(57)【要約】【課題】優れた耐衝撃性を有するエレクトロウェッティング光学素子を提供する。【解決手段】エレクトロウェッティング光学素子１は、素子本体１０と、誘電体層１４と、電極１１ｂ，１２ｅと、着色された非極性液体１７と、極性液体１６とを備える。素子本体１０は、内部空間１０ａを有する。誘電体層１４は、素子本体１０の内表面上に配されている。誘電体層１４は、疎水性表面を有する。電極１１ｂ，１２ｅは、誘電体層１４を分極させる。非極性液体１７は、内部空間１０ａ内において、疎水性表面上に配されている。極性液体１６は、内部空間１０ａ内において、疎水性表面上に配されている。極性液体１６は、非極性液体１７と混和しない。素子本体１０の内表面のうち、誘電体層１４が設けられていない部分の一部が、非極性液体１７と親和する親油性面１１ｃにより構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する素子本体と、
前記素子本体の内表面上に配されており、疎水性表面を有する誘電体層と、
前記誘電体層を分極させる電極と、
前記内部空間内において、前記疎水性表面上に配されており、着色された非極性液体と、
前記内部空間内において、前記疎水性表面上に配されており、前記非極性液体と混和しない極性液体と、
を備え、
前記素子本体の内表面のうち、前記誘電体層が設けられていない部分の少なくとも一部が、前記非極性液体と親和する親油性面により構成されている、エレクトロウェッティング光学素子。
【請求項２】
前記素子本体は、
第１の主壁部と、
前記内部空間を介して前記第１の主壁部と対向している第２の主壁部と、
を有し、
前記誘電体層は、前記第２の主壁部の上に配されており、
前記第１の主壁部の前記第２の主壁部側の表面の少なくとも一部が前記親油性面により構成されている、請求項１に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項３】
前記素子本体は、前記第２の主壁部の上から前記第１の主壁部側に向かって延びるように設けられており、前記内部空間を複数のセルに区画する隔壁部をさらに有し、
前記第１の主壁部の前記第２の主壁部側の表面の前記隔壁部と対向する部分の少なくとも一部が前記親油性面により構成されている、請求項２に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項４】
前記第１の主壁部の前記第２の主壁部側の表面の前記親油性面により構成されていない部分は、前記極性液体と親和する親水性面により構成されている、請求項２または３に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項５】
前記第１の主壁部の前記第２の主壁部側の表面の全体が前記親油性面により構成されている、請求項２に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項６】
前記非極性液体の２０℃における粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項７】
前記素子本体の内表面のうち前記親油性面を構成している部分が、親油処理された部分である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【請求項８】
前記素子本体の前記親油性面を構成している部分が、親油性材料により構成されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェッティング光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エレクトロウェッティング効果を利用したエレクトロウェッティング（ＥＷ：ＥｌｅｃｔｒｏＷｅｔｔｉｎｇ）光学素子が注目されている（例えば、特許文献１，２等を参照）。一般に、エレクトロウェッティング光学素子では、一対の基板間に、互いに混じり合わない２つの液体が配置されている。この２つの液体のうちの一方が、非極性液体であり、他方が極性液体である。一般的には、顔料や染料などの着色剤が非極性液体に添加されている。このため、エレクトロウェッティング光学素子では、着色された非極性液体の単位面積あたりの占有率が変化することによって光の透過率が変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−３５６７５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１９５１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えばエレクトロウェッティング光学素子に衝撃や振動などが加わった際に、非極性液体が不所望な部分に付着する場合がある。特に、エレクトロウェッティング光学素子の低消費電力化及び高速駆動化を図る観点から、非極性液体の粘度が低くされている場合には、衝撃や振動などが加わった際に非極性液体が分離し、不所望な部分に付着しやすい。着色された非極性液体が不所望な部分に付着すると、その部分が常に着色された状態となり、エレクトロウェッティング光学素子の特性が低下する。
【０００５】
