JPS60254101A - 偏光素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、磁性粒子が浮遊している磁性流体を利用した
偏光素子に関する。

〔従来技術とその問題点〕

従来偏光板として、ポリビニルアルコールにヨウ素分子
妻浸透させて一方向に引き伸ばしたものや、ガラス基板
上に付けられた無数のスクラッチ（引っかき傷）に染料
分子を付着させ、機械的に引き伸ばしたものなどがある
。しかしながらいずれも、偏光の方向を変えるには機械
的に行わなければならないので、構造が複雑で、切り換
え速度も遅い。

〔本発明の技術的課題〕

本発明の技術的課題は、従来の偏光素子におけるこのよ
うな問題を解消し、非機械的に且つ高速で偏光方向を変
えることができるようにすることにある。

〔発明の技術的手段〕

この技術的課題を解決するために講じた本発明による技
術的手段は、磁性粒子を浮遊させた磁性流体の層を形成
すると共に、該磁性流体層に磁界　゛を印加する励磁手
段を配設し、該磁性流体層中の磁性粒子に磁界を印加し
て、磁性粒子を一方向に伸びるストライプ状に配列した
構成になっている。

〔技術的手段の作用〕

この技術的手段によれば、励磁コイルやコンダクタパタ
ーン、透明導電膜などの導体で、磁性流体層に磁界を印
加することにより、磁性流体層中の磁性粒子をストライ
プ状に配列することができる。そして磁性粒子がストラ
イプ状に配列すると、偏光効果が発生するので、磁界の
方向をＸ、Ｙ方向に切り換え得るように２つの励磁手段
を設け、磁性流体層への励磁方向を切り換えることで、
磁性粒子のストライプ方向を切り換え、偏光方向を選択
することができる。したがって偏光方向を切り換えるこ
とにより、光シヤツターや光スィッチ等として利用でき
る。

このように偏光素子の偏光方向を非機械的に切り換える
ことができるので、構造が簡単で切り換え速度も高速に
なる。

〔発明の実施例〕

次に本発明による偏光素子が実際上どのように具体化さ
れるかを実施例で説明する。第１図は本発明を光シヤツ
ターに実施した例の部分断面斜視図である。１は磁性基
板、例えばＧｄ３　Ｇａｓ　Ｏｔ　２基板であり、その
上に、気相成長した一軸磁気異方性を有する（ＧｄＣａ
）　！　（ＧｅＦｅ）　ｓ　Ｏ１２の磁性膜２が形成さ
れている。３は従来の偏光板で、ガラス基板に従来の偏
光シートが貼り付けられている。そしてこのガラス基板
３と前記磁性膜２との間に、磁性流体Ｎ４がサンドイッ
チされている。

この磁性流体４は、水や油などの液体中に強磁性の磁性
粒子が混入され、浮遊している。

こうして構成された偏光基板に、Ｘ方向の磁界Ｈｘを発
生させるＸコイル５ｘと、Ｙ方向の磁界Ｈｙを発生させ
るＸコイル５ｘとが巻回されている。

第２図に示すように、Ｘコイル５ｘに通電して、Ｘ方向
の面内磁界を磁性流体４に印加すると、磁性膜２中の迷
路状磁区がストライプ状磁区６となり、磁区の方向がス
トライプ状に揃う。このとき隣接する磁区の磁化が反平
行となり、隣接する磁区の磁化の方向が逆になっている
。そのため、（ロ）に示すように隣接する磁区間の磁壁
部の磁界が大きくなるので、磁性流体中の磁性粒子が該
磁壁部に吸引されて堆積し、磁壁に沿ってストライプ状
に配列され、不透明なストライプ６の群を形成する。こ
のストライプ群で、偏光効果が現れる。

