性着色液体と非相溶性の無極性オイルを併用すると、無極性オイル中でイオン性着色液体の液滴がより移動しやすくなり、イオン性着色液体を高速移動させることが可能となる。

[0092] 前記仕切壁 40により区画された隣接の液体貯留部 20には異なる色に着色されたイオン性着色液体を密封した。

[0093] 前記イオン性着色液体 21に電圧を印加あるいは除電して、イオン性着色液体 21を移動させ、オイル 22との位置を置換するため、本実施形態では、貫通孔 15に沿って配置する共通電極 30と、上部空間 13に沿って配置する上部電極 31と、下部空間 1

1に沿って配置する下部電極 32とを備えた 3端子構造とした。

[0094] 上部電極 31と共通電極 30とを上部側スィッチ 35を介設した上部側電源回路 36で接続する一方、下部電極 32と共通電極 30とを下部側スィッチ 37を介設した下部側電源回路 38で接続し、これら電源回路 36、 38は電源 39と接続している。

[0095] 上部側スィッチ 35と下部側スィッチ 37とは一方がオン時、他方はオフで交互に開閉し、上部電極 31と下部電極 32に交互に電場を印加した。

[0096] 前記共通電極 30は光散乱シート 10の貫通孔 15の内周面に沿って配置し、前記貫通孔 15内のイオン性着色液体 21、オイル 22と直接接触させた。 [0097] 上部電極 31は、上部空間 13の上下に配置する上部電極基板 14となる第 2シートの下面と光散乱シート 10の上面に、上部空間 13の全長にわたって配置した。前記上部電極 31の空間面側には高誘電体膜 40を積層配置し、さらに高誘電体膜 40の空間面側に絶縁性を有する撥水膜 41を積層配置し、撥水膜 41をイオン性着色液体 21及びオイル 22と接触させた。

[0098] 下部電極 32も同様で、下部空間 11の上下に配置する下部電極基板 14となる第 1 シートの上面と、光散乱シート 10の下面に、下部空間 11の全長にわたって配置した。前記下部電極 32の空間面側には高誘電体膜 42を積層配置し、さらに高誘電体膜 42の空間面側に絶縁性を有する撥水膜 43を積層配置し、撥水膜 43をイオン性着色液体 21及びオイル 22と接触させた。

[0099] 前記光散乱シート 10の貫通孔 15の内面に設ける共通電極は、アルミニウム、銅等の金属電極を用い、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、デイツプコーティング法等で形成した。

[0100] 上部電極 31、下部電極 32にはインジウム—錫酸ィ匕物合金 (ITO)膜等の透明電極を用いた。

[0101] 前記上部空間 11、下部空間 13の最表面に配置する撥水層は、電圧の印加時に親水層となるものが好ましい。前記撥水層は榭脂で形成した。前記榭脂としてはフッ素系榭脂が好ましい。フッ素榭脂に電圧を印加すると、電荷がフッ素榭脂全体に広がり、それにつられて表面張力が低下し、親水性になる。

[0102] 動画表示を可能とするためには、液体の移動速度の高速ィ匕する必要がある点から、貫通孔の電極内面に前記した回路閉時に親水性、回路開時に疎水性となる被覆を形成することが有効である。

[0103] また、前記誘電体層には、例えば、ノリレンあるいは酸ィ匕アルミナを含有させ、その層厚を 1〜0.： L m程度とすることが好ましい。

[0104] 前記光散乱シート 10は、上部空間 13内からイオン性着色液体 21が流出して、透明なオイル 22が流入された時、表面画面を紙のような白さとするため、光散乱シートを成形する透明シート成形用の高分子榭脂の中に、屈折率の大きな酸ィ匕チタン (屈折率： 2. 76)、アルミナ（屈折率： 1. 76)の微粒子や屈折率の小さい中空ポリマー微粒子 (屈折率： 1. 46)を含有させて、光散乱シートの表面力乱反射を発生させ、紙のような白さを現出させた。

[0105] 光散乱シート 10を構成する榭脂としては熱可塑性榭脂、熱硬化性榭脂の!/、ずれも用いることができ、エポキシ系榭脂、アクリル系榭脂、ポリイミド系榭脂、ポリアミド系榭脂、ポリカーボネート、ポリテトラフルォロエチレン (例えばデュポン社製"テフロン (登録商標)）等を用いる。なお、榭脂に限らず、ガラス、セラミック等のいずれでも良い。

