JPS61289325A - 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、更に詳しくはポリマ
ーゲルの加熱光散乱性を利用した光学素子に関する。

（従来の技術） 近年、オフィスオートメーション（ＯＡ）化の発展に伴
ない、表示装置（ディスプレー）の用途が事務機器の分
野にも広く伸展している。このような表示装置において
は、各種の表示素子が開発されているが、そのなかで代
表的なものは電界発色表示素子（ＥＣＤ）および液晶表
示素子（ＬＣＤ）である。

（発明が解決しようとしている問題点）事務機器の表示
装置で最も重要な要求は、画面が見易いことおよび表示
画面が長時間の使用によっても使用者の目を疲労させな
いことである。

しかしながら上記従来の表示素子においては、例えばＥ
ＣＤでは、表示コントラストが低く画面が見にくく、ま
たＬＣＤにおいては、視野角が狭いという欠点が有り、
いずれも長時間使用しても使用者の目を疲労させないと
いう要望に十分に応え得るものではない、またこれらの
従来の表示素子は光シャッタ等の光変調素子としても利
用されるが、このような光変調素子としても同様の問題
点を有するものである。

本発明者は上記の如き従来技術の問題点を解決すべく鋭
意研究の結果１表示素子や光変調素子の如き光学素子の
光変調体として特定の有機材料を選択使用するときは、
画面の視野角が広く、明瞭性に優れ、長時間の使用にお
いても使用者の目を疲労させない高品位の表示素子およ
び光変調素子等として有用な光学素子が提供できること
を知見して本発明を完成した。

（発明の開示） すなわち、本発明は、基板、光変調体および透明保護板
からなる光学素子において、上記光変調体が、溶媒、該
溶媒中に形成されたポリマーゲルおよび該溶媒中に溶解
した光吸収発熱剤からなり、上記ポリマーゲルが加熱に
より光散乱性を示し、冷却により透光性を示すように形
成されていることを特徴とする光学素子である。

本発明を更に詳細に説明すると、本発明の光学素子は基
本的には、基板、該基板と一定間隔を有する透明保護板
およびこれらの基板と透明保護板との間に設置された光
変調体からなるものであり、該光変調体として、溶媒、
該溶媒中に形成されたポリマーゲルおよび該溶媒中に溶
解した光吸収発熱剤からなり、上記ポリマーゲルが加熱
によって光散乱性を示し、冷却によって透光性を示すよ
うに形成されていることを特徴とする光変調体を採用す
ることを主たる特徴とし、このような特徴によって、本
発明の目的が主として達成されたものである。

本発明において使用する基板としては、後述するポリマ
ーゲルを構成する溶媒に対して不活性である限り、従来
公知の光学素子用基板はいずれも使用でき、例えば、光
学素子を光透過型とする場合には、ガラス類、プラスチ
ック類等の透明性の材料を使用し、一方、光学素子を光
反射型とする場合には、シリコン等の半導体類、セラミ
ック類、アルミニウム等の金属類、不透明プラスチック
類等の光を透過させない材料あるいは金属被膜等を蒸着
させた前記透光性材料等が任意に使用できる。これらの
基板は透光型、反射型のいずれにおいてもその形状は問
わず、一般的には約１１００７ｚ〜５Ｉの厚さの材料を
使用するのが好適である。

また本発明の光学素子を構成する透明保護板としては、
ガラス類、プラスチック類、誘電体等の従来公知の透明
材料がいずれも使用でき、これらの透明保護板はいずれ
の形式の光学素子においても約１００ｇｍ〜２層■の厚
さの材料を使用するのが好適である。

本発明で使用し、本発明の光学素子を第１に特徴づける
ポリマーゲルとは、適当な有機溶媒または水あるいはそ
れらの混合物中に無限には溶解せず、これらの溶媒を吸
収包含してポリマーゲルを形成し得る架橋ポリマーから
なる。

このような架橋ポリマーとしては、ポリプロピレン、ポ
リイソブチン等のポリアルケン類、ポリブタジェン、ポ
リイソプレン等のポリジエン類、ポリ酢酸ビニル、ポリ
（メタ）アクリル酸エステル、ポリ（メタ）アクリルア
ミド等のポリビニル類、ポリスチレン、ポリα−メチル
スチレン等のポリスチレン類、あるいはこれらのおよび
他のポリマーを形成する七ツマ−からなるコポリマー類
、ポリエチレンオキサイ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
ジポ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、その他従来公知の鎖状ポリマーであって、該ポ
リマー鎖を適度に架橋させて、溶媒に完全には溶解せず
、溶媒を吸収包含してゲルを形成し得るようにしたもの
である。

