特許 7575001 電磁波変調素子、空間電磁波変調器及び空間電磁波変調システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-21

(45)【発行日】2024-10-29

(54)【発明の名称】電磁波変調素子、空間電磁波変調器及び空間電磁波変調システム

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/167 20190101AFI20241022BHJP

   G02F 1/1675 20190101ALI20241022BHJP

   G02F 1/19 20190101ALI20241022BHJP

   G02F 1/29 20060101ALI20241022BHJP

【ＦＩ】

G02F1/167

G02F1/1675

G02F1/19

G02F1/29

【請求項の数】 24

(21)【出願番号】P 2020199810

(22)【出願日】2020-12-01

(65)【公開番号】P2022087712

(43)【公開日】2022-06-13

【審査請求日】2023-11-14

(73)【特許権者】

【識別番号】520473306

【氏名又は名称】榑林 哲也

(73)【特許権者】

【識別番号】520473317

【氏名又は名称】井上 碩

(74)【代理人】

【識別番号】100218970

【弁理士】

【氏名又は名称】大杉 肇

(72)【発明者】

【氏名】榑林 哲也

(72)【発明者】

【氏名】井上 碩

【審査官】鈴木 俊光

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１９１２２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０６４８４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２８５１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／１６６８５２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０２Ｆ １／１６７

Ｇ０２Ｆ １／１６７５

Ｇ０２Ｆ １／１９

Ｇ０２Ｆ １／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電磁波変調素子であって、
液層と、電極とを備え、
前記液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層で、入射面と、射出面とを備え、
前記入射面は、前記液層に入射する電磁波である入射電磁波を入射可能に構成され、
前記射出面は、前記入射面から前記液層を通過した電磁波である射出電磁波を射出可能に構成され、
前記電極は、
少なくとも２つであり、
前記液層に対して、前記入射電磁波が当該電極を介さずに前記入射面に入射可能な態様で配置され、
前記液層の内部に前記電極に印加される電圧に応じた電場を発生させ、
前記液層中に当該電圧に応じて連続的に前記微粒子の濃度勾配を変化させ、
前記濃度勾配の変化によって前記射出電磁波の進行方向を連続的に変調可能に構成される、
もの。

【請求項2】

請求項１に記載の電磁波変調素子において、
保護層をさらに備え、
前記保護層は、前記電極と前記液層の間に配置される、
もの。

【請求項3】

請求項１又は請求項２に記載の電磁波変調素子において、
前記微粒子の直径が２００ｎｍ以下である、
もの。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記微粒子の素材は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銅、又は酸化クロムの少なくとも一つを含む、
もの。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記微粒子の形状は、球、桿形、又は柱体である、
もの。

【請求項6】

請求項１～請求項５の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記微粒子の表面が有機分子によって修飾されている、
もの。

【請求項7】

請求項６に記載の電磁波変調素子において、
前記有機分子はアルキル基、アリル基、アリール基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、チオール基、スルホ基、ニトロ基、ピリジル基、トシル基のうち少なくとも一つを有する、
もの。

【請求項8】

請求項１～請求項７の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記微粒子の屈折率の、前記分散媒の屈折率に対する比が１．３以上である、
もの。

【請求項9】

請求項１～請求項８の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
複数の前記電極のうち少なくとも１つは、透明電極である、
もの。

【請求項10】

請求項１～請求項９の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記入射面と前記射出面とは、第１の方向において前記液層の反対に位置し、
当該電磁波変調素子は、第１の板及び第２の板をさらに備え、
前記第１の板及び前記第２の板は、前記液層の両側に、当該液層を介して前記第１の方向に互いに向かい合うように配置され、
前記第１の板及び前記第２の板の一方は、前記入射面と前記第１の方向に沿って向かい合うことにより、前記液層に前記入射電磁波を導入するように構成され、
前記第１の板及び前記第２の板の他方は、前記射出面と前記第１の方向に沿って向かい合うことにより、前記射出電磁波を射出するように構成され、
前記少なくとも２つの電極は、前記第１の方向と交差する第２の方向に向かい合うように、前記第１の板及び前記第２の板を通過する電磁波の光路外に配置される、
もの。

【請求項11】

請求項１０に記載の電磁波変調素子において、
前記第１の板又は前記第２の板の材質は、ガラス、石英、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートである、
もの。

【請求項12】

請求項１０又は請求項１１に記載の電磁波変調素子において、
前記第１の板又は前記第２の板の透過率は、９０％以上である、
もの。

【請求項13】

請求項１０～請求項１２の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記第１の板と前記第２の板の厚さは、２０μｍ以上かつ１ｃｍ以下である、
もの。

