JPS61175083A - 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、少なくとも親水性部位と疎水性部
位を有し、且つ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、少なくとも親水性部位と疎水性部
位を有する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
ｆ、ｆ１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、光や電気工ネルキーの付′ｊによって機能を発
現する場合に限らす、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、以
北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。

黄するに本発明は、 ｌ、液体の政体では用途が限定され、不安定であるので
固体政体が望まれること。

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を混合することによって解
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
。

、ＴＳＩ図は本発明の像形成素子の断面図であり、第１
ＵＡ（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。１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！ｊ２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ぜしめる。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Ｒ２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（Ｂ）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
合膜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（ＣＨ，、）８ＣＯＯＨＣＨ２＝　ＣＨ
（ＣＨ２）、５ＣＯＯＨＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）２ｏＣ
ＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）、７ＣＣｏｏ１ ＣＨ２ ＣＨ３（ＣＨ２）８ＣヨＣ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ２）８ＣＯＯ
ＨＣＨ３（ＣＨ２）３ＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨ
（ＣＨ２）７ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）、ＣＨ＝ＣＨ（
ＣＨ２）７ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）７ＣＨ＝ＣＨＣＯ
ＯＨＣＨ３＝　ＣＨ（ＣＨ２）８ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）。Ｃ＝Ｃ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ２）、Ｃｏｏ
ｌ−ＩＣＨ３（ＣＨ２）、、Ｃ＝Ｃ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ２）
８ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）、３Ｃ”Ｃ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ
２）８ＣＯＯＨ（２）／アニン色素 シアニン色素の具体例を以下に例示する〇（３）アゾ色
素 （Ｒ２はＣＩｏ、３０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 プラスマロゲン 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）波長入１
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±５Ｊ１１の波長入２の光により左
側の構造に戻る。

（６）ンスートランス異性化 Ｃ＝Ｃ，Ｃ＝Ｎ、Ｎ＝Ｎなどの不飽和二重結合の異性化
に基づく例 Φ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 ・ａｃｔ−ニトロ異性化 ｈ−ｃ−ＮＣＨ−Ｐｈ 。・ξ２、 （８）光閉環反応 ・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 （＋ｏ）　　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 混合して混合ｊ漠を作成する方法としては、ラングミュ
ア・プロジェット法（単分子累積膜形成法（ＬＢ法））
がある。

ＬＢ法によれば、像形成における品質、効率等に優れる
だけではなく、高解像或は超高解像が得られる利点があ
り、更に液体の有機化合物を固体上に成膜できるなど、
材料の選択範囲が著しく広がるなどの特徴も有する。

以下、ＬＢ法を用いて成膜する場合を説明する。

ＬＢ法は、分子内に親木基と疎水基を有する構造の分子
において１両者のバランス（両親媒性ツバランス）が適
度に保たれているとき、分子は水面上で親木基を下に向
けて単分子膜又は単分子層の累積膜を作成する方法であ
る。水面上の単分子層は二次元系の特徴をもつ０分子が
まばらに散開しているときは、一分子当りの面積Ａと表
面積■との間に二次元理想気体の式、ｎ　Ａ　＝　し　
Ｔ が成り立ち、“気体膜°゛となる。ここに、ｋはポルツ
マン定数、Ｔは絶対温度である。Ａを充分小さくすれば
分子間相互作用が強まり二次元固体の”凝縮膜（または
固体膜）゛になる。

