JPS62925A - 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１．新規な光学素子に関し、特にゲルの膨潤、
収縮を利用した光学素子に関するものである。

Ｌ開示の概要］ 本明細書及び図面は、ＯＡａ器等の表示装置に用いられ
る表示素子において、温度変化によって膨潤又は収縮す
る脱吸液体性ポリマーと、このポリマーに吸収又は排出
される液体とからなるゲル含有液層を１片方に抵抗発熱
層を形成した基板間に挟持して表示素子とすることによ
り、諸特性を向上させ、長時間使用における目の疲労軽
減及び低消―電力化を可能にする技術を開示するもので
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（ＥＣＤ）、液晶表示素子（ＬＣＤ）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。

Ｌ問題点を解決するための手段］ 以下、本発明の基本構成を、第１図を用いて説明する。

図において、１は基板、２はゲル含有液層、３は透明保
護板、７は発熱要素に該当する抵抗発熱層、１０は抵抗
発熱層保護層である。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、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。ゲル含有液層２は、網目重合体（ゲル）
と液体とからなる１層であり、このゲルを構成する網目
重合体としては、インブチルメタクリレート、メチルメ
タクリレート、Ｎ−イソプロピルアクリルアミド、Ｎ、
Ｎ−ジエチルアクリルアミド等のアクリル（メタクリル
〕系単量体、スチレン、酢酸ビニル、ビニルメチルエー
テル等のビニル系単量体、エチレン、プロピレン、イソ
プレン等のオレフィン類などの一種類以上の重合性単量
体を、エチレンジメタクリレ−）、Ｎ、Ｎ−メチレンビ
スアクリルアミド等の架橋性単量体とともに重合する事
により得られる三次元網目共重合体、あるいは、一種類
以上の前記単量体等の重合体に、架橋剤を少量添加して
高分子反応を行い得られる三次元網目重合体、例えば、
ポリエチレンオキシド、ポリアクリルアミド等の重合体
に塩化シアヌル、ピロメリット酸塩化物等を架橋剤とし
て添加、反応して得られる重合体等が好ましく用いられ
る。

一方、係るゲルを構成する液体としては、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、インペンタン、ベンゼン等の
炭化水素類、ジエチルエーテル、テトラヒドロフラン等
のエーテル類、クロロホルム、四塩化産業等のハロゲン
化炭化水素類、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルム
アミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶
媒類等、またそれらの間の混合溶媒、あるいはそれらの
溶媒に、塩化カリウム、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物質などを溶質として
添加した溶液等が好ましく用いられる。

ゲルを構成する三次元網目重合体と液体とは、重合体が
液体中で示す臨界溶解温度（単独重合体が単純溶媒中で
示すフローリーのθ温度に対応する温度）が５℃から２
００℃、好適には３０℃から１００℃の範囲に存在する
組み合わせである事が望ましい、また、ゲル含有液層２
の厚としては、１　ｐ、ｒａ−１０００ｇｍが適当であ
り、好ましくはＩｇｍ〜１００ＪＬＩ＋が最適な範囲で
ある。

なお、第１図には、抵抗発熱層のパターンと同等の大き
さにゲルが分割されて配置される場合を例示したが、ゲ
ルの大きさ、形状、配列は任意であり、ゲルが一体とな
ってゲル含有液層２に充填されていてもよい。

また、透明保護板３としては、前述の基板ｌの説明で例
示した透明体が用いられる。

抵抗発熱層７としては、硼化ハフニウム、窒化タンタル
等の金属化合物又はニクロム等の合金、インジウム錫酸
化物（ＩＴＯ）等の透明酸化物等が好ましく用いられ、
膜厚としては、５００Ａ〜５０００Ａの範囲が好適であ
る。

また、抵抗発熱層保護層１０としてはポリアミド、ポリ
イミド、ポリエステル、テフロン等の有機高分子あるい
は二酸化ケイ素、酸化タンタル等の酸化物などが用いら
れ、膜厚としては５層ｍ以下が好適である。なお、この
抵抗発熱層保護層１０は、本発明の実施に不可欠のもの
ではないが、抵抗発熱層７とゲル含有液層２とを分離す
ることによって電気的に絶縁する事になり、素子の安定
化を計るこ之ができる。このため実用的には設ける事が
望ましい。

【作　用」 次に本発明による光学素子の動作（作像、光変調）原理
を第１図及び第２図を用いて説明する。

なお１図は反射型の例を示すが基板ｌ、抵抗発熱Ｍ７、
同保護層ｌＯに透明な材料を用いれば、同じ構成により
透過型の光学素子となる。第１図及び第２図共、基板ｌ
の表面上に配置した抵抗発熱層７を、外部に設けた電源
２０からの電流によって加熱し、隣接するゲル含有液層
２の温度を制御するように構成したものである。

