CN102692780A - 电泳元件、显示器以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了电泳元件、显示器以及电子设备，其中，该电泳元件包括电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层。纤维状结构体的溶解度参数值A与电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。

Description

电泳元件、显示器以及电子设备
技术领域
本发明涉及包括电泳粒子和多孔层的电泳元件、使用该电泳元件的显示器以及使用该显示器的电子设备。
背景技术
近年来，随着各种诸如手机和个人数字助理(PDA)的电子设备的普及，对于具有低功耗和高分辨率图像质量的显示器的需求增加。具体地，近来，随着电子书发行服务的推出，用于阅读的意图长时间读取文字信息的电子书阅读器已经引起关注，并且期望制造具有适于该应用的显示质量的显示器。
已经提出了用于阅读的诸如胆甾型液晶显示器、电泳显示器、电致变色显示器以及扭转球型显示器的显示器，并且特别优选的是被归类为反射型的。由于反射型显示器使用类似纸的外部光的反射(散射)以提供亮显示，所以可获得类似纸的显示质量。此外，不需要准备背光，于是功耗减小。
由于在电泳显示器中功耗低并且高速响应性良好，所以反射型显示器的候选是利用电泳现象产生明暗(对比度)的电泳显示器。于是，已对电泳显示器的显示方法进行了各种研究。
具体地，提出了在绝缘液体中分散具有不同光学反射特性和不同极性的两种带电粒子、以响应于电场利用极性差异使各个带电粒子移动的方法(例如，参见日本已审专利申请公开第50-015115号和日本专利第4188091号)。在该方法中，两种带电粒子的分布响应于电场而变化，于是利用带电粒子之间的光学反射特性的差异产生对比度。
还提出了在绝缘液体中分散带电粒子并且还配置具有与带电粒子不同的光学反射特性的多孔层、以响应于电场使带电粒子通过多孔层的微孔移动的方法(例如，参见日本未审专利申请公开第2005-107146号、第2005-128143号和第2002-244163号，以及日本已审专利申请第50-015120号)。作为多孔层，使用具有通过利用激光束的钻孔处理形成的微孔的高分子膜、由人造纤维形成的编织物、开孔型(open-cell)多孔聚合物等。在该方法中，带电粒子的分布响应于电场而变化，并且利用光学反射特性的差异产生对比度。
发明内容
尽管已经提出了电泳显示器的各种显示方法，但是显示质量仍然不够。因此，从彩色动画显示等发展的观点考虑，可能需要进一步提高显示器的对比度性能。
期望提供具有提高的对比度性能的电泳元件、显示器以及电子设备。
根据本发明实施方式的一种电泳元件包括电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层。纤维状结构体的溶解度参数值A与电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
根据本发明实施方式的一种显示器包括一对基板之间的电泳元件，这对基板中的一个或两个是光可透射的。电泳元件具有电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层。纤维状结构体的溶解度参数值A与电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
根据本发明实施方式的一种电子设备包括具有在一对基板之间的电泳元件的显示器，这对基板中的一个或两个是光可透射的。电泳元件具有电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层。纤维状结构体的溶解度参数值A与电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
术语“光学反射特性”即是光(外部光)反射率。电泳粒子与非电泳粒子之间的光学反射特性差异引起对比度。
术语“溶解度参数值”指的是通过由希尔德布兰德(Hildebrand)提出的正则溶液理论定义的值，并且称作“SP值”。溶解度参数值在下文中被称作“SP值”。根据蒸发1cm3液体所需的蒸发热的平方根(cal/cm3)1/2确定SP值。具体地，根据以下计算公式计算SP值，SP值＝(E/V)1/2(E表示摩尔内聚能，以及V表示摩尔体积)。应注意，假设在每摩尔的蒸发焓中，原子或官能团是加成性的。于是，以其中原子和官能团的SP值的总和表示分子的SP值。在Hildebrand J.H.，Scott R.L.，″Solubility ofNon-Electrolytes″，3rd ed.1976，J.wiley & Sons 334中详细描述了希尔德布兰德提出的正则溶液理论，并且在Hideki Yamamoto，″SP valueBase-Application and Calculation Method″，2005，Johokiko Co.，Ltd中详细描述了原子和官能团的SP值。
为了确认电泳粒子的SP值而关注“电泳粒子表面的SP值”的原因是实质的电泳粒子的SP值依赖于电泳粒子表面上的原子或官能团的种类而确定。更具体地，当电泳粒子是由碳材料等制成的粉末(粒子)形式时，根据粉末表面上存在的原子或官能团来确定其SP值。而且，当通过高分子材料等涂覆上述粒子时，根据涂覆层(诸如高分子材料)表面上存在的原子或官能团确定其SP值。当电泳粒子如上所述具有多种原子或官能团时，通过多种原子或官能团的SP值的总和确定电泳粒子表面的SP值。
