(57)【要約】【課題】反射型表示装置を多色表示する場合、表示明度の低下や、入射光の角度によって表示色が混色し、表示色の品質が損なわれるという課題がある。【解決手段】透明電極層を形成した観察者側の透明基板と、反射型表示材料を駆動させる画素電極を配置した背面基板と、前記両基板間に挟持された反射型表示材料を有する反射型表示装置において、観察者側の透明基板に着色画素及び非着色画素領域に配置したマイクロレンズと、マイクロレンズと異なる屈折率を有するマイクロレンズを被覆する透明樹脂からなる平坦化層を形成することで、観察者側に入射光を集光させ、さらに、反射光が隣接する着色画素から出射することによる混色を防ぎ、明るい多色表示が可能な反射型表示装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明電極を形成した透明基板から成る第一基板と、前記第一基板の透明電極に対向して電極を配置した第二基板と、前記両基板に挟持された反射型表示材料を有する反射型表示装置において、
前記第一基板に、アンダーコート層を介して積層されたカラーフィルター層と、
前記カラーフィルター層に積層されたマイクロレンズ層および当該マイクロレンズ層のマイクロレンズを当該マイクロレンズと異なる屈折率を有した透明樹脂により被覆した平坦化層と、
前記平坦化層に接着層を介して積層された表示面を形成する保護フィルム層と、
を具備したことを特徴とする反射型表示装置。
【請求項２】
前記マイクロレンズ層のマイクロレンズは、前記カラーフィルター層の着色画素領域および非着色画素領域に配置され、前記マイクロレンズを構成する樹脂材料の屈折率は当該マイクロレンズを被覆する平坦化層の透明樹脂の屈折率よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の反射型表示装置。
【請求項３】
前記第一基板は、５μｍ以上１００μｍ以下の厚さであることを特徴とする請求項１に記載の反射型表示装置。
【請求項４】
前記マイクロレンズ層のマイクロレンズは、前記カラーフィルター層の一つの着色画素部上に少なくとも１個形成され、各レンズの厚みは２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型表示装置。
【請求項５】
前記平坦化層と前記マイクロレンズ層との間に透明樹脂層を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の反射型表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多色画像の表示を可能にした反射型表示装置に関する。
【０００２】
に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年、情報機器の発達に伴い情報表示も様々な形態をもってなされている。可変情報表示としては、ＣＲＴ（陰極線管）や液晶ディスプレイ等が主流となっている。ＣＲＴやバックライトを使用するタイプの液晶ディスプレイ等の発光型ディスプレイは、長時間に渡る使用においては見るものの目を疲れさせ、文書等の判読には適さない。
【０００４】
また、フラットパネル表示装置として用いられる液晶ディスプレイは、厚さが薄く小型化が可能であることから、様々な用途において広範囲に使用されているが、文書等の判読において目が疲れ易く、かつ視野角により光学特性が大きく変動するという問題がある。また、光源に要する電力の消費が大きく、さらに、光源の経時的な消耗があり、消耗した際には表示品質が著しく損なわれる。
【０００５】
また、これらのディスプレイの表示画像はメモリー性をもたず、電気的なエネルギー供給が停止されると同時に消えてしまうという欠点もある。
【０００６】
今後更に普及が予測される電子ブックや携帯情報端末等の携帯可能な情報機器のディスプレイ表示の置き換わりにおいては、長時間にわたる使用においても目が疲れ難く、視認性が良好で、消費電力が少なく、かつ画像のメモリー性を有していることが必要であると考えられる。
【０００７】
その中で、特に注目されている表示装置の一つに電子ペーパーディスプレイがある。これは紙と電子ディスプレイの長所を併せもつものであり、観察者側からの基板から外光や室内光を入射させ、表示装置内にある反射表示材料を介して、反射光で画像表示を行うものである。無電源状態でも画像情報が保持され、さらに書き換え可能であるという特徴をもつ。また、軽量化することができ、携帯用端末として便利なものといえる。反射型ディスプレイのためコントラスト比が変わらず、視野角が広いという長所がある。例えば、特許文献１のような、マイクロカプセルを利用した電気泳動表示装置が提案されている。
