(57)【要約】【課題】泳動粒子を利用したディスプレイで、複雑な化学反応や、製造工程を用いることなく製造が容易で、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】透明中空繊維内に泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されている画像表示用繊維素子の製造方法であり、前記透明中空繊維用材料、泳動粒子、および絶縁性液体を、ノズルから同時に押出して作製する画像表示用繊維素子の製造方法。前記画像表示用繊維素子の透明中空繊維内が小部屋に区切られ、各小部屋内に泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されている画像表示用繊維素子。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明中空繊維内に泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されている画像表示用繊維素子の製造方法において、前記透明中空繊維用材料、泳動粒子、および絶縁性液体を、ノズルから同時に押出して作製することを特徴とする画像表示用繊維素子の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の画像表示用繊維素子の透明中空繊維内が小部屋に区切られ、各小部屋内に、泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されていることを特徴とする画像表示用繊維素子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の画像表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする画像表示用繊維シート。
【請求項４】
請求項１または２に記載の画像表示用繊維素子同士を、接着して、シート化したことを特徴とする画像表示用繊維シート。
【請求項５】
請求項１または２に記載の、異なる色調を表示する複数の画像表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする画像表示用繊維シート。
【請求項６】
請求項５に記載の画像表示用繊維シートを用いて、電界印加により、異なった色調を表示することを特徴とする画像表示方法。
【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ィ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画像表示用繊維素子の製造方法、それを用いた画像表示用繊維素子シート、及び画像表示方法に関する。
【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、粒子の電気泳動、メモリー性を有する液晶、絶縁性トナーを利用した表示、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】
粒子の電気泳動を利用したディスプレイは、２枚の電極間に帯電粒子の分散媒を挟み込み、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。図６にその概略図を示す。青色染料を溶解させた溶媒中に分散させた白色帯電微粒子が、反対の電荷を有する電極側に移動することで、白／青の変化を示すことができる（例えば、非特許文献１参照。）。
しかしながら、上記の技術のみでは帯電粒子が時間とともに凝集してしまい、表示不良を起こす問題があった。それらを改善するために、例えば、帯電粒子分散媒を、７０μｍ径のマイクロカプセルに封入する方法（例えば、特許文献１参照。）や、５０〜１５０μｍ×１２〜４０μｍ×８〜２５μｍ（長×高×幅）の大きさのマイクロカップと呼ばれるセルに封入する方法（例えば、非特許文献２参照。）が提案されている。
【０００４】
また、色が異なる２種の粒子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した表示法も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。例えば、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が透明液体中に分散されている。粒子はそれぞれ正、または負に帯電しており、これをマイクロカプセルに封じてある。図７に示すように、各々の粒子は電極の極性に応じてカプセル内を泳動し、表示を行う。
【０００５】
しかし、マイクロカプセル方法は、複雑な化学反応を使って泳動粒子を分散媒とともにマイクロカプセル化する手間が必要であり、製造工程が複雑化する。さらに、マイクロカプセル合成において、大きさの分布がシャープなものを合成することが困難で、均一な表示素子をつくるのが難しいという問題があった。マイクロカプセルの大きさが不均一な場合に、個々のマイクロカプセル内の泳動粒子の移動距離が異なり、表示欠陥が生じる問題もあった。また、マイクロカップ方法は、基板に微細なエンボス加工を施し、エンボス面に泳動粒子と分散媒を均一に塗工するという極めて難しい製造工程があった。
【０００６】
さらに、カラー化表示を行うためにカラーフィルターを用いることも提案されている（例えば、非特許文献３参照。）。図８に示すように、電気泳動マイクロカプセル層上に、赤、緑、青のストライプ状のカラーフィルターを設けている。カラー表示は、光の三原色である赤、緑、青の強さを制御して行なわれる。例えば、黄色を表示するには赤１００％、緑１００％、青０％の強さで表現できる。カラーフィルターを用いることでカラー表示は可能であるが、カラーフィルターである波長の光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。
【０００７】
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３参照。）。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。
【０００８】
さらに、透明筒体の外側に電極を設置する構成（例えば、特許文献４参照。）、透明筒体内部に凸状の突起を設け、筒体内に区切を設ける構成（例えば、特許文献５参照。）が提案されている。また、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（例えば、特許文献３〜５参照）。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った。
【０００９】
以上の従来技術より、泳動粒子を利用したディスプレイ、透明筒体に泳動粒子を充填したディスプレイは、カラー化するために、カラーフィルターを必要としたり、あるいは透明筒体に泳動粒子を充填するような複雑な製造工程が必要であったり、品質管理も難しかった。
【特許文献１】特開平１−８６１１６号公報
【特許文献２】米国特許６１２０５８８号明細書
【特許文献３】特開２０００−３３０１４２号公報（第２頁）
【特許文献４】特開２００１−１２５５１３号公報（第２頁）
【特許文献５】特開２０００−３５２９４５号公報（第２頁）
