(57)【要約】【課題】  電気泳動表示装置における表示そのものを担う帯電泳動粒子間に作用する力を、実際の電気泳動表示装置画素における駆動環境と同様の条件下で、直接かつ正確に測定する方法を提案する。【解決手段】  帯電泳動粒子を片持ち梁に固定化した原子間力顕微鏡で、基板上に固定化された帯電泳動粒子との力の働き方を測定する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型プローブ顕微鏡で用いる片持ち梁の先端に任意の粒子を固定した検出子と、当該粒子と同一もしくは異なる他の単独粒子を平面基板に固定した基板とを、前記走査型プローブ顕微鏡において前記検出子を装着した側から前記平面基板へ空間的に接近させ、前記検出子の前記基板への吸着もしくは反発を測定する工程と、引き続き両者が空隙なく密着した後に前記検出子を前記基板より引き離した際に生じる前記検出子の前記基板からの脱離過程を測定する工程と、からなる前記検出子と前記平面基板間の相互作用の測定方法。
【請求項２】
前記測定においては、走査型プローブ顕微鏡に前記検出子を装着して前記粒子固定化基板上を走査する工程と、当該検出子の高さ方向への変位が前記基板に固定化された粒子の直径程度に検出される工程と、その前記高さ方向への最大変位点にて前記検出子の走査を停止する工程と、当該停止点において前記測定を行う工程と、を更に含む請求項１に記載の測定方法。
【請求項３】
前記測定においては、走査型プローブ顕微鏡に前記検出子を装着して前記粒子固定化基板上を走査する工程と、当該検出子の高さ方向への変位が前記基板に固定化された粒子の直径程度に検出される工程と、その前記高さ方向への最大変位点にて走査を停止する工程と、当該停止点において高さと逆方向に一定の時間範囲で一定の力を前記検出子から前記固定化された粒子上に印加したまま静置する工程と、その後に前記測定を行う工程と、を更に含む請求項１に記載の測定方法。
【請求項４】
前記測定において測定される前記検出子及び前記平面基板間の相互作用の大小を、前記検出子の走査範囲の中での２次元座標中にマッピングし、前記平面基板の相互作用を可視化する工程を更に含む、請求項１に記載の測定方法。
【請求項５】
前記測定が液体中で行われる事を特徴とする請求項１に記載の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気泳動粒子が電極間を移動することにより表示が行われる電気泳動表示装置において、当該泳動粒子間に働く相互作用の測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報機器の発達に伴い、低消費電力且つ薄型の表示装置のニーズが増しており、中でも視認性等の観点から反射型表示装置が期待されている。その１つとして、Ｈａｒｏｌｄ Ｄ．Ｌｅｅｓ等により発明された電気泳動表示装置（米国特許第３６１２７５８号明細書）が知られている。他にも、例えば特開平９−１８５０８７号公報に記載のような電気泳動表示装置が提案されている。以下、この電気泳動表示装置について説明する。
【０００３】
図１は、そのような電気泳動表示装置の構造の一例（粒子が水平に移動する例）を示す図である。この種の電気泳動表示装置は、所定間隙を空けた状態に配置された一対の基板１３ａ，１３ｂと、これらの基板１３ａ，１３ｂの間に充填された分散媒１２と、該分散媒１２に分散された帯電泳動粒子１１と、一方の基板１３ｂに沿うように配置された第１電極１４ａ及び第２電極１４ｂと、さらに基板１３ａ，１３ｂの間隙を、画素ごとに仕切るように配置された隔壁１５から構成されている。
【０００４】
当該装置において、帯電泳動粒子１１は、正極性又は負極性に帯電されている（図９では、正極性に帯電されている）ため、電極１４ａ，１４ｂに印加する電圧の極性に応じていずれかの電極１４ａ又は１４ｂに電気泳動するが、帯電泳動粒子１１や各電極１４ａ，１４ｂが配置される領域は着色されているため、表示装置全体として画像を表示できるようになっている。
【０００５】
