JPH06175165A - Color tone-changing gel and optical element, display board and educational equipment using the same - Google Patents

Color tone-changing gel and optical element, display board and educational equipment using the same

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Publication number
JPH06175165A
JPH06175165A JP32404792A JP32404792A JPH06175165A JP H06175165 A JPH06175165 A JP H06175165A JP 32404792 A JP32404792 A JP 32404792A JP 32404792 A JP32404792 A JP 32404792A JP H06175165 A JPH06175165 A JP H06175165A
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JP
Japan
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gel
color
stimulus
change
optical element
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Pending
Application number
JP32404792A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Yoshioka
正裕 吉岡
Masaaki Takeda
正明 武田
Kazuyoshi Okamoto
三宜 岡本
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Toray Industries Inc
Original Assignee
Toray Industries Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH06175165A publication Critical patent/JPH06175165A/en
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Abstract

PURPOSE:To obtain a new optical material and educational equipment for science by using a color tone-changing gel whose color is changed by external stimuli. CONSTITUTION:In the color tone-changing gel, its color is changed by external stimuli. In this case, any gel having a property of changing the color corresponding to various stimuli such as the temperature, humidity, voltage and pressure therein, or any gel to which such property is given, may be used as a gel whose color is changed by the external stimuli. Then, the high molecular gel 2 and an electrode 3 swelled in an electrolytic aq. solution in which an indicator is dissolved are arranged at the inside of an optical cell 1, a part of whose front face is transparent. When the DC voltage is applied from a power source 4, cations in the gel are diffused toward a negative electrode, thus the pH value in the vicinity of the negative electrode is increased and the color of the indicator is changed. Further, the color of the indicator is turned to the original color by reversing the positive and negative of the DC voltage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、色調変化ゲルおよびそ
れを用いた光学素子および表示板ならびに理科用教育機
具に関するものであり、さらに詳しくは、外部刺激、た
とえばpHにより色が変化するゲルおよびそれを利用し
た光学素子、表示板ならびに理科用教育機具に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color tone changing gel, an optical element and a display board using the same, and a science educational device. More specifically, the present invention relates to a gel whose color is changed by an external stimulus such as pH and The present invention relates to optical elements, display boards, and educational equipment for science using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、表示板などの光学材料としては、
液晶材料が広く用いられている。液晶表示板(LCD)
は、一般に駆動電圧が低く、消費電力が少ないなどの特
徴をもつ。
2. Description of the Related Art Currently, as optical materials for display panels,
Liquid crystal materials are widely used. Liquid crystal display (LCD)
Are generally low in drive voltage and low in power consumption.

【0003】一方、各種刺激に応答を示すゲルの研究は
多く行われているが、ゲルの色調変化やゲルの光学材料
への応用はほとんど注目されていない。強いて挙げるな
らば、高温で液体を吸い、低温で液体を吐き出す脱吸液
体性着色ゲルと液体とを含む液層と、この液層に熱エネ
ルギーを与えるための赤外線ビームと赤外線吸収層から
なる光学素子が特開昭61―151625号公報で提案
されている。また、温度変化によって膨潤または収縮す
る色素が固定された脱吸液体性ポリマのゲル含有液層を
抵抗発熱層を形成した一対の基板間に挟持した光学素子
が特開昭62―927号公報で提案されている。
On the other hand, although much research has been conducted on gels that respond to various stimuli, little attention has been paid to changes in gel color tone and application of gels to optical materials. To give a strong example, a liquid layer containing a liquid-absorbing colored gel that absorbs liquid at high temperature and discharges liquid at low temperature and a liquid, and an infrared beam and an infrared absorption layer for giving thermal energy to this liquid layer A device is proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-151625. Further, an optical element in which a gel-containing liquid layer of a liquid absorbing and absorbing polymer having a dye that swells or contracts due to temperature change is sandwiched between a pair of substrates having a resistance heating layer is disclosed in JP-A-62-927. Proposed.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】一般に、超ねじれネマ
ティック効果を用いた単純マトリックス型LCDでは、
液晶セルの間隙を0.1ミクロン単位で制御すること、
液晶分子軸をセルのガラス面に対し一定の角度で配列さ
せることなど高い生産技術が必要である。一方、薄膜ト
ランジスタ素子などを利用したアクティブマトリックス
型LCDは、高度な薄膜加工技術が必要であり、製造段
階での歩留まりが悪い。LCDは、現在大量生産により
コストの低下がはかられているが、以上のような理由や
液晶材料自身が高価であることなどにより、それほど安
価なものであるとは言えない。
Generally, in a simple matrix type LCD using a super twisted nematic effect,
Controlling the gap of the liquid crystal cell in units of 0.1 micron,
High production technology such as aligning the liquid crystal molecular axes at a constant angle to the glass surface of the cell is required. On the other hand, an active matrix type LCD using a thin film transistor element or the like requires a high-level thin film processing technique, and the yield at the manufacturing stage is low. Although the cost of the LCD is currently being reduced due to mass production, it cannot be said that the LCD is so inexpensive because of the above reasons and the liquid crystal material itself being expensive.

