JP2011170250A

JP2011170250A - マイクロカプセル型電気泳動式表示パネル及び製造方法

Info

Publication number: JP2011170250A
Application number: JP2010035985A
Authority: JP
Inventors: Kayo Shoji; 佳世庄司
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2010-02-22
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2011-09-01

Abstract

【課題】マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの多色表示化において、カラーフィルタと電気泳動表示層の間に距離ができる事に起因、及びマイクロカプセル層および導電性接着剤層の含有水分量に起因して起こるコントラストの低下や表示明度の低下の問題について、その解決に有効なマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルとその製造方法を提供する。
【解決手段】マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにおいて、該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの温度が４５℃以上５５℃以下、相対湿度が４０％以上６０％以下の環境下に置くことで、該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの含有水分量を０．７ｇ／ｍ^２以上２．７ｇ／ｍ^２以下の範囲内で制御すること、を特徴とするマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルである。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルに関するものであり、マイクロカプセル中に電気泳動インキを封入し、透明電極とカラーフィルタから成る対向電極板の間に配置し、多色表示を可能にした電気泳動表示パネルとその製造方法及びそれを用いたマイクロカプセル型電気泳動表示装置に関する。

近年、情報表示パネルとしては液晶ディスプレイが主流である。しかし液晶ディスプレイはバックライトが必要なため、長時間の使用により目への負担が大きくなるという問題点がある。

そのため、バックライト不要の反射型表示のディスプレイが目への負担が小さい情報表示パネルとして注目されている。

この反射型表示ディスプレイは、一対の対向する電極間に電気泳動式表示層を有する構成であり、電気泳動式表示パネルとして提案されている。

この電気泳動表示パネルは、着色された２種類の荷電粒子を分散させた分散液に電界を印加することによって２種類の荷電粒子の配置が移動して表示が切り替わる。この電気泳動式表示パネルのうち、荷電粒子及び分散液をマイクロカプセルに封入し、一対の対向する電極間に単層に配置したマイクロカプセル型電気泳動式パネルは、既に実用化されている。

このマイクロカプセル層の形成方法は、正に帯電した白色の荷電粒子と負に帯電した黒色の荷電粒子を分散液に分散し、マイクロカプセルに封入してマイクロカプセルインキを得る。このマイクロカプセルインキを透明電極上に直接塗布し、乾燥させる。そしてあらかじめ樹脂膜などに塗布された導電性接着剤を加熱しながら張り合わせる。マイクロカプセルインキの塗布方法としては、スクリーン印刷、スピンコート、ディップコート、ダイコーティング等があげられる。

この電気泳動式表示パネルは構造上白黒を主とする二色表示であるが、近年多色カラー化が求められている。

そのため、この電気泳動表示式パネル上にカラーフィルタを貼り合わせることで多色表示する方法が提案されている

しかし、この構造のカラー電気泳動式表示パネルは、マイクロカプセル層の上に２つの基材が配置されるため光がさえぎられて表示が暗くなる。また、マイクロカプセル層とカラーフィルタ層の間に基材が配置されるために観察角度によって色味が薄れたり、ずれが生じたりしてしまう。

また、このような製造工程を経た場合には、マイクロカプセル層及び接着剤層の含有水分量にばらつきが生じる。

すると、マイクロカプセル層及び接着剤層の含有水分量の違いによって印加電圧に対するマイクロカプセル中の顔料インキの応答が異なると考えられている。

含有水分量が多い場合は、マイクロカプセル層及び接着剤層に漏れ電流が流れ、電圧が低下するため、荷電粒子が移動するための十分な電圧がかからず、発色が悪化する。

また、含有水分量が少ない場合には、マイクロカプセル層及び接着剤層が、絶縁体のようにふるまい、これらの層に電荷が溜まるため、印加電圧と逆向きにバイアスがかかり、発色が悪化する。

特開２００３−１８６０６４号公報

多色表示マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにおいて、従来の白黒マイクロカプセル型電気泳動式表示パネル上にカラーフィルタを重ね合わせることによる表示明度の低下や視野角の狭角化さらにマイクロカプセル層及び導電性接着剤層の含水量に起因してマイクロカプセルの表示切り替えに必要な電圧が印加されず、その結果、表示が切り替わらない、コントラストが低下する、といった問題が発生するがそれを防止する製造方法を提供する。

本発明の請求項１に係わる発明は、透明基板上にカラーフィルタ層および電極層を有する透明電極基板の電極層上にマイクロカプセル層が直接積層され、前記マイクロカプセル層上に導電性接着剤層、更に電極基板が積層されているマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにあって、一対の対向する電極の少なくとも一方がカラーフィルタ層を有する電極であり、電極間は配置された電気泳動式マイクロカプセル層を有し、電気泳動式表示層が、荷電粒子を分散溶媒中に分散した分散液を封入したマイクロカプセルをバインダー樹脂で固定した層を具備してなるマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルを製造する方法であり、且つ、少なくとも一方のカラーフィルタ層上の電極層にマイクロカプセル層を直接塗布することによって形成することを特徴とするマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの製造方法である。

