JP2013128186A - 電磁波制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な構造で、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の角度や大きさを制御する装置を実現すること。
【解決手段】基板２２の面上に設けられ、磁場又は電場により吸引力又は斥力を受け、基板上で流動可能な第１流動性材料１０と、磁場又は電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場又は電場により第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、基板上で流動可能な第２流動性材料１１とから成る流動性材料を有する。流動性材料を流動可能に基板の面上に封止する封止部材と、基板の面上における磁場分布又は電場分布を可変発生させる場分布発生装置２１と、を有し、場分布発生装置により任意の磁場分布又は電場分布を基板の面上に発生させて、その発生された磁場分布又は電場分布に沿って第１流動性材料を移動させることにより、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御することを特徴とする電磁波制御装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、入射する電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の角度や大きさを制御できる電磁波制御装置に関する。

エレクトロウエッティング法を用いた電子ペーパとして特許文献１の技術が知られている。その技術では、ディスプレイの１つの画素に相当する数百ミクロン角の領域をひとつのセルとして、その内部に濡れ性を制御した電極部を設ける。この領域に水と着色した油を封入する。このときに、エレクトロウエッティング用の電極に電圧を印加すると、電極表面に広がっていた油を画素の角にはじくことで、画素の色調を制御して、反射型のディスプレイとして用いることが行われている。

また、焦点可変の液体レンズとして特許文献２、３の技術が知られている。その技術では、透明基板と透明電極上に、封止した液滴を保持し、それに電圧を印加することで、液滴の形状を変化させることが行われている。透明なレンズの形状が変化するのと同じことであり、その焦点距離が変化できることになる。

また、流体を用いた容量可変のＭＥＭＳデバイスとして特許文献４の技術が知られている。その技術では、キャパシタの容量は、電極間に挿入された誘電体の比誘電率がひとつのパラメータとなる。金属電極間に空気がある構成において、ＭＥＭＳ機構によって、誘電率の高い水などの液体を注入することで、その容量の変化率が２桁程度変化させることが可能とするものである。

特開２００４−２５２４４４ 特開２００３−１７７２１９ 特開２００８−８９７５２ 特開２００８−９３５６６

ところが、上記の従来技術では、形状や配置を空間的に変化させているが、その変化量において、駆動方式や用いている材料の制御性に問題があり、十分に形状を変化させることができなかった。また、これまでは、ある物理量に関する構造最適化技術が十分でなく、どのような形状をとるのが最適であるのかもわかっていなかった。

また、上記特許文献１によるエレクトロウエッティング法を用いた電子ペーパ応用においては、画素内での複数材料の分布を変化させ、ある観測方向からの反射スペクトルを変化させる構成となっている。画素サイズは、ディスプレイとして認識する際には、十分小型であるが、対象とする光の波長に比べて、十分大きなサイズである。このため、画素が十分小さいものの、原理的に画素内部に、油の液溜がある構成となっており、その部分が望ましくない干渉等の作用を及ぼすことがああり、素子性能を下げることがある。

また、上記特許文献２、３の技術による焦点可変の液体レンズにおいては、液体レンズのサイズは、光の波長より大きい。しかし、液滴の性質上、レンズサイズを大きくすることができず、制御できる光のビーム径が、数ｍｍ以下と制限される。液体レンズをアレイ化した場合、額縁が電磁波ビームと干渉して、問題を起こすことがある。

また、上記特許文献４の流体を用いた容量可変のＭＥＭＳデバイスでは、液体の出し入れによって、キャパシタ容量などの電気的な特性を可変にできるが、固定部と流体の可動部から構成されており、その形状変形の自由度に制限がある。

何れの技術においても、流動性材料の配置や形状変化が、限定的であった。このため、必要な特性を得るまでには至っていない。
電気抵抗や磁気抵抗などは、半導体や磁性材料の開発により、様々な素子により制御されてきた。しかし、空間の誘電率を変化させる必要のある電磁波や熱などの伝播や放射の制御に関しては、効果的に制御できる素子の開発が遅れている。