磁性膜２の特性としては、ファラデー回転角と光吸収係
数が小さく、磁区幅が光の波長程度である必要がある。

第３図（イ）は、第２図（イ）と同様にＸコイル５ｘで
Ｘ方向の面内磁界を印加した場合の、磁性粒子のストラ
イプ６を示したもので、ストライプ６はＸ方向に伸びて
いる。Ｘコイル５ｘに通電して、Ｙ方向の面内磁界を印
加すると、（ロ）のように磁性粒子が磁性膜２のＹ方向
に伸びた反平行磁区の磁壁に吸引されて、磁性粒子のス
トライプ６がＹ方向に伸びる。即ちＸコイル５ｘとＸコ
イル５ｘを選択的に励磁することで、磁性粒子のストラ
イプ６の方向を、Ｘ方向とＹ方向に切り換えることがで
きる。

いま偏光板３の偏光方向がＹ方向であるとすると、第３
図（イ）の場合は、磁性粒子のストライプ６による偏光
方向が、偏光板３の偏光方向と一致しているため、入射
光Ｌｉが磁性膜２、磁性流体層４を通過した偏光が、偏
光板３を透過して、出射光Ｌｏが得られる。これに対し
く口）の場合は、磁性粒子のストライプ６による偏光方
向が、偏光板３の偏光方向と不一致となるため、磁性流
体層４を通過した偏光が偏光板３を透過できず、出射光
Ｌｏは得られない。

このように磁性流体中の磁性粒子のストライプ方向を、
励磁コイルを選択的に通電することで切り換え、入射光
を透過させたり、遮断したりすることが可能で、光シヤ
ツターとして作用する。

このように磁界の印加方向を選択することで、光シヤツ
ターや光スィッチとして利用でき、また磁界を消去して
も、抗磁力の作用により消去前の状態が維持される。さ
らに、磁性流体のストライプ方向を揃えた後、磁性流体
の液体を蒸発させるなどの手法で、流体成分を除去し、
ストライプ方向を半永久に固定することができる。

第４図（イ）（ロ）は本発明の第２実施例を示す平面図
、第５図は第４図（イ）のＶ−Ｖ断面図である。第１図
〜第３図は、磁性流体のストライプを形成するのに、−
軸磁気異方性を有するガーネット磁性膜２を利用してい
るが、第２実施例は、透明なコンダクタパターン７Ｘ、
７ｙを使用している。

コンダクタパターン７ｘは、５ｉ０２から成る透明のス
ペーサ８上にストライプ状に形成され、かつつづら折り
に連続し、１本のコンダクタになっている。また同しく
５ｉ０２から成る透明のスペーサ９上に、コンダクタパ
ターン７ｙがストライプ状に形成され、かつつづら折り
に連続している。ただし、コンダクタパターン７Ｘは、
磁性流体のストライプをＸ方向に形成するためのもので
あり、コンダクタパターン７ｙは、磁性流体のストライ
プをＹ方向に形成するためのものである。そのために、
第４図、（イ）のようにコンダクタパターン７ＸはＸ方
向に伸びており、コンダクタパターン７ｙはＹ方向に伸
びている。即ちコンダクタパターン７Ｘと７ｙは直角に
交差している。

そして両スペーサ８と９間に、前記のように磁性粒子が
浮遊している磁性流体の層２がサンドインチ状に挟まれ
ている。スペーサ８の外側にはガラス基板１０が重ねら
れ、スペーサ９の外側には、ガラス基板１１が重ねられ
ている。そしてガラス基板１１の外側に、第１実施例で
述べた偏光板３が重ねられている。

この実施例において、いまコンダクタパターン７Ｘに通
電すると、該コンダクタパターン７ｘの縁に沿って磁界
が強くなるので、該磁界で磁性粒子が吸引されて堆積し
、第３図（イ）と同様なＸ方向のストライプ群が形成さ
れる。またコンダクタパターン７ｙに通電すると、該コ
ンダクタパターン７ｙの縁に沿って磁界が強くなるので
、該磁界で磁性粒子が吸引されて堆積し、第３図（ロ）
と同様なＹ方向のストライプ群が形成される。このよう
にコンダクタパターン７マ、７ｙを選択的に通電するこ
とで、磁性粒子のストライプ方向を切り換え、偏光板３
と組み合わせることで、第３図と同様に、光シヤツター
や光スィッチを構成することができる。なお鎖線１２で
囲まれた領域が光シヤツターや光スイフチとして作用す
る部分である。

