JP3965181B2 - 光変調器および光変調器によって光を制御する方法 - Google Patents

光変調器および光変調器によって光を制御する方法 Download PDF

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Description

本発明は、光変調器および光変調器によって光を制御する方法に関する。
入射光の振幅および／または位相を変調するために光変調器が開発された。光変調器の１つの用途は表示システムである。したがって、各光変調器が表示装置の１つまたは複数のセルまたは画素を提供するように、多数の光変調器がアレイに配列される。
光変調器の例として、ミクロミラー装置がある。ミクロミラー装置は、ミラー軸のまわりに回転するように支持された静電気的に動作するミラーを含む。したがって、軸のまわりのミラーの回転を使用して、入射光を様々な方向に向けるまたは反射させることにより入射光を変調することができる。例えば、ミクロミラー装置を使用して、見ている人または表示画面に入射光を向けることができる。
ミクロミラー装置のミラーは、壊れやすく、製造が複雑である。さらに、ミラーは、毎秒数千サイクルで動かされるのに耐えなければならない。したがって、ミラーは、静止摩擦および／または完全故障を受けやすい。
それゆえ、ミラーの動きに依存せずに入射光を変調する光変調器が望ましい。
本発明は、光変調器および光変調器によって光を制御する方法を提供することを目的とする。
本発明の１つの態様は、光変調器を提供する。光変調器は、基板、透明板と基板が間に空洞を画定するように基板から離間された透明板、基板上の空洞の隣りに形成された少なくとも１つの電極、空洞内に配置された１よりも大きい屈折率を有する液体を含む。液体の界面は、少なくとも１つの電極の面に対して斜めに向けられ、透明板の表面に対して斜めに向けられている。したがって、光は、透過し液体の界面で屈折するように適応される。
以下の詳細な説明において、説明の一部分を構成しかつ本発明を実施することができる説明的な固有の実施形態として示した添付図面を参照する。この点において、「上」、「下」、「前」、「後ろ（ｂａｃｋ）」、「先（ｌｅａｄｉｎｇ）」、「後（ｔｒａｉｌｉｎｇ）」などの方向を表す用語は、説明している図の向きに対して使用される。本発明の実施形態の構成要素は、いくつかの異なる向きに配置できるため、方向を示す用語は、説明のために使用され、決して限定ではない。他の実施形態を利用することができ、本発明の範囲から逸脱することなく構造的または論理的な変更を行うことができることを理解されたい。したがって、以下の詳細な説明は、限定の意味に解釈されるべきでなく、本発明の範囲は、添付した特許請求の範囲によって定義される。
図１は、光変調器１００の１つの実施形態を示す。光変調器１００は、様々な材料の屈折特性により光を様々な方向に導く。１つの実施形態において、後で説明するように、複数の光変調器１００が、光変調器のアレイを構成するように配列される。したがって、光変調器のアレイは、表示装置を構成するために使用されることがある。このように、光変調器のアレイは、入射光を変調し、表示装置の個々のセルまたは画素を提供する。さらに、光変調器１００は、プロジェクタやプリンタなどの他の画像生成システムにも使用されることがあり、光アドレシング、光スイッチング、および／または他の光ビーム修正に使用されることもある。
１つの実施形態において、光変調器１００は、基板１１０と透明板１２０を含む。１つの実施形態において、透明板１２０は、基板１１０と実質的に平行に向けられており、間に空洞１４０を画定するように基板１１０から離間されている。基板１１０は、空洞１４０と隣り合った面１１２を有し、透明板１２０は、空洞１４０と隣接した面１２２を有する。さらに、透明板１２０は、面１２２と反対の面１２４を有する。１つの実施形態において、基板１１０の面１１２と透明板１２０の面１２４は、実質的に平坦であり、互いに実質的に平行に向けられている。
１つの実施形態において、基板１１０は、シリコン基板であり、光変調器１００のための回路を含む。１つの実施形態において、透明板１２０は、ガラス板である。しかしながら、他の適切な実質的に平坦な半透明または透明な材料を使用することができる。そのような材料の例には、石英とプラスチックがある。
１つの実施形態において、基板１１０の面１１２上に電極１５０が形成され、透明板１２０内に透明電極１６０が形成されている。１つの実施形態において、各電極１５０は、空洞１４０と隣接する反射面１５２を有する。１つの実施形態において、各反射面１５２の領域全体は、実質的に平坦である。さらに、各電極１５０の反射面１５２は、透明板１２０の面１２４と実質的に平行に向けられている。したがって、電極１５０は、後で説明するように、空洞１４０と透明板１２０、さらに透明電極１６０を介して光を反射する。
図１の実施形態に示したように、透明板１２０の面１２２は、凸凹面である。１つの実施形態において、例えば、透明板１２０の面１２２は、のこぎり歯状断面を有し、複数の凹状領域１２６を含む。１つの実施形態において、各凹状領域１２６は、傾斜面１２７を含む。したがって、傾斜面１２７は、基板１１０の面１１２上に形成された電極１５０の反射面１５２に対して斜めに向けられ、かつ透明板１２０の面１２４に対して斜めに向けられている。１つの例示的な実施形態において、基板１１０の面１１２に対する傾斜面１２７の角度は、約１５度〜約４５度の範囲である。