[0106] 光散乱シート 10に設ける貫通孔 15の直径は 0. 1 μ m〜100 μ mの範囲が好ましい。このように、貫通孔 15の直径を 0. 1 /ζ πι〜100 /ζ πιの貫通孔とすると、貫通孔を囲む共通電極 30と上部電極 31あるいは下部電極 32を導通した時に貫通孔 15内に発生させる電界強度をあげることが出来ると共に、貫通孔 15内をエレクトロウエッティング方式で移動するイオン性着色液体の移動速度を高速化することができる。

[0107] また、光散乱シート 10の厚さ（表面から裏面までの寸法）は、 πι〜300 /ζ mの範囲とすることが好ましい。より好ましくは 10 μ m〜100 μ m、特に 50 μ m前後が好ましい。このように、光散乱シート 15の厚さを lmm以下の非常に薄いシートとしたことより、所謂ペーパーディスプレイとすることができる。

[0108] また、光散乱シート 10の厚さを 10 m〜300 mとすると、前記シートの表裏両面に開ロする貫通孔15の長さも10 111〜300 111となり、直径 0. 1 /ζ πι〜100 /ζ πι、長さ 10 μ m〜300 μ mの貫通孔 15に対して、イオン性着色液体をエレクトロウエツテイング方式で高速に流入及び流出させることができる。

[0109] 光散乱シート 10に設けられる貫通孔 15の形成方法としては、フォトリソグラフィ法、陽極酸化法、エッチング法、染色法、印刷法等、適宜な形成方法が採用できる。

[0110] 前記上部電極基板 14となる第 2シート、下部電極基板 12となる第 1シートは、光散乱シート 10と同様な透明榭脂シートから形成し、その厚さを 100〜1000 mとした。

[0111] また、上部電極基板 14と光散乱シート 10の上面との間に形成される上部空間 13、下部電極基板 12と光散乱シート 10の下面との間に形成される下部空間 11の上下寸法（エアギャップ）は 5〜： LOOO /z mとした。なお、前記エアギャップは前記シートの空間に対向して面する撥水膜間の寸法である。

[0112] 前記第 1実施形態の 3端子を備えた 3層構造からなる表示素子では、上部側スイツチ 35と下部側スィッチ 37を交互にオン'オフし、前記上下の電圧制御により、イオン性着色液体をエレクトロウエツティング現象で、上部空間 13と下部空間 11とに貫通孔 15を通して交互に移動させることができた。

[0113] 初期状態が図 1に示す状態であり、上部側スィッチ 35がオンで、下部側スィッチ 37 がオフの状態で、イオン性着色液体 21が上部空間 13に存在する。

[0114] 図 2は上部側スィッチ 35をオフ、下部側スィッチ 37をオンとして、上部空間 13に位置して、たイオン性着色液体 21を貫通孔 15の中に移動し、光散乱シート 10の光散乱面が露出させ、表示面を白色化した。

[0115] 詳細には、上部側スィッチ 35がオンで、下部側スィッチ 37がオフの時、電場が印カロされた上部電極 31側の上部空間 13では、空間表面に対するイオン性着色液体の濡れ性が変化する。即ち、電場により電極表面近傍の電気二重層に存在するイオン性着色液体のイオン (電荷)が電極表面に引き寄せられる。密度が高くなつたイオン（電荷）同士が反発し、その結果、イオン性着色液体と電極固体表面での界面張力を減少させ、イオン性着色液体を相対的に大きくなつた外部張力（固相と気相の間の張力）で引っ張り、上部空間 13の長さ方向の両側端方向に移動させ、イオン性着色液体 21を上部空間 13内に広がり、光散乱シート 10の貫通孔 15内にあったイオン性着色液体 21を上部空間 13へと移動する。

[0116] 上部側スィッチ 35がオフとなると共に下部側スィッチ 37がオンとすると、上部電極 3 1の電場を取り去られて、イオン性着色液体 21の界面張力は、前記イオン性着色液体自体が有する固有の表面張力に戻され、上部空間 13内のイオン性着色液体 21 は光散乱シート 10の貫通孔 15中に戻される。其の時、同時に下部電極 32に電場が印加され、貫通孔 15から下部空間 11に流入するイオン性着色液体 21を、前記と同様な原理で下部空間 11内に広げて行く。

[0117] 即ち、上部電極 31をオフした時、イオン性着色液体が有する固有の表面張力によりイオン性着色液体を戻す方向に移動させるだけでなぐ下部電極 32をオンして、上部空間 13から貫通孔 15を通して下部空間 11内へイオン性着色液体 21を吸引していき、イオン性着色液体 21を高速移動させる。

