JP6935874B2 - 電子ペーパーディスプレイ及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、電子ペーパーディスプレイ及びその製造方法に関し、電子ディスプレイ技術分野に属する。

電気泳動ディスプレイは、帯電するコロイド粒子が電界によって移動する現象を利用して、異なる光電特性を有する電気泳動粒子が電界によって駆動されることによって画像及び文字表示を実現する。既知のディスプレイ技術と比較すれば、電気泳動ディスプレイは、柔軟性及び湾曲性を有し、軽量で薄く、コントラストが高く、エネルギー消費が低く、視野角が広く、日光下での読取りが可能であり、画像双安定性を有し、広い範囲での生産が容易であるなどの特徴を有する。

電気泳動ディスプレイ技術は、前世紀の７０年代に最初に提案された。米国特許第３８９２５６８号明細書には、少なくとも１種の電気泳動粒子を含む電気泳動ディスプレイ材料の製造プロセスが開示されている。日本特許第１０８６１１６号明細書には、少なくとも１種の電気泳動粒子を含み、マイクロカプセルによって被覆された電気泳動液を有する電気泳動ディスプレイシステムが開示されている。米国特許第６９３０８１８号明細書には、マイクロカップ（ｍｉｃｒｏｃｕｐ）構造によって被覆された電気泳動ディスプレイユニットが開示されている。一般的なマイクロカップ型電子ペーパーディスプレイは主に、上層透明電極、マイクロカップ電気泳動ディスプレイ層、密封層、接着剤層、及び画素電極を含む。米国特許第５９３００２６、５９６１８０４、６０１７５８４、６１２０５８８号明細書には、マイクロカプセルによって被覆された電気泳動ディスプレイユニットにおいて、電気泳動表示液は、２つ以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子を含むことが開示されている。図１及び図２に示すように、一般的なマイクロカプセル型電子ペーパーディスプレイは主に、上層透明電極、マイクロカプセル電気泳動ディスプレイ層、接着剤層、及び画素電極を含む。接着剤層は主に、画素電極層と電気泳動ディスプレイ層との間の粘着を強化するために用いられ、これにより、電子ペーパーディスプレイの表示効果は均一である。しかしながら、電気泳動ディスプレイが接着剤層の存在によって受けた悪影響も明らかである。具体的には、以下の通りである。

１ 透明電極と画素電極との間の距離が拡大され、電極の間の電界強度が低下し、電気泳動粒子への電界による駆動力が低減される。電気泳動ディスプレイに反映された効果としては、コントラストが低下し、応答時間が遅くなり、駆動電圧が高すぎ、動作温度範囲が狭く（０〜５０）なるなどがある。これにより、電子ペーパーの適用環境及び製品の適用範囲は大幅に制限される。

２ 接着剤層の主成分は、高分子樹脂である。高分子樹脂は、ほとんどが良好な絶縁体であり、体積抵抗率が高く、電気泳動ディスプレイの接着剤層として直接使用できないため、電解質を添加して体積抵抗率を低下させる必要がある。一方、電解質の添加により、画素電極及び電気泳動ディスプレイ層の使用寿命が低下する。

３ 接着剤層として、電気泳動ディスプレイ層に接着剤又はラミネートフィルムを予め被覆する必要があり、また、接着剤の調製又はフィルムの準備、及び複数回の剥離ライナーの被覆などのステップが必要でるため、当該プロセスの複雑性による不良品が大幅に増加し、製品の良品率が低下し、コスカが増加してしまう。

４ 接着剤層が環境中の水分を吸収しやすく、ディスプレイのエッジシールに対する要求が非常に高いため、環境試験のリスク及び生産コストが増加し、製品の良品率及び使用寿命が低下する。また、接着剤層が水分を吸収するため、ディスプレイ画面がぼやけ、コントラスト及び解像度が低下し、製品の性能が大幅に低下する。

