(57)【要約】  【課題】  非半導体材料で電気素子を実現させる。  【解決手段】  導電性を有する電気浸透液体１５が含浸された、毛管力の大きい（孔径の小さい）第１の多孔質体１０と、毛管力の小さい（孔径が大きい）第２の多孔質体２０とを積層した構成とする。第１の電極３１から第２の電極３２の向きに正の電圧を印加すると、電気浸透液体１５が毛管力に逆らって第２の多孔質体２０側へ浸透し、第１の電極３１と第２の電極３２との間が電気的に導通する。  【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する電気浸透液体が含浸された第１の多孔質体と、
該第１の多孔質体に積層され、毛管力が前記第１の多孔質体の毛管力より小さい第２の多孔質体とを備えたことを特徴とする電気素子。
【請求項２】
前記第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、
前記第２の多孔質体に設けられた第２の電極とを備え、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に所定の向きに電圧が印加されたときに、該電圧により形成される電界の作用により、前記電気浸透液体が前記第２の多孔質体に浸透し、前記第１の多孔質体と前記第２の多孔質体とに含浸された前記電気浸透液体により、前記第１の電極と前記第２の電極との間が電気的に導通するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電気素子。
【請求項３】
前記第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、
前記第２の多孔質体に設けられた第２の電極および第３の電極とを備え、
前記第１の電極、前記第２の電極および前記第３の電極のそれぞれに所定の大小関係を有する各電圧が印加されたときに、該電圧により形成される電界により、前記電気浸透液体が前記第２の多孔質体に浸透し、前記第２の多孔質体に含浸された前記電気浸透液体により、前記第２の電極と前記第３の電極との間が電気的に導通するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電気素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気素子に関し、詳しくは、多孔質体内に含浸された導電性の液体を移動させることにより電気的導通の制御を行う電気素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、種々の装置において、その利用形態を広げるため、フレキシブル化の開発が進められている。例えば、画像表示装置においては、曲がる液晶ディスプレイのような、曲面表示を可能にしたフレキシブルディスプレイの開発が進められている。
【０００３】
装置のフレキシブル化においては、その装置のフレキシブルな部分にダイオードやトランジスタ等の電気素子を使用しなければならない場合もあり、このような場合には、使用される電気素子がフレキシブル性を有することが望まれる。
【０００４】
このようなフレキシブル性を有する電気素子としては、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）（特許文献１参照）が知られている。
【特許文献１】特開昭５４−０５１７８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記ＴＦＴでは、その材料として、フレキシブル性を有する特殊な半導体を用いる必要があり、また、その形成方法に高度な技術を要することから、比較的高価になるという欠点を有する。
【０００６】
一方、電気素子として一般的に使用されている固体の半導体素子は、比較的安価ではあるが、剛性が高いためフレキシブル性に乏しい。
【０００７】
このように、電気素子の材料として半導体を用いることが、電気素子においてフレキシブル性を有することと安価であることの両立を難しくしていると考えることができる。
【０００８】
したがって、半導体以外の材料から電気素子を製作することができれば、フレキシブル性を有し、かつ、安価な電気素子の実現が期待できる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑み、非半導体材料からなる電気素子を提供することを目的とするものである。
【００１０】
