JP2002122890A - 固体粒子の分散方法及び表示装置 - Google Patents
固体粒子の分散方法及び表示装置Info
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Abstract
分散させる。 【解決手段】 注入口を有するセル内に液体を充填する
工程と、固体粒子を多数含む粒子群を前記注入口から液
体中に注入する工程と、固体粒子又は液体に対して外力
を加えて固体粒子を前記セル内の所望の領域まで誘導す
る工程とを含む。
Description
法に関し、特に液体中への固体粒子の分散方法に関す
る。
固体粒子を分散させる方法としては、まず液体中に固体
粒子を分散させ、この固体粒子が分散している液体をセ
ル中に注入する方法が用いられていた。セル中に液体を
注入する際には、セル内に気泡を残さないように、セル
内を減圧した後に注入口から液体を充満させる真空注入
法を用いるのが望ましい。
の注入方法を用いた場合、固体粒子は、液体を注入する
ためにセルに設けられている注入口の付近に凝集しがち
である。固体粒子が注入口付近に凝集すると、固体粒子
を液体中に均一に分散させることが難しくなる。注入口
付近での固体粒子の凝集を防ぐために注入口のサイズを
大きくすることも考えられるが、注入口を通過した後に
固体粒子が凝集するという問題は残る。
めに真空注入法を用いて固体粒子をセル内に注入する
と、固体粒子として中空の粒子を用いた場合に固体粒子
の破裂が起こる可能性もあり問題である。
粒子を分散させることを目的とする。さらに、本発明
は、真空注入法を用いて液体と中空粒子をセル内に注入
することを目的とする。
ば、(a)注入口を有するセル内に液体を充填する工程
と、(b)固体粒子を多数含む粒子群を前記注入口から
前記液体中に注入する工程と、(c)前記固体粒子又は
前記液体に対して外力を加えて前記固体粒子を前記セル
内の所望の領域まで誘導する工程とを含む固体粒子の分
散方法が提供される。
る液体中に固体粒子を注入した後に、固体粒子を外力に
よりセル内の所望の領域に誘導することができるので、
固体粒子の凝集が生じても、固体粒子を液体中に均一に
分散させたり、所望の領域に分散させたりすることがで
きる。
を有するセル内に液体を充填する工程と、(B)第1の
固体粒子を多数含む第1の粒子群を前記注入口から前記
液体中に注入する工程と、(C)前記第1の固体粒子又
は前記液体に対して外力を加えて前記セル内の第1の領
域に前記第1の固体粒子を誘導する工程と、(D)前記
第1の固体粒子とは性質の異なる第2の固体粒子を多数
含む第2の粒子群を前記注入口から前記液体中に注入す
る工程と、(E)前記第2の固体粒子又は前記液体に対
して外力を加えて第1の領域とは異なる第2の領域に前
記第2の固体粒子を誘導する工程とを含む固体粒子の分
散方法が提供される。
子を、セル内の別々の場所に誘導することができる。固
体粒子の分散密度を場所により変化させることもでき
る。
基板と、前記第1の基板に対して所定のギャップを介し
て対向配置された透明な第2の基板と、前記第1の基板
と前記第2の基板との間に挟持された液体と、前記第1
の基板と前記第2の基板との間に介装され、前記第1及
び第2の基板の周囲を囲むとともに液体注入口を1つだ
け有するシール材と、前記第1及び第2の基板間に形成
され前記シール材内の領域を第1及び第2の少なくとも
2つの領域に仕切る仕切り板と、前記第1の領域の液体
中に分散する第1の固体粒子と、前記第1の領域とは異
なる第2の領域の液体中に分散し、前記第1の固体粒子
とは異なる性質を有する第2の固体粒子とを含む表示装
置が提供される。
おいて異なる表示をすることが可能である。
ルの内部にまで固体粒子を分散させることができる以下
の方法を思いついた。セル内に液体を充填した後に、セ
ルの注入口付近に固体粒子を注入する。当初は、固体粒
子がセル内の液体の中へ徐々に分散するが、注入口付近
において局所的に固体粒子が凝集するようになると、そ
れ以上固体粒子はセルの内部まで入って行きにくくな
る。
力を加えることができれば、注入口付近に凝集していた
