ニュートン流体特性を有する電気粘性流体
【課題】ニュートン流体特性を有する電気粘性流体を提供する。
【解決手段】本発明の一態様による電気粘性流体は、分極性粒子と分散媒とを含む。分極性粒子は、シリカ粒子に基づいて形成される。分散媒は、シリコンオイルを含みうる。シリコンオイルは、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを含む変性シリコンオイルになりうる。
【解決手段】本発明の一態様による電気粘性流体は、分極性粒子と分散媒とを含む。分極性粒子は、シリカ粒子に基づいて形成される。分散媒は、シリコンオイルを含みうる。シリコンオイルは、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを含む変性シリコンオイルになりうる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気粘性流体及び電気粘性流体の製造及び応用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電気粘性流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ：ＥＲＦ）は、絶縁性の流体に分極性が強い微粒子が分散された懸濁液（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）または流体を言う。この電気粘性流体は、電場が印加されると、その粘性力学的特性が変わる特徴を有している。
【０００３】
電気粘性流体に電場が印加される場合、分散された粒子の相互引力によって分散された粒子が誘電分極（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）されることによって、印加された電場方向に分散された粒子が鎖構造に整列し、このような鎖構造が流体の流れや外部から加えられる力に抵抗を示すことで粘度が上昇する。
【０００４】
このように、電気粘性流体は、追加的な運動装置なしでも単純な電場の印加によって機械力を制御することができる長所があって、自動車のダンパー（ｄａｍｐｅｒ）システム、衝撃吸収器（ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ）、エンジンマウント（ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ）、流量制御用弁システム及びその他の位置決め（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、ロボット、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）など幅広い分野にまでその応用が可能である。
【０００５】
しかし、電気粘性流体は、印加された電場の影響下で分散された粒子が電場方向に配列するために、粘度が急増するビンガム（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体の挙動を表わし、そのメカニズムが非常に複雑で正確な数式的モデリングは確立されていない状況である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による電気粘性流体は、シリカ粒子を含む分極性粒子と、分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含みうる。
【０００８】
本発明の一態様による電気粘性流体の製造方法は、シリカ粒子を含む分極性粒子を形成する段階と、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを有する分散媒を形成する段階と、分極性粒子を分散媒に分散させる段階と、を含みうる。
【０００９】
本発明の一態様による表示装置は、第１電極と、第１電極に対向する第２電極と、第１電極と第２電極との間に形成される電気粘性流体と、を含み、電気粘性流体は、シリカ粒子を含む分極性粒子及びこのような分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含み、分極性粒子の屈折率と分散媒の屈折率は、実質的に同一であることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による電気粘性流体を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図４】分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する方法に関する一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による電気粘性流体を含む表示装置を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【図８】第１電気粘性流体と第２電気粘性流体とのレオロジー的特性の比較結果を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態による電気粘性流体のレオロジー的特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施のための具体例を詳しく説明する。後述する実施形態は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の権利範囲が特定の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による電気粘性流体を示す図である。
【００１３】
図１を参照すると、本実施形態による電気粘性流体１００は、分極性粒子１０１と分散媒１０２とを含む。
【００１４】
分極性粒子１０１は、分極性（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）を有する微粒子でありうる。分極性粒子１０１は、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）粒子１０３またはシリカ粒子１０３に分極性を有する物質１０４をコーティングさせたものであってよい。
【００１５】
シリカ粒子１０３は、約５ｎｍないし２０μｍの大きさを有し、非晶質の気孔のない二酸化ケイ素を使うことができる。
【００１６】
シリカ粒子１０３にコーティングされる分極性有機物質１０４は、シリカ粒子１０３と物理的／化学的に結合され、シリカ粒子１０３の分極性を高める。本実施形態によれば、分極性有機物質１０４としては、分子分極度の高い物質が使われうるが、このような物質としては、ウレア（ｕｒｅａ）、チオウレア（Ｔｈｉｏｕｒｅａ）、メラミン（Ｍｅｌａｍｉｎｅ）、アクリルアミド（Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）及び分子内にウレア、チオウレア、メラミン、アクリルアミドグループを含む分子などが挙げられる。
【００１７】
分極性粒子１０１は、分散媒１０２に分散される。本実施形態によれば、分散媒１０２は、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含みうる。
