JPH1031239A - 高効率光スイッチング及びディスプレイ装置 - Google Patents

高効率光スイッチング及びディスプレイ装置

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JPH1031239A
JPH1031239A JP9085441A JP8544197A JPH1031239A JP H1031239 A JPH1031239 A JP H1031239A JP 9085441 A JP9085441 A JP 9085441A JP 8544197 A JP8544197 A JP 8544197A JP H1031239 A JPH1031239 A JP H1031239A
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JP
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optical switching
switching device
electronic
protein
colored
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JP9085441A
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English (en)
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Paul Robert Kolodner
ロバート コロドナー ポール
Dennis Lawrence Rousseau
ローレンス ローゼウ デニス
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Lucent Technologies Inc
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    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/15—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect
    • G02F1/1514—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material
    • G02F1/1516—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on an electrochromic effect characterised by the electrochromic material, e.g. by the electrodeposited material comprising organic material

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電子有色たんぱく質からなる活性
層を使用した新規なタイプの光スイッチング及びディス
プレイ装置を提供する。 【解決手段】 本質において、本装置は、電極化裏面壁
と透明電極領域を含む透明前面壁とから構成されるセル
からなる。電子有色たんぱく質からなる薄膜は２電極間
に配置される。２電極間に電圧がない時は、薄膜は第１
の色の光を反射する。電圧が印加されると、反射光の光
は変化する。本装置は伝搬光よりむしろ反射光を使用し
ているので、バックライティングが不要であり、本装置
は従来のＬＣＤと比べて高効率になっている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高効率光スイッチン
グ及びディスプレイ装置に関し、特に、電子有色たんぱ
く質からなる活性層を使用した前記装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】マイク
ロエレクトロニック回路とフラットパネルディスプレイ
の組合せは、多方面にわたるさまざまな携帯用電子製品
に導いた。これらの製品は、電子腕時計から手持ち式テ
レビ受像機やラップトップコンピュタまでの範囲にわた
っている。低電力消費がこれらの各々の重要な必要条件
になっている。
【０００３】最もポピュラーなフラットパネルディスプ
レイは液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。典型的なＬ
ＣＤセルでは、電圧印加が、ディスプレイセルの領域
を、視覚的背景を構成する透明状態から視覚的メッセー
ジを表わす暗黒状態に切り換える。
【０００４】ＬＣＤの主要な欠点はその低い光効率であ
る。ディスプレイの活性部分と非活性部分間の視覚的コ
ントラストは比較的低くなっている。その結果、このデ