１つの実施形態において、各電極１５０は、透明板１２０の面１２２の１つの凹状領域１２６と関連付けられるように基板１１０の面１１２上に位置決めされている。しかしながら、複数の電極１５０を１つの凹状領域１２６と関連付けかつ／または１つの電極１５０を複数の凹状領域１２６と関連付けることは、本発明の範囲内である。
１つの実施形態において、空洞１４０には液体１７０が充填されている。液体１７０は、液体１７０の界面１７２が透明板１２０の面１２２に沿って提供されるように空洞１４０内に配置される。より具体的には、液体１７０の界面１７２は、透明板１２０の凹凸面に沿って面１２２の凹状領域１２６内に備わっている。前述のように、面１２２の凹状領域１２６は、電極１５０の反射面１５２と透明板１２０の面１２４に対して斜めに向けられた傾斜面１２７を包含している。したがって、液体１７０の界面１７２は、電極１５０の反射面１５２に対して斜めに向けられ、透明板１２０の面１２４に対して斜めに向けられる。
１つの実施形態において、液体１７０は透明である。したがって、液体１７０は、可視スペクトルにおいて透明または無色である。さらに、液体１７０は、電界中での分解に対して安定しており、幅広い動作温度範囲で熱的に安定しており、光化学的に安定している。さらに、液体１７０は、低い蒸気圧と低い導電率を有し、非腐食性である。１つの実施形態において、液体１７０は、約１０6ボルト／ｍより強い電界中で立体的配置を変化させることができる柔軟分子を含む低誘電率材料を含む。液体１７０として使用するのに適した液体の例には、シロキサン、シラン、アルキルおよび過フルオロアルキルエーテル、芳香族エーテル、ポリ芳香族化合物、シロキサンとシランの重合体、液晶、およびジアゾ化合物がある。
１つの実施形態において、１つまたは複数の電極１５０に電気信号を印加することにより、基板１１０の面１１２上に提供された各電極１５０と透明板１２０内に形成された透明電極１６０の間の空洞１４０内に電界が生じる。１つの実施形態において、空洞１４０内に電界が生じると、液体１７０の屈折率が変化する。後で説明するように、液体１７０の屈折率を変化させることにより、光変調器１００を使用して、それぞれの電極１５０の反射面１５２で反射される光の方向を変化させることができる。
図１の実施形態に示したように、光変調器１００は、透明板１２０の基板１１０と反対の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。光源は、例えば周囲光および／または人工光を含むことができる。そのように、透明板１２０に入射した入力光１２は、透明板１２０を通って空洞１４０に入り、出力光として各電極１５０の反射面１５２で反射される。したがって、出力光１４は、透明電極１６０を含む空洞１４０と透明板１２０を介して反射される。
出力光１４が、空洞１４０を通って反射されたとき、出力光１４は、液体１７０と透明板１２０の面１２２に沿って提供された液体１７０の界面１７２を透過する。１つの実施形態において、液体１７０の屈折率と透明板１２０の屈折率は異なる。したがって、出力光１４は、液体１７０の界面１７２で屈折する。
１つの実施形態において、例えば、光変調器１００の空洞１４０内に収容されている液体１７０は、１より大きい屈折率を有し、光変調器１００の透明板１２０は、１よりも大きい異なる屈折率を有し、光変調器１００を取り囲む空気は、実質的に１の屈折率を有する。したがって、光変調器１００の空洞１４０内に配置された液体１７０、光変調器１００の透明板１２０、および光変調器１００のまわりの空気によって、異なる屈折率を有する領域が構成される。
屈折率が異なるため、光変調器１００によって変調された光線は、光変調器１００のまわりの空気、透明板１２０、および空洞１４０内に収容された液体１７０の様々な界面で屈折する。光線が平面境界と交わる場合、スネルの法則から、次の関係が成り立つ。
ｎ１ｓｉｎ（Ａ１）＝ｎ２ｓｉｎ（Ａ２）
ここで、ｎ１は平面境界の第１の側の屈折率を表し、Ａ１は、平面境界の第１の側で、光線と、光線が平面境界と交わる点を通る平面境界と垂直な線との間に形成されたきょう角を表し、ｎ２は、平面境界の第２の側の屈折率を表し、Ａ２は、平面境界の第２の側で、光線と、光線が平面境界と交わる点を通る平面境界と垂直な線との間に形成されたきょう角を表す。
１つの実施形態において、出力光１４の方向は、液体１７０の屈折率によって制御される。１つの実施形態において、液体１７０の屈折率は、各電極１５０に電気信号を印加し、空洞１４０内に電界を生成することによって変更される。例えば、１つの実施形態において、電気信号が各電極１５０に印加される場合、液体１７０の屈折率は第１の値であり、出力光１４は、第１の方向１４ａに向けられる。しかしながら、１つの実施形態において、各電極１５０に電気信号が印加されない場合、液体１７０の屈折率は第２の値であり、出力光１４は、第２の方向１４ｂに向けられる。このように、光変調器１００は、入力光１２によって生成される出力光１４の方向を変調または変化させる。したがって、光変調器１００を使用して、光学画像生成システムに光を導きかつ／またはそこから取り出すことができる。
