(57)【要約】スイッチング可能な光学コンポーネント（１０）が、空洞（１４）を形成する基板（１８）を含む。基板（１８）は前記空洞に隣接する構造化された表面（２４、２６）をもって構成されており、第一の屈折率をもつ。流体（１６）が前記構造化された表面と接触する。流体中の粒子の第一の濃度が前記構造化された表面がある光学的効果を提供することを可能にし、流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、粒子が前記流体中に選択的に分散可能である。
2010510538.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング可能な光学コンポーネントであって：
空洞を形成する基板であって、前記空洞に隣接する構造化された表面をもって構成されており、第一の屈折率をもつ基板と；
前記構造化された表面と接触している流体と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記構造化された表面がある光学的効果を提供することを可能にし、流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に選択的に分散可能な粒子とを有する、
コンポーネント。
【請求項２】
前記粒子が電気泳動粒子を含み、前記粒子が前記流体の近傍における電圧変化に基づいて分散可能である、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項３】
前記空洞に隣接して配される複数の電極をさらに有しており、前記粒子が前記電極の電圧を変えることによって前記流体中で分散させられる、請求項２記載のコンポーネント。
【請求項４】
前記電極が前記空洞の同じ側に配される、請求項３記載のコンポーネント。
【請求項５】
前記電極が前記空洞の向かい合う側に配される、請求項３記載のコンポーネント。
【請求項６】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記空洞内で、前記構造化された表面と反対側に粒子の一様な層が形成される、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項７】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記構造化された表面の領域の外側に、横方向に集められる、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項８】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記構造化された表面の諸部分に集められる、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項９】
前記構造化された表面が格子プロファイルを含む、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項１０】
入射光が非偏光であり、前記格子プロファイルが入射光の回折を与える、請求項９記載のコンポーネント。
【請求項１１】
スイッチング可能な回折格子であって：
空洞を形成する基板であって、前記空洞に隣接する回折格子プロファイルをもって構成されており、第一の屈折率をもつ基板と；
前記格子プロファイルと接触している流体と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記格子プロファイルがある光学的効果を提供することを可能にし、流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に選択的に分散可能な電気泳動粒子と；
前記空洞に隣接して配される複数の電極とを有しており、前記粒子が前記電極の電圧を変えることによって前記流体中で分散させられる、
格子。
【請求項１２】
前記電極が前記空洞の同じ側に配される、請求項１１記載の格子。
【請求項１３】
前記電極が前記空洞の向かい合う側に配される、請求項１１記載の格子。
【請求項１４】
粒子の前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が、前記空洞内で、前記格子プロファイルと反対側に一様な層を形成する、請求項１１記載の格子。
【請求項１５】
粒子の前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記格子プロファイルの領域の外側に、横方向に集められる、請求項１１記載の格子。
【請求項１６】
粒子の前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記格子プロファイルの諸部分に集められる、請求項１１記載の格子。
【請求項１７】
前記格子プロファイルが格子のアレイに含まれる、請求項１１記載の格子。
【請求項１８】
前記格子プロファイルが格子のスタックに含まれる、請求項１１記載の格子。
【請求項１９】
