JP2010191267A - 画像表示媒体および画像表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】スペーサに集中荷重が加わった場合においてスペーサの破壊や変形が生じるのをより効果的に防止できる画像表示媒体の提供。
【解決手段】透明電極２が形成された透明な表面基板１と、所定ピッチで画素電極４が形成された背面基板３と、表面基板１と背面基板３との間の空間を複数のセル６に区分するスペーサ５と、スペーサ５で区分されたセル６の内部に充填された泳動液７と、白色に着色され、泳動液９中に浮遊している浮遊粒子８と、浮遊粒子８とは異なる色彩に着色され、透明電極２と画素電極４との間の電位差に応じて泳動液７内を表面基板１に向かう方向または背面基板３に向かう方向に泳動する泳動粒子９と、を備え、表面基板１の内部または表面には、剛性がスペーサ５と同一かそれよりも高い補強リブ１０が、平面視で全てのスペーサ５と交差するように、スペーサ５と同一またはそれよりも小さなピッチで配設されている画像表示媒体。
【選択図】図３

Description

本発明は、画像表示媒体および画像表示装置に関する。

積層型液晶表示装置において、上部液晶層および下部液晶層のセルギャップ間隔を一定に保つスペーサとして、それぞれファイバを基板の板面方向において同一の点または線で交わるように、それぞれ表示画面のほぼ全面に亘って所定間隔で配置したものがある（特許文献１）。

また、タッチパネルを供えた電気光学パネルにおいて、曲面を形成し、曲面の凸部の面を入力面とする前記タッチパネルを、当該曲面の凹側の面を電気光学パネルの表示面に面する向きにして装着し、前記タッチパネルの前記凹側の面と電気光学パネルとで中空部を形成するものがある（特許文献２）。

更に、可撓性を有する一対の基板間に透明電極を設け、所定の間隔を保持し液晶を挟持させて液晶セルを構成し、前記液晶セルの外側に少なくとも一対の光学素子が配置されている液晶素子において、前記液晶セルの最表面は光学素子が貼着されず、且つ所定の間隔を有して配設されているものがある（特許文献３）。
特開平９−２１８４１５号公報 特開２００４−２５２６７６号公報 特開平１０−９６９０８号公報

本発明は、 透明電極が形成された透明な基板である表面基板と、画素電極が形成された背面基板と、前記表面基板と前記背面基板との間の空間を行方向および列方向に複数のセルに区分するスペーサと、前記スペーサで区分されたセルの内部に充填された電気絶縁性の透明液である泳動液と、所定の色彩に着色され、前記泳動液中に浮遊している浮遊粒子と、前記浮遊粒子とは異なる色彩に着色され、前記透明電極と前記画素電極との間の電位差に応じて前記泳動液内を前記表面基板に向かう方向または背面基板に向かう方向に泳動する泳動粒子とを有する画像表示媒体において、ペンなどで追記を行った場合のように、スペーサに集中荷重が加わった場合において、以下に述べる構成を有しない画像表示媒体と比較してスペーサの破壊や変形が生じるのをより効果的に防止できる画像表示媒体を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、透明電極が形成された透明な基板である表面基板と、所定ピッチで画素電極が形成された背面基板と、前記表面基板と前記背面基板との間の空間を行方向および列方向に複数のセルに区分するスペーサと、前記スペーサで区分されたセルの内部に充填され、前記透明電極と前記画素電極との間の電位差に応じて光学的に変化する画像表示材料と、を備え、前記表面基板の内部または表面に、剛性が前記スペーサと同一かそれよりも高い補強リブが、平面視で全てのスペーサと交差するように、前記スペーサと同一またはそれよりも小さなピッチで配設されている画像表示媒体に関する。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の画像表示媒体において、前記画像表示材料が前記表面基板に向かう方向、または前記背面基板に向かう方向に電気泳動することによって光学的に変化するものに関する。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の画像表示媒体において、前記補強リブが、前記スペーサに対して平面視で斜めに配列されているものに関する。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の画像表示媒体において、前記透明電極が表面基板の全面に形成され、前記画素電極が二次元マトリクス状に形成されたマトリクス状電極であるものに関する。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載の画像表示媒体において、前記透明電極が所定のピッチで形成された線状電極であり、前記画素電極は平面視で前記透明電極と交差するように所定のピッチで形成された線状電極であるものに関する。

