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JP2010078871A - 表示用粒子、表示用粒子分散液、表示媒体、及び表示装置 - Google Patents

表示用粒子、表示用粒子分散液、表示媒体、及び表示装置 Download PDF

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JP2010078871A JP2008246730A JP2008246730A JP2010078871A JP 2010078871 A JP2010078871 A JP 2010078871A JP 2008246730 A JP2008246730 A JP 2008246730A JP 2008246730 A JP2008246730 A JP 2008246730A JP 2010078871 A JP2010078871 A JP 2010078871A
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Abstract

【課題】安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子及びその製造方法を提供すること。また、当該表示用粒子を利用した、表示粒子分散液、表示媒体、及び表示装置を提供すること。
【解決手段】帯電基を有する高分子及び着色剤を含有する着色粒子と、前記着色粒子の表面を覆って形成され、高分子ゲルを含んで構成される高分子ゲル層と、を含んで構成されたことを特徴とする表示用粒子である。そして、この表示粒子をした表示用粒子分散液、表示媒体、及び表示装置である。
【選択図】図1

Description

本発明は、 表示用粒子、表示用粒子分散液、表示媒体、及び表示装置に関するものである。
メモリー性を有するディスプレイとして電気泳動表示媒体が盛んに研究されている。本表示方式では、液体中に帯電した着色粒子(泳動粒子)が分散された電気泳動材料を用いて、電場付与によって泳動粒子をセル内(二枚の電極基板を重ねてその間に電気泳動材料を封入した構成)の視野面及び背面へ交互に移動させることによって表示が行なわれる。
本技術では、前記の電気泳動材料が重要な要素になっており、様々な技術開発がなされている。また、粒子を分散する液体として、揮発性が低く、化学物質としての安全性の高い材料が望まれる。この安全性の高い液体として、石油由来高沸点成分であるパラフィン系炭化水素溶媒(市販されている製品としてはエクソン社製のアイソパー系材料等が挙げられる)、シリコーンオイル、フッ素系液体等が望ましく、この液体中で安定に分散し、帯電性や電気泳動性に優れた材料が必要となっている。特にシリコーンオイルは揮発性や可燃性が低く、安全性が高いことから有用である。
ところが、シリコーンオイルに安定に分散しかつ安定な帯電特性を有する材料系はあまり知られていないのが現状である。従来技術としては、例えば、シリコーン系帯電制御高分子分散剤を用いた技術が特許文献1乃至2に提案されており、コアセルベーション法を用いた電気泳動粒子としては特許文献3が知られ、シリコーンオイルに分散する電気泳動粒子として電荷調整剤を含有する構成が開示されている。
特許3936588号 特開2002−212423公報 特開2004−279732公報
本願の課題は、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子及びその製造方法を提供することである。また、本発明の課題は、当該表示用粒子を利用した、表示粒子分散液、表示媒体、及び表示装置を提供することである。
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項1に係る発明によれば、
帯電基を有する高分子及び着色剤を含有する着色粒子と、
前記着色粒子の表面を覆って形成され、高分子ゲルを含んで構成される高分子ゲル層と、
を有する表示用粒子。
請求項2に係る発明によれば、
前記高分子ゲルが、少なくとも、反応性シリコーン系高分子の架橋体又は反応性長鎖アルキル系高分子の架橋体で構成される請求項1に記載の表示用粒子。
請求項3に係る発明によれば、
前記高分子ゲルが、前記着色粒子の帯電基と同じ帯電極性の帯電基を含まない材料で構成される請求項1に記載の表示用粒子。
請求項4に係る発明によれば、
前記着色粒子と前記高分子ゲル層との間であって当該着色粒子の表面に結合又は被覆された、反応性シリコーン系高分子の非架橋体又は非架橋の反応性長鎖アルキル系高分子の非架橋体をさらに有する請求項1に記載の表示用粒子。
請求項5に係る発明によれば、
前記着色粒子の表面に反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を非架橋で結合又は被覆された後、当該反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子に他の反応性シリコーン系高分子又は他の反応性長鎖アルキル系高分子を反応させると共に架橋させて前記高分子ゲル層が形成されてなる請求項4に記載の表示用粒子。
請求項6に係る発明によれば、
請求項1から5までのいずれか1項に記載の表示用粒子を含む粒子群と、
前記粒子群を分散するための分散媒と、
を有することを特徴とする表示用粒子分散液。
請求項7に係る発明によれば、
前記分散媒が、シリコーンオイルである請求項6に記載の表示用粒子分散液。
請求項8に係る発明によれば、
前記分散媒が、パラフィン系炭化水素溶媒である請求項6に記載の表示用粒子分散液。
請求項9に係る発明によれば、
前記粒子群が、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子から構成されることを特徴とする請求項6に記載の表示用粒子分散液
請求項10に係る発明によれば、
少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
前記一対の基板間に封入された、請求項6から9までのいずれか1項に記載の表示用分散液と、
を備えたことを特徴とする表示媒体。
請求項11に係る発明によれば、
少なくとも一方が透光性を有する一対の電極と、
前記一対の電極間に設けられた、請求項6から9までのいずれか1項に記載の表示用分散液を有する領域と、
を備えたことを特徴とする表示媒体。
請求項12に係る発明によれば、
請求項10又は11に記載の表示媒体と、
前記表示媒体の前記一対の基板間に電圧を印加する電圧印加手段と、
を備えた表示装置。
請求項1に係る発明よれば、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
請求項2に係る発明によれば、他種の高分子ゲルを採用する場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
請求項3に係る発明によれば、他種の高分子ゲルを採用する場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
請求項4に係る発明によれば、着色粒子に直接高分子ゲル層を形成した場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
請求項5に係る発明によれば、他の手法を採用する場合に比べ、簡易且つ効率よく、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
請求項6に係る発明によれば、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子分散液が提供される。
請求項7に係る発明によれば、特に、高分子ゲルの構成材料として反応性シリコーン系高分子を用いたとき、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子分散液が提供される。
請求項8に係る発明によれば、特に、高分子ゲルの構成材料として反応性長鎖アルキル系高分子を用いたとき、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子分散液が提供される。
請求項9に係る発明によれば、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても安定した分散性及び帯電特性を有すると共に互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子分散液が提供される。
請求項10に係る発明によれば、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、繰り返し安定して表示がなされる表示媒体が提供される。
請求項11に係る発明によれば、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、繰り返し安定して表示がなされる表示装置が提供される。
請求項12に係る発明によれば、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、繰り返し安定して表示がなされる表示媒体が提供される。
以下、本発明の実施形態について説明する。
(表示用粒子、表示用粒子分散液)
本実施形態に係る表示用粒子分散液は、電界に応じて移動する表示用粒子(泳動粒子)を含む粒子群(泳動粒子群)と、粒子群を分散するための分散媒と、を有する。そして、当該表示用粒子(本実施形態に係る表示用粒子)は、帯電基を有する高分子及び着色剤を含有する着色粒子と、着色粒子の表面に覆って結合又は被覆された、高分子ゲルを含んで構成される高分子ゲル層と、を有して構成されている。
本実施形態に係る表示用粒子は、電界に応じて移動する粒子であり、分散媒に分散された状態において帯電特性を有し、形成された電界に応じて分散媒内を移動するものである。そして、本実施形態に係る表示用粒子(表示用分散液)は、上記構成とすることで、高分子ゲル層を有さない場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子となるものである。帯電特性は、粒子の帯電極性及び帯電量を示しており、本実施形態ではこの帯電極性及び帯電量の変動が抑制され、安定化される。
ここで、本実施形態に係る表示用粒子は上記特性を有することから、表示用粒子分散液において、当該粒子含む粒子群が、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子から構成、即ち本実施形態に係る表示粒子として帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子から構成すると、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系でも、安定した分散性及び帯電特性が維持される。そして、特に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系でも、互いの表示用粒子の凝集が抑制される。帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子は、例えば、後述する帯電基を有する高分子の当該帯電基を変更することで得られる。
以下、表示用粒子について説明する。
まず、着色粒子について説明する。着色粒子は、帯電基を有する高分子と、着色剤と、必要に応じてその他の配合材料と、を含んで構成される。
帯電基を有する高分子は、帯電基として例えばカチオン性基又はアニオン性基を有する高分子である。帯電基としてのカチオン性基は、例えば、アミノ基、4級アンモニウム基が挙げられ(これら基の塩も含む)、このカチオン基により粒子に正帯電極性が付与される。一方、帯電基としてのアニオン性基としては、例えば、フェノール基、カルボキシル基、カルボン酸塩基、スルホン酸基、スルホン酸塩基、リン酸基、リン酸塩基及びテトラフェニルボロン基が挙げられ(これら基の塩も含む)、このアニオン性基により粒子に負帯電極性が付与される。
帯電基を有する高分子として、具体的には、例えば、帯電基を有する単量体の単独重合体であってもよいし、帯電基を有する単量体と他の単量体(帯電基を持たない単量体)との共重合体が挙げられる。
帯電基を有する単量体としては、カチオン性基を有する単量体(以下、カチオン性単量体)、アニオン性基を有する単量体(以下、アニオン性単量体)が挙げられる。
カチオン性単量体としては、例えば、以下のものが挙げられる。具体的には、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ヒドロキシエチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−エチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N−オ クチル−N−エチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジヘキシルアミノエチル(メタ)アクリレート等の脂肪族アミノ基を有する(メタ)アクリレート類、ジメチルアミノスチレン、ジエチルアミノスチレン、ジメチルアミノメチルスチレン、ジオクチルアミノスチレン等の含窒素基を有する芳香族置換エチレン系単量体類、
ビニル−N−エチル −N−フェニルアミノエチルエーテル、ビニル−N−ブチル−N−フェニルアミノエチルエーテル、トリエタノールアミンジビニルエーテル、ビニルジフェニルアミノエチルエーテル、N−ビニルヒドロキシエチルベンズアミド、m−アミノフェニルビニルエーテル等の含窒素ビニルエーテル単量体類、ビニルアミン、N−ビニルピロール等のピロール類、N−ビニル−2−ピロリン、N−ビニル−3−ピロリン等のピロリン類、N−ビニルピロリジン、ビニルピロリジンアミノエ ーテル、N−ビニル−2−ピロリドン等のピロリジン類、N−ビニル−2−メチルイミダゾール等のイミダゾール類、N−ビニルイミダゾリン等のイミダゾリン類、N−ビニルインドール等のインドール類、N−ビニルインドリン等のインドリン類、N−ビニルカルバゾール、3,6−ジブロム−N−ビニルカルバゾール等のカルバゾール類、2−ビニルピリジン、4−ビニルピリジン、2−メチル−5−ビニルピロジン等のピリジン類、(メタ)アクリルピペリジン、N−ビニルピペリドン、N−ビニルピペラジン等のピペリジン類、2−ビニルキノリン、4−ビニルキノリン等のキノリン類、N−ビニルピラゾール、N−ビニルピラゾリン等のピラゾール類、2−ビニルオキサゾール等のオキサゾール類、4−ビニルオキサジン、モルホリノエチル(メタ)アクリレート等のオキサジン類などが挙げられる。
