抑制塑性变形的挠性基材及挠性图像显示装置

摘要

在具有挠性的板状部件的表面上形成有变形抑制结构。变形抑制结构包括在板状部件的表面上形成的凹凸。该凹凸被做成下述的形状：在使板状部件在弹性变形的范围内变形的状态下相互相邻的凸部彼此接触以抑制进一步的更大的变形。由此，能够防止发生永久变形那样的过度的变形，能够提高对应力的耐受性。该挠性基材能够应用到具有挠性的图像显示装置中。

说明书

技术领域

本发明涉及挠性基材及挠性图像显示装置，特别涉及能够抑制塑性变形的挠性基材及挠性图像显示装置。

背景技术

面向无所不在社会的实现，期待可佩戴的显示装置的开发。可佩戴显示装置具有在有挠性的基板(挠性基板或柔性基板)之上形成有显示元件的结构，能够弯曲。作为这样的显示元件的例子，可以举出液晶显示元件、有机电致发光(有机EL)元件、纸状显示器(电子纸)等。

作为具有挠性的基板，使用例如聚酰亚胺等高分子材料。这样的基板在曲率半径为几mm左右以下不会发生塑性变形(永久变形)，能够在弹性变形的范围内弯曲。但是，如果超过弹性变形的范围弯曲，则会引起永久变形，变形部分发生白浊。

此外，在大多数挠性显示装置中使用无机绝缘膜及铟锡氧化物(ITO)电极等。进而，在进行有源显示的装置中，在具有挠性的基板上形成有薄膜晶体管。因此，挠性显示装置如果超过某个曲率半径地弯曲，则这些绝缘膜及电极会被破坏。

在下述的专利文献1中，公开了对弯曲应力具有较高的耐受性的挠性薄膜电路基板。在专利文献1中公开的薄膜电路基板中，设有以岛状布图形成的无机绝缘膜，以使其覆盖薄膜晶体管等的电子元件。并且，该无机绝缘薄膜及配线被树脂膜覆盖。

比有机绝缘膜刚性更高的无机绝缘膜通过覆盖电子元件来保护电子元件。在对薄膜电路基板施加了弯曲应力的情况下，由于无机绝缘膜以岛状布图形成，所以基板及树脂膜能够追随弯曲应力而弯曲。

在专利文献1中公开的发明中，虽然能够保护电子元件不受弯曲应力损害，但有时没有形成电子元件的区域会超出弹性变形的范围发生弯曲。该弯曲的部分会使挠性基板产生永久变形，产生白浊。因而，挠性基材的操作者需要在操作时注意弯曲。

专利文献1：特开2004-101976号公报

发明内容

本发明的一个目的是提供一种防止发生永久变形那样的过度的变形、对应力的耐受性较高的挠性基材，以及使用了该基材的挠性图像显示装置。

根据本发明的一个方面，提供一种挠性基材，其具有：具有挠性的板状部件；和在上述板状部件的表面或该表面的一部分上形成的变形抑制结构；上述变形抑制结构包括在该板状部件的表面或该表面的一部分上形成的凹凸，该凹凸被做成下述的形状：在使该板状部件在弹性变形的范围内变形的状态下，相互相邻的凸部彼此接触以抑制进一步的更大的变形。

根据本发明的另一个方面，提供一种挠性图像显示装置，其具有：图像显示板，其在具有挠性的挠性膜的表面上划定了多个像素；挠性基板，其安装在上述图像显示板上、且与该图像显示板一起变形；上述挠性基板具有：具有挠性的板状部件；和在上述板状部件的表面上形成的变形抑制结构；该变形抑制结构包括在该板状部件的表面上形成的凹凸，该凹凸被做成如下的形状：在使该板状部件变形时，相互相邻的凸部彼此接触以抑制进一步的更大的变形。