【0005】また、特開昭61―151625号公報で
提案された光学素子は、ゲルの膨潤時と収縮時の着色ゲ
ルの含有色素濃度の差を利用せんとしたものであり、ゲ
ル内部のpH変化によるゲルの色の変化の示唆はおろ
か、それに着目したものでもない。また、ゲルの膨潤・
収縮を温度変化によって行なうため、発熱量が大きくな
ることや熱伝導の制御が難しいこと、さらに、膨潤・収
縮を繰り返すことによる耐久性の問題などの問題点すら
明らかにしていない。
Further, the optical element proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-151625 makes use of the difference in the concentration of dye contained in the colored gel when the gel is swollen and when the gel is shrunk. Not to mention the change in the gel color due to the change, nor was it focused on it. Also, the swelling of gel
Since the shrinkage is performed by changing the temperature, the heat generation amount becomes large, it is difficult to control the heat conduction, and the problem of durability due to repeated swelling / shrinkage is not clarified.

【0006】さらに、特開昭62―927号公報で提案
された光学素子も、ゲルの膨潤時と収縮時の着色ゲルの
含有色素濃度の差を利用せんとしたものであり、やはり
ゲル内部のpH変化によるゲルの色の変化を示唆はおろ
か、それに着目したものでもない。
Further, the optical element proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-927 also utilizes the difference in the concentration of dye contained in the colored gel when the gel is swollen and when the gel is shrunk. Not to mention the change in gel color due to pH change, it is not the one that paid attention to it.

【0007】本発明の目的は、まったく新しいゲル内部
のpH変化による色調変化ゲルならびに該ゲルを利用し
た新規光学素子、表示板、理科用教育機具を提供せんと
するものである。
An object of the present invention is to provide a completely new gel for changing the color tone by changing the pH inside the gel, a novel optical element using the gel, a display plate, and a science educational device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ため、次のような構成をとる。すなわち、本発明の色調
変化ゲルは、外部刺激により色が変化することを特徴と
するものである。
In order to achieve the object of the present invention, the following constitution is adopted. That is, the color-tone changing gel of the present invention is characterized in that the color is changed by an external stimulus.

【0009】また、本発明の光学素子は、上述色調変化
ゲルと、該ゲルに外部刺激を伝える刺激伝達機構からな
ることを特徴とするものである。
The optical element of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned color tone changing gel and a stimulus transmitting mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.

【0010】また、本発明の表示板は、上述色調変化ゲ
ルと、該ゲルに外部刺激を伝える刺激伝達機構からなる
ことを特徴とするものである。
Further, the display plate of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned color change gel and a stimulus transmission mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.

【0011】また、本発明の理科用教育機具は、上述色
調変化ゲルと、該ゲルに外部刺激を伝える刺激伝達機構
からなることを特徴とするものである。
Further, the science educational device of the present invention is characterized by comprising the above-mentioned color change gel and a stimulus transmitting mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.

【0012】[0012]

【作用】本発明に於いて使用されるゲルとは、高分子化
合物の架橋体であれば特に限定されない。具体的にはポ
リアクリル酸系、ポリメタクリル酸系、ポリフマル酸
系、ポリイタコン酸系、ポリアクリルアミド系、ポリビ
ニルアルコール系、ポリアクリロニトリル系、ポリアク
リレート系、ポリメタクリレート系、ポリフマレート
系、ポリイタコネート系、ポリマレイミド系、ポリスチ
レン系、ポリビニルエーテル系、ポリウレタン系、ポリ
スルホン系、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリシロ
キサン系などの有機系高分子ゲルや、チタン化合物系や
ジルコニア化合物系に代表される無機系高分子ゲルなど
を使用することができる。
The gel used in the present invention is not particularly limited as long as it is a cross-linked polymer compound. Specifically, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, polyfumaric acid, polyitaconic acid, polyacrylamide, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyacrylate, polymethacrylate, polyfumarate, polyitaconate, Organic polymer gels such as polymaleimide-based, polystyrene-based, polyvinyl ether-based, polyurethane-based, polysulfone-based, polyester-based, polyamide-based, and polysiloxane-based, and inorganic polymers such as titanium compound-based and zirconia compound-based A gel or the like can be used.

