JP2009092898A - 粒子移動型表示装置の製造法 - Google Patents

Abstract

【課題】隔壁型の粒子移動型表示装置に対して従来量産性、信頼性に優れた分散系注入、封止法は未開発であった。
【解決手段】セルの垂直方向の光反射性ないし光透過性を変化させる粒子移動型表示装置において、該基板の少なくとも一方は凸状に変形可能な薄型基板であり、該両基板は表示装置周辺部において、分散系注入口部を除いて接着されており、該薄型基板が凸状の状態下において該分散系を表示装置に注入し、該凸状態の基板を平坦化して後、該注入口を封止することを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法であり、小型から大型まで多様なサイズのパネルに適用でき量産性に優れた注入、封止が可能となった
【選択図】図５

Description

少なくとも１方は透明な基板間に隔壁が設けられ、帯電ないし磁化した微粒子が液体、液晶またはガス媒体中に分散された分散系が両基板および隔壁で構成されるセル内に充填されており、該微粒子を電界ないし磁界で移動させて、セルの垂直方向の光反射性ないし光透過性を変化させる粒子移動型表示装置において、該基板の少なくとも一方は凸状に変形可能な薄型基板であり、該両基板は表示装置周辺部において、分散系注入口部を除いて接着されており、該薄型基板が凸状の状態下において該分散系を表示装置に注入し、該凸状態の基板を平坦化して後、該注入口を封止することを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法に関するものである。

低消費電力ディスプレイとして、電気泳動表示装置や電子粉流体ディスプレイ、磁気表示パネルなど粒子移動型ディスプレイが実用化されている。これらの表示装置は大きく分けて垂直電界型と水平電界型に分けられる。前者は互いに色と帯電極性が異なる粒子分散系が透明な電極付き基板とこれと対向した電極基板との間に挟まれた構成であり、印加電界の極性によってどちらかの粒子を透明電極側に集積させ、他方の粒子を隠蔽することによって反射色を変えるものである。分散媒が液体の場合は、一方の粒子の代わりに分散媒が着色される場合もある。
後者は透明な分散媒中に光遮蔽性粒子を分散させておき、粒子を基板に水平方向に移動させて、大きな電極に堆積させて粒子色、小さな電極に堆積させて下基板の色を提示するもの、ないし粒子分散状態で粒子色、線状電極に堆積させて下基板の色など基本的に透過性を変えるものである。磁気表示パネルの場合粒子を垂直ないし水平に移動させるのに磁気力を用いる以外は反射色ないし透過性が変化する原理は電界を用いるものと同じである。

粒子移動型ディスプレイの各種構成は図１に示される。図１（Ａ）は垂直電界型であり、互いに白色、黒色で帯電極性が異なる微粒子が透明液体ないしガス体に分散されている。駆動電極６−１と共通電極６−２のいずれか一方の電極と基板は透明であり、両電極間に印加する電圧の極性によって図のように粒子を分離でき、反射色を変更することができる。

図１（Ｂ），（Ｃ）は水平電界型表示装置の例であり、光吸収性ないし光散乱性微粒子が透明液体ないしガス体に分散された分散系が用いられる。駆動電極６−１と共通電極６−２間にたとえばＡＣ電圧を印加したセルは不透明、電極６−１に粒子を堆積したセルば透明性となる。電極の構成は図２に示すように互いに対向した櫛型や渦状電極対が用いられる。水平電界型では透明電極を用いる必要はないが、図１（Ｃ）の電極６−２は透明なものを用いる場合もある。図１（Ｄ）は代表して（Ｃ）のパネルの上基板を設ける前の構成を斜視図で示す。図１（Ａ）〜（Ｃ）は主として電極の構成が異なるがいずれも隔壁２０で分散系は仕切られて不連続相をなしている点で共通している。電極は互いの基板上にある場合と一方の基板のみに設けられている場合とがある。

図１（Ａ）〜（Ｃ）ノパネル構成で、セルギャップは通常５μｍ〜１００μｍ、電極間距離は５μｍ〜１００μｍ程度で構成される。表示パネルの開口率を上げるため、隔壁２０の幅はできる限り狭いもの（約１μｍ〜５０μｍ）が望ましく、絶縁性樹脂の印刷、光、電子ビーム、Ｘ線を露光光源としたレジストエッチングプロセスなどを利用して形成される。図１（Ｂ）の如き平板状電極構造体は一般にＬＩＧＡプロセスと呼ばれるＸ線を用いて孔空けした厚膜レジストの孔を電鋳で積み上げることによって形成できる。