本発明は、従来技術における欠点を克服するために、従来の接着剤層を省き、生産工程及び構造を簡素化し、より良好な表示均一性及びより優れる製造性を有する電子ペーパーディスプレイ及びその製造方法を提供する。

本発明に係る技術的解決手段によれば、前記電子ペーパーディスプレイは、以下の特徴を有する。前記電子ペーパーディスプレイは、上方から下方へと順に配置された透明電極基材、上層透明電極基板、電気泳動ディスプレイ層及び画素電極基板から構成され、防水接着剤でエッジシールされている。前記上層透明電極基板と前記画素電極基板との間には、前記上層透明電極基板上の配線及び前記画素電極基板上の配線と電気的に接続された導電性銀ペーストが配置されている。

さらに、前記画素電極基板上の防水接着剤の外側には、ＲＴＶシリコーンゴムで封止されたＩＣモジュールが配置されている。

さらに、前記電気泳動ディスプレイ層は、単層マイクロカプセルアレイ、多層マイクロカプセルアレイ、又は単層マイクロカップアレイである。

さらに、前記マイクロカプセル又は前記マイクロカップには、２種、又は３種以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子が含まれている。

さらに、前記マイクロカプセルの厚さは、５〜１５０マイクロメートルであるが、１５〜６０マイクロメートルの範囲が好ましい。単一のマイクロカプセルの直径は、５〜３００マイクロメートルであるが、３０〜１００マイクロメートルの範囲が好ましい。

さらに、マイクロカップ層の厚さは、５〜１８０マイクロメートルであるが、１５〜８０マイクロメートルが好ましい。単一のマイクロカップの平面構造のサイズは、５〜３００マイクロメートルであるが、３０〜１５０マイクロメートルが好ましい。

前記電子ペーパーディスプレイの製造方法は、以下のステップを含むことを特徴としている。
ステップ（１） 画素電極基板において電子ペーパーアレイを製造し、硬化させて電気泳動ディスプレイ層を形成し、電気泳動ディスプレイ層と画素電極基板とを粘着させる。或いは、硬化した電気泳動ディスプレイ層を画素電極基板に直接圧着する。
ステップ（２） 導電性銀ペースト又は導電性ビーズを画素電極基板に滴下塗布し、上層透明電極基板及び透明電極基材を電気泳動ディスプレイ層に圧着する。
ステップ（３） 対応する上層透明電極基板及び透明電極基材を切断し、画素電極基板におけるＩＣモジュールの所定位置を露出させる。防水接着剤でエッジシールを行い、紫外線を照射して硬化させる。

また、画素電極基板の露出した所定位置にＩＣモジュールを搭載し、ＲＴＶシリコーンゴムでＩＣモジュールを封止するステップ（４）をさらに含む。

さらに、前記ステップ（１）における電子ペーパーアレイについて、塗布、印刷、プリ
ント又は注入の方式によってマイクロカプセル型電子ペーパーアレイを製造してもよく、マイクロインプリント又は平板エッチング法によってマイクロカップ型電子ペーパーアレイを製造してもよい。

さらに、前記ステップ（１）において、硬化方法は、湿気硬化、光硬化、感圧、熱硬化、可逆的熱硬化又はホットメルト感圧である。

本発明に係る電子ペーパーディスプレイは、従来の接着剤層を省いたため、接着剤層を介して電気泳動ディスプレイ層と画素電極基板とを粘着させる必要がなくなり、製造工程が単純化され、ディスプレイ構造が簡単になり、電気泳動ディスプレイ層の厚さが均一で制御可能となり、表示効果が向上するなどの特徴を有する。また、従来の接着剤層を除去することにより、生産効率及び良品率が向上するとともに、表示性能も向上する。本発明は、マイクロカプセル構造又はマイクロカップ構造の電子ペーパーに適用される。マイクロカプセル又はマイクロカップは、２種、又は３種以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子を含むことができ、白黒、単色、二色、多色、及びトゥルーカラーなどの表示を実現することができる。

