JP5101850B2 - 表示装置の製造方法及びその表示装置を備えた電気泳動表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気泳動表示装置用の表示装置の製造方法及びその表示装置を備えた電気泳動表示装置に関する。

電気泳動表示方式は、液体中に、正または負に帯電したある色調を呈する微粒子を分散させた電気泳動流体を一組の電極で挟み、これらの電極に対して直流の電界を印加して電気泳動流体内の微粒子をどちらかの電極側に移動させることにより微粒子の呈する色調での画像形成を行う方式である。しかしながら、この方式において分散している微粒子の密度に偏りが存在すると画像を形成した際に表示される色調が不均一になり、極端な場合には微粒子が存在せず画像表示がなされない場合が生じる。
このような不具合を防ぐために、一組の電極間の電気泳動流体が存在する領域を多数の小区画のセルに分割し、このセルに対して電気泳動流体を注入することにより微粒子の移動をセル内だけに規制して微粒子の密度が均一になるようにする構造が開示されている。（例えば、特許文献１参照）しかしながら、このような構造では、小区画のセル間を分離する隔壁の幅が比較的広くなってしまう問題がある。この隔壁の幅が広くなると、この隔壁は画像形成に寄与しないために、特に高精細な画像に対しては高品位な表示を行えないという不具合がある。
この不具合を改善するために、電気泳動流体を液滴化しその液滴表面に膜を形成してマイクロカプセル化したものを電極間に配列して、電気泳動流体中の微粒子の移動をマイクロクプセル内に規制すると共に、前記セル隔壁に相当する部分をカプセル皮膜で形成することによって、画像形成に寄与しない隔壁部分の幅を可及的に小さくする構造とすることが提案されている。（例えば、特許文献２参照）
特開昭５９−１７１９３０号公報 特許第２５５１７８３号

しかしながら、上記特許文献２記載のものでは、電気泳動流体のマイクロカプセルを液体中に分散させたものを電極間に充填する構造となっているため、予めマイクロカプセルを調製する必要があり、このマイクロカプセルの調製が困難であるだけでなく、マイクロカプセルは電極上に固定されていないため、移動して画像の表示品位が変動するという問題がある。
本発明は、上記実情を考慮してなされたものであり、電気泳動流体中の微小粒子の移動を制約した構造を複雑な工程を必要とせずに安易に製造することができる電気泳動表示装置用の表示装置の製造方法を提供すると共に、同方法により得られた表示装置を使用することによって表示品位に優れた電気泳動表示装置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、請求項１に記載の発明は、非導電性の第１の液体中に正または負に帯電された着色微粒子を分散させて電気泳動流体を生成し、前記非導電性の第１の液体に対して非相溶性である第２の液体中に前記電気泳動流体を微粒子状に液滴化させて乳化物を生成する工程と、内面に透明電極層を有する第１の透明基板と第２の基板とをスペーサの上下面で接合してなる充填室内に前記乳化物を充填する工程と、を備えた表示装置の製造方法において、前記第２の液体は、硬化可能な材質からなり、前記乳化物を前記充填室内に充填後に、前記第１の透明基板上から観察した場合に前記充填室内の前記乳化物中の前記電気泳動流体の微粒子状の液滴を亀甲状に配列させ、前記電気泳動流体の液滴を亀甲状に配列させた後に、前記第１の透明基板上から光を照射して前記乳化物中の前記第２の液体を硬化させるとともに当該乳化物中の前記電気泳動流体の亀甲状に配列された微粒子状の液滴を独立させ、前記第１の透明基板と第２の基板内に前記電気泳動流体の亀甲状に配列された微粒子状の液滴を固定させることを特徴とする。
また、請求項２の発明は、請求項１記載の表示装置の製造方法において、前記第１の透明基板と第２の基板との間隔は、前記電気泳動流体の液滴直径よりも狭い間隔をもって平行に配置されることを特徴とする。

また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の表示装置の製造方法において、前記第２の液体は、光硬化性モノマーと光重合開始剤とを含有し、前記電気泳動流体の乳化物を前記充填室内に充填後、当該第２の液体に光を照射することにより当該第２の液体を硬化させることを特徴とする。

