JP2003150081A

JP2003150081A - 表示装置及びその製造方法

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Publication number: JP2003150081A
Application number: JP2001349344A
Authority: JP
Inventors: Toru Uko; 融宇▲高▼; Kenichi Takahashi; 賢一高橋; Hiroyuki Mihashi; 裕之三橋
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2001-11-14
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2003-05-21

Abstract

(57)【要約】【課題】金属塩の析出溶解を用いた表示装置におい
て、背景白地を際立たせ、コントラストの良い表示を可
能とする。【解決手段】金属の電気化学的な析出・溶解を用いた
表示装置である。透明基板上に表示電極及び対極が形成
されており、表示電極に対応して表示領域が形成される
とともに、対極は表示領域以外の領域に形成されてい
る。対極は、例えば銀により形成し、表示電極及び対極
の背後には光散乱性の基板を配置する。光散乱性の基板
としては、例えば、少なくとも表面が白色の基板を用い
る。対極を表示領域以外の領域の背後に隠蔽することに
より、表示側からは見えなくなり、コントラストの低下
が解消される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気化学的表示を
利用した表示装置に関するものであり、さらにはその製
造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、携帯型コンピュータや携帯型電
話、携帯型ＰＤＡ（Personal DigitalAsistant）等の携
帯型情報機器においては、屋外等においても良好なコン
トラストでの表示が可能で、しかも、小型、薄型で軽量
な携帯型表示装置が要求されている。

【０００３】かかる携帯型表示装置としては、液晶ディ
スプレイが広く用いられているが、例えば透過型の液晶
ディスプレイの場合、蛍光管特有のちらつきや、蛍光管
による消費電力の増大等が問題となっている。また、バ
ックライトを使用しない反射型液晶ディスプレイも実用
になっているが、視認性が十分でないという問題を抱え
ている。

【０００４】そこで、これらの問題点を解決するため
に、いわゆるペーパーライクディスプレイ、あるいは電
子ペーパーと呼ばれるものが開発されつつある。これら
に使用される表示方式としては、電気泳動方式や２色ボ
ール表示方式、エレクトロクロミック方式等がある。

【０００５】電気泳動方式のディスプレイ（ＥＰＩＤ）
では、白色顔料や黒色トナー等が、電界の作用によって
電極上に積層する。２色ボール表示方式のディスプレイ
（ＴＢＤ）は、半分が白色、半分が黒色等の２色に塗り
分けられた球体からなり、電界の作用による回転を利用
したものである。ただし、どちらの方式も流状体が入り
込めるだけの隙間が必要であり、最密に充填できないこ
とから高コントラストを得ることは難しい。また、駆動
する電圧を１００Ｖ以上にしなければ実用上の書き込み
速度（１秒以内）が得られないという難点もある。

【０００６】これらの表示方式のディスプレイに対し
て、エレクトロクロミック方式のディスプレイ（ＥＣ
Ｄ）は、コントラストの高さという点で上記方式のディ
スプレイに比べて優れており、中でも、特開平９−２９
７３２５号公報において開示されるような金属塩の析出
溶解を用いた表示装置は、あたかも印刷物のような表示
が可能であり、その実用化が望まれるところである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、非発光型の
表示素子を表示装置に用いる場合、表示部や背景の色が
表示の妨げになり、コントラスト良く表示できる例が少
ない。例えば、上記金属塩の析出溶解を用いた表示装置
では、透明電極（表示電極）の背後に電解質層や金属
（例えば銀）からなる対極を配するが、この場合、対極
が透明電極や電解質層を透過して視認されてしまい、コ
ントラストが大幅に低下する。このような不都合を解消
するには、例えば上記電解質層に白色顔料等を混入する
という方法が考えられるが、この場合には白色顔料等が
表示素子本来の特性を相殺する虞れがある。

【０００８】本発明は、上記従来の実情に鑑みて提案さ
れたものであり、金属塩の析出溶解を用いた表示装置に
おいて、背景白地を際立たせ、コントラストの良い表示
を可能とすることを目的とする。さらには、かかる表示
装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明の表示装置は、金属の電気化学的な析出・溶
解を用いた表示装置において、透明基板上に表示電極及
び対極が形成されてなり、表示電極に対応して表示領域
が形成されるとともに、対極は表示領域以外の領域に形
成されていることを特徴とするものである。

