JP2003248247A - 画像表示装置 - Google Patents

画像表示装置

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JP2003248247A
JP2003248247A JP2002311125A JP2002311125A JP2003248247A JP 2003248247 A JP2003248247 A JP 2003248247A JP 2002311125 A JP2002311125 A JP 2002311125A JP 2002311125 A JP2002311125 A JP 2002311125A JP 2003248247 A JP2003248247 A JP 2003248247A
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JP
Japan
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image display
display device
particles
resin
substrate
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Application number
JP2002311125A
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English (en)
Inventor
So Kitano
北野  創
Norio Nihei
則夫 二瓶
Kazuya Murata
和也 村田
Manabu Yakushiji
薬師寺  学
Mitsuharu Takagi
光治 高木
Takahiro Kawagoe
隆博 川越
Yoshitomo Masuda
善友 増田
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Bridgestone Corp
Original Assignee
Bridgestone Corp
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Publication date
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  • Electrochromic Elements, Electrophoresis, Or Variable Reflection Or Absorption Elements (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、静電気を利用して粒子の移動により画
像を表示する画像表示装置においては、画像の繰り返し
表示時あるいは保存時の安定性向上と駆動電圧低減を両
立させることはできなかった。 【解決手段】 少なくとも一方が透明な対向する基板間
に粒子を封入し、この基板間に電界を発生させて粒子を
移動させ画像を表示する静電気を利用した画像表示装置
において、少なくとも一方の基板の粒子が接触する面が
フッ素樹脂を含む樹脂でコーティングされているように
構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、静電気を利用した
粒子の移動に伴い画像を繰り返し表示、消去することの
できる画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、液晶(LCD)表示装置に代
わる表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミ
ック方式、サーマル方式、2色粒子回転方式などの技術
を用いた画像表示装置が提案されている。
【0003】これらの狙いは、LCDに比べて、通常の
印刷物に近い広い視野角か得られる、消費電力が小さ
い、メモリー機能を有している等のメリットから、これ
らは次世代の安価な画像表示装置として考えられ、携帯
端末機器の表示用あるいは電子ペーパー等への展開が期
待されている。
【0004】特に最近では、分散粒子と着色溶液からな
る分散液をマイクロカプセル化し、これを対向する基板
間に配置する電気泳動方式が提案され(例えば、非特許
文献1参照)、期待が寄せられている。
【0005】
【非特許文献1】趙 国来、外3名、”新しいトナーデ
ィスプレイデバイス(I)”、1999年7月21日、
日本画像学会年次大会(通算83回)”Japan Hardcop
y'99 ”、p.249-252
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電気泳
動方式は、低比重の溶液中に酸化チタンなど高比重の粒
子を分散させているために、沈降し易く、分散状態の安
定性維持が難しく、また、色をつけるために溶液に染料
等を添加しているため長期保存に難があり、画像を繰り
返し表示するのに安定牲に欠けるという問題を抱えてい
る。また、マイクロカプセル化にしても、セルサイズを
マイクロカプセルレベルにし、見かけ上、上述した欠点
が現れにくいようにしているだけであって、本質的な問
題は何ら解決されていない。
【0007】一方、溶液中での粒子の挙動を利用した電
気泳動方式に対し、溶液を全く使わない方式も提案され
ている。例えば、気体中での粒子の挙動を利用した方式
もある。この方式では、溶液を全く用いないために、電
気泳動方式で問題となっていた粒子の沈降、凝集等の問
題は解決される。しかしながら、駆動電圧が大幅に上昇
してしまい、電気泳動方式が数十V程度で粒子を移動可
能であったのに対し、数百V以上でないと粒子を移動さ
せることができないという新たな問題を生じる。
【0008】本発明の目的は、上記実情に鑑み、対向す
る基板と粒子からなり、安価で、かつ、安定性向上と駆
動電圧低減の両立を達成した画像表示装置を提供するこ
とにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、対向する基板
の一方にある種の樹脂をコーティングした基板を用いる
ことにより、安価で、かつ、安定性向上と駆動電圧低減
の両立を達成し得ることに着目した。
【0010】すなわち、本発明画像表示装置は、少なく
とも一方が透明である2枚の対向する基板間に粒子を封
入し、この基板間に電界を発生させて前記粒子を移動さ
せることにより画像を表示する画像表示装置において、
少なくとも一方の基板の粒子が接触する面がフッ素樹脂
を含む樹脂でコーティングされていることを特徴とする
ものである。
【0011】また、本発明画像表示装置は、前記フッ素
樹脂が、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキ
ルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−
ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロアルキルビニ
ルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン−エチレ
ン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロ
トリフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポリテトラ
フルオロエチレン、ポリフルオライド、およびポリビニ
ルフルオライドから選ばれる1種または2種以上のフッ素
樹脂であることを特徴とするものである。
【0012】また、本発明画像表示装置は、基板にコー
ティングする樹脂が、該樹脂表面と1mmの間隔をもっ
て配置されたコロナ放電器に8KVの電圧を印加してコ
ロナ放電を発生させて表面を帯電させた場合に、0.3
秒後における表面電位の最大値が300Vより大きいこ
とを特徴とするものである。
【0013】また、本発明画像表示装置は、画像表示装
置内の空隙が、25°Cにおける相対湿度が60%RH
以下の気体で満たされていることを特徴とするものであ
る。
【0014】また、本発明画像表示装置は、前記粒子の
粒子径分布Spanが5未満である画像表示装置におい
て、前記粒子径分布Spanが、 Span=(d(0.9)−d(0.1))/d(0.
