(57)【要約】【課題】開口率の制限が無くなり良好な反射率、コントラストを得ることができる画像表示装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも一方が透明である２枚の対向する基板１、２間に、粒子群あるいは粉流体を封入し、粒子群あるいは粉流体に電界を与え、粒子あるいは粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルを備える画像表示装置において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板１、２間にスペーサー１１を設ける。【選択図】図２
2005091442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明である２枚の対向する基板間に、粒子群あるいは粉流体を封入し、粒子群あるいは粉流体に電界を与え、粒子あるいは粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルを備える画像表示装置において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間にスペーサーを設けたことを特徴とする画像表示装置。
【請求項２】
スペーサーが柱状あるいは球状である請求項１に記載の画像表示装置。
【請求項３】
スペーサが無い部分の投影面積の比率が８５％以上、より好ましくは９５％以上である請求項１または２に記載の画像表示装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間に、所定の大きさで球状のスペーサー粒子を散布することにより、球状のスペーサーを設けたことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像表示装置の製造方法において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間に、フォトレジスト法、印刷法あるいはモールド法で柱状のスペーサーを形成することにより、柱状のスペーサーを設けたことを特徴とする画像表示装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電気を利用した粒子あるいは粉流体の移動に伴い繰り返し画像表示、画像消去できる画像表示用パネルを備える画像表示装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、液晶（ＬＣＤ）に代わる画像表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式等の技術を用いた画像表示装置が提案されている。
【０００３】
これら従来技術は、ＬＣＤと比較すると、通常の印刷物に近い広い視野角が得られる、消費電力が小さい、メモリー機能を有している等のメリットがあることから、次世代の安価な画像表示装置に使用可能な技術として考えられており、携帯端末用画像表示、電子ペーパー等への展開が期待されている。特に最近では、分散粒子と着色溶液から成る分散液をマイクロカプセル化し、これを対向する基板間に配置して成る電気泳動方式が提案され、期待が寄せられている。
【０００４】
しかしながら、電気泳動方式では、液中を粒子が泳動するために液の粘性抵抗により応答速度が遅くなるという問題がある。さらに、低比重の溶液中に酸化チタン等の高比重の粒子を分散させているため沈降しやすくなっており、分散状態の安定性維持が難しく、画像繰り返し安定性に欠けるという問題を抱えている。また、マイクロカプセル化にしても、セルサイズをマイクロカプセルレベルにして、見かけ上、上述した欠点が現れにくくしているだけであって、本質的な問題は何ら解決されていない。
【０００５】
一方、溶液中での挙動を利用する電気泳動方式に対し、溶液を使わず、導電性粒子と電荷輸送層とを基板の一部に組み入れる方式も提案され始めている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、電荷輸送層、さらには電荷発生層を配置するために構造が複雑化するとともに、導電性粒子に電荷を一定に注入することは難しいため、安定性に欠けるという問題もある。
【非特許文献１】趙  国来、外３名、“新しいトナーディスプレイデバイス（Ｉ）”、１９９９年７月２１日、日本画像学会年次大会（通算８３回）“Japan Hardcopy’99”論文集、p.249-252
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した問題等を解消するために、近年、少なくとも一方が透明である２枚の対向する基板間に、粒子群あるいは粉流体を封入し、粒子群あるいは粉流体に電界を与え、粒子あるいは粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルを備える画像表示装置が知られている。
【０００７】
この種の画像表示装置に用いられる画像表示用パネルでは、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、２枚の対向する基板間（ここでは一方の基板５１のみを示す）に格子状（あるいはハニカム状）の隔壁５２を設け、基板間のギャップ調整、粒子群あるいは粉流体の凝集防止を行っていた。この隔壁５２は、たしかに、基板間のギャップを調整し、粒子群あるいは粉流体の凝集防止の役目を果たすが、格子状の隔壁５２を画像表示用パネルの全体に形成する必要があるため、開口率に制限を受けていた。その結果、反射率、コントラスト等に制限を受ける問題があった。
【０００８】