請求項６に記載の発明は、請求項２〜５の何れか１項に記載の画像表示媒体において、前記画像表示材料が、前記セルの中に充填される電気絶縁性の透明液である泳動液と、所定の色彩に着色され、前記泳動液中に浮遊している浮遊粒子と、前記浮遊粒子とは異なる色彩に着色され、前記透明電極と前記画素電極との間の電位差に応じて前記泳動液内を前記表面基板に向かう方向または背面基板に向かう方向に泳動する泳動粒子と、からなるものに関する。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜６の何れか１項に記載の画像表示媒体と、前記画像表示媒体の透明電極および画素電極に所定の電圧を印加する電圧印加回路と、を備える画像表示装置に関する。

請求項１の発明によれば、補強リブを有しない画像表示媒体と比較してスペーサに集中荷重が加わった際のスペーサの破壊や変形をより効果的に防止できる画像表示媒体が提供される。

請求項２の発明によれば、前記画像表示材料が前記表面基板に向かう方向、または前記背面基板に向かう方向に電気泳動することによって画像が表示される画像表示媒体が提供される。

請求項３の発明によれば、補強リブがスペーサに対して平行に設けられている画像表示媒体と比較して、スペーサに集中荷重が加わった際のスペーサの破壊や変形を更に効果的に防止できる画像表示媒体が提供される。

請求項４の発明によれば、透明電極および画素電極がライン状に形成された画像表示媒体と比較して透明電極を駆動する電圧印加回路を簡略化できる画像表示媒体が提供される。

請求項５の発明によれば、透明電極が表面基板の全面に形成され、画素電極が二次元マトリクス状に形成された画像表示媒体と比較して透明電極及び画素電極の作製が容易な画像表示装置が提供される。

請求項６の発明によれば、泳動粒子が表面基板に向かう方向に泳動することによって画像が表示される画像表示装置が提供される。

請求項７の発明によれば、補強リブを有しない画像表示媒体を有する画像表示装置と比較して画像表示媒体のスペーサに集中荷重が加わった際のスペーサの破壊や変形をより効果的に防止できる画像表示装置が提供される。

図１は、実施形態１に係る電子ペーパについて厚さ方向の断面を示す断面図である。 図２は、実施形態１に係る電子ペーパの別について厚さ方向の断面を示す断面図である。 図３は、実施形態１に係る電子ペーパについてスペーサと補強リブとの平面視での位置関係を示す平面図である。 図４は、実施形態１に係る電子ペーパの別の例についてスペーサと補強リブとの平面視での位置関係を示す平面図である。

１．実施形態１

１−１ 構成

以下、本発明の画像表示媒体の一例である電子ペーパについて以下に説明する。

実施形態１に係る電子ペーパ１００は、図１および図２に示すように、透明電極２が下面に形成された透明な基板である表面基板１と、所定ピッチで形成された電極の一例である画素電極４が形成された背面基板３と、表面基板１と背面基板３との間の空間を行方向および列方向に複数のセル６に区分する列方向および行方向のスペーサ５とを備える。

夫々のセル６の内部には、電気絶縁性の透明液である泳動液７が封入されている。泳動液７の中には白色に着色された球である浮遊粒子８と、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、またはシアン（Ｃ）の色彩に着色され、浮遊粒子８よりも小さな粒径を有し、透明電極２と画素電極４との間の電位差に応じて泳動液７内を表面基板１に向かう方向または背面基板３に向かう方向に泳動する泳動粒子９（９Ｙ、９Ｍ、９Ｃ）とが浮遊している。

表面基板１の内部には、図３および図４に示すように、補強リブ１０が、平面視で全てのスペーサ５と交差するように、スペーサ５と同一またはそれよりも小さなピッチで配設されている。

補強リブ１０は、図３に示すようにスペーサ５と同一のピッチで設けられていてもよく、また、図４に示すようにスペーサ５よりも小さなピッチで設けられていてもよい。

更に、補強リブ１０は、図３および図４の（Ａ）に示すように、行方向および列方向のスペーサ５に対して平行に設けられていてもよく、また、図３および図４の（Ｂ）に示すように、平面視でスペーサ５に対して傾斜するように設けられていてもよい。図３および図４の（Ｂ）に示す例では、補強リブ１０のスペーサ５に対する角度は４５度であるが、前記角度は４５度には限定されない。

なお、補強リブ１０は、表面基板１の表側の面、即ち透明電極２が設けられた側とは反対側の面に設けられていてもよい。

表面基板１は、透明材料からなる基体層１Ａと、補強リブ１０が前記透明材料中に埋包された補強層１Ｂとからなる。

透明材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンスルフィド樹脂（ＰＥＳ）、ポリスルホン樹脂、およびポリエーテルスルホン樹脂などの透明樹脂が挙げられる。

