エレクトロウェッティング式表示デバイス
本発明は、複数の画素と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法に関する。各画素が、第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備える。この方法は、第１の支持板に電極構造体を与えるステップと、電極構造体上に、厚さと空間に面する疎水性表面とを有する絶縁層を配置するステップと、表面の所定の領域の疎水性を恒久的に低下させるために、絶縁層の厚さにわたって一時的に電界をかけるステップとを含む。本発明は、さらに、エレクトロウェッティング式表示デバイス及びエレクトロウェッティング式デバイスの低疎水性領域の使用方法に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェッティング式表示デバイス及び同デバイスを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願の国際公開第２００３／０７１３４６号パンフレットに説明されているものなどのエレクトロウェッティング式表示デバイスは、２つの支持板を含む。支持板の１つに対して或るパターンの複数の壁が配置され、このパターンは、表示デバイスの画素を画定する。ピクセルとしても知られている画素を構成する壁の間の領域は、表示領域と称され、表示効果が生じる。画素の壁は親水性の材料で作製される。表示領域の支持板の領域は、画素の適切な動作のために、かなりの程度まで疎水性でなければならない。製造中、画素が配置されている支持板の領域は、疎水性層によって覆われる。壁は、疎水性層上に壁材料の層を堆積し、壁材料の層を、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、疎水性層上に作製される。
【０００３】
壁材料の層と疎水性層の間の付着力は比較的弱く、壁材料の層が疎水性層から剥離し易い。例えばリアクティブイオンエッチングによって壁材料の層を与えるのに先立って、疎水性層の疎水性を低下させることが知られている。壁の形成の後、疎水性層は、疎水性を回復するためにアニールされる。しかし、この方法を用いて作製された表示デバイスの品質は十分ではない。
【０００４】
他の方法には、所定の領域のみ疎水性を低下させるために、露出領域において、例えばリアクティブイオンエッチング、プラズマ又はＵＶのオゾン処理を適用することにより、フォトリソグラフィステップを用いるものがある。追加のリソグラフィステップが必要であること、及び層間剥離のリスク増加を伴って均一の疎水性表面に対してリソグラフィプロセスを適用するのが困難であること、といった不利益がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、このような不利益がないエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、第１の支持板及び第２の支持板と、それぞれが第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備える複数の画素とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法が提供され、この方法は、第１の支持板に電極構造体を与えるステップと、電極構造体上に、厚さと空間に面する疎水性表面とを有する絶縁層を配置するステップと、その表面の所定の領域の疎水性を恒久的に低下させるために、絶縁層の厚さを横切って一時的に電界を印加するステップとを含む。
【０００７】
本発明による方法により、電界を印加することによって絶縁層の所定の領域の疎水性を局所的に低下させることができる。この方法は、表示デバイスの寿命に悪影響を及ぼす、表面の疎水性を低下させた後に上昇させるステップを必要としない。本発明による方法によって作製される表示デバイスは、疎水性を低下させて上昇させるプロセスステップを受けないので、より優れた寿命を有する。そのうえ、疎水性を上昇させるのに用いられるアニールでは、当初のままの疎水性表面の品質が完全に回復されるわけではない。本発明による方法は、従来技術のように疎水性を局所的に低下させるためにフォトリソグラフィプロセスを用いる必要がない。したがって、プロセスステップの数が減少し、層間剥離のリスクがより低下する。疎水性が低下した領域は、表示デバイスの製造及び／又は使用において、様々な目的に利用され得る。導電性流体又は極性流体に対して、ある領域から働く反発力が、疎水性が低下していない領域から働く反発力より小さい場合、その領域は疎水性が低下しているとされ、疎水性が十分に低下すると、引き寄せる力になり得る。その領域の疎水性低下の度合いは、電界の強度によって制御することができる。
【０００８】
絶縁層の疎水性の低下は、恐らく絶縁層の中又は上に電荷が蓄積することによるものである。疎水性を低下させることは、表示デバイスの製造で用いられ、この低下が少なくとも１日間続く場合、「恒久的な」低下と称される。疎水性の低下が表示デバイスの動作に用いられるとき、表示デバイスの寿命を通じて疎水性の低下が持続する場合、「恒久的な」低下と称される。電界が停止された後、与えられた電荷の一部分は漏れ出す可能性があるが、別の部分は恒久的にとどまる。
【０００９】
Ｂ．Ｊ．Ｆｅｅｎｓｔｒａ及びＭ．Ｗ．Ｊ．Ｐｒｉｎｓによる、Ｎｅｄｅｒｌａｎｄｓ Ｔｉｊｄｓｃｈｒｉｆｔ ｖｏｏｒ Ｎａｔｕｕｒｋｕｎｄｅの２００１年２月号、３４ページの記事「Ｅｌｅｋｔｒｏｂｅｎａｔｔｉｎｇ：Ｖｌｏｅｉｓｔｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｉｅ ｏｐ ｍｉｃｒｏｎｓｃｈａａｌ」は、特定の強度を上回る電界を印加すると、エレクトロウェッティング式デバイスの絶縁層に望ましくない電荷蓄積が起こることを開示していることに留意されたい。この記事は、電荷蓄積のある領域が疎水性の低下を示すことは開示しておらず、電荷蓄積の利用も指摘していない。
【００１０】
特別な実施形態では、この領域は、実質的にすべての画素において類似のパターンを形成する。「実質的に」は、ほとんどの画素、好ましくは９０％を上回る画素が、そのパターンを構成することを意味する。
【００１１】
この方法の好ましい実施形態では、絶縁層上に導電性流体又は極性流体が配置され、電極構造体とこの流体の間に電界が印加される。この方法は、電界を所望の領域に効果的に印加する。電極構造体を使用すると、疎水性の低下した領域が、それ以上の位置合わせ手段をとることなく、電極構造体と適切に位置合わせされる。
【００１２】
電極構造体は、好ましくは、電界を印加するための少なくとも１つの電極と、画素を操作するための少なくとも１つの電極とを含むか、或いは、電界を印加し、且つ画素を操作するための少なくとも１つの電極を含む。
【００１３】
電極構造体の特定の電極が、画素の動作又は疎水性を局所的に低下させるための電界の生成のいずれかに用いられてもよく、或いは特定の電極が両方の機能に用いられてもよい。この機能が、画素の電極の位置を決定してもよい。例えば、壁を配置することになる領域で疎水性を低下させるための電界を生成するのに、ゲートライン及びソースラインを使用することができる。
【００１４】
有利な実施形態では、電極構造体と導電性流体又は極性流体との間に電圧を印加することにより電界が発生され、電極構造体上の電圧が導電性流体又は極性流体上の電圧より大きい。この極性を用いると、恒久的な低疎水性領域を生成するのに、より効果的である。
【００１５】
電界は、表示デバイスを第１の流体１１で満たす以前に、又は満たした後に印加してもよい。第１の流体で充填する以前に電界を印加するとき、電極及び絶縁層を有する第１の支持板が導電性流体又は極性流体で覆われ、導電性流体又は極性流体と電極の間に電圧が印加される。導電性流体又は極性流体は、表示デバイスの動作中に用いられる第２の流体でもよい。
【００１６】
第１の流体で充填した後に、例えば第１及び第２の支持板を互いにシールした後に電界を印加するとき、導電性流体又は極性流体と電極の間に高電圧を印加してもよい。この電圧が、疎水性を低下させるべき領域から第１の流体を除去することになる。好ましくは、この電圧は、第１の流体の除去を制御するために、階段状又はランプ（傾斜路）状に上昇させる。第１の支持板と導電性流体又は極性流体上の電極の間に電圧を印加することによる高電圧の印加に先立つ別のステップで、この領域から第１の流体を除去することも可能である。
【００１７】
第１及び第２の支持板を互いにシールした後に、第１の支持板上の１つ又は複数の電極と導電性流体又は極性流体の間に大きな電界を印加するステップは、後に表示デバイスの寿命期間中に繰り返すこともできる。そのため、このステップは、絶縁層の中又は上の電荷量を、表示デバイスで用いるために一定に、又は十分に大きく実質的に保つことができる。
【００１８】
電極構造体の電極は、隣接のシールド電極を有してもよい。シールド電極は、電界を閉じ込めることにより、疎水性を低下させる領域の範囲を画定するのを支援する。好ましくは、電極は、各側面にシールド電極を有する。
【００１９】
