JP4579561B2 - 画像表示用パネルの製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくとも一方が透明な対向する基板間に、粒子群または粉流体を封入し、粒子群または粉流体に電界を与えて、粒子または粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルの製造方法及び製造装置に関し、特に、粒子群または粉流体を基板上に充填するための製造方法及び製造装置に関するものである。

従来より、液晶（ＬＣＤ）に代わる画像表示装置として、電気泳動方式、エレクトロクロミック方式、サーマル方式、２色粒子回転方式等の技術を用いた画像表示装置が提案されている。

これら従来技術は、ＬＣＤと比較すると、通常の印刷物に近い広い視野角が得られる、消費電力が小さい、メモリー機能を有している等のメリットがあることから、次世代の安価な画像表示装置に使用可能な技術として考えられており、携帯端末用画像表示、電子ペーパー等への展開が期待されている。特に最近では、分散粒子と着色溶液から成る分散液をマイクロカプセル化し、これを対向する基板間に配置して成る電気泳動方式が提案され、期待が寄せられている。

しかしながら、電気泳動方式では、液中を粒子が泳動するために液の粘性抵抗により応答速度が遅くなるという問題がある。さらに、低比重の溶液中に酸化チタン等の高比重の粒子を分散させているため沈降しやすくなっており、分散状態の安定性維持が難しく、画像繰り返し安定性に欠けるという問題を抱えている。また、マイクロカプセル化にしても、セルサイズをマイクロカプセルレベルにして、見かけ上、上述した欠点が現れにくくしているだけであって、本質的な問題は何ら解決されていない。

一方、溶液中での挙動を利用する電気泳動方式に対し、溶液を使わず、導電性粒子と電荷輸送層とを基板の一部に組み入れる方式も提案され始めている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、電荷輸送層、さらには電荷発生層を配置するために構造が複雑化するとともに、導電性粒子に電荷を一定に注入することは難しいため、安定性に欠けるという問題もある。

上述した種々の問題を解決するための一方法として、前面基板及び背面基板の間に、隔壁により互いに隔離されたセルを形成し、セル内に粒子群あるいは粉流体を封入し、粒子群あるいは粉流体に電界を与え、クーロン力等により粒子あるいは粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルを備える画像表示装置が知られている。
趙 国来、外３名、"新しいトナーディスプレイデバイス（Ｉ）"、１９９９年７月２１日、日本画像学会年次大会（通算８３回）"Japan Hardcopy’99"論文集、p.249-252

上述した画像表示装置に用いる画像表示用パネルの製造方法のうち、粒子群または粉流体の充填工程においては、従来、粒子降下法、静電記録法、印刷法、塗布法などの方法を用い、マザー基板のパネル形成領域以外の部分にマスクを設置し、粒子群または粉流体をマスクを介してマザー基板のパネル形成領域に充填していた。そのため、マザー基板一枚毎にマスクを載置しなければならず、マスク載置の際のマザー基板とマスクとのアライメント調整や固定作業が煩雑となる問題があった。また、マザー基板一枚毎にマスクを交換するので、多量のマスクが必要であり、使用後のマスク洗浄も煩雑となる問題もあった。さらに、一枚のマザー基板で複数個のパネルを製造する多面取り基板用のマスクは剛性が低く、手動あるいは自動でも、マスク載置の際にはマスクの扱いが困難となる問題もあった。

本発明の目的は上述した問題点を解消して、粒子群または粉流体の充填工程を簡略化でき、効果的な自動化及び品質の安定化を達成でき、コストダウンを図ることができる画像表示用パネルの製造方法及び製造装置を提供しようとするものである。

本発明の画像表示用パネルの製造方法は、少なくとも一方が透明な対向する基板間に、粒子群または粉流体を封入し、粒子群または粉流体に電界を与えて、粒子または粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルの製造方法において、マザー基板のパネル形成領域以外の部分にマスクを設置し、粒子群または粉流体をマザー基板のパネル形成領域に充填するにあたり、マスクが固定されたマスクステージの下にマザー基板を挿入して基板ステージ上に設置し、基板ステージを上昇させるか、または、マスクステージを下降させることにより、マザー基板とマスクとを接触または近接させ、その状態で粒子群または粉流体をマザー基板のパネル形成領域に充填することを特徴とするものである。