5) ここでd(0.5)は、粒子の50%がこれより大き
く、粒子の50%がこれより小さいという粒子径をμm
で表した数値、d(0.1)は、これ以下の粒子の比率
が10%である粒子径をμmで表した数値、またd
(0.9)は、これ以下の粒子が90%である粒子径を
μmで表した数値の式によって表されることを特徴とす
るものである。
【0015】また、本発明画像表示装置は、前記コーテ
ィングする樹脂に関し、 溶剤不溶率(%)=(B/A)×100 ここでAは、樹脂の溶剤浸漬前の重量 Bは、25°Cの溶剤中に樹脂を24時間浸漬後の重量
の式によって表される樹脂の溶剤不溶率が50%以上で
あることを特徴とするものである。
【0016】また、本発明画像表示装置は、画像表示装
置が複数の表示セルからなっていることを特教とするも
のである。
【0017】また、本発明画像表示装置は、前記複数の
表示セルを形成するにあたっては、隔壁がスクリーン印
刷法、サンドブラスト法、感光体ペースト法、およびア
ディティブ法のいずれかで形成されていることを特徴と
するものである。
【0018】また、本発明画像表示装置は、前記隔壁が
片リブ構造であることを特徴とするものである。
【0019】
【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、発明の
実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。ここで
は、静電気を利用した画像表示装置の動作原理について
簡単に述べるとともに、従来の乾式の静電気を利用した
画像表示装置で問題となっていた安価にできないこと、
および安定性と駆動電圧低減の両立を達成できなかった
ことの理由について説明する。
【0020】静電気を利用した表示は、対向する基板間
に粒子を封入して何らかの手段で基板表面に電荷を付与
することにより、正に帯電した基板部位に向かっては負
に帯電した粒子がクーロン力により引き寄せられ、ま
た、負に帯電した基板部位に向かっては正に帯電した粒
子がクーロン力により引き寄せられ、それら粒子が対向
する基板間を往復移動することにより、画像表示がなさ
れる。
【0021】従って、粒子は画像の繰り返し表示時ある
いは保存時の安定性を維持できるように移動し、かつ、
表示のためには、低電圧で駆動できるように画像表示装
置を設計する必要がある。
【0022】ところが、実際には、画像の繰り返し表示
時あるいは保存時の安定性を実現しようとすると、それ
を阻害する主要因である溶液を全く用いないで粒子と基
板を基本構成要素とする、いわゆる乾式タイプの静電表
示を選択し、逆に、駆動電圧の低減化を実現しようとす
ると、溶液中での電気泳動を利用して粒子が泳動するに
十分な溶液を基本構成要素とする、いわゆる湿式タイプ
の静電表示を選択せざるを得なかった。すなわち、保存
時の安定性向上と駆動電圧の低減化とは二律背反し、両
立は困難であった。
【0023】これに対し、本発明らは鋭意検討を重ね、
実験を繰り返した結果、対向する基板の少なくとも一方
にある種の樹脂をコーティングした基板を用いることに
より、画像の繰り返し表示時あるいは保存時の安定性向
上化と、駆動電圧の低減化とを再現性よく両立できるこ
とを見出した。
【0024】上記において、コーティングに使用する樹
脂は、フッ素樹脂が好ましく、本発明画像表示装置は、
少なくとも一方の基板の粒子が接触する面がフッ素樹脂
を含む樹脂でコーティングされていることを特徴として
いる。
【0025】一般に、静電気を利用した画像表示装置に
は、2種類以上の色の異なる粒子を基板と垂直方向に移
動させることによって表示を行う方式(図1参照)と、
1種類の色の粒子を基板と平行方向に移動させることに
よって表示を行う方式(図2参照)とがあるが、安定牲
の面からは前者の方式が好ましい。
【0026】図1,2において、符号1,2は対向する
基板を、符号3は粒子(図1では、基板間に色の異なる
2種類の粒子が封入されている)、および符号4は電極
をそれぞれ示している。また、図1,2で、矢印を挟ん
での左右は、左右で異なった表示がなされていることを
示している。なお、以下の図面においても、同一部位に
ついては同一の符号を付して示すものとする。
【0027】図3は、画像表示装置の隔壁を設けた場合
の構造例を横断面図で示している。本例は、画像表示装
置は対向する基板1,2と粒子3のほか、必要に応じ設
けられた隔壁5とにより形成されている。まず、基板に
ついて説明する。基板1,2の少なくとも一方は画像表
示装置の外側から粒子の色を確認できるよう透明基板と
し、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料を用い
るのが好適である。また、可とう性の有無は、用途によ
り適宜選択され、例えば、電子ペーパー等の用途には可
とう性のある材料が、携帯電話、PDA、ノートパソコ
ン等携帯機器の表示の用途には可とう性のない材料が好
適である。
【0028】材料を例示すると、ポリエチレンテレフタ
レート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリ
カーボネートなどのポリマーシートや、ガラス、石英な
どの無機シートが挙げられる。
【0029】基板の厚みは、2μm〜5,000μm、
好ましくは5μm〜1,000μmが好適であり、薄す
ぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにくくなり、
厚すぎると、表示機能としてめ鮮明さ、コントラストの
低下か発生し、特に、電子ペーパーの用途に対してはフ
レキシビリティー性に欠ける。
【0030】次に、画像表示の方法について説明する。
まず、電極を設けない場合の画像表示方法は、基板外部
表面に静電潜像を与え、その静電潜像に応じて発生する
電界にて、所定の特性に帯電した色のついた粒子を基板
に引き寄せあるいは反発させることにより、静電潜像に
対応して配列した粒子を透明な基板を通して装置外側か
ら視認する方法である。上記静電潜像の形成は、電子写