通过相邻的凸部彼此接触以抑制进一步的更大的变形，能够防止由板状部件及图像显示板的变形引起的破坏。

附图说明

图1A是第1实施例的挠性基材的俯视图。图1B是第1实施例的挠性基材的剖视图。图1C是第1实施例的挠性基材的作为凸部的原料的膜的剖视图。

图2是使第1实施例的挠性基材变形的状态的剖视图。

图3A是第2实施例的挠性基材的俯视图。图3B是第2实施例的挠性基材的剖视图。

图4A是第3实施例的挠性基材的俯视图。图4B是第3实施例的挠性基材的剖视图。

图5A是第4实施例的挠性基材的俯视图。图5B是第4实施例的挠性基材的剖视图。

图6A是第5实施例的挠性基材的俯视图。图6B是第5实施例的挠性基材的剖视图。

图7是第6实施例的挠性基材的剖视图。

图8是第7实施例的挠性基材的剖视图。

图9是第8实施例的挠性基材的剖视图。

图10A是第9实施例的挠性图像显示装置的两个像素部分的剖视图。

图10B是第9实施例的挠性图像显示装置的多个像素部分的剖视图。

图10C是第9实施例的变形例的挠性图像显示装置的多个像素部分的剖视图。

图10D是第9实施例的另一变形例的挠性图像显示装置的多个像素部分的剖视图。

图10E是第9实施例的变形例的挠性图像显示装置的分解立体图。

图10F是在框缘区域中直接形成了变形抑制结构的挠性图像显示装置的立体图。

图11A是第10实施例的挠性图像显示装置的三个像素部分的剖视图。图11B是第10实施例的挠性图像显示装置的多个像素部分的剖视图。

图12A是第11实施例的挠性图像显示装置的两端附近的剖视图。

图12B是第11实施例的挠性图像显示装置的多个像素部分的剖视图。

具体实施方式

图1A表示第1实施例的挠性基材的俯视图，图1B表示图1A的单点划线1B-1B的剖视图。在具有挠性的板状部件1的一个表面上，形成有由多个凸部2构成的变形抑制结构。各个凸部2具有在一个方向上较长的带状的形状，且被配置为：使多个凸部2的长度方向相互平行(在图1A中与纵向平行)。凸部2的各自的与长度方向正交的截面(宽度方向的截面)为梯形状。相互相邻的两条凸部2在其底面的长度方向的边缘上相互接触。

板状部件1由例如聚酰亚胺形成，凸部2由比板状部件1刚性更高的材料、例如聚碳酸酯形成。板状部件1的平面形状为例如5cm×4cm的长方形，其厚度为例如200μm。例如，凸部2中的各个底面的宽度为1mm，其厚度为150μm。凸部2的长度例如为从板状部件1的一个边附近到与该边相对置的边的附近左右。凸部2通过紫外线固化型粘接剂粘接在板状部件1上。

参照图1C对凸部2的制作方法的一个例子进行说明。准备厚度为150μm的聚碳酸酯片材5。图1C表示聚碳酸酯片材的剖视图。将该聚碳酸酯片材5通过金属刀具在切断面6切断，得到多个短条状的凸部2。在切断时将金属刀具倾斜，以使聚碳酸酯片材5与切断面6所成的角度为例如80°。通过使切断面6的倾斜的方向相互反转，得到截面为梯形状的凸部2。

在板状部件1的一个表面上涂布紫外线固化型粘接剂，使凸部2排列在粘接剂层之上。通过对粘接剂层照射紫外线，使粘接剂固化。由此，将凸部2粘接在板状部件1上。

接着，参照图2，对图1所示的挠性基材对弯曲应力的耐受性进行说明。

图2表示使图1所示的挠性基材以使设有凸部2的面成为内侧的方式弯曲的状态的剖视图。如果弯曲的程度(变形量)成为某种大小时，则相互相邻的凸部2A与2B的侧面彼此接触、以及凸部2B与2C的侧面彼此接触。

在相互相邻的凸部2的侧面彼此接触之前，刚性较低的板状部件1优先变形，所以能够以较小的力使其弯曲。由于凸部2由比板状部件1刚性更高的材料形成，所以如果相互相邻的凸部2的侧面彼此接触，则抑制了进一步的变形。在第1实施例的情况下，在板状部件1的内侧的表面的曲率半径成为4mm以前容易变形，而进一步的变形能够被抑制。

