(57)【要約】【課題】電子ペーパー等のディスプレイに使用され、複雑な構成や回路を用いることなく製造可能で、カラー化においては明度低下のような問題がない、表示素子を提供する。【解決手段】透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されていることを特徴とする表示用繊維素子。前記気体が、空気である表示用繊維素子。前記固体粒子が、電界により気体中を移動可能である表示用繊維素子。さらに、前記表示用繊維素子が、透明中空繊維用材料、固体粒子、および気体をノズルから同時に押出して作製された表示用繊維素子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されていることを特徴とする表示用繊維素子。
【請求項２】
前記気体が、空気である請求項１に記載の表示用繊維素子。
【請求項３】
前記固体粒子が、電界により気体中を移動可能である請求項１または２に記載の表示用繊維素子。
【請求項４】
前記表示用繊維素子が、透明中空繊維用材料、固体粒子、および気体を、ノズルから同時に押出して作製された請求項１〜３のいずれかに記載の表示用繊維素子。
【請求項５】
前記透明中空繊維用の材料が、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ナイロン系樹脂、塩化ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜４のいずれかに記載の表示用繊維素子。
【請求項６】
前記表示用繊維素子の末端が、レーザー照射により封止された請求項１〜５のいずれかに記載の表示用繊維素子。
【請求項７】
前記表示用繊維素子の中空繊維内が、小部屋に区切られ、前記各小部屋内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている請求項１〜６のいずれかに記載の表示用繊維素子。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする表示用シート。
【請求項９】
前記表示用繊維素子を、互いに接着して、シート状にした請求項８に記載の表示用シート。
【請求項１０】
請求項１〜７のいずれかに記載の、異なる色調を表示する固体粒子が封入されている複数の表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする表示用シート。
【請求項１１】
透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている表示用繊維素子の製造方法において、透明中空繊維用材料、固体粒子、および気体を、ノズルから同時に押出して作製することを特徴とする表示用繊維素子の製造方法。
【請求項１２】
透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている表示用繊維素子の製造方法において、表示用の固体粒子と気体とを内包する透明中空繊維を、レーザー照射により封止することを特徴とする表示用繊維素子の製造方法。
【請求項１３】
前記透明中空繊維を、レーザー照射により切断および封止する請求項１２に記載の表示用繊維素子の製造方法。
【請求項１４】
前記レーザーが、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、および半導体レーザーから選ばれる少なくとも１種である請求項１２または１３に記載の表示用繊維素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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、例えば電子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等に利用可能な、表示用繊維素子、表示用シート、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる電子ペーパーと言われる繰り返し書き換えが可能な画像表示技術として、絶縁性トナーを利用した表示、メモリー性を有する液晶、粒子の電気泳動、着色粒子の回転、エレクトロクロミー等の技術が知られている。しかし、いずれの方式も、製造方法が複雑であり、安価で品質の良い画像表示を達成することができないという問題があった。
【０００３】
