JPS625220A

JPS625220A - 光学素子

Info

Publication number: JPS625220A
Application number: JP14397285A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yuasa; 聡湯浅; Masahiro Haruta; 春田　昌宏; Hirohide Munakata; 博英棟方; Yoko Yoshinaga; 吉永　曜子; Yukio Nishimura; 征生西村
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-07-02
Filing date: 1985-07-02
Publication date: 1987-01-12

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
ー液の加熱溶解←→冷却析出現像を利用した可撓性光学
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１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、更に上記従来
の素子は、一般に硬質の基板上に作成されているため１
例えば湾曲した面にサイズの大な表示素子を装着させる
目的には不適当であり、また従って素子が機械的な衝撃
に弱く、衝撃によって破壊され易いという問題がある。

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
ても上記と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、表示素子や光変調素子の如き光学素子の
光変調体として変形自在な有機液状材料を選択使用し、
且つ基板および透明保護板として可撓性材料を採用する
ときは１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ず、且つ製造が容
易でしかも素子全体として可撓性であり、その利用範囲
が広く且つ耐衝撃性の高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、上記基板および透明保護
板が共に可撓性材料からなり、且つ上記光変調体が、溶
媒およびポリマーからなるポリマー液からなり、上記ポ
リマーゲルが加熱により透明化し、冷却により光散乱性
化するポリマー液であることを特徴とする可撓性光学素
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挟持された
光変調体からなるものであるが、上記光変調体として、
加熱により透明化し、冷却によって光散乱性となる変形
自在のポリマー液を採用し、且つこれらのポリマー液を
挟持する基板および透明保護板として共に可撓性材料を
採用したことを主たる特徴とし、このような特徴によっ
て１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し、本発明を第１に特徴づける基板
および透明保護板としては、後述するポリブー液を構成
する溶媒に対して不活性である限り、従来公知の可撓性
材料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、基板および透明保護板のいずれもとし
て、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリル酸エ
ステル、ポリウレタン、ポリアミ阻ポリカーボネート等
の如き透明プラスチック材料を使用し、一方、光学素子
を光反射型とする場合には、透明保護板としては上記材
料を使用し、基板としては、アルミニウム等の金属類の
薄膜、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プラスチック材料
等が任意に使用できる。これらの基板および透明保護板
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０．０１〜０．４１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２に特徴づける
ポリブー液とは、適当な有機溶媒または水あるいはそれ
らの混合物とこれらの溶媒に可溶性のポリマーとからな
る。

本発明におけるこれらのポリマー液とは、ポリマーが溶
解したポリマー溶液、ポリマーが溶解しないで乳濁ある
いは懸濁している乳濁液または懸濁液、更にポリマーが
溶媒を吸収包含してゲルを形成しているポリマーゲルを
包含するものである。

このようなポリマーおよび溶媒はいずれも公知であるが
、本発明において使用するポリマー液は、温度の変化に
よっである範囲の温度ではポリマー乳濁液の如く光散乱
性を示し、その範囲以上の温度になるとポリマーまたは
ポリマーゲルが溶解して透明性を呈するものであること
が必要である。

このような有機ポリマーとしては、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モノマーからなるコポリマー類
、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド
等のポリエーテル類、ポリスチレンミン等のポリイミン
類、ポリエチレンサクシネート、ポリエチレンアジペー
ト、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、ナイ、ロン６６等のポリアミド類、ポ
リジメチルシロキサ７等のシリコン系樹脂、酢酸セルロ
ース、アミノペクチン等の多糖類、その他従来公知のポ
リマーおよびそれらの混合物が挙げられる。

また、本発明においては、上記の如き溶液を形成し得る
ポリマーの外にも、溶媒には完全には溶解しないが、溶
媒を吸収包含してゲルな形成する超高分子量の上記の如
きポリマーおよび上記の如きポリマーを架橋させた架橋
ポリマーも使用できる。これらの架橋ポリマーであって
もそのゲルが温度変化によって光散乱性←→透光性の可
逆変化を生じるものであれば、前記ポリマーと同効であ
る。

