JP4903541B2

JP4903541B2 - 表示媒体及び表示素子

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Publication number: JP4903541B2
Application number: JP2006326745A
Authority: JP
Inventors: 隆之佐野; 坦之星野
Original assignee: Tomoegawa Paper Co Ltd
Current assignee: Tomoegawa Co Ltd
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2026-12-04
Also published as: JP2008139632A

Description

本発明は、電界の作用によって電気泳動する粒子を利用して可逆的に表示状態を変化させることができる画像表示媒体に関する。

電気泳動の原理を利用した画像表示装置では、少なくとも一方が透明な２枚の基板が、スペーサを介して所定の間隔をあけた状態で対向配置されており、その基板間において、密閉空間が形成される。この密閉空間内に、電気泳動粒子を、該粒子と異なる色調の分散媒中に分散させた表示液が充填され、表示パネルを形成している。この表示パネルに電界を印加し、電気泳動粒子を電界方向に移動させることにより、パネル表面の色が変わることによって表示を行おうとするもので、透明な基板側が表示面になる。また、表示液をマイクロカプセル化し、スペーサを用いることなく、２枚の基板間に、表示液が充填された複数のマイクロカプセルを挟み込んだマイクロカプセル型電気泳動表示装置も提案されている。

これらの電気泳動の原理を利用した表示装置では、長時間の表示保持特性、すなわち、一旦電圧を印加して画像を表示させた後に電圧の印加を止め、表示された画像を長時間にわたって、電圧を印加することなく保持することが要求されるが、常温で液体の分散媒を用いている場合、外力や、静電気の影響によって、画像がくずれてしまい、十分な画像保持特性があるとはいえなかった。画像保持特性を向上させるための手法として、特許文献１に開示されている方法によれば、荷電極性の異なる２色の粒子が分散される分散媒として、常温では固体性を示し、加熱すると軟化して液体になる材料を用いている。例えば、ワックス、樹脂、ゴム、ロウ等がある。これらの材料を用いると、分散した粒子に電気泳動を行わせるとき、分散媒を加熱し融解させることにより表示状態を変更でき、冷却して分散媒が固体に戻ることにより、表示内容を保持することができる。
画像保持特性を向上させるための分散媒、即ち、常温では固体性を示し、加熱すると液体になる分散媒を用いた場合は、常温で液体の分散媒を用いる場合に比べ、画像保持性は格段に向上する。

該分散媒に用いる材料は、低溶融温度で、シャープメルトであり、かつ、熱膨張しにくい性質を有することが重要である。
しかしながら、従来のワックス等はこのような性質を十分に備えるとはいえなかった。
例えば、天然ワックス（カルナウバ、ライス等）は低溶融温度で、シャープメルトであるが、ワックスを溶融させる加熱時に熱膨張が発生しやすい。このため、冷却後に表示パネルなどのメディア表面に凹凸が発生し、これをローラー等で平滑化しなければいけないことがあった。
一方、合成ワックス（パラフィン、ポリプロピレン等）は熱膨張はほとんど発生しないものの、低溶融温度で、シャープメルトのものがない。このため、常温でべたつきやすく、画像が乱れやすい（画像保持性が悪い）という問題点があった。

特公昭５０−１５１１５号公報

本願発明は、以上のような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的とする処は、常温では固体状態に、加熱時には液体状態に変化する分散媒と、電界により電気泳動する少なくとも１種類の電気泳動粒子を分散媒中に含む表示媒体であって、画像保持性が高く、かつ、表面に凹凸のできることのない表示媒体および表示素子を提供することにある。