透明電極２は、インジウム−錫酸化物（ＩＴＯ）およびインジウム−ジルコン酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電性酸化物から形成される。透明電極２は、図１に示すように表面基板１の裏面の全面に設けられていてもよく、図２に示すように一定のピッチで設けられたライン状の電極であってもよい。

背面基板３は、表面基板１と同様の透明材料から形成されていてもよく、ＡＢＳ樹脂やガラスエポキシ樹脂のような不透明な材料から形成されていてもよい。

画素電極４は、透明電極２と同様にＩＴＯやＩＺＯのような透明導電性酸化物から形成されてもよく、また、金箔や銅箔などの金属材料から形成されていてもよい。

但し、図１に示すように、透明電極２が表面基板１の裏面の全面に設けられている場合は、画素電極４は二次元マトリクス状に形成され、図２に示すように、透明電極２が一定のピッチで形成されたライン状の電極のときは、画素電極４は、透明電極２に直交するように形成されたライン状の電極である。

スペーサ５の形状は、通常は図３および図４に示すような行方向および列方向の碁盤目状であるが、ハニカム状であってもよい。なお、スペーサ５がハニカム状のときはセル６の平面形状は正六角形になる。

スペーサ５の高さは特に制限はないが、１０〜１００μｍ程度が電子ペーパ１００の柔軟性の点から好ましい。幅は、スペーサ高さ、スペーサの断面アスペクト比にもよるが、５〜２０μｍ程度が好ましい。また、セル６の一辺の長さは０．１〜１ｍｍ程度が好ましい。

スペーサ５は、感光性樹脂を用いてフォトリソグラフィ法で形成してもよく、光硬化性液状樹脂や光硬化性フィルムに凹型を押圧して硬化させてもよい。また、熱可塑性樹脂フィルムを加熱、軟化させて凹型を押圧して冷却、固化させて形成してもよく、熱硬化性樹脂に凹型を押圧して熱硬化させて形成してもよい。更に、透明の液成樹脂によってスクリーン印刷やインクジェット印刷で所定のパターンを印字し、熱、光、電子線など適宜の手段で硬化させてもよい。

スペーサ５は、また、必ずしも透明でなくてもよく、黒、灰色、白色の無彩色であってもよい。

泳動液７は、電気絶縁性の液体であれば特に制限は無いが、通常はシリコーン油、編成シリコーン油、フッ素油、イソパラフィンなどが使用される。粘度は１なし１００ｍＰａ・ｓ程度が好ましい。泳動液７には、浮遊粒子８および泳動粒子９の分散を改善するために界面活性剤を添加してもよい。

浮遊粒子８としては、通常は白色の粒径０．１〜２０μｍ程度の粒子が使用される。浮遊粒子８は、白色または泳動粒子とは異なる色彩に着色された粒子であり、泳動液中に浮遊、あるいはパッキング状態で固定、あるいはお互いに固着された状態で多孔質体を形成していてもよい。泳動粒子９は、この浮遊粒子８の間を通って透明電極２と画素電極４との間を泳動し、所定の画素データに従った画像を表示する。

浮遊粒子８としては、たとえばアクリル樹脂やスチレン樹脂などの熱可塑性を有する樹脂から形成した粒子が使用される。

浮遊粒子８は、表面基板１と背面基板３との間の領域内において少なくとも表面基板１の板面方向に粒子が配列されて構成されていればよいが、図１および図２に示すように、表面基板１と背面基板３との間の全領域に渡って、浮遊粒子８が互いに動けない程度の密度で充填されていることが望ましい。

浮遊粒子８の平均粒径は、特に限定されるものではないが、浮遊粒子８の集合体を表面基板１と背面基板３との間の領域に配置したときに、隣接する浮遊粒子８との間に泳動粒子９が通過できる程度の間隔が生じる程度の平均粒径を有していることが好ましい。

このため、浮遊粒子８の平均粒径は、泳動粒子９の平均粒径の１０倍以上であることが好ましく、２５倍以上であることが好ましい。浮遊粒子８の平均粒径が、泳動粒子９の平均粒径の１０倍未満では、浮遊粒子８と粒子の間を介して泳動粒子９が通過することが困難となるため、表示色濃度の変更が困難となる場合がある。なお、浮遊粒子８の平均粒径の上限は特に限定されないが、表面基板１と背面基板３との間の距離より小さい。