絶縁性トナーを用いた摩擦帯電型トナーディスプレイという方式が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。図１に示すように、一対の電極基板に挟まれた空間に、正極性に帯電した黒粒子と、負極性に帯電した白粒子が封入されている。基板間は距離を一定にするためにスペーサーが配置され、空気などの気体で満たされている。表示基板の電極に正極性、背面基板の電極に負極性のパルス電圧を印加して基板間に電界を発生させると、クーロン力によって負極性に帯電した白粒子は表示側へ、正極性に帯電した黒粒子は背面側へ移動する。この時、背面基板上に付着した黒粒子は、白粒子に遮られて見えない。印加する電界の極性を反対に切替えると、各粒子は電界に沿って基板間をそれぞれ反対の方向へ移動し、黒白表示が行われる。
製造法としては、ＩＴＯ電極付き表示基板上に、黒粒子と白粒子混合物を一様に散布する。水系塗料、溶剤系塗料のような塗工・乾燥工程が使用できず、基板上に散布することは非常に高度な技術が要求されている。
【０００４】
トナーディスプレイの多色カラー化は、以下の方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照。）。特定の電極に交番パルス電圧を繰返し印加すると、粒子は交番する電界に応じて上下基板間を往復運動する。この時に、図２に示すように、隣接電極間に発生する回り込み電界、移動中の粒子間の衝突反発によって粒子は基板面と水平方向にも速度成分を持って移動する。電圧を印加していない隣接電極部では、粒子が移動するだけのクーロン力が得られないため、そこに移動した粒子は停止する。その結果、粒子は往復運動を繰返しながら、徐々に隣接電極上に移動して堆積し、最終的には、図３に示すように、交番パルス電圧を印加した電極部に粒子が殆ど存在しない状態となる。これにより、透明な表示基板を介して背面基板の内面を観察することができ、背面基板色を表示することができる。このカラー化の方法は、コントラスト、明度等は問題ないが、駆動する回路が複雑になる、背面基板に色をつける複雑な工程がある、などの問題があった。
【０００５】
粒子の電気泳動を利用したディスプレイが提案されている。この方法は、例えば図４に示すように、酸化チタンからなる白色粒子とカーボンブラックからなる黒色粒子とを、透明液体中に分散させ、これをマイクロカプセルに封入する。２枚の電極間にマイクロカプセルを挟み込み、電極間に電圧を印加することで微粒子の運動を制御し、光学的反射特性を変化させて表示を行う方法である。カラー表示を行うためには、図５に示すようにカラーフィルターを用いることが必要である（例えば、非特許文献２参照。）が、カラーフィルターで、一定の光波長をカットすることになるので、明度が低下する欠点があった。
【０００６】
また、透明筒体に着色した泳動粒子と無色絶縁性液体、あるいは白色泳動粒子と着色絶縁性液体を封入した電気泳動ディスプレイも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。白色泳動粒子とイエローに着色した絶縁性液体を透明筒体に封入したもの、白色泳動粒子とマゼンタに着色した絶縁性液体を透明筒体に封入したもの、白色泳動粒子とシアンに着色した絶縁性液体を透明筒体に封入したものを並列に並べ、カラー化する方法も提案されている。透明筒体内に泳動粒子や絶縁性液体を封入する方法としては、絶縁性液体と泳動粒子を適当な容器中で攪拌し、攪拌しながら透明筒体の一端を液中に入れ、他の一端から吸引しながら充填する方法、あるいは透明筒体内に乾燥した泳動粒子を入れ、その後に絶縁性液体を充填する方法が提案されている。
この方法は、カラー化が容易という利点があるが、透明筒体に泳動粒子や絶縁性液体を充填するのが難しいという欠点がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２２９０７３号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開２０００−３３０１４２号公報（第２頁、第１−４図）
【非特許文献１】日本画像学会Japan Hardcopy2003論文集、2003、P103-106
【非特許文献２】日本画像学会主催第１回フロンティアーセミナー予稿集、2002、P29-42
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、以上の如き状況から、電子ペーパー等のディスプレイに使用され、複雑な構成や回路を用いることなく製造可能で、カラー化においては明度低下のような問題がない表示素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、透明中空繊維内に固体粒子と気体を封入し、その繊維をシート状に配列することにより安価で、生産性に優れ