【請求項14】

電磁波変調素子であって、
液層と、電極とを備え、
前記液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層で、入射面と、射出面とを備え、
前記入射面は、前記液層に入射する電磁波である入射電磁波を入射可能に構成され、
前記射出面は、前記入射面から前記液層を通過した電磁波である射出電磁波を射出可能に構成され、
前記電極は、少なくとも２つであり、前記液層の内部に電場を発生可能に構成され、
前記電場の発生中に、前記液層を通過した電磁波の進行方向が変調されるように構成され、
当該電磁波変調素子は、第１の板及び第２の板をさらに備え、
前記第１の板及び前記第２の板は、前記液層の両側に、当該液層を介して第１の方向に互いに向かい合うように配置され、
前記第１の板及び前記第２の板の一方は、前記入射面と前記第１の方向に沿って向かい合うことにより、前記液層に前記入射電磁波を導入するように構成され、
前記第１の板及び前記第２の板の他方は、前記射出面と前記第１の方向に沿って向かい合うことにより、前記射出電磁波を射出するように構成され、
前記液層は、前記第１の板と前記第２の板の一方を上面とし、前記一方に対する他方を下面とする柱体状又は錐台状のセルに内包され、
前記少なくとも２つの電極は、前記上面と前記下面とを接続する周面と向かい合うように配置されている、
もの。

【請求項15】

請求項１４に記載の電磁波変調素子において、
前記セルの前記上面から前記下面までの高さは、５０μｍ以上かつ１ｃｍ以下である、
もの。

【請求項16】

請求項１４又は請求項１５に記載の電磁波変調素子において、
前記セルの前記下面の面積は、１ｃｍ^２以下である、
もの。

【請求項17】

請求項１～請求項１６の何れか１つに記載の電磁波変調素子において、
前記電磁波は、光である、
もの。

【請求項18】

空間電磁波変調器であって、
請求項１～請求項１７の何れか１つに記載の電磁波変調素子と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、
前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子から１つ以上の前記電磁波変調素子を選択可能に構成され、
前記電圧印加手段は、前記素子選択手段によって選択可能となった複数の前記電磁波変調素子に所定の電圧を印加可能に構成される、
もの。

【請求項19】

請求項１８に記載の空間電磁波変調器において、
前記電磁波変調素子は、面上に二次元配列される、
もの。

【請求項20】

請求項１９に記載の空間電磁波変調器において、
面とは平面である、
もの。

【請求項21】

空間電磁波変調システムであって、
請求項１９又は請求項２０に記載の空間電磁波変調器と、電磁波発生装置又は電磁波検出器とを備え、
前記電磁波発生装置は、前記空間電磁波変調器の外側に配置され、前記電磁波変調素子に電磁波を射出し、
前記電磁波検出器は、前記空間電磁波変調器の外側に配置され、前記射出電磁波の進行方向が変調されて前記電磁波変調素子から射出された変調波を検出する、
もの。

【請求項22】

請求項２１に記載の空間電磁波変調システムにおいて、
前記電磁波発生装置は、光源であり、
前記電磁波検出器は、光検出器である、
もの。

【請求項23】

空間電磁波変調システムであって、
空間電磁波変調器と、電磁波発生装置又は電磁波検出器とを備え、
前記空間電磁波変調器は、電磁波変調素子と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、
前記電磁波変調素子は、液層と、電極とを備え、
前記液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層で、
前記電極は、少なくとも２つであり、前記液層の内部に電場を発生可能に構成され、
前記電場の発生中に、前記液層を通過した電磁波の進行方向が変調されるように構成され、
前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子から１つ以上の前記電磁波変調素子を選択可能に構成され、
前記電圧印加手段は、前記素子選択手段によって選択可能となった複数の前記電磁波変調素子に所定の電圧を印加可能に構成され、
前記電磁波変調素子は、面上に二次元配列され、
前記電磁波発生装置は、光源であり、
前記電磁波検出器は、光検出器であり、
当該空間電磁波変調システムは、さらに前記電磁波発生装置又は電磁波検出器と前記電磁波変調素子との間にカラーフィルタを有する、
もの。