【０００８】
また、近年、多色カラーディスプレイが求められており、開発が活発に行われており、白黒二色表示の電気泳動表示装置上にカラーフィルターを貼り合わせることで、多色表示を行う方式が発表されている。例えば、画素電極基板に接着剤層を介して電気泳動表示層、透明電極層、透明基板を積層し、カラーフィルター層を形成した別の透明基板を、接着層を介して貼り合わせる。さらにカラーフィルター層と反対面の透明基板上に、接着剤層を介して保護フィルムを貼り合わせた構造をとる。
【０００９】
しかしながら、上記方式では、カラーフィルター層と電気泳動表示層間に新たに接着剤層を設ける必要があり、カラーフィルター層と電気泳動表示層間に距離が開いてしまうため、観察角度によっては色味が薄れ、視野角が広いという電子ペーパーの長所が失われてしまうという問題があった。
【００１０】
また、観察者側の基板から入射した光がカラーフィルター層の着色画素を通過し、反射表示材料層を介して出射する際に、隣接した画素から反射光が出射することにより、表示色が混色し、表示色の品質が損なわれるという問題があった。さらに、反射型表示装置は装置に入射する外光を表示光として利用するため、外光が透明基板やカラーフィルター層などの構成部材を通過することにより、光の利用効率が低下し、表示明度が低下するという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第３８３７９４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、多色表示可能な反射型表示装置において、反射型表示材料層上にカラーフィルターを重ね合わせることにより発生する視野角の狭角化を回避できるとともに、反射光が隣接する着色画素から出射することで発生する混色や色純度の低下を防止し、視認性の高い明瞭な多色表示を可能にした反射型表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上述の目的を達成するためになされたもので、請求項１に係る発明は、透明電極を形成した透明基板から成る第一基板と、前記第一基板の透明電極に対向して電極を配置した第二基板と、前記両基板に挟持された反射型表示材料を有する反射型表示装置において、前記第一基板に、アンダーコート層を介して積層されたカラーフィルター層と、前記カラーフィルター層に積層されたマイクロレンズ層および当該マイクロレンズ層のマイクロレンズを当該マイクロレンズと異なる屈折率を有した透明樹脂により被覆した平坦化層と、前記平坦化層に接着層を介して積層された表示面を形成する保護フィルム層と、を具備したことを特徴とする。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の反射型表示装置において、前記マイクロレンズ層のマイクロレンズは、前記カラーフィルター層の着色画素領域および非着色画素領域に配置され、前記マイクロレンズを構成する樹脂材料の屈折率は当該マイクロレンズを被覆する平坦化層の透明樹脂の屈折率よりも大きいことを特徴とする。
【００１５】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載の反射型表示装置において、前記第一基板は、５μｍ以上１００μｍ以下の厚さであることを特徴とする。
【００１６】
また、請求項４に係る発明は、請求項１または２に記載の反射型表示装置において、前記マイクロレンズ層のマイクロレンズは、前記カラーフィルター層の一つの着色画素部上に少なくとも１個形成され、各レンズの厚みは２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項５に係る発明は、請求項１に記載の反射型表示装置において、前記平坦化層と前記マイクロレンズ層との間に透明樹脂層を介在させたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、上記問題を解決するために、透明電極層を設けた透明基板に反射型表示材料層を直接形成することにより、反射型表示材料層とカラーフィルター層間が近接した構造になり、カラーフィルターを貼り合わせて形成した表示装置よりも、視野角の狭角化の発生を防げるといった効果を奏する。
【００１９】
また、マイクロレンズとマイクロレンズを被覆する平坦化層とで構成された層を形成し、カラーフィルター層、反射型表示材料層を一体にした構造をもつことにより、多色表示する際の混色や表示色の品質低下を防ぎ、さらに集光効果を高め、効率良く明るい表示を可能にするといった効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の反射型表示装置１の断面図である。
