JP5780941B2 - 多孔性電極シートおよびその製造方法、ならびに表示装置 - Google Patents
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Description
本発明は、透明な絶縁層上に透明電極が積層された多孔性電極シートおよびその製造方法に関する。また、本発明は、その多孔性電極シートを用いた表示装置に関する。
従来から様々な装置において透明電極が用いられている。透明電極は、一般に、透明な基板または絶縁層上に積層される。例えば、特許文献１には、図４に示すようなエレクトロクロミック方式の多色の表示装置１００が開示されている。
この表示装置１００では、表示基板１１と対向基板１２とがスペーサ１８を介して貼り合わされており、これによりセルが形成されている。セル内には、表示基板１１側に、第１表示電極１３ａ、第１エレクトロクロミック層１４ａ、絶縁層１５、第２表示電極１３ｂおよび第２エレクトロクロミック層１４ｂが積層されており、対向基板１２側に、対向電極１７および白色反射層１６が積層されている。また、セル内には電解質１９が充填されている。
第１表示電極１３ａおよび第２表示電極１３ｂは、透明電極である。第１エレクトロクロミック層１４ａは、第１表示電極１３ａと対向電極１７との間に印加される電圧が制御されることにより、第１の色を発したり無色になったりする。第２エレクトロクロミック層１４ｂは、第２表示電極１３ｂと対向電極１７との間に印加される電圧が制御されることにより、第１の色とは異なる第２の色を発したり無色になったりする。
第１エレクトロクロミック層１４ａおよび第２エレクトロクロミック層１４ｂは、一般的に、金属酸化物にエレクトロクロミック化合物を担持させた構成を有する。金属酸化物としては導電性を有するものが用いられることもある。絶縁層１５は、第１表示電極１３ａと第２表示電極１３ｂの電位を別々に制御することを可能にするためのものである。また、絶縁層１５は、透明であるとともに、内部に電解質１９を浸透させて酸化還元反応に伴うイオンの移動を可能にするために多孔質である。
ところで、特許文献１には、多孔質の絶縁層１５を形成するための具体的な方法として、ＺｎＳを含む無機材料をスパッタリングすることが記載されている。しかしながら、スパッタリングによって絶縁層１５を形成した場合には、絶縁層１５の厚さを広い面積に亘って均一にすることは困難である。そして、絶縁層１５の厚さが不均一になると、薄い部分では絶縁性が損なわれ、厚い部分では透明性が損なわれる。
本発明は、このような事情に鑑み、透明電極に沿って均一な厚さの絶縁層を確保することができる多孔性電極シートおよびその製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、その多孔性電極シートを用いた表示装置を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、一方面から他方面にかけて直線的に延びる複数の貫通孔が設けられた、透明で絶縁性の樹脂フィルムと、前記樹脂フィルムの前記一方面上に積層され、前記複数の貫通孔のそれぞれに対応する位置に開口を有する透明電極と、を備える、多孔性電極シートを提供する。
また、本発明は、上記の多孔性電極シートを備える表示装置を提供する。
さらに、本発明は、透明で無孔の樹脂基材にイオンビームを照射して当該樹脂基材を厚さ方向に貫通するように延びる複数の変性トラックを形成する工程と、前記樹脂基材に対して前記変性トラックを基点に化学エッチングを行うことにより複数の貫通孔を有する樹脂フィルムを得る工程と、前記樹脂フィルムの一方面上に、前記複数の貫通孔のそれぞれに対応する位置に開口を有する透明電極を形成する工程と、を含む、多孔性電極シート製造方法を提供する。
上記の構成では、透明電極が樹脂フィルムの一方面上に積層されている。樹脂フィルムは、広い面積に亘って厚さが均一なものを容易に作製することができる。従って、樹脂フィルムを用いれば、透明電極に沿って均一な厚さの絶縁層を確保することができる。しかも、本発明の多孔性電極シートには、樹脂フィルムの貫通孔と透明電極の開口によって多孔性電極シートを厚さ方向に貫通する通路が形成されているので、例えば絶縁層がエレクトロクロミック層に接するように配置された場合でも、イオンはその通路を通じて移動することができる。
