JP2013140247A

JP2013140247A - 表示素子

Info

Publication number: JP2013140247A
Application number: JP2012000110A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Kurosaki; 義久黒崎; Toshiaki Yoshihara; 敏明吉原
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2012-01-04
Filing date: 2012-01-04
Publication date: 2013-07-18

Abstract

【課題】簡便な工程で形成可能且つセルギャップの差異が発生するおそれがない表示素子を提供する。
【解決手段】同一の可撓性材料で形成される第１基板１１及び第２基板１２と、第１基板及び第２基板の双方に接着固定される単一の材料で形成されるスペーサ部材３１と、第１基板及び第２基板の周辺部に設けられ、第１基板と第２基板との間の空間をシールしてセル空間を形成するシール剤１７と、セル空間に充填された流動性表示材料１５であって、第１基板及び第２基板を形成する可撓性材料の線膨張係数よりも大きく、且つスペーサ部材を形成する材料の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する流動性表示材料１５を備える表示素子。
【選択図】図９

Description

本発明は、表示素子に関する。

電源が無くても表示の保持が可能で、表示内容を電気的に書き換え可能な電子ペーパーが急速に普及するものと予想されている。電子ペーパーは、電源を切断してもメモリ表示可能な超低消費電力性能と、目に優しく、疲れない反射型の表示と紙のような可撓性があるフレキシブルで薄型の表示体の実現と、を目指して研究が進められている。電子ペーパーの応用としては、電子ブック、電子新聞、電子ポスター等などが考えられている。

電子ペーパーは、表示方式の違いにより、電気泳動方式、ツイストボール方式、電気化学方式、液晶表示ディスプレイ及び有機EL表示ディスプレイなどに分類される。電気泳動方式は、帯電粒子を空気中や液体中で移動させる方式である。ツイストボール方式は、二色に色分けされた帯電粒子を回転させる方式である。電気化学方式は、電界を印加した際に電気化学反応により着色、消色、変色するような材料を電極間に挟んだ構造の表示素子である。有機ＥＬ表示ディスプレイ（有機エレクトロ・ルミネッセンス表示ディスプレイ）は、有機材料からなる複数の薄膜を陰極と陽極で挟み込んだ構造の自発光型のディスプレイである。液晶ディスプレイは、液晶層をそれぞれ画素電極と対向電極で挟み込んだ構造を有する非自発光型のディスプレイである。

電子ペーパーに使用される表示素子は、液晶などの流動性表示材料と、流動性表示材料を挟持する基板及び基板間の間隔を所定の間隔に維持するために挿入されるスペーサとの線膨張係数の差に起因して種々の不具合が生じる可能性がある。例えば、スペーサの近傍で局所的に減圧された領域が生じて気泡が発生したり、セルギャップにバラツキが生じる可能性がある。さらに、基板とスペーサとが接着されている場合は、接着部に剥れが生じる可能性がある。このため、線膨張係数の異なる複数種類の柱状スペーサを用いることにより、接着部の剥れを防止することが知られる。

特開第２００５−４９７２３号公報特開第２００６−９１１９５号公報特開第２０１１−２２２１２号公報

しかしながら、線膨張係数の異なる複数種類の柱状スペーサを用いると、柱状スペーサをフォトリソグラフィにより形成するための工程が増加して製造工程が複雑になるおそれがある。さらに、異なる複数種類の柱状スペーサが配置される領域の間で温度変化時にセルギャップの差異に起因して接着部に剥れが発生するするおそれがある。

そこで、本発明は、簡便な工程で形成可能且つ接着部の剥れが発生するおそれがない表示素子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、実施形態に開示される表示素子は、同一の可撓性材料で形成される第１基板及び第２基板と、第１基板及び第２基板の双方に接着固定される単一の材料で形成されるスペーサ部材と、を有する。また、実施形態に開示される表示素子は、第１基板及び第２基板の周辺部に設けられ、第１基板と第２基板との間の空間をシールしてセル空間を形成するシール剤を有する。さらに、実施形態に開示される表示素子は、セル空間に充填された流動性表示材料であって、第１基板及び第２基板を形成する可撓性材料の線膨張係数よりも大きく、且つスペーサ部材を形成する材料の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する流動性表示材料を有する。

