(57)【要約】  制御可能な光導体(１０１；４０５)は、光導体１０３であって、前記光導体１０３の案内境界部１０９による光の反射を介してインカップルされた光を案内するよう構成される光導体１０３と、前記光導体の前記案内境界部１０９に隣接して配設される少なくとも１つの光修正部材（１０２；２０１乃至２０２；３０３乃至３０４；４１４乃至４１６）とを有する。前記光修正部材（１０２；２０１乃至２０２；３０３乃至３０４；４１４乃至４１６）は、流体１０４と、前記流体中に分布させられる複数の粒子１０５とを有する。前記光修正部材は、少なくとも、前記光修正部材（１０２；２０１乃至２０２；３０３乃至３０４；４１４乃至４１６）の、第１複合屈折率（ｎｃ１）を持つ少なくとも一部（１０６；２０９、２１０）をもたらす第１粒子分布を持つ第１状態と、前記光修正部材の、第２複合屈折率（ｎｃ２）を持つ前記一部（１０６；２０９、２１０）をもたらす第２粒子分布を持つ第２状態との間で制御可能である。少なくとも、前記第２複合屈折率（ｎｃ２）は、前記光導体の前記案内境界部の対応部分を介する光の少なくとも部分的なアウトカップリングを可能にするように、前記案内境界部１０９における前記光導体１０３の前記屈折率に対して、十分に高い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御可能な光導体であり、
−  光導体であり、前記光導体中へ結合される光を閉じ込め、前記光導体の案内境界部による前記光の反射を介して、前記光を、前記光導体の主延在部に沿って案内するよう構成される光導体であって、前記案内境界部において第１屈折率を持つ光導体と、
−  前記光導体の前記案内境界部に隣接して配設される少なくとも１つの光修正部材であって、
−    第２屈折率を持つ流体、及び
−    前記第２屈折率とは異なる第３屈折率を持つ複数の粒子であって、前記流体中に分布させられる複数の粒子を有する少なくとも１つの光修正部材とを有する制御可能な光導体であって、
前記光修正部材が、少なくとも、前記光修正部材の、第１複合屈折率を持つ少なくとも一部をもたらす第１粒子分布を持つ第１状態と、前記光修正部材の、第２複合屈折率を持つ前記一部をもたらす第２粒子分布を持つ第２状態との間で制御可能であり、少なくとも、前記第２複合屈折率が、前記光導体の前記案内境界部の対応部分を介する光の少なくとも部分的なアウトカップリングを可能にするように、前記第１屈折率に対して、十分に高い制御可能な光導体。
【請求項２】
請求項１に記載の制御可能な光導体であって、前記第１複合屈折率が、前記光導体の前記案内境界部における全内部反射を可能にし、それにより、前記案内境界部の前記対応部分を介する光のアウトカップリングを防止するよう十分に低い制御可能な光導体。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の制御可能な光導体であって、前記第３屈折率が、前記第２屈折率より高い制御可能な光導体。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御可能な光導体であって、
−  前記粒子が、電界の影響を受けやすく、
−  前記光修正部材が、前記光修正部材の前記一部における電界を変更し、それにより、前記粒子の分布を制御することによって、少なくとも、前記第１状態と、前記第２状態との間で制御可能である制御可能な光導体。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の制御可能な光導体であって、
−  前記粒子が、磁界の影響を受けやすく、
−  前記光修正部材が、前記光修正部材の前記一部において磁界を印加し、それにより、前記粒子の分布を制御することによって、少なくとも、前記第１状態と、前記第２状態との間で制御可能である制御可能な光導体。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の制御可能な光導体であって、前記流体中の前記粒子の分布を制御するための制御手段を更に有する制御可能な光導体。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の制御可能な光導体であって、各々が別々に制御可能である複数の前記光修正部材を有する制御可能な光導体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載の制御可能な光導体であって、前記光修正部材の、前記光導体に対して反対側に、前記光修正部材に隣接して配設され、前記少なくとも部分的にアウトカップルされる光の少なくとも１つの特性を変更するよう適合される光変更部材を更に有する制御可能な光導体。