【0013】本発明に於ける外部刺激により色が変化す
るゲルとは、これらのゲルの中で温度、湿度、電圧、圧
力など各種の刺激に対応して色が変化する性質を有する
ゲルか、または該性質を付与されたゲルであれば使用す
ることができる。特にpHの変化によって色が変化する
ゲルが、変化が鮮やかなので好ましく使用される。
The gel whose color is changed by an external stimulus in the present invention is a gel having a property of changing color in response to various stimuli such as temperature, humidity, voltage and pressure among these gels, Alternatively, any gel can be used as long as it has such properties. Particularly, a gel whose color changes with a change in pH is preferably used because the change is vivid.

【0014】以下、本発明をpHの変化によって変色す
るゲルに代表させて説明する。
The present invention will be described below by typifying a gel that changes color with a change in pH.

【0015】本発明でいうpH変化により色の変化する
物質とは、ある特定のpH範囲において、無色から有
色、有色から無色、あるいは一つの色から他の色に変色
する機能を有する化合物であれば特に限定されない。具
体的には、チモールブルー、フェノールフタレイン、メ
チルレッド、ブロモチモールブルー、フェノールレッ
ド、コンゴーレッドなどの指示薬を使用することができ
る。
In the present invention, the substance whose color changes with a change in pH is a compound having a function of changing from colorless to colored, from colored to colorless, or from one color to another in a specific pH range. There is no particular limitation. Specifically, indicators such as thymol blue, phenolphthalein, methyl red, bromothymol blue, phenol red, and congo red can be used.

【0016】本発明に於ける外部刺激によりゲルのpH
を変化させる物質とは、ゲル内部に存在し、外部刺激に
よりゲル内部を拡散することによりゲル内部にpHの勾
配を生じさせるものである。具体的な例としては、塩化
リチウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、塩化カリ
ウムなどの電解質の水溶液を使用することができる。ま
た、本発明に於ける外部刺激としては、温度、溶媒交
換、電気、電場、磁気、磁場、光照射あるいはこれらの
組み合わせなどの環境変化であれば特に限定されない。
The pH of the gel due to external stimulus in the present invention
The substance that changes pH is a substance that exists inside the gel and causes a pH gradient inside the gel by diffusing inside the gel by an external stimulus. As a specific example, an aqueous solution of an electrolyte such as lithium chloride, sodium chloride, sodium sulfate and potassium chloride can be used. Further, the external stimulus in the present invention is not particularly limited as long as it is an environmental change such as temperature, solvent exchange, electricity, electric field, magnetism, magnetic field, light irradiation or a combination thereof.

【0017】本発明の外部刺激により色の変化するゲル
の一例として、次のようなものが挙げられる。ゲル内部
にpH変化により色の変化する物質として指示薬、外部
刺激によりゲルのpHを変化させる物質として電解質水
溶液を含有させ、外部刺激として直流電圧をゲルに印加
すると、ゲル内部の電解質中の陽イオンが負極、陰イオ
ンが正極に引きつけられ、ゲル内部にpHの傾きが生じ
る。その結果、ゲル内部の指示薬によりゲルの色が無色
から有色、有色から無色、あるいは一つの色から他の色
に変化する。ゲルの色は直流電圧の印加方向によって決
まり、色の変化は直流電圧の正負を入れ換えることによ
り繰り返し可能である。また、ゲルの色は、直流電圧の
印加を止めた後も長時間保持される。
The following is an example of the gel of the present invention whose color is changed by an external stimulus. An indicator as a substance whose color changes with pH change, an electrolyte aqueous solution as a substance that changes the pH of the gel by an external stimulus, and a DC voltage is applied to the gel as an external stimulus, the cations in the electrolyte inside the gel Is attracted to the negative electrode and the anion is attracted to the positive electrode, and a pH gradient occurs inside the gel. As a result, the color of the gel changes from colorless to colored, from colored to colorless, or from one color to another due to the indicator inside the gel. The color of the gel depends on the direction of application of the DC voltage, and the color change can be repeated by switching the positive and negative of the DC voltage. Further, the color of the gel is retained for a long time even after the application of the DC voltage is stopped.

