(57)【要約】【課題】表示速度が速く且つ長期安定性に優れ、電子ペーパーとして用いることが可能な表示装置を提供する。【解決手段】表示装置１０は、対向して配置された基板１１ａ，１１ｂ（基体）の対向する面に設けられた２つの導電電極１２ａ，１２ｂの間に、複数の粒子体１３を包含するマイクロカプセル１４が設けられたものである。また、表示装置１０は、複数の粒子体１３が、例えば電界等により、絶縁性液体中、気体中、真空中等を移動し、その空間分布変化による反射率の違いにより表示を行うものである。複数の粒子体１３は、それらの２重量％以上のもの又は部分が、フラーレン等の特定物質から成っている。或いは、複数の粒子体１３は、その５重量％以上が、核となるカーボンブラック粒子等の母体粒子にそれらの特定物質が結合されて成る結合粒子体であってもよい。【選択図】　図１
2004046072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体間における複数の粒子体の空間分布変化に基づく反射率の相違によって表示が行われる表示装置であって、
前記複数の粒子体のうち２重量％以上のもの又は部分が、フラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質から成る、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
基体間における複数の粒子体の空間分布変化に基づく反射率の相違によって表示が行われる表示装置であって、
前記複数の粒子体のうち５重量％以上のもの又は部分が、母体粒子の表面にフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質が結合された結合粒子体である、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項３】
前記結合粒子体は、前記母体粒子がカーボンブラック粒子である結合粒子体を含むものである、
ことを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】
前記結合粒子体は、当該結合粒子体の全質量に占める前記炭素質物質の含有割合が２〜５０重量％以上のものである、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の粒子体は、前記基体間に形成される電界により移動して前記空間分布変化を生ぜしめるように設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記基体間に収容される絶縁性液体を備えており、
前記複数の粒子体は、前記絶縁性液体中を移動することにより前記空間分布変化を生ぜしめるように設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項７】
前記基体間に気体を備えており、
前記複数の粒子体は、前記気体中を移動することにより前記空間分布変化を生ぜしめるように設けられている、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の表示装置。
【請求項８】
前記複数の粒子体の周囲にマトリックス状に配置された電極対と、
前記電極対に接続された駆動手段と、
を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基体（基板）間における複数の粒子体の空間分布変化に基づく反射率の相違によって表示が行われる、例えば電子ペーパーとして使用可能な表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子ペーパーは、従来の紙による表示（いわゆる、ハードコピー）と、ＣＲＴや液晶等に代表される電子表示（いわゆる、ソフトコピー）との中間に位置づけられるものであり、電子新聞紙等の用途が期待されている。電子ペーパーには、電子表示装置と異なり、一旦表示された画面（画像、文字等）をその後も無電力で維持ができること（自己保持性）が要求される。特に、視認者がその表示画面を長時間見ても疲労感が少なく、印刷物と同等の高い視認性（コントラスト）が切望される。
【０００３】
従来、このような電子ペーパーに画像や文字を表示させる手法として、着色粒子の回転、電気泳動、サーマルリライタブル、液晶、エレクトロクロミー等の技術が知られている。例えば、特許文献１には、電気泳動現象を利用した表示装置であって、基板間に泳動粒子を含む分散系が封入されており、その分散系内の電気泳動粒子の分布状態を制御することによって光学的反射特性に変化を与え、これにより所要の表示動作を行わせるものが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、導電性微粒子を空間上で移動させる、いわゆるトナーディスプレイとして電荷輸送層を表層に有する画面表示装置が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特公昭５０−１５１２０号公報
【特許文献２】
特開２０００−３４７４８３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の電気泳動表示装置或いはトナーディスプレイ等の粒子移動型表示装置においては、移動粒子体としてカーボン粒子が広く使用されている。このカーボン粒子は、カーボンブラックに代表される黒鉛（グラファイト）あるいは無定型炭素（アモルファス炭素）からなるものである。
【０００７】
しかし、カーボン粒子は微細になると粒子同士が凝集しやすく粒度分布が広く（ブロードに）なってしまう傾向にある。こうなると、粒子の分散性が不都合に低下してしまい、表示速度及び視認性（コントラスト）が損なわれるおそれがある。ただし、移動粒子体としてある程度の良好な分散性を得るためには、概ね数μｍ以上の粒径が必要とされる。しかし、粒径が過度に大きくなると、その移動速度が顕著に低下する傾向にある。こうなっては、十分に高い表示速度を達成し難い。