入射光が非偏光であり、前記格子プロファイルが入射光の回折を与える、請求項１１記載の格子。
【請求項２０】
スイッチング可能な光学コンポーネントを動作させる方法であって：
空洞を形成する基板であって前記空洞に隣接する格子プロファイルをもって構成されており、第一の屈折率をもつ基板を有する面内電気泳動デバイスを用意する段階と；
前記格子プロファイルを流体と接触させる段階と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記格子プロファイルがある光学的効果を提供することを可能にし、粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に粒子を選択的に分散させる段階とを有する、
方法。
【請求項２１】
前記粒子が電気泳動粒子を含み、前記粒子を選択的に分散させる段階が、前記流体の近傍における電圧変化に基づいて前記粒子を選択的に分散させることを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記電圧変化が、前記空洞に隣接して配される電極を使って実施され、前記粒子が前記電極の電圧を変えることによって前記流体中で分散させられる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
前記電極が前記空洞の同じ側に配される、請求項２２記載の方法。
【請求項２４】
前記電極が前記空洞の向かい合う側に配される、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
粒子を選択的に分散させる段階が、前記空洞内で、前記格子プロファイルと反対側に粒子の一様な層を形成することを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２６】
粒子を選択的に分散させる段階が、前記粒子を前記格子プロファイルの領域の外側に横方向に集めることを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２７】
粒子を選択的に分散させる段階が、前記粒子を前記格子プロファイルの諸部分に集めることを含む、請求項２０記載の方法。
【請求項２８】
入射光が非偏光であり、当該方法が、前記格子プロファイルを使って前記非偏光の入射光を回折させることを含む、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、スイッチング可能な（switchable）光学デバイスに、より詳細には屈折率を選択的に変更するために電気泳動粒子を用いるスイッチング可能な格子（grating）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気泳動システムは、表示装置のためのスイッチング可能な光学層として広範な用途を見出すに至っている。電気泳動システムの例は、ソニー（登録商標）の「リブリエ」eリーダー内のフィリップス（登録商標）およびEインク（登録商標）によって製作された白黒の電子ペーパー表示デバイスや、標識（signage）用途をねらいとする面内スイッチング電気泳動ディスプレイが含まれる。どの場合にも、電気泳動システムにおける粒子は、光学的シャッター構成――反射構成または透過構成のいずれでもよい――において光（の一部）を吸収するために使われる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本願の原理によれば、電気泳動システムの、はるかに活用されていない光学的特性は、電気泳動粒子がスイッチング可能な回折光学コンポーネントとして動作できるということである。たいていの場合、この属性は電気泳動システムの吸収、反射または散乱属性によって覆い隠されてしまうが、吸収と同様、粒子は、該粒子を懸濁させるまたは担持するために使われる溶媒とは異なる屈折率をもつ材料からできている。よって、粒子を局所的に集中させることによって流体の有効屈折率の局所的な変化を生成することが可能である。
【０００４】
屈折光学が可能であることを例証するため、本願発明者によって、スイッチング可能な光学デバイス、一例ではスイッチング可能な格子を作成するために粒子の屈折属性が活用される実験的なシステムが作成された。この例では、屈折属性を調べるために、吸収はなくされた。例示的に、既知の吸収領域をもつ吸収スペクトルをもつマゼンタの粒子が選択された。これにより、その吸収領域は回避できる。散乱は、マゼンタ粒子について小さなサイズ（〜100nm）を用いることによって回避された。光路の十分な変化も提供された（たとえばdxΔn、ここでΔnは屈折率差）。濃縮された懸濁物の厚い層が、大きな光路差についての潜在力を提供した。
【０００５】
ある例示的な実施形態では、スイッチング可能な光学コンポーネントは空洞を形成する基板を含む。前記基板は、前記空洞に隣接する構造化された表面をもって構成され、前記基板は第一の屈折率をもつ。前記構造化された表面に流体が接触させられる。流体中の粒子の第一の濃度が前記構造化された表面が光学的効果を提供できるようにするよう、前記流体中に粒子を選択的に分散させることができる。前記流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にする。
