【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粒子を用いたスイッチング素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯情報端末に用いられるような薄型低消費電力の表示素子として、ツイストネマティック液晶（以下、ＴＮ液晶）表示素子や有機エレクトロルミネッセンス（以下、有機ＥＬ）素子などが知られている。
【０００３】
しかし、ＴＮ液晶表示素子では、電圧が印加されているときにのみ液晶分子の再配向が行われる。そのため、表示のための液晶駆動電力が恒常的に必要であり、無電力状態では画像保持は出来ない。また、有機ＥＬ素子においても電流あるいは電圧印加状態での発光を利用するため、ＴＮ液晶表示素子と同様に無電力状態での表示は不可能である。
【０００４】
それに対し、紙の代替となる表示素子が研究されてきた。これは、書き換え時にのみ電圧あるいは電流を必要とし、一度書き込んだ表示画像は、再度画像の書き換えを行うまで表示が保持される特性を有するものである。したがって、上述のＴＮ液晶表示素子や有機ＥＬ素子と異なり、画像保持に電力を必要としないので、電力の大幅な低減が可能になる。また、書き換え装置と、表示素子を取り外しできるようにすることによって、駆動回路を必要としない表示素子を実現することができる。
【０００５】
上記のような表示装置には通常、薄膜トランジスタが使用されている。これは、半導体層を用いてゲート電圧を印加することにより、スイッチングするものである。しかし、この薄膜トランジスタにはゲート電極形成、半導体層形成、ソース、ドレイン電極形成などの薄膜積層構造過程が必要であり、製造のリードタイム、コストの面で問題がある。また、薄膜形成には高真空を必要とする工程がほとんどである。コスト削減策として、例えば特開昭５４−３７６９８のように、半導体層にＴｅを用いることも提案されているが、薄膜プロセスが必要であることに変わりはない。したがって、紙代替としての表示装置としては非常に高価なものとなってしまう可能性がある。
【０００６】
さらに近年、常温プロセス、低コストプロセスとして、例えばインクジェットを用いて、ポリマーフィルムのような基板上にＴＦＴや電極を構成する方法（例えば、特開２０００−５８８８２１）が提案、検討されている。しかし、このトランジスタにおいては有機材料を用いるため、その移動度が低いといった改善要素も多い。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５４−３７６９８号公報
【特許文献２】
特開２０００−５８８８２１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように、従来表示装置に用いられる薄膜トランジスタには、ゲート電極、半導体層、ソース電極、ドレイン電極などの薄膜プロセスが必要であり、コストが高い。
【０００９】
そこで本発明では、薄膜プロセスを減らし、容易に作製することのできるスイッチング素子を提案した。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に絶縁層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子を提案している。
【００１１】
つまり、まず基板上にソース電極およびドレイン電極を設ける。ソース電極は基板全面に走査され、ドレイン電極は画素ごとに設けられる。それぞれの電極は導電性を要するものであり、例えばアルミニウムのような無機材料や、有機材料といったものでパターニングされる。
【００１２】
そして、上記基板に対向する基板面上には、ゲート電極と絶縁層が積層される。基板上面から見たとき、ゲート電極とソース電極とが交差するように、ゲート電極が形成される。ゲート電極上の絶縁層は、電気的に隔離するために設けられるものである。したがって、無機材料あるいは有機材料のどちらでも良い。
【００１３】
これらソース電極とドレイン電極の設けられた基板と、ゲート電極と絶縁膜の設けられた基板とが対向し、この空間内に導電性微粒子が設けられる。
【００１４】
そして、導電性微粒子と電気的絶縁を有するゲート電極からの電界により、上記導電性微粒子は吸着あるいは反発することができる。ゲート電極に吸着した場合には、ソース電極とドレイン電極間の導通は取れていないため、ドレイン電極には電荷が供給されない。逆に、ゲート電極側基板から導電性粒子が反発、剥離することによって、反対側基板に導電性微粒子が移動し、ソース電極とドレイン電極間には導電性微粒子を介して電荷が供給される。このとき、導電性微粒子はソース電極と同じ極性に帯電するため、反発力が働く。したがって、ゲート電極の電圧はソース電極の電圧よりも高く設定しておく必要がある。
【００１５】
また、ゲート電極の電圧をオフ、望ましくはソース電極電圧と逆極性にすると、導電性微粒子はゲート電極側基板に移動し、ドレイン電極電圧はゼロになる。
【００１６】
以上のように、電極形成と、スイッチング素子内への導電性微粒子の封入のみの製造工程によって、容易にスイッチング素子を実現することができる。
【００１７】
また本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する面上に、ゲート電極と前記ゲート電極上に正孔輸送層が設けられた基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子について述べている。
【００１８】
上記のように、ゲート電極上に正孔輸送層が設けられた場合、ゲート電極に正極性の電圧が印加されると、電荷を輸送する。そのため、導電性微粒子が接触している場合には導電性微粒子が正電荷を蓄え、ゲート電極の電圧がソース電圧よりも高くなったとき、導電性微粒子はソース電極側基板に移動する。また、ゲート電極電圧が負極性であるときには、電荷を流さないため、導電性微粒子のもつ正電荷をゲート電極側には逃がさない。結果、導電性微粒子は正電荷を保持しつつ、ゲート電極の負極性電圧からの引力を受けて、ゲート電極側基板に吸着することができる。
【００１９】
また、長時間の放置により導電性微粒子の帯電量が低下した場合においても、ゲート電極から電荷を注入することができるため、信頼性の確保も実現される。
【００２０】
また、本発明では、基板の一つの面上に、ゲート電極、絶縁層、ソース電極とドレイン電極、の順に積層された基板と、対向する基板と、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されていることを特徴とするスイッチング素子も提案している。
【００２１】
これは、前述のスイッチング素子と同様の原理によりスイッチングするものである。しかし、前述の構造ではスイッチング素子を構成する一対の基板に電極を設ける必要があるが、本発明では、スイッチング素子の全ての電極は一枚の基板に形成することができる。
【００２２】
すなわち、基板上にゲート電極を形成し、さらにその上に絶縁層を形成する。そして、絶縁層上にソース電極、ドレイン電極を形成することにより、前述のスイッチング素子を一枚の基板上に形成することが可能となる。このとき、スイッチング素子上部から見た電極配置は、ソース電極とゲート電極とが交差し、さらに、ゲート電極はドレイン電極と重ならないように設ける必要がある。絶縁層は、ソース電極とゲート電極の導通を防ぐ目的で設置される。
【００２３】