この方法の特別な実施形態には、所定の領域上に壁を配置するステップが含まれる。所定の領域の疎水性が低下しているので、壁材料と絶縁層の間の付着力が改善されており、壁材料がはがれるリスクは低い。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、複数の画素と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスが提供され、各画素が第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備え、この空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、第１の流体と第２の流体は混合せず、第１の支持板上に電極構造体が配置され、この空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が電極構造体上に配置され、この絶縁層は、本発明による方法を用いて作製された所定の低疎水性領域を有する。
【００２１】
表示デバイスの特別な実施形態では、疎水性表面の領域は恒久的電荷を帯びる。電荷の存在は、静電電圧計を使用して測定することができる。電荷の恒久性は、電極構造体に印加された電圧がない状態で測定することができる。
【００２２】
この領域は、好ましくは実質的にすべての画素で類似のパターンを形成する。
【００２３】
パターンは、画素の形状を画定し、第１の流体を画素の空間に閉じ込めることが有効である。この領域は、画素の高さゼロの壁として働く。この領域は、通常、正方形又は長方形のグリッドの形状を有することになる。この領域の低疎水性により、第１の流体が、壁によって囲まれた領域に閉じ込められる。高さゼロの壁の近くでは第１の流体の厚さがゼロであるため、画素の切換え挙動が改善されることになり、表示デバイスのグレイスケール性能の改善が特に顕著である。
【００２４】
好ましくは、パターンが画素の形状を画定し、この領域に配置される壁が第１の流体を画素の空間に閉じ込める。この領域上に特定の壁材料で作製された壁が配置されると、疎水性の低下によって壁材料と絶縁層の間の付着力が改善する。
【００２５】
表示デバイスの特別な実施形態では、パターンが画素の開始点を形成し、表示デバイスが作動中のとき第１の流体が移動し始める位置をもたらす。そのため、画素の開始点によって切換え及びグレイスケールの性能が改善する。
【００２６】
パターンが、画素における第１の流体に対する障壁を形成することができる。この障壁は、双安定の表示デバイスで使用することができる。電極の電圧パルスによって第１の流体は障壁を越えて移動することができ、電圧がゼロに低下すると、第１の流体は、障壁によって所定の位置に保持されることになる。画像コンテンツは不揮発性になるはずである。したがって、障壁を使用する表示デバイスは、電力消費を比較的小さくすることができる。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、エレクトロウェッティング素子と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式デバイスにおける低疎水性領域の使用方法が提供され、エレクトロウェッティング素子が第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備え、この空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、第１の流体と第２の流体は混合せず、第１の支持板上に電極構造体が配置され、この空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が電極構造体上に配置され、この領域は、その表面の領域の疎水性を恒久的に低下させるために、絶縁層の厚さを横切って一時的に電界を印加することによって作製されており、当該使用方法は、流体の運動又は絶縁層上への層の接着の制御である。
【００２８】
本発明のさらなる特徴及び利点が、単なる一例として添付図面を参照しながら示される、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】エレクトロウェッティング式表示デバイスの画素の概略断面図である。
【図２ａ】表示デバイスの第１の支持板上の電極構造体の概略上面図である。
【図２ｂ】第１の支持板の概略断面図である。
【図３】絶縁層表面の上面図である。
【図４】ソースラインとゲートラインが交差する電極構造体の上面図である。
【図５】第１の支持板の別の実施形態の上面図である。
【図６】第１の支持板のさらなる実施形態の上面図である。
【図７ａ】双安定画素の状態の断面図である。
【図７ｂ】双安定画素の別の状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、エレクトロウェッティング式表示デバイス１の一部分の概略の断面を示す。この表示デバイスは、複数の画素２を含み、そのうち１つが図面に示されている。画素の横方向の範囲が、２つの破線３及び４によって図面に示されている。画素は、第１の支持板５及び第２の支持板６を含む。支持板は、各画素の個別の部分でもよいが、好ましくは複数の画素によって共有される。支持板は、ガラス又はポリマーの基板を含んでもよく、剛体でも可撓体でもよい。
【００３１】
表示デバイスは、表示デバイスによって形成された画像又は表示を見ることができる画面８及び後面９を有する。図面では、第１の支持板５が後面９と向かい合って、第２の支持板６が画面と向かい合うが、或いは第１の支持板が画面と向かい合ってもよい。表示デバイスは、反射型、透過型、又は半透過型等とすることができる。表示デバイスは、画像がセグメントで構築され得るセグメント化された表示方式でもよく、各セグメントがいくつかの画素を含む。表示デバイスは、アクティブマトリクスで駆動される表示方式であるか、又は受動的に駆動される表示デバイスでもよい。複数の画素は白黒でもよい。カラー表示デバイスについては、画素は、各群が別の色を有する群に分割されてもよく、或いは、個々の画素が様々な色を示すことができてもよい。
【００３２】
支持板間の空間１０は、第１の流体１１及び第２の流体１２の２つの流体で満たされる。第２の流体は、第１の流体と混ざらない。第２の流体は、導電性また有極性であり、水又は水とエチルアルコールの混合物中の塩化カリウムの溶液などの食塩水でもよい。第２の流体は、好ましくは透明であるが、有色でもよく、白色でもよく、光を吸収しても反射してもよい。第１の流体は、非導電性であり、例えばヘキサデカンのようなアルカン又は（シリコン）オイルである。
【００３３】
第１の流体は、光スペクトルの少なくとも一部分を吸収する。第１の流体は、光スペクトルの一部分に対して透過性でもよく、カラーフィルタを形成する。このために、第１の流体は、顔料粒子又は染料を付加することによって着色される。代わりに、第１の流体は、黒色で、すなわち光スペクトルのすべてを実質的に吸収するか、或いは反射してもよい。反射層は、可視スペクトルの全体を反射して白色に見えてもよく、又はその一部分を反射して有色に見えてもよい。
【００３４】
支持板５上に絶縁層１３が配置される。絶縁層は透明でもよく、又は反射性でもよい。絶縁層１３は、画素の壁の間に延在してもよい。しかし、第２の流体１２と絶縁層の下に配置された電極の間の短絡を回避するために、絶縁層は、図面に示されるように、好ましくは複数の画素２にわたって延在する連続した層である。絶縁層は、画素２の空間１０に面する疎水性の表面１４を有する。絶縁層の厚さは、好ましくは２マイクロメートル未満であり、より好ましくは１マイクロメートル未満である。
【００３５】
絶縁層は疎水性層でもよく、或いは、図面に示されるように、絶縁層は、疎水性層１５及び誘電体層１６でもよく、疎水性層１５が空間１０に面する。疎水性層は、例えばＡＦ１６００又はＡＦ１６０１などのアモルファスのフッ素ポリマー層でもよく、或いは他の表面エネルギーの低いポリマーでもよい。疎水性層の厚さは、好ましくは３００〜８００ｎｍの間にある。誘電体層は、シリコン酸化物層又は窒化シリコン層でもよく、例えば２００ｎｍの厚さを有する。
【００３６】
絶縁層１３の表面に対して、第１の流体１１が第２の流体１２より高い湿潤性を有するので、表面１４の疎水性の特性によって、第１の流体１１が、絶縁層１３に差別的に付着する。湿潤性は、流体の、固体の表面に対する相対的親和性に関連する。
【００３７】
各要素２は、支持板５上に配置された電極１７を含む。電極１７は絶縁層１３によって流体から分離され、隣接した画素の電極は非導電層によって分離される。絶縁層１３と電極１７の間に他の層が配置されてもよい。電極１７は、任意の所望の形状又は形態であり得る。画素の電極１７は、図面に概略的に示された信号ライン１８によって電圧信号を供給される。第２の信号ライン１９が、導電性の第２の流体１２に接している電極に接続される。この電極は、すべての要素が第２の流体を壁で遮断されることなく共有することにより、第２の流体によって相互に接続されるとき、すべての要素に対して共通であり得る。画素２は、信号ライン１８と１９の間に印加する電圧Ｖによって制御することができる。支持板５上の電極１７は、表示駆動システムに接続される。マトリクス形式で配置された画素を有する表示デバイスでは、電極を、第１の支持板上の制御ラインのマトリクスに接続することができる。
【００３８】
第１の流体１１は、画素の断面に続く壁２０によって１つの画素に閉じ込められる。画素の断面は任意の形状を有することができ、画素がマトリクス形式で配置されたとき、断面は、通常、正方形又は長方形である。壁は、支持板５から突出する構造として示されているが、親水性又は低疎水性の層など、第１の流体をはじく支持板上の表面層でもよい。壁は、第１の支持板から第２の支持板まで延在してもよいが、第１の支持板から第２の支持板まで部分的に延在してもよい。破線３及び４によって示された画素の範囲は、壁２０の中心によって画定される。波線２１及び２２で示される画素の壁の間の領域は、表示領域２３と称され、表示効果が生じる。
【００３９】
