(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、
前記回転粒子における前記２つの表面領域が、互いに異なる１種類以上の酸化物をそれぞれ含有するように構成され、かつ、前記各表面領域を構成する材料の等電点ｐＨａ、ｐＨｂ（ｐＨａ＜ｐＨｂ）に対して、前記回転粒子の周りを取り囲むんでいる前記溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）が、次式
ｐＨａ＜ｐＨ＜ｐＨｂ
を満たすように構成されたことを特徴とする粒子回転型表示媒体。
【請求項２】
溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、
前記回転粒子における前記２つの表面領域のうち、一方の表面領域が、少なくとも１種類以上の酸化物を含有して構成され、他方の表面領域が、少なくとも１種類の、正帯電性の極性を示す官能基を有する物質を含有して構成され、かつ、回転粒子の周りを取り囲んでいる溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）値が、前記酸化物を含む方の表面領域の等電点ｐＨｃに対して、次式
ｐＨｃ＜ｐＨ
を満たすように構成されたことを特徴とする粒子回転型表示媒体。
【請求項３】
溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、
前記回転粒子における前記２つの表面領域のうち、一方の表面領域が、少なくとも１種類以上の酸化物を含有して構成され、他方の表面領域が、少なくとも１種類の、負帯電性の極性を示す官能基を有する物質を含有して構成され、かつ、回転粒子の周りを取り囲んでいる溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）値が、前記酸化物を含む方の表面領域の等電点ｐＨｃに対して、次式
ｐＨ＜ｐＨｃ
を満たすように構成されたことを特徴とする粒子回転型表示媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、色分けされた粒子の回転をそれぞれ独立に制御することにより画像や文字情報などの表示を行う粒子回転型表示媒体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、画像や文字情報などを表示する方法としては、液晶やＣＲＴ（Cathode  Ray Tube  ：  陰極線管）ディスプレイなどを利用して可視化する方式から、紙などの記録媒体へ現像剤やインクなどを転写し可視化してディスプレイする方式まで多岐にわたって存在している。
【０００３】
例えば、液晶やＣＲＴなどに代表される電子ディスプレイデバイスでは、現在ＣＲＴ方式がその表示品質、経済性の良さから主流となっている。しかし、近年半導体技術の急速な進歩による各種電子装置の小型化に伴い、ディスプレイデバイスに対しても小型、軽量、低駆動電圧、低消費電力化、薄型フラットパネル化などが求められている。また、紙などの記録媒体へ現像剤やインクなどを転写し可視化してディスプレイする方式においても、省資源、環境保護などの観点から、書き換え可能な記録媒体が求められている。
【０００４】
ここで、上述した要請から、ＰＤＰ（Plasma  Display  Panel）に代表される発光型や、ＬＣＤ（Liquid  Crystal  Display）に代表される受光型など非常に多くの種類のフラットパネル型電子ディスプレイデバイスが提案され、実用に供されている。
【０００５】
ところで、外光によって見にくくなったりちらつき等が生じることによる目の疲労が生じることがない、紙などの印刷物のような目になじみやすいディスプレイデバイスは非常に魅力的である。この点において、ＣＲＴを含め発光型ディスプレイデバイスは不利である。また、発光型ディスプレイデバイスは一般にＥＣＤ（Electrochemical  Display）を除く受光型ディスプレイデバイスに比べ消費電力が大きいという欠点を有する。
【０００６】
一方、受光型ディスプレイデバイスの内、ＬＣＤは、低消費電力、低コストという特徴があるが、表示コントラストが見る方向に依存し視野が制約される問題を有している。