本発明では、前記絶縁層の、導電性微粒子と接する面上に凹部を有していることを特徴とするスイッチング素子についても述べている。
【００２４】
これは、導電性微粒子が前述したスイッチング素子空間内で分散状態が悪くならないようにするためのものである。つまり、導電性微粒子の直径がソース、ドレイン間距離よりも大きい場合、導電性微粒子は一粒子で構成することもできるのだが、このとき一粒子の位置がずれることによりスイッチング特性の低下を招く恐れがあるため、ゲート電極上の絶縁膜に凹部を設けることによって、導電性微粒子の存在位置のずれを防ぐものである。
【００２５】
また、前記導電性微粒子が、導電性を有する領域と、絶縁性を有する領域とからなることを特徴とするスイッチング素子も提案している。
【００２６】
前述のように導電性微粒子を使用しているため、長時間スイッチング動作無しで放置した場合、微粒子からの放電により帯電量が低下することが考えられる。そこで本発明のように、導電性微粒子中に、導電性を有する領域と絶縁性を有する領域を作ることによって、導電性微粒子の帯電量が低下しても、絶縁性領域での帯電電荷を利用して導電性微粒子を駆動することができる。したがって、本発明のスイッチング素子の動作をより完全にする効果が見込まれる。
【００２７】
また、ゲート電圧の印加方法によっては、導電性微粒子の導電性領域と、ソース電極、ドレイン電極間の重なりを調整することによって、さらに細かな導通状態を実現できると考えられる。
【００２８】
また、同様の考えに基づき、本発明では、導電性微粒子が、導電性を有する母粒子と、前記母粒子の表層に固着された絶縁性を有する子粒子と、からなる複合粒子であることを特徴とするスイッチング素子も提案している。つまり、導電性微粒子の表面に、導電性微粒子の直径に対し、１００分の１程度の絶縁性を有する超微粒子を固着させることによって、導電性領域の帯電量が減少しても、この絶縁性超微粒子の帯電により導電性微粒子を確実に移動させることができ、スイッチング素子の動作信頼性が向上する。
【００２９】
また本発明では、一つの面上にソース電極とドレイン電極とが設けられた基板と、前記基板と対向する基板と、前記基板間を一定の間隔に保持するスペーサと、で形成される空間に、導電性微粒子が封入されているスイッチング素子において、導電性微粒子が磁性を有しており、前記基板の少なくとも一方に磁界発生部が設けられたことを特徴とするスイッチング素子を提案している。
【００３０】
つまり、上記の本発明では、導電性微粒子が磁性を有しているため、外部磁界発生部を設けることで、導電性微粒子を移動させることを述べている。例えば、磁界発生部を電流で制御する場合、電流の向きを逆にすることで磁界の向きが反転し、それに伴い導電性微粒子が、ソース電極、ドレイン電極側基板と対向基板との間を移動できる。
【００３１】
これは、ソース電極、ドレイン電極側基板と対向する基板には、電極形成や絶縁膜製膜が不必要で、構成が簡単になるという特徴を持つものである。
【００３２】
また本発明では、前記導電性微粒子が円柱形状であることを特徴とするスイッチング素子についても述べている。円柱形状であれば、特にソース電極、ドレイン電極間に配列するように配置する、ソース電極に平行に配置する、などの配向状態を容易に設定することができる。
【００３３】
また本発明では、導電性微粒子の中点を通る軸に規制部材が設けられたことを特徴とするスイッチング素子についても述べている。
【００３４】
導電性微粒子に規制部材をつけることによって、この規制部材を軸に回転することのできるスイッチング素子の構成も考えられるようになる。また、規制部材が存在により、スイッチング素子内の導電性微粒子は空間内を移動することができないため、導電性微粒子の面内での分散不均一を防ぐことが可能となる。
【００３５】
また本発明では、凹部に導電性微粒子を噴霧後、凹部以外の領域の導電性微粒子を取り除くことで、所定の位置に導電性微粒子を配置することを特徴とするスイッチング素子の製造方法について述べている。
【００３６】
つまり、窒素などで置換し乾燥雰囲気が保持されたドーム内で、絶縁膜に凹部を有する基板を配置した後、乾燥した導電性微粒子を噴霧する。噴霧する手段としては、例えば液晶表示装置の製造に用いられるスペーサ散布装置などがある。基板に到達した導電性微粒子は、絶縁膜に設けられた凹部にも十分充填されている。そして、スキージなどで基板表面上を走査することによって、凹部以外に散布された導電性微粒子を取り除く。回収された導電性微粒子は再度利用することが可能である。
【００３７】
以上のような製造方法により、所定の位置に設けられた凹部のみに導電性微粒子が供給され、スイッチング素子の製造を容易にすることができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００３９】
（実施の形態１、２）
図１は本発明のスイッチング素子の簡略化した断面図を示している。一対の基板のうち、基板４と対向する基板１の面上に、ソース電極２、ドレイン電極３が形成されている。基板１は、通常の液晶表示装置や発光表示装置に用いられるガラス基板であってもよいが、フレキシビリティーや落下に対する割れ強さの点から、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）シートのような高分子フィルムを用いることが望ましい。上記基板１上へのソース電極２、ドレイン電極３の製膜は通常の電極製造工程でも良いし、有機材料を用いた場合には、噴霧法やインクジェット法を用いた製膜でも良い。
【００４０】
また、上記基板１と対向する他方の基板４には、ゲート電極５を設け、さらにゲート電極５上には絶縁膜６を設ける。基板４は基板１と同様に材料としては何でも良い。また、ゲート電極５は、前述のソース電極２やドレイン電極３と同様な製造方法にて製膜することができる。
【００４１】
さらに、ゲート電極５上の絶縁膜６は、導電性微粒子７からゲート電極５への、電荷の流れを抑えることが目的である。したがって、絶縁膜６の代わりに、正孔輸送層であっても良い。また、絶縁膜６を用いる場合、この厚さはいくらでも良いが電界強度の低下に繋がるため、３μｍ以下が望ましい。例えば、ポリカーボネイトなどのような高分子系材料であれば、スピンコート法やディップ法などの製造方法で製膜することができる。また、正孔輸送層には、通常有機ＥＬなどに用いられる正孔輸送材料を用いることができる。これも同様に、正孔輸送材料をポリカーボネイトなどの絶縁材料に含有させたものを基板上にスピンコートすることで製膜する。
【００４２】
上記作製した各基板の、ソース電極２、ドレイン電極３の作製面と絶縁膜６とが向かい合うように配置され、基板間には導電性微粒子７を封入する。図１では複数の導電性微粒子７を記載しているが、ソース電極２とドレイン電極３間の距離が、導電性微粒子７の直径よりも小さく、一つの導電性微粒子で電気的接触が可能な場合には、一つの導電性微粒子を封入することも可能である（図２）。
【００４３】
導電性微粒子７に用いられる材料としては、材料そのものが導電性を有する金属微粒子であっても良い。また、金属微粒子の比重が大きい場合には、導電性高分子材料からなる導電性微粒子であっても良いし、さらには、高分子材料中に導電性材料を含有する微粒子を用いても問題ない。金属微粒子では、例えば金微粒子を用いることができる。また、高分子材料を用いる場合には、例えばポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）の微粒子に、電荷輸送材料が含まれるような導電性微粒子でも良い。
