JPS61250620A - 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、新規な光学素子に関し、特にゲルの光散乱性
を利用した光学素子に関するものである。

近年、オフィス・オートメーション（ＯＡ）化の発展に
伴い、表示装置（ディスプレイ）の用途が事務機器の分
野にも広く進出している。このような表示装置において
は、長時間の使用にも目の疲労を感じさせないものが望
ましい。従来、斯かる表示素子としては、電界発色表示
素子（ＥＣ：Ｄ）、液晶表示素子（ＬＣ：Ｄ）等の非発
光型のものが知られている。しかしながら、ＥＣＤは表
示コントラストが低く、ＬＣＤはさらに視野角が狭いと
いう欠点があった。また、これらを光シャッタ等の光変
調素子として利用する場合にも同様の欠点があった。

本発明は、従来の素子におけるこのような欠点に鑑みな
されたもので、表示素子として視野角が広く、明瞭性に
優れ、長時間の使用にも目の疲労を感じさせない高品位
の素子、また、光変調素子としてコントラストが高く、
先入射角依存の小さい素子を提供することを目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ 以下、本発明の基本構成を、実施例に対応する第１図を
用いて説明する。

図において、１は基板、２はゲル層、３は透明保護板、
８は発熱要素に該当する赤外線吸収層である。基板１は
、光学素子を透過型とした場合にはガラス類、プラスチ
ック類等の光を透すものが用いられ１反射型とした場合
には、シリコンのような半導体類、セラミックス類、ア
ルミのような金属類、不透明プラスチック類等の光を透
さないもの、あるいは前記した透過性材料の表面に金属
被膜を蒸着させたもの等が用いられる。ゲル層２は、液
体を含む網目重合体（ゲル）からなる層であり、このゲ
ルを構成する網目重合体としては、プロピレン、イソブ
チン等のアルケン類、ブタジェン、イソプレン等のジエ
ン類、［ＩＦビニル、アクリルアミド等のビニル化合物
、α−メチルスチレン、メタクリル酸メチル等のビニリ
デン化合物などの重合性モノマーの重合体またはそれら
の間の共重合体を主成分とする重合体を、重合反応時に
架橋性化合物たとえばジビニルベンゼン、エチレンジメ
タクリレート等の重合反応を起し得る部位を分子内に複
数持つ化合物、またはグリシジルメタクリレート、Ｎ−
メ千ロールアクリルアミド等の重合反応を起こし得る部
位と、縮合あるいは付加反応を起こし得る部位とを持つ
化合物等を添加し反応する事により得られる三次元網目
重合体が好適である。他に斯かるゲルを構成する網目重
合体としては、例えばポリプロピレン等のポリアルケン
類、ポリブタジェン等のポリジエン類、ポリ酢酸ビニル
等のポリビニル化合物類、ポリメタクリル酸メチル等の
ポリビニリデン化合物類、ポリエチレンオキシド等のポ
リエーテル類、ポリエチレンイミン等のポリイミン類、
ポリオキシエチレンアジボイル等のポリエステル類、ポ
リグリシン等のポリアミド類などの鎖状重合体を、架橋
剤の添加、放射線の照射などにより、高分子反応を行い
架橋形成した三次元網目重合体が好適である。

（高分子反応のための添加剤としては、例えば、ポリプ
ロピレン等の重合体に対してはジクミルペルオキシド等
の過酸化物、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミ
ン、ポリグリシン等の重合体にはグルタルアルデヒド、
ジメチロール尿素、エピクロルヒドリン、フェニレンジ
イソシアナート等の縮合あるいは付加反応を起こし得る
部位を分子内に複数持つ化合物が挙げられる。）一方、
ゲルを構成する液体としては、水あるいはメタノシール
、エタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチ
ルケトン等のケトン類、ペンタン、シクロヘキサン、ベ
ンゼン等の炭化水素系溶媒類、テトラクロロエタン、ジ
クロルベンゼン等のハロゲン化炭化水素系溶媒類、酢酸
イソアミル、ギ酸エチル等のエステル類、ジオキサン、
ジグリム等のエーテル類、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド
等の含硫溶媒類などの有機溶媒及びそれらの間の混合溶
媒ならびに、それらに過塩素酸リチウム、プロピオン酸
アンモニウム等の塩類、尿素、グルコース等の有機化合
物などを添加した溶液が好適である。このゲル層２の厚
さとしては、１＝１〜１０００　ｇ　ｙａが適当であり
、好ましくはＩＪＬｍ〜１００ル腸が最適な範囲である
０発熱要素としては、例えば加熱手段として赤外線の吸
収加熱を利用した場合、赤外線吸収層が用いられる。こ
の赤外線吸収層材料は、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もの
であり、かかる材料としては、例えばＳｉ、　ＳｉＯ、
５ｉ０２、ＺｎＳ　、　Ａｓ２Ｓ３、ＡＩｈ０３．　Ｎ
ａＦ　、　Ｚｎ５ｅ、　Ｇｄ４ｂ４ｅ、カーボンブラッ
ク、金属フタロシアニン等が好適に用いられる。