【請求項24】

空間電磁波変調システムであって、
空間電磁波変調器と、電磁波発生装置又は電磁波検出器とを備え、
前記空間電磁波変調器は、電磁波変調素子と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、
前記電磁波変調素子は、液層と、電極とを備え、
前記液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層で、
前記電極は、少なくとも２つであり、前記液層の内部に電場を発生可能に構成され、
前記電場の発生中に、前記液層を通過した電磁波の進行方向が変調されるように構成され、
前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子から１つ以上の前記電磁波変調素子を選択可能に構成され、
前記電圧印加手段は、前記素子選択手段によって選択可能となった複数の前記電磁波変調素子に所定の電圧を印加可能に構成され、
前記電磁波変調素子は、面上に二次元配列され、
前記電磁波発生装置は、光源であり、
前記電磁波検出器は、光検出器であり、
当該電磁波変調システムは、さらに前記電磁波発生装置又は前記電磁波検出器と前記電磁波変調素子との間にコリメータを有する、
もの。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波変調素子、空間電磁波変調器及び空間電磁波変調システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電気光学結晶と、電気光学結晶内に電位勾配を発生させる電極２対により結晶の屈折率を変化させ、光の進行方向を変えたり、光の位相を変えることができる素子が開発されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第４７５１３８９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、電気光学結晶を用いた先行技術は、偏角深度が限られている。例えば、特許文献１図１６に依れば、１００ｍｒａｄの偏角に２５０Ｖの電圧を必要とする。これは、高周波ノイズが発生し、周辺機器へのノイズの混入が懸念される。

【0005】

本発明では上記事情を鑑み、高深度な電磁波の位相や角度を変調することができる電磁波変調素子を提供することとした。

【0006】

本発明の一態様によれば、電磁波変調素子が提供される。この電磁波変調素子は、液層と、電極とを備える。液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層である。電極は、少なくとも２つであり、液層の内部に電場を発生可能に構成される。電場の発生中に、液層を通過した電磁波の位相又は角度が変調されるように構成される。

【0007】

このような態様によれば、光等の電磁波に対して高深度な電磁波の位相や角度を変調することができる。

【課題を解決するための手段】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明者らは電磁波の位相及び方向の変調機構として、電圧印加による電気泳動液内の微粒子の濃度勾配を適用できることを見出した。電気泳動液内の微粒子は分散媒の中で反発し合い均一に分散しているが、電圧を印加することで電場に従って泳動し濃度勾配が生じる。同時に電気泳動液内に屈折率の勾配が生じ、入射した電磁波の屈折や位相変化が起こる。

【0009】

また、電極の個数や配置方法によっては三次元的に電圧の印加方向を制御することができ、単一の電磁波変調素子で広範囲にわたる変調が可能となる。

【0010】

すなわち、本発明に係る電磁波変調素子は、液層と、電極とを備え、前記液層は、微粒子と分散媒とを含む電気泳動液の層で、前記電極は、少なくとも２つであり、前記液層の内部に電場を発生可能に構成され、前記電場の発生中に、前記液層を通過した電磁波の位相又は角度が変調されるものである。

【0011】

かかる構成により、電磁波変調素子は、印加する電圧の向きや大きさによって電気泳動液内の屈折率分布を自在に制御することが可能となり、単一の素子で連続的かつ広範囲にわたって電磁波を変調することを可能にする。

【0012】

また、本発明に係る空間電磁波変調器は、電磁波変調素子と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子から１つ以上の前記電磁波変調素子を選択可能に構成される空間電磁波変調器である。

【0013】

かかる構成により、空間電磁波変調器は、高精細に電磁波を変調することが可能となる。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係る電磁波変調素子によれば、電圧印加によって微粒子の濃度勾配をつくることで連続的かつ広範囲に電磁波を変調できる。また、本発明に係る空間電磁波変調器によれば、高精細に電磁波を変調できる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態の電磁波変調素子の斜視図である。

【図2】電気泳動液内の微粒子の状態を示した模式図である。図２Ａは、電圧非印加時の電気泳動液内の微粒子の状態を示した模式図である。図２Ｂは、電圧印加時の電気泳動液内の微粒子の状態を示した模式図である。

【図3】セル、第１の板、第２の板を含む電磁波変調素子の斜視図である。

【図4】図３で示した電磁波変調素子の分解図である。

【図5】錐体上のセルを含む電磁波変調素子の斜視図である。

【図6】完全に閉じていないセルを含む電磁波変調素子の断面図である。

【図7】電磁波変調器の構成を示す模式図である。

【図8】電磁波発生装置、コリメータを含む電磁波変調器の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明に係る電磁波変調素子７及び空間電磁波変調器を実現するための形態について図を参照して説明する。

【0017】

［電磁波変調素子７］
図１は本発明による電磁波変調素子７を示した模式図である。図１を含め、以下に示す各図は発明の理解を容易にするために各部の大きさや形状、配置を適宜誇張して示している。また、以下の説明では、具体的な形状、材料等を示すが、これらは適宜変更することができる。