固体粒子群をセルの内部まで誘導することができる。例
えばセル内において固体粒子をほぼ均一に分散させるこ
ともできる。
場又は磁場を用いる。外力は、固体粒子に直接的又は間
接的に外力を加えれば良い。固体粒子に直接的に外力を
加える方法は、例えば固体粒子の表面電荷に働きかける
ように電場を形成し、電気泳動等の原理により固体粒子
を移動させる方法が考えられる。固体粒子に対して間接
的に外力を加える方法は、例えば電場を形成して液体を
流動させる方法である。液体が流動すれば、固体粒子も
液体の流れにのって移動する。電場の代わりに磁場によ
り固体粒子を移動させることもできる。
明の実施の形態による固体粒子の分散方法について説明
する。液体中への固体粒子の分散方法を、液晶中への固
体微粒子の分散技術を例にして説明する。
た液晶セル内へ固体微粒子を分散させる方法を示す。
ソーダガラスにより形成されている第1の基板1と、そ
れと対向し同じくソーダガラスにより形成されている透
明な第2の基板3とを準備する。第1及び第2の基板
1、3は、例えば大きさが20mm×25mm、厚さが
1.1mmである。実際には、図1(B)に示すよう
に、第1の基板1の方が例えば1mm程度長い。第1の
基板1と第2の基板3との間の間隔(セル厚)は、例え
ば図示しないギャップコントロール材により、50μm
程度に保たれている。
所定の間隔、例えば0.5mm間隔、幅1.0mm程度
の複数の電極17(17a、17b、17c、17d、
・・・)が形成されている。電極17は、例えばITO
(Indium Tin Oxide)により形成されて
いる。ITOのシート抵抗は例えば100Ωである。電
極17は、注入口11付近に形成されている第1の電極
17aと、第1の電極17aから0.5mmだけ離れて
形成され、第1の電極17aと平行な第2の電極17b
と、同じように配置され、注入口11の近くから順に第
3の電極17c、第4の電極17dが形成されている。
さらに多くの電極がセル内の注入口から奥の方向に向け
て形成されていても良い。
c、17d、・・・のうち隣接する2つの電極間に、独
立して電圧を印加することができる電圧印加手段21が
形成されている。具体的には、第1の電極17aは端子
T1を、第2の電極17bは端子T2を、第3の電極1
7cは端子T3を、第4の電極17dは端子T4を有し
ている。一方、電圧印加手段21は、DC電源と、DC
電源の両端において、正極から延びる端子T5と、負極
から延びる端子T6とを有している。端子T5、T6と
端子T1からT4までとは自由に接続することが可能に
なっている。
電極16が形成されている。
ぞれポリイミドの配向膜5a及び5bが形成されてい
る。ポリイミドの配向膜5a及び5bにはラビング処理
を施していない。配向膜5a及び5bは平行配向剤とし
て機能するため基板1、3間において、液晶分子の長軸
が基板面と平行な方向に配向する。ラビング処理を行っ
ていないため、基板面内における配向方向は有していな
い。
際には配向膜5a、5b間)に、基板1、3の周辺領域
を囲むシール材7が設けられている。シール材7は開口
を有しており、この開口が液体(液晶材)の注入口11
を形成する。
とにより液晶収容空間23が画定される。毛細管現象を
利用して、液晶収容空間23内にネマチック液晶(ZL
I−2231(Δε>0))を含む液体(分散媒)15
を充填し、液晶セル25を形成する。
いて、液晶セル25内に充填されているネマチック液晶
15中に固体粒子31を多数分散させる方法について説
明する。尚、簡単のため、図2(A)から図2(C)ま
でにおいては、図1で示した配向膜は省略しているが、
実際には配向膜が形成されている。
体粒子、有機系の固体粒子などでも良いが、特に中空体
が好ましい。中空体は、例えば平均粒径が約10μmの
中空体であり、ポリスチレン系高分子により形成されて
いる。
17dまでの各々から延びる端子T1からT4までには
電圧を印加しない状態で、予め固体粒子31を多数分散
させたネマチック液晶材33の液滴を注入口11から露
出している液晶材15中にたらす。固体粒子31は注入
口11からその奥に向けて少し分散する。但し、固体粒
