(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の色分けされた粒子の回転状態を制御することにより画像を表示する表示方法において、前記色分けされた粒子が表面に微細凹凸構造が形成されて配置されていることを特徴とする表示方法。
【請求項２】
請求項１記載の表示方法において、前記微細凹凸構造の凹凸深さが５ｎｍ以上であることを特徴とする表示方法。
【請求項３】
請求項１記載の表示方法において、前記微細凹凸構造が前記色分けされた粒子の表面に異なる種類の微粒子を保持させることによって形成されていることを特徴とする表示方法。
【請求項４】
請求項１記載の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を磁気的方法によって制御することを特徴とする表示方法。
【請求項５】
請求項１記載の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を電気的方法によって制御することを特徴とする表示方法。
【請求項６】
対向して配置される一対の支持体基板と、
前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層
とを具備することを特徴とする表示シート。
【請求項７】
対向して配置される一対の支持体基板と、
前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、
前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極
とを具備することを特徴とする表示シート。
【請求項８】
請求項６または７記載の表示シートにおいて、前記一対の支持体基板の間隔が、前記回転制御可能な粒子の粒径よりも大きく、かつその粒径の２倍よりも小さいことを特徴とする表示シート。
【請求項９】
請求項６または７記載の表示シートにおいて、前記支持体基板の表示層と接する面に微細凹凸構造が形成されていることを特徴とする表示シート。
【請求項１０】
対向して配置される一対の支持体基板と、
前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、
前記表示層内の色分けされ粒子を各画素単位で回転制御する手段
とを具備することを特徴とする表示装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の表示装置において、前記回転制御する手段が、磁気書き込み手段を有することを特徴とする表示装置。
【請求項１２】
請求項１０記載の表示装置において、前記回転制御する手段が、前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極と、前記電極を介して前記表示層に画像信号に応じた電界を印加する手段を有することを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子の回転により粒子表面の光学的状態が変化して図形や文字等の画像を表示する表示技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報を表示する表示装置としては、その表示品質、経済性の観点から現在でもＣＲＴが主流であるが、小型、軽量、低消費電力などを考慮して、種々のフラットパネルディスプレイが研究開発され、実用化されている。このようなディスプレイとしては、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ）、エレクトロルミネッセンスディスプレイ（ＥＬＤ）、蛍光表示管（ＶＦＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光型ディスプレイおよび液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの受光型ディスプレイが挙げられる。
【０００３】
これらが主に適用されるＯＡ分野においては、これまで印刷物という媒体に慣れ親しんできたため、ちらつき等による目に疲労の少ないディスプレイが望まれているが、ＣＲＴを始めとする発光型ディスプレイではこの点を解決することは難しい。これに対して、受光型のＬＣＤはこの点で有利であり、低消費電力などの利点もあるが、視野角依存性、温度依存性などの特有のデメリットもあるのが実情である。
【０００４】
そこで、受光型ディスプレイとして、電気泳動ディスプレイ、磁気泳動ディスプレイ、分散粒子配向型ディスプレイ、電気的または磁気的手段を用いた回転粒子型ディスプレイなどが提案されてきた。特に、回転粒子型ディスプレイは、半球ずつに色分けされた球状回転粒子を電気的または磁気的手段などによって回転制御して画像を形成する方式で、広視野角および高コントラストの表示特性に加えて、大面積化にも有利である。電気的手段を用いたものは、例えば米国特許第４１２６８５４号や日本特許第２８６０７９０号に、磁気的手段を用いたものは、例えばＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＳＩＤ  ｖｏｌ．１８／３＆４２８３（１９７７）に提示されている。
