光フィルタ／モジュレータ及びフィルタ／モジュレータのアレイ
【課題】光フィルタ又はフィルタのアレイは一次元又は二次元とすることができる。フィルタ又は複数のフィルタは、半反射性表面間の光路長を変化させることによる複数のビーム干渉を用いる。半反射性表面間の光路長は、２つの半透明電極間に形成された電場に応答してポリマーフィルムの厚さを変化させることによって変化する。フィルタは、透過又は反射モードのいずれかに構成することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタ及び光フィルタを用いるアレイに関する。詳細には、本発明は、半反射性表面の間の光ビームの光路長を変化させることによる複数のビーム干渉を用いる光フィルタに関する。特に、本発明は、電場に応答して厚さを変化させるポリマーフィルムに関し、フィルムの厚さの変化は、それがフィルタを通過する際に、相当する光ビーム光路長の変化をもたらす。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネル及び投影デバイスは、急速に成長しているディスプレイ技術である。これらの技術の多くは光の濾波と変調を含む。より良い解像度、より明るい表示、より広い色域及びより高いコントラスト、並びに、より低い製造コスト及びより低いエネルギー消費は、現在の研究と開発努力の目標のほんの数例である。
【０００３】
直視フラットパネルディスプレイは、コンピュータモニター及びテレビジョン、並びに、携帯電話ディスプレイ、個人データシステム、携帯ゲーム機、カメラ、全地球測位システム及び他の多くを含む。プラズマ及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの現在の技術は、動作のためにかなりのエネルギーを必要とし、製造は比較的コストがかかる。一般にプラズマは、４０インチを超えるディスプレイに制限される。典型的なＬＣＤにおいて製造される多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、品質管理問題を招き、多くの時間が製品検査に費やされ、不良率が高い。
【０００４】
ＬＣＤ系ディスプレイは、偏光フィルタと色吸収フィルタが必要なため、エネルギー消費の多い非常に高輝度のバックライトを必要とする。偏光フィルタは６０％の光源を吸収し、色フィルタは光源の７５％までを吸収する。ＬＣＤディスプレイにおける他の部品の吸収と一緒にすれば、通常は光源の約５％しか透過しない。このように、これらのデバイスは光とエネルギーの効率が悪い。
【０００５】
ＬＣＤディスプレイの画質は最適ではない。第１に、応答時間は遅いと考えることができる。第２に、現在のＬＣＤ技術はサブピクセルを必要とし、薄膜トランジスタ及びデータドライバーを含む所与の数の電子部品に対して解像度が低い。現在のＬＣＤ技術は、輝度を低下させる偏光フィルタと色フィルタを必要とし、色域を狭くし、一度に使用できる原色の数を制限する。最終的に、ＬＣＤ技術は、各サブピクセルのＴＦＴを含むかなり多くの電子部品を必要とするので、典型的に、各ピクセルに付随して光源を透過しない多数のブラックマトリックスが存在する。
【０００６】
ピクセル当たり少ないサブピクセルで高い解像度を提供し、同時にＴＦＴやデータドライバーを含む電子部品を低減する直視ディスプレイが必要である。また、偏光及び色吸収フィルタが省略され、より高い輝度、より広い色域、より純粋な飽和色、より良いコントラスト比を生成するディスプレイが必要である。光をより効率的に用い、偏光フィルタや色吸収フィルタを省き、ダークマトリックス効果を最小にするディスプレイが必要である。
【０００７】
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶光弁（ＬＣＤ）及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）などの現在の投影ディスプレイは、フラットパネル直視ディスプレイと同じ多くの欠点を有する。現在の技術は、ＬＣＤ及びＬＣＯＳに用いられている偏光フィルタを用いることが必要である。これら３つの技術の全ては、３つの個別の光弁を用いて３つの個別の色を表示することができ、製造コストの増加を招く。１つの光弁が使用される場合には、吸収フィルタカラーホイールを使用しなければならない。ＤＭＤは高価なマイクロ機械加工を必要とする。従って、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、及びＤＭＤに、これらのデバイスに固有の欠点のない優れた画質を提供する技術が必要である。
【０００８】
前述のことに基づき、３つ未満の光弁で高コントラストの広い色域を供給することのできる投影ディスプレイ用の光フィルタが必要であることは明らかである。また、偏光及び色吸収フィルタの必要性を省き、より広い色域を有しより高い輝度のディスプレイが得られる技術が必要である。また、いくつかのＬＣＤ系投影ディスプレイに見られる不利な効果の「スクリーンドア効果」を低減するために電子部品の数を低減することが望ましい。また、吸収カラーホイールを使用することなく１つの光弁内で全色制御を行う技術が必要である。また、より飽和した色を提供し、従って、退色のない高い強度で明瞭な画像を提供する必要がある。また、光源の大部分が透過する高い光効率を備える投影ディスプレイが必要である。加えて、従来の投影ディスプレイ技術の特徴である熱を蓄積することのないより明るいディスプレイを達成することができると考えられる。
【０００９】
また、トナー／フューザープリンタ用像形成器として使用されるレーザー及びＬＥＤアレイの使用を改善する技術が必要である。例えば、複数の解像度の改善を可能にする技術が必要である。現在のデバイスは、現在のレーザープリンタの場合のように、レーザー及び回転ミラーやレンズの複雑なシステムを用いる。このように、レーザー技術の場合のようにレーザードットのサイズに制限されない、又はＬＥＤアレイの場合のようにＬＥＤのサイズに制限されない技術が必要である。また、高価なレーザーの必要性を無くすことによって、レーザープリンタの低コストの代替を提供する技術が必要である。さらに、全ての線を一回で像形成ドラム上に投影することがきるように、より高速度であることが必要である。また、像形成ドラム上に投影することのできる光強度が変動するため、現在の技術から得られるよりもさらに細かな詳細さが必要である。
【００１０】
また、改善された光フィルタ及び付属するアレイは、リソグラフィーを含む大きなフォーマットのプリンタ用像形成器に用いることができると考えられる。
【００１１】
また最後に、デジタルカメラ、ビデオカメラ、及び電子的に微調整可能なフィルタなどの他の像形成デバイス、空間光モジュレータ、分光計デバイス、顕微鏡デバイス、ホログラフィー、データバス、及び波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）デバイス及び大きなファブリペロー干渉計への使用に適用可能にされた、フィルタ技術が必要である。
【００１２】
電場を印加することによってその物理的特性を変化させるポリシロキサンのさまざまな形を用いる多くの従来技術デバイスがある。例えば、光モジュレータは、少なくとも１つの誘電体層がポリシロキサンゲルなどのレリーフ形成ゲルであり、他の層が空気である、２つの変形可能な誘電体層を有するものとして説明されてきた。レリーフは、誘電体層の両側に設けられたいずれかの電極に印加された信号に応答して、層間の界面に形成される。
【００１３】
他の従来技術の光スイッチングデバイスは、電子的に制御された可変厚さプレートを有するデバイスを通過する入射光波を操作する。デバイスは第１透明電極と、第２透明電極と、誘電層であり電場に応答して局部的に厚さを変形させる第１と第２電極の間に配置された透明な粘弾性材料を含む。透明粘弾性材料は、電場の存在下に置かれるとき粘性流れを起こし電場が消去されるときその元の形に向かって緩和する、シリコンゲル、油、さまざまなポリマー材料及び他の粘性物質を含む。
【００１４】
デバイスの他の種類は、電気信号に応答して幾何形状的に不均一な状態を得る電気浸透運動を行う液体層を有するものとして説明された制御要素であり、印加電圧に高い感受性を有する。液体層は、少なくとも１つのシリコン化合物、好ましくはシラン又は有機ポリシロキサンを含むシロキサンの誘導体を含む。
【００１５】
さらに他のデバイスは、電荷貯蔵デバイスを含む固体光モジュレータであり、少なくとも１つのディスプレイ電極が付属する半導体基板と、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）など、シリカ含有ゲルの変形可能なエラストマー層と、光反射金属電極層を含む。ディスプレイ電極と上部電極の間に印加された電位は、ゲル層を波状パターンに変形させる。
【００１６】
透明フィルム、又はポリシロキサンと液晶成分のコーティング組成物混合物は、光モジュレータデバイス中の有機非線形光ユニットとして用いられてきた。ポリシロキサン分子の分子配列は外部の場によって誘起することができる。
【００１７】
上記デバイスのいくつかは、ポリマー材料が流体又は流動可能な状態に維持されることを必要とする。従って、完成された組み立て体は、平坦で水平な配列に保たなければならない。ポリマー材料と基板の間にある種の接着が存在するデバイスにおいても、デバイスの運動はポリマー材料の垂れ下がりを招く可能性があり、従って、ポリマー材料の光変化特性を十分制御することができない。上記デバイスのいくつかは１０ミクロンを超える厚さを必要とする。これらのデバイスはその記載された目的に効果的であると考えられるが、その特定の性質と処方はディスプレイに用いる助けにはならない。従って、ディスプレイ型デバイスに用いることのできる光フィルタ及び光モジュレータ用の使用に適合するポリシロキサン構造の技術が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述のことから、本発明の第１態様は、光フィルタ／モジュレータ及び光フィルタ／モジュレータのアレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の他の態様は、その間に間隙を有する１対の対向基板と、電極と基板の各対がそれに付随する反射特性を有する、基板の各々に配置された電極と、電極の１つに配置され化学的に結合したポリマーフィルムを含み、電極間の電圧印加が、ポリマーフィルムの厚さの均一な対応する変化をもたらす光モジュレータである。
【００２０】
本発明のさらに他の態様は、電極表面と結合することのできる反応基と１つ以上の極性基を含むポリシロキサンポリマーであり、ポリマーは電場に感受性がある。
【００２１】
本発明の目的、技術、及び構造を完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の概念による単一透過性フィルタ要素を含む光モジュレータの概略図である。
【図２】本発明によるアレイの２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図３】本発明の概念による透過性フィルタ要素の２次元アレイを含む光モジュレータの概略図である。
【図４】本発明の概念による可変厚さポリマーフィルムの厚さ変化を示す、２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図５】本発明による各基板に付属する可変厚さポリマーフィルムを含む透過性フィルタ要素を有する光モジュレータの概略図である。
【図６】本発明の概念による共通電極上に連続的にコーティングされた可変厚さポリマーフィルムを有する２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図７】本発明の概念による活性電極上に配置された高反射性コーティングを有する２つの透過性フィルタ要素を示す光モジュレータの概略図である。
【図８】本発明の概念による直視ディスプレイのアレイの部分として２つの透過性フィルタ要素を用いる光モジュレータの概略図である。
【図９】本発明の概念による直視ディスプレイのアレイの部分として２つの透過性フィルタ要素を用い、本発明の概念によるファイバー光面プレートが用いられる光モジュレータの概略図である。
【図１０】本発明の概念による透過性フィルタを有する光モジュレータを用いるカメラシステムの概略図である。
【図１１】本発明の概念による単一ファイバー光入力に結合された単一フィルタを有する光モジュレータの概略図である。
【図１２】本発明の概念による複数のファイバー光入力に結合され、又はそれに付随する透過性フィルタのアレイを有する光モジュレータの概略図である。
【図１３】２つのフィルタ要素を用い、モジュレータが反射性フィルタアレイ中に用いられる光モジュレータの概略図である。
【図１４】２つのフィルタ要素、及び本発明の概念による電極上にコーティングされた高反射性フィルムを有する反射性アレイ中の第３のフィルタ要素の部分を用いる、光モジュレータの概略図である。
【図１５】本発明の概念によるポリマーフィルムの膨張を可能にする格子を備えるポリマーフィルムフィルタ要素を有する光モジュレータの電極表面の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一般に、本発明は光フィルタ、又は１次元又は２次元のいずれかとすることのできるフィルタのアレイに関する。これらの光フィルタは、反射モード又は透過モードで用いることができる。他の実施形態において、フィルタは、直列の透過性フィルタ、直列の反射性フィルタ、又は濾波能力を高めるために反射性フィルタと透過性フィルタを組み合わせて配置することができる。
【００２４】
説明されるデバイスは、半反射性表面間の光路長を変化させる複数のビーム干渉を用いる光の濾波及び／又は変調によって動作する。光路長はΣｎｄで定義され、ｎは反射性表面間の個々の層の屈折率であり、ｄは反射性表面間の個々の層の厚さである。半反射性表面間の光路長は、半反射性表面に付属する２つの半透過性電極間に形成された電場に応答してポリマー層の厚さを変えることによって変化させることができる。また、図面に示した部品は、正確な縮尺でないことを理解されたい。さらに、いくつかの場合、さまざまな光モジュレータ実施形態の部品は、互いに間隔をおいて示される。しかし、部品は、必要に応じて互いに直接隣接して配置することもできる。言い換えれば、デバイスの部品は、互いに直接接触することができる。
【００２５】
ここで、図面、特に図１に関し、全体を符号２０で表わされた本発明の概念による光モジュレータを見ることができる。図１に示したモジュレータ２０は、本発明の一般的な教示を示す透過型フィルタの基本的な実施形態である。当業者であれば、光モジュレータ２０が後の図面で示される反射性などの異なる実施形態で構成することができることを理解するであろう。本実施形態において、モジュレータ２０は図示したように画素又はピクセルと呼ぶことのできる単一のフィルタを提供するが、後述のように複数のピクセルで提供することができよう。このように複数のフィルタが用いられる場合、モジュレータは、マトリックス、アレイ、又はフィルタのアレイと呼ぶことができる。
【００２６】
光モジュレータ２０は、全体として符号２２で示された、コントローラ２４に接続されて制御されるプログラム可能な複数ビーム干渉光フィルタを含む。特に、電源に取り付けられたコントローラ２４は電力を供給し、フィルタ２２又は複数のフィルタを動作するための適切な制御信号を発生する。コントローラ２４は、モジュレータ２０及びフィルタ２２の動作を可能にするのに必要なハードウェア、ソフトウェア、及びメモリーを含む。説明が進むと判明するように、フィルタ２２の実施形態の変形は、アルファベットの接尾辞によって提供することができる。
【００２７】
光モジュレータ２０は、広帯域、複数の個別帯域、又は光の単色の形を発生する光源２６を含むことができる。コントローラ２４に接続することができ、又は独立に制御することのできる光源２６は、近赤外、赤外、又は紫外（＞３００ｎｍ）の種類の光を発生することもできる。光フィルタ２２の部品構造に応じて、光源の範囲はさらに紫外領域に伸びることができる。光源は冷陰極蛍光、熱陰極蛍光、エレクトロルミネセンス、ゼノン系ランプ、ハロゲン化金属、水銀アーク、又はいくつかの実施形態において、極めて狭い帯域の色の３つ以上の発光ダイオード等とすることができる。また、前述の単色光源は、発光ダイオード又は適切なレーザー光源とすることができる。広帯域光源は、カメラ及び像形成用途において天然又は人工光を含むことができる。広帯域紫外／可視又は赤外光源は、分光計用途における光源として用いることができる。
【００２８】
光源２６は、フィルタ２２の光路長が所与の時間で波長の積分であるような波長λを有し、透過する入力光２８を発生する。所与の時間で積分ではない光は、反射される。さらに詳細に論じるように、透過する波長λは、式
Σｎｄ＝ｍλ／２ （１）
で求められる。ここで、ｎは整数≧１である。反射性表面の間で反射した入力光が同相であるような光路長であるとき、コンストラクティブ干渉が発生しフィルタは、光の波長を透過する。この条件が保たれなければ、ディストラクティブ干渉が発生し、透過は低くなり、光の波長は反射されるであろう。当業者であれば、光路長の変化は複数のビーム干渉を招き、従って、フィルタによって透過された、又は光源に向かって反射して戻る光の波長に相当する変化をもたらすことを理解するであろう。
【００２９】
光源２６によって発生した入力光２８は、全体的に符号３０で表わされる光学システム中に導くことができる。光学システムから放射される光は、修正入力光２８’と呼ぶことができる。選択された実施形態において、光学システム３０は、光を平行にするためにレンズを含むことができる。また、システム３０は、フィルタ２２中の光路長を制御するために僅かな角度、＜５°を与えることができる。多くの実施形態において、０°に近い角度が有利であると考えられる。光源２６がフィルタ２２の直後に広い及び拡散された光を発生する直視用途において、無限遠の焦点は実際的ではない。この場合、光２８’を狭い円錐に導く光学システムが望ましい。また、光学システム３０は、光の望ましくない波長を濾波し、又は遮断することができる。たとえば、通過する可視光から紫外及び赤外光を濾波又は遮断することができる。また、光学システム３０は、黒いピクセルを形成することのある広帯域光源から帯域を濾波することができる。また、光学システム３０は、他の実施形態において議論されるように、カメラに用いられるレンズの形とすることができることが理解されるであろう。
【００３０】
光学システム３０に近接して配置されたフィルタ２２は、１対の間隔を置く基板３２と３４を含む。基板３２と３４は、光学的に透明なガラスの形とすることができ、又はそれらはシリカ、又はポリエステルなどの可撓性透明ポリマーを含んで、十分な機械的強度の任意の他の透明基板を含むことができる。基板３２及び３４は分離されて、その間に全体的に符号３６で表わされる空隙を提供する。空隙３６は、球状ガラスビーズ、ガラス棒、ポリマー壁、堆積されエッチングされた誘電体の形、又は基板間に所定の距離を維持するような他の構成とすることのできる複数のスペーサ３８によって維持される。スペーサ３８は、基板３２と３４の間に、フィルタ２２の適切な作動を保証するために必要な均一の距離を提供する。
【００３１】
反射防止コーティング４０は、光学システム３０を通過した修正入力光２８’に対面するように基板３２上に提供し配置することができる。反射防止コーティングは、直視ディスプレイ、投影及び像形成用途などの用途において広帯域可視光用に最適化することができる。単色用途において、反射防止コーティングは修正入力光２８’の特定の波長用に最適化することができる。
【００３２】
各基板３２及び３４には高い反射性（ＨＲ）誘電体コーティングを設けることができる。特に、基板３２には高反射性コーティング４２が設けられ、基板３４には高反射性コーティング４３が設けられる。コーティング４２及び４３は、互いに対面するようにそれぞれの基板上に配置される。各コーティング４２及び４３は、高屈折率と低屈折率フィルムの交互の積み重ねを含むことができる。広帯域光源について、ＨＲコーティングは、例えば可視光スペクトルなどの光源のスペクトルに最適化することができる。ＲＧＢ発光ダイオードを有するディスプレイにおいて、ＨＲコーティングは、発光ダイオードによって発生された特定の波長に最適化することができる。リンを励起する冷陰極蛍光などの光源が用いられる場合には、ＨＲコーティングは、リンの狭い一次帯域用に最適化することができる。ＨＲコーティングは、基板３２及び３４上に連続的にコーティングすることができ、又は必要なパターンをコーティングすることができる。銀、白金、金又はアルミニウムなどの反射性金属コーティングを用いることができる。実際には、金属と誘電体コーティングの組み合わせを用いることができる。フィルタの前面から光が容易に出ることができるように、ＨＲコーティング４３は、ＨＲコーティング４２よりもわずかに反射性を低く作ることができることが理解されるであろう。代りに、他の実施形態において議論するように、ＨＲコーティング４２及び４３は、フィルタ２２内の他の部品上にコーティングすることができる。
【００３３】
ディスプレイ用途では、コーティングの反射率Ｒ（Ｒ＝ｒ２であり、ｒはコーティング４２、４３の反射率である）は７５％を超えなければならず、より好ましくは９５％を超えなければならない。このように、ディスプレイ用途において、反射率は、非常に狭い、しかし狭過ぎない透過した色の帯域幅を形成するために十分大きくなければならない。光源２６としてＲＧＢのＬＥＤアレイが用いられる場合には、反射率は、通過した帯域幅がＬＥＤの帯域幅に整合するように制御しなければならない。冷陰極蛍光又は励起されたリンによる他の光源が用いられる場合には、反射率は、リンの一次放射帯域の帯域幅に整合するように制御しなければならない。より高い反射率は、より純粋なスペクトル色を作る狭い帯域を与え、従って、ディスプレイ用途のためにより広い色域及びより黒い黒ピクセルを提供する。また、狭い帯域幅は、ディスプレイ用途においてより黒い黒ピクセルを提供する。光源２６としてレーザー光が用いられる場合、コーティング４２及び４３の反射率は、レーザー光源に相当する帯域幅を通過させ、並びにレーザー光を濾波するように、光源の特定の波長に整合させて９９％を超える反射率を与えることができる。分光計用途において、反射率を９９％より大きくして、良好な解像度のために狭い分光帯域幅を与える実施形態を提供することができると考えられる。
【００３４】
コーティングが提供される場合、コーティング４２及び４３の各々に、また、コーティングが提供されない場合、基板３２及び３４上に、対応する電極が配置される。選択的にパターン形成することのできる各電極は、コントローラ２４に接続される。電極には、特定の電圧を印加するための電子部品が付属することがさらに理解されるであろう。特に、活性マトリックスの共通電極４４には基板３４が付属し、活性マトリックスの活性電極４６には電極と基板の間にコーティングが配置された基板３２が付属する。しかし、電極４４と４６は、特定の用途で必要に応じて基板上に位置を切り替えられることが理解されるであろう。さらに、各電極４４及び４６は、必要ならばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２などの絶縁層でさらにコーティングして基板間の電気的短絡を防止し、ポリマーフィルムの化学的結合用の反応性部位を提供することができることが理解されるであろう。電極４４及び４６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの半透明な金属酸化物を含むことができる。また、金属酸化物は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、その他を含むことができる。代りに、電極は、金、銀、白金、アルミニウム、又はその合金などの金属を含むことができる。これらの金属電極は、１つ以上の誘電体材料でコーティングして反射率及び／又はポリマーフィルム（後述される）又は絶縁フィルムへの結合を高めることができる。また、金属電極が用いられる場合、それらはフィルタ２２に反射性コーティングも含むことができ、誘電体の高反射性コーティング４２及び４３を省くことが可能である。金属電極は低い電圧で同等の電場を可能にできる。金属電極の反射率は、電極の厚さを制御することによって選択することができる。代りに、誘電体と金属電極の組み合わせを用いることができる。さらに、いくつかの実施形態において、反射率整合酸化インジウムスズ（ＩＭＩＴＯ）電極を用いることができ、ＩＴＯは、それが取り付けられ、又は付属する基板に整合する。
