(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロカプセル化されたジリコンビードを製造する方法であって、
第一の材料と、第二の材料と、第一の材料の表面張力と第二の材料の表面張力よりも小さい表面張力を有する第三の材料と、第三の材料の表面張力よりも小さい表面張力を有する第四の材料を、液の状態で漸次集合して流すステップと、
前記第一と第二の材料から、一の表面の光学的および電気的特性が他の表面とは異なる二つの半球形の表面を有するビードを形成するステップと、
前記ビードを前記第三材料で取り囲むステップと、
前記第三材料を前記第四材料で包み込むステップと、
前記第四材料を固化してカプセルとするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に画像表示装置に関し、特にジリコン(gyricon）すなわちツイスト(twisting）素子を用いる表示装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ジリコン、すなわちツイストする球形や円筒形の粒子はジリコン表示装置を製造するのに用いられる。ジリコン表示装置は電子ペーパーとも称される。ジリコン表示装置は多数のツイスト粒子を備え、これらの粒子が個々に回転し粒子の所望の表面または透明度部分を人に見せることによって表示機能を果たす。
【０００３】
ツイスト粒子は、例えば、光学的異方性と電気的異方性双方を明白に有する二つの半球からなる球である。これら異方性は各半球の表面が各々異なる色と電荷を備えることによって得られる。ツイスト粒子は普通、基板の中の流体充填の細孔に埋め込まれる。次いで普通この基板をガラスまたはプラスチック製のシートに固着してジリコン表示装置を製造する。この表示装置に電界をかけると、基板内のツイスト粒子は、流体中で回転することによって電界に応答する回転を行う。シェリドン(Sheridon）の米国特許第４，１２６，８５４号と同じくシェリドンの米国特許第４，１４３，１０３号各々には従来のツイストボール表示装置が記載されている。
【０００４】
ジリコン表示装置は従来のペーパーと同じ特性と品質、例えば、柔軟性を備えるのが理想である。しかし、従来のジリコン表示装置はペーパーと同じとは言えない。普通あまりにも固いからである。従来のジリコン表示装置の欠点に関する詳細な議論はシェリドンの米国特許第５，０６４，０２７号に見出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ジリコン表示装置を普通のペーパーと同じようなものとする努力の一つとして、ツイスト粒子個々をマイクロカプセルで取り囲もうとする試みが行われている。これはマイクロカプセル化と呼ばれる。次いでマイクロカプセル化されたツイスト粒子を柔軟な基板に組み込むので、ガラスやプラスチック製の保護シートは不要となる。
【０００６】
ツイスト粒子をマイクロカプセル化する従来のアプローチは、化学プロセスが中心である。化学プロセスでは、先ずツイスト粒子を従来法で製造し、次いで化学液に浸漬し処理すると、カプセルが得られる。このプロセスは、例えば、シェリドンの米国特許第５，０６４，０２７号に開示されている。
【０００７】
ジリコンビードをマイクロカプセル化する化学的方法では、表示装置を製造するには数多くのステップが必要となり、表示装置の製造コストは高くなる。更に化学的方法では収率が限定され、なくすることが難しい製品エラーも生じる。製品エラーの中には、マイクロカプセルの中には球を含まないものもあることや、２個またはそれ以上の個数の球を含んでいるマイクロカプセルもあるということが見出されている。球を含まないカプセルは表示装置のコントラストを低下させ、２個またはそれ以上の個数の球を含むカプセルは球の間に干渉が生じて球の回転が良くないので、これもコントラストを減らす。更に、球のマイクロカプセル化を行うのに用いられる化学プロセスが球の化学に適合せず、時には、マイクロカプセル化できる球のタイプを限定することも見出されている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ジリコンビードを製造する方法と、同じプロセスで、液充満のカプセルに球を一個ずつマイクロカプセル化する方法と双方を提供する。
