JP5570504B2 - 外見修正装置及び当該外見修正装置の動作方法 - Google Patents

Description

本発明は外見修正装置及び当該外見修正装置の動作方法に関する。

多くの種類の製品にとって、その製品の外見がカスタマイズできることは望ましいと考えられる。たとえば製品の少なくとも一部の外見を、その製品の用途に依存してカスタマイズして、直感的でかつ興味を引くようにその製品の現在の状態に関する情報を使用者に伝えることを可能にすることは魅力的であると思われる。またそのようなことは、使用者の個性又はムード等を反映するように、その使用者の製品の外見を変更することも魅力的に感じられるだろう。

一の周知例によると、製品のそのようなカスタマイズ可能な外見は、一般消費者向けエレクトロニクス製品−たとえば携帯電話−上での交換可能な「皮膚」によって実現される。この型の「皮膚」は一般的に、その製品の使用者によって交換可能なプラスチックの殻として供される。

そこで、製品の表面を覆う外見修正装置の電気的に制御可能な光学特性を利用してその製品の外見を変化させることが示唆された。

特許文献1は、プログラム可能なリモートコントロールユニットの制御ボタンを覆う電気泳動ディスプレイの形態をとる外見修正装置の一例を開示している。そのプログラム可能なリモートコントロールユニットを介して制御される部品に依存して、前記電気泳動ディスプレイは、制御される特別の部品に係る設定を表示するように調節される。

特許文献1に開示された外見修正装置は、上部電極層と下部電極層との間に挟まれたマイクロカプセルの形態で供される。各マイクロカプセルは、清浄な懸濁媒質中に懸濁する、正に帯電した白色色素剤及び負に帯電した黒色色素剤を有する。特許文献1の外見修正装置内で適切な電場パターンを生成することによって、白黒像を生成することができる。よってその像は各対応するボタンの特性を示す。

たとえ製品の外見の修正−より具体的にはプログラム可能なリモートコントロール−が可能になるとしても、特許文献1に開示された外見修正装置は、どの用途にも適するというわけではない。特に上述の外見修正装置は、その外見修正装置が覆う表面それ自身が情報を伝えるときには、用いることができない。たとえばその表面の少なくとも一部は、時々アクティブになるだけのディスプレイであっても良いが、その製品の使用者に対しては明確に見えなければならない。さらに特許文献1の外見修正装置は、相対的に高い駆動電圧−典型的には5〜15V−を必要とする。

米国特許出願公開第2004/0189591号明細書 米国特許出願公開第2003/0214479号明細書

H.A.ポール(H.A.Pohl)、「電気泳動；不均一電場中での中性物質の挙動」、ケンブリッジ大学出版、1978年 P.C.ヒーメンツ(P.C.Hiemenz)とR.ラジャゴパラン(R.Rajagopalan)、「コロイド及び表面化学の原理」第3版、マーケルデッカー社、pp.534-574、1997年

従来技術に係る上記及び他の課題の観点から、本発明の一般的な目的は、改良された外見修正装置及び当該外見修正装置の動作方法を供することである。

本発明の第1態様によると、上記及び他の目的は、覆った表面の外見を視覚的に修正する外見修正装置によって実現される。当該外見修正装置は：第1面上に備えられた第1電極(17a,18a;33)を有する第1基板(11)；前記の第1電極の第1面の反対側に備えられた第2基板(12)であって、前記第1基板に対向する面上に備えられた第2電極(17b,18b;35)を有する第2基板；前記第1基板と前記第2基板との間に間隔を設けるスペーサ構造(13;32)を有する。前記スペーサ構造によって設けられた第1基板と第2基板との間の間隔は、複数のセル(15,16;31a-c;81a-c;101)に分割される。当該外見修正装置はさらに、内部に複数の粒子(20;20a,20b)が分散する光学的に透明な流体(19)を各セル(15,16;31a-c;81a-c)内に有する。前記粒子は電場の印加を介することによって、前記流体(19)中で移動可能である。前記セル(15,16;31a-c;81a-c)の各々は、前記第1電極(17a,18a;33)と前記第2電極(17b,18b;35)との間での電圧印加によって、前記のセル(15,16;31a-c;81a-c)内部での粒子(20;20a,20b)の分布が第1分布状態から第2分布状態へ制御可能となるように、備えられる。前記第1分布状態では、前記粒子(20;20a,20b)が分散し、かつ当該外見修正装置(10;30;80)によって覆われる表面の外見が前記粒子(20;20a,20b)の光学特性によって決定される。前記第2分布状態では、前記粒子(20;20a,20b)が、前記第1基板(11)上に供される第1粒子集中位置(45;82)及び/又は前記第2基板(12)上に供される第2粒子集中位置(46;84)に集中する。前記第2粒子集中位置は、当該外見修正装置(10;30;80)に対して平行な面内で、前記前記第1粒子集中位置に対して変位する。

本願の文脈においては、「流体」とは、力に応じて形状を変化させ、かつその「流体」を内部に含むチャンバの外形に沿って流れ、又はその外形に適応しようとする物質であると解される。よって「流体」という語には、気体と液体が含まれ、流れることができるのであれば気体と液体の混合物も含まれる。

「粒子」という語は、固体粒子に限定されず、液滴及び流体が充填されたカプセルも含む。

「粒子集中位置」は、第1電極と第2電極との間に電圧を印加した際に、粒子が集中するセル内の位置と解される。所与の極性（正又は負の電荷）を有する粒子は一般的に、電圧の極性（正又は負）に依存して、第1粒子集中位置又は第2粒子集中位置へ向かうように移動する。第1粒子集中位置又は第2粒子集中位置のセル内における位置は、第1電極と第2電極との間に電圧が印加された結果生じる前記セル内の電場の構成によって決定される。この電場構成はたとえば、電極の配置及びセル内の他の構造の配置によって決定されても良い。