【０００６】
もう一つの実施形態では、スイッチング可能な光学コンポーネントを動作させる方法が、空洞を形成する基板を有する面内電気泳動デバイスを提供することを含む。ここで、前記基板は、前記空洞に隣接する格子プロファイルをもって構成され、前記基板は第一の屈折率をもつ。前記方法はさらに、前記格子プロファイルを流体と接触させ、前記流体中に選択的に粒子を分散させることを含む。前記流体中の粒子の第一の濃度では前記格子プロファイルがある光学的効果を提供できるようになり、粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にする。
【０００７】
本開示のこれらおよびその他の目的、特徴および利点は、付属の図面との関連で読まれるべき本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な記述から明白となるであろう。
【０００８】
本開示は以下の図面を参照しつつ好ましい実施形態の以下の記述を詳細に与える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】ある実施形態に基づく、空洞の同じ側の諸電極を使って粒子を分散させ、回折を許容するために屈折率差を与える面内スイッチング電気泳動機構をもつスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図１Ｂ】この実施形態に基づく、グリッド・プロファイル領域の外で横側に集められた粒子を示す、図１Ａのスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図２Ａ】もう一つの実施形態に基づく、空洞の向かい合う側の諸電極を使って粒子を分散させ、回折を許容するために屈折率差を与える面内スイッチング電気泳動機構をもつもう一つのスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図２Ｂ】この実施形態に基づく、グリッド・プロファイル領域を通じた一様な層内に集められた粒子を示す、図２Ａのスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図３Ａ】もう一つの実施形態に基づく、グリッド・プロファイル中のスペースを充填するよう空洞の向かい合う側の諸電極を使って粒子を分散させ、回折を許容するために屈折率差を与える面内スイッチング電気泳動機構をもつもう一つのスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図３Ｂ】この実施形態に基づく、グリッド・プロファイル領域を通じた層内に集められた粒子を示す、図３Ａのスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図４Ａ】電極間隔に起因する回折パターンを示す、本願発明者によって実行された実験において使用されたスイッチング可能な回折光学デバイスの断面図である。
【図４Ｂ】もう一つの実施形態に基づく、交互の電極が非0電圧をもつことによって流体中に粒子のない領域を生成し、それにより回折を許容するよう屈折率差が引き起こされる、図４Ａのデバイスの断面図である。
【図５】本願の原理に基づくスイッチング可能な光学コンポーネントを動作させる例示的な方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明は電気泳動ディスプレイ装置に関して記載されるが、本発明の教示はずっと広く、回折格子または他のスイッチング可能な屈折率デバイスといった、光学的効果を与えるために調節可能な屈折率を用いることのできるいかなるコンポーネントにも適用可能であることは理解しておくべきである。本稿に記載される実施形態は、リソグラフィーを使って位置され（located）、処理されることが好ましく、よって選択されるリソグラフィー工程の適用可能な精度に従って位置される。フォトリソグラフィー処理が好ましいが、これは単に例示的であることを注意しておくべきであろう。他の処理技術を用いることもできる。
【００１１】
スイッチング可能な回折格子の例示的な例は、そのような格子によって回折される光を用いうる、あるいはそのような格子の動作モードの選択を支援しうる追加的な電子コンポーネントを含むよう適応されてもよいことも理解しておくべきである。これらのコンポーネントは、基板と一体的に形成され、あるいは前記基板上にマウントされ、あるいは他のコンポーネントの中または表面上に設けられてもよい。回折格子は、該回折格子と一体形成されていない他のデバイスと一緒に用いられてもよい。図面に描かれる要素は、ハードウェアのさまざまな組み合わせにおいて実装されてもよく、単一の要素または複数の要素において組み合わされうる諸機能を提供してもよい。
【００１２】
