特表 2022-520545 改善された光変調器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-31

(54)【発明の名称】改善された光変調器

(51)【国際特許分類】

   G02F 1/167 20190101AFI20220324BHJP

   G02F 1/1676 20190101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

G02F1/167

G02F1/1676

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021545949

(86)(22)【出願日】2020-01-31

(85)【翻訳文提出日】2021-10-01

(86)【国際出願番号】 EP2020052379

(87)【国際公開番号】W WO2020161005

(87)【国際公開日】2020-08-13

(31)【優先権主張番号】2022504

(32)【優先日】2019-02-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】NL

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521345408

【氏名又は名称】エルスター・ダイナミクス・パテンツ・ベー・フェー

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マサール，ロマリック・マチュー

【テーマコード（参考）】

2K101

【Ｆターム（参考）】

2K101AA04

2K101BA02

2K101BA05

2K101BB05

2K101BB35

2K101BB44

2K101BC02

2K101BC13

2K101BC19

2K101BC23

2K101BC28

2K101BC41

2K101BE01

2K101BE04

2K101BE26

2K101BE32

2K101EB22

2K101EB82

2K101EC12

2K101EC26

2K101EC27

2K101ED22

2K101ED23

2K101ED25

2K101ED27

2K101ED28

2K101ED62

2K101EE02

2K101EG27

2K101EG33

2K101EG52

2K101EJ21

2K101EK05

2K101EK34

(57)【要約】

本発明は、流体および粒子、前記粒子を移動させるための電極を備え、様々なさらなる要素を備える、透明および不透明モードの間で切り替わるため電気泳動デバイス、ならびに特に窓ブラインドとしての、それの使用の分野にある。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明状態から不透明状態の間で、およびその逆に切り替わるための光変調器（１０）であって、
第１および第２の基板（１１、１２）であって、光学的に透明である、第１および第２の基板（１１、１２）、
基板の内側に提供される少なくとも２つの電極（１３、１４）、
前記基板の間に提供される流体（１５）であって、ナノ粒子および／またはマイクロ粒子（３０）を備え、粒子が、帯電しているかまたは帯電可能であり、および光を吸収するように適合される、流体（１５）、
電極に電磁界を印加するための接続であって、電極に印加された電磁界が、第１の電極から第２の電極への、およびその逆のナノおよびマイクロ粒子の移動を提供し、
電極が、２７３Ｋにおいて１００ｎΩｍ未満の抵抗率をもつ導電性材料を備え、
少なくとも２つの電極が、不透明状態に切り替わるとき、基板に平行に前記電極の間に電気力を提供するように適合され、透明状態に切り替わるとき、基板に対してある向きに前記電極の間に電気力を提供するように適合され、その向きが、基板に平行、基板に直交、基板に対して対角、およびそれらの組合せから選択される、接続、
少なくとも２つの電極と電気的に接続している電力提供器であって、波形電力を提供するように適合され、振幅、周波数、および位相のうちの少なくとも１つが適応可能である、電力提供器
を備え、
電極が、流体と流体的に接触しており、および基板表面の１－３０％をカバーし、
少なくとも２つの電極が、互いにかみ合ったパターンを形成し、随意に、さらなる分岐を備え、互いにかみ合ったパターンが、規則的な２次元パターンであり、および互いにかみ合ったパターンの各指が、少なくとも１つの波形形状を備え、波形形状が、振幅Ａおよび幅Ｗを有し、
および指が、互いから距離ｄにある、
光変調器（１０）。

【請求項2】

波形形状対称性が破られ、たとえば、波形形状の最大において、下向きの湾曲した第１の突出部（２１）が提供され、および波形形状の最小において、下向きのまたは上向きの湾曲した第２の突出部（２２）が提供される、請求項１に記載の光変調器。

【請求項3】

第１の突出部が、第２の突出部よりも大きい幅を有する、請求項２に記載の光変調器。

【請求項4】

指の間の距離ｄが、１０－５００μｍ、好ましくは１０－１００μｍであり、および／または
波形の幅Ｗが、５０－７５０μｍであり、および／または
波形の振幅Ａが、１０－５００μｍであり、および／または
距離ｄが、１０－１００μｍであり、および／または
第１の突出部の幅が、１０－５０μｍであり、および／または
第２の突出部の幅が、１０－５０μｍであり、および／または
第１の突出部の幅が、第２の突出部の幅の２－４倍であり、および／または
第１の突出部の高さｈが、５－２０μｍであり、および／または
第２の突出部の高さｈが、５－２０μｍであり、および／または
突出部の形態が、円形または楕円形の一部であり、および／または
波形から突出部への、およびその逆の遷移が、漸進的である、
請求項１から３のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項5】

電力提供器が、パルスを提供するように、およびその間のインターバル中にパルスを提供することを控えるように適合され、たとえば、０．１－１０秒／分のパルス、および０．１－１０００秒の、好ましくは５－６００秒のインターバルである、請求項１から４のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項6】

コントローラを備え、コントローラが、交流電流を維持するように適合され、正電流の大きさが、負電流の大きさの０．９－１．１倍、好ましくはそれの大きさの０．９５－１．０５倍、より好ましくはそれの大きさの０．９９－１．０１倍、たとえばそれの大きさの０．９９５－１．００５倍であり、および電流に従って、電位を変化させるように適合される、請求項１から５のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項7】

好ましくは第１の基板の電極が、第２の基板の電極と十分に整列されるように、より好ましくは第１の基板の電極が、第２の基板の電極上に突出するように、基板を整列させるための少なくとも２つのアライメントマーカーを各基板上に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項8】

電力提供器が、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられ、および／または電力提供器が、１Ｈｚ未満、たとえば３０－５００ｍＨｚの、不透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられるか、または１つの切替えサイクル内で、電力提供器は、電力提供器が、最初に、透明状態に切り替わるときの正または負の電圧において動作させられることと組み合わせて、および電力提供器が、最終的に、不透明状態に切り替わるときの負または正の電圧において動作させられることと組み合わせて、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられる、請求項１から７のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項9】

温度センサーおよびコントローラを備え、温度センサーが、コントローラと接触しており、コントローラが、電力提供器と接触しており、および温度センサーによって測定された温度を考慮して、電力提供器の出力を補償するように適合される、請求項１から８のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項10】

流体が、１５未満の誘電率をもつ無極性流体、たとえば、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０アルカン、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０アルケン、分岐または無分岐Ｃ_６－Ｃ_６０アルコール、分岐または無分岐Ｃ_６－Ｃ_６０アルカノール、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０ケトン、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０アルデヒド、シリコンオイル、およびそれらの組合せである、請求項１から９のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項11】

流体の動的粘度が、５００ｍＰａ．ｓ以下、好ましくは５０ｍＰａ．ｓ以下、たとえば１ｍＰａ．ｓ未満である、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項12】

流体が、１００未満、好ましくは１０未満の比誘電率εｒを有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項13】

波形電力が、０．０１－１００Ｈｚの周波数、最大振幅の５－１００％の振幅の変化を特徴とし、最大振幅が、最大電圧動作であり、０－１８０度の位相の変化（位相シフト）にある、請求項１から１２のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項14】

電界を印加すること、
電極から流体のほうへナノ粒子および／またはマイクロ粒子を移動させること、
逆方向電界を印加し、電極のほうへ、広がったナノ粒子および／またはマイクロ粒子を移動させること、
－２２０Ｖから＋２２０Ｖの間の電位、および－１００μＡから＋１００μＡの間の電流をもつ２つの位相を有する交流を使用することであって、２つの位相の間の電子消費が、実質的に等しく、それにより、正および負の電流フローを平衡させる、こと
を備え、
第１の位相中に、電極材料が、流体中で部分的に溶解され、および第１の位相＋１８０度中に、溶解された電極材料が、電極上に再堆積させられる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の光変調器を動作させる方法。

【請求項15】

溶解された電極材料が、反対に帯電した電極上に堆積させられる、請求項１４に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体および粒子、前記粒子を移動させるための電極を備え、様々なさらなる要素を備える、透明および不透明モードの間で切り替わるため電気泳動デバイス、ならびに特に窓ブラインドとしての、それの使用の分野にある。

