(57)【要約】【課題】表示領域全体で均一な応答時間が得られると共に、電子ペーパー等に用いて曲げ伸ばしした場合にも破損しにくい表示ユニットおよび表示装置を提供する。【解決手段】封止中空繊維１と、封止中空繊維１に封入された流体とを有し、該流体は、絶縁性固体粒子３を絶縁性液体２に分散させた分散液からなるエレクトロレオロジー流体であることを特徴とする表示ユニットおよびこれを用いた表示装置。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端が封止された光透過性の中空繊維と、該中空繊維に封入された流体とを有し、該流体は、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エレクトロレオロジー流体であることを特徴とする表示ユニット。
【請求項２】
表示領域に、請求項１に記載の表示ユニットが多数配置されていると共に、該表示ユニットに電界を与えるための電界印加手段を備えることを特徴とする表示装置。
【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、およびそれを形成する表示ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）と言う。典型的なエレクトロレオロジー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。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エレクトロレオロジー流体は、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】
エレクトロレオロジー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たりしないこと、痕跡の水分量を制御すること、また広範囲な温度でエレクトロレオロジー特性が安定すること（エレクトロレオロジー流体の温度が上昇すると、水の蒸発によりエレクトロレオロジー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。
エレクトロレオロジー流体の分散相の沈殿や凝集を改善するために、分散相を、有機物粒子表面に、水酸化チタンやシリカ等の無機微粒子層を設け、比重を低下させた無機・有機複合粒子としたエレクトロレオロジー流体が報告されている（例えば、非特許文献１、非特許文献２参照。）。
【０００４】
また、この無機・有機複合粒子をエレクトロレオロジー流体に応用し、調光素子に利用することが報告されている（例えば、非特許文献２参照。）。
非特許文献２では、無電界時のエレクトロレオロジー流体分散系の光透過率、電界印加時のブリッジ化したエレクトロレオロジー流体の光透過率の差を利用して表示を行わせている。
この非特許文献２のエレクトロレオロジー流体は、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っている。一方、電界強度を上げると、透過光強度が増加するとともに、透過光強度が最大値となる波長が長くなる。高電界における透過光強度が最大値となる波長は６００ｎｍであり、入射光と同じスペクトルを持つ。すなわち、非特許文献２の調光素子は、電界を印加することにより明るくなるとともに色調が変化するようになっている。
【非特許文献１】工業材料、１９９４年、第１４２巻、第３号、ｐ１０４−１０６
【非特許文献２】ジャーナル・オブ・コロイド・アンド・インターフェース・サイエンス（Journal of Colloid and Interface Science）、１９９６年、第１７７号、ｐ２５０−２５６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、非特許文献２のような調光素子を表示装置に利用しようとすると、種々の問題があった。すなわち、非特許文献２では、エレクトロレオロジー流体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った。また、大型の表示装置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った。さらに、粒子分散系であるがゆえ、経時による粒子の沈降、凝集が避けられず、表示の繰返し耐久性に問題があった。
【０００６】
そこで、本発明者らは、先にエレクトロレオロジー流体を、マイクロカプセルに内包することにより、上記課題を解決する提案を行った（特願２００２−２１４９７７）。この提案では、エレクトロレオロジー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基板上に塗工することよりシート化している。そして、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ている。この提案の表示装置は、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変わり、表示を行うことができるものである。