第1基板及び第2基板は一般的には、ほぼ可撓性と考えることのできるシートとして供されて良い。適切な基板材料にはたとえば、ガラス、ポリカーボネート、ポリイミド等が含まれる。

第1透明基板及び/又は第2透明基板は如何なる光学的に透明な部材であっても良い。適切な基板材料にはたとえば、ガラス、ポリカーボネート、ポリイミド等が含まれる。

「光学的に透明な」媒体とは、本明細書においては、衝突した光の少なくとも一部の透過を可能にする媒体を意味する。

流体中に分散した粒子は、帯電しても良いし帯電していなくても良いことに留意して欲しい。帯電していない粒子については、電気泳動を介した電場の印加に応答して移動させることができる。このことについては非特許文献1に記載されている。

帯電した粒子の場合では、その粒子の多数は有利となるように、互いの反対の電荷を有する粒子同士がクラスタを形成するのを防止するように、同一符号の電荷を有して良い。（流体が電気的に中性であることは反対符号の電荷の存在によって保証される）
しかし正に帯電した粒子と負に帯電した粒子との混合物として粒子が供されることは有利となりうる。よって粒子は、極性に依存して両方の電極で収集することができる。

粒子はさらに、電場が存在しない状態で基本的に均一に分布して良い。電場が印加されるとき、粒子は再分布されて良い。電場が取り除かれるまで、又は、粒子自体の電荷（電気泳動の場合）若しくは双極子（誘電泳動の場合）を介してその粒子に加えられる力と、印加電場との間で平衡が存在するまで、その粒子は運動する。電気泳動のより詳細な説明については、非特許文献2を参照のこと。

本発明は、覆った表面の外見を修正する外見修正装置は有利となるように、所謂電気泳動デバイスの面内切り換えを用いることによって実現することができる、という理解に基づいている。

本願発明者らはさらに、当該外見修正装置が有利となるように、第1基板上に供された第1電極及び第2基板上に供された第2電極を有することができると理解している。たとえ一般的には、第1電極と第2電極の両方が第1基板上に配置されている場合よりも、より正確な位置合わせが求められるとはいえ、セル内におけるより有利な電場の構成を実現することができる。それにより、粒子が分散する第1分布状態と、粒子が2つの粒子集中位置のいずれか又は両方に集中する第2分布状態との間での高速切り換えを実現することができる。しかも当該外見修正装置の耐久性を改善することができる。その理由は、第2基板上に第2電極が供されることで、ピンホール又は他の欠陥のない絶縁誘電層に完全に依拠することを要せずに、第1電極と第2電極の間での電気的分離が保証される。

本発明による外見修正装置では、第2粒子集中位置が当該外見修正装置に対して平行な面内で第1粒子集中位置に対して変位するように、換言すると、前記第1基板上の第1粒子集中位置と前記第2基板上の第2粒子集中位置との重なりが防止されるように、各セルは配置されている。これにより、粒子の光学特性によって決定される少なくとも1つの外見修正状態と、当該外見修正装置内の他の構造−たとえば流体、（複数の）基板、（複数の）電極、（複数の）任意のフィルタ等−によって決定される少なくとも1つの外見修正状態との間で、各セルが制御可能となることが保証される。

当該外見修正装置によって覆われる表面の外見を修正する当該外見修正装置の能力を最大化するため、第1電極と第2電極は有利となるように配置されて良い。そのように配置されることで、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することで、複数のセル内において分布状態が同時に制御可能となる。

たとえば特許文献2に開示されているような電気泳動ディスプレイ装置では、各セルは、1つの画素に相当し、かつ個別的に制御可能であることを要する。個別的に制御可能にすることは一般的には、追加のアドレス電極を供することによって実現される。そのような追加の電極は一般的に、隣接するセルの間の空間を占めるか、又は追加の電極層を必要として、光の吸収及び/又は反射をもしてしまう。これらの効果のいずれも外見修正装置の実効性を制限する。外見修正装置は非常に微細な部位の制御を要しない。

外見修正装置によって覆われる表面の外見を実効的に修正する能力をさらに改善するため、有利となるように、各セルについて、セルの全面積に対する、第1電極及び第2電極によって制御可能な前記第1電極と第2電極との間の面積の比が70%よりも大きくなるように、本発明による外見修正装置は構成されて良い。

当業者には理解されているように、係る比は、本発明による外見修正装置の様々な構成を介して取得することができる。

たとえば第1電極及び/又は第2電極は透明材料−たとえばITO（インジウム−スズ−酸化物）、IZO（インジウム−亜鉛−酸化物）、十分薄い金属電極、又は同様な周知の材料−によって形成されて良い。

さらに各セルの全面積を増大させることは一般的に、上述の全面積に対する制御可能な面積の比を増大させる。電極とスペーサ構造の典型的な最小の横方向寸法を約10〜30μmであると仮定する−所与の現在の製造手法においても妥当な仮定である−と、0.01mm ²よりも大きな各セルの全面積で、70%よりも大きな所望の比をすぐに得ることができる。

各セルの制御可能な面積と全面積との比を大きくすることを可能にすることに寄与する他の因子は、第1電極及び第2電極によって同時に制御可能なセルの数である。たとえば少なくとも100個のセルを同時に制御するように第1電極と第2電極を配置することによって、相当量の空間が節約される。もしこの空間が節約されなければ別な電極を収容する必要があり、その別な電極は、制御されるべきセルへ到達する途中に2つの他のセル間を通り抜けるように設けられる。