【００１８】
この際、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のような官能基は、他の有機基と共に、または他の有機基なしに単独でシリコンオイル分子の末端または側端に結合されうる。
【００１９】
図２Ａないし図２Ｄは、本発明の一実施形態による、分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【００２０】
図２Ａないし図２Ｄを参照すると、本実施形態による分散媒１０２（図１）は、純粋なシリコンオイル（例えば、ジメチルシリコンオイル）に水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つが結合されるシリコンオイルを含みうる。
【００２１】
例えば、図２Ａは、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｂは、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｃは、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｄは、カルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【００２２】
図２Ａないし図２Ｄで、Ｒ１及びＲ２は、有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）を表わす。水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）などは、有機基と共に結合されるか、有機基なしに単独で結合されうる。
【００２３】
例えば、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）の場合、有機基Ｒ１と共にカルビノール官能基（ｃａｒｂｉｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成するか、有機基Ｒ１なしにシラノール官能基（ｓｉｌａｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成しうる。Ｒ１と（Ｒ１）は、それぞれ有機基Ｒ１が存在する時と存在しない時とを表わす。
【００２４】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。これは、シリコンオイルが、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）を含む場合、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）の結合位置に関する一例になりうる。
【００２５】
図３Ａないし図３Ｆを参照すると、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、純粋なシリコンオイルの分子構造の末端や側端に結合されうる。また、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、所定の有機基と共に、または有機基なしに単独で結合されうる。図３Ａないし図３Ｆで、Ｒ１ないしＲ６は、それぞれ有機基を意味し、Ｒ１ないしＲ６は、互いに同じか異なりうる。
【００２６】
再び図１で、本発明の一実施形態によれば、分極性粒子１０１は、電気粘性流体の総含量に対して、約５体積（ｖｏｌｕｍｅ）％ないし７０体積％で含まれうる。このような場合、初期粘度及び電場に対する降伏応力を適切に保持することができる。
【００２７】
また、本発明の他の実施形態によれば、分極性粒子１０１の屈折率と分散媒１０２の屈折率は、類似するように形成される。例えば、分極性粒子１０１の屈折率と分散媒１０２の屈折率との差は、約０ないし０．０６になりうる。分極性粒子１０１が白色を有する粒子であり、分極性粒子１０１と分散媒１０２の屈折率が類似しているか、実質的に同一である場合、電気粘性流体は、透明性を有する。このように、透明性が確保される電気粘性流体１００は、所定の表示装置（Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）に適用可能である。
【００２８】
分極性粒子１０１の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒１０２は、多様なシリコンオイル及び／またはシリコンオイル以外の絶縁性流体を混合して作ることができる。例えば、水酸基を有するシリコンオイルと絶縁性流体とを混合して、分極性粒子１０１の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒１０２（例えば、分極性粒子との屈折率の差が、０．０６以下である分散媒）を作ることができる。
【００２９】
流体の混合による分散媒１０２の屈折率は、次のようなローレンツ−ローレンツの公式（Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｔｚ Ｅｑｕａｔｉｏｎ）に基づいて計算されうる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
図４は、分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する方法に関する一例を示す図である。
【００３２】
図４を参照すると、厚さ約０．７ｍｍの透明なガラス３０１の間に厚さ約３００μｍの両面テープ３０２を使って空間を作り、その空間に所定の屈折率を有する分散媒に適量の分極性粒子を分散させて作った透明度確認用懸濁液（例えば、候補電気粘性流体）を入れた後、透明度を肉眼でまたは所定の機器を用いて確認することが可能である。
【００３３】
例えば、多様な屈折率を有する分散媒を準備し、各分散媒に適量の分極性粒子を分散させて透明度確認用懸濁液を複数個準備する。そして、準備された透明度確認用懸濁液をそれぞれ示された装置に充填し、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社のＬａｍｂｄａ−９００ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて約５５０ｎｍの波長を有する光に対して透明度を測定する。この際、約９０％の透明度を示す透明度確認用懸濁液に含まれた分散媒が、分極性粒子と類似している屈折率を有するものと見なし、これを選択することが可能である。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態による電気粘性流体を含む表示装置を示す図である。
【００３５】
図５を参照すると、本実施形態による表示装置４００は、上部電極４０１、下部電極４０２及び電気粘性流体４０３を含む。上部電極４０１と下部電極４０２は、互いに対向し、電気粘性流体４０３は、上部電極４０１と下部電極４０２との間に介在される。
【００３６】
