JP2002277906A

JP2002277906A - 電気泳動表示装置

Info

Publication number: JP2002277906A
Application number: JP2001081595A
Authority: JP
Inventors: Hironori Iwanaga; 寛規岩永; Masayuki Oguchi; 雅之小口; Hideyuki Nakao; 英之中尾
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-21
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2002-09-25
Anticipated expiration: 2021-03-21
Also published as: JP3819721B2; US20020135860A1; US6798470B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高コントラストで白表示時の反射率が大き
く、かつカラー表示が可能な電気泳動表示装置を提供す
ること。【解決手段】液晶を含む分散媒と、前記分散媒に分散
したチタニア等からなる電気泳動粒子とを含む電気泳動
表示素子であって、前記分散媒は、高二色性比を有する
二色性色素からなる第１の色素と、低二色性比を有する
二色性色素および／または等方性色素からなる第２の色
素とを含むことを特徴とする第１の色素と第２の色素を
互いに補色の関係とすることにより、一つのカプセルに
おいて白、黒、色表示を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気泳動表示装置
に係り、特に、液晶中に二色性色素を溶解させて電圧に
よりスイッチングを行うゲストーホスト効果と、分散媒
中に分散させた電気泳動微粒子の電気泳動現象とを利用
した、電気泳動表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、電気泳動表示装置に用いられる電
気泳動方式の電場感応性顔料（以下、電気泳動Ｅ−イン
クと呼ぶ）には、大きく分けて２つの形態がある。一つ
は、図７（ａ）に示すタイプ１のように、マイクロカプ
セル中に着色溶媒１２を収容し、この着色溶媒１２中に
帯電チタニア微粒子１１を分散させてなるものである。
この形態の電気泳動Ｅ−インクを用いると、チタニア微
粒子の白色と溶媒の色とのスイッチングを行うことによ
り、画像表示が可能である。

【０００３】他の形態は、図７（ｂ）に示すタイプ２の
ように、マイクロカプセル中に電荷の符号と色が異なる
帯電微粒子１１を透明溶媒２２中に分散させ、表面に現
われる微粒子を選択することでスイッチングを行うもの
である。

【０００４】これらを記載する文献として、以下のもの
が挙げられる。

【０００５】［１］．Ｂ．Ｃｏｍｉｓｋｅｙ，Ｊ．Ｄ．
ＡｌｂｅｒｔａｎｄＪ．Ｊａｃｏｂｓｏｎ，Ｄｉｇ
ｅｓｔｏｆＳＩＤ９７，ｐ７５。

【０００６】［２］．Ｐ．Ｄｒｚａｉｃ，Ｂ．Ｃｏｍｉ
ｓｋｅｙ，Ｊ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔ，Ｌ．Ｚｈａｎｇ，
Ａ．ＬｏｘｌｅｙａｎｄＲ．Ｆｅｅｎｅｙ，Ｄｉｇ
ｅｓｔｏｆＳＩＤ９９，ｐ１１３１。

【０００７】［３］．ＢａｒｒｅｔｔＣｏｍｉｓｋｅ
ｙ，Ｊ．Ｄ．Ａｌｂｅｒｔ，ＨｉｄｅｋａｚｕＹｏｓ
ｈｉｚａｗａａｎｄＪｏｓｅｐｈＪａｃｏｂｓｏ
ｎ，Ｎａｔｕｒｅ，３９４，ｐ２５３（１９９８）。

【０００８】これらの電気泳動Ｅ−インクを用いた表示
は、コントラストが大きいという利点を有するが、カラ
ー化が困難であるという問題がある。即ち、タイプ１の
Ｅ−インクの場合、チタニア微粒子１１の散乱による白
表示とインクの色表示の２種類のスイッチングを用いる
ものであり、カラー化のためにはカラーフィルターが必
要である。また、タイプ２のＥ−インクは、２種類の電
気泳動微粒子２１の色のスイッチングしか出来ないた
め、やはりカラーフィルターが必要となる。

【０００９】カラーフィルターによる電気泳動Ｅ−イン
クを用いた表示のカラー化を実現する方法を図８に示
す。例えば、レッドの表示を実現する場合、グリーン、
ブルーの画素は光吸収状態（ブラック表示）として、レ
ッドの画素のみが光反射状態となる。従って、反射光強
度は、カラーフィルター１３によって約３分の１、グリ
ーン、ブルーの画素が光吸収状態になることによって約
３分の１になり、光利用効率は、ほぼ１／９（1/3×1/3
=1/9）と低下してしまう。

【００１０】また、白表示を行う場合は、レッド、グリ
ーン、ブルーの画素ともに光反射状態であるが、カラー
フィルターによる光吸収のため、反射率は最大でも、入
射光強度の約1/3となる。

【００１１】従って、カラーフィルター方式のＥ-イン
クは、表示が暗くなることが予想される。カラーフィル
ターの光透過率は、表示色の色純度とトレードオフの関
係にあるため、光利用効率を向上させるべくカラーフィ
ルターの光透過率を向上させると、色再現範囲は小さく
なる。

【００１２】一方、微粒子自身をカラーに着色する手法
も提案されている。即ち、図９に示すように、電気泳動
微粒子３１を着色し、色領域をパターン印刷する方法で
ある。

【００１３】この方法によると、光利用効率が約1１／
９となるため、暗い色表示となる。また、ホワイト表示
はレッド、グリーン、ブルーの加法混色によって実現さ
れるが、光利用効率は約１／３である。