本発明によれば、上記構成を採用することによって、電気泳動流体中の微小粒子の移動を制約した構造を複雑な工程を必要とせずに安易に製造することができる表示装置の製造方法を提供すると共に、同方法により得られた表示装置を使用することによって表示品位に優れた電気泳動表示装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
［実施例１］
図１は、本発明による一実施形態の電気泳動表示装置の概略構成を示す図である。
本実施例による電気泳動表示装置は、表示装置１とこの表示装置１を駆動する駆動装置２を備えており、画像データ等の入力信号３の入力によって、画像データに応じた駆動電圧を駆動装置２から出力し、この駆動電圧を表示装置１に印加することによって、所定の色の画像を表示するものである。
この表示装置１は、内面にＩＴＯ（Indium Tin Oxide）透明電極５が形成された透明なガラスからなる第１の基板４と、この第１の基板４と同形で内面にＩＴＯ透明電極７が形成されたガラスからなる第２の基板６とがそれぞれの外周をスペーサ８の上下面で接着されて形成される充填部９を備えている。また、この表示装置１は、この充填部９内に、後述するように、非導電性の第１の液体中に正または負に帯電された着色微粒子が分散された粒子状の電気泳動流体１０が１列の層状で光硬化性樹脂１１中に分散されて充填、固定されて構成されている。従って、ＩＴＯ透明電極５及び７に駆動装置２から直流の電圧が印加させると、例えば、負に帯電された着色微粒子を含有する電気泳動流体１０を使用し、ＩＴＯ透明電極５に正の電圧が印加された場合には、着色微粒子が第１の基板４側に吸引集合し、第１の基板４の表面に着色微粒子の色が表示される。一方、ＩＴＯ透明電極７に正の電圧が印加された場合には、着色微粒子は、第２の基板６側に吸引され、第１の基板４表面には、着色微粒子の色彩が消失し、第１の液体の色彩か他の帯電されていない着色微粒子の色彩か、または、正に帯電された他の着色微粒子がＩＴＯ透明電極５に吸引されて、この他の着色微粒子の色彩が表示されることになる。このように、駆動装置２から駆動電圧をＩＴＯ透明電極５及び７に印加することによって、異なる色彩の画像を第１の基板４及び第２の基板６上に表示することが可能となる。

また、本実施例による表示装置１においては、後述する製造方法によって製造され、図２に示すように、第１の基板４上から観察した場合には、電気泳動流体１０粒子同士が分散媒である光硬化樹脂によって隔絶され、充填部９内に、ほぼ同一大きさの電気泳動流体１０粒子が稠密状態となる亀甲状で配列されている。従って、電気泳動流体１０内の着色微粒子の偏在を抑制して、着色微粒子を均質に分散させることが可能となるだけでなく、粒子同士の隔絶部分の幅を可及的に狭くすることができる。しかも、電気泳動流体１０粒子は、光硬化樹脂によって、それぞれ独立した状態で接着固定され、さらに、第１及び第２の基板４及び６にも接着、固定されるので、電気泳動流体１０粒子の移動を抑制することが可能となり、良好な表示品位を長期間維持することが可能となる。

本発明に用いられる電気泳動流体１０としては、非導電性の第１の液体中に正または負に帯電された着色微粒子を分散しているものが用いられ、非導電性の第１の液体としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ドデカン等のパラフィン系炭化水素、イソヘキサン、イソオクタン、イソドデカン等のイソパラフィン系炭化水素、流動パラフィン等のアルキルナフテン系炭化水素、ベンゼン、トルエン、キシレン、アルキルベンゼン、ソルベントナフサ等の芳香族炭化水素、ジメチルシリコーンオイル、フェニルメチルシリコーンオイル、ジアルキルシリコーンオイル、アルキルフェニルシリコーンオイル、環状ポリジアルキルシロキサン又は環状ポリアルキルフェニルシロキサン等のシリコーン系のオイル等が挙げられる。これらは単独で用いてもあるいは混合させて用いてもよい。また、必要に応じて分散剤、界面活性剤などの添加剤を添加することもできる。

着色微粒子としては、白色粒子として二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどの金属酸化物の固体粒子が使用できる。黒色の着色粒子としては、例えば、カーボンブラック、アニリンブラック、ファーネスブラック、ランプブラック等が使用できる。シアンの着色粒子としては、例えば、フタロシアニンブルー、メチレンブルー、ビクトリアブルー、メチルバイオレット、アニリンブルー、ウルトラマリンブルー等が使用できる。マゼンタの着色粒子としては、例えば、ローダミン６Ｇレーキ、ジメチルキナクリドン、ウォッチングレッド、ローズベンガル、ローダミンＢ、アリザリンレーキ等が使用できる。イエローの着色粒子としては、例えば、クロムイエロー、ベンジジンイエロー、ハンザイエロー、ナフトールイエロー、モリブデンオレンジ、キノリンイエロー、タートラジン等が使用できる。