このような架橋構造は従来公知の方法によって容易に形
成することができる０例えば、ポリマーの製造時に架橋
剤として例えば多官能モノマーを一部併用し、重合と同
時に架橋構造を形成する方法、反応性上ツマ−を併用し
てポリマー中に架橋点を有させ、この架橋点を利用して
架橋構造を形成する方法、放射線等を利用して架橋させ
る方法等従来公知の方法はいずれも利用し得るものであ
る。

上記の如き架橋ポリマーによりポリマーゲルを形成する
のに使用する溶媒は、従来公知の有機溶媒あるいは水ま
たはそれらの混合物がいずれも使用でき、例えば、水、
メタノール、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類、ギ酸エ
チル、酢酸エチル、酢酸イソアミル等のエステル類、ジ
オキサン、ジグリシム等のエーテル類、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、あるいはこれらの混合溶媒
、更にはこれらの溶媒中に過塩素酸リチウム、プロピオ
ン酸アンモニウム、尿素、グリコース等の各種の溶質を
溶解した溶液等があげられる。

本発明で使用するポリマーゲルは、上記の如き架橋ポリ
マーと溶媒により形成されるが、特に重要な点は、架橋
ポリマーと溶媒との組合せであって、その組合せを、架
橋ポリマーがゲルを形成でき、また形成したゲルが、元
まり高くない温度、好ましくは３０〜１００℃程度の温
度範囲において吸熱によって白濁を生じ光散乱性となる
ようなポリマーゲルを形成する必要がある。

本発明者はポリマーゲルの形成において、架橋ポリマー
と溶媒を適当に組合せることによって、温度変化、すな
わち昇温によって架橋ポリマーが析出し、白濁を生じて
光散乱性になることを見い出したものであり、このよう
なポリマーゲルを、例えば約１〜１，０００μｍ、好ま
しくは１〜１００μｍ程度の薄層とし、この薄層に局部
的に熱を加えることによって、直ちにその加熱部分に白
濁部分が生じて光散乱性となり、また熱を取り去ると直
ちに白濁部分が消滅して透光性になることを知見し、こ
の透明（透光性）←→白濁（光散乱性）という極めて優
れた熱応答性が光学素子の光変調体として有用であり、
この光変調体を使用すれば従来技術の種々の欠点が解決
された光学素子が得られることを知見したものである。

このような優れた熱応答性を有するポリマーゲルは、選
択した架橋ポリマーに適した溶媒を選択し、架橋ポリマ
ーの溶媒親和性を調節することによって容易に形成でき
るし、また一旦比較的良溶媒によりポリマーゲルを形成
し、これに比較的貧溶媒を吸収させつつ、その熱応答性
を調整する方法、更には種々の混合比の溶媒を用いる等
の方法によっても形成されるポリマーゲルの熱応答性を
好ましい範囲に調整することもできる。

本発明者の詳細な研究によれば、好ましいポリマーゲル
は、架橋ポリ（メタ）アクリルアミド系ポリマー、最も
好ましくは架橋ポリ（メタ）アクリルアミドのＮ−アル
キル置換体と水とによって形成できることを知見した。

このような好ましい架橋ポリ（メタ）アクリルアミド誘
導体ポリマーとしては、例えばＮ−エチル（メタ）アク
リルアミド、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド
、Ｎ−ｎ−プロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ−シク
ロプロピル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−エチルメ
チル（メタ）アクリルアミド、Ｎ、Ｎ−ジエチル（メタ
）アクリルアミド、Ｎ−アクリルピロリドン、Ｎ−アク
リルピロリドン等の七ツマ−のホモポリマーあるいは他
のモノマーとのコポリマーの架橋体を挙げることができ
る。

架橋は（メタ）アクリルアミドの重合時に、例えばＮ、
Ｎ−メチレンビスアクリルアミド、エチレングリコール
ジメタアクリレート等の多官能モノマーを必要量併用す
ることによって容易に行うことができる。

これらの架橋ポリ（メタ）アクリルアミド誘導体と水と
からなるポリマーゲルは、熱による透明←→白濁という
可逆的変化が例えば約０〜８０℃で生じ、且つその熱応
答性が極めて鋭敏である点で最も優れたポリマーゲルで
ある。

本発明において使用する光変調体すなわちポリマ−ゲ薄
層は、架橋ポリマー濃度的０．１〜２０重量％のポリマ
ーゲルを形成し、これを透明保護板と基板との間に設置
することによって得られる。