本発明は、下記の技術的構成により、前記課題を解決できたものである。

（１）常温では固体状態で、加熱時には液体状態に変化する分散媒を備え、上記分散媒中に、電界により電気泳動する少なくとも１種類の電気泳動粒子を含む表示媒体であって、上記分散媒が特殊固体エステル（特殊固体エステルとは、透明融点（℃）６０以下、針入度７以下（測定条件：ＪＩＳＫ２２０７に準拠、荷重１５０ｇ、温度２３℃、湿度５０％）、７０℃での溶融粘度（ｍＰａ・ｓ）４以下、膨張特性としてプローブ変位率（％）の極大点が１．０以下であるエステルをいう）を主成分とすることを特徴とする表示媒体。
（２）四級アンモニウム塩エチル硫酸塩、脂肪酸エステル、スルホコハク酸の界面活性剤のうち、少なくとも１種類を含むことを特徴とする前記（１）に記載の表示媒体。
（３）相対向して配置され、少なくとも一方が透明導電性である第１及び第２の電極と、上記第１及び第２の電極の間に充填された前記（１）〜（２）のいずれかに記載の表示媒体と、上記表示媒体を加熱する加熱手段と、上記第１及び第２の電極及び表示媒体に電界を印加する電界印加手段を有することを特徴とする表示素子。
（４）相対向して配置され、少なくとも一方が透明である第１及び第２の基板と、上記第１及び第２の基板の間に充填された前記（１）〜（２）のいずれかに記載の表示媒体と、上記表示媒体を加熱する加熱手段と、上記表示媒体に電界を印加する電界印加手段および電極を有することを特徴とする表示素子。

本願発明によれば、常温では固体状態に、加熱時には液体状態に変化する分散媒と、電界により電気泳動する少なくとも１種類の電気泳動粒子を分散媒中に含む表示媒体であって、画像保持性が高く、かつ、表面に凹凸のできることのない表示媒体および表示素子を提供することができる。

本発明における電気泳動粒子は、分散材である熱溶融性物質の特殊固体エステルが溶融状態であるときに、正または負に帯電することで電気泳動性を示すものであり、具体的には、ＴｉＯ_２、ＢａＳＯ_４などの無機物粉体（あるいは顔料）や、有機物顔料などを用いることができる。電気泳動粒子の色は特に限定されず、各色のものを使用することができる。電気泳動粒子を構成する好適な材料として、以下に示す無機酸化物系の顔料が挙げられる。白色材料としては、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２などの無機酸化物類、赤色材料としては、Ｃｄ−Ｓｅ系酸化物類、黄色材料としては、Ｔｉ−Ｂａ−Ｎｉ系酸化物類、青色材料としては、Ｃｏ−Ａｌ系酸化物類や、フタロシアニンブルー等、緑色材料としては、Ｔｉ−Ｚｎ−Ｎｉ−Ｃｏ系酸化物類や、フタロシアニングリーン等、黒色材料としては、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｍｎ系酸化物類や、カーボンブラック等を挙げることができる。電気泳動粒子の粒径は、０．０１〜５μｍの範囲内が好ましく、この範囲内の大きさであれば良好な電気泳動特性が得られる。熱溶融性物質である特殊固体エステル中に分散させる電気泳動性微粒子の量は、良好な電気泳動特性および視認性が得られるように適宜設定可能であり、１〜９０重量％の範囲内、好ましくは５〜５０重量％の範囲内が適当である。

本発明の特殊固体エステルとは、透明融点（℃）６０以下、針入度７以下（測定条件：ＪＩＳＫ２２０７に準拠、荷重１５０ｇ、温度２３℃、湿度５０％。以下同じ。）、７０℃での溶融粘度（ｍＰａ・ｓ）４以下、膨張特性としてプローブ変位率（％）の極大点が１．０以下であるエステルをいう。なお、プローブ変位率（％）の測定条件は、測定装置ＴＭＡ１００（セイコーインスツルメンツ（株））、昇温条件２．０℃／ｍｉｎ、サンプル厚２．５ｍｍ、プローブ荷重１００ｇ、プローブ直径１．０ｍｍ、窒素流量８０ｍｌ／ｍｉｎである（以下同じ）。
したがって、透明融点（℃）６０以下であって低融点である。
また、常温近辺で針入度が７以下と低く十分な硬度を有するとともに、７０℃での溶融粘度は４以下と極めて低く、シャープメルトである。
さらに、プローブ変位率（％）の極大点は１．０以下であって、熱膨張はほとんどない。プローブ変位率（％）の極大点は０．５以下がより好ましく、もっとも好ましくは０．１以下である。
特殊固体エステルの融点は５０℃以下であることが好ましい。融点が６０℃を超える場合は加熱温度を高くする必要があり、消費エネルギーが増大する。