本発明の画像表示用パネルの製造方法の好適例としては、粒子群または粉流体の充填が終了したマザー基板を基板ステージから取り出した後、マスク清掃機により基板ステージとマスクステージ上の粒子群または粉流体を除去すること、及び、マスクの材質を導電性とすること、がある。

また、本発明の画像表示用パネルの製造装置は、上述した画像表示用パネルの製造方法に用いる製造装置において、マスクを固定するためのマスクステージと、マザー基板を載置するための基板ステージと、基板ステージを上昇させるか、または、マスクステージを下降させる駆動部と、必要に応じて設けられる、基板ステージ及びマスクステージ上の粒子群または粉流体を除去するためのマスク清掃機と、からなることを特徴とするものである。

本発明によれば、マスクが固定されたマスクステージの下にマザー基板を挿入して基板ステージ上に設置し、基板ステージを上昇させるか、または、マスクステージを下降させることにより、マザー基板とマスクとを接触または近接させ、その状態で粒子群または粉流体をマザー基板のパネル形成領域に充填することで、粒子群または粉流体の充填工程を簡略化でき、効果的な自動化及び品質の安定化を達成でき、コストダウンを図ることができる画像表示用パネルの製造方法及び製造装置を得ることができる。

まず、本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルの基本的な構成について説明する。本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルでは、対向する２枚の基板間に封入した粒子群または粉流体に電界が付与される。付与された電界方向にそって、高電位側に向かっては低電位に帯電した粒子群または粉流体がクーロン力などによって引き寄せられ、また、低電位側に向かっては高電位に帯電した粒子群または粉流体がクーロン力などによって引き寄せられ、それら粒子群または粉流体が電位の切替による電界方向の変化によって往復運動することにより、画像表示がなされる。従って、粒子群または粉流体が、均一に移動し、かつ、繰り返し時あるいは保存時の安定性を維持できるように、画像表示用パネルを設計する必要がある。ここで、粒子または粉流体にかかる力は、粒子同士または粉流体同士のクーロン力により引き付けあう力の他に、電極や基板との電気影像力、分子間力、液架橋力、重力などが考えられる。

次に、上述した画像表示用パネルの基本的な構成における画像表示動作について説明する。本発明で用いる画像表示用パネルは、一例として２種の色の異なる粒子３（図１参照、ここでは白色粒子３Ｗと黒色粒子３Ｂを示す）を基板１、２と垂直方向に移動させることによる表示方式に用いるパネルと、１種の色の粒子３Ｗ（図２参照）を基板１、２と平行方向に移動させることによる表示方式を用いるパネルとのいずれへも適用できる。表示のためのパネル構造例を図３に示す。なお、図１〜図３において、４はセルを形成するために設ける隔壁、５、６は粒子３に電界を与えるため必要に応じて設けられる電極である。以上の説明は、白色粒子３Ｗは白色粉流体に、黒色粒子３Ｂを黒色粉流体に、それぞれ置き換えた場合も同様に適用することが出来る。

以下、本発明の特徴となる画像表示用パネルの製造方法及び製造装置について説明する。

図４は本発明の画像表示用パネルの製造装置の一例を説明するための図である。図４に示す例において、本発明の画像表示用パネルの製造装置１１は、マスク１２をマスク固定具１４ａで固定するとともに、蓋１３で入口の開閉ができる箱型のマスクステージ１４と、マスクステージ１４の内部に配置された、マザー基板１５を載置するための基板ステージ１６と、少なくとも基板ステージ１６をマスク１２の下面に対し上昇または下降させるための機能を有する駆動部１７とから構成されている。

図４に示す例において、駆動部１７は、マザー基板１５を一旦保持するためのアーム部１８−１、１８−２と、基板ステージ１６を上下に駆動するための駆動機構１９−１、１９−２と、蓋１３を上下に駆動するための駆動機構２０とを備えている。通常、マザー基板１５は、一枚のマザー基板１５から複数個のパネルを製造する多面取り基板として構成されている。そのため、マスク１２のマザー基板１５のパネル形成領域に対応した位置は、粒子群または粉流体が通過する開口部となっている。

本発明の画像表示用パネルの製造装置の変形例として、ここでは図示しなかったが、必要に応じて、基板ステージ１６及びマスクステージ１４上の粒子群または粉流体を除去するためのマスク清掃機を設けることもできる。また、図５に示すように、箱型のマスクステージ１４と駆動部１７とを分離可能に構成することもできる。図５に示す例では、箱型のマスクステージ１４はマザー基板１５毎（マスクの種類毎）に複数容易する必要があるが、基板ステージ１６及び蓋１３は共用することができる。さらに、ここでは図示しなかったが、マザー基板１５を基板ステージ１６上に設置するためのロボットアームを設けることもできる。

