JPS62926A - 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、特にゲルの膨潤、収
縮を利用した光学素子に関するものである。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、ＯＡ機器等の表示装置に用いられ
る表示素子において、溶媒中に色素を溶解又は分散した
着色液体と、温度変化によって膨潤又は収縮して、前記
溶媒のみを吸収又は排出する脱吸液体性ポリマーとから
なるゲル含有液層を、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費電力
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。

［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、ｌ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ｌ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は液体を含む網目重合体（ゲル）と、適
当な溶媒中に色素を溶解又は分散した着色液体からなる
液層である。このゲル含有液層２を構成するゲルは、温
度変化によって前記１色液体中の溶媒のみを吸収又は排
出して、膨潤又は収縮する性質をもつポリマー材料と、
これに含まれる液体との組み合せからなるものであり、
特にゲル外部の着色液体中に溶解又は分散して存在する
色素が、前記ゲルの内部に拡散する事を妨げる様な三次
元網目構造高分子よりなるものでなければならない。

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ー
ト、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、四塩化炭素等のハロゲン
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。

ゲルを構成する前記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２００℃、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。

一方、色素としては、例えば、ポリＲ−４７８、ポリＳ
−１１ｉ３　、ポリＴ−１２８（ダイナポール社製）、
セイカゲンＷブルーＢＫ１１３００、セイカゲンＷブル
ーＢＫ１３００　（大目製化製）等の高分子染料、ベン
ジジンイエローＧＲ、クロモフタルオレンジ４Ｒ，トル
イジンマルーンＭＴ−２、パルカンファストオレンジＣ
Ｇ、パーマネントレッドＦ５Ｒ、リトールルビンＧＫ、
ブリリアントカーミン３Ｂ、サンヨーレッドＢ−０５１
１，モナストラルマルーン、パーマネントレッドＥ５Ｂ
　、　ハーマネントビンクＥ、フタロシアニンブルー、
フタロシアニングリーン、ナフ）−ルグリーンＢＮ、ダ
イアモンドブラック等の顔料が挙げられる。これらの色
素は適当な溶媒中に溶解又は分散された状態で用いられ
る。

ゲル含有層２の中のゲルの大きさ、形状、配列は任意で
あり、ゲルが一体となってゲル含有層２に充填されてい
てもよいし、クラック状、分散状、集塊状等に充填され
ていてもよい、また、画素の形状、配列等に対応させて
ゲルあるいは微少ゲル群を配置してもよい、一般に一個
のゲルの大きさは画素のそれと同等かそれ以下が好適で
ある。さらに、ゲル含有液層２の厚さとしては、１、朧
〜１ｏＧＯ終層が適当であり、好ましくは１、腸〜１０
０ＪＬ鳳が最適な範囲である。

また、透明保護板３としては、前述の基板１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ＣＩＴＯ）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、酸化タンクル等の酸化物などが用いら
れ、膜厚としては５ｐ履以下が好適である。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
化を計ることができる。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ＩＩ）原
理を第１図及び第２図を用いて説明する。

なお、図は反射型の例を示すが基板１、抵抗発熱層７、
同保護層１０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図は高温では着色液体中の溶媒を吸って膨潤し、低
温ではこの溶媒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ｚ中のゲルは溶媒のみ
を吸って膨潤状態となり、高温領域４、内の色素は、そ
のほとんどが領域外に移動する。このため、高温領域４
に入射する光線８−１は、液層中に存在する色素による
吸収の影響をほとんど受けない、他方、抵抗発熱層７ａ
につながるスイッチ９ａは開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ｚ中のゲルは溶媒を吐いた収縮状態にあ
り、低温領域５内の色素はほぼそのまま領域内に留まる
。このため、低温領域５内に入射する光線８−２は液層
中に存在する色素による吸収の影響を強く受ける。

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、低温では溶媒を吸
って膨潤し、高温では溶媒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ｅ−ｔは色素による吸収の影響を
強く受け、低温領域４に入射する光＠ＦＪ−２は色素に
よる吸収の影響をほとんど受けない。

以上の説明で明らかな様に１本発明は溶媒の′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０．７１鳳、大きさ５０ｍ■×
２５膳■のガラス板よりなる基板１の表面上に、厚さ１
００ＯＡ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
ｌの短辺（２５鳳ｍ）に平行になるように２０本／ＩＩ
ＩＩ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２００
０Ａ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（４０ｇｍ　Ｘ２５μ層）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１０として厚さ２ｐ、
ｔａ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、後でリード線をつ
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０．３
層層、大きさ５０■■×１０園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
ｇｍ＋の間隙で向い合わせて接着した。

実施例Ｉ Ｎ−イソプロピルアクリルアミド４．８ｇ、アクリル酸
０．１ｇ、　Ｎ、Ｎ−メチレンビスアクリルアミド８０
ｍｇ、過硫酸アンモニウム４０ｍｇを冷水８ｈβに溶解
し、テトラメチルエチレンジアミン１５０ＪＬ！！を添
加して減圧にて脱気し、モノマー溶液とした。この溶液
を３０分間室温に放置した後、生成したゲルを最大粒径
１ルｍ程度になるまでエマレータ−により破砕した。さ
らに、このゲルを温浴上で５０℃に加温し、分離してく
る液層を除去した。他方、水８０ｔｒｒ！！にブリリア
ントカーミ７　ＢＳ（Ｃ，１，ＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ　
８０：　　Ｃ，１，１８０１５−Ｌａｋｅ）を１ｇ分散
した液を調製しておき、前述のゲルに加えてスラリー状
とした。このスラリー状溶液を基板１と透明保護板３と
の隙間に充填封入し、光学素子とした。

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　、　ハルス長５　ｒａｓｅｃ）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
の位置が応答し、像が形成された。

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ー
ト４０ｍｇ、アゾビスイソブチロニトリル５ｍｇをエタ
ノール２５ｍＩ！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モノマー溶液とし
た。この七ツマー溶液を、６０℃に８時間保った後、生
成したゲルを６０℃に保ったまま平均粒径Ｌｇｍ程度に
なるまでエマレータにより破砕した。さらに、このゲル
を放冷し、分離してくる液層を除去した。他方、フタロ
シアニングリ−７（Ｃ，１，Ｐｉｇｍｅｎｔ　Ｇｒｅｅ
ｎ　７：　　Ｃ，１，７４２６０）０．８ｇヲエタノー
ル３０ｍｊ）に分散した液を調製しておき、前述のゲル
に加えて懸濁状とした。この懸濁状の溶液を前記実施例
１と同様に、基板１と透明保護板３との隙間に充填封入
し、光学素子とした。この光学素子に、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応答し、像が形成された。

上記実施例１及び実施例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。

［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、液層
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、色素を選ぶことで種
々の色調を得ることができる。

【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、ｌＯ・・・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）溶媒中に色素を溶解又は分散した着色液体と、温
   度変化によって膨潤又は収縮して、前記溶媒のみを吸収
   又は排出する脱吸液体性ポリマー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。