このような架橋ポリマーの架橋構造は、従来公知の方法
によって容易に形成することができる。

例えば、前記ポリマー、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１重合と同時に架橋構造を
形成する方法１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。

上記の如きポリマーによりポリマー液を形成するのに使
用する液体は、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、プロパツール、エチレングリコール
、グリセリン等のアルコール類、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、トルエン、クロルベンゼン、アニソール等の炭
化水素類、クロロホルム、ジクロルエタン、テトラクロ
ロエタン、モノクロルベンゼン、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
酸、塩基、塩等の電解質、尿素、グルコース等の各種の
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液は、上記の如きポリマーと
溶媒とにより形成されるが、特に重要な点は、ポリマー
と溶媒との組合せであって、その組合せを、例えば、ポ
リマーが乳濁液または乳濁ゲルを形成でき、また形成し
た乳濁液または乳濁ゲルが、あまり高くない温度、好ま
しくは２０〜１１０℃程度の温度範囲において吸熱によ
って。

乳濁または析出したポリマーが溶解あるいは透明化する
ようなポリマー液を形成する必要がある。

本発明者は、ポリマー液の形成において、ポリマーと溶
媒を適当に組合せることによって１例えば１つの基準と
して、ポリマーが溶媒中で示す臨界溶解温度（単独ポリ
マーが単純溶媒中で示すフローリーの０温度に対応する
温度）が、５℃〜２３０℃、特に好適には２０℃〜１１
０℃の範囲に入るようにポリマーと溶媒とを組合せるこ
とによって、温度変化、すなわち昇温によって溶媒中の
ポリマーが溶解して溶液または透明化することを見い出
したものであり、このようなポリマー液を、例えば約１
〜１．０００終ｍ、好ましくは１〜１００ｇｍ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透明部分が生じ、また熱を取り去
ると直ちに透明部分が消滅することを知見し、この析出
（乳濁）←→溶解（透明）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、また、このよ
うなポリマー液は変形自在であるため、これらの変形自
在性を基板および透明保護板として可撓性材料を利用し
て活用することによっ・て全体的に可撓性の光変調体と
し、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液は、選択
したポリマーに適した溶媒を選択し、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有機ポリマー溶液または透明な
ポリマーゲルを形成し、これに比較的貧溶媒を混合させ
つつポリマーを析出させて乳濁状とし、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あるいは種々
の濃度に溶質を加えた溶媒を用いる等の方法によっても
形成されるポリマー液の熱応答性を好ましい範囲に調整
することもできる。

本発明において使用する光変調体すなわちポリマー液は
、有機ポリマー濃度的０．２〜２０重量％のポリマー液
を形成し、これを透明保護板と基板との間に前記の程度
の厚さの薄層として形成することによって得られる。ポ
リマー濃度が上記範囲未満であると温度変化に伴う光学
的性質の変化が少なくなり、一方、上記範囲を超える濃
度であると、光学素子としての応答速度が低下するので
好ましくない。

また本発明の光学素子は可撓性であり、従ってその使用
時に素子を湾曲させて用いることがあるので、素子を湾
曲させた場合にポリマー液層の厚さの変化を防止するた
めに、基板と透明保護板との間に適当なスペーサ、−を
介在させることも好ましい、このようなスペーサーとし
ては１紙、不織布等多孔性フィルム状の材料が好適であ
る。ポリマー液層の厚さの変化が生じる恐れがない場合
にはこれらのスペーサーは不要である。

本発明の光学素子には、ポリマー液層に情報信号に従っ
て熱を与える手段が必要であり、このような加熱手段は
素子に予め組込んでおくのが好ましいが、素子の使用時
に取付けることもできる。

加熱手段としては、従来公知の手段がいずれも使用でき
るが、好ましい例は電気抵抗によって発熱する抵抗発熱
材料や赤外線を吸収して発熱する材料が好ましい。

このような抵抗発熱層は、ニクロム等の金属、合金、硼
化ハフニウム、窒化タンタル、酸化スズ、インジウムス
ズ酸化物等の透明あるいは不透明金属化合物、カーボン
レジン、メタルグレーズ等の導電性プラスチック等が使
用できる。