従来技術における電子ペーパーディスプレイの概略断面図である。 図１におけるＢの拡大図である。 本発明に係る電子ペーパーディスプレイの概略断面図である。 図３におけるＡの拡大図である。

以下、図面と併せて本発明について詳細に説明する。

＜実施形態１＞
図３及び図４に示すように、本発明に係る電子ペーパーディスプレイは、上方から下方へと順に配置された透明電極基材５、上層透明電極基板４、電気泳動ディスプレイ層８及び画素電極基板６から構成され、防水接着剤７でエッジシールされている。上層透明電極基板４と画素電極基板６との間には、上層透明電極基板４上の配線及び画素電極基板６上の配線と電気的に接続された導電性銀ペースト９が配置されている。導電性銀ペースト９の代替として導電性ビーズを採用してもよい。画素電極基板６上であって防水接着剤７の外側には、ＲＴＶシリコーンゴム１０で封止されたＩＣモジュール１１が配置されている。

電気泳動ディスプレイ層８は、単層マイクロカプセルアレイ、多層マイクロカプセルアレイであってもよく、単層マイクロカップアレイであってもよいが、単層マイクロカプセルアレイ又は単層マイクロカップアレイであることが好ましい。マイクロカプセル又はマイクロカップには、２種、又は３種以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子が含まれており、これにより、白黒色、単色、多色、及びトゥルーカラーの表示が実現される。ここで、電気泳動粒子の好ましい色は、白、黒、赤、緑、青及び黄色などを含む。

マイクロカプセルは、弾性変形可能であり、５％未満の含水量を有する。マイクロカプセルの厚さは、５〜１５０マイクロメートルであるが、１５〜６０マイクロメートルの範囲が好ましい。単一のマイクロカプセルの直径は、５〜３００マイクロメートルであるが、３０〜１００マイクロメートルの範囲が好ましい。

マイクロカップの平面構造は、六角形、三角形、菱形、長方形、円形などの様々な形状であってよい。マイクロカップ層の厚さは、５〜１８０マイクロメートルであるが、１５〜８０マイクロメートルが好ましい。単一のマイクロカップの平面構造のサイズは、５〜３００マイクロメートルであるが、３０〜１５０マイクロメートルが好ましい。

単層マイクロカプセル型電気泳動ディスプレイ層であっても単層マイクロカップ型電気泳動ディスプレイ層であっても、自身の粘着性を有しており、この粘着性は、湿気硬化、光硬化、感圧、熱硬化、ホットメルト感圧などの作用によって実現され得る。ここで、好ましい熱硬化は、可逆的熱硬化方式である。本発明は、電気泳動ディスプレイ層自身の粘着性を利用して硬化方法によって画素電極基板との粘着を実現し、従来技術における接着剤層の使用によって引き起こされる多くの欠陥を回避することができる。

本発明は、従来の電子ペーパーディスプレイに対して、コントラストが１０％以上向上し、応答時間が８０ミリ秒以下に短縮され、駆動電圧が±１．５〜３Ｖの間に低減され、作動温度範囲が−２５〜７０度に拡大される。

塗布、印刷、プリント、注入などの方式によってマイクロカプセル型電子ペーパーアレイを形成してもよいが、ＯＤＦ注入方式によって単層マイクロカプセルアレイを形成することが好ましい。

マイクロインプリント又は平板エッチング法によってマイクロカップ型電子ペーパーアレイを製造してよい。ここで、マイクロカップ構造として、光硬化又は可逆的熱硬化材料で製造してよい。マイクロカップのＲＴＶシリコーンゴム料として、ホットメルト接着剤を採用してよい。

マイクロカプセル又はマイクロカップには、２種、又は３種以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子が含まれており、これにより、白黒色、単色、多色、及びトゥルーカラーの表示が実現される。ここで、電気泳動粒子の好ましい色は、白、黒、赤、緑、青及び黄色などを含む。