本発明の目的は上述した課題を解消して、開口率の制限が無くなり良好な反射率、コントラストを得ることができる画像表示装置及びその製造方法を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の画像表示装置は、少なくとも一方が透明である２枚の対向する基板間に、粒子群あるいは粉流体を封入し、粒子群あるいは粉流体に電界を与え、粒子あるいは粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルを備える画像表示装置において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間にスペーサーを設けたことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の画像表示装置の好適例としては、スペーサーが柱状あるいは球状であること、スペーサが無い部分の投影面積の比率が８５％以上、より好ましくは９５％以上であること、がある。
【００１１】
本発明の画像表示装置の製造方法は、上述した構成の画像表示装置の製造方法において、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間に、（１）所定の大きさで球状のスペーサー粒子を散布することにより、球状のスペーサーを設けるか、（２）フォトレジスト法、印刷法あるいはモールド法で柱状のスペーサーを形成することにより、柱状のスペーサーを設けたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の画像表示装置は及びその製造方法によれば、画像表示用パネルの２枚の対向する基板間にスペーサーを設けたことで、開口率の制限が無くなり良好な反射率、コントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
まず、本発明の画像表示装置に用いる画像表示用パネルの基本的な構成について説明する。図１（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の画像表示装置に用いる画像表示用パネルの一例とその表示作動原理を示す説明図である。図１（ａ）は本発明の画像表示装置に用いる画像表示用パネルにおいて、対向する前面基板１（透明であることが好ましい）と背面基板２（透明でも透明でなくても良い）との間に負帯電性粒子５及び正帯電性粒子６を配置した状態を示す。この状態のものに、表示電極３側が低電位、対向電極４側に高電位となるように電圧を付加すると、図１（ｂ）に示すようにクーロン力によって、正帯電性粒子６は表示電極３側に移動し、負帯電性粒子５は対向電極４側に移動する。この場合、前面基板１側から見る表示面は正帯電性粒子６の色に見える。次に電源の電位を切り替えて、表示電極３側が高電位、対向電極４が低電位となるように電圧を付加すると、図１（ｃ）に示すようにクーロン力によって、負帯電性粒子５は表示電極３に移動し、正帯電性粒子６は対向電極４の側に移動する。この場合、前面基板１側から見る表示面は負帯電性粒子５の色に見える。なお、７は隔壁、８は絶縁体である。
【００１４】
図１（ｂ）および図１（ｃ）の間は電源の電位を反転させるだけで繰り返し表示することができ、このように電源の電位を反転させることで可逆的に色を変化させることができる。粒子の色は、随意に選定できる。例えば、負帯電性粒子５を白色とし、正帯電性粒子６を黒色とするか、負帯電性粒子５を黒色とし、正帯電性粒子６を白色とすると、表示は白色および黒色間の可逆表示となる。この方式では、一旦表示を行うと、各粒子は鏡像力により電極に付着した状態になるので、電圧印加を中止した後も表示画像は長期に保持されることになり、メモリー保持性が良い。なお、上述した説明では、負帯電性粒子５及び正帯電性粒子６からなる粒子群を例にとって説明したが、負帯電性粉流体及び正帯電性粉流体からなる粉流体についても全く同じである。
【００１５】
本発明の画像表示装置における特徴は、２枚の対向する基板間すなわち対向する前面基板１と背面基板２との間に、格子状（あるいはハニカム状）の隔壁ではなく、好ましくは柱状または球状のスペーサーを設けた点にある。以下、本発明の画像表示装置の特徴を詳細に説明する。
【００１６】
図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の画像表示装置が備える画像表示用パネルの一例を説明するための図である。図２（ａ）、（ｂ）では、従来例を示す図８（ａ）、（ｂ）と同様に、背面基板２上に柱状のスペーサー１１を設けた例を示す。また、図３（ａ）、（ｂ）では、同じく、背面基板２上に球状のスペーサー１２を設けた例を示す。
【００１７】
本発明では、以下に詳細に説明する粒子群及び粉流体が凝集し難いことから、従来の格子状（あるいはハニカム状）の隔壁の役目のうち基板間のギャップ調整を行うだけで済むことから、スペーサー１１、１２を設けることで、従来の隔壁と同様の役目を果たすことができる。それに加えて、図２（ａ）、（ｂ）及び図３（ａ）、（ｂ）に示す様にスペーサ１１、１２を配置することで、従来の格子状（あるいはハニカム状）の隔壁の場合と比較して、開口率を大幅に向上させることができ、画像表示用パネルとして構成した時の反射率、コントラストを向上させることができる。
【００１８】
なお、スペーサー１１、１２を設ける際特に構成上の制限は無いが、前面基板１と背面基板２との間のギャップを調整し、基板同士が接触して基板上に設けた表示電極３と対向電極４とが短絡しないよう、十分な数のスペーサーを配置する必要がある。一方、スペーサー１１、１２が無い部分の投影面積の比率が開口率となるため、その投影面積の比率は、上記条件を満たす範囲で、８５％以上、より好ましくは、９５％以上とすることが好ましい。
【００１９】