【請求項９】
請求項８に記載の制御可能な光導体であって、前記光変更部材が、前記第１屈折率より高い屈折率を持つ構造化素子である制御可能な光導体。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の制御可能な光導体であって、前記光変更部材が、複屈折部材であり、それによって、前記光変更部材を通る前記アウトカップルされる光が、偏光される制御可能な光導体。
【請求項１１】
制御可能な照明装置であって、
−  請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の制御可能な光導体と、
−  光源であって、前記光源によって放射される光の、前記制御可能な光導体中へのインカップリングを可能にするよう構成される光源とを有する制御可能な照明装置。
【請求項１２】
表示装置であって、
−  少なくとも部分的に制御可能な透過率を持つ画像形成部材と、
−  請求項１１に記載の制御可能な照明装置であって、視聴者に対して前記画像形成部材の後ろに配置され、制御可能なバックライトとしての機能を果たすように前記画像形成部材を照明するよう構成される制御可能な照明装置とを有する表示装置。
【請求項１３】
表示装置であって、
−  少なくとも部分的に制御可能な反射率を持つ画像形成部材と、
−  請求項１１に記載の制御可能な照明装置であって、視聴者に対して前記画像形成部材の前に配置され、制御可能なフロントライトとしての機能を果たすように前記画像形成部材を照明するよう構成される制御可能な照明装置とを有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御可能な光導体、照明装置及びこのような制御可能な光導体を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、移動体電話のディスプレイから大画面テレビまで、多様な用途で、様々なタイプのフラットパネルディスプレイは用いられている。プラズマディスプレイなどの幾つかのタイプのフラットパネルディスプレイは、発光画素のアレイを有するが、大半のフラットパネルディスプレイは、状態を切り換えられ得るが、独立して光を放射することは出来ない。このようなフラットパネルディスプレイは、ユビキタスＬＣＤディスプレイを含む。このようなフラットパネルディスプレイがユーザに対して画像を表示することを出来るようにするためには、画素アレイは、透過型の画素アレイの場合には、バックライトによって照明されなければならず、反射型の画素アレイの場合には、環境照明又はフロントライトによって照明されなければならない。
【０００３】
従来のバックライト（及びフロントライト）は、平面光導体であって、光源から前記平面光導体内へ光が結合される平面光導体を有する。平面光導体の１つの面は、一般的に、構造化又は改造により、例えば、表面をざらざらにすることにより、光がその面を通ってアウトカップルすることを可能にするように修正される。アウトカップルされた光は、次いで、画素アレイ中の、透過状態にある画素を通り、対応画像が、視聴者に見えるようになる。
【０００４】
しかしながら、よくあることだが、画素の非常にわずかな部分しか明るくない（それらの透過状態にない）場合には、バックライトによって放射される光の、それに応じた大部分が、視聴者に到達するのを妨げられ、従って、貴重なエネルギが浪費される。
【０００５】
この問題を解消するため、光の空間的に制御可能なアウトカップリングを持つバックライトが提案されている。例えば、国際特許出願公開第 WO2004079437号は、光導波路と、マトリックスアドレス指定可能な光管理部材とを有する照明システムを開示している。光導波路からの光のアウトカップリングは、光管理部材の一部を透過状態と散乱状態との間で変更することによって、制御され得る。
【０００６】