＜実施形態２＞
電子ペーパーディスプレイの製造方法
図３及び図４に示すように、まず、接着剤用ディスペンサを介して画素電極基板６に多粒子マイクロカプセル型電子インクを滴下塗布し、熱硬化によってマイクロカプセル型電気泳動ディスプレイ層８を形成する。マイクロカプセル内には、白色粒子１及び黒色粒子２が含まれている。次に、画素電極基板６に導電性銀ペースト９又は導電性ビーズを滴下塗布し、上層透明電極基板４及び透明電極基材５をマイクロカプセル型電気泳動ディスプレイ層８に圧着する。さらに、設計図に従って、レーザによって対応する上層透明電極基板４及び透明電極基材５を切断し、画素電極基板６におけるＩＣモジュール１１の所定位置を露出させる。次に、接着剤用ディスペンサを用いて防水接着剤７を滴下塗布し、紫外線を照射して硬化させ、ＣＯＧ技術によってＩＣモジュール１１を搭載する。最後に、ＲＴＶシリコーンゴム技術を用いてＲＴＶシリコーンゴム１０を印刷して電子ペーパーディスプレイ製造を完成させる。画素電極基板６は、セグメントコード及びドットマトリクスを含む。画素電極基板６の材料は、ガラス又はプラスチックであり、プラスチックは、ＰＩ、ＰＥＮ又はＰＥＴである。多粒子マイクロカプセル型電子インクは、白色粒子１、黒色粒子２及び他の粒子３を含み、これにより、白黒色、単色、多色、及びトゥルーカラーの表示を実現する。他の粒子３は通常、黄色粒子及び／又は赤色粒子である。

実施形態２における電気泳動ディスプレイ層の硬化として、可逆的熱硬化方式を採用してもよい。即ち、可逆的熱硬化方式は、加熱により接着及び剥離を複数回繰り返すことができる可逆過程である。可逆的熱硬化における粘着及び剥離の温度範囲は、６０〜１５０℃であるが、８０〜１２０℃が好ましい。加熱時間範囲は、０〜３０分間であるが、２〜２０分間が好ましく、５〜１０分間がより好ましい。具体的なプロセスは、以下の通りである。
ステップ（１） 加熱ラミネート装置の温度を１００℃と設定し、当該装置が所定温度に達すると、加熱時間を５分間と設定する。このとき、マイクロカプセル型電子ペーパーフィルムとＴＦＴガラスとを位置合わせして貼り合わせる。マイクロカプセルフィルムとＴＦＴガラスとが熱硬化によって粘着するように、貼り合わせられたガラスとフィルムとをラミネート装置によって積層を完成させ、室温まで冷却すればディスプレイの完全な硬化粘着が完成する。
ステップ（２） 硬化粘着したディスプレイを１００度まで再加熱し、１０分間加熱した後、剥離装置によってマイクロカプセル型電子ペーパーフィルムをＴＦＴガラスの表面からゆっくり完全に剥がし、室温まで再冷却すれば、完全無欠なマイクロカプセル型電子ペーパーフィルムが得られる。繰り返して使用することができ、必要なときにまた当該マイクロカプセル型電子ペーパーフィルムを画素電極基板６に圧着する。

可逆的熱硬化のメリットは、繰り返し使用可能であり、コストを削減し、環境保護ができることである。

上記の実施形態と併せて本発明について説明したが、本発明の特許請求の範囲内おいて、上記の実施形態についての様々な修正が可能であることは、当業者にとって明らかであろう。

１ 白色粒子
２ 黒色粒子
３ 他の粒子
４ 上層透明電極基板
５ 透明電極基材
６ 画素電極基板
７ 防水接着剤
８ 電気泳動ディスプレイ層
９ 導電性銀ペースト
１０ ＲＴＶシリコーンゴム
１１ ＩＣモジュール
１２ 接着剤層

Claims (10)