真感光体を用い通常の電子写真システムで行われる静電
潜像を画像表示装置の基板上に転写形成するか、あるい
は、イオンフローにより静電潜像を直接形成する等の方
法で行うことができる。
【0031】これに対し、電極を設ける場合の画像表示
方法は、電極部位への外部電圧入力により、基板上の各
電極位置に生じた電界により、所定の特性に帯電した色
のついた粒子を基板に引き寄せあるいは反発させること
により、静電潜像に対応して配列した粒子を透明な基板
を通して装置外側から視認する方法である。
【0032】電極は、透明かつパターン形成が可能であ
る導電性材料で形成され、例示すると、酸化インジウ
ム、アルミニウムなどの金属類、あるいはポリアニリ
ン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子
類か挙げられ、真空蒸着、塗布などの形成手法を採用す
ることができる。なお、電極の厚みは、導電性が確保で
き、かつ光透過性に支障がなければよく、3nm〜1,
000nm、好ましくは5nm〜400nmが好適であ
る。なお、この場合の電極部位への外部電圧入力には、
直流あるいは交流を重畳してもよい。
【0033】以下、本発明を説明する。本発明にとって
肝要なことは、少なくとも一方の基板において、粒子が
接触する面をフッ素樹脂を含む樹脂でコーティングする
ことである。ここで、フッ素樹脂を例示すると、テトラ
フルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテ
ル共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロ
プロピレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重
合体、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、ポ
リクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエ
チレン−エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレ
ン、ポリフルオライド、およびポリビニルフルオライド
から選ばれる1種または2種以上のフッ素樹脂が挙げられ
る。
【0034】基板をコーティングする樹脂は、必要に応
じて、上記フッ素樹脂に加えて、他の樹脂をブレンドし
てもよいが、少なくとも、上記フッ素材脂の割合を60
wt%以上、好ましくは80wt%以上とすることが適
当である。
【0035】さらに、基板をコーティングする樹脂につ
いては、電荷減衰の遅い、具体的には、次ぎの測定結果
に合致する樹脂を選択することか好ましい。すなわち、
コーティングする樹脂を厚み5μm〜100μmの範囲
のフィルム状にして、そのフィルム表面から1mmの間
隔をもって配置されたコロナ放電器に8KVの電圧を印
加してコロナ放電を発生させて表面を帯電させ、その表
面電位の変化を測定し判定する。この場合、0.3秒後
における表面電位の最大値が300Vより大きく、好ま
しくは400Vより大きくなる樹脂をコートする樹脂と
して選択することが肝要である。
【0036】上記において、表面電位の測定は、例え
ば、特許第22,003号の明細書および図面に開示さ
れている装置(QEA社製CRT2000)を用いて行
うことかできる。図4は、同装置の概略を示している。
図4に示す装置は、コーティング樹脂を表面に配置した
ロール形状の部材6をそのシャフト部分7でチャック8
にて保持し、一方、小型のコロトロン放電器9と表面電
位計10とを所定間隔離して設置した計測ユニット11
を部材6の表面から1mmの間隔をおいて対向配置する
ように構成されている。
【0037】測定にあたっては、部材6を静止した状態
のまま、レール12に沿って計測ユニット11を部材6
の一端から他瑞まで一定速度で移動させることにより、
部材6の表面を帯電させながらその表面電位を測定す
る。なお、このときの測定環境は温度25±3°C、湿
度55±5%とする。
【0038】コーティングする樹脂層の厚みは、0.0
1μm〜100μm、好ましくは0.1μm〜30μm
が好適である。また、コーティングの方法は、印刷方
式、ディッピング方式、静電塗装方式、あるいはスパッ
タ方式などが挙げられるが、これらに限定されるもので
はない。また、コーティングする樹脂に関して、下記関
係式 溶剤不溶率(%)=(B/A)×100 (ただし、Aは樹脂の溶剤浸漬前の重量を示し、Bは2
5°Cの溶剤中に樹脂を24時間浸漬後の重量を示す)
で表される樹脂の溶剤不溶率を50%以上、特に70%
以上とすることか好ましい。
【0039】この溶剤不溶率が50%未満では、長期保
存時に基板表面にプリードが発生し、粒子との付着力に
影響を及ぼし粒子の移動の妨げとなり、画像表示の耐久
性に支障をきたす場合がある。なお、溶剤不溶率測定用
の溶剤としては、樹脂によって異なるものを使用する
が、下記の樹脂に対しては、それぞれ括弧内に示すもの
を使用するのが好ましい。すなわち、フッ素樹脂(メチ
ルエチルケトン等)、ポリアミド樹脂(メタノール
等)、アクリルウレタン樹脂(メチルエチルケトン、ト
ルエン等)、メラミン樹脂(アセトン、イソプロパノー
ル等)、およびシリコーン樹脂(トルエン等)である。
【0040】次に、本発明では、必要に応じて、対向す
る基板をつなぐ隔壁を形成し、画像表示装置を複数の表
示セルから形成してもよい。隔壁の形状および大きさ
は、表示にかかわる粒子のサイズにより適宜最適に設定
され、一概には限定されないが、隔壁の幅は10μm〜
1,000μm、好ましくは30μm〜500μmに、
また、隔壁の高さは10μm〜5,000μm、好まし
くは10μm〜500μmに調整される。
【0041】隔壁5を形成するには、対向する両基板
1,2(符号は、次に説明する図5(a),(b)参
照)の各々にリブを形成した後に接合する両リブ法、片
側の基坂にのみリブを形成する片リブ法が考えられる
が、本発明では、接合時のずれを防止する狙いから、片