【００４４】
また、スイッチング素子は表示装置の画素毎に必要である。したがって、導電性微粒子７が隣接画素のスイッチング素子に移動しないようにするため、各スイッチング素子を囲むように隔壁８を設けて、各スイッチング素子を区切る。この隔壁８は、一対の基板を所定の間隔に保持するためのスペーサの役割もある。
【００４５】
次に、動作原理を図３および図４を用いて以下に述べる。図３および図４では、絶縁膜には正孔輸送材料を含有した正孔輸送層９を用いている。
【００４６】
図３の状態になる前に、導電性微粒子７にはソース電極２から電荷を注入した上で、ゲート電極５に負極性を印加してゲート電極側基板４に付着させる。
【００４７】
なお、ゲート電極５上に絶縁膜が製膜してある場合には、ゲート電極５への電荷の逃げがないため、導電性微粒子７に電荷が保持される。また、正孔輸送層９を用いた場合、電荷はゲート電極５側に流れ出るが、導電性微粒子７は、鏡像力やファンデルワールス力によって上部のゲート電極側基板４に付着した状態となる。
【００４８】
図３のようにゲート電極５へ電圧を印加したとき、電荷が正孔輸送層９を通過して、導電性微粒子７に注入される。導電性微粒子７には、ゲート電極５とソース電極２との電界強度と導電性微粒子７の電荷の掛け算による力が働くため、導電性微粒子７の電荷量による力が基板への付着力より大きくなったとき、実線の矢印の向きに導電性微粒子７が移動する。
【００４９】
導電性微粒子７が移動すると、図４のようにソース電極２、ドレイン電極３間に導電性微粒子７が配列し、両電極の電気的コンタクトがなされ、ドレイン電極３に電流が流れ込む。このとき、導電性微粒子７の配列個数が変わることによって、流入電流を変えることができる。
【００５０】
導電性微粒子７はソース電極２に電圧が印加されているときに電荷を有している。したがって、ゲート電圧を負極性にすることによって、ソース電極２、ドレイン電極３間にある導電性微粒子７はゲート電極５側に引き寄せられることで、ドレイン電極３への電流の流れを遮断することができる。
【００５１】
なお、ドレイン電極３は各画素と電気的コンタクトを有する必要がある。本発明のスイッチング素子で、製造方法をさらに簡単にするためには、図１から図４の構造を上下反対とし、ゲート電極側基板４が下側になるようにすると良い。このようにすることで、ドレイン電極３からの表示装置側へのコンタクトホールの形成が容易になる。
【００５２】
（実施の形態３）
図５（ａ）、（ｂ）では、本発明の請求項３のスイッチング素子について示している。ゲート電極５を基板上に製膜し、絶縁膜６を介してソース電極２、ドレイン電極３を形成する。このとき、絶縁膜６はゲート電極５と、ソース電極２およびドレイン電極３との絶縁性を確保するためのものであり、前述の図１から図４とは異なり、正孔輸送層などで代替することはできない。
【００５３】
導電性微粒子７の駆動は、前述の図３や図４と原理的に同じであるので、ここでは簡単に説明する。ゲート電極５が正極性を有し、導電性微粒子７がソース電極２、ドレイン電極３の間に配列した場合には、ドレイン電極３に電流が供給される（図５（ｂ）のＢ状態）。また、ゲート電極５の極性を反対にする、すなわち負極性の場合には、導電性微粒子７はゲート電極５上に移動し、ソース電極２、ドレイン電極３間の電気的接触が解除され、ドレイン電極３には電流が流れなくなる（図５（ｂ）のＡ状態）。
【００５４】
以上によって、本発明のスイッチング素子をオンオフする。また、図５では多粒子の場合について簡単な図を示したが、図２と同様に一つの粒子でも構わない。図５では、ゲート電極電圧の制御によって、導電性微粒子の移動量を変えることで、電圧に応じたドレイン電流を得ることが可能となる。
【００５５】
さらに図６には、導電性微粒子７を確実に電界移動させ、スイッチング素子としての機能を向上させるため、ゲート電極５を絶縁膜６と同層まで引き出し、電界分布をゲート電極５に集中させた構造のスイッチング素子を簡単に示している。これにより、より確実にゲート電極５側に導電性微粒子７が移動することができるようになり、オンオフ特性が向上する。また、駆動電圧を下げる効果もある。
【００５６】
（実施の形態４）
図７には、図１から図６までの本発明のスイッチング素子に使用できる、異なる構造の導電性微粒子７を示した。導電性微粒子７の一部の領域に絶縁性領域１１を作製し、また、その他の導電性領域１０では導電性粒子７の表面が露出しているという構造である。
【００５７】
これは、導電性微粒子７のもつ電荷量が減少したときには、絶縁性領域１１の帯電電荷を利用することを目的としている。この帯電により導電性微粒子７が移動すると、ソース電極２から再度、導電性領域１０に電荷が注入され、もとの帯電状態に戻ることができる。絶縁性領域１１からも放電はするが、微粒子の基板からの剥離により剥離帯電が生じたり、基板に付着したときの接触帯電などが生じるため、大きく帯電電荷が変化することはない。
【００５８】
また図８には、上記と同様の理由で、絶縁性超微粒子（子粒子）１２を導電性微粒子７に分散結合させた複合粒子を示している。絶縁性超微粒子１２には帯電を保持する表面処理が施してあることが望ましい。この絶縁性超微粒子１２は、基板と導電性微粒子７との距離を広げる作用となる。また、導電性微粒子同士間の距離を広げるという効果もあるため、基板と導電性微粒子、および導電性微粒子同士間のファンデルワールス力などの付着力を下げる作用がある。つまり、導電性微粒子の流動性の向上および凝集防止の効果を有する。したがって、本発明のスイッチング素子の駆動電圧を下げることができる。ソース、ドレイン電極間のコンタクトを取るため、絶縁性超微粒子１２は疎に付着していることが必要である。
【００５９】
導電性微粒子７の芯体となる母粒子には、前述したような金属導電性微粒子を用いることができるが、その他にも、高分子材料中に導電性材料を含有させた微粒子を用いることもできる。
【００６０】
また、上記母粒子に固着させる子粒子は、母粒子に対し直径が非常に小さいことが望ましい。あまり大きな子粒子を用いると、導電性微粒子表面上の子粒子同士の相互作用が大きくなるためである。子粒子材料には、絶縁性を有するものが用いられるが、例えば酸化チタン表面に絶縁性単分子膜をつけたものや、シリカ表面に絶縁性単分子膜を製膜したものを用いると良い。子粒子表面への処理は、シラン系カップリング剤を用いて分子膜を形成することができる。
【００６１】
なお、導電性複合粒子の製造には、一般に知られている機械的化学吸着法や、懸濁重合法を用いることで作製できる。
【００６２】
以上、全てのスイッチング素子において、絶縁膜あるいは正孔輸送材料を含む絶縁層の材料は、スイッチングに使用する導電性微粒子の帯電形態を考慮したものとしなければならない。すなわち、絶縁膜の帯電列と導電性微粒子のフェルミエネルギーを考慮し、材料の組合せを考える必要がある。絶縁膜と導電性微粒子とが接触、摩擦、剥離帯電したとき、双方の帯電量が大きい場合、導電性微粒子と絶縁膜との吸着力が増加するため、よりゲート電圧が上昇する。逆に帯電量が小さくなる場合には、電荷と電界強度に比例する駆動力が小さくなるため、電界強度を強くする必要がある。
【００６３】
（実施の形態５）
図１から図６では導電性微粒子をゲート電極電圧により移動させて、スイッチング素子として駆動させる方法を述べてきたが、上記以外の手法として、導電性微粒子が磁性を有しており、さらに基板に磁界発生部が設けられたスイッチング素子がある。図９に、磁界発生部を有するスイッチング素子の簡単な構造例を示す。