【背景技術】

【0002】

電子ディスプレイデバイス、および特に電気泳動ディスプレイデバイスは、一般に、帯電顔料粒子が、ピクセルの必要とされる着色を生成するために垂直方向に移動させられる、ピクセル化ディスプレイデバイスである。それの第１の手法では、白黒粒子が、カプセル化され、閉じられた空間を定義し、黒粒子は、白粒子が下方に移動すると同時に上方に移動し、またはその逆であり；したがって、白または黒粒子のいずれかが可視で、同時に他のタイプを見えないようにし；透明状態は可能ではない。顔料粒子は、それらがマイクロカプセルで囲まれているので、自由に移動することができない。顔料粒子は、比較的大きく、一般に５００ｎｍ（０．５μｍ）よりも大きく、平均して１μｍ以上である。一般に使用される２つの電極は、互いの上に置かれる。切替えは電界によって実現され、粒子は、一般に帯電しているかまたは帯電可能であり；ＵＳ２００２／１６７５００ Ａ１に説明されているものなど、このタイプのディスプレイデバイスは、しばしばＥ－ｉｎｋと呼ばれる。一般にプラスチックで作成されるマイクロカプセルは、比較的小さい（３０μｍ）。カラーフィルタを適用することによって、色が提供され得る。着色粒子が、開発されており、相応に電気的に駆動され得る。切替えは比較的速く（３００ｍ秒以内）、安定性は良好であり（１０秒超）、コントラストも良好である。層のスタックは、一般に、マイクロカプセルの本来の存在が、白または黒ステータスのいずれかにある、換言すれば、常に「色」を提供することに起因して、形成され得ない。

【0003】

代替技法では、着色粒子は、ほとんど互いとは無関係に、ピクセル全体にわたってより自由に移動することができる。着色粒子は、同じく一般に、印加された電界に起因して、ピクセルにおいて、１つのロケーションから別のロケーションに移動する。第１のロケーションは、一般に、粒子が蓄積するところであり、高い密度または濃度を有するのに対して、第２のロケーションは、粒子が、一般に一様に、広げられるDところであり、より低い濃度または密度を有し、それにより、着色の印象を提供する。しばしば蓄積エリアと呼ばれる第１のロケーションのエリアは、比較的小さい。切替えは、蓄積電極から第２のフィールド電極に粒子を移動させることによって実現される。蓄積エリアのほうへ粒子を凝集させることによって、ディスプレイの透明度は変えられる。上面図では、フィールドエリアおよび蓄積エリアは、Ｅ－ｉｎｋ手法と違って、互いに隣接して置かれる。

【0004】

この分野における現在の開発のさらなる詳細について、ならびに現在の技術の欠点について、最近出願されたＮＬ２０１０９３６への参照が行われ、その参照は、明示的参照により本明細書に組み込まれる。他の技術と比較して主要な違いは、着色粒子が常に可視であることである。いくつかの詳細が、以下で提供される。

【0005】

帯電粒子の横方向の切替えの利益は、電気泳動ディスプレイデバイスが、十分に透明な状態を備え得ることである。原理上は、反射体または場合によってはバックライトの選定が可能である。

【0006】

しかしながら、電気泳動ディスプレイでは、「暗」状態において均一なピクセル吸光度を提供するのに、ならびに「明」状態において粒子を電極に固定するのに十分に精密に、電界および粒子の動き分布を制御することは、比較的困難である。

【0007】

また、上記のディスプレイにおける第１の状態から第２の状態への切替えは、比較的遅く；最近改善されたデバイスの場合でも、一般に多くの用途について遅すぎることがある。一般に、従来技術の粒子は、毎秒約０．１ｍｍ未満の速度で移動し、これは、いくつかの用途について少なくとも１０倍遅すぎると考えられることが留意される。

【0008】

上記のピクセルのスタックを備え得るフルカラーディスプレイの場合、状況は、明らかに一層悪い。

【0009】

様々なピクセルレイアウトが存在することが留意される。電気泳動ディスプレイに関する問題は、特に電極の寿命である。たとえばピクセルのための安定した構成を取得することは、特に電界が提供されることを考慮して、困難であるとわかっている。加えて、良好な切替え時間および安定性を有することは、困難なままである。

【0010】

概して、電気泳動ピクセルは、モデリングに関して比較的困難であることが留意される。単純な計算、たとえば流体粘度と印加電界をリンクさせることは、実際にはうまく適用されない。そのようなことは、大手企業が、長年にわたって電気泳動ピクセルを開発することを試み不成功であったという事実に反映される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】米国特許出願公開第２００２／１６７５００号明細書

【特許文献2】オランダ国特許出願公開第２０１０９３６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

本発明の目的は、機能性および利点を損なうことなしに、従来技術の電子デバイスの短所を克服することである。

【課題を解決するための手段】

【0013】

本発明は、第１の態様では請求項１に記載の光変調器に、第２の態様では前記光変調器を備える製品に、および第３の態様では前記光変調器を動作させる方法に関する。本発明は、異なるコンディションにおいて、まったく異なる動作モードを提供し、パルスモードは、電界を印加するために使用され、良好な導電性材料を電極として用いる。本光変調器は、透明状態から少なくとも部分的に不透明な状態の間で、およびその逆に切り替わるためのものであり、不透明状態では、一般に光の＞７０％、たとえば＞９０％が、変調器を通過するのを遮られ、および透明状態では、光の大部分が通される。不透明状態では、人は、依然として、光変調器をのぞき見、それのもう１つの側にある画像を知覚することができる。光変調器は、第１および第２の基板（１１、１２）を備え、基板は、光学的に透明であり、一般に関連する波長において＞９５％透明、たとえば＞９９％透明である。少なくとも２つの電極１３、１４は、基板の内側に提供される。これらの電極は、粒子を駆動するためのものである。流体１５が、前記基板の間に提供され、流体は、ナノ粒子および／またはマイクロ粒子を備え、粒子は、帯電しており、印加された電位に応じて、電極のほうへまたは電極から離れるように移動するように電界によって駆動され得る。粒子は、光を吸収するように適合され、それとともに、いくつかの波長が通過するのを妨げる。さらに、電極に電磁界を印加するための接続が提供され、使用中に、電極に印加された電磁界は、第１の電極から第２の電極への、およびその逆のナノおよびマイクロ粒子の移動を提供する。本光変調器は、電極が、１００ｎΩｍ未満（２７３Ｋにおいて；比較のために、一般に使用されるＩＴＯは、１０^５ｎΩｍを有する）の抵抗率をもつ導電性材料を備え、これは、２０゜Ｃにおける導電率＞１＊１０^７Ｓ／ｍに類似する）ことを特徴とする。さらなる特徴づけとして、また、単位面積当たりの抵抗率（オームパースクエア、Ω／□）が使用され得；その場合、（２７３Ｋにおいて）８０Ω／□未満、好ましくは６０Ω／□未満、より好ましくは１０Ω／□未満、たとえば２Ω／□未満の値が良好である。この点において；さらに、少なくとも２つの電極が、前記電極の間で横方向の電気力を提供するように適合される、すなわち、粒子が、基板に平行なほぼ水平の方向に移動するということにおいて、非常に良好な導電性材料が使用される。さらに、電力提供器が、少なくとも２つの電極と電気的に接続しており、波形電力を提供するように適合され、振幅、周波数、および位相のうちの少なくとも１つが適応可能であり、および電極は、流体と流体的に接触しており、その接触は、直接的である（流体が電極と接触している）か、または間接的である（流体が、たとえば多孔質層を通して、第２の媒体を介して電極と接触している）かであり得、および基板表面の１－３０％をカバーする。驚いたことに、安定した電極が、この構成を用いて取得され、換言すれば、動作は、電極の劣化が起こることなしに、長い時間期間にわたって維持され得る。切替えが、所与の用途について許容可能であり、改善され得る。２つの状態（透明および不透明）の安定性は、優れている。本変調器は、一般に、第１のロケーション（たとえば貯蔵エリア）から第２のロケーションに移動することが可能な着色粒子を備える。それに加えて、粒子は、帯電しているかまたは帯電可能である。また、粒子は、比較的小さい、たとえば９００ｎｍよりも小さい、好ましくは４００ｎｍよりも小さい、および３０ｎｍよりも大きい、好ましくは４０ｎｍよりも大きい、たとえば６０－２００ｎｍであり得る。改善された移動および制御のために、より小さい粒子が選好される。移動を与えるために、少なくとも２つの電極が提供される。本発明の場合、各基板に対して２つの電極で十分とわかっている。電極は、基板の内側にある、換言すれば、流体に向かうエリアを占有する。１つの電極は、電気的に中性な（またはグランド）電極に関し得る。着色粒子の移動を制御するために、およびデバイスにおけるステータス（透明または着色）の安定性のために、変調器に電磁界を印加するためのドライバ回路が提供され得る。