国際特許出願公開第WO2004079437号に開示されている照明システムは、例えば液晶パネルの制御可能な照明を供給するが、光管理部材は或る偏光状態にだけセンシティブであることから、アウトカップリング効率は限られる。
【０００７】
したがって、光のよりエネルギ効率の良いアウトカップリングを可能にする、改善された制御可能な光導体が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、改善された制御可能な光導体を提供することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、フラットパネルディスプレイにおいて画素アレイのエネルギ効率の良い制御をされる照明を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、これら及び他の目的は、制御可能な光導体であり、光導体であり、前記光導体中へ結合される光を閉じ込め、前記光導体の案内境界部(guiding boundary)による前記光の反射を介して、前記光を、前記光導体の主延在部に沿って案内するよう構成される光導体であって、前記案内境界部において第１屈折率を持つ光導体と、前記光導体の前記案内境界部に隣接して配設される少なくとも１つの光修正部材であって、第２屈折率を持つ流体、及び前記第２屈折率とは異なる第３屈折率を持つ複数の粒子であって、前記流体中に分布させられる複数の粒子を有する少なくとも１つの光修正部材とを有する制御可能な光導体であって、前記光修正部材が、少なくとも、前記光修正部材の、第１複合屈折率を持つ少なくとも一部をもたらす第１粒子分布を持つ第１状態と、前記光修正部材の、第２複合屈折率を持つ前記一部をもたらす第２粒子分布を持つ第２状態との間で制御可能であり、少なくとも、前記第２複合屈折率が、前記光導体の前記案内境界部の対応部分を介する光の少なくとも部分的なアウトカップリングを可能にするように、前記第１屈折率に対して、十分に高い制御可能な光導体によって達成される。
【００１１】
前記光導体は、例えば、平面光導波路又は光ファイバであり得る。
【００１２】
前記光導体が、平面光導波路である場合には、例えば、単一の誘電材料又は誘電材料の組み合わせの平板で作成され得る。適切な誘電材料は、様々なタイプのガラス、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などのような様々な透明材料を含む。このような平面導波路は、平坦であってもよく、又は湾曲してもよい。平板タイプの平面導波路は、前記導波路内へ結合される光を閉じ込めるのを、一般的に、全内部反射（ＴＩＲ）に依存する。
【００１３】
本願においては、「流体」は、あらゆる力に応じてその形状を変える物質であって、それが閉じ込められるチャンバの外形に従う又は流れる傾向がある物資であると理解されたい。従って、「流体」という用語は、ガス、液体、蒸気、及び固体と液体との混合物であって、これらの混合物が流れることが可能である場合の混合物を含む。
【００１４】
「粒子」という用語は、固体粒子に限定されず、液滴、及び流体で満たされたカプセルも含む。
【００１５】
本発明は、光導体からの光のアウトカップリングは、前記光導体の案内境界部に隣接して配置される光修正部材の屈折率を変更することによって修正されることができ、前記屈折率のこのような変更は、或る一定の屈折率を持つ粒子の、異なる屈折率を持つ流体内での分布を制御することによって達成可能であるという認識に基づいている。
【００１６】
本発明による制御可能な光導体は、主に、屈折によるアウトカップリングに依存することから、実際に、アウトカップリング用の光のほぼ全てが、偏光の状態にかかわらず、前記光導体を出ることが可能になることが確実にされる。
【００１７】
前記流体内に分布させられる前記粒子は、好ましくは、粒子懸濁流体(particle-fluid suspension)が、主に、可変屈折率を持つ流体としての機能を果たすレベルまでに散乱を制限するのに十分に小さい。
【００１８】
約100nm以下の中位径と、広すぎないサイズ分布とを持つ粒子が適切に用いられる。なぜなら、前記粒子が100nmよりかなり大きい場合、即ち、それらのサイズが、ほぼ可視光の波長程度又はそれより大きい場合、（後方）散乱が優勢になるからである。
【００１９】
