(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）界面活性物質でコーティングされ、連続相キャリア液内に拡散された磁性粒子を必須的に含む磁性流体の薄膜であって、流体中の粒子が光を回折する結晶配列を形成する薄膜と、
（ｂ）該結晶配列の形成を誘発し得る磁場を形成するための手段と、
（ｃ）結晶配列の要素間の間隔を制御するための手段と、を含む磁気光学デバイス。
【請求項２】
前記磁性粒子がＦｅ3Ｏ4であり、前記界面活性物質がオレイン酸であり、前記キャリアが灯油である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記結晶配列が六角形配列である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記制御手段が前記磁場の強度を変化させるための手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記制御手段が、前記磁場の強度の変化率を変化させるための手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記制御手段が、前記磁場の方向を前記薄膜の平面に対して変化させるための手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記制御手段が、前記磁性流体の温度を変化させる手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記制御手段が前記薄膜の前記厚さを変化させる手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
請求項１のデバイスおよび単色光源を含む単色光回折スイッチであって、前記膜を介した光の伝達が前記結晶配列の要素の前記間隔を調節することによって制御される、単色光回折スイッチ。
【請求項１０】
請求項９の単色光スイッチを３つ含むピクセル要素であって、第１のスイッチの単色光の色が赤色で、第２のスイッチの単色光の色が緑色で、第３のスイッチの単色光の色が青色であるピクセル要素。
【請求項１１】
請求項１０の前記ピクセル要素の二次元配列を含む、光回折カラー表示。
【請求項１２】
前記制御手段が、前記磁性流体の容積分数率を変化させるための手段を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１３】
（ａ）界面活性物質でコーティングされ、連続相キャリア液内に拡散された磁性粒子を必須的に含む磁性流体の薄膜であって、該流体中の該粒子が光を回折する粒子連鎖の一次元の断続的配列を形成する薄膜と、
（ｂ）該一次元の断続的配列の形成を誘発し得る磁場を形成するための手段と、
（ｃ）該一次元の断続的配列の要素間の間隔を制御するための手段と、
（ｄ）該膜の一方の側に隣接する第１の偏向器および該膜の他方の側に隣接する第２の偏向器であって、該第１および第２の偏向器の偏向軸が互いに直角で、該磁場が、該膜の平面に対して平行方向であり、各偏向器の該偏向軸に対して４５°であり、伝達される光の色が、粒子連鎖の該一次元の断続的配列の該要素間の該間隔を変化させることによって変化され得る、第１および第２の偏向器と、を含む磁気光学デバイス。
【請求項１４】
請求項１３の前記デバイスを複数含む光二重屈折カラー表示であって、請求項１３の各デバイスを介して伝達される該光の色を個別に制御することによって、多染性の画像を生成する、光二重屈折デバイス。
【請求項１５】
前記膜の平面に対して垂直（normal）の方向で角度θを形成する入射平行白色光線の光源を、さらに含む請求項１に記載のデバイスであって、該膜の平面に対して通常の方向に関する角度θ’で、該膜を介して伝達される光が、実質的に単色光であるようθが選択され、前記結晶配列の前記要素間の前記間隔を変化させることによって、前記伝達される光の色を変更できる、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
請求項１５のデバイスを複数含む光回折カラー表示デバイスであって、請求項１５の各デバイスを介して伝達される光の色を個別に制御することによって、多染性の画像が生成される、光回折カラー表示デバイス。
【請求項１７】
（ａ）界面活性物質でコーティングされ、連続相キャリア液内に拡散された磁性粒子を必須的に含む磁性流体の薄膜であって、該流体中の該粒子が光を屈折する粒子連鎖の一次元の断続的配列を形成する薄膜と、
（ｂ）一次元の断続的配列の形成を誘発し得る磁場を形成するための手段と、
（ｃ）該一次元の断続的配列の要素間の間隔を制御するための手段と、
（ｄ）該膜の平面に対して垂直の方向で角度θを形成する入射平行白色光線の光源であって、該膜の平面に対して通常の方向に関する角度θ’で、該膜を介して伝達される光が、実質的に単色光であるようθが選択され、粒子連鎖の前記一次元の断続的配列の前記要素間の前記間隔を変化させることによって、前記伝達される光の色を変更できる、入射平行白色光線の光源と、を含む磁気光学デバイス。
【請求項１８】
請求項１７のデバイスを複数含む光回折カラー表示であって、請求項１７の各デバイスを介して伝達される光の色を個別に制御することによって、多染性の画像が生成される、光回折カラー表示。
【発明の詳細な説明】
関連出願のデータ
本出願は、これに同時出願する第０８／８３５，１０７号、”Ｏｒｄｅｒｅｄ  Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｉｎ  Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｌｕｉｄ  Ｔｈｉｎ  ｆｉｌｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ”  Ｈｏｒｎｇ，Ｈｅｒｎｇ−Ｅｒ  ＨｏｎｇとＣｈｉｎ−Ｙｉｈ  Ｒｅｘに関連する。
発明の分野
本発明は、整列結晶構造を形成し得る均質磁性流体の生成方法を含む。また、本発明は、外部的に印加された磁場の影響のもとで、そのような流体の薄膜における整列構造を形成する方法と、これらの膜において形成された構造を制御する方法と、これらの整列構造に基づく磁気光学デバイスとを含む。これらのデバイスは、カラー表示、単色光スイッチ、および調整可能波長フィルタを含む。
背景
