(57)【要約】  本発明は、第1および第2の支持部材（2、3）と、該支持部材の間の電気光学媒体（5）と、支持部材上の電極配置（11、12）と、を有する電気光学セル（1）に関し、電気光学媒体には、支持部材と垂直な電場、支持部材と整列する電場、または支持部材に対して傾斜した角度（7）の電場が印加される。また電気光学セルは、支持部材の間に、誘電率が異なる材料からなる層（14）を有し、電気光学媒体内での電場線の不均一性が抑制される。支持部材の間に、コレステリック液晶の層を有することにより、電気光学セルは、印加する電場を変化させるカラーフィルタとして機能する。支持部材間の媒体に、粒子サスペンションを導入することにより、透過、反射および部分屈折の状態間を切り替えることが可能な電気光学セルが形成される。
2007518131.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学セルにおいて、
少なくとも一つが当該電気光学セルを通る光放射線に対して透明な、第1および第2の支持部材と、
該支持部材間の電気光学媒体と、
第1および第2の支持部材上の電極配置であって、前記電気光学媒体に電場を印加する電極配置と、
を有し、
前記印加電場の方向は、前記電極の電圧を変化させることにより、少なくともゼロ以外の第1の電場分布から、該第1の電場分布とは異なる、少なくともゼロ以外の第2の電場分布に変化し、
前記第1の電場分布の方向は、前記第2の電場分布の方向と反対の方向以外の方向であることを特徴とする電気光学セル。
【請求項２】
前記電極は、前記第1の電場分布が前記支持部材に対して略垂直になり、前記第2の電場分布が前記支持部材と略整列するように配置されることを特徴とする請求項1に記載の電気光学セル。
【請求項３】
前記電極は、少なくとも2つの電場分布を形成するように配置され、
一方の電場分布は、前記支持部材に対して略垂直であり、他方の電場分布は、前記支持部材に対して略傾斜した角度であることを特徴とする請求項1に記載の電気光学セル。
【請求項４】
前記電極は、少なくとも2つの電場分布を形成するように配置され、
一方の電場分布は、前記支持部材に対して略整列され、他方の電場分布は、前記支持部材に対して略傾斜した角度であることを特徴とする請求項1に記載の電気光学セル。
【請求項５】
前記電極配置は、前記第1の支持部材上の第1の電極と、前記第2の支持部材上の第2の電極とを有する電極組を有し、前記第1および第2の電極は、該第1および第2の電極の間に、前記第1の電場分布が印加されるようにアドレス化されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項６】
前記第1の電極組は、使用時に、前記電気光学媒体内の前記第1の電場分布が、前記支持部材に対して実質的に垂直になるように配置されることを特徴とする請求項5に記載の電気光学セル。
【請求項７】
第2の電極組が、前記第1および第2の支持部材上の前記第1の電極組に隣接して配置されることを特徴とする請求項5または6に記載の電気光学セル。
【請求項８】
前記第1および第2の電極組は、前記第2の電場分布が印加されるようにアドレス化されることを特徴とする請求項7に記載の電気光学セル。
【請求項９】
前記第1および第2の電極組は、使用時に、前記電気光学媒体内の前記第2の電場分布が、前記支持部材と整列するように配置されることを特徴とする請求項7に記載の電気光学セル。
【請求項１０】
前記電気光学媒体は、コレステリック液晶を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項１１】
前記電気光学媒体は、非等軸の懸濁粒子を有することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項１２】
少なくとも前記第1の電極組の前記配置は、前記支持部材に対して垂直な前記第1の電場分布に従って、前記粒子が整列されるように作動し、当該セルを、透過モードに切り替えることが可能となることを特徴とする請求項11に記載の電気光学セル。
【請求項１３】
前記第1および第2の電極組の前記配置は、前記支持部材と整列した前記第2の電場分布に従って、前記粒子が整列されるように作動し、当該セルを、不透過モードに切り替えることが可能となることを特徴とする請求項11または12に記載の電気光学セル。
【請求項１４】
前記電気光学媒体は、反射性粒子を有し、前記不透過モードは、反射モードになることを特徴とする請求項13に記載の電気光学セル。
【請求項１５】
第3の電極組が、前記第1と第2の支持部材上の前記第1および第2の電極組に隣接して、列状に配置されることを特徴とする請求項11乃至14のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項１６】
前記第1、第2および第3の電極組の前記電極がアドレス化され、第3の電場分布が印加されることを特徴とする請求項15に記載の電気光学セル。
【請求項１７】
前記第1、第2および第3の電極組の前記電極は、使用時に、前記電気光学媒体内の前記第3の電場分布が、前記支持部材に対して傾斜した角度となるように配置されることを特徴とする請求項16に記載の電気光学セル。
【請求項１８】