図６（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の画像表示用パネルの製造方法の一例を説明するための図である。図６（ａ）〜（ｃ）に示す例において、図４及び図５に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図６（ａ）〜（ｃ）に従って本発明の画像表示用パネルの製造方法を説明すると、まず、図６（ａ）に示すように、蓋１３を下降させて箱型のマスクステージ１４の入口を開けた状態で、ロボットアーム２１を利用して、マザー基板１５をアーム部１８−１、１８−２上に一旦設置する。

次に、図６（ｂ）に示すように、蓋１３を上昇させて箱型のマスクステージ１４の入口を閉じた状態で、駆動機構１９−１、１９−２を上昇させ、基板ステージ１６上に例えば吸着式でマザー基板１５を保持し、さらにその状態から駆動機構１９−１、１９−２を上昇させることで、マザー基板１５とマスク１２とを接触または近接させる。これにより、マザー基板１５のパネル形成領域以外の部分にマスク１２を設置することができる。この状態で、例えば密閉された充填装置内において、箱型のマスクステージ１４の外側から粒子群または粉流体をマスク１２を介して充填することで、粒子群または粉流体をマザー基板１５のパネル形成領域に充填することができる。

その後、図６（ｃ）に示すように、粒子群または粉流体の充填が終了したマザー基板１５を基板ステージから取り出し、基板ステージ１６でマスク１２を抑えた状態で、マスク清掃機２２により、基板ステージ１６とマスクステージ１４上の粒子群または粉流体を除去する。なお、本発明の好適例としてマスク１２を導電性を有する材料から構成すると、マザー基板のパネル形成領域に予め設けられた電極とこのマスク１２とを等電位例えばグラウンド電位とすることで、粒子群または粉流体の充填をさらに好適に行うことができる。

図７（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の画像表示用パネルの製造方法の他の例を説明するための図である。図７（ａ）〜（ｄ）に示す例において、図４〜図６に示す例と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。図７（ａ）〜（ｄ）に示す例において、図６（ａ）〜（ｃ）に示す例と異なる点は、基板ステージ１６を上下に移動可能に構成する代わりに、マスクステージ１４を上下に移動可能に構成した点である。そのために、駆動部１７にマスクステージ１４を上下に移動させるための駆動機構２３−１、２３−２を設けるとともに、基板ステージ１６をマスクステージ１４内で固定して設けている。

図７（ａ）〜（ｄ）に従って本発明の画像表示用パネルの製造方法を説明すると、まず、図７（ａ）に示すように、ロボットアーム２１を利用してマザー基板１５をアーム部１８−１、１８−２上に一旦設置する。次に、図７（ｂ）に示すように、アーム部１８−１、１８−２を下降させるとともに駆動機構２３−１、２３−２を下降させることで、マザー基板１５をマスク１２と基板ステージ１６との間に設置する。この状態で、粒子群または粉流体を充填することで、図６（ａ）〜（ｃ）に示す例と同様に、マザー基板１５のマスク形成領域に粒子群または粉流体を充填することができる。その後、図７（ｃ）に示すように、マスク清掃機２２で基板ステージ６とマスクステージ１４上の粒子群または粉流体を除去する。なお、本例では、図７（ｄ）に示すように、マスク１２を交換可能とするために、マスクステージ１４の上部１４ｂとともにマスク１２を脱着できる構造とすることもできる。

以下、本発明の対象となる画像表示用パネルを構成する各部材について説明する。

基板については、少なくとも一方の基板は装置外側から粒子あるいは粉流体の色が確認できる透明な前面基板２であり、可視光の透過率が高くかつ耐熱性の良い材料が好適である。背面基板１は透明でも不透明でもかまわない。基板材料を例示すると、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリイミド、アクリルなどのポリマーシートや、金属シートのように可とう性のあるもの、および、ガラス、石英などの可とう性のない無機シートが挙げられる。基板の厚みは、２〜５０００μｍが好ましく、さらに５〜２０００μｍが好適であり、薄すぎると、強度、基板間の間隔均一性を保ちにくくなり、５０００μｍより厚いと、薄型パネルとする場合に不都合がある。