【００１０】対極を表示領域以外の領域の背後に隠蔽す
ることにより、表示側からは見えなくなり、コントラス
トの低下が解消される。また、表示電極の背後の例えば
電解質層等に白色顔料等を混入する必要もなく、本来の
特性を相殺することもない。また、白色顔料等を使用し
ないので、製法上も容易である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した表示装置
及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に
説明する。

【００１２】図１は、本発明を適用した表示装置の一構
成例を示すものである。この表示装置は、銀等の金属塩
の析出／溶解を利用して非発光表示を行うもので、表示
電極上に金属を析出／溶解させ、その色調の相違により
情報を表示することを基本原理とする。本例では、図１
に示すように、透明基板１上に各画素に対応して表示電
極２が形成され、透明基板１の表示面１ａ側（図中下
方）から表示された情報を見るように構成されている。

【００１３】上記透明基板１には、石英ガラス板、白板
ガラス板等の透明ガラス基板を用いることが可能である
が、これに限定されず、ポリエチレンナフタレート、ポ
リエチレンテレフタレート等のエステル、ポリアミド、
ポリカーボネート、酢酸セルロース等のセルロースエス
テル、ポリフッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン
−ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素ポリマ
ー、ポリオキシメチレン等のポリエーテル、ポリアセタ
ール、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、
メチルペンテンポリマー等のポリオレフィン、及びポリ
イミド−アミドやポリエーテルイミド等のポリイミドを
例として挙げることができる。これら合成樹脂を支持体
として用いる場合には、容易に曲がらないような剛性基
板状にすることも可能であるが、可撓性を持ったフィル
ム状の構造体とすることも可能である。

【００１４】表示電極２は、透明導電膜からなり、フォ
トリソ工程により所望の画素パターンにパターニングさ
れている。透明導電膜としては、例えばＩｎ₂Ｏ₃とＳｎ
Ｏ₂の混合物、いわゆるＩＴＯ膜（酸化インジウムにス
ズをドープさせて成膜された透明導電膜の総称）や、Ｓ
ｎＯ₂またはＩｎ_２Ｏ₃をコーティングした膜を用いるこ
とが好ましい。これらＩＴＯ膜やＳｎＯ₂またはＩｎ_２
Ｏ₃をコーティングした膜にＳｎやＳｂをドーピングし
たものでも良く、ＭｇＯやＺｎＯ等を用いることも可能
である。

【００１５】上記表示電極２は、絶縁層３によって各画
素パターン毎に電気的に分離されており、その背面側に
は電解質層４が充填されている。ここで、絶縁層３に
は、透明な絶縁材料を用いてもよいが、光散乱性、例え
ば白色とすることが望ましい。例えば、確実に絶縁させ
るために、有機絶縁膜（例えば新日鐵化学社製、商品名
Ｖ２５９−ＰＡ）にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）や炭酸カル
シウム等の白色顔料を混合したものを用い、これを厚さ
約１〜２μｍに形成すればよい。

【００１６】電解質層４は、上記表示電極２の表面に金
属を析出／溶解させるために必要なものであり、例えば
金属塩を溶解した電解液をそのまま使用してもよいが、
通常は、マトリクス高分子材料中に支持電解質が分散さ
れた高分子固体電解質のような、いわゆる固体電解質が
用いられる。

【００１７】上記電解質層４を構成する高分子固体電解
質に用いるマトリクス（母材）高分子としては、骨格ユ
ニットがそれぞれ−(C-C-O)n−、−(C-C-Ｎ)n−、−(C-
C-Ｓ)n−で表されるポリアルキレンオキサイド、ポリア
ルキレンイミン、ポリアルキレンスルフィドが挙げられ
る。これらを主鎖構造として、枝分があってもよい。ま
た、ポリメチルメタクリレート、ポリフッ化ビニリデ
ン、ポリフッ化ビニリデンクロライド、ポリカーボネー
ト等も好ましい。上記電解質層４は、前記マトリクス高
分子に金属塩を分散せしめて形成されるが、金属塩とし
ては、例えばハロゲン化銀等の銀塩を挙げることができ
る。なお、ここでは、固体電解質層として、ポリエチレ
ンオキサイドにヨウ化銀（Ａｇ）７５０ｍＭ、ヨウ化ナ
トリウム（ＮａＩ）１５００ｍＭを溶解させ、架橋した
ものを用いた。