前記第3の電場分布の前記傾斜した角度は、前記第1、第2および第3の電極組の電極を適切にアドレス化することにより、調整することができることを特徴とする請求項17に記載の電気光学セル。
【請求項１９】
前記第1、第2および第3の電極組の前記電極配置は、前記第3の電場分布に従って、前記非等軸の反射性粒子が前記支持部材に対して傾斜した角度に整列されるように作動し、当該セルを、部分屈折状態に切り替えることが可能となることを特徴とする請求項17または18に記載の電気光学セル。
【請求項２０】
前記第1、第2および第3の電極組の前記電極配置によって、当該セルを、透過状態に対応する第1の電場分布から、反射状態に対応する第2の電場状態、および屈折状態に対応する第3の電場状態に切り替えることが可能となることを特徴とする請求項19に記載の電気光学セル。
【請求項２１】
前記第1および第2の電極組は、第1の電極行に配置され、当該セルは、第2の電極行を有し、前記各支持部材の上に4つの電極のマトリクスが形成されることを特徴とする請求項11乃至20のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項２２】
前記電極がアドレス化されて、2つの直交する電場分布が形成され、前記電極は、前記2つの電場分布の影響を受けた前記電気光学媒体内の粒子が、一つの自由度のみを有するように配置されることを特徴とする請求項21に記載の電気光学セル。
【請求項２３】
前記粒子は、前記2つの直交する電場分布の影響によって、前記支持部材に対して垂直に、または前記支持部材と整列するように配向され、前記2つの直交する電場分布の少なくとも一つを変化させることにより、当該セルを、透過状態または高反射状態に切り替えることが可能となることを特徴とする請求項22に記載の電気光学セル。
【請求項２４】
前記2つの直交する電場分布は、同時にまたは繰り返し印加されることを特徴とする請求項22または23に記載の電気光学セル。
【請求項２５】
前記第1、第2および第3の電極組は、第3の電極行を形成し、当該セルは、第4および第5の行を有し、前記各支持部材の上に9個の電極のマトリクスが形成されることを特徴とする請求項15乃至20のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項２６】
前記電極がアドレス化されて、2つの直交する電場分布が形成され、前記電極は、前記2つの直交する電場分布の影響を受けた前記電気光学媒体内の粒子が、一つの自由度のみを有するように配置されることを特徴とする請求項25に記載の電気光学セル。
【請求項２７】
前記粒子は、前記2つの直交する電場分布の影響を受け、前記支持部材に対して垂直な、前記支持部材に対して整列した、または前記支持部材に対して傾斜した角度となり、前記2つの直交する電場分布の少なくとも一つを変化させることにより、当該セルを、透過、高反射または屈折状態に切り替えることが可能となることを特徴とする請求項26に記載の電気光学セル。
【請求項２８】
前記2つの直交する電場分布は、同時にまたは繰り返し印加されることを特徴とする請求項26または27に記載の電気光学セル。
【請求項２９】
さらに、前記懸濁粒子の前記配向を切り替えるため、前記第1および第2の支持部材上の前記電極の電荷を変化させる駆動電子機器を有することを特徴とする請求項11乃至28のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項３０】
さらに、前記支持部材の間に、2以上の誘電体材料の層を有し、
前記電気光学媒体に生じる前記電場の不均一性を抑制するため、前記層は、誘電率が異なる材料で構成されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項３１】
前記電極配置は、前記支持部材上にのみ設置されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項３２】
前記支持部材は、略平行な板を有することを特徴とする前記請求項のいずれか一つに記載の電気光学セル。
【請求項３３】
電気光学セルにおいて、
少なくとも一つが当該電気光学セルを通る光放射線に対して透明な、第1および第2の支持部材と、
該支持部材間の電気光学媒体と、
前記第1および第2の各支持部材上の2つ以上の電極であって、前記電気光学媒体に電場を印加する電極配置と、
を有し、
前記印加電場の方向は、前記電極の電圧を変化させることにより、少なくともゼロ以外の第1の電場分布から、前記第1の電場分布とは異なる、少なくともゼロ以外の第2の電場分布に変化することを特徴とする電気光学セル。
【請求項３４】
第1および第2の支持部材と、
該支持部材の間の、懸濁粒子を含む媒体と、
第1および第2の支持部材の両方の上の電極配置であって、前記媒体に第1および第2の電場分布を印加する電極配置と、
を有する装置であって、
使用時に、前記第1および第2の電場分布の方向が直交し、前記懸濁粒子は、前記第1および第2の電場分布の影響を受け、一つの自由度のみを有することを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気光学セルに関し、特に、セルに電場を印加する電極配置に関する。本発明は、特に懸濁粒子装置（SPD）の作動を制御する用途に関するが、本発明の用途は、これに限られない。