ィスプレイは、典型的に、視覚的コントラストを強調す
るためにバックライティングを必要とする。残念なこと
に、バックライティングはかなりの電力を消費する。携
帯用コンピュータのように複雑な電子装置においてさ
え、ディスプレイ バックライティングに消費される電
力は装置バッテリの主要な消費のもとになる。したがっ
て、電力消費の減少した、改良されたフラットパネル
ディスプレイ装置が要求されている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】出願人は、電子有色たん
ぱく質を使用した新しいタイプの光スイッチング及びデ
ィスプレイ装置を発見した。本質において、本装置は、
電極化裏面壁と、透明電極領域を含む透明前面壁とから
なる。電子有色たんぱく質からなる薄膜が２つの電極間
に配置されている。２電極間に電圧がない時は、薄膜は
第１の色の光を反射する。電圧が印加されると、反射光
の色が変化する。本装置は伝搬光よりむしろ反射光を使
用しているので、バックライティングが必要なく、本装
置は従来のＬＣＤと比較した場合高効率になっている。
【０００６】本発明の利点、特質及び種々の追加的特徴
は、添付図面に関して詳細に説明される実施例の考察に
基づいてより十分に明らかになるだろう。
【０００７】
【発明の実施の形態】これらの図面は、本発明の概念を
説明するためのものであり、グラフのほかは縮尺がされ
ていないことを理解すべきである。
【０００８】この説明は３つのパートに分けられてい
る。パートＩは新規なディスプレイの構造を説明する。
パートＩＩはディスプレイがどのようにして作成される
かについて説明し、また、本発明の拡張を行なうのに役
立つパートＩＩＩは、バクテリオロドプシンの動作の裏
の理論を説明する。
【０００９】Ｉ．ディスプレイ構造 図面を参照すると、図１は、電極領域１２を有する裏面
壁１１（好適には平坦になっている）と、好適には電極
１２の一部と重複する透明電極領域１４を有する透明前
面壁１３とからなる単一の光スイッチングセル１０の略
断面図である。セル裏面壁１１とセル前面壁１３の間に
は、電子有色たんぱく質からなる薄膜１５が配置されて
いる。セルは、側壁１６及び１７で任意に密閉されてい
る。切り換え可能な電圧源１８が電極１２と１４間に接
続されている。
【００１０】好適な実施例では、裏面壁１１は、インジ
ウム−すず−酸化物（ＩＴＯ）からなるフォトリソグラ
フ的に限定された電極１２を備えたガラスにすることが
できる。好適には、壁１１の裏面部分には、黒色または
反射性のどちらかの被覆１９が備えられている。透明前
面壁は、ＩＴＯからなる透明電極１４を備えたガラスに
することができる。前面壁と裏面壁間の間隔は、好適に
は１〜１００マイクロメートルの範囲になっている。
【００１１】電極１２、１４は、好適には図１に示され
るように対向する壁上にあるが、一方の壁、例えば裏面
壁１１、上に両電極を配置することもでき、それでも薄
膜１５に活性化電圧を印加することができる。
【００１２】電子有色たんぱく質の薄膜は、好適には、
レチナールまたはレチナール類縁化合物のような発色団
を含む埋め込まれたたんぱく質を含む脂質二重層からな
る。前記物質の最も手近な供給源は、バクテリア エイ
チ・サリナリウム(H.Salinarium)のある突然変異形態、
例えば単一突然変異Ｄ８５Ｎや二重突然変異Ｄ８５，９
６Ｎ、の細胞膜である。これらの突然変異形態は、共に
参照によりここに含まれる、ジー・ジェイ・ターナー
(G.J.Turner)等によるBiochem. 32,1332(1993)やジェイ
・チター(J.Tittor)等によるBiophys J. 67,1682(1994)
にさらに詳細に述べられている。さらに有効なものとし
て可能性のある突然変異形態は、参照によりここに含ま
れる、エイチ・オットー(H.Otto)等によるJ.Biol.Chem.
226,18764(1991)に述べられているＤ８５Ａ，Ｄ８２Ｄ
／Ｄ８５Ｒ，Ｒ８２Ｑ／Ｄ８５Ｎ及びＤ８５Ｎ／Ｄ２１
２Ｎである。これらのバクテリア細胞膜は、レチナール
のシッフ塩基誘導体からなる発色団を含む電子有色たん
ぱく質バクテリオロドプシンからなる。
【００１３】かけがえとして、この物質は、突然変異し
たまたは突然変異していないエイチ・サリナリウムから
なる化学処理された細胞膜、例えばレチナール発色団が
レチナール類縁化合物と置換された細胞膜、から得るこ
とができる。レチナール抽出及び置換に関する技術は、
参照によりここに含まれる、ビー・エム・ベチャー(B.
M.Becher)等によるBiophys. 19,285(1977) やイー・ロ
ンドン(E.London)等によるJ.Biol.Chem. 257,7003(198
2) に述べられている。典型的なレチナール類縁化合物
は、エム・シーブス(M.Sheves)等によるProc.Nat.Acad.
