JP2001350163A - Optical element and its manufacturing method - Google Patents

Optical element and its manufacturing method

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JP2001350163A
JP2001350163A JP2000167133A JP2000167133A JP2001350163A JP 2001350163 A JP2001350163 A JP 2001350163A JP 2000167133 A JP2000167133 A JP 2000167133A JP 2000167133 A JP2000167133 A JP 2000167133A JP 2001350163 A JP2001350163 A JP 2001350163A
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JP
Japan
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polymer gel
substrate
stimulus
swelling
responsive polymer
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Application number
JP2000167133A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Moriyama
正洋 森山
Kazushirou Akashi
量磁郎 明石
Akimasa Komura
晃雅 小村
Takashi Uematsu
高志 植松
Atsushi Kawahara
淳 川原
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Publication date
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  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical element excellent in color developing characteristics or light scattering characteristics in swelling and capable of obtaining excellent contrast ratio, and to provide a method for manufacturing the optical element. SOLUTION: In the optical element consisting of at least a pair of substrates 2 and 4, stimulus responsive polymeric gels 6 and liquid 8 absorbable in the stimulus responsive polymeric gels 6, the rate of the area of the orthogonal projection onto the substrate 2 of all the stimulus responsive polymeric gels 6 fixed to the substrate 2 as a mono particle layer to the effective area of the substrate 2 contributing to light modulation is 70% or more during color developing or color scattering. In the method for manufacturing the optical element having at least a stage for fixing the stimulus responsive polymeric gels onto the substrate and a stage for filling the space between the substrates with the liquid absorbable in the stimulus responsive polymeric gels, the stimulus responsive polymeric gels are fixed onto the substrate with a swelling quantity smaller than the swelling quantity during light developing or light scattering.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、外部刺激に応じて
可逆的に光の透過率、光散乱性等を制御できる光学素子
及びその製造方法に関する。詳しくは、記録及び表示用
材料、光の透過量を制御する光学素子やセンサー、調光
ガラス等の調光素子等に利用可能な光学素子及びその製
造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical element capable of reversibly controlling light transmittance, light scattering, and the like in response to an external stimulus, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a recording and display material, an optical element and a sensor for controlling the amount of transmitted light, an optical element that can be used as a dimming element such as dimming glass, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、pH変化、イオン強度変化、化学
物質の吸脱着、溶媒組成変化、あるいは熱、光、電気刺
激等の付与によって可逆的に体積変化(膨潤・収縮)を
起こす高分子ゲル材料(刺激応答性高分子ゲル)を利用
して、光の透過量や散乱性を制御することで調光・発色
を行う技術が知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a polymer gel which reversibly changes in volume (swelling / shrinking) due to pH change, ionic strength change, adsorption and desorption of chemical substances, solvent composition change, or application of heat, light, electrical stimulation, etc. There is known a technique of controlling light transmission and scattering by using a material (stimulus-responsive polymer gel) to perform light control and color development.

【0003】例えば、色素を含まない光の透過量や散乱
性を制御する技術としては、特開昭61−151621
号公報及び特開昭62−925号公報等で、温度変化に
よって液体を吸脱する高分子ゲルの膨潤・収縮による溶
媒との屈折率差を変化させることによる光散乱性を制御
して表示を行う素子が提案されている。また、特開平4
−134325号公報では、電気刺激によって液体を吸
収・放出する高分子ゲルの光散乱性の変化によって表示
を行う素子が、特公平7−95172号公報では、含有
される導電性高分子のイオンドープ・脱ドープによるp
H変化によって、高分子ゲルの光散乱性を変化させて表
示を行う素子が、特開平5−188354号公報では、
電場の作用で液体を吸収・放出する高分子ゲルの膨潤・
収縮により、光を遮光・反射・散乱あるいは透過状態を
制御して、白濁・透明の表示を行う素子が提案されてい
る。
[0003] For example, as a technique for controlling the amount of transmission or scattering of light containing no dye, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-151621 discloses a technique.
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-925 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-925, the display is controlled by controlling the light scattering property by changing the refractive index difference from the solvent due to swelling / shrinking of the polymer gel that absorbs and desorbs the liquid due to temperature change. Devices that do this have been proposed. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open
Japanese Patent Application Publication No. 7-95325 discloses an element which performs display by changing the light scattering property of a polymer gel which absorbs and emits a liquid by electrical stimulation. .P by undoping
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-188354 discloses an element that performs display by changing the light scattering property of a polymer gel by changing the H.
Swelling of polymer gel that absorbs and releases liquids by the action of an electric field
There has been proposed an element that controls the state of blocking, reflecting, scattering, or transmitting light by shrinkage to perform cloudy / transparent display.

【0004】一方、色素を含む発色状態を制御する技術
としては、特開昭61−149926号公報では、電場
の作用で液体を吸脱する高分子ゲルと顔料を液体中に分
散した着色液体とを組み合わせた組成物からなる光学素
子が提案され、高分子ゲルの形状の変化によって着色液
体を移動させて表示を行う技術が開示されている。ま
た、特開昭61−151625号公報及び特開昭62−
927号公報等では、着色した高分子ゲルを用いてその
膨潤時に光学濃度が低下し、高分子ゲルの収縮時には着
色することを用いた素子が提案されている。また、特開
平4−274480号公報では、染料を結合した高分子
ゲルを用いて、その体積変化によって光学濃度を変化さ
せて表示を行う素子が提案されている。更には、特開平
9−160081号公報では、顔料微粒子又は着色微粒
子の表面に吸着させた高分子ゲルの形状変化を利用し
て、高分子ゲルの膨潤時にほぼ白色表示とし、高分子ゲ
ルの収縮時には顔料微粒子又は着色微粒子の色を表示す
ることによって高分子ゲルの体積変化によって色相を変
化させる素子が提案されている。
On the other hand, as a technique for controlling a coloring state including a dye, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-149926 discloses a technique in which a polymer gel which absorbs and absorbs a liquid by the action of an electric field and a coloring liquid in which a pigment is dispersed in the liquid. There has been proposed an optical element made of a composition combining the above, and discloses a technique for performing display by moving a colored liquid by changing the shape of a polymer gel. Further, Japanese Patent Application Laid-Open Nos.
No. 927 proposes a device using a colored polymer gel, in which the optical density decreases when the polymer gel swells and the polymer gel is colored when the polymer gel shrinks. Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-274480 proposes an element which uses a polymer gel to which a dye is bound and performs display by changing the optical density by the volume change. Further, in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-160081, a substantially white display is obtained when the polymer gel swells by utilizing the shape change of the polymer gel adsorbed on the surface of the pigment fine particles or the colored fine particles, and the polymer gel shrinks. In some cases, an element has been proposed in which the color of pigment fine particles or colored fine particles is displayed to change the hue by changing the volume of the polymer gel.

【0005】また本発明者らは、コントラストの優れた
発色材料として、特開平11−236559号公報にお
いて新規な発色材料の提案を行っている。この発色材料
は、刺激の付与による液体の吸収・放出により膨潤・収
縮する高分子ゲル中に、飽和吸収濃度以上の顔料を含有
してなる組成物及び発色材料であり、該高分子ゲルが収
縮した時には、顔料の局所的な凝集により光吸収効率が
低下し組成物全体として光透過性となる。一方、前記高
分子ゲルが膨潤した時には、顔料が組成物全体に拡散す
ることで光吸収効率が向上し、該組成物は発色状態とな
る。
The present inventors have proposed a novel coloring material in JP-A-11-236559 as a coloring material having excellent contrast. This color-forming material is a composition and a color-forming material containing a pigment having a saturation absorption concentration or higher in a polymer gel that swells and shrinks due to absorption and release of a liquid due to the application of a stimulus. When this occurs, the light absorption efficiency decreases due to local aggregation of the pigment, and the composition as a whole becomes light transmissive. On the other hand, when the polymer gel swells, the pigment is diffused throughout the composition, so that the light absorption efficiency is improved and the composition is in a colored state.

【0006】また本発明者らは、特願平11−3066
6号明細書において、刺激の付与による液体の吸収・放
出により膨潤・収縮する高分子ゲル中に、飽和散乱濃度
以上の光散乱部材を含有してなる組成物及び調光材料に
関する提案を行っている。この調光材料は、該高分子ゲ
ルが収縮した時には、光散乱部材の局所的な凝集により
光散乱効率が低下し組成物全体として光透過性となる。
一方、前記高分子ゲルが膨潤した時には、光散乱部材が
組成物全体に拡散することで光散乱効率が向上し、該組
成物は白濁状態となる。
The present inventors have also disclosed in Japanese Patent Application No. 11-3066.
In the specification of No. 6, a proposal was made regarding a composition and a light modulating material containing a light scattering member having a saturation scattering concentration or more in a polymer gel which swells and shrinks due to absorption and release of a liquid by applying a stimulus. I have. When the polymer gel shrinks, the light modulating material is reduced in light scattering efficiency due to local aggregation of the light scattering member, and becomes light transmissive as a whole composition.
On the other hand, when the polymer gel swells, the light scattering member is diffused throughout the composition to improve the light scattering efficiency, and the composition becomes cloudy.

【0007】また本発明者らは、特開2000−472
67号公報において、飽和吸収濃度以上の顔料あるいは
飽和散乱濃度以上の光散乱部材を、刺激の付与による液
体の吸収・放出により膨潤・収縮する高分子ゲル中に含
有し、該高分子ゲルが繊維質基材に固定されている組成
物及び調光材料を提案している。このようにゲルを固定
することは、膨潤・収縮の繰り返しによるゲルの凝集、
即ち発色時の劣化を防止し、安定して初期のコントラス
トを得ることができる。
The present inventors have also disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-472.
No. 67, a pigment having a saturated absorption concentration or more or a light scattering member having a saturation scattering concentration or more is contained in a polymer gel which swells and contracts due to absorption and release of a liquid by applying a stimulus, and the polymer gel contains fibers. Compositions and light modulating materials that are fixed to a porous substrate are proposed. Fixing the gel in this way requires coagulation of the gel due to repeated swelling and shrinking,
That is, it is possible to prevent deterioration at the time of coloring and to stably obtain an initial contrast.

【0008】しかしながら、上記の公報で提案されてい
る各種の調光、表示素子技術には、高分子ゲルが基板上
にどのように配置され、どのように固定されているのか
が具体的に開示されていない。そこで本発明者らが研究
を重ねた結果、次のような問題があることがわかった。
それは、高分子ゲルを基板上に固定化する時の状態によ
って、種々の問題を生じることである。一つは、外部刺
激に応じて体積変化を行う高分子ゲルを、収縮状態にお
いて基板上に一粒子層として固定化した場合、膨潤時に
おいて生じる高分子ゲル同士の横方向への応力によっ
て、高分子ゲルの被固定化材料との固定点が損傷し、該
高分子ゲルが剥がれてしまい十分な発色濃度が得られな
くなるという問題である。更には、前記高分子ゲルを、
発色状態を形成する膨潤状態において基板上へ一粒子層
で固定化した場合、高分子ゲルの間に生じる斥力、立体
因子、膨潤溶液中の流動等により、高分子ゲルの間に隙
間が生じ、高い占有率で固定化できず良好な発色特性が
得られないという問題である。
However, the various dimming and display element technologies proposed in the above publications specifically disclose how the polymer gel is arranged on the substrate and how it is fixed. It has not been. Thus, as a result of repeated studies by the present inventors, it has been found that there are the following problems.
That is, various problems occur depending on the state when the polymer gel is immobilized on the substrate. One is that when a polymer gel that changes its volume in response to an external stimulus is immobilized as a single particle layer on a substrate in a contracted state, high stress is generated due to the lateral stress between the polymer gels that occurs during swelling. There is a problem that the fixing point of the molecular gel with the material to be immobilized is damaged, the polymer gel is peeled off, and a sufficient coloring density cannot be obtained. Further, the polymer gel,
When a single particle layer is immobilized on a substrate in a swollen state that forms a colored state, a gap is generated between the polymer gels due to repulsive force generated between the polymer gels, steric factor, flow in the swelling solution, and the like, There is a problem that it cannot be fixed at a high occupation ratio and good color-forming properties cannot be obtained.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記従来に
おける問題を解決し、以下の目的を達成することを課題
とする。即ち、本発明は、膨潤・収縮を繰り返す刺激応
答性高分子ゲルを用い、膨潤時の発色特性あるいは光散
乱特性に優れ、良好なコントラスト比が得られる光学素
子及びその製造方法を提供することを目的する。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems and achieve the following objects. That is, the present invention provides an optical element that uses a stimuli-responsive polymer gel that repeats swelling and shrinkage, has excellent coloration properties or light scattering properties upon swelling, and provides a good contrast ratio, and a method for producing the same. Aim.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の手段は、以下の通りである。即ち、 <1> 少なくとも、一対の基板と、刺激応答性高分子
ゲルと、該刺激応答性高分子ゲル中に吸収可能な液体と
からなり、発色時あるいは光散乱時において、調光に寄
与する基板の有効面積に対する、該基板上に一粒子層と
して固定化された総ての刺激応答性高分子ゲルの該基板
上への正射影の面積の割合(以下、「占有率」と呼ぶこ
とがある。)が、70%以上であることを特徴とする光
学素子である。 <2> 少なくとも、基板上に、刺激応答性高分子ゲル
を固定化する工程と、該刺激応答性高分子ゲル中に吸収
可能な液体を基板間に充填する工程とを有する光学素子
の製造方法において、該刺激応答性高分子ゲルを発色時
あるいは光散乱時の膨潤量よりも小さい膨潤量で前記基
板上に固定化することを特徴とする光学素子の製造方法
である。 <3> 前記刺激応答性高分子ゲルを、発色時あるいは
光散乱時における膨潤量よりも5〜30重量%小さい膨
潤量で前記基板上に固定化する前記<2>に記載の光学
素子の製造方法である。
Means for solving the above problems are as follows. That is, <1> at least consists of a pair of substrates, a stimuli-responsive polymer gel, and a liquid that can be absorbed in the stimuli-responsive polymer gel, and contributes to light control during color development or light scattering. The ratio of the area of the orthographic projection of all the stimuli-responsive polymer gels immobilized as a single particle layer on the substrate to the effective area of the substrate on the substrate (hereinafter, referred to as “occupancy”) ) Is 70% or more. <2> A method for producing an optical element, comprising at least a step of immobilizing a stimulus-responsive polymer gel on a substrate and a step of filling a liquid absorbable in the stimulus-responsive polymer gel between the substrates. Wherein the stimulus-responsive polymer gel is immobilized on the substrate with an amount of swelling smaller than the amount of swelling during color development or light scattering. <3> The production of the optical element according to <2>, wherein the stimulus-responsive polymer gel is immobilized on the substrate with a swelling amount of 5 to 30% by weight smaller than the swelling amount at the time of coloring or light scattering. Is the way.

【0011】更に、前記課題を解決するための手段は、
以下の態様が好ましい。即ち、 <4> 前記刺激応答性高分子ゲル中に、色材又は光散
乱部材を含有する前記<1>に記載の光学素子である。 <5> 前記刺激応答性高分子ゲルの収縮時に、飽和吸
収濃度以上の色材を含有する前記<4>に記載の光学素
子である。 <6> 前記刺激応答性高分子ゲルの収縮時に、飽和光
散乱濃度以上の光散乱部材を含有する前記<4>に記載
の光学素子である。
[0011] Further, means for solving the above problems include:
The following embodiments are preferred. <4> The optical element according to <1>, wherein the stimulus-responsive polymer gel contains a coloring material or a light scattering member. <5> The optical element according to <4>, wherein the stimulus-responsive polymer gel contains a colorant having a saturation absorption concentration or higher when the gel is contracted. <6> The optical element according to <4>, further comprising a light scattering member having a saturated light scattering concentration or more when the stimuli-responsive polymer gel shrinks.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。 [光学素子]本発明の光学素子は、少なくとも、一対の
基板と、刺激応答性高分子ゲルと、該刺激応答性高分子
ゲル中に吸収可能な液体とからなり、更に必要に応じ
て、刺激付与手段やスペーサ等のその他の部材を備えて
なる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in detail. [Optical element] The optical element of the present invention comprises at least a pair of substrates, a stimuli-responsive polymer gel, and a liquid that can be absorbed in the stimuli-responsive polymer gel. Other members such as an application unit and a spacer are provided.

【0013】まず、本発明の光学素子の構成について、
図面を参照して説明する。図1は、本発明の光学素子の
一例を示す概略断面図である。図1に記載の光学素子
は、平行に配置された、少なくとも一方が透明な2枚の
基板2,4の間に、刺激応答性高分子ゲル6及び該刺激
応答性高分子ゲル6中に吸収可能な液体8が充填されて
おり、周囲は接着剤や紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等の
封止材16により刺激応答性高分子ゲル6や吸収可能な
液体8が流出しないように封止処理されている。刺激応
答性高分子ゲル6は、2枚の基板2,4のいずれか一方
に、発色時あるいは光散乱時における占有率が70%以
上となるように一粒子層で固定されている。また、2枚
の基板2,4の向かい合う2つの面には、刺激付与手段
10,12が設けられている。刺激付与手段は必須では
ないが、少なくとも片面に、また必要に応じて両面に設
けられていることが好ましい。刺激応答性高分子ゲル6
は、刺激付与手段を具備した基板の表面に固定されてい
ることが好ましい。
First, regarding the configuration of the optical element of the present invention,
This will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the optical element of the present invention. The optical element shown in FIG. 1 includes a stimulus-responsive polymer gel 6 and an absorption in the stimulus-responsive polymer gel 6 between two substrates 2 and 4, at least one of which is transparent. The liquid 8 is filled, and the surrounding area is sealed by a sealing material 16 such as an adhesive, an ultraviolet curable resin, or a thermosetting resin so that the stimulus-responsive polymer gel 6 and the absorbable liquid 8 do not flow out. Have been. The stimulus-responsive polymer gel 6 is fixed to one of the two substrates 2 and 4 with a single particle layer so that the occupation ratio during color development or light scattering is 70% or more. Stimulation means 10 and 12 are provided on two opposite surfaces of the two substrates 2 and 4. The stimulus applying means is not essential, but is preferably provided on at least one side and, if necessary, on both sides. Stimuli-responsive polymer gel 6
Is preferably fixed to the surface of the substrate provided with the stimulus applying means.