図示されたように、電気粘性流体４０３は、分極性粒子４０４と分散媒４０５とを含み、分極性粒子４０４の屈折率と分散媒４０５の屈折率は、実質的に同一であり得る。したがって、上部電極４０１及び下部電極４０２を通じて電場が印加されれば、分極性粒子４０４が分散媒４０５内で電場方向に配列することによって、その粘度が急増することが可能である。また、分極性粒子４０４と分散媒４０５との屈折率が実質的に同一であるために、電気粘性流体４０３の透明性を保証することができる。
【００３７】
また、分散媒４０５が、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含むために、電場の有無による粘度変化の程度が大きい。したがって、表示装置４００を操作するユーザに粘度変化による高いタッチ感を与えることができる。
【００３８】
さらに、本発明の一実施形態によって、表示装置４００は、外部の接触または圧力を感知してセンシングする入出力装置、例えば、タッチパネル（ｔｏｕｃｈ ｐａｎｅｌ）（図示せず）をさらに含むこともできる。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂを参照して、図５に示された表示装置４００の動作原理を説明すれば、次の通りである。
【００４０】
図６Ａで、電場が印加されない場合、電気粘性流体４０３の分極性粒子４０４は、一定の方向性なしに分散媒４０５に無秩序に分散されている状態である。
【００４１】
図６Ｂで、電場が印加されれば、電気粘性流体４０３の各分極性粒子４０４は、誘電分極され、隣り合う分極性粒子４０４は、相互引力によって上部電極４０１と下部電極４０２との間で電場方向に沿って鎖（ｃｈａｉｎ）または柱（ｃｏｌｕｍｎ）形状に整列される。このような鎖または柱形状に整列された分極性粒子４０４は、外部から加えられる力によって、その構造が破壊されながら、誘電分極された分極性粒子４０４が再び鎖または柱形状に整列されようとする復元力によって粘度が上昇する。
【００４２】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【００４３】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、本実施形態による電気粘性流体６００は、下部電極６０１、上部電極６０２、電気粘性流体６０３、下部基板６０７、及び上部基板６０８を含み、電気粘性流体６０３は、透明性を有することが可能である。例えば、電気粘性流体６０３は、分極性粒子６０４及び分極性粒子６０４と類似している屈折率を有する分散媒６０５を含みうる。
【００４４】
図７Ａで、下部電極６０１と上部電極６０２とに電圧が印加されれば、電気粘性流体６０３の分極性粒子６０４が鎖または柱形状に整列することによって、電気粘性流体６０３の粘度が増加することが可能である。この状態で、ユーザが身体の一部または器具を使って上部基板６０８上でタッチパネルを押せば、電気粘性流体６０３の高い粘度による反発力がユーザに伝達される。上部基板６０８の変位が一定のレベルに至れば、ユーザの入力が発生した位置情報が制御部（図示せず）に伝達され、制御部は印加された電圧を解除する。
【００４５】
図７Ｂで、電圧が解除されれば、分極性粒子６０４の整列が壊れながら電気粘性流体６０３の粘度が減少し、ユーザが感じる反発力も減少しながらユーザにクリック感またはタッチ感を与える。
【００４６】
次いで、本発明の一実施形態による、水酸基を有するシリコンオイルを含む分散媒に基づいた電気粘性流体と水酸基を有さないシリコンオイルを含む分散媒に基づいた電気粘性流体との間のレオロジー的特性を比較する。
【００４７】
［分極性粒子の製造］
蒸留水にシリカ粒子（Ｓｕｎｓｉｌ−２０、先進化学）を入れて約１時間機械的に撹拌して懸濁液を作る。そして、この懸濁液に４ｇのウレア（ｕｒｅａ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加し、常温で１６時間機械的に撹拌する。引き続き、遠心分離機を通じて懸濁液から蒸留水成分を分離し、８０℃の真空オーブンで２４時間乾燥して、白色の分極性粒子（例えば、図１の１０１）を得る。
【００４８】
［第１電気粘性流体の製造］
作られた分極性粒子をシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＤＸ、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に１３体積％で分散させて電気粘性流体を製造する。Ｘ−２２−１７０ＤＸシリコンオイルは、図２Ａの分子構造を有するシリコンオイルに、水酸基を含むシリコンオイルを指称する。
【００４９】
［第２電気粘性流体の製造］
作られた分極性粒子をシリコンオイル（ＫＦ−９６、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に１３体積％で分散させて電気粘性流体を製造する。ＫＦ−９６シリコンオイルは、水酸基を有さない純粋なシリコンオイルを指称する。
【００５０】
図８は、第１電気粘性流体と第２電気粘性流体とのレオロジー的特性の比較結果を示す図である。
【００５１】
図８を参照すると、電場を印加していない場合、水酸基を有するシリコンオイルに基づく第１電気粘性流体は、せん断率（ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ）１以上で粘度が実質的に同一のニュートン流体（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ）特性を示す一方、純粋なシリコンオイルに基づく第２電気粘性流体は、粘度がせん断率によって変わる非ニュートン流体（Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ）特性を示すことが分かる。
【００５２】
電気粘性流体において、電場を印加していない場合の粘度と電場を印加した場合の粘度との間の比率が大きいものが良いが、電場の有無による粘度変化率を説明すれば、第１電気粘性流体の粘度変化率が、第２電気粘性流体のそれより大きいことが分かる。
【００５３】
次いで、このような第１電気粘性流体を用いて透明な電気粘性流体を作る方法を説明する。
【００５４】
［透明電気粘性流体の製造の実施例］
水酸基を一つ以上含んだシリコンオイルを２種以上混合するか、１種の水酸基を含んだシリコンオイルと２種以上の他の絶縁性流体またはオイルとを混合して分散媒を作る。例えば、数式１のようなローレンツ−ローレンツの公式を用いて相対的に低い屈折率を有する水酸基を含んだシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＤＸ、ｎＤ＝１．４０６、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）と相対的に高い屈折率を有するシリコンオイル（ＰＤＳ−１６１５、ｎＤ＝１．４７３、Ｇｅｌｅｓｔ）とを適量混合して、多様な屈折率を有する分散媒を製造することが可能である。
【００５５】