電極間に電圧が印加されないとき、図面に示されるように、第１の流体１１が壁２０の間に層を形成する。電圧を印加すると、図面に破線の形状２４で示されるように、第１の流体が、例えば壁に対して収縮することになる。第１の流体の制御可能な形状が、画素を光弁として動作させるのに用いられ、表示領域２３に対する表示効果をもたらす。
【００４０】
図１に示される表示デバイスの実施形態の壁２０は、本発明による疎水性低減効果を用いて作製されたものである。この効果は、図２ａの上面図に示され、図１のＡ−Ａラインに沿って示され、図２ｂの断面にも示されているパターン付き電極構造体によって得られる。図２ａは、正方形の画素のマトリクスを示す。図１の破線３及び４に対応する図２ａの中央の画素の範囲は、破線２５によって示されている。電極１７は、画素を操作するのに使用される。グリッド形式の隣接した電極１７の間に電極２６が配置される。電極１７と電極２６の間の領域２７及び２８は、絶縁材料で作製される。図２ｂは、支持板５並びに電極１７及び２６の断面を示す。
【００４１】
表示デバイスの製造プロセス中に、電極１７及び２６を備えるパターン付き電極構造体が第１の支持板５上に設けられる。次に、電極構造体上に絶縁層１３が配置される。絶縁層１３の表面１４は、導電性流体、好ましくは完成した表示デバイスで第２の流体として使用されるものと同一の導電性流体又は極性流体で覆われる。導電性流体で満たされた空間は、図２ｂの参照数字２９によって示されている。
【００４２】
本発明による表面１４の局所的疎水性低下は、ここで、電極２６に接続された信号ライン３０と空間２９において導電性流体に接する電極に接続された信号ライン３１の間に電圧を印加することにより達成される。電圧は直流であり、信号ライン３０は、好ましくはプラスである。この電圧が、絶縁層１３の厚さを横切って電界を生成する。電界は、閾値を上回る必要があり、閾値を上回ると、表面１４の疎水性の恒久的な低下が起こる。閾値は、絶縁層の材料及び厚さ並びに導電性流体の材料に応じて変動する。電界は、絶縁層の破壊絶縁耐力より小さくなければならない。電圧は１００〜４００Ｖの範囲でもよく、好ましくは数秒〜数分の期間にわたって印加する。疎水性の恒久的な低下は、例えば静電電圧計を使用して、絶縁層の上又は中の恒久的な電荷の存在を測定することにより求めることができる。
【００４３】
疎水性が恒久的に低下した表面１４の所定の領域は、図２ｂで参照数字３２によって示されている。この領域の範囲は、電極２６の形状及び漂遊電界によって決定される。電極２６の共通の幅は、５〜１５マイクロメートルである。絶縁層の厚さが１マイクロメートルであるとき、領域３２の幅は８〜２０マイクロメートルである。
【００４４】
領域３２の範囲は、シールド電極を、電極２６に隣接して配置して導電性流体の電位に保つことにより縮小することができる。図２ｂに示される実施形態は、電極１７をシールド電極として使用する。電極１７に接続された各画素の信号ライン１８は、信号ライン３１と同じ電圧に保たれる。代替実施形態では、電極２６は、画素の操作に使用されないシールド電極を有することができる。
【００４５】
電界を一時的に印加した後に、図２ａに示されるような電極２６の形状を有する表面１４のグリッド形の領域３２は、低疎水性を有する。図３は、低疎水性領域３２及び領域３２によって囲まれた当初のままの領域３３を有する表面１４の上面図を示す。当初のままの領域３３の疎水性は、電界の印加によって変更されていない。当初のままの領域３３の形状は、図１の表示領域２３に相当する。好ましくは、当初のままの領域３３は、表示領域２３より、両側で、わずかに、例えば数マイクロメートルだけ大きく、それによって、低疎水性領域３２上の壁の小さな位置合わせ不良の調節が可能になる。後続の製造ステップで、低疎水性領域３２上に壁が配置されてもよい。
【００４６】
特別な実施形態では、当初のままの領域３３は表示領域２３よりわずかに小さくてもよく、壁の隣に疎水性が低下した細長い領域を生成する。この細長い領域は、図５を参照しながら以下で説明されるように、第１の流体の移動のための開始点として動作することができる。
【００４７】
この壁は、いくつかの方法によって作製することができる。第１の方法では、壁はリソグラフィステップを用いて製作され、リソグラフィステップでは、図１の表示領域２３はラッカーで覆われ、壁が堆積されることになっている領域は覆われない。覆われない領域は、低疎水性領域３２に相当する。壁は、スピンコーティング、浸漬コーティング、スリットコーティング又はプリント処理などの既知の堆積プロセスを用いて作製される。壁を与えた後に、表示領域からラッカーが除去される。壁の下の表面１４の低疎水性により、壁材料の絶縁層１３への付着力が改善する。
【００４８】
第２の方法では、リソグラフィを用いて壁が製作され、フォトラッカーは壁材料で作製される。この方法では、ラッカーは、従来方式を用いて表面１４上に堆積される。次に、表示領域２３からラッカーが除去され、この材料は、低疎水性領域３２に集中した画素壁として残る。
【００４９】
第３の方法では、自己集合を用いて壁が製作される。低疎水性領域３２と表面１４の当初のままの領域３３の間の疎水性の差によって化学的コントラストが形成される。表面１４は、壁材料の溶液又は分散液を含む液体によって覆われる。壁材料は、親水性表面よりも疎水性表面に対してより大きな付着力を有するように選択される。したがって、壁材料は、低疎水性領域３２に向かって移行してそこで壁を形成する。壁の形成が完了した後に、残りの壁材料を有する液体が第１の支持板から吐出され、又は壁材料溶液の溶剤が蒸発して、固体の壁材料が残る。
【００５０】
第１、第２、及び第３の方法では、領域３２の低疎水性は、表示デバイスの寿命を通じて残存することができる。或いは、領域３２の低疎水性は、表示デバイスの製造期間中のみ、好ましくは１日以上残存してもよい。
【００５１】
第４の方法では、低疎水性領域３２自体によって壁が形成され、すなわち壁はゼロ高さを有する。領域３２の疎水性は、第１の流体が表示領域全体にわたって広がるとき及び収縮するときのどちらにおいても、図１の第１の流体１１を表示領域２３に制限するように十分に低くなければならない。領域３２の低疎水性は、表示デバイスの寿命を通じて残存しなければならない。
【００５２】
反射型表示デバイスにおいて電極２６が光を反射する材料で作製されている場合、壁材料は、画面８から入った周辺光が電極上で反射して見る方向に戻ることにより画像のコントラストが低下するのを回避するために、好ましくは不透明である。或いは、電極２６は、ＩＴＯなどの透明な材料で作製することができ、いかなる後方反射も、第１の支持板の上又は背後に、壁を通って伝送された光を捕捉する光吸収層を配置することにより、さらに低下させることができる。
【００５３】
壁２０の形成の後、例えば国際特許出願の国際公開第２００５／０９８７９７号パンフレットに開示されているように、既知の方法を用いて第１の支持板５に第１の流体が与えられる。例えば国際出願の国際公開第２００９／０６５９０９号パンフレットに開示されているように、第１及び第２の支持板は互いに取り付けられ、空間は、既知のやり方で第２の液体で満たされる。
【００５４】
各画素の電極１７の電圧を制御するための信号ラインは、図２ａ、図２ｂ及び図３には示されていない。制御ラインは、国際出願の国際公開第２００９／０７１６９４号パンフレットに開示されているようにレイアウトされてもよい。特別な実施形態では、信号ラインは、疎水性を低下させるための電界を生成するのに使用され得る。図４は、例えば国際公開第２００９／０７１６９４号パンフレットから知られているアクティブマトリクス型表示デバイスで使用されるような、電極１７並びにソースライン４０及びゲートライン４１を含む電極構造体の上面図を示す。ソースラインとゲートラインは、第１の支持板上に配置された薄層のスタックにおいて異なる高さで交差し、表示デバイスの動作中にラインを個々に制御することができる。製造中に、低疎水性領域３２を形成するために、ソースライン及びゲートラインの両方に同一の高電圧が印加される。
【００５５】
この方法の上記の実施形態では、第１の支持板上に配置された電極及び第１の支持板上の導電性流体に印加される電圧によって電界が生成される。或いは、電界は、製造プロセス中に第１の支持板（図１を参照されたい）の後面９に接して押しつけられた板上に配置されるパターン付き電極構造体によって生成することができる。電極と表面１４に接触する導電性流体の間に電圧が印加される。この方法の空間分解能は低く、恒久的な帯電に必要な電圧は、支持板の厚さのために、上記実施形態のものより大きい。
【００５６】
電界を生成する別の方法には、表面１４に接して押しつけられた板上に配置されたパターン付き電極構造体及び例えば後面９に対して押しつけられた金属板の形で複数の画素にわたって延在する電極を使用することによるものがある。パターン付き電極構造体と後面に対して押しつけられた電極の間に電圧が印加される。この方法は、高度な空間分解能を有する。後者の２つの方法により、第１の支持板上に配置された電極とは無関係に低疎水性領域３２を形成することができ、同電極は、画素の操作のために最適化することができる。
【００５７】
図５は、第１の支持板の別の実施形態の上面図を示す。表示領域２３は、壁２０に囲まれている。表示領域の領域５１は、低疎水性を有する。画素の動作中に、領域５１は、第１の流体１１の移動の開始点として働く。第２の流体１２が、低疎水性によって表面１４の方へ引きつけられ、電極１７に電圧が印加されないとき、領域５１の上に第１の流体のより薄い層をもたらす。電圧が電極１７に印加されると、より薄い層により、領域５１では表示領域の他の領域よりも第１の流体に対して大きな力が生じて、第１の流体が領域５１から移動し始めることになり、領域５１は、通常、開始点と称される。それによって、領域５１は、各画素において第１の流体の制御する移動をもたらし、画像品質が改善される。領域５１は、実質的にすべての画素において類似のパターンを形成する。