【背景技術】
【０００２】
SPDは、光を制御する必要のある用途におけるライトシャッターおよびライトバルブとして使用され、透過および不透過の状態間を切り替えることが可能である。これらの装置は、例えば、LCDスクリーンと組み合わせて、パーソナルコンピュータおよび移動通信装置のスクリーンに使用される。スクリーンの周囲が暗いとき、SPDは、バックライトからの光をLCDスクリーンの方に透過し、またスクリーンの前方に明るい光が存在するときは、SPDは、バックライトを使用せずに周囲光からの光を反射する。
【０００３】
通常のSPDは、ガラス板等の第1および第2の略平行な離間された支持部材を有し、それらの部材の間には、懸濁粒子媒体が設置される。懸濁粒子媒体は、支持液体中に細長い反射性粒子を含む。支持部材上には、1または2以上の個々のセル内の懸濁粒子に電場を印加するための電極が設置される。電場が印加されていない状態では、粒子は、ランダムな配向を示す。初期のSPDでは、懸濁粒子のランダムな配向を用いて不透明な状態が得られる。入射光は、ランダムに配向された粒子によって遮蔽され、散乱する。透過状態は、光の方向の電場を印加することによって形成され、粒子は、それらの粒子の長手軸が入射光の方向と平行となるように整列し、散乱が著しく抑制される。しかしながら、切り替えに要する時間は、熱緩和力に依存するため、整列状態からランダムな状態への切り替え速度は、遅い。
【０００４】
切り替え時間は、不透過状態を形成することにより改善され、この状態では、粒子は、入射光の方向に対して垂直な電場によって整列される。しかしながら、この場合、懸濁粒子媒体の3以上の側面に、追加の電極が必要となる。
【０００５】
また、従来技術において、セルの支持部材に対して傾斜した均一な電場を形成することが可能な電気光学セルは存在しない。
【０００６】
さらに、一つの電場のみに影響される粒子は、依然として、好ましくない散乱の原因となるある自由度を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、電気光学セルの第1および第2の支持部材上に、支持部材に対して垂直な、および支持部材と平行な、および支持部材に対して傾斜した角度の電場を形成する電極配置を提供することを課題とする。
【０００８】
また、本発明では、透過、反射および一部屈折の状態間を切り替えることの可能な電極配置によって形成される電場を利用することを課題とする。
【０００９】
さらに本発明では、懸濁粒子の自由度を低減する電極配置を利用することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、電気光学セルにおいて：少なくとも一つが当該電気光学セルを通る光放射線に対して透明な、第1および第2の支持部材と；該支持部材間の電気光学媒体と；第1および第2の支持部材上の電極配置であって、前記電気光学媒体に電場を印加する電極配置と；を有し、前記印加電場の方向は、前記電極の電圧を変化させることにより、少なくともゼロ以外の第1の電場分布から、該第1の電場分布とは異なる、少なくともゼロ以外の第2の電場分布に変化し、前記第1の電場分布の方向は、前記第2の電場分布の方向と反対の方向以外の方向であることを特徴とする電気光学セルが提供される。
【００１１】
前記電気光学セルは、媒体中またはコレステリック液晶中に懸濁粒子が含まれていても良い。
【００１２】
従って、本発明の利点は、セルを透過モード、反射モードまたは一部屈折モードに切り替えることができる配置となるように、前記粒子の少なくとも一部を整列させる手段が提供されることである。
【００１３】
また、本発明では、電極間の誘電体材料の2以上の層を用いて、電気光学セル内の電場分布の不均一性を抑制する手段が提供され、前記層は、誘電率の異なる材料で構成される。
【００１４】
さらに、本発明では、第1または第2の電場分布と直交する電場分布を印加することにより、粒子サスペンション内の前記粒子の自由度を低減する手段が提供される。両方の電場が断続的に印加された場合、前記粒子に、自由度は存在しなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、一例として示される添付図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
【００１６】
図1には、電場が印加されていない状態の電気光学懸濁粒子セル1を示す。このセルは、2つの支持部材2および3を有し、これらの部材の間の媒体5には、懸濁粒子4が含まれている。懸濁粒子は、非等軸状であり、すなわちこれらの粒子は、非対称な形状を有する。通常の場合、これらの粒子は、高さ、幅および奥行きの寸法が異なる細長い粒子である。粒子は、ランダムに配置されている。支持部材は透明であり、光6は、セルを通過することができる。光6は、ランダムに配置された粒子4で散乱される。従ってセルは、あまり光を透過させない。
【００１７】
図2には、支持部材2および3に対して垂直に電場が印加された電気光学セルを示す。粒子4は、それらの粒子の長手軸が印加電場の方向と平行になるように整列され、光線6は、あまり散乱されずにセルを通過することが可能である。結果的に、セルは透過モードとなる。
【００１８】
