(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに向かい合って自由空間を形成するように配置された第１の透明基板と第２の透明基板とによって形成された光学セルと、
前記自由空間に配置された液晶材料と、
透明状態と遮断状態との間で前記セルをスイッチングするように構成された電子回路であって、
スイッチング制御電圧を前記セルに提供する電源モジュールと、
前記電源モジュールと前記セルとの間に直列に取り付けられ、前記セルが前記透明状態と前記遮断状態との間でスイッチングされるのを可能にするスイッチング素子と、
を備えた電子回路と、
を具備する光シャッタリング装置であって、
前記電子回路は、前記電源モジュールと前記スイッチング素子との間に直列に取り付けられて、前記セルがスイッチングする間に前記電源モジュールからの電流を所定値に制限してリミッターとして作用する直流電流源をさらに備えることを特徴とする、光シャッタリング装置。
【請求項２】
前記第１の基板及び前記第２の基板は、それぞれ、厚さｅ１及びｅ２を備え、該厚さｅ１及びｅ２が異なり、かつ該厚さは、
前記第１の基板及び前記第２の基板の累積した総厚さｅが２．５０ｍｍ以下であるようになっており、
前記第１の基板及び前記第２の基板のうちの最も厚い基板がガラス製であり、厚さが０．７０ｍｍを上回るようになっている、
ことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
最も薄い基板はガラス製であり、厚さが１ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
最も薄い基板はプラスチック製であり、厚さが０．５ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記液晶材料は、少なくとも一つの液晶と一つのポリマーとを結合したものを含み、それにより、前記ポリマーによって安定化する液晶ゲルを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記液晶材料は、少なくとも一種の強誘電性スメクチック液晶ＦＬＣ又は反強誘電性スメクチック液晶ＡＦＬＣとポリマーとを結合したものを含み、それにより、それぞれＰＳＦＬＣ又はＰＳＡＦＬＣという名前でよりよく知られている、前記ポリマーによって安定化する液晶ゲルを形成することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
少なくとも一つの液晶と一つのポリマーとを前記結合したものは、前記ポリマーの質量密度での濃度が１０％〜１５％の範囲であるようなものであることを特徴とする、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
粘弾性材料の少なくとも１つの透明層をさらに具備することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光シャッタリング装置を具備する視覚ゴーグルセット。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の光シャッタリング装置を具備する光学表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、液晶ベース材料を組み込んでいる光シャッタリング（optical shuttering）装置の分野である。
【０００２】
より詳細には、本発明は、前記液晶のスイッチング中に聞こえるノイズを制限する技法に関する。
【０００３】
本発明は、特に、但し排他的にではなく、液晶ベースの交互視（alternating vision）ゴーグルセット（又は液晶に基づく交互視眼鏡）であって、その主な特徴が液晶のスイッチングノイズを低減することである、ゴーグルセットを作製することに応用される。
【０００４】
本発明を、より詳細には、例えば携帯電話の分野でのディスプレイ画面（表示（viewing））に適用することができる。
【背景技術】
【０００５】
以下の説明記載の全体は、デジタルコンテンツを立体的に見るため（３Ｄ視）のアクティブゴーグルに関してなされている。
【０００６】
こうしたゴーグルセットは、標準的に、少なくとも１つの液晶ベースのセルに基づくシャッターを有している。
【０００７】
より詳細には、この種のゴーグルに取り付けられているシャッターは、互いに向かい合って液晶を包囲するように配置された２つの基板によって形成される少なくとも１つのセルからなる。こうした基板の大部分は、ガラス等の剛性かつ透明な材料で作製されている。
【０００８】
軽量かつ小型のシャッターを作製するために、軽量で小型の液晶ベースのセルを使用することが一般に行われている。この種のセルの重量を軽減するために、標準的には、厚さが標準的に０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲にある薄いガラス基板としてより知られている、薄い厚さのガラス基板を用いることにより、ガラス基板の厚さを低減することが行われている。
【０００９】
こうしたゴーグルセットについては、特許文献１に特に記載されている。このゴーグルセットは、互いに向かい合うように位置する第１の基板及び第２の基板によって形成された単一セルからなる。これらの２つの基板の間の空間は、ネマチック型の液晶を受け入れるキャビティを形成する。
【００１０】
液晶ベース材料は、透明な薄い電極を用いて２つの基板の間に制御電圧Ｖを印加することによって生成される電界Ｅをこれらの材料に印加することによって、光学特性、特にそれらの複屈折を変更することができる材料であることを想起することができる。液晶が、例えば交差する偏光子と検光子との間に配置されると、電圧制御光シャッターが得られる。そして、この種の液晶ベースの光シャッターは、２つの基板の端子に電圧が印加されるか否かに応じて、以下の少なくとも２つの状態をとる。すなわち、
