JPH05173193A - 電気泳動表示用の分散系およびその分散系を用いた電気泳動表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電気泳動粒子の凝集、電極板への付着、沈降
等が防止された電気泳動表示用の分散系と、このような
分散系を用いたメモリー性に優れ信頼性の高い電気泳動
表示素子を提供する。 【構成】 電気泳動粒子の表面にグラフト鎖を形成して
表面改質することにより、分散媒中での電気泳動粒子の
凝集、沈降、電極板への付着等が防止された電気泳動表
示用の分散系とし、このような分散系を少なくとも一方
が透明な一組の電極板を所定の間隔を設けて対向配置し
て形成した空間に封入し、制御手段により電極板間に制
御用電圧を印加することにより表示動作を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電気泳動粒子を利用し
た表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、少なくとも一方の電極板が透
明である対向配置された一組の電極板の間に、電気泳動
粒子を着色分散媒に分散させてなる分散系を封入し、電
極板間に電圧を印加することにより電気泳動粒子を透明
電極板側へ移動させて、電気泳動粒子と分散媒とのコン
トラストを透明電極板側から認識させる電気泳動表示素
子が開発されている。

【０００３】従来の電気泳動表示素子では、分散媒中に
分散している電気泳動粒子が電極板に付着したり、ある
いは、電気泳動粒子が互いに凝集し、または電気泳動粒
子と分散媒との比重の差により時間の経過とともに電気
泳動粒子が徐々に沈降したり、あるいは、電気泳動粒子
の帯電が不十分で印加電圧に対して十分応答できないと
いう現象が生じていた。このため、信頼性が高く耐久性
のある電気泳動表示素子は実現していなかった。

【０００４】このような欠点を解決するために、電気泳
動粒子を樹脂で被覆することにより電気泳動粒子と分散
媒との比重を実質上等しくすることが提案されている
（特開昭４８−３１０９７号公報）。また、電気泳動粒
子としての二酸化チタン微粒子をシリコン樹脂で被覆す
ることにより、電気泳動粒子に大きな自然発生帯電量を
付与することが提案されている（特開平２−１８９５２
５号公報）。さらに、電気泳動粒子をチタネート系のカ
ップリング剤とソルビタン脂肪酸エステルで処理するこ
とが提案されている（特開平２−２８４１２８号公
報）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
樹脂で被覆された電気泳動粒子は、確かに比重が分散媒
と実質上等しくなり、分散媒中での電気泳動粒子の沈降
等は防止されるが、電気泳動粒子を被覆している樹脂が
分散媒中の染料等により汚染され易く、電気泳動粒子と
分散媒とのコントラストが低下してしまうという問題が
ある。さらに、加熱溶融樹脂中に電気泳動粒子を分散さ
せ、冷却硬化後に電気泳動表示素子に適した所定の大き
さに微粉砕することが困難であるという問題もある。

【０００６】また、上記のシリコン樹脂で被覆された二
酸化チタン微粒子を電気泳動粒子として使用する場合
は、低消費電力で大型化の容易な電気泳動表示素子が可
能となるが、シリコン樹脂が分散媒中の染料等により汚
染され易く、経時的に電気泳動粒子と分散媒とのコント
ラストが低下してしまうという問題がある。

【０００７】さらに、上記のチタネート系のカップリン
グ剤とソルビタン脂肪酸エステルで処理された電気泳動
粒子は、表面に有機単分子膜が形成され、これにより有
機分散媒との親和性が向上し、電極板への付着や粒子相
互の凝集による沈降は防止されるが、電気泳動粒子の比
重そのものは変わらない。したがって、比重の大きい無
機粒子を電気泳動粒子として使用する場合には、一般に
毒性が大きく、高価な比重の大きい分散媒を用いないと
粒子の単独沈降が発生するという問題がある。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、電気泳動粒子の凝集、沈降、電極板への
付着等が防止された電気泳動表示用の分散系と、このよ
うな分散系を用いたメモリー性に優れ信頼性の高い電気
泳動表示素子を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の電気泳動表示用の分散系は表面にポ
リマーのグラフト鎖が形成された電気泳動粒子と、分散
媒とからなるような構成とした。

【００１０】また、本発明の電気泳動表示素子は、少な
くとも一方が透明な一組の電極板を所定の間隔を設けて
対向配置して形成した空間に上記の分散系を封入すると
ともに、前記電極板間に制御用電圧を印加して前記分散
系内の電気泳動粒子の分布状態を変えるための制御手段
を設けたような構成とした。