そこで、本発明の目的は、簡単な構造で電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の角度や大きさを制御できる装置を実現することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する電磁波制御装置において、基板の面上に設けられ、磁場又は電場により吸引力又は斥力を受け、基板上で流動可能な第１流動性材料と、磁場又は電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場又は電場により第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、基板上で流動可能な第２流動性材料とから成る流動性材料と、流動性材料を流動可能に基板の面上に封止する封止部材と、基板の面上における磁場分布又は電場分布を可変発生させる場分布発生装置と、を有し、場分布発生装置により任意の磁場分布又は電場分布を基板の面上に発生させて、その発生された磁場分布又は電場分布に沿って第１流動性材料を移動させることにより、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御することを特徴とする電磁波制御装置である。

上記電磁波には光も含まれる。電磁波を入射させる方向は、基板の面に平行、すなわち、基板の側面から入射し、他の側面から放射させる場合、面に垂直又は任意の入射角で入射させて反射させる場合、面に垂直又は任意の入射角で入射させて、裏面側から放射させる場合など任意である。また、本電磁波制御装置は、有線により高周波信号を供給して、電磁波を放射する放射アンテナ、電磁波を入射して有線に高周波信号を出力する受信アンテナなどであっても良い。

上記発明において、第１流動性材料は磁性粉末を分散させた流体材料又は磁性流体材料であり、第２流動性材料は非磁性流体材料であり、場分布発生装置は磁場分布を発生させる装置とすることができる。
磁性粉末には、フエライト、ＢａＦｅＯ₃ などの磁性酸化物、ＳｍＣｏ₅ 、ＳｍＣｏ₁₇、Ｎｄ₂ Ｆｅ₁₄Ｂなどの異方性希土類磁性材料、その他のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂに他の希土類元素を含んでいたり、その他の添加元素を含んでいたりする材料を用いることができる。更に、Ｎｄ以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料、ＳｍＣｏ系材料、または、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料とこれらの混合物質を用いることができる。また、磁性粉末と界面活性剤とを用いた磁性流体を用いることができる。磁性流体には、水、炭化水素系オイル及びフッ素系オイルを媒体するものがある。

また、第１流動性材料は液体金属であり、第２流動性材料は誘電体液体を用いることができる。
また、第１流動性材料は油性材料であり、第２流動性材料は親水性材料であり、場分布発生装置は基板の面上に形成された疎水性膜であって、その膜上に流動性材料が配置され、電界の印加により疎水性から親水性に変化する疎水性膜を有し、この疎水性膜に電場分布を発生させる装置とすることができる。電場の印加により疎水性膜は親水性となり、第２流動性材料が疎水性膜に引き寄せられる結果、第１流動性材料は排斥されて一箇所に集中する。したがって、結果的に、第１流動性材料は、電場の分布により斥力を受けて移動し、第２流動性材料は、第１流動性材料とは反対向きの力を受けるものと見做すことができる。この発明は、エレクトロウェッティングを用いて、誘電率、透磁率の平面分布や、容量の平面分布を発生させるものである。

また、第１流動性材料は電荷の帯電が可能な流動性材料であり、第２流動性材料は電荷を帯電しない流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料は分極の大きな流動性材料であり、第２流動性材料は分極が第１流動性材料よりも小さな流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料は正電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であり、第２流動性材料は負電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であって、場分布発生装置は電場分布を発生させる装置としても良い。
また、第１流動性材料と第２流動性材料とは、それらの誘電率が電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることが望ましい。これにより、電磁波に対する各種の特性を変化させることができる。
また、第１流動性材料と第２流動性材料とは、それらの透磁率が電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることが望ましい。この場合にも、電磁波に対する各種の特性を変化させることができる。

電磁波の伝播や放射を制御するためには、空間において、所望の物性値（誘電率、透磁率、容量、インダクタンスなど）を変化させる必要があるが、本発明において、電場又は磁場に感応する第１流動性材料と、電場又は磁場の感応が低い第２流動性材料とを用いているので、電場分布と磁場分布を発生させることにより、第１流動性材料をその分布に沿わせて分布させることで、物性値の分布を容易に生成することができる。これにより、この物性値の分布に電磁波を作用させることにより、電磁波の各種の特性を制御することができる。また、物性値の分布は、電磁界解析による構造最適化手法を用いることで、予め求めることができる。