強誘流体（ferrofluids）は、連続キャリア相（continuous carrier phase）において界面活性物質の作用によって拡散される磁鉄鉱またはマンガン亜鉛（manganese-zinc）フェライトなどのコロイド様磁性粒子を典型的に含む磁性流体の種類である。拡散された磁性粒子の平均直径は、５〜１０ｎｍの間の範囲である。各粒子は、外部の磁場と序列し得、粒子サイズに比例した一定の磁気双極子モーメントを有する。
強誘流体を経た物体（experience body）は、均質な磁場を形成しようとし、その位置が操作可能なのでロータリシール（rotary seal）、ベアリング、および関連する機械デバイスの製造を可能にする。また、強誘流体は、米国特許第３，６４８，２６９号および第３，９７２，５９５号に開示されているような、所定の光学パターンで不透明磁性流体を捕捉するための磁場を用いている表示デバイスの製造にも用いられてきた。これらの種類のデバイスは、通常、不透明磁場で透明流体を置換することによって動作し、これによって光学的対比を生成する。しかしながら、そのような表示デバイスは、磁場において整列結晶構造を形成せず、単色画像以外のものを生成することができない。
従来技術では、強誘流体を生成するための二つの一般的な方法が用いられてきた。第１の方法は、拡散媒体としても作用する液相キャリアおよび粉砕添加物（aid）が存在するなかでボールミル粉砕によって磁気粉末をコロイド様粒子サイズに低減する。この方法は、米国特許第３，２１５，５７２号および第３，９１７，５３８号に例示されている。第２の方法は、米国特許第４，０１９，９９４号に例示されているような化学沈殿法である。これらの技術はどちらも、生成される磁性粒子のサイズ、これらの粒子の構成、および／または粒子間の相互作用力の配分において不均一が存在するという欠点を被る。この不均一性は、強誘流体が磁場の影響のもとで整列構造を形成する能力にとって有害な影響を生成し得る。
外部磁場の影響のもとで磁性流体膜がパターンを形成するシステムは、最近大きな関心を集めている。これらの研究では、様々に異なる種類の磁性流体が用いられてきた。例えば、Ｍ．ＦｅｒｍｉｇｉｅｒおよびＡ．Ｐ．ＧａｓｔのＪ．Ｃｏｌｌｏｉｄａｌ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  Ｓｃｉ．１５４，５５２（１９９２）ならびにＤ．ＷｉｒｔｚおよびＭ．ＦｅｒｍｉｇｉｅｒのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７２，２２９４（１９９４）において、平行磁場（parallel field）の影響のもとで、酸化鉄の結晶粒と混合された（laded）ラテックスまたはポリスチレン粒子の懸濁において形成される凝結プロセスおよび一次元のパターンが研究されてきた。垂直磁場の影響のもとで、位相区分された（phase-separated）磁性流体薄膜における準二次元の断続的（periodic）格子が形成されることが報告されている。Ｗａｎｇら、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７２，１９２９（１９９４）。しかしながら、同論文の図１は、生成される構造が無秩序であることを示している。他の研究者らは、垂直磁場を用いて、磁性流体乳濁液の薄膜または非磁気圏（non-magnetic sphere）を含む磁性流体において、より高度に整列した二次元格子を形成している。しかしながら、これらの格子は凝固しがちであり、結晶質と非晶質の相との間で急速な転換を要する適用には不適当である。例えば、ＬｉｕらのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．７４，２８２８（１９９５）、ＳｋｊｅｌｔｏｒｐのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．５１，２３０６（１９８３）を参照されたい。従って、当該分野において、小さな磁場によって転換し得る液相結晶デバイスの製造に用いることができる強誘流体成分に対して明らかな必要性が存在している。例えば、ＳｉｌｖａおよびＮｅｔｏのＰｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｅ．４８  ４４８３（１９９３）を参照されたい。
外部磁場の影響のもとで薄膜において整列する一次元構造または結晶質二次元格子を、可逆的に形成することが可能である強誘流体成分を製造できるならば、様々な新しく且つ有用な液相結晶磁気光学デバイスを製造するのに有効である。これらの理由により、外部磁場の影響のもとで薄膜において整列する一次元構造または結晶質二次元格子を、可逆的に形成することが可能である均質強誘流体成分を生成するための方法が必要とされている。また、強誘流体の薄膜が、外部磁場の影響のもとで、良好に整列する一次元構造または結晶質二次元格子を形成可能であるかどうかを判定する簡単な方法も必要とされている。
最終的に、外部磁場に応答して強誘流体成分の薄膜において形成された整列構造に基づく磁気光学デバイスを製造することが望ましい。そのようなデバイスの有用性は、外部磁場の影響のもとで、強誘流体の磁気薄膜において形成される整列構造を制御するための方法を開発することによって亢進されるので、そのように形成される整列構造を制御する方法もまた必要とされる。
発明の要旨
本発明は、流体薄膜が外部磁場に晒されたときに、整列構造を形成することが可能な均質強誘流体成分を生成する方法、およびこの方法に従って合成された成分に関する。本方法は、最適化された共沈技術に基づく。また、本発明は、外部的に印加された磁場に応答して、これらの強誘成分の薄膜内における整列した一次元構造または二次元格子を形成する方法、および均質磁場が整列構造を形成する能力を判定する方法も提供する。また、本発明は、外部磁場に晒された均質強誘流体成分の薄膜において形成される整列した配列に関する。また、印加される磁場の強度、膜に対する磁場の方向、磁場強度の変化率、膜厚、強誘成分内の磁性粒子の密度、成分の温度などの様々なパラメータを変化させることによって、一次元構造または二次元格子の特徴ある間隔を制御する方法をも提供する。さらに、本発明は、強誘流体の薄膜の整列構成の形成に基づく液晶磁気光学デバイス、およびこれらの構造の間隔を制御する能力を提供する。これらのデバイスには、光回折カラー表示、オンまたはオフが可能な単色光回折スイッチ、調整可能な光回折波長フィルタ、第１の種類の光回折カラー表示および単色光回折スイッチの技術を統合した第２の種類の光回折カラー表示、ならびに本発明の磁性流体薄膜、および偏光器を含む光二重屈折カラー表示を含む。