【０００７】
非発光型表示のもうひとつの代表であるＥＣＤは、近年、十分な表示コントラストが得られる材料の開発により、通常の光源下において印刷物と同様に、目になじみやすく、外光の影響のない表示品質を有するようになった。また、電気化学的酸化還元反応を利用する本方式は、ＬＣＤと異なり、電源を切ってもメモリ効果を有する。しかしながら、電気化学反応を利用するこの方式は、応答性に限界があり（約０．１ｓ）、動画あるいは切換えの速い表示には適さない。また、着色消去反応を可逆的に行うことは消費電力の増大を招くばかりでなく材料の長期安定性を保つことを困難にしている。
【０００８】
その他、受光型ディスプレイデバイスとして、電気泳動を利用したＥＰＩＤ（Electrophoretic  Image  Display ）や、磁気を利用したＭＰＤ（Magnetic  Particle  Display ）などが挙げられる。しかし、粒子の凝集や、前者に至っては粒子の電極への付着、沈殿等の問題がある。
【０００９】
一方、印刷物のように、紙などの記録媒体に現像剤やインクを転写させ可視化させる方法は、発光型ディスプレイのように光によるちらつきもなく、表示コントラストが見る方向に依存し視野が制約されるという問題もない。しかし、近年消去可能な現像剤などいわゆるリライタブル媒体が開発されているが、これらには十分な消去効果がなかったり、現像装置を複雑化させてしまうなどの問題がある。
【００１０】
そこで、これらの問題を解決するために、特開平３―１８８４８９号公報や、proceedings  of  the  SID，Vol.23，4  P.249(1982)、 proceedings  of  the  SID，Vol.18  P.289(1977)などの各文献に示されるような、いわゆるＴＢＤ（Twisting   Ball  Display）方式が提案されている。
【００１１】
この方式に用いられる回転粒子は、直径５０μｍ程度の球状粒子の半球部分を、絶縁物質と着色剤とを添加することにより着色し、半球ごとに表面の材質が異なるように形成したものである。この回転粒子を適当な溶媒に浸すと、回転粒子の表面に形成される電気二重層により発生する電荷が前記各半球ごとに異なるため、回転粒子において球の極方向に電気双極子モーメントが発生し、この電気双極子の方向を外部電界などの作用で制御することにより、各粒子の配向を制御して任意の表示を行うことができる。
【００１２】
このＴＢＤ方式によれば、低電圧による表示の駆動が可能であり、消費電力も少ない。また、各粒子の配向は、電界による制御を止めると同一の方向を維持する、いわゆるメモリ効果を有するため、電源を遮断しても、表示部分はそのままの表示を維持することができる。
【００１３】
このディスプレイ方式は受光型であり、紙などの印刷物のように目になじみやすいものである。また、光によって見にくくなったり、ちらついたりして目に負担を与えることがなく、ＬＣＤのような、表示コントラストが見る方向に依存することにより視野が制限される問題が生じない。さらに、低電圧駆動が可能であり消費電力も少なく、メモリ効果を有するため、電界などによる制御が切れてもそのままの画像を維持することができる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したＴＢＤ方式において、回転粒子の電界に対する応答性は、回転粒子の持つ電気双極子モーメントの大きさに依存しており、この電気双極子モーメントは、上述したように、固液界面に生ずる電気二重層の電位差により生ずるものであるため、単に回転粒子の各半球の持つ特性だけに依存するのではなく、回転粒子の周りを取り囲む溶媒の影響も大きい。
【００１５】
すなわち、回転粒子の各半球表面が、極性基の存在などにより異なる特性を示していても、粒子を取り囲む溶媒の種類によっては、各半球表面が全く異なる特性を示してしまうことがあり、印加された電界に対して十分な応答性を得られなかったり、場合によっては全く制御できないことがあった。