前記光修正部材は、２つの状態の間で、又は複数の状態の間で制御可能であり得る。最初に言及したケースにおいては、前記光修正部材は、前記光導体からの光のアウトカップリングを局所的に可能にする又は妨げる光スイッチをして機能し得る。最後に言及したケースにおいては、前記光導体中の前記光は、部分的にアウトカップルされ得る。この場合には、グレイスケールが達成され得る。その場合、どの光がアウトカップルされ、どの光が前記光導体中にとどまるかは、前記案内境界部における入射角に依存し、ここで、小さい入射角を持つ光線は、アウトカップルされるが、大きい入射角を持つ光線は全反射される。
【００２０】
有利には、前記第１複合屈折率は、前記光導体の前記案内境界部における全内部反射を可能にするよう十分に低くてもよく、それによって、前記案内境界部の前記対応部分を通した光のアウトカップリングを防止する。
【００２１】
前記光導体が、あらゆる角度で前記光導体に入る光を全内部反射するためには、前記光導体の境界部に隣接するあらゆる素子の屈折率が、
【数１】
2010503950.tif 000003
という関係を満たさなければならない。ここで、ｎｌｇは、前記光導体の前記案内境界部における前記光導体の屈折率であり、ｎｃｌは、隣接素子の屈折率を示す。前記隣接素子は、例えば、前記光導体のコア若しくは中央平板部を覆うよう配設されるクラッド層、空気及び／又は本発明の場合のような制御可能な光修正部材であり得る。
【００２２】
例えば、前記光導体が、1.67という屈折率を持つ場合には、前記第１複合屈折率は、全角度のインカップル光(incoupled light)の全内部反射（ＴＩＲ）を達成するために1.34未満であり得る。
【００２３】
この方法においては、前記光導体内へ結合された光が、前記案内境界部の、隣接する光修正部材がその第１状態にある部分に対応する部分を通して、前記光導体の外へ結合されることが効率的に防止される。
【００２４】
前記第２屈折率（流体）は、前記第３屈折率（粒子）より低くてもよい。
【００２５】
この場合には、前記光修正部材の所与の部分が粒子の基本的に一様な分布を持つ流体を閉じ込める場合は、より高い粒子濃度は、その部分のより高い複合屈折率を意味する。従って、ＴＩＲは、前記光修正部材の前記部分における低い粒子濃度において達成されることができ、アウトカップリングは、より高い粒子濃度において達成され得る。
【００２６】
他の例においては、前記第３屈折率は、前記第２屈折率より低くてもよく、その場合には、当然、より高い粒子濃度は、前記光修正部材の上記の所与の部分におけるより低い複合屈折率をもたらす。
【００２７】
本発明の一実施例によれば、前記粒子は、電界の影響を受けやすくてもよく、前記光修正部材は、前記光修正部材の上記の部分における電界を変更し、それによって、前記粒子の分布を制御することにより、少なくとも、前記第１状態と、前記第２状態との間で制御可能であり得る。
【００２８】
本実施例においては、前記粒子は、帯電させられてもよく、又は帯電させられなくてもよい。非荷電粒子の場合は、前記粒子は、電界の印加に応じて、誘電泳動によって動かされる。これは、"Dielectrophoresis; the behaviour of neutral matter in non-uniform electric fields", by H.A. Pohl, University Press, Cambridge, 1978に詳細に記載されている。
【００２９】
荷電粒子の場合には、有利には、前記粒子の大半は、逆帯電した粒子が群がるの防止するために、同符号電荷を持つ。（前記流体の電気的中立性は、反対電荷のイオンがあることによって確保される。）
【００３０】
本発明の本実施例による構成では、前記粒子は、前記電界がない場合には、基本的に一様に分布させられ得る。電界が印加される場合、前記粒子は、再分布させられ得る。前記電界が取り除かれるまで、又は（電気泳動の場合の）前記粒子自身の電荷若しくは（誘電泳動の場合の）双極子及び印加される前記電界により前記粒子に作用させられる力の間に平衡がある状態に入るまで、前記粒子は動く。電気泳動のより詳細な説明のためには、文献 "Principles of Colloid and Surface Chemistry", by P.C. Hiemenz and R. Rajagopalan, 3rd edition, Marcel Dekker Inc., New York, 1997, pp. 534-574が参照される。
