JPS61175081A - 像形成素子 - 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〕 本発明は熱エネルギー及び光エネルギーを利用する新規
な像形成素子に関し、とりわけ有機機能性膜によって構
成され、記録素子又は表示素子としても利用され得る像
形成素子に関する。

〔従来の技術〕

波長入１の光により色が変化し、暗所、熱又は波長入２
の光により元に戻る機能性分子のことをフォトクロミッ
ク分子といい古くから知られている（例えば、繊維高分
子材料研究所研究報告Ｎｏ、１４１　１９８４−３）　
。

しかしながら、このように可逆的に色が変化する機能性
分子であ、りながら、従来、ごく一部の限られた範囲を
除いて、表示素子や記録素子や記憶素子等の光学素子に
利用されていないのは固体状態では光応答性が生じない
か又は不十分であるためであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的は、かかる技術分野における従来
技術の解決しえなかった課題を解決することである。

つまり、本発明の目的は、コントラストの高い、簡易な
表示装置、記録装置、記憶装置等に利用する像形成素子
を提供することである。

本発明の別の目的は、カラー表示装置、カラー記録装置
等に利用する表示素子を提供することである。

〔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り解決される。

すなわち本発明は、分子骨格中に不飽和結合を有する相
転移性有機化合物分子と、機能性分子とからなる像形成
層を有することを特徴とする像形成素子である。

〔作用〕

本発明でいう相転移とは、物質が熱によって不動の固体
状態から動的な状態に変わる場合をいう。従って、堅固
な状態から流動的、乃至は柔軟な状態、静的な状態から
動的な状態、結晶相から液晶相、固体から液体、ある種
の液晶相から別種の液晶相等に変化することは全て相転
移である。

機能性分子とは、像形成機能（表示機能、記録機能、記
憶機能）及び像変換以外の情報変換機能（演算機能）を
いい、更に物質又はエネルギーの輸送機能を含む、更に
、光や電気エネルギーの付与によって機能を発現する場
合に限らず、熱、磁気、圧力、物質等の付与による機能
発現を含むものである。

次に、本発明の素子の基本的な駆動原理を説明する。

ある種の機能性分子はエネルギーの付与により、液体乃
至は流動体中では高速に化学変化するが、堅固な固体中
では化学変化しないか或いはその変化が極めて遅い。

相転移する有機化合物分子と混合膜を構成する機能性分
子は、前述の如き分子、即ち堅固な状態では化学変化し
ないか又は、しにくいために機能の発現をしないか又は
、しにくいが、柔軟な状態では化学変化しやすいため機
能を発現しうるような材料が選択される。

このように構成された前記混合膜を相転移温度以上に加
温することにより前記有機化合物分子を柔軟性に富む状
態に維持させる。かかる状態の中に存在する前記機能性
分子は化学変化しやすい状態におかれるから、入力エネ
ルギーの付与に対して高速に応答（機能発現）する６以
上に述べた構成によって本発明の目的は達成されるもの
である。

要するに本発明は、 １、液体の媒体では用途が限定され、不安定であるので
固体媒体が望まれること、 ２、しかし、固体の媒体では機能が充分発現できないこ
と、 の２点を相転移性有機化合物分子を混合することにより
て解決したものである。

更に、本発明の像形成素子の例を図面に従って説明する
。

第１図は本発明の像形成素子の断面図であり、第１図（
Ａ）は透過型の像形成素子を、また第１図（Ｂ）は反射
型の像形成素子をそれぞれ示している。ｌは基板、２は
相転移性有機化合物分子と光によって機能を発現する機
能性分子との混合膜から構成される像形成層、３は保護
用基板である。第１図（Ａ）の透過型の像形成素子の作
像原理は、次のとおりである。

作像のためにバイアスとして像形成層２を加熱し、加熱
された前記像形成層２の構成成分である相転移性有機化
合物分子に相転移変化を生せしめる。その結果、流動的
乃至柔軟な状態におかれた前記像形成層２に作像のため
にあるパターン乃至は入力情報に従い、像形成層２の所
望する位置、例えば位置４に光５（赤外線、可視光線、
紫外線又はＸ線など）を照射し、像形成層２の構成成分
である機能性分子に後述の光化学変化を生ぜしめる。か
くして、この光化学変化をしたパターン乃至は情報（光
化学変化領域４）を素子の裏面側から照明光６を照らし
つつ、直接・間接にとらえて表示乃至は読みとる。