在根据本发明实施方式的电泳元件、显示器或电子设备中，多孔层由具有光学反射特性不同于电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成。纤维状结构体的溶解度参数值A与电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上以及5.2以下，从而能得到提高的对比度。
应当理解，前面的一般说明和下面的详细说明是示例性的，并且旨在进一步提供如所要求的发明的说明。
附图说明
包括附图是为了提供对本发明的进一步的理解，而且附图结合至并构成本说明书的一部分。附图连同说明书一起阐明实施方式，以用于说明本发明的原理。
图1是示出了根据本发明实施方式的电泳元件的截面图。
图2是示出了电泳元件的构造的放大平面图。
图3是示出了使用根据本发明实施方式的电泳元件的显示器的构造的截面图。
图4是用于说明显示器的操作的截面图。
图5A和图5B是分别示出使用该显示器的电子书的构造的透视图。
图6是示出了使用该显示器的电视设备的构造的透视图。
图7A和图7B是分别示出了使用该显示器的数码相机的构造的透视图。
图8是示出了使用该显示器的个人计算机的外观的透视图。
图9是示出了使用该显示器的视频摄像机的外观的透视图。
图10A至图10G是分别示出了使用该显示器的手机的构造的平面图。
具体实施方式
下面将参照附图详细讨论本发明的实施方式。将按照以下顺序描述实施方式。
1.电泳元件
2.电泳元件的应用例(显示器)
3.显示器的应用例(电子设备)
[1.电泳元件]
首先，描述根据本发明实施方式的电泳元件的构造。图1示出了电泳元件的截面构造，以及图2示出了在图1中示出电泳元件的主要部分的放大平面构造。
[电泳元件的整体构造]
根据本发明实施方式的利用电泳现象实现对比度的电泳元件，具有如图1和图2所示的电泳粒子10和多孔层20。多孔层20由具有光学反射特性不同于电泳粒子10的光学反射特性的非电泳粒子22的纤维状结构体21形成，并且还具有多个微孔23。在根据本发明实施方式的电泳元件中，例如将电泳粒子10和多孔层20置于绝缘液体1中。
[绝缘液体]
绝缘液体1是诸如有机溶剂的一种或两种以上的非水溶剂。非水溶剂的实例包括石蜡、异链烷烃以及其氟化物。氟化物是通过氟取代石蜡等中的至少一个氢等。绝缘液体1的粘度和折射率优选尽可能低。从而，电泳粒子10的迁移率(响应速度)提高，并且相应地，移动电泳粒子10所需的能量(功耗)减小。此外，由于绝缘液体1与多孔层20之间的折射率差异增大，所以多孔层20具有更高光学反射率。
另外，绝缘液体1可以根据需要包括各种材料。这些材料的实例包括着色剂、电荷控制剂、分散稳定剂、粘度调节剂、表面活性剂以及树脂。
[电泳粒子]
电泳粒子10在绝缘液体1中分散。电泳粒子10是在绝缘液体1中电迁移的一种或两种以上带电粒子(电泳粒子)，并且能够响应于电场移动通过多孔层20的微孔23。此外，电泳粒子10是有机颜料、无机颜料、染料、碳材料、金属材料、金属氧化物、玻璃、高分子材料(树脂)等中的一种或两种以上的微粒(粉末)。电泳粒子10可以是包含上述粒子的树脂固体的粉碎粒子或具有上述粒子的包裹粒子等。然而，被归类为碳材料、金属材料、金属氧化物、玻璃或高分子材料的各种材料从归类为有机颜料、无机颜料或染料的材料中排除。
有机颜料的实例包括偶氮颜料、偶氮金属复合物颜料、聚缩偶氮颜料、黄士酮颜料、苯并咪唑酮颜料、酞菁染料、喹吖啶酮颜料、蒽醌颜料、二萘嵌苯颜料、紫环酮颜料、蒽嘧啶颜料、皮蒽酮(piranthrone)颜料、双恶嗪颜料、硫靛颜料、异吲哚啉酮系颜料、喹酞酮颜料以及阴丹士林颜料等。无机颜料的实例包括氧化锌、锑白、炭黑、铁黑、硼化钛、铁丹、玛皮珂黄(Mapico Yellow)、铅丹、镉黄、硫化锌、锌钡白、硫化钡、硒酸镉、碳酸钙、硫酸钡、铬酸铅、硫酸铅、碳酸钡、铅白、矾土白等。染料的实例包括苯胺黑染料、偶氮染料、酞菁染料、喹酞酮染料、蒽醌染料以及次甲基染料等。碳材料的实例包括炭黑等。金属材料的实例包括金、银、铜等。金属氧化物的实例包括氧化钛、氧化锌、氧化锆、钛酸钡、钛酸钾、铜铬氧化物、铜锰氧化物、铜铁锰氧化物、铜铬锰氧化物、铜铁铬氧化物等。高分子材料的实例包括其中官能团具有在可见光区域中的光吸收区域的高分子化合物等。高分子化合物的种类没有限制，只要高分子化合物具有在可见光区域中的光吸收区域即可。
绝缘液体1中的电泳粒子10的含量(浓度)例如为按重量计0.1％至按重量计10％，但是不特别限于此。这种含量允许电泳粒子10确保其遮蔽性能(隐蔽性能)和迁移率。当含量低于按重量计0.1％时，电泳粒子10可能变得难以遮蔽多孔层20。相反，当含量高于按重量计10％时，电泳粒子10的可分散性减小，从而电泳粒子10可能难以迁移，并且根据情况可能会粘结。
电泳粒子10具有给定的光学反射特性(光学反射率)。电泳粒子10的光学反射特性没有特别限制，并且优选设置为至少为了使电泳粒子10遮蔽多孔层20。因此，通过利用电泳粒子10与多孔层20之间的光学反射率的差异获得了对比度。
例如，根据电泳粒子10的功能来选择用于形成电泳粒子10的具体材料，以获得对比度。具体地，用于形成电泳粒子以由此执行亮显示的材料例如是诸如氧化钛、氧化锌、氧化锆、钛酸钡以及钛酸钾的金属氧化物，并且优选氧化钛等。用于形成电泳粒子10的这些材料例如具有更高的电化学稳定性和可分散性，并且还提供电泳粒子10更高的反射率。此外，用于形成电泳粒子10且由此执行暗显示的材料例如是碳材料或金属氧化物，并且优选碳材料。用于形成电泳粒子10的这些材料为电泳粒子10提供更高的电化学稳定性、迁移率以及光学吸收性。碳材料的实例包括炭黑。金属氧化物的实例包括铜铬氧化物、铜锰氧化物、铜铁锰氧化物、铜铬锰氧化物以及铜铁铬氧化物。