る画像表示用繊維素子が得られることを見出し、本発明に至った。すなわち本発明は、以下の発明を包含するものである。
（１）透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されていることを特徴とする表示用繊維素子。
（２）前記気体が、空気である（１）項に記載の表示用繊維素子。
（３）前記固体粒子が、電界により気体中を移動可能である（１）項または（２）項に記載の表示用繊維素子。
（４）前記表示用繊維素子が、透明中空繊維用材料、固体粒子、および気体を、ノズルから同時に押出して作製された（１）項〜（３）項のいずれか１項に記載の表示用繊維素子。
（５）前記透明中空繊維用の材料が、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ＡＢＳ系樹脂、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、ナイロン系樹脂、塩化ビニル系樹脂から選ばれる少なくとも１種である（１）項〜（４）項のいずれか１項に記載の表示用繊維素子。
（６）前記表示用繊維素子の末端が、レーザー照射により封止された（１）項〜（５）項のいずれか１項に記載の表示用繊維素子。
（７）前記表示用繊維素子の中空繊維内が、小部屋に区切られ、前記各小部屋内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている（１）項〜（６）項のいずれか１項に記載の表示用繊維素子。
（８）（１）項〜（７）項のいずれか１項に記載の表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする表示用シート。
（９）前記表示用繊維素子を、互いに接着して、シート状にした（８）項に記載の表示用シート。
（１０）（１）項〜（７）項のいずれか１項に記載の、異なる色調を表示する固体粒子が封入されている複数の表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする表示用シート。
（１１）透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている表示用繊維素子の製造方法において、透明中空繊維用材料、固体粒子、および気体を、ノズルから同時に押出して作製することを特徴とする表示用繊維素子の製造方法。
（１２）透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されている表示用繊維素子の製造方法において、表示用の固体粒子と気体とを内包する透明中空繊維を、レーザー照射により封止することを特徴とする表示用繊維素子の製造方法。
（１３）前記透明中空繊維を、レーザー照射により切断および封止する（１２）項に記載の表示用繊維素子の製造方法。
（１４）前記レーザーが、ＣＯ２レーザー、ＹＡＧレーザー、および半導体レーザーから選ばれる少なくとも１種である（１２）項または（１３）項に記載の表示用繊維素子の製造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の表示用繊維素子および表示用シートにより、複雑な駆動方法を用いることなく、またカラーフィルターを用いることなく、構成が単純化され、さらに生産性の面でも複雑な工程がなく、容易になり、電子ペーパーなどのフレキシブルディスプレイ分野での応用の可能性がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明の表示用繊維素子は、透明中空繊維内に、表示用の固体粒子と気体とが封入されていることを特徴とするものである。
図６は、本発明の表示用繊維素子の製造方法の一例を示す説明図である。図６において、ノズル部１は固体粒子と気体を押出す部分で、ノズル部２は透明中空繊維用材料を押出す部分である。このようなノズルを使用して、固体粒子および気体と、透明中空繊維用材料とを加熱しながら同時に押出し、延伸して所定の径になるように延伸して繊維化することができる。
【００１２】
なお、ここでは中空繊維という言葉を使っている。繊維という名称は、直径が数百μｍ以下の細くて長いという形態に対して与えられた名称である。本発明では、特に数百μｍの直径にはこだわるものではない。直径１〜１０ｍｍの中空チューブ、それ以上の直径のパイプも本発明の中空繊維に含まれるものである。中空繊維は用途に応じて適宜選択され、直径２０μｍ〜３ｍｍ程度の中空繊維が表示用として好ましく使用される。
中空繊維に封入される気体としては、空気、窒素等が用いられ、取扱いが容易であること等から空気が好ましく使用される。
【００１３】