【0018】

図１は本発明に係る電磁波変調素子７を端的に表した斜視図である。電磁波変調素子７は、図１に示すように液層と、電極２とを備え、前記液層は、微粒子１ｂと分散媒１ａとを含む電気泳動液１の層で、前記電極２は、少なくとも２つであり、前記液層の内部に電場を発生可能に構成される。図２に示すように、電磁波変調素子７は、電圧を印加することで微粒子１ｂが電気泳動して偏り、屈折率の勾配が生じることで電磁波１０を変調して射出する。製造工程におけるダメージや電極２の腐食防止のため、電極２と電気泳動液１との間に保護層が設けられても良い。

【0019】

図３は液層、電極２に加え、透明な第１の板３、透明な第２の板４、セル５を加えた電磁波変調素子７を分解した斜視図である。図３のように、本発明にかかる電磁波変調素子７は電磁波１０の進行方向の軸に対して垂直な第１の板３、第２の板４を前記液層の両側に配置しても良い。さらには、前記液層は前記第１の板３と前記第２の板４の一方を上面とし、前記一方に対する他方を下面とする柱体状（図４参照）又は錐台状（図５参照）のセル５に内包されても良い。

【0020】

前記液層は少なくとも微粒子１ｂと分散媒１ａを含む電気泳動液１からなる層である。電気泳動液１に電圧を印加することで微粒子１ｂの濃度勾配が形成され、入射した電磁波１０が変調されて射出される。

【0021】

前記微粒子１ｂを構成する素材は特に限定はされないが、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化クロム、酸化スズ、シリカ、酸化モリブデン、酸化タングステン、チタン酸バリウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、ポリスチレン、ポリアクリルアミド、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレン、銀、金、チタン、アルミニウム等が挙げられる。なかでも、屈折率が高く電磁波１０を変調しやすいため酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銅、酸化クロムが好ましく、吸収が少ないという観点から酸化チタン、酸化ジルコニウムがさらに好ましい。また、複数種類の材料を組み合わせて構成されても良い。

【0022】

前記微粒子１ｂの形状は特に限定されず、球体、桿形、柱体、錐体、多面体等のいずれでもよい。分散性や泳動速度の観点から球、桿形、柱体が好ましく、球体がより好ましい。

【0023】

前記微粒子１ｂの大きさは特に限定されないが、２００ｎｍ以下が好ましい。２００ｎｍ以下であれば微粒子１ｂによる入射光の散乱が少なく、入射光を損なわずに射出することができる。また、微粒子１ｂを高濃度で安定的に分散させるためには３ｎｍ以上が好ましい。３ｎｍ以下の微粒子１ｂでは表面の電荷による反発よりもファンデルワールス力による凝集エネルギーの方が大きくなってしまい、安定的に分散させることが困難である。
前記微粒子１ｂの大きさは、具体的には、例えば、３，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０，１７０，１８０，１９０，２００ｎｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0024】

前記微粒子１ｂの表面は修飾されても良い。表面修飾をすることにより微粒子１ｂの分散維持、凝集防止及び電荷数制御、電解液の粘度調整をすることができる。表面処理の種類としては、例えば鍍金による金属皮膜や金属アルコキシドを用いた無機処理、シランカップリング材や界面活性剤等を用いた有機処理などがある。有機処理により修飾する官能基は、例えば、アルキル基、アリル基、アリール基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、チオール基、スルホ基、ニトロ基、ピリジル基、トシル基が選択される。これらの官能基は単独で修飾しても良いし、いくつかを組み合わせて修飾しても良い。

【0025】

前記電気泳動液１の分散媒１ａの種類は特に限定されず、例えば水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノール、酢酸エチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、ギ酸、酢酸、アセトン、メチルエチルケトン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、クロロホルム、メチレンクロライド、ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、Ｎ－メチルピロリドン、ピリジン、アニリン、安息香酸、ヘキサン、オクタン、ジエチルエーテル、ジオキサン等が用いられる。微粒子１ｂの分散性及び電荷量制御の観点からプロトン性極性溶媒である水、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、メトキシエタノールが好ましい。また、複数種類の溶媒を混合して用いても良い。

【0026】

前記分散媒１ａには微粒子１ｂの他に添加剤を入れても良い。添加剤を入れることにより微粒子１ｂの分散維持、凝集防止及び電荷数制御、電解液の粘度調整をすることができる。添加剤としてはポリカルボン酸、ポリスルホン酸、ポリスルホン酸、ポリアミン、ポリイミン等の高分子化合物やドデシル硫酸ナトリウム、オレイン酸、パラトルエンスルホン酸、グリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、オクチルトリメチルアンモニウム塩等の低分子化合物が用いられる。