エレクトロクロミック層に接する従来の絶縁層は孔の方向性がない多孔質であったためにイオンが絶縁層内をスムーズに移動することができなかった。これに対し、本発明では、上記の通路により、イオンが多孔性電極シートを最短距離で通過するように移動するため、酸化還元反応の速度を向上させることができる。つまり、多孔性電極シートをエレクトロクロミック方式の表示装置に用いた場合には、表示装置の性能が向上する。
以下、添付の図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
＜多孔性電極シート＞
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る多孔性電極シート１を示す。この多孔性電極シート１は、透明で絶縁性の樹脂フィルム２と、樹脂フィルム２の一方面２ａ上に積層された透明電極３とを備える。
図１（ａ）および（ｂ）に、本発明の一実施形態に係る多孔性電極シート１を示す。この多孔性電極シート１は、透明で絶縁性の樹脂フィルム２と、樹脂フィルム２の一方面２ａ上に積層された透明電極３とを備える。
樹脂フィルム２は、広い面積に亘って厚さが均一なものを容易に作製することができる。従って、樹脂フィルム２を用いた多孔性電極シート１では、透明電極３に沿って均一な厚さの絶縁層を確保することができる。
多孔性電極シート１の形状は、特に限定されない。例えば、多孔性電極シート１は、平面視で（厚さ方向から見たときに）矩形であってもよいし、円形または角丸多角形であってもよい。
樹脂フィルム２には、一方面２ａから他方面２ｂにかけて直線的に延びる複数の貫通孔２１が設けられている。換言すれば、貫通孔２１は、枝分かれのないストレートな孔である。このような貫通孔２１を有する樹脂フィルム２は、透明で無孔の樹脂基材にイオンビームを照射して当該樹脂基材を厚さ方向に貫通するように延びる複数の変性トラック（樹脂が変性した線状の部分）を形成した後に、樹脂基材に対して変性トラックを基点に化学エッチングを行うことにより作製することができる。
上記のようなイオンビーム照射と化学エッチングを組み合わせた穿孔技術により作製された製品は広く市販されており、樹脂フィルム２としてはそれらの市販品（例えば、オキシフェン社やミリポア社が販売するメンブレンフィルタ）を用いることができる。
イオンビームは、広い面積に短時間で照射可能であるとともに、高密度に照射可能である。また、樹脂基材に対して角度を付けて斜め方向からイオンビームを照射することも可能である。イオンビームの照射には、重イオンを用いることが好ましい。重イオンを用いたときには、孔径に対する長さの比（いわゆるアスペクト比）が１万以上の極めて細長い貫通孔２１を形成できるからである。例えば、重イオンは、サイクロトロンで加速させた後に、樹脂基材に向けて発射され得る。
ここで、「孔径」とは、貫通孔２１の断面形状を円とみなしたときの円の直径、換言すれば、貫通孔２１の断面積と同一の面積の円の直径をいう。
変性トラックの樹脂を除去する化学エッチングでは、アルカリ溶液等のエッチング液を用いる。この化学エッチングによって、貫通孔２１の孔径や断面形状を制御することができる。
貫通孔２１の断面形状は、特に限定されず、円形であってもよいし、不定形であってもよい。貫通孔２１の平均孔径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。ただし、多孔性電極シート１が後述するようにエレクトロクロミック層に接して配置される場合には、貫通孔２１の最大孔径は、エレクトロクロミック化合物を担持する金属酸化物の平均粒径よりも小さいことが好ましい。より好ましい貫通孔２１の平均孔径は、０．１μｍ以上１０μｍ以下である。
貫通孔２１の密度は、樹脂フィルム２の全面に亘って１０〜１×１０8個／ｃｍ2の範囲のうちの特定の帯域（例えば、最大密度が最小密度の１．５倍以下）に収まっていることが好ましい。貫通孔２１の密度は、イオンビーム照射時のイオン照射数により調整できる。より好ましい貫通孔２１の密度は、１×１０3〜１×１０7個／ｃｍ2の範囲内ある。
貫通孔２１のアスペクト比は、５以上であることが好ましい。