本発明に用いられる電気泳動流体１０を分散する分散媒としての第２の液体としては、電気泳動流体１０の主成分である非導電性の第１の液体に対して非相溶性で、硬化可能なものが用いられる。硬化させる手段としては、光硬化、熱硬化などが挙げられるが熱硬化とすると加熱により電気泳動流体１０中の成分の揮発等が生じる恐れがあり、光照射による光硬化が望ましい。なお、本発明における非相溶性とは、第１の液体と第２の液体とが完全に相溶しない場合は勿論、わずかに相溶する場合も含み、要は、両者の液体を混合した場合に、乳化状態を呈するものをいう。前記非導電性液体と非相溶性で、光照射により硬化可能な第２の液体としては、光硬化性モノマーであるアクリロイルモルフェリンと光重合開始剤であるチバ スペシャリティ ケミカルズ（Ciba Specialty Chemicals）社製のＩＲＧＡＣＵＲＥ３６９またはＩＲＧＡＣＵＲＥ２９５９の混合物が好適に利用できる。

また、第１の基板４の表面は表示部として使用されるので、透明な材質のものが選定されるが、第１の基板４としては、前述のガラス以外に、ＰＥＴ（ポリエステル）フィルム等の透明なプラスチックフィルム等を使用することができる。また、第２の基板６は、第１の基板４と同一の材料を使用することができるが、第２の基板６の表面を表示部として使用しない場合には、不透明の材質のものを使用することができる。また電極５は、透明な電極である必要はあるが、ＩＴＯ以外の材質のものも使用可能である。電極７は、透明電極であっても良いが、第２の基板６の表面を表示部として使用しない場合には、不透明電極であっても良い。また、電極７は、第２の基板６として、薄いフィルム等を用いる場合には、内面でなく、外面に設けることもできる。

次に、本発明に係る表示装置１の製造方法について説明する。
先ず、本発明に係る表示装置１の充填室９内に充填される電気泳動流体１０の乳化物の調製について説明する。電気泳動流体１０の乳化物１２は、非導電性の第１の液体中に、正または負に帯電された着色微粒子を分散させた電気泳動流体１０を、前記第１の液体と非相溶性の第２の液体１３とを、攪拌機やホモジナイザ等の攪拌手段を使用して、混合攪拌することによって調整することが可能である。しかしながら、このような方法により得られる乳化物１２中の液滴は、比較的広い粒径分布を持っているために、画像表示において表示むらなどの原因となる。従って、望ましくは粒径の揃った液滴を作製できる方法を用いることが望ましい。具体的には特許第３５１１２３８号に開示されている方法があり、図３には、この方法で使用される乳化物調製装置を示している。図３に示すように、この調製装置は、下方に電気泳動流体を供給する第１の供給口２１と、上方に前述の第２の液体１３が供給される第２の供給口２２及び電気泳動流体１０と第２の液体１３が混合されて形成される電気泳動流体１０の乳化物１２が排出される排出口２３を備えた容器２０と、この容器２０内に配設され、電気泳動流体１０と第２の液体１３とを分離し、非円形の断面を有する細孔２５を多数有する隔壁２４とを備えている。この隔壁２４を通して電気泳動流体１０を第２の液体１３中に押し出すことにより界面張力により電気泳動流体１０を液滴化して電気泳動流体１０の微粒子（液滴）２６を形成し、この微粒子２６を第２の液体１３中に分散して乳化物１２を調製するものである。この装置を使用することによって粒径の均一な液滴２６を有する乳化物１２を容易、確実に形成することができる。

他の乳化法としては、図４に示すように、Ｙ字型の微小流路を用いその一方の第２の供給路２７から第２の液体１３を、他方の第１の供給路２８から電気泳動流体１０を第２の液体１３の流速より遅い速度で流すことにより両者の合流部２９付近で電気泳動流体１０は第２の液体１３からのせん断力を受け液滴２６となり、この液滴２６が第２の液体１３中に分散した乳化物１２となって排出流路３０から排出される。この際得られる液滴２６は均一性の高いものとなる。

図５は、他の形状の微小流路を用いる他の乳化方法を示す。上下の第１及び第３の流路３１及び３３より第２の液体１３を流し、中央の第２の流路３２より電気泳動流体１０を第２の液体１３より遅い流速で流す。これにより合流部３４付近で電気泳動流体の液滴化が生じて粒径の均一な液滴２６が形成される。この方法では、液滴形成時に電気泳動流体１０と流路との接触領域が小さくなるために流路材質に対して電気泳動流体１０が濡れやすい場合にあっても確実に粒径の均一な液滴２６の形成を行うことができる。
なお、上述のようにして、第２の液体１３中に分散される電気泳動流体１０の液滴２６は、液滴２６の直径の分散割合を示すＣＶ値（標準偏差／平均値）が０．１以下であることが好ましい。これよりもＣＶ値が大きくなると、後述するように、充填部９内に液滴２６を充填する際に、各液滴の形状が不整となって画質の品位を向上させることが困難になる問題を招き易い。