図3には、電場が支持部材2および3と平行に印加されたときの電気光学セルを示す。この場合、懸濁粒子は、それらの粒子の長手軸が電場方向と平行になり、光6に対して垂直となるように整列される。セルは、光6を反射する反射性粒子を含んでも良く、この場合、光は粒子で反射されるため、結果的に、セルは光を透過しなくなる。切り替えの時間を考慮した場合、図3に示す不透過配置は、図1に示す配置よりも好ましい。良好な整列状態から図1に示す配向が得られるまでの切り替え時間は、粒子の熱緩和に依存するのに対して、図3の配向への切り替え時間は、電気的な力に依存する。粒子寸法が大きい場合、後者の方が、前者よりも切り替えはずっと速くなる。
【００１９】
図4には、傾斜した角度で電場が印加されたときの電気光学セルを示す。粒子4は、それ自身が支持部材2、3の法線に対してある角度7で整列されるため、結果的にセルを通過した光の一部は、屈折する。図4には、セルに入射する3つの光線8、9，10が示されている。少量の一部の光8は、セルを貫通して真っ直ぐ進行し、いかなる粒子にも散乱されない。光の別の部分9は、奇数個の粒子により散乱し、支持部材の法線と粒子の成す角度7の2倍の角度で屈折する。また、光の第3の部分10は、偶数個の粒子により散乱し、光の最終方向は、入射光線に対して平行となる。
【００２０】
本発明では、図2乃至図4の粒子配向は、第1および第2の支持部材上の電極のみによって得ることができる。
【００２１】
図6には、支持部材2および3上の、それぞれの電極11および12の配列を示す。支持部材2上の電極11は、支持部材3上の電極12と対向するように整列される。また、電極は、間隙13によって離間され、電極間の絶縁が可能となっている。通常支持部材は、ガラス、石英、プラスチックまたは二酸化珪素（SiO2）等の絶縁透明材料で構成される。通常、電極11、12は、CVDまたはスパッタリング処理で成膜されるインジウムスズ酸化物（ITO）等の導電性材料を用いて形成される。支持部材2、3に対して垂直な電場を得るため、上部電極11は負にされ、底部電極12は正にされる。図6に示す電極の陰影の差は、電圧が異なることを示している。白は、正に帯電されていることを示し、灰色は、負に帯電されていることを示し、黒は、中性を示している。支持部材間の空間には、サスペンション媒体5と、2つの外方不動態層14とを有する中央層が含まれ、サスペンション媒体5は高誘電率であるが、不動態層14は誘電率が低い。不動態層14の設置目的は、セルの粒子サスペンション中の電場の不均一性を抑制することである。
【００２２】
考えられる不動態層は、基板2、3の浸漬処理によって設置されるフッ素重合体、またはスパッタもしくはCVD等によって成膜されるSiO2である。
【００２３】
粒子サスペンションは、絶縁流体中に懸濁された複数の非等軸の反射性粒子（4）を有する。サスペンション媒体は、ブチルアセテート、または液体有機シロキサン高分子であっても良く、粘度は、粒子のブラウン運動は可能であるが、沈殿はしないような粘度である。好適な粒子の例には、銀、アルミニウムもしくはクロムの金属血小板、マイカ粒子または無機チタン化合物粒子が含まれる。粒子の長さは、1から50μm程度であり、これらの粒子の厚さは、5から300nmである。通常のセルは、不動態層の間に200μmのセル間隙を有し、不動態層の厚さは5乃至50μmの範囲であり、電極幅は250μmで、電極間隙は50μmである。中央層5の真空誘電率は、10であり、各不動態層15の誘電率は、2である。図6の右側には、懸濁粒子4がセル内に配向されている状態を概略的に示す。粒子4は、等電位線に対して垂直に整列され、光透過性のセルが得られる。
【００２４】
図7において、電極11aおよび12aは、負の電位を有し、電極11bおよび12bは、正の電位を有する。この結果、サスペンション媒体5内に、支持部材と平行な電場が生じ、等電位線は、広い範囲で支持部材に対して垂直となる。不動態層内では、広い範囲にわたって電場の勾配が生じ、方向が不均一になる。粒子は、それらの粒子の長手軸が支持部材と平行になるように整列し、結果的に不透過性のセルが得られる。また、図7から、実質的に2つの電極の幅に対応する電気光学媒体の部分にわたって、電場が延在することは明らかである。このため、透過および反射状態間を切り替えるには、4つの電極が必要となる。
【００２５】
正および負の電極の配置は、図8に示す方法で電極を接続することにより得ることができる。上部および底部電極は、電圧V1を提供する電源16に接続される。セルは、上部および底部電極が、電源16の反対の端子に接続されるように配置される。上部電極は、電圧V2を提供する別の電源17に接続され、底部電極は、電圧V3を提供する第3の電源18に接続される。セルは、このセルの左側および右側の電極が、それぞれ電源17と18の反対の端子に接続されるように配置される。さらに電源16、17および18は、それぞれスイッチ19、20および21に接続される。これらのスイッチは、さらに制御ユニット22に接続される。制御ユニットは、スイッチをオンにするかオフにするかの指示を受けるように配置されても良い。図8において、スイッチ19、20および21は開であり、セルには電場は全く印加されない。セルは、以下のようにして、透過状態に切り替えられる。制御ユニットは、指示を受け、4つの全てのスイッチ19を閉じ、上部支持部材2および底部支持部材3の間に、電圧V1が印加される結果、粒子は、図6に示すように、長手方向の軸が支持部材に対して垂直となるように整列する。一方、セルを不透過状態に切り替えるため、制御ユニット22は、スイッチ19を開にし、スイッチ20および21を閉にする。従って、左側と右側の上部電極11b、11cの間には、電圧V2が印加され、左側と右側の底部電極12b、12cの間には、電圧V3が印加される。V2およびV3が、同等の値である場合、支持部材2、3と平行な電場が形成され、粒子4は、図7に示すように、それらの粒子の長手軸が支持部材と平行になるように整列する。