特に有用な実施形態によれば、電気泳動粒子システムおよび事前形成された空洞に基づいて、よく定義されたスイッチング可能な光学格子が提供されうる。格子動作は、粒子が懸濁される流体（液体または気体）とは異なる屈折率をもつ粒子の動きに基づく。粒子は好ましくは電気泳動を示し、よって電圧または他の動き誘起機構に依存して引きつけられるか反発されるかする。ある構成では、流体と空洞を形成する物質とは同じまたは実質的に同じ屈折率（たとえば約2%の範囲内）をもち、粒子が除去されたときにはそのデバイスは格子としては機能しない。粒子を空洞中の流体中に移すことによって、粒子と空洞に隣接する物質は異なる屈折率をもち、デバイスは格子として動作する。そのようなスイッチング可能な格子のいくつかの用途は、光記憶装置、光ビーム再方向付け（re-direction）、光入出力カップリング（in/out-coupling）、分光／照明（白色光をその成分色に分離する）などを含む。そのようなスイッチング可能な格子の一つの利点は、（従来技術のスイッチング可能な液晶（LC）格子についてそうであったように）偏光に頼るのではなく、したがってずっと光効率がよいことである。
【００１３】
ここで図面を参照する。図面において、同様の参照符号は同じまたは類似の要素を表す。まず図１Ａおよび１Ｂを参照すると、ある例示的な実施形態に基づくスイッチング可能な光学格子１０が示されている。格子１０は図１Ｂのよく定義された第一状態（たとえば非格子状態）から図１Ａのよく定義された第二の格子強度状態に切り替わる。格子デバイス１０は、事前形成された空洞１４内に粒子１２が存在する電気泳動粒子システムに基づいている。格子１０は、流体（液体または気体）１６中の粒子１２の動きに基づいて動作する。ここで、粒子１４と流体１６は異なる屈折率をもつ。好ましくは、デバイス１０は、横方向の粒子運動に基づいて回折格子を形成するために二つのよく定義された状態または構成において動作する。
【００１４】
本稿で開示される実施形態は、屈折率を、流体１６中での粒子濃度を変えることによって局所的に変化させる。実際的な適用では、粒子１２の濃度は0重量パーセントから約60重量パーセント（またはそれ以上）まで変えられてもよく、これは非常に大きな屈折率変化を与えうる。設計および用途に依存して、ある平衡粒子濃度をもつ流体の屈折率は第一の状態を与えるために周囲の物質に一致した屈折率であってもよく、非平衡粒子濃度は第二の状態を与えてもよい（あるいは逆でもよい）。
【００１５】
低い粒子濃度は、すべての粒子を電極２０またはデバイス上に集め、粒子を電極２２から反発させることによって達成されうる。このようにして、空洞１４内の他所の濃度が0まで低くなりうる。たとえば、第一状態（図１Ｂ）では、事実上、空洞１４内の流体１６内には粒子はない（たとえば、約0重量パーセント）。流体１６および空洞１４を形成する周囲の物質１８は同じ屈折率をもっていてもよく、よって粒子１２なしではデバイス１０は格子としては動作しない。収集電極２０においてまたはその近くでは高い粒子濃度が達成されてもよい。
【００１６】
第二状態（図１Ａ）では、粒子１４を動かすことによって、あるいは該粒子を均一な仕方で空洞１４内の流体１６中で平衡に達することを許容することによって、空洞１４内の流体１６および粒子１２は物質１８とは異なる屈折率を達成し、デバイス１０は格子として動作する。
【００１７】
あるいはまた、流体１６内の結果的な粒子濃度が粒子をもつ流体と周囲の物質１８との間で実質的に同じ屈折率につながるのであれば、図１Ａに示される平衡状態が非格子状態として機能してもよいことは理解しておくべきである。同様に、この代替的な実施形態においては、流体１６と周囲の物質１８が異なる屈折率をもつことができるので、図１Ｂの構成が格子として作用できる。空洞形状、粒子の大きさおよび型ならびに異なる流体型といった他の実施形態および構成も考えられる。
【００１８】
流体１６内での粒子１２の分布は複数の仕方で実行されうる。ある実施形態では、電極２０および２２が、該電極２０、２２を活性化させ制御するための回路（図示せず）とともに）基板１５上に形成される。電極２０は、格子領域から粒子１２を除去するよう粒子１２を引きつけるか反発するよう賦活されうる（図１Ｂ）。動作の間、格子電極２２は、粒子を格子領域に引きつけるよう賦活される。その際、電極２０および２２は交互に賦活されて粒子を流体１６中で分散させうる。あるいはまた、粒子は自然な手段、たとえばブラウン運動または他の強制的な手段、たとえば振動、温度変化または他の機械的な力によって広がるがままにされてもよい。
【００１９】
物質１８は好ましくは、たとえば突起２４および谷部２６を有する格子プロファイルといった構造化された表面に形成される。構造化された表面はまた、プリズムまたは他の光学素子も含みうる。突起２４および谷部２６は、屈折されるべき光の波長に関連する所定のピッチをもつよう構成される。ある実施形態では、流体１６の屈折率は、谷部２６が形成されている基板または物質１８の屈折率と実質的に同じであってもよい。次いで、屈折率を修正するよう粒子１２が流体１６中に導入されうる。図１Ａおよび１Ｂの実施形態では、粒子１２は複数の横方向に離間された電極２０および２２の一つまたは複数の電圧を変えることによって誘起される横方向の動きをもって移動する。横方向の動きは一般に、矢印「Ａ」の方向において特徴付けられる。もちろん、粒子１２は矢印「Ａ」と垂直な方向にも動くが、参照の簡単のため、粒子１２はこの実施形態については、横方向に、あるいは基板１５の主要軸に沿って動くものとして記載される。
