JP2002228949A - 散乱変調素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光を散乱する状態と、光を透過する状態との変
更を、数ｍｓｅｃ程度の高速で行うことができる散乱変
調素子を提供する。 【解決手段】一部が開放する、開放部と対向する位置が
光透過性の容器と、容器の開放部を閉塞する、光透過性
および散乱性を有する可撓性板と、容器内に収容され
る、光透過性で可撓性板と略同一な屈折率を有する液体
もしくは弾性体と、容器の光透過性部に配置される電極
および可撓性板に配置される電極で構成される電極対
と、電極対に電圧を印加する電源とを有することによ
り、前記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光散乱性の光学素
子の技術分野に属し、詳しくは、光の散乱状態を高速で
変更できる散乱変調素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】光の散乱性を変更できる光学素子とし
て、高分子分散液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersion L
iquid Crystal)が知られており、透過視認性を変更でき
る窓やスクリーン、各種の液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
等に利用されている。ＰＤＬＣは、高分子樹脂からなる
マトリックス中に液晶を分散してなるものであり、電圧
の印加によって液晶分子を旋回することで液晶の屈折率
を変更し、マトリックスと液晶との界面における光散乱
状態を調整することにより、光を透過する状態と光を散
乱する状態とを切り換える。

【０００３】しかしながら、高分子分散液晶は、応答性
が悪く、光透過状態と光散乱状態とを変化させるのに、
数十ｍｓｅｃ程度の時間がかかってしまうという問題点
を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の問題点を解決することにあり、静電気で駆動
するＭＥＭＳ(Micro Erectronic Mechanical System)を
用いることにより、光を散乱する状態と、光を透過する
状態との変更を、数ｍｓｅｃ程度の高速で行うことがで
きる散乱変調素子を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、一部が開放する、前記開放部と対向する
位置が光透過性の容器と、前記容器の開放部を閉塞す
る、光透過性および散乱性を有する可撓性板と、前記容
器内に収容される、光透過性で前記可撓性板と略同一な
屈折率を有する液体もしくは弾性体と、前記容器の光透
過性部に配置される電極および可撓性板に配置される電
極で構成される電極対と、前記電極対に電圧印加する電
源とを有することを特徴とする散乱変調素子を提供す
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の散乱変調素子につ
いて、添付の図面に示される好適実施例を基に、詳細に
説明する。

【０００７】図１に、本発明の散乱変調素子の一例を概
念的に示す。図１に示される散乱変調素子１０は、基本
的に、上面が開放する正四角柱状の筐体１２と、筐体１
２の開放面（上面）を閉塞するように配置される可撓性
板１４と、筐体１２に収容される弾性体１６と、散乱変
調素子１０を駆動（光散乱状態と光透過状態との切り換
え）する電源１８とを有して構成される。図示例の散乱
変調素子１０において、光の通過方向（観察方向）は、
正四角柱の上面〜下面方向であり、すなわち、図１中上
下方向である。

【０００８】筐体１２は、基本的に、透明（光透過性）
で剛性を有する板材で形成される底板２０の４辺に、底
板２０に対して垂直に立設する側壁２２を設けた構成を
有する。なお、側壁２２は、光透過性であってもなくて
もよく、また、底板２０も、全面が光透過性でなくても
よく、散乱変調素子１０の用途等に応じて、必要な領域
が透明であればよい。また、本発明の散乱変調素子１０
において、光の通過領域（底板２０、可撓性板１４、弾
性体１６等）は、無色透明であってもよく、あるいは、
調光等を目的として、必要に応じて、フィルタをつけ
る、着色する等の公知の方法で、彩色あるいは無彩色の
濃度を有してもよい。

【０００９】このような筐体１２の底板２０は、内面
（上面）に、透明導電膜からなる底面電極層２４を有す
る。なお、電極層は外面（筐体１２の下面）でもよい。
底面電極層２４としては、導電性を有する透明な材料が
各種利用可能であり、例えば、ＩＴＯ(Indium Tin Oxid
e)等が例示される。