1. 上方から下方へと順に配置された透明電極基材（５）、上層透明電極基板（４）、電気泳動ディスプレイ層（８）及び画素電極基板（６）から構成され、防水接着剤（７）でエッジシールされており、前記上層透明電極基板（４）と前記画素電極基板（６）との間には、前記上層透明電極基板（４）上の配線及び前記画素電極基板（６）上の配線と電気的に接続された導電性銀ペースト（９）が配置されており、前記電気泳動ディスプレイ層（８）は、前記画素電極基板（６）に圧着している、又は、前記電気泳動ディスプレイ層（８）が有する粘着性によって前記画素電極基板（６）に粘着していると共に、前記上層透明電極基板（４）に圧着しており、前記電気泳動ディスプレイ層（８）に正又は負の電圧を印加することで前記電気泳動ディスプレイ層（８）の中の粒子を上下移動させることによって、複数の色を表示することを特徴とする電子ペーパーディスプレイ。
2. 前記画素電極基板（６）上の防水接着剤（７）の外側には、ＲＴＶシリコーンゴム（１０）で封止されたＩＣモジュール（１１）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電子ペーパーディスプレイ。
3. 前記電気泳動ディスプレイ層（８）は、単層マイクロカプセルアレイ、多層マイクロカプセルアレイ、又は単層マイクロカップアレイであることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子ペーパーディスプレイ。
4. 前記マイクロカプセル又は前記マイクロカップには、２種、又は３種以上の異なる光電特性を有する電気泳動粒子が含まれていることを特徴とする請求項３に記載の電子ペーパーディスプレイ。
5. 前記マイクロカプセルの厚さは、５〜１５０マイクロメートルであり、好ましい厚さ範囲は、１５〜６０マイクロメートルであり、単一のマイクロカプセルの直径は、５〜３００マイクロメートルであり、好ましい直径範囲は、３０〜１００マイクロメートルであることを特徴とする請求項３に記載の電子ペーパーディスプレイ。
6. マイクロカップ層の厚さは、５〜１８０マイクロメートルであり、好ましくは、１５〜８０マイクロメートルであり、単一のマイクロカップの平面構造のサイズは、５〜３００マイクロメートルであり、好ましくは、３０〜１５０マイクロメートルであることを特徴とする請求項３に記載の電子ペーパーディスプレイ。
7. 画素電極基板（６）において電子ペーパーアレイを製造し、硬化させて電気泳動ディスプレイ層（８）を形成し、前記電気泳動ディスプレイ層（８）と前記画素電極基板（６）とを粘着させる、或いは、硬化した前記電気泳動ディスプレイ層（８）を前記画素電極基板（６）に直接圧着するステップ（１）と、
   導電性銀ペースト又は導電性ビーズを前記画素電極基板（６）に滴下塗布し、上層透明電極基板（４）及び透明電極基材（５）を前記電気泳動ディスプレイ層（８）に圧着するステップ（２）と、
   対応する前記上層透明電極基板（４）及び前記透明電極基材（５）を切断し、前記画素電極基板（６）におけるＩＣモジュール（１１）の所定位置を露出させ、防水接着剤（７）でエッジシールを行い、紫外線を照射して硬化させるステップ（３）と、を備えることを特徴とする電子ペーパーディスプレイの製造方法。
8. 前記画素電極基板（６）の露出した所定位置にＩＣモジュール（１１）を搭載し、ＲＴＶシリコーンゴム（１０）でＩＣモジュール（１１）を封止するステップ（４）をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の電子ペーパーディスプレイの製造方法。
9. 前記ステップ（１）における電子ペーパーアレイについて、塗布、印刷、プリント若しくは注入の方式によってマイクロカプセル型電子ペーパーアレイを製造する、又は、マイクロインプリント若しくは平板エッチング法によってマイクロカップ型電子ペーパーアレイを製造することを特徴とする請求項７に記載の電子ペーパーディスプレイの製造方法。
10. 前記ステップ（１）では、硬化方法は、湿気硬化、光硬化、感圧、熱硬化、可逆的熱硬化又はホットメルト感圧であることを特徴とする請求項７に記載の電子ペーパーディスプレイの製造方法。

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