【0014】本発明の光学素子は、発色時あるいは光散
乱時における膨潤状態の刺激応答性高分子ゲルの占有
率、即ち、調光に寄与する基板の有効面積に対する、該
基板上に一粒子層として固定化された総ての刺激応答性
高分子ゲルの該基板上への正射影の面積の割合、が70
%以上であることを特徴とする。尚、発色時あるいは光
散乱時とは、本発明の光学素子に固定化された刺激応答
性高分子ゲルが膨潤して発色又は光散乱した時をさす。
The optical element of the present invention is characterized in that the occupancy of the swelling state stimuli-responsive polymer gel in color development or light scattering, that is, the effective area of the substrate contributing to dimming, is one particle layer on the substrate. The ratio of the area of the orthogonal projection area of all the stimuli-responsive polymer gels immobilized as
% Or more. In addition, the time of color development or light scattering refers to the time when the stimulus-responsive polymer gel immobilized on the optical element of the present invention swells and develops color or light scattering.

【0015】ここで、前記調光に寄与する基板の有効面
積、及び前記刺激応答性高分子ゲルの基板上への正射影
の面積について、図2を用いて説明する。図2は、本発
明の光学素子の一例を示す概略平面図である。図2で
は、記載が省略されているが、実際には刺激応答性高分
子ゲル6が、内側の四角内を隙間が少なくなるように密
に配列されている。図2における斜線が付された各円
は、それぞれ刺激応答性高分子ゲル粒子1個の正射影の
面積を表し、斜線のない各円は、それぞれスペーサ1個
の正射影の面積を表している。前記基板上に一粒子層と
して固定化された総ての刺激応答性高分子ゲルの該基板
上への正射影の面積とは、図2における斜線が付された
総ての円の面積の合計を意味する。また、前記調光に寄
与する基板の有効面積とは、総ての刺激応答性高分子ゲ
ルが配置された領域をカバーする基板の面積であり、別
の言い方をすれば、最も外側に配置された刺激応答性高
分子ゲルの正射影の円の接線を結んで形成された領域の
面積であり、図2においては内側の四角形の面積を意味
する。
Here, the effective area of the substrate contributing to dimming and the area of the orthographic projection of the stimuli-responsive polymer gel onto the substrate will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic plan view showing one example of the optical element of the present invention. Although not shown in FIG. 2, the stimuli-responsive polymer gels 6 are actually arranged densely in the inner square so that gaps are reduced. Each shaded circle in FIG. 2 represents the area of the orthogonal projection of one stimulus-responsive polymer gel particle, and each circle without the hatching represents the area of the orthogonal projection of one spacer. . The area of the orthogonal projection of all the stimuli-responsive polymer gels immobilized as a single particle layer on the substrate onto the substrate is the sum of the areas of all the hatched circles in FIG. Means The effective area of the substrate contributing to dimming is the area of the substrate that covers the area where all the stimuli-responsive polymer gels are arranged.In other words, the effective area of the substrate is arranged on the outermost side. It is the area of the region formed by connecting the tangents of the orthogonally projected circle of the stimulus-responsive polymer gel, and means the area of the inner square in FIG.

【0016】本発明における前記占有率の測定方法は以
下の通りである。まず、基板上に刺激応答性高分子ゲル
を固定化したセルを顕微鏡にて所定の倍率で垂直方向か
ら観察し、CCDカメラで撮影する。得られた画像をP
C上で解析し、横軸が色の階調、縦軸が濃度を示すヒス
トグラムを求める。このヒストグラムから刺激応答性高
分子ゲルと基板のしきい値を決定し、該刺激応答性高分
子ゲル部分の面積を測定することにより、基板上の高分
子ゲル占有率を求める。
The method for measuring the occupancy according to the present invention is as follows. First, a cell in which a stimuli-responsive polymer gel is immobilized on a substrate is observed from a vertical direction at a predetermined magnification with a microscope, and photographed with a CCD camera. The obtained image is P
Analysis is performed on C to obtain a histogram in which the horizontal axis indicates color gradation and the vertical axis indicates density. The threshold values of the stimuli-responsive polymer gel and the substrate are determined from this histogram, and the area of the stimuli-responsive polymer gel portion is measured to determine the occupancy of the polymer gel on the substrate.

【0017】本発明の発色・消色原理は、色材又は光散
乱部材を含有した刺激応答性高分子ゲルの体積変化によ
るものである。従って、膨潤時と収縮時の該高分子ゲル
の体積の比が大きいほど高いコントラストが得られるこ
とになる。また、個々の状態について考えれば、収縮時
は刺激応答性高分子ゲルの収縮量が大きい、即ち収縮時
の体積が小さいほど高い特性を示すことができる。一
方、膨潤状態については、個々の刺激応答性高分子ゲル
の膨潤量が大きいことだけでなく、光学素子全体として
高い発色状態あるいは光散乱状態を得るために、基板上
の刺激応答性高分子ゲルの占有面積を大きくすることが
効果的である。
The principle of coloring and decoloring of the present invention is based on the volume change of a stimulus-responsive polymer gel containing a coloring material or a light scattering member. Therefore, the higher the volume ratio of the polymer gel at the time of swelling and at the time of shrinking, the higher the contrast can be obtained. In addition, considering individual states, the higher the shrinkage amount of the stimuli-responsive polymer gel at the time of contraction, that is, the smaller the volume at the time of contraction, the higher the characteristics can be exhibited. On the other hand, regarding the swelling state, not only is the swelling amount of each stimuli-responsive polymer gel large, but also the stimuli-responsive polymer gel It is effective to increase the area occupied by.

【0018】そこで、本発明の光学素子として有効な光
学特性を得るためには、膨潤状態の刺激応答性高分子ゲ
ルの占有率を70%以上とすることが必要であり、好ま
しくは、80%以上である。膨潤状態の刺激応答性高分
子ゲルの占有率が70%未満になると、色材又は光散乱
部材を含む刺激応答性高分子ゲルが存在しない領域を通
過する光が多くなり、刺激応答性高分子ゲル自体の光学
特性が十分に高くても、光学素子全体として高い発色状
態あるいは光散乱状態を得ることができなくなる。従っ
て、本発明の構成により、刺激応答性高分子ゲルに色材
を含有させた場合には、膨潤時に各刺激応答性高分子ゲ
ルの高い光吸収効率によって、本光学素子は高い光学濃
度を得ることができる。また、刺激応答性高分子ゲルに
光散乱部材を含有させた場合には、膨潤時の各刺激応答
性高分子ゲルの高い光散乱効率によって、本光学素子は
高い光散乱量を得ることができる。更に、刺激応答性高
分子ゲルが収縮した時には、光吸収効率や光散乱効率が
非常に小さくなるという各刺激応答性高分子ゲルの特性
のため、膨潤・収縮で光学濃度や光散乱量において高い
コントラストを実現することができる。
Therefore, in order to obtain effective optical characteristics as the optical element of the present invention, it is necessary that the occupancy of the stimulus-responsive polymer gel in a swollen state is 70% or more, preferably 80%. That is all. When the occupancy of the swelling state stimuli-responsive polymer gel is less than 70%, a large amount of light passes through the region where the stimuli-responsive polymer gel including the coloring material or the light scattering member does not exist, and the stimulus-responsive polymer is increased. Even if the optical properties of the gel itself are sufficiently high, a high color-developed state or a light-scattered state cannot be obtained as a whole of the optical element. Therefore, according to the configuration of the present invention, when a coloring material is contained in the stimulus-responsive polymer gel, the optical element obtains a high optical density due to the high light absorption efficiency of each stimulus-responsive polymer gel when swollen. be able to. Further, when a light scattering member is contained in the stimulus-responsive polymer gel, the optical element can obtain a high light scattering amount due to the high light scattering efficiency of each stimulus-responsive polymer gel when swollen. . Furthermore, when the stimulus-responsive polymer gel shrinks, the optical absorption efficiency and light scattering efficiency are extremely low, and the optical density and light scattering amount are high due to swelling and shrinkage due to the characteristics of each stimulus-responsive polymer gel. Contrast can be realized.

【0019】本発明に適用される刺激応答性高分子ゲル
は基板表面に固定されているので、収縮時には該高分子
ゲルの凝集を防ぎ、再膨潤時には再び基板表面を収縮前
と同じ高い70%以上の占有率で覆うことができる。よ
って、このような素子構成から、本光学素子は繰り返し
安定した光学濃度変化や光散乱量変化を得ることができ
る。
Since the stimulus-responsive polymer gel applied to the present invention is fixed to the substrate surface, it prevents aggregation of the polymer gel during contraction, and re-swells the substrate surface again at the same 70% as before the contraction. It can be covered with the above occupancy. Therefore, from such an element configuration, the present optical element can repeatedly and stably obtain a change in optical density and a change in light scattering amount.

【0020】(刺激応答性高分子ゲル)本発明の光学素
子に使用可能な刺激応答性高分子ゲル中には、必要に応
じて色材又は光散乱部材が含有されている。前記刺激応
答性高分子ゲルとしては特に、本発明者らが発明した特
開平11−236559号公報に開示されている発色材
料と液体の組成物が好ましい。また、光散乱部材を含有
した刺激応答性高分子ゲルとしては、特願平11−30
666号明細書に開示されている飽和散乱濃度以上の光
散乱材料と液体の組成物が好ましく用いられる。
(Stimuli-Responsive Polymer Gel) The stimuli-responsive polymer gel that can be used in the optical element of the present invention contains a coloring material or a light scattering member as necessary. As the stimulus-responsive polymer gel, a composition of a coloring material and a liquid disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-236559 invented by the present inventors is particularly preferable. Further, as a stimuli-responsive polymer gel containing a light scattering member, Japanese Patent Application No.
The composition of a light scattering material having a saturated scattering concentration or higher and a liquid disclosed in Japanese Patent No. 666 is preferably used.

【0021】本発明の光学素子に使用可能な刺激応答性
高分子ゲルとしては、熱、光、電気、磁気等のエネルギ
ー付与、pH変化、酸化・還元、イオン濃度変化、化学
物質の吸脱着、溶媒組成変化等、各種刺激によって液体
を吸収・放出し、可逆的に体積変化(膨潤・収縮)する
刺激応答性高分子ゲルが好ましい。
The stimuli-responsive polymer gel usable in the optical element of the present invention includes energy such as heat, light, electricity, and magnetism, pH change, oxidation / reduction, ion concentration change, adsorption and desorption of chemical substances, A stimulus-responsive polymer gel that absorbs and releases a liquid by various stimuli such as a change in the solvent composition and reversibly changes in volume (swelling and shrinking) is preferable.

【0022】具体的には、電極反応等によるpH変化に
よって刺激応答する高分子ゲルとしては、電解質系高分
子ゲルが好ましく、ポリ(メタ)アクリル酸の架橋物や
その塩;(メタ)アクリル酸と(メタ)アクリルアミ
ド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)
アクリル酸アルキルエステル等との共重合体の架橋物や
その塩;マレイン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロ
キシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸
アルキルエステル等との共重合体の架橋物やその塩;ポ
リビニルスルホン酸の架橋物やその塩;ビニルスルホン
酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メ
タ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステ
ル等との共重合体の架橋物やその塩;ポリビニルベンゼ
ンスルホン酸の架橋物やその塩;ビニルベンゼンスルホ
ン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メ
タ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アルキルエステ
ル等との共重合体の架橋物やその塩;ポリアクリルアミ
ドアルキルスルホン酸の架橋物やその塩;アクリルアミ
ドアルキルスルホン酸と(メタ)アクリルアミド、ヒド
ロキシエチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル
酸アルキルエステル等との共重合体の架橋物やその塩;
ポリジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミドの
架橋物やその塩;ポリジメチルアミノプロピル(メタ)
アクリルアミドと(メタ)アクリルアミド、ヒドロキシ
エチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル酸アル
キルエステル等との共重合体の架橋物やその塩や4級化
物;ポリジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミ
ドとポリビニルアルコールとの複合体の架橋物やその4
級化物;ポリビニルアルコールとポリ(メタ)アクリル
酸との複合体の架橋物やその塩;カルボキシアルキルセ
ルロース塩の架橋物;ポリ(メタ)アクリロニトリルの
架橋物の部分加水分解物やその塩等が挙げられる。
Specifically, as the polymer gel which responds to a stimulus by a pH change due to an electrode reaction or the like, an electrolyte-based polymer gel is preferable, and a cross-linked product of poly (meth) acrylic acid or a salt thereof; And (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth)
Cross-linked products of copolymers with alkyl acrylates and the like and salts thereof; cross-linked products of copolymers of maleic acid with (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate and the like Salts; cross-linked products of polyvinyl sulfonic acid and salts thereof; cross-linked products of copolymers of vinyl sulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate, and salts thereof; polyvinyl benzene Crosslinked product of sulfonic acid and its salt; Crosslinked product of vinylbenzenesulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate, etc. and its salt; polyacrylamide alkyl sulfone Crosslinked acid or salt thereof; acrylamide alkyl sulfone And (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, (meth) crosslinked product of the copolymer of acrylic acid alkyl esters and salts thereof;
Crosslinked product of polydimethylaminopropyl (meth) acrylamide and its salt; polydimethylaminopropyl (meth)
A crosslinked product of a copolymer of acrylamide and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate, alkyl (meth) acrylate, or a salt or quaternary product; polydimethylaminopropyl (meth) acrylamide and polyvinyl alcohol; Cross-linked products of
Graded product; crosslinked product of a complex of polyvinyl alcohol and poly (meth) acrylic acid or a salt thereof; crosslinked product of a carboxyalkylcellulose salt; partially hydrolyzed product of a crosslinked product of poly (meth) acrylonitrile, a salt thereof, and the like. Can be

【0023】電界による界面活性剤等の化学物質の吸脱
着によって刺激応答する高分子ゲルとしては、強イオン
性高分子ゲルが好ましく、ポリビニルベンゼンスルホン
酸の架橋物やビニルベンゼンスルホン酸と(メタ)アク
リルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
(メタ)アクリル酸アルキルエステル等との共重合体の
架橋物;ポリアクリルアミドアルキルスルホン酸の架橋
物やアクリルアミドアルキルスルホン酸と(メタ)アク
リルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、
(メタ)アクリル酸アルキルエステル等との共重合体の
架橋物等が挙げられる。これらは、n−ドデシルピリジ
ニウムクロライド等のアルキルピリジニウム塩、アルキ
ルアンモニウム塩、フェニルアンモニウム塩、テトラフ
ェニルホスホニウムクロライド等のホスホニウム塩等の
カチオン性界面活性剤と組み合わせることで使用され
る。
As the polymer gel which responds to stimulus by adsorption and desorption of a chemical substance such as a surfactant by an electric field, a strongly ionic polymer gel is preferable, and a crosslinked product of polyvinylbenzenesulfonic acid or vinylbenzenesulfonic acid and (meth) Acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate,
A crosslinked product of a copolymer with an alkyl (meth) acrylate or the like; a crosslinked product of a polyacrylamide alkylsulfonic acid or acrylamidoalkylsulfonic acid and (meth) acrylamide, hydroxyethyl (meth) acrylate,
A crosslinked product of a copolymer with an alkyl (meth) acrylate or the like may be used. These are used in combination with a cationic surfactant such as an alkylpyridinium salt such as n-dodecylpyridinium chloride, an alkylammonium salt, a phenylammonium salt, and a phosphonium salt such as tetraphenylphosphonium chloride.