次に、前述のようにして調製された電気泳動流体１０の乳化物を表示装置１の充填部９内に充填する方法について説明する。図６は、前記図１で説明した表示装置１の充填部９内に電気泳動流体１０の乳化物１２を充填途中の模式図である。表示装置１の充填部９の左端に対応する第２の基板６には、それぞれ、乳化物１２中の電気泳動流体１０の液滴２６の直径Ｄ１より大きい開口径Ｄ２を有する供給口１４が、また、充填部９の右端に対応する第２の基板６には、電気泳動流体１０の液滴２６の直径Ｄ１より小径の開口径を有する排出口１５が設けられている。また、充填部９の第１の基板４の内面に形成された電極５と第２の基板６の内面に形成された電極７との間隔Ｄ４は、前記液滴の直径Ｄ１よりも狭くなるように設定されている。従って、供給口１４から電気泳動流体１０の乳化物１２を供給すると、球状の液滴２６がこの液滴２６の直径Ｄ１より狭い電極５と７の間で矢印Ａ方向に搬送されるために、液滴２６の断面形状が楕円状の扁平な液滴に変形して充填部９内に充填されることになる。また、排出口１５は、液滴２６の直径Ｄ１よりも小さい開口径Ｄ３を有するので、排出口１５からは第２の液体１３のみが排出され、液滴２６は、液滴２６の径よりも狭い開口径を有する排出口１５によって移動が阻止され、スペーサ８の内側面１６に当接して充填部９内に滞留することになる。続いて充填部９内を搬送される液滴２６は、前方に滞留する液滴２６の外周と当接するようにして充填部９内に保持されることになる。

このようにして、液滴２６を充填部９内に充填して液滴２６が満杯状態で充填部９内に充填されると図７に示すように、液滴２６の左右端が連接した状態で充填されることになる。この状態で充填された場合には、表示部を形成する第１の基板４上から充填状況を観察すると図８に示すように、液滴２６同士の間に、第２の液体が介在する間隙１７が形成されることになる。この間隙は、画像形成に寄与しないため、可及的に小さくすることが望ましい。そのため、さらに、乳化物１２を供給口１４から供給すると液滴２６は、前記間隙１７が減少するように変形し、最終的には、前述の図２で示すような亀甲状に変形し、稠密状態となって、間隙１７は最小のものとなる。この状態で、供給口１４と排出口１５を閉塞し、第１の基板４上から光を照射して、第２の液体１３を硬化させる。このようにして第２の液体１３を硬化させると、液滴２６同士及び液滴２６と電極５並び７との間に介在する第２の液体が硬化し、液滴２６が微粒子状になって、充填部９内に接着、固定されることになる。従って、液滴２６が単層で非常に開口率が大きく、液滴２６と第１の基板４との界面が平行な配列状態のものを容易に実現することができ、高精細な画像に対して、高品位な表示を行うことができる。

次に、本実施例による具体例について、説明する。
＜電気泳動流体＞
非導電性の液体としてアイソパーＧ（登録商標 エクソン モービル（Exxon Mobil）社製イソパラフィン系炭化水素）を用い、この液体中に、正に帯電された平均粒子径４２５ｎｍの二酸化チタン微粒子を白色粒子とし、平均粒子径１２０ｎｍのカーボンブラックを黒色微粒子として分散処理したものを分散させて電気泳動流体を調整した。
＜第２の液体＞
光硬化性モノマーであるアクリロイルモルフェリンと、ＩＲＧＡＣＵＲＥ２９５９（製品名 Ciba Specialty Chemical社製光重合開始剤）との混合物を用いた。
＜乳化物の生成＞
幅１００μｍ、深さ４０μｍの概略矩形断面を有する溝がＹ字状に形成されている図４に示すような微細流路チップを用い、第２の供給路２７から上記第２の液体１３を３００μｌ／時、第１の供給路２８から上記組成の電気泳動流体１０を２００μｌ／時の流量でマイクロシリンジポンプにより送液し、流路チップのＹ字合流部３４で液滴の生成を行った。得られた乳化物１２を顕微鏡下で観察したところ平均粒子径８２μｍ、ＣＶ値６．２％の液滴を分散した乳化物１２が得られた。

