JP2015038573A - Optical device, and manufacturing method of optical device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エレクトロウェッティング効果を利用した光学装置、および、その製造方法に関する。 The present invention relates to an optical device using an electrowetting effect and a manufacturing method thereof.
エレクトロウェッティング(EW)効果を利用した光学素子(EW素子)が、たとえば特許文献1,2などに開示されている。EW素子は、主に、対向配置される一対の基板と、該一対の基板に狭持され、該一対の基板の法線方向から見たときに、所定の領域を囲うような形状を有する隔壁と、該一対の基板および該隔壁により画定される閉塞空間に充填され、互いに相容しない極性溶媒および非極性溶媒を含む液状部材と、を含む構成である。 Optical elements (EW elements) utilizing the electrowetting (EW) effect are disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2. The EW element mainly includes a pair of substrates disposed opposite to each other, and a partition wall sandwiched between the pair of substrates and having a shape surrounding a predetermined region when viewed from the normal direction of the pair of substrates. And a liquid member containing a polar solvent and a nonpolar solvent that are filled in a closed space defined by the pair of substrates and the partition walls and are incompatible with each other.
EW素子は、一般に、一対の基板のうち一方の基板に、極性溶媒および非極性溶媒をそれぞれ滴下した後、当該一対の基板を貼り合せて製造される。EW素子を製造するためには、少なくとも、一対の基板のうち一方の基板に、極性溶媒を滴下する工程と、非極性溶媒を滴下する工程と、を要する。 In general, an EW element is manufactured by dropping a polar solvent and a nonpolar solvent onto one of a pair of substrates, and then bonding the pair of substrates together. In order to manufacture the EW element, at least a step of dropping a polar solvent and a step of dropping a nonpolar solvent onto one of the pair of substrates are required.
本発明の主な目的は、エレクトロウェッティング効果を利用した光学装置をより簡便に製造することにある。 The main object of the present invention is to more easily manufacture an optical device using the electrowetting effect.
本発明の一観点によれば、対向配置される第1および第2の基板であって、該第1の基板は、該第2の基板に近い表面に、相互に間隙を空けて設けられた第1および第2の電極、ならびに、該第1および第2の電極を覆い、撥水性および電気絶縁性を有する平滑層を含み、該第2の基板は、該第1の基板に近い表面に、該第1および第2の電極と対向して設けられた第3の電極を含む、該第1および第2の基板と、前記第1および第2の基板に狭持され、該第1および第2の基板の法線方向から見たときに、前記第1および第2の電極と前記第3の電極とが重なる領域を囲んで、画素領域を画定する区画部材と、前記第1および第2の基板、ならびに、前記区画部材により画定される閉塞空間に充填され、少なくとも水を含む第1の溶媒、疎水性を有する第2の溶媒、および、該第1および第2の溶媒の界面に分布する界面活性剤を含む液状部材と、を備える光学装置、が提供される。 According to an aspect of the present invention, the first and second substrates are arranged to face each other, and the first substrate is provided on the surface close to the second substrate with a gap between each other. The first and second electrodes, and a smooth layer covering the first and second electrodes and having water repellency and electrical insulation properties, the second substrate being on a surface close to the first substrate The first and second substrates including the third electrode provided opposite to the first and second electrodes, and the first and second substrates, the first and second substrates being sandwiched between the first and second substrates, A partition member that surrounds a region where the first and second electrodes and the third electrode overlap when viewed from the normal direction of the second substrate, and defines the pixel region; And a first solvent containing at least water and sparsely filled in a closed space defined by the partition member. A second solvent having a gender, and an optical device and a liquid member containing a surface active agent distributed on the interface of the first and second solvent, are provided.
本発明の他の観点によれば、a)表面に、相互に間隙を空けて設けられた第1および第2の電極、ならびに、該第1および第2の電極を覆い、撥水性および電気絶縁性を有する平滑層が形成され、該第1および第2の電極に跨る第1の領域を有する第1の基板、および、表面に、第3の電極が形成され、該第3の電極を含み、該第1の基板と貼合した際に、該第1の領域と対向する第2の領域を有する第2の基板、を準備する工程と、b)区画部材を、前記第1の基板表面の前記第1の領域を囲うように形成するか、または、前記第2の基板表面の前記第2の領域を囲うように形成する工程と、c)少なくとも水を含む第1の溶媒、疎水性を有する第2の溶媒、および、界面活性剤を混合した液状部材を、前記第1の基板表面の第1の領域に滴下するか、または、前記第2の基板表面の第2の領域に滴下する工程と、d)前記第1および第2の基板を、前記第1および第2の領域が対向するように貼合する工程であって、前記液状部材が、前記第1および第2の基板、ならびに、前記区画部材によって画定される閉塞空間に封入されるように貼合する工程と、を有する光学装置の製造方法、が提供される。 According to another aspect of the present invention, a) first and second electrodes provided on the surface with a gap therebetween, and the first and second electrodes are covered with water repellency and electrical insulation. A first substrate having a first region having a first region extending over the first and second electrodes, and a third electrode formed on a surface of the first substrate, including the third electrode. A step of preparing a second substrate having a second region opposite to the first region when bonded to the first substrate; and b) a partition member that is a surface of the first substrate. Forming the first region of the substrate or forming the second region on the surface of the second substrate, and c) a first solvent containing at least water, hydrophobic A liquid member mixed with a second solvent having a surfactant and a surfactant is applied to the first region of the surface of the first substrate. Or dropping onto the second region of the second substrate surface; and d) bonding the first and second substrates so that the first and second regions face each other. A step of bonding the liquid member so that the liquid member is enclosed in a closed space defined by the first and second substrates and the partition member. Is provided.