内包した固体粒子が漏れないように、あるいは異物が混入しないように、繊維末端を封止する必要がある。封止するには加熱により中空繊維材料を溶解させる方法等があるが、封止形状等の問題から、レーザー光を用いるのが好ましい。さらに、レーザー光で繊維を断裁すると同時に封止も行うのがより好ましい。
【００１４】
中空繊維内が均一な筒状の場合には、中空繊維内の固体粒子の凝集等で表示不良を起こすことがある。表示用繊維内に壁を設け、繊維内を微小な部屋に分けることにより表示不良を軽減でき、好ましい実施態様である。図７に示すように、表示用繊維にエンボス加工を施す。あるいは図８に示すように、レーザー光を中空繊維内壁に照射し、微小な部屋を作製することができる。各部屋の壁の間隔は、好ましくは１０μｍ〜３ｍｍ程度である。
【００１５】
繊維をシート状に加工するには、図９に示すような装置で繊維を束ねてシート化する。表示色の異なる複数の繊維、例えば（１）イエローと白を表示する繊維、（２）マゼンタと白を表示する繊維、（３）シアンと白を表示する繊維、を巻きだし、接着剤を塗布し、乾燥させることによりシート化する。この時に、異なる表示色の繊維を規則的な順番で配列し、接着剤で接着させることにより、各色をストライプ状に配列させることができる。接着は、中空繊維同士を接触させ、加熱することより繊維を熱融着させることも可能である。
【００１６】
ここで、イエローと白色を表示する繊維について説明する。イエロー色の固体粒子と、白色粒子とを中空繊維に内包させる。他のマゼンタ色と白色を表示する繊維、シアン色と白色を表示する繊維も同様な構成で得ることができる。
また、繊維素子同士の接着剤としては、水系接着剤、エマルジョン系接着剤、溶剤系等の一般に公知の接着剤が適宜使用されるが、溶剤系の接着剤が好ましく用いられる。例えば、ウレタン系、エポキシ系、ポリエステル系、アルキド系、アミド系、アクリル系等の接着剤が使用できる。
【００１７】
繊維シートの各部に、例えば電界を与える装置を配置することで、情報の記入・消去・書換えが可能となる。電界を与える装置は、公知の手段を適用できる。繊維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、一般にガラスを用いるが、透明プラスチック、例えばポリエーテルスルホン樹脂、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を用いてもよい。電極板の極線はＩＴＯを蒸着したものが好ましい。一方、下側に設置する電極板は、金属など不透明な電極材料を用いるのがよい。フォーカルコニック状態の液晶は、光を透過する。反射を抑えるためには光を吸収する黒色の下部基板を使用するのがよい。
【００１８】
本発明に使用可能な材料について説明する。
中空繊維に内包する固体粒子としては、周知の電子写真プロセスに使用されているトナー粒子が使用できる。バインダーポリマーとしてはスチレン−アクリル共重合体、ポリエステル樹脂である。着色剤はカーボンブラック、ランプブラック、デュポンオイルレッド、オリエントオイルレッド、ローズベンガル、キノリンイエロー、クロームイエロー、ウルトラマリンブルー、アニリンブルー、マラカイトグリーンオキサレート等が使用できる。帯電制御剤は、正帯電用として、ニグロシン系、四級アンモニウム塩化物、トリフェニルメタン系等が、負帯電用として、モノアゾ系染料のＣｒ錯体、ＣｒやＺｎのサリチル酸塩が用いられる。固体粒子は、用途に応じて適宜選択され、粒子径は３〜５０μｍ程度が好ましい。
【００１９】
透明中空繊維は透明度が高く、レーザー加工適性に優れたものが好ましい。具体的な中空繊維材料としては、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン系共重合体（ＡＢＳ系樹脂）、フッ素系樹脂（例えば、４フッ化エチレン樹脂）、シリコーン系樹脂、ナイロン系樹脂、塩化ビニル系樹脂を挙げることができる。
【００２０】
本発明で使用する加工用レーザーとしては、ＣＯ２レーザー、イットリウム−アルミニウム−ガーネット結晶レーザー（ＹＡＧレーザー）、半導体レーザー等が利用できる。ＣＯ２レーザーは、比較的安価で高い出力、取扱いが簡単なため、樹脂の切断、穴あけに広く用いられている。発振波長が１０．６μｍ付近で、材料に対して透過性がほとんどないため、中空繊維の切断・封止に適している。
【００２１】
ＹＡＧレーザーは集光性が高く、ピークの高い短パルス発振が可能であり、しかも発振波長が１．０６μｍ付近である。出力を十分に上げれば、中空繊維の切断・封止・窪み作製が可能である。
【００２２】
