JP5269673B2 - Display element and method for manufacturing display element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表示素子及び表示素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a display element and a method for manufacturing the display element.
紙に替わる電子媒体として電子棚札、電子荷札、電子ペーパーの検討が行なわれている。特に、RFID(Radio Frequency Identification)を組み入れた電子棚札、電子荷札は、商品管理を飛躍的に向上させる媒体として有望である。電子棚札、電子荷札、電子ペーパーの表示部分は、文字、数字が読みやすいこと(高い白反射率・高いコントラスト比を有すること)、低消費電力であること(表示にメモリ特性があり、低電圧で駆動できる)、薄くて軽いこと、安価であること等が求められている。 Electronic shelf labels, electronic tags, and electronic paper are being studied as electronic media to replace paper. In particular, an electronic shelf label and an electronic tag that incorporate RFID (Radio Frequency Identification) are promising as a medium for dramatically improving merchandise management. Electronic shelf labels, electronic tags, and electronic paper display parts are easy to read letters and numbers (high white reflectance, high contrast ratio), low power consumption (display has memory characteristics, low It can be driven by voltage), is thin and light, and is inexpensive.
現在、実用化されている電子棚札、電子荷札、電子ペーパーの表示方式の多くが反射型液晶方式である。反射型液晶素子はバックライトが不要なため消費電力が小さく、既存の液晶生産設備を使用することができるため、安価に製造することができるという利点を有している。しかしながら、液晶方式では偏光板が必要であることから光利用高効率は低く、画像の白反射率及びコントラスト比が悪いといった問題点を有しており、また、カラー化に関しては、カラーフィルターを用いることによりカラー化する方法が考えられるが、この方法では視認性の良いカラー表示をさせることが困難であるといった問題点を有している。 At present, most of the display methods of electronic shelf labels, electronic packing tags, and electronic papers in practical use are reflective liquid crystal methods. The reflective liquid crystal element has an advantage that it can be manufactured at low cost because it does not require a backlight, consumes less power, and can use existing liquid crystal production equipment. However, since the liquid crystal system requires a polarizing plate, the light use efficiency is low, the white reflectance of the image and the contrast ratio are bad, and a color filter is used for colorization. However, this method has a problem that it is difficult to display a color with good visibility.
一方、近年、明るい反射型表示素子として帯電した白色粒子と黒色粒子とを電場により動かし表示を行なう電気泳動方式の検討も行なわれている。しかしながら、この電気泳動方式においても、電場により白色粒子と黒色粒子とを完全に反転させることは困難であり、紙と同程度の白反射率、コントラスト比を得ることはできない。更に、カラー化に関しては、電気泳動素子にカラーフィルターを形成する方法、複数の色に着色された複数の粒子を動かす方法等が考えられるが、紙と同程度の高画質表示を行なうことは困難である。 On the other hand, in recent years, an electrophoretic method for performing display by moving charged white particles and black particles by an electric field as a bright reflective display element has been studied. However, even in this electrophoresis method, it is difficult to completely invert white particles and black particles by an electric field, and white reflectance and contrast ratio comparable to those of paper cannot be obtained. In addition, regarding colorization, methods such as forming a color filter on an electrophoretic element and moving a plurality of particles colored in a plurality of colors are conceivable, but it is difficult to achieve a high-quality display similar to paper. It is.
また、エレクトロクロミック化合物を用いて発色及び消色を行なう表示素子がある。これは、電圧を印加すると可逆的に電界酸化または電界還元反応が起こり、可逆的に色変化が生じるエレクトロクロミック化合物を用いた表示素子である。このようなエレクトロクロミック化合物を用いた表示素子は、反射型の表示素子であり、高い白反射率とコントラスト比を得ることが可能であり、低電圧駆動が可能であることから、電子ペーパーの有力な候補としてあげられている。 In addition, there is a display element that performs coloring and decoloring using an electrochromic compound. This is a display element using an electrochromic compound in which electric field oxidation or electric field reduction reaction occurs reversibly when voltage is applied, and color change reversibly occurs. A display element using such an electrochromic compound is a reflective display element, which can obtain a high white reflectance and contrast ratio, and can be driven at a low voltage. As a good candidate.
特許文献1〜3においては、酸化チタン等の半導体性微粒子の表面に、有機エレクトロクロミック化合物を担持させた素子を用い、高効率で発色及び消色を行なう素子が開示されている。また、特許文献4においては、エレクトロクロミック化合物を用いた高い白反射率、コントラスト比を示すフルカラー表示媒体に関する技術が開示されている。 Patent Documents 1 to 3 disclose an element that performs coloring and decoloring with high efficiency by using an element in which an organic electrochromic compound is supported on the surface of semiconductor fine particles such as titanium oxide. Patent Document 4 discloses a technique related to a full-color display medium that exhibits high white reflectance and contrast ratio using an electrochromic compound.