【０００５】
この回転粒子型ディスプレイの一例を図４に示す。この図に示すように、支持体基板１上に形成された表示層２において、回転粒子３が例えばマイクロカプセル４中に内包されて、粒子間の凝集を防ぐとともに回転する場が確保されている。回転粒子３は半球ずつ色分けされており、画像表示に必要な色が表示層２において上面となるよう、図示しない電気的手段または磁気的手段により回転制御される。マイクロカプセル４は、図５に示すように、透明のシェル５とその中の流動体６および回転粒子３から構成され、回転粒子３がカプセル内で自由に回転できるようになっている。マイクロカプセル４のシェル５を構成する材料としては、アクリル系、メタクリル系、ポリエステル、ポリスチレン、ポリウレア、ポリアミド、エポキシなど一般的な樹脂を単独または混合して使用することができる。マイクロカプセル４の製造は、回転粒子３を分散させたエマルジョンの内側と外側の両方からモノマーを供給する界面重合法、回転粒子３を分散させたエマルジョンの内相あるいは外相の一方からモノマーを供給するｉｎ−ｓｉｔｕ重合法、その他公知のマイクロカプセル化技術を用いることができる。マイクロカプセル４のシェル５は、ある程度の押圧に耐える機械的強度と、透明性および化学的安定性等の特性が求められ、必要に応じて各種樹脂などで表面を覆うなどの表面処理によって補強することもできる。また、マイクロカプセル４内の流動体６には、回転粒子３の回転をスムーズにするための潤滑作用が最も求められ、水、油、アルコール等の液体を用いることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、回転粒子型ディスプレイでは、球状粒子を回転可能とするために、▲１▼個々の球状粒子をマイクロカプセル化したり、▲２▼連続相透明基体中に球状粒子を保持すべき球状形状の空隙部を形成する必要がある。これらにおいて、球状粒子周囲の構造に着目すると、▲１▼ではマイクロカプセルのシェル内に、また▲２▼では透明基体中の球状空隙内に、それぞれオイル状液体の潤滑相を介して球状粒子が保持される構造が必要であって、微細かつ複雑な構造が要求される。このため、マイクロカプセルのシェルの形状や透明基体中の球状空隙の形状および潤滑相の厚みなどの、球状粒子の回転を阻害する原因となる構造上の因子を不具合なく、所定の構造を実現することは難しい。
【０００７】
一般的にマイクロカプセル化は界面重合法やｉｎ−ｓｉｔｕ重合法などの化学的方法、あるいは相分離法などの物理化学的方法にしても、作製プロセスがかなり複雑である。また、個々の粒子を確実に別々にカプセル化することも困難であり、粒子が存在しないカプセルや複数個々の粒子を内包したカプセルも生じてしまうことが多く、これらは表示品質を低下させる直接の原因となってしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の問題点に対処してなされたもので、色分けされた粒子に簡単な作製プロセスによって確実に回転機能を付与し、表示品質の高い回転粒子型画面を得ることができる表示方法、表示シートおよび表示装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
すなわち請求項１の発明は、多数の色分けされた粒子の回転状態を制御することにより画像を表示する表示方法において、前記色分けされた粒子が表面に微細凹凸構造が形成されて配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明においては、回転制御される粒子いわゆる回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することによって、隣接する粒子間の付着力が低減され回転機能が付与される。一般に大気中の粒子集合体における粒子間および粒子／基体間の付着力は、主にファンデルワールス力、静電気力、液架橋力からなると考えてよいが、接触した２者間の付着力においては、ほとんどの条件下ではファンデルワールス力の寄与がかなり大きい。したがって、ファンデルワールス力を低減させれば、効果的に付着力を低減することができる。ファンデルワールス力は電子運動に起因して生じる力であり、物体間では必ず作用する普遍的な力であるが、原子間距離の７乗に反比例する近接力であり、表面間の分離距離が増大するとファンデルワールス力は著しく減少する。したがって粒子の表面に微細凹凸構造を形成することによって、相手との接触に寄与する各凸部先端の部分を除き、ファンデルワールス力の作用を著しく減少させることが可能となり、結果として粒子間の付着力が大きく低減する。付着力の低減は、粒子の回転運動における摩擦低減に直結し、粒子集合体中での粒子の回転運動が可能となる。また、粒子間の分離距離が増大することで、例えば磁気的にあるいは電気的に粒子間に引力が働くような構成の粒子を対象にした場合においても、それらの引力による付着を緩和する効果が生じる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の表示方法において、前記微細凹凸構造の凹凸深さが５ｎｍ以上であることを特徴とする。一般に空気中での接触状態にある２物体間の表面距離は０．