将凸部2的截面形状设定为：使得在使板状部件1在弹性变形的范围内变形时、即在发生永久变形之前，相互相邻的凸部2的侧面彼此接触。因此，板状部件1能够通过凸部2抑制永久变形。此外，如果凸部2彼此接触，则用于使板状部件1弯曲所需的力急剧地变大，所以挠性基材的操作者能够凭感觉容易地检测到可弹性变形的限定的弯曲量。

在上述第1实施例中，表示了将板状部件1用聚酰亚胺形成、将凸部2用聚碳酸酯形成的情况，但板状部件1及凸部2的材料并不限于此。板状部件1也可以是能够确保板状部件1的挠性的其他材料。在本说明书中，所谓的“具有挠性”，是指能够由人的手弯折、并弯曲的含义。凸部2的材料优选为具有比板状部件1更高的刚性的材料。在不需要光透过性的情况下，凸部2的材料也可以是金属。

另外，凸部2的材料也可以是具有与板状部件1大致相同刚性的材料。在此情况下，如果相互相邻的凸部2彼此接触，则能够得到与板状部件1变厚等同的弯曲耐受性。另外，在相互相邻的凸部2彼此接触之前，能够比较容易地使较薄的板状部件1变形。

图3A表示第2实施例的挠性基材的俯视图，图3B表示图3A的单点划线3B-3B的剖视图。在图1A及图1B所示的第1实施例中，凸部2的各自的平面形状为在一个方向上较长的带状，而在第2实施例中，凸部2的平面形状为正方形。平面形状为正方形的多个凸部2以矩阵状配置。凸部2的各自的立体形状为四角锥台。其底面是例如一边的长度为1mm的正方形，例如斜面与底面所成的角度为80°，其高度为150μm。垂直于底面的截面的形状是梯形，与第1实施例的凸部2的截面形状相同。

在第1实施例中，由于凸部2具有在一个方向上较长的平面形状，所以在凸部2的宽度方向(与长度方向正交的截面发生弯曲的方向)上挠性基材能够容易地弯曲，而在长度方向(与长度方向平行的截面发生弯曲的方向)上挠性基材难以弯曲。在第2实施例中，由于凸部2的各自的平面形状是正方形，所以在凸部2排列的行方向及列方向的哪个方向上都能够容易地弯曲。

图4A表示第3实施例的挠性基材的俯视图，图4B表示图4A的单点划线4B-4B的剖视图。在第3实施例中，凸部2的平面形状是正六边形。平面形状为正六边形的多个凸部2以蜂巢状配置，表面都被凸部2完全覆盖。凸部2的各自的立体形状是六角锥台。作为一例子，其底面的一边的长度为0.5mm，底面与斜面所成的角为80°，高度为150μm。垂直于底面的截面的形状是梯形，与第1实施例的凸部2的截面形状相同。

在第3实施例中，由于凸部2的平面形状由正六边形构成，所以能够得到在平行于各边的三方向上容易弯曲的挠性基材。

图5A表示第4实施例的挠性基材的俯视图，图5B表示图5A的单点划线5B-5B的剖视图。在第4实施例中，凸部2的平面形状是圆形。平面形状为圆形的多个凸部2配置在三角栅格的栅格点的位置上。凸部2分别具有由在顶上带有圆度、斜面由平滑的曲面形成的立体形状。例如，具有将球形或旋转椭圆体用平面切断而得到的立体形状。

如第1～第3实施例那样，在凸部2的斜面是平面的情况下，在使挠性基材弯曲时，相邻的凸部2的斜面彼此之间几乎在整个表面发生接触。在第4实施例中，由于凸部2的斜面是曲面，所以在使挠性基材弯曲时，相邻的凸部2的斜面彼此部分地接触。这样，即使在部分接触的情况下，也能够抑制过度的弯曲。