しかしながら、特許文献1〜4に開示されているエレクトロクロミック化合物を用いた表示素子の製造コストは、いずれも液晶等のディスプレイ方式と比較して同程度であり高価なものと考えられる。一方、一人当たり複数枚の使用が想定される電子ペーパーのようなアプリケーションにおいては、極めて低価格なものが望まれ、更に、電子棚札、電子荷札においては、大量に使用することが想定されるため、より一層低価格なものが望まれる。よって、特許文献1〜4に開示されている表示素子を電子ペーパーのような用途に用いることは困難である。 However, it is considered that the manufacturing cost of the display element using the electrochromic compound disclosed in Patent Documents 1 to 4 is almost the same as that of a display system such as a liquid crystal and is expensive. On the other hand, for applications such as electronic paper that are expected to be used multiple times per person, extremely low-priced products are desired, and in addition, electronic shelf labels and electronic tags are expected to be used in large quantities. Therefore, an even lower price is desired. Therefore, it is difficult to use the display elements disclosed in Patent Documents 1 to 4 for applications such as electronic paper.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、低コストで、薄型軽量、更に、高白反射率、高コントラスト比の表示素子及び表示素子の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a low-cost, thin and lightweight display element having a high white reflectance and a high contrast ratio, and a method for manufacturing the display element.
本発明は、バクテリアセルロースにパルプ繊維を添加したセルロース支持体と、前記セルロース支持体の一方の面に形成された表示電極と、前記セルロース支持体の他方の面に形成された対向電極と、前記セルロース支持体内に含まれる電解質及び酸化還元反応により可逆的に色変化をさせることが可能な発色性材料と、を有することを特徴とする。 The present invention includes a cellulose support obtained by adding pulp fibers to bacterial cellulose, a display electrode formed on one surface of the cellulose support, a counter electrode formed on the other surface of the cellulose support, And an chromogenic material capable of reversibly changing color by an oxidation-reduction reaction and an electrolyte contained in the cellulose support.
また、本発明は、前記セルロース支持体におけるバクテリアセルロースに対するパルプ繊維の含有率は、75%未満であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the content of pulp fibers with respect to bacterial cellulose in the cellulose support is less than 75%.
また、本発明は、セルロース支持体における細孔容積が0.4mL/g以上であることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the pore volume in the cellulose support is 0.4 mL / g or more.
また、本発明は、前記表示電極と前記対向電極の間に電流を流すことにより、前記発色性材料において発色又は消色させるものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a color is generated or decolored in the color forming material by passing a current between the display electrode and the counter electrode.
また、本発明は、前記発色性材料は、エレクトロクロミック化合物を含むものであることを特徴とする。 In the invention, it is preferable that the color forming material contains an electrochromic compound.
また、本発明は、前記セルロース支持体、前記表示電極及び前記対向電極は、電解質封止層により覆われていることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the cellulose support, the display electrode, and the counter electrode are covered with an electrolyte sealing layer.
また、本発明は、前記電解質封止層は耐油特性を有するものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the electrolyte sealing layer has oil resistance.
また、本発明は、前記表示素子を複数積層したものであって、各々の前記表示素子における発色材料が相互に異なる色を発色するものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that a plurality of the display elements are stacked, and the color forming materials in the respective display elements develop different colors.
また、本発明は、バクテリアセルロースにパルプ樹脂を添加しセルロース支持体を形成する工程と、前記セルロース支持体の一方の面に表示電極を形成し、他方の面に対向電極を形成する工程と、前記バクテリアセルロース支持体に電解質及び酸化還元反応により可逆的に色変化をさせることが可能な発色性材料を染みこませる工程と、を含むことを特徴とする。 Further, the present invention includes adding a pulp resin to bacterial cellulose to form a cellulose support, forming a display electrode on one surface of the cellulose support, and forming a counter electrode on the other surface; A step of impregnating the bacterial cellulose support with a coloring material capable of reversibly changing color by an electrolyte and an oxidation-reduction reaction.
また、本発明は、前記表示電極又は前記対向電極は、透明電極材料又は金属材料をスパッタリング又は真空蒸着することにより形成したものであることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the display electrode or the counter electrode is formed by sputtering or vacuum deposition of a transparent electrode material or a metal material.
本発明によれば、低コストで、薄型軽量、更に、高白反射率、高コントラスト比の表示素子及び表示素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a low-cost, thin and light display element having a high white reflectance and a high contrast ratio, and a method for manufacturing the display element.
本発明を実施するための形態について、以下に説明する。 The form for implementing this invention is demonstrated below.
