JP4569098B2 - 電気泳動方式表示パネル及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動粒子を含有する分散液を隔壁で仕切られた複数の分割セルに封入してなる電気泳動方式表示パネル及びその製造方法に関するものである。

従来、非発光型の表示デバイスとして、電気泳動現象を利用した電気泳動方式表示パネルが知られている。この電気泳動現象は、液体中（分散媒）に微粒子（電気泳動粒子）を分散させた分散系に電界を印加したときに、この粒子がクローン力により泳動する現象である。

上記電気泳動方式パネルの基本的構造は、一方の電極と他の電極とを対向させ、その間に分散系を封入した構成となっている。この両電極間に電位差を与えると、電界の方向によって帯電した電気泳動粒子がどちらか一方の電極に引きつけられることになる。ここで、分散媒を染料で染色するとともに電気泳動粒子を顔料で構成すれば、観測者には電気泳動粒子の色または染料の色が見えることになる。従って、電極をパターニングしておいて、それらに印加する電圧を制御することによって、画像を表示することが出来る。

分散液は液状の流体であることから、電極をパターニングしても電子泳動粒子が拡散してしまい解像度が劣化する。このため、分散液を小区画に分割するために隔壁を設け、分割されたセルの内部でのみ電気泳動粒子の移動を許容する解像度を高める技術があり、その隔壁の作製方法としてフォトリソグラフィーやスタンパーにより作製する方法がある（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。

以下に、上記先行技術文献を示す。
特開２０００−３４３６７２号公報 特開２０００−１２２８９１号公報

しかしながら、上記スタンパーを用いて作製する方法の場合、スタンパーの作製、スタンパー条件の決定等工程が複雑で、微細加工には不向きである。また、微細加工技術である上記フォトリソグラフィーを用いた作製方法では、高価な装置を用いて高度な技量を必要とし、更にコストが嵩むという問題点があった。

本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、従来のスタンパー方式と比較して微細加工を省エネルギーで、かつコストが嵩まず、また従来のフォトリソグラフィー方式と比較してプロセス数が少なく、連続的なパターンの作製が可能で、かつ材質の選択の幅が広い電気泳動方式表示パネル及びその製造方法を提供することにある。

本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、基材上に所定の大きさに隔壁で仕切られた複数のセルが設けられ、該セル中に電気泳動粒子と該電気泳動粒子を分散せしめる分散媒からなる分散系が封入されている電気泳動方式表示パネルにおいて、その１辺が１０〜５０μｍ、高さが３０〜５０μｍ、隔壁厚さが０．５〜１０μｍの範囲であるハニカム状のセルである前記セルの隔壁が、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイドであり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有する両親媒性高分子で形成されるポリマーが、微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造からなるパターンとして前記基材の垂直方向に成長する自己組織化法により作製されていることを特徴とする電気泳動方式表示パネルとしたものである。

また、請求項２の発明では、基材上に所定の大きさに隔壁で仕切られた複数のセルを設け、該セル中に電気泳動粒子と該電気泳動粒子を分散せしめる分散媒からなる分散系を封入してなる電気泳動方式表示パネルの製造方法において、前記基材上に、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイドであり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有する両親媒性高分子を溶媒に溶解した溶液を塗布し、高湿度環境下で乾燥・固着せしめてポリマーが微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造を形成し、該ポリマーが微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造によるパターンとして前記基材の垂直方向に成長せしめてその１辺が１０〜５０μｍ、高さが３０〜５０μｍ、隔壁厚さが０．５〜１０μｍの範囲であるハニカム状のセルである前記セルの隔壁を作製することを特徴とする電気泳動方式表示パネルの製造方法としたものである。

本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。

即ち、上記請求項１に係る発明によれば、前記セルの隔壁が、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイドであり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有する両親媒性高分子で形成されるポリマーが、微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造からなるパターンとして基材の垂直方向に成長する自己組織化法により作製されるので、従来のスタンパー方式に比較して省エネルギーに寄与し、かつコストが嵩まず、また、従来のフォトリソグラフィー方式と比較してプロセス数が少なく、連続的なパターンの作製が可能で、かつ材質の選択の幅が広い電気泳動方式表示パネルを提供できる効果がある。