【００１４】更に、着色溶剤を用いてカラー化を実現す
る方法もある。即ち、電気泳動微粒子の分散溶媒をレッ
ド４１、グリーン４２、ブルー４３に着色する方法であ
る。電気泳動微粒子１１をチタニアとした場合、図１０
に示すように、例えばレッド表示では、レッドの画素は
光吸収状態となり、かつグリーン、ブルーの画素は光反
射状態となる。この場合、明るい色表示が得られるが、
鮮明ではない淡い色表示になる。ホワイト表示時の反射
率は大きいが、黒表示ではレッド、グリーン、ブルーの
加法混色状態であり、やはり高反射率になり、コントラ
ストは小さい。

【００１５】また、図１１に示すように、着色微粒子３
１と着色溶剤４１，４２，４３を用いてカラー化を実現
する方法、即ち、電気泳動微粒子、溶剤ともにカラーに
着色するパターンも考えられる。この場合、溶剤の色と
電気泳動微粒子の色を互いに補色の関係にすることによ
り、一つのカプセルで黒表示と色表示が得られる。図１
１はレッドの表示状態を示す。

【００１６】この方法によっても、やはり白表示の反射
率が低減し、また、黒表示の反射率が大きくなって、コ
ントラストが小さくなるという問題がある。

【００１７】この方式について説明すると、まず、カプ
セルを３種類用意し、パターン印刷する。即ち、「カプ
セル１、着色微粒子：レッド、溶媒：シアン」、「カプ
セル２、着色微粒子：グリーン、溶媒：マゼンタ」、
「カプセル３、着色微粒子：ブルー、溶媒：イエロー」
の３種類である。着色微粒子が観測者側に移動した場
合、該着色微粒子の色が表示される。一方、着色微粒子
が観測者と反対側に移動した場合、着色微粒子の色と溶
媒の色の減法混色によってブラックが表示される。

【００１８】例えば、レッドの色表示の場合には、図１
１の左側の画素はレッド表示となり、他の２種類の画素
はブラック表示となる。この方式による光利用効率は約
１／９であり、暗い色表示となる。

【００１９】ホワイト表示の場合は、３種類のカプセル
でそれぞれレッド、グリーン、ブルー表示を行い、これ
らの加法混色でホワイトを実現する。しかし、光利用効
率は約１／３であり、暗い表示となる。

【００２０】一方、補色の関係において、着色微粒子と
溶媒を入れ替えた場合、ホワイト表示時の光利用効率は
約２／３となり、明るい表示が得られるが、色表示はＹ
ＭＣの平置配列となり、色再現範囲が大きく制約され
る。

【００２１】電荷の符号が異なる２種類の電気泳動微粒
子を、透明溶媒に分散させることによりカラー化を実現
する方式もあり、これにはカラーフィルターを用いる場
合と、着色粒子を用いる場合とがある。

【００２２】まず、カラーフィルターを用いる方式につ
いて説明すると、図１２に示すように、レッド表示の場
合には、レッド表示時の光利用効率は約１／９と暗いも
のである。また、ホワイト表示時は、すべての画素が光
反射状態であるが、光利用効率は約１／３と暗い。

【００２３】電荷の符号が異なる２種類の着色電気泳動
微粒子を、透明溶媒２２に分散させる方式では、図１３
に示すように、（ブラック、レッド）の微粒子５１から
なるカプセル、（ブラック、グリーン）の微粒子５２か
らなるカプセル、（ブラック、ブルー）の微粒子５３か
らなるカプセルの３種類のカプセルによってパターンを
形成する。図１３はレッドの表示状態を示す。

【００２４】レッド表示時は、他の２種類の画素はブラ
ック表示となり、色表示時の光利用効率は約１／９であ
る。また、ホワイト表示時は、レッド、グリーン、ブル
ーの反射光の減法混色となり、光利用効率は約１／３と
なり、暗い表示である。

【００２５】上述のタイプ２のＥ-インクにおいて、
（ホワイト、レッド）の微粒子６１からなるカプセル、
（ホワイト、グリーン）の微粒子６２からなるカプセ
ル、（ホワイト、ブルー）の微粒子６３からなるカプセ
ルの３種類のカプセルによってパターンを形成させる。
レッドの表示状態を図１４に示す。

【００２６】図１４に示すように、レッド表示時は他の
２種類の画素はホワイト表示となり、色純度が小さい淡
い表示となる。ホワイト表示時は全画素光反射状態で明
るい表示が得られるが、ブラック表示時はレッド、グリ
ーン、ブルーの反射光の減法混色となり、コントラスト
が小さくなる。

【００２７】以上のように、マイクロカプセル型電気泳
動Ｅ-インクは、電気泳動微粒子と溶媒の色とのスイッ
チィング、または２種類の電気泳動微粒子間のスイッチ
ィングを行う表示方式であるが、色表示を実現するため
には、原理的にコントラストと反射率のいずれかを大き
く犠牲にする必要があり、明るく鮮明な色表示は得られ
ない。

【００２８】以上のことから、高いコントラストを維持
しつつカラー表示を実現するためには、一つのマイクロ
カプセルにおいて、白、黒、色の３種類の表示を実現す
ることが必須である。しかしながら現在、このような表
示を実現した電気泳動Ｅ−インクは見出されていないの
が現状である。

【００２９】また、上記の電気泳動方式は、明確な閾値
電圧を持たず、一つの色表示単位では階調がとれないこ
とが問題である。即ち、表示色数が少なく、表示が鮮明
ではない。