そして、分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する。例えば、作られたそれぞれの分散媒に適量の分極性粒子を分散させて懸濁液を作り、該作られた懸濁液の透明度を確認することによって、分散媒の屈折率を確認することが可能である。本実施形態において、所定の屈折率を有する多数の分散媒に適量の分極性粒子を分散させた懸濁液は、透明度確認用懸濁液または候補電気粘性流体と称することができる。言い換えれば、屈折率が異なる多数の分散媒に基づいて透明度確認用懸濁液を作り、この透明度確認用懸濁液の透明度を確認することによって、適切な分散媒を選択することが可能である。
【００５６】
そして、分極性粒子を選択された分散媒、すなわち、分極性粒子と類似している屈折率を有する分散媒に分散させて透明性を有する電気粘性流体を作る。例えば、作られた分極性粒子約１３体積％を、選択された分散媒に入れて、撹拌及びソニケーションを通じて分極性粒子を分散させることが可能である。
【００５７】
ここでは、説明の便宜上、水酸基を例としたが、その他にもアミノ基、メルカプト基、またはカルボキシ基も利用できるということは、当業者に自明である。
【００５８】
図９は、本発明の他の実施形態による電気粘性流体のレオロジー的特性を示す図である。図９で、電気粘性流体は、シリカ粒子（Ｓｕｎｓｉｌ−２０、先進化学）をシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＢＸ、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に８体積％分散させて作われうる。Ｘ−２２−１７０ＢＸシリコンオイルは、図２Ａの分子構造を有するシリコンオイルに、水酸基を含むシリコンオイルを指称する。
【００５９】
図９を参照すると、電場を印加していない場合、水酸基を有するシリコンオイルに基づく第３電気粘性流体は、せん断率１以上で粘度が実質的に同一のニュートン流体特性を示すことが分かる。
【００６０】
前述したように、開示された実施形態によれば、電気粘性流体を成す分散媒が、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含むために、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体が提供されうる。また、分散媒と分極性粒子との屈折率が実質的に同一であるために、表示装置に適用可能な電気粘性流体が提供されうる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体関連の技術分野に適用可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気粘性流体及び電気粘性流体の製造及び応用技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、電気粘性流体（Ｅｌｅｃｔｒｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ：ＥＲＦ）は、絶縁性の流体に分極性が強い微粒子が分散された懸濁液（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ）または流体を言う。この電気粘性流体は、電場が印加されると、その粘性力学的特性が変わる特徴を有している。
【０００３】
電気粘性流体に電場が印加される場合、分散された粒子の相互引力によって分散された粒子が誘電分極（ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ）されることによって、印加された電場方向に分散された粒子が鎖構造に整列し、このような鎖構造が流体の流れや外部から加えられる力に抵抗を示すことで粘度が上昇する。
【０００４】
このように、電気粘性流体は、追加的な運動装置なしでも単純な電場の印加によって機械力を制御することができる長所があって、自動車のダンパー（ｄａｍｐｅｒ）システム、衝撃吸収器（ｓｈｏｃｋ ａｂｓｏｒｂｅｒ）、エンジンマウント（ｅｎｇｉｎｅ ｍｏｕｎｔ）、流量制御用弁システム及びその他の位置決め（ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ）、ロボット、アクチュエータ（ａｃｔｕａｔｏｒ）など幅広い分野にまでその応用が可能である。
【０００５】
しかし、電気粘性流体は、印加された電場の影響下で分散された粒子が電場方向に配列するために、粘度が急増するビンガム（Ｂｉｎｇｈａｍ）流体の挙動を表わし、そのメカニズムが非常に複雑で正確な数式的モデリングは確立されていない状況である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様による電気粘性流体は、シリカ粒子を含む分極性粒子と、分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含みうる。
【０００８】
本発明の一態様による電気粘性流体の製造方法は、シリカ粒子を含む分極性粒子を形成する段階と、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを有する分散媒を形成する段階と、分極性粒子を分散媒に分散させる段階と、を含みうる。
【０００９】
本発明の一態様による表示装置は、第１電極と、第１電極に対向する第２電極と、第１電極と第２電極との間に形成される電気粘性流体と、を含み、電気粘性流体は、シリカ粒子を含む分極性粒子及びこのような分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含み、分極性粒子の屈折率と分散媒の屈折率は、実質的に同一であることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態による電気粘性流体を示す図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ａ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｂ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｃ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｄ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｅ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図３Ｆ】本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【図４】分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する方法に関する一例を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による電気粘性流体を含む表示装置を示す図である。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。