−光を通過させる「通過」状態として知られている状態、及び
−光を通過させないか又はこの光の非常にわずかな部分しか通過させない「遮断」状態
である。
【００１１】
３Ｄビジョンでの動きのレンダリングにおける品質の要件により、例えば、４８Ｈｚの映画の標準的なサンプリング周期に対して、９６Ｈｚでタイミング調整されたダブルフラッシュ技術（すなわち、画像が、目が感知することができない速度で各目に交互に投影される）の代りに、１４４Ｈｚでタイミング調整されたトリプルフラッシュ投影の技術が開発された。
【００１２】
従って、こうした技法は、高速な目のシャッターの技術とハリウッドのスタジオによって要求される映画館投影品質に匹敵する光学品質とを規定している。
【００１３】
しかしながら、標準的に使用されているネマチック液晶セルでは、遮断状態から透明状態として知られている通過状態に移行するために十分に短い応答時間（開口時間とも呼ばれる）を得ることができない。実際に、この技術は、数ミリ秒程度の開口時間に限られている。ネマチック技術は、この場合、９６Ｈｚでタイミング調整されたダブルフラッシュ投影システムにしか適合性がなく、１４４Ｈｚでタイミング調整されたトリプルフラッシュシステムには適合性がない。
【００１４】
動的シャッターを作製するために用いられる別の技術は、スメクチック液晶の使用に基づく。このスメクチック技術により、
−透明状態から遮断状態に移行するために約１００ｍｓ〜数１００μｓの範囲の短い応答時間、
−遮断状態から透明状態に移行するために約１００ｍｓ〜数１００μｓの範囲の短い応答時間
を得ることが可能になる。
【００１５】
遮断状態と透明状態との間のスイッチングの対称性について留意する。従って、例えば、強誘電性スメクチック液晶（ＦＬＣ）又はさらには反強誘電性スメクチック液晶（ＡＦＬＣ）は、ネマチック液晶より高速である。
【００１６】
ネマチック技術からスメクチック技術への移行におけるより高速な液晶の使用と共に、ビート周波数の上昇（４８画像／秒から１４４画像／秒に移行）により、液晶に対しより短い立上り時間でより高い制御電圧が必要になる。液晶の厚さはまた、種々のネマチック液晶に対する５〜１０μｍと比較して、ＦＬＣの場合はより小さく、すなわち１μｍ〜２μｍであることを知らなければならない。その結果、印加される電界が強くなる（ネマチック液晶の場合の数Ｖ／μｍに対して、スメクチック液晶の場合は１０Ｖ／μｍ）。
【００１７】
従って、ビート周波数の上昇及び液晶に印加される電界の増大にはノイズ源が伴い、このノイズ源は使用者には不都合であることが分かっている。実際には、液晶セルが（この特定の例では）視覚（viewing）ゴーグルセット及び使用者の聴覚器に近いとすると、液晶セルが聴覚器に近接している時に液晶セルのスイッチングノイズが問題となる。
【００１８】
より詳細には、ネマチック技術であってもスメクチック技術であっても、液晶スイッチを切り換えるために、シャッターセル（視覚ゴーグルの場合）を構成しているガラス基板とディスプレイユニット（例えば携帯電話画面）のガラス基板とに、交流の正の電圧及び負の電圧（方形波の形態）が印加されると、主にガラス基板の振動によってノイズがもたらされる。
【００１９】
実際には、制御電圧Ｖの下で、可聴範囲にある周波数でガラス基板に及ぼされる結果としての静電気力により、基板が振動し、その結果が、可聴スペクトルにおける音響振動となる。
【００２０】
この静電気力によって誘導される振動の振幅は、ガラス基板が薄いほどますます大きくなることが分かる。
【００２１】
ここで、ノイズ発生のこの問題は、さらに薄いガラスを必要とする存在し得る最軽量の装置、例えば視覚ゴーグルセット又は表示装置の画面に光シャッタリング装置を組み込まなければならないほどいっそう深刻化する。
【００２２】
言い換えれば、これら装置の製造業者が探求している装置の重量軽減は、このノイズ発生が、ガラス基板の厚さが小さくなるに従いいっそう伝搬し易くなる音響振動（又は波）からもたらされることによって制限される。この問題は、スメクチック液晶を使用すると、ネマチック結晶の場合より電界が大幅に強いために深刻化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】米国特許第６９４３８５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の少なくとも１つの実施の形態の目的は、液晶のスイッチング中に発生する静電気力によってもたらされる音響振動を効率的に低減すると同時に、２つの基板及び液晶によって構成されるセルの重量を最適化し、本発明の１つの特定の実施の形態による光シャッタリング装置の重量を低減するためにいっそう最適化する技法を提供することである。
【００２５】
本発明の少なくとも１つの実施の形態はまた、実施が簡単でありコストがほとんどかからない、この種の技法を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の１つの特定の実施の形態は、
互いに向かい合って自由空間を形成するように配置された第１の透明基板と第２の透明基板とによって形成された光学セルと、
前記自由空間に配置された液晶材料と、
前記セルをスイッチングする電子回路であって、
制御電圧を提供する電源モジュールと、
前記電源モジュールと前記セルとの間に直列に取り付けられ、前記セルが通過状態と遮断状態との間でスイッチングされるのを可能にするスイッチング素子と、
を備えた電子回路と、
を具備する光シャッタリング装置を提案する。
【００２７】
この実施形態によれば、本発明は、前記電子スイッチング回路が、前記電源モジュールと前記スイッチング素子との間に直列に取り付けられた電流源をさらに備える点で注目すべきである。
【００２８】