第６図は本発明の第３実施例の断面図である。

１０．１１はガラス基板であり、ガラス基板１０の内面
のほぼ全面にわたって、矩形の透明導電膜１３ｘが設け
られている。そして該透明導電膜１３ｘの両端に細長い
端子１４．１５が互いに平行に設けられている。したが
って端子１４．１５間に通電すると透明導電膜１３×の
全面を均一に電流が流れる。この透明導電膜１３ｘの内
面は、５ｉ０２などから成る透明絶縁膜１６ｘで覆われ
ている。そしてこの透明絶縁膜１６ｘの内面には、端子
１４．１５と平行に即ちＸ方向に伸びる多数の溝１７・
・・が形成されている。第７図（イ）はこの状態を、透
明絶縁膜１６ｘ側から見た図である。なおガラス基板１
０の外側には、偏光板３が重ねられている。

下側のガラス基板１１の内面にもほぼ全面にわたって、
矩形の透明導電１ｊｌ１３ｙが設けられている。

そして該透明導電膜１３ｙの両端に端子１８．１９が平
行に設けられている。この透明導電膜１３ｙの内面は、
５ｉ０２などから成る透明絶縁膜１６ｙ　Ｔ：覆われて
いる。そしてこの透明絶縁Ｍ＊１６ｙの内面には、端子
１８．１９と平行に即ちＹ方向に伸びる多数の溝２０・
・・が形成されている。第７図（ロ）はこの状態を、透
明絶縁膜１６ｙ側から見た図である。透明絶縁膜１６ｘ
　、１６ｙの内面に形成された多数の溝１７・・・、２
０・・・の間隔は、光の波長程度が好ましい。

このようにＸ方向の溝１７・・・を有する透明絶縁膜１
６ｘとＹ方向の−１２０・・・を有する透明絶縁膜ｔｓ
ｙＯ間に磁性流体層４を挟む。第８図、第９図は磁性流
体Ｎ４側からＸ方向の溝１７・・・が形成された透明絶
縁膜１６ｘ側を見た図で、（イ）は平面図、（ロ）は縦
断面図である。多数の溝１７・・・と平行な端子１４か
ら端子１５に向けて、第９図のように透明導電膜１３ｘ
に電流ｌを流すと、該透明導電膜１３ｘの周りに磁界２
１が発生亥るが、この磁界の方向は溝１７・・・と平行
になる。この磁界は当然透明導電膜１３Ｘに近い位置は
ど強力であるが、透明絶縁膜１６ｘの内面は、溝１７・
・・中が溝の無い位置より透明導電膜１３ｘに近く、磁
界が強い。したがって磁性流体Ｎ４中に浮遊している磁
性粒子は、第９図（イ）（ロ）のように、磁界の強い溝
１７・・・中に吸引され、溝１７・・・の底に堆積して
、ストライプ状群となる。

即ち第３図（イ）と同様にＸ方向に伸びるストライプが
形成され、偏光効果が得られる。

第６ＴＩ！Ｊおよび第７図、（ロ）に示すＹ方向の透明
導電膜１３ｙに、端子１９．２０で通電し、溝２０・・
・と垂直方向に電流を流すと、該溝２０・・・と平行に
磁界が発生し、該溝２０・・・中に磁性流体が吸引堆積
し、第３図（ロ）と同じ状態となる。したがって透明導
電膜１３ｘ　、１３ｙを選択的に通電することで、Ｘ、
Ｙ方向に選択的に磁性流体のストライプを形成すること
ができ、第３図で説明したように偏光効果により光シヤ
ツターや光スィッチを得ることができる。