１つの実施形態において、後で説明するように、出力光１４を第１の方向１４ａに導くことは、例えば見ている人や表示装置に光が導かれるという点で光変調器１００の「オン」状態を表す。さらに、出力光１４を第２の方向１４ｂに導くことは、見ている人や表示画面に光が導かれないという点で光変調器１００の「オフ」状態を表す。
図２は、光変調器１００の別の実施形態を示す。光変調器１００と同じように、光変調器１００’は、透明板１２０と、透明板１２０内に形成された透明電極１６０とを含む。しかしながら、光変調器１００’は、基板１１０’と、基板１１０’の面１１２’上に形成されており、それぞれ面１５２’を有する電極１５０’とを含む。したがって、基板１１０’と透明板１２０の間に空洞１４０が画定される。光変調器１００’の空洞１４０は、光変調器１００と同じように、液体１７０が充填されている。
１つの実施形態において、基板１１０’は透明基板であり、電極１５０’は透明電極である。したがって、電極１５０’の面１５２’は透明である。１つの実施形態において、各面１５２’の領域全体は、実質的に平坦である。さらに、各電極１５０’の面１５２’は、透明板１２０の面１２４と実質的に平行に向けられている。したがって、液体１７０の界面１７２は、電極１５０’の面１５２’に対して斜めに向けられ、透明板１２０の面１２４に対して斜めに向けられている。
１つの実施形態において、１つまたは複数の電極１５０’に電気信号の印加することにより、基板１１０’の面１１２’に提供された各電極１５０’と、透明板１２０内に形成された透明電極１６０との間の空洞１４０内に電界が生成される。前述のように、１つの実施形態において、空洞１４０内に電界が生成されると液体１７０の屈折率が変化する。後で説明するように、液体１７０の屈折率を変化させることにより、光変調器１００’を使用して空洞１４０を透過する光の方向を変化させることができる。
図２の実施形態に示したように、光変調器１００’は、透明板１２０の基板１１０’と反対の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。したがって、透明板１２０に入射する入力光１２は、透明板１２０と空洞１４０を透過する。電極１５０’が透明電極であり基板１１０’が透明基板である場合、入力光１２は、各電極１５０’と基板１１０’を透過し、出力光１４’として出る。
入力光１２が空洞１４０内に導かれたとき、入力光１２は、液体１７０中を透過し、透明板１２０の面１２２に沿って提供された液体１７０の界面１７２を透過する。１つの実施形態において、前述のように、液体１７０の屈折率と透明板１２０の屈折率は異なる。したがって、入力光１２は、液体１７０の界面１７２で屈折する。
１つの実施形態において、前述のように、液体１７０の屈折率は、各電極１５０’に電気信号を印加し、空洞１４０内に電界を生成することによって変更される。例えば、１つの実施形態において、各電極１５０’に電気信号が印加された場合、液体１７０の屈折率は第１の値であり、出力光１４’は、第１の方向１４ａ’に導かれる。しかしながら、１つの実施形態において、各電極１５０’に電気信号が印加されていない場合、液体１７０の屈折率は第２の値であり、出力光１４’は、第２の方向１４ｂ’に導かれる。このように、光変調器１００’は、入力光１２によって生成される出力光１４’の方向を変調または変化させる。したがって、光変調器１００’を使用して、光学画像生成システムに光を導きかつ／または取り出すことができる。
図３Ａと図３Ｂは、光変調器２００の別の実施形態を示す。また、光変調器２００は、様々な材料の屈折特性に依存して光を様々な方向に導く。１つの実施形態において、複数の光変調器２００が、後で説明するように光変調器のアレイを構成するように配列される。したがって、光変調器のアレイを使用して表示装置を構成することができる。こうして、光変調器のアレイは、入射光を変調し、表示装置の個々のセルまたは画素を提供する。さらに、光変調器２００は、プロジェクタやプリンタなどの他の画像生成システムに使用されることもあり、光アドレシング、光スイッチング、および／または他の光ビーム修正に使用されることもある。
１つの実施形態において、光変調器２００は、基板２１０、透明板２２０、および基板２１０と透明板２２０の間に延在する側壁２３０を含む。１つの実施形態において、透明板２２０は、基板２１０と実質的に平行に向けられ、間に空洞２４０を画定するように基板２１０から離間されている。基板２１０は、空洞２４０と隣接する面２１２を有し、側壁２３０は、空洞２４０と隣接する面２３２を有する。さらに、透明板２２０は、空洞２４０と隣接した面２２２と、面２２２と反対の面２２４を有する。１つの実施形態において、基板２１０の面２１２と透明板２２０の面２２２と２２４は、実質的に平坦であり、互いに実質的に平行に向けられている。
１つの実施形態において、基板２１０は、シリコン基板であり、光変調器２００のための回路を含む。１つの実施形態において、透明板２２０はガラス板である。しかしながら、他の適切な実質的に平坦な半透明または透明な材料を使用することができる。そのような材料の例には、石英とプラスチックがある。