Sci.USA 83,3262(1986)で記載されている１３−トリフ
ルオロメチルレチナールを含む。２つの追加的類縁化合
物（デメチル−１１，１４−エポキシレチナール及び１
３−デメチル−９，１２−エポキシレチナール）は、エ
ム・シーブス(M.Sheves)等によるBiochem.24,1260(198
5) に記載されている。
【００１４】好適な薄膜は突然変異Ｄ８５Ｎバクテリア
からの細胞膜物質である。この薄膜は、細胞膜の細胞外
表面の５０％以上、好適には７５％以上が同一方向に向
くように好適に方向づけられている。
【００１５】バクテリア物質は最も便利であるが、脂質
二重層もたんぱく質も必ずしも出所はバクテリアではな
い。たんぱく質は分離して、真核または合成脂質二重層
に結合することができる。共に参照によりここに含まれ
る、エイ・ダブリュ・スコット(A.W.Scotto)等によるBi
ochem.29,7244(1990) やエム・ティーンツェ(M.Teintz
e) 等によるBiophys.J.62,54(1992) を参照されたい。
さらに、従来の再結合性技術によるたんぱく質はイー・
コリ(E.Coli)または真核細胞で表現することができる。
例えば、参照によりここに含まれる、エム・ポンペジャ
ス(M.Pompejus)等によるEur.J.Biochem.211,27(1993)を
参照されたい。
【００１６】電極１２と１４の間に電圧がない時は、バ
クテリオロドプシン薄膜は反射光で青色になる。１００
Ｖの範囲内の低電圧がたんぱく質に印加されると、薄膜
は黄色になる。この効果の実質的な部分の切り換え時間
は１０ｍｓｅｃ以下である。下記のセクションＩＩＩに
述べられるように、この色切り換えは電界誘導シッフ塩
基プロトネーション及びデプロトネーションに帰因す
る。
【００１７】光学ディスプレイは、前記セルのアレイを
形成することによって作ることができる。図２は、共通
裏面壁１１と共通前面壁１３で形成された複数の前記セ
ル（例えば２０、２１、２２、２３及び２４）からなる
このようなアレイを示す。スペーサーまたは柱１６が壁
の間隔を維持するために各セルの周囲に備えられてい
る。各セルの寸法は、各セルが画素を限定するように選
択することができる。電圧信号は、光学ディスプレイを
提供するために技術上周知の技術にしたがって各画素セ
ルに切り換え可能に印加される。
【００１８】従来のＬＣＤに勝るこのディスプレイの利
点は、本発明のディスプレイが反射性である…画素は着
色したインクのように見える…ことである。したがっ
て、視覚コントラストは、ちょうど印刷したページを見
るように、反射した周囲光のなかで見られる。したがっ
て、このディスプレイはそれ自身の光を必要とせず、電
力消費は非常に低く…本質的には画素静電容量を充放電
するのに必要なエネルギーのみに…なっている。対照的
に、ＬＣＤは典型的に専用光源を必要とし、１％以下の
光効率を有している。
【００１９】ＩＩ．ディスプレイ製作 典型的なセルを製作する第１の工程は、セル壁を形成し
て組み立てることである。前面及び裏面壁は、各壁に望
ましい電極構造を限定するために従来のフォトリソグラ
フィック処理を使用することにより形成することができ
る。
【００２０】次の工程は、電子有色たんぱく質を含む懸
濁液を用意することである。この懸濁液は突然変異Ｄ８
５Ｎ エイチ・サリナリウムからプラズマ 細胞膜物質
の懸濁液として非常に容易に得られる。細胞膜物質は、
洗浄剤を使用してバクテリアを溶解し、遠心分離で細胞
膜成分を分離することによって得られる。次いで、細胞
膜成分は低イオン伝導率媒体中に浮遊させられる。バク