リブ法による隔壁形成が好ましい。図5(a),(b)
は、片リブ法による隔壁形成を、横断面図、およびX−
X′切断平面図で2つの例について示している。ここ
で、図5(a)は断面が矩形状の隔壁で、また図5
(b)は断面が三角形状の隔壁である。画像表示装置の
表示側基板に接している隔壁面積は、できるだけ小さく
した方が画像表示の鮮明さが増すという点で優れ、図5
(b)の方がこの理由から好ましい。また、隔壁で囲ま
れたセルの平面形状は、上述例のような正方形に限ら
ず、円形や三角形など任意の形状にすることができる。
【0042】ここで、隔壁の形成方法を例示すると、ス
クリーン印刷法、サンドブラスト法、感光性ペースト
法、およびアディティブ法が挙げられる。まず、図6を
参照してスクリーン印刷法で隔壁を形成する工程を説明
する。 (1)隔壁材料となるペーストを作製する。 (2)隔壁パターンを印刷できるステンレスメッシュ、
ポリエステルメッシュなどからなる製版13を、画像表
示面でない側の基板2(図6(a)参照)上に準備する
(図6(b)参照)。 (3)基板2上に、製版13を介して工程(1)で作製
したペースト14を塗布し転写する(図6(c),
(d)参照)。 (4)転写したペースト14を加熱などにより硬化させ
る(図6(e)参照)。 (5)工程(3)乃至(4)を、隔壁が所定の厚み(高
さ)になるまで繰り返し、所望の形状の隔壁を形成する
(図6(f)参照)。
【0043】以上において、製版は、所定の隔壁パター
ンを印刷できるなら材料を選ばないが、例えば、高テン
ションを確保するためにメッキ処理したメッシュ、高張
力材料メッシュなどの金属メッシュ、ポリエステルメッ
シュ、テトロンメッシュなどの化学繊維メッシュ、ある
いは、版枠と印刷エリアの間にポリエステルメッシュを
接合したコンビネーションタイプのメッシュなどを用い
ることがてきる。
【0044】スクリーン印刷は、通常のスクリーン印刷
機を用いることができ、上述の製版を介して、ペースト
をスキージ、スクレーバーを使い基板2上に転写させ
る。この場合、スキージのアタック角度は10度〜30
度、好ましくは15度〜25度、スキージ速度は5mm
/sec〜500mm/sec、好ましくは20mm/
sec〜100mm/sec、スキージ印圧は0.1k
g/cm2 〜10kg/cm2 、好ましくは0.5kg
/cm2 〜3kg/cm2 とする。
【0045】次に、図7を参照してサンドブラスト法で
隔壁を形成する工程を説明する。 (1)隔壁材料となるペーストを作製する。 (2)画像表示面でない側の基板2(図7(a)参照)
上に、ペースト15を塗布し、乾燥硬化させる(図7
(b)参照)。 (3)乾燥硬化させたペースト15上に、ドライフィル
ムフォトレジスト16を貼りつける(図7(c)参
照)。 (4)露光、エッチングを行い、隔壁となるパターン部
分のみを残す(図7(d),(e)参照)。 (5)未露光部分が除去されたパターン部分を、サンド
ブラストにより、所定のリブ形状となるまでエッチング
する(図7(f)参照)。
【0046】また、サンドブラストするにあたり、留意
すべきことは、研磨材に加えるエアー圧力と研磨材の噴
射量のバランスを調整して、サンドブラスト装置のノズ
ルから噴射される研磨材の直進性をできるだけ確保する
ことであり、これにより、研磨材の余分な拡散が少なく
なるために、形成される隔壁の最終形状がきれいになる
(特に、隔壁のサイドエッジが少なくなる)。なお、サ
ンドブラストに用いる研磨材は、ガラスビーズ、タル
ク、炭酸カルシウム、金属粉体などを用いることができ
る。
【0047】次に、図8を参照して感光性ペースト法で
隔壁を形成する工程を説明する。 (1)感光性樹脂を含む感光性ペーストを作製する。 (2)画像表示面でない側の基板2(図8(a)参照)
上に、感光性ペースト17を塗布する(図8(b)参
照)。 (3)フォトマスク18用いて、隔壁に相当する部分に
のみ露光し、感光性ペーストを硬化させる(図8(c)
参照)。 (4)必要に応じ、隔壁が所望の高さになるまで
(2),(3)の工程を繰り返す。 (5)現像して、非硬化部分を取り除く(図8(d)参
照)。 (6)必要に応じ、硬化部分を焼成する(図8(e)参
照)。
【0048】上記において、感光性ペーストは、少なく
とも無機粉体、感光性樹脂および光開始剤を含み、その
他として溶剤、樹脂、添加剤からなるものである。
【0049】次に、図9を参照してアディティブ法で隔
壁を形成する工程を説明する。 (1)画像表示面でない側の基板2(図9(a)参照)
上に、フォトレジストフィルム19を貼り付ける(図9
(b)参照)。 (2)フォトマスク20を用い露光、エッチングを行
い、隔壁と隔壁の間になる部分のみにフォトレジストフ
ィルム19を残す(図9(c)参照)。 (3)隔壁材料となるペースト21を作製し、フォトレ
ジストフィルム19がない部分に充填(塗布)し、硬化
させる(図9(d)参照)。 (4)フォトレジストフィルム19を取り除き、所定の
隔壁を形成する(図9(e)参照)。
【0050】上記において、隔壁材料となるペースト
は、少なくとも無機粉体、樹脂を含み、その他として溶
剤、添加剤等からなるものである。無機粉体は、セラミ
ック粉体やガラス扮体とし、1種あるいは2種以上を組
み合わせて使用する。
【0051】セラミック粉体を例示すると、ZrO2
Al23 ,CuO,MgO,TiO2 ,ZnO2 など
の酸化物系セラミックや、SiC,AlN,Si34
などの非酸化物系セラミックが挙げられる。また、ガラ
ス粉体を例示すると、原料となるSiO2 ,Al2
3 ,Bi2 3 ,Bi23 ,ZnOを溶融、冷却、粉
砕したものが挙げられる。なお、ガラス粉体のガラス転
移点Tgは、300°C〜500°Cにあることが好ま
しく、この温度範囲であれば、焼成プロセスでの低温化
が図られるので、樹脂へのダメージが少ないというメリ
ットかある。
【0052】上記において、無機粉体は、その粒子径分
布Spanを8以下、好ましくは5以下とすることが肝
要である。 Span=(d(0.9)−d(0.1))/d(0.