電極５、６については、視認側であり透明である必要のある前面基板２側に設ける前面電極６は、透明かつパターン形成可能である導電性材料で形成され、例示すると、酸化インジウム、アルミニウム、金、銀、銅などの金属類、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェンなどの導電性高分子類が挙げられ、真空蒸着、塗布などの形成手法が例示できる。なお、電極厚みは、導電性が確保でき光透過性に支障がなければ良く、３〜１０００ｎｍ、好ましくは５〜４００ｎｍが好適である。背面基板１側に設ける背面電極５の材質や厚みなどは上述した前面電極６と同様であるが、透明である必要はない。なお、この場合の外部電圧入力は、直流あるいは交流を重畳しても良い。

隔壁４については、その形状は表示にかかわる粒子群あるいは粉流体の種類により適宜最適設定され、一概には限定されないが、隔壁の幅は２〜１００μｍ、好ましくは３〜５０μｍに、隔壁の高さは１０〜５０００μｍ、好ましくは１０〜５００μｍに調整される。また、隔壁を形成するにあたり、対向する両基板の各々にリブを形成した後に接合する両リブ法、片側の基板上にのみリブを形成する片リブ法が考えられる。本発明では、いずれの方法も好適に用いられる。

これらのリブからなる隔壁により形成される表示セルは、図８に示すごとく、基板平面方向からみて四角状、三角状、ライン状、円形状、六角状が例示され、配置としては格子状やハニカム状が例示される。表示側から見える隔壁断面部分に相当する部分（表示セルの枠部の面積）はできるだけ小さくした方が良く、画像表示の鮮明さが増す。ここで、隔壁の形成方法を例示すると、スクリーン印刷法、サンドブラスト法、フォトリソ法、アディティブ法が挙げられる。このうち、レジストフィルムを用いるフォトリソ法が好適に用いられる。

次に、本発明の画像表示用パネルで用いる粒子について説明する。粒子は、その主成分となる樹脂に、必要に応じて、従来と同様に、荷電制御剤、着色剤、無機添加剤等を含ますことができる。以下に、樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を例示する。

樹脂の例としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、アクリルフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、２種以上混合することもできる。特に、基板との付着力を制御する観点から、アクリルウレタン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、アクリルフッ素樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂が好適である。

荷電制御剤としては、特に制限はないが、負荷電制御剤としては例えば、サリチル酸金属錯体、含金属アゾ染料、含金属（金属イオンや金属原子を含む）の油溶性染料、４級アンモニウム塩系化合物、カリックスアレン化合物、含ホウ素化合物（ベンジル酸ホウ素錯体）、ニトロイミダゾール誘導体等が挙げられる。正荷電制御剤としては例えば、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、４級アンモニウム塩系化合物、ポリアミン樹脂、イミダゾール誘導体等が挙げられる。その他、超微粒子シリカ、超微粒子酸化チタン、超微粒子アルミナ等の金属酸化物、ピリジン等の含窒素環状化合物及びその誘導体や塩、各種有機顔料、フッ素、塩素、窒素等を含んだ樹脂等も荷電制御剤として用いることもできる。

着色剤としては、以下に例示するような、有機または無機の各種、各色の顔料、染料が使用可能である。

黒色着色剤としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等がある。
青色着色剤としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントブリー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ等がある。
赤色着色剤としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２等がある。

黄色着色剤としては、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファーストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２等がある。
緑色着色剤としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等がある。
橙色着色剤としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３１等がある。
紫色着色剤としては、マンガン紫、ファーストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等がある。
白色着色剤としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等がある。

体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等がある。また、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料として、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等がある。

無機系添加剤の例としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、マンガンフェライトブラック、コバルトフェライトブラック、銅粉、アルミニウム粉などが挙げられる。
これらの顔料および無機系添加剤は、単独であるいは複数組み合わせて用いることができる。このうち特に黒色顔料としてカーボンブラックが、白色顔料として酸化チタンが好ましい。

また、本発明で用いる粒子は平均粒子径d(0.5)が、０．１〜５０μｍの範囲であり、均一で揃っていることが好ましい。平均粒子径d(0.5)がこの範囲より大きいと表示上の鮮明さに欠け、この範囲より小さいと粒子同士の凝集力が大きくなりすぎるために粒子の移動に支障をきたすようになる。