また、汎用性から特に望ましいカチオン性単量体としては、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレート、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレートなどの脂肪族アミノ基を有する(メタ)アクリレート類が望ましく、特に重合前あるいは重合後に4級アンモニウム塩とした構造で使用されることが望ましい。4級アンモニウム塩化は、前記化合物をアルキルハライド類やトシル酸エステル類と反応することで得られる。
一方、アニオン性単量体としては、例えば、以下のものが挙げられる。
具体的には、アニオン性単量体のうち、カルボン酸モノマーとしては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸、シトラコン酸、又はそれらの無水物及びそのモノアルキルエステルやカルボキシエチルビニルエーテル、カルボキシプロピルビニルエーテルの如きカルボキシル基を有するビニルエーテル類等がある。
スルホン酸モノマーとしては、スチレンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−スルホプロピル(メタ)アクリックアシッドエステル、ビス−(3−スルホプロピル)−イタコニックアシッドエステル等及びその塩がある。また、その他2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリル酸の硫酸モノエステル及びその塩がある。
リン酸モノマーとしては、ビニルホスホン酸、ビニルホスフェート、アシッドホスホキシエチル(メタ)アクリレート、アシッドホスホキシプロピル(メタ)アクリレート、ビス(メタクリロキシエチル)ホスフェート、ジフェニル−2−メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジフェニル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−メタクリロイロキシエチルホスフェート、ジブチル−2−アクリロイロキシエチルホスフェート、ジオクチル−2−(メタ)アクリロイロキシエチルホスフェート等がある。
望ましいアニオン性単量体としては、(メタ)アクリル酸やスルホン酸を持ったものであり、より望ましくは重合前あるいは重合後にアンモニウム塩となった構造のものである。アンモニウム塩は、3級アミン類あるいは4級アンモニウムハイドロオキサイド類と反応させることで作製される。
また、他の単量体としては、非イオン性単量体(ノニオン性単量体)が挙げられ、例えば、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、(メタ)アクリルアミド、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、イソブチレン、N−ジアルキル置換(メタ)アクリルアミド、スチレン、ビニルカルバゾール、スチレン、スチレン誘導体、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、塩化ビニル、塩化ビニリデン、イソプレン、ブタジエン、N−ビニルピロリドン、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
ここで、帯電基を有する単量体と他の単量体との共重合比は、所望の粒子の帯電量に応じて変更される。通常は帯電基を有する単量体と他の単量体との共重合比がそのモル比で1:100乃至100:0からの範囲で選択される。
帯電基を有する高分子の重量平均分子量としては、1000以上100万以下が望ましく、より望ましくは1万以上20万以下である。
次に、着色剤について説明する。着色剤としては、有機若しくは無機の顔料や、油溶性染料等を使用することができ、マグネタイト、フェライト等の磁性紛、カーボンブラック、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、フタロシアニン銅系シアン色材、アゾ系イエロー色材、アゾ系マゼンタ色材、キナクリドン系マゼンタ色材、レッド色材、グリーン色材、ブルー色材等の公知の着色剤が挙げられる。具体的には、アニリンブルー、カルコイルブルー、クロムイエロー、ウルトラマリンブルー、デュポンオイルレッド、キノリンイエロー、メチレンブルークロリド、フタロシアニンブルー、マラカイトグリーンオキサレート、ランプブラック、ローズベンガル、C.I.ピグメント・レッド48:1、C.I.ピグメント・レッド122、C.I.ピグメント・レッド57:1、C.I.ピグメント・イエロー97、C.ブルー15:1、C.I.ピグメント・ブルー15:3、等が代表的なものとして例示される。
着色剤の配合量としては、帯電基を持つ高分子に対し10質量%以上99質量%以下が望ましく、望ましくは30質量%以上99質量%以下である。
次にその他の配合材料を説明する。その他の配合材料としては、例えば帯電制御剤、磁性材料が挙げられる。
帯電制御剤としては、電子写真用トナー材料に使用される公知のものが使用でき、例えば、セチルピリジルクロライド、BONTRON P−51、BONTRON P−53、BONTRON E−84、BONTRON E−81(以上、オリエント化学工業社製)等の第4級アンモニウム塩、サリチル酸系金属錯体、フェノール系縮合物、テトラフェニル系化合物、酸化金属粒子、各種カップリング剤により表面処理された酸化金属粒子が挙げられる。
磁性材料といては、必要に応じてカラーコートした無機磁性材料や有機磁性材料を使用する。また、透明な磁性材料、特に、透明有機磁性材料は着色顔料の発色を阻害せず、比重も無機磁性材料に比べて小さく、より望ましい。
着色した磁性材料(カラーコートした材料)としては、例えば、特開2003−131420公報記載の小径着色磁性粉が挙げられる。核となる磁性粒子と該磁性粒子表面上に積層された着色層とを備えたものが用いられる。そして、着色層としては、顔料等により磁性粉を不透過に着色する等選定して差し支えないが、例えば光干渉薄膜を用いるのが望ましい。この光干渉薄膜とは、SiOやTiO等の無彩色材料を光の波長と同等な厚みを有する薄膜にしたものであり、薄膜内の光干渉により光の波長を選択的に反射するものである。
次に、着色粒子の表面に覆って結合又は被覆させる高分子ゲル層について説明する。高分子ゲル層は、高分子ゲルと、必要に応じてその他添加剤と、を含んで構成される。
高分子ゲルとしては、例えば、下記に列挙するモノマー群から選択される1種以上のモノマーからなる単独重合体の架橋体、2種以上のモノマーからなる共重合体の架橋体が挙げられ、電気泳動材料に使用する分散媒に不溶である膨潤体を形成する性質をもつものである。また、高分子ゲルとしては、上記モノマー群からなる重合体又は共重合体の架橋体の他にも、ポリエステル系高分子の架橋体、ポリビニルアセタール誘導体の架橋体、ポリウレタン系高分子の架橋体、ポリウレア系高分子の架橋体、ポリエーテル系高分子の架橋体、ポリアミド系高分子の架橋体、又はポリカーボネート系高分子の架橋体等も挙げられる。
−モノマー群−
(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、シリコーン鎖をもった(メタ)アクリレート系モノマー、(メタ)アクリル酸ジアルキルアミノアルキルエステル、(メタ)アクリルアミド、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、イソブチレン、N−ジアルキル置換(メタ)アクリルアミド、N−アルキル置換(メタ)アクリルアミド、ビニルピリジン、ビニルアミン、アリルアミン、スチレン、ビニルカルバゾール、N-ビニルピロリドン、スチレン、スチレン誘導体、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリル(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレート、塩化ビニル、塩化ビニリデン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、メチレンビスアクリルアミド、イソプレン、ブタジエン、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、シリコーン系の多官能性(メタ)アクリレートモノマー(信越化学工業社製:XX−22−164、XX−22−164AS、XX−22−164A、XX−22−164B、XX−22−164C、XX−22−164Eなど)。なお、これらの表記において、「(メタ)アクリレート」等の記述は、「アクリレート」及び「メタクリレート」等のいずれをも含む表現である。
特に、高分子ゲルとしては、架橋された反応性シリコーン系高分子、又は架橋された反応性長鎖アルキル系高分子が好適に挙げられる。これらの架橋体で構成される高分子ゲルにより、他種の高分子ゲルを採用する場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
反応性シリコーン系高分子の一つとしては、例えば、以下の各成分(A.シリコーン鎖成分、B.反応性成分、C.その他共重合成分)からなる共重合体が好適に挙げられる。
A.シリコーン鎖成分
シリコーン鎖成分としては、片末端に(メタ)アクリレート基を持ったジメチルシリコーンモノマー(例えば、チッソ社製:サイラプレーン:FM−0711,FM−0721,FM−0725等、信越シリコーン(株):X−22−174DX, X−22−2426, X−22−2475等)が挙げられる。
B.反応性成分
反応性成分としては、エポキシ基を有するグリシジル(メタ)アクリレート、イソシアネート基を有するイソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズAOI、カレンズMOI)などが挙げられる。
C.その他共重合成分
その他共重合成分としては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレートなどの(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート。エチレンオキシドユニットを持ったモノマー、例えばテトラエチレングリコールモノメチルエーテル(メタ)アクリレートなどのアルキルオキシオリゴエチレングリコールの(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールの片末端(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、N,N−ジアルキルアミノ(メタ)アクリレートなどが挙げられる。
なお、上記のうち成分A,Bは必須成分であり、成分Cは必要に応じて共重合する。3成分の共重合比はA.シリコーン鎖成分が50wt%以上、より望ましくは70wt%以上あることが望ましい。非シリコーン鎖成分(B+C)が50wt%よりも多くなると、界面活性能力が下がり、生成する粒子の粒径が大きくなったり、生成粒子の凝集が発生しやすくなる。また、B.反応性成分が20wt%以上0.1wt%以下の範囲であることが望ましい。20wt%よりも多くなると作製した表示用粒子に反応性基が残存し、粒子の凝集等を引き起こす恐れがあり、0.1wt%よりも少ないと粒子表面への結合が不完全になる恐れがある。
反応性シリコーン系高分子としては、上記共重合体以外に、片末端にエポキシ基を持つシリコーン化合物(下記構造式1で示されるシリコーン化合物)も挙げられる。当該片末端にエポキシ基を持つシリコーン化合物としては、例えば、信越シリコーン社製:X−22−173DX等が挙げられる。
Figure 2010078871
構造式1中、R’は、水素原子、又は炭素数1以上4以下のアルキル基を示す。nは自然数(例えば1以上1000以下、好ましくは3以上100以下)を示す。xは1以上3以下の整数を示す。
これらの中でも、反応性シリコーン系高分子は、優れた反応性と界面活性能を持つという点から、片末端に(メタ)アクリレート基を持ったジメチルシリコーンモノマー(下記構造式2で示されるシリコーン化合物:例えば、チッソ社製:サイラプレーン:FM−0711,FM−0721,FM−0725等、信越シリコーン(株):X−22−174DX, X−22−2426,X−22−2475等)とグリシジル(メタ)アクリレート又はイソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズAOI、カレンズMOI)との少なくとも2成分からなる共重合体が好適である。
Figure 2010078871
構造式2中、Rは、水素原子、又はメチル基を示す。R’は、水素原子、又は炭素数1以上4以下のアルキル基を示す。nは自然数(例えば1以上1000以下、好ましくは3以上100以下)、を示す。xは1以上3以下の整数を示す。
反応性シリコーン系高分子の重量平均分子量としては、500以上100万以下が望ましく、より望ましくは1000以上100万以下である。
一方、反応性長鎖アルキル系高分子としては、例えば上記したシリコーン系共重合体と類似した構成のもので、成分A.シリコーン鎖成分の代わりに長鎖アルキル成分A’として長鎖アルキル(メタ)アクリレートを用いたものが挙げられる。長鎖アルキル(メタ)アクリレートの具体例としては炭素数4以上のアルキル鎖をもったものが望ましく、ブチル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレートなどが挙げられる。これらの中でも、優れた反応性と界面活性能を持つという点から、長鎖アルキル(メタ)アクリレートとグリシジル(メタ)アクリレート、あるいはイソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズAOI、カレンズMOI)の少なくとも2成分からなる共重合体 が好適である。また、共重合体中の成分A’、B,Cの組成比は前述の反応性シリコーン系高分子と同様な範囲から選択される。
なお、反応性長鎖アルキル系高分子の「長鎖」とは、例えば、炭素数4以上30以下程度のアルキル鎖を側鎖に有する高分子を意味する。
反応性長鎖アルキル系高分子の重量平均分子量としては、1000以上100万以下が望ましく、より望ましくは1万以上100万以下である。