一の実施例によると、第1電極は誘電層によって覆われて良く、かつ第1粒子集中位置は、前記第1電極の一部を曝露する前記誘電層内の開口部として供されて良い。

ここでセル内の電場は、誘電層の誘電特性（特に伝導率）のみならず、開口部の位置及び配置を介しても制御されて良い。セル内の流体の伝導率よりも低い伝導率を有する誘電層を選ぶことによって、第1電極と第2電極との間で適切な電圧が印加されるときには、電場は、粒子を第1粒子集中位置（第1電極の曝露部分）へ効率的に案内するような形状となりうる。

誘電層中の開口部がセル内のどこに位置するのかが最も望ましいのかは、当該外見修正装置の用途に依存する。用途によっては、各セル内の中心に位置するように開口部を有することが有利となりえる一方で、他の用途では、中心を外した位置の開口部から、又は中心に位置する開口部を有するセルと中心を外した位置に開口部を有するセルとの混在から利点が生じる。

しかも誘電層は、各セルにおいて、その誘電中に形成された複数の開口部を有し、前記複数の開口部は第1電極の対応する部分を曝露し、それにより複数の第1粒子集中位置が供される。

複数の開口部を供する−より一般的には各セル中に複数の第1粒子集中位置及び複数の第2粒子集中位置を供する−ことで、第1粒子集中位置及び第2粒子集中位置は、当該外見修正装置の製造において第1基板と第2基板との位置合わせについて厳しい要件を課すことなく、互いに位置がずれていて良い。

さらに外見が修正されるべき非平坦表面へ当該外見修正装置が適合する能力を改善することができる。なぜなら、第1電極と第2電極との間に電圧が印加されるときに横方向電場が生じるように互いにずれた状態をとる、少なくとも1つの第1粒子集中位置と少なくとも1つの第2粒子集中位置とが存在する可能性は非常に高いからである。

さらに第1基板は透明であることで、粒子が少なくとも1つの粒子集中位置に集中する第2分布状態で透明なセル特性が可能となる。たとえば当該外見修正装置によって覆われる表面が情報を伝える場合でも透明な状態は有利となりうる。

そのような透明な特性を実現するため、第1電極及び/又は第2電極は透明材料−たとえばITO、IZO等の透明伝導膜−で作られて良く、かつ、（複数の）誘電層は透明誘電材料−たとえばシリコン酸化物、シリコン窒化物、又は当業者に知られた他の適切な透明誘電体−で作られて良い。

有利となるように、スペーサ構造は、複数のセルによって非周期的パターンが形成されるように構成されて良い。

ディスプレイ用途では、周期的なセルパターンで構成されるマトリックスが有利である一方で、外見修正装置の用途では、本願発明者らは、非周期的パターンが有利となりうることを発見した。非周期的パターンが形成されるようにスペーサ構造を構成することによって、モアレ像が軽減されるので、当該外見修正装置は、より自然な外見となり、快適に見ることができるようになる。

セルパターンは準結晶であって良く、好適にはペンローズパターンであって良い。

セルに、様々な形状、不規則な形状、様々なサイズ及び/又は様々な向きを供することによって、当該外見修正装置によって覆われる曲面を事前に補償することを可能にする非周期的パターンを供することが可能となる。たとえば、当該外見修正装置が対象物の曲面上に適合するときに、応力や変形によってセルが拡大する地点に小さなセルが意図的に設けられるように、小さなセルと大きなセルとを組み合わせたものを非周期的パターンに供することが可能となる。このようにして、当該外見修正装置が曲面上に設けられるときには、当該外見修正装置が曲面に設けられた後に、全てのセルが（ほぼ）同一のサイズを有することができるように、小さなセルは伸張及び拡大する。さらに、小さなセルと大きなセルとを組み合わせたものをセルのパターンに供することで「透かし」が可能となる。小さなセルは一般に、大きなセルよりも迅速に分布状態間での遷移を起こすからである。たとえば小さなセルに取り囲まれた大きなセルをセルのパターンに供すると、電場が印加されるとき、大きなセルは小さなセルよりも遅く遷移する、すなわち遅く切り替わるので、大きなセルは一の状態から他の状態へ切り替わる手順中に視認可能となる。

モアレ効果を軽減するため、本願発明者らは、ペンローズパターン又はペンローズタイルパターンの形態をとるセルのパターンが特に適していることを発見した。モアレパターンとは、2つの周期的パターンが重なるときに生じうる干渉パターンである。これは、当該外見修正装置が周期的構造を有する対象物（たとえば周期的な画素構造を有するフラットスクリーンTV）に設けられる特定の用途で有意義である。当該外見修正装置が非周期的パターンを有するとき、モアレアーティファクトを軽減することができる。ペンローズパターンは秩序を有する（2つの菱形形状の素子の繰り返しで構成される）が、非周期的である。ペンローズパターンは準結晶の具体的実施例であり、秩序を有しかつ非周期的な構造上の形態である。

本発明による外見修正装置の一実施例では、粒子は、第1組の負に帯電した粒子と第2組の正に帯電した粒子を有して良い。

2つの組の粒子の電荷がそれぞれ異なることで、より多くの状態を実現することが可能である。特に異なる組の粒子は有利となるように各異なる光学特性を有することができるからである。一の組の粒子はたとえば一の色である一方、他の組の粒子は他の色であって良い。

電場が印加されないときには、負に帯電した粒子も正に帯電した粒子もセル全体にわたって分散することで、負に帯電した粒子と正に帯電した粒子を組み合わせた結果生じる光学的な外見が与えられる。

様々な用途では、本発明による外見修正装置の非対称的制御特性を実現することが有利となりうる。たとえば高速切り換え及び/又は多重色状態の実現に利用可能な非対称性は、第2粒子集中位置が第1粒子集中位置よりも大きな粒子濃度を有するようにセルを構成することによって実現されて良い。