本発明の実施例１に係る電磁波制御装置の構成図。 同電磁波制御装置の分解斜視図。 同電磁波制御装置における第１流動性材料の分布を示した平面図。 同実施例装置に電磁波を入射させて、出力させた場合に焦点に収束する様子をシミレーションした結果を示す説明図。 同実施例装置に電磁波を入射させて、出力させた場合に２本のビームに分離する様子をシミレーションした結果を示す説明図。 同実施例装置に電磁波を入射させて、出力させた場合に正面への平面波にされる様子をシミレーションした結果を示す説明図。 本発明の実施例２に係る電磁波制御装置を用いて電磁波を放射させた場合を示した説明図。 本発明の実施例２に係る電磁波制御装置を用いて第１流動性材料の形状を磁場分布によ変化させることで、電磁波を放射角度と損失の少ない周波数が変化することを示した説明図。 本発明の実施例２に係る電磁波制御装置を放射アンテナにした場合の反射損失の周波数特性を示した特性図。 本発明の実施例３に係る電磁波制御装置の斜視図。 同実施例の電磁波制御装置の断面図。 本発明の実施例４に係る電磁波制御装置の断面図。 本発明の実施例４に係る電磁波制御装置の説明図。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。

実施例１の電磁波制御装置１は、ミリ波（周波数７６ＧＨｚ）の伝播を制御する装置である。本電磁波制御装置１は、波源からのミリ波ビームをある焦点に収束させたり、ミリ波ビームを２つに分けたり、平面波として指向性を鋭角化させることができる装置である。

図１に示すように、実施例１の電磁波制御装置１は、基板２２の面上に第１流動性材料１０と第２流動性材料１１との混合から成る流動性材料１２が設けられている。また、２次元アレイ配列されたマイクロコイル２１を表面に有し、内部に、（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、そのアドレスにより選択されたマイクロコイル２１に通電する駆動回路ＩＣを有した基台２０を有している。マイクロコイル２１の軸は基板２２の表面に垂直である。上記の流動性材料１２を配置した基板２２は、このマイクロコイル２１の２次元アレイを表面に有した基台２０上に載置されている。

また、図２に示すように、流動性材料１２の上面を覆い、基板２２の上面との間において、流動性材料１２を流動可能に封止するパレリン膜から成る封止膜１３が形成されている。パリレン膜には、弾力性があるため、内部の流動性材料１２の配置がかわっても、全体の形状を保持することができる。

第１流動性材料１０は、例えば、ＮｂＦｅＢ系の磁性ナノ粒子を分散させた親油性流体であり、第２流動性材料１１は、例えば、水などの親水性の流体である。第１流動性材料１０の誘電率は、第２流動性材料に比べて十分に高い。本実施例では第１流動性材料１０の比誘電率は２．２である。

次に、本実施例の電磁波制御装置１の作用について説明する。図１に示すように、外部からミリ波ビームＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させて、他方の側面２２ｂから出射させて、電磁波を一つの焦点に収束させる場合、電磁波を２本のビームに分離する場合、電磁波を平面波として側面２２ｂから垂直前方に出射させる場合について説明する。

マイクロコイル２１の２次元アレイの（ｘ，ｙ）アドレスを選択して、選択されたマイクロコイル２１に通電して、所定のパターンの磁場分布を生成する。すると、流動性材料１２のうち、磁性体である第１流動性材料１０はこの磁場に吸引されて、基板２２の表面上に生成された磁場分布にしたがって分布することになり、第２流動性材料１１は第１流動性材料１０が存在しない領域に排斥される。この結果、基板２２の表面上に形成された磁場分布に沿って、高透磁率μ且つ高誘電率εの第１流動性材料１０が分布し、低透磁率且つ低誘電率の第２流動性材料１１はその他の領域に分布することになる。

所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを焦点に収束させる場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。