また、赤外線吸収層としては、目的波長の輻射線を吸収
する無機または有機の材料から形成することができ、こ
れらの材料としては、例えばＳｉ、ｓｉｏ、ｓ　ｉ　ｏ
、、ＺｎＳ、Ａｓ、Ｓ、、Ａ　１，０．、ＮａＦ、Ｚｎ
５ｅ、Ｃｄ＊Ｔｂ５Ｆｅ、カーボンブラック、金属フタ
ロシアニン、各種色素等が挙げられる。

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、前記加熱手段をポリマー液から保護する目的
で、加熱手段の面に絶縁層を設ける事も有効である。絶
縁層として用いる材料は例えば、メチルメタクリレート
、ブチルアクリレート、スチレン−アクリロニトリル共
重合体、ポリエステル、ポリアミド等よりなり、ポリマ
ー液層の構成溶媒には不溶であるポリマー材料などを挙
げることができる。また、光学素子の動作時のコントラ
ス゛トを調整する目的で絶縁層を着色してもよいし、あ
るいは同じ目的で絶縁層とは別に着色層を設けてもよい
、絶縁層や着色層を設ける場合、抵抗発熱層や赤外線吸
収層からポリマー液層までの距離は、熱の速やかな移動
を妨げる事のないように、５００＃Ｌｍ以下、望ましく
はｔｏｏｐｍ以下とする必要がある。また、光学素子の
構成方法、すなわち、透明保護板、ポリマー液層、発熱
層、絶縁層および基板等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、本発明の光透過型および反射型の
好ま・しい光学素子を図解的に同時に示し、また第２図
は本発明の別の例の好ましい光学素子を図解的に示して
いる。

第１図における光学素子ｎは、前記の如き可撓性基板ｌ
、前記の如きポリマー液層２および前記の如き可撓性透
明保護板３から構成されており、上記基板１には、ポリ
マー液層２に熱を加えるための好ましい一手段として抵
抗発熱層４ａ、４ｂ・・・およびこれらの抵抗発熱層を
ポリマー液層の溶剤から保護するための絶縁層５が設け
られている。そして抵抗発熱層は、該発熱層を発熱させ
るための外部電源７に、スイッチあるいはこれに類する
動作をする素子６ａ、６ｂ・・・を介して接続されてい
る。

このような例の本発明の光学素子においては、スイッチ
が開いた状態（６ａ）では、抵抗発熱層４ａに電力は供
給されず、これに隣接するポリマー液層２は低温である
ため、同層２はポリマーと液体とが相分離した不均一状
態である。従って、入射光８ａはポリマー液層２内で著
しく散乱される。一方、スイッチが閉じられる（６ｂ）
と抵抗発熱層４ｂには外部電源７より電力が供給され、
このとき抵抗発熱層４ｂに生じる熱は隣接する部分のポ
リマー液層２を昇温させる。その結果、液温がポリマー
の臨界溶解温度を越えると、ポリマーは液媒体中に溶解
してポリマー液層２は透明になる。従って、本素子が光
透過型の構成である場合は、入射光８ｂは直通し、はぼ
そのまま素子の裏面より出射する。また１本素子が光反
射型構成の場合は、抵抗発熱層４ａ、４ｂ・・・、絶縁
層５、着色層（図示なし）等の光学的性状に従い入射光
は反射あるいは吸収される。このようにして光変調や表
示の目、的が達成される。

第２図に図解的に示した実施態様は、第１図の実施態様
における抵抗発熱層４ａ、４ｂ・・・に代えて、赤外線
９を吸収して発熱する赤外線吸収層ｌＯを加熱手段とし
て基板表面に設けた実施態様を図解的に示したものであ
り、その作動原理は、熱源として電気の代わりに赤外線
を使用したどとを除いて第１図の態様と同様である。こ
の実施態様では、赤外線は透明保護板側からパターン状
に照射しても同効である。

