JP3917189B2 - ツイスティングボールディスプレイ - Google Patents

Description

参照による取り入れ
下記の米国特許は、参照によりここに完全に取り入れられている。すなわち、米国特許第4,126,854号（シェリドン（Sheridon）、“ツイスティングボールパネルディスプレイ”）；米国特許第4,143,103号（シェリドン（Sheridon）、“ツイスティングボールパネルディスプレイを製造する方法”）；米国特許第5,075,186号（シェリドン（Sheridon）、“プリンティングのために画像状に付着する層”）；米国特許第5,262,098号（クロウレイら（Crowley et al）、“ツイスティングボールディスプレイのための二色ボールを製造する方法および装置”）；米国特許第5,344,594号（シェリドン（Sheridon）、“ツイスティングボールパネルディスプレイのための多色ボールの製造方法”）；および米国特許第5,389,945号（シェリドン（Sheridon）、“ディジタルアドレス指定される紙のような媒体を含む書き込みシステムおよびそのアドレス指定を行うデバイス”）。
発明の背景
１．発明の分野
本発明は、可視ディスプレイに関し、より詳細にはアドレス指定可能な、再使用できる紙のような可視ディスプレイ、およびジャイリコンディスプレイあるいはツイスティングボールディスプレイに関するものである。
２．関連技術の説明
古代以来、紙はテキストおよび画像の表現および表示のための好ましい媒体である。ディスプレイ媒体としての紙の長所は明らかである。例えば、紙は、軽量で、薄く、持ち運びでき、曲げやすく、折り畳みでき、高コントラストで、安価で、比較的丈夫であり、無数の形状に容易に構成される。紙は、少しも電気を使用しないでその表示された画像を保持できる。紙は、周囲光で読むことができ、ペン、鉛筆、絵筆、コンピュータプリンタを含む任意の数の他の器具で書き込むかあるいはマークを付けることができる。
あいにく、紙は実時間ディスプレイ目的に十分適していない。コンピュータ、ビデオ、あるいは他のソースからの実時間映像は直接紙に表示することができなく、陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイあるいは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のような他の手段によって表示されねばならない。一般的には、実時間ディスプレイ媒体は、物理的可撓性や、電源なしに表示画像を安定して保持し得るとういうような紙の望ましい性質の多数を欠いている。
実時間ディスプレイ媒体の性質と紙の望ましい性質とを結合して、双方の領域に最善なものを作製する試みが行われている。電気紙と呼ばれるようなものである。
通常の紙のように、電気紙は、書き込みおよび削除ができ、周囲光で読むことができ、および電界あるいは他の外部保持力がない状態で情報を保持できるのが好ましい。さらに通常の紙のように、電気紙は、軽量で、曲げやすい、永続性のあるシートの形状であるのが好ましい。そうすれば、任意の軸の周りに折り畳むかあるいは巻いて管状の形にすることができ、シャツあるいはコートのポケットに入れ、それから後で回収し、再びまっすぐに伸ばし、ほぼ情報の消失なしに読むことができる。さらに通常の紙と違って、電気紙は、静止画像およびテキストと同様に完全な動きおよび他の実時間の画像を表示するために使用することもできる。したがって、電気紙はコンピュータシステムディスプレイスクリーンあるいはテレビジョンで使用するのに適合できる。
ツイスティングボールディスプレイ、回転ボールディスプレイ、粒子ディスプレイ、双極性粒子光弁等とも呼ばれるジャイリコンディスプレイは電気紙の形を作る技術を提供する。手短に言えば、ジャイリコンディスプレイは、その各々が所望の面を観察者に示すように選択的に回転することができる多数の光学的異方性ボールでできているアドレス可能なディスプレイである。例えば、ジャイリコンディスプレイは、各々が各半球は別個の電気特性（例えば、誘電流体に対してゼータ電位）を有する一方が黒で、他方が白の２つの別個の半球を有する光学的にも電気的にも異方性であるボールを組み込むことができる。白黒ボールは、光学的に透明な材料のシートに埋め込まれる。このシートはエラストマー層のようなものであって、回転楕円面状空洞を含み、可塑剤のような透明な誘電流体が浸透している。流体で満たされている空洞は、ボールがシート内で移動することを防止するために空洞毎に１つのボールを収容する。ボールは、流体で満たされている各々の空洞内で選択的に、例えば電界の印加によって回転できる。その結果、シートの表面を見る観察者に白黒半球のいずれかを表示する。このように、（マトリックスアドレス指定方式によるような）２次元でアドレス可能な電界の印加によって、ボールの白黒の面は表示された画像の画素（例えば、ピクセルあるいはサブピクセル）として表示するようにさせることができる。
典型的なジャイリコンディスプレイ１０は、図１の側面図に示されている（従来技術）。２色ボール１１は、ボールが自由に回転できる空洞１３を形成する誘電流体によって膨張されるエラストマー基板１２に配置される。ボール１１は、流体がある場合、電気的に双極性であるので、マトリックスアドレス可能な電極１４ａ、１４ｂによるような電界の印加で容易に回転する。観察面１５に最も接近している電極１４ａは透明であることが好ましい。観察者Ｉは、基板１２の観察面１５にその白黒面（半球）をさらすように回転されるようなボール１１の白黒パターンによって形成される画像を見る。
ジャイリコンディスプレイ技術は、先に参照により取り入れられた特許にさらに詳細に記載されている。特に、米国特許第5,389,945号（シェリドン（Sheridon）、“ディジタルアドレス指定される紙のような媒体を含む書き込みシステムおよびそのアドレス指定デバイス”）は、ＣＲＴ、ＬＣＤあるいは他の従来の表示媒体にない、柔軟性を有し、電力がない場合に表示画像を安定して保持し得るような望ましい紙の性質の多くを有するジャイリコンディスプレイを製造することができることを示している。紙のようなものでなく、例えば、フラットパネルディスプレイに使用される剛性ディスプレイスクリーンの形状のジャイリコンディスプレイも製造できる。
一般的には、公知のジャイリコンディスプレイは、一方の半球が黒であり、他方の半球が白である２色ボールでできている。他の種類のボールも公知である。例えば、米国特許第4,261,653号（グッドリッチ（Goodrich））には多層ボールについて記載されている。この多層ボールは少なくとも一部がガラスから作られていて、その使用は高周波電界を必要とするアドレス指定方式によって決定される。
ジャイリコンディスプレイは電気紙の目的の方への重要なステップを示しているけれども、進むにはなお長い道程がある。例えば、白黒ボールで構成されているジャイリコンディスプレイは多色画像を表示できない。他の例として、周囲反射光で作動するように設計されているジャイリコンディスプレイは、投影ディスプレイあるいは透過ディスプレイを実現できない。必要とされているのは、ディスプレイ機能のより完全な範囲を提供でき、特にカラー投影イメージングおよび透過イメージングを提供できる最新のジャイリコンディスプレイ技術である。
発明の概要
本発明は補助光学構造を備えているジャイリコンあるいは回転粒子ディスプレイを提供する。より詳細には、本発明の一態様において、光透過窓を有する基板と、基板に配置された複数の粒子と、前記光透過窓に光学的に結合されている光集束要素とを備えている装置が提供されている。各粒子は電気双極子モーメントを与える異方性を有し、粒子の電気双極子モーメントが生じている間に、粒子が電界中に回転可能に配置されている場合、粒子は電気双極子モーメントが電界と整列する向きに回転する傾向があるように、電気双極子モーメントは粒子を電気的に応答させる。各粒子の回転可能な配置は、粒子が基板にこのように配置されている間達成可能である。すなわち、粒子がこの回転可能な配置にある場合、粒子は基板に付着していない。各粒子は、基板に回転可能なように配置される場合、光透過窓に対して第１および第２の配向で配置可能である。各粒子は、窓を通る光エネルギーの光束に対して前記第１の配向で配置される場合、第１の光変調特性を生じ、窓を通る光エネルギーの光束に対して前記第２の配向で配置される場合、第２の光変調特性をさらに生じる。集束素子は光屈折性であってもよい。例えば、集束素子は、マイクロレンズの“ハエの眼”のような集束レンズのアレイを有していてもよい。この場合、粒子を、レンズアレイと位置合せされているアレイ中に配置することができる。
本発明は、ディスプレイ中で、各回転可能な粒子（例えば、球状ボール）がレンズとして機能するジャイリコンディスプレイあるいは回転粒子ディスプレイを提供する。より詳細には、本発明の一態様において、第１の屈折率を有する光透過性誘電流体と、該流体中に回転可能に配置されている光学的異方性粒子との組み合わせを提供する。この粒子は第２の屈折率を有する光透過性領域を少なくとも１つ有する。この粒子は、流体中に、窓を通る光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置される場合、第１の光変調特性を生じ、流体中に、窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置される場合、第２の光変調特性をさらに生じる。粒子は、電気双極子モーメントを与える異方性を有し、粒子の電気双極子モーメントが提供されている間に粒子が電界に回転できるように配置されている場合、粒子は電気双極子モーメントが電界と整列する向きに回転する傾向があるように、電気双極子モーメントは粒子を電気的に応答させる。例えば、流体の粒子の配置は粒子の電気双極子モーメントを生じることができる。
本発明は、“エッグクレート（eggcrate）”基板を有するジャイリコンディスプレイあるいは回転粒子ディスプレイを提供する。より詳細には、本発明の一態様において、複数の空洞を有する空洞を含むマトリックスを有する基板を備えている装置が提供されている。前記複数の空洞は、ほぼマトリックスの単一層に配置され、ほぼ幾何学的に規則的なパターンでマトリックス内に配置されている。複数の光学的異方性の粒子が、基板の複数の空洞に配置さていて、各空洞は複数の光学的異方性粒子のうち高々１つを含んでいる。各粒子の回転可能な配置は、前記粒子がこのように基板に配置されている間、達成可能である。すなわち、粒子は、前記回転可能な配置にある場合、基板に付着していない。各粒子は、例えば、電気双極子モーメントを与える異方性を有することができ、粒子の電気双極子モーメントが与えられている間に粒子が電界に回転できるように配置されている場合、粒子は電気双極子モーメントが電界と整列する向きに回転する傾向があるように、電気双極子モーメントは粒子を電気的に応答させる。さらに、各粒子は、粒子の光学的異方性を生じる複数の要素領域を有することができ、この領域は第１の光変調特性を有する第１の領域と、第２の光変調特性を有する第２の領域とを含んでいる。空洞の単一層はほぼ平面であってもよいし、空洞の幾何学的パターンは、層の面に、六角形、矩形、あるいは偏菱形のアレイパターンのような２次元アレイパターンであってもよい。基板は第１および第２の部材をさらに含んでいてもよい。これらの部材を前記マトリックスを挟持するように配置させることができ、部材の中の少なくとも１つは、光エネルギーの光束が粒子に入射するように通過できる光透過窓を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
図１は、従来技術の典型的な白黒ジャイリコンディスプレイの断面側面図である。
図２は、本発明の典型的なジャイリコンディスプレイの断面側面図である。
図３は、空気中の球状レンズボールによる光の屈折を示している。
図４Ａは、流体で満たされているエラストマーの空洞の中の球状レンズボールによる光の屈折を示している。
図４Ｂは、集束レンズがある場合の流体の中の球状レンズボールによる光の屈折を示している。
図５Ａ〜図５Ｂは、入射光束に対して２つの異なる回転配向にある開口マスクを有する単一の球状レンズボールの拡大側面図を示している。
図６は、開口マスクを有する単一の球状レンズボールの拡大端面図を示している。
図７Ａ〜図７Ｂは、入射光束に対する２つの異なる回転配向の開口絞りを有する単一の球状レンズボールの拡大側面図を示している。
図８は、開口絞りを有する単一の球状レンズボールの拡大端面図を示している。
図９は、球状レンズボールのための開口マスクあるいは開口絞りを形成するための製造アセンブリの一部を示している。