〔第1の実施の形態〕
第1の実施の形態における表示素子について、図1に基づき説明する。本実施の形態における表示素子は、バクテリアセルロースにパルプ繊維を添加したセルロース支持体11に発色性材料12が含まれる電解液を染み込ませ、このセルロース支持体11の一方の面より基板13上に表示電極14が形成された表示電極基板15と、他方の面より基板16上に対向電極17が形成された対向電極基板18とにより、挟み込んだ構成のものである。
[First Embodiment]
The display element in 1st Embodiment is demonstrated based on FIG. In the display element according to the present embodiment, a
この表示素子は、表示電極14と対向電極17の間に所定の電圧を印加することにより、セルロース支持体11内の発色性材料12と表示電極14との間において電荷の授受が生じ、これに伴う酸化還元反応により発色及び消色が生じ画像表示を行うものである。
In this display element, when a predetermined voltage is applied between the
バクテリアセルロースとは、炭水化物を含む培地で、ある種の微生物が菌体外に排出して作り出すセルロース膜であり、幅数十nmのリボン状微細繊維が網目構造をしており、パルプ繊維と比較して各繊維が極端に細かい。バクテリアセルロースの特徴は、セルロースからなる一般的な紙と比較して見かけの形態がほとんど変わらないと同時に、微細繊維の内部構造は全体積に占める空隙の割合(細孔容積)が高く、溶液を含浸させた場合の吸収性能及び保持性能が高いことである。発明者らは、この細孔容積が高いことに着目し、酸化還元反応により色変化を繰り返し行うことのできる発色性材料12と電解質を溶媒に溶解または分散させた後に、セルロース支持体11の内部に含浸させ、セルロース支持体11の一方の面に表示電極14、他方の面に対向電極17を形成したものである。
Bacterial cellulose is a medium containing carbohydrates and is a cellulose film produced by certain microorganisms that are discharged outside the cells. Ribbon-like fine fibers with a width of several tens of nanometers have a network structure and are compared with pulp fibers. Each fiber is extremely fine. The characteristics of bacterial cellulose are almost the same as the appearance of general paper made of cellulose. At the same time, the internal structure of the fine fibers has a high proportion of voids (pore volume) in the total volume, Absorption performance and retention performance when impregnated are high. The inventors pay attention to the fact that the pore volume is high, and after dissolving or dispersing the
本実施の形態において用いられるセルロース支持体11は、細孔容積が0.4mL/g以上であり、発色性材料12が含まれる電解液を十分に染み込ませることができ、表示素子を得ることができる。
しかしながら、バクテリアセルロースの表面の平滑性を制御することが困難であり、バクテリアセルロースのみからなる材料により支持体を形成した場合、バクテリアセルロース支持体の表面の平滑性が悪いため、バクテリアセルロース支持体と表示電極及び対向電極との接触も悪くなり、バクテリアセルロース支持体と表示電極及び対向電極との接触が悪い部分では、電荷の授受が生じないため表示不良となってしまうことが確認された。 However, it is difficult to control the smoothness of the surface of the bacterial cellulose, and when the support is formed of a material consisting only of bacterial cellulose, the smoothness of the surface of the bacterial cellulose support is poor. It was confirmed that the contact between the display electrode and the counter electrode was also deteriorated, and in the portion where the contact between the bacterial cellulose support and the display electrode and the counter electrode was poor, no charge was transferred, resulting in display failure.
このような点に鑑み、発明者らが鋭意検討を行ったところ、バクテリアセルロースにパルプ繊維を添加した支持体を用いることにより平滑性が向上することを見出した。更に、バクテリアセルロースにパルプ繊維を添加した場合であっても、セルロース支持体11の細孔容積を0.4mL/g以上にすることが可能であることを見出し、良好な表示素子を作製することができることが可能となった。
In view of such points, the inventors have conducted intensive studies and found that smoothness is improved by using a support obtained by adding pulp fibers to bacterial cellulose. Furthermore, even when pulp fibers are added to bacterial cellulose, it is found that the pore volume of the
本実施の形態において、セルロース支持体11を構成するバクテリアセルロースは、培地にてバクテリアが作り出したバクテリアセルロースを洗浄後に解繊し、溶媒に分散、ろ過することでシート状にし、これを乾燥させることにより作製する。ここで繊維が非常に細かいバクテリアセルロースのみでは繊維同士の凝集が起こりやすく、ろ過速度が非常に遅くなってしまう。一方、繊維の太いパルプ繊維を加えると繊維同士の凝集が起こりにくくなり、ろ過速度を速くすることができる。ろ過の際に凝集が起こらないこと、ろ過速度を速くすることにより、形成されるセルロース支持体11における均一性が向上し、表面の平滑性も向上したものと考えられる。
In this embodiment, the bacterial cellulose constituting the
表1にセルロース支持体11におけるパルプ繊維の含有率と、セルロース支持体11における表面の平滑性との関係を示す。尚、セルロース支持体11の平滑性の評価は、セルロース支持体11の表面において異なる5点の厚さを測定し、その厚さの標準偏差を算出し、式(1)によりセルロース支持体11の表面粗さ(%)を算出することにより行った。
セルロース支持体の表面粗さ=標準偏差/セルロース支持体の厚さ・・・(1)
Table 1 shows the relationship between the pulp fiber content in the
Surface roughness of cellulose support = standard deviation / thickness of cellulose support (1)
50%、75%となるセルロース支持体11を作製した。バクテリアセルロースに対
してパルプ繊維の含有率が25%、50%のセルロース支持体では表面の粗さが小さくなり平滑性が向上する傾向にある。一方、バクテリアセルロースに対してパルプ繊維の含有率が75%のセルロース支持体11では、パルプ繊維を含有しない場合(パルプ繊維の含有率が0%の場合)よりも表面の粗さは大きくなった。これにより、バクテリアセルロースに対してパルプ繊維を75%未満加えることにより、凝集を抑えることができ平滑性を向上させることが可能である。
尚、セルロース支持体11の表面の粗さが略3%以内であれば、セルロース支持体11と表示電極14及び対向電極17との接触が良好であることが知見として得られている。以上より、バクテリアセルロースに対してパルプ繊維の含有率Gは、0%<G<75%、好ましくは、0%<G≦50%、より好ましくは、25%≦G≦50%とすることにより、表面の平滑性の高いセルロース支持体11を得ることができる。これにより、作製される表示素子の表示品質を向上させることができ、また表示素子の歩留まりを向上させることができるため、低コストで表示素子を作製することができる。
In addition, when the roughness of the surface of the