【００５８】
領域５１は、本発明による方法によって作製される。第１の支持板の製造中に、上記で詳述された方法の１つを用いて、絶縁領域の領域５１に対して、電界が一時的に印加される。この電界により、領域５１の疎水性が恒久的に低下する。この低下は、表示デバイスの寿命がつきるまで残存する。
【００５９】
図６は、第１の支持板のさらなる実施形態の上面図を示す。画素の表示領域２３は、低疎水性領域６３によって分離された２つの高疎水性領域６１と６２に分割されている。領域６３が障壁として働き、画素は、国際出願の国際公開第２００６／０９０３１７号パンフレットに開示されているような双安定素子として動作することができる。
【００６０】
図７ａは、図６の画素の断面を示す。第１の支持板５と絶縁層１３の間に、それぞれが領域６１、６２及び６３と同一の形状を有する電極７１、７２及び７３が配置されている。図７ａに示されるように、第１の流体１１により、絶縁層１３上に、障壁領域６３によって中断された層が形成されることになる。電極７１に対して十分に高い電圧が印加されると、図７ｂに示されるように、第１の流体は領域６２に移動してそこに蓄積することになる。電極７１上の電圧が停止されると、障壁領域６３が第１の流体を図７ｂの構成に保つことになり、電圧を印加しなくても安定した表示状態がもたらされる。電極７２に電圧を印加して第１の流体を領域６１へ押し進めることにより、再び図７ａの構成が得られる。電圧レベルにより、領域６２に第１の流体がいくらか残るか少しも残らないか、ということが決まる。この実施形態を、本発明による、カラーフィルタを有する１つ又は複数のサブピクセルの障壁と組み合わせることにより、双安定カラー表示デバイスを得ることができる。好ましい実施形態では、各サブピクセルが実質的に同一の障壁パターンを有することになる。別の実施形態では、例えばＩＳＢＮ ９７８−０−４７０−７２３７４−６（Ｗｉｌｅｙ）の書籍である、Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙｓ， Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓの１８章に説明されているように、各層が互いの頂部上に別の色を有する第１の流体の複数の層を有する表示デバイスにおいて、本発明による障壁を用いることにより、双安定カラー表示デバイスを作製することができる。
【００６１】
障壁領域６３は、本発明による方法によって、製造中に電極７３に高電圧を印加して作製される。国際出願の国際公開第２００６／０９０３１７号パンフレットに示されるように、障壁領域は様々な構成を有することができる。画素は、いくつかの前記出願で開示されたモードで操作され得る。
【００６２】
上記の実施形態は、本発明の説明に役立つ実例として理解されるべきである。本発明のさらなる実施形態が意図される。例えば、低疎水性領域は、画素以外のエレクトロウェッティング素子で使用され得る。低疎水性領域は、疎水性表面上に壁などの層を接着するために、疎水性を低下させるのに使用することができる。低疎水性領域は、例えば障壁又は開始点として働くことにより、第１の流体の運動を制御するためにも使用することもできる。低疎水性領域は、ダイアフラム、シャッタ又はレンズなどのエレクトロウェッティング素子で使用することができる。
【００６３】
いかなる一実施形態に対して説明されたいかなる特徴も、単独で、又は説明された他の特徴と組み合わせて用いられ得て、また、実施形態のその他の１つ又は複数の特徴、又は実施形態のその他の任意の組合せと組み合わせても用いられ得ることを理解されたい。さらに、上記で説明されていない等価物及び変更形態も、本発明の範囲から逸脱することなく利用され得て、このことは添付の特許請求の範囲において定義される。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エレクトロウェッティング式表示デバイス及び同デバイスを作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国際特許出願の国際公開第２００３／０７１３４６号パンフレットに説明されているものなどのエレクトロウェッティング式表示デバイスは、２つの支持板を含む。支持板の１つに対して或るパターンの複数の壁が配置され、このパターンは、表示デバイスの画素を画定する。ピクセルとしても知られている画素を構成する壁の間の領域は、表示領域と称され、表示効果が生じる。画素の壁は親水性の材料で作製される。表示領域の支持板の領域は、画素の適切な動作のために、かなりの程度まで疎水性でなければならない。製造中、画素が配置されている支持板の領域は、疎水性層によって覆われる。壁は、疎水性層上に壁材料の層を堆積し、壁材料の層を、例えばフォトリソグラフィ法を用いてパターニングすることにより、疎水性層上に作製される。
【０００３】
壁材料の層と疎水性層の間の付着力は比較的弱く、壁材料の層が疎水性層から剥離し易い。例えばリアクティブイオンエッチングによって壁材料の層を与えるのに先立って、疎水性層の疎水性を低下させることが知られている。壁の形成の後、疎水性層は、疎水性を回復するためにアニールされる。しかし、この方法を用いて作製された表示デバイスの品質は十分ではない。
【０００４】
他の方法には、所定の領域のみ疎水性を低下させるために、露出領域において、例えばリアクティブイオンエッチング、プラズマ又はＵＶのオゾン処理を適用することにより、フォトリソグラフィステップを用いるものがある。追加のリソグラフィステップが必要であること、及び層間剥離のリスク増加を伴って均一の疎水性表面に対してリソグラフィプロセスを適用するのが困難であること、といった不利益がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、このような不利益がないエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、第１の支持板及び第２の支持板と、それぞれが第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備える複数の画素とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法が提供され、この方法は、第１の支持板に電極構造体を与えるステップと、電極構造体上に、厚さと空間に面する疎水性表面とを有する絶縁層を配置するステップと、その表面の所定の領域の疎水性を恒久的に低下させるために、絶縁層の厚さを横切って一時的に電界を印加するステップとを含む。
【０００７】
本発明による方法により、電界を印加することによって絶縁層の所定の領域の疎水性を局所的に低下させることができる。この方法は、表示デバイスの寿命に悪影響を及ぼす、表面の疎水性を低下させた後に上昇させるステップを必要としない。本発明による方法によって作製される表示デバイスは、疎水性を低下させて上昇させるプロセスステップを受けないので、より優れた寿命を有する。そのうえ、疎水性を上昇させるのに用いられるアニールでは、当初のままの疎水性表面の品質が完全に回復されるわけではない。本発明による方法は、従来技術のように疎水性を局所的に低下させるためにフォトリソグラフィプロセスを用いる必要がない。したがって、プロセスステップの数が減少し、層間剥離のリスクがより低下する。疎水性が低下した領域は、表示デバイスの製造及び／又は使用において、様々な目的に利用され得る。導電性流体又は極性流体に対して、ある領域から働く反発力が、疎水性が低下していない領域から働く反発力より小さい場合、その領域は疎水性が低下しているとされ、疎水性が十分に低下すると、引き寄せる力になり得る。その領域の疎水性低下の度合いは、電界の強度によって制御することができる。
【０００８】
絶縁層の疎水性の低下は、恐らく絶縁層の中又は上に電荷が蓄積することによるものである。疎水性を低下させることは、表示デバイスの製造で用いられ、この低下が少なくとも１日間続く場合、「恒久的な」低下と称される。疎水性の低下が表示デバイスの動作に用いられるとき、表示デバイスの寿命を通じて疎水性の低下が持続する場合、「恒久的な」低下と称される。電界が停止された後、与えられた電荷の一部分は漏れ出す可能性があるが、別の部分は恒久的にとどまる。
【０００９】
Ｂ．Ｊ．Ｆｅｅｎｓｔｒａ及びＭ．Ｗ．Ｊ．Ｐｒｉｎｓによる、Ｎｅｄｅｒｌａｎｄｓ Ｔｉｊｄｓｃｈｒｉｆｔ ｖｏｏｒ Ｎａｔｕｕｒｋｕｎｄｅの２００１年２月号、３４ページの記事「Ｅｌｅｋｔｒｏｂｅｎａｔｔｉｎｇ：Ｖｌｏｅｉｓｔｏｆｍａｎｉｐｕｌａｔｉｅ ｏｐ ｍｉｃｒｏｎｓｃｈａａｌ」は、特定の強度を上回る電界を印加すると、エレクトロウェッティング式デバイスの絶縁層に望ましくない電荷蓄積が起こることを開示していることに留意されたい。この記事は、電荷蓄積のある領域が疎水性の低下を示すことは開示しておらず、電荷蓄積の利用も指摘していない。
【００１０】
特別な実施形態では、この領域は、実質的にすべての画素において類似のパターンを形成する。「実質的に」は、ほとんどの画素、好ましくは９０％を上回る画素が、そのパターンを構成することを意味する。
【００１１】
この方法の好ましい実施形態では、絶縁層上に導電性流体又は極性流体が配置され、電極構造体とこの流体の間に電界が印加される。この方法は、電界を所望の領域に効果的に印加する。電極構造体を使用すると、疎水性の低下した領域が、それ以上の位置合わせ手段をとることなく、電極構造体と適切に位置合わせされる。