次に、本発明の画像表示装置の製造方法のうち特徴となるスペーサー１１、１２の製造方法について説明する。まず、図２（ａ）、（ｂ）に示す柱状のスペーサー１１の場合は、フォトレジスト法、各種印刷法、モールド法のいずれかの方法をとることができる。ここで、フォトレジスト法で柱状スペーサー１１を製造する場合の一例としては、フォトレジスト用の５０μｍ厚みのネガ型ドライフィルムを用いて所定のネガパターンのマスクを通して露光し、現像、洗浄することにより形成する方法をとることができる。印刷法で柱状スペーサー１１を製造する場合の一例としては、所定の版を用いてスクリーン印刷法を数回繰り返すことにより形成する方法をとることができる。モールド法で柱状スペーサー１１を製造する場合の一例としては、基板上にスペーサー材料を一様に塗り、予め用意した所定のパターンに微細加工された型を押し付けて形成する方法をとることができる。
【００２０】
また、図３（ａ）、（ｂ）に示す球状のスペーサー１２の場合は、所定の大きさのスペーサー粒子（プラスチック、シリカ、グラスファイバのいずれかから成る）を製造してスペーサー１２として使用する。そして、作製したスペーサー粒子を、スペーサー１２として、前面基板１と背面基板２との間に散布することで、画像表示装置が備える画像表示用パネルを製造することができる。
【００２１】
以下、本発明の画像表示装置を構成する各部材について詳細に説明する。
基板については、少なくとも一方の基板は装置外側から粒子または粉流体の色が確認できる透明な前面基板１であり、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料が好適である。背面基板２は透明でも不透明でもかまわない。基板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好適である。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、ポリイミド、アクリル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、特に５〜１０００μｍが好適であり、薄すぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにくくなり、厚すぎると、表示機能としての鮮明さ、コントラストの低下が発生し、特に、電子ペーパー用途の場合にはフレキシビリティー性に欠ける。
【００２２】
電極については、図１に示す例では電位の異なる２種類の電極である表示電極３及び対向電極４はいずれもが背面基板２の前面基板１と対向する側に具備されている。他の電極配置方法としては、図４に示すように表示電極３を前面基板１上に配置し、対向電極４を背面基板２に配置する方式もあるが、この場合、表示電極３として透明な電極が必要である。図１に示す例では、表示電極３と対向電極４の両者は不透明な電極で良いので、銅、アルミニウム等の安価で、かつ抵抗の低い金属電極が使用できる。外部電圧印加は、直流あるいはそれに交流を重畳しても良い。各電極は帯電した粒子の電荷が逃げないように絶縁性のコート層を形成することが好ましい。このコート層は、負帯電性粒子に対しては正帯電性の樹脂を、正帯電性粒子に対しては負帯電性の樹脂を用いると粒子の電荷が逃げ難いので特に好ましい。また、電極は必要に応じて設ければ良い。
【００２３】
次に、本発明の画像表示装置で表示のために使用される粒子群について説明する。
本発明の画像表示装置で表示のための粒子群は、負又は正帯電性の着色粒子群で、クーロン力により移動するものであればいずれでも良いが、特に、球形で比重の小さい粒子から構成される粒子群が好適である。粒子群は単一の色のものであり、白色又は黒色の粒子群が好適に用いられる。粒子群を構成する粒子の平均粒子径は０．１〜５０μｍが好ましく、特に１〜３０μｍが好ましい。粒子径がこの範囲より小さいと粒子の電荷密度が大きすぎて電極や基板への鏡像力が強すぎ、メモリー性はよいが、電界を反転した場合の追随性が悪くなる。反対に粒子径がこの範囲より大きいと、追随性は良いが、メモリー性が悪くなる。
【００２４】
粒子を負又は正に帯電させる方法は、特に限定されないが、コロナ放電法、電極注入法、摩擦法等の粒子を帯電する方法が用いられる。粒子の帯電量は当然その測定条件に依存するが、画像表示装置における粒子の帯電量はほぼ、初期帯電量、基板との接触、種類の異なる粒子との接触、経過時間に伴う電荷減衰に依存し、特に「種類の異なる粒子との接触」、すなわち２粒子間の接触に伴う帯電挙動の飽和値が支配因子となっているということが分かっている。したがって、帯電量においてはこの２粒子間の帯電特性の差、すなわち仕事関数の差を知ることが重要であるが、これは簡易測定では難しい。
【００２５】
本発明者らは鋭意検討の結果、ブローオフ法において同じキャリヤを用いて、それぞれの粒子の帯電量測定を行うことにより相対的に評価できることを見出し、これを表面電荷密度によって規定することにより、画像表示装置として適当な粒子の帯電量を予測できることを見出した。
【００２６】
測定方法について詳しくは後に述べるが、ブローオフ法によって、粒子とキャリヤとを十分に接触させ、その飽和帯電量を測定することにより該粒子の単位重量あたりの帯電量を測定することができる。そして、該粒子の粒子径と比重を別途求めることにより該粒子の表面電荷密度を算出することができる。
【００２７】
画像表示装置においては、用いる粒子の粒子径は小さく、重力の影響はほぼ無視できるほど小さいため、粒子の比重は粒子の動きに対して影響しない。しかし、粒子の帯電量においては、同じ粒子径の粒子で単位重量あたりの平均帯電量が同じであっても、粒子の比重が２倍異なる場合に保持する帯電量は２倍異なることとなる。従って、画像表示装置に用いられる粒子の帯電特性は粒子の比重に無関係な表面電荷密度（単位：μＣ／ｍ２）で評価するのが好ましいことが分かった。