図１０は、球状レンズボール上の蒸着（薄膜）保護膜を示している。
図１１Ａ〜図１１Ｂは、側面図および頭上図のそれぞれの“ハエの眼”レンズアレイを示している。
図１２Ａ〜図１２Ｂは、側面図および３Ｄ切断図のそれぞれの“エッグクレート”基板の一部を示し、図１２Ｃは、いかにボールがエッグクレートに配置されているかを示している。
図１３は、エッグクレート基板を製造する際に使用されるフォトマスクを概略的に示している。
図１４は、製造中の部分的に完成されたエッグクレート基板構造の一部を示している。図１５Ａ〜図１５Ｂは、製造の最終工程のエッグクレートの側面図および平面図のそれぞれを示している。
図１６は、本発明の透過ジャイリコンディスプレイデバイスを組み込む光学的投影システムの概略図である。
図１７Ａは、サブピクセルパターンの赤色、緑色、および青色の球状レンズボールの配置を概略的に示している。
図１７Ｂは、エッグクレート基板を製造するために使用されるフォトマスクの一部を示している。
図１７Ｃは、図１７Ｂのマスクの修正画像を示している。
図１７Ｄは、図１７Ｃの修正画像から形成された金属スクリーンを示している。
図１８は、そのシアン、マゼンタ、および黄色の成分単位を示すために部分的に分解されているＣＭＹ（シアン-マゼンタ-黄色）減法混色ディスプレイの側面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明は、特に透過イメージングに十分適している新しい種類のジャイリコンディスプレイを提供する。従来技術の２色ボールジャイリコンディスプレイは、、画像形成表面の断面の光反射率を変えることによってディスプレイが光を変調する周囲光弁として、あるいは反射モードでの使用に制限されているのに対して、本発明は光透過あるいは投影モードで機能し、画像のような方法で画像形成表面を通る光の通過を透過あるいは弱めるように設計される。
一般的には、記載されている実施例において、本発明は以下の３つの要素を含んでいる。すなわち、
（１）開口マスクあるいは開口絞りを有する球状レンズのような回転可能なレンズイメージング要素のアレイ、
（２）集束レンズの“ハエの眼”アレイのような回転可能なレンズとともに集束光を手助けるために使用される補助光学構造、
（３）回転可能なレンズイメージング要素をアレイ内に正確に配置するのを確実にするのを助け、それによって補助光学構造アレイのレンズと、イメージング要素アレイとの正確な整列（すなわち、位置決め）を容易にするのに役立つエッグクレート基板。
下記に続く議論に興味を起こさせるには、議論を図２に示されるような一実施例における本発明のディスプレイの例の説明から始めるのが役立つだろう。ディスプレイ２０は、いくつかの点で、図１に示されている公知のジャイリコンディスプレイ１０（従来技術）と同様である。特に、ディスプレイ２０は、基板２２内の流体で満たされている空洞２３中に回転可能に配置されている球状ボール２１を有し、ボール２１はそのそれぞれの空洞内で回転可能である。ボール２１の各々は光学的異方性である。さらに、ボール２１の各々は、流体がある場合、電気双極性であるので、マトリックスアドレス可能な電極２４ａ、２４ｂによるような電界の印加で回転を余儀なくされている。
しかしながら、本発明のディスプレイのイメージング要素は、前述のジャイリコンディスプレイにあるイメージング要素（例えば、ディスプレイ１０の２色ボール１１）とは全く異なる。ディスプレイ２０のイメージング要素は回転可能な球状レンズである。ディスプレイ２０のボール２１の各々は小さなレンズの役目を果たすので、入射光を集束するために使用できる。後述されるように、使用されるレンズの種類に応じて、異なる光学的効果を得ることができる。例えば、開口マスクタイプのレンズが使用されるならば、各ボールは、ボールが入射光を集束し、透過する第１の配向およびボールが入射光を阻止する第２の配向にも回転できる。
相互に、ボール２１によって与えられるレンズアレイは画像を形成するために使用できる。例えば（およびもう一度開口マスクタイプのボールと仮定して）、ボール２１ａのようなボールは、基板２２の光進入面２５に、および平行光のビームのようにここで示されている光源Ｌから来る光の方にその透過面を示すように回転する。これらのボール２１ａはＬからの入射光を集束するので、光は光出口面２６から出る。光源Ｌとボール２１との間に配置されている集束レンズのアレイ２７としてここに示されている補助光学構造は後述されるように光が正確に集束されるのに役立つ。ボール２１ｂのようなボールは、基板２２の光進入面２５の方へその非透過面を示すように回転する。アレイ２７を介してこれらボールに当たる光源Ｌからの光は、その表面で（開口マスク材料の選択に応じて）吸収あるいは反射され得るが、いずれにしてもブロックされ、透過されない。ボール２１によって集束され、透過された光パターンの画像は、例えば投影レンズ２８を通る透過光が観察スクリーン２９上に投影されることによって形成され得る。投影画像は、次々に、好適に位置する観察者Ｉによって観察され得る。
アドレス指定電極２４ａ、２４ｂの双方は透明である。例えば、これらの電極はインジウム／すず酸化物（ＩＴＯ）から作ることができる。光進入に最も接近している電極２４ａは、示されているように光進入面２５に隣接するか、あるいは光進入面２５上のコーティングとして配置されているので、この電極はできるだけボール２１に接近しており、したがって必要な駆動電圧を最少にすることができる。
ディスプレイ２０の基板２２は予め形成された空洞の規則的なパターンを有するエッグクレート基板である。その構造およびその製造の双方において、基板２２は公知のディスプレイ１０の基板１２と異なる。基板１２は、ボール１１の周りに形成される球状空洞１３を有する。すなわち、最初に、ボール１１は基板１２に埋め込まれ、それから誘電流体が基板に埋め込まれ、基板１２を膨張させるので、空洞１３はボール１１が埋め込まれている所はどこにでも形成する。それに反して、ディスプレイ２０の基板２２において、空洞２３は全部あるいは一部が予め形成され、それからボール２１が後述される方法で空洞の中に配置される。換言すると、他の方法に代えて、空洞２３は最初に形成され、ボール２１は、空洞が形成されている所どこにでも落ちつく。
基板２２のエッグクレート構造の規則性は、ボール２１が高度に規則的な方法で配置されることを確実にする。これはディスプレイ２０の製造を容易にする。何故ならば、ボール２１の各々を通して正確に光が集束されるためにボール２１のアレイに対して補助光学レンズアレイ２７を配置（すなわち位置決め）することは、ボール２１が高度に規則的に整列されていない場合よりも格段に容易であるからである。
説明の残りは下記のように構成される。最初に、球状レンズの光学について説明する。それから本発明のディスプレイの回転可能なレンズ、補助光学構造、およびエッグクレート基板要素をより詳細に説明する。その後、本発明の実施例をいくつか示し、特にいかに本発明の技術がモノクロディスプレイおよびカラーディスプレイを製造するために使用することができるか示す。最後に、本発明の技術のいくつかの変形および拡張について説明する。
球状レンズ光学の論文
本発明の回転可能なレンズは、ガラス、プラスチック、あるいはエポキシ球体のような透明球体から形成できる。透明球体は、球体が配置されている媒体に依存する光学屈折特性を有する。特に、球体が球体を囲んでいる媒体の屈折率よりも大きい屈折率を有する材料で作られているならば、球体は集束レンズの役目を果たす。
図３および図４Ａ〜図４Ｂはこの原理を示している。これらの図の各々において、光線ａおよびｂによって示される平行光源（図示せず）からの平行光は、半径ｒを有する透明球体ボール３０に入射する。スミスおよびトムソン（F.G.Smith and J.H.Thompson，Optics，London：John Wiley & Sons Ltd,1971,p.98）の論法に従うと、ボール３０による光の屈折を示すための式は、下記のように記述できる。
−ｎ₁/Ｌ₁＋ｎ₂/Ｌ₂＝（ｎ₂−ｎ₁）/ｒ ［１］
ここで、Ｌ₁はオブジェクト距離、Ｌ₂は画像距離、ｎ₁はボール外部の媒体の屈折率であり、ｎ₂はボール材料の屈折率である。ボール３０の外部の媒体が空気であると仮定するとｎ₁＝１．０となる。さらに、ボール３０が屈折率ｎ₂が約１．９であるガラスから作られていると仮定すると、上記の式［１］は下記のようになる。
１．９/Ｌ₂＝０．９/ｒ ［２］
この式は、入射光が平行であるので、Ｌ₁を無限とみなして導かれた式である。下記式が得られる。
Ｌ₂＝２．１ｒ ［３］
式［３］は、長距離からの入射光はボール３０の壁のスポットにほとんど集束していることを示している。このことは、図３に示されている。図３の入射光の反射された一部は、入射光の光路をほとんど正確に後戻りして、光源の方へ戻る方向へ伝搬していく光の平行ビームとしてボールを離れる。これらの条件の下で、ボール３０はほとんど完全な再帰反射体であり、この事実は主要道路標識および道路標識で幅広く利用されている。
このように、ボール３０のような透明ボールはレンズのような構造である。このような球状レンズボールが、電気双極性を有するようにすれば、これらの球状レンズは、電界の印加によって回転させることができる。特に、ボールの表面を相互に異なる電気泳動特性を有する材料で非対称に被覆すれば、誘電流体がある場合、ボールの表面は電気双極子モーメントを得ることができる。
しかしながら、流体の存在は球状レンズの屈折特性に影響を及ぼす。例えば、ボール３０の外部の媒体が屈折率ｎ₁が約１．４である誘電材料であるならば、平行入射光に関して、式［１］が下記のようになる。
１．９/Ｌ₂＝０．５/ｒ ［２′］
すなわちおよそ下記のようになる。
Ｌ₂＝３．８ｒ ［３′］
式［３′］は、大きな距離からの入射光がボール３０の後部壁の完全に後ろのある点に集束することを示している。このことは、図４Ａに示されている。ボール３０はエラストマー３２の流体が満たされている空洞３３に配置されいる。流体（図示せず）は、例えば、空洞３３を形成するためにエラストマー３２を膨らませる可塑化オイルであってもよい。エラストマー３２および流体の双方は、同じ屈折率、一般的には約１．４を有すると仮定される。
図４Ｂは、エラストマー（図示せず）中の誘電流体（も図示せず）に浸されると仮定して、球状レンズボール４０を示している。薄い平凸レンズ３９のような集束レンズは、平行入射光（ここで、光線ａおよびｂによって示される）とボール４０との間にある。レンズ３９は、入射光の平行ビームを集束ビームに集束するように機能する。それから、ビームは、ボール４０によって、図示されるように入射光の反対側に位置するボール４０の壁上の焦点４５にさらに集束される。光が正確に集束されることを確実にするために、レンズ３９の曲率半径Ｒに対しておよびレンズ３９およびボール４０を隔てる距離ｄに対しても所定の条件が成り立っていなければならない。尚、ｄはボール４０の最も近い点から測定される。式［１］を使用し、Ｌ₂＝２ｒ（例えば）と設定すると、結果としてレンズ３９は焦点距離Ｌ₁＝３．１１ｒを有しなければならないので、その焦点距離はボール４０の完全に背後にある。
ｄ＝３．８Ｒ−３．１１ｒ ［４］
であるならば、この条件が満たされる。
図４Ｂにおいて、式［４］が満たされている。レンズ３９をボール４０からさらに離れた所に配置する（すなわち、距離ｄを増加させる）ことによって、入射光はボールの近くの壁に集束される。すなわち、この他の配置はいくつかの場合に役に立つこともある。
要するに、球状レンズボールを通過する光線は、ボールの屈折率によっておよび周囲媒体の屈折率によっても決定される点に集束する。ジャイリコンディスプレイの場合、周囲媒体は一般的には誘電液体である。ボールは高い屈折率を有し、液体は低い屈折率を有する。そうであっても、ボールの丁度表面で可能な限り鋭い集束を得るためには、外部集束アレイあるいは他の補助光学構造が必要である。
光学的な双極性球状レンズ
本発明によれば、球状レンズボールは、光双極性および電気双極性であるように作ることができ、ジャイリコンディスプレイは、複数のこのような双極性ボールのアレイから構成することができる。双極性球状レンズを製造する２つの方法について説明する。すなわち、開口マスクおよび開口絞りである。開口マスクは図５Ａ〜図５Ｂおよび図６に示されている。開口絞りは図７Ａ〜図７Ｂおよび図８に示されている。
図５Ａ〜図５Ｂおよび図６において、ボール５０は透明球体で、中央ピンホール開口、すなわち瞳孔５２を有している。透明球体は、半球コーティング（部）あるいは部分的半球コーティング（部）５１によって部分的に被覆されている。ボール５０は、ジャイリコンディスプレイの一部であってもよく、図５Ａ〜図５Ｂおよび図６に示されているように、流体で満たされている空洞５３に配置される。図５Ａ〜図５Ｂはボール５０の拡大側面図を示し、図６はボール５０の被覆部の拡大端面図を示している。