当利用电泳粒子10执行亮显示时，电泳粒子10的外部可见颜色没有特别限制，只要能够获得对比度即可。具体地，优选类似于白色的颜色，并且白色更优选。当利用电泳粒子10执行暗显示时，电泳粒子10的外部可见颜色没有特别限制，只要能够获得对比度即可。具体地，优选类似于黑色的颜色，并且黑色更优选。在这两种情况下，可实现更高的对比度。
此外，优选电泳粒子10在绝缘液体1中长时间易于分散且带电。因此，为了通过其上的静电斥力分散电泳粒子10，可以使用分散剂(或电荷调节剂)，或可以对电泳粒子10执行表面处理。可选地，以上两者可以都执行。
分散剂的实例包括由Lubrizol Corp.制造的Solsperse系列、或由BYK-Chemie制造的BYK或Anti-Terra系列、以及由ICI Americas Inc.制造的Span系列。
表面处理的实例包括松香处理、表面活性剂处理、颜料衍生物处理、耦合剂处理、接枝聚合以及微囊化。具体地，优选接枝聚合或微囊化、或其组合，并且因此电泳粒子10的分散变得长时间稳定。
表面处理材料例如是具有能够吸附在电泳粒子10的表面上的官能团和可聚合官能团的材料(吸附性材料)。根据用于形成电泳粒子10的材料确定能够被吸附的官能团的种类。作为这些官能团的实例，对于诸如炭黑的碳材料，使用诸如4-乙烯苯胺的苯胺衍生物，并且对于金属氧化物，使用诸如3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基丙烯酸酯的有机硅烷衍生物。可聚合官能团的实例包括乙烯基、丙烯醛基以及甲基丙烯醛基。
表面处理材料是能够在引入可聚合官能团的电泳粒子10的表面上接枝的材料(接枝材料)。接枝材料优选具有可聚合官能团以及能够在绝缘液体1中分散并且通过位阻保持其分散性的分散官能团。可聚合官能团的种类类似于上述吸附性材料的种类。当绝缘液体1是石蜡时，分散官能团是支链烷基。为了聚合和接枝该接枝材料，可以使用诸如偶氮二异丁腈(AIBN)的聚合引发剂。
只是作为参考，在Science & Technology发表的“超微粒子的分散技术及其评估、表面处理、研磨、以及空气/液体/聚合物中的分散稳定性(Dispersion technology of super-fine particles and the evaluation thereof.surface treatment，grinding，and dispersion stability in air/liquid/polymer)”中详细公开了上述绝缘液体1中分散电泳粒子10的方法。
[多孔层]
多孔层20是由如图2所示的纤维状结构体21形成的三维结构(像无纺织物的不规则网络结构)。多孔层20具有多个孔隙(微孔23)以向不存在纤维状结构体21的区域移动电泳粒子10。图1主要示出了多孔层20的构造。
纤维状结构体21具有通过纤维状结构体21保持的一个或两个以上的非电泳粒子22。在三维结构中，即，在多孔层20中，一个纤维状结构体21随机混杂在多孔层20中，或多个纤维状结构体21可以在多孔层20中随机交叠，或这两种情况可以并存。在存在多个纤维状结构体21的情况下，各个纤维状结构体21优选保持一个或两个以上的非电泳粒子22。图2示出了多孔层20由多个纤维状结构体21形成的情况。
多孔层20是如上所述的纤维状结构体21形成的三维结构，从而使外部光被其不规则的立体结构所漫反射(多重散射)。因此，可以使多孔层20具有更高的光学反射率且还可以减小其厚度。结果，实现了更高的对比度，且移动电泳粒子10所需的能量减小。可以使微孔23具有更宽的平均孔径，并且微孔23的数量增加。因此，可以使电泳粒子10在更短时间内移动且移动电泳粒子10所需的能量减小。
如上所述，纤维状结构体21具有非电泳粒子22，并且因此提供更多的外部光的漫反射以及通过更多的漫反射导致的多孔层20的更高的光学反射率。因此，对比度变得更高。
纤维状结构体21是长度充分长于它的纤维直径(直径)的纤维材料。纤维状结构体21例如可以由一种或两种以上的高分子材料或无机材料形成，或可选地，可以由其他材料形成。高分子材料的实例包括尼龙、聚乳酸酯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈、聚环氧乙烷、聚乙烯咔唑、聚氯乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚砜、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯、聚六氟丙烯、纤维素醋酸酯、胶原质、凝胶、脱乙酰壳多糖或它们的共聚物。无机材料的实例包括氧化钛等。用于形成纤维状结构体21的优选材料是高分子材料。由于高分子材料是弱反应(光化反应)性(即，化学稳定的)，所以抑制了纤维状结构体21的非故意的劣化。当纤维状结构体21由高反应性材料形成时，纤维状结构体21优选具有其上由给定的保护层覆盖的表面。
纤维状结构体21的形状(外观)没有特别限制，只要纤维状结构体21是充分长于纤维直径的纤维形式即可。具体地，形状可以是线性的、卷曲的或局部弯曲的。纤维状结构体21不仅可以沿单个方向延伸，并且还可以局部弯曲以沿一个或两个以上方向延伸。形成纤维状结构体21的方法没有特别限制，并且优选例如相分离法、相反转法、静电纺丝(电纺)法、熔体纺丝法、湿纺法、干纺法、凝胶纺丝法、溶胶凝胶法、喷涂法等。这些方法容易且稳定形成长度充分长于其纤维直径的纤维材料。