ここで、上記高分子ゲルは、着色粒子に存在するような帯電基を持たない電気的に中性であることが粒子の分散性の上から望ましい(つまり、高分子ゲルは、着色粒子の帯電基と同じ帯電極性の帯電基を含まない材料で構成されることが望ましい)。また、帯電特性等の要求によって帯電基を導入する場合、且つ種類の異なる着色粒子(泳動粒子)を混合する場合には各粒子のもつ高分子ゲル中の帯電基は同じものとすることが望ましい。異なる種類の帯電基(官能基)の粒子を混合するとその静電的作用や反応によって強い凝集が発生する恐れがあるためである。具体的には、高分子ゲルは、前記したカチオン基やアニオン基などの帯電基を含まない材料がよい。特に、高分子ゲル層(その表面)に、他の着色粒子の表面にある官能基と反応する基、又は静電相互作が生じる基を持たないことがよい。これにより、着色粒子の帯電基に対する影響が抑制され、高分子ゲル層が帯電基を含む材料で構成される場合に比べ、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が提供される。
高分子ゲルは、例えば、上記高分子(重合体又は共重合体)を用いると共に、架橋剤の添加、高分子への放射線(例えば電子線、又はγ線等)を照射する、高分子の加熱、過酸化物の添加等により、上記高分子(重合体又は共重合体)を三次元架橋することで得られる。また、モノマー
上記高分子ゲルを含んで構成される高分子ゲル層は、その他添加剤を含んでもよい。その他添加剤としては、高分子や無機材料などの粒子等が挙げられる。
高分子ゲル層の形成は、上記高分子(重合体又は共重合体)を分散又は溶解させた溶媒中に、着色粒子を分散させ、架橋剤の添加、高分子への放射線(例えば電子線、又はγ線等)を照射する、高分子の加熱、過酸化物の添加等により、上記高分子(重合体又は共重合体)を三次元架橋することで行われる。無論、モノマーから重合させつつ、高分子ゲル層の形成してもよい。
また、高分子ゲル層は、着色粒子の表面と化学的に結合した状態で着色粒子を覆って形成されていてもよいし、非結合状態(単なる被覆させた状態)で形成されていてもよい。着色粒子の表面と化学的に結合した状態で着色粒子を覆う形態の場合、例えば、高分子(重合体又は共重合体)に反応性基(例えば、エポキシ基、イソシアネート基等)を持たせ、当該反応性基と着色粒子の表面に有する官能基(官能基が前記した帯電基を兼ねていても良い)とを結合させつつ、高分子(重合体又は共重合体)を架橋させることで、高分子ゲル層が形成される。無論、反応性基を持つモノマーから重合させつつ、反応性基と着色粒子の表面に有する官能基(官能基が前記した帯電基を兼ねていても良い)とを結合さて、高分子ゲル層の形成してもよい。
高分子ゲル層の量(覆う量)は、着色粒子の質量に対して1質量%から200質量%の範囲であることが、分散性の上から望ましい。1質量%よりも少ないと粒子の分散剤が劣ることがあり、200質量%よりも多いと粒子の帯電量が低下する等の課題が発生することがある。
この高分子ゲル層の量(覆う量)は、次のようにして求められる。一つは作製した表示用粒子を遠心沈降させて、その質量を測定することで着色粒子材料量に対する増加量分として算出する。その他には粒子の組成分析から算出してもよい。
次に、本実施形態に係る表示粒子の好適な形態について説明する。本実施形態に係る表示用粒子は、着色粒子表面に直接高分子ゲル層を形成してもよいが、着色粒子と高分子ゲル層との間であって当該着色粒子の表面に結合又は被覆された、反応性シリコーン系高分子の非架橋体又は非架橋の反応性長鎖アルキル系高分子の非架橋体を有することがよい。つまり、本実施形態に係る表示用粒子は、1)着色粒子と高分子ゲル層との間であって着色粒子の表面に反応性シリコーン系高分子が結合又は被覆された表示用粒子、2)着色粒子と高分子ゲル層との間であって着色粒子の表面に反応性長鎖アルキル系高分子が結合又は被覆された表示用粒子の形態が挙げられる。これら形態は、後述するように特定の反応性分散剤を持いて表面に反応性分散剤を結合あるいは被覆した着色粒子を作製し、さらに表面の反応性分散剤を足場にしてさらに他の高分子を結合あるいは被覆、架橋させて、又は反応性分散剤に含まれる官能基や着色粒子の表面に導入した官能基を利用してモノマーを重合することによって高分子ゲルを形成した、粒子形態である。
これら、非架橋体である反応性シリコーン系高分子、及び反応性長鎖アルキル系高分子は、上記高分子ゲルで説明したものと同様なものが好適に適用される。
反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を着色粒子の表面に結合又は被覆させるが、ここで「結合」とは、高分子の反応性基と着色粒子の表面に有する官能基(官能基が前記した帯電基を兼ねていても良い)とを結合させることを示し、「被覆」とは、反応性高分子の反応基が着色粒子表面の官能基や別途、系に添加された化学物質によって重合等の反応を起こして、粒子表面に層と形成して着色粒子表面を覆っている状態を示す。ここで、結合と被覆との選択的に行う手法としては、例えば、結合させる場合、上記のように官能基(帯電基)と積極的に結合する反応性基を持つ反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を選択する(例えば、粒子上の官能基としてとして酸基、酸塩基、ヒドロキシル基、アルコラート基、フェノラート基、反応性基としてエポキシ基やイソシアネート基を選択)、被覆する場合、官能基(帯電基)を触媒として反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子の反応性基同士が結合する当該高分子を選択する(例えば、官能基(帯電基)としてアミノ基、アンモニウム基、反応性基としてエポキシ基を選択)などの手法がある。
反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を着色粒子の表面に結合あるいは被覆する方法としては、加熱等によって実施される。また結合量及び被覆量としては、粒子の質量に対して2質量%から200質量%の範囲であることが、分散性の上から望ましい。2質量%よりも少ないと粒子の分散性が劣ることがあり、200質量%よりも多いと粒子の帯電量が低下する等の課題が発生することがある。
この結合量及び被覆量は、次のようにして求められる。一つは作製した表示用粒子を遠心沈降させて、その質量を測定することで着色粒子材料量に対する増加量分として算出する。その他には粒子の組成分析から算出してもよい。
次に、本実施形態に係る表示用粒子の製造方法について説明する。
本実施形態に係る表示用粒子の製造方法は、帯電基を有する高分子と着色剤と高分子ゲルを構成するための高分子(重合体又は共重合体)と第1溶媒と前記第1溶媒に対して非相溶で前記第1溶媒より沸点が低く且つ帯電基を有する高分子を溶解する第2溶媒とを含む混合溶液を攪拌し、乳化させる工程と、前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去して、前記帯電基を有する高分子及び前記着色剤を含有する着色粒子を生成する工程と、前記高分子ゲルを構成するための高分子(重合体又は共重合体)を架橋させて、着色粒子の表面を覆って高分子ゲル層を形成する工程と、を有することが好適である。所謂、液中乾燥法により、表示用粒子を作製すると、特に、安定した分散性及び帯電特性を持つ表示用粒子が得られる。
特に、高分子ゲルを構成するための高分子(重合体又は共重合体)として、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を適用した場合、本実施形態に係る表示用粒子の製造方法は、帯電基を有する高分子と着色剤と反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子と第1溶媒と前記第1溶媒に対して非相溶で前記第1溶媒より沸点が低く且つ帯電基を有する高分子を溶解する第2溶媒とを含む混合溶液を攪拌し、乳化させる工程と、前記乳化させた混合溶液から前記第2溶媒を除去して、前記帯電基を有する高分子及び前記着色剤を含有する着色粒子を生成する工程と、前記反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を反応させ、反応性シリコーン系高分子の非架橋体又は反応性長鎖アルキル系高分子の非架橋体を着色粒子の表面に結合又は被覆する工程と、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を架橋させて、着色粒子の表面を覆って高分子ゲル層を形成する工程と、を有することが好適である。
また、本手法は、第1溶媒として表示媒体に利用する分散媒を利用することで、そのまま、表示用粒子と分散媒を含む表示用粒子分散液として利用してもよい。これにより、本実施形態に係る表示用粒子の製造方法では、上記工程を経ることで、第1溶媒を分散媒とした表示用粒子分散液を、洗浄・乾燥工程を経ることなく簡易に作製される。勿論、電気的特性向上のために適宜、粒子の洗浄(イオン性不純物の除去)や分散媒の置換を行なうことも実施可能である。以下、工程別に説明する。
なお、本実施形態に係る表示用粒子の製造方法は、上記製法に限られるわけではなく、例えば、周知の手法(液中乾燥法、コアセルベーション法、分散重合法、懸濁重合法等)などにより着色粒子を形成した後、当該着色粒子を、高分子ゲルを構成するための高分子(重合体又は共重合体)やその前駆体であるモノマーを含む溶媒中に分散させ、当該高分子(重合体又は共重合体)を結合、被覆、架橋させる、又は着色粒子表面の官能基を利用してモノマー(架橋剤を含む)を重合することで着色粒子の表面を覆って高分子ゲル層を形成する手法を採用してもよい。
以下、上記本実施形態に係る表示用粒子の製造方法の一例(高分子ゲルを構成するための高分子(重合体又は共重合体)として、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を適用した形態)の詳細について説明する。以下、工程別に説明する。
−乳化工程−
乳化工程では、例えば、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子と第1溶媒とからなる溶液と、帯電基を有する高分子と着色剤と前記第1溶媒に対して非相溶で前記第1溶媒より沸点が低く且つ帯電基を有する高分子を溶解する第2溶媒とからなる溶液、との二つの溶液を混合し攪拌し、乳化させる。また、乳化させる混合溶液中には、必要に応じて、上記材料以外の他の配合材料(帯電制御剤、顔料分散剤等)を配合させることも可能である。
乳化工程では、上記混合液を攪拌することで、前記高沸点溶液(第1溶媒+反応性高分子)を第1溶媒とした連続相中に、低沸点の第2溶媒が液滴状の分散相を形成して乳化される。なお、第1溶媒の連続相中に反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子が溶解され、第2溶媒中に帯電基を有する高分子及び着色剤が溶解又は分散されることになる。
乳化工程では、混合溶液には、各材料を順次混合してもよいが、例えば、まず、帯電基を有する高分子と着色剤と第2溶媒とを混合した第1混合溶液、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子と第1溶媒とを混合した第2混合溶液を準備する。そして、第1混合溶液を第2混合溶液に分散・混合して、第1混合溶液が第2混合溶液中で粒子状に分散させるように乳化させることがよい。また、第2混合溶液は、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を構成する各単量体を第1溶媒に添加した後、重合させて当該反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を得て作製することも好適な手法である。
この乳化させるための攪拌は、例えば、自体公知の攪拌装置(例えば、ホモジナイザー、ミキサー、超音波破砕機等)を用いて行われる。乳化時の温度上昇を抑制するために、乳化時の混合液の温度は0℃以上50℃以下に保つことが望ましい。例えば、乳化させるためのホモジナイザーやミキサーの攪拌速度、超音波破砕機の出力強度及び乳化時間は,所望の粒子径に応じて設定される。
次に、第1溶媒について説明する。
第1溶媒としては、混合溶液中で連続相を形成し得る貧溶媒として用いられ、例えば、パラフィン系炭化水素溶媒、シリコーンオイル、フッ素系液体など石油由来高沸点溶媒が挙げられるが、これに限られない。特に、安定した分散性及び帯電特性を有すると共に、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子が混合された系においても互いの表示用粒子の凝集が抑制される表示用粒子が得られる点から、反応性シリコーン系高分子を用いる場合、シリコーンオイルを適用すること、反応性長鎖アルキル系高分子を用いる場合、パラフィン系炭化水素溶媒を適用することがよい。
シリコーンオイルとして具体的には、シロキサン結合に炭化水素基が結合したシリコーンオイル(例えば、ジメチルシリコーンオイル、ジエチルシリコーンオイル、メチルエチルシリコーンオイル、メチルフェニルシリコーンオイル、ジフェニルシリコーンオイル等)、変性シリコーンオイル(例えば、フッ素変性シリコーンオイル、アミン変性シリコーンオイル、カルボキシル変性シリコーンオイル、エポキシ変性シリコーンオイル、アルコール変性シリコーンオイルなど)が挙げられる。これらの中も、安全性が高く、化学的に安定で長期の信頼性が良く、且つ抵抗率が高いといった観点から、ジメチルシリコーンが特に望ましい。
シリコーンオイルの粘度は、温度20℃の環境下において、0.1mPa・s以上20mPa・s以下であることが望ましく、より望ましくは0.1mPa・s以上2mPa・s以下である。粘度を上記範囲とすることで、粒子の移動速度、すなわち、表示速度の向上が図れる。なお、この粘度の測定には、東京計器製B−8L型粘度計を用いる。
パラフィン系炭化水素溶媒としては、炭素数20以上(沸点80℃以上)のノルマルパラフィン系炭化水素、イソパラフィン系炭化水素が挙げられるが、安全性、揮発性等の理由から、イソパラフィンを用いることが望ましい。具体的には、シェルゾル71(シェル石油製)、アイソパーO、アイソパーH、アイソパーK、アイソパーL、アイソパーG、アイソパーM(アイソパーはエクソン社の商品名)やアイピーソルベント(出光石油化学製)等が挙げられる。
次に、第2溶媒について説明する。
第2溶媒は、混合溶液中で分散相を形成し得る良溶媒として用いられる。また、第1溶媒に対して非相溶で、第1溶媒より沸点が低く且つ帯電基を持つ高分子を溶解するものが選択される。ここで、非相溶とは、複数の物質系が混じりあわずにそれぞれ独立した相で存在する状態を示す。また、溶解とは、溶解物の残存が目視にて確認でない状態を示す。