【図７Ａ】本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【図８】第１電気粘性流体と第２電気粘性流体とのレオロジー的特性の比較結果を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態による電気粘性流体のレオロジー的特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施のための具体例を詳しく説明する。後述する実施形態は、本発明を例示的に説明するためのものであって、本発明の権利範囲が特定の実施形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の一実施形態による電気粘性流体を示す図である。
【００１３】
図１を参照すると、本実施形態による電気粘性流体１００は、分極性粒子１０１と分散媒１０２とを含む。
【００１４】
分極性粒子１０１は、分極性（ｐｏｌａｒｉｚａｂｉｌｉｔｙ）を有する微粒子でありうる。分極性粒子１０１は、シリカ（ｓｉｌｉｃａ）粒子１０３またはシリカ粒子１０３に分極性を有する物質１０４をコーティングさせたものであってよい。
【００１５】
シリカ粒子１０３は、約５ｎｍないし２０μｍの大きさを有し、非晶質の気孔のない二酸化ケイ素を使うことができる。
【００１６】
シリカ粒子１０３にコーティングされる分極性有機物質１０４は、シリカ粒子１０３と物理的／化学的に結合され、シリカ粒子１０３の分極性を高める。本実施形態によれば、分極性有機物質１０４としては、分子分極度の高い物質が使われうるが、このような物質としては、ウレア（ｕｒｅａ）、チオウレア（Ｔｈｉｏｕｒｅａ）、メラミン（Ｍｅｌａｍｉｎｅ）、アクリルアミド（Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）及び分子内にウレア、チオウレア、メラミン、アクリルアミドグループを含む分子などが挙げられる。
【００１７】
分極性粒子１０１は、分散媒１０２に分散される。本実施形態によれば、分散媒１０２は、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含みうる。
【００１８】
この際、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のような官能基は、他の有機基と共に、または他の有機基なしに単独でシリコンオイル分子の末端または側端に結合されうる。
【００１９】
図２Ａないし図２Ｄは、本発明の一実施形態による、分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【００２０】
図２Ａないし図２Ｄを参照すると、本実施形態による分散媒１０２（図１）は、純粋なシリコンオイル（例えば、ジメチルシリコンオイル）に水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つが結合されるシリコンオイルを含みうる。
【００２１】
例えば、図２Ａは、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｂは、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｃは、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。図２Ｄは、カルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）を有するシリコンオイルの分子構造を示す図である。
【００２２】
図２Ａないし図２Ｄで、Ｒ１及びＲ２は、有機基（ｏｒｇａｎｉｃ ｇｒｏｕｐ）を表わす。水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）などは、有機基と共に結合されるか、有機基なしに単独で結合されうる。
【００２３】
例えば、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）の場合、有機基Ｒ１と共にカルビノール官能基（ｃａｒｂｉｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成するか、有機基Ｒ１なしにシラノール官能基（ｓｉｌａｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成しうる。Ｒ１と（Ｒ１）は、それぞれ有機基Ｒ１が存在する時と存在しない時とを表わす。
【００２４】
図３Ａないし図３Ｆは、本発明の他の実施形態によって分散媒に含まれるシリコンオイルの分子構造を示す図である。これは、シリコンオイルが、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）を含む場合、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）の結合位置に関する一例になりうる。
【００２５】
図３Ａないし図３Ｆを参照すると、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、純粋なシリコンオイルの分子構造の末端や側端に結合されうる。また、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、所定の有機基と共に、または有機基なしに単独で結合されうる。図３Ａないし図３Ｆで、Ｒ１ないしＲ６は、それぞれ有機基を意味し、Ｒ１ないしＲ６は、互いに同じか異なりうる。
【００２６】
再び図１で、本発明の一実施形態によれば、分極性粒子１０１は、電気粘性流体の総含量に対して、約５体積（ｖｏｌｕｍｅ）％ないし７０体積％で含まれうる。このような場合、初期粘度及び電場に対する降伏応力を適切に保持することができる。
【００２７】
また、本発明の他の実施形態によれば、分極性粒子１０１の屈折率と分散媒１０２の屈折率は、類似するように形成される。例えば、分極性粒子１０１の屈折率と分散媒１０２の屈折率との差は、約０ないし０．０６になりうる。分極性粒子１０１が白色を有する粒子であり、分極性粒子１０１と分散媒１０２の屈折率が類似しているか、実質的に同一である場合、電気粘性流体は、透明性を有する。このように、透明性が確保される電気粘性流体１００は、所定の表示装置（Ｄｉｓｐｌａｙ ｄｅｖｉｃｅ）に適用可能である。
【００２８】
分極性粒子１０１の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒１０２は、多様なシリコンオイル及び／またはシリコンオイル以外の絶縁性流体を混合して作ることができる。例えば、水酸基を有するシリコンオイルと絶縁性流体とを混合して、分極性粒子１０１の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒１０２（例えば、分極性粒子との屈折率の差が、０．０６以下である分散媒）を作ることができる。
【００２９】
流体の混合による分散媒１０２の屈折率は、次のようなローレンツ−ローレンツの公式（Ｌｏｒｅｎｔｚ−Ｌｏｒｅｎｔｚ Ｅｑｕａｔｉｏｎ）に基づいて計算されうる。
【００３０】
【数１】
【００３１】