エレクトロウェッティング効果を利用した光学装置をより簡便に得ることができる。 An optical device using the electrowetting effect can be obtained more easily.
以下、図1〜図3を参照して、本発明の実施例によるEW素子1の構造、製造方法および駆動方法について説明する。なお、図中に示す各構成要素の相対的なサイズは、実際のものとは異なっている。 Hereinafter, the structure, manufacturing method, and driving method of the EW element 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the relative size of each component shown in the drawing is different from the actual one.
図1Aおよび図1Bは、EW素子1の基本的な構造を概略的に示す断面図および平面図である。図1BにおけるIA−IA断面は、図1Aに示す断面図に対応する。なお、図1Bにおいて、一部の構成要素(遮光層23,液状部材40等)は、便宜的に省略されている。 1A and 1B are a cross-sectional view and a plan view schematically showing a basic structure of the EW element 1. The IA-IA cross section in FIG. 1B corresponds to the cross sectional view shown in FIG. 1A. In FIG. 1B, some components (the light shielding layer 23, the liquid member 40, etc.) are omitted for convenience.
EW素子1は、主に、下側基板10、上側基板20、区画部材30、および、液状部材40を含む構成である。 The EW element 1 mainly includes a lower substrate 10, an upper substrate 20, a partition member 30, and a liquid member 40.
下側基板10は、図1Aに示すように、下側ベース基板11表面に、相互に間隙を空けて設けられる第1および第2下側電極12,13と、第1および第2下側電極12,13を覆い、撥水性および電気絶縁性を有する平滑層14と、を備えている。なお、下側ベース基板11裏面に、光反射板15を設けてもよい。第1および第2下側電極12,13は、図1Bに示すように、たとえばストライプ状に形成されている。 As shown in FIG. 1A, the lower substrate 10 includes first and second lower electrodes 12 and 13 provided on the surface of the lower base substrate 11 with a gap therebetween, and first and second lower electrodes. 12 and 13 and a smooth layer 14 having water repellency and electrical insulation. A light reflecting plate 15 may be provided on the back surface of the lower base substrate 11. As shown in FIG. 1B, the first and second lower electrodes 12 and 13 are formed, for example, in a stripe shape.
下側ベース基板11には、たとえば、青板ないし白板ガラス基板を用いることができる。第1および第2下側電極12,13には、たとえば、インジウム錫酸化物(ITO)膜などを用いることができる。平滑層14には、たとえば、テフロン(登録商標)膜などを用いることができる。 As the lower base substrate 11, for example, a blue plate or a white plate glass substrate can be used. For the first and second lower electrodes 12 and 13, for example, an indium tin oxide (ITO) film or the like can be used. For the smooth layer 14, for example, a Teflon (registered trademark) film or the like can be used.
上側基板20は、図1Aに示すように、下側基板10と対向して配置されており、上側ベース基板21表面に設けられる上側電極22と、上側電極22表面の一部に形成される遮光層23と、を備えている。遮光層23は、概ね、下側基板10の第2下側電極13に対向する領域に設けられている。なお、遮光層23は、上側ベース基板21裏面に設けられていてもかまわない。 As shown in FIG. 1A, the upper substrate 20 is disposed to face the lower substrate 10, and the upper electrode 22 provided on the surface of the upper base substrate 21 and the light shielding formed on a part of the surface of the upper electrode 22. And a layer 23. The light shielding layer 23 is generally provided in a region facing the second lower electrode 13 of the lower substrate 10. The light shielding layer 23 may be provided on the back surface of the upper base substrate 21.
上側ベース基板21には、たとえば、青板ないし白板ガラス基板を用いることができる。上側電極22は、たとえば、ITO膜などを用いることができる。遮光層23には、たとえば、アルミニウム層やモリブデン層を用いることができる。 As the upper base substrate 21, for example, a blue plate or a white plate glass substrate can be used. For the upper electrode 22, for example, an ITO film can be used. For the light shielding layer 23, for example, an aluminum layer or a molybdenum layer can be used.
区画部材30は、図1Aに示すように、下側および上側基板10,20に狭持されている。また、図1Bに示すように、第1および第2下側電極12,13と上側電極22とが重なる領域を囲む枠状の形状を有している。区画部材30には、たとえば紫外線硬化性樹脂が用いられる。 The partition member 30 is sandwiched between the lower and upper substrates 10 and 20 as shown in FIG. 1A. Moreover, as shown to FIG. 1B, it has the frame shape surrounding the area | region where the 1st and 2nd lower side electrodes 12 and 13 and the upper side electrode 22 overlap. For the partition member 30, for example, an ultraviolet curable resin is used.