テリアを成長させ、それらの細胞膜を抽出することは、
参照によりここに含まれる、ビーアイエム・ベッチャー
(BIM.Becher)等によるPrep.Biochem.5,161(1975)に記載
されている。
【００２１】次いで、懸濁液が電極の１つに注がれる。
第２の電極は懸濁液に接触するように当てられ、３〜５
Ｖの電位が、どちらかの電極を陽極として使用して３０
〜９０秒間電極間に印加される。プラズマ細胞膜の斑点
は両方とも負に充電され極性を与えられているので、電
界内で向きを合わせ、刺さっている陽極の方へ移動す
る。薄膜は乾かすことができ、電子有色バクテリオロド
プシンを含む高度に方向づけられた薄膜が形成される。
この被覆技術は、参照によりここに含まれる、エイ・エ
イ・コノネンコ(A.A.Kononenko) 等によるBiochem.Biop
hys.Acta 850,162(1986)に記載されている。次いで、光
セルは、例えば適所に側壁を接着することによって密閉
される。
【００２２】かけがえとして、プラズマ細胞膜懸濁液
が、プラズマ 細胞膜斑点のそれぞれ対向する側面に当
たる異なる反応分子で処理される異なる技術がもくろま
れる。次いで、電極の１つは、反応分子に選択的に結合
する連結体物質で被覆され、望ましい方向性薄膜の１層
が形成される。この処理は、光学的に厚い（濃く着色さ
れた）膜を作りあげるために多数回繰り返される。
【００２３】ＩＩＩ．電子有色 バクテリオロドプシン
の理論 以下は、バクテリオロドプシン等の電子有色たんぱく質
が電界誘導シッフ塩基プロトネーション及びデプロトネ
ーションを使用してどのように電子有色 光スイッチン
グを発生するかについて、出願人が現在最も良く理解し
ているものである。
【００２４】Ａ．バクテリオロドプシンの構造及び作用
化 バクテリオロドプシン（ＢＲ）は、塩好きなバクテリア
エイチ・サリナリウムの細胞膜中に見い出されるたん
ぱく質である。ＢＲは、その中を陽子が移動することが
できる交差細胞膜溝の周りに境界線を描く、細胞膜を横
切る７個のαらせんからなる。ＢＲ分子は細胞膜内で三
分子体になり、バクテリアから容易に分離することがで
きる大きな斑点を形成する。これらの斑点は紫色であ
り、したがってＢＲ紫色細胞膜として知られている。Ｂ
Ｒの活性エレメントは、レチナール、すなわちポリエン
(polyene) 鎖を有する小さな発色団、のシッフ塩基誘導
体である。この発色団の構造は図３に示される。レチナ
ールは、たんぱく質のアミノ酸への非接合力とシッフ塩
基（ＮＨ+ ）結合の両方によってたんぱく質に結合され
る。通常、発色団のポリエン鎖は全トランス異性化を示
し、細胞膜平面に対してある角度に位置している。ＢＲ
が黄色光で照射されると、発色団の光異性化が全トラン
スから１３シスへの構造変化を引き起こし、陽子が溝を
通って細胞膜を横断してポンプされている時に最高潮に
達する光サイクルをトリガする。これは、バクテリアに
よるエネルギーの発生に利用される、細胞膜を横切るｐ
Ｈ勾配を作り出す。
【００２５】溶解状態で分離されたレチナールは、３８
０ｎｍに集中する紫外線吸収ピークを示す無色になる。
しかしながら、ＢＲに結合されたレチナールは、５７０
ｎｍに集中するシフトされた吸収ピークに対応する濃い
紫色を示す。このオプシンシフトは、たんぱく質環境
と、発色団がたんぱく質の残りに結合されるプロトネー
トされたシッフ塩基の形成とによって引き起こされたレ
チナールの静電的ゆがみに起因する。オプシン シフト
は、ＢＲがその成分部分を溶解状態に混合することによ
り作られる実験で実時間で追うことができる。まず、レ