【０００８】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、粒子サイズが小さくても粒子同士の凝集が十分に抑制されてシャープな粒度分布を実現でき、移動粒子体の分散性に優れると共に、その移動速度及び視認性を十分に高めることができ、ひいては長期使用における信頼性を向上できる表示装置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】
上記目的を達成するために、本発明による表示装置は、基体（基板）間における複数の粒子体の空間分布変化に基づく反射率の相違によって表示が行われるものであって、複数の粒子体のうち２重量％以上、好ましくは５重量％以上のもの又は部分が、実質的にフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質から成る粒子体であることを特徴とする。
【００１０】
なお、実質的にこれらの炭素質物質から成る粒子体と他の粒子体（例えば公知の粒子体）とが混合されていてもよく、各粒子体がこれらの炭素質物質と公知の炭素質材料との混合体であってもよい。また、本発明における「重量％」はＳＩ単位系における質量基準（質量％）と等価である。
【００１１】
ここで、本発明において「フラーレン」（Ｆｕｌｌｅｒｅｎｅ）とは、以下のいずれかに該当するものをいう。
（１）球殻状又は閉塞された管状の炭素クラスターを骨格とする分子であり、２０個以上の炭素原子を有しており各炭素原子が全て三配位である‘かご’型分子を示し（なお、これはＩＵＰＡＣの２００２年勧告に準じた定義である。）、２０個以上の偶数個の炭素原子から成り且つ１２個の五角面と（ｎ／２−１０；ただし、ｎは炭素原子数）個の六角面を有する閉多面体‘かご’型分子（これはＩＵＰＡＣ（Ａ　Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　Ｓｕｒｖｅｙ，１９９７）に準じた定義である。）を含む。
（２）２０個以上の炭素原子がそれぞれ隣接する３原子と結合して成る閉じた擬球構造を有する分子であり、各環の員数は特に制限されない（なお、これはＣＡＳにおける定義に準じた定義であり、いわゆる準（ｑｕａｓｉ−）フラーレンを含む。）。
（３）より具体的には、単一分子として３２〜１０００個又はそれ以上の炭素原子を含む中空球状構造分子である。
【００１２】
なお、本発明における「フラーレン」には、完全に水素化された飽和フラーレン（例えば　Ｃ６０Ｈ６０）すなわちフラーラン（Ｆｕｌｌｅｒａｎｅ）、及び、ヘテロフラーレン、ノルフラーレン、ホモフラーレン、セコフラーレンといったフラーロイド（Ｆｕｌｌｅｒｏｉｄ）が含まれるものとする。
【００１３】
また、本発明において「ナノチューブ」とは、いわゆるカーボンナノチューブであり、筒状又は略筒状の炭素クラスターを骨格とする分子であり、炭素原子数は当該形状が構成される数であれば特に制限されない。また、通常分子骨格の端部（先端部）は、閉塞されていてもいなくてもよく、閉塞されている場合、筒状部の延在長によっては、上記「フラーレン」の定義にも含まれる分子である。
【００１４】
さらに、本発明において「フラーレンスート」とは、フラーレンの製造過程において生成されたフラーレンを含む合成炭素質材料をいう。本出願人のこれまでの知見によれば、フラーレンスートに含まれるフラーレン以外の炭素質分子には、少なくとも一つの五員環及び少なくとも一つの六員環を含んでおり且つ開放端を有する炭素クラスターで構成される分子骨格を有する化合物が含まれているものと推定される。また、「フラーレンスート」には、Ｘ線回折スペクトルにおける２θが数十度以下の領域において非晶質構造に由来する非ピーク状分布を有する化合物が含まれているものと推定される。ただし、構成成分の特性はこれらに限定されるものではない。
【００１５】
またさらに、本発明において「ナノチューブスート」とは、ナノチューブの製造過程において生成されたナノチューブを含む合成炭素質材料をいう。本出願人のこれまでの知見によれば、ナノチューブスートに含まれるナノチューブ以外の炭素質分子には、少なくとも一つの六員環を含んでおり且つ開放端を有する炭素クラスターで構成される分子骨格を有する化合物が含まれているものと推定される。また、「ナノチューブスート」には、Ｘ線回折スペクトルにおける２θが数十度以下の領域において非晶質構造に由来する非ピーク状分布を有する炭素質化合物が含まれているものと推定される。ただし、構成成分の特性はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
さらにまた、後述するようにフラーレンとナノチューブは、同原料から同製法で得ることができ、製造装置内の回収部位又は回収方法によって両者の分離精製が可能であるが、本発明における粒子体としては、両者を分離せずに混合した形態で用いてもよい。なお、これらを含むフラーレンスートとナノチューブスートについても同様であり、よって、フラーレンスートにナノチューブが含まれることがあり、ナノチューブスートにフラーレンが含まれることもある。
【００１７】
このような本発明の表示装置においては、複数の粒子体のうち少なくとも２重量％の部分がフラーレン又はナノチューブで構成されるが、極微細な粒子体であるにも拘わらず、粒子体同士の凝集が生じ難いことが確認された。また、表示装置の表示速度は、粒子体の移動速度によって決定されるところ、フラーレン又はナノチューブを含む粒子体は媒体中での高速移動が可能であり、しかも優れた潤滑効果を奏する。さらに、凝集が生じ難いため、表示装置を長期間使用したときの表示安定性が高められる。
【００１８】