【００１８】一方、上記絶縁層３上には、銀、クロム、
ニッケル、カドミウム等の金属からなる対極５が形成さ
れている。対極５は、上記表示電極２とは逆反応をせし
めるものであり、例えば、表示電極２上に金属が析出す
る時には、対極５では金属の溶解が起こり、表示電極２
上の金属が溶解する時には、対極５では金属の析出が起
こる。

【００１９】上記対極５が形成される位置は、上記絶縁
層３上であり、表示電極２とは対向していない。絶縁層
３は、表示領域を形成する表示電極２を画素毎に分離す
る形で画素間に形成されており、したがって、対極５は
表示領域以外の領域に形成されていることになる。

【００２０】また、上記対極５をスペーサとする形で、
背面側には背景基板６が重ねられ、これを貼り合わせる
ことで上記電解質層４等を密閉し、表示パネルとして構
成されている。このとき、対極５に加えて別途スペーサ
部材を重ねて形成し、これらの積層体をスペーサとする
ことも可能である。背景基板６は、光散乱性を有するこ
とが好ましく、例えば白色基板や白色フィルム等が用い
られる。背景基板６は、少なくとも表示電極２との対向
面が光散乱性、例えば白色であればよく、したがって、
基材の表示電極２との対向面に白色顔料を塗布したもの
や、コーティングしたもの等も用いることができる。

【００２１】以上の構造を有する表示装置においては、
対極５が表示電極２と対向しておらず、例えば文字パタ
ーンとなる表示領域の境界領域の背後に隠蔽されるの
で、これが表示電極２を通して見えることはない。表示
電極２の背後に見えるのは、上記背景基板６であり、し
たがって背景白地を際立たせることができ、コントラス
ト良い表示が実現される。また、背景基板６の色を変更
することで背景色を容易に変更することができ、背景色
の選択枝を広げることができる。さらに、上記電解質層
４に白色顔料等を混入する必要もないので、製造上も容
易である。また、対極５で画素枠を形成することも可能
であり、これによって文字品位の低下も抑制することが
できる。

【００２２】対極５の位置については、表示電極２と対
向させなくとも表示特性に問題はなく、上記構造を採用
することの意義は大きい。

【００２３】次に、上記表示装置の製造方法について説
明する。上記表示装置は、通常のフォトリソ技術等を用
いて容易に作製することができ、表示装置の作製が簡便
であるため、表示装置の信頼性が向上するというメリッ
トも有する。

【００２４】上記表示装置を作製するには、先ず、図２
に示すように、ガラスまたは透明フィルム等からなる透
明基板１１を用意し、この上に透明導電材料を一様に成
膜して透明導電膜１２を形成する。次に、図３に示すよ
うに、透明導電膜１２上にフォトレジスト層１３を成膜
し、これを選択的に露光・現像して、図４に示すような
レジストパターン１３ａを形成する。ただし、白色絶縁
層が形成できれば上記材料に限らない。

【００２５】次いで、このレジストパターン１３ａをマ
スクとして透明導電膜１２をエッチングし、図５に示す
ように、所定の画素パターンを有する表示電極１２ａを
形成する。透明導電膜１２のエッチングの後、図６に示
すようにマスクとして使用したレジストパターン１３ａ
を除去し、図７に示すように、上記表示電極１２ａを覆
って全面に絶縁層１４を成膜する。絶縁層１４は、例え
ば有機絶縁膜にアルミナや炭酸カルシウムを混合したも
のを用いて、約１〜２μｍの厚さで形成する。ただし、
白色絶縁層が形成できれば上記材料に限らない。

【００２６】この絶縁層１４をフォトリソ技術によって
パターニングし、図８に示すように、表示電極１２ａ間
を電気的に分離するよう、画素枠の形に残存せしめる。
そして、これらの上に、図９に示すように、対極となる
銀膜１５を均一に成膜する。ここでは、銀膜１５をスパ
ッタ法により成膜し、設計膜厚は３μｍとした。

【００２７】次に、上記銀膜１５をフォトリソ技術によ
ってパターニングし、対極を形成する。具体的には、図
１０に示すように、上記銀膜１５上にフォトレジスト層
１６を全面に成膜形成し、これを選択露光及び現像して
図１１に示すようなレジストパターン１６ａとする。こ
のレジストパターン１６ａをマスクとして上記銀膜１５
をエッチングし、図１２に示すように、絶縁層１４上に
対極１５ａを残存形成する。その後、図１３に示すよう
に、対極１５ａ上に残存するレジストパターン１６ａを
除去する。