【０００９】
本発明は、ツイスト粒子をマイクロカプセル化する方法を個別に提供する。本発明は、化学プロセスを用いないで、ツイスト粒子をマイクロカプセル化する方法を個別に提供する。
【００１０】
本発明は、二色のビードとこの二色のビードを包む液とを含むマイクロカプセルとを製造する方法を個別に提供する。
【００１１】
本発明は、マイクロカプセル化されたジリコンビードの多様な層および／または部分を形成する各材料の表面張力の差に基づいてマイクロカプセル化されたジリコンビードを製造する方法を個別に提供する。
【００１２】
本発明のこれらと他の機能と利点は、本発明のシステムと方法の多岐にわたる実施の形態の例の以下の詳細な説明に明白に記載される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は、マイクロカプセル化されたジリコンビード２を示す。マイクロカプセル化されたジリコンビード２は二色のビード４を備え、二色のビード４は第一の材料６と第二の材料８とから構成される。マイクロカプセル化されたジリコンビード２はまた、ビード４を包む液状の第三の材料１０を備える。ビード４と第三材料１０とは固体の第四の材料１２内に配置される。
【００１４】
第一材料６と第二材料８とにより、ジリコンビード４は二つの半球に分割される。ジリコンビード４の各半球、すなわち、第一材料６と第二材料８とからなる各半球はともに光学的に異方性であるとともに電気的にも異方性である。
【００１５】
多岐にわたる実施の形態の例では、第一材料６と第二材料８とは顔料で着色されたプラスチックである。多岐にわたる実施の形態の例では、第一材料６と第二材料８の表面は各々異なる色である。多岐にわたる実施の形態の例では、例えば、第一材料６は黒に着色されたプラスチックであり、第二材料８は白に着色されたプラスチックである。液状の第三材料１０は回転媒体で、例えば、透明なオイルである。ビード４は液状第三材料１０で周りを囲まれ、その中で回転する。多岐にわたる実施の形態の例では、第四の材料１２は透明な材料である。多岐にわたる実施の形態の例では、第四材料１２はプラスチックである。第四材料１２は、マイクロカプセル化されたジリコンビード２の外殻として機能する。
【００１６】
図２は、多重スピンディスク式ビード発生器３０を示す。シェリドンの米国特許第５，７６２，８２６号には、多重スピンディスクを用いてジリコンビードを構成する方法が記載されている。図２に示されるように、実施の形態の一例では、多重ディスク式ビード発生器３０は、駆動シャフト３２と頂部ディスク３４と中間ディスク３６と底部ディスク３８とを備える。頂部ディスク３４，中間ディスク３６，底部ディスク３８は駆動シャフト３２に取り付けられている。頂部、中間、底部のディスク３４，３６，３８各々は頂部表面と底部表面とを備える。
【００１７】
マイクロカプセル化されたジリコンビード２を製造するには、第一材料６と第二材料８と第三材料１０と第四材料１２とをスピンディスク式ビード発生器３０に導入する。多岐にわたる実施の形態の例では、第一材料６を中間ディスク３６の頂部表面に導入する。第一材料６は、図３に示されるように、中間ディスク３６に導入されるときは溶融液の状態である。第二材料８は、中間ディスク３６の底部表面に導入される。第二材料８も、中間ディスク３６に導入されるときは溶融液の状態である。
【００１８】
第三材料１０は、頂部ディスク３４と底部ディスク３８とに導入される。第三材料１０は、第一層１４と第二層１６とに分けられる。第一層１４は、図３に示されるように、頂部ディスク３４の内側すなわち底部表面に導入される。第二層１６は、図３に示されるように、底部ディスク３８の内側すなわち頂部表面に導入される。
【００１９】