纤维状结构体21的平均纤维直径没有特别限制，并且优选尽可能小。通过小的纤维直径，使得光易于扩散地反射且微孔23的平均孔径增大。然而，可能需要确定纤维状结构体21的平均纤维直径，使得纤维状结构体21保持非电泳粒子22。因此，纤维状结构体21的平均纤维直径优选为10μm以下。平均纤维直径的下限没有特别限制，并且例如可以是0.1μm，且可以小于0.1μm。例如，通过扫描电子显微镜(SEM)等的显微镜观察确定平均纤维直径。可以自由设定纤维状结构体21的平均长度。
微孔23的平均孔径没有特别限制，并且优选尽可能宽。结果，电泳粒子10通过微孔23以易于移动。因此，微孔23的平均孔径优选为从0.1μm到10μm。
多孔层20的厚度没有特别限制，例如为从5μm到100μm。通过这些厚度，使得多孔层20可具有更高的遮蔽性能，而且电泳粒子10变得容易通过微孔23以易于移动。
具体地，纤维状结构体21优选是纳米纤维，其中使立体结构复杂化以提供外部光的漫反射。因此，多孔层20的光学反射率增大，而且微孔23在多孔层20的单位体积中所占的体积比率增大，从而电泳粒子10变得易于移动通过微孔23。因此，对比度变得更高，而且移动电泳粒子10所需的能量减少。纳米纤维是具有从0.001μm到0.1μm的纤维直径以及比它的纤维直径长超过100倍的长度的纤维材料。作为纳米纤维的纤维状结构体21优选通过静电纺丝处理形成，这易于且稳定形成具有小的纤维直径的纤维状结构体21。
纤维状结构体21优选具有不同于电泳粒子10的光学反射特性。具体地，纤维状结构体21的光学反射率没有特别限制，并且优选设定为使得至少多孔层20遮蔽全体电泳粒子10。如上所述，利用电泳粒子10与多孔层20之间的光学反射率差异获得对比度。因此，在绝缘液体1中具有光学可透性(无色)的纤维状结构体21不适宜的。然而，当几乎不存在纤维状结构体21的光学反射率对基本由非电泳粒子22的光学反射率确定的整个多孔层20的光学反射率的影响时，可以自由设定纤维状结构体21的光学反射率。
非电泳粒子22是固定于纤维状结构体21且不发生电泳的粒子。用于形成非电泳粒子22的材料类似于用于形成电泳粒子10的材料，并且根据如下所述的非电泳粒子22的功能来选择。
非电泳粒子22同样可以部分暴露在纤维状结构体21的表面上或可以埋置在纤维状结构体21内，只要通过纤维状结构体21保持非电泳粒子22即可。
非电泳粒子22具有不同于电泳粒子10的光学反射特性。非电泳粒子22的光学反射特性没有特别限制，并且优选设定为使得至少多孔层20能够遮蔽全体电泳粒子10。如上所述，由此，利用电泳粒子10的光学反射率与多孔层20的光学反射率之间的差异获得对比度。
根据非电泳粒子22的功能来选择用于形成非电泳粒子22的具体材料以实现对比度。具体地，通过非电泳粒子22执行亮显示的情况中的材料类似于通过电泳粒子10执行亮显示时电泳粒子10的材料。此外，通过非电泳粒子22执行暗显示的情况中的材料类似于通过电泳粒子10执行暗显示时电泳粒子10的材料。具体地，用于亮显示的非电泳粒子22的材料优选是金属氧化物、更优选是氧化钛。这些材料具有极好的电化学稳定性和固定性，并且还对非电泳粒子22提供了高光学反射率。用于形成非电泳粒子22的材料可以与电泳粒子10的材料是同种或不同种，只要能获得对比度即可。
用于亮显示或暗显示的非电泳粒子22的可见颜色类似于上述电泳粒子10的可见颜色。
下面将描述形成多孔层20的过程实例。首先，通过例如在有机溶剂中分散或溶解用于形成纤维状结构体21的材料(例如，高分子材料等)制造纺丝溶液。随后，向纺丝溶液中添加非电泳粒子22，然后充分搅拌以分散非电泳粒子22。最后，通过静电纺丝处理利用纺丝溶液执行纺丝。因此，非电泳粒子22通过纤维状结构体21保持，于是形成了多孔层20。
[SP值]
在根据本发明实施方式的电泳元件中，调节其中的构成要素的SP值之间的关系。SP值的定义已如上所述。
具体地，纤维状结构体21的SP值A与电泳粒子表面的SP值B之间的差(SP值差：Δ1＝A-B)在2至5.2的范围内。与该范围外的SP值差Δ1相比较，电泳粒子10对纤维状结构体21表面的吸附减弱。因此，电泳粒子10变得易于响应于电场而移动。因此，多孔层20的表观的光学反射率变得不容易减小，导致对比度提高。此外，SP值的调节缩短了移动电泳粒子10所需的时间，并且还减少了其移动所需的能量。
作为吸附电泳粒子10的对象的多孔层20中的纤维状结构体21引起关注的原因是纤维状结构体21在整个多孔层20中占据较大的体积。为了改进电泳粒子10对多孔层20的吸附所引起的缺点，实质上可能需要改善电泳粒子10对纤维状结构体21的吸附行为。
此外，为了指定电泳粒子10的SP值而“粒子表面的SP值”引起关注的原因是如上所述电泳粒子的SP值基本上根据存在于粒子表面上的原子或官能团的种类而确定。
已经描述的用于形成纤维状结构体21的材料没有特别限制，只要SP值差Δ1在上述适当的范围内。具体地，当纤维状结构体21由高分子材料形成时，高分子材料优选包含氰基、氯取代基以及酰胺键中的至少一种。对于上述与用于形成电泳粒子10的材料的关系，这种纤维状结构体21可以容易地提供在上述适当的范围内的SP值差Δ1。这对于由覆盖有高分子材料的无机材料形成的纤维状结构体21的情况来说也是适用的。包含氰基的高分子材料的实例包括聚丙烯腈等。包含氯取代基的高分子材料的实例包括聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯等。包含酰胺键的高分子材料的实例包括尼龙、聚丙烯酰胺等。
