JPS61151625A - 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、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１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１例えばエレクトロクロミック表示
素子（Ｅ　ＣＤ）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、大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。

〔作用〕

本発明でいう光学素子とは、表示素子や光変調素子を広
く包含するものである。

以下１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ｌ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層７は、それ自身、
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　、Ａ１２０３　
、ＮａＦ。

Ｚ　ｎ　Ｓ　ｅ　、　Ｇ　ｄ　ｅ　Ｔ　ｂ　ｍ　Ｆ　ｅ
　、カーボンブラック、金属フタロシアニン等が挙げら
れる。なお、本発明では、透過型９反射型を問うもので
はない。

ゲル含有液層２は液体と色素を含む液体吸脱性ポリマー
からなる。しかも該色素が液体吸脱性ポリマー内にのみ
存在し、その外部の液体中には流出しないか又はしにく
いものである。

本発明におけるゲルとは、液体吸脱性ポリマー（網目重
合体ともいう）が液体をその内部に含んでいる状態のも
のをいい、本発明に係る液体吸脱性ポリブーは、外側の
液体中に流出しない色素を含み、かつ比較的高温で液体
を吸って膨潤し、比較的低温で液体をはき出して収縮す
る性質を有するものである。

このように色素を含んだゲルを以下着色ゲルという。

上記の液体吸脱性ポリマーとしては１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−を添加して重
合させて得られる３次元架橋ポリマーであって、上記の
特性を有するもの（例えば、商品名工ンザフィックスＰ
−３Ｈ。

和光紬薬）、アクリルアミド誘導体を主成分とし、イオ
ン解離性モノマー及び架橋性上ツマ−を添加、重合して
得られる３次元架橋ポリマー（例えば、アクリルアミド
−アクリル酸−ジビニルベンゼン三元共重合体）等が挙
げられる。

本発明に係る色素は、上述の如く、網目重合体の内部又
は表面にのみ限定存在することが要求される。

このように限定存在させる方法としては１色素と網目重
合体を化学的に結合させる、いわゆる化学結合法、巨大
色素分子の存在下で３次元架橋反応を起こさせることに
より、網目の中に巨大分子を閉じこめる方法等がある。

このような色素としては１例えばダイアミライエロー〇
、スミフィックスレッドＢ、ダイアミラブリリアントグ
リーン６Ｂ、セルマゾールブリリアントブルーＧ等の反
応染料、あるいはポリＲ−４７８、ポリＳ−１１９、ポ
リＴ−１２８（いずれもグイナポール社製）、セイカゲ
ンＷ−ブルーＢＫ１６００．セイカゲンＷブルー１３０
０　（いずれも大日精化製）等の高分子染料、ベンジジ
ンイエローＧＲ，クロモフタルオレンジ４Ｒ、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−０５１１
、モナストラルマルーン、パーマネントレツＦＥ５Ｂ、
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。

本発明に用いられる液体としては、網目重合体の中を出
入りできるもので、典型的には水で、その他メタノール
、Ｅ−ブチルアルコール、クロロホルム、Ｎ−メチルピ
ロリドン、ピラジン、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、これらの混合物等
が挙げられる。

ゲル含有液層２中の着色ゲルは、画素又は開口（以下、
単に画素という）の配列に対応して配置されるのが好ま
しい、尚、−個の着色ゲルが占める体積は画素空間（画
素面積×ゲル含有液層の厚さ）に比し、充分小さくなく
てはならない、好適には１／３以下である。

画素空間内には一個の着色ゲルの占有に限らず、複数の
微小な着色ゲルが集まっていても良いが、その場合にも
その集合体の体積は画素空間に対して充分小さくなけれ
ばならない。

かかる着色ゲルは後述する一対の基板のうちのいずれか
一方の側に化学的又は物理的方法により固定化される。

ゲル含有液層２の厚さは、１４ｍ−１０００１Ｌｍが適
当であり、ＩＩＬｍ−１００１Ｌｍが好適である。

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、収縮したままである（４−２）、そのため着色
ゲル４−２に入射する照明可視光線６−２は着色ゲルに
よって吸収され、消失するか、或いは部分的に吸収され
る０部分的に吸収された場合、その残りの光はゲル含有
液層２を通り抜けて外に出てくるが、かなり弱められた
ものである。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、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、それに接触
ないし近接する着色ゲルを加熱する。加熱に伴ってゲル
は溶媒を吸い膨潤する。その結果、着色ゲルの含有色素
濃度は低くなるから、そこに入射する照明光線６−１が
吸収される度合は極減し、ゲル含有液層２を通り抜けて
いく。

膨潤着色ゲル４−１は、温度が下がると収縮して元に戻
り、再び光線を遮断する。

このようにゲルの体積を任意に熱的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、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図の反
射型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。