【００１１】

【作用】電気泳動粒子は表面にポリマーのグラフト鎖が
形成されて表面改質され、分散媒中での電気泳動粒子の
凝集、沈降、電極板への付着（固着）等が防止された電
気泳動表示用の分散系が得られ、このような分散系が少
なくとも一方が透明な一組の電極板を所定の間隔を設け
て対向配置して形成した空間に封入され、制御手段によ
り電極板間に制御用電圧が印加されることにより表示動
作が行われる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。図１は本発明の電気泳動表示素子の
構成を示す概略断面図である。図１において、電気泳動
表示素子１は、表面に透明電極３が設けられた透明基板
２と、表面に複数の分割電極５が設けられた基板４と
を、透明電極３と分割電極５とが対向するように配置
し、この両電極間の周縁部分にスペーサ６を介在させる
ことにより密封空間７を形成し、この密封空間７に電気
泳動表示用の分散系１１を封入したものである。そし
て、複数の分割電極５のうちの所望の電極に制御用電圧
を付加して透明電極３と分割電極５との間に電界を形成
し分散系１１内の電気泳動粒子の分布状態を変えるため
の制御手段（図示せず）が配設されている。また、分散
系１１は、着色分散媒１２と、この着色分散媒１２中に
分散されている電気泳動粒子１３とからなっている。

【００１３】図示例では、中央より左側の分割電極に正
の制御用電圧が付加され、この領域では電気泳動粒子１
３（この場合、正に帯電しているものとする）が透明電
極３へ泳動して、透明基板２、透明電極３を介して電気
泳動粒子１３の色（例えば白色）が認識される。また、
中央より右側の分割電極には負の制御用電圧が付加さ
れ、この領域では電気泳動粒子１３が分割電極３へ泳動
して、透明基板２、透明電極３側からは着色分散媒１２
の色（例えば黒色）のみが認識される。

【００１４】透明基板２としては、ガラス基板、透明樹
脂基板（フィルム状のものも含まれる）等の公知の材料
を用いることができる。また、透明電極３は、酸化イン
ジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）、酸化イ
ンジウム、ヨウ化銅の薄膜や金、クロムなどの金属蒸着
膜等により形成することができる。

【００１５】一方、基板４は特に限定はない。また、こ
の基板４表面に形成される分割電極５の形状、寸法等
は、電気泳動表示素子の使用目的等に応じて適宜決定す
ることができる。

【００１６】このような電気泳動表示素子に用いる分散
系１１を構成する着色分散媒１２は、トルエン、キシレ
ン、シクロヘキサン、ｎ−ヘプタン、ベンゼン、ｎ−ブ
タノール、塩化エチレン、塩化メチレン、三塩化フッ化
メタン、三塩化三フッ化エタン、四塩化炭素、四塩化二
フッ化エタン、オレイン酸、シリコン油、オリーブ油、
やし油、ひまし油、流動パラフィン、アルコール系溶
媒、エステル類、脂肪族炭化水素、脂環式炭化水素、芳
香族炭化水素、ハロゲン化炭化水素等の有機溶媒、ある
いはこれらの任意の混合物からなる有機溶媒を染料で着
色したものが用いられる。

【００１７】本発明で用いられる電気泳動粒子１３は、
表面にポリマーのグラフト鎖が形成された電気泳動粒子
である。電気泳動粒子としては、二酸化チタン、酸化亜
鉛、硫化亜鉛、鉛白、黄鉛、硫化カドミウム、黒鉛、カ
ーボンブラック等の表面に水酸基を有する無機粉体が好
ましく用いられる。このような無機粉体の大きさは、
０．２〜２．０μｍ程度が好ましい。

【００１８】そして、このような電気泳動粒子の表面へ
のポリマーのグラフト鎖形成は、電気泳動粒子の表面に
官能基を導入し、この官能基にポリマーをグラフト反応
させることにより行われる。導入される官能基として
は、後にグラフト重合されるポリマーとの適性を考慮し
て決定することができ、例えば下記の官能基を挙げるこ
とができる。

【００１９】

【化１】

【００２０】

【化２】

【００２１】

【化３】 このような官能基を電気泳動粒子の表面に導入するに
は、官能基を末端に備えた末端反応型カップリング剤に
より電気泳動粒子を処理することが好ましい。また、電
気泳動粒子の表面に導入された官能基と容易に反応して
グラフト鎖を形成するためのポリマーは、末端反応型の
変性ポリマーであることが好ましい。この場合、末端反
応型カップリング剤は電気泳動粒子に対して０．５〜１
０重量％添加することが好ましい。また、変性ポリマー
は溶剤を用いない場合、電気泳動粒子に対して大過剰に
添加することが好ましく、例えば５００〜１０００重量
％添加することができる。