本発明の光学素子を第２に特徴づける光吸収発熱剤とは
、いずれかの波長の光を選択的に吸収して発熱し、且つ
、前記溶媒中に溶解し得る材料であればいずれの材料も
使用でき、このような材料は、各種有機色素、無機色素
、有機塩、無機基、紫外線吸収剤、赤外線吸収剤等とし
ていずれも市場から容易に入手できるものであり、本発
明においてはこれらの材料を適宜選択して使用すること
ができる。その好ましい例は赤外線吸収剤であり１例え
ば、溶媒が水性溶媒である場合は、硫酸鋼、硫酸ニッケ
ル等の金属塩が好適であり、また溶媒が有機性である場
合には、有機の赤外線吸収剤１例えばＩＲＱ−００３（
日本化薬製）等が好適であり、その他の赤外線吸収剤と
しては、例えば、下記式↑表わされるシアニン類やキサ
ンチン誘導体、チアピリリニウム塩誘導体等を挙げるこ
とができる。

人ｗａｘ　　＝　１．Ｏ４０ｎｍ　　　　　　ｅ　　＝
　１２５　　Ｘ　１０Ｉ 入ｗａｘ　＝　１．１２Ｑｎｍ　　　　％　＝　１１３
　Ｘ　１０３Ｉ 人ｗａｘ　＝　１，１４５ｎｍ　　　　＠＝　１４３　
Ｘ　１０入ａｂｓ　　＝　　１３７８ｎｍ　　　　　　
　入ｌａｇ　　ｘ　　７３０ｎｍこのような光吸収発熱
剤は、ポリマーゲルを形成している溶媒およびポリマー
ゲルに好適な組合せの物を選択使用すべきであり、組合
せる溶媒およびポリマーゲルとの関係で一様ではないが
、−般的には約ｌＯ〜ＩＯＭの濃度に溶解させて使用す
る。また光吸収発熱剤は、ポリマーゲルの形成時に添加
するのが好適である。

本発明の光学素子は基本的には上記の材料から構成され
、その他、形成される光学像のコントラストを向上させ
るために、基板の表面に可視光反射体、可視光吸収層等
を設ける等従来公知の技術を組込むことができるのは当
然である。また光学素子の構成方法、すなわち、透明保
護板、ポリマーゲル層および基板の積層方法は従来公知
の方法でよい。

次に、本発明の光学素子の好ましい実施態様を図解的に
例示する添付図面を参照して本発明を更に具体的に説明
する。

添付図面の第１図は、本発明の光透過型の光学素子を図
解的に示し、また′５２ＴＩ！Ｊは本発明の反射型の光
学素子を図解的に示している。

第１図における光透過型の光学素子上辺は前記の如き透
明な基板ｌ、前記の如きポリマーゲル層２および前記の
如き透明保護板３から構成されており、この光学素子上
ｊに、ポリマーゲル層２内に存在する光吸収発熱剤によ
っては吸収されない波長の光線（非吸収光）４が照射さ
れると、これらの非吸収光４は殆どそのまま光学素子上
」を透過し、基板ｌから射出する。

一方、光吸収発熱剤によって吸収される光線（吸収光）
５が照射されると、この吸収光がポリマーゲル層内に均
一に存在する光吸収発熱剤によって吸収されて発熱し、
この熱がポリマーゲルを加熱して例えば白濁させて光散
乱性部分６を形成し、非吸収光４を散乱する。従って、
非吸収光４を全面的に照射し、同方向からあるいは光学
素子−１０の反対側から吸収光５を情報光として任意の
パターンに照射すれば、情報源に従った画像６が形成さ
れる。

第１図は、光吸収発熱剤として赤外線吸収剤を使用し、
非吸収光４として白色光線を使用し、吸収光５として赤
外線を使用した画像表示を図解的に示したものである。

第２図に図解的に示した実施態様は基板表面に光反射層
７を設けた反射型の実施態様を図解的に示したものであ
り、その作動原理は、非吸収光４が反射されることを除
いて第１図の態様と同様である。

上記において、光吸収発熱剤として、赤外線吸収剤を使
用したが、これに代えて、特定の波長の光線を吸収して
発熱する各種色素や、紫外線を吸収して発熱する紫外線
吸収剤を使用し、これらの光吸収発熱剤によって吸収さ
れない光を同時に使用すれば、上記実施態様と同一の作
動原理によって、各種の光学表示ができることは自明で
ある。

次に本発明の好ましい実施例を挙げて本発明を更に具体
的に説明する。

実施例１ 基板１および透明保護板３として、厚さ０．３腸層、大
きさ５０腸曹×１０層鵬の十分に清浄化したガラス板を
使用し、この基板１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使用し、１０Ｂｍの間隔で向い合
せて接着した。

次に、イソプロピルアクリル７ミド５ｇ、Ｎ。

Ｎ−メチレンビスアクリルアミド８０腸ｇ、過硫酸アン
モニウム３０層ｇを冷水１００ｍＪｌに溶解し、この中
にテトラメチルエチレンジアミン６０井又および硫酸銅
を７　Ｘ　ｔ　６４Ｍの濃度になるように添加して溶解
させた。