【００２８】上記のように、表示電極１２ａと同様にフ
ォトリソ工程を利用して銀膜１５を所望の形状にパター
ニングして対極１５ａを形成する。ここで、便宜上、気
相成長した銀膜１５を使用したが、これに限らず、例え
ば銀線や銀箔等を用いても問題はない。最後に、図１４
に示すように、上記対極１５ａ間を埋める形で電解質層
１７を形成し、背景基板を重ねて図１に示す表示装置を
完成する。

【００２９】以上のプロセスでは、白色顔料を使用する
ことがなく、また、通常のフォトリソ技術の応用で簡単
に本発明の構造を有する表示装置を作製することができ
る。作製に際して特殊な技術は不要であり、表示装置制
作上簡便となるため、作製される表示装置の信頼性も高
い。

【００３０】次に、本発明を応用した種々の方式の表示
装置について説明する。先ず、図１５は、パッシブマト
リクス型の表示装置に本発明を適用した例を示すもので
ある。パッシブマトリクス型の表示装置では、図１５に
示すように、透明基板２１上に複数のストライプ状の透
明電極２２が平行に配列されるとともに、銀等からなる
ストライプ状の対極２３がこれとは直交して配列され
る。このとき、対極２３の下面には、絶縁層２４が介在
されており、対極２３と透明電極２２の電気的な短絡が
防止される。また、対極２３間を埋める形で電解質層
（図示は省略する。）が設けられ、背面側に背景基板２
５が重ね合わされる。

【００３１】通常のパッシブマトリクス型の表示装置で
は、互いに直交するストライプ状電極の交差領域が表示
領域となるが、本例の表示装置では、対極２３間に臨む
透明電極部２２ａが表示領域となる。

【００３２】図１６は、アクティブマトリクス型の表示
装置の例を示すものである。この例では、各表示領域
（画素）を構成する表示電極（ここでは、図示は省略す
る。）を囲んで格子状の対極３２が透明基板３１上に形
成されている。背面側に背景基板３３が重ね合わされて
いることは、先の例と同様である。この例では、上記対
極３２が画素枠も兼ねており、したがって文字品位の低
下を抑制することが可能である。

【００３３】上記アクティブマトリクス型の表示装置で
は、各表示電極を駆動する薄膜トランジスタを形成する
必要があり、これによってアクティブマトリクス駆動が
可能になる。図１７は、この駆動トランジスタを組み込
んだ構造を示すものである。

【００３４】具体的に説明すると、先ず、透明基板４１
上に各画素に対応して表示電極４２が形成されて表示領
域を構成しており、画素枠部分に対極４３が形成されて
いる。表示電極４２の背面側及び対極４３の周囲は電解
質層４４で埋め込まれるとともに、背景基板４５が背面
側に重ね合わされている。

【００３５】透明基板４１上の表示電極４２に対応する
部分にはキャパシタ４６が、また対極４３に対応する部
分にはゲート電極４７が形成されており、表示領域にお
いては、絶縁膜４８を介して上記キャパシタ４６上に表
示電極４２が積層されている。一方、対極４３に対応す
る部分においては、上記絶縁膜４８上にａ−ＳｉＨ４
９、ソース５０、ドレイン５１が所定のパターンで形成
されており、例えば酸化シリコン等からなる絶縁膜５２
を介して上記対極４３が形成されている。

【００３６】以上のように、本発明を適用してパッシブ
マトリクス型の表示装置やアクティブマトリクス型の表
示装置を構成することができる。ここで、本発明者は、
実際に図１５に示すようなストライプ形状のパターンを
有するパッシブマトリクス型の表示装置を作製し、その
表示応答特性について調べた。

【００３７】図１８は、駆動時の電流密度を１０ｍＡ／
ｃｍ^２として測定を行った結果を示すものである。ま
た、比較実験として、表示電極と対極を対向させて作製
したセルについても同様の表示応答特性を計測した。な
お、この比較実験においても、駆動時の電流密度を１０
ｍＡ／ｃｍ^２として測定を行った。その結果を図１９に
示す。これら測定結果より、対極の配置については、表
示電極と対向させなくとも表示特性には遜色のないこと
がわかる。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明によれば、金属塩の析出溶解を用いた表示装置におい
て、背景白地を際立たせ、コントラストの良い表示を実
現することが可能である。また、本発明によれば、背景
色の選択の幅を広げることができ、さらに、製作上簡便
であることから、信頼性を向上することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した表示装置の一構成例を示す概
略断面図である。

