(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する基板内に透明な流体を充填し、該流体中に所定径の粒子を混入させるとともに、一方の基板の内側に平面状の電極を形成し、他方の基板の内側には角部を有した電極を形成し、直流成分を持つ電界を双方の電極間へ印加することにより、前記流体と前記流体中の粒子を、前記角部を中心として右回りもしくは左回り移動させることを特徴とする光学スイッチング装置。
【請求項２】
流体の通過が可能で粒子の通過が不可能な物体を所定位置に配置したことを特徴とする請求項１記載の光学スイッチング装置。
【請求項３】
流体を充填した所定エリアの周囲を少なくとも粒子の通過が不可能な物質で包囲したことを特徴とする請求項１または２記載の光学スイッチング装置。
【請求項４】
流体の通過が可能で粒子の通過が不可能な物体を角部を有した電極の下方に線状に設けたことを特徴とする請求項２または３記載の光学スイッチング装置。
【請求項５】
流体は誘電性流体であることを特徴とする請求項１ないし４何れか記載の光学スイッチング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学的な表示や、カメラの絞り、ストロボの光量調整などに用いられる光学スイッチング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学的なスイッチングを行うこの種の装置としては、ＬＣＤを用いたものや、流体中の粒子の電気泳動を利用したものが知られている。この光学スイッチング装置は、表示装置として使用される場合が多く、図４に上記電気泳動を利用した表示装置の要部を示す。同図はその表示部の側面断面図である。
【０００３】
図４中、１１，１２は平行に配置された二つの基板で、この基板１１，１２内に色素入りの溶媒が封入され、その溶媒１３中に白色もしくは薄い色の粒子１４が混入されている。また、各基板１１，１２の内側には透明な平面電極１５，１６が設けられている。
【０００４】
上記二つの電極１５，１６間に電圧が印加されると、その印加電圧に応じて溶媒１３中の粒子１４が移動する。これにより、二つの基板１１，１２を通過する光の状態が変わり、所望の表示を行うことができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のような光学スイッチング装置にあっては、コントラストが低いという問題があった。これは、色素の吸収によって黒部を出すために充分な黒が得られないことと、白色体である粒子への色素の着色等により白レベルが劣化しやすいためである。また上側にＩＴＯ等の高屈折材料が必要となる構成の場合、ＩＴＯ等の表面反射により黒レベルが劣化するという問題もあった。
【０００６】
また、粒子の上下方向の分散性により表示をメモリ（記憶）するが、溶媒と粒子の比重を揃えないと粒子を安定して保持するのが難しく、例え揃えたとしても、上下方向に安定して粒子を保持するのは極めて困難であり、まして中間調表示は不可能に近い。
【０００７】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、高いコントラストが得られ、中間調等の制御が容易で、またカラー化も容易な光学スイッチング装置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学スイッチング装置は、次のように構成したものである。
【０００９】
（１）対向する基板内に透明な流体を充填し、該流体中に所定径の粒子を混入させるとともに、一方の基板の内側に平面状の電極を形成し、他方の基板の内側には角部を有した電極を形成し、直流成分を持つ電界を双方の電極間へ印加することにより、前記流体と前記流体中の粒子を、前記角部を中心として右回りもしくは左回り移動させるようにした。
【００１０】
（２）上記（１）の構成において、流体の通過が可能で粒子の通過が不可能な物体を所定位置に配置した。
【００１１】
（３）上記（１）または（２）の構成において、流体を充填した所定エリアの周囲を少なくとも粒子の通過が不可能な物質で包囲した。
【００１２】
（４）上記（２）または（３）の構成において、流体の通過が可能で粒子の通過が不可能な物体を角部を有した電極の下方に線状に設けた。
【００１３】
（５）上記（１）ないし（４）何れかの構成において、流体は誘電性流体（絶縁体に近い抵抗を有している材料）であるようにした。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面について説明する。
【００１５】
図１は本発明に係る光学スイッチング装置の要部を拡大して示す上面図であり、ここでは光学式の表示装置として構成した例を示している。
【００１６】
同図中、１は所定エリアの対向する透明基板内に充填された誘電性の透明流体（液体）で、この流体の中に所定径の表示用の粒子２が混入、分散されている。上記二つの透明基板は互いに平行に配置され、一方（下側）の基板の内側にはコーナー（角）部やエッジ部のない平面状のべた電極が下電極３として形成され、他方（上側）の基板の内側には１箇所のみにコーナー部４を有した上電極５が形成されている。
【００１７】
また、上記透明流体１の通過が可能で粒子２の通過が不可能な物体６が所定位置（Ａ部）に配置されている。この物体６は、この例ではコーナー部４を有した上電極５の下方に線状に設けられている。
【００１８】
図２は上記構造の複数の所定エリアを有した表示部の構成を示す上面図、図３は各エリアの詳細を示す上面図である。
【００１９】
透明流体を封入した各エリアの周囲は、粒子２の通過が不可能な物質から成る壁部材（フィルタ）７で包囲されている。また、上電極５は透光性の電極で、下電極３はストライプ状に形成されている。
【００２０】