本発明の表示媒体を構成する分散媒には、界面活性剤を共存させることが好ましい。その理由は界面活性剤の種類や量を調節することにより表示速度を速めることができるからである。
本願発明の界面活性剤としては、イオン性のものでも非イオン性のものでも構わない。非イオン性の界面活性剤としては、ソルビタン脂肪酸エステル類やポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類などの脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、フルオロアルキルエチレンオキシド付加物類、ポリエチレングルコール類があげられる。イオン性の界面活性剤としては、カルボン酸またはその塩、スルホン酸またはその塩、硫酸またはその塩、アミンまたはその塩等を組み合わせた化合物等が挙げられる。これらの中では、特に四級アンモニウム塩エチル硫酸塩、脂肪酸エステル、スルホコハク酸を単独で、あるいは混合して用いるのが好ましい。界面活性剤は、特殊固体エステル１００重量部に対して、０．１〜２重量部が配合される。

図１は、本発明の表示媒体を用いた表示素子１の一実施形態を示している。表示媒体２は、電極３を備えた基板４と電極５を備えた基板６に挟まれ、さらにスペーサ７に囲まれた密閉空間を満たしている。これら２組の基板−電極の組み合わせのうち、少なくとも一組、すなわち基板４−電極３は透明である必要があり、透明基板上に透明電極が形成されている必要がある。基板６の外側には、表示媒体２を加熱するための面ヒータ等の加熱手段８が備えられている。当該加熱手段８により表示媒体２が加熱され、特殊固体エステルが液状になる。このとき、電源およびスイッチ等からなる電界印加手段９により電極３，５間に電圧が印加されると、表示媒体２中の電気泳動粒子が物理的に移動することにより画像が表示される。また、加熱手段８がＯＦＦとなり、表示媒体２が常温に戻ると、特殊固体エステルは固体となる。このとき、特殊固体エステルが固体となって電気泳動粒子を固定するので、表示素子への電圧の印加を解除しても、この表示は保持されたままとなる。
なお、電極３，５が十分に強度を備え、かつ、電極５に耐熱性がある場合には、基板４，６を省略することもできる。
なおさらに、電極および加熱手段は、少なくともいずれかが任意の箇所に選択的に作用することができればよい。
すなわち、電極により全面に電圧を印加した状態で加熱手段によって選択的に加熱溶解してもよいし、全面を加熱溶解した状態で選択的に電圧を印加してもよい。もちろん選択的に電圧を印加した状態で選択的に加熱溶解してもよい。これにより自在な表示が可能となる。
また、任意の箇所とは全面の場合も含むことが好ましい。
例えば、書き込み時には、全面に電圧を印加した状態で選択的に加熱溶解する。そして、消去時には、書き込み時と逆極性の電圧を全面に印加した状態で、全面を加熱することにより、書き込み前の初期の状態に戻すことができる。

図２は、本発明の表示媒体を用いた表示素子１ａの他の実施形態を示している。表示媒体２は、基板４と基板６に挟まれ、さらにスペーサ７に囲まれた密閉空間を満たしている。少なくとも基板４は透明である必要がある。基板６の外側には、表示媒体２を加熱するための加熱ヘッド等の加熱手段８ａが備えられている。当該加熱手段８ａにより表示媒体２が加熱され、特殊固体エステルが液状になる。このとき、電界印加手段９および電極５ａ，５ｂにより電圧が印加されると、表示媒体２中の電気泳動粒子が物理的に移動することにより画像が表示される。また、加熱手段８ａがＯＦＦとなり、表示媒体２が常温に戻ると、特殊固体エステルは固体となる。このとき、特殊固体エステルが固体となって電気泳動粒子を固定するので、表示素子への電圧の印加を解除しても、この表示は保持されたままとなる。
なお、図１の場合と同様に、電極および加熱手段は、少なくともいずれかが任意の箇所に選択的に作用することができればよい。
また、任意の箇所とは全面の場合も含むことが好ましい。
なおさらに、電極５ａ，５ｂ、加熱手段８ａ、電界印加手段９を書き換えプリンタとして一体的に構成し、表示媒体２、基板４，６、スペーサ７をリライタブルペーパとして構成し、書き換えプリンタ内をリライタブルペーパが通過することで画像を形成するようにすることもできる。