１つの実施形態において、基板２１０の面２１２に電極２５０が形成されており、側壁２３０の面２３２に電極２６０が形成されている。１つの実施形態において、電極２５０は、空洞２４０と隣接した反射面２５２を有する。１つの実施形態において、反射面２５２の領域全体は、実質的に平坦である。さらに、電極２５０の反射面２５２は、透明板２４０の面２２２と２２４と実質的に平行に向けられている。したがって、後で説明するように、電極２５０は、光を空洞２４０と透明板２２０を通して反射する。
１つの実施形態において、空洞２４０は、部分的に液体２７０が充填されている。液体２７０は、空洞２４０内に液体２７０の界面２７２が提供されるように空洞２４０内に配置される。１つの実施形態において、液体２７０の界面２７２は、後で説明するように、電極２５０の反射面２５２に対して斜めに向けられ、透明板２２０の面２２２および２２４に対して斜めに向けられている。
１つの実施形態において、液体２７０は透明である。したがって、液体２７０は、可視スペクトルにおいて透明または無色である。さらに、液体２７０は、電界中での分解に対して安定しており、広い動作温度範囲で熱的に安定しており、光化学的に安定している。さらに、液体２７０は、低い蒸気圧、低い比誘電率、および低い導電率を有し、また非腐食性である。さらに、液体２７０は、非極性かつ疎水性である。液体２７０として使用するのに適した液体の例には、シロキサン、シラン、アルキルおよび過フルオロアルキルエーテル、芳香性エーテル、芳香族化合物、置換芳香族化合物、ポリ香族化合物、シロキサンとシランの重合体、液晶、およびジアゾ化合物がある。
１つの実施形態において、各側壁２３０に沿って提供された各電極２６０に対する電気信号の印加により、各電極２６０と、基板２１０の面２１２に沿って設けられた電極２５０との間の空洞２４０内に電界が生じる。１つの実施形態において、空洞２４０内に電界が生じると液体２７０が分極し、その結果、液体２７０が各電極２６０に向かって移動する。したがって、空洞２４内の液体２７０の界面２７２が変化する。したがって、空洞２４０内の液体２７０の界面２７２の角度も変化する。それゆえ、後で示すように、液体２７０の界面２７２の角度を変化させることによって、光変調器２００を使用して、電極２５０の反射面２５２で反射される光の方向を変化させることができる。
１つの実施形態において、基板２１０上に形成された電極２５０の上に疎水性被覆（ hydrophobic coating）２５４が提供され、側壁２３０に形成された電極２６０の上に疎水性被覆（ hydrophobic coating）２６２が提供される。さらに、１つの実施形態において、液体２７０は、疎水性の液体（ hydrophobic liquid）である。したがって、各電極２６０に電気信号が印加されていない場合、空洞２４０内の液体２７０は、表面力と毛管力により、電極２５０と基板２１０の面２１２の全体にわたって均一に広がる。しかしながら、各電極２６０に電気信号が印加されたとき、液体２７０は分極し、１つの実施形態では親水性になる。したがって、液体２７０は、各電極２６０の方に移動し電極２６０を濡らす。
１つの実施形態において、疎水性被覆２５４は、電極２５０の近傍の基板２１０の面２１２の上にも提供され、疎水性被覆２６２は、電極２６０の近傍の側壁２３０の面２３２の上にも提供される。空洞２４０内に電界がないとき、疎水性被覆は、液体２７０を適所に維持するのに役立つ（ファンデルワールス力と毛管力によって）。しかしながら、例えば各電極２６０を活動化させることによって空洞２４０内に電界が生成されたとき、各電極２６０の近くの液体２７０と各電極２６０上に提供された疎水性被覆が両方とも分極し親水性になる。しかしながら、他の活動化されていない電極は、疎水性のままであり、したがって新しく分極した親水性の液体をはじく。したがって、活動化されていない電極上の疎水性被覆は、活動化された電極に向かって液体２７０をより素早く移動させる働きをする。したがって、空洞２４０内の疎水性被覆は、光変調器２００の液体２７０を分極する手段として「エレクトロウェッティング（ｅｌｅｃｔｒｏｗｅｔｔｉｎｇ）」に寄与する。
図３Ａと図３Ｂの実施形態に示したように、光変調器２００は、透明板２２０の基板２１０と反対の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。光源は、例えば、周囲光および／または人工光を含む。したがって、透明板２２０に入射した入力光１２は、透明板２２０を透過して空洞２４０に入り、電極２５０の反射面２５２で出力光１４として反射される。したがって、出力光１４は反射されて空洞２４０と透明板２２０を通る。
出力光１４が反射されて空洞２４０を通るとき、出力光１４は、液体２７０と液体２７０の界面２７２を通る。１つの実施形態において、液体２７０の屈折率と液体２７０のまわりの空洞２４０内の屈折率は異なる。したがって、出力光１４は、液体２７０の界面２７２で屈折する。