【0024】電気による酸化・還元によって刺激応答す
る高分子ゲルとしては、カチオン性高分子ゲルが好まし
く、ポリジメチルアミノプロピルアクリルアミド等のポ
リアミノ置換(メタ)アクリルアミドの架橋物;ポリジ
メチルアミノエチル(メタ)アクリレート;ポリジエチ
ルアミノエチル(メタ)アクリレート;ポリジメチルア
ミノプロピル(メタ)アクリレート等のポリ(メタ)ア
クリル酸アミノ置換アルキルエステルの架橋物;ポリス
チレンの架橋物;ポリビニルピリジンの架橋物;ポリビ
ニルカルバゾールの架橋物;ポリジメチルアミノスチレ
ンの架橋物等が挙げられる。これらは、電子受容性化合
物と組み合わせてCT錯体(電荷移動錯体)として使用
される。このとき好ましく用いられる電子受容性化合物
としては、ベンゾキノン;7,7,8,8−テトラシア
ノキノジメタン(TCNQ);過塩素酸テトラブチルア
ンモニウム;テトラシアノエチレン;クロラニル;トリ
ニトロベンゼン;無水マレイン酸;ヨウ素等が挙げられ
る。
As the polymer gel which responds to stimulation by oxidation / reduction by electricity, a cationic polymer gel is preferable, and a crosslinked product of polyamino-substituted (meth) acrylamide such as polydimethylaminopropylacrylamide; polydimethylaminoethyl (meth) Acrylate; polydiethylaminoethyl (meth) acrylate; crosslinked product of amino-substituted alkyl ester of poly (meth) acrylate such as polydimethylaminopropyl (meth) acrylate; crosslinked product of polystyrene; crosslinked product of polyvinylpyridine; crosslinked product of polyvinylcarbazole A crosslinked product of polydimethylaminostyrene, and the like. These are used as a CT complex (charge transfer complex) in combination with an electron accepting compound. The electron-accepting compound preferably used at this time includes benzoquinone; 7,7,8,8-tetracyanoquinodimethane (TCNQ); tetrabutylammonium perchlorate; tetracyanoethylene; chloranil; trinitrobenzene; Iodine and the like;

【0025】熱の付与によって刺激応答する高分子ゲル
としては、LCST(下限臨界溶液温度)をもつ高分子
の架橋体や、互いに水素結合する二成分の高分子ゲルの
IPN(相互侵入型網目構造体)等が好ましい。前者は
高温において収縮する特性を有しており、具体的には、
ポリN−イソプロピルアクリルアミド等のポリN−アル
キル置換(メタ)アクリルアミドの架橋物;N−アルキ
ル置換(メタ)アクリルアミドと(メタ)アクリル酸や
その金属塩、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリ
ル酸アルキルエステル等との共重合体の架橋物;ポリビ
ニルメチルエーテルの架橋物;メチルセルロース、エチ
ルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等のアル
キル置換セルロース誘導体の架橋物等が挙げられる。
Polymer gels that respond to stimulation by application of heat include crosslinked polymers having an LCST (lower critical solution temperature) and IPNs (interpenetrating network structures) of two-component polymer gels that form hydrogen bonds with each other. Is preferred. The former has the property of shrinking at high temperatures, and specifically,
Crosslinked product of poly N-alkyl-substituted (meth) acrylamide such as poly-N-isopropylacrylamide; N-alkyl-substituted (meth) acrylamide and (meth) acrylic acid or a metal salt thereof, (meth) acrylamide, alkyl (meth) acrylate Crosslinked products of copolymers with esters and the like; crosslinked products of polyvinyl methyl ether; crosslinked products of alkyl-substituted cellulose derivatives such as methylcellulose, ethylcellulose and hydroxypropylcellulose.

【0026】一方、後者は高温において膨潤する特性を
有しており、具体的には、ポリ(メタ)アクリルアミド
の架橋物とポリ(メタ)アクリル酸の架橋物からなるI
PN体及びその部分中和物(アクリル酸単位を部分的に
金属塩化したもの)、ポリ(メタ)アクリルアミドを主
成分とする共重合体の架橋物とポリ(メタ)アクリル酸
の架橋物からなるIPN体及びその部分中和物等が挙げ
られる。これらの化合物のうち、ポリN−アルキル置換
アルキルアミドの架橋物や、ポリ(メタ)アクリルアミ
ドの架橋物とポリ(メタ)アクリル酸の架橋物からなる
IPN体及びその部分中和物等が好ましく用いられる。
On the other hand, the latter has the property of swelling at a high temperature. Specifically, the latter comprises a crosslinked product of poly (meth) acrylamide and a crosslinked product of poly (meth) acrylic acid.
It is composed of a PN body and its partially neutralized product (a partially acidified acrylic acid unit is metallized), a crosslinked product of a copolymer containing poly (meth) acrylamide as a main component and a crosslinked product of poly (meth) acrylic acid. Examples thereof include an IPN compound and a partially neutralized product thereof. Among these compounds, a cross-linked product of a poly-N-alkyl-substituted alkyl amide, an IPN product composed of a cross-linked product of a poly (meth) acrylamide and a cross-linked product of poly (meth) acrylic acid and a partially neutralized product thereof are preferably used. Can be

【0027】光の付与によって刺激応答する高分子ゲル
としては、トリアリールメタン誘導体やスピロベンゾピ
ラン誘導体等の、光によってイオン解離する分子構造を
有する親水性高分子化合物の架橋物が好ましい。具体的
には、ビニル置換トリアリールメタンロイコ誘導体と
(メタ)アクリルアミドとの共重合体の架橋物等が挙げ
られる。
As the polymer gel which responds to stimulus by the application of light, a crosslinked product of a hydrophilic polymer compound having a molecular structure which is ion dissociated by light, such as a triarylmethane derivative or a spirobenzopyran derivative, is preferred. Specific examples include a crosslinked product of a copolymer of a vinyl-substituted triarylmethane leuco derivative and (meth) acrylamide.

【0028】磁場の付与によって刺激応答する高分子ゲ
ルとしては、強磁性体粒子や磁性流体を含有するポリビ
ニルアルコールの架橋物等が挙げられるが、高分子ゲル
自体は特に限定されるものではなく、高分子ゲルの範疇
に含まれるものであればよい。溶液の組成変化やイオン
強度の変化によって応答する高分子ゲルとしては、前記
した電解質系高分子ゲルが好ましく適用できる。
Examples of the polymer gel that responds to the stimulus by applying a magnetic field include ferromagnetic particles and a crosslinked product of polyvinyl alcohol containing a magnetic fluid. However, the polymer gel itself is not particularly limited. What is necessary is just to be contained in the category of a polymer gel. As the polymer gel which responds by a change in the composition of the solution or a change in the ionic strength, the above-mentioned electrolyte polymer gel can be preferably applied.

【0029】本発明においては、各々の刺激応答性高分
子ゲルを単独で使用する他、複数の高分子ゲルを併用し
ても差し支えない。尚、上記の括弧を用いた記述は、括
弧内の接頭語を含まない化合物及び含む化合物の両方を
示しており、例えば(メタ)アクリル酸という記述は、
アクリル酸及びメタクリル酸のことを意味するものであ
る。本発明において使用される高分子ゲルの体積変化量
は、少なくとも体積比が5以上、好ましくは10以上で
あることが望ましい。体積比が5未満であると十分な調
光コントラストが得られない可能性がある。
In the present invention, each stimuli-responsive polymer gel may be used alone, or a plurality of polymer gels may be used in combination. The above description using parentheses indicates both a compound not containing the prefix in the parenthesis and a compound containing the same. For example, the description of (meth) acrylic acid means
It means acrylic acid and methacrylic acid. The volume change of the polymer gel used in the present invention is desirably at least a volume ratio of 5 or more, preferably 10 or more. If the volume ratio is less than 5, sufficient light control contrast may not be obtained.

【0030】前記刺激応答性高分子ゲルの形状には特に
制限はなく、粒子状、ブロック状、フィルム状、不定形
状、繊維状等の種々のものが使用可能である。なかで
も、粒子状の形態は、各種刺激に対する体積変化の速度
(応答性)が速いことや応用範囲が広い等の特徴から特
に好ましい。粒子状における形態にも特に制限はない
が、球体、楕円体、立方体、多面体、多孔質体、星状、
針状、中空状等のものが適用できる。また、粒子の場合
の好ましい大きさは、収縮状態時において平均粒子径で
0.1μm〜5mmの範囲、より好ましくは1μm〜1
mmの範囲である。平均粒子径が0.1μm未満である
と、粒子の扱いが困難になる、優れた光学特性が得られ
ない等の問題が生じる。一方、平均粒子径が5mmより
も大きくなると、体積変化に要する応答時間が大幅に遅
くなってしまう等の問題が生じる。
The shape of the stimulus-responsive polymer gel is not particularly limited, and various shapes such as a particle shape, a block shape, a film shape, an irregular shape, and a fiber shape can be used. Among them, the particulate form is particularly preferable because of its characteristics such as high speed of volume change (responsiveness) to various stimuli and wide application range. There is no particular limitation on the form in the form of particles, but a sphere, an ellipsoid, a cube, a polyhedron, a porous body, a star,
Needles, hollows, etc. can be applied. In the case of particles, the preferred size is in the range of 0.1 μm to 5 mm, more preferably 1 μm to 1 mm in average particle size in the contracted state.
mm. If the average particle diameter is less than 0.1 μm, problems such as difficulty in handling the particles and inability to obtain excellent optical properties arise. On the other hand, if the average particle diameter is larger than 5 mm, problems such as a significantly slow response time required for a volume change occur.

【0031】また、これらの粒子は、高分子ゲルを物理
的粉砕方法によって粉砕する方法や、架橋前の高分子ゲ
ルを化学的粉砕方法によって粒子化した後に架橋して高
分子ゲルとする方法、あるいは乳化重合法、懸濁重合
法、分散重合法等の粒子化重合法の一般的な方法によっ
て作製することができる。また、高分子ゲルの各種刺激
応答による体積変化速度をより高速にするために、高分
子ゲルの従来技術と同様に材料を多孔質化して液体の出
入り易さを向上させることも好ましい。一般に膨潤した
高分子ゲルを凍結乾燥する方法等で多孔質化することが
できる。
These particles can be obtained by a method of pulverizing a polymer gel by a physical pulverization method, a method of forming a polymer gel before cross-linking into particles by a chemical pulverization method, and then forming a polymer gel by crosslinking. Alternatively, it can be produced by a general method of particle polymerization such as emulsion polymerization, suspension polymerization, and dispersion polymerization. In order to further increase the volume change rate of the polymer gel due to various stimulus responses, it is also preferable to make the material porous and improve the ease of liquid inflow and outflow, as in the prior art of the polymer gel. Generally, the swollen polymer gel can be made porous by freeze-drying or the like.

【0032】前記刺激応答性高分子ゲルは、該刺激応答
性高分子ゲル中に吸収可能な液体の存在下において、前
記したような刺激を与えることで体積を種々変化させる
ことができる。例えば、熱応答性高分子ゲルの場合は、
光、熱等の放射熱の付与によって、電気応答型高分子ゲ
ルの場合は電極反応によるpH変化や電界によるイオン
吸着や静電作用によって、光応答性高分子ゲルの場合は
光の付与による内部構造変化によって液体を吸収、放出
させることで体積を大きく変化させることができる。
The stimulus-responsive polymer gel can be variously changed in volume by applying the stimulus as described above in the presence of an absorbable liquid in the stimulus-responsive polymer gel. For example, in the case of a thermoresponsive polymer gel,
By applying radiant heat such as light or heat, in the case of an electrically responsive polymer gel, pH changes due to electrode reactions or by ion adsorption or electrostatic action by an electric field; The volume can be largely changed by absorbing and releasing the liquid by the structural change.

【0033】(吸収可能な液体)前記刺激応答性高分子
ゲル中に吸収可能な液体としては、特に制限はないが、
好ましくは、水、電解質水溶液、アルコール類、ケトン
類、エステル類、エーテル類、ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、アセ
トニトリル、プロピレンカーボネート等や、キシレン、
トルエン等の芳香族系溶媒及びそれらの混合物が使用で
きる。また、前記吸収可能な液体には、刺激応答性高分
子ゲルに吸脱する界面活性剤、液体のpH変化を促進す
るためのビオロゲン誘導体等の酸化還元剤、酸、アルカ
リ、塩、及び界面活性剤等の分散安定剤、酸化防止剤や
紫外線吸収剤等の安定剤等を添加しても構わない。
(Absorptive liquid) The liquid which can be absorbed in the stimuli-responsive polymer gel is not particularly limited,
Preferably, water, aqueous electrolyte solution, alcohols, ketones, esters, ethers, dimethylformamide,
Dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, propylene carbonate, etc., xylene,
Aromatic solvents such as toluene and mixtures thereof can be used. In addition, the absorbable liquid includes a surfactant that absorbs and desorbs to the stimulus-responsive polymer gel, a redox agent such as a viologen derivative for promoting a change in pH of the liquid, an acid, an alkali, a salt, and a surfactant. And a stabilizer such as an antioxidant and an ultraviolet absorber.

【0034】刺激応答性高分子ゲルを構成する高分子が
架橋されていない場合、この高分子が溶解可能な液体も
好ましく適用できる。前記刺激応答性高分子ゲルと吸収
可能な液体との好ましい混合比は、1:2000から
1:1(刺激応答性高分子ゲル:吸収可能な液体)であ
る。
When the polymer constituting the stimulus-responsive polymer gel is not cross-linked, a liquid in which this polymer can be dissolved can be preferably used. A preferred mixing ratio of the stimulus-responsive polymer gel to the absorbable liquid is 1: 2000 to 1: 1 (stimulus-responsive polymer gel: absorbable liquid).

【0035】(色材)前記刺激応答性高分子ゲルに含有
される色材としては、各種の顔料及び染料が適用でき
る。例えば、黒色顔料の各種カーボンブラック(チャネ
ルブラック、ファーネスブラック等)や黒色染料のニグ
ロシン系化合物、そしてカラー顔料、例えば、ベンジジ
ン系のイエロー顔料、キナクリドン系、ローダミン系の
マゼンタ顔料、フタロシアニン系のシアン顔料等を挙げ
ることができる。より詳しくは、イエロー顔料として
は、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アント
ラキノン化合物、アゾ金属錯体、メチン化合物、アリル
アミド化合物に代表される化合物が用いられる。具体的
には、例えば顔料としては、C.I.ピグメントイエロ
ー12、13、14、15、17、62、74、83、
93、94、95、109、110、111、128、
129、147、168等が好適に用いられる。
(Coloring Material) As the coloring material contained in the stimulus-responsive polymer gel, various pigments and dyes can be applied. For example, various black pigments such as carbon black (channel black, furnace black, etc.) and black dye nigrosine compounds, and color pigments such as benzidine-based yellow pigments, quinacridone-based, rhodamine-based magenta pigments, and phthalocyanine-based cyan pigments And the like. More specifically, compounds represented by a condensed azo compound, an isoindolinone compound, an anthraquinone compound, an azo metal complex, a methine compound, and an allylamide compound are used as the yellow pigment. Specifically, for example, C.I. I. Pigment Yellow 12, 13, 14, 15, 17, 62, 74, 83,
93, 94, 95, 109, 110, 111, 128,
129, 147, 168 and the like are preferably used.

【0036】マゼンタ顔料としては、縮合アゾ化合物、
ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナク
リドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合
物、ベンズイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、
ペリレン化合物が用いられる。具体的には、例えば顔料
としては、C.I.ピグメントレッド2、3、5、6、
7、23、48:2、48:3、48:4、57:1、
81:1、144、146、166、169、177、
184、185、202、206、220、221、2
54が特に好ましい。
Examples of the magenta pigment include a condensed azo compound,
Diketopyrrolopyrrole compound, anthraquinone, quinacridone compound, basic dye lake compound, naphthol compound, benzimidazolone compound, thioindigo compound,
A perylene compound is used. Specifically, for example, C.I. I. Pigment Red 2, 3, 5, 6,
7, 23, 48: 2, 48: 3, 48: 4, 57: 1,
81: 1, 144, 146, 166, 169, 177,
184, 185, 202, 206, 220, 221, 2
54 is particularly preferred.

【0037】シアン顔料としては、銅フタロシアニン化
合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料
レーキ化合物等が利用できる。具体的には、例えば顔料
としては、C.I.ピグメントブルー1、7、15、1
5:1、15:2、15:3、15:4、60、62、
66等が特に好適に利用できる。
As the cyan pigment, copper phthalocyanine compounds and derivatives thereof, anthraquinone compounds, basic dye lake compounds and the like can be used. Specifically, for example, C.I. I. Pigment Blue 1, 7, 15, 1
5: 1, 15: 2, 15: 3, 15: 4, 60, 62,
66 and the like can be particularly preferably used.