本発明の、上記およびその他の特徴、局面ならびに利点は、以下の説明、添付の請求の範囲および添付の図面を参照することで、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
本特許の出願は、カラーで実行された図面を少なくとも一つ含む。カラー図面を伴う本特許の複写は、申請を行い所要手数料を支払うことで、特許商標局（Patent and Trademark Office）によって提供される。
図１は、流体薄膜が外部磁場に晒されたとき、整列した一次元構造または二次元格子を形成可能な均質強誘流体を調整する工程のフローチャートである。
図２は、外部的に印加された磁場のもとで、強誘流体薄膜の特性を測定するための構成である。
図３は、膜平面に対して垂直に方向付けられ、外部的に印加される磁場に応答して、均質強誘流体薄膜において形成される格子の頂点（vertices）の粒子列による二次元の六角形配列を示す。
図４は、垂直の１００Ｏｅ磁場に応答して、異なる厚さの膜に形成される二次元の六角形配列を示す。
図５は、磁場の強度および膜厚に対する、二次元の六角形配列における粒子の列間の距離の関係を示すグラフである。
図６は、磁場の強度および磁場強度の変化率に対する、二次元の六角形配列における粒子の列間距離の関係を示すグラフである。
図７は、磁場強度および、磁性粒子と強誘流体の液相キャリア成分との間の容積分率（volume fraction ratio）に対する、二次元の六角形配列における粒子の列間距離に関するグラフである。
図８は、均質強誘流体薄膜に形成された粒子鎖の断続間隔と膜平面に平行な外部磁場の強度との関係を示す。
図９は、平行な外部磁場に晒された均質強誘流体薄膜に形成された粒子鎖の断続間隔の間の関係を膜厚の関数として示す。
図１０は、均質強誘流体薄膜の整列構造によって生成される光回折および二重屈折現象を実証するのに用いられる構成を示す。
図１１は、均質強誘流体薄膜の厚さが、約２〜１０μｍで変化する磁気光学デバイスによって生成される色のスペクトルを示す。Ｈ＝１５０Ｏｅ、
0003978236.tif 000002
図１２は、外部的に印加される磁場強度が変化するのに従い、均質強誘流体薄膜を含む磁気光学デバイスによって生成される異なる色を示す。
図１３は、光回折デバイスの第１の種類のための均質強誘流体薄膜の断面図を示す。
図１４は、均質強誘流体薄膜、磁場形成手段、および磁場強度制御手段を含む個々のピクセル要素の設計を示す。
図１５は、二重屈折表示デバイスのための均質強誘流体薄膜の断面図を示す。
好適な実施形態の詳細な説明
ＮａＯＨの存在下でのＦｅＳＯ4およびＦｅＣｌ3の共沈による磁鉄鉱（Ｆｅ3Ｏ4）の化学合成は、１９３８年にＷ．Ｃ．Ｅｌｍｏｒｅによって提唱された反応に基づく。この共沈反応は、磁鉄鉱の粒子が界面活性物質で覆われ連続相において拡散する（即ち、乳濁液でない液体中で粒子が拡散する）強誘流体（「磁性流体」とも呼ばれる）を生成するのに用いられてきた。例えば、Ｆｅｒｔｍａｎ，Ｖ．Ｅ．の”Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｆｌｕｉｄｓ  Ｇｕｉｄｅ  Ｂｏｏｋ：Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”、Ｈｅｍｉｓｐｈｅｒｅ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，１９８９，ＩＳＢＮ−０−８９１１６−９５６−３、１４頁を参照されたい。そのような材料は、様々な機械および表示デバイスを製造するのに極めて有用であると実証されてきたが、薄膜内に整列構造を容易に形成しなかった。整列構造は、物質の規則的且つ断続的な配列で、電磁波の輻射（例えば可視光線）に相互作用し、回折または分極化などの物理現象を生成する。これらの構造は、二次元（例えばｘおよびｙ）または一次元（例えばｘ）に整列し得る。前者の構造は時に、格子、結晶配列、または二次元結晶とも呼ばれる。共沈反応、ならびに後続するコーティングおよび拡散工程のパラメータを慎重に調節することで、外部磁場の影響のもとで薄膜において可逆的に整列構造を形成可能な改良された強誘流体成分を合成してきた。
特定の仮説に束縛されることは欲さないが、粒子サイズの分配および／または粒子間の相互作用力の均質性の向上は、これらの強誘流体成分が整列構造を形成する能力の原因であり得るようだ。本発明の強誘流体成分における相互作用力の均質化の向上は、Ｆｅ2Ｏ3および／または水による成分の汚染の低減を反映し得る。
本発明の方法に従って、連続液相において均質に拡散した超微粒の磁性粒子を含む構成材料を、制御パラメータを慎重に調整した共沈技術によって調製する。磁性粒子はＦｅ3Ｏ4（磁鉄鉱）、すなわちＦｅＳＯ4およびＦｅＣｌ3ならびにＮａＯＨ、Ｆｅ（ＯＨ）2またはＦｅ（ＯＨ）3のようなアルカリとの混合物の化学反応による生成物である。粒子は、凝集を防ぐために界面活性物質の相で覆われ、連続液体のキャリア相全体に拡散され、均質な磁性流体を形成する。図１は、本発明による均質磁性流体を調製するのに用いられる工程のフローチャートを示す。
用いられる一般的手順には、ＦｅＳＯ4およびＦｅＣｌ3の水溶性溶液の生成を含む。溶液の温度は８０℃に保たれ、持続的に攪拌しながら、ＮａＯＨ、Ｆｅ（ＯＨ）2またはＦｅ（ＯＨ）3などの基礎液を含む水酸化物を十分量添加し、溶液のｐＨを約１１〜１１．５の間に保つ。基礎液の添加開始と目標ｐＨ値の獲得との間に約２分より多い時間経過があってはならないことは重要である。Ｆｅ3Ｏ4の共沈は約２０分間の時間で起こる。この反応の公式は以下のようになる。
８ＮａＯＨ＋ＦｅＳＯ4＋２ＦｅＣｌ3→Ｆｅ3Ｏ4↓＋Ｎａ2ＳＯ4＋６ＮａＣｌ＋４Ｈ2Ｏ
約２０分後に、オレイン酸などの界面活性物質をＦｅ3Ｏ4が沈殿した溶液に添加する。これにより、Ｆｅ3Ｏ4の粒子をコーティングする。添加される界面活性物質がオレイン酸である場合、まずｐＨ値が実質的に低下するので、コーティングプロセス中に約９．５から約１０の好適な範囲にｐＨ値を維持するために、基礎液を追加量添加する。コーティングプロセス中、反応の温度を８０℃に保つ。このプロセスは約３０分を要する。この工程が終わると、反応混合物は三つの相に分離する。次の工程に進む前に、上層を除去して廃棄し、中間層および下層をプロセスの次の工程で用いるために保持する。界面活性物質としてオレイン酸が用いられ、塩基としてＮａＯＨが用いられるとき、コーティングプロセス中に起こる化学反応の公式は、以下のようになる。
