JP2015064424A - エレクトロクロミック表示パネル - Google Patents

Abstract

【課題】反射率や画質を損なうことなく、画素着色面積の拡張を容易に抑制することのできるエレクトロクロミック方式表示媒体を提供する。【解決手段】基板の上に、少なくとも画素電極から構成される第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、表示層、第２の電極層、及び基材を、順次積層する。表示層には、電気的に発色が変化するエレクトロクロミック材料を用いる。そして、第１の電極層に構成された画素電極に対向する位置にある表示層の厚みを、画素電極間に対向する位置にある表示層の厚みと異ならせる。【選択図】図２

Description

本発明は、エレクトロクロミック表示パネルに関するものであり、特に画素電極に合わせた凹凸をエレクトロクロミック層に配したエレクトロクロミック表示パネルとその製造方法に関する。

近年、情報表示パネルとしてバックライトを使用した液晶が主流である。しかし、目の負担が大きく、長時間見続ける用途に適していない。

そこで、目の負担が少ない反射型表示装置として、一対の対抗する電極間と、その電極間に設けられた電気泳動式表示層を有する表示パネルが、電気泳動式表示パネルとして提案されている（特許文献１を参照）。

紙と同様の反射型表示媒体であるこの電気泳動式表示パネルは、太陽光の下で反射型液晶に比べて非常に視認性が良好である。そのため、電子書籍端末のみならず電子看板に代表されるデジタルサイネージの分野で注目を集めている。

しかし、白及び黒の帯電粒子を移動させることにより反射率を変化させる電気泳動方式表示媒体の白反射率は、黒帯電粒子の影響により十分に高くない。そのため、別方式による高反射率の反射型表示パネルが求められている。

その１つとして、電気的に着色変化させることの出来るエレクトロクロミック材料を用いて、少ない層数かつ簡便な構造でありながら高反射率が期待されるエレクトロクロミック表示方式に、注目が集まっている。

一方で、明確な電圧閾値が存在しないエレクトロクロミック方式には、電極間の電界の広がりにより着色画素面積が拡張するという課題がある。

そのため、エレクトロクロミックの駆動方式として、表示電極と対極電極とを同平面上に配置する方式（特許文献２を参照）や、表示電極と対極電極とを９０度に交わるように対面に配置したパッシブ駆動方式（特許文献３を参照）や、画素単位に能動素子を配置して対極電極をマトリクス駆動する方式（特許文献４を参照）等が提案されているが、いずれの駆動方式でも上記課題が発生するため、このエレクトロクロミック方式では高画質の表示が困難であるといわれている。

この課題を解決するため、電解質層に垂直ポーラス構造の隔壁を形成し、電界の広がりを抑制する提案がなされている（特許文献５を参照）。しかし、この提案は、垂直ポーラス構造の隔壁を形成することに伴う隔壁による解像度の低下や、また隔壁自体の量産性やコスト面から、困難と言わざるを得ない。

特公昭５０−０１５１１５号公報 特開２００６−３２３１９１号公報 特願２０１１−３０７２７号公報 特開２００２−２８７１７３号公報 特願２００６−２０７６１０号公報

上記の通り、電界の広がりによる画素着色面積の拡張を改善するために、垂直ポーラス構造の隔壁を電解質層に構築する等の提案がある。しかし、このような提案の構造を有する素子を駆動すると、隔壁部に隣接するエレクトロクロミック層には十分な電解質が行き渡らず、着色変化の速度及び着色濃度が不均一になってしまい、結果として反射率及び画質の低下を招いてしまう。さらに、垂直ポーラス構造の隔壁のような微細加工は、量産性が低く、現実的ではない。

よって、本発明の目的は、上記課題に鑑みて、上述のような反射率や画質を損なうことなく、画素着色面積の拡張を容易に抑制することのできるエレクトロクロミック方式表示媒体を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、基板の上に、少なくとも画素電極から構成される第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、表示層、第２の電極層、及び基材を、順次積層されてなる表示パネルであって、表示層に電気的に発色が変化するエレクトロクロミック材料を用い、第１の電極層に構成された画素電極に対向する位置にある表示層の厚みが、画素電極間に対向する位置にある表示層の厚みと異なることを特徴とする表示パネルである。