図５Ａ〜図５Ｂには、光線ａおよびｂによって示されるような平行光源（図示せず）からの入射平行光を集束する集束レンズ４４が存在していて、ボール５０が図５Ａに示されるように配向するならば、ボール５０を通過する光線はボール５０の後ろ、したがって開口５２に集束するようになっている。レンズ４４が必要とされるのは、ボール５０の屈折率および空洞５３を満たしている流体の屈折率が、上記に示された屈折の等式に基づく値となるようにであり、さもないと、入射光はボール５０の後方の焦点に向けられ、開口５２に正確に集束しなくなるからである。開口マスクを有するボール５０のような複数の球状レンズボールのアレイを含むジャイリコンディスプレイの場合、集束レンズ４４は、補助光学構造として役立つレンズのアレイの一部であってもよい。
その中央開口５２を有するコーティング５１は開口マスクとしての機能を果たす。例えば、コーティング５１が不透明であるならば、ボール５０が入射光に対して図５Ａの図示された向きにある場合、入射光は開口５２を介してボール５０を通過できる。しかしながら、ボール５０が１８０°回転すると、図５Ｂに示されるように、入射光に対して反対の向きになり、入射光のほとんど全ては不透明マスクに当たる。非常に少量の光だけが開口５２を通過し、残りの光は、コーティング５１を製造するために使用される材料に応じて、例えば、吸収あるいは反射される。
他の例として、コーティング５１が透明色であるならば、ボール５０が入射光に対して図５Ａで図示された向きにある場合、入射光は開口５２を介してボール５０を通過できる。しかしながら、ボール５０１８０°回転すると、図５Ｂに示されるように、入射光に対して反対の向きになり、入射光のほとんど全ては透明色マスクに当たる。非常に少量の光だけが開口５２を通過し、残りの光は、コーティング５１を製造するのに使用されている材料に応じて、例えば、カラーフィルタリングされる。このように、例えば、白色光がボール５０を照らすとともに、コーティング５１が透明な赤色であるならば、ボール５０から出現する透過光は、（ボール５０が図５Ａに示されるように配向する場合）白色あるいは（ボール５０が図５Ｂに示されるように配向する場合）赤色のいずれにもなり得る。
図７Ａ〜図７Ｂおよび図８において、ボール７０はその表面上にカラードット７２を有する透明な球体である。ボール７０はジャイリコンディスプレイの一部であってもよく、流体で満たされている空洞７３に配置されているように図７Ａ〜図７Ｂおよび図８に示されている。図７Ａ〜図７Ｂは、ボール７０の拡大側面図を示し、図８は、ドット７２を有するボール７０の一部の拡大端面図を示している。
図７においても、光線ａおよびｂによって示されるような平行光源（図示せず）からの入射平行光を集束する集束レンズ６４が存在していて、ボール７０が図７Ａに示されるように配向するならば、ボール７０を通過する光線はボール７０の後ろ、したがってドット７２に集束するようになっている。レンズ６４が必要とされるのは、ボール７０の屈折率および空洞７３を満たしている流体の屈折率が、上記に示された屈折の等式に基づく値となるためであり、さもなければ、入射光がボール７０の後方の焦点に向けられ、ドット７２に正確に集束しなくなる。開口マスクを有するボール７０のような複数の球状レンズボールのアレイを含むジャイリコンディスプレイの場合、レンズ６４は補助光学構造として役立つレンズのアレイの一部であってもよい。
表面ドット７２は開口絞りとしての機能を果たす。例えば、ドット７２が不透明であるならば、ボール７０が入射光に対して図７で図示されている配向である場合、入射光はドット７２に集束されるので、ボール７０を通過することを阻止される。ドット７２に当たる光は、ドット７２を製造するために使用されている材料に応じて、例えば、ドット７２によって吸収されるかあるいは再帰反射され光源に戻される。しかしながら、ボール７０が１８０°回転して、図７Ｂに示されるように、入射光に対して反対の向きになる場合、入射光のほとんど全てはボール７０を通過し、非常に少量の光だけがドット７２によって阻止される。
他の例として、ドット７２が透明色であるならば、ボール７０が入射光に対して図７Ａで図示されている配向にあるならば、入射光はドット７２に集束されるので、ボール７０を通過することによってカラーフィルタリングされる。しかしながら、ボール７０が１８０°回転して、図７Ｂに示されるように、入射光に対して反対の向きになる場合、入射光のほとんど全てはボール７０を通過し、非常に少量の光だけがドット７２によってフィルタリングされる。このように、例えば、白色光がボール７０を照らすとともに、ドット７２が透明な赤色であるならば、ボール７０から出現する透過光は、（ボール７０が図７Ａに示されるように配向する場合）赤色あるいは（ボール７０が図７Ｂに示されるように配向する場合）白色のいずれにもなり得る。
ボール５０および７０は、例えば、フェロコーポレーション（Ferro Corporation）のカタフォート（Cataphote）事業部（オハイオ州クリーブランド）から入手できるような１．９１の屈折率を有するガラス微小球体であってもよい。ボール直径は一般的には１０ミクロンである。ボールの周囲の空洞を満たしている流体は、例えば、約１．４の屈折率を有するＩＳＯＰＡＲＬであってもよい。
ピンホール開口５２は、一般的には約０．５ミクロンオーダーの直径を有する。その小さい直径のために、ピンホール開口５２は、コーティング５１の面積の極わずかな部分（例えば、コーティング５１が完全な半球であるならば約０．２５％）だけとなっている。したがって、ボール５０がその光阻止の配向にある場合の開口５２を通る光の漏れば、極わずかであり、本発明のディスプレイによって得ることができる高コントラスト比に著しい影響を及ぼすものではない。同様に、ドット７２は、一般的には約０．５ミクロンオーダーの直径を有しているので、ドット７２が位置するボール７０の表面積の極わずかな部分だけとなっている。したがって、ボール７０が光透過の配向にある場合、ドット７２による光の阻止は極わずかであり、本発明のディスプレイによって得ることができる高コントラスト比に著しい影響を及ぼさない。
ボール５０およびボール７０のようなボールからジャイリコンディスプレイを製造するために、ボールは電気双極性に製造されなければならなく、電気双極子モーメントおよび光双極子モーメントが整列しているのが好ましい。ボール５０に関しては、コーティング５１が所望の電気双極子モーメントを形成するのに役立つ。コーティング５１は非導電性であり、ボール５０を製造するのに使用される透明材料とは著しく異なる電気泳動的挙動をするのが好ましい。ボール５０の表面および半球コーティング５１の材料の電気泳動挙動の違いは、空洞５３を満たしている作動流体のような誘電流体がある場合、（例えば、誘電流体と接触するゼータ電位の差により）電気双極子モーメントを形成する。ボール７０に関しては、透明非導電性コーティング（図７Ａ〜図７Ｂおよび図８に示されていない）は、ボール７０の１つの半球の表面の全てあるいは一部、例えば、ドット７２を含む半球の表面に供給することができる。透明コーティングは、ボール７０の透明材料とは異なる電気泳動挙動を有し、これは、空洞７３を満たす作動流体のような誘電流体がある場合、電気双極子モーメントを形成する。
このように電気双極性を有するように作製されているボールを備えていると、ボールは、前述のジャイリコンディスプレイを熟知している方法と同様な方法で、その電気双極子モーメントを印加電界と整列させるために、電界の印加によって回転するようにすることができる。したがって、本発明によれば、ボール５０および７０のようなボールは、ジャイリコンディスプレイに用いられるイメージング要素として（レンズ４４および６４のような）集束レンズとともに使用することができる。このような光双極性の球体レンズボールから構成されるジャイリコンディスプレイの例については後述する。
開口マスクおよび開口絞りの製造
コーティング５１およびドット７２に用いる非導電性コーティング材料は、ボール７０に用いられる透明非導電性コーティングと同様、種々の技術のいずれかによってボール５０および７０のそれぞれに供給される。次に、フォトレジストを使用するいくつかの典型的な製造技術は図９〜図１０に関して説明される。
図９は、球体レンズボールのための開口マスクあるいは開口絞りを製造するための製造アセンブリの一部を示している。製造チャンバ９０は、穴９３を有するベースプレート９２と、ベースプレート９２とは反対側にある窓９６とを備えている。例えば、プレート９２は、エッチングされる穴９３を有する金属で作ることができる。チャンバ９０は、透明ボール９１を収容したり、除去するために、開くことができるようになっていてもよい（図示せず）。例えば、チャンバ９０の内部にアクセスするのを妨げないように、窓９６が動いたり、あるいはスライドできるように形成することができる。
製造中、一定の直径の透明ボール９１の単一層は、図示されるように、穴９３の各々に１つボールが位置していて、プレート９２上に形成される。単一層を形成するために、ボール９１を、プレート９２の表面上のチャンバ９０の中に入れ、それからプレート９２（もしくは、チャンバ９０の全体）を、ボールが穴の中に落ち着くように撹拌する。穴９３は、円形であり、ボール９１の一定の直径よりも小さい一定の直径となっている。したがって、ボール９１は相当する表面積を有する部分的な半球部分を、穴９３の中に突き出して、穴９３の中に静止している。チャンバ９０は、側壁（図示せず）を有し、一旦ボール９１が穴９３の中に入れられると、効果的に密封されると仮定される。
ボール９１の単一層がプレート９２上の所定の場所に形成された後、ボール９１は、フォトレジストで部分的に被覆される。フォトレジストは、例えば、チャンバ９０の外部に置かれた発生源９８から生じる細かいエアロゾル（例えば、ミストあるいはスプレー）によってボール９１に塗布することができる。発生源９８からのフォトレジストは、穴９３を通って露出されているボール９１の部分半球を被覆するが、チャンバ９０の内部に入らないので、チャンバ９０の内部の方へ面するボール９１の一部を被覆しない。（換言すると、フォトレジストエアロゾルは、穴９３の中に突き出るボール９１の一部だけに塗布される。）このように、部分的な半球コーティングは穴９３の周辺のボール上に形成される。それから、塗布されたフォトレジストは乾燥することが可能にされる。
フォトレジスト開口マスクを製造する場合、穴９３の周辺のボール上に形成されているコーティングは、マスクカバレージエリアを最大にし、ボールを通る望まれていない光の漏れを最少にするために、できるだけ全半球となるようにするのが好ましい。したがって、穴９３は、穴９３を通して落ちない程度に、ボール９１とできるだけ一致している直径となるように形成される。すなわち、穴９３の直径はボール９１の直径よりもほんのわずかに小さいので、ボール９１は最大限穴９３を通って突き出る。（図１０を参照して後述するように、蒸着にネガティブとして使用してフォトレジスト開口絞りを製造する場合、同じ知見が適用される。）
フォトレジストが乾燥した後、平行光源９５からの光のビームは窓９６を通ってボール９１の方へ向けられる。好ましくは、光源９５からの光は、フォトレジストに対して化学線作用のある光である。すなわち、一般的には紫外線が使用される。窓９６は、化学線に対して透明な材料で作られている。すなわち、例えば、紫外線が使用されるならば、窓９６は石英で製造することができる。
ここで、光線ａおよびｂによって示された光ビームは、ボール９１の球体表面に到着するまでに、窓９６およびボール９１を囲む空気あるいは真空を通過する。そこで、光ビームが前述のように屈折させられ、すなわち、特に、式［３］が成立すると、各ボールに対して、入射光ビームはほぼボールの後部壁にある単一スポットに集束される。例えば、ボール９１ａに関しては、光はほぼスポット９９に集束する。任意には、および図示されるように、集束は、入射ビームを遮断し、入射ビームを平行ビームから適当に集中的なビームに変える集束レンズ８９の使用によって補正される。
次に生じることは、ボールを被覆するために使用したフォトレジストが、ポジ型（光溶解性）であるのか、ネガ型（耐光溶解性）であるのかに依存する。すなわち、
・ 開口絞りを形成するためには、ネガ型フォトレジストが使用される。化学線の集束ビームに対してネガフォトレジストを露光すると、フォトレジストの露光部分が硬化する。このようにフォトレジストの単一スポットだけが硬化し、残りは硬化しない。単一スポットは開口絞りに対応する。