第四材料１２は、頂部ディスク３４と底部ディスク３８とに溶融状態で導入される。第四材料１２は第一層１８と第二層２０とに分けられる。第一層１８は、図３に示されるように、頂部ディスク３４の外側すなわち頂部表面に導入される。第二層２０は、図３に示されるように、底部ディスク３８の外側すなわち頂部表面に導入される。
【００２０】
材料６，８，１０，１２各々を多重ディスク式ビード発生器３０に導入するにつれてディスク３４，３６，３８を回転する。ディスク３４，３６，３８を回転すると、すべて液の状態にある材料６，８，１０，１２は、図３に略示されているように、ディスク３４，３６，３８から飛び出す。合計６個の液の流れ、すなわち第四材料１２の第一層１８、第三材料１０の第一層１４、第一材料６，第二材料８，第三材料１０の第二層１６、第四材料１２の第二層２０がディスク３４，３６，３８から飛び出して漸次集合する。漸次集合した流れは液状の紐４０を形成し、次いで紐４０は壊れて分散し、液滴３を形成する。液滴３は次第に凝集して、以下に詳細に記載のように、マイクロカプセル化したジリコンビード２が形成される。多重ディスク式ビード発生器３０を用いる詳細は、上記に引用された’８２６特許に開示されている。
【００２１】
図４〜６は、マイクロカプセル化されたジリコンビード２が多岐にわたる工程を経て形成される様子を示す。図４は、初期状態の漸次集合した材料を示している。材料６，８，１０，１２の流れが壊れて紐４０から液滴３が形成して間もない時の状態である。第一材料６と第二材料８とがジリコン二色ビード４を形成する。第一材料６の傍に配置されるのは、第三材料１０の第一層１４である。第三材料１０の第二層１６は、第二材料８の傍に配置される。第三材料１０の第一層１４と第二層１６とは、凝集して単一層になりジリコン二色ビード４を取り囲む。詳細は更に以下に議論する。
【００２２】
第四材料１２の第一層１８は、第三材料１０の第一層１４に隣接して配置される。第四材料１２の第二層２０は、第三材料１０の第二層１６に隣接して配置される。第四材料１２の第一層１８と第二層２０とは、凝集して単一層になり第三材料１０を取り囲み、その周りに固化する。
【００２３】
図４は、本発明のビード形成とカプセル化プロセスの実施の形態の例の第一の瞬時にマイクロカプセル化されたジリコンビード２が呈する状態を示す。マイクロカプセル化されたジリコンビード２は液滴３から形成される。互いに隣接して配置された材料６，８，１０，１２の表面張力に差があるからである。第一液が第二液より表面張力が低い場合は第一液は隣接する第二液を取り囲むような傾向になる。多岐にわたる実施の形態の例では、第一材料６の表面張力は第二材料８の表面張力と略々等しい。これらの実施の形態の例では、第一と第二の材料６と８の表面張力は互いに約５dyne・cm-1の差の範囲でなければならない。
【００２４】
多岐にわたる実施の形態の例では、第一材料６と第二材料８の表面張力は第三材料１０の第一層１４と第二層１６の表面張力より大きい。これらの実施の形態の例では、第一と第二の材料６と８の表面張力は第三材料１０の表面張力より約１dyne・cm-1以上大きくなければならない。
【００２５】
図５に示されているように、第三材料１０の表面張力より大きい表面張力を有する第一材料６と第二材料８との場合は、マイクロカプセル化されたジリコンビード２は、ビードの液滴４から形成を開始し、第三材料１０の層１４，１６が第一と第二の材料６と８との表面の上を覆って広がり始まる。同時に第一材料６と第二材料８とはビードの液滴４を形成するにつれて半球形状を取り始める。
【００２６】
第一材料６と第二材料８の溶融温度は第三材料１０の溶融温度より高い。材料１０は誘電体液であり、ジリコンが作動するには液状を保つようにしているからである。第四材料１２の溶融温度も、同じ理由で第三材料１０の溶融温度より高い。重要なので理解しなければならないことは、マイクロカプセル化されたジリコンビード２が空中を移動するとき、空気との熱交換によって空冷作用が行われることである。従って第四材料１２の外殻が最初に冷え、二色の半球である第一と第二材料６と８とが最後に冷えることになる。最も優れた品質の二色球は、二色球が急速固化したときに得られる。従って、第一と第二材料６と８の固化温度に近い温度で操作することが望ましい。他方、重要なことは、第四材料１２は、ビード４の外面をすっかり覆ってしまうまで液状を保つことである。従ってこの材料１２は比較的高温で導入される。
