(57)【要約】懸濁微粒子を含む液体（４６）で満たされた間隙のいずれか一方の側に双安定性で分極可能な分子の単分子膜を有する微粒子ディスプレイ装置。単分子膜、及び液体で満たされた間隙はパターニングされた電極間に配置されており、該電極は、前記間隙の単分子膜に電界を印加するのに用いられ、それによって懸濁された微粒子の向きあるいは分布に影響が及ぼされる。前記間隙の光の透過率あるいは反射率は、印加電界に依存する。分極可能な単分子膜は、２つの安定した分極状態のうちの一方を有することにより、印加電界に応答する。単分子膜内の分子の双極子によって与えられる電界は、外部からの電界が除去された後も残り、それによって、ディスプレイ装置の懸濁微粒子への電界の影響が持続される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一部が第１の双安定分子の単分子膜でコーティングされている、第１の透明な導電性フィルム（４３）により部分的に覆われている表面を有する第１の透明な基材（４１）と、
一部が第２の双安定分子の単分子膜でコーティングされている、第２の透明な導電性フィルム（４４）により部分的に覆われている表面を有する第２の透明な基材（４２）であって、前記第１の透明な基材（４１）が前記第２の透明な基材（４２）と相対して概ね平行に配置され、それによって前記第１の双安定分子の単分子膜と前記第２の双安定分子の単分子膜との間に間隙（４６）が形成されている、前記第２の透明な基材と、
前記間隙（４６）内に配置されている液体であって、電界に応答する懸濁微粒子を含み、それによって前記ディスプレイ装置の光の透過が前記第１及び前記第２の双安定分子の単分子膜の電気的な分極に依存する、前記液体と、
からなるディスプレイ装置。
【請求項２】
前記第１の透明な導電性フィルム（４３）が、金属フィルムである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項３】
前記金属が、プラチナ、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、オスミウム及び金からなる群から選択される、請求項２に記載のディスプレイ装置。
【請求項４】
前記金属が、金である、請求項３に記載のディスプレイ装置。
【請求項５】
前記双安定分子の単分子膜（２０）が、硫黄を含む官能基を有する分子から形成される、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項６】
前記第１の導電性フィルム（４１）が、酸化物である、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【請求項７】
前記酸化物が、インジウム、スズ及びルテニウムからなる群から選択される金属を含む、請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項８】
前記双安定分子の単分子膜（３０）が、シリコンを含む官能基を有する分子から形成される、請求項６に記載のディスプレイ装置。
【請求項９】
第１の透明な導電性フィルム（４３）により部分的に覆われている表面を有する第１の透明な基材（４１）であって、前記第１の導電性フィルム（４３）の一部が第１の双安定分子の単分子膜でコーティングされている、前記第１の透明な基材（４１）と、
第２の導電性フィルム（４４）により部分的に覆われている表面を有する第２の基材（４２）であって、前記第２の導電性フィルム（４４）の一部が第２の双安定分子の単分子膜でコーティングされており、前記第１の基材が前記第２の基材に相対して概ね平行に配置され、それによって前記第１の双安定分子の単分子膜と前記第２の双安定分子の単分子膜との間に間隙（４６）が形成されている、第２の基材と、
前記間隙内に配置されている液体（５３）であって、電界に応答する懸濁微粒子を含み、それによって前記ディスプレイ装置の光の反射率が前記第１及び前記第２の双安定分子の単分子膜の分極に依存する、液体と、
からなるディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記第１の透明な導電性フィルム（４３）が、金属フィルムである、請求項１に記載のディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ装置に関する。詳細には、本発明は、誘導された電界を用いて、ディスプレイ装置の状態を維持するための構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ラップトップコンピュータ及び他のポータブル応用形態において一般的に用いられるフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）は、良好な画像表示特性に加え、消費電力が低く、コンパクトなサイズであることが求められる。ＦＰＤに用いられる技術の１タイプとして、液状媒体内に懸濁している微粒子を操作して、前記媒体の反射特性及び透過特性を変化させることが包含される。
【０００３】
微粒子ディスプレイには２つの一般的なタイプがあり、その１つは、しばしば、懸濁微粒子ディスプレイ（ＳＰＤ：suspended particle display）と称される。ＳＰＤでは、微粒子の配向を選択的に制御することで、ディスプレイに必要とされる光学コントラストを生成する。電気泳動画像ディスプレイ（ＥＰＩＤ）では、微粒子集団の分布を選択的に制御し、ディスプレイに必要とされる光学コントラストを生成する。両方の場合とも、電界を用いて微粒子を制御する。両ディスプレイタイプの微粒子は液状の媒体内に懸濁しており、一方の場合では電界への応答が配向に関し、他方の場合では分布に関することに留意されたい。
【０００４】
ＳＰＤは、視野角が広いこと、光学透過性が高いこと、及び製造が容易であるため、魅力的である。ＳＰＤに関しては、非対称で平板のような形状を有するサブミクロンサイズの微粒子が、外部から印加される電界に対して整列するときに、光バルブ機能が得られ、それにより光が通過できるようになる（「明」状態）。この電界に対する整列は、外部からの電界が微粒子の分子内双極子モーメントを誘導するために生じる。外部からの電界が存在しない場合には、ブラウン運動に起因して微粒子の向きはランダムになり、結果として光を遮断する（「暗」状態）。
【０００５】
例えば、ヨードキニンサルフェート（iodoquinine sulfate）もしくは同族化合物の結晶は有機液体内に分散することができ、その結晶は二色性であるので、整列していない状態の吸収と整列した状態の吸収との間には大きな差がある。電界が印加されていない場合には、向きがランダムであることによって、青味がかった黒色に見えるようになり、整列した状態では、ほとんど吸収せず、白色背景との良好なコントラストを得ることができる。ＳＰＤの大きな短所は、ディスプレイの明領域がその状態を維持するためには、外部電界により連続的にエネルギーを供給しなければならないので、ディスプレイ上の画像が静止画の場合であってもエネルギーを消費することである。またＳＰＤは典型的には明確な電圧閾値を欠いており、高い解像度を得るために、アクティブマトリクスアドレス指定が必要となる。
【０００６】
ＥＰＩＤでは、ディスプレイに用いられる微粒子は帯電しており、例えばダークブルー染料内の白色微粒子のように、それらを懸濁するために用いられる液体と対照をなす色を有していてもよく、又は、逆に帯電した２つの対照をなす色の微粒子に分割されていてもよい。当該微粒子は、印加電界の影響下、ディスプレイの前面又は背面に移動し、前面から視認される際に、明るい領域又は暗い領域を生成する。ＥＰＩＤは、透過によってではなく、反射及び吸収によって機能する。ＥＰＩＤは固有メモリを有するが、電圧閾値がないので、多重化ディスプレイの製造は困難である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、外部から電界をかけることなく、表示される画像を維持し得る微粒子ディスプレイが必要とされている。また、多重化を可能とする電圧閾値を有する微粒子ディスプレイが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
懸濁微粒子を含む液体で満たされた間隙のいずれか一方の側又は両側に、双安定性の分極可能な分子からなる単分子膜を有する微粒子ディスプレイ装置を開示する。単分子膜、及び液体で満たされている間隙は、パターニングされた電極間に配置されており、前記電極は、その間隙の単分子膜に電界を印加するのに用いられ、それによって懸濁微粒子の向き又は分布に影響が及ぼされる。前記間隙の光の透過率あるいは反射率は、適用電界に依存する。分極可能な単分子膜は、２つの安定した分極状態のうちの一方を有することにより、適用電界に応答する。単分子膜内の分子の双極子によって与えられる電界は、外部からの電界が除去された後も残り、それによって、ディスプレイ装置の懸濁微粒子への電界の影響が持続される。