【００１０】筐体１２の上面（開放面）は、可撓性板１
４で閉塞されている。可撓性板１４は、内面（下面＝散
乱変調素子１０の天井面）に図１（Ｃ）に模式的に示さ
れるような凹凸を有する、光散乱性で、かつ、実質的に
透明（光透過性）な、板バネ的な弾性を有する板材であ
る。また、可撓性板１４は、前記底面電極層２４と電極
対を成す、ＩＴＯ等の透明導電膜からなる上面電極層２
６（図１では、模式的に、最上面で示す）を有する。

【００１１】このような可撓性板１４としては、透明か
つ光散乱性で、さらに電極層を有する可撓性の板材であ
れば、各種のものが利用可能である。好ましい一例とし
て、ＰＥＴ[poly(ethylene terephthalate)]等の樹脂等
からなるシート（フィルム）の一面にＩＴＯ等の透明導
電膜からなる電極層を形成し、その上に光散乱性の薄膜
を有してなる板材が例示される。なお、光散乱性の薄膜
の形成方法には、特に限定はないが、膜を薄くできる好
適な形成方法として、電極層の上に透明な硬化性樹脂
（接着剤等）を塗り、半硬化状態ですりガラス等の光拡
散板（その拡散面）を押し付け、剥離することによっ
て、凹凸を転写し、その後、樹脂を完全に硬化させる方
法が例示される。あるいは、ＬＣＤで使用されている散
乱フィルム等、市場に流通している各種の散乱フィルム
の一面（凹凸を有する光散乱面と逆面）に、透明導電膜
からなる電極層を形成した板材も、可撓性板１４として
好適に利用可能である。

【００１２】筐体１２の内部には、弾性体１６が収容さ
れる。弾性体１６は、可撓性板１４と略同一な屈折率を
有し、かつ、後述するように可撓性板１４が押し付けら
れた際に、その表面（前記内面）の凹凸を埋没し、可撓
性板１４が離されたら、凹凸の後が残らない（転写され
ない）ように復元する程度の弾性を有するものである。
なお、本発明において、弾性体１６（後述する液体）と
可撓性板１４との屈折率の差は、±０．１以下が好まし
く、特に、±０．０１以下が好ましい。

【００１３】このような弾性体としては、上記条件を満
たすものであれば、各種のものが利用可能である。好ま
しい一例として、ＨＥＭＡ（2-hydroxyethyl methacryl
ate)を重合してなるヒドロゲル、ゼラチン等の各種のゲ
ル状の樹脂組成物等が例示される。

【００１４】また、光の通過方向が鉛直方向で、かつ振
動等が与えられず、さらに、高い応答性を要求されない
用途であれば、弾性体の代わりに、水、シリコンオイル
等の各種のオイル、各種の溶剤等の光透過性の液体を用
いてもよい。

【００１５】なお、このような弾性体１６や液体は、後
述する静電気による可撓性板１４の湾曲によって、可撓
性板１４が十分に密着する程度の量、筐体１２に収容さ
れる必要が有る。

【００１６】底板２０の内面に形成される底面電極層２
４、および、可撓性板１４に形成される上面電極層２６
には、両者に電圧を印加する電源１８が接続される。

【００１７】このような本発明の散乱変調素子１０は、
底面電極層２４を有する剛性な底板２０、上面電極層２
６を有する弾性な可撓性板１４、および電源１８を用
い、底板２０と可撓性板１４とを離間して配置すること
により、静電気で駆動するＭＥＭＳ(Micro Erectronic
Mechanical System)を構成している。従って、後述する
実施例にも示されるように、非常に良好な応答性を有
し、また、外部信号による制御が可能である。なお、こ
のような本発明の散乱変調素子１０は、例えば、マイク
ロマシンや半導体装置の製造方法等を利用して、公知の
方法で作製すればよい。

【００１８】電源１８が駆動していない状態（ｏｆｆ）
では、図１（Ａ）に示されるように、筐体１２の上面を
閉塞する可撓性板１４と弾性体１６は、接触していな
い。この状態では、可撓性板１４の有する凹凸によっ
て、散乱変調素子１０に入射した光は散乱される（光散
乱状態である）。