チナールはＢＲから化学的に除去され、したがって、バ
クテリア−オプシンとして知られているたんぱく質部分
が分離される。次いで、バクテリア−オプシンの溶液に
レチナールまたはレチナール類縁化合物を加えることに
より、全分子を再構成することができ、たんぱく質中に
含まれているのと同様の時間関数で発色団の吸収を観測
することができる。これが起こるにつれて、発色団の吸
収ピークは衰え、細胞膜溝の内側で遭遇する静電力を表
わす、シフトされたピークに取って代わる。このタイプ
の実験は、異なる光学的及び化学的性質を有するレチナ
ール類縁化合物をたんぱく質に含めることができること
を証明した。
【００２６】紫色細胞膜（ＰＭ）の非常に重要な性質
は、ＢＲの生物学的活動の間細胞膜を横切って発生する
電界である。この電界は１０4 乃至１０5 Ｖ／ｃｍの範
囲内にある。逆に言えば、外部電界の印加は、吸収最高
点にわずかな逆にすることができるシフトを引き起こ
し、これは分光器で容易に検出することができるが、視
覚的観測で検知するにはわずか過ぎる。このシフトは、
薄膜中のある程度の水分の存在に依存し、レチナールの
運動の結果である及び／またはアミノ酸の近くにあると
仮定される。
【００２７】ＢＲ光サイクルは、図４のブロック図のよ
うに示され、ｂＲ570 基底状態における光子の吸収でト
リガされる。図４に示されるように、この出来事はレチ
ナールを光異性化させ、Ｋ610 状態における１３シス異
性体を形成する。次いで、これは光サイクルの残部をト
リガし、光サイクルは室温での熱処理により終了まで進
められる。
【００２８】吸収スペクトラムは図５に示される。ＢＲ
で指定された曲線は、励起のない場合のスペクトラムを
示す。Ｍで指定された曲線は励起された物質のスペクト
ラムを示す。光サイクルの最も目立ちかつ重要な分光器
の特徴は、最初のＫ610 及びＬ550 中間体の赤−緑領域
からＭ412 状態の青領域への吸収ピークの過渡的シフト
である。このシフトは、部分的にＢＲオプシン シフト
を元に戻すシッフ塩基のデプロトネーションで引き起こ
されることが知られている。続いて起こるＮ56 0 状態は
シッフ塩基のリプロトネーションで発生し、これは吸収
ピークを赤色の方へ戻るようにシフトさせる。これは、
通常状態の下で５〜１０ｍｓを費やす光サイクルの最も
遅いステップである。続いて、発色団はその元の異性化
状態に復帰し、分子はその基底状態に戻って、光サイク
ルを終了する。シッフ塩基のデプロトネーション及びリ
プロトネーションは、陽子が細胞膜を横切って移動して
ＢＲの生理学的作用を遂行する“バケット団”処理で引
き起こされる。
【００２９】図６（ａ）乃至６（ｄ）は、チョウ（K.C.
Chou,Amino Acids 7,1(1994)) の“分子ピストン”モデ
ルから採用された、その光サイクル中にＢＲで示された
構造状態のうちのいくつかの表現を示す。この機械論的
モデルはむしろ簡単に割り切り過ぎているが、外部電界
に反応してシッフ塩基のプロトネーション状態を作るた
めに、ＢＲがどのように変わり得るかを見通している。
基底状態（図６（ａ））において、発色団はその全トラ
ンス異性化状態にあり、プロトネートされたシッフ塩基
によりたんぱく質の残余２１６に結びつけられている。
交差細胞膜溝は閉じられ、水分及び陽子を通さない。ア
スパラギン酸残余８５及び９６のカルボキシ団は、それ
ぞれ陽子アクセプター及びドナーとして光サイクルにお
ける重要な役割を演じるために用意される。
【００３０】このモデルでは、場所１３の回りのレチナ
ールの光異性化は機械的ポンプのハドルのように働く。