本発明の主な目的は、優れた耐衝撃性を有するエレクトロウェッティング光学素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るエレクトロウェッティング光学素子は、素子本体と、誘電体層と、電極と、着色された非極性液体と、極性液体とを備える。素子本体は、内部空間を有する。誘電体層は、素子本体の内表面上に配されている。誘電体層は、疎水性表面を有する。電極は、誘電体層を分極させる。非極性液体は、内部空間内において、疎水性表面上に配されている。極性液体は、内部空間内において、疎水性表面上に配されている。極性液体は、非極性液体と混和しない。素子本体の内表面のうち、誘電体層が設けられていない部分の少なくとも一部が、非極性液体と親和する親油性面により構成されている。
【０００７】
素子本体は、第１の主壁部と、内部空間を介して第１の主壁部と対向している第２の主壁部とを有していてもよい。その場合、誘電体層は、第２の主壁部の上に配されていてもよい。第１の主壁部の第２の主壁部側の表面の少なくとも一部が親油性面により構成されていることが好ましい。
【０００８】
素子本体は、第２の主壁部の上から第１の主壁部側に向かって延びるように設けられており、内部空間を複数のセルに区画する隔壁部をさらに有していてもよい。その場合、第１の主壁部の第２の主壁部側の表面の隔壁部と対向する部分の少なくとも一部が親油性面により構成されていることが好ましい。
【０００９】
第１の主壁部の第２の主壁部側の表面の全体が親油性面により構成されていてもよい。
【００１０】
第１の主壁部の第２の主壁部側の表面の親油性面により構成されていない部分は、極性液体と親和する親水性面により構成されていることが好ましい。
【００１１】
非極性液体の２０℃における粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましい。
【００１２】
素子本体の内表面のうち親油性面を構成している部分が、親油処理された部分であってもよい。
【００１３】
素子本体の親油性面を構成している部分が、親油性材料により構成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、優れた耐衝撃性を有するエレクトロウェッティング光学素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエレクトロウェッティング光学素子の略図的断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るエレクトロウェッティング光学素子の動作を説明するための略図的断面図である。
【図３】参考例に係るエレクトロウェッティング光学素子の略図的断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るエレクトロウェッティング光学素子の略図的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１７】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１８】
図１は、本実施形態に係るエレクトロウェッティング光学素子１の略図的断面図である。図１に示されるエレクトロウェッティング光学素子１は、表示素子である。但し、本発明に係るエレクトロウェッティング光学素子は、表示素子でなくてもよく、例えば、シャッター素子などの表示素子以外の光学素子であってもよい。
【００１９】
図１に示されるように、エレクトロウェッティング光学素子１は、素子本体１０を備えている。素子本体１０は、内部空間１０ａを有する。
【００２０】
具体的には、素子本体１０は、第１の主壁部を構成している第１の基板１１と、第２の主壁部を構成している第２の基板１２とを備える。第１の基板１１と第２の基板１２とは、内部空間１０ａを介して互いに間隔をおいて対向している。第１の基板１１と第２の基板１２との間には、側壁部を構成しているシール材１３が配されている。これらシール材１３並びに第１及び第２の基板１１，１２により内部空間（セル）１０ａが区画形成されている。
【００２１】
第１の基板１１は、基板本体１１ａと、コモン電極１１ｂとを有する。コモン電極１１ｂは、基板本体１１ａの第２の基板１２側の主面の上に配されている。一方、第２の基板１２は、基板本体１２ａと、ＴＦＴ１２ｂと、配線部１２ｃと、平坦化膜１２ｄと、画素電極１２ｅと、コモン電極１２ｆとを有する。
【００２２】
基板本体１１ａ，基板本体１２ａは、例えば、ガラス、樹脂成型体及びフィルム等により構成することができる。
【００２３】
コモン電極１１ｂは透明電極であることが好ましい。コモン電極１１ｂは、例えば、ＩＴＯ（スズドープ酸化インジウム）等の透明導電性酸化物などにより構成することができる。
【００２４】
画素電極１２ｅ及びコモン電極１２ｆは、それぞれ、平坦化膜１２ｄ上に形成されている。画素電極１２ｅ及びコモン電極１２ｆは、それぞれ、ビアホール電極１２ｄａを介してＴＦＴ１２ｂ及び配線部１２ｃに接続されている。また、画素電極１２ｅ及びコモン電極１２ｆは、各画素内に一対ずつ配置されている。
【００２５】