[0118] このように、上部空間 11へのイオン性着色液体 21の流入と、上部空間 11からィォン性着色液体の流出の両方を上部電極 31と下部電極 32の両方を電圧制御して、応答速度を速くできる双電極構造とした。

[0119] 前記上部空間 13、貫通孔 15、下部空間 11の間で、イオン性着色液体 21を前記のように上部電極 31と下部電極 32との切り換えで電圧制御して移動させる際、イオン性着色液体 21と交ざり合うことなく封入した前記オイル 22はイオン性着色液体 21と置換された位置に移動される。即ち、上部空間 13内のイオン性着色液体 21が貫通孔 15を通して下部空間 11へと移動する時、下部空間 11内のオイル 22が貫通孔 15 の内面に沿って上昇して上部空間 13へと流入する。逆に、下部空間 11内のイオン性着色液体 21が上部空間 13内へと移動する時は、上部空間 13内のオイル 22が貫通孔 15の内周面に沿って移動して下部空間 11へと流入する。

[0120] このように上部側、下部側スィッチ 35、 37を交互にオフ 'オフし、上部電極 31に電場が印加されている状態で、カラーのイオン性着色液体 21を上部空間 13に存在させ、着色表示とする。上部空間 13から下部空間 11に貫通孔 15を通して移動し、上部空間 13はカラーのイオン性着色液体 21が喪失するため、白色表示となる。

[0121] 前記したように、表示素子の上部空間 13と下部空間 11は白色の仕切部 40により仕切られ、仕切部 40により循環流路となる貫通孔 15、上部空間 13、下部空間 11には特定色で着色されたイオン性着色液体 21を移動させ、隣接する循環流路では異なる色で着色されたイオン性着色液体 21を移動させる。

[0122] 電源 39から実効電圧 5V'周波数 ΙΚΗζの交流電圧を印加した場合、液滴の応答速度は lmsecであった。ここで応答速度とは、上部にある液滴が下部に移動する時間（若しくは、下部にある液滴が上部に移動する時間）をいう。応答速度は、印加電圧の実効電圧値に依存し、周波数にはあまり依存しな、。

[0123] イオン性着色液体 21は、シアン（C)、マゼンタ（M)、イェロー（Y) ,ブラック (K)の Vヽずれかの液体とし、上部空間 13に着されたヽずれかイオン性着色液体が導入されて広がることにより、フルカラーの画像表示をさせ、前記イオン性着色液体を高速移動させることで、フルカラーの動画表示を行う構成とした。

[0124] (実施形態 2)

図 3と図 4は第 2実施形態を示す。第 2実施形態は、前記第 1実施形態と相違して、 2端子構造として、電源回路は 1本とした。

[0125] 光散乱シート 10の下面に下部電極基板 12を導電性接着剤を介して積層した。

[0126] 光散乱シート 10の上面と上部電極基板 12の下面の上部空間 13の上下両面に上部電極 70を配置した一方、貫通孔 15の内周面及び下端開口に露出させて下部電極 71を配置した。前記下部電極 71の表面には膜厚 50nmの薄い SiO膜で被覆して

2

親水性とした。

[0127] 前記上部電極 70と下部電極 71とはスィッチ 73を介して電源と接続した。

[0128] 前記構成力もなる 2端子構造の表示素子では、スィッチ 73がオフの初期状態において光散乱孔 10の貫通孔 15の中及び上部空間 13内の貫通孔 15と対向する部分にカラーのイオン性着色液体 21が貯留されている。この時、表面の SiO膜が親水性

2 であるため貫通孔 15内でイオン性着色液体 21は安定している。

[0129] スィッチ 73をオンすると、上部空間 13の内面に発生する電場によりイオン性着色液体 21は上部空間 13の両端方向に引つ張られ、上部空間 13内に着色されたイオン性着色液体が広がる。

[0130] スィッチ 73をオフして電場を切ると、イオン性着色液体 21はそれ自体が有する固有の表面張力で貫通孔 15に戻る。

産業上の利用可能性

[0131] 本発明の常温溶融塩からなるイオン性着色液体に、着色材料の平均体積粒子径力 μ m以下で、体積粒度分布の変動係数が 50以下の着色材料を配合した着色液体を用いたシート状画像表示装置は、エレクトロウエッチング方式のみならず、液体への電圧の印加の有無に応じて液体の表面エネルギーを変化させて、前記液体を移動あるいは液体の表示面側の表面面積を増減して画像表示を行う、電気泳動方式を含む電界誘導型のシート状の表示素子の、ずれにも好適に用いることができる

