JP2011221415A - カラー表示デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 電位の変化や圧力の変化により所望の位置の色彩を変化させることができるカラー表示デバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明は、表示デバイス基材と、前記表示デバイス基材の片面に画素単位でパターン形成されたドライブ層と、前記表示デバイス基材の前記ドライブ層が形成された面又は反対面に形成されたフォトニック結晶材料層とを備え、前記ドライブ層の各パターンを駆動させて生ずる電位の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が画素単位で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が画素のサイズ以下の島状に区切られているように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、携帯電話やＰＤＡなどの電子機器や通信機器、電子書籍、サイネ―ジなどに用いることのできるカラー表示デバイス（例えばカラー電子ペーパーやカラー感圧スイッチ製品）の発明に関する。

従来、カラー表示デバイスの発明としては、電気泳動層とカラーフィルタ層とを積層する方式（特許文献２）などが検討されているが、これは不要な色の画素を遮蔽して色彩表示することとなるので、どうしても色が薄く画面が暗くなる問題を抱えていた。そこで、最近ではこの問題を解決する方式として、フォトニック結晶材料（特許文献１）を用いることにより、駆動させる電位の変化によって各々の画素自体の色彩を変化させる方式が検討されている。例えば、図９に示すように、表示デバイス基材９０と、前記表示デバイス基材９０の片面に画素５０単位でパターン形成されたドライブ層８と、前記表示デバイス基材９０の前記ドライブ層８が形成された面とは反対面に全面的に形成されたフォトニック結晶材料からなる層１１０とを備える構造とすることで、前記ドライブ層８の各パターン８０，８１を駆動させて生ずる電位の変化によって前記フォトニック結晶材料からなる層１１０の厚みがかわり、屈折率が変化して反射光の色彩が画素５０単位で可逆的に変化するカラー表示デバイス２００が得られる。そして特許文献１の実施例では、フォトニック結晶材料の一例であるポリフェロセニルシランからなる層について、電位の変化に応じて一つの画素５０が青、緑、赤へと変化することが開示されている。そして、このようなフォトニック結晶材料には電位の変化以外に、圧力の変化によってフォトニック結晶材料からなる層１１０の厚みがかわるものもあり、圧力の変化によって屈折率が変化して反射光の色彩が画素５０単位で可逆的に変化するカラー表示デバイス２００を得ることもできる。

特表２００６−５０４９８４号公報 特開２００３−２８００４４号公報

しかし、駆動させる電位の変化によって各々の画素自体の色彩を変化させる方式は、全画面を単色のベタで表示させる場合では問題は生じないが、フルカラーの表示をさせる場合、各一個の画素に駆動あるいは負荷させた電位だけでなく、その周辺の画素に駆動させた電位の影響も受けるため、必ずしも各画素が所望の色彩にならず、また経時的に各画素の色彩が変化していくなどの問題が生じていた。同様に負荷させる圧力の変化によって各々の画素自体の色彩を変化させる方式は、全画面に圧力を負荷させて単色のベタを表示させる場合では問題は生じないが、画面の一部の箇所に圧力を負荷させてその部分のカラー表示をさせる場合、圧力を加えた箇所だけでなくその周辺の部分も負荷された圧力の影響を受けて変色するため、所望の箇所だけを所望の色彩にすることができず、また経時的に各画素の色彩が変化していくなどの問題が生じていた。

本発明者らは以下の発明により上記問題点を解決した。すなわち本発明の第１態様によれば、表示デバイス基材と、前記表示デバイス基材の片面に画素単位でパターン形成されたドライブ層と、前記表示デバイス基材の前記ドライブ層が形成された面又は反対面に形成されたフォトニック結晶材料層とを備え、前記ドライブ層の各パターンを駆動させて生ずる電位の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が画素単位で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が画素のサイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とするカラー表示デバイスを提供する。また、本発明の第２態様によれば、前記区切られて構成された島のサイズが、画素のサイズの１／４〜１／１０００である、第１態様のカラー表示デバイスを提供する。