【００３５】
符号４８で全体を示される可変厚さのポリマーフィルムが、少なくとも１つの電極上に配置され、又は付属する。多くの実施形態において、可変厚さのポリマーフィルム又はフィルムは活性電極４６上に配置される。フィルム４８は、電極４４と４６の間に印加された電圧に応じて厚さが変化する。従って、フィルム４８の厚さが減少すると、フィルム４８と対面共通電極４４の間の可変空間４９は、厚さが増加する。同様に、フィルム４８の厚さが増加すると、フィルム４８と電極４４の間の可変空間４９は、厚さが減少する。このように、フィルムの厚さ及び付属間隙の変化は、電極間の光路長
Σｎｄ＝ｎｇｄｇ＋ｎｐｄｐ （２）
を変化させる。ｎｇは空気の屈折率であり、ｄｇは可変空間又は空気間隙の厚さであり、ｎｐはフィルム４８の厚さｄｐでの屈折率である。フィルム４８の屈折率は、厚さの変化と共に僅かに変化する。実際に、フィルムの屈折率は、厚さの変化と共にΔｎ／Δτに従ってわずかに変化し、Δτはフィルムが印加電場によって歪む際のフィルム上に加わる応力である。従って、Σｎｄが光源波長の積分である場合には、光の波長は通過する。通過した帯域の帯域幅は、高反射性コーティング４２及び４３の反射率によってさらに決定されるが、コーティングはフィルタ２２中に構成される。図１に見られるように、フィルム４８は、電場が印加されないとき不活性状態５０で提供することができ、電場が印加されるとき活性状態で提供することができる。活性状態は、フィルム４８を収縮又は拡張させる。フィルムの収縮又は伸長（拡張とも呼ばれる）は、フィルムの特性に関する多くの要因に依存する。実際に、フィルム４８は、拡張活性状態５２及び収縮活性状態５３を有することができる。
【００３６】
前に論じたように、修正された入力光２８’は、光が通過するときのフィルタの光路長の積分である波長λを有する。所与の時の積分ではない光は、反射される。通過する波長λは、式（１）によって求められ、式中、Σｎｄは反射表面４２と４３の間の層の光路長の総計であり、ｍは整数≧１である。光路長Σｎｄは、フィルム４８の厚さの変化と共に変化する。フィルムの厚さの変化は、コントローラ２４によって制御される電極間に印加された電場によって決定される。従って、電圧がフィルム４８の間に印加されるとき、フィルムは収縮することができ、間隔を置く基板間の空間４９が増加する。このように、光路長は、光源から１つの色を通過させることができ、変化した光路長は、光源から他の色を通過させることができる。実際には、他の電圧で、光路長は、光源にない帯域幅のコンストラクティブ干渉を行い、従って黒いピクセルを形成しうる。このように、単色光源で、フィルタは、モジュレータとして働くことができ、光源からの光を通過させ、又は通過させない。光路長は、単色光源とディストラクティブ又はコンストラクティブ干渉を行って、ゼロ又は１のデジタルビットを作るように構成され、又はそのようなサイズにされる。言い換えれば、フィルム４８の制御は、黒いピクセル又は白いピクセルを発生することができる。
【００３７】
スペーサと基板の構成に応じて、反射表面間の間隙３６の総距離は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲、いくつかの場合には数ミリメートルの範囲とすることができる。多くの実施形態において、総厚さは、フィルム４８の厚さを変化させるのに必要な電場を作るために必要な電圧を最小化するように、実際に可能な限り小さくすべきであると考えられる。薄い総厚さは、消費される電力を最小にし、同時にフィルタの応答時間を低減する。より低い電圧は、活性マトリックス中の部品をより小さくし、ディスプレイの黒い領域又は不活性領域を減少させる。より薄い総厚さは、モード間の重なり合いを最小化するであろう（式１における整数ｍ）。広帯域用途において、最適総厚さは２μｍ未満である。他の実施形態で議論されるように、フィルム４８は、望ましい光出力を提供するように電極上に選択的に配置し必要に応じてパターンコーティングすることができる。
【００３８】
一般に、フィルムのポリマーは、電極表面に化学的に結合した柔らかい固体である。すなわち、ポリマーは、低いモジュラス及び低い誘電正接を有すべきであり、誘電正接はモジュラス損失／弾性モジュラスに等しい。電極へのポリマーの化学的結合は、説明されるように、ポリマーの電極及び基板に対する流動又はクリープを防止すると考えられる。また、電極へのフィルムの化学的結合は、本明細書に議論される他の特性と共に既存技術には存在しない動作特徴を提供すると考えられる。１つ以上の実施形態において、ポリマーのモジュラスは、約４０,０００パスカル未満である。これらの、又は他の実施形態において、誘電正接は約０.１５未満である。一実施形態において、誘電正接は約０.０５未満である。低い誘電正接を有するポリマーは、低い内部摩擦を有し、電極に印加され取り除かれる電圧の結果として繰り返し応力の間に発生する熱を最小化する。フィルム４８のポリマーの弾性モジュラスは、フィルムを拡張又は収縮させるのに緩やかな電圧が必要であるように十分低くなければならない。電極表面の面へのポリマーの化学的な結合は、ｚ方向の応答を高める。また、電極表面へのポリマーフィルムの化学的な結合は、縦位置に保持されたときポリマーフィルムの垂れ下がりを防止する。薄いポリマーフィルムは、バルクのポリマーよりも顕著に低いモジュラスを有することが知られている。多くの実施形態において、ポリマーフィルムは、フィルムのモジュラスを最小にするため可能な限り薄い厚さにコーティングすべきである。上述のように、５μｍ未満の厚さ、及び１μｍ未満程度までの厚さを用いる実施形態は、広帯域可視用途に好適である。多くの場合、結合は電極表面への個別の化学鎖によるものだけである。いくつかの場合、ポリマー分子間を光架橋とすることができる。しかし、弾性モジュラスは、フィルムを伸長又は収縮するのに高い電圧を必要とする大きさとすべきではない。しかし、フィルムが拡張又は収縮されるとき、収縮エネルギーは弾性エネルギーとして蓄えられ、これは、電場が取り除かれ又は消去されたときポリマー材料がその元の厚さに戻る助けになる。
【００３９】
理想的には、フィルムは、最大収縮５０％、さらに理想的には３０％収縮させなければならない。電極によって加えられる電圧は、フィルムを数サイクルごとに拡張させて、フィルムの収縮が固定されないように定期的に逆転しなければならない。言い換えれば、１つの極性の電圧のフィルムへの印加は、フィルムを収縮し、逆極性電圧の印加は、フィルムを伸長させる。フィルムの最大拡張は、収縮よりも小さくなければならず、最大３０％、さらに理想的には約２０％である。フィルタ及びフィルム４８の残りの総厚さは、フィルム厚さの最小変化が対象波長のモードについてコンストラクティブ干渉をもたらすように選択することができる。
【００４０】
１つ以上の実施形態において、可変厚さポリマーフィルム（ポリマーフィルム）４８は、低いガラス転移温度、低いモジュラス、低い誘電正接、高い化学的飽和、及び十分な光安定性を備える弾性ポリマーを含む。一実施形態において、フィルムは、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイソブチレンなどの飽和ゴム、又はポリシロキサンポリマー、又はそのコポリマー又はターポリマーを含む。他の弾性体も可能である。いくつかの実施形態において、フィルムは、電場に感受性のあるように修正したポリマーを含む。一実施形態において、フィルムはポリシロキサンを含む。
【００４１】
１つ以上の実施形態において、ポリシロキサンポリマーは直鎖ポリシロキサンを含む。直鎖ポリジメチルシロキサン分子は、ポリマー鎖のＳｉ−Ｏ結合の周りの結合回転エネルギーがほぼゼロであり、これはポリマーを非常に可撓性にする。ポリジメチルシロキサンポリマーは１２０℃未満のガラス転移温度を有する。少ない割合のフェニルを含む直鎖ポリシロキサンポリマーは、より低い結晶性を有し、さらに高い可撓性を与える。
【００４２】
直鎖ポリシロキサンは、高い伸長性と収縮性を有する。直鎖ポリシロキサンは、低いモジュラスと低い誘電正接を有する。ポリシロキサンは、高い反射率と光沢を有し低い光散乱と低い光吸収性を示す。ポリシロキサンは、熱と高い光フラックスに安定性がある。ポリシロキサンは、広範囲の屈折率を有し低い複屈折性を示すように合成することができる。ポリマーは、湿度に抵抗性があり、ガス透過性である。ポリシロキサンは、低温で可撓性を保つ。
【００４３】
一実施形態において、直鎖ポリシロキサンポリマーは、Ｓｉ（ＣＨ３）２基を含む、すなわち、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する。他の実施形態において、１つ又は両方のメチル基は、シリコン原子に対して少ない割合（＜１５％）で他の置換基で置き換えることができる。置き換える置換基の実施例は、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基を含むが、これらに制限されない。置換は、屈折率、粘性特性、又は電気活性特性を変化させるように行うことができる。１つ以上の実施形態において、１つ以上のシリコン原子はゲルマニウム原子で置換することができる。メチル基を少ない割合のフェニル基で置換することは、モジュラス及びガラス転移温度の両方を低下させ、並びにポリマーの屈折率を高くする。
【００４４】
上述のように、ポリマーフィルムは、電極間に形成された電場に応答性のあるポリマーを含む。１つ以上の実施形態において、ポリシロキサンポリマーは、電場に十分な応答性を示す。他の実施形態において、応答性は、ポリシロキサンポリマーに１つ以上の極性基を加えることによって高めることができる。一実施形態において、ポリマーは、電場に応答性のある極性基を含み又は含むように修正することができる。極性基は、イオン性基及び非イオン性極性基を含むことが理解されよう。１つ以上の実施形態において、ポリマーは、懸垂アニオンを有することができる。他の実施形態において、ポリマーは、懸垂カチオンを有することができる。両性イオンなどの他のイオン構造も可能である。ポリマーは、非イオン性極性官能基、及び例えば、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、又はポリビニルエーテルなど非対称電荷分布を有する極性基を含むことができる。
【００４５】
１つ以上の実施形態において、ポリマー分子あたりのイオン性基の平均数は少ない。一実施形態において、ポリマー分子あたりのイオン性基の平均数は約１.５までである。他の実施形態において、イオン性基の数は分子あたり約１.１未満である。極性基の数は、電場でポリマー鎖を活性にするのに十分でなければならないが、ポリマーフィルムの光学及び粘性特性に悪影響を与えるほど高くすべきではない。非イオン性基を含む実施形態は、ポリマー鎖あたり１つを超える非イオン性モノマーを含むことができる。１つ以上の実施形態において、ポリマーは、分子あたり平均約２〜約１０個の非イオン性極性基を含む。
【００４６】
イオン性基は、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、カルボン酸、アンモニウム他を含むことができる。ポリシロキサンへの極性及びイオン性基の添加は、シリコン表面化学の技術分野に知られた方法によって行うことができる。１つ以上の実施形態において、電場中のポリマーフィルムの挙動は、ポリマーがアニオン性又はカチオン性官能性を有するかどうかによってある程度依存するであろう。ポリマーがアニオン性官能性を有する場合には、フィルムは、それが結合される電極上に正の電荷が置かれるとき収縮するであろう。フィルムは、それが結合される電極上に負の電荷が置かれるとき伸長するであろう。ポリマー鎖がカチオン性官能性を有する場合には、フィルムは、それが結合される電極上に負の電荷が置かれるとき収縮するであろう。フィルムは、それが結合される電極上に正の電荷が置かれるとき伸長するであろう。最大の可能な変形を得るために、電場は、ポリマーフィルムが伸長と収縮の両方を行うように極性を交互にすべきである。
【００４７】
１つ以上の実施形態において、ポリマーは比較的低分子量、すなわち、約５０,０００ａｍｕ未満の主直鎖ポリマーを含む。これらの又は他の実施形態において、ポリマーフィルムのポリマーは、約１.５未満の多分散性を有する非常に狭い分子量分布を特徴とし、ここで、多分散性＝Ｍｗ／Ｍｎである。分子量は、分子鎖の絡まりを最小にするために十分低くなければならない。絡まり分子量は、希釈されないポリマーの分子間に絡まりが起きる十分長いポリマー鎖長に関する又は相当する分子量を指す。この分子量は、粘度対数対分子量対数のプロットの傾斜からポリマーに実験的に誘導することができる。ポリマーの絡まり分子量を測定する実験技術は、W.W. Graessley in ADV. POLYM. SCI., Vol.16, 1974 にまとめられており、当業者には既知である。
【００４８】
ポリシロキサンポリマーは、約１００,０００ａｍｕまでの液体である。直鎖ポリシロキサンポリマー液体の性質は、ポリマーを電極表面に塗工するのに有利である。液体ポリマーは、溶媒なしで塗工し、次いで電極表面に化学的に結合して波打ちのない薄膜の柔らかい固体を形成することができる。コーティングの前に、ポリマー鎖上のイオン性基は、液体ポリマーの流れ及び堆積特性を修正するために、官能基と反応して非極性基を形成することができる。電極表面への堆積及び結合の後、官能基を除去しイオン性基を解放することができる。例えば、堆積前にカルボン酸極性基を長鎖アルコールと反応させて、より非極性のエステルを形成することができる。堆積及び結合の後、アルコールは、弱い酸で脱水してカルボン酸を形成することができる。
【００４９】
他の実施形態において、ポリシロキサンポリマー鎖はポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂他などの低分子量ポリマーにグラフトすることができる。グラフト化の目的は屈折率、粘性特性、及び電気活性特性を含む光特性を変更するためとすることができる。さらに他の実施形態において、ポリシロキサン鎖はナノ粒子に化学的又は物理的に結合することができる。ナノ粒子はナノ粘土、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、表面修飾シリカ他を含むことができる。ＰＯＳＳ（多面体オリゴマーシルセスキオキサン）は数ナノメートルの寸法のシリカである。ＰＯＳＳは有機基と結合してその溶解性を変化させることができ、並びにビニル基と結合してポリマー鎖にポリマー化が可能である。Ｍ及びＤの標準表示を有する直鎖ポリシロキサンは、Ｔ、Ｑ、及びＭＱの標準表示を有するポリシロキサン樹脂と結合してポリマーフィルムの光学的及び粘性的特性を修正することができる。
【００５０】
他の実施形態において、ポリシロキサンはフェニルシランと反応することができる。実施例は、トリフェニルシラン、ジフェニルアルキルシラン、及びトリフェニルビニルシランである。トリフェニルシランは、ポリマー鎖のビニル基と反応することができる。トリフェニルビニルシランは、ポリマー鎖の水素化物と反応することができる。フェニルシランを加える１つの目的は、ポリマーフィルムのガラス転移温度、弾性モジュラス、及び誘電正接に大きな影響を与えることなくポリマーフィルムの屈折率を高くすることである。
【００５１】
フィルム４８は、インクジェット、フォトリソグラフィー、ｅ−ビームリソグラフィー、反応性イオンエッチング、プラズマコーティング、スピンオンコーティング、押し出し（スリット）コーティングによって電極に塗工することができる。インクジェット堆積は、個別の活性電極上への堆積に有利であろう。押し出しコーティングは、後に説明するように、連続又は半連続コーティング、又は共通電極などの大面積に有利であろう。次いで、フィルムは、化学反応によって電極に化学的に結合される。従って、フィルムのポリマーは、以下に説明するように、結合の前に電極又は結合剤のいずれかと反応して化学的な結合を形成することのできる反応基を含む。
【００５２】
当業者であれば、多くのポリマーは鎖を有するポリマー分子を含みうることを理解するであろう。１つ以上の実施形態において、各鎖は、第１末端（すなわち端部）及び第２末端（すなわち端部）を含む。１つ以上の極性基は、ポリマー鎖の末端又はその近傍に位置する。１つ以上の実施形態において、電極又は結合剤との結合の前に、反応基は、ポリマー鎖の端部又は端部近傍に位置し、極性基は、他の端部又は端部近くに位置する。他の実施形態において、反応基は、ポリマー鎖の中間点近くに位置し、極性基は、各端部に位置する。さらに他の実施形態において、反応基は、ポリマー鎖に沿って途中に位置し、ポリマー鎖の両末端は極性基を含む。これらの又は他の実施形態において、反応基と極性基の間のポリマー鎖の長さは、絡まり分子量未満である。反応基は、ポリマー分子の中間にいくらか不規則に位置するのが好ましい。これは自由端部の極性基を千鳥配置にするので、極性基は互いにより分離される。
【００５３】
ポリマー結合のための反応性部位を提供するように電極表面を化学的に修飾することができる。表面処理は、エッチング、酸化、プラズマ処理他を含むことができる。表面をＳｉＯ２などの誘電体でコーティングして結合部位を提供することができる。ＳｉＯ２コーティングを酸エッチングして反応性部位を増加することができる。エッチングの後、表面は、無水状態にするために乾燥すべきである。ＳｉＯ２でのコーティングは、電極の絶縁などの他の利点を有する。これは、アルミニウムなどの金属電極が用いられる場合に特に有利であろう。
【００５４】
ポリマーの反応基は、水酸化シリコン（Ｓｉ−ＯＨ）、水素化シリコン（Ｓｉ−Ｈ）、シリコンアルコキシ、塩化シリコン他を含むが、これらに制限されない。反応基は、ＵＶ又はｅ−ビーム照射を用いる結合を可能にする官能基を含むことができよう。
【００５５】
フィルタ要素に２つのポリマーフィルム層が用いられる一実施形態において、その極性は逆転する必要がある。活性電極に塗工されるポリマーフィルムがアニオン性である場合、共通電極に塗工されるポリマーフィルムは、カチオン性とすることができる。活性電極に塗工されるポリマーフィルムがカチオン性である場合、共通電極に塗工されるポリマーフィルムは、アニオン性とすることができる。２つのポリマーフィルム層が用いられる場合、広範囲の波長にわたって光濾波を行うために必要な２つのフィルムの厚さの変化は、１つのポリマーフィルムだけが用いられるときに必要な厚さより小さくすることができる。
【００５６】
直視ディスプレイなど広範囲の波長にわたる光濾波が望ましいとき、ポリマーフィルムの屈折率は、できる限り高くすべきである。いくつかの実施形態において、より高い屈折率は、波長範囲にわたる濾波を達成しながらポリマーフィルムの総偏向を小さくすることを可能にする。単色光源による用途において、より小さな屈折率を有するポリマーフィルムが好ましい。いくつかの実施形態において、より小さな屈折率は、より良好な微小相移動の制御を可能にし、総コンストラクティブ干渉と総ディストラクティブ干渉の間の変調を容易にするであろう。ポリマーフィルムの誘電正接を大きく増加させる屈折率の変更は、避けるのが有利である。ポリマーの屈折率は、電極又はそれが結合される他の表面とできる限り整合すべきである。
【００５７】
ポリマーフィルムのモジュラスは、電場によって誘起された応力で屈折率の変化があまり大きくないように十分小さくなければならない。電極領域が小さい用途、例えば、投影ディスプレイ光弁において、圧縮されるとき、ポリマーフィルムは膨張することができる。図２は、電場によって圧縮されるときポリマーフィルムの膨張を可能にする空間５６が提供される電極４６Ａ及び４６Ｂを示す。大きな直視ディスプレイなど、フィルタの面積が厚さに比べて大きい用途において、圧縮されるときポリマーフィルムが膨張できる領域を提供するために、ポリマーフィルムをフィルタ２２内部にパターンコーティングすることができる。図１５に見られるように、領域２５２は、ポリマーフィルム４８部品の間の膨張を可能にする。空間２５２の幅は、光の波長未満でなければならない（５０ｎｍ〜４００ｎｍ）。列は、コーティングされない領域が連続的な縞になるのを最小化するために千鳥にすることができる。膨張領域は、無水状態の下、アルキルでキャップしたシランのパターンコーティングによって作ることができる。アルキル基（メチル、エチル等）は、電極表面上の反応性部位にキャップを形成し、それがポリマー表面上にコーティングされるときポリマーが結合することができない。また、アルキル系シランは、非極性不活性表面を提供し、ポリマー鎖中のイオン又は極性基が電極表面とおそらくは非可逆的に相互作用する反応を防止する。ポリマー又はポリマーフィルムと接触することのできるフィルタの他の領域は、同様にキャップを形成することができる。
【００５８】
一実施形態において、ポリマーフィルムは、一連のステップで電極又は複数の電極に塗工することができる。第１準備ステップにおいて、電極のある領域、図１５の２５２で境界を示される領域上に、アルキルシランキャッピング剤がパターンコーティングされる。これらの領域は、後続のステップで非反応性であり、従って、ポリマーフィルムの膨張領域を形成するであろう。後続のステップにおいて、電極基板は、シランカップリング剤でコーティングされ、これは、キャッピング剤が存在しない電極に化学的に結合する。第３ステップにおいて、弾性ポリマーが塗工され、カップリング剤と化学的に結合する。弾性ポリマーが電極と直接結合することのできる一実施形態において、カップリング剤は省略することができる。
【００５９】
第１準備ステップに用いられるキャッピング剤は、電極との結合を形成する反応の可能な基を含む。キャッピング剤は、電極に結合すると、続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するポリマーと反応することのできる基は何も含まない。言い換えれば、キャッピング剤は電極基板と反応して、ポリマーに対して非反応性である基板のある領域上にパターン化されたコーティングを形成する。キャッピング剤の実施例は、式
【化１】
で表わされる化合物を含み、式中、Ｒ１はアルコキシ基から選択され、Ｒ２はアルキル基であり、Ｒ３及びＲ４は独立にアルコキシ、メチル、又は他のアルキル基から選択され、ｘは０〜約１８の整数である。例えば、Ｒ１、Ｒ３、及びＲ４の３つ全てがアルコキシ、メトキシであるならば、シランは、無水状態の下で単一層を形成することができる。しかし、好ましい構造は、Ｒ３及びＲ４がメチル基でありＲ１がアルコキシであるモノアルコキシである。この種のシランは、無水堆積の下で安定な単量体単一層を与える。
【００６０】
