(57)【要約】【課題】クーロン力などにより、粒子を移動させて画像表示を行なう表示装置に用いられ、低電圧で安定性に優れた画像を表示できる画像表示用粒子、および表示装置を提供する。【解決手段】少なくとも一方が透明な対向する基板間に、２種以上の色および帯電特性が異なる粒子を封入し、前記粒子が、前記基板間の電界により移動して、画像を表示する表示装置に用いられ、その粒子の二次元画像における形状係数が、１．０〜１．３の範囲である画像表示用粒子。また、前記粒子の表面が、研磨されたものである画像表示用粒子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な対向する基板間に、２種以上の色および帯電特性が異なる粒子を封入し、前記粒子が、前記基板間の電界により移動して、画像を表示する表示装置に用いられ、その粒子の二次元画像における形状係数が、１．０〜１．３の範囲であることを特徴とする画像表示用粒子。
【請求項２】
前記粒子の表面が、研磨されたものである請求項１に記載の画像表示用粒子。
【請求項３】
前記粒子の表面が、ジェット気流攪拌法によって研磨されたものである請求項２に記載の画像表示用粒子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の画像表示用粒子を用いた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、モバイル端末等のディスプレイ、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ジタルブック等に使用される画像表示用粒子及び表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いわゆる電子ペーパーとも称され、繰り返し書き換えが可能な画像表示技術として、着色粒子の回転、電気泳動、メモリー性を有する液晶、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、表示面を紙のように十分に白くすることができず、画像表示部と非表示部のコントラストを得にくいという問題があった。
【０００３】
このような技術の中で、トナーを用いて表示する画像表示媒体として、導電性の着色トナーと白色粒子とを対向する表示基板と非表示基板との間に空気を媒体として封入し、両基板の内側に電荷輸送層と電極が形成された画像表示媒体がある（例えば、非特許文献１および２参照。）。このような画像表示媒体は、電荷輸送層を介して導電性着色トナーへ電荷が注入され、電荷注入された導電性着色トナーが電極により画像に応じて形成された基板間の電界により移動して表示基板へ付着する。これにより、表示基板側に導電性着色トナーと白色粒子とのコントラストが生じて画像が表示される。
【０００４】
しかしながら、上記のトナーを用いた画像表示技術は、基板の一部に電荷輸送層、更には電荷発生層を配置するために構造が複雑になること、黒と白とのコントラストが低いこと、高速応答性に問題があることなどから、種々の改良が検討されてきた（例えば、特許文献１および２参照。）。
【０００５】
また、非特許文献２によれば、前記のトナーを用いた画像表示装置を駆動させるためには、１００μｍの電極間距離で５００Ｖという非常に高い電圧を必要とするという問題がある。トナーと白色粒子、あるいは白色粒子同士の相互作用を減じるために、白色粒子として、表面の摩擦抵抗が小さいフッ化炭素を用いているが、駆動電圧に関する限り、その効果は十分でない。
【非特許文献１】日本画像学会「Japan Hardcopy'99」論文集1999年７月21日、ｐ. 249〜252
【非特許文献２】日本画像学会「Japan Hardcopy'2000」論文集2000年6月13日、ｐ. 61〜63
【特許文献１】特開２００１−３１２２２５号公報(第６−１２頁)
【特許文献２】特開２００３−１６７２７７号公報(第２−５頁)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、以上の如き状況から、クーロン力などにより粒子を移動させて画像表示を行なう表示装置において、低電圧で安定性に優れた画像を表示できる画像表示用粒子および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、画像表示用粒子を予め研磨して粒子表面の摩擦抵抗を減じることにより、安価で安定性に優れる画像表示用粒子および表示装置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、以下の画像表示用粒子および表示装置を提供するものである。