また、ＣＯ２レーザーやＹＡＧレーザーほど集光性は高くないが、近年加工用に用いられるようになってきたレーザーとして、半導体レーザーが挙げられる。一般的には、発振波長約８１０ｎｍから９８０ｎｍまで複数の波長の素子が用いられており、対象となる材料に適する波長が選択できる。出力を十分に上げれば、中空繊維の切断・封止・窪み作製が可能である。さらに、半導体レーザーは、発振器の構造がシンプルであり、メンテナンスが容易である。
【実施例】
【００２３】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。なお実施例中の「％」および「部」は、特に断らない限り、「質量％」および「質量部」を意味する。
【００２４】
（１）固体粒子の作製
下記のようにして各色の粒子を作製した。３％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部（試薬）、着色剤としてイエロー系顔料（水性エナメル黄色、株式会社アサヒペン製）１部を混合・分散した。分散液を市販スプレイに取り、３％塩化カルシウム水溶液に接触するように噴霧した。得られた粒子を乾燥して、直径３０μｍのイエロー固体粒子を得た。
イエロー顔料の代わりに、マゼンタ系顔料（水性エナメル赤、株式会社アサヒペン製）、シアン系顔料（水性エナメル青、株式会社アサヒペン製）を使用した以外は同様な処方・方法で、マゼンタ固体粒子、シアン固体粒子を得た。各々の粒子径は３０μｍであった。
白色粒子は、３％アルギン酸ナトリウム水溶液１００部（試薬）、ナイロンフィラー１４部、水５６部をを混合・分散した。分散液を市販スプレイに取り、３％塩化カルシウム水溶液に接触するように噴霧した。得られた粒子を乾燥した後、０．１Ｍ濃度のＥＤＴＡ水溶液で数分浸漬させ、蒸留水で洗浄後に直径３５μｍの白色固体粒子を得た。
【００２５】
（２）表示用繊維素子の作製
図６に示すような口金を用い、イエロー固体粒子と白色固体粒子、空気、および中空繊維用材料であるポリエチレンとを、内径が２００μｍになるように押出して成型し、イエロー表示用繊維素子を得た。同様に、マゼンタ固体粒子と白色固体粒子と中空繊維用材料のポリエチレンとで、マゼンタ表示用繊維素子を得、またシアン固体粒子と白色固体粒子と中空繊維用材料のポリエチレンとで、シアン表示用繊維素子を得た。繊維の両末端は、半導体レーザー（商品名：ＵＤＬ−１５Ｖ、オリンパスマーケティング(株)製）で、５Ｗ出力、４０ｍｓｅｃ照射で封止した。さらに０．５ｍｍ周期で３Ｗ出力、２０ｍｓｅｃのレーザー照射でチューブ内壁を溶かして壁を形成させ、チューブ内に微小な小部屋を作製した。
【００２６】
（３）表示用繊維素子のシート化
上記３本の異なった色調に変化する表示用繊維を、イエロー、マゼンタ、シアンの順に接着剤で接着させて、表示用シートを作製した。
【００２７】
（４）表示デバイス化
図１０のように、幅２００μｍのストライプ状ＩＴＯガラス電極が直行するように、イエロー、マゼンタ、シアン、各々の表示繊維素子シートを挟みこんだ。各々３組の電極に電源装置を取り付け、イエロー、マゼンタ、シアンに、独立に電界を印加できるようにした。
【００２８】
（５）評価
図１０のように、パネルを横置き状態にした。上電極を正、下電極を負にすることより全面白表示になった。各々の電極を制御することより、イエロー／白／白、イエロー／マゼンタ／白、イエロー／白／シアン等のあらゆる色の組合せで表示できた。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明により複雑な駆動方法を用いることなく、またカラーフィルターを用いることなく、構成が単純化され、さらに生産性の面でも複雑な工程がなく容易になった。このような利点から、電子ペーパーなどのフレキシブルディスプレイ分野での応用の可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】トナーを利用した表示方法。
【図２】トナーを利用したカラー表示方法。
【図３】トナーを利用したカラー表示方法。
【図４】泳動粒子をマイクロカプセルに封入した説明図。
【図５】泳動粒子を利用したカラー化方法説明図。
【図６】本発明の表示用繊維素子の製造方法の一例。
【図７】本発明の表示用繊維素子にエンボス加工し、内部を小部屋に分けた例。
【図８】本発明の表示用繊維素子にレーザー加工し、内部を小部屋に分けた例。
【図９】本発明の表示用繊維素子をシート化する方法の一例。
【図１０】本発明の表示装置の一例。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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