また、図２には、粒子が垂直に移動する電気泳動表示装置の構造の一例を示した。図１０では、分散媒１２を帯電泳動粒子１１と異なる色に着色することで、画像を表示することができる。図９および図１０に示すいずれの電気泳動表示装置においても、隔壁１５によって両基板間の距離は、一定に保持される。その結果、これらの電気泳動表示装置は、反射型・視野角で高コントラストな表示を実現することができる。
【０００６】
上記いずれの当該装置においても、画素区画内部の一部もしくは全部に任意の有機薄膜もしくは無機薄膜を塗布して用いてもよい。
【特許文献１】米国特許第３６１２７５８号明細書
【特許文献２】特開平９−１８５０８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
電気泳動表示装置においては、駆動電圧印加中においては上記帯電泳動粒子が単分散状態となって、もしくは複数の帯電泳動粒子が集合した状態で上記電極１４aまたは１４b間を移動する。また、当該駆動電圧を除去した場合には前記帯電泳動粒子は単分散状態のままで、もしくは複数の帯電泳動粒子が集合した状態になることが観察されている。その際、当該粒子は表示画素内のいずれかの空間位置もしくは当該表示画素内のいずれかの部位に少なくとも一時的にその位置が固定され、その結果として画素表示状態が保存される（メモリー性、と呼ぶ）機能を発現するものもある。
【０００８】
いずれにせよ、上記電気泳動表示装置における表示そのものを担う帯電泳動粒子間に何らかの相互作用力が介在する事が推察される。従って適当な条件下でその値の直接測定を行うことが可能となれば、前記帯電泳動粒子間にどのような力がどのように作用するか、相互作用の機構が明らかになり、上記電気泳動表示装置の基本性能を確定する事が可能となる。
【０００９】
本発明は、この様な従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、上記電気泳動表示装置における表示そのものを担う帯電泳動粒子間に作用する力を、実際の電気泳動表示装置画素における駆動環境と同様の条件下で、直接かつ正確に測定する方法を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者は、上記の課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、走査型プローブ顕微鏡で用いる片持ち梁の先端に帯電泳動粒子を固定し、一方他の帯電泳動粒子を平面基板に固定した基板を、いずれも前記電気泳動表示装置で用いられる前記分散媒中に浸漬し、ナノメートルスケールで空間的に両者を接近・分離させた際に前記片持ち梁に発生する力学的変形を光学的に検出することで、前記帯電泳動粒子間に作用する力を評価した。
【００１１】
すなわち、本発明記載の測定方法は、走査型プローブ顕微鏡において前記検出子を装着した側から前記平面基板へ空間的に接近させ、前記検出子の前記基板への吸着もしくは反発を測定すること、引き続き両者が空隙なく密着した後に前記検出子を前記基板より引き離した際に生じる前記検出子の前記基板からの脱離過程を測定する工程、からなることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明記載の測定方法は、前記測定においては、走査型プローブ顕微鏡に前記検出子を装着して前記粒子固定化基板上を走査する工程、当該検出子の高さ方向への変位が前記基板に固定化された粒子の直径程度に検出される工程、その前記高さ方向への最大変位点にて前記検出子の走査を停止する工程、当該停止点において前記測定を行う工程と、を含む前記記載の測定方法であることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明記載の測定方法は、前記測定において、走査型プローブ顕微鏡に前記検出子を装着して前記粒子固定化基板上を走査する工程、当該検出子の高さ方向への変位が前記基板に固定化された粒子の直径程度に検出される工程、その前記高さ方向への最大変位点にて走査を停止する工程、当該停止点において高さと逆方向に一定の時間範囲で一定の力を前記検出子から前記固定