また、本発明の第３態様によれば、表示デバイス基材の片面にフォトニック結晶材料層を備え、フォトニック結晶材料層に負荷する圧力の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が押圧領域で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が圧力を負荷する媒体の先端サイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とするカラー表示デバイスを提供する。また、本発明の第４態様によれば、前記区切られて構成された島のサイズが、圧力を負荷する媒体の先端サイズの１／４〜１／１０００である、第３態様のカラー表示デバイスを提供する。

また、本発明の第５態様によれば、前記区切られて構成された島どうしが完全に分離独立している、第１〜第４態様のいずれかに記載のカラー表示デバイスを提供する。また、本発明の第６態様によれば、前記区切られて構成された島どうしが一部で連結されている、第１〜５態様のいずれかのカラー表示デバイスを提供する。また、本発明の第７態様によれば、前記表示デバイス基材の明度が、ＪＩＳ−Ｚ−８７２１：１９９３に準拠したマンセル表色系において０〜４であることを特徴とする第１〜６態様のいずれかのカラー表示デバイスを提供する。

また、本発明の第８態様によれば、第１〜７態様のいずれかのカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記フォトニック結晶材料層を島状に区切る方法が、ナノインプリント加工による、カラー表示デバイスの製造方法を提供する。また、本発明の第９態様によれば、第１〜７態様のいずれかのカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記フォトニック結晶材料層を島状に区切る方法が、フォトリソグラフィーによるカラー表示デバイスの製造方法を提供する。

また、本発明の第１０態様によれば、第１〜９態様のいずれかのカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記島状に区切られたフォトニック結晶材料層を転写法により前記表示デバイス基材上に形成する、カラー表示デバイスの製造方法を提供する。

第１態様のカラー表示デバイスは、表示デバイス基材と、前記表示デバイス基材の片面に画素単位でパターン形成されたドライブ層と、前記表示デバイス基材の前記ドライブ層が形成された面又は反対面に形成されたフォトニック結晶材料層とを備え、前記ドライブ層の各パターンを駆動させて生ずる電位の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が画素単位で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が画素のサイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とする。したがって、各一個の画素の周辺の画素が駆動させた電位の影響を受けることは少なく、フルカラーの表示をさせる場合であっても所望の色彩にすることができるという効果がある。また経時的に各画素の色彩が変色するのも防止できるという効果がある。

また、第２態様のカラー表示デバイスは、前記区切られて構成された島のサイズが、画素のサイズの１／４〜１／１０００であることを特徴とする。したがって、前記フォトニック結晶材料層の各区切られて構成された島のサイズが各画素のサイズよりもかなり小さいので、ドライブ層と前記フォトニック結晶材料層との位置合わせをしなくとも、所望の色彩表示ができるという効果がある。

第３態様のカラー表示デバイスは、表示デバイス基材の片面にフォトニック結晶材料層を備え、フォトニック結晶材料層に負荷する圧力の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が押圧領域で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が圧力を負荷する媒体の先端サイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とする。したがって、表示面の一部の箇所に圧力を負荷させてその押圧領域のカラー表示をさせる場合、押圧領域に負荷させた圧力が周囲に影響を与えることは少なく、押圧領域だけを所望の色彩にすることができ、また経時的に各画素の色彩が変色するのも防止できるという効果がある。

また、第４態様のカラー表示デバイスは、前記区切られて構成された島のサイズが、１度の押圧領域のサイズの１／４〜１／１０００であることを特徴とする。したがって、前記フォトニック結晶材料層の各区切られて構成された島のサイズが圧力を負荷する媒体のサイズよりもかなり小さいので、より精細に圧力を加えた箇所だけを所望の色彩にすることができるという効果がある。

また、第７態様の本発明のカラー表示デバイスは、前記表示デバイス基材の明度が、ＪＩＳ−Ｚ−８７２１：１９９３に準拠したマンセル表色系において０〜４であることを特徴とする。したがってフォトニック結晶材料層の色彩をより鮮明に発色させることができるという効果がある。

また、第８態様、第９態様のカラー表示デバイスの製造方法は、前記フォトニック結晶材料層を島状に区切る方法が、ナノインプリント加工あるいはフォトリソグラフィーによることを特徴とする。したがって、前記フォトニック結晶材料層の島のサイズをかなり小さく加工できるので、より精細なカラー表示デバイスにすることができるという効果がある。