４ｎｍ〜１ｎｍであるとされており、理論計算によれば、上述のようにその状態ではファンデルワールス力が支配的に大きく作用する場合が多い。ところがこの表面間距離が大きくなり、例えば１０ｎｍ以上となるとファンデルワールス力の寄与は著しく減少することが知られている。本発明者らは、良好な表面平滑性を有する球状粒子の表面に、種々のサイズの微細凹凸構造を形成して、粒子の付着力を測定した結果、付着力は凹凸構造の深さがほぼ５ｎｍ以上になると著しく減少することが実験的に確認された。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１の表示方法において、前記微細凹凸構造が前記色分けされた粒子の表面に異なる種類の微粒子を保持させることによって形成されていることを特徴とする。粒子表面に微細凹凸構造を形成する方法は種々考えられるが、形成方法の簡便性、凹凸構造のサイズや存在密度の制御性などの点で上記の方法が好ましい。回転粒子の表面に保持させる微粒子のサイズは、下限について特別な制限はなく、上限については、回転粒子のサイズよりも小さいことが必要で、好ましくは回転粒子のサイズの１／１０程度以下であればよく、所望する微細凹凸構造の深さに応じて選択される。回転粒子の表面に微粒子を保持させる方法としては、両者を混合し、機械的応力を印加しながら撹拌する方法が用いられる。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を磁気的方法によって制御することを特徴とする。本発明においては、色分けされた粒子は、磁気的方法によって制御可能とするために、着磁処理されたものが使用される。このように着磁処理された回転粒子が互いに接触しあうように配置された場合、ファンデルワールス力による付着のほかに磁気的な引力による付着も生じるが、回転粒子表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子表面間の実質的な分離距離が大きくなるため、これらの粒子の回転を阻害する粒子同士の付着が抑制される。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１の表示方法において、前記色分けされた粒子の回転状態を電気的方法によって制御することを特徴とする。本発明においては、色分けされた粒子は、電気的方法によって制御可能とするために、異なる色の部分に異なる帯電性が付与されている。このように帯電性が付与された回転粒子が互いに接触しあうように配置された場合、ファンデルワールス力による付着のほかに電気的な引力による付着も生じるが、回転粒子表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子表面間の実質的な分離距離が大きくなるため、これらの粒子の回転を阻害する粒子同士の付着が抑制される。
【００１５】
請求項６の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層とを具備することを特徴とする表示シートである。本発明においては、磁気的にあるいは電気的に回転制御可能に構成された粒子が、表面に微細凹凸構造を形成されて支持体基板間に配置されることで、接触する粒子との付着力に妨げられることなく磁気的あるいは電気的による粒子の回転制御が確実に行われるようになり、簡単な製造プロセスで表示品質の高い表示シートが得られる。また、支持体基板にプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示シートが得られる。
【００１６】
請求項７の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極とを具備することを特徴とする表示シートである。本発明においては、電気的に回転制御可能に構成された粒子が、表面に微細凹凸構造を形成されて支持体基板間に配置されることで、接触する粒子との付着力に妨げられることなく電極を介して印加される電界制御により粒子の回転が確実に行われるようになり、簡単な製造プロセスで表示品質の高い表示シートが得られる。
【００１７】
請求項８の発明は、請求項６または７の表示シートにおいて、前記一対の支持体基板の間隔が、前記回転制御可能な粒子の粒径よりも大きく、かつその粒径の２倍よりも小さいことを特徴とする。
【００１８】
磁気的方法および電気的方法の違いによらず、回転粒子が印加された磁界あるいは電界により画像信号に対応した回転状態に制御されるためには、粒子の回転が支持体基板との摩擦によって妨げられないことが必要であり、そのためには支持体基板間の間隔が、回転粒子の粒径よりも大きいことが必要となる。ただし、回転粒子は支持体基板には固定されないため、支持体基板間の間隔が大きすぎると回転粒子の移動が起こりやすくなり、表示に悪影響を与える可能性が大きくなる。支持体基板間の間隔は回転粒子の粒径よりも大きく、かつ粒径の２倍、好ましくは１．５倍より小さいことが好ましい。支持体基板間の間隔を所望の間隔に保つ方法としては、その所望の間隔に対応したサイズのスペーサを支持体基板間に適当な密度分布に分散して存在させる方法が用いられる。
【００１９】