本実施の形態における表示素子の画像表示方法は、一般的なエレクトロクロミックディスプレイ、エレクトロデポジッションディスプレイ等における画像表示方法と同様である。本実施の形態における表示素子の特徴は、セルロース支持体11が白反射層及び表示電極と対向電極との間におけるスペーサー部としての機能を有しているため、部品点数を削減することができ低コストで表示素子を作製することができる。
The image display method of the display element in this embodiment is the same as the image display method in a general electrochromic display, electrodeposition display, or the like. A feature of the display element in the present embodiment is that the
本実施の形態に用いられるセルロース支持体11を構成するバクテリアセルロースは、幅が15〜60nm程度のリボン状のミクロフィブリルからなるセルロースであって、微生物によって生産されたセルロース、β−1,4グルカンを主鎖としたヘテロ多糖、β−1,3、β―1,2等のグルカンのいずれかまたはこれらの混合物である。尚、このようなバクテリアセルロースはゲル状である。
The bacterial cellulose constituting the
尚、ヘテロ多糖の場合におけるセルロース以外の構成成分は、マンノース、フラクトース、ガラクトース、キシロース、アラビノース、ラムノース、グルクロン酸等の6炭糖、5炭糖及び有機酸等である。 Constituent components other than cellulose in the case of heteropolysaccharides are hexoses such as mannose, fructose, galactose, xylose, arabinose, rhamnose, glucuronic acid, pentoses, organic acids and the like.
バクテリアセルロースを生産する微生物としては、例えば、Gluconacetobacter属、Enterobacter属、Agrobacterium属、Rhizobium属などの細菌を挙げることができる。例えば、グルコンアセトバクター・キシリナス(Gluconacetobacterxylinus) ATCC53582或はグルコンアセトバクター・ハンセニー(Gluconacetobacter hansenii)、アセトバクター・パスツリアヌス(Acetobacter pasteurianus)、同ランセンス(A.rancens)、サルシナ・ベントリクリ(Sarcinaventriculi)、バクテリウム・キシロイデス(Bacterium xyloides)等のバクテリアセルロースを生産する微生物を利用することができる。本実施の形態において用いられるバクテリアセルロースは、これら微生物により生産されたもの又は、これら微生物により生産されたものを混合したものであっても良い。 Examples of microorganisms that produce bacterial cellulose include bacteria such as Gluconacetobacter genus, Enterobacter genus, Agrobacterium genus, and Rhizobium genus. For example, Gluconacetobacter xylinus ATCC 53582 or Gluconacetobacter hansenii, Acetobacter pasteurianus, ent. Microorganisms producing bacterial cellulose such as (Bacterium xyloides) can be used. The bacterial cellulose used in the present embodiment may be one produced by these microorganisms or a mixture of those produced by these microorganisms.
尚、微生物の培養方法としては、静置培養で作られたものの他に、電気攪拌培養で作られたもの等を使用することができる。 In addition, as a method for culturing microorganisms, in addition to those produced by static culture, those produced by electric stirring culture can be used.
本実施の形態に用いられる電解質としては、例えば、アセトニトリル、炭酸プロピレン、N−メチルピロリドン、ジメチルスルホキシド、ポリエチレングリコール等の有機溶媒に過塩素酸リチウム、ホウフッ化リチウム、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、ヘキサフルオロホウ酸テトラブチルアンモニウム、ブチルホウ酸テトラブチルアンモニウム等の電解質を溶解させたもの、イオン性液体等のもの、またはこれらの組み合わせによるものが挙げられる。 Examples of the electrolyte used in the present embodiment include an organic solvent such as acetonitrile, propylene carbonate, N-methylpyrrolidone, dimethyl sulfoxide, and polyethylene glycol, and lithium perchlorate, lithium borofluoride, tetrabutylammonium perchlorate, hexa Examples include those obtained by dissolving electrolytes such as tetrabutylammonium fluoroborate and tetrabutylammonium butylborate, ionic liquids, and combinations thereof.
本実施の形態に用いられる発色性材料12は、本発明による酸化還元反応により発色と消色の色変化を繰り返し行なうことのできるものであり、電気化学的な酸化反応及び還元反応により可逆的な色変化を起こすことができるエレクトロクロミック化合物、又は、電気化学的な酸化反応及び還元反応により可逆的にイオン状態(透明な状態)と原子状態(黒色等の状態)とすることが可能な金属元素からなるものである。
The
エレクトロクロミック化合物としては、無機エレクトロクロミック化合物、有機エレクトロクロミック化合物のどちらであってもよい。また、エレクトロクロミズムを示す導電性高分子も用いることが可能である。無機エレクトロクロミック化合物としては、例えば、酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化イリジウム、酸化チタン等が挙げられる。有機エレクトロクロミック化合物としては、例えば、ビオロゲン、希土類フタロシアニン、スリチル、フタル酸エステル類等が挙げられる。更に、有機エレクトロクロミック化合物は、酸化チタン、酸化亜鉛等の半導体または導電性微粒子の表面に担持された組成物でもよい。また、導電性高分子としては、例えば、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等が挙げられる。酸化反応及び還元反応により、イオン状態と原子状態とを可逆的に変化させることのできる金属元素等としては、例えば、銀、ビスマス、亜鉛、銅等が挙げられる。 The electrochromic compound may be either an inorganic electrochromic compound or an organic electrochromic compound. A conductive polymer exhibiting electrochromism can also be used. Examples of the inorganic electrochromic compound include tungsten oxide, molybdenum oxide, iridium oxide, and titanium oxide. Examples of the organic electrochromic compound include viologen, rare earth phthalocyanine, srityl, and phthalates. Further, the organic electrochromic compound may be a composition supported on the surface of a semiconductor such as titanium oxide or zinc oxide or conductive fine particles. Examples of the conductive polymer include polypyrrole, polythiophene, polyaniline, and the like. Examples of the metal element that can reversibly change the ionic state and the atomic state by an oxidation reaction and a reduction reaction include silver, bismuth, zinc, copper, and the like.
