JP2005154705A - 放射線照射による電子トラップをもつ負荷電微粒子 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷電微粒子の電気泳動を利用した透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置において、二次凝集、沈澱及び前歴表示画像の消去等可能なシステムの構成に必要な負荷電微粒子の製作を実現する。
【解決手段】負荷電微粒子は、高分子微粒子材料に電子トラップをもつ樹脂を添加し、合成時に真球状超微粒子構造とし、１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射して、エレクトレット性負帯電の負荷電微粒子とする。また、５〜１０ｋＧｙのガンマ線を照射しζ電位を零とし、更に１０〜３００ｋＧｙの電子線照射を重畳すると−６０ｍＶ以上のζ電位をもつ負荷電微粒子を製作することができる。微粒子間のクーロン力により反発し、二次凝集、沈澱の防止、高速応答及び前歴表示画像の消去等を可能とする。
【選択図】 図２

Description

発明の詳細な説明

本発明は、石油系、シリコーン油系等透明絶縁性液体を媒体とし、電気泳動現象を用いた透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置等において、泳動粒子に関する。更に詳細には、スチレン系、プロピレン系、ポリミイド系、メタアクリル酸エステル系等の高分子微粒子材料に電子トラップ材料を添加、これをコア樹脂とし重合法により製作した真球状超微粒子に放射線を照射して、電子トラップにキャリア（電子）を捕獲し、エレクトレット性負電荷を帯電する、透過型電気泳動型表示装置用及び反射型電気泳動表示装置等用負荷電微粒子に関するものである。

一般に表示装置は、ブラウン管（ＣＲＴ）から出発し、蛍光表示管（ＶＦＤ），エレクトロ・ルミネッセンス（ＥＬ）表示装置、ライト・エミッタ・ダイオード（ＬＥＤ）表示装置、液晶表示装置（ＬＣＤ）、及びプラズマディスプレイ・パネル（ＰＤＰ）等が市販されている。しかし、市販の表示装置は、何れも発光色や透過光を用い、観るための表示装置（透過光型）で物質そのものの色を見るため、長時間凝視に耐えるものではない。
最近のＩＴ化の進展と共に、印刷物のような表示特性を有する、目に優しく、長時間凝視に耐える読むための表示装置（反射光型）の開発が盛んである。特に新聞の電子化技術の進歩は著しく、衛星による配信は、印刷、輸送・配送の一大改革と共に、紙消費の削減は森林資源・地球環境保全にも貢献が期待されている。また、電子書籍事業も実用化の時代が到来した。

このような要求を満たすため、表示装置には、大型で低価格、高精細性、省ネルギー性、高速応答性およびフルカラー性等多くの要求がある。このため粒子系、液晶系、リライタブル・マーキング系等多くの方式が開発されているが、大型化、高精細性には、真球状荷電微粒子による電気泳動現象を用いた表示方法が理想的な、読むための表示装置の最先端技術と考える。電気泳動表示装置も、マイクロカプセル中の粒子の厚み方向移動、透明絶縁性液体中の荷電微粒子の媒体面内方向移動によるもの等があるが、書籍の電子的表示や衛星配信による新聞表示のように３００ｄｐｉ以上の高精細性の要求には、真球状荷電微粒子を用いた透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置が最適である。

荷電微粒子を電界によって泳動させ表示または記憶装置に利用する考え方は、古くから提案され（太田：特許公報昭５０−１５１１５）たが、荷電微粒子の形状、帯電電位（ζ電位）の小さいこと、泳動粒子の二次凝集や沈澱、前歴表示画像の消去及び応答速度等多くの技術的問題があり実現できなかった。

本格的電気泳動表示法として、水平移動型電気泳動表示法及び装置の提案がある。（郷田：特開２００１−５６３７３号公報）しかし、透明絶縁性液体中に分散された荷電粒子の電気泳動を用い、クロストークの発生を押さえ単純マトリックス駆動が可能な表示装置であるが、画素毎に障壁を設けるため、大型の表示装置では、構成が複雑で、二次凝集、沈澱及び前歴表示画像の消去等の解決がなされてない。

