JP5034298B2 - マイクロカプセル、マイクロカプセルの製造方法、電気泳動表示装置および電子機器 - Google Patents
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Description
この電気泳動表示装置は、電圧の印加を停止した状態での表示メモリー性や広視野角性を有することや、低消費電力で高コントラストの表示が可能であること等の特徴を備えている。
このような電気泳動表示装置としては、電極を有する一対の基板間に、電気泳動粒子を分散してなる電気泳動分散液を封入した複数のマイクロカプセルと、各基板とマイクロカプセルとを固定するバインダ材が配設されたマイクロカプセル型のものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
ところが、かかるマイクロカプセルを用いた電気泳動表示装置は、80℃、90%RHの環境における24時間耐湿試験により、電気泳動分散液中における水分量の上昇が要因となって動作しなくなるという問題がある。
(1) 少なくとも1種の電気泳動粒子を含有する電気泳動分散液と、
該電気泳動分散液を内包し、外面に電荷を有する第1の膜と、該第1の膜を覆いかつ前記第1の膜の構成材料より疎水性の高い有機ポリマーで構成され、内面および外面の双方に電荷を有する第2の膜と、を備えるカプセル本体と、を有し、
前記第2の膜の内面の電荷は、前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性であることを特徴とするマイクロカプセル。
前記重合性界面活性剤が有する前記極性基は、カチオン性基であり、
該カチオン性基は、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基および第四級アンモニウムカチオン基からなる群より選択される1種である上記(2)に記載のマイクロカプセル。
前記重合性界面活性剤が有する前記極性基は、アニオン性基であり、
該アニオン性基は、スルホン酸アニオン基(−SO3 −)、スルフィン酸アニオン基(−RSO2 −:Rは炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基およびその変性体)およびカルボン酸アニオン基(−COO−)からなる群より選択される1種である上記(2)に記載のマイクロカプセル。
(6) 前記重合性界面活性剤が有する前記重合性基は、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基である上記(2)ないし(5)のいずれかに記載のマイクロカプセル。
前記水性分散液に、前記重合性界面活性剤および/または前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性の極性基を有する親水性モノマーを加えて乳化する第2の工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、前記第1の膜を覆う第2の膜を得る第3の工程とを有することを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。
前記水性分散液に、前記第1の膜の外面の電荷と同一の極性の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第2の重合性界面活性剤および/または前記第1の膜の外面の電荷と同一の極性の極性基を有する親水性モノマーを加えて乳化する第2の工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、前記第1の膜を覆う第2の膜を得る第3の工程とを有することを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。
該第1の基板に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた上記(1)ないし(7)のいずれかに記載のマイクロカプセルとを有することを特徴とする電気泳動表示装置。
(11) 上記(10)に記載の電気泳動表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
<第1実施形態>
まず、本発明の電気泳動表示装置の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の電気泳動表示装置の第1実施形態を示す縦断面図、図2は、図1に示す電気泳動表示装置の作動原理を示す模式図である。
図1に示す電気泳動表示装置20は、第1の電極3を備える第1の基板1と、第1の電極3に対向する第2の電極4を備える第2の基板2と、これらの第1の基板1と第2の基板2との間に設けられた複数のマイクロカプセル40とを有している。以下、各部の構成について順次説明する。
各基板1、2は、それぞれ、可撓性を有するもの、硬質なもののいずれであってもよいが、可撓性を有するものであるのが好ましい。可撓性を有する基板1、2を用いることにより、可撓性を有する電気泳動表示装置20、すなわち、例えば電子ペーパーを構築する上で有用な電気泳動表示装置20を得ることができる。
第1の電極3と第2の電極4との間に電圧を印加すると、これらの間に電界が生じ、この電界が電気泳動粒子5に作用する。
本実施形態では、第1の電極3が共通電極とされ、第2の電極4がマトリックス状(行列状)に分割された個別電極(画素電極)とされており、第1の電極3と1つの第2の電極4とが重なる部分が1画素を構成する。なお、第1の電極3も、第2の電極4と同様に複数に分割するようにしてもよい。