また、フラーレンスート及びナノチューブスートを含む粒子体を用いても、上述したフラーレン及びナノチューブを含む粒子体を用いたときと同様の作用が奏される。しかも、フラーレンスート及びナノチューブスートを使用すれば、フラーレン及びナノチューブの複雑な単離精製が不要となり、粒子体の製造工程の簡略化が達成されるので、経済性の観点からより好ましい。
【００１９】
ここで、複数の粒子体におけるフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質の含有割合が２重量％未満となると、上記の優れた作用効果が顕在化しない傾向にある。
【００２０】
或いは、本発明による表示装置は、基体間における複数の粒子体の空間分布変化に基づく反射率の相違によって表示が行われるものであって、複数の粒子体のうち５重量％以上、好ましくは１０重量％以上のもの又は部分が、母体粒子の表面にフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質が結合された結合粒子体であることを特徴としてもよい。なお、「結合」の形態は、炭素原子間で化学的な結合（共有結合）が生じていてもよく、或いは、炭素質物質が吸着、吸蔵等によって母体粒子の表面に物理的に付着していてもよい。
【００２１】
このような結合粒子体を用いても、母体粒子の表層部に結合（付着）したフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質によって、上述したのと同様な作用が奏される。また、フラーレン及びナノチューブは現在のところ非常に高価であり、工業的に大量使用することが困難である。さらに、フラーレンスート、及びナノチューブスートもカーボンブラックと比べるとかなり高価である。しかも、表示装置の色彩が構造によって決定されるので、黒色を得るのが困難である。これに対し、結合粒子体には、一般に用いられる炭素質材料を母体粒子として用いることができるので、かかる不都合が実質的に解消される。
【００２２】
結合粒子体におけるベースとなる母体粒子は特に限定されず、例えばカーボンブラック粒子体を採用すると好ましい。こうすれば、表示装置として必要な黒色が容易に得られる利点がある。
【００２３】
さらに、結合粒子体は、当該結合粒子体の全質量に占める炭素質物質の含有割合が２〜５０重量％以上のものであるとより好ましい。この含有割合が２重量％未満であると、フラーレン等の炭素質物質による顕著な効果が得られ難くなる。一方、この含有割合が５０重量％を超えると、全量を母体粒子へ結合せしめることが困難な傾向にあると共に、経済性の観点から好ましくない。
【００２４】
またさらに、複数の粒子体の移動させる手段は特に限定されず、例えば、電界によって移動させてもよい。すなわち、複数の粒子体が、基体間に形成される電界により移動して前記空間分布変化を生ぜしめるように設けられていると好ましい。複数の粒子体が上述した結合粒子体の場合も同様である。
【００２５】
また、これらの粒子体が、絶縁性液体中を移動するようにしてもよく、或いは、実質的に真空状態に減圧された気体（言わば真空）、又は準大気圧から大気圧近傍の圧力を有する気体中を移動するようにしてもよい。すなわち、基体間に収容される絶縁性液体を備えており、複数の粒子体が、その絶縁性液体中を移動することにより空間分布変化を生ぜしめるように設けられていると好適である。また、基体間に一定圧力で収容される気体を備えており、複数の粒子体が、その気体中を移動することにより空間分布変化を生ぜしめるように設けられていても好適である。
【００２６】
また、本発明による表示装置は、例えば、熱、光、音等或いは磁界等の作用を利用した別の書き込み装置によって所望の文字、図形、画像等を表示させることもできるが、上記いずれかの構成に加え、複数の粒子体の周囲にマトリックス状に配置された電極対と、その電極対に接続された駆動手段とを更に備えると有用である。こうすれば、外部信号等により表示内容を簡易に制御することができる。
【００２７】
また、言わばこれまでの研究の経緯に沿って換言すれば、本発明による表示装置は以下のように記述することもできる。すなわち；
（ａ）複数の粒子体の空間分布変化による反射率の違いにより表示を行う表示装置であって、複数の粒子体の２重量％以上が、フラーレン及び／又はカーボンナノチューブであることを特徴とする表示装置。
（ｂ）複数の粒子体の空間分布変化による反射率の違いにより表示を行う表示装置であって、複数の粒子体の５重量％以上が、粒子体表面にフラーレン及び／又はカーボンナノチューブが結合した結合粒子体であることを特徴とする表示装置。
（ｃ）上記結合粒子体は、カーボンブラック粒子体表面にフラーレン及び／又はカーボンナノチューブが結合した結合粒子体を含むことを特徴とする上記（ｂ）に記載の表示装置。
（ｄ）前記結合粒子体の２重量％以上５０重量％以下がフラーレン及び／又はカーボンナノチューブであることを特徴とする上記（ｂ）又は（ｃ）に記載の表示装置。
（ｅ）上記粒子体又は上記結合粒子体が、電界により移動することを特徴とする上記（ａ）〜（ｄ）のいずれかに記載の表示装置。
（ｆ）上記粒子体又は上記結合粒子体が、絶縁性液体中を移動することを特徴とする上記（ａ）〜（ｅ）のいずれかに記載の表示装置。
（ｇ）上記粒子体又は上記結合粒子体が、気体中又は真空中を移動することを特徴とする上記（ａ）〜（ｆ）のいずれかに記載の表示装置。
（ｈ）マトリックス状の電極と、上記電極を駆動する手段とを更に有することを特徴とする上記（ａ）〜（ｇ）のいずれかに記載の表示装置。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、上下左右等の位置関係は、図面の位置関係に基づくものとする。図１は、本発明による表示装置の好適な一実施形態を示す模式断面図である。表示装置１０は、電子ペーパーとして使用可能なものであり、対向して配置された２枚の基板１１ａ，１１ｂ（基体）の各対向面側に設けられた２つの導電電極１２ａ，１２ｂ（電極対）の間に、複数の粒子体１３（泳動粒子体）が包含されたマイクロカプセル１４が設けられたものである。複数の粒子体１３はマイクロカプセル１４に分散されており、分散系が形成されている。また、各マイクロカプセル１４は、その周囲に充填されたバインダー１５により導電電極１２ａ，１２ｂ間に固定されている。