在第4实施例中，与第1～第3实施例相比，容易弯曲的方向不易被约束为特定的方向。也可以使凸部2随机地分布。在此情况下，能够得到容易弯曲的方向不被约束为特定的方向、没有方向性的挠性基材。

图6A表示第5实施例的挠性基材的俯视图，图6B表示图6A的单点划线6B-6B的剖视图。在第5实施例中，凸部2的平面形状是正方形，立体形状是四角锥。该凸部2以矩阵状配置。作为一例子，底面的一边的长度是1mm的正方形，底面与斜面所成的角是80°。

在第5实施例中，与图3A及图3B所示的第2实施例相比，在使板状基板1弯曲时，相互相邻的凸部2接触的斜面的面积较大。因此，能够提高对于弯曲的方向的应力的耐受性。

上述第2～第5实施例的挠性基材的凸部2可以使用例如注射成形机形成。凸部2也可以通过与板状部件1相比足够薄的膜连接。如果做成凸部2不分离的结构，则能够容易地将多个凸部2接合。

此外，在将板状部件1与凸部2用相同的材料形成的情况下，可以将两者一体成型。此外，更一般地说，可以将凸部2的立体形状做成角锥、角锥台、圆锥、圆锥台等。

图7表示第6实施例的挠性基材的剖视图。平面形状是第1～第4实施例的挠性基材的平面形状的哪一种都可以。在上述第1～第3实施例中，相互相邻的凸部2被配置为：使其在其底面的边缘相互接触。在第6实施例中，相互相邻的凸部2彼此隔开一定间隔地配置。在板状部件1在其弹性变形的范围内变形时，只要相互相邻的凸部2彼此接触而能够抑制进一步的变形，相互相邻的凸部2也可以隔开间隔地配置。

图8表示第7实施例的挠性基材的剖视图。本实施例在具有挠性的板状部件1的表面上形成有截面为V字状的多个槽3。如果多个槽3平行地形成，则留在槽3之间的部分发挥与图1A及图1B所示的第1实施例的凸部2同样的作用。此外，如果将槽3形成为正方栅格状，则留在槽3之间的部分发挥与图3A及图3B所示的第2实施例的凸部2同样的作用。更一般地说，也可以形成与第1方向平行的多个槽、和平行于与第1方向交叉的第2方向的多个槽。槽3的截面形状并不需要是V字状，也可以是其它形状。例如，也可以是U字状。

图9表示第8实施例的挠性基材的剖视图。在第8实施例中，在板状部件1的表面上形成有大致半球状的多个凹部4。在板状部件1的表面内，凹部4配置在例如正方栅格或三角栅格的栅格点的位置上、或者随机地配置。没有形成凹部4的部分(具有板状部件1的原来的厚度的部分)发挥与第1～第6实施例的凸部2同样的作用。

接着，参照图10A及图10B，对第9实施例的挠性图像显示装置进行说明。第9实施例的挠性图像显示装置是在具有挠性的图像显示板、例如利用了电泳的纸状显示器中应用了第1～第8实施例的挠性基材。

图10A表示第9实施例的挠性图像显示装置的两个像素部分的剖视图。图10B表示多个像素部分的剖视图。在后方基板11的表面上，对每个像素形成有薄膜晶体管等开关元件13。在后方基板11上形成有层间绝缘膜15，以使其覆盖开关元件13。在层间绝缘膜15之上，对每个像素形成有第1电极14。第1电极14经由贯通层间绝缘膜15的通孔内，连结在对应的开关元件13上。形成有由氮化硅等构成的无机绝缘膜16，以使其覆盖第1电极14。

与绝缘膜16隔开间隔地配置有显示侧基板10。在显示侧基板10与绝缘膜16之间设有隔壁12。隔壁12以栅格状配置在绝缘膜16的表面内，划定像素并在显示侧基板10与绝缘膜16之间确保一定的间隙。