このような複合材料の具体例としては、例えば、ゴム材料中に導電性材料を混合した導電性ゴム、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系等の接着剤組成物中に導電性材料を混合した導電性接着剤または導電性ペースト、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ABS樹脂、ナイロン(ポリアミド)、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリエステル、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂等のマトリックス樹脂中に導電性材料を混合した導電性樹脂等が挙げられる。
なお、各基板1、2および各電極3、4のうち、表示面側に配置される基板および電極(本実施形態では、第1の基板1および第1の電極3)は、それぞれ、光透過性を有するもの、すなわち、好ましくは実質的に透明(無色透明、有色透明または半透明)とされる。これにより、後述する電気泳動分散液10中における電気泳動粒子5の状態、すなわち、電気泳動表示装置20に表示された情報(画像)を目視により容易に認識することができる。
第1の電極3と第2の電極4との間には、複数のマイクロカプセル40が配設されるとともに、バインダ材41により固定されている。
このバインダ材41には、各電極3、4およびマイクロカプセル40(カプセル本体50)との親和性(密着性)に優れ、かつ、絶縁性に優れる樹脂材料が好適に使用される。
本発明のマイクロカプセル40は、電気泳動分散液10と、この電気泳動分散液10を封入(内包)するカプセル本体(カプセル殻体)50とを有している。
電気泳動粒子5の構成材料としては、種々のものを用いることができ、特に限定はされないが、顔料、樹脂、セラミックス、金属、金属酸化物またはこれらを含む混合物のうちの少なくとも1種を主とするものが好適に使用される。これらの材料を主材料とする電気泳動粒子5は、製造が容易である。
また、電気泳動粒子5には、前記材料のうちの任意の2種以上を用いて構成した複合粒子を用いることもできる。
また、複合粒子としては、例えば、顔料粒子の表面を樹脂で被覆したもの、樹脂粒子の表面を顔料で被覆したもの等が挙げられる。
このような電気泳動粒子5の分散媒6への分散は、例えば、ペイントシェーカー法、ボールミル法、メディアミル法、超音波分散法、攪拌分散法等のうちの1種または2種以上を組み合わせて行うことができる。
かかる分散媒6としては、例えば、ベンゼン、トルエン、o−キシレン、m−キシレン、p−キシレン、混合キシレン、エチルベンゼン、ヘキシルベンゼン、ドデシルベンゼン、フェニルキシリルエタンなどのベンゼン系炭化水素などの芳香族炭化水素類;n−ヘキサン、n−デカンなどのパラフィン系炭化水素、アイソパー(Isopar、エクソン化学社製)などのイソパラフィン系炭化水素、1−オクテン、1−デセンなどのオレフィン系炭化水素、シクロヘキサン、デカリンなどのナフテン系炭化水素などの脂肪族炭化水素類;ケロシン、石油エーテル、石油ベンジン、リグロイン、工業ガソリン、コールタールナフサ、石油ナフサ、ソルベントナフサなどの石油や石油由来の炭化水素混合物;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、1,1,2,2−テトラクロロエタン、トリクロロフルオロエタン、テトラブロモエタン、ジブロモテトラフルオロエタン、テトラフルオロジヨードエタン、1,2−ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、トリクロロフルオロエチレン、クロロブタン、クロロシクロヘキサン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、ブロモベンゼン、ヨードメタン、ジヨードメタン、ヨードホルムなどのハロゲン化炭化水素類;ジメチルシリコンオイル、メチルフェニルシリコンオイルなどのシリコンオイル類(有機シリコンオイル類);ハイドロフルオロエーテルなどのフッ素系溶剤(有機フッ素系溶剤);からなる群より選択される少なくとも1種が好適に用いられる。
また、前述した有機溶媒の中でも、沸点、および引火点が高く、毒性もほとんどないことから、ヘキシルベンゼン、ドデシルベンゼンなどの長鎖アルキルベンゼン、フェニルキシリルエタンなどが特に好ましく用いられる。
さらに、分散媒6には、必要に応じて、アントラキノン系染料、アゾ系染料、インジゴイド系染料、トリフェニルメタン系染料、ピラゾロン系染料、スチルベン系染料、ジフェニルメタン系染料、キサンテン系染料、アリザリン系染料、アクリジン系染料、キノンイミン系染料、チアゾール系染料、メチン系染料、ニトロ系染料、ニトロソ系染料等の各種染料を溶解するようにしてもよい。
マイクロカプセル40の大きさ(平均粒径)は、特に限定されないが、通常、10〜150μm程度であるのが好ましく、20〜100μm程度であるのがより好ましい。
なお、マイクロカプセル40の製造方法については、後に詳述する。
このようなマイクロカプセル40を備える電気泳動表示装置20では、第1の電極3および第2の電極4との間に電圧を印加すると、これらの間に生じる電界にしたがって、電気泳動粒子5は、いずれかの電極に向かって電気泳動する。