【００２９】
粒子体１３は、外部からの作用を受けて移動するものであるが、その作用とは、例えば、熱、光、音、或いは磁界等が挙げられる。磁界作用による場合の例としては、磁性粒子を移動させるように設けた磁気駆動方式の表示装置等がある。一方、図１に示す表示装置１０の構成は、電界駆動方式の代表的なものであり、磁気駆動方式等に比して消費電力が小さいため特に好ましい形態である。
【００３０】
また、表示装置１０においては、複数の粒子体１３のうち少なくとも２重量％（２重量％以上）のもの又は部分が、実質的にフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートのうち少なくとも一種の炭素質物質（以下、「フラーレン等の特定物質」という。）から成る粒子体で構成されている。ただし、これらの粒子体には不可避不純物が含まれていても構わない。また、フラーレン等の特定物質を除く粒子体１３の残部は、移動粒子体として一般に使用されるものであれば特に制限させず、例えば、カーボンブラック粒子等の公知の移動粒子であってもよい。
【００３１】
フラーレン等の特定物質の定義は前述した通りである。フラーレンのなかでも最もよく知られたフラーレンであるＣ６０はバクミンスターフラーレン（Ｃ６０：Ｂｕｃｋｍｉｎｓｔｅｒｆｕｌｌｅｒｅｎｅ，　Ｈ．　Ｗ．　Ｋｒｏｔｏ　ｅｔ　ａｌ．　Ｎａｔｕｒｅ　（１９８５））と呼ばれ、サッカーボールに似た形状の２０面体構造を有する。一般に入手可能な（つまり製造が容易で且つ価格が比較的安い）フラーレンは、Ｃ６０のみではなく、Ｃ７０分子やＣ８４分子等のより高分子量のフラーレンを通常含んでいる。バクミンスターフラーレンは直径０．７ｎｍで、分子量は７２０、比重は１．７２ｇ／ｃｍ３である。
【００３２】
このようなフラーレン分子はそのボール形状の殻（炭素ケージ）中に金属や希ガス等の原子を閉じ込めることができ、種々の誘導体も知られている。例えば、フラーレンの炭素ケージ内に１つ又は複数の金属原子が閉じ込められた金属内包フラーレンや、１、２−ジヒドロ［６０］フラーレン、１−ブロモ−１．２−ジヒドロ［６０］フラーレン、１、２−ジヒドロ［６０］フラーレン−１−オール、１、２−ジヒドロ［６０］フラーレン−１、２ジカルボニトリル、１、２−メタノ［６０］フラーレン、１、２−エポキシ［６０］フラーレン、１，６（ａ）−ホモ［６０］フラーレン、［６０］フラーレン−１−エリド、１、２−（［２，３］ナフタレノ）［６０］フラーレン等のフラーレンを基本骨格とするフラーレン誘導体が知られている。
【００３３】
さらに、フラーレンがいわゆる入れ子構造になったＣ１５００などの同心球状又はタマネギ状と表現されるカーボンオニオンもフラーレンの一種であり、本発明の粒子体１３の炭素質材料として好適に用いることができる。
【００３４】
これらのフラーレンは、不活性希ガス雰囲気中でアーク放電、レーザー照射（レーザーアブレーション）、又は高周波誘導加熱等によりグラファイトを蒸発させるといった種々の公知の方法によって得られる。また、炭化水素を原料に用いた燃焼法によって得ることも可能である。なお、フラーレンの色は炭素数ｎの値に依存し、例えば、ｎが７０のＣ７０はオレンジ色を呈し、ｎが６０のＣ６０は黄色〜赤紫色を呈する。
【００３５】
また、粒子体１３に用いられる他の炭素質物質の一つであるナノチューブは、フラーレンに類似する構造を有しており、１９９１年に発見されて以来、一次元細線、触媒等、種々の応用が期待される新しい材料として注目を浴びている。
【００３６】
ナノチューブも、フラーレンと類似の方法により製造することができ、例えば、アーク放電法、気相熱分解法、レーザーアブレーション法、ＣＶＤ法、水熱法等が挙げられる。これらの方法のなかでは、特にレーザーアブレーション法が好ましい。ナノチューブは、一般に、外見上細長い筒型の形状を有しており、通常、その外径は５〜５０ｎｍ程度、内径は１〜２０ｎｍ程度であり、また、その長軸方向に沿う長さは通常０．０１〜５μｍ程度である。また、フラーレンと同様に各種の誘導体が知られており、或いはチューブ内に他の元素を包含することも可能である。
【００３７】
さらに、粒子体１３に用いられる他の炭素質物質であるフラーレンスート及びナノチューブスートは、フラーレン及びナノチューブのいずれか又は双方の製造時に得られるものであり、フラーレンやナノチューブはこれらのスートから単離精製される。フラーレンスートを例にとると、その内のフラーレンの含有割合は、通常、数重量％〜数十重量％程度である。
【００３８】
ここで、参考としてアーク放電法で得られたフラーレンスートからフラーレンを単離する手順の一例について概説する。まず、Ｈｅガス又はＡｒガスの供給系と高真空ポンプとが接続された略球形のチャンバに、二つの黒鉛電極を各一方端がチャンバ内部で対向するように設置し、チャンバを封止してからその内部を減圧する。この状態で黒鉛電極を予備加熱した後、チャンバ内にＨｅガス等を充填する。
【００３９】
その後、高圧直流電源に接続した黒鉛電極を軸回りに回動させながら高圧を印加し、電極間にアーク放電を生ぜしめて炭素蒸気を発生させる。所定時間アーク放電を行った後、チャンバの内壁に付着した‘すす’を回収する。この‘すす’はフラーレンを比較的多く含むフラーレンスートとなり得る。なお、黒鉛電極に付着した‘すす’を回収することもでき、この‘すす’は、ナノチューブを比較的多く含むナノチューブスートとなり得る。
【００４０】
