JPS61255982A - 像形成装置 - 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、′表示装置、記録装置等に利用しうる像形成
装置に関し、とりわけ有機機能性膜によって構成される
像形成素子を用いた像形成装置に関する。

〔従来の技術〕

波長λ１の光により色が変化し、暗所、熱又は波長λ２
の光により元に戻る機能性分子のことをフォトクロミッ
ク分子といい古くから知られている（例えば、繊維高分
子材料研究所研究報告Ｎｏ、１４１　１９８４−３）　
。

しかしながら、このように可逆的に色が変化する機能性
分子でありながら、従来、ごく一部の限られた範囲を除
いて、表示素子や記録素子や記憶素子等の光学素子に利
用されていないのは固体状態では光応答性が生じないか
又は不十分であるためであった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的は、かかる技術分野における従来
技術の解決しえなかった課題を解決することである。

つまり１本発明の目的は、コントラストの高い、簡易な
（カラー）表示装置、記録装置、記憶装置等に利用する
像形成装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、以下の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、基本的に相転移性有機化合物分子と
機能性分子からなる像形成素子、該素子に光を照射する
光照射手段、情報に応じた信号を入力する熱信号入力手
段、該信号を走査する熱信号走査手段とを備えたことを
特徴とする像形成装置である。

（作用〕 本発明の像形成装置に用いる像形成素子は。

相転移性有機化合物分子と機能性分子からなる像形成層
を有している。

本発明でいう相転移とは、物質が熱によって不動の固体
状態から動的な状態に変わる場合をいう、従って、堅固
な状態から流動的、乃至は柔軟な状態、静的な状態から
動的な状態、結晶相から液晶相、固体から液体、ある種
の液晶相から別種の液晶相等に変化することは全て相転
移である。

機能性分子とは、像形成機能（表示機能、記録機能、記
憶機能）及び像変換以外の情報変換機能（演算機能）を
いい、更に物質又はエネルギーの輸送機能を含む、更に
、光や電気エネルギーの付与によって機能を発現する場
合に限らず、熱、磁気、圧力、物質等の付与による機能
発現を含むものである。

次に、本発明に用いる素子の基本的な駆動原理を説明す
る。

ある種の機能性分子はエネルギーの付与により、液体乃
至は流動体中では高速に化学変化するが、堅固な固体中
では化学変化しないか或いはその変化が極めて遅い。

相転移する有機化合物分子と混合膜を構成する機能性分
子は、前述の如き分子、すなわち、堅固な状態では化学
変化しないか、又はしにくいために機能の発現をしない
か、又はしにくいが、柔軟な状態では化学変化しやすい
ため機能を発現しうるような材料が選択される。

このように構成された前記混合膜を前記発熱要素を用い
て相転移温度以上に加温することにより前記有機化合物
を柔軟性に富む状態に維持させる。かかる状態の中に存
在する前記機能性分子は化学変化しやすい状態におかれ
るから、入力エネルギーの付与に対して高速に応答（４
１！能発現）する０以上に述べた構成によって本発明の
目的は達成されるものである。

要するに本発明は。

１、液体の媒体では用途が限定され、不安定であるので
固体媒体が望まれること。

２、しかし、固体の媒体では機能が充分発現できないこ
と。

の２点を相転移性有機化合物を混合することによって解
決したものである。

更に１本発明に用いる像形成素子の例を図面に従って説
明する。

第３図は本発明に用いる像形成素子の断面図であり、第
３図（Ａ）は透過型の像形成素子を、また第３図（Ｂ）
は反射型の像形成素子をそれぞれ示している。１は基板
、２は発熱層、３は熱相転移性有機化合物分子と光によ
って機能を発現する機能性分子との混合膜から構成され
る像形成層、４は保護用基板である。第３図（Ａ）の透
過型の像形成素子の作像原理は、次のとおりである。

作像のためにバイアスとして発熱層２を加熱し、加熱さ
れた発熱層２上の前記像形成層３の構成成分である相転
移性有機化合物分子に相転移変化を生ぜしめる。その結
果、流動的乃至柔軟な状態におかれた前記像形成層３に
作像のためにあるパターン乃至は入力情報に従い、像形
成層３の所望する位置、例えば位置５に光６（赤外線、
可視光線、紫外線又はＸ線など）を照射し、像形成層３
の構成成分である機能性分子に後述の光化学変化を生ぜ
しめる。かくして、この光化学変化をしたパターン乃至
は情報（光化学変化領域５）を素子の裏面側から照明光
７を照らしつつ、直接φ間接にとらえて表示乃至は読み
とる。