【図２】本発明の実施形態に関わる反射表示層の表示材料のマイクロカプセルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
反射型表示装置のひとつにマイクロカプセルを用いた電気泳動表示装置がある。分散媒が満たされたマイクロカプセル中に正、負に帯電した白色粒子と着色粒子を入れ、外部電圧の印加によってそれぞれの粒子を表示面に引き上げて画像を形成するものである。マイクロカプセルのサイズは数十μｍ〜数百μｍと小さいので、このマイクロカプセルを透明なバインダー材に分散させると、インクのようにコーティングすることができる。
【００２３】
透明電極を形成した透明樹脂膜に上記インクをコーティングし、ＴＦＴに代表されるアクティブマトリクス駆動用の電極回路を形成した基板に貼り合わせると、アクティブマトリクスディスプレイを得ることができる。通常、透明電極を形成した透明樹脂フィルムに電子インクをコーティングした部品を「前面板」と呼び、アクティブマトリクス駆動用の電極回路を形成した基板を「背面板」と呼んでいる。背面板にはアクティブマトリクスの他、導電性を有する様々な基板、フィルムを使用することができる。
【００２４】
図１は本発明の実施形態に係る反射型表示装置１の一構成例を示す模式図である。この実施形態では反射型表示材料としてマイクロカプセルを用いた構成を例に示している。なお、図１において、反射型表示装置１に対する観察者の目視（視認）側の任意の視点を符号ｐで示し、観察者に対する表示面を符号ｓで示している。
【００２５】
本発明の実施形態に係る反射型表示装置１は、図１に示すように、透明電極層９を形成した観察者側の透明基板８から成る第一基板１０と、反射型表示材料の一例として電気泳動表示型で白色粒子および着色粒子（図２の符号１８，１９参照）を内包するマイクロカプセル１１とバインダー樹脂層１２から成る反射型表示層１３、さらに、導電性接着剤層１４を介して画素電極１５と背面基板１６から成る第二基板１７とが順次積層されている。
【００２６】
さらに、第一基板１０の反射型表示層１３を形成していない面に、カラーフィルター層６のカラーインクを定着させるアンダーコート層７、カラーフィルター層６の着色画素、カラーフィルター層６上にマイクロレンズ層５、マイクロレンズ層５を被覆する透明樹脂から成る平坦化層４、さらに接着剤層３および保護フィルム層２が順次積層されている。
【００２７】
まず、第一基板１０に形成した透明電極層９上にマイクロカプセル１１とバインダー樹脂１２を分散させた塗工液を所定の塗工方式で塗工し、反射型表示層１３を形成し、上記反射型表示層１３に導電性接着剤層１４を貼り合わせ、次に、上記導電性接着剤層１４面と画素電極１５と背面電極１６から成る第二基板（１７）の画素電極（１５）とを貼り合せる。
【００２８】
次いで、第一基板１０の反射型表示層１３を形成していない面に、ダイコート、バーコート、スピンコート、スクリーン印刷、オフセット印刷等の塗工方法でアンダーコート層７を形成する。アンダーコート層７の一例として、ウレタン系樹脂やアクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、塩化ビニル系樹脂等の樹脂を使用することができる。
【００２９】
さらに、アンダーコート層７上に上記カラーインクを用いてカラーフィルター層６の画素領域に着色画素を形成し、次いで、レンズ材料を用いてマイクロレンズ層５を形成する。
【００３０】
カラーフィルター層６およびマイクロレンズ層５の形成方法としては、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷等の所定の方法にて形成する。また、マイクロレンズ材料がＵＶ光硬化樹脂の場合は、ＵＶ光により硬化させ形成する。
【００３１】
次に、マイクロレンズ層５上にダイコート、バーコート、スピンコート等の塗工方法により平坦化層４を形成し、次いで、表示装置表面を保護するために、ウレタン樹脂やアクリル樹脂等の粘着性を有する接着剤層３を介して、保護フィルム層２を形成することで、本発明の実施形態に係る反射型表示装置１を得る。
【００３２】
マイクロレンズ層５と平坦化層４を設け、さらにマイクロレンズ層５のレンズ材料を平坦化層５の材料よりも屈折率の大きい材料を用いることにより、第一基板１０側から入射した光は、マイクロレンズ層５により均一に散乱された後、反射型表示層１３を介して、第一基板１０側から出射される。これにより、反射型表示装置１に入射する光の角度に係わらず、斜め方向から入射した光を画素部領域に集光することができ、観察者側で明るい表示を観察することが可能になり、さらに、入射光が反射型表示材料を介して出射する反射光が隣接画素から出射することで発生する表示色の混色を抑えることができるため、表示明度が高く、高品質な表示画像を得ることができる。