「粒子集中領域」とは、粒子集中位置に集中する粒子が分布しうる領域と解される。小さな粒子集中領域を有する粒子集中位置では、所与の数の粒子について、高い物理的粒子濃度−体積あたりの粒子数−を得ることができる。大きな粒子集中領域を有する粒子集中位置では、粒子数が同じである結果、粒子の物理的濃度は遙かに低くなると考えられる。

本発明の第2態様によると、上記及び他の目的は、本発明の実施例による外見修正装置の動作方法によって実現される。当該外見修正装置では、第2粒子集中位置が、第1粒子集中位置よりも大きな粒子集中領域を有するようにセルが構成されている。当該方法は、第1電極と第2電極との間の電圧を決定することで、前記第2粒子集中位置に前記粒子を集中させるように電場を構成する手順、及び、前記の第1電極と第2電極との間の電圧を印加することで、前記粒子を前記第2粒子集中位置に集中させる手順、を有する。

所与の極性（正又は負の電荷）を有する粒子は一般的に、電圧の極性（正又は負）に依存して、前記第1粒子集中位置又は前記第2粒子集中位置へ向かうように移動する。前記セル内での第1粒子集中位置及び第2粒子集中位置の位置は、前記セル内での前記第1電極と前記第2電極との間に印加された電圧の結果決まる。この電場構成はたとえば、電極の構成及び前記セル内での他の構造の構成等によって決定されて良い。

本願発明者らは、第1粒子集中位置と第2粒子集中位置との間の粒子集中領域内でのこのような非対称性が、粒子が分散する状態と、前記粒子が粒子集中位置に集中する状態との間での高速切り換えを実現するのに利用できることを発見した。特に、本発明の本態様は、大きな粒子集中領域を有する第2粒子集中位置へ向かうように粒子が駆動されるような電圧を決定して印加することによって実現可能であるという理解に基づいている。

大きな粒子集中領域のため、第2粒子集中位置に集中する荷電粒子は、小さな第1粒子集中位置に集中する同数の粒子よりも、第2粒子集中位置に隣接する電場へ及ぼす影響が小さい。

本発明の第2態様のさらなる変化型及び効果は上述した第1態様とよく似ている。

本発明の第3態様によると、上述及び他の目的は外見修正装置の動作方法によって実現される。当該外見修正装置は：複数のセルであって、各々は複数の粒子を有し、該複数の粒子は、光学的に透明な媒体中で分散する、第1色と第1極性を有する第1組の荷電粒子及び第2色と前記第1極性とは反対の第2極性を有する第2組の荷電粒子を有する、セル；並びに、第1電極と第2電極であって、該第1電極と第2電極との間での電圧の印加を介して前記粒子を第1粒子集中位置及び/又は第2粒子集中位置に集中させるように前記粒子を横方向に変位させることを可能にする、第1電極と第2電極；を有する。前記セルは、前記第1電極と前記第2電極との間に所与の電圧を印加する結果、第1電場が前記第1粒子集中位置に隣接し、かつ第2電場が前記第2粒子集中位置に隣接する。前記第1電場は前記第2電場よりも高い電場強度を有する。当該方法は、前記第1電極と前記第2電極との間の電圧の極性と大きさを決定することで、前記第1電場が前記第1組の荷電粒子を前記第1電極へ集中させるのに十分な強さとなり、かつ、前記第2電場は前記第2組の粒子が実質的に分散状態のままにする、手順；並びに、前記の第1電極と第2電極との間の決定された電圧を印加することで、前記セルを、前記第2色を実質的に有する状態となるように制御する手順；を有する。

本願発明者らは、セル構成における非対称性は、各セル内で1対の電極のみを用いることによって複数の色状態を実現するのに用いることができることをさらに発見した。第1電極と第2電極との間の電圧の特性（極性及び大きさ）を選択することによって、電場構成は、一の極性を有する粒子を前記第1粒子集中位置へ向かうように駆動させることが可能であるが、前記一の極性とは反対の極性を有する粒子を前記第2粒子集中位置へ向かうように駆動させることはできなくなることで、1組の粒子が前記第1電極及び前記第2電極のみを用いることによって選択的に制御可能となる。

この理解に基づき、当該外見修正装置内に含まれるセルは4つの異なる色状態に制御されうる。前記4つの異なる色状態とは、全ての粒子が流体中に分散する第1状態、前記第1組の粒子が前記第1粒子集中位置に集中し、かつ前記第2組の粒子は前記流体中に分散する第2状態、前記第2組の粒子が前記第1粒子集中位置に集中し、かつ前記第1組の粒子は前記流体中に分散する第3状態、及び、前記第1組の粒子が前記第1粒子集中位置に集中し、かつ前記第2組の粒子が前記第2粒子集中位置に集中する（又はその逆の状態である）第4状態、である。

本発明の第3態様のさらなる変化型及び効果は上述した第1及び第2態様のさらなる変化型及び効果とほぼ類似である。

a-gは、本発明による外見修正装置の実施例に係る様々な用途を概略的に図示している。 a-bは、本発明の実施例による典型的な外見修正装置の斜視図である。 a-bは、線A-Aに沿ってとられた図2の外見修正装置の断面図で、当該外見修正装置の典型的な構成を表している。 a-bは、2つの異なる状態をとる本発明の他の実施例による典型的な外見修正装置の上面図である。 a-bは、図4a-bの外見修正装置の断面図で、当該外見修正装置の第1の典型的な構成を表している。 a-bは、図4a-bの外見修正装置の断面図で、当該外見修正装置の第2の典型的な構成を表している。 a-bは、図4a-bの外見修正装置の断面図で、当該外見修正装置の第3の典型的な構成を表している。 a-bは、非周期的なセル構造を有する典型的な外見修正装置の2つの状態を概略的に表している。 a-cは、本発明の実施例による外見修正装置の状態間での高速切り換えを表す断面図である。 a-eは、本発明の他の実施例による外見修正装置の状態間での様々な色状態を表す断面図である。