【0014】

本変調器は、電極が、（２７３Ｋにおいて）１００ｎΩｍ未満の抵抗率をもつ導電性材料を備え、少なくとも２つの電極が、不透明状態に切り替わるとき、基板に平行に前記電極の間に電気力を提供するように適合され、少なくとも２つの電極が、透明状態に切り替わるとき、基板に対してある向きに前記電極の間に電気力を提供するように適合され、その向きが、基板に平行、基板に直交、基板に対して対角、およびそれらの組合せから選択され、電力提供器が、少なくとも２つの電極と電気的に接続しており、波形電力を提供するように適合され、振幅、周波数、および位相のうちの少なくとも１つが適応可能であり、および電極が、流体と流体的に接触しており、および基板表面の１－７０％をカバーすることを特徴とする。これは、粒子の移動を提供する。また、ここで、変調器は、電食（ｅｌｅｃｔｒｏ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ）の有無にかかわらず安全に動作させられ得る。本変調器は、一般に、３０μｍよりも小さい、たとえば１５μｍの第１および第２の基板の間の距離を有する。それは、１つ以上のピクセル、一般に多数のピクセルを備え得、ピクセルは、大きさが変化し得る、単一の光学的に切替え可能なエンティティである。基板は、少なくとも部分的にピクセルであり得る体積を囲む。距離は、一般的な従来技術のデバイスよりもはるかに小さいことがある。横方向の移動、ならびに比較的小さい距離を可能にする本設計は、粒子の移動のはるかにより良好な制御を提供し、電界の良好な制御は、たとえば摂動などの使用される材料の欠陥にほとんど反応せず、基板をアウトラインするときの生産問題がなく、２つのステータスの良好な安定性を提供する。さらに、設計は、たとえば、電極がより長い時間期間にわたってほぼ無傷のままであるという点で、はるかによりロバストである。また、良好な光学的性質が提供される。なお一層、本設計は、以下でさらに詳述されるように、従来技術のデバイスと違って、スタッキングを可能にする。

【0015】

粒子を方々に移動させるために、適切な電界が、電極に印加され、たとえば帯電粒子を引きつけるかまたは遠ざける。そのようなことは、効果が想定されるあらゆる電極について行われ；他の部分は、電界を有しないことがある。このようにして、各個々の部分、一般にピクセルは、独立してアドレス指定され得、その結果、各個々の部分は、透明（電極１６上の粒子のみが可視）モードか、または「着色」モードにあり得る。同様に、電極は、全体として、ゼロ（０）電圧にあるか、あるいは正または負の電圧にあり得、それにより、電界に寄与する。類似の様式で、電界は、時々リフレッシュされ得る。

【0016】

「光」という用語は、適用可能な場合、人間の眼に可視である波長（約３８０ｎｍ－約７５０ｎｍ）に関し得、適用可能な場合、赤外線（約７５０ｎｍ－１μｍ）および紫外線（約１０ｎｍ－３８０ｎｍ）、ならびにそれらの副選択を含む、より広い範囲の波長に関し得る。

【0017】

本ピクセルおよびデバイスは、たとえば光コンディションを変えることに十分に適応可能であることが重要である。

【0018】

本デバイスは、その中にピクセルを備え得、そのピクセルは、換言すれば数秒以内に変えられ得る。

【0019】

本変調器では、一般に、１つのタイプ、たとえば赤色、緑色、および青色から、またはマゼンタ、シアン、およびイエローから選択される、ならびにそれらの組合せの着色粒子が存在し得る。変調器は、電界の変更時に、白（透明）から色のうちの１つに、およびその逆に変わり得る。加えて、必ずしもそうとは限らないが、黒粒子が存在し得、これは、設計をやや複雑にする。黒／透明用途の場合、黒粒子のみが、一般に存在する。

【0020】

フルカラー用途の場合、２つまたは３つの変調器のスタックが、それぞれ、たいていまたはすべての色を提供することができる。そのようなスタックは、黒または白粒子のいずれかが常に可視である場合のように、少なくともいくつかの他のレイアウトの場合、不可能と考えられ；また、たとえばヘイズ、コントラスト、温／冷効果、相補的コントラスト、同時コントラスト、飽和、強度など、さらなる一般に考えられる特徴を提供するためのオプションがない。本ピクセルの場合、すべてのこれらの特徴は、極めて正確に適応させられ、制御され得る。

【0021】

黒粒子のみを備える本変調器は、高い黒コントラストを有することがわかっている。

【0022】

本デバイスは、電磁界を印加することによって（個々の）ピクセルの外観を変えるためのドライバ回路を備え得る。したがって、また、ディスプレイデバイスまたはそれの１つ以上の部分の外観が変えられ得る。

【0023】

本電子デバイスは、識別のための一意のコードを備え得る。したがって、あらゆる電子デバイスは、個々に識別され得る。

【0024】

基板、保護層などを含む本デバイスは、比較的薄くあり得、それゆえ、原理上は、たとえばデバイスのスタックに適用され得る。本ディスプレイは、０．１ｃｍ未満の厚さ、好ましくは１０μｍ－５００μｍの厚さ、より好ましくは１５μｍ－３００μｍの厚さ、なお一層好ましくは２５μｍ－２００μｍの厚さ、たとえば５０μｍ－１００μｍを有する。厚さは、たとえば適用されるデバイスの数に応じて変化し得る。したがって、（透明モードにある）本ディスプレイデバイスは、人間の眼には可視ではないか、またはほとんど可視ではない。

【0025】

また、特により小さいデバイスの場合、電源、一般にバッテリーが提供され得る。

【0026】

本発明は、ＩＲＸ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｂ．Ｖ．による前の研究および開発に部分的に依存する。その理由で、および基礎をなす技術のより良好な理解のために、最近出願された（２０１３年６月７日）オランダ特許出願ＮＬ２０１０９３６への参照が行われる。様々な態様、例、利点などが、原理上は、本発明に１対１で適用可能である。上記の特許出願に開示されている技術は、まだ実用に供されていないことが留意される。さらに解決されなければならい様々な障害に遭遇した。たとえば、双安定性および切替え時間が十分ではなかった。様々な他の態様、例、利点などが、原理上は、本発明に１対１で適用可能である。上記の文献の教示および例は、参照により本明細書に組み込まれる。本発明は、とりわけ、従来技術を考慮して改善されたレイアウトを提供する。

【0027】

それにより、本発明は、上述の問題のうちの１つ以上に解決策を提供する。

【0028】

本説明の利点が、説明全体にわたって詳述される。

【0029】

本発明は、第１の態様では、請求項１に記載の光変調器に関する。

【0030】

光変調器の例示的な実施形態では、波形電力は、０．０１－１００Ｈｚの周波数、最大振幅の５－１００％の振幅の変化を特徴とし得、最大振幅は、最大電圧動作であり、０－１８０度の位相の変化（位相シフト）にある。インク特性に応じて、低い周波数波形（０．０１－１Ｈｚ）が、光変調器透明度を増加させることがわかっている。高い周波数波形（７０－１００Ｈｚ）が、光変調器透明度を維持または減少させることがわかっている。低い波形振幅（２０－５０％）が、低い透明度レベルを維持することがわかっている。高い波形振幅（８０－１００％）が、高い透明度レベルを維持することがわかっている。

【0031】

光変調器の例示的な実施形態では、少なくとも２つの電極が、好ましくは両方の基板上で、互いにかみ合ったパターンを形成する。互いにかみ合ったパターンの指は、少なくとも１つの分岐、一般にそれの両側において少なくとも１つの分岐、たとえば０．０１－３ｃｍの間隔をもつ分岐をさらに備え得る。

【0032】

光変調器の例示的な実施形態では、互いにかみ合ったパターンは、規則的な２次元パターンであり、各指は、少なくとも１つの波形を備え、波形は、振幅Ａおよび幅Ｗを有し、および指は、互いから距離ｄにあり、換言すれば、指は分離されている。高次画像が、基板上の電極の存在に起因して形成されることがわかっている。これらの２次画像を最小限に抑えるために、互いにかみ合った電極の指は、好ましくは、まっすぐではない（例も参照のこと）。