【0038】また染料としては、例えば、C.I.ダイ
レクトイエロー1、8、11、12、24、26、2
7、28、33、39、44、50、58、85、8
6、87、88、89、98、157、C.I.アシッ
ドイエロー1、3、7、11、17、19、23、2
5、29、38、44、79、127、144、24
5、C.I.ベイシックイエロー1、2、11、34、
C.I.フードイエロー4、C.I.リアクティブイエ
ロー37、C.I.ソルベントイエロー6、9、17、
31、35、100、102、103、105、C.
I.ダイレクトレッド1、2、4、9、11、13、1
7、20、23、24、28、31、33、37、3
9、44、46、62、63、75、79、80、8
1、83、84、89、95、99、113、197、
201、218、220、224、225、226、2
27、228、229、230、231、C.I.アシ
ッドレッド1、6、8、9、13、14、18、26、
27、35、37、42、52、82、85、87、8
9、92、97、106、111、114、115、1
18、134、158、186、249、254、28
9、C.I.ベイシックレッド1、2、9、12、1
4、17、18、37、C.I.フードレッド14、
C.I.リアクティブレッド23、180、C.I.ソ
ルベントレッド5、16、17、18、19、22、2
3、143、145、146、149、150、15
1、157、158、
As the dye, for example, C.I. I. Direct Yellow 1, 8, 11, 12, 24, 26, 2
7, 28, 33, 39, 44, 50, 58, 85, 8
6, 87, 88, 89, 98, 157, C.I. I. Acid Yellow 1, 3, 7, 11, 17, 19, 23, 2
5, 29, 38, 44, 79, 127, 144, 24
5, C.I. I. Basic Yellow 1, 2, 11, 34,
C. I. Food yellow 4, C.I. I. Reactive Yellow 37, C.I. I. Solvent Yellow 6, 9, 17,
31, 35, 100, 102, 103, 105, C.I.
I. Direct Red 1, 2, 4, 9, 11, 13, 1
7, 20, 23, 24, 28, 31, 33, 37, 3,
9, 44, 46, 62, 63, 75, 79, 80, 8
1, 83, 84, 89, 95, 99, 113, 197,
201, 218, 220, 224, 225, 226, 2
27, 228, 229, 230, 231, C.I. I. Acid Red 1, 6, 8, 9, 13, 14, 18, 26,
27, 35, 37, 42, 52, 82, 85, 87, 8
9, 92, 97, 106, 111, 114, 115, 1
18, 134, 158, 186, 249, 254, 28
9, C.I. I. Basic Red 1, 2, 9, 12, 1
4, 17, 18, 37, C.I. I. Food red 14,
C. I. Reactive Red 23, 180, C.I. I. Solvent Red 5, 16, 17, 18, 19, 22, 2
3,143,145,146,149,150,15
1, 157, 158,

【0039】C.I.ダイレクトブルー1、2、6、1
5、22、25、41、71、76、78、86、8
7、90、98、163、165、199、202、
C.I.アシッドブルー1、7、9、22、23、2
5、29、40、41、43、45、78、80、8
2、92、93、127、249、C.I.ベイシック
ブルー1、3、5、7、9、22、24、25、26、
28、29、C.I.フードブルー2、C.I.ソルベ
ントブルー22、63、78、83〜86、191、1
94、195、104、C.I.ダイレクトブラック
2、7、19、22、24、32、38、51、56、
63、71、74、75、77、108、154、16
8、171、C.I.アシッドブラック1、2、7、2
4、26、29、31、44、48、50、52、9
4、C.I.ベイシックブラック2、8、C.I.フー
ドブラック1、2、C.I.リアクティブブラック3
1、C.I.フードバイオレット2、C.I.ソルベン
トバイオレット31、33、37、C.I.ソルベント
グリーン24、25、C.I.ソルベントブラウン3、
9等が挙げられる。これらの顔料及び染料は、単独で使
用してもよく、さもなければ所望とする色を得るために
混合して使用してもよい。但し、耐候性の観点からは染
料よりも顔料を用いるほうが好ましい。
C. I. Direct Blue 1, 2, 6, 1
5, 22, 25, 41, 71, 76, 78, 86, 8
7, 90, 98, 163, 165, 199, 202,
C. I. Acid Blue 1, 7, 9, 22, 23, 2
5, 29, 40, 41, 43, 45, 78, 80, 8
2, 92, 93, 127, 249, C.I. I. Basic Blue 1, 3, 5, 7, 9, 22, 24, 25, 26,
28, 29, C.I. I. Food blue 2, C.I. I. Solvent Blue 22, 63, 78, 83-86, 191, 1
94, 195, 104, C.I. I. Direct Black 2, 7, 19, 22, 24, 32, 38, 51, 56,
63, 71, 74, 75, 77, 108, 154, 16
8, 171, C.I. I. Acid Black 1, 2, 7, 2
4, 26, 29, 31, 44, 48, 50, 52, 9
4, C.I. I. Basic Black 2, 8, C.I. I. Food black 1, 2, C.I. I. Reactive Black 3
1, C.I. I. Food violet 2, C.I. I. Solvent Violet 31, 33, 37, C.I. I. Solvent Green 24, 25, C.I. I. Solvent Brown 3,
9 and the like. These pigments and dyes may be used alone or may be used in combination to obtain a desired color. However, from the viewpoint of weather resistance, it is more preferable to use a pigment than a dye.

【0040】(光散乱部材)前記刺激応答性高分子ゲル
に含有される光散乱部材としては、該刺激応答性高分子
ゲル中に吸収可能な液体の屈折率と異なる屈折率を有す
る材料が好ましいが、それ以外には特に制限はなく、各
種の無機化合物及び有機化合物が適用できる。
(Light Scattering Member) As the light scattering member contained in the stimuli-responsive polymer gel, a material having a refractive index different from that of a liquid absorbable in the stimuli-responsive polymer gel is preferable. However, other than that, there is no particular limitation, and various inorganic compounds and organic compounds can be applied.

【0041】前記無機化合物の具体例としては、酸化亜
鉛、塩基性炭酸鉛、塩基性硫酸鉛、硫酸鉛、リトボン、
白雲母、硫化亜鉛、酸化チタン、酸化アンチモン、鉛
白、酸化ジルコニウム、アルミナ、マイカナイト、マイ
カレックス、石英、炭酸カルシウム、石膏、クレー、シ
リカ、ケイ酸、珪素土、タルク、塩基性炭酸マグネシウ
ム、アルミナホワイト、グロスホワイト、サチン白等の
無機酸化物や、亜鉛、アルメル、アンチモン、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、イリジウム、インジウム、オ
スミウム、クロム、クロメル、コバルト、ジルコニウ
ム、ステンレス鋼、金、銀、洋銀、銅、青銅、すず、タ
ングステン、タングステン鋼、鉄、鉛、ニッケル、ニッ
ケル合金、ニッケリン、白金、白金ロジウム、タンタ
ル、ジュラルミン、ニクロム、チタン、クルップ・オー
ステナイト鋼、コンスタンタン、真鍮、白金イリジウ
ム、パラジウム、パラジウム合金、モリブデン、モリブ
デン鋼、マンガン、マンガン合金、ロジウム、ロジウム
金等の金属材料、ITO(インジウム・スズ酸化物)等
の無機導電性材料等が挙げられる。
Specific examples of the inorganic compound include zinc oxide, basic lead carbonate, basic lead sulfate, lead sulfate, lithobon,
Muscovite, zinc sulfide, titanium oxide, antimony oxide, lead white, zirconium oxide, alumina, mycanite, mycarex, quartz, calcium carbonate, gypsum, clay, silica, silicic acid, silicon earth, talc, basic magnesium carbonate, Inorganic oxides such as alumina white, gloss white, satin white, zinc, alumel, antimony, aluminum, aluminum alloy, iridium, indium, osmium, chromium, chromel, cobalt, zirconium, stainless steel, gold, silver, nickel silver, copper , Bronze, tin, tungsten, tungsten steel, iron, lead, nickel, nickel alloy, nickeline, platinum, platinum rhodium, tantalum, duralumin, nichrome, titanium, Krupp austenitic steel, constantan, brass, platinum iridium, palladium, palladium Alloy, molybdenum, molybdenum steel, manganese, manganese alloys, rhodium, a metal material such as rhodium metal, ITO (indium tin oxide) inorganic conductive materials such like.

【0042】また、前記有機化合物の具体例としては、
フェノール樹脂、フラン樹脂、キシレン・ホルムアルデ
ヒド樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、アニリン樹脂、
アルキド樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、ポ
リエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ−p
−キシリレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂、メタク
リル樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、フッ
素系プラスチック、ポリアクリロニトリル、ポリビニル
エーテル、ポリビニルケトン、ポリエーテル、ポリカー
ボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ジエン
系プラスチック、ポリウレタン系プラスチック、ポリフ
ェニレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスルホン、芳
香族ヘテロ環ポリマー、シリコーン、天然ゴム系プラス
チック、セルロース系プラスチック等やこれら2種類以
上の高分子材料の混合材料(ポリマーブレンド)等の高
分子材料が挙げられる。
Further, specific examples of the organic compound include:
Phenolic resin, furan resin, xylene / formaldehyde resin, urea resin, melamine resin, aniline resin,
Alkyd resin, unsaturated polyester, epoxy resin, polyethylene, polypropylene, polystyrene, poly-p
-Xylylene, polyvinyl acetate, acrylic resin, methacrylic resin, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, fluoroplastic, polyacrylonitrile, polyvinyl ether, polyvinyl ketone, polyether, polycarbonate, thermoplastic polyester, polyamide, diene plastic, polyurethane Polymer materials such as plastics, polyphenylene, polyphenylene oxide, polysulfone, aromatic heterocyclic polymers, silicone, natural rubber-based plastics, cellulose-based plastics, and mixtures (polymer blends) of these two or more polymer materials. Can be

【0043】更に、上記に列挙した光散乱性材料を含有
した高分子材料を、光散乱部材として適用できる。この
高分子材料としては特に制限がなく、各種の高分子樹脂
を使用することができる。好ましい高分子樹脂の具体例
としては、光散乱性材料が有機化合物である場合に列挙
された具体例が挙げられる。
Further, a polymer material containing the light scattering materials listed above can be used as the light scattering member. The polymer material is not particularly limited, and various polymer resins can be used. Specific examples of preferred polymer resins include the specific examples listed when the light-scattering material is an organic compound.

【0044】また、上記の色材としての顔料及び光散乱
部材の形状には特に制限はなく、粒子状、ブロック状、
フィルム状、不定形状、繊維状等の種々のものが使用可
能である。なかでも、粒子状の形態は発色性・光散乱性
が高いことや応用範囲が広い等の特徴から特に好まし
い。粒子状における形態にも特に制限はないが、球体、
立方体、楕円体、多面体、多孔質体、星状、針状、中空
状、りん片状等のものが適用できる。また、粒子の場合
の好ましい大きさは、平均粒子径で0.01〜500μ
mの範囲、より好ましくは0.05〜100μmの範囲
である。これは、平均粒子径で0.01μm未満あるい
は500μmを超えると、顔料及び光散乱部材に求めら
れる発色効果及び光散乱効果が低くなるためである。更
に、平均粒子径0.01μm未満では、高分子ゲル内部
からの外部への流出が起こりやすい。また、これらの粒
子は、一般的な物理的粉砕方法や化学的粉砕方法によっ
て製造することができる。
There are no particular restrictions on the shape of the pigment as the coloring material and the light scattering member.
Various shapes such as a film shape, an irregular shape, and a fiber shape can be used. Among them, the particulate form is particularly preferable because of its high color developing properties and light scattering properties and its wide application range. There is no particular limitation on the form in the form of particles, but a sphere,
Cubes, ellipsoids, polyhedrons, porous bodies, stars, needles, hollows, scales and the like can be applied. The preferred size of the particles is 0.01 to 500 μm in average particle diameter.
m, more preferably in the range of 0.05 to 100 μm. This is because when the average particle diameter is less than 0.01 μm or more than 500 μm, the coloring effect and light scattering effect required for the pigment and the light scattering member are reduced. Further, when the average particle diameter is less than 0.01 μm, outflow from the inside of the polymer gel to the outside is likely to occur. Further, these particles can be produced by a general physical pulverization method or a chemical pulverization method.

【0045】また、これらの顔料及び光散乱部材におい
て、分子内にカルボキシル基やスルホン酸基等の酸基、
水酸基、アミノ基、チオール基、ハロゲン基、ニトロ
基、カルボニル基等の極性基をもち、高分子ゲル内にお
いて顔料又は光散乱部材の濃度が高い場合に凝集体を形
成し易い特性のものも好ましく使用される。顔料又は光
散乱部材は刺激応答性高分子ゲル中に含有され、高分子
ゲル内部から外部へ流出しないことが好ましい。顔料又
は光散乱部材の流出を防止するためには、使用する高分
子ゲルの網目よりも大きな粒子径の顔料又は光散乱部材
を用いること、あるいは高分子ゲルとの電気的、イオン
的、その他物理的な相互作用が高い顔料又は光散乱部材
を用いること、表面を化学修飾した顔料又は光散乱部材
を用いること、が挙げられる。表面を化学修飾した色材
又は光散乱部材としては、例えば、表面に刺激応答性高
分子ゲルと化学結合する基を導入したものや、高分子材
料をグラフトした顔料又は光散乱部材等が挙げられる。
In these pigments and light-scattering members, an acid group such as a carboxyl group or a sulfonic acid group in the molecule,
Those having polar groups such as a hydroxyl group, an amino group, a thiol group, a halogen group, a nitro group, a carbonyl group, and the like that easily form an aggregate when the concentration of a pigment or a light scattering member is high in a polymer gel are also preferable. used. It is preferable that the pigment or the light-scattering member is contained in the stimulus-responsive polymer gel and does not flow out of the polymer gel. In order to prevent the pigment or light scattering member from flowing out, use a pigment or light scattering member having a particle size larger than the network of the polymer gel to be used, or use electrical, ionic, or other physical Using a pigment or a light-scattering member having a high natural interaction, or using a pigment or a light-scattering member whose surface is chemically modified. Examples of the coloring material or light scattering member whose surface is chemically modified include, for example, those in which a group that chemically bonds to a stimulus-responsive polymer gel is introduced into the surface, and pigments or light scattering members onto which a polymer material is grafted. .

【0046】また、色材として染料を選択した場合に
は、特に光吸収係数の高いものが好ましい。また、刺激
応答性高分子ゲル中に含有され、該高分子ゲルから流出
しないことが好ましいため、高分子ゲルと化学結合する
基が導入されている反応染料等が特に好ましく適用され
る。刺激応答性高分子ゲル中に含有される色材の濃度
は、該高分子ゲルが収縮した時に、少なくとも高分子ゲ
ルの一部分で飽和吸収濃度以上の濃度に達することが好
ましい。ここで、飽和吸収濃度以上とは、色材濃度が十
分に濃い状態において、単位色材当たりの光吸収効率が
低下する濃度である。また、飽和吸収濃度以上という定
義を別な特性で表現すれば、特定の光路長のもとにおけ
る色材濃度と光吸収量の関係が1次直線の関係から大き
く外れるような色材濃度である。つまり色材濃度が飽和
吸収濃度以上になると、色材の1粒子又は1分子あたり
の光吸収効率が下がることで、光吸収量が色材濃度に比
例しなくなり、1次直線の関係から予想される光吸収量
と比べて低くなる。一方、飽和吸収濃度以下では、光吸
収量が色材濃度に比例しており、色材1粒子又は1分子
あたりの光吸収効率は殆ど一定になる。従って、飽和吸
収濃度以上に色材を刺激応答性高分子ゲル中に含有させ
た場合、膨潤時に光を効率よく吸収することができ、収
縮時と比べて光吸収量を大きくすることができる。
When a dye is selected as a coloring material, a material having a particularly high light absorption coefficient is preferred. In addition, since it is preferable that the dye is contained in the stimulus-responsive polymer gel and does not flow out of the polymer gel, a reactive dye or the like into which a group chemically bonded to the polymer gel is introduced is particularly preferably applied. It is preferable that the concentration of the coloring material contained in the stimulus-responsive polymer gel reaches a concentration equal to or higher than the saturation absorption concentration in at least a part of the polymer gel when the polymer gel shrinks. Here, “above the saturation absorption density” is a density at which the light absorption efficiency per unit color material is reduced in a state where the color material density is sufficiently high. If the definition of “saturated absorption density or more” is expressed by another characteristic, the color material concentration is such that the relationship between the color material density and the light absorption amount under a specific optical path length deviates greatly from the linear relationship. . In other words, when the color material concentration becomes equal to or higher than the saturation absorption concentration, the light absorption efficiency per particle or molecule of the color material decreases, and the light absorption amount is not proportional to the color material concentration. Light absorption amount. On the other hand, below the saturation absorption concentration, the light absorption amount is proportional to the color material concentration, and the light absorption efficiency per color material particle or molecule is almost constant. Therefore, when the coloring material is contained in the stimuli-responsive polymer gel at a saturation absorption concentration or higher, light can be efficiently absorbed at the time of swelling, and the light absorption amount can be increased as compared with the time of contraction.

【0047】刺激応答性高分子ゲルが収縮した時に、色
材を飽和吸収濃度以上になるように含有させる場合、こ
の高分子ゲルが膨潤すると、色材濃度が下がり色材1粒
子又は1分子あたりの光吸収効率を上げることができ
る。その結果、膨潤時に光吸収量を大きく上げ、収縮時
に光吸収量を大きく下げることができる。一方、含有さ
せる色材の濃度を飽和吸収濃度以下にすると、膨潤時の
色材1粒子あたりの光吸収効率は収縮時とほとんど同程
度となる。その結果、膨潤時に光吸収量を大きく上げ、
収縮時に光吸収量を大きく下げることができなくなる。
以上のことから、飽和吸収濃度とは膨潤・収縮による光
吸収量変化を大きくするために必要な濃度であり、色材
濃度を飽和吸収濃度以上に設定することで表示コントラ
ストを高くすることができる。
When the stimulus-responsive high molecular gel is shrunk and the coloring material is contained so as to have a saturation absorption concentration or higher, the swelling of the high molecular gel lowers the coloring material concentration and reduces the concentration of the coloring material per particle or molecule. Can increase the light absorption efficiency. As a result, it is possible to greatly increase the amount of light absorption when swelling and to greatly reduce the amount of light absorption when contracting. On the other hand, when the concentration of the coloring material to be contained is equal to or less than the saturation absorption concentration, the light absorption efficiency per particle of the coloring material at the time of swelling is almost the same as at the time of contraction. As a result, the amount of light absorbed during swelling is greatly increased,
At the time of contraction, the amount of light absorption cannot be greatly reduced.
From the above, the saturated absorption density is a density necessary for increasing the change in the amount of light absorption due to swelling and shrinkage, and the display contrast can be increased by setting the color material density to be equal to or higher than the saturation absorption density. .

【0048】このような特性を有するために必要な刺激
応答性高分子ゲルに含有させる色材の濃度は、色材の粒
子径、屈折率、吸光係数や比重等にも依存するが、一般
的には乾燥状態の刺激応答性高分子ゲルに色材を3〜9
5重量%の範囲で含有させることが好ましく、より好ま
しくは5〜80重量%の範囲である。色材の含有量が3
重量%未満であると、刺激応答性高分子ゲルの体積変化
による発色量変化が現れなくなり、更に十分な調光コン
トラストを得るためには、光学素子の厚みが厚くなる等
の問題が生じることがある。一方、色材の濃度が95重
量%を超える場合、刺激応答性高分子ゲルの膨潤・収縮
が応答よく進行しにくくなり、光学素子の刺激応答特性
や体積変化量が低下してしまうことがある。
The concentration of the coloring material contained in the stimuli-responsive polymer gel required to have such properties depends on the particle diameter, refractive index, extinction coefficient, specific gravity, etc. of the coloring material, but is generally used. 3 to 9 colorants on dry stimulus-responsive polymer gel
The content is preferably in the range of 5% by weight, more preferably in the range of 5 to 80% by weight. Color material content is 3
When the amount is less than 10% by weight, a change in the amount of color development due to a change in the volume of the stimuli-responsive polymer gel does not appear, and in order to obtain a sufficient dimming contrast, a problem such as an increase in the thickness of the optical element may occur. is there. On the other hand, if the concentration of the coloring material exceeds 95% by weight, the swelling / shrinking of the stimuli-responsive polymer gel becomes difficult to progress with good response, and the stimulus response characteristics and volume change of the optical element may be reduced. .