また、上記セルの隔壁が、ハニカム状のセルでなり、このハニカム状のセルのサイズは、１辺が１０〜５０μｍ、高さが３０〜５０μｍ、その厚さが０．５〜１０μｍの範囲で形成されているので、このハニカム状のセルの微細加工が容易でかつ画像の解像性がよく、さらに画像の視認性に優れかつ泳動速度が速い電気泳動方式表示パネルを提供できる効果がある。このハニカム状のセルの１辺が１０μｍに満たないと微細加工が困難で、逆に５０μｍを越えると画像の解像性に劣るので好ましくない。また、ハニカム状のセルを形成する隔壁の高さが３０μｍに満たないと隔壁表面に集積する電気泳動粒子の量が少なくなり、画像の視認性が著しく低下し、逆に１００μｍを越えると電気泳動粒子の泳動速度が著しく遅くなるか、または泳動しなくなったりするので好ましくない。さらにまた、隔壁の厚みが０．５μｍに満たないと強度が劣る点から好ましくなく、逆に１０μｍを越えると画像視認性即ち解像性の点から好ましくない。

また、上記請求項２に係る発明によれば、セルの隔壁の作製に、界面活性能を持つ高分子をベンゼンやクロロホルムなどの水と混ざらない溶媒に溶解させた溶液を基材上に塗布し、高湿度環境下で乾燥・固着（キャスト）せしめてハニカム状のポリマーが、微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造を形成し、該ポリマーが、微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造によるパターンとして前記基材の垂直方向に成長せしめる製造方法とすることによって、従来のスタンパー方式と比較して、省エネルギーで、かつコストが嵩まず、また従来のフォトリソグラフィー方式と比較してプロセス数が少なく、連続的なパターンの作製が容易に可能で、かつ材質の選択の幅が広い電気泳動方式表示パネルの製造方法を提供できる効果がある。

さらにまた、上記ハニカム状のセルの１辺を１０〜５０μｍ、高さを３０〜１００μｍ、隔壁厚さを０．５〜１０μｍの範囲とする製造方法とすることによって、セルの微細加工が容易でかつ画像の解像性がよく、さらに画像の視認性に優れかつ泳動速度が速い電気泳動方式表示パネルの製造方法を提供できる効果がある。このハニカム状のセルの１辺を１０μｍに満たないものとすると微細加工が困難で、逆に５０μｍを越えるものとすると得られたパネルの画像解像性に劣るので好ましくない。また、ハニカム状のセルを形成する隔壁の高さを３０μｍに満たないものとすると隔壁表面に集積する電気泳動粒子の量が少なくなり、よって画像の視認性が著しく低下し、逆に１００μｍを越えるとものとすると電気泳動粒子の泳動速度が著しく遅くなる、または泳動しなくなったりするので好ましくない。さらにまた、隔壁の厚みを０．５μｍに満たないものとすると強度が劣る点から好ましくなく、逆に１０μｍを越えるものとすると画像視認性即ち解像性の点から好ましくない。

以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いながら詳細に説明する。

本発明の電気泳動方式表示パネルは、例えば図２に示すように、基材（５）上に所定の大きさの隔壁（４）で仕切られた複数のハニカム状のセル（２０）が設けられていて、図３に示すように、この隔壁（４）で仕切られたハニカム状のセル（２０）中に電気泳動粒子としての白色粒子（７）と黒色粒子（９）を分散せしめる透明分散媒（８）とでなる分散系が封入されている電気泳動方式表示パネルとその製造方法に関するものであり、上記請求項１、２に係る発明は、ハニカム状のセル（２０）を構成する隔壁（４）が、両親媒性高分子で形成される二次元ポリマーネットワークからなるパターンとして基材（５）の垂直方向（Ｐ）に成長する自己組織化法により作製された電気泳動方式表示パネルである。

上記電気泳動方式表示パネルを構成する隔壁（４）の物質は、両親媒性の高分子であることが必要であり、水または有機溶剤のいずれか単独に溶解する高分子を用いても、平滑なキャスト面が得られるのみで、ポリマーネットワークは形成されない。上記でいう二次元ポリマーネットワークとは、ポリマーが微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造を指すもので、高い湿度条件下でキャストするとハニカム状の二次元ポリマーネットワークが形成され、溶媒蒸発速度や湿度などによりより細孔径を数百ｎｍから百μｍにかけて制御することができる。

上記両親媒性のポリマーとしては、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイド等であり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有するものが使用できる。好ましくはハロゲンイオンが解離しないスルフォネートを親水基とする両親媒性のポリマーが適する。

上記ポリマーは、ベンゼン等の有機溶剤に任意の濃度で溶解されるが、キャスト及びネットワーク構築の容易さから２０〜５０ｗｔ％の範囲で調整された溶液とするのが望ましい。この溶液はブレード、ダイ、リップ、カーテン等一般に用いられるコーターを使用し基材（５）上にキャストを行なってハニカム状のセル（２０）を構成する隔壁（４）とす
ることができる。