次に、フラーレン類を溶解可能な溶媒を収容した容器内に、回収スートを添加し、攪拌・混合した後、その混合液をろ別する。このとき用いる具体的な溶媒としては、フラーレン類を溶解可能なものであれば特に制限されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、プロピルベンゼン、イソプロピルベンゼン、ブチルベンゼン、トリメチルベンゼン、テトラメチルベンゼン、メチルナフタレン、テトラリン、アニソール、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードベンゼン、デカリン、テトラクロロエタン、二硫化炭素、２−メチルチオフェン等が挙げられ、これらのなかでは、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒が好ましく、トルエンが特に好ましい。
【００４１】
混合液のろ液には主としてフラーレンが含まれており、このろ液を凝縮・精製することによりフラーレンを得ることができる。一方、フラーレンの大部分が抽出された残渣を回収し、水洗等により洗浄した後、減圧乾燥して得られる残渣から成る炭素質物質もフラーレンを含んでおり、本発明の粒子体１３の材料に用いることができる。
【００４２】
或いは、回収スートを４００℃以上の温度に加熱することにより、フラーレンを昇華させる（各フラーレンの昇華温度は概ね約４００℃程度であることが多い。）。こうして昇華したフラーレンをコールド・トラップ等で捕集・回収することができる。
【００４３】
このようなフラーレン等の特定物質は、極微細な粒子であり、しかもカーボンブラック粒子等の従来の炭素材料に比して格別に大きな比表面積を有するが、カーボンブラック粒子等に比して不可避的に存在してしまう表面官能基の量が格段に低減され、ストラクチャー構造を有しない。よって、これらの炭素質物質のうち少なくとも一種を含む粒子体１３は、媒体中での粒子間力の影響を受け難くなる。
【００４４】
よって、粒子体１３は、そのサイズが極微細でありながら凝集し難く、媒体中に安定して分散される。したがって、粒子体１３は媒体中を高速で移動することが可能となり、表示装置１０における表示の高速化が図られる。また、粒子体１３が潤滑効果を奏すると共に、粒子体１３の凝集を防止できるので、表示装置１０を長期間使用した場合でも、その表示特性及び動作特性を十分に安定化させることが可能となる。
【００４５】
また、本発明者らによる更なる知見によれば、液中に含まれるフラーレンは、その一部又は大部分が微細なクラスター状態で存在することが確認された。ただし、これは単独分子での存在を否定するものではない。このようなクラスターの形成は、フラーレンが外部電場等の作用によって移動する粒子（移動粒子）である場合に特に好適と考えられ、単独のフラーレン分子として液中に存在（分散又は溶解）するよりも好ましい。より具体的には、数十個から数百個のフラーレン分子が集合したクラスターとして液中に分散された状態がより好ましく、そのクラスターサイズが１０〜７０ｎｍ程度であると更に好ましい。このクラスターサイズが１０ｎｍ未満となると、溶液分子のブラウン運動によってクラスター粒子の移動が妨げられ易い一方で、７０ｎｍを超えるとクラスター粒子の移動速度が不都合に低下することがある。
【００４６】
なお、フラーレンが移動粒子ではない場合（すなわち、フラーレン等が外部電場等によって移動しない粒子である場合）であっても、その周囲に存在する他の荷電粒子の移動に起因して能動的に移動し得るので、その場合にはフラーレンがクラスターを形成せずに単独の分子として液中に存在していても構わない。また、このようなフラーレン分子が集合して成るクラスターが、何らかの結合によって強固に構造形成されている場合には、フラーレン分子の集合体というよりも、むしろフラーレンスートに該当するか又はそれに近い形態と考えられる。
【００４７】
また、フラーレンスート及びナノチューブスートは、上述したようにフラーレン又はナノチューブを抽出するための原材料であり、後者を単離精製するための工程が不要である。よって、炭素質物質としてフラーレンスート及び／又はナノチューブスートを用いた粒子体１３は、フラーレン又はナノチューブを用いたものに比して製造コスト及び製品コストが激減される。よって、表示装置１０の経済性を向上できる。フラーレンスート及び／又はナノチューブスートからフラーレン及び／又はナノチューブを抽出した後の残渣を用いた場合も同様である。
【００４８】
さらに、粒子体１３全体における実質的にフラーレン等の特定の炭素質物質で形成された粒子体１３の含有割合が２重量％未満となると、先述したようなフラーレン等の特定物質を用いた場合の有利な特性を十分に発現させ難くなる。よって、この場合には粒子体１３の分散性が不都合な程に低下してしまうおそれがある。
【００４９】
またさらに、粒子体１３が、実質的にフラーレン等の特定物質から成る粒子体と、その残部としてのカーボンブラック粒子等の従来の移動粒子との混合混合粒子体で構成される場合にも、上述した同様の優れた作用効果が奏される。この効果は、後述する固体潤滑剤としての効果と同様である。ここで、混合可能な公知の移動粒子としては、カーボンブラック粒子のほか、酸化チタン粒子、種々の有機若しくは無機顔料、染料、金属粉、ガラス、又は樹脂等の微粉末等を例示できる。また、フラーレン等は導電性を有しないので、基板電極間のショート（短絡）防止効果も奏される。
【００５０】
また、複数の粒子体１３のうち５重量％以上、好ましくは１０重量％以上のものが、母体粒子の表面にフラーレン等の特定物質が結合されて成る結合粒子体であると好適である。フラーレン等の特定物質のうちフラーレンやナノチューブは高価であり、フラーレンスート及びナノチューブスート並びに抽出残渣は上記の如くフラーレン及びナノチューブに比べれば安価であり工業上の利用性に優れるものの、カーボンブラック等の従来材料と比べると高価である。
【００５１】
よって、比較的安価なカーボンブラック粒子を母体粒子とし、その表面にフラーレン等の特定物質が結合されて成る結合粒子体を粒子体１３とすれば、フラーレン等の特定物質の使用量を減じて表示装置１０の経済性をより向上できる。ただし、かかる結合粒子体の含有割合が粒子体１３全体の５重量％未満となると、粒子体１３全体の分散性が不都合に低下してしまう傾向にある。
