(57)【要約】【課題】表示装置に使用される２色粒子の製造方法において、均質に着色される粒子毎のばらつきを小さくすること。【解決手段】本発明による方法は、一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる粒子を製造する方法であって、粒子の平均直径より浅い深さを有するように、所定の樹脂材料の溶解液の深さを維持する工程と、前記溶解液に、前記粒子を投入する工程と、前記溶解液を乾燥させ、前記所定の樹脂材料を硬化させる工程と、前記粒子表面の内、前記所定の樹脂材料により被覆されていない部分を着色する工程と、前記所定の樹脂材料を除去することで、部分的に着色された前記粒子を取り出す工程より成る方法である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる粒子を製造する方法であって、
粒子の平均直径より浅い深さを有するように、所定の樹脂材料の溶解液の深さを維持する工程と、
前記溶解液に、前記粒子を投入する工程と、
前記溶解液を乾燥させ、前記所定の樹脂材料を硬化させる工程と、
前記粒子表面の内、前記所定の樹脂材料により被覆されていない部分を着色する工程と、
前記所定の樹脂材料を除去することで、部分的に着色された前記粒子を取り出す工程
より成ることを特徴とする、一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる２色粒子を製造する方法。
【請求項２】
前記溶解液の深さが、前記粒子の平均半径に等しい深さに維持されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記粒子が第１の樹脂材料より成り、前記所定の樹脂材料が第２の樹脂材料より成り、前記溶解液の溶剤は、前記第２の樹脂材料を前記第１の樹脂材料より速く溶解する性質を有することを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記粒子が、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂より成り、前記所定の樹脂材料が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記粒子が、架橋性分子より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に表示装置に関し、特に電界による粒子の回転を利用した表示装置に使用される２色粒子の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年注目されている電子ペーパ、ペーパーライクディスプレイ、ディジタルペーパ等と言及される表示装置は、印加する電界を変化させ、光学的吸収係数又は光学的反射係数を変化させることで、像を形成するのが一般的である。この種の表示装置は、メモリ機能を備えることによって、電力供給を遮断している間も像情報を保持することが可能である。また、表示装置は、電極を備えたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムを利用して作成することも可能であるため、柔軟性や軽薄化等の観点から優れた性質を有し、紙の代替物としても期待されている。
【０００３】
概して、この種の表示装置は、一方が透明である２つの電極間に表示層を挟んだ構造を有する。表示層には、多数の穴が設けられ、それらの穴には誘電性の液体と、穴の中で回転可能な２色粒子が含まれる。粒子の一部分の色及び電気特性は、他の部分のものと異なるよう形成される。従って、この粒子に対する電界の向きを変化させると、それに応じて粒子が穴の中で回転し、透明電極を通じて表示される粒子の色が変化する。このような粒子の受ける電界を適宜制御することで、所望の像を形成することが可能になる。なお、従来の表示装置に関しては、例えば、特許文献１，特許文献２，特許文献３又は特許文献４を参照されたい。
【０００４】
このような半球部分が着色された粒子を簡易に形成する観点からは、蒸着法やスパッタリング法を利用することが望ましい。しかしながら、蒸着源又はスパッタリング源から粒子に向かう着色原料は、ほぼ一定の方向から到来するので、球状の粒子に成膜される膜厚（着色層の厚さ）は、粒子の天頂部から赤道部にかけて徐々に薄くなり、均質に成膜されないことが懸念される。このため、粒子によって形成される像のコントラストが不鮮明になるという問題が生じ得る。また、着色される部分が不均質であるということは、電気特性もまた不均質になる。このため、電界の変化に対する粒子の追従性が悪化し、表示の制御性に悪影響を及ぼすことも懸念される。