以上より、特にエレクトロクロミック化合物の場合では、化合物構造により、様々な色を発色することができるため、用途に応じて最も望ましい色を表示させることができ、後述するように、これらを組み合わせることにより、カラー表示を行なうことも可能である。 From the above, especially in the case of electrochromic compounds, various colors can be developed depending on the compound structure, so that the most desirable color can be displayed depending on the application, and by combining these as described later Color display is also possible.
本実施の形態における表示素子の表示電極14としては、透明電極が望ましく、具体的には、ITO、IZO、AZO、FTO、ZnO等の材料からなる透明導電膜等が用いられる。また、対向電極17としては、ITO、IZO、AZO、FTO、ZnO等の材料からなる透明導電膜、亜鉛や白金等の導電性金属膜をコーティングしたものが用いられる。
As the
〔第2の実施の形態〕
次に、第2の実施の形態における表示素子について説明する。本実施の形態における表示素子は、図2に示されるように、セルロース支持体31に発色性材料32が含まれる電解質を染み込ませ、このセルロース支持体31の一方の面に表示電極層33を形成し、他方の面に対向電極層34を形成し、更に、セルロース支持体31、表示電極層33及び対向電極層34を電解質封止層35により覆うことにより封止し、セルロース支持体31に染み込ませた電解質の漏れを防止した構造のものである。
[Second Embodiment]
Next, the display element in 2nd Embodiment is demonstrated. In the display element according to the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
本実施の形態における表示素子においては、表示素子の全面にセルロース支持体31が存在しているため、表示電極層33及び対向電極層34を支持するための基板等を設ける必要がない。一般的なスペーサーを介して各々の電極を貼り合わせるディスプレイでは、各々の電極をガラスまたはプラスチック等の支持するための基板上に形成する必要がある。プラスチック基板を用いることにより、軽量化や、ある程度の可搬性を持たせることは可能であるが、紙と同様の薄さや丸めて持ち運ぶというような可搬性を得ることはできない。更に、表示素子が大面積である場合、ガラス基板やプラスチック基板を全面にわたり均一なギャップを保って貼り合わせることは極めて困難であり、製造コストが上昇してしまう。また、ガラス基板の場合では、形成される表示素子が重くなり、可搬性にも乏しく、製造コストが更に上昇してしまう。
In the display element in the present embodiment, since the
これに対し、本実施の形態における図2に示す表示素子では、表示電極層33及び対向電極層34を支持するための基板を設ける必要はなく、セルロース支持体31内に存在する電解質及び発色性材料32を封止するために厚さ数μm程度の薄膜の電解質封止層35を設けられている。よって、例えば、厚さが約0.3mmのセルロース支持体31を用いて表示素子を作製した場合、約0.3mm程度の厚さの表示素子を作製することが可能である。この厚さは厚紙等の厚さと同程度であり、厚紙等と同程度の重さ、曲げやすさを有するものであり、既存のディスプレイでは得ることのできない可搬性を有している。また、表示素子の製造工程においても貼り合わせの際のギャップ等の調整を行う必要がなく低コストで製造することができる。
On the other hand, in the display element shown in FIG. 2 in the present embodiment, it is not necessary to provide a substrate for supporting the
また、本実施の形態における表示素子のセルロース支持体11を構成するバクテリアセルロースは、成分が紙と同じものである。よって、紙の代替として用いる電子棚札、電子荷札、電子ペーパーといった用途において、紙と同じ白色を示すことから視認性は高いものとなる。更に、前述のとおり、本実施の形態における表示素子は、セルロース支持体11を極めて薄く形成することができるため、支持するための基板等による光透過率の低下や、光の干渉といった影響を殆ど受けることなく、セルロース支持体11からの反射光をそのまま視認することができる。
In addition, the bacterial cellulose constituting the
本実施の形態における表示素子は、セルロース支持体31の表面に表示電極層33及び対向電極層34を介し電解質封止層35が形成されている。電解質はセルロース支持体31に染み込ませるため液体であることが好ましいが、染み込ませた電解質がセルロース支持体31より漏れることを防止する必要があり、これにより表示素子の耐久性を向上させることができる。電解質封止層35としては、第1の実施の形態では、基板において、この機能を兼ねることも可能であるが、本実施の形態では、ポリマー樹脂層からなる膜を塗布することにより形成される。
In the display element in the present embodiment, an
電解質の溶媒としては、揮発性の少ない有機溶剤を使用することが好ましいため、電解質封止層35は耐油特性を有することが、本実施の形態の表示素子においては好ましい。具体的には、電解質封止層35としては、ポリビニルアルコール、ビニルウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、アクリル酸系樹脂等の水溶性高分子樹脂等のポリマー膜を用いると、薄くて軽量で、電解質封止効果の高い表示素子を得ることができる。また、電解質封止層35の表面に更に保護膜を重ねると外部からの衝撃、ひっかき、耐水性を向上させることができる。この際に用いられる保護膜としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリスチレン等の汎用耐水性樹脂等があげられる。これらの材料を用いることにより、薄くて軽量な表示素子を低コストで製造することができる。
Since it is preferable to use an organic solvent with low volatility as the electrolyte solvent, it is preferable for the display element of the present embodiment that the