第１図ＣＢ）の反射型の像形成素子においては、照明光
６を透過型とは逆に保護用基板３側から入射し、前記混
合Ｊｌ！２より基板ｌ側に設けである反射膜７によって
反射せしめ、光化学変化領域４と光化学変化領域以外の
領域において反射される反射光６の強弱等をとらえて表
示乃至は読みとる０本発明の像形成素子の前記像形成層
２を構成する分子骨格中に不飽和結合を有する相転移性
有機化合物分子としては、以下のものが例示される。

□ （１）不飽和高級脂肪酸 ＣＨ２＝　ＣＨ（ＣＨ２）８ＣＯＯＨ ＣＨ２＝　ＣＨ（ＣＨ２）１．　Ｃ００ＨＣＨ２＝ＣＨ
（ＣＨ２）２ｏＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）、７ＣＣ０ＯＨ ＣＨ２ ＣＨ３（ＣＨ２）８Ｃ＝Ｃ−Ｃ−Ｃ（ＣＨ２）８ＣＯＯ
ＨＣＨ３（ＣＨ２＞３ＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨ
（ＣＨ２）７ＣＯＯｆ（ＣＨ３（ＣＨ２）？ＣＨ＝ＣＨ
（ＣＨ２）７ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ，）７０Ｈ＝ＣＨＣ
ＯＯＨＣＨ３＝　ＣＨ（ＣＨ２）８ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）。Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ（ＣＨ２）、　Ｃ０
０ＨＣＨ３（ＣＨ２）、１Ｃ−Ｃ−Ｃ−Ｃ（ＣＨ２）、
　Ｃ００ＨＣＨ３（ＣＨ２）、３Ｃ−Ｃ−ＣＩＣ（ＣＨ
２）８ＣＯＯＩ（（２）　　シアニン色素 シアニン色素の具体例を以下に例示する。

（式中、Ｒ１は０１〜Ｃ４のアルキル基である）（３）
アゾ色素 （Ｒ２はＣ１゜〜。のアルキル基である。）（４）リン
脂質 レシチン ケファリン スフィンゴミエリン ブラスマロゲン 次に、光応答する機能性分子としては、光によって色が
変化する化合物、すなわちフォトクロミック化合物があ
げられる。そのようなものとしては、以下のものが例示
される。

（５）スピロピラン及び類似体（イオン解離）波長λ１
の光によりイオン解離し、右側の構造に変化し、これが
暗所で熱的に、又ｔ±ｙＪ＋１の波長入２の光により左
側の構造に戻る。

（６）シス−トランス異性化 Ｃ＝Ｃ，Ｃ＝Ｎ、Ｎ＝Ｎなどの不飽和二重結合の異性化
に基づ〈例 ・チオインジゴ （７）水素移動を伴う互変異性化 ・ケト−エノール異性化 ・ａｃｉ−ニトロ異性化 ／Ｐｈ ｆ’ｔｗ、　ｃ、ｓＮＣＨ−ｐｈ へ一〇・。１ （８）光閉工；反応 ・シス−スチルベン ・フルギド （９）へテロ環を含む原子価異性化反応ニトロン−オキ
サシリンシン系 （ｔｏ）　　１−フェノキシアントラキノン類（１１）
光二量化反応 （１２）芳香族多環化合物への光二量化反応（１３）光
レドックス反応 チアジン色素系 ビオロゲン 前記相転移性有機化合物分子と前記機能性分子を混合し
て混合膜を作成する方法としては、スピンナー回転塗布
法、ローラー塗布法、引上げ塗布法、スパッタリング法
、プラズマ重合法、二分子膜作製法等がある。そのいず
れを用いても本発明の目的は達成される。

以下、例えば、スピンナー回転塗布法を用いて成膜する
場合を説明する。

スピンナー塗布法はまず基板中央部に所定の塗布液を滴
下し、次に基板を高速回転させて、円心力の作用により
膜を均一に塗布する方法である。

その実施装置としてはスピンナー塗布機がある。

本発明においては前記相転移性有機化合物分子と前記機
能性分子とを適当な溶媒、例えばクロロホルム、ベンゼ
ン等に溶かした溶液を塗布液として使用する０回転速度
及び塗布液濃度等の調整により所望の膜厚を得ることが
できる。