【００３０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な事情の下になされ、電気泳動方式の表示装置の高いコ
ントラストを維持しつつ、カラー表示を実現することを
可能とした電気泳動表示装置を提供する。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため、検討を重ねた結果、マイクロカプセル
内に液晶を収容し、その液晶中に高二色性比の第１の色
素と、低二色性比の二色性色素または等方性色素からな
る第２の色素を溶解させ、かつ微粒子を分散させること
により、鮮明なカラー表示を実現することができること
を見出し、本発明をなすに至った。これをカラーゲスト
−ホスト−電気泳動方式と呼ぶことにする。

【００３２】即ち、本発明は、分散媒と、前記分散媒に
分散した電気泳動粒子とを含む電気泳動表示素子であっ
て、前記分散媒は、第１の二色性色素からなる第１の色
素と、前記第１の二色性色素よりも低い二色性比を有す
る第２の二色性色素および／または等方性色素からなる
第２の色素とを含むことを特徴とする電気泳動表示装置
を提供する。

【００３３】なお、本発明において、第１の色素および
第２の色素は、１種類の色素に限らず、複数種の色素の
混合物を含む。

【００３４】本発明の電気泳動表示装置は、電気泳動粒
子と、液晶を含む分散媒とがマイクロカプセル内に収容
された構成で使用され得る。このようなマイクロカプセ
ルを用いてインクを生成し、このインクを、表面に透明
電極が形成された所定の基体に印刷することにより、画
像表示装置を構成することが出来る。或いは、用紙に印
刷して、電子ペーパーを作成することが出来る。

【００３５】本発明の電気泳動表示装置において、第１
の色素は、３以上の二色性比を有し、第２の色素は、
１．５以下の二色性比を有するものである子とが好まし
い。また、第１の色素と、第２の色素とは、互いに補色
関係にあることが好ましい。そうすることにより、両者
の減色混色により、低い反射率のブラックの表示が得ら
れ、それによって高いコントラストを得ることが出来
る。

【００３６】本発明の電気泳動表示装置では、第１の色
素がシアンであり、第２の色素がレッドである第１の電
気泳動表示部と、第１の色素がマゼンタであり、第２の
色素がグリーンである第２の電気泳動表示部と、第１の
色素がイエローであり、第２の色素がブルーである第３
の電気泳動部とからなるパターンを有する構成とするこ
とが出来る。

【００３７】第２の色素としては、染料であるか、また
は平均粒径０．２μ以下の顔料微粒子が考えられる。な
お、本発明の電気泳動表示装置に使用される第１の色素
および第２の色素は、単一の色素であっても、複数種類
の色素の混合物であってもよい。

【００３８】本発明の電気泳動表示装置は、直流電圧と
交流電圧の組み合わせ、または２種類以上の周波数の交
流電圧の印加または無印加によって、白、黒、色表示を
行うこと出来る。

【００３９】具体的には、例えば、図１５に示すような
方法でスイッチングを行うことが出来る。ホワイト・ブ
ラック・カラー・ホワイト・・・のスイッチングを行う
場合、まずＶ１の大きさの電圧を印加して微粒子を上部
に集積させ、続いて周波数が一定値以上で微粒子の位置
に影響を与えない交流電圧Ｖ２を印加して、（ａ）のホ
ワイト表示を行う。次に、逆方向にＶ１を印加して微粒
子を下部に集積させた後、電圧無印加状態にすると、
（ｅ）のにブラック状態になる。ここに上記交流電圧Ｖ
２を印加すると、（ｃ）のカラー状態になる。更にＶ１
を印加して微粒子を上部に集積させ、その後Ｖ２を印加
することによって、（ａ）のホワイト表示に戻る。

【００４０】電気泳動微粒子は、０．２μｍ以下の平均
粒径を有することが望ましい。また、電気泳動微粒子
は、粒子長軸方向の長さが短軸方向の長さの1.1倍以上
であるか、または微粒子を上部から見た場合の占有面積
の向きによる差が1.1倍以上である形状を有することが
望ましい。更に、電気泳動微粒子は、流線型状、平板
状、円盤状、楕円板状またはこれらの２つ以上の特徴を
併せ持つ形状を有するものとすることが出来る。

【００４１】これらの形状に異方性がある微粒子は、ポ
リマー、金属、金属薄膜に覆われたポリマー等が考えら
れる。ポリマーと金属薄膜に覆われたポリマー微粒子
は、以下のような方法で作成することができる。まず、
ポリマーＡとポリマーＢからなるミクロ相分離膜を作成
する。次に、膜全体を延伸させる。ポリマーＡが微粒子
となるべきドロップレット状で、ポリマーＢが媒体状で
ある場合、ポリマーＡを溶解せずにポリマーＢを溶解す
る溶媒中に当該膜を浸漬することにより、ポリマーＡか
らなる異方性微粒子を得ることが出来る。

【００４２】また、通常の方法でポリマーＡからなる球
形微粒子を作成し、加熱しながら圧力をかけることによ
り、平板状微粒子を得ることが出来、転がすことによっ
て流線形場状の微粒子を得ることが出来る。更には、造
粒中に強磁場などの外力を加えることによっても異方性
微粒子を作成することが可能である。

【００４３】以上のように構成される本発明に係る電気
泳動表示装置では、一つの画素内で白、黒、色表示の３
種類の状態を実現することが可能であり、電気泳動方式
の高反射率、高コントラストを維持しつつ、カラー表示
を実現することが出来る。

