(57)【要約】【課題】電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を製造することができるカプセル化粒子製造装置およびカプセル化粒子製造方法を提供する。【解決手段】少なくとも２つの流体導入口と、一端が各流体導入口に連通し他端が合流するように接続されると共に、下流に屈曲部を有する第１の流路と、前記第１の流路の屈曲部よりその接線方向に延伸する第２の流路と、前記第２の流路に連通する流体排出口とを有し、前記第１の流路と第２の流路の分岐部近傍の流路に一対の対向電極を設けたカプセル化粒子製造装置。【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２つの流体導入口と、一端が各流体導入口に連通し他端が合流するように接続されると共に、下流に屈曲部を有する第１の流路と、前記第１の流路の屈曲部よりその接線方向に延伸する第２の流路と、前記第２の流路に連通する流体排出口とを有し、前記第１の流路と第２の流路の分岐部近傍の流路に一対の対向電極を設けたことを特徴とするカプセル化粒子製造装置。
【請求項２】
請求項１記載のカプセル化粒子製造装置において、前記第２の流路に、さらに前記第２の流路下流の屈曲部においてその接線方向に分岐延伸する第３の流路を設け、前記第２および第３の流路の分岐部近傍に、さらに一対の電極を配設したことを特徴とするカプセル化粒子製造装置。
【請求項３】
少なくとも、カプセルコア材料より比重の小さく極性基を有するカプセルシェル材料を溶解しカプセルコア材料を溶解しない溶媒にカプセルシェル材料を溶解した溶液中にカプセルコア材料を分散した分散液と、少なくとも前記溶媒と相溶性がありカプセルコア材料およびカプセルシェル材料を溶解しない貧溶媒とを、その終端が合流するように接続された少なくとも２本の別々の微小流路から導入し、前記合流部において混合することにより前記カプセルコア材料をカプセルシェル材料で被覆する微小流路を用いたコアセルベーション法において、
前記分散液および貧溶媒を混合した後の流体を、少なくとも一組の屈曲部を有する第１の流路および該屈曲部より接線方向に分岐延伸する第２の流路を有する微小流路に流通させ、第１と第２の流路の分岐部近傍に該流路をはさんで電位差を与えることを特徴とするカプセル化粒子製造方法。
【請求項４】
請求項３記載のカプセル化粒子製造方法における前記第２の流路末端より得られたカプセル化粒子。
【請求項５】
請求項４記載のカプセル化粒子においてカプセルコア材料が白色または着色粒子であり、カプセルシェル材料が透明であることを特徴とする電気泳動表示用粒子。
【請求項６】
請求項５記載の電気泳動表示用粒子をカプセルコア材料と異なる色の白色または着色液内に分散してなる電気泳動表示液。
【請求項７】
請求項５記載の電気泳動表示用粒子と、前記電気泳動表示用粒子と異なる色の白色または着色粒子とを透明な液体中に分散してなる電気泳動表示液。
【請求項８】
請求項６または７記載の電気泳動表示液を少なくとも一方が透明な一対の電極基板に挟持することを特徴とする電気泳動表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を製造することができるカプセル化粒子製造装置およびカプセル化粒子製造方法に関し、それによって製造されたカプセル化粒子、電気泳動表示用粒子、電気泳動表示液、およびそれを用いた電気泳動表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、非極性の液体中に白色または着色帯電粒子を分散した分散液を対向電極間に充填し、前記対向電極間に電圧を印加すると分散液中の帯電粒子は逆の電位を有する電極側に移動する。
ここで、対向電極のうち少なくとも一方を透明電極とし、この電極側に帯電粒子が移動する状態とし、この電極を外部から見ると帯電粒子の色を鮮明に観察することができ、分散媒中に白と黒といった色の異なる粒子を極性の異なる状態に帯電させて分散させることで表示色の切り替えが可能となる。この原理を利用して画像を形成する素子を電気泳動表示素子と言う。電気泳動表示素子は視野角が広く、低消費電力であること、構造が比較的単純であり安価に製造できることから可搬型表示装置として注目されている。
【０００３】
この電気泳動表示素子において、前記帯電粒子は、入射光を反射させることにより表示すべき色を表示する光学特性と、電極により生じる電界に応じて速やかに移動する電気泳動特性とが求められる。前記帯電粒子としては塗料等に用いられる有機顔料や、無機顔料が用いられることが多い。そしてこれらに電気泳動特性を付与するもしくは改善するために上記分散液の分散媒中に白色または着色粒子として有機顔料や無機顔料をそのままあるいは分散剤や安定化剤等を加えて安定した分散液として使用している例がある（特許文献１）。