表示媒体の加熱温度は、特殊固体エステルの融点に依存するが、５０〜９０℃の加熱温度範囲で表示媒体の溶融・凝固を切り替えることができることが好ましい。この範囲より高い加熱温度を要する場合、加熱による消費エネルギーが増大して好ましくない。逆に上記範囲より低い加熱温度で動作する場合は、例えば他に併用する機器などから流入してくる少量の熱エネルギーで溶融し、誤表示の原因となって好ましくない。印加電圧としては３〜２００Ｖが好ましい。これより電圧が低い場合は、粒子の移動が遅くなったり、移動しない。印加電圧が高いと電源ユニットが大きくなり、省スペース用途に用いることが困難になる。また、スペーサの厚さは、１０〜５００μｍが好ましい。

基板４と６としては、ガラス以外に各種樹脂を用いることができる。具体的には、エチレン、ポリプロピレン、ブテン等の単独重合体または共重合体または共重合体等のポリオレフィン（ＰＯ）樹脂、環状ポリオレフィン等の非晶質ポリオレフィン樹脂（ＡＰＯ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン２，６−ナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル系樹脂、ナイロン６、ナイロン１２、共重合ナイロン等のポリアミド系（ＰＡ）樹脂、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体（ＥＶＯＨ）等のポリビニルアルコール系樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂、ポリサルホン（ＰＳ）樹脂、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）樹脂、ポリアリレート（ＰＡＲ）樹脂、フッ素系樹脂等を用いる事ができる。基板の厚みは２５μｍ〜数ｍｍ程度である。また、透明基板４としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂などが好ましい。

第１の透明電極３、第２の電極５としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）等の導電性金属酸化物等を用いることができる。透明陽極の作製法は、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ−ティング法、ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法等の中から前記材料との適性を考慮して適宜選択すればよい。透明陽極のパターニングは、フォトリソグラフィーによる化学的エッチング法、レーザー等による物理的エッチング法、マスクを用いる真空蒸着法やスパッタリング法、又はリフトオフ法や印刷法等により行うことができる。透明性を有しない第２の電極５の材料には、金、銀、アルミニウムなどの金属も用いることができる。

実施例１
（試料の作成）
・特殊固体エステルＡ（商品名：ニッサンエレクトールＷＥ−４０、透明融点（℃）３６．８、針入度３、７０℃での溶融粘度（ｍＰａ・ｓ）３以下、プローブ変位率（％）の極大点０．０５、日本油脂社製）
１００ｗｔ％
・黒染料（商品名：ＯＩＬＢＬＡＣＫＨＢＢ、オリエント化学社製）１ｗｔ％
・酸化チタン（商品名：ＪＲ−６０３、テイカ社製）５ｗｔ％
・界面活性剤（四級アンモニウム塩エチル硫酸塩、商品名：ＳＡＴ−６０、日本純薬社製）
０．５ｗｔ％
上記の処方の原料を秤量し５００ｃｍ^３のポリエチレン瓶に入れ、そこに直径１ｍｍのジルコニア製のビーズを秤量した上記原料の合計量とほぼ同量入れた。この試料の入ったポリエチレン瓶を１２０℃に設定した高温槽に３０分間放置し。３０分後に取り出し、すばやく攪拌機（レッドデビル）にセットし１５分間攪拌した。攪拌後、再び１２０℃の恒温槽に３０分放置し、取り出して攪拌機で１５分攪拌した。攪拌後再度１２０℃放置と１５分攪拌を行った。以上で分散を終了した。１５分×３回の攪拌を終えた試料は、再び１２０℃環境に３０分放置して、取り出し、目開き５００μｍ以下のメッシュを使って、ろ過し、試料とビーズを分離した。
上記で作成した試料を、２００μｍのフィルム（スペーサ）を挟んだＩＴＯガラス間に注入して実施例１の表示素子を作製した。