吸収された光子から蓄積されたエネルギーはこの段階で
“パワーストローク”に導き、シッフ塩基の陽子が残余
８５（図６（ｂ））の方向に解放されるようにする。次
いで、光サイクルの残部は熱処理によって進行する。分
光器的Ｍ412 状態は、陽子が残余２１６のシッフ塩基か
ら残余８５のカルボキシ アクセプター団へ（中間溝水
分子網を介して）転送される（図６（ｂ）から図６
（ｃ）へ進む）時に形成される。続いて、たんぱく質構
造変化は、シッフ塩基を残余９６のカルボキシ ドナー
団からの陽子の転送で再プロトネートさせ（図６（ｃ）
→図６（ｄ））、Ｎ560 状態を形成する。これらの事象
は、残余８５から細胞膜の細胞外側への陽子移動（図６
（ｃ））と、細胞膜の細胞質側から残余９６への陽子移
動（図６（ｄ））とによって達成される。次いで、光サ
イクルは、レチナールの再異性化で終了する（図６
（ｄ）→図６（ａ））。
【００３１】このモデルに関して、我々は、ＢＲ分子の
２つの変質は、Ｍ412 状態の形成及び崩壊に対応するス
ペクトルシフトの外部制御を許すかもしれないことがわ
かる。（１）シッフ塩基の陽子へのオープンアクセスの
維持が光異性化を必要としないような−例えば１３シス
類縁化合物とレチナールの置換による−発色団の化学的
一時変異と、（２）たんぱく質の包括的変質であり、そ
のため、ドナーとアクセプターの交換によるシッフ塩基
のプロトネーション及びデプロトネーションはもはや熱
力学的に有利にならない。これらの変化により、シッフ
塩基のプロトネーション状態は外部電界で制御すること
ができる。
【００３２】電界がプロトネーション状態を変えること
ができる方法は、シッフ塩基のプロトネーション／デプ
ロトネーションの平衡をシフトさせることである。この
シフトは、酸／塩基滴定の中間点ｐＨであるｐＫに関し
て表現される。したがって、陽子結合現場が〜８のｐＫ
を有し、電界がｐＫを〜６までシフトさせることができ
るならば、ｐＨ７の現場は、電界がない時にプロトネー
トされ、電界がある時にデプロトネートされるだろう。
熱力学的にいうと、電界は、ｋＴのオーダーの大きさだ
け陽子の結合エネルギーを変更させなければならない。
この電界が作用するに違いない間隔に細胞膜厚（５ｎ
ｍ）を選ぶと、この電界で５×１０4 Ｖ／ｃｍのより低
い結合が与えられる。５〜１０μｍ以下の厚さを有する
ＰＭ薄膜が不透明でないと仮定すれば、これはスイッチ
ングに必要な２５Ｖの合計電圧を発生する。しかしなが
ら、ＢＲにおける陽子結合平衡の電界誘導変化は非常に
小さな電界を必要とする。懸濁液において、１ｐＨ単位
までのｐＫ変化は、２×１０4 Ｖ／ｃｍの電界で誘導さ
れた（ケイ・ツジ(K.Tsuji) 等によるEur.Biophys.J.1
8,63(1990)参照）。これらは、電圧パルスの間及び後の
溶液のｐＨを監視することによって検出された。電界に
対して異なる感度を有する２つの異なる陽子結合現場が
検出された。非常に高い電界評価が今与えられたと仮定
すると、どれくらいの熱雑音がこのように大きなｐＫ変
化を与えるために克服されたかがこれらの実験であるか
は明らかでない。
【００３３】Ｂ．Ｄ８５Ｎ ＢＲ薄膜 低いｐＫ値（野生型たんぱく質に観測されるｐＫ＞１
２．５に対抗するものとして約１０以下のｐＫ）のシッ
フ塩基プロトネーション平衡を有するＢＲ変体は、電子
有色バクテリオロドプシンの最も有望な候補を提供する
だろう。低いシッフ塩基ｐＫ値を有する突然変異は、エ
イチ・オットー(H.Otto)等によるProc.Nat.Acad.Sci.US
A 87,1018(1990) やティ・マーチ(T.Marti) 等によるJ.