カップリング剤は、アルコキシ基、又は電極基板との結合を形成する反応を行うことのできる他の基、及び続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するポリマーとの結合を形成する反応を行うことのできる官能基を含む。１つ以上の実施形態において、官能基はビニル基である。一実施形態において、カップリング剤は、以下の式
【化２】
で表わすことのできる化合物を含み、式中、Ｒ１はアルコキシ基から選択され、Ｒ２はビニル基であり、Ｒ３及びＲ４は独立にアルコキシ、メチル、又は他のアルキル基から選択され、ｘは０〜約１０の整数である。シランキャッピング剤及びシランカップリング剤の両方ともが、単一層を形成する無水条件下で最善に塗工される。Ｒ１、Ｒ３、及びＲ４の３つ全てがアルコキシ、メトキシであるならば、シランは無水状態の下で単一層を形成することができる。しかし、好ましい構造は、Ｒ３及びＲ４がメチル基でありＲ１がアルコキシであるモノアルコキシである。この種のシランは、無水堆積の下で安定な単量体単一層を与える。トリアルコキシシランカップリング剤は、水和条件下でポリマーの多層構造を形成する。
【００６１】
上述のように、１つ以上の実施形態において、カップリング剤は、アルコキシ基又は電極基板との結合を形成する反応を行うことのできる他の基、及び続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するシロキサンポリマーとの結合を形成する反応を行うことのできる官能基を含む。反応の前に、ポリマーは、カップリング剤と反応することのできる反応基を含む。例えば、カップリング剤のＲ２がビニル基である場合、それはシロキサンポリマー鎖上の水素化シリコン基と反応することができる。シランカップリング剤とシロキサンポリマー上の官能基の他の組み合わせが可能である。
【００６２】
これらの結合が形成される順序は、特に制限されない。従って、一実施形態において、シロキサンポリマーは、それが電極に結合した後カップリング剤と反応する。他の実施形態において、カップリング剤は、カップリング剤が塗工され電極と結合する前にポリマーと反応することができる。１つ以上の実施形態において、反応は、白金（Ｐｔ）又はロジウム（Ｒｈ）による触媒反応付加硬化とすることができる。硬化は、ＵＶ照射によって誘起することができ、カチオン性又は遊離ラジカル種を含むことができる。硬化は、電子ビーム（ＥＢ）又は反応性イオンエッチングによることができる。
【００６３】
他の実施形態において、上述のように、カップリング剤は必要ではない可能性がある。すなわち、反応基を含む低分子量のジメチルシロキサンポリマーは、電極に直接結合することができる。これら及び他の実施形態において、ポリマーは、水酸基又は他の反応基を含む縮合反応によって電極に化学的に結合することができる。
【００６４】
この明細書の目的のために、化学的結合の用語は、静電気引力及び水素結合を含むことが理解されるであろう。
【００６５】
当業者であれば、図１及び２に示した実施形態に基づいて、多くの異なる実施形態が構成できることを理解するであろう。また、これらの異なる実施形態から、開示された技術の使用によって多くの最終使用デバイスを改善することができる。実際に、少なくとも図３に見られるように、フィルタのマトリックスを提供するために対面する基板上に複数のフィルタを構成することができる。フィルタの例示的マトリックスは、当業者に認識されている任意の考え得る最終使用のために構成することができる。本明細書には多くの実施形態が示されるが、それらは制限として解釈すべきではない。
【００６６】
他の活性マトリックスの実施形態において、符号２０Ａで全体を表される光モジュレータが図２に示される。アルファベットの接尾語がいくつかの変形種類の実施形態を示すモジュレータ２０Ａは、共通参照電圧を提供するためのアレイの共通電極である電極４４を含む。活性電極４６Ａ及び４６Ｂは、コントローラ２４によって発生された活性マトリックスアドレス体系によって制御することができる。実際に、多くの活性電極４６を提供することができ、その全てはコントローラ２４に接続される。さらに、空間５６を各活性電極４６Ａと４６Ｂの間に提供できるので、薄膜トランジスタ、アドレス線、記憶キャパシタ等がそれに付属できることが理解されるであろう。代りに、単一フィルタにおいて、又はアレイ中の比較的少数のフィルタ要素が用いられる場合、電圧がコントローラによって直接電極に印加されるセグメント化された電圧制御を用いることができる。いくつかの実施形態において、受動マトリックス制御を用いることができる。
【００６７】
全体的に符号２０Ｂで表わされる例示的モジュレータは、図３に示され、フィルタ２２Ａ及び２２Ｂのアレイを含み、多くは最終使用の用途に必要である。図から分かるように、アレイは、行と列のマトリックスに配置された複数のフィルタ２２を含む。選択された行とデータ線５７及び５８のネットワークは、コントローラが適切と判断した各フィルタ２２に電圧を供給する。データ線から典型的に入力又は制御信号を受け取る電極領域５９は、各フィルタ２２又は画素を取り囲む。領域５９は、典型的に選択された行とデータ線から入力又は制御信号を受け取る。また、領域５９は、それぞれ各フィルタの動作を制御する追加の電子要素の位置を提供する。
【００６８】
図４は、全体的に符号６０で表わされるアレイ中の２つのフィルタ要素２２Ａ及び２２Ｂを示す。このように構成されるとき、各フィルムは、画素とも呼ばれるピクセル又はアレイ中の画定されたフィルタを形成する。特に、活性電極４６Ａは、フィルム４８Ａでコーティングされ、間隙４９Ａを形成する。活性電極４６Ｂは、フィルム４８Ｂでコーティングされて間隙４９Ｂを形成する。この実施形態において、電極４６Ａは、フィルム４８Ａの静止厚さで静止電圧を有する。電極４６Ｂには電圧が印加され、これは電極４６Ｂと共通電極４４の間に電場を作る。この実施形態において、電場の印加はフィルム４８Ｂを収縮させ、空隙４９Ｂが増加する。フィルタ２２Ａの光路長は、光源から１つの色を通過させることができる。フィルタ２２Ｂの光路長は、光源から他の色を通過させることができる。他の電圧で、フィルタ２２Ｂの光路長は、光源中にはない帯域幅用にコンストラクティブ干渉を行うことができ、従って黒いピクセルを作る。単色光源では、フィルタはモジュレータとして働き、光源からの光を通過させ又は通過させない。フィルタ２２Ａの光路長は、単色光源とディストラクティブ干渉又はコンストラクティブ干渉を行うことができ、ゼロと１のデジタルビットを作る。
【００６９】
反射表面４２と４３の間の総距離は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲、いくつかの場合には数ｍｍの範囲にすることができる。総厚さは、フィルム４８Ａと４８Ｂの厚さを変化させるのに必要な電場を作るために必要な電圧を最小にするように、実際的に可能な限り薄くすべきである。薄い総厚さは、消費される電力を最小化し、並びにフィルタの応答時間を短縮する。また、より低い電圧は、活性マトリックス部品をより小さくし、ディスプレイ中の黒い領域を減少させる。より薄い総厚さは、モード間の重なり合いを（式１における整数ｍ）最小にする。広帯域用途において、最適総厚さは２μｍ未満である。
【００７０】
ここで、図５に関し、代替の光モジュレータが全体的に符号７０で表わされるのを見ることができる。図示されるように、モジュレータ７０は、単一のフィルタ２２Ｃだけを備えるが、複数のフィルタ２２Ｃのアレイを用いることができる。この実施形態は、フィルム４８と同じ特性を有する可変厚さのポリマーフィルム７２が共通電極４４上にコーティングされることを除いて、図１に示したモジュレータと類似しており、前述のように、フィルム４８は活性電極４６上にパターンコーティングされる。可変厚さのポリマーフィルムが両方の電極にコーティングされる場合には、ポリマーフィルム層は、後に論じるように逆の極性を有するであろう。この実施形態は、光路長及び潜在的に改善された応答時間のより精密な制御を可能にする。
【００７１】
ここで図６に関し、全体的に符号８０で表わされる他の光モジュレータを見ることができる。図示されるように、モジュレータ８０は符号２２Ｄ及び２２Ｅで表わされた２つのフィルタを備えるが、単一フィルタ又はフィルタのアレイを用いることもできるであろう。この実施形態において、フィルム４８と同じ特性を有する可変厚さのポリマーフィルム８２は、共通電極４４に組み合わされる。特に、図６は、共通電極４４上に連続層又は半連続層としてコーティングされたフィルム８２を示す。電極４４と４６の間に作られた局部的電場は、前述のようにフィルム８２を拡張又は収縮する。電極４６Ａと４６Ｂの間の空間５６は、フィルム８２が電極間の厚さを変化させる領域を提供する。言い換えれば、電圧が共通電極４４と活性電極４６Ａの間に印加されるが電極４４と電極４６Ｂの間では印加されないとき、フィルム８２には角度的な転移が形成される。このように、フィルム８２は、フィルム４８Ａの並列位置に拡張活性化状態で示され、フィルム４８Ｂに並列位置に不活性状態で示される。フィルムが膨張する場所からフィルムが膨張しない領域へのこの転移は、望ましくない光路長の変化を与えるであろうが、間隙５６においては低減される。
【００７２】
他の実施形態において、符号９０で表わされる光モジュレータが図７に示される。この実施形態において、モジュレータ９０は、２２Ｆ及び２２Ｇで表わされる２つのフィルタを提供する。この変形において、基板の表面全体に高い反射性コーティングを塗工する代りに、ＨＲコーティング４２Ａ及び４２Ｂが、対応する電極４６Ａ及び４６Ｂ上に直接コーティングされる。言い換えれば、前述の他の部品に加えて、フィルタ２２Ｆはコーティング４２Ａ、電極４６Ａ及びフィルム４８Ａを含み、フィルタ２２Ｇはコーティング４２Ｂ、電極４６Ｂ及びフィルム４８Ｂを含む。無論、モジュレータ内の電極、反射性コーティング及びポリマーフィルム層の他の組み合わせが可能である。
【００７３】
ここで図８に関し、全体的に符号１２０で表わされる直視光モジュレータが示されている。この実施形態において、モジュレータは、コンピュータモニター、テレビジョン、及び携帯デバイスなどの直視ディスプレイにおいて典型的なように、縁部照明又は背後照明とすることができる。光源１０２は、冷陰極蛍光、熱陰極蛍光、キセノンフラットランプ、又は他の白色光源とすることができる。最適光源は、レッド、ブルー、グリーンの原色を含む３つ以上の色の複数のＬＥＤである。他の色を選択することができる。３原色範囲以外の他の色、例えば、バイオレット、ディープレッド、又はオレンジを加えてディスプレイの色域を拡大することができる。原色の色域内にある色を加えることもできる。ＬＥＤは、特に３つを超える色が使用される場合には、好ましくは２０ｎｍ〜６０ｎｍの非常に狭い帯域幅を有さなければならない。フィルタ２２Ａ及び２２Ｂａがスペクトルの黒い帯域幅でコンストラクティブ干渉を行って黒いピクセルを作るために、総スペクトルには黒い領域がなければならない。
【００７４】
光源１０２で発生した光１０４は、拡散器１０６及び任意選択的なフィルタ１０８を通過する。拡散器１０６は光の色を混合し、フルター２２に均一な光の分布を作る。拡散器１０６は、ポリマーフィルム、ホログラフィー、又は任意の他の通常用いられる拡散器とすることができる。任意選択的なフィルタは、可視光からＵＶ、ＩＲなどの望ましくない波長を取り除くことができる。また、光源１０２の出力スペクトルを清澄化することができる。特に、フィルタ１０８は、原色帯域幅間のスペクトル領域を清澄化することができる。それは、例えば黒いピクセルを作ることのできる６６０ｎｍの特定の波長で鋭いカットオフを供給することができる。これはモジュレータ１２０のコントラストの増加を助ける。
【００７５】
フィルタ２２Ｈ及び２２Ｉは干渉フィルタとして構成されているので、観察者をセルから切り離すことが必要である。さもなければ、光路長は観察者の角度とともに変化するであろう。これは、図８の基板３４の外側表面に配置された１つ以上の拡散フィルム１０９によって達成することができる。拡散フィルムは、任意の標準的なホログラフィー、マイクロレプリカ、及び他の拡散フィルムとすることができる。代りに、ガラス３４の外側表面を研磨して拡散させることができる。視野角度が重要ではないより低コストのディスプレイにおいて、拡散器は使用しなくてもよい。拡散フィルムの他の利点は、マット状の外観を提供し、ピクセルを有する反射層からの鏡面反射を低減することである。代りに、基板３４はファイバー光面板の形とすることができる。
【００７６】
フィルタ２２Ｈ及び２２Ｉは干渉フィルタとして構成されるので、それは非常に狭い入力角度範囲を必要とする。光方向フィルム１１０は、モジュレータのフィルタ２２に入る前に修正された光１０４’を狭い角度範囲に導く。光方向フィルムは、３ＭのＢＥＦ、ＩＤＦ、ＴＲＡＦフィルムの１つ以上、並びにホログラフィーフィルムを含むことができる。代りに、背部ファイバー光面板１２２を図８の反射防止層に置き換えることができる。ファイバー光面板１２２は、バックライトを狭い円錐中に導く。また、平行なバックライトを使用することもできる。
【００７７】
前に論じたように、光１０４’はアレイのフィルタ要素に入る。各フィルタ要素を出た光１１４は、特定の時間に各フィルタに設定した光路長に応じて着色される。各フィルタ要素の光路長は、光源１０２の３つ以上の波長のうちの１つを通過するように電子的に設定される。各フィルタ要素の光路長は、対応するフィルム４８の厚さによって決定され、これは、活性電極４６と共通電極４４の間に形成された局部的電場によって制御される。各フィルタ要素の光路長は電圧によって設定され、所定時間に光源１０２の色の１つを通過させる。通過しない光は反射される。例えば、光源１０２がＲＧＢのＬＥＤから構成され、フィルタの光路長がブルーを通過するように設定される場合には、フィルタはレッドとグリーンを反射するであろう。フィルタの光路長がグリーンを通過するように設定される場合には、フィルタはブルーとレッドを反射するであろう。フィルタの光路長がレッドを通過するように設定される場合には、フィルタはグリーンとブルーを反射するであろう。反射された光は、光方向フィルム１１０を通って拡散器１０６に戻り、光は、それが特定の波長を通すように微調整したフィルタに遭遇するまでフィルタのアレイに反射して戻る。光は、それが使用されるまで再循環する。
【００７８】
黒いピクセルは、光源１０２のスペクトルにない波長を通すようにフィルタ２２の光路長を微調整することによって作られる。例えば、光源１０２がＲＧＢのＬＥＤである場合、黒いピクセルの波長は、波長が色の基線波長外の清澄な領域にあるかぎり、レッドとグリーン又はグリーンとブルー帯域幅の間に設定することができる。より広い帯域の光源が用いられる場合には、黒いピクセルは、光源の帯域幅の上又は下の波長、例えば、４００ｎｍを超える数値又は７００ｎｍ未満に設定することができる。フィルタ１０８はスペクトルを６６０ｎｍ未満に遮断し、黒いピクセルを例えば７００ｎｍに設定することができる。また、フィルタ１０８はスペクトルを清澄化して、例えば、レッドとグリーン又はグリーンとブルーの間に黒い基線を提供することができる。冷陰極蛍光又は光源として励起リンを用いる他の光源の場合、フィルタ１０８は、主要放射帯域の外側の帯域幅中の領域を清澄化することができる。
【００７９】
色のパレットは、各フィルタ２２を光源の原色を通して急速に循環することによって作ることができる。観察者は時間平均色を見るであろう。ピクセル中に黒いピクセル波長を含んだ色循環は、表示された色のコントラストを制御することができる。各ピクセルは時間平均固定色として現れる。色は、フィルタ調時のわずかな変化によって１つの色から他の色へ滑らかに変化する。白色光は、補色のレッドとグリーン又はブルーとイエローの間を循環すること、又はレッド、ブルー及びグリーンを等間隔で循環することによって作ることができる。グレーは、レッド、ブルー及びグリーンの等しい部分を通し、黒の時間を変化させて循環することによって作ることができる。
【００８０】
サブピクセルの除去によって各ピクセルの電子部品が２／３に低減できるので、高い解像度及び良好な画質が達成できると考えられる。ピクセルは、開口部がより広く各ピクセルに黒いマトリックスが少ない正方形の形状を取ることができ、ＬＣＤ及びプラズマディスプレイに典型的なスクリーンドア効果が低減され、それによって画質が向上する。
【００８１】
フィルタアレイは純粋なスペクトル色を作るので、ディスプレイの色域は、不飽和吸収フィルタに大きく依存する典型的なＬＣＤよりも広い。これは高い光強度レベルで色の退化を招く。人間の眼は異なる色に応答して変化する。眼は、レッド及びブルーよりもイエローとグリーンに敏感である。ブルーには最も鈍感である。標準的な縞状構造中のレッド、グリーン及びブルーのサブピクセルを有する標準的なＬＣＤスクリーンは、これらの知覚における相違を容易に補正し又は利用することができない。
【００８２】
当業者には、多くの変形を構成できることが認識することができよう。ピクセルは２つのサブピクセルから構成され、１つのサブピクセルは、レッド、グリーン及び黒の間で変化し、他のサブピクセルはイエロー、ブルー及び黒の間で変化することができる。代りに、第１ピクセルがレッドとブラックの間で変化し、第２ピクセルがグリーンとブラックの間、第３ピクセルがブルーとブラックの間で変化する標準的なディスプレイのように、３つのサブピクセルを用いることができる。フィルタのアレイはＬＣＤマトリックスと並列に用いることができ、ＬＣＤマトリックスは光のスループットを変化させ、開示のアレイは単純に色フィルタとして働く。フィルタアレイは、場の逐次パルスバックライトと共に用いることができる。
【００８３】
上述のフィルタは多数の異なる用途に用いることができ、そのいくつかを本明細書で説明する。一実施形態において、図９に見られるように、カメラシステムが全体的に符号１３０で表わされている。カメラ又は任意の他の光学像形成装置は、レンズ系１３２を通して光を観察する。レンズ系のレンズを通過した後、光は符号１３４で表わされたフィルタのアレイに投影され、アレイは、任意の数の画素を備える上述の任意のフィルタを有する光モジュレータを含む。光は、モジュレータのアレイを通ってＣＣＤ又はＣＭＯＳなど、符号１３６で表わされる光記録マトリックス上に伝えられる。カメラは静止像又は運動ビデオを記録することができる。アレイ１３４は、現在用いられている吸収フィルタよりも広い色域を集める。ＣＣＤ又はＣＭＯＳは本質的に単色であり、色の濾波は写真デバイスの必要に応じて選択することができる。
【００８４】
アレイのフィルタ２２は一連の色を循環する。アレイは、例えば、レッド、ブルー及びグリーンを循環することができる。モジュレータ２０Ｂに組み合わされるＣＣＤ又はＣＭＯＳアレイが、例えばレッド又はブルーに感受性が低ければ、フィルタは、これらの波長の光をグリーンよりも多く集めるようにプログラムすることができる。モジュレータ２０Ｂのマトリックスアレイを選択することができ、あるいは、１組のピクセルがレッドとグリーンを集め、また他の組のピクセルがブルーとイエローを集めることができる。
【００８５】
他の用途において、図１０に示したフィルタ２２又は図１１に示したアレイ１３４は、ファイバーの光入力に結合することができることが理解されるであろう。図１０において、単一のファイバー光入力１５０は、本明細書に説明される任意のフィルタとすることのできるフィルタ２２に入力光を供給することができ、次いで、単一ファイバー光出力１５２に結合される出力光を発生する。同様に、図１１に示したものと同様にして、複数のファイバー光入力１５０Ａ〜Ｄは、フィルタ２２の任意の実施形態のアレイ１３４に組み合わされ、このアレイは対応するファイバー光出力１５２Ａ〜Ｄにも組み合わされる。単一フィルタ又はフィルタのアレイを備えるファイバー光入力及び出力の使用は、比較的安価な構成を用いて高速スイッチングを可能にする。説明した実施形態は、波長分割多重方式（ＷＤＭ）及びデータバス用途における微調整可能なフィルタ及び光モジュレータとして用いることができる。
【００８６】
フィルタ又はフィルタのアレイの光路長を変化させることによって、広い波長範囲にわたって光学的微調整を行うことができる。これらの実施形態は多重光信号の特定の波長に微調整することを可能にする。単色光源からの光は、デジタル伝送のための一連の１とゼロに変調することができる。
【００８７】
前に説明した実施形態は透過性であり、明るい帯域が黒い背景に現れる。しかし、説明したフィルタは、反射モードでも使用できることが理解されるであろう。図１２は、反射構成に用いられる２つのフィルタ２２Ｊ及び２２Ｋを示す。フィルタは、単一ユニット又はさらに好ましくはアレイの要素とすることができる。アレイは１次元又は２次元とすることができる。
【００８８】
図１２に示した構成は、全体的に符号２００で表わされる反射モジュレータである。モジュレータ２００は、図１及び２に示した透過モジュレータと同じように構成されるが、透過型の代りに反射型のモジュレータを提供するために全体の構成にいくつかの変更が行われる。モジュレータ２００は、前述の実施形態のようにコントローラ２４によって制御される。モジュレータの顕著な変更は、光源に面する基板３４上に反射防止コーティング２０２を用いることである。反射防止コーティング２０２は、反射防止層４０について前に論じた材料で作られる。この構造と前の実施形態の間の相違は、反射防止コーティングを有する基板３４に対向する基板３２上に吸収層２０４を用いることである。各可変厚さポリマーフィルム４８に組み合わされる電子部品は接近することができるが、制御電子部品２１４を吸収層２０４上に搭載し、適切な電子部品を用いて電極間の電圧の活性化及び不活性化を制御できることも理解されるであろう。
【００８９】
光源２０６は広帯域、複数の独立光源、又は広い帯域又は狭い帯域の単色とすることができる。光源２０６は可視、ＮＩＲ、ＩＲ、又はＵＶとすることができる。光源は標準的なハロゲン化金属、又は水銀アーク、又はさらに好ましくは非常に狭い帯域幅を有する３色以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。単色光源はＬＥＤ又はレーザーを含むことができる。広帯域ＵＶ／可視又はＩＲ光源は分光計用途に用いることができる。
【００９０】
光源２０６はモジュレータに対して０°〜９０°の角度、又は他の実施形態において、１０°〜６０°の角度に配向することができる。光学系２１０は、光源２０６によって発生した入力光２０８を平行化する。また、光学系は望ましくない波長、例えば、ＵＶ及びＩＲを可視光から濾波して除くことができる。また、二色性ミラーを光学系２１０の部分として用いることができる。また、光学系２１０は、黒いピクセルを形成することのできる波長を濾波することもできる。入力光２０８’はフィルタ２２Ｊ及び２２Ｋに入る。光源２０６は、フィルタ２２の光路長が所与の時間で波長の積分であるような波長λを有する入力光２０８を発生する。反射された光は、
Σｎｄ ｃｏｓθ＝ｍλ／２ （３）
によって求められ、式中、Σｎｄは反射表面４２と４３の間の光路長の和であり、ｍは整数≧１であり、θは垂直な光２０８’からフィルタ２２を打つ角度であり、Σｎｄはポリマーフィルム４８の厚さの変化によって変化する。ポリマーフィルム４８の厚さの変化は、電極４４と４６の間に形成された局所的電場によって決定される。電極４４と４６の間の電圧は、マイクロプロセッサ制御システム２４によって制御される。反射されない光は、フィルタによって吸収される。
【００９１】
修正された光２０８’は、フィルタ２２に入る。前述のように、フィルタは、光学的に透明な基板３２及び３４上に構造的に作られる。また、基板３２は、シリカ、シリコン又は他の半反射性基板を含む。基板３２は、高反射性の誘電体コーティング４２でコーティングされる。高反射性コーティングは、交互に高屈折率フィルムと低屈折率フィルムの積み重ねを含むことができる。また、コーティング４２は反射性及び吸収性金属フィルムを有する誘電体ＨＲフィルムの組み合わせを含むことができる。金属フィルムは、アルミニウム、銀、金、白金又は他の適切な反射性金属を含むことができる。代りに、図１３に見られるように、特定のピクセルに組み合わされるＨＲコーティングを活性電極４６上にコーティングすることができる。