従って、本実施の形態は、液晶のスイッチング中にこのガラス基板の振動によってもたらされるノイズを減衰させる完全に新規性及び進歩性がある手法に依拠し、この結果を、セルの液体セルの制御電圧のパルス形状を制御することによって達成する。特に、本発明による直列に取り付けられた電流源を使用することにより、セルに印加される電気パルスの立上り時間（勾配）を変更することができる。
【００２９】
この電子的補正により、より厚さの小さい基板を使用することが可能になり、従って、光学セルの重量、特に光シャッタリング装置の重量が最適化される。
【００３０】
有利には、前記第１の基板及び前記第２の基板は、それぞれの厚さが異なり、かつ該厚さは、
前記第１の基板及び前記第２の基板の累積した総厚さが２．５０ｍｍ以下であるようになっており、
前記第１の基板及び前記第２の基板のうちの最も厚い基板がガラス製であり、厚さが０．７０ｍｍを上回るようになっている。
【００３１】
従って、この構成により、光学セルの重量を制限するために少なくとも１つの薄い基板を使用することが可能になる。実際には、ガラス基板が厚くなるほど、液晶によって誘導される振動の吸収はより効率的になる。この構成により、電界によって誘導される基板の振動は、厚い方の基板によって緩衝される。
【００３２】
この場合もまた、厚さが０．７０ｍｍ以上のガラス基板を使用することにより、セルを十分に剛性にすることができ、従って、第１の基板及び第２の基板の振動による屈曲が制限される。これには、有利に、セルの重量を制限しかつその堅牢性を向上させると共に、セルにおける音響ノイズレベルを低減するという効果がある。
【００３３】
有利には、最も薄い基板はガラス製であり、厚さが１ｍｍ以下である。
【００３４】
従って、セルの重量を軽減すると同時に、電界によって導入される振動を制限することができる。
【００３５】
また、最も薄い基板はプラスチック製であり、厚さが０．５ｍｍ以下である。
【００３６】
従って、セルの重量が最適化される。
【００３７】
本発明の有利な実施モードによれば、前記液晶材料は、少なくとも一種の液晶と一種のポリマーとを結合したものを含み、それにより、前記ポリマーによって安定化する液晶ゲルを構成する。
【００３８】
従って、液晶のスイッチング時間の勾配を、衝撃（percussion）ノイズを制限するように調整することができる。実際には、ポリマーの存在により、液晶分子の移動に対するポリマー鎖の抵抗によってスイッチング時間が増大する。この機構には、分子の方向軸の回転移動に対する電気的衝撃の影響を制限することにより、音響ノイズを低減するという効果がある。
【００３９】
本発明の別の有利な特徴によれば、前記液晶材料は、少なくとも一種の強誘電性スメクチック液晶ＦＬＣ又は反強誘電性スメクチック液晶ＡＦＬＣとポリマーとを結合したものを含み、それにより、それぞれＰＳＦＬＣ又はＰＳＡＦＬＣという名前でよりよく知られている、前記ポリマーによって安定化する液晶ゲルを形成する。
【００４０】
従って、液晶のスイッチング時間の勾配を調整することができ、スメクチック液晶のスイッチングからもたらされる元の衝撃ノイズを制限することができる。
【００４１】
本発明の１つの有利な特徴によれば、少なくとも一種の液晶と一種のポリマーとを前記結合したものは、前記ポリマーの質量密度での濃度が１０％〜１５％の範囲であるようなものである。
【００４２】
従って、特に分子の動きに対するポリマー鎖の抵抗のために、材料の光学的品質に影響を与えることなく、かつポリマー濃度が高いことからもたらされる結果としての光拡散を防止して、液晶のスイッチング時間を増大させることができる。
【００４３】
本発明の別の主要な特徴によれば、前記装置は、粘弾性材料の少なくとも１つの透明層をさらに具備する。
【００４４】
粘弾性材料の層を用いることにより、音響エネルギー及び／又は機械エネルギーを吸収し、従ってシャッターで発生する音響ノイズのレベルをさらに低減させることができる。
【００４５】
別の実施の形態では、本発明は、上述した光シャッタリング装置を実施する視覚ゴーグルのセットに関する。
【００４６】
別の実施の形態では、本発明は、上述した光シャッタリング装置を実施する光学表示装置に関する。
【００４７】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、網羅的でない例によって示す以下の説明及び添付図面から明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１ａ】標準的な３Ｄ視覚ゴーグルセットの概略図である。
【図１ｂ】視覚ゴーグルセットが装備されている標準的なシャッターの概略図である。
【図２】図１ａの液晶ベースの視覚ゴーグルセットのシャッターを形成する種々の要素の概略図である。
【図３】同期信号のタイミング図及び図２の液晶ベースセルの電源投入用の関連する制御電圧の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態により、第１の基板及び第２の基板がガラス製であり、厚さｅ１が厚さｅ２より大きい場合の、第１の基板及び第２の基板それぞれの厚さｅ１及びｅ２の関数としての音響ノイズの進行の概略図である。
【図５】液晶ベースセルのスイッチング用の標準的な電子回路の概略図である。
【図６】図６ａないし６ｄは、図５の電子回路によって電力が供給された時に制御電圧に応答してセルの端子に流れる電圧及び電流の進行の概略図であり、図５の電子回路によって電力が供給された時のセルの光応答及び音響応答の進行の概略図である。
【図７】本発明の一実施形態による液晶ベースセルの電子スイッチング回路の概略図である。
【図８】図８ａないし８ｄは、図７の電子回路によって電力が供給された時に制御電圧に応答してセルの端子に流れる電圧及び電流の進行の概略図であり、図７の電子回路によって電力が供給された時のセルの光応答及び音響応答の進行の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本文書の以下では、説明は、特に、本発明者らがデジタルビデオコンテンツの３Ｄ視のためのゴーグルセットの分野で直面した問題に焦点を当てる。本発明は、当然ながら、この特定の応用分野には限定されず、本発明を、他の多くの分野、例えば携帯電話用のディスプレイ（表示）において、より包括的には、以下に列挙する目的が興味深いものであるすべての場合において実施することも可能である。