図１（Ａ）〜（Ｃ）の表示装置で詳細な図示は省略しているが、表示パネルの各セル（画素）はスタチック駆動、パッシブマトリクス駆動、アクティブマトリクス（ＡＭ）駆動など種々の駆動法が採用される。たとえばＴＦＴ−ＡＭ駆動の場合、基板２側にはａ−Ｓｉやｐ−Ｓｉ、有機半導体などからなるＡＭアレーが形成されており、各セルの駆動電極はＴＦＴのドレイン端子に接続されている。

粒子移動型ディスプレイでは画素内で常に粒子濃度が一定に保たれておれば問題がないが、電界、分散媒の流動、分散媒との比重差などにより表示装置面内で次第に粒子濃度の不均一化が発生し易く、結果として表示ムラを発生し、長期信頼性が課題であった。
これを解決するため基板間に隔壁を設けて分散系を碁盤目状に隔離するか、分散系をカプセル化して隔離する方法がとられたことによって実用化が進展した。

カプセル化は表示装置を固体化できるため取り扱いの容易さ、封止工程、ギャップ形成等の容易さ、隔壁幅を狭くできる結果高開口率表示が実現し易いなどの特徴を有するが、バインダー樹脂、カプセル壁、分散媒の屈折率を完全に等しくするのが困難なため光散乱を完全になくすことが困難で、黒レベルを悪化し易いこと、また粒径の揃った高性能カプセルを製造する技術的困難さ、分散系組成の制約、電極間にカプセル壁が介在することによる駆動電圧減衰などの課題も存在する。

本発明は、設計通りの分散系組成を実現し易く、印加電圧が有効に利用できる隔壁型の粒子移動型ディスプレイについて、新規な分散系注入、封止法を提案するものである。

広く普及している液晶パネルの液晶注入、封止法としては、（１）液晶パネルの一方の基板の内面に多数の粒状液晶を均一に滴下し、減圧下で他方の基板との間に挟み込み、加圧により両基板間隙を所定ギャップに保ち、あらかじめ周辺部に設けられた接着剤を硬化することによって充填、封止する。または（２）注入口部を残し周辺部で両基板が接着され、スペーサで所定ギャップが形成された空セルを真空槽内に保持し、注入口部を液晶溜めに浸漬し、真空槽を大気圧に戻すことにより液晶をセルに充填して後、注入口部を樹脂で封止する方法 が広く用いられている。

隔壁型の粒子移動型ディスプレイの分散系注入、封止法については従来図３（Ａ）に示すような方法が用いられている。
すなわち、電極、隔壁等を設けた基板２に分散系７を供給しつつ基板１を順次隔壁に密着するように被せてゆく方法であり、いったん分散系を基板間に充填して後、あらかじめ周辺スペーサ上に設けた接着剤を本硬化して封止を完成するものである。両基板を分散系中に浸漬して基板を貼り合わせる場合もある。基板１，２の端子取り出し部の汚染を避けるためあらかじめ樹脂コートで保護しておき、封止完成後樹脂を溶解除去する方法が取られる。液状分散系の場合はパネルが大きくなるほど気泡混入なくパネルを製造する困難さが増大する。図３（Ｂ）は基板１がフィルム状であり、ローラ２７を矢印方向にころがして基板１と基板２間の分散系を押し出してゆくもので、（Ａ）の如き剛体基板同士よりは操作が容易化するが、やはり気泡混入の危険性は高い。

図４には文献１の方法が示されている。分散媒より比重の小さな封止組成物前駆体を分散系７に混入しておき、セルに分散系を充填する。前駆体は分散媒に混じり合わないものが選ばれているので上澄み層２６が形成され、ＵＶ照射などで硬化することによりシーリング層２８となり封止が果たされる。補強用ないし電極付き基板１を接着剤を介して貼り付けて封止パネルが完成する。
スマートな方法であるが、前駆体材料、隔壁との封止性など材料選定がキーポイントとなる他、垂直電界型ではやはり分散系層と電極間に介在するシーリング層２８および接着樹脂による電圧減衰が課題になる。

特表２００５−５０９６９０公報

粒子移動型ディスプレイでは表示面内で粒子の濃度均一性を確保するため、分散系を両基板と隔壁で形成されるセル内に閉じ込め不連続相とする必要がある。したがって隔壁不要の液晶パネルで用いられているような内部を真空にした空セルに圧力差で分散系を注入する方法を適用することは不可能または困難であった。

上記課題を解決するために、本発明は基板の少なくとも一方は凸状に変形可能な薄型基板であり、該両基板は表示装置周辺部において、分散系注入口部を除いて接着されており、該薄型基板が凸状の状態下において該分散系を表示装置に充填し、該凸状態の基板を平坦化して後、該注入口を封止することを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法に関するものである。