【0027】

前記電気泳動液１の粘度の好ましい上限は１００ｃＰである。粘度が１００ｃＰ以下であることで電圧印加時に速やかに濃度勾配を形成し、電磁波１０を効率よく変調することができる。前記電気泳動液１の粘度のより好ましい上限は５０ｃＰであり、さらに好ましい上限は１０ｃＰである。具体的には、例えば、０．１，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，４５，５０，５５，６０，６５，７０，７５，８０，８５，９０，９５，１００ｃＰであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0028】

前記電気泳動液１の微粒子１ｂと分散媒１ａの屈折率の比は１．３以上であることが好ましい。屈折率の比が大きいことで電圧印加時の屈折率勾配が大きくなり、効率よく電磁波１０を変調することができる。

【0029】

前記分散媒１ａの屈折率は臨界角法を用いて測定される。臨界角法は屈折率既知のプリズム上に試料を乗せ、その界面すれすれに光を入射した時の臨界角から屈折率を測定する方法である。一方、微粒子１ｂの屈折率は外挿法を用いる。異なる濃度で微粒子１ｂが分散している分散液の屈折率から外挿して算出する。本願において屈折率とは、５８９．３ｎｍの光における屈折率をいう。

【0030】

前記電極２は前記液層に電圧を印加し濃度勾配を生じさせる役割を持つ。電極２は少なくとも２つ以上形成され、それぞれに印加された電圧に応じた電位を液層内に与える。例えば、前記第１の板３及び第２の板４に１つずつ形成した場合には電磁波１０の進行方向と平行な勾配が、前記第１の板３と垂直でかつ互いに平行な２つの電極２を形成した場合には電磁波１０の進行方向と垂直な勾配が生じる。

【0031】

前記電極２を２つのみ形成した場合には２つの電極間に電圧が印加されるため、濃度勾配の向きは不変となり、電磁波１０の変調も一次元的なものとなる。３つの電極２を形成した場合、濃度勾配の向きも制御できるようになり、二次元的な電磁波１０の変調が可能となる。さらに４つ以上の電極２を形成することでより複雑な制御が可能となる。

【0032】

前記電極２を構成する素材は特に限定されず、例えばアルミニウム、チタン、金、銀、銅、クロム、モリブデン、タングステン、鉛、スズ、酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズ、酸化亜鉛スズ、ポリエチレンジオキシチオフェン、グラフェンなどが用いられる。また、複数の素材を複合して用いても良い。各電極２を構成する素材はすべて同じでもよいし、それぞれ異なってもよい。

【0033】

前記第１の板３又は第２の板４に平行に形成する電極２は透明電極である方が好ましい。第１の板３及び第２の板４に対して垂直に電磁波１０が侵入するため、透明電極であることで入射光を損なわずに射出することができる。なお、本発明において透明電極とは３６０ｎｍから８３０ｎｍまでの透過率の積分が５０％以上の電極のことをいう。

【0034】

前記電極２は導電材料のみからなる緻密材料でもよいし、絶縁材料と導電材料とを混合したペースト材料でもよい。例えば、ＵＶ硬化樹脂に銀粒子を高濃度で分散させたペーストを塗布成膜した後ＵＶ照射及び焼成処理を施した膜を電極２として用いてもよい。

【0035】

前記セル５を設ける場合、前記電極２はセル５の外側に形成されてもよいし、セル５と電気泳動液１の間に形成されても良い。

【0036】

本電磁波変調素子７においては、前記保護層を電極２と液層の間に設けてもよく、電極２の電気泳動液１による酸化や、電気泳動液１の電圧印加による電気分解を防ぐ役割を持つ。

【0037】

前記保護層を構成する素材は特に限定されないが、絶縁材料が好ましい。前記保護層を構成する素材としては、例えばアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン、ポリイミド、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル等の有機材料や二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化モリブデン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素等の無機材料が好ましい。

【0038】

前記保護層の厚みの好ましい下限は１０ｎｍであり、上限は１ｍｍである。厚みが１０ｎｍ以上であれば電極２の酸化や電気泳動液１の電気分解を防ぐことができる。また、１ｍｍ以下であれば電気泳動液１内に効率よく電圧を印加することができる。前記保護層の膜厚のより好ましい下限は２０ｎｍ、上限は５００μｍであり、さらに好ましい下限は３０ｎｍ、上限は１００μｍである。具体的には、例えば、１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００ｎｍ、２，３，４，５，６，７，８，９，１０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００μｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0039】

