專利名稱：多色顯示材料用組合物及其制造方法、光學(xué)裝置及其顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用周期性構(gòu)造體的多色顯示材料用組合物及其制造方法。另外，本發(fā)明涉及適用于例如顯示裝置或光調(diào)制裝置等的光學(xué)裝置及其顯示方法。
背景技術(shù)：
近年來，已經(jīng)提出了利用基于“構(gòu)造色”的發(fā)色機(jī)制的顯示和色彩控制裝置，其中所述構(gòu)造色使用亞微米級(jí)的周期性構(gòu)造體(規(guī)則構(gòu)造體)。迄今為止，已經(jīng)對(duì)使用周期性構(gòu)造體的構(gòu)造色的發(fā)色進(jìn)行了報(bào)道，其中所述周期性構(gòu)造體利用使用二氧化硅或聚合物的單分散顆粒的膠狀晶體、嵌段共聚物的微域結(jié)構(gòu)和表面活性劑的層狀結(jié)構(gòu)。
特別地，對(duì)利用膠狀晶體的周期性構(gòu)造體有許多報(bào)道，并且可以將其分為兩類構(gòu)造體，即，利用顆粒間排斥力的松散充填型，和顆粒被緊密充填的最密充填型。
例如，提出了下述提案，其中將膠狀晶體固定在刺激應(yīng)答性凝膠中，輸入刺激以改變凝膠的溶脹度，從而改變構(gòu)造色(例如，(1)K.Lee，S.A.Asher，J.Am.Chem.Soc.，122，9534(2000))。此外，也報(bào)道了利用固定膠狀晶體的基質(zhì)的氧化/還原反應(yīng)的色彩控制(例如，(2)T.Iyoda等，PolymerPreprints，日本，50(3)，472(2001))和由于因添加溶劑而導(dǎo)致溶脹/折射率的變化的色彩控制(例如，(3)H.Fudouzi和U.Xia，Adv.Mater.，15，892-896(2003))。進(jìn)而，還提出了使用構(gòu)造色的消色-發(fā)色體系的顯示器，在所述體系中利用通過向?qū)臃e膜施加電場產(chǎn)生的接觸-剝離(例如，(4)IridigmCorp(美國)的資料)。
如上所述，所述構(gòu)造色不使用染料或顏料，但是利用所用材料的介電特性和源于中等尺度構(gòu)造體的特定波長的反射；因而，據(jù)認(rèn)為這在用單一裝置發(fā)出多種色彩時(shí)是最有效的方法。
然而，由于顯示部位自身的大小隨凝膠溶脹度的變化而變化，且由于幾乎所有的膠狀晶體都是電學(xué)上不活躍的，因此難以在目前的狀況下將這些方法應(yīng)用于顯示裝置。此外，盡管顯示器能夠基于電驅(qū)動(dòng)進(jìn)行消色和發(fā)色，但是它僅能夠執(zhí)行消色和發(fā)色兩種方式中的一種并且不能顯示多種色彩。即，在目前的狀況下，構(gòu)造色的特性沒有得到充分利用。此外，根據(jù)這些提案，也難以實(shí)現(xiàn)具有存儲(chǔ)特性的發(fā)色(顯示)。

發(fā)明內(nèi)容
提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的前述描述是為了說明和描述的目的。并非試圖窮盡本發(fā)明所披露的精確形式或?qū)⒈景l(fā)明限制于所披露的精確形式。顯然，許多改進(jìn)和變化對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的。選擇并描述實(shí)施方式是為了能夠最好地解釋本發(fā)明的原理及其實(shí)際用途，由此使得本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員能夠理解預(yù)計(jì)適用于特定用途的本發(fā)明的各種實(shí)施方式和各種改進(jìn)方案。本發(fā)明的范圍旨在由下述權(quán)利要求及其等同物所限定。
更具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多色顯示材料用組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體、和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多色顯示材料用組合物中，所述周期性構(gòu)造體是多孔性構(gòu)造體。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多色顯示材料用組合物中，所述周期性構(gòu)造體的材料可以是有色的，或所述周期性構(gòu)造體的材料可以是無色的。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多色顯示材料用組合物中，所述移動(dòng)性顆粒是金屬納米顆粒。所述金屬納米顆粒是選自金、銀、氧化鈦、二氧化硅和氧化鋅的至少一種金屬納米顆粒。
另一方面，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置包括一對(duì)基板；位于所述一對(duì)基板之間的多色顯示材料用組合物，其中所述組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體，和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒；和在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部選擇性布置所述移動(dòng)性顆粒的選擇配置部。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置中，所述周期性構(gòu)造體是多孔性構(gòu)造體。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置中，所述周期性構(gòu)造體的材料可以是有色的，或所述周期性構(gòu)造體的材料可以是無色的。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置中，所述移動(dòng)性顆?？梢允墙饘偌{米顆粒。所述金屬納米顆?？梢允沁x自金、銀、氧化鈦、二氧化硅和氧化鋅的至少一種金屬納米顆粒。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置中，所述一對(duì)基板中的一個(gè)基板可以是有色的，或具有有色材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的光學(xué)裝置的顯示方法是用于包含根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的多色顯示材料用組合物的光學(xué)裝置的顯示方法。根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的用于光學(xué)裝置的顯示方法包括將所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部、和將所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的外部。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于光學(xué)裝置的顯示方法中，可以通過改變所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所述移動(dòng)性顆粒的豐度比進(jìn)行多色顯示。作為選擇，也可以通過使所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所述移動(dòng)性顆粒局域化進(jìn)行多色顯示。
在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面的用于光學(xué)裝置的顯示方法中，當(dāng)所述周期性構(gòu)造體的所述構(gòu)造色為無色時(shí)，或者當(dāng)由于所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部而導(dǎo)致所述周期性構(gòu)造體的所述構(gòu)造色顯示無色時(shí)，顯示所述周期性構(gòu)造體的材料色。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，多色顯示材料用組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體；和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒。