本発明の請求項２に係わる発明は、前記請求項１に記載のマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの製造方法において、該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネル形成途中に、温度が４５℃以上５５℃以下、相対湿度が４０％以上６０％以下の環境下に置くことで、該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの含有水分量を０．７ｇ／ｍ^２以上２．７ｇ／ｍ^２以下の範囲内で制御することを特徴とするマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの製造方法である。

カラーフィルタ層上の電極層に直接マイクロカプセル層を形成させることで、表示表面であるマイクロカプセル層とカラーフィルタ層の距離が近接した配置になる。その結果、カラーフィルタを張り合わせて形成したパネルと比べ、本構造ではマイクロカプセル層とカラーフィルタ層の間には不要な層が存在しないため、マイクロカプセル層で反射した光が観測者に届く間の明度損失が少なくなる。

また、カラーフィルタ層とマイクロカプセル層の距離が離れることにより観察されるマイクロカプセルとカラーフィルタの表示のズレについても、カラーフィルタ層とマイクロカプセル層の距離が近接することで、改善される。

さらに、マイクロカプセル層及び接着剤層の含有水分量の違いによって起こる、印加電圧に対するマイクロカプセル中の顔料インキの応答の悪化を、含有水分量を制御することで、改善される。

本発明の一実施例の多色表示マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの断面図である。

図１は本発明における、多色表示マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの断面図である。

図１（ａ）に示す多色表示マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルは、透明ガラス（２）を基材とするカラーフィルタ（４）上に透明電極（６）を設けた前面電極板と、塗布によって形成されたマイクロカプセル層（１５）と、その上に導電性接着剤層（１８）を介して画素電極（２０）を配した背面基材（２２）からなる背面電極版を貼り合わせた構造である。

以下に、マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの表示原理の概略を述べる。画素電極は、それぞれの画素電極のスイッチング素子に接続されていて、透明電極（６）との間に電圧を印加することができる。

画像表示するためには、通常、画素電極はアクティブマトリクス方駆動方式の回路構成の電源に接続される。画素電極に電圧を印加すると、マイクロカプセル型電気泳動層に印加される電界が変化する。画素電極が正極の時は、マイクロカプセル内の負に帯電している荷電粒子が画素電極側に移動し、正に帯電している荷電粒子は透明電極（６）側に移動する。反対に、負極の時は、正に帯電している荷電粒子が画素電極側に移動し、負に帯電している荷電粒子が透明電極（６）側に移動する。ここで、例えば正に帯電する荷電粒子を黒色に、負に帯電する荷電粒子を白色にすると、透明電極（６）側に移動した荷電粒子の色や画像を白黒表示することができる。

以下に本発明に使用する材料、部材、製造方法について説明する。

マイクロカプセル層（１５）の形成に用いられるマイクロカプセルは黒色荷電粒子（１４）、白色荷電粒子（１０）、透明分散媒、及びマイクロカプセル殻（１６）から成る。

黒色荷電粒子（１４）としては、炭素等の顔料のほか、ガラスあるいは樹脂等の微粉末やこれらの複合体を使用する。

白色荷電粒子（１０）としては、酸化チタン、シリカ、アルミナ、酸化亜鉛等の白色無機顔料などを使用する。

透明分散媒にはシリコーンオイル等の透明で粘度の高い分散媒を使用し、これらがユリア樹脂やゴム、ゼラチンの膜によって形成されたマイクロカプセル殻（１６）内に封入され、アルコールや水などの水系溶剤に分散させて、マイクロカプセル分散液とする。

精製したマイクロカプセル分散液に、増粘剤、界面活性剤及び透明電極（６）などを混合してマイクロカプセルインキとする

マイクロカプセルインキを透明電極（６）上に塗布し、マイクロカプセル層（１５）を形成する。塗布は、スクリーン印刷方式、マイクログラビアコーター、ダイコーターなどなどの塗布装置を用いて行う。

マイクロカプセル層（１５）に、透明な導電性接着剤（１８）を貼り合わせ、恒温恒湿環境下に置くことで含有水分量を制御する。接着剤は、アクリル樹脂系接着剤などの合成樹脂系接着剤が好ましい。特に、高誘電体樹脂を使用したものが好ましい。