【００２２】例えば、官能基としてエポキシ基を導入す
る場合、電気泳動粒子と末端エポキシ変性のシランカッ
プリング剤とを有機溶媒中で反応させて、電気泳動粒子
表面の水酸基存在部位にエポキシ基を導入することがで
きる。そして、有機溶媒とシランカップリング剤とを取
り除いた後、エポキシ基との反応性が高いアミノ基を両
末端に有するアミノ変性ポリマーを添加して反応させる
ことによりポリマーのグラフト鎖が形成される。末端エ
ポキシ変性のシランカップリング剤としては、例えばγ
−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−
（３，４エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシ
シラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン
等を使用することができる。また、アミノ変性ポリマー
としては、例えばアミノ変性ポリシロキサン、ポリビニ
ルアミン、ポリアリルアミン、ポリエチレンイミンなど
の他、アミノ基を有する各種マクロモノマーを使用する
ことができる。尚、上記の有機溶媒として分散系を構成
する分散媒と同一の溶媒を用いることにより、ポリマー
のグラフト鎖形成と、分散系の調製とを一連の連続操作
とすることができるので便利である。

【００２３】上述のように、電気泳動粒子１３は、表面
にポリマーのグラフト鎖が形成されたものでため、電気
泳動粒子１３の表面に位置する水酸基がブロックされて
電気泳動粒子１３の親油性が向上し、分散媒中での電気
泳動粒子１３の凝集および電極への付着が防止されると
ともに、電気泳動粒子１３の見掛の比重が低下して分散
媒中での電気泳動粒子１３の沈降が防止される。

【００２４】次に、実験例を示して本発明を更に詳細に
説明する。 （実験例１）冷却管を取付けた１００mlのなす型フラス
コに、充分に乾燥させた電気泳動粒子（二酸化チタン）
３ｇと、脱水洗浄したトルエン５０mlと、エポキシ変性
カップリング剤（γ−グリシドキシプロピルトリメトキ
シシラン）０．３ｇとを添加し、１２０℃に加熱して十
分に分散処理を行いながら９時間反応を行った。反応終
了後、放冷してフラスコの内容物を冷却し、その後、ト
ルエンを取り除いた。

【００２５】次に、充分に乾燥させたポリマー（末端ア
ミノ変性ポリシロキサン）３０ml（二酸化チタンに対し
て１０００重量％、但し、二酸化チタンと実際に反応し
ているポリマーは二酸化チタンに対して８０重量％程
度）を上記のなす型フラスコ内に添加し、７０℃に加熱
して２時間反応を行った。以上の反応によりポリマー
（ポリシロキサン）のグラフト鎖が形成された電気泳動
粒子（本発明）を得た。

【００２６】次に、上記のようにして調製した本発明の
電気泳動粒子と、未処理の電気泳動粒子とについて、以
下のようにして分散安定性を比較した。試験管中に被検
体である電気泳動粒子を３ｇと、分散媒（トルエン）５
０mlと、必要ならば界面活性剤（ポリカルボン酸誘導
体）０．６ｇとを添加し、マグネチックスターラで２時
間攪拌した後、直ちに上澄みを1.0 ml量り取り、これを
オーブンで加熱して分散媒を完全に除去した後の重量を
測定した。このときの重量をＷo (g) とした。また、上
記の試験管を所定時間静置した後、同様に上澄みを1.0
ml量り取り、これをオーブンで加熱して分散媒を完全に
除去した後の重量を測定した。このときの重量をＷi
(g) とした。そして、下記の式により分散安定性Ｓを算
出した。

【００２７】分散安定性Ｓ（％） ＝ Ｗi (g) ／Ｗo
(g) × １００ このようにして求めた本発明の電気泳動粒子と、未処理
の電気泳動粒子の分散安定性Ｓの測定結果を図２に示し
た。

【００２８】図２から明らかなように、未処理の電気泳
動粒子に比べて、ポリマー（ポリシロキサン）のグラフ
ト鎖が形成された電気泳動粒子は分散媒中での分散安定
性が著しく向上した。また、界面活性剤が存在すること
により分散安定性はさらに向上することが認められた。 （実験例２）比較として以下のような表面処理を行って
電気泳動粒子（比較試料１）を得た。すなわち、ポリエ
チレン樹脂７５．０７７４ｇを加熱溶融した中に二酸化
チタン粉末２４．９２２６ｇをロールミルを用いて均一
に分散した後に、冷却硬化させて微粉砕した。