ここで本発明の上記及び他の態様について、本発明の好適実施例を示す添付図面を参照しながらより詳細に説明する。

本発明は主として、以降で透明状態への制御が可能な面内電気泳動外見修正装置を参照することで説明される。

このことは本発明の技術的範囲を限定することを意図していないことに留意して欲しい。本発明は、透明状態への制御が不可能な面内電気泳動外見修正装置−たとえばそれ自体が他の特性−色又は構造−を有することのできる非透明な第1基板を有する面内電気泳動外見修正装置−にも同様に適用されうる。

本発明による外見修正装置の様々な実施例には多数の用途が存在する。その一部が図1a-gにおいて概略的に図示されている。

図1a-cでは、TV装置1のディスプレイ3を少なくとも覆う外見修正装置2を備えるフラットスクリーン装置2が供されている。

図1aは、外見修正装置2が透明状態をとることでディスプレイ3の全体が画像の内容を表示するのに用いられる通常のフルスクリーン動作でのTV装置1を図示している。よって視者にはTV装置1のディスプレイ全体3は見える。

図1bは、外見修正装置2が部分的に透明な状態をとることによるワイドスクリーン動作でのTV装置1を図示している。本例では、外見修正装置2は、画像の内容の表示に用いられないディスプレイ3の部分を修正することで、その部分がそのディスプレイ3を取り囲む枠4と同一の外見を有するようにする。

最後に図1cはオフ状態のときのTV装置1を図示している。このときの外見修正装置2の状態では、外見修正装置2がディスプレイ3の全体を修正することで、その部分がそのディスプレイ3を取り囲む枠4と同一の外見を有するようにする。

湯沸かし器5の形態をとるさらなる用途が図1d-eにおいて概略的に図示されている。外見修正装置6によって湯沸かし器5を覆うことによって、湯沸かし器5は、その湯沸かし器5がどのような状態であるのかを使用者に対して視覚的に示すことが可能となる。たとえば外見修正装置6は、湯沸かし器5内の水が冷たいことを示す第1色−たとえば青−と、その水（ひいては湯沸かし器5）が熱いことを示す第2色−たとえば赤−との間で制御されて良い。あるいはその代わりに、本発明の別な実施例によると、湯沸かし器6は、その湯沸かし器6についての4つの異なる状態を示すため、たとえば透明な状態と3つの異なる色−たとえば透明、青、赤、及び最後にその水が沸騰するときの黒−との間で制御されても良い。

図1f-gにおいて音楽プレーヤー8の形態をとる別な用途では、音楽プレーヤー8は外見修正装置9によって覆われることで、使用者は、彼/彼女の雰囲気又は個人的な嗜好に従って、その音楽プレーヤー8の外見−たとえば色−を制御することが可能となる。あるいはその代わりに本発明の別な実施例によると、音楽プレーヤー8は、4つの異なる外見間での制御が可能な外見修正装置9によって覆われても良い。

ここで外見修正装置についての多数の用途の一部を示すことで、本発明による外見修正装置の典型的な実施例を以降で図2a-bを参照しながら説明する。

図2aは、対向するように備えられた第1透明基板11と第2透明基板12を有する外見修正装置10を概略的に図示している。第1透明基板11と第2透明基板12はスペーサ構造13によって空間的に隔てられることで、第1透明基板11と第2透明基板12との間の間隔は、複数のセル15,16に分割される（図2aでは2つのセルしか参照番号によって示されていない）。

図2bを参照すると、セル15,16の各々は、光学的に透明な流体19及び複数の粒子20（図2bには1つの典型的な粒子しか示されていない）で満たされている。さらにセル15,16を制御するため、複数の電極対17a-bと18a-b（図2bでは2対しか参照番号によって示されていない）が供される。ここで第1電極17a,18aは第1基板11上に備えられ、第2電極17b,18bは第2基板12上に備えられる。

引き続き図2bを参照すると、図2bの左側のセル15は、粒子20が流体19内に分散していることで、セル15によって覆われた表面の外見が粒子20の光学特性によって決定される状態である。典型的には粒子20は、第1電極17aと第2電極17bとの間に電圧差が存在しないときには、左側のセル15に示されたような分散状態をとる。

ここで図2bの右側のセル16に移ると、粒子20は、第1電極17aと第2電極17bとの間での適切な電圧の印加によって、第1電極18aに集中する。セル16内の粒子が右側へ集中することで、セル16は、透明状態に切り替わるので、外見修正装置によって覆われている表面の外見を修正しない（光の一部を吸収及び/又は反射することによって下地の目表面の輝度が減少することは除く）。

図2a-bの外見修正装置10は様々な方法で構成されて良い。そのうちのいくつかについて図3a-bを参照しながら説明することにする。

線A-Aに沿ってとられた図2aの外見修正装置の概略的断面図である図3aでは、セル15,16の第1の典型的な構成が概略的に図示されている（図2a-bの同一の参照番号が用いられている。その理由は、線A-Aに沿った対応するセルは、同一の電極対によって制御され、かつ図2a-bのセル15,16と同一の状態をとるためである）。

図3aから分かるように、左側のセル15内の粒子20は、流体19中で分散する状態をとるように制御され、かつ、右側のセル16内の粒子20は、第1電極18aによって画定される第1粒子集中位置に集中する状態をとるように制御される。図3aの構成は図2bに示された構成に相当する。

セル15,16の第2の典型的な構成を概略的に示す図3bでは、第1及び第2電極17a-b,18a-bは各対応する誘電層21,22によって覆われる。誘電層によって第1及び第2電極17a-b,18a-bを覆うことによって、外見修正装置の長期にわたる信頼性を改善することができる。なぜなら誘電層21は電極を保護する−たとえば電極を流れるファラデー電流を防止する−からである。