なお溝１７・・・、２０・・・の形状は、図のようにコ
字状に形成するのは困難であるが、Ｘ、Ｙ方向に引っか
いて傷を付けることでも形成できる。

このように透明絶縁膜１６ｘ　、１６ｙの内面に、Ｘ方
向、Ｙ方向の溝を形成することで、磁性粒子のストライ
プが形成され、かつ溝の内部はど磁界が強いので、磁性
粒子のストライプ形成が速やかで、偏光方向のスイッチ
ングが速く、かつ偏光の効率もよくなる。

第１０図は透明導電膜１３ｘ　、１３ｙを選択的に通電
するためのスイッチング回路である。（イ）は、透明導
電膜１３ｘの片方の端子１４に電源の＋■電位が接続さ
れ、透明導電膜１３ｙの片方の端子１８にアース電位が
接続されている。そして両透明導電膜１３ｘ　、１３ｙ
の他方の端子１５．１９は共に共通の入力端子２２に接
続されている。

いま入力端子２２への入力電圧Ｖｉとして、Ｏ（Ｖ〕が
印加されると、透明導電膜１３ｘに、十■電位側から電
流が流れる。入力電圧Ｖｉが＋Ｖ　（Ｖ）となると、β
明導電膜１３ｙに、入力端子２２側から電流が流れる。

したがって単一の入力端子に印加する電位を切り換える
のみで、２つの透明導電膜１３ｘ　、１３ｙを選択的に
通電することができ、制御が簡単である。第１０図（ロ
）は、透明導電膜１３ｘ、１３ｙのそれぞれに、逆流防
止用のダイオード２３．２４が接続されている。このダ
イオード２３．２４により、片方の透明導電膜１３ｘま
たは１３ｙに通電する際に、他方の透明導電膜に微少電
流が流れることも確実に防止でき、入力電圧Ｖｉに多少
の時間変動があったりしても、安定したスイッチング効
果が得られる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、磁性流体層の付近にＸ、
Ｙ方向の磁界発生手段を配設し、該磁性流体層に選択的
に磁界を印加することで、磁性流体層中の磁性粒子を、
偏光効果が発生するようにストライプ状に配列させる構
成になっている。そのため、ストライプ状磁性粒子のス
トライプの方向を選択するだけで、偏光方向を選択する
ことができ、従来の偏光板と併用することで、磁性流体
を使用した偏光素子を実現することができる。また偏光
素子の偏光方向を非機械的に切り換えることができるの
で、構造が簡単で切り換え速度も高速になる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の第１実施例を示すもので、第
１図は全容を示す斜視図、第２図はストライプ状磁区に
よる磁性粒子のストライプ状群が形成される模様を示す
図、第３図（イ）（ロ）は磁性粒子のストライプ方向に
よる偏光作用を説明する斜視図、第４図、第５図は本発
明の第２実施例で、第４図はコンダクタパターンの方向
を示す図、第５図は偏光素子の縦断面図、第６図〜第９
図は第３実施例を示すもので、第６図は縦断面図、第７
図は透明導電膜をストライプ状溝側から見た図、第８図
、第９図はストライプ状溝による磁性粒子のストライプ
状配列を示す平面図と断面図、第１０図は透明導電膜の
通電を切り換えるスイッチング回路である。 図において、２は磁性膜、３は偏光板、４は磁性流体層
、５ｘ、５ｙは励磁コイル、６・・・は磁性粒子のスト
ライプ状群、７ｘ、　７ｙはコンダクタパターン、１３
ｘ　、１３ｙは透明導電膜、１４．１５．１８．１９は
端子、１６ｘ　、１６ｙは透明絶縁膜、１７・・・、２
０・・・は溝をそれぞれ示す。 特許出願人　富士通株式会社 代理人　弁理士　青　柳　稔 第１図 第２図 第３図 第４図 （イ）　（ロ） ２ ／Ｙ 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁性粒子を浮遊させた磁性流体の層を形成すると共に、
   該磁性流体層に磁界を印加する励磁手段を配設し、該磁
   性流体層中の磁性粒子に磁界を印加して、磁性粒子を一
   方向に伸びるストライプ状に配列してなる偏光素子。