第３図（Ｂ）の反射型の像形成素子においては、照明光
７を透過型とは逆に保護用基板４側から入射し、前記混
合［１３より基板ｌ側に設けである反射膜９によって反
射せしめ、光化学変化領域５と光化学変化領域以外の領
域において反射される反射光８の強弱等をとらえて表示
乃形成素子の前記像形成層３を構成する相転移性有機化
合物としては、以下のものが例示される（１）高級脂肪
酸 ＣＨ３（ＣＨ２）　１２ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）　１４ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）　ｔｓｃＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）　１８ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨ２）　ｔｏｃＯＯＨ ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）　８ＣＯＯＨ ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）　１５ｃＯＯＨＣＨ２＝ＣＨ（
ＣＨ２）　２０ＣＯＯＨＣＨ３＝　（Ｃ）１２）　１７
ＣＣ０ＯＨＣＨ２ ＣＨ３（ＣＨ２）　８Ｃ＝Ｃ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ２）　８Ｃ
ＯＯＨＣＨ３（ＣＩ（２）３ＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨＣＨ
＝ＣＨ（ＣＨ２）７ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）　７ＣＨ
＝ＣＨ（ＣＨ２）　７ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）　７Ｃ
Ｈ＝ＣＨＣＯＯＨＣＨ３＝ＣＨ（ＣＨ２）　５ｐｏｏｎ ＣＨ３（ＣＨ２）　９ｃ＝＝ｃ−Ｃ＝Ｃ（ＣＨ２）　８
ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）ｔｔｃ＝ｃ−ｃ＝ｃ　（ＣＨ
２）８ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）　１３ｃ＝ｃ−ｃ＝ｃ
　（ＣＨ２）　８ＣＯＯＨ（２）長鎖ジアルキル塩 ・長鎖ジアルキルアンモニウム塩 り （ｍはｌＯ〜３０の整釦 ・長鎖ジアルキルスルフォン酸墳 Φ長鎖ジアルキルリン酸塩 （３）シアニン色素 シアニン色素の具体例を以下に例示する。

（４）アゾ色素 （Ｒ２はＣＩＯ〜３ｏのアルキル基である。）（５）リ
ン脂質 レシチン ケファリン スフィンゴミエリン プラスマロゲン 次に、光応答する機能性分子としては、光によって色が
変化する化合物、すなわちフォトクロミック化合物があ
げられる。そのようなものとしては、以下のものが例示
される。

（６）スピロピラン及び類似体（イオン解難）波長λ１
の光によりイオン解離し、右側の構造に変化し、これが
暗所で熱的に、又は別の波長入２の光により左側の構造
に戻る。

（７）シス−トランス異性化 Ｃ＝Ｃ，Ｃ＝Ｎ、Ｎ＝Ｎなどの不飽和二重結合の異性化
に基づく例 拳チオインジゴ ・アゾベンゼン及びその誘導体 （８）水素移動を伴う互変異性化 ・ケト−エノール異性化 ・ａｃｔ−二トロ異性化 ０″′ｃ′Ｐｈ （９）光閉鶏反応 ・シス−スチルベン ・フルギド （ｌＯ）へテロ環を含む原子価異性化反応・ニトロン−
オキサシリンシン系 （１１）　　１−フェノキシアントラキノン類（１２）
光二量化反応 （１３）芳香族多環化合物への光二量化反応（１４）光
レドックス反応 ・チアジン色素系 ・ビオロゲン 前記相転移性有機化合物分子と前記機能性分子を混合し
て混合膜を作成する方法としては。

スピンナー回転塗布法、ローラー塗布法、引上げ塗布法
、スパッタリング法、プラズマ重合法。

二分子膜作製法、ラングミュア・プロジェット−法（Ｌ
Ｂ法）等がある。そのいずれを用いても本発明の目的は
達成される。

ＬＢ法によれば、像形成における品質、効率等に優れる
だけではなく、高解像或は超高解像が得られる利点があ
り、更に液体の相転移性有機化合物分子を固体上に成膜
できるなど、材料の選択範囲が著しく広がるなどの特徴
も有する。