【００３３】
マイクロレンズ層５のレンズ材料の屈折率を平坦化層４の樹脂材料の屈折率よりも高い材料を用いることで、第一基板１０側から入射した光の角度に係わらず、マイクロレンズ層５により均一に散乱され、画素部領域に集光させることが可能になる。
【００３４】
マイクロレンズ層５のレンズ材料としては、光透過率と屈折率が高く、形成後レンズ形状として硬化できるものが望ましく、光硬化樹脂や熱硬化樹脂が好ましい。例えば、ポリカーボネート樹脂、アクリル樹脂、シリコン樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、メタクリレート樹脂等を用いることができる。これら樹脂材料の粘度は、随時溶媒等を用いて調整することができる。
【００３５】
カラーフィルター層６およびマイクロレンズ層５の形成方法においては、液滴吐出方法の一つであるインクジェット印刷方法が任意の位置に、任意の吐出量で、必要なレンズを形成することができるので好適であるといえる。従来のフォトリソグラフィー法を用いた方法と比較すると、工程の簡略化が可能であり、さらに材料効率が高い、基板の大面積化が容易等の多くの利点を有する。
【００３６】
マイクロレンズ層５の上層に形成する平坦化層４は、光透過率が高く、屈折率が低いものほど望ましく、例えば、屈折率１．３４〜１．４５のフッ素系樹脂や屈折率１．４６〜１．４８の有機シリケート等を用いることができる。また、平坦化層４の樹脂には、低屈折率物質を含有させてもよく、このような低屈折率物質としてはフッ素系界面活性剤等を用いることができる。
【００３７】
上記方法により形成したマイクロレンズ層５のレンズ材料である液状物質は、形成後にカラーフィルター層６の着色画素やアンダーコート層７との接触角に応じて濡れ広がる場合がある。そこで、材料の液状物質が濡れ広がるのを防止し、所望の形状を形成するために、カラーフィルター層６を形成するカラーインクの表面に撥液処理を実施するのが望ましい場合があり、具体的には撥液剤を含有したカラーインクを用いた画素形成、表面のフッ素プラズマ処理等が挙げられる。
【００３８】
撥液剤の材料としては特に限定はされないが、例えば、シリコン樹脂やフッ素樹脂、ワックス等が挙げることができ、撥液剤はカラーインク組成物に対して０．１〜５重量％であることが好ましい。
【００３９】
マイクロレンズ層５のレンズ形状としては、表面が球面の一部を構成する形状が望ましい。マイクロレンズ層５が球面レンズの機能を有することになり、各画素に向けて入射された入射光を画素部領域へ屈折させた後、反射型表示材料層１３にて反射光することができる。また、表面形状は球面に限らず、非球面に形成してもよい。
【００４０】
マイクロレンズ５の形状は、カラーフィルター層６の一つの着色画素部上に１個以上形成することが好ましく、また、個々の厚みは２０μｍ以下が望ましい。２０μｍを超えると、マイクロレンズ５上に形成する平坦化層４による平坦化が困難になるためである。また、マイクロレンズ５は、それぞれ独自に配置されているカラーフィルター層６の構成に応じて配置することができる。
【００４１】
また、平坦化層４は、マイクロレンズ層５表面の凹凸や隙間を埋めて平坦な層を形成することにより、表示ムラ等を防止することができる。また、マイクロレンズ層５上に平坦化層４を形成しただけでは平坦性が十分得られない場合、平坦化層４とマイクロレンズ層５の間に透明樹脂層を設けた上で平坦化層を形成することで、平坦性を向上させることも可能である。
【００４２】
また、平坦化層４に十分な粘着性がある場合には、接着剤層３を設けずに、保護フィルム２を貼り合わせてもよい。
【００４３】
透明基板８の基板は、カラーフィルター層６や反射型表示層１３を保持する支持基材として、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂やガラス等の各種透明基板を挙げることができる。
【００４４】
透明基板８の厚さは、５μｍ以下の厚みであると透明基板８上へのアンダーコート層７等を形成する際、伸縮により基材の変形が大きいなどの加工性が低く、また変形による表示画像のムラが発生し易くなるからである。１００μｍ以上であると、カラーフィルター層と表示材料層の距離が広がるため、視認角度による視差が発生し、色むらが顕著になる。
