JP5082587B2 - 光書き込み型表示媒体 - Google Patents
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Description
光書き込み型空間変調デバイスは、所定の電圧を素子に印加しつつ、受光した光量により光スイッチング素子のインピーダンスを変化させ、表示素子に印加される電圧を制御することにより、表示素子を駆動し、画像を表示するものである。特に、光書き込み型空間変調デバイスの表示制御素子にメモリ性のある素子を用いて、切り離し可能にした光書き込み型表示媒体は、電子ペーパー媒体として注目されている。
なかでも、前記デュアルCGL構造は、交流駆動が可能であり、表示素子に液晶素子を用いた場合においても、印加電圧に含まれるバイアス成分によりイオンの移動に起因した画像の焼付き現象も生じにくいため、特に有効な構造である。
特に、対向する導電層付き基板に光導電層(光スイッチング素子)と液晶層(表示素子)とを備えた光書き込み型の電子ペーパー媒体(光書き込み型表示媒体)の場合、光導電層を構成する電荷発生層及び電荷輸送層間の密着力、あるいは電荷発生層の膜強度が弱いと考えられ、前記切断の際、はがれや層の破壊が生じてしまう場合がある。
したがって、前記切断時に電子ペーパー媒体に負荷のかかりにくいように切断の工夫を行う必要があるが、このような工夫を行ったとしても、歩留まりを含めた安定性の高い電子ペーパー媒体を得るには不十分であるのが現状である。
液晶,Vol.2,No.1,1998,pp3-18
すなわち本発明の請求項1に係る発明は、一対の電荷発生層及び該一対の電荷発生層に挟持された電荷輸送層を含む光スイッチング素子と、メモリ性を有する表示層を含む表示素子と、が積層されて構成され、
前記電荷発生層が、結着樹脂として下記一般式(I)で表されるポリビニルアセタール樹脂を含み、該ポリビニルアセタール樹脂の平均重合度が700〜3500の範囲である光書き込み型表示媒体である。
請求項2に係る発明によれば、電気特性や基板の収縮に悪影響を与えることなく、電荷発生層の基板や電荷輸送層等との接着性をより高めることができる。
請求項3に係る発明によれば、電気特性や表面性に悪影響を与えることなく、電荷発生層の基板や電荷輸送層等との接着性をより高めることができる。
請求項4に係る発明によれば、電荷発生層をより均一に形成することができ、電気特性や表面性に悪影響を与えることなく、基板や電荷輸送層等との密着性を高めることができる。
本発明の光書き込み型表示媒体(以下、単に「表示媒体」という場合がある)は、一対の電荷発生層及び該一対の電荷発生層に挟持された電荷輸送層を含む光スイッチング素子と、メモリ性を有する表示層を含む表示素子と、が積層されて構成され、前記電荷発生層が、結着樹脂として下記一般式(I)で表されるポリビニルアセタール樹脂を含み、該ポリビニルアセタール樹脂の平均重合度が700〜3500の範囲であることを特徴とする。
図1は、本実施形態の光書き込み型表示媒体を示す断面図である。表示媒体50は、光スイッチング素子30、表示素子40及び光スイッチング素子と表示素子の間に挟まれた機能膜52より構成され、図1に示すように、光スイッチング素子30は基板31、電極32、下部電荷発生層33、電荷輸送層34及び上部電荷発生層35より構成され、表示素子40は、基板41、電極42及び表示層43から構成される。表示媒体50は、上部電荷発生層35を表示素子側に位置させる。この電極32と42の間に交流電界が印加される。但し、表示媒体50において、光書き込みが光スイッチング素子側あるいは表示素子側から行なわれるかにより、光入射側の素子の基板及び電極を光透過性にすることが必要である。
まず、図2を用いて、本実施形態における光スイッチング素子を説明する。図2に示す光スイッチング素子30(デュアルCGL構造の光スイッチング素子)は、電極32(導電膜)が形成された基板31上に、光スイッチング層(光導電層)として、下部電荷発生層33(第1電荷発生層)、電荷輸送層34、上部電荷発生層35(第2電荷発生層)を順次積層し、1対の電荷発生層で電荷輸送層を挟持したものである。以下で説明する光書き込み型表示媒体においては、上部電荷発生層35がたとえば表示層側に位置することになる。また、図中、矢印は光入射方向を示す(但し、光入射方向はこれに限定されるわけではない)。