【０００９】
本発明の一実施形態では、２つの透明な基材間の液体で満たされた間隙内に平板状あるいはテーブル状の懸濁微粒子を有するＳＰＤは、各基材の表面に適用された双安定性で分極可能な分子からなる単分子膜を有する。双安定で分極可能な分子は、電界閾値によって区別される２つの安定した状態を有し、一方の状態は他方の状態よりも高い電気双極子モーメントを、即ち逆の双極子を有する。十分な強度の外部からの電界が基材にかけられるとき、間隙の両側にある双極子は逆の相補的な状態となり、当該装置に、外部からの電界が除去された後もそのまま維持される内部電界を与える。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本明細書において援用され、本明細書の一部を構成する添付の図面は、本発明の実施形態を図示しており、詳細な説明とともに、本発明の原理を説明する役割を果たす。
【００１１】
以下に記載する本発明の詳細な説明では、本発明、即ち双安定分子の単分子膜を用いる微粒子ディスプレイ装置を十分に理解してもらうために、多数の特定の詳細例を記載する。しかしながら、本発明を、これらの特定の詳細例を用いることなく、実施できることは当業者には明らかであろう。他の事例では、本発明の実施形態をいたずらに曖昧にしないように、周知の工程、手順、構成要素及び構造に関しては詳細には記載しない。
【００１２】
図１は、本発明の双安定分子の単分子膜を生成するための双安定性で分極可能な分子種を示している。Ｃｏｎ１及びＣｏｎ２は、基材（例えば、金属電極、誘電体基材など）に当該分子を取り付けるための１つあるいは複数の部位をもたらす接続ユニットである。Ｃｏｎ１及びＣｏｎ２に関しては、脱水素によって、あるいは環の炭素を窒素、酸素、硫黄、珪素などの原子で置換することによって、環内の炭素原子と基材との間に結合を形成することができる。図１に示す分子は以下の要件を満たす。
【００１３】
ａ）分子は少なくとも２つのセグメントを有していなければならない。
ｂ）全てのセグメントがπ及び／又はｐ電子を有していなければならい。
ｃ）分子は対称あるいは非対称のいずれでもよく、一方の側に供与基を有し、他方の側に受容基を有する。
ｄ）分子の少なくとも２つのセグメントが、水素結合、ファンデルワールス力、クーロン引力あるいは金属錯体のような分子内あるいは分子間力を介して、折りたたみ及び伸長の両方の状態を安定化するための役割を果たす官能基を有している。
ｅ）分子の折りたたみあるいは伸長状態が、電界によってアドレス指定可能でなければならない。
ｆ）少なくとも１つの状態（おそらく、完全に伸長しきった状態）では、分子のπ及び／又はｐ電子は十分に非局在化し、他の状態（単数又は複数）では、分子のπ及び／又はｐ電子は、局在化するか又は部分的にのみ非局在化する。
【００１４】
図１では、十分な強度の外部電界に応答して、分子の延伸しきった構成１０が生じる。この構成では、分子全体が完全に平坦な配座をとり、π及び／又はｐ電子は分子全体にわたって非局在化している。分子の拡張共役（π及び／又はｐ電子の非局在化）のため、分子の分極に供与体（Ｒ１Ｒ２Ｎ−）及び受容体（ニトロ基）が関与できるようになり、分子双極子は大幅に増加する。
【００１５】
図１の折りたたまれた状態１１にあるとき、分子は平坦ではなく、拡張共役（π及び／又はｐ電子の非局在化）が破壊されている。この状態では、分極への供与体（Ｒ１Ｒ２Ｎ−）及び受容体（ニトロ基）の関与はなく、即ち、供与体（Ｒ１Ｒ２Ｎ−）と受容体（ニトロ基）との間の経路は切断され、分子の双極子は大幅に減少する。
【００１６】
図２は、特許請求の範囲に記載する本発明の一実施形態による導電性フィルム２１上にある双安定分子の単分子膜２０を示している。この例では、硫黄原子２２が、末端炭素原子２３と導電性フィルム２１表面との間の橋かけとして示されている。導電性フィルム２１は、基材２４によって支持されている。
【００１７】
微粒子ディスプレイ装置に関しては、透過性装置及び反射性装置の両方において、前面の基材は透明であり、導電性フィルムには、透明な導電性酸化物（例えば、ドープされたインジウムあるいはスズ酸化物又はルテニウム酸化物）、あるいは薄い金属フィルムのいずれかを用いることができる。薄い金属フィルムに関しては、金あるいは白金属の金属のような安定な金属が好ましい。金属フィルムは、透過性を与えるために非常に薄くなければならないので、化学的に安定であることが望ましい。