【0018】本発明に於ける光学素子、表示板、理科用
教育機具は、いずれも外部刺激により色の変化するゲル
と該ゲルに外部刺激を伝える刺激伝達機構からなるもの
であり、外部刺激によるゲルの色の変化が光学素子、表
示板、理科用教育機具の作動原理となる。
Each of the optical element, the display board and the educational equipment for science in the present invention comprises a gel whose color is changed by an external stimulus and a stimulus transmission mechanism for transmitting the external stimulus to the gel. The change in gel color is the operating principle of optical elements, display boards, and educational equipment for science.

【0019】本発明に於ける外部刺激伝達機構とは、温
度、溶媒交換、電気、電場、磁気、磁場、光照射あるい
はこれらの組み合わせなどの環境変化を伝達する機構の
ものを使用することができるが、特に電気伝達機構が装
置を簡略化できるため好ましい。
As the external stimulus transmitting mechanism in the present invention, a mechanism transmitting an environmental change such as temperature, solvent exchange, electricity, electric field, magnetism, magnetic field, light irradiation or a combination thereof can be used. However, an electric transmission mechanism is particularly preferable because the device can be simplified.

【0020】本発明の電気伝達機構は、電源、電極で構
成される。電源としては、定電圧を発生させるものであ
れば特に限定されないが、直流電源が好ましい。電極と
しては、酸性、中性もしくアルカリ性の電解質溶液に溶
解もしくは腐食しないものならば特に限定されず、金属
箔、金属薄膜、金属線、透明導電膜、透明導電板などを
使用することができる。
The electric transmission mechanism of the present invention comprises a power source and electrodes. The power source is not particularly limited as long as it generates a constant voltage, but a DC power source is preferable. The electrode is not particularly limited as long as it does not dissolve or corrode in an acidic, neutral or alkaline electrolyte solution, and a metal foil, a metal thin film, a metal wire, a transparent conductive film, a transparent conductive plate or the like can be used. .

【0021】本発明の表示板は、本発明の光学素子の一
つを大型化したもの、あるいは多数を表示板として使用
できるレベルで配列したものである。
The display plate of the present invention is one in which one of the optical elements of the present invention is enlarged, or a large number of the optical elements are arranged at a level usable as a display plate.

【0022】光学素子を多数配列したものを表示板とす
る場合、該光学素子の配列方法は特に限定されないが、
ある一定の規則性を持って配列していると、鮮明な像を
表示することができるので好ましい。具体的な配列方法
としては、1個または数個の光学素子の集合体を、表示
板の形状が三角形、四角形等の場合は各辺に平行に、円
形、球形、楕円形等の場合は放射状に、それぞれ等間隔
に並べるのが良い。これらの場合、間隔の広さや精度
は、表示板の大きさ、使用の目的に応じて適宜決定され
る。
When a large number of optical elements are arranged in a display panel, the method of arranging the optical elements is not particularly limited.
Arranging with a certain regularity is preferable because a clear image can be displayed. As a concrete arrangement method, an assembly of one or several optical elements is arranged parallel to each side when the shape of the display plate is a triangle, a quadrangle, etc., and radially when the shape is a circle, a sphere, an ellipse, etc. Moreover, it is good to arrange them at equal intervals. In these cases, the width and accuracy of the space are appropriately determined depending on the size of the display plate and the purpose of use.

【0023】また、本発明の表示板には、光入射装置を
使用することができる。本発明の表示板に用いることが
できる光入射装置は、特に限定はされず、放射型、反射
型、屈折反射型等任意のものを使用することができる。
また、光源の色は特に限定されず、白色光、単色光等任
意のものを使用することができる。光源の数についても
特に限定されず、1個でも良いし、光学素子1個または
数個に1個用いても良い。また、プリズム、レンズ等に
より、分光、集光、偏光等して用いても良い。また、本
発明で得られる理科用教育機具において、pH変化によ
り色の変化する物質として指示薬、外部刺激により該ゲ
ルのpHを変化させる物質として電解質の水溶液、該ゲ
ル部に外部刺激を伝える刺激伝達機構として直流電源お
よび2つの電極を用いると、電圧印加により電解質中の
陽イオンが負極に、陰イオンが正極に向かって移動する
様子を指示薬の色の変化として観察することが可能であ
る。この場合、操作が簡単になることや、使用場所に限
定されないことなどから考えて、直流電源としては乾電
池を用いることが望ましい。かかる理科用教育機具は、
色調変化ゲルからなる光学的素子を、機具として使用で
きるレベルで大型化もしくは多数配列し、さらにはシス
テム化したものである。
A light incident device can be used for the display panel of the present invention. The light incident device that can be used for the display panel of the present invention is not particularly limited, and any type such as a radiation type, a reflection type, and a refraction type can be used.
Further, the color of the light source is not particularly limited, and any light such as white light or monochromatic light can be used. The number of light sources is not particularly limited, and may be one, or one optical element or several optical elements. Further, it may be used after being split, condensed, polarized, etc. by a prism, a lens or the like. Further, in the educational device for science obtained by the present invention, an indicator is a substance whose color is changed by a pH change, an aqueous solution of an electrolyte is a substance which changes the pH of the gel by an external stimulus, and a stimulus transmission for transmitting the external stimulus to the gel part. When a direct current power source and two electrodes are used as the mechanism, it is possible to observe how the cations in the electrolyte move toward the negative electrode and the anions move toward the positive electrode in the electrolyte as voltage changes. In this case, it is desirable to use a dry battery as the DC power source, considering that the operation is simple and the place of use is not limited. Such science education equipment,
An optical element made of a color change gel is enlarged or arranged in a large number so that it can be used as a device, and is further systematized.