子31を含むネマチック液晶材31をたらしてからある
程度の時間が経過すると、固体粒子31は注入口11付
近において凝集し始め、液晶収容空間23の奥の方には
分散して行かなくなる。
1を用いて注入口11の近傍の端子T1とそれよりも奥
に形成されている隣接端子T2との間に電圧を印加す
る。端子T1が電圧印加手段21の正極に、端子T2が
負極に接続される。印加電圧は例えば68Vから80V
までの間の高電圧である。第1の電極17aと第2の電
極17bとの間の液晶材15中に電界が生じる。生じる
電界の強度は、例えば136V/mmから180V/m
mまでの間である。固体粒子31が、液晶材15中の電
界により第1の電極17aから第2の電極17bの方向
に向けて誘導される。固体粒子31が移動するメカニズ
ムについては、まだ明確にはわかっていないが、固体粒
子31の表面にマイナスの電荷が分布しており、この電
荷に対して電界が作用するものと推測している。
T2と電圧印加手段との間の接続を切った後、電圧印加
手段21を端子T2と端子T3との間に接続し、電圧を
印加する。端子T2が正極に、端子T2が負極に接続さ
れる。第2の電極17bと第3の電極17cとの間の液
晶材15に電界が生じる。固体粒子31が、電界により
第2の電極17bから第3の電極17cの方向に向けて
誘導される。第3の電極17cの近傍に固体粒子が集ま
る。形成されている電界を取り除けば、固体粒子31の
移動はほぼ停止する。
子をセルの奥の方まで誘導することができる。
1の分散状態を示す表面顕微鏡写真である。図3(B)
は、セル中に形成された電極の配置を模式的に示す図で
ある。図3(A)に示すように、白く見える領域が固体
粒子の分散している領域である。黒い帯状の領域が、電
極の形成されている領域である。固体粒子31が、電極
を越えて注入口11から離れた領域にも分散している状
態が観察される。
する電圧の極性を反対にすれば、固体粒子は、上記の場
合とは反対方向に移動することが確認されている。
る固体粒子の分散方法を用いることにより、固体粒子を
所望の領域に移動させて分散させることができる。
子を移動させるために用いたが、これらの電極を、液晶
をオンオフさせるための駆動電極として用いることもで
きる。換言すれば、例えば通常のアクティブマトリック
ス型液晶を製造する工程において、セルを駆動するため
の電極17と共通電極16とを形成した後に、セル中に
液晶材を注入し、電極17を用いて固体粒子を液晶材中
に分散させれば良い。すなわち、固体粒子を誘導するた
めの電極と電圧印加手段とをわざわざ別に形成しなくて
も、セルを駆動するための電極と固体粒子を誘導するた
めの電極とを兼用させることも可能である。
に、電極間に印加する電圧(電界強度)が大きいほど、
また、電圧を印加している時間が長いほど多くなる。従
って、電圧と時間により固体粒子の分散密度を変化させ
ることができる。領域によって分散密度にバリエーショ
ンをつけることも可能である。もちろん、液晶セル中に
おける固体粒子の分散密度をほぼ均一にすることもでき
る。
の後に固体粒子を分散させることができるので、通常は
真空注入法と併用することができない中空の固体粒子を
分散させることもできる。
体粒子の分散方法の第1変形例について説明する。
面図である。第1変形例による固体粒子の分散方法は、
図1に示す方法とほぼ同様の方法を用いる。電極17a
から電極17dまでが第1の基板1の外側(下面)に形
成されている点が異なる。図4に示す装置では、固体粒
子を移動させるためには、上記の第1の実施の形態によ
る固体粒子の分散方法の場合よりも高い電圧を印加する
必要がある。但し、電極17aから電極17dは外付け
の電極でも良く、固体粒子を分散させた後に電極をガラ
ス基板1から取り外すことが容易である。
体粒子の分散方法の第2変形例について説明する。
形例による固体粒子の分散方法を示す図である。図5
(A)に示すように、図1に示す方法とほぼ同様の方法
を用いる。電極17a及び電極17cが第1の基板1の
上面に形成されており、電極17bと電極17dとが第
2の基板の下面に形成されている点で異なる。
が形成されている。注入口11からセルの奥側に向けて