＜充填配列＞
第１の基板４、第２の基板６として、厚さ１．１ｍｍのガラス基板表面にＩＴＯ膜を形成したものを用い、ドライフィルムレジストにより厚さ５０μｍのスペーサを形成し、これを介して二枚の基板４、６をそれぞれのＩＴＯ膜が対向するようにして接着保持し、図６に示す充填部９を有する容器を製造した。上記乳化物１２の生成で用いた微細流路チップの排出口３０と図６で示す容器の供給口１４とをＰＴＦＥ（ポリテトラフロロエチレン）製のチューブで接続することにより生成された乳化物１２を直接充填部９内に充填した。顕微鏡下で観察し液滴で充満したことを確認したのちに高圧水銀ランプの光を照射することにより第２の液体１３を硬化させた。このようにして、硬化、固化した後に顕微鏡下で観察した結果、図９で示すように、電気泳動流体１０が稠密に亀甲状に充填配列されていることが確認された。

［実施例２］
乳化物１２の生成までは実施例１と同様であるが、第１の基板４、第２の基板６としてＩＴＯ膜つきのＰＥＴフィルムを用い、ドライフィルムレジストにより厚さ５０μｍのスペーサを形成し、これを介して二枚の基板４及び６を接着保持した。接着して得られたこの部材を厚さ５ｍｍの透明石英板で挟んだ。それ以降は実施例１と同様である。光照射後に透明石英板を取り除き顕微鏡下で観察した結果、電気泳動流体が稠密に充填配列されていることが確認された。

本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置の概略構成を示す一部を切り欠いた断面図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の電気泳動流体の充填配列状態を示す模式図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の製造に適用される乳化物調製装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の製造に適用される他の乳化物調製装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の製造に適用される他の乳化物調製装置の概略構成を示す断面図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の製造における充填部に乳化物の充填途中状態を示す模式図である。 図６で示す乳化物の満杯状態を示す断面図である。 図７の上方から見た平面図である。 本発明による実施例１に係る電気泳動表示装置用の表示装置の充填部内の乳化物の充填状態を示す顕微鏡写真である。

符号の説明

１…表示装置、２…駆動装置、３…入力信号、４…第１の基板、５、７…電極、６…第２の基板、８…スペーサ、９…充填部、１０…電気泳動流体、１１…光硬化樹脂、１２…乳化物、１３…第２の液体、１４…供給口、１５…排出口、１７…間隙、２１、２７、３１…第１の供給路、２２、２９、３２…第２の供給路、２３、３０、３５…排出流路、２４…隔膜、２５…細孔、２６…液滴、２９、３４…合流部、Ｄ１…液滴の直径、Ｄ２…供給口の開口径、Ｄ３…排出口の開口径、Ｄ４…電極間距離

Claims (3)

1. 非導電性の第１の液体中に正または負に帯電された着色微粒子を分散させて電気泳動流体を生成し、前記非導電性の第１の液体に対して非相溶性である第２の液体中に前記電気泳動流体を微粒子状に液滴化させて乳化物を生成する工程と、
   内面に透明電極層を有する第１の透明基板と第２の基板とをスペーサの上下面で接合してなる充填室内に前記乳化物を充填する工程と、を備えた表示装置の製造方法において、
   前記第２の液体は、硬化可能な材質からなり、
   前記乳化物を前記充填室内に充填後に、前記第１の透明基板上から観察した場合に前記充填室内の前記乳化物中の前記電気泳動流体の微粒子状の液滴を亀甲状に配列させ、
   前記電気泳動流体の液滴を亀甲状に配列させた後に、前記第１の透明基板上から光を照射して前記乳化物中の前記第２の液体を硬化させるとともに当該乳化物中の前記電気泳動流体の亀甲状に配列された微粒子状の液滴を独立させ、
   前記第１の透明基板と第２の基板内に前記電気泳動流体の亀甲状に配列された微粒子状の液滴を固定させることを特徴とする表示装置の製造方法。
2. 請求項１記載の表示装置の製造方法において、
   前記第１の透明基板と第２の基板との間隔は、前記電気泳動流体の液滴直径よりも狭い間隔をもって平行に配置されることを特徴とする表示装置の製造方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の表示装置の製造方法において、
   前記第２の液体は、光硬化性モノマーと光重合開始剤とを含有し、前記電気泳動流体の乳化物を前記充填室内に充填後、当該第２の液体に光を照射することにより当該第２の液体を硬化させることを特徴とする表示装置の製造方法。