(57)【要約】【課題】ＥＲ流体を利用した表示素子、表示シート、表示パネルが容易に作製でき、大型の表示素子が可能であり、かつ、粒子の沈降、凝集を防止し、耐久性を向上させた表示素子を提供する。【解決手段】絶縁性固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ）を、マイクロカプセルに内包した表示材料。マイクロカプセルは、フォルムアルデヒドと尿素を重合した樹脂が良く、ＥＲ流体には、界面活性剤を含んでも良い。このマイクロカプセルは溶媒及びバインダーと混合し、塗料状にし、基材に塗布して表示材料シートを形成できる。また、表示材料を、アドレスラインを有する透明な基板と、アドレスラインを有する透明または不透明な基板で挟み、電気的にアドレス指定することにより、画像を表示する表示パネルとなる。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ）を、マイクロカプセルに内包したことを特徴とする表示材料。
【請求項２】
マイクロカプセルが、フォルムアルデヒドと尿素を重合した樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の表示材料。
【請求項３】
ＥＲ流体が、界面活性剤を含むことを特徴とした請求項１または請求項２に記載の表示材料。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載された表示材料を、溶媒及びバインダーと混合し、塗料状にしたことを特徴とする表示材料。
【請求項５】
請求項４に記載の表示材料を基材に塗布して得られる表示材料シート。
【請求項６】
特許請求項１〜４のいずれかに記載された表示材料を、アドレスラインを有する透明な基板と、アドレスラインを有する透明または不透明な基板で挟み、電気的にアドレス指定することにより、画像を表示することを特徴とする表示パネル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのデイスプレイとして使用されるか、またはそれらから情報を取得して独立して運搬できる表示体、例えばデシタルペーパーやデシタルブックなどにも使用できる表示装置、およびそれを形成する表示ユニットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電界のオン−オフに応答してレオロジー的性質が変化する流体をエレクトロレオロジー流体（ＥＲ流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ　））と言う。典型的なＥＲ流体は絶縁性固体粒子を絶縁性の液体に分散させた混合液であり、電界を印加すると瞬時に固化し、電界を取り去ると可逆的に流動するという性質がある。電界をかけると粒子が分極し、電界方向に粒子のブリッジを形成し、このブリッジ間の引力が流体の粘性を増大させると言われている（図１参照）。
ブリッジ構造が形成される機構は十分解明されていないが、水の存在により粒子表面のイオン解離基が解離して電気二重層を形成し、この電気二重層が電界印加時に歪み、粒子同士が静電気的に引き合うという電気二重層説が提案されている。このような性質を持つＥＲ流体は、その特性を利用してクラッチ、バルブ、ダンパー、アクチュエーター、ロボット制御、振動制御への応用が研究されている。
【０００３】
ＥＲ流体を上記の応用に実用化するためには、分散相が沈降したり凝集しないこと、痕跡の水分量を制御すること、また広範囲な温度でＥＲ特性が安定すること（ＥＲ流体の温度が上昇すると、水の蒸発によりＥＲ特性の性能が大幅に低下するような問題があり）、が挙げられる。
【０００４】
Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｌｌｏｉｄ　ａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　１７７、２５０−２５６（１９６６）には、分散相の沈殿や凝集を改善するために、有機物粒子表面に、水酸化チタンやシリカを設け、比重を低下させた有機／無機複合粒子をＥＲ流体に応用し、調光素子に利用することが報告されている。無電界時のＥＲ流体分散系の光透過率、電界印加時のブリッジ化したＥＲ流体の光透過率の差を利用して表示を行なわせている。このＥＲ流体は、高分子粒子の表面被覆に用いた顔料により青色を呈しているため、無電界では波長４９０ｎｍで透過光強度が最大値となる。電界強度を上げると、透過光強度が増加し、最大時における波長が長くなる。高電界におけるピークは６００ｎｍであり、入射光と同じスペクトルを持つ。すなわち、電界を印加することによりＥＲ流体は明るくなるとともに色調が変化する。
【０００５】
ところが、実際上、このような表示素子には種々の問題がある。すなわち、上述の構成の場合、粒子分散系を透明電極セルに封入する必要があり、複雑な工程が必要である。また、大型の表示素子として利用する場合は、透明電極間距離を一定に保つためにスペーサーを注入する必要がある。さらに、粒子分散系であるがゆえ、粒子の沈降、凝集が経時で発生し、耐久性に問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、ＥＲ流体を利用した表示素子が容易に作製でき、大型の表示素子が可能であり、かつ、粒子の沈降、凝集を防止し、耐久性を向上させた表示素子を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、絶縁性固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ）を、マイクロカプセルに内包することにより、上記課題を解決した。即ち、本発明は以下の（１）〜（６）の構成を含む。
【０００８】
（１）絶縁性固体粒子を絶縁性の液体に分散させた分散液からなるＥＲ流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｆｌｕｉｄ）を、マイクロカプセルに内包したことを特徴とする表示材料。
（２）マイクロカプセルが、フォルムアルデヒドと尿素を重合した樹脂からなることを特徴とする上記（１）に記載の表示材料。
（３）ＥＲ流体が、界面活性剤を含むことを特徴とした（１）または（２）に記載の表示材料。
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載された表示材料を、溶媒及びバインダーと混合し、塗料状にしたことを特徴とする表示材料。
（５）上記（４）に記載の表示材料を基材に塗布して得られる表示材料シート。（６）上記（１）〜（４）のいずれかに記載された表示材料を、アドレスラインを有する透明な基板と、アドレスラインを有する透明または不透明な基板で挟み、電気的にアドレス指定することにより、画像を表示することを特徴とする表示パネル。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の表示素子は、電界印加により光の透過率が変化するＥＲ流体と、前記ＥＲ流体を覆うマイクロカプセルからなることを特徴とする。本発明の表示素子を図２ａに示す。マイクロカプセル膜１の内部に、ＥＲ流体の分散媒２、ＥＲ流体の分散粒子３を示す図である。図２ａは電界を印加していない状態であるので、マイクロカプセル内のＥＲ流体粒子は均一に分散した状態で、光を当てると乱反射し、白く見える。この状態で電界を印加した場合の状態を図２ｂに示した。電界を印加することより分散粒子は分極し、互いに引き付け合い電界と平行な方向にブリッジをつくり、分散媒と分離する状態になる。この状態で光を当てると、一部の光はブリッジ状の分散粒子で反射するが、それ以外はブリッジ間の無色分散媒を透過するので透明に見える。したがって電界を印加すると白色マイクロカプセルから透明マイクロカプセルに変化する。