【００２６】
電場は、2つの隣接する電極の寸法に対応する領域にわたって延在する。後続の上部および底部電極の組がアドレス化されると、電場は、次のセル体にわたって連続的に印加される。一行の電極の全てが、粒子の緩和時間よりも速くアドレス化されると、行全体にわたって、均一な粒子配向が得られる。あるいは、図9に示すように、隣接する電極を電源の反対の端子に接続することにより、行全体を同時に駆動することも可能である。V2とV3の値が等しい場合、支持部材2、3に平行な電場が形成され、電気光学セルの行は、反射状態となる。図8に示すように、第1および第2の支持部材2および3上の電極間に、電圧V1を印加して、透過状態が得られるようにしても良い。制御ユニット（図示されていない）は、スイッチに接続されており、開にするスイッチと閉にするスイッチが制御される。
【００２７】
図10には、透過状態と反射状態の間で切り替えることが可能な電気光学セルのマトリクスを有するディスプレイの一部を示す。ディスプレイは、図6乃至9に示すようにして構成されたセルの二次元配列を有する。ディスプレイは、第1および第2の支持部材2および3上に、2つの電極層を有し、さらに、2つの不動態層14と、これらの不動態層の間の粒子サスペンション5とを有する。透過モードと不透過モードの間でセルを切り替えるためには、懸濁粒子媒体の各側に2つずつ、計4つの電極が必要であり、その結果、2つの隣接する電極の幅と等しい幅を有し、一つの電極の高さと等しい高さを有するセル23が得られる。光源は、第1の支持部材2の背面に提供されても良く、これにより、セルを透過または反射する光が提供される。反射モードでは、スクリーンは、周囲光によって前面から照射される。
【００２８】
図6乃至図10に示した電場では、粒子は2以上の自由度をとる。図11において、粒子24、25は、いずれもそれらの粒子の長手軸が電場と平行になるように整列されているが、粒子24では、その薄い端部が支持部材と平行になっているのに対して、粒子25では、その大面積領域が支持部材と平行になっている。第1の電場と直交する第2の電場を印加することにより、粒子の自由度が減少し、両方の電場条件を満たす配向が選定される。
【００２９】
図12aおよび13aには、8つの電極を有する電気光学セル30を示す。4つの電極11は、第1の支持部材2上にあり、4つの電極12は、第2の支持部材3上にある。第1の支持部材2上の電極配置は、第2の支持部材3上の電極配置と同一である。各電極は、行R1とR2、および列C1とC2状に接続されている。第1および第2の支持部材上の行R1とR2は、それぞれ、電圧V2およびV3を提供する電源16および17の反対の端子に接続される。第1および第2の支持部材上の列C1とC2は、それぞれ、電圧V4およびV5を提供する電源26および27の反対の端子に接続される。また、スイッチ19、20，28および29は、電極を相互に分離するとともに、それぞれ、電極を電源16、17、26および27から分離する。制御ユニット（図示されていない）は、スイッチ19、20、28および29を開閉することができる。スイッチ19と20が閉のとき、電位V2、V3は、電極を左側と右側に分離し、図12に示すような電場が印加される。その結果、粒子24、25は、図12bに示すように、長手軸が電場と平行になるように整列する。粒子は、依然として、粒子24と25の配向によって示されているような自由度（2通りの配置）を有する。スイッチ28と29が閉となり、スイッチ19および20が開になると、電位V4、V5は、第1および第2の支持部材2、3上の行を分離し、図13bに示すような電場が得られる。粒子24、25は、それらの粒子の長手軸が印加電場と平行になるように整列するが、依然として図13bに示すように、ある自由度（2通りの配置）を有する。粒子24の配向は、図12と13とでは異なっているが、粒子25の配向は、図12と13において同一である。その結果、図12および13に示す電場が断続的に印加されると、粒子は、両方の電場条件を満たす配向、すなわち粒子25で示されている配向になるように整列する。第1の支持部材2の後方からセル1に光が入射した場合、粒子は、広い範囲で光線に対して垂直になるため、粒子25の配向によって、高反射状態が得られる。あるいは、周波数の異なる交流電場を用いて、各電場が平衡状態に達するよりも短い時間のインターバルで、2つの直交する電場を断続的に印加しても良く、これにより粒子は、両方の電場によって許容される配向をとるようになる。透過状態では、第2の電場を使用する必要はない。セルを透過状態に切り替えるには、第1の電場で十分であり、第1の電場と直交する第2の電場を導入することによって、粒子の自由度を減少させても、セルの透過性は、それ以上向上しない。
【００３０】