請求項９の発明は、請求項６または７の表示シートにおいて、前記支持体基板の表示層と接する面に微細凹凸構造が形成されていることを特徴とする。本発明においては、粒子と支持体基板との間の付着力を大きく低減することが可能となり、粒子の回転運動における摩擦がさらに低減し、粒子の回転制御がより確実になり、欠陥のない鮮明な画像の表示が可能となる。
【００２０】
請求項１０の発明は、対向して配置される一対の支持体基板と、前記支持体基板間に、色分けされ、その表面に微細凹凸構造が形成された回転制御可能な粒子が配列されてなる表示層と、前記表示層内の色分けされ粒子を各画素単位で回転制御する手段とを具備することを特徴とする表示装置である。本発明においては、表示層内に配置される個々の回転粒子が微細凹凸構造の表面を有することで、個々の回転粒子が隣接する回転粒子と付着することなく回転しやすくなり、回転制御手段によって、画素単位に色分けされた回転粒子の回転状態が確実に制御されるため、欠陥のない鮮明な画像の表示が可能となる。
【００２１】
請求項１１の発明は、請求項１０の表示装置において、前記回転制御する手段が、磁気書き込み手段を有することを特徴とする。本発明においては、一次元磁気ヘッドアレイや二次元磁気ヘッドアレイ等の磁気書き込み手段を表示層を形成する支持体基板に密着させて画素単位に印加する磁界の向き切り替えることにより、画素単位に回転粒子の回転状態が容易かつ確実に制御され、鮮明な画像が表示される。
【００２２】
請求項１２の発明は、請求項１０記載の表示装置において、前記回転制御する手段が、前記表示層の画素に対応して前記一対の支持体基板上に形成される電極と、前記電極を介して前記表示層に画像信号に応じた電界を印加する手段を有することを特徴とする。本発明においては、支持体基板上に画素に対応してパターン形成された電極間に、画像信号に応じた電界を印加することにより、画素単位に回転粒子の回転状態が容易かつ確実に制御され、鮮明な画像が表示される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の表示装置を概略的に示すもので、支持体基板１１、１２間に、色分けされた回転粒子１３がその表面に微細凹凸構造が形成されて配置され、表示層１４が形成されている。また、支持体基板１１、１２間には一定間隔を保つためのスペーサ１５が配置され、この支持体基板１１、１２間の表示層１４内に均一に配置された回転粒子１３が磁気ヘッド１６等の磁気的手段によって回転制御される構成となっている。
【００２４】
回転粒子１３は、磁気的方法によって回転制御されるため、従来技術と同様に、磁性体を含み、色分けされた一方がＮ極、他方がＳ極になるように着磁されて永久磁石化されている。ただし、本実施の形態では、回転粒子１３に回転機能を付与するために、図２に示すように、粒子表面に多数の微粒子が付けられ微細凹凸表面構造に形成されている。
【００２５】
次に、上記構成の各部分についてさらに詳細に説明する。回転粒子１３は、磁性体からなる球状粒子、またはポリスチレン、ポリエチレン等の樹脂にマグネタイト、フェライト等の磁性体を含有させた球状粒子などでもよく、その形状としては、粒子の回転状態が制御しやすい形状が好ましく、実質的には球状が好ましい。また、大きさは表示装置および表示画素（解像度）、光の散乱、製造の容易さなどとも関連して決められるが、これまで数μｍ〜数百μｍ程度のものが使用されている。磁性体／樹脂複合粒子は、これらの材料を混練後、粉砕するか、または磁性体粒子を分散したモノマーを乳化重合、懸濁重合、分散重合等の方法を用いて作製される。
【００２６】
回転粒子１３の着色方法としては、▲１▼二酸化チタン、硫化亜鉛などの無機顔料、フタロシアニンなどの有機顔料、各種染料などを、溶媒や必要に応じてバインダー樹脂に分散し、スプレーなどで塗布する方法、▲２▼メッキなどの電気化学的に処理する方法、または▲３▼前記色素、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌなどの金属をスパッタリングあるいは蒸着する方法、などが挙げられる。色分けするには、非着色面を接着剤や樹脂層に埋め込んで固定したり、比重を調節した液体中に浮かべるなどの方法により、露出面にのみ着色を行なう。磁性体粒子の場合には、磁性体の色がほとんど黒色であることから、２色のうち、一方に黒を用いる場合には、もう一方に、白、赤、緑、青などの他の色を着色するだけで、色分けされることになる。
【００２７】
このように着磁、着色処理された回転粒子１３に、これとは異なる別の種類の微粒子を接触した状態で保持、付着させて、粒子表面に好ましくは約５ｎｍ以上の凹凸深さの微細凹凸構造を形成する。このような微細凹凸構造を回転粒子１３の表面に形成することによって、接触状態にある回転粒子１３の表面間距離が大きくなり、空気中で接触状態にある２物体間の表面間距離０．４ｎｍ〜１ｎｍで支配的に最も大きく作用するといわれるファンデルワールス力を著しく低減させることができるとともに回転粒子１３の磁気的作用を緩和させることができ、その結果、回転粒子１３間の付着力を大きく低減させることができ、回転粒子集合体における回転粒子１３の回転運動を可能とすることができる。粒子表面に微細凹凸構造を形成する方法は種々考えられるが、形成方法の簡便性、凹凸構造のサイズや存在密度の制御性等の点で、図２に示すように微粒子を付着させる方法が好ましい。