【００２７】
図５が示すのは、マイクロカプセル化されたデバイス２が多様な使用材料の表面張力の相違に対応してたどる中間形状である。図５がまた示すのは、ビード４を取り囲む収斂状態に近い第三材料すなわち回転媒体の層１４と１６である。
【００２８】
第四材料１２の第一層１８と第二層２０とは凝集して、第三材料１０を取り囲んでカプセル化し、マイクロカプセル化されたジリコンビード２の外殻を形成する。
【００２９】
マイクロカプセル化されたジリコンビード２が形成される際には、第四材料１２の表面張力は第三材料１０の表面張力より小さい。第三材料１０より表面張力が小さいと、第四材料１２には第三材料１０の周りを囲むような力が働く。これが生じるのは、システムの自由エネルギーが最小になるようにシステムが動くからである。多岐にわたる実施の形態の例では、第四材料１２の表面張力は第三材料１０の表面張力より少なくとも約１dyne・cm-1小さい。
【００３０】
以上の諸材料がジリコンビード発生器３０を出た後周囲の空気中を移動するにつれて、ビード４は最終的に第三材料１０に囲まれ、第四材料１２は最終的に第三材料１０をカプセル化する。
【００３１】
これらの事象が達成される相対速度は、これらの材料の粘度とこれらの層の厚さとによって決定される。第三材料１０は普通、約２センチストークスの粘度とビード４の直径の５〜２０％に略々等しい厚さを有する。これは普通、第四材料１２の厚さより大きい。第四材料１２は普通、第三材料１０よりはるかに大きい粘度を有する。従って予期できることは、第三材料１０は、第四材料１２が包む前にビード４を完全に包むことができるということである。重要なことは、事態がこの順で起こることである。そうでなければ、第四材料１２がビード４の上に固化してしまい、完全球状のオイル充填細孔の生成が阻害されてしまうからである。
【００３２】
１９９９年１０月２６日出願の米国特許出願第０９／４２７，６５６号に記載のように、二色球は多種多様のプラスチックとワックス剤、例えば、ナイロンやカルナバ(Carnauba)ワックスから製造することができる。多岐にわたる実施の形態の例では、材料は、ベーカー・ペトロライト社(Baker-Petrolite  Corporation）製造のポリワックス(Polywax)１０００である。この材料は殆ど完全な結晶性ポリマーであり、溶融温度直ぐ上まで低い溶融粘度を保つ。これは二色球形成の品質にとって重要な条件である。多岐にわたる実施の形態の例では、ボールの白色半球に用いられる材料は普通、ポリワックス１０００で、白色にするにはこれに二酸化チタニウム顔料を分散させる。多岐にわたる実施の形態の例では、ボールの黒色半球には多種多様の黒色顔料、例えば、カーボンブラックを使用することができる。多岐にわたる実施の形態の例では、黒色半球に使用する材料は、フェロ社(Ferro  Corporation)製造のフェロ(Ferro)６３３１である。
【００３３】
第三材料１０の材質はエクソン(Exxon Corporation）社のアイソパース(Isopars）のような誘電体なら何でもよいが、好ましい液はダウコーニング社(Dow Cornig Corp.)の１または２センチストークスのシリコーン２００である。
【００３４】
第四材料／外殻１２の材質は、高度に透明で物理的に強靱なポリマーで、ビード４を十分に迅速に取り囲み、マイクロカプセル化された球の形成ができる温度／粘度プロファイルを有するものならば何でもよい。好ましい材料はポリワックス１０００とポリワックス２０００である。
【００３５】
図６は、球形成とカプセル化プロセスの実施の形態の一例の際に第三の最も後の時点におけるマイクロカプセル化されたジリコンビード２の実施の形態の一例の断面図である。明快を旨とするため、断面ラインは図６では消してある。次いで第四材料１２を固化し、図１に示されるようなマイクロカプセル化されたジリコンビード２の外殻を形成する。
【００３６】