本電磁波変調素子７は液層の両側に電磁波１０の進行方向の軸に対して垂直に前記第１の板３及び第２の板４を設けても良い。前記第１の板３及び第２の板４を設けることで、入射光をより高精細に変調することが可能となる。第１の板３及び第２の板４はリジッドでも良いし、フレキシブルでもよい。

【0040】

前記第１の板３及び第２の板４を構成する素材は特に限定されないが、透過率が９０％以上である方が好ましい。透過率が高いことで入射光を損なうことなく効率よく射出することができる。素材としては、例えばガラス、石英、シリコン、酸化アルミニウム、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリイミド、ポリカーボネートなどが用いられ、これらの素材を組み合わせて構成されても良い。透過率が高く、強度も高いことから、ガラス、石英、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートが好ましい。また、第１の板３及び第２の板４は同じ素材から構成されても良いし、それぞれ異なる素材から構成されてもよい。

【0041】

前記第１の板３及び第２の板４の厚みの好ましい下限は２０μｍ、上限は１ｃｍである。前記第１の板３及び第２の板４の厚みが２０μｍ以上であれば安定して電磁波変調素子７を形成するために十分な強度を得る。また、１ｃｍ以下であれば十分な電磁波透過率、放熱性が得られる。より好ましい下限は５０μｍ、上限は５ｍｍであり、さらに好ましい下限は１００μｍ、上限は３ｍｍである。具体的には、例えば、２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００μｍ、２，３，４，５，６，７，８，９，１０ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0042】

本電磁波変調素子７において液層はセル５に内包されても良い。本発明においてセル５とは前記第１の板３と前記第２の板４の一方を上面とし、前記一方に対する他方を下面とする柱体又は錐台状の構造体を指す。セル５を設けることにより前記電気泳動液１のより精細な濃度勾配の形成が可能となり、また本電磁波変調素子７を基板等に密に敷き詰めることが可能となる。

【0043】

セル５を構成する素材は特に限定されないが、例えばアクリル樹脂、メタクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリスチレン、ポリイミド、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリカーボネート、ＡＢＳ樹脂、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）、フッ化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＦ）、ポリ塩化ビニル等の有機材料や二酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化モリブデン、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、炭化ケイ素、酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズ等の無機材料、さらにはシリコン、チタン、アルミニウム、モリブデン、ステンレス、鋼、クロムモリブデン鋼、ジュラルミン、白銅等の金属・合金材料等が用いられる。セル５は一つの材料から構成されても良いし、複数の材料からなる複合材料で構成されても良い。ただし、セル５を構成する材料として導電性材料を用いる場合は前記電極２との短絡を防止するために絶縁材料を組み合わせて用いる。

【0044】

セル５を形成する方法は特に限定されないが、例えばインプリント法が挙げられる。アクリルモノマーやエポキシモノマー等を塗布した基板に対して柱体又は錐台状に加工されたモールドを押し付けて加熱し、樹脂を硬化させる。その後モールドを剥離し、さらにフィルムやガラス板等をラミネートすることでセル５を形成する。また別の方法として、フォトリソグラフィを用いた方法が挙げられる。基板にポジ型のフォトレジストを塗布して固化、露光、現像の手順で柱体又は錐台状の窪みをつくる。さらにフィルムやガラス板等をラミネートすることでセル５を形成する。

【0045】

前記柱体又は錐台状のセル５の底面の形状は特に限定されないが、三角形、四角形、六角形、円形が好ましい。また、セル５は完全に閉じた構造でもよいし、図６に示すように、一方の底面が一部分もしくは全面開いても良い。

【0046】

前記セル５の好ましい高さの下限は５０μｍ以上であり、好ましい高さの上限は１ｃｍである。高さが５０μｍ以上あれば電磁波１０を変調するために十分な光路長を確保できる。また、１ｃｍ以下であれば電気泳動液１による入射光の拡散や吸収を防ぎ、効率よく射出することができる。より好ましい高さの下限は７５μｍ、上限は５ｍｍであり、さらに好ましい高さの下限は１００μｍ、上限は１ｍｍである。具体的には、例えば、５０，６０，７０，８０，９０，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００，１０００μｍ、２，３，４，５，６，７，８，９，１０ｍｍであり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0047】

