JPS62927A - 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１ある。

［開示の概要］ 本明細書及び図面は、０轟機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、前記脱吸液体性ポリマーに固定された色
素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、緒特
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、ＥＣＵ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。

ゲル含有液層２は液体と、色素を含む網目重合体（ゲル
）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液体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
含まれる色素との組み合せからなるものであり、特にゲ
ル内部に存在する色素が、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柱溶
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２ｏｏ℃、好適には３０″Ｃ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、前述の網目重合体の内部又は表面
にのみ限定存在することが要求される。

このように限定存在させる方法としては、色素と網目重
合体を化学的に結合させる。いわゆる化学結合法、巨大
粒子分子の存在下で３次元架橋反応を起こさせることに
より、網目の中に巨大粒子を閉じこめる包含法等がある
。

化学結合法に用いる事のできる色素としては。

例えば、ダイアミライエロー〇、スミフィックスレッド
Ｂ、ダイアミラブリリアントグリーン６Ｂ、セルマゾー
ルブリリアントブルーＧ等の反応染料が挙げられる。ま
た、包含法に用いる事のできる色素としては、ボ１．Ｉ
　Ｒ−４７８、ボ！Ｊ　Ｓ−１１９、ホ！ＪＴ−１２８
（ダイナポール社製）、セイカゲンＷブ／ｌ／−ＢＫＩ
ＥｉＯＯ、セイカゲ７Ｗブルー　ＢＫ１３００　（大日
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ＣＧ、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３
Ｂ、サンヨーレッドＢ−Ｇ５１１、モナストラルマルー
ン、パーマネントレッドＥ５Ｂ　、パーマネントピンク
Ｅ、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、
ナフトールグリーンＢＮ、ダイアモンドブラック等の顔
料が挙げられる。

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１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、ｉ　ｐ
、　ｍ　−１０００ｇ　ｔａが適当であり、好ましくは
ｌル１１〜１００　ＩＬｍ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、５００　Ａ〜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ル膳以下が好適である。なお、この
抵抗発熱層保ｍ層！Ｏは１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、光変調）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！、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図は高温では液体を吸ってＷ潤し、低温ではこの液
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る。このため、高温領域４に入射す
る光１ｉ　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２中のゲルは液体を吐いた収縮状態にある。

このため、低温領域５内に入射する光線６−２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に入射する光線６−２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１１本発明はゲルの膨潤、収
縮を熱的に制御することにより１．光吸収の請合を変化
させ、像形成や光変調を行うものである。なお、ゲル含
有液Ｎ２の特性を、第１図及び第２図で説明した２種類
のうちのど島らにするかは、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１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５０ｍ層
×２５鵬濡のガラス板よりなる基板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、続いてこの成膜面にホトレジストを塗布し、基
板ｌの短辺（２５層層）に平行になるように２０木／１
ＩＩｌ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０次に、その上に厚さ２０
００Ａの１丁０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（４０ＩＬｓｇ　Ｘ２５ＩＬＩＩ　）を
得るために抵抗発熱層ＩＩ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２　Ｉ
Ｌｒａ　ノ５ｉ０２ＪＩＩ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１と、
厚さ０．３１腸、大きさ５０腸層Ｘ　１０＋ｗ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１０ＩＬｍの間隙で向い合わせて接着した。

実施例１ 水６０腸βにモナストラルーレッド（Ｃ，１，Ｐｉｇｍ
ｅｎｔＶｉｏｌｅｔ　１３；　（：；、１．４１３５０
０）　３００ｍｇをボールミルいて分散させた着色液に
、水浴上でトイソプロビルアクリルアミド４．８ｇ，　
Ｎ，Ｎ−メチレンビスアクリルアミド８０■ｇ％過硫酸
アンモニウム４０騰ｇを溶解し、テトラメチルエチレン
ジアミン１５０■ｐを添加して減圧にて脱気した．この
溶液を室温で３０分間放置した後、生成したゲルを最大
粒径１μ層程度になるまでエマレータにより破砕した．
このゲルを５０℃の温水にて洗浄し，収縮させるととも
にゲル内に捕集されなかった色素を除去した．このゲル
を水８０麿ｐに分散させスラリー状としたうえ，前述の
基板ｌ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、パルス長５１ｓｅｃ）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 フタロシアニングリーンＯ．＋３８ｇ　ヲエタノール２
５ｍｌにボールミルを用いて分散させ、さらにイソブチ
ルアクリルアミド２ｇ，エチレンジメタクリレート４３
層ｇ，アゾビスイソブチロニトリル６ｒｓｇヲ添加し、
窒素ガスを導入して溶存酸素をパージした。その後、８
０℃に加温し，ゲル化が起こるまで、３０分おきに振動
させ、色素の沈澱を防いだ。

さらに８時間後，生成したゲルを６０℃に保ったまま平
均粒径ＩＢ■程度になるまでエマレータにて破砕した．
このゲルを放冷し、エタノールで洗かして捕集されなか
った色素を除去した後、エタノール３０ｍｉｌ中に分散
させ懸濁液とした．この液を前記実施例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、１０・・・抵抗発熱
層保護層、１１・・・抵抗発熱層、１２・・・電極層。 第１図 基板の供？Ｊｉ面 第３図

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、前記脱吸液体性ポリマーに固定された色素とか
   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。