・ 開口マスクを形成するためには、ポジ型フォトレジストが使用される。集束光ビームに対してポジ型フォトレジストを露光すると、露光部分が軟化すると同時に、フォトレジストの露光されない部分は硬化したままである。このように、部分的な半球マスクは、未硬化のままである単一スポットだけを有するボール上に形成される。単一スポットはマスクの瞳孔あるいはピンホール開口に対応する。
ポジ型であろうとネガ型であろうと、フォトレジストは高γフォトレジストであるのが好ましい。そのようなフォトレジストは、焦点に集束する強い集束光がある場合と、未集束光あるいは散乱光がある場合とでその挙動が大きく異なる。したがって、開口絞りあるいは開口マスク（場合に応じて）は他のフォトレジストよりも非常に早く硬化する。
フォトレジストがビームによって露光された後、フォトレジストの現像液がボール９１に塗布される。例えば、現像液は、チャンバ９０の外部の発生源から穴９３を通してボール上に（フォトレジストエアゾールが発生源９８から予め塗布される方法と同様に）スプレーすることができる。現像液は、一般的には、ＮａＯＨのような高ｐＨの水性薬品溶液である。現像液はいかなる非硬化フォトレジストも取り除く。このように、開口絞りの場合、現像液によって、フォトレジストが硬化している中央スポットのフォトレジストを除いてフォトレジストが取り除かれる。開口マスクの場合、現像液によって、フォトレジストが硬化していない中央スポットだけのフォトレジストが取り除かれる。現像が完了した後、ボールが水で洗い落とされ、チャンバ９０から取り除かれる。
ここまでで、フォトレジスト開口絞りあるいはフォトレジスト開口マスクのコーティングを有する球体レンズボールが製造される。フォトレジストコーティングは、フォトレジストのために一般的に使用される光重合体の多くは透明材料である。開口マスクあるいは絞りは、染料のような着色剤を添加することによって、あるいは薄い蒸着層を付加することによって、ジャイリコンディスプレイで使用するのにより好適なものとすることができる。
染料は、前述のフォトレジストへの露光および現像が完了した後、最終工程として開口マスクあるいは絞りに添加することができる。ボールを、チャンバ９０から取り除き、その組成がフォトレジストによって吸収されるようになっている染料に浸す。開口マスクの場合、染料は一般的には不透明である（例えば、光吸収体あるいは光反射体）。開口絞りの場合、染料は（モノクロディスプレイに関しては）不透明であってもよいし、あるいは（図１８を参照として後述される減法混色カラーディスプレイのカラーフィルタに関しては）透明カラーであってもよい。
それとは別に、染料の化学的組成がフォトレジスト露光および現像処理を妨げるものでないならば、染料は、フォトレジストをボール９１に塗布する前に、事前にフォトレジストに添加することができる。
蒸着フィルムは、前述のフォトレジストへの露光および現像が完了後に、不透明開口マスクあるいは反射開口絞りを製造するために、最終工程として、ボール９１に付着させることができる。ボール９１は穴９３にとどまっている間に、発生源９８からフォトレジストを塗布した前述の方法と同様な方法で、気化物質をチャンバ９０の外部の発生源から穴９３を通じてボール９１上に付着される。気化材料の薄膜は、穴９３を通って露出されるボール９１の部分半球をこのように被覆するが、チャンバ９０の内部に入らないので、チャンバ９０の内部の方へ面するボール９１の一部を被覆しない。付着される薄膜は、フォトレジストで予め被覆されたボール９１の一部を含む穴９３を通って露出される半球の全てを被覆する。これは、ボール９１ｂの拡大図である図１０に示されていて、ボール９１ｂは、開口マスクの形をとるフォトレジストコーティング１００と、その上を被覆している薄層１０２を有している。ボール９１ｂが、穴９３ｂを介して発生源９８’からの蒸気に露出しているプレート９２の一部も示されている。発生源９８′およびチャンバ９０は、フィルム付着を容易にするためにより大きな真空室（図示せず）内に配置することができる。
フィルム１０２を形成するために使用される材料は、例えば、インジウムおよびフッ化マグネシウムを共に付着することによって形成される不透明非導電性材料であってもよい。開口絞りの場合、クロムのような金属性フィルムであってもよい。開口マスクに金属性フィルムを使用するのは好ましくない。なぜなら、このようなフィルムによって与えられる大きな導電性領域は、ボールの双極子モーメントの形成を妨害し得るので、その結果、ボールの回転を妨害するからである。
一旦フィルム１０２でフォトレジストを覆った後、ボール９１をチャンバ９０から取り除き、フォトレジスト除去溶液に浸す。除去溶液は、小さい細穴を通ってフィルム１０２に浸透し、フォトレジストの下部に到達する。そこでフォトレジストの上にあるフィルム１０２を破りながら、フォトレジストを可塑化し、最後にはフォトレジストを溶解する。これによって、フォトレジストおよびフィルムの両方を除去溶液によって洗い去る。しかしながら、フォトレジストによってアンダーコーティングを施されていない領域では、フィルムはそのままになっている。したがって、ボール上のフォトレジストコーティングは、フォトレジスト除去溶液によって薄膜“ポジ”に“現像”される“ネガ”の役目を効果的に果たす。すなわち、詳細には、（図１０に示されるように）フォトレジスト開口マスクコーティングは薄膜開口絞りを有する球状レンズを生じ、フォトレジスト開口絞りコーティングは薄膜開口マスクを有する球状レンズを生じる。
次に、開口絞り球状レンズボールに透明非導電性コーティングを形成する方法について説明する。再びチャンバ９０を用いる。このコーティングは、ボール９１の単一層をプレート９２上の、所定の位置に形成した後であるが、フォトレジストコーティングが発生源９８から塗布される以前に施される。フッ化マグネシウムのような適当なコーティング材料は穴９３を通して瞬間蒸発され、ボール９１の露出部分をそれで被覆する。それから、フォトレジストへの露光および現像の工程を前述のように実行することができる。この場合、各ボールの透明コーティングは開口絞りと同じボールの側にある。
あるいは、コーティング材料を、チャンバ９０内で瞬間蒸発し、開口絞りの反対側にあるボール９１の半球に塗布することができる。この場合、コーティング工程は、ボールが穴９３にとどまっている間、任意な都合の良い時に実行できる。
補助光学構造
図４Ａ〜図４Ｂを参照して前述したように、ボールの屈折率に比べて流体の屈折率は高いために、本発明の球状レンズボールを、ジャイリコンディスプレイの作動流体に浸した場合、通常、正確な焦点を得ることができない。したがって、補助光学構造が、入射光を球状レンズボールの壁上の正確な焦点にもたらすために必要である。
球状レンズボール当たり複数の集束レンズのアレイが１つあることが本目的には好適である。図１１Ａ〜図１１Ｂに概略的に示す。これらの図において、複数の平凸のマイクロレンズの“ハエの眼”アレイ１１０は、平行光源（図示せず）からの入射光ビーム（光線ａおよびｂによって示されている）と球状レンズボールのアレイ１２０との間に置かれる。図１１Ａはアレイ１１０の側面図を示し、図１１Ｂはオーバーヘッド図を示している。分かるように、アレイ１１０の各マイクロレンズは、アレイ１２０のその対応する球状レンズボールと同軸に置かれるのが好ましい。例えば、マイクロレンズの中心軸は、ボールのそれぞれの開口マスクの瞳孔と一列に並んでいる。したがって、アレイ１１０のレンズは、入射光ビームの焦点を補償するのに役立つので、光線は、ボールが適当に配向される場合、（場合に応じて）開口マスク瞳孔あるいは開口絞りに正確に集束する。
ハエの眼マイクロレンズアレイは、例えば、ユナイテッド・テクノロジーズ・アダプティブ・オプティックス・アソシエーツ、インク（United Technologies Adaptive Optics Associates，Inc）（マサチューセッツ州、ケンブリッジ）から商業的に購買することができる。一般的には、アレイは透明プラスティックを（例えば、射出成形によって）高精度成形したものである。アレイは、任意のアレイ形態、例えば、（図１１Ｂに示すように）六角形形態あるいは矩形形態で製造することができる。２つのアレイの正確な位置合わせ（すなわち、相互アライメント）が得ることができることを確実にするために、ハエの眼アレイと球状レンズアレイの双方の幾何学的形状およびレンズ間間隔は、同じであるのが好ましい。この理由のために、レンズアレイそのものは、後述されるように、球状レンズボールを含むエッグクレート構造をパターン化するために使用される。ハエの眼各マイクロレンズの幅（すなわち、レンズの平面部に沿ってレンズの２つの頂点を接続することによって形成される弦の直線的な寸法）は、レンズから球状レンズアレイへの光透過効率を最大にするためにエッグクレート空洞の直径と同じであるのが好ましい。
ハエの眼アレイと球状レンズアレイとの間の適切な間隔は、２つのアレイ間にある透明スペーサによって保持することができる。例えば、図１１Ａにおいて、平凸レンズアレイ１１０は、入射光の方へ面するそのマイクロレンズ要素の凸面を向けて配向し、透明スペーサ１１５は入射光から離れた所に面しているアレイ１１０の平な表面に隣接する。スペーサ１１５は、レンズアレイ１１０と同じ屈折率を有する透明プレートであり、球状レンズ要素に最も接近している面上に付着されたＩＴＯ電極コーティング１１６を有している。スペーサ１１５は、レンズアレイ１１０およびスペーサ１１５の両方が組み込まれている単一の一体の構造体（例えば、射出成形プラスティックからできている）を製造したり、または、レンズアレイ１１０およびスペーサ１１５を別々に製造し、それからエポキシあるいは他の透明結合材料でレンズアレイ１１０をスペーサ１１５に結合したりすることによって、レンズアレイ１１０にはりつけることができる。スペーサ１１５の厚さは、レンズアレイとスペーサとの組み合わせ１１４が図示のように球状レンズアレイ１２０の表面に接する場合、正しい光学関係が成り立つようになっている。特に、球状レンズボールと組み合わせてマイクロレンズは、光をボール壁に集束させる。
“エッグクレート”基板
ハエの眼アレイおよび球状レンズアレイの適切な位置合わせを確実にするために、高い規則性を有するアレイ構造が好ましく、そうすれば、ハエの眼アレイの全てのレンズは全ての球状レンズボールと同時に位置合わせができる（すなわち、１つのマイクロレンズと１つのボールとの正確なアライメントは他のマイクロレンズと他のボールとのミスアライメントを生じない）。ボールが極一様な直径を有し、かつ、エラストマー中に密に詰め込まれているアレイ配置となるように特別の注意が払われるならば、公知のジャイリコンディスプレイで実施されるような通常のエラストマー基板を使用することができる。しかしながら、本発明のディスプレイにおいては、他の種類の基板が好ましい。ここでエッグクレートと呼ばれるこの新しい種類の基板は、その中に中空セルの規則的なアレイあるいは規則的なパターンを有しているので、卵の容器あるいは蜂の巣の内部に似ている。たとえボールの直径が不均一であってもセルの規則的なパターンが、球状レンズボールの規則的な配置および間隔を確実にする。換言すると、エッグクレート基板の幾何学構造の規則性は、ボール直径の均一性あるいはボールの基板への注意深い配置には依存しないことになる。
空のエッグクレート基板１２０の一部は図１２Ａの側面図、および図１２Ｂの３次元破断図に示されている。基板１２０は、透明の前部面１２５および後部面１２６を有し、本実施例では、円筒状であり、密に詰め込まれた六角形のアレイ構造（六角形Ｈで示されるように）の複数の均一な空洞１２３からなる幾何学的に均一なアレイを含んでいる単一層に配置されている。空洞壁は、光の漏れを減らすために不透明にすることができる。空洞は、基板１２０の透明材料の屈折率にぴったりと一致する屈折率を有する、本実施例では、オイルのような透明誘電流体（図示せず）で満たされている。作動ジャイリコンディスプレイにおいて、１つのボールがエッグクレートの各々の空洞に配置される。例えば、図１２Ｃに示すように、球状レンズボール１２１が空洞１２３を占有している。各ボール１２１は、空洞１２３を満たしている誘電流体に浸される場合、電気的双極子モーメントを得る。
空洞１２３の直径は、ボール１２１の直径よりもわずかに大きくなっている、電界の印加によってボール１２１が適切に回転するのに必要な大きさ以上に大きくないことが好ましい。同様に、空洞１２３の深さは、ボール１２１の直径よりもわずかに大きく、そうすれば、空洞内のボールの並進運動を最少にし、したがってハエの眼アレイのレンズ要素に対して適切な集点距離にボールを保持することができる。