【００４４】更に、本発明に係る電気泳動表示装置は、
ゲスト−ホスト効果を活用した階調を実現することが出
来る。また、以下のようにしても、階調表示が可能であ
る。

【００４５】図１６は、３種類のレッド表示を示したも
のである。即ち、一つの画素でレッドを表示し、他の画
素はホワイトかブラックのいずれかを選択することによ
って明るさと色純度が異なる３種類のレッド表示を得る
ことが出来る。また、この階調とゲスト−ホスト効果の
階調とを組合せることにより、幅広い範囲で細かい階調
を実現することが可能である。

【００４６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００４７】図１は、本発明の一実施形態に係る電気泳
動表示素子を示す模式図である。図１において、ゲスト
−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料１は、液晶分子
２を含む分散媒中に、高二色性比の二色性色素からなる
第１の色素３、低二色性比の二色性色素または等方性色
素からなる第２の色素４、および電気泳動微粒子５を分
散させてなるものである。このような分散体は、皮膜６
内に収容されて、マイクロカプセルを構成している。

【００４８】このようなゲスト−ホスト−電気泳動方式
電場感応性顔料１において、電気泳動微粒子５としてチ
タニアを用いた場合について、白、黒、色表示の状態を
図２を参照して、図７に示す従来のＥ−インクとの比較
で説明する。

【００４９】図２（ａ）に示すように、ゲスト−ホスト
−電気泳動方式電場感応性顔料１に対して、直流電圧が
印加されると、チタニア微粒子５がマイクロカプセルの
上部に集積する。このとき、チタニア微粒子５の反射に
よって白色が実現される。色素３は電場方向に配列し、
消色状態となるため、白色表示時の反射率は、図７
（ａ）のタイプ１に示す従来のＥ−インクよりも高いも
のと予想される。

【００５０】図２（ｂ）に示すように、ゲスト−ホスト
−電気泳動方式電場感応性顔料１に対して、一定値以上
の周波数の交流電圧が印加されると、チタニア微粒子５
は位置を変えず、分散媒２中に分散した状態（これを初
期状態とすると）を維持するが、色素３は電場方向に配
列し、消色状態となる。このため、色素４の色表示が実
現される。

【００５１】また、図２（ｃ）に示すように、最初に逆
方向の直流電圧が印加されると、チタニア微粒子５は下
部に集積し、その後に一定値以上の交流電圧を印加する
と、チタニア微粒子５は下部に集積したままで、色素３
は電場方向に配列し、色素４の色表示が実現される。そ
の場合、観察者側にはチタニア微粒子５がないため、チ
タニア微粒子５による光散乱が抑制され、それによって
着色時の吸光度を向上させることができる。

【００５２】図２（ｄ）に示すように、電圧無印加状態
では、チタニア微粒子５は分散媒２中に分散した状態
（これを初期状態とすると）を維持するが、色素３は水
平に配列し、色素３と色素４の減法混色によりブラック
表示が実現される。

【００５３】また、図２（ｅ）に示すように、最初に逆
方向の直流電圧が印加されると、チタニア微粒子５は下
部に集積し、その後に電圧無印加状態とすると、チタニ
ア微粒子５は下部に集積したままで、色素３は水平に配
列し、色素３と色素４の減法混色によりブラック表示が
実現される。この場合、観察者側にはチタニア微粒子５
がないため、チタニア微粒子５による光散乱が抑制さ
れ、それによって着色時の吸光度を向上させることがで
きる。

【００５４】以上の説明では、直流電圧と交流電圧を複
合させて白、黒、色表示のスイッチングを行っている
が、周波数が異なる複数の交流電圧を用いてスイッチン
グを行うことも可能である。即ち、二色性色素の方向は
直流、交流に関わらず電圧制御が可能であるが、電気泳
動微粒子の位置制御は周波数の影響を受ける。即ち、あ
る一定範囲以下の周波数の時にその位置が制御され、そ
の値を超える交流電圧には応答しなくなる。この現象を
利用することにより、白、黒、色表示のスイッチングを
行うことが可能である。

【００５５】本発明の実施形態に係るゲスト−ホスト−
電気泳動方式は、例えば、インクＡによりホワイト・レ
ッド・ブラックの色変化、インクＢによりホワイト・グ
リーン・ブラックの色変化、インクＣによるホワイト・
ブルー・ブラックの色変化を設定することができる。こ
れら３種類のインクをカラーフィルターのようにΔ配列
に印刷すると、図３に示すように、紙のようなディスプ
レイを実現することが出来る。

【００５６】本実施形態において、分散媒２として用い
られる液晶物質としては、フッ素系液晶、シアノ系液
晶、エステル系液晶などが挙げられる。

【００５７】用いられる液晶化合物は、いずれも誘電異
方性が正のものであるが、誘電異方性が負の公知の液晶
も誘電異方性が正の液晶と混合して、全体として誘電異
方性が正の液晶としして用いることができる。また、誘
電異方性が負の液晶でも、適当な素子構成および駆動方
式を用いれば、使用が可能である。

【００５８】本発明に用いる第１および第２の色素を構
成する二色性色素または等方性色素は、堅牢性に優れた
アントラキノン類色素であることがより望ましい。色素
の堅牢性が低い場合、チタニア微粒子の界面で化学反応
が起こり、分子構造が変化して機能しなくなることがあ
る。