第2、第3および第4までの電極17b、17cおよび
17dが形成されている。第1の基板1上面に第1の電
極17aおよび第3の電極17cを、第2の基板下面に
第2の電極17bおよび第4の電極17dを形成する。
さらに多くの電極を形成しても良い。
2の電極17bから延びる端子T2、第3の電極17c
から延びる端子T3、第4の電極17cから延びる端子
T4に、第1の実施の形態による方法と同様の方法で、
電圧印加手段21により電圧を印加する。注入口11近
傍に凝集している固体粒子31を注入口11からセル2
5の奥の方向へ移動させることができる。
いた場合の固体粒子31の分散状態を示す表面顕微鏡写
真である。図6(B)は図6(A)の構造の概略を示す
平面図である。注入口11から離れた領域にも固体粒子
が分散した状態が観察される。但し、第1の実施の形態
による方法と比べると、同じ電圧を印加した場合でも固
体粒子の移動速度は遅いことがわかっている。
体粒子の分散方法について、図7(A)から図7(C)
及び図8(D)から図8(F)までを参照して説明す
る。図7(A)に示す構造は、図2(A)に示す構造と
同様の構造であるが、液晶材15中には液晶硬化材、例
えば紫外線を照射すると硬化する紫外線硬化樹脂が含ま
れている。
ク液晶の分散液33を、液晶セル25内に充填された液
晶材15に接触させる。赤色固体粒子41が注入口11
の近傍に分散する。第1の電極17aと第2の電極17
bとの間に電圧を印加する。赤色固体粒子41は、第2
の電極17b近傍まで移動する。第1の電極17aと第
2の電極17bとの間の電圧を0にする。
極17bと第3の電極17cとの間に電圧を印加する。
破線で示される赤色固体粒子41が第3の電極17cの
近傍に移動する。次に、実線で示すように、第3の電極
17cと第4の電極17dとの間に電圧を印加する。実
線で示される赤色固体粒子41が第4の電極17dの近
傍に移動する。第3の電極17cと第4の電極17dと
の間の電圧を0にする。
3を分散したネマチック液晶の分散液33を、液晶セル
25内に充填された液晶材15に接触させる。緑色固体
粒子43が注入口11の近傍に分散する。第1の電極1
7aと第2の電極17bとの間に電圧を印加する。緑色
固体粒子43は、第2の電極17b近傍まで移動する。
第1の電極17aと第2の電極17bとの間に電圧を0
にする。
体粒子43を図8(D)に示すように第3の電極17c
の近傍の領域まで移動させる。
5を分散したネマチック液晶の分散液33を、液晶セル
25内に充填された液晶材15に接触させる。青色固体
粒子43が注入口11の近傍に分散する。第1の電極1
7aと第2の電極17bとの間に電圧を印加する。青色
固体粒子43は、第2の電極17b近傍まで移動する。
第1の電極17aと第2の電極17bとの間の電圧を0
にする。
するマスク51を用いて透明ガラス基板3を通して液晶
セル35内の液晶材(紫外線硬化樹脂入り)15に紫外
線を照射する。紫外線を照射することにより仕切り板6
1が形成される。仕切り板61は、例えば赤色固体粒子
41が分散している領域63と、例えば緑色固体粒子4
3が分散している領域65と、例えば青色固体粒子65
が分散している領域67とを区画する。
表示装置が完成する。この表示装置を用いると、RGB
のカラー表示を行うことができる。仕切り板61により
区画されたそれぞれの領域において、例えば電極17
b、17cおよび17dと共通電極16との間の電圧を
オンオフすることにより液晶の配向状態を変化させれ
ば、RGBのカラー表示を行うことができ、フルカラー
表示を行うこともできる。
1つの区画として仕切っても良い。1つのセルでRGB
のうちの2種類以上の色が混ざった色を表示できる。ま
た、固体粒子の分散密度を変化させることにより、色表
示の階調を変化させることも可能である。さらに、RG
B原色系だけではなく、補色系の表示も可能である。
仕切り板を形成すると、図8(F)に示すように、仕切
り板61内に固体粒子41、43または45が取り込ま
れる。
り板61により仕切られた区画ごとに固体粒子を入れる
ための開口部を設けなくても、区画ごとに色の異なる固