將基于下列附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明，其中圖1是顯示涉及所述示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置的示意圖；圖2A～2C是描述在涉及所述示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置中的周期性構(gòu)造體的制造例的示意圖；圖3A～3B是顯示在涉及所述示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置中使移動(dòng)性顆粒在周期性構(gòu)造體的空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部局域化的例子的示意圖，其中圖3A顯示了移動(dòng)性顆粒已經(jīng)進(jìn)入空隙結(jié)構(gòu)的例子，圖3B顯示了移動(dòng)性顆粒已經(jīng)從空隙結(jié)構(gòu)逸出的例子；圖4是顯示將移動(dòng)性顆粒在涉及所述示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置(周期性構(gòu)造體)中局域化的例子的示意圖；圖5描述了布拉格(Bragg)定律；圖6描述了斯內(nèi)爾(Snell)定律；圖7是顯示面心型立方晶體的晶體結(jié)構(gòu)的示意圖；圖8是顯示涉及另一個(gè)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置的示意圖；和圖9是顯示涉及另一個(gè)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面將對(duì)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的優(yōu)選的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。在所有附圖中具有實(shí)質(zhì)相同的功能的部件用相同的附圖標(biāo)記表示，并省略對(duì)其的重復(fù)說明。
圖1是顯示根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置的示意圖。如圖1中所示，根據(jù)該示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置具有彼此面向的透明基板10和背面基板(back substrate)12，其中通過隔離件22在兩個(gè)基板之間提供預(yù)定間隙。光學(xué)裝置具有一對(duì)電極，即，第一電極14和第二電極16。此外，光學(xué)裝置具有作為多色顯示材料用組合物的周期性構(gòu)造體18和分散介質(zhì)20。將第一電極14、第二電極16、周期性構(gòu)造體18和分散介質(zhì)20布置在透明基板10與背面基板12之間的間隙內(nèi)。此外，在分散介質(zhì)20中，將電荷移動(dòng)性顆粒20A分散作為移動(dòng)性顆粒。
使周期性構(gòu)造體18與層狀第一電極14接觸并將其與第一電極14起布置在背面基板12的表面上。另一方面，用分散介質(zhì)20填充基板間的間隙，所述分散介質(zhì)20與周期性構(gòu)造體18接觸并與布置在透明基板10的一個(gè)表面上的第二電極16接觸。
首先，將對(duì)周期性構(gòu)造體18進(jìn)行描述?？梢允褂玫闹芷谛詷?gòu)造體18是下述周期性構(gòu)造體，所述構(gòu)造體具有周期性結(jié)構(gòu)，其中將在大致光波長水平上具有不同折射率的兩個(gè)或兩個(gè)以上的區(qū)域以亞微米級(jí)進(jìn)行周期性配置，并且在一定條件下與可見光干涉從而顯示所述周期性構(gòu)造體特有的構(gòu)造色。當(dāng)然，在周期性構(gòu)造體18中，構(gòu)造體特有的構(gòu)造色可以為無色的或在可見區(qū)域中不存在構(gòu)造色，周期性構(gòu)造體18僅顯示其材料色。利用能夠改變平均折射率以使得構(gòu)造色到達(dá)可見區(qū)域的后述移動(dòng)性顆粒，使周期性構(gòu)造體18能夠顯示預(yù)定構(gòu)造色。被優(yōu)化以用于光學(xué)裝置的周期性構(gòu)造體18也稱為光子結(jié)晶構(gòu)造體。
周期性構(gòu)造體18的材料可以是有色的，或可以是無色的。當(dāng)周期性構(gòu)造體18的構(gòu)造色為無色時(shí)，或者由于因后述移動(dòng)性顆粒導(dǎo)致平均折射率變化從而使得構(gòu)造色顯示無色(或在可見區(qū)域之外)時(shí)，能夠顯示出周期性構(gòu)造體18的材料色。例如，當(dāng)周期性構(gòu)造體18的材料色是黑色(有色)時(shí)，當(dāng)構(gòu)造色在可見區(qū)域外時(shí)光學(xué)裝置能夠顯示黑色。另一方面，當(dāng)周期性構(gòu)造體18的材料色為透明(顯示無色)時(shí)，當(dāng)構(gòu)造色在可見區(qū)域外時(shí)光學(xué)裝置能夠使光線透過。
周期性構(gòu)造體18在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)從而使得電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)能夠進(jìn)入。該空隙結(jié)構(gòu)的例子包括例如多孔性構(gòu)造體。
周期性構(gòu)造體18的具體例子包括諸如膠狀晶體構(gòu)造體、微域構(gòu)造體和層狀構(gòu)造體等正型構(gòu)造體，和使用這些正型構(gòu)造體作為模具的負(fù)型構(gòu)造體。正型構(gòu)造體通過單位構(gòu)造體(如，顆粒)之間的間隙而具有空隙結(jié)構(gòu)(多孔性結(jié)構(gòu))。通過將被成型的材料充填入正型構(gòu)造體的單位構(gòu)造體(如顆粒)之間的間隙，然后除去結(jié)構(gòu)體，使負(fù)型構(gòu)造體具有空隙結(jié)構(gòu)(多孔性結(jié)構(gòu))。通過使電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)進(jìn)入構(gòu)造體之間的間隙中，或從構(gòu)造體之間的間隙中出來，能夠改變這些構(gòu)造體所特有的構(gòu)造色。
周期性構(gòu)造體18可以是電絕緣性的，或可以是導(dǎo)電性的。例如，當(dāng)周期性構(gòu)造體18也用作電極時(shí)所述構(gòu)造體至少在其表面上具有導(dǎo)電性。負(fù)型構(gòu)造體通常不具有導(dǎo)電性。因而，將其中負(fù)型構(gòu)造體的表面由導(dǎo)電材料被覆的正型構(gòu)造體，和通過用導(dǎo)電材料充填正型構(gòu)造體的單位構(gòu)造體(如顆粒)之間的間隙，然后除去構(gòu)造體所制得的負(fù)型構(gòu)造體(所謂的中空構(gòu)造體)用作負(fù)型構(gòu)造體。
移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)易于進(jìn)入空隙結(jié)構(gòu)中并易于從空隙結(jié)構(gòu)中出來，從而使得移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)能夠選擇性地布置在周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部。因而，空隙結(jié)構(gòu)(包括用于與外部連通的連通路徑)比預(yù)定尺寸更大。另外，周期性構(gòu)造體18的構(gòu)造色的顯示要求被周期性構(gòu)造體18反射的光的波長在可見光的范圍內(nèi)。
因而，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑可以為10nm～1000nm。如果形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑小于10nm或超過1000nm，被周期性構(gòu)造體18反射的光的波長實(shí)質(zhì)上在可見光區(qū)域之外，這會(huì)限制通過移動(dòng)性顆粒的活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的色彩變化。此外，連通路徑(空穴)必須存在于形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間，或存在于孔與外部之間，連通路徑(空穴)的長徑可以為1nm～1000nm。如果連通路徑(空穴)的長徑小于1nm，則顆粒的移動(dòng)會(huì)受限，如果超過1000nm，則多孔性構(gòu)造體的強(qiáng)度會(huì)降低。