化された粒子上に印加したまま静置する工程、その後に前記測定を行う工程と、を含む前記記載の記載の測定方法であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明記載の測定方法は、前記測定において測定される前記検出子及び前記平面基板間の相互作用の大小を、前記検出子の走査範囲の中での２次元座標中にマッピングし、前記平面基板の相互作用を可視化する工程とを更に含む、前記記載の記載の測定方法であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明記載の測定方法は、前記測定が液体中で行われるところの、前記記載の測定方法であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明によると、電気泳動表示装置における表示そのものを担う帯電泳動粒子間に介在する相互作用力の直接測定が可能となった。実際、上記実施態様においては、帯電泳動粒子の材質を変更すると、生じる相互作用の大きさが全く異なることが明らかとなった。例えば、前記から、例えば電気泳動表示装置における表示そのものを担う帯電泳動粒子に単分散性が要求される場合、当該粒子同士が反発しあう帯電泳動粒子を用いればよく、実際の電気泳動表示装置に当該粒子を封入して、毎回の駆動試験をせずとも上記電気泳動表示装置の基本性能を確定することを可能とするもののであり、ひいては装置開発工程全体のコスト低減・開発に要する時間の短縮に貢献するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図を用いて更に詳細に説明する。以下に例示するところの本発明に使用する材質・寸法・形状等は特にその範囲を限定するものではない。
【００１８】
図３は本発明で使用される部材を表したものである。帯電泳動粒子３１は好適には球状でありその直径は１０ミクロンから１ミクロン程度のものを用いる。当該帯電泳動粒子の材質は特に制限をしないが、例えばシリカのような無機材料、ポリスチレンのような有機材料、及びそれらを複数含有する複合体でもよい。更に、染料・顔料などを担持させた粒子を用いてもよい。また、当該粒子表面に化学的な手法によって任意の修飾処理が施された粒子を用いることも可能である。当該帯電粒子は例えば特開2004-325487に記載の手法で、走査型プローブ顕微鏡で用いる片持ち梁３２の先端部に接着固定する。
【００１９】
また、前記他方の帯電泳動粒子を平面基板に固定する際には、接着性材料を介在して前記平面基板に固定化する。この時、当該接着性材料は、後述するように測定で用いられるところの電気泳動表示装置で実際に使用される分散媒に対して溶解・膨潤・不純物溶出等が認められない材料を用いる。図４は当該粒子固定化基板の模式図である。平面基板４１に前記接着性材料部分４２を介在させて粒子を固定化する。固化した前記接着性材料部分４２の頭頂部には前記帯電泳動粒子が固定化されている。このとき、前記帯電泳動粒子を固定化した前記接着性材料部分の占有面積は基板全面積の５０％以下、更に好適には１０％以下を被覆する。これにより、実際の電気泳動表示装置内の画素区画に近似した測定環境を保証する。
【００２０】
前記帯電泳同粒子を固定化するのに使用される上記平面基板４１は特にその材質を問わないが、ガラスや石英などの所謂ソリッドな基板のほか、PET、PPS、PI、PEN、PES、PEI、PAR、PEEK等のフィルム状基板、ステンレス、アルミニウムなどの金属板を用いることも可能である。更に前記基板・フィルムを２種以上積層して形成した複合基板であってもよい。また当該基板最表部には必要に応じてSiO2、アルミ、ＩＴＯなどを蒸着したり有機材料からなる任意の薄膜を塗布したりする工程が入ってもよい。
【００２１】