【００９２】
基板３２は、それに結合された吸収層２０４を有することができる。吸収層は、基板３２を透過した光を吸収するであろう。吸収層２０４は、透過した光が浸透するであろう領域に連続的又はパターンで結合することができ、これはピクセル要素の位置及び光源２０６の角度に依存する。また、基板３２は、アレイの要素の間の空間５６に電子部品を配置する代りに、取り付けられた制御領域２１４を有することができ、これはトランジスタ、記憶キャパシタ及び他の電子部品を含むことができる。空間５６の代りに制御領域２１４に電子部品を配置することは、アレイのフィルム４８部品を互いに近接して配置することを可能にする。電極と並行して動作する各制御領域２１４は、コントローラ２４に接続される。
【００９３】
基板３４は、反射防止フィルム２０２でコーティングされる。反射防止フィルム２０２は、広帯域光源用の波長範囲に最適化することができる。単色用途において、光源の特定の波長用に最適化することができる。複数の独立色を有する光源での用途において、ＡＲコーティングは、個々の波長用に最適化することができる。基板３４の反対側は、高反射性誘電体コーティング４３でコーティングされる。誘電体コーティングは、交互に高屈折率フィルムと低屈折率フィルムの層を含む。代りに、図１３に見られるように、ＨＲコーティング４２は活性電極４６上にコーティングすることができる。このようにして、モジュレータ２００’はフィルタ２２Ｌ及び２２Ｍを用いる。
【００９４】
投影用途では、ＨＲコーティング４２及び４３の反射率（Ｒ＝ｒ２、ｒはコーティングの反射度）は７５％を超えなければならず、又は他の実施形態において、９５％を超えなければならない。ＨＲコーティング４２の反射率は、濾波された光がフィルタの頂部からより容易に放射するように、ＨＲコーティング４３よりもわずかに低くすることができる。いずれの場合にも、前に説明したように、Σｎｄが光源波長の積分である場合には、反射光２２０はレンズ系２３０へ導かれるであろう。反射された光の帯域幅は、反射性層の反射率によって求めることができる。反射性層又はコーティング間の総間隔は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲とすることができる。前に述べたように、フィルムの総厚さは、電力消費を低減し応答時間を短縮するために最小化すべきである。
【００９５】
結論として、直視ディスプレイは、コンピュータモニター及びテレビジョン、並びに、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機、ＧＰＳデバイス及び他の携帯ディスプレイを含む。開示された技術は、ＬＣＤ及びプラズマなどの従来技術よりもいくつかの利点を有し、特に、それは優れた画質を形成し、動作に顕著に少ないエネルギーしか必要とせず、製造が低コストであると考えられる。
【００９６】
示した実施形態は、必要な電子部品（コンデンサ、薄膜トランジスタ及びデータドライバーを含む）の数が１／２以下に低減されるので、ＬＣＤ又はプラズマよりも製造コストの負担が少ない。さらに、より少ないＴＦＴを用いることは、現在のＴＦＴ系活性マトリックスＬＣＤディスプレイに関して製造上の問題となっているスクリーンの不良率が低いことを意味する。
【００９７】
エネルギー節約は、本技術が多くの偏光及び吸収フィルタの必要性を取り除くことから達成される。色吸収フィルタは光源の７５％を吸収することができる。ＬＣＤディスプレイに用いられるような偏光フィルタは、光源の６０％を吸収することができる。本発明を用いるディスプレイは、高い光効率を有し、光源のほとんど全てを伝える。低電力の光源を用いることができ、より高い電力の光源を備えるＬＣＤディスプレイと同じ照度を与える。加えて、より明るいディスプレイを与えるより高い電力でより明るい光源を、熱の蓄積なく用いることができる。
【００９８】
本技術は、様々な理由でＬＣＤとプラズマに優れた画質を提供する。第１に、開示された光モジュレータは、より高速な応答時間を可能にし、これはにじみのない速い動きを意味する。第２に、ＬＣＤやプラズマとは異なり、本技術はサブピクセルを必要とせず、従って、ディスプレイはより高い解像度を提供することが可能である。また、本技術は、偏光及び吸収フィルタの必要性を取り除き、より明るい画像、より広い色域、より純粋なスペクトル色、同時に３原色を超える色を用いる能力をもたらす。開示されたモジュレータは、伝統的なＬＣＤ又はプラズマ技術に用いられる電子部品の半分未満しか必要としないので、本モジュレータはより大きな表示面積に適合し、ＬＣＤ及びプラズマディスプレイに共通の「スクリーンドア」効果を取り除くであろう。
【００９９】
また、開示された実施形態は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶（ＬＣＤ）及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）などの現在の投影ディスプレイよりも複数の利点を有すると考えられる。再び、優れた利点は、少ない動作エネルギー、低い製造コスト及び改善された画質の必要性を含む。
【０１００】
本発明は、偏光フィルタの削除及び吸収フィルタを削除するため、現在の技術よりも少ないエネルギーを使用するであろう。
【０１０１】
本技術では、必要な電子部品が１／２以下に削減されるので、製造コストはより低くなるであろう。吸収カラーホイールを用いることなく、１つの光弁内で全色制御を達成することができる。さらに、本技術は、ＤＭＤよりも製造が簡単である。
【０１０２】
本発明は、レーザー及びＬＥＤアレイを含んで、現在のトナー／フューザープリンタ技術よりも多くの追加の利点を有する。例えば、本技術は、改善された複数の解像度を可能にする。本発明では、現在のレーザープリンタの場合のような、レーザー及び回転ミラーとレンズの複雑なシステムを必要としない。さらに、本発明は、レーザー技術のようなレーザードットのサイズによって制約を受けず、またＬＥＤアレイにおけるＬＥＤのサイズによって制約を受けない。
【０１０３】
また、本技術は、高価なレーザーの必要性を取り除くことによって、より安価なレーザープリンタの代替を提供する。さらに、線全体を像形成ドラムに一時に投影することができるので、より高い速度が達成される。
【０１０４】
本発明は、光の強度変化を像ドラム上に投影することができるので、現在の技術から得られるよりも細かな詳細さを可能にする。対照的に、現在のＬＥＤアレイプリンタ及びレーザープリンタは単純な「オン」又は「オフ」モードで働く。
【０１０５】
また、本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ及び他の像形成デバイス用のフィルタとして用いることができる。
【０１０６】
本発明は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ上の個々の固定された吸収フィルタの必要性を省き、それによって、像形成により広い色域を提供するので、現在の技術よりも改善される。本発明は、異なる光波長へのＣＣＤ又はＣＭＯＳの応答を補償することができる。さらに、本発明は、低い光の状況で特定の波長を集めて、異なる光の条件を補償することができる。
【０１０７】
本発明は、高速でスペクトル出力を制御できる電子的に微調整可能なフィルタとして用いることができる。いくつかの利点は、高速応答時間、偏光非感受性、薄い厚さ、低損失、波長へのランダムアクセス、広いスペクトル範囲、低い電力消費、厳しい環境下での安定性（熱及び湿気）である。
【０１０８】
レーザー又はＬＥＤなどの単色光源では、本発明は、光のビームを電子的に制御された光と暗部の空間パターンへ変調することのできる空間光モジュレータとして用いることができる。それは、ＬＣＤ及びＤＭＤよりも多くの利点を有する。
【０１０９】
本発明は、フーリエ変換分光計の干渉計としての使用を含んで、ＵＶ／可視、ＮＩＲ及びＩＲ分光計の光学フィルタとして用いることができる。
【０１１０】
顕微鏡においては、入力光と出力光の両方の制御、明るい場、暗い場、フェーズコントラスト、共焦点、並びに干渉顕微鏡における照射と集光。
【０１１１】
本発明は、ホログラフィーデータ記憶及びホログラフィー表示を含むホログラフィー用途のための空間光モジュレータとして用いることができる。本発明は、波長分割多重方式（ＷＤＭ）及びデータバス用途における微調整可能なフィルタ及び光モジュレータとして用いることができる。また、本発明は、大きなファブリーペローエタロン及び干渉計における平行度欠陥及び他の収差の補償に用いることができる。フィルタ要素は、平行度の欠陥及び他の欠陥を補償する領域にわたって微調整することができる。
【０１１２】
他の可能な用途は、リソグラフィーを含む大フォーマットプリンタのための像形成器、眼に近いディスプレイ、光学演算素子、白色光色温度調節器、ステージ照明用の飽和色作成器、微調整可能なレーザー、及びマイクロケミカルシステム／ＤＮＡアレイを含む。
【０１１３】
従って、上記の構造及びその使用方法によって本発明の目的が満たされていることがわかる。特許法に従って、最良のモード及び好適な実施形態だけを示し、詳細を説明したが、本発明はそれに制限されないことを理解されたい。従って、本発明の真の範囲及び真意を認識するには、特許請求の範囲を参照されたい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光フィルタ及び光フィルタを用いるアレイに関する。詳細には、本発明は、半反射性表面の間の光ビームの光路長を変化させることによる複数のビーム干渉を用いる光フィルタに関する。特に、本発明は、電場に応答して厚さを変化させるポリマーフィルムに関し、フィルムの厚さの変化は、それがフィルタを通過する際に、相当する光ビーム光路長の変化をもたらす。
【背景技術】
【０００２】
フラットパネル及び投影デバイスは、急速に成長しているディスプレイ技術である。これらの技術の多くは光の濾波と変調を含む。より良い解像度、より明るい表示、より広い色域及びより高いコントラスト、並びに、より低い製造コスト及びより低いエネルギー消費は、現在の研究と開発努力の目標のほんの数例である。
【０００３】
直視フラットパネルディスプレイは、コンピュータモニター及びテレビジョン、並びに、携帯電話ディスプレイ、個人データシステム、携帯ゲーム機、カメラ、全地球測位システム及び他の多くを含む。プラズマ及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの現在の技術は、動作のためにかなりのエネルギーを必要とし、製造は比較的コストがかかる。一般にプラズマは、４０インチを超えるディスプレイに制限される。典型的なＬＣＤにおいて製造される多数の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）は、品質管理問題を招き、多くの時間が製品検査に費やされ、不良率が高い。
【０００４】
ＬＣＤ系ディスプレイは、偏光フィルタと色吸収フィルタが必要なため、エネルギー消費の多い非常に高輝度のバックライトを必要とする。偏光フィルタは６０％の光源を吸収し、色フィルタは光源の７５％までを吸収する。ＬＣＤディスプレイにおける他の部品の吸収と一緒にすれば、通常は光源の約５％しか透過しない。このように、これらのデバイスは光とエネルギーの効率が悪い。
【０００５】
ＬＣＤディスプレイの画質は最適ではない。第１に、応答時間は遅いと考えることができる。第２に、現在のＬＣＤ技術はサブピクセルを必要とし、薄膜トランジスタ及びデータドライバーを含む所与の数の電子部品に対して解像度が低い。現在のＬＣＤ技術は、輝度を低下させる偏光フィルタと色フィルタを必要とし、色域を狭くし、一度に使用できる原色の数を制限する。最終的に、ＬＣＤ技術は、各サブピクセルのＴＦＴを含むかなり多くの電子部品を必要とするので、典型的に、各ピクセルに付随して光源を透過しない多数のブラックマトリックスが存在する。
【０００６】
ピクセル当たり少ないサブピクセルで高い解像度を提供し、同時にＴＦＴやデータドライバーを含む電子部品を低減する直視ディスプレイが必要である。また、偏光及び色吸収フィルタが省略され、より高い輝度、より広い色域、より純粋な飽和色、より良いコントラスト比を生成するディスプレイが必要である。光をより効率的に用い、偏光フィルタや色吸収フィルタを省き、ダークマトリックス効果を最小にするディスプレイが必要である。
【０００７】
デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶光弁（ＬＣＤ）及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）などの現在の投影ディスプレイは、フラットパネル直視ディスプレイと同じ多くの欠点を有する。現在の技術は、ＬＣＤ及びＬＣＯＳに用いられている偏光フィルタを用いることが必要である。これら３つの技術の全ては、３つの個別の光弁を用いて３つの個別の色を表示することができ、製造コストの増加を招く。１つの光弁が使用される場合には、吸収フィルタカラーホイールを使用しなければならない。ＤＭＤは高価なマイクロ機械加工を必要とする。従って、ＬＣＤ、ＬＣＯＳ、及びＤＭＤに、これらのデバイスに固有の欠点のない優れた画質を提供する技術が必要である。
【０００８】
前述のことに基づき、３つ未満の光弁で高コントラストの広い色域を供給することのできる投影ディスプレイ用の光フィルタが必要であることは明らかである。また、偏光及び色吸収フィルタの必要性を省き、より広い色域を有しより高い輝度のディスプレイが得られる技術が必要である。また、いくつかのＬＣＤ系投影ディスプレイに見られる不利な効果の「スクリーンドア効果」を低減するために電子部品の数を低減することが望ましい。また、吸収カラーホイールを使用することなく１つの光弁内で全色制御を行う技術が必要である。また、より飽和した色を提供し、従って、退色のない高い強度で明瞭な画像を提供する必要がある。また、光源の大部分が透過する高い光効率を備える投影ディスプレイが必要である。加えて、従来の投影ディスプレイ技術の特徴である熱を蓄積することのないより明るいディスプレイを達成することができると考えられる。
【０００９】
また、トナー／フューザープリンタ用像形成器として使用されるレーザー及びＬＥＤアレイの使用を改善する技術が必要である。例えば、複数の解像度の改善を可能にする技術が必要である。現在のデバイスは、現在のレーザープリンタの場合のように、レーザー及び回転ミラーやレンズの複雑なシステムを用いる。このように、レーザー技術の場合のようにレーザードットのサイズに制限されない、又はＬＥＤアレイの場合のようにＬＥＤのサイズに制限されない技術が必要である。また、高価なレーザーの必要性を無くすことによって、レーザープリンタの低コストの代替を提供する技術が必要である。さらに、全ての線を一回で像形成ドラム上に投影することがきるように、より高速度であることが必要である。また、像形成ドラム上に投影することのできる光強度が変動するため、現在の技術から得られるよりもさらに細かな詳細さが必要である。
【００１０】
また、改善された光フィルタ及び付属するアレイは、リソグラフィーを含む大きなフォーマットのプリンタ用像形成器に用いることができると考えられる。
【００１１】
また最後に、デジタルカメラ、ビデオカメラ、及び電子的に微調整可能なフィルタなどの他の像形成デバイス、空間光モジュレータ、分光計デバイス、顕微鏡デバイス、ホログラフィー、データバス、及び波長分割マルチプレクサー（ＷＤＭ）デバイス及び大きなファブリペロー干渉計への使用に適用可能にされた、フィルタ技術が必要である。
【００１２】
電場を印加することによってその物理的特性を変化させるポリシロキサンのさまざまな形を用いる多くの従来技術デバイスがある。例えば、光モジュレータは、少なくとも１つの誘電体層がポリシロキサンゲルなどのレリーフ形成ゲルであり、他の層が空気である、２つの変形可能な誘電体層を有するものとして説明されてきた。レリーフは、誘電体層の両側に設けられたいずれかの電極に印加された信号に応答して、層間の界面に形成される。
【００１３】
他の従来技術の光スイッチングデバイスは、電子的に制御された可変厚さプレートを有するデバイスを通過する入射光波を操作する。デバイスは第１透明電極と、第２透明電極と、誘電層であり電場に応答して局部的に厚さを変形させる第１と第２電極の間に配置された透明な粘弾性材料を含む。透明粘弾性材料は、電場の存在下に置かれるとき粘性流れを起こし電場が消去されるときその元の形に向かって緩和する、シリコンゲル、油、さまざまなポリマー材料及び他の粘性物質を含む。
【００１４】
デバイスの他の種類は、電気信号に応答して幾何形状的に不均一な状態を得る電気浸透運動を行う液体層を有するものとして説明された制御要素であり、印加電圧に高い感受性を有する。液体層は、少なくとも１つのシリコン化合物、好ましくはシラン又は有機ポリシロキサンを含むシロキサンの誘導体を含む。
【００１５】
さらに他のデバイスは、電荷貯蔵デバイスを含む固体光モジュレータであり、少なくとも１つのディスプレイ電極が付属する半導体基板と、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）など、シリカ含有ゲルの変形可能なエラストマー層と、光反射金属電極層を含む。ディスプレイ電極と上部電極の間に印加された電位は、ゲル層を波状パターンに変形させる。
【００１６】
透明フィルム、又はポリシロキサンと液晶成分のコーティング組成物混合物は、光モジュレータデバイス中の有機非線形光ユニットとして用いられてきた。ポリシロキサン分子の分子配列は外部の場によって誘起することができる。
【００１７】
上記デバイスのいくつかは、ポリマー材料が流体又は流動可能な状態に維持されることを必要とする。従って、完成された組み立て体は、平坦で水平な配列に保たなければならない。ポリマー材料と基板の間にある種の接着が存在するデバイスにおいても、デバイスの運動はポリマー材料の垂れ下がりを招く可能性があり、従って、ポリマー材料の光変化特性を十分制御することができない。上記デバイスのいくつかは１０ミクロンを超える厚さを必要とする。これらのデバイスはその記載された目的に効果的であると考えられるが、その特定の性質と処方はディスプレイに用いる助けにはならない。従って、ディスプレイ型デバイスに用いることのできる光フィルタ及び光モジュレータ用の使用に適合するポリシロキサン構造の技術が必要である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
前述のことから、本発明の第１態様は、光フィルタ／モジュレータ及び光フィルタ／モジュレータのアレイを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の他の態様は、その間に間隙を有する１対の対向基板と、電極と基板の各対がそれに付随する反射特性を有する、基板の各々に配置された電極と、電極の１つに配置され化学的に結合したポリマーフィルムを含み、電極間の電圧印加が、ポリマーフィルムの厚さの均一な対応する変化をもたらす光モジュレータである。
【００２０】
本発明のさらに他の態様は、電極表面と結合することのできる反応基と１つ以上の極性基を含むポリシロキサンポリマーであり、ポリマーは電場に感受性がある。
【００２１】
本発明の目的、技術、及び構造を完全に理解するために、以下の詳細な説明及び添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の概念による単一透過性フィルタ要素を含む光モジュレータの概略図である。
【図２】本発明によるアレイの２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図３】本発明の概念による透過性フィルタ要素の２次元アレイを含む光モジュレータの概略図である。
【図４】本発明の概念による可変厚さポリマーフィルムの厚さ変化を示す、２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図５】本発明による各基板に付属する可変厚さポリマーフィルムを含む透過性フィルタ要素を有する光モジュレータの概略図である。
【図６】本発明の概念による共通電極上に連続的にコーティングされた可変厚さポリマーフィルムを有する２つの透過性フィルタ要素を提供する光モジュレータの概略図である。
【図７】本発明の概念による活性電極上に配置された高反射性コーティングを有する２つの透過性フィルタ要素を示す光モジュレータの概略図である。
【図８】本発明の概念による直視ディスプレイのアレイの部分として２つの透過性フィルタ要素を用いる光モジュレータの概略図である。
【図９】本発明の概念による直視ディスプレイのアレイの部分として２つの透過性フィルタ要素を用い、本発明の概念によるファイバー光面プレートが用いられる光モジュレータの概略図である。
【図１０】本発明の概念による透過性フィルタを有する光モジュレータを用いるカメラシステムの概略図である。
【図１１】本発明の概念による単一ファイバー光入力に結合された単一フィルタを有する光モジュレータの概略図である。
【図１２】本発明の概念による複数のファイバー光入力に結合され、又はそれに付随する透過性フィルタのアレイを有する光モジュレータの概略図である。
【図１３】２つのフィルタ要素を用い、モジュレータが反射性フィルタアレイ中に用いられる光モジュレータの概略図である。
【図１４】２つのフィルタ要素、及び本発明の概念による電極上にコーティングされた高反射性フィルムを有する反射性アレイ中の第３のフィルタ要素の部分を用いる、光モジュレータの概略図である。
【図１５】本発明の概念によるポリマーフィルムの膨張を可能にする格子を備えるポリマーフィルムフィルタ要素を有する光モジュレータの電極表面の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
一般に、本発明は光フィルタ、又は１次元又は２次元のいずれかとすることのできるフィルタのアレイに関する。これらの光フィルタは、反射モード又は透過モードで用いることができる。他の実施形態において、フィルタは、直列の透過性フィルタ、直列の反射性フィルタ、又は濾波能力を高めるために反射性フィルタと透過性フィルタを組み合わせて配置することができる。
【００２４】
説明されるデバイスは、半反射性表面間の光路長を変化させる複数のビーム干渉を用いる光の濾波及び／又は変調によって動作する。光路長はΣｎｄで定義され、ｎは反射性表面間の個々の層の屈折率であり、ｄは反射性表面間の個々の層の厚さである。半反射性表面間の光路長は、半反射性表面に付属する２つの半透過性電極間に形成された電場に応答してポリマー層の厚さを変えることによって変化させることができる。また、図面に示した部品は、正確な縮尺でないことを理解されたい。さらに、いくつかの場合、さまざまな光モジュレータ実施形態の部品は、互いに間隔をおいて示される。しかし、部品は、必要に応じて互いに直接隣接して配置することもできる。言い換えれば、デバイスの部品は、互いに直接接触することができる。
【００２５】