在隔壁12与绝缘膜16之间配置有由铝等构成的第2电极17。第2电极17也可以例如埋入在隔壁12的内部中。在由绝缘膜16、显示侧基板10及隔壁12包围的空间内填充有硅油等绝缘性液体20。在绝缘性液体20内分散有粒径为1～2μm左右的多个带电泳动粒子21。作为带电泳动粒子21的材料的例子，可以举出含有碳黑的聚苯乙烯-聚甲基丙烯酸甲酯共聚物树脂等。

构成由后方基板11与显示侧基板10夹着的纸状显示器。该纸状显示器在例如特开2003-161966号公报中公开。

在后方基板11的外侧的表面上粘贴有挠性基材30。挠性基材30与上述第1～第8实施例的任一个的挠性基材相同。关于面内方向，在挠性基材30的一个凸部内配置有多个像素。

对第9实施例的挠性图像显示装置的动作进行说明。第2电极17接地。使带电泳动粒子21带正电。如果对第1电极14施加正的电压，则如图10A的右侧的像素所示，带电泳动粒子21集中到第2电极17的附近。如果使第1电极14的表面为白色，则该像素成为白显示状态。如果对第1电极14施加负的电压，则如图10A的左侧的像素所示，带电泳动粒子21扩展到第1电极16上。由此，该像素成为观测到带电泳动粒子21的黑色的状态。

如果使挠性像素显示装置弯曲以使后方基板11成为内侧，则通过挠性基材30限制了弯曲量(变形量)，能够防止纸状显示器的破坏。在第9实施例中，在后方基板11的表面上粘贴着挠性基材30，但也可以如图10C所示，做成下述的结构：对后方基板11自身的表面施加凹凸、后方基板11兼作挠性基材30。

此外，如图10D所示，也可以在另一个基板10的外侧的表面上也粘贴挠性基材31。在此情况下，在纸状显示器的两面上配置有变形抑制结构，对于基板10为内侧的弯曲，也能够限制弯曲量。不需要进行一个挠性基材30的凹凸与另一个挠性基材31的凹凸的对位。

图10E表示第9实施例的变形例的挠性图像显示装置的分解立体图。在纸状显示器35上，划定显示图像的图像显示区域35A、和包围图像显示区域35A的框缘区域35B。框缘区域35B粘接在框36上。图像显示区域35A与框36不重合。因此，能够在不受框36遮挡的情况下视认图像显示区域35A。在框36的单面或两面上，形成有与第1～第8实施例的任一个挠性基材同样的用来抑制弯曲的凹凸(变形抑制结构)。如果使纸状显示器35弯曲，则框36也与其对应地变形。通过抑制框36的过度的变形，能够防止纸状显示器35的破坏。

如图10F所示，也可以在框缘区域35B上直接形成变形抑制结构35C。例如，将框缘区域35B划分为沿着图像显示区域35A的4个边的4个区域。在该4个区域中分别形成由沿其宽度方向延伸的凸部或凹部构成的变形抑制结构35C。由于在图像显示区域35A中没有配置凹凸，所以能够从两面不受凹凸遮挡地视认图像。

另外，所谓的纸状显示器，是如纸那样薄的显示器的总称，除了如第9实施例的挠性图像显示装置那样地使带电的粒子沿水平方向(面内方向)移动的水平移动型电泳显示器以外，还提出了各种方式。例如，提出了微胶囊型电泳显示器、扭转球显示器、电场析出溶解式显示器等。第1～第8实施方式的挠性基材也能够应用到这些各种纸状显示器中。

接着，参照图11A及图11B，对第10实施例的挠性图像显示装置进行说明。第10实施例的挠性图像显示装置是将第1～第8实施方式的挠性基材应用到具有挠性的图像显示板、例如有机EL元件中。

图11A表示第10实施例的挠性图像显示装置的3个像素部分的剖视图。图11B表示多个像素部分的剖视图。在具有挠性的透明薄膜40的表面上，形成有由ITO构成的多个正极41。正极41在透明薄膜40的表面内相互平行地(在图11A中是横向)配置。