図４は、分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する方法に関する一例を示す図である。
【００３２】
図４を参照すると、厚さ約０．７ｍｍの透明なガラス３０１の間に厚さ約３００μｍの両面テープ３０２を使って空間を作り、その空間に所定の屈折率を有する分散媒に適量の分極性粒子を分散させて作った透明度確認用懸濁液（例えば、候補電気粘性流体）を入れた後、透明度を肉眼でまたは所定の機器を用いて確認することが可能である。
【００３３】
例えば、多様な屈折率を有する分散媒を準備し、各分散媒に適量の分極性粒子を分散させて透明度確認用懸濁液を複数個準備する。そして、準備された透明度確認用懸濁液をそれぞれ示された装置に充填し、Ｐｅｒｋｉｎ Ｅｌｍｅｒ社のＬａｍｂｄａ−９００ＵＶ／Ｖｉｓ／ＮＩＲ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを用いて約５５０ｎｍの波長を有する光に対して透明度を測定する。この際、約９０％の透明度を示す透明度確認用懸濁液に含まれた分散媒が、分極性粒子と類似している屈折率を有するものと見なし、これを選択することが可能である。
【００３４】
図５は、本発明の一実施形態による電気粘性流体を含む表示装置を示す図である。
【００３５】
図５を参照すると、本実施形態による表示装置４００は、上部電極４０１、下部電極４０２及び電気粘性流体４０３を含む。上部電極４０１と下部電極４０２は、互いに対向し、電気粘性流体４０３は、上部電極４０１と下部電極４０２との間に介在される。
【００３６】
図示されたように、電気粘性流体４０３は、分極性粒子４０４と分散媒４０５とを含み、分極性粒子４０４の屈折率と分散媒４０５の屈折率は、実質的に同一であり得る。したがって、上部電極４０１及び下部電極４０２を通じて電場が印加されれば、分極性粒子４０４が分散媒４０５内で電場方向に配列することによって、その粘度が急増することが可能である。また、分極性粒子４０４と分散媒４０５との屈折率が実質的に同一であるために、電気粘性流体４０３の透明性を保証することができる。
【００３７】
また、分散媒４０５が、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含むために、電場の有無による粘度変化の程度が大きい。したがって、表示装置４００を操作するユーザに粘度変化による高いタッチ感を与えることができる。
【００３８】
さらに、本発明の一実施形態によって、表示装置４００は、外部の接触または圧力を感知してセンシングする入出力装置、例えば、タッチパネル（ｔｏｕｃｈ ｐａｎｅｌ）（図示せず）をさらに含むこともできる。
【００３９】
図６Ａ及び図６Ｂは、本発明の一実施形態による表示装置の動作原理を示す図である。図６Ａ及び図６Ｂを参照して、図５に示された表示装置４００の動作原理を説明すれば、次の通りである。
【００４０】
図６Ａで、電場が印加されない場合、電気粘性流体４０３の分極性粒子４０４は、一定の方向性なしに分散媒４０５に無秩序に分散されている状態である。
【００４１】
図６Ｂで、電場が印加されれば、電気粘性流体４０３の各分極性粒子４０４は、誘電分極され、隣り合う分極性粒子４０４は、相互引力によって上部電極４０１と下部電極４０２との間で電場方向に沿って鎖（ｃｈａｉｎ）または柱（ｃｏｌｕｍｎ）形状に整列される。このような鎖または柱形状に整列された分極性粒子４０４は、外部から加えられる力によって、その構造が破壊されながら、誘電分極された分極性粒子４０４が再び鎖または柱形状に整列されようとする復元力によって粘度が上昇する。
【００４２】
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明の他の実施形態による電気粘性流体を含むタッチパネル及びその動作の例を示す図である。
【００４３】
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、本実施形態による電気粘性流体６００は、下部電極６０１、上部電極６０２、電気粘性流体６０３、下部基板６０７、及び上部基板６０８を含み、電気粘性流体６０３は、透明性を有することが可能である。例えば、電気粘性流体６０３は、分極性粒子６０４及び分極性粒子６０４と類似している屈折率を有する分散媒６０５を含みうる。
【００４４】
図７Ａで、下部電極６０１と上部電極６０２とに電圧が印加されれば、電気粘性流体６０３の分極性粒子６０４が鎖または柱形状に整列することによって、電気粘性流体６０３の粘度が増加することが可能である。この状態で、ユーザが身体の一部または器具を使って上部基板６０８上でタッチパネルを押せば、電気粘性流体６０３の高い粘度による反発力がユーザに伝達される。上部基板６０８の変位が一定のレベルに至れば、ユーザの入力が発生した位置情報が制御部（図示せず）に伝達され、制御部は印加された電圧を解除する。
【００４５】
図７Ｂで、電圧が解除されれば、分極性粒子６０４の整列が壊れながら電気粘性流体６０３の粘度が減少し、ユーザが感じる反発力も減少しながらユーザにクリック感またはタッチ感を与える。
【００４６】
次いで、本発明の一実施形態による、水酸基を有するシリコンオイルを含む分散媒に基づいた電気粘性流体と水酸基を有さないシリコンオイルを含む分散媒に基づいた電気粘性流体との間のレオロジー的特性を比較する。
【００４７】
［分極性粒子の製造］
蒸留水にシリカ粒子（Ｓｕｎｓｉｌ−２０、先進化学）を入れて約１時間機械的に撹拌して懸濁液を作る。そして、この懸濁液に４ｇのウレア（ｕｒｅａ、Ａｌｄｒｉｃｈ）を添加し、常温で１６時間機械的に撹拌する。引き続き、遠心分離機を通じて懸濁液から蒸留水成分を分離し、８０℃の真空オーブンで２４時間乾燥して、白色の分極性粒子（例えば、図１の１０１）を得る。
【００４８】
［第１電気粘性流体の製造］
作られた分極性粒子をシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＤＸ、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に１３体積％で分散させて電気粘性流体を製造する。Ｘ−２２−１７０ＤＸシリコンオイルは、図２Ａの分子構造を有するシリコンオイルに、水酸基を含むシリコンオイルを指称する。
【００４９】
［第２電気粘性流体の製造］
作られた分極性粒子をシリコンオイル（ＫＦ−９６、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に１３体積％で分散させて電気粘性流体を製造する。ＫＦ−９６シリコンオイルは、水酸基を有さない純粋なシリコンオイルを指称する。
【００５０】
図８は、第１電気粘性流体と第２電気粘性流体とのレオロジー的特性の比較結果を示す図である。
【００５１】
図８を参照すると、電場を印加していない場合、水酸基を有するシリコンオイルに基づく第１電気粘性流体は、せん断率（ｓｈｅａｒ ｒａｔｅ）１以上で粘度が実質的に同一のニュートン流体（Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ）特性を示す一方、純粋なシリコンオイルに基づく第２電気粘性流体は、粘度がせん断率によって変わる非ニュートン流体（Ｎｏｎ−Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ ｆｌｕｉｄ）特性を示すことが分かる。