ここで、下側および上側基板10,20、ならびに、区画部材30により画定される空間を、閉塞空間51と呼ぶこととする。また、平面視において、第1および第2下側電極12,13と上側電極22とが重なり、区画部材30により囲まれる領域を、画素領域52と呼ぶこととする。 Here, a space defined by the lower and upper substrates 10 and 20 and the partition member 30 is referred to as a closed space 51. Further, in plan view, a region where the first and second lower electrodes 12 and 13 and the upper electrode 22 overlap and is surrounded by the partition member 30 is referred to as a pixel region 52.
液状部材40は、図1Aに示すように、閉塞空間51内に充填されており、少なくとも水を含む第1の溶媒41、疎水性を有し、第1の溶媒41と相分離する第2の溶媒42、および、第1および第2の溶媒41,42の界面に分布する界面活性剤を含んでいる。第1および第2の溶媒41,42は、相互に混ざり合っておらず、閉塞空間51内において、それぞれ偏在している。平滑層14は撥水性を有しているため、通常、第1の溶媒41は平滑層14から離れて定位しており、第2の溶媒42は平滑層14に接して定位している。 As shown in FIG. 1A, the liquid member 40 is filled in a closed space 51, and includes a first solvent 41 containing at least water and a hydrophobic second phase that is phase-separated from the first solvent 41. A surfactant distributed at the interface between the solvent 42 and the first and second solvents 41 and 42 is included. The first and second solvents 41 and 42 are not mixed with each other and are unevenly distributed in the closed space 51. Since the smooth layer 14 has water repellency, the first solvent 41 is usually positioned away from the smooth layer 14, and the second solvent 42 is positioned in contact with the smooth layer 14.
第1の溶媒41には、純水が好適に用いられる。第2の溶媒42には、たとえば石油を主成分としたオイルなどが用いられる。なお、第1ないし第2の溶媒41,42には、染料(色素)が溶解されていてもよい。界面活性剤は、第1および第2の溶媒41,42を乳化させうるものであればよい。 Pure water is suitably used for the first solvent 41. As the second solvent 42, for example, oil mainly composed of petroleum is used. Note that a dye (pigment) may be dissolved in the first or second solvent 41, 42. The surfactant may be any one that can emulsify the first and second solvents 41 and 42.
図1Cは、液状部材40の他の構成を示す断面図である。液状部材40において、界面活性剤の添加量が比較的多い場合、第2の溶媒42は、複数の粒状の液滴が群集する形態となる。なお、このような場合であっても、第1および第2の溶媒41,42は、閉塞空間51内において、それぞれ偏在している。 FIG. 1C is a cross-sectional view showing another configuration of the liquid member 40. When the surfactant is added in a relatively large amount in the liquid member 40, the second solvent 42 is in a form in which a plurality of granular droplets are clustered. Even in such a case, the first and second solvents 41 and 42 are unevenly distributed in the closed space 51.
図2Aは、EW素子1の製造工程を示すフローチャートである。以下、図1A〜図1Cを参照しながら、図2Aに基づいて、EW素子1の製造方法について説明する。 FIG. 2A is a flowchart showing a manufacturing process of the EW element 1. Hereinafter, a method for manufacturing the EW element 1 will be described with reference to FIG. 2A with reference to FIGS. 1A to 1C.
最初に、ITO電極付きガラス基板を2枚用意する。ITO電極の厚みは80nm程度であり、ガラス基板の厚みは0.7mmt程度である。なお、一方のガラス基板は下側ベース基板11に対応し、他方のガラス基板は上側ベース基板21に対応する。 First, two glass substrates with ITO electrodes are prepared. The thickness of the ITO electrode is about 80 nm, and the thickness of the glass substrate is about 0.7 mmt. One glass substrate corresponds to the lower base substrate 11, and the other glass substrate corresponds to the upper base substrate 21.
下側基板10を作製する(工程S101)。 The lower substrate 10 is produced (step S101).
一方のガラス基板(下側ベース基板11)表面に形成されたITO電極を、マスクを用いたエッチング法などにより、ストライプ状に成形(パターニング)する。これにより、下側ベース基板11表面に、相互に間隔を空けて配置される第1および第2下側電極12,13が形成される。 An ITO electrode formed on the surface of one glass substrate (lower base substrate 11) is formed (patterned) into a stripe shape by an etching method using a mask or the like. As a result, the first and second lower electrodes 12 and 13 are formed on the surface of the lower base substrate 11 so as to be spaced from each other.
続いて、第1および第2下側電極12,13を覆うように、テフロン(登録商標)系材料(デュポン社製)を塗布し、熱処理する。テフロン(登録商標)系材料の塗布には、たとえばスピンコート法などを用いることができる。これにより、第1および第2下側電極12,13を覆う平滑層14が形成される。なお、平滑層14は、電気絶縁性を有する絶縁層および撥水性を有する撥水層が積層する積層構造であってもかまわず、第1および第2下側電極12,13を覆う絶縁層を形成した後に、当該絶縁層表面に撥水層を形成してもかまわない。 Subsequently, a Teflon (registered trademark) material (manufactured by DuPont) is applied and heat-treated so as to cover the first and second lower electrodes 12 and 13. For application of the Teflon (registered trademark) material, for example, a spin coating method or the like can be used. Thereby, the smooth layer 14 covering the first and second lower electrodes 12 and 13 is formed. The smooth layer 14 may have a laminated structure in which an insulating layer having electrical insulating properties and a water-repellent layer having water repellency are laminated, and the insulating layer covering the first and second lower electrodes 12 and 13 may be used. After the formation, a water repellent layer may be formed on the surface of the insulating layer.
