(57)【要約】【課題】従来表示装置に用いられる薄膜トランジスタには、ゲート電極、半導体層、ソース電極、ドレイン電極などの薄膜プロセスが必要であり、コストが高い。【解決手段】ゲート電極側基板とソース電極、ドレイン電極側基板との間に導電性微粒子を封入し、その導電性微粒子をソース電極、ドレイン電極間からゲート電極側へ電界により移動させることで、オフ状態では電流が流れず、オンオフ特性の良いスイッチング素子を実現でき、大幅なコスト削減を実現することが可能となった。【選択図】  図１
2004325631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に絶縁層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項２】
一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に正孔輸送層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項３】
基板の一つの面上に、ゲート電極、絶縁層、ソース電極とドレイン電極、の順に積層された基板と、対向する基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子。
【請求項４】
前記絶縁層の、導電性微粒子と接する面上に凹部を有していることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項５】
前記導電性微粒子が、導電性を有する領域と、絶縁性を有する領域とからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項６】
前記導電性微粒子が、導電性を有する母粒子と、前記母粒子の表層に固着された絶縁性を有する子粒子と、からなる複合粒子であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項７】
一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する基板と、前記基板間を一定の間隔に保持するスペーサと、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されているスイッチング素子において、前記導電性微粒子が磁性を有しており、前記基板の少なくとも一方に磁界発生部が設けられたことを特徴とするスイッチング素子。
【請求項８】
前記導電性微粒子が球状であることを特徴とする請求項１、２、３、４、７のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項９】
前記導電性微粒子が円柱形状であることを特徴とする請求項１、２、３、４、７のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項１０】
前記導電性微粒子の中点を通る軸に規制部材が設けられたことを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項１１】
スイッチング素子を構成する、一対の基板とスペーサとからなる空間に封入される導電性微粒子の数が、前記基板全域において一定であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載のスイッチング素子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスイッチング素子を用いたことを特徴とする液晶表示装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のスイッチング素子を用いたことを特徴とする発光表示装置。
【請求項１４】
前記凹部に導電性微粒子を噴霧後、凹部以外の領域の導電性微粒子を取り除くことで、所定の位置に導電性微粒子を配置することを特徴とする請求項４記載のスイッチング素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子を用いたスイッチング素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯情報端末に用いられるような薄型低消費電力の表示素子として、ツイストネマティック液晶（以下、ＴＮ液晶）表示素子や有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）素子などが知られている。
【０００３】
しかし、ＴＮ液晶表示素子では、電圧が印加されているときにのみ液晶分子の再配向が行われる。そのため、表示のための液晶駆動電力が恒常的に必要であり、無電力状態では画像保持は出来ない。また、有機ＥＬ素子においても電流あるいは電圧印加状態での発光を利用するため、ＴＮ液晶表示素子と同様に無電力状態での表示は不可能である。