開示される表示素子によれば、流動性表示材料の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する単一の材料で形成されるスペーサ部材を有するので、簡便な工程で形成可能であり且つ接着部の剥れが発生するおそれがない表示素子を提供することが可能となった。

図１は、一般的な液晶表示素子の構造を示す図である。図２は、図１の液晶表示素子の製造方法を示す図である。図３は、上側基板及び下側基板をフレキシブルなフィルム基板で形成し、湾曲可能にした液晶表示素子の断面を示す図であり、（Ａ）が通常状態を、（Ｂ）が湾曲状態を示す。図４は、柱状スペーサ（スペーサ構造物）の例を示す図である。図５は、柱状スペーサと、上下基板の帯状電極との関係を詳細に示す図である。図６は、真空汲み上げ法を説明する図であり、液晶パネルに、真空汲み上げ法により液晶を注入する場合の例を示す。図７は、注入口の封止方法を説明する図である。図８は、注柱状スペーサと基板との間の接着部の剥離について説明する図である。図９は、柱状スペーサ３１の好適な配置間隔について説明する図である。図１１は、周囲温度の変化によるセル空間の内容積及び液晶の体積の変化を説明する図である。図１１は、実験結果を示す図である。図１２は、実験結果を示す図である。

電子ペーパーに使用される液晶ディスプレイとして、コレステリック液晶を使用した表示素子の研究開発が進められている。コレステリック液晶は、液晶層の干渉反射を利用した選択反射型の液晶である。コレステリック液晶は、プレーナ（planer）とフォーカルコニック（focal_conic）という２つの異なった配向を、印加電圧無しに安定的且つ長時間保持する双安定性と称される特性を有している。プレーナ状態では、入射光は干渉反射し、フォーカルコニック状態では入射光は透過する。液晶層で入射光を選択反射することにより光の明暗を表示するので、コレステリック液晶を使用する液晶パネル（以下、コレステリック液晶方式とも称する）では、偏光板が不要となる。このため、コレステリック液晶方式は、液晶層を積層することにより、カラー表示が実現される。一方、電気泳動方式などの他の表示方式では、画素毎にＲＧＢなど三原色を有するカラーフィルターが配置されるため、コレステリック液晶方式と比較した場合、明度が１／３となる。このため、コレステリック液晶方式は、他の方式と比較してカラー表示を実現するときに高い明度が得られるという利点を有する。なお、コレステリック液晶はカイラネマティック液晶とも称される。

積層型液晶表示素子としてコレステリック液晶を使用する場合、コレステリック液晶の反射波長帯から所望の波長領域を有する反射光を得るためにカットフィルタが挿入される。例えば、表示面側から順に第１から第３液晶層を積層する場合、第１液晶層と第２液晶層の間に、第１液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第２及び第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第１カットフィルタを配置する。これにより、第１液晶層を透過した、表示に寄与しない第１液晶層の反射主波長付近の光が低減される。さらに、第２液晶層と第３液晶層の間に、第２液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第２カットフィルタを配置する。これにより、第２液晶層を透過した、表示に寄与しない第２液晶層の反射主波長付近の光が低減される。このようにカットフィルタを配置することにより、各層が明状態のときに観察面側へ反射する反射スペクトルの主波長が３８０〜６８０ｎｍの可視域内にある反射光を得ることができる。