１．ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯＨ＋Ｎａ+ＯＨ-
→ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯ-Ｎａ+＋Ｈ2Ｏ
２．Ｆｅ3Ｏ4＋ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯ-Ｎａ+
→Ｆｅ3Ｏ4・［ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯ-Ｎａ+］
コーティングプロセスが完成した（約３０分）後で、カルボキシル基に陽子を加えるために酸化工程を実施し、これによってＮａ+対イオンを陽子で置換する。これは、ＨＣｌ等の酸を攪拌を伴いながら反応混合物に十分量添加し、混合物のｐＨを約０から約１の範囲に低下させることによって達成される。この工程は室温（約２０℃から約２５℃）において実施される。混合物は、約２０分間攪拌される。この時間の間、界面活性物質によりコーティングされた磁性粒子が凝結し始める。約２０分が経過した後で、混合物の相は２層に分離する。上相を除去し、上述した酸化工程をさらに２〜３回反復する。この工程を反復する前に、各酸化工程サイクルの終了時に上相を除去する。上相がもはや濃色の粒状物質を含まなくなれば、次の工程を実施しても良い。酸としてＨＣｌが用いられたとき、この置換工程の間に起こる化学反応の公式は以下のようになる。
Ｆｅ3Ｏ4・［ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯ-Ｎａ+］＋Ｈ+Ｃｌ-→Ｆｅ3Ｏ4・［ＣＨ3（ＣＨ2）7ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ2）7ＣＯＯ-Ｈ+］＋Ｎａ+Ｃｌ-
次の工程はデカンテーションである。この工程の間、脱イオン水が加えられ、ＨＣｌおよびＮａＣｌのような対イオンを界面活性物質でコーティングされたＦｅ3Ｏ4生成物から除去する。十分量の脱イオン水を６５℃でコーティングされたＦｅ3Ｏ4に添加し、懸濁のｐＨを約４．７から５．０の間の値に導く。水を添加する際、懸濁を攪拌する。十分量の脱イオン水を添加した後、攪拌を停止し、懸濁を安定（settle）させる。安定したＦｅ3Ｏ4から水をデカンテーションし、生成物を洗浄する。
洗浄は、キャリアとして用いられる液体（例えば、灯油）を、コーティングされたＦｅ3Ｏ4１グラム当たりに灯油約１．１ミリリットルの割合で、沈殿したＦｅ3Ｏ4に添加することによって達成される。二つの成分は、固体のＦｅ3Ｏ4が完全にキャリア中に懸濁するまで攪拌される。この懸濁を遠心管に入れ、室温で実施される短時間の低速回転にかける。キャリアとして灯油を用いたとき、約５００ｘｇに相当する相対遠心力で１０分間回転させれば、良好に作用することを我々は発見した。遠心管から除去するとき、試料は２相に分離している。上相は濃色の液相で、塩（salt）の残滓および大きな粒子を含み、下相は、界面活性物質でコーティングされた磁性粒子を含む固体である。上相を除去し、コーティングされた磁性粒子を実用可能なように完全に脱水する。
アセトン中で粒子を懸濁し、１８００ｘｇで３０分間遠心分離してペレット化し（pelleting）、アセトンを除去し、６５℃のオーブンで粒子を８〜１２時間乾燥させることによって、適切な脱水が達成できることを我々は発見した。粒子を脱水した後、これらをキャリア中に拡散させ、流体を遠心管でさらに短時間低速回転にかける。この回転は、より大きな、または凝集した粒子をペレット化する。この回転で生成され得る任意のペレット上に存在する流体が、本発明の均質な磁性流体である。流体を６５℃のオーブンに８〜１２時間置き、キャリアの部分を蒸発させることによって、流体中の磁性粒子の濃度は高められ得る。
薄膜において整列構造を形成可能な本発明の成分を生成するために、上述の灯油とオレイン酸との組み合わせの他に、他のキャリアと界面活性物質との組み合わせも使用し得る。表１は、代表的な組み合わせ並べている。この表では、欄内に挙げられている任意のキャリアを、表中の同行に挙げられている任意の界面活性物質との組み合わせで使用し得る。
0003978236.tif 000003
均質磁性流体の特徴
上記に概観した手順に基づき、均質磁性流体を調製する。Ｆｅ3Ｏ4の試料に対して予想されるｆｃｃ螺旋構造の単相を検証するために、試料のＸ線回折パターンを使用し得る。Ｘ線回折データは、Ｐｏｗｄｅｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓに関するＪｏｉｎｔ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅによって編集されたＩｎｔｅｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｅｎｔｅｒ  ｆｏｒ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ  Ｄａｔｅから獲得された基準と比較できる。試料の磁化は、ＥＧ＆Ｇ  Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから市販されているＶＳＭ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ４５００などの振動試料磁気計を用いて測定される。試料の粒子サイズは、試料をランジュヴァン関数Ｌ（α）＝Ｍ／ＭS＝（ｃｏｔｈα−１／α）に当てはめることによって、磁化−印可磁場データ（Ｍ−Ｈデータ）から決定される。ここにおいて、α＝ＭSＶＨ／ｋＴであり、Ｍは印可された磁場強度Ｈにおける試料の磁化、ＭSは、試料の飽和磁化、およびＶは粒子の容積である。従って、温度、Ｍ、ＭS、ｋおよびＨが判明しているので、Ｖを解くことができ、粒子の半径が決定できる。ランジュヴァン関数は、（１）均質な粒子サイズ、および（２）独立した粒子作用を仮定している。磁性流体においては、粒子サイズは、通常の分配によって表現され得、粒子が磁気双極子を生成するので、粒子間の相互作用が起こる。従って、経験（empirical）Ｍ−Ｈ曲線と計算されたランジュヴァン関数との間の一致が近いほど、ランジュヴァン関数に基づく良好な仮定が達成される。本発明によって生成された均質磁性流体薄膜の近くに磁石を保持した場合、膜に光の色が現れ、磁場に応答して形成される整列構造によって生成される光学効果のため、磁石を移動させるに従い移動する。そのような色は、Ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ  Ｃｏｒｐ．（Ｎｅｗ  Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ州、Ｎａｓｈｕａ）から入手される灯油を基剤とした市販のＦｅ3Ｏ4強誘流体であるＥＭＧ９０９では見られない。