発明が解決しようとする課題

有機材料の帯電機構は複雑で、電子写真の場合、有機微粒子材料の帯電列と電荷制御剤等により製作した、摩擦帯電による荷電微粒子（現像剤：トナー、粒径５〜２０μｍ）を用い、３００〜５００ｄｐｉの解像度をもつ。透過型電気泳動型表示装置及び反射型電気泳動表示装置等では、透明絶縁性液体中に荷電微粒子を分散、電界を印加し荷電粒子の電気泳動現象を利用して画像表示を行なう。
このため１〜１０μｍの真球状荷電微粒子が使用でき、極めて高精細の電気泳動画像表示装置が可能となり、将来衛星配信等により受信される電子新聞、ＣＤによる書籍等への透過型電気泳動型表示装置及び反射型電気泳動表示装置等への可能性が示唆される。しかし、透明絶縁性液体中の泳動粒子は、摩擦等による帯電は不可能で、物性的な強固な帯電電荷の保持が必要である。

透明絶縁性液体中での表示画像の応答性を確保するには、荷電微粒子の媒体中での電気泳動速度υを大きくする必要がある。一般に透明絶縁性液体中における泳動粒子の電気泳動速度υは、クーロン力と透明絶縁性液体の粘性抵抗の関連から次式で表される。
υ＝ｑＥ／６πｒθη
ここにｑは粒子の有効表面における荷電量、ｒは粒子の有効半径、θは泳動粒子の形状、表面状態に関する定数、ηは泳動粒子に作用する分散媒体の粘度、Ｅは泳動粒子に作用する電界強度である。このため、電気泳動表示装置に用いる泳動粒子は、先ず大きなζ電位をもつ荷電微粒子であること。形状は透明絶縁性液体中で規則的に高速移動し、高濃度の表示画像を得るため真球状超微粒子であること。更に二次凝集、沈澱及び前歴表示画像の消去等のために外力（例えば交流電界等）を加えるには、泳動粒子は半永久的に高い帯電電荷を保持すること等が重要である。このため基本的物性を変化して、エレクトレット性帯電をする手段が必要である。

課題を解決するための手段

請求項１の発明は、高分子微粒子材料を重合して製作した、粒径１〜１０μｍの真球状超微粒子のコア樹脂に、電子トラップとなる樹脂を添加、これに１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射し、電子トラップにキャリア（電子）を捕獲し、物性的に帯電機構を変化して、エレクトレット性負荷電微粒子を製作するものである。また、コア樹脂材料を所望の色彩に着色してモノクロ及びカラー用表示装置に用いる負荷電微粒子を製作するものである。

請求項２の発明は、高分子微粒子材料に電子トラップとなる弗素系樹脂を添加してコア樹脂とし、これを黒色、白色、マゼンタ色、イエロー色及びシアン色等に着色して、着色負荷電微粒子とするものである。電子トラップ樹脂材料に、透明な材料を選択すれば、色調には問題はない。

請求項３の発明は、電子トラップをもつ真球状超微粒子を、常温で電子線を１０〜３００ｋＧｙ照射し、１００〜１５０℃で数十分間熱処理を施して徐冷、−６０ｍＶのζ電位をもつエレクトレット性負荷電微粒子を製作する。

請求項４の発明は、電子トラップをもつ真球状超微粒子に１００〜１５０℃で電子線を１０〜３００ｋＧｙ照射し、室温まで徐冷すると、−８０ｍＶのζ電位をもつエレクトレット性負荷電微粒子を製作する。

請求項５の発明は、電子トラップをもつ真球状超微粒子に５〜１０ｋＧｙの放射線を照射し、真球状超微粒子のζ電位を０ｍＶ近傍とし、次に１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射し、更に１００〜１５０℃で数十分間熱処理を施して徐冷すると、−００ｍＶのζ電位をもつエレクトレット性負荷電微粒子が製作できる。重畳の効果は顕著である。

請求項６の発明は、電子トラップをもつ真球状超微粒子に５〜１０ｋＧｙの放射線を照射し、次に１００〜１５０℃で電子線を１０〜３００ｋＧｙ照射し、室温まで徐冷すると、−１５０ｍＶと高いζ電位をもつエレクトレット性負荷電微粒子が製作できる。重畳効果は極めて顕著である。

請求項７の発明は、この負荷電微粒子は石油系、シリコーン油系等の透明絶縁性液体中で、正の直流電界を印加した場合、高い負のζ電位と真球状超微粒子のため、透明絶縁性液体中で規則的に高速に移動し、高濃度、高画質の画像表示ができる、透過型電気泳動表示装置または反射型電気泳動表示装置用負荷電微粒子である。

請求項８の発明は、真球状超微粒子は−２０ｍＶ以上のζ電位を保持することにより絶縁性液体中でクーロン力によって、互いに反発し、二次凝集及び沈澱等の防止の役目をする。