また、上記基材（５）としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などの光学的に透明なフラスチックフィルムやシートもしくはガラスなどに透明電極材であるＩＴＯを真空蒸着もしくはスパッタリングで製膜したものが用いられる。これら基材（５）は、必要に応じて、コロナ、プラズマなど表面処理を行なってもよい。

また、上記基材（５）上にキャストされた溶液は、高湿度環境下で２０℃から４０℃の温度範囲の中で乾燥、固着される。この環境湿度としては、７０から１００％の範囲が好ましいが、前述したように、ネットワークの形成は、塗液乾燥時に塗面表面に吸着される水滴によって規定され、表面に吸着する水滴が大きくなる程、ハニカム状セル（２０）の径（２）の大きさは大きくなり、表面に吸着する水滴が小さくなれば、ハニカム状セル（２０）の径（２）の大きさは小さくなる。

具体的には、溶媒の蒸発熱と高分子ポリマーの親水性及び環境湿度に依存し、例えば、ポリスチレンスルフォネートのベンゼン２０ａｔ％溶液では、湿度７０％のとき、図１に示すハニカム状のセル（２０）の１辺の長さ（１０）が５０μｍ、高さ（３）が４０μｍ、隔壁厚み（１）が８μｍのハニカム状のセル（２０）が形成され、湿度１００％のとき、１辺の長さ（１０）が１０μｍ、高さ（３）が３０μｍ、隔壁厚み（１）が２μｍのハニカム状セル（２０）が形成される。

また形成される隔壁（４）の高さ（３）は、特に塗液の濃度と塗布厚さに依存する。例えば、湿度７０％でポリスチレンスルフォネートのベンゼン２０ａｔ％溶液を用い、塗工膜厚を２０μｍにした場合には隔壁（４）の高さ（３）は８μｍになり、湿度７０％でポリスチレンスルフォネートのベンゼン５０ａｔ％溶液を用い、塗工厚４０μｍにした場合には隔壁（４）の高さ（３）は３５μｍになる。このように形成されたネットワークポリマー内の残留溶剤を除去する目的で、後乾燥を行なってもよい。

このように、上記請求項３に係る発明では、例えば図１に示すハニカム状のセル（２０）は、その１辺の長さ（１０）が１０〜５０μｍ、高さ（３）が３０〜１００μｍ、隔壁の厚さ（１）が０．５〜１０μｍの範囲とするものである。

次に、例えば図３に示すように、ハニカム状のセル（２０）中には透明分散媒（８）と白色粒子（７）と黒色粒子（９）からなる分散系を充填する。この透明分散媒（８）は、例えば、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、脂環式炭化水素、ハロゲン化炭化水素、各種エステル類アルコール系溶媒、またその他の種々の油等を単独または適宜混合したものを使用することができる。

また、白色粒子（７）としては、例えば、酸化チタンや酸化亜鉛等の無機顔料の他、ガラスあるいは樹脂等の微粉末、さらにはこれらの複合体等を使用することができる。

また、黒色粒子（９）としては、例えばカーボンブラックを使用することができ、この粒子の表面を種々の界面活性剤、分散剤、有機及び無機化合物、金属化合物等を用いて処理することで所望の表面電荷を付与することができることのみならず、分散系中での分散安定性を向上することができる。

次に上記隔壁（４）を封止材（６）を用いて開口部を封止することが好ましい。これにより分散系を充填する際に混入した気泡を加熱処理によって外部に追い出すことができるので、分散系の充填率を向上させることができる。

また、上記封止材（６）を分散系と混じり合わない材料で構成し、この分散系が充填された隔壁（４）上にこの封止材（６）を塗布または散布し、硬化させて隔壁（４）の開口部を封止することもできる。

また、上記封止材（６）は、分散系よりも比重が小さくかつこの分散系と混ざらないものであり、分散系を液滴として吐出する。ここでこの分散系を液滴として吐出するのにインクジェット装置を用いることが好適である。これは微少量の封止材（６）を正確かつ高速に充填することが可能であるからである。例えば、１個の隔壁（４）を封止するのに１辺の長さ（１０）が２５μｍの正６角形で膜厚が３０μｍとすると、１８ピコリットルである。一方、インクジェット方式では、６ピコリットルを下回る吐出量で制御することができるので、各隔壁上に分散系を容易に充填することができる。

更に、上記封止材（６）を添加した分散系を、各分割セル（２０）に吐出して分散系及び封止材（６）を充填し、各分割セル（６）内で分散系と封止材（６）とが分離した後、この封止材（６）を硬化させて隔壁（４）の開口部を封止することが望ましい。これにより、分散系と封止材（６）との間に隙間をなくすことができ、さらに、封止材（６）を塗布・散布する工程を省略することができる。