基板31の厚みは、0.01mm〜0.5mmの範囲内であることが好ましい。
また、チタニルフタロシアニンとしては、X線回折スペクトルのブラック角(2θ±0.2°)が、9.5°、9.7°、11.7°、15.0°、23.5°、24.1°、27.3°に回折ピークをもつ結晶構造は電荷発生効率が高く、特に好ましい。
この場合、含有させる電荷輸送材料の混合比(電荷輸送材料/電荷発生材料)は、0.1〜50質量%の範囲とすることが好ましく、0.1〜25質量%の範囲とすることがより好ましい。
各構成単位を上記範囲とすることにより、必要な耐水性、有機溶剤溶解性、撓み性を確保しながら、電荷輸送層16あるいは基板10との密着性や電荷発生層の層強度をより高めることができる。
なお、平均重合度はJIS K6728に示される平均重合度または10%粘度の測定法を用いて樹脂の分子量として求めることができる。
前記アルデヒドとしては、ブチルアルデヒドを必ず用い、アセトアルデヒドを適宜選択して用いることができる
上記他の樹脂としては、ポリアリレート樹脂、ポリエステル樹脂、フェノキシ樹脂、塩化ビニル−酢酸ビニル樹脂、カルボキシル変性塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリアミド樹脂(ナイロン樹脂を含む)、アクリル樹脂、ポリアクリルアミド樹脂、ポリビニルピリジン樹脂、セルロール樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、カゼイン、ポリビニルアルコール樹脂、ポリビニルピロリドン樹脂などが適用可能である。特に、ポリアミド樹脂、なかでもメトキシメチル化6ナイロン等のナイロン系樹脂は、アルコール系およびケトアルコール系の多くに可溶であり、効果的である。また、カルボキシル変性塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体は、ケトアルコールに可溶であり、かつ、電荷発生材料であるヒドロキシガリウムフタロシアニン等を良好に分散させるため、好ましいバインダー樹脂である。
前記混合質量比における電荷発生材料が4/6に満たないと、結着樹脂量が多いため電荷発生層表面が平滑となり密着性を向上させるアンカー効果(投錨効果)が得られない場合がある。電荷発生材料が9/1を超えると、逆に電荷発生材料が多くなりすぎ十分な膜強度が得られない場合がある。
上部及び下部電荷発生層形成塗布液の固形分含有量の濃度は、1〜30質量%の範囲とすることが好ましい。1質量%未満では膜厚が薄すぎて電気特性が得られない場合があり、30質量%を超えると粘度が高すぎて膜形成が困難になる場合がある。また、1質量%未満、あるいは30質量%以上では、電荷発生材料微粒子の分散安定性が悪く、保存安定性や成膜性が悪化するといった問題が現れる場合がある。
乾燥温度が90℃に満たないと、基板31や電荷輸送層34と電荷発生層との接着性が十分に得られない場合がある。150℃を超えると、樹脂成分や電荷輸送材料等の劣化、基板の熱収縮やそれに伴う電極部のクラックなどが起こってしまう場合がある。なお、上記加熱乾燥は、下部電荷発生層33の形成後及び上部電荷発生層35の形成後の両方で各々行ってもよいし、上部電荷発生層35を形成した後だけ行ってもよい。また、電気特性や表面性に問題がないことを確認できれば、機能膜形成後や光書き込み型記録媒体作製後に行っても良い。
特に、ポリカーボネート樹脂は、バインダー樹脂とした場合、電荷輸送材料の特性を改善するため、大変有効である。
この場合、電荷発生層(3)を下部電荷発生層としたとき、電荷発生層(1)、(2)が上部電荷発生層に相当し、これらに前記と同様にして電荷輸送材料を含ませて層形成すること等が可能である。
本実施形態における表示素子は、メモリ性を有する表示層を含む表示素子である。該表示素子としては、例えば、メモリ性のある液晶表示素子を挙げることができる。メモリ性のある液晶表示素子とは、液晶を電圧印加により配向制御した後、電圧印加を解除した後も、一定時間、液晶の配向が保たれる特徴を持った液晶である。具体的には、ポリマー分散型液晶(PDLC)やカイラルスメクチックC相等の強誘電性液晶、あるいはコレステリック液晶等である。また、これらをカプセル化した液晶素子でも適用可能である。メモリ性を有する液晶はそのメモリ性ゆえに、画像表示保持のための電力を必要とせず、また、一体化したデバイスを作製し、本体から分離して使用することが可能である。また、そのデバイスの作製を安価に行うことができる。