次に、一般的な液晶表示素子の構造と、製造方法とを説明する。図１は、一般的な液晶表示素子の構造を示す図である。図１に示すように、液晶表示素子１０は、第１基板（上側基板）１１と、第２基板（下側基板）１２と、上下基板１１及び１２の間隔（ギャップ）を規定するビーズスペーサ１６と、上側基板１１と下側基板１２の間の周辺部分に設けられたシール剤１７と、を有する。上側基板１１及び下側基板１２の対向する表面には、透明電極及び配向膜等を含む層１３及び１４が形成されている。シール剤１７は、上側基板１１及び下側基板１２の間のセル空間を外部から密閉する。ビーズスペーサ１６は、セル空間内に位置する。シール剤１７は、開口部である注入口１８を有する。液晶１５は、貼り合せた上側基板１１と下側基板１２の間のセル空間に、例えば「真空汲み上げ法」により、注入口１８を通して充填される。ビーズスペーサ１６は、例えば直径５μｍの球体で、下側基板１２の上に散布される。その後、下側基板１２の上に上側基板１１を載直して、２枚の基板が貼り合される。これにより、ギャップが基板全面で５μｍに維持される。注入口１８は、液晶１５の充填が完了した後、封止剤により封止される。

図２は、図１の液晶表示素子の製造方法を示す図である。上側基板１１の表面に透明電極及び配向膜等を含む層１３を形成した後、層１３の上にシール剤１７を塗布する。シール剤１７は、上側基板１１の周辺部に一部を除いて内側を囲むように塗布される。シール剤を塗布しない部分が注入口１８になる。

下側基板１２の表面に透明電極及び配向膜等を含む層１４を形成した後、層１４の上にビーズスペーサ１６を所定の密度で散布する。

上側基板１１と下側基板１２を、層１３及び１４が対向するように貼り合せる。その後、貼り合せた素子を真空チャンバ内に保持し、真空チャンバ内を真空にする。これにより、素子のセル空間１９も真空になる。この状態で、液晶皿１１０に溜められた液晶１５に注入口１８を浸漬し、真空チャンバ内の真空状態を解除すると、液晶１５が注入口１８を通してセル空間１９内に充填される。

なお、ビーズスペーサ１６の代わりに、フォトリソグラフィにより基板上に柱状の構造物（柱状スペーサ）を形成した後、２枚の基板を貼り合せる場合もある。

これまで、液晶表示素子を形成する２枚の基板は、ガラス製の基板が使用されてきたが、近年ガラス基板の替わりに、可撓性の（フレキシブルな）樹脂基板（フィルム基板）を用いた素子が開発されている。このようなフィルム基板を使用した素子は、湾曲可能であることを特徴としている。

図３は、上側基板１１及び下側基板１２をフレキシブルなフィルム基板で形成し、湾曲可能にした液晶表示素子１０の断面を示す図であり、（Ａ）が通常状態を、（Ｂ）が湾曲状態を示す。

液晶表示素子１０は、通常状態では、図３（Ａ）のように、ギャップが一定であるが、湾曲させた場合には、図３（Ｂ）のように、素子の中央部分でギャップが大きくなる。このように、ビーズスペーサ１６又は柱状スペーサを用いた構造を有する素子で、フィルム基板を使用した場合、液晶表示素子１０が湾曲したときに２枚の基板のギャップを維持することは容易ではない。そのため、液晶表示素子１０が湾曲したときに液晶が大きく流動して表示画像が乱れる。さらに、電子ペーパーなどに用いられる無電圧印加持も双安定状態を保つコレステリック液晶を含む液晶表示素子の場合には、表示画像が乱れるなどの問題が発生する。

そこで、スペーサとして、接着性を有する柱状スペーサが使用される。接着性を有する柱状スペーサを上下基板１１及び１２に加圧接着することにより、液晶表示素子１０を湾曲したときにも、２枚の上下基板１１及び１２が離れることがなくなり、ギャップが維持される。

図４は、柱状スペーサ（スペーサ構造物）の例を示す図であり、（Ａ）が斜視図であり、（Ｂ）が平面図であり、（Ｃ）が柱状スペーサ３１の拡大図である。接着性を有さない場合も、図４の柱状スペーサ３１を使用することができるが、ここでは接着性を有するものとして説明する。

