JPS61151624A - 光学素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は１表示素子、光変調素子等に利用され得る光学
素子に関し、とりわけゲルの膨潤・収縮性を利用した新
規な光学素子に関する。

〔従来の技術〕

自然の色調が得られ、且つ、人間の眼を疲労させない表
示素子として非発光性のものが注目されている。この様
な表示素子としては、例えばエレクトロクロミンク表示
素子（ＥＣＤ）や液晶表示素子（ＬＣＤ）等がある。し
かしながら、これらの画質、性能は必ずしも良好なもの
とは言い難い０例えばＥＣＤは表示のコントラストが低
いため、薄暗い所では見えにくく、少し離れると微細像
を識別することも困難である。

他方、ＬＣＤは以上に述べた欠陥の他に、視野角が制限
されるという欠点がある。

これらを光シヤツター等の光変調素子に利用する場合に
も上記と同様の問題が生ずる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで本発明は、従来技術の解決し得なかった課題を解
決するものである。即ち本発明の目的は明瞭かつ良質な
光学素子を提供することにある０本発明の別の目的は自
然の色調が得られ。

人の眼を疲れさせない表示素子を提供すること　　゛に
ある０本発明の更に別の目的は、製造容易な光学素子を
提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は以下の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、比較的高温で液体をはき出し、比較
的低温で液体を吸う液体吸脱性ポリマーと７着色液体を
含む液層と、該液層に熱エネルギーを付与するための発
熱要素を有することを特徴とする光学素子である。

〔作用〕

本発明でいう光学素子とは１表示素子や光変調素子を広
く包含するものである。

以下、図示例に従って本発明を具体的に説明する。

第１図及び第２図は本発明の光学素子の例示的概略構成
図で、第１図は透過型光学素子、第２図は反射型光学素
子をそれぞれ表わしている。

図において１は基板、２はゲル含有液層、３は透明保護
板、７は輻射線吸収層で、これらの積層により図示例の
光学素子が構成される。

基材１としては、例えばガラス、プラスチック等の透明
基板、或いはシリコン・ウェハ。

セラミックス、アルミ等の金属、不透明プラスチック等
の不透明基板が用いられる。透明保護板３には透明基板
と同じ材料が用いられる。

輻射線吸収層、とりわけ赤外線吸収ｅ７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。かかる材料としては、例えばＳｉ、Ｓ
ｉＯ，５ｉ０２゜ＺｎＳ、Ａｓ２Ｓ３　、ＡＪＬ２０３
　、Ｎ、ａＦ。

Ｚｎ５ｅ、Ｇｄ拳Ｔｂ＊Ｆｅ、カーボンブラック、金属
フタロシアニン等が挙げられる０本発明において、透過
型１反射型を問わない。

赤外線吸収層の膜厚は、１００人〜５０００人が適当で
あり、好適には２００人〜２０００人である。

ゲル含有液ＦＪ２は着色液体と液体吸脱性ポリマーから
なる。

本発明におけるゲルとは、液体吸脱性ポリマー（網目重
合体）が液体を含んでいる状態をいい、本発明で使用さ
れる液体吸脱性ポリマーとしては、低温で着色液体のう
ち溶媒のみを吸って膨潤し、高温で該溶媒をはき出して
収縮する性質を有するものである。

このような液体吸脱性ポリマーとして、例えばアクリル
アミド誘導体を主成分とし、架橋性上ツマ−を添加、重
合して得られる３次元架橋ポリマーであって、上述の特
性を有するもの（例えば、商品名Ｍ−１００；三井東圧
化学製。

あるいはＮ−インプロピルアクリルアミド−アクリル酸
−Ｎ、Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド三元共重合体
）、アクリル酸エステル誘導体を主成分とし、架橋性上
ツマ−を添加１重合して得られる３次元架橋ポリマー（
例えば、アクリル酸オリゴエチレンオキサイドエステル
−ジビニルベンゼン共重合体）等が挙げられる。

ゲル含有液層２に充填される着色液体は１色素と該色素
を溶解ないし分散する溶媒からなる。

但し、該色素は物理的又は化学的要因によってゲル（網
目重合体）内部に入り込めないことが要求される。

かかる色素としては、例えば重合体結合色素。

即ちポリＲ−４７８．ポリＳ−１１９，ポリＴ−１２８
（何れもグイナポール社製）、セイカゲンＷブルーＢＫ
１６００、セイカゲンＷブルー１３００　（何れも大日
精化製）等の染料。

ベンジジンイエローＧＲ、クロモフタルオレンジ４Ｒ１
トルイジンマルーンＭＴ−２、パル、カンファーストオ
レンジＧＧ、パーマネントレッドＦ５Ｒ，リトールルビ
ンＧＫ、ブリリアントカーミン３Ｂ、サンヨーレッドＢ
−Ｇ５１１、モナストラルマルーン、パーマネントレッ
ドＥ５Ｂ、パーマネントピンクＥ、フタロシアニンブル
ー、フタロシアニングリーン、ナフトールグリーンＢＮ
、ダイアモンドブラック等の顔料が挙げられる。