已经描述的用于形成电泳粒子10的材料没有特别限制，只要如同用于形成纤维状结构体21的材料那样，SP值差Δ1在上述适当的范围内即可。具体地，当在电泳粒子10的表面上存在高分子材料时，电泳粒子10优选在其上具有烷基、卤代烷基以及氨基中的至少一种。对于上述与用于形成纤维状结构体21的一系列材料的关系，这种电泳粒子10可以容易地提供在上述适当的范围内的SP值差Δ1。烷基与卤代烷基可以是直链的或支链的，并且自由设定碳原子的数量。卤代烷基具有烷基，其中至少一个氢被卤素原子取代，并且卤素例如是氟、氯、溴等。术语“在电泳粒子10的表面上存在高分子材料的情况”例如表示电泳粒子10由覆盖有高分子材料等的碳材料形成的情况，或电泳粒子10由高分子材料形成的情况，或其他情况。通过存在于电泳粒子10表面上的烷基等，实际确定了电泳粒子10的SP值。
特别地，由于电泳粒子10与多孔层20被置于绝缘液体1中，所以例如，纤维状结构体21的SP值A与绝缘液体1的SP值C之间的差(SP值差：Δ2＝A-C)优选在从3.5到6.5的范围内。与上述范围外的SP值差Δ2相比较，由于电泳粒子10变得难以彼此非常靠近，所以电泳粒子10的聚集减少。此外，由于电泳粒子10变得难以靠近纤维状结构体21的表面，所以电泳粒子10对纤维状结构体21的吸附减弱。由此，电泳粒子10变得易于响应于电场移动，于是获得了提高的对比度。此外，移动电泳粒子10所需的时间缩短，而且移动所需的能量减少。
[电泳元件的优选显示方法]
在电泳元件中，利用电泳粒子10的光学反射率与多孔层20(具有非电泳粒子22的纤维状结构体21)的光学反射率之间的差异实现对比度。对于对比度的形成，电泳粒子10和多孔层20可以分别用于亮显示和暗显示，或相反。这种功能的划分根据电泳粒子10的光学反射率与多孔层20的光学反射率的大小关系来确定。于是，设定为使得用于亮显示的构成要素的光学反射率高于用于暗显示的构成要素的光学反射率。
具体地，优选通过电泳粒子10进行暗显示，通过多孔层20的亮显示。因此，当通过非电泳粒子22的光学反射率实际确定多孔层20的光学反射率时，优选非电泳粒子22的光学反射率高于电泳粒子10的光学反射率。这种情况下，由于在多孔层20中存在外部光的漫反射的情况下亮显示的光学反射率显著增大，所以根据漫反射，对比度显著增强。
[电泳元件的操作]
在电泳元件中，当施加电场时，电泳粒子10响应于电场移动通过多孔层20的微孔23。因此，通过从电泳粒子10已经移动一侧对电泳元件的观察，通过电泳粒子10已经移动的区域中的电泳粒子10的光学反射率决定显示颜色，而且通过电泳粒子10未移动的区域中的多孔层20的光学反射率决定显示颜色。因此，可以通过利用电泳粒子10与多孔层20之间的光学反射率的差异来实现对比度。
[电泳元件的功能和效果]
根据电泳元件，多孔层20由包括光学反射特性不同于电泳粒子10的光学反射特性的非电泳粒子22的纤维状结构体21形成，并且SP值差Δ1是从2到5.2。因此，如上所述，与上述范围外的SP值差Δ1相比较，电泳粒子10对纤维状结构体21的表面的吸附减弱，从而多孔层20的表观的光学反射率不易于减小。此外，由于多孔层20具有直径和数量都足够的微孔23以及足够小的厚度以提供外部光的漫反射，所以多孔层20的光学反射率增大。结果，可获得提高的对比度。
这种情况下，由于电泳粒子10变得易于响应于电场移动，所以移动电泳粒子10所需的时间缩短，而且用于移动的能量减少。因此，可以获得提高的响应速率和减小的功耗。
此外，多孔层20具有直径和数量都足够的微孔23以及还有减小的厚度，因此允许电泳粒子10移动通过微孔23。因此，可以实现提高的响应速率和减小的功耗。
具体地，例如，从3.5至6.5的SP值差Δ2抑制了电泳粒子10的聚集和电泳粒子10对纤维状结构体21的吸附，因此提供了更高的对比度。
当纤维状结构体21由包含氰基等的高分子材料形成时，或当电泳粒子10在其表面上具有烷基等时，可以容易地设定SP值，使得SP值差Δ1在上述适当的范围内。
可选地，当纤维状结构体21通过静电纺丝处理形成时，或当纤维状结构体21是具有10μm以下的平均纤维直径的纳米纤维时，可以通过这种纤维状结构体21形成提供更高的外部光漫反射的三维结构。这种纤维状结构体21还允许微孔23的孔径和数量的增加，从而提供更好的效果。
此外，由于非电泳粒子22的光学反射率高于电泳粒子10的光学反射率，所以当电泳粒子10和多孔层20分别用于暗显示和亮显示时，多孔层20的光学反射率由于外部光的漫反射而变得更高。因此，可以获得更好的效果。
[2.电泳元件的应用例(显示器)]
接下来，将描述上述电泳元件的应用例。
根据本发明实施方式的电泳元件可应用于诸如显示器的各种用途，这没有特别限制。下文中，作为各种用途的代表，将描述将电泳元件应用于显示器的情况。应注意，下面描述的显示器的构造仅是一个实例，并且可以适当修改。
[显示器的整体构造]
图3示出了显示器的截面构造。在此描述的显示器涉及利用电泳现象显示图像(例如，字符信息等)的电泳型显示器，即，电子纸显示器。
如图3所示，在驱动基板30与对向基板40相对设置(电泳元件50和隔板60置于其间)的显示器在其对向基板40一侧上具有显示面。术语“在其对向基板40一侧上具有显示面”表示在对向基板40的方向上显示图像(用户可以看到图像)。
[驱动基板]
通过在支撑基底31的一个表面上依次形成薄膜晶体管(TFT)32、保护层33、平面化绝缘层34以及像素电极35来制造驱动基板30。TFT 32和像素电极35根据像素样式等例如以矩阵或分段形式分割形成。
支撑基底31例如由无机材料、金属材料、塑料材料等形成。无机材料的实例包括硅(Si)、氧化硅(SiOx)、氮化硅(SiNx)或氧化铝(AlOx)。氧化硅的实例包括玻璃和旋涂玻璃(SOG)。金属氧化物的实例包括铝(Al)、镍(Ni)或不锈钢。塑料材料的实例包括聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚醚酮(PEEK)。