図４（Ｃ）に示すように、柱状スペーサ３１は、基板との接着の安定性を増加させるために、壁の一部が太くなっている。単純マトリクス構造を有する液晶表示素子では、対向する２枚の基板に、９０度異なる２方向に伸びる複数の帯状電極がそれぞれ形成され、帯状電極の交差部分に画素が形成される。図４（Ａ）及び４（Ｂ）に示すように、柱状スペーサ３１は、一方の直線部分が下側基板１２の下側帯状電極２２の間に位置し、他方の直線部分が図示していない上側基板１１の上側帯状電極の間に位置するように配置される。従って、各画素２３は、４個の柱状スペーサ３１で囲まれ、隣接する柱状スペーサ３１の間に４個の開口が形成される。これにより液晶の流動が制限されるため、表示の変化を低減することが可能である。また、各画素２３は、隣接する柱状スペーサ３１の間Ａを介して隣接する画素と接続され、最終的に注入口に接続される。

図５は、柱状スペーサ３１と、上下基板１１及び１２の帯状電極２１及び２２との関係を詳細に示す図である。柱状スペーサ３１は、帯状電極２１及び２２に対して、図５に示すように配置される。

図６は、真空汲み上げ法を説明する図であり、液晶パネルに、真空汲み上げ法により液晶を注入する場合の例を示す。液晶表示素子１０は、貼り合せた後、注入口１８が設けられた辺を切断する処理を行う。次に、図６（Ａ）に示すように、真空チャンバ１００内に、液晶表示素子１０と、液晶１５を入れた液晶皿１１０と、を配置する。液晶表示素子１０及び液晶皿１１０は、真空チャンバ１００内で相対的に移動可能に配置されている。ここでは、液晶皿１１０が移動可能であるとして説明する。

この状態で、真空チャンバ１００内を、０．１３×１０^-2Ｐａ（１×１０^-5Torr）程度の真空状態にする。これに応じて、液晶表示素子１０のセル空間内の空気も外部に吸引され、セル空間内も真空状態になる。

次に、図６（Ｂ）に示すように、液晶皿１１０を注入口１８に移動し、注入口１８を液晶皿１１０内の液晶１５に浸漬する。その後、真空チャンバ１００内を常圧に戻す。これにより、毛細管現象により、セル空間１９内に液晶１５が広がる。液晶１５がセル空間１９の全空間に広がると、注入口１８を液晶皿１１０から離し、注入口１８を封止する。

図７は、注入口１８の封止方法を説明する図である。図７（Ａ）に示すように、真空汲み上げ法により液晶が充填された液晶表示素子１０の注入口１８の端面を含む液晶表示素子１０の断面では、上側基板１１と下側基板１２の間に液晶１５が満たされている。図７（Ｂ）に示すように、上側基板１１と下側基板１２に圧力をかけると、液晶１５が注入口１８から少量押し出されるので、押し出された液晶１５を拭き取ると、図７（Ｃ）に示す状態になる。この状態で、図７（Ｄ）に示すように、注入口１８を、封止剤１２１を入れた容器１２０に浸漬し、上側基板１１及び下側基板１２にかけていた圧力を解除すると、少量の封止剤１２１が注入口１８に入り、図７（Ｅ）に示す状態になる。封止剤１２１は、例えば熱硬化樹脂であり、図７（Ｅ）の状態で熱を加えることにより封止剤１２１が硬化して注入口１８が塞がれる。

図４及び５を参照して説明されたように、柱状スペーサ３１に接着性を持たせることにより、湾曲したときのギャップ変動を抑制し、湾曲可能な表示素子を形成することが可能になる。しかしながら、柱状スペーサ３１として利用される材料は、固体であるポリスチレン系ポリマーやアクリル系ポリマーなどの樹脂であり、柱状スペーサ３１の材料の線膨張係数は、液晶１５の材料の線膨張係数よりも小さい。さらに、上下に配置される上下基板１１及び１２として利用される材料の線膨張係数もまた、液晶１５の材料の線膨張係数よりも小さい。このため、周囲温度が変化することにより、セル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差が大きくなる。この結果、柱状スペーサ３１と上下基板１１及び１２との間の接着部が剥離し、またセル内に液晶の存在しない空隙部が生じて発泡現象を起こすおそれがある。