更に本発明では、各粒子の粒子径分布に関して、下記式に示される粒子径分布Spanを５未満、好ましくは３未満とする。
Span＝（ｄ(0.9)−ｄ(0.1)）／ｄ(0.5)
（但し、ｄ(0.5)は粒子の50％がこれより大きく、50％がこれより小さいという粒子径をμｍで表した数値、ｄ(0.1)はこれ以下の粒子の比率が10％である粒子径をμｍで表した数値、ｄ(0.9)はこれ以下の粒子が90％である粒子径をμｍで表した数値である。）
Spanを５以下の範囲に納めることにより、各粒子のサイズが揃い、均一な粒子移動が可能となる。

さらにまた、各粒子の相関について、使用した粒子の内、最大径を有する粒子のd(0.5)に対する最小径を有する粒子のd(0.5)の比を５０以下、好ましくは１０以下とすることが肝要である。たとえ粒子径分布Spanを小さくしたとしても、互いに帯電特性の異なる粒子が互いに反対方向に動くので、互いの粒子サイズが近く、互いの粒子が当量ずつ反対方向に容易に移動できるようにするのが好適であり、それがこの範囲となる。

なお、上記の粒子径分布および粒子径は、レーザー回折／散乱法などから求めることができる。測定対象となる粒子にレーザー光を照射すると空間的に回折／散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光強度パターンは粒子径と対応関係があることから、粒子径および粒子径分布が測定できる。
ここで、本発明における粒子径および粒子径分布は、体積基準分布から得られたものである。具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd.）測定機を用いて、窒素気流中に粒子を投入し、付属の解析ソフト（Mie理論を用いた体積基準分布を基本としたソフト）にて、粒子径および粒子径分布の測定を行なうことができる。

粒子の帯電量は当然その測定条件に依存するが、画像表示用パネルにおける粒子の帯電量はほぼ、初期帯電量、隔壁との接触、基板との接触、経過時間に伴う電荷減衰に依存し、特に２種類の粒子の帯電挙動の飽和値が支配因子となっているということが分かった。

本発明者らは鋭意検討の結果、ブローオフ法において同一のキャリア粒子を用いて、それぞれの粒子の帯電量測定を行うことにより、２種類の粒子の適正な帯電特性値の範囲を評価できることを見出した。

測定方法について詳しくは後に述べるが、ブローオフ法によって、粒子とキャリア粒子とを十分に接触させ、その飽和帯電量を測定することにより該粒子の単位重量あたりの帯電量を測定することができる。そして、該粒子の平均粒子径と比重を別途求めることにより、該粒子総数及び粒子１個あたりの帯電量を算出することができる。

次に、本発明の対象となる画像表示用パネルで用いる粉流体について説明する。
本発明における「粉流体」は、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。例えば、液晶は液体と固体の中間的な相と定義され、液体の特徴である流動性と固体の特徴である異方性（光学的性質）を有するものである（平凡社：大百科事典）。一方、粒子の定義は、無視できるほどの大きさであっても有限の質量をもった物体であり、重力の影響を受けるとされている（丸善：物理学事典）。ここで、粒子でも、気固流動層体、液固流動体という特殊状態があり、粒子に底板から気体を流すと、粒子には気体の速度に対応して上向きの力が作用し、この力が重力とつりあう際に、流体のように容易に流動できる状態になるものを気固流動層体と呼び、同じく、流体により流動化させた状態を液固流動体と呼ぶとされている（平凡社：大百科事典）。このように気固流動層体や液固流動体は、気体や液体の流れを利用した状態である。本発明では、このような気体の力も、液体の力も借りずに、自ら流動性を示す状態の物質を、特異的に作り出せることが判明し、これを粉流体と定義した。

すなわち、本発明における粉流体は、液晶（液体と固体の中間相）の定義と同様に、粒子と液体の両特性を兼ね備えた中間的な状態で、先に述べた粒子の特徴である重力の影響を極めて受け難く、高流動性を示す特異な状態を示す物質である。このような物質はエアロゾル状態、すなわち気体中に固体状もしくは液体状の物質が分散質として安定に浮遊する分散系で得ることができ、本発明の画像表示装置で固体状物質を分散質とするものである。

本発明の対象となる画像表示用パネルは、少なくとも一方が透明な、対向する基板間に、気体中に固体粒子が分散質として安定に浮遊するエアロゾル状態で高流動性を示す粉流体を封入するものであり、このような粉流体は、低電圧の印加でクーロン力などにより容易に安定して移動させることができる。
本発明に用いる粉流体とは、先に述べたように、気体の力も液体の力も借りずに、自ら流動性を示す、流体と粒子の特性を兼ね備えた両者の中間状態の物質である。この粉流体は、特にエアロゾル状態とすることができ、本発明の画像表示装置では、気体中に固体状の物質が分散質として比較的安定に浮遊する状態で用いられる。