以上により、下側基板10が完成する。 Thus, the lower substrate 10 is completed.
上側基板20を作製する(工程S102)。 The upper substrate 20 is produced (step S102).
他方のガラス基板(上側ベース基板21)表面には、ITO電極(上側電極22)が形成されている。必要に応じて、上側電極22を、エッチング法やレーザアブレーション法などにより、所望の平面形状にパターニングする。上側電極22表面の一部の領域に、アルミニウム膜ないしモリブデン膜を成膜し、遮光層23を形成する。なお、上側電極22表面ないし遮光層23表面に絶縁層を形成してもかまわない。絶縁層は、たとえばポリイミドなどにより形成することができる。 An ITO electrode (upper electrode 22) is formed on the surface of the other glass substrate (upper base substrate 21). If necessary, the upper electrode 22 is patterned into a desired planar shape by an etching method, a laser ablation method, or the like. An aluminum film or a molybdenum film is formed on a part of the surface of the upper electrode 22 to form a light shielding layer 23. An insulating layer may be formed on the upper electrode 22 surface or the light shielding layer 23 surface. The insulating layer can be formed of, for example, polyimide.
以上により、上側電極20が完成する。 Thus, the upper electrode 20 is completed.
作製した下側および上側基板10,20のどちらか一方の基板、たとえば上側基板20に、区画部材30を形成する(工程S103)。上側電極22および遮光層23を覆うように、光硬化性樹脂(ポジ型感光性レジスト)を塗布する。光硬化性樹脂の塗布には、たとえばスピンコート法などを用いることができる。その後、当該光硬化性樹脂を、所定の遮光パターンを有するマスクを用いて露光処理し、さらに現像処理する。これにより、上側基板20表面に、区画部材30が形成される。 The partition member 30 is formed on one of the manufactured lower and upper substrates 10 and 20, for example, the upper substrate 20 (step S103). A photocurable resin (positive photosensitive resist) is applied so as to cover the upper electrode 22 and the light shielding layer 23. For the application of the photocurable resin, for example, a spin coating method or the like can be used. Thereafter, the photocurable resin is exposed to light using a mask having a predetermined light-shielding pattern, and further developed. Thereby, the partition member 30 is formed on the surface of the upper substrate 20.
作製した下側および上側基板10,20のどちらか一方の基板、たとえば下側基板10に、ディスペンサやマイクロピペットなどを用いて、液状部材40を滴下する(工程S104)。実施例では、液状部材40に、純水(第1の溶媒41)、オイル(第2の溶媒42)、および、界面活性剤を混合・撹拌したものを用いた。なお、実施例では、黒色染料を溶解したオイル(第2の溶媒42)を用いた。界面活性剤は、純水(第1の溶媒)およびオイル(第2の溶媒)に対して、0.01〜1.0Vol%の割合で添加されることが好ましい。 The liquid member 40 is dropped onto one of the manufactured lower and upper substrates 10 and 20, for example, the lower substrate 10 using a dispenser, a micropipette, or the like (step S104). In the example, the liquid member 40 was prepared by mixing and stirring pure water (first solvent 41), oil (second solvent 42), and a surfactant. In the examples, oil (second solvent 42) in which black dye was dissolved was used. The surfactant is preferably added at a ratio of 0.01 to 1.0 Vol% with respect to pure water (first solvent) and oil (second solvent).
液状部材40が滴下された下側基板10に、区画部材30が形成された上側基板20を貼り合せる(工程S105)。このとき、下側および上側基板10,20は、下側および上側基板10,20、ならびに、区画部材30により包囲される空間(閉塞空間51)に、液状部材40が収容されるように貼合される。また、平面視において、第1および第2下側電極12,13と上側電極22とが重なり、かつ、第2下側電極13と遮光層23とが重なるように貼合される。その後、貼合された下側および上側基板10,20の側端面に、シール部材を張り付けるか、または、接着剤を塗布して、下側および上側基板10,20の相対的位置関係を固定するとともに、液状部材40の横溢を抑止する。これにより、EW素子1が完成する。なお、実施例では、下側基板10裏面に、光反射板15を配置している。 The upper substrate 20 on which the partition member 30 is formed is bonded to the lower substrate 10 onto which the liquid member 40 has been dropped (step S105). At this time, the lower and upper substrates 10 and 20 are bonded so that the liquid member 40 is accommodated in the space (closed space 51) surrounded by the lower and upper substrates 10 and 20 and the partition member 30. Is done. Further, in a plan view, the first and second lower electrodes 12 and 13 and the upper electrode 22 are bonded to each other, and the second lower electrode 13 and the light shielding layer 23 are bonded to each other. Thereafter, a sealing member is attached to the side end surfaces of the bonded lower and upper substrates 10 and 20 or an adhesive is applied to fix the relative positional relationship between the lower and upper substrates 10 and 20. In addition, the overflow of the liquid member 40 is suppressed. Thereby, the EW element 1 is completed. In the embodiment, the light reflecting plate 15 is disposed on the back surface of the lower substrate 10.