図３に、基板２２の面上の第１流動性材料１０の分布を示す。基板２２の大きさは幅（ｙ軸）が３ｃｍ、電磁波の通過幅（ｘ軸）が０．９ｃｍである。黒色部分が第１流動性材料１０が存在している部分である。図４はビームの伝搬の様子を示している。波源Ａ１から出射されたミリ波ビームは、基板２２の側面２２ａから入射して、他方の側面２２ｂから屈折して出射し、焦点Ｂ１に収束していることが理解される。

次に、所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを２本のビームに分離する場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。図５．Ａに示すように、２本のミリ波ビームは２本に分離していることが理解される。

次に、所定の波源の位置から放射されたミリ波電磁波ＥＨを基板２２の側面２２ａからｘ軸方向に入射させた時に、他方の側面２２ｂからｘ軸方向に出射するミリ波ビームを平面波として側面２２ｂから垂直前方に出射させる場合について説明する。この状況が得られるように、予め電磁界解析により基板２２の面上の（μ，ε）分布を演算しておく。そして、その分布が得られるように、マイクロコイル２１の（ｘ，ｙ）アドレスを指定して、マイクロコイル２１に通電する。図５．Ｂに示すように、他方の側面２２ｂからその側面２２ｂに垂直な方向に平面ミリ波ビームが得られていることが理解される。

なお、上記実施例において、磁性粉末には、マグネタイト（Ｆｅ₃ Ｏ₄ ）、マンガンフェライト（ＭｎＦｅ₂ Ｏ₄ ）、ＢａＦｅＯ₃ などの磁性酸化物、ＳｍＣｏ₅ 、ＳｍＣｏ₁₇、Ｎｄ₂ Ｆｅ₁₄Ｂなどの異方性希土類磁性材料、その他のＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂに他の希土類元素や、その他の添加元素を含んでいる材料を用いることができる。さらに、磁性粉末には、Ｎｄ以外の希土類元素を含んだ材料、例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系材料、ＳｍＣｏ系材料、又は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系材料とこれらの混合物質を用いることができる。

第１流動性材料１０に用いる親油性流動体には、各種のオイル、炭化水素（例えば、イソパラフィン、アルキルナフタレン）などやフッ素系オイル（パーフルオロポリエタノール）などの液体を用いることができる。
また、第２流動性材料１１には、水、空気、イオン性液体（例えば、イミダゾール誘導体、ブチルメチルイミダゾール誘導体、ピリジニウム誘導体、脂肪族系誘導体、ホスホネート誘導体などのイオン性液体）を用いることができる。イオン性液体は、水やオイルに溶けないので、第２流動性材料として適している。

また、第１流動性材料１０に荷電粒子を含む流動性材料、第２流動性材料１１には荷電粒子を含まない流動性材料を用いても良い。この場合には、マイクロコイル２１に換えて、電場分布を基板２２の上面に形成させるための電極の２次元アレイを用いれば良い。電場分布にしたがって、第１流動性材料１０が移動するので、上記のように（μ，ε）分布を基板２２の上面に形成することができる。

また、第１流動性材料１０は、帯電可能な粒子を含む材料、第２流動性材料１１には帯電しない流動性材料を用いても良い。この場合には、初期条件として、電極の２次元アレイの全てに一定の電圧を印加して、第１流動性材料１０に含む帯電可能粒子に帯電させた後に、基板２２の上面に所定の電場分布を形成すれば良い。

また、第１流動性材料１０に正電荷を帯電させた流動性材料、第２流動性材料１１には負電荷を帯電させた粒子を含む流動性材料を用いても良い。この場合には、電場分布を基板２２の上面に形成させるための電極の２次元アレイを用いて、正電位と負電位との分布を形成すれば良い。負電位の領域には第１流動性材料が吸引され、正電位の領域には第２流動性材料が吸引されることになる。そして、第１流動性材料と第２流動性材料とで、透磁率と誘電率を異ならせれば、上記のように（μ，ε）分布を基板２２の上面に形成することができる。