【００５２】
また、フラーレン等の特定物質は、前述の如く黒色を得難いのに対し、上記結合粒子体を粒子体１３に用いれば、かかる不都合が解消され、容易に黒色等の所望の色を得易くなる。これにより、表示装置１０の視認性を十分に高めることができると共に色調の汎用性を高め得る。
【００５３】
さらに、カーボンブラック粒子等の従来の移動粒子は、粒子サイズが大きい方が分散性を高めるのに有利であるが、粒子サイズが過度に大きいと、フラーレン等の特定物質を単独で移動粒子として用いた場合に比して移動速度が遅くなってしまう。これに対し、結合粒子体を粒子体１３として用いることにより、その表層に存在するフラーレン等の特定物質によって粒子同士の凝集が防止される。よって、この場合にも、粒子体１３の移動速度が高められ、表示装置１０における表示の高速化を実現できると共に、長期間使用時の表示特性を安定化させ得る。
【００５４】
このような結合粒子体の核となるカーボンブラック粒子等の母体粒子は、その粒径が０．０２〜２０μｍであると好ましく、０．０５〜１μｍであるとより好ましい。その粒径が０．０２μｍ未満であると、フラーレン等の特定物質を母体粒子の表面に結合させることが困難となる傾向にある。これに対し、その粒径が２０μｍを超えると粒子体１３の移動速度が過度に低下してしまうおそれがある。
【００５５】
ここで、カーボンブラック粒子等の母体粒子表面にフラーレン等の特定物質を結合させて結合粒子体を得るには、例えば、反応試薬としてＫＣＮ等を用い、バイブレーティングミル等で機械化学的処理を施す方法が挙げられる。また、結合粒子体に占めるフラーレン等の特定物質の含有割合は、結合粒子体全量の２重量％以上であると好ましく、５重量％以上であると特に好ましい。この割合が２重量％未満の場合、粒子体１３の分散性の向上ひいてはそれに伴う効果を十分に達成し難い傾向にある。一方、この混合割合の上限は、好ましくは５０重量％である。この上限値が５０重量％を超えると、フラーレン等の特定物質の全量を母体粒子の表面に結合させることが困難となる場合があり、コストの観点からも好ましくない。
【００５６】
また、結合粒子体の核となる母体粒子がカーボンブラック粒子であり、フラーレン等の特定物質としてナノチューブを用いる場合、そのナノチューブの最大長がカーボンブラック粒子の粒径の１〜２００％程度であると好ましい。しかし、ナノチューブを結合せしめた結合粒子体は、フラーレンを結合せしめた結合粒子体に比して媒体中での分散性が高められるのに対し、媒体中での移動速度は逆に低下する傾向にある。
【００５７】
さらに、粒子体１３全体における結合粒子体の含有割合が５重量％未満であると、上述したフラーレン等の特定物質を用いた有利な効果が十分に奏されない傾向にある。また、結合粒子体の含有割合の上限値は、特に制限されず、粒子体１３の全部（つまり１００重量％）が結合粒子体であっても差し支えないものの、コスト低減の観点から５０重量％以下であると有用である。
【００５８】
またさらに、表示装置１０では、複数の粒子体１３として互いに異なる色を呈する２種類の粒子体を用いることが特に好ましい。この場合、一方をフラーレン等の特定物質を含む粒子体とし、他方を別の色を呈する公知の移動粒子とすることが好ましい。なお、２色粒子の双方に互いに異なる色を呈する２種類のフラーレン等の特定物質を含む粒子体を用いても構わず、２色粒子の双方の一部分をフラーレン等の特定物質を含む粒子体に置換することも可能である。このように異なる色を呈する２種類の粒子体を用いる場合には、他方の粒子体の比重にもよるが、フラーレン等の特定物質の使用量は、粒子体１３全体の１０〜７０重量％程度とすることが好ましい。
【００５９】
さらにまた、粒子体１３として互いに異なる色を呈する２種類の粒子体を用いる場合には、いずれか一方の粒子体のみが媒体中を移動する（動く）ことで表示を行うことも可能である。すなわち、この場合、他方の粒子体がそれ自体積極的に移動しないか、或いは、双方の粒子体の移動速度が互いに大きく異なるようにされる。他方の粒子体が移動しない場合、その粒子サイズは一方に粒子体に比して過度に大きくても構わない。このように移動しない他方の粒子体としてフラーレン等の特定物質を含む粒子体を用いることも可能である。このとき、フラーレン等の特定物質を含む粒子体は、移動する一方の粒子体に対して潤滑剤及び分散剤として作用するので、表示装置１０の特性改善が図られる。
【００６０】
また、表示装置１０のコントラストを十分に高める観点より、後述する分散溶媒を用いるタイプの装置では、白色粒子としては酸化チタンを用いることが特に好ましく、有色粒子として、フラーレン等の特定物質を有する上述した粒子体（結合粒子体を含む）を用いることが好ましい。例えば、白色粒子として粒径が１〜１０μｍの二酸化チタン粉末をフラーレン等の特定物質を含む粒子体と共に用いると、双方の移動速度差が５倍以上であるため、この場合には白色粒子が移動しない粒子体となる。
【００６１】
さらに、フラーレン等の特定物質を粒子体１３のいわゆる固体潤滑剤として添加しても好ましい。こうして用いるフラーレン等の特定物質は添加剤として機能し、表示装置１０の表示そのものには深く関与しないものの、粒子体１３が移動する際の移動特性、及び凝集防止性が改善される。この場合、フラーレン等の特定物質の使用量が、粒子体１３として用いる粒子体全量に対して２〜５０重量％であると好適である。この使用量が２重量％未満であると、粒子体１３の移動特性及び凝集防止性の改善効果が得られ難くなる。一方、この使用量が５０重量％を超えると、コストが増大すると同時に、フラーレン等の特定物質の色調が表示装置１０の表示に影響を及ぼし、コントラストが低下することがある。
【００６２】