これとは逆に、第2の電極4を負電位とすると、図2(B)に示すように、電気泳動粒子5は、第2の電極4側に移動して、第2の電極4に集まる。このため、電気泳動表示装置20を上方(表示面側)から見ると、分散媒6の色が見えることになる。
なお、電気泳動粒子5の比重は、分散媒6の比重とほぼ等しくなるよう設定されているのが好ましい。これにより、電気泳動粒子5は、電極3、4間への電圧の印加を停止した後においても、分散液6中において一定の位置に長時間滞留することができる。すなわち、電気泳動表示装置20に表示された情報が長時間保持されることとなる。
以上のようなことから、カプセル本体50を有するマイクロカプセル40は、水分、酸素、紫外線等の環境因子に対する耐久性(耐候性)に優れたものとなる。その結果、電気泳動表示装置20の表示性能(例えば、発色性、コントラスト等)をより高い状態に長期間維持することができる。
(1)機械的強度および柔軟性が向上する、
(2)電気泳動分散液の漏出をより確実に防止する、
(3)電気泳動分散液の吸湿による劣化を防止する、
(4)電気泳動分散液の酸素および紫外線による劣化を抑制する、
の前記(1)〜(4)の全てを満足するマイクロカプセル40となる。
I.外面に負の電荷64を有する第1の膜51で電気泳動分散液10を内包した状態のものを、内面および外面に電荷64と反対の極性の極性基、すなわちカチオン性基を有する有機ポリマー60で構成された第2の膜52で被覆してなるカプセル本体50を有するもの、
III.外面に正の電荷64を有する第1の膜51で電気泳動分散液10を内包した状態のものを、内面および外面に電荷64と反対の極性の極性基、すなわちアニオン性基を有する有機ポリマー60で構成された第2の膜52で被覆してなるカプセル本体50を有するもの、
が挙げられる。
以下、上記I〜IVのマイクロカプセル40について、その製造過程で起こり得る分散液封入体の分散状態を挙げながら説明する。ただし、以下に挙げる分散状態は推定を含むものである。
具体的には、第1の膜51としては、例えば、アラビアゴムとゼラチンとの複合材料、ウレタン系樹脂、メラミン系樹脂、尿素樹脂、エポキシ樹脂、ポリアミド、ポリエーテルのような各種樹脂材料が挙げられ、これらから選択された1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの材料は、その表面に電荷を有しており、第1の膜51の電荷と第2の膜52の極性基との間に生じる静電引力により、第2の膜52をより強固に被着させることができる。
界面重合法では、ポリアミン、グリコール、多価フェノール等の親水性モノマーと、多塩基酸ハライド、多価イソシアナート等の疎水性モノマーとを組み合わせた材料を用いるのが好適である。これにより、ポリアミド、エポキシ樹脂、ポリウレタン、ポリ尿素等で構成された第1の膜51を有する分散液封入体を得ることができる。
架橋剤としては、例えば、ホルマリン、グリオキサールのようなアルデヒド化合物、尿素、チオ尿素のような尿素化合物、メラミン、メチロール化メラミンのようなメラミン化合物、多官能性エポキシ化合物、多官能性オキサゾリン化合物、水分散型イソシアナート化合物、エチレンジアミン、ポリエチレンイミンのような多価アミン化合物等が挙げられ、これらの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
第1の膜に電荷を付与する処理としては、第1の膜、例えば、カップリング剤、界面活性剤等の極性を有する化合物を吸着させる方法等が挙げられる。
次に、前記I〜IVの場合の第2の膜52について、それぞれ順次説明する。
図3(a)は、Iの場合のマイクロカプセル40の製造過程で起こり得る分散液封入体の分散状態を示す図である。
Iの場合、第1の膜51の外面に負の電荷64を有しており、この第1の膜51が、その外面の電荷64と反対の極性の極性基、すなわちカチオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61により覆われた状態となっている。
この状態は、負の電荷64を有する第1の膜51が、水性分散液に分散するとともに、カチオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61と共存している状態である。
そして、前述のように、この第2の膜52は、第1の膜51を被覆するように形成されるため、2層構造のカプセル本体50が作製される。
重合性界面活性剤61は、そのカチオン性基611が、負の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、別の重合性界面活性剤61’の疎水性基612’と重合性基613’とが向き合い、カチオン性基611’は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
このような分散状態の水性分散液に、例えば重合開始剤を添加する等して、重合性界面活性剤61、61’、61”の各重合性基613、613’、613”を重合させることによって、図4(b)に示すように、第1の膜51を有機ポリマー60’で構成された第2の膜52’で被覆してなる2層構造のカプセル本体50’が作製される。
図5(a)は、IIの場合のマイクロカプセル40の製造過程で起こり得る分散液封入体の分散状態を示す図である。
IIの場合、第1の膜51の外面に負の電荷64を有しており、この第1の膜51が、その外面の電荷64と反対の極性の極性基、すなわちカチオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61と、前記第1の膜51の電荷64と同一の極性の極性基、すなわちアニオン性基621と疎水性基622と重合性基623とを有する第2の重合性界面活性剤62とにより覆われた状態となっている。
