JP2000510968A - 光スイッチング素子及びそのような光学素子を具えたカメラ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２個以上の光学状態の間で切り換えでき且つ特別スペーサー辺が活性範囲内でいかなるスペーサーも不要であるか又はほとんど不要であるように設けられるので大きい機械的剛性を有する電気光学素子（シャッター）である。特別スペーサー辺内に入口及び出口開口部を設けることにより、汚染が充填中に活性範囲内に残されるのを防止する。その活性範囲はかくして妨害されないままである。

Description

【発明の詳細な説明】 光スイッチング素子及びそのような光学素子を具えたカメラ 本発明は第１駆動電極と第２透明駆動電極とを設けられた２枚の基板を有する 光スイッチング素子に関するもので、前記の基板は、密閉辺内に、複数の光学状 態の間で切り換えできる電気光学材料の層を封入している。 そのような光スイッチング素子は、例えば（ビデオ）カメラシャッター、絞り 、灰色フィルタに用いられるが、しかしまた、例えば照明に対する応用にも用い られる。 そのような種類の光スイッチング素子は、液晶材料又は高分子分散型液晶材料 （ＰＤＬＣ材料；polymer dispersed liquid crystal material）を通常２枚の 支持板間に具えている。２枚の支持板上の駆動電極の相互重複が、駆動電極上の 電圧に依存して、光の大きいか又は小さい量を伝導するスイッチング表面積（活 性範囲）を決定する。 液晶材料及びＰＤＬＣのような電気光学材料を用いる場合に双方とも、電気光 学材料の層の厚さの変動が光学特性の変化を生じるので、そのような光学素子に より作られた例えばシャッターの動作が達成されるのだから、基板間の距離が表 面積全体を通して同じでなくてはならない。「スメアー」と呼ばれる現象が起こ り得る。その上、局部的に望まれないレンズ動作が局部的に厚いか又は薄い部分 に生じる。一定の相互距離で間を開けられた２枚の支持板を保持するために、そ の表面上に（一様に又は一様でなく）散布された棒形状又は球形状の「スペーサ ー」の形でのスペーサー素子が一般に用いられる。これらのスペーサーの存在が 有効開口部を犠牲とし、且つ増大する「フレア」を生じる。その上、光スイッチ ング素子が液晶材料により充填されている場合に、汚染がそのスペーサーの位置 に残され得る。 １個以上の上述の欠点が可能なかぎり多く回避される光スイッチング素子を提 供することが本発明の目的である。 この目的のために、本発明による光スイッチング素子は、電気光学材料の層の 一部を包み込み且つ少なくとも１個の入口開口部と少なくとも１個の出口開口部 とを有する少なくとも１個の別の辺が、密閉辺により境界を付けられた範囲内の ２枚の基板間に置かれており、前記の包み込む辺は密閉辺と実質的に同じ厚さを 有していることを特徴としている。 「実質的に同じ厚さ」はここでは２枚の基板が異なる辺により同じ距離で間を 開けられているような厚さを意味すると解釈され、すなわち、例えば密閉辺が基 板間に置かれるのみであり且つ別の辺は（例えばカラーフィルタのような特別層 付きで又は無しで）基板上に設けられた電極間に置かれるので、真の厚さは異な り得る。 いわば、２個の辺が今やスペーサーの機能を引き継ぐので、これらのスペーサ ーは少なくとも別の包み込む辺内では完全に又は大幅に省略され得て、一方一様 な厚さはそれでもやはり維持される。その上、二つの辺は、例えばエポキシ接着 剤のシルクスクリーン印刷によって、同じ処理工程で製造され得る。その第１密 閉辺は今や２枚の基板のための堅固な支持物として１個以上の包み込む辺と共に 機能し、一方２枚の基板間の一定距離が得られる。別の実施例においては、光学 成分の光学機能に対しては普通は重要でないか又は少しだけ重要である、２個の 辺間の範囲が、スペーサー素子を設けられ、それが剛性を増強する。 前記の別の包み込む辺に（なるべく対向する）入口及び出口開口部を設けるこ とにより、この別の辺内の空間へそれの液相で導入され、且つ必要なら、続いて 重合される電気光学材料が、密閉辺とその別の辺との間の空間まで流れ得る。