図4a-bを参照すると、本発明による外見修正装置の他の実施例が記載されている。

図4aは透明状態をとる外見修正装置30の概略的上面図である。図4bは外見を修正する状態をとる外見修正装置30の概略的上面図である。

外見修正装置30は、スペーサ構造32によって分離される複数の六角形セル31a-cを有する（図の簡明を期すため、3つのセルしか参照番号が示されていない）。

外見修正装置30のセル31a-cの第1の典型的な構成を表す概略的断面である図5a-bでは、第1基板11を覆う透明電極層33として第1電極が供されている。その後第1電極33は誘電層34によって部分的に覆われることで、第1電極33からスペーサ構造32は隔離される。第2電極35は、スペーサ構造32のパターンに実質的に対応するパターンを有し、かつスペーサ構造32に対して基本的に位置合わせされている。ここで第2電極35は一部だけしか壁によって遮蔽されない。さらに各セルは、光学的に透明な流体19内に分配される複数の粒子20を有する。

前述の構成との類推で、図5aにおいて概略的に図示されているように、第1電極33と第2電極35との間に適切な電圧が印加されるとき、粒子20は第2電極35とスペーサ構造32によって画定される第2粒子集中位置46へ集中し、かつ、図5bにおいて概略的に図示されているように、第1電極33と第2電極35との間に電圧が存在しないとき、粒子20はセル31a内で分散する。

図6a-bを参照しながら、図4a-bの外見修正装置のセル31a-cの第2の典型的な構成について説明する。図6a-bに図示されたセルの構成と図5a-bに図示されたセルの構成とは、第1粒子集中位置45同様に第2粒子集中位置46が第2電極を覆う誘電層36内の開口部によって画定されている点で異なる。図6a-bに図示された典型的なセルの構成では、第2基板12上の誘電層36内の開口部は基本的に、スペーサ構造32と一致する。このことは必ずしも成立しているわけではなく、その開口部は完全に競る31aの内部に供されても良いし、又はスペーサ構造32と一部だけ一致しても良いことに留意して欲しい。

ここで図7a-bに移ると、第3の典型的な構成が図示されている。この構成と図5a-bに図示された構成とは、第1電極33を覆う誘電層34内の開口部の形態をとる複数の第1粒子集中位置45a-cが各セル31aに供されている点で異なる。

複数の第1粒子集中位置45a-cが供されることで、第1基板11上の（すべての）第1粒子集中位置と第2基板12上の第2粒子集中位置とが重なるのを防止することができる。これにより、位置合わせ許容度に関する要件を緩和することができるので、外見修正装置の製造を手助けすることができる。

さらに外見修正装置30の曲げ及び変形に対する許容度は、各セル中の誘電層内に複数の開口部を供することによって改善することができる。この許容度は外見修正装置30の重要な特徴である。この特徴は有利となるように、覆われる装置又は対象物の形状に適合することを可能にする。

図8a-bは、非対称のセル構造を有する典型的な外見修正装置の2つの分布状態を概略的に表す上面図である。

図8a-bに図示された外見修正装置80では、スペーサ構造32は、そのスペーサ構造32によって画定されたセル81a-cが非周期的セル構造（この特別な例では、所謂ペンローズ構造）を形成するように構成される。図4a-bと関連させて説明した外見修正装置30では、図8a-bの外見修正装置30は第1粒子集中位置82を有する（図の簡明を期すため、そのような第1粒子集中位置の1つにしか参照番号が示されていない）。第1粒子集中位置82は第1基板上に供される第1電極の一部を曝露する誘電層内の開口部として供される。

図8a-bから分かるように、第1粒子集中位置82には、1つのセル81a-cにつき1つの第1粒子集中位置よりも高い密度が供される。従って各セル81a-c又は複数のセルの少なくとも主要部は、複数の第1粒子集中位置82を有する。その結果、たとえ大きな変形又は位置合わせのずれが生じたとき（たとえば当該外見修正装置が曲面を有する対象物上に設けられる場合）でも、複数の第1粒子集中位置82を有することで、当該外見修正装置が曲面上に設けられた後、各セル内部に設けられていて、かつ第2基板上に供された（複数の）第2粒子集中位置84に対して位置設定されている第1粒子集中位置を少なくとも有する機会が増大する。よって各セル81a-cは、十分短い期間内に、第1粒子集中位置82及び/又は第2粒子集中位置84に粒子20を集中させることを可能にする。従って、誘電層内に形成された複数の開口部を有することによって、事前に位置合わせのずれや変形を補償することが可能であり、かつ外見修正装置をよりしっかりとしたものにすることができる。

以降では、本発明の実施例による外見修正装置のセル31a-cの高速切り換え方法について、3つの異なる外見修正状態における1つの典型的なセル31aを概略的に図示している図9a-cを参照しながら説明する。

図9a-cに図示された例では、外見修正装置は図5a-bに関連して先に説明した外見修正装置に対応する。図9に図示されている例では、粒子20は負に帯電する。

図9に図示された状態では、第1電極33と第2電極35との間には印加される電圧が存在しないので、セル31a内には電場が存在しない。従って、粒子20はセル31a内部で分散し、かつ当該外見修正装置の少なくとも一部によって覆われる表面の光学特性は粒子20の光学特性によって決定される。

図9aにおいて、図示された分布状態から、当該外見修正装置によって覆われている表面の光学特性がもはや粒子20によっては決定されず、表面自身の光学特定又はセル31a内の他の構造−用途に依存するが、たとえば第1基板11、第1電極33、誘電層34、及び/又はカラーフィルタ若しくは有色反射体（図9a-cには図示されていない）−の特性によって決定される分布状態へセル31aを切り換えることを望むとき、少なくとも以下の選択肢が利用可能である。
1. 粒子20を第1粒子集中位置45へ集中させる、又は、
2. 粒子20を第1粒子集中位置45へ集中させる
ことである。