この溶液を７スビレーターにて脱気し、直ちにこの溶液
を基板ｌと透明保護板３との隙間に充填封入し、３０分
間室温に放置して重合を行いポリマーゲル層２を形成し
、第１図に図解的に示した本発明の透光型の光学素子１
０を得た。

上記光学素子上」に、出力２０ｍＷ、波長８３０ｎ鵬の
半導体レーザービーム５を情報信号に従って光学素子−
１０の裏面からポリマーゲル層２に焦点を合せてスキャ
ニング照射したところ、ポリマーゲル層２の照射領域６
が透光性から光散乱性に直ちに変化することが認められ
た。

これはポリマーゲル層２の照射領域において半導体レー
ザービーム５が吸収されて熱に変換され、この熱がポリ
マーゲルを加熱したためであると考えられる。尚、半導
体レーザービーム５による加熱時間は一瞬であり、ポリ
マーゲル層２は照射を中断すると直ちに元の透光性に戻
り、極めて優れた熱応答性を有するものであった。

また上記レーザービーム５による照射実験を繰り返した
結果、再現性およ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 イソプロピルアクリルアミドに代えてメタクリルアミド
を使用し、且つ硫酸銅に代えて硫酸ニッケルを使用し、
他は実施例１と同様にして、同様に優れた性能を有する
本発明の光学素子を得た。

実施例３ 基板ｌとして厚さ１，０００オングストロームのアルミ
ニウム蒸着層を有し、且つその上に厚さ１．０００オン
グストロームのプラズマ重合のポリエチレン保護層を有
するものを使用し、透明保護板３として、厚さ０．３＋
ｗｍ、大きさ５０＋履×１０ｕｅの十分に清浄化したガ
ラス板を使用し、この基板１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使用し、ｉｏ＃Ｌｍの間
隔で向い合せて接着した。

次に、Ｎ−エチルアクリルアミド０．５ｇ、エチレング
リコールジメタクリレート６０ｍｇ、１４硫酸アンモニ
ウム１０ｍｇを冷水３０ｍ１に溶解し、この中にテトラ
メチルエチレンジアミン３０＃Ｌｌおよび硫酸ニッケル
を１０Ｍの濃度になるように添加して溶解させた。この
溶液を窒素バブルにて脱気し、他は実施例１と全く同様
にして第２図に図解的に示した如き反射型の本発明の光
学素子を得た。

このようにして得られた本発明の光学素子について、実
施例１と同様な方法を用いて反射光の測定を行ったとこ
ろ実施例１と同様な優れた結果が得られた。

実施例４〜９ 実施例３における硫酸ニッケルに代えて同濃度のＩＲＱ
−００３および前記構造式（１）〜（５）で表わされる
赤外線吸収剤をそれぞれ用い、他は実施例３と同様にし
てそれぞれの本発明の光学素子を得た。これらの光学素
子も実施例３と同様に優れた性能を示した。

上記各実施例において明らかにした通り、本発明の光学
素子は、透過型、反射型のいずれにおいても良好な性能
を示すものである。

以上説明の通り、本発明による光学素子は、情報信号に
従った光散乱特性に優れているために、コントラストの
高い明瞭且つ高解像度の画像が形成でき、視野角の制限
を無くすることができる。

従って、本発明の光学素子を表示装置に使用すれば、使
用者が長時間使用しても使用者の目を疲労させることが
ない、またポリマーゲル層が僅かな熱で容易に変調する
ので、表示装置の消費電力が極僅かでよいという経済的
な利点も大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光透過型の光学素子を図解的に示し、
第２図は本発明の反射型の光学素子を図解的に示してい
る。 ｌ；基板 ２；ポリマーゲル層 ３；透明保護板 ４；非吸収光 ５；吸収光 ６；像 ７；反射層 上に光学素子 特許出願人　　　キャノン株式会社 ９五ｇ°。 第１図 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板、光変調体および透明保護板からなる光学素
   子において、上記光変調体が、溶媒、該溶媒中に形成さ
   れたポリマーゲルおよび該溶媒中に溶解した光吸収発熱
   剤からなり、上記ポリマーゲルが加熱により光散乱性を
   示し冷却により透光性を示すように形成されていること
   を特徴とする光学素子。
2. （２）ポリマーゲルが、アクリルアミドまたはメタクリ
   ルアミド系の架橋ポリマーの水性ゲルである特許請求の
   範囲第（１）項に記載の光学素子。
3. （３）光吸収発熱剤が、赤外線吸収剤である特許請求の
   範囲第（１）項に記載の光学素子。