【００３１】
別の実施例によれば、前記粒子は、磁界の影響を受けやすく、前記光修正部材は、前記光修正部材の上記の部分において磁界を印加し、それにより、前記粒子の分布（磁気泳動(magnetophoresis)）を制御することによって、少なくとも、前記第１状態と、前記第２状態との間で制御可能である。
【００３２】
この実施例においては、前記粒子は、例えば、磁性物質であってもよく、前記粒子において磁気双極子が誘導され得るような特性を持っていてもよい。その場合、前記粒子の分布は、磁界の印加によって制御可能である。
【００３３】
本発明の上記の２つの実施例に代わるもの、又は前記実施例を補うものとして、前記流体中の前記粒子の分布はまた、前記流体の密度の空間的変化をもたらし、その結果として、前記粒子懸濁流体における粒子の濃度の変化をもたらし得る（ＭＥＭＳ装置のような）機械的手段によって制御されてもよい。
【００３４】
例えば、上記のメカニズムのいずれかによる、前記粒子の分布の制御を実現するために、前記制御可能な光導体は、制御手段を更に有し得る。
【００３５】
これらの制御手段は、例えば、前記光修正部材に隣接して、又は前記制御可能な光導体中の他の場所に、配置され得る、電極パターン、コイルパターンなどのパターン、又は機械的アクチュエータの形態で、設けられ得る。アウトカップルされる光の不必要な妨害を防止するために、これらのパターンは、有利には、それらの位置に依存して、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）又は同様のよく知られている材料などの１つ又は幾つかの透明な材料によって形成され得る。有利には、アウトカップリングが防止されるべき位置においては、（例えば、アルミニウム又は銀で作成される）光を反射する電極が用いられる。
【００３６】
前記制御手段は、前記光修正部材の両側に設けられてもよく、この場合には、（前記光導体にほぼ垂直である方向に）前記光修正部材のいずれかの側の方へ前記粒子を選択的に動かすことによって、前記粒子の分布は制御される。
【００３７】
他の例においては、前記制御手段は、所謂「面内スイッチング(in-plane switching)」を達成するよう設けられ得る。この場合には、前記粒子の分布は、前記光修正部材において前記粒子を選択的に横方向に動かすことによって制御される。面内スイッチングと、垂直スイッチングとの組み合わせもまた可能である。
【００３８】
前記制御可能な光導体に含まれる制御手段に代わるものとして、前記制御可能な光導体の外部に前記電界及び／又は前記磁界が生成されてもよい。
【００３９】
本発明による制御可能な光導体は、有利には、各々が別々に制御可能である複数の光修正部材を有し得る。
【００４０】
従って、前記制御可能な光導体のアウトカップリング部分及び光を閉じ込める部分の或る程度の複雑なパターンが形成され得る。
【００４１】
他の実施例のよれば、前記制御可能な光導体は、前記光修正部材の、前記光導体に対して反対側に、前記光修正部材に隣接して配設され、前記少なくとも部分的にアウトカップルされる光の少なくとも１つの特性を変更するよう適合される光変更部材を更に有し得る。
【００４２】
この光変更部材は、例えば、前記光修正部材の光出射面において前記制御可能な光導体に付加される層であってもよい。前記光変更部材は、例えば、前記アウトカップルされる光の偏光の状態、空間分布及び角度分布のうちの少なくとも１つを変更し得る。
【００４３】
前記アウトカップルされる光を、前記制御可能な光導体のアウトカップリング面に対して垂直な方向へ向けるために、光変更部材が用いられてもよく、前記光変更部材は、前記光修正部材より高い屈折率を持つ層の形態で設けられてもよい。
【００４４】
更に、前記光変更部材は、方向づけ効果を高めるためにアウトカップリング構造部を持っていてもよい。このようなアウトカップリング構造部は、上記の高い屈折率とは別に設けられてもよく、又は上記の高い屈折率と組み合わせて設けられてもよい。
【００４５】
これらのアウトカップリング構造部は、有利には、ほぼ平行な溝によって形成され得る。
【００４６】