ジャイリコンディスプレイ中に、ボール１２１をできるだけ相互に接近するように詰め込むのが好ましく、単一層中に詰め込むのが好ましい。密接に詰め込まれている単一層配置は、本発明のジャイリコンディスプレイによる光透過の効率を最大にする。矩形あるいは偏菱形構造も使用できるけれども、六角形のパッキング構造がイメージング要素の密度を最大にする。空洞１２３の壁を構造上の完全性と一致する薄さにすることは、いかなる所与の構造に対してもボールパッキング密度を最大にする傾向がある。
“エッグクレート”基板の製造
公知のジャイリコンディスプレイの基板と違って、本発明のエッグクレート基板は、エラストマーシートから作られていない。その代わりに、エッグクレート基板は、ハエの眼アレイの構造および間隔にぴったりと一致することを確実するようにハエの眼アレイから高精度形成される。以下に説明する。
複数のスポットのアレイであるフォトマスクを、ハエの眼レンズアレイの焦平面の近くにあるフォトプレート上に、ハエの眼レンズアレイを通る平行光のビームを当てることによって製造する。これは図１３に概略的に示されている。光源（図示せず）は、ここではハエの眼アレイ１３１の方へ向けられる光線ａおよびｂによって示される平行光ビームを生じる。光ビームは、アレイ１３１のマイクロレンズ要素に当たり、集束される。特に、ハエの眼レンズアレイ１３１の一であるマイクロレンズ要素１３１ａに入射する光は、それによって要素１３１ａの焦平面ｆに位置し、入射光ビームに対して要素１３１ａの真後ろの点１３２ａに集束される。焦平面ｆに平行で、かつ、焦平面のわずか前方に、あるいはわずか後方に配置されている平らな、予め露光されていない乾板１３２は、要素１３１ａからの集束光によって照らされ、それによって露光される。従って、乾板１３２を写真のように現像すると、スポットが乾板上に現れる。同様なスポットがアレイの各マイクロレンズに対して現れる。スポットの直径は、焦平面ｆと乾板１３２の平面との間の距離△によって決まる。このように露光され、現像された乾板１３２はエッグクレート基板の製造のためのマスクになる。
次に、ＩＴＯで被覆されたガラスプレートの上を、例えば、ＲＩＳＴＯＮフォトレジスト（デラウェア州、ウィルミングトン市のE.T.du Pont de Nemours and Coから入手できる）のような光重合体の薄層で覆う。ＲＩＳＴＯＮは、一般的には２ミリ厚さのポリマーシートの形で製造者から得られるネガ型フォトレジストである。加熱および加圧の条件下で、ＲＩＳＴＯＮシートをガラスプレートに付着することができる。所望の厚さは連続的に多層を設けることによって得ることができる。
ＲＩＳＴＯＮが紫外線に露光される場合、ＲＩＳＴＯＮは光硬化し、その後、高ｐＨの水性現像液に入れられると、未露光部分だけが溶解される。このように、ＲＩＳＴＯＮは、エッグクレートの円筒状空洞を形成するためにエッチングすることができる。具体的には、ハエの眼レンズアレイから形成されたスポットのアレイを有するフォトマスクを、被覆されたガラスプレートのＲＩＳＴＯＮ面と接触させて、配置する。それから、そのアセンブリを、フォトレジスト露光システムによって、きわめて平行な紫外線で露光する。この光はフォトマスク上のドットを通ることができないが、それ以外の全てのＲＩＳＴＯＮ面の全ての部分は露光されるので、光硬化する。その後、フォトマスクは取り除かれ、ＲＩＳＴＯＮ被覆ガラスプレートは水性現像液に入れられる。ＵＶ露光中フォトマスクスポットの下にあったＲＩＳＴＯＮの領域は、現像液によって溶解し除去され、ほとんど円筒状である穴を残す。（実際には、穴は先細になっていて、ガラスプレートに隣接する穴の直径が空気界面にある直径よりも小さくなっている。）
この製造の工程で部分的に形成されるエッグクレート構造１５０′の一部を図１４に示す。ＲＩＳＴＯＮ層１５１は、空洞１５２を含み、未エッチングＲＩＳＴＯＮからなる平な表面１５３によって上を覆われている。層１５１は、図示されるＩＴＯ電極１５５で上を覆われる透明プレート１５４の上にある。層１５１の厚さは、一般的には、４ミルである。プレート１５４の厚さは一般的には３０〜４０ミルである。
この点での任意の付加工程は、不透明染料をＲＩＳＴＯＮ層１５１に加えることにある。これは、例えば、部分的に形成されているエッグクレート構造１５０′をＲＩＳＴＯＮによって吸収される適当な染料に浸すことによって行うことができる。その後、過剰染料は洗い流される。
球状レンズボールを空洞に入れ、上部カバーを付加し、この構造体を誘電液体で充満し、密封してエッグクレート構造を完成する。これは図１５Ａ〜図１５Ｂに示されている。図１５Ａは、ボール１５６を空洞１５２に入れ、上部カバー１５９を付加した後であって、誘電流体が付加される前のエッグクレート構造１５０の側面図を示している。本実施例の上部カバー１５９は、図１１Ａを参照して以前に説明した、レンズアレイとスペーサとの組み合わせ１１４に対応するもので、透明スペーサおよびそのＩＴＯコーティングとともにハエの眼アレイから構成されている。上部カバー１５９は、図１５Ｂの平面図に示されるようなプレート１５４の厚くされた領域に形成することができる隔離絶縁部材１５８によってプレート１５４から分離される。カバー１５９は、気密シールを形成するために、例えば、エポキシのようなボンディング材料で隔離絶縁部材１５８に取り付けられる。（上部カバー１５９をこのように取り付ける前に、そのハエの眼レンズアレイをは、下記の次の節で説明するように、エッグクレート１５０の空洞１５２と位置合わせする。）
隔離絶縁部材１５８の厚さは、層１５１の厚さよりもほんのわずか大きい（例えば、１〜２ミクロン大きい）ことが好ましい。そうすれば、表面１５３と上部カバー１５９との間に隙間が残る。この隙間は、あまりにも小さいのでボール１５６を空洞１５２から脱出させない。カバー１５９が表面１５３と同じ高さであるならば、空洞１５２に閉じ込められる以外にない空気は、この隙間により漏れることができ、さらに誘電流体は空洞１５２に入ることができる。
エッグクレートはいまやほとんどすぐ使える状態である。すなわち、残すは、誘電流体を付加することのみである。これを行うために、プレート１５４に予め穴をあけたポート１５４ａ、１５４ｂのうちの一方に、真空ポンプを取り付け、誘電流体のためのポンプを他方のポートに取り付ける。そして、空気をエッグクレート構造の内部の一方端から吸引するとと同時に、誘電流体を他方の端に注入する。ポート１５４ａ、１５４ｂを、それから、エポキシ密封材等により密封し、そして構造体が完成する。
他の製造技術もエッグクレートを形成するために使用することもできる。例えば、エッグクレートをＲＩＳＴＯＮよりもむしろエポキシで製造したい場合は、前述のエッチング処理を下記のように修正することができる。すなわち、スポットのアレイを有するフォトマスクで処理を開始する代わりに、ネガ画像、すなわちフォトマスク上の不透明コーティング中にある穴のアレイを使用する。上記で概略されるＲＩＳＴＯＮエッチング処理を行って、ガラスプレートから突き出している円筒のアレイを形成する。次に、第２のガラスプレートを、未硬化エポキシ層で被覆し、２つのガラスプレートを共に加圧し、エポキシが硬化するまで一緒に保持する。その後、プレートを別々に引き離すと、ＲＩＳＴＯＮ円筒はエポキシコーティングに固定されたままである。その後、ＲＩＳＴＯＮ円筒を、エポキシを腐食しない溶剤（例えば、アセトン）で除去する。この結果、エポキシエッグクレート構造となる。
製造のためのさらに他の可能性は、前述のようなＲＩＳＴＯＮからエッグクレート空洞構造を形成し、真空装置を使用して、空気を円筒空洞から除去し、そして未硬化ゴムを円筒空洞の中に流入させ、これの上部に、ダウコーニング社のＳＩＬＡＳＴＩＣ-２のような成形可能な、高い引裂強さのゴムの層を成型する。硬化により、ゴム型は、円筒状の穴の先細のためにＲＩＳＴＯＮマスタから分離できる。それから、ゴムは、ＲＩＳＴＯＮマスタの代わりに低価な型として使用される。例えば、ゴム構造体を加圧し、エポキシ被覆表面にし、エポキシの硬化により取り除き、その後エッグクレート構造の下部が残る。
低価のさらに他の可能性も、射出成形技術を使用してプラスティックからエッグクレート空洞を形成することである。例えば、ＲＩＳＴＯＮエッグクレート構造のネガは、スポットが透明であり、マスクの残りが不透明であるフォトマスクのネガを使用して形成することができる。ネガのＲＩＳＴＯＮエッグクレートを、高品質セラミックスラリーで被覆し、その後、空気乾燥により硬化させる。この構造体を高温まで加熱し、ＲＩＳＴＯＮを焼いてしまう。ステンレス鋼のような液体金属は、次にセラミック構造に押し込み、そこで凝固させる。セラミックスは砕けやすいので、破壊によって容易に除去される。この結果得られた構造体は、プラスティック射出成形に好適である。エッグクレートに用いられる射出成形構造体を得るための他の方法も使用できる。
どんな製造技術が使用されても、エッグクレートとハエの眼アレイとを最適に正確に位置合わせするためには、エッグクレートの構造がハエの眼レンズアレイの構造から直接パターン化されていることが重要となる。こうすれば、ハエの眼アレイのレンズ間の間隔の完全な均一性からのわずかな偏差を自動的に補償することになる。さもなければ、ハエの眼マイクロレンズの深刻なミスアライメントを生じる。
ハエの眼レンズアレイとエッグクレート基板との位置合わせ
エッグクレート構造１５０を形成する際に、上部カバー１５９のハエの眼レンズアレイは、部分的に形成されたエッグクレート構造１５０′と位置合わせされねばならない。そうすれば、ハエの眼レンズアレイは、空洞１５２と適切に整列し、したがって球状レンズと整列する。エッグクレートは、説明したように、ハエの眼レンズアレイそのものから製造されるフォトマスクから形成されるために、このような位置合わせが可能である。
ボール１５６が空洞１５２に加えられる直前であれば、位置合わせはいつでも実行できる。例えば、光学アライメント技術が使用できる。上部カバーを、部分的に形成されたエッグクレート構造に平行、かっ、おおよそ一列に配置する。光ビームで、上部カバー１５９を照明し、上部カバー１５９および部分的に形成された構造１５０′の相対位置を、それを通る光透過が最大になるまで調整する。位置合わせした後、上部カバーを部分構造１５０′の面に垂直な直線に沿って部分構造１５０′から移動させる。これによってボール１５６を空洞１５２に付加することができる。以後、カバー１５９を隔離絶縁部材１５８に結合する前に、位置合わせをを乱さないように、上部カバーを再び正確な垂線に沿って部分構造１５０′の方へ後方へ移動させる。
ハエの眼アレイが一体型の単一ユニット以外の、上部カバー１５９が残りの部材と別個の部材となるように製造されるならば、エッグクレート１５０が誘電流体で満たされ、密封されるまで、位置合わせ工程を延期することができる。この場合、位置合わせをする前に、空洞１５２のボール１５６に、電界を印加して配向させ、光透過を最大にするようにすべきである。ボール１５６は電気双極性であり、空洞１５２はこの時点で既に流体で満たされているために、行うことができる。
回転可能なレンズに基づいた透過ジャイリコンディスプレイ
以下に、本発明のジャイリコンディスプレイを製造する工程を簡単に要約する。所望の種類（例えば、開口マスクボールあるいは開口絞りボール）の複数の球状レンズボールは前述のように製造される。これについても前記したように、ハエの眼レンズアレイは、以前にも記載されているように透明ＩＴＯ電極を有する相手となるエッグクレート構造を製造するのに使用される。ボールを、ディスプレイを誘電流体で充満し、密封する前にエッグクレート構造体中に入れ、適当な工程で、ハエの眼アレイをエッグクレートおよびボールと位置合わせする。好ましくは、保護ハウジングを完成されたディスプレイの周りに備えているのが好ましい。それから、ディスプレイは使用できる。
投影システムで本発明のディスプレイデバイスを使用するための配置の例を図１６に示す。本発明の透過ジャイリコンディスプレイデバイス１６０をレンズ１６９によって平行にされた白色光源Ｌからの光によって照明する。投影レンズ１６５は、得られる画像をスクリーン１６７上に投影する。ジャイリコンディスプレイデバイス１６０は、例えば、ピクセルアドレス可能なアクティブマトリックスアドレス指定回路でアドレス指定される。公知のジャイリコンディスプレイにおけるように、一般的には、多数のボール（例えば、９つあるいはそれ以上）がピクセル毎に使用される。一般的には、デバイス１６０の球状レンズボールはアドレス指定ロジックに迅速に応答するので、ビデオフレーム速度を達成することができる。