【0049】また、刺激応答性高分子ゲル中に含有され
る光散乱部材の濃度も、色材の濃度と類似した議論のも
とに、該高分子ゲルが収縮した時に、少なくとも高分子
ゲルの一部分で飽和散乱濃度以上の濃度に達することが
好ましい。ここで、飽和散乱濃度以上とは、ひとつの指
標として各々の光散乱部材同士の平均間隔が十分に短く
なることで、光散乱部材の光散乱の働きが1次粒子的な
ものから、集合体的なものに変化し、光散乱の効率が減
少する濃度である。このような光散乱部材が集合体的な
光散乱特性を示す状態を、光散乱部材の濃度が飽和散乱
濃度以上にある状態と呼ぶ。また、飽和散乱濃度以上と
いう定義を別な特性で表現すれば、特定の光路長のもと
における光散乱部材濃度と光散乱量の関係が1次直線の
関係から大きく外れるような光散乱部材濃度である。
The concentration of the light-scattering member contained in the stimulus-responsive polymer gel is also determined based on a similar argument to the concentration of the colorant, at least when the polymer gel shrinks. It is preferable that the concentration reaches a concentration equal to or higher than the saturation scattering concentration in part. Here, “at least the saturated scattering concentration” means that, as one index, the average distance between the light scattering members is sufficiently short, and the light scattering function of the light scattering members is a primary particle. Is the concentration at which the efficiency of light scattering decreases. Such a state in which the light scattering member exhibits collective light scattering characteristics is referred to as a state in which the concentration of the light scattering member is equal to or higher than the saturation scattering concentration. If the definition of “saturated scattering concentration or more” is expressed by another characteristic, the light scattering member concentration at which the relationship between the light scattering member concentration and the amount of light scattering under a specific optical path length deviates greatly from the relationship of the linear line. It is.

【0050】刺激応答性高分子ゲルの収縮状態でこのよ
うな飽和散乱濃度以上の状態を達成するためには、光散
乱部材の粒子径、屈折率、導電率や比重等にも依存する
が、一般的には乾燥状態の刺激応答性高分子ゲルに光散
乱部材を2〜95重量%の範囲で含有させることが好ま
しく、より好ましくは5〜95重量%の範囲である。光
散乱部材の含有量が2重量%未満であると、刺激応答性
高分子ゲルの体積変化による光散乱量変化が現れなくな
り、更に十分なコントラストを得るためには、光学素子
の厚みが厚くなる等の問題が生じることがある。一方、
光散乱部材の含有量が95重量%を超える場合、刺激応
答性高分子ゲルの膨潤・収縮が応答よく進行しにくくな
り、光学素子の刺激応答特性や体積変化量が低下してし
まうことがある。
In order to achieve the above-mentioned saturated scattering concentration or more in the contracted state of the stimulus-responsive polymer gel, it depends on the particle size, refractive index, electric conductivity, specific gravity, etc. of the light scattering member. Generally, the light scattering member is preferably contained in the stimulus-responsive polymer gel in a dry state in the range of 2 to 95% by weight, more preferably 5 to 95% by weight. When the content of the light scattering member is less than 2% by weight, the change in the amount of light scattering due to the change in volume of the stimuli-responsive polymer gel does not appear, and the thickness of the optical element increases in order to obtain a sufficient contrast. Etc. may occur. on the other hand,
When the content of the light scattering member exceeds 95% by weight, swelling / shrinking of the stimuli-responsive polymer gel becomes difficult to progress with good response, and the stimulus response characteristics and volume change of the optical element may be reduced. .

【0051】前記刺激応答性高分子ゲルに色材又は光散
乱部材を含有させる方法は、架橋前の高分子に色材又は
光散乱部材を均一に分散、混合した後に架橋する方法
や、重合時に高分子前駆体組成物に色材又は光散乱部材
を添加して重合する方法等が適用できる。重合時におい
て色材又は光散乱部材を添加する場合には、前記したよ
うに重合性基や不対電子(ラジカル)をもつ色材又は光
散乱部材を使用し、化学結合することも好ましい。ま
た、色材及び光散乱部材は刺激応答性高分子ゲル中に極
力均一に分散されていることが好ましい。特に、高分子
への分散に際して、機械的混練法、攪拌法、あるいは分
散剤等を利用して均一に分散させることが好ましい。
The stimulus-responsive polymer gel may contain a coloring material or a light-scattering member by a method of uniformly dispersing and mixing the coloring material or the light-scattering member in the polymer before crosslinking, and then by crosslinking after polymerization, or A method of adding a coloring material or a light scattering member to the polymer precursor composition and polymerizing the polymer precursor composition can be applied. When a coloring material or a light scattering member is added at the time of polymerization, it is also preferable to use a coloring material or a light scattering member having a polymerizable group or an unpaired electron (radical) as described above, and to chemically bond them. Further, it is preferable that the coloring material and the light scattering member are dispersed as uniformly as possible in the stimulus-responsive polymer gel. In particular, when dispersing in a polymer, it is preferable to uniformly disperse using a mechanical kneading method, a stirring method, or a dispersant.

【0052】(基板)前記刺激応答性ゲルや吸収可能な
液体を挟持する基板としては、ポリエステル、ポリイミ
ド、ポリオレフィン、ポリ(メタ)アクリル酸メチル等
のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ
エチレン、ナイロン、ポリ塩化ビニル等のフィルムや板
状基板、ガラス基板、金属、セラミックス等が使用可能
である。前記基板の厚みは10μm〜2mmが好ましい
が、この大きさは目的によって種々選択可能で、特に限
定はされない。
(Substrate) The substrate on which the stimuli-responsive gel or the absorbable liquid is sandwiched may be an acrylic resin such as polyester, polyimide, polyolefin, poly (methyl meth) acrylate, polystyrene, polypropylene, polyethylene, nylon, or polystyrene. Films such as vinyl chloride, plate-like substrates, glass substrates, metals, ceramics and the like can be used. The thickness of the substrate is preferably 10 μm to 2 mm, but the size can be selected variously depending on the purpose, and is not particularly limited.

【0053】(その他の部材) −刺激付与手段− 本発明に用いる刺激付与手段は、内部に充填する刺激応
答性高分子ゲルに適した刺激を付与し得るものが選ばれ
る。従って、例えば電気応答性の高分子ゲルを用いる場
合は電極が具備されており、熱応答性の高分子ゲルを用
いる場合は発熱抵抗体が具備されている。本発明におい
て好ましく用いられる刺激付与手段は、主に電気刺激を
付与するための電極である。電極の構成は、単純マトリ
クス電極型あるいは画素別分割電極型のいずれも適用で
きる。
(Other members)-Stimulus providing means-The stimulus providing means used in the present invention is selected from those capable of providing a stimulus suitable for the stimulus-responsive polymer gel filled therein. Therefore, for example, when an electrically responsive polymer gel is used, an electrode is provided, and when a thermally responsive polymer gel is used, a heating resistor is provided. The stimulus applying means preferably used in the present invention is mainly an electrode for applying an electric stimulus. Regarding the configuration of the electrodes, either a simple matrix electrode type or a divided electrode type for each pixel can be applied.

【0054】具体的には、電気刺激を付与する場合は、
銅、アルミニウム、銀、金、ニッケル、プラチナ等に代
表される金属膜からなる電極、酸化スズ−酸化インジウ
ム(ITO)に代表される金属酸化物、ポリピロール
類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレ
ンビニレン類、ポリアセン類、ポリアセチレン類等に代
表される導電性高分子からなる電極、高分子と前述の金
属や金属酸化物の粒子との複合材料からなる電極等が好
ましく用いられる。またこれらの電極構成は、単純マト
リクス駆動用に配線されていてもよいが、薄膜トランジ
スタ(TFT)素子あるいは、MIM素子やバリスタ等
の二端子素子等のスイッチング素子を設けることもでき
る。
Specifically, when electrical stimulation is applied,
Electrodes composed of metal films represented by copper, aluminum, silver, gold, nickel, platinum, etc., metal oxides represented by tin oxide-indium oxide (ITO), polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylenevinylenes , An electrode made of a conductive polymer represented by polyacenes, polyacetylenes, and the like, and an electrode made of a composite material of the polymer and the above-mentioned metal or metal oxide particles are preferably used. These electrode configurations may be wired for simple matrix driving, but switching elements such as thin film transistor (TFT) elements or two-terminal elements such as MIM elements and varistors can also be provided.

【0055】また、刺激として熱を付与する場合には、
前記電極とNi−Cr化合物等に代表される金属、酸化
タンタルやITO等の金属酸化物、あるいはカーボン等
の発熱抵抗体を組み合わせたものが好ましく用いられ
る。尚、上記以外にも、刺激付与手段として光や磁界、
電磁場等を付与する層を設けることもできる。
When applying heat as a stimulus,
A combination of the electrode and a metal typified by a Ni—Cr compound or the like, a metal oxide such as tantalum oxide or ITO, or a heating resistor such as carbon is preferably used. In addition, in addition to the above, light or a magnetic field,
A layer for providing an electromagnetic field or the like can be provided.

【0056】−封止材− 封止材としては、調光材料からの溶媒の蒸発又は揮発を
抑制する能力を有し、基板に対する接着性を有し、調光
材料の特性に悪影響を与えず、実使用条件においてこれ
らの条件を長期間満たすものであれば、どのような材料
を用いてもよい。また複数の封止材を組み合わせて構成
することも可能である。
-Sealant- The sealant has the ability to suppress the evaporation or volatilization of the solvent from the light modulating material, has adhesion to the substrate, and does not adversely affect the characteristics of the light modulating material. Any material may be used as long as it satisfies these conditions for a long time under actual use conditions. It is also possible to combine a plurality of sealing materials.

【0057】封止材及び封止方法は、カラー表示素子の
開口部面積の確保、工程簡略化による加工コスト等を考
慮すると、1層の封止が好ましい。1層で封止を行うと
きの封止材として、末端に反応基を有するイソブチレン
オリゴマーを主体とした熱硬化型弾性シーリング材や、
アクリル系紫外線硬化樹脂等の使用が例示できる。ま
た、2層で封止するときには、調光材料と接触する1次
封止にポリイソブチレン系シーラント等、2次封止とし
てアクリル樹脂等が例示できる。本発明における封止材
及び封止方法は上記例示に限定されるものではなく、多
種多様なものが選択でき、かつ、それらを組み合わせて
使用してもよい。
As the sealing material and the sealing method, one-layer sealing is preferable in consideration of securing the opening area of the color display element, processing cost by simplifying the process, and the like. As a sealing material when performing sealing with one layer, a thermosetting elastic sealing material mainly composed of an isobutylene oligomer having a reactive group at a terminal,
Use of an acrylic ultraviolet curable resin or the like can be exemplified. When sealing with two layers, a polyisobutylene-based sealant can be used for the primary sealing in contact with the light control material, and an acrylic resin or the like can be used for the secondary sealing. The sealing material and the sealing method in the present invention are not limited to the above examples, and various types can be selected, and they may be used in combination.

【0058】−スペーサ− 本発明の光学素子の内部は、刺激応答性高分子ゲルや該
刺激応答性高分子ゲル中に吸収可能な液体を挟持するた
めに十分に均一な間隙が確保されていればよく、必要に
応じて画像欠陥が生じないようにできるだけ少ない量の
スペーサを使用すればよい。スペーサによる基板間の間
隔は1μm〜5mmから選択され、小型光学素子におい
ては10μm〜200μmの範囲がより好ましい。厚み
が1μmよりも小さいと調光量が小さくなり、5mmを
超えると素子が重くなる等の問題がある。この時、スペ
ーサの形状は安定して間隙を維持できるものであれば特
に限定されないが、スペーサは、例えば球、立方体、柱
状のもの等の独立した形状のものが好ましく用いられ
る。また、連続した形状を有するスペーサを使用するこ
ともできる。この場合スペーサは、間隙を保持すること
と同時に、網目状にすることで調光層の内部をセグメン
ト化する働きを持たせてもよい。そうすることにより、
隣接画素の誤動作を抑制する効果が得られ、より表示画
質が向上する。スペーサの連続した形状は、安定して間
隙を維持できるものであれば特に限定されず、主に格子
状、ハニカム状等の多角形を始めとして、様々な形状を
適用することができる。尚、光学素子の内部をセグメン
ト化する働きを持たせる場合、画素の形状や刺激付与手
段の形状を考慮すると、中でも格子状が最も好ましい。
これらのスペーサは、刺激応答性高分子ゲル中に吸収可
能な液体に安定な材料であれば特に限定されず、例え
ば、樹脂、金属、金属酸化物、ガラス等が適用できる。
-Spacer- A sufficiently uniform gap is secured inside the optical element of the present invention in order to sandwich the stimulus-responsive polymer gel and the absorbable liquid in the stimulus-responsive polymer gel. It is sufficient if necessary to use as little spacer as possible so as not to cause image defects. The distance between the substrates by the spacer is selected from 1 μm to 5 mm, and more preferably 10 μm to 200 μm for a small optical element. If the thickness is less than 1 μm, the amount of light control becomes small, and if it exceeds 5 mm, there is a problem that the element becomes heavy. At this time, the shape of the spacer is not particularly limited as long as the gap can be stably maintained, but the spacer is preferably an independent shape such as a sphere, a cube, or a column. In addition, a spacer having a continuous shape can be used. In this case, the spacer may have a function of segmenting the inside of the light control layer by forming a mesh while maintaining the gap. By doing so,
The effect of suppressing malfunction of adjacent pixels is obtained, and the display image quality is further improved. The continuous shape of the spacer is not particularly limited as long as the gap can be stably maintained, and various shapes including a polygonal shape such as a lattice shape or a honeycomb shape can be mainly applied. In the case where the function of segmenting the inside of the optical element is provided, the lattice shape is most preferable in consideration of the shape of the pixel and the shape of the stimulating means.
The spacer is not particularly limited as long as it is a material that is stable to a liquid that can be absorbed in the stimuli-responsive polymer gel. For example, a resin, a metal, a metal oxide, glass, or the like can be used.

【0059】[光学素子の製造方法]本発明の光学素子
の製造方法は、少なくとも、基板上に、刺激応答性高分
子ゲルを固定化する工程と、該刺激応答性高分子ゲル中
に吸収可能な液体を基板間に充填する工程とを有し、該
刺激応答性高分子ゲルを発色時あるいは光散乱時の膨潤
量よりも小さい膨潤量で前記基板上に固定化することを
特徴とする。本発明の光学素子の製造方法によれば、上
記構成の本発明の光学素子を好適に製造することができ
る。即ち、本発明の光学素子の製造方法によれば、発色
時あるいは光散乱時における刺激応答性高分子ゲルの占
有率が70%以上となるように、該刺激応答性高分子ゲ
ルを基板上に一粒子層として好適に固定化することがで
きる。一粒子層とするためには、基板と刺激応答性高分
子ゲルとを化学的に結合させた後、溶媒で不要の刺激応
答性高分子ゲルを洗い落とすことにより、好ましく達成
することができる。
[Method of Manufacturing Optical Element] In the method of manufacturing an optical element of the present invention, at least a step of immobilizing a stimuli-responsive polymer gel on a substrate and a step of absorbing the stimuli-responsive polymer gel into the substrate. Filling the liquid between the substrates, and immobilizing the stimulus-responsive polymer gel on the substrate with a swelling amount smaller than the swelling amount at the time of coloring or light scattering. According to the method for manufacturing an optical element of the present invention, the optical element of the present invention having the above configuration can be suitably manufactured. That is, according to the optical element manufacturing method of the present invention, the stimulus-responsive polymer gel is placed on the substrate such that the occupancy of the stimulus-responsive polymer gel during coloring or light scattering is 70% or more. It can be suitably immobilized as a single particle layer. The formation of a single particle layer can be preferably achieved by chemically bonding the substrate and the stimuli-responsive polymer gel, and then washing off the unnecessary stimuli-responsive polymer gel with a solvent.

【0060】本発明においては、前述した刺激応答性高
分子ゲルを、発色時あるいは光散乱時における膨潤量よ
りも5〜30重量%小さい膨潤量で前述した基板上に固
定化することが好ましい。この膨潤量の変化量が、5重
量%未満では、発色時あるいは光散乱時における膨潤状
態の刺激応答性高分子ゲルの占有率が70%以上とする
ことが困難となることがあり、一方、30重量%を超え
ると、膨潤時に隣接する刺激応答性高分子ゲル同士の横
方向の応力が大きく、固定部位に損傷をきたして該高分
子ゲルが剥がれてしまう恐れがあるためである。
In the present invention, it is preferable that the above-mentioned stimuli-responsive polymer gel is immobilized on the above-mentioned substrate at a swelling amount smaller than that at the time of coloring or light scattering by 5 to 30% by weight. If the change in the swelling amount is less than 5% by weight, it may be difficult to make the occupancy of the swelling state stimuli-responsive polymer gel in color development or light scattering 70% or more. If it exceeds 30% by weight, the stress in the lateral direction between adjacent stimuli-responsive polymer gels at the time of swelling is large, which may damage the fixing portion and peel off the polymer gel.