この提案のマイクロカプセル化によって、塗工という容易な製造法で表示装置が作製できるようになった。また、エレクトロレオロジー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ようになった。さらにエレクトロレオロジー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・凝集による表示の繰返し耐久性の問題が改善できた。
【０００７】
ところが、上述の提案に係る表示装置にも、マイクロカプセル技術を基盤とする故の、問題点があった。すなわち、マイクロカプセルの合成において、大きさの分布がシャープなマイクロカプセルを得るのが困難なことに起因する問題である。
マイクロカプセルの大きさが均一でなければ、まず均一な厚さの表示層をつくることが難しい。さらにマイクロカプセルの大きさにムラがあれば、個々のマイクロカプセル内でのエレクトロレオロジー流体の凝集挙動が異なることになる。したがって、個々のマイクロカプセルで表示の切り替えに必要な応答時間が異なってしまい、応答時間にムラのある表示装置となってしまう問題があった。
【０００８】
なお、合成時に均一なマイクロカプセルを得ることが困難なことから、フィルター処理などにより均一なマイクロカプセルのみ選別する方法も考えられる。しかし、この場合、フィルターを通過する途中でマイクロカプセルが壊れてしまうという別の問題が発生しやすい。
このようなマイクロカプセルの脆さは、製造時のみならず、実際に製品としてユーザーに使用されるときも大きな問題となる。例えば、今後電子ペーパー用にフレキシブルな基板上に、このような表示装置を形成する場合、曲げた際にマイクロカプセルが壊れ、そこからエレクトロレオロジー流体が漏れ出してしまうことが考えられる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みて、表示領域全体で均一な応答時間が得られると共に、電子ペーパー等に用いて曲げ伸ばしした場合にも破損しにくい表示ユニットおよび表示装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を検討した結果、マイクロカプセルに代えて、中空繊維を使用することに想到した。
すなわち、第１の発明は、両端が封止された光透過性の中空繊維と、該中空繊維に封入された流体とを有し、該流体は、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エレクトロレオロジー流体であることを特徴とする表示ユニットである。
第２の発明は、表示領域に、第１の発明に係る表示ユニットが多数配置されていると共に、該表示ユニットに電界を与えるための電界印加手段を備えることを特徴とする表示装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の表示ユニットは、強固で、かつ均一な大きさとすることが容易な中空繊維を使用することにより、マイクロカプセルを使用した場合よりも、均一で強固な表示ユニットを形成することが可能である。したがって、本発明の表示ユニットを用いれば、応答時間にムラがなく、丈夫であり、電子ペーパー等に用いて曲げ伸ばしした場合にも破損しにくい表示装置を作ることができる。
【００１２】
また、中空繊維は、いわゆる凸レンズ効果により内部の表示部分を実際より大きく見せることができる。そのため、表示領域全体に占める、見かけ上の表示部分の面積が大きくなり、結果として良好なコントラストを得ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１および図２に示すように、本発明の表示ユニットは、エレクトロレオロジー流体が、封止中空繊維１に封入されたものである。封止中空繊維１は、外形が円柱状で、内面が外周面と略同心円上に中空とされた筒状の中空繊維の両端が封止されたものである。また、エレクトロレオロジー流体は、絶縁性液体２に絶縁性固体粒子３を分散させた分散液である。
【００１４】
絶縁性液体２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絶縁性オイルが挙げられる。絶縁性液体２は光透過性であることが必要であり、無色透明であることが好ましい。なお、絶縁性液体２には、光透過性を阻害しない範囲で染料や顔料等の着色剤を含有させてもよい。
【００１５】
絶縁性固体粒子としては、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、非特許文献１に記載の如き、無機・有機複合粒子を使用してもよい。
【００１６】
封止中空繊維１を構成する材料としては、外部から、中空繊維の内部が視認できるよう、光透過性の材料を用いる。特に透明な材料を中空繊維の材料として用いることが好ましい。