図14には、図12および図13に示す電気光学セルのマトリクスを有するディスプレイの一部を示す。このディスプレイは、各支持部材2、3上の電極層を有し、さらに、2つの不動態層14と、それらの間の粒子サスペンション5とを有する。図12および13に示した電気光学セルは、対応する粒子サスペンション30とともに図14に示されている。図12および13に示すように、一つの完全なセルに対応する粒子サスペンションの高さは、相互に上下関係にある2つの電極の高さに等しく、一つの完全なセルに対応する粒子サスペンションの幅は、相互に隣接する2つの電極の幅に等しい。光源は、第1の支持部材2の背面に設置され、セルを透過または反射する光が提供される。
【００３１】
屈折セルを形成する正および負の電極の配置は、図15に示されている。電極11a、12aおよび12bは、負の電位を有し、電極11b、11cおよび12cは、正の電位を有する。この結果、支持部材に対してある角度を成す等電位線が得られる。粒子は、等電位線に対して垂直に整列するため、光の一部を屈折させ、一部を透過させるセルが得られる。この例では、粒子サスペンションの各側の3つの電極を用いて、屈折セルが形成される。図15に示す電場は、図16に示すように電極を接続することによって得ることができる。電極11aは、電源17の端子に接続され、第2の端子は、電極11bおよび11cに接続される。同様に、電極12aおよび12bは、電源18の端子に接続され、第2の端子は、電極12cに接続される。また、第1の支持部材および第2の支持部材上の電極は、電圧V1を提供する電源16の反対の端子に接続される。スイッチ19、20および21は、それぞれ電源16、17および18に接続される。スイッチ20および21が開で、スイッチ19が閉の場合、セルは透過性になる。
【００３２】
一つの電場のみを使用することは、粒子が2以上の自由度を有することを意味する。図17には、2以上の粒子の自由度が許容されるような電場が印加された屈折セル1を示す。セルは、第1の支持部材2と第2の支持部材3を有し、各々の支持部材は、9個の電極11a乃至11i、および12a乃至12iを有する。第1の支持部材は、さらに2つの電源16および26を有し、これらの電源はそれぞれ、V2およびV4の電圧を提供する。同様に、第2の支持部材は、2つの電源17および27を有し、これらの電源はそれぞれ、V3およびV5の電圧を提供する。また、各列にはスイッチ19、20、各行にはスイッチ28、29の多くのスイッチがあり、これらのスイッチは、それぞれ電源16、17，26および27に接続される。スイッチは、制御ユニット（図示されていない）に接続される。スイッチ19および20が閉で、スイッチ28および29が開の場合、図17bに示すように、第1の支持部材2の右側の隅から、第2の支持部材3の左側の隅に傾斜した角度の電場が印加される。ただし、粒子は、依然として、粒子24および25の配向によって示されている自由度（2通りの配置）を有する。一方、スイッチ19および20が開で、スイッチ28および29が閉の場合、支持部材の後方から支持部材の前方に向かって支持部材と平行な電場、すなわち図18bの紙面から出る方向の電場が印加される。粒子24、25は、それらの粒子の長手軸が電場と平行になるように整列するが、それらの粒子は、粒子24および25の配向を比べれば明らかなように、依然としてある自由度（2通りの配置）を有する。しかしながら、図17および図18に示す電場が繰り返し印加された場合、粒子は、両方の電場条件を満たすように整列する；すなわち粒子25の配向を有するようになる。あるいは、周波数の異なる交流電場を用いて、各電場が平衡状態に達するよりも短い時間のインターバルで、2つの直交する電場を断続的に印加しても良く、これにより粒子は、両方の電場によって許容される配向をとるようになる。
【００３３】
さらに図17および18に示す電気光学セルは、後方および前方の電極を電源（図示されていない）の反対の端子に接続することにより、透過状態に切り替えることができる。また図12に示すように、支持部材に対して平行な、2つの直交する電場を得ることに適した方法で、電極を接続することにより、高反射状態を形成することも可能である。これにより、粒子サスペンションの各側に9個の電極を有する電気光学セルを、透過状態、反射状態および屈折状態の間で切り替えることが可能になる。さらに、適当な非対称アドレス処理を選定することにより、屈折角に範囲を持たせることができる。例えば、電極11c、11fおよび11iが負の電位となるようにアドレス化することにより、屈折角を増大させることができる。電気光学セルの非対称なアドレス処理は、図17および18の例に限定されない。各電極が個々に切り替えられ、屈折電場が調整可能である場合に、最大の自由度が得られることは、当業者には明らかであることに留意する必要がある。各電極をそれぞれ別個の電源に接続することもでき、あるいはアクティブマトリクス配置を利用して、各電極に別々に電位を印加することも可能である。
【００３４】