重合性界面活性剤61は、そのカチオン性基611が、負の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、第2の重合性界面活性剤62の疎水性基622と重合性基623とが向き合い、アニオン性基621は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
そして、前述のように、この第2の膜52は、第1の膜51を被覆するように形成されるため、2層構造のカプセル本体50が作製される。
重合性界面活性剤61は、そのカチオン性基611が、負の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、第2の重合性界面活性剤62の疎水性基622と重合性基623とが向き合い、アニオン性基621は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
図7(a)は、IIIの場合のマイクロカプセル40の製造過程で起こり得る分散液封入体の分散状態を示す図である。
IIIの場合、第1の膜51の外面に正の電荷64を有しており、この第1の膜51が、その外面の電荷64と反対の極性の極性基、すなわちアニオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61により覆われた状態となっている。
重合性界面活性剤61は、そのアニオン性基611が、正の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、別の重合性界面活性剤61’の疎水性基612’と重合性基613’とが向き合い、アニオン性基611’は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
そして、前述のように、この第2の膜52’は、第1の膜51を被覆するように形成されるため、2層構造のカプセル本体50が作製される。
重合性界面活性剤61は、そのアニオン性基611が、正の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、別の重合性界面活性剤61’の疎水性基612’と重合性基613’とが向き合い、アニオン性基611’は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
このような分散状態の水性分散液に、例えば重合開始剤を添加する等して、重合性界面活性剤61、61’、61”の各重合性基613、613’、613”を重合させることによって、図4(b)に示すように、第1の膜51を有機ポリマー60’で構成された第2の膜52’で被覆してなる2層構造のカプセル本体50’が作製される。
図9(a)は、IVの場合のマイクロカプセル40の製造過程で起こり得る分散液封入体の分散状態を示す図である。
IVの場合、第1の膜51の外面に正の電荷64を有しており、この第1の膜51が、その外面の電荷64と反対の極性の極性基、すなわちアニオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61と、前記第1の膜51の電荷64と同一の極性の極性基、すなわちカチオン性基621と疎水性基622と重合性基623とを有する第2の重合性界面活性剤62とにより覆われた状態となっている。
重合性界面活性剤61は、そのアニオン性基611が、正の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、第2の重合性界面活性剤62の疎水性基622と重合性基623とが向き合い、カチオン性基621は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
そして、前述のように、この第2の膜52は、第1の膜51を被覆するように形成されるため、2層構造のカプセル本体50が作製される。
重合性界面活性剤61は、そのアニオン性基611が、正の電荷64を有する第1の膜51の外面に向かって配向し、イオン性の強い結合で吸着する。そして、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と重合性基613とに対しては、疎水性相互作用によって、第2の重合性界面活性剤62の疎水性基622と重合性基623とが向き合い、カチオン性基621は水性分散液の存在する方向、すなわち第1の膜51から離れる方向に向いている。
以下、本発明で使用可能なカチオン性およびアニオン性の重合性界面活性剤(以下、単に「重合性界面活性剤」と言う場合は、「第2の重合性界面活性剤」も含む)についてさらに詳細に説明する。
これらの中でも、カチオン性基としては、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基および第四級アンモニウムカチオン基からなる群より選択される1種であるのが好ましい。これらのカチオン性基は、後述するミセル様構造を比較的形成し易いものである。
カチオン性の重合性界面活性剤が有する重合性基およびとしては、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基が好ましい。これにより、前記重合性基は、より重合反応し易いものとなる。
以上に例示したカチオン性の重合性界面活性剤は、単独で、または2種以上の混合物として使用することができる。