請求項９の発明は、放射線を１０ｋＧｙ以上照射すると、有機微粒子材料のζ電位は放電されて、正負関係なく何れも零近傍に落ち着く。従ってこの性質を利用して、放射線の照射量により荷電微粒子のζ電位を所望の電位に自由に制御を行なうことができる。

請求項１０の発明は、負荷電微粒子は、透明絶縁性液体に分散して、電気泳動現象を利用した透過型電気泳動表示装置、反射型電気泳動表示装置等に使用できる。

請求項１１の発明は、負荷電微粒子は、正荷電微粒子、無電荷磁性微粒子、無電荷ナノ磁性微粒子等と混合して、電気泳動表示と磁気泳動表示とを同時に駆動させることができる。モノクロ・カラー表示の透過型電気・磁気泳動表示装置または反射型電気・磁気泳動表示装置に使用する負荷電微粒子が製作できる。

本発明者等は、電気泳動用微粒子材料を研究する中で、スチレン系、プロピレン系、ポリミイド系、メタアクリル酸エステル系等の高分子微粒子材料を重合した真球状超微粒子に、常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線の照射と１００〜１５０℃の熱処理を数十分施すと、−６０〜−７０ｍＶのエレクトレット性負荷電微粒子を生成することを発見した。また５〜１０ｋＧｙのガンマ線を照射し、１０〜３００ｋＧｙの電子線照射を加えると、更に高い−１００〜１４０ｍＶのエレクトレット性負電荷を帯電することを発見した。電子トラップに電子が捕獲される基本的物性によるもので、摩擦帯電と異なり信頼性が高く、交流電界印加等の外力により消滅するものではない。

以下、本発明に係わる放射線照射による負荷電微粒子の実施例を図面によって説明する。
図１は、負荷電微粒子の製作フローチャートである。高分子微粒子材料として、スチレン系、アクリル系、ポリミイド系、プロピレン系メタアクリル酸エステル等の樹脂に電子トラップ材料の弗素樹脂を添加し、黒色、白色，マゼンタ色，イエロ−色、シアン色等に着色して、溶液重合法、乳化重合法、懸濁重合法により粒径が１〜１０μｍの真球状超微粒子を製作した。
これに放射線照射及び熱処理を行い帯電する。
ｉ．常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射し、１００〜１５０℃で数十分間熱処理を行なう。
ｉｉ．１００〜１５０℃雰囲気中で、１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射、徐冷する。
ｉｉｉ．予め、^６０Ｃｏから放出されるガンマ線を、５〜１０ｋＧｙ照射、常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射後１００〜１５０℃で数十分熱処理行なう。
ｉｖ．予め^６０Ｃｏから放出されるガンマ線を、５〜１０ｋＧｙ照射、１００〜１５０℃雰囲気中で、１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射、徐冷する。
次に、粒径、粒径分布、ζ電位の測定、電気泳動特性及び表示特性等を観測し透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置用負荷電微粒子の評価を行なった。
荷電微粒子の測定は、レーザ法によりζ電位、粒径及び粒径分布等の測定を行なう。また横方向、縦方向の粒子の電気泳動及び表示特性を観測する。コア樹脂の着色により、黒色、白色、マゼンタ色、イエロ−色及びシアン色の負荷電微粒子を製作する。

図２は、試作した負荷電微粒子の断面の模式図である。最外郭のシェル樹脂１の内部にコア樹脂２としてアクリル系、ポリエステル系及びスチレン系ポリミイド系等の樹脂に電子トラップとして弗素樹脂を添加、これらを所望の色彩に着色し懸濁重合法により粒径１〜１０μｍの真球性超微粒子を製作した。
電子写真に用いられる現像剤（トナー）は、熱定着のため、軟化点が１６０℃以下の制限があるが、負荷電微粒子の場合は、軟化点の制約なく、広い範囲で高分子微粒子材料、電子トラリップ材料および着色法等の選択が可能である。