この一態様において、画素電極に対向する位置にある表示層の厚みは、画素電極間に対向する位置にある表示層の厚みの１１０％以上２００％以下であるこが好ましく、さらには１１０％以上１５０％以下であることが望ましい。
また、画素電極間に対応する位置にある表示層の厚みが異なる部分の幅は、画素電極間の間隙幅の１０％以上１００％未満であることが好ましい。
なお、電解質層には、着色顔料を分散していてもよい。

上記本発明によれば、画素電極の位置に合わせて表示層の厚みを異ならせているので、画素電極に対応する位置と画素電極間に対応する位置とで、表示層の変色速度が変わることになる。これにより、画素電極間に対応する位置の表示層の着色変化が少なくなり、ほぼ電極範囲に対応した表示層の面積のみの着色変化が可能となり、画素着色面積の拡張による低画質表示という課題を容易に改善するエレクトロクロミック方式表示媒体を実現することができる。

一般的な従来のエレクトロクロミック表示パネルの断面図 本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルの断面図 一般的な従来のエレクトロクロミック表示パネルを駆動したときの断面図及び表示面の一例 本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルを駆動したときの断面図及び表示面の一例 本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルを駆動したときの断面図及び表示面の一例

図１は、エレクトロクロミック材料を用いた一般的な従来のエレクトロクロミック表示パネルの構造を説明するための断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルの構造を説明するための断面図である。

図２に示すように、本実施形態のエレクトロクロミック表示パネルは、背面電極層６（第１の電極層）と背面基板７とからなる背面電極板１０の上に、電荷蓄積層５と電解質層４と表示層３との順番で構成されるエレクトロクロミック表示層９が積層され、このエレクトロクロミック表示層９の上に、透明基材１上に透明電極層（第２の電極層）２を設けた前面電極板８をさらに積層した構成からなる。表示層３には、凹凸などによる段差部１１が形成されている。

以下に、本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルの表示原理の概略を述べる。
背面基板７の上に設置された背面電極層６には、画素に対応した多数の電極（画素電極）６ａが形成されている。この電極６ａの各々は、アクティブマトリクス型駆動方式の回路に接続されており、画素電極スイッチング素子を介して、透明電極層２との間に正負の電圧印加また電流を流すことができる。背面電極層６の電圧を変動させると、エレクトロクロミック表示層９に電界が発生し、表示層３及び電荷蓄積層５が酸化還元される。

表示層３に形成される段差部１１は、電荷蓄積層５及び電解質層４を介して対向する背面電極層６を構成する電極６ａの位置に対応している。具体的には、表示層３の段差部１１は、電極６ａと電極６ａとの間となる位置（電極６ａが形成されていない位置）に形成され、段差部１１がない表示層３の厚みよりもさらに厚くなっている。

背面電極層６が正極性のとき、電荷蓄積層５は電子を失い酸化され、対極となる透明電極層２に接する表示層３には電子が供与され還元される。反対に、背面電極層６が負極性のとき、電荷蓄積層５には電子が供与され還元され、表示層３は電子を失い酸化される。

この表示層３の酸化還元に伴い、可視光の吸収波長域が現われ又は移動することで、色が変化する。表示層３による可視光吸収がなく無色透明な場合には、電解質層４に分散されている反射材料による発色が観察される。

さらに、本発明の効果を、図３、図４Ａ、及び図４Ｂをさらに参照して説明する。図３は、エレクトロクロミック材料を用いた一般的な従来のエレクトロクロミック表示パネルについて一般的なエレクトロクロミック表示パネルを駆動したときの断面図（ａ）及び表示面（ｂ）を示した図である。図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の一実施形態に係るエレクトロクロミック表示パネルを駆動したときの断面図（ａ）及び表示面（ｂ）を示した図である。

図３に示すように、従来のエレクトロクロミック表示パネルの構成では、画素Ｂの電極６ａのみに電流を流して表示層３の着色変化を促した場合、表示層３において着色変化する範囲３１は、画素Ｂのサイズ（Ｄ−Ｅ幅）を示す点線よりも画素Ａ及びＣの両側へ広がる。