第2溶媒として具体的には、例えば、水、炭素数5以下の低級アルコール(例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール等)、テトラヒドロフラン、アセトン、その他有機溶剤(例えば、トルエン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド)やこれらの混合溶媒が挙げられるが、これに限られない。
第2溶媒は、例えば加熱減圧により混合溶液の系から除去され得ることから第1溶媒よりも沸点が低いものから選択されるが、当該沸点としては、例えば50℃以上200℃以下であることが望ましく、より望ましくは50℃以上150℃以下である。
−第2溶媒除去工程−
次に、第2溶媒除去工程では、乳化工程において乳化させた混合溶液から第2溶媒(低沸点溶媒)を除去する。この第2溶媒を除去することで、当該第2溶媒により形成された分散相内で、帯電基を持つ高分子が、他の材料を内包させながら析出されて粒子化され、着色粒子が得られる。また、粒子を形成する高分子には顔料の分散剤や耐候安定剤などの種々の添加剤が含まれていても構わない。例えば、市販の顔料分散液には顔料を分散するための高分子物質や界面活性剤が含まれているが、これを使用する場合には、着色粒子には帯電を制御する樹脂とともに、これらの物質が含まれることとなる。
ここで、第2溶媒を除去する方法としては、例えば、混合溶液を加熱する方法、混合溶液を減圧する方法が挙げられ、これら方法を組み合わせて実施してもよい。
混合溶液を加熱して第2溶媒をする場合、当該加熱温度としては、例えば30℃以上200℃以下が望ましく、より望ましくは50℃以上180℃以下である。なお、この第2溶媒の除去工程においての加熱によって反応性シリコン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を粒子表面と反応させても構わない。一方、混合溶液を減圧して第2溶媒を除去する場合、当該減圧圧力としては、0.01mPa以上200mPa以下が望ましく、より望ましくは0.01mPa以上20mPa以下である。
−結合又は被覆工程−
結合又は被覆工程では、着色粒子が生成した溶液(第1溶媒)において、反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を反応させ、着色粒子の表面に結合又は被覆する。なお、前記した第2溶媒除去工程における加熱処理によって反応が進行している可能性があるが、本工程によってより確実な反応が実現される。
ここで、上記高分子を反応させて着色粒子表面に結合又は被覆させる方法としては、当該高分子の種類に応じて、例えば、溶液を加熱する方法が挙げられる。
溶液を加熱する場合、当該加熱温度としては、例えば50℃以上200℃以下が望ましく、より望ましくは60℃以上150℃以下である。
−高分子ゲル層形成工程−
高分子ゲル層形成工程は、上記結合又は被覆工程後、着色粒子が生成した溶液(第1溶媒)中に、未反応で残っている反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を利用して、あるいは新たに別種の反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を添加し、これらを架橋させることで高分子ゲルを生成して高分子ゲル層を形成する工程である。反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子の架橋反応は、例えば、必要に応じて架橋剤を添加した後、加熱することで行うことがよい。
なおここで示した製造方法は液中乾燥法を用いた場合の具体的な一例であり、粒子の製造法とその表面への高分子ゲル層の形成には様々な公知の方法を組み合わせて実施され得る。
上記工程を経て、表示用粒子、又はこれを含む表示用粒子分散液が得られる。なお、得られた表示用粒子分散液に対し、必要に応じて、酸、アルカリ、塩、分散剤、分散安定剤、酸化防止や紫外線吸収などを目的とした安定剤、抗菌剤、防腐剤などを添加してもよい。
得られた表示用粒子分散液に対し、帯電制御剤として、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤、フッ素系界面活性剤、シリコーン系界面活性剤、シリコーン系カチオン化合物、シリコーン系アニオン化合物、金属石鹸、アルキルリン酸エステル類、コハク酸イミド類等を添加してもよい。
帯電制御剤としては、イオン性若しくは非イオン性の界面活性剤、親油性部と親水性部からなるブロック若しくはグラフト共重合体類、環状、星状若しくは樹状高分子(デンドリマー)等の高分子鎖骨格をもった化合物、サリチル酸の金属錯体、カテコールの金属錯体、含金属ビスアゾ染料、テトラフェニルボレート誘導体、重合性シリコーンマクロマ(チッソ:サイラプレーン)とアニオンモノマーあるいはカチオンポリマーとの共重合体等が挙げられる。
イオン性及び非イオン性の界面活性剤としては、より具体的には以下があげられる。ノニオン活性剤としては、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、脂肪酸アルキロールアミド等が挙げられる。アニオン界面活性剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルフェニルスルホン酸塩、アルキルナフタリンスルホン酸塩、高級脂肪酸塩、高級脂肪酸エステルの硫酸エステル塩、高級脂肪酸エステルのスルホン酸等がある。カチオン界面活性剤としては、第一級ないし第三級のアミン塩、第四級アンモニウム塩等があげられる。これら帯電制御剤は、粒子固形分に対して0.01質量%以上、20質量%以下が望ましく、特に0.05質量%以上10質量%以下の範囲が望ましい。
また、得られた表示用粒子分散液に対し、必要に応じて、例えば、第1溶媒(必要に応じて分散剤)を含む第1溶媒)で希釈したり、してもよい。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の濃度は、表示特性や応答特性あるいはその用途によって種々選択されるが0.1質量%以上30質量%以下の範囲で選択されることが望ましい。色の異なった多粒子を混合する場合にはその粒子総量がこの範囲であると望ましい。0.1質量%よりも少ないと表示濃度が低くなりすぎることがあり、30質量%よりも多いと、表示速度が遅くなったり凝集が起こりやすいという課題がある。
また、色や帯電極性の異なる複数種の粒子を混合して使用し、カラー表示を得るということも望ましく実施される。
本実施形態に係る表示用粒子分散液は、電気泳動方式の表示媒体、電気泳動方式の調光媒体(調光素子)、液体現像方式電子写真システムの液体トナーなどに利用される。なお、電気泳動方式の表示媒体、電気泳動方式の調光媒体(調光素子)としては、公知である電極(基板)面に対して垂直方向に粒子群を移動させる方式、それとは異なり水平方向に移動させる方式(いわゆるインプレーン型素子)、又はこれらを組み合わせたハイブリッド素子がある。
(表示媒体、表示装置)
以下、実施形態に係る表示媒体、及び表示装置の一例について説明する。
−第1実施形態−
まず、第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態に係る表示装置の概略構成図である。図2は、第1実施形態に係る表示装置の表示媒体の基板間に電圧を印加したときの粒子群の移動態様を模式的に示す説明図である。
第1実施形態に係る表示装置10は、その表示媒体12の分散媒50と粒子群34とを含む粒子分散液として、上記実施形態に係る表示用粒子と分散媒とを含む本実施形態に係る表示用粒子分散液を適用する形態である。
第1実施形態に係る表示装置10は、図1に示すように、表示媒体12と、表示媒体12に電圧を印加する電圧印加部16と、制御部18と、を含んで構成されている。
表示媒体12は、画像表示面とされる表示基板20、表示基板20に間隙をもって対向する背面基板22、これらの基板間を所定間隔に保持すると共に、表示基板20と背面基板22との基板間を複数のセルに区画する間隙部材24、各セル内に封入された粒子群34、及び粒子群34とは異なる光学的反射特性を有する大径着色粒子群36を含んで構成されている。
上記セルとは、表示基板20と、背面基板22と、間隙部材24と、によって囲まれた領域を示している。このセル中には、分散媒50が封入されている。粒子群34(詳細後述)は、複数の粒子から構成されており、この分散媒50中に分散され、セル内に形成された電界強度に応じて表示基板20と背面基板22との基板間を大径着色粒子群36の間隙を通じて移動する。
なお、本実施形態では、1つのセル内に封入されている粒子群34は、所定の色を有すると共に、正又は負に帯電処理されて予め調製されているものとして説明する。
なお、この表示媒体12に画像を表示したときの各画素に対応するように間隙部材24を設け、各画素に対応するようにセルを形成することで、表示媒体12を、画素毎の表示が可能となるように構成してもよい。
また、本実施形態では、説明を簡易化するために、1つのセルに注目した図を用いて本実施形態を説明する。以下、各構成について詳細に説明する。
まず、一対の基板について説明する。表示基板20は、支持基板38上に、表面電極40及び表面層42を順に積層した構成となっている。背面基板22は、支持基板44上に、背面電極46及び表面層48を積層した構成となっている。
表示基板20、又は表示基板20と背面基板22との双方は、透光性を有している。ここで、本実施形態における透光性とは、可視光の透過率が60%以上であることを示している。
支持基板38及び支持基板44としては、ガラスや、プラスチック、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂等が挙げられる。
表面電極40及び背面電極46には、インジウム、スズ、カドミウム、アンチモン等の酸化物、ITO等の複合酸化物、金、銀、銅、ニッケル等の金属、ポリピロールやポリチオフェン等の有機材料等が使用される。これらは単層膜、混合膜あるいは複合膜として使用でき、蒸着法、スパッタリング法、塗布法等で形成される。また、その厚さは、蒸着法、スパッタリング法によれば、通常100Å以上2000Å以下である。背面電極46及び表面電極40は、従来の液晶表示媒体あるいはプリント基板のエッチング等従来公知の手段により、所望のパターン、例えば、マトリックス状、又はパッシブマトリックス駆動を可能とするストライプ状に形成してもよい。
また、表面電極40を支持基板38に埋め込んでもよい。また、背面電極46を支持基板44に埋め込んでもよい。この場合、支持基板38及び支持基板44の材料を粒子群34の各粒子の組成等に応じて選択する。
なお、背面電極46及び表面電極40各々を表示基板20及び背面基板22と分離させ、表示媒体12の外部に配置してもよい。
なお、上記では、表示基板20と背面基板22の双方に電極(表面電極40及び背面電極46)を備える場合を説明したが、何れか一方にだけ設けるようにして、アクティブマトリクス駆動させるようにしてもよい。
また、アクティブマトリックス駆動を可能にするために、支持基板38及び支持基板44は、画素毎にTFT(薄膜トランジスタ)を備えていてもよい。配線の積層化及び部品実装が容易であることから、TFTは表示基板ではなく背面基板22に形成することが望ましい。
なお、表示媒体12を単純マトリクス駆動とすると、表示媒体12をそなえた後述する表示装置10の構成を簡易な構成とすることができ、TFTを用いたアクティブマトリックス駆動とすると、単純マトリクス駆動に比べて表示速度が速くなる。
次に、間隙部材について説明する。上記表面電極40及び背面電極46が、各々支持基板38及び支持基板44上に形成されている場合、表面電極40及び背面電極46の破損や、粒子群34の各粒子の固着を招く電極間のリークの発生を防止するため、必要に応じて表面電極40及び背面電極46各々上に誘電体膜としての表面層42及び表面層48を形成している。
この表面層42及び表面層48を形成する材料としては、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリスチレン、ポリイミド、エポキシ、ポリイソシアネート、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリブタジエン、ポリメチルメタクリレート、共重合ナイロン、紫外線硬化アクリル樹脂、フッ素樹脂等を用いてもよい。
また、上記した絶縁材料の他に、絶縁性材料中に電荷輸送物質を含有させたものも使用され得る。電荷輸送物質を含有させることにより、粒子への電荷注入による粒子帯電性の向上や、粒子の帯電量が極度に大きくなった場合に粒子の電荷を漏洩させ、粒子の帯電量を安定させるなどの効果が得られる。
電荷輸送物質としては、例えば、正孔輸送物質であるヒドラゾン化合物、スチルベン化合物、ピラゾリン化合物、アリールアミン化合物等が挙げられる。また、電子輸送物質であるフルオレノン化合物、ジフェノキノン誘導体、ピラン化合物、酸化亜鉛等も使用してもよい。さらに、電荷輸送性を有する自己支持性の樹脂を用いてもよい。
具体的には、ポリビニルカルバゾール、米国特許第4806443号に記載の特定のジヒドロキシアリールアミンとビスクロロホルメートとの重合によるポリカーボネート等が挙げられる。誘電体膜は、粒子の帯電特性や流動性に影響を及ぼすことがあるので、粒子の組成等に応じて適宜選択する。基板の一方である表示基板は光を透過する必要があるので、上記各材料のうち透明のものを使用することが望ましい。
次に、間隙部材について説明する。表示基板20と背面基板22との基板間の隙を保持するための間隙部材24は、表示基板20の透光性を損なわないように形成され、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、電子線硬化樹脂、光硬化樹脂、ゴム、金属等で形成される。
間隙部材24は表示基板20及び背面基板22の何れか一方と一体化されてもよい。この場合には、支持基板38又は支持基板44をエッチングするエッチング処理、レーザー加工処理、予め作製した型を使用してプレス加工処理又は印刷処理等を行うことによって作製する。
この場合、間隙部材24は、表示基板20側、背面基板22側のいずれか、又は双方に作製する。
間隙部材24は有色でも無色でもよいが、表示媒体12に表示される表示画像に悪影響を及ぼさないように無色透明であることが望ましく、その場合には、例えば、ポリスチレンやポリエステルやアクリルなどの透明樹脂等が使用される。