【非特許文献１】デジタルペーパーの最新技術、（株）シーエムシー、2001、P.19〜37
【非特許文献２】Society for Information Display 2003 International Symposium Digest of Technical papers,Vol34,Book2,P838〜841
【非特許文献３】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】
【００１０】
本発明の目的は、以上の如き状況から、泳動粒子を利用したディスプレイで、複雑な化学反応や、製造工程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】
【００１１】
本発明は、以下の発明を包含する。
（１）透明中空繊維内に泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されている画像表示用繊維素子の製造方法において、前記透明中空繊維用材料、泳動粒子、および絶縁性液体を、ノズルから同時に押出して作製することを特徴とする画像表示用繊維素子の製造方法。
（２）（１）項に記載の画像表示用繊維素子の透明中空繊維内が小部屋に区切られ、各小部屋内に、泳動粒子を分散した絶縁性液体が封入されていることを特徴とする画像表示用繊維素子。
（３）（１）項または（２）項に記載の画像表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする画像表示用繊維シート。
（４）（１）項または（２）項に記載の画像表示用繊維素子同士を、接着して、シート化したことを特徴とする画像表示用繊維シート。
（５）（１）項または（２）項に記載の、異なる色調を表示する複数の画像表示用繊維素子を、シート状に並べたことを特徴とする画像表示用繊維シート。
（６）（５）項に記載の画像表示用繊維シートを用いて、電界印加により、異なった色調を表示することを特徴とする画像表示方法。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、泳動粒子を利用したディスプレイは、カラーフィルターを用いる必要がなく、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、容易に製造可能になった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明について詳しく説明する。
図１は、本発明の画像表示用繊維素子の製造方法を示す説明図である。押出し用ノズルは、ノズル部１およびノズル部２を有する。ノズル部１は、泳動粒子を分散した分散液を押出す部分であり、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、加熱しながら同時に押出し、延伸して所定の直径になるように延伸して繊維化する。
【００１４】
なお、本発明では、中空繊維という言葉を使用している。一般には、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を意味する名称であるが、本発明では、特に中空繊維の直径について限定するものではない。本発明の透明中空繊維としては、直径１〜１０ｍｍの中空チューブ、およびそれ以上の直径のパイプも含まれる。用途に応じて適宜選択され、直径２０μｍ〜３ｍｍ程度が表示用として好ましく使用される。
【００１５】
透明中空繊維に内包された泳動粒子分散液が漏れないように、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、封止形状等の点でら、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、封止も行うことも好ましい実施態様である。
【００１６】
通常の透明中空繊維に泳動粒子分散液を内含した場合には、中空繊維内の泳動粒子分散物が凝集して表示不良を起こすことがある。また、中空繊維を縦に放置した場合に、泳動粒子が沈降してしまうことがある。これを防止するために中空繊維内に壁を設け、繊維内を微小な部屋に区切って分けることにより、沈降や表示不良を軽減できる。微小な部屋を作製する方法としては、図２に示すように画像表示用繊維素子にエンボス加工を施す方法、あるいは図３に示すようにレーザー光を中空繊維内壁に照射する方法等が好ましい方法である。
【００１７】
画像表示用繊維素子をシート状に加工するには、例えば、図４に示すような装置で繊維を束ねて、シート化する。表示色の異なる画像表示用繊維素子、例えば、（１）イエロー色と白色を表示する繊維、（２）マゼンタ色と白色を表示する繊維、（３）シアン色と白色を表示する繊維、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、異なる色の画像表示用繊維素子を規則的な順番で配列し、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、画像表示用繊維素子同士を接触させ、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。
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。
【００１８】
ここで、イエローおよび白色を表示する画像表示用繊維素子の構成について説明する。
例えば、（イ）イエロー色の泳動粒子と、このイエロー色泳動粒子とは電荷が異なる白色の泳動粒子とを共通の液体に分散させ、中空繊維に内包させる。（ロ）イエロー色の中空繊維内に、白色泳動粒子分散液を内包させる。あるいは、（ハ）イエロー色の泳動粒子を白色の液体に分散したもの、または白色の泳動粒子をイエロー色の液体に分散したものを中空繊維に内包させることで、イエローあるいは白色を表示させる。
また、他のマゼンタ色および白色を表示する画像表示用繊維素子、シアン色及び白色を表示する画像表示用繊維素子も同様な構成で得ることができる。
【００１９】
画像表示用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。画像表示用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、透明プラスティック、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、特に透明性を必要としないので、金属など不透明な電極材料を用いても構わない。
【００２０】
本発明に使用可能な材料について説明する。
本発明の泳動粒子としては、電気泳動粒子が使用される。電気泳動用粒子としては、周知のコロイド粒子、種々の有機顔料、無機顔料、染料、金属紛、ガラス、あるいは樹脂等の粉砕微粉末等が挙げられるが、所望の組成、色調、粒子径が実現できるものであればいかなるものでもよい。電気泳動用粒子の大きさとしては、通常は直径０．１〜５０μｍ程度が使用され、中空繊維の内径等に応じて適宜選択される。
【００２１】
有機顔料の中でも、縣濁重合法、乳化重合法、界面重合法、溶液重合法、分散重合法等により合成される重合粒子は、その製造過程で様々な細工ができる利点がある。具体的な重合粒子の組成材料はメタクリル酸系、アクリル酸系、スチレン系、アクリロニトリル系、酢酸ビニル系、塩化ビニル系、ナイロン系、ウレタン系樹脂等を使用することができる。
【００２２】