上記において、荷電粒子の材料、帯電可能な粒子の材料としては、樹脂の例としては、ウレタン樹脂、ウレア樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アクリルウレタン樹脂、アクリルウレタンシリコーン樹脂、アクリルウレタンフッ素樹脂、アクリルフッ素樹脂、シリコーン樹脂、アクリルシリコーン樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン樹脂、スチレンアクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、塩化ビニリデン樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリスルフォン樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられ、２種以上混合することができる。特に、粉砕および球状化を行う観点から、スチレンアクリル樹脂、アクリル樹脂、アクリルフッ素樹脂、ポリスチレン樹脂が望ましい。また、必要に応じて、荷電制御剤、着色剤、無機添加剤等を混合させることができる。

正帯電性の荷電制御剤としては、ポリアミン樹脂、３級アミノ基含有共重合体、及び４級アンモニウム塩基含有共重合体等の荷電制御樹脂、イミダゾール化合物、ニグロシン染料、４級アンモニウム塩、並びにトリアミノトリフェニルメタン化合物等を用いることができる。負帯電性の荷電制御剤としては、スルホン酸基含有共重合体、スルホン酸塩基含有共重合体、カルボン酸基含有共重合体、及びカルボン酸塩基含有共重合体等の荷電制御樹脂、並びにＣｒ、Ｃｏ、Ａｌ、及びＦｅ等の元素記号で表される金属を含有するアゾ染料、サリチル酸金属化合物、並びにアルキルサルチル酸金属酸化物等がある。荷電制御剤の中でも、荷電制御樹脂を用いることが好ましい。

荷電粒子は、これらの材料を予め帯電させることにより実現される。また、帯電可能な粒子には、初期条件として、電極の２次元アレイの全てに一定の正、又は、負の電圧を印加することで、第１流動性材料を帯電させ、又は、正の電圧と負の電圧を印加して第１流動性材料、第２流動性材料を帯電させる。
帯電しない流動性材料としては、金属微粒子、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ 、などの導電性酸化物、表面を導電性処理した樹脂材料を用いることができる。

また、第１流動性材料１０に分極粒子を含む流動性材料、第２流動性材料１１に無分極分子から成る流動性材料を用いても良い。この場合にも基板２２の面上の電波分布にしたがって、第１流動性材料１０は分布することになる。
分極粒子としては、外部から電界を与えなくとも自発的な分極を有している焦電体や強誘電体材料が適している。例えば、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、チタン酸ジルコン酸ランタン鉛（ＰＬＺＴ）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ₃ ）、ビスマス鉄酸化物（ＢｉＦｅＯ₃ ）、ＰＶＤＦ（ボリフッ化ビニリデン）などを用いることができる。
無分極粒子としては、帯電しない材料である金属微粒子、Ｉｎ₂ Ｏ₃ 、ＳｎＯ₂ などの導電性酸化物、表面を導電性処理した樹脂材料を用いることができる。

本実施例２は、電磁波制御装置は放射アンテナである。第１流動性材料１０には液体金属を用いた。
室温で液体の金属としては、ガリウム、インジウム、スズの合金であるガリンスタンと呼ばれる液体金属（融点−１９℃）を用いることができる。使用する温度によって、組成を変化させて最適な融点を調整することが可能である。また、封止された状態で用いる場合には、水銀（融点−３９℃）を用いることも可能である。使用温度が高い場合には、ウッドメタル（融点７０℃）やローズ合金（融点１００℃）をどの合金を用いることもできる。
基板２２の面上に、実施例１と同様に所望の磁場分布を形成する。本実施例では、基板２２の面上に形成される平面金属体の形状を変化させている。そして、この平面金属体をパッチアンテナとして用いて、この平面金属体に高周波を供給して、平面金属体を放射アンテナとしたものである。

図６には、基板２２の面上に形成される平面金属体が正方形の場合を示している。この場合には、正面に指向性を有する放射特性が得られている。また、図７に示すように、基板２２の面上の磁場分布を変化させて第１流動性材料１０の分布を制御して、平面金属体の形状を図示するように、順次変化させた。図７の（ａ）の形状の場合には、正面に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は４．５ＧＨｚであり、（ｂ）の形状の場合には、３０度に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は４．５ＧＨｚであり、（ｃ）の長方形の形状の場合には、正面に指向性が強く、その放射電磁波の周波数は６．０ＧＨｚであることが理解される。このアンテナの反射損失の周波数特性を図８に示す。