膜厚は３０大〜３００ＪＬｍが適しており、特に３００
０人〜３０ｇｍが適している。尚、基板との密着性を向
上させるために適宜天然又は合成の高分子からなるバイ
ンダーを添加剤として用いることもできる。

基板１として使用することのできるものとしては、ガラ
ス、アルミニウムなどの金属、プラスチック、セラミッ
ク、紙などが挙げられる。

第１図（Ａ）に示した透過型の場合には、できる限り耐
圧性のある透光性のガラスやプラスチック、特に無色乃
至淡色のものが好ましい。

保護用基板３としては、透光性のガラスやプラスチック
が適しており、特に無色乃至淡色で且つ、耐圧性のある
ものが好ましい、保護用基板３を設けることは、混合膜
の耐久性、安定性を向上させるためには、好ましいこと
であるが、成膜分子の選択によって保護用基板は設けて
も設けなくてもよい。

反射ｆｉ７としては、高融点の金属材料又は金属化合物
材料を用いて金属膜、誘電ミラーなどを基板１側にスパ
ッタリング法、蒸着法などにより設ける。反射膜７は、
基板１の材料のうちを光を反射しうる材料を選択するこ
とにより、基板１に兼ねさせることもできる。

前記相転移を起こす温度、即ち相転移温度（Ｔｃ）は物
質によって固有である。Ｔｃは４０〜１００℃のものが
好適である０例えば、エライジン酸のＴ’ｃは４４〜４
５℃、エレオステアリン酸のＴｃは、７１〜７２℃であ
る。

一般的にＴｃは、アルキル鎖長とともに上昇する。

混合膜の混合比率、即ち相転移性有機化合物分子（Ａ）
に対する機能性分子（Ｂ）の比は１／ｌＯ〜１０／１が
望ましい、あらかじめ混合膜を加熱した状態において像
形成してもよいし、像形成と加熱を同時に行ってもよい
。

赤外線加熱による場合（第１図）には、赤外線１０と光
化学反応に必要な特定波長の光線（以下信号光線１１と
いう）とを含む多色光源１２を用いることにより、装置
の構成が簡単になり、製作費も安価となる。更に、入力
信号に対応した所定の箇所だけ加熱すればよいので、省
エネルギー化も図れる等の利点がある。

第２図（Ａ）（Ｂ）は赤外線ｌＯと信号光線１１を尚時
に出す多色光源１２を用いて像形成を行う場合の模式図
である。紫外光から赤外光まで出す多色光源としてはキ
セノンランプ、ハロゲンランプ等がある。ここで赤外光
線用光源と信号光線用光源を別個にしてもよいことはも
ちろんである。

前記像形成層上におけるビームのスポット径は必要に応
じて０．５〜１００ｇｍが適当である。しかしながら、
赤外線と信号光線（波長は各機能性分子によって異なる
）の各々のスポット径を前記混合膜上において完全に一
致させる必要はない、赤外線ｌＯのスポット径の方が信
号光線１１のそれよりやや大きくても構わないし１反対
にやや小さくてもさしつかえない（第２図（Ｂ）　）、
何故なら、前述の理由により赤外線と信号光線の両方を
照射された箇所においてのみ像が形成されるからである
。従って、像点の大きさは、いずれか小さい方の光線の
スポット径により決定される（第２図（Ａ）（Ｂ））、
尚、像形成素子に対して赤外線１０と信号光線１１とを
同時に照射する場合、所定の画像に対応する様にパター
ン上に照射することもできるし、赤外線１０をビームと
して多数のビームをドツト上に一括して照射することも
できるが、１ビーム又はｌラインビームを像形成層２上
に走査させる方法をとることもできる。この場合、赤外
線ビームを信号光線ビームに先行させて走査してもよい
。

本発明では、形成像の識別効果を更に高めるために、像
形成層２と基板ｌの間に前述したように可視光線の反射
膜７を別途、介在させることもできる。かかる反射膜７
は、熱伝導の際、それ自身が溶融することのない高融点
の金属材料又は金属化合物材料によって形成する必要が
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 本発明の傷形成素子を以下のようにして製造した。