以下に実施例を挙げて本発明について具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、「部」の表記は、特に断りのない限りいずれも重量部である。

基材として光学用ＰＥＴフィルム：０３００（三菱化学ポリエステル社製）を使用し、この表面に１００ｎｍＩＴＯを真空蒸着させたものを用い、この基材表面にポリスチレンスルフォロネートのベンゼン５０ａｔ％をダイコーターを用いてダイヘッドと基材間のギャップを１５０μｍにして基材上にキャストした。

次に湿度９０％、温度９５℃の空気を塗面に風量０．１ｍ３／ｍｉｎで３０分間吹き付け、４時間自然放置後一辺の長さが５０μｍ、高さが５０μｍ、隔壁厚さが１０μｍの隔壁を形成した。更にここで形成された隔壁中にクリアランス５０μｍのアプリケーターを用いて分散系を充填した。

続いて分散系の作成は、まず、テトラクロロエチレン溶媒１００部に、溶媒中で負に帯電するポリエチレン樹脂で表面被覆した平均粒径３μｍの酸化チタン６０部と、平均粒径４．０μｍのカーボンブラック４０部とが分散された分散液を作成した。この分散液４０部と、水８０部にゼラチン１０部と乳化剤としてポリスチレンスルホン酸ナトリウム０．１部を配合した水溶液とを混合し、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を用いて、水中油滴型エマルジョンとしたものを使用した。

次に封止材として、ＵＶ硬化型接着剤：フォトレックＡ−７０４−１８０（積水ファインケミカル社製）をインクジェット装置（Litrex 80L）を用いて、１０ｉｎｔ／ｓｅｃで塗布し、塗布した後、ＵＶ照射装置：ＯＨＤ−１１０ＭＳＩ（オーク社製）を用いてＵＶを６００ｍｊ／ｃｍ２照射（約３０秒）して封止した。

以上のようにして得られた電気泳動方式表示パネルは、微細加工性に優れ、画像の解像性と視認性が高く、かつ電気泳動粒子の泳動速度が早いものであった。さらに上記のような電気泳動方式表示パネルの製造は、従来のスタンパー方式やフォトリソグラフィー方式に比べ、省エネルギーで、コストが嵩まず、さらに連続的パターンの作製が容易で、かつ
材料の選択幅が広い製造方法であった。

本発明の電気泳動方式表示パネルを構成するハニカム状のセルの一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電気泳動方式表示パネルの一実施の形態を示す斜視図である。 本発明の電気泳動方式表示パネルの一実施の形態を側断面で表した説明図である。

符号の説明

１‥‥隔壁の厚さ
２‥‥セルの径
３‥‥隔壁の高さ
４‥‥隔壁
５‥‥基材
６‥‥封止材
７‥‥白色粒子
８‥‥透明分散媒
９‥‥黒色粒子
１０‥‥セルの１辺の長さ
２０‥‥ハニカム状のセル
Ｐ‥‥基材の垂直方向

Claims (2)

1. 基材上に所定の大きさに隔壁で仕切られた複数のセルが設けられ、該セル中に電気泳動粒子と該電気泳動粒子を分散せしめる分散媒からなる分散系が封入されている電気泳動方式表示パネルにおいて、
   その１辺が１０〜５０μｍ、高さが３０〜５０μｍ、隔壁厚さが０．５〜１０μｍの範囲であるハニカム状のセルである前記セルの隔壁が、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイドであり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有する両親媒性高分子で形成されるポリマーが、微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造からなるパターンとして前記基材の垂直方向に成長する自己組織化法により作製されていることを特徴とする電気泳動方式表示パネル。
2. 基材上に所定の大きさに隔壁で仕切られた複数のセルを設け、該セル中に電気泳動粒子と該電気泳動粒子を分散せしめる分散媒からなる分散系を封入してなる電気泳動方式表示パネルの製造方法において、
   前記基材上に、ポリスチレンスルフォネートやビスーヘキサデシルージメチルアンモニウムブロマイドであり、分子構造中に、疎水基と親水基を少なくとも１つ以上有する両親媒性高分子を溶媒に溶解した溶液を塗布し、高湿度環境下で乾燥・固着せしめてポリマーが微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造を形成し、該ポリマーが微小水滴を鋳型として作られるハニカム構造によるパターンとして前記基材の垂直方向に成長せしめてその１辺が１０〜５０μｍ、高さが３０〜５０μｍ、隔壁厚さが０．５〜１０μｍの範囲であるハニカム状のセルである前記セルの隔壁を作製することを特徴とする電気泳動方式表示パネルの製造方法。
   

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