Biol.Chem.266,18764(1991)に開示されている。Ｄ８５
Ｎ突然変異エイチ・サリナリウムは、電子有色 活性層
を作るのに使用することができるＤ８５Ｎ ＢＲからな
る青色細胞膜を提供する。
【００３４】図７はＤ８５Ｎ ＢＲからなる無方向性薄
膜のｐＨ誘導差スペクトラムを示す。この薄膜は、Ｄ８
５Ｎ細胞膜の微量の懸濁液を薄い透明なインジウム−す
ず酸化物電極で覆われたガラススライド上で乾かして用
意された。この方法は無方向性薄膜を作り出す。すなわ
ち、それは、基板の方へ向かう（“アップ”）及び基板
から離れる（“ダウン”）細胞質側を有するほぼ等しい
数のＢＲ細胞膜からなる。波長の関数として記入されて
いるのは、２つの異なるｐＨ値、ｐＨ８及びｐＨ１２、
における緩衝溶液との平衡後に測定された光吸収間の差
である。８から１２へｐＨを増加させることの明白な効
果は、ＢＲ分子の留分中のシッフ塩基陽子を除去するこ
とである。これは、６００ｎｍ近くに中心がある吸収ピ
ーク（プロトネートされたシッフ塩基）の高さの減少
と、４００ｎｍ近くに中心があるピーク（デプロトネー
トされたシッフ塩基）の高さの増加を引き起こす。
【００３５】図８は、同様の無方向性Ｄ８５Ｎ ＢＲ薄
膜を使用して作られた電界誘導差スペクトラムを示す。
記入された量は、電界がある時とない時の吸収スペクト
ラムの差である。ｐＨ差と電界誘導差スペクトラムのほ
ぼ同等の形状は、電界が薄膜中のＢＲ分子のある程度の
留分のシッフ塩基から陽子を除去するように作用するこ
とを示している。これは電子有色効果の根拠となる。
【００３６】図９は、方向性Ｄ８５Ｎ ＢＲ薄膜の光吸
収スペクトラムにおける電界極性の効果を示す。実線の
曲線は、正の基板電極の吸収スペクトラムを示す。点線
の曲線は負の基板のスペクトラムを示す。
【００３７】図７〜図９の結果は、Ｄ８５Ｎ ＢＲの薄
膜への電界の印加が、大きな電子有色色変化を作り出す
ＢＲ分子の留分中のシッフ塩基のデプロトネーションに
至ることを明瞭に示している。
【００３８】上記に説明した実施例は、本発明の応用を
表わすことができる多くの可能な特定の実施例のうちの
いくつかだけの例示であることを理解すべきである。多
くの変更された他の配置が、本発明の精神及び範囲から
逸脱することなく当業者によって行なわれ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による単一の光スイッチングセルの略断
面図である。
【図２】図１に示されたタイプのスイッチングセルから
構成された光ディスプレイ装置の断面図である。
【図３】レチナール、すなわち電子有色バクテリオロド
プシンの発色団の構造図である。
【図４】バクテリオロドプシンの光サイクルを示すブロ
ック図である。
【図５】バクテリオロドプシンの吸収スペクトラムであ
る。
【図６】その光サイクルの間にバクテリオロドプシンで
示される構造状態の順序を示す。
【図７】Ｄ８５Ｎバクテリオロドプシンからなる無方向
性薄膜のｐＨ誘導差スペクトラムを示す。
【図８】Ｄ８５Ｎバクテリオロドプシンからなる無方向
性薄膜の電界誘導差スペクトラムを示す。
【図９】Ｄ８５Ｎバクテリオロドプシンからなる方向性
薄膜の光吸収スペクトラムへの電界極性の効果を示す。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電圧印加により色を変化させる光スイッ
    チング装置であって、裏面壁と、透明前面壁と、前記裏
    面壁と前記前面壁間に配置された電子有色たんぱく質か
    らなる層と、前記層に電圧を印加することにより前記層
    より反射される光の色を変化させる一対の電極とからな
    る光スイッチング装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の光スイッチング装置に
    おいて、前記一対の電極のうちの第１の電極は前記裏面
    壁に配置され、前記一対の電極のうちの第２の電極は前
    記前面壁に配置され、前記第２の電極は透明伝導領域か
    らなる光スイッチング装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の光スイッチング装置に
    おいて、前記電子有色たんぱく質は発色団を含むたんぱ
    く質からなる光スイッチング装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の光スイッチング装置に
    おいて、電子有色たんぱく質からなる前記層は脂質二重
    層を含み、前記電子有色たんぱく質は前記二重層に埋め
    込まれている光スイッチング装置。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載の光スイッチング装置に