また、好ましくは表示電極層33及び対向電極層34は、真空成膜法により形成される。発明者らが検討した結果、バクテリアセルロースにパルプ繊維を所定量添加したセルロース支持体31では平滑性が向上されるため、真空成膜法により導電性の高い電極膜を形成することが可能であることを見出した。表示電極層33の形成方法としては、ITO(Indium Tin Oxide)等の透明電極材料をDCスパッタリングすることにより、良好な透明導電膜を得ることができる。更に、透明導電膜を成膜した後にアニール等の熱処理を行うことにより導電性、透明度をより一層向上させることができる。対向電極層34の形成方法は、透明電極材料をDCスパッタリングにより成膜する方法でもよいが、金属材料を真空蒸着することにより低抵抗な対向電極層34を形成することができる。
Preferably, the
〔第3の実施の形態〕
次に、第3の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態または第2の実施の形態の表示素子を複数重ねることによりカラー表示を行うことを可能としたものである。即ち、第1の実施の形態または第2の実施の形態の表示素子において、セルロース支持体の厚さが0.3μm未満である場合には、消色時には透明状態となる。よって、複数の表示素子を重ねた場合においても、表示素子を重ねた下側の表示素子についても視認することが可能である。よって、複数の異なる色を発色する表示素子を重ね合わせることにより、各々の色及び各々の色の混色のカラー表示を行うことができる。
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment will be described. In this embodiment, color display can be performed by stacking a plurality of display elements of the first embodiment or the second embodiment. That is, in the display element of the first embodiment or the second embodiment, when the thickness of the cellulose support is less than 0.3 μm, it becomes transparent when decolored. Therefore, even when a plurality of display elements are stacked, it is possible to visually recognize the lower display element on which the display elements are stacked. Therefore, by superimposing display elements that generate a plurality of different colors, it is possible to perform color display of each color and each color mixture.
具体的には、図3に示すように、上述の表示素子を重ね合わせ積層型表示素子とすることによりカラー表示を行なうことも可能である。具体的には、上より順に、セルロース支持体の厚さが0.3mm未満であって発色した状態がマゼンタの表示素子51と、セルロース支持体の厚さが0.3mm未満であって発色した状態がイエローの表示素子52と、セルロース支持体の厚さが0.3mm未満であって発色した状態がシアンの表示素子53とを重ね合わせることにより、フルカラー表示を行なうことが可能である。尚、表示素子51から53の重ね合わせの順序は、どのような順序であってもよい。
Specifically, as shown in FIG. 3, color display can be performed by superimposing the above-described display elements into a stacked display element. Specifically, in order from the top, the thickness of the cellulose support is less than 0.3 mm, and the colored state is the
更に、最も下の表示素子53となる人が見る位置、即ち、視点の位置より最も離れた表示素子53のセルロース支持体の厚さを0.3mm以上とすることにより、白色反射を高めた表示品位の高いフルカラー表示可能な積層型表示素子を得ることができる。尚、この場合、視点の位置と視点の位置より最も離れた表示素子53との間に存在する表示素子51及び52のセルロース支持体の厚さは0.3mm以下である。
Further, the position where the person who becomes the
(実施例1)
以下の製造方法により実施例1における表示素子を作製した。本実施例は第1の実施の形態の表示素子である。
Example 1
The display element in Example 1 was manufactured by the following manufacturing method. This example is the display element of the first embodiment.
最初に、セルロース支持体11は、以下の方法により作製した。
First, the
以下の組成の培地(pH:6.0)50mLを容量200mLの三角フラスコに張り込み、120℃で20分間蒸気滅菌し、培養液を作製した。
グルコース 2.0%
バクトペプトン 0.5%
酵母エキス 0.5%
クエン酸 0.115%
リン酸水素二ナトリウム 0.27%
次に、この培養液に、−80℃で保管されたグルコンアセトバクター・キシリナス ATCC53582を1白金耳ずつ接種し、30℃で5日間培養しバクテリアセルロース膜形成した。その後、バクテリアセルロース膜を無菌的に取り出し、培地の半量を入れ替え回数分(半回分)にバクテリアセルロース膜を作製した。バクテリアセルロース膜は1%水酸化ナトリウムに浸けこみ脱色し、脱色後イオン交換水に置換し、ろ過、乾燥した。
A medium (pH: 6.0) having the following composition was placed in a Erlenmeyer flask having a capacity of 200 mL and sterilized by steam at 120 ° C. for 20 minutes to prepare a culture solution.