（１）少なくとも一方が透明な対向する基板間に、２種以上の色および帯電特性が異なる粒子を封入し、前記粒子が、前記基板間の電界により移動して、画像を表示する表示装置に用いられ、その粒子の二次元画像における形状係数が、１．０〜１．３の範囲であることを特徴とする画像表示用粒子。
（２）前記粒子の表面が、研磨されたものである（１）項に記載の画像表示用粒子。
（３）前記粒子の表面が、ジェット気流攪拌法によって研磨されたものである（２）項に記載の画像表示用粒子。
（４）（１）〜（３）項のいずれか１項に記載の画像表示用粒子を用いたことを特徴とする表示装置。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の表面を研磨した画像表示用粒子を用いることにより、クーロン力などにより粒子を移動させて画像表示を行なう表示装置において、表示装置の低電圧駆動を図ることができ、さらにコントラストを向上させることができる。低電圧駆動により、駆動回路部の設計において低コスト化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について詳しく説明する。
本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、画像表示用粒子の移動によって画像を表示する装置において、粒子同士の摩擦抵抗を減じて移動し易いように設計すれば、低電圧駆動が可能となることを見出した。本発明の表示装置としては、少なくとも一方が透明な対向する基板間に、２種以上の色および帯電特性の異なる画像表示用粒子を封入し、前記基板間に電界を与えて、粒子を移動させて画像を表示する装置が使用され、対向する基板間に粒子を封入した表示装置に、公知の手段で基板表面に電荷が付与される。
【００１０】
画像表示用粒子としては、印加された電界により互いに逆方向に移動する、２種以上の色および帯電性の異なる画像表示用粒子が好ましく使用される。画像表示用粒子が帯電粒子の場合、正に帯電した基板部位に向かっては、負に帯電した粒子がクーロン力などにより引き寄せられ、また、負に帯電した基板部位に向かっては、正に帯電した粒子がクーロン力などにより引き寄せられ、それら粒子が対向する基板間を往復移動することにより、画像表示がなされる。
【００１１】
図１は、本発明において使用される表示装置の構造の一例を示す説明図である。図１において、電極を設けた対向する基板１、基板２が所定の間隔で設置されており、画像表示用粒子として、２種の色および帯電特性の異なる粒子３、粒子４が封入されている場合を示す。基板１、基板２の少なくとも一方は装置外側から粒子の色が確認できる透明基板であり、可視光の透過率が高い材料が好適である。表示装置としての可撓性の有無は用途により適宜選択され、例えば、電子ペーパー等の用途には可撓性のある材料、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン類の携帯機器表示等の用途には可撓性のない材料が用いられる。
【００１２】
基板材料を例示すると、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリカーボネートなどのポリマーシートや、ガラス、石英などの無機シートが挙げられる。基板の厚みは２〜５０００μｍが好ましく、より好ましくは５〜１０００μｍである。基板の厚みが２μｍ未満では、強度が不足して、基板間の間隔を均一に保てないことがあり、一方、基板の厚みが５０００μｍを超えると、表示機能としての鮮明さ及びコントラストの低下等が発生することがあり、特に、電子ペーパー用途の場合には可撓性が不十分となることがある。
【００１３】
本発明の画像表示用粒子の形状としては、二次元画像における形状係数が１．０〜１．３の範囲であり、好ましくは１．０〜１．２の範囲である。形状係数が小さくなる（１．０に近づく）程、粒子の形状は真球に近くなる。特に空気などの気体を媒体とする場合には、画像表示用粒子が真球に近づくことにより、摩擦などの粒子同士の相互作用が低減すると考えられ、電界による移動速度が加速されるため、低電圧駆動が可能となり、画像表示用に極めて適していることが判明した。形状係数については、例えば、「ファインイメージングとハードコピー」（コロナ社、１９９９年、ｐ.５３１）に記載されている。