図2Bおよび図2Cは、液状部材滴下工程(工程S104)において用いる液状部材を示す写真である。図2Bに、撹拌状態における液状部材を示し、図2Cに、安定状態における液状部材を示す。なお、安定状態における液状部材とは、撹拌状態における液状部材を、5分以上安定放置した後の液状部材を言うものとする。写真に示す液状部材は、1mlの純水(第1の溶媒)、2mlのオイル(第2の溶媒)、および、6μlの界面活性剤が混合したものであり、試験用小瓶の中に収容されている。 2B and 2C are photographs showing the liquid member used in the liquid member dropping step (step S104). FIG. 2B shows the liquid member in the stirring state, and FIG. 2C shows the liquid member in the stable state. In addition, the liquid member in a stable state shall mean the liquid member after leaving the liquid member in a stirring state for 5 minutes or more stably. The liquid member shown in the photo is a mixture of 1 ml of pure water (first solvent), 2 ml of oil (second solvent), and 6 μl of surfactant, and is contained in a test vial. ing.
図2Bに示す写真から、撹拌状態における液状部材は、全体的に黒くなっていることがわかる。つまり、撹拌により、無色透明の純水(第1の溶媒)中に、黒色染料が溶解したオイル(第2の溶媒)が一様に分散していることがわかる。 From the photograph shown in FIG. 2B, it can be seen that the liquid member in the stirring state is entirely black. That is, it can be seen that the oil (second solvent) in which the black dye is dissolved is uniformly dispersed in colorless and transparent pure water (first solvent) by stirring.
図2Cに示す写真から、安定状態における液状部材は、黒い領域(小瓶中の上側)と透明な領域(小瓶中の下側)とに分離していることがわかる。つまり、無色透明な純水(第1の溶媒)と黒色染料が溶解したオイル(第2の溶媒)とが、小瓶中において、それぞれ偏在していることがわかる。 From the photograph shown in FIG. 2C, it can be seen that the liquid member in the stable state is separated into a black region (upper side in the small bottle) and a transparent region (lower side in the small bottle). That is, it can be seen that colorless and transparent pure water (first solvent) and oil in which black dye is dissolved (second solvent) are unevenly distributed in the small bottle.
液状部材滴下工程(工程S104)において、界面活性剤が混合されておらず、第1および第2の溶媒が完全に相分離している液状部材を用いる場合、所望の分量で、かつ、1つの工程で、第1および第2の溶媒を基板に滴下することは困難である。このため、液状部材滴下工程(工程S104)を2つの工程、つまり、所望量の第1の溶媒を基板に滴下する工程と、所望量の第2の溶媒を基板に滴下する工程とに分ける必要がある。 In the liquid member dropping step (step S104), when a liquid member in which the surfactant is not mixed and the first and second solvents are completely phase-separated, a desired amount and one In the process, it is difficult to drop the first and second solvents onto the substrate. Therefore, it is necessary to divide the liquid member dropping step (step S104) into two steps, that is, a step of dropping a desired amount of the first solvent onto the substrate and a step of dropping a desired amount of the second solvent onto the substrate. There is.
これに対し、液状部材滴下工程(工程S104)において、界面活性剤が混合されており、第1および第2の溶媒が撹拌されている液状部材(撹拌状態における液状部材)を用いる場合、第1の溶媒中に第2の溶媒が一様に分散しているため、所望の分量で、かつ、1つの工程で、第1および第2の溶媒を基板に滴下することが可能である。なお、当該液状部材は、基板貼合工程(工程S105)の後、安定放置されることにより、図1Aないし図1Cに示す状態、つまり、閉塞空間内において第1および第2の溶媒が分離(偏在)する状態となる(安定状態の液状部材)。 On the other hand, in the liquid member dropping step (step S104), when a liquid member (liquid member in a stirring state) in which the surfactant is mixed and the first and second solvents are stirred is used. Since the second solvent is uniformly dispersed in the first solvent, the first and second solvents can be dropped onto the substrate in a desired amount and in one step. The liquid member is allowed to stand after the substrate bonding step (step S105), whereby the first and second solvents are separated in the state shown in FIGS. 1A to 1C, that is, in the closed space ( (The liquid member in a stable state).
なお、純水(第1の溶媒)、オイル(第2の溶媒)、および、界面活性剤の分量が、それぞれ、1ml、2ml、および、6μl程度である場合、安定状態において、オイルは、図1Cに示す形態、つまり、多数の粒状の液滴が群集する形態となる。また、たとえば、純水(第1の溶媒)、オイル(第2の溶媒)、および、界面活性剤の分量が、それぞれ、1ml、2ml、および、2μl程度である場合には、安定状態において、オイルは、図1Aに示す形態、つまり、単一の液滴により構成される形態となる。 When the amounts of pure water (first solvent), oil (second solvent), and surfactant are about 1 ml, 2 ml, and 6 μl, respectively, 1C, that is, a form in which a large number of granular droplets are gathered. For example, when the amount of pure water (first solvent), oil (second solvent), and surfactant is about 1 ml, 2 ml, and 2 μl, respectively, The oil has a form shown in FIG. 1A, that is, a form constituted by a single droplet.