１つの実施形態において、例えば、光変調器２００の空洞２４０内に収容された液体２７０は、１より大きい屈折率を有し、空洞２４０内の液体２７０のまわりの空気は、実質的に１の屈折率を有する。さらに、光変調器２００のまわりの空気は、実質的に１の屈折率を有する。したがって、空洞２４０内の液体２７０と、空洞２４０内の液体２７０のまわりと光変調器２００のまわりの空気とによって、異なる屈折率を有する領域が形成される。屈折率が異なるため、光変調器２００によって変調された光線は、液体２７０の界面２７２で屈折する。
１つの実例となる実施形態において、液体２７０の屈折率は約１．４であり、空洞２４０内の液体２７０のまわりと光変調器２００のまわりの空気の屈折率は実質的に１である。１つの実施形態において、透明板２２０の材料は、実質的に１の屈折率を有するように選択される。さらに、透明板２２０の厚さはかなり薄く、その結果透明板２２０の屈折は無視することができる。
１つの実施形態において、出力光１４の方向は、液体２７０の界面２７２によって制御される。１つの実施形態において、液体２７０の界面２７２の角度は、前述のように、各電極２６０に電気信号を印加し、空洞２４０内に電界を生成することによって変更される。例えば、図３Ａの実施形態に示したように、第１の電極２６０ａに電気信号を印加した場合、液体２７０は、各側壁２３０ａの方に移動し、液体２７０の界面２７２ａを確立する。したがって、出力光１４は、第１の方向１４ａに向けられる。しかしながら、図３Ｂの実施形態に示したように、第２の電極２６０ｂに電気信号が印加された場合、液体２７０は、各側壁２３０ｂの方に移動し、液体２７０の界面２７２ｂを確立する。したがって、出力光１４は、第２の方向１４ｂに導かれる。このように、光変調器２００は、入力光１２によって生じる出力光１４の方向を変調または変化させる。したがって、光変調器２００を使用して光学画像生成システムに光を導きかつ／またはそこから取り出すことができる。
１つの実施形態において、第１の方向１４ａに出力光１４を導くことは、後で示すように、例えば見ている人や表示画面に光が向けられるという点で光変調器２００の「オン」状態を表す。さらに、出力光１４を第２の方向１４ｂに導かれることは、例えば見ている人や表示画面に光が向けられないという点で光変調器２００の「オフ」状態を表す。
１つの実施形態において、各光変調器２００は、１つのセルまたは画素を形成する。したがって、１つの例示的な実施形態において、空洞２４０内の基板２１０の面２１２の面積は、約５ミクロン×約５ミクロンであり、基板２１０と透明板２２０の間隔は、約１．５ミクロン以上である。別の例示的な実施形態において、空洞２４０内の基板２１０の面２１２の面積は、約１０ミクロン×約１０ミクロンであり、基板２１０と透明板２２０の間隔は、約３ミクロンであり、別の例示的な実施形態において、空洞２４０内の基板２１０の面２１２の面積は、約２０ミクロン×約２０ミクロンであり、基板２１０と透明板２２０の間隔は、約６ミクロンである。
図４Ａと図４Ｂは、光変調器２００の別の実施形態を示す。光変調器２００と同様に、光変調器２００’は、透明板２２０と側壁２３０を含み、側壁２３０の面２３２に電極２６０が形成されている。しかしながら、光変調器２００’は、基板２１０’と、基板２１０’の面２１２’に形成され面２５２’を有する電極２５０’とを含む。したがって、基板２１０’と透明板２２０の間に空洞２４０が画定される。光変調器２００と同様に、光変調器２００’の空洞２４０は、部分的に液体２７０が充填される。１つの実施形態において、基板２１０’上に形成された電極２５０’の上に疎水性被覆２５４’が提供され、側壁２３０上に形成された電極２６０の上に疎水性被覆２６２が提供される。さらに、１つの実施形態において、液体２７０は、疎水性の液体である。
１つの実施形態において、基板２１０’は透明基板であり、電極２５０’は透明電極である。したがって、電極２５０’の面２５２’は透明である。１つの実施形態において、面２５２’の領域全体は実質的に平坦である。さらに、電極１５０’の面１５２’は、透明板２２０の面２２２および２２４と実質的に平行に向けられている。したがって、液体２７０の界面２７２は、電極２５０’の面２５２’に対して斜めに向けられ、透明板２２０の面２２２と２２４に対して斜めに向けられている。
１つの実施形態において、各側壁２３０に沿って提供された各電極２６０に電気信号を印加すると、各電極２６０と、基板２１０’の面２１２’に沿って提供された電極２５０’との間の空洞２４０内に電界が生成される。１つの実施形態において、前述のように、空洞２４０内に電界を生成すると液体２７０が分極し、その結果、液体２７０が各電極２６０の方に移動する。したがって、空洞２４０内の液体２７０の界面２７２が変化する。これにより、空洞２４０内の液体２７０の界面２７２の角度も変化する。したがって、後で示すように、液体２７０の界面２７２の角度を変化させることにより、光変調器２００’を使用して空洞２４０を通る光の方向を変化させることができる。
図４Ａと図４Ｂの実施形態に示したように、光変調器２００’は、透明板２２０の基板２１０’と反対の側に配置された光源（図示せず）によって生成された光を変調する。したがって、透明板２２０に入射した入力光１２は、透明板２２０と空洞２４０を透過する。電極２５０’が透明電極で基板２１０’が透明基板である場合、入力光１２は、電極２５０’と基板２１０’を透過して出力光１４’として出る。