【０００４】
それに対し、紙の代替となる表示素子が研究されてきた。これは、書き換え時にのみ電圧あるいは電流を必要とし、一度書き込んだ表示画像は、再度画像の書き換えを行うまで表示が保持される特性を有するものである。したがって、上述のＴＮ液晶表示素子や有機ＥＬ素子と異なり、画像保持に電力を必要としないので、電力の大幅な低減が可能になる。また、書き換え装置と、表示素子を取り外しできるようにすることによって、駆動回路を必要としない表示素子を実現することができる。
【０００５】
上記のような表示装置には通常、薄膜トランジスタが使用されている。これは、半導体層を用いてゲート電圧を印加することにより、スイッチングするものである。しかし、この薄膜トランジスタにはゲート電極形成、半導体層形成、ソース、ドレイン電極形成などの薄膜積層構造過程が必要であり、製造のリードタイム、コストの面で問題がある。また、薄膜形成には高真空を必要とする工程がほとんどである。コスト削減策として、例えば特開昭５４−３７６９８のように、半導体層にＴｅを用いることも提案されているが、薄膜プロセスが必要であることに変わりはない。したがって、紙代替としての表示装置としては非常に高価なものとなってしまう可能性がある。
【０００６】
さらに近年、常温プロセス、低コストプロセスとして、例えばインクジェットを用いて、ポリマーフィルムのような基板上にＴＦＴや電極を構成する方法（例えば、特開２０００−５８８８２１）が提案、検討されている。しかし、このトランジスタにおいては有機材料を用いるため、その移動度が低いといった改善要素も多い。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５４−３７６９８号公報
【特許文献２】
特開２０００−５８８８２１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来表示装置に用いられる薄膜トランジスタには、ゲート電極、半導体層、ソース電極、ドレイン電極などの薄膜プロセスが必要であり、コストが高い。
【０００９】
そこで本発明では、薄膜プロセスを減らし、容易に作製することのできるスイッチング素子を提案した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に絶縁層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子を提案している。
【００１１】
つまり、まず基板上にソース電極およびドレイン電極を設ける。ソース電極は基板全面に走査され、ドレイン電極は画素ごとに設けられる。それぞれの電極は導電性を要するものであり、例えばアルミニウムのような無機材料や、有機材料といったものでパターニングされる。
【００１２】
そして、上記基板に対向する基板面上には、ゲート電極と絶縁層が積層される。基板上面から見たとき、ゲート電極とソース電極とが交差するように、ゲート電極が形成される。ゲート電極上の絶縁層は、電気的に隔離するために設けられるものである。したがって、無機材料あるいは有機材料のどちらでも良い。
【００１３】
これらソース電極とドレイン電極の設けられた基板と、ゲート電極と絶縁膜の設けられた基板とが対向し、この空間内に導電性微粒子が設けられる。
【００１４】
そして、導電性微粒子と電気的絶縁を有するゲート電極からの電界により、上記導電性微粒子は吸着あるいは反発することができる。ゲート電極に吸着した場合には、ソース電極とドレイン電極間の導通は取れていないため、ドレイン電極には電荷が供給されない。逆に、ゲート電極側基板から導電性粒子が反発、剥離することによって、反対側基板に導電性微粒子が移動し、ソース電極とドレイン電極間には導電性微粒子を介して電荷が供給される。このとき、導電性微粒子はソース電極と同じ極性に帯電するため、反発力が働く。したがって、ゲート電極の電圧はソース電極の電圧よりも高く設定しておく必要がある。
【００１５】
また、ゲート電極の電圧をオフ、望ましくはソース電極電圧と逆極性にすると、導電性微粒子はゲート電極側基板に移動し、ドレイン電極電圧はゼロになる。
【００１６】
以上のように、電極形成と、スイッチング素子内への導電性微粒子の封入のみの製造工程によって、容易にスイッチング素子を実現することができる。
【００１７】
また本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に正孔輸送層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子について述べている。
【００１８】