均質磁性流体の薄膜における整列構造
上記に概観した方法により合成された磁性流体は、異なる厚さのガラス小胞の中に密封され得、流体薄膜を形成し得る。本発明の薄膜は、約１ミクロンから約２０ミクロンまでの範囲の好適な厚さを有し、より好適には、約２ミクロンから約６ミクロン（１ミクロン＝１０-6ｍ）の厚さを有する。本発明の実施形態の一つでは、膜平面に平行な磁場がヘルムホルツコイルにより、垂直な磁場が均質ソレノイドにより、それぞれ形成され得る。これに代えて、所望であれば、平行磁場の印加のためのヘルムホルツコイルによって均質ソレノイドを代用し得る。コイルおよびソレノイドの磁場強度は、磁場を測定するためのガウス計を用いることによってこれらのデバイスに供給される電流に関係し得る。形成される磁場は均質で、膜領域の磁場強度の偏向は１％未満である。均質磁性流体の薄膜において印加される磁場によって生成される整列構造の特性を示すのに、Ｚｅｉｓｓ光学顕微鏡を用いて膜を撮影し、膜におけるパターン形成の時間的推移をＣＣＤビデオカメラを介したパーソナルコンピュータを用いて記録した。
図２は、外部的に印加された磁場のもとで均質な磁性流体薄膜の特性を測定するのに用いられる構成である。磁場を発生するのに用いられる電源は、コンピュータ制御され、画像データが自動的に獲得できるようプログラムされている。データ獲得を制御するプログラムは、磁場強度、および磁場強度の変化率を調節できるように書かれている。所望であれば、磁場強度が変更された後、イメージデータが獲得されるまでの遅延時間をプログラムし、パターンが準安定相に達したことを確実にし得る。
本発明の方法により調製される均質磁性流体薄膜が垂直に印加される磁場（即ち膜平面に対し通常の磁場方向）に晒されたとき、最初の非整列量子列を形成する。磁場強度を増大し、臨界値Ｈhを超過した場合、格子頂点を占める粒子列により等価二次元六角形構造が形成される。磁場強度を別の臨界値Ｈlに増大すると、パターンは六角形から迷路状パターンに変化する。図３は、６μｍの薄膜における、この現象を示す。磁場強度の範囲ＨhとＨlとの間において、粒子列間の距離は、磁場の強度にほぼ線形に反比例し、粒子列間の距離は数ミクロン程度である（図５）。対照的に、市販されている磁性流体は、垂直に印加された磁場のもとでは、非整列量子列しか形成しない。
粒子列間の距離に影響を及ぼす他のパラメータには、膜厚Ｌ（図４および５）、磁場強度の変化率ｄＨ／ｄｔ（図６）、流体中の磁性粒子濃度（容積関数率）、および温度Ｔを含む。列間の距離は、磁気膜厚に正比例する（図５）。磁場強度の変化率（ｄＨ／ｄｔ）の増加は、同一の最終磁場強度に対する列間の距離を減少させがちである。これは境界効果のためであり得る。磁場強度（Ｈ）（横軸）の関数として列間距離（ｄ）（縦軸）をとった場合、より大きな磁場強度の変化率を用いて生成される曲線が、より小さな磁場強度の変化率を用いて生成される曲線の左下側に位置する。容積関数率は、磁性流体を追加のキャリアで希釈することによって調節し得る。膜厚および磁場強度の変化が一定であるとき、容積関数の減少は、列間距離を増大しがちである。従って、二つの異なる容積関数において磁場強度の関数として距離をとった場合、容積関数が減少するにつれてｄ−Ｈ曲線が右上に移動することを示している。温度（Ｔ）の上昇は、粒子の磁化の低下を引き起こし、他のすべての変数が一定に保たれるとき、列間距離の増大を生じる。
本発明による均質磁性流体の薄膜が平行磁場に晒される場合、薄膜中の磁性粒子は凝集し、磁場の方向に平行な連鎖を形成する。磁場強度が増大するにつれ、これらの連鎖は凝集し、相互作用のせいで粗く長い連鎖を形成する。一次元の準断続的構造が、本発明による均質磁性流体薄膜において観察されている。連鎖は、膜厚全体の異なる層において存在する。粒子連鎖間の距離は、磁場強度に反比例し（図８）、膜厚に比例する（図９）。
均質磁性流体薄膜を用いた磁気光学デバイス
本発明はまた、外部的に印加された磁場に晒された本発明による均質磁性流体薄膜により形成される制御可能な整列構造を磁波が通過したり、これによって反射されるとき生成される光学現象にも関する。これらの現象を実証するために、図１０に示す構成を用いて、磁気光学デバイスを組み立て試験した。使用された薄膜の面積は、１ｃｍ×４ｃｍである。平行磁場および垂直磁場を形成するのに、それぞれヘルムホルツコイルおよび均質ソレノイドを用いた。形成された磁場は均質であり、薄膜近傍での磁場強度の測定された偏向は１％未満であった。白色光源を用いた（Ｉｎｔｒａｌｕｘ５００−１２４０ワットハロゲンランプ、ＶＯＬＰＩ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｉｎｃ．，ＵＳＡで、ランプは最大出力の約２５％で操作した）。光線は望遠鏡を通過させることによって、ほぼ平行になった。二枚のレンズ間には開口を設けて、光ビームのサイズを制御した。平行な白色光は、薄膜の下に位置する鏡によって反射させた。光ビームに対する鏡の角度は、鏡平面を回転させることにより調節可能とし、これによって薄膜に対する光の入射角度を変化させた。コンピュータに接続したＣＣＤカメラを用いて、薄膜を通過する光の写真画像を撮影し、データを獲得した。さらに、時折、従来のフィルムカメラを用いて薄膜の画像を獲得した。
図１１は、外部的に印加された垂直磁場に晒された均質な磁性流体の一滴（adrop）の写真である。滴の厚さは、表面張力効果により可変である。外部磁場に応答して形成された整列した配列が膜厚の関数として変化するので、平行な白色光源が膜より下に位置するとき、色のスペクトルが見られる。目盛バーは２ｍｍに相当する。