（試験方法）
＜画像保持性＞
上記の表示素子を常温（２５℃）でＩＴＯガラスの上から指圧をほどこし、画像を目視で確認して結果を表１に示した。表１において画像に乱れがなければ○、画像に乱れがあれば×とした。
＜表面の凹凸＞
上記の表示素子を６０℃の恒温槽に１５分以上放置しワックスを溶解させた。この上下のＩＴＯに６０℃で電圧１００Ｖをかけ、酸化チタンを移動させた。次に＋−を逆転し酸化チタンを逆側に移動させた。
この作業を１０回繰り返し、ＩＴＯ表面を目視で確認して結果を表１に示した。表１において凹凸がなければ○、凹凸があれば×とした。

表１から明らかな通り、実施例１の表示素子の画像保持性は良好であり、また、表面の凹凸は発生しなかった。

実施例２
特殊固体エステルＡに代えて特殊固体エステルＢ（商品名：ニッサンエレクトールＷＥ−６０、透明融点（℃）４１．５、針入度３、７０℃での溶融粘度（ｍＰａ・ｓ）３、プローブ変位率（％）の極大点０．０５、日本油脂社製）を使用した以外は実施例１と同等に試料を作成し評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、実施例２の表示素子の画像保持性は良好であり、また、表面の凹凸は発生しなかった。

比較例１
特殊固体エステルＡに代えてライスワックス（商品名：ＨＣ−３５、プローブ変位率（％）の極大点２．３５、ＮＳケミカル社製）を使用した以外は実施例１と同等に試料を作成し評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、比較例１の表示素子の画像保持性は良好であったが、表面の凹凸が発生した。

比較例２
特殊固体エステルＡに代えてパラフィンワックス（商品名：ＥＭＷ−０００３、針入度１０以上、プローブ変位率（％）の極大点０．２０、日本精鑞社製）を使用した以外は実施例１と同等に試料を作成し評価した。結果を表１に示す。

表１から明らかな通り、比較例２の表示素子の画像保持性は×であり、常温で柔らかく押さえた時に画像に乱れが生じた。但し、表面の凹凸は○であり、書き換えによる凹凸は発生しなかった。

（評価結果）
表１に示すように、実施例１および実施例２の表示素子は、画像保持性に優れ、表面の凹凸は発生しなかった。
これに対し、比較例１の表示素子は、画像保持性は優れるものの表面の凹凸に実用上問題があった。
また、比較例２の表示素子は、表面の凹凸は発生しなかったものの画像保持性に実用上問題があった。

本発明の表示素子の模式断面図である。本発明の表示素子の模式断面図である。

符号の説明

１、１ａ表示素子
２表示媒体
３電極（透明電極）
４基板（透明基板）
５、５ａ、５ｂ電極
６基板
７スペーサ
８、８ａ加熱手段
９電界印加手段

Claims

常温では固体状態で、加熱時には液体状態に変化する分散媒を備え、上記分散媒中に、電界により電気泳動する少なくとも１種類の電気泳動粒子を含む表示媒体であって、上記分散媒が特殊固体エステル（特殊固体エステルとは、透明融点（℃）６０以下、針入度７以下（測定条件：ＪＩＳＫ２２０７に準拠、荷重１５０ｇ、温度２３℃、湿度５０％）、７０℃での溶融粘度（ｍＰａ・ｓ）４以下、膨張特性としてプローブ変位率（％）の極大点が１．０以下であるエステルをいう）を主成分とすることを特徴とする表示媒体。
四級アンモニウム塩エチル硫酸塩、脂肪酸エステル、スルホコハク酸の界面活性剤のうち、少なくとも１種類を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示媒体。
相対向して配置され、少なくとも一方が透明導電性である第１及び第２の電極と、上記第１及び第２の電極の間に充填された請求項１〜２のいずれかに記載の表示媒体と、上記表示媒体を加熱する加熱手段と、上記第１及び第２の電極及び表示媒体に電界を印加する電界印加手段を有することを特徴とする表示素子。
相対向して配置され、少なくとも一方が透明である第１及び第２の基板と、上記第１及び第２の基板の間に充填された請求項１〜２のいずれかに記載の表示媒体と、上記表示媒体を加熱する加熱手段と、上記表示媒体に電界を印加する電界印加手段および電極を有することを特徴とする表示素子。