更に、第１図および第２図に示した例の加熱手段に代え
て、赤外線吸収剤や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
を予めポリマー液層２に添加しておき、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してもよい
、このような例は図示してないが、上記実施態様と同一
の作動原理によって、各種の光学表示や光変調ができる
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第３図に示すように厚さ１００ｇｍ、大きさ５０ｍ履Ｘ
５０霞■のマイラーフィルムＩ　ＣＴ板）の表面に、厚
さ１，０００オングストロームの窒化タンタル膜をスパ
ッタリング法により形成し、次にこの膜上にホトレジス
トを塗布し、フィルムの一辺に平行に２０本／履ｌのス
トライプパターンを焼付は後、エツチング処理にて余分
の窒化タンタル膜を選択的に除去して、所定のパターン
の抵抗［１１を得た。その上に更に厚さ２，０００オン
グストロームのインジウム・ティン・オキサイド（ＩＴ
Ｏ）膜をスパッタリング法により積層し、再び同様の方
法によりパターニングを行い導電路１２を形成した。Ｉ
ＴＯの被覆の無い窒化タンタル膜部分（大きさ４０１Ｌ
ｍＸ２．０００ｐｍ）　を抵抗発熱層４として利用する
。この上にエチルメタクリレートプラズマ処理を行い、
８０ＩＬｍの架橋高分子膜を形成して絶縁層５とした。

このフィルムの上に、厚さ１１００１Ｌ、大きさ５０■
ｍＸ３０■■で、中央に４０層■×１０腸■の窓を開け
たマイラーフィルムを、窓に作成した抵抗発熱層部が入
るようにして接着し、７０℃に保温したホットプレート
上で加温した。

ポリエチレンオキサイド（平均分子量１，０００、和光
純薬製）０．４ｇをイソプロピルアセトン５ｍｊＬに加
え加熱して溶解し、前記作成の７０℃に保持したフィル
ムの窓部に滴下し、上から大きさ５０ｍ諺×３０１腸、
厚さ１００ルｍのマイラーフィルムを気泡が入らぬよう
にかぶせたうえ、常温硬化エポキシ樹脂を用いてフィル
ム周辺部を封止して本発明の光学素子とした。

情報信号に応じて任意の組み合せの抵抗発熱層に３周波
数８００Ｈｚ、波高３５Ｖの電気パルスを１回に１０＋
＊ｓ加えた。素子上の入力情報に対応する位置が不透光
性から透光性に変化した。信号入力の繰り返し周期を３
０■Ｓまで短縮しても充分光学的に応答することがわか
った。

本素子は曲率半径５重鵬程度の曲げに対しても破壊せず
、同１０層腸以上で湾曲した状態でも応答特性は殆ど劣
化が見られなかった。

実施例２抵抗発熱層を有するマイラーフィルムを実施例１と同様
にして作成した。このフィルムの上に厚さ１１００ＩＬ
、大きさ５０■−×３０璽■で、中央に４０厘層×１０
■層の窓を開けたマイラーフィルムを窓部に抵抗発熱層
部分が入るようにして接着した。

インブチルアクリレート０．４ｇ、エチレンジメタクリ
レート８ｍｇ、アゾビスイソブチロ−ニトリル１．２ｍ
ｇをエタノール２．５ｍｊＬに溶解し、減圧にて脱気し
た。この溶液を窒素雰囲気下に、前述の接着フィルムの
窓部に滴下し、５０層層×３０ｍ鵬、厚さｌＱＯＩＬｍ
のマイラーフィルムにて気泡が入らぬように覆い、常温
硬化エポキシ樹脂でフィルム周辺部を封止した。このも
のを６５℃の恒温槽中に８時間保持し、重合反応を行わ
せて本発明の光学素子とした。

この素子に実施例１と同様にして電気信号を入力する事
により、実施例１と同様の応答が得られる事が認められ
た。

実施例３抵抗発熱層を有するマイラーフィルムを実施例１と同様
にして作成した。このフィルムの上に厚さ１００＃Ｌｍ
、大きさ５０ｍｍＸ３０ｍｍで、中央に４０層■×ｌＯ
■■の窓を開けたマイラーフィルムを窓部に抵抗発熱層
部分が入るようにして接着し、５０℃のホットプレート
上に保持した。