【００２８】
回転粒子１３表面に接触した状態で保持させる微粒子（以下、外添微粒子という。）の材料としては、シリカ、酸化チタン、アルミナなどの無機微粒子および各種ポリマー微粒子等を挙げることができるが、これらに限定されるものではなく、外添微粒子の材料選択の幅は広い。
【００２９】
外添微粒子のサイズについては、下限については特別な制約はなく、例えば数ｎｍの超微粒子を用いてもよい。上限については、回転粒子１３のサイズとの兼ね合いという要素が考慮され、少なくとも回転粒子１３より小さいことが必要である。好ましくは回転粒子のサイズの概ね１／１０程度以下であればよく、あとは所望する微細凹凸構造の深さ等を考慮して選択すればよい。なお、回転粒子の表面に接触した状態で保持された外添微粒子は、一次粒子の状態で存在しているとは限らず、処理の方法および条件によっては、ある程度の数の粒子が凝集した凝集体粒子の状態で存在している場合もあり、回転粒子の表面に形成された微細凹凸構造の凹凸の深さは、外添微粒子の一次粒径よりも大きくなり得るものである。外添微粒子の形状については特別な制約はない。
【００３０】
外添微粒子は、必要に応じて例えば疎水化等の表面処理を施したものを用いてもよい。このような表面処理は、液架橋力等による外添微粒子自体の凝集を防ぎ、回転粒子１３上での外添微粒子の分散性を向上させる場合がある。また、回転粒子１３に外添微粒子を保持させた後の、環境（主に湿度）による回転機能の変動を防止するという点においても有利である。
【００３１】
回転粒子１３表面に接触保持させる外添微粒子の量については、明確な制限はないが、少なすぎると回転粒子１３表面上での凸部の存在密度が小さくなって、結果として回転粒子１３の付着力低減が不十分になり、回転機能が低下する。反対に多すぎると、回転粒子１３表面に保持しきれない外添微粒子が発生し、コントラスト比低下など、表示画像への悪影響につながる。
【００３２】
回転粒子１３に外添微粒子を接触状態で保持させるための処理方法としては、両者を混合し、機械的応力を加えながら撹拌する方法が好適に用いられる。これは、メカニカルブレンディング、あるいは乾式混合法、機械的混合法、機械的複合法等と呼ばれる方法で、簡便な機械的混合で回転粒子間での外添微粒子の存在状態にほとんどバラツキがない、均一な分散状態が得られ、これに加えられる機械的応力の印加方法や強度によって保持の状態（形態）が決まることになる。この保持の状態というのは、固定化されずに単に付着している状態、外添微粒子の一部が回転粒子１３と一体化するように固定化された状態、および外添微粒子が回転粒子１３にある程度埋没するように複合化した状態などが挙げられる。ただし、外添微粒子および回転粒子１３の材質的な硬さおよび印加する機械的応力にもよるが、外添微粒子が回転粒子１３中に完全に埋没したり、あるいは外添微粒子が回転粒子１３表面にフィルミング（膜化）してしまうような状態では、やはり回転粒子１３間の付着力の低減が不十分になるので好ましくない。
【００３３】
このように着磁、着色処理が施され、さらに回転機能が付与された回転粒子１３は、少なくとも一方が透明性を有する２枚の支持体基板１１、１２間に配置されて表示層１４が形成される。透明性を有する基板は観察者側である上側に配置される（図１において、支持体基板１２）。下側の支持体基板１１には必要に応じて、回転粒子１３の回転状態の制御を補助し安定化させるためのメモリー層を組み合わせてもよい。そしてこの下側の支持体基板１１の反対側から磁気ヘッド１６等で表示層１４の各画素に対応する領域に印加される磁界の向きを切り替えることにより、回転粒子１３の回転状態を制御して、色分けされた回転粒子１３のどちら側を上面（観察者側）に向けるかを決めることが可能になる。なお、支持体基板１１、１２間に表示層１４が形成され、必要に応じてメモリー層が形成される表示部は、磁気ヘッド１６等の書き込み／消去する入力部と分離して表示シートとして使用することもできる。この場合、表示シートの各種構成材料としてプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示手段が実現される。
【００３４】
支持体基板１１、１２はポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンなどの樹脂フィルムあるいは樹脂プレートを用いることができるが、特に限定されるものではなく、厚みは書き込み／消去を行うことを考慮すると薄い方が好ましい。一方、表示シートとした場合、その扱い易さを考慮するとあまり薄すぎるのも問題であり、１０〜１０００μｍ程度が好ましい。
【００３５】
