專利名稱：電致浸濕顯示元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示元件，特別是被動顯示元件領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
許多公司正在積極尋找易于制造的顯示元件。這些顯示元件可以是主動的，即發(fā)射光的，如LED，OLED，PLED，EL等，或是被動的，即影響光的通過，反射，或折射的，如LCD，CLC，電子油墨等。某些被動系統(tǒng)是雙穩(wěn)態(tài)的，即它們可以開合并在除掉電源后保持開合狀態(tài)。原先知道的大多數(shù)結(jié)構(gòu)都很容易做成具有彩色功能。
以前已知道有各種電致浸濕顯示元件。
US6473492介紹了一種重新安排毛細(xì)管內(nèi)的流體的流體元件裝置。利用電壓將毛細(xì)管內(nèi)的流體移到所要求的高度。US2002/0080920介紹了一種過濾器裝置，它采用根據(jù)US6473492中用于X射線成象裝置的元件列。US2003/0085850介紹了一種靜電裝置，它通過改變彎月面的形狀來改變該裝置的焦距。
US6449081描述了一種基于電致浸濕現(xiàn)象的聚焦元件。WO2/002099527描述了一種帶特定棱鏡結(jié)構(gòu)的顯示元件，它包含兩種和電極在一起的非互溶流體，使得流體能在顯示單元中重新安排。
在基于液體重新安排的顯示元件中，其優(yōu)點(diǎn)是能保證液體被毛細(xì)管力所俘獲。這是通過把元件作小來達(dá)到的。因而現(xiàn)有的方法不易滿足大象素面積的要求。另外，現(xiàn)有方法的結(jié)構(gòu)需要微細(xì)加工，因而制造方法比較復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的裝置，它依據(jù)以前未曾嘗試過的一種組合機(jī)理。這類裝置將可用于彩色，雖然下面的說明是針對單色元件。此顯示元件本質(zhì)上是電容性的，因此功耗低且由低電壓來開關(guān)。此元件將改變其表面的反射率。
本發(fā)明提供一種顯示元件，它包括單層多孔材料，斷續(xù)液滴，和將電源電壓與該層相連的裝置，這個層包括多個由疏水且電絕緣的涂層覆蓋的導(dǎo)電顆粒，由此，當(dāng)電壓加到液體和多孔層之間時，液滴移向?qū)觾?nèi)，當(dāng)電壓撤除時，液滴反向移出層外，當(dāng)從多孔層上面觀察時，液體的運(yùn)動引起光學(xué)上的變化。
本發(fā)明還提供包括至少一個上述元件的裝置，它包括將每個元件與電路相連的裝置，以產(chǎn)生陣列顯示。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)由于各元件的結(jié)構(gòu)是隨機(jī)的，本發(fā)明對大面積的制造較簡單，而且可用卷繞式(roll-to-roll)方法分部制造。它可滿足用毛細(xì)管俘獲小液體元件的要求。但元件的開關(guān)時間不受其面積限制。它還可利用適當(dāng)模式的被動或主動矩陣型底板方便地尋址和驅(qū)動。


現(xiàn)在參照附圖對本發(fā)明加以說明，其中圖1是按本發(fā)明的單層顯示元件示意圖；圖2表示元件加和不加電壓兩種情形；圖3是按本發(fā)明另一個顯示元件示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1是按本發(fā)明的單層顯示元件1的示意圖。本發(fā)明涉及的是被動顯示元件。
在整個說明書和權(quán)利要求書中，”上面”一詞表示從此面可以看到元件。使用”上面”一詞并不意味限制本發(fā)明元件的方位。
此元件是以單層多孔系統(tǒng)為基礎(chǔ)。元件1包括疏水多孔層8，導(dǎo)電液體2的液滴置于該層上。元件是彩色的更好。其中包括白色液體。加進(jìn)染料或色素后液體變成彩色。在溶液中加入離子可產(chǎn)生導(dǎo)電液體。導(dǎo)電液體也可以是離子性液體。
電極4將液滴牽制在疏水層8頂部的位置。液體與電極的接觸角最好小于90°。在多孔層8下面提供一個介質(zhì)層10。導(dǎo)電層12是在介質(zhì)層10下面。電極4和導(dǎo)電層12具有與電源電壓相連的裝置。導(dǎo)電層可以包括一個絲網(wǎng)。在電極4上面有一個透明基片14將液滴密封。這在圖2中可以看到。