図１２は、外部的に印加された磁場の影響のもとでの膜による光の回折を示す均質な磁性流体薄膜の連続写真画像である。図の目盛バーは２ｍｍに相当する。この画像では、磁場を形成するためにソレノイドに対して用いられた電流以外は、すべてのパラメータが一定に保たれた。膜の色は、磁場が変化するに従い、赤から紫に変化した。これらの画像は、薄膜を通過する光の色が制御可能であり、およそ数平方センチメートルの面積で薄膜から単色光が獲得できることを実証している。
従って、本発明の方法により、複数のピクセルを含み、各ピクセルが個別の電子回路を伴う磁気薄膜を含んで、膜によって磁場または経験される（experienced）温度を制御する表示デバイスを構成できる。各ピクセルの電流を適切に調節することによって、多染性の画像を表示し得る。
実施例１
均質磁性流体成分の調製
十分量の脱イオン水に１６０ｇのＮａＯＨ（９５％等級、Ｎｉｈｏｎ  Ｓｈｉｙａｋｕ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｌｔｄ．）を添加し、最終的な体積を５００ｍｌにすることにより、８モル濃度のＮａＯＨ溶液を５００ｍｌ生成した。十分量の脱イオン水中において、０．１モルのＦｅＳＯ4・７Ｈ2Ｏ（９８％等級、Ｓｈｏｗａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）と０．２モルのＦｅＣｌ3・６Ｈ2Ｏ（９７％等級、Ｓｈｏｗａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）を混合し、最終的な体積を６００ｍｌにすることにより、第２の溶液を生成した。ガラス製攪拌棒を用いて、第２の溶液を持続的に攪拌しながら、十分な体積のＮａＯＨを添加し、ｐＨを高めて１１と１１．５の間で維持すると、Ｆｅ3Ｏ4が溶液から分離して沈殿した。ＮａＯＨの添加は、約２分以内に完了した。この工程の間、温度は８０℃に保たれた。沈殿プロセスは約２．０分を要した。
５０ｍｌのオレイン酸（Ｓｈｏｗａ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ，Ｉｎｃ．）をＦｅ3Ｏ4の沈殿を含む溶液に添加し、オレイン酸で粒子をコーティングした。まず、ｐＨ値が実質的に低下し、追加量のＮａＯＨ溶液を添加して、コーティングプロセス中のｐＨを約１０に保った。この手順中において、温度は８０℃に保たれた。コーティングプロセスは、約３０分を要した。この工程の最後に、溶液は３相に分離した。上相を除去して廃棄し、中間相および下相を保持して次の工程で用いた。
保持した溶液に、ｐＨを約１に低下させるのに十分量のＨＣｌ（３７．５２％、Ｐｏｌｉｎ）を加えた。この工程は室温で行った。溶液を約２０分間攪拌すると、オレイン酸でコーティングされた磁性粒子が凝集した。２０分経過の後、溶液は２相に分離した。黒色の粒子状懸濁を含む上相を除去し、上述の酸化手順全体を反復した。上相を再び除去し廃棄した。２度目の酸化工程の後に形成された上相には、黒色粒子状懸濁は観察されなかった。プロセスの反復の度に上相を除去しながら、黒色粒子状懸濁がもはや観察されなくなるまで、この工程をさらに１度または２度反復してもよい。
酸化工程が完了すると、保持された下相に６５℃の脱イオン水を添加して、残りのＨＣｌおよびＮａＣｌを除去した。水は材料を攪拌しながら加えた。材料のｐＨを約５に高めるのに十分量の水を加える。固体材料を沈殿させ、水をデカントした。
固体１ｇ当たりに１．１ｍｌの灯油を加えることによって、固体材料を洗浄した。固体材料が完全に灯油中に拡散するまで、これを攪拌し、遠心管に入れて約５００ｘｇで１０分間遠心分離した。この工程および他のすべての遠心分離工程は、室温で実施された。遠心分離後、試料は２層に分離した。上層は塩の残滓および大きな粒子を含む濃色の液体で、下層はオレイン酸でコーティングされた磁性粒子を含む固体相であった。上層を除去し、材料をアセトンで懸濁し、１８００ｘｇで３０分間遠心分離することによってペレット化して、アセトンを除去し、６５℃のオーブンで磁性粒子を８から１２時間乾燥させて、磁性粒子を脱水した。最終的に、乾燥した粒子を、灯油−粒子の比率２ｍｌ／ｇを用いて、灯油中に拡散した。これを再び、５００ｘｇにて１０分間遠心分離した。試験管から上清を除去し、６５℃のオーブンに約１０時間入れて、灯油の部分を除去し、これによってＦｅ3Ｏ4の濃縮物を得た。流体をオーブンから取り出し、薄膜において整列構造を形成するのに用いた。この均質磁性流体のアリコートは、ガラス小胞内に密封され、磁性流体薄膜を形成した。
Ｆｅ3Ｏ4試料に対するＸ線回折は、試料の単相ｆｃｃ螺旋構造を証明した。格子定数は８．４０Åと測定された。振動試料磁力計を用いて試料の磁化を測定し、均質磁性流体に対する飽和磁化値１０．５８ｅｍｕ／ｇが測定された。均質磁性流体の容積分数（volume fraction）を、乾燥Ｆｅ3Ｏ4粉末の比率対する磁性流体の飽和磁化の比率として計算した。この比率は１８．９％であった。
実施例２
印加された磁場強度の関数としての二次元整列構造
図２に示す構成が、外部的に印加され膜平面に対して垂直に方向付けられた磁場に応答して、実施例１の均質磁性流体薄膜が形成するパターンの検査に用いられた。この実施例では、印加された磁場強度を可変した。図３は、６μｍ厚の磁性流体薄膜をＣＣＤビデオカメラを用いて撮影した画像で、非整列の量子列（図３Ａ）から整列した６角形構造（図３Ｂおよび３Ｃ）、非整列の迷路状パターン（図３Ｄ）へと、二次元整列構造のパターンが進化していくのを実証している。これらの画像は、列間距離が概して、二つの臨界閾値ＨhとＨlとの間の範囲における磁場強度に反比例することを示している。
実施例３
膜厚の関数としての二次元整列構造
この実施例では、パターン形成に対する膜厚の影響を調べた。図２に示す構成を用いて、異なる厚さを有する均質磁性流体薄膜を検査した。この実験において、も膜厚以外のパラメータはすべて一定に保たれ、膜厚は、異なる小胞深さを有するガラス試料小胞を用いて１０μｍから２μｍまで可変した。図４は、１００Ｏｅの一定磁場強度を用いて、実施例１で合成した均質磁性流体薄膜を、ＣＣＤカメラで撮影した画像例であって、試験中の膜において二次元六角形構造が形成されている。これらの画像は、試験した膜厚の範囲全体にわたり、列間距離が概して、膜厚に比例することを示している。
実施例２および３によって獲得された結果は、外部的に印加された垂直磁場に晒された均質磁性流体薄膜において、二次元六角形構造が形成されることを示している。列間距離は磁場強度にほぼ反比例し、少なくとも実施例３で示された厚さの範囲にわたり、概して膜厚に比例する。図５は、膜厚および磁場強度の関数としての列間距離を示す。
実施例４