また、第１０態様のカラー表示デバイスの製造方法は、前記島状に区切られたフォトニック結晶材料層を転写法により前記表示デバイス基材上に形成することを特徴とする。すなわち、離型性を有する基体シート上にフォトニック結晶材料層および島状にパターン化した接着層を順次形成した転写シートを作成し、該転写シートを表示デバイス基材に積層し、次いで離型性を有する基体シートを剥離して、表示デバイス基材上に島状にパターン化した接着層および島状にパターン化したフォトニック結晶材料層を形成する。したがって、離型性を有する基体シート上にロールツーロールで前記フォトニック結晶材料層を形成でき、且つ容易に島状にパターン化できるので、生産性が大きく向上するという効果がある。

本発明のカラー表示デバイスの構成例を示した概略斜視図であり、色彩が変化する層が完全に分離独立した島状に形成されている構造の例を示す。 図１をＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 本発明のカラー表示デバイスの構成例を示した概略断面図であり、色彩が変化する層の一部が連結して島状に形成されている構造の例を示す。 本発明のカラー表示デバイスの構成例を示した概略断面図であり、色彩が変化する層の各島とドライブ層のパターンとが位置ずれを起こしている構造の例を示す。 図１に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、離型性を有する基体シート上にフォトニック結晶材料層および島状にパターン化した接着層を順次形成した転写シートを作成した工程を示す。 図１に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、接着層をレジスト代わりにしてフォトニック結晶材料層の一部をエッチング除去した工程を示す。 図１に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、転写シートを表示デバイス基材に積層した工程を示す。 図１に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、転写離型性を有する基体シートを剥離して、表示デバイス基材上に島状にパターン化した接着層および島状にパターン化したフォトニック結晶材料層を転写形成した工程を示す。 従来技術のカラー表示デバイスの構成例を示した概略断面図である。 本発明のカラー表示デバイスの構成例を示した概略斜視図であり、色彩が変化する層が完全に分離独立した島状に形成されている構造の例を示す。 図１０をＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。 本発明のカラー表示デバイスの構成例を示した概略断面図であり、色彩が変化する層の一部が連結して島状に形成されている構造の例を示す。 図１０に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、離型性を有する基体シート上にフォトニック結晶材料層および島状にパターン化した接着層を順次形成した転写シートを作成した工程を示す。 図１０に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、接着層をレジスト代わりにしてフォトニック結晶材料層の一部をエッチング除去した工程を示す。 図１０に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、転写シートを表示デバイス基材に積層した工程を示す。 図１０に示すカラー表示デバイスの製造方法の一例を示した概略断面図であり、転写離型性を有する基体シートを剥離して、表示デバイス基材上に島状にパターン化した接着層および島状にパターン化したフォトニック結晶材料層を転写形成した工程を示す。

以下、本発明のカラー表示デバイスについて説明する。図１に示すカラー表示デバイス１は、表示デバイス基材９０の裏面に画素５０単位でドライブ層８がパターン形成され、表面に、溝２８によって各画素５０のサイズ以下の島に区切られたフォトニック結晶材料層１０が形成されている。そして各一個の画素５０のサイズは、ドライブ層８の各々のパターン８０，８１によって決定される。このカラー表示デバイス１をＡ−Ａ線で切断した概略断面図が図２である。図２においてフォトニック結晶材料層１０は溝２８によって島１５，１６，１７，１８，１９，２０に区切られ、そのうち島１５，１６，１７，１８が１つの画素に含まれる。

また、図１０に示すカラー表示デバイス２００は、表示デバイス基材２９０の表面に、溝２２８によって圧力を負荷する媒体２５０の先端サイズ以下の島に区切られたフォトニック結晶材料層２１０が形成されている。このカラー表示デバイス２００をＡ−Ａ線で切断した概略断面図が図１０である。図１０においてフォトニック結晶材料層２１０は溝２２８によって島２１５，２１６，２１７、２１８、２１９、２２０に区切られ、そのうち島２１５，２１６，２１７、２１８が１度の押圧領域２５０に含まれる。