【００５９】二色性色素または等方性色素の液晶物質に
対する割合は、好ましくは０．０１重量％以上、１０重
量％以下、より好ましくは０．１重量％以上、５重量％
以下である。色素の割合が低過ぎる場合、コントラスト
を十分に向上させることが困難である。色素の割合がが
高すぎる場合、やはり色が濃く付きすぎるため、コント
ラストが低下し易い（ホワイト表示時の反射率劣化によ
る）。

【００６０】第１の色素と第２の色素の二色性比の差
は、大きいほうが好ましい。大きければ大きいほど、高
いコントラストを得ることが出来る。両者の二色性比の
差は、好ましくは８以上であるのが好ましい。第２の色
素は、平均粒径０．２μ以下の顔料微粒子を含むことが
望ましい。その理由は、次の通りである。

【００６１】即ち、荷電粒子の粒径は、微粒子の移動速
度、コントラストの点からは小さい方がよい。微粒子の
平均粒径が０．２μｍを越えると、移動速度が遅くな
り、応答速度が小さくなる。また、ホワイト表示時に微
粒子間の隙間に着色分散媒が入り込み、反射率の低下を
招く。更に、大きな微粒子は、液晶の配列を乱し易い傾
向がある。これらの観点からは荷電粒子は小さい方がよ
いことになるが、小さい程凝集力が大きくなり、沈降と
いう問題を生ずる。沈降防止のため、微粒子表面をポリ
マー等で被覆する方法がある。従って、凝集、沈降を防
止する技術を駆使し、これが起こらない限界まで小さい
荷電微粒子を用いることが望ましい。

【００６２】また、本実施形態で用いるマイクロカプセ
ルの作成方法としては、膜乳化法、相分離法、液中乾燥
法、界面重合法、ｉｎｓｉｔｕ重合法、液中硬化皮膜
法、噴霧乾燥法などの、従来行われているマイクロカプ
セル化法を挙げることが出来る。

【００６３】マイクロカプセル皮膜の材質としては、例
えば、ポリエチレン類、塩素化ポリエチレン類、エチレ
ン−酢酸ビニル共重合体、エチレン・アクリル酸、無水
マレイン酸共重合体、などのエチレン共重合体；ポリブ
タジエン類、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポ
リエステル類；ポリプロピレン類；ポリイソブチレン
類；ポリ塩化ビニル類；天然ゴム類；ポリ塩化ビニリデ
ン類；ポリ酢酸ビニル類；ポリビニルアルコール類；ポ
リビニルアセタール類；ポリビニルブチラール類；四フ
ッ化エチレン樹脂；三フッ化エチレン樹脂；フッ化エチ
レン・プロピレン樹脂、フッ化ビニリデン樹脂、フッ化
ビニル樹脂、四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキ
シエチレン共重合体、四フッ化エチレン・パーフルオロ
アルキルビニルエーテル共重合体、四フッ化エチレン・
六フッ化プロピレン共重合体、四フッ化エチレン・エチ
レン共重合体などの四フッ化エチレン共重合体、含フッ
素ポリベンゾオキサゾールなどのフッ素樹脂類；アクリ
ル樹脂類；メタクリル樹脂類；フマル酸樹脂類；マレイ
ン酸樹脂類；ポリアクリロニトリル；アクリロニトリル
・ブタジエン・スチレン共重合体などのアクリロニトリ
ル共重合体；ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリ
ル共重合体、アセタール樹脂、ナイロン６６などのポリ
アミド類；ポリカーボネート類；ポリエステルカーボネ
ート類；セルロース樹脂類；フェノール樹脂類；ユリア
樹脂類；エポキシ樹脂類；不飽和ポリエステル樹脂類；
アルキド樹脂類；メラミン樹脂類；ポリウレタン類；ジ
アリールフタレート類；ポリフェニレンオキサイド類；
ポリフェニレンスルフィド類；ポリスルフォン類；ポリ
フェニルサルフォン類；シリコーン樹脂類；ポリイミド
類；ビスマレイミドトリアジン樹脂類；ポリイミドアミ
ド類；ポリエーテルイミド類；ポリビニルカルバゾール
類；ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン；セルロース
類など、ほとんどすべての高分子の材質を用いることが
できる。

【００６４】本発明の電気泳動表示装置では、ゲスト−
ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料を適当なバインダ
ー樹脂中に分散させてインク化しても良い。しかし、バ
インダー樹脂が多いと、スイッチングを行う分量が減る
ため、バインダー樹脂量は液晶に対して５０重量％以下
であるのが好ましい。