また、表示装置１０が、非導電性溶液（絶縁性液体）中を粒子体１３が電界により移動する電気泳動ディスプレイである場合、各マイクロカプセル１４内には、分散系の移動媒体としての分散溶媒が収容される。なお、非導電性溶液（分散溶媒）には、無色透明液体に加えて着色液体、或いは樹脂等の溶質を溶解した液体、ゲル状物質も含まれ得る。
【００６３】
このような分散溶媒としては、芳香族炭化水素類、脂肪族炭化水素類等の抵抗率の高い溶媒、又はその他の種々の油類等を単独若しくは適宜混合したもの等を使用できる。これらのなかでも、低有害性の観点から好ましくはシリコーンオイル、フッ素オイル（フロリナート等）が使用される。シリコーンオイルを用いる場合には、アルコール変性、ポリエーテル変性、又はアミノ変性等の変性シリコーンオイルを界面活性剤として用いると、分散性が向上されて初期分散性が改善され、これにより沈殿形成が防止される。
【００６４】
或いは、表示装置１０は、移動媒体としての一定圧力の気体又は真空中を粒子体１３が移動するいわゆるトナーディスプレイであってもよい。この場合、粒子体１３が移動する空間が、例えば、空気、或いは窒素等の不活性気体で充填され、又は、実質的に真空とされる。さらに、湿度が特に重要であり、乾燥気体又は真空が好ましい。また、表示装置１０がトナーディスプレイである場合、白色粒子としてＰＴＦＥ等のフッ素系樹脂を用い、有色粒子としてフラーレン等の特定物質を有する上述した粒子体（結合粒子体を含む）を用いることが好ましい。
【００６５】
上記において、トナーディスプレイと電気泳動ディスプレイの本質的な違いは、粒子体１３の周囲に配置された移動媒体が気体（或いは実質的に真空）であるか、液体であるかによる。すなわち、トナーディスプレイと同様に、粒子体１３が導電電極１２ａ，１２ｂから電荷注入される方式の電気泳動ディスプレイも本発明の対象である。また、粒子体１３自体が元々ある程度の電荷を帯びており、それに更に電荷注入が行われるものであってもよく、さらに、摩擦により電荷を得る場合も含まれる。
【００６６】
加えて、表示装置１０がマトリックス表示を行うものである場合には、一対の導電電極１２ａ，１２ｂは、一方の電極が全面電極であり、他方の電極が個別に正電圧又は負電圧を印加できる分割マトリックス電極として構成される。このような分割マトリックス電極は、一行又は一列を一単位として行われるシンプルマトリックス、各々の画素にＴＦＴ、ＭＩＭ等の半導体スイッチング素子を設けてオープン状態のＯＮ／ＯＦＦ制御を独立に行うアクティブマトリックス制御のいずれでも良い。好ましくはアクティブマトリックス制御であり、さらに半導体スイッチング素子として有機ＴＦＴを用いることが特に好ましい。
【００６７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の表示装置について説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。いわゆる当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６８】
具体的には、例えば、マイクロカプセル１４は必ずしも必要ではなく、さらに電界印加のための導電電極１２ａ，１２ｂも本発明による表示装置の必須構成要素ではない。導電電極１２ａ，１２ｂを用いずに電界を印加させるには、表示装置１０の外部に設けられた例えば電圧印加ヘッド、電圧印加ペン等の電界印加装置を用いる方式を例示できる。
【００６９】
また、粒子体１３に用いるフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスートとしては、上述した実施形態で例示したものに限られず、他の公知のフラーレン、ナノチューブ、フラーレンスート、及びナノチューブスート、これらの混合物、それらの誘導体等を用いてももちろんよい。またさらに、先述の如く、製法によってはこれらの炭素質物質が同時に生成されることもあり、そうして得られた混合物を粒子体１３に用いても構わない。
【００７０】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［調製例１］
２．０重量％のＣ６０フラーレン、及び４．５重量％の二酸化チタン（平均粒径１．２μｍ）を０．５重量％の高分子分散剤と共に、９３重量％の変性シリコーンオイル中に、超音波分散装置を用いて分散させた。次いで、得られた均質溶液を濾過して後述する実施例１用の電気泳動分散溶液を調製した。本溶液の全量に対するＣ６０フラーレンの含有割合は３０．８重量％であった。
【００７１】
ここで、調製例１の分散溶液の溶媒を真空中で加熱除去した後、分散粒子を透過型電子顕微鏡で観察した。その結果、Ｃ６０フラーレンはその多くが直径２０〜３０ｎｍ程度のクラスターを形成していることが確認された。なお、その際に用いた試料調製法及び顕微鏡では、単一のフラーレン分子を観察することが困難なことから、クラスター状態のＣ６０フラーレンのみが認識された可能性もある。したがって、この観察結果は単独分子として分散溶媒中に存在するＣ６０フラーレンの存在を否定するものではない。
［調製例２］
平均粒径３０ｎｍのカーボンブラック粒子（９２重量％）、及び実施例１と同種のＣ６０フラーレン（８重量％）を、反応試薬ＫＣＮと共に容器内に入れ、その容器の内部を窒素ガスで置換させた後、振動ミルを用いて、室温で３０分間結合処理を行ない、カーボンブラック粒子表面にＣ６０フラーレンが結合されて成る結合粒子体を得た。なお、カーボンブラック粒子にＣ６０フラーレンが結合していることは、別途マススペクトル分析法により確認した。
【００７２】
次に、その結合粒子体（１．０重量％）、及び二酸化チタン（平均粒径２．５μｍ；４．０重量％）を分散剤（直鎖フッ化基含有；４．５重量％）と共に、９４重量％のフッ素オイル中に、超音波分散装置を用いて分散させた。次いで、得られた均質溶液を濾過して後述する実施例２用の電気泳動分散溶液を調製した。本溶液の全量に対する結合粒子体の含有割合は２０重量％であった。