【００６４】
図９では、ソース電極２、ドレイン電極３のある基板１と対向する基板４に、磁界発生部１３を設けている。また、磁界発生部１３は図９の場所のみでなく、スイッチング素子の外部にあってもよい。この磁界発生部１３からの磁界の発生は、電流のオンオフで切り替えが可能であり、磁界により封入された磁性導電性微粒子１４は基板１と基板４の間で移動がなされる。その結果、図９のスイッチング素子のオンオフがなされる。なお，図９では，ソース電極２、ドレイン電極３のある基板１と対向する基板４に、磁界発生部１３を設けているが，何れか一方の基板に設けた構成としてもよい。
【００６５】
（実施の形態６）
また図１０には、導電性微粒子が円柱である場合のスイッチング素子を示す。導電性領域１６と絶縁性領域１５に分けられた円柱状導電性微粒子１７をソース電極２、ドレイン電極３間に配置する。ソース電極２とドレイン電極３には窪みがあり、円柱状導電性微粒子１７は、この窪みに配置されている。円柱状微粒子１７は、ゲート電極５の電圧により絶縁性領域１５部がゲート電極５側に回転する。反対に、ゲート電極５を逆極性にすると、絶縁性領域１５が反対方向に回転する。したがって、導電性領域１６が、ソース電極２とドレイン電極３の間の電気的接触を実現する。このように、ゲート電極５の電圧のパルス幅、パルス数を変えることにより回転状態を変えると、電流を制御することができる。
【００６６】
（実施の形態７）
さらに図１１には、導電性微粒子の中点を通る軸に規制部材１８が設けられた円柱状導電性微粒子１７を図示している。このように、心軸を固定することによって、導電性微粒子の回転を確実なものとし、さらに電気反発力が発生してもソース電極からはずれないようになる。
【００６７】
（実施の形態８）
図１２は、微粒子をスイッチング素子の必要な場所に置くための製造方法を簡単に示したものである。ゲート電極５上には図１と同様に絶縁膜６もしくは正孔輸送層が製膜してある。この絶縁膜６にエンボスなどの加工を施し、例えば図１２のような凹部を設ける。導電性微粒子７は、チャンバーなどの閉空間で、窒素ガスなどにより分散噴霧される。その時の空気の流れを矢印で示す（図１２（ａ））。さらに、スキージ１９などにより余分な導電性微粒子７をかきとることで所望の場所に導電性微粒子７を配置することができる（図１２（ｂ））。
【００６８】
この凹部は、スイッチング動作を行ったときにも、他のスイッチング素子へと導電性微粒子が逃げるのを防ぐ役割をも果たす。
【００６９】
【実施例】
以下に本発明の実施例を示す。本発明の実施例は、図１に示される表示装置に基づいている。
【００７０】
（実施例１）
基板１には、１．１ｍｍ厚のガラス基板を用いた。この基板１上にソース電極２とドレイン電極３とをアルミニウムで形成する。ソース電極２とドレイン電極３間の間隔は６０μｍとした。
【００７１】
ガラス基板１の上全面にアルミニウム製膜後、所望のパターンに、レジスト塗布工程、露光工程、現像工程、エッチング工程を経て電極パターンを形成する。
【００７２】
また、対向するガラス基板４上には、ゲート電極５をアルミニウムにより形成する。形成方法はソース電極２、ドレイン電極３と同じ方法により、アルミニウムを製膜、パターニングする。さらに、このアルミニウム上には絶縁膜６としてポリカーボネイトを３μｍ、スピンコートにより製膜する。
【００７３】
上記の方法で作製した二枚の電極基板のうち、片方の基板に、大きさ６ｍｍ角に穴をあけた、厚さ１００μｍのポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）フィルムを載せる。
【００７４】
以上のようにしてできたソース電極基板に積層されたＰＥＴフィルムの空間に、平均粒径５μｍの金の導電性微粒子を封入する。
【００７５】
その後、対向基板を上部から設置してスイッチング素子周辺を紫外線硬化樹脂により封止する。
【００７６】
なお、作製は水分の影響によるスイッチング特性の低下を防ぐため、窒素雰囲気下で行った。
【００７７】
以上の工程を経て作製したスイッチング素子のソース、ゲート電極に電圧を印加し、スイッチング動作を確認した。そして、導電性微粒子が基板間を移動するために要する時間であるその応答速度をはかったところ、数百マイクロ秒であった。このことからも、紙代替のディスプレイを駆動するのに十分な応答性を有するものであると考えられる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明では、従来用いられる半導体を用いた薄膜トランジスタに変わり、製造を容易にし、製造コストを低減することのできる、トランジスタ製造に必要な超清浄空間を必要としない安価な導電性微粒子を用いた電気機械的スイッチング素子を提案することで、前述の課題を解決することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスイッチング素子を示す簡略化した断面図
【図２】本発明のスイッチング素子で、導電性微粒子が大きい場合を示す簡略化した断面図
【図３】本発明のスイッチング素子のオフ状態を示す簡略化した断面図
【図４】本発明のスイッチング素子のオン状態を示す簡略化した断面図
【図５】（ａ）本発明のスイッチング素子を簡略化した断面図
（ｂ）スイッチング素子の（ａ）を横から見た断面図
【図６】（ａ）図５のスイッチング素子の電界分布を変化させた構造のスイッチング素子を示す図
（ｂ）その断面図
【図７】本発明のスイッチング素子に用いられる、導電性微粒子の異なる構造を示した図
【図８】本発明のスイッチング素子に用いられる、導電性微粒子の異なる構造を示した図
【図９】本発明の磁界発生部と、磁性導電性微粒子を用いたときのスイッチング素子を示す断面図
【図１０】（ａ）本発明のスイッチング素子に用いられる円柱状導電性微粒子を用いたときのスイッチング素子の断面図
（ｂ）（ａ）を横から見たときの断面図
【図１１】本発明のスイッチング素子に用いられる導電性微粒子に規制部材を設けたときの、導電性微粒子の構造を示す図
【図１２】本発明のスイッチング素子を作製するための方法を示す図
【符号の説明】
１，４ 基板
２ ソース電極
３ ドレイン電極
５ ゲート電極
６ 絶縁膜
７ 導電性微粒子
８ 隔壁
９ 正孔輸送層
１０，１６ 導電性領域
１１，１５ 絶縁性領域
１２ 絶縁性超微粒子
１３ 磁界発生部
１４ 磁性導電性微粒子
１７ 円柱状導電性微粒子
１８ 規制部材
１９ スキージ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a switching element using particles.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, twisted nematic liquid crystal (hereinafter, TN liquid crystal) display elements, organic electroluminescence (hereinafter, organic EL) elements, and the like are known as thin, low power consumption display elements used in portable information terminals.