本発明の形状係数は、下記（１）式よって得られる。
形状係数＝ｐ２／４πＡ      （１）
ここで、ｐおよびＡは、それぞれ粒子断面の周囲長および面積に相当し、電子顕微鏡像（二次元像）を画像処理することにより得られる値である。粒子画像の倍率は、一般には１００〜１０００倍程度であり、好ましくは２００〜７００倍である。
【００１４】
本発明の画像表示用粒子徴は、好ましくは粒子の表面を研磨することによって製造される。粒子表面の研磨は、種々の方法で行うことができ、例えば、画像表示用粒子を水などの分散媒体中に分散させて、これを攪拌する方法によって行うことができる。この際、分散媒体中に砂粒やボールなどの研磨材を混入して粒子と共に攪拌する方法、あるいは研削砥石を用いて攪拌する方法等によって行うこともできる。分散媒体を使用せず、画像表示用粒子と上記のような研磨材、研削砥石を用いて乾式で攪拌して行うこともできる。
【００１５】
さらに好ましい研磨方法は、画像表示用粒子をジェット気流等によって気流攪拌する方法である。この方法により、粒子自体を相互に気相において激しく衝突させて研磨する方法であり、他の研磨材を必要とせず、粒子表面から剥離した不活性物質を、分級によって容易に分離することが可能である。上記のジェット気流攪拌においては、それに用いられる装置の種類、攪拌速度、粒子の材質等により、研磨条件等について一概には述べられないが、一般的には６０００ｒｐｍ程度の攪拌速度で０．５〜１５分程度、ジェット気流攪拌するのが好ましい。
【００１６】
本発明の画像表示用粒子としては、無機系粒子、有機ポリマー粒子、無機・有機複合粒子等が使用されるが、特に、これらに制約されるわけではない。無機系粒子としては、酸化チタン、水酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、マンガンフェライトブラック、コバルトフェライトブラック、銅粉、アルミニウム粉などが挙げられる。有機ポリマー粒子としては、ウレタン系、ナイロン系、フッ素系、シリコーン系、メラミン系、フェノール系、スチレン系、スチレン−アクリル系、ウレタン−アクリル系などが挙げられる。また、スチレン−アクリル系から成る中空粒子も挙げられる。これらの粒子は顔料や染料により着色されたものであってもよい。所望とする色を有する粒子を選択して研磨される。
【００１７】
また、無機・有機複合粒子としては、例えば、有機高分子をコアにしてその表面に無機微粒子を付着させた２重構造の無機・有機複合粒子が示される。すなわち、有機高分子前駆体であるモノマーと無機微粒子を混合し、それを油滴として水中に分散させた後、縣濁重合を行うことによって得られ、モノマーが重合して高分子粒子を形成する際に、無機微粒子が高分子粒子の表面に集まって表層が形成される。コアー形成用のモノマーとしては、アクリル系、メタクリル系、ピロール等が例示される。また無機微粒子としては、シリカ、酸化チタン、水酸化チタン等の無機コロイド粒子が例示される。
本発明の画像表示用粒子の粒子径としては、用途により異なり一概には言えないが、５〜１００μｍが好ましく、１０〜５０μｍがより好ましい。
【００１８】
また、本発明の画像表示用粒子では、帯電性や色特性を補助するために、必要に応じて、帯電制御剤、着色剤、滑剤を添加してもよい。帯電制御剤の例としては、正電荷付与の場合には、４級アンモニウム塩系化合物、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘導体などが挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属アゾ染料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体などが挙げられる。着色剤としては、塩基性、酸性などの染料が挙げられ、ニグロシン、メチレンブルー、キノリンイエロー、ローズベンガルなどが例示される。
【００１９】
本発明の表示装置（図１）における基板１と基板２の間隔は、基板間で画像表示用粒子が移動でき、画像表示のコントラストを維持できればよいが、通常１０〜５０００μｍ、好ましくは１０〜５００μｍに調整される。画像表示用粒子の体積占有率は、基板１と基板２の間の空間体積に対して、好ましくは１０〜８０容量％、より好ましくは１０〜７０容量％を占める体積になるようにするのがよい。１０容量％未満では、表示画像の十分なコントラストが得られないことがあり、一方、８０容量％を超えると画像表示用粒子の移動が阻害されることがある。