前記光変更部材は、偏光させられた光をアウトカップルするために、複屈折材料で作成されてもよい。
【００４７】
詳細には、前記光変更部材は、ほぼ平行である溝を持つ、複屈折部材であってもよい。これらの溝は、前記複屈折光変更部材の屈折率成分が前記溝に垂直であるようにして設けられ得る。この屈折率成分は、低濃度の懸濁粒子を備える前記流体の屈折率成分とほぼ等しくてもよく、又は他の例においては、高濃度の懸濁粒子を備える前記流体の屈折率成分とほぼ等しくてもよい。
【００４８】
更に、有利には、本発明による制御可能な光導体は、光源であって、前記光源によって放射される光の、前記制御可能な光導体内へのインカップリングを可能にするよう構成される光源を更に有する制御可能な照明装置内に含まれてもよい。
【００４９】
有利には、上記の制御可能な照明装置は、少なくとも部分的に制御可能な透過率を持つ画像形成部材を更に有する表示装置に含まれてもよく、ここでは、前記制御可能な照明装置は、視聴者に対して前記画像形成部材の後ろに配置され、制御可能なバックライトとしての機能を果たすように前記画像形成部材を照明するよう構成される。
【００５０】
他の例においては、前記制御可能な照明装置は、少なくとも部分的に制御可能な反射率を持つ画像形成部材を更に有する表示装置に含まれてもよく、ここでは、前記制御可能な照明装置は、視聴者に対して前記画像形成部材の前に配置され、制御可能なフロントライトとしての機能を果たすように前記画像形成部材を照明するよう構成される。
【００５１】
以下、本発明の現在好ましい実施例を示す添付図面を参照して、本発明のこれら及び他の態様をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１ａ】３つの異なる状態の、本発明による制御可能な光導体の一部を概略的に図示する。
【図１ｂ】３つの異なる状態の、本発明による制御可能な光導体の一部を概略的に図示する。
【図１ｃ】３つの異なる状態の、本発明による制御可能な光導体の一部を概略的に図示する。
【図２】本発明の第１実施例による制御可能な光導体の一部を概略的に示す。
【図３】光修正部材に隣接して配設される光変更部材を有する、本発明の第２実施例による制御可能な光導体の一部を概略的に示す。
【図４ａ】本発明による表示装置の例を概略的に図示する。
【図４ｂ】本発明による表示装置の例を概略的に図示する。
【発明を実施するための形態】
【００５３】
以下、主に、光導体と、流体中に懸濁される複数の正荷電粒子を持つ光修正部材であって、流体が光導体の屈折率及び粒子の屈折率より低い屈折率を持つ光修正部材とを有する制御可能な平面光導体に関して、本発明を説明する。これは、決して、本発明の範囲を限定するものではなく、光ファイバ及び湾曲平面光導体などの他の構成の制御可能な光導体に等しく適用可能であることに注意されたい。更に、流体中に懸濁される粒子は、負電荷を持っていてもよく、帯電していなくてもよく、磁性物質であってもよく、又は非磁性物質であってもよい。当然、流体は、光導体及び粒子より高い屈折率を持っていてもよい。更に、本発明による制御可能な光導体の実施例の応用例であって、前記制御可能な光導体が、透過型フラットパネルディスプレイのためのバックライト中に含まれる応用例が図示されている。これに関連して、本発明による制御可能な光導体を有する照明装置は、環境作成照明装置として、又は反射型液晶ディスプレイ、エレクトロウェッティングディスプレイ、電気泳動ディスプレイ若しくはエレクトロクロミックディスプレイなどの様々なタイプの反射型ディスプレイのためのフロントライトとして、同様に、利用可能であることに注意されたい。
【００５４】
図１ａ乃至１ｃは、光導体１０３に隣接して配設される光修正部材１０２を有する制御可能な光導体１０１の一部を示している。ここでは、光修正部材１０２は、流体１０４と、参照符号１０５によってひとまとめにして示されている複数の粒子とを閉じ込めるコンパートメントの形態で設けられる。この場合には、光導体１０３は、単一の屈折率ｎｌｇを持ち、流体１０４は、光導体１０３の屈折率ｎｌｇより低い屈折率ｎｆｌを持ち、粒子１０５は、光導体１０３の屈折率ｎｌｇより高い屈折率ｎｐを持つ。各図１ａ乃至１ｃにおいては、流体１０４中の粒子１０５の濃度が、図１ａ乃至１ｃにおいて図示されている３つの例の状態の間で変えられる光修正部材１０２の一部１０６が示されている。適切に配置される光源（図示せず）によって光が光導体中に結合される。