凝１ｉｉ膜はガラス等の基板の表面に反射膜７が成膜さ
れているときはその表面へ一層づつ移すことができる。

この方法を用いて単分子膜又は単分子層累積膜は例えば
次のようにして製造する。

まず有機化合物（混合系を含む）を溶剤に溶解し、これ
を水面上に展開し、有機化合物を膜状に析出させる０次
にこの析出物が水面上を自由に拡散して拡がりすぎない
ように仕切板（または浮子）を設けて展開面積を制限し
て膜物質の集合状態を制御し、その集合状態に比例した
表面圧ｎを得る。この仕切板を動かし、展開面積を縮小
して膜物質の集合状態を制御し１表面圧を徐々に上昇さ
せ、累積膜の製造に適する表面圧■を設定することがで
きる。この表面圧を維持しながら静かに清浄な基板を垂
直に上下させることにより単分子膜又は二種以上の分子
が混合した混合単分子膜が基板上に移しとられる。単分
子膜は以上で製造されるが、単分子層累積膜は、前記の
操作を繰り返すことにより所望の累積度の単分子層累積
膜が形成される。

成１１Ｑ分子は、前記の有機化合物から１種または２種
以北選択される。

単分子膜又は単分子層累積膜の厚さは３０人〜３００ｇ
ｍが適しており、特に３０００人〜３０ｇｍが適してい
る。

？ｉ分子層を基板上に移すには、上述した垂直浸漬法の
他、水平付着法、回転円筒法などの方法による。水平付
着法は基板を水平に接触させて移しとる方法で１回転円
筒法は、円筒型の基体を水面上に回転させて単分子層を
基体表面に移しとる方法である。前述した垂直浸漬法で
は、水面を横切る方向に基板を上げると一層めは親木基
が基板側に向いた単分子層が基板上に形成される。前述
のように基板を上下させると、各工程ごとの１枚ずつ単
分子層が重なっていく。成膜分子の向きが引上げ工程と
浸漬工程で逆になるので、この方法によると各層間は親
木基と親木基、疎水基と疎水基が向かい合うＹ型膜が形
成される。この様にして作成された単分子層累積膜の模
式図を第２図に示す０図中、８−１は親木基、８−２は
疎水基、９−１は相転移性有機分子、９−２は機能性分
子である。

それに対し、水平付着法は、基板を水面に水平に接触さ
せて移しとる方法で、疎水基が基板側に向いた単分子層
が基板上に形成される。

この方法では、累積しても、成膜分子の向きの交代はな
く全ての層において、疎水基が基板側に向いたＸ型膜が
形成される０反対に全ての層において親木基が基板側に
向いた累積膜はＸ型膜と呼ばれる。

回転円筒法は、円筒型の基体を水面上に回転させて単分
子層を基体表面に移しとる方法である。単分子層を基板
上に移す方法は、これらに限定されるわけではなく、大
面積基板を用いる時には、基板ロールから水槽中に基板
を押し出していく方法などもとり得る。又、前述した親
木基、疎水基の基板への向きは原則であり。

基板の表面処理等によって変えることができる。

本発明における機能性分子に疎水性部位を導入する場合
、炭素数が５〜３０の長鎖アルキル基が特に好ましい。

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あり、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。

反射膜７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ｌ側にスパッ
タリング法、蒸着法などにより設ける０反射膜７は、基
板ｌ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ｌ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Ｔｃは４４〜４５
℃、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。第３
図は機能性分子９−２と混合したエライジン酸９−１の
場合の相転移現象を模式的に示したものである。

混合膜の混合比率、即ち相転移性有機化合物（Ａ）に対
する機能性分子（Ｂ）の比は１／１０−１０／１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ｌＯ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４図（Ａ）（Ｂ）は赤外線１０と信号光線１１を同時
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０．５〜１１００ｐ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１０のスポットにの方が信
号光線１１のそれよりやや大きくても構わないしく第４
図（Ａ））、反対にやや小さくてもさしつかえない（第
４図ＣＢ））、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４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ｌＯ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ＬＢ法を用いて製造
した。

まず、（Ｉ）で表わされる・イミダゾール化合物１部と
（ＩＩ）で表わされるリルン酸１部ＣＨｓ　（ＣＨｚＣ
Ｈ＝ＣＨ）ａ　（ＣＨ２）ｔ　Ｃ００Ｈ（Ｉ） をりｏｏホルムに各々２．５　ｘ　１０−”ｍｏＩ！／
／の濃度に溶かした溶液を、ｌＸｌ０　　ｍｏｌ／ｌの
濃度で塩化カドミウムを含む蒸留水を炭酸水素ナトリウ
ムでｐＨ６，３に調整した２０℃の水相の水面上に滴下
展開させた。