【００７３】
［比較調製例１］
結合粒子体の代わりに、未処理のカーボンブラック粒子を用いたこと以外は実施例２と同様にして後述する比較例１用の電気泳動分散溶液を調製した。
【００７４】
［調製例３］
レーザーアブレーション法により製造したナノチューブ（平均外径：２０ｎｍ、内径：５ｎｍ、長さ：０．２μｍ；６重量％）、粒径０．４μｍのカーボンブラック粒子（４０重量％）、及び白色フッ素樹脂粉（５４重量％）を混合して後述する実施例３用のトナーディスプレイ用粒子体混合物を調製した。本混合物の全量に対するナノチューブの含有割合は６重量％であった。
【００７５】
［比較調製例２］
実施例３と同じカーボンブラック粒子（４０重量％）、及び白色フッ素樹脂粉（６０重量％）を混合して後述する比較例２用のトナーディスプレイ用粒子体混合物を調製した。
【００７６】
［調製例４］
２．０重量％のフラーレンスート、及び４．５重量％の二酸化チタン（平均粒径１．２μｍ）を０．５重量％の高分子分散剤と共に９３重量％の変性シリコーンオイル中に、超音波分散装置を用いて分散させた。次いで、得られた均質溶液を濾過して後述する実施例４用の電気泳動分散溶液を調製した。本溶液の全量に対するフラーレンススの含有割合は３０．８重量％であった。なお、ここで用いたフラーレンスートの詳細な構造は明らかではないものの、導電性が認められることが確認された。このことから、このフラーレンスートはグラファイトに類似の構造を有する炭素化合物とフラーレンとを含有する混合体であると推察される。
【００７７】
［実施例１〜４及び比較例１，２］
まず、２枚のスパッタＩＴＯガラスを、スペーサーを介して５０μｍの間隔となるように対向配置して表示用セルを作製した。次に、その各セル中に、調製例１〜４、及び比較調製例１，２で得た泳動分散溶液又はトナーディスプレイ用粒子体混合物をそれぞれ充填し、本発明による表示装置としての実施例１〜４の評価用素子、及び従来の表示装置としての比較例１，２の評価用素子を作製した。
【００７８】
［特性評価］
実施例１，２の評価用素子に電圧を印加したところ、５０Ｖの電圧でガラス面の色が変化し、その状態から電圧の極性を逆転させたところ、元の色に戻った。その際、電圧印加１０秒後からコントラストが７０％の値になるまでの時間（移動時間）は、実施例１の評価用素子が５０μｓと高速であり、実施例２の評価用素子も１５０μｓと高速であった。また、１０秒毎に電圧の極性を反転させながらコントラストが初期の８０％になるまでの時間（寿命）を測定したところ、実施例１の評価用素子では１０００時間以上、実施例２の評価用素子では９５０時間であった。これらに対し、比較例１の評価用素子では、移動時間が１８０μｓであったものの、寿命は８５時間であった。また、カーボンブラック粒子は導電性を有するため、基板の電極間でショートが発生することがあった。これに対し、実施例１，２の評価用素子では、ショートは一切生じなかった。
【００７９】
なお、調製例２において、Ｃ６０フラーレンとカーボンブラック粒子との混合比を種々変えて溶液を調製し、これらの溶液を用いて作製した種々の実施例２の評価素子について同様の評価を行ったところ、Ｃ６０フラーレンがカーボンブラック粒子に対して２重量％以上の場合に移動時間及び寿命の改善が認められ、５重量％以上の場合に移動時間及び寿命が一層改善されることが判明した。
【００８０】
また、実施例３の評価用素子に電圧を印加したところ、１５０Ｖの電圧でガラス面の色が変化し、その状態から電圧の極性を逆転させたところ、元の色に戻った。その際、電圧印加１０秒後からコントラストが７０％の値になるまでの時間（移動時間）は３５μｓと高速であった。また、１０秒毎に電圧の極性を反転させながら、コントラストが初期の８０％になるまでの時間（寿命）を測定したところ１０００時間以上であった。これに対し、比較例２の評価用素子では、移動時間が５５μｓであったものの、寿命は１５時間であった。
【００８１】
なお、調製例３において、ナノチューブ、カーボンブラック粒子、及び白色フッ素樹脂粉の混合比を種々変えて混合体を調製し、これらの混合体を用いて作製した種々の実施例３の評価素子について同様の評価を行ったところ、ナノチューブが全粒子に対して２重量％以上の場合に移動時間及び寿命の改善が認められ、５重量％以上の場合に移動時間及び寿命が一層改善されることが判明した。
【００８２】
さらに、実施例４の評価用素子に電圧を印加したところ、１００Ｖの電圧でガラス面の色が変化し、その状態から電圧の極性を逆転させたところ、元の色に戻った。その際、電圧印加１０秒後からコントラストが７０％の値になるまでの時間（移動時間）は１００μｓと高速であった。また、１０秒毎に電圧の極性を反転させながら、コントラストが初期の８０％になるまでの時間（寿命）を測定したところ７００時間以上であった。
【００８３】
これらの結果から、本発明による表示装置は、表示速度及び長期安定性の観点から、従来の表示装置に比して有意に優れることが確認された。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の表示装置によれば、フラーレン等の特定物質を粒子体として用いるので、粒子サイズが小さくても粒子同士の凝集が十分に抑制されてシャープな粒度分布を実現できる。また、移動粒子体の分散性を向上できると共に、その移動速度及び視認性を十分に高めることができ、ひいては長期使用における信頼性をも向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による表示装置の好適な一実施形態を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１０…表示装置、１１ａ，１１ｂ…基板（基体）、１２ａ，１２ｂ…導電電極（電極対）、１３…粒子体、１４…マイクロカプセル、１５…バインダー。
【図１】
2004046072.tif 000003