一例としては、泳動粒子９の平均粒径が後述するように０．０１μｍ〜１μｍである場合には、浮遊粒子８の平均粒径が１μｍ〜２０μｍの範囲内であることが望ましい。

なお、浮遊粒子８の色は、泳動粒子９の色と異なるものであれば特に限定されない。浮遊粒子８を着色する場合には、浮遊粒子８を構成する材料中に、上記分散媒２６の着色時に用いた着色剤等の公知の着色剤を含有させればよい。具体的には、例えば、浮遊粒子８の色を白色とするには、浮遊粒子８の表面に白色材を固定すればよい。この白色材としては、二酸化チタンや、チタン酸バリウム、硫酸バリウム、及び炭酸カルシウム等の白色顔料を用いることができる。

泳動粒子９としては、Ｙ、Ｍ、またはＣの色彩に着色された微粒子が使用される。更に、黒色（Ｋ）に着色された微粒子も使用できる。泳動粒子９の直径は、１μｍ以下が好ましく、特に１０〜２００ｎｍ程度が好ましい。

泳動粒子９としては、これらの色彩の顔料または着色料を分散させた媒体中でＭＭＡなどを懸濁重合して得られた微粒子が、真球度が高い故に好ましいが、ほかに、これらの色彩の顔料を分散させたトナー粒子やワックス粒子も使用される。またプラズモン共鳴による発色を呈する金属微粒子も使用される。

補強リブ１０の材料としては、基体層１Ａを形成する透明樹脂よりも剛性の高い透明樹脂、金属線などが使用される。

補強リブ１０を透明樹脂から製造する際は、スペーサ５と同様の方法が使用できる。

１−２ 作用

以下、実施形態１に係る電子ペーパの作用について述べる。

表面基板１の透明電極２と背面基板３の画素電極４とを、ドライバを介して駆動回路に接続し、透明電極２の電位を０Ｖに設定して、画素電極４に任意の電圧を感化できるようにすると、画素電極４の電圧を変化させることにより、泳動粒子９Ｙ、９Ｍ、９Ｃの何れか、または２種類以上を、浮遊粒子８に対して表面基板１側に移動させて任意のカラー表示を行うことができる。

ここで、図３および図４において大きな円Ａに示すように、電子ペーパ１００の補強リブ１０とスペーサ５との交点に圧力が加わると、加わった圧力は、同図において小さな直径の円Ｂに示すように、行方向および列方向の補強リブ１０を介して圧力が加わったスペーサ５に近接するスペーサ５に伝達され、分散される。

これにより、圧力が加わった部分において、荷重がスペーサ５の狭い部分に集中することが無く、スペーサ５が破壊または変形することが防止される。

１．実施例１

表面基板１および背面基板３として、片側の面にＩＴＯ皮膜を形成したＰＥＳ樹脂フィルム（住友ベークライト株式会社製）を用い、ＩＴＯ皮膜を所定のピッチのライン状パターンにエッチングして透明電極２および画素電極４を形成した。

このようにして形成した表面基板１をイソプロピルアルコールで２分間超音波洗浄し、嵌挿後、表面基板１の透明電極２側の面に感光フィルム（日立化成株式会社製、ＭＥ−１０５０）を温度１１０℃、ロール圧０．４ＭＰａでラミネートし、マスクパターンを被せ、紫外光で露光し、１．０％炭酸ナトリウム水溶液で現像したのち、水洗、乾燥し、高さ４０μｍ、幅３０μｍ、ピッチ１ｍｍのスペーサ５を作製した。

シリコーン油に、直径１３μｍの白色粒子である浮遊粒子８と、平均粒径５０ｎｍのＹ、Ｍ、またはＣに着色された懸濁重合粒子である泳動粒子９を懸濁させた懸濁液を、スペーサ５と表面基板１とで形成されたセル６にディスペンサで充填した。

各セル６に懸濁液を充填したら、背面基板３における画素電極４を形成した側の面をスペーサ５に貼り合わせ、アクリル−エポキシ系紫外線硬化型接着剤（スリーボンド社製、３０２５シリーズ）で周辺部を封止した。

次いで、厚さ１００μｍのＰＥＳフィルム上にフォトレジスト材（化薬マイクロケム株式会社製、商品名ＳＵ−８／３０００）をスピンコートした後、マスクを載置して露光、現像し、幅１５μｍ、高さ２０μ、ピッチ０．５ｍｍの正方格子状の補強リブ１０を形成し、図４の（Ｂ）に示すように、平面視でスペーサ５の格子と４５度の角度を成すように、表面基板１の表側の面に配置し、加熱、接着して電子ペーパ１００を作製した。

得られた電子ペーパ１００の透明電極２および画素電極に、ドライバを介して駆動回路を接続し、電位差が±１５Ｖになるように電解を印加して電解の方向を表面基板１と背面基板３との間で切り替えたところ、白地に鮮明なカラー表示を行うことができた。

