3 電気泳動ディスプレイ（EPD）
過去数十年間、EPDは、低コスト、軽量、低消費電力、安全性から、通常の紙よりも注目を集めてきました。 EPDは、荷電懸濁粒子が誘電性流体内で反対に帯電した電極に向かって移動することに基づいて動作する反射型ディスプレイであり、これは電気泳動 [20,25,26]（図4）として知られています。最近、Amazon Kindle、Hanvon、OED Technologiesなどの企業を通じて、多くのディスプレイが市場に参入しています。この分野の2つの主要企業はSiPixとE-Inkであり、すでに合併していますが、これらの2つの技術は異なります。 SiPix技術は、ロールツーロールプロセス（）[27]によって製造される非常に薄く、軽量なプラスチック電気泳動ディスプレイのマイクロカプセルで構成されています。電気泳動ディスプレイと電子インクの特性については、以下で詳しく説明します。
3.1 電気泳動ディスプレイ（EPD）の機能
いわゆる電気泳動の原理とは、DC電界の影響下で、懸濁液中の荷電粒子が移動することです。電極間の電界がセルで使用されると、粒子は電荷に関連して移動し、懸濁液は安定したままです[20,28,29]。したがって、電気泳動粒子はEPDの主要な構成要素の1つです。一般に、電荷'q'を持つ球状粒子は、電界'E'下で、電気泳動液体に懸濁され、電気力、浮力、重力、および遅延粘性力の4つの力の影響を受け、二価電極と反対の極の間を移動します[30]。ヘルムホルツ-スモルホスキー方程式[3]（式（1））は、荷電粒子の電気泳動速度（U）を記述するために使用されます。この方程式では、用語ε、ξ、Ex、およびμは、液体のμ定数、粒子の3.2 E Inkを使用したEPDディスプレイの画像品質における有効なパラメータ、印加電圧、および粒子の移動度をそれぞれ表します。電気泳動ゼータ電位（ξEP）は、荷電粒子の特性です。電気泳動は、静止溶液中の荷電粒子の移動につながります。輸送媒体の粘度とその誘電挙動、黒と白の粒子のサイズと電荷密度、マイクロカプセルシェルの厚さとその誘電レベルを含むさまざまなパラメータが、EPDの機能と性能に影響を与える可能性があります。液体媒体中の粒子を不安定にする1つの方法は、分散溶媒と粒子の間の重力を補償し、その結果、沈降を減らすことです[31]。（1）U3.2 E Inkを使用したEPDディスプレイの画像品質における有効なパラメータεξEPE
表面形態、表面電荷、および特別な安定性の影響を調査しました[32–34]。したがって、E Inkマイクロカプセルの特性評価のために、紫外線可視分光法（UV–Vis）、光学顕微鏡、フーリエ変換赤外分光法
（FTIR）、走査型電子顕微鏡（SEM）、ゼータ電位、動的光散乱（DLS）、および電気泳動セルなどのさまざまな機器分析技術が使用されました[34–41]。
前述のように、電気泳動粒子の空間的安定性は、ゼータ電位の測定から特定される画像品質を決定する重要な要素です。実際、ゼータ電位はコロイド系の潜在的な安定性の要因です。懸濁液中のすべての粒子が正または負の電荷を持っている場合、粒子は互いに反発する傾向があり、統合する傾向を示しません。同様の電荷を持つ粒子が互いに反発する傾向は、ゼータ電位に直接関連しています。一般に、懸濁液の安定性と不安定性の境界は、ゼータ電位によって決定できます。ゼータ電位が30 mVを超えるか、-30 mV未満の粒子を含む懸濁液は、安定していると見なされます[42]。
また、着色されたディスプレイは、着色された染料または有機顔料を着色された電気泳動ナノ粒子として使用して作成できます。電子インク中の染料または顔料は、優れた輝度、色の強度、光、熱、および耐溶剤性を備えている必要があり、幅広い用途に提案される大きな可能性を提供できます[43–45]。 EPDの優れた電子インクは、電気泳動懸濁液で長期的な懸濁安定性と高い表面電荷を実現できます[37,46,47]。一部のナノ粒子は、EPDアプリケーションで、ポリエチレン
やオクタデシルアミン[32,50,51]などの一部の修飾剤によってさらに修飾されました。画像の正確な制御と印加電界
-5〜10-6 cm2/Vsの範囲内、溶媒との密度差は0.5 g/cm3未満、適切な直径は約190〜500 nmです[30,52]。3.3 電子インク（E Ink）または電気泳動インクE Inkは、化学、物理学、および電子工学の直接的な結果です。 EPDのE Inkの組成には、誘電環境に分散された荷電着色材料またはマイクロカプセルなどの電気泳動粒子と電荷制御剤が含まれています[22–24]。デバイスと前述の動作原理に基づいて、この技術の重要な材料には、着色粒子（染料/顔料）、マイクロカプセルシェル、絶縁油、電荷制御剤、および安定剤が含まれます。次のセクションでは、これらの各コンポーネントについて説明します。3.3.1 コア用の着色粒子としての染料/顔料前述のように、ナノメートルからマイクロメートルのサイズの着色粒子は、電気泳動の機能を評価するための重要な材料です。顔料は、いくつかの要件を満たす必要があります。沈降量を減らす必要があります。密度は懸濁溶媒と特に互換性がある必要があります。溶媒への溶解度は十分に低くなければなりません。明るさは、効果的な光学性能を確保するために高くなければなりません。表面は簡単に帯電できる必要があります。大量生産を確保するには、顔料が適切に安定しており、簡単に精製できる必要があります。