なお、メモリ性のある表示素子としては、上記液晶表示素子の他、エレクトロクロミック素子、電気泳動素子、電界回転素子を挙げることができる。
表示素子40の表示層43には、本実施形態では、カイラルネマチック液晶(コレステリック液晶)をゼラチンバインダー中に分散させたPDLC(Polymer Network Liquid Crystal)構造を採用しているが、この構造に限ることなく、コレステリック液晶をリブを介し電極間距離を固定したセルに配置する方式やカプセル液晶化することにより実現してもよい。また、液晶もコレステリック液晶に限ることなく、スメクチックA液晶、ネマチック液晶、ディスコティック液晶などが利用できる。
また、カイラルネマチック液晶、表面安定化カイラルスメクチックC液晶、双安定ねじれネマチック液晶、微粒子分散液晶などのメモリー性液晶を用いることにより、本発明の光変調素子を、光記録媒体や画像記録媒体として利用することができる。
なお、表示層43の膜厚は通常1〜50μmの範囲で用いられることが好ましい。
特に、メモリ性を有する表示素子40と光スイッチング素子30とを一体化した光書き込み型表示媒体50は、後述するデバイスを駆動する本体(光書き込み装置)から分離させることが可能となる。したがって、本体から分離させた表示媒体を、例えば配布することが可能になる。また、使用者は自由な場所で自由な姿勢で閲覧することができる。
図1における表示素子側から書き込みを行う場合、外部光を反射または吸収すると共に、露光光の波長の光のみを透過、または露光光の波長領域を除いた波長領域の光を吸収または反射することにより、黒表示部の再現性を高めたり、光スイッチング素子の光劣化を緩和することが出来る。図1における光スイッチング素子側から書き込みを行う場合、黒表示部の再現性を高めることが出来る。
また、この遮光層は、電極32と下部電荷発生層33の間、あるいは基板31の下側に設けても良い。
このようにして形成した遮光層の層厚は、0.5〜3.0μmの範囲とすることが好ましく、0.7〜2.0μmの範囲とすることがより好ましい。
本実施形態においては、最終的な光書き込み型表示媒体は、表面の電極上に表示層及び光導電層等を前記のようにして積層した一方の基板と、少なくとも表面に電極を有する他方の基板とを、接着層(機能膜52を接着層としてもよい)を介して貼り合わせ、その後、貼り合わされたベース表示媒体を所望の大きさ、形状に打ち抜いて成形される。
次いで、例えば前記一方の基板の接着層面に、前記他方の基板を貼り合わせ、そのまま放置するか、加熱・加圧を行って両者を密着させ表示媒体ベースとする。加熱する場合には50〜150℃の温度範囲とすることが望ましい。
前記のように、上記最後の裁断工程において、裁断刃等により圧力がかかった状態で表示媒体ベースが切断されるため、得られた光書き込み型表示媒体の切断面付近ではせん断力により、特に表示要素における電荷発生層あるいは電荷発生層と電荷輸送層との層間、電荷発生層と基板の層間での破壊(はがれ、破れなど)が発生しやすい。しかし、前記特定のポリビニルアセタール樹脂を結着樹脂に用いた本実施形態の光書き込み型表示媒体では、電荷発生層にはがれや破れなどの欠陥が発生しにくくなる。なお、本発明の光書き込み型表示媒体には、成形前のベースと成形後のものの両方が含まれる。
次に、本実施形態の光書き込み型表示媒体を適用した画像書き込み装置(表示装置)の一形態について説明する。
図3示される表示装置は、表示媒体駆動装置、書き込み装置及びこれらを制御する制御装置から構成される。これらの装置は一つにまとめられていてもよいし、分離していてもよい。この表示装置では、表示媒体50として前記本実施形態の光書き込み型表示媒体が用いられる。
<実施例1>
(光書き込み型表示媒体の作製)
以下のようにして、図1と同様な構成の光書き込み型記録媒体を製造した。
電極層32としてITO膜(厚さ800Å)を形成したポリエチレンテレフタレート(PET)基板31(厚さ125μm、550mm×250mm)の前記ITO膜上に、下部電荷発生層33を形成した。
以上のようにして、光スイッチング素子層を形成した。
さらに、隔離層の上に、遮光膜(機能膜52)、カプセル液晶素子による表示素子層43、透明電極層42及び透明基板41を以下のようにして形成した。