一方、図４Ａに示すように、本発明のエレクトロクロミック表示パネルの構成では、画素Ｂの電極６ａのみに電流を流して表示層３の着色変化を促した場合、画素間に対向する位置に形成された表示層３の段差部１１は着色変化しない。また、この場合、段差部１１の高さ（厚み）の影響で電界の広がりも抑制され、電流を流した画素Ｂの電極６ａに対応した表示層３における範囲３２のみが着色変化する。
さらに、図４Ｂに示すように、画素Ｂと隣り合う画素Ｃの電極６ａにも同方向の電流を流すと、画素間に対向する位置に形成された表示層３の段差部１１も着色変化するため、画素Ｂと画素Ｃとの間の境界部分は着色差（着色ムラ）として観察されず、同じ着色変化があった連続する範囲３３として観察されるのである。

以下に、本発明のエレクトロクロミック表示パネルに使用する材料及び部材とその構成について説明する。
エレクトロクロミック表示層９は、エレクトロクロミック材料、支持電解質、反射材料、及び電荷蓄積材料によって形成される。

エレクトロクロミック材料は、一般的な有機化合物及び無機化合物を用いることができる。具体的には、ビオロゲン類、フェノチアジン類、アントラキノン類、スチリルスピロピラン類、ピラゾリン類、フルオラン類、スチリルスピロピラン色素、フタロシアニン類等の低分子系有機エレクトロクロミック化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性高分子化合物や、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化イリジウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化イリジウム、酸化ニッケル、プルシアンブルー、また配位金属を鉄以外に置換したプルシアンブルー類似体等の無機系エレクトロクロミック化合物等が挙げられる。さらに、一般に電気供与性有機物であるロイコ染料も電気的に発色や消色が可能であることが分かっている。例えば、ロイコオーラミン類、ジアリールフタリド類、ポリアリールカルビノール類、アシルオーラミン類、アリールオーラミン類、ローダミンＢラクタム類、インドリン類、スピロピラン類、及びフルオラン類等の電子供与性染料前駆体が挙げられる。なお、低分子の材料については、電極層上に酸化チタン等の鉱物で多孔質構造の層を形成し、吸着させてもよい。

表示層３の形成方法としては、上述したエレクトロクロミック材料を直接又はバインダーを混ぜて塗料にして、スクリーン印刷、マイクログラビアコーター、キスコーター、コンマコーター、ダイコーター、バーコーター、スピンコータ等の一般的な塗布手法を用いることができる。

また、背面電極に合わせた凸部の形成は、スクリーン印刷やインクジェット印刷等のパターンニング可能な塗布方法により形成される。

本発明による背面電極層６の電極６ａに対向する位置に形成される表示層３の段差部１１の厚みは、表示層３の厚みに対し、１１０％以上２００％以下である必要があり、また１１０％以上１５０％以下であるとさらに好ましい。

段差部１１の厚みが１１０％以下であると段差部１１とそれ以外の部分とに着色速度差が観察されず、従来と同じように着色変化する画素面積の拡張が発生するからである。また、段差部１１の厚みが２００％より大きいと、隣接する画素の電極６ａに電圧を印加しても、その電極間に対向する位置に形成された段差部１１が電気的に変色せず、画素間は常に同じ色を呈する。そのため、隣接する画素の電極６ａに印加することで、電極間に対向する位置に形成された段差部１１の着色が変化する２００％以下が好ましい。さらに、望ましくは１５０％以下が好ましい。１５０％以上であると段差部１１の変色速度は、表示層３に比べ遅く、表示にもたつきが現われるからである。そこで、段差部１１を変色させようと電極６ａに長時間電圧を印加すると、電極自体の劣化を促進してしまう不具合を発生してしまう。

また、本発明による背面電極層６の電極６ａ間に対向する位置に形成される表示層３の段差部１１の幅は、この電極６ａ間の間隔幅に対し、１０％以上１００％未満である必要がある。

段差部１１の幅が１０％未満であると、本発明による画素６ａ間の境目となる未変色部分が繊弱細くなり、結果、画素の境目が不明確になるからである。また、段差部１１の幅が１００％以上であると、画素サイズ自体が小さくなり、かつ連続する画素で同色を表示しても画素の境目の着色が変化しなくなるからである。