また、粒子状の間隙部材24もまた透明であることが望ましく、ポリスチレン、ポリエステル又はアクリル等の透明樹脂粒子の他、ガラス粒子も使用される。
なお、「透明」とは、可視光に対して、透過率60%以上有することを示している。
次に、大径着色粒子群について説明する。大径着色粒子群36は、帯電されていない粒子群であり、粒子群34とは異なる光学的反射特性を有する大径着色粒子から構成され、粒子群34とは異なる色を表示する反射部材として機能するものである。そして、表示基板20と背面基板22との基板間の移動を阻害することなく、移動させる空隙部材としての機能も有している。すなわち、大径着色粒子群36の間隙を通って、背面基板22側から表示基板20側、又は表示基板20側から背面基板22側へ粒子群34の各粒子は移動される。この大径着色粒子群子36の色としては、例えば、背景色となるように白色又は黒色を選択することが望ましい。なお、本実施形態では、大径着色粒子群36は白色である場合を説明するが、この色に限定されることはない。
大径着色粒子群36は、例えば、酸化チタンや酸化ケイ素、酸化亜鉛などの白色顔料を、ポリスチレンやポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、PMMA、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ホルムアルデヒド縮合物などに分散した粒子が使用される。また、着色部材を構成する粒子として、白色以外の粒子を適用する場合、例えば、所望の色の顔料、あるいは染料を内包した前記した樹脂粒子を使用してもよい。顔料や染料は、例えばRGBやYMC色であれば、印刷インキやカラートナーに使用されている一般的な顔料あるいは染料が使用してもよい。
大径着色粒子群36を基板間へ封入するには、例えば、インクジェット法などにより行う。また、大径着色粒子群36を固定化する場合、例えば、大径着色粒子群36を封入した後、加熱(及び必要があれば加圧)して、大径着色粒子群36の粒子群表層を溶かすことで、粒子間隙を維持させつつ行われる。
表示媒体12における上記セルの大きさとしては、表示媒体12の解像度と密接な関係にあり、セルが小さいほど高解像度な画像を表示可能な表示媒体12を作製することができ、通常、表示媒体12の表示基板20の板面方向の長さが10μm以上1mm以下程度である。
上記表示基板20及び背面基板22を、間隙部材24を介して互いに固定するには、ボルトとナットの組み合わせ、クランプ、クリップ、基板固定用の枠等の固定手段を使用する。また、接着剤、熱溶融、超音波接合等の固定手段も使用してもよい。
このように構成される表示媒体12は、例えば、画像の保存及び書換えが可能な掲示板、回覧版、電子黒板、広告、看板、点滅標識、電子ペーパー、電子新聞、電子書籍、及び複写機・プリンタと共用するドキュメントシート等に使用する。
上記に示したように、本実施形態に係る表示装置10は、表示媒体12と、表示媒体12に電圧を印加する電圧印加部16と、制御部18とを含んで構成されている(図1参照)。
電圧印加部16は、表面電極40及び背面電極46に電気的に接続されている。なお、本実施形態では、表面電極40及び背面電極46の双方が、電圧印加部16に電気的に接続されている場合を説明するが、表面電極40及び背面電極46の一方が、接地されており、他方が電圧印加部16に接続された構成であってもよい。
電圧印加部16は、制御部18に信号授受可能に接続されている。
制御部18は、装置全体の動作を司るCPU(中央処理装置)と、各種データを一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)と、装置全体を制御する制御プログラム等の各種プログラムが予め記憶されたROM(Read Only Memory)と、を含むマイクロコンピュータとして構成されていることも可能である。
電圧印加部16は、表面電極40及び背面電極46に電圧を印加するための電圧印加装置であり、制御部18の制御に応じた電圧を表面電極40及び背面電極46間に印加する。
次に、表示装置10の作用を説明する。この作用は制御部18の動作に従って説明する。
ここで、表示媒体12に封入されている粒子群34は、黒色であり且つ負極性に帯電されている場合を説明する。また、分散媒50は透明であり、大径着色粒子群36が白色であるものとして説明する。すなわち、本実施形態では、表示媒体12は、粒子群34の移動によって黒色又は白色を表示する場合を説明する。
まず、電圧を、所定時間、表面電極40が負極となり背面電極46が正極となるように印加することを示す初期動作信号を、電圧印加部16へ出力する。基板間に負極で且つ濃度変動が終了する閾値電圧以上の電圧が印加されると、負極に帯電している粒子群34を構成する粒子が背面基板22側へと移動して、背面基板22に到る(図2(A)参照)。
このとき、表示基板20側から視認される表示媒体12の色は、大径着色粒子群36の色としての白色として視認される。
このT1時間は、初期動作における電圧印加における電圧印加時間を示す情報として、予め制御部18内の図示を省略するROM等のメモリ等に記憶しておけばよい。そして、処理実行のときに、この所定時間を示す情報を読み取るようにすればよい。
次に、表面電極40と背面電極46との電極間に、基板間に印加した電圧とは極性を反転させて、表面電極40を正極とし背面電極46を負極として電圧を印加すると、図2(B)に示すように、粒子群34は表示基板20側へと移動して表示基板20側に到達し、粒子群34による黒表示がなされる。
−第2実施形態−
以下、第2実施形態に係る表示装置について説明する。図3は、第2実施形態に係る表示装置の概略構成図である。図4は、第2実施形態に係る表示装置における、印加する電圧と粒子の移動量(表示濃度)との関係を模式的に示す線図である。図5は、第2実施形態に係る表示装置における、表示媒体の基板間へ印加する電圧態様と、粒子の移動態様との関係を模式的に示す説明図である。
第2実施形態に係る表示装置10は、2種類以上の粒子群を適用した形態である。なお、2種類以上の粒子群は、全て同じ極性で帯電されている。
本実施形態に係る表示装置10は、図3に示すように、表示媒体12と、表示媒体12に電圧を印加する電圧印加部16と、制御部18と、を含んで構成されている。
なお、本実施形態に係る表示装置10は、上記第1実施形態で説明した表示装置10と略同一の構成であるため、同一構成には同一符号を付与して詳細な説明を省略する。
表示媒体12は、画像表示面とされる表示基板20、表示基板20に間隙をもって対向する背面基板22、これらの基板間を所定間隔に保持すると共に、表示基板20と背面基板22との基板間を複数のセルに区画する間隙部材24、各セル内に封入された粒子群34、及び粒子群34とは異なる光学的反射特性を有する大径着色粒子群36を含んで構成されている。
表示基板20及び背面基板22の対向面は、第1実施形態と同様に帯電処理されており、この対向面上には、処理層21及び処理層23各々が設けられている。
本実施形態では、粒子群34として、互いに色の異なる複数種の粒子群34が分散媒50に分散されている。
なお、本実施形態では3種類の粒子群34として、互いに色の異なる粒子群34として、イエロー色のイエロー粒子群34Y、マゼンタ色のマゼンタ粒子群34M、及びシアン色のシアン粒子群34Cが分散されているとして説明するが、3種類に限られない。
この複数種類の粒子群34は、基板間を電気泳動する粒子群であり、電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が各色の粒子群でそれぞれ異なる。すなわち、各色の粒子群34(イエロー粒子群34Y、マゼンタ粒子群34M、及びシアン粒子群34C)は、色毎に各色の粒子群34を移動させるために必要な電圧範囲を有し、当該電圧範囲がそれぞれ異なる。
この電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が異なる複数種の粒子群34の各粒子としては、上記第1実施形態で説明した粒子群34を構成する材料の内の、例えば、帯電制御剤や磁性粉の量、粒子を構成する樹脂の種類や濃度等を換える等して、帯電量の異なる粒子を含む粒子分散液をそれぞれ作製し、これを混合することで得られる。
ここで、上述のように、本実施形態に係る表示媒体12には3種類の粒子群34として、互いに色の異なるイエロー粒子群34Y、マゼンタ粒子群34M、及びシアン粒子群34Cが分散されており、これらの複数種類の粒子群34は、電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が各色の粒子群でそれぞれ異なる。
なお、本実施形態では、マゼンタ色のマゼンタ粒子群34M、シアン色のシアン粒子群34C、及びイエロー色のイエロー粒子群34Yの3色の粒子群各々が移動を開始するときの電圧の絶対値として、マゼンタ色のマゼンタ粒子群34Mが|Vtm|、シアン色のシアン粒子群34Cが|Vtc|、イエロー色のイエロー粒子群34Yが|Vty|であるとして説明する。また、各色粒子群34のゼンタ色のマゼンタ粒子群34M、シアン色のシアン粒子群34C、及びイエロー色のイエロー粒子群34Yの3色の粒子群各々をほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値として、マゼンタ色のマゼンタ粒子群34Mが|Vdm|、シアン色のシアン粒子群34Cが|Vdc|、イエロー色のイエロー粒子群34Yが|Vdy|であるとして説明する。
なお、以下で説明するVtc、−Vtc、Vdc、−Vdc、Vtm、−Vtm、Vdm、−Vdm、Vty、−Vty、Vdy、及び−Vdyの絶対値は、|Vtc|<|Vdc|<|Vtm|<|Vdm|<|Vty|<|Vdy|の関係であるとして説明する。
具体的には、図4に示すように、例えば、3種類の粒子群34は、全て同極性に帯電された状態で分散媒50内に分散され、シアン粒子群34Cを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vtc≦Vc≦Vdc|(VtcからVdcの間の値の絶対値)、マゼンタ粒子群34Mを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vtm≦Vm≦Vdm|(VtmからVdmの間の値の絶対値)、及びイエロー粒子群34Yを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vty≦Vy≦Vdy|(VtyからVdyの間の値の絶対値)が、この順で重複することなく、大きくなるように設定されている。
また、各色の粒子群34を独立駆動するために、シアン粒子群34Cをほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値|Vdc|が、マゼンタ粒子群34Mを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vtm≦Vm≦Vdm|(VtmからVdmの間の値の絶対値)、及びイエロー粒子群34Yを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vty≦Vy≦Vdy|(VtyからVdyの間の値の絶対値)よりも小さく設定されている。また、マゼンタ粒子群34Mをほぼ全て移動させるための最大電圧の絶対値|Vdm|が、イエロー粒子群34Yを移動させるために必要な電圧範囲の絶対値|Vty≦Vy≦Vdy|(VtyからVdyの間の値の絶対値)よりも小さく設定されている。
即ち、本実施形態では、各色の粒子群34を移動させるために必要な電圧範囲が重ならないように設定することによって、各色の粒子群34が独立駆動されるようにしている。
なお、「粒子群34を移動させるために必要な電圧範囲」とは、粒子が移動開始するために必要な電圧と移動開始からさらに電圧及び電圧印加時間を増加させても、表示濃度の変化が生じなくなり、表示濃度が飽和するまでの電圧範囲を示す。
また、「粒子群34をほぼ全て移動させるために必要な最大電圧」とは上記の移動開始からさらに電圧及び電圧印加時間を増加させても、表示濃度の変化が生じなくなり、表示濃度が飽和する電圧を示す。
また、「ほぼ全て」とは、各色の粒子群34の特性ばらつきがあるため、一部の粒子群34の特性が表示特性に寄与しない程度異なるものがあることを表す。すなわち上述した移動開始からさらに電圧及び電圧印加時間を増加させても、表示濃度の変化が生じなくなり、表示濃度が飽和した状態である。
また、「表示濃度」は、表示面側における色濃度を光学濃度(Optical Density=0D)の反射濃度計X-rite社の反射濃度計で測定しながら、表示面側と背面側との間に電圧を印加して且つこの電圧を測定濃度が増加する方向に徐々に変化(印加電圧を増加又は減少)させて、単位電圧あたりの濃度変化が飽和し、且つその状態で電圧及び電圧印加時間を増加させても濃度変化が生じず、濃度が飽和したときの濃度を示している。
そして、本実施形態に係る表示媒体12では、表示基板20と背面基板22との基板間に0Vから電圧を印加して除々に印加電圧の電圧値を上昇させて、基板間に印加された電圧が+Vtcを超えると、表示媒体12においてシアン粒子群34Cの移動により表示濃度に変化が現れ始める。さらに、電圧値を上昇させて、基板間に印加された電圧が+Vdcとなると、表示媒体12においてシアン粒子群34Cの移動による表示濃度の変化が止まる。
さらに電圧値を上昇させて、表示基板20と背面基板22との基板間に印加された電圧が+Vtmを超えると、表示媒体12においてマゼンタ粒子群34Mの移動による表示濃度の変化が現れ始める。さらに電圧値を上昇させて、表示基板20と背面基板22との基板間に印加された電圧が+Vdmとなると、表示媒体12においてマゼンタ粒子群34Mの移動による表示濃度の変化が止まる。
さらに、電圧値を上昇させて、基板間に印加された電圧が+Vtyを超えると、表示媒体12においてイエロー粒子群34Yの移動による表示濃度の変化が現れ始める。さらに電圧値を上昇させて、基板間に印加された電圧が+Vdyとなると、表示媒体12においてイエロー粒子群34Yの移動による表示濃度の変化が止まる。
反対に、表示基板20と背面基板22との基板間に0Vからマイナス極の電圧を印加して除々に電圧の絶対値を上昇させ、基板間に印加された電圧−Vtcの絶対値を超えると、表示媒体12においてシアン粒子群34Cの基板間の移動により表示濃度に変化が現れ始める。さらに、電圧値の絶対値を上昇させ、表示基板20と背面基板22との基板間に印加された電圧が−Vdc以上となると、表示媒体12においてシアン粒子群34Cの移動による表示濃度の変化が止まる。