前記柱体又は錐台状のセル５の大きい方の底面を内包する最小の長方形の面積の好ましい上限は１ｃｍ^２である。前記面積が１ｃｍ^２以下であることで電解液の対流を抑え、電気泳動の効率を高めることができる。より好ましい上限は１０ｍｍ^２、さらに好ましい上限は１ｍｍ^２である。具体的には例えば、０．００１，０．００２，０．００３，０．００４，０．００５，０．００６，０．００７，０．００８，０．００９，０．０１，０．０５，０．１，０．１５，０．２，０．２５，０．３，０．３５，０．４，０．４５，０．５，０．５５，０．６，０．６５，０．７，０．７５，０．８，０．８５，０．９，０．９５，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２５，２６，２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５２，５３，５４，５５，５６，５７，５８，５９，６０，６１，６２，６３，６４，６５，６６，６７，６８，６９，７０，７１，７２，７３，７４，７５，７６，７７，７８，７９，８０，８１，８２，８３，８４，８５，８６，８７，８８，８９，９０，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９，１００ｍｍ^２であり、ここで例示した数値の何れか２つの間の範囲内であってもよい。

【0048】

［電磁波変調器］
図７は本発明の実施形態に係る電磁波変調器を示した模式図である。電磁波変調器は、電磁波変調素子７と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子７から１つ以上の前記電磁波変調素子７を選択可能に構成され、前記電圧印加手段は、前記素子選択手段によって選択可能となった複数の前記電磁波変調素子７に所定の電圧を印加可能に構成される。

【0049】

前記電磁波変調器は、電磁波変調素子７と素子選択手段と電圧印加手段とを併せ持つことで、それぞれの電磁波変調素子７を個別に制御することが可能になる。素子選択手段は前記電磁波変調素子７を一つずつ選択しても良いし、複数の電磁波変調素子７を同時に選択しても良い。

【0050】

前記電圧印加手段により印加される電圧は一定の電圧でも良いし、周期的又は非周期的な変化を伴ってもよい。周期的な変化としては、例えば正弦波や矩形波、三角波、鋸歯状波などが用いられる。印加する電圧はすべての素子で同じでも良いし、それぞれ異なっても良い。

【0051】

前記電磁波変調素子７を選択して電圧を印加する手段としては、例えばフォトレジストを用いて基板上にあらかじめ取り出し電極１１回路を形成し、前記電磁波変調素子７の電極２と電圧印加装置９の端子とを接続する方法などがある。

【0052】

本電磁波変調器において、前記電磁波変調素子７は面上に二次元配列されても良い。二次元配列することにより偏光制御が容易になる。さらに、平面に二次元配列されても良い。平面に二次元配列されることにより、より簡易かつ高精度に電磁波変調器を製造することができる。実施に当たっては、平面又は曲面を持つ基材１２等に電磁波変調素子７を置く等の方法により二次元配列を行う。

【0053】

前記電磁波変調素子７の二次元配列の方法は特に限定されず、規則的に配列しても良いし、不規則に配列してもよい。形成の簡易さ、制御の容易さから三角形、四角形、六角形を敷き詰めた模様に配列するのが好ましい。

【0054】

平面上に前記電磁波変調素子７を配列する際には、電磁波変調素子７同士が接触するよう密に配列しても良いし、それぞれが接触しないよう疎に配列しても良い。密に配列した場合は電磁波変調器の解像度が向上し、疎に配列した場合は透過率が向上する。

【0055】

本発明の電磁波変調器は電磁波発生装置８を含んでいても良い。電磁波発生装置８は電磁波変調素子７の外に配置され、電磁波変調素子７に電磁波１０を入射し、これを変調させて電磁波変調器外に射出する。電磁波発生装置８を含むことにより、任意の位置から任意の角度で電磁波１０を射出することが可能となり、表示装置や加工装置等として使用することができる。

【0056】

本発明の電磁波変調器は電磁波検出器を含んでいても良い。電磁波検出器は電磁波変調素子７の外に配置され、電磁波変調素子７から射出される電磁波１０を検出することができる。電磁波検出器を含むことにより、任意の位置から任意の角度で入射する電磁波１０を検出することが可能となり、カメラやセンサー等として使用することができる。

【0057】

前記電磁波発生装置８及び電磁波検出器の波長域としては可視光、紫外線、赤外線、マイクロ波、Ｘ線などが用いられるが、なかでも可視光が好ましい。可視光源又は可視光検出器を用いることで、ライトフィールドディスプレイやライトフィールドカメラへの応用が可能となる。

【0058】

前記電磁波発生装置８は可干渉性の高いレーザー等を用いても良いし、可干渉性の低い発光ダイオード等を用いても良い。また、電磁波発生装置８及び電磁波検出器と前記電磁波変調素子７との間にはコリメータ６を設けても良い。図８は電磁波発生装置８、コリメータ６を含む電磁波変調器の断面図である。このようにコリメータ６を設けることで電磁波１０の向きが絞られ、より精密に偏光を制御することができる。図８は、電磁波発生装置８を電磁波検出器とし、電磁波１０の進行方向を逆向きにしても成り立つ。