樹脂フィルム２の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。樹脂フィルム２の具体例としては、透明な絶縁性フィルムであるポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）フィルムを挙げることができる。
透明電極３は、貫通孔２１のそれぞれに対応する位置に開口３１を有する。すなわち、樹脂フィルム２の貫通孔２１および透明電極３の開口３１は、互いに連通して多孔性電極シート１を厚さ方向に貫通する通路１０を形成する。
開口３１を有する透明電極３を形成するには、スパッタ法、電子ビーム法、イオンプレーティング法、真空蒸着法および化学的気相成長法（ＣＶＤ法）等により、樹脂フィルムの一方面２ａ上に直接導電膜を形成すればよい。
透明電極３は、酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ膜）で構成されていることが好ましい。ただし、透明電極３は、例えば、フッ素がドープされた酸化スズ膜（ＦＴＯ膜）や、アンチモン、インジウムまたはアルミニウムがドープされた酸化亜鉛膜等で構成されていてもよい。
＜表示装置＞
次に、本実施形態の多孔性電極シート１の使用例について説明する。図２に、多孔性電極シート１を用いたエレクトロクロミック方式の多色の表示装置１０Ａを示す。なお、背景技術の欄で図４を参照して説明した構成と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
次に、本実施形態の多孔性電極シート１の使用例について説明する。図２に、多孔性電極シート１を用いたエレクトロクロミック方式の多色の表示装置１０Ａを示す。なお、背景技術の欄で図４を参照して説明した構成と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この表示装置１０Ａでは、図４の第１表示電極１３ａの代わりに第１エレクトロクロミック層１４ａ操作用の第１透明電極４が配設され、図４の第２表示電極１３ｂおよび絶縁層１５の代わりに多孔性絶縁シート１が配設されている。すなわち、多孔性電極シート１は、樹脂フィルム２が第１エレクトロクロミック層１４ａを挟んで第１透明電極４１と対向し、透明電極３が第２エレクトロクロミック層１４ｂに接するように配置されている。多孔性絶縁シート１の透明電極３は、第２エレクトロクロミック層１４ｂ操作用の第２透明電極である。
また、図４の対向電極１７の代わりにアドレス電極５が配設されている。セル内には電解質１９が充填されているので、アドレス電極５は、電解質１９で満たされた空間を挟んで多孔性電極シート１と対向している。
このように、多孔性電極シート１を表示装置１０Ａに用いたときには、多孔性電極シート１には当該多孔性電極シート１を厚さ方向に貫通する通路１０（図１（ｂ）参照）が形成されているので、イオンはその通路１０を通じて移動することができる。
図４に示す従来の表示装置１００では、第１エレクトロクロミック層１４ａに接する絶縁層１５は孔の方向性がない多孔質であったためにイオンが絶縁層１５内をスムーズに移動することができなかった。これに対し、図２に示す表示装置１０Ａでは、通路１０により、イオンが多孔性電極シート１を最短距離で通過するように移動するため、酸化還元反応の速度を向上させることができる。つまり、多孔性電極シート１によって表示装置１０Ａの性能を向上させることができる。
また、樹脂フィルム２は、通常は液体に浸したときに透明度が増すので、電解質１９として液体を用いたときには表示装置１０Ａの視認性が向上する。しかも、そのような電解液は貫通孔２１に保持されるため、樹脂フィルム２はフレキシブルな動きに対しても透明性を維持できる。そのため、多孔性電極シート１は、特に電子ペーパ等のフレキシブル性が要求される用途に好適である。
さらには、多孔性電極シート１では、樹脂フィルム２側の表面が平滑なため、その上に積層されるエレクトロクロミック層（特に、金属酸化物）との密着性が高くなる。また、樹脂フィルム２の貫通孔２１は、無機材料からなる多孔質の絶縁層内に形成される空隙に比べて、しっかりとした形状維持が可能なため、表示装置の製造歩留まりの向上にも貢献できる。
ところで、本実施形態の多孔性電極シート１は、エレクトロクロミック方式の単色の表示装置に用いることも可能である。この場合の構成の一例を図３に示す。