【0061】発色時あるいは光散乱時における刺激応答
性高分子ゲルの膨潤量、及び基板上に固定化する際の刺
激応答性高分子ゲルの膨潤量は、それぞれ、以下の式に
よって求めることができる。 膨潤量=(WSW−Wd)/Wd ここで、WSWは、刺激応答性高分子ゲルの膨潤時(発色
時あるいは光散乱時、又は基板上に固定化する際)の重
量を表し、Wdは、乾燥時の重量を表す。刺激応答性高
分子ゲルの膨潤時の重量WSWは、一定量の乾燥ゲル(重
量Wd)を、イオン濃度、pH、溶媒組成、温度等を変
化させた溶液に浸して、定常状態になった時の重量を測
定することによって得ることができる。従って、基板上
に固定化する際の刺激応答性高分子ゲルの膨潤量を、発
色時あるいは光散乱時における刺激応答性高分子ゲルの
膨潤量よりも、5〜30重量%小さくなるように制御し
た後、該刺激応答性高分子ゲルを基板上に固定化するこ
とが好ましい。
The swelling amount of the stimuli-responsive polymer gel at the time of coloring or light scattering and the swelling amount of the stimuli-responsive polymer gel at the time of immobilization on a substrate can be obtained by the following equations, respectively. . Swelling amount = (W SW −W d ) / W d Here, W SW represents the weight of the stimulus-responsive polymer gel at the time of swelling (at the time of coloring or light scattering, or at the time of immobilization on a substrate). , W d represent the dry weight. The weight W SW at the time of swelling of the stimuli-responsive polymer gel becomes a steady state by immersing a fixed amount of the dried gel (weight W d ) in a solution in which the ion concentration, pH, solvent composition, temperature, etc. are changed. It can be obtained by measuring the weight at the time. Therefore, the swelling amount of the stimuli-responsive polymer gel when immobilized on the substrate is controlled so as to be 5 to 30% by weight smaller than the swelling amount of the stimuli-responsive polymer gel at the time of coloring or light scattering. After that, the stimulus-responsive polymer gel is preferably immobilized on a substrate.

【0062】このような固定化時の膨潤量を制御するた
めには、固定化時の溶液等のイオン濃度、pH、溶媒組
成、温度、電場等を変化させることで達成できる。例え
ばイオン性高分子ゲルは、一般的にpH、塩濃度や溶液
組成によりその膨潤量を調整することができる。従っ
て、光学素子として利用される場合の発色時あるいは光
散乱時における膨潤量よりも5〜30重量%少ない膨潤
量は、pHや塩濃度、溶液組成を適切な条件に設定する
ことにより得ることができる。
The amount of swelling at the time of immobilization can be controlled by changing the ionic concentration, pH, solvent composition, temperature, electric field, etc. of the solution at the time of immobilization. For example, the swelling amount of an ionic polymer gel can be generally adjusted by pH, salt concentration or solution composition. Therefore, when used as an optical element, the amount of swelling that is 5 to 30% by weight smaller than the amount of swelling during color development or light scattering can be obtained by setting pH, salt concentration, and solution composition under appropriate conditions. it can.

【0063】pH変化によって刺激応答する高分子ゲル
では、pH3以上7未満の溶液中、また、塩濃度の変化
によって膨潤・収縮する高分子ゲルでは、塩濃度が10
-7〜5×10-1mol/lの溶液中で膨潤量を調整する
ことが好ましい。他にも、熱の付与によって刺激応答す
る高分子ゲルでは、例えば低温において膨潤する特性を
有する高分子ゲルでは、飽和膨潤状態に達する温度より
も2〜10℃程度高い温度に設定する、また、高温にお
いて膨潤する特性を有する高分子ゲルでは、飽和膨潤状
態に達する温度よりも2〜10℃程度低い温度に設定す
ることにより、適切な膨潤状態を得ることができる。
For a polymer gel that responds to stimulus by a change in pH, a salt concentration of 10 to 10 is used in a solution having a pH of 3 to less than 7, and for a polymer gel that swells and contracts due to a change in salt concentration.
It is preferable to adjust the amount of swelling in a solution of -7 to 5 × 10 -1 mol / l. In addition, in the case of a polymer gel that responds to a stimulus by the application of heat, for example, in a polymer gel having the property of swelling at a low temperature, the temperature is set to about 2 to 10 ° C. higher than the temperature at which a saturated swelling state is reached. In a polymer gel having the property of swelling at a high temperature, an appropriate swelling state can be obtained by setting the temperature at about 2 to 10 ° C. lower than the temperature at which the saturated swelling state is reached.

【0064】例えば末端にカルボキシル基やスルホン基
等のイオン性官能基を有するイオン性高分子ゲル等で
は、特にpH3以上7未満の溶液中あるいは塩濃度が1
-7〜5×10-1mol/lの溶液中で行うことが好ま
しい。しかしながら、溶液のpHが3未満あるいは塩濃
度が5×10-1mol/lを超えると、刺激応答性高分
子ゲルが収縮しすぎて、所望の膨潤状態を得ることがで
きない。一方、溶液のpHが7以上の場合、所望の膨潤
状態が得られるpHの範囲が狭く、即ちpH変化に依存
する膨潤量変化が急峻であり、安定した製造が困難であ
る。また、塩濃度が10-7mol/l未満であると、ほ
とんど膨潤できないために所望の膨潤状態を得ることが
できない。
For example, in the case of an ionic polymer gel having an ionic functional group such as a carboxyl group or a sulfone group at the terminal, particularly in a solution having a pH of 3 to less than 7 or a salt concentration of 1
It is preferably carried out in a solution of 0 -7 to 5 × 10 -1 mol / l. However, when the pH of the solution is less than 3 or the salt concentration exceeds 5 × 10 −1 mol / l, the stimuli-responsive polymer gel shrinks too much to obtain a desired swelling state. On the other hand, when the pH of the solution is 7 or more, the range of pH at which a desired swelling state is obtained is narrow, that is, the swelling amount change depending on the pH change is steep, and stable production is difficult. On the other hand, if the salt concentration is less than 10 -7 mol / l, the desired swelling state cannot be obtained because swelling can hardly be achieved.

【0065】pHや塩濃度の調整は、塩酸、硫酸、硫酸
水素ナトリウム、硫酸水素カリウム、リン酸、リン酸二
水素ナトリウム、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二
ナトリウム、リン酸水素二カリウム、炭酸水素ナトリウ
ム、炭酸水素カリウム、塩化ナトリウム、塩化カリウ
ム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、リン酸ナトリウ
ム、リン酸カリウム等を添加することにより行うことが
できる。溶媒種(組成)によって膨潤量を制御すること
も可能で、水、電解質水溶液、アルコール類、ケトン
類、エステル類、エーテル類、ジメチルホルムアミド、
ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、アセ
トニトリル、プロピレンカーボネート等や、キシレン、
トルエン等の芳香族系溶媒及びそれらの混合物等が使用
可能である。これらの混合比率を、適宜調節することに
より、所望の膨潤量を得ることができる。
Adjustment of pH and salt concentration includes hydrochloric acid, sulfuric acid, sodium hydrogen sulfate, potassium hydrogen sulfate, phosphoric acid, sodium dihydrogen phosphate, potassium dihydrogen phosphate, disodium hydrogen phosphate, dipotassium hydrogen phosphate, It can be carried out by adding sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, sodium chloride, potassium chloride, sodium sulfate, potassium sulfate, sodium phosphate, potassium phosphate and the like. The amount of swelling can be controlled by the solvent type (composition). Water, aqueous electrolyte solution, alcohols, ketones, esters, ethers, dimethylformamide,
Dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, propylene carbonate, etc., xylene,
Aromatic solvents such as toluene and mixtures thereof can be used. A desired swelling amount can be obtained by appropriately adjusting the mixing ratio.

【0066】本発明に用いる刺激応答性高分子ゲルの基
板上への固定化は、刺激応答性高分子ゲルが所望の膨潤
状態において行われ、化学結合等の化学的固定化が好ま
しく適用される。この化学結合は、イオン結合、水素結
合、共有結合等各種考えられるが、その中でも安定性の
面から共有結合が最も好ましく、各種固定化剤を用いた
反応により行う。
The immobilization of the stimuli-responsive polymer gel used in the present invention on the substrate is performed in a desired swelling state of the stimuli-responsive polymer gel, and chemical immobilization such as chemical bonding is preferably applied. . Various chemical bonds such as an ionic bond, a hydrogen bond, and a covalent bond can be considered as the chemical bond. Among them, a covalent bond is most preferable in terms of stability, and the chemical bond is formed by a reaction using various immobilizing agents.

【0067】本発明に用いる高分子ゲル固定化剤は、重
合性不飽和基、反応性官能基等を2個以上有する化合物
を挙げることができる。上記重合性不飽和基を2個以上
有する化合物としては、エチレングリコール、プロピレ
ングリコール、トリメチロールプロパン、グリセリンポ
リオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレング
リコール、ポリグリセリン等のポリオール類のジ又はト
リ(メタ)アクリル酸エステル類、前記ポリオール類と
マレイン酸、フマル酸等の不飽和酸類とを反応させて得
られる不飽和ポリエステル類、N,N’−メチレンビス
(メタ)アクリルアミド等のビス(メタ)アクリルアミ
ド類、トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイ
ソシアネート等のポリイソシアネートと(メタ)アクリ
ル酸ヒドロキシエチルとを反応させて得られるジ(メ
タ)アクリル酸カルバミン酸エステル類、アリル化澱
粉、アリル化セルロース、ジアリルフタレート、その他
のテトラアリロキシエタン、ペンタンエリスリトールト
リアリルエーテル、トリメチロールプロパントリアリル
エーテル、ジエチレングリコールジアリルエーテル、ト
リアリルトリメチルエーテル等の多価アリル系を挙げる
ことができる。これらの中でも本発明には、エチレング
リコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコー
ルジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ
(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ
(メタ)アクリレート、N,N’−メチレンビス(メ
タ)アクリルアミド等が好ましく使用される。
Examples of the polymer gel immobilizing agent used in the present invention include compounds having two or more polymerizable unsaturated groups, reactive functional groups and the like. Examples of the compound having two or more polymerizable unsaturated groups include di- or tri (meth) acrylic polyols such as ethylene glycol, propylene glycol, trimethylolpropane, glycerin polyoxyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, and polyglycerin. Acid esters, unsaturated polyesters obtained by reacting the polyols with unsaturated acids such as maleic acid and fumaric acid, bis (meth) acrylamides such as N, N'-methylenebis (meth) acrylamide, tris Di (meth) acrylate carbamates obtained by reacting polyisocyanate such as diisocyanate and hexamethylene diisocyanate with hydroxyethyl (meth) acrylate, allylated starch, allylated cellulose, diallyl phthalate, Other polyvalent allyls such as tetraallyloxyethane, pentaneerythritol triallyl ether, trimethylolpropane triallyl ether, diethylene glycol diallyl ether, triallyl trimethyl ether and the like can be mentioned. Among these, the present invention includes ethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, polypropylene glycol di (meth) acrylate, N, N'-methylenebis (meth) acrylamide Are preferably used.

【0068】また、反応性官能基を2個以上有する化合
物としては、ジグリシジルエーテル化合物、ハロエポキ
シ化合物、ジ及びトリイソシアネート化合物等を挙げる
ことができる。ジグリシジルエーテル化合物の具体例と
しては、エチレングリコールジグリシジルエーテル、ポ
リエチレングリコールジグリシジルエーテル、プロピレ
ングリコールジグリシジルエーテル、ポリプロピレング
リコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジ
ルエーテル、ポリグリセリンジグリシジルエーテル等を
挙げることができる。その他、ハロエポキシ化合物の具
体例としては、エピクロロヒドリン、エピブロモヒドリ
ン、β−メチルエピクロロヒドリン等を挙げることがで
きる。また、ジイソシアネート化合物の具体例として
は、2,4−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレ
ンジイソシアネート等を挙げることができる。
Examples of the compound having two or more reactive functional groups include a diglycidyl ether compound, a haloepoxy compound, and di- and triisocyanate compounds. Specific examples of the diglycidyl ether compound include ethylene glycol diglycidyl ether, polyethylene glycol diglycidyl ether, propylene glycol diglycidyl ether, polypropylene glycol diglycidyl ether, glycerin diglycidyl ether, polyglycerin diglycidyl ether, and the like. . In addition, specific examples of the haloepoxy compound include epichlorohydrin, epibromohydrin, β-methylepichlorohydrin and the like. Further, specific examples of the diisocyanate compound include 2,4-tolylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, and the like.

【0069】また、ビニルトリメトキシシラン、ビニル
トリエトキシシラン等のビニル系シランカップリング
剤、N−(2−アミノエチル)3−アミノプロピルメチ
ルジメトキシシラン、N−(2−アミノエチル)3−ア
ミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピル
トリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング
剤、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3
−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−
(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキ
シシラン等のエポキシ系シランカップリング剤等、各種
反応性シランカップリング剤等も適用できる。これらの
中でも本発明には、特にN−(2−アミノエチル)3−
アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−(2−ア
ミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、
3−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シ
ランカップリング剤が好ましく使用される。
Also, vinyl silane coupling agents such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3-amino Amino-based silane coupling agents such as propyltrimethoxysilane and 3-aminopropyltrimethoxysilane; 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane;
-Glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 2-
Various reactive silane coupling agents, such as an epoxy silane coupling agent such as (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, can also be applied. Among them, the present invention particularly relates to N- (2-aminoethyl) 3-
Aminopropylmethyldimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane,
An amino silane coupling agent such as 3-aminopropyltrimethoxysilane is preferably used.

【0070】上記の高分子ゲル固定化剤は、水もしくは
有機溶媒、又はその混合溶液に溶解し、通常0.01〜
10重量%、より好ましくは0.1〜5重量%として使
用する。ここで有機溶媒としては、メタノール、エタノ
ール、IPA、トルエン、ベンゼン、アセトン、TH
F、メチルセロソルブ等が使用可能である。固定化剤の
使用量が0.01重量%未満であると、十分に刺激応答
性高分子ゲルを固定化できない一方、10重量%を超え
ると、被固定化基板表面に均一な薄い固定化剤を形成で
きなくなり、刺激応答性高分子ゲルの固定化が強すぎた
り、不均一になったりして、所望の光学特性が得られな
くなる等の問題が生じることがある。
The polymer gel immobilizing agent is dissolved in water or an organic solvent, or a mixed solution thereof, and is usually 0.01 to
It is used as 10% by weight, more preferably 0.1 to 5% by weight. Here, as the organic solvent, methanol, ethanol, IPA, toluene, benzene, acetone, TH
F, methyl cellosolve and the like can be used. If the amount of the immobilizing agent is less than 0.01% by weight, the stimuli-responsive polymer gel cannot be sufficiently immobilized, while if it exceeds 10% by weight, a uniform thin immobilizing agent is immobilized on the surface of the substrate to be immobilized. May not be formed, and the immobilization of the stimuli-responsive polymer gel may be too strong or non-uniform, resulting in a problem that desired optical characteristics may not be obtained.

【0071】次に、刺激応答性高分子ゲルの固定化処理
は、最初に固定化剤の水溶液中に基板を浸漬し、1分〜
10時間程度常温で反応させるか、基板を浸漬した後引
き出し常温あるいは高温で1分〜10時間程度反応させ
ることにより、基板表面への反応性官能基の導入が行わ
れる。その後、基板側に導入された官能基に対して、刺
激応答性高分子ゲルの分子構造中に存在する官能基を反
応させ固定化処理を完了する。この時、刺激応答性高分
子ゲル中の官能基は、必要に応じて反応活性を高めるた
めに処理を行ってもよい。具体的には、例えば酸触媒の
添加やカルボジイミド水溶液の添加等の処理が挙げられ
る。
Next, the stimulus-responsive polymer gel is immobilized by first immersing the substrate in an aqueous solution of an immobilizing agent,
The reactive functional group is introduced into the surface of the substrate by reacting at room temperature for about 10 hours, or by immersing the substrate and withdrawing it and reacting at room temperature or high temperature for about 1 minute to 10 hours. Then, the functional group introduced into the substrate side is reacted with the functional group present in the molecular structure of the stimuli-responsive polymer gel to complete the immobilization process. At this time, the functional groups in the stimulus-responsive polymer gel may be subjected to a treatment, if necessary, to increase the reaction activity. Specific examples include treatments such as addition of an acid catalyst and addition of an aqueous carbodiimide solution.

【0072】[0072]

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明するが、本発
明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。 (実施例1)光散乱部材を含有した刺激応答性高分子ゲ
ルを以下のように作製した。N−イソプロピルアクリル
アミド10g、架橋剤としてN,N’−メチレンビスア
クリルアミド0.02g、及び固定化に用いる水酸基の
導入のために2−ヒドロキシエチルアクリレート0.2
gを蒸留水50gに溶解させ、光散乱部材として一次粒
子の平均粒子径が3μmのステンレス粉(屈折率0.
8)10gを攪拌調合した水溶液を調製した。上記の水
溶液をフラスコ中に入れ、窒素置換により酸素を除いた
後、重合開始剤である過硫酸アンモニウム0.04gを
添加後、60℃に加熱して10時間、重合を行った。
EXAMPLES Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these examples. (Example 1) A stimulus-responsive polymer gel containing a light scattering member was produced as follows. 10 g of N-isopropylacrylamide, 0.02 g of N, N′-methylenebisacrylamide as a cross-linking agent, and 0.2% of 2-hydroxyethyl acrylate for introducing hydroxyl groups used for immobilization.
g was dissolved in 50 g of distilled water, and a stainless steel powder having an average primary particle diameter of 3 μm (refractive index: 0.1 μm) was used as a light scattering member.
8) An aqueous solution was prepared by stirring and mixing 10 g. The above aqueous solution was placed in a flask, oxygen was removed by purging with nitrogen, 0.04 g of ammonium persulfate as a polymerization initiator was added, and the mixture was heated at 60 ° C. for 10 hours to perform polymerization.