上記のように、ゲート電極上に正孔輸送層が設けられた場合、ゲート電極に正極性の電圧が印加されると、電荷を輸送する。そのため、導電性微粒子が接触している場合には導電性微粒子が正電荷を蓄え、ゲート電極の電圧がソース電圧よりも高くなったとき、導電性微粒子はソース電極側基板に移動する。また、ゲート電極電圧が負極性であるときには、電荷を流さないため、導電性微粒子のもつ正電荷をゲート電極側には逃がさない。結果、導電性微粒子は正電荷を保持しつつ、ゲート電極の負極性電圧からの引力を受けて、ゲート電極側基板に吸着することができる。
【００１９】
また、長時間の放置により導電性微粒子の帯電量が低下した場合においても、ゲート電極から電荷を注入することができるため、信頼性の確保も実現される。
【００２０】
また、本発明では、基板の一つの面上に、ゲート電極、絶縁層、ソース電極とドレイン電極、の順に積層された基板と、対向する基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子も提案している。
【００２１】
これは、前述のスイッチング素子と同様の原理によりスイッチングするものである。しかし、前述の構造ではスイッチング素子を構成する一対の基板に電極を設ける必要があるが、本発明では、スイッチング素子の全ての電極は一枚の基板に形成することができる。
【００２２】
すなわち、基板上にゲート電極を形成し、さらにその上に絶縁層を形成する。そして、絶縁層上にソース電極、ドレイン電極を形成することにより、前述のスイッチング素子を一枚の基板上に形成することが可能となる。このとき、スイッチング素子上部から見た電極配置は、ソース電極とゲート電極とが交差し、さらに、ゲート電極はドレイン電極と重ならないように設ける必要がある。絶縁層は、ソース電極とゲート電極の導通を防ぐ目的で設置される。
【００２３】
本発明では、前記絶縁層の、導電性微粒子と接する面上に凹部を有していることを特徴とするスイッチング素子についても述べている。
【００２４】
これは、導電性微粒子が前述したスイッチング素子空間内で分散状態が悪くならないようにするためのものである。つまり、導電性微粒子の直径がソース、ドレイン間距離よりも大きい場合、導電性微粒子は一粒子で構成することもできるのだが、このとき一粒子の位置がずれることによりスイッチング特性の低下を招く恐れがあるため、ゲート電極上の絶縁膜に凹部を設けることによって、導電性微粒子の存在位置のずれを防ぐものである。
【００２５】
また、前記導電性微粒子が、導電性を有する領域と、絶縁性を有する領域とからなることを特徴とするスイッチング素子も提案している。
【００２６】
前述のように導電性微粒子を使用しているため、長時間スイッチング動作無しで放置した場合、微粒子からの放電により帯電量が低下することが考えられる。そこで本発明のように、導電性微粒子中に、導電性を有する領域と絶縁性を有する領域を作ることによって、導電性微粒子の帯電量が低下しても、絶縁性領域での帯電電荷を利用して導電性微粒子を駆動することができる。したがって、本発明のスイッチング素子の動作をより完全にする効果が見込まれる。
【００２７】
また、ゲート電圧の印加方法によっては、導電性微粒子の導電性領域と、ソース電極、ドレイン電極間の重なりを調整することによって、さらに細かな導通状態を実現できると考えられる。
【００２８】
また、同様の考えに基づき、本発明では、導電性微粒子が、導電性を有する母粒子と、前記母粒子の表層に固着された絶縁性を有する子粒子と、からなる複合粒子であることを特徴とするスイッチング素子も提案している。つまり、導電性微粒子の表面に、導電性微粒子の直径に対し、１００分の１程度の絶縁性を有する超微粒子を固着させることによって、導電性領域の帯電量が減少しても、この絶縁性超微粒子の帯電により導電性微粒子を確実に移動させることができ、スイッチング素子の動作信頼性が向上する。
【００２９】
また本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する基板と、前記基板間を一定の間隔に保持するスペーサと、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されているスイッチング素子において、導電性微粒子が磁性を有しており、前記基板の少なくとも一方に磁界発生部が設けられたことを特徴とするスイッチング素子を提案している。
【００３０】
つまり、上記の本発明では、導電性微粒子が磁性を有しているため、外部磁界発生部を設けることで、導電性微粒子を移動させることを述べている。例えば、磁界発生部を電流で制御する場合、電流の向きを逆にすることで磁界の向きが反転し、それに伴い導電性微粒子が、ソース電極、ドレイン電極側基板と対向基板との間を移動できる。
【００３１】
これは、ソース電極、ドレイン電極側基板と対向する基板には、電極形成や絶縁膜製膜が不必要で、構成が簡単になるという特徴を持つものである。
【００３２】