【００５０】
図１ａは、プロジェクタ（図示せず）からもたらされるデジタルビデオコンテンツ４０の３Ｄ視用のゴーグルセット１０の概略図を提供する。
【００５１】
標準的に、使用者の右目２３及び左目２３’の各視軸に沿って、視覚ゴーグルセット１０は、第１の基板１４及び第２の基板１５（図２）によって形成されたセル１７によって特に形成されている光シャッター１１を有している。この装置については、図２を参照してより十分詳細に説明する。
【００５２】
このシャッター１１は、標準的に、例えばセル１７を保護するためのシェル等、簡略化するためにこの図１ａに図示していない他の要素によって形成される。
【００５３】
図１ｂは、シャッター１１のセル１７、例えば図１の標準的な視覚ゴーグルセット１０の左シャッターのセル１７の概略図を提供する。このセル１７は、わずかにオフセットして互いに向かい合うように配置された第１の基板１４及び第２の基板１５によって形成されている。そして、液晶１８が空間１６（以下でより十分に説明する）に配置されることにより、液晶シャッター１１が構成されている。
【００５４】
図２に示すように、光シャッタリング装置は、その実施に必要ないくつかの要素を有している。
【００５５】
従って、この光シャッタリング装置は、互いに向かい合うように配置された第１の基板１４及び第２の基板１５によって形成されたセル１７からなり、各基板は、透明材料（例えばガラス）で作製される。
【００５６】
標準的に、それぞれの厚さｅ１、ｅ２を有する第１の基板１４及び第２の基板１５の組立て中、組み立てられたときにこれら２つの基板の間に厚さｅ３の空間１６が形成されるように、スペーサ（図示せず）が用いられる。液晶１８は、空間１６内に注入されて、第１の基板の厚さｅ１及び第２の基板の厚さｅ２よりはるかに小さい厚さｅ３の液晶１８の層を形成する。このように、液晶１８ベースの光学セル１７が形成される。
【００５７】
上述したように、高速シャッターは、「透明」状態として知られている状態から遮断状態に移行する、約１００μｓの短い応答時間と、対称的に、遮断状態から透明状態に移行する、約１００μｓの短い開口時間とを有する、強誘電性スメクチック型高速液晶（すなわちＦＬＣ、強誘電性液晶）を現在使用している。
【００５８】
従って、液晶ベースの高速シャッターを作製するために、この種の液晶１８が、標準的に使用されて来た。
【００５９】
第１の基板１４及び第２の基板１５は、各々、外側面１４１、１５１及び内側面１４２、１５２をそれぞれ備えている。
【００６０】
各内側面１４２、１５２は、透明な導電性電極２４の堆積物をさらに有している。
【００６１】
空間１６に収容される液晶１８に電源を投入するために、これら電極２４は、２つの電線リンク２２１によりセル１７の電子スイッチング回路３０に接続されている。
【００６２】
従って、第１の基板１４及び第２の基板１５は、電子スイッチング回路３０に電気的に接続されている。この電子スイッチング回路３０については以下でより十分に説明する。
【００６３】
電子スイッチング回路３０を用いて、交流制御電圧２２がセル１７の２つの基板１４、１５に供給される。従って、この制御電圧２２により、液晶１８をスイッチングすることができる。スメクチック液晶の場合、この制御電圧は、正の電圧＋Ｖと電圧−Ｖとの間で対称方形波の形状を有している（図３を参照して後述する）。
【００６４】
標準的には、制御電圧２２は、同期信号２０によってタイミング調整されている。この信号を、例えば、デジタルビデオコンテンツ４０を送出するプロジェクタ（図示せず）によって送出することができる。この信号はまた、ゴーグルセットの内部にあり、かつ、例えばゴーグルセットの一方の腕に位置する同期モジュールから与えることもできる。
【００６５】
プロジェクタからの入射光及び出射光を偏光させるために、セル１７の第１の基板１４及び第２の基板１５は、それぞれ、それらの外側面１４１、１５１に第１の偏光子１２及び第２の偏光子１３を備えている。
【００６６】
図２の例では、製造コストを低減するために、光シャッタリング装置のセル１７は唯一のセルである。当然ながら、本発明は、この種の単一セルと、（図１ａに示すように）各々が使用者の視軸に面するようにかつ同じ同期信号２０によって同期するように配置されている２つの独立したセルとに、同様に適切に適用することができる。
【００６７】
実際には、本発明は、ポリマー鎖によって安定化され、それによりポリマーゲルを形成する強誘電性スメクチック型液晶１８の使用を提案する。この種の液晶は、ＰＳＦＬＣゲルとしてよりよく知られている。これを選択することにより、液晶１８の衝撃に対する非常に高い耐性と共にセル１７の表面全体における非常に高い光学品質が確保され、従って、単一セル１７を作製する方が好都合である。この種の液晶の使用は、本発明の発明者によって出願された特許文献（出願番号ＦＲ０７０２４４１号）からすでに既知である。異なる液晶の使用については、以下でより十分に説明する。
【００６８】
図３は、同期信号２０の図と、この同期信号に応答する、セル１７に含まれる液晶１８の制御電圧２２の図との一例を示す。
【００６９】
同期信号２０は、通常、例えば（９６Ｈｚでタイミング調整された）ダブルフラッシュタイプの周知の３Ｄ投影技法と適合性のある周波数でタイミング調整された交流方形波信号である。
【００７０】
セル１７の電源投入は、例えば、同期信号２０の前縁及び後縁の各々によって起動される。例えば、液晶１８は、同期信号２０の各前縁では−Ｖボルトの制御電圧２２で電力が供給され、同期信号２０の各後縁では＋Ｖボルトの制御電圧２２で電力が供給される。
【００７１】