傾斜した電場は、3つの電極の寸法に対応する領域にわたって延在する。電場は、ユニットセルの中央でより強く、また傾斜が大きくなり、端部ほど弱く、傾斜が小さくなる。電場の僅かの不均一性によって、ユニットセル内での粒子の配向は、変化する。3つのステップでユニットセルを処理することにより、単位電場の中央での最大の電場に相当する粒子配向を、セル全体にわたって得ることができる。第1のステップでは、図19aに示すように、左の両電極aが非対称にアドレス化され、両差の間に強い電場が形成される。第2のステップでは、図19bに示すように、ユニットセルの中央の両電極bが非対称にアドレス化され、両中央電極間に強い電場が生じる。第3のステップでは、右の両電極cが非対称にアドレス化され、両電極間に強い電場が生じる。このステップが繰り返し行われると、セル全体において全粒子配向が、強い傾斜電場に影響されるようになり、より弱い電場による粒子配向の自己消去効果が、無視できる。
【００３５】
ユニットセルの行全体において粒子を整列させる場合、行全体に対して前記ステップの処理を繰り返す。アドレス処理の手順が粒子の熱緩和よりも速い場合、セル全体にわたって、傾斜した粒子配向が得られる。あるいは、各3番目の電極を接続して、全行に同時に傾斜電場を印加しても良い。
【００３６】
図20には、不動態層を有さない電気光学セルを示す。図6、7および15と図20を比較すると、図20では、電場の傾斜が電気光学セルの中央にまで延在しており、非平行な等電位線15を有する不均一な電場が形成されていることは、明らかである。電気光学セルにおいて、不動態層の低誘電率は、電場の不均一性を抑制する
前述の電場を得るため、多くの方法で電極を接続し得ることは明らかであり、その接続法は、図面のものに限定されない。いくつかの電場方向、例えば透過状態となる電場方向において、第1の支持部材には駆動電子機器だけが接続され、他の支持部材は、アースに接続された電極のみを有しても良いことに留意する必要がある。
【００３７】
また、実施例では、透過状態と高反射状態の間を切り替えることが可能な最も小型のユニットセルには、8個の電極が必要となり、屈折状態、透過状態および高反射状態の間を切り替えることが可能な最も小型のユニットセルには、18個の電極が必要となることに留意する必要がある。ただし、より多くのまたはより少ない数の電極および電源を使用して、適正な電場強度と粒子配向を得ても良いことは明らかである。
【００３８】
上記電気光学セルの電極構造は、懸濁粒子装置以外の他の用途に使用することも可能である。例えば、電極構造は、図21および図22に示すようなコレステリック液晶（CLC）をベースとする切り替え可能型カラーフィルタに使用される。CLC内の分子32は、それ自体が層31内に配置され、各層の分子32は、それ自身が導線方向33として知られる軸に沿って配向される。各層の導線方向33は、上下の層に対してねじれており、各層の配向は、層に対して垂直な方向に螺旋を形成する。導線方向が360度変化するまでの距離は、ピッチ（P）と呼ばれる。CLCの反射波長は、屈折率（n）とCLCのピッチ（P）によって、
【００３９】
【数１】
2007518131.tif 000003
の関係で定められる。
【００４０】
液晶に全く電場が印加されていない場合、液晶は反射状態にある（図22a）。反射光の色は、第1および第2の支持部材と平行な電場を印加することにより、変調することができる。電場は、各層の導線方向に影響を及ぼし、CLCのピッチが伸張されるため、これにより反射光の波長が変化する。図22bに示すように、第1および第2の支持部材（2、3）と平行に、弱い電場が印加される。これに伴い、図22bのピッチは、図22aのピッチよりも長くなり、図22bの反射波長λ2は、図22aの反射波長λ1よりも長くなる。極めて大きな電場によって、螺旋は完全に巻き戻され、図22cに示す透過状態が形成される。また、支持部材に対して垂直な電場を印加することにより、透過の度合いを変化させることも可能である。電場が大きくなると、透過状態が顕著になる。支持部材（2，3）に対して垂直な弱い電場は、図22dに示すようなフォーカルコニック状態（透過状態）を形成し、この状態は、電場が解除されても安定である。図22eには、強い垂直電場の影響下にあるCLCを示す。分子は、電場に沿って整列し、セルは、垂直配向状態となり、高透過状態となる。このように、電気光学セルの電場の強度および方向を変化させることにより、反射光は、多数の色を呈するようになる。
【００４１】
本願の特許請求の範囲は、特定の形態の組み合わせについて示されているが、本発明の開示の範囲は、それが、現在のいかなる請求項に記載の発明と同一の発明に関するものであるかに関わらず、またそれが、本発明と同一のいかなるもしくは全ての技術的課題を軽減するものであるかに関わらず、本願に明確にもしくは暗示的に示されたいかなる新しい特徴物、またはいかなる新しい特徴物の組み合わせ、またはいかなるそれらの他の一般物をも包含することに留意する必要がある。出願人は、本願の手続き中に、またはこれから派生する他のいかなる出願の手続き中にも、そのような特徴および／またはそのような特徴の組み合わせについて、新たな請求項を作成し得ることに留意する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】ランダム状態にある懸濁粒子を有する電気光学セルを示す図である。
【図２】支持部材に対して垂直な電場の影響下にある懸濁粒子を有する電気光学セルを示す図である。
【図３】支持部材と平行な電場の影響下にある懸濁粒子を有する電気光学セルを示す図である。