【００２８】
そして、粒子間においてこの表面電荷密度の差が十分にある時、２種類の粒子はお互いの接触により異なる特性の帯電量を保持し、電界により移動する機能を保持するのである。
【００２９】
ここで、表面電荷密度は２粒子の帯電特性を異なるものにするためにある程度の差が必要であるが、大きいほどよいというものではない。粒子移動による画像表示装置においては粒子の粒子径が大きいときは主に電気影像力が粒子の飛翔電界(電圧)を決定する因子となる傾向が強いため、この粒子を低い電界(電圧)で動かすためには帯電量が低いほうがよいこととなる。また、粒子の粒子径が小さいときは分子間力・液架橋力等の非電気的な力が飛翔電界(電圧)決定因子となることが多いため、この粒子を低い電界(電圧)で動かすためには帯電量が高いほうがよいこととなる。しかし、これは粒子の表面性(材料・形状)にも大きく依存するため一概に粒子径と帯電量で規定することはできない。
【００３０】
本発明者らは平均粒子径が０．１〜５０μmの粒子においては、同じ種類のキャリヤを用いてブローオフ法により測定した２種類の粒子の、表面電荷密度の差の絶対値が５〜１５０μＣ／ｍ２である場合に画像表示装置として使用できる粒子と成り得ることを見出した。
【００３１】
ブローオフ法測定原理及び方法は以下の通りである。ブローオフ法においては、両端に網を張った円筒容器中に粉体とキャリヤの混合体を入れ、一端から高圧ガスを吹き込んで粉体とキャリヤとを分離し、網の目開きから粉体のみをブローオフ(吹き飛ばし)する。この時、粉体が容器外に持ち去った帯電量と等量で逆の帯電量がキャリヤに残る。そして、この電荷による電束の全てはファラデーケージで集められ、この分だけコンデンサーは充電される。そこでコンデンサー両端の電位を測定することにより粉体の電荷量Qは、Q=CV（C:コンデンサー容量、V:コンデンサー両端の電圧）として求められる。
【００３２】
ブローオフ粉体帯電量測定装置としては東芝ケミカル社製のTB-200を用いた。本発明ではキャリヤとしてパウダーテック社製のF963-2535を用いた。これらから粒子帯電量を測定し、別途求めた粒子径及び粒子比重から粒子の表面電荷密度を算出した。
【００３３】
なお、粒子径は以下に述べる方法により、また、比重は、株式会社島津製作所製比重計（商品名：マルチボリウム密度計H 1305）を用いて測定した。
【００３４】
粒子径については具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd.)測定機を用いて、窒素気流中に粒子を投入し、付属の解析ソフト（Mie理論を用いた体積基準分布を基に、粒子径分布、粒子径を算出するソフト）を用いて測定し、粒子の５０％がこれより大きく、５０％がこれより小さいという粒子径をμｍで表した数値を平均粒子径ｄ（０．５）（μｍ）とした。
【００３５】
粒子は、その帯電電荷を保持する必要があるので、体積固有抵抗が１×１０１０Ω・ｃｍ以上の絶縁性粒子が好ましく、特に１×１０１２Ω・ｃｍ以上の絶縁性粒子が好ましい。また、以下に述べる方法で評価した電荷減衰の遅い粒子がさらに好ましい。
【００３６】
すなわち、粒子を、別途、プレス、加熱溶融、キャスト等により、厚み５〜１００μｍのフィルム状にする。そして、そのフィルム表面と１ｍｍの間隔をもって配置されたコロナ放電器に、８ＫＶの電圧を印加してコロナ放電を発生させて表面を帯電させ、その表面電位の変化を測定し判定する。この場合、０．３秒後における表面電位の最大値が３００Ｖより大きく、好ましくは４００Ｖより大きくなるように、粒子構成材料を選択、作製することが肝要である。
【００３７】
なお、上記表面電位の測定は、例えば図５に示した装置（ＱＥＡ社製ＣＲＴ２０００）により行うことができる。この装置の場合は、前述したフィルムを表面に配置したロールのシャフト両端部をチャック２１にて保持し、小型のスコロトロン放電器２２と表面電位計２３とを所定間隔離して併設した計測ユニットを上記フィルムの表面と１ｍｍの間隔を持って対向配置し、上記フィルムを静止した状態のまま、上記計測ユニットをフィルムの一端から他端まで一定速度で移動させることにより、表面電荷を与えつつその表面電位を測定する方法が好適に採用される。なお、測定環境は温度２５±３℃、湿度５５±５ＲＨ％とする。
【００３８】
粒子は、帯電性能等が満たされれば、いずれの材料から構成されても良い。例えば、樹脂、荷電制御剤、着色剤、無機添加剤等から、あるいは、着色剤単独等で形成することができる。
樹脂の例としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、アクリルフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、２種以上混合することもできる。特に、基板との付着力を制御する観点から、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルフッ素樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂が好適である。
【００３９】
荷電制御剤としては、特に制限はないが、負荷電制御剤としては例えば、サリチル酸金属錯体、含金属アゾ染料、含金属（金属イオンや金属原子を含む）の油溶性染料、４級アンモニウム塩系化合物、カリックスアレン化合物、含ホウ素化合物（ベンジル酸ホウ素錯体）、ニトロイミダゾール誘導体等が挙げられる。正荷電制御剤としては例えば、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、４級アンモニウム塩系化合物、ポリアミン樹脂、イミダゾール誘導体等が挙げられる。その他、超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、超微粒子アルミナ等の金属酸化物、ピリジン等の含窒素環状化合物及びその誘導体や塩、各種有機顔料、フッ素、塩素、窒素等を含んだ樹脂等も荷電制御剤として用いることもできる。