入力光１２が空洞２４０内を導かれるとき、入力光１２は、液体２７０と液体２７０の界面２７２を通る。１つの実施形態において、前述のように、液体２７０の屈折率と、空洞２４０内の液体２７０のまわりの屈折率は異なる。したがって、入力光１２は、液体２７０の界面２７２で屈折する。
１つの実施形態において、前述のように、出力光１４’の方向は、液体２７０の界面２７２によって制御される。１つの実施形態において、液体２７０の界面２７２の角度は、各電極２６０に電気信号を印加して空洞２４０内に電界を生成することによって変更される。例えば、図４Ａの実施形態に示したように、第１の電極２６０ａに電気信号が印加された場合、液体２７０は、各側壁２３０ａの方に移動し、液体２７０の界面２７２ａを確立する。したがって、出力光１４’は、第１の方向１４ａ’に導かれる。しかしながら、図４Ｂの実施形態に示したように、第２の電極２６０ｂに電気信号が印加された場合、液体２７０は各側壁２３０ｂの方に移動し、液体２７０の界面２７２ｂを確立する。したがって、出力光１４’は、第２の方向１４ｂに導かれる。
このように、光変調器２００’は、入力光１２によって生じる出力光１４’の方向を変調または変化させる。したがって、光変調器２００’を使用して、光学画像生成システム内に光を導きかつ／またはそこから取り出すことができる。
１つの実施形態において、図５に示したように、光変調器１００（光変調器１００’を含む）または光変調器２００（光変調器２００’を含む）は、表示システム５００に組み込まれる。表示システム５００は、光源５１０、光源光学要素５１２、光プロセッサまたはコントローラ５１４、および投影光学要素５１６を含む。光プロセッサ５１４は、各反射電極１５０または２５０が表示装置の１つのセルまたは画素を構成するようにアレイに配置された多数の光変調器１００または２００を含む。１つの実施形態において、光変調器１００または２００のアレイは、共通基板上に、複数の光変調器の反射電極に対して個別の空洞で形成されることもあり及び／または共通の空洞で形成されることがある。したがって、各空洞が、１つのセルまたは画素を表すこともあり及び／または複数の空洞が１つのセルまたは画素を構成することもある。
１つの実施形態において、光プロセッサ５１４は、表示する画像を表す画像データ５１８を受け取る。したがって、光プロセッサ５１４は、画像データ５１８に基づいて、光変調器１００または２００の通電と、光源５１０から受け取った光の変調を制御する。次に、変調された光は、見ている人または表示画面５２０に投影される。
１つの実施形態において、図６に示したように、光変調器１００（光変調器１００’を含む）または光変調器２００（光変調器２００’を含む）が、光スイッチングシステム６００に組み込まれる。光スイッチングシステム６００は、光源６１０、光プロセッサまたはコントローラ６１２、および少なくとも１つの受光器６１４を含む。光プロセッサ６１２は、光を選択的に受光器６１４に導くように構成された１つまたは複数の光変調器１００または２００を含む。光源６１０には、例えば、光ファイバ、レーザ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または入力光１２を生成する他の発光素子がある。受光器（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）６１４には、例えば、光ファイバ、光導体／チャネル、または他の受光装置または光検出装置がある。
１つの実施形態において、受光器６１４は、第１の受光器６１４ａと第２の受光器６１４ｂを含む。したがって、光プロセッサ６１２は、光変調器１００または２００の通電と光源６１０から受け取った光の変調を制御して、光を第１の受光器６１４ａまたは第２の受光器６１４ｂに導く。例えば、光変調器１００の電極１５０に電気信号が印加されているとき、出力光１４ａは、第１の受光器６１４ａに導かれ、光変調器１００の電極１５０に電気信号が印加されていないとき、出力光１４ｂは、第２の受光器６１４ｂに導かれる。さらに、光変調器２００の側面の電極２６０ａに電気信号が印加されているとき、出力光１４ａは、第１の受光器６１４ａに導かれ、光変調器２００の側面の電極２６０ｂに電気信号が印加されているとき、出力光１４ｂは、第２の受光器６１４ｂに導かれる。したがって、光スイッチングシステム６００は、例えば光アドレシングや光スイッチングに使用するために、光変調器１００または２００によって光を制御しまたは導く。
本明細書において特定の実施形態を示し説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく、示し説明した特定の実施形態に様々な代替および／または等価な実施形態を代用できることは当業者によって理解されよう。本出願は、本明細書に示した特定の実施形態の任意の適応例または変形例を対象として含むように意図されている。したがって、本発明は、特許請求の範囲とその等価物によってのみ限定される。
以上本発明の各実施例について説明したが、実施例の理解を容易にするために、実施例ごとの要約を以下に列挙する。