【００１２】
電極構造体は、好ましくは、電界を印加するための少なくとも１つの電極と、画素を操作するための少なくとも１つの電極とを含むか、或いは、電界を印加し、且つ画素を操作するための少なくとも１つの電極を含む。
【００１３】
電極構造体の特定の電極が、画素の動作又は疎水性を局所的に低下させるための電界の生成のいずれかに用いられてもよく、或いは特定の電極が両方の機能に用いられてもよい。この機能が、画素の電極の位置を決定してもよい。例えば、壁を配置することになる領域で疎水性を低下させるための電界を生成するのに、ゲートライン及びソースラインを使用することができる。
【００１４】
有利な実施形態では、電極構造体と導電性流体又は極性流体との間に電圧を印加することにより電界が発生され、電極構造体上の電圧が導電性流体又は極性流体上の電圧より大きい。この極性を用いると、恒久的な低疎水性領域を生成するのに、より効果的である。
【００１５】
電界は、表示デバイスを第１の流体１１で満たす以前に、又は満たした後に印加してもよい。第１の流体で充填する以前に電界を印加するとき、電極及び絶縁層を有する第１の支持板が導電性流体又は極性流体で覆われ、導電性流体又は極性流体と電極の間に電圧が印加される。導電性流体又は極性流体は、表示デバイスの動作中に用いられる第２の流体でもよい。
【００１６】
第１の流体で充填した後に、例えば第１及び第２の支持板を互いにシールした後に電界を印加するとき、導電性流体又は極性流体と電極の間に高電圧を印加してもよい。この電圧が、疎水性を低下させるべき領域から第１の流体を除去することになる。好ましくは、この電圧は、第１の流体の除去を制御するために、階段状又はランプ（傾斜路）状に上昇させる。第１の支持板と導電性流体又は極性流体上の電極の間に電圧を印加することによる高電圧の印加に先立つ別のステップで、この領域から第１の流体を除去することも可能である。
【００１７】
第１及び第２の支持板を互いにシールした後に、第１の支持板上の１つ又は複数の電極と導電性流体又は極性流体の間に大きな電界を印加するステップは、後に表示デバイスの寿命期間中に繰り返すこともできる。そのため、このステップは、絶縁層の中又は上の電荷量を、表示デバイスで用いるために一定に、又は十分に大きく実質的に保つことができる。
【００１８】
電極構造体の電極は、隣接のシールド電極を有してもよい。シールド電極は、電界を閉じ込めることにより、疎水性を低下させる領域の範囲を画定するのを支援する。好ましくは、電極は、各側面にシールド電極を有する。
【００１９】
この方法の特別な実施形態には、所定の領域上に壁を配置するステップが含まれる。所定の領域の疎水性が低下しているので、壁材料と絶縁層の間の付着力が改善されており、壁材料がはがれるリスクは低い。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、複数の画素と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスが提供され、各画素が第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備え、この空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、第１の流体と第２の流体は混合せず、第１の支持板上に電極構造体が配置され、この空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が電極構造体上に配置され、この絶縁層は、本発明による方法を用いて作製された所定の低疎水性領域を有する。
【００２１】
表示デバイスの特別な実施形態では、疎水性表面の領域は恒久的電荷を帯びる。電荷の存在は、静電電圧計を使用して測定することができる。電荷の恒久性は、電極構造体に印加された電圧がない状態で測定することができる。
【００２２】
この領域は、好ましくは実質的にすべての画素で類似のパターンを形成する。
【００２３】
パターンは、画素の形状を画定し、第１の流体を画素の空間に閉じ込めることが有効である。この領域は、画素の高さゼロの壁として働く。この領域は、通常、正方形又は長方形のグリッドの形状を有することになる。この領域の低疎水性により、第１の流体が、壁によって囲まれた領域に閉じ込められる。高さゼロの壁の近くでは第１の流体の厚さがゼロであるため、画素の切換え挙動が改善されることになり、表示デバイスのグレイスケール性能の改善が特に顕著である。
【００２４】
好ましくは、パターンが画素の形状を画定し、この領域に配置される壁が第１の流体を画素の空間に閉じ込める。この領域上に特定の壁材料で作製された壁が配置されると、疎水性の低下によって壁材料と絶縁層の間の付着力が改善する。
【００２５】
表示デバイスの特別な実施形態では、パターンが画素の開始点を形成し、表示デバイスが作動中のとき第１の流体が移動し始める位置をもたらす。そのため、画素の開始点によって切換え及びグレイスケールの性能が改善する。
【００２６】
パターンが、画素における第１の流体に対する障壁を形成することができる。この障壁は、双安定の表示デバイスで使用することができる。電極の電圧パルスによって第１の流体は障壁を越えて移動することができ、電圧がゼロに低下すると、第１の流体は、障壁によって所定の位置に保持されることになる。画像コンテンツは不揮発性になるはずである。したがって、障壁を使用する表示デバイスは、電力消費を比較的小さくすることができる。
【００２７】
本発明の第３の態様によれば、エレクトロウェッティング素子と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式デバイスにおける低疎水性領域の使用方法が提供され、エレクトロウェッティング素子が第１の支持板と第２の支持板の間に空間を備え、この空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、第１の流体と第２の流体は混合せず、第１の支持板上に電極構造体が配置され、この空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が電極構造体上に配置され、この領域は、その表面の領域の疎水性を恒久的に低下させるために、絶縁層の厚さを横切って一時的に電界を印加することによって作製されており、当該使用方法は、流体の運動又は絶縁層上への層の接着の制御である。
【００２８】
本発明のさらなる特徴及び利点が、単なる一例として添付図面を参照しながら示される、本発明の好ましい実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】エレクトロウェッティング式表示デバイスの画素の概略断面図である。
【図２ａ】表示デバイスの第１の支持板上の電極構造体の概略上面図である。
【図２ｂ】第１の支持板の概略断面図である。
【図３】絶縁層表面の上面図である。
【図４】ソースラインとゲートラインが交差する電極構造体の上面図である。
【図５】第１の支持板の別の実施形態の上面図である。
【図６】第１の支持板のさらなる実施形態の上面図である。
【図７ａ】双安定画素の状態の断面図である。
【図７ｂ】双安定画素の別の状態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、エレクトロウェッティング式表示デバイス１の一部分の概略の断面を示す。この表示デバイスは、複数の画素２を含み、そのうち１つが図面に示されている。画素の横方向の範囲が、２つの破線３及び４によって図面に示されている。画素は、第１の支持板５及び第２の支持板６を含む。支持板は、各画素の個別の部分でもよいが、好ましくは複数の画素によって共有される。支持板は、ガラス又はポリマーの基板を含んでもよく、剛体でも可撓体でもよい。
【００３１】
表示デバイスは、表示デバイスによって形成された画像又は表示を見ることができる画面８及び後面９を有する。図面では、第１の支持板５が後面９と向かい合って、第２の支持板６が画面と向かい合うが、或いは第１の支持板が画面と向かい合ってもよい。表示デバイスは、反射型、透過型、又は半透過型等とすることができる。表示デバイスは、画像がセグメントで構築され得るセグメント化された表示方式でもよく、各セグメントがいくつかの画素を含む。表示デバイスは、アクティブマトリクスで駆動される表示方式であるか、又は受動的に駆動される表示デバイスでもよい。複数の画素は白黒でもよい。カラー表示デバイスについては、画素は、各群が別の色を有する群に分割されてもよく、或いは、個々の画素が様々な色を示すことができてもよい。
【００３２】
支持板間の空間１０は、第１の流体１１及び第２の流体１２の２つの流体で満たされる。第２の流体は、第１の流体と混ざらない。第２の流体は、導電性また有極性であり、水又は水とエチルアルコールの混合物中の塩化カリウムの溶液などの食塩水でもよい。第２の流体は、好ましくは透明であるが、有色でもよく、白色でもよく、光を吸収しても反射してもよい。第１の流体は、非導電性であり、例えばヘキサデカンのようなアルカン又は（シリコン）オイルである。
【００３３】
第１の流体は、光スペクトルの少なくとも一部分を吸収する。第１の流体は、光スペクトルの一部分に対して透過性でもよく、カラーフィルタを形成する。このために、第１の流体は、顔料粒子又は染料を付加することによって着色される。代わりに、第１の流体は、黒色で、すなわち光スペクトルのすべてを実質的に吸収するか、或いは反射してもよい。反射層は、可視スペクトルの全体を反射して白色に見えてもよく、又はその一部分を反射して有色に見えてもよい。
【００３４】