【0033】

光変調器の例示的な実施形態では、波形正弦波形状対称性が破られ、たとえば、波形形状の最大において、下向きの湾曲した第１の突出部が提供され、および波形形状の最小において、下向きのまたは上向きの湾曲した第２の突出部が提供される。そうすることによって、高次画像は、かなり低減される。まっすぐなパターンと比較して、輝度は、（８ビットグレースケール上で）約１８０から６０まで減少させられる。

【0034】

光変調器の例示的な実施形態では、第１の突出部が、第２の突出部よりも大きい幅を有する。それとともに、高次画像は、なお一層低減されることがわかっている。

【0035】

光変調器の例示的な実施形態では、波形の幅Ｗは、５０－７５０μｍ、たとえば１００－５００μｍである。

【0036】

光変調器の例示的な実施形態では、波形の振幅Ａは、１０－５００μｍ、たとえば２０－４００μｍである。

【0037】

光変調器の例示的な実施形態では、指の間の距離ｄは、１０－５００μｍ、好ましくは１０－１００μｍ、たとえば２０－７０μｍである。

【0038】

光変調器の例示的な実施形態では、第１の突出部の幅は、１０－５０μｍ、たとえば２０－３０μｍである。

【0039】

光変調器の例示的な実施形態では、第２の突出部の幅は、１０－５０μｍ、たとえば２０－３０μｍである。

【0040】

光変調器の例示的な実施形態では、第１の突出部の幅は、第２の突出部の幅の２－４倍である。

【0041】

光変調器の例示的な実施形態では、第１の突出部の高さｈは、５－２０μｍ、たとえば１０－１５μｍである。

【0042】

光変調器の例示的な実施形態では、第２の突出部の高さｈは、５－２０μｍ、たとえば１０－１５μｍである。

【0043】

光変調器の例示的な実施形態では、突出部の形態は、円形または楕円形の一部である。

【0044】

光変調器の例示的な実施形態では、波形から突出部への、およびその逆の遷移は、漸進的である。

【0045】

光変調器の例示的な実施形態では、電力提供器は、パルスを提供するように、およびその間のインターバル中にパルスを提供することを控えるように適合され、たとえば、０．１－１０秒／分のパルス、および０．１－１０００秒の、好ましくは５－６００秒のインターバルである。

【0046】

例示的な実施形態では、光変調器は、コントローラを備え得、コントローラは、交流電流を維持するように適合され、正電流の大きさは、負電流の大きさの０．９－１．１倍、好ましくはそれの大きさの０．９５－１．０５倍、より好ましくはそれの大きさの０．９９－１．０１倍、たとえばそれの大きさの０．９９５－１．００５倍であり、および電流に従って、電位を変化させるように適合される。

【0047】

例示的な実施形態では、光変調器は、好ましくは第１の基板の電極が、第２の基板の電極と十分に整列されるように、より好ましくは第１の基板の電極が、第２の基板の電極上に突出するように、基板を整列させるための少なくとも２つのアライメントマーカーを各基板上に備え得る。

【0048】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、銅、銀、金、アルミニウム、グラフェン、チタン、インジウム、およびそれらの組合せ、好ましくは銅を備える。

【0049】

光変調器の例示的な実施形態では、電力提供器は、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられる。

【0050】

光変調器の例示的な実施形態では、電力提供器は、一般に遅く移動する粒子の場合、１Ｈｚ未満、たとえば３０－５００ｍＨｚの、不透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられる。

【0051】

光変調器の例示的な実施形態では、１つの切替えサイクル内で、電力提供器は、電力提供器が、サイクルの初期段階において、透明状態に切り替わるときの正または負の電圧において動作させられることと組み合わせて、および電力提供器が、サイクルの最終段階において、不透明状態に切り替わるときの負または正の電圧において動作させられることと組み合わせて、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられる。初期および最終段階の間では、直流の正または負の電圧は不在である。それとともに、とりわけ、良好な制御、良好な安定性、および低電力消費が実現される。

【0052】

光変調器の例示的な実施形態では、流体は、粒子上の電荷を補償するための対イオンを備える。

【0053】

例示的な実施形態では、光変調器は、温度センサーおよび／またはコントローラを備え得、温度センサーは、コントローラと接触しており、コントローラは、電力提供器と接触しており、およびコントローラは、温度センサーによって測定された温度を考慮して、電力提供器の出力を補償するように適合される。

【0054】

例示的な実施形態では、光変調器は、光変調器のスタックを備え得、光変調器の数は、２－１０、好ましくは３－５からである。スタック中の各変調器は、異なる着色粒子、およびそれらの（異なる）混合物を備え得る。それとともに、フルカラーデバイスが提供され得る。それの例では、第２の変調器の第１の基板と第１の変調器の第２の基板とは、同じであり、換言すれば、１つの基板に組み合わせられる。そのようなことは、本デバイスの大きな利点であり、それとともに、スタック中の基板の数を低減し、コントラストおよび透明度を改善し、複雑さを低減する。例では、流体は透明である。上記の例は、全体的にまたは部分的に組み合わせられ得る。

【0055】

光変調器の例示的な実施形態では、随意に、第１の光変調器の少なくとも１つの基板１１、１２は、少なくとも１つの第２の光変調器の基板１１、１２と同じである。

【0056】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、各々個々に、１－３０μｍ、好ましくは３－１０μｍ、たとえば５－８μｍの幅を有する。

【0057】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、各々個々に、０．１－２００μｍ、好ましくは１－２５μｍ、より好ましくは１．５－１５μｍ、たとえば２－５μｍの厚さを有する。

【0058】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、（２７３Ｋにおいて）３０ｎΩｍ未満、好ましくは２０ｎΩｍ未満の抵抗率をもつ導電性材料を備える。

【0059】

光変調器の例示的な実施形態では、スペーサが、第１および第２の基板の間に提供され、好ましくは１－１００００／ｍｍ^２、たとえば５－１００／ｍｍ^２である。例では、第１および第２の基板は、２－３０μｍ、好ましくは１４－１６μｍ、たとえば１５μｍの直径を有する（ガラス）ビーズによって離間される。ランダムに分布したビーズ、好ましくはガラスビーズまたはポリマービーズは、極めて精密に基板の間の距離を定義し、強度および可撓性を提供し、着色粒子の移動をほとんど妨害しない。ビーズは、それらの大きさの極めて均一な分布が取得されるように作られ得、たとえば０．１μｍよりも良好な精度をもつ。ビーズの平均体積は、全体積と比較して０．１－１５ｖｏｌ．％であり、換言すれば、それらは、小体積のみを占有する。ビーズは、着色されているかまたは黒であり得る。

【0060】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、基板表面の２－３０％、好ましくは３－２０％、より好ましくは４－１０％、たとえば５－８％をカバーする。

【0061】

光変調器の例示的な実施形態では、対イオンは、硫酸塩、塩化物、臭化物、およびそれらの組合せから選択される。

【0062】

光変調器の例示的な実施形態では、電位は、－６０－＋６０Ｖ、好ましくは－２０－＋２０Ｖ、より好ましくは－１５－＋１５Ｖの間にある。第１および第２の電極の間の小さい距離を考慮して、電界（Ｖ／μｍ）は、従来技術のデバイスと比較してはるかに高く、一般に５－２０倍高いことが留意される。流体挙動は、たとえば流れおよび切替え時間に関して、より高い電圧においてより良好であることがわかっている。粒子電荷を安定させることが選好される。したがって、たとえばフィールド電極上の分布を考慮して、より良好な性能、およびより速く、より良好に制御可能な切替え時間が実現される。