【0024】次に、本発明の光学素子、表示板および理
科用教育機具の例を図面で説明するが、もちろんこれら
に限定されない。
Next, examples of the optical element, the display board, and the educational equipment for science of the present invention will be described with reference to the drawings, but of course the invention is not limited to these.

【0025】図1は、本発明の光学素子の一例である。
前面の一部が透明である光学セル1の内部に、指示薬を
溶解した電解質水溶液中で膨潤した高分子ゲル2および
電極3を配置する。電源4により直流電圧を印加する
と、ゲル内部の陽イオンが負極に向かって拡散するた
め、負極付近のpHが大きくなり指示薬の色が変化す
る。直流電圧の正負を逆にすることにより指示薬の色は
元に戻る。また、電圧印加を止めた後でも指示薬の色は
長時間保持される。2つの色の状態変化は繰り返し可能
であり、この原理により光学素子としての機能が発現す
る。
FIG. 1 shows an example of the optical element of the present invention.
A polymer gel 2 and an electrode 3 swollen in an aqueous electrolyte solution in which an indicator is dissolved are placed inside an optical cell 1 whose front surface is partially transparent. When a DC voltage is applied from the power source 4, the cations inside the gel diffuse toward the negative electrode, so that the pH near the negative electrode increases and the color of the indicator changes. The color of the indicator is restored by reversing the sign of the DC voltage. Moreover, the color of the indicator is retained for a long time even after the voltage application is stopped. The change of the two color states can be repeated, and the function as an optical element is exhibited by this principle.

【0026】図2は、本発明の表示板の一例である。図
2において、図1の光学素子5を縦横に並べて、背面か
ら1個のバックライト6で光を照射する。制御回路7に
より各光学素子の電位を制御して像を形成する。
FIG. 2 shows an example of the display panel of the present invention. In FIG. 2, the optical elements 5 of FIG. 1 are arranged vertically and horizontally, and light is emitted from the back surface by one backlight 6. The control circuit 7 controls the potential of each optical element to form an image.

【0027】図3は、本発明の理科用教育機具の一例で
ある。図3のシステムは3を備えたゲルホルダー9と乾
電池ボックス11から構成される。9には複数のゲルを
固定するための溝10があり、10にゲルを装着し、3
からのリード線を端子13に接続することによりゲルに
電圧が印加され、ゲル内部の指示薬が変色する。9を用
いれば、複数のゲルに同時に電圧を印加することができ
るため、ゲル中に含まれる指示薬や電解質水溶液の種類
およびゲルの架橋密度などによる色および変色速度の相
違を比べることが可能である。また、11は13の接続
位置により乾電池の数を1〜数個の範囲で選択すること
ができるため、電気量による変色速度の変化の観測も可
能である。ここで理科用教育機具とは、玩具を含む教育
機器の総称である。
FIG. 3 shows an example of the educational device for science of the present invention. The system of FIG. 3 comprises a gel holder 9 with 3 and a dry battery box 11. 9 has a groove 10 for fixing a plurality of gels.
A voltage is applied to the gel by connecting the lead wire from the to the terminal 13, and the indicator inside the gel is discolored. Since the voltage can be applied to a plurality of gels at the same time by using 9, it is possible to compare the difference in color and discoloration speed depending on the type of the indicator and the electrolyte aqueous solution contained in the gel and the crosslinking density of the gel. . In addition, since the number of dry batteries 11 can be selected in the range of 1 to several depending on the connection position of 13, it is also possible to observe the change in discoloration speed due to the amount of electricity. Here, the educational equipment for science is a general term for educational equipment including toys.