そ れによって、例えば液体前部における汚染（例えば、配向相から取り上げられた 塵埃粒子又は（クロマトグラフィーにより）充填材料を完全混合することにより 解放される粒子）が「活性範囲」（別の辺により境界を付けられた範囲）の外側 に堆積され、且つかくして光透過性状態において光学素子の透明度に有害に影響 できないことが達成される。流れを強化し且つ外側に沿って、活性範囲の外側で の可能な流れを防止するために、別の実施例は入口開口部と出口開口部との間の 別の包み込む辺と関連する部分が密閉辺まで延在することを特徴としている。 液晶材料が電気光学材料として用いられる場合には、交差される偏光子間の捩 じれネマチック材料が一般に用いられるので、実質的に光透過状態と実質的に不 透明状態との間を切り換えることが可能である。しかしながら、偏光子の使用は 光透過状態（50％以上）における光の一部の偏光子における吸収を犠牲にしてい る。 それ故に、光透過状態（50％以上）と光拡散状態との間で切り換えできる電気 光学材料がなるべく用いられる。実例は高分子分散型液晶材料（ＰＤＬＣ材料； Polymer Dispersed Liquid Crystal material）、ネマチック整列重合体結晶体 材料(ＮＡＰＣ材料；Nematic Aligned Polymer Crystal material)、及びキラル 添加有り又は無しの（ネマチック）異方性ゲルである。光透過性状態においては 、光の50％よりも非常に多くがその時伝達される。しかしながら、光は例えば１ 個以上の電荷結合装置センサ（ＣＣＤ；Charge Coupled Devices）を設けられた ディジタル（ビデオ）カメラにおける、拡散状態においてもまた伝達され、これ が電子的に補償され得る一定背景雑音を生じる。 本発明による光スイッチング素子の別の好適な実施例は、第１及び第２透明駆 動電極が駆動手段を設けられ、且つその透明駆動電極の対向する部分が別の包み 込む辺によりほぼ完全に境界を付けられるような方法で構成されたことを特徴と している。この駆動手段を用いて、活性範囲が、例えば光透過性状態から光拡散 状態へ切り換えられ得るが、中間状態が代わりに可能である。 これらの電極は２枚の支持板上に一体化された部分として形成される必要はな く、前記の別の包み込む辺により境界を付けられた電極部分内の補助電極へ細分 されてもよく、別々の補助電極は別々の駆動手段を設けられる。その時活性範囲 は別々にスイッチング範囲、例えば絞り機能がそれにより実現され得る環状の範 囲に細分される。 本発明のこれらの態様が以下に記載される実施例から明らかになり、且つ本発 明の他の態様が以下に記載される実施例を参照して解明されるだろう。 図において、 図１は本発明による光スイッチング素子の平面図であり、 図２は図１において線II〜II上で取られた断面図であり、 図３は図１における密閉辺及び別の包み込む辺の平面図であり、 図４は本発明による光スイッチング素子を設けられた映像ピックアップ装置を 示し、 図５は図４の映像ピックアップ装置に用いられるような駆動信号の一部を示し ており、 図６は本発明によるもう一つの光スイッチング素子の平面図であり、 図７は図３の幾らかの変形を示している。 これらの図面は図式的であって且つ比例尺ではない。対応する要素は一般的に 同じ参照符号により表されている。 図１は光スイッチング素子１、この例においては第１透明駆動電極４を有する 第１基板２、及び第２透明駆動電極５を有する第２基板３を有する、ＣＣＤカメ ラ用のシャッターの平面図である。複数の光学状態の間で切り換えできる電気光 学材料６の層が、例えば石英又はガラス（又は可撓性箔）で作られた２枚の基板 の間に置かれている。関連する例においては、（キラル添加有り又は無しの）重 合されたネマチック液晶ゲルがこの目的のために用いられるが、例えばＰＤＬＣ 又はＮＡＰＣのような他の電気光学材料が代わりに可能である。非重合液晶材料 も、例えば、動的散乱及び（超）捩じれネマチックのような液晶効果を基礎とし て、光スイッチング素子に用いられ得る。