【0063】

光変調器の例示的な実施形態では、電流は、－１００－＋１００μＡ、好ましくは－３０－＋３０μＡ、より好ましくは－２５－＋２５μＡの間にある。

【0064】

光変調器の例示的な実施形態では、基板材料は、ガラスおよびポリマーから選択される。

【0065】

光変調器の例示的な実施形態では、ナノ粒子／マイクロ粒子は、顔料上にコーティングを備え得、好ましくはコアを備える。

【0066】

光変調器の例示的な実施形態では、基板（１１、１２）は整列させられ、および／または電極（１３、１４）は整列させられる。

【0067】

光変調器の例示的な実施形態では、流体は、１５未満の誘電率をもつ無極性流体、たとえば、分岐または無分岐（ｕｎｂｒａｎｃｈｅｄ）Ｃ_８－Ｃ_６０アルカン、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０アルケン、分岐または無分岐Ｃ_６－Ｃ_６０アルコール、分岐または無分岐Ｃ_６－Ｃ_６０アルカノール、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０ケトン、分岐または無分岐Ｃ_８－Ｃ_６０アルデヒド、シリコンオイル、およびそれらの組合せである。高級アルカン、アルケン、アルコール、アルカノール、ケトン、およびアルデヒドの場合、分岐分子が選好される。例は、スクアラン（Ｃ_３０Ｈ_６２）およびスクアレン（Ｃ_３０Ｈ_６０）である。

【0068】

光変調器の例示的な実施形態では、ナノ粒子の大きさは、２０－１０００ｎｍ、好ましくは２０－３００ｎｍ、より好ましくは２００ｎｍ未満からである。粒子の直径は、それの境界に接する２つの対向する平行線の間に形成され得る最大距離であるように本明細書で定義される。これらの粒子は、本（フィールド）電極上で粒子の良好な分布を提供することがわかっている。印加されるべき電磁界を考慮して、本粒子は、帯電可能であるかまたは帯電している。同様に、磁性粒子が使用され得る。安定した分散を提供することが選好され；したがって、上記の大きさが選好される。粒子の大きさは、それの平均直径の尺度であると考えられる。光散乱が、たとえばＭａｌｖｅｒｎ Ｚｅｔａｓｉｚｅｒ Ｎａｎｏ Ｒａｎｇｅを使用して、粒子の大きさの分布を決定するために使用され得る。より小さい粒子は、ピクセルの本特性にかなり帰することがさらにわかっている。

【0069】

概して、本変調器の反射率は高く、一般に５０％超が反射される。その結果、黒粒子の場合、＞６５％の透過率が実現され、高性能変調器の場合、７１％以上の値が実現される。着色粒子（たとえばＣＭＹ）の場合、＞８０％の透過率が容易に実現可能であるのに対して、＞８５％あるいは＞９０％のレベルさえ到達された。特に、スタッキングされた変調器を考慮して、そのようなことは、極めて重要である。

【0070】

例では、開いた（非電極）エリアは、７０％超、たとえば８０％、好ましくは９０％超透明であり；一般に、透明度は、５５０ｎｍの波長において決定される。開いたエリアは、基板、たとえばガラスおよび好適なポリマー、たとえばポリカーボネート（パースペックス）およびＰＥＴで作成され得る。材料は、０．０１ｍｍ－２ｍｍ、好ましくは０．０２５ｍｍ－１ｍｍ、たとえば０．０５－０．５ｍｍの厚さを有し得る。可撓性ピクセルおよび／またはディスプレイが必要とされる場合、薄い材料を使用することが選好される。ある程度の強度が必要とされる場合、より厚い材料が選好される。そのような透明度の場合、エネルギー消費は、さらに一層低減され得ることがわかっている。そのようなことは、たとえば、使用、負荷デバイスの低減された必要性、より小さい電荷貯蔵デバイスなどに関して、巨大な利点を提供する。特に、電力グリッドが利用可能でないとき、そのようなことは高く評価されよう。

【0071】

例では、変調器は、可撓性ポリマー中に提供され得、デバイスの残りは、ガラス中に提供され得る。ガラスは、剛性ガラスまたは可撓性ガラスであり得る。必要とされる場合、保護層が提供される。２つ以上の色が提供される場合、可撓性ポリマーの２つ以上の層が提供され得る。ポリマーは、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、（随意にＳｉＮ層を有する）ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）などであり得る。さらなる例では、デバイスは、少なくとも１つの可撓性ポリマー中に提供され得る。したがって、変調器は、たとえば接着剤を使用することによって、任意の表面に取り付けられ得る。

【0072】

光変調器の例示的な実施形態では、粒子は、１０ｎｍ－１ｍｍ、たとえば４００－８００ｎｍ、７００ｎｍ－１μｍ、および１０－４００ｎｍの波長をもつ光を吸収するように適合され、および／または１０ｎｍ－１ｍｍ内に入る波長範囲をもつ光の一部を吸収するように適合され（フィルタ）、ならびにそれらの組合せである。

【0073】

光変調器の例示的な実施形態では、第１および第２の基板の間の距離は、５００μｍよりも小さい、好ましくは２００μｍよりも小さい、好ましくは１００μｍ未満、なお一層好ましくは５０μｍ未満、たとえば３０μｍ未満である。

【0074】

光変調器の例示的な実施形態では、電極は、粒子を貯蔵するためのものである。

【0075】

光変調器の例示的な実施形態では、粒子上の電荷は、粒子当たり０．１ｅから１０ｅ（５＊１０^－７－０．１Ｃ／ｍ^２）である。

【0076】

光変調器の例示的な実施形態では、粒子のコーティングは、導電性および半導体材料から選択される材料から作成される。

【0077】

光変調器の例示的な実施形態では、流体は、１－１０００ｇ／ｍ^２、好ましくは２－７５ｇ／ｍ^２、より好ましくは２０－５０ｇ／ｍ^２、たとえば３０－４０ｇ／ｍ^２の量で存在する。本レイアウトの場合、はるかにより少ない流体、および同様に粒子が使用され得ることが大きな利点である。

【0078】

光変調器の例示的な実施形態では、粒子は、０．０１－７０ｇ／ｍ^２、好ましくは０．０２－１０ｇ／ｍ^２、たとえば０．１－３ｇ／ｍ^２の量で存在する。

【0079】

光変調器の例示的な実施形態では、粒子は、シアン、マゼンタ、およびイエローから、ならびに黒および白から選択される色、ならびにそれらの組合せを有する。

【0080】

光変調器の例示的な実施形態では、流体は、界面活性剤、乳化剤、極性化合物、および水素結合を形成することが可能な化合物のうちの１つ以上を備える。

【0081】

光変調器の例示的な実施形態では、流体は、１００未満、好ましくは１０未満、たとえば５未満の比誘電率εｒを有する。

【0082】

光変調器の例示的な実施形態では、０．５Ｐａ＊ｓ未満、好ましくは１００ｍＰａ＊ｓ未満、たとえば０．２－１０ｍＰａ＊ｓから、たとえば０．５－５ｍＰａ＊ｓ、たとえば１－２ｍＰａ＊ｓの動的粘度、好ましくは１ｍＰａ．ｓ未満の動的粘度。

【0083】

光変調器の例示的な実施形態では、光変調器は、１０^－８－５０ピクセル／ｍｍ^２、好ましくは１０^－６－１６ピクセル／ｍｍ^２、より好ましくは５＊１０^－４－１ピクセル／ｍｍ^２、なお一層好ましくは１＊１０^－３－０．１１ピクセル／ｍｍ^２を備える。

【0084】

光変調器の例示的な実施形態では、コントローラは、個々のピクセルを切り替えるように適合される。

【0085】

光変調器の例示的な実施形態では、電力提供器は、複合ＡＣ／ＤＣ提供器である。

【0086】

例示的な実施形態では、光変調器は、時間変化する電磁界を提供するように適合されるドライバ回路を備え得る。

【0087】

光変調器の例示的な実施形態では、波形電力は、０．０１－１００Ｈｚの周波数、最大振幅の５－１００％の振幅の変化を特徴とし、最大振幅は、最大電圧動作であり、０－１８０度の位相の変化（位相シフト）にある。

【0088】

第２の態様では、本発明は、本発明による光変調器を備える製品に関し、製品は、窓ブラインド、サイネージシステム、屋外ディスプレイ、電子ラベル、２次スクリーン、スマートグラス、カラーパネル、およびスクリーンから選択される。