5) ここでd(0.5)は、粒子の50%がこれより大き
く、粒子の50%がこれより小さいという粒子径をμm
で表した数値、d(0.1)は、これ以下の粒子の比率
が10%である粒子径をμmで表した数値、またd
(0.9)は、これ以下の粒子が90%である粒子径を
μmで表した数値である。
【0053】粒子径分布Spanを8以下の範囲に収め
ることにより、ペースト中の無機粒子のサイズが揃い、
上述したペーストを塗布、硬化するまでの工程(上記
(3)の工程)を繰り返し積層しても、精度の良い隔壁
形成を行うことができる。
【0054】また、ペースト中の無機粒子の平均粒子径
については、d(0.5)を0.1μm〜20μm、好
ましくは、0.3μm〜10μmとすることが好まし
い。この範囲にすることにより、同様に、繰り返し積層
時に精度良く隔壁形成を行うことができる。
【0055】なお、上述した粒子径分布および粒子径
は、レーザー回折/散乱法などから求めることかでき
る。測定対象となる粒子にレーザー光を照射すると空間
的に回折/散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光
強度分布パターンは粒子径と対応関係があることから、
粒子径分布および粒子径を測定することができる。ここ
で、本明細書に記載の粒子径分布および粒子径は、体積
基準分布から得られたものとする。
【0056】具体的には、Mastersizer 2000(Malvern
Instrument Ltd. 製の測定機の商品名)を用いて、窒素
気流中に粒子を投入し、付属の解析ソフトウエア(Ma
il理論を用いた体積基準分布を基本としたソフトウエ
ア)にて、測定を行うことができる。
【0057】次に、樹脂について述べる。上述した無機
粉体を含有でき、所定の隔壁形状を形成できるものであ
れば、どのような樹脂でもよく、これら樹脂として熱可
塑性樹脂、熱硬化性樹脂、反応性樹脂が挙げられるが、
要求される隔壁の物性を考慮し、分子量、ガラス転移点
ができるだけ高い方がよい。例示すると、アクリル系、
スチレン系、エボキシ系、フェノール系、ウレタン系、
ポリエステル系、尿素系などが挙げられ、特に、アクリ
ル系、エボキシ系、ウレタン系、ポリエステル系が好適
である。
【0058】次に、溶媒について述べる。上述の無機粉
体、樹脂を相溶するものであればどのようなものでもよ
く、これら溶媒として、フタル酸エステル、トルエン、
キシレン、ベンゼンなどの芳香族溶剤、オキシアルコー
ル、ヘキサノール、オクタノールなどのアルコール系溶
剤、酢酸エステルなどのエステル系溶剤が挙げられ、通
常、無機粉体に対して0.1重量部〜50重量部が添加
される。
【0059】その他、必要に応じて、染料、重合禁止
剤、可塑剤、増粘剤、分散剤、酸化防止剤、硬化剤、硬
化促進剤、沈降防止剤をペーストに加えてもよい。以上
からなるペースト材料は、所望の組成にて、混練機、攪
拌機、3本ローラなどにて分散調合されるが、この場
合、作業性を加味すると、粘度を500cps〜30
0,000cpsとすることが好ましい。
【0060】以下に、粒子について説明する。粒子の作
製は、必要な樹脂、帯電制御剤、着色剤、その他添加剤
を混練り粉砕する方法によっても、あるいはモノマーか
ら重合する方法によっても、あるいは既存の粒子を樹
脂、帯電制御剤、着色剤、その他添加剤でコーティング
する方法によってもよい。
【0061】以下に、樹脂、帯電制御剤、着色剤、その
他添加剤を例示する。樹脂の例としては、ウレタン樹
脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性ア
クリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ
樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン
樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂など
が挙げられ、これらのうち2種以上を混合することもで
き、特に、基板との付着力を制御するうえから、ポリエ
ステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタン
シリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、ウレタ
ン樹脂、フッ素樹脂が好適である。
【0062】また、帯電制御剤の例としては、正電荷付
与の場合には、4級アンモニウム塩系化合物、ニグロシ
ン染料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘
導体などが挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属ア
ゾ染料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導
体などが挙げられる。
【0063】また、着色剤の例としては、塩基性、酸性
などの染料か挙げられ、ニグロシン、メチレンブルー、
キノリンイエロー、ローズベンガルなどが挙げられる。
【0064】また、添加剤(無機系添加剤)の例として
は、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、
炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシ
ウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミ
ウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺
青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバル
トバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、マンガン
フェライトブラック、コバルトフェライトブラック、銅
粉、アルミニウム粉などが挙げられる。
【0065】また、ここで、粒子を構成する樹脂の吸水
率、溶剤不溶率を管理することにより、繰り返し耐久牲
が向上する。まず、粒子の吸水率は、3%以下、好まし
くは2%以下とするのがよい。なお、吸水率の測定は、
ASTM D570に準ずるものとする。測定条件は、
23°Cで24時間である。
【0066】さらに、粒子に関しては、下記の関係式 溶剤不溶率(%)=(B/A)×100 ここでAは、粒子の溶剤浸漬前の重量 Bは、25°Cの溶剤中に粒子を24時間浸漬後の重量
の式によって表される粒子の溶剤不溶率を50%以上、
特に、70%以上とすることか好ましい。
【0067】この溶剤不溶率が50%未満では、長期保
存時に粒子表面にプリードか発生し、粒子との付着力に
影響を及ばし粒子の移動の妨げとなり、画像表示の耐久
性に支障をきたす場合がある。なお、溶剤不溶率測定用
の溶剤としては、( )内に示すものが好ましく、用
いられる。すなわち、フッ素樹脂(メチルエチルケトン
等)、ポリアミド樹脂(メタノール等)、アクリルウレ
タン樹脂(メチルエチルケトン、トルエンなど)、メラ
ミン樹脂(アセトン、イソプロパノール等)、およびシ
リコーン樹脂(トルエン等)が好ましい。
【0068】また、粒子は球形であることが好ましい。
【0069】また、本発明では、各粒子の粒子径分布に
関して、次式で表される粒子径分布Spanを5以下、
好ましくは3以下とする。 Span=(d(0.9)−d(0.1))/d(0.
