JPS6344637A - 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、特に可溶性ポリマー
の光散乱性を利用した。光学素子に関する。

「従来の技術、及び発明が解決しようとする問題点」 近年、オフィス・オートメーション（ＯＡ）化の発展に
伴い９表示装置（デイスプレィ）の用途が事務機器の分
野にも広（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、かかる表示素子としては、電解発色表示
素子（Ｅ　ＣＤ）。

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。又
、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１表示素子として視野角が広（、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１本発明の基本構成を、実施例に対応する第１図を
用いて説明する。

図において、１は基板、２はポリマー液層、３は透明深
護板、８は発熱要素に該当する赤外線吸収層である。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９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
に金属被膜を蒸春させたもの等が用いられる。ポリマー
液層２はＮ−置換アクリルアミドポリマーを庁む溶液か
らなる液層であり、このポリマー液層を構成するＮ−置
換アクリルアミドポリマーとしては１例えば、Ｎ−イソ
プロピルアクリルアミド、Ｎ−イソプロピルメタクリル
アミド、Ｎ−エチルアクリルアミド＋Ｎ　　ｎ−プロピ
ルアクリルアミド、Ｎ−シクロプロピルアクリルアミド
ｔＮ。

Ｎ−エチルメチルアクリルアミド、Ｎ−アクリルピロリ
ジン　Ｎ−アクリルピペリジン等のモノマーから得られ
る重合体、あるいはそれらの間の共重合体、あるいは、
それらを主成分とする共重合体等が好適である。

さらに１本発明に用いられるポリマーは、その極限粘度
（メタノール溶液、２５’Ｃ）が０．１〜１゜０の範囲
に入るような適度な重合度を有していることが望ましい
。

一方、このポリマー液層を構成する溶媒としては、水、
またはメタノール、エタノール、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、ジメチルホルムアミド、ヘキサメ
チルホスホリルアミド、ジメチルアセトアミド等のアミ
ド頚、ピリジン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメ
ナルスルホキシド等の含硫黄溶媒類などの有機溶媒と水
との混合溶媒、あるいはそれらの溶媒に塩化カリウム、
塩化ナトリウム、尿素等の溶質を添加した溶液等が好適
である。また、このポリマー講Ｊ２の厚さとしては、１
μｍ〜１０００μｍが適当であり。

好ましくは１μｍ〜１００μｍが最適な範囲である。

発熱要素としては９例えば赤外線による吸収加熱を変調
手段として利用した場合には赤外線吸収層等が用いられ
る。この赤外線吸収層材料は。

それ自身は熱溶融し類い各種の公知の無機、あるいは有
機材料を製膜して得られるものであり。

かかる材料としては２例えばＳｉ、　ＳＩｏ、　Ｓ　ｉ
ｏ２゜ＺｎＳ、　ＡＳ２　Ｓｓ　、　Ａｌ１０３．　Ｎ
ａＦ、　Ｚｎ５ｅ、　Ｇｄ−Ｔｂ・ｌ？　６．カーボン
ブラック、金属フタロシアニン等が好適に用いられる。

この赤外線吸収層８の膜厚としては、５ｏｏｚ％〜１０
０００Ｘが好適な範囲である。また、透明保護板３とし
ては、ガラス類。

プラスチック類、誘電体等の透明体が用いられる。

なお、コントラストの向上を図るため、基板１の表面に
可視光反射層、または可視光吸収層（図示せず）を設け
てもよい。

「作　　用」 次に、この光学素子の動作（作像、光変調）原理を、同
じく第１図を用いて説明する。なお、第１図は透過型の
例をしめす。

先ず、ポリマー液層２が加温されていない状態（すなわ
ち低温状態）では、可溶性ポリマーは溶媒中に溶解して
存在するため、ポリマー液層２の低温領域４に入射する
光線６−１は、はぼそのままポリマー液層２を通過して
基板１から射出する４、一方、情報信号に従って赤外線
吸収層８の所定位置が２例えば赤外線ビーム５の照射に
よって外部から加熱された場合、この加熱部分に接触な
いし近接する領域のポリマー液層２も加温され、加温領
域４ａ内の可溶性ポリマーは析出し、光散乱性を示すよ
うになる。このため、前記加温領域４ａに入射する光線
６−２は、散乱（拡散）する。この加温領域４ａは、温
度が下がるとまた元の透光性の状態に戻る。

以上の説明で明らかなように、可溶性ポリマーの散乱（
不透光）、非散乱（透光）の状態を熱的に制御すること
により、光変調や表示を行うことができる。

このような本発明の光学素子においては温度が上昇する
と速やかに光散乱性になることが必要で。

更に温度が下がると速やかに非散乱状態に変化すること
がのぞまれる。たとえばＥＣ素子（エレクトロクロミー
素子）やＬＤＣ素子のように、数１００ｍ５−敗ｍｓと
いった信号応答性が要求されろ。