【００５２】
電気粘性流体において、電場を印加していない場合の粘度と電場を印加した場合の粘度との間の比率が大きいものが良いが、電場の有無による粘度変化率を説明すれば、第１電気粘性流体の粘度変化率が、第２電気粘性流体のそれより大きいことが分かる。
【００５３】
次いで、このような第１電気粘性流体を用いて透明な電気粘性流体を作る方法を説明する。
【００５４】
［透明電気粘性流体の製造の実施例］
水酸基を一つ以上含んだシリコンオイルを２種以上混合するか、１種の水酸基を含んだシリコンオイルと２種以上の他の絶縁性流体またはオイルとを混合して分散媒を作る。例えば、数式１のようなローレンツ−ローレンツの公式を用いて相対的に低い屈折率を有する水酸基を含んだシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＤＸ、ｎＤ＝１．４０６、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）と相対的に高い屈折率を有するシリコンオイル（ＰＤＳ−１６１５、ｎＤ＝１．４７３、Ｇｅｌｅｓｔ）とを適量混合して、多様な屈折率を有する分散媒を製造することが可能である。
【００５５】
そして、分極性粒子の屈折率と類似している屈折率を有する分散媒を選択する。例えば、作られたそれぞれの分散媒に適量の分極性粒子を分散させて懸濁液を作り、該作られた懸濁液の透明度を確認することによって、分散媒の屈折率を確認することが可能である。本実施形態において、所定の屈折率を有する多数の分散媒に適量の分極性粒子を分散させた懸濁液は、透明度確認用懸濁液または候補電気粘性流体と称することができる。言い換えれば、屈折率が異なる多数の分散媒に基づいて透明度確認用懸濁液を作り、この透明度確認用懸濁液の透明度を確認することによって、適切な分散媒を選択することが可能である。
【００５６】
そして、分極性粒子を選択された分散媒、すなわち、分極性粒子と類似している屈折率を有する分散媒に分散させて透明性を有する電気粘性流体を作る。例えば、作られた分極性粒子約１３体積％を、選択された分散媒に入れて、撹拌及びソニケーションを通じて分極性粒子を分散させることが可能である。
【００５７】
ここでは、説明の便宜上、水酸基を例としたが、その他にもアミノ基、メルカプト基、またはカルボキシ基も利用できるということは、当業者に自明である。
【００５８】
図９は、本発明の他の実施形態による電気粘性流体のレオロジー的特性を示す図である。図９で、電気粘性流体は、シリカ粒子（Ｓｕｎｓｉｌ−２０、先進化学）をシリコンオイル（Ｘ−２２−１７０ＢＸ、Ｓｈｉｎｅｔｓｕ）に８体積％分散させて作われうる。Ｘ−２２−１７０ＢＸシリコンオイルは、図２Ａの分子構造を有するシリコンオイルに、水酸基を含むシリコンオイルを指称する。
【００５９】
図９を参照すると、電場を印加していない場合、水酸基を有するシリコンオイルに基づく第３電気粘性流体は、せん断率１以上で粘度が実質的に同一のニュートン流体特性を示すことが分かる。
【００６０】
前述したように、開示された実施形態によれば、電気粘性流体を成す分散媒が、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含むために、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体が提供されうる。また、分散媒と分極性粒子との屈折率が実質的に同一であるために、表示装置に適用可能な電気粘性流体が提供されうる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、ニュートン流体特性を有する電気粘性流体関連の技術分野に適用可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子と、
前記分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、
を含むことを特徴とする電気粘性流体。
【請求項２】
前記分散媒は、
水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つが、有機基と共に、または有機基なしに純粋なシリコンオイル分子の末端または側端に結合されて形成されるシリコンオイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項３】
前記水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、
前記有機基と共にカルビノール官能基（ｃａｒｂｉｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成することを特徴とする請求項２に記載の電気粘性流体。
【請求項４】
前記水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、
前記有機基なしにシラノール官能基（ｓｉｌａｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成することを特徴とする請求項２に記載の電気粘性流体。
【請求項５】
前記分極性粒子は、
前記シリカ粒子及び前記シリカ粒子に物理的または化学的に結合される分極性有機物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項６】
前記分極性有機物質は、
ウレア（Ｕｒｅａ）、チオウレア（Ｔｈｉｏｕｒｅａ）、メラミン（Ｍｅｌａｍｉｎｅ）、アクリルアミド（Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の電気粘性流体。
【請求項７】
前記分極性粒子の屈折率と前記分散媒の屈折率との差が、０．０６以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項８】
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子を形成する段階と、
水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを有する分散媒を形成する段階と、
前記分極性粒子を前記分散媒に分散させる段階と、
を含むことを特徴とする電気粘性流体の製造方法。
【請求項９】
前記分極性粒子を形成する段階は、
蒸留水にシリカ粒子を入れて撹拌して、第１懸濁液を作る段階と、
前記第１懸濁液に分極性有機物質を入れて撹拌して、第２懸濁液を作る段階と、
前記第２懸濁液から前記蒸留水を分離する段階と、
前記蒸留水が分離された第２懸濁液を乾燥して、前記分極性粒子を得る段階と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１０】
前記分極性有機物質は、
ウレア、チオウレア、メラミン、アクリルアミド及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１１】