本発明において使用され得る溶媒としては。

無色又は淡色で、ゲル（網目重合体）の内部に入り込み
得ることが要求される。典型的には水であり、他にメタ
ノール、ｔ−ブチルアルコール、クロロホルム、Ｎ−メ
チルピロリドン、ピリジン、ベンゼン、Ｎ、Ｎ−ジメチ
ルホルムアミド、ジメチルスルホキシド等の有機溶剤、
これらの混合液及びこれらと水の混合液等が挙げられる
。

ゲル含有液層ｚ中のゲルの大きさ、形状、配列は任意で
あり、ゲルが一体となってゲル含有液層２中に充填され
ていても良いし、クラック状９分散状、集塊状に充填さ
れていても良い。

画素又は開口（以下、画素という）の形状。

配列等に対応させて、ゲル又は微小ゲル群を配置しても
良い。

一般に一個のゲルの大きさは、画素のそれと同程度のも
のが好適である。

ゲル含有液層２の厚さは、ｌＢｍ〜１０００４ｍが適当
であり、さらに好適には１４ｍ〜１１００ｕＬである。

次に本発明に係る作像ないしは光変調原理を第１図（透
過型光学素子の場合）に従って説明する。

まず赤外線ビームを照射しないとき、ゲルは加温されな
いから、１１潤したままである（４−２）、そのため、
ゲル４−２を入射する照明可視光線６−２は反射される
ことなく、ゲル含有液層２を通り抜けることができる。

尚、照明光線は必ずしも赤外線吸収層に吸収されるもの
ではない。

一方１図面右方から情報信号等に従って、赤外線ビーム
５を赤外線吸収層７の所定部位に照射すると、被照射部
位は赤外線を効率よく吸収して熱に変換し、それと接触
ないし近接するゲルを加熱する。加熱に伴ってゲルは溶
媒をはき出して！収縮する（４−１）、その結果、そこ
に入射する照明光線６−１はゲル４−１によって反射、
屈折せられ、その部分は透明保護板３側から見ると着色
液体の色が観察される。

収縮したゲル４−１は温度が下がると膨潤して元に戻り
、再び光線を通すようになる。

このようにゲルに体積を任意に制御することにより明暗
、色相等を変化することができ、また、任意の中間色を
得ることもできる。

本発明はかかる原理を光学素子に利用したものである。

以上、透過型光学素子について説明したが、第２図に示
した反射型光学素子についても同様である。

本発明を更に具体的に説明するために、以下に実施例を
挙げる。

実施例１ 〔光学素子の製造〕 本発明の光学素子を以下のようにして製造した。

５０ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法によ
り、膜厚１５００人の５ｉ０２層を付着して、赤外線吸
収層７を形成した。

次に、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０．８０ｇ、Ｎ
、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．０２　ｇ　、テ
トラメチルエチレンジアミン５０路文を水１４ｍ見に溶
解する。

別に、過硫酸アンモニウム２０ｍｇを１ｍ文の水に溶解
しておき、これを前記七ツマー溶液と混合する。ただち
に四塩化炭素２５ｍＪｌ、トルエン７５ｍＭ、ソルビタ
ントリオレー）１ｍ文の混合溶媒中にあけ、窒素雰囲気
下で激しく攪拌する。

重合終了後、生成ポリマーをまずヘキサンで充分洗浄し
、次にア七トンで洗浄し、さらに水で洗浄を繰返す。

ブリリアントカーミン３Ｂ（Ｃ，１，Ｐｉｇｗｅｎｔ　
　Ｒｅｄ　　６０　　；Ｃ，１，１６０１５−Ｌａｋｅ
）２ｇを水１００ｍＪＬ中に分散さ次に、５０ｍｍ角の
透明ガラス基板３と前記赤外線吸収層を設けたガラス基
板１とを赤外線吸収層を内側にして向い合わせ、厚さ２
０ｐｍのマイラーフィルムをはさんで空隙をつくり、こ
こに前記のスラリーを充填する。

〔表示及び変調〕

この光学素子の赤外線吸収層７に、半導体レーザービー
ム（出力２０ｍＷ、波長８３０ｎｍ）を裏面からほぼ垂
直方向に、情報信号に従って照射した。

また、同時に裏面から可視照明光をも、照射した（第１
図） レーザービームの照射を受けなかったゲル群４−２に入
射した照明光はその領域を透過した。

一方、レーザー照射により加温された部分のゲルは収縮
し、そこを通る照明光線は散乱、屈折され、透明保護板
３側から見ると着色液体の色が確認された。

両者は鮮明に識別された。尚、加温部分は温度が下がる
と１元の透光性に戻った。

また、繰返し行なうことができ、その再現性が確認され
た。

このように、表示作用及び光変調作用が確認された。

実施例２ 〔光学素子の製造〕 本発明の光学素子を以下のようにして製造した。

５０ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法によ
り、膜厚１５００人のＧｄ＠Ｔｂ・Ｆｅ（ガドリニウム
・テルビウム旬鉄）層を付着して、赤外線吸収層７を形
成した。