アニオン性の重合性界面活性剤が有する疎水性基としては、前述のカチオン性の重合性界面活性剤が有する疎水性基と同様の疎水性基を用いることができる。
アニオン性の重合性界面活性剤が有する重合性基としては、前述のカチオン性の重合性界面活性剤が有する重合性基と同様の重合性基を用いることができる。
このようなアニオン性の重合性界面活性剤の具体的な例としては、一般式(31):
で表される化合物、または式(32):
で表される化合物が好ましい。
また、アニオン性の重合性界面活性剤が有するアニオン性基としては、例えば、一般式(33):
で表される化合物が好ましい。式(33)で表される好ましいアニオン性の重合性界面活性剤としては、以下の化合物を挙げることができる。
また、本発明に用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、下記の式(34)で表される化合物が好ましい。
また、アニオン性の重合性界面活性剤としては、下記の式(A)で表される化合物も好ましい。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(35)で表されるアルキルアリルスルホコハク酸エナトリウム塩を挙げることができる。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(36)で表されるメタクリロイルオキシポリオキシアルキレン硫酸エステルナトリウム塩を挙げることができる。下記式で、nは1〜20である。
また、本発明において用いるアニオン性の重合性界面活性剤としては、例えば、一般式(37)で表される化合物を用いることができる。
以上に例示したアニオン性の重合性界面活性剤は、単独で、または2種以上の混合物として使用することができる。
さらに、有機ポリマー60は、疎水性モノマーから誘導された繰り返し構造単位を有するのが好ましい。これにより、カプセル本体50の耐湿性が向上し、電気泳動分散液10が水分と接触して劣化するのを防止することができる。
このうち、疎水性基としては、脂肪族炭化水素基、脂環式炭化水素基および芳香族炭化水素基のうちの少なくとも1種を含むものを例示できる。有機ポリマー60がこれらの疎水性基を有する疎水性モノマーを含有することにより、その疎水性すなわち耐湿性の向上を図ることができる。
また、重合性基としては、ラジカル重合が可能な不飽和炭化水素基であって、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基およびビニレン基からなる群より選択される1種であるのが好ましい。これにより、前記重合性基は、より重合反応し易いものとなる。
また、有機ポリマー60は、架橋性モノマーから誘導された繰り返し構造単位および/または下記一般式(1)で表されるモノマーから誘導された繰り返し構造単位を有するのが好ましい。
一般式(1)において、R2が示す脂環式炭化水素基としては、例えば、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、イソボルニル基、ジシクロペンタニル基、ジシクロペンテニル基、アダマンタン基、テトラヒドロフラン基等が挙げられる。
上記一般式(1)で表されるモノマーの具体例としては、例えば、以下のものが挙げられる。
この親水性モノマーとしては、親水性基として水酸基、エチレンオキサイド基、アミド基、アミノ基を有するものが挙げられる。これらの親水性基は、第2の膜52の最外殻のカチオン性基と共に、第2の膜52の外面で水性分散液側に配向して存在すると考えられ、重合界面活性剤と同様の機能を有すると推測される。
なお、マイクロカプセル40の製造方法は、マイクロカプセル40の形態が上記I〜IVのいずれの場合においてもほぼ同様であるため、以下では、その一例としてIの場合を代表に説明する。
図11は、本発明のマイクロカプセルの製造方法を説明するための模式図である。
以下、各工程を順次説明する。
分散液封入体の形成方法(第1の膜51に電気泳動分散液10を封入する方法)としては、前述したような界面沈積法および/または界面反応法を用いることができる。
[2] 次に、図11(a)に示すように、分散液封入体を水性分散液90に加えるとともに、第1の膜51の外面の電荷64と反対の極性、すなわちカチオン性基611と疎水性基612と重合性基613とを有する重合性界面活性剤61を水性分散液90に加え、混合する(第1の工程)。
また、カチオン性の重合性界面活性剤61を加えた後、水性分散液90に、少なくとも前記カチオン性の重合性界面活性剤61と重合可能なコモノマー(前述した、疎水性モノマー、架橋性モノマーおよび上記一般式(1)で表されるモノマー)を加えてもよい。
ここで、カチオン性の重合性界面活性剤61’に代えて、第1の膜51の外面の電荷64と反対の極性の極性基を有する親水性モノマーを用いるようにしてもよく、重合性界面活性剤61’と親水性モノマーを任意の割合で混合した混合物を用いるようにしてもよい。
この工程で用いられる親水性モノマーとしては、前述のような各種のカチオン性の親水性モノマーを用いることができる。