また、支持体基板１１、１２の間隔は、スペーサ１５によって回転粒子１３の粒径よりも大きい間隔を保った状態に保持される。回転粒子１３が印加された磁界により画像信号に対応した回転状態に制御されるためには、回転粒子１３の回転が支持体基板１１、１２との摩擦によって妨げられないことが必要であり、そのためには支持体基板１１、１２間の間隔が、回転粒子１３の粒径よりも大きいことが必要となる。ただし、回転粒子１３は支持体基板１１、１２には固定されないため、支持体基板１１、１２間の間隔が大きすぎると回転粒子１３の移動が起こりやすくなり、表示に悪影響を与える可能性が大きくなる。支持体基板１１、１２間の間隔は回転粒子１３の粒径よりも大きく、かつ粒径の２倍（好ましくは１．５倍）より小さいことが好ましい。支持体基板１１、１２間の間隔を所望の間隔に保つ方法としては、その所望の間隔に対応したサイズのスペーサ１５を支持体基板１１、１２間に適当な密度分布に分散して存在させる方法が用いられる。スペーサ１５の材料や形状に特別な制限はなく、密度分布については使用する支持体基板１１、１２の剛性を考慮して設定すればよい。スペーサ１５は予め一方の支持体基板１１または１２に設置形成してもよいし、回転粒子１３と混合して一緒に支持体基板１１または１２上に形成してもよい。
【００３６】
さらに、支持体基板１１、１２の対向する表面に微細凹凸構造を形成してもよい。回転粒子１３と接触する基板表面に微細凹凸構造を形成することにより、粒子との接触に寄与する各凹凸部先端の部分を除き、ファンデルワールス力の作用を著しく減少させ、結果として粒子／支持体基板間の付着力を大きく低減することが可能となり、粒子の回転運動における摩擦がさらに低減し、粒子の回転運動がより容易となる。
【００３７】
下側の支持体基板１２に必要に応じて形成されるメモリー層は、主に半硬質磁性材料によって構成される。これは、磁気的手段によって書き込んだ表示情報を書き込みの磁界を切っても、また使用環境にある程度の磁場が存在しても、メモリー層の磁化によって保持するためのものであり、厚みは用いる磁性材料および作製方法にもよるが、０．１〜１０μｍ程度が好ましい。メモリー層を設けない場合には、必要に応じて表示情報を保持するために、例えば印加する磁界強度と粒子の回転挙動の関係においてしきい値特性をもたせるなどの方法が考えられる。
【００３８】
上記のように構成された表示部に対して、表示層１４の回転粒子１３を各画素単位で回転制御することによって画像情報の書き込みまたは消去する入力部が分離可能にまたは一体化されてとして設置される。このような入力部としては、観察者側と反対の基板支持体基板１１の下側に１次元または２次元の磁気ヘッドアレイが各画素単位に対応するように位置決めされて用いられる。また、一部分の追記／消去には、表示層上面側から磁気ペンなどを用いる方法がある。なお、１次元磁気ヘッドアレイを用いる場合には、主走査方向に移動する手段を用いて表示領域全体の画像を記録する。
【００３９】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、色分けされた回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触状態にある回転粒子間に一定以上の分離距離を確保することができ、これにより接触状態にある回転粒子間に作用するファンデルワールス力による付着力を大幅に低減できるとともに粒子間の磁気的引力による付着力を緩和することができるため、接触状態にある回転粒子の個々の回転運動の抵抗を小さくして回転しやすくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、回転粒子に簡単な作製プロセスで確実に回転機能は付与することができ、回転粒子を個々にカプセル化するような複雑な作製プロセスを要することなく、表示品質の高い表示シートないし表示装置を得ることができる。
【００４０】
図３は本発明の第２の実施の形態の表示装置を概略的に示すもので、第１の実施の形態と異なる点は、支持体基板１１、１２間に形成される表示層１４内の色分けされた回転粒子２０が、電気的手段によって回転制御される構成となっていることである。電気的手段として、支持体基板１１、１２には各画素単位で電界を印加するための電極２１、２２が形成されている。回転粒子２０は、電気的方法によって回転制御されるため、色分けされた部分が異なる帯電特性を有するよう構成され、さらに磁気的方法によって回転制御される回転粒子１３の場合と同様に、回転機能を付与するために、表面が微細凹凸構造に形成されている。
【００４１】
次に、上記構成において、第１の実施の形態と異なる部分についてさらに詳細に説明し、共通する部分については重複する説明を省略する。回転粒子２０は、色分けされた部分が異なる帯電特性を持つよう作製されるが、これは回転粒子表面を半球ずつ異なる物質で覆うことによって達成される。つまり、色分けする際に、通常、表面を色の異なる物質で覆うわけであり、そのままそれが異なる帯電特性を持った部分ができることになる。ただし、実際には、それが粒子回転に寄与できるとは限らないため、帯電特性の大きく異なるような材料を添加することにより粒子回転が可能となる。これには、帯電制御の容易さから、ワックス状物質が良く用いられる。これらの例としては、ステアリン酸、パルミチン酸、ラウリン酸などの高級脂肪酸類、ステアリン酸アルミニウムなどの高級脂肪酸金属塩類や高級脂肪酸誘導体類、カルナバワックス、パラフィンワックスなどのワックス類、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。