簡単なモノクロディスプレイの場合、ディスプレイ１６０は、不透明開口マスクを有する球状レンズボールで作ることができる。この場合、エッグクレート基板の面に垂直方向の中の一方向に電界を印加することによって、印加電界の近くのボールは回転するので、それらの開口マスクは光源Ｌの方へ向く。その結果、光が遮断され、黒色出力を生じる。反対方向に電界を印加すると、ボールは１８０°回転し、それらの開口マスクは光源Ｌから離れた方向に向く。その結果、光はピンホール開口を通って透過し、白色に出力される。
一般に、本発明によるジャイリコンディスプレイは種々のサイズおよび形状でに形成することができ、ジャイリコンボール、エッグクレート基板および誘電流体には種々の材料が使用できる。本発明のディスプレイはジャイリコンディスプレイに固有な他の利点も有する。例えば、ジャイリコンディスプレイは薄く、軽量に作ることができる。ジャイリコンディスプレイは、表示された画面は安定であり、一旦表示されると電界が取り除かれた後でさえ画像が保持されるという点で光学的に双安定である。その双安定性のために、ピクセルが状態を変える場合のみディスプレイは電力を消費するので、ディスプレイは低電力で作動できる。
図示されるように、カラーディスプレイは本発明により形成することもできる。多数の様々な染料を、用途およびボールを構成する際に使用される材料に応じて、球状レンズボールの開口マスクおよび開口絞りに有彩色および無彩色を与えるために着色剤として使用するのに適している可能性がある。（“無彩色”は、本質的に彩度がない色、すなわち、白、黒、灰色、および透明を示すために以下に使用され、“有彩色”は、赤、オレンジ、黄、緑、青、インジゴ、紫、シアン、マゼンタ、ピンク、茶色、ベージュ色等を含む他の色を示すために以下に使用される。）例えば、任意の所与の開口絞りあるいはマスクは、黒、白、透明（すなわち、本質的に透明で、水あるいは通常の窓ガラスのように彩度がない）、透明色（例えば、ＲＧＢ加法混色ディスプレイに関して、透明赤、青、あるいは緑、ＣＭＹ減法混色ディスプレイに関して、透明シアン、マゼンタ、あるいは黄色）等であってもよい。
加法混色（ＲＧＢ）回転可能なレンズディスプレイ
図１６のディスプレイ１６０を改造して、加法混色赤-緑-青（ＲＧＢ）ディスプレイを製造することができる。すなわち、３つの異なる色の球状レンズボール、すなわち赤、緑、および青の透過性カラーフィルタ開口マスクあるいは開口絞りを有する球状レンズボールをピクセルパターンのディスプレイエッグクレート内に配置する。各ピクセルは、赤、緑、青の３つのサブピクセルで構成され、各サブピクセルは相互に無関係にアドレス可能である。（すなわち、ある色の球状レンズボールは他の２つの色のボールに影響を及ぼすことなく回転することができる。）サブピクセル毎に多数のボール（例えば、９つあるいはそれ以上）があるのが好ましい。
サブピクセルパターンは図１７Ａに概略的に示される。エッグクレート基板の拡大部の平面図が示されている。各カラー（ＲＧＢ）の球状レンズボールはエッグクレート基板内のサブピクセル中に共に置かれる。ピクセル１０７０は、赤のサブピクセル１０７１と、緑のサブピクセル１０７２と、青のサブピクセル１０７３とを含んでいる。各サブピクセルは、各々の色のみのジャイリコンボール１０７４、１０７５、１０７６を含んでいる。例えば、赤のサブピクセル１０７１中の全てのジャイリコンボール１０７４は赤である。各ピクセル内のサブピクセルの配置は種々の態様に代替可能である。すなわち、例えば、図１７Ａに示されるように、サブピクセルは六角形のタイル張りパターンを形成するために配置することができる。
各サブピクセルは、カラーと白との間あるいはカラーと黒との間で変えることができる。白色への色変化を得るために、例えば、透明カラーフィルタ開口絞りを有する透明（すなわち、無色）球状レンズボールが使用できる。ボールがその開口絞りを入射白色光から離れた所に向けて配向する場合、光は開口絞りを通って集束され、それによってカラーフィルタリングされるので、出現する光は開口絞りの色である（すなわち、赤、緑、あるいは青）。ボールが入射光の方へその開口絞りを向けて配向する場合、本質的に全ての入射光は透明のボールによって透過されるので、出現する光は白色である。黒色への色変化を得るために、例えば、透明に着色されたガラスでできていて、不透明の開口マスクを有する球状レンズボールを使用することができる。ボールが、その開口マスクを入射白色光から離れた所に向けて配向する場合、光は、ボールを通過するので、カラーフィルタリングされ、開口マスクの瞳孔を通って集束されるので、出現する光はボールの色（すなわち、赤、緑、あるいは青）である。ボールが、その開口マスクを入射光に向けて配向する場合、本質的に全ての入射光がブロックされるので、ほとんどあるいは全然光が出現しない。
“エッグクレート”基板における異なるボールの戦略的な配置のための製造技術
ＲＧＢジャイリコンディスプレイは、３つの異なる種類の球状レンズボール、すなわち赤の開口絞りあるいはマスクを有するボール、緑の開口絞りあるいはマスクを有するボール、青の開口絞りあるいはマスクを有するボールから構成されている。これらの３つの異なる種類のボールは、エッグクレート基板の異なるサブピクセル領域に入れられる。赤のサブピクセルは赤色だけを有するボールを含み、他の２つの種類のボールを含まない。同様に、緑のサブピクセルは、緑色だけを有するボールを含み、青のサブピクセルは青色だけを有するボールを含んでいる。したがって、このジャイリコンディスプレイを形成するためには、エッグクレートのそのそれぞれの異なる位置に異なる種類のボールを配置する製造技術を必要であり、そのことによって、赤、緑、および青のサブピクセルの所望の構造パターン（例えば、図１７Ａのパターン）が得られる。
エッグクレート基板内の特定の位置にジャイリコンボールを配置する技術について、次に述べる。この技術は、特に、サブピクセルの任意の所望のパターンに赤、緑、および青のジャイリコンボールを配置するために使用することができる。
図１７Ｂを参照するに、エッグクレート基板を形成するために使用される種類のフォトマスク１７１が示されている。このフォトマスクは、高解像度でディジタル化することができ、ディジタル画像処理によって、３つのサブマスクになる。例えば、スポット１７２中の１７２ａ近傍以外のスポットはディジタル領域で除去することができ、図１７Ｃに示す修正マスク画像１７３が得られる。このマスク画像は修正されたフォトマスクを生成するのに使用できる。同様な処理は、スポット１７２ｂの近傍および１７２ｃの近傍について行う。そのことによって、各サブピクセルカラーに対して１つ、３つの修正フォトマスクが全て製造される。
それから、金属（例えば、ニッケル）スクリーンは修正フォトマスクの各々から形成される。すなわち、赤、緑、および青のサブピクセルの各々に対して１つのスクリーンがある。このようなスクリーンの例は、図１７Ｄに示される。スクリーン１７７は、サブピクセルカラー（例えば、赤）のためのボールが配置されるべきエッグクレート基板の場所に対応する穴１７８を除いて薄くて、固い。
エッグクレート基板の製造中、空洞にボールを置く直前に、金属スクリーンの各々を、順にエッグクレートの開いている円筒状空洞とともに整列させ、それらを覆う。適当な色（例えば、赤）を有するボールはスクリーン上に付着される。ボールは穴１７８を通ってエッグクレートの円筒状空洞の中に落ちる。この処理を迅速に処理するために、スクリーンをゆっくりと振動させてもよい。エッグクレートの各空洞は１つのボールだけを収容する大きさに作られているので、一旦空洞が充満されると、追加するボールは空洞に全然入ることができない。一旦このカラーサブピクセルに対する全ての空洞が満たされると、この処理は他の２つのカラーのための残りのスクリーンで繰り返される。
多層減法混色（ＣＭＹ／Ｋ）回転可能なレンズディスプレイ
球状レンズイメージング要素を有するジャイリコンディスプレイは、シアン-マゼンタ-黄（ＣＭＹ）減法混色画像を供給するのに使用することもできる。減法混色イメージングにおいて、好ましくないカラー成分は一般的には透明のカラーフィルタあるいは染料によって入射光からフィルタリングされる。ここで、ジャイリコンボール、より詳細にはその開口マスクあるいは開口絞りはカラーフィルタとして機能する。
減法混色ディスプレイは、モノクロディスプレイの積層構造を形成することによって製造する。これは、ＣＭＹディスプレイ１８０の場合、図１８に示されている。この積層構造の３つの成分ユニット１８１、１８２、１８３の各々は、図１６のディスプレイ１６０のようなディスプレイである。特に、各ユニットは、それ自体のハエの眼マイクロレンズアレイおよびそれ自体のアドレス指定電極を有する。各ユニットは他のユニットとは無関係にアドレス指定することができる。成分ユニット１８１、１８２、１８３の各々は、カラーフィルタ球状レンズボール（前記したように開口絞りあるいは開口マスクのタイプのどちらか一方）を含んでいるので、成分ユニットのいずれかの所与のイメージング要素は、ボールの向きに応じて、白色光あるいは透明カラーのいずれかを透過するように作ることができる。例えば、ユニット１８１は、シアンカラーフィルタの球状レンズボールを有することができ、ユニット１８２は、マゼンタカラーフィルタの球状レンズボールを有することができ、およびユニット１８３は、黄カラーフィルタの球状レンズボールを有することができる。任意には、黒成分を供給するように、不透明の球状レンズボールを含む付加成分ユニットを積層構造中に加えることもでき（図示せず）、それによって完全ＣＭＹＫカラー機能が得られる。
ディスプレイ１８０において、ユニット１８１中の（例えば、要素１８１ａのような）１つのイメージング要素から現れる光は残りのユニット１８２、１８３の（例えば、要素１８２ａ、１８３ａのそれぞれのような）対応するイメージング要素をその後通過しなければならないために、積層構造内の成分ユニット１８１、１８２、１８３のアライメントが重要となる。正しいアライメントを得るために、成分ユニット中に使用されているハエの眼アレイおよびエッグクレート基板は、同じ構造および間隔を有するべきである。例えば、アレイ１８４、１８５、１８６は同じパターンから得られるモールドから高精度形成されていてもよい。その後、互いに対する成分ユニットの位置合わせは、例えば光学的アライメント技術によって得ることができる。例えば、その全透過配向のユニット１８１および１８２の全球状レンズボールを完全に透過配向として、これらのユニットによって形成される部分積層構造を通過する光量が、ユニット１８１を固定したままにし、ユニット１８２の一部を調整することによって最大にする。その後、この工程はユニット１８３および任意の追加ユニットに対して繰り返すことができる。
ハエの眼アレイのマイクロレンズ要素の間隔および構造は全てのユニットに対して同じであるけれども、マイクロレンズの焦点距離は、成分ユニット毎に異なる可能性がある。例えば、図１８に示されるように、入射光ビーム（ここでは、光線ａおよびｂによって示される）は平行ビームであるのに対して、例えば、要素１８１ａから現れる光は発散している。適当な間隔および焦点距離は、使用されるハエの眼レンズアレイの曲率半径および材料の屈折率によって決まる。連続ユニット間の間隔は、例えば、隔離絶縁部材１８７、１８８のような隔離絶縁部材によって保持される。それとは別に、付加的、ハエの眼アレイ（図示せず）は、発散ビームを平行ビームにするようにユニット間に配置することができる。ユニット自体と同様に、これらの特別のアレイはユニット毎に適切な光透過を確実にするために注意深く整列する必要がある。
所与のユニット内で、１つあるいはそれ以上の球状レンズボールのグループはカラー減法のための成分色を供給するのに役立つ。好ましくは、互い近くに置かれた多数のボール（例えば、９つあるいはそれ以上）が各ピクセルの各成分色のために使用される。このように１つのピクセルは互いの上に配置されている３つのカラー領域の列で構成され、１つの領域は３つの層の各々から形成されている。
加法混色ディスプレイと対照的に、減法混色ディスプレイには異なるカラーのサブピクセルはない。むしろ、各ピクセルの全範囲が互いに重ね合わされて、全ての成分色で満たされている。このことは、加法混色技術で得ることができるカラー画像の濃さおよび精度を改良できる。
本発明の減法混色ジャイリコンディスプレイは、シアン、マゼンタおよび黄のカラー成分に限定される必要はない。他のカラーで代替でき、付加色をもたらす付加層を付加できる。特に、前述されるように黒が追加できる。さらに、本発明の減法混色ジャイリコンディスプレイは３つの成分色よりも少なくして製造できる。例えば、（ＣＭＹＫディスプレイにおけるように）不透明開口マスクを有するボールの第１の層と、透明カラーの開口絞りあるいはマスクを有する第２の層とを含んでいる２層の積層構造であってもよい。このようなディスプレイは、ブラック＋ハイライトカラーのディスプレイを提供するのに有用である。第１の透明色の第１の層と、その補色（かつ、透明）の第２層からなる２層の積層構造であってもよい。例えば、第１の層は青であってもよいし、第２の黄であってもよい。このディスプレイは２つの補色の減法で生じる黒＋その各々の成分色を生じる。