図８を参照して、フレキシブルなフィルム基板を上下基板と使用する場合に生じる柱状スペーサ３１と上下基板１１及び１２との間の接着部の剥離について説明する。図８（Ａ）は、柱状スペーサ３１と基板１１との間の一部の接着部が剥離した状態を示す図である。図８（Ｂ）は、図８（Ａ）のＡ−Ａ´断面図である。図８（Ａ）及び８（Ｂ）に示すように、液晶表示素子１０において生じる接着部の剥離は、矢印Ｂで示す一部の液晶表示素子１０の１つの箇所で集中的に生じる。このため、液晶表示素子１０の表示面上に可視的な欠陥部が形成されることになる。

図８（Ｃ）〜８（Ｅ）は、液晶表示素子１０において、柱状スペーサ３１と基板１１との間の一部の接着部が剥離する過程を示す図である。図８（Ｃ）に示す接着部の剥離が全くない液晶表示素子１０において、周囲温度の変化により図８（Ｄ）に示すように１つの柱状スペーサ３１と基板１１との間で剥離が生じる。１つの柱状スペーサ３１と基板１１との間で剥離が生じると、剥離した部分に液晶１５が集中して、図８（Ｅ）に示すように隣接する接着部でも連鎖的に剥離が生じる。柱状スペーサ３１と基板１１との間の接着は、接着面に対して垂直方向の力に対しては強い接着性を有するものの、接着面に対して水平方向の力に対しては容易に剥離するためである。

そこで、本実施形態では、セル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差を小さくするために、柱状スペーサ３１の材料として液晶１５の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する単一の材料を採用する。本実施形態では、上下基板１１及び１２の材料として線膨張係数が７０ｐｐｍであるポリカーボネート樹脂が採用される。また、液晶１５として、線膨張係数は２４０ｐｐｍであるコレステリック液晶材料が採用される。このため、柱状スペーサ３１の材料として、液晶１５と同一の線膨張係数を有する材料を採用した場合でも、セル空間１９の内容積の変化量は液晶１５の変化量に追従できず、セル空間１９の内容積の変化量は液晶１５の体積の変化量と比較して小さくなってしまう。そこで、液晶材料よりも大きな線膨張係数を有する単一の材料で形成される柱状スペーサ３１を配置する。この結果、上下基板１１及び１２の容量変化量の不足分を柱状スペーサ３１の高さ方向の変化量で補間することで、セル空間１９の内容積の変化量を液晶１５の体積の変化量に近づけることができる。液晶材料よりも大きな線膨張係数を有する材料の例を表１に示す。表１に支援されるように第１及び第２の接着性柱状スペーサ材料Ａ及びＢはそれぞれ、アクリル系であり、基板接着力は７０Ｎ／ｃｍ²である。第１の接着性柱状スペーサ材料Ａの線膨張係数はコレステリック液晶材料の約２倍の５００ｐｐｍであり、ヤング率は２．９Ｇｐａである。一方、第２の接着性柱状スペーサ材料Ｂの線膨張係数はコレステリック液晶材料の約３倍の７００ｐｐｍであり、ヤング率は２．０Ｇｐａである。

次に、式（１）、表２及び図９を参照して、柱状スペーサ３１の好適な配置間隔について説明する。図９は、柱状スペーサ３１の間隔と上下基板１１及び１２の撓み量との関係を説明する図である。

式１は、上下基板１１及び１２の外側面に一様な荷重ｑを受ける液晶表示素子１０の最大撓み量Ｗ_maxを示す式である。ここで、αは条件係数である。条件係数αの詳細を表２に示す。表２においてａは長辺を示し、ｂは短辺を示す。式１においてｂは図９（Ａ）に示すように柱状スペーサ３１の間の距離である。また、Ｅは上下基板１１及び１２のヤング率であり、ｔは図９（Ｂ）に示すようにセルギャップである。また、表２において、四辺支持は、正方形状の基板の４つの頂点で支持する条件を示し、四辺固定は、正方形状の基板の４つの辺で支持する条件を示す。また、長辺固定短辺支持は、長方形状の基板の２つの長辺で支持する条件を示し、長辺支持短辺固定は、長方形状の基板の２つの短辺で支持する条件を示す。