図３に示す表示装置１０Ｂでは、多孔性電極シート１が、エレクトロクロミック層１４を表示基板１１と挟持するように配置されている。より詳しくは、多孔性電極シート１の透明電極３が表示基板１１側でエレクトロクロミック層１４と接し、樹脂フィルム２が電解質１９で満たされる空間に面している。
この構成では、外側バリアー層である表示基板１１上に透明電極を形成する必要がないため、表示基板１１としてプラスチックのようなフレキシブルなバリアフィルムを用いることが可能になる。従来の表示装置では、透明電極の在る位置で表示基板と対向基板の間をスペーサで封止しようとすると、透明電極とスペーサとの接着性から耐久性が問題となる。しかし、多孔性電極シート１を用いれば表示基板１１上に透明電極が不要になるので、同一または類似した材質同士を接着させることができ、これにより良好な耐久性を得ることができる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に何ら制限されるものではない。
透明で絶縁性の樹脂フィルムとして、平均孔径１０μｍの貫通孔が設けられた厚さ１３μｍの市販品（オキシフェン社製Ｏｘｙｄｉｓｋ）を準備した。この樹脂フィルムの一方面に、バッチ式スパッタ装置（ＵＬＶＡＣ社製ＳＭＨ−２３０６ＲＥ）を用いてＩＴＯをスパッタリングし、透明電極を形成した。スパッタリングは、到達真空度を１×１０-5Ｔｏｒｒに設定し、処理圧力４．３×１０-3Ｔｏｒｒの雰囲気中にて、Ａｒを４０ｓｃｃｍ、Ｏ2を３ｓｃｃｍ供給しながら、電圧４３０Ｖ、電流０．８８Ａで５分間行った。これにより、多孔性電極シートを得た。
得られた多孔性電極シートの透明電極側の表面を、電子顕微鏡で１０００倍に拡大して観察したところ、透明電極には、樹脂フィルムの貫通孔のそれぞれに対応する位置に開口が形成されていた。
また、得られた多孔性電極シートの透明電極側の表面抵抗値を、ＡＳＰプローブを有する抵抗率計（三菱化学社製ロレスタＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０型）を用いて測定したところ、電圧１０Ｖで６０Ω/□であった。
樹脂フィルムとして平均孔径１．０μｍの貫通孔が設けられた厚さ２２μｍの市販品（オキシフェン社製Ｏｘｙｄｉｓｋ）を用いた場合も、同様の結果が得られた。
１ 多孔性電極シート
２ 樹脂フィルム
２ａ 一方面
２ｂ 他方面
２１ 貫通孔
３ 透明電極
３１ 開口
２ 樹脂フィルム
２ａ 一方面
２ｂ 他方面
２１ 貫通孔
３ 透明電極
３１ 開口
Claims (7)
- 一方面から他方面にかけて直線的に延びる複数の貫通孔が設けられた、透明で絶縁性の樹脂フィルムと、
前記樹脂フィルムの前記一方面上に積層され、前記複数の貫通孔のそれぞれに対応する位置に開口を有する透明電極と、
を備える、多孔性電極シート。 - 前記樹脂フィルムは、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、またはポリカーボネートからなる、請求項１に記載の多孔性電極シート。
- 前記複数の貫通孔の平均孔径は、０．０５μｍ以上１００μｍ以下である、請求項１または２に記載の多孔性電極シート。
- 前記透明電極は、酸化インジウムスズからなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多孔性電極シート。
- 請求項１〜４のいずれか一項に記載の多孔性電極シートを備える表示装置。
- 前記多孔性電極シートの前記透明電極に接して設けられたエレクトロクロミック層と、
電解質で満たされた空間を挟んで前記多孔性電極シートと対向するアドレス電極と、
をさらに備える、請求項５に記載の表示装置。 - 透明で無孔の樹脂基材にイオンビームを照射して当該樹脂基材を厚さ方向に貫通するように延びる複数の変性トラックを形成する工程と、
前記樹脂基材に対して前記変性トラックを基点に化学エッチングを行うことにより複数の貫通孔を有する樹脂フィルムを得る工程と、
前記樹脂フィルムの一方面上に、前記複数の貫通孔のそれぞれに対応する位置に開口を有する透明電極を形成する工程と、
を含む、多孔性電極シート製造方法。
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