【００６５】使用可能なバインダー樹脂としては、ポリ
エチレン類；塩素化ポリエチレン頻；エチレン・酢酸ビ
ニル共重合体、エチレン・アクリル酸・無水マレイン酸
共重合体等のエチレン共重合体；ポリブタジエン頻；ポ
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル類；ポ
リプロピレン類；ポリイソブチレン類；ポリ塩化ビニル
類；ポリ塩化ビニリデン類；ポリ酢酸ビニル類；ポリビ
ニルアルコール頻；ポリビニルアセタール類；ポリビニ
ルブチラール類；四フッ化エチレン樹脂類；三フッ化塩
化エチレン樹脂類；フッ化エチレン・プロピレン樹脂
類；フッ化ビニリデン樹脂類；フッ化ビニル樹脂類；四
フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重
合体、四フッ化エチレン・パーフルオロアルキルビニル
エーテル共重合体、四フッ化エチレン・六フッ化プロピ
レン共重合体、四フッ化エチレン・エチレン共重合体等
の四フッ化エチレン共重合体；合フッ素ポリベンゾオキ
サゾール等のフッ素樹脂頻；アクリル樹脂類；ポリメタ
クリル酸メチル等のメタクリル樹脂類；ポリアクリロニ
トリル類；アクリロニトリル・ブタジエン・ステレン共
重合体等のアクリロニトノル共重合体；ポリスチレン
類；ハロゲン化ポリスチレン薪；ステレン・メタクリル
酸共重合体、スチレン・アクリロニトリル共重合体等の
スチレン共重合体；ポリスチレンスルホン酸ナトリウ
ム、ポリアクリル酸ナトリウム等のイオン性ポリマー；
アセタール樹脂顆；ナイロン６６等のポリアミド類；ゼ
ラチン；アラビアゴム；ポリカーボネート類；ポリエス
テルカーボネート類；セルロース系樹脂類；フェノール
樹脂類；ユリア樹脂類；エポキシ樹脂類；不飽和ポリエ
ステル樹脂類；アルキド樹脂類；メラミン樹脂類；ポリ
ウレタン類；ジアリールフタレート樹脂類；ポリフェニ
レンオキサイド類；ポリフェニレンスルフィド頻；ポリ
スルフォン類；ポリフェニルサルフォン類；シリコーン
樹脂類；ポリイミド類；ビスマレイミドトリアジン樹脂
類；ポリイミドアミド類；ポリエーテルスルフォン類；
ポリメチルペンテン類；ポリエーテルエーテルケトン
類；ポリエーテルイミド類；ポリビニルカルバゾール
類；ノルボルネン系非晶質ポリオレフィン類等の熱可塑
性樹脂を用いることができる。

【００６６】これらのバインダー樹脂は、水溶性であれ
ば水に溶解してゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応
性顔料を分散したり、またバインダー樹脂が非水溶性で
あればエマルジョンにして水に分散させてゲスト−ホス
ト−電気泳動方式電場感応性顔料と混合してインクとす
ることができる。

【００６７】溶媒として液晶を用いることは、チタニア
微粒子の分散性向上に大きく寄与するので好ましい。通
常の溶媒を用いる場合、チタニア微粒子の凝集、沈降を
防ぐため、比重が大きい溶媒を用いることが望ましい。
このため、テトラクロロエチレン等のクロル系溶媒が用
いられている。しかし、この溶媒は環境に対する影響力
が大きく、かつ揮発するため、取り扱いが困難である。
一方、溶媒として液晶を用いた場合、まず環境にやさし
くかつ揮発しないという利点がある。さらに粘性が大き
いため微粒子の凝集、沈降を防止することが出来る。か
つ、電圧印加時（電気泳動時）には液晶分子の向きが揃
うため、該方向の粒子の移動度が大きくなるという利点
がある。

【００６８】電気泳動微粒子としては、チタニアに限ら
ず、シリカ、アルミナ等を用いることも可能である。ま
た、ポリマー微粒子や、ポリマー微粒子上に金属がコー
トされたものでもよい。微粒子の粒径は、上述のよう
に、０．２μｍ以下の平均粒径を有することが望まし
く、１０μｍを越えると、移動度が低減する。

【００６９】微粒子の形状は、真球ではなく、その形状
に異方性があることが、移動度と白表示時の反射率の点
でより望ましい。即ち、上述したように、微粒子は、粒
子長軸方向の長さが短軸方向の長さの1.1倍以上である
か、または微粒子を上部から見た場合の占有面積の向き
による差が1.1倍以上である形状を有することが望まし
い。このような異方性を有する微粒子により、速い移動
度と、高い白表示時の反射率を売ることが出来る。

【００７０】そのような異方性を有する微粒子の形状の
例を図４に示す。図４において、（ａ）、（ｂ）は平板
状の例、（ｃ）は楕円板状の例、（ｄ）円盤状の例、
（ｅ）は流線型状の例をそれぞれ示す。

【００７１】図５に、異方性微粒子（平板状微粒子）５
を用いた場合の、電圧の印加、無印加による微粒子の挙
動を示す。（ａ）、（ｃ）は断面図、（ｂ）、（ｄ）は
それらの上面部を示す。

【００７２】直流電圧が印加されると、図５（ａ）、
（ｂ）に示すように、異方性微粒子５は液晶中を移動す
るが、その際、抵抗が小さくなるように分子軸方向に配
列する。このため、移動度が大きくなり、そのため応答
速度が大きくなり、また駆動電圧が低下する。

【００７３】一方、荷電微粒子が集積した電圧無印加状
態（ホワイト表示時）では、図５（ｃ）、（ｄ）に示す
ように、異方性微粒子５は基板面に対して垂直に配列す
る。この状態では、微粒子５が沈降する方向の抵抗が大
きいため、微粒子が沈降せず、メモリー性が長時間保持
される。また、微粒子の凝集も起こらないため、高い反
射率を得ることが出来る。

【００７４】なお、微粒子５が異方性であることによる
効果は、通常の溶媒中では粘度が大きい溶媒中ほど高
く、また、通常の溶媒より粘度に異方性がある液晶中の
方が、その効果が顕著である。

【００７５】マイクロカプセルの形状は、通常球形であ
るが、図６に示すように、多角柱状の形状とすることも
可能である。このような多角柱状の形状のマイクロカプ
セルによると、直流電圧印加による荷電微粒子の集積に
際し、隙間なく微粒子が敷き詰められるので、反射率が
より高くなるという利点がある。

【００７６】また、多角柱状の形状のマイクロカプセル
によると、特に、ホワイト→カラー、ホワイト→ブラッ
クの応答速度が、数十ミリ秒と、動画に対応できる応答
速度を得ることが出来る。