【0028】[0028]

【実施例】以下実施例により本発明を具体的に説明する
が、本発明はこれらの実施例に限定されない。すなわ
ち、本発明においてはゲル内部のpH変化によるゲルの
色の変化およびそれを利用した光学材料、理科用教育機
具という概念が重要であるからである。この技術思想を
知った者にとっては、さらに効率の良い物に変更するこ
とは容易であろう。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. That is, in the present invention, the concept of a change in gel color due to a change in pH inside the gel, an optical material using the change, and an educational device for science are important. Those who know this technical idea will find it easy to change to a more efficient product.

【0029】実施例1 アクリルアミド35g、メチレンビスアクリルアミド
0.8g、過硫酸アンモニウム1.1g、イオン交換水
150gの混合物を60℃に加熱することにより合成し
た棒状ポリアクリルアミドゲルを、ブロモチモールブル
ーを溶解した塩化ナトリウム水溶液(塩化ナトリウム濃
度0.1mol/L )中で24時間膨潤した。得られた黄色
のゲルを、ガラスとプラスチックを用いて作製した密閉
セル内部に固定し、さらに、ゲルに接触するように2枚
の白金電極を配置して光学セルを作製した。この光学セ
ルに直流電圧(1〜10V)を印加したところ、セル前
面で観察される色が黄色から青色に変化した。また、印
加する電圧の正負を逆にすると色は黄色に戻った。この
色の変化は繰り返し可能であった。また、電圧の印加を
止めた場合には色の変化はなかった。
Example 1 Bromothymol blue was dissolved in a rod-shaped polyacrylamide gel synthesized by heating a mixture of 35 g of acrylamide, 0.8 g of methylenebisacrylamide, 1.1 g of ammonium persulfate and 150 g of ion-exchanged water to 60 ° C. It was swollen for 24 hours in an aqueous sodium chloride solution (concentration of sodium chloride 0.1 mol / L). The obtained yellow gel was fixed inside a closed cell made of glass and plastic, and further two platinum electrodes were arranged so as to contact the gel to produce an optical cell. When a DC voltage (1 to 10 V) was applied to this optical cell, the color observed on the front surface of the cell changed from yellow to blue. When the positive and negative signs of the applied voltage were reversed, the color returned to yellow. This color change was repeatable. Further, there was no change in color when the voltage application was stopped.

【0030】実施例2 実施例1と同様にして合成した棒状ポリアクリルアミド
ゲルを、フェノールレッドを溶解した塩化リチウム水溶
液(塩化リチウム濃度0.1mol/L )中で24時間膨潤
した。得られた黄色のゲルを用いて実施例1と同様の光
学セルを作製し、直流電圧を印加したところ、セル前面
で観察される色が黄色から赤色に変化した。実施例1の
場合と同様に、色の変化は繰り返し可能であり、また、
電圧印加を止めると色は保持された。
Example 2 A rod-shaped polyacrylamide gel synthesized in the same manner as in Example 1 was swollen for 24 hours in a lithium chloride aqueous solution (lithium chloride concentration 0.1 mol / L) in which phenol red was dissolved. When an optical cell similar to that of Example 1 was prepared using the obtained yellow gel and a DC voltage was applied, the color observed on the front surface of the cell changed from yellow to red. As in Example 1, the color change is repeatable, and
The color was retained when the voltage application was stopped.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明は上述のごとく、ゲル内部のpH
変化によるゲルの色の変化を利用することで、新規光学
材料、理科用教育機具を得ることができる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the present invention provides the pH inside the gel.
By utilizing the change in gel color due to the change, it is possible to obtain a new optical material and a science educational device.

【0032】本発明で得られる外部刺激により色の変化
するゲルは、ゲル内部のpH変化によるゲルの色の変化
を作動原理としており、膨潤・収縮などゲル自身の体積
変化を必要としないため、色調変化の繰り返し耐久性に
優れている。また、指示薬などのpH変化により色の変
化する物質の選択により、多様な色を得ることが可能で
ある。
The gel whose color is changed by an external stimulus obtained in the present invention is based on a change in gel color due to a pH change inside the gel as an operating principle, and does not require volume change of the gel itself such as swelling / contraction. Excellent durability against repeated color changes. In addition, it is possible to obtain various colors by selecting a substance such as an indicator whose color changes with a change in pH.