このように、数ＧＨｚの電磁波の放射を、パッチアンテナを構成する第１流動性材料の形状を変えることで制御することができる。十分に形状変化の応答速度が速いと、複数の性能を合わせ持つアンテナが構成できることになる。第１流動性材料の構造変化が十分早くなると（例えば１０ｋＨｚ以上）、指向性をこの応答速度で変化させることができるので、空間的に違った方向に、違った情報を送れる可能性がでてきる。応答速度は、デバイスの応用先を広げる重要な要素となる。

本実施例３の電磁波制御装置は、エレクトロウェッティング技術を用いた電磁波制御装置である。全体の構成は図９に示すように構成されている。基台３０の上に誘電体層３４が形成されており、その誘電体層３４の上に、電磁波の入射方向であるｘ軸方向に伸びた短冊状の列電極３３がｙ軸方向に周期的に形成されている。また、装置の上面に形成された封止層３８の上面には、ｙ軸方向に伸びた短冊状の行電極３１がｘ軸方向に周期的に形成されている。列電極３３と行電極３１とは、相互に直交する方向に配列されている。列電極３３のｙアドレスと、行電極３１のｘアドレスを選択することで、選択された両電極間にのみ電圧を印加することができる。

列電極３３の上面と、隣接する列電極３３の間の誘電体層３４の上面上には、疎水性誘電体膜３５が形成されており、その疎水性誘電体膜３５の上には、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１からなる流動性材料が配設されている。第１流動性材料１０と第２流動性材料１１を封止するための封止膜３８が基台３０の上方を覆っている。第１流動性材料１０には油性の高誘電率の液体、第２流動性材料１１には水を用いた。基台３０、誘電体層３４、列電極３３、疎水性誘電体膜３５が、基板に相当し、疎水性誘電体膜３５が基板の上面に相当する。

次、本電磁波制御装置の作用について説明する。ｘアドレスとｙアドレスを選択して、所定の行電極３１と列電極２２に電圧を印加する。すると、疎水性膜３５のうち電圧が印加された領域は、親水性に変化させることかできる。この結果、この親水性に変化した領域には第２流動性材料１１の水が集められ、油性の第１流動性材料１０は、電圧が印加されていない領域に排斥される。これにより、基板の面上に（μ，ε）の平面分布を形成することができる。図１０の（ｂ）に示すように、電圧が印加されていない領域に、第１流動性材料１０が盛り上がり、厚くなる。この結果、この領域の静電容量を大きくすることができる。このような（μ，ε）や静電容量の分布により、入射する電磁波を屈折させたり、反射させたり、放射する電磁波の方向を制御することができる。

次に実施例４の電磁波制御装置について説明する。基板４０の上にＩＴＯから成る透明導電膜である、ｙ軸方向に伸びた短冊状の行電極４３がｘ軸方向に周期的に形成されている。行電極４３の上面には、各ピクセル毎に、リング形状の疎水性膜４２がｙ軸方向に周期的に形成されている。また、装置の上面に形成されたパリレン膜から成る封止層４１の上面には、ｘ軸方向に伸びた短冊状の金薄膜から成る列電極４４がｙ軸方向に周期的に形成されている。封止層４１と行電極４３との間に、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１とが混合された流動性材料が封止されている。１つのピクセルでは、流動性材料は半球状に盛り上がり、封止膜４１と列電極４４とは半球面状となっている。装置全体では、この半球面状の列電極４４と封止膜４１とがｘ軸方向に連続していることになる。