図５では除震台５６に積載した走査型プローブ顕微鏡の一種である原子間力顕微鏡を用いた本実施態様での測定の様子を示した。実際の電気泳動表示装置内の画素区画に担持される電気泳動用分散媒５８を当該分散媒に対して化学的に安定な容器５７に入れる。当該分散媒５８中には図３に示すような帯電泳動粒子がその先端に接着固定された片持ち梁（以下、粒子付きプローブと称する。５４）と前記接着性材料を介在させて他の帯電泳動粒子が固定化された基板（以下、粒子固定化基板と称する。５３）を浸漬する。好適な例として、粒子固定化基板５３を容器５７底面に固定し、粒子付きプローブ５４を接近させる。具体的には、前記粒子付きプローブ５４を原子間力顕微鏡のピエゾ装置５５に装着し、当該粒子付きプローブ５３を粒子固定化基板５３上で走査する。前記基板に固定化された粒子のある個所で走査を停止し、前記粒子付きプローブ５４を前記粒子固定化基板５３へ “接近させる”−“接触させる”−“離脱させる”各過程における前記片持ち梁の変位を記録する（フォースカーブ測定）。
【００２２】
このフォースカーブの一例を図６に示す。横軸は前記粒子付きプローブが装着されたピエゾのＺ方向への移動量、縦軸は前記片持ち梁の変位量である。なお、縦軸は本実施態様で用いた片持ち梁のばね定数を用いて換算することで、「力」のへ記述し直すことができる。例えば記粒子付きプローブが基板に固定化された他方の帯電泳動粒子に接近（６１）、接触し（６２）再度両者が引き離されるとき（６３）、何らかの付着機構が働いて上記フォースカーブの“離脱”もしくは“離脱”後に前記片持ち梁が負の方向に変位する変化が現れた場合（６４）、“離脱”時に係る力や影響のおよぶ距離を算出することが可能となる。
【００２３】
本発明における他の実施態様においては、前記フォースカーブ測定の直前に、前記走査停止点において前記粒子付きプローブを前記粒子固定化基板の表面方向へＺピエゾを変位させて押し込む方向へ動かし、任意の位置で任意の時間当該Ｚピエゾを停止・保持させたのち、前記フォースカーブ測定を行なう。
【００２４】
本発明におけるさらに他の実施態様においては、例えば前記フォースカーブ測定において測定された“離脱時”の付着力の大小を、前記粒子付きレバーの走査範囲の中での２次元座標中にマッピングし、当該付着力の面内分布を可視化する。
【００２５】
なお、本発明におけるいずれの実施態様においても、測定時の温度を制御する治具を設置することで、一定の温度環境下での測定が可能となる。
【００２６】
以下、実施例をもって本発明を更に詳細に説明するが、以下の記載内容を持って本発明におけるいずれの実施態様を制限するものではない。
【実施例１】
【００２７】
本実施例では未使用の直径およそ２．５μｍ帯電泳動粒子Ａ（図３、３１）を原子間力顕微鏡の片持ち梁（図３、３２）の先端に固着する。接着に使用するエポキシ接着剤は常温で固化し、かつ固化後は後述の分散媒に対して物理的・化学的に安定なものを選択する必要があり、今回は２液混合型エポキシ接着剤（電子顕微鏡試料作製用、Gatan社製 G-1 Epoxy）を使用した。まず、本エポキシを混ぜ、細い針金先端をペンチで破断した細線先端に微量の前記エポキシ液滴を付着させた。このときエポキシ液滴は表面張力で球体となる。一方、使用する片持ち梁は帯電泳動粒子間に働く力の大きさにより変えなければならないが、今回はコンタクトモード原子間力顕微鏡用カンチレバー（Digital Instruments社製  プローブ無しSi3N4センサー、以下片持ち梁と称する）のばね定数０．０６Ｎ／ｍのものを使用した。光学顕微鏡下で片持ち梁先端とエポキシ液滴を接触させて極微量のエポキシを片持ち梁先端に付着させた。付着させる量は、固定化させたい帯電泳動粒子の半径程度の直径になるよう調整する。次に当該片持ち梁カンチレバーを原子間力顕微鏡のホルダーに設置し、予めガラス基板上にばらまいた帯電泳動粒子Ａの上に接触させることで粒子がエポキシを介して片持ち梁先端に付着した。こうして帯電泳動粒子Ａがその先端に接着固定された片持ち梁（以下、粒子付きプローブと称する）を作製できた（図３）。そのまま室温デシケータ中で１週間静置して常温固化するのを待った。
【００２８】