エアロゾル状態の範囲は、粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍以上であることが好ましく、更に好ましくは２．５倍以上、特に好ましくは３倍以上である。上限は特に限定されないが、１２倍以下であることが好ましい。
粉流体の最大浮遊時の見かけ体積が未浮遊時の２倍より小さいと表示上の制御が難しくなり、また、１２倍より大きいと粉流体を装置内に封入する際に舞い過ぎてしまうなどの取扱い上の不便さが生じる。なお、最大浮遊時の見かけ体積は次のようにして測定される。すなわち、粉流体が透過して見える密閉容器に粉流体を入れ、容器自体を振動或いは落下させて、最大浮遊状態を作り、その時の見かけ体積を容器外側から測定する。具体的には、直径（内径）６ｃｍ、高さ１０ｃｍのポリプロピレン製の蓋付き容器（商品名アイボーイ：アズワン（株）製）に、未浮遊時の粉流体として１／５の体積相当の粉流体を入れ、振とう機に容器をセットし、６ｃｍの距離を３往復／ｓｅｃで３時間振とうさせる。振とう停止直後の見かけ体積を最大浮遊時の見かけ体積とする。

また、本発明では、粉流体の見かけ体積の時間変化が次式を満たすものが好ましい。
Ｖ_１０／Ｖ_５＞０．８
ここで、Ｖ_５は最大浮遊時から５分後の見かけ体積（ｃｍ^３）、Ｖ_１０は最大浮遊時から１０分後の見かけ体積（ｃｍ^３）を示す。なお、本発明の画像表示装置は、粉流体の見かけ体積の時間変化Ｖ_１０／Ｖ_５が０．８５よりも大きいものが好ましく、０．９よりも大きいものが特に好ましい。Ｖ_１０／Ｖ_５が０．８以下の場合は、通常のいわゆる粒子を用いた場合と同様となり、本発明のような高速応答、耐久性の効果が確保できなくなる。

また、粉流体を構成する粒子物質の平均粒子径（ｄ（０．５））は、好ましくは０．１〜２０μｍ、更に好ましくは０．５〜１５μｍ、特に好ましくは０．９〜８μｍである。０．１μｍより小さいと表示上の制御が難しくなり、２０μｍより大きいと、表示上の鮮明さに欠けるようになる。なお、粉流体を構成する粒子物質の平均粒子径（ｄ（０．５））は、次の粒子径分布Spanにおけるｄ（０．５）と同様である。

粉流体を構成する粒子物質は、下記式に示される粒子径分布Spanが５未満であることが好ましく、更に好ましくは３未満である。
粒子径分布Span＝（ｄ（０．９）−ｄ（０．１））／ｄ（０．５）
ここで、ｄ（０．５）は粉流体を構成する粒子物質の５０％がこれより大きく、５０％がこれより小さいという粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．１）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質の比率が１０％である粒子径をμｍで表した数値、ｄ（０．９）はこれ以下の粉流体を構成する粒子物質が９０％である粒子径をμｍで表した数値である。粉流体を構成する粒子物質の粒子径分布Spanを５以下とすることにより、サイズが揃い、均一な粉流体移動が可能となる。

なお、以上の粒子径分布および粒子径は、レーザー回折／散乱法などから求めることができる。測定対象となる粉流体にレーザー光を照射すると空間的に回折／散乱光の光強度分布パターンが生じ、この光強度パターンは粒子径と対応関係があることから、粒子径および粒子径分布が測定できる。この粒子径および粒子径分布は、体積基準分布から得られる。具体的には、Mastersizer2000(Malvern Instruments Ltd.)測定機を用いて、窒素気流中に粉流体を投入し、付属の解析ソフト（Mie理論を用いた体積基準分布を基本としたソフト）にて、測定を行うことができる。

粉流体の作製は、必要な樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を混練り粉砕しても、モノマーから重合しても、既存の粒子を樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤でコーティングしても良い。以下、粉流体を構成する樹脂、荷電制御剤、着色剤、その他添加剤を例示する。

樹脂の例としては、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン変性アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂などが挙げられ、２種以上混合することもでき、特に、基板との付着力を制御する上から、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂が好適である。