【0033】さらに、本発明の外部刺激により色の変化
するゲルは、ゲル内部のpH変化によるゲルの色の変化
速度は液晶の応答速度より小さいものの、刺激を取り除
いた後においても一定時間そのままの色を保つ、すなわ
ち記憶作用を有する特徴をもつ。したがって、ゲルに刺
激を与えるためのエネルギー、例えば刺激として直流電
圧を用いた場合には消費電力を節約することが可能であ
る。
Further, in the gel of the present invention whose color is changed by an external stimulus, although the color change speed of the gel due to the pH change inside the gel is smaller than the response speed of the liquid crystal, the gel remains unchanged for a certain period of time after the stimulus is removed. It has the characteristic of retaining color, that is, having a memory effect. Therefore, it is possible to save power consumption when energy for giving a stimulus to the gel, for example, a direct current voltage is used as a stimulus.

【0034】本発明で得られる光学素子、表示板、理科
用教育機具は、上記の外部刺激により色の変化するゲル
を用いるため、該ゲルの特徴をすべて兼ね備えることに
なる。すなわち、本発明で得られる光学素子、表示板、
理科用教育機具は、(1)ゲルの膨潤・収縮を作動原理
とする光学素子などに比べ、繰り返し耐久性にはるかに
優れている、(2)ゲル内部のpH変化により明確なゲ
ルの色の変化が得られるため非常にコントラストが良好
である、(3)指示薬などのpH変化により色の変化す
る物質の選択により、多色表示も可能となる、(4)刺
激を取り除いた後においても一定時間の記憶作用を有し
ており、刺激を与えるためのエネルギーを節約すること
が可能であるなどの特徴をもつ。
Since the optical element, the display board and the educational equipment for science obtained by the present invention use the gel whose color is changed by the above external stimulus, it has all the characteristics of the gel. That is, the optical element, the display plate obtained in the present invention,
Educational equipment for science is much more excellent in repeated durability than (1) optical elements that operate by swelling / shrinking gel, and (2) clear gel color changes due to pH change inside the gel. The contrast is very good because changes can be obtained. (3) Multicolor display is possible by selecting a substance whose color changes with pH change, such as an indicator. (4) Constant after removing the stimulus. It has a memory function of time and is characterized by being able to save energy for giving a stimulus.

【0035】さらに、本発明の光学素子および表示板は
構造が単純であり、液晶セルのような厳密な構成を必要
としないため作製が容易であること、さらに、使用する
ゲルやその他の材料が安価であることなどから、LCD
に比べはるかに低コストでの供給が可能である。また、
構造が単純であり厳密な寸法安定性を必要としないこと
から、本発明の表示板は折曲げたり、丸めたりできるシ
ート状のものとすることも可能である。
Further, the optical element and the display plate of the present invention have a simple structure and do not require a strict constitution such as a liquid crystal cell, and therefore they are easy to manufacture, and further, the gel and other materials used are LCD because it is cheap
It can be supplied at a much lower cost than Also,
Since the structure is simple and strict dimensional stability is not required, the display board of the present invention can be formed into a sheet shape that can be bent or rolled.

【0036】また、本発明で得られる理科用教育機具に
おいて、pH変化により色の変化する物質として指示
薬、外部刺激により該ゲルのpHを変化させる物質とし
て電解質の水溶液、該ゲル部に外部刺激を伝える刺激伝
達機構として直流電源および2つの電極を用いる場合、
(1)電圧印加により電解質中の陽イオンが負極に、陰
イオンが正極に向かって移動する様子が指示薬の色の変
化として観察することが可能であり、拡散という概念を
色の変化によって認識できる、(2)電解質水溶液の種
類を変化させたときの変色速度の違いから、該電解質の
イオン半径に関する認識が得られる、(3)ゲルの架橋
密度や電気量などによる変色速度の相違を比べることが
可能である、(4)ゲル中に含まれる指示薬の種類によ
り異なる色が得られることによる楽しさが興味を引くな
どの高い教育効果が得られる。
Further, in the science educational device obtained by the present invention, an indicator is used as a substance whose color is changed by a pH change, an aqueous solution of an electrolyte is used as a substance which changes the pH of the gel by an external stimulus, and an external stimulus is applied to the gel part. When using a DC power supply and two electrodes as a stimulus transmission mechanism,
(1) It is possible to observe that the cations in the electrolyte move toward the negative electrode and the anions move toward the positive electrode when a voltage is applied, as a color change of the indicator, and the concept of diffusion can be recognized by the color change. , (2) The difference in discoloration rate when the type of the aqueous electrolyte solution is changed can be recognized, and (3) the difference in discoloration rate due to the cross-linking density of gel or the amount of electricity is compared. It is possible to obtain a high educational effect such as (4) the fun is attracted by the fact that different colors are obtained depending on the kind of the indicator contained in the gel.