次に、粒子固定化基板の作製方法を述べる。洗浄済みの１インチ×１．５インチガラス基板に透明有機薄膜オプトマー（ＪＳＲ社製）を厚さ１μｍになるよう塗布、キュアを行った。引き続き、上記で用いた２液混合型エポキシ接着剤を、断面積１ｍｍの金属円柱を用いて点状に当該基板に塗布した。その際、当該基板全体の面積のうち当該エポキシ接着剤部分が占める割合が１０％以下になるように調整した。その後、上記粒子付きプローブ作製で用いたものと同様の帯電泳動粒子Ａを当該基板上に乾式撒布し、基板ごと５０℃にて３０分、当該エポキシ接着剤を加熱固化させたあとそのまま室温デシケータ中で１日程度静置した、次に、前記記載の分散媒にて洗浄し、当該基板上で未固定の帯電泳動粒子を除去した。
【００２９】
次に、前記で作製した粒子固定化基板を小型容器底面に螺子で固定した。そして前記で作製した粒子付きプローブを原子間力顕微鏡のヘッド部に装着した。次に原子間力顕微鏡のＺピエゾを駆動し、当該粒子付きプローブを前記粒子固定化基板方向へ近づけて走査し、基板に固定化された粒子上に粒子付きプローブが位置した位置で走査を止め、その位置でのＺピエゾの正確なＺ位置およびＸＹ面内座標をチェックした。
【００３０】
次に、前記容器に前記分散媒を入れて、前記に記録した当該粒子付きプローブの当該粒子固定化基板上の固定化粒子に対するフォースカーブ、すなわち“接近”−“接触”−“離脱”の過程における当該粒子付きプローブの変位を記録した。
【００３１】
その結果を図７に示す。本実施例では粒子付きプローブを粒子固定化基板の粒子上に位置させ、当該粒子付きプローブを当該固定化粒子に徐々に接近させると、距離約５０−６０ｎｍ付近から両者が反発しあっていく状況を示している。次に両者が完全に付着した状態から粒子付きプローブを当該固定化粒子から離脱させる過程では、両者が接近していく経路と同じ経路を経て分離状態となる。これは本実施例での粒子付きプローブに担持されている帯電泳動粒子Ａと粒子固定化基板に固定化されている粒子Ａとの間には斥力が作用する関係にあることを示す。
【実施例２】
【００３２】
本実施例では、実施例１と同様の工程にて粒子付きプローブを作製した。但し、当該粒子は実施例１で用いた帯電泳動粒子Ａとは材質の異なる帯電泳動粒子Ｂを用いた。また、本実施例で用いた粒子固定化基板は実施例１で用いたものと同様に粒子Ａを固定化したものである。
【００３３】
本実施例で実施例１と同様の評価を行なったところ、フォースカーブ、すなわち“接近”−“接触”−“離脱”の過程は図８に示す如くとなった。本実施例では粒子付きプローブを粒子固定化基板の粒子上に位置させ、当該粒子付きプローブを当該固定化粒子に徐々に接近させると、距離約２５ｎｍ近傍から両者が反発しあっていく状況を示している。次に両者が完全に付着した状態から粒子付きプローブを当該固定化粒子から離脱させる過程では、両者が接近していく経路と同じ経路を経て分離状態となる。これは本実施例での粒子付きプローブに担持されている帯電泳動粒子Ｂと粒子固定化基板に固定化されている粒子Ａとの間には斥力が作用する関係にあることを示す。しかしながら本実施例では両者の反発の度合いは実施例１ほどではない。すなわち、本実施例での粒子付きプローブに担持されている帯電泳動粒子Ｂと粒子固定化基板に固定化されている粒子Ａとの間には実施例１と比較してややその程度が低下した斥力が作用する関係にあることを示す。
【実施例３】
【００３４】
本実施例では、実施例１と同様の工程にて粒子付きプローブを作製した。但し、当該粒子は実施例１で用いた帯電泳動粒子Ａとは材質の異なる帯電泳動粒子Ｃを用いた。また、本実施例で用いた粒子固定化基板は実施例１で用いたものとは材質の異なる帯電泳動粒子Ｃを固定化したものである。
【００３５】
本実施例で実施例１と同様の評価を行なったところ、フォースカーブ、すなわち“接近”−“接触”−“離脱”の過程は図９に示す如くとなった。本実施例では粒子付きプローブを粒子固定化基板の粒子上に位置させ、当該粒子付きプローブを当該固定化粒子に徐々に接近させると、距離約７０ｎｍ付近から両者が反発しあっていく状況を示している。次に両者が完全に付着した状態から粒子付きプローブを当該固定化粒子から離脱させる過程では、前記粒子つきプローブがＺピエゾを延伸させる方向（固定化粒子の方向）に引っ張られる過程（９１）を経て分離状態となる。これは本実施例での粒子付きプローブに担持されている帯電泳動粒子Ｃと粒子固定化基板に固定化されている粒子Ｃとの間には接近時には斥力が作用するが両者が付着したあと離脱させる際に両者間に付着力が生じる関係にあることを示す。