使用掃描電子顯微鏡(SEM，商品名VE-9800，由Keyence Corp.制造)測定形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的尺寸，和形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的尺寸。
這里，作為膠狀晶體構(gòu)造體，存在兩種類型，一種是利用膠狀顆粒之間的排斥力進(jìn)行充填的松散充填型構(gòu)造體，另一種是將膠狀顆粒緊密充填的最密充填型構(gòu)造體。膠狀顆粒包括例如體積平均粒徑為10nm～1000nm的顆粒。該顆粒包括二氧化硅顆粒、聚合物顆粒(聚苯乙烯、聚酯、聚酰亞胺、聚烯烴、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜、尼龍、聚氨酯、聚氯乙烯和聚偏二氯乙烯)和諸如氧化鈦等無機(jī)顆粒。
可以通過例如乳化聚合、懸浮聚合、二階段鑄型聚合、化學(xué)氣相反應(yīng)法、電爐加熱法、熱等離子體法、激光加熱法、氣體中蒸發(fā)法、共沉淀法、均一沉淀法、化合物沉淀法、金屬醇鹽法、水熱合成法、溶膠凝膠法、霧化法、冷凍法和硝酸鹽分解法等制備該膠狀顆粒結(jié)晶構(gòu)造體。
此外，可以通過下述方法形成膠狀晶體構(gòu)造體通過重力沉淀法或涂布干燥法以自組織的方式使膠狀顆粒沉積在基板上；或利用電場或磁場的作用使膠狀顆粒沉積；或通過將基板浸沒于包含膠狀顆粒的分散介質(zhì)中并將基板取出而使膠狀顆粒沉積在基板上。
膠狀晶體構(gòu)造體的厚度為100nm～5mm，優(yōu)選為500nm～1mm。
此外，微域構(gòu)造體是具有數(shù)納米至亞微米的周期性構(gòu)造體的微域構(gòu)造體，所述構(gòu)造體可以通過使用例如其中不同種類的聚合物化學(xué)結(jié)合且不同種類的聚合物之間相互排斥的嵌段共聚物得到。作為嵌段共聚物，例如，可以舉出聚(苯乙烯-共-異戊二烯)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-共-丁二烯)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-共-乙烯基吡啶)嵌段共聚物和聚(苯乙烯-共-乙烯丙烯)嵌段共聚物，并可以使用多個(gè)重復(fù)單元。
例如，可以通過將溫度升至等于或高于流體溫度的溫度隨后冷卻以進(jìn)行固化，或者通過溶解在溶劑中隨后蒸發(fā)溶劑以進(jìn)行固化而制備該微域構(gòu)造體。
在微域構(gòu)造體中，各區(qū)域的折射率的差異優(yōu)選為0.1～10，所述區(qū)域的特征長度優(yōu)選為10nm～1000nm。
此外，層狀構(gòu)造體是液晶構(gòu)造體中的一種，其中分子膜以層狀堆疊并由于分子膜之間的排斥力而穩(wěn)定化。作為形成分子膜的材料，可以使用表面活性劑。
例如，可以通過例如使用表面活性劑，用多層雙分子膜在層間的反應(yīng)場中進(jìn)行的烷氧基硅烷的溶膠凝膠合成來制備該層狀構(gòu)造體。此外，其中使用由表面活性劑形成的六方相或逆六方相作為反應(yīng)場的方法也能夠獲得周期性構(gòu)造體。
在層狀構(gòu)造體中，各層的折射率的差異優(yōu)選為0.1～10，層間距優(yōu)選為10nm～1000nm。
此外，可以通過利用諸如氣相沉積法、濺射法、涂布法或拔出法(pulling up method)等薄層制備法將具有不同折射率的材料分層，從而獲得周期性構(gòu)造體。
制造作為周期性構(gòu)造體18的負(fù)型構(gòu)造體的被成型的材料的例子包括諸如熱固性樹脂、紫外線固化性樹脂、電子線固化性樹脂、聚酯、聚酰亞胺和聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸樹脂、聚苯乙烯及其衍生物、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、聚碳酸酯、聚醚砜、纖維素衍生物、氟類樹脂、硅類樹脂、環(huán)氧類樹脂和聚縮醛類樹脂。用于獲得導(dǎo)電性周期性構(gòu)造體18的導(dǎo)電材料的例子包括炭材料、諸如銅、鋁、銀、金、鎳和鉑等金屬、諸如氧化錫和銦錫氧化物(ITO)等金屬氧化物、諸如聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚(1，2-亞乙烯基亞苯)、多并苯和聚乙炔等導(dǎo)電聚合物。在這些實(shí)例中，可以使用炭材料，這是因?yàn)椴牧系脑呛谏?，從而能夠改善所得的?gòu)造色的對(duì)比度。
當(dāng)使用聚合物作為構(gòu)成作為周期性構(gòu)造體18的負(fù)型構(gòu)造體(中空構(gòu)造體)的被成型的材料(包含導(dǎo)電材料)時(shí)，可以為光學(xué)裝置提供撓性(可撓性，可彎曲性)。
當(dāng)為周期性構(gòu)造體18的正型構(gòu)造體提供導(dǎo)電性時(shí)，通過利用例如電鍍或電解聚合等通過用導(dǎo)電材料被覆膠狀晶體構(gòu)造體、微域構(gòu)造體或?qū)訝顦?gòu)造體的表面，可以制備正型構(gòu)造體。被覆導(dǎo)電材料前體之后，可以應(yīng)用諸如燒結(jié)等過程以形成導(dǎo)電材料。
通過利用例如電鍍或電解聚合用被成型的材料(包含導(dǎo)電材料)充填膠狀晶體構(gòu)造體、微域構(gòu)造體或?qū)訝顦?gòu)造體中的空隙，然后除去構(gòu)造體，可以制備周期性構(gòu)造體18的負(fù)型構(gòu)造體(中空構(gòu)造體)。可以通過涂布或充填被成型的材料(包含導(dǎo)電材料)的前體，然后應(yīng)用諸如燒結(jié)等過程來制備被成型的材料(包含導(dǎo)電材料)。
具體地，例如如圖2中所示，制備例如由二氧化硅顆粒構(gòu)成的膠狀晶體構(gòu)造體30(圖2A)，之后在膠狀晶體構(gòu)造體30的表面上和間隙(顆粒間隙)內(nèi)涂布并充填諸如糠醇樹脂等導(dǎo)電材料前體隨后進(jìn)行燒結(jié)，從而充填作為導(dǎo)電材料32的難以石墨化的炭(圖2B)。然后，當(dāng)用氫氟酸蝕刻膠狀晶體構(gòu)造體30以將其除去時(shí)，形成形狀與膠狀晶體構(gòu)造體30一樣的間隙34(圖2C)。因而，能夠制備由導(dǎo)電材料32構(gòu)成的負(fù)型周期性構(gòu)造體18。
此外，作為周期性構(gòu)造體18，可以應(yīng)用將負(fù)型構(gòu)造體(中空構(gòu)造體)粉碎而得到的顆粒群。當(dāng)將負(fù)型構(gòu)造體粉碎時(shí)，可以使歸因于周期性構(gòu)造體自身的可見光的干涉隨機(jī)化，結(jié)果，來源于周期性結(jié)構(gòu)的構(gòu)造色對(duì)視野角的依賴性得到改善。負(fù)型構(gòu)造體的粉碎進(jìn)行至來自周期性構(gòu)造體的構(gòu)造色不會(huì)消失的程度，即，周期性構(gòu)造體不會(huì)損壞的程度和可以為顆粒間提供預(yù)定間隙(多孔性固體構(gòu)造體)的程度。具體地，將負(fù)型構(gòu)造體粉碎以使作為代表顆粒大小的特征值的數(shù)均粒徑約為100nm～5mm。
當(dāng)選擇材料以使周期性構(gòu)造體18與分散介質(zhì)20之間的折射率的差異較大時(shí)，將周期性構(gòu)造體18進(jìn)行細(xì)分，或使周期性構(gòu)造體18的厚度變薄，構(gòu)造色對(duì)視野角的依賴性可以得到改善。
具體地，周期性構(gòu)造體18與分散介質(zhì)20之間的折射率的差異例如可以約為0.1～10。可以使用Abbe折射率計(jì)得到各折射率。
此外，周期性構(gòu)造體18的細(xì)分例如可以應(yīng)用于一邊為10μm～5mm的正方形的各像素。此外，周期性構(gòu)造體18的厚度為500nm～5mm。
下面，將對(duì)作為移動(dòng)性顆粒的電荷移動(dòng)性顆粒20A進(jìn)行說明?？梢岳秒妶?電壓)的作用使電荷移動(dòng)性顆粒20A移動(dòng)。電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)能夠通過進(jìn)入周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)中改變平均折射率從而改變構(gòu)造色。