支持板５上に絶縁層１３が配置される。絶縁層は透明でもよく、又は反射性でもよい。絶縁層１３は、画素の壁の間に延在してもよい。しかし、第２の流体１２と絶縁層の下に配置された電極の間の短絡を回避するために、絶縁層は、図面に示されるように、好ましくは複数の画素２にわたって延在する連続した層である。絶縁層は、画素２の空間１０に面する疎水性の表面１４を有する。絶縁層の厚さは、好ましくは２マイクロメートル未満であり、より好ましくは１マイクロメートル未満である。
【００３５】
絶縁層は疎水性層でもよく、或いは、図面に示されるように、絶縁層は、疎水性層１５及び誘電体層１６でもよく、疎水性層１５が空間１０に面する。疎水性層は、例えばＡＦ１６００又はＡＦ１６０１などのアモルファスのフッ素ポリマー層でもよく、或いは他の表面エネルギーの低いポリマーでもよい。疎水性層の厚さは、好ましくは３００〜８００ｎｍの間にある。誘電体層は、シリコン酸化物層又は窒化シリコン層でもよく、例えば２００ｎｍの厚さを有する。
【００３６】
絶縁層１３の表面に対して、第１の流体１１が第２の流体１２より高い湿潤性を有するので、表面１４の疎水性の特性によって、第１の流体１１が、絶縁層１３に差別的に付着する。湿潤性は、流体の、固体の表面に対する相対的親和性に関連する。
【００３７】
各要素２は、支持板５上に配置された電極１７を含む。電極１７は絶縁層１３によって流体から分離され、隣接した画素の電極は非導電層によって分離される。絶縁層１３と電極１７の間に他の層が配置されてもよい。電極１７は、任意の所望の形状又は形態であり得る。画素の電極１７は、図面に概略的に示された信号ライン１８によって電圧信号を供給される。第２の信号ライン１９が、導電性の第２の流体１２に接している電極に接続される。この電極は、すべての要素が第２の流体を壁で遮断されることなく共有することにより、第２の流体によって相互に接続されるとき、すべての要素に対して共通であり得る。画素２は、信号ライン１８と１９の間に印加する電圧Ｖによって制御することができる。支持板５上の電極１７は、表示駆動システムに接続される。マトリクス形式で配置された画素を有する表示デバイスでは、電極を、第１の支持板上の制御ラインのマトリクスに接続することができる。
【００３８】
第１の流体１１は、画素の断面に続く壁２０によって１つの画素に閉じ込められる。画素の断面は任意の形状を有することができ、画素がマトリクス形式で配置されたとき、断面は、通常、正方形又は長方形である。壁は、支持板５から突出する構造として示されているが、親水性又は低疎水性の層など、第１の流体をはじく支持板上の表面層でもよい。壁は、第１の支持板から第２の支持板まで延在してもよいが、第１の支持板から第２の支持板まで部分的に延在してもよい。破線３及び４によって示された画素の範囲は、壁２０の中心によって画定される。波線２１及び２２で示される画素の壁の間の領域は、表示領域２３と称され、表示効果が生じる。
【００３９】
電極間に電圧が印加されないとき、図面に示されるように、第１の流体１１が壁２０の間に層を形成する。電圧を印加すると、図面に破線の形状２４で示されるように、第１の流体が、例えば壁に対して収縮することになる。第１の流体の制御可能な形状が、画素を光弁として動作させるのに用いられ、表示領域２３に対する表示効果をもたらす。
【００４０】
図１に示される表示デバイスの実施形態の壁２０は、本発明による疎水性低減効果を用いて作製されたものである。この効果は、図２ａの上面図に示され、図１のＡ−Ａラインに沿って示され、図２ｂの断面にも示されているパターン付き電極構造体によって得られる。図２ａは、正方形の画素のマトリクスを示す。図１の破線３及び４に対応する図２ａの中央の画素の範囲は、破線２５によって示されている。電極１７は、画素を操作するのに使用される。グリッド形式の隣接した電極１７の間に電極２６が配置される。電極１７と電極２６の間の領域２７及び２８は、絶縁材料で作製される。図２ｂは、支持板５並びに電極１７及び２６の断面を示す。
【００４１】
表示デバイスの製造プロセス中に、電極１７及び２６を備えるパターン付き電極構造体が第１の支持板５上に設けられる。次に、電極構造体上に絶縁層１３が配置される。絶縁層１３の表面１４は、導電性流体、好ましくは完成した表示デバイスで第２の流体として使用されるものと同一の導電性流体又は極性流体で覆われる。導電性流体で満たされた空間は、図２ｂの参照数字２９によって示されている。
【００４２】
本発明による表面１４の局所的疎水性低下は、ここで、電極２６に接続された信号ライン３０と空間２９において導電性流体に接する電極に接続された信号ライン３１の間に電圧を印加することにより達成される。電圧は直流であり、信号ライン３０は、好ましくはプラスである。この電圧が、絶縁層１３の厚さを横切って電界を生成する。電界は、閾値を上回る必要があり、閾値を上回ると、表面１４の疎水性の恒久的な低下が起こる。閾値は、絶縁層の材料及び厚さ並びに導電性流体の材料に応じて変動する。電界は、絶縁層の破壊絶縁耐力より小さくなければならない。電圧は１００〜４００Ｖの範囲でもよく、好ましくは数秒〜数分の期間にわたって印加する。疎水性の恒久的な低下は、例えば静電電圧計を使用して、絶縁層の上又は中の恒久的な電荷の存在を測定することにより求めることができる。
【００４３】
疎水性が恒久的に低下した表面１４の所定の領域は、図２ｂで参照数字３２によって示されている。この領域の範囲は、電極２６の形状及び漂遊電界によって決定される。電極２６の共通の幅は、５〜１５マイクロメートルである。絶縁層の厚さが１マイクロメートルであるとき、領域３２の幅は８〜２０マイクロメートルである。
【００４４】
領域３２の範囲は、シールド電極を、電極２６に隣接して配置して導電性流体の電位に保つことにより縮小することができる。図２ｂに示される実施形態は、電極１７をシールド電極として使用する。電極１７に接続された各画素の信号ライン１８は、信号ライン３１と同じ電圧に保たれる。代替実施形態では、電極２６は、画素の操作に使用されないシールド電極を有することができる。
【００４５】
電界を一時的に印加した後に、図２ａに示されるような電極２６の形状を有する表面１４のグリッド形の領域３２は、低疎水性を有する。図３は、低疎水性領域３２及び領域３２によって囲まれた当初のままの領域３３を有する表面１４の上面図を示す。当初のままの領域３３の疎水性は、電界の印加によって変更されていない。当初のままの領域３３の形状は、図１の表示領域２３に相当する。好ましくは、当初のままの領域３３は、表示領域２３より、両側で、わずかに、例えば数マイクロメートルだけ大きく、それによって、低疎水性領域３２上の壁の小さな位置合わせ不良の調節が可能になる。後続の製造ステップで、低疎水性領域３２上に壁が配置されてもよい。
【００４６】
特別な実施形態では、当初のままの領域３３は表示領域２３よりわずかに小さくてもよく、壁の隣に疎水性が低下した細長い領域を生成する。この細長い領域は、図５を参照しながら以下で説明されるように、第１の流体の移動のための開始点として動作することができる。
【００４７】
この壁は、いくつかの方法によって作製することができる。第１の方法では、壁はリソグラフィステップを用いて製作され、リソグラフィステップでは、図１の表示領域２３はラッカーで覆われ、壁が堆積されることになっている領域は覆われない。覆われない領域は、低疎水性領域３２に相当する。壁は、スピンコーティング、浸漬コーティング、スリットコーティング又はプリント処理などの既知の堆積プロセスを用いて作製される。壁を与えた後に、表示領域からラッカーが除去される。壁の下の表面１４の低疎水性により、壁材料の絶縁層１３への付着力が改善する。
【００４８】
第２の方法では、リソグラフィを用いて壁が製作され、フォトラッカーは壁材料で作製される。この方法では、ラッカーは、従来方式を用いて表面１４上に堆積される。次に、表示領域２３からラッカーが除去され、この材料は、低疎水性領域３２に集中した画素壁として残る。
【００４９】
第３の方法では、自己集合を用いて壁が製作される。低疎水性領域３２と表面１４の当初のままの領域３３の間の疎水性の差によって化学的コントラストが形成される。表面１４は、壁材料の溶液又は分散液を含む液体によって覆われる。壁材料は、親水性表面よりも疎水性表面に対してより大きな付着力を有するように選択される。したがって、壁材料は、低疎水性領域３２に向かって移行してそこで壁を形成する。壁の形成が完了した後に、残りの壁材料を有する液体が第１の支持板から吐出され、又は壁材料溶液の溶剤が蒸発して、固体の壁材料が残る。
【００５０】
第１、第２、及び第３の方法では、領域３２の低疎水性は、表示デバイスの寿命を通じて残存することができる。或いは、領域３２の低疎水性は、表示デバイスの製造期間中のみ、好ましくは１日以上残存してもよい。
【００５１】
第４の方法では、低疎水性領域３２自体によって壁が形成され、すなわち壁はゼロ高さを有する。領域３２の疎水性は、第１の流体が表示領域全体にわたって広がるとき及び収縮するときのどちらにおいても、図１の第１の流体１１を表示領域２３に制限するように十分に低くなければならない。領域３２の低疎水性は、表示デバイスの寿命を通じて残存しなければならない。
【００５２】
反射型表示デバイスにおいて電極２６が光を反射する材料で作製されている場合、壁材料は、画面８から入った周辺光が電極上で反射して見る方向に戻ることにより画像のコントラストが低下するのを回避するために、好ましくは不透明である。或いは、電極２６は、ＩＴＯなどの透明な材料で作製することができ、いかなる後方反射も、第１の支持板の上又は背後に、壁を通って伝送された光を捕捉する光吸収層を配置することにより、さらに低下させることができる。
【００５３】