なお、特開昭５５−７０８２０号公報には、多孔質体に含浸された透光性液体材料（電気浸透液体）の移動により、多孔質体表面の透光性液体材料の含浸率を制御して、当該表面の光の屈折率を制御する「表示装置」が開示されており、また、特開昭５８−１５５９６６号公報には、電気浸透液体を移動させて、インク記録装置等に応用する「液状体の電気的移動制御装置」が開示されているが、いずれの装置も、本発明の思想のように、電気浸透液体の移動そのものによる電気的変化を利用したものではなく、また、いずれの文献においても、電気浸透現象の電気素子への適用の可能性を示唆する記述はない。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の電気素子は、導電性を有する電気浸透液体が含浸された第１の多孔質体と、第１の多孔質体に積層され、毛管力が第１の多孔質体の毛管力より小さい第２の多孔質体とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本電気素子は、第１の多孔質体および第２の多孔質体に所定の大小関係を有する各電圧を印加すると、電圧非印加時もしくは同電圧印加時において、毛管力のより大きい第１の多孔質体内に留まっている、導電性を有する電気浸透液体が、その電圧によって形成される電界の作用により、第２の多孔質体側へ移動して浸透し、第２の多孔質体が電気的に導通するように作用する電気素子である。
【００１３】
ここで、「多孔質体」とは、少なくとも、上記２つの多孔質体同士が積層される面の表面に、孔、間隙を有し、電気浸透液体が移動して浸透し得る形態のものである。
【００１４】
このような「多孔質体」としては、プラスチック材料からなるマイクロポーラスメンブレンフィルタ等が好適である。例えば、セルロース系材料としては、ニトロセルロース、アセチルセルロース、酢酸セルロース等を用いることができる。また、塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン、ポリスルホン、ガラス繊維、アルミナ等の樹脂や磁器材、あるいはそれらの混合物を用いることができる。
【００１５】
「多孔質体」とは、少なくとも積層される表面に孔を有し、電気浸透液体がその孔を通って移動し得るものであり、多孔質体の孔径は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下であることが好ましく、５μｍ以下がより好ましい。ここで、「孔径」とは、ＪＩＳ規格におけるバブルポイント法（ASTMF316-86,JIS K3832）によって定義される「孔径」であり、多層孔構造のものを厚さ方向だけに重なり連通した真直ぐな毛細管状の孔モデルを考えたときの最大孔径をいう。
【００１６】
また、「積層され」とは、電気浸透液体が第１の多孔質体と第２の多孔質体との間を移動して各多孔質体に浸透し得るように積層された状態を意味し、第１の多孔質体と第２の多孔質体とが直接積層されていてもよいし、電気浸透液体が透過する膜等を介して積層されていてもよいし、あるいは、所定の空間を介して積層されていてもよい。
【００１７】
「導電性を有する電気浸透液体」は、電界からの作用を受けて多孔質体内を移動する液体であって、電流を通す性質を有するものであり、例えば、特開昭６０−６９２８号公報に記載された、ハロゲン化パラフィンの同属体あるいは異性体を含む電気浸透性液状組成体や、特開平５−２４６０２１号公報に記載された、電荷制御剤と溶媒とからなる電気浸透性液状組成物において、当該電荷制御剤がアルキルベンゼンスルホン酸又はその塩である電気浸透性液状組成物等を用いることができる。
【００１８】
本発明の電気素子において、第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、第２の多孔質体に設けられた第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極との間に所定の向きに電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界の作用により、電気浸透液体が第２の多孔質体に浸透し、第１の多孔質体と第２の多孔質体とに含浸された電気浸透液体により、第１の電極と第２の電極との間が電気的に導通するように構成してもよい。
【００１９】
この場合、上記両電極は、両多孔質体の積層体外側から挟むように配置されたものであってもよい。
【００２０】
上記「所定の向き」とは、電気浸透液体が電圧の高い方から低い方へ移動するものである場合には、第１の電極に印加する電圧が、第２の電極に印加する電圧より高くなるような向きであり、電気浸透液体が電圧の低い方から高いほうへ移動するものである場合には、第１の電極に印加する電圧が、第２の電極に印加する電圧より低くなるような向きである。
【００２１】