次に、本電磁波制御装置の作用について説明する。列電極４４のｙアドレスと、行電極４３のｘアドレスを選択することで、選択された両電極間にのみ電圧を印加することができる。選択されずに両電極間に電圧が印加されていないセルでは、図１２の（ｂ）に示すように、第１流動性材料１０と第２流動性材料１１とが混合された状態であるので、セルの高さは初期値になっている。一方、選択された列電極４４と行電極４３との間に存在する疎水性膜４２に電界が印加されて、疎水性膜４２は帯電されるので、親水性に変化する。この結果、この変化した膜の近くに第２流動性材料１１が他の電圧が印加されていないセルから引き寄せされるので、第１流動性材料１０を半球の中心軸方向に排斥する。この結果、セルの中心部では、第１流動性材料１０が盛り上がることになり、列電極４１の曲率半径が大きくなる。この列電極４１に電磁波を導波路４５を介して供給することで、放射する電磁波の指向性を制御することができる。

前記全実施例では、電磁波の透過波の屈折角や放射角を制御するものであったが、基板の側面や面から電磁波を入射して電磁波の透過波の屈折角、放射角、反射角を制御するものであっても良い。また、同様に、透磁率や誘電率をの分布を制御することにより、透過、反射する電磁波の大きさを制御することも可能である。場分布発生装置は磁場や電場を発生する装置であり、上記実施例ではマイクロコイル２１及びマイクロコイルに選択的に通電する回路、また、行電極３１、４３、列電極３３、４４や行電極、列電極を選択して電圧を印加する回路から構成されている。

本発明は、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射の方向や大きさを制御する装置に用いることができる。

１…電磁波制御装置
１０…第１流動性材料
１１…第２流動性材料
２０，３０，４０…基台
２２…基板
２１…マイクロコイル
１３，３８，４１…封止膜
２２ａ、２２ｂ…側面
３１，４３…行電極
３３，４４…列電極
３４…誘電体層
３５，４２…疎水性膜

Claims (9)

1. 電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する電磁波制御装置において、
   基板の面上に設けられ、磁場又は電場により吸引力又は斥力を受け、前記基板上で流動可能な第１流動性材料と、磁場又は電場により吸引力も斥力も受けないか、又は、磁場又は電場により前記第１流動性材料に作用する力とは反対向きの力を受ける、前記基板上で流動可能な第２流動性材料とから成る流動性材料と、
   前記流動性材料を流動可能に前記基板の面上に封止する封止部材と、
   前記基板の面上における磁場分布又は電場分布を可変発生させる場分布発生装置と、
   を有し、
   前記場分布発生装置により任意の磁場分布又は電場分布を前記基板の面上に発生させて、その発生された磁場分布又は電場分布に沿って前記第１流動性材料を移動させることにより、電磁波の透過、屈折、反射、放射、又は、入射を制御する
   ことを特徴とする電磁波制御装置。
2. 前記第１流動性材料は磁性粉末を分散させた流体材料又は磁性流体材料であり、前記第２流動性材料は非磁性流体材料であり、前記場分布発生装置は磁場分布を発生させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
3. 前記第１流動性材料は液体金属であり、前記第２流動性材料は誘電体液体であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
4. 前記第１流動性材料は油性材料であり、前記第２流動性材料は親水性材料であり、前記場分布発生装置は前記基板の面上に形成された疎水性膜であって、その膜上に前記流動性材料が配置され、電界の印加により疎水性から親水性に変化する疎水性膜を有し、この疎水性膜に電場分布を発生させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
5. 前記第１流動性材料は電荷の帯電が可能な流動性材料であり、前記第２流動性材料は電荷を帯電しない流動性材料であって、前記場分布発生装置は電場分布を発生させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
6. 前記第１流動性材料は分極の大きな流動性材料であり、前記第２流動性材料は分極が前記第１流動性材料よりも小さな流動性材料であって、前記場分布発生装置は電場分布を発生させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
7. 前記第１流動性材料は正電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であり、前記第２流動性材料は負電荷を荷電した粒子を含む流動性材料であって、前記場分布発生装置は電場分布を発生させる装置であることを特徴とする請求項１に記載の電磁波制御装置。
8. 前記第１流動性材料と前記第２流動性材料とは、それらの誘電率が前記電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載の電磁波制御装置。
9. 前記第１流動性材料と前記第２流動性材料とは、それらの透磁率が前記電磁波に対する影響に差を与える程度に異なっていることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか１項に記載の電磁波制御装置。