さらに電圧値の絶対値を上昇させてマイナス極の電圧を印加し、表示基板20と背面基板22との基板間に印加される電圧が−Vtmの絶対値を超えると、表示媒体12においてマゼンタ粒子群34Mの移動による表示濃度の変化が現れ始める。さらに電圧値の絶対値を上昇させて、表示基板20と背面基板22との基板間に印加された電圧が−Vdmとなると、表示媒体12においてマゼンタ粒子群34Mの移動による表示濃度の変化が止まる。
さらに電圧値の絶対値を上昇させてマイナス極の電圧を印加し、表示基板20と背面基板22との基板間に印加される電圧が−Vtyの絶対値を超えると、表示媒体12においてイエロー粒子群34Yの移動により表示濃度に変化が現れ始める。さらに電圧値の絶対値を上昇させて、基板間に印加された電圧が−Vdyとなると、表示媒体12においてイエロー粒子群34Yの移動による表示濃度の変化が止まる。
すなわち、本実施形態では、図4に示すように、基板間に印加される電圧が−Vtcから+Vtcの範囲内(電圧範囲|Vtc|以下)となる電圧が表示基板20と背面基板22との基板間に印加された場合には、表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度の粒子群34(シアン粒子群34C、マゼンタ粒子群34M、及びイエロー粒子群34Y)の粒子の移動は生じていないといえる。そして、基板間に、電圧+Vtc及び電圧−Vtcの絶対値より高い電圧が印加されると、3色の粒子群34の内のシアン粒子群34Cについて表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度の粒子の移動が生じはじめて表示濃度に変化が生じはじめ、電圧−Vdc及び電圧Vdcの絶対値|Vdc|以上の電圧が印加されると、単位電圧あたりの表示濃度に変化は生じなくなる。
さらに、基板間に印加される電圧が−Vtmから+Vtmの範囲内(電圧範囲|Vtm|以下)となる電圧が表示基板20と背面基板22との基板間に印加された場合には、表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度のマゼンタ粒子群34M及びイエロー粒子群34Yの粒子の移動は生じていないといえる。そして、基板間に、電圧+Vtm及び電圧−Vtmの絶対値より高い電圧が印加されると、マゼンタ粒子群34M及びイエロー粒子群34Yの内のマゼンタ粒子群34Mについて、表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度の粒子の移動が生じはじめて単位電圧あたりの表示濃度に変化が生じはじめ、電圧−Vdm及び電圧Vdmの絶対値|Vdm|以上の電圧が印加されると、表示濃度に変化は生じなくなる。
さらに、基板間に印加する電圧が−Vtyから+Vtyの範囲内(電圧範囲|Vty|以下)となる電圧が表示基板20と背面基板22との基板間に印加された場合には、表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度のイエロー粒子群34Yの粒子の移動は生じていないといえる。そして、基板間に、電圧+Vty及び電圧−Vtyの絶対値より高い電圧が印加されると、イエロー粒子群34Yについて、表示媒体12の表示濃度に変化が発生する程度の粒子の移動が生じ始めて表示濃度に変化が生じはじめ、電圧−Vdy及び電圧Vdyの絶対値|Vdy|以上の電圧が印加されると、表示濃度に変化は生じなくなる。
次に、図5を参照して、表示媒体12に画像を表示するときの粒子移動のメカニズムを説明する。
例えば、表示媒体12に、複数種類の粒子群34として、図4を用いて説明したイエロー粒子群34Y、マゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34Cが封入されているとして説明する。
また、以下では、イエロー粒子群34Yを構成する粒子が移動開始するために必要な電圧の絶対値より大きく、且つイエロー粒子群34Yの上記最大電圧以下で基板間に印加する電圧を「大電圧」と称し、マゼンタ粒子群34Mを構成する粒子が移動開始するために必要な電圧の絶対値より大きく、且つマゼンタ粒子群34Mの上記最大電圧以下で基板間に印加する電圧を「中電圧」と称し、シアン粒子群34Cを構成する粒子が移動開始するために必要な電圧の絶対値より大きく、且つシアン粒子群34Cの上記最大電圧以下で基板間に印加する電圧を「小電圧」と称して説明する。
また、表示基板20側に背面基板22側より高い電圧を基板間に印加する場合には、各々の電圧を、「+大電圧」、「+中電圧」、及び「+小電圧」各々と称する。また、背面基板22側に表示基板20側より高い電圧を基板間に印加する場合には、各々の電圧を、「−大電圧」、「−中電圧」、及び「−小電圧」各々と称して説明する。
図5(A)に示すように、初期状態では全ての粒子群としてのマゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34C、及びイエロー粒子群34Yの全てが背面基板22側に位置されるとすると(白色表示状態)、この初期状態から、表示基板20と背面基板22との間に「+大電圧」を印加させると、全ての粒子群として、マゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34C、及びイエロー粒子群34Yが表示基板20側に移動する。この状態で、電圧印加を解除しても、各粒子群各々は表示基板20側に付着したまま移動せずに、マゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34C、及びイエロー粒子群34Yによる減色混合(マゼンタと、シアンと、イエロー色の減色混合)により黒色を表示したままの状態となる。(図5(B)参照)。
次に、図5(B)の状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−中電圧」を印加させると、全ての色の粒子群34の内、マゼンタ粒子群34Mと、シアン粒子群34Cと、が背面基板22側に移動する。このため、表示基板20側にはイエロー粒子群34Yのみが付着した状態となることから、イエロー色表示がなされる(図5(C)参照)。
さらに、図5(C)の状態から、表示基板20と背面基板22との間に「+小電圧」を印加させると、背面基板22側に移動したマゼンタ粒子群34M及びシアン粒子群34Cの内、シアン粒子群34Cが表示基板20側に移動する。このため、表示基板20側には、イエロー粒子群34Y及びシアン粒子群34Cが付着した状態となり、イエローとシアンとの減色混合による緑色が表示される(図5(D)参照)。
また、上記図5(B)の状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−小電圧」を印加させると、全ての粒子群34のシアン粒子群34Cが背面基板22側に移動する。このため、表示基板20側にはイエロー粒子群34Yとマゼンタ粒子群34Mが付着した状態となることから、シアンとマゼンタの加色混合による赤色表示がなされる(図5(I)参照)。
一方、図5(A)に示す上記初期状態から、表示基板20と背面基板22との間に「+中電圧」を印加させると、全ての粒子群34(マゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34C、及びイエロー粒子群34Y)の内、マゼンタ粒子群34Mとシアン粒子群34Cとが表示基板20側に移動する。このため、表示基板20側には、マゼンタ粒子群34Mとシアン粒子群34Cとが付着するので、マゼンタとシアンの減色混合による青色が表示される(図5(E)参照)。
この図5(E)の状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−小電圧」を印加させると、表示基板20側に付着しているマゼンタ粒子群34Mとシアン粒子群34Cの内の、シアン粒子群34Cが背面基板22側に移動する。
このため、表示基板20側には、マゼンタ粒子群34Mのみが付着した状態となるので、マゼンタ色が表示される(図5(F)参照)。
この図5(F)の状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−大電圧」を印加させると、表示基板20側に付着しているマゼンタ粒子群34Mが背面基板22側に移動する。
このため、表示基板20側には、何も付着しない状態となるため、大径着色粒子群36の色としての白色が表示される(図5(G)参照)。
また、上記図5(A)に示す上記初期状態から、表示基板20と背面基板22との間に「+小電圧」を印加させると、全ての粒子群34(マゼンタ粒子群34M、シアン粒子群34C、及びイエロー粒子群34Y)の内、シアン粒子群34Cが表示基板20側に移動する。このため、表示基板20側には、シアン粒子群34Cが付着するので、シアン色が表示される(図5(H)参照)。
さらに、上記図5(I)に示す状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−大電圧」を印加させると、図5(G)に示すように全ての粒子群34が背面基板22側に移動して白色表示がなされる。
同様に、上記図5(D)に示す状態から、表示基板20と背面基板22との間に「−大電圧」を印加させると、図5(G)に示すように全ての粒子群34が背面基板22側に移動して白色表示がなされる。
本実施形態では、各粒子群34に応じた電圧を基板間に印加することで、当該電圧による電界に応じて選択的に所望の粒子を移動させるので、所望の色以外の色の粒子が分散媒50中を移動することを抑制することができ、所望の色以外の色が混じる混色を抑制され、表示媒体12の画質劣化を抑制しつつ、カラー表示がなされる。なお、各粒子群34は、互いに電界に応じて移動するために必要な電圧の絶対値が異なれば、互いに電界に応じて移動するために必要な電圧範囲が重なっていても、鮮明なカラー表示が実現されるが、当該電圧範囲が互いに異なるほうが、より混色を抑制してカラー表示が実現される。
また、シアン、マゼンタ、イエローの3色の粒子群34を分散媒50中に分散することによって、シアン、マゼンタ、イエロー、青色、赤色、緑色、及び黒色を表示するとともに、例えば、白色の大径着色粒子群36によって白色を表示し、特定のカラー表示を行うことが実現される。
このように、本実施形態に係る表示装置10でも、上記第1実施形態で説明した表示装置10と同様に、粒子群34が表示基板20又は背面基板22に到達して、付着することで表示が行われる。
以下、本発明を、実施例を挙げてさらに具体的に説明する。
(実施例1)
−反応性シリコーン系高分子Aの作製−
まず、シリコーン系モノマーであるサイラプレーンFM−0711(チッソ社製):95質量部、及びグリシジルメタクリレート5質量部を、ジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L 2cs)100質量部と混合し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリル(和光純薬製:V−65)を0.5質量部添加して、55℃、10時間、重合を実施し、エポキシ基をもった反応性シリコーン系高分子A(反応性分散剤)を作製した。重量平均分子量は80万であった。そして、ジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L 2cs)で希釈することで反応性シリコーン系高分子Aの3質量%シリコーンオイル溶液を準備した。
−表示用粒子分散液の作製−
次に、帯電基を持つ高分子としての市販品(和光純薬製)のポリメタクリル酸(重量平均分子量5万)の10質量%水溶液を準備した。次に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・マゼンタ色:顔料濃度16質量%)1質量部に、上記ポリメタクリル酸10質量%水溶液3質量部及びトリエチルアミン0.36質量部を混合し、この混合溶液を上記反応性シリコーン系高分子Aの3質量%シリコーンオイル溶液10質量部に混合し、これを超音波破砕機(エスエムテー社製UH−600S)で10分間攪拌し、帯電基を持つ高分子及び顔料を含む水溶液をシリコーンオイル中に分散・乳化させた懸濁液を調製した。
次に、この懸濁液を減圧(2KPa)、加熱(70℃)を1時間実施して水分を除去し、シリコーンオイル中に帯電基を持つ高分子及び顔料を含んだマゼンタ着色粒子が分散したシリコーンオイル分散液を得た。さらに、この分散液を100℃で3時間加熱して反応性シリコーン系高分子A(非架橋体)を着色粒子表面に反応させて結合させた。
次に、反応性シリコーン系高分子Aを着色粒子表面に反応させた後のシリコーンオイル分散液中に、エポキシ重合触媒(架橋剤)としてトリエチルアミン0.2質量部添加し後、100℃で3時間加熱をして、当該分散液中で残存して共存状態にある未反応の反応性シリコーン系高分子Aを架橋した。これにより、シリコーン系高分子ゲル生成すると共に、これによる高分子ゲル層が着色粒子を覆って形成した。
反応後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、シリコーンオイル洗浄を繰り返し、精製を行なった。さらにシリコーンオイルで濃度を調整して、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、400nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して30質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例2)
−帯電基を持つ高分子αの作製−
N−ビニルピロリドンとN,N−ジエチルアミノエチルメタクリレートとの質量比で9/1の共重合体(重量平均分子量6万)を通常のラジカル溶液重合で合成した。さらに、この共重合体(高分子)のイソプロパノール溶液中に、当該共重合体(高分子)が持つアミノ基に対して当モル以上のヨウ化エチルを添加し、80℃で1時間加熱することでアミノ基の4級化を実施した後、当該共重合体を精製した。これを帯電基を持つ高分子αとした。
−表示用粒子分散液の作製−
そして、帯電基を持つ高分子αと共に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・シアン色:顔料濃度26質量%)を用いた以外は、実施例1と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して25質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例3)