5) ここでd(0.5)は、粒子の50%がこれより大き
く、粒子の50%がこれより小さいという粒子径をμm
で表した数値、d(0.1)は、これ以下の粒子の比率
が10%である粒子径をμmで表した数値、またd
(0.9)は、これ以下の粒子が90%である粒子径を
μmで表した数値である。粒子径分布Spanを5以下
の範囲に納めることにより、各粒子のサイズが揃い、均
一な粒子の移動が可能になる。
【0070】また、各粒子の平均粒子径に関しては、d
(0.5)を0.1μm〜50μmとする。この範囲よ
り大きいと表示上の鮮明さに欠け、この範囲より小さい
と粒子どうしの凝集力が大さすぎ、粒子の移動に支障を
きたすようになる。
【0071】また、各粒子の相関に関しては、使用した
粒子のうち、最大径を有する粒子のd(0.5)に対す
る最小径を有する粒子のd(0.5)はこの比を50以
下、好ましくは10以下とすることが肝要である。たと
え、粒子径分布Spanを小さくしたとしても、互いに
極性の異なる粒子が互いに反対方向に動くので、互いの
粒子サイズが近く、互いの粒子か等量づつ反対方向に容
易に移動できるようにするのが好適てあり、それがこの
範囲となる。
【0072】なお、上述した粒子径および粒子径分布
は、レーザー回折/散乱法などから求めることができ
る。すなわち、測定対象となる粒子にレーザー光を照射
すると空間的に回折/散乱法の光強度分布パターンが生
じ、この光強度分布パターンは粒子径と対応関係がある
ことから、粒子径および粒子径分布が測定できる。
【0073】ここで、本明細書に記載の粒子径および粒
子径分布は、体積基準分布から得られたものとする。具
体的には、上述のMastersizer 2000を用いて、窒素気流
中に粒子を投入し、付属の解析ソフトウエアにて測定を
行うことができる。
【0074】さらに、本発明では、基板間の粒子を取り
巻く空隙部分の気体の管理が重要であり、これは、表示
の安定性向上に寄与する。具体的には、空隙部分の気体
の湿度について、25°Cにおける相対湿度を60%R
H以下、好ましくは50%RH以下、さらに好ましくは
35%RHとすることが重要である。
【0075】上記において、空隙部分とは、対向する基
板1と基板2で挟まれる部分から、粒子3の占有部分、
隔壁5(いずれも、図3参照)の占有部分および装置の
シール部分を除いた、いわゆる粒子が接する気体部分を
指すものとする。装置に封入する気体は、上述した湿度
領域にあれば、その種類は問わないが、乾燥空気、窒
素、アルゴン、ヘリウムなどが好適である。
【0076】また、気体は、その湿度が保持されるよう
に装置に封入されることが必要であり、例えば、粒子、
基板などを所定の湿度環境下にて組み立て、さらに、外
部から湿気の侵入を防ぐシール材、シール方法を施すこ
とが肝要である。
【0077】以上のように構成された本発明画像表示装
置は、ノートパソコン、PDA、携帯電話などモバイル
機器の表示部、電子ブック、電子新聞などの電子ペーパ
ー、看板、ポスター、黒板などの掲示板、コピー機、プ
リンター用紙代替のリライタブルペーパー、電卓、家電
製品の表示部、ポイントカードなどのカード表示部など
に用いて好適なものである。
【0078】以下に、本発明画像表示装置を、2つの実
施例について説明する。 実施例1 まず、電極付きの基板を準備し、その基板について粒子
が接触する面を樹脂でコーティングした。この電極付き
の基板を準備し、コーティングする手順は、約500Å
厚みの酸化インジウム電極を設けたガラス基板上に、フ
ッ素樹脂:LF710N(旭ガラス製)を厚み5μmと
なるようにコーティングすることで行った。
【0079】次に、高さ200μmのリブを作り、スト
ライプ状の隔壁を形成した。ここで、リブの形成は以下
の手順に従った。ペーストは、無機粉体としてSiO
2 ,Al23 ,Bi23 ,Bi23,ZnOを溶
融、冷却、粉砕したガラス粉体を、樹脂として熱硬化性
のエポキシ樹脂を準備して、溶剤にて粘度12,000
cpsになるように調整したペーストを作製した。
【0080】次に、このペーストを上述の基板全面にわ
たって塗布し、150°Cで加熱硬化させ、この塗布〜
硬化の工程を繰り返すことにより、厚み(隔壁の高さに
相当)200μmになるように調整した。次に、表面に
ドライフォトレジストを貼り付けて、露光〜エッチング
により、ライン50μm、スペース200μm、ピッチ
250μmの隔壁パターンが形成されるようなマスクを
作製した。次に、サンドブラストにより、所定の隔壁形
状になるように余分な部分を除去し、所望とするストラ
イプ状隔壁を形成した。