【００１６】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、視認性に優れると共に、電界制御に対する応答性が良好で、消費電力の少ない粒子回転型表示媒体を提供することを目的としている。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の粒子回転型表示媒体は、溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、前記回転粒子における前記２つの表面領域が、互いに異なる１種類以上の酸化物をそれぞれ含有するように構成され、かつ、前記各表面領域を構成する材料の等電点ｐＨａ、ｐＨｂ（ｐＨａ＜ｐＨｂ）に対して、前記回転粒子の周りを取り囲むんでいる前記溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）が、次式
ｐＨａ＜ｐＨ＜ｐＨｂ
を満たすように構成されたことを特徴としている。
【００１８】
一般に、等電点がｐＨｂなる材料を溶媒中に浸した場合、その溶媒のｐＨが、ｐＨ＜ｐＨｂなる関係を有すれば、等電点がｐＨｂなる材料は正帯電し、等電点がｐＨａなる材料を溶媒中に浸した場合、その溶媒のｐＨが、ｐＨａ＜ｐＨなる関係を有すれば、等電点がｐＨａなる材料は負帯電する。したがって、上記の式を満たす場合、前記溶媒中における前記構成の回転粒子には、一方の半球部分の表面には正電荷が、他方の半球部分の表面には負電荷が誘起され、回転粒子に大きな電気双極子モーメントが発生する。
【００１９】
請求項２に記載の粒子回転型表示媒体は、溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、前記回転粒子における前記２つの表面領域のうち、一方の表面領域が、少なくとも１種類以上の酸化物を含有して構成され、他方の表面領域が、少なくとも１種類の、正帯電性の極性を示す官能基を有する物質を含有して構成され、かつ、回転粒子の周りを取り囲んでいる溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）値が、前記酸化物を含む方の表面領域の等電点ｐＨｃに対して、次式
ｐＨｃ＜ｐＨ
を満たすように構成されたことを特徴としている。
【００２０】
等電点がｐＨｃなる材料を溶媒中に浸した場合、その溶媒のｐＨが、ｐＨｃ＜ｐＨなる関係を有すれば、等電点がｐＨｂなる材料は負帯電する。したがって、上記の式を満たす場合、前記溶媒中における前記構成の回転粒子において、前記酸化物を有する一方の半球部分の表面には負電荷が、他方の正帯電性官能基を有する半球部分の表面には正電荷が誘起され、回転粒子に大きな電気双極子モーメントが発生する。
【００２１】
請求項３に記載の粒子回転型表示媒体は、溶媒中における帯電特性及び色が異なる２つの表面領域を有した回転粒子を、前記溶媒中において外部からの電界の印加により任意の方向に回転可能に備えた粒子回転型表示媒体であって、前記回転粒子における前記２つの表面領域のうち、一方の表面領域が、少なくとも１種類以上の酸化物を含有して構成され、他方の表面領域が、少なくとも１種類の、負帯電性の極性を示す官能基を有する物質を含有して構成され、かつ、回転粒子の周りを取り囲んでいる溶媒の水素イオン濃度（ｐＨ）値が、前記酸化物を含む方の表面領域の等電点ｐＨｃに対して、次式
ｐＨ＜ｐＨｃ
を満たすように構成されたことを特徴としている。
【００２２】
等電点がｐＨｂなる材料を溶媒中に浸した場合、その溶媒のｐＨが、ｐＨ＜ｐＨｃなる関係を有すれば、等電点がｐＨｂなる材料は正帯電する。したがって、上記の式を満たす場合、前記溶媒中における前記構成の回転粒子において、前記酸化物を有する一方の半球部分の表面には正電荷が、他方の負帯電性官能基を有する半球部分の表面には負電荷が誘起され、回転粒子に大きな電気双極子モーメントが発生する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
始めに、本実施の形態の粒子回転型表示媒体に用いられる回転粒子２の構成の概略について説明する。
【００２５】