上の第1の選択肢を概略的に図示した図9bでは、負の電圧-Vが印加された（第1電極33の電位は第2電極35の電位よりも高いことを意味する）。この負の電圧により、粒子20を第1粒子集中位置45へ集中させる電場がセル31a内に生成される。第1粒子集中位置45の粒子集中領域ははるかに小さい（セル31aの全周に沿った第2電極35の周りの面積に誘電層34内の開口部が匹敵する）ので、第1粒子集中位置45での粒子20の物理的な濃度は高くなり、その結果負に帯電した粒子がクラスタを形成する。このクラスタは、第1電極33を遮蔽して電場に対抗することで、図9bにおいてマイグレーション速度v_miglで概略的に表されているように、第1粒子集中位置45へ向かって移動する粒子20の速度を大幅に減少させる。

ここで図9bに図示された状況と先の選択肢2−図9cにおいて概略的に図示されている−とを比較する。

図9cに図示されたセル31aでは、正の電圧+Vが代わりに印加された（図9bの-Vに対して大きさは同一だが極性が反対である）。その結果、負に帯電した粒子20がセル31aの周囲に沿って第2粒子集中位置46へマイグレーションする。第2粒子集中位置46の粒子集中面積が大きいため、第2粒子集中位置46での粒子の物理的濃度は、図9bの場合よりもはるかに低くなる。しばらくたった後、第2粒子集中位置46へ向かう粒子20のマイグレーション速度v_migl2の減少ははるかに小さくなる。

当業者には明らかなように、第1粒子集中位置45及び第2粒子集中位置46へ向かう粒子20のマイグレーション速度v_migl1とv_migl2は一定ではなく、電場強度、粒子の電荷、及び流体19内における粒子20の移動度のような因子によって決定される。図9a-cに図示された状況では、マイグレーション速度は最初、粒子20が第2粒子集中位置46へ向かって移動するとき（図9c）よりも、粒子20が第1粒子集中位置45へ向かって移動するとき（図9b）の方が大きくなると考えられる。その理由は、図9bの第1粒子集中位置45付近での電場は最初、図9cの第2粒子集中位置45付近での電場よりも大きいからである。しかし十分な数の粒子20が各対応する粒子集中位置45,46へ集中したとき、図9cのマイグレーション速度v_migl2は図9bのマイグレーション速度v_migl1よりも大きくなる。

図9a-cに関連して先に説明した高速切り換え方法に加えて、当該外見修正装置内におけるセル31a-cの非対称的な配置が、第1電極33及び第2電極35のみを用いた4色の異なる色状態の実現に利用されて良い。

これらの追加的状態を実現するため、図4a-bに図示されたように外見修正装置30を構成下結果得られる非対称的な電場が、複数の粒子20が、第1極性と第1色を有する第1組の荷電粒子20a及び前記第1極性とは反対の第2極性と第2色を有する第2組の荷電粒子20bを有する外見修正装置内において利用されて良い。

ここで多色の外見修正装置100の典型的実施例について、セル上面図と断面図を示す図10a-eを参照しながら説明する。図10a-eの外見修正装置100は図4a-bの外見修正装置と似ている。ただし粒子20が正に帯電した粒子20aと負に帯電した粒子20bの混合物として供され、正に帯電した粒子20aは一の色−たとえばシアン−を有し、かつ負に帯電した粒子20bは他の色−たとえばオレンジ−を有する。図4a-bの外見修正装置の均等な部品は同じ参照番号によって示されている。

第1の混合色状態が図10aに図示されている。第1電極33と第2電極35との間に電場が印加されていないとき、全ての粒子はセル内部で分散する。ここでの光学的な外見は2種類の粒子20aと20bの組み合わせ−本例ではシアンとオレンジとの混合色である緑−である。

第2の色状態が図10bに図示されている。十分な正の電位差が第1電極33と第2電極35との間に印加されるとき、正に帯電した粒子は第1粒子集中位置45に隣接して集中する一方で、負に帯電した粒子は第2粒子集中位置46へ引きつけられる。第2粒子集中位置46（セル31aの周囲）での電場強度が第1粒子集中位置45（第1電極を曝露する誘電層21内の開口部）での電場強度よりも小さい結果、負に帯電した粒子20bは、電場による影響をそれほど受けず、セル内に分散したままである。従って負に帯電した粒子20bは外見修正装置30の光学的な外見−ここではオレンジ色−に影響を及ぼす。

第3の色状態が図10cに図示されている。十分な負の電位差が第1電極33と第2電極35との間に印加されるとき、負に帯電した粒子20bは、第1粒子集中位置45付近での強い電場のため第1粒子集中位置45で集中する一方で、負に帯電した粒子20bは第2粒子集中位置46へ引きつけられる。図10bに関連して前述したように、第2粒子集中位置46付近での電場強度は第1粒子集中位置45での電場強度よりも弱い結果、正に帯電した粒子20aは、それほど影響を受けず、セル内で分散したままである。従って正に帯電した粒子20aは外見修正装置30の光学的な外見−ここではシアン色−に影響を及ぼす。

極性に依存して粒子が各異なる電極に集中する状態へ外見修正装置30を制御する様子が図10d-eに図示されている。その結果、色の状態は、粒子によっては決定されず、むしろ外見修正装置30の別な部分によって決定される。特に、セル自体が透明な特性を有する場合には、図10d-eに図示された状態は透明な状態となる。