−反応性シリコーン系高分子Bの作製−
シリコーン系モノマーであるサイラプレーンFM−0711(チッソ社製):92質量部、2−ヒドロキシエチルメタクリレート5質量部、及びグリシジルメタクリレート3質量部をジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L−2CS)100質量部と混合し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリルを0.2質量部添加して、55℃、10時間、重合を実施し、エポキシ基をもった反応性シリコーン系高分子B(反応性分散剤)を作製した。重量平均分子量は82万であった。そして、反応性シリコーン系高分子Bの3質量%シリコーンオイル溶液を準備した。
−表示用粒子分散液の作製−
そして、反応性シリコーン系高分子Aの代わりに反応性シリコーン系高分子Bを用いた以外は、実施例1と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、300nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して28質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例4)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子Aの代わりに反応性シリコーン系高分子Bを用いた以外は、実施例2と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して35質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例5)
−反応性シリコーン系高分子Cの作製−
シリコーン系モノマーであるサイラプレーンFM−0711(チッソ社製):95質量部、メタクリル酸メチル:3質量部、イソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズMOI)2質量部をジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96L−2CS)100質量部と混合し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリルを0.4質量部添加して、重合を実施し、イソシアネート基をもった反応性シリコーン系高分子C(反応性分散剤)を作製した。重量平均分子量は55万であった。そして、反応性シリコーン系高分子Cの3質量%シリコーンオイル溶液を準備した。
−表示用粒子分散液の作製−
次に、帯電基を持つ高分子としてのポリ(アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸):PAMPS(重量平均分子量21万)を通常のラジカル溶液重合で合成し、その10質量%水溶液を準備した。次に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・シアン色:顔料濃度26質量%)1質量部に、PAMPSの10%水溶液3質量部及びこれを中和するための化学量論量のトリエチルアミンを混合し、この混合溶液を上記反応性シリコーン系高分子Bの3質量%シリコーン溶液10質量部に混合し、これを超音波破砕機で攪拌し、帯電基を持つ高分子及び顔料を含む水溶液をシリコーンオイル中に分散・乳化した懸濁液を調製した。
次に、この懸濁液を減圧(2KPa)、加熱(70℃)を1時間実施して水分を除去し、シリコーンオイル中に帯電基を持つ高分子及び顔料を含んだシアン着色粒子が分散したシリコーンオイル分散液を得た。さらに、この分散液を100℃で3時間加熱して上記反応性シリコーン系高分子Bを着色粒子表面に反応させて結合させた。反応後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、シリコーンオイル洗浄を繰り返し、精製を行なった。
次に、反応性シリコーン系高分子Cの3質量%シリコーンオイル溶液10質量部に、精製した粒子を混合し、粒子を超音波分散させた。そして、この粒子分散液を攪拌しながら、100℃で3時間加熱し、粒子表面に存在するヒドロキシル基等と反応性シリコーン系高分子Cのイソシアネート基とを反応させると共に、反応性シリコーン系高分子Cを架橋した。これにより、シリコーン系高分子ゲル生成すると共に、これによる高分子ゲル層が着色粒子を覆って形成した。
反応後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、シリコーンオイル洗浄を繰り返し、精製を行なった。さらにシリコーンオイルで濃度を調整して、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、380nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して45質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例6)
−表示用粒子分散液の作製−
上記帯電基を持つ高分子αと共に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・マゼンタ色:顔料濃度16質量%)を用いた以外は、実施例5と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して40質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例7)
−反応性長鎖アルキル系高分子Dの作製−
長鎖アルキル系モノマーであるドデシルメタクリレート:94質量部、ヒドロキシエチルメタクリレート:3質量部、及びグリシジルメタクリレート3質量部を、トルエン100質量部と混合し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリルを0.2質量部添加して、重合を実施し、エポキシ基をもった反応性長鎖アルキル系高分子D(反応性分散剤)を作製した。重量平均分子量は50万であった。そして、反応性長鎖アルキル系高分子Dの3質量%で溶解したアイソパーM(エッソ製)溶液を準備した。
−表示用粒子分散液の作製−
次に、帯電基を持つ高分子としてのポリ(アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸):PAMPS(重量平均分子量21万)を通常のラジカル溶液重合で合成し、その10質量%水溶液を準備した。次に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・マゼンタ色:顔料濃度16質量%)1質量部に、PAMPSの10%水溶液3質量部及びこれを中和するための化学量論量のトリエチルアミンを混合し、この混合溶液を上記反応性長鎖アルキル系高分子Dの3質量%アイソパー溶液10質量部に混合し、これを超音波破砕機で攪拌し、帯電基を持つ高分子及び顔料を含む水溶液をシリアイソパー中に分散・乳化した懸濁液を調製した。
次に、この懸濁液を減圧(2KPa)、加熱(70℃)して水分を除去し、アイソパー中に帯電基を持つ高分子及び顔料を含んだマゼンタ着色粒子が分散したアイソパー分散液を得た。さらに、この分散液を100℃で3時間加熱して上記反応性長鎖アルキル系高分子D(非架橋体)を着色粒子表面に反応させて結合させた。
次に、反応性長鎖アルキル系高分子Dを着色粒子表面に反応させた後のアイソパー分散液中に、エポキシ重合触媒(架橋剤)としてトリエチルアミン0.2質量部添加し後、100℃で3時間加熱をして、当該分散液中で残存して共存状態にある未反応の反応性長鎖アルキル系高分子Dを架橋した。これにより、高分子ゲル生成すると共に、これによる高分子ゲル層が着色粒子を覆って形成した。
反応後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、アイソパー溶液での洗浄を繰り返し、精製を行なった。さらにアイソパーで濃度を調整して、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して30質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例8)
−表示用粒子分散液の作製−
上記帯電基を持つ高分子αと共に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・シアン色:顔料濃度26質量%)を用いた以外は、実施例7と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物を光学分析した結果、高分子ゲルが生成されており、その量から高分子ゲル層は着色粒子に対して30質量%で形成されていることがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例9)
−表面重合法によるゲル形成の事例 負帯電粒子−
帯電基を持つ高分子として実施例1と同じ市販品(和光純薬製)のポリメタクリル酸(重量平均分子量5万)の10質量%水溶液を準備した。次に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・マゼンタ色:顔料濃度16質量%)1質量部、上記ポリメタクリル酸10質量%水溶液3質量部及びこれを中和するための化学量論量のトリエチルアミンを混合し、これらの混合溶液を調製した。次に、ジメチルシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)に乳化剤としてシリコーン変性アクリルポリマーKP545 (信越化学社製)を添加した、KP545の3質量%シリコーン溶液を調製した。前記溶液をKP545の3質量%シリコーン溶液10質量部に混合した後、これを超音波破砕機(エスエムテー社製UH−600S)で分散し、高分子及び顔料が含まれる水溶液をシリコーンオイル(粘度2cs)中に分散した懸濁液を調製し、さらにこの懸濁液を減圧(2KPa)、加熱(70℃)を1時間実施して水分を除去し、シリコーンオイル中にマゼンタ着色粒子が分散したシリコーンオイル分散液を得た。さらに遠心分離装置を用いて粒子を沈降、シリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)による洗浄を繰り返し、精製を行った。
次にイソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズMOI)を0.1質量%で含むシリコーン溶液を調製し、これに先に合成した粒子を分散し、60℃で2時間反応後、再びシリコーンオイル(信越シリコーン社製KF−96−2CS)による洗浄精製を行った。この処理によって作製した粒子表面にイソシアネート基とカルボキシル基との反応によって重合性二重結合が導入された。
さらに上記の重合性基を利用してシリコーン系高分子ゲルを粒子表面に形成する操作を実施した。上記した重合基を表面にもつ粒子を0.5質量%で含有するシリコーンオイル分散液を調製し、この分散液の100質量部に、シリコーン系モノマであるサイラプレーンFM−0711(チッソ社製)2質量部、架橋剤としてエチレングリコールジメタクリレート(和光純薬製)0.2質量部を添加し、重合開始剤としてアゾビスバレロニトリル0.01質量部を加え、窒素置換後に60℃で攪拌しながら5時間、重合を行った。
重合後、遠心分離装置を用いて粒子を沈降、シリコーンオイル洗浄を繰り返し、精製を行なった。さらにシリコーンオイルで濃度を調整して、5質量%の表示用粒子分散液を作製した。作製した粒子分散液の体積平均粒子径は400nmであった。また、一部の粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加してコア粒子のポリメタクリル酸塩と顔料を溶解・洗浄除去後、残存物を光学分析した結果、シリコーン系高分子ゲルが生成されており、またその量からシェルである高分子ゲル層は粒子に対して25wt%程度含有されていることがわかった。
本分散系中の電気泳動粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また繰り返し極性の異なる電場を印加して泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(実施例10)
−表面重合法によるゲル形成の事例 正帯電粒子−
帯電基を持つ高分子として実施例2と同様にして、N−ビニルピロリドン、N,N−ジエチルアミノエチルメタクリレートと2−ヒドロキシエチルメタクリレートの質量比で8.8/1/0.2の共重合体(重量平均分子量10万)を通常のラジカル溶液重合で合成した。さらにこの樹脂をイソプロパノール中で該アミノ基に対して当モル以上のヨウ化エチルを添加し、80℃で1時間加熱することでアミノ基の4級化を実施し、再度、固体として精製した。
上記で作製した共重合体の10質量%水溶液を準備した。次に、Ciba製水分散顔料溶液(ユニスパース・シアン色:顔料濃度26質量%)1質量部、上記共重合体の10質量%水溶液3質量部を混合した。次に、実施例9と同様にして乳化剤としてKP545を用いて粒子を作製し、同様にイソシアネート系モノマー(昭和電工:カレンズMOI)と粒子表面のヒドロキシル基を反応させて粒子表面に重合性二重結合を導入した。
さらに上記の重合性基を利用して実施例9と同様にして表面重合を行い5質量%の粒子分散液を作製した。作製した粒子分散液の体積平均粒子径は380nmであった。 また、一部の粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加してコア粒子の共重合体と顔料を溶解・洗浄除去後、残存物を光学分析した結果、シリコーン系高分子ゲルが生成されており、またその量からシェルである高分子ゲル層は粒子に対して30wt%程度含有されていることがわかった。