図３は、粒径５〜１０μｍの電子トラップを添加したスチレン系樹脂に、懸濁重合により真球状とした超微粒子に、電子線を照射した場合の電子線照射量とζ電位の関係である。
ｉ．○印の特性は、常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射、１３０℃でで２０分間熱処理を行い徐冷した場合の負荷電微粉粒子の特性である。電子線照射によるζ電位の飽和は、−７０ｍＶ近傍で起こる。
ｉｉ．◎印の特性は、予め、^６０Ｃｏから放出されるガンマ線を８ｋＧｙ照射、常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射、１３０℃で２０分間熱処理を行ない徐冷した場合の負荷電微粒子の特性である。電子線照射によるζ電位の飽和は−１００ｍＶ近傍で起こる。
ｉｉｉ．●印の特性は、予め、^６０Ｃｏから放出されるガンマ線を８ｋＧｙ照射、１２０℃の雰囲気中で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射、徐冷した場合の負荷電微粒子の特性である。−１４０ｍＶと高いζ電位の飽和値をもち重畳効果は顕著に認められる。
しかし、何れの場合も２５０ｋＧｙ以上の電子線照射は、却って電子トラップが崩壊しζ電位は急激に低下する。電子線照射量は１５０〜２５０ｋＧｙが最適である。

図４は、負荷電微粒子を粘度２．３ポアズのシリコン−油に分散し、厚さ２０μｍポリカーボネート樹脂膜で絶縁した、平行電極間の電気泳動特性を示したものである。電極間隔は、２００μｍ、 負荷電微粒子は、−２０ｍＶ、−６０ｍＶ、−１００ｍＶのζ電位をもつものである。−６０ｍＶのζ電位をもつ負荷電微粒子で＋１００Ｖ（電界強度２×１０^５Ｖ／ｍ）の電圧印加で５ｍｓｅｃの応答がえられる。−１００ｍＶのζ電位をもつ負荷電微粒子では、５０Ｖ（電界強度１×１０^５Ｖ／ｍ）の電圧印加で５ｍｓｅｃの応答がえられた。粘度の低い透明絶縁性液体を用いれば、更に応答性は改善される。

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術範囲内に包含することは云う迄もない。

発明の効果

請求項１によれば、高分子微粒子材料を懸濁重合、溶解懸濁、乳化凝集、及び分散重合など種々の重合法により製作した真球状超微粒子は、小粒径化が容易、粒径分布も狭く、形状も球形化が容易である。特に懸濁重合は、小粒径化、球形化に優れ、本件の負荷電微粒子の製作に最適の技術である。電子トラップとなる樹脂を添加し、これに１０〜２５０ｋＧｙの電子線を照射すると、高いζ電位をもつエレクトレット性負電荷を帯電した真球状超微粒子がえられ、所望の色彩に着色し、モノクロ及びカラー等透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置用負荷電微粒子が実現する。

請求項２によれば、電子トラップとなる樹脂は、弗素系樹脂で、真球状超微粒子の重合時にコア樹脂の高分子微粒子材料に微量添加し、これ等を黒色、白色、マゼンタ色，イエロ−色、シアン色等所望の色彩に着色して、モノクロ、カラー等透過型電気泳動表示装置及び反射型電気泳動表示装置用負荷電微粒子が実現する。

請求項３によれば、電子トラップをもつ真球状超微粒子に、常温で電子線を２００ｋＧｙ照射し、１００〜１５０℃で数十分間熱処理を施し徐冷すると、−７０ｍＶのζ電位のエレクトレット性帯電特性をもつ負荷電微粒子が製作できる。

請求項４によれば、電子トラップをもつ真球状超微粒子を、１００〜１５０℃の雰囲気中で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射すると、キャリア（電子）は、深い電子トラプ準位に捕獲され徐冷すると、−１００ｍＶのζ電位のエレクトット性帯電特性をもつ負荷電微粒子が実現する。

請求項５によれば、電子トラップをもつ真球状超微粒子に、予め８ｋＧｙの放射線を照射し、ζ電位を０ｍＶ近傍とし、常温で２００ｋＧｙの電子線を照射し１００〜１５０℃で数十分間熱処理を施し徐冷すると、−１４０ｍＶのζ電位のエレクトレット性帯電特性をもつ負荷電微粒子が実現する。

請求項６によれば、電子トラップをもつ真球状超微粒子に、予め８ｋＧｙの放射線を照射し、次に１５０℃で２００ｋＧｙの電子線を照射して、徐冷すると、−１４０ｍＶのζ電位のエレクトレット性帯電特性をもつ負荷電微粒子が実現する。

請求項７によれば、石油系、シリコーン油系の透明絶縁性液体に真球状の負荷電微粒子を分散し、正の直流電界を印加すると、真球状超微粒子のため規則的に移動し、泳動時間は短時間、応答性は数ｍｓｅｃ、表示画質は、高精細、高濃度、高画質が実現する。