【0073】重合終了後、生成した高分子ゲル塊をホモ
ジナイザーで粉砕し、大量の蒸留水中に投入し、これを
ろ過する操作を繰り返すことで精製を行った。その後、
大量のアセトンを用いて脱水し、更にシクロヘキサンで
溶媒置換した後、乾燥させた。得られた高分子ゲル粒子
の乾燥時の粒子径は、約70μmであった。この乾燥高
分子ゲル粒子を大量の蒸留水に加えて膨潤させ、温度2
5℃における平衡膨潤時の吸水量を測定したところ、約
50g/gであった。そして、これらの高分子ゲル粒子
の水膨潤物を50℃に加熱すると収縮し、約3g/gの
吸水量を示すことがわかった。つまり、相転移点よりも
高温では収縮し、低温側では膨潤することを確認した。
この変化は可逆的であり、膨潤・収縮によって粒径は
2.6倍、即ち体積で約17倍の変化が得られた。以上
により、温度変化で膨潤・収縮を行う刺激応答性高分子
ゲルを作製した。
After completion of the polymerization, the resulting polymer gel mass was pulverized with a homogenizer, poured into a large amount of distilled water, and filtered to repeat the operation of purification, whereby purification was performed. afterwards,
After dehydration using a large amount of acetone, the solvent was replaced with cyclohexane, and then dried. The dried polymer gel particles had a particle size of about 70 μm. The dried polymer gel particles are added to a large amount of distilled water to swell,
The water absorption during equilibrium swelling at 5 ° C. was about 50 g / g. Then, it was found that when the water-swelled polymer gel particles were heated to 50 ° C., they contracted and exhibited a water absorption of about 3 g / g. That is, it was confirmed that the resin shrinks at a temperature higher than the phase transition point and swells at a temperature lower than the phase transition point.
This change was reversible, and the swelling and shrinking resulted in a change in particle size of 2.6 times, that is, about 17 times in volume. As described above, a stimuli-responsive polymer gel that swells and shrinks with temperature changes was produced.

【0074】上記の高分子ゲル粒子3.0gを、蒸留水
200gに加えて膨潤させた。これを28℃に加熱する
と、高分子ゲルは収縮し、この時の吸水量は約40g/
gであり、光散乱時の膨潤量の約20重量%小さい膨潤
量であった。この分散溶液をテフロン製バットに入れ、
攪拌しながらテトラメチルアンモニウムクロライド0.
02gを添加した。
The above polymer gel particles (3.0 g) were added to 200 g of distilled water to swell. When this is heated to 28 ° C., the polymer gel shrinks, and the water absorption at this time is about 40 g /
g, which was about 20% by weight smaller than the swelling amount at the time of light scattering. Put this dispersion in a Teflon vat,
With stirring, tetramethylammonium chloride 0.1.
02 g was added.

【0075】高分子ゲル粒子の固定化のための基板の処
理は、10×10cmのスライドガラス(松浪硝子工
業:#0200)をアセトンとイソプロピルアルコール
でそれぞれ30分間の超音波洗浄後、酢酸を用いてpH
5に調節したエタノール95%水溶液200mlにγ−
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン4mlを攪拌
下に加え調製した溶液中に、30分間浸漬させた。取り
出した基板をメタノールで洗浄後、150℃のオーブン
中にて1時間放置し、シラン層を硬化させた。シランカ
ップリング処理した基板上に、前記高分子ゲル粒子分散
溶液を均一に塗布した後、約10時間静置して固定化し
た。
The substrate treatment for immobilizing the polymer gel particles was performed by ultrasonically cleaning a 10 × 10 cm slide glass (Matsunami Glass: # 0200) with acetone and isopropyl alcohol for 30 minutes and then using acetic acid. PH
5 in 200 ml of a 95% aqueous ethanol solution adjusted to 5
4 ml of glycidoxypropyltrimethoxysilane was immersed in a solution prepared by adding under stirring for 30 minutes. After the taken-out substrate was washed with methanol, it was left in an oven at 150 ° C. for 1 hour to cure the silane layer. The polymer gel particle dispersion solution was uniformly applied onto the silane-coupled substrate, and then allowed to stand for about 10 hours to be fixed.

【0076】次に、数個の300μmのスペーサをスラ
イドガラス上の高分子ゲル間に配置し、もう1枚のスラ
イドガラスでこの試料を挟持しセルとした。セル内部に
は蒸留水を充填した。この時、高分子ゲル粒子同士の応
力等による高分子ゲル粒子の離脱・流動は見られず、安
定に固定化できていた。このセルを顕微鏡にて550倍
の倍率で垂直方向から観察し、CCDカメラで撮影し
た。得られた画像をPC上で解析し、横軸が色の階調、
縦軸が濃度を示すヒストグラムを求めた。ヒストグラム
から高分子ゲルとスライドガラスのしきい値を決定し、
高分子ゲル部分の面積を測定したところ、基板上の高分
子ゲル占有率は約85%であった。透過率は約10%以
下の不透明な状態であり、高い光散乱効率を示してい
た。また、高分子ゲル粒子が固定化されているセルを5
0℃に加熱すると、高分子ゲル粒子が収縮し、透過率は
80%まで増加した。温度変化による膨潤・収縮変化は
可逆的であり、100回程度繰り返しても、高分子ゲル
が剥がれ落ちるようなことはなかった。
Next, several 300 μm spacers were arranged between the polymer gels on the slide glass, and this sample was sandwiched by another slide glass to form a cell. The inside of the cell was filled with distilled water. At this time, no detachment or flow of the polymer gel particles due to stress or the like between the polymer gel particles was observed, and the polymer gel particles were stably immobilized. The cell was observed with a microscope at a magnification of 550 from the vertical direction, and photographed with a CCD camera. The obtained image is analyzed on a PC, and the horizontal axis represents the color gradation,
A histogram whose vertical axis indicates the density was obtained. Determine the threshold value of the polymer gel and slide glass from the histogram,
When the area of the polymer gel portion was measured, the polymer gel occupancy on the substrate was about 85%. The transmittance was in an opaque state of about 10% or less, indicating high light scattering efficiency. In addition, the cells in which the polymer gel particles are immobilized
Upon heating to 0 ° C., the polymer gel particles shrank and the transmittance increased to 80%. The swelling / shrinking change due to the temperature change was reversible, and even after repeating about 100 times, the polymer gel did not peel off.

【0077】(実施例2)顔料を含有した刺激応答性高
分子ゲルを以下のように逆相懸濁重合によって作製し
た。主モノマーとしてアクリル酸20.0gをビーカー
にとり、冷却して攪拌しつつ25重量%の水酸化ナトリ
ウム水溶液33gを滴下して約74%の中和を行った
後、過硫酸アンモニウム0.1gを2gの純水に溶解し
た溶液と、ゲル着色用の顔料としてフタロシアニン系青
色顔料10.0gと、架橋剤であるメチレンビスアクリ
ルアミド0.1gとを加え、充分に攪拌してエマルゲン
909(花王(株)製)1gを添加し、均一な溶液を調
製した。得られた溶液を、ビーカー中でシクロヘキサン
500gに分散安定剤であるソルビトール系界面活性剤
(第一工業製薬製:ソルゲン50)5.0gを溶解して
窒素置換した溶液に添加し、回転式攪拌羽根を用いて1
0000回転で10分間高速攪拌して乳化させた。
Example 2 A stimulus-responsive polymer gel containing a pigment was prepared by reversed-phase suspension polymerization as follows. 20.0 g of acrylic acid was taken as a main monomer in a beaker, 33 g of a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise while cooling and stirring, and about 74% of neutralization was performed. A solution dissolved in pure water, 10.0 g of a phthalocyanine-based blue pigment as a pigment for gel coloring, and 0.1 g of methylene bisacrylamide as a cross-linking agent were added, and the mixture was sufficiently stirred, followed by emulgen 909 (manufactured by Kao Corporation). 1) was added to prepare a homogeneous solution. The obtained solution was added to a solution obtained by dissolving 5.0 g of a sorbitol-based surfactant (Solgen 50, manufactured by Dai-ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a dispersion stabilizer in 500 g of cyclohexane in a beaker and replacing with nitrogen, and rotary stirring. 1 with feather
The mixture was emulsified by high-speed stirring at 0000 rpm for 10 minutes.

【0078】次に、反応系の温度を25℃に調節し、溶
液を攪拌しながらN,N,N’,N’−テトラメチルエ
チレンジアミンの50%シクロヘキサン溶液を添加し、
重合を行った。重合後、生成した着色高分子ゲル粒子を
回収し、水酸化ナトリウム水溶液で中和反応を行った後
に、純水で繰り返し洗浄を行いアセトンで脱水した後、
乾燥させた。得られた粒子を分級して、平均粒径が約4
μmの刺激応答性高分子ゲル粒子を得た。また、この着
色高分子ゲル粒子の純水吸水量は約200g/gであ
り、pH変化によって可逆的に膨潤・収縮させることが
できた。得られた乾燥高分子ゲル粒子3.0gを200
gの蒸留水にて膨潤させた後、微量の塩酸を添加しpH
5に調節した。この時の、高分子ゲル粒子の吸水量は約
160g/gであり、発色時の膨潤量の約20重量%小
さい膨潤量であった。その後、1−エチル−3−[3−
(ジメチルアミノ)プロピル]カルボジイミド・塩酸塩
(EDC・HCl)0.1gを、溶液中に攪拌しながら
添加し、高分子ゲル粒子分散溶液とした。
Next, the temperature of the reaction system was adjusted to 25 ° C., and a 50% cyclohexane solution of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine was added while stirring the solution.
Polymerization was performed. After polymerization, the resulting colored polymer gel particles are collected, and after performing a neutralization reaction with an aqueous sodium hydroxide solution, repeatedly washed with pure water and dehydrated with acetone,
Let dry. The obtained particles were classified to have an average particle size of about 4
μm stimuli-responsive polymer gel particles were obtained. The colored polymer gel particles had a pure water absorption of about 200 g / g, and could be reversibly swelled and shrunk by pH change. 3.0 g of the obtained dried polymer gel particles was added to 200
g of distilled water, add a small amount of hydrochloric acid and adjust the pH.
Adjusted to 5. At this time, the water absorption of the polymer gel particles was about 160 g / g, which was about 20% by weight smaller than the swelling amount at the time of color development. Then, 1-ethyl-3- [3-
0.1 g of (dimethylamino) propyl] carbodiimide.hydrochloride (EDC.HCl) was added to the solution with stirring to obtain a polymer gel particle dispersion.

【0079】次に、刺激応答性高分子ゲル粒子を固定す
るための基板の処理を示す。ITO(インジウム−スズ
酸化物)電極付きガラス板(10×10cm)をアセト
ンとイソプロピルアルコールでそれぞれ30分間の超音
波洗浄後、エタノール95%水溶液200mlにγ−ア
ミノプロピルトリエトキシシラン4mlを攪拌下に加え
調製した溶液中に、30分間浸漬させた。取り出した基
板をメタノールで軽く洗浄後、150℃のオーブン中に
て1時間放置し、シラン層を硬化させた。シランカップ
リング処理した基板上に、前記高分子ゲル粒子分散溶液
を均一に塗布した後、約10時間静置して固定化した。
得られた高分子ゲル粒子固定化基板は、pH7の純水中
において高分子ゲルが膨潤状態にあるが、応力等による
高分子ゲル粒子の離脱はみられず、安定に固定化できて
いた。
Next, the processing of the substrate for fixing the stimulus-responsive polymer gel particles will be described. A glass plate (10 × 10 cm) with an ITO (indium-tin oxide) electrode was ultrasonically washed with acetone and isopropyl alcohol for 30 minutes each, and 4 ml of γ-aminopropyltriethoxysilane was stirred in 200 ml of a 95% aqueous solution of ethanol while stirring. It was immersed in the prepared solution for 30 minutes. After the substrate taken out was lightly washed with methanol, it was left in an oven at 150 ° C. for 1 hour to cure the silane layer. The polymer gel particle dispersion solution was uniformly applied onto the silane-coupled substrate, and then allowed to stand for about 10 hours to be fixed.
The polymer gel particle-immobilized substrate obtained had a polymer gel in a swelling state in pure water at pH 7, but the polymer gel particles were not detached due to stress or the like, and could be stably immobilized.

【0080】次に、数個の200μmのスペーサをIT
Oガラス上の高分子ゲル間に配置し間隔を設けて、もう
1枚のITOガラスを用い、この試料を挟持しセルとし
た。セル内部には0.001mol/lの塩化ナトリウ
ム水溶液を充填した。この状態では、セル内部の顔料は
高分子ゲル粒子が膨潤しているために青色であり、光学
濃度測定装置(X−Rite社製:X−Rite40
4)のCyanモードで測定したところ、光学濃度は
2.0という高い値であった。このセルを実施例1と同
様にCCDカメラにて撮影を行い、画像をPC上で処理
したところ、基板上の高分子ゲル占有率は約90%であ
った。
Next, several 200 μm spacers are inserted into the IT
This sample was sandwiched between the polymer gels on the O glass and the cells were provided with an interval, and another ITO glass was used to form a cell. The inside of the cell was filled with a 0.001 mol / l aqueous sodium chloride solution. In this state, the pigment inside the cell is blue due to the swelling of the polymer gel particles, and the optical density measurement device (X-Rite40 manufactured by X-Rite) is used.
When measured in the cyan mode of 4), the optical density was as high as 2.0. This cell was photographed with a CCD camera in the same manner as in Example 1, and the image was processed on a PC. As a result, the polymer gel occupancy on the substrate was about 90%.

【0081】次に、高分子ゲル粒子が固定化されている
基板側の電極を陰極として、両ガラス電極間に5Vの直
流電圧を印加すると、瞬時に高分子ゲル粒子が収縮し、
光学濃度が0.3まで減少した。その後、消色反応とは
逆極性の電圧を印加すると再び青色に変化し、発色・消
色反応が可逆的に起こることを確認した。また、この可
逆的な濃度変化は、50回以上安定して繰り返すことが
できた。
Next, when a DC voltage of 5 V is applied between the glass electrodes using the electrode on the substrate side on which the polymer gel particles are immobilized as a cathode, the polymer gel particles are instantaneously shrunk,
Optical density decreased to 0.3. Thereafter, when a voltage having a polarity opposite to that of the color erasing reaction was applied, the color changed to blue again, and it was confirmed that the color developing / color erasing reaction occurred reversibly. This reversible concentration change could be repeated stably 50 times or more.

【0082】(実施例3)顔料を含有した刺激応答性高
分子ゲルを以下のように逆相懸濁重合によって製造し
た。主モノマーとしてアクリル酸20.0gをビーカー
にとり、冷却して攪拌しつつ25重量%の水酸化ナトリ
ウム水溶液33gを滴下して約74%の中和を行った
後、過硫酸アンモニウム0.1gを2gの純水に溶解し
た溶液と、ゲル着色用の顔料としてカーボンブラック
(昭和キャボット社製:ショウブラックN762)1
0.0gと、架橋剤であるメチレンビスアクリルアミド
0.1gとを加え、充分に攪拌してエマルゲン909
(花王(株)製)1gを添加し、均一な溶液を調製し
た。得られた溶液を、ビーカー中でシクロヘキサン50
0gに分散安定剤であるソルビトール系界面活性剤(第
一工業製薬製:ソルゲン50)5.0gを溶解して窒素
置換した溶液に添加し、回転式攪拌羽根を用いて100
00回転で10分間高速攪拌して乳化させた。
Example 3 A stimulus-responsive polymer gel containing a pigment was produced by reversed-phase suspension polymerization as follows. 20.0 g of acrylic acid was taken as a main monomer in a beaker, 33 g of a 25% by weight aqueous sodium hydroxide solution was added dropwise while cooling and stirring, and about 74% of neutralization was performed. A solution dissolved in pure water and carbon black (Showa Black N762, manufactured by Showa Cabot Corporation) 1 as a pigment for gel coloring
0.0 g and 0.1 g of methylene bisacrylamide as a cross-linking agent were added, and the mixture was sufficiently stirred to obtain Emulgen 909.
1 g (manufactured by Kao Corporation) was added to prepare a uniform solution. The obtained solution is added to cyclohexane 50 in a beaker.
A solution of 5.0 g of a sorbitol-based surfactant (Solgen 50, manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) as a dispersion stabilizer was added to 0 g of the solution, and the solution was added to a solution purged with nitrogen.
The mixture was emulsified by high-speed stirring at 00 rotation for 10 minutes.