また、本発明の電気素子において、第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、第２の多孔質体に設けられた第２の電極および第３の電極とを備え、第１の電極、第２の電極および第３の電極のそれぞれに所定の大小関係を有する各電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界により、電気浸透液体が第２の多孔質体に浸透し、第２の多孔質体に含浸された電気浸透液体により、第２の電極と第３の電極との間が電気的に導通するように構成してもよい。
【００２２】
上記「所定の大小関係」とは、電気浸透液体が電圧の高い方から低い方へ移動するものである場合には、第１の電極に印加する電圧が、第２および第３の電極に印加する電圧より高くなるような関係であり、電気浸透液体が電圧の低い方から高いほうへ移動するものである場合には、第１の電極に印加する電圧が、第２および第３の電極に印加する電圧より低くなるような関係である。
【００２３】
「電極」としては、ＩＴＯ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明電極や、Ｎｉ，Ａｌ、Ｐｔ、Ａｇあるいは黒鉛等の有色電極を考えることができる。
【００２４】
なお、本発明の電気素子において、第１および第２の多孔質体として、フレキシブル性、すなわち、多孔質体としての機能を維持しつつ変形可能な性質を有する多孔質体を用いるようにすれば、本電気素子をフレキシブル電気素子として利用することができる。
【００２５】
また、本発明の電気素子は、電気回路素子として、電気浸透ディスプレイ駆動用回路や電子ペーパー用駆動回路等に用いることができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の電気素子によれば、第１の多孔質体および第２の多孔質体に所定の大小関係を有する各電圧を印加すると、電圧非印加時もしくは同電圧印加時において、毛管力のより大きい第１の多孔質体内に留まっている、導電性を有する電気浸透液体が、その電圧によって形成される電界の作用により、第２の多孔質体側へ移動して浸透し、第２の多孔質体が電気的に導通するように作用するので、多孔質体や電気浸透液体という非半導体材料だけを用いて電気的な導通の制御を行うことができ、非半導体材料からなる電気素子を実現させることができる。
【００２７】
また、本発明の電気素子において、第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、第２の多孔質体に設けられた第２の電極とを備え、第１の電極と第２の電極との間に所定の向きに電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界の作用により、電気浸透液体が第２の多孔質体に浸透し、第１の多孔質体と第２の多孔質体とに含浸された電気浸透液体により、第１の電極と第２の電極との間が電気的に導通するように構成すれば、第１の電極と第２の電極との間に印加される電圧の正負により、電気浸透液体を第２の多孔質体側へ浸透させるか否かを制御して、第１の電極と第２の電極との間を電気的に導通させるか否かを制御することができ、本電気素子を整流素子として利用することができる。
【００２８】
また、本発明の電気素子において、第１の多孔質体に設けられた第１の電極と、第２の多孔質体に設けられた第２の電極および第３の電極とを備え、第１の電極、第２の電極および第３の電極のそれぞれに所定の大小関係を有する各電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界により、電気浸透液体が第２の多孔質体に浸透し、第２の多孔質体に含浸された電気浸透液体により、第２の電極と第３の電極との間が電気的に導通するように構成すれば、第１、第２および第３の電極に印加される各電圧の大小関係により、電気浸透液体を第２の多孔質体側へ浸透させるか否かを制御して、第２の電極と第３の電極との間を電気的に導通させるか否かを制御することができ、本電気素子をスイッチング素子として利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１は本発明の電気素子の一実施形態による整流素子の概略構成を示す図である。
【００３０】
図１に示す本発明の一実施形態による整流素子１０１は、導電性を有する電気浸透液体１５が含浸された第１の多孔質体１０と、第１の多孔質体１０に積層され、毛管力が第１の多孔質体１０より小さい第２の多孔質体２０とを備えており、さらに、第１の多孔質体１０と第２の多孔質体からなる積層体の外側から挟むように、第１の多孔質体１０には第１の電極３１が、第２の多孔質体２０には第２の電極３２が設けられている。
【００３１】