（Ｉ）で表わされるスピロピラン１部と（ＩＩ）で表わ
されるエライジン酸１部とをクロロホルムＣＨｓ（ＣＨ
，）、　ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ，）、　Ｃ００Ｈ２０部中に
溶解混合し、５Ｑｍｍ角のガラス基板表面上に回転塗布
機により塗布し、膜厚３μｍの無色の像形成層２を得た
。更に像形成層２上に保護用基板３としてガラス基板を
のせた。

紫外Ｊｉ（３５６ｎｍ、）と赤外線（８５０ｎｍ）を出
す多色光源としてキセノンランプ光源を使用した。

赤外線をカットして紫外線のみを所定の位置に照射した
場合には債が形成されなかった。

次に赤外線と紫外線を同時に照射したら、照射部位に青
い明瞭偉が得られた。

実施例２ 本発明の像形成素子を以下のようにして製造した。

（ＩＩＩ）で表わされる化合物１部と（ＩＶ）で表わさ
れるエレオステアリン酸１部とをクロロホルムＣＨ３（
ＣＨ２）３ＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ，）
、　Ｃ００Ｈ（ｆｆ） ２０部中に溶解混合し、５　Ｑ　ｍｍ角のガラス基板表
面上に回転塗布機によシ、前記混合物を塗布し、膜厚５
μｍの白色の像形成層を得た。さらにこの上にガラス基
板をのせた。

直射日光下で１画偉情報に応じて赤外線を照射すると、
深紫色の儂が得られた。その後、この素子を暗所下に置
くと、画儂は消え、元の白色に戻った。

実施例３ 本発明の像形成素子を以下のようにして製造した。

（ｖ）で表わされるシス−トランス光異性化化（Ｖ） （■） 金物１部と（ｆｆ）で表わされるアゾ化合物１部とをク
ロロホルム２０部中に溶解混合し、５０Ｍ角のガラス基
板表面上に回転塗布機によシ塗布し、膜厚が６μｍの黄
色の像形成層を得た。更にこの上に保護用基板としてガ
ラス基板をのせた。

直射日光下で画偉情報に応じた赤外線を照射すると、赤
色の画偉が得られた。

本発明の主要な効果をまとめると以下の通りである。

（１）微小な混合膜の照射部又は加熱部の１個を機素単
位として高密度に配列することが可能であるから、高解
像度の像形成ができる。

（２）機能性分子の調整又は選択により静止画、又はス
ローモーションを含む動画の表示が容易にできる。

（３）機能性分子の調整１選択によりカラー表示を容易
に実施することができる。

（４）素子の構造が比較的簡略であるから、その生産性
に優れているし、素子の耐久性が高く信頼性に優れてい
る。

（５）広範囲な駆動方式に適応できる。

（６）回転塗布法を用いて混合膜を作成できるので、大
面積化が比較的容易に図れる。

（７）液晶のような液体を用いないので、製作が容易で
あり、かつ安全である。

（８）相転移温度はそれ程高くないので、像形成素子等
に用いる電力が少なくて済み、それだけ電源部、即ち、
像形成装置を小型化できる。

（９）混合膜相転移を利用する場合において混合膜構成
分子の構造によっては、相転移した状態を長く保持する
ものもある。このような場合には、本発明に係る像形成
素子は記録装置（材料）、記憶装置（材料）として利用
することもできる。

（１０）迅速に像形成を得ることができる。

（１１）像消去・再生も可能である。

（１２）生体脂質の機能に近似するので、分子デバイス
、バイオエレクトロニクス等との適合性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は、本発明の透過型の像形成素子の断面図
、第１図（Ｂ）は、本発明の反射型の像形成素子の断面
図、第２図（Ａ）（Ｂ）は多色光源を用いて像形成を行
なう場合の像形成素子の断面図である。 １　　　基板 ２　　　像形成層 ３　　　保護用基板 ４　　　像形成部 ５光 ６　　　照明光 ７　　　反射膜 ｌＯ赤外線 １１　　信号光線 １２　　多色光源 （Ａ）　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）尾２０ （Ａ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 分子骨格中に不飽和結合を有する相転移性有機化合物分
   子と、機能性分子よりなる像形成層を有することを特徴
   とする像形成素子。