表示デバイス基材９０，２９０としては、ケイ酸ガラス、アクリルガラス、カルコゲンガラス、有機ガラスなどの各種のガラスやポリエステル、ウレタン、アクリル、塩化ビニルなどの各種プラスチックフィルムなどが挙げられるが、これ以外の材料であっても構わない。また、透明であっても着色されていてもよい。ただ、表示デバイス基材９０は、後述するドライブ層８側から当該ドライブ層８及び前記表示デバイス基材９０を透して背後のフォトニック結晶材料層１０を見る場合は透明である必要があり、フォトニック結晶材料層１０側から見る場合には隠蔽性のある黒などの着色がされている方が望ましい。また、表示デバイス基材２９０は、当該表示デバイス基材２９０を透して背後のフォトニック結晶材料層２１０を見る場合は透明である必要があり、フォトニック結晶材料層２１０側から見る場合には隠蔽性のある黒などの着色がされている方が望ましい。黒色にするのは、フォトニック結晶材料層１０，２１０の背後に、明度がＪＩＳ−Ｚ−８７２１：１９９３に準拠したマンセル表色系において０〜４である基材があるとフォトニック結晶材料層の色彩をより鮮明に発色させることができるという効果が得られたためである。

ドライブ層８としては、アモルファスシリコンなどの無機物あるいはペンタセンなどの有機物からなる薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）やメタルインシュレーターメタル（ＭＩＭ）などが挙げられるが、これ以外の材料であっても構わない。ドライブ層８が透明な材料（たとえば亜鉛酸化物、スズ酸化物、インジウム酸化物、銅酸化物、ニッケル酸化物などの透明酸化物半導体材料）からなる場合には、フォトニック結晶材料層１０の前面に配置し、ドライブ層８を透して背後のフォトニック結晶材料層１０を見ることもできる。

電位の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層１０の材質は、前述した特許文献１の置換シラ-1-フェロセノファンなどのポリフェロセニルシラン材料が挙げられるが、電位の変化によって色彩が変化する材料であれば他の材料であっても構わない。このような電位の変化によって色彩が変化する具体的な材料の商品としては、ＯＰＡＬＵＸ社のＰ-ｉｎｋなどがある。圧力の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層２１０の材質は、アクリル・シリコン・ウレタン系の樹脂など各種合成ゴム材料が挙げられるが、圧力の変化によって色彩が変化する材料であれば他の材料であっても構わない。このような圧力の変化によって色彩が変化する具体的な材料の商品としては、ＯＰＡＬＵＸ社のＥｒａｓｔ−ｉｎｋＩＤ、Ｅｒａｓｔ−ｉｎｋＸＲ、ＣｏｌｏｒＳｋｅｔｃｈ、Ｐｒｅｓｓ２、Ｐｅｅｌ＆Ｒｅｖｅａｌなどがある。

フォトニック結晶材料層１０，２１０の形成方法としては、オフセット印刷法、グラビア印刷法、スクリーン印刷法などの通常の印刷法や各種コーターによる方法、スピンコート、塗装のほか、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、鍍金法などの方法でするとよい。フォトニック結晶材料層１０の厚みは０．０５〜２００μｍの範囲内に形成するのが好ましい。フォトニック結晶材料層１０，２１０の厚さが０．０５μｍ未満になるとピンホールなどの欠陥が発生しがちになり、厚さを２００μｍより厚くしても効果が上がらず生産性が低下するだけだからである。なお、図面ではフォトニック結晶材料層１０を表示デバイス基材９０のドライブ層８が形成された面とは反対面にフォトニック結晶材料層１０を設けているが、フォトニック結晶材料層１０を表示デバイス基材９０のドライブ層８が形成された面に設けてもよい。

そして、電位の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層１０には溝２８が形成され、図２に示す断面図では各一個の画素５０のサイズ以下の島１５，１６，１７，１８，１９，２０に区切られて各々独立した構造になっている。このような構造にすることによって、ドライブ層８を駆動させて電位を変化させた場合、島１５，１６，１７，１８のフォトニック結晶材料層１０にはパターン８０において生じた電位の変化のみの影響を受け、隣のパターン８１に生じた電位の変化の影響は溝２８によって遮断されることになる。