そこで、この電子ペーパ１００を曲率半径１００ｍｍで繰り返し折り曲げても、表示が乱れたり、不鮮明な部分が生じたりすることが無かった。また、折り曲げた部分を拡大して観察したところ、スペーサ５が壊れている箇所は認められなかった。

更に、表側の面にボールペンを押し当てて筆圧を加えたが、表示が乱れることは無く、ボールペンの圧力を取り去った後も、表示ムラや表示欠陥の発生は認められなかった。また、ボールペンを押し当てた箇所を拡大して観察したところ、スペーサ５が壊れている箇所は認められなかった。

２．比較例１

表面基板１の表側の面に、補強リブ１０に代えてパターン形成を行わなかったＰＥＳフィルムを貼付した以外は、実施例１と同様にして電子ペーパを作製した。

得られた電子ペーパを曲率半径１００ｍｍで繰り返し折り曲げても、実施例１と同様に表示が乱れたり、不鮮明な部分が生じたりすることが無かった。また、折り曲げた部分を拡大して観察したところ、スペーサ５が壊れている箇所は認められなかった。

しかしながら、表側の面にボールペンを押し当てて筆圧を加えると、筆圧の加わった部分に表示色の碓井部分が不規則に発生した。そして、ボールペンの圧力を取り去って静置しても、乱れた表示が元に戻ることはなかった。表示ムラが生じた部分を拡大して観察したところ、スペーサ５が壊れてその周囲で表面基板１や背面基板３が撓んだり、壊れたスペーサ５の一部が泳動液７内に浮遊したりして画像表示ができなくなっていることが判った。

以上、画像表示材料として、泳動液と浮遊粒子と泳動粒子とを用いた電子ペーパの例について説明したが、上記電子ペーパにおいては、画像表示材料は、上記のものには限定されず、たとえば、液晶、ＥＣＤ、電気泳動材料など種々のものが画像表示材料として使用される。

１ 表面基板
１Ａ 基体層
１Ｂ 補強層
２ 透明電極
３ 背面基板
４ 画素電極
５ スペーサ
６ セル
７ 泳動液
８ 浮遊粒子
９ 泳動粒子
９Ｙ 泳動粒子
９Ｍ 泳動粒子
９Ｃ 泳動粒子
１０ 補強リブ
１００ 電子ペーパ

Claims (7)

1. 透明電極が形成された透明な基板である表面基板と、
   所定ピッチで画素電極が形成された背面基板と、
   前記表面基板と前記背面基板との間の空間を行方向および列方向に複数のセルに区分するスペーサと、
   前記スペーサで区分されたセルの内部に充填され、前記透明電極と前記画素電極との間の電位差に応じて光学的に変化する画像表示材料と、
   を備え、
   前記表面基板の内部または表面には、剛性が前記スペーサと同一かそれよりも高い補強リブが、前記表示基板側から前記背面基板側へ見たときに全てのスペーサと交差するように、前記スペーサと同一またはそれよりも小さなピッチで配設されている画像表示媒体。
2. 前記画像表示材料は前記表面基板に向かう方向、または前記背面基板に向かう方向に電気泳動することによって光学的に変化する請求項１に記載の画像表示媒体。
3. 前記補強リブは、前記スペーサに対して平面視で斜めに配列されている請求項１または２に記載の画像表示媒体。
4. 前記透明電極は表面基板の全面に形成され、前記画素電極は二次元マトリクス状に形成されたマトリクス状電極である請求項１〜３の何れか１項に記載の画像表示媒体。
5. 前記透明電極は所定のピッチで形成された線状電極であり、前記画素電極は平面視で前記透明電極と交差するように所定のピッチで形成された線状電極である請求項１〜３の何れか１項に記載の画像表示媒体。
6. 前記画像表示材料は、
   前記セルの中に充填される電気絶縁性の透明液である泳動液と、
   所定の色彩に着色され、前記泳動液中に浮遊している浮遊粒子と、
   前記浮遊粒子とは異なる色彩に着色され、前記透明電極と前記画素電極との間の電位差に応じて前記泳動液内を前記表面基板に向かう方向または背面基板に向かう方向に泳動する泳動粒子と、
   からなる請求項２〜５の何れか１項に記載の画像表示媒体。
7. 請求項１〜６の何れか１項に記載の画像表示媒体と、前記画像表示媒体の透明電極および画素電極に所定の電圧を印加する電圧印加回路と、を備える画像表示装置。

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