ここで、図面、特に図１に関し、全体を符号２０で表わされた本発明の概念による光モジュレータを見ることができる。図１に示したモジュレータ２０は、本発明の一般的な教示を示す透過型フィルタの基本的な実施形態である。当業者であれば、光モジュレータ２０が後の図面で示される反射性などの異なる実施形態で構成することができることを理解するであろう。本実施形態において、モジュレータ２０は図示したように画素又はピクセルと呼ぶことのできる単一のフィルタを提供するが、後述のように複数のピクセルで提供することができよう。このように複数のフィルタが用いられる場合、モジュレータは、マトリックス、アレイ、又はフィルタのアレイと呼ぶことができる。
【００２６】
光モジュレータ２０は、全体として符号２２で示された、コントローラ２４に接続されて制御されるプログラム可能な複数ビーム干渉光フィルタを含む。特に、電源に取り付けられたコントローラ２４は電力を供給し、フィルタ２２又は複数のフィルタを動作するための適切な制御信号を発生する。コントローラ２４は、モジュレータ２０及びフィルタ２２の動作を可能にするのに必要なハードウェア、ソフトウェア、及びメモリーを含む。説明が進むと判明するように、フィルタ２２の実施形態の変形は、アルファベットの接尾辞によって提供することができる。
【００２７】
光モジュレータ２０は、広帯域、複数の個別帯域、又は光の単色の形を発生する光源２６を含むことができる。コントローラ２４に接続することができ、又は独立に制御することのできる光源２６は、近赤外、赤外、又は紫外（＞３００ｎｍ）の種類の光を発生することもできる。光フィルタ２２の部品構造に応じて、光源の範囲はさらに紫外領域に伸びることができる。光源は冷陰極蛍光、熱陰極蛍光、エレクトロルミネセンス、ゼノン系ランプ、ハロゲン化金属、水銀アーク、又はいくつかの実施形態において、極めて狭い帯域の色の３つ以上の発光ダイオード等とすることができる。また、前述の単色光源は、発光ダイオード又は適切なレーザー光源とすることができる。広帯域光源は、カメラ及び像形成用途において天然又は人工光を含むことができる。広帯域紫外／可視又は赤外光源は、分光計用途における光源として用いることができる。
【００２８】
光源２６は、フィルタ２２の光路長が所与の時間で波長の積分であるような波長λを有し、透過する入力光２８を発生する。所与の時間で積分ではない光は、反射される。さらに詳細に論じるように、透過する波長λは、式
Σｎｄ＝ｍλ／２ （１）
で求められる。ここで、ｎは整数≧１である。反射性表面の間で反射した入力光が同相であるような光路長であるとき、コンストラクティブ干渉が発生しフィルタは、光の波長を透過する。この条件が保たれなければ、ディストラクティブ干渉が発生し、透過は低くなり、光の波長は反射されるであろう。当業者であれば、光路長の変化は複数のビーム干渉を招き、従って、フィルタによって透過された、又は光源に向かって反射して戻る光の波長に相当する変化をもたらすことを理解するであろう。
【００２９】
光源２６によって発生した入力光２８は、全体的に符号３０で表わされる光学システム中に導くことができる。光学システムから放射される光は、修正入力光２８’と呼ぶことができる。選択された実施形態において、光学システム３０は、光を平行にするためにレンズを含むことができる。また、システム３０は、フィルタ２２中の光路長を制御するために僅かな角度、＜５°を与えることができる。多くの実施形態において、０°に近い角度が有利であると考えられる。光源２６がフィルタ２２の直後に広い及び拡散された光を発生する直視用途において、無限遠の焦点は実際的ではない。この場合、光２８’を狭い円錐に導く光学システムが望ましい。また、光学システム３０は、光の望ましくない波長を濾波し、又は遮断することができる。たとえば、通過する可視光から紫外及び赤外光を濾波又は遮断することができる。また、光学システム３０は、黒いピクセルを形成することのある広帯域光源から帯域を濾波することができる。また、光学システム３０は、他の実施形態において議論されるように、カメラに用いられるレンズの形とすることができることが理解されるであろう。
【００３０】
光学システム３０に近接して配置されたフィルタ２２は、１対の間隔を置く基板３２と３４を含む。基板３２と３４は、光学的に透明なガラスの形とすることができ、又はそれらはシリカ、又はポリエステルなどの可撓性透明ポリマーを含んで、十分な機械的強度の任意の他の透明基板を含むことができる。基板３２及び３４は分離されて、その間に全体的に符号３６で表わされる空隙を提供する。空隙３６は、球状ガラスビーズ、ガラス棒、ポリマー壁、堆積されエッチングされた誘電体の形、又は基板間に所定の距離を維持するような他の構成とすることのできる複数のスペーサ３８によって維持される。スペーサ３８は、基板３２と３４の間に、フィルタ２２の適切な作動を保証するために必要な均一の距離を提供する。
【００３１】
反射防止コーティング４０は、光学システム３０を通過した修正入力光２８’に対面するように基板３２上に提供し配置することができる。反射防止コーティングは、直視ディスプレイ、投影及び像形成用途などの用途において広帯域可視光用に最適化することができる。単色用途において、反射防止コーティングは修正入力光２８’の特定の波長用に最適化することができる。
【００３２】
各基板３２及び３４には高い反射性（ＨＲ）誘電体コーティングを設けることができる。特に、基板３２には高反射性コーティング４２が設けられ、基板３４には高反射性コーティング４３が設けられる。コーティング４２及び４３は、互いに対面するようにそれぞれの基板上に配置される。各コーティング４２及び４３は、高屈折率と低屈折率フィルムの交互の積み重ねを含むことができる。広帯域光源について、ＨＲコーティングは、例えば可視光スペクトルなどの光源のスペクトルに最適化することができる。ＲＧＢ発光ダイオードを有するディスプレイにおいて、ＨＲコーティングは、発光ダイオードによって発生された特定の波長に最適化することができる。リンを励起する冷陰極蛍光などの光源が用いられる場合には、ＨＲコーティングは、リンの狭い一次帯域用に最適化することができる。ＨＲコーティングは、基板３２及び３４上に連続的にコーティングすることができ、又は必要なパターンをコーティングすることができる。銀、白金、金又はアルミニウムなどの反射性金属コーティングを用いることができる。実際には、金属と誘電体コーティングの組み合わせを用いることができる。フィルタの前面から光が容易に出ることができるように、ＨＲコーティング４３は、ＨＲコーティング４２よりもわずかに反射性を低く作ることができることが理解されるであろう。代りに、他の実施形態において議論するように、ＨＲコーティング４２及び４３は、フィルタ２２内の他の部品上にコーティングすることができる。
【００３３】
ディスプレイ用途では、コーティングの反射率Ｒ（Ｒ＝ｒ２であり、ｒはコーティング４２、４３の反射率である）は７５％を超えなければならず、より好ましくは９５％を超えなければならない。このように、ディスプレイ用途において、反射率は、非常に狭い、しかし狭過ぎない透過した色の帯域幅を形成するために十分大きくなければならない。光源２６としてＲＧＢのＬＥＤアレイが用いられる場合には、反射率は、通過した帯域幅がＬＥＤの帯域幅に整合するように制御しなければならない。冷陰極蛍光又は励起されたリンによる他の光源が用いられる場合には、反射率は、リンの一次放射帯域の帯域幅に整合するように制御しなければならない。より高い反射率は、より純粋なスペクトル色を作る狭い帯域を与え、従って、ディスプレイ用途のためにより広い色域及びより黒い黒ピクセルを提供する。また、狭い帯域幅は、ディスプレイ用途においてより黒い黒ピクセルを提供する。光源２６としてレーザー光が用いられる場合、コーティング４２及び４３の反射率は、レーザー光源に相当する帯域幅を通過させ、並びにレーザー光を濾波するように、光源の特定の波長に整合させて９９％を超える反射率を与えることができる。分光計用途において、反射率を９９％より大きくして、良好な解像度のために狭い分光帯域幅を与える実施形態を提供することができると考えられる。
【００３４】
コーティングが提供される場合、コーティング４２及び４３の各々に、また、コーティングが提供されない場合、基板３２及び３４上に、対応する電極が配置される。選択的にパターン形成することのできる各電極は、コントローラ２４に接続される。電極には、特定の電圧を印加するための電子部品が付属することがさらに理解されるであろう。特に、活性マトリックスの共通電極４４には基板３４が付属し、活性マトリックスの活性電極４６には電極と基板の間にコーティングが配置された基板３２が付属する。しかし、電極４４と４６は、特定の用途で必要に応じて基板上に位置を切り替えられることが理解されるであろう。さらに、各電極４４及び４６は、必要ならばＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２などの絶縁層でさらにコーティングして基板間の電気的短絡を防止し、ポリマーフィルムの化学的結合用の反応性部位を提供することができることが理解されるであろう。電極４４及び４６は、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの半透明な金属酸化物を含むことができる。また、金属酸化物は、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム亜鉛、その他を含むことができる。代りに、電極は、金、銀、白金、アルミニウム、又はその合金などの金属を含むことができる。これらの金属電極は、１つ以上の誘電体材料でコーティングして反射率及び／又はポリマーフィルム（後述される）又は絶縁フィルムへの結合を高めることができる。また、金属電極が用いられる場合、それらはフィルタ２２に反射性コーティングも含むことができ、誘電体の高反射性コーティング４２及び４３を省くことが可能である。金属電極は低い電圧で同等の電場を可能にできる。金属電極の反射率は、電極の厚さを制御することによって選択することができる。代りに、誘電体と金属電極の組み合わせを用いることができる。さらに、いくつかの実施形態において、反射率整合酸化インジウムスズ（ＩＭＩＴＯ）電極を用いることができ、ＩＴＯは、それが取り付けられ、又は付属する基板に整合する。
【００３５】
符号４８で全体を示される可変厚さのポリマーフィルムが、少なくとも１つの電極上に配置され、又は付属する。多くの実施形態において、可変厚さのポリマーフィルム又はフィルムは活性電極４６上に配置される。フィルム４８は、電極４４と４６の間に印加された電圧に応じて厚さが変化する。従って、フィルム４８の厚さが減少すると、フィルム４８と対面共通電極４４の間の可変空間４９は、厚さが増加する。同様に、フィルム４８の厚さが増加すると、フィルム４８と電極４４の間の可変空間４９は、厚さが減少する。このように、フィルムの厚さ及び付属間隙の変化は、電極間の光路長
Σｎｄ＝ｎｇｄｇ＋ｎｐｄｐ （２）
を変化させる。ｎｇは空気の屈折率であり、ｄｇは可変空間又は空気間隙の厚さであり、ｎｐはフィルム４８の厚さｄｐでの屈折率である。フィルム４８の屈折率は、厚さの変化と共に僅かに変化する。実際に、フィルムの屈折率は、厚さの変化と共にΔｎ／Δτに従ってわずかに変化し、Δτはフィルムが印加電場によって歪む際のフィルム上に加わる応力である。従って、Σｎｄが光源波長の積分である場合には、光の波長は通過する。通過した帯域の帯域幅は、高反射性コーティング４２及び４３の反射率によってさらに決定されるが、コーティングはフィルタ２２中に構成される。図１に見られるように、フィルム４８は、電場が印加されないとき不活性状態５０で提供することができ、電場が印加されるとき活性状態で提供することができる。活性状態は、フィルム４８を収縮又は拡張させる。フィルムの収縮又は伸長（拡張とも呼ばれる）は、フィルムの特性に関する多くの要因に依存する。実際に、フィルム４８は、拡張活性状態５２及び収縮活性状態５３を有することができる。
【００３６】
前に論じたように、修正された入力光２８’は、光が通過するときのフィルタの光路長の積分である波長λを有する。所与の時の積分ではない光は、反射される。通過する波長λは、式（１）によって求められ、式中、Σｎｄは反射表面４２と４３の間の層の光路長の総計であり、ｍは整数≧１である。光路長Σｎｄは、フィルム４８の厚さの変化と共に変化する。フィルムの厚さの変化は、コントローラ２４によって制御される電極間に印加された電場によって決定される。従って、電圧がフィルム４８の間に印加されるとき、フィルムは収縮することができ、間隔を置く基板間の空間４９が増加する。このように、光路長は、光源から１つの色を通過させることができ、変化した光路長は、光源から他の色を通過させることができる。実際には、他の電圧で、光路長は、光源にない帯域幅のコンストラクティブ干渉を行い、従って黒いピクセルを形成しうる。このように、単色光源で、フィルタは、モジュレータとして働くことができ、光源からの光を通過させ、又は通過させない。光路長は、単色光源とディストラクティブ又はコンストラクティブ干渉を行って、ゼロ又は１のデジタルビットを作るように構成され、又はそのようなサイズにされる。言い換えれば、フィルム４８の制御は、黒いピクセル又は白いピクセルを発生することができる。
【００３７】
スペーサと基板の構成に応じて、反射表面間の間隙３６の総距離は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲、いくつかの場合には数ミリメートルの範囲とすることができる。多くの実施形態において、総厚さは、フィルム４８の厚さを変化させるのに必要な電場を作るために必要な電圧を最小化するように、実際に可能な限り小さくすべきであると考えられる。薄い総厚さは、消費される電力を最小にし、同時にフィルタの応答時間を低減する。より低い電圧は、活性マトリックス中の部品をより小さくし、ディスプレイの黒い領域又は不活性領域を減少させる。より薄い総厚さは、モード間の重なり合いを最小化するであろう（式１における整数ｍ）。広帯域用途において、最適総厚さは２μｍ未満である。他の実施形態で議論されるように、フィルム４８は、望ましい光出力を提供するように電極上に選択的に配置し必要に応じてパターンコーティングすることができる。
【００３８】
一般に、フィルムのポリマーは、電極表面に化学的に結合した柔らかい固体である。すなわち、ポリマーは、低いモジュラス及び低い誘電正接を有すべきであり、誘電正接はモジュラス損失／弾性モジュラスに等しい。電極へのポリマーの化学的結合は、説明されるように、ポリマーの電極及び基板に対する流動又はクリープを防止すると考えられる。また、電極へのフィルムの化学的結合は、本明細書に議論される他の特性と共に既存技術には存在しない動作特徴を提供すると考えられる。１つ以上の実施形態において、ポリマーのモジュラスは、約４０,０００パスカル未満である。これらの、又は他の実施形態において、誘電正接は約０.１５未満である。一実施形態において、誘電正接は約０.０５未満である。低い誘電正接を有するポリマーは、低い内部摩擦を有し、電極に印加され取り除かれる電圧の結果として繰り返し応力の間に発生する熱を最小化する。フィルム４８のポリマーの弾性モジュラスは、フィルムを拡張又は収縮させるのに緩やかな電圧が必要であるように十分低くなければならない。電極表面の面へのポリマーの化学的な結合は、ｚ方向の応答を高める。また、電極表面へのポリマーフィルムの化学的な結合は、縦位置に保持されたときポリマーフィルムの垂れ下がりを防止する。薄いポリマーフィルムは、バルクのポリマーよりも顕著に低いモジュラスを有することが知られている。多くの実施形態において、ポリマーフィルムは、フィルムのモジュラスを最小にするため可能な限り薄い厚さにコーティングすべきである。上述のように、５μｍ未満の厚さ、及び１μｍ未満程度までの厚さを用いる実施形態は、広帯域可視用途に好適である。多くの場合、結合は電極表面への個別の化学鎖によるものだけである。いくつかの場合、ポリマー分子間を光架橋とすることができる。しかし、弾性モジュラスは、フィルムを伸長又は収縮するのに高い電圧を必要とする大きさとすべきではない。しかし、フィルムが拡張又は収縮されるとき、収縮エネルギーは弾性エネルギーとして蓄えられ、これは、電場が取り除かれ又は消去されたときポリマー材料がその元の厚さに戻る助けになる。
【００３９】
理想的には、フィルムは、最大収縮５０％、さらに理想的には３０％収縮させなければならない。電極によって加えられる電圧は、フィルムを数サイクルごとに拡張させて、フィルムの収縮が固定されないように定期的に逆転しなければならない。言い換えれば、１つの極性の電圧のフィルムへの印加は、フィルムを収縮し、逆極性電圧の印加は、フィルムを伸長させる。フィルムの最大拡張は、収縮よりも小さくなければならず、最大３０％、さらに理想的には約２０％である。フィルタ及びフィルム４８の残りの総厚さは、フィルム厚さの最小変化が対象波長のモードについてコンストラクティブ干渉をもたらすように選択することができる。
【００４０】
１つ以上の実施形態において、可変厚さポリマーフィルム（ポリマーフィルム）４８は、低いガラス転移温度、低いモジュラス、低い誘電正接、高い化学的飽和、及び十分な光安定性を備える弾性ポリマーを含む。一実施形態において、フィルムは、アクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイソブチレンなどの飽和ゴム、又はポリシロキサンポリマー、又はそのコポリマー又はターポリマーを含む。他の弾性体も可能である。いくつかの実施形態において、フィルムは、電場に感受性のあるように修正したポリマーを含む。一実施形態において、フィルムはポリシロキサンを含む。
【００４１】
１つ以上の実施形態において、ポリシロキサンポリマーは直鎖ポリシロキサンを含む。直鎖ポリジメチルシロキサン分子は、ポリマー鎖のＳｉ−Ｏ結合の周りの結合回転エネルギーがほぼゼロであり、これはポリマーを非常に可撓性にする。ポリジメチルシロキサンポリマーは１２０℃未満のガラス転移温度を有する。少ない割合のフェニルを含む直鎖ポリシロキサンポリマーは、より低い結晶性を有し、さらに高い可撓性を与える。
【００４２】
直鎖ポリシロキサンは、高い伸長性と収縮性を有する。直鎖ポリシロキサンは、低いモジュラスと低い誘電正接を有する。ポリシロキサンは、高い反射率と光沢を有し低い光散乱と低い光吸収性を示す。ポリシロキサンは、熱と高い光フラックスに安定性がある。ポリシロキサンは、広範囲の屈折率を有し低い複屈折性を示すように合成することができる。ポリマーは、湿度に抵抗性があり、ガス透過性である。ポリシロキサンは、低温で可撓性を保つ。
【００４３】
一実施形態において、直鎖ポリシロキサンポリマーは、Ｓｉ（ＣＨ３）２基を含む、すなわち、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する。他の実施形態において、１つ又は両方のメチル基は、シリコン原子に対して少ない割合（＜１５％）で他の置換基で置き換えることができる。置き換える置換基の実施例は、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基を含むが、これらに制限されない。置換は、屈折率、粘性特性、又は電気活性特性を変化させるように行うことができる。１つ以上の実施形態において、１つ以上のシリコン原子はゲルマニウム原子で置換することができる。メチル基を少ない割合のフェニル基で置換することは、モジュラス及びガラス転移温度の両方を低下させ、並びにポリマーの屈折率を高くする。
【００４４】
上述のように、ポリマーフィルムは、電極間に形成された電場に応答性のあるポリマーを含む。１つ以上の実施形態において、ポリシロキサンポリマーは、電場に十分な応答性を示す。他の実施形態において、応答性は、ポリシロキサンポリマーに１つ以上の極性基を加えることによって高めることができる。一実施形態において、ポリマーは、電場に応答性のある極性基を含み又は含むように修正することができる。極性基は、イオン性基及び非イオン性極性基を含むことが理解されよう。１つ以上の実施形態において、ポリマーは、懸垂アニオンを有することができる。他の実施形態において、ポリマーは、懸垂カチオンを有することができる。両性イオンなどの他のイオン構造も可能である。ポリマーは、非イオン性極性官能基、及び例えば、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、又はポリビニルエーテルなど非対称電荷分布を有する極性基を含むことができる。
【００４５】
１つ以上の実施形態において、ポリマー分子あたりのイオン性基の平均数は少ない。一実施形態において、ポリマー分子あたりのイオン性基の平均数は約１.５までである。他の実施形態において、イオン性基の数は分子あたり約１.１未満である。極性基の数は、電場でポリマー鎖を活性にするのに十分でなければならないが、ポリマーフィルムの光学及び粘性特性に悪影響を与えるほど高くすべきではない。非イオン性基を含む実施形態は、ポリマー鎖あたり１つを超える非イオン性モノマーを含むことができる。１つ以上の実施形態において、ポリマーは、分子あたり平均約２〜約１０個の非イオン性極性基を含む。
【００４６】
イオン性基は、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、カルボン酸、アンモニウム他を含むことができる。ポリシロキサンへの極性及びイオン性基の添加は、シリコン表面化学の技術分野に知られた方法によって行うことができる。１つ以上の実施形態において、電場中のポリマーフィルムの挙動は、ポリマーがアニオン性又はカチオン性官能性を有するかどうかによってある程度依存するであろう。ポリマーがアニオン性官能性を有する場合には、フィルムは、それが結合される電極上に正の電荷が置かれるとき収縮するであろう。フィルムは、それが結合される電極上に負の電荷が置かれるとき伸長するであろう。ポリマー鎖がカチオン性官能性を有する場合には、フィルムは、それが結合される電極上に負の電荷が置かれるとき収縮するであろう。フィルムは、それが結合される電極上に正の電荷が置かれるとき伸長するであろう。最大の可能な変形を得るために、電場は、ポリマーフィルムが伸長と収縮の両方を行うように極性を交互にすべきである。
【００４７】
１つ以上の実施形態において、ポリマーは比較的低分子量、すなわち、約５０,０００ａｍｕ未満の主直鎖ポリマーを含む。これらの又は他の実施形態において、ポリマーフィルムのポリマーは、約１.５未満の多分散性を有する非常に狭い分子量分布を特徴とし、ここで、多分散性＝Ｍｗ／Ｍｎである。分子量は、分子鎖の絡まりを最小にするために十分低くなければならない。絡まり分子量は、希釈されないポリマーの分子間に絡まりが起きる十分長いポリマー鎖長に関する又は相当する分子量を指す。この分子量は、粘度対数対分子量対数のプロットの傾斜からポリマーに実験的に誘導することができる。ポリマーの絡まり分子量を測定する実験技術は、W.W. Graessley in ADV. POLYM. SCI., Vol.16, 1974 にまとめられており、当業者には既知である。
【００４８】
ポリシロキサンポリマーは、約１００,０００ａｍｕまでの液体である。直鎖ポリシロキサンポリマー液体の性質は、ポリマーを電極表面に塗工するのに有利である。液体ポリマーは、溶媒なしで塗工し、次いで電極表面に化学的に結合して波打ちのない薄膜の柔らかい固体を形成することができる。コーティングの前に、ポリマー鎖上のイオン性基は、液体ポリマーの流れ及び堆積特性を修正するために、官能基と反応して非極性基を形成することができる。電極表面への堆積及び結合の後、官能基を除去しイオン性基を解放することができる。例えば、堆積前にカルボン酸極性基を長鎖アルコールと反応させて、より非極性のエステルを形成することができる。堆積及び結合の後、アルコールは、弱い酸で脱水してカルボン酸を形成することができる。
【００４９】