當(dāng)電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)分散在分散介質(zhì)中時(shí)其具有不會(huì)使光散射的尺寸(或具有使其中已分散有移動(dòng)性顆粒的分散介質(zhì)無色并具有光學(xué)透明性的尺寸)，并且能夠進(jìn)入周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)中。更具體地，體積平均粒徑優(yōu)選為1nm～1μm，更優(yōu)選為5nm～500nm，進(jìn)而優(yōu)選為10nm～100nm。在圖中，以易于理解的方式表示電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)。
通過激光衍射散射法測定體積加權(quán)平均粒徑，其中用激光照射顆粒群，并根據(jù)所產(chǎn)生的散射光的衍射和強(qiáng)度分布圖案確定平均粒徑。使用動(dòng)態(tài)光散射粒徑分布測定儀(商品名LB-550，由(株)堀場制作所制造)在25℃進(jìn)行測定。使用透射電子顯微鏡(商品名HD-2300，由HitachiHigh-Technologies Corporation.制造)測定金屬納米顆粒。
電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)可以為在表面上或內(nèi)部具有電荷的顆粒。所述顆粒的例子包括諸如金、銀、銅、鋁、鎳和鉑等金屬顆粒；諸如二氧化硅、氧化鈦和氧化鋅等無機(jī)顆粒；諸如聚苯乙烯、丙烯酸樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、氟類樹脂和硅酮類樹脂等聚合物顆粒；以及諸如蛋白質(zhì)等天然顆粒。這些顆粒的表面可以用官能團(tuán)進(jìn)行改性以獲得有利特征。這些官能團(tuán)可以吸附在已經(jīng)添加有表面活性劑的電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)的表面上。用于對(duì)電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)的表面進(jìn)行改性的官能團(tuán)的例子包括氨基、銨基、鹵素基團(tuán)、羥基、羧基、磺酸基、磷酸酯基、酰胺基和硫醇基。可以通過將材料組合形成芯-殼構(gòu)造體。
電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)的濃度(重量比)隨周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)的體積改變，并且相對(duì)于分散介質(zhì)20，優(yōu)選為0.01重量％～70重量％，更優(yōu)選為0.05重量％～50重量％，更優(yōu)選為0.1重量％～20重量％。如果電荷移動(dòng)性顆粒20A(包括移動(dòng)性顆粒)的濃度過低，則該顆粒不能充分地有助于周期性構(gòu)造體18的構(gòu)造色的變化，如果濃度過高，則一些顆粒不能進(jìn)入周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)中。
電荷移動(dòng)性顆粒20A的優(yōu)選例子具體包括金屬納米顆粒，優(yōu)選例子包括選自金、銀、氧化鈦、二氧化硅和氧化鋅的至少一種顆粒。
在示例性實(shí)施方式中，將電荷移動(dòng)性顆粒20A用作移動(dòng)性顆粒，移動(dòng)性顆粒的其他例子包括磁性移動(dòng)性顆粒。磁性移動(dòng)性顆粒通過磁力作用(磁電泳法)發(fā)生移動(dòng)，其例子包括諸如赤鐵礦、磁赤鐵礦和鐵氧體等鐵氧化物，和包含其他金屬氧化物的其他鐵氧化物；諸如Fe、Co和Ni等金屬，和這些金屬與諸如Al、Co、Cu、Pb、Mg、Ni、Sn、Zn、Sb、Be、Bi、Cd、Ca、Mn、Se、Ti、W和V等金屬的合金；以及它們的混合物。更具體地，包括四氧化三鐵(Fe3O4)、三氧化二鐵(γ-Fe2O3)、氧化鐵鋅(ZnFe2O4)、氧化釔鐵(Y3Fe5O12)、氧化鎘鐵(CdFe2O4)、氧化釓鐵(Gd3Fe5O12)、氧化銅鐵(CuFe2O4)、氧化鉛鐵(PbFe12O19)、氧化鎳鐵(NiFe2O4)、氧化釹鐵(NdFe2O3)，氧化鋇鐵(BaFe12O19)、氧化鎂鐵(MgFe2O4)、氧化錳鐵(MnFe2O4)、氧化鑭鐵(LaFeO3)、鐵粉(Fe)、鈷粉(Co)和鎳粉(Ni)。本發(fā)明中的磁性材料至少包含磁鐵，并根據(jù)需要可以包含選自上述磁性材料的任意一種或多種磁性材料。
這些磁性移動(dòng)性顆粒的表面可以用官能團(tuán)進(jìn)行改性以獲得有利特征。這些官能團(tuán)可以吸附在已經(jīng)添加有表面活性劑的表面上。用于對(duì)所述表面進(jìn)行改性的官能團(tuán)的例子包括氨基、銨基、鹵素基團(tuán)、羥基、羧基、磺酸基、磷酸酯基、酰胺基和硫醇基。可以通過其他材料形成芯-殼構(gòu)造體。
當(dāng)將磁性顆粒用作移動(dòng)性顆粒時(shí)，諸如電磁鐵、鐵氧體磁鐵、釹磁體、釤鈷磁體、鋁鎳鈷磁體、磁性橡膠和帽磁體(cap magnet)等磁性產(chǎn)生部可以用作選擇配置部。
下面，將對(duì)分散介質(zhì)20進(jìn)行說明。分散介質(zhì)20是用于分散電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)的介質(zhì)。分散介質(zhì)20包括水、有機(jī)溶劑(例如，諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、乙二醇和丙二醇等醇類；諸如丙酮和甲基乙基酮等酮類；醚；以及酯、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亞砜、乙腈、碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、四氫呋喃和吡咯烷酮衍生物)、油類(例如，脂肪族或芳香族有機(jī)溶劑，以及硅油)、離子液體(例如，1-乙基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-乙基-3-乙基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-乙基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-己基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-己基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-辛基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-辛基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-辛基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-癸基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-癸基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-癸基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-癸基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-癸基-3-甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-癸基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓溴化物、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓氯化物、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-十二烷基-3-甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-乙基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-己基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-辛基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-癸基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓氯化物、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓乳酸鹽、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓溴化物四氟硼酸鹽、1-十二烷基-2，3-二甲基咪唑鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-乙基吡啶鎓溴化物、1-乙基吡啶鎓氯化物、1-乙基吡啶鎓乳酸鹽、1-乙基吡啶鎓六氟磷酸鹽、1-乙基吡啶鎓四氟硼酸鹽、1-乙基吡啶鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-丁基吡啶鎓溴化物、1-丁基吡啶鎓氯化物、1-丁基吡啶鎓乳酸鹽、1-丁基吡啶鎓六氟磷酸鹽、1-丁基吡啶鎓四氟硼酸鹽、1-丁基吡啶鎓三氟甲烷磺酸鹽、1-己基吡啶鎓溴化物、1-己基吡啶鎓氯化物、1-己基吡啶鎓乳酸鹽、1-己基吡啶鎓六氟磷酸鹽、1-己基吡啶鎓四氟硼酸鹽和1-己基吡啶鎓三氟甲烷磺酸鹽)。