【０００５】
粒子を均質に着色することに関し、特許文献５は、粒子を着色する前に、着色の不要な半球部分にマスク処理を施し、着色の際に、粒子を載せたステージを適宜傾斜させることで、一定の方向から飛来する着色原料を、粒子上に均質に成膜させる技術を開示する。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１−８６１１６号公報
【０００７】
【特許文献２】
米国特許第４，１２６，８５４号明細書
【０００８】
【特許文献３】
米国特許第４，１４３，１０３号明細書
【０００９】
【特許文献４】
米国特許第５，２６２，０９８号明細書
【００１０】
【特許文献５】
特開平１１−１４９２６４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献５記載発明は、粒子を熱可塑性樹脂フィルム上に配置し、このフィルムに熱を加えながら粒子の自重によってその半球部分を埋没させようとするものであり、加熱温度、加熱時間、圧力、加圧時間等のプロセス条件を常に最適化させることを要するが、それは一般に困難である。また、最適化できたとしても、そのようなプロセス条件の範囲は一般に狭く、最適条件を常に維持することは、必ずしも容易ではない。このため特許文献５を含む従来技術によれば、良好に着色される粒子だけでなく、そうでない粒子も製造されやすくなり、製造される粒子の品質のばらつきが大きくなってしまうという問題点がある。例えば、成膜される着色層自体が、均質な一定の膜厚であったとしても、粒子表面のマスクされる面積の割合の多少に起因して、粒子の品質がばらついてしまう。
【００１２】
本願の課題は、表示装置に使用される２色粒子の一部分（特に、半分）を均質に着色することを可能にする、２色粒子の製造方法を提供することである。
【００１３】
本願の別の課題は、表示装置に使用される２色粒子の製造方法において、均質に着色される粒子毎のばらつきを小さくすることを可能にする製造方法を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による解決手段によれば、
一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる粒子を製造する方法であって、
粒子の平均直径より浅い深さを有するように、所定の樹脂材料の溶解液の深さを維持する工程と、
前記溶解液に、前記粒子を投入する工程と、
前記溶解液を乾燥させ、前記所定の樹脂材料を硬化させる工程と、
前記粒子表面の内、前記所定の樹脂材料により被覆されていない部分を着色する工程と、
前記所定の樹脂材料を除去することで、部分的に着色された前記粒子を取り出す工程
より成ることを特徴とする、一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる２色粒子を製造する方法
が、提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は、本願実施例により着色された粒子を利用する表示装置の製造方法における各工程を示す。概して、図１は着色された粒子を作成するまでの工程を示し、図２は着色された粒子を用いて表示層及び標示装置を作成するまでの工程を示す。
【００１６】
先ず、着色の対象となる粒子を用意する。粒子の粒径は、用途にも依存するが、例えば、５０μｍないし１００μｍ程度の大きさを有する。表示装置には多数の粒子が使用されるが、それらの大きさは均一であることを要し、例えば１０％以下のＣＶ値（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  ｏｆ  Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）を有することが望ましく、より好ましくは５％以下に揃えることが望ましい。ＣＶ値は、粒径分布の標準偏差の平均粒径に対する比率である。このようなＣＶ値を有する粒子を用意するために、ふるいやフィルタ等を利用した分級処理を行うことも可能である。
【００１７】
粒子の材質としては、樹脂、ガラス、アルミナ、ジルコニア等の有機化合物や、無機化合物を利用することが可能である。また、二酸化チタン、二酸化ケイ素、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ等の白色顔料、ペリレン顔料、ペリノン顔料等の着色剤を、粒子の内部に分散させることも可能である。量産性や、着色性等の観点からは、樹脂材料を利用することが望ましい。