[0003]
However, in the TN liquid crystal display element, liquid crystal molecules are realigned only when a voltage is applied. Therefore, liquid crystal driving power for display is constantly required, and an image cannot be held in a no-power state. In addition, since the organic EL element uses light emission in a state where a current or a voltage is applied, it is impossible to perform display in a no-power state like the TN liquid crystal display element.
[0004]
On the other hand, a display element as an alternative to paper has been studied. This requires a voltage or a current only at the time of rewriting, and the display image once written has a characteristic that the display is maintained until the image is rewritten again. Therefore, unlike the above-described TN liquid crystal display element and organic EL element, power is not required for holding an image, so that the power can be significantly reduced. Further, by making the rewrite device and the display element detachable, a display element that does not require a driving circuit can be realized.
[0005]
Generally, a thin film transistor is used in such a display device. In this method, switching is performed by applying a gate voltage using a semiconductor layer. However, this thin film transistor requires a thin-film lamination structure process such as formation of a gate electrode, formation of a semiconductor layer, formation of a source and drain electrode, and has problems in terms of manufacturing lead time and cost. In addition, most of the steps that require a high vacuum to form a thin film. As a cost reduction measure, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 54-37698 discloses the use of Te for a semiconductor layer, but it still requires a thin film process. Therefore, there is a possibility that the display device as a substitute for paper becomes very expensive.
[0006]
Further, in recent years, as a normal temperature process and a low-cost process, a method of forming TFTs and electrodes on a substrate such as a polymer film using, for example, an inkjet (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-588821) has been proposed and studied. However, since an organic material is used in this transistor, there are many improvement factors such as low mobility.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-54-37698
[Patent Document 2]
JP 2000-588821 A
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a thin film transistor conventionally used in a display device requires a thin film process of a gate electrode, a semiconductor layer, a source electrode, a drain electrode, and the like, and is expensive.
[0009]
Therefore, the present invention has proposed a switching element that can be manufactured easily by reducing the number of thin film processes.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, in the present invention, a substrate provided with a source electrode and a drain electrode on one surface, and a gate electrode and an insulating layer provided on the gate electrode on a surface facing the substrate are provided. There has been proposed a switching element characterized in that conductive fine particles are sealed in a space formed between the substrate and the substrate.
[0011]
That is, first, a source electrode and a drain electrode are provided over a substrate. The source electrode is scanned over the entire surface of the substrate, and the drain electrode is provided for each pixel. Each electrode requires conductivity, and is patterned with an inorganic material such as aluminum or an organic material.
[0012]
Then, a gate electrode and an insulating layer are laminated on the substrate surface facing the substrate. The gate electrode is formed such that the gate electrode and the source electrode intersect when viewed from above the substrate. The insulating layer over the gate electrode is provided for electrical isolation. Therefore, either an inorganic material or an organic material may be used.
[0013]
The substrate provided with the source electrode and the drain electrode is opposed to the substrate provided with the gate electrode and the insulating film, and conductive fine particles are provided in this space.
[0014]
The conductive fine particles can be adsorbed or repelled by an electric field from a gate electrode having electrical insulation with the conductive fine particles. When the electrode is attracted to the gate electrode, no electrical connection is provided between the source electrode and the drain electrode, so that no charge is supplied to the drain electrode. Conversely, the conductive particles are repelled and peeled from the gate electrode side substrate, so that the conductive particles move to the opposite substrate, and charges are supplied between the source electrode and the drain electrode via the conductive particles. At this time, since the conductive fine particles are charged to the same polarity as the source electrode, a repulsive force acts. Therefore, the voltage of the gate electrode needs to be set higher than the voltage of the source electrode.
[0015]
Further, when the voltage of the gate electrode is turned off, preferably, the polarity is opposite to the source electrode voltage, the conductive fine particles move to the gate electrode side substrate, and the drain electrode voltage becomes zero.
[0016]
As described above, the switching element can be easily realized by the manufacturing process of only forming the electrodes and enclosing the conductive fine particles in the switching element.
[0017]
Further, in the present invention, a substrate provided with a source electrode and a drain electrode on one surface, and a substrate provided with a hole transport layer on the gate electrode and the gate electrode on a surface facing the substrate. , A switching element characterized in that conductive fine particles are sealed in the space formed by.
[0018]
As described above, in the case where the hole transport layer is provided over the gate electrode, charge is transported when a positive voltage is applied to the gate electrode. Therefore, when the conductive fine particles are in contact with each other, the conductive fine particles store a positive charge, and when the voltage of the gate electrode becomes higher than the source voltage, the conductive fine particles move to the source electrode side substrate. In addition, when the gate electrode voltage is negative, no charge flows, so that positive charges of the conductive fine particles do not escape to the gate electrode side. As a result, the conductive fine particles can be attracted to the gate electrode-side substrate by receiving an attractive force from the negative voltage of the gate electrode while holding a positive charge.
[0019]
In addition, even when the amount of charge of the conductive fine particles is reduced due to long-term storage, charge can be injected from the gate electrode, so that reliability can be ensured.
[0020]
Further, according to the present invention, conductive fine particles are formed in a space formed by a substrate stacked on one surface of a substrate in the order of a gate electrode, an insulating layer, a source electrode and a drain electrode, and an opposing substrate. A switching element characterized by being enclosed is also proposed.
[0021]
This is based on the same principle as the switching element described above. However, in the above-described structure, it is necessary to provide electrodes on a pair of substrates constituting the switching element. However, in the present invention, all electrodes of the switching element can be formed on one substrate.
[0022]
That is, a gate electrode is formed over a substrate, and an insulating layer is further formed thereon. By forming the source electrode and the drain electrode on the insulating layer, the above-described switching element can be formed over one substrate. At this time, the electrode arrangement viewed from above the switching element needs to be provided so that the source electrode and the gate electrode intersect and the gate electrode does not overlap with the drain electrode. The insulating layer is provided for the purpose of preventing conduction between the source electrode and the gate electrode.
[0023]
The present invention also describes a switching element having a concave portion on a surface of the insulating layer in contact with the conductive fine particles.