体粒子を分散させることができ、表示装置の構造が簡単
になる。
用いれば、色の異なる固体粒子をそれぞれ別の領域に分
散させることができる。さらに、色の異なる固体粒子を
それぞれ別の領域において分散させた状態で区画するこ
とができる。
異なる固体粒子の一例として色の異なる固体粒子を用い
た場合について説明したが、その他、平均粒径、光の反
射率、光の透過率、比重、表面電荷密度、材質、形状等
の様々な性質の異なる粒子を、所望の領域に誘導するこ
とができる。
粒子を液体中に注入する幅方向の位置を変えることによ
り、固体粒子を分散させる幅方向の位置を制御すること
もできる。もちろん、電極を幅方向にも並ぶように多数
形成しておけば、2次元平面上において任意の領域に移
動させることができる。
りに単極性の矩形波を加えても良い。
体粒子の分散方法について図9を参照して説明する。
は、固体粒子を移動させるための外力が電圧を印加する
ことにより形成される電場により発生するのではなく、
磁場により発生させる点である。
口11の近傍に磁石のS極71aを配置し、それよりも
奥側にN極71bを配置する。S極71aからN極71
bに向かう磁界75が形成される。この磁界75の影響
により、固体粒子73が奥の方に移動する。
石の位置を奥側に移動させることにより、固体粒子73
を奥側に移動させることができる。
めには、固体粒子を形成している材料中に磁性体が含ま
れているか、磁性体により形成されている必要がある。
磁性体材料としては、マグタイト、Mn−Zn系複合フ
ェライト等の材料を用いることができる。
の分散方法を用いて液晶表示装置を製造する方法を例に
して説明したが、本方法は、以下の製品を製造する際に
用いても利点がある。
り変化させることができるため、カメラの絞り、防眩ミ
ラー、窓のブラインドなどに用いることができる。液晶
表示装置以外にも、ディスプレイ全般、例えば、携帯電
話やモバイルPC、ペーパーディスプレイ、プロジェク
タなどに用いることもできる。尚、ペーパーディスプレ
イは、紙のように薄く、フレキシブルで、携帯性、一覧
性に優れ、印刷物のように見やすい表示デバイスで、例
えば電気的に書き換えが可能になっているものの総称で
ある。
たが、その他、種々の変更、改良、組み合わせなどが可
能なことは当業者には自明であろう。
る。固体粒子の位置や密度を制御できる。色や反射率な
どの性質の異なる2種類以上の固体粒子を液体中の異な
る領域に分散させることができる。表示装置に応用すれ
ば、多様な表示を行うことができる。また、液体をセル
に注入する際に真空注入法を用いることができるため、
セル中に気泡などが残留しにくい。真空注入法を用いれ
ば、中空の固体粒子を分散させる場合にもセル中に気泡
などが残留しにくい。
分散に用いる装置の概略図であり、図1(A)は平面
図、図1(B)は断面図である。
第1の実施の形態による固体粒子の分散方法を示す工程
図である。
の形態による固体粒子の分散方法を用いた場合の固体粒
子の表面分布を示す図である。
分散に用いる装置の第1変形例である。
第1の実施の形態による固体粒子の分散方法の第2変形
例を示す工程図である。
の形態の第2変形例による固体粒子の分散方法を用いた
場合の固体粒子の表面分布を示す図である。
第2の実施の形態による固体粒子の分散方法を示す工程
図である。
第2の実施の形態による固体粒子の分散方法を示す工程
図である。
第3の実施の形態による固体粒子の分散方法を示す工程
図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 (a)注入口を有するセル内に液体を充
填する工程と、 (b)固体粒子を多数含む粒子群を前記注入口から前記
液体中に注入する工程と、 (c)前記固体粒子又は前記液体に対して外力を加えて
前記固体粒子を前記セル内の所望の領域まで誘導する工
程とを含む固体粒子の分散方法。 - 【請求項2】 前記(b)の工程は、前記固体粒子を含
む分散液を前記液体に接触させる工程である請求項1に
記載の固体粒子の分散方法。 - 【請求項3】 前記外力は、電場又は磁場により前記固
体粒子又は前記液体に対して加えられる力である請求項