【0037】さらに、本発明の理科用教育機具において
は、直流電源に乾電池を使用することにより、安全でし
かも身近に、簡単に操作を行うことができるため、幅広
い年齢層での使用が可能である。
Further, in the educational device for science of the present invention, by using the dry battery as the DC power source, it is possible to operate it safely and easily and easily, so that it can be used in a wide range of age groups. is there.

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

【図1】 本発明の光学素子の一例を示す図。FIG. 1 is a diagram showing an example of an optical element of the present invention.

【図2】 本発明の表示板の一例を示す概略図。FIG. 2 is a schematic view showing an example of a display plate of the present invention.

【図3】 本発明の理科用教育機具の一例を示す概略
図。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a science educational device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 :セル 2 :ゲル 3 :電極 4 :直流電源 5 :光学素子 6 :バックライト 7 :制御回路 8 :画像入力インターフェイス 9 :ゲルホルダー 10 :ゲル固定用溝 11 :乾電池ボックス 12 :乾電池 13 :端子 1: Cell 2: Gel 3: Electrode 4: DC power supply 5: Optical element 6: Backlight 7: Control circuit 8: Image input interface 9: Gel holder 10: Gel fixing groove 11: Dry battery box 12: Dry battery 13: Terminal

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 外部刺激により色が変化することを特徴
とする色調変化ゲル。
1. A color-tone changing gel whose color is changed by an external stimulus.
【請求項2】 ゲルが、外部刺激により色が変化する物
質を含有することを特徴とする請求項1記載の色調変化
ゲル。
2. The color-changing gel according to claim 1, wherein the gel contains a substance whose color is changed by an external stimulus.
【請求項3】 ゲルが、pH変化により色の変化する物
質と、外部刺激により該ゲルのpHを変化させる物質と
を含むことを特徴とする請求項1記載の色調変化ゲル。
3. The color change gel according to claim 1, wherein the gel contains a substance whose color changes with a change in pH and a substance which changes the pH of the gel by an external stimulus.
【請求項4】 pH変化により色の変化する物質が、指
示薬であることを特徴とする請求項3記載の色調変化ゲ
ル。
4. The color-tone changing gel according to claim 3, wherein the substance whose color changes with a change in pH is an indicator.
【請求項5】 外部刺激によりゲル部のpHを変化させ
る物質が、電解質水溶液であることを特徴とする請求項
3記載の色調変化ゲル。
5. The color-tone changing gel according to claim 3, wherein the substance that changes the pH of the gel portion by external stimulation is an aqueous electrolyte solution.
【請求項6】 請求項1記載の色調変化ゲルと、該ゲル
に外部刺激を伝える刺激伝達機構からなることを特徴と
する光学素子。
6. An optical element comprising the color-tone changing gel according to claim 1 and a stimulus transmitting mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.
【請求項7】 刺激伝達機構が、直流電源および2つの
電極から構成されること特徴とする請求項6記載の光学
素子。
7. The optical element according to claim 6, wherein the stimulus transmission mechanism includes a DC power source and two electrodes.
【請求項8】 請求項1記載の色調変化ゲルと、該ゲル
に外部刺激を伝える刺激伝達機構からなることを特徴と
する表示板。
8. A display plate comprising the color-tone changing gel according to claim 1 and a stimulus transmitting mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.
【請求項9】 刺激伝達機構が、直流電源および2つの
電極から構成されること特徴とする請求項8記載の表示
板。
9. The display panel according to claim 8, wherein the stimulus transmission mechanism includes a DC power source and two electrodes.
【請求項10】 請求項6記載の光学素子を配列してな
ることを特徴とする表示板。
10. A display plate comprising the optical element according to claim 6 arranged therein.
【請求項11】 光入射装置を有することを特徴とする
請求項8記載の表示板。
11. The display panel according to claim 8, further comprising a light incident device.
【請求項12】 請求項1記載の色調変化ゲルと、該ゲ
ルに外部刺激を伝える刺激伝達機構からなることを特徴
とする理科用教育機具。
12. A science educational device comprising the color-tone changing gel according to claim 1 and a stimulus transmitting mechanism for transmitting an external stimulus to the gel.
【請求項13】 刺激伝達機構が、直流電源および2つ
の電極から構成されること特徴とする請求項12記載の
理科用教育機具。
13. The educational machine for science according to claim 12, wherein the stimulus transmission mechanism is composed of a DC power supply and two electrodes.
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