（超）捩じれネマチック効果が用いら れる場合には、層６が（図示してない）偏光子間に置かれる。 この組立品はその素子が重合されるべき液晶材料により（又はその他の材料に より）満たされてしまった後に閉じられる充填開口部11を有する密閉辺７によっ て密閉される。 本発明によると、その密閉辺７と同じ厚さを有する一つの別の辺８がその密閉 縁７により境界を付けられた範囲内で、２枚の基板２，３間に（この実施例にお いては）置かれる。その別の辺は入口開口部９と出口開口部31とを有している。 密閉辺７（充填開口部11を有する）及び辺８（開口部９，31を有する）の平面 図が図３に示されている。辺８（及び図３において破線により表された、開口部 ９’，31’を有する可能な特別包み込む辺８’）がスペーサーとして機能する。 密閉辺７と一緒に、これがこの光学素子の表面積全部を通して基板間に一定距離 を確保するのに充分である。活性範囲（包み込む辺８内の範囲）において、ほと んどいかなるスペーサーもあるいは全くスペーサーを必要としないので、光透過 状態においてこの範囲内でスペーサー上で少しの散乱（少しのフレア）しか無い 。もう一つの実施例においては、辺７，８と同じ厚さを有する、例えばガラス繊 維粒子の形での特別スペーサーがこれらの辺７及び８の間の範囲に設けられ、特 別スペーサー10と特別辺８’との組み合わせが代わりに可能である。 本例においては、辺８が充填開口部11と一直線になっている２個の開口部９， 31を有している。液晶材料又はゲル又は重合されるべき単量体（モノマー）が、 液体が毛管作用により吸い上げられるようにそこへ下位圧力を創造することによ り、基板間の空間へ導入される。特にゲル及びモノマーによると、その液体は汚 染を含みあるいは充填中に吸収し得る。これらの汚染は主として矢印13により表 された方向に移動される充填物前部12に存在する。第２開口部31の存在により、 その充填物前部はその開口部31を超えて伸び且つ前記の汚染は辺７と８との間の （充填開口部11から遠い）範囲に沿って取られ、一方「活性範囲」（別の包み込 む辺８内の範囲）においてはほとんどなんらの汚染が又は全く汚染が残されない 。ゲルの硬化又はモノマーの重合の後に、これが実際の活性範囲の透明性を強め 、且つシャッターの駆動される（完全に透明な）状態で散乱効果を低減する。カ ラー効果（色度）もまた予防される。密閉辺７及び別の包み込む辺８がこの実施 例においては互いに接触しているので、液体は活性範囲へ出口開口部31を介して 流れ得ない。 電極を電気的に駆動するために、イリジウム錫酸化物（ＩＴＯ）パターンが１ 個以上の接続導体14、本実施例においては３個によって接触され、それらの導体 は、例えばテープ又はストリップ15上に設けられている。辺８の範囲において、 基板への辺８のより良い接着を得るように双方の基板３，４上のイリジウム錫酸 化物パターン内に開口部17が設けられている。この辺（及び可能な他の辺８’） と密閉辺７とは、例えばフォトリソグラフィー的にパターン化された、スペーサ ー29を設けられた、感光性樹脂の層で作られている。ガラス（石英）基板上への 直接に良好な接着はまた接着剤を用いる場合に得られる。可能なスペーサー10と 一緒に辺７，８はまた、この実施例では約１〜25μｍの厚さを有する石英層のパ ターン化されたエッチングによって得られる。 基板２，３が重複しない範囲において、イリジウム錫酸化物パターンは開口部 18を有している。これらはシャッターの動作に厳密には必要ではない。しかしな がら、接続導体14’を有する第２ストリップ15’が設けられた場合には（図１に 破線によって基板３に対して示されたのみである）、この開口部18が接続導体14 と接続導体14’との間の電位差において、活性範囲の外側の電流路のみを実質的 に電流が追従するのを防止する。対照的に、電流路は今や軌道19を追従する。イ リジウム錫酸化物により構成される抵抗において、電流がエネルギーを消費する ので、電気光学材料の層が加熱され、そのようなシャッターを有するカメラはか くして低温においてもまた用いられ得る。 