そのような透明材料としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、シリコン樹脂、ナイロン樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体（塩ビ樹脂）、4フッ化エチレン・パーフロロプロピルビニルエーテル樹脂（ＰＦＡ樹脂）等が挙げられる。
なお、これらの透明材料に、光透過性を阻害しない範囲で染料や顔料等の着色剤を含有させてもよい。
【００１７】
封止中空繊維１は、中空繊維を封止することによって得られる。この中空繊維は、例えば、以下のようにして製造することが可能である。
（１）略同心円状の２層構造のポリマー繊維を溶融紡糸法などにより製造し、該繊維を延伸して外形２０〜２００μｍ程度の繊維を得る。このときに、内層は成形後に水洗や有機溶剤などで溶解する樹脂である。そして、溶解によって内層の樹脂を取り除くことにより、中空繊維を得る。
【００１８】
（２）同心円状の吐出口を有するノズルを用い、中央の円形の吐出口から流体を吐出しつつ、その外側の輪状の吐出口から中空繊維を構成する樹脂を押し出す。この場合、流体が（１）の方法における内層の溶解性樹脂の代わりとなる。流体は容易に除去ができるので、（１）の方法のように後から樹脂を取り除く必要がなく、より簡便に中空繊維を製造することが可能である。この際導入する流体としては、窒素ガスや空気のような気体が好ましい。
【００１９】
本発明の表示ユニットは、例えば、以下のようにして製造することが可能である。
まず、予めエレクトロレオロジー流体を用意しておき、エレクトロレオロジー流体を前記中空繊維に含浸する。具体的には、長めに形成した中空繊維を多数本束ねてチャンバー内に置き、チャンバーを真空に引く。続いて、エレクトロレオロジー流体をチャンバー内に導入することにより、該エレクトロレオロジー流体で中空繊維を充満する。
その後、エレクトロレオロジー流体を充満した中空繊維の端部を封鎖するか、または、適宜な長さに溶断しながら各端部をシールすることにより、中空繊維の内部にエレクトロレオロジー流体が封入された表示ユニットが形成できる。
【００２０】
本発明の表示ユニットは、電界を印加の有無によって絶縁性固体粒子３の配置状態が変化する。これを図１および図２を用いて説明する。
図１は、電界を印加していないときの表示ユニットの状態を示すものである。この場合、封止中空繊維１内の絶縁性固体粒子３はブラウン運動をし、絶縁性液体２に均一に分散した状態である。一方、図２は、電界を印加したときの表示ユニットの状態を示すものである。この場合、電界を印加することより絶縁性固体粒子３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、絶縁性液体２と分離する状態になる。
【００２１】
本発明の表示装置は、表示領域に表示ユニットが多数配置されていると共に、該表示ユニットに電界を与えるための電界印加手段を備えたものである。
表示ユニットは、その両側に電極を配置することから、シート化されていることが好ましい。そして、各表示ユニットの長軸方向は、表示面と平行な方向であること、すなわち、各表示ユニットが表示面に寝かされた状態で配置されていることが好ましい。
【００２２】
本発明の表示ユニットは個々に独立しているため、マイクロカプセル同様に、塗工などの簡便な方法でシート化された表示ユニット群を製造することが可能である。
例えば、表示ユニットを、バインダー成分を含む液体中に分散させ、これをシート状支持体上に塗工することによって製造できる。
また、抄紙に類似の技術で表示層を形成することも可能である。即ち、網目状支持体上に広げ、液を取り除くことによって表示ユニット同士を絡み合わせてシート状にすることが可能である。
【００２３】
シート化された表示ユニット群中の表示ユニットの配置は、上記のようなランダムな配置に限定されず、一定の方向に整列させた配置としてもよい。
一定の方向に整列させた配置は、例えば、エレクトロレオロジー流体を内蔵している中空繊維の連続ヤーンの巻き取りを多数本並べ、これらを同時に繰り出すと共に基布を巻き取りから繰り出し、該基布上に多数本の糸を密着して並べながらシートに接着する。続いて、加熱シールバーにより一定間隔で糸を押圧シールし、該シール部の中間を基材シートごとカッターで切断することにより得ることができる。
また、このように一方向に整列した表示ユニットに対して、これと直交（垂直）方向に同様にして表示ユニットを積層すれば、格子状に表示ユニットを配置することも可能である。
【００２４】
シート化された表示ユニット群の各部に、電界を与える電界印加手段を配置することで、情報の記入・消去・書替えが可能となる。電界印加手段は、公知の手段を適用でき、好ましくは、シート化された表示ユニット群の両面に配置された電極板と、この一対の電極板の、所望の箇所の間に電圧を印加する電源装置等から構成される。
一対の電極板の内、少なくとも、視認側の電極板は光透過性であることが必要である。他方の電極板は、光透過性であっても、光不透過性であってもよい。他方の電極板も光透過性とすれば透過型の表示装置とすることができる。また、他方の電極板を光不透過性とすれば、反射型の表示装置とすることができる。また、他方の電極板の何れか一方の面に光吸収層を配置した場合には、当該電極板の光透過性の有無にかかわらず反射型の表示装置とすることができる。
