JPH0135327B2

JPH0135327B2 -

Info

Publication number: JPH0135327B2
Application number: JP18983386A
Authority: JP
Inventors: Shoji Ito; Kensaku Mizoguchi; Masao Suda
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-08-13
Filing date: 1986-08-13
Publication date: 1989-07-25
Also published as: JPS6344637A

Description

【発明の詳細な説明】

「産業上の利用分野」本発明は、新規な光学素子に関し、特に可溶性
ポリマーの光散乱性を利用した、光学素子に関す
る。「従来の技術、及び発明が解決しようとする問題
点」近年、オフイス・オートメーシヨン（OA）化
の発展に伴い、表示装置（デイスプレイ）の用途
が事務機器の分野にも広く進出している。このよ
うな表示装置においては、長時間の使用にも目の
疲労を感じさせないものが望ましい。従来、かか
る表示素子としては、電解発色表示素子
（ECD）、液晶表示素子（LCD）等の非発光型の
ものが知られている。しかしながら、ECDは表
示コントラストが低く、LCDはさらに視野角が
狭いという欠点があつた。又、これらを光シヤツ
タ等の光変調素子として利用する場合にも同様の
欠点があつた。本発明は、従来の素子におけるこのような欠点
に鑑みなされたもので、表示素子として視野角が
広く、明瞭性に優れ、長時間の使用にも目の疲労
を感じさせない高品位の素子、また、光変調素子
としてコントラストが高く、光入射角依存の小さ
い素子を提供することを目的とするものである。「問題点を解決するための手段」以下、本発明の基本構成を、実施例に対応する
第１図を用いて説明する。図において、１は基板、２はポリマー液層、３
は透明保護板、８は発熱要素に該当する赤外線吸
収層である。基板１は、光学素子を透過型とした
場合にはガラス類、プラスチツク類等の光を透す
ものが用いられ、反射型とした場合には、シリコ
ンのような半導体類、セラミツクス類、アルミの
ような金属類、不透明プラスチツク類等の光を透
さないもの、あるいは前記した透過性材料の表面
に金属被膜を蒸着させたもの等が用いられる。ポ
リマー液層２はＮ―置換アクリルアミドポリマー
を含む溶液からなる液層であり、このポリマー液
層を構成するＮ―置換アクリルアミドポリマーと
しては、例えば、Ｎ―イソプロピルアクリルアミ
ド、Ｎ―イソプロピルメタクリルアミド、Ｎ―エ
チルアクリルアミド、Ｎ―ｎ―プロピルアクリル
アミド、Ｎ―シクロプロピルアクリルアミド、
Ｎ，Ｎ―エチルメチルアクリルアミド、Ｎ―アク
リルピロリジン、Ｎ―アクリルピペリジン等のモ
ノマーから得られる重合体、あるいはそれらの間
の共重合体、あるいは、それらを主成分とする共
重合体等が好適である。さらに、本発明に用いられるポリマーは、その
極限粘度（メタノール溶液、25℃）が0.1〜1.0の
範囲に入るような適度な重合度を有していること
が望ましい。一方、このポリマー液層を構成する溶媒として
は、水、またはメタノール、エタノール、エチレ
ングリコール、グリセリン等のアルコール類、ア
セトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ジメ
チルホルムアミド、ヘキサメチルホスホリルアミ
ド、ジメチルアセトアミド等のアミド類、ピリジ
ン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメチルス
ルホキシド等の含硫黄溶媒類などの有機溶媒と水
との混合溶媒、あるいはそれらの溶媒に塩化カリ
ウム、塩化ナトリウム、尿素等の溶質を添加した
溶液等が好適である。また、このポリマー液層２