【００１８】
粒子は、様々な手法で作成することが可能である。例えば、本実施例では、二酸化チタン（石原産業製のＣＲ−５８）を４０ｗｔ％で混練した４μｍ厚さのポリエチレンフィルムを用意し、これを７０μｍ×７０μｍの大きさに切断し、切断された樹脂片を加熱し、球形化させ、分級処理を行うことで、粒子を作成している。粒子の平均粒径は７４μｍであり、ＣＶ値は１０％以下である。あるいは、液晶表示装置の電極間の間隔を維持するギャップスペーサやプラスチックビーズを、本発明のための粒子として代用することも可能である。
【００１９】
図１（Ａ）に示される工程では、所定の樹脂材料の溶解液又は液状の膜を用意する。図示の例では、アクリル板１０の周囲に、例えば３７μｍの所定の高さを有するイミドテープより成る縁部１２を形成している。アクリル板１０及び縁部１２によって仕切られた領域の中に、所定の樹脂材料の溶解液１４を流し込む又は成膜する。
【００２０】
所定の樹脂材料としては、ポリエステル、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、アクリル、ポリスチレン、エポキシ等のような、溶剤に溶けることの可能な樹脂を利用することが可能である。溶剤としては、水、トルエン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類等を利用することが可能である。本実施例では、所定の樹脂材料としてＰＶＡ（日本合成化学工業製のゴーセナールＴ−３５０）を採用し、溶剤としては水を採用している。この水溶液は、ＰＶＡ１２重量部に対して水７８重量部を混合することで作成される。
【００２１】
縁部１２の所定の高さは、溶解液１４が、以後投入される粒子の平均粒径の半分以上の深さを維持できるように、設定される。本実施例のように、縁部１２の高さを、例えば７４μｍである粒子の平均粒径の半分（３７μｍ）に設定しても良いし、あるいはそれ以上の高さにして、溶解液の深さを３７μｍにすることも可能である。いずれにせよ、アクリル板１０及び縁部１２は、溶解液１４を、粒子の半径程度の深さに維持することを要する。アクリル板やイミドテープ等の材料については、溶解液１４を所定の深さに維持することが可能であれば、他の材料を利用することも可能である。
【００２２】
図１（Ｂ）に示される工程では、着色対象となる粒子１６が、溶解液１４中に投入される。上述したように、溶解液１４の深さは、粒子１６の平均半径程度に維持されているので、粒子１６の半球部分が溶解液１４中に埋没し、残りの半球部分が露出する。溶解液１４の粘度は、概して０．１ないし１０００Ｐａ・ｓの範疇にあることが望ましいが、着色される粒子が投入された際に、粒子の動きをある程度抑制する観点からは、１００ないし１０００Ｐａ・ｓの範疇にあることが望ましい。粒子は、自重により埋没させても良いし、上部からのエアーの吹き付け又は板による押圧を行って速やかに埋没させることも可能である。
【００２３】
図１（Ｃ）に示される工程では、溶解液１４を乾燥させることで、ＰＶＡ溶解液を硬化させる。乾燥を速やかに行う観点からは、雰囲気を減圧したり加熱することも有利であるが、粒子の変形や溶融が起こらないようにする必要がある。本実施例では、約５０℃の雰囲気にて１昼夜の時間をかけて、溶解液１４を乾燥させた。乾燥後は、ＰＶＡ樹脂１４’が硬化しているので、粒子１６は半球部分の露出した状態で固定される。溶解液１４の深さは、粒子１６の平均半径程度に維持されているので、複雑なプロセス条件の制御を要することなしに、粒子の半分を簡易且つ一様にマスクすることが可能になる。
【００２４】
図１（Ｄ）に示される工程では、露出した半球部分を着色する。着色するための様々な手法を行うことが可能である。例えば、真空蒸着法やスパッタリング法を利用して、銅フタロシアニン、カーボンブラック、フッ化マグネシウム、金、アルミニウム、タングステン、プラチナ、酸化タングステン、二酸化ケイ素等の、有機顔料、無機顔料、金属又は金属酸化物による着色を行うことが可能である。様々な着色剤を使用することが可能であるが、蒸着法のような高温処理を行う場合には、着色剤、粒子及び粒子を固定する材料（マスクとなる材料）が、その高温に耐え得ることが必要である。この点に関し、例えば、粒子が架橋された分子構造を有するようにすると、粒子の比重を小さく維持しつつ、粒子の耐熱性、耐溶剤性、耐衝撃性等を向上させることが可能になる。従って、耐熱性等に起因して配慮する必要のある、マスク処理に関する加熱温度、使用可能な溶剤等に対する制限を緩和することが可能になる。