荷電制御剤の例としては、正電荷付与の場合には、４級アンモニウム塩系化合物、ニグロシン染料、トリフェニルメタン系化合物、イミダゾール誘導体などが挙げられ、負電荷付与の場合には、含金属アゾ染料、サリチル酸金属錯体、ニトロイミダゾール誘導体などが挙げられる。

着色剤としては、以下に例示するような、有機または無機の各種、各色の顔料、染料が使用可能である。

黒色着色剤としては、カーボンブラック、酸化銅、二酸化マンガン、アニリンブラック、活性炭等がある。
青色着色剤としては、Ｃ．Ｉ．ピグメントブリー１５：３、Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５、紺青、コバルトブルー、アルカリブルーレーキ、ビクトリアブルーレーキ、フタロシアニンブルー、無金属フタロシアニンブルー、フタロシアニンブルー部分塩素化物、ファーストスカイブルー、インダスレンブルーＢＣ等がある。
赤色着色剤としては、ベンガラ、カドミウムレッド、鉛丹、硫化水銀、カドミウム、パーマネントレッド４Ｒ、リソールレッド、ピラゾロンレッド、ウォッチングレッド、カルシウム塩、レーキレッドＤ、ブリリアントカーミン６Ｂ、エオシンレーキ、ローダミンレーキＢ、アリザリンレーキ、ブリリアントカーミン３Ｂ、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２等がある。

黄色着色剤としては、黄鉛、亜鉛黄、カドミウムイエロー、黄色酸化鉄、ミネラルファーストイエロー、ニッケルチタンイエロー、ネーブルイエロー、ナフトールイエローＳ、ハンザイエローＧ、ハンザイエロー１０Ｇ、ベンジジンイエローＧ、ベンジジンイエローＧＲ、キノリンイエローレーキ、パーマネントイエローＮＣＧ、タートラジンレーキ、Ｃ．Ｉ．ピグメントイエロー１２等がある。
緑色着色剤としては、クロムグリーン、酸化クロム、ピグメントグリーンＢ、Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン７、マラカイトグリーンレーキ、ファイナルイエローグリーンＧ等がある。
橙色着色剤としては、赤色黄鉛、モリブデンオレンジ、パーマネントオレンジＧＴＲ、ピラゾロンオレンジ、バルカンオレンジ、インダスレンブリリアントオレンジＲＫ、ベンジジンオレンジＧ、インダスレンブリリアントオレンジＧＫ、Ｃ．Ｉ．ピグメントオレンジ３１等がある。
紫色着色剤としては、マンガン紫、ファーストバイオレットＢ、メチルバイオレットレーキ等がある。
白色着色剤としては、亜鉛華、酸化チタン、アンチモン白、硫化亜鉛等がある。

体質顔料としては、バライト粉、炭酸バリウム、クレー、シリカ、ホワイトカーボン、タルク、アルミナホワイト等がある。また、塩基性、酸性、分散、直接染料等の各種染料として、ニグロシン、メチレンブルー、ローズベンガル、キノリンイエロー、ウルトラマリンブルー等がある。

無機系添加剤の例としては、酸化チタン、亜鉛華、硫化亜鉛、酸化アンチモン、炭酸カルシウム、鉛白、タルク、シリカ、ケイ酸カルシウム、アルミナホワイト、カドミウムイエロー、カドミウムレッド、カドミウムオレンジ、チタンイエロー、紺青、群青、コバルトブルー、コバルトグリーン、コバルトバイオレット、酸化鉄、カーボンブラック、マンガンフェライトブラック、コバルトフェライトブラック、銅粉、アルミニウム粉などが挙げられる。
これらの顔料および無機系添加剤は、単独であるいは複数組み合わせて用いることができる。このうち特に黒色顔料としてカーボンブラックが、白色顔料として酸化チタンが好ましい。

更に、本発明においては基板間の粒子群あるいは粉流体を取り巻く空隙部分の気体の管理が重要であり、表示安定性向上に寄与する。具体的には、空隙部分の気体の湿度について、２５℃における相対湿度を６０％RH以下、好ましくは５０％RH以下、更に好ましくは３５％RH以下とすることが重要である。
この空隙部分とは、図１〜図３において、対向する基板１、基板２に挟まれる部分から、電極５、６、粒子群（あるいは粉流体）３の占有部分、隔壁４の占有部分、装置シール部分（図示せず）を除いた、いわゆる粒子群（あるいは粉流体）が接する気体部分を指すものとする。
空隙部分の気体は、先に述べた湿度領域であれば、その種類は問わないが、乾燥空気、乾燥窒素、乾燥アルゴン、乾燥ヘリウム、乾燥二酸化炭素、乾燥メタンなどが好適である。この気体は、その湿度が保持されるように装置に封入することが必要であり、例えば、粒子群あるいは粉流体の充填、基板の組み立てなどを所定湿度環境下にて行い、さらに、外からの湿度侵入を防ぐシール材、シール方法を施すことが肝要である。

