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

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恭史 諏訪部
Akitsugu Kawamura
明嗣 河村
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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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