【００４０】
着色剤としては、以下に例示するような、有機または無機の各種、各色の顔料、染料が使用可能である。
【００４１】
黒色顔料としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等がある。黄色顔料としては、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファーストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ等がある。橙色顔料としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ等がある。赤色顔料としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ等がある。
【００４２】
紫色顔料としては、マンガン紫、ファーストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等がある。青色顔料としては、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ等がある。緑色顔料としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等がある。白色顔料としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等がある。
【００４３】
体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等がある。また、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料として、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等がある。これらの着色剤は、単独或いは複数組み合わせて用いることができる。特に黒色着色剤としてカーボンブラックが、白色着色剤として酸化チタンが好ましい。
【００４４】
粒子の製造方法については特に限定されないが、例えば、電子写真のトナーを製造する場合に準じた粉砕法および重合法が使用出来る。また、無機または有機顔料の粉体の表面に樹脂や荷電制御剤等をコートする方法も用いられる。
【００４５】
対向する２枚の基板の間隔は、粒子が飛翔移動でき、コントラストを維持できれば良いが、通常１０〜５０００μｍ、好ましくは３０〜５００μｍに調整される。粒子充填量は、基板間の空間体積に対して、３〜７０％、好ましくは５〜６０％を占める体積になるように充填するのが良い。
【００４６】
また、ここで繰り返し耐久性を更に向上させるためには、該粒子を構成する樹脂の安定性、特に、吸水率と溶剤不溶率を管理することが効果的である。
基板間に封入する粒子を構成する樹脂の吸水率は、３重量％以下、特に２重量％以下とすることが好ましい。なお、吸水率の測定は、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準じて行い、測定条件は２３℃で２４時間とする。
該粒子を構成する樹脂の溶剤不溶率に関しては、下記関係式で表される粒子の溶剤不溶率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。
溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×100
（但し、Ａは樹脂の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に樹脂を２５℃で２４時間浸漬した後の重量を示す）
この溶剤不溶率が５０％未満では、長期保存時に粒子表面にブリードが発生し、粒子との付着力に影響を及ぼし粒子の移動の妨げとなり、画像表示耐久性に支障をきたす場合がある。
なお、溶剤不溶率を測定する際の用の溶剤（良溶媒）としては、フッ素樹脂ではメチルエチルケトン等、ポリアミド樹脂ではメタノール等、アクリルウレタン樹脂ではメチルエチルケトン、トルエン等、メラミン樹脂ではアセトン、イソプロパノール等、シリコーン樹脂ではトルエン等が好ましい。
【００４７】
次に、本発明の画像表示装置で表示のために使用される粉流体について説明する。
本発明における「粉流体」は、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。例えば、液晶は液体と固体の中間的な相と定義され、液体の特徴である流動性と固体の特徴である異方性（光学的性質）を有するものである（平凡社：大百科事典）。一方、粒子の定義は、無視できるほどの大きさであっても有限の質量をもった物体であり、重力の影響を受けるとされている（丸善：物理学事典）。ここで、粒子でも、気固流動層体、液固流動体という特殊状態があり、粒子に底板から気体を流すと、粒子には気体の速度に対応して上向きの力が作用し、この力が重力とつりあう際に、流体のように容易に流動できる状態になるものを気固流動層体と呼び、同じく、流体により流動化させた状態を液固流動体と呼ぶとされている（平凡社：大百科事典）。このように気固流動層体や液固流動体は、気体や液体の流れを利用した状態である。本発明では、このような気体の力も、液体の力も借りずに、自ら流動性を示す状態の物質を、特異的に作り出せることが判明し、これを粉流体と定義した。
【００４８】