図１に示すように、回転粒子２は、約５０μｍの平均粒径をもつ球状粒子（以下、コア粒子と称する）の半球部分に着色部４を設けたものである。この着色方法は、前記 proceedings  of  the  SID  の各文献に示されるように、粒子の半球を粘着層に埋め込み、露出した残りの半球部分に着色剤等を蒸着、スパッタリング、ウェット塗布などの方法で着色する。また、特開平１―２８２５８９号公報に開示されているように、帯電性及び色の異なる材料を貼りあわせた板状または帯状材料を所望の大きさに粉砕する方法を用いてもよい。尚、前記回転粒子２は、その半球部分のみを着色して構成したが、未着色のもう一方の半球部分をさらに別の着色剤で着色してもよい。
【００２６】
ここで、コア粒子や着色剤としては、酸化物を含有する材料を使用してもよいし、極性基を有する材料を使用してもよい。
【００２７】
前記酸化物としては、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛など、遷移金属の酸化物や、酸化アルミニウム、酸化珪素などが挙げられる。また、極性基には、アミノ基など正に帯電するものや、カルボキシル基等を含むカルボニル基、ニトリル基等を含むニトロ基、スルホン酸基等を含むスルホニル基、ニトロソ基、または、トリフルオロエチル基、トリクロロエチル基等のハロゲン化合物など、負極性に帯電するものが挙げられる。
【００２８】
例えば、酸化珪素を主成分とするガラスビーズをコア粒子として、そのコア粒子の半球をα―三酸化二鉄で蒸着等により着色して着色部４を形成し、このように調製された回転粒子２を溶媒としての水溶液に浸すと、酸化珪素表面は、化１に示すように、水溶液のｐＨ（水素イオン濃度）によって異なる極性を示す。
【００２９】
【化１】
0003807019.tif 000002
【００３０】
ここで、酸化物を水溶液中に浸した場合、各酸化物には等電点と呼ばれるｐＨ値（化１におけるｐＨｃ）が存在し、酸化物表面はその等電点に対応するｐＨの水溶液中で見かけ上表面電荷がゼロになり、水溶液のｐＨがｐＨｃより酸性側にあると、化１の平衡が最上式側にずれることにより、末端の珪素に正電荷が付くため、酸化物表面は正極性に帯電する。同様に、水溶液のｐＨがｐＨｃより塩基性側にあると、化１の平衡が最下式側にずれることにより、末端の珪素に負電荷が付くため、酸化物表面は負極性に帯電する。
【００３１】
等電点は、酸化珪素では１．５〜３．７、α―三酸化二鉄では５．７〜６．９であるため、回転粒子２の各半球部分の表面を夫々酸化珪素とα―三酸化二鉄とし、水溶液のｐＨを４〜５付近に調節することで、回転粒子２の酸化珪素表面を有する半球部分は負に帯電し、α―三酸化二鉄表面を有する半球部分である着色部４は正に帯電するため、回転粒子２は極方向に大きな電気双極子モーメントを有した一種の分極状態になる。そのため、外部からの電界を印加すると、回転粒子２は容易に正電極に対して酸化珪素表面側を向け、負電極にα―三酸化二鉄表面を有する着色部４を向ける。
【００３２】
また、回転粒子２の半球表面を酸化珪素、もう一方の半球表面である着色部４をフッ化マグネシウムとしたとき、回転粒子２を取り囲む溶媒のｐＨ値は１．５以下であることが望ましい。なぜなら、フッ化マグネシウム表面は負極性を示すため、溶媒のｐＨが１．５以下にあると酸化珪素表面の極性は正となり、安定した分極状態となるからである。仮に溶液のｐＨ値が３．７以上であった場合、粒子の酸化珪素表面も負極性となってしまうため、回転粒子２の電界に対する良好な応答が得られない。
【００３３】
回転粒子２の半球表面を酸化珪素、もう一方の半球表面である着色部４をニグロシン系化合物としたとき、回転粒子を取り囲む溶媒のｐＨ値は３．７以上であることが望ましい。なぜなら、ニグロシン系化合物は正に帯電するため、溶液のｐＨ値が３．７以上にあると酸化珪素表面の極性は負となり安定した分極状態となるためである。
【００３４】
ここで、図２に示すような、前記回転粒子２と溶媒６とを合成樹脂製のカプセル殻に内包したカプセル８を、図３に示すように、ポリエチレンテレフタレートなど透明性の良好な熱可塑性樹脂中に分散した状態で固定してシート状部材を構成し、このシート状部材を基準電極１０とマトリクス電極１１との間に挟むことにより、表示すべき画像や文字情報に対応して表示粒子２の向きを変えることができ、任意の画像や文字情報を表示することができる。
【００３５】