Glucose 2.0%
Bactopeptone 0.5%
Yeast extract 0.5%
Citric acid 0.115%
Disodium hydrogen phosphate 0.27%
Next, this culture broth was inoculated with one platinum loop of glucone Acetobacter xylinus ATCC 53582 stored at −80 ° C., and cultured at 30 ° C. for 5 days to form a bacterial cellulose film. Thereafter, the bacterial cellulose membrane was aseptically taken out, and a bacterial cellulose membrane was produced by replacing the half amount of the medium by the number of times of replacement (half amount). The bacterial cellulose membrane was immersed in 1% sodium hydroxide for decolorization, and after decolorization, it was replaced with ion-exchanged water, filtered and dried.
このバクテリアセルロース膜を粉砕し、パルプ繊維(日本製紙勇払LBKP)をバクテリアセルロース膜に対して25%添加し、エタノールに分散させた。フィルタを通してろ過することによりバクテリアセルロースにパルプ繊維を添加したセルロースシートを作製し乾燥させた。これによりセルロース支持体11が形成される。
This bacterial cellulose membrane was pulverized, and pulp fibers (Nippon Paper Yufutsu LBKP) were added to the bacterial cellulose membrane at 25% and dispersed in ethanol. By filtering through a filter, a cellulose sheet in which pulp fibers were added to bacterial cellulose was prepared and dried. Thereby, the
次に、ジメチルスルホキド溶媒に電解質である過塩基酸テトラブチルアンモニウムを0.2M溶解させることで、電解液を調整し、更に有機エレクトロクロミック化合物であるテレフタル酸ジメチルを10mM溶解させた。この溶液をバクテリアセルロース支持体11に染みこませた後、、基板13上に表示電極14となるITO電極膜が形成された表示電極基板15と、基板16上に対向電極17となるITO電極膜が形成された対向電極基板18とにより両側から挟み込むことにより表示素子を作製した。
Next, 0.2 M of overbased acid tetrabutylammonium as an electrolyte was dissolved in a dimethyl sulfoxide solvent to prepare an electrolytic solution, and 10 mM of dimethyl terephthalate as an organic electrochromic compound was further dissolved therein. After this solution is soaked into the
この表示素子の表示電極14に負極を接続し、対向電極17に正極を接続し、電気化学アナライザー(ビー・ピー・エス社、ALS660C)により、4.5Vの電圧を印加したところ、マゼンタに発色した。一方、−1.0Vの電圧を十分に印加したところマゼンタは消色して再び白色となった。
When a negative electrode is connected to the
(比較例1)
次に、比較例1について説明する。
(Comparative Example 1)
Next, Comparative Example 1 will be described.
比較例1における表示素子は、実施例1に示した表示素子におけるセルロース支持体に、バクテリアセルロースのみからなる材料を用いて、同様の方法により表示素子を作製したものである。このように作製された表示素子に電圧の印加を行った結果、表示素子において発色反応はみられたものの、一部に発色しない点欠陥が確認された。前述のようにバクテリアセルロースのみからなる支持体の表面の粗さは3.8%であることから、表示電極及び対向電極と接していない部分において、発色不良による点欠陥が生じたものと推認される。 The display element in Comparative Example 1 is a display element produced by the same method using a material consisting only of bacterial cellulose for the cellulose support in the display element shown in Example 1. As a result of applying a voltage to the display element thus fabricated, a point defect that did not cause color development was confirmed although a color development reaction was observed in the display element. As described above, since the surface roughness of the support made only of bacterial cellulose is 3.8%, it is presumed that a point defect due to poor coloration occurred in a portion not in contact with the display electrode and the counter electrode. The
(比較例2)
次に、比較例2について説明する。
(Comparative Example 2)
Next, Comparative Example 2 will be described.
比較例2における表示素子は、実施例1に示した表示素子におけるセルロース支持体にバクテリアセルロースに対しパルプ繊維を75%添加した材料を用いて、同様の方法により表示素子を作製したものである。このように作製された表示素子に電圧の印加を行った結果、表示素子において発色反応はみられたものの、一部に発色しない点欠陥が確認された。前述のようにバクテリアセルロースに対しパルプ繊維を75%添加した支持体の表面の粗さは4.9%であることから、表示電極及び対向電極と接していない部分において、発色不良による点欠陥が生じたものと推認される。 The display element in Comparative Example 2 is a display element produced by the same method using a material obtained by adding 75% pulp fiber to bacterial cellulose to the cellulose support in the display element shown in Example 1. As a result of applying a voltage to the display element thus fabricated, a point defect that did not cause color development was confirmed although a color development reaction was observed in the display element. As described above, since the surface roughness of the support obtained by adding 75% pulp fiber to bacterial cellulose is 4.9%, there is a point defect due to poor coloring in the portion not in contact with the display electrode and the counter electrode. Presumed to have occurred.