【００２０】
面内電場は粒子を空洞１４に移動させる。粒子１２はブラウン運動の影響のもとに、あるいは代替的に粒子を混合するために電極に小さなAC信号を印加することによって空洞を通じて分散されうる。この実施形態では、第一の屈折率をもつ粒子の異なる屈折率の液体中での配置を分布させ直すこと（re-distributing）は、デバイス１０の主要軸に沿った横方向の粒子運動を用いる。空洞１４は、突起２４および谷部２６を（たとえばよく定義された横方向間隔をもって）含むという意味において、格子の形をもつ。突起２４および谷部２６に起因する異なる高さをもつ領域は、デバイス１０を通る異なる光路長（よって回折の度合い）につながる。一方、それらの横方向の間隔は回折ビームが当該格子から現れる角度を定義する。任意的に、本願の原理に基づく一つのデバイスは、互いに隣接して横方向に配置された、たとえばアレイの形の複数のそのような空洞１４を含んでいてもよい。あるいはまた、複数の空洞は上下に積層されてもよい。これらの空洞／デバイスは個々にまたは集団的にスイッチング可能でありうる。
【００２１】
本願の原理に基づくスイッチング可能な格子は、光学的記憶、回折、光ビーム再方向付け、光入出力カップリング、分光／照明（白色光をその成分色に分離する）または他の任意の用途のために用いられてもよい。スイッチング可能な格子１０は有利なことに、回折を与えるために偏光に依拠せず、したがってずっと光効率がよい。
【００２２】
図２Ａおよび２Ｂを参照すると、垂直方向の粒子運動をもつ格子１００が例示的に示されている。この実施形態において、スイッチング可能な格子１００は、第一の屈折率をもつ粒子１２の、事前形成された空洞１４中の異なる屈折率の流体１６中での配置を、分布させ直すことによって形成される。粒子の動きは概して基板１５の主要軸に垂直な方向である。垂直な動きは概して矢印「Ｂ」の方向で特徴付けられる。もちろん、粒子１２は矢印「Ｂ」と垂直な方向にも動くが、参照の簡単のため、この実施形態では、粒子１２は垂直に動かされるものとして記載される。
【００２３】
空洞１４は格子の形をもち、よく定義された横方向間隔をもって突起２４および谷部２６を含む。基板１８上で異なる高さをもつ領域は、デバイスを通る異なる光路長（よって回折の度合い）につながる。一方、それらの横方向の間隔は回折ビームが当該格子から現れる角度を定義する。任意的に、本願の原理に基づく一つのデバイスは、互いに隣接して横方向に配置された、たとえばアレイの形の複数のそのような空洞１４を含んでいてもよい。あるいはまた、複数の空洞は上下に積層されてもよい。これらの空洞は個々にまたは集団的にスイッチング可能でありうる。
【００２４】
ある実施形態では、図２Ｂにおいて、流体１６の屈折率は空洞１４が形成される基板１８の屈折率と実質的に同じである。この場合、分布された粒子１２は空洞１４の底面に沿って配され、流体中での粒子の低い濃度につながる。この例では、それにより、回折格子のない光デバイスが図２Ｂに示されるように実現される。動作する回折格子を実現するため、粒子１２は流体１６中に分布される。それにより屈折率が修正され、図２Ａに示されるように格子が生成される。
【００２５】
図２Ｂに示されるように、粒子１２は底部電極１０２上またはその近くに位置されて一様な層１０５を形成する。これは好ましくは基板１５の平坦な表面上に形成される。図示した例において、粒子は、空洞１４の平坦な（底）面上に一様な厚さの層１０５を形成し、それにより流体１６は、基板１８とは異なる屈折率をもつ格子の形に留まる。これは、粒子が底電極１０２のほうに駆動されるよう底電極１０２または上電極１０４の電圧を調節または設定することによって達成されうる。当該デバイスを回折格子に切り換えることが望ましいとき、鉛直方向に離間された電極１０２および／または１０４の一方または両方の電圧を変えることによって、粒子の動きが誘起される。空洞１４内での粒子１２のランダム化された分布を与えて入射光の回折を引き起こすため、電圧を切り換え、あるいは交番させてもよい。
【００２６】
あるいはまた、上記のように、低い粒子濃度の流体１６が基板１８と整合せず、粒子１２をもつ高い粒子濃度の流体１６（図２Ａ）が基板１８と整合する場合には、格子は図２Ｂの状態において実現されてもよいことは理解しておくべきである。
【００２７】