請求項８によれば、負荷電微粒子は−２０ｍＶ以上のζ電位をもつと、負荷電微粒子同志がクーロン力により反発して、電気泳動表示装置の最大の欠点である、泳動粒子の二次凝集、沈澱の解決に奇与することができる。

請求項９によれば、放射線の照射量により、負荷電微粒子のζ電位は所望の電位に制御することができる。

請求項１０によれば、負荷電微粒子は、透明絶縁性溶液体に分散して電気泳動現象を利用して、透過型電気泳動表示装置、反射型電気泳動表示装置等の泳動粒子に使用でき、３００ｄｐｉ以上の高精細の電気泳動表示装置が実現できる。

請求項１１によれば、負荷電微粒子は、無電荷磁性微粒子、無電荷ナノ磁性微粒子等と混合して、電気泳動と磁気泳動とを同時に駆動させる、透過型電気・磁気泳動表示装置及び反射型電気・磁気泳動表示装置を実現する。

負荷電微粒子の製作フローチャートである。 負荷電微粒子の断面図である。 負荷電微粒子の電子線照射量とζ電位の関係である。 負荷電微粒子の透明絶縁性液体中での電界強度と応答時間の関係である。

符号の説明

１・・・・・シェル樹脂
２・・・・・コア樹脂

Claims (11)

1. 高分子微粒子材料を重合して製作した、粒径１〜１０μｍの真球状超微粒子のコア樹脂に、電子トラップとなる樹脂を添加し、これに１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射して、エレクトレット性負電荷を帯電した微粒子で、コア樹脂を所望の色彩に着色したことを特徴とする負荷電微粒子。
2. 前記電子トラップとなる樹脂は、弗素系の樹脂で、重合時に高分子微粒子材料に添加してコア樹脂を形成し、このコア樹脂を黒色、白色、マゼンタ色、イエロー色、シアン色等所望の色彩に着色したことを特徴とする請求項１に記載の負荷電微粒子。
3. 前記電子トラップをもつ真球状超微粒子に、電子線を照射する場合、常温で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射した後、１００〜１５０℃で数十分間加熱し、室温まで徐冷してエレクトレット性負電荷を帯電させることを特徴とする負荷電微粒子。
4. 前記電子トラップをもつ真球状超微粒子に、電子線を照射する場合、１００〜１５０℃で１０〜３００ｋＧｙの電子線を照射し、室温まで徐冷してエレクトレット性負電荷を帯電させることを特徴とする負荷電微粒子。
5. 前記電子トラップをもつ真球状超微粒子に、５〜１０ｋＧｙの放射線を照射し、更に常温で１０〜３００ ｋＧｙの電子線を照射した後、１００〜１５０℃で数十分間加熱し、室温まで徐冷してエレクトレット性負電荷を帯電させることを特徴とする負荷電微粒子。
6. 前記電子トラップをもつ真球状超微粒子に、５〜１０ｋＧｙの放射線を照射し、更に１００〜１５０℃の温度で１０〜３００ ｋＧｙの電子線を照射して、室温まで徐冷してエレクトレット性負電荷を帯電させることを特徴とする負荷電微粒子。
7. 前記負荷電微粒子は、真球状の超微粒子からなり、石油系、シリコーン油系等の透明絶縁性液体中で、正電界を印加した場合、短時間で厚み方向に規則的に高速電気泳動し、表示画像の高濃度化をすることを特徴とする請求項１乃至６に記載の負荷電微粒子。
8. 前記負荷電微粒子は、−２０ｍＶ以上のζ電位をもち、微粒子同士はクーロン力により反発して、二次凝集及び沈澱等を防止することを特徴とする請求項１乃至７に記載の負荷電微粒子。
9. 前記負荷電微粒子は、放射線の照射量によりζ電位値を自由に制御することを特徴とする請求項１乃至８に記載の負荷電微粒子。
10. 前記負荷電微粒子は、透明絶縁性溶液体に分散し、電気泳動現象を利用した透過型電気泳動表示装置、反射型電気泳動表示装置等に使用できることを特徴とする請求項１乃至９に記載の負荷電微粒子。
11. 前記負荷電微粒子は、正荷電微粒子、無電荷磁性微粒子、無電荷ナノ磁性微粒子等と混合して、電気泳動表示と磁気泳動表示とを同時に駆動法させることを特徴とする透過型電気・磁気泳動表示装置及び反射型電気・磁気泳動表示装置等に使用できることを特徴とする請求項１乃至９に記載の負荷電微粒子。

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