図６及び７を参照して説明したように、液晶表示素子１０を製造するときに真空汲み上げ法が使用される。この場合、セル空間１９内に液晶１５を毛細管現象により広げるときに液晶表示素子１０の外側が大気圧である一方、液晶表示素子１０の内側が真空状態となることがある。このときに上下基板１１及び１２の双方の外面に鉛直方向から標準大気圧に相当する荷重を加えられる。柱状スペーサ３１は、この状態でも上下基板１１及び１２が大気圧に押されて接触することがないように配置される。液晶表示素子１０を製造するときに、上下基板１１及び１２が互いに接触すると、液晶１５を毛細管現象により広げても上下基板１１及び１２が互いに接触した部分に液晶が充填されないおそれがあるためである。したがって、柱状スペーサ３１は、液晶１５の充填前の真空状態のセル空間１９に、上下基板１１及び１２の外面に標準大気圧相当の荷重を加えたときに上下基板１１及び１２それぞれの撓み量がセルギャップの半分以下になる間隔で配置されることが好ましい。

図１０を参照して、周囲温度の変化によるセル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差について説明する。図１０（Ａ）は、セル空間１９の内容積と液晶１５の体積とが同一のときの液晶表示素子１０の部分断面図である。図１０（Ｂ）は、周囲温度が高くなりセル空間１９の内容積よりも液晶１５の体積が大きくなったときの液晶表示素子１０の部分断面図である。図１０（Ｃ）は、周囲温度が低くなりセル空間１９の内容積よりも液晶１５の体積が小さくなったときの液晶表示素子１０の部分断面図である。

図１０（Ｂ）に示すように、周囲温度が高くなると、セル空間１９の内容積よりも液晶１５の体積が大きくなるため、上下基板１１及び１２は外側方向に撓む。このとき、柱状スペーサ３１は高さ方向にΔＬ_H延伸するとともに、上下基板１１及び１２に接着固定されていない部分で横方向に膨張する。また、上下基板１１及び１２はそれぞれ、横方向にΔＷ_H延伸する。したがって、柱状スペーサ３１は、周囲温度が高くなった場合に、セル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差を上下基板１１及び１２のセル空間１９外部への撓みにより緩和するために十分な接着強度を有するような間隔で配置されることが好ましい。

図１０（Ｂ）に示すように、周囲温度が低くなると、セル空間１９の内容積よりも液晶１５の体積が小さくなるため、上下基板１１及び１２は内側方向に撓む。このとき、柱状スペーサ３１は高さ方向にΔＬ_Ｌ縮小するとともに、上下基板１１及び１２に接着固定されていない部分で横方向に膨張する。また、上下基板１１及び１２はそれぞれ、横方向にΔＷ_L縮小する。したがって、柱状スペーサ３１は、周囲温度が低くなった場合に、セル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差による上下基板１１及び１２のセル空間１９への撓みにより緩和できる間隔で配置されることが好ましい。

例えば、最大撓み量Ｗ_maxを１．４８μｍとした場合、第１の接着性柱状スペーサ材料Ａを使用すると柱状スペーサ３１の間隔は１５０〜３００μｍ程度が好適である。また、第２の接着性柱状スペーサ材料Ｂを使用すると柱状スペーサ３１の間隔は１００〜３００μｍ程度が好適である。

以下、式（２）〜（７）を参照して、温度変化により、セル空間１９の内容積Ｖ_CがＶ_C´に変化し、液晶１５の体積Ｖ_LCがＶ_LC´に変化したときのセル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差ΔＶについて説明する。式（２）は図１０（Ａ）に示すセル空間１９の内容積と液晶１５の体積とが同一のときの液晶表示素子１０から温度ｔ変化したときの液晶１５の体積Ｖ_LC´を示す式である。また、式（３）は図１０（Ａ）に示すセル空間１９の内容積と液晶１５の体積とが同一のときの液晶表示素子１０から温度ｔだけ変化したときのセル空間１９の内容積Ｖ_C´を示す式である。