壁２０の形成の後、例えば国際特許出願の国際公開第２００５／０９８７９７号パンフレットに開示されているように、既知の方法を用いて第１の支持板５に第１の流体が与えられる。例えば国際出願の国際公開第２００９／０６５９０９号パンフレットに開示されているように、第１及び第２の支持板は互いに取り付けられ、空間は、既知のやり方で第２の液体で満たされる。
【００５４】
各画素の電極１７の電圧を制御するための信号ラインは、図２ａ、図２ｂ及び図３には示されていない。制御ラインは、国際出願の国際公開第２００９／０７１６９４号パンフレットに開示されているようにレイアウトされてもよい。特別な実施形態では、信号ラインは、疎水性を低下させるための電界を生成するのに使用され得る。図４は、例えば国際公開第２００９／０７１６９４号パンフレットから知られているアクティブマトリクス型表示デバイスで使用されるような、電極１７並びにソースライン４０及びゲートライン４１を含む電極構造体の上面図を示す。ソースラインとゲートラインは、第１の支持板上に配置された薄層のスタックにおいて異なる高さで交差し、表示デバイスの動作中にラインを個々に制御することができる。製造中に、低疎水性領域３２を形成するために、ソースライン及びゲートラインの両方に同一の高電圧が印加される。
【００５５】
この方法の上記の実施形態では、第１の支持板上に配置された電極及び第１の支持板上の導電性流体に印加される電圧によって電界が生成される。或いは、電界は、製造プロセス中に第１の支持板（図１を参照されたい）の後面９に接して押しつけられた板上に配置されるパターン付き電極構造体によって生成することができる。電極と表面１４に接触する導電性流体の間に電圧が印加される。この方法の空間分解能は低く、恒久的な帯電に必要な電圧は、支持板の厚さのために、上記実施形態のものより大きい。
【００５６】
電界を生成する別の方法には、表面１４に接して押しつけられた板上に配置されたパターン付き電極構造体及び例えば後面９に対して押しつけられた金属板の形で複数の画素にわたって延在する電極を使用することによるものがある。パターン付き電極構造体と後面に対して押しつけられた電極の間に電圧が印加される。この方法は、高度な空間分解能を有する。後者の２つの方法により、第１の支持板上に配置された電極とは無関係に低疎水性領域３２を形成することができ、同電極は、画素の操作のために最適化することができる。
【００５７】
図５は、第１の支持板の別の実施形態の上面図を示す。表示領域２３は、壁２０に囲まれている。表示領域の領域５１は、低疎水性を有する。画素の動作中に、領域５１は、第１の流体１１の移動の開始点として働く。第２の流体１２が、低疎水性によって表面１４の方へ引きつけられ、電極１７に電圧が印加されないとき、領域５１の上に第１の流体のより薄い層をもたらす。電圧が電極１７に印加されると、より薄い層により、領域５１では表示領域の他の領域よりも第１の流体に対して大きな力が生じて、第１の流体が領域５１から移動し始めることになり、領域５１は、通常、開始点と称される。それによって、領域５１は、各画素において第１の流体の制御する移動をもたらし、画像品質が改善される。領域５１は、実質的にすべての画素において類似のパターンを形成する。
【００５８】
領域５１は、本発明による方法によって作製される。第１の支持板の製造中に、上記で詳述された方法の１つを用いて、絶縁領域の領域５１に対して、電界が一時的に印加される。この電界により、領域５１の疎水性が恒久的に低下する。この低下は、表示デバイスの寿命がつきるまで残存する。
【００５９】
図６は、第１の支持板のさらなる実施形態の上面図を示す。画素の表示領域２３は、低疎水性領域６３によって分離された２つの高疎水性領域６１と６２に分割されている。領域６３が障壁として働き、画素は、国際出願の国際公開第２００６／０９０３１７号パンフレットに開示されているような双安定素子として動作することができる。
【００６０】
図７ａは、図６の画素の断面を示す。第１の支持板５と絶縁層１３の間に、それぞれが領域６１、６２及び６３と同一の形状を有する電極７１、７２及び７３が配置されている。図７ａに示されるように、第１の流体１１により、絶縁層１３上に、障壁領域６３によって中断された層が形成されることになる。電極７１に対して十分に高い電圧が印加されると、図７ｂに示されるように、第１の流体は領域６２に移動してそこに蓄積することになる。電極７１上の電圧が停止されると、障壁領域６３が第１の流体を図７ｂの構成に保つことになり、電圧を印加しなくても安定した表示状態がもたらされる。電極７２に電圧を印加して第１の流体を領域６１へ押し進めることにより、再び図７ａの構成が得られる。電圧レベルにより、領域６２に第１の流体がいくらか残るか少しも残らないか、ということが決まる。この実施形態を、本発明による、カラーフィルタを有する１つ又は複数のサブピクセルの障壁と組み合わせることにより、双安定カラー表示デバイスを得ることができる。好ましい実施形態では、各サブピクセルが実質的に同一の障壁パターンを有することになる。別の実施形態では、例えばＩＳＢＮ ９７８−０−４７０−７２３７４−６（Ｗｉｌｅｙ）の書籍である、Ｍｏｂｉｌｅ Ｄｉｓｐｌａｙｓ， Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓの１８章に説明されているように、各層が互いの頂部上に別の色を有する第１の流体の複数の層を有する表示デバイスにおいて、本発明による障壁を用いることにより、双安定カラー表示デバイスを作製することができる。
【００６１】
障壁領域６３は、本発明による方法によって、製造中に電極７３に高電圧を印加して作製される。国際出願の国際公開第２００６／０９０３１７号パンフレットに示されるように、障壁領域は様々な構成を有することができる。画素は、いくつかの前記出願で開示されたモードで操作され得る。
【００６２】
上記の実施形態は、本発明の説明に役立つ実例として理解されるべきである。本発明のさらなる実施形態が意図される。例えば、低疎水性領域は、画素以外のエレクトロウェッティング素子で使用され得る。低疎水性領域は、疎水性表面上に壁などの層を接着するために、疎水性を低下させるのに使用することができる。低疎水性領域は、例えば障壁又は開始点として働くことにより、第１の流体の運動を制御するためにも使用することもできる。低疎水性領域は、ダイアフラム、シャッタ又はレンズなどのエレクトロウェッティング素子で使用することができる。
【００６３】
いかなる一実施形態に対して説明されたいかなる特徴も、単独で、又は説明された他の特徴と組み合わせて用いられ得て、また、実施形態のその他の１つ又は複数の特徴、又は実施形態のその他の任意の組合せと組み合わせても用いられ得ることを理解されたい。さらに、上記で説明されていない等価物及び変更形態も、本発明の範囲から逸脱することなく利用され得て、このことは添付の特許請求の範囲において定義される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の支持板及び第２の支持板と、それぞれが前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備える複数の画素とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法であって、
前記第１の支持板に電極構造体を付与するステップと、
前記電極構造体上に、厚さと、前記空間に面する疎水性表面とを有する絶縁層を配置するステップと、
前記表面の所定の領域の前記疎水性を恒久的に低下させるために、前記絶縁層の前記厚さを横切って一時的に電界を印加するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記領域が、前記画素の実質的にすべてにおいて、類似のパターンを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁層上に導電性流体又は極性流体が配置され、前記電極構造体と前記流体の間に前記電界が印加される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極構造体が、前記電界を印加するための少なくとも１つの電極と、画素を操作するための少なくとも１つの電極とを含むか、或いは、前記電界を印加し、且つ画素を操作するための少なくとも１つの電極を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電界が、前記電極構造体と前記導電性流体又は極性流体の間に電圧を印加することによって発生され、
前記電極構造体上の電圧が前記導電性流体又は極性流体上の電圧より高い、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記電極構造体の電極が、隣接のシールド電極を有する、請求項３、４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の領域上に複数の壁を配置するステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複数の画素と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスであって、
各画素が前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備え、前記空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、前記第１の流体と第２の流体は混合せず、前記第１の支持板上に電極構造体が配置され、前記空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が前記電極構造体上に配置され、前記絶縁層が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を用いて作製された所定の低疎水性領域を有するエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項９】