【００４２】
このようにして色分けされ、帯電性を付与された回転粒子２０は、第１の実施の形態と同様の回転機能付与処理が施され、表面に微細凹凸構造が形成される。回転機能を付与された回転粒子２０は、各画素に対応した書き込み用の電極２１、２２が形成された２つの支持体基板間１１、１２に配置されて表示層１４が形成される。この場合も、２つの支持体基板１１、１２にうち少なくとも観察者側である支持体基板１２には透明性を有する基板が用いられる。そして電極２１、２２を介して印加される電界により各画素単位で表示層１４の回転粒子２０を回転制御することより、色分けされた粒子のどちら側を上面（観察者側）に向けるかを決めることが可能となる。なお、支持体基板１１、１２間に表示層１４が形成され、各画素に対応して支持体基板１１、１２上に電極２１、２２がパターン形成される表示部は、画像信号に応じて電極２１、２２間を介して各画素単位に印加する電界を制御する手段（図示せず）と分離して表示シートとして使用することもできる。この場合も、表示シートの各種構成材料としてプラスチックフィルムなどのフレキシブルな材料を用いることにより、軽く紙のように取り扱える表示手段が実現される。
【００４３】
各画素に対応した書き込み用の電極２１、２２は、支持体基板１１、１２の表示層１４側に形成してもよいし、その反対側に形成してもよい。また、表示層１４の上面側に配置される電極２２は透明電極であることが必要であるが、下面側に配置される電極２１は光反射率の高い電極を用いることにより、表示の明るさを向上することできる。上面側に用いる透明電極としては、Ｉｎ2 Ｏ3 、ＳｎＯ2 、ＺｎＯ、ＣｄＯ、ＴｉＯ2 、Ｉｎ2 Ｏ3 −Ｓｎ、ＳｎＯ2 −Ｓｂなどの酸化物半導体薄膜等公知のものが用いられる。また、書き込んだ表示情報を書き込みの電界を切っても、また使用環境にある程度の電場が存在しても保持するために、たとえば印加する電界強度と粒子の回転挙動の関係においてしきい値特性をもたせるなどの方法が考えられる。
【００４４】
その他、支持体基板１１、１２の材料、厚み、基板の表面処理、基板間の間隔、基板間への回転粒子２０およびスペーサ１５の配置方法等は第１の実施の形態と同様である。
【００４５】
上記の説明からも明らかなように、本実施の形態においては、色分けされた回転粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触状態にある回転粒子間に一定以上の分離距離を確保することができ、これにより接触状態にある回転粒子間に作用するファンデルワールス力による付着力を大幅に低減できるとともに粒子間の電気的引力による付着力を緩和することができるため、接触状態にある回転粒子の個々の回転運動の抵抗を小さくして回転しやすくすることができる。したがって、本実施の形態によれば、回転粒子に簡単な作製プロセスで確実に回転機能は付与することができ、回転粒子を個々にカプセル化するような複雑な作製プロセスを要することなく、表示品質の高い表示シートないし表示装置を得ることができる。
【００４６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１
磁性体としてフェライト微粒子を含有した粒径約６μｍのポリマー球状粒子を公知の懸濁重合法にて作製した。これらを耐熱性アクリル接着層をつけたガラス基板上に粒子の下部が埋没するように接着し、半球上部を白の着色液（酸化チタン／ポリビニルブチラール／メチルエチルケトン）でスプレー塗布し、続いて１ＫＧの電磁石で着磁を行い、接着層から剥がし、白／黒に色分けされ、着磁された粒子を作製した。このフェライト含有ポリマー球状粒子に、粒径約１６ｎｍの疎水処理シリカを１．５重量％添加し、ミキサーで機械的に混合撹拌処理した。これをＳＥＭで観察したところ、シリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して付着した構造が確認された。この粒子にスペーサとして粒径約９μｍのポリスチレン粒子を５．０重量％添加して混合した後、表面に約５０ｎｍの微細凹凸構造が形成処理された１２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上に単粒子層として配列させ、さらにもう一枚のＰＥＴフィルムを対向させて周囲を封止処理し、表示層を内蔵した表示シートを作製した。この表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、鮮明な白黒画像が形成された。
【００４７】
実施例２
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、疎水処理シリカとして粒径約７ｎｍのものを用いた。機械的に混合撹拌処理した後、これをＳＥＭで観察したところ、やはりシリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して付着した構造が確認された。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、実施例１と同様に鮮明な画像が形成された。
【００４８】
比較例１