ここで、重合反応前には、第1の膜51の外面が有する負の電荷64と重合性界面活性剤61のカチオン性基611とがイオン的に結合し、この重合性界面活性剤61の疎水性基612と、別の重合性界面活性剤61’の疎水性基612’とが向き合い、後者の重合性界面活性剤61’のカチオン性基611’が水性分散液90側に向いて配向してミセル様構造を形成している。この状態で重合反応を行うと第1の膜51の表面に前記の構造を維持した有機ポリマー60が形成される。すなわち、重合反応前での第1の膜51の周囲に存在する重合性界面活性剤61、61’の配置形態が極めて高度に制御される。そして、乳化重合反応によって、この高度に制御された形態のまま、重合性界面活性剤61、61’が有機ポリマー60に転化される。したがって、本発明のマイクロカプセル40は、極めて高精度に構造が制御されたものとなる。すなわち、重合性界面活性剤61、61’は、重合系内に、第1の膜51の外面が有する負の電荷64と重合性界面活性剤61のカチオン性基611とがイオン的に結合してから最外殻に重合性界面活性剤61’のカチオン性基611’が水性分散液90側に向いて配向したミセル様の構造を形成し、重合反応によって有機ポリマー60を形成することから、乳化重合前における第1の膜51の周囲に存在するモノマーの配置形態が重合後の第1の膜51付近の分極状態に影響を与え、よって極めて高精度で制御することができると言える。
重合開始剤としては、水溶性の重合開始剤が好ましく、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、2,2−アゾビス−(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、または4,4−アゾビス−(4−シアノ吉草酸)などが挙げられる。
ここで、上記で説明した水中での重合である乳化重合法によれば、カチオン性の重合性界面活性剤61、61’および各モノマーは次のような挙動を示すと推測される。
なお、重合開始剤は、重合性界面活性剤やコポリマーとは、別に水性分散液90に添加するようにしてもよい。
重合反応は、反応系内に添加された水溶性重合開始剤の開裂温度まで温度を上げることで重合開始剤を開裂させ、開始剤ラジカルを発生させる。この開始剤ラジカルが重合性界面活性剤の不飽和基やモノマーの不飽和基を攻撃することにより、重合反応が開始される。
なお、上記重合反応においては、上記重合性界面活性剤、疎水性モノマー、架橋性モノマー、上記一般式(1)で表される化合物、およびその他の公知の重合性モノマーは、それぞれ1種または2種以上を用いることができる。
以上の工程を経て、本発明のマイクロカプセル40が得られる。
次に、本発明の電気泳動表示装置の第2実施形態について説明する。
図12は、本発明の電気泳動表示装置の第2実施形態を示す縦断面図である。
以下、第2実施形態の電気泳動表示装置について説明するが、前記第1実施形態の電気泳動表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
なお、本実施形態では、電気泳動粒子5aとして、正に帯電しかつ白色のものを用い、電気泳動粒子5bとして、負に帯電しかつ黒色(有色)のものを用いる場合を一例として説明する。
これとは逆に、第2の電極4を負電位とすると、電気泳動粒子5aは、第2の電極4側に移動して、第2の電極4に集まり、一方、電気泳動粒子5bは、第1の電極3側に移動して、第1の電極3に集まる。
なお、図示の構成では、電気泳動粒子5aと電気泳動粒子5bとがほぼ同数で、分散媒6に分散されているが、これらの数は、目的に応じて設定するようにすればよい。
また、電気泳動粒子5aの平均粒径と電気泳動粒子5bの平均粒径とは、同一であっても、異なっていてもよい。
また、1つのマイクロカプセル40に、同一種類の電気泳動粒子を用い、マイクロカプセル40毎に、電気泳動粒子の種類を異ならせる構成とすることもできる。
このような第2実施形態の電気泳動表示装置20によっても、前記第1実施形態と同様の効果が得られる。
次に、本発明の電気泳動表示装置の第3実施形態について説明する。
図13は、本発明の電気泳動表示装置の第3実施形態を示す縦断面図である。
以下、第3実施形態の電気泳動表示装置について説明するが、前記第1実施形態の電気泳動表示装置との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
すなわち、第3実施形態では、第2の基板2に、第2の電極4よりサイズの大きい第1の電極3が、第2の電極4と重なるように設けられている。
なお、本実施形態では、電気泳動粒子5として、負に帯電しかつ黒色(有色)のものを用い、第2の基板2が白色のもの、第2の電極4が黒色(有色)である場合を一例として説明する。
これとは逆に、第2の電極4を負電位とすると、電気泳動粒子5は、第2の電極4から露出する第1の電極3側に移動して、当該部分に集まる。
したがって、図13に示すように、第2の電極4の極性の組み合わせにより、電気泳動表示装置20を上方(表示面側)から見ると、左側のマイクロカプセル40では、左側が電気泳動粒子5の色により黒色に、右側が第2の基板2の色により白色に、右側のマイクロカプセル40では、電気泳動粒子5の色および第2の電極4の色により、全体として黒色に、それぞれ見えることになる。
このような第3実施形態の電気泳動表示装置20によっても、前記第1実施形態と同様の効果が得られる。
以上のような電気泳動表示装置20は、各種電子機器に組み込むことができる。以下、電気泳動表示装置20を備える本発明の電子機器について説明する。
まず、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態について説明する。
図14は、本発明の電子機器を電子ペーパーに適用した場合の実施形態を示す斜視図である。
図14に示す電子ペーパー600は、紙と同様の質感および柔軟性を有するリライタブルシートで構成される本体601と、表示ユニット602とを備えている。
このような電子ペーパー600では、表示ユニット602が、前述したような電気泳動表示装置20で構成されている。