【００１８】
金フィルム上に単分子膜を形成することは、一方の端部にチオール官能基（Ｓ−Ｈ）を有する分子を用いることにより達成し得る。単分子膜は、溶液から、あるいは気相成長によって構成することができる。当該工程は、２つのステップからなるシーケンスにて実施することができ、最初に、基材上に化学種を物理吸着させ、その後、穏やかに加熱して硫黄−金結合を形成し、化学吸着した化学種が物理吸着した化学種よりも強固に結合するようになる。チオール基で終端される直線状の炭素鎖を有するアルカンチオールが、双安定分子の結合端としての役割を果たすことができ、官能基が結合基に付加され、全体として分子のために必要とされる電子的な特性が与えられる。
【００１９】
ＥＰＩＤのような反射性微粒子ディスプレイに関しては、背面基材に透過性は必要とされないので、より厚みのある金属フィルムを用いることもできる。より厚みのあるフィルムを利用できることは、用いられる金属、及び金属フィルムに結合するために用いられる化学種の選択において、より大きな自由度を提供する。
【００２０】
図３は、本発明の双安定分子の単分子膜を支持するための別の基材を示す。この例では、単分子膜３０は誘電性フィルム３１上に付着しており、前記誘電性フィルムは導電性フィルム３２の保護膜として用いられる。誘電性フィルム３１及び導電性フィルム３２は基材３３によって支持されている。誘電性フィルム３１を用いて、電気化学的な反応に繋がる望ましくない電荷の移動を防ぐことができる。誘電性フィルム３１のために好ましい材料は、二酸化シリコンである。図３の単分子膜は酸化物に結合されているので、シリコン原子３４が、図２の硫黄原子の代わりに、末端炭素と誘電性フィルム３１表面との間の橋かけとして用いられる。シリコン原子は典型的には、シラン（Ｓｉ−Ｈ）あるいはシラノール（Ｓｉ−Ｏ−Ｈ）基として分子種上に与えられる。シリコン官能基もまた、上記の透明な導電性酸化物フィルム表面に結合させるために用いることができ、導電性酸化物フィルムを導電性金属フィルムの代わりに用いることができる。
【００２１】
図４は、本発明で用い得る典型的な懸濁微粒子ディスプレイ構造４０を示している。上側基材４１及び下側基材４２が、それぞれ上側導電性コーティング４３及び下側導電性コーティング４４のための支持を与える。上側基材４１及び上側導電性コーティング４３は透明である。下側基材４２及び下側導電性コーティング４４は、ＳＰＤの場合のように透明にすることも、ＥＰＩＤの場合のように不透明にすることもできる。上側基材４１として用いるのに適する透明な材料は、有機ポリマー、ガラス、ならびにサファイア及び石英のような結晶性材料である。下側基材のために適する材料には、上側基材４１に用いるための材料、及び他の不透明な誘電性材料が含まれる。
【００２２】
図４に示すように、基材は間隙４６によって分離され、シール４５によってその周囲に沿って封止されている。間隙４６は、懸濁微粒子を含む液体で満たされている。液体及び微粒子の特性は、ディスプレイにおいて望まれる動作上の特性に依存する。
【００２３】
図５は、図４のディスプレイの詳細図を示しており、ＳＰＤにおいて用いられるような整列したテーブル状微粒子５０が、基材５１と５２との間の間隙内にある透明な液状媒体５３内に懸濁されている。テーブル状微粒子は平坦であり、正多角形によって概ね近似し得る形状を有する。その微粒子の形状によって、微粒子が電界と整列するとき、間隙を通って光が最大限に透過できるようになる。電界が存在しない場合には、微粒子の向きがランダムになり、透過性が減少する。整列した向きとランダムな向きとの間の相違は、光学経路内にある材料の特性と、微粒子の数及び分布との関数である。基材及びコーティングの屈折率は、懸濁する液体と概ね一致し、微粒子とはほとんど一致しないのが理想的である。
【００２４】
図６は、図４のディスプレイの詳細図を示しており、ＥＰＩＤにおいて用いられるような球状微粒子６０が、基材６１と６２との間の間隙内にある不透明な液状媒体６３内に懸濁されている。微粒子６０は同じ電荷を有することができ、電荷の極性及び印加電界の方向によって、印加電界に応答して上側基材６１あるいは下側基材６２のいずれかに移動するであろう。微粒子上の電荷は、液状媒体６３との相互作用によって、あるいはエレクトレットプロセス又は誘電吸収によって生成し得る。
【００２５】