磁場強度の変化率の関数としての二次元整列構造
磁場強度の変化率の影響を、５Ｏｅ／ｓ、５０Ｏｅ／ｓ、１００Ｏｅ／ｓ、および４００Ｏｅ／ｓの強さを用いて実験した。図６は、磁場強度変化の異なる率（ｄＨ／ｄｔ）を用いて、磁場強度の関数としての列間距離の関係を示す。割合が増加するにつれて、曲線が左下に移動することを図は示している。即ち、磁場強度の変化の割合が増加するにつれて、列間距離は減少する。
実施例５
容積分数率の関数としての二次元整列構造
実施例１の方法を用い、最後の拡散工程で添加する灯油量を変え、流体の容積分数率を可変することで、磁性粒子とキャリア液との間の様々な容積分数率を有する磁性流体試料を生成した。図７は、磁場強度が右上に移動（plot）するのに対して、生成物の容積分数率が、距離の変化を生じることを示している。即ち、他のすべてのパラメータを一定に保てば容積分数率の減少は列間距離を増加させる。
以下の２例において、図２に示す構成のソレノイドをヘルムホルツコイルで置き換えた。その結果、薄膜に印加された磁場の方向は、膜平面に対して平行となった。
実施例６
印加された磁場強度の関数としての一次元整列構造
この実施例では、外部的に印加され膜平面に対して水平に方向付けられた磁場に、均質磁性流体薄膜を晒した。磁場を印加するに従い、膜内の磁性粒子は凝集し、磁場方向に沿った方向で薄膜平面中に連鎖を形成した。これらの粒子連鎖は、膜厚全体にわたり異なる層に存在する。磁場強度を増大させると、連鎖は断続的となり、連鎖間の距離は比例的に減少した。図８は、磁場強度を１００Ｏｅから４００Ｏｅに可変することが、均質磁性流体薄膜の断続的連鎖へ及ぼす影響を示す。
実施例７
膜厚の関数としての一次元整列構造
この実施例では、平行磁場に応答して断続的に形成される一次元構造に対する膜厚の影響を調べた。均質磁性流体は異なる小胞深さを有するガラス小胞内に密封され、膜厚の影響を検査できるようにした。図９は、他のすべてのパラメータが一定に保たれるとき、粒子連鎖間の距離が、１０μｍから２μｍの範囲にわたり、薄膜の厚さに比例して可変することを示している。
実施例８
第１の種類の光回折カラー表示
印加された垂直磁場が、臨界値Ｈhに到達するとき、二次元列の配列が、均質磁性流体薄膜内に形成される。回折現象は、平行な白色光線が膜内を通過するときに起こり、見る者の眼に光線が到達する際に建設的および破壊的干渉が起こる。図１３は、光回折の概念を示す均質磁気薄膜において形成される配列の断面図である。この図において、ｄは二次元列の配列間の距離、θは入射する光線と膜平面に垂直な方向との間に形成される角度、θ’は回折光線と膜平面に垂直な方向との間にできる角度、Ｎは光を回折させる磁性粒子の総数である。回折後、光の輝度Ｉは、
0003978236.tif 000004
となり、ここで、
0003978236.tif 000005
であり、λは光の波長である。光の輝度Ｉが最大になる条件は、膜を通って回折した後の光が最も明るくなる条件と同じである。この条件は、
0003978236.tif 000006
であり、ここで
0003978236.tif 000007
は負の数でない整数である。
角度θは、
0003978236.tif 000008
になるよう設計される。一定の角度θに対して、見る者によって観察される色は、見る者が膜から離れているときの見る者の限定された動きのために、変化しない。一方、
0003978236.tif 000009
の条件は決して起こらない。
0003978236.tif 000010
の条件が最も興味深く重要なものである。この条件の下で、ｄは
ｄ ｓｉｎθ＝λ
によって、λと関係づけられる。この波長λが、可視光の範囲内であるとき、同一のｄは、
0003978236.tif 000011
に対する波長
0003978236.tif 000012
の光のみが膜内を通過することも可能にする。幸い、これらの波長の光は可視スペクトルの外側にある。この理由は、人間の眼が見ることのできる最長波長の光は、約０．７μｍだからであり、波長λ／２＝０．３５μｍであるからである。この波長は、電磁スペクトラムの紫外線領域であり、従って人間の眼には見えない。結果として、見る者は、単一の波長の光のみしか観察しない。
勿論、輝度Ｉの分散があり得る。分散の度合いδλは、
0003978236.tif 000013
の条件を満たさなければならない。均質磁性流体薄膜の二次元列の配列の場合、Ｎは非常に大きく膜の面積に依存する。従って、
0003978236.tif 000014
は、非常に小さい。列ｄ間の距離が
0003978236.tif 000015
を満たす場合、純粋な単色が観察される。幸い、本発明の方法により調製された均質磁性流体の二次元列の配列における列間距離は、およそ数マイクロメータである。従って、配列は、可視光を回折して、輝度干渉を形成することができる。さらに、距離ｄは、例えば外部的に印加された磁場の強度を制御するなどによって、操作可能であるので、磁場強度の変化率（ｄＨ／ｄｔ）、磁場と膜との間の角度、均質磁性流体薄膜の厚さ、および／または温度、見る者によって観察される光の色は、意図的に変更できる。
本発明の方法により製造された表示は、多くのピクセルを含む。各ピクセルは、電子回路を伴う均質磁性流体薄膜で形成される。電子回路は、各ピクセルの列間距離を変化させ、その結果出力される光の色を変化させる。図１４は、ピクセルの概念図である。表示デバイス内のピクセルの距離ｄが個別に調節される際、表示は多染性の画像を生成する。
また、Ｂｒａｇｇによって設定された回折原理に従い、外部的に印加された平行磁場の影響のもとで均質磁性流体薄膜において回折現象が起こる。磁場が膜に印加される際、磁性粒子は凝集し、薄膜平面に平行な連鎖を形成する。連鎖間の距離は、磁場強度の変化によって制御され得る。入射白色光ビームが、薄膜平面と角度を成すとき、連鎖はビームを反射する。これらの連鎖は、膜内の異なる層にあるので、異なる層の連鎖による光の反射が干渉し、結果として非常に明瞭な色を発する。ここにおいて再び、所望の色を獲得するために外部的に印加された磁場を調節することができる。
実施例９
単色光回折スイッチ
実施例８で提供されたように、均質磁性流体薄膜は、白色光から波長λの単色を生成することができる。図８で説明したのと同一の条件、即ち
0003978236.tif 000016