同期信号２０が検出されない場合、液晶１８には電力が供給されない（０ボルト）。
【００７２】
液晶１７のこのスイッチングについては、図５、図６ａ〜図６ｄ、図７及び図８ａ〜図８ｄを参照して以下でより詳細に説明する。
【００７３】
上述したように、制御電圧Ｖでは、静電気力が形成され、可聴範囲にある周波数で振動力が生成され、次いで、この振動力が音響振動の形態でガラス基板に伝達される。
【００７４】
実際には、液晶セルを、初期分析において、静電容量Ｃのコンデンサーになぞらえることができる。電界Ｅの印加時に、静電気力Ｆが形成される。既知の方法で、この力は以下の形式で表される。
Ｆ＝ｄ（Ｗ）／ｄ（ｅ）＝（１／２）ｄ（ＣＶ２）／ｄ（ｅ）
ここで、Ｗは仕事であり、ｅはプレートの間の厚さであり、Ｃは静電容量であり、Ｖは電圧であり、ｄ（Ｗ）／ｄ（ｅ）はｅに対するＷの導関数を表す。
【００７５】
印加される制御電圧Ｖが一定であるとすると、力は以下のように表される。
Ｆ＝（Ｖ２／２）ｄ（Ｃ）／ｄ（ｅ）＝−Ｖ２ε０εｒＳ／２ｅ２
【００７６】
この式において、Ｖは、セルの端子に印加される制御電圧であり、Ｓはコンデンサーのプレートの表面積であり、ｅはこれらプレートの間の厚さ（すなわち、液晶ベースの光学セル用の基板の間の液晶厚さ）である。
【００７７】
ε０の値は真空の誘電体誘電率であり、εｒの値は材料の相対誘電率である。静電気力Ｆが周期的であり、周期が印加される制御電圧Ｖの２倍である（方形波の電圧＋Ｖ及び−Ｖが同等である）場合、ガラスは、振動して力Ｆの値０を通過中に弛緩する。
【００７８】
セルに液晶が存在する場合、振動の振幅が大きくなることに留意しなければならない。実際には、電圧がεｒの値を変更することにより、振動の振幅は、印加される電界Ｅに対する液晶の応答によって決まる。この現象は、液晶を再配向することによって増幅される可能性がある。
【００７９】
また、ガラスの厚さ及びその剛性は、考慮すべき他の２つのパラメーターである。
【００８０】
要約すると、使用者が感知し、かつ、ガラスの振動によって発生するノイズの振幅は、主に、基板に印加される制御電圧Ｖと、ガラスの間の厚さｅ（言い換えれば電界Ｅ）によって決まり、これらのパラメーターは二次的に作用する。
【００８１】
以下に導入した表１は、図２の第１の基板１４及び第２の基板１５の振動によってもたらされる過剰ノイズ値に関する情報を提供する。
【００８２】
【表１】
0005755147.tif 000002
【００８３】
ｄＢａで表されるこれらのノイズを、無響室において、それぞれの厚さｅ１及びｅ２の第１のガラス基板１４及び第２のガラス基板１５によって同じ液晶１８に対して形成されたセル１７の種々の構成、すなわち、
−セル１７の空間１６内部に液晶１８のない初期構成Ｃ０
−セル１７の空間１６に液晶１８があり、厚さｅ１及びｅ２が同一でありかつ０．５ｍｍに等しい、対称構成と呼ぶ第１の構成Ｃ１、
−セル１７の空間１６に液晶１８があり、厚さｅ１が１．１ｍｍに等しく厚さｅ２が０．５ｍｍに等しい、非対称構成と呼ぶ第２の構成Ｃ２、
−セル１７の空間１６に液晶１８があり、厚さｅ１及びｅ２が同一であり、かつ、１．１ｍｍに等しい、第３の対称構成Ｃ３
に対し測定している。
【００８４】
この表１はまた、各構成に対する電子的補正あり及び電子的補正なしのノイズ値も示している。この電子的補正については、本明細書において以下でより詳細に説明するため、ここでは論じないこととする。
【００８５】
セル１７は、総厚さｅが、第１の基板１４の厚さｅ１と第２の基板の厚さｅ２との合計におよそ対応している。この近似では、第１の基板１４と第２の基板１５との間に形成された自由空間１６に収容される液晶材料の層の厚さｅ３は、第１の基板の厚さｅ１及び第２の基板の厚さｅ２に対して無視できるとみなされ、従って、ｅ≒ｅ１＋ｅ２である。
【００８６】
表１の初期構成Ｃ０によれば、（セル１７に対し）測定された過剰ノイズは０．３ｄＢａ（電子的補正なし）である。この測定値は、液晶１８に基づくセル１７のノイズが、大部分、液晶の存在（高い値のεｒ）と、液晶材料の層によって誘導される振動とによるという観察に完全に適合する。
【００８７】
次に、第１の構成Ｃ１及び第３の構成Ｃ３をそれぞれ検討することにする。これらの構成は、液晶セル１７を作製するために標準的に用いられ、各々、以下でより十分に説明する利点及び欠点がある。
【００８８】
表１の第３の構成Ｃ３によれば、従来、標準厚さが約１．１０ｍｍである第１のガラス基板及び第２のガラス基板が標準的に用いられている。この構成は対称である。そして、セル１７の総厚さは約２．２０ｍｍであり、（セル１７に対して）測定された過剰ノイズは１５．４ｄＢａ（電子的補正なし）である。
【００８９】
同様に対称である第１の構成Ｃ１によれば、各基板は、厚さが０．５ｍｍに等しく、すなわち、第３の構成Ｃ３と比較して各基板の半分の厚さである。（セル１７に対して）測定された過剰ノイズは、この場合１７．６ｄＢａ（電子的補正なし）である。
【００９０】
従って、第３の構成Ｃ３に関連するノイズの測定値と比較して第１の構成Ｃ１に関連するノイズの測定値は、液晶材料が存在する場合に静電気力Ｆによって誘導される振動の吸収が、ガラス基板が厚いほどいっそう効率的になるという観察を明確に示す。
【００９１】
従って、第３の構成Ｃ３は振動を減衰させる。
【００９２】
本発明の一実施形態によれば、セル１７の総厚さｅが２．５０ｍｍの値に制限されるという制限により、その重量と、それが占める空間の量とが有利に制限されると同時に、高度な堅牢性が確保される。この値を超えると、セル１７の重量、さらには視覚ゴーグルセット１０の重量が、考慮している用途に関して高すぎる尺度となる。
【００９３】