なお、本実施形態では、第２の多孔質体２０の毛管力が、第１の多孔質体１０の毛管力より小さくなるように、第２の多孔質体の平均孔径を、第１の多孔質体の平均孔径より大きくしてある。
【００３２】
また、第１の電極３１と第２の電極３２との間には、整流素子１０１を駆動するための直流電源５０が接続されている。
【００３３】
第１の多孔質体１０および第２の多孔質体２０は、その材料として、マイクロポーラスニトロセルロースが用いられており、第１の多孔質体１０の平均孔径は０．３μｍであり、第２の多孔質体２０の平均孔径は５μｍである。
【００３４】
電気浸透液体１５としては、ジメチルトリフェニルトリメトキシシロキサン（例えば、信越化学工業株式会社製）が用いられる。なお、本電気浸透液体１５は、電界の向き、すなわち、電圧が印加された場合に、電圧の高い方から低い方へ移動する性質を有するものである。
【００３５】
また、電気浸透液体１５は、第１の多孔質体１０と第２の多孔質体２０との間をスムーズに移動して浸透することができるように、第１の多孔質体１０に適量、含浸されている。
【００３６】
以下、本実施形態による整流素子１０１の作用について説明する。
【００３７】
直流電源５０が何も出力していないときは、電気浸透液体１５には、毛管現象により、孔径のより小さい多孔質体に留まろうとする力が働き、第１の多孔質体１０中に含浸されている。また、直流電源５０が、第１の電極３１に印加された電圧が第２の電極３２に印加された電圧より小さくなるように、各電極に電圧を印加しているときは、電気浸透液体１５には、両電極間に印加された電圧によって形成される電界の作用により、第１の多孔質体１０側へ移動する力が働き、電気浸透液体１５は第１の多孔質体１０中に集中する。つまり、両電極に電圧を印加しないとき、もしくは、第２の電極３２から第１の電極３１の向きに正の電圧を印加したときには、第２の多孔質体２０内には電気浸透液体１５が浸透していない状態となり、第２の多孔質体２０は電気的に導通せず、整流素子１０１には電流が流れない。
【００３８】
一方、直流電源５０が、第１の電極３１に印加された電圧が第２の電極３２に印加された電圧より大きくなるように、各電極に電圧を印加すると、電気浸透液体１５には、両電極間に印加された電圧によって形成される電界の作用により、第２の多孔質体２０側へ移動しようとする力が働き、電気浸透液体１５は、孔径のより小さい第１の多孔質体１０に留まろうとする毛管力に逆らって、両電極間に印加された電圧に応じて、第２の多孔質体２０内に浸透する。この電圧が所定の電圧に達している場合、電気浸透液体１５は第２の多孔質体２０に十分浸透し、第１の多孔質体１０と第２の多孔質体２０のいずれにも電気浸透液体１５が浸透した状態となり、両電極間は電気浸透液体１５の導電性により電気的に導通して、整流素子１０１に電流が流れる。
【００３９】
上記のように、整流素子１０１によれば、第１の多孔質体１０および第２の多孔質体２０に所定の向きに電圧を印加すると、毛管力のより大きい第１の多孔質体１０内に留まっている、導電性を有する電気浸透液体１５が、その電圧によって形成される電界の作用により、第２の多孔質体２０側へ移動して浸透し、第２の多孔質体２０が電気的に導通するように作用するので、多孔質体や電気浸透液体という非半導体材料だけを用いて電気的な導通の制御を行うことができ、非半導体材料からなる電気素子を実現させることができる。
【００４０】
なお、本整流素子１０１は、第１の多孔質体１０に設けられた第１の電極３１と、第２の多孔質体２０に設けられた第２の電極３２とを備え、第１の電極３１と第２の電極３２との間に所定の向きに電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界の作用により、電気浸透液体１５が第２の多孔質体２０に浸透し、第１の多孔質体１０と第２の多孔質体２０とに含浸された電気浸透液体１５により、第１の電極３１と第２の電極３２との間が電気的に導通するように構成されているので、第１の電極３１と第２の電極３２との間に印加される電圧の正負により、電気浸透液体１５を第２の多孔質体２０側へ浸透させるか否かを制御して、第１の電極３１と第２の電極３２との間を電気的に導通させるか否かを制御することができ、本整流素子１０１はダイオードのような通常の整流素子として利用することができる。
【００４１】
図２は本発明の電気素子の他の実施形態によるスイッチング素子の概略構成を示す図である。なお、上記図１中の要素と同様の要素には同じ番号を付し、それらの説明は省略する。
【００４２】
図２に示す本発明の一実施形態によるスイッチング素子１０２は、導電性を有する電気浸透液体１５が含浸された第１の多孔質体１０と、第１の多孔質体１０に積層され、毛管力が第１の多孔質体１０より小さい第２の多孔質体２０とを備えており、第１の多孔質体１０には第１の電極３１が設けられており、第２の多孔質体２０には、第２の電極３２および第３の電極３３が設けられている。