支撑基底31可以是光可透射或光不可透射的。由于在对向基板40侧上显示图像，所以支撑基底31可以不需要光可透射。支撑基底31可以是诸如晶片的具有刚性的基板、或柔性薄膜玻璃或膜，具体地优选柔性薄膜玻璃或膜。因此，能得到柔性(可弯曲的)显示器。上述膜例如是聚合物或金属膜等。
TFT 32是选择像素的切换元件。TFT 32可以是由作为沟道层的无机半导体层形成的无机TFT，或由有机半导体层形成的有机TFT。保护层33和平面化绝缘层34例如由诸如聚酰亚胺的绝缘材料形成。然而，如果保护层33表面足够平坦，那么可以不具有平面化绝缘层34。像素电极35由诸如金(Au)、银(Ag)、铜(Cu)等的导电材料形成。像素电极35通过设置在保护层33和平面化绝缘层34中的接触孔(未示出)连接至TFT32。
[对向基板]
对向基板40是对向电极42在支撑基底41的整个表面上形成的基板。对向电极42可以如像素电极35那样以矩阵或分段形式分割形成。
支撑基底41由类似于支撑基底31的材料形成，但是为光可透射的。由于图像显示在对向基板40侧上，所以可能需要支撑基底41是光可透射的。对向电极42由诸如氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铝掺杂氧化锌(AZO)等的光可透射的导电材料(透明电极材料)形成。
当在对向基板40侧上显示图像时，通过对向电极42观看显示器(电泳元件50)。因此，对向电极42的光学透射率优选尽可能高，例如80％以上。对向电极42的电阻优选尽可能低，例如100Ω/□以下。
[电泳元件]
电泳元件50具有类似于上述电泳元件的构造。具体地，电泳元件50在绝缘液体1中具有电泳粒子52和具有多个微孔(图3中未示出)的多孔层53。绝缘液体51、电泳粒子52以及多孔层53分别具有类似于绝缘液体1、电泳粒子10以及多孔层20的构造。
驱动基板30与对向基板40之间的空间填充有绝缘液体51。多孔层53可以通过隔板60支撑。多孔层53可以与像素电极35和对向电极42分开，或可以与这两者之一邻接。电泳粒子52能够适当地朝向像素电极35或朝向对向电极42移动。
[隔板]
隔板60由诸如高分子材料的绝缘材料形成。隔板60的形状没有特别限制。然而，特别优选的形状是不阻止电泳粒子52移动而且还提供电泳粒子52的均匀分布的形状，因此，例如是格子状。隔板60的厚度没有特别限制，但是特别地，为了减小功耗而尽可能薄，例如可以是从10μm到100μm。
[显示操作]
例如，以下列方式操作显示器。图4是用于说明显示器的操作的示图，并且其截面构造对应于图3所示。
在此，描述了例如电泳粒子52的光学反射率低于多孔层53的光学反射率、由此电泳粒子52和多孔层53分别用于暗显示和亮显示的情况下的操作。
如图3所示，在所有像素的初始状态中，电泳粒子52位于绝缘液体51中靠近像素电极35的区域中。考虑从显示面侧(从图3的上侧)的显示，由于所有像素中电泳粒子52都被多孔层53所遮蔽(亮显示)，所以没有获得对比度(没有显示图像)。
当执行通过TFT 32的像素选择且随后在像素电极35与对向电极42之间施加电场时，如图4所示，电泳粒子52通过施加了电场的像素中的多孔层53的微孔朝向对向电极42移动。这种情况下，考虑从显示面侧的显示，存在两种类型的像素，即，其中电泳粒子52被多孔层53遮蔽(亮显示状态)的像素，以及其中电泳粒子52没有被多孔层53遮蔽(暗显示状态)的像素。因此，通过利用显示颜色的差异获得对比度。这种各个像素的显示颜色转换(亮暗显示)允许通过利用整个显示平面中的对比度显示图像。
[显示器的功能和效果]
在根据本发明实施方式的显示器中，由于电泳元件50具有类似于上述电泳元件的构造，所以能获得提高的对比度。其其他效果类似于上述电泳元件的效果。
[3.显示器的应用例(电子设备)]
接下来，将详细描述上述显示器的应用例。
根据本发明实施方式的显示器可应用于各种用途的电子设备，电子设备的种类不限于特定的种类。该显示器例如可以安装于以下电子设备上。然而，以下电子设备仅是一个实例，并可适当修改。
图5A和图5B示出了电子书的外观构造。电子书例如具有显示部110、非显示部(壳体)120和操作部130。操作部130可以如图5A所示设置在非显示部120的前表面上，或如图5B所示设置在非显示部120的上表面上。显示器还可以安装在具有类似于图5所示的电子书的构造的个人数字助理(PDA)上。
图6示出了电视设备的外观构造。电视设备例如具有包括前面板210和滤光玻璃220的视频显示屏幕部200。
图7A和图7B示出了数码相机的外观构造，并且分别示出了数码相机的正面和背面。数码相机例如具有用于闪光灯的发光部310、显示部320、菜单开关330和快门按钮340。
图8示出了笔记本个人计算机的外观构造。笔记本个人计算机例如具有主体410、输入字符等的键盘420以及显示图像的显示部430。
图9示出了视频摄像机的外观构造。视频摄像机例如具有主体510、设置在主体510前面的图像拍摄镜头520、摄像开始/停止开关530以及显示部540。
图10A至图10G示出了手机的外观构造。图10A和图10B分别示出了打开状态下的手机的正面和侧面。图10C至图10G分别示出了关闭状态下的手机的正面、左侧、右侧、顶部以及底部。在该手机中，上壳体610与下壳体620通过连接部(铰接部)630彼此连接，并且具有显示器640、副显示器650、图像灯660以及相机670。
实施例
接下来，将详细描述根据本发明实施方式的实施例。
[实验例1]
根据以下处理，利用用于暗显示的电泳粒子和用于亮显示的多孔层来制造显示器。
[电泳粒子的制备]
