(57)【要約】  ディスプレイ素子は、単一の多孔性材料層、離散的液滴及び、前記層に電圧を印加する手段を有する。前記層は、疎液性でかつ絶縁性の被覆体で被覆される複数の導電性粒子を有する。前記液体と前記液滴層との間に電圧を印加することで、前記液滴は前記層内へ移動し、前記電圧を除去することで、前記層から飛び出すように移動する。前記多孔性材料層の上から見ると、前記液滴の移動は光学的変化に影響を及ぼす。
2007531035.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔性材料の単一層；
離散的液滴；及び、
前記層に電圧を印加する手段；
を有し、
前記層は、疎液性でかつ絶縁性の被覆体で被覆される複数の導電性粒子を有し、
前記液体と前記液滴層との間に電圧を印加することで、前記液滴は前記層内へ移動し、前記電圧を除去することで、前記層から飛び出すように移動し、
前記多孔性材料層の上から見ると、前記液滴の移動は光学的変化に影響を及ぼす、
ことを特徴とするディスプレイ素子。
【請求項２】
前記導電性粒子は金属的であることを特徴とする、請求項1に記載の素子。
【請求項３】
前記導電性粒子は、導電性の覆いで被覆される有機又は無機の粒子であることを特徴とする、請求項1に記載の素子。
【請求項４】
前記導電性の覆いの厚さは、有色粒子を作製するために選択されることを特徴とする、請求項3に記載の素子。
【請求項５】
前記絶縁性被覆体はポリマー、高分子電解質、フルオロポリマー、自己集合単分子膜(SAM)又は無機の覆いであることを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子。
【請求項６】
前記SAMは前記導電性粒子と結合する基及び前記液体に対して高接触角を与える基を有する分子を有することを特徴とする、請求項5に記載の素子。
【請求項７】
前記液滴はフレキシブル膜で密閉されていることを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子。
【請求項８】
前記膜は透明であることを特徴とする、請求項7に記載の素子。
【請求項９】
前記多孔性層は、30nmより大きく、かつ2μmより小さなサイズを有する細孔を有することを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子。
【請求項１０】
前記導電性液体は、溶媒にイオンを加えることで調製されることを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子。
【請求項１１】
前記導電性液体はイオン性液体であることを特徴とする、請求項1から9までのいずれかに記載の素子。
【請求項１２】
前記導電性液体は、有色液体を与えるために色素又は顔料を有することを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子。
【請求項１３】
各素子とマトリックスディスプレイを作製するための回路とを接続する手段を有する、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子を有する装置。
【請求項１４】
各層の前記材料が支持材料でコーティングされていることを特徴とする、上記請求項のうちのいずれかに記載の素子を有する装置。
【請求項１５】
各素子はその周囲を密閉されていることを特徴とする、請求項14に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスプレイ素子(element)の分野に関し、特にパッシブディスプレイ素子の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの企業が、容易に製造できるディスプレイ素子を活発に作製しようとしている。これらのディスプレイ素子は、LED、OLED、PLED、ELのような光を放出するアクティブ又は、LCD、CLC、e-インクのような、光を透過、反射又は屈折するパッシブのいずれかである。パッシブ系のなかには、スイッチング可能で、パワーが除去された後でも切り替えを維持するように双安定なものがある。これまでに開示されて生きたほとんどの構成はすぐに色機能性(color  functionality)に適合させることが可能である。
【０００３】
従来技術では、様々なエレクトロウエッティングディスプレイ素子が知られている。特許文献1は、毛細管内部で流体を再配置する流体素子について開示している。電圧は、毛細管内部の流体を所望のレベルへ移動させるのに使用される。特許文献2は、X線画像化装置で使用するための、特許文献1に基づく素子のアレイを使用するフィルタ装置について開示している。特許文献3は、装置(device)の焦点距離が変化するようにメニスカスの形状を変化させるための静電装置について開示している。
【０００４】
特許文献4は、エレクトロウエッティング現象に基づく集光素子について開示している。特許文献5は、流体が電池によって再配置可能となるように、電極と共に2つの非混和性流体を有する、画定されたプリズム構造を有するディスプレイ素子について開示している。