図３の構成の粒子回転型表示媒体においては、基準電極１０として、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極を用い、マトリクス電極１０として、例えば、プラズマディスプレイ装置に用いられるような、互いに直交する多数の行電極（スキャン電極）及び列電極（データ電極）を用い、所定の電圧をアクティブマトリックス方式で任意の位置に印加可能な構成のものを用いることができる。
【００３６】
そして、透明な基準電極１０を接地しておき、マトリクス電極１１に電圧調節可能な電源１２を接続し、透明電極１０との間に、表示すべき情報に応じて＋１００Ｖまたは−１００Ｖ程度の電圧を加えることにより、任意の位置の回転粒子２を、表示すべき情報に応じて図３における上向きまたは下向きに配向させることができ、これによって任意の画像や文字情報の表示を基準電極１０の側から視認することができる。
【００３７】
尚、マトリクス電極１１及び基準電極１０の電位をツェナダイオードなどにより１００Ｖ程度に上げておき、マトリクス電極１１に０Ｖまたは２００Ｖを加えることによっても画像や文字情報の表示形成が可能となる。この方法を利用すると、電源は１つで済み非常に経済的である。
【００３８】
尚、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲内において、種々の変更が可能である。
【００３９】
例えば、粒子回転型表示媒体として、前記構成のカプセル８を薄い合成樹脂シートや紙などに含有させた記録媒体１４を用い、図４に示すように、電源１２に接続された一対の記録電極１６を備える記録装置１８の前記電源１２間に前記記録媒体１４を通過させることにより、記録媒体１４上に画像や文字情報を形成することが可能となる。また、この記録媒体は電界の印加により画像を消去することが可能であるため、書き換えが可能となりリライタブル媒体としての機能をも有する。
【００４０】
【発明の効果】
以上に説明したことから明らかなように、本発明の請求項１に記載の粒子回転型表示媒体によれば、互いに物性の異なる２つの酸化物表面により構成された回転粒子の各表面領域における等電点の間に、回転粒子を取り囲む溶媒のｐＨを設定することにより、前記回転粒子の各半球部分の表面を常に極性の異なる電荷に帯電させることができ、回転粒子の極方向に安定して大きな電気双極子モーメントを発生させることができるため、回転粒子の良好な電界制御を達成することができる。したがって、視認性に優れると共に、電界制御に対する応答性が良好で、消費電力の少ない粒子回転型表示媒体を提供することができる。
【００４１】
請求項２に記載の粒子回転型表示媒体によれば、回転粒子の一方の半球部分の表面を酸化物で構成し、他方の半球部分の表面を、正帯電性の官能基を有する物質で構成し、その回転粒子を、前記酸化物の等電点よりも酸性側のｐＨを示す溶媒中で作動させることにより、回転粒子を適正な分極状態にすることができるため、印加される外部電界に対して応答性の良好な粒子回転型表示媒体を提供することができる。
【００４２】
請求項３に記載の粒子回転型表示媒体によれば、回転粒子の一方の半球部分の表面を酸化物で構成し、他方の半球部分の表面を、負帯電性の官能基を有する物質で構成し、その回転粒子を、前記酸化物の等電点よりも塩基性側のｐＨを示す溶媒中で作動させることにより、回転粒子を適正な分極状態にすることができるため、印加される外部電界に対して応答性の良好な粒子回転型表示媒体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の粒子回転型表示媒体に用いられる回転粒子の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に示される回転粒子を内包したカプセルを模式的に示した図である。
【図３】前記カプセルを用いた本実施の形態の粒子回転型表示媒体の概略構成を示した図である。
【図４】前記カプセルを紙などに含有した他の実施の形態の粒子回転型表示媒体を用いて文字情報などの表示を行う様子を示した図である。
【符号の説明】
２    回転粒子
４    着色部
６    溶媒
８    カプセル
１４    記録媒体
【図１】
0003807019.tif 000003
【図２】
0003807019.tif 000004
【図３】
0003807019.tif 000005
【図４】
0003807019.tif 000006