【0083】次に、反応系の温度を25℃に調節し、溶
液を攪拌しながらN,N,N’,N’−テトラメチルエ
チレンジアミンの50%シクロヘキサン溶液を添加し、
重合を行った。重合後、生成した着色高分子ゲル粒子を
回収し、水酸化ナトリウム水溶液で中和反応を行った後
に、純水で繰り返し洗浄を行い乾燥させた。得られた粒
子を分級して、平均粒径が約4μmの刺激応答性高分子
ゲル粒子を得た。また、この着色高分子ゲル粒子の純水
吸水量は約200g/gであった。得られた乾燥高分子
ゲル粒子4.0gを200gの蒸留水にて膨潤させた
後、微量の酸を添加しpH5に調節した。この時の吸水
量は、約160g/gであった。この分散溶液をテフロ
ン(登録商標)製バットに入れ、1−エチル−3−[3
−(ジメチルアミノ)プロピル]カルボジイミド・塩酸
塩(EDC・HCl)0.1gを、溶液中に攪拌しなが
ら添加し、高分子ゲル粒子分散溶液とした。
Next, the temperature of the reaction system was adjusted to 25 ° C., and a 50% cyclohexane solution of N, N, N ′, N′-tetramethylethylenediamine was added while stirring the solution.
Polymerization was performed. After the polymerization, the produced colored polymer gel particles were recovered, neutralized with an aqueous sodium hydroxide solution, and then repeatedly washed with pure water and dried. The obtained particles were classified to obtain stimulus-responsive polymer gel particles having an average particle size of about 4 μm. The colored polymer gel particles had a pure water absorption of about 200 g / g. After swelling 4.0 g of the obtained dried polymer gel particles with 200 g of distilled water, a slight amount of acid was added to adjust the pH to 5. The water absorption at this time was about 160 g / g. This dispersion solution was placed in a Teflon (registered trademark) vat, and 1-ethyl-3- [3
0.1 g of [-(dimethylamino) propyl] carbodiimide.hydrochloride (EDC.HCl) was added to the solution with stirring to obtain a polymer gel particle dispersion.

【0084】次に、刺激応答性高分子ゲル粒子の固定化
のための基板の処理は、10×10cmのネサガラス
(旭硝子:U膜)をアセトンとイソプロピルアルコール
でそれぞれ30分間の超音波洗浄を行った後、エタノー
ル95%水溶液200mlにγ−アミノプロピルトリエ
トキシシラン4mlを攪拌下に加え調製した溶液中に、
30分間浸漬させた。取り出した基板をメタノールで洗
浄後、150℃のオーブン中にて1時間放置し、シラン
層を硬化させた。シランカップリング処理した基板上
に、前記高分子ゲル粒子分散溶液を均一に塗布した後、
約10時間静置して固定化した。
Next, in the treatment of the substrate for immobilizing the stimulus-responsive polymer gel particles, a 10 × 10 cm Nesa glass (Asahi Glass: U film) was subjected to ultrasonic cleaning with acetone and isopropyl alcohol for 30 minutes each. After that, 4 ml of γ-aminopropyltriethoxysilane was added to 200 ml of a 95% aqueous ethanol solution with stirring, and the resulting solution was added with
Immerse for 30 minutes. After the taken-out substrate was washed with methanol, it was left in an oven at 150 ° C. for 1 hour to cure the silane layer. After uniformly applying the polymer gel particle dispersion on the silane-coupled substrate,
It was left stationary for about 10 hours to immobilize it.

【0085】次に、数個の200μmのスペーサをネサ
ガラス上の高分子ゲル間に配置し間隔を設けて、もう1
枚のネサガラスでこの試料を挟持しセルとした。セル内
部には0.001mol/lの塩化ナトリウム水溶液を
充填した。この状態では、セル内部の顔料は高分子ゲル
粒子が膨潤しているために黒色であり、光学濃度測定装
置(X−Rite社製:X−Rite404)のVis
ualモードで測定したところ、光学濃度は1.8であ
った。この時でも、高分子ゲル粒子同士の応力等による
高分子ゲル粒子の離脱・流動はみられず、安定に固定化
できていた。このセルを顕微鏡にて550倍の倍率で観
察した画像を、実施例1と同様にPC上で処理したとこ
ろ、基板上の高分子ゲル占有率が約85%であった。
Next, several 200 μm spacers were arranged between the polymer gels on the Nesa glass to provide an interval, and another spacer was formed.
This sample was sandwiched between sheets of Nesa glass to form a cell. The inside of the cell was filled with a 0.001 mol / l aqueous sodium chloride solution. In this state, the pigment inside the cell is black due to the swelling of the polymer gel particles, and the Vis of the optical density measuring device (X-Rite 404) is used.
When measured in the ual mode, the optical density was 1.8. Even at this time, no detachment or flow of the polymer gel particles due to stress or the like between the polymer gel particles was observed, and the polymer gel particles were stably immobilized. An image obtained by observing the cell at a magnification of 550 with a microscope was processed on a PC in the same manner as in Example 1. As a result, the polymer gel occupancy on the substrate was about 85%.

【0086】次に、高分子ゲル粒子が固定化されている
基板側の電極を陰極として、両ネサガラス電極間に5V
の直流電圧を印加すると、瞬時に高分子ゲル粒子が収縮
し消色した。この時、光学濃度はおよそ0.4であっ
た。その後、消色反応とは逆極性の電圧を印加すると再
び黒色に変化し、発色・消色反応が可逆的に起こること
を確認した。また、この可逆的な濃度変化は、50回以
上安定して繰り返すことができた。
Next, a voltage of 5 V was applied between both Nesa glass electrodes using the electrode on the substrate side on which the polymer gel particles were immobilized as a cathode.
When the DC voltage was applied, the polymer gel particles were instantaneously shrunk and discolored. At this time, the optical density was about 0.4. Thereafter, when a voltage having a polarity opposite to that of the decoloring reaction was applied, the color was changed to black again, and it was confirmed that the coloring and decoloring reactions occurred reversibly. This reversible concentration change could be repeated stably 50 times or more.

【0087】(比較例1)実施例1と同様な方法で得ら
れた、乾燥状態の光散乱部材含有高分子ゲル粒子3.0
gを、200gの蒸留水で膨潤させたものを高分子ゲル
分散溶液とした。溶媒温度を35℃に調節すると、この
時の高分子ゲル粒子の吸水量は約11g/gとなり、光
散乱時の膨潤量の約78重量%小さい膨潤量であった。
この分散溶液に、実施例1と同様な方法で処理したガラ
ス基板を浸漬させ、35℃で10時間反応させることに
より固定化を行った。
Comparative Example 1 Polymer gel particles 3.0 containing a light-scattering member in a dry state, obtained in the same manner as in Example 1.
g was swollen with 200 g of distilled water to obtain a polymer gel dispersion solution. When the solvent temperature was adjusted to 35 ° C., the water absorption of the polymer gel particles at this time was about 11 g / g, which was a swelling amount smaller by about 78% by weight than the swelling amount at the time of light scattering.
A glass substrate treated in the same manner as in Example 1 was immersed in this dispersion solution, and allowed to react at 35 ° C. for 10 hours to perform immobilization.

【0088】基板上の高分子ゲル粒子は、温度25℃に
おける蒸留水中において膨潤状態であるが、膨潤時に生
じた高分子ゲル粒子同士の応力のため、多量の高分子ゲ
ル粒子の離脱が観察された。この基板を、顕微鏡にて5
50倍の倍率で観察した画像を実施例1と同様にPC上
で処理したところ、基板上の高分子ゲル占有率は50%
以下であった。この基板は、目視による観察においても
はっきりとムラが確認でき、良好な光散乱性能を示さな
かった。これは、温度35℃の収縮状態で固定化したた
めに、膨潤時に高分子ゲル粒子同志の応力で多量の高分
子ゲル粒子の離脱が発生し、ゲルとゲルとの間に多くの
隙間ができてしまったためである。
Although the polymer gel particles on the substrate are swollen in distilled water at a temperature of 25 ° C., a large amount of polymer gel particles are observed to be detached due to stress between the polymer gel particles generated at the time of swelling. Was. This substrate is placed under a microscope for 5 minutes.
When the image observed at a magnification of 50 times was processed on a PC in the same manner as in Example 1, the polymer gel occupancy on the substrate was 50%.
It was below. This substrate was clearly uneven even when visually observed, and did not show good light scattering performance. This is because the polymer gel particles were fixed in a contracted state at a temperature of 35 ° C., so that a large amount of polymer gel particles were detached by the stress of the polymer gel particles during swelling, and many gaps were formed between the gels. It is because it has been done.

【0089】(比較例2)実施例2と同様な方法で得ら
れた、乾燥状態の顔料含有高分子ゲル粒子3.0gを、
200gの純水で膨潤させた後、塩化ナトリウムを添加
し1.0mol/lに調整した。この時の高分子ゲル粒
子の吸水量は約70g/gで、これは発色時の膨潤量の
約65重量%小さい膨潤量であった。その後、1−エチ
ル−3−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]カルボジ
イミド・塩酸塩(EDC・HCl)0.1gを、溶液中
に攪拌しながら添加し、高分子ゲル粒子分散溶液とし
た。この高分子ゲル分散溶液に、実施例2と同様な方法
でシランカップリング処理した基板を浸漬し、約10時
間静置したものを固定化基板とした。
Comparative Example 2 3.0 g of the pigment-containing polymer gel particles in a dry state obtained by the same method as in Example 2 was used.
After swelling with 200 g of pure water, sodium chloride was added to adjust to 1.0 mol / l. At this time, the amount of water absorbed by the polymer gel particles was about 70 g / g, which was about 65% by weight smaller than the amount of swelling during color development. Thereafter, 0.1 g of 1-ethyl-3- [3- (dimethylamino) propyl] carbodiimide.hydrochloride (EDC.HCl) was added to the solution with stirring to obtain a polymer gel particle dispersion. A substrate subjected to silane coupling treatment in the same manner as in Example 2 was immersed in this polymer gel dispersion solution, and allowed to stand for about 10 hours to obtain an immobilized substrate.

【0090】得られた高分子ゲル粒子固定化基板は、p
H7の純水中において高分子ゲルが膨潤状態であるが、
膨潤時に生じた高分子ゲル粒子同士の応力によって、多
量の粒子の離脱が観測された。この基板を顕微鏡にて5
50倍の倍率で観察した画像を実施例1と同様にPC上
で処理したところ、高分子ゲル粒子の間には多くの隙間
が生じており、基板上の高分子ゲル占有率は50%以下
であった。光学濃度測定装置(X−Rite社製:X−
Rite404)のVisualモードで測定したとこ
ろ、光学濃度は約0.9であり、良好な発色特性は得ら
れなかった。
The obtained polymer gel particle-immobilized substrate was made of p
The polymer gel is swollen in pure water of H7,
The detachment of a large amount of particles was observed due to the stress between the polymer gel particles generated during swelling. This substrate is examined with a microscope 5
When the image observed at a magnification of 50 times was processed on a PC in the same manner as in Example 1, many gaps were generated between the polymer gel particles, and the polymer gel occupancy on the substrate was 50% or less. Met. Optical density measuring device (manufactured by X-Rite: X-
When measured in the Visual mode of Rite 404), the optical density was about 0.9, and good color-forming properties could not be obtained.

【0091】(比較例3)実施例3と同様な方法で得ら
れた、乾燥状態の顔料含有高分子ゲル粒子3.0gを、
200gのpH7の純水で膨潤させたものを高分子ゲル
分散溶液とした。この時の高分子ゲル粒子の吸水量は約
200g/gであり、発色時の膨潤量と全く同じ膨潤量
であった。この高分子ゲル分散溶液に、実施例2と同様
な方法でシランカップリング処理した基板を浸漬させ、
60℃で10時間反応させることにより固定化を行っ
た。
Comparative Example 3 3.0 g of the pigment-containing polymer gel particles in a dry state obtained by the same method as in Example 3 was used.
What was swollen with 200 g of pure water having a pH of 7 was used as a polymer gel dispersion solution. The amount of water absorbed by the polymer gel particles at this time was about 200 g / g, which was exactly the same as the amount of swelling during color development. A substrate subjected to silane coupling treatment in the same manner as in Example 2 is immersed in this polymer gel dispersion solution,
Immobilization was carried out by reacting at 60 ° C. for 10 hours.

【0092】基板上の高分子ゲル粒子は、pH7の純水
中において膨潤状態であるが、発色時の膨潤量で基板上
に固定化しているため、固定化時に高分子ゲル粒子間に
生じる斥力、立体因子、膨潤溶液中の流動等により、高
分子ゲルの間に隙間が生じ、高い占有率で固定化してい
なかった。この基板を、顕微鏡にて550倍の倍率で観
察した画像を実施例1と同様にPC上で処理したとこ
ろ、基板上の高分子ゲル占有率は60%以下であった。
この基板は、目視による観察においても色ムラが確認で
き、良好な発色状態を示していなかった。これは、高分
子ゲル粒子を発色時の膨潤量で固定化したために、ゲル
とゲルとの間に多くの隙間ができてしまったためであ
る。
The polymer gel particles on the substrate are swollen in pure water at pH 7, but are immobilized on the substrate by the swelling amount at the time of color development. Due to steric factors, flow in the swelling solution, and the like, gaps were formed between the polymer gels, and the gels were not fixed at a high occupancy. An image of this substrate observed with a microscope at a magnification of 550 was processed on a PC in the same manner as in Example 1. As a result, the polymer gel occupancy on the substrate was 60% or less.
This substrate showed color unevenness even when visually observed, and did not show a favorable color development state. This is because the polymer gel particles were immobilized at the swelling amount at the time of color development, so that many gaps were formed between the gels.

【0093】[0093]

【発明の効果】本発明によれば、膨潤・収縮を繰り返す
刺激応答性高分子ゲルを用い、膨潤時の発色特性あるい
は光散乱特性に優れ、良好なコントラスト比が得られる
光学素子及びその製造方法を提供することができる。更
に、本発明によれば、膨潤・収縮を繰り返すことによる
調光・発色状態の膨潤したゲルの分布ムラ(濃度ムラ)
の増加を防止し、応答速度の低下という問題も改善する
ことができる光学素子及びその製造方法を提供すること
ができる。
According to the present invention, an optical element which uses a stimulus-responsive polymer gel which repeats swelling and shrinkage, has excellent color-forming properties or light-scattering properties upon swelling, and can obtain a good contrast ratio, and a method for producing the same. Can be provided. Further, according to the present invention, uneven distribution (density unevenness) of the swollen gel in a light control / colored state due to repeated swelling / shrinking.
It is possible to provide an optical element and a method for manufacturing the same, which can prevent an increase in the optical speed and can also solve the problem of a reduction in response speed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の光学素子の一例を示す概略断面図で
ある。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the optical element of the present invention.

【図2】 本発明の光学素子の一例を示す概略平面図で
ある。
FIG. 2 is a schematic plan view showing an example of the optical element of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 透明基板 4 透明基板 6 刺激応答性高分子ゲル 8 吸収可能な液体 10 刺激付与手段 12 刺激付与手段 14 スペーサ 16 封止材 2 Transparent substrate 4 Transparent substrate 6 Stimuli-responsive polymer gel 8 Absorbable liquid 10 Stimulation means 12 Stimulation means 14 Spacer 16 Sealing material

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) G02B 5/02 G02B 5/02 B (72)発明者 小村 晃雅 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 植松 高志 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 (72)発明者 川原 淳 神奈川県南足柄市竹松1600番地 富士ゼロ ックス株式会社内 Fターム(参考) 2H042 AA15 AA26 BA02 BA11 BA13 BA15 BA20 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) G02B 5/02 G02B 5/02 B (72) Inventor Koga Komura 1600 Takematsu, Minamiashigara-shi, Kanagawa Prefecture Fuji Xerox Co., Ltd. In-house (72) Inventor Takashi Uematsu 1600 Takematsu, Minamiashigara-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Xerox Co., Ltd. (72) Inventor Atsushi Atsushi Kawahara 1600 Takematsu, Minami-Ashigara-shi, Kanagawa Prefecture Fuji Xerox Co., Ltd.F-term (reference) 2H042 AA15 AA26 BA02 BA11 BA13 BA15 BA20

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 少なくとも、一対の基板と、刺激応答性
高分子ゲルと、該刺激応答性高分子ゲル中に吸収可能な
液体とからなり、発色時あるいは光散乱時において、調
光に寄与する基板の有効面積に対する、該基板上に一粒
子層として固定化された総ての刺激応答性高分子ゲルの
該基板上への正射影の面積の割合が、70%以上である
ことを特徴とする光学素子。
1. At least a pair of substrates, a stimulus-responsive polymer gel, and a liquid that can be absorbed in the stimulus-responsive polymer gel, and contribute to light control during color development or light scattering. The ratio of the area of the orthographic projection of all the stimuli-responsive polymer gels immobilized as a single particle layer on the substrate on the substrate to the effective area of the substrate is 70% or more. Optical element.
【請求項2】 少なくとも、基板上に、刺激応答性高分
子ゲルを固定化する工程と、該刺激応答性高分子ゲル中
に吸収可能な液体を基板間に充填する工程とを有する光
学素子の製造方法において、該刺激応答性高分子ゲルを
発色時あるいは光散乱時の膨潤量よりも小さい膨潤量で
前記基板上に固定化することを特徴とする光学素子の製
造方法。
2. An optical element comprising at least a step of immobilizing a stimuli-responsive polymer gel on a substrate and a step of filling a liquid absorbable in the stimuli-responsive polymer gel between the substrates. A method for producing an optical element, wherein the stimulus-responsive polymer gel is immobilized on the substrate with an amount of swelling smaller than the amount of swelling during coloring or light scattering.
【請求項3】 前記刺激応答性高分子ゲルを、発色時あ
るいは光散乱時における膨潤量よりも5〜30重量%小
さい膨潤量で前記基板上に固定化する請求項2に記載の
光学素子の製造方法。
3. The optical element according to claim 2, wherein the stimulus-responsive polymer gel is immobilized on the substrate with a swelling amount smaller by 5 to 30% by weight than a swelling amount at the time of coloring or light scattering. Production method.
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