図3Aおよび図3Bは、EW素子1を駆動する様子を示す断面図である。図3Aに、第1下側電極12と上側電極22との間に電圧を印加した際の第1および第2の溶媒41,42の様子を示し、図3Bに、第2下側電極13と上側電極22との間に電圧を印加した際の第1および第2の溶媒41,42の様子を示す。第1および第2下側電極12,13と上側電極22とに接続される電源60には、たとえば交流電圧(振幅10V〜20V,周波数10kHz〜1MHz)を出力することができる電源を用いることができる。 3A and 3B are cross-sectional views showing how the EW element 1 is driven. FIG. 3A shows the state of the first and second solvents 41 and 42 when a voltage is applied between the first lower electrode 12 and the upper electrode 22, and FIG. The state of the first and second solvents 41 and 42 when a voltage is applied to the upper electrode 22 is shown. For the power source 60 connected to the first and second lower electrodes 12, 13 and the upper electrode 22, for example, a power source capable of outputting an alternating voltage (amplitude 10V to 20V, frequency 10kHz to 1MHz) is used. it can.
図3Aに示すように、第1下側電極12と上側電極22との間に、電源60を接続して、交流電圧を印加すると、第1の溶媒41(純水)が第1下側電極12上方に引き寄せられるように移動する。このとき、上側基板20側から入射される光は、無色透明である第1の溶媒41(純水)を透過し、光反射板15に反射され、再び上側基板20側から出射される。つまり、画素領域52の遮光層23が配置されていない領域において、明状態が実現される。これにより、EW素子1の明表示が実現される。なお、画素領域52の遮光層23が配置される領域は、常に暗状態である。 As shown in FIG. 3A, when a power source 60 is connected between the first lower electrode 12 and the upper electrode 22 and an AC voltage is applied, the first solvent 41 (pure water) is converted into the first lower electrode. 12 Move so as to be drawn upward. At this time, light incident from the upper substrate 20 side passes through the first solvent 41 (pure water) that is colorless and transparent, is reflected by the light reflecting plate 15, and is emitted from the upper substrate 20 side again. That is, a bright state is realized in an area where the light shielding layer 23 of the pixel area 52 is not disposed. Thereby, the bright display of the EW element 1 is realized. In addition, the area | region where the light shielding layer 23 of the pixel area 52 is arrange | positioned is always a dark state.
図3Bに示すように、第2下側電極13と上側電極22との間に、電源60を接続して、交流電圧を印加すると、第1の溶媒41(純水)が第2下側電極13上方に引き寄せられるように移動する。上側基板20から入射される光は、黒色染料が溶解した第2の溶媒42(オイル)に吸収される。つまり、画素領域52の遮光層23が配置されていない領域において、暗状態が実現される。これにより、EW素子1の暗表示が実現される。なお、画素領域52の遮光層23が配置される領域は、常に暗状態である。 As shown in FIG. 3B, when the power source 60 is connected between the second lower electrode 13 and the upper electrode 22 and an AC voltage is applied, the first solvent 41 (pure water) becomes the second lower electrode. 13 Move so as to be drawn upward. Light incident from the upper substrate 20 is absorbed by the second solvent 42 (oil) in which the black dye is dissolved. That is, a dark state is realized in a region of the pixel region 52 where the light shielding layer 23 is not disposed. Thereby, dark display of the EW element 1 is realized. In addition, the area | region where the light shielding layer 23 of the pixel area 52 is arrange | positioned is always a dark state.
このように、第1下側電極12と上側電極22との間、ないし、第2下側電極13と上側電極22との間、に印加する電圧を制御することにより、EW素子1の明/暗表示を切り替える(スイッチングする)ことができる。このようなEW素子1は、たとえば表示素子に応用することが可能であろう。また、光反射板15を設けなければ、たとえば光シャッター素子として利用することも可能であろう。 In this way, by controlling the voltage applied between the first lower electrode 12 and the upper electrode 22 or between the second lower electrode 13 and the upper electrode 22, The dark display can be switched (switched). Such an EW element 1 could be applied to a display element, for example. Further, if the light reflection plate 15 is not provided, it may be used as an optical shutter element, for example.
なお、本発明者らによるさらなる検討によれば、第1および第2の溶媒41,42に界面活性剤が混合されている場合であって、また、印加する電圧が直流電圧である場合、第1の溶媒41の移動が鈍くなる、つまり、応答速度が遅くなることがわかっている。また、画素領域52が一辺500μmよりも大きいと、第1の溶媒41の応答速度が遅くなることがわかっている。 Further investigations by the present inventors show that when a surfactant is mixed in the first and second solvents 41 and 42 and the applied voltage is a DC voltage, It is known that the movement of one solvent 41 becomes dull, that is, the response speed becomes slow. Further, it is known that when the pixel region 52 is larger than 500 μm on a side, the response speed of the first solvent 41 becomes slow.
さらに、第2の溶媒42が、図1Aに示す形態、つまり、単一の液滴により構成される形態である場合には、印加する交流電圧の周波数が低くなるにしたがって、第1の溶媒41の応答速度が速くなることがわかっている。一方、第2の溶媒42が、図1Cに示す形態、つまり、多数の液滴が群集する形態である場合には、印加する交流電圧の周波数が高くなるにしたがって、第1の溶媒41の応答速度が速くなることがわかっている。 Further, when the second solvent 42 is in the form shown in FIG. 1A, that is, in the form constituted by a single droplet, the first solvent 41 is decreased as the frequency of the applied AC voltage is lowered. It is known that the response speed of will be faster. On the other hand, when the second solvent 42 is in the form shown in FIG. 1C, that is, in a form in which a large number of droplets are clustered, the response of the first solvent 41 increases as the frequency of the applied AC voltage increases. I know the speed will be faster.