〔１〕 基板と、
前記基板から離間された透明板（１２０／２２０）であって、前記基板との間に空洞（１４０／２４０）を画定する透明板（１２０／２２０）と、
前記基板上に前記空洞と隣接して形成された少なくとも１つの電極（１５０、１５０’／２５０、２５０’）と、
前記空洞内に配置された１を超える屈折率を有する液体（１７０／２７０）とを具備し、
前記液体の界面（１７２／２７２）が、前記少なくとも１つの電極の面（１５２、１５２’／２５２、２５２’）に対して斜めに向けられ、かつ前記透明板の面（１２４／２２２，２２４）に対して斜めに向けられており、
光が透過し前記液体の前記界面で反射するように適応された光変調器（１１０、１１０’／２１０、２１０’）。
〔２〕 前記少なくとも１つの電極の前記面が、前記透明板の前記面と実質的に平行に向けられたことを特徴とする〔１〕に記載の光変調器。
〔３〕 前記液体の前記屈折率が、前記少なくとも１つの電極に電気信号が印加されたときに変化するように適応されたことを特徴とする〔１〕に記載の光変調器。
〔４〕 前記透明板が、複数の凹状領域（１２６）を含む凹凸面（１２２）を有し、前記液体の前記界面が、前記凹状領域内の前記凹凸面に沿って提供されたことを特徴とする〔１〕に記載の光変調器。
〔５〕 前記透明板内に形成された透明電極（１６０）をさらに具備する〔１〕に記載の光変調器。
〔６〕 前記基板と前記透明板の間に延在する側壁（２３０）と、
前記側壁に前記空洞と隣接して形成された補助電極（２６０）とをさらに具備し、前記液体が、前記補助電極に電気信号が印加されたときに、前記補助電極の方に移動し、前記液体の前記界面を前記少なくとも１つの電極の前記面に対して斜めに確立するように適応された〔１〕に記載の光変調器。
〔７〕 前記基板上に形成された前記少なくとも１つの電極と、前記側壁上に形成された前記補助電極の上に形成された疎水性被覆（２５４、２６２、２５４’、２６２）とをさらに具備し、
前記補助電極に電気信号が印加されたときに、前記液体が、疎水性液体と親水性液体のいずれかに変化するように適応された〔６〕に記載の光変調器。
〔８〕 前記少なくとも１つの電極の前記面が、反射面（１５２／２５２）であり、前記反射面が、前記液体、前記液体の前記界面、および前記透明板の前記面を通して前記光を反射するように適応されたことを特徴とする〔１〕に記載の光変調器。
〔９〕 前記基板が透明基板（１１０’／２１０’）であり、前記少なくとも１つの電極が透明電極（１５０’／２５０’）であり、前記光が、前記透明電極と前記透明基板を透過するように適応されたことを特徴とする〔１〕に記載の光変調器。
〔１０〕基板（１１０、１１０’／２１０、２１０’）上に形成された少なくとも１つの電極（１５０、１５０’／２５０、２５０’）を具備する光変調器によって光を制御する方法であって、
前記基板から離間された透明板（１２０／２２０）と、前記透明板と前記基板の間に画定された空洞（１４０／２４０）とに光を通す段階と、
前記空洞内に配置された１を超える屈折率を有する液体（１７０／２７０）に前記光を通す段階であって、前記光を透過させ前記液体の界面（１７２／２７２）で前記光を屈折させる段階を含む段階とを有し、
前記液体の前記界面が、前記少なくとも１つの電極の面（１５２、１５２’／２５２、２５２’）に対して斜めに向けられかつ前記透明板の面（１２４／２２２、２２４）に対して斜めに向けられた方法。
〔１１〕前記少なくとも１つの電極の前記面が、前記透明板の前記面に対して実質的に平行に向けられたことを特徴とする〔１０〕に記載の方法。
〔１２〕前記少なくとも１つの電極に電気信号を印加して、前記液体の前記屈折率を変化させる段階をさらに有する〔１０〕に記載の方法。
〔１３〕前記光を前記透明板に通す段階が、複数の凹状領域（１２６）を含む前記透明板の凹凸面（１２２）の方に前記光を導く段階を含み、前記液体の前記界面が、前記凹状領域内の前記凹凸面に沿って提供されたことを特徴とする〔１０〕に記載の方法。
〔１４〕前記光を前記透明板に通す段階が、前記透明板内に形成された透明電極（１６０）に前記光を通す段階を有することを特徴とする〔１０〕に記載の方法。
〔１５〕前記光変調器の補助電極（２６０）に電気信号を印加する段階であって、前記液体を前記補助電極の方に移動させ、前記液体の前記界面を前記少なくとも１つの電極の前記面に対して斜めに確立する段階を含む段階をさらに有する〔１０〕に記載の方法。
〔１６〕前記少なくとも１つの電極と前記補助電極がそれぞれ、その上に形成された疎水性被覆（２５４，２６２、２５４’、２６２）を有し、前記補助電極に前記電気信号を印加する段階が、前記液体を疎水性液体か親水性液体に変化させる段階を有することを特徴とする〔１５〕に記載の方法。
〔１７〕少なくとも１つの電極の前記面が、反射面（１５２／２５２）であり、
前記少なくとも１つの電極の前記反射面で前記光を反射させる段階が、前記光を、前記液体、前記液体の前記界面、および前記透明板の前記面に通す段階を有することを特徴とする〔１０〕に記載の方法。
〔１８〕前記少なくとも１つの電極が、透明電極（１５０’／２５０’）であり、前記基板が、透明基板（１１０’／２１０’）であり、さらに、
前記光を前記透明電極と前記透明基板に通す段階とを有する〔１０〕に記載の方法。