[0024]
This is for preventing the conductive fine particles from being dispersed in the switching element space. In other words, when the diameter of the conductive fine particles is larger than the distance between the source and the drain, the conductive fine particles can be composed of one particle, but at this time, the position of one particle is shifted, which may cause a decrease in switching characteristics. Therefore, by providing a concave portion in the insulating film on the gate electrode, the position of the conductive fine particles is prevented from being shifted.
[0025]
In addition, a switching element characterized in that the conductive fine particles are composed of a conductive region and an insulating region.
[0026]
Since the conductive fine particles are used as described above, when left without a switching operation for a long time, it is conceivable that the discharge amount from the fine particles reduces the charge amount. Therefore, as in the present invention, by forming a conductive region and an insulating region in the conductive fine particles, even if the charge amount of the conductive fine particles is reduced, the charged charges in the insulating region are utilized. Thus, the conductive fine particles can be driven. Therefore, the effect of making the operation of the switching element of the present invention more complete can be expected.
[0027]
Further, depending on the method of applying the gate voltage, it is considered that a finer conduction state can be realized by adjusting the overlap between the conductive region of the conductive fine particles and the source electrode and the drain electrode.
[0028]
Further, based on the same idea, in the present invention, the conductive fine particles are a composite particle composed of a conductive base particle and an insulating child particle fixed to a surface layer of the base particle. Switching devices featuring the features are also proposed. That is, even if the amount of charge in the conductive region is reduced by fixing ultra-fine particles having an insulating property of about 1/100 of the diameter of the conductive fine particles on the surface of the conductive fine particles, even if the charge amount of the conductive region is reduced, The conductive fine particles can be reliably moved by the charging of the ultrafine particles, and the operation reliability of the switching element is improved.
[0029]
Further, according to the present invention, a space formed by a substrate provided with a source electrode and a drain electrode on one surface, a substrate opposed to the substrate, and a spacer for holding the substrate at a constant interval is provided. In addition, there is proposed a switching element in which the conductive fine particles have magnetism in at least one of the switching elements in which the conductive fine particles are sealed, and wherein a magnetic field generating unit is provided on at least one of the substrates.
[0030]
That is, in the present invention, since the conductive fine particles have magnetism, it is described that the conductive fine particles are moved by providing the external magnetic field generating unit. For example, when controlling the magnetic field generator with current, the direction of the magnetic field is reversed by reversing the direction of the current, so that the conductive fine particles move between the source electrode / drain electrode side substrate and the counter substrate. it can.
[0031]
This is characterized in that the substrate opposed to the substrate on the side of the source electrode and the drain electrode does not require electrode formation or formation of an insulating film, and the configuration is simplified.
[0032]
The invention also describes a switching element in which the conductive fine particles have a columnar shape. In the case of a cylindrical shape, an orientation state such as arrangement between the source electrode and the drain electrode or arrangement parallel to the source electrode can be easily set.
[0033]
The invention also describes a switching element in which a regulating member is provided on an axis passing through a midpoint of the conductive fine particles.
[0034]
By attaching a regulating member to the conductive fine particles, a configuration of a switching element that can rotate around the regulating member can be considered. In addition, since the conductive particles in the switching element cannot move in the space due to the presence of the regulating member, it is possible to prevent the conductive particles from being unevenly dispersed in the plane.
[0035]
In the present invention, a method for manufacturing a switching element is described, in which conductive fine particles are sprayed into a concave portion, and then the conductive fine particles in a region other than the concave portion are removed, so that the conductive fine particles are arranged at predetermined positions. I have.
[0036]
That is, after a substrate having a concave portion in an insulating film is placed in a dome in which a dry atmosphere is maintained by replacement with nitrogen or the like, dried conductive fine particles are sprayed. As a means for spraying, for example, there is a spacer spraying device used for manufacturing a liquid crystal display device. The conductive fine particles that have reached the substrate are sufficiently filled in the concave portions provided in the insulating film. Then, by scanning the surface of the substrate with a squeegee or the like, the conductive fine particles scattered outside the concave portions are removed. The collected conductive fine particles can be reused.
[0037]
According to the manufacturing method as described above, the conductive fine particles are supplied only to the concave portion provided at the predetermined position, and the manufacturing of the switching element can be facilitated.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0039]
(Embodiments 1 and 2)
FIG. 1 shows a simplified cross-sectional view of the switching element of the present invention. The source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed on the surface of the substrate 1 facing the substrate 4 among the pair of substrates. The substrate 1 may be a glass substrate used for an ordinary liquid crystal display device or a light emitting display device. However, from the viewpoint of flexibility and cracking strength against drop, a polymer such as a polyethylene terephthalate (PET) sheet is used. It is desirable to use a film. The formation of the source electrode 2 and the drain electrode 3 on the substrate 1 may be performed by a normal electrode manufacturing process, or when an organic material is used, may be formed by a spraying method or an inkjet method.
[0040]
A gate electrode 5 is provided on the other substrate 4 facing the substrate 1, and an insulating film 6 is provided on the gate electrode 5. The substrate 4 may be made of any material, like the substrate 1. Further, the gate electrode 5 can be formed by the same manufacturing method as that of the source electrode 2 and the drain electrode 3 described above.
[0041]
Further, the purpose of the insulating film 6 on the gate electrode 5 is to suppress the flow of charges from the conductive fine particles 7 to the gate electrode 5. Therefore, a hole transport layer may be used instead of the insulating film 6. When the insulating film 6 is used, the thickness may be any value, but is preferably 3 μm or less because it leads to a decrease in electric field strength. For example, a polymer material such as polycarbonate can be formed into a film by a manufacturing method such as a spin coating method or a dipping method. For the hole transport layer, a hole transport material generally used for an organic EL or the like can be used. Similarly, a film in which a hole transport material is contained in an insulating material such as polycarbonate is spin-coated on a substrate to form a film.
[0042]
The insulating films 6 are arranged so that the surfaces of the substrates prepared above, on which the source electrode 2 and the drain electrode 3 are formed, and the insulating film 6 face each other, and the conductive fine particles 7 are sealed between the substrates. Although a plurality of conductive fine particles 7 are shown in FIG. 1, the distance between the source electrode 2 and the drain electrode 3 is smaller than the diameter of the conductive fine particles 7, and one conductive fine particle can make electrical contact. In such a case, it is also possible to enclose one conductive fine particle (FIG. 2).
[0043]
The material used for the conductive fine particles 7 may be metal fine particles having conductivity. In the case where the specific gravity of the metal fine particles is large, the fine particles may be conductive fine particles made of a conductive polymer material, or even if fine particles containing a conductive material in the polymer material are used, there is no problem. . As the metal fine particles, for example, gold fine particles can be used. When a polymer material is used, for example, conductive fine particles in which a charge transport material is included in fine particles of polymethyl methacrylate (PMMA) may be used.