例えば、ガラスの質量密度が２．５ｋｇ／ｌに等しく、（例えば、左目２３’用であり各目に１つのセルを採用する）特別な寸法を有する通常の台形シャッターであり、総厚さｅ≒ｅ１＋ｅ２＝２．５ｍｍである場合、シャッターに対して、ガラス（例えばＢＫ７）製の第１の基板及び第２の基板によって形成されたセル１７の１７グラムの質量が得られる。右目２３及び左目２３’用に２つのシャッターを備えるゴーグルセットの場合、この値を２倍にしなければならず、シャッターのみで３４グラムになることに気付かれよう。
【００９４】
この値を超えると、セル１７の質量、さらには視覚ゴーグルセット１０の質量は、目標とする用途に関して高すぎる尺度となる。
【００９５】
結論として、第１の構成Ｃ１のセルは第３の構成Ｃ３のセルより質量が小さいが、第１の構成Ｃ１を用いて、静電気力によって誘導される振動を第３の構成Ｃ３ほど多く吸収することはできない。
【００９６】
次に、本発明の特定の実施形態による第２の構成Ｃ２について説明する。
【００９７】
この第２の構成Ｃ２では、第１の基板１４は、厚さｅ１が１．１ｍｍに等しい最も厚い基板であり、第２の基板１５は、厚さｅ２が０．５ｍｍに等しい最も薄い基板である。従って、これは非対称構成である。この第２の構成Ｃ２において、（セル１７に対して）測定された過剰ノイズは１５．６ｄＢａ（電子的補正なし）である。
【００９８】
従って、第３の構成Ｃ３で行われるノイズ測定を比較すると、厚さの異なる２つの基板（非対称構成）を使用することにより、液晶材料によって誘導される振動の一部を有利に吸収することができ、同時に、質量、厚さ及び堅牢性に関して最適化される構造の利益を得ることができる。小さい方の厚さｅ２のガラス基板を使用することにより、セル１７の質量が低減し、同時に振動の低減が可能になる。実際には、音波又は振動の吸収は、基板が厚くなるほどいっそう効率的になる。その厚さにより、最も厚い基板である第１の基板が第１の基板及び第２の基板の振動のふれが制限され、従って、光シャッタリング装置によりその動作中に発生する音響ノイズのレベルが低下する。
【００９９】
１つの好ましい実施形態では、最も薄い基板はゴーグルセットの外側に向かって配置され、最も厚い基板は目の横に、すなわち使用者の聴覚器に可能な限り近く配置される。
【０１００】
例えば、ガラスの質量密度が２．５ｋｇ／ｌであり、（例えば、左目用であり各目に１つのセルを採用する）台形形状である通常のシャッターであり、総厚さｅ≒ｅ１＋ｅ２＝１．６ｍｍ（構成Ｃ２）の場合、ガラス（例えばＢＫ７タイプ）製の第１の基板と、「薄い」タイプのガラス製の第２の基板によって形成されたセル１７の１１グラムの質量が得られる。２つのシャッター（右目及び左目）を有する一対のゴーグルの場合、この値を２倍しなければならない。こうした構成を、例えば、厚さｅ１が１．１ｍｍに等しいガラス製の第１の基板１４と、厚さｅ２が０．５ｍｍに等しい、「薄い」タイプのガラス製の第２の基板１５とにより得ることができる。
【０１０１】
従って、本発明の１つの特定の実施形態によれば、セル１７の第１の基板１４及び第２の基板１５は、それぞれの厚さｅ１及びｅ２が異なり、かつ該厚さは、
−前記第１の基板及び前記第２の基板の累積された総厚さｅは２．５０ｍｍ以下であるようになっており、
−第１の基板及び第２の基板のうち最も厚い基板がガラス製であり、厚さが０．７０ｍｍ以上であるようになっており、
−最も薄い基板はガラス製であり、厚さが１ｍｍ以下であるようになっている。
【０１０２】
実際には、厚さが０．７０ｍｍ以上であるガラス基板を使用することにより、セルを十分に剛性にすることができ、従って、それによって第１の基板及び第２の基板の振動による屈曲が制限される。これには、音響ノイズをセル１７のレベルまで低減すると同時に、セルの重量を制限するという有利な効果がある。
【０１０３】
本発明の別の実施形態によれば、最も薄い基板はプラスチック材料で作製され、厚さが０．５０ｍｍ以下である。
【０１０４】
第２の基板を構成するプラスチック材料を使用することにより、装置の重量及び厚さが低減する。実際には、プラスチック製の可撓性基板は厚さが非常に小さく、相対密度（又は比重）がガラスより小さい。
【０１０５】
従って、この代替形態は、ガラス基板（部品の剛性を提供する）を、用途に適合された光学特性を有するプラスチック基板と組み合わせている。セル１７の厚さｅが課されたときに、ガラス基板をより薄いプラスチックに取り替えることにより、より厚いガラス基板を用いることによるノイズ源が理論的に低減する。プラスチック層はノイズが少ない（音響エネルギーの伝達が低い）だけでなく、プラスチック層の薄さによって、より厚いガラス層を有することが可能になり、この効果は、プラスチック層を剛性にし（かつ組立体を剛性にし）、従ってセル１７の振動による屈曲を制限する。
【０１０６】
しかしながら、この実施形態により、特に、プラスチックフィルムの光学品質がガラスより低いので、光学セル１７に対して可能な最低質量を探すことと、可能な最良の光学品質を得る必要性との間に一定の妥協を設ける必要がある。
【０１０７】
図４は、厚さｅ１である第１の基板１４が最も厚い基板であるとみなされる場合の、第１の基板１４の厚さｅ１及び第２の基板の厚さｅ２の値（ｍｍ）の選択の範囲概略図を提供する。この例では、考慮される値の範囲は、陰付きとして示され、式ｅ１＋ｅ２≦２．５ｍｍ及びｅ１≧０．７０ｍｍ及びｅ２＜ｅ１の直線の交点によって画定される多角形Ｐの表面に対応する。
【０１０８】
この例では、２つの基板のうちの最も厚いものが第１の基板であり、これは、条件ｅ１＜ｅ２に対応する。しかしながら、本発明を、第２の基板が最も厚い基板である（ｅ１＞ｅ２）場合にも適用することも可能である。この場合、厚さｅ１及びｅ２に対して考慮される値の範囲は、式ｅ１＋ｅ２≦２．５ｍｍ及びｅ１≧０．７０ｍｍ及びｅ２＜ｅ１の直線の交点によって画定される多角形（図示せず）である。この多角形は、式ｅ２＝ｅ１の直線に対して軸対称によって得られる、図４の多角形Ｐの対称多角形に対応する。
【０１０９】
図４において、音響ノイズの低減の感知は、以下でより十分に説明する３つの矢印Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３によって表されている。