ポリエチレン樹脂で表面を被覆した平均粒径３μｍの酸化チタン粉末（白色荷電粒子（１０））と、アルキルトリメチルアンモニウムクロライドで表面処理した平均粒径４μｍのカーボンブラック粉末（黒色荷電粒子（１４））をテトラクロロエチレンに分散し、分散液Ａを得た。この場合、白色荷電粒子（１０）が負に帯電し、黒色荷電粒子（１４が正に帯電する。

次に、水にゼラチンとポリスチレンスルホン酸ナトリウムを溶解した水溶液を調整し、分散液Ａと混合し、液温を４０℃に調整した後、液温を保ちながら、ホモジナイザーにより攪拌し、Ｏ／Ｗエマルションを得た。

次に、得られたＯ／Ｗエマルションと、水にアラビアゴムを溶解した水溶液とを、４０℃でディスペンサーを用いて混合し、液温を４０℃に維持しながら、酢酸を用いて溶液のｐＨを４に調整し、コンプレックス・コアセルベーション法によりゼラチンーアラビアゴムを殻材とするマイクロカプセルを形成した。

更に、液温を５℃に低下させた後、３７質量％ホルマリン溶液を加えてマイクロカプセル殻（１６）を硬化させ、白色荷電粒子（１０）（酸化チタン粒子）と黒色荷電粒子（１４）（カーボンブラック粒子）が分散した分散液（１２）Ａを封入したマイクロカプセルを得た。

このようにして得られたマイクロカプセルを篩い分けして、平均粒径が６０μｍ、５０〜７０μｍの粒径のマイクロカプセルの割合が５０％以上になるように、粒径をそろえた。

次に、固形分４０質量％のマイクロカプセルの水分散液（１２）を調整した。その水分散液（１２）と、固形分２５質量％のウレタン系バインダー（８）（ＣＰ−７０５０、大日本インキ株式会社製）と、界面活性剤と増粘剤と純水を混合し、マイクロカプセルインキを作製した。

このマイクロカプセルインキを、スロットダイコータを使用して、ＩＴＯ（６）／ＣＦ（４）／ＧＬＡＳＳ基材（２）よりなる前面電極板のＩＴＯ（６）上に塗布し、塗布後６０℃で１０分間乾燥しマイクロカプセル層（１５）とし、マイクロカプセル層（１５）上に、ポリエステルーウレタン系接着剤（１８）を０．５０ＭＰａの圧力で貼り合わせ、マイクロカプセル層（１５）及び導電性接着剤層（１８）付きシートを得た。

得られたシートを、４５℃〜５５℃、相対湿度４０％〜６０％の環境に１〜５日間置くことにより、含有水分量の異なったシートを得た。

前記含有水分量の測定については、水分気化部（加熱炉、制御部から構成されている。）と水分測定部の組み合わせからなる水分測定装置（三菱化学社製ＶＡ−０６型）を用いて、得られたシートを測定する。

なお、前記水分測定装置においては、一般的にカールフィッシャー法を用いており、カールフィッシャー法とは（１）Ｉ_２＋ＳＯ_２＋３Ｂａｓｅ＋ＲＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→２Ｂａｓｅ・ＨＩ＋Ｂａｓｅ・ＨＳＯ４Ｒの式のように水と選択的に、且つ定量的に反応するカールフィッシャー試薬（ヨウ素、二酸化硫黄、塩基、及びアルコール等の溶剤より構成）を用いて水分を測定する方法です。この方法には次のように電量滴定法と容量滴定法があります。

電量滴定法は、滴定セルの主室には陰極液と分析物（試料）が入れられる。陰極液はアルコール（ＲＯＨ）、塩基（Ｂ）、二酸化硫黄（ＳＯ_２）、ヨウ化物イオン（Ｉ⁻）からなる。典型的にはアルコールとしてメタノールまたはジエチレングリコールモノメチルエーテルが、塩基としてイミダゾールが用いられる。また、滴定セルには陰極を陰極液に浸した小室も備えられており、２つの室はイオン透過膜によって仕切られる。回路より電流が通ぜられると白金陰極上でヨウ素（Ｉ_２）が生じる。全体としての反応は、下式に示すように、Ｉ_２によるＳＯ_２の酸化である。１モルの水分子（Ｈ_２Ｏ）に対し、１モルのＩ_２が消費される。
Ｂ・Ｉ_２＋Ｂ・ＳＯ_２＋Ｂ＋Ｈ_２Ｏ→２ＢＨ^＋Ｉ⁻＋Ｂ・ＳＯ_３
Ｂ・ＳＯ_３＋ＲＯＨ→ＢＨ^＋ＲＯＳＯ_３ ⁻
滴定の終点に達するまでに要したＩ_２を発生させるための電流の量から、試料に含まれていた水の量が計算できる。一般に終点は双極電極法によって検出される。検出器回路として、陰極とは別の一対の白金電極を陰極液に浸し、滴定中、これら検出電極間に一定の電流を通じておく。等電点以前では溶液にはＩ⁻と少量のＩ_２が含まれるが、等電点に達すると過剰のＩ_２が発生して突然電圧が下がり、これによって終点が示される。