[0044]
Further, a switching element is required for each pixel of the display device. Therefore, in order to prevent the conductive fine particles 7 from moving to the switching element of the adjacent pixel, the partition 8 is provided so as to surround each switching element, and each switching element is divided. The partition 8 also has a role of a spacer for holding the pair of substrates at a predetermined interval.
[0045]
Next, the operation principle will be described below with reference to FIGS. 3 and 4, a hole transport layer 9 containing a hole transport material is used for the insulating film.
[0046]
Before the state shown in FIG. 3 is reached, charges are injected into the conductive fine particles 7 from the source electrode 2, and then a negative polarity is applied to the gate electrode 5 so that the conductive fine particles 7 adhere to the gate electrode side substrate 4.
[0047]
When an insulating film is formed on the gate electrode 5, there is no escape of the charge to the gate electrode 5, so the charge is held by the conductive fine particles 7. When the hole transport layer 9 is used, the electric charge flows out to the gate electrode 5 side, but the conductive fine particles 7 are attached to the upper gate electrode side substrate 4 by a mirror image or Van der Waals force.
[0048]
When a voltage is applied to the gate electrode 5 as shown in FIG. 3, charges pass through the hole transport layer 9 and are injected into the conductive fine particles 7. Since a force is applied to the conductive fine particles 7 by multiplying the electric field strength between the gate electrode 5 and the source electrode 2 and the charge of the conductive fine particles 7, the force due to the charge amount of the conductive fine particles 7 is larger than the adhesion force to the substrate. When this happens, the conductive fine particles 7 move in the direction of the solid arrow.
[0049]
When the conductive fine particles 7 move, the conductive fine particles 7 are arranged between the source electrode 2 and the drain electrode 3 as shown in FIG. 4, electrical contact is made between the two electrodes, and a current flows into the drain electrode 3. At this time, the inflow current can be changed by changing the arrangement number of the conductive fine particles 7.
[0050]
The conductive fine particles 7 have a charge when a voltage is applied to the source electrode 2. Therefore, by setting the gate voltage to be negative, the conductive fine particles 7 between the source electrode 2 and the drain electrode 3 are attracted to the gate electrode 5 side, so that the flow of current to the drain electrode 3 can be blocked. it can.
[0051]
The drain electrode 3 needs to have an electrical contact with each pixel. In order to further simplify the manufacturing method of the switching element of the present invention, it is preferable that the structure shown in FIGS. 1 to 4 is turned upside down so that the gate electrode side substrate 4 is on the lower side. This facilitates formation of a contact hole from the drain electrode 3 to the display device side.
[0052]
(Embodiment 3)
FIGS. 5A and 5B show a switching element according to a third aspect of the present invention. A gate electrode 5 is formed on a substrate, and a source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed via an insulating film 6. At this time, the insulating film 6 is for ensuring insulation between the gate electrode 5 and the source electrode 2 and the drain electrode 3, and is different from the above-described FIGS. I can't.
[0053]
Driving of the conductive fine particles 7 is basically the same as that in FIGS. 3 and 4 described above, and therefore will be briefly described here. When the gate electrode 5 has a positive polarity and the conductive fine particles 7 are arranged between the source electrode 2 and the drain electrode 3, a current is supplied to the drain electrode 3 (state B in FIG. 5B). . When the polarity of the gate electrode 5 is reversed, that is, when the polarity is negative, the conductive fine particles 7 move onto the gate electrode 5, the electrical contact between the source electrode 2 and the drain electrode 3 is released, and the No current flows through the electrode 3 (state A in FIG. 5B).
[0054]
As described above, the switching element of the present invention is turned on and off. Further, FIG. 5 shows a simple diagram in the case of multi-particles, but it may be one particle as in FIG. In FIG. 5, it is possible to obtain a drain current according to the voltage by changing the amount of movement of the conductive fine particles by controlling the gate electrode voltage.
[0055]
Further, FIG. 6 shows that the gate electrode 5 is drawn out to the same layer as the insulating film 6 to concentrate the electric field distribution on the gate electrode 5 in order to surely move the conductive fine particles 7 in the electric field and improve the function as a switching element. 1 schematically shows a switching element having a structure. Thereby, the conductive fine particles 7 can more reliably move to the gate electrode 5 side, and the on / off characteristics are improved. There is also an effect of lowering the drive voltage.
[0056]
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows conductive fine particles 7 having different structures that can be used in the switching elements of the present invention shown in FIGS. The insulating region 11 is formed in a part of the conductive fine particles 7, and the surface of the conductive particles 7 is exposed in other conductive regions 10.
[0057]
The purpose of this is to utilize the charge of the insulating region 11 when the amount of charge of the conductive fine particles 7 decreases. When the conductive fine particles 7 move due to this charging, charges are injected from the source electrode 2 into the conductive region 10 again, and can return to the original charged state. Although discharge also occurs from the insulating region 11, separation charging occurs due to separation of the fine particles from the substrate, and contact charging occurs when the particles adhere to the substrate, so that the charging charge does not change significantly.
[0058]
FIG. 8 shows composite particles in which insulating ultrafine particles (child particles) 12 are dispersed and bonded to conductive fine particles 7 for the same reason as described above. It is desirable that the insulating ultrafine particles 12 have been subjected to a surface treatment for maintaining electrification. The insulating ultrafine particles 12 serve to increase the distance between the substrate and the conductive fine particles 7. Further, since there is also an effect of increasing the distance between the conductive fine particles, there is an effect of reducing the adhesive force such as van der Waals force between the substrate and the conductive fine particles and between the conductive fine particles. That is, it has the effect of improving the fluidity of the conductive fine particles and preventing aggregation. Therefore, the driving voltage of the switching element of the present invention can be reduced. In order to make contact between the source and drain electrodes, the insulating ultrafine particles 12 need to be loosely attached.
[0059]
As the base particles serving as the core of the conductive fine particles 7, the above-described metal conductive fine particles can be used. In addition, fine particles containing a conductive material in a polymer material can also be used. it can.
[0060]
Further, it is desirable that the diameter of the child particles fixed to the above-mentioned base particles is very small with respect to the base particles. This is because if too large child particles are used, the interaction between the child particles on the surface of the conductive fine particles becomes large. As the particle material, an insulating material is used. For example, a material in which an insulating monomolecular film is formed on a surface of titanium oxide or a material in which an insulating monomolecular film is formed on a silica surface is preferably used. The treatment on the surface of the child particles can form a molecular film using a silane coupling agent.
[0061]
The conductive composite particles can be produced by using a generally known mechanical chemisorption method or suspension polymerization method.
[0062]
As described above, in all of the switching elements, the material of the insulating film or the insulating layer including the hole transporting material must take into consideration the charging form of the conductive fine particles used for switching. That is, it is necessary to consider a combination of materials in consideration of the charging sequence of the insulating film and the Fermi energy of the conductive fine particles. When the insulating film and the conductive fine particles are in contact, friction, and peeling and charging, when the charge amount of both is large, the attraction force between the conductive fine particles and the insulating film increases, so that the gate voltage further increases. Conversely, when the charge amount is small, the driving force proportional to the electric charge and the electric field strength becomes small, so that the electric field strength needs to be increased.