グレイスケールおよび部分カラー飽和度
これまで説明してきた本発明のディスプレイは各成分色において２元のものであった。例えば、モノクロディスプレイにおいて、単一画像要素は、白あるいは黒のいずれかを提供するが、グレイスケールを提供しない。同様に、透過カラーディスプレイにおいて、単一画像要素は、完全にフィルタリングされていない光透過か、あるいは全飽和色か、あるいは成分色のいずれかを提供するが、部分的な飽和色を提供しない。
本発明のディスプレイでグレイスケールおよび部分カラー飽和度を得るために、下記の技術を使用できる。ディスプレイを、固有走査速度、例えば、ビデオフレーム速度で作動される。各ピクセルは、単一フレーム中、数回再アドレス指定（サブ走査）される。このことは、光透過が各ピクセルについての所望の輝度のレベルに比例することを可能にする。ダイナミックレンジを増加させるために、投影光源強度は各サブ走査に対して（例えば、対数的に）変えることができる。
変形および拡張
前記した特定の実施例は本発明を実施する可能性のいくつかだけを示している。他の多くの実施例は、本発明の精神の範囲内において、可能である。
例えば、
・本発明のジャイリコンカラー透過ディスプレイは、従来のＲＧＢあるいはＣＭＹ/ＣＭＹＫカラー方式に限定されない。色の範囲を改善するために、複数の付加色を組み込むことができる。さらに、特別のカスタムカラーは、例えば、会社ロゴの正確なレンダリングを確実にするために提供できる。さらに、より少ない色を使用してもよい。例えば、前記のハイライトカラーデバイスを構成できる。
・ジャイリコンボールの電気異方性はゼータ電位に基づく必要がない。ボールに関連する電気双極子モーメントがあり、その双極子モーメントが、印加外部電界がある場合、ボールの有用な回転を容易にするようにボールに対して整列されているだけで十分である。（一般的には、双極子モーメントは、ボールの対称軸に沿って配向する。）さらに、ジャイリコンボールはその双極子モーメントに加えて、電気単極子モーメントを有することができることに注目すべきである。例えば、双極子モーメントが異なる大きさの２つの正電荷の分離から生じる場合、得られる電荷分布は電気双極子と重ね合わされた正の電気単極子に等しくなる。
・前述されたジャイリコンボールはＤＣアドレス指定電圧に循環的に応答する（一方、米国特許第4,261,653号でグッドリッチ（Goodrich）によって開示されたジャイリコンボールはＤＣアドレス指定電圧に循環的に応答しない）けれども、これらのボールは所定のＡＣアドレス指定電圧に応答もできる。さらに、本発明のある態様は、ボールが非ＤＣ電圧（例えば、グッドリッチの場合、ＲＦ電圧）にだけ循環的に応答するジャイリコンディスプレイにさえ適合可能であることが理解される。
・球状レンズジャイリコンボールの光学的異方性は色に基づく必要がない。他の光学的特性、例えば、偏光、複屈折、位相遅延、光散乱および光反射（がこれに限定されない）が変化して、ジャイリコンボールの異なる相を観察者に示すものであってもよい。一般に、ジャイリコンボールはいろいろの方法で光を変調するために使用できる。
・ジャイリコンディスプレイに当たる入射光は可視光に制限される必要がない。ジャイリコンボールに適している材料が与えられれば、入射“光”は、例えば、赤外線あるいは紫外線であってもよく、このような光はジャイリコンで変調できる。
・例えば、サブ走査技術の方法によってカラー飽和度制御を与えるカラージャイリコンディスプレイについて前述した。しかしながら、ピクセル毎に各カラーの２つの飽和度だけを生じる、すなわち完全に飽和されるかあるいは最少に飽和されるかの、可変カラー飽和度制御を生じないカラーピクセルアドレス可能なジャイリコンは、それにもかかわらず有用である可能性がある。特に、中間調カラー応用に適しているＣＭＹディスプレイを形成できる。
・本発明によるカラージャイリコンディスプレイは、前述のジャイリコンディスプレイ以外で多数の方法で形成できる。例えば、ＲＧＢ透過ディスプレイは、その画像が、各々の色について１ずつの、３つの別個の球状レンズアレイから構成されていてもよい。その場合、画像は、投影テレビジョンスクリーンで使用される光学的装置と同様な光学的装置によって結合される。他の例として、開口マスクに基づくＲＧＢディスプレイの場合、色は、球状レンズボールそのもののための着色材料を使用する以外に、ハエの眼アレイに透明色コーティングか、着色剤によって与えることができる。
・本発明の技術のある種の前記３つの要素、すなわち、回転可能なレンズ、補助光学構造、およびエッグクレート基板は、前記した以外の状態および組み合わせで有用である可能性がある。例えば、エッグクレート基板を有するジャイリコンディスプレイは回転可能なレンズ以外のイメージング要素を用いて製造することができる。補助光学構造（ハエの眼アレイあるいは他の光学的要素、あるいは任意の組み合わせのいずれか）は回転可能なレンズ以外のイメージング要素に基づいてジャイリコンディスプレイで使用できる。ここに示された回転可能なレンズボール以外の種類の回転可能なレンズボールが製造でき、また、ボールを種々の種類のジャイリコンディスプレイに組み込むための他の光学構成を開発できる。
要するに、補助光学構造を有するジャイリコンあるいは回転粒子ディスプレイを提供することができる。このディスプレイは、光透過窓を有する基板と、基板に配置された複数の粒子と、窓に光学的に結合された光集束要素とを含んでいる。各粒子は、電気双極子モーメントを与える異方性を有し、電気双極子モーメントは、粒子が電界に回転可能に配置されると同時に粒子の電気双極子モーメントが提供される場合、粒子は電気双極子モーメントが電界に沿って整列している向きに回転する傾向があるように粒子を電気的に応答させる。各粒子の回転可能な配置は達成可能であると同時に粒子はこのように基板に配置されている。すなわち、この回転可能な配置にある場合、基板に付着していない。粒子が基板中で回転可能に配置される場合、各粒子は光透過窓に対して第１および第２の回転配向で配置可能となる。各粒子は、窓を通る光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置されている場合、第１の光変調特性を生じ、窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置される場合、第２の光変調特性をさらに生じる。光学的集束要素は光屈折性であってもよく、例えば、マイクロレンズの“ハエの眼”アレイのような集束レンズのアレイを含んでもよい。この場合、粒子はレンズアレイと位置合わせされているアレイに配置されてもよい。
“エッグクレート”基板を備えるジャイリコンあるいは回転粒子ディスプレイを提供することもできる。このディスプレイは、その空洞がほぼ単一層に配置され、ほぼ幾何学的に規則的なパターンのマトリックス内に配置されている空洞を含むマトリックスを有する基板と、基板の空洞に配置された複数の光学的異方性粒子を含み、その結果、各空洞は高々光学的異方性粒子の１つを含んでいる。各粒子の回転可能な配置は粒子が基板にこのように配置されている間、達成可能である。すなわち、粒子は、その回転可能な配置にある場合、基板に付着していない。各粒子は、例えば、電気双極子モーメントを生じる異方性を有し得る。この電気双極子モーメントは、粒子が電界に回転可能に配置されると同時に粒子の電気双極子モーメントが提供される場合、粒子は電気双極子モーメントが電界に沿って整列している配向に回転する傾向があるように粒子を電気的に応答させる。空洞の単一層はほぼ平面であってもよく、複数の空洞の幾何学的パターンは、六角形、矩形、あるいは偏菱形アレイパターンのような層の平面の２次元アレイパターンであってもよい。基板は、マトリックスを挟持して配置される第１および第２の部材をさらに含んでもよい。すなわち、部材の少なくとも１つは、光エネルギーの光束が粒子に入射するように通過できる光透過窓を含んでもよい。
第１の屈折率を有する光透過誘電流体と流体中に回転可能なように配置された光学的異方性粒子との組み合わせからなる装置を提供することができる。粒子は、第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有する。粒子は、流体中で、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置されている場合、第１の光変調特性を生じ、流体中で、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置される場合、第２の光変調特性をさらに生じる。粒子は電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、電気双極子は、粒子が電界に回転可能に配置されると同時に粒子の電気双極子モーメントが提供される場合、粒子は電気双極子モーメントが電界に沿って整列している向きに回転する傾向があるように粒子を電気的に応答させる。例えば、流体中にの粒子の配置は粒子の電気双極子モーメントを生じさせ得る。流体と粒子の組み合わせからなる装置は、ディスプレイの各回転可能な粒子（例えば、球状ボール）がレンズとして機能するジャイリコンあるいは回転粒子ディスプレイを製造するために使用できる。
したがって、本発明の範囲は前述の明細書に限定されるものではなく、その代わりに、その均等物の全範囲とともに添付の請求の範囲によって示される。

Claims (53)

1. 光透過窓を有する基板と、
   前記基板に配置されている複数のボールであって、各ボールが電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転し、各ボールが、前記基板に回転可能に配置されている場合、光透過窓に対して第１又は第２の回転可能な配向で配置され、各ボールが、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有する、複数のボールと、
   前記窓に光学的に結合されている光収束要素と、
   を備えている装置。
2. 前記光収束要素が光屈折性である請求項１の装置。
3. 前記光屈折性の光収束要素がレンズのアレイを備えている請求項２の装置。
4. 前記レンズのアレイが収束レンズのアレイを備えている請求項３の装置。
5. 前記レンズのアレイがマイクロレンズのアレイを備えている請求項３の装置。
6. 前記ボールが前記光集束要素のレンズアレイと位置合わせされている球状レンズボールアレイに配置されている請求項３の装置。
7. 前記光収束要素が、レンズアレイとスペーサの両方が組み込まれた単一の一体の構造体に前記光透過窓とともに構造的に組み込まれている請求項１の装置。
8. 前記光収束要素が前記透過窓と構造的に別個であり、かつ前記光透過窓に固定して取り付けられている請求項１の装置。
9. 前記基板がその空洞中に誘電流体を含み、かつ前記ボールが前記誘電流体に接触して前記基板に配置されている請求項１の装置。
10. 前記誘電流体中の前記ボールの異方性が前記ボールの各々の電気双極子モーメントを生じる請求項９の装置。
11. 前記誘電流体が第１の屈折率を有する光透過流体であり、かつ各ボールが第２の屈折率を有する光透過領域を含む請求項９の装置。
12. 各ボールが前記第１および第２の回転の配向でいずれかの配向で配置される場合、前記基板窓を通る光エネルギーの光束によって照明されると、屈折効果を生じ、該光屈折効果は前記第１および第２の屈折率が互いに異なる結果として生じる請求項１１の装置。
13. 各ボールの光透過領域が前記第１の光変調特性に関連し、かつ各ボールが前記第２の光変調特性に関連している第２の光特性を有する領域をさらに備えている請求項１１の装置。
14. 前記ボールが第１および第２の半球を有し、かつ
    前記第１の半球に第１のゼータ電位、および第２の半球に第２のゼータ電位が、前記ボールが誘電流体に配置されている場合に生じ、前記第１及び第２のゼータ電位が電気双極子モーメントに寄与している請求項１の装置。
15. 前記基板に回転可能に配置されている少なくとも１つのボールの回転を容易にするための電界発生手段をさらに備えている請求項１の装置。
16. 前記電界発生手段が、空洞に回転可能に配置されている１以上のボールを含むボール群を選択的にアドレス指定する手段を備え、該手段は、前記ボール群のボールに電界を印加し、かつそれによって前記ボール群の少なくとも１つのボールの回転を容易にするものである請求項１５の装置。