特別地，離子液體可以用作分散介質(zhì)20中的溶劑。與其他溶劑相比，離子液體具有特別低的揮發(fā)性；因而，光學(xué)裝置能夠長時(shí)間地穩(wěn)定。
下面，將對(duì)電極進(jìn)行說明。作為用作選擇配置部(電場施加部)的第一電極14和第二電極16的構(gòu)成材料，可以使用由炭材料、金屬(銅、鋁、銀、金、鎳、鉑等)、金屬氧化物(氧化錫、氧化錫-氧化銦(ITO)等)、導(dǎo)電性聚合物(聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚(1，2-亞乙烯基亞苯)、多并苯、聚乙炔等)和由導(dǎo)電性聚合物與金屬或金屬氧化物的顆粒制成的復(fù)合材料形成的電極。
選擇配置部(電場施加部)并不限于電極，而可以是由導(dǎo)電性材料構(gòu)成的部件。例如，可以舉出諸如鈦、釩、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鍺、銀、鎘或銦等金屬；諸如聚乙炔、聚對(duì)亞苯基、聚甲基噻吩、聚吡咯、聚苯胺或聚(1，2-亞乙烯基亞苯)等導(dǎo)電性聚合物；其中將金屬顆?；蛱款w粒與聚合物基質(zhì)混合以提供導(dǎo)電性的樹脂，或炭材料。
作為透明基板10和背面基板12的構(gòu)成材料，可以使用由聚酯、聚酰亞胺、聚烯烴、諸如聚(甲基)丙烯酸樹脂等丙烯酸樹脂、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚醚砜、尼龍、聚氨酯、聚氯乙烯或聚偏二氯乙烯形成的膜或平面型基板、板型基板、玻璃基板、金屬、金屬膜或陶瓷。特別地，當(dāng)將可彎曲的膜基板用作透明基板10和背面基板12時(shí)，可以獲得具有撓性(可撓性，可彎曲性)的光學(xué)裝置。
背面基板12可以是有色的，或可以具有有色材料(例如，附著于基板表面上的有色膜)。例如，當(dāng)周期性構(gòu)造體18的材料色透明(不顯示色彩)并且構(gòu)造色在可見區(qū)域之外時(shí)，周期性構(gòu)造體18使光線透過，這使得顯示背面基板12的顏色或其有色材料的顏色。因而，例如，通過使用黑色背面基板12或黑色的有色材料能夠顯示僅通過改變周期性構(gòu)造體18的構(gòu)造色而很難產(chǎn)生的黑色。在示例性實(shí)施方式中，有色材料也可以用作電極14。
例如，隔離件22可以由樹脂、金屬氧化物或玻璃制成。此外，盡管對(duì)隔離件22不作具體限定，但布置該隔離件以使基板間的間隙充分且均勻，從而維持能夠布置電絕緣性液體、周期性構(gòu)造體18和分散介質(zhì)20的間隙。
對(duì)隔離件22的形狀不作具體限定，只要所述隔離件能夠穩(wěn)定維持間隙即可。例如，可以使用具有諸如球形、立方體或柱形等獨(dú)立形狀的隔離件。
另外，除了上述構(gòu)成元件之外，根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置還配有諸如表面保護(hù)層、濾色器層、UV吸附層、防反射層、配線、電路、IC(集成電路)、LSI(大規(guī)模集成電路)和電源等構(gòu)成元件。
每一種構(gòu)成元件都是由甚至在施加電場的電壓下也不分解的或惰性的材料構(gòu)成。
在如上述所構(gòu)成的示例性實(shí)施方式中，通過向作為電場施加部的一對(duì)電極(第一電極14和第二電極16)施加電壓，根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置向周期性構(gòu)造體18施加電場。電場使得電荷移動(dòng)性顆粒20A進(jìn)入周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)18A中(見圖3(A))。進(jìn)入的電荷移動(dòng)性顆粒20A改變了平均折射率從而將顏色從周期性構(gòu)造體18所特有的構(gòu)造色變?yōu)槠渌伾?br> 另一方面，當(dāng)將與上述電壓相反的電壓施加至一對(duì)電極(第一電極14和第二電極16)時(shí)，為周期性構(gòu)造體18提供了與上述電場相反的電場。該相反的電場將電荷移動(dòng)性顆粒20A從周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)18A中逐出(見圖3(B))。電荷移動(dòng)性顆粒20A從周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)18A中除去使平均折射率發(fā)生變化從而將顏色變?yōu)橹芷谛詷?gòu)造體所特有的構(gòu)造色。
因而，借助移動(dòng)性顆粒20A來改變平均折射率能夠使顏色發(fā)生變化，并且通過電荷移動(dòng)性顆粒20A的豐度比可以對(duì)顏色進(jìn)行控制，這是因?yàn)槠骄凵渎时回S度比所改變。利用施加的電場強(qiáng)度(所施加的電壓、電流量)和時(shí)間可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)豐度比。
電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)的豐度比是指電荷移動(dòng)性顆粒20A存在于周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)的單位體積內(nèi)的比率(存在于空隙結(jié)構(gòu)的單位體積內(nèi)的顆粒的體積)。
也可以通過使電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)在周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部局域化來進(jìn)行多色顯示。例如，如圖4中所示，當(dāng)使電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)僅進(jìn)入層狀周期性構(gòu)造體18的下部(背面基板側(cè))的空隙結(jié)構(gòu)中從而在周期性構(gòu)造體18的厚度方向上使所述顆粒局域化時(shí)，構(gòu)造色僅在電荷移動(dòng)性顆粒20A已進(jìn)入的區(qū)域A中發(fā)生變化，而不存在電荷移動(dòng)性顆粒20A的區(qū)域B則顯示周期性構(gòu)造體18特有的構(gòu)造色。因而，將區(qū)域A中變化的構(gòu)造色和區(qū)域B中周期性構(gòu)造體18特有的構(gòu)造色混合以顯示各種顏色。例如，可以通過增大周期性構(gòu)造體18的厚度，或使分散在分散介質(zhì)20中的電荷移動(dòng)性顆粒20A的總量減少至小于(例如，約為一半)周期性構(gòu)造體18的空隙結(jié)構(gòu)的總體積，能夠?qū)崿F(xiàn)使電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)僅進(jìn)入層狀周期性構(gòu)造體的下部(背面基板側(cè))的空隙結(jié)構(gòu)中。
下面，將以膠狀晶體構(gòu)造體作為例子對(duì)周期性構(gòu)造體18顯示構(gòu)造色的機(jī)制，和通過使電荷移動(dòng)性顆粒20A(移動(dòng)性顆粒)進(jìn)入周期性構(gòu)造體的空隙結(jié)構(gòu)中來進(jìn)行顏色控制的機(jī)制進(jìn)行說明。
首先，如圖5中所示，可以將用于利用截面X射線衍射的晶體結(jié)構(gòu)分析的布拉格定律(下式1)應(yīng)用于由膠狀結(jié)晶構(gòu)造體造成的可見光的干涉的機(jī)制。