図３Ａおよび３Ｂを参照すると、回折格子２００は流体１６を有する空洞１４および粒子１２を含む。ある実施形態では、回折格子が実現されるのは、図３Ｂにおいて、粒子１２が空洞１４の平坦な（底）面上に一様な厚さの層２０５を形成するときである。粒子１２は底電極１０２および／または上電極１０４に電圧を印加することによって制御される。格子を変えるまたは除去するには、粒子１２が流体１６内に分布させられて、屈折率分布が修正され、格子の強さが変更される。図３Ａの例では、粒子１２は、基板１８に形成された構造のある上側表面に動かされる。粒子１２の動きは、垂直に離間された電極の電極１０２および１０４の一方または両方の電圧を変えることによって誘起される。図３Ａに示される例では、粒子１２は空洞１４の構造化された（上）面上に層２０２を形成する。たとえば流体１６内のコンパクト化された（compacted）粒子１２の平均屈折率が基板１８と同様で、粒子１２が格子構造（たとえば突起２４および谷部２６）の間の空間を満たし、事実上表面を平面化するとすると、格子の動作は低下または除去されることになる。
【００２８】
あるいはまた、少なくとも粒子１２が（そして可能性としては流体１６も）基板１８と屈折率整合しない場合には、格子が図３Ａの状態において実現されてもよいことは理解しておくべきである。図３Ｂにおいて流体１６が基板１８と整合していれば、非格子配位が実現されうる。
【００２９】
本願の諸実施形態では、整合されたまたは整合されていない屈折率の流体および粒子濃度をもつ流体についての種々の変形が可能である。たとえば、流体、基板および粒子の屈折率は、所望される光学的効果を達成するために調節されてもよい。いくつかの実施形態では、粒子の屈折率が流体の屈折率を超えるシステムが考えられてもよい。たとえば、屈折率約2.70（ルチル）または2.55（アナターゼ）をもつ小さな非散乱酸化チタン粒子の使用が、たとえば屈折率1.42をもつドデカンのような油中で用いられてもよい。あるいはまた、粒子の屈折率が流体の屈折率より小さいシステムが用いられてもよい。たとえば、屈折率約1.1〜1.2をもつ小さな中空の空気で満たされた粒子の使用が、たとえば屈折率1.42をもつドデカン、ビフェニル（n＝1.59）、フェニルナフタレン（n＝1.67）、ブロモベンゼン（n＝1.56）、クロロナフタレン（n＝1.63）、ブロモナフタレン（n＝1.64）、メトキシナフタレン（n＝1.69）、ポリブロモ芳香族化合物、ポリブロモアルカンなどといった油中で用いられてもよい。さらに、油ベースの液体‐粒子系を使うことは必須ではない。（適切な粒子と組み合わされた）水、水様流体または他の流体も考えられる。先述したように、粒子は複数の異なる機構によって輸送されてもよい。
【００３０】
電圧が用いられてもよいが、電気的な機構に加えてまたは電気的な機構の代わりに、他の輸送機構も用いられてもよい。たとえば、粒子のための輸送機構は誘電泳動、電気流体力学、電気浸透などを含みうる。誘電泳動は、粒子が、誘起された双極子に基づいて、高電場強度の領域に向かってまたは該領域から離れる方向に動くときに起こるものである。電極設計は粒子の所望される動きを与えるよう適応されてもよく、印加される電場の周波数は粒子を動き回らせるために用いられてもよい。電気流体力学は、電場による流体中でのあらゆる種類の粒子の動きをカバーする一般的な用語である。電気浸透は、電場による、膜を通過する極性液体の動きである。
【００３１】
回折されるべき単色光または他の光は、当該デバイスを上から下に通過しても下から上に通過してもよいことも理解しておくべきである（図１〜図３）。基板１５および／または１８ならびに付属の電極は、効果的な動作を促進するため、透明性および適切な屈折率を与える必要がある。
【００３２】
本願の原理は、発明者によって、図４Ａおよび４Ｂに概略的に描かれている実験において実証された。この実験は、非偏光光学を使って能動的な電気泳動光学コンポーネントが提供できることを実証した。図４Ａを参照すると、波長690nmで光３０２を生成するために赤色レーザーが用いられた。光３０２は基板３１８ならびにドデカンおよびマゼンタ粒子（サイズ〜100nm）で満たされた液体充填空洞３１４を通過した。流体中のマゼンタ粒子は、粒子なしで流体のみの屈折率（n1）よりも大きな高い屈折率（n2）を含んでいた。インターディジット型の（inter-digitated）電極３０５が第二の基板３１５上に均等に分散された。電極３０５のパターンの結果として回折パターン３３０が実現された。
【００３３】
図４Ｂを参照すると、交互の0電圧‐非0電圧のパターンが電極３０５に印加されたとき、粒子は非0正電圧電極（「＋」記号で示した）のまわりの体積から除去され、屈折率の相違が引き起こされた。追加的な回折スポットが回折パターン３３２内に見えた。こうして、粒子のない領域３２２が過剰な（extra）回折スポットを引き起こすことが実証された。
【００３４】
この実験は、格子の高速スイッチングが達成可能でありながら（たとえば1〜10秒のオーダーで）、過剰な回折スポットの強度の変化が（波長の整数倍を通じて遅延が増すとともに）干渉の極大および極小として生成されたことを実証した。
【００３５】