図4A〜図4Cは、EW素子1における区画部材30ないし下側電極12,13の他の形状を示す平面図である。なお、区画部材30ないし下側電極12,13の平面形状は、区画部材形成工程(工程S103)ないし下側基板作製工程(工程S101)において用いるマスクパターンを変更することにより、容易に調整することが可能である。 4A to 4C are plan views showing other shapes of the partition member 30 or the lower electrodes 12 and 13 in the EW element 1. The planar shape of the partition member 30 or the lower electrodes 12 and 13 can be easily adjusted by changing the mask pattern used in the partition member forming step (step S103) or the lower substrate manufacturing step (step S101). Is possible.
図4Aに示すように、EW素子1は、さらに、区画部材30と一体的に形成され、ゲート部31aを備える仕切り部材31を含む構成としてもよい。このような仕切り部材31を設けることにより、EW素子1にメモリー性を具備させることができる。 As shown in FIG. 4A, the EW element 1 may further include a partition member 31 that is formed integrally with the partition member 30 and includes a gate portion 31a. By providing such a partition member 31, the EW element 1 can be provided with a memory property.
仕切り部材31は、閉塞空間51内を2つの空間、つまり第1および第2の空間51a,51bに区分する。第1の空間51aは、主に、第1下側電極12上方に画定され、第2の空間51bは、主に、第2下側電極13上方に画定される。第1ないし第2下側電極12,13と上側電極22との間に交流電圧を印加すると、閉塞空間51内に充填する第1および第2の溶媒41,42は、仕切り部材31のゲート部31aを通って、第1および第2の空間51a,51bの間を往来することができる。 The partition member 31 divides the closed space 51 into two spaces, that is, first and second spaces 51a and 51b. The first space 51 a is mainly defined above the first lower electrode 12, and the second space 51 b is mainly defined above the second lower electrode 13. When an AC voltage is applied between the first or second lower electrode 12, 13 and the upper electrode 22, the first and second solvents 41, 42 filled in the closed space 51 become the gate portion of the partition member 31. It is possible to travel between the first and second spaces 51a and 51b through 31a.
たとえば、第1下側電極12と上側電極22との間に電圧を印加すると、第1の溶媒41は、第1下側電極12上方に引き寄せられる、つまり、第1の空間51aに移動する。そして、当該電圧の印加を停止すると、第1の溶媒41は、その一部が第2の空間51bに移動して、定常状態(図1Aないし図1Cに示す状態)に復元しようとする。しかし、このとき、仕切り部材31が設けられていると、第1の溶媒41の第2の空間51bへの移動が制限され、第1の溶媒41が第1の空間51aに留まる。 For example, when a voltage is applied between the first lower electrode 12 and the upper electrode 22, the first solvent 41 is attracted to the upper side of the first lower electrode 12, that is, moves to the first space 51a. Then, when the application of the voltage is stopped, a part of the first solvent 41 moves to the second space 51b and tries to restore the steady state (the state shown in FIGS. 1A to 1C). However, at this time, if the partition member 31 is provided, the movement of the first solvent 41 to the second space 51b is restricted, and the first solvent 41 remains in the first space 51a.
このように、仕切り部材31を設けることにより、第1の溶媒41(ないし第2の溶媒42)を従前に占有していた空間に留める、つまり第1の溶媒41の従前の配置状態を保持することが可能となる。このため、EW素子1がメモリー性を具備するようになる。 Thus, by providing the partition member 31, the first solvent 41 (or the second solvent 42) is kept in the space previously occupied, that is, the previous arrangement state of the first solvent 41 is maintained. It becomes possible. For this reason, the EW element 1 has a memory property.
なお、仕切り部材31を設ける場合、図4Bに示すように、仕切り部材31のゲート部31aに対応する領域において、第1下側電極12が第2の空間51b側に張り出し(張り出し部12a)、第2下側電極13が第1の空間51a側に張り出す(張り出し部13a)ようにすることが好ましい。これにより、第1ないし第2下側電極12,13と上側電極22との間に電圧を印加した際に、第1の溶媒41の、第1ないし第2の空間51a,51bへの移動が円滑になる。 When the partition member 31 is provided, as shown in FIG. 4B, in the region corresponding to the gate part 31a of the partition member 31, the first lower electrode 12 projects to the second space 51b side (projected part 12a), It is preferable that the second lower electrode 13 projects to the first space 51a side (projected portion 13a). Thus, when a voltage is applied between the first or second lower electrode 12, 13 and the upper electrode 22, the movement of the first solvent 41 to the first or second space 51 a, 51 b is prevented. Become smooth.