mλ＝2l cosθ (1)在式1中，m、λ、l和θ各自表示常數(shù)、光的波長、晶格常數(shù)和入射角。然而，根據(jù)X射線衍射的方法不適用于膠狀晶體構(gòu)造體中的干涉，這是因?yàn)椴ㄩL與對(duì)象物的尺度的比例間存在較大差異。即，由于膠狀晶體構(gòu)造體的大小與可見光的波長基本相同，因此必須考慮折射率。
因而，如圖6中所示，當(dāng)nair和ncry各自表示空氣的折射率和膠狀晶體構(gòu)造體的折射率時(shí)，以角α碰撞膠狀結(jié)晶構(gòu)造體的光的波長(λair)與在角θ由膠狀晶體構(gòu)造體折射的光的波長(λcry)之間的關(guān)系可以由式(2)表示(斯內(nèi)爾定律)。
sinαsinθ=ncrynair=λairλcry---(2)]]>此外，如圖7中所示，由于膠狀晶體構(gòu)造體具有從能量角度考慮最穩(wěn)定的面心型立方晶體的(111)面作為表面層(圖7中的ACF面和hdfa面)，因此當(dāng)膠狀顆粒的粒徑(體積平均粒徑)由D表示，晶格常數(shù)由式(2’)表示，并且當(dāng)將式(1)和式(2)相加時(shí)，可以得到式(3)。
l=2/3D---(2')]]>λ=2(23)1/2D[(navenair)2-sin2α]1/2---(3)]]>(nave2＝nair2φair+ncry2φcolloid)這里，在式(3)中，nair和ncry各自表示空氣的折射率和膠狀顆粒的折射率，φair和φcolloid各自表示空氣和膠狀顆粒的體積分?jǐn)?shù)。當(dāng)λ在可見光(400nm～800nm)范圍內(nèi)時(shí)，可以察覺到構(gòu)造色。
當(dāng)將該膠狀晶體構(gòu)造體在結(jié)構(gòu)上控制在納米級(jí)并且在其中混入周期性構(gòu)造體至光的波長的程度時(shí)，可以控制構(gòu)造色。通過將移動(dòng)性顆粒的折射率引入式(3)中可以由式(4)表示由最密充填型膠狀晶體構(gòu)造體得到的反射波長。
λ=2(23)1/2D[(n*avensolution)2-sin2α]1/2---(4)]]>(n*ave2＝nsolution2φcry+nPC2φair+nparticle2φparticle)在式(4)中，nsolution、nPC和nparticle各自表示分散介質(zhì)、膠狀晶體構(gòu)造體和移動(dòng)性顆粒的折射率，φparticle表示移動(dòng)性顆粒的體積分?jǐn)?shù)。此外，φcry等于φcolloid。當(dāng)忽視膠狀晶體構(gòu)造體的視野角時(shí)(例如，當(dāng)視野角的依賴性可以根據(jù)上述方法得到改善時(shí)，可以忽視視野角)，可以將式(4)改寫為式(5)。
λ=2(23)1/2D(n*avensolution)---(5)]]>式(5)表示膠狀晶體構(gòu)造體的構(gòu)造色被移動(dòng)性顆粒改變，并且還表示顏色由移動(dòng)性顆粒的量(豐度比)控制。
因而，利用根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置可以顯示多種顏色，進(jìn)而，使具有存儲(chǔ)特性的顯示成為可能。此外，顯示多種顏色時(shí)，由于多色顯示用光學(xué)組合物的大小不會(huì)發(fā)生變化，因此易于進(jìn)行每個(gè)像素的顯示。另外，不需要諸如濾色器等任何第三部件。
在根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置中，對(duì)使作為電場施加部的第一電極14和第二電極16與作為多色顯示材料用組合物的周期性構(gòu)造體18和分散介質(zhì)20接觸的方式進(jìn)行說明。然而，只要第一電極14和第二電極16能夠向周期性構(gòu)造體18施加電場，則可以采用非接觸式布置上述電極。例如，如圖8中所示，可以將第一電極14和第二電極16分別布置在透明基板10和背面基板12的外表面(彼此不面向的面)。
此外，在根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置中，對(duì)單獨(dú)布置作為電場施加部的第一電極14的方式進(jìn)行說明。然而，如圖9中所示，周期性構(gòu)造體18也可以用作第一電極14。因而，可以節(jié)省空間。
此外，根據(jù)示例性實(shí)施方式的光學(xué)裝置描述了最小單元(一個(gè)像素單元)的構(gòu)成。然而，當(dāng)在基質(zhì)中排列最小單元時(shí)，易于進(jìn)行彩色顯示。
實(shí)施例下面，將參考實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。然而，本發(fā)明的范圍絕不限于這些實(shí)施例。在實(shí)施例中，制備具有與圖1中所示的光學(xué)裝置相同構(gòu)成的光學(xué)裝置并對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)。
實(shí)施例1使用體積平均粒徑為300nm的單分散二氧化硅顆粒(商品名SEAHOSTAR KE-W30，由(株)日本觸媒制造)的乙醇懸浮液通過浸涂法在具有平滑表面的硅基板上制備最密充填型膠狀晶體。以0.8μm/s的速度將基板抽出，制備的膠狀晶體的厚度為10μm。所得的最密充填型膠狀晶體顯示出它們的構(gòu)造色(藍(lán)色)，并用掃描電子顯微鏡(SEM)進(jìn)行觀察以確認(rèn)它們形成了具有(1，1，1)面作為表面層的面心立方晶格。
下面，使用膠狀晶體構(gòu)造體作為模具，將糠醇樹脂充填入構(gòu)造體的顆粒間隙中，在1000℃的溫度進(jìn)行燒結(jié)，并用氫氟酸蝕刻二氧化硅膠狀晶體構(gòu)造體以獲得由厚度為5μm的炭構(gòu)成的炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體負(fù)型構(gòu)造體)。所得的炭構(gòu)造體顯示其構(gòu)造色(藍(lán)色)。通過SEM觀測發(fā)現(xiàn)所述構(gòu)造體是在其中形成了與二氧化硅膠狀晶體構(gòu)造體的形狀相同的空隙結(jié)構(gòu)的多孔性構(gòu)造體，并且所有的孔彼此連接。形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑為300nm，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的長徑為90nm。
通過將金納米顆粒(體積平均粒徑15nm)分散在作為分散介質(zhì)的水中制備含有金納米顆粒的溶液。金納米顆粒在溶液中的濃度為0.1重量％。
使用銀膏粘合劑將所得的炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)粘附在上面已經(jīng)形成了ITO電極的彼此面向的基板中的一個(gè)基板上，在向其中充填含有金納米顆粒的溶液后，將四周密封以制備光學(xué)裝置(見圖1)。
使用已經(jīng)附著有炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陰極，另一電極作為陽極，向光學(xué)裝置施加電壓；炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域，變成炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(黑色)。這表明金納米顆粒遷移至炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例2通過將二氧化硅納米顆粒(體積平均粒徑5nm)分散在作為分散介質(zhì)的水中制備含有二氧化硅納米顆粒的溶液。二氧化硅納米顆粒在溶液中的濃度為10重量％。
除了使用含有二氧化硅納米顆粒的溶液以外，用與實(shí)施例1中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陽極，另一電極作為陰極，向光學(xué)裝置施加電壓；炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域，變成炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(黑色)。這表明通過因二氧化硅納米顆粒遷移至炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例3通過將氧化鈦納米顆粒(體積平均粒徑5nm，商品名Super Titania，由昭和電工(株)制造)分散在作為分散介質(zhì)的水中制備含有氧化鈦納米顆粒的溶液。氧化鈦納米顆粒在溶液中的濃度為5重量％。