【図２】図１に示す表示装置の製造工程を工程順に示す
ものであり、透明導電膜成膜工程を示す概略断面図であ
る。

【図３】フォトレジスト層形成工程を示す概略断面図で
ある。

【図４】レジストパターン形成工程を示す概略断面図で
ある。

【図５】透明導電膜エッチング工程を示す概略断面図で
ある。

【図６】レジストパターン除去工程を示す概略断面図で
ある。

【図７】絶縁層成膜工程を示す概略断面図である。

【図８】絶縁層パターニング工程を示す概略断面図であ
る。

【図９】銀膜成膜工程を示す概略断面図である。

【図１０】フォトレジスト層形成工程を示す概略断面図
である。

【図１１】レジストパターン形成工程を示す概略断面図
である。

【図１２】銀膜のエッチング工程を示す概略断面図であ
る。

【図１３】レジストパターン除去工程を示す概略断面図
である。

【図１４】電解質層形成工程を示す概略断面図である。

【図１５】パッシブマトリクス型の表示装置の一例を示
す分解斜視図である。

【図１６】アクティブマトリクス型の表示装置の一例を
示す分解斜視図である。

【図１７】アクティブマトリクス型の表示装置の断面構
造を示す概略断面図である。

【図１８】対極を表示電極と対向させない場合の表示応
答特性を示す特性図である。

【図１９】対極を表示電極と対向させた場合の表示応答
特性を示す特性図である。

【符号の説明】

１透明基板、２表示電極、３絶縁層、４電解質
層、５対極、６背景基板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三橋裕之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5C094 AA06 AA15 BA01 BA41 BA52 CA19 EA07 EC00 FB12 GB10 HA10 5G435 AA02 AA18 BB13 BB16 CC09 KK05 LL07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属の電気化学的な析出・溶解を用いた
表示装置において、透明基板上に表示電極及び対極が形成されてなり、表示
電極に対応して表示領域が形成されるとともに、対極は
表示領域以外の領域に形成されていることを特徴とする
表示装置。
【請求項２】上記表示領域以外の領域のうち少なくと
も一部を覆って絶縁層が形成されており、上記対極は前
記絶縁層上に形成されていることを特徴とする請求項１
記載の表示装置。
【請求項３】上記絶縁層は光散乱性の絶縁層であるこ
とを特徴とする請求項２記載の表示装置。
【請求項４】上記光散乱性の絶縁層は白色であること
を特徴とする請求項３記載の表示装置。
【請求項５】上記表示電極及び対極の背後に光散乱性
の基板が配置されていることを特徴とする請求項１記載
の表示装置。
【請求項６】上記対極は、上記透明基板と光散乱性の
基板との間のスペーサの少なくとも一部として機能して
いることを特徴とする請求項５記載の表示装置。
【請求項７】上記対極は、画素分割機能を有すること
を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項８】上記光散乱性の基板は、少なくとも透明
基板側の面が光散乱性であることを特徴とする請求項５
記載の表示装置。
【請求項９】上記透明基板側の面が白色であることを
特徴とする請求項８記載の表示装置。
【請求項１０】上記対極は銀からなることを特徴とす
る請求項１記載の表示装置。
【請求項１１】上記表示電極上には電解質層が形成さ
れており、当該電解質層は上記対極とも接していること
を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１２】上記表示電極と上記対極とが直交して
形成され、パッシブマトリクス構造を有することを特徴
とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１３】上記表示電極を囲んで上記対極が格子
状に形成され、アクティブマトリクス構造を有すること
を特徴とする請求項１記載の表示装置。
【請求項１４】透明基板上に表示電極を形成し、当該
表示電極を電気的に分離する光散乱性の絶縁層を形成し
た後、上記絶縁層上に対極を形成し、これら対極を埋める形で
電解質層を形成することを特徴とする表示装置の製造方
法。
【請求項１５】上記対極は、フォトリソ技術により形
成することを特徴とする請求項１４記載の表示装置の製
造方法。