しかしながら、一般に前記顔料粒子は長期にわたる分散性が悪く経時的に凝集し電気泳動特性が劣化したり、完全な絶縁体ではないためにリーク電流が大きくなり消費電力の増加を招いたりするなどの問題点を有する。
【０００４】
また、顔料表面にあらかじめ溶剤に溶解した樹脂化合物をコアセルベーション法により被覆することで分散媒に安定分散可能な帯電粒子の表面修飾方法が開示されている（特許文献２）。
この方法によれば、樹脂化合物に絶縁性の高い材料を用いたり、樹脂化合物に電気泳動特性に適した構造を導入したりするなどして顔料表面全体を被覆することができるので顔料の絶縁性にかかわらず上記電気泳動特性にかかわる課題は解決可能と考えられる。
しかしながら、一般にコアセルベーション法はカプセルコア材料に付着していない単独のカプセルシェル材料が反応の副生成物として存在していて、この存在が顔料の表示機能を低下させる原因の一つとなっている。そこで、カプセル化粒子と副生成物の比重の差を利用して遠心分離法や沈降法により両者を分離する工程が必要となるが、従来これらはコアセルベーション工程と別工程において行われていた。また、通常用いられるのはミクロンオーダーのコアセルベートであり、この場合比較的容易に副生成物の分離が可能であるが、粒径数百ｎｍ以下のコアセルベートでは副生成物の分離は容易ではないと考えられまた報告例も少ないのが現状である。
【特許文献１】特許２５５１７８３号
【特許文献２】特開２００４−２７９７３２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本来、コアセルベーション法による粒子被覆において被覆に寄与しないカプセルシェル材料が副生成物として存在していて、カプセル化粒子の十分な機能発現の妨げとなっていた。
本発明は、上記従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を製造することができるカプセル化粒子製造装置およびカプセル化粒子製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくとも２つの流体導入口と、一端が各流体導入口に連通し他端が合流するように接続されると共に、下流に屈曲部を有する第１の流路と、前記第１の流路の屈曲部よりその接線方向に延伸する第２の流路と、前記第２の流路に連通する流体排出口とを有し、前記第１の流路と第２の流路の分岐部近傍の流路に一対の対向電極を設けたカプセル化粒子製造装置を特徴とする。
また、請求項２記載の発明は、前記第２の流路に、さらに前記第２の流路下流の屈曲部においてその接線方向に分岐延伸する第３の流路を設け、前記第２および第３の流路の分岐部近傍に、さらに一対の電極を配設したことを特徴とする。
また、請求項３記載の発明は、少なくとも、カプセルコア材料より比重の小さく極性基を有するカプセルシェル材料を溶解しカプセルコア材料を溶解しない溶媒にカプセルシェル材料を溶解した溶液中にカプセルコア材料を分散した分散液と、少なくとも前記溶媒と相溶性がありカプセルコア材料およびカプセルシェル材料を溶解しない貧溶媒とを、その終端が合流するように接続された少なくとも２本の別々の微小流路から導入し、前記合流部において混合することにより前記カプセルコア材料をカプセルシェル材料で被覆する微小流路を用いたコアセルベーション法において、前記分散液および貧溶媒を混合した後の流体を、少なくとも一組の屈曲部を有する第１の流路および該屈曲部より接線方向に分岐延伸する第２の流路を有する微小流路に流通させ、第１と第２の流路の分岐部近傍に該流路をはさんで電位差を与えるカプセル化粒子の製造方法を特徴とする。
【０００７】
また、請求項４記載の発明は、前記カプセル化粒子製造方法における前記第２の流路末端より得られたカプセル化粒子を特徴とする。
また、請求項５記載の発明は、前記カプセル化粒子においてカプセルコア材料が白色または着色粒子であり、カプセルシェル材料が透明である電気泳動表示用粒子を特徴とする。
また、請求項６記載の発明は、前記電気泳動表示用粒子をカプセルコア材料と異なる色の白色または着色液内に分散してなる電気泳動表示液を特徴とする。
また、請求項７記載の発明は、前記電気泳動表示用粒子と、前記電気泳動表示用粒子と異なる色の白色または着色粒子とを透明な液体中に分散してなる電気泳動表示液を特徴とする。