除了使用含有氧化鈦納米顆粒的溶液以外，用與實(shí)施例1中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陽極，另一電極作為陰極，向光學(xué)裝置施加電壓；炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域，變成炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(黑色)。這表明通過因氧化鈦納米顆粒遷移至炭構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例4使用體積平均粒徑為300nm的單分散聚苯乙烯顆粒(商品名EstapolES-K030，由Merck & Co.，Inc.制造)的乙醇懸浮液通過浸涂法在ITO基板上制備最密充填型膠狀晶體。以0.5μm/s的速度將基板抽出，制備的膠狀晶體的厚度為10μm。所得的最密充填型膠狀晶體顯示出它們的構(gòu)造色(綠色)，并用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察晶體以確認(rèn)它們形成了具有(1，1，1)面作為表面層的面心立方晶格。
使用膠狀晶體構(gòu)造體作為模具，通過浸涂法將SiO2顆粒的水性懸浮液(SiO2體積平均粒徑6nm，濃度10重量％，商品名Cataloid，由觸媒化成工業(yè)(株)制造)充填入構(gòu)造體的顆粒間隙中，并在500℃的溫度燒結(jié)1小時(shí)以除去膠狀晶體構(gòu)造體并得到厚度為5μm的二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體負(fù)型構(gòu)造體)。所得的二氧化硅構(gòu)造體顯示其構(gòu)造色(藍(lán)色)。通過SEM觀測發(fā)現(xiàn)所述構(gòu)造體是在其中形成了與聚苯乙烯膠狀晶體構(gòu)造體的形狀相同的空隙結(jié)構(gòu)的多孔性構(gòu)造體，并且所有的孔彼此連接。形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑為300nm，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的長徑為90nm。
除了使用二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)以外，用與實(shí)施例2中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陽極，另一電極作為陰極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域變成二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(透明)，并顯示背面色。這表明通過因二氧化硅顆粒遷移至二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例5除了使用與實(shí)施例4中相同的方式得到的二氧化硅構(gòu)造體以外，用與實(shí)施例1中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陰極，另一電極作為陽極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域變成二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(透明)，并顯示背面色。這表明通過因金納米顆粒遷移至二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例6除了使用與實(shí)施例4中相同的方式得到的二氧化硅構(gòu)造體以外，用與實(shí)施例3中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陽極，另一電極作為陰極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，構(gòu)造色移出可見區(qū)域變成二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的材料色(透明)，并顯示背面色。這表明通過因氧化鈦納米顆粒遷移至二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的空隙中從而改變了折射率可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的色彩控制。
實(shí)施例7使用體積平均粒徑為400nm的單分散聚苯乙烯顆粒(商品名EstapolES-K040，由Merck & Co.，Inc.制造)的乙醇懸浮液通過浸涂法在ITO基板上制備最密充填型膠狀晶體。以低至0.5μm/s的速度將基板抽出，所制備的膠狀晶體的厚度深達(dá)200μm。所得的最密充填型膠狀晶體顯示出它們的構(gòu)造色(紅色)，并用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)其進(jìn)行觀察以確認(rèn)它們形成了具有(1，1，1)面作為表面層的面心立方晶格。
使用膠狀晶體構(gòu)造體作為模具，通過浸涂法將SiO2顆粒(SiO2體積平均粒徑6nm)的水性懸浮液充填入構(gòu)造體的顆粒間隙中，并在500℃的溫度燒結(jié)1小時(shí)以除去膠狀晶體構(gòu)造體并得到厚度為15μm的二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體負(fù)型構(gòu)造體)。所得的二氧化硅構(gòu)造體顯示其構(gòu)造色(紅色)。通過SEM觀測發(fā)現(xiàn)所述構(gòu)造體是在其中形成了與聚苯乙烯膠狀晶體構(gòu)造體的形狀相同的空隙結(jié)構(gòu)的多孔性構(gòu)造體，并且所有的孔彼此連接。形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑為400nm，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的長徑為100nm。
除了使用二氧化硅構(gòu)造體以外，用與實(shí)施例2中相同的方式制備光學(xué)裝置。
使用已經(jīng)附著有二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)側(cè)上的ITO電極作為陽極，另一電極作為陰極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體)的構(gòu)造色連續(xù)從紅色→黃色→橙色→品紅色發(fā)生變化。這是因?yàn)槎趸杓{米顆粒僅進(jìn)入了厚二氧化硅構(gòu)造體的空隙結(jié)構(gòu)的下部，這顯示出了二氧化硅構(gòu)造體的構(gòu)造色與被二氧化硅納米顆粒改變的構(gòu)造色的混合色。這表明可以顯示出混合色。
實(shí)施例8使以與實(shí)施例4中相同的方式得到的上面層積有二氧化硅構(gòu)造體的ITO玻璃基板電極與未處理的ITO玻璃基板電極彼此面對(duì)，向其中充填含有氧化鈦納米顆粒的溶液后，將四周密封。在裝置的背面上，制備具有黑色基板的光學(xué)裝置。
使用二氧化硅構(gòu)造體層積電極側(cè)作為陰極，另一電極作為陽極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體電極的構(gòu)造色連續(xù)從藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)繼續(xù)施加電壓時(shí)，二氧化硅構(gòu)造體電極的構(gòu)造色移出可見區(qū)域而變得透明，并顯示背面色。當(dāng)電壓反轉(zhuǎn)時(shí)，顏色變化的順序也發(fā)生反轉(zhuǎn)并由黑色→紅色→黃色→綠色→藍(lán)色變化。這表明所述現(xiàn)象是可逆的。更具體地，構(gòu)造體電極的構(gòu)造色和背面色的顯示是可逆的。