本実施例の表示装置においては、べた状の下電極３上に１箇所コーナー部４を有した上電極５を配置しており、直流成分を持つ電界を上下の電極間に印加すると、上電極５のコーナー部４のエッジを中心にして右回りもしくは左回りの力が生じる。そして、上下電極間に誘電性の流体１及びこの中に分散された粒子２を充填しておくと、印加した電界の極性に応じて右回りもしくは左回りに粒子２を移動させることができる。
【００２１】
このとき、上述の流体１は通すが粒子２はせき止める物体６をＡ部に壁やフィルタとして設けておくことにより、粒子２を表示部上もしくは上電極５の下方に集めることができる。これにより、コントラストの高い、メモリ性のある表示装置を実現することができる。
【００２２】
ここで、上記粒子２の移動速度は、上電極５の下側を移動するときよりも上電極５の外側を移動するときの方が速い傾向がある（約３倍）。このため、電極や表示素子の構造を工夫することなく、単純な構造で高いコントラスト表示を得ることができる。
【００２３】
次に、上記構成の表示装置をＴＦＴ駆動及びスタティック駆動したときの実施結果について述べる。
【００２４】
（実施例１：ＴＦＴ駆動）
粒子２として平均粒径１０μｍφの中空体粒子を用い、誘電性の流体１としてネマティック性の液晶ＺＬＩ−２２３１（Ｍｅｒｃｋ社製）を用い、配向膜はＲＮ−７２２Ｌ（日産化学工業社製）を用いた。また、液晶に対し粒子を１０ｗｔ％添加し、表示部を区切る壁とＡ部にはＰＤＰ、Ｏ−ＬＥＤ、ＬＣＤ等で使われているリブ材料を用いた。
【００２５】
また、上記壁の高さは約５０μｍとし、Ａ部はそれより約５μｍ低くした。これにより、壁部は液晶、粒子とも通過することができず、Ａ部は液晶の通過が可能で粒子の通過が不可能となる。実際には上記リブ材のフォトリソ形成回数を壁部よりＡ部を１〜３回少なくすることにより、このような構造を実現可能にした。
【００２６】
下電極３にはＩＴＯ（べた）を用い、その上に光吸収層としてブラックＣＦを形成した。上電極５にはＭｏ用いた。
【００２７】
上記の構成において、下電極(コモン)は接地し、上電極にＤＣ（直流）を印加した。その際、上電極にはＴＦＴ（図示せず）を用いて各々の印加電圧を制御した。
【００２８】
このとき、粒子の回転方向(右回りか左回り)は使用する材料により異なるが、回転速度は印加電圧の絶対値にほぼ比例する。本実施例ではＴＦＴを用いているので、任意の電圧を印加できる。例えば、１回ある電圧を印加すると、それに応じて粒子が回転して表示を切り替えるが、電圧保持率とのバランスで、ある時間経過すると放電により電圧が０Ｖになり、粒子の回転が停止する。
【００２９】
したがって、１回印加する電圧値で粒子の状態を制御することができる。もちろん、複数回電圧を印加しても良く、粒子の回転を積極的に停止させるため最後に電極間の電位差が０Ｖになるように電圧を印加するようにしても良い。
【００３０】
また、各表示領域には必要量流体と粒子を滴下して基板を重ね合わせた。滴下はディスペンサでも良いが、より滴下量を精度良くするためにインクジェット法などを用いても良い。実施例ではインクジェット法を使用して材料を滴下した。更に、画素毎に別の粒子、例えば色の異なる粒子を入れるようにしても良い。
【００３１】
以上、本実施例の表示結果、高いコントラストが得られ、カラー化も容易であった。また、中間調等の制御も容易であった。
【００３２】
（実施例２：スタティック駆動）
粒子２として粒径６μｍφに揃っている黒の着色シリカ粒子を用い、下電極３にはパターニングされたＡｌ電極を用いた。このＡｌ電極の下部表面には凹凸があり、散乱反射板として機能する。上電極５にはコーナーが１箇所のみ表示部に突出したパターンのＣｒを用いた。
【００３３】
上記上電極５のＡ部及び壁部材にはスリット状に２μｍ程度の穴があいており（図示せず）、壁の高さは３０μｍ程度（セル厚）とした。その際、表示部の体積の１０％程度の粒子を表示部内に配置した後、基板を重ねあわせ、誘電体の流体Ｉｓｏｐｅｒ  Ｌ（Ｅｘｓｏｎ化学製）をＬＣＤと同様に真空注入して作製した。
【００３４】
そして、上電極は接地し、下電極にオフセット電圧を重畳した矩形波電圧（１ＫＨｚ）を印加した。この結果、上述の実施例と同様に、上電極のコーナー部を中心にして粒子を回転移動させることができた。
【００３５】
このように、本発明の光スイッチング装置においては、流体中の粒子の回転対応の動きは定速で安定し、中間等の制御が容易であるとともに、各ブロック内に異なる色の粒子を配置することで、カラー化が容易である。この場合、極めて明るい表示となる。
【００３６】
また、特殊な構造の電極は必要なく、表示部の上側にはＩＴＯ等の高屈折率材料は配置されないため、外光は反射されることなく、表示部へ入射されるため高いコントラストが得られる。表示部は壁に囲まれているため、隣の表示部の対流の影響は受けない。また１表示部当りコーナーが一つであるため、電界に対して全粒子は一つの力を受けて移動することができる。更に、偏光板が不要で、明るく、表示メモリ性を有し、超低消費電力でもある。
【００３７】
また、本発明は、実施例のように反射型表示装置全般にわたって適用できるのみならず、カメラの絞りやストロボの光量調整手段としても利用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡易な構成で光学装置として高いコントラストが得られ、中間調等の制御が容易で、カラー化も容易であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る光学スイッチング装置の要部を示す上面図
【図２】  実施例の表示部の構成を示す上面図
【図３】  実施例の各エリアの詳細を示す上面図
【図４】  電気泳動を利用した表示装置の要部を示す断面図
【符号の説明】
１  透明流体
２  粒子
３  下電極
４  コーナー部
５  上電極
６  物体
７  壁部材
【図１】
0004711525.tif 000002
【図２】
0004711525.tif 000003
【図３】
0004711525.tif 000004
【図４】
0004711525.tif 000005