[0063]
(Embodiment 5)
In FIGS. 1 to 6, a method has been described in which the conductive fine particles are moved by the gate electrode voltage and driven as a switching element. However, as another method, the conductive fine particles have magnetism, and There is a switching element provided with a magnetic field generator. FIG. 9 shows a simple structure example of a switching element having a magnetic field generation unit.
[0064]
In FIG. 9, a magnetic field generating unit 13 is provided on a substrate 4 facing the substrate 1 having the source electrode 2 and the drain electrode 3. Further, the magnetic field generating unit 13 may be provided not only in the place of FIG. 9 but also outside the switching element. The generation of the magnetic field from the magnetic field generator 13 can be switched by turning on and off the current, and the magnetic conductive fine particles 14 enclosed by the magnetic field move between the substrate 1 and the substrate 4. As a result, the switching element in FIG. 9 is turned on and off. In FIG. 9, the magnetic field generating unit 13 is provided on the substrate 4 facing the substrate 1 having the source electrode 2 and the drain electrode 3, but may be provided on either one of the substrates.
[0065]
(Embodiment 6)
FIG. 10 shows a switching element in which the conductive fine particles are cylindrical. The columnar conductive fine particles 17 divided into the conductive region 16 and the insulating region 15 are arranged between the source electrode 2 and the drain electrode 3. The source electrode 2 and the drain electrode 3 have a depression, and the columnar conductive fine particles 17 are arranged in the depression. The columnar fine particles 17 rotate the insulating region 15 toward the gate electrode 5 by the voltage of the gate electrode 5. Conversely, when the gate electrode 5 is made to have the opposite polarity, the insulating region 15 rotates in the opposite direction. Therefore, conductive region 16 realizes electrical contact between source electrode 2 and drain electrode 3. As described above, when the rotation state is changed by changing the pulse width and the number of pulses of the voltage of the gate electrode 5, the current can be controlled.
[0066]
(Embodiment 7)
Further, FIG. 11 illustrates the cylindrical conductive fine particles 17 in which the regulating member 18 is provided on an axis passing through the middle point of the conductive fine particles. As described above, by fixing the core axis, the rotation of the conductive fine particles is ensured, and even if an electric repulsion is generated, the conductive fine particles are not separated from the source electrode.
[0067]
(Embodiment 8)
FIG. 12 simply shows a manufacturing method for placing fine particles at a necessary place of a switching element. An insulating film 6 or a hole transport layer is formed on the gate electrode 5 as in FIG. The insulating film 6 is processed by embossing or the like to provide a concave portion as shown in FIG. 12, for example. The conductive fine particles 7 are dispersed and sprayed with a nitrogen gas or the like in a closed space such as a chamber. The flow of air at that time is indicated by an arrow (FIG. 12A). Further, the conductive fine particles 7 can be arranged at a desired place by scraping off the unnecessary conductive fine particles 7 with a squeegee 19 or the like (FIG. 12B).
[0068]
The recess also plays a role in preventing the conductive fine particles from escaping to another switching element even when the switching operation is performed.
[0069]
【Example】
Examples of the present invention will be described below. Embodiments of the present invention are based on the display device shown in FIG.
[0070]
(Example 1)
As the substrate 1, a glass substrate having a thickness of 1.1 mm was used. On this substrate 1, a source electrode 2 and a drain electrode 3 are formed of aluminum. The distance between the source electrode 2 and the drain electrode 3 was 60 μm.
[0071]
After aluminum is formed on the entire upper surface of the glass substrate 1, an electrode pattern is formed in a desired pattern through a resist coating step, an exposure step, a development step, and an etching step.
[0072]
The gate electrode 5 is formed of aluminum on the opposing glass substrate 4. Aluminum is formed and patterned by the same method as the source electrode 2 and the drain electrode 3. Further, 3 μm of polycarbonate is formed as an insulating film 6 on the aluminum by spin coating.
[0073]
A polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 6 μm and a thickness of 100 μm is placed on one of the two electrode substrates produced by the above method.
[0074]
Gold conductive fine particles having an average particle diameter of 5 μm are sealed in the space of the PET film laminated on the source electrode substrate formed as described above.
[0075]
Thereafter, the opposing substrate is installed from above, and the periphery of the switching element is sealed with an ultraviolet curing resin.
[0076]
Note that the fabrication was performed in a nitrogen atmosphere in order to prevent a decrease in switching characteristics due to the influence of moisture.
[0077]
A voltage was applied to the source and gate electrodes of the switching element manufactured through the above steps, and the switching operation was confirmed. When the response speed, which is the time required for the conductive fine particles to move between the substrates, was measured, it was several hundred microseconds. From this, it is considered that the display device has sufficient responsiveness to drive a paper substitute display.
[0078]
【The invention's effect】
In the present invention, instead of a thin film transistor using a conventional semiconductor, an electric device using inexpensive conductive fine particles that does not require an ultra-clean space required for transistor manufacture can be manufactured easily and the manufacturing cost can be reduced. By proposing a mechanical switching element, the above-mentioned problem could be solved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a simplified cross-sectional view showing a switching element of the present invention.
FIG. 2 is a simplified cross-sectional view showing a case where conductive fine particles are large in the switching element of the present invention.
FIG. 3 is a simplified cross-sectional view showing an off state of the switching element of the present invention.
FIG. 4 is a simplified sectional view showing an ON state of the switching element of the present invention.
FIG. 5 (a) is a simplified cross-sectional view of the switching element of the present invention.
(B) Cross-sectional view of (a) of the switching element as viewed from the side
6A is a diagram showing a switching element having a structure in which the electric field distribution of the switching element shown in FIG. 5 is changed.
(B) Cross-sectional view
FIG. 7 is a view showing different structures of conductive fine particles used in the switching element of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing different structures of conductive fine particles used in the switching element of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a switching element when a magnetic field generating unit of the present invention and magnetic conductive fine particles are used.
FIG. 10 (a) is a cross-sectional view of a switching element using columnar conductive fine particles used in the switching element of the present invention.
(B) Sectional view when (a) is viewed from the side
FIG. 11 is a diagram showing the structure of conductive fine particles when a restricting member is provided on the conductive fine particles used in the switching element of the present invention.
FIG. 12 is a diagram showing a method for manufacturing a switching element of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,4 substrate
2 Source electrode
3 Drain electrode
5 Gate electrode
6 Insulating film
7 conductive fine particles
8 Partition wall
9 Hole transport layer
10, 16 conductive area
11,15 Insulating area
12 Insulating ultrafine particles
13 Magnetic field generator
14 Magnetic conductive fine particles
17 Columnar conductive fine particles
18 Regulation members
19 Squeegee