図10dでは、十分に高い正の電位差が第1電極33と第2電極35との間に印加されることで、正に帯電した粒子20aが第1粒子集中位置45に集中し、かつ負に帯電した粒子20bが第2粒子集中位置46に集中するときに、透明状態が実現される。

図10eでは、十分に高い負の電位差が第1電極33と第2電極35との間に印加されることで、負に帯電した粒子20bが第1粒子集中位置45に集中し、かつ正に帯電した粒子20aが第2粒子集中位置46に集中するときに、透明状態が実現される。

Claims (14)

1. 覆った表面の外見を視覚的に修正する外見修正装置であって、
   当該外見修正装置は：
   第1面上に備えられた第1電極を有する第1基板；
   前記の第1電極の第1面の反対側に備えられた第2基板であって、前記第1基板に対向する面上に備えられた第2電極を有する第2基板；
   前記第1基板と前記第2基板との間に間隔を設けるスペーサ構造であって、前記第1基板と前記第2基板との間の間隔は複数のセルに分割される、スペーサ構造；
   各セル内に存在する、複数の粒子が内部に分散する光学的に透明な流体；
   を有し、
   前記粒子は、第1色と第1極性を有する第1組の荷電粒子、及び、第2色と前記第1極性と反対の第2極性を有する第2組の荷電粒子を含み、
   前記複数の粒子は電場の印加を介することによって、前記流体中での移動が可能で、
   前記セルの各々は、前記第1電極と前記第2電極との間での電圧印加によって、前記のセル内部での粒子の分布が第1分布状態から第2分布状態へ制御可能となるように、備えられ、
   前記第1分布状態では、前記第2組の荷電粒子が分散し、かつ当該外見修正装置によって覆われる表面の外見が前記第2組の荷電粒子の光学特性によって決定され、
   前記第2分布状態では、前記第1組の荷電粒子が、前記第1基板上に供される第1粒子集中位置及び/又は前記第2基板上に供される第2粒子集中位置に集中し、
   前記第2粒子集中位置は、当該外見修正装置に対して平行な面内で、前記前記第1粒子集中位置に対して変位し、
   前記セルは、前記第1電極と前記第2電極との間に電圧を印加することによって前記第2色を有する状態をとるように制御される、
   外見修正装置。
2. 前記第1電極と前記第2電極が、前記の第1電極と第2電極との間に電圧を印加することで複数のセル内において分布状態が同時に制御可能となる、ように配置される、請求項1に記載の外見修正装置。
3. 各セルについて、前記セルの全面積に対する、前記第1電極及び前記第2電極によって制御可能な前記第1電極と前記第2電極との間の面積の比は、70%よりも大きい、請求項1又は2に記載の外見修正装置。
4. 各セルの全面積が0.01mm ² よりも大きい、請求項1乃至3のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
5. 前記第1電極及び前記第2電極は、少なくとも100個のセルを同時に制御するように配置される、請求項1乃至4のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
6. 前記第1電極は誘電層によって覆われ、かつ
   前記第1粒子集中位置は、前記第1電極の一部を曝露する前記誘電層内の開口部として供される、
   請求項1乃至5のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
7. 前記誘電層は、各セルにおいて、前記第1電極の対応する部分を曝露する複数の開口部を有し、それにより複数の第1粒子集中位置が供される、請求項6に記載の外見修正装置。
8. 前記第2電極は誘電層によって覆われ、かつ
   前記第2粒子集中位置は、前記第2電極の一部を曝露する前記誘電層内の開口部として供される、
   請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
9. 前記セルは前記第2分布状態において光学的に透明であることで、当該外見修正装置によって覆われる表面は前記セルを介して視認可能となる、請求項1乃至8のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
10. 前記スペーサ構造は、複数のセルによって非周期的パターンが形成されるように構成される、請求項1乃至9のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
11. 前記複数の粒子は第1組の負に帯電した粒子と第2組の正に帯電した粒子を有する、請求項1乃至10のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
12. 前記第2粒子集中位置が前記第1粒子集中位置よりも大きな粒子濃度を有する、請求項1乃至11のうちいずれか1項に記載の外見修正装置。
13. 請求項12に記載の外見修正装置の動作方法であって：
    前記第1電極と前記第2電極との間の電圧を決定することで、前記第2粒子集中位置に前記粒子を集中させるように電場を構成する手順；及び、
    前記の第1電極と第2電極との間の電圧を印加することで、前記粒子を前記第2粒子集中位置に集中させる手順；
    を有する方法。
14. 複数のセルであって、各々は複数の粒子を有し、該複数の粒子は、光学的に透明な媒体中で分散する、第1色と第1極性を有する第1組の荷電粒子及び第2色と前記第1極性とは反対の第2極性を有する第2組の荷電粒子を有する、セル；並びに、
    第1電極と第2電極であって、該第1電極と第2電極との間での電圧の印加を介して前記粒子を第1粒子集中位置及び/又は第2粒子集中位置に集中させるように前記粒子を横方向に変位させることを可能にする、第1電極と第2電極；
    を有する外見修正装置であって、
    前記セルは、前記第1電極と前記第2電極との間に所与の電圧を印加する結果、第1電場が前記第1粒子集中位置に隣接し、かつ第2電場が前記第2粒子集中位置に隣接し、
    前記第1電場は前記第2電場よりも高い電場強度を有する、
    外見修正装置の動作方法であって：
    前記第1電極と前記第2電極との間の電圧の極性と大きさを決定することで、前記第1電場が前記第1組の荷電粒子を前記第1電極へ集中させるのに十分な強さとなり、かつ、前記第2電場は前記第2組の粒子が実質的に分散状態のままにする、手順；並びに、
    前記の第1電極と第2電極との間の決定された電圧を印加することで、前記セルを、前記第2色を実質的に有する状態となるように制御する手順；
    を有する、方法。

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