この赤外線吸収層８の膜厚としては、５００　Ａ〜１０
０００　Ａが好適な範囲である。また透明保護板３とし
ては、ガラス類、プラスチック類、銹電体等の透明体が
用いられる。なお、コントラストの向上を図るため、基
板ｌの表面に可視光反射層、又は可視光吸収層（図示せ
ず）を設けてもよい・。

［作　用］ 次に、この光学素子の動作（作像、光変調）原理を、同
じく第１図を用いて説明する。なお、第１図は透過型の
例を示す。

先ず、ゲル層２が加温されていない状態（すなわち低温
状態）では、重合体分子鎖の分布は線領域と密偵域に別
れて存在するため、ゲル層２の低温領域４ａに入射する
光線６−２は、散乱（拡散）する。一方、情報信号に従
って赤外線吸収層８の所定位置が、例えば赤外線ビーム
５の照射等によって外部から加熱された場合、この加熱
部分に接触ないし近接する領域のゲル層も加温され、重
合体分子鎖の分布は平均的に一様になる。このため、ゲ
ル層２の加温領域４に入射する光線８−１は、はぼその
ままゲル層２を通過して基板ｌから射出する。この加温
領域４は、温度が下がるとまた元の不透光性に戻る。

以上の説明で明らかなように、本発明はゲル層の散乱（
不透光）、非散乱（透光）を熱的に制御することにより
、光変調や表示を行うものである。

［実施例］ 実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図である
。第１図において、基板ｌおよび透明保護板３として、
厚さ０．３ｍｍ　、大きさ５０ｍｍＸ　１０ｍ貫の充分
に清浄なガラス板を使用し、基板ｌのガラス板表面上に
スパッタリング法により膜厚１５００ＡのＧｄ４ｂ−Ｆ
ｅ　（ガドリニウム・テルビウム・鉄）層を付着して赤
外線吸収層８を形成した。この基板１の赤外線吸収層８
の面と、透明保護板３とをマイラーフィルムをスペーサ
ーに用いてｌ０ＪＬＩＩの間隔で向い合せて接着して成
形した０次に、イソブチルメタクリレート２ｇ、エチレ
ンジメタクリレート３２ｍｇ、アゾビスイソブチロニト
リル５ｍｇをニタノール２５＋ｊ）に溶解し、窒素ガス
を通じて溶存酸素をパージし、さらに減圧にて脱気して
モノマー溶液とした。このモノマー溶液を、基板１と透
明保護板３との隙間に充填・封入し、さらに６０℃で８
時間保つことによりゲル層２を形成し、光学素子を作製
した。

このようにして得られた光学素子に、出力２ｈＷ、波長
８３０ｎ−の半導体レーザービームな、情報信号に従っ
て素子裏面から赤外線吸収層８に焦点を合せてスキャニ
ング照射したところ、ゲル層２の所定領域が透光性に変
化することが確認された。これは、ゲル層２の被照射領
域において、半導体レーザービームを吸収して熱に変換
して、相接触するゲル層を加熱するためであると考えら
れる。なお、半導体レーザービームによる加熱時間は一
瞬であり、ゲル層２はすぐに元の不透光性を示した。

上記レーザービームによる照射実験を縁り返し行った結
果、再現性及び信号応答性のいずれにおいても、実用上
十分であることが判明した。

実施例２ メタクリルアミドＩｇ、Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリル
アミド３０＋ｇ、アクリルアミド０．２ｇ、過硫酸カリ
ウム１５＋ｓｇ、水２０ｍｊ！、メタノール５ｍｆを混
合し、窒素ガスを通じて溶存酸素をパージし、さらに減
圧にて脱気した。

この溶液をモノマー溶液として用いる以外は前記実施例
１と全く同様にして光学素子を作製した。

このようにして得られた光学素子に、前記実施例１と同
様な作像、光変調の実験を行ったところ、実施例１と同
様に良好な結果を得ることができた。

実施例３ 第２図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、前記実施例１および２で用いた赤外線
吸収層８の代わりに、発熱要素として抵抗発熱体層７を
基板ｌの表面上に配置し、電源８からの電流によって前
記抵抗発熱体層７の加熱を制御するように構成したもの
であり、反射型の例を示すものである。抵抗発熱体層７
の素材としては、硼化ハフニウム、窒化タンタル等の金
属化合物、ニクロム等の合金、またはＩＴＯ（Ｉｎｄｉ
ｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明酸化物等が用いら
れ、膜厚としては５００〜５０００Ａの範囲が最適であ
る。また、この抵抗発熱体層７の表面には、図に示すよ
うに、ゲル層２との間に絶縁層（保護膜）ｌＯが形成さ
れる。