【００５５】
図１ａは、粒子１０５が、流体１０４において、光修正部材１０２の中央部１０６における粒子の濃度が非常に低いように分布させられる第１状態にある光修正部材１０２を備える制御可能な光導体１０１を示している。これは、中央部１０６中に存在する粒子懸濁流体の低い複合屈折率ｎｃ１をもたらす。図示されている例においては、第１状態の複合屈折率ｎｃ１は、光線１０７によって示されているような光導体中の全内部反射（ＴＩＲ）のための必要条件を満たすために十分に低い。
【００５６】
光修正部材１０２の中央部１０６は、好ましくは、可能な限り大きい（現在利用可能な技術においては、中央部１０６は、例えば、光修正部材１０２の面の９０％以上を占め得る）。光修正部材１０２の、中央部１０６の外側の領域は、光導体１０３を可能な限り効率的にするために、好ましくは、反射型にされる。これは、この領域を鏡で覆うことによって達成され得る。他の例においては、密集した場合に反射する粒子が用いられてもよい。
【００５７】
図１ｂは、粒子１０５が流体１０４において基本的に一様に分布させられる第２状態にある光修正部材１０２を備える制御可能な光導体１０１を示している。これは、中央部１０６の高い複合屈折率ｎｃ２をもたらす。図示されている例においては、複合屈折率ｎｃ２は、光導体の屈折率にほぼ等しく、光線１０８によって示されているような光導体中の光の中央部１０６を介した本質的に完全なアウトカップリングをもたらす。図１ｂの状態は、好ましくは、ゼロパワー状態である。
【００５８】
図１ｃは、第１状態と、第２状態との中間である第３状態にある光修正部材１０２を備える制御可能な光導体１０１を示している。この第３状態においては、粒子１０５は、流体１０４において、中央部１０６における粒子１０５の濃度が、第１状態にある場合より高く、第２状態にある場合より低いように分布させられる。これは、中央部１０６の中間複合屈折率ｎｃ３をもたらす。図示されている例においては、複合屈折率ｎｃ３は、各々、透過される光線１１０ａ及び反射される光線１１０ｂによって示されているように、光導体１０３と、光修正部材１０２との間の案内境界部１０９に入射する光の一部のアウトカップリングを可能にする。
【００５９】
図２は、本発明による制御可能な光導体の第１実施例を概略的に図示している。図２には、２つの光修正部材２０１及び２０２が示されており、光修正部材の一方、即ち、２０１は、ノンアウトカップリング状態にあり、他方、即ち、２０２は、アウトカップリング状態にある。
【００６０】
示されている各光修正部材２０１、２０２は、本質的に絶縁する流体２０３と、複数の荷電粒子２０４とを閉じ込めるコンパートメントによって形成される。本例においては、粒子は、正電荷を保持する。各光修正部材２０１、２０２は、各々、３つの電極２０７ａ乃至２０７ｃ及び２０８ａ乃至２０８ｃを更に有し、それらの少なくとも幾つかは、好ましくは、ＩＴＯ又は同等の材料などの光学的に透明な導電性材料によって形成される。周囲電極２０７ａ、ｃ及び２０８ａ、ｃは、有利には、図２の光修正部材２０１によって図示されているノンアウトカップリング状態の密集した粒子を介しての光のアウトカップリングを防ぐために、反射型であり得る。アウトカップルされる光の角拡散を制限するため、各光修正部材２０１、２０２は、構造化アウトカップリング面(structured outcoupling face)２０５、２０６を更に持つ。
【００６１】
図２に図示されているように、光修正部材２０１は、２つの周囲電極２０７ａ、ｃには負電圧を印加し、中央電極２０７ｂには正電圧を印加することによって、第１の、ノンアウトカップリング状態へ制御される。適切な電圧を選択することによって、粒子２０４は、周囲電極２０７ａ、ｃの近傍に集められ、光修正部材２０１の中央部２０９における粒子の濃度は非常に低くなる。それによって、この部分２０９における複合屈折率は、図１ａに関して記載したように、光のアウトカップリングを防止するよう、十分に低くなる。
【００６２】