５０　ｍ　ｍ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。

ボールミルを用いて、モナストラルレッド（Ｃ，１，Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ　　Ｖｉｏｌｅｔ１９；Ｃ、Ｉ　、４６５
００）５０ｍｇを水１４ｍｌに分散させた着色液に、水
浴上でアクリルアミド０、７５　ｇ、アクリル酸０．１
５ｇ、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２０ＩＬｌ、過硫
酸アンモニウムｌ　Ｏｍ　ｇを溶解する。窒素パージし
、２０℃で重合させる。生成した着色ゲルに水３０ｍｇ
、を加え、エマレータにより粉砕する。

この着色ゲルを７０％アセトン水溶液及び５０％アセト
ン水溶液で交互に洗浄する。

最後に６０％アセトン水溶液に着色ゲルを分散させ、マ
イラーフィルムにて２０１Ｌｍの間隙を保った５０ｍｍ
角の透明ガラス基板３と前記赤外線吸収層７が形成され
たガラス基板１（赤この光学素子に、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着色ゲル群４−２
に入射した照明光は、着色ゲルによって吸収され、透明
保護板３側から見ると、その部分は着色ゲルの色又は不
透光性を示した。

一方、レーザー照射により加温された部分４−１は透光
性を示し゛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、元の着色ゲルの色又は不透光性を示した。

このようにして表示作用及び光変調作用が確認された。

また、何度も繰返し行なった結果、その再現性が確認さ
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＠ＴｂΦＦｅ（カドリニウム
・テルビウムΦ鉄）層を付着して、赤外線吸収層７を形
成した。

ボールミルを用いて、モナストラルレッド（Ｃ，１，Ｐ
ｉｇｍｅｎｔ　　Ｖｉｏｌｅｔ１９；Ｃ，Ｉ　、４６５
００）５０ｍｇを水１４ｍＭに分散させた着色液に、水
浴上でアクリルアミド０．７５ｇ、　メタクリル酸０．
１７ｇ、Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．０２
ｇ、テトラエチレンジアミン２０１Ｌｌ、過硫酸アンモ
ニウム１０ｍｇを溶解す為、窒素パージして２０℃で重
合させる。生成した着色ゲルに水３０ｍ１を加え、エマ
レータにより粉砕する。　この着色ゲルを７０％アセト
ン水溶液及び４５％アセトン水溶液で交互に洗浄する。

最後に６０％アセトン水溶液に着色ゲルを分散させ、マ
イラーフィルムにて２０１Ｌｍの間隙を保たせた５０ｍ
ｍ角の透明ガラス基板３と前記赤外線吸収層７が形成さ
れたガラス基板ｌ（赤外線吸収層を内側とする）との間
に封入する。

〔表示及び光変調〕

この光学素子の赤外線吸収Ｗ！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
透明保護板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
射した照明光は着色ゲルによって吸収され、透明保護板
３側から見ると、その部分は着色ゲルの色又は不透光性
を示した。

一方、レーザー照射により加温された部分４−１は透光
性を示し、そこに入射した光線は赤外線吸収層により反
射されて再び素子外に射出した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１元の着色ゲルの色
又は不透光性に戻った。

また、何度も繰返し行なった結果、再現性が確認された
。

このように１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、膜厚１５００人のＧｄ−Ｔｂ・Ｆｅ（カドリニウム
会テルビウムΦ鉄）暦を付着して、赤外線吸収層７を形
成した。

ボールミルを用いて、ダイアモンドブラック（Ｃ，１，
Ｐｉｇｍｅｎｔ　　Ｂｌａｃｋ　　ｌ；Ｃ，Ｉ　、５０
４４０）６０ｍｇを水１４ｍＭに分散させた着色液に、
水浴上でアクリルアミド０、７５　ｇ　、アクリル酸０
．１５ｇ、Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド０．０
２　ｇ、テトラエチレンジアミン２０ｇ１．過硫酸アン
モニウム１０ｍｇを溶解する。窒素パージを行い、２０
℃で重合させる。生成した着色ゲルに水３０℃見を加え
、エマレータにより粉砕する。

この着色ゲルを９０％メタノール水溶液及び５０％同水
溶液で交互に洗浄する。

最後に７５％メタノール水溶液にゲルを分散させ、マイ
ラーフィルムで２０１Ｌｍの間隙を保たせた５０ｍｍ角
の透明ガラス基板３と前記赤外線吸収層７が形成された
ガラス基板ｌ（赤外線吸収層を内側にする）との間に封
入する。

〔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、光学素子の製造が
容易である。

（３）視野角に制限がないため、あらゆる角度から観察
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、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図及び第２図は本発明の光学素子の例示的概略構成
図であり、第１図は透過型の、第２図は反射型の光学素
子をそれぞれ表わしている。 ｌ　　二　基板 ２　　：　ゲル含有液層 ３　　：　透明保護板 ４−１：　膨潤着色ゲル ４−２＝　収縮着色ゲル 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吸い、比較的低温で液体をは
   き出す液体吸脱性着色ポリマーと液体を含む液層と、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。