以下、ＬＢ法を用いて成膜する場合を説明する。

ＬＢ法は、分子内に親木基と疎水基を有する構造の分子
において、両者のバランス（両親媒性のバランス）が適
度に保たれているとき、分子は水面上で親木基を下に向
けて単分子膜または単分子層の累積膜を作成する方法で
ある。水面上の単分子層は二次元系の特徴をもつ０分子
がまばらに散開しているときは、一分子当りの面積Ａと
表面積ｎとの間に二次元理想気体の式、ｎＡ＝ｋＴ が成り立ち、゛気体膜”となる、ここに、ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度である。Ａを充分小さくすれば分
子間相互作用が強まり二次元固体の“凝縮膜（または固
体膜）″になる。

凝縮膜はガラス等の基板の表面に発熱抵抗層３が成膜さ
れているときはその表面反射膜９が成膜されているとき
はその表面へ一層づつ移すことができる。この方法を用
いて単分子膜又は単分子層累積膜は例えば次のようにし
て製造する。

まず有機化合物分子（混合系を含む）を溶剤に溶解し、
これを水面上に展開し、有機化→物を膜状に析出させる
０次にこの析出物が水面上を自由に拡散して拡がりすぎ
ないように仕切板（または浮子）を設けて展開面積を制
限して膜物質の集合状態を制御し、その集合状態に比例
した表面圧ｎを得る。この仕切板を動かし、展開面積を
縮小して膜物質の集合状態を制御し、表面圧を徐々に・
上昇させ、累積膜の製造に適する表面圧ｎを設定するこ
とができる。この表面圧を維持しながら静かに清浄な基
板を垂直に上下させることにより単分子膜又は二種以上
の分子が混合した混合単分子膜が基板上に移しとられる
。単分子膜は以上で製造されるが、単分子層累積膜は、
前記の操作を繰り返すことにより所望の累積度の単分子
層累積膜が形成される。

成膜分子は、前記の有機化合物分子から１種またＣモ２
種以上選択される。

、゛　−・　５ 、単分子１Ｍ５１ニーｔ、よ単分子層累積膜の厚さは３
０人大１ ’＝　３０　”０　、ｐｍ’が適シテオリ、特に３００
０λ〜３０１Ｌｍが適している。

単分子層を基板上に移すには、上述した垂直−漬法や他
、水平付着法、回転円筒法などの方−法によ、る、水平
□付着１は基板＊＊亭輩接触さすて移しとる方法で１回
転円筒法は、゛円筒−の′ｊ＆１体を水面上に回転させ
て単分子層を基体表面に移しとる方法である。前述した
垂直浸漬法では、水面を横切る方向に基板を上げると一
層めは親木基が基板側に向いた単分子層が基板上に形成
される。前述のように基板を上下させると、各工程ごと
の１枚ずつ単分子層が重なっていく、成膜分子の向きが
引上げ工程と浸漬工程で逆になるので、この方法による
と各層間は親木基と親木基、疎水基と疎水基が向かい合
うＹ型膜が形成される。

それに対し、水平付着法は、基板を水面に水平に接触さ
せて移しとる方法で、疎水基が基板側に向いた単分子層
が基板上に形成される。

この方法では、累積しても、成膜分子の向きの交代はな
く全ての層において、疎水基が基板側に向いたＸ型膜が
形成される０反対に全ての暦において親木基が基板側に
向いた累積膜はＸ型膜と呼ばれる。

回転円筒法は１円筒型の基体を水面上に回転させて単分
子層を基体表面に移しとる方法である。単分子層を基板
上に移す方法は、これらに限定されるわけではなく、大
面積基板を用いる蒔には、基板ロールから水槽中に基板
を押し出していく方法などもとり得る。又、前述した親
木基、疎水基の基板への向きは原則であり、基板の表面
熱理等によって変えることができる。