【００７７】

【実施例】以下、本発明の種々の実施例について説明す
る。

【００７８】（実施例１）カラーＧＨ−電気泳動方式電
場感応性顔料を以下のように調製した。即ち、正の誘電
異方性を有するネマチック液晶であるＺＬＩ−１８４０
（商品名：メルク社製）７０重量部に、下記式（１）に
示す分子構造を有するイエローの二色性色素２重量部、
ブルーのアントラキノン類色素（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐｅｒ
ｓｅＢｌｕｅ９１）２重量部を溶解させた。

【００７９】この液晶溶液に、親水性のメチルメタクリ
レートモノマー１０重量部、疎水性のイソブチルメタク
リレート５重量部、架橋剤としてエチレングリコールジ
メタクリレートを１重量部、ベンゾイルパーオキサイド
１重量部、および平均粒径０．１μｍのチタニア微粒子
を９重量部を混合して、溶解または分散させ、ポリビニ
ルアルコール３重量部、および純水３００重量部と共に
ホモジナイザーで乳化した後、上記液晶組成物を８５℃
で重合した。

【００８０】１時間重合を行った後、生成物を１μｍの
フィルターで濾過し、３回純水で洗浄して、透明高分子
被膜で包含された平均粒径１０μｍの電場感応性顔料
（マイクロカプセル）を得た。なお、攪拌速度を調整す
ることにより、粒径を制御した。このようにして得たマ
イクロカプセルをアクリル樹脂に分散し、アクリル樹
脂：マイクロカプセル＝１：１０とした、インキを調製
した。

【００８１】このインキをＩＴＯ付きガラス基板にスク
リーン印刷で塗布し、乾燥させ、ＩＴＯ付対向基板を真
空圧着させて、セルを作成した。このセルに１０Ｖの直
流電圧を１００ｍｓ間印加し、チタニア微粒子を観測面
に集めた後に、５Ｖ，１００Ｈｚの交流電圧を印加した
ところ、反射率６０％の白表示が得られた。次に、逆方
向に１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ間印加し、次いで５
Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、ブルー表
示になった。更に、電圧無印加状態にしたところ、反射
率３％のブラック表示が得られた。

【００８２】

【化１】

【００８３】（実施例２）二色性色素として下記式
（２）に示す分子構造のマゼンタ色素を用い、等方性色
素としてシアン染料（Ｃ．Ｉ．ＤｉｓｐｅｒｓｅＢｌ
ｕｅ９９）１重量部、イエロー染料（Ｃ．Ｉ．Ｄｉｓｐ
ｅｒｓｅＹｅｌｌｏｗ６４）１重量部を用いる他は実
施例１と全く同様にしてセルを作成した。

【００８４】このセルに１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ
間印加し、チタニア微粒子を観測面に集めた後に、５
Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、反射率６
０％の白表示が得られた。次に、逆方向に１０Ｖの直流
電圧を印加した後、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加
したところ、グリーン表示になった。更に、電圧無印加
状態にしたところ、反射率４％のブラック表示が得られ
た。

【００８５】

【化２】

【００８６】（実施例３）二色性色素として二色性色素
材料ＬＳＢ３１８（商品名：三菱化学社製、シアン色
素）を２重量部用い、等方性色素としてレッド染料
（Ｃ．Ｉ．ＤｉｓｐｅｒｓｅＲｅｄ５６）２重量部を
用いた他は、実施例１と全く同様にして、セルを作成し
た。

【００８７】このセルに１０Ｖの直流電圧を１００ｍｓ
間印加し、チタニア微粒子を観測面に集めた後に、５
Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加したところ、反射率６
０％の白表示が得られた。次に、逆方向に１０Ｖの直流
電圧を印加した後、５Ｖ、１００Ｈｚの交流電圧を印加
したところ、レッド表示になった。更に、電圧無印加状
態にしたところ、反射率３％のブラック表示が得られ
た。

【００８８】（実施例４）実施例１、２、３の電場感応
性顔料を、図４に示すようなΔ配列にパターン印刷
した。実施例１、２、３と同様の駆動方法により駆動さ
せたところ、白表示時の反射率６０％、黒表示時の反射
率３．３％が得られた。また、各色表示においては３段
階の階調を得た。即ち、３種類の画素において、（レッ
ド、ブラック、ブラック）（レッド、ブラック、ホワイ
ト）（レッド、ホワイト、ホワイト）の階調である。

【００８９】（比較例１）実施例１、２、３に用いた各
色の等方性染料のみをそれぞれ液晶に溶解させ、チタニ
ア微粒子を分散させて実施例１と同様にしてレッド、グ
リーン、ブルーの３種類の電場感応性顔料を作成した。
これら電場感応性顔料を用い、実施例４のようにΔ配列
させたセルを作成した。実施例１、２、３と同様の駆動
方法により駆動させたところ、白表示時の反射率は６０
％であったが、黒表示時の反射率が２０％であり、黒表
示を明確に出すことは出来なかった。

【００９０】（比較例２）実施例１、２、３の各色の等
方性染料をいっしょに液晶に溶解させてブラックの着色
液晶を作成し、比較例１と同様にしてセルを作成した。
このセルの観測者側にＲＧＢΔ配列のカラーフィルター
を密着させた。実施例１、２、３と同様の駆動方法によ
り駆動させたところ、黒表示時の反射率は４％と良好で
あったが、白表示反射率は２０％と小さく、表示が暗く
なった。これはカラーフィルターを設置することによる
光利用効率低減の影響である。