【００４３】
また、第１、第２および第３の電極３１、３２、３３には、スイッチング素子１０２を駆動するための直流電源５０ａ、５０ｂ、５０ｃがそれぞれ接続されている。
【００４４】
以下、本実施形態によるスイッチング素子１０２の作用について説明する。
【００４５】
直流電源５０ａが何も出力していないとき（電位が浮いた状態のとき）は、電気浸透液体１５には、毛管現象により、孔径のより小さい多孔質体に留まろうとする力が働き、電気浸透液体１５は第１の多孔質体１０中に含浸されている。また、直流電源５０ａ、５０ｂ、５０ｃが、それぞれ、第１の電極３１に電圧Ｖ１、第２の電極３２に電圧Ｖ２、第３の電極３３に電圧Ｖ３を印加し、各電圧が、Ｖ２，Ｖ３＞Ｖ１という関係にあるときは、電気浸透液体１５には、各電極に印加された電圧によって形成される電界の作用により、第１の多孔質体１０側へ移動する力が働き、電気浸透液体１５は第１の多孔質体１０中に集中する。つまり、第１の電極３１に電圧を印加しないとき、もしくは、第１、第２および第３の電極３１、３２、３３にそれぞれ電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３を印加し、Ｖ２，Ｖ３＞Ｖ１の関係にあるときには、第２の多孔質体２０内には導電性を有する電気浸透液体１５が浸透していない状態となり、第２の多孔質体２０は電気的に導通せず、スイッチング素子１０２における第２の電極３２と第３の電極３３との間には電流が流れない。
【００４６】
一方、直流電源５０ａ、５０ｂ、５０ｃが、それぞれ、第１の電極３１に電圧Ｖ１、第２の電極３２に電圧Ｖ２、第３の電極３３に電圧Ｖ３を印加し、各電圧が、Ｖ１＞Ｖ２，Ｖ３という関係にあるときは、電気浸透液体１５には、各電極に印加された電圧によって形成される電界の作用により、第２の多孔質体２０側へ移動しようとする力が働き、電気浸透液体１５は、孔径のより小さい第１の多孔質体１０に留まろうとする毛管力に逆らって、電圧Ｖ１と電圧Ｖ２もしくはＶ３との差分電圧に応じて、第２の多孔質体２０に浸透する。この差分電圧が所定の電圧に達している場合、電気浸透液体１５は、第２の多孔質体２０に十分浸透し、第２の電極３２と第３の電極３３との間が電気浸透液体１５の導電性により電気的に導通して、Ｖ２＞Ｖ３のときは第２の電極３２から第３の電極に向けて、Ｖ３＞Ｖ２のときは第３の電極３３から第２の電極３２に向けて、電流が流れる。
【００４７】
上記のように、スイッチング素子１０２によれば、第１の多孔質体１０に設けられた第１の電極３１と、第２の多孔質体２０に設けられた第２の電極３２および第３の電極３３とを備え、第１の電極３１、第２の電極３２および第３の電極３３のそれぞれに所定の大小関係を有する各電圧が印加されたときに、当該電圧により形成される電界により、電気浸透液体１５が第２の多孔質体２０に浸透し、第２の多孔質体２０に含浸された電気浸透液体１５により、第２の電極３２と第３の電極３３との間が電気的に導通するように構成されているので、第１、第２および第３の電極３１、３２、３３に印加される各電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３の大小関係により、電気浸透液体１５を第２の多孔質体２０側へ浸透させるか否かを制御して、第２の電極３２と第３の電極３３との間を電気的に導通させるか否かを制御することができ、本スイッチング素子１０２をトランジスタのような通常のスイッチング素子として利用することができる。
【００４８】
なお、本発明の一実施形態であるスイッチング素子１０２において、第２の電極３２と第３の電極３３との間を電気的に導通させる場合、第１の電極に印加する電圧Ｖ１を、第２、第３の電極に印加する電圧Ｖ２、Ｖ３よりもかなり高めに設定し、電気浸透液体１５を完全に第２の多孔質体２０に移動させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の一実施形態による整流素子の概略構成を示す図
【図２】本発明の一実施形態によるスイッチング素子の概略構成を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１０  第１の多孔質体
１５  電気浸透液体
２０  第２の多孔質体
３１  第１の電極
３２  第２の電極
３３  第３の電極
５０  直流電源
１０１  整流素子
１０２  スイッチング素子
【図１】
2005183341.tif 000003
【図２】
2005183341.tif 000004