また本発明では、前記導電性微粒子が円柱形状であることを特徴とするスイッチング素子についても述べている。円柱形状であれば、特にソース電極、ドレイン電極間に配列するように配置する、ソース電極に平行に配置する、などの配向状態を容易に設定することができる。
【００３３】
また本発明では、導電性微粒子の中点を通る軸に規制部材が設けられたことを特徴とするスイッチング素子についても述べている。
【００３４】
導電性微粒子に規制部材をつけることによって、この規制部材を軸に回転することのできるスイッチング素子の構成も考えられるようになる。また、規制部材が存在により、スイッチング素子内の導電性微粒子は空間内を移動することができないため、導電性微粒子の面内での分散不均一を防ぐことが可能となる。
【００３５】
また本発明では、凹部に導電性微粒子を噴霧後、凹部以外の領域の導電性微粒子を取り除くことで、所定の位置に導電性微粒子を配置することを特徴とするスイッチング素子の製造方法について述べている。
【００３６】
つまり、窒素などで置換し乾燥雰囲気が保持されたドーム内で、絶縁膜に凹部を有する基板を配置した後、乾燥した導電性微粒子を噴霧する。噴霧する手段としては、例えば液晶表示装置の製造に用いられるスペーサ散布装置などがある。基板に到達した導電性微粒子は、絶縁膜に設けられた凹部にも十分充填されている。そして、スキージなどで基板表面上を走査することによって、凹部以外に散布された導電性微粒子を取り除く。回収された導電性微粒子は再度利用することが可能である。
【００３７】
以上のような製造方法により、所定の位置に設けられた凹部のみに導電性微粒子が供給され、スイッチング素子の製造を容易にすることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３９】
（実施の形態１、２）
図１は本発明のスイッチング素子の簡略化した断面図を示している。一対の基板のうち、基板４と対向する基板１の面上に、ソース電極２、ドレイン電極３が形成されている。基板１は、通常の液晶表示装置や発光表示装置に用いられるガラス基板であってもよいが、フレキシビリティーや落下に対する割れ強さの点から、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）シートのような高分子フィルムを用いることが望ましい。上記基板１上へのソース電極２、ドレイン電極３の製膜は通常の電極製造工程でも良いし、有機材料を用いた場合には、噴霧法やインクジェット法を用いた製膜でも良い。
【００４０】
また、上記基板１と対向する他方の基板４には、ゲート電極５を設け、さらにゲート電極５上には絶縁膜６を設ける。基板４は基板１と同様に材料としては何でも良い。また、ゲート電極５は、前述のソース電極２やドレイン電極３と同様な製造方法にて製膜することができる。
【００４１】
さらに、ゲート電極５上の絶縁膜６は、導電性微粒子７からゲート電極５への、電荷の流れを抑えることが目的である。したがって、絶縁膜６の代わりに、正孔輸送層であっても良い。また、絶縁膜６を用いる場合、この厚さはいくらでも良いが電界強度の低下に繋がるため、３μｍ以下が望ましい。例えば、ポリカーボネイトなどのような高分子系材料であれば、スピンコート法やディップ法などの製造方法で製膜することができる。また、正孔輸送層には、通常有機ＥＬなどに用いられる正孔輸送材料を用いることができる。これも同様に、正孔輸送材料をポリカーボネイトなどの絶縁材料に含有させたものを基板上にスピンコートすることで製膜する。
【００４２】
上記作製した各基板の、ソース電極２、ドレイン電極３の作製面と絶縁膜６とが向かい合うように配置され、基板間には導電性微粒子７を封入する。図１では複数の導電性微粒子７を記載しているが、ソース電極２とドレイン電極３間の距離が、導電性微粒子７の直径よりも小さく、一つの導電性微粒子で電気的接触が可能な場合には、一つの導電性微粒子を封入することも可能である（図２）。
【００４３】
導電性微粒子７に用いられる材料としては、材料そのものが導電性を有する金属微粒子であっても良い。また、金属微粒子の比重が大きい場合には、導電性高分子材料からなる導電性微粒子であっても良いし、さらには、高分子材料中に導電性材料を含有する微粒子を用いても問題ない。金属微粒子では、例えば金微粒子を用いることができる。また、高分子材料を用いる場合には、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の微粒子に、電荷輸送材料が含まれるような導電性微粒子でも良い。
【００４４】
また、スイッチング素子は表示装置の画素毎に必要である。したがって、導電性微粒子７が隣接画素のスイッチング素子に移動しないようにするため、各スイッチング素子を囲むように隔壁８を設けて、各スイッチング素子を区切る。この隔壁８は、一対の基板を所定の間隔に保持するためのスペーサの役割もある。