【００１０】
これらのマイクロカプセルをバインダーとともにシート化し、透明電極板で挟み込んだ様子を図３に示す。図３ａは電界を印加していない状態、図３ｂは電界を印加した状態を示す。
【００１１】
図３ａは電界を印加していないので、マイクロカプセルに内包されているＥＲ流体の粒子はブラウン運動をし、図中の下から入射してくる光を反射するため、観察者の目に光は到達しない（暗状態）。図３ｂは電界を印加しているので、マイクロカプセルに内包したＥＲ粒子が電界と平行の向きにブリッジを形成する。図中下から光を入射させると、ＥＲ流体分散媒の部分は光が透過し、観察者の目に光りは到達する（明状態）。この暗状態と明状態を電界有無で制御することより表示を行なうことができる。
【００１２】
以上の説明は、下部から光を当て、透過光を観察する例で説明したが、図３における下部電極板を白、黒、有彩色の不透明基材としても良い。
【００１３】
次に本発明の表示素子の構成材量と製造方法について説明する。
本発明におけるＥＲ流体は、固体粒子と絶縁性液体から構成される。絶縁性液体としては、シリコン油、塩化ジフェニル、トランス油、流動パラフィン等のオイル類が挙げられる。　固体粒子としては、シリカゲル、セルロース、澱粉、コーンスターチ、大豆カゼイン、ポリスチレン系イオン交換樹脂、多価金属の酸化物、ハイドロタルサイト、多価金属の酸性塩、ヒドロキシアタパイト、ナシコシ型化合物、粘度鉱物、チタン酸カリウム等があげられる。固体粒子の形状に制限はないが針状のものを使うのが好ましい。また、Ｔｒａｎｓ．ＩＥＥ　ｏｆ　Ｊａｐａｎ　Ｖｏｌ．１１９−Ａ、Ｎｏ６（７５６）１９９９や工業材料　Ｖｏｌ４２、Ｎｏ３（１０４）１９９４記載の有機無機複合粒子、あるいは、日本印刷学会誌第３８巻第４号Ｐ１７に記載の複合粒子などを使用してもかまわない。
【００１４】
固体粒子の大きさには特に制限はないが、後述するマイクロカプセル中に固体粒子が３個〜数百個入る程度であれば良い。また、固体粒子と絶縁性液体との配合比率にも特に制限があるわけではないが、コントラスト、流動性（応答速度）などの観点から、固体粒子は液体に対して０．５〜２０質量％程度が好ましい。
【００１５】
本発明の構成要素の一つであるマイクロカプセルは、化学的方法（界面重合法、不溶化反応法）、物理的方法（噴霧乾燥法、流動床法）、物理化学的方法（相分離法、界面沈殿法）等の方法で作製できる。カプセル膜は光透過性のある膜が好ましい。マイクロカプセル膜の材料としてはジアミン、ジオールと酸ジクロライドの反応物、アルギン酸、ベクチン酸、カルボキシメチルセルロースのカルシウム塩、ゼラチン、アラビアゴム、ポリスチレン系樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、セルロースアセテートブチレート樹脂、セルロース系樹脂、ポリメチルメタクリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、ポリエーテル、ポリビニルアルコール、などが挙げられる。これらの中でも、好ましいものは尿素―ホルムアルデヒドの樹脂を利用したものである。
【００１６】
ＥＲ流体に使われる絶縁性液体は極性が低い。そのために絶縁性液体とＥＲ粒子の混合液体をマイクロカプセルに内包するのが難しい。マイクロカプセル内包時にＥＲ粒子とマイクロカプセル材料の親和性が高く、マイクロカプセル壁にＥＲ粒子が埋め込まれたりする場合が多い。これを防止するにはＥＲ流体に界面活性剤を含有し、ＥＲ粒子と絶縁性液体の親和力を高めておく必要がある。界面活性剤はＨＬＢが低いほうが好ましく、例えば７以下程度が好ましい。
【００１７】
本発明のＥＲ流体内包微粒子の具体的製造方法としては、あらかじめ調製されたＥＲ流体を、マイクロカプセル用材料を含む溶液中に添加してマイクロカプセルを形成する方法がよい。また、カプセル化過程においては、攪拌機による攪拌方法、微細な径をもつノズルからカプセル用組成物を吐出してカプセルを形成する方法、あるいはカプセル用組成物を噴霧してカプセルを形成する方法などによって、所望の粒径や形状のカプセルを形成することができる。