在透明薄膜40之上配置有多个带状的有机发光层42，使其与正极41交叉。有机发光层42分别具有从透明薄膜40侧开始依次层叠了空穴传输层42A、发光层42B、以及电子传输层42C而成的多层结构。在电子传输层42C的表面上形成有铝等负极45。另外，也可以根据需要而将空穴注入层插入到正极41与空穴传输层42A之间。此外，也可以将电子注入层插入到负极45与电子传输层42C之间。正极41与有机发光层42的交叉部位作为像素发挥功能。

从透明薄膜40到负极45的结构在例如特开2003-272864号公报中公开。

通过使用环氧树脂类粘接剂48将挠性基板50粘贴在透明薄膜40上，将正极41、有机发光层42、及负极45封固。挠性基材50与上述第1～第8实施例的任一个的挠性基材相同，并以使带有凹凸的表面朝向外侧的方式进行粘贴。

由发光层42B产生的光通过透明薄膜40放射到外部。如果使挠性图像显示装置以使挠性基材50成为内侧的方式进行弯曲时，则通过挠性基材50限制了弯曲量(变形量)，能够防止有机EL元件的破坏。

在第10实施例中，也与图10C所示的结构同样，也可以对透明薄膜40的外侧的表面施加凹凸，做成透明薄膜40兼作用来抑制弯曲的挠性基材的结构。在此情况下，在有机EL元件的两面上配置有变形抑制结构。此外，如图10D所示，也可以在有机EL元件上安装具有变形抑制结构的框。

接着，参照图12A及图12B，对第11实施例的挠性图像显示装置进行说明。第11实施例的挠性图像显示装置是在具有挠性的图像显示板例如液晶显示元件中应用了第1～第8实施例的挠性基材。

图12A表示第11实施例的挠性图像显示装置的两端附近的剖视图，图12B表示多个像素部分的剖视图。具有厚度为100μm左右的挠性的一对基板60及65隔开间隔且平行地配置。在基板60及65的内侧的表面上，分别形成有由ITO等构成的透明电极61及66。基板60及66一般具有以PET、PC、PES等为基础、层叠了气体阻隔层、表面处理层等的结构。透明电极61由在图的横向上延伸的多个带状的电极构成，透明电极66由沿与图的纸面垂直的方向延伸的多个带状的电极构成。在两者的交叉的部位划定像素。在基板60及65上分别形成有取向膜62及67，使其覆盖透明电极61及66。

在两片基板60及65之间，填充有间隙保持部件70及向列液晶71。通过密封剂72将基板60与65重合粘接。另外，根据需要而配置彩色过滤器及偏光膜。该液晶显示元件在例如特开平9-101509号公报中公开。

在一个基板60的外侧的表面上粘贴有挠性基材75。挠性基板75与上述第1～第8实施例的任一个挠性基材相同。挠性基材75的带有凹凸的面朝向外侧。

在以使挠性基材75成为内侧的方式进行弯曲的情况下，通过挠性基材75限制弯曲量。因此，能够防止液晶显示元件的破坏。

在第11实施例中，与图10C所示的结构同样，也可以在一个基板60的外侧的表面上施加凹凸、做成基板60兼作挠性基材75的结构。此外，与图10D所示的结构同样，也可以在液晶显示元件的两面上配置变形抑制结构。此外，与图10E所示的结构同样，也可以在液晶显示元件上安装用来抑制弯曲的框。

在上述第9～第11实施例的挠性图像显示装置中，如果使图像显示板、例如纸状显示器、有机EL元件、液晶显示元件等过度地变形，则会发生不可逆的劣化。所谓的“不可逆的劣化”，是指即使使图像显示板恢复原来的形状、显示质量也不能复原之类的劣化。作为不可逆的劣化的例子，可以举出ITO等的电极的破裂、挠性薄膜的白浊等。作为变形抑制结构的立体形状，优选地采用如下的形状：在发生会产生不可逆的劣化的变形之前变形抑制结构的相互相邻的凸部彼此接触。

以上按照实施例说明了本发明，但本发明并不限于此。例如对于本领域的技术人员来说显然可以进行各种变更、改良、组合等。