次に、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態について説明する。
図15は、本発明の電子機器をディスプレイに適用した場合の実施形態を示す図である。このうち、図15中(a)は断面図、(b)は平面図である。
図15に示すディスプレイ(表示装置)800は、本体部801と、この本体部801に対して着脱自在に設けられた電子ペーパー600とを備えている。なお、この電子ペーパー600は、前述したような構成、すなわち、図15に示す構成と同様のものである。
このようなディスプレイ800では、電子ペーパー600は、本体部801に着脱自在に設置されており、本体部801から取り外した状態で携帯して使用することもできる。
なお、本発明の電子機器は、以上のようなものへの適用に限定されず、例えば、テレビ、ビューファインダ型、モニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、電子新聞、ワードプロセッサ、パーソナルコンピュータ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネルを備えた機器等を挙げることができ、これらの各種電子機器の表示部に、本発明の電気泳動表示装置20を適用することが可能である。
以上、本発明の電気泳動表示装置および電子機器を、図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものでない。
また、本発明の電気泳動表示装置は、各前記実施形態から選択された任意の2以上の構成(特徴)を組み合わせたものであってもよい。
1.電気泳動表示装置の製造
(実施例1)
<1> まず、アントラキノンブルーを溶解したドデシルベンゼンに、10wt%となるように、平均粒径0.5μmの電気泳動粒子を分散させ、電気泳動分散液を調製する。なお、電気泳動粒子には、カップリング剤により表面改質したTiO2粒子を用いる。
次に、この流体に酢酸を滴下し、pHを4.0〜4.3に調整する。アラビアゴムとゼラチンは、等電点より低いpH側では正に帯電し、高いpH側では負に帯電するため、この酢酸の滴下により、ゼラチンが先に正に帯電する。pHが4.0〜4.3の範囲であると、アラビアゴムは負に帯電しているため、電荷の中和により、コアセルベートが生成する。
この後、流体にホルマリンを加えて、ゼラチンのアミノ基との架橋反応によりゼラチン壁を固定する。このコアセルベーション法により、アラビアゴムとゼラチンとの複合材料体(第1の膜51)に電気泳動分散液10を封入した分散液封入体を得る。得られた分散液封入体は、濾別して回収する。なお、分散液封入体(第1の膜)の外面には、アラビアゴムまたはゼラチンに含まれるOH基(−OH)、COOH基(−COOH)等が表面に現れる。
〔CH2=C(CH3)COO−CH2CH2−N(CH3)3〕+Cl− …(38)
ここで、この混合物中では、下記式(39)、(40)の反応が起きる。
−COOH +NH3+X+Cl− → −COO−X+ +NH4 +Cl− …(39)
−OH +NH3+ X+Cl− → −O−X+ +NH4 +Cl− …(40)
すなわち、水にアンモニアを加えると、分散液封入体の表面に存在するCOOH基およびOH基からH+を引き抜いて、アンモニウムイオンNH4 +を生成する。上記式(39)の−COO−(電荷64)とX+とがイオン対を形成し、NH4 +とCl−とがイオン対を形成する。また、上記式(40)の−O−(電荷64)とX+とがイオン対を形成し、NH4 +とCl−とがイオン対を形成する。なお、上記の式では、水H2Oは省略してある。図16に、これらのイオン対の構成を示す模式図を示す。
<5> 次に、この乳化液に、重合開始剤として過硫酸ナトリウム(Na2S2O8)と、重合促進剤としてTEMED(N,N,N’,N’−.テトラメチルエチレンジアミン)とを加えつつ撹拌して、分散液封入体(第1の膜51)の周囲を有機ポリマー(第2の膜)で被覆してなるマイクロカプセルを含む混合液を得る。
この混合液中では、過硫酸ナトリウムの−O−O−結合が切れてラジカルが発生し、TEMEDからHを引き抜く。Hの引き抜かれたTEMEDがラジカルとなり、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩のCH2=C(CH3)COO−(メタクリロイル基)の−C=CH2結合を攻撃する。これにより、メタクリロイル基の−C=CH2上に不対電子が生じ、近接するメタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライド塩のメタクリロイル基を攻撃して連鎖反応が生じる。その結果、有機ポリマー(第2の膜)が形成される。なお、このときの条件は、温度:70℃、撹拌時間:5時間、撹拌の回転速度:1300rpmとする。
<7> 次に、得られるマイクロカプセルを用いて、図1に示すような電気泳動表示装置を製造する。なお、各部の仕様は、以下の通りである。
・第1の基板、第2の基板
サイズ :縦50mm×横50mm×厚さ100μm
構成材料:ポリエチレン
・第1の電極、第2の電極
サイズ :縦40mm×横40mm×厚さ4μm
構成材料:ITO
・バインダ材
構成材料:ABS樹脂
前記工程<4>において、メタクリル酸ジメチルアミノエチルメチルクロライドに代えて、前記化学式(31a)で表されるアニオン性の重合性界面活性剤を用いる以外は、前記実施例1と同様にして、マイクロカプセルを得、電気泳動表示装置を製造する。
(実施例3)