多孔層8包含許多沉積顆粒6，形成一個多孔網(wǎng)。液體對顆粒6的接觸角大于90°。顆粒的尺寸在30nm至2μm量級。顆?？梢允遣噬幕蚝谏?。這些顆粒6是導(dǎo)電的。顆?？梢允枪腆w金屬顆粒或者是只有它的外殼導(dǎo)電。若顆粒有外殼，可以將外殼的厚度選成產(chǎn)生一種特定顏色的顆粒。對此的說明可參見Seed-mediated GrowthTechniques for the Preparation of a Silver Nanoshell on a SilicaSphere，J.Phys.Chem B 2003，107，12411-12415，Zhong-jie Jiangand Chun-yan Liu。
不論使用哪一類顆粒，它們都應(yīng)用疏水材料的薄層或涂層24覆蓋，此材料的接觸角滯后很小而且還是電絕緣的。合適的顆粒將是用疏水和介質(zhì)硫醇密封的導(dǎo)電銀顆粒。本專業(yè)技術(shù)人員應(yīng)該知道，這只是一個例子，本發(fā)明可以使用任何導(dǎo)電材料和疏水的電絕緣涂層。疏水材料層可用聚合物，聚合電解質(zhì)，自組裝單層(SAM)或無機(jī)殼等制成。
顯示元件1利用靜電力將液滴2驅(qū)入和移出多孔層。不加電壓時液滴2處在多孔層8的頂部。因而元件的顏色就是液體的顏色。
當(dāng)液體和導(dǎo)電層12之間加上電壓時產(chǎn)生所謂的”電致浸濕”效應(yīng)。電致浸濕現(xiàn)象在Blake等人，Langmuir 2000，16，2928-2935中有說明。所加電壓為1V量級，最大可達(dá)20V。
電致浸濕效應(yīng)使液體2相對于多孔層8的接觸角減小。通常使用下面的電致浸濕方程cos(θ)＝cos(θ0)+εε0V2/(2dγ)式中θ是加上電壓的接觸角，θ0是不加電壓的接觸角，V是電壓，ε是疏水層的介電常數(shù)，ε0是自由空間介電常數(shù)，γ是液體表面張力，d是疏水層厚度?？紫到y(tǒng)內(nèi)部的毛細(xì)管壓力ΔP可定義為ΔP＝γcos(θ)/a式中a為多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的平均孔半徑。
加上電壓時多孔層8內(nèi)的毛細(xì)管壓力將液滴拉入層8內(nèi)。這從圖2可以看出。因而元件的顏色將是液體2顏色與顆粒6顏色的混合，混合度與該層8的孔度有關(guān)。
電壓撤除后液體2相對于多孔層的接觸角又增加。于是多孔層內(nèi)的毛細(xì)管壓力將液體反向拉出多孔層。因而元件的顏色重又回到液體的顏色。
本發(fā)明的另一個實(shí)施例示于圖3。此實(shí)施例提供一個反射或透明薄膜將液體密封。其它所有方面與圖1所示實(shí)施例相似。
薄膜16用柔性材料來做。可用的材料包括很薄的聚合物和很薄的金屬。但本發(fā)明并不限于這些材料。可以將薄膜像電極那樣加倍。
不加電壓到電極4時，從上面看薄膜為凸面形。因此所看到的是反射或折射光的漫散射。加上電壓時液體如上所述被拉入多孔層8內(nèi)。從上面看，薄膜呈撓曲和凹進(jìn)狀。光從薄膜的凹面反向反射或折射時更為集中。所以當(dāng)電壓加到元件1上時將產(chǎn)生光學(xué)變化。
電壓取消時液體2從多孔層8出來，同時薄膜16返回其原來的凸面形狀。
下面的示例說明本發(fā)明的原理。
通過在聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上涂覆銦錫氧化物(ITO)形成一個基體電極或下部導(dǎo)體。它被用來通電并被切成適當(dāng)尺寸的小塊。此ITO層面朝上并用作導(dǎo)電表面，可以在上面建造多孔的顯示器件。
ITO基底用含氟聚合物(如Cytonix公司的Fluoropel 804A)浸涂(3-4層)，成為疏水介質(zhì)層。層厚約3微米。