次に、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０．８０ｇ、Ｎ
、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．０２　ｇ、テト
ラメチルエチレンジアミン５０＃Ｌｌを水１４ｍＪＬに
溶解する。

別に、硫酸アンモニウム２０ｍｇを１ｍ１Ｌの水に溶解
しておき、これを前記七ツマー溶液と混合する。ただち
に流動パラフィン１００ｍＪＬとソルビタントリオレー
）１ｍＪＬの混合液にあけ、窒素雰囲気下で激しく攪拌
する。

重合終了後、生成ポリマーをまずヘキサンで充分洗浄し
、次にアセトンで洗浄し、さらに水で洗浄を繰返す。

ブリリアントカーミン３Ｂ（Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　
　Ｒｅｄ　　６０　　：Ｃ，１，１６０１５−Ｌａｋｅ
）２ｇを水１００ｍＪｌに分散させた着色液に、上記ポ
リマーを所定量分散、１１潤させてスラリー状とする。

次に、５０ｍｍ角の透明ガラス基板３と前記赤外線吸収
層を設けたガラス基板１とを赤外線吸収層を内側にして
向い合わせ、厚さ２０ｇｍのマイラーフィルムをはさん
で空隙をつくり。

ここに前記のスラリーを充填する。

〔表示及び光変調〕

この光学素子の赤外線吸収層７に、半導体レーザービー
ム（出力２０ｍＷ、波長８３０ｎｍ）を裏面からほぼ垂
直方向に、情報信号に従って照射した。また、同時に透
明ガラス板３側から可視照明光を照射した（第２図）。

レーザービームの照射を受けなかったゲル群４−２に入
射した照明光は透光性を示し、赤外線吸収層７により反
射されて素子側に射出した。

一方、レーザー照射により加温された部分のゲルは収縮
し、その部分を着色液体が占めたため液体の色を呈した
０両者は鮮明に識別された。

尚、加温部分は温度が下がると元の反射性に戻った。何
度も繰返し行った結果、再現性が確認された。

このように、表示作用及び光変調作用が確認された。

実施例３ 〔光学素子の製造〕 本発明の光学素子を以下のようにして製造した。

５０ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法によ
り、Ｓ４１５００人のＧｄ＠ＴｂｅＦｅ層を付着して、
赤外線吸収層７を形成した。

次に、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド０．８０ｇ、Ｎ
、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．０２　ｇ　、テ
トラメチルエチレンジアミン５０１Ｌ！ｔを水１４ｍｊ
Ｌに溶解する。

別に、過硫酸アンモニウム２０ｍｇをｌ＋ｎＪＬの水に
溶解しておき、これを前記モノマー溶液と混合する。た
だちにソルビタントリオレート１ｍｌと流動パラフィン
１００ｍ１の混合液中にあけ、窒素雰囲気下で激しく攪
拌する。

重合終了後、生成ポリマーをまずヘキサンで充分洗浄し
１次にアセトンで洗浄し、さらに水で洗浄を繰返す。

パルカンファーストオレンジＧＧ（Ｃ，Ｉ。

Ｐｉｇｍｅｎｔ　　　Ｏｒａｎｇｅ　　　ｌ　　４　　
；　　Ｃ。

１．２１１６５）２ｇをアセトン６０％水溶液１００ｍ
、Ｑに分散させた着色液に、上記ポリマーを所定量分散
、Ｗ潤させてスラリー状とする。

次に、５０ｍｍ角の透明ガラス基板３と前記赤外線吸収
層を設けたガラス基板１とを、赤外線吸収層を内側にし
て向い合わせ、厚さ２０−ｍのマイラーフィルムをはさ
んで空隙をつくり、ここに前記のスラリーを充填する。

〔表示及び光変調〕

実施例２と同様の操作を行うと、同様の結果が得られた
。

〔効果〕

本発明の主要な効果をまとめると以下の通りである。

（１）ゲルをいくらでも微小にできるため、明瞭で高解
像の出力又は像を得ることができる。

（２）ゲルの製造が容易であるので、素子の製造が容易
である。

（３）視野角に制限がないため、広い角度から観察が可
能である。

（４）種々の着色色素を用いることができるので１色彩
表現性に富む。

（５）赤外線吸収層を設けたため、エネルギー効率が向
上した。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ透過型光学素子と反射型光学
素子の例示的概略構成図を示す。 １　　二　基板 ２　　：　ゲル含有液層 ３　　：　透明保護板 ４−１＝　収縮ゲル ４−２：　　ｔ＊潤ゲル ５　　：　赤外線 ６−１　、６−２　：照明光線 ７　　：赤外線吸収層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）比較的高温で液体をはき出し、比較的低温で液体
   を吸う液体吸脱性ポリマーと着色液体を含む液層と、該
   液層に熱エネルギーを付与するための発熱要素を有する
   ことを特徴とする光学素子。
2. （２）該発熱要素が輻射線吸収層である特許請求の範囲
   第１項記載の光学素子。