支持塩としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、４級アンモニウム塩や酸類、アルカリ類等が挙げられる。支持塩の更なる具体的な例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯＯ、ＫＣｌ、ＮａＣｌＯ３、ＮａＣｌ、ＮａＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＢＦ４、Ｍｇ(ＣｌＯ４)２、Ｍｇ(ＢＦ４)２等が挙げられる。

電解質層４に分散する反射材料として、着色顔料を用いることができる。白色材料には、例えば酸化マグネシウム、硫酸バリウム、酸化チタン等が挙げられる。また、黒色材料には、例えば、ランプブラックや、ボーンブラック等の炭素からなるカーボンブラックや、無機材料によるチタンブラック粉末等が挙げられる。さらに、青色材料であれば、アルミ酸コバルト、コバルトクロム青、フタロシアニン類、赤色材料であればアントラキノンやアゾ化合物等が挙げられる。反射材料を電解質層４に分散させるため、電解質層４にアクリル樹脂やウレタン樹脂等の高分子材料を溶解させることで電解質層４の粘度を高めても良い。又は、電解質層４に分散剤や界面活性剤を添加しても良い。

電荷蓄積材料は、上述したエレクトロクロミック材料と同じ材料を活用することが出来る。ただし、プルシアンブルーやフェロセンのような酸化体、還元体の両状態で他化合物と反応しにくい安定している材料が好ましい。

前面電極板８は、透明基材１の上に透明電極層２が形成された構造である。透明基材１としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルム、あるいはガラス等を使用することができる。透明電極材として使用することができるものは、例えばＩＴＯ等の酸化インジウム系、酸化スズ系、酸化亜鉛系のような透明性を有する導電性酸化物等である。この透明電極層２の形成には蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法等の従来技術を用いることができる。

背面電極板１０には、一般に液晶パネルの駆動に採用されているアモルファスシリコン又は多結晶シリコンを用いた薄型トランジスタを配置したアクティブマトリックス型の電極板を用いることができる。又は、背面電極板１０には、プリント基板の前面に格子状に多数の電極を配置して電極ごとに貫通孔を通して裏面に配線を敷くことにより大型のアクティブマトリックス駆動が可能な背面電極板を用いてもよい。

［実施例１］
酸化インジウム錫電極がガラス上に蒸着した１００ｍｍ×１００ｍｍサイズの透明電極基板上に、エレクトロクロミック材料として水溶性プルシアンブルー分散液１．０ｍｏｌ／ｌを分散した分散液をスピンコータで塗布し、１００℃で５分間の乾燥により約０．５μｍの塗膜を有する前面電極板を得た。

続き、純水に０．５ｍｏｌ／ｌプルシアンブルーとポリエチレングリコールとを混合した塗液を調合し、インクジェット印刷により２５０μｍ□のパターンを前面電極板上に印刷し、幅約１０μｍで塗膜から平均０．４μｍの段差のある段差部が形成された前面電極板を得た。

背面基板として、解像度１０２ｐｐｉ（画素２５０μｍ□）で電極間距離が１５μｍのＴＦＴ基板を準備し、準備したプルシアンブルー分散液を上記の前面電極板と同様にスピンコータにより塗布し、プルシアンブルーを電荷保持層を形成した背面電極板を得た。

さらに、炭酸プロピレンに対し電解質として０．１Ｍのヘキサフルオロ燐酸カリウム及びＰＭＭＡ（和光純薬）、酸化チタン（Ｒ−８３０、石原産業製）を分散させて電解液を調合した。

背面電極板の端部に、直径約１００μｍのビーズを混合した紫外線硬化型樹脂（ＴＢ３０２６Ｅ、スリーボンド製）をディスペンサーにより塗布し、ダムを形成した。続き、上述の調合した電解液でダムを満たし、前面電極板に形成された段差部と画素間部のアライメントとを合わせるように貼り合わせ、５００ｍＪ／ｃｍ^２（４２０ｎｍ）の光を照射し接着した。