図５を参照すると、スイッチング可能な光学コンポーネントを動作させる方法が例示的に示されている。ブロック４０２では、面内電気泳動デバイス（または他の粒子分散システム）をもつ光学コンポーネントが提供される。ある実施形態では、前記デバイスは空洞を形成する基板を含む。基板は、空洞に隣接する格子プロファイルまたは構造化された表面をもって構成されており、第一の屈折率をもつ。ブロック４０６では、格子プロファイルは、粒子を有する流体と接触させられる。これは、前記デバイスの製造／組み立ての結果としてであってもよいし、あるいは流体レベルが前記デバイスの動作の間に制御されてもよい。いずれにせよ、前記流体は構造表面の格子プロファイルに接触する。
【００３６】
ブロック４１０では、粒子は流体中に選択的に分散させられる。流体および粒子は少なくとも二つの状態をもつ（追加的な状態も可能である）。一つの状態は前記基板の前記第一の屈折率と同じまたは実質的に同じ屈折率を含み、もう一つの状態は前記流体および粒子について、前記第一の屈折率とは異なる屈折率を含む。粒子がこれらの状態の一つにあるとき、格子プロファイルは入射光を回折させ、これらの状態の他方にあるときは、格子プロファイルによって回折は引き起こされない。それらの異なる屈折率は、場合に応じてより高く、あるいはより低くてもよい。
【００３７】
流体および粒子が第一の配位（第一の濃度）にあるとき、格子プロファイルは入射光を回折する、あるいは入射光に対して光学的効果を引き起こし、第二の配位（第二の濃度）にあるとき、入射光は回折されない、あるいは光学的効果はもたらされない。粒子は電気泳動粒子を含みうる。粒子は、流体の近傍での電圧変化のため、あるいは他の手段によって、選択的に分散させられてもよい。ブロック４１２では、空洞に隣接して配される電極を使って電圧変化が実施されてもよい。ここで、粒子が流体中に分散させられるのは、電極上の電圧を変えることによって、および／または他の機構（たとえばブラウン運動）を使って分散を許すことによってである。諸電極は空洞の同じ側に配されていてもよいし、空洞の向かい合う側に配されていてもよい。ある配位では、粒子は、格子プロファイルと反対に空洞内の一様粒子層を形成するよう、あるいは格子プロファイルの領域の横外側に粒子を集めるよう、分散されてもよい。粒子はまた、格子プロファイルの諸部分に集められてもよい。有利には、ブロック４１４では、入射光は回折されるために偏光である必要はない。非偏光も格子プロファイルを使って回折できる。
【００３８】
付属の請求項を解釈する際には、以下のことを理解しておくべきである：
ａ）「有する」の語は所与の請求項に挙げられている以外の他の要素または動作の存在を排除しない。
ｂ）要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除しない。
ｃ）請求項に参照符号があったとしてもそれは特許請求の範囲を限定するものではない。
ｄ）いくつかの「手段」は同一の項目、すなわちハードウェアまたはソフトウェアで実装される構造または機能によって表現されてもよい。
ｅ）特に示さない限り、動作のいかなる特定の序列も必須であるとは意図されていない。
【００３９】
電気泳動粒子システムに基づくスイッチング可能な格子についての好ましい実施形態を記載してきたが（該記載は例示的であることが意図されており、限定するものであるとは意図されていない）、上記の教示に照らして当業者によって修正および変形ができることを注意しておく。したがって、開示される開示の個別的な実施形態に、付属の請求項によって述べられ本稿で開示される実施形態の範囲および精神内の変更がなされうることは理解されるものとする。特許法によって要求される詳細および個別事項をこうして記載してきたが、特許請求され、特許状によって保護されることが望まれるものは、付属の請求項において記載される。
【図１Ａ】
2010510538.tif 000003
【図１Ｂ】
2010510538.tif 000004
【図２Ａ】
2010510538.tif 000005
【図２Ｂ】
2010510538.tif 000006
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
2010510538.tif 000008
【図４Ａ】
2010510538.tif 000009
【図４Ｂ】
2010510538.tif 000010
【図５】
2010510538.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月25日(2009.5.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング可能な光学コンポーネントであって：
空洞を形成する基板であって、前記基板の第一の表面は前記空洞に隣接する構造化された表面をもって構成されており、前記基板は第一の屈折率をもつ、基板と；