通过在43g水中溶解42.624g氢氧化钠和0.369g硅酸钠获得溶液A。随后，通过搅拌向溶液A中添加5g复合氧化物微粒(Dainichiseika Color& Chemicals Mfg.Co.，Ltd制造的DAIPYROXIDE Color TM3550)，接着再搅拌(15分钟)，然后通过超声波搅拌来搅拌混合溶液(30℃至35℃，15分钟)。随后，在加热包含复合氧化物微粒的溶液A(90℃)之后，将15cm3（相当于ml)0.22mol/cm3的硫酸和7.5cm3的溶解有6.5mg硅酸钠和1.3mg氢氧化钠的溶液通过2小时的滴入而给予溶液A。随后，在冷却溶液A(至室温)之后，向溶液A添加1.8cm3的1mol/cm3硫酸，并且混合物进行离心分离(3700rpm，30分钟)以从溶液A中分离沉淀物(倾析)。沉淀物再次分散在乙醇中以进行离心分离(3500rpm，30分钟)以及倾析。这种处理总共执行两次。随后，向每个瓶中的沉淀物添加包含5cm3乙醇和0.5cm3水的混合溶液，然后通过超声波搅拌搅拌所得溶液(1小时)。从而，获得了硅烷覆盖的复合氧化物粒子的分散溶液。
搅拌包含3cm3水、30cm3乙醇、以及4g N-[3-(三甲氧基甲硅烷基)丙基]-N’-(4-乙烯基苯甲基)乙二胺盐酸盐(40％甲醇溶液)的全部混合物(7分钟)，并且向该所得物添加全部分散溶液。搅拌(10分钟)之后，混合溶液进行离心分离(3500rpm，30分钟)。在随后的倾析之后，总共执行2次清洗处理，其中将所获得的沉淀物再次分散在乙醇中以进行离心分离(3500rpm，30分钟)。在进一步的倾析之后，在减压(室温)下(6小时)然后在减压(70℃)下(2小时)干燥由此得到的沉淀物以获得固体。
对于上述固体，添加50m3的甲苯，从而获得溶液B。通过辊磨机搅拌溶液B(12小时)。对于注入三颈烧瓶中的溶液B，添加1.7g 2-乙基己基丙烯酸酯以在氮气流下搅拌(20分钟)。随后，向在3cm3甲苯中溶解0.01g偶氮二异丁腈(AIBN)的溶液C中添加被搅拌(50℃，20分钟)的溶液B，并且加热混合溶液(65℃)。在随后搅拌(1小时)之后，冷却混合溶液(至室温)连同乙酸乙酯注入瓶中，随后离心分离(3500rpm，30分钟)。在随后的倾析之后，总共执行3次清洗处理，其中，将沉淀物再次分布在乙酸乙酯中以进行离心分离(3500rpm，30分钟)。在减压(室温)下(12小时)然后在减压(70℃)下(2小时)干燥由此得到的沉淀物。从而，获得了具有聚合物涂覆的颜料的黑色电泳粒子。
[绝缘液体的制备]
作为绝缘液体，制备包含0.5％甲氧基磺酰氧甲烷(Lubrizol Corp.制造的Solsperse17000)和1.5％山梨糖醇酐单月桂酸酯(Span20)的异链烷烃(Exxon Mobil Corp.制造的IsoparG)溶液。随后，向9.9g绝缘液体添加0.1g电泳粒子以通过珠磨机搅拌(5分钟)。通过具有氧化锆珠(0.03mm
Figure BDA0000143948020000201
)的匀化器搅拌混合溶液(4小时)，然后去除氧化锆珠。利用ζ电位/粒径测量系统ELSZ-2(Otsuka Electronics制造)测量电泳粒子的平均粒径，结果，平均粒径是100nm。
[多孔层的制备]
在88g N，N-二甲基甲酰胺中溶解12g作为用于形成纤维状结构体的材料的聚丙烯腈(Aldrich Corporation：分子量150000)以制备溶液D。随后，向60g溶液D中添加40g作为非电泳粒子的氧化钛(Sakai ChemicalIndustry Co.，Ltd.制造的TITONE R-42)，并且利用珠磨机混合所得物以制备纺丝溶液。然后，向注射器中灌注纺丝溶液，并且通过电纺设备(MECCCO.，Ltd.制造的NANON)在其上形成有给定样式的像素电极(ITO)的玻璃基板上来回纺丝8次。在如下的条件下执行纺丝：场强是28KV；排出速度是0.5cm3/分钟；纺丝距离是15cm；以及扫描速率是20mm/秒。随后，在真空炉(75℃)中干燥玻璃基板12小时以形成具有非电泳粒子的纤维状结构体。
[显示器的组装]
从其上形成有像素电极(ITO)的玻璃基板的非像素电极区域去除与该区域接触的不需要的多孔层。实际上，在其整个表面上形成有对向电极(ITO)的玻璃基板上配置隔板，由此其上形成有像素电极和多孔层的玻璃基板覆盖在隔板上。这种情况下，在多孔层上未叠层的位置处描绘具有珠(30μm外径)的光固化树脂(Sekisui Chemical Co.，Ltd.制造的光敏树脂PHOTOREK A-400)。最后，将分散有电泳粒子的绝缘液体注入两个玻璃基板之间的空间中。
[实验例2]
以类似于实验例1的处理来制造显示器，只是在多孔层的制备处理中，使用酒精可溶性尼龙(DuPont制造的Elvamide 8061)与甲醇和二氯甲烷(1∶1的重量比)的混合溶剂分别来代替聚丙烯腈与N，N-二甲基甲酰胺。
[实验例3]
以类似于实验例1的处理来制造显示器，只是在电泳粒子的制备处理中，使用1-苯乙烯和2-乙基己基丙烯酸酯(1∶1的重量比)的混合物来代替2-乙基己基丙烯酸酯。
[实验例4]
以类似于实验例2的处理来制造显示器，只是在电泳粒子的制备处理中，使用丙烯酸丁酯来代替2-乙基己基丙烯酸酯。
[实验例5]
以类似于实验例2的处理来制造显示器，只是在绝缘液体的制备处理中，使用正十二烷来代替异链烷烃类溶剂。
[实验例6]
以类似于实验例1的处理来制造显示器，只是在多孔层的制备处理中，使用聚丙烯酰胺和二甲基甲酰胺分别来代替聚丙烯腈和N，N-二甲基甲酰胺。
[实验例7和8]
以类似于实验例2的处理来制造这些显示器，只是在多孔层的制备处理中，用于代替聚丙烯腈，在实验例7中使用聚甲基丙烯酸甲酯，在实验例8中使用聚偏二氟乙烯。