第２図において、抵抗発熱体層７につながるスイッチ２
０は開状態となっているため、抵抗発熱体層７には電流
は流れない。したがって、入射する光線８−２は前述し
た様に散乱する。一方、抵抗発熱体層７ａにつながるス
イッチ２０ａは閉状態となっているため、抵抗発熱体層
７ａは電源１０からの電流によって加熱される。このた
め、入射する光線Ｅｉ−１はほぼそのままポリマー液層
２を通過し、抵抗発熱体層７ａの表面で正反射して再び
ポリマー液層２を通過して透明保護板３から射出する。

このように、赤外線吸収層８め代わりに抵抗発熱体層７
を発熱要素としてもその効果は同様であり、光学素子と
して作像、光変調を行なうことが可能である。

以下、本実施例を更に詳細に説明する。

第３図は本発明の第３の実施例を示す基板の斜視図であ
る。本実施例において、基板ｌおよび透明保護板３は、
前記実施例１と同様なものを使用した。先ず、第３図に
示される基板１の表面上に、厚さ１００ＯＡの窒化タン
タル膜をスパッタリング法により形成し、続いてこの製
膜面にホトレジストを塗布し、基板ｌの短辺（１０ｍｍ
）に平行になるように２０本／■のストライプ状パター
ンを焼付は後、エツチング処理により余分の窒化タンタ
ル膜を選択的に除去して、残りを抵抗発熱層１１とした
。次に、その上に厚さ２００ＯＡのＩＴＯ膜をスパッタ
リング法により積層し、同様の処理工程を経て、所定の
パターニングを行ない、第３図に示すストライプ状の電
極層１２を得た。この時、さらに発熱部分（４０弘鳳Ｘ
２Ｅｉｇａ＋）を得るために抵抗発熱層上のＩＴＯを一
部除去した。

次に、その上に絶縁層１３として厚さ２ＩＬＩｌの５ｉ
Ｏｚｌｉをスパッタリング法により積層した。ただし、
抵抗発熱層１１の両端部は、後でリード線をつけるため
に、Ｓ　ｉ０２膜がつかないように遮蔽して行った。こ
の抵抗発熱層１１を設けた基板ｌと、透明保護板３とを
マイラーフィルムをスペーサーとして用いて１０ＩＬ１
１の間隙で向い合わせて接着した。次に、インブチルメ
タクリレート２ｇ、エチレンジメタクリレート３２ｍｇ
、アゾビスイソブチロニトリル５ｍｇをエタノール２５
履βに溶解し、窒素ガスを通じて溶存酸素をパージし、
さらに減圧にて脱気してモノマー溶液とした。この七ツ
マー溶液を基板ｌと透明保護板３との隙間に充填・封入
し、さらに６０℃で８時間保つことによりゲル層２を形
成し、光学素子を作製した。

このようにして得られた光学素子の任意の組合せの抵抗
発熱層１１に、周波数１　ｋＨｚの電気パルス信号（パ
ルス高２０ｖ、パルス長５　ｔｓｓｅｃ）を情報信号に
応じて入力したところ、情報信号に対応する所定の位置
が、＋透光性を示して応答し、情報信号に応じた書き込
みが可能であることが確認された。

上記各実施例において明らかなように、本発明の光学素
子は透過型１反射型のいずれの場合にも、良好な特性を
得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による光学素子は散乱特性
に優れているため、コントラストの高い明瞭かつ高解像
の画像を得ることができ、視野角の制限もなくすことが
できる。したがって、表示装置として長時間使用した場
合でも目の疲れを感じさせることがない、また、ゲル層
がわずかな加熱で変調するので、表示装置の消費電力を
節減させることができる。さらには高周波変調も可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図、第２
図は本発明の第３の実施例を示す概略構成図、第３図は
本発明の第３の実施例を示す基板の斜視図である。 １・・・基板、２・・・ゲル層、３・・・透明保護板。 ７．７ａ・・・抵抗発熱体層、８・・・赤外線吸収層、
１１・・・抵抗発熱層、１２・・・電極層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱により透光性を示し、冷却によって光散乱性
   を示すゲル層を、少なくとも一方の基板の表面に発熱要
   素を形成した一対の基板間に挟持してなる光学素子。