【００４５】
次に、動作原理を図３および図４を用いて以下に述べる。図３および図４では、絶縁膜には正孔輸送材料を含有した正孔輸送層９を用いている。
【００４６】
図３の状態になる前に、導電性微粒子７にはソース電極２から電荷を注入した上で、ゲート電極５に負極性を印加してゲート電極側基板４に付着させる。
【００４７】
なお、ゲート電極５上に絶縁膜が製膜してある場合には、ゲート電極５への電荷の逃げがないため、導電性微粒子７に電荷が保持される。また、正孔輸送層９を用いた場合、電荷はゲート電極５側に流れ出るが、導電性微粒子７は、鏡像力やファンデルワールス力によって上部のゲート電極側基板４に付着した状態となる。
【００４８】
図３のようにゲート電極５へ電圧を印加したとき、電荷が正孔輸送層９を通過して、導電性微粒子７に注入される。導電性微粒子７には、ゲート電極５とソース電極２との電界強度と導電性微粒子７の電荷の掛け算による力が働くため、導電性微粒子７の電荷量による力が基板への付着力より大きくなったとき、実線の矢印の向きに導電性微粒子７が移動する。
【００４９】
導電性微粒子７が移動すると、図４のようにソース電極２、ドレイン電極３間に導電性微粒子７が配列し、両電極の電気的コンタクトがなされ、ドレイン電極３に電流が流れ込む。このとき、導電性微粒子７の配列個数が変わることによって、流入電流を変えることができる。
【００５０】
導電性微粒子７はソース電極２に電圧が印加されているときに電荷を有している。したがって、ゲート電圧を負極性にすることによって、ソース電極２、ドレイン電極３間にある導電性微粒子７はゲート電極５側に引き寄せられることで、ドレイン電極３への電流の流れを遮断することができる。
【００５１】
なお、ドレイン電極３は各画素と電気的コンタクトを有する必要がある。本発明のスイッチング素子で、製造方法をさらに簡単にするためには、図１から図４の構造を上下反対とし、ゲート電極側基板４が下側になるようにすると良い。このようにすることで、ドレイン電極３からの表示装置側へのコンタクトホールの形成が容易になる。
【００５２】
（実施の形態３）
図５（ａ）、（ｂ）では、本発明の請求項３のスイッチング素子について示している。ゲート電極５を基板上に製膜し、絶縁膜６を介してソース電極２、ドレイン電極３を形成する。このとき、絶縁膜６はゲート電極５と、ソース電極２およびドレイン電極３との絶縁性を確保するためのものであり、前述の図１から図４とは異なり、正孔輸送層などで代替することはできない。
【００５３】
導電性微粒子７の駆動は、前述の図３や図４と原理的に同じであるので、ここでは簡単に説明する。ゲート電極５が正極性を有し、導電性微粒子７がソース電極２、ドレイン電極３の間に配列した場合には、ドレイン電極３に電流が供給される（図５（ｂ）のＢ状態）。また、ゲート電極５の極性を反対にする、すなわち負極性の場合には、導電性微粒子７はゲート電極５上に移動し、ソース電極２、ドレイン電極３間の電気的接触が解除され、ドレイン電極３には電流が流れなくなる（図５（ｂ）のＡ状態）。
【００５４】
以上によって、本発明のスイッチング素子をオンオフする。また、図５では多粒子の場合について簡単な図を示したが、図２と同様に一つの粒子でも構わない。図５では、ゲート電極電圧の制御によって、導電性微粒子の移動量を変えることで、電圧に応じたドレイン電流を得ることが可能となる。
【００５５】
さらに図６には、導電性微粒子７を確実に電界移動させ、スイッチング素子としての機能を向上させるため、ゲート電極５を絶縁膜６と同層まで引き出し、電界分布をゲート電極５に集中させた構造のスイッチング素子を簡単に示している。これにより、より確実にゲート電極５側に導電性微粒子７が移動することができるようになり、オンオフ特性が向上する。また、駆動電圧を下げる効果もある。
【００５６】
（実施の形態４）
図７には、図１から図６までの本発明のスイッチング素子に使用できる、異なる構造の導電性微粒子７を示した。導電性微粒子７の一部の領域に絶縁性領域１１を作製し、また、その他の導電性領域１０では導電性粒子７の表面が露出しているという構造である。
【００５７】
これは、導電性微粒子７のもつ電荷量が減少したときには、絶縁性領域１１の帯電電荷を利用することを目的としている。この帯電により導電性微粒子７が移動すると、ソース電極２から再度、導電性領域１０に電荷が注入され、もとの帯電状態に戻ることができる。絶縁性領域１１からも放電はするが、微粒子の基板からの剥離により剥離帯電が生じたり、基板に付着したときの接触帯電などが生じるため、大きく帯電電荷が変化することはない。
【００５８】