画素電極１２ｅ及びコモン電極１２ｆは、それぞれ、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物などや、アルミニウム等により構成することができる。
【００２６】
誘電体層１４は、素子本体１０の内表面上に配されている。具体的には、誘電体層１４は、第２の基板１２の上に配されている。この誘電体層１４は、画素電極１２ｅ及びコモン電極１２ｆが設けられた領域を含め、基板本体１２ａの第１の基板１１側の主面の実質的に全体を覆うように設けられている。
【００２７】
誘電体層１４の表面は、例えばフッ素樹脂の塗布及び熱処理などの公知の方法により、撥水化処理されている。このため、誘電体層１４の第１の基板１１側の表面は、疎水性表面を構成している。すなわち、誘電体層１４は、疎水性表面を有する。誘電体層１４には、コモン電極１１ｂと画素電極１２ｅとによって電圧が印加される。これにより、誘電体層１４が分極する。
【００２８】
誘電体層１４の上には、格子状の隔壁部１５が設けられている。隔壁部１５は、第２の基板１２の上から、第１の基板１１側に向かって延びるように設けられている。隔壁部１５の先端は、第１の基板１１とは離間している。すなわち、隔壁部１５と第１の基板１１との間にはギャップが設けられている。隔壁部１５によって、内部空間１０ａが複数のセルＣに区画されている。本実施形態では、各セルＣは、画素を構成している。
【００２９】
各セルＣには、極性液体１６と非極性液体１７とが充填されている。極性液体１６と非極性液体１７とは、内部空間１０ａ内において、誘電体層１４の疎水性表面上に配されている。極性液体１６の表面エネルギーが相対的に高く、非極性液体１７の表面エネルギーが相対的に低い。極性液体１６は、親水性を有する高表面エネルギー液体により構成されている。非極性液体１７は、疎水性を有する低表面エネルギー液体により構成されている。このため、極性液体１６と非極性液体１７とは、混和しない。
【００３０】
非極性液体１７は、顔料や染料を含み、着色されている。すなわち、非極性液体１７は、吸収帯を有する。一方、極性液体１６は、着色されておらず、吸収帯を有さない。このため、ある波長域において、非極性液体１７の透過率は、極性液体１６の透過率よりも低い。なお、非極性液体１７は、可視波長域に吸収帯を有していてもよいし、例えば、紫外波長域、赤外波長域などの可視波長域以外の領域に吸収帯を有していてもよい。
【００３１】
エレクトロウェッティング光学素子１の駆動電圧を低くし、応答速度を高める観点から、非極性液体１７は、低い粘度を有することが好ましい。２０℃における非極性液体１７の粘度は、３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。同様に、２０℃における極性液体１６の粘度は、３０ｍＰａ・ｓ以下であることが好ましく、１０ｍＰａ・ｓ以下であることがより好ましい。非極性液体１７及び極性液体１６の粘度は、それぞれ、通常、０．２ｍＰａ・ｓ以上である。
【００３２】
エレクトロウェッティング光学素子１では、誘電体層１４の表面が疎水性表面を構成している。このため、コモン電極１１ｂと画素電極１２ｅとの間に電圧が印加されていない状態では、非極性液体１７の方が、極性液体１６よりも誘電体層１４に対する親和性が高い。従って、コモン電極１１ｂと画素電極１２ｅとの間に電圧が印加されていない状態では、誘電体層１４の実質的に全体が非極性液体１７により覆われている。
【００３３】
図２に示されるように、画素電極１２ｅに電圧（ＥＶ）を印加すると、画素電極１２ｅと極性液体１６とが電極として機能し、誘電体層１４が分極する。その結果、極性液体１６が誘電体層１４に静電作用で引きつけられる。このため、誘電体層１４を覆っていた非極性液体１７が押しのけられ、非極性液体１７の単位面積あたりの被覆率が低下する。その結果、エレクトロウェッティング光学素子１の光透過率が変化する。エレクトロウェッティング光学素子１では、この原理を用いて、画像表示や光シャッタリングが行われる。
【００３４】
ところで、図３に示されるように、エレクトロウェッティング光学素子１００に衝撃や振動が加わると、非極性液体１１７が複数に分裂し、一部が第１の基板１１１に付着する場合がある。非極性液体１１７が第１の基板１１１に付着すると、非極性液体１１７が付着した領域の光透過率が常に低くなる。このため、エレクトロウェッティング光学素子１００の表示品位などが低下する。
【００３５】
エレクトロウェッティング光学素子１では、素子本体１０の内表面のうち、誘電体層１４が設けられていない部分の一部が、非極性液体１７が親和する親油性面１１ｃにより構成されている。このため、図４に示されるように、非極性液体１７が複数に分裂した場合、親油性面１１ｃに優先的に付着する。よって、親油性面１１ｃをエレクトロウェッティング光学素子１の特性劣化しにくい部分に設けておくことにより、エレクトロウェッティング光学素子１に衝撃や振動が加わった場合でも、非極性液体１７の不所望な付着により特性が劣化することを抑制することができる。従って、優れた耐衝撃性を実現することができる。
【００３６】