【００４５】
透明基板８上の透明電極層９には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）や酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の光透過性の高い導電性材料が用いられる。また、透明電極層９には上記金属材料の他、導電性を有する材料を用いてもよい。
【００４６】
図２は本発明の実施形態に係る反射型表示装置の反射型表示層に含まれる材料の一例としてマイクロカプセルの模式図を示す。
【００４７】
反射型表示層１３に含まれるマイクロカプセル１１は、図２に示すように、メタクリル酸樹脂、ユリア樹脂、アラビアゴム等をマイクロカプセル殻２１とし、その内部に酸化チタンからなる白色粒子１８とカーボンブラック等から成る着色粒子１９が、シリコーンオイル等の粘性の高い分散媒２０に分散された状態で封入されたものである。
【００４８】
図１のように形成した層の反射型表示装置１の表示体は、透明基板８上の透明電極９と画素電極基板側からの電圧印加により表示面ｓ上に文字等の情報を表示することが可能となり、電極に正または負電圧を選択的に印加することで、色を表現することができる。
【００４９】
反射型表示層１３は、図１の断面図に示すように、マイクロカプセル１１を多数含んでおり、電極層の電界の向きを制御することで、上述の原理に基づきマイクロカプセル１１内の粒子を移動させることで、白色及び黒色として表示させることができる。
【００５０】
上記の構造を備えた本発明の実施形態に係る反射型表示装置１は、見易さの面でも紙の白色に近く、視野角も極めて大きく、屋外の直射日光の下で問題なく使用可能である。
【００５１】
反射型表示層１３のマイクロカプセル１１中の各粒子は粘性の高い分散媒に分散されているため、一度電界を印加した後は、電源が切断されても粒子の位置は変化しない。このように、表示画像が消えないメモリー性を有するので、書き換え時のみに電界を印加すればよい。
【００５２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００５３】
透明電極層としてＩＴＯ膜を形成した厚さ５０μｍのＰＥＴ基材のＩＴＯ膜上に、反射型表示材料として固形分４０重量％のマイクロカプセル、ウレタン系バインダー樹脂を分散させた塗工液を、ダイコートにより塗工し、マイクロカプセル付きの前面板を得た。次に、ＰＥＴ基材のマイクロカプセルを形成していない面に、インクジェット用受容層液をバーコート塗工により膜厚１０μｍで形成した。
【００５４】
カラーインクＲ，Ｇ，Ｂにフッ素系撥液剤をカラーインク組成物に対して１．２重量％を添加し、上記受像層に対し、インクジェット装置を用いて、各画素に合わせて着色画素を形成し、９０℃３分間乾燥した。さらに、着色画素及び非着色画素上に、レンズ材料としてアクリル樹脂を用いて、同様にインクジェット印刷を行い、マイクロレンズを形成した。
【００５５】
次いで、平坦化層を屈折率１．３５のフッ素系樹脂を用いて、膜厚１０μｍになるように形成した。さらに、ウレタン系樹脂用いて膜厚１０μｍ、厚さ１００μｍのＰＥＴの保護フィルムを貼り合せ、多色表示可能な反射型装置を得た。
【比較例１】
【００５６】
実施例１におけるマイクロカプセル付きの前面板に対し、カラーインクＲ，Ｇ，Ｂを形成した０．７ｍｍの基板から成るカラーフィルターを表示面側のＰＥＴ基板に貼り合わせ、多色表示可能な反射型表示装置を得た。
【００５７】
実施例１の反射型装置を駆動させたところ、問題なく所望の動作を得ることができた。観察者側の基板に直接カラーフィルター層を設けた結果、視野角の狭角化を防ぐことができた。また、マイクロレンズ層と平坦化層を形成したことにより、斜め方向から入射した光を画素部領域に集光することができ、比較例１よりも表示明度が高まり、反射光が隣接画素から出射することによる表示色の混色も防ぎ、高品質な表示画像を得ることができた。
【符号の説明】
【００５８】
１…反射型表示装置、２…保護フィルム層、３…接着剤層、４…平坦化層、５…マイクロレンズ層、６…カラーフィルター層、７…アンダーコート層、８…透明基板、９…透明電極層、１０…第一基板、１１…マイクロカプセル層（反射型表示媒体）、１２…バインダー樹脂層、１３…反射型表示層、１４…導電性接着剤層、１５…画素電極、１６…背面基板、１７…第二基板、１８…白色粒子、１９…着色粒子、２０…分散媒、２１…マイクロカプセル殻。
【図１】
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【図２】
2013195806.tif 000004