【特許文献１】米国特許公開第6473492号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第2002/0080920号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第2003/0085850号明細書
【特許文献４】米国特許公開第6449081号明細書
【特許文献５】国際公開第2002/99527号パンフレット
【非特許文献１】Zhong-jieとChun-yan  Liu、Physical  Chemistry  B、第107巻、pp.12411、2003年
【非特許文献２】Blake他、Langmuir、第16巻、pp.2928、2000年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流体の再配置に基づくディスプレイ素子では、液体が毛管力によって捕獲されることを保証することが有益である。これは、素子を小さくすることで実現される。よって、既存技術は、大画素領域の要求を容易に解決できない。さらに既存技術から、どうしてもミクロスケールの製造法が必要となるため、比較的複雑な構造になってしまうことが分かる。
【０００６】
本発明の目的は、これまで考えられてこなかった機構の組み合わせに基づく新しい素子の提供である。以降の説明はモノクロ素子についてだが、この型の装置はカラーに適応させることができる。ディスプレイ素子は事実上容量性であるため、低電力消費であり、低電圧でスイッチングされる。素子はその表面反射率を調節する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ディスプレイ素子は、単一の多孔性材料層、離散的液滴及び、前記層に電圧を印加する手段を有する。前記層は、疎液性でかつ絶縁性の被覆体で被覆される複数の導電性粒子を有する。前記液体と前記液滴層との間に電圧を印加することで、前記液滴は前記層内へ移動し、前記電圧を除去することで、前記層から飛び出すように移動する。前記多孔性材料層の上から見ると、前記液滴の移動は光学的変化の効果を表す。
【０００８】
本発明はさらに、各素子とマトリックスディスプレイを製造するための回路とを接続する手段を有する、上述の少なくとも1つの素子を有する素子を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、素子構造がランダムなため、大面積での製造が容易であり、ロール・トゥ・ロール(roll-to-roll)技術によって、部分的に製造しても良い。これは、毛管によって小さな液体素子を捕獲するという要求を満足する。しかし、素子のスイッチング時間はその領域に制限されない。また、適切にパターニングされたパッシブ又はアクティブ型背面を介することでアドレス指定及び駆動も容易になる。
【実施例】
【００１０】
ここで本発明について、添付の図を参照しながら説明する。
【００１１】
図1は本発明に従った単層ディスプレイ素子の概略図である。本発明はパッシブディスプレイ素子に関する。
【００１２】
本明細書及び請求の範囲を通じて、“上部”という語は、本発明に従った素子の配向を限定するものではない。
【００１３】
素子は単層の多孔質系に基づいている。素子1は疎液性の多孔性層8を有する。その上には、導電性液体2が備えられている。液体は有色であることが好ましい。これには、白色の液体も含まれる。液体は、色素又は顔料を添加することによって有色にして良い。導電性液体は、イオンを溶媒に加えることで調製されて良い。あるいはその代わりに、導電性液体はイオン性液体であっても良い。
【００１４】
電極4は、液滴を疎液性層8上の位置に固定する。液体は電極と90°未満の接触角を有する点で有利である。誘電層10は多孔性層8の下に供されている。導電性層12は誘電層10の下に供されている。電極4及び導電性層12は電源と接続する手段を有する。導電性層12はワイヤーグリッドを有して良い。透明基板14は液滴を封入するために電極4の上に設置されている。これは図2に図示されている。
【００１５】
多孔性層8は多孔性ネットワークから堆積された粒子6を有する。液体は粒子6に対して90°より大きな接触角を有する。粒径は、30nmから2μmのオーダーである。粒子は有色又は黒色であって良い。粒子6は導電性である。粒子は固体の金属粒子であって良く、又は、粒子の覆いのみが導電性であっても良い。粒子が覆いを有する場合、覆いの厚さは、特別な有色粒子を作製するために選択されて良い。このことについては、非特許文献1で見つけることができる。
【００１６】
どのような種類の粒子が使用されようとも、粒子は低接触角ヒステリシスを有し、また絶縁性である疎液性材料の薄膜又は被覆体24によって被覆されなくてはならない。適切な粒子は、疎液性で誘電性のメルカプタンに包まれた導電性のAg粒子である。当業者には、これが単なる例に過ぎず、本発明の範囲内で如何なる導電性材料及び、疎液性でかつ誘電性の被覆体を使用しても良いことが分かる。疎液性層はたとえば、ポリマー、高分子電解質、自己集合単分子(SAM)又は無機覆いで構成されて良い。
【００１７】