具体的には、エレクトロウェッティング光学素子１では、第１の主壁部を構成している第１の基板１１の第２の基板１２側の表面の一部が親油性面１１ｃにより構成されている。より具体的には、第１の基板１１の第２の基板１２側の表面の、隔壁部１５と厚み方向において対向する部分の少なくとも一部が親油性面１１ｃにより構成されている。このため、分裂した非極性液体１７は、隣接するセルＣ間に位置する隔壁部１５と対向する部分に優先的に付着する。よって、非極性液体１７が第１の基板１１に付着した場合であっても、表示品位等が低下しにくい。
【００３７】
隔壁部１５と対向する部分に分裂した非極性液体１７がより優先的に付着するようにする観点からは、第１の基板１１の第２の基板１２側の表面の親油性面１１ｃにより構成されていない部分が、極性液体１６と親和し、非極性液体１７と親和しない親水性面１１ｄにより構成されていることが好ましい。また、シール材１３の内表面を親油性面により構成し、シール材１３の内表面にも非極性液体１７が優先的に付着するようにしてもよい。
【００３８】
なお、親油性面１１ｃとは、非極性液体１７の接触角が６０°以下である面をいう。親水性面１１ｄとは、極性液体１６の接触角が６０°以下である面をいう。
【００３９】
親油性面１１ｃを形成する方法は、特に限定されない。例えば、フッ素樹脂コート処理、フッ素プラズマ処理等の親油処理を施すことにより親油性面１１ｃを形成してもよい。また、第１の基板１１の一部を、親油性材料により構成することにより、親油性面１１ｃを形成してもよい。
【００４０】
親水性面１１ｄを形成する方法は、特に限定されない。例えば、コロナ処理、酸素プラズマ処理等の親水処理を施すことにより親水性面１１ｄを形成してもよい。また、第１の基板１１の一部を、親水性材料により構成することにより、親水性面１１ｄを形成してもよい。
【００４１】
耐衝撃性を向上することができる本実施形態の技術は、非極性液体の粘度が３０ｍＰａ・ｓ以下、さらには１０ｍＰａ・ｓ以下と低く、非極性液体が分裂しやすいエレクトロウェッティング光学素子に特に好適に適用される。
【００４２】
（変形例）
上記実施形態では、第１の基板１１の第２の基板１２側の表面の一部のみを親油性面１１ｃにより構成する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。
【００４３】
例えば、第１の基板１１の第２の基板１２側の表面の前面を親油性面１１ｃにより構成してもよい。その場合、親油性面１１ｃが広域に設けられるため、親油性面１１ｃに付着した非極性液体１７が薄く濡れ拡がる。よって、非極性液体１７の付着による透過率の低下を抑制することができる。
【００４４】
具体的な実施の形態について以下に説明する。なお、本発明はこれに限定されることは無く、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において適宜変更可能である。
【００４５】
（実施例）
以下の条件で、第１の実施形態に係るエレクトロウェッティング光学素子１と実質的に同様の構成を有するエレクトロウェッティング光学素子を作製した。
【００４６】
隔壁の幅：３０μｍ
隔壁の高さ：６μｍ
隔壁のピッチ：２００μｍ
誘電体層の表面処理：フッ素樹脂を塗布することにより疎水化した。
親油性面：隔壁と厚み方向に重なる部分の全体に設けた。フッ素樹脂を印刷することにより親油性面を形成した。
シール材の高さ：１００μｍ
非極性液体：カーボンブラック分散ドデカン
極性液体：０．３質量％の食塩水
【００４７】
（比較例）
親油性面を形成しなかったこと以外は、上記実施例と同様にしてエレクトロウェッティング光学素子を作製した。
【００４８】
（評価）
３０Ｖの電圧を印加した状態で、エレクトロウェッティング光学素子の側面を、木槌で１０回叩くことによりエレクトロウェッティング光学素子に衝撃を与えたときの様子を観察した。
【００４９】
実施例において作製したエレクトロウェッティング光学素子では、衝撃を与えた直後はセル全体が曇ったような状況となり、光学顕微鏡で確認するとカーボンブラック分散ドデカンが食塩水中に漂っている状況が観察された。その状態で静置すると曇りがなくなった。その後、光学顕微鏡で観察した結果、親油性面が設けられた部分のみが黒色となっており、それ以外の部分は黒色となっていなかった。目視観察において、黒点等の不良は観察されなかった。
【００５０】
一方、比較例において作製したエレクトロウェッティング光学素子では、静置後、黒点が複数箇所確認された。黒点が生じた部分を光学顕微鏡を用いて観察すると、非極性液体が付着していることが分かった。
【符号の説明】
【００５１】
１…エレクトロウェッティング光学素子
１０…素子本体
１０ａ…内部空間
１１…第１の基板
１１ａ…基板本体
１１ｂ…コモン電極
１１ｃ…親油性面
１１ｄ…親水性面
１２…第２の基板
１２ａ…基板本体
１２ｂ…ＴＦＴ
１２ｃ…配線部
１２ｄ…平坦化膜
１２ｄａ…ビアホール電極
１２ｅ…画素電極
１２ｆ…コモン電極
１３…シール材
１４…誘電体層
１５…隔壁部
１６…極性液体
１７…非極性液体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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