【0089】

第３の態様では、本発明は、電界を印加すること、電極から流体のほうへ粒子を移動させること、逆方向電界を印加し、電極のほうへ、広がった粒子を移動させること、－２２０Ｖから＋２２０Ｖの間の電位、および－１００μＡから＋１００μＡの間の電流をもつ交流を使用することであって、２つの位相の間の電子消費が、実質的に等しく、それにより、正および負の電流フローを平衡させる、ことを備え、第１の位相中に、電極材料が、流体中で部分的に溶解され、および第１の位相＋１８０度中に、溶解された電極材料が、電極上に再堆積させられる、本光変調器を動作させる方法に関する。そのようなことは、一般に、たとえば電位だけが制御され、平衡させられるが、平衡化に注意が払われない従来技術のデバイスの場合にはあてはまらない。

【0090】

本方法の例示的な実施形態では、溶解された電極は、反対に帯電した電極上に堆積させられ、よって、材料は、（最初に材料を与えたものと比較して）別の電極上に堆積させられ得る。

【0091】

本発明は、本質の例示的で説明的なものであり、本発明の範囲を限定しない、添付図および例によってさらに詳述される。当業者には、本特許請求の範囲によって定義される保護の範囲内に入る、明らかであるかまたはそうではない多くの変形態が考えられ得ることが、明らかであり得る。

【0092】

本発明は、詳細な説明的コンテキストにおいて説明されたが、添付の例および図とともに最も良く理解され得る。

【図面の簡単な説明】

【0093】

【図1a】本光変調器の側面図を示す図である。

【図1b】本光変調器の側面図を示す図である。

【図1c】本光変調器の側面図を示す図である。

【図2a】上部および下部基板からの互いにかみ合った電極を示す図である。

【図2b】上部および下部基板からの互いにかみ合った電極を示す図である。

【図2c】上部および下部基板からの互いにかみ合った電極を示す図である。

【図2d】上部および下部基板からの互いにかみ合った電極を示す図である。

【図2e】上部および下部基板からの互いにかみ合った電極を示す図である。

【図3a】開および閉パルスを示す図である。

【図3b】開および閉パルスを示す図である。

【図3c】開および閉パルスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0094】

図において：
１０ 光変調器
１１ 第１の基板
１２ 第２の基板
１３ 第１の電極
１４ 第２の電極
１５ 流体
２１ 第１の突出部
２２ 第２の突出部
３０ ナノ粒子／マイクロ粒子
Ａ 波形の振幅
ｄ 指の間の距離
ｗ 波形の幅

【0095】

図１ａは、光変調器の側面図を示す。第１の時点、Ｐ１、において「オン状態」にデバイスを切り替えるために、電位＋Ｖ１が、上部基板上の各マイクロワイヤ電極に印加され、負の電圧が、下部プレートの各マイクロワイヤ電極に印加される。第１の時点、Ｐ１、では、電位の差が、粒子が、上部基板のマイクロワイヤ電極の近傍に流れることを引き起こし、ここで、粒子は、上部マイクロワイヤ電極と実質的に整列する。基板の間で、上部銅マイクロワイヤ電極からの銅イオンは、ディスプレイまたはスマートウィンドウのイオン液体中で溶解されており、溶解された銅イオンは、下部基板の対応する整列された銅マイクロワイヤ電極に漸次流れ、ここで、銅イオンは、下部基板の整列された銅マイクロワイヤ電極上に漸次堆積する。

【0096】

「オン状態」の第２の時点、Ｐ２、では、上部電極銅マイクロワイヤおよび下部電極銅マイクロワイヤの電圧は、Ｐ１の時点とは対照的に反転させられる。時点、Ｐ２、では、上部基板の各マイクロワイヤ電極の電圧は、次に、負電位－Ｖ１を供給され、下部基板の整列された銅マイクロワイヤの電圧は、正電位を供給される。電位の差が、ウィンドウまたはディスプレイの粒子が、下部基板の銅マイクロワイヤ電極の近傍に流れることを引き起こし、ここで、粒子は、凝集し、下部マイクロワイヤ電極と実質的に整列する。基板の間で、下部銅マイクロワイヤ電極からの銅イオンは、ディスプレイまたはスマートウィンドウのイオン液体中で溶解され、溶解された銅イオンは、上部基板の対応する整列された銅マイクロワイヤ電極に漸次流れ、ここで、銅イオンは、上部基板の整列された銅マイクロワイヤ電極上に漸次堆積する。平衡電解電流が、上部および下部電極銅マイクロワイヤの極性を連続的に切り替えることによって取得される。２つの時点の間で、２つの基板の間の腐食電流は、平衡させられるかまたは実質的に（＞９５％）平衡させられ、換言すれば、上部プレートの電極の腐食レートが起こるので、時間の各時点、Ｐ１の間で、下部電極上での銅の平衡をとる堆積があり、時点Ｐ２においてその逆がある。それゆえ、粒子は、上部および下部電極の間で連続的に遷移または移行しており、ディスプレイまたはスマートウィンドウは、常にオン状態にあり、上部および下部電極の間の動的電解電流は、一定であり、これにより、上部および下部基板上の銅電極マイクロワイヤ材料の損失はないか、または正味の損失は無視できるほどである。

【0097】

電極は、ポリマーベース基板中に埋め込まれた銅で作成されたマイクロワイヤの形態にあり得る。デバイスの動作中に、電気化学電流が、１つの端部における銅イオンの溶解、および他端部への銅イオンの移行を用いて、２つの基板の間でディスプレイを通して作られる。ディスプレイを駆動するために、２つの基板の間の新しい電極構成が、２つの基板の間で銅電極溶解と銅電極堆積との平衡を達成するために必要とされ、換言すれば、ディスプレイを通って流れる電流の平衡が必要とされる。課題は、どのように、電気化学電流の平衡を維持しながらディスプレイを切り替えるかにある。これは、ディスプレイの電極構成の新しい設計によって実現され得る。

【0098】

「オフ状態」を達成するために、上部および下部基板は、「オン状態」について上記のように配置される。しかしながら、上部基板上で、時点Ｐ３、（図１ｂ）、において、図１ｂ中に示されているように、第１の銅マイクロワイヤに印加される電位は＋Ｖ２であり、次のすぐ隣の近接するマイクロワイヤは、反対の電位－Ｖ２を有するなどである。これは、同じ基板上に交流電圧を作り出す。類似的に、図１ｂ中に示されているように、下部基板の各銅マイクロワイヤ電極は、上部基板のそれの直接的に対向するカウンターパートマイクロワイヤ電極と同じ電位を有する。粒子は、上部および下部基板の間で対角方向におよび横方向に移行し、ディスプレイの可視の開口への粒子の拡散は、ディスプレイの閉じられた不透明な状態に寄与する。並行して、銅イオンは、同じ基板上の正電位を有する上部銅マイクロワイヤ電極における溶液に入り、イオンは、下部銅マイクロワイヤ電極に漸次流れる。移行する銅イオンは、負電位を有するマイクロワイヤ上に再堆積する。

【0099】

時点Ｔ４（図１ｃ）において、電圧は、図１ｂとは対照的に交替される。図１ｃ中に示されているように、上部基板の第１の銅マイクロワイヤに印加される電位は－Ｖ２であり、次のすぐ隣の近接するマイクロワイヤは、反対の電位＋Ｖ２を有するなどである。これは、同じ基板上に交流電圧を作り出す。類似的に、図２ｂ中に示されているように、下部基板の各銅マイクロワイヤ電極は、上部基板のそれの直接的に対向するカウンターパートマイクロワイヤ電極と同じ電位を有する。並行して、銅イオンは、同じ基板上の正電位を有する下部銅マイクロワイヤ電極における溶液に入り、イオンは、上部銅マイクロワイヤ電極のほうへ漸次流れる。移行する銅イオンは、正電位を有するマイクロワイヤ上に再堆積する。ＡＣ駆動サイクルは、図２ａ－図２ｅ中の平面図中に示されている、上部および下部電極構成を組み合わせる互いにかみ合った線構成を使用することによって実装され得る。