一般に粒子移動型ディスプレイパネルでは基板１，２の形態によって、Ｇ／Ｇ型、Ｆ／Ｇ型、Ｆ／Ｆ型の３つの形態が存在する。Ｇは剛体基板を意味し、厚いガラス、厚く硬いプラスチック基板、厚い金属板、シリコン基板などである。Ｆはフィルムおよび／ないしフレキシブルを意味し、プラスチックフィルム、薄いガラスシート、薄い金属シート、紙などを意味する。いずれも少なくとも一方は透明である。基板２がＦＥＴ素子からなるＡＭアレーの形成されたシリコン基板の場合もあれば、ステンレスシートに形成されたａ−Ｓｉやｐ−ＳｉからなるＡＭアレーの場合もある。粒子移動型ディスプレイは投射型ライトバルブなどに用いる１インチ前後のサイズから１００インチを越えるサイズまで広範囲のサイズに適用される。またＦ／Ｆ型はいわゆるシートディスプレイ、フレキシブル電子ペーパディスプレイとして有用なものである。従ってすべての形態およびサイズのパネルに対して適用できる量産性に優れた分散系充填、封止法が求められていた。

本願では最も困難であったＧ／Ｇ型形態のパネルも可能とした注入、封止法であり、図５（Ａ）に断面図で示す通り電極、隔壁、スペーサ等を設けた基板２と、フィルム状で内面に電極付きないし電極なしの薄型基板６はあらかじめパネル周辺スペーサ９部において、分散系注入口２３部を除き接着してある。次にたとえば分散系供給槽から細いパイプを通して注入口１０から分散系７を注入すれば、分散系にかかる重力による圧力と薄型基板６の弾性変形により薄型基板はわずかに凸状に変形し、薄型基板６と隔壁２０の間に分散系が通れるわずかの隙間が形成される結果分散系は図５（Ｂ）に示す如く基板間に充填できる。試作的には注射器を用いて注射針を注入口に差し込み注入してもよい。基板間がほぼ平行になる時のパネルに充填すべき分散系量はパネルサイズ、セルギャップ、セル面積と個数などからほぼ決まるから、パネルのバラツキも考慮した上で注入量を決定すべきである。ついでローラ２７などを用いて薄型基板６と基板２がほぼ均一ギャップになるように加圧してわずかに分散系が溢れる状態で注入口をＵＶ硬化接着剤などを用いて封止すれば分散系７はパネルに注入される図５（Ｃ）。薄型基板６が強度的ないし信頼性面で懸念がある場合は剛体ないしより強度の高いフィルム基板１を接着剤を用いて薄型基板６に貼り付けることによって補強すればよい図５（Ｄ）。こうしてＧ／Ｇ型パネルが形成できる。

分散媒がガス体の場合も同様にガス分散系状態で注入してもよいが、微粒子を液体に均一に分散し、液体分散系の状態で注入、平坦化し、封止前のパネルを真空槽に保持し注入口を通して液体を蒸発させた後に封止ることによってガス分散系を充填することができる。

薄型基板の厚みはその材質とパネルサイズに応じて大きく変わり、パネルが大きい場合は薄いガラス基板でも十分適用可能である。分散系中の粒子サイズは通常0.1μｍ〜５μであり、基板６と隔壁２０間のギャップとして数１０μｍのギャップが形成できれば分散系はすべてのセルに充填可能である。フィルム材質としては弾性変形が元に戻らないと図５（Ｃ）の状態で皺になり易いからこれを防止するため弾性復元力の高い材質、厚みを選定すべきである。分散系注入時むやみにギャップを拡げすぎるのも好ましくなく分散系がパネル内に十分行き渡るに必要な最小ギャップにすべきである。ギャップの調整はパネルの傾斜角、分散系供給速度（グラム／秒）によっても可能である。注入口に差し込むパイプは基板６の変形を小さくするようできるだけ薄型にすべきである。図５（Ｅ）では注入口は１個だが分散系導入の均一性と速度向上のため勿論複数個設けてもよい。

液体分散系を用いる場合パネルに気泡が残存することは厳に避ける必要がる。図５のプロセスにおいて空パネル（図５（Ａ））を真空槽に入れ、注入口部をクサビで通気できるようにしておき減圧して、パネル内のガスを十分排気して後、真空下で分散系を注入すれば気泡残存防止、分散系の迅速充填に役立つ。特に図１（Ｂ）のパネル構成は隔壁、電極が林立しており、ガスが残存し易く分散系の流動性を阻害し易いので脱ガスは極めて有効である。

