(57)【要約】 【課題】  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可逆的変色層とを備え、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可逆的変色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、前記可逆的変色層が画素のサイズ以下の島状に区切られてように構成した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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可逆的変色層とを備え、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可逆的変色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、前記可逆的変色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。
【請求項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。
【請求項３】
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又は請求項２に記載のカラー表示デバイス。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載のカラー表示デバイス。
【請求項５】
請求項１〜４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、前記可逆的変色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。
【請求項６】
請求項１〜４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、前記可逆的変色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。
【請求項７】
請求項１〜４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可逆的変色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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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の発明に関する。
【背景技術】
【０００２】
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、エレクトロクロミック材料（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エレクトロクロミック材料からなる層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エレクトロクロミック材料からなる層１１０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１００が得られる。そして特許文献１の実施例では、エレクトロクロミック材料の一例であるＣｏＭＥＰＥ−ＦｅＭＥＰＥからなる層について、電位の変化に応じて一つの画素５０が赤紫、青紫、青、無色と変化することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１２９５７号公報
【特許文献２】特開２００３−２８００４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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可逆的変色層とを備え、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可逆的変色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、前記可逆的変色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。
【０００６】
また、本発明の第３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態様又は第２態様の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どうしが一部で連結されている、第１〜３態様のいずれかのカラー表示デバイスを提供する。
【０００７】
また、本発明の第５態様によれば、第１〜４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、前記可逆的変色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６態様によれば、第１〜４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、前記可逆的変色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。
【０００８】
また、本発明の第７態様によれば、第１〜４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可逆的変色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。
【発明の効果】
【０００９】
本発明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可逆的変色層とを備え、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可逆的変色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、前記可逆的変色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。
【００１０】
また本発明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、前記可逆的変色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、ドライブ層と前記可逆的変色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。
【００１１】
また本発明のカラー表示デバイスの製造方法は、前記可逆的変色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、前記可逆的変色層の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。
【００１２】
また本発明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可逆的変色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可逆的変色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、該転写シートをドライブ層が形成された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可逆的変色層層を形成する。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可逆的変色層を形成でき、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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】図１をＡ−Ａ線で切断した概略断面図である。
【図３】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す。
【図４】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５】本発明の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可逆的変色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６】本発明の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可逆的変色層の一部をエッチング除去した工程を示す。
【図７】本発明の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８】本発明の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可逆的変色層を転写形成した工程を示す。
【図９】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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可逆的変色層が形成されている。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において可逆的変色層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。
【００１５】
表示デバイス基材９０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、後述するドライブ層８を透して背後の可逆的変色層１０を見る場合は透明である必要があり、ドライブ層８を背後にして視認しないようにする場合には隠蔽性のある白や黒などの着色がされている必要がある。
【００１６】
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、可逆的変色層１０の前面に配置し、ドライブ層８を透して背後の可逆的変色層１０を見ることもできる。
【００１７】
可逆的変色層１０の材質は、前述した特許文献１のカウンターアニオンと金属イオンとビスターピリジン誘導体分子とが数珠つなぎになった有機／金属ハイブリッドポリマーからなるエレクトロクロミック(ＥＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｃｈｒｏｍｉｃ)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。
【００１８】
可逆的変色層１０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。可逆的変色層１０の厚みは０．０５〜２００μｍの範囲内に形成するのが好ましい。可逆的変色層１０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、図面では可逆的変色層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可逆的変色層１０を設けているが、可逆的変色層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。
【００１９】
そして、可逆的変色層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の可逆的変色層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。
【００２０】
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の可逆的変色層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の可逆的変色層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。
【００２１】
なお、図２に示す断面図では島１５，１６，１７、１８、１９、２０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。図３に示すように一部が連結された島構造の場合、可逆的変色層１０の上に保護層等を形成し保護層と表示デバイス基材９０との密着が悪い場合において、可逆的変色層１０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。
【００２２】
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の可逆的変色層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。
【００２３】
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と可逆的変色層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。
【００２４】
可逆的変色層１０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。
【００２５】
溝２８の幅は０．０２〜２００μｍの範囲で設定するのが好ましい。溝２８の幅を２００μｍより大きくすると溝２８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の深さは、可逆的変色層１０の厚みの１／４〜１／１の範囲が好ましい。可逆的変色層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。
【００２６】
可逆的変色層１０に溝２８を形成し、画素５０のサイズ以下の島１５，１６，１７、１８、１９、２０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。
【００２７】
具体的には、所望する溝２８および島１５，１６，１７、１８、１９、２０の形状を反転した形状のナノインプリント型を作成し、それを可逆的変色層１０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。あるいは可逆的変色層１０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。
【００２８】
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可逆的変色層１０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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、可逆的変色層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上に可逆的変色層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可逆的変色層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および島状の可逆的変色層１０を転写形成してもよい（図８参照）。
【００３２】
この方法では、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可逆的変色層１０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。
【００３３】
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。
【００３４】
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、可逆的変色層１０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、可逆的変色層１０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可逆的変色層１０をエッチングする工程（すなわち図６の工程）を省略してもよい。あるいは、可逆的変色層１０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。
【００３５】
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。
【実施例１】
【００３６】
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の金属イオンと有機分子が数珠つなぎになった有機／金属ハイブリッドポリマーからなる可逆的変色層、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。
【００３７】
次いで接着層上に幅５μｍの溝で区切られた面積２５００μｍ２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。
【００３８】
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のソーダガラス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可逆的変色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。
【００３９】
得られた、カラー表示デバイスに対しー２Ｖ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可逆的変色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った。
【符号の説明】
【００４０】
１，１００  カラー表示デバイス
８  ドライブ層
１０  可逆的変色層
１５，１６，１７，１８，１９，２０  各画素のサイズ以下の島
２８  溝
５０  画素
６０  離型性を有する基体シート
６５  転写シート
７０  接着層
８０、８１  ドライブ層のパターン
９０  表示デバイス基材
１１０  エレクトロクロミック材料からなる層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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