したがって、パターン８０に生じた電位の変化と隣のパターン８１に生じた電位の変化とがかなり異なっていても、島１５，１６，１７，１８のフォトニック結晶材料層１０はパターン８０に生じた電位の変化のみによって色彩が変化し、島１９，２０のフォトニック結晶材料層１０はパターン８１に生じた電位の変化のみによって色彩が変化する。その結果、各一個の画素５０は独立して所望の色彩に変化させることができるので、これを画面全体に適用すればフルカラー制御のできるカラー表示デバイス１を得ることができる。

同様に圧力の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層２１０には溝２２８が形成され、図１１に示す断面図では圧力を負荷する媒体２８０の先端サイズ以下の島２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０に区切られて各々独立した構造になっている。このような構造にすることによって、媒体２８０の先端でもってフォトニック結晶材料層２１０を押圧し、島２１５，２１６，２１７、２１８を含む押圧領域２５０に圧力を負荷させた場合、島２１５，２１６，２１７、２１８のフォトニック結晶材料層２１０は押圧によって生じた圧力の変化のみの影響を受け膜厚が薄くなる。一方で、押圧領域２５０近傍の島２１９，２２０への影響は溝２２８によって遮断されることになる。

したがって、かなり強い圧力でフォトニック結晶材料層２１０を押圧しても、島２１５，２１６，２１７，２１８のフォトニック結晶材料層２１０のみが該圧力の変化によって膜厚が薄くなり色彩が変化し、島２１９，２２０のフォトニック結晶材料層２１０の色彩は変化しない。その結果、押圧領域２５０だけを所望の色彩に変化させることができる。

なお、図２および図１１に示す断面図では島１５，１６，１７，１８，１９，２０および島２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０が完全に分離独立して形成されている例を示しているが、一部が連結された構造（図３及び図１２参照）のものも権利範囲に含まれる。すなわち、隣のパターン８１に生じた電位の変化を受けない程度に溝２８によって区切られ島１５，１６，１７，１８，１９，２０が形成されていれば、それ以外の形状は制限されないという意味である。また、圧力を負荷する媒体２８０によって生じた圧力の変化を押圧領域２５０近傍が受けない程度に溝２２８によって区切られ島２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０が形成されていれば、それ以外の形状は制限されないという意味である。図３および図１２に示すように一部が連結された島構造の場合、フォトニック結晶材料層１０，２１０の上に保護層等を形成し保護層と表示デバイス基材９０，２９０との密着が悪い場合において、フォトニック結晶材料層１０，２１０がそれらの密着を助けるアンカー層の役割を果たすという優位点がある。

各島のサイズ（長さ）は、図２および図３に示されるような画素５０のサイズ（長さ）の１／４か、それより小さくすることが望ましい。その理由は、図４に示されるように島１５，１６，１７，１８とドライブ層８のパターン８０とが位置ずれを起こして製造された場合、島１８はドライブ層８のパターン８０の電位の変化だけでなく、パターン８１の電位の変化の影響を受けてしまって所望の色彩に制御できなくなるが、島１５，１６，１７のフォトニック結晶材料層１０はパターン８０に生じた電位の変化のみによって色彩が変化し所望の色彩に制御できるため一個の画素５０としては、許容できる範囲に所望の色彩に制御できることとなるためである。

すなわち、各島のサイズを画素５０のサイズの１／４か、それより小さくすることによりドライブ層８とフォトニック結晶材料層１０との位置合わせをしなくとも、所望の色彩表示ができるという効果があるからである。ただし、各島のサイズを画素５０のサイズの１／１０００よりも小さくするのは、それだけ多くの溝２８を形成し、各溝の幅も小さくしなければならないことから、生産性に問題があり効果も上がらない。よって島のサイズは、画素５０のサイズの１／４〜１／１０００にすることが好ましい。

同様に、図１１および図１２に示される島のサイズ（長さ）も、圧力を負荷する媒体２８０の先端サイズの１／４か、それより小さくすることが望ましい。その理由は、図１３に示されるように圧力を負荷する媒体２８０の押圧する位置がずれて、島２１９の一部にも圧力を負荷する媒体２８０の圧力がかかった場合、島２１９も変色してしまうことになるが、島のサイズが十分小さければ、その圧力を溝２２８でもって遮断できるため、より精細に圧力を加えた箇所だけを所望の色彩にすることができることとなるためである。なお、圧力を負荷する媒体２８０が指である場合、おおよそ通常操作の接触面積は７ｍｍ径、軽く触れた程度の接触面積は４ｍｍ径となる。また、媒体２８０は用途によって適宜決めればよく、例えば手の掌で圧力を負荷することもできる。