【００２９】次に、実験例１において作成した電気泳動
粒子（本発明）、電気泳動粒子（比較試料１）および未
処理の電気泳動粒子のそれぞれについて、下記の組成の
分散系を調製した。 （分散系の組成） 電気泳動粒子 １ 重量部 分散媒（トルエン） 3.4 重量部 染料（青色染料ＤＨ−Ｃ２（ＩＣＩ製）） 0.04重量部 界面活性剤（ポリカルボン酸誘導体） 0.2 重量部 そして、上記の分散系を図１に示されるような電気泳動
表示素子の密封空間に封入して電気泳動表示素子とし
た。この電気泳動表示素子の透明電極と分割電極間に３
０Ｖの電圧を印加して表示性を比較した。さらに、１４
日間経過後に同じように表示性を比較した。

【００３０】その結果、電気泳動粒子（本発明）を用い
た電気泳動表示素子では、メモリー性に著しい向上がみ
られ、電気泳動粒子の沈降、電極への付着は防止され表
示性の優れた電気泳動表示素子であった。また、経時に
よる表示性の低下はみられなかった。

【００３１】これに対して、電気泳動粒子（比較試料
１）を用いた電気泳動表示素子では、粒子表面が樹脂で
覆われているために、電気泳動粒子の沈降は見られない
が、粒子が着色することでコントラストが低下し、応答
性が悪く、メモリー性に向上が見られなかった。

【００３２】また、未処理の電気泳動粒子を用いた電気
泳動表示素子では、泳動泳子の凝集沈降が起き、また電
極へ付着した粒子が取れないという結果であった。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば電
気泳動粒子は表面にポリマーのグラフト鎖が形成された
ものであることにより、電気泳動粒子の表面に位置する
水酸基がブロックされて電気泳動粒子の親油性が向上
し、分散媒中での電気泳動粒子の凝集あるいは電極への
付着が防止されるとともに、電気泳動粒子の見掛の比重
が低下して分散媒中での電気泳動粒子の沈降が防止され
る。そして、このような電気泳動粒子を用いた分散系を
電極板間に封入した電気泳動表示素子は、表示性に優れ
信頼性の高いものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電気泳動表示素子の構成を示す概略断
面図である。

【図２】電気泳動粒子の分散安定性Ｓの測定結果を示す
図である。

【符号の説明】

１…電気泳動表示素子 ２…透明基板 ３…透明電極 ４…基板 ５…分割電極 ６…スペーサ ７…密封空間 １１…分散系 １２…着色分散媒 １３…電気泳動粒子

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面にポリマーのグラフト鎖が形成され
   た電気泳動粒子と、分散媒とからなることを特徴とする
   電気泳動表示用の分散系。
2. 【請求項２】 前記グラフト鎖は前記電気泳動粒子の表
   面に官能基を導入し、この官能基にポリマーをグラフト
   反応させることにより形成されたものであることを特徴
   とする請求項１に記載の電気泳動表示用の分散系。
3. 【請求項３】 前記官能基は末端反応型カップリング剤
   を用いて前記電気泳動粒子の表面に導入したものであ
   り、前記ポリマーは前記官能基と容易に結合する末端反
   応型の変性ポリマーであることを特徴とする請求項２に
   記載の電気泳動表示用の分散系。
4. 【請求項４】 前記末端反応型カップリング剤は末端エ
   ポキシ変性のシランカップリング剤であり、前記変性ポ
   リマーはアミノ変性ポリマーであることを特徴とする請
   求項３に記載の電気泳動表示用の分散系。
5. 【請求項５】 前記電気泳動粒子は表面に水酸基を有す
   る無機粉体であることを特徴とする請求項１乃至４のい
   ずれかに記載の電気泳動表示用の分散系。
6. 【請求項６】 前記分散媒は染料で着色された有機溶媒
   であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
   載の電気泳動表示用の分散系。
7. 【請求項７】 少なくとも一方が透明な一組の電極板を
   所定の間隔を設けて対向配置して形成した空間に請求項
   １乃至６のいずれかに記載の電気泳動表示用の分散系を
   封入するとともに、前記電極板間に制御用電圧を印加し
   て前記分散系内の電気泳動粒子の分布状態を変えるため
   の制御手段を設けた構成であることを特徴とする電気泳
   動表示素子。