無機顔料としては、カーボンブラック、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。
【００２３】
電気泳動粒子を分散する液体としては、種々の絶縁性液体が使用され、例えば、シリコーン系オイル、脂肪族炭化水素系オイル、芳香族炭化水素系オイル、脂環式炭化水素系オイル、ハロゲン化炭化水素系オイル、各種エステル類、またはその他の種々の油等を単独、または適宜混合したものが使われる。
重合体泳動粒子や無機系泳動粒子を分散する液体の着色には、アゾ系、ビスアゾ系、トリアゾ系、アントラキノン系、トリフェニルメタン系、スチルベン系、フェロシアン化合物、酸化コバルト化合物、フタロシアニン化合物、イソインドリノン化合物、モリブテン化合物などの各顔料や染料などが挙げられる。
【００２４】
透明中空繊維としては、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）、テフロン（Ｒ）系樹脂、シリコン系樹脂、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。
【００２５】
本発明で使用する加工用レーザーとしては、炭酸ガスレーザー（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。また、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。
【００２６】
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、発振器の構造が簡単であり、メンテナンスが容易である。
【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。
【００２８】
実施例１
（１）泳動粒子の作製
下記のようにして各色の泳動粒子を作製した。
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）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のイエロー泳動粒子を得た。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）アサヒペン製）、シアン系顔料（水性エナメル青、（株）アサヒペン製）を使う以外は同様な処方、方法で、マゼンタ泳動粒子、シアン泳動粒子を得た。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（商品名：オルガゾール、Ｅｌｆ  Ａｔｏｃｈｅｍ社製、粒子径５μｍ）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のＥＤＴＡ水溶液で数分浸漬させ、蒸留水で洗浄後に直径４０μｍの白色泳動粒子を得た。
各々の粒子を１０％濃度になるようにシリコンオイル（商品名：ＴＳＦ４５１−１０、ＧＥ東芝シリコーン製）に分散し、各色の電気泳動粒子分散液を得た。
【００２９】
（２）表示用繊維素子の作製
図１に示すような口金を使用し、イエロー泳動粒子と白色泳動粒子の分散液と、中空繊維用材料であるＰＥＴを、内径が５００μｍになるように同時に押出し成型し、イエロー表示用繊維素子を得た。同様に、マゼンタ泳動粒子と白色泳動粒子の分散液、およびシアン泳動粒子と白色泳動粒子分散液の各々と、中空繊維材料のＰＥＴとを用いて、マゼンタ表示用繊維素子、シアン表示用繊維素子を得た。繊維の両末端は加熱によって溶融、封止した。さらに５ｍｍ周期で繊維を加熱してエンボス加工し、繊維内に微小な小部屋を作製した。
【００３０】
（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（商品名：ＢＬ−２、積水化学工業製）で接着させ、シートを作製した。
（４）表示デバイス化
図５のように、幅５００μ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、シアン各々の表示素子を挟みこんだ。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。
【００３１】
（５）評価
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。
【００３２】
実施例２
（１）泳動粒子の作製は、実施例１と同じ操作を行った。
（２）表示用繊維素子の作製
図１に示すような口金を使用し、イエロー泳動粒子と白色泳動粒子の分散液と、中空繊維用材料であるＰＥＴとを用いて、内径が２００μｍになるように同時に押出し成型し、イエロー表示用繊維素子を得た。同様に、マゼンタ泳動粒子と白色泳動粒子の分散液、およびシアン泳動粒子と白色泳動粒子の分散液の各々と、中空繊維材料のＰＥＴとを用いて、マゼンタ表示用繊維素子、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。
【００３３】
（３）表示用繊維素子のシート化は、実施例１と同じ操作を行った。
（４）表示デバイス化
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、シアン各々の表示素子を挟みこんだ。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。
【００３４】
（５）評価は実施例１と同じ操作を行った。パネルを横置き状態にし、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／シアン等あらゆる色の組合せで表示できた。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明により、泳動粒子を利用したディスプレイは、カラーフィルターを用いる必要がなく、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、容易に製造可能になった。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】
【００３６】
【図１】本発明の画像表示用繊維素子の製造方法の例。
【図２】本発明の画像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３】本発明の画像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４】本発明の画像表示用繊維素子をシート化する方法例。
【図５】本発明の表示装置の例。
【図６】泳動粒子を利用した表示装置の構造例。
【図７】泳動粒子をマイクロカプセルに封入した表示装置の構造例。
【図８】カラー表示装置の構造例。
【図９】メモリー性がある液晶の配向状態。
【図１】
2005202296.tif 000002
【図２】
2005202296.tif 000003
【図３】
2005202296.tif 000004
【図４】
2005202296.tif 000005
【図５】
2005202296.tif 000006
【図６】
2005202296.tif 000007
【図７】
2005202296.tif 000008
【図８】
2005202296.tif 000009
【図９】
2005202296.tif 000010