他の実施形態において、ポリシロキサンポリマー鎖はポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂他などの低分子量ポリマーにグラフトすることができる。グラフト化の目的は屈折率、粘性特性、及び電気活性特性を含む光特性を変更するためとすることができる。さらに他の実施形態において、ポリシロキサン鎖はナノ粒子に化学的又は物理的に結合することができる。ナノ粒子はナノ粘土、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、表面修飾シリカ他を含むことができる。ＰＯＳＳ（多面体オリゴマーシルセスキオキサン）は数ナノメートルの寸法のシリカである。ＰＯＳＳは有機基と結合してその溶解性を変化させることができ、並びにビニル基と結合してポリマー鎖にポリマー化が可能である。Ｍ及びＤの標準表示を有する直鎖ポリシロキサンは、Ｔ、Ｑ、及びＭＱの標準表示を有するポリシロキサン樹脂と結合してポリマーフィルムの光学的及び粘性的特性を修正することができる。
【００５０】
他の実施形態において、ポリシロキサンはフェニルシランと反応することができる。実施例は、トリフェニルシラン、ジフェニルアルキルシラン、及びトリフェニルビニルシランである。トリフェニルシランは、ポリマー鎖のビニル基と反応することができる。トリフェニルビニルシランは、ポリマー鎖の水素化物と反応することができる。フェニルシランを加える１つの目的は、ポリマーフィルムのガラス転移温度、弾性モジュラス、及び誘電正接に大きな影響を与えることなくポリマーフィルムの屈折率を高くすることである。
【００５１】
フィルム４８は、インクジェット、フォトリソグラフィー、ｅ−ビームリソグラフィー、反応性イオンエッチング、プラズマコーティング、スピンオンコーティング、押し出し（スリット）コーティングによって電極に塗工することができる。インクジェット堆積は、個別の活性電極上への堆積に有利であろう。押し出しコーティングは、後に説明するように、連続又は半連続コーティング、又は共通電極などの大面積に有利であろう。次いで、フィルムは、化学反応によって電極に化学的に結合される。従って、フィルムのポリマーは、以下に説明するように、結合の前に電極又は結合剤のいずれかと反応して化学的な結合を形成することのできる反応基を含む。
【００５２】
当業者であれば、多くのポリマーは鎖を有するポリマー分子を含みうることを理解するであろう。１つ以上の実施形態において、各鎖は、第１末端（すなわち端部）及び第２末端（すなわち端部）を含む。１つ以上の極性基は、ポリマー鎖の末端又はその近傍に位置する。１つ以上の実施形態において、電極又は結合剤との結合の前に、反応基は、ポリマー鎖の端部又は端部近傍に位置し、極性基は、他の端部又は端部近くに位置する。他の実施形態において、反応基は、ポリマー鎖の中間点近くに位置し、極性基は、各端部に位置する。さらに他の実施形態において、反応基は、ポリマー鎖に沿って途中に位置し、ポリマー鎖の両末端は極性基を含む。これらの又は他の実施形態において、反応基と極性基の間のポリマー鎖の長さは、絡まり分子量未満である。反応基は、ポリマー分子の中間にいくらか不規則に位置するのが好ましい。これは自由端部の極性基を千鳥配置にするので、極性基は互いにより分離される。
【００５３】
ポリマー結合のための反応性部位を提供するように電極表面を化学的に修飾することができる。表面処理は、エッチング、酸化、プラズマ処理他を含むことができる。表面をＳｉＯ２などの誘電体でコーティングして結合部位を提供することができる。ＳｉＯ２コーティングを酸エッチングして反応性部位を増加することができる。エッチングの後、表面は、無水状態にするために乾燥すべきである。ＳｉＯ２でのコーティングは、電極の絶縁などの他の利点を有する。これは、アルミニウムなどの金属電極が用いられる場合に特に有利であろう。
【００５４】
ポリマーの反応基は、水酸化シリコン（Ｓｉ−ＯＨ）、水素化シリコン（Ｓｉ−Ｈ）、シリコンアルコキシ、塩化シリコン他を含むが、これらに制限されない。反応基は、ＵＶ又はｅ−ビーム照射を用いる結合を可能にする官能基を含むことができよう。
【００５５】
フィルタ要素に２つのポリマーフィルム層が用いられる一実施形態において、その極性は逆転する必要がある。活性電極に塗工されるポリマーフィルムがアニオン性である場合、共通電極に塗工されるポリマーフィルムは、カチオン性とすることができる。活性電極に塗工されるポリマーフィルムがカチオン性である場合、共通電極に塗工されるポリマーフィルムは、アニオン性とすることができる。２つのポリマーフィルム層が用いられる場合、広範囲の波長にわたって光濾波を行うために必要な２つのフィルムの厚さの変化は、１つのポリマーフィルムだけが用いられるときに必要な厚さより小さくすることができる。
【００５６】
直視ディスプレイなど広範囲の波長にわたる光濾波が望ましいとき、ポリマーフィルムの屈折率は、できる限り高くすべきである。いくつかの実施形態において、より高い屈折率は、波長範囲にわたる濾波を達成しながらポリマーフィルムの総偏向を小さくすることを可能にする。単色光源による用途において、より小さな屈折率を有するポリマーフィルムが好ましい。いくつかの実施形態において、より小さな屈折率は、より良好な微小相移動の制御を可能にし、総コンストラクティブ干渉と総ディストラクティブ干渉の間の変調を容易にするであろう。ポリマーフィルムの誘電正接を大きく増加させる屈折率の変更は、避けるのが有利である。ポリマーの屈折率は、電極又はそれが結合される他の表面とできる限り整合すべきである。
【００５７】
ポリマーフィルムのモジュラスは、電場によって誘起された応力で屈折率の変化があまり大きくないように十分小さくなければならない。電極領域が小さい用途、例えば、投影ディスプレイ光弁において、圧縮されるとき、ポリマーフィルムは膨張することができる。図２は、電場によって圧縮されるときポリマーフィルムの膨張を可能にする空間５６が提供される電極４６Ａ及び４６Ｂを示す。大きな直視ディスプレイなど、フィルタの面積が厚さに比べて大きい用途において、圧縮されるときポリマーフィルムが膨張できる領域を提供するために、ポリマーフィルムをフィルタ２２内部にパターンコーティングすることができる。図１５に見られるように、領域２５２は、ポリマーフィルム４８部品の間の膨張を可能にする。空間２５２の幅は、光の波長未満でなければならない（５０ｎｍ〜４００ｎｍ）。列は、コーティングされない領域が連続的な縞になるのを最小化するために千鳥にすることができる。膨張領域は、無水状態の下、アルキルでキャップしたシランのパターンコーティングによって作ることができる。アルキル基（メチル、エチル等）は、電極表面上の反応性部位にキャップを形成し、それがポリマー表面上にコーティングされるときポリマーが結合することができない。また、アルキル系シランは、非極性不活性表面を提供し、ポリマー鎖中のイオン又は極性基が電極表面とおそらくは非可逆的に相互作用する反応を防止する。ポリマー又はポリマーフィルムと接触することのできるフィルタの他の領域は、同様にキャップを形成することができる。
【００５８】
一実施形態において、ポリマーフィルムは、一連のステップで電極又は複数の電極に塗工することができる。第１準備ステップにおいて、電極のある領域、図１５の２５２で境界を示される領域上に、アルキルシランキャッピング剤がパターンコーティングされる。これらの領域は、後続のステップで非反応性であり、従って、ポリマーフィルムの膨張領域を形成するであろう。後続のステップにおいて、電極基板は、シランカップリング剤でコーティングされ、これは、キャッピング剤が存在しない電極に化学的に結合する。第３ステップにおいて、弾性ポリマーが塗工され、カップリング剤と化学的に結合する。弾性ポリマーが電極と直接結合することのできる一実施形態において、カップリング剤は省略することができる。
【００５９】
第１準備ステップに用いられるキャッピング剤は、電極との結合を形成する反応の可能な基を含む。キャッピング剤は、電極に結合すると、続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するポリマーと反応することのできる基は何も含まない。言い換えれば、キャッピング剤は電極基板と反応して、ポリマーに対して非反応性である基板のある領域上にパターン化されたコーティングを形成する。キャッピング剤の実施例は、式
【化１】
で表わされる化合物を含み、式中、Ｒ１はアルコキシ基から選択され、Ｒ２はアルキル基であり、Ｒ３及びＲ４は独立にアルコキシ、メチル、又は他のアルキル基から選択され、ｘは０〜約１８の整数である。例えば、Ｒ１、Ｒ３、及びＲ４の３つ全てがアルコキシ、メトキシであるならば、シランは、無水状態の下で単一層を形成することができる。しかし、好ましい構造は、Ｒ３及びＲ４がメチル基でありＲ１がアルコキシであるモノアルコキシである。この種のシランは、無水堆積の下で安定な単量体単一層を与える。
【００６０】
カップリング剤は、アルコキシ基、又は電極基板との結合を形成する反応を行うことのできる他の基、及び続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するポリマーとの結合を形成する反応を行うことのできる官能基を含む。１つ以上の実施形態において、官能基はビニル基である。一実施形態において、カップリング剤は、以下の式
【化２】
で表わすことのできる化合物を含み、式中、Ｒ１はアルコキシ基から選択され、Ｒ２はビニル基であり、Ｒ３及びＲ４は独立にアルコキシ、メチル、又は他のアルキル基から選択され、ｘは０〜約１０の整数である。シランキャッピング剤及びシランカップリング剤の両方ともが、単一層を形成する無水条件下で最善に塗工される。Ｒ１、Ｒ３、及びＲ４の３つ全てがアルコキシ、メトキシであるならば、シランは無水状態の下で単一層を形成することができる。しかし、好ましい構造は、Ｒ３及びＲ４がメチル基でありＲ１がアルコキシであるモノアルコキシである。この種のシランは、無水堆積の下で安定な単量体単一層を与える。トリアルコキシシランカップリング剤は、水和条件下でポリマーの多層構造を形成する。
【００６１】
上述のように、１つ以上の実施形態において、カップリング剤は、アルコキシ基又は電極基板との結合を形成する反応を行うことのできる他の基、及び続いて電極に塗工してポリマーフィルムを形成するシロキサンポリマーとの結合を形成する反応を行うことのできる官能基を含む。反応の前に、ポリマーは、カップリング剤と反応することのできる反応基を含む。例えば、カップリング剤のＲ２がビニル基である場合、それはシロキサンポリマー鎖上の水素化シリコン基と反応することができる。シランカップリング剤とシロキサンポリマー上の官能基の他の組み合わせが可能である。
【００６２】
これらの結合が形成される順序は、特に制限されない。従って、一実施形態において、シロキサンポリマーは、それが電極に結合した後カップリング剤と反応する。他の実施形態において、カップリング剤は、カップリング剤が塗工され電極と結合する前にポリマーと反応することができる。１つ以上の実施形態において、反応は、白金（Ｐｔ）又はロジウム（Ｒｈ）による触媒反応付加硬化とすることができる。硬化は、ＵＶ照射によって誘起することができ、カチオン性又は遊離ラジカル種を含むことができる。硬化は、電子ビーム（ＥＢ）又は反応性イオンエッチングによることができる。
【００６３】
他の実施形態において、上述のように、カップリング剤は必要ではない可能性がある。すなわち、反応基を含む低分子量のジメチルシロキサンポリマーは、電極に直接結合することができる。これら及び他の実施形態において、ポリマーは、水酸基又は他の反応基を含む縮合反応によって電極に化学的に結合することができる。
【００６４】
この明細書の目的のために、化学的結合の用語は、静電気引力及び水素結合を含むことが理解されるであろう。
【００６５】
当業者であれば、図１及び２に示した実施形態に基づいて、多くの異なる実施形態が構成できることを理解するであろう。また、これらの異なる実施形態から、開示された技術の使用によって多くの最終使用デバイスを改善することができる。実際に、少なくとも図３に見られるように、フィルタのマトリックスを提供するために対面する基板上に複数のフィルタを構成することができる。フィルタの例示的マトリックスは、当業者に認識されている任意の考え得る最終使用のために構成することができる。本明細書には多くの実施形態が示されるが、それらは制限として解釈すべきではない。
【００６６】
他の活性マトリックスの実施形態において、符号２０Ａで全体を表される光モジュレータが図２に示される。アルファベットの接尾語がいくつかの変形種類の実施形態を示すモジュレータ２０Ａは、共通参照電圧を提供するためのアレイの共通電極である電極４４を含む。活性電極４６Ａ及び４６Ｂは、コントローラ２４によって発生された活性マトリックスアドレス体系によって制御することができる。実際に、多くの活性電極４６を提供することができ、その全てはコントローラ２４に接続される。さらに、空間５６を各活性電極４６Ａと４６Ｂの間に提供できるので、薄膜トランジスタ、アドレス線、記憶キャパシタ等がそれに付属できることが理解されるであろう。代りに、単一フィルタにおいて、又はアレイ中の比較的少数のフィルタ要素が用いられる場合、電圧がコントローラによって直接電極に印加されるセグメント化された電圧制御を用いることができる。いくつかの実施形態において、受動マトリックス制御を用いることができる。
【００６７】
全体的に符号２０Ｂで表わされる例示的モジュレータは、図３に示され、フィルタ２２Ａ及び２２Ｂのアレイを含み、多くは最終使用の用途に必要である。図から分かるように、アレイは、行と列のマトリックスに配置された複数のフィルタ２２を含む。選択された行とデータ線５７及び５８のネットワークは、コントローラが適切と判断した各フィルタ２２に電圧を供給する。データ線から典型的に入力又は制御信号を受け取る電極領域５９は、各フィルタ２２又は画素を取り囲む。領域５９は、典型的に選択された行とデータ線から入力又は制御信号を受け取る。また、領域５９は、それぞれ各フィルタの動作を制御する追加の電子要素の位置を提供する。
【００６８】
図４は、全体的に符号６０で表わされるアレイ中の２つのフィルタ要素２２Ａ及び２２Ｂを示す。このように構成されるとき、各フィルムは、画素とも呼ばれるピクセル又はアレイ中の画定されたフィルタを形成する。特に、活性電極４６Ａは、フィルム４８Ａでコーティングされ、間隙４９Ａを形成する。活性電極４６Ｂは、フィルム４８Ｂでコーティングされて間隙４９Ｂを形成する。この実施形態において、電極４６Ａは、フィルム４８Ａの静止厚さで静止電圧を有する。電極４６Ｂには電圧が印加され、これは電極４６Ｂと共通電極４４の間に電場を作る。この実施形態において、電場の印加はフィルム４８Ｂを収縮させ、空隙４９Ｂが増加する。フィルタ２２Ａの光路長は、光源から１つの色を通過させることができる。フィルタ２２Ｂの光路長は、光源から他の色を通過させることができる。他の電圧で、フィルタ２２Ｂの光路長は、光源中にはない帯域幅用にコンストラクティブ干渉を行うことができ、従って黒いピクセルを作る。単色光源では、フィルタはモジュレータとして働き、光源からの光を通過させ又は通過させない。フィルタ２２Ａの光路長は、単色光源とディストラクティブ干渉又はコンストラクティブ干渉を行うことができ、ゼロと１のデジタルビットを作る。
【００６９】
反射表面４２と４３の間の総距離は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲、いくつかの場合には数ｍｍの範囲にすることができる。総厚さは、フィルム４８Ａと４８Ｂの厚さを変化させるのに必要な電場を作るために必要な電圧を最小にするように、実際的に可能な限り薄くすべきである。薄い総厚さは、消費される電力を最小化し、並びにフィルタの応答時間を短縮する。また、より低い電圧は、活性マトリックス部品をより小さくし、ディスプレイ中の黒い領域を減少させる。より薄い総厚さは、モード間の重なり合いを（式１における整数ｍ）最小にする。広帯域用途において、最適総厚さは２μｍ未満である。
【００７０】
ここで、図５に関し、代替の光モジュレータが全体的に符号７０で表わされるのを見ることができる。図示されるように、モジュレータ７０は、単一のフィルタ２２Ｃだけを備えるが、複数のフィルタ２２Ｃのアレイを用いることができる。この実施形態は、フィルム４８と同じ特性を有する可変厚さのポリマーフィルム７２が共通電極４４上にコーティングされることを除いて、図１に示したモジュレータと類似しており、前述のように、フィルム４８は活性電極４６上にパターンコーティングされる。可変厚さのポリマーフィルムが両方の電極にコーティングされる場合には、ポリマーフィルム層は、後に論じるように逆の極性を有するであろう。この実施形態は、光路長及び潜在的に改善された応答時間のより精密な制御を可能にする。
【００７１】
ここで図６に関し、全体的に符号８０で表わされる他の光モジュレータを見ることができる。図示されるように、モジュレータ８０は符号２２Ｄ及び２２Ｅで表わされた２つのフィルタを備えるが、単一フィルタ又はフィルタのアレイを用いることもできるであろう。この実施形態において、フィルム４８と同じ特性を有する可変厚さのポリマーフィルム８２は、共通電極４４に組み合わされる。特に、図６は、共通電極４４上に連続層又は半連続層としてコーティングされたフィルム８２を示す。電極４４と４６の間に作られた局部的電場は、前述のようにフィルム８２を拡張又は収縮する。電極４６Ａと４６Ｂの間の空間５６は、フィルム８２が電極間の厚さを変化させる領域を提供する。言い換えれば、電圧が共通電極４４と活性電極４６Ａの間に印加されるが電極４４と電極４６Ｂの間では印加されないとき、フィルム８２には角度的な転移が形成される。このように、フィルム８２は、フィルム４８Ａの並列位置に拡張活性化状態で示され、フィルム４８Ｂに並列位置に不活性状態で示される。フィルムが膨張する場所からフィルムが膨張しない領域へのこの転移は、望ましくない光路長の変化を与えるであろうが、間隙５６においては低減される。
【００７２】
他の実施形態において、符号９０で表わされる光モジュレータが図７に示される。この実施形態において、モジュレータ９０は、２２Ｆ及び２２Ｇで表わされる２つのフィルタを提供する。この変形において、基板の表面全体に高い反射性コーティングを塗工する代りに、ＨＲコーティング４２Ａ及び４２Ｂが、対応する電極４６Ａ及び４６Ｂ上に直接コーティングされる。言い換えれば、前述の他の部品に加えて、フィルタ２２Ｆはコーティング４２Ａ、電極４６Ａ及びフィルム４８Ａを含み、フィルタ２２Ｇはコーティング４２Ｂ、電極４６Ｂ及びフィルム４８Ｂを含む。無論、モジュレータ内の電極、反射性コーティング及びポリマーフィルム層の他の組み合わせが可能である。
【００７３】
ここで図８に関し、全体的に符号１２０で表わされる直視光モジュレータが示されている。この実施形態において、モジュレータは、コンピュータモニター、テレビジョン、及び携帯デバイスなどの直視ディスプレイにおいて典型的なように、縁部照明又は背後照明とすることができる。光源１０２は、冷陰極蛍光、熱陰極蛍光、キセノンフラットランプ、又は他の白色光源とすることができる。最適光源は、レッド、ブルー、グリーンの原色を含む３つ以上の色の複数のＬＥＤである。他の色を選択することができる。３原色範囲以外の他の色、例えば、バイオレット、ディープレッド、又はオレンジを加えてディスプレイの色域を拡大することができる。原色の色域内にある色を加えることもできる。ＬＥＤは、特に３つを超える色が使用される場合には、好ましくは２０ｎｍ〜６０ｎｍの非常に狭い帯域幅を有さなければならない。フィルタ２２Ａ及び２２Ｂａがスペクトルの黒い帯域幅でコンストラクティブ干渉を行って黒いピクセルを作るために、総スペクトルには黒い領域がなければならない。
【００７４】
光源１０２で発生した光１０４は、拡散器１０６及び任意選択的なフィルタ１０８を通過する。拡散器１０６は光の色を混合し、フルター２２に均一な光の分布を作る。拡散器１０６は、ポリマーフィルム、ホログラフィー、又は任意の他の通常用いられる拡散器とすることができる。任意選択的なフィルタは、可視光からＵＶ、ＩＲなどの望ましくない波長を取り除くことができる。また、光源１０２の出力スペクトルを清澄化することができる。特に、フィルタ１０８は、原色帯域幅間のスペクトル領域を清澄化することができる。それは、例えば黒いピクセルを作ることのできる６６０ｎｍの特定の波長で鋭いカットオフを供給することができる。これはモジュレータ１２０のコントラストの増加を助ける。
【００７５】
フィルタ２２Ｈ及び２２Ｉは干渉フィルタとして構成されているので、観察者をセルから切り離すことが必要である。さもなければ、光路長は観察者の角度とともに変化するであろう。これは、図８の基板３４の外側表面に配置された１つ以上の拡散フィルム１０９によって達成することができる。拡散フィルムは、任意の標準的なホログラフィー、マイクロレプリカ、及び他の拡散フィルムとすることができる。代りに、ガラス３４の外側表面を研磨して拡散させることができる。視野角度が重要ではないより低コストのディスプレイにおいて、拡散器は使用しなくてもよい。拡散フィルムの他の利点は、マット状の外観を提供し、ピクセルを有する反射層からの鏡面反射を低減することである。代りに、基板３４はファイバー光面板の形とすることができる。
【００７６】
フィルタ２２Ｈ及び２２Ｉは干渉フィルタとして構成されるので、それは非常に狭い入力角度範囲を必要とする。光方向フィルム１１０は、モジュレータのフィルタ２２に入る前に修正された光１０４’を狭い角度範囲に導く。光方向フィルムは、３ＭのＢＥＦ、ＩＤＦ、ＴＲＡＦフィルムの１つ以上、並びにホログラフィーフィルムを含むことができる。代りに、背部ファイバー光面板１２２を図８の反射防止層に置き換えることができる。ファイバー光面板１２２は、バックライトを狭い円錐中に導く。また、平行なバックライトを使用することもできる。
【００７７】
前に論じたように、光１０４’はアレイのフィルタ要素に入る。各フィルタ要素を出た光１１４は、特定の時間に各フィルタに設定した光路長に応じて着色される。各フィルタ要素の光路長は、光源１０２の３つ以上の波長のうちの１つを通過するように電子的に設定される。各フィルタ要素の光路長は、対応するフィルム４８の厚さによって決定され、これは、活性電極４６と共通電極４４の間に形成された局部的電場によって制御される。各フィルタ要素の光路長は電圧によって設定され、所定時間に光源１０２の色の１つを通過させる。通過しない光は反射される。例えば、光源１０２がＲＧＢのＬＥＤから構成され、フィルタの光路長がブルーを通過するように設定される場合には、フィルタはレッドとグリーンを反射するであろう。フィルタの光路長がグリーンを通過するように設定される場合には、フィルタはブルーとレッドを反射するであろう。フィルタの光路長がレッドを通過するように設定される場合には、フィルタはグリーンとブルーを反射するであろう。反射された光は、光方向フィルム１１０を通って拡散器１０６に戻り、光は、それが特定の波長を通すように微調整したフィルタに遭遇するまでフィルタのアレイに反射して戻る。光は、それが使用されるまで再循環する。
【００７８】
黒いピクセルは、光源１０２のスペクトルにない波長を通すようにフィルタ２２の光路長を微調整することによって作られる。例えば、光源１０２がＲＧＢのＬＥＤである場合、黒いピクセルの波長は、波長が色の基線波長外の清澄な領域にあるかぎり、レッドとグリーン又はグリーンとブルー帯域幅の間に設定することができる。より広い帯域の光源が用いられる場合には、黒いピクセルは、光源の帯域幅の上又は下の波長、例えば、４００ｎｍを超える数値又は７００ｎｍ未満に設定することができる。フィルタ１０８はスペクトルを６６０ｎｍ未満に遮断し、黒いピクセルを例えば７００ｎｍに設定することができる。また、フィルタ１０８はスペクトルを清澄化して、例えば、レッドとグリーン又はグリーンとブルーの間に黒い基線を提供することができる。冷陰極蛍光又は光源として励起リンを用いる他の光源の場合、フィルタ１０８は、主要放射帯域の外側の帯域幅中の領域を清澄化することができる。