【００１８】
本発明において用いられるマイクロカプセルは、乾燥状態で平均粒径が０．０５〜３ｍｍの範囲、特に、０．１〜１．５ｍｍの範囲の粒子であることが好ましい。平均粒子径が０．１ｍｍ未満となると、コントラスト悪化の問題が生じる。一方、３ｍｍを超えると、画質が粗くなる問題があるし、印加する電圧も高くなる。
【００１９】
マイクロカプセルは、バインダー樹脂と混合して塗布する。使用可能なバインダー樹脂は透明で、マイクロカプセルを形成した樹脂とほぼ同じ屈折率を持つものが好ましい。あまりにも屈折率が異なると、形成した表示シートが均一でなく、マイクロカプセルとバインダー樹脂の境界が目立ってしまう。
【００２０】
また、マイクロカプセル内とバインダー樹脂とで誘電率が異なると、誘電分極による影響でマイクロカプセル内の電場が不均一となる。　例えばバインダー樹脂がマイクロカプセル内に比べて誘電率が高いとマイクロカプセル中央部の電場が弱くなり、ブリッジの形成に悪影響を及ぼす。従って、マイクロカプセル内の液体とバインダー樹脂の誘電率は略同じにしたほうが好ましい。
【００２１】
本発明の表示素子は電界によって、マイクロカプセル内のＥＲ流体が独立して分散／ブリッジ形成することにより画像を表示する。マイクロカプセルとバインダーを混ぜシート状にしたものに電界を与える装置を配置することで、情報の記入・消去・書替えが可能となる。
電界を与える装置は、公知の手段を適用できる。前記表示シートに電極板を設置する場合には、上側の電極板の材質としては、一般にはガラスを用いるが、透明性プラスチック、例えば、ポリカーボネート樹脂、またはアクリル系ではポリメチルメタクリレート、あるいは、スチレン系では、スチレン−アクリロニトリル共重合体等を用いてもよい。前記電極板の極線はＩＴＯを蒸着したものが望ましい。一方、下側に設置する電極板の場合は、特に透明性を必要としないので、金属など不透明性な電極材料を用いてもかまわない。
【００２２】
図４は、単純化されたアドレスラインのレイアウトの代表的な模式図である。また図５は、断面方向から眺めた立体図である。
本表示装置では、下の基板１１０の下面に行アドレスライン１１１が配置されており、基板１１０の上面には電子的にアドレス指定可能な表示媒体１２０が設置されている。表示媒体１２０は、下の基板１１０と上の基板１３０にサンドイッチされており、上の基板１３０の上面には列アドレスライン１３１が配置されている。表示媒体１２０は、行アドレスライン１１１および列アドレスライン１３１を通した電気信号に応じて、コントラストを表現する。
【００２３】
観察者は上の基板１３０を通して、表示媒体を見ることになるので、上の基板１３０はガラスや透明フィルムなどの透明な材料から成らなければならない。一方、下の基板１１０には透明であるという制約はないので任意に材料を選択できる。
【００２４】
【実施例】
＜製法例＞
（１）　ＥＲ流体の調整
シリコンオイル（商標：ＴＳＦ−４５１−１０、ＧＥ東芝シリコン製、誘電率＝２．６Ｆ／ｍ）５０．１ｇに有機無機複合粒子（日本印刷学会誌第３８巻第４号Ｐ１７に記載のアクリル−シリカ系複合粒子）１．３ｇ、界面活性剤（商標ＴＳＦ４７００、ＧＥ東芝シリコン製）０．２２８ｇを添加し、超音波分散機で１０分間分散した。
（２）反応液の調整
エチレン無水マレイン酸交互共重合体の５％水溶液５０ｇに、水２５ｇ、尿素２．５ｇ、架橋剤としてレゾルシノール０．２５ｇを添加し、スリーワンモーターで攪拌溶解させた。反応液のｐＨは２．３であった。
（３）カプセル化反応