完成した基板にＣＯＧを設置し、背面電極の１つの画素に２秒間、１．５Ｖを印加して青から透明に着色変化を促したところ、画素は上記段差部をエッジとする約２５０μｍ□の透明部へと変化し、電解液の酸化チタンにより、白色画素として観察された。

さらに隣り合う２つの画素について青色から透明に着色変化を促したところ、画素間の段差部も透明に変化し、連続した白画素として観察された。

［実施例２］
酸化インジウム錫電極が積層された１００ｍｍ×１００ｍｍサイズのガラス製透明電極基板上に、ポリアニリン２０ｗｔ％のポリアニリン水分散液（Ａｑｕａ−Ｐａｓｓ、三菱レイヨン製）をスピンコータにより塗布し、約０．５μｍの塗膜を有する前面電極板を得た。

続き、上記ポリアニリン水分散液にヒドロキシプロピルメチルセルロースを混合し粘度調整した塗液を、スクリーン印刷により１０ｍｍ□のパターンを前面電極板上に印刷し、幅約０．５ｍｍで塗膜から平均０．３μｍの段差のある段差部が形成された前面電極板を得た。

背面基板として、１０ｍｍ×１０ｍｍの画素に９．５ｍｍ×９．５ｍｍの電極板が敷き詰められた１５０ｍｍ×１５０ｍｍサイズの配線基板を準備し、０．５Ｍプルシアンブルーを含むカーボン系導電ペースト（藤倉化成）をスクリーン印刷により塗布し、電荷保持層を形成した背面電極板を得た。

さらに、炭酸プロピレンに対し電解質として０．１Ｍのヘキサフルオロ燐酸カリウム及びＰＭＭＡ（和光純薬）、酸化チタン（Ｒ−８３０、石原産業製）さらに直径約１００μｍのビーズ（ミクロパール、積水化成）を分散させて電解液を調合した。

背面電極板の端部に紫外線硬化型樹脂（ＴＢ３０２６Ｅ、スリーボンド製）をディスペンサーにより塗布し、ダムを形成した。続き、上述の調合した電解液でダムを満たし、前面電極板に形成された段差部と画素間部のアライメントを合わせるように貼り合わせ、５００ｍＪ／ｃｍ^２（４２０ｎｍ）の光を照射し接着した。

完成した基板に電源を接続し、背面電極の１つの画素に１．０Ｖ印加して薄黄色から紺色に着色変化を促したところ、電解液中の酸化チタンにより白色であった表示パネル上に上記段差部を端部とする約１０ｍｍ□の紺色画素が現われた。

さらに隣り合う２つの画素について薄黄色から紺色に着色変化を促したところ、画素間の段差部も紺色へと変化し、連続した紺色画素として観察された。

本発明のエレクトロクロミック表示パネルは、反射率や画質を損なうことなく電界の広がりによる画素着色面積の拡張を抑制したい場合などに適している。

１ 透明基材
２ 透明電極層
３ 表示層
４ 電解質層
５ 電荷蓄積層
６ 背面電極層
６ａ 電極
７ 背面基板
８ 前面電極板
９ エレクトロクロミック表示層
１０ 背面電極板
１１ 段差部

Claims (5)

1. 基板の上に、少なくとも画素電極から構成される第１の電極層、電荷蓄積層、電解質層、表示層、第２の電極層、及び基材を、順次積層されてなる表示パネルであって、
   前記表示層に電気的に発色が変化するエレクトロクロミック材料を用い、
   前記第１の電極層に構成された前記画素電極に対向する位置にある前記表示層の厚みが、前記画素電極間に対向する位置にある前記表示層の厚みと異なることを特徴とする、表示パネル。
2. 前記画素電極に対向する位置にある前記表示層の厚みが、前記画素電極間に対向する位置にある前記表示層の厚みの１１０％以上１５０％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の表示パネル。
3. 前記画素電極に対向する位置にある前記表示層の厚みが、前記画素電極間に対向する位置にある前記表示層の厚みの１１０％以上２００％以下であることを特徴とする、請求項１に記載の表示パネル。
4. 前記画素電極間に対応する位置にある前記表示層の厚みが異なる部分の幅は、前記画素電極間の間隙幅の１０％以上１００％未満であることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の表示パネル。
5. 前記電解質層に着色顔料を分散していることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の表示パネル。

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