多孔層包含200nm直徑的銀顆粒，它們被涂覆在一層十八烷基硫醇鹽內(nèi)。通過用氫硼化鈉將硝酸銀還原而析出銀顆粒。在析出后立即加入十八烷基硫醇鹽。十八烷基硫醇鹽給銀顆粒一個疏水而電絕緣的涂層。當(dāng)把一滴20g/l的氯化鈉溶液置于表面上測量電容時，該涂層顯示有電容對電壓(在2V峰-峰值，AC 1kHz)的階梯變化。這表明液滴被雙向拉入和拉出多孔網(wǎng)。此液滴在2V峰-峰值下被接入和移出該裝置。這種轉(zhuǎn)接可以重復(fù)且同樣的轉(zhuǎn)接對單個液滴可進(jìn)行幾次。
可以把多個元件或元件陣列組裝成一個顯示裝置。這時可提供一個電極網(wǎng)，將許多單獨(dú)液滴置于上面。這些單個電極可以單獨(dú)編址，以將單個顯示元件作為象素來開關(guān)。
上面用一些優(yōu)選實(shí)施例對本發(fā)明作了詳細(xì)說明。本專業(yè)技術(shù)人員明白，可在本發(fā)明范圍內(nèi)作各種更改。
權(quán)利要求
1.一種顯示元件，包括單層多孔材料，斷續(xù)液滴，和將電源電壓與該層連接的裝置，此層包含多個用疏水和電絕緣的涂層覆蓋的導(dǎo)電顆粒，當(dāng)液體和多孔層之間加上電壓時液滴移至層內(nèi)，當(dāng)電壓撤除時液滴反向移出該層，當(dāng)從多孔層上面觀察時液體的運(yùn)動引起光學(xué)特性的變化。
2.如權(quán)利要求1的元件，其中導(dǎo)電顆粒為金屬。
3.如權(quán)利要求1的元件，其中導(dǎo)電顆粒是用導(dǎo)電外殼覆蓋的有機(jī)或無機(jī)顆粒。
4.如權(quán)利要求3的元件，其中導(dǎo)電外殼的厚度選成能產(chǎn)生彩色顆粒。
5.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的元件，其中該絕緣的涂層是聚合物，聚合電解質(zhì)，含氟聚合物，自組裝單層(SAM)或無機(jī)殼。
6.如權(quán)利要求5的元件，其中SAM包括與一組導(dǎo)電顆粒結(jié)合及一組與液體有大接觸角的分子。
7.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的元件，其中液滴用柔性薄膜密封。
8.如權(quán)利要求7的元件，其中薄膜是透明的。
9.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的元件，其中多孔層具有大于30nm且小于2μm的孔尺寸。
10.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的元件，其中導(dǎo)電液體是通過在溶液中加入離子而產(chǎn)生的。
11.如上述權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的元件，其中導(dǎo)電液體是離子液體。
12.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求的元件，其中導(dǎo)電液體包含染料或色素，以提供彩色液體。
13.一種包括至少一個上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的元件的裝置，其包含將每個元件與電路連接以產(chǎn)生陣列顯示的裝置。
14.一種包括至少一個上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的元件的裝置，每層的材料被涂覆在一種支撐材料上。
15.如權(quán)利要求14的裝置，其中每個元件均與環(huán)境密封。
全文摘要
一種顯示元件，包括單層多孔材料，斷續(xù)液滴，和將電源電壓與該層連接的裝置，此層包含許多用疏水和電絕緣的涂層覆蓋的導(dǎo)電顆粒，當(dāng)液體和該層之間加上電壓時液滴移至層內(nèi)，當(dāng)電壓撤除時液滴反向移出該層，當(dāng)從多孔層上面觀察時液體的運(yùn)動引起的變化。
文檔編號G09F9/37GK1938631SQ200580010697
公開日2007年3月28日 申請日期2005年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月2日
發(fā)明者E·維法雷, A·克拉克 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司