[实验例9]
以类似于实验例2的处理来制造显示器，只是在多孔层的制备处理中，使用由甲氧基甲基取代胺的一部分的尼龙(Nagase ChemteXCorporation制造的FR-105)来代替酒精可溶性尼龙。
在实验例1至9中，在表1中示出了纤维状结构体的SP值A、电泳粒子表面的SP值B、绝缘液体的SP值C以及SP值差Δ1和Δ2。如上所述，基于由希尔德布兰德提出的正则溶液理论计算各材料的SP值。然而，对于作为绝缘液体的异链烷烃类溶剂的SP值，采用细目(＝7.3)中描述的其SP值。此外，对于实验例3中的SP值B，采用1-苯乙烯(＝9.2)与2-乙基己基丙烯酸酯(＝8.6)之间的SP值的平均值(＝8.9)。
根据实验例1至9的显示器中各对比度的确定提供了在表1中示出的结果。为了检查显示器的对比度，通过分光光度计(Otsuka Electronics，Inc.制造的MCPD 7000)测量45度环光源相对于标准扩散板沿着基板的法线方向的白反射率(％)和黑反射率(％)。这种情况下，在白显示状态下施加电压(15V的驱动电压)足够长时间的过程中，在反射率处于稳定状态的点处测量白反射率。对比度计算为白反射率与黑反射率的比率(白反射率/黑反射率)。
表1
Figure BDA0000143948020000231
通过改变各种纤维状结构体、电泳粒子、绝缘液体以及其组合来检查SP值差Δ1与白反射率之间以及SP值差Δ1与对比度之间的关系。结果发现2至5.2的SP值差Δ1(实验例1至6)与上述范围外的其他SP值差Δ1(实验例7至9)相比，允许保持高的白反射率，由此提供了更高的对比度。具体地，在SP值差Δ1为2至5.2的情况下，当SP值差Δ2为3.5至6.5时，进一步获得了更高的对比度。
如下考虑引起白反射率与对比度的显著差异的原因。通过黑色电泳粒子和白色多孔层制造的电泳显示器实质上显示对应于电泳粒子的移动的图像。这种情况下，如果SP值差Δ1不在适当的范围内，电泳粒子可能变为意外吸附于纤维状结构体。由于电泳粒子的吸附，白反射率减小，由此对比度减小。相反，如果SP值差Δ1在适当的范围内，电泳粒子难以变为吸附于纤维状结构体。因此，保持了白反射率，由此对比度难以减小。
从表1的结果发现，当作为纤维状结构体的SP值A与电泳粒子的SP值B之间的差的SP值差Δ1为2至5.2时，能获得更高的对比度。
如上所述，参照实施方式讨论了本发明。然而，本发明不限于实施方式中描述的方面，各种修改都是可行的。例如，根据本发明实施方式的电泳元件不限于显示器，并且可以应用于其他电子设备。
本发明包含于2011年3月22日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2011-062922中公开的主题，其全部内容结合于此作为参考。
本领域的技术人员应当理解，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和变形，只要它们在所附权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (8)

1.一种电泳元件，包括：
电泳粒子，以及
多孔层，由具有光学反射特性不同于所述电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成，
其中，所述纤维状结构体的溶解度参数值A与所述电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
2.根据权利要求1所述的电泳元件，其中，所述电泳粒子与所述多孔层置于绝缘液体中，以及
所述纤维状结构体的溶解度参数值A与所述绝缘液体的溶解度参数值C之间的差Δ2(＝A-C)是3.5以上且6.5以下。
3.根据权利要求1所述的电泳元件，其中，所述电泳粒子在所述粒子表面上具有烷基、卤代烷基以及氨基中的一种以上，并且所述纤维状结构体由具有氰基、氯基以及酰胺键中的一种以上的高分子材料构成。
4.根据权利要求1所述的电泳元件，其中，所述非电泳粒子具有高于所述电泳粒子的光学反射率的光学反射率。
5.根据权利要求1所述的电泳元件，其中，所述电泳粒子和所述非电泳粒子由有机颜料、无机颜料、染料、碳材料、金属材料、金属氧化物、玻璃以及高分子材料中的一种以上形成，所述纤维状结构体通过静电纺丝处理制造，并且具有10μm以下的平均纤维直径。
6.根据权利要求1所述的电泳元件，其中，所述非电泳粒子的光学反射特性被设定为使得至少所述多孔层能够遮蔽全体所述电泳粒子。
7.一种显示器，包括：
一对基板之间的电泳元件，这对基板中的一个或两个是光可透射的，
其中，所述电泳元件具有电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于所述电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层，以及
所述纤维状结构体的溶解度参数值A与所述电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
8.一种电子设备，包括：
显示器，具有一对基板之间的电泳元件，这对基板中的一个或两个是光可透射的，
其中，所述电泳元件具有电泳粒子、以及由具有光学反射特性不同于所述电泳粒子的光学反射特性的非电泳粒子的纤维状结构体形成的多孔层，以及
所述纤维状结构体的溶解度参数值A与所述电泳粒子的粒子表面的溶解度参数值B之间的差Δ1(＝A-B)是2以上且5.2以下。
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