【実施例】
【００２０】
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。
【００２１】
実施例１
画像表示用粒子として、水酸化チタン（商品名：Ｃ−ＩＩ、石原産業株式会社製、粒子径０．０４μｍ）２０ｇ、アクリル酸ブチル３００ｇ、１，３−ブチレングリコールジメタクリレート１００ｇ及び重合開始剤の混合物を、第三リン酸カルシウム２５ｇを分散安定化剤として含有する１８００ｍｌの水中に分散し、６０℃で１時間攪拌下に懸濁重合を行った。得られた生成物を濾過、酸洗浄し、さらに水洗後、乾燥して粒子径１５μｍの無機・有機複合粒子（Ａ−１）を得た。得られた無機・有機複合粒子を、ジェット気流攪拌機（商品名：ハイブリダイザー０型、株式会社奈良機械製作所製）を用いて６０００ｒｐｍで５分間ジェット気流攪拌し、表面研磨してなる白色粒子（Ｗ−１）を得た。この粒子の形状係数は１．１１であった。
別に、カーボン含有架橋ポリメチルメタクリレート球状粒子（Ｂ−１）（商品名：テクポリマーＭＢＸ−２０、積水化成品工業株式会社製、粒子径１４μｍ）を、上記と同様な条件でジェット気流攪拌し、表面研磨してなる黒色粒子（Ｘ−１）を得た。この粒子の形状係数は１．０５であった。なお、形状係数は、倍率５００倍の画像より求めた。
【００２２】
表示装置は以下のように作製した。すなわち、約５００Å厚みの酸化インジウム電極を設けた一対のガラス基板を、間隔５００μｍになるようにスペーサーで調整したガラス基板間に、画像表示用粒子として前述の白色粒子（Ｗ−１）、及び黒色粒子（Ｘ−１）を入れ、ガラス基板周辺をエポキシ系接着剤にて接着すると共に、粒子を封入し、表示装置を作製した。白色粒子（Ｗ−１）と黒色粒子（Ｘ−１）の質量比は等量とし、それら粒子のガラス基板間への全充填率は６０容量％となるように調整した。
作製した表示装置に、１００Ｖの電圧を印加し、極性を反転させることにより、黒色〜白色の表示を繰り返し、白・黒反転する印加電圧を測定した。また、マクベス反射濃度計(商品名：ＲＤ−９１４、Ｍａｃｂｅｔｈ社製）を用いて、黒色表示時および白色表示時の反射濃度を測定し、黒白のコントラスト比（黒色表示時反射濃度／白色表示時反射濃度）を求めた。
【００２３】
実施例２
画像表示用粒子として、粒子径１０μｍのナイロンパウダー（Ａ−２）（商品名：２００２ＥＸＤ、Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ社製）を、ジェット気流攪拌機（商品名：ハイブリダイザー０型、株式会社奈良機械製作所製）を用いて６０００ｒｐｍで５分間ジェット気流攪拌し、表面研磨してなる白色粒子（Ｗ−２）を得た。この粒子の形状係数は１．０８であった。
別に、粒子径２０μｍの炭素化微小粒子（Ｂ−２）（商品名：ニカビーズＭＣ２００２、日本カーボン株式会社製）を、上記と同様な条件でジェット気流攪拌し、表面研磨してなる黒色粒子（Ｘ−２）を得た。この粒子の形状係数は１．１２であった。なお、形状係数は、倍率５００倍の画像より求めた。
画像表示用粒子として、白色粒子（Ｗ−２）および黒色粒子（Ｘ−２）を使用した以外は、実施例１と同様にして表示装置を作製し、評価した。
【００２４】
実施例１、２における印加電圧とコントラストの関係について、表１にまとめた。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
実施例１、２に示すように、本発明の画像表示用粒子を用いた表示装置は、低電圧で高いコントラストを実現できた。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
特定形状の画像表示用粒子を用いることにより、表示装置の低電圧駆動を図ることができ、さらに画像のコントラストを向上させることができる。低電圧駆動によって、駆動回路部の設計において低コスト化を図ることが可能であり、パソコン、携帯電話、モバイル端末などのディスプレイ、あるいは電子ペーパーなどの分野での利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の表示装置の構造例
【図１】
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