17. 光透過窓を備えている複数の空洞を有するマトリックスを含む基板と、
    第１の屈折率を有し、前記マトリックスの空洞に配置されている光透過誘電流体と、
    各ボールが第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、前記流体に接触して前記マトリックスの空洞の中に配置されている複数の光学的異方性ボールであって、各ボールは、前記流体中で、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有し、各ボールは、電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向で前記ボールが回転する、複数の光学的異方性ボールと、
    前記窓に光学的に結合されている光収束要素と、
    を備えている装置。
18. 前記基板に回転可能に配置されているボールの少なくとも１つの回転を容易にする電界発生手段をさらに備えている請求項１７の装置。
19. 第１の屈折率を有する光透過誘電流体を空洞中に含む、光透過窓を有する基板と、
    前記基板に配置されている複数のボールであって、各ボールは第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、各ボールは電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する向きに前記ボールが回転し、各ボールが、前記基板に回転可能に配置されている場合、前記光透過窓に対して第１および第２の回転の配向で配置可能であり、各ボールが、前記流体中で、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有する、複数のボールと、
    前記窓に光学的に結合されている光変調要素と、
    を備えている装置。
20. 前記光変調要素が光収束要素を備えている請求項１９の装置。
21. 複数の空洞を含む空洞含有マトリックスを有し、前記複数の空洞が前記マトリックス中の単一層に配置されているとともに幾何学的に規則的なパターンのマトリックス内に配置されている、基板と、
    前記基板の空洞に配置されている複数の光学的異方性ボールであって、各空洞が光学的異方性ボールの高々一つを含み、各ボールが基板に付着せず回転可能な配置にある、複数の光学的異方性ボールと、
    を備えている装置。
22. 各ボールが電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが電界に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記電気双極子モーメントが電界と整列する向きに前記ボールが回転し、前記電気双極子モーメントが前記ボールを電気的に応答させる請求項２１の装置。
23. 前記ボールが前記基板中で回転可能である請求項２１の装置。
24. 各ボールが前記ボールの光学的異方性を生じる複数の成分領域を有し、前記成分領域が、第１の光変調特性を有する第１の領域および第２の光変調特性を有する第２の領域を含む請求項２１の装置。
25. 前記単一層がほぼ平面であり、かつ空洞の幾何学的パターンが前記層の平面中の２次元アレイパターンである請求項２１の装置。
26. 前記２次元アレイパターンが、六角形アレイパターン、矩形アレイパターンおよび偏菱形アレイパターンからなるグループから選択される請求項２５の装置。
27. 前記空洞が、密に前記単一層の内部に詰め込まれている請求項２１の装置。
28. 前記マトリックスの空洞に配置されている光透過誘電流体をさらに含み、前記ボールが前記流体に接触している請求項２１の装置。
29. 前記流体が第１の屈折率を有し、かつ各ボールが第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有する請求項２８の装置。
30. 各ボールが、前記流体中に、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有する、請求項２９の装置。
31. 各ボールが、前記第１および第２の回転の配向のうち少なくとも１つの配向で配置されている場合、光エネルギーの光束によって照明されると、屈折効果を生じ、前期屈折効果は第１および第２の屈折率が互いに異なる結果として生じている請求項３０の装置。
32. 前記流体中のボールの異方性が、前記ボールの各々の電気双極子モーメントを起こさせる請求項２８の装置。
33. 前記基板に回転可能に配置されているボールの少なくとも１つの回転を容易にする電界発生手段をさらに備えている請求項２１の装置。
34. 複数の空洞を有するマトリックスを備える基板であって、前記複数の空洞が前記マトリックス中の単一層に配置されているとともに、幾何学的に規則的なパターンのマトリックス内に配置されていて、前記単一層にほぼ平行に配置されている光透過窓をさらに備えている基板と、
    第１の屈折率を有し、前記マトリックスの空洞に配置されている光透過誘電流体と、
    前記基板の空洞内に前記流体に接触して配置されている複数の光学的異方性ボールであって、各空洞が光学的異方性ボールの高々１つを含み、各ボールが基板に付着せず回転可能な配置にある場合に、各ボールは、第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、各ボールは、前記流体中に、前記窓を通るエネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有する、複数の光学的異方性ボールと、
    前記窓に光学的に結合されている光収束要素のアレイと
    を備えている装置。
35. 前記光収束要素のアレイが前記マトリックスの各空洞に対して１つの収束要素を含むとともに、前記アレイの収束要素が前記マトリックスの空洞と位置合わせされている請求項３４の装置。
36. 複数の空洞を有するマトリックスを含む基板であって、前記空洞が前記基板内の幾何学的に規則的なアレイ中に配置されている、基板と、
    前記マトリックスの空洞に含有されるとともに、第１の屈折率を有する光透過誘電流体と、
    前記流体と接触して前記マトリックスの空洞に配置されている複数の光学的異方性ボールであって、各ボールが第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、各ボールが、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、前記窓を通る光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有し、各ボールは、電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転する、複数の光学的異方性ボールと、
    を備えている装置。
37. 第１の屈折率を有する光透過誘電流体と、
    前記流体に回転可能に配置されている複数の光学的異方性ボールであって、前記ボールが、第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、
    前記ボールが、前記流体中に、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有し、前記ボールは、電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転する、光学的異方性ボール、
    との組合せからなる装置。
38. 前記流体中のボールの異方性が前記ボールの電気双極子モーメントを生じさせる請求項３７の装置。
39. 前記ボールの光透過領域が第１の光変調特性に関連した第１の光学特性を有し、かつ前記ボールが、前記第２の光変調特性に関連した第２の光学特性を有する領域をさらに備えている請求項３７の装置。
40. 前記第２の光学特性を有する領域がコーティング部を有し、前記コーティング部が前記ボールの少なくとも一部であってかつ全部でない部分を被覆している請求項３９の装置。
41. 前記コーティング部が中央開口を有するマスクを含んでいる請求項４０の装置。
42. 前記コーティング部が不透明である請求項４０の装置。
43. 前記コーティング部が有彩色を透過する請求項４０の装置。
44. 前記ボールが第１および第２の半球を有するとともに、コーティング部によって被覆され、コーティング部は前記第１の半球の少なくとも一部を被覆しているが、第２の半球をまったく被覆していない請求項４０の装置。
45. 前記ボールが第１および第２の半球を有し、
    前記第１の半球に第１のゼータ電位、および第２の半球に第２のゼータ電位が、前記ボールが誘電流体に配置される場合に生じ、前記第１および第２のゼータ電位が電気双極子モーメントに寄与する請求項４０の装置。
46. 複数の空洞を有するマトリックスを備える基板と、
    第１の屈折率を有するとともに、前記マトリックスの空洞に配置されている光透過誘電流体と、
    前記流体に接触して前記マトリックスの空洞に配置されている複数の光学的異方性ボールであって、各ボールが第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、各ボールが、前記流体中に、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置される場合、第１の光変調特性を示し、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置される場合、第２の光変調特性を示す特性を有し、各ボールは、電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転する、複数の光学的異方性ボールと、
    を備えている装置。
47. 前記基板に回転可能に配置されているボールの少なくとも１つの回転を容易にする電界発生手段をさらに備えている請求項４６の装置。
48. 前記電界発生手段が、前記空洞に回転可能に配置されている少なくとも１つのボールを含むボール群を選択的にアドレス指定する手段を備え、前記ボール群のボールに電界を印加し、それによって前記ボール群の少なくとも１つのボールの回転を容易にするものである請求項４７の装置。
49. 平行光ビームを供給する供給源と、
    請求項４７の装置と、
    前記装置を通して前記平行光ビームを選択的に通すことによって形成された画像を投影する手段と、
    を備えている投影装置。
50. ａ）光源から装置に光を入射する工程であって、前記装置が第１の屈折率を有する作動流体に回転可能に配置されている複数のボールを備え、各光学的異方性ボールは第２の屈折率を有する光透過領域を少なくとも１つ有し、各ボールが、前記流体中に、光エネルギーの光束に対して第１の配向で配置された場合、第１の光変調特性を示し、光エネルギーの光束に対して第２の配向で配置された場合、第２の光変調特性を示す特性を有し、各ボールが電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転される、光源から装置に光を入射する工程と、
    ｂ）前記装置に入射する光の一部を前記装置で変調する工程と、
    ｃ）このように変調された光を観察面上に投影する工程と、
    を含む投影方法。
51. 光透過窓を有する基板と、
    前記基板に配置されている複数のボールであって、各ボールが電気双極子モーメントを生じる異方性を有し、前記ボールが前記基板に付着せず、電界中に回転可能に配置されると同時に前記ボールの電気双極子モーメントがもたらされる場合、前記ボールを電気的に応答させ、前記電気双極子モーメントが電界と整列する配向に前記ボールが回転し、各ボールが、前記基板に回転可能に配置されている場合、前記光透過窓に対する第１および第２の回転の配向で配置可能であり、各ボールが、前記第１および第２の回転の配向のうち少なくとも１つの配向で配置された場合、前記基板窓を通る光エネルギーの光束によって照明されると、屈折効果を発生する、複数のボールと、
    を備えている装置。
52. 各ボールが、第１の屈折率を有する光透過領域を含有し、
    前記基板が第２の屈折率を有する光透過誘電流体を有し、前記ボールが前記流体に接触して配置され、
    前記屈折効果が前記第１および第２の屈折率が互いに異なる結果として生じている請求項５１の装置。
53. 各ボールの電気双極子モーメントが、前記流体に接触しているボールの配置によって提供されている請求項５２の装置。

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