【0081】次に、2種類の粒子(粒子Aと粒子B)を
準備した。まず、粒子Aは、アクリルウレタン樹脂EA
U53B(亜細亜工業製)/IPDI系架橋剤エクセル
ハードナーHX(亜細亜工業製)に、CB4phr、荷
電制御剤ボントロンNO7(オリエント化学製)2ph
rを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉砕分級して
粒子を作製した。
【0082】また、粒子Bは、アクリルウレタン樹脂E
AU53B(亜細亜工業製)/IPDI系架橋剤エクセ
ルハードナーHX(亜細亜工業製)に、酸化チタン10
phr、荷電制御剤ボントロンE89(オリエント化学
製)2phrを添加し、混練り後、ジェットミルにて粉
砕分級して粒子を作製した。
【0083】そして、約500Å厚みの酸化インジウム
電極を設けた一対のガラス基板を、間隔400μmにな
るようにスペーサーで調整したガラス基板間に、粒子A
と粒子Bを入れ、ガラス基板周辺をエポキシ系接着剤に
て接着して画像表示装置を作製した。
【0084】ここで、粒子Aと粒子Bの混合率は同重量
づつとし、それら粒子のガラス基板間への充填率は60
vol%となるように調整した。また、空隙を埋める気
体は、相対湿度40%RHの空気とした。
【0085】実施例2 実施例1において、基板をコーティングする樹脂をフッ
素樹脂:THV200P(住友3M製)に変更した以外
は、実施例1と同様にして画像表示装置を作製した。
【0086】次に、基板をコーティングするフッ素樹脂
を、やや電荷減衰量の小さいものにした例を参考例1と
して挙げる。 参考例1 実施例1において、基板をコーティングする樹脂をフッ
素樹脂:カイナー2500(アトフィナジャパン製)に
変更した以外は、実施例1と同様にして画像表示装置を
作製した。その結果は、やや保存性が悪化することが判
明した。
【0087】次に、粒子の粒子径分布Spanの大きい
ものを使用した例を参考例2として挙げる。 参考例2 実施例1において、粒子作製の際の粉砕条件を変えて粒
子径分布Spanを変更した以外は、実施例1と同様に
して画像表示装置を作製した。その結果は、やや耐久性
が悪化することが判明した。
【0088】次に、隔壁を形成しなかった例を参考例3
として挙げる。 参考例3 実施例1において、隔壁を形成しなかったこと以外は、
実施例1と同様にして画像表示装置を作製した。その結
果は、やや耐久性が悪化することが判明した。
【0089】以上、本発明の実施例と参考例について説
明したが、本発明は、それら実施例と参考例に限られる
ものでなく、本願明細書の特許請求の範囲に記載のもの
は、すべて含まれるものである。
【0090】最後に、少なくとも一方の基板の粒子が接
触する面がフッ素樹脂を含む樹脂でコーティングされて
いない例(本発明によらない例)を、得られた結果を比
較するために、比較例1として挙げる。 比較例1 実施例1において、基板をフッ素樹脂を含む樹脂でコー
ティングしなかったこと以外は、実施例1と同様にして
画像表示装置を作製した。その結果は、画像表示装置を
駆動するに必要な駆動電圧が大幅に上昇した。
【0091】以上のようにして得られた2つの実施例、
3つの参考例、および1つの比較例に関し、粒子の特性
と画像表示機能について、下記の基準に従って評価を行
った。評価結果を表1に示す。
【0092】
【表1】
【0093】・コーティングする樹脂の帯電電位の評価 コーティングする樹脂のみを別にキャスティングして、
電荷減衰測定用のサンプルを作製した。次に、QEA社
製CRT2000(図4参照)を用い、1mmの間隔を
もって配置されたコロナ放電器に、8KVの電圧を印加
してコロナ放電を発生させて表面を帯電させ、0.3秒
後における表面電位を測定した。なお、測定環境は、温
度25°C、湿度55RH%とした。
【0094】・粒子の含水量の評価 カールフィッシャー装置を用いて、粒子の含水量を測定
した。
【0095】・溶剤不溶率の評価 粒子について、25°CのMEK溶剤中に24時間浸漬
し、100°Cにて5時間乾燥後の重量を測定した。ま
た、浸漬前後の重量変化より、次式に従って、溶剤不溶
率を測定した。 溶剤不溶率(%)=(B/A)×100 ここでAは、粒子の溶剤浸漬前の重量 Bは、溶剤中に粒子を浸漬後の重量
【0096】・粒子の粒子径分布および粒子径の評価 Mastersizer 2000(Malvern Instrument Ltd.製の測定
機)に粒子を投入し、付属のソフトウエア(体積基準分
布を基に粒子径分布、粒子径を算出するソフトウエア)
を用いて、下記の値を求めた。 粒子径分布:Span=(d(0.9)−d(0.