の厚さとしては、1μm〜1000μmが適当であり、
好ましくは1μm〜100μmが最適な範囲である。発
熱要素としては、例えば赤外線による吸収加熱を
変調手段として利用した場合には赤外線吸収層等
が用いられる。この赤外線吸収層材料は、それ自
身は熱溶融し難い各種の公知の無機、あるいは有
機材料を製膜して得られるものであり、かかる材
料としては、例えばSi，SiO，SiO₂，ZnS，
As₂S₃，Al₂O₃，NaF，ZnSe，Gd・Tb・Fe，カ
ーボンブラツク，金属フタロシアニン等が好適に
用いられる。この赤外線吸収層８の膜厚として
は、500Å〜10000Åが好適な範囲である。また、
透明保護板３としては、ガラス類、プラスチツク
類、誘電体等の透明体が用いられる。なお、コン
トラストの向上を図るため、基板１の表面に可視
光反射層、または可視光吸収層（図示せず）を設
けてもよい。「作用」次に、この光学素子の動作（作像、光変調）原
理を、同じく第１図を用いて説明する。なお、第
１図は透過型の例をしめす。先ず、ポリマー液層２が加温されていない状態
（すなわち低温状態）では、可溶性ポリマーは溶
媒中に溶解して存在するため、ポリマー液層２の
低温領域４に入射する光線６―１は、ほぼそのま
まポリマー液層２を通過して基板１から射出す
る。一方、情報信号に従つて赤外線吸収層８の所
定位置が、例えば赤外線ビーム５の照射によつて
外部から加熱された場合、この加熱部分に接触な
いし近接する領域のポリマー液層２も加温され、
加温領域４ａ内の可溶性ポリマーは析出し、光散
乱性を示すようになる。このため、前記加温領域
４ａに入射する光線６―２は、散乱（拡散）す
る。この加温領域４ａは、温度が下がるとまた元
の透光性の状態に戻る。以上の説明で明らかなように、可溶性ポリマー
の散乱（不透光）、非散乱（透光）の状態を熱的
に制御することにより、光変調や表示を行うこと
ができる。このような本発明の光学素子においては温度が
上昇すると速やかに光散乱性になることが必要
で、更に温度が下がると速やかに非散乱状態に変
化することがのぞまれる。たとえばEC素子（エ
レクトロクロミー素子）やLDC素子のように、
数100ms−数msといつた信号応答性が要求され
る。本発明者等は、Ｎ―置換アクリルアミドポリ
マーの粘度と、信号応答速度との関係を種々検討
したところ、メタノール中、25℃の極限粘度が
0.1〜1.0の範囲にあるポリマー溶液を用いると加
熱時の応答性（光散乱性に変化する速度）およ
び、放冷時のもどり性（非散乱性に変化する速
度）が著しく速いことを見い出した。すなわち、
この極限粘度範囲にあるポリマー溶液を用いると
速やかに透光性が小さい値になるが（光散乱性
大）、この極限粘度範囲外のポリマー溶液を用い
ると透光性が低下することにより素子としてのコ
ントラストや、見掛けの応答性が減少する。この
ようなことが生じる原因は明らかではないが、熱
相転移によつて不溶化と可溶化が生じる際に、系
の粘度と分子の濃度、および高分子化した場合の
分子の溶解性が相互に影響して生ずる結果と考え
られる。「実施例」実施例１第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成
図である。第１図において、基板１および透明保
護板３として、厚さ0.3mm、大きさ50mm×10mmの
充分に清浄なガラス板を使用し、基板１のガラス
板表面上にスパツタリング法により膜厚1500Åの
Gd・Tb・Fe（ガドリニウム・テルビウム・鉄）
層を付着して赤外線吸収層８を形成した。この基
板１の赤外線吸収層８の面と、透明保護板３とを
マイラーフイルムをスペーサーに用いて10μmの
間隔で向い合わせて接着して成形した。次に、Ｎ―イソプロピルメタクリルアミド５ｇ
と、メタノール50mlにアゾビスイソブチロニトリ
ル40mgを溶解させた溶液10mlと、メタノール40ml
を混合溶解した。これを凍結脱気後ガラスアンプ