Ｆ／Ｆ型パネルは同様にして全く容易に液晶充填可能であり。Ｆ／Ｇ型も同様である。

上の説明では薄型基板６と基板２は周辺のスペーサ部で接着されているのみで、隔壁上面と基板６は接着されていない。基板６は分散系が液体や液晶などの場合、分散系と基板間に働く表面張力により容易には引き剥がれることはないが、パネルギャップの均一性向上、気泡混入防止、パネルを長期垂直にした場合の重力による下膨れ現象防止のため隔壁と基板６の間も基板２との間同様に接着されていることが望ましい。こうしたパネルを形成するにはあらかじめ隔壁上面にＵＶ硬化樹脂などを薄く塗布、仮硬化しておき、分散系注入、薄型基板平坦化後ないし封止後（図５（Ｃ））の段階で基板６を通して隔壁部にＵＶを照射して基板６と隔壁上面との間で本硬化して接着すればよい。もちろん接着剤材料として仮硬化状態および本硬化後分散系に溶解しない材料が選ばれる。

粒子移動型表示装置は複屈折を用いる液晶表示装置と比較して表示ムラや応答速度ムラに対するギャップ均一性の許容度が高く一方複屈折現象を利用していないので、複屈折性フィルムも使用できフィルム選択自由度も極めて高いのが特徴である。

フィルム材料としてはビニル系のポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリプロピレン、ポリスチレン、フッ素樹脂系など、またポリエステル系のポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートなど、ポリアミド系のナイロン、耐熱性エンジニアリングプラスチックとしてのポリイミド、ポリスルフォン、ポリエーテルスルフォン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミドなど種々のものが利用できる。

ポリマーフィルムは一般にガラス等にくらべてガスを透過しやすい。フィルムパネルの信頼性を向上するためにフィルム表面にガスバリア層を設けるのが有効である。ガスバリア層としては酸化ケイ素、窒化ケイ素などの薄膜、およびこれらの膜とビニルアルコール含有重合体などの有機膜との積層膜が有効なことが知られている。

図１（Ａ）〜（Ｃ）では微粒子の移動に電界を用いる例について述べたが、微粒子が磁性を有していれば粒子の集積、分散に磁気力を用いることができ、この場合も図５で示した分散系注入、封止法が採用できる。

図５では、単一パネルの分散系充填、封止法について述べたが、Ｆ／Ｆ型パネルはロールツーロールで製造し易いメリットがある。フィルム基板２上に単個取りないし多数個取りの形で図１（Ｄ）の如き状態まで仕上げられたロール状フィルムと、薄型基板６のロール状フィルムを用いて、図５と同様にローツツーロールで連続的にパネルを形成すれば、極めて量産性に優れた製造法となる。

本発明の分散系注入、封止法は薄型基板の材質と厚みを選択することにより１インチ以下から１００インチを超える広範囲のサイズに対して適用可能であり、注入時のパネル汚染が少なく、分散系ロスが少なく、量産性に優れた製造法である。Ｇ／Ｇ型はじめ、Ｆ／Ｇ型、Ｆ／Ｆ型のすべてのパネル構成に利用可能であり適用範囲が拡大した。

（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の製造に用いる粒子移動型表示装置の原理を示す横断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の部分斜視図 は図１（Ｂ），（Ｃ）の水平電界粒子移動型表示装置に用いる電極の正面図 （Ａ）、（Ｂ）は粒子移動型表示装置に分散系を充填する従来の方法を示す横断面図 は粒子移動型表示装置に分散系を充填する従来の他の方法を示す横断面図 は隔壁型粒子移動型表示装置に分散系を充填、封止する本発明の製造法を示す図

符号の説明

１ 上基板
２ 下基板
５ 微粒子
６薄型基板
６−１ 駆動電極
６−２ 共通電極
７ 分散系
８ セル
９ スペーサ
１０ 注入口
２０ 隔壁
２２ 分散媒
２３ 注入口
２４ パネル
２５ シール
２６ シーリング層
２７ ローラ
２８ 上澄み層

Claims (4)

1. 少なくとも１方は透明な基板間に隔壁が設けられ、帯電ないし磁化した微粒子が液体、液晶またはガス媒体中に分散された分散系が両基板および隔壁で構成されるセル内に充填されており、該微粒子を電界ないし磁界で移動させて、セルの垂直方向の光反射性ないし光透過性を変化させる粒子移動型表示装置において、該基板の少なくとも一方は凸状に変形可能な薄型基板であり、該両基板は表示装置周辺部において、分散系注入口部を除いて接着されており、該薄型基板が凸状の状態下において該分散系を表示装置に注入し、該凸状態の基板を平坦化して後、該注入口を封止することを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法
2. 請求項１において該薄型基板の凸状変形は注入した分散系の重力から生じる押し圧と該薄型基板の弾性変形とのバランスによって生成されることを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法
3. 請求項１〜２のいずれか１項に記載の表示装置において、該分散系を注入する前に該表示装置の内部は脱ガスされていることを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置において、該分散系を注入する前の隔壁表面に接着剤が設けられており、該薄型基板平坦化後、該薄型基板と隔壁表面とを接着することを特徴とした粒子移動型表示装置の製造法