【００７９】
色のパレットは、各フィルタ２２を光源の原色を通して急速に循環することによって作ることができる。観察者は時間平均色を見るであろう。ピクセル中に黒いピクセル波長を含んだ色循環は、表示された色のコントラストを制御することができる。各ピクセルは時間平均固定色として現れる。色は、フィルタ調時のわずかな変化によって１つの色から他の色へ滑らかに変化する。白色光は、補色のレッドとグリーン又はブルーとイエローの間を循環すること、又はレッド、ブルー及びグリーンを等間隔で循環することによって作ることができる。グレーは、レッド、ブルー及びグリーンの等しい部分を通し、黒の時間を変化させて循環することによって作ることができる。
【００８０】
サブピクセルの除去によって各ピクセルの電子部品が２／３に低減できるので、高い解像度及び良好な画質が達成できると考えられる。ピクセルは、開口部がより広く各ピクセルに黒いマトリックスが少ない正方形の形状を取ることができ、ＬＣＤ及びプラズマディスプレイに典型的なスクリーンドア効果が低減され、それによって画質が向上する。
【００８１】
フィルタアレイは純粋なスペクトル色を作るので、ディスプレイの色域は、不飽和吸収フィルタに大きく依存する典型的なＬＣＤよりも広い。これは高い光強度レベルで色の退化を招く。人間の眼は異なる色に応答して変化する。眼は、レッド及びブルーよりもイエローとグリーンに敏感である。ブルーには最も鈍感である。標準的な縞状構造中のレッド、グリーン及びブルーのサブピクセルを有する標準的なＬＣＤスクリーンは、これらの知覚における相違を容易に補正し又は利用することができない。
【００８２】
当業者には、多くの変形を構成できることが認識することができよう。ピクセルは２つのサブピクセルから構成され、１つのサブピクセルは、レッド、グリーン及び黒の間で変化し、他のサブピクセルはイエロー、ブルー及び黒の間で変化することができる。代りに、第１ピクセルがレッドとブラックの間で変化し、第２ピクセルがグリーンとブラックの間、第３ピクセルがブルーとブラックの間で変化する標準的なディスプレイのように、３つのサブピクセルを用いることができる。フィルタのアレイはＬＣＤマトリックスと並列に用いることができ、ＬＣＤマトリックスは光のスループットを変化させ、開示のアレイは単純に色フィルタとして働く。フィルタアレイは、場の逐次パルスバックライトと共に用いることができる。
【００８３】
上述のフィルタは多数の異なる用途に用いることができ、そのいくつかを本明細書で説明する。一実施形態において、図９に見られるように、カメラシステムが全体的に符号１３０で表わされている。カメラ又は任意の他の光学像形成装置は、レンズ系１３２を通して光を観察する。レンズ系のレンズを通過した後、光は符号１３４で表わされたフィルタのアレイに投影され、アレイは、任意の数の画素を備える上述の任意のフィルタを有する光モジュレータを含む。光は、モジュレータのアレイを通ってＣＣＤ又はＣＭＯＳなど、符号１３６で表わされる光記録マトリックス上に伝えられる。カメラは静止像又は運動ビデオを記録することができる。アレイ１３４は、現在用いられている吸収フィルタよりも広い色域を集める。ＣＣＤ又はＣＭＯＳは本質的に単色であり、色の濾波は写真デバイスの必要に応じて選択することができる。
【００８４】
アレイのフィルタ２２は一連の色を循環する。アレイは、例えば、レッド、ブルー及びグリーンを循環することができる。モジュレータ２０Ｂに組み合わされるＣＣＤ又はＣＭＯＳアレイが、例えばレッド又はブルーに感受性が低ければ、フィルタは、これらの波長の光をグリーンよりも多く集めるようにプログラムすることができる。モジュレータ２０Ｂのマトリックスアレイを選択することができ、あるいは、１組のピクセルがレッドとグリーンを集め、また他の組のピクセルがブルーとイエローを集めることができる。
【００８５】
他の用途において、図１０に示したフィルタ２２又は図１１に示したアレイ１３４は、ファイバーの光入力に結合することができることが理解されるであろう。図１０において、単一のファイバー光入力１５０は、本明細書に説明される任意のフィルタとすることのできるフィルタ２２に入力光を供給することができ、次いで、単一ファイバー光出力１５２に結合される出力光を発生する。同様に、図１１に示したものと同様にして、複数のファイバー光入力１５０Ａ〜Ｄは、フィルタ２２の任意の実施形態のアレイ１３４に組み合わされ、このアレイは対応するファイバー光出力１５２Ａ〜Ｄにも組み合わされる。単一フィルタ又はフィルタのアレイを備えるファイバー光入力及び出力の使用は、比較的安価な構成を用いて高速スイッチングを可能にする。説明した実施形態は、波長分割多重方式（ＷＤＭ）及びデータバス用途における微調整可能なフィルタ及び光モジュレータとして用いることができる。
【００８６】
フィルタ又はフィルタのアレイの光路長を変化させることによって、広い波長範囲にわたって光学的微調整を行うことができる。これらの実施形態は多重光信号の特定の波長に微調整することを可能にする。単色光源からの光は、デジタル伝送のための一連の１とゼロに変調することができる。
【００８７】
前に説明した実施形態は透過性であり、明るい帯域が黒い背景に現れる。しかし、説明したフィルタは、反射モードでも使用できることが理解されるであろう。図１２は、反射構成に用いられる２つのフィルタ２２Ｊ及び２２Ｋを示す。フィルタは、単一ユニット又はさらに好ましくはアレイの要素とすることができる。アレイは１次元又は２次元とすることができる。
【００８８】
図１２に示した構成は、全体的に符号２００で表わされる反射モジュレータである。モジュレータ２００は、図１及び２に示した透過モジュレータと同じように構成されるが、透過型の代りに反射型のモジュレータを提供するために全体の構成にいくつかの変更が行われる。モジュレータ２００は、前述の実施形態のようにコントローラ２４によって制御される。モジュレータの顕著な変更は、光源に面する基板３４上に反射防止コーティング２０２を用いることである。反射防止コーティング２０２は、反射防止層４０について前に論じた材料で作られる。この構造と前の実施形態の間の相違は、反射防止コーティングを有する基板３４に対向する基板３２上に吸収層２０４を用いることである。各可変厚さポリマーフィルム４８に組み合わされる電子部品は接近することができるが、制御電子部品２１４を吸収層２０４上に搭載し、適切な電子部品を用いて電極間の電圧の活性化及び不活性化を制御できることも理解されるであろう。
【００８９】
光源２０６は広帯域、複数の独立光源、又は広い帯域又は狭い帯域の単色とすることができる。光源２０６は可視、ＮＩＲ、ＩＲ、又はＵＶとすることができる。光源は標準的なハロゲン化金属、又は水銀アーク、又はさらに好ましくは非常に狭い帯域幅を有する３色以上の発光ダイオード（ＬＥＤ）とすることができる。単色光源はＬＥＤ又はレーザーを含むことができる。広帯域ＵＶ／可視又はＩＲ光源は分光計用途に用いることができる。
【００９０】
光源２０６はモジュレータに対して０°〜９０°の角度、又は他の実施形態において、１０°〜６０°の角度に配向することができる。光学系２１０は、光源２０６によって発生した入力光２０８を平行化する。また、光学系は望ましくない波長、例えば、ＵＶ及びＩＲを可視光から濾波して除くことができる。また、二色性ミラーを光学系２１０の部分として用いることができる。また、光学系２１０は、黒いピクセルを形成することのできる波長を濾波することもできる。入力光２０８’はフィルタ２２Ｊ及び２２Ｋに入る。光源２０６は、フィルタ２２の光路長が所与の時間で波長の積分であるような波長λを有する入力光２０８を発生する。反射された光は、
Σｎｄ ｃｏｓθ＝ｍλ／２ （３）
によって求められ、式中、Σｎｄは反射表面４２と４３の間の光路長の和であり、ｍは整数≧１であり、θは垂直な光２０８’からフィルタ２２を打つ角度であり、Σｎｄはポリマーフィルム４８の厚さの変化によって変化する。ポリマーフィルム４８の厚さの変化は、電極４４と４６の間に形成された局所的電場によって決定される。電極４４と４６の間の電圧は、マイクロプロセッサ制御システム２４によって制御される。反射されない光は、フィルタによって吸収される。
【００９１】
修正された光２０８’は、フィルタ２２に入る。前述のように、フィルタは、光学的に透明な基板３２及び３４上に構造的に作られる。また、基板３２は、シリカ、シリコン又は他の半反射性基板を含む。基板３２は、高反射性の誘電体コーティング４２でコーティングされる。高反射性コーティングは、交互に高屈折率フィルムと低屈折率フィルムの積み重ねを含むことができる。また、コーティング４２は反射性及び吸収性金属フィルムを有する誘電体ＨＲフィルムの組み合わせを含むことができる。金属フィルムは、アルミニウム、銀、金、白金又は他の適切な反射性金属を含むことができる。代りに、図１３に見られるように、特定のピクセルに組み合わされるＨＲコーティングを活性電極４６上にコーティングすることができる。
【００９２】
基板３２は、それに結合された吸収層２０４を有することができる。吸収層は、基板３２を透過した光を吸収するであろう。吸収層２０４は、透過した光が浸透するであろう領域に連続的又はパターンで結合することができ、これはピクセル要素の位置及び光源２０６の角度に依存する。また、基板３２は、アレイの要素の間の空間５６に電子部品を配置する代りに、取り付けられた制御領域２１４を有することができ、これはトランジスタ、記憶キャパシタ及び他の電子部品を含むことができる。空間５６の代りに制御領域２１４に電子部品を配置することは、アレイのフィルム４８部品を互いに近接して配置することを可能にする。電極と並行して動作する各制御領域２１４は、コントローラ２４に接続される。
【００９３】
基板３４は、反射防止フィルム２０２でコーティングされる。反射防止フィルム２０２は、広帯域光源用の波長範囲に最適化することができる。単色用途において、光源の特定の波長用に最適化することができる。複数の独立色を有する光源での用途において、ＡＲコーティングは、個々の波長用に最適化することができる。基板３４の反対側は、高反射性誘電体コーティング４３でコーティングされる。誘電体コーティングは、交互に高屈折率フィルムと低屈折率フィルムの層を含む。代りに、図１３に見られるように、ＨＲコーティング４２は活性電極４６上にコーティングすることができる。このようにして、モジュレータ２００’はフィルタ２２Ｌ及び２２Ｍを用いる。
【００９４】
投影用途では、ＨＲコーティング４２及び４３の反射率（Ｒ＝ｒ２、ｒはコーティングの反射度）は７５％を超えなければならず、又は他の実施形態において、９５％を超えなければならない。ＨＲコーティング４２の反射率は、濾波された光がフィルタの頂部からより容易に放射するように、ＨＲコーティング４３よりもわずかに低くすることができる。いずれの場合にも、前に説明したように、Σｎｄが光源波長の積分である場合には、反射光２２０はレンズ系２３０へ導かれるであろう。反射された光の帯域幅は、反射性層の反射率によって求めることができる。反射性層又はコーティング間の総間隔は、１μｍ未満〜１０μｍを超える範囲とすることができる。前に述べたように、フィルムの総厚さは、電力消費を低減し応答時間を短縮するために最小化すべきである。
【００９５】
結論として、直視ディスプレイは、コンピュータモニター及びテレビジョン、並びに、携帯電話、ＰＤＡ、携帯ゲーム機、ＧＰＳデバイス及び他の携帯ディスプレイを含む。開示された技術は、ＬＣＤ及びプラズマなどの従来技術よりもいくつかの利点を有し、特に、それは優れた画質を形成し、動作に顕著に少ないエネルギーしか必要とせず、製造が低コストであると考えられる。
【００９６】
示した実施形態は、必要な電子部品（コンデンサ、薄膜トランジスタ及びデータドライバーを含む）の数が１／２以下に低減されるので、ＬＣＤ又はプラズマよりも製造コストの負担が少ない。さらに、より少ないＴＦＴを用いることは、現在のＴＦＴ系活性マトリックスＬＣＤディスプレイに関して製造上の問題となっているスクリーンの不良率が低いことを意味する。
【００９７】
エネルギー節約は、本技術が多くの偏光及び吸収フィルタの必要性を取り除くことから達成される。色吸収フィルタは光源の７５％を吸収することができる。ＬＣＤディスプレイに用いられるような偏光フィルタは、光源の６０％を吸収することができる。本発明を用いるディスプレイは、高い光効率を有し、光源のほとんど全てを伝える。低電力の光源を用いることができ、より高い電力の光源を備えるＬＣＤディスプレイと同じ照度を与える。加えて、より明るいディスプレイを与えるより高い電力でより明るい光源を、熱の蓄積なく用いることができる。
【００９８】
本技術は、様々な理由でＬＣＤとプラズマに優れた画質を提供する。第１に、開示された光モジュレータは、より高速な応答時間を可能にし、これはにじみのない速い動きを意味する。第２に、ＬＣＤやプラズマとは異なり、本技術はサブピクセルを必要とせず、従って、ディスプレイはより高い解像度を提供することが可能である。また、本技術は、偏光及び吸収フィルタの必要性を取り除き、より明るい画像、より広い色域、より純粋なスペクトル色、同時に３原色を超える色を用いる能力をもたらす。開示されたモジュレータは、伝統的なＬＣＤ又はプラズマ技術に用いられる電子部品の半分未満しか必要としないので、本モジュレータはより大きな表示面積に適合し、ＬＣＤ及びプラズマディスプレイに共通の「スクリーンドア」効果を取り除くであろう。
【００９９】
また、開示された実施形態は、デジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）、液晶（ＬＣＤ）及びシリコン上液晶（ＬＣＯＳ）などの現在の投影ディスプレイよりも複数の利点を有すると考えられる。再び、優れた利点は、少ない動作エネルギー、低い製造コスト及び改善された画質の必要性を含む。
【０１００】
本発明は、偏光フィルタの削除及び吸収フィルタを削除するため、現在の技術よりも少ないエネルギーを使用するであろう。
【０１０１】
本技術では、必要な電子部品が１／２以下に削減されるので、製造コストはより低くなるであろう。吸収カラーホイールを用いることなく、１つの光弁内で全色制御を達成することができる。さらに、本技術は、ＤＭＤよりも製造が簡単である。
【０１０２】
本発明は、レーザー及びＬＥＤアレイを含んで、現在のトナー／フューザープリンタ技術よりも多くの追加の利点を有する。例えば、本技術は、改善された複数の解像度を可能にする。本発明では、現在のレーザープリンタの場合のような、レーザー及び回転ミラーとレンズの複雑なシステムを必要としない。さらに、本発明は、レーザー技術のようなレーザードットのサイズによって制約を受けず、またＬＥＤアレイにおけるＬＥＤのサイズによって制約を受けない。
【０１０３】
また、本技術は、高価なレーザーの必要性を取り除くことによって、より安価なレーザープリンタの代替を提供する。さらに、線全体を像形成ドラムに一時に投影することができるので、より高い速度が達成される。
【０１０４】
本発明は、光の強度変化を像ドラム上に投影することができるので、現在の技術から得られるよりも細かな詳細さを可能にする。対照的に、現在のＬＥＤアレイプリンタ及びレーザープリンタは単純な「オン」又は「オフ」モードで働く。
【０１０５】
また、本発明は、デジタルカメラ、ビデオカメラ及び他の像形成デバイス用のフィルタとして用いることができる。
【０１０６】
本発明は、ＣＣＤ又はＣＭＯＳ上の個々の固定された吸収フィルタの必要性を省き、それによって、像形成により広い色域を提供するので、現在の技術よりも改善される。本発明は、異なる光波長へのＣＣＤ又はＣＭＯＳの応答を補償することができる。さらに、本発明は、低い光の状況で特定の波長を集めて、異なる光の条件を補償することができる。
【０１０７】
本発明は、高速でスペクトル出力を制御できる電子的に微調整可能なフィルタとして用いることができる。いくつかの利点は、高速応答時間、偏光非感受性、薄い厚さ、低損失、波長へのランダムアクセス、広いスペクトル範囲、低い電力消費、厳しい環境下での安定性（熱及び湿気）である。
【０１０８】
レーザー又はＬＥＤなどの単色光源では、本発明は、光のビームを電子的に制御された光と暗部の空間パターンへ変調することのできる空間光モジュレータとして用いることができる。それは、ＬＣＤ及びＤＭＤよりも多くの利点を有する。
【０１０９】
本発明は、フーリエ変換分光計の干渉計としての使用を含んで、ＵＶ／可視、ＮＩＲ及びＩＲ分光計の光学フィルタとして用いることができる。
【０１１０】
顕微鏡においては、入力光と出力光の両方の制御、明るい場、暗い場、フェーズコントラスト、共焦点、並びに干渉顕微鏡における照射と集光。
【０１１１】
本発明は、ホログラフィーデータ記憶及びホログラフィー表示を含むホログラフィー用途のための空間光モジュレータとして用いることができる。本発明は、波長分割多重方式（ＷＤＭ）及びデータバス用途における微調整可能なフィルタ及び光モジュレータとして用いることができる。また、本発明は、大きなファブリーペローエタロン及び干渉計における平行度欠陥及び他の収差の補償に用いることができる。フィルタ要素は、平行度の欠陥及び他の欠陥を補償する領域にわたって微調整することができる。
【０１１２】
他の可能な用途は、リソグラフィーを含む大フォーマットプリンタのための像形成器、眼に近いディスプレイ、光学演算素子、白色光色温度調節器、ステージ照明用の飽和色作成器、微調整可能なレーザー、及びマイクロケミカルシステム／ＤＮＡアレイを含む。
【０１１３】
従って、上記の構造及びその使用方法によって本発明の目的が満たされていることがわかる。特許法に従って、最良のモード及び好適な実施形態だけを示し、詳細を説明したが、本発明はそれに制限されないことを理解されたい。従って、本発明の真の範囲及び真意を認識するには、特許請求の範囲を参照されたい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間に空隙を有する１対の対向基板と、
前記基板の各々に配設されて、電極と前記基板の対がそれに付随する反射特性をする電極と、
前記電極の一方に配設され化学的に結合したポリマーフィルムとを包含し、前記電極への電圧の印加が前記ポリマーフィルムの厚さに対応する均一な変化をもたらす、光フィルタ。
【請求項２】
前記電極と前記基板の各々の対の１つに配設された反射コーティングをさらに含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記反射コーティングが７５％を超える反射率を有する、請求項２記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記反射率が９０％を超える、請求項３記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記反射率が９９％を超える、請求項４記載の光フィルタ。
【請求項６】
前記空隙を維持するために前記基板間に配設された複数のスペーサをさらに含み、前記ポリマーフィルムの前記厚さの変化がフィルタの光路長の変化をもたらす、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記電圧の印加が前記ポリマーフィルムを不活性状態から収縮状態又は拡張状態へ変化させる、請求項６記載の光フィルタ。
【請求項８】
前記ポリマーフィルムの前記拡張状態が前記空隙未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項９】
前記不活性状態における前記ポリマーフィルムの前記厚さが５ミクロン未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項１０】
前記不活性状態における前記ポリマーフィルムの前記厚さが１ミクロン未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項１１】
前記ポリマーフィルムが、０.１５未満の誘電正接及び約４０,０００パスカル未満のモジュラスを有する柔らかい固体である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１２】
前記ポリマーフィルムが、０.０５未満の誘電正接を有する柔らかい固体である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１３】
前記ポリマーフィルムへの前記電圧の印加を制御するように前記電極に接続されたコントローラをさらに含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１４】
前記ポリマーフィルムが単一層を含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１５】
前記ポリマーフィルムが、前記電圧の印加に対して前記ポリマーフィルムを応答させる極性基を含む、請求項１４記載の光フィルタ。
【請求項１６】
前記ポリマーフィルムが、アクリル、ポリウレタン、飽和ゴム、ポリシロキサン、及びそのコポリマーとターポリマーからなる群から選択されるポリマーを含み、前記ポリマーが電場に応答するように修正される、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１７】
前記ポリマーがポリシロキサンを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１８】
前記ポリマーが約１.５未満の多分散性を有するポリマーを含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項１９】
前記ポリマーが、ポリマー分子当りゼロ〜約１.５のイオン性基を含むポリマー分子を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２０】
前記ポリマー分子が、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、アクリル酸塩、ゲルマン酸塩、ケイ酸塩、及びアンモニウム基からなる群から選択される１つ以上のイオン性基を含む、請求項１９記載の光フィルタ。
【請求項２１】
前記ポリシロキサンが、ポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、及びエポキシ樹脂からなる群から選択される１つ以上の低分子量ポリマーにグラフト化される、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２２】
前記ポリシロキサンが、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる群から選択される１つ以上の非反応基を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２３】
前記ポリシロキサンがナノ粒子に化学的又は物理的に結合し、前記ナノ粒子が、ナノクレイ、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、及び表面修飾シリカからなる群から選択される、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２４】
ポリシロキサンが、トリフェニルシラン及びトリフェニルビニルシランからなる群から選択されるフェニルシランの複数の部位に結合する、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２５】