前記工程<3>において、重合性界面活性剤および重合開始剤とともに、コモノマーとしてアクリル酸エチル(疎水性モノマー)を添加する以外は、前記実施例1と同様にして、マイクロカプセルを得、電気泳動表示装置を製造する。
前記工程<3>において、重合性界面活性剤および重合開始剤とともに、コモノマーとしてエチレングリコールジアクリレート(架橋性モノマー)およびイソボニルメタクリレート(前記一般式(1)で表されるモノマー)を添加する以外は、前記実施例1と同様にして、マイクロカプセルを得、電気泳動表示装置を製造する。
(比較例)
マイクロカプセルを、ゼラチンとアラビアガムとを用いたコアセルベーション法により得る以外は、前記実施例1と同様にして、電気泳動表示装置を製造する。
各実施例および比較例の電気泳動表示装置を、80℃、90%RHの環境に24時間放置する。
その結果、各実施例の電気泳動表示装置は、いずれも、耐湿性試験終了後においても製造直後とほぼ変わりなく動作する。
これに対して、比較例の電気泳動表示装置は、耐湿性試験終了後において動作不能となる。
Claims (11)
- 少なくとも1種の電気泳動粒子を含有する電気泳動分散液と、
該電気泳動分散液を内包し、外面に電荷を有する第1の膜と、該第1の膜を覆いかつ前記第1の膜の構成材料より疎水性の高い有機ポリマーで構成され、内面および外面の双方に電荷を有する第2の膜と、を備えるカプセル本体と、を有し、
前記第2の膜の内面の電荷は、前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性であることを特徴とするマイクロカプセル。 - 前記第2の膜は、少なくとも前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性の極性基と疎水性基と重合性基とを有する重合性界面活性剤から誘導された繰り返し構造単位を有する請求項1に記載のマイクロカプセル。
- 前記第1の膜の外面の電荷は、負の電荷であり、
前記重合性界面活性剤が有する前記極性基は、カチオン性基であり、
該カチオン性基は、第一級アミンカチオン基、第二級アミンカチオン基、第三級アミンカチオン基および第四級アンモニウムカチオン基からなる群より選択される1種である請求項2に記載のマイクロカプセル。 - 前記第1の膜の外面の電荷は、正の電荷であり、
前記重合性界面活性剤が有する前記極性基は、アニオン性基であり、
該アニオン性基は、スルホン酸アニオン基(−SO3 −)、スルフィン酸アニオン基(−RSO2 −:Rは炭素数1〜12のアルキル基またはフェニル基およびその変性体)およびカルボン酸アニオン基(−COO−)からなる群より選択される1種である請求項2に記載のマイクロカプセル。 - 前記重合性界面活性剤が有する前記疎水性基は、アルキル基およびアリール基のうちの少なくとも一方を含む請求項2ないし4のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- 前記重合性界面活性剤が有する前記重合性基は、ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基である請求項2ないし5のいずれかに記載のマイクロカプセル。
- 前記ラジカル重合可能な不飽和炭化水素基は、ビニル基、アリル基、アクリロイル基、メタクリロイル基、プロペニル基、ビニリデン基およびビニレン基からなる群より選択される1種である請求項6に記載のマイクロカプセル。
- 外面に電荷を有する第1の膜で、少なくとも1種の電気泳動粒子を含有する電気泳動分散液を内包した状態のものが分散された水性分散液に、前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性の極性基と疎水性基と重合性基とを有する重合性界面活性剤を加えて混合する第1の工程と、
前記水性分散液に、前記重合性界面活性剤および/または前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性の極性基を有する親水性モノマーを加えて乳化する第2の工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、前記第1の膜を覆う第2の膜を得る第3の工程とを有することを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。 - 外面に電荷を有する第1の膜で、少なくとも1種の電気泳動粒子を含有する電気泳動分散液を内包した状態のものが分散された水性分散液に、前記第1の膜の外面の電荷と反対の極性の極性基と疎水性基と重合性基とを有する重合性界面活性剤を加えて混合する第1の工程と、
前記水性分散液に、前記第1の膜の外面の電荷と同一の極性の極性基と疎水性基と重合性基とを有する第2の重合性界面活性剤および/または前記第1の膜の外面の電荷と同一の極性の極性基を有する親水性モノマーを加えて乳化する第2の工程と、
前記水性分散液に、重合開始剤を加えて重合反応を生じさせることにより、前記第1の膜を覆う第2の膜を得る第3の工程とを有することを特徴とするマイクロカプセルの製造方法。 - 第1の基板と、
該第1の基板に対向する第2の基板と、
前記第1の基板と前記第2の基板との間に設けられた請求項1ないし7のいずれかに記載のマイクロカプセルとを有することを特徴とする電気泳動表示装置。 - 請求項10に記載の電気泳動表示装置を備えることを特徴とする電子機器。
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