【実施例４】
【００３６】
本実施例では、実施例１と同様の工程にて粒子付きプローブを作製した。但し、当該粒子は実施例１で用いた帯電泳動粒子Ａとは材質の異なる帯電泳動粒子Ｄを用いた。また、本実施例で用いた粒子固定化基板は実施例１で用いたものと同様の工程にて、実施例１で用いた帯電泳動粒子Ａとは材質の異なる帯電泳動粒子Ｄを固定化したものである。
【００３７】
本実施例で実施例１と同様の評価を行なったところ、フォースカーブ、すなわち“接近”−“接触”−“離脱”の過程は図１０に示す如くとなった。本実施例では粒子付きプローブを粒子固定化基板の粒子上に位置させ、当該粒子付きプローブを当該固定化粒子に徐々に接近させると、両者は殆ど反発せず、両者が完全な付着状態になる直前（距離５ｎｍ以下付近）で極わずかの反発が見られるのみである。次に両者が完全に付着した状態から粒子付きプローブを当該固定化粒子から離脱させる過程では、実施例３で見られた両者間の付着力はまったく見られずに、または反発も見られずに分離する。すなわち、本実施例での粒子付きプローブに担持されている帯電泳動粒子Ｄと粒子固定化基板に固定化されている粒子Ｄとの間には相互作用が殆ど見られない関係にあることを示す。
【実施例５】
【００３８】
本実施例で実施例３におけるフォースカーブ評価、すなわち“接近”−“接触”−“離脱”の過程で、前記粒子つきプローブが固定化粒子に接触後、当該接触状態のまま５分間静置し引き続き離脱操作をおこなったところ、実施例３と同様の効果が得られた。但し、本実施例における評価を、基板固定化粒子を同一基板の別の粒子に変更して繰り返しおこなったところ、前記粒子つきプローブがＺピエゾの負の方向（固定化粒子の方向）に引っ張られる過程が観察されたが、生じた引っ張りの大きさが実施例３に比較して大きくなる場合があった。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】粒子が水平に移動する電気泳動表示装置の構造の一例
【図２】粒子が垂直に移動する電気泳動表示装置の構造の一例
【図３】帯電泳動粒子を固定化した走査型プローブ顕微鏡用の片持ち梁先端
【図４】粒子固定化基板の模式図
【図５】原子間力顕微鏡を用いた本実施態様での測定の模式図
【図６】フォースカーブの一例
【図７】本発明による実施例で測定したフォースカーブの例
【図８】本発明による実施例で測定したフォースカーブの例
【図９】本発明による実施例で測定したフォースカーブの例
【図１０】本発明による実施例で測定したフォースカーブの例
【符号の説明】
【００４０】
１１  帯電泳動粒子
１２  分散媒
１３ａ，１３ｂ  基板
１４ａ  第１電極
１４ｂ  第２電極
１５  隔壁
１６  絶縁層
３１  帯電泳動粒子
３２  走査型プローブ顕微鏡用の片持ち梁
４１  平面基板
４２  頭頂部に帯電泳動粒子が固定化されているエポキシ接着剤部分
５３  帯電泳動粒子が固定化された基板（粒子固定化基板）
５４  粒子付きプローブ
５５  原子間力顕微鏡のピエゾ装置
５６  除震台
５７  容器
５８  電気泳動用分散媒
６１  粒子付きプローブが固定化粒子に接近する過程
６２  粒子付きプローブが固定化粒子に接触する過程
６３  粒子付きプローブが固定化粒子から離脱する過程
６４、９１  粒子付きプローブが固定化粒子から離脱する過程で粒子付きプローブに付着力が発生した部分
７１，８１，９２，１０１  粒子付きプローブが固定化粒子に接触するポイント
【図１】
2006343188.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006343188.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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