すなわち、本発明における粉流体は、液晶（液体と固体の中間相）の定義と同様に、粒子と液体の両特性を兼ね備えた中間的な状態で、先に述べた粒子の特徴である重力の影響を極めて受け難く、高流動性を示す特異な状態を示す物質である。このような物質はエアロゾル状態、すなわち気体中に固体状もしくは液体状の物質が分散質として安定に浮遊する分散系で得ることができ、本発明の画像表示装置で固体状物質を分散質とするものである。
【００４９】
本発明の画像表示用パネルは、少なくとも一方が透明な、対向する２枚の基板間に、気体中に固体粒子が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す粉流体を封入するものであり、このような粉流体は、低電圧の印加でクーロン力などにより容易に安定して移動させることができる。
【００５０】
粉流体とは、先に述べたように、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。この粉流体は、特にエアロゾル状態とすることができ、本発明の画像表示装置では、気体中に固体状の物質が分散質として比較的安定に浮遊する状態で用いられる。
【００５１】
エアロゾル状態の範囲は、粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍以上であることが好ましく、更に好ましくは２．５倍以上、特に好ましくは３倍以上である。上限は特に限定されないが、１２倍以下であることが好ましい。
粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍より小さいと表示上の制御が難しくなり、また、１２倍より大きいと粉流体を装置内に封入する際に舞い過ぎてしまうなどの取扱い上の不便さが生じる。なお、最大浮遊時の見かけ体積は次のようにして測定される。すなわち、粉流体が透過して見える密閉容器に粉流体を入れ、容器自体を振動或いは落下させて、最大浮遊状態を作り、その時の見かけ体積を容器外側から測定する。具体的には、直径（内径）６ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリプロピレン製の蓋付き容器（商品名アイボーイ：アズワン（株）製）に、未浮遊時の粉流体として１／５の体積相当の粉流体を入れ、振とう機に容器をセットし、６ｃｍの距離を３往復／ｓｅｃで３時間振とうさせる。振とう停止直後の見かけ体積を最大浮遊時の見かけ体積とする。
【００５２】
また、本発明の画像表示用パネルは、粉流体の見かけ体積の時間変化が次式を満たすものが好ましい。
Ｖ１０／Ｖ５＞０．８
ここで、Ｖ５は最大浮遊時から５分後の見かけ体積（ｃｍ３）、Ｖ１０は最大浮遊時から１０分後の見かけ体積（ｃｍ３）を示す。なお、本発明の画像表示装置は、粉流体の見かけ体積の時間変化Ｖ１０／Ｖ５が０．８５よりも大きいものが好ましく、０．９よりも大きいものが特に好ましい。Ｖ１０／Ｖ５が０．８以下の場合は、通常のいわゆる粒子を用いた場合と同様となり、本発明のような高速応答、耐久性の効果が確保できなくなる。
【００５３】
また、粉流体を構成する粒子物質の平均子粒子径（ｄ（０．５））は、好ましくは０．１〜２０μｍ、更に好ましくは０．５〜１５μｍ、特に好ましくは０．９〜８μｍである。０．１μｍより小さいと表示上の制御が難しくなり、２０μｍより大きいと、表示はできるものの隠蔽率が下がり装置の薄型化が困難となる。なお、粉流体を構成する粒子物質の平均粒子径（ｄ（０．５））は、次の粒子径分布Spanにおけるｄ（０．５）と同様である。
【００５４】
粉流体を構成する粒子物質は、下記式に示される粒子径分布Spanが５未満であることが好ましく、更に好ましくは３未満である。
粒子径分布Span＝（ｄ（０．９）−ｄ（０．１））／ｄ（０．５）
ここで、ｄ（０．５）は粉流体を構成する粒子物質の５０％がこれより大きく、５０％がこれより小さいという粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．１）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質の比率が１０％である粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．９）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質が９０％である粒子径をμｍで表した数値である。粉流体を構成する粒子物質の粒子径分布Spanを５以下とすることにより、サイズが揃い、均一な粉流体移動が可能となる。
【００５５】
なお、以上の粒子径分布および粒子径は、レーザー回折／散乱法などから求めることができる。測定対象となる粉流体にレーザー光を照射すると空間的に回折／散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光強度パターンは粒子径と対応関係があることから、粒子径および粒子径分布が測定できる。この粒子径および粒子径分布は、体積基準分布から得られる。具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd.)測定機を用いて、窒素気流中に粉流体を投入し、付属の解析ソフト（Mie理論を用いた体積基準分布を基本としたソフト）にて、測定を行うことができる。
【００５６】
粉流体の作製は、必要な樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を混練り粉砕しても、モノマーから重合しても、既存の粒子を樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤でコーティングしても良い。以下、粉流体を構成する樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を例示する。