    おいて、前記電子有色たんぱく質はバクテリオロドプシ
    ンである光スイッチング装置。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載の光スイッチング装置に
    おいて、電子有色たんぱく質からなる前記層はバクテリ
    ア細胞膜物質からなる光スイッチング装置。
  7. 【請求項７】 電圧印加により色を変化させる光スイッ
    チング装置であって、 裏面壁と、 透明前面壁と、 前記裏面壁と前記前面壁間に配置された電子有色物質か
    らなる層であって、前記電子有色物質が電圧印加に応じ
    て反射光の色を変化させるために電界誘導シッフ塩基プ
    ロトネーション及びデプロトネーションが可能な物質か
    らなる層と、 電子有色物質からなる前記層に電圧を印加する第１及び
    第２の電極とからなる光スイッチング装置。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載の光スイッチング装置に
    おいて、前記第１の電極は前記裏面壁に配置され、前記
    第２の電極は前記前面壁に配置され、前記第２の電極は
    透明伝導領域からなる光スイッチング装置。
  9. 【請求項９】 請求項７に記載の光スイッチング装置に
    おいて、前記電子有色層は脂質二重層を含む光スイッチ
    ング装置。
  10. 【請求項１０】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層はバクテリア 細胞膜物質か
    らなる光スイッチング装置。
  11. 【請求項１１】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は電子有色たんぱく質を含む
    脂質二重層からなる光スイッチング装置。
  12. 【請求項１２】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層はバクテリオロドプシンから
    なる光スイッチング装置。
  13. 【請求項１３】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は、細胞膜物質と、発色団を
    含む電子有色たんぱく質とからなる光スイッチング装
    置。
  14. 【請求項１４】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層はレチナールまたはレチナー
    ル類縁化合物を含むたんぱく質からなる光スイッチング
    装置。
  15. 【請求項１５】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は１３トリフルオロメチルレ
    チナールを含むたんぱく質からなる光スイッチング装
    置。
  16. 【請求項１６】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は１１−１４エポキシレチナ
    ールを含むたんぱく質からなる光スイッチング装置。
  17. 【請求項１７】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は１３−デメチル１−９，１
    ２−レチナールを含むたんぱく質からなる光スイッチン
    グ装置。
  18. 【請求項１８】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は突然変異Ｄ８５Ｎ エイチ
    ・サリナリウム バクテリアからの細胞膜物質からなる
    光スイッチング装置。
  19. 【請求項１９】 請求項７に記載の光スイッチング装置
    において、前記電子有色層は、細胞質基質面と細胞外面
    を有するバクテリア 細胞膜物質からなり、前記層は、
    前記細胞外面の７５％以上が同一方向を向くように方向
    づけられている光スイッチング装置。
  20. 【請求項２０】 請求項１、２、３、４、５または６に
    よる複数の光スイッチング装置からなる光ディスプレイ
    装置。
  21. 【請求項２１】 請求項７、８、９、１０、１１、１
    ２、１３、１４、１５、１６、１７、１８または１９に
    よる複数の光スイッチング装置からなる光ディスプレイ
    装置。
JP9085441A 1996-04-05 1997-04-04 高効率光スイッチング及びディスプレイ装置 Pending JPH1031239A (ja)

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