また、請求項８記載の発明は、前記電気泳動表示液を少なくとも一方が透明な一対の電極基板に挟持する電気泳動表示装置を特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、屈曲部を有する第１の流路を設けているので、カプセル化粒子とコアセルベーション法によるカプセルコア材料被覆に寄与しない副生成物は遠心力により流路の半径方向外側に偏析すると共に、第２の流路との分岐部近傍において電位差を与えているのでカプセルコア材料被覆に寄与しない比重の小さい副生成物（カプセルコア材料の被覆に寄与しないカプセルシェル材料等）は半径方向内側に移動しやすく、その屈曲部から接線方向に分岐延伸する第２の流路に流れ込みにくくなる。
従って、カプセル化粒子と副生成物を分離することができ、流体排出口からは電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を得ることができる。
また、本発明によれば、カプセル化粒子は、被覆に寄与しないカプセルシェル材料をほとんど含んでいないので、カプセルコア材料の機能発現が十分におこなうことができる。
また、本発明によれば、このカプセル化粒子においては、カプセルコア材料を白色または着色し、かつカプセルシェル材料を透明としたので、カプセル化粒子を電気泳動表示材料として用いることができる。
また、本発明によれば、こうして得られたカプセル化粒子を電気泳動表示装置に適用しているので、高品位な電気泳動表示をおこなうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に添付の図を参照してこの発明の実施形態を詳細に説明する。
［実施例］
本発明の要旨は、コアセルベーション法を用いたカプセルシェル材料によるカプセルコア材料の被覆時において生成されるカプセルコア材料の被覆に寄与しないカプセルシェル材料と、カプセル化粒子とを、コアセルベーション法において分離することにより、電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を提供するようにしたことである。
本発明を実施したカプセル化粒子の製造方法は、以下の工程により行われるものである。
まず、カプセルシェル材料を溶解し、カプセルコア材料を溶解しない溶媒中にカプセルシェル材料を溶解させた溶液を作り、さらにそこにカプセルコア材料を分散させて分散液を用意する。なお、分散液中にはこの他にカプセルコア材料の分散性を向上するような分散材などを加えてもよい。
【００１０】
また、溶媒と相溶するがカプセルシェル材料を溶解しない貧溶媒をコアセルベーションが生じない範囲であらかじめ加えておいてもよい。ここで、分散液を構成するカプセルコア材料、カプセルシェル材料、溶媒の種類は特に制限がなく、前述したように溶媒および貧溶媒に不溶なカプセルコア材料と溶媒に可溶なカプセルシェル材料であればよい。
また、カプセル化粒子を電気泳動表示用粒子として用いる場合には、粒子を白色または着色粒子とすること、カプセルシェル材料は少なくとも極性基を持つモノマーと非極性溶媒と相溶性があるモノマーとの共重合体とすることが必要である。
また、白色または着色粒子として具体的には無機顔料や有機顔料等を目的に応じて使用することができる。例えば、無機顔料としては二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、カーボンブラック、クロムイエロー、モリブデンオレンジなどが挙げられる。また、有機顔料としてはアゾ系やフタノシアニン系、キナクリドン系などがあげられる。
【００１１】
また、カプセルシェル材料としては、溶媒に可溶で非極性溶媒に不溶な性質を持つものとしてアクリル系、エステル系、ウレタン系、エポキシ系などの各種樹脂化合物が挙げられ、これらと極性基として電子吸引性基であるニトロ基、スルホ基、カルボキシル基、電気供与性基であるアミノ基、ヒドロキシル基、アルキル基などのいずれかを持つモノマーと、非極性溶媒に可溶な基であるシリコーンなどとの共重合体であればよい。
また、溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、テトラヒドラフラン、メチルエチルケトンなどを用いることができる。
また、あらかじめ混合しておく貧溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン等のパラフィン系炭化水素；イソヘキサン、イソオクタン等のイソパラフィン系炭化水素；ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素；シリコーンオイルなどを用いることができる。
【００１２】
前記分散液とともに、前記溶媒と相溶しカプセルシェル材料およびカプセルコア材料を溶解しない溶媒を貧溶媒として用意する。この貧溶媒中には前記溶媒をあらかじめ加えておいても良い。ただし、この場合貧溶媒中に加える溶媒の濃度は前記分散液中の濃度より低く後の工程で混合した際にコアセルベーションが生じる濃度範囲である必要がある。