本発明による光変調器の一部分の１つの実施形態を示す概略断面図である。 図１の光変調器の別の実施形態を示す概略断面図である。 本発明による光変調器の一部分の別の実施形態を示す概略断面図である。 本発明による光変調器の一部分の別の実施形態を示す概略断面図である。 図３Ａの光変調器の別の実施形態を示す概略断面図である。 図３Ｂの光変調器の別の実施形態を示す概略断面図である。 本発明による光変調器を含む表示システムの１つの実施形態を示すブロック図である。 本発明による光変調器を含む光スイッチの１つの実施形態を示すブロック図である。
符号の説明
１００ 光変調器
１１０ 基板
１１２ 面
１２０ 透明板
１２２ 面
１２４ 面
１４０ 空洞
１５０ 電極
１５２ 反射面
１６０ 透明電極

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板から離間された透明板であって、該透明板に形成された凹凸面によって、前記基板との間に空洞を画定する透明板と、
    該透明板内に形成された透明電極と、
    前記基板上に前記空洞と隣接して形成された反射面を有する電極と、
    前記空洞内に配置された１を超える屈折率を有する液体とを具備し、
    前記透明板に形成された凹凸面によって、前記液体の界面が、前記反射面を有する電極の反射面に対して斜めに向けられ、かつ前記透明板の光の入射面に対して斜めに向けられており、前記透明電極と前記基板上に形成された反射面を有する電極との間に電機信号を印加することにより、
    前記透明板を透過した光が前記基板上に形成された電極の反射面によって反射し前記液体の前記界面で屈折率を変えられて反射する光の方向を変化させて光変調を行うように構成された光変調器。
  2. 前記反射面を有する電極の前記反射面が、前記透明板の前記光の入射面と実質的に平行に向けられたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
  3. 前記液体の前記屈折率が、前記電極に電気信号が印加されたときに変化するように適応されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
  4. 前記透明板が、複数の凹状領域を含む凹凸面を有し、前記液体の界面が、前記凹状領域内の前記凹凸面に沿って提供されたことを特徴とする請求項１に記載の光変調器。
  5. 透明基板と、
    前記透明基板から離間された透明板であって、該透明板に形成された凹凸面によって、前記透明基板との間に空洞を画定する透明板と、
    該透明板内に形成された透明電極と、
    前記透明基板上に前記空洞と隣接して形成された透明電極と、
    前記空洞内に配置された１を超える屈折率を有する液体とを具備し、
    前記透明板に形成された凹凸面によって、前記液体の界面が、前記透明電極の面に対して斜めに向けられ、かつ前記透明板の光の入射面に対して斜めに向けられており、前記透明電極と前記基板上に形成された反射面を有する電極との間に電機信号を印加することにより、
    前記透明板を透過した光が前記透明電極および透明基板を通過し、出力光として出るとともに、前記液体の前記界面で屈折する光の方向を変化させて光変調を行うように構成された光変調器。
  6. 基板上に形成された反射面を有する電極を具備する光変調器によって光を制御する方法であって、
    前記基板から離間された透明板と、前記透明板に形成された凹凸面によって前記透明板と前記基板の間に画定された空洞とに光を通す段階と、
    前記空洞内に配置された１を超える屈折率を有する液体に前記光を通す段階と、前記光を透過させ前記液体の界面で前記光を屈折させる段階とを有し、
    前記透明板内に形成された透明電極と、前記反射面を有する電極との間に電気信号を印加して前記液体の屈折率を変え、
    前記液体の前記界面が、前記反射面を有する電極の反射面に対して斜めに向けられ、かつ前記透明板の光の入射面に対して斜めに向けられ、前記透明板を透過した光が前記基板上に形成された反射面を有する電極の反射面によって反射し、前記液体の前記界面で屈折率を変えられて反射する方法。
  7. 前記反射面を有する電極の前記反射面が、前記透明板の前記光の入射面に対して実質的に平行に向けられたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  8. 前記反射面を有する電極に電気信号を印加して、前記液体の前記屈折率を変化させる段階をさらに有する請求項６に記載の方法。
  9. 前記光を前記透明板に通す段階が、複数の凹状領域を含む前記透明板の凹凸面の方に前記光を導く段階を含み、前記液体の前記界面が、前記凹状領域内の前記凹凸面に沿って提供されたことを特徴とする請求項６に記載の方法。
  10. 前記光を前記透明板に通す段階が、前記透明板内に形成された透明電極に前記光を通す段階を有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
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