同様に、図２に図示されているように、光修正部材２０２は、如何なる電圧も印加しないことによって、又は３つの電極２０８ａ乃至２０８ｃの全てを同じ電位に接続することによって、第２の、アウトカップリング状態へ制御される。この場合には、荷電粒子は、基本的に一様な懸濁を形成することによってシステム中のエネルギを最小限にする。それによって、光修正部材２０２の中央部２１０における粒子の濃度は高くなり、アウトカップルされる光線２１１によって示されているようにアウトカップリングが可能になる。
【００６３】
図２は、概略図であり、図２においては、簡単にするために、隣接する光修正部材間のクロストークを防止する手段が含まれていないことが強調されるべきである。クロストークを防止する又は少なくとも低減する手段は、隣接する、流体−粒子の満たされたコンパートメントの間の間隔を離すこと、及び／又は隣接する光修正部材間に遮蔽電極を挿入することを含む。
【００６４】
図３は、本発明による制御可能な光導体の第２実施例を概略的に図示している。ここでは、２つの隣接する光修正部材３０３及び３０４上に、各々、制御電極３０１ａ乃至３０１ｃ及び３０２ａ乃至３０２ｃが形成されている。更に、構造化層の形態の光変更部材３０５が、光修正部材３０３、３０４の、光導体１０３から見て外方に向く側に付加されている。
【００６５】
図３に図示されている制御可能な光導体の動作は、図２を参照して上で記載した動作と同じである。２つの図示されている実施例の間の主な違いは、光修正部材３０４によって光導体１０３からアウトカップルされる光の様々な特性が、光変更部材３０５によって変更可能であることにある。図示されている例においては、光変更部材３０５は、アウトカップルする光修正部材３０４の複合屈折率より高い屈折率を持つ構造化層である。アウトカップルされる光線３０６によって示されているように、アウトカップルされる光は、光導体１０３の垂線の方へ向けられる。
【００６６】
図４ａ乃至４ｂは、制御可能に透過可能な画素４０３ａ乃至４０３ｉの３×３の画素アレイ４０２と、バックライト４０４とを有するフラットパネルディスプレイ４０１の形態の、本発明による制御可能な光導体の実施例の応用例を概略的に図示している。
【００６７】
図４ａにおいては、バックライト４０４は、フラットパネルディスプレイの視聴者の視点から見て画素アレイ４０２の後ろに配置される。本例においては、画素アレイ４０２中の画素の１つ４０３ｅがその透過状態にあり、残りの画素４０３ａ乃至４０３ｄ、４０３ｆ乃至４０３ｉは、それらの非透過状態にある。
【００６８】
図４ｂは、画素アレイ４０２によって覆い隠されていないバックライト４０４を示している。図示されているように、バックライトは、制御可能な光導体４０５を有し、それからの光のアウトカップリングは、３つのセグメント４０６、４０７及び４０８において制御可能である。バックライト４０４は、制御可能な光導体４０５中への光のインカップリングを達成するよう構成される少なくとも１つの光源（図示せず）を更に有する。
【００６９】
より効率的なエネルギ使用を可能にし、且つ／又は透過する画素４０３ｅの局所的な高い照明を達成するために、図４ｂにおいて光線４０９、４１０によって示されているように、セグメント４０６及び４０８は、ノンアウトカップリング状態へ制御され、透過する画素４０３ｅに対応するセグメント４０７は、アウトカップリング状態へ制御される。
【００７０】
セグメント４０６乃至４０８のアウトカップリング状態は、各々、光修正部材４１４、４１５及び４１６中に含まれる電極４１１ａ乃至４１１ｃ、４１２ａ乃至４１２ｃ及び４１３ａ乃至４１３ｃに電圧を印加することによって制御される。これらの電極に電圧を印加することによって、光修正部材４１４乃至４１６における粒子の分布及び複合屈折率は、上で、図２及び３を参照して記載したように制御される。
【００７１】
本発明は決して上記の好ましい実施例に限定されないことは当業者には明らかであろう。例えば、隣接する光修正部材の間の境界に形成される、且つ／又は光修正部材中へ突き出る電極又は他の制御手段などの、上記のもの以外の電極又は制御手段の多くの構成が、実現可能である。更に、如何なる電極又は他の制御手段も、特に、それらの延在部が、光修正部材の残りの部分と比べて非常に小さい場合には、不透明材料で作成され得る。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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