【００２５】
着色を行う際に、粒子１６はアクリル板１０上にＰＶＡ樹脂１４’により固定されているので、粒子１６の表面上にて着色層の厚さが均一になるように、蒸着源又はスパッタリング源に対して、アクリル板１０を支持するステージ（図示せず）を適切に傾斜又は回転させることが望ましい。
【００２６】
また、上記以外の着色手法を行うことも可能である。例えば、スプレーコート、ディップコート、キャスト法のような噴霧塗布法を利用して、アクリル、ポリエステル、エポキシ等のバインダーと二酸化チタン、二酸化ケイ素、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、アルミナ等の白色顔料、カーボンブラック、マグネタイト等の黒色顔料、フタロシアニン顔料、アゾ顔料、キナクリドン顔料、ペリノン顔料等と有機溶剤より成る塗料で着色することも可能である。無電解めっきにより、銀、金、ニッケル等の金属による着色を行うことも可能である。更に、油溶性染料、分散染料等の染料を溶解した液に、粒子を浸し、着色することも可能である。このように、様々な手法で着色することが可能であるが、色彩の鮮明さや処理工程数等の観点からは、本実施例のように、金属を利用した蒸着法やスパッタリング法による着色が望ましい。
【００２７】
着色が完了した後に、マスク用の樹脂１４’を再び溶解し、除去する。本実施例ではＰＶＡ樹脂１４’を水に溶解させる。溶解を促進する観点から、マスク用の樹脂を溶剤に浸漬して溶解させる際に、超音波洗浄機等で振動を加えることが好ましい。マスク用の樹脂が溶解した後に、粒子１６をフィルタで回収することで、着色された粒子が得られる。回収された粒子を必要に応じて加熱又は乾燥させ、表示用の２色粒子が完成する。
【００２８】
図２（Ｅ）に示されるように、着色された粒子１６を、２液性シリコーンゴム（東レダウコーニング製のＫＥ１０６）２０の中に分散し、その未硬化の状態のシリコーンゴム２０を、例えばブレード法で約２００μｍの厚さ又は深さに塗布する。この厚さは、表示装置の用途にも依存するが、例えば粒子数個分程度である。シリコーンゴム２０を収容する枠２２の寸法は、作成しようとする表示装置の表示部分に合わせて設定される。シリコーンゴム２０中に分散する粒子１６は、シリコーンゴム２０に対する体積分率で約５０％であるが、他の数値を採用することも可能である。例えば温度５０℃の雰囲気にて８時間かけて、シリコーンゴム２０の硬化が行われる。
【００２９】
図２（Ｆ）に示される工程では、硬化したシリコーンゴム２０は、シリコーンオイル（例えば、東レダウコーニング製のＳＨ２００−１０ｃｓｔ）に、約１２時間浸積される。シリコーンオイルは、シリコーンゴム２０内部に浸透して膨張し、粒子１６とそれに接していたゴム側の面２４との間に隙間が形成される。この隙間はシリコーンオイルで満たされる。その結果、粒子１６は、面２４で包囲される球状の領域内で、向きを変化させることが可能になる。すなわち、粒子１６は、感受した電界に応答して、向きを変化させる又は回転することが可能になる。
【００３０】
図２（Ｇ）に示される工程では、先の工程で作成された、複数の粒子１６を含むシリコーンゴム２０（表示層）を、透明電極２６及び金属電極２８の間に設ける。透明電極２６及び金属電極２８は、表示層２０に電界を印加するために設けられる。電界の大きさ、印加する場所及び時間等は、制御手段３０により制御され、これにより、透明電極２６を介して所望の像が表示される。透明電極２６は、例えば、ＩＴＯ付きのＰＥＴフィルムとアルミの蒸着されたＰＥＴフィルムとを貼り合わせることによって、作成することが可能であるが、必ずしもこれに限定されない。
【００３１】
なお、着色された粒子を用いて、電極間に設ける表示層を形成する他の手法については、例えば、特開平８−２３４６８６号公報、米国特許第４，１４３，１０４号明細書、“Ａ  Ｎｅｗｌｙ  Ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ  ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｗｉｓｔｉｎｇ  Ｂａｌｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ”，Ｍ．Ｓａｉｔｏｈ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｒｏｃ．  ｏｆ  ＳＩＤ，Ｖｏｌ  ２３／４，１９８２に開示されている。