ル中に封じ込み、50℃の水溶液中にて20時間加熱
した。次いで放冷後全量を500mlのエーテル中に
攪はんしながら注入し、沈殿するポリマーをロ別
した。得られたポリマーを乾燥した後２％の水溶
液を作り、基板１と透明保護板３との隙間に充
填、封入して、ポリマー液層を形成し、光学素子
を作製した。尚、ここで用いたポリマーのメタノ
ール中25℃での極限粘度は、0.42であつた。このようにして得られた光学素子に、出力
20mW、波長830nmの半導体レーザービームを、
情報信号に従つて素子裏面から赤外線吸収層８に
焦点を合わせてスキヤニング照射したところ、ポ
リマー液層２の所定領域が透光性から不透光性に
変化することが確認された。これは、ポリマー液
層２の被照射領域において、半導体レーザービー
ムを吸収して熱に変換して、相接触するポリマー
液層を加熱するためであると考えられる。なお、
半導体レーザービームによる加熱時間は一瞬であ
り、ポリマー液層２はすぐに元の透光性の状態を
示した。上記レーザービームによる照射実験を繰り返し
行つた結果、再現性及び信号応答性のいずれにお
いても、実用上十分であることが判明した。実施例２第２図は本発明の第２の実施例を示す概略構成
図である。この実施例は、前記実施例１で用いた
赤外線吸収層８の代わりに、発熱要素として抵抗
発熱体層７を基板１の表面上に配置し、電源１０
からの電流によつて前記抵抗発熱体層７の加熱を
制御するように構成したものである。抵抗発熱体
層７の素材としては、ホウ化ハフニウム、窒化タ
ンタル等の金属化合物、ニクロム等の合金、また
ITO（Indium Tin Oxide）等の透明酸化物等が
用いられ、膜厚としては500〜5000Åの範囲が最
適である。また、抵抗発熱体層７の表面には、図
に示すように、ポリマー液層２との間に絶縁層
（保護膜）９が形成される。次に、本実施例で用いるポリマー液の作成方法
として、以下のごとく行いそれを用いた素子の特
性を表―１にまとめて示した。アゾビスイソブチロニトリル32.0mgをアセトニ
トリル50mlに溶解し、ガラスアンプル中にこの溶
液5.0mlをとり、更にＮ―イソプロピルアクリル
アミド2.0ｇとアセトニトリル15mlを加えた。次
いで凍結脱気を行つた後アンプルを封じ、50℃の
水浴中にて20時間加熱した。反応終了後放冷して
から、溶液の全量を250mlのエーテル中に攪はん
しながら注入し、沈殿するポリマーをロ別した。
得られたポリマー粉末をエーテル洗浄後、ベンゼ
ン200ml中に投入し、20℃の室温で一晩攪はんし
た。静置後上層をデカンテーシヨンにより取り出
し、これを蒸発乾固してポリマー固体を得た。こ
れを第１分画とした。下層に残つた不溶分ポリマ
ーに再びベンゼン200mlを加え、35℃の浴上で一
晩攪はんした。静置後上層をデカンテーシヨンに
より取り出し、後は上記と同様にしてポリマー固
体を得、これを第２分画とした。下層に残つたポ
リマーに再びベンゼン200mlを加え、75℃の浴上
で一晩攪はんした。静置後上層をデカンテーシヨ
ンにより取り出し、溶媒を蒸発乾固してポリマー
固体を得た。これを第３分画とした。残つた下層
の不溶分を乾燥して第４分画とした。これら四種
のポリマーの１％水溶液を作成し、前記第１図お
よび第２図に示した素子のポリマー液層２に封入
した。発熱抵抗体層にITOを、電極層にアルミニ
ウムを用い、保護層９に二酸化ケイ素を用いて、
この上にポリマー液層を0.2mm厚にして電流加熱
を行ない、665nmの光における光透過率の経時変
化を測定した。ガラス基板は温調器により18.8±
0.4℃に保持し、透明ヒーターは、400Hz，8Vp−
ｐのサイン波を400ms印加した。得られた結果を表―１に示した。表―１から明
らかなように、ポリマーの極限粘度（メタノール
中25℃）が本発明の範囲にあるものは熱応答性お
よび、光の透過率変化が大きく実用性のある光学
素子として有用であつた。