前記分極性粒子をシリコンオイルに分散させる段階は、
相異なる屈折率を有する分散媒を多数個形成する段階と、
前記分極性粒子の屈折率に基づいて、前記分散媒のうちから前記分極性粒子との屈折率の差が、０．０６以下である分散媒を選択する段階と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１２】
第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成される電気粘性流体と、を含み、
前記電気粘性流体は、
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子と、
前記分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
前記分極性粒子の屈折率と前記分散媒の屈折率との差が、０．０６以下であることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
【請求項１】
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子と、
前記分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、
を含むことを特徴とする電気粘性流体。
【請求項２】
前記分散媒は、
水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つが、有機基と共に、または有機基なしに純粋なシリコンオイル分子の末端または側端に結合されて形成されるシリコンオイルを含むことを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項３】
前記水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、
前記有機基と共にカルビノール官能基（ｃａｒｂｉｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成することを特徴とする請求項２に記載の電気粘性流体。
【請求項４】
前記水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）は、
前記有機基なしにシラノール官能基（ｓｉｌａｎｏｌ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｇｒｏｕｐ）を形成することを特徴とする請求項２に記載の電気粘性流体。
【請求項５】
前記分極性粒子は、
前記シリカ粒子及び前記シリカ粒子に物理的または化学的に結合される分極性有機物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項６】
前記分極性有機物質は、
ウレア（Ｕｒｅａ）、チオウレア（Ｔｈｉｏｕｒｅａ）、メラミン（Ｍｅｌａｍｉｎｅ）、アクリルアミド（Ａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の電気粘性流体。
【請求項７】
前記分極性粒子の屈折率と前記分散媒の屈折率との差が、０．０６以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気粘性流体。
【請求項８】
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子を形成する段階と、
水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙ ｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを有する分散媒を形成する段階と、
前記分極性粒子を前記分散媒に分散させる段階と、
を含むことを特徴とする電気粘性流体の製造方法。
【請求項９】
前記分極性粒子を形成する段階は、
蒸留水にシリカ粒子を入れて撹拌して、第１懸濁液を作る段階と、
前記第１懸濁液に分極性有機物質を入れて撹拌して、第２懸濁液を作る段階と、
前記第２懸濁液から前記蒸留水を分離する段階と、
前記蒸留水が分離された第２懸濁液を乾燥して、前記分極性粒子を得る段階と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１０】
前記分極性有機物質は、
ウレア、チオウレア、メラミン、アクリルアミド及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項９に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１１】
前記分極性粒子をシリコンオイルに分散させる段階は、
相異なる屈折率を有する分散媒を多数個形成する段階と、
前記分極性粒子の屈折率に基づいて、前記分散媒のうちから前記分極性粒子との屈折率の差が、０．０６以下である分散媒を選択する段階と、
を含むことを特徴とする請求項８に記載の電気粘性流体の製造方法。
【請求項１２】
第１電極と、
前記第１電極に対向する第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に形成される電気粘性流体と、を含み、
前記電気粘性流体は、
シリカ粒子に基づいて形成された分極性粒子と、
前記分極性粒子が分散され、水酸基（ｈｙｄｒｏｘｙｌ ｇｒｏｕｐ、−ＯＨ ｇｒｏｕｐ）、アミノ基（ａｍｉｎｏ ｇｒｏｕｐ、−ＮＨ２ ｇｒｏｕｐ）、メルカプト基（ｍｅｒｃａｐｔｏ ｇｒｏｕｐ、−ＳＨ ｇｒｏｕｐ）、及びカルボキシ基（ｃａｒｂｏｘｙｇｒｏｕｐ、−ＣＯＯＨ ｇｒｏｕｐ）のうち少なくとも何れか一つを有するシリコンオイルを含む分散媒と、を含むことを特徴とする表示装置。
【請求項１３】
前記分極性粒子の屈折率と前記分散媒の屈折率との差が、０．０６以下であることを特徴とする請求項１２に記載の表示装置。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１１１９３２（Ｐ２０１２−１１１９３２Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０４４０（Ｐ２０１１−１９０４４０）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５０５００９８２９）仁荷大學校 産學協力團 (2)
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５０５００９８２９）仁荷大學校 産學協力團 (2)
【出願人】（３９００１９８３９）三星電子株式会社 (8,520)
【氏名又は名称原語表記】Ｓａｍｓｕｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】４１６，Ｍａｅｔａｎ−ｄｏｎｇ，Ｙｅｏｎｇｔｏｎｇ−ｇｕ，Ｓｕｗｏｎ−ｓｉ，Ｇｙｅｏｎｇｇｉ−ｄｏ，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ
【Ｆターム（参考）】
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