多岐にわたる実施の形態の例では、第四材料１２の固化は冷却で行われる。この冷却は、ビード形成プロセスの際に、マイクロカプセル化されたジリコンビード２が周囲の空気中を通過する結果として生じる。多岐にわたる実施の形態の例では、周囲の空気は、ビード発生器３０から出た後の第四材料１２の温度より低温である。多岐にわたる実施の形態の例では、第四材料１２の固化速度は周囲の空気の温度を制御することによって増大したり減少したりすることができる。
【００３７】
多岐にわたる実施の形態の例では、第三材料１０が第一と第二の材料６と８の表面張力とは異なる表面張力を有するので、不安定現象が生じる。この不安定現象によって、第一材料６と第二材料８とから、残りの他の材料とは実質的に独立に二色のビード４が形成される。マイクロカプセル化されたジリコンビード２が空気中を通過する際の冷却速度は、マイクロカプセル化されたジリコンビード２の形成を容易にするために遅くすることも差し支えない。多岐にわたる実施の形態の例では、これは、より高温の初期液温度で開始するか、あるいは周囲の空気を加熱するかによって行われる。
【００３８】
多岐にわたる実施の形態の例では、第四材料１２は第三材料１０より小さい表面張力を有するので、それぞれの材料の間に不安定現象が生じる。この不安定現象自体は、第四材料１２が第三材料１０の上に覆い被さりこれを取り囲むことによって解消する。
【００３９】
理解しなければならないことは、マイクロカプセル化されたジリコンビード２の形成は、漸次集合する複数の液の不安定性に基づいて行われ、この不安定性ゆえに取り囲まれるのが所望の層を適切な層が取り囲むことが確実に行われるということである。
【００４０】
多岐にわたる実施の形態の例では、二色のボールの直径は２０ミクロン〜１５０ミクロンの範囲である。第三材料１０の厚さは、マイクロカプセル化されたジリコンビード２が形成された時点では、二色ビード４の直径の３％〜２０％であり、実際には５％が好ましい。第四材料／外殻１２の厚さは、マイクロカプセル化されたジリコンビード２が形成された時点では、二色ビード４の直径の約０．１％〜約１０％であり、実際には１％が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従って形成されたマイクロカプセル化ジリコンビードの実施の形態の一例の斜視図で、一部を切断して露出して示す図である。
【図２】  本発明のマイクロカプセル化ジリコンツイスト粒子を製造するのに用いることができる多重ディスクアセンブリを示す図である。
【図３】  図２の多重ディスクアセンブリの拡大部分側面図であり、操作は本発明のディスクアセンブリを出た後直ぐに実施の形態の例の諸材料が漸次集合するように流して行われる状態を示す図である。
【図４】  本発明のビード形成とカプセル化プロセスの実施の形態の例の際に第一の時点におけるマイクロカプセル化されたジリコンビードの実施の形態の一例の側面図である。
【図５】  本発明のビード形成とカプセル化プロセスの実施の形態の例の際に第二の後の時点におけるマイクロカプセル化されたジリコンビードの実施の形態の一例の側面図である。
【図６】  本発明のビード形成とカプセル化プロセスの実施の形態の例の際に第三の最も後の時点におけるマイクロカプセル化されたジリコンビードの実施の形態の一例の断面図である。
【符号の説明】
２  マイクロカプセル化ジリコンビード、３  液滴、４  二色ビード、６  第一材料、８  第二材料、１０  第三材料（回転媒体）、１２  第四材料、１４，１８  第一層、１６，２０  第二層、３０  多重スピンディスク式ビード発生器、３２  駆動シャフト、３４  頂部ディスク、３６  中間ディスク、３８  底部ディスク、４０  紐。
【図１】
0004838958.tif 000002
【図２】
0004838958.tif 000003
【図３】
0004838958.tif 000004
【図４】
0004838958.tif 000005
【図５】
0004838958.tif 000006
【図６】
0004838958.tif 000007