また図８には、上記と同様の理由で、絶縁性超微粒子（子粒子）１２を導電性微粒子７に分散結合させた複合粒子を示している。絶縁性超微粒子１２には帯電を保持する表面処理が施してあることが望ましい。この絶縁性超微粒子１２は、基板と導電性微粒子７との距離を広げる作用となる。また、導電性微粒子同士間の距離を広げるという効果もあるため、基板と導電性微粒子、および導電性微粒子同士間のファンデルワールス力などの付着力を下げる作用がある。つまり、導電性微粒子の流動性の向上および凝集防止の効果を有する。したがって、本発明のスイッチング素子の駆動電圧を下げることができる。ソース、ドレイン電極間のコンタクトを取るため、絶縁性超微粒子１２は疎に付着していることが必要である。
【００５９】
導電性微粒子７の芯体となる母粒子には、前述したような金属導電性微粒子を用いることができるが、その他にも、高分子材料中に導電性材料を含有させた微粒子を用いることもできる。
【００６０】
また、上記母粒子に固着させる子粒子は、母粒子に対し直径が非常に小さいことが望ましい。あまり大きな子粒子を用いると、導電性微粒子表面上の子粒子同士の相互作用が大きくなるためである。子粒子材料には、絶縁性を有するものが用いられるが、例えば酸化チタン表面に絶縁性単分子膜をつけたものや、シリカ表面に絶縁性単分子膜を製膜したものを用いると良い。子粒子表面への処理は、シラン系カップリング剤を用いて分子膜を形成することができる。
【００６１】
なお、導電性複合粒子の製造には、一般に知られている機械的化学吸着法や、懸濁重合法を用いることで作製できる。
【００６２】
以上、全てのスイッチング素子において、絶縁膜あるいは正孔輸送材料を含む絶縁層の材料は、スイッチングに使用する導電性微粒子の帯電形態を考慮したものとしなければならない。すなわち、絶縁膜の帯電列と導電性微粒子のフェルミエネルギーを考慮し、材料の組合せを考える必要がある。絶縁膜と導電性微粒子とが接触、摩擦、剥離帯電したとき、双方の帯電量が大きい場合、導電性微粒子と絶縁膜との吸着力が増加するため、よりゲート電圧が上昇する。逆に帯電量が小さくなる場合には、電荷と電界強度に比例する駆動力が小さくなるため、電界強度を強くする必要がある。
【００６３】
（実施の形態５）
図１から図６では導電性微粒子をゲート電極電圧により移動させて、スイッチング素子として駆動させる方法を述べてきたが、上記以外の手法として、導電性微粒子が磁性を有しており、さらに基板に磁界発生部が設けられたスイッチング素子がある。図９に、磁界発生部を有するスイッチング素子の簡単な構造例を示す。
【００６４】
図９では、ソース電極２、ドレイン電極３のある基板１と対向する基板４に、磁界発生部１３を設けている。また、磁界発生部１３は図９の場所のみでなく、スイッチング素子の外部にあってもよい。この磁界発生部１３からの磁界の発生は、電流のオンオフで切り替えが可能であり、磁界により封入された磁性導電性微粒子１４は基板１と基板４の間で移動がなされる。その結果、図９のスイッチング素子のオンオフがなされる。なお，図９では，ソース電極２、ドレイン電極３のある基板１と対向する基板４に、磁界発生部１３を設けているが，何れか一方の基板に設けた構成としてもよい。
【００６５】
（実施の形態６）
また図１０には、導電性微粒子が円柱である場合のスイッチング素子を示す。導電性領域１６と絶縁性領域１５に分けられた円柱状導電性微粒子１７をソース電極２、ドレイン電極３間に配置する。ソース電極２とドレイン電極３には窪みがあり、円柱状導電性微粒子１７は、この窪みに配置されている。円柱状微粒子１７は、ゲート電極５の電圧により絶縁性領域１５部がゲート電極５側に回転する。反対に、ゲート電極５を逆極性にすると、絶縁性領域１５が反対方向に回転する。したがって、導電性領域１６が、ソース電極２とドレイン電極３の間の電気的接触を実現する。このように、ゲート電極５の電圧のパルス幅、パルス数を変えることにより回転状態を変えると、電流を制御することができる。
【００６６】
（実施の形態７）
さらに図１１には、導電性微粒子の中点を通る軸に規制部材１８が設けられた円柱状導電性微粒子１７を図示している。このように、心軸を固定することによって、導電性微粒子の回転を確実なものとし、さらに電気反発力が発生してもソース電極からはずれないようになる。
【００６７】
（実施の形態８）
図１２は、微粒子をスイッチング素子の必要な場所に置くための製造方法を簡単に示したものである。ゲート電極５上には図１と同様に絶縁膜６もしくは正孔輸送層が製膜してある。この絶縁膜６にエンボスなどの加工を施し、例えば図１２のような凹部を設ける。導電性微粒子７は、チャンバーなどの閉空間で、窒素ガスなどにより分散噴霧される。その時の空気の流れを矢印で示す（図１２（ａ））。さらに、スキージ１９などにより余分な導電性微粒子７をかきとることで所望の場所に導電性微粒子７を配置することができる（図１２（ｂ））。
【００６８】
この凹部は、スイッチング動作を行ったときにも、他のスイッチング素子へと導電性微粒子が逃げるのを防ぐ役割をも果たす。