マイクロカプセルまたはピクセルへのカプセル化の場合には、カプセル表面またはピクセルへの粒子の吸収を回避する必要があります。さまざまなタイプの材料がEPDアプリケーションについて調査されています[9,53–61]。 TiO2[38,62] 、カーボンブラック[41]、SiO2[63]、Al2O3[58]、黄色顔料[34,64]、赤色顔料[32,65]、鉄赤およびマグネシウム紫は、研究で大きな注目を集めている無機材料です。トルイジンレッド、フタロシアニンブルー[66–69]、フタロシアニングリーン[51,70]も有機粒子として調査されています。一般に、ナノメートルサイズの染料/顔料は、元の状態で溶液に分散され、次にポリマー材料でコーティングしてコアシェル構造を形成します。アルコキシ基、アセチル基、またはハロゲンを含む材料は、水素結合コーティングポリマー粒子表面にフローグループグラフトを介してビニルトリエトキシシラン（VTES）で二酸化チタン粒子を修飾しました。 TiOコントラストによる画像品質では、白色顔料の特性が非常に重要です。ほとんどの場合、研究者は、その白さと優れた光学特性と反射特性のために、一般的な白色顔料としてTiO2
2
[72]、修飾剤で修飾されたTiO2[62,73]、ポリマーでコーティングされたTiO
2
[22,43,74]などの解決策を提案することにより、この問題を集中的に解決しようとしました。 Comiskeyらは、尿素とホルムアルデヒドのin situ重合法で調製された、青色の流体に分散された白色粒子を含むE Inkマイクロカプセルを初めて報告しました。反射と高い色の純度には、4.2の を持つ二酸化チタンが白色粒子として使用されました[75]。ポリエチレンは、比重を減らすために二酸化チタンのコーティングとして、および印加電界に応答するための粒子の表面修飾として使用されました。この研究では、応答時間は0.1 sと報告されました。図6 正電極の近くに負電荷を持つ白い背景が見えます。さらに、部分（b）は、電界に組み込まれた電気泳動マイクロカプセルの元の例の写真顕微鏡写真を示しています[75]。2粒子表面にフローグループグラフトを介してビニルトリエトキシシラン（VTES）で二酸化チタン粒子を修飾しました。 TiO 2粒子は、コントラストのために暗い環境で優れた特性を持ち、E Inkの製造で白色電気泳動粒子として広く使用されています。ただし、この粒子は高密度であるため、ファンデルワールス引力が不十分であり、凝集、迅速な沈降につながり、電界への応答が遅くなります。したがって、表面修飾に関する広範な研究が行われています。この研究では、FTIR全体の結果により、560および670 cm-1の波長での新しいピークが確認され、VTESのSi-O結合の伸縮振動を表す12,020および1120 cm−1の波長の2つのピークが確認されました。したがって、VTESもTiO2表面にグラフトされていることが示されました。修飾された粒子のサイズは、100〜200 nmの範囲で、非常に狭い分布で報告されています[37]。最近、シリカナノ粒子の使用が、電気泳動ディスプレイのプロトタイプで180〜191 msの応答時間で報告されています[30]。現在、EPD製品は、それぞれ260〜300 msと1000 msの応答時間とリフレッシュ時間で、16 Gyレベルの白から黒の色を表示できます[5]。白色顔料は市販されていますが、電気泳動電界への空間的に高速な応答特性を改善する必要がまだあります。フルカラーディスプレイは、白黒EPDの各画像要素を分割し、水平方向のカラーフィルターをRGB（赤、緑、青）およびCMY（青、赤、黄）アレイとして配置することによって開発できます[76]。ただし、カラーフィルターは大量の反射光を吸収するため、コントラストと明るさが低下します。最近、研究は、カラーディスプレイ（CEPD）用の三色電気泳動粒子の調製に焦点を当てています。カプセル化された染料と修飾された顔料は、電気泳動粒子の合成に使用されます。着色インクの調製は、ポリスチレン、ポリ（Nビニルピロリドン）、ポリ（メタクリル酸メチル）およびその他のいくつかの共重合体[23,24]などのポリマーに着色材料を配置することによって得られました。ただし、低視認性と光安定性の低さなどのいくつかの欠点により、CEPDでの染料の使用が制限されています。比較すると、超光耐性、より優れた安定性、およびより高い色の強度を備えた有機顔料は、CEPDにより適していることが示されています[77]。 CEPDに適用される染料の調製には、多数の方法が採用されており、次のセクションにリストされています。
この技術では、マイクロカプセルまたはマイクロピクセルは、デバイスで構成され、シェル壁が主要な材料になります。電気泳動ディスプレイにおけるシェルの重要な役割は、着色粒子と媒体をカプセル化することです。この目的のために、優れた透明性と低導電性だけでなく、内部の材料との互換性も必要です。もう1つの仕様は、同時に柔軟性を維持しながらの です。したがって、有機ポリマーポリウレタン、ポリサルホン複合フィルムの形成など、さまざまな方法が採用されています[79,89,90]。3.3.3 誘電性液体媒体電気泳動ディスプレイデバイスのマイクロカプセル内には、液体媒体中の着色粒子の懸濁液があります。これらのデバイスの主要な要件に基づいて、媒体は、熱的および化学的安定性、適切な絶縁特性（誘電率が2より大きい）、粒子とほぼ同一の反射率