透明な電極板の基板材料としては、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。これらの基板にＩＴＯを蒸着したものが好適に使用できる。光不透過性の電極板材料としては、例えば、金、銀、銅、鉄等が挙げられる。          
【００２５】
透過型の表示装置とした場合、電界を印加していないときは、図１に示したように絶縁性固体粒子３は絶縁性液体２に均一に分散した状態である。そのため、観察者と反対側から入射する光は観察者の目に到達しない（暗状態）。
一方、電界を印加したときは、図２に示したように絶縁性固体粒子３は電界と平行な方向にブリッジをつくり、絶縁性液体２と分離する状態になるので、観察者と反対側から入射する光は観察者の目に到達する（明状態）。
【００２６】
一方、反射型の表示装置とした場合、電界を印加していないときは、図１に示したように絶縁性固体粒子３は絶縁性液体２に均一に分散した状態なので、視認側から光を当てると乱反射し、白く見える。
一方、電界を印加したときは、図２に示したように絶縁性固体粒子３は電界と平行な方向にブリッジをつくり、絶縁性液体２と分離する状態になるので、視認側から光を当てると、一部の光はブリッジ状の絶縁性固体粒子３で反射するが、それ以外はブリッジ間の絶縁性液体２を透過する。したがって視認側と反対の電極板又はその何れか一方の面に配置された光吸収層が可視化される。そのため、電界を印加すると白色表示から、電極板又は光吸収層の色、例えば黒色等に変化する。
【実施例】
【００２７】
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。
シリコーンオイル（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、エレクトロレオロジー流体を得た。
【００２８】
次に中空繊維を作製した。中空繊維は、同心円状の吐出口を有するノズルを用い、中央の円形の吐出口から窒素ガスを流しつつ、その外側の輪状の吐出口から酢酸ビニルの共重合比率が２５％のエチレン酢酸ビニル共重合体を押し出すことにより作製した。
押出機温度は２３０℃にし、窒素ガスをほぼ大気圧に保った。溶融したエチレン酢酸ビニル共重合体の押し出し速度は０．１５ｋｇ／ｈｒであった。押出機出口の溶融繊維を引き伸ばし、外径１６０μｍ、内径８０μｍの中空繊維を得た。
【００２９】
続いて、前記中空繊維を多数本束ねてチャンバー内に置き、チャンバーを真空に引き、前記のエレクトロレオロジー流体をチャンバー内に導入することにより、該エレクトロレオロジー流体で中空繊維を充満した。
【００３０】
その後、内部にエレクトロレオロジー流体を含む前記中空繊維を、刃を熱したカッターを用いて、カット長が概ね３ｍｍになるように切断した。切断時に中空繊維の切断面部分が溶かされながら潰れることにより端部はシールされ、中空繊維の内部にエレクトロレオロジー流体を有する表示ユニットが形成できた。このとき表示ユニットを曲げてみたが、表示ユニットが壊れることはなく、したがって内部のエレクトロレオロジー流体が漏れるようなことはなかった。
【００３１】
この表示ユニットを、バインダー成分として表示ユニットに対して固形分換算の重量比１０％の水分散型ポリウレタン（商標：ＨＵＸ−３８１、旭電化工業（株）製）を含む液体中に分散させ、ナイロン６６のフィラメントヤーンで作製された基布にニードリングさせて絡合させてシート状にした。このときシートの厚みは約５００μｍであった。
【００３２】
次にシート化した表示ユニットを、上下から透明な電極板で挟み、かつ下側電極の裏側にはマクベス反射濃度計ＲＤ−９１４付属の黒色標準板を光吸収層として設けて、表示装置とした。電極板はＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムの片面にＩＴＯを蒸着したものである。電界を印加していないときは白濁状態、直流電源を用いて、上側の電極にプラス、下側の電極にマイナスの電荷を与えて、電極間の電圧差を１０００Ｖにしたとき、透明状態を示し、下側電極裏の黒色標準板を可視化した。
このときの光学的反射画像濃度をマクベス濃度計にて測定し、白濁時（白表示）の画像濃度と、透明時（黒表示）の画像濃度の比をコントラスト比として求めたところ４：１であり、新聞の印刷品位とほぼ同程度であった。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】電界を印加していないときの表示ユニットの状態を示す図である。
【図２】電界を印加したときの表示ユニットの状態を示す図である。
【符号の説明】
【００３４】
１・・・封止中空繊維、２・・・絶縁性液体、３・・・絶縁性固体粒子
【図１】
2005241978.tif 000003
【図２】
2005241978.tif 000004