ここで、カプセル化粒子の製造に用いる流路の寸法は、その断面方向の幅が１〜５０００ｍｍの範囲であることが望ましい。電気泳動表示用粒子としては数百ｎｍ程度の大きさのカプセルコア材料が用いられる。このことから流路幅が１ｍｍ以下になるとカプセルコア材料や流体の混合により生じたコアセルベートによる流路の閉塞が生じやすく連続して送液することが困難になる。また、５０００ｍｍ以上になるとカプセル化粒子の被覆厚ばらつきが大きくなる。
このように、このカプセル化粒子においては、カプセルコア材料を白色または着色し、かつカプセルシェル材料を透明としたので、カプセル化粒子を電気泳動表示材料として用いることができる。
【００１３】
カプセル化粒子の製造は具体的には図１に示すような装置を用いることで実現することができる。
図１は、本発明によるカプセル化粒子製造装置の一実施形態の概略図である。
図１に示すように、このカプセル化粒子製造装置は、前記流路幅の条件を満足する流路を有するマイクロリアクタであり、カプセルシェル材料を溶解しカプセルコア材料を分散した分散液の第１の導入口３と、カプセルシェル材料を溶解しない貧溶媒の第２の導入口４と、第１および第２の導入口３、４から導入された液体を混合するための第１の流路１と、第１の流路１下流の屈曲部においてその接線方向に分岐延伸する第２の流路２と、第２の流路２に連通する流体排出口５と、第１および第２の流路１、２の分岐部近傍Ａに配設された一対の電極６とを有している。
【００１４】
このような構成のカプセル化粒子製造装置によれば、屈曲部を有する第１の流路１を設けているので、カプセル化粒子とコアセルベーション法によるカプセルコア材料被覆に寄与しない副生成物は遠心力により流路の半径方向外側に偏析すると共に、第２の流路２との分岐部近傍において電位差を与えているのでカプセルコア材料被覆に寄与しない比重の小さい副生成物（カプセルコア材料の被覆に寄与しないカプセルシェル材料等）は半径方向内側に移動しやすく、その屈曲部から接線方向に分岐延伸する第２の流路２に流れ込みにくくなる。従って、カプセル化粒子と副生成物を分離することができ、流体排出口５からは副生成物の少ないカプセル化粒子が得られ、電気泳動表示装置において光学特性に優れたカプセル化粒子を得ることができる。
すなわち、こうして得られたカプセル化粒子は、被覆に寄与しないカプセルシェル材料をほとんど含んでいないので、カプセルコア材料の機能発現が十分におこなうことができる。
【００１５】
また、こうして得られたカプセル化粒子を電気泳動表示装置に適用すれば、高品位な電気泳動表示をおこなうことができる。
なお、このカプセル化粒子製造装置に用いられるマイクロリアクタの材質としては、セラミックス、プラスチック、ガラス、など一般的に用いられているものが可能である。
また、マイクロリアクタにおける電極は、通常知られている方法で電極がないマイクロリアクタを作製した後、蒸着などにより電極を付加することで得られる。
上記カプセル化粒子製造装置を用いることで、排出口５より流体が収集できる。このカプセル化粒子は収集された流体中に良好に分散した状態で分散液として得られる。得られた分散液は溶媒、貧溶媒、カプセル化粒子で構成されている。これを収集した後にエバポレーションなどにより溶媒、貧溶媒を除去することで目的とするカプセル化粒子のみを得ることができる。
この電気泳動表示用分散液は、上記で得られたカプセル化粒子を必要に応じて他の物質とともに非極性液体中に再分散することで得られる。
この電気泳動表示素子は、一対の少なくとも片側が透明な電極基板間に電気泳動表示液を挟持してなり前記電極に電圧を印加することにより分散液中の顔料粒子を電気泳動させて表示を行うものである。
このため、少なくとも片側が透明な電極基板にはガラス、アクリル、ポリカーボネート、などの透明樹脂上に酸化スズ、ＩＴＯなどの透明な導電層を設けたものを用いる。他方の基板は透明であっても透明でなくてもかまわない。
【００１６】
これら一対の電極基板間の分散液は区画化されて保持されることが望ましい。区画化され保持されることにより顔料粒子が偏析することによる表示濃度むらを低減することができる。
具体的には分散液を内包したマイクロカプセルをあらかじめ作製しておき、それを一対の電極基板で挟持する構造が例に挙げられる。顔料粒子はマイクロカプセル内でのみ移動可能であるために偏析はその範囲に限られるので画像とした際には実質的に偏析による濃度むらは生じない。