【０１１０】
従って、厚さｅ１及びｅ２の値が多角形Ｐ内に含まれる値に属する場合、音響ノイズ低減は、
−最も厚い基板の厚さｅ１が増大し（矢印Ｆ１）、
−値が式ｅ１＝ｅ２の直線から、すなわち厚さの差の増大に従って逸れ（矢印Ｆ２）、
−値が式ｅ１＋ｅ２＝２．５ｍｍの直線に近づく（矢印Ｆ３）
に従って増大する。
【０１１１】
表１に示すように、２ｄＢａを上回るノイズ低減は、第１の構成Ｃ１から第２の構成Ｃ２（以下でより十分に説明する電子的補正なし）への移行で観察される。
【０１１２】
図５は、液晶１８に基づくセル１７の標準的な電子スイッチング回路３０を概略的に示す。この回路は、ＤＣ電圧を供給する電源モジュール「Ｂａｔ」を有している。液晶のスイッチングを得るために、このＤＣ電圧は、その後、制御電圧２２に変換され、この制御電圧２２は、セル１７の端子において交互に正及び負（＋Ｖ、−Ｖ）となる。タイミングは、この場合、図３において説明したようにプロジェクタからもたらされる外部同期信号２０によって得られるのはなく、電源モジュールとセル１７との間に直列に配置されたスイッチング素子Ｓｗ（例えばトランジスタ）の開閉時間に応じて得られる。そして、得られる電圧は、交互に正（＋Ｖ）及び負（−Ｖ）となる方形波電圧である。
【０１１３】
例えば、液晶１８は、スイッチング素子Ｓｗが閉鎖される度に−Ｖボルトの制御電圧２２により電力が供給され、スイッチング素子Ｓｗが開放される度に＋Ｖボルトの制御電圧で電力が供給される。
【０１１４】
本発明で使用されかつ高速液晶ディスプレイの用途で非常に広まっている強誘電性型液晶の場合、スイッチング電圧の値は高く、概して１０Ｖ／μｍの範囲であり、波形は、高速スイッチング時間を得るように前縁及び後縁が可能な限り急峻な交流でなければならない。例えば、１０Ｖ／μｍという通常の閾値電圧は、Ｍｅｒｃｋ社によるＦｅｌｉｘ  ＳＣＥ１９等、スメクチック材料の特徴である。これらの値は、ポリマーマトリックスがある場合には大幅に大きくなる。
【０１１５】
しかしながら、方形波制御電圧２２によるセル１７の液晶１８の充電により、電源（通常５０Ｗ、１５Ｖの電圧に対して０．３Ａを与える）の出力抵抗によってのみ制限される主衝撃電流が生成される。生成される音波は音響ノイズ源である。
【０１１６】
図６ａ〜図６ｄは、それぞれ、図５の電子スイッチング回路３０によって供給される制御電圧２２に応じてセル１７の端子に現れる、電圧Ｖｌｃ（図６ａ）及び電流Ｉｌｃ（図６ｂ）の進行を示す。図６ｃは光応答も示し、図６ｄはセル１７の音響応答を示す。
【０１１７】
図６ａに示すように、セル１７の端子に現れる電圧Ｖｌｃは、制御電圧２２ｂの前縁及び後縁によってタイミング調整される方形波の形態をとる。電圧Ｖｌｃの振幅は＋Ｖｌｃ−（−Ｖｌｃ）＝２×Ｖｌｃに等しい。
【０１１８】
液晶１８の各スイッチングにおいて、衝撃電流Ｉｌｃが現れる（図６ｂ）。この制御電圧に対する液晶１７の光応答は、立上り時間及び立下り時間が短く略即時である（図６ｃ）。
【０１１９】
その部分についての図６ｄは、液晶１８の各スイッチング時の音響ノイズの生成を示す。
【０１２０】
図７に示す本発明の１つの特定の実施形態は、ガラス基板の振動によってもたらされるノイズを減衰させるように図５の標準的な電子スイッチング回路を適応させることを提案する。この減衰は、特に、セル１７の液晶１８の制御電圧２２のパルス形状の制御によって達成される。そして、波形の最適化は、液晶１８の応答のみでなく、可変静電気力の影響下でガラスが振動する状態も考慮しなければならない。
【０１２１】
従って、図５の電子スイッチング回路３０の構成要素に加えて、制御電圧２２のパルス形状を制御するために、本発明は、強誘電性液晶の場合に前縁の適合によってノイズを制限することができる電子スイッチング回路３０を提案する。当然ながら、この技法を他の液晶に適用することも可能である。
【０１２２】
上述したように、方形波制御電圧２２による液晶１８のセル１７の充電により、主衝撃電流が生成される。生成される音波は、音響ノイズ源を構成する。
【０１２３】
このノイズ源を低減するために、この特定の実施形態では、本発明は、例えばＤＣ電流Ｉｄｃを供給する電流源Ｓを配置し、この電流源Ｓがスイッチング素子Ｓｗと電源モジュール「Ｂａｔ」との間に配置されることを提案する。図５のスイッチング回路３０のこの単純かつ効率的な変更は、電流Ｉｄｃがリミッターとして作用する電流源によってスイッチング（セルの充電及び放電）中に所定値に制限される場合、セルに発生する電圧が線形に（第一近似として）増大し、セルの光応答は同様の勾配を示すシグモイドであるということに基づく。セルによって吸収されるエネルギーは、その後、時間の経過によって広がり、図８ａ及び図８ｄを参照して例示するように、衝撃ノイズは大幅に低減する。
【０１２４】
図８ａ〜図８ｄは、それぞれ、図７の電子スイッチング回路３０によって供給される制御電圧２２に応答して、光学セル１７の端子に現れる電圧Ｖｌｃ（図８ａ）及び電流Ｉｌｃ（図８ｂ）の進行状況を示す。図８ｃはセルの光応答も示し、図８ｄはセル１７の音響応答を示す。
【０１２５】
図８ａに示すように、セル１７の端子に現れる電圧Ｖｌｃは、時間の経過により広がる方形波の形態であり、制御電圧２２の前縁及び後縁に対してタイミング調整される。電圧Ｖｌｃの振幅は＋Ｖｌｃ−（−Ｖｌｃ）＝２×Ｖｌｃに等しい。
【０１２６】
液晶１８の各スイッチングにおいて、電流Ｉｌｃが現れる（図８ｂ）。この電流は、リミッターとして作用する電流源Ｓの電流Ｉｄｃの値によってさらに制限される。
【０１２７】
図８ｃは、液晶１７の光応答を示し、液晶はこの場合、より低速である。実際には、スイッチング時間は、図６ｃの構成に比較してより低速である。従って、これは、衝撃電流によるノイズの制限と液晶のスイッチング速度との間でなされるべき妥協である。
【０１２８】