本発明者等は、Ｎ−置換アクリルアミドポリマーの粘度
と、信号応答速度との関係を種々検討したところ、メタ
ノール中、２５℃の極限粘度が０，１〜１．０の範囲に
あるポリマー溶液を用いると加熱時の応答性（光散乱性
に変化する速度）および。

放冷時のもどり性（非散乱性に変化する速度）が著しく
速いことを見い出した。すなわち、この極限粘度範囲に
あるポリマー溶液を用いると速やかに透光性が小さい値
になるが（光散乱性大）、この極限粘度範囲外のポリマ
ー溶液を用いると透光性が低下することにより素子とし
てのコントラストや、見掛けの応答性が減少する。この
ようなことが生じる原因は明らかではないが、熱相転移
によって不溶化と可溶化が生じる際に、系の粘度と分子
の濃度、および高分子化した場合の分子の溶解性が相互
に影響して生ずる結果と考えられる。

「実施例」 実施例１ 第１図は本発明の第１の実施例を示す概略（構成図であ
る。第１図において、基板１および透明保護板３として
、厚さ０．３ｍｍ、大きさ５０＋ｎｍＸ１０皿の充分に
清浄なガラス板を使用し、基板１のガラス板表面上にス
パッタリング法により膜厚１５００ＡのＧｄ＠ＴｂＩＩ
ＦＣ（ガドリニウム・テルビウム・鉄）層を伸管して赤
外線吸収層８を形成した。

この基板１の赤外線吸収＆８の面と、透明保護板３とを
マイラーフィルムをスペーサーに用いて１０μｍの間隔
で向い合わせて接着して成形した。

次に、Ｎ−イソプロピルメタクリルアミド５ｇと、メタ
ノール５０ｍ１にアゾビスイソブチロニトリル４０ｍｇ
を溶解させた溶液ＩＱｍ／と、メタノール４０ゴを混合
溶解した。これを凍結脱気後ガラスアンプル中に封じ込
み、５０″Ｃの水溶液中にて２０時間加熱した。次いで
放冷後全量を５ｏｏｘｚのエーテル中に撹はんしながら
注入し、沈殿するポリマーを日別した。得られたポリマ
ーを乾燥した後２９６の水溶液を作り、基板１と透明保
護板３との隙間に充填、封入して、ポリマー液層を形成
し、光学素子を作製した。尚、ここで用いたポリマーの
メタノール中２５℃での極限粘度は、０．４２であった
。

このようにして得られた光学素子に、出力２０ｍ　Ｗ　
、波長８３０ｎｍの半導体レーザビームを。

情報信号に従って素子裏面から赤外線吸収層８に焦点を
合わせてスキャニング照射したところ、ポリマー液層２
の所定領域が透光性から不透光性１こ変化することが確
認された。これは、ポリマー液層２の被照射領域におい
て、半導体レーザービームを吸収して熱に変換して、相
接触するポリマー液層を加熱するためであると考えられ
る。なお。

半導体レーザービームによる加熱時間は一瞬であり、ポ
リマー液層２はすぐに元の透光性の状態を示した。

上記レーザービームによる照射実験を繰り返し行った結
果、再現性及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 第２図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図である
。この実施例は、前記実施例１で用いた赤外線吸収層８
の代わりに２発熱要素として抵抗発熱体層７を基板１の
表面上に配置し、電源１０からの電流によって前記抵抗
発熱体層７の加熱を制御するように構成したものである
。抵抗発熱体層７の素材としては、ホウ化ハフニウム、
窒化タンタル等の金属化合物、ニクロム等の合金、また
はＩ　Ｔ　Ｏ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　０ｘｉｄｅ）等
の透明酸化物等が用いられ、膜厚としては５００〜５０
００Ａの範囲が最適である。また、抵抗発熱体Ｆｒ！Ｉ
７の表面には２図に示すように、ポリマー液層２との間
に絶縁層（保護膜）９が形成される。

次に９本実施例で用いるポリマー液の作成方法として、
以下のごと（行いそれを用いた素子の特性を表−１にま
とめて示した。

アゾビスイソブチロニトリル３２．０ｍｇをアセトニト
リル５Ｑｍｌに溶解し、ガラスアンプル中にこの溶液５
．０Ｍをとり、更にＮ−イソブロビルアクリルアミド２
．Ｏｇとアセトニトリル１５ｍＪを加えた。次いで凍結
脱気を行った後アンプルを封じ。