(実施例2)
次に、実施例2について説明する。実施例2における表示素子は、炭酸プロピレン溶媒に電解質である過塩素酸リチウムを0.2M溶解させることにより電解液を調整し、さらにヨウ化銀を10mM溶解させ、この溶液を実施例1において用いたバクテリアセルロース支持体11に染みこませ表示素子を作製したものである。この表示素子の表示電極14に負極を接続し、対向電極17に正極を接続し、実施例1と同様の方法により3.0Vの電圧を印加したところ、表示電極14近傍に銀が析出し黒色に発色した。一方、−1.0Vの電圧を十分印加すると黒色は消色してもとの白色の状態に戻った。
(Example 2)
Next, Example 2 will be described. In the display element in Example 2, an electrolytic solution was prepared by dissolving 0.2 M of lithium perchlorate as an electrolyte in a propylene carbonate solvent, and 10 mM of silver iodide was further dissolved. This solution was used in Example 1. The display element was produced by soaking in the
(実施例3)
次に、第3の実施例について説明する。本実施例は第2の実施の形態の表示素子である。
(Example 3)
Next, a third embodiment will be described. This example is the display element of the second embodiment.
本実施例における表示素子は、実施例1に示したセルロース支持体、即ち、バクテリアセルロースに対してパルプ繊維を25%添加したセルロース支持体31を用い、セルロース支持体31の一方の面にITO膜をDCスパッタリングにより成膜し表示電極層33を形成した。成膜されたITO膜は100nmであり、表面におけるシート抵抗は200Ω/sqであった。また、セルロース支持体31の他方の面にAu膜を真空蒸着により成膜し対向電極層34を形成した。成膜されたAu膜の膜厚は100nmであり、表面におけるシート抵抗は3Ω/sqであった。表示電極層33及び対向電極層34を各々銅線に接続した後、セルロース支持体の一部を残し、電解質封止層35としてポリビニルアルコール水溶液(日本合成化学、Z−100)を塗布し加熱乾燥した。
The display element in this example uses the cellulose support shown in Example 1, that is, the
ジメチルスルホキドに0.2M過塩素酸テトラブチルアンモニウム、発色材料32となる有機エレクトロクロミック化合物であるテレフタル酸ジメチル10mMを溶解させた電解質を電解質封止層35が形成されていない部分よりセルロース支持体31に染み込ませ、再び、ポリビニルアルコール水溶液を全面に塗布することにより表示素子を作製した。
Cellulose support from an area where the
表示電極層33に接続されている銅線を負極に、対向電極層34に接続されている銅線を正極に接続し、電気化学アナライザーにより、4.5Vの電圧を印加したところ、マゼンタに発色した。一方、−1.0Vの電圧を十分に印加したところマゼンタは消色して再び白色となった。
When the copper wire connected to the
(比較例3)
次に、比較例3について説明する。
(Comparative Example 3)
Next, Comparative Example 3 will be described.
比較例3における表示素子は、比較例1に示したセルロース支持体、即ち、バクテリアセルロースのみからなるセルロース支持体を用いて、実施例3に示す方法と同様の方法により表示素子を作製したものである。この際、表示電極層となるITO膜の膜厚は100nmであるが、表面におけるシート抵抗は800Ω/sqであった。このように作製した表示素子の表示電極層及び対向電極層に電圧を印加したところ、発色反応が生じるためには、6.0Vの電圧を印加する必要があった。また、部分的に表示のされない、発色不良による点欠陥が確認された。 The display element in Comparative Example 3 was prepared by using the cellulose support shown in Comparative Example 1, that is, the cellulose support made of only bacterial cellulose, by the same method as shown in Example 3. is there. At this time, the thickness of the ITO film serving as the display electrode layer was 100 nm, but the sheet resistance on the surface was 800 Ω / sq. When a voltage was applied to the display electrode layer and the counter electrode layer of the display element manufactured as described above, it was necessary to apply a voltage of 6.0 V in order to cause a color development reaction. In addition, point defects due to poor coloring that were not partially displayed were confirmed.
また、本発明の実施に係る形態について説明したが、上記内容は、発明の内容を限定するものではない。 Moreover, although the form which concerns on implementation of this invention was demonstrated, the said content does not limit the content of invention.
11 セルロース支持体
12 発色性材料
13 基板
14 表示電極
15 表示電極基板
16 基板
17 対向電極
18 対向電極基板
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記セルロース支持体の一方の面に形成された表示電極と、
前記セルロース支持体の他方の面に形成された対向電極と、
前記セルロース支持体内に含まれる電解質及び酸化還元反応により可逆的に色変化をさせることが可能な発色性材料と、
を有することを特徴とする表示素子。 A cellulose support obtained by adding pulp fibers to bacterial cellulose;
A display electrode formed on one surface of the cellulose support;
A counter electrode formed on the other surface of the cellulose support;
A color-developing material capable of reversibly changing color by an electrolyte contained in the cellulose support and a redox reaction;
A display element comprising:
前記セルロース支持体の一方の面に表示電極を形成し、他方の面に対向電極を形成する工程と、
前記バクテリアセルロース支持体に電解質及び酸化還元反応により可逆的に色変化をさせることが可能な発色性材料を染みこませる工程と、
を含むことを特徴とする表示素子の製造方法。 Adding a pulp resin to bacterial cellulose to form a cellulose support;
Forming a display electrode on one surface of the cellulose support and forming a counter electrode on the other surface;
Impregnating the bacterial cellulose support with a chromogenic material capable of reversibly changing color by an electrolyte and a redox reaction;
A method for manufacturing a display element, comprising:
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