本分散系中の電気泳動粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また繰り返し極性の異なる電場を印加して泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例1)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、350nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例2)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例2と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、310nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例3)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例3と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、270nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例4)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例4と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、310nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例5)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例5と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、340nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例6)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性シリコーン系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例6と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、340nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例7)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性長鎖アルキル系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例1と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(マゼンタ色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、390nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例8)
−表示用粒子分散液の作製−
反応性長鎖アルキル系高分子を架橋させず、高分子ゲル層を形成しなかった以外は、実施例8と同様にして、5質量%の表示用粒子分散液(シアン色)を作製した。
作製した表示用粒子分散液の表示用粒子の体積平均粒子径を測定(ホリバLA−300:レーザー光散乱・回折式粒度測定装置)した結果、330nmであった。
表示用粒子分散液の一部の表示用粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加して着色粒子を溶解・洗浄後、残存物はなく、高分子ゲルが生成されていないことがわかった。
本表示用粒子分散液中の表示用粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また、繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を評価した結果、安定な泳動性を示すことがわかった。
(比較例9)
実施例9にて、表面重合を行う前の粒子を使って評価を行った。一部の粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加してコア粒子の共重合体と顔料を溶解・洗浄除去後、残存物を評価しようとしたが、残存物は無くシリコーン系高分子ゲルが生成されていないことが判明した。
本分散系中の電気泳動粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、負帯電であった。また繰り返し極性の異なる電場を印加して泳動性を評価した結果、初期的には良好な泳動性を示したが、径時的に粒子凝集が起こり分散性が低いことがわかった。
(比較例10)
実施例10にて、表面重合を行う前の粒子を使って評価を行った。一部の粒子を遠心沈降させた後、メタノールを添加してコア粒子の共重合体と顔料を溶解・洗浄除去後、残存物を評価しようとしたが、残存物は無くシリコーン系高分子ゲルが生成されていないことが判明した。
本分散系中の電気泳動粒子の帯電極性を、2枚の電極基板間に該分散液を封入し、直流電圧を印加して泳動方向を評価した結果、正帯電であった。また繰り返し極性の異なる電場を印加して泳動性を評価した結果、初期的には良好な泳動性を示したが、径時的に粒子凝集が起こり分散安定性が低いことがわかった。
(評価)
上記各実施例で作製した各表示用粒子分散液のうち、以下に示す負帯電の表示用粒子分散液と正帯電の表示用粒子分散液との組み合わせで混合し、各表示用粒子の泳動特性と混合後の分散安定性を評価した。評価は、混合液の24時間後の分散状態変化や、2枚の電極基板間に該混合液を封入後に繰り返し極性の異なる電場を印加して表示用粒子の泳動性を観察して行った。
−実施例1の表示用粒子分散液と実施例2の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子とも凝集なく分散されており、光学的粒径測定からも混合直後と変化がなかった。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
−実施例3の表示用粒子分散液と実施例4の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子とも凝集なく分散されており、光学的粒径測定からも混合直後と変化がなかった。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
−実施例5の表示用粒子分散液と実施例6の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子とも凝集なく分散されており、光学的粒径測定からも混合直後と変化がなかった。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
−実施例7の表示用粒子分散液と実施例8の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子とも凝集なく分散されており、光学的粒径測定からも混合直後と変化がなかった。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
−比較例1の表示用粒子分散液と比較例2の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子は経時的に凝集が進行し、光学的粒径測定からも混合直後との変化が確認された。また、泳動性評価では、各々の固有の帯電極性を維持して泳動している各表示用粒子以外にも、各表示用粒子の凝集体が両極性をもって泳動しており、混合後に各表示用粒子の帯電極性が維持されていないことがわかった。
−比較例3の表示用粒子分散液と比較例4の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子は経時的に凝集が進行し、光学的粒径測定からも混合直後との変化が確認された。また、泳動性評価では、各々の固有の帯電極性を維持して泳動している各表示用粒子以外にも、各表示用粒子の凝集体が両極性をもって泳動しており、混合後に各表示用粒子の帯電極性が維持されていないことがわかった。
−比較例5の表示用粒子分散液と比較例6の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子は経時的に凝集が大きく進行し、光学的粒径測定からも混合直後との大きな変化が確認された。また、泳動性評価では、各表示用粒子の凝集体が負極性をもって泳動しており、混合後に各表示用粒子の帯電極性が完全に維持されていないことがわかった。
−比較例7の表示用粒子分散液と比較例8の表示用粒子分散液との混合液−
2つの表示用粒子は経時的に凝集が大きく進行し、光学的粒径測定からも混合直後との大きな変化が確認された。また、泳動性評価では、各表示用粒子の凝集体が負極性をもって泳動しており、混合後に各表示用粒子の帯電極性が完全に維持されていないことがわかった。
−比較例9の表示用粒子分散液と比較例10の表示用粒子分散液の混合液−
経時的に凝集が大きく進行し、光学的粒径測定からも混合直後との大きな変化が確認された。泳動性評価では凝集体が負極性をもって泳動しており、混合によって各帯電極性が完全に維持できないことがわかった。
−実施例1と比較例2の表示用粒子分散液の混合液−
光学的粒径測定から経時的に多少の凝集は進行するものの分散状態はほぼ維持されていた。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
−実施例2と比較例1の表示用粒子分散液の混合液−
光学的粒径測定から経時的に多少の凝集は進行するものの分散状態はほぼ維持されていた。また、泳動性評価では、各表示用粒子が、各々の固有の帯電極性を維持して泳動しており、混合後も帯電安定性が維持されていることがわかった。
上記結果から、本実施例の表示用粒子分散液では、異なる帯電極性の表示用粒子分散液を混合後でも、比較例の表示用粒子分散液のみを混合した場合に比べ、各表示用粒子の凝集が抑制され、安定した分散状態を保ちつつ、帯電極性や泳動性も安定であることがわかった。
(実施例11:光学素子モデル作製と評価)
ITOガラス基板(5cm×10cm、厚み2mm)を1枚ずつ用意し、配線のための電極面を一部確保したオフセット形状で、またテープスペーサを外周部に形成(一部開口部を形成)することで、電極基板面を対向させて二枚の基板を100μmの間隔で張り合わせたセル構造体(空セル)を複数作製した。
このセル(空セル)の開口部から前記した実施例1および実施例2の2粒子分散液と、実施例3および実施例4の2粒子分散液と、実施例5および実施例6の2粒子分散液と、実施例7および実施例8の2粒子分散液と、および実施例9および実施例10の2粒子分散液とを各々減圧法で注入し、開口部を封止した評価光学素子を5種類作製した。
この作製した光学素子に10Vの極性の異なる直流電圧を付与すると、いずれの素子もマゼンタ色およびシアン色を交互に表すことができた。繰り返し安定性も10万回以上安定に実施できた。
また、直流電圧を付与することによってマゼンタ色あるいはシアン色の各表示色を形成した状態での電圧付与を停止(電場をOFF)直後の表示濃度と、該電圧付与の停止から24時間経過後の各々の表示濃度をX−rite(X−rite社製)で測定したところ、変化はみられず、安定なメモリー性を示した。
第1実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 第1実施形態に係る表示装置の表示媒体の基板間に電圧を印加したときの粒子群の移動態様を模式的に示す説明図である。 第2実施形態に係る表示装置の概略構成図である。 第2実施形態に係る表示装置における、印加する電圧と粒子の移動量(表示濃度)との関係を模式的に示す線図である。 表示媒体の基板間へ印加する電圧態様と、粒子の移動態様との関係を模式的に示す説明図である。
符号の説明
10 表示装置
12 表示媒体
16 電圧印加部
18 制御部
20 表示基板
22 背面基板
24 間隙部材
34 粒子群
34Y イエロー粒子群
34C シアン粒子群
34M マゼンタ粒子群
36 大径着色粒子群
38 支持基板
40 表面電極
42 表面層
44 支持基板
46 背面電極
48 表面層
50 分散媒

Claims (12)

  1. 帯電基を有する高分子及び着色剤を含有する着色粒子と、
    前記着色粒子の表面を覆って形成され、高分子ゲルを含んで構成される高分子ゲル層と、
    を有する表示用粒子。
  2. 前記高分子ゲルが、少なくとも、反応性シリコーン系高分子の架橋体又は反応性長鎖アルキル系高分子の架橋体で構成される請求項1に記載の表示用粒子。
  3. 前記高分子ゲルが、前記着色粒子の帯電基と同じ帯電極性の帯電基を含まない材料で構成される請求項1に記載の表示用粒子。
  4. 前記着色粒子と前記高分子ゲル層との間であって当該着色粒子の表面に結合又は被覆された、反応性シリコーン系高分子の非架橋体又は非架橋の反応性長鎖アルキル系高分子の非架橋体をさらに有する請求項1に記載の表示用粒子。
  5. 前記着色粒子の表面に反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子を非架橋で結合又は被覆された後、当該反応性シリコーン系高分子又は反応性長鎖アルキル系高分子に他の反応性シリコーン系高分子又は他の反応性長鎖アルキル系高分子を反応させると共に架橋させて前記高分子ゲル層が形成されてなる請求項4に記載の表示用粒子。
  6. 請求項1から5までのいずれか1項に記載の表示用粒子を含む粒子群と、
    前記粒子群を分散するための分散媒と、
    を有することを特徴とする表示用粒子分散液。
  7. 前記分散媒が、シリコーンオイルである請求項6に記載の表示用粒子分散液。
  8. 前記分散媒が、パラフィン系炭化水素溶媒である請求項6に記載の表示用粒子分散液。
  9. 前記粒子群が、帯電極性の異なる複数種類の表示用粒子から構成されることを特徴とする請求項6に記載の表示用粒子分散液
  10. 少なくとも一方が透光性を有する一対の基板と、
    前記一対の基板間に封入された、請求項6から9までのいずれか1項に記載の表示用分散液と、
    を備えたことを特徴とする表示媒体。
  11. 少なくとも一方が透光性を有する一対の電極と、
    前記一対の電極間に設けられた、請求項6から9までのいずれか1項に記載の表示用分散液を有する領域と、
    を備えたことを特徴とする表示媒体。
  12. 請求項10又は11に記載の表示媒体と、
    前記表示媒体の前記一対の基板間に電圧を印加する電圧印加手段と、
    を備えた表示装置。
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