【0100】

上部および下部基板の間のこのＡＣ駆動サイクルを使用することによって、対角および横方向の電界が、２つの基板の間で生成され、それにより、粒子のでたらめな拡散を引き起こし、それにより、ディスプレイの閉じられた状態を作り出す。電食プロセスが、ディスプレイまたはスマートウィンドウのＡＣ駆動の場合、オフ状態においても動的に起こる。ディスプレイまたはスマートウィンドウを駆動するために、２つの基板の間の新しい電極構成が、ディスプレイ液体中の銅電極溶解と２つの基板上での銅電極堆積との平衡を達成するために必要とされ、換言すれば、ディスプレイを通って流れる電流の平衡が必要とされる。課題は、どのように、ディスプレイまたはスマートウィンドウを通る電気化学電流の平衡を維持しながらディスプレイを切り替えるかにある。これは、ディスプレイの電極構成の新しい設計によって実現され得る。これは、図１ａ中に示されている構成によって実現される。上部基板上に配置された導電金属電極パターン、たとえばマイクロワイヤメッシュは、下部基板上の導電金属電極パターンと完全にまたは実質的に整列される。導電金属電極パターンは、ガラス基板上に堆積させられ得るか、またはマイクロワイヤメッシュは、プラスチック基板中に埋め込まれ得る。

【0101】

図２ｅを考慮して、以下は、そのような電極パターンを作り出すことの例である。その中で、各電極設計は、繰り返されている２本の平行線から構成される。２本の特定の平行線は、同じ正弦波曲線によって開始される。いわゆるＲｈｉｎｅ１設計は、振幅３４０μｍおよび３４０μｍの波長の正弦波曲線で作成される。Ｒｈｉｎｅ２プロジェクトは、振幅３４０μｍおよび６４０μｍの波長の正弦波曲線で作成される。線のギャップは、一般に、７０μｍに設定される。そして、各曲線について、正弦波曲線のピークが、（９９．９％の許容差をもって）検出される。それらの座標（角度０および角度１８０におけるピーク、最も低いピークおよび最も高いピークに対応する２つのｘ座標）から、４つの基準：Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４が使用される。
２つの曲線のうちの第１の曲線上で：
－ Ｓ１は、高いピークのｘ座標に回復するためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ２は、高いピークのｘ座標に加えるためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ３は、低いピークのｘ座標に回復するためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ４は、低いピークのｘ座標に加えるためのμｍの数に対応する。

【0102】

第１の曲線上のＳ１－Ｓ２とＳ３－Ｓ４との間の正弦波曲線の部分のみが、正弦波曲線の振幅の下方へ向く楕円形形状で置き換えられる。第２の平行正弦波曲線について、類似の手法が使用される。Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３およびＳ４の値は、再利用されるが、ここで、別様に帰され、以下の通りである：
－ Ｓ２は、高いピークのｘ座標に回復するためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ３は、高いピークのｘ座標に加えるためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ１は、低いピークのｘ座標に回復するためのμｍの数に対応し、
－ Ｓ４は、低いピークのｘ座標に加えるためのμｍの数に対応する。この手法は、可能性の数を限定するために使用され、よりランダム化されたシステムを算出するための可能性を我々に与えた。

【0103】

楕円形形状は、図中では下方に向いている。正弦波曲線内に常に楕円形形状を向けることも可能である。１０００×１０００μｍのパターン線画像が、上述のルールに従って作り出される。線が、開いた状態をシミュレートするために、白い背景上に黒でプロットされる。ＦＦＴ機能（高速フーリエ変換）が、各画像に適用される。その後、フィルタが、ＦＦＴ画像上に適用される。１８０を下回るあらゆるピクセル値は、０、すなわち、黒に設定される。次いで、８ビットスケール上の上回るあらゆる値は、前の値を１８０－２５６スケールの一部と考える、新しい０－２５６スケール内の値の比で置き換えられる。これは、回折パターンを明らかにする。正方形画像ＦＦＴの中心は、「初期画像」を表し、したがって、このピクセルも０に設定される。次いで、ＦＦＴ画像ヒストグラムが分析され、見られる主要な基準は、その画像中の最も高いグレー値である。グレー値が高いほど、回折効果は強くなる。したがって、次いで、この最大グレー値に従って、すべてが設計され、すべてが分類される。

【0104】

電極の１つのセットに加えられ得る電気信号を表す概略図が、図３ａ－図３ｃ中に示されている。互いにかみ合ったシステム上の他の電極セットは、反対の波形を有する。波形は、次の３つの異なる位相から構成される：
－ Ｐ１：開位相
－ Ｐ２：開状態を維持する位相
－ Ｐ３：閉位相。

【0105】

インク性質に応じて、Ｐ１位相は、様々なやり方：（速いインクの場合）ＤＣモードにおける電位の増加または（遅いインクの場合）高周波ＡＣ信号（＞１０Ｈｚ）で印加され得る。

【0106】

Ｐ２位相は、インク安定性と対応する限定的な時間の量の間中断されることもあり得る高周波信号（＞１０Ｈｚ）から構成される。その位相中に、電位は、Ｐ１位相と比較して低減され得る。実際、電極に粒子を持ってくることは、高い電圧を必要とし得る（電極からさらに離れている粒子に対して十分な電界力を作り出す必要性）。粒子が電極の近くにあるとき、より低い電位が、粒子に対して同じ引力を局所的に取得するために印加され得る。

【0107】

Ｐ３位相は閉位相である。遅いインクの場合、低周波ＡＣ信号（１Ｈｚ未満）が印加され得る。また、電位は、対向する電極まで粒子を進めることが必要とされないので、Ｐ１と比較して低減される。速いインクについておよびＰ１ ＤＣの場合、閉は、電流の平衡を維持するために、Ｐ１位相の正反対になる。

【0108】

商用用途の場合、本システムの１つ以上の変形形態を使用することが好ましいことがあり、これは、本出願で開示されるものに類似し、本発明の趣旨内にあることを諒解されたい。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】

【図2e】

【図3a】

【図3b】

【図3c】

【手続補正書】

【提出日】2021-10-05

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

透明状態から不透明状態の間で、およびその逆に切り替わるための光電気泳動変調器（１０）であって、
第１および第２の基板（１１、１２）であって、光学的に透明である、第１および第２の基板（１１、１２）、
第１および第２の基板の各々の上に提供される少なくとも２つの電極（１３、１４）、
前記基板の間に提供される流体（１５）であって、ナノ粒子および／またはマイクロ粒子（３０）を備え、粒子が、帯電しているかまたは帯電可能であり、および光を吸収および／または反射するように適合される、流体（１５）、
電極に電磁界を印加するための接続であって、電極に印加された電磁界が、第１の電極から第２の電極への、およびその逆のナノおよびマイクロ粒子の移動を提供し、
電極が、２７３Ｋにおいて１００ｎオーム未満の抵抗率をもつ導電性材料を備え、
少なくとも２つの電極が、不透明状態に切り替わるとき、基板に平行に前記電極の間に電気力を提供するように適合され、透明状態に切り替わるとき、基板に対してある向きに前記電極の間に電気力を提供するように適合され、その向きが、基板に平行、基板に直交、基板に対して対角、およびそれらの組合せから選択される、接続、
少なくとも２つの電極と電気的に接続している電力提供器であって、波形ＡＣ電力を提供するように適合され、振幅、周波数、および位相のうちの少なくとも１つが、適応可能である、電力提供器
を備える、光電気泳動変調器（１０）。

【請求項2】

少なくとも２つの電極が、互いにかみ合ったパターンを形成し、互いにかみ合ったパターンが、規則的な２次元パターンであり、互いにかみ合ったパターンの各指が、少なくとも１つの波形形状を備え、波形形状が、振幅Ａおよび幅Ｗを有し、および指が、互いから距離ｄにある、請求項１に記載の光変調器。

【請求項3】

電極が、流体と流体的に接触している、請求項１または２に記載の光変調器。

【請求項4】

電極が、基板表面の１－３０％をカバーする、請求項１から３のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項5】

波形形状対称性が破られ、たとえば、波形形状の最大において、下向きの湾曲した第１の突出部（２１）が提供され、および波形形状の最小において、下向きのまたは上向きの湾曲した第２の突出部（２２）が提供される、請求項２から４のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項6】

－ 第１の突出部が、第２の突出部よりも大きい幅を有し、および／または
－ 指の間の距離ｄが、１０－５００μｍ、好ましくは１０－１００μｍであり、および／または
波形の幅Ｗが、５０－７５０μｍであり、および／または
波形の振幅Ａが、１０－５００μｍであり、および／または
距離ｄが、１０－１００μｍであり、および／または
第１の突出部の幅が、１０－５０μｍであり、および／または
第２の突出部の幅が、１０－５０μｍであり、および／または
第１の突出部の幅が、第２の突出部の幅の２－４倍であり、および／または
第１の突出部の高さｈが、５－２０μｍであり、および／または
第２の突出部の高さｈが、５－２０μｍであり、および／または
突出部の形態が、円形または楕円形の一部であり、および／または
波形から突出部への、およびその逆の遷移が、漸進的である、
請求項５に記載の光変調器。