【００６９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。本発明の実施例は、図１に示される表示装置に基づいている。
【００７０】
（実施例１）
基板１には、１．１ｍｍ厚のガラス基板を用いた。この基板１上にソース電極２とドレイン電極３とをアルミニウムで形成する。ソース電極２とドレイン電極３間の間隔は６０μｍとした。
【００７１】
ガラス基板１の上全面にアルミニウム製膜後、所望のパターンに、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程、エッチング工程を経て電極パターンを形成する。
【００７２】
また、対向するガラス基板４上には、ゲート電極５をアルミニウムにより形成する。形成方法はソース電極２、ドレイン電極３と同じ方法により、アルミニウムを製膜、パターニングする。さらに、このアルミニウム上には絶縁膜６としてポリカーボネイトを３μｍ、スピンコートにより製膜する。
【００７３】
上記の方法で作製した二枚の電極基板のうち、片方の基板に、大きさ６ｍｍ角に穴をあけた、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムを載せる。
【００７４】
以上のようにしてできたソース電極基板に積層されたＰＥＴフィルムの空間に、平均粒径５μｍの金の導電性微粒子を封入する。
【００７５】
その後、対向基板を上部から設置してスイッチング素子周辺を紫外線硬化樹脂により封止する。
【００７６】
なお、作製は水分の影響によるスイッチング特性の低下を防ぐため、窒素雰囲気下で行った。
【００７７】
以上の工程を経て作製したスイッチング素子のソース、ゲート電極に電圧を印加し、スイッチング動作を確認した。そして、導電性微粒子が基板間を移動するために要する時間であるその応答速度をはかったところ、数百マイクロ秒であった。このことからも、紙代替のディスプレイを駆動するのに十分な応答性を有するものであると考えられる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明では、従来用いられる半導体を用いた薄膜トランジスタに変わり、製造を容易にし、製造コストを低減することのできる、トランジスタ製造に必要な超清浄空間を必要としない安価な導電性微粒子を用いた電気機械的スイッチング素子を提案することで、前述の課題を解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング素子を示す簡略化した断面図
【図２】本発明のスイッチング素子で、導電性微粒子が大きい場合を示す簡略化した断面図
【図３】本発明のスイッチング素子のオフ状態を示す簡略化した断面図
【図４】本発明のスイッチング素子のオン状態を示す簡略化した断面図
【図５】（ａ）本発明のスイッチング素子を簡略化した断面図
（ｂ）スイッチング素子の（ａ）を横から見た断面図
【図６】（ａ）図５のスイッチング素子の電界分布を変化させた構造のスイッチング素子を示す図
（ｂ）その断面図
【図７】本発明のスイッチング素子に用いられる、導電性微粒子の異なる構造を示した図
【図８】本発明のスイッチング素子に用いられる、導電性微粒子の異なる構造を示した図
【図９】本発明の磁界発生部と、磁性導電性微粒子を用いたときのスイッチング素子を示す断面図
【図１０】（ａ）本発明のスイッチング素子に用いられる円柱状導電性微粒子を用いたときのスイッチング素子の断面図
（ｂ）（ａ）を横から見たときの断面図
【図１１】本発明のスイッチング素子に用いられる導電性微粒子に規制部材を設けたときの、導電性微粒子の構造を示す図
【図１２】本発明のスイッチング素子を作製するための方法を示す図
【符号の説明】
１，４  基板
２  ソース電極
３  ドレイン電極
５  ゲート電極
６  絶縁膜
７  導電性微粒子
８  隔壁
９  正孔輸送層
１０，１６  導電性領域
１１，１５  絶縁性領域
１２  絶縁性超微粒子
１３  磁界発生部
１４  磁性導電性微粒子
１７  円柱状導電性微粒子
１８  規制部材
１９  スキージ
【図１】
2004325631.tif 000003
【図２】
2004325631.tif 000004
【図３】
2004325631.tif 000005
【図４】
2004325631.tif 000006
【図５】
2004325631.tif 000007
【図６】
2004325631.tif 000008
【図７】
2004325631.tif 000009
【図８】
2004325631.tif 000010
【図９】
2004325631.tif 000011
【図１０】
2004325631.tif 000012
【図１１】
2004325631.tif 000013
【図１２】
2004325631.tif 000014