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、フェライト含有ポリマー球状粒子には何も回転機能付与の処理しないで、つまり微細凹凸構造を形成しないで表示シートを作製した。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００４９】
比較例２
実施例２と同様に疎水処理シリカとして粒径約７ｎｍのものを用いて表示シートを作製した。ただし、実施例２の場合よりもさらに強力に機械的撹拌混合処理を行った。これをＳＥＭで観察したところ、やはりシリカ粒子がフェライト含有ポリマー球状粒子の周囲表面に均一に分布して存在していたが、粒径の半分以上の部分がフェライト含有ポリマー球状粒子の表面に埋没した構造が確認された。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００５０】
比較例３
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、表示層を形成する際にスペーサを用いなかった。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、画像に多数の欠陥部分が発生し、かなりの表示品質の低い画像が形成された。
【００５１】
比較例４
実施例１と同様に表示シートを作製した。ただし、スペーサとして粒径約２０μｍのポリスチレン粒子を用いた。作製された表示シートを二次元磁気ヘッドアレイに密着して書き込み／消去を行ったところ、初期的には実施例１と同様に鮮明な画像が形成されたが、使用しているうちにまもなく画像中に欠陥部分が発生し始め、それが増加していった。
【００５２】
実施例３
サンワックスＦ−２００（三洋化成工業製）とカーボンブラックを混練し、スプレードライヤー法にて造粒し、分級して約１５μｍの黒色粒子を作製した。これを実施例１と同様な方法にて色分けし、シリカ粒子の付着処理を行った。この粒子にスペーサとして粒径約９μｍのポリスチレン粒子を５．０重量％添加して混合した後、ＩＴＯのストライプ状パターンが形成された１２５μｍ厚のＰＥＴフィルム上に単粒子層として配列させ、さらにもう一枚のＩＴＯのストライプ状パターンが形成されたＰＥＴフィルムを対向させて周囲を封止処理し、表示層を内蔵した表示シートを作製した。この表示シートの表示層を挟む両側の電極間に画像信号に対応した電界を与えるよう電圧を印加したところ、鮮明な画像が形成された。
【００５３】
【発明の効果】
上述したように、請求項１および２の発明によれば、色分けされた粒子の表面に微細凹凸構造を形成することにより、接触する粒子間の実質的な分離距離が増大するため、例えば粒子の磁性あるいは帯電性により粒子間に引力が働くような場合でも、粒子間の凝集を防ぐとともに粒子集合体中での粒子の回転運動を可能にすることができ、表示品質の向上を図ることができる。また、この表示方法は、簡単な構成とプロセスで対応可能なため、歩留まりの向上とコストの低減にも寄与することができる。
【００５４】
請求項３の発明によれば、色分けされた粒子の表面に異なる種類の微粒子を保持させて微細凹凸構造を形成する方法は、産業界で一般的によく使用される微粒子材料を用いて簡便な機械的混合撹拌処理で可能なため、表示品質の優れたディスプレイを、より簡単なプロセスで、かつ低コストで製造することができる。
【００５５】
請求項４の発明によれば、色分けされた粒子の回転状態を磁気的方法によって制御する場合は、表示シートの片側から書き込みが可能であり、書き込み系の構成を簡単にすることができるとともに表示系から書き込み系の分離が容易である。
【００５６】
請求項５の発明によれば、色分けされた粒子の回転状態を電気的方法によって制御する場合は、表示シートの両側から書き込むことになるが、それにより高解像度の表示が可能となる。
【００５７】
請求項６ないし１０の発明によれば、広視野角で目に優しく表示品質の高いペーパーライクな表示シートを低コストで作製することができる。
【００５８】
請求項１１ないし１２の発明によれば、広視野角で目に優しく表示品質の高い表示装置を複雑な製造プロセスを要することなく低コストで作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の表示装置を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明にかかる回転粒子の表面の微細凹凸構造の一例を示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の表示装置を概略的に示す断面図である。
【図４】従来の回転粒子型ディスプレイの一例を示す断面図である。
【図５】従来技術の回転粒子を内包したマイクロカプセルの構成例を示す図である。
【符号の説明】
１、１１、１２……支持体基板
２、１４……表示層
３、１３、２０……回転粒子
１５……スペーサ
１６……磁気ヘッド
２１、２２……電極
【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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