前記構造化された表面と接触している流体と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記構造化された表面がある光学的効果を提供することを可能にし、流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に選択的に分散可能な粒子とを有しており、前記構造化された表面は非偏光の入射光の回折のための格子プロファイルを含んでおり、前記格子プロファイルは第一の格子表面についての突起および第二の格子表面についての谷部を有し、前記第一の格子表面および前記第二の格子表面は前記基板の前記第一の表面と反対側の前記基板の第二の表面と平行である、
コンポーネント。
【請求項２】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記空洞内で、前記構造化された表面と反対側に粒子の一様な層が形成される、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項３】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記構造化された表面の領域の外側に、横方向に集められる、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項４】
前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記構造化された表面の諸部分に集められる、請求項１記載のコンポーネント。
【請求項５】
スイッチング可能な回折格子であって：
空洞を形成する基板であって、前記基板の第一の表面は前記空洞に隣接する回折格子プロファイルをもって構成されており、前記基板は第一の屈折率をもつ、基板と；
前記格子プロファイルと接触している流体と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記格子プロファイルがある光学的効果を提供することを可能にし、流体中の粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に選択的に分散可能な電気泳動粒子と；
前記空洞に隣接して配される複数の電極とを有しており、前記粒子が前記電極の電圧を変えることによって前記流体中で分散させられ前記構造化された表面は非偏光の入射光の回折のための格子プロファイルを含んでおり、前記格子プロファイルは第一の格子表面についての突起および第二の格子表面についての谷部を有し、前記第一の格子表面および前記第二の格子表面は前記基板の前記第一の表面と反対側の前記基板の第二の表面と平行である、
格子。
【請求項６】
粒子の前記第一の濃度および前記第二の濃度の一方において、前記粒子が前記谷部に集められて前記谷部を実質的に満たす、請求項５記載の格子。
【請求項７】
前記格子プロファイルが格子のアレイに含まれる、請求項５記載の格子。
【請求項８】
前記格子プロファイルが格子のスタックに含まれる、請求項５記載の格子。
【請求項９】
入射光が非偏光であり、前記格子プロファイルが入射光の回折を与える、請求項５記載の格子。
【請求項１０】
スイッチング可能な光学コンポーネントを動作させる方法であって：
空洞を形成する基板であって前記基板の第一の表面は前記空洞に隣接する格子プロファイルをもって構成されており前記基板は第一の屈折率をもつ基板を有する面内電気泳動デバイスを用意する段階と；
前記格子プロファイルを流体と接触させる段階と；
流体中の粒子の第一の濃度が前記格子プロファイルがある光学的効果を提供することを可能にし、粒子の第二の濃度が前記光学的効果を無効にするよう、前記流体中に粒子を選択的に分散させる段階とを有しており、前記格子プロファイルは非偏光の入射光を回折し、第一の格子表面についての突起および第二の格子表面についての谷部を有し、前記第一の格子表面および前記第二の格子表面は前記基板の前記第一の表面と反対側の前記基板の第二の表面と平行である、
方法。
【請求項１１】
前記粒子が電気泳動粒子を含み、前記粒子を選択的に分散させる段階が、前記流体の近傍における電圧変化に基づいて前記粒子を選択的に分散させることを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧変化が、前記空洞に隣接して配される電極を使って実施され、前記粒子が前記電極の電圧を変えることによって前記流体中で分散させられる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
粒子を選択的に分散させる段階が、前記粒子を前記格子プロファイルの領域の外側に横方向に、または前記格子プロファイルの諸部分に集めることを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１４】
前記突起および前記谷部が長方形状である、請求項１記載の光学コンポーネント。
【請求項１５】
前記突起および前記谷部の間の横方向間隔が、前記構造化された表面から回折ビームが現れる所望の角度を与えるよう選ばれる、請求項１記載の光学コンポーネント。
【国際調査報告】
2010510538.tif 000012
2010510538.tif 000013
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