本発明における機能性分子に疎水性部位を導入する場合
、炭素数が５〜３０の長鎖アルキル基が特に好ましい。

基板１として使用することのできるものとしては、ガラ
ス、アルミニウムなどの金属、プラスチック、セラミッ
ク、紙などが挙げられる。

第３図（Ａ）に示した透過型の場合には、できる限り耐
圧性のある透光性のガラスやプラスチック、特に無色乃
至淡色のものが好ましい。

保護用基板４としては、できる限り耐圧性のある透光性
のガラスやプラスチックが適しており、特に無色乃至淡
色のものが好ましい、保護用基板４を設けることは、混
合膜の耐久性、安定性を向上させるためには、好ましい
ことであるが、成膜分子の選択によって保護用基板は設
けても設けなくてもよい。

反射膜９としては、高融点の金属材料又は金属化合物材
料を用いて金属膜、誘電ミラーなどを基板１側にスパッ
タリング法、蒸着法などにより設ける０反射Ｍ９も発熱
層２又は基板ｌが反射性のものであればそれらに兼ねさ
せることもできる。

発熱層２としては、赤外線照射による加熱を利用するも
のや抵抗加熱等のジュール熱を利用するもの等が挙げら
れる。前者としては各種の無機あるいは有機材料、例え
ばＧｄ・ＴｂΦＦｅ等の合金、カーボンブラック等の無
機顔料等があり、有機材料としては５例えばニグロシン
等の有機染料がある。

かかる光吸収色素の一例を挙げれば、銅フタロシアニン
、バナジウムフタロシアニン等の金属フタロシアニン、
含金属アゾ染料、酸性アゾ染料、フルオレスセイン等の
キサンチン系色素等がある。但し、それ自身は所定の熱
に対して溶融しないものである。後者としては５例えば
ホウ化ハフニウムや窒化タンタル等の金属化合物やニク
ロム等の合金が適している０発熱要素２の膜厚はエネル
ギー伝達効率及び解像力に影響を及ぼす、これらの観点
より、発熱要素２の好適な膜厚が１ｏｏｏ〜２０００人
である。像形成素子が透過型の場合１発熱要素２は可視
光に対して透過性（例えば前者の場合Ｓ　ｉ０２膜、後
者の場合インジウム拳チン・オキサイドＩｔｌ）である
ことが要件となる。しかし、発熱要素２は特別に設けな
くても、上記特性を具備した基板材料を選択することに
より、基板ｌが発熱要素を兼ねることもできる。

前記相転移を起こす温度、即ち相転移温度（Ｔｃ）は物
質によって固有である。Ｔｃは４０〜ｌＯＯ℃のものが
好適である０例えば。

パルミチン酸のＴｃは６０〜６３℃、ジアルキルアンモ
ニウム塩のＴｃは、２０〜６０℃である。一般的にＴｃ
は、アルキル鎖長とともに上昇する。

混合膜の混合比率、即ち相転移性有機化合物分子（Ａ）
に対する機能性分子（Ｂ）の比は工／１０−１０／ｌが
望ましい。

次に１本発明の像形成装置の例を図面に従って説明する
。

第２図（Ａ）、（Ｂ）は１本発明の像形成装置の部分的
該略図である。１０は像形成素子で、既述の像形成層３
及び輻射線吸収層２等からなる。

１１は熱信号入力手段で、像形成素子ｌＯ（とりわけ輻
射線吸収層２）上の所定位置に熱入力信号１２（例えば
、赤外線等）を付与するための手段である。

熱信号入力手段１１は、主として光源（例えば赤外線Ｓ
＞及び光変調器（いずれも不図示）等からなるが、この
場合の光源から発せられる光線は、輻射線吸収層２によ
って吸収され熱に変換しうるが、機能性分子を光化学変
化せしめることができない波長域のもの、従って主とし
て赤外線、近赤外線に属するものである。尚、光源自身
がスイッチング機能を有する場合は、光変調器は不要で
ある。（例えば、半導体装置ザ等）。

１３は、光照射手段であって、像形成素子１０、とりわ
け像形成層３上の所定位置に光化学反応を生じさせる光
１４を照射し、光バイアスを付与する手段である。既述
したように、光バイアス付加領域に熱入力信号１２が照
射付与されると対応像が得られる。

第２ｒＩ！Ｊ（Ｂ）は、本発明の像形成装置の別の実施
態様を示す。

これは発熱要素２として輻射線吸収層に代え１発熱抵抗
層を用いた場合で、熱信号入力手段１５として、発熱抵
抗Ｍ２の所定位置をジュール加熱するための駆動系及び
電源等からなるものを用いる。尚、この場合、発熱要素
は像形成素子１０上の所定位置に熱信号を付与するため
、セグメント状、ドツト状（いずれも不図示）のものが
用いられる。