第１図は高温では液体を吸って膨潤し、低温では液体を
吐いて収縮するゲルを含有する液層２を挟持した光学素
子の概略構成図である。第１図において、抵抗発熱層７
につながるスイッチ９は閉状態となっているため、抵抗
発熱層７は電源２０からの電流によって加熱される。こ
のため、隣接するゲル含有液層２中のゲルは液体を吸っ
て膨潤状態となり、高温領域４に入射する光線６−１は
、はぼそのままゲル含有液層２を通過し、保護層１０と
の境界面で正反射して再びゲル含有液層２を通過して透
明保護板３から射出する。他方、抵抗発熱層７ａにつな
がるスイッチ９ａは閉状態となっているため、抵抗発熱
層７ａには電流は流れない。

したがって、隣接するゲル含有液層２中のゲルは液体を
吐いた収縮状態にあり、低温領域５に入射する光線６−
２は保護層ｌＯとの境界面で散乱する。

一方、第２図に示す光学素子に用いられる液層は、前記
液層とは正反対の性質をもつ液層で、低温では液体を吸
って膨潤し、高温では液体を吐いて収縮する性質を示す
、この様な液層を用いた場合、第２図に示す様に、高温
領域５に入射する光線８−１は散乱し、低温領域４に入
射する光線８−２は正反射する。

以上の説明で明らかな様に、本発明は液層の膨潤、収縮
を熱的に制御することにより、像形成や光変調を行うも
のである。なお、ゲル含有液層２の特性を、第１図及び
第２図で説明した２種類のうちのどちらにするかは、前
項で例示した重合体及び液体を適宜組み合わせることに
よって、任意に選択することができる。

［実施例］ 第３図は、本発明の一実施例を示す基板の斜視図である
。第３図において、厚さ０．７ｍｍ　、大きさ５０ｓａ
＋ｓＸ　２５鵬ｌのガラス板よりなる基板ｌ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、続いてこの成膜面にホトレジストを塗布
し、基板１の短辺（２５ｍｍ）に平行になるように２０
木／層■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
２０００Ａ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（４０ＪＬＩＩ　Ｘ２５ｐｍ　）を
得るために抵抗発熱層１１上のＩＴＯを一部除去した。

次に、その上に抵抗発熱層保護層ｌＯとして厚さ２ル■
の５ｉ０２膜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、後でり一ド線をつける
ために、５ｉ０２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、厚さ０．３ａ＋
ｍ　、大きさ５０ｍ層ＸＩＯ層層のガラス製透明保護板
３とをマイラーフィルムをスペーサーとして用いて１０
．Ｂｍの間隙で向い合わせて接着した。

実施例１ Ｎ−イソプロピルアクリルアミド４．８ｇ、アクリル＠
０．１ｇ、　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４０ｍｇを冷水８０思βに溶
解し、テトラメチルエチレンジアミン１５０　ｇＲを添
加して減圧にて脱気し、七ツマー溶液とした。この七ツ
マー溶液を直ちに基板ｌと透明保護板３との隙間に充填
封入し、３０分間室温にて放置して、ゲル含有液層２を
形成することにより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　ｍ５ｅｃ）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
、光散乱性を示して応答した。

実施例２ インブチルアクリレート２ｇ、エチレンジメタクリレ−
）　４０ｍｇ、アゾビスイソブチロニトリル５麿ｇｙｋ
エタノール２５層ｅに溶解し、窒素ガスを通じて溶存酸
素をパージし、さらに減圧にて脱ヌして七ツマー溶液と
した。このモノマー溶液を、前記実施例１と同様に、基
板１と透明保護板３との隙間に充填対人し、８０℃に８
時間保ち、ゲル含有液層２を形成し、光学素子を作製し
た。この光学素子をさらに室温で放冷した後、前記実施
例１と同様にしてパルス信号を入力したところ、情報信
号に対応する所定の位置が透明性を示して応答した。上
記実施例１及び２から、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。

し発明の効果］ 以上説明したように、本発明による光学素子は光散乱特
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、構造が簡単なため
、比較的容易に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本概念を示す概略構成図
、第３図は本発明の一実施例を示す基板の斜視図である
。 ｌ・・・基板、２・・・ゲル含有液層、３・・・透明保
護板、７，７ａ・・・抵抗発熱層、ＩＯ・・・抵抗発熱
層保護層、１１・・・抵抗発熱層、１２・・・電極層。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）温度変化によって膨潤又は収縮する脱吸液体性ポ
   リマーと、該脱吸液体性ポリマーに吸収又は排出される
   液体とからなるゲル含有液層を、少なくとも一方の基板
   の表面に抵抗発熱層を形成した一対の基板間に挟持して
   なる光学素子。