アクリルアミド０．５ｇ、７クリル酸０．１ｇ、過硫酸
アンモニウム４１ｇを冷水５ｍＪｌに溶解し、テトラメ
チルエチレンジアミン１５ｍｊＬを添加し、減圧脱気し
た後、水浴上で３０分間２０℃に保持して重合反応を行
った。得られた溶液に６ｍｊＬのアセトンを加え、析出
した高分子物質が再び溶解するまで液を加温した。

この液を前述の５０℃に保持したマイラーフィルムの窓
部に滴下し、上から大きさ５０膳層腸３０１１１ｍ、厚
さ１００ルｍのマイラーフィルムを気泡が入らぬように
かぶせたうえ、常温硬化エポキシ樹脂でフィルム周辺部
を封止し、本発明の光学素子とした。

実施例４大きさ５０鵬−Ｘ５０層腸１厚さ１１００ｐのマイラー
フィルムの表面に、Ｃｄ＊Ｔｂ＊Ｆｅ層をスパッタリン
グにより、１．５００オングストロームの厚さに付着さ
せて、赤外線吸収層を作成した。

このフィルムの上に、厚さ１００．ｇｍ、大きさ５０＋
ａｍＸ３０履薦で、中央に４０１層×１０層層の窓を開
けたマイラーフィルムを接着し、７０℃に保温したホッ
トプレート上で加温した。

ポリエチレンオキシド（平均分子量１，０００、和光紬
薬製）０．４ｇをイソプロピルアセトン５ｍＪｌに加え
加熱して溶解し、前記作成の７゜℃に保持したフィルム
の窓部に滴下し、上から大きさ５０ｍｍＸ３０＋＋ｕ＋
、厚さ１１００ｐのマイラーフィルムを気泡が入らぬよ
うにかぶせたうえ、常温硬化エポキシ樹脂でフィルム周
辺部を封止して本発明の光学素子とした。

本素子に透明保護板面より、情報信号に応じて半導体ビ
ーム（波長８３３ｎｍ、スポット径５０終ｍ、出力２０
＋ｗ）を照射すると信号に応じて透光性のスポットが生
じた。ビームを走査することにより、素子面上に像が形
成された。

本素子は曲率半径５ｍｇ程度の曲げに対しても破壊せず
、同ｌＯ麿腸以上で湾曲した状態でも応答特性は殆ど劣
化が見られなかった。

（効　果）本発明により、以下の効果が得られる。

（１）素子が全体として可撓性であるため衝撃によ、う
て容易に破壊されることがない、また、変形したまま作
動させる事も可能である。

（２）薄い形状の素子が得られるので、（１）の性質と
あいまって機器組込時などに機械的設計が容易となる。

（３）入力信号に伴なう素子光学特性の変化が大きいの
で、明瞭な出力が得られる。

（４）視野角に制限の無い表示素子となり、観察が容易
である。

（５）ポリマー液層の形成は容易であり、素子作成の工
程が単純である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光学素子の断面を図解的に示し、第２
図は本発明の他の光学素子の断面を図解的に示し、宜つ
第３図は、本発明の実施例で使用した発熱抵抗層を有す
る基板を図解的に示している。１；基板　　　　　　　２：ポリマー液層３；透明保護
板　　　　４；発熱抵抗層５；絶縁層　　　　　　６；
スイッチ７：電源　　　　　　　８；入射光９：赤外線　　　　　１０；赤外線吸収層１１；抵抗膜
　　　　　１２：導電路２０、光学素子第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（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、上記基板および透明保護板が共に可撓性材
料からなり、且つ上記光変調体が、溶媒およびポリマー
からなるポリマー液からなり、上記ポリマー液が加熱に
より透明化し、冷却により光散乱性化するポリマー液で
あることを特徴とする可撓性光学素子。
（２）加熱前のポリマー液が、ポリマー乳濁液である特
許請求の範囲第（１）項に記載の可撓性光学素子。
（３）加熱前のポリマー液が、乳濁したポリマーゲルで
ある特許請求の範囲第（１）項に記載の可撓性光学素子
。