ディスプレイ素子1は液滴2を多孔性層へ出し入れするのに静電力を用いる。電圧が印加されないときには、液滴2は多孔性層8上に留まっている。素子の色はそのとき、液体の色を表す。
【００１８】
液体と導電性層12との間に電圧が印加されるときには、“エレクトロウエッティング”と呼ばれる効果が発生する。エレクトロウエッティングについては非特許文献2で説明されている。印加電圧は1[V]のオーダーで、最大20[V]までの範囲が想定されている。
【００１９】
エレクトロウエッティング効果は多孔性層8に対する液体2の接触角を減少させる。通常のエレクトロウエッティング方程式には以下の式を用いて良い。
【００２０】
【数１】
2007531035.tif 000003
ここで、θは電圧印加時の接触角、θ0は電圧が印加されていない状態の接触角、Vは電圧で、εは疎液性層の誘電率、ε0は自由空間での誘電率、γは液体の表面張力で、dは疎液性層の厚さを表す。多孔質系内部での毛管圧力ΔPは以下のように定義することが可能である。
【００２１】
【数２】
2007531035.tif 000004
ここで、aは多孔質構造内部の平均の細孔半径である。
【００２２】
電圧が印加されているとき、多孔性層内の毛管圧力は、液滴2が層8内に押し込まれるような大きさである。これは図2から理解することができる。そのとき、素子の色は液体2と粒子6の色の混合色として表れる。混合色は層8の多孔性に依存する。
【００２３】
電圧を除去することで、多孔性層に対する液体2の接触角は再度増加する。多孔性層内の毛管圧力は、液滴を多孔性層の外へ押し出すような大きさである。そのとき、素子の色は再度、液体の色として表れる。
【００２４】
別な実施例が図3に図示されている。この実施例は液体を封入する反射的又は透明な膜を与える。他すべての点では、図1の実施例と同様である。
【００２５】
膜16はフレキシブル材料から形成される。考えられる材料には、非常に薄いポリマー又は非常に薄い金属が含まれる。しかし本発明はこれらの材料に限定されない。膜は電極の役目も兼ねることができる。
【００２６】
電極4に電圧を印加しない場合、膜は上から見て凸面形状を有する。従って見えるものは、反射光又は屈折光の拡散的散乱である。電圧が印加されるとき、上述のように、液体2は多孔性層8に押し込まれる。膜は曲がり、上から見て凹面になる。膜の凹面から反射又は屈折されるとき、光はより集束される。よって、素子1に電圧が印加されるとき、光学的変化が見られる。
【００２７】
電圧を除去することで、液体2は多孔性層8から脱出し、膜16は本来の凸面形状に戻る。
【００２８】
以下の機能例は本発明の原理を示す。
【００２９】
ベース電極、つまり下部電極はポリエチレンテレフタレート(PET)ベース上にインジウムスズ酸化物(ITO)コーティングで形成されている。これは供給源として使用され、適切なサイズの部分に切り分けられる。ITO層は上側を向き、導電性面を提供する。その上で、多孔性ディスプレイ素子が構築可能となる。
【００３０】
ITOベースはフルオロポリマー（Cytonix社から販売されているFluoropel  804A（商標））でディップコーティングされた。これは疎水性誘電層として振る舞う。層の厚さは約3μmである。
【００３１】
多孔性層は、オクタデシルメルカプタン層でコーティングされた、直径200nmのAg粒子を含む。Ag粒子は水素化ホウ素ナトリウムによる硝酸銀の還元反応で沈殿した。オクタデシルメルカプタンは沈殿後すぐに加えられた。オクタデシルメルカプタンは疎水性でかつ絶縁性のコーティングをAg粒子に与えた。その結果生成されたコーティングのキャパシタンスは、20g/lのNaCl溶液の液滴で測定したときに、電圧（交流。ピーク・トゥ・ピーク電圧2[V]、周波数1kHz）に対してステップ状の変化を示した。これは、液滴が多孔質ネットワークへの出し入れが可逆的行われたことを意味する。液滴は素子の出し入れが2[V]のピーク・トゥ・ピーク電圧でスイッチングされている。このスイッチングは再現性があり、単一の液滴で複数回の同一スイッチングが実現した。
【００３２】
マトリックス又は複数の素子は、ディスプレイ素子を形成するために集められて良い。この点では、電極グリッドが供されて良く、その上に複数の個々の液滴が設けられて良い。よって、個々の電極は画素として個々のディスプレイ素子を個別的にスイッチングするためにアドレス指定されて良い。
【００３３】
本発明は好適実施例を参照して詳細な説明が行われた。当業者には、本発明の技術的範囲内で変更及び修正が可能であることを理解するだろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に従った単層ディスプレイ素子の概略図である。
【図２】電圧を印加時及び非印加時の素子の概略図である。
【図３】本発明に従った他のディスプレイ素子の概略図である。
【図１】
2007531035.tif 000005
【図２】
2007531035.tif 000006
【図３】
2007531035.tif 000007
【国際調査報告】
2007531035.tif 000008
2007531035.tif 000009
2007531035.tif 000010