また、仕切り部材31は、閉塞空間51を等分するように設けられていなくてもかまわない。たとえば、図4Cに示すように、閉塞空間51を、当該閉塞空間51の大よそ1/4の空間を画定する第1の空間51aと、当該閉塞空間51の大よそ3/4の空間を画定する第2の空間51bと、に区分するように設けられていてもよい。なお、このとき、第1下側電極12は、第1の空間51aに対応するように設けられ、第2下側電極13は、第2の空間51bに対応するように設けられることが望ましい。 The partition member 31 may not be provided so as to equally divide the closed space 51. For example, as shown in FIG. 4C, the closed space 51 is divided into a first space 51 a that defines an approximately 1/4 space of the closed space 51, and an approximately 3/4 space of the closed space 51. It may be provided so as to be divided into the second space 51b. At this time, it is preferable that the first lower electrode 12 is provided so as to correspond to the first space 51a, and the second lower electrode 13 is provided so as to correspond to the second space 51b.
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。 As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not restrict | limited to these. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
1…エレクトロウェッティング素子(EW素子)、10…下側基板、11…下側ベース基板、12…第1下側電極、13…第2下側電極、14…平滑層、15…光反射板、20…上側基板、21…上側ベース基板、22…上側電極、23…遮光層、30…区画部材、31…仕切り部材、40…液状部材、41…第1の溶媒、42…第2の溶媒、51…画素領域、52…閉塞空間、60…交流電源。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrowetting element (EW element), 10 ... Lower substrate, 11 ... Lower base substrate, 12 ... 1st lower electrode, 13 ... 2nd lower electrode, 14 ... Smooth layer, 15 ... Light reflecting plate 20 ... upper substrate, 21 ... upper base substrate, 22 ... upper electrode, 23 ... light shielding layer, 30 ... partition member, 31 ... partition member, 40 ... liquid member, 41 ... first solvent, 42 ... second solvent , 51 ... pixel area, 52 ... closed space, 60 ... AC power supply.
Claims (10)
前記第1および第2の基板に狭持され、該第1および第2の基板の法線方向から見たときに、前記第1および第2の電極と前記第3の電極とが重なる領域を囲んで、画素領域を画定する区画部材と、
前記第1および第2の基板、ならびに、前記区画部材により画定される閉塞空間に充填され、少なくとも水を含む第1の溶媒、疎水性を有する第2の溶媒、および、該第1および第2の溶媒の界面に分布する界面活性剤を含む液状部材と、
を備える光学装置。 First and second substrates disposed opposite to each other, wherein the first substrate is provided on the surface close to the second substrate with a gap between each other; and A smooth layer covering the first and second electrodes and having water repellency and electrical insulation, and the second substrate is disposed on a surface close to the first substrate. The first and second substrates, including a third electrode provided opposite to
A region sandwiched between the first and second substrates and where the first and second electrodes and the third electrode overlap when viewed from the normal direction of the first and second substrates. A partition member that surrounds and defines a pixel region;
A first solvent containing at least water, a second solvent having hydrophobicity, and the first and second filling the enclosed space defined by the first and second substrates and the partition member; A liquid member containing a surfactant distributed at the solvent interface;
An optical device comprising:
前記第1および第2の基板の法線方向から見たときに、
前記第1の空間は、主に前記第1の電極に対応する領域に画定されており、
前記第2の空間は、主に前記第2の電極に対応する領域に画定されている、
請求項1〜4いずれか1項記載の光学装置。 And a partition member including a gate portion that divides the closed space into a first space and a second space, and is capable of traveling between the first space and the second space,
When viewed from the normal direction of the first and second substrates,
The first space is mainly defined in a region corresponding to the first electrode;
The second space is mainly defined in a region corresponding to the second electrode.
The optical device according to claim 1.
前記第1の電極は前記第2の空間側に張り出しており、
前記第2の電極は前記第1の空間側に張り出している、
請求項5記載の光学装置。 In a region corresponding to the gate portion of the partition member when viewed from the normal direction of the first and second substrates,
The first electrode protrudes to the second space side,
The second electrode protrudes toward the first space;
The optical device according to claim 5.
b)区画部材を、前記第1の基板表面の前記第1の領域を囲うように形成するか、または、前記第2の基板表面の前記第2の領域を囲うように形成する工程と、
c)少なくとも水を含む第1の溶媒、疎水性を有する第2の溶媒、および、界面活性剤を混合した液状部材を、前記第1の基板表面の第1の領域に滴下するか、または、前記第2の基板表面の第2の領域に滴下する工程と、
d)前記第1および第2の基板を、前記第1および第2の領域が対向するように貼合する工程であって、前記液状部材が、前記第1および第2の基板、ならびに、前記区画部材によって画定される閉塞空間に封入されるように貼合する工程と、
を有する光学装置の製造方法。 a) First and second electrodes provided on the surface with a gap between each other, and a smooth layer having water repellency and electrical insulation properties, covering the first and second electrodes, A first substrate having a first region straddling the first and second electrodes, and a third electrode formed on the surface, including the third electrode, and bonded to the first substrate A step of preparing a second substrate having a second region opposite to the first region;
b) forming the partition member so as to surround the first region on the surface of the first substrate, or forming the partition member so as to surround the second region on the surface of the second substrate;
c) dropping a liquid member in which the first solvent containing at least water, the second solvent having hydrophobicity, and the surfactant are mixed into the first region of the first substrate surface; or Dropping onto a second region of the second substrate surface;
d) a step of bonding the first and second substrates so that the first and second regions face each other, wherein the liquid member includes the first and second substrates, and Bonding to be enclosed in the enclosed space defined by the partition member;
A method for manufacturing an optical device.
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