實(shí)施例9使用體積平均粒徑為200nm的聚苯乙烯顆粒(商品名EstapolES-K020，由Merck & Co.，Inc.制造)作為成型顆粒，使以與實(shí)施例4中相同的方式得到的上面層積有二氧化硅構(gòu)造體的ITO玻璃基板電極與未處理的ITO玻璃基板電極彼此面對(duì)，向其中充填含有氧化鈦納米顆粒的溶液后，將四周密封。在裝置的背面上，制備具有黑色基板的光學(xué)裝置。此時(shí)光學(xué)裝置中二氧化硅構(gòu)造體的構(gòu)造色是透明的，這是因?yàn)槠湓诳梢姽鈪^(qū)域之外，并且顯示出背面黑色。通過SEM觀測發(fā)現(xiàn)所述構(gòu)造體是在其中形成了與聚苯乙烯膠狀晶體構(gòu)造體的形狀相同的空隙結(jié)構(gòu)的多孔性構(gòu)造體，并且所有的孔彼此連接。形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑為200nm，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的長徑為70nm。
使用二氧化硅構(gòu)造體層積電極側(cè)作為陰極，另一電極作為陽極，向光學(xué)裝置施加電壓；二氧化硅構(gòu)造體電極的構(gòu)造色連續(xù)從黑色→藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。當(dāng)電壓反轉(zhuǎn)時(shí)，顏色變化的順序也發(fā)生反轉(zhuǎn)并由紅色→黃色→綠色→藍(lán)色→黑色變化。這表明所述現(xiàn)象是可逆的。更具體地，構(gòu)造體電極的構(gòu)造色和背面色的顯示是可逆的。
實(shí)施例10使用體積平均粒徑為300nm的單分散聚苯乙烯顆粒(商品名EstapolES-K030，由Merck & Co.，Inc.制造)的乙醇懸浮液通過浸涂法在ITO基板上制備最密充填型膠狀晶體。以0.5μm/s的速度將基板抽出，所制備的膠狀晶體的厚度為10μm。所得的最密充填型膠狀晶體顯示出它們的構(gòu)造色(綠色)，并用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)其進(jìn)行觀察以確認(rèn)它們形成了具有(1，1，1)面作為表面層的面心立方晶格。
使用膠狀晶體構(gòu)造體作為模具，通過浸涂法將SiO2顆粒的水性懸浮液(SiO2體積平均粒徑6nm，濃度10重量％，商品名Cataloid，由觸媒化成工業(yè)(株)制造)充填入構(gòu)造體的顆粒間隙中，并在500℃的溫度燒結(jié)1小時(shí)以除去膠狀晶體構(gòu)造體并得到厚度為5μm的二氧化硅構(gòu)造體(周期性構(gòu)造體負(fù)型構(gòu)造體)。所得的二氧化硅構(gòu)造體顯示其構(gòu)造色(藍(lán)色)。通過SEM觀測發(fā)現(xiàn)所述構(gòu)造體是在其中形成了與聚苯乙烯膠狀晶體構(gòu)造體的形狀相同的空隙結(jié)構(gòu)的多孔性構(gòu)造體，并且所有的孔彼此連接。形成空隙結(jié)構(gòu)的孔的長徑為300nm，形成空隙結(jié)構(gòu)的孔之間或孔與外部之間的連通路徑(空穴)的長徑為90nm。
將所得的二氧化硅構(gòu)造體層積在玻璃基板上，并使所述玻璃基板與另一玻璃基板彼此面對(duì)。向其中充填含有順磁性金屬氧化物(鐵氧體)納米顆粒的溶液后，將四周密封以制備光學(xué)裝置。
當(dāng)使永久磁鐵接近光學(xué)裝置的二氧化硅構(gòu)造體時(shí)，二氧化硅構(gòu)造體的構(gòu)造色連續(xù)由藍(lán)色→綠色→黃色→紅色發(fā)生變化。這表明通過使磁性顆粒侵入二氧化硅構(gòu)造體的空隙中以改變折射率可以實(shí)現(xiàn)色彩的連續(xù)控制。
權(quán)利要求
1.一種多色顯示材料用組合物，該多色顯示材料用組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體；和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的多色顯示材料用組合物，其中所述周期性構(gòu)造體是多孔性構(gòu)造體。
3.如權(quán)利要求1所述的多色顯示材料用組合物，其中所述周期性構(gòu)造體的材料是有色的。
4.如權(quán)利要求1所述的多色顯示材料用組合物，其中所述周期性構(gòu)造體的材料是無色的。
5.如權(quán)利要求1所述的多色顯示材料用組合物，其中所述移動(dòng)性顆粒是金屬納米顆粒。
6.如權(quán)利要求5所述的多色顯示材料用組合物，其中所述金屬納米顆粒是選自金、銀、氧化鈦、二氧化硅和氧化鋅的至少一種金屬納米顆粒。
7.一種光學(xué)裝置，所述光學(xué)裝置包括一對(duì)基板；位于所述一對(duì)基板之間的多色顯示材料用組合物，其中所述組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體，和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒；和在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部選擇性布置所述移動(dòng)性顆粒的選擇配置部。
8.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述周期性構(gòu)造體是多孔性構(gòu)造體。
9.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述周期性構(gòu)造體的材料是有色的。
10.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述周期性構(gòu)造體的材料是無色的。
11.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述移動(dòng)性顆粒是金屬納米顆粒。
12.如權(quán)利要求11所述的光學(xué)裝置，其中所述金屬納米顆粒是選自金、銀、氧化鈦、二氧化硅和氧化鋅的至少一種金屬納米顆粒。
13.如權(quán)利要求7所述的光學(xué)裝置，其中所述一對(duì)基板中的一個(gè)基板是有色的或具有有色材料。
14.一種用于光學(xué)裝置的顯示方法，所述光學(xué)裝置包括一對(duì)基板；位于所述一對(duì)基板之間的多色顯示材料用組合物，其中所述組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體，和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒；和在所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部選擇性布置所述移動(dòng)性顆粒的選擇配置部，所述方法包括將所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，和將所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的外部。
15.如權(quán)利要求14所述的用于光學(xué)裝置的顯示方法，其中通過改變所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所述移動(dòng)性顆粒的豐度比進(jìn)行多色顯示。
16.如權(quán)利要求14所述的用于光學(xué)裝置的顯示方法，其中通過使所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)內(nèi)部的所述移動(dòng)性顆粒局域化進(jìn)行多色顯示。
17.如權(quán)利要求14所述的用于光學(xué)裝置的顯示方法，其中當(dāng)所述周期性構(gòu)造體的構(gòu)造色為無色時(shí)，或者當(dāng)由于所述移動(dòng)性顆粒移動(dòng)至所述周期性構(gòu)造體的所述空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部而導(dǎo)致所述周期性構(gòu)造體的構(gòu)造色顯示無色時(shí)，顯示所述周期性構(gòu)造體的材料色。
全文摘要
本發(fā)明提供多色顯示材料用組合物及其制造方法、光學(xué)裝置及其顯示方法。所述多色顯示材料用組合物包含在內(nèi)部具有與外部連通的空隙結(jié)構(gòu)的周期性構(gòu)造體；和選擇性地布置在所述周期性構(gòu)造體的空隙結(jié)構(gòu)的內(nèi)部或外部的移動(dòng)性顆粒。
文檔編號(hào)G02F1/21GK1971393SQ20061014848
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月21日
發(fā)明者中山大輔, 明石量磁郎 申請(qǐng)人:富士施樂株式會(huì)社