溶媒のクロロホルムが蒸発除去された後、仕切板を移動
させて水面上に残された混合単分子膜の展開領域を縮め
、その表面圧を２Ｑ　ｄｙｎ　／備まで高めた。次いで
、表面圧を一定に保ちつつ、５Ｑｍｍ角のガラス基板を
１０　ｍｍ／ｍｉｎ　（Ｄ速度で静かに上下させること
により、単分子膜をガラス基板の表面（片面）に移し取
り、白色の像形成層２を得た。さらに、この上にガラス
基板をのせた。

斯る方法により単分子膜の層数が各々２１゜５１．１０
１，２０１．３０１の白色の像形成層を有する５種類の
像形成素子を製造した。

これらの像形成素子に直射日光下で、各々画像情報に応
じて赤外線を照射すると、いずれも深紫色の儂が得られ
た。その後、これらの素子を暗所下に置くと、いずれも
画像は消え、元の白色に戻った。

実施例２ 本発明の像形成素子を以下のようにＬＢ法を用いて製造
した。

（ＩＩＩ）で表わされるスピロピラフ１部ト（■）で表
わされるエライジン酸１部とを ＣＨ３（ＣＨ２）　７ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨ２）　、　Ｃ０
０Ｈ（ＩＶ） クロロホルムに各々２．５　Ｘ　１０　　ｍｏｌ／ｌの
濃度に溶かした溶液を用いた以外は実施例１と同様の方
法・条件によシ各々、単分子膜の層数が２１．５１，１
０１，２０１，３０１の無色の像形成層２を有する５種
類の像形成素子を製造した。

紫外線（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。

これらの像形成素子に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いずれも儂が形成されな
かった。

次に赤外線と紫外線を同時に照射したらいずれも照射部
位に青い明瞭像が得られた。

実施例３ 本発明の像形成素子を以下のようＫＬＢ法を用いて製造
した。

（Ｖ）で表わされるシス−トランス光異性化化合物１部
と（■）で表わされるジアゾ化合物１部とを （Ｖ） （Ｖｌ） クロロホルムに各々２．５　Ｘ　１０−３ｍｏｌ／ｌの
濃度に溶かした溶液を用いた以外は実施例１と同様の方
法・条件により各々、単分子膜の層数が２１．５１，１
０１，２０１，３０１の黄色の像形成層２を有する５種
類の像形成素子を製造した。

これらの像形成素子に直射日光下で画像情報に応じた赤
外線を照射すると、いずれも赤色の画像が得られた。

本発明の主要な効果をまとめると以下の通りである。

（１）微小な単分子膜又は単分子層累積膜の照射部又は
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）ａ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）ラングミュア・プロジェット法を用いて単分子膜
又は単分子層累積膜を作成できるので、大面積化が極め
て容易に図れる。

（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）ｉ金膜（単分子又は単分子層累積膜の）相転移を
利用する場合において混合膜（単分子膜）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１本発明に係る像形成素子は記
録装置（材料）、記憶装′ａ（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Φ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図は基板上に形成された単分子累積膜の断面図
、第３図は相転移による分子のゆらぎを示した断面、第
４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 ５光 ６　　　照明光 ７　　　反射膜 ８−１　親水性部位 ８−２　疎水性部位 ９−１　　相転移性有機化合物分子 ９−２　　ｍ脆性分子 １０　　赤外線 １１　　信号光線 １２　　多色光源 特許出願人　　　キャノン株式会社 第４　口 ζＢ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも親水性部位と疎水性部位を有し、かつ分子骨
   格中に不飽和結合を有する相転移性有機化合物分子と、
   少なくとも親水性部位と疎水性部位を有する機能性分子
   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
   。