フォトニック結晶材料層１０，２１０の厚みは０．１〜２００μｍの範囲内に形成するのが好ましい。色彩が変化する層１０，２１０の厚さが０．１μｍ未満になるとピンホールなどの欠陥が発生しがちになり、厚さを２００μｍより厚くしても効果が上がらず生産性が低下するだけだからである。

溝２８，２２８の幅は０．０２〜２００μｍの範囲で設定するのが好ましい。溝２８，２２８の幅を２００μｍより大きくすると溝２８，２２８が視認者に見えてしまって外観意匠上好ましくなく、溝２８，２２８の幅を０．０２μｍ未満にしようとすると、生産性に問題があり効果も上がらないからである。溝２８，２２８の深さは、フォトニック結晶材料層１０，２１０の厚みの１／４〜１／１の範囲が好ましい。フォトニック結晶材料層１０の厚みの１／４未満しか区切りがなければ、隣のパターン８１に生じた電位の変化の影響を受けやすくなるためである。また、フォトニック結晶材料層２１０の厚みの１／４未満しか区切りがなければ、近傍の島２１９，２２０が圧力を負荷する媒体２８０による圧力の影響を受けやすくなるためである。

フォトニック結晶材料層１０，２１０に溝２８，２２８を形成し、島１５，１６，１７，１８，１９，２０や島２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０に区切られた構造にする方法としては、ナノインプリント加工やフォトリソグラフィーが挙げられるが、これ以外の方法であっても構わない。

具体的には、所望する溝２８および島１５，１６，１７，１８，１９，２０や溝２２８および島２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０の形状を反転した形状のナノインプリント型を作成し、それをフォトニック結晶材料層１０，２１０の上にセットし、常温または熱を加えながら一定の圧力で押圧する、所謂常温ナノインプリント法または熱ナノインプリント法により形成する。あるいはフォトニック結晶材料層１０，２１０を紫外線硬化型にできるのであれば、やや弱めの圧力で押圧して紫外線照射することにより硬化させて所定の形状にする、所謂ＵＶナノインプリント法により形成してもよい。

また電離放射線で硬化または可溶化層する層を形成し、電離放射線で露光し、現像した後、それをエッチングレジストとしてフォトニック結晶材料層１０，２１０をエッチングすることにより形成してもよい。電離放射線の例としては、可視光線、紫外線、赤外線、電子線、Ｘ線、ガンマ線などが挙げられる。電離放射線で硬化する材質としてはカリックスアレーンなどのレジストが挙げられ、電離放射線で可溶化する材質としてはアクリル系、ピリミジン系、ノボラック系などの樹脂レジストが挙げられる。

エッチングは、異方性エッチング方式が好ましい、異方性エッチングとは、膜面方向の方位に対してはエッチングが抑制される性質のエッチングのことであり、具体的には、酸素、アルゴン、フッ素系ガスなどのプラズマを用いたドライエッチング方式などが挙げられる。エッチング後はエッチングレジストを剥離除去してもよい。剥離液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム水溶液などのアルカリレジスト剥離液やトルエンなどの有機溶剤などが挙げられる。

上記ナノインプリント加工やフォトリソグラフィーでは非常に細く深い（高アスペクト比の）微細な溝を掘ることができる。したがって、色彩が変化する層の島のサイズをかなり小さく加工できるので、より精細なカラー表示デバイスにすることができるという効果がある。

また、電位の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層１０は表示デバイス基材９０上に直接形成してもよいが、離型性を有する基体シート６０上にフォトニック結晶材料層１０および島状にパターン化した接着層７０を順次形成した転写シート６５を作成し（図５参照）、接着層７０をレジスト代わりにしてフォトニック結晶材料層１０の一部をエッチング除去し（図６参照）、次いで転写シート６５を裏面にドライブ層８が形成された表示デバイス基材９０に積層し（図７参照）、次いで離型性を有する基体シート６０を剥離して、裏面にドライブ層８が形成された表示デバイス基材９０上に島状の接着層７０および島状のフォトニック結晶材料層１０を転写形成してもよい（図８参照）。