1に記載の固体粒子の分散方法。 - 【請求項4】 (A)注入口を有するセル内に液体を充
填する工程と、 (B)第1の固体粒子を多数含む第1の粒子群を前記注
入口から前記液体中に注入する工程と、 (C)前記第1の固体粒子又は前記液体に対して外力を
加えて前記セル内の第1の領域に前記第1の固体粒子を
誘導する工程と、 (D)前記第1の固体粒子とは性質の異なる第2の固体
粒子を多数含む第2の粒子群を前記注入口から前記液体
中に注入する工程と、 (E)前記第2の固体粒子又は前記液体に対して外力を
加えて第1の領域とは異なる第2の領域に前記第2の固
体粒子を誘導する工程とを含む固体粒子の分散方法。 - 【請求項5】 第1の基板と、前記第1の基板に対して
所定のギャップを介して対向配置された第2の基板と、
前記第2の基板の前記第1の基板側表面上に所定の間隔
をあけて形成された複数の電極と、前記複数の電極のう
ちの少なくともいずれか一対の電極間に電圧を印加でき
る電圧印加手段とを含むセル内に液体を充填する工程
と、 固体粒子を多数含む粒子群を前記液体中に注入する工程
と、 前記複数の電極間に電圧を印加して前記固体粒子を所望
の領域に誘導する工程とを含む固体粒子の分散方法。 - 【請求項6】 第1の基板と、前記第1の基板に対して
所定のギャップを介して対向配置された第2の基板と、
前記第1の基板の表面上及び前記第2の基板の表面上に
所定の間隔をあけて形成された複数の電極と、前記複数
の電極間に電圧を印加できる電圧印加手段とを含み注入
口を有するセル内に液体を充填する工程と、 固体粒子を多数含む粒子群を前記液体中に注入する工程
と、 前記複数の電極間に電圧を印加して前記固体粒子を所望
の領域に誘導する工程とを含む固体粒子の分散方法。 - 【請求項7】 前記液体は液晶を含む請求項1から6ま
でのいずれか1項に記載の固体粒子の分散方法。 - 【請求項8】 (A)注入口を有するセル内に液体と前
記液体中に混ぜられ、後に硬化させることができる硬化
剤とを充填する工程と、 (B)第1の固体粒子を多数含む第1の粒子群を前記注
入口から前記液体中に注入する工程と、 (C)前記第1の固体粒子又は前記液体に対して外力を
加えて前記セル内の第1の領域に前記第1の固体粒子を
誘導する工程と、 (D)前記硬化剤を選択的に硬化させ、前記第1の領域
の外周を囲む仕切り板を形成する工程とを含む固体粒子
の分散方法。 - 【請求項9】 さらに、(X)前記第1の固体粒子とは
性質の異なる第2の固体粒子を多数含む第2の粒子群を
前記注入口から前記液体中に注入する工程と、 (Y)前記第2の固体粒子又は前記液体に対して外力を
加えて第1の領域とは異なる前記セル中の第2の領域に
前記第2の固体粒子を誘導する工程と(Z)前記硬化剤
を硬化させる手段を用いて前記第2の領域の外周を囲む
仕切り板を形成する工程とを含む請求項8に記載の固体
粒子の分散方法。 - 【請求項10】 第1の基板と、 前記第1の基板に対して所定のギャップを介して対向配
置された透明な第2の基板と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に挟持された液
体と、 前記第1の基板と前記第2の基板との間に介装され、前
記第1及び第2の基板の周囲を囲むとともに液体注入口
を1つだけ有するシール材と、 前記第1及び第2の基板間に形成され前記シール材内の
領域を第1及び第2の少なくとも2つの領域に仕切る仕
切り板と、 前記第1の領域の液体中に分散する第1の固体粒子と、 前記第1の領域とは異なる第2の領域の液体中に分散
し、前記第1の固体粒子とは異なる性質を有する第2の
固体粒子とを含む表示装置。 - 【請求項11】 さらに、前記第1の基板又は前記第2
の基板の表面上に形成される複数の電極と、 前記複数の電極間に電圧を印加できる電圧印加手段とを
含む請求項10に記載の表示装置。 - 【請求項12】 前記仕切り板中に、前記第1の固体粒
子又は前記第2の固体粒子のうちの少なくともいずれか
一方が含まれる請求項10又は11に記載の表示装置。
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