において、均質磁性流体薄膜における二次元列の配列が、ｄ ｓｉｎθ＝λの条件を満たすときのみ、回折が起こる。即ち、外部磁場の特定の強度のもとで、単色光は膜によって回折し、膜内を通過して、見る者の眼に到達する。外部的に印加される垂直磁場の磁場強度を調節することによって、光スイッチを閉じたり開いたりできる。膜を色素が覆っている場合、スイッチを開くことによって所望の色が現れる。
実施例１０
光回折によって調節可能な波長フィルタ
この実施例も、実施例８で展開した概念を用いている。均質磁性流体薄膜内に形成される六角形構造の列間距離は、調節可能であり、約数マイクロメータである。実施例８で述べたように、およそ列間隔の波長を伴う任意の特定の電磁波を、この間隔ｄを調節することによって選択できる。均質磁気薄膜およびその電子回路は、図８で示したものと類似しているが、薄膜の面積が実質的に大きくあり得ることが異なる。
実施例１１
第２の種類の光回折カラー表示
第２の種類の光回折カラー表示の概念は、実施例８および実施例９で用いられた技術の組み合わせである。この表示は、多数のピクセルを含む。各ピクセルは、互いに近傍に配置された３つの単色光回折スイッチを含む。各スイッチは、電子回路を伴う均質磁性流体薄膜から構成され、距離ｄを制御する。３つのスイッチの光源は、それぞれ赤色、緑色および青色である。スイッチは、それぞれ赤色、緑色、青色のみを通過させるように設定されている。
制御回路の電流を適切に制御することによって、単色光スイッチをオンまたはオフに切り換えることができ、従って、この３色のいずれかがスイッチを通過するか、まったく通過しない。従って、表示の各ピクセルは、黒色、赤色、緑色、青色、またはこれら３色の任意の組み合わせを示す。ピクセルを含むスイッチの電流が個別に調節されるとき、表示は鮮やかなＲＧＢ（赤色、緑色、青色）映像を生成する。
実施例１２
光二重回折カラー表示
この例は、薄膜平面に対して平行に方向付けられた外部磁場のもとの均質磁性流体薄膜の利用の応用である。印加された磁場のもとで、磁性粒子は凝集して膜平面内で連鎖を形成する。これらの連鎖は、膜の厚さ全体にわたり異なる層に存在する。薄膜内の磁性流体は、粒子連鎖の方向配置のために、異方性の媒体となる。
連鎖の方向に沿った光屈折指数ｎ‖は、連鎖に垂直な方向に沿った光屈折指数ｎ⊥と異なる。従って、磁性流体内の距離ｓを移動し、ｓが薄膜の厚さであるとき、連鎖に平行な磁場を伴う光波の双極化の平面は、連鎖の方向に垂直な磁場を伴うものとは異なる。これらの磁場強度をＥ‖およびＥ⊥で表すと、それらは、
0003978236.tif 000017
および
0003978236.tif 000018
となり、ここで
0003978236.tif 000019
ωは電磁波の周波数、ｔは時刻、ｃは光の速度である。これらの電磁波は、異なる値のｎ‖およびｎ⊥のために干渉する。この例は、外部的に印加された磁場の強度を調節することによる二つの光波の干渉の制御の応用で、その結果ｎ‖とｎ⊥との間の変化を導く。図１５は、この例で実現された本発明を示す。
図１５では、互いに垂直な双極軸（polar axes）を有する二つの偏向器が、均質流体薄膜の両側を覆っている。外部的に印加された磁場は、両偏向器の双極軸から磁場方向が４５°の角度を形成するように選択される。偏向器に光が衝突すると、偏向器の双極軸の方向に平行な光だけが伝達される。これら二つの偏向器は互いに垂直なので、第１の偏向器を通過する光は、第２の偏光器を通過しない。しかしながら、二つの偏向器の間に異方性媒体が存在するとき、入射光の電場が回転する。従って幾ばくかの光が第２の偏向器を通過できる。
この例では、外部磁場が膜に対して平行に印加されているので、膜内の磁性流体は異方性となる。ｎ‖とｎ⊥との間に形成される差の結果、光の双極化平面は膜を通過する際に回転する。従って、幾ばくかの光が第２の偏向器を通過でき、見る者の眼に到達する。実際的には、両方の偏向器および均質磁性流体薄膜を通過する光の輝度は、
0003978236.tif 000020
に比例する。最高輝度の条件は、
0003978236.tif 000021
である。ここで、
0003978236.tif 000022
は負ではない整数である。この場合、膜厚ｓは、外部磁場を変化させることによって変化し得ない。しかしながら、（ｎ‖−ｎ⊥）の値は、例えば、外部磁場の強度を変化させることによって、変化し得る。従って、例えば外部磁場の強度を調節することによって所望の波長の光を獲得できる。磁場を駆動するピクセルおよび電子回路は、実施例８に示したものに類似しているが、唯一の違いは、この例では磁場が均質磁性流体薄膜の平面に対して平行であることである。
上記実施例は、本発明を図示するために提示されるが、その範囲を限定するものではない。本発明の他の変更は、当業者には直ちに明白であり、添付の請求の範囲によって限定される。本明細書に引用されたすべての刊行物、特許および特許明細書は、参照としてここに援用される。
【図１】
0003978236.tif 000023
【図２】
0003978236.tif 000024
【図３Ａ】
0003978236.tif 000025
【図３Ｂ】
0003978236.tif 000026
【図３Ｃ】
0003978236.tif 000027
【図３Ｄ】
0003978236.tif 000028
【図４Ａ】
0003978236.tif 000029
【図４Ｂ】
0003978236.tif 000030
【図４Ｃ】
0003978236.tif 000031
【図４Ｄ】
0003978236.tif 000032
【図５】
0003978236.tif 000033
【図６】
0003978236.tif 000034
【図７】
0003978236.tif 000035
【図８Ａ】
0003978236.tif 000036
【図８Ｂ】
0003978236.tif 000037
【図８Ｃ】
0003978236.tif 000038
【図８Ｄ】
0003978236.tif 000039
【図９Ａ】
0003978236.tif 000040
【図９Ｂ】
0003978236.tif 000041
【図９Ｃ】
0003978236.tif 000042
【図９Ｄ】
0003978236.tif 000043
【図１０】
0003978236.tif 000044
【図１１】
0003978236.tif 000045
【図１２】
0003978236.tif 000046
【図１３】
0003978236.tif 000047
【図１４】
0003978236.tif 000048
【図１５】
0003978236.tif 000049