さらに望ましくは、分散液を一対の電極基板の厚み方向には連通した微小なセル内に収容してなることが望ましい。マイクロカプセルにより区画化された画像表示素子においてはそのカプセルの大きさが一定でない場合には厚さ方向に複数のカプセルが重なることがある。このような状態の表示素子においてはコントラストが十分に得られないという問題が生じることがある。これに対して一対の電極基板間に隔壁を設けたセル構造とすることでより高いコントラストの電気泳動表示素子となる。
【００１７】
図２は、本発明によるカプセル化粒子製造装置の他の実施形態の概略図である。
図２に示すように、この実施形態では、第２の流路２に、さらに第２の流路２下流の屈曲部においてその接線方向に分岐延伸する第３の流路７を設け、第２および第３の流路２、７の分岐部近傍Ｂに、さらに一対の電極６ｂを配設した構成となっている。
この実施形態の構成によれば、カプセル化粒子と被覆に寄与しないカプセルシェル材料の分離を複数回おこなうことができるので、第２の流路中における副生成物であるカプセルシェル材料の密度をさらに低下させることができる。
【００１８】
［具体例１］
（１）分散液の調整
溶媒としてのアセトン中にカプセルシェル材料としてメタクリル酸ジメチルアミンとメタクリル酸とシリコーンマクロマーのランダム重合体を１．０ｗｔ％溶解しさらにカーボンブラック（Ｄｅｇｕｓｓａ社  ＰＲＩＮＴＥＸ  Ａ）を０．１ｗｔ％加え超音波分散させた。ここで、前記重合体は溶媒中においてプラス帯電している。
（２）貧溶媒
貧溶媒としてシリコーンオイル（信越シリコーン  ＫＦ９６Ｌ−１ｃＳ）を用意した。
（３）マイクロリアクタの作製
ガラス基板上にドライフィルムフォトレジストを厚さ５０ｍｍでラミネートし、露光、現像することで幅１００ｍｍのパターニング型を得た。パターニング型にＰＤＭＳ（ポリジメチルシロキサン  信越シリコーン社）を流し込み熱硬化させた後、型からはがし所望の凹部を有するＰＤＭＳ基板が得られた。一方、ガラス基板上の流路側の電極を設けたい部分以外をマスキングし、Ｃｒ、Ａｕを順次蒸着し、電極を設けた。このようにして作製されたガラス基板を前記ＰＤＭＳ基板と張り合わせることによりマイクロリアクタを得た。
（４）カプセル化
分散液および貧溶媒をそれぞれシリンジに充填した。シリンジ先端はマイクロリアクタの前記第１および第２の流体導入口３、４にそれぞれ接続されている。この状態でシリンジより分散液を５ｍｌ／ｈ、貧溶媒を１０ｍｌ／ｈで１時間送液した。
【００１９】
（５）分離と収集
前記電極６には屈曲部の半径方向内側がマイナスとなるように２．０Ｖの電圧を印加した。そして、流体排出口５よりカプセル化粒子を含む分散液を収集した。
（６）乾燥
エバポレーションによりアセトンとシリコーンオイルを除去した後、真空乾燥機中で６０℃に保持することでカプセル化粒子を得た。
（７）電気泳動表示液の調整
黒表示粒子として上記方法において得たカプセル化粒子２．０ｗｔ％、白表示粒子として特許文献１中の実施例６に開示されている方法により処理された二酸化チタンをコアとする粒子４０．０ｗｔ％、白表示粒子の分散剤としてＳｏｌｓｐｅｒｓｅ１７０００を０．５ｗｔ％、界面活性剤としてソルビタントリオレエートを０．５ｗｔ％、分散媒としてＩＳＯＰＡＲ  Ｇを５７．０ｗｔ％を混合し、超音波分散させることにより電気泳動表示液を調整した。
（８）電気泳動表示素子の作製
ＩＴＯ電極膜が形成された２枚のガラス基板をＩＴＯ電極膜が対向すると共に、通電用の電極が接続できるように端部をずらして厚さ５０ｍｍの両面テープをスペーサとしてセルを形成した。両面テープにより形成されたセル空間に得られた電気泳動表示液を注入後、セル周辺の全面を２液硬化エポキシ接着剤（アラルダイト）により封止し電気泳動表示素子を得た。
（９）表示評価
作製した電気泳動表示素子の上部ＩＴＯ電極に−１５Ｖを下部に＋１５Ｖを印加したところ上部電極面は黒色になり反射率は１％であった。
【００２０】
［比較例］
表示の比較評価をおこなうために、マイクロリアクタにおいて第２の流路をもたないマイクロリアクタを用いた点以外は実施例１と同様である比較実験をおこなったところ反射率は４％を示した。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明によるカプセル化粒子製造装置の一実施形態の概略図である。
【図２】本発明によるカプセル化粒子製造装置の他の実施形態の概略図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…第１の流路、２…第２の流路、３…第１の導入口、４…第２の導入口、５…流体排出口、６…電極、７…第３の流路
【図１】
2009053556.tif 000003
【図２】
2009053556.tif 000004