Claims

請求の範囲

[1] 電圧印加により移動が可能なイオン性着色液体であって、

前記イオン性着色液体は、少なくとも顔料を基材とする着色材料と、カチオンとァ- オンとを組み合わせた常温溶融塩を主成分として含み、

前記着色材料の平均体積粒子径が 5 IX m以下、かつ体積粒度分布の変動係数が 50以下であることを特徴とするイオン性着色液体。

[2] 前記カチオンは、 1, 3—ジアルキルイミダゾリウムカチオン、 N—アルキルピリジ-ゥムカチオン、テトラアルキルアンモ-ゥムカチオン、及びテトラアルキルフォスフォユウムカチオン力選ばれる少なくとも一つのカチオンである請求項 1に記載のイオン性着色液体。

[3] 前記常温溶融塩は、 EMIA1C1、 EMIA1 CI、 EMIF'HFゝ EMIF- 2. 3HFゝ EMI

4 2 7

NO、 EMINO、 EMIBF、 EMIA1F、 EMIPF、 EMIAsF、 EMISbF、 EMINb

2 3 4 4 6 6 6

F、 EMITaF、 EMICH CO、 EMICF CO、 EMIC F CO、 EMICH SO、 EMI

6 6 3 2 3 2 3 7 2 3 3

CF SO、 EMIC H SO、 EMI (CF SO ) N、 EMI (C F SO ) N、 EMI (CF SO )

3 3 4 9 3 3 2 2 2 5 2 2 3 2

C、 EMI (CN) N、 EMIVOCl、 BMIAICI、 BMIBF、 BMIPF、 BMICF CO、 B

3 2 4 4 4 6 3 2

MIC F CO、 BMICH SO、 BMICF SO、 BMIC H SO、 BMI (CF SO ) N、 D

3 7 2 3 3 3 3 4 9 3 3 2 2

MPIAICI、 DMPIAl CI、 DMPIPF、 DMPIAsF、 DMPI (CF SO ) N、 DMPI (

4 2 7 6 6 3 2 2

C F SO ) N、及び DMPI (CF SO ) Cから選ばれる少なくとも一つの塩である請求

2 5 2 2 3 2 3

項 1又は 2に記載のイオン性着色液体。但し、前記 EMIは 1ーェチルー 3—メチルイミダゾリゥム、 BMIは 1ーブチルー 3—メチルイミダゾリゥム、 DMPIはジメチルー 3— プロピノレイミダゾリゥムの略記である。

[4] 前記着色材料と常温溶融塩との配合量は、常温溶融塩を 100質量部としたとき、着色材料は 0. 05〜50質量部の範囲である請求項 1〜3のいずれかに記載のイオン性着色液体。

[5] 前記イオン性着色液体の導電率は、 25°Cにおけるイオン伝導度（sZcm)が 0. 1

X 10— ³以上である請求項 1〜4の、ずれかに記載のイオン性着色液体。

[6] 前記イオン性着色液体の粘度は、 25°Cで 300cp以下である請求項 1〜5のいずれかに記載のイオン性着色液体。

[7] 前記イオン性着色液体の融点は— 4〜― 90°Cの範囲である請求項 1〜6のいずれかに記載のイオン性着色液体。

[8] 請求項 1〜7の、ずれか 1項に記載のイオン性着色液体を用いた画像表示装置であって、

前記イオン性着色液体への電圧の印加の有無に応じて、前記イオン性着色液体の表面エネルギーを変化させて、前記イオン性着色液体を移動又は液体の表示面側の表面面積を増減して画像表示をすることを特徴とする画像表示装置。

[9] 前記画像表示装置は、表側と裏側にそれぞれ電極を設けた層の間に表示用空間を備え、前記表示空間は貫通孔で連通しており、

前記表示用空間に前記イオン性着色液体が充填され、

前記表示用空間の表示側の前記電極層は透明電極とし、

前記表示用空間の内側には光散乱層を備え、

前記着色液体への電圧印加時に前記表示側空間に着色液体を拡散させて着色表示させる請求項 8に記載の画像表示装置。

[10] 前記表示用空間には前記イオン性着色溶液とともに、前記イオン性着色溶液とは非相溶性の無極性液体を充填する請求項 9に記載の画像表示装置。