ここで、α_LCは液晶１５の線膨張係数であり、α_Fは上下基板１１及び１２の線膨張係数であり、α_Sは柱状スペーサ３１の線膨張係数であり、Ｖ_Ｓは液晶表示素子１０内部に配置される柱状スペーサ３１の総和である。

式（４）及び（５）はそれぞれ、温度変化による液晶１５の体積の変化量ΔＶ_LC及セルびセル空間１９の内容積の変化量ΔＶ_Cを示す式である。

式（６）は、温度変化ｔによるセル空間１９の内容積と液晶１５の体積との差ΔＶを示す式である。また、式（７）は、式（６）に示す体積差ΔＶがシール剤１７を押す方向に作用せずに、上下基板１１及び１２が形成する面のみに作用すると仮定した場合の柱状スペーサ３１の高さ方向の変化量ΔＬを示す式である。

ここで、ｋは柱状スペーサ３１の配置率を示し、Ｓ_LCは液晶１５の上下基板１１及び１２と平行方向の断面積であり、Ｓ_Cはセル空間１９の上下基板１１及び１２と平行方向の断面積である。また、Ｓ_Sは柱状スペーサ３１の上下基板１１及び１２と平行方向の断面積である。

図１１及び１２に表１に示す２つの接着性柱状スペーサ材料をそれぞれ使用した場合の温度変化によるセル空間１９の内容積と液晶１５の体積との比較結果を示す。図１１は第１の接着性柱状スペーサ材料Ａを使用したものであり、図１２は第２の接着性柱状スペーサ材料Ｂを使用したものである。表３及び４にそれぞれの実験で使用した材料の特性を示す。なお、それぞれの実験において、基板の厚さは１２５μｍであり、セルギャップは４〜５μｍ程度である。

以上、図１〜１１を参照して、本発明に係る実施形態を説明してきた。しかしながら、本発明の精神、及び範囲を逸脱しない範囲内で、様々な変化及び変形を行うことができることが理解されるであろう。

例えば、本明細書ではコレステリック液晶を使用する積層型液晶表示素子を例に説明されたが、ＴＦＴ等のアクティブ素子を用いる液晶表示素子においても本発明は適用可能である。さらに、本発明は液晶を使用する表示素子だけでなく、他の流動性表示材料をセル空間に充填させる態様の他の表示素子にも適用可能である。

１０液晶表示素子
１１第１基板（上側基板）
１２第２基板（下側基板）
１５液晶
１６ビーズスペーサ
１７シール剤
１９セル空間
３１柱状スペーサ

Claims

同一の可撓性材料で形成される第１基板及び第２基板と、
前記第１基板及び前記第２基板の双方に接着固定される単一の材料で形成されるスペーサ部材と、
前記第１基板及び前記第２基板の周辺部に設けられ、前記第１基板と前記第２基板との間の空間をシールしてセル空間を形成するシール剤と、
前記セル空間に充填された流動性表示材料であって、前記第１基板及び第２基板を形成する可撓性材料の線膨張率よりも大きく、且つ前記スペーサ部材を形成する材料の線膨張率よりも小さい線膨張率を有する流動性表示材料と、
を備えることを特徴とする表示素子。
前記スペーサ部材は、前記流動性表示材料が充填される前に前記セル空間を真空状態として、前記第１基板及び前記第２基板の双方の外面に鉛直方向から標準大気圧に相当する荷重を加えたときの前記第１基板及び前記第２基板それぞれの撓み量が前記セルギャップの半分以下になるような間隔で配置される請求項１に記載の表示素子。
流動性表示材料は、コレステリック液晶である請求項１又は２に記載の表示素子。
請求項３に記載される表示素子が２層以上積層される積層型の表示素子。
各層が明状態のときに観察面側へ反射する反射スペクトルの主波長が３８０〜６８０ｎｍの可視域内にある請求項４に記載される積層型表示素子。