一方、ポリビニルアルコール(クラレ社製ポバール217EE)10質量部を、熱したイオン交換水1000質量部に加えて攪拌後、放置冷却することによって,水相となる液を調製した。
得られたスラリーに、その固形成分の質量に対して2/3となる量のポリビニルアルコールを含むポリビニルアルコール10質量%の溶液を加えることにより塗布液Cを調製した。
また、既に、光スイッチング素子層及び隔離層が形成されたPETフィルムの隔離層面上に、ブラックポリイミドBKR−105(日本化薬製)を塗布し、遮光膜(厚さ1μm)を形成した。
まず表示素子層を形成したPETフィルム20については、図4(c)の実線に示すように、20×42mmのサイズの穴を10個カットした。なお、点線部は後述する張り合わせ後に打ち抜く位置を示すものである。また、光スイッチング層を形成したPETフィルム10については、図4(a)の実線に示すように、20×20mmのサイズの穴を20個カットした。なお、点線部は同様に後述する張り合わせ後に打ち抜く位置を示すものである。これらのカット部分の周辺部を図4(b)のようにマスキングテープPでマスキング後、更に、完全水性型ドライラミネート接着剤であるディックドライWS−321A/LD−55(大日本インキ化学工業)を塗布乾燥させて厚さ4μmの接着層を形成した。マスキングテープ剥離後、この接着層の上に、表示素子層が形成されたPETフィルム20を、表示素子層と接着層とが接するように密着させ、100℃でラミネートを行い、モノクロ表示の光書き込み型表示媒体ベースを得た。
−はがれの状態確認−
打ち抜いた上記光書き込み型表示媒体100枚のうち、はがれが発生していないものを合格として合格率を算出した。
結果を表1に示す。
また、作製した光書き込み記録媒体について、図5のハッチングで示した部分の塗膜を除去した後、図3で示したような書き込み装置に接続し、光書き込み記録媒体の両電極に電圧を印加して駆動し、反射率を調べた。光照射は660nmにピークを持つLED光源を用いた。電圧は、10Hz、2パルスで400Vとし、反射率が飽和時の90%となる光量を閾値光量とした。反射率の変化はX−rite404(Xrite社製)により測定した。なお、閾値光量が10μW/cm2以上200μW/cm2以下の範囲であれば、汎用のLEDを用いた種々のシステムで容易に設計可能となる。また、併せてデバイス表示部の欠陥についても確認した。
結果を表1に示す。
実施例1の光書き込み型表示媒体の作製において、電荷発生層に用いたバインダー樹脂、P/B比及び溶媒、さらに乾燥温度を、各々表1に示すように変更した以外は、実施例1に準じて光書き込み型表示媒体の作製を行い、同様の評価を行った。
なお、実施例2については、日本酢ビ・ポバール社製ポリビニルアルコールVP−18にブチルアルデヒドとアセトアルデヒドを反応させて、重合度1800のポリビニルアセタールを得て評価を行った。また比較例2については、日本酢ビ・ポバール社製ポリビニルアルコールVO−S40にブチルアルデヒドを反応させて、重合度4000のポリビニルアセタールを得たが、ポリビニルアセタールがn−ブタノールに溶解せず、4質量%の塗布液が作製できなかったため、上部電荷発生層を形成できなかった。
結果をまとめて表1に示す。
一方、比較例では、打ち抜き時のはがれの割合が多いもの、デバイスの作製ができなかったものなど何らかの影響が見られた。
30 光スイッチング素子
31、41 基板
32、42 電極
33 下部電荷発生層
34 電荷輸送層
35 上部電荷発生層
40 表示素子
43 表示層
50 光書き込み型表示媒体
52 機能膜
65 コネクター
70、82 制御手段
84 光パターン生成手段
86 光照射手段
Claims (4)
- 前記電荷発生層が層形成用塗布液を用いた塗布により形成され、層形成後の乾燥を90〜150℃の範囲で行うことを特徴とする請求項1に記載の光書き込み型表示媒体。
- 前記電荷発生層における電荷発生材料と結着樹脂との混合質量比(電荷発生材料/結着樹脂)が、9/1〜4/6の範囲であることを特徴とする請求項1または2に記載の光書き込み型表示媒体。
- 前記電荷発生層が層形成用溶液を用いた塗布により形成され、該層形成用溶液が溶媒としてn−ブタノールを含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光書き込み型表示媒体。
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