【請求項7】

少なくとも２つの電極が、互いにかみ合ったパターンを形成する反復する線から構成されるパターンを形成し、反復する線が、形状の１つ以上のグループの反復を備え、形状の前記グループが、正弦曲線、楕円形、線から選択される、請求項１から６のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項8】

電力提供器が、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられ、および／または
－ 電力提供器が、１Ｈｚ未満、たとえば３０－５００ｍＨｚの、不透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられ、および／または
－ １つの切替えサイクル内で、電力提供器は、電力提供器が、最初に、透明状態に切り替わるときの正または負の電圧において動作させられることと組み合わせて、および電力提供器が、最終的に、不透明状態に切り替わるときの負または正の電圧において動作させられることと組み合わせて、１０－１００Ｈｚの、透明状態に切り替わるためのＡＣ周波数において動作させられ、および／または
－ 電力提供器が、パルスを提供するように、およびインターバル中にパルスを提供することを控えるように適合され、および／または
－ 電力提供器が、最大振幅の５－１００％の振幅の変化を提供するように適合され、および／または
－ 平衡電解電流が、第１の基板上のおよび第２の基板上の、ならびに／または第１および第２の基板の間の反対に帯電した電極の極性を連続的に切り替えることによって取得される、
請求項１から７のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項9】

温度センサーおよびコントローラを備え、温度センサーが、コントローラと電気的に接触しており、コントローラが、電力提供器と接触しており、および温度センサーによって測定された温度を考慮して、電力提供器の出力を補償するように適合される、請求項１から８のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項10】

電力提供器が、第１の信号を通して透明状態にデバイスを切り替えるように、および第２の信号を通して透明状態を維持するように構成され、第２の信号が、第１の信号よりも低い電位を有する、請求項１から９のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項11】

前記光変調器が、不透明状態にあるとき、交流が、第１の基板上のおよび第２の基板上の少なくとも２つの電極の間に印加され、各基板上に交流電圧を作り出し、これにより、電界を印加し、電極から流体のほうへ粒子を移動させ、透明状態にあるとき、交流が、第１の基板上の電極と第２の基板上の電極との間に印加され、前記電極のほうへ、広がった粒子を移動させるように交流を印加するために構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項12】

流体が、１５未満の誘電率をもつ無極性流体、たとえば、分岐または無分岐Ｃ８－Ｃ６０アルカン、分岐または無分岐Ｃ８－Ｃ６０アルケン、分岐または無分岐Ｃ６－Ｃ６０アルコール、分岐または無分岐Ｃ６－Ｃ６０アルカノール、分岐または無分岐Ｃ８－Ｃ６０ケトン、分岐または無分岐Ｃ８－Ｃ６０アルデヒド、シリコンオイル、およびそれらの組合せであり、および／または
－ 流体の動的粘度が、５００ｍＰａ．ｓ以下、好ましくは５０ｍＰａ．ｓ以下、たとえば１ｍＰａ．ｓ未満であり、および／または
－ 流体が、１００未満、好ましくは１０未満の比誘電率εｒを有し、および／または
－ 流体が、粒子上の電荷を補償するための対イオンを備え、および／または
－ 流体が、硫酸塩、塩化物、臭化物、および／またはそれらの組合せから選択される、粒子上の電荷を補償するための対イオンを備え、および／または
－ 流体が、界面活性剤、乳化剤、極性化合物、および水素結合を形成することが可能な化合物のうちの１つ以上を備える、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項13】

－ ナノ粒子の大きさが、２０－１０００ｎｍからであり、および／または
－ 粒子が、１０ｎｍ－１ミクロンの波長をもつ光を吸収または反射するように適合され、および／または
－ 粒子のコーティングが、導電性材料および／または半導体材料から作成され、および／または
－ 粒子が、磁性材料を備える、
請求項１から１２のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項14】

－ 基板の間の距離が、１つ以上のスペーサを使用して５００μｍ未満の距離に維持され、および／または
－ 光変調器が可撓性であり、基板が、可撓性材料、たとえば、可撓性ガラスまたは可撓性ポリマーを備え、および／または
－ 基板が、０．０１ｍｍ－２ｍｍ、好ましくは０．０２５ｍｍ－１ｍｍ、たとえば０．０５－０．５ｍｍの厚さを有する、
請求項１から１３のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項15】

－ スペーサが、第１および第２の基板にわたってランダムに分布され、および／または
－ スペーサが、たとえば、２－３０μｍ、好ましくは１４－１６μｍ、たとえば１５μｍの直径を有するビーズ、たとえばガラスビーズまたはポリマービーズを備える、
請求項１４に記載の光変調器。

【請求項16】

光変調器のスタックを備え、光変調器の数が、２－１０、好ましくは３－５からであり、および随意に、第１の光変調器の少なくとも１つの基板（１３、１４）が、少なくとも１つの第２の光変調器の基板（１３、１４）と同じである、
請求項１から１５のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項17】

異なる着色粒子および／またはそれらの混合物とともに配置された、請求項１６に記載の光変調器。

【請求項18】

識別のための一意のコードを備え、多数のエリアであって、独立して、アドレス指定され、および／または光学的に切替え可能である、多数のエリア、および／または
ヘイズ、コントラスト、温／冷効果、相補的コントラスト、同時コントラスト、飽和、強度から選択される１つ以上の外観を制御するために異なる電磁界を印加することによって、個々のエリアの外観を変えるためのドライバ回路を備える、請求項１から１７のいずれか一項に記載の光変調器。

【請求項19】

窓ブラインド、サイネージシステム、屋外ディスプレイ、電子ラベル、２次スクリーン、スマートグラス、カラーパネル、およびスクリーンから選択される、請求項１から１８のいずれか一項に記載の光変調器を備える製品。

【請求項20】

透明状態から不透明状態の間で、およびその逆に切り替わるための光電気泳動変調器（１０）を動作させる方法であって、光電気泳動変調器が、
第１および第２の基板（１１、１２）であって、光学的に透明である、第１および第２の基板（１１、１２）と、
第１および第２の基板の各々の上に提供される少なくとも２つの電極（１３、１４）であって、２７３Ｋにおいて１００ｎオーム未満の抵抗率をもつ導電性材料を備える、少なくとも２つの電極（１３、１４）と、前記基板の間に提供される流体（１５）であって、ナノ粒子および／またはマイクロ粒子（３０）を備え、粒子が、帯電しているかまたは帯電可能であり、および光を吸収および／または反射するように適合される、流体（１５）と、
電極に電磁界を印加するための接続と、
少なくとも２つの電極と電気的に接続している電力提供器と
を備え、方法が、
第１の電極から第２の電極への、およびその逆のナノおよびマイクロ粒子の移動を提供する電磁界を電極に印加することと、
不透明状態に切り替わるとき、基板に平行に前記電極の間に電気力を提供することと、
透明状態に切り替わるとき、基板に対してある向きに前記電極の間に電気力を提供することであって、その向きが、基板に平行、基板に直交、基板に対して対角、およびそれらの組合せから選択される、こととを備え、
電力提供器を用いて波形ＡＣ電力を提供することであって、振幅、周波数、および位相のうちの少なくとも１つが、適応可能である、こと
を備える、方法。

【請求項21】

電界を印加すること、
電極から流体のほうへナノ粒子および／またはマイクロ粒子を移動させること、
逆方向電界を印加し、電極のほうへ、広がったナノ粒子および／またはマイクロ粒子を移動させること、
－２２０Ｖから＋２２０Ｖの間の電位、および－１００μＡから＋１００μＡの間の電流をもつ２つの位相を有する交流を使用することであって、２つの位相の間の電子消費が、実質的に等しく、それにより、正および負の電流フローを平衡させる、こと
を備え、
第１の位相中に、電極材料が、流体中で部分的に溶解され、および＋１８０度だけオフセットされた第２の位相中に、溶解された電極材料が、電極上に再堆積させられる、
請求項１から１９のいずれか一項に記載の電気泳動光変調器を動作させる方法。

【請求項22】

電極が、流体と流体的に接触している、請求項２０または２１に記載の方法。

【国際調査報告】