５０゛Ｃの水浴中にて２０時間加熱した。反応終了後放
冷してから、溶液の全量を２５０αのエーテル中に撹は
んしながら注入し、沈殿するポリマーを口利した。得ら
れたポリマー粉末をエーテル洗浄後、ベンゼン２００＋
＋＋ｊｒｉ月こ投入し、２０℃の室温で一晩撹はんした
。静置後上層をデカンテーションにより取り出し、これ
を蒸発乾固してポリマー固体を得た。これを第１分画と
した。下層に残った不溶分ポリマーに再びベンゼン２０
０１１！１’ｆ−加え、３５’Ｃの浴上で一晩撹はんし
た。静置後上層をデカンテーションにより取り出し、後
は上記と同様にしてポリマー固体を得、これを第２分画
とした。下層に残ったポリマーに再びベンゼン２００ｄ
を加え、７５℃の浴上で一晩撹はんした。静置後上層を
デカンテーションにより取り出し、溶媒を蒸発乾固して
ポリマー固体を得た。これを第３分画とした。残った下
層の不溶分を乾燥して第４分画とした。これら四種のポ
リマーの１９６水溶液を作成し、前記第１図および第２
図に示した素子のポリマー液層２に封入した。発熱抵抗
体層にＩＴＯを、電極層にアルミニウムを用い、保護層
９に二酸化ケイ素を用いて、この上にポリマー液層を０
．２　ｍｍ厚にして電流加熱を行ない、６６５ｎｍの光
における光透過率の経時変化を測定した。ガラス基板は
温調器により１８．８±０．４　”Ｃに保持し。

透明ヒーターは、　　４００Ｉ（ｚ、　８Ｖｐ−ｐのサ
イン波を４００ｍ５印加した。

得られた結果を表−１に示した。表−１から明らかなよ
うに、ポリマーの極限粘度（メタノール中２５℃）が本
発明の範囲にあるものは熱応答性および、光の透過率変
化が大きく実用性のある光学素子として有用であった。

表−１ より求めた熱応答速度 畳３加熱時の６６５　ｎｍ光における最小透過率以下１
本実施例を更に詳細に説明する。

第２図において、抵抗発熱層７につながるスイッチ２０
は閉状態となっているため、抵抗発熱体層７には電流は
流れない、したがって、入射する光線６−１は、はぼそ
のままポリマー液層２と抵抗発熱体層７を通過して基板
側に射出する。ただし抵抗発熱体層７が不透明な場合に
は、抵抗発熱体８７の表面で正反射し、透明保護板３か
ら射出する反射タイプの素子となる。

一方、抵抗発熱体層Ｈこつながるスイッチ２　（Ｘは閉
状態とな−ているため、抵抗発熱体層ブ塾電源１０から
の電流によって加熱される。このため。

入射する光線６−２は、前述した様に散乱する。

このように、赤外線吸収層８の代わりに抵抗発熱体層７
を発熱要素としてもその効果は同様であり、光学素子と
して作像、光変調を行なうことが可能である。

実施例３ 第３図は本発明の第２および第３の実施例を示す基板の
斜視図である。本実施例１こおいて、基板１および透明
保護板３は、前記実施例１と同様なものを使用した。先
ず、第３図に示される基板１の表面上に、厚さ１００Ｏ
Ａの窒化タンタル膜をスパッタリング法により形成し、
続いてこの製膜面にホトレジストを塗布し、基板１の短
辺（１０ｍｍ）に平行になるように２０本１　ｒａｍ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
アルミニウム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（４０μｍ×２６μｍ）を得るために抵
抗発熱体層のアルミニウムを一部除去した。

次に、その上に絶縁層１３として厚さ２μｍのＳｉＯ２
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、５
ｉｏ２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、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２０μｍの間隔で向
かい合わせて接着した。次に、実施例２で作成したＮ−
イソフロビルアクリルアミドポリマーのｍ３分画の２％
水溶液を基板１と透明保護板３とも隙間に充填・封入し
てポリマー液層２を形成し、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９周波数１ｋＨｚの電気パルス信号（パル
ス高２ｏＶ、パルス長５ｒｎｓｅｃ）全情報信号に応じ
て入力したところ、情報信号に対応する所定の位置が、
不透光性を示して応答し。

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。

上記各実施例において明らかなように９本発明の光学素
子は透過型２反射型のいずれの場合にも。

良好な特性を得ることができる。

「発明の効果」 以上説明したように１本発明による光学素子は散乱特性
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（すことが
できる。したがって９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、ポリマ
ー液層がわずかな加熱で変調するので１表示装置の消費
電力を節減させることができる。さらには高周波変調も
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す概略構成図、第２
図は本発明の第２の実施例を示す概略構成図、第３図は
本発明の第２の実施例を示す基板の斜視図である。 １、基板　　　　　　　２．ポリマー液層３、透明保護
板　　　７．抵抗発熱体層８、赤外線吸収層　　１１．
抵抗発熱層１２、電極層 特許出願人　工業技術院長　　　　飯塚　幸三指定代理
人　工業技術院繊維高分子材料研究所長闘犬　　昭 透明　　　ポリマー液層 保護板 第　　　　−図 第　　　　２　　　　図 第　　　　３　　　　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）メタノール中２５℃の極限粘度が０．１〜１．０
   の範囲にある、Ｎ−置換アクリルアミドポリマー水溶液
   を、少なくとも一方の基板の表面に発熱要素を形成した
   一対の基板間に挟持してなる光学素子。
2. （２）該Ｎ−置換アクリルアミドポリマーが、ポリ−Ｎ
   −イソプロピルアクリルアミド又は、ポリ−Ｎ−イソプ
   ロピルメタクリルアミドである特許請求の範囲第一項の
   光学素子。