【００１９】電源１８がｏｎすると、底板２０の底面電
極層２４と可撓性板１４の上面電極層２６との間に電圧
が印加されて、静電気が生じる。その結果、両者の間に
引力が発生して、図１（Ｂ）に示されるように、可撓性
を有する可撓性板１４が引き付けられて湾曲し、弾性体
１６に密着／押圧された状態となる。弾性体１６は、前
述のような弾性を有するので、図１（Ｃ）に模式的に示
されるように、可撓性板１４の凹凸は弾性体１６に埋没
したような状態となり、凹凸が埋められて、無くなった
ような状態となる。また、弾性体１６と可撓性板１４と
は、略同一な屈折率を有する。従って、この状態では、
光が可撓性板１４で散乱されることはなく、散乱変調素
子１０に入射した光は透過する（光透過状態となる）。

【００２０】電源１８がｏｆｆになると、底面電極層２
４と上面電極層２６との間の引力が無くなるので、可撓
性板１４は、自らの弾性によって元の図１（Ａ）に示さ
れる状態となり、光散乱状態に戻る。

【００２１】このような本発明の散乱変調素子は、静電
気で駆動するＭＥＭＳを利用することにより、散乱性の
変化を外部信号で制御することができ、優れた応答性を
有するので、各種の用途に利用可能である。例えば、本
発明の散乱変調素子を一次元あるいは二次元的に配列す
ることによって、光透過と光散乱によってｏｎ／ｏｆｆ
の変調を行う空間変調素子（シャッタアレイ）を構成す
ることができ、マルチビーム露光を行う画像記録装置等
に好適に利用される。また、ＰＤＬＣを用いるＬＣＤの
ように、反射型あるいは透過型のディスプレイとして利
用することも可能である。

【００２２】以上、本発明の散乱変調素子について詳細
に説明したが、本発明は上記実施例に限定はされず、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変
更を行ってもよいのは、もちろんである。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の具体的な実施例を挙げ、本発
明をより詳細に説明する。

【００２４】一面にＩＴＯからなる底面電極層２４を有
する５００μｍ×５００μｍの透明な底板１２を持つ、
筐体１２を形成した。他方、厚さ２５μｍのＬＣＤ用の
散乱フィルムの非光散乱面に、ＩＴＯからなる厚さ１μ
ｍの上面電極層２６を形成してなる可撓性板１４を用意
した。この筐体１２に、弾性体１６としてゼラチンを収
容した後、光散乱面を内面側にして、可撓性板１４で筐
体１２の開放面を閉塞して、さらに、両電極層に電源１
８を接続して、図１に示される、本発明の散乱変調素子
１０を作製した。なお、可撓性板１４と弾性体１６との
間隙は、１０μｍとした。

【００２５】このような散乱変調素子１０に、駆動電圧
として２０Ｖを印加し、次いで、電圧供給を停止するこ
と（電源１８のｏｎ／ｏｆｆ）を、繰り返し行った。そ
の結果、光散乱状態から光透過状態への変化が１ｍｓｅ
ｃ、光透過状態から光散乱状態への変化を５ｍｓｅｃ
と、非常に良好な応答性で、光散乱状態と光透過状態と
の変更を行うことができた。以上の結果より、本発明の
効果は、明らかである。

【００２６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
散乱変調素子は、良好な応答性かつ高速に光散乱と光透
過との変更を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 （Ａ）および（Ｂ）は、本発明の散乱変調素
子の一例の概念的に示す図であり、（Ｃ）は、本発明の
散乱変調素子における光透過状態を模式的に示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 散乱変調素子 １２ 筐体 １４ 可撓性板 １６ 弾性体 １８ 電源 ２０ 底板 ２２ 側壁 ２４ 底面電極層 ２６ 上面電極層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一部が開放する、前記開放部と対向する位
   置が光透過性の容器と、 前記容器の開放部を閉塞する、光透過性および散乱性を
   有する可撓性板と、 前記容器内に収容される、光透過性で前記可撓性板と略
   同一な屈折率を有する液体もしくは弾性体と、 前記容器の光透過性部に配置される電極および可撓性板
   に配置される電極で構成される電極対と、 前記電極対に電圧印加する電源とを有することを特徴と
   する散乱変調素子。