【００３２】
以上本願実施例によれば、粒子の着色に先立って行われる粒子のマスク処理にて、各粒子が一様に半分だけ溶解液１４中に埋没するので、複雑なプロセス条件の最適化等を要することなしに、各粒子の半分を簡易且つ一様にマスクすることが可能になる。従って、着色された後の粒子毎のばらつきも小さくなる。本願実施例では、マスク用の樹脂として、水溶性のＰＶＡを使用したが、本発明はこれに限定されず、他の材料を利用することも可能である。マスクとなる材料を溶かす溶剤が、その材料を、着色対象の粒子より速く溶解する性質を有するものであれば良いからである。（概して、その溶剤は、マスク材料を溶かすが、着色対象の粒子は溶かさないものであればよい。）ただし、マスク用の樹脂として、水溶性のＰＶＡを使用すると、着色する樹脂の粒子、及び着色剤を溶かさず、着色後に行うマスク用樹脂の除去も、単に水で洗浄することで足りる。従って、マスク用樹脂にＰＶＡを採用することは、取扱いの簡便さ及び処理工程数等の観点から有利である。
【００３３】
以下、本発明により教示される手段を列挙する。
【００３４】
（付記１）  一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる粒子を製造する方法であって、
粒子の平均直径より浅い深さを有するように、所定の樹脂材料の溶解液の深さを維持する工程と、
前記溶解液に、前記粒子を投入する工程と、
前記溶解液を乾燥させ、前記所定の樹脂材料を硬化させる工程と、
前記粒子表面の内、前記所定の樹脂材料により被覆されていない部分を着色する工程と、
前記所定の樹脂材料を除去することで、部分的に着色された前記粒子を取り出す工程
より成ることを特徴とする、一部分の色及び電気特性が他の部分と異なる２色粒子を製造する方法。
【００３５】
（付記２）  前記溶解液の深さが、前記粒子の平均半径に等しい深さに維持されることを特徴とする付記１記載の方法。
【００３６】
（付記３）  前記粒子が第１の樹脂材料より成り、前記所定の樹脂材料が第２の樹脂材料より成り、前記溶解液の溶剤は、前記第２の樹脂材料を前記第１の樹脂材料より速く溶解する性質を有することを特徴とする付記１記載の方法。
【００３７】
（付記４）  前記溶解液が、水溶液より成ることを特徴とする付記１記載の方法。
【００３８】
（付記５）  前記粒子が、アクリル樹脂又はポリスチレン樹脂より成り、前記所定の樹脂材料が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）より成ることを特徴とする付記１記載の方法。
【００３９】
（付記６）  前記粒子が、架橋性高分子より成ることを特徴とする付記１記載の方法。
【００４０】
（付記７）  前記粒子を投入する工程が、前記粒子に外的圧力を加え、前記粒子の一部を前記溶解液に浸す工程より成ることを特徴とする付記１記載の方法。
【００４１】
（付記８）  前記着色する工程が、スパッタリング法又は蒸着法により行われることを特徴とする付記１記載の方法。
【００４２】
（付記９）  前記着色する工程は、前記粒子表面上に形成される着色材料層が、一定の膜厚に成膜されるように、前記粒子を搭載するステージを傾斜させながら行われることを特徴とする付記１記載の方法。
【００４３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、表示装置に使用される２色粒子の一部分（特に、半分）を均質に着色することが、可能になる。
【００４４】
また、本発明によれば、表示装置に使用される２色粒子の製造方法において、均質に着色される２色粒子の粒子毎のばらつきを小さくすることが可能になる。
【００４５】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願実施例により着色された粒子を利用する表示装置の主要な製造工程図（その１）を示す。
【図２】図２は、本願実施例により着色された粒子を利用する表示装置の主要な製造工程図（その２）を示す。
【符号の説明】
１０  アクリル板
１２  イミドテープ
１４  溶解液
１６  粒子
２０  シリコーンゴム
２２  容器
２４  ゴム壁面
２６  透明電極
２８  金属電極
３０  制御手段
【図１】
2004219463.tif 000003
【図２】
2004219463.tif 000004