前記疎水性表面の領域が恒久的電荷を帯びる、請求項８に記載のエレクトロウェッティング式デバイス。
【請求項１０】
前記領域が、前記画素の実質的にすべてにおいて、類似のパターンを形成する、請求項８又は９に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１１】
前記パターンが、前記画素の形状を画定し、前記画素の前記空間に前記第１の流体を閉じ込める、請求項１０に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１２】
前記パターンが、前記画素の形状を画定し、前記領域に配置される壁が前記第１の流体を前記画素の前記空間に閉じ込める、請求項１０に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１３】
前記パターンが、前記画素についての開始点を形成する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１４】
前記パターンが、前記画素における前記第１の流体に対する障壁を形成する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１５】
エレクトロウェッティング素子と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式デバイスにおける低疎水性領域の使用方法であって、
前記エレクトロウェッティング素子が前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備え、前記空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、前記第１の流体と第２の流体は混合せず、前記第１の支持板上に電極構造体が配置され、前記空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が前記電極構造体上に配置され、
前記領域が、前記表面の前記領域の前記疎水性を恒久的に低下させるために、前記絶縁層の前記厚さを横切って一時的に電界を印加することによって作製されており、
当該使用方法が、前記流体の運動又は前記絶縁層上への層の接着の制御である、使用方法。
【請求項１】
第１の支持板及び第２の支持板と、それぞれが前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備える複数の画素とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスを作製する方法であって、
前記第１の支持板に電極構造体を付与するステップと、
前記電極構造体上に、厚さと、前記空間に面する疎水性表面とを有する絶縁層を配置するステップと、
前記表面の所定の領域の前記疎水性を恒久的に低下させるために、前記絶縁層の前記厚さを横切って一時的に電界を印加するステップとを含む方法。
【請求項２】
前記領域が、前記画素の実質的にすべてにおいて、類似のパターンを形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記絶縁層上に導電性流体又は極性流体が配置され、前記電極構造体と前記流体の間に前記電界が印加される、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記電極構造体が、前記電界を印加するための少なくとも１つの電極と、画素を操作するための少なくとも１つの電極とを含むか、或いは、前記電界を印加し、且つ画素を操作するための少なくとも１つの電極を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記電界が、前記電極構造体と前記導電性流体又は極性流体の間に電圧を印加することによって発生され、
前記電極構造体上の電圧が前記導電性流体又は極性流体上の電圧より高い、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記電極構造体の電極が、隣接のシールド電極を有する、請求項３、４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の領域上に複数の壁を配置するステップを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
複数の画素と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式表示デバイスであって、
各画素が前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備え、前記空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、前記第１の流体と第２の流体は混合せず、前記第１の支持板上に電極構造体が配置され、前記空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が前記電極構造体上に配置され、前記絶縁層が、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法を用いて作製された所定の低疎水性領域を有するエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項９】
前記疎水性表面の領域が恒久的電荷を帯びる、請求項８に記載のエレクトロウェッティング式デバイス。
【請求項１０】
前記領域が、前記画素の実質的にすべてにおいて、類似のパターンを形成する、請求項８又は９に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１１】
前記パターンが、前記画素の形状を画定し、前記画素の前記空間に前記第１の流体を閉じ込める、請求項１０に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１２】
前記パターンが、前記画素の形状を画定し、前記領域に配置される壁が前記第１の流体を前記画素の前記空間に閉じ込める、請求項１０に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１３】
前記パターンが、前記画素についての開始点を形成する、請求項８〜１２のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１４】
前記パターンが、前記画素における前記第１の流体に対する障壁を形成する、請求項１〜１３のいずれか一項に記載のエレクトロウェッティング式表示デバイス。
【請求項１５】
エレクトロウェッティング素子と第１の支持板及び第２の支持板とを備えるエレクトロウェッティング式デバイスにおける低疎水性領域の使用方法であって、
前記エレクトロウェッティング素子が前記第１の支持板と前記第２の支持板の間に空間を備え、前記空間が第１の流体と第２の導電性流体又は極性流体とを含み、前記第１の流体と第２の流体は混合せず、前記第１の支持板上に電極構造体が配置され、前記空間に面した疎水性表面を有する絶縁層が前記電極構造体上に配置され、
前記領域が、前記表面の前記領域の前記疎水性を恒久的に低下させるために、前記絶縁層の前記厚さを横切って一時的に電界を印加することによって作製されており、
当該使用方法が、前記流体の運動又は前記絶縁層上への層の接着の制御である、使用方法。
【図１】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【図２ａ】
【図２ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７ａ】
【図７ｂ】
【公表番号】特表２０１３−５１６６３５（Ｐ２０１３−５１６６３５Ａ）
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５４６４２５（Ｐ２０１２−５４６４２５）
【出願日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０７０６９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８０２２４
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５０６２５５６６９）サムスン エルシーディー ネザーランズ アール アンド ディー センター ビー．ブイ． (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２３日（２０１０．１２．２３）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２０１０／０７０６９５
【国際公開番号】ＷＯ２０１１／０８０２２４
【国際公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【出願人】（５０６２５５６６９）サムスン エルシーディー ネザーランズ アール アンド ディー センター ビー．ブイ． (12)
【Ｆターム（参考）】
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