【表】以下、本実施例を更に詳細に説明する。第２図において、抵抗発熱層７につながるスイ
ツチ２０は開状態となつているため、抵抗発熱体
層７には電流は流れない、したがつて、入射する
光線６―１は、ほぼそのままポリマー液層２と抵
抗発熱体層７を通過して基板側に射出する。ただ
し抵抗発熱体層７が不透明な場合には、抵抗発熱
体層７の表面で正反射し、透明保護板３から射出
する反射タイプの素子となる。一方、抵抗発熱体層７ａにつながるスイツチ２
０ａは閉状態となつているため、抵抗発熱体層７
ａは電源１０からの電流によつて加熱される。こ
のため、入射する光線６―２は、前述した様に散
乱する。このように、赤外線吸収層８の代わりに抵抗発
熱体層７を発熱要素としてもその効果は同様であ
り、光学素子として作像、光変調を行なうことが
可能である。実施例３第３図は本発明の第２および第３の実施例を示
す基板の斜視図である。本実施例において、基板
１および透明保護板３は、前記実施例１と同様な
ものを使用した。先ず、第３図に示される基板１
の表面上に、厚さ1000Åの窒化タンタル膜をスパ
ツタリング法により形成し、続いてこの製膜面に
ホトレジストを塗布し、基板１の短辺（10mm）に
平行になるように20本／mmのストライプ状パター
ンを焼付け後、エツチング処理により余分の窒化
タンタル膜を選択的に除去して、残りを抵抗発熱
層１１とした。次に、その上に厚さ2000Åのアル
ミニウム膜をスパツタリング法により積層し、同
様の処理工程を経て、所定のパターニングを行
い、第３図に示すストライプ状の電極層１２を得
た。この時、さらに発熱部分（40μm×26μm）を
得るために抵抗発熱層上のアルミニウムを一部除
去した。次に、その上に絶縁層１３として厚さ2μmの
SiO₂膜をスパツタリング法により積層した。た
だし、抵抗発熱層１１の両端部は、後でリード線
をつけるために、SiO₂膜がつかないように遮蔽
して行つた。この抵抗発熱層１１を設けた基板１
と、透明保護板３とをマイラーフイルムをスペー
サーとして用いて20μmの間隔で向かい合わせて
接着した。次に、実施例２で作成したＮ―イソプ
ロピルアクリルアミドポリマーの第３分画の２％
水溶液を基板１と透明保護板３とも隙間に充填・
封入してポリマー液層２を形成し、光学素子を作
製した。このようにして得られた光学素子の任意の組合
せの抵抗発熱層１１に、周波数1kHzの電気パル
ス信号（パルス高20V、パルス長5msec）を情報
信号に応じて入力したところ、情報信号に対応す
る所定の位置が、不透光性を示して応答し、情報
信号に応じた書き込みが可能であることが確認さ
れた。上記各実施例において明らかなように、本発明
の光学素子は透過型、反射型のいずれの場合に
も、良好な特性を得ることができる。「発明の効果」以上説明したように、本発明による光学素子は
散乱特性に優れているため、コントラストの高い
明瞭かつ高解像の画像を得ることができ、視野角
の制限もなくすことができる。したがつて、表示
装置として長時間使用した場合でも目の疲れを感
じさせることがない。また、ポリマー液層がわず
かな加熱で変調するので、表示装置の消費電力を
節減させることができる。さらには高周波変調も
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成
図、第２図は本発明の第２の実施例を示す概略構
成図、第３図は本発明の第２の実施例を示す基板
の斜視図である。１……基板、２……ポリマー液層、３……透明
保護板、７……抵抗発熱体層、８……赤外線吸収
層、１１……抵抗発熱層、１２……電極層。

Claims

【特許請求の範囲】１メタノール中25℃の極限粘度が0.1〜1.0の範
囲にある、Ｎ―置換アクリルアミドポリマー水溶
液を、少なくとも一方の基板の表面に発熱要素を
形成した一対の基板間に挟持してなる光学素子。２該Ｎ―置換アクリルアミドポリマーが、ポリ
―Ｎ―イソプロピルアクリルアミド又は、ポリ―
Ｎ―イソプロピルメタクリルアミドである特許請
求の範囲第１項の光学素子。