【図４】支持部材に対して一定の角度の電場の影響下にある懸濁粒子を有する電気光学セルを示す図である。
【図５】図4に示す電気光学セルを通過する光の屈折方法を示す図である。
【図６】支持部材に対して垂直な電場を形成するために使用される電極を有する電気光学セルを示す図である。
【図７】支持部材と平行な電場を形成するために使用される電極を有する電気光学セルを示す図である。
【図８】図6および図7の電場を形成するための電極同士の接続例を示す図である。
【図９】図6および図7の電場を行全体にわたって形成するため、電気光学ユニットセルの行を接続する一例を示す図である。
【図１０】ディスプレイの一部を構成する電極と粒子サスペンションの層を示す図である
【図１１】サスペンション内の粒子が2以上の自由度を有する様子を示す図である。
【図１２ａ】懸濁粒子が一つの自由度のみを有する高反射状態を形成するための電極配置を有する、電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１２ｂ】懸濁粒子が一つの自由度のみを有する高反射状態を形成するための電極配置を有する、電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１３ａ】懸濁粒子が一つの自由度のみを有する高反射状態を形成するための電極配置を有する、電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１３ｂ】懸濁粒子が一つの自由度のみを有する高反射状態を形成するための電極配置を有する、電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１４】ディスプレイの一部を構成する電極および粒子サスペンションの層についての、図12および図13の電気光学ユニットセルを配置する方法を示す図である。
【図１５】支持部材に対してある角度の電場を形成するために使用される電極を有する電気光学セルを示す図である。
【図１６】図15の電場を形成するための、電極の接続例を示す図である。
【図１７ａ】粒子が一つの自由度のみを有するように、透過状態、高反射状態および屈折状態間での切り替えが可能な電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１７ｂ】粒子が一つの自由度のみを有するように、透過状態、高反射状態および屈折状態間で切り替え可能な電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１８ａ】粒子が一つの自由度のみを有するように、透過状態、高反射状態および屈折状態間で切り替え可能な電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１８ｂ】粒子が一つの自由度のみを有するように、透過状態、高反射状態および屈折状態間で切り替え可能な電気光学ユニットセルを示す図である。
【図１９ａ】ユニットセルの全体に、懸濁粒子の極めて均一な屈折配向を形成する方法を示す図である。
【図１９ｂ】ユニットセルの全体に、懸濁粒子の極めて均一な屈折配向を形成する方法を示す図である。
【図１９ｃ】ユニットセルの全体に、懸濁粒子の極めて均一な屈折配向を形成する方法を示す図である。
【図２０】不動態層の効果を示す図である。
【図２１】コレステリック液晶層の螺旋構造を概略的に示す図である。
【図２２ａ】各種電場が印加された場合のコレステリック液晶の配向を示す図である。
【図２２ｂ】各種電場が印加された場合のコレステリック液晶の配向を示す図である。
【図２２ｃ】各種電場が印加された場合のコレステリック液晶の配向を示す図である。
【図２２ｄ】各種電場が印加された場合のコレステリック液晶の配向を示す図である。
【図２２ｅ】各種電場が印加された場合のコレステリック液晶の配向を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【図１９ａ】
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【図１９ｂ】
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【図１９ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２ａ】
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【図２２ｂ】
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【図２２ｃ】
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【図２２ｄ】
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【図２２ｅ】
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【国際調査報告】
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2007518131.tif 000037
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