前記ポリマーが、非対称に電荷分布した１つ以上の非イオン性極性官能基を含むポリマー分子を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２６】
前記非イオン性極性官能基が、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、及びポリビニルエーテルからなる群から選択される、請求項２５記載の光フィルタ。
【請求項２７】
前記ポリシロキサンが直鎖ポリジメチルシロキサンである、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２８】
前記直鎖ポリジメチルシロキサンが、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する、請求項２７記載の光フィルタ。
【請求項２９】
少なくとも１つの前記メチル基が、少ない割合のシリコン原子上で他の置換基によって置き換えられる、請求項２８記載の光フィルタ。
【請求項３０】
前記置換基が、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる非反応性の群から選択される、請求項２９記載の光フィルタ。
【請求項３１】
前記ポリマーが、カチオン性官能性を有するポリマーを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３２】
前記ポリマーが、アニオン性官能性を有するポリマーを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３３】
前記電極の他方に配設されて化学的に結合した第２ポリマーフィルムをさらに含み、前記電極に前記電圧を印加することが前記ポリマーフィルムの厚さに対応する変化をもたらし、前記ポリマーフィルムが前記電圧の印加の際に前記他方の電極に接触しないサイズにされる、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３４】
前記空隙の外側で前記基板の一方の一側面上に配設された反射防止コーティングをさらに含み、前記基板が光源に対面する、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３５】
前記空隙の外側で他方の基板の一側面上に前記光源から離れて配設された吸収層をさらに含む、請求項３４記載の光フィルタ。
【請求項３６】
前記ポリマーフィルムが前記電極上にパターンコーティングされる、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３７】
前記ポリマーフィルム及び前記電極がパターン形成されてフィルタのマトリックスを形成する、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３８】
前記電極が反射性材料である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３９】
前記反射性材料が、金、銀、白金、アルミニウム、及びその合金からなる群から選択される、請求項３８記載の光フィルタ。
【請求項４０】
前記反射性材料上にコーティングされた誘電体材料をさらに含む、請求項３９記載の光フィルタ。
【請求項４１】
前記ポリマーフィルムの前記厚さにおける前記均一な変化が、前記対の対向基板の間の光路長の変化をもたらす、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項４２】
電極表面に結合することのできる反応基と、
１つ以上の極性基とを含み、ポリマーが電場に応答する、ポリシロキサンポリマー。
【請求項４３】
前記反応基が、水酸化シリコン（Ｓｉ−ＯＨ）、水素化シリコン（Ｓｉ−Ｈ）、シリコンアルコキシ、及び塩化シリコン基からなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４４】
前記極性基が、アニオン、カチオン、両性イオン、及び非イオン性極性官能基からなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４５】
前記極性基が、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、カルボン酸、アンモニウム、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシドからなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４６】
前記ポリマーが、約５０,０００ａｍｕ未満の分子量を有する直鎖ポリマーを含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４７】
前記ポリマーが約１.５未満の多分散性を特徴とする、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４８】
前記ポリマーが、約４０,０００パスカル未満のモジュラス及び約０.１５未満の誘電正接を有する柔らかい固体である、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４９】
前記ポリマーが直鎖ポリシロキサンを含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５０】
前記ポリマーが、ポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂からなる群から選択されるポリマーにグラフト化される、請求項４９記載のポリマー。
【請求項５１】
前記ポリマーがナノ粒子に化学的又は物理的に結合する、請求項４９記載のポリマー。
【請求項５２】
前記ナノ粒子が、ナノクレイ、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、表面改質シリカ、及びその混合物からなる群から選択される、請求項５１記載のポリマー。
【請求項５３】
前記ポリマーが、末端を有する鎖をさらに含み、前記１つ以上の極性基が前記ポリマー鎖の末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５４】
前記ポリマーが鎖をさらに含み、前記反応基が前記ポリマー鎖の末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５５】
前記ポリマーが、第１末端及び第２末端を有する鎖をさらに含み、前記１つ以上の極性基が第１末端又はその近くに配置され、前記反応基が第２末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５６】
前記ポリマーが、中間点及び１つ以上の末端を有する鎖をさらに含み、前記反応基が前記ポリマー鎖の中間点又はその近くに配置され、前記１つ以上の極性基が各末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５７】
前記ポリマーが、直鎖ポリジメチルシロキサンをさらに含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５８】
前記直鎖ポリジメチルシロキサンが、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する、請求項５７記載のポリマー。
【請求項５９】
前記メチル基の少なくとも１つが、少ない割合のシリコン原子上で他の置換基によって置き換えられる、請求項５８記載のポリマー。
【請求項６０】
前記置換基が、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる群から選択される、請求項５９記載のポリマー。
【請求項６１】
前記ポリシロキサンが、トリフェニルシラン及びトリフェニルビニルシランからなる群から選択されるフェニルシランに複数の部位で結合する、請求項４２記載のポリマー。
【請求項１】
間に空隙を有する１対の対向基板と、
前記基板の各々に配設されて、電極と前記基板の対がそれに付随する反射特性をする電極と、
前記電極の一方に配設され化学的に結合したポリマーフィルムとを包含し、前記電極への電圧の印加が前記ポリマーフィルムの厚さに対応する均一な変化をもたらす、光フィルタ。
【請求項２】
前記電極と前記基板の各々の対の１つに配設された反射コーティングをさらに含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３】
前記反射コーティングが７５％を超える反射率を有する、請求項２記載の光フィルタ。
【請求項４】
前記反射率が９０％を超える、請求項３記載の光フィルタ。
【請求項５】
前記反射率が９９％を超える、請求項４記載の光フィルタ。
【請求項６】
前記空隙を維持するために前記基板間に配設された複数のスペーサをさらに含み、前記ポリマーフィルムの前記厚さの変化がフィルタの光路長の変化をもたらす、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項７】
前記電圧の印加が前記ポリマーフィルムを不活性状態から収縮状態又は拡張状態へ変化させる、請求項６記載の光フィルタ。
【請求項８】
前記ポリマーフィルムの前記拡張状態が前記空隙未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項９】
前記不活性状態における前記ポリマーフィルムの前記厚さが５ミクロン未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項１０】
前記不活性状態における前記ポリマーフィルムの前記厚さが１ミクロン未満である、請求項７記載の光フィルタ。
【請求項１１】
前記ポリマーフィルムが、０.１５未満の誘電正接及び約４０,０００パスカル未満のモジュラスを有する柔らかい固体である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１２】
前記ポリマーフィルムが、０.０５未満の誘電正接を有する柔らかい固体である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１３】
前記ポリマーフィルムへの前記電圧の印加を制御するように前記電極に接続されたコントローラをさらに含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１４】
前記ポリマーフィルムが単一層を含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１５】
前記ポリマーフィルムが、前記電圧の印加に対して前記ポリマーフィルムを応答させる極性基を含む、請求項１４記載の光フィルタ。
【請求項１６】
前記ポリマーフィルムが、アクリル、ポリウレタン、飽和ゴム、ポリシロキサン、及びそのコポリマーとターポリマーからなる群から選択されるポリマーを含み、前記ポリマーが電場に応答するように修正される、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１７】
前記ポリマーがポリシロキサンを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項１８】
前記ポリマーが約１.５未満の多分散性を有するポリマーを含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項１９】
前記ポリマーが、ポリマー分子当りゼロ〜約１.５のイオン性基を含むポリマー分子を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２０】
前記ポリマー分子が、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、アクリル酸塩、ゲルマン酸塩、ケイ酸塩、及びアンモニウム基からなる群から選択される１つ以上のイオン性基を含む、請求項１９記載の光フィルタ。
【請求項２１】
前記ポリシロキサンが、ポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、及びエポキシ樹脂からなる群から選択される１つ以上の低分子量ポリマーにグラフト化される、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２２】
前記ポリシロキサンが、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる群から選択される１つ以上の非反応基を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２３】
前記ポリシロキサンがナノ粒子に化学的又は物理的に結合し、前記ナノ粒子が、ナノクレイ、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、及び表面修飾シリカからなる群から選択される、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２４】
ポリシロキサンが、トリフェニルシラン及びトリフェニルビニルシランからなる群から選択されるフェニルシランの複数の部位に結合する、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２５】
前記ポリマーが、非対称に電荷分布した１つ以上の非イオン性極性官能基を含むポリマー分子を含む、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２６】
前記非イオン性極性官能基が、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシド、及びポリビニルエーテルからなる群から選択される、請求項２５記載の光フィルタ。
【請求項２７】
前記ポリシロキサンが直鎖ポリジメチルシロキサンである、請求項１７記載の光フィルタ。
【請求項２８】
前記直鎖ポリジメチルシロキサンが、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する、請求項２７記載の光フィルタ。
【請求項２９】
少なくとも１つの前記メチル基が、少ない割合のシリコン原子上で他の置換基によって置き換えられる、請求項２８記載の光フィルタ。
【請求項３０】
前記置換基が、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる非反応性の群から選択される、請求項２９記載の光フィルタ。
【請求項３１】
前記ポリマーが、カチオン性官能性を有するポリマーを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３２】
前記ポリマーが、アニオン性官能性を有するポリマーを含む、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３３】
前記電極の他方に配設されて化学的に結合した第２ポリマーフィルムをさらに含み、前記電極に前記電圧を印加することが前記ポリマーフィルムの厚さに対応する変化をもたらし、前記ポリマーフィルムが前記電圧の印加の際に前記他方の電極に接触しないサイズにされる、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３４】
前記空隙の外側で前記基板の一方の一側面上に配設された反射防止コーティングをさらに含み、前記基板が光源に対面する、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３５】
前記空隙の外側で他方の基板の一側面上に前記光源から離れて配設された吸収層をさらに含む、請求項３４記載の光フィルタ。
【請求項３６】
前記ポリマーフィルムが前記電極上にパターンコーティングされる、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３７】
前記ポリマーフィルム及び前記電極がパターン形成されてフィルタのマトリックスを形成する、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３８】
前記電極が反射性材料である、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項３９】
前記反射性材料が、金、銀、白金、アルミニウム、及びその合金からなる群から選択される、請求項３８記載の光フィルタ。
【請求項４０】
前記反射性材料上にコーティングされた誘電体材料をさらに含む、請求項３９記載の光フィルタ。
【請求項４１】
前記ポリマーフィルムの前記厚さにおける前記均一な変化が、前記対の対向基板の間の光路長の変化をもたらす、請求項１記載の光フィルタ。
【請求項４２】
電極表面に結合することのできる反応基と、
１つ以上の極性基とを含み、ポリマーが電場に応答する、ポリシロキサンポリマー。
【請求項４３】
前記反応基が、水酸化シリコン（Ｓｉ−ＯＨ）、水素化シリコン（Ｓｉ−Ｈ）、シリコンアルコキシ、及び塩化シリコン基からなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４４】
前記極性基が、アニオン、カチオン、両性イオン、及び非イオン性極性官能基からなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４５】
前記極性基が、スルホン酸塩、硫酸塩、ホスホン酸塩、リン酸塩、ポリリン酸塩、カルボン酸塩、カルボン酸、アンモニウム、ポリプロピレンオキシド、ポリフェニレンオキシドからなる群から選択される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４６】
前記ポリマーが、約５０,０００ａｍｕ未満の分子量を有する直鎖ポリマーを含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４７】
前記ポリマーが約１.５未満の多分散性を特徴とする、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４８】
前記ポリマーが、約４０,０００パスカル未満のモジュラス及び約０.１５未満の誘電正接を有する柔らかい固体である、請求項４２記載のポリマー。
【請求項４９】
前記ポリマーが直鎖ポリシロキサンを含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５０】
前記ポリマーが、ポリアクリラート、ポリエーテル、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリウレア、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミド−イミド、ポリエステル、ポリカーボネート、エポキシ樹脂からなる群から選択されるポリマーにグラフト化される、請求項４９記載のポリマー。
【請求項５１】
前記ポリマーがナノ粒子に化学的又は物理的に結合する、請求項４９記載のポリマー。
【請求項５２】
前記ナノ粒子が、ナノクレイ、活性炭酸カルシウム、シリカ、ＰＯＳＳ、表面改質シリカ、及びその混合物からなる群から選択される、請求項５１記載のポリマー。
【請求項５３】
前記ポリマーが、末端を有する鎖をさらに含み、前記１つ以上の極性基が前記ポリマー鎖の末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５４】
前記ポリマーが鎖をさらに含み、前記反応基が前記ポリマー鎖の末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５５】
前記ポリマーが、第１末端及び第２末端を有する鎖をさらに含み、前記１つ以上の極性基が第１末端又はその近くに配置され、前記反応基が第２末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５６】
前記ポリマーが、中間点及び１つ以上の末端を有する鎖をさらに含み、前記反応基が前記ポリマー鎖の中間点又はその近くに配置され、前記１つ以上の極性基が各末端又はその近くに配置される、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５７】
前記ポリマーが、直鎖ポリジメチルシロキサンをさらに含む、請求項４２記載のポリマー。
【請求項５８】
前記直鎖ポリジメチルシロキサンが、各シリコン原子に結合した２つのメチル基を有する、請求項５７記載のポリマー。
【請求項５９】
前記メチル基の少なくとも１つが、少ない割合のシリコン原子上で他の置換基によって置き換えられる、請求項５８記載のポリマー。
【請求項６０】
前記置換基が、フェニル基、フルオロアルキル基、２つ以上の炭素原子を含むアルキル基、及びシアノ基からなる群から選択される、請求項５９記載のポリマー。
【請求項６１】
前記ポリシロキサンが、トリフェニルシラン及びトリフェニルビニルシランからなる群から選択されるフェニルシランに複数の部位で結合する、請求項４２記載のポリマー。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公表番号】特表２００９−５３９１４３（Ｐ２００９−５３９１４３Ａ）
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１３２５７（Ｐ２００９−５１３２５７）
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１２７５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４２９７８
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０８３５４６５８）ライト レゾナンス テクノロジーズ リミテッド ライアビリティー カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＬＩＧＨＴ ＲＥＳＯＮＡＮＣＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ，ＬＬＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ．ＢＯＸ ９９１，ＡＫＲＯＮ，ＯＨＩＯ ４４３０９−０９９１ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月１２日（２００９．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月３０日（２００７．５．３０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０１２７５７
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４２９７８
【国際公開日】平成１９年１２月１３日（２００７．１２．１３）
【出願人】（５０８３５４６５８）ライト レゾナンス テクノロジーズ リミテッド ライアビリティー カンパニー (1)
【氏名又は名称原語表記】ＬＩＧＨＴ ＲＥＳＯＮＡＮＣＥ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＩＥＳ，ＬＬＣ．
【住所又は居所原語表記】Ｐ．Ｏ．ＢＯＸ ９９１，ＡＫＲＯＮ，ＯＨＩＯ ４４３０９−０９９１ Ｕ．Ｓ．Ａ．
【Ｆターム（参考）】
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