【0059】

さらに、前記電磁波発生装置８又は電磁波検出器と前記電磁波変調素子７との間にはカラーフィルタを設けても良い。カラーフィルタとは入射した電磁波１０のうち特定の波長のみを良く透過させるものをいう。カラーフィルタを設けることで電磁波１０を波長分解することができ、より高精細な制御が可能となる。

【0060】

さらに、次に記載の各態様で提供されてもよい。
前記電磁波変調素子において、保護層をさらに備え、前記保護層は、前記電極と前記液層の間に配置される、もの。
前記電磁波変調素子において、前記微粒子の直径が２００ｎｍ以下である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記微粒子の素材は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化銅、又は酸化クロムの少なくとも一つを含む、もの。
前記電磁波変調素子において、前記微粒子の形状は、球、桿形、又は柱体である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記微粒子の表面が有機分子によって修飾されている、もの。
前記電磁波変調素子において、前記有機分子はアルキル基、アリル基、アリール基、ヒドロキシ基、アルデヒド基、アミノ基、カルボキシ基、カルボニル基、チオール基、スルホ基、ニトロ基、ピリジル基、トシル基のうち少なくとも一つを有する、もの。
前記電磁波変調素子において、前記微粒子の屈折率の、前記分散媒の屈折率に対する比が１．３以上である、もの。
前記電磁波変調素子において、複数の前記電極のうち少なくとも１つは、透明電極である、もの。
前記電磁波変調素子において、第１の板及び第２の板をさらに備え、前記第１の板及び前記第２の板は、前記液層の両側において、前記電磁波の進行方向の軸に対して垂直にそれぞれ並べて配置され、前記電場の発生中に、前記第１の板及び前記第２の板の一方に入射した前記電磁波の位相又は角度が変調されて、他方から前記電磁波が射出されるように構成される、もの。
前記電磁波変調素子において、前記第１の板又は前記第２の板の材質は、ガラス、石英、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートである、もの。
前記電磁波変調素子において、前記第１の板又は前記第２の板の透過率は、９０％以上である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記第１の板と前記第２の板の厚さは、２０μｍ以上かつ１ｃｍ以下である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記液層は、前記第１の板と前記第２の板の一方を上面とし、前記一方に対する他方を下面とする柱体状又は錐台状のセルに内包されている、もの。
前記電磁波変調素子において、前記セルの前記上面から前記下面までの高さは、５０μｍ以上かつ１ｃｍ以下である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記セルの前記下面の面積は、１ｃｍ^２以下である、もの。
前記電磁波変調素子において、前記電磁波は、光である、もの。
空間電磁波変調器であって、前記電磁波変調素子と、素子選択手段と、電圧印加手段とを備え、前記素子選択手段は、複数の前記電磁波変調素子から１つ以上の前記電磁波変調素子を選択可能に構成され、前記電圧印加手段は、前記素子選択手段によって選択可能となった複数の前記電磁波変調素子に所定の電圧を印加可能に構成される、もの。
前記空間電磁波変調器において、前記電磁波変調素子は、面上に二次元配列される、もの。
前記空間電磁波変調器において、面とは平面である、もの。
空間電磁波変調システムであって、前記空間電磁波変調器と、電磁波発生装置又は電磁波検出器とを備え、前記電磁波発生装置は、前記空間電磁波変調器の外側に配置され、前記電磁波変調素子に電磁波を射出し、前記電磁波検出器は、前記空間電磁波変調器の外側に配置され、前記電磁波の位相又は角度が変調されて前記電磁波変調素子から射出された変調波を検出する、もの。
前記空間電磁波変調システムにおいて、前記電磁波発生装置は、光源であり、前記電磁波検出器は、光検出器である、もの。
前記空間電磁波変調システムにおいて、カラーフィルタを有する、もの。
前記空間電磁波変調システムにおいて、前記電磁波発生装置又は前記電磁波検出器と前記電磁波変調素子との間にコリメータを有する、もの。
もちろん、この限りではない。

【0061】

最後に、本発明に係る種々の実施形態を説明したが、これらは、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。当該新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。当該実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0062】

１ ：電気泳動液
１ａ ：分散媒
１ｂ ：微粒子
２ ：電極
３ ：第１の板
４ ：第２の板
５ ：セル
６ ：コリメータ
７ ：電磁波変調素子
８ ：電磁波発生装置
９ ：電圧印加装置
１０ ：電磁波
１１ ：取り出し電極
１２ ：基材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】