イリジウム錫酸化物パターンは辺８により境界を付けられた活性範囲の外側で もまた重複するので、この範囲の外側の異なる光学状態の間のスイッチングもあ り得る。カメラ応用においては、これらの範囲は覆われる。 図６は本発明によるもう一つの光学素子の平面図であり、そこでは辺８内での みスイッチングが行われる。イリジウム錫酸化物パターン４，４’，４”，４' ”と５，５’，５”，５'”との対向する部分がそれの周りに同心リングを有す る丸い中央部分のパターンを構成する。開口部９，31を有する辺８が、外側リン グと隣接している。図６には密閉辺は示されていない。そのような光学素子は、 例えば絞り運転されるシャッターにおいて用いられ得る。 図４は、前部側21が図１に示された光学素子を設けられ、一方ＣＣＤ（電荷結 合素子）センサ23が後部側22上に配置された、ＣＣＤカメラ20を図式的に示して いる。シャッター１の活性範囲を介して（他の部分は不透明にされる）、入射光 28がＣＣＤセンサ23の感知部上にレンズシステムを介して又は介しないで結像さ れる。このカメラは更に（例えばＩＣ（集積回路）の形で）制御素子24を具え、 その素子が制御線26を介して光学素子を駆動し、且つ制御線25を介してセンサ23 を駆動し、一方情報もまたその線25を介してそのセンサから読み取られる。この 組立品はは制御線27によって制御され、一方情報がその線27を介してセンサから 更に読み取られる。 図5aはそのようなカメラ用の制御信号を示している。瞬時ｔ₀から、シャッタ ー１が制御線26を介して付勢される。この実施例においては20msecの各フィール ド期間ｔ_f中に、このシャッターの電極４，５が、用いられる電気光学材料に依 存して、２msecのパルス幅ｔ_wにおいてパルス高さが例えば100ボルトであるパル スにより付勢される。幾らかの時間の後に（約0.5msecの後に）シャッターは完 全に阻止され且つ入射光28をほとんど通さない。期間ｔ_w中に映像部分に集中さ れた電荷映像がＣＣＤセンサ23内の蓄積部分へ（迅速に）輸送される。この光ス イッチはそれの阻止状態にあるので、入射光28はイメージセンサ上に一層弱い形 で入射する。光スイッチにより実現されるこの一層弱い光は、スメアーとして知 られる人為結果がほとんど生じないことを保証する。 パルス30が低下した後に、光がセンサ23上に入射し、これは特にゲルのような （付勢されない状態において）光透過性である材料が選ばれた場合に適合する。 ゲルに対するのと類似して、ＰＤＬＣが付勢されない状態において光拡散してい るとしても、これはＰＤＬＣに対してもまた保持する。 フィールド期間ｔ_fの後に、そのシャッターは再び、今回は逆符号のパルス30 ’により付勢される。このシャッターは電気光学材料（液晶）の減損を抑制する ように、そのような交替する電圧で制御される。 図5bはパルス30，30’のパルス形状の変形を示している。図示されたパルスは 高周波数交流信号として形成されている。充分高い周波数においては、電極が加 熱されることが達成される。必要ならば、その周波数は周囲温度及びシャッター の所望の温度に依存して適合される。 図４の例は１個だけの液晶装置を有する黒白カメラに関係している。カラーカ メラに対しては、例えばプリズム、色分離器、その他による一般に既知の方法で この装置が拡張され、そこでは個別の液晶装置イメージセンサユニットが各スペ クトルカラーに対して用いられることは明らかである。 図１、２を参照して記載されたようなシャッターの代わりに、図４のカメラも また図６を参照して記載されたような絞り機能を有する素子により実施され得て 、そこでは中央部分と各同心リングとが別々に駆動され得る。 光透過性と光拡散状態との間の切り換えがこの出願においては記載されている けれども、この電気光学素子は、例えばランプに対する浸漬器使用におけるよう に、なるべく光透過性の可変値により、それが部分的に光透過性であるような方 法で、他の応用においては駆動される。必要ならば、その時電気光学材料が染料 を具えている。 図７は図２の幾つかの変形を図式的に示している。