【００５７】
樹脂の例としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂などが挙げられ、２種以上混合することもでき、特に、基板との付着力を制御する上から、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が好適である。
【００５８】
荷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。
【００５９】
着色剤４例としては、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。
【００６０】
無機系添加剤の例としては、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。
【００６１】
しかしながら、このような材料を工夫無く混練り、コーティングなどを施しても、エアロゾル状態を示す粉流体を作製することはできない。エアロゾル状態を示す粉流体の決まった製法は定かではないが、例示すると次のようになる。
【００６２】
まず、粉流体を構成する物質の表面に、平均粒子径が２０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜８０ｎｍの無機微粒子を固着させることが適当である。更に、その無機微粒子がシリコーンオイルで処理されていることが適当である。ここで、無機微粒子としては、二酸化珪素（シリカ）、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化セリウム、酸化鉄、酸化銅等が挙げられる。この無機微粒子を固着させる方法が重要であり、例えば、ハイブリダイザー（奈良機械製作所（株）製）やメカノフュージョン（ホソカワミクロン（株）製）などを用いて、ある限定された条件下（例えば処理時間）で、エアロゾル状態を示す粉流体を作製することができる。
【００６３】
ここで繰り返し耐久性を更に向上させるためには、粉流体を構成する樹脂の安定性、特に、吸水率と溶剤不溶率を管理することが効果的である。隔壁で仕切られたセル内に封入する粉流体を構成する樹脂の吸水率は、３重量％以下、特に２重量％以下とすることが好ましい。なお、吸水率の測定は、ＡＳＴＭ−Ｄ５７０に準じて行い、測定条件は２３℃で２４時間とする。粉流体を構成する樹脂の溶剤不溶率に関しては、下記関係式で表される粉流体の溶剤不溶率を５０％以上、特に７０％以上とすることが好ましい。
溶剤不溶率（％）＝（Ｂ／Ａ）×１００
（但し、Ａは樹脂の溶剤浸漬前重量、Ｂは良溶媒中に樹脂を２５℃で２４時間浸漬した後の重量を示す）
【００６４】
この溶剤不溶率が５０％未満では、長期保存時に粉流体を構成する粒子物質表面にブリードが発生し、粉流体との付着力に影響を及ぼし粉流体の移動の妨げとなり、画像表示耐久性に支障をきたす場合がある。なお、溶剤不溶率を測定する際の溶剤（良溶媒）としては、フッ素樹脂ではメチルエチルケトン等、ポリアミド樹脂ではメタノール等、アクリルウレタン樹脂では、メチルエチルケトン、トルエン等、メラミン樹脂ではアセトン、イソプロパノール等、シリコーン樹脂ではトルエン等が好ましい。
【００６５】
更に、本発明においては基板間の粒子群あるいは粉流体を取り巻く空隙部分の気体の管理が重要であり、表示安定性向上に寄与する。具体的には、空隙部分の気体の湿度について、２５℃における相対湿度を６０％RH以下、好ましくは５０％RH以下、更に好ましくは３５％RH以下とすることが重要である。
この空隙部分とは、図１において、対向する基板１、基板２に挟まれる部分から、電極３、４、粒子群（あるいは粉流体）５、６の占有部分、隔壁７、絶縁体８の占有部分、装置シール部分を除いた、いわゆる粒子群（あるいは粉流体）が接する気体部分を指すものとする。
空隙部分の気体は、先に述べた湿度領域であれば、その種類は問わないが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、乾燥メタンなどが好適である。この気体は、その湿度が保持されるように装置に封入することが必要であり、例えば、粒子群あるいは粉流体の充填、基板の組み立てなどを所定湿度環境下にて行い、さらに、外からの湿度侵入を防ぐシール材、シール方法を施すことが肝要である。
【００６６】
本発明の画像表示用パネルにおいては、上記のセルを複数使用してマトリックス状に配置して表示を行う。白黒以外の任意の色表示をする場合は、粒子あるいは粉流体の色の組み合わせを適宜行えばよい。フルカラーの場合は、３種即ち、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）及びＢ（青色）のカラー板を持ちかつ各々黒色の粒子あるいは粉流体を持つセルを１組とし、それらを複数組配置して画像表示用パネルとするのが好ましい。
【実施例】
【００６７】
次に実施例を示して、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は以下の実施例により限定されるものではない。
【００６８】
＜試験方法＞
（１）スペーサー付き背面基板の作製
ＩＴＯ電極を有し３０Ω／□に調整されたガラス基板（背面基板）に、後述するパターン形状でスペーサーをフォトレジストにより形成した。
（２）粒子の充填
スペーサー付き背面基板に対し、自由落下法にて白色粒子、黒色粒子を散布した。その後、微粘着シートあるいは微粘着ロールを用いて、スペーサー上の不要となる粒子を除去した。散布量は、黒色粒子：８ｇ／ｍ２、白色粒子：８ｇ／ｍ２であった。
【００６９】