1))/d(0.5) ここでd(0.5)は、粒子の50%がこれより大き
く、粒子の50%がこれより小さいという粒子径をμm
で表した数値、d(0.1)は、これ以下の粒子の比率
が10%である粒子径をμmで表した数値、またd
(0.9)は、これ以下の粒子が90%である粒子径を
μmで表した数値である。
【0097】・画像表示機能の評価 作製した画像表示装置に、印加する電圧を上げていき、
粒子が移動して表示が可能となる電圧を最低駆動電圧と
して測定した。具体例を示すと、図10のように、閾値
となる電圧を最低駆動電圧とした。次に、その最低駆動
電圧+10Vという電圧を印加し、極性を反転させるこ
とにより、黒色〜白色の表示を繰り返した。
【0098】さらに、表示機能の評価は、コントラスト
比について、初期、10,000回繰り返し後、および
5日間放置後について反射画像濃度計を用いて測定し
た。ここで、コントラスト比とは、コントラスト比=黒
色表示時反射濃度/白色表示時反射濃度とした。なお、
参考までに、初期対比のコントラスト比保持率を求め
た。
【0099】
【発明の効果】従来、静電気を利用した粒子の移動に伴
い画像を繰り返し表示、消去できる画像表示装置として
は、溶液中での電気泳動を利用して粒子が泳動するタイ
プ(いわゆる湿式タイプ)のものがあり、これは、駆動
電圧を低くできるというメリットはあるものの、溶液中
に粒子が沈降、凝集し、そのため、画像の繰り返し表示
時あるいは保存時の安定性に欠けるという問題があっ
た。
【0100】一方、画像の繰り返し表示時あるいは保存
時の安定性を実現しようとすると、それを阻害する主要
因である溶液を全く用いないで粒子と基板を基本構成要
素とする、いわゆる乾式タイプの静電表示を選択するこ
とになるが、このタイプの画像表示装置では、高い駆動
電圧を印加しないと画像表示できないという問題があ
り、すなわち、湿式タイプと乾式タイプとでは、画像の
繰り返し表示時あるいは保存時の安定性と駆動電圧に関
し二律背反の関係にあった。
【0101】本発明は、従来の乾式タイプの画像表示装
置において、画像表示装置を構成する基板で粒子が接触
する面をフッ素樹脂を含む樹脂でコーティングすること
により、駆動電圧を低くし得るということに着目してな
したものである。
【0102】駆動電圧が高いと、それ自体危険を伴うだ
けでなく、携帯電話のように高密度に回路が詰め込まれ
た機器では、静電気を利用した乾式タイプの画像表示装
置をその表示装置に使おうとしても回路設計すら不可能
になってしまう。本発明によって実現した低駆動電圧の
乾式タイプの画像表示装置は、今後あらゆる分野の画像
表示手段として広く利用されるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 2種類以上の色の異なる粒子を基板と垂直方
向に移動させることによって表示を行う静電気を利用し
た画像表示装置を横断面図で示している。
【図2】 1種類の色の粒子を基板と平行方向に移動さ
せることによって表示を行う静電気を利用した画像表示
装置を横断面図で示している。
【図3】 画像表示装置の隔壁を設けた場合の構造例を
横断面図で示している。
【図4】 表面電位の測定を行う装置の概略を示してい
る。
【図5】 片リブ法による隔壁形成を、横断面図、およ
びX−X′切断平面図で2つの例について示している。
【図6】 スクリーン印刷法で隔壁を形成する工程を示
している。
【図7】 サンドブラスト法で隔壁を形成する工程を示
している。
【図8】 感光体ペースト法で隔壁を形成する工程を示
している。
【図9】 アディティブ法で隔壁を形成する工程を示し
ている。
【図10】 粒子が移動して表示が可能となる最低駆動
電圧を示している。
【符号の説明】
1,2 基板 3 粒子 4 電極 5 隔壁 6 部材 7 シャフト部分 8 チャック 9 コロトロン放電器 10 面電位計 11 計測ユニット 12 レール 13 製版 14 ペースト 15 ペースト 16 ドライフィルムフォトレジスト 17 感光性ペースト 18 フォトマスク 19 フォトレジストフィルム 20 フォトマスク 21 ペースト
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 薬師寺 学 東京都小平市小川東町3−2−6 (72)発明者 高木 光治 神奈川県川崎市中原区宮内3−21−33− 304 (72)発明者 川越 隆博 埼玉県所沢市青葉台1302−57 (72)発明者 増田 善友 東京都羽村市神明台3−5−28

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 少なくとも一方が透明である2枚の対向
    する基板間に粒子を封入し、この基板間に電界を発生さ
    せて前記粒子を移動させることにより画像を表示する画
    像表示装置において、少なくとも一方の基板の粒子が接
    触する面がフッ素樹脂を含む樹脂でコーティングされて
    いることを特徴とする画像表示装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の画像表示装置において、
    前記フッ素樹脂は、テトラフルオロエチレン−パーフル
    オロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロ
    エチレン−ヘキサフルオロプロピレン−パーフルオロア
    ルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレ
    ン−エチレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレ
    ン、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体、
    ポリテトラフルオロエチレン、ポリフルオライド、およ
    びポリビニルフルオライドから選ばれる1種または2種以
    上のフッ素樹脂であることを特徴とする画像表示装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載の画像表示装置に
    おいて、基板にコーティングする樹脂が、該樹脂表面か
    ら1mmの間隔をもって配置されたコロナ放電器に8K
    Vの電圧を印加してコロナ放電を発生させて表面を帯電
    させた場合に、0.3秒後における表面電位の最大値が
    300Vより大きいことを特徴とする画像表示装置。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3のいずれか1項記載の画
    像表示装置において、画像表示装置内の空隙が、25°
    Cにおける相対湿度が60%RH以下の気体で満たされ
    ていることを特徴とする画像表示装置。
  5. 【請求項5】 前記粒子の粒子径分布Spanが5未満
    である請求項1乃至4のいずれか1項記載の画像表示装
    置において、前記粒子径分布Spanは、 Span=(d(0.9)−d(0.1))/d(0.
    5) ここでd(0.5)は、粒子の50%がこれより大き
    く、粒子の50%がこれより小さいという粒子径をμm
    で表した数値、d(0.1)は、これ以下の粒子の比率
    が10%である粒子径をμmで表した数値、またd
    (0.9)は、これ以下の粒子が90%である粒子径を
    μmで表した数値の式によって表されることを特徴とす
    る画像表示装置。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至5のいずれか1項記載の画
    像表示装置において、前記コーティングする樹脂に関
    し、 溶剤不溶率(%)=(B/A)×100 ここでAは、樹脂の溶剤浸漬前の重量 Bは、25°Cの溶剤中に樹脂を24時間浸漬後の重量
    の式によって表される樹脂の溶剤不溶率が50%以上で
    あることを特徴とする画像表示装置。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至6のいずれか1項記載の画
    像表示装置において、画像表示装置が複数の表示セルか
    らなっていることを特教とする画像表示装置。
  8. 【請求項8】 請求項7記載の画像表示装置において、
    前記複数の表示セルを形成するにあたっては、隔壁がス
    クリーン印刷法、サンドブラスト法、感光体ペースト
    法、およびアディティブ法のいずれかで形成されている
    ことを特徴とする画像表示装置。
  9. 【請求項9】 請求項8記載の画像表示装置において、
    前記隔壁が片リブ構造であることを特徴とする画像表示
    装置。
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