図7aは活性範囲が矩形断面 を有する変形を示している。そのようなシャッターは、例えばレーザービームを 通過させるか又は通過させないための測定装置に用いられる。 図7bは入口及び出口開口部９，31が充填開口部18と一直線になっていない変形 を示している。その充填開口部は入口開口部９の側において、辺８内の異なる位 置に存在してもよく、この充填開口部に対する可能な位置は図7bに参照符号18’ により図式的に表されている。 もう一つの実施例においては、活性範囲が、例えば別々に駆動され得る画素を 具えている。その上、２個の基板のうちの一方は、そのような画素が反射性であ る（例えば投写目的のための反射表示器において）場合に不透明であり得る。そ の時一様な厚さが異なるスイッチング素子に対して同じである容量へ導く。 概要において、本発明は電気光学素子（シャッター）に関係し、その電気光学 素子は２個以上の光学的状態の間で切り換えでき、且つ活性範囲内にスペーサー が必要無いかあるいはほとんどいかなるスペーサーも必要無いように特別スペー サー辺が設けられるので、大きい機械的剛性を有している。特別スペーサー辺内 に開口部を設けることにより、汚染が充填中に活性範囲内に残されるのが防止さ れる。活性範囲はかくして妨害されないまである。

【手続補正書】 【提出日】平成１０年１０月１５日（１９９８．１０．１５） 【補正内容】 【図１】 【図３】【図２】 【図４】 【図５】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．第１駆動電極と第２透明駆動電極とを設けられた２枚の基板を有する光スイ ッチング素子であって、前記の基板は、密閉辺内に、複数の光学状態の間で切 り換えできる電気光学材料の層を封入している光スイッチング素子において、 電気光学材料の層の一部を包み込み且つ少なくとも１個の入口開口部と少な くとも１個の出口開口部とを有する少なくとも１個の別の辺が、密閉辺により 境界を付けられた範囲内の２枚の基板間に置かれており、前記の包み込む辺は 密閉辺と実質的に同じ厚さを有していることを特徴とする光スイッチング素子 。 ２．請求項１記載の光スイッチング素子において、前記の別の包み込む辺が相互 に対向する入口開口部と出口開口部とを有することを特徴とする光スイッチン グ素子。 ３．請求項１又は２記載の光スイッチング素子において、前記包み込む辺内の入 口開口部と出口開口部とが密閉辺内の充填開口部とほぼ一直線になっているこ とを特徴とする光スイッチング素子。 ４．請求項１〜３のいずれか１項記載の光スイッチング素子において、前記の入 口開口部と出口開口部との間の別の包み込む辺と関連する部分が前記の密閉辺 まで延在していることを特徴とする光スイッチング素子。 ５．請求項１〜４のいずれか１項記載の光スイッチング素子において、前記密閉 辺と別の包み込む辺との間の範囲がスペーサーを設けられていることを特徴と する光スイッチング素子。 ６．請求項１〜５のいずれか１項記載の光スイッチング素子において、電気光学 材料が光透過性と光拡散状態との間で切り換えできることを特徴とする光スイ ッチング素子。 ７．請求項１〜６のいずれか１項記載の光スイッチング素子において、前記第１ 及び第２透明駆動電極が駆動手段を設けられ、且つ前記透明駆動電極の対向し ている部分が前記別の包み込む辺によりほぼ完全に境界を付けられるような方 法で構成されることを特徴とする光スイッチング素子。 ８．請求項７記載の光スイッチング素子において、前記の電極が前記の別の包み 込む辺により境界を付けられた電極部分内で補助電極に細分され、且つ別々の 補助電極が別々の駆動手段を設けられたことを特徴とする光スイッチング素子 。 ９．請求項１〜６のいずれか１項記載の光スイッチング素子において、スペーサ ーが前記の別の包み込む辺と密閉辺との中に存在することを特徴とする光スイ ッチング素子。 10．電荷結合装置を具えているカメラにおいて、該カメラが請求項１〜９のいず れか１項記載の光学素子と同時に、前記光学素子用の駆動手段を具えているこ とを特徴とするカメラ。