【００９１】（実施例５）表面にアルミナを蒸着させた
ＭＭＡ微粒子（図４（ａ）に示す形状）を荷電微粒子に
用いる他は、実施例４と全く同様にしてＲＧＢΔ配列に
パターン印刷した。実施例１、２、３と同様の駆動方法
により駆動させたところ、ホワイト表示時の反射率は７
０％と大きく、黒表示の反射率は３％であった。また応
答速度（ホワイト→カラー、ホワイト→ブラック）は６
０ミリ秒であった。

【００９２】モノクロ画像の場合には、１０００時間放
置後もコントラストが変化することなく画像が維持され
た。なお、実施例４の応答速度は１００ミリ秒である。
本実施例の場合のほうが応答速度がより速いが、これは
本実施例の場合、上部に集積された荷電微粒子の向きの
変化のみでホワイト表示から変化するからである。

【００９３】また、実施例４のモノクロ画像のメモリー
性は３００時間が限度である。本実施例のメモリー性が
１０００時間も維持されるのは、実施例４より荷電微粒
子の沈降速度がはるかに小さいからである。

【００９４】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よると、一つの画素内で白、黒、色表示の３種類の状態
を実現することが可能であり、電気泳動方式の高反射
率、高コントラストを維持しつつ、カラー表示を実現す
ることが出来る。

【００９５】本発明の電気泳動表示装置は、大型の宣伝
広告用ディスプレイのみならず、ペーパライクディスプ
レイに適用することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電
気泳動方式を模式的に示す図。

【図２】本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電
気泳動方式を用いた各表示状態の説明図。

【図３】本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−電
気泳動方式を用いた表示装置の説明図。

【図４】本発明の電気泳動表示装置に用いる異方性電気
泳動微粒子の様々な形状の例を示す図。

【図５】異方性電気泳動微粒子を用いたゲスト−ホスト
−電気泳動方式の、微粒子の挙動を示す図。

【図６】断面多角形のマイクロカプセルを示す図。

【図７】従来の電気泳動Ｅ−インクを模式的に示す図。

【図８】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態の
説明図。

【図９】従来のを用いた表示状態の説明図。

【図１０】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態
の説明図。

【図１１】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態
の説明図。

【図１２】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態
の説明図。

【図１３】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態
の説明図。

【図１４】従来の電気泳動Ｅ−インクを用いた表示状態
の説明図。

【図１５】本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−
電気泳動方式における白、黒、色表示のスイッチングを
示す図。

【図１６】本発明の一実施形態に係るゲスト−ホスト−
電気泳動方式において、明るさと色純度が異なる３種類
のレッド表示を示す図。

【符号の説明】

１…ゲスト−ホスト−電気泳動方式電場感応性顔料２…液晶分子３…第１の色素４…第２の色素５…電気泳動粒子１１，２１…電気泳動Ｅ−インク１２…着色分散媒１３…カラーフィルター２２…透明分散媒３１，５１…着色電気泳動粒子４１，４２，４３…着色分散媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中尾英之神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地株式会社東芝研究開発センター内Ｆターム(参考） 2H088 EA01 HA12 JA06 MA02 MA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】分散媒と、前記分散媒に分散した電気泳動
粒子とを含む電気泳動表示素子であって、前記分散媒
は、第１の二色性色素からなる第１の色素と、前記第１
の二色性色素よりも低い二色性比を有する第２の二色性
色素および／または等方性色素からなる第２の色素とを
含むことを特徴とする電気泳動表示装置。
【請求項２】前記第１の色素は、３以上の二色性比を有
し、前記第２の色素は、１．５以下の二色性比を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
【請求項３】前記分散媒は液晶を含み、電気泳動粒子と
前記分散媒とがマイクロカプセル内に収容されてなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の電気泳動表示装置。
【請求項４】前記第１の色素と、前記第２の色素とは、
互いに補色関係にあることを特徴とする請求項１に記載
の電気泳動表示装置。
【請求項５】前記第１の色素がシアンであり、前記第２
の色素がレッドである第１の電気泳動表示部と、前記第
１の色素がマゼンタであり、前記第２の色素がグリーン
である第２の電気泳動表示部と、前記第１の色素がイエ
ローであり、前記第２の色素がブルーである第３の電気
泳動部とからなるパターンを有することを特徴とする請
求項１に記載の電気泳動表示装置。
【請求項６】前記第２の色素は、平均粒径０．２μｍ以
下の顔料微粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載
の電気泳動表示装置。
【請求項７】直流電圧と交流電圧の組み合わせ、または
２種類以上の周波数の交流電圧の印加または無印加によ
って、白、黒、色表示を行うことを特徴とする請求項１
に記載の電気泳動表示装置。
【請求項８】前記電気泳動微粒子は、０．４μｍ以下の
平均粒径を有することを特徴とする請求項１に記載の電
気泳動表示装置。
【請求項９】前記電気泳動微粒子は、粒子長軸方向の長
さが短軸方向の長さの1.1倍以上であるか、または微粒
子を上部から見た場合の占有面積の向きによる差が1.1
倍以上である形状を有することを特徴とする請求項１に
記載の電気泳動表示装置。
【請求項１０】前記電気泳動微粒子が、流線型状、平板
状、円盤状、楕円板状またはこれらの２つ以上の特徴を
併せ持つ形状を有することを特徴とする請求項１に記載
の電気泳動表示装置。