図８ｄは、液晶１８の各スイッチング動作における音響ノイズの発生を示す。図６ｄと比較すると、主な低減は、セル１７の液晶１８のスイッチングによる音響ノイズにおいて観察される。
【０１２９】
例えば、印加電圧Ｖｌｃの値が＋１５ボルトと−１５ボルトとの間で変化する場合で、かつ本発明による電流源によって供給される強度Ｉｄｃが５ｍＡで固定される（図８ｂ）場合、電圧Ｖｌｃについて観察される立上り時間（図８ａ）及び光応答について観察される立上り時間（図８ｃ）は、それぞれ５００マイクロ秒及び３００マイクロ秒に等しい。
【０１３０】
これらの立上り時間は、最大値（＋１５Ｖ）の１０％から９０％に移行するのに必要とされる立上り時間に対応する。
【０１３１】
表１はこれらの結果のすべてを示す。構成が等価である場合、ノイズの低減は、電流リミッターとして作用するこの電流源Ｓが存在する場合に顕著である。例えば、第２の構成Ｃ２では、過剰ノイズは、電子的補正なしの第２の構成から電子的補正ありの第２の構成に移行する際に６．２ｄＢａ低減する。
【０１３２】
これはまた、それぞれ５．１ｄＢａ及び７．６ｄＢａのノイズが低減する第１の構成及び第３の構成にも当てはまる。
【０１３３】
液晶１８のスイッチング時間を調整し、従って衝撃電流の振幅の値を低減するために、本発明の別の実施形態は、ポリマーによって安定化され、それにより、ＰＳＦＬＣとしてよりよく知られているポリマー安定化液晶ゲルを形成する強誘電性液晶ＦＬＣを液晶材料１８として使用することを提案する。
【０１３４】
本発明の別の実施形態では、反強誘電性スメクチック液晶「ＡＦＬＣ」である液晶材料１８と、ＰＳＡＦＬＣとしてよりよく知られているポリマー安定化液晶ゲルをこのように形成するポリマーとを使用することを提案する。
【０１３５】
構造の安定性が高いこと及び欠陥が形成されないことを保証するポリマー鎖を使用することにより、これらの複合構造の電気光応答が変更され、スイッチング勾配値はポリマー濃度によって決まり、これにより、より段階的な立上り時間が得られる。
【０１３６】
ポリマー濃度の上昇には、分子の動きに対するポリマー鎖の抵抗によるスイッチング時間の低減が付随することに留意しなければならない。この機構には、分子の方向軸の回転運動に対する電気衝撃の影響を制限することにより、音響ノイズも低減するという効果がある。
【０１３７】
好ましくは、ポリマーの密度による濃度は、１０％〜１５％の範囲である。ＰＬＤＣポリマーのようなＰＳＦＬＣ又はＰＳＡＦＬＣポリマーは、液晶及びポリマーの結合によって構成されるが、それらは、ポリマーが液滴の形態でその中に封入されていないという点でそれらとは異なることを想起することができる。ＰＳＦＬＣ（又はＰＳＡＦＬＣ）の場合、液晶及びポリマーは、液晶が封入されていない複合ゲルを形成する。
【０１３８】
ＰＳＦＬＣ（又はＰＳＡＬＦＣ）構造は、混合物のポリマー含有量に応じて特徴が異なる。濃度が高い（ポリマーが１０質量％を超える）場合、液晶の特徴に主に作用するのはポリマーネットワークの構造である。
【０１３９】
本発明の別の実施形態によれば、セル１７は、音響エネルギー及び／又は機械エネルギーを吸収する粘弾性材料の少なくとも１つの層をさらに含む。例えばポリカーボネート、アクリル又はＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル）タイプの材料で作製されたこの層は、特に、音響エネルギー又はこの音響エネルギーの一定の周波数を吸収する箔の形態をとることができる。粘弾性材料を、プラスチック箔又はガラス板によって閉じ込められた粘性液体とすることも可能である。この材料は、透明であり、非毒性であり、非揮発性であり、高粘性（好ましくは４．５Ｐａ．ｓを上回る）でなければならない。例えば、１対３のＰＥＧ−４０００及びＰＥＧ４００の混合物からなる。
【０１４０】
上述したような視覚ゴーグルセット１０用の画面１１を作成するために用いられる液晶ベースセルの場合、この層は、用途に適合した指数及び等方性を有していなければならず、すなわち、寄生反射及び残留異方性を制限するために、吸収材料の層は、可視領域において透明であり、他の材料の層、すなわち、セル１７の第１の基板及び第２の基板の材料に近い指数を有する。
【０１４１】
従ってこのように吸収材料の層を用いることにより、スイッチング電圧下で液晶のスイッチングによってもたらされる振動がより低減される。
【０１４２】
当然ながら、液晶１８のスイッチング中に第１の基板及び第２の基板の振動によって発生する音響ノイズを低減するために、上述した２つの結合された解決法のうちの一方のみ、すなわち、
−第２の構成Ｃ２に関して上述したように、第１の基板及び第２の基板の非対称構成によるセル１７の実施態様、又は
−液晶のスイッチング回路が、リミッターとして作用する追加の電流源を用いる電子的補正を含む、標準的なセル、すなわち対称構成のセルの実施態様のいずれか
を含む光シャッタリング装置を実施することができる。
【０１４３】
しかしながら、非対称構成とリミッターとして作用する追加の電流源を用いる電子的補正との結合された効果が、２つの個々の要素の並べて置かれる効果を超えることを留意することが重要である。これにより、それらの組合せが真に進歩性のある特徴を有することが証明される。
【０１４４】
本発明は、当然ながら、非限定的な例として上述した好ましい実施形態には限定されない。本発明は、例えば、本発明による光シャッタリング装置を備えた任意の光学表示装置に関する。本発明は、また、以下の特許請求の範囲の枠組み内の当業者の知識の範囲内にある代替実施形態のすべてに関する。
【図１ａ】
0005755147.tif 000003
【図１ｂ】
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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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