同様に、圧力の変化によって色彩が変化するフォトニック結晶材料層２１０は表示デバイス基材２９０上に直接形成してもよいが、離型性を有する基体シート６０上にフォトニック結晶材料層２１０および島状にパターン化した接着層７０を順次形成した転写シート２６５を作成し（図１３参照）、接着層７０をレジスト代わりにしてフォトニック結晶材料層２１０の一部をエッチング除去し（図１４参照）、次いで転写シート２６５を表示デバイス基材２９０に積層し（図１５参照）、次いで離型性を有する基体シート６０を剥離して表示デバイス基材２９０上に島状の接着層７０および島状のフォトニック結晶材料層２１０を転写形成してもよい（図１６参照）。

これらの方法では、離型性を有する基体シート６０上にロールツーロールでかつ広幅でフォトニック結晶材料層１０、２１０を形成でき、容易に島状にパターン化できるので、生産性が大きく向上するという効果がある。

離型性を有する基体シート６０としては、表面にフッ素、シリコン、メラミンなどの樹脂がコートされた５〜８００μｍのアクリル、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニルなどの樹脂フィルムが挙げられる。

接着層７０としては、アクリル系、ウレタン系、ビニル系、ゴム系などの樹脂からなる層が挙げられ、グラビア、スクリーン、オフセットなどの汎用の印刷法、各種コーターによる方法、塗装、ディッピングなどの方法で形成するとよい。接着層７０を島状にパターン化する方法としては、前述のフォトリソグラフィーなどを用いるとよい。エッチングの方式も前述の異方性エッチング方式などを用いるとよい。なお、フォトニック結晶材料層１０，２１０の接着層７０が形成されていない部分を基体シート６０に残したまま、フォトニック結晶材料層１０、２１０の接着層７０が形成されている部分だけを転写できるのであれば、接着層をレジスト代わりにしてフォトニック結晶材料層１０，２１０をエッチングする工程（すなわち図６及び図１４の工程）を省略してもよい。あるいは、フォトニック結晶材料層１０，２１０の一部を別途レジストにてエッチング除去して島状にパターン化してから、接着層７０を全面的に形成してもよい。

転写方法としては加熱したパットを押し当てる熱転写法や、別のラミネート接着層を介して接着するドライラミネート法、成形同時転写法などが挙げられる。

離型性を有する基体シートとしてシリコン樹脂をコートした２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用意し、該離型性を有する基体シート上に厚み２μｍのフォトニック結晶材料層(商品名：ＯＰＡＬＵＸ社のＰ-ｉｎｋ)、厚み１μｍのノボラック樹脂からなる接着層を順次グラビア印刷によって全面に形成した。

次いで接着層上に幅５μｍの溝で区切られたサイズ２５００μｍ^２の正方形の島状にパターン化したフォトマスクを載せ、メタルハライドランプ光源の露光光線を照射しテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドで現像し、接着層を島状にパターン化した。次いで、ドライエッチングし、色彩が変化する層も島状にパターン化した転写シートを得た。

次いで上記転写シートを、裏面に一個の画素のサイズが２００μｍ角の正方形でペンタセンからなるＴＦＴドライブ層が形成された厚み２ｍｍの黒色ポリエステルフィルムからなる表示デバイス基材に積層し、２００℃に加熱されたシリコンパッドでもって２秒間２気圧の圧力で押圧した。冷却後、転写シートの離型性を有する基体シートを剥離したところ、表示デバイス基材上に島状の島状のフォトニック結晶材料層および接着層が転写形成されたカラー表示デバイスが得られた。

得られたカラー表示デバイスに対しー１，６Ｖから＋２Ｖの範囲で電位を変えて駆動させたところ、その電位の変化に応じてフォトニック結晶材料層の色彩が変化した。なお、色彩が変化する層とＴＦＴドライブ層とは若干の位置ずれが生じていたが、各画素のカラー表示に対して影響はなく、所望のフルカラー表示が可能であり、カラーの電子ペーパーに応用することが可能であった。