白色粒子として、熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマー：ハイトレル6377（東レ・デュポン社製）にCB４phr、荷電制御剤ボントロンN07（オリエント化学製）２phrを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕分級したものを使用した。また、黒色粒子として、熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマー：ハイトレル6377（東レ・デュポン社製）に酸化チタン10phr、荷電制御剤ボントロンE89（オリエント化学製）２phrを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕分級したものを使用した。
【００７０】
（３）前面基板の貼り合わせ
ＩＴＯ電極を蒸着させ３０Ω／□に調整された厚み１００μｍのＰＥＴフィルムを前面基板として、上記粒子群を充填したスペーサ付き背面基板に貼り合わせた。
（４）反転試験
電極間に１５０Ｖの電圧を印加し、表示色を反転させ、白反射率、黒反射率をミノルタ製反射型液晶システムを用いて測定した。結果を以下の表１に示す。表１において、各例の評価は、コントラストが８．０以上のものを◎、コントラスト７．０以上のものを○、コントラストが６．０以上のものを△、そして、ギャップの保持が出来ておらず電極間で短絡し、反転することが出来ないものを×とした。
【００７１】
＜パターン形状＞
実施例１
図６に示すように、高さ５０μｍ、直径５０μｍの柱状スペーサーを１２０μｍピッチに配設した。このとき、単位面積あたりのスペーサー個数は６９．４個／ｍｍ２、スペーサーが無い部分の投影面積に比率は８６．４％であった。
実施例２
図６に示すように、高さ５０μｍ、直径５０μｍの柱状スペーサーを１６０μｍピッチに配設した。このとき、単位面積あたりのスペーサー個数は３９．１個／ｍｍ２、スペーサーが無い部分の投影面積の比率は９２．３％であった。
実施例３
図６に示すように、高さ５０μｍ、直径５０μｍの柱状スペーサーを１００μｍピッチに配設した。このとき、単位面積あたりのスペーサー個数は２０．７個／ｍｍ２、スペーサーが無い部分の投影面積の比率は９５．９％であった。
実施例４
直径５０μｍ、スパン０．５のアクリル樹脂製球状スペーサーを自由落下法により５０個／ｍｍ２配設した。このとき、スペーサーが内部分の投影面積の比率は９０．２％であった。
【００７２】
比較例１
図７に示すように、高さ５０μｍ、幅５０μｍの隔壁を格子状にピッチ５００μｍで配設した。このとき、隔壁の無い部分（開口部）の投影面積の比率は８１．０％であった。
比較例２
図７に示すように、高さ５０μｍ、幅５０μｍの隔壁を格子状にピッチ１４００μｍで配設した。このとき、隔壁の無い部分（開口部）の投影面積の比率は９３．０％であった。
比較例３
図７に示すように、高さ５０μｍ、幅５０μｍの隔壁を格子状にピッチ２２００μｍで配設した。このとき、隔壁の無い部分（開口部）の投影面積の比率は９５．５％であった。
【００７３】
【表１】
2005091442.tif 000003
【００７４】
表１の結果から、柱状スペーサーを使用した実施例１〜３及び球状スペーサーを使用した実施例４は、従来の隔壁を使用した比較例１〜３と比べて、反射率、コントラストとも優れており、高い評価が得られることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明のスペーサーを使用した画像表示装置及びその製造方法は、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話等のモバイル機器の画像表示部、電子ブック、電子新聞等の電子ペーパー、看板、ポスター、黒板等の掲示板、電卓、家電製品、自動車用品等の画像表示部、電子広告、電子ＰＯＰ等に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の画像表示装置で用いる画像表示用パネルの一例とその表示作動原理を示す説明図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の画像表示装置が備える画像表示用パネルの他の例を説明するための図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の画像表示装置が備える画像表示用パネルの一例を説明するための図である。
【図４】本発明の画像表示装置で用いる画像表示用パネルの他の例の構成を示す図である。
【図５】本発明における粒子の表面電位測定をするための測定装置の説明図である。
【図６】実施例におけるスペーサーの配置状態を示す図である。
【図７】比較例における隔壁の配置状態を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の画像表示装置が備える画像表示用パネルの一例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００７７】
１  前面基板
２  背面基板
３  表示電極
４  対向電極
５  負帯電性粒子
６  正帯電性粒子
７  隔壁
８  絶縁体
１１  柱状のスペーサー
１２  球状のスペーサー
２１  チャック
２２  スコロトロン放電器
２３  表面電位計
【図１】
2005091442.tif 000004
【図２】
2005091442.tif 000005
【図３】
2005091442.tif 000006
【図４】
2005091442.tif 000007
【図５】
2005091442.tif 000008
【図６】
2005091442.tif 000009
【図７】
2005091442.tif 000010
【図８】
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