懸濁微粒子６０、及び液状媒体６３は対照的な色を有し、例えば、微粒子６０は白色にすることができ、液状媒体６３はダークブルーにすることができる。図６では、上側基材６１上に配置される微粒子６０が示されている。この分布を有する領域では、ディスプレイは、微粒子６０からの反射に起因して明るく見えるであろう。極性を反転することにより、微粒子６０は、下側表面６２に移動できるようになり、液状媒体６３による吸収に起因して、ディスプレイは暗く見えるようになる。
【００２６】
図７は、基材７１と７２との間の間隙内にある液状媒体７３内に懸濁されている球状微粒子の均質な集団を有する、図６のディスプレイに類似のディスプレイの詳細図を示している。当該微粒子集団は、対照的な色及び逆の電荷を有する微粒子７０Ａ及び７０Ｂの２つのグループから構成される。
【００２７】
微粒子７０Ａ及び７０Ｂの２つのグループは逆の電荷を有するので、それらのグループは、電界がかけられる際に逆の基材に移動するであろう。ディスプレイの所与の領域内の電界の向きによって、いずれか一方のグループが、視認されている基材の表面上に存在し、他方のグループが見えなくなるであろう。液状媒体７３は、透明あるいは不透明のいずれかのものを用いることができる。
【００２８】
双安定分子の単分子膜によって生成される電界はＤＣ電界であるので、微粒子が電界に応答して塊状化あるいは「プレートアウト」するのを防ぐことが重要である。基材表面に合わせて形成される単分子膜に加えて、微粒子表面上に、立体障害を与えるように設計される分子の単分子膜あるいは部分膜を用いて、微粒子が双安定分子の単分子膜に対して、あるいは微粒子が互いに不可逆的に結合するのを防ぐことができる。ＥＰＩＤにおいて用いられる微粒子に関連する電荷は、ＥＰＩＤにおける塊状化を防ぐための役割を果たすであろう。一方、ＳＰＤ内の微粒子は典型的には帯電されないが、ファンデルワールス力が、ディスプレイ装置の動作を可能にする静電力に対抗するほど十分に強くなるのを防ぐために、立体障害の支援が必要とされるかもしれない。
【００２９】
スタンドオフ（ｓｔａｎｄｏｆｆ）としての役割を果たすために、立体障害を与える分子は、微粒子と双安定分子の単分子膜との間が極めて接近しないようにすることができ、接近する半径が、ファンデルワールス力が支配的になるほど小さくならないようにしなければならない。
【００３０】
上述のように、本発明、即ち双安定分子の単分子膜を用いる微粒子ディスプレイ装置の好ましい実施形態に関して記載した。特定の実施形態において本発明を説明してきたが、本発明はそのような実施形態によって制限されるものと解釈されるべきではなく、添付の特許請求の範囲に従って解釈されるべきであることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による双安定性の双極子を有する代表的な分子を示す図
【図２】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による導電性フィルム上にある双安定性の単分子膜を示す図
【図３】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による誘電性フィルム上にある双安定性の単分子膜を示す図
【図４】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による双安定性の単分子膜と共に用いるための懸濁微粒子ディスプレイ構造を示す図
【図５】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による整列したテーブル状微粒子を用いるディスプレイの概略図
【図６】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による整列した球状微粒子の均質な集団を用いるディスプレイの概略図
【図７】特許請求の範囲に記載される本発明の一実施形態による整列した球状微粒子の不均質な集団を用いるディスプレイの概略図
【図１】
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【国際公開パンフレット】
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2005506568.tif 000027
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【国際調査報告】
2005506568.tif 000029
2005506568.tif 000030
2005506568.tif 000031