離型性を有する基体シートとしてシリコン樹脂をコートした２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムを用意し、該離型性を有する基体シート上に厚み２μｍのフォトニック結晶材料層(商品名：ＯＰＡＬＵＸ社製Ｅｌａｓｔ−ｉｎｋＩＤ)、厚み１μｍのノボラック樹脂からなる接着層を順次グラビア印刷によって全面に形成した。

次いで接着層上に幅５μｍの溝で区切られたサイズ２５００μｍ^２の正方形の島状にパターン化したフォトマスクを載せ、メタルハライドランプ光源の露光光線を照射しテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドで現像し、接着層を島状にパターン化した。次いで、ドライエッチングし、色彩が変化する層も島状にパターン化した転写シートを得た。

次いで上記転写シートを、厚み２ｍｍの黒色ポリエステルフィルムからなる表示デバイス基材に積層し、２００℃に加熱されたシリコンパッドでもって２秒間２気圧の圧力で押圧した。冷却後、転写シートの離型性を有する基体シートを剥離したところ、表示デバイス基材上に島状の島状のフォトニック結晶材料層および接着層が転写形成されたカラー表示デバイスが得られた。

得られたカラー表示デバイスに対し０〜２０ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で圧力を変えて指で押圧させたところ、その圧力の変化に応じてフォトニック結晶材料層の色彩が変化した。なお、押圧する位置をいろいろ変えて試験したが、カラー表示に対して影響はなく所望のカラー表示が可能であり、カラーの感圧スイッチ製品に応用することが可能であった。

１，１００，２００ カラー表示デバイス
８ ドライブ層
１０，２１０ フォトニック結晶材料層
１５，１６，１７，１８，１９，２０ 各画素のサイズ以下の島
２１５，２１６，２１７，２１８，２１９，２２０ 各画素のサイズ以下の島
２８，２２８ 溝
５０ 画素
６０ 離型性を有する基体シート
６５，２６５ 転写シート
７０ 接着層
８０，８１ ドライブ層のパターン
９０，２９０ 表示デバイス基材
１１０ フォトニック結晶材料からなる層
２５０ 押圧領域
２８０ 圧力を負荷する媒体

Claims (10)

1. 表示デバイス基材と、前記表示デバイス基材の片面に画素単位でパターン形成されたドライブ層と、前記表示デバイス基材の前記ドライブ層が形成された面又は反対面に形成されたフォトニック結晶材料層とを備え、前記ドライブ層の各パターンを駆動させて生ずる電位の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が画素単位で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が画素のサイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とするカラー表示デバイス。
2. 前記区切られて構成された島のサイズが、画素のサイズの１／４〜１／１０００であることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示デバイス。
3. 表示デバイス基材の片面にフォトニック結晶材料層を備え、フォトニック結晶材料層に負荷する圧力の変化によって前記フォトニック結晶材料層の色彩が押圧領域で可逆的に変化するカラー表示デバイスであって、前記フォトニック結晶材料層が圧力を負荷する媒体の先端サイズ以下の島状に区切られて構成されていることを特徴とするカラー表示デバイス。
4. 前記区切られて構成された島のサイズが、圧力を負荷する媒体の先端サイズの１／４〜１／１０００である請求項３に記載のカラー表示デバイス。
5. 前記区切られて構成された島どうしが完全に分離独立していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカラー表示デバイス。
6. 前記区切られて構成された島どうしが一部で連結されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のカラー表示デバイス。
7. 前記表示デバイス基材の明度が、ＪＩＳ−Ｚ−８７２１：１９９３に準拠したマンセル表色系において０〜４であることを特徴とする第１〜６態様のいずれかのカラー表示デバイス。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載のカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記フォトニック結晶材料層を島状に区切る方法が、ナノインプリント加工によることを特徴とするカラー表示デバイスの製造方法。
9. 請求項１〜７のいずれかに記載のカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記フォトニック結晶材料層を島状に区切る方法が、フォトリソグラフィーによることを特徴とするカラー表示デバイスの製造方法。
10. 請求項１〜９のいずれかに記載のカラー表示デバイスを製造する方法であって、前記島状に区切られたフォトニック結晶材料層を転写法により前記表示デバイス基材上に形成することを特徴とするカラー表示デバイスの製造方法。

Images