容量滴定法は、電量滴定法と原理は同じだが、陰極液を滴定液として用いる。滴定剤はアルコール、塩基、ＳＯ_２、そして濃度既知のＩ_２からなる。反応は上記と同じであり、１モルのＨ_２Ｏに対して１モルのＩ_２が消費される。終点の検出も同様である。
本発明における含有水分量の測定に際しては、上記に示した電量滴定法と容量滴定法のどちらの方法においても本発明の測定は可能である。

得られたシートの接着剤層（１８）上に、薄膜トランジスタを用いたアクティブマトリクス型駆動方式の回路構成の画素電極を有する背面電極板の画素電極（２０）面に０．５０ＭＰａの圧力で貼り合わせ、マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルＡ（２４）を得た。

比較のために、図１（ｂ）に示すように、透明なＩＴＯ（６）／ＰＥＴ（５）上にマイクロカプセルインキを塗布して作成した白黒表示のマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルのＰＥＴ（５）上にカラーフィルタ（３）を貼り合わせてマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルＢ（２６）を作成した。含有水分量は２．４ｇ／ｍ^２とした。

作製した表示パネルに、標準電圧電流発生装置（横河電機（株）製）から、前面の透明電極（６）と背面の画素電極（２０）間に±１５Ｖの電圧を印加して、表示部に白色と黒色を表示させた。分光色差計ＮＦ―３３３（日本電色（株）製）を用いて、白色表示時と黒色表示時の反射率を測定した。

含有水分量が０．３ｇ／ｍ^２の時には白色表示（前面板の透明電極（６）に−印加、背面電極（２０）に＋印加）した直後にキックバックの発生により印加電圧と反対向きのバイアスがかかり表示が黒色に戻ってしまい白の反射率が２０．５と大幅に低下した。

一方、含有水分量が４．８ｇ／ｍ^２の時には電極に電圧を印加しても白色荷電粒子（１０）、黒色荷電粒子（１２）を電気泳動させるための十分な電圧がかからず、白色反射率は低下し黒色反射率が上昇したため、コントラストが１．８と低くなった。

含有水分量がそれぞれ、０．６ｇ／ｍ^２、２．４ｇ／ｍ^２、２．７ｇ／ｍ^２の時には、白色反射率、黒色反射率共に前記の含有水分量の違いによって顕著な差は見られなかった。そこで、本発明ではマイクロカプセル層（１５）及び接着剤層（１８）の含有水分量を０．７〜２．７ｇ／ｍ^２とした。

同装置で視感明度Ｌ＊を測定したところ、電気泳動式表示パネルＡ（２４）では、ＷＬ＊＝４０．８であり、電気泳動式表示パネルＢ（２４）では、ＷＬ＊＝３５．６であった。従って、パネルＡの方が高視野明度を有すると言える。

２・・・ガラス基板
３・・・カラーフィルタ
４・・・カラーフィルタ層
５・・・ＰＥＴ基板
６・・・透明電極
８・・・バインダー
１０・・・白色荷電粒子
１２・・・透明分散媒
１４・・・黒色荷電粒子
１５・・・マイクロカプセル層
１６・・・マイクロカプセル殻
１８・・・接着剤
２０・・・画素電極
２２・・・電極基板
２４・・・マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルＡ
２６・・・マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルＢ

Claims

透明基板上にカラーフィルタ層および電極層を有する透明電極基板の電極層上にマイクロカプセル層が直接積層され、前記マイクロカプセル層上に導電性接着剤層、更に電極基板が積層されているマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルにあって、
一対の対向する電極の少なくとも一方がカラーフィルタ層を有する電極であり、電極間は配置された電気泳動式マイクロカプセル層を有し、電気泳動式表示層が、荷電粒子を分散溶媒中に分散した分散液を封入したマイクロカプセルをバインダー樹脂で固定した層を具備してなるマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルを製造する方法であり、
且つ、少なくとも一方のカラーフィルタ層上の電極層にマイクロカプセル層を直接塗布することによって形成することを特徴とするマイクロカプセル型電気泳動式表示パネル及びその製造方法。
前記請求項１に記載のマイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの製造方法において、
該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネル形成途中に、温度が４５℃以上５５℃以下、相対湿度が４０％以上６０％以下の環境下に置くことで、該マイクロカプセル型電気泳動式表示パネルの含有水分量を０．７ｇ／ｍ^２以上２．７ｇ／ｍ^２以下の範囲内で制御することを特徴とするマイクロカプセル型電気泳動式表示パネル及びその製造方法。