反応液を攪拌しながら１２．５％のＮａＯＨ水溶液を添加して反応液のｐＨを３．５に調整し、調整しておいたＥＲ流体を添加した。その後スリーワンモーターを４００ｒｐｍで回転させ液滴を形成した。３７％ホルムアルデヒド６．２５ｇを加え、攪拌を継続しながら５５℃に昇温し２時間反応を続け、ＥＲ流体を内包したマイクロカプセルを作製した。マイクロカプセルの平均粒子径は約０．５ｍｍとした。
（４）シートの作製
ＥＲ流体を内包したカプセル１０ｇとウレタン系バインダー樹脂（商標：ＮｅｏＲｅｚ　Ｒ−９３０、楠本化成株、誘電率＝４〜６Ｆ／ｍ）５ｇを混合し、ＩＴＯ付きガラス基板に乾燥後の厚さが１ｍｍになるように塗工／乾燥した。ＩＴＯガラス基板の反対面に同じＩＴＯ付きガラス基板を載せて、表示パネルを作製した。
【００２５】
＜実施例１＞
製法例１の表示パネルに直流高圧電源により電圧（１０００Ｖ）をかけ、白濁→透明に変化させ、その程度を目視評価した。また、表示パネルを３０日放置した後に同様な評価を行なった。　評価基準は４＝透明性高い、３＝完全ではないが透明になる。２＝やや透明になる（実用レベルではない）、１＝不透明、とした。評価結果を表１に示す。
【００２６】
＜実施例２＞
製法例１と同様に表示パネルを作製した。ただし、ＥＲ流体の調整は下記方法で行なった。
（１）ＥＲ流体の調整
シリコンオイル（商標：ＴＳＦ−４５１−１０、ＧＥ東芝シリコン製、誘電率＝２．６２）５０．１ｇに前記アクリル−シリカ系有機無機複合粒子１．３ｇ、超音波分散機で１０分間分散した。
表示パネルに直流高圧電源により電圧（１０００Ｖ）をかけ、白濁→透明に変化させ、その程度を目視評価した。また、表示パネルを３０日放置した後に同様な評価を行なった。評価結果を表１に示す。
【００２７】
＜比較例１＞
シリコンオイル（商標：ＴＳＦ−４５１−１０、ＧＥ東芝シリコン製、誘電率＝２．６Ｆ／ｍ）５０．１ｇに有機無機複合粒子（日本印刷学会誌第３８巻第４号Ｐ１７記載のアクリル−シリカ系複合粒子）１．３ｇを添加し、超音波分散機で１０分間分散し、ＥＲ流体を得た。このＥＲ流体をクリヤランスが１ｍｍになるように２枚のＩＴＯ付きガラス基板間に封入し、表示パネルを作製した。
直流高圧電源により表示パネルに電圧（１０００Ｖ）をかけ、白濁→透明に変化させ、その程度を目視評価した。また、表示パネルを３０日放置した後に同様な評価を行なった。　評価基準は４＝透明性高い、３＝完全ではないが透明になる。２＝やや透明になる（実用レベルではない）、１＝不透明、とした。評価結果を表１に示す。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
【発明の効果】
ＥＲ流体をマイクロカプセル化し、バインダーと混合して電極付き基板上に塗工することより、シート化した表示素子を得ることができる。さらに、シート化した表示素子の基板反対面に透明電極を接触させ、両電極に電圧を印加することより、マイクロカプセルの透過率がかわり、表示を行なうことができる。マイクロカプセル化により、塗工という容易な製造法で表示素子が作製できる。また、ＥＲ流体がマイクロカプセルに内包されていることからスペーサー等は必要なく、大画面化が達成できる。さらにＥＲ流体がマイクロカプセルに内包されることにより、粒子の沈降・凝集による耐久性の問題が改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電界によるＥＲ流体の変化を示す模式図
【図２】マイクロカプセルとその中のＥＲ流体を示す模式図
【図３】マイクロカプセル化ＥＲ流体を透明電極板で挟んだ表示材料シート
【図４】アドレスラインが配置された電極板と表示材料の平面模式図
【図５】アドレスラインが配置された電極板と表示材料の断面模式図
【符号の説明】
１：マイクロカプセル
２：ＥＲ流体の分散媒体
３：ＥＲ流体の粒子
４：透明電極
５：バインダー樹脂
６：ＥＲ流体の粒子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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