本発明の画像表示用パネルにおける基板と基板との間隔は、粒子群又は粉流体が移動できて、コントラストを維持できればよいが、通常１０〜５０００μｍ、好ましくは１０〜５００μｍに調整される。
対向する基板間の空間における粒子群又は粉流体の体積占有率は５〜７０％が好ましく、さらに好ましくは５〜６０％である。７０％を超える場合には粒子又は粉流体の移動の支障をきたし、５％未満の場合にはコントラストが不明確となり易い。

本発明の製造方法及び製造装置で作製した画像表示用パネルは、ノートパソコン、ＰＤＡ、携帯電話、ハンディターミナル等のモバイル機器の表示部、電子ブック、電子新聞等の電子ペーパー、看板、ポスター、黒板等の掲示板、電卓、家電製品、自動車用品等の表示部、ポイントカード、ＩＣカード等のカード表示部、電子広告、電子ＰＯＰ、電子値札、電子楽譜、ＲＦ−ＩＤ機器の表示部などに好適に用いられる。

本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルにおける駆動方法の一例を示す図である。 本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルにおける駆動方法の他の例を示す図である。 本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルの構造の一例を示す図である。 本発明の画像表示用パネルの製造装置の一例を説明するための図である。 本発明の画像表示用パネルの製造装置の他の例を説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）はそれぞれ本発明の画像表示用パネルの製造方法の一例を説明するための図である。 （ａ）〜（ｄ）はそれぞれ本発明の画像表示用パネルの製造方法の他の例を説明するための図である。 本発明の製造方法及び製造装置の対象となる画像表示用パネルにおける隔壁の形状の一例を示す図である。

符号の説明

１ 背面基板
２ 前面基板
３ 粒子（粉流体）
３Ｗ 白色粒子（白色粉流体）
３Ｂ 黒色粒子（黒色粉流体）
４ 隔壁
１１ 製造装置
１２ マスク
１３ 蓋
１４ マスクステージ
１４ａ マスク固定具
１４ｂ 上部
１５ マザー基板
１６ 基板ステージ
１７ 駆動部
１８−１、１８−２ アーム部
１９−１、１９−２、２０、２３−１、２３−２ 駆動機構
２１ ロボットアーム
２２ マスク清掃機

Claims (3)

1. 少なくとも一方が透明な対向する基板間に、粒子群または粉流体を封入し、粒子群または粉流体に電界を与えて、粒子または粉流体を移動させて画像を表示する画像表示用パネルの製造方法において、マザー基板のパネル形成領域以外の部分にマスクを設置し、粒子群または粉流体をマザー基板のパネル形成領域に充填するにあたり、マスクが固定されたマスクステージの下にマザー基板を挿入して基板ステージ上に設置し、基板ステージを上昇させるか、または、マスクステージを下降させることにより、マザー基板とマスクとを接触または近接させ、その状態で粒子群または粉流体をマザー基板のパネル形成領域に充填し、粒子群または粉流体の充填が終了したマザー基板を基板ステージから取り出した後、基板ステージでマスクを押さえた状態で、マスク清掃機により基板ステージとマスクステージ上の粒子群または粉流体を除去することを特徴とする画像表示用パネルの製造方法。
2. マスクの材質を導電性とする請求項１に記載の画像表示用パネルの製造方法。
3. 請求項１又は２に記載の画像表示用パネルの製造方法に用いる製造装置において、
   マスクを固定するためのマスクステージと、
   マザー基板を載置するための基板ステージであって、粒子群または粉流体の充填が終了したマザー基板を取り出した後にマスクを押さえる基板ステージと、
   基板ステージを上昇させるか、または、マスクステージを下降させる駆動部と、
   基板ステージでマスクを押さえた状態で、基板ステージ及びマスクステージ上の粒子群または粉流体を除去するためのマスク清掃機と、を備えることを特徴とする画像表示用パネルの製造装置。

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