第１図は、本発明の像形成装置のブロック図である。２
２は像発生回路、２３は制御回路、□ ′”・　　　　　２４は像増幅回路である。

３０は熱信号走査手段で、輻射線加熱の場合、例えば水
平ψ垂直駆動回路２５及び水平−垂直スキャナー２８か
ら構成される。

ドツトマトリックス状の抵抗発熱体を用いたジュール加
熱の場合には、線順次走査回路及び選択回路（いずれも
不図示）から構成される。

３１は熱信号入力手段で、前者の場合、光源２６及び光
変調器２７から、また後者の場合、電源及び駆動回路（
いずれも不図示）から構成される。

２９は光化学反応用の光照射手段である。

作像は、以下の手順で行われる。

像発生回路２２より出力された像信号は、制御回路２３
を介して像増幅回路２４で増幅される。

増−された像信号の入力により、例えば光変調器２７が
駆動し、光源２６より射出される輻射線加熱用光ビーム
を変調する。

一方、制御回路２３より水平同期信号及び垂直同期信号
が出力され１例えば水平−垂直駆動回路２５を介して、
水平・垂直スキャナー２８を駆動する。

この間、加熱手段２９の作動により、像形成素子ｌＯの
像形成層３の所定領域には光バイアスがかけられる。

このようにして、像形成素子１０の像形成層３には像信
号に対応した２次元像が形成される。

本発明を更に詳細に説明するために、以下に実施例を挙
げる。

像形成素子の製造例１ （ｍ）で表わされるスピロピラン１部と（ｒＶ）で表わ
されるミリスチン酸１部とをクロロホルム２０ｗＢ由に
溶解混合し、５０ｍｍ角のガラスｅ　　Ｍｅ ■ （ｍ） ＣＨ３（ＣＨ２）　１２ＣＯＯＨ （■） 基板表面上に回転塗布機により塗布し、膜厚５ｐｍの無
色の像形成層２を得た。更に像形成層２成層２上に保護
用基板３としてガラス基板をのせて像形成素へ製造した
。

像形成素子の製造例２ ５０ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法によ
り膜厚１５００人のＧｄ−ＴｂφＦｅ層を付着して、赤
外線吸収層２を形成した。

このＧ　ｄ　ａ　Ｔ−ｂ　＊　Ｆ　ｅの酸化を防止する
ため。

このＧｄ・Ｔｂ５Ｆｅの酸化を防止するため、その上に
５ｉｏ２保護膜を被覆した。

次に（ｍ）で表わされるシス−トランス光異性化化合物
１部とＣｒ）で表わされるジアゾ化合物１部 （ｍ） （ＩＶ） をクロロホルムに２．５Ｘ　１０−３ｍｏ　ｌ／　ｌの
濃度に溶かした溶液を、用いた以外は実施例１と同様の
方法・条件により各々単分子膜に暦数が５１の像形成素
子Ｂを製造した。

実施例 光照射手段としてｉｏｏｗの水銀ランプを熱信号入力手
段として２００Ｗの赤外線ランプを、像形成素子として
Ａ、Ｂ；ｅを用いて第１図に示す像形成装置をそれぞれ
製造した。

次に、光照射し、画像情報に応じた信号が走査付与され
ると、それぞれ信号に応じた。

２次元の青色像、赤色像が鮮明に得られた。

〔効果〕

本発明の主要な効果をまとめると以下の通りである。

（１）微小な単分子膜又は単分子層累積膜の照射部又は
加熱部の１個を像素単位として高密度に配列することが
可能であるから。

高解像度の像形成ができる。

（２）機能性分子の調整又は選択により静止画、又はス
ローモーションを含む動画の表示が容易にできる。

（３）機能性分子の調整、選択によりカラー　７表示を
容易に実施することができる。

（４）素子の構造が比較的簡略であるから、その生産性
に優れているし、素子の耐久性が高く信頼性に優れてい
る。

（５）広範囲な駆動方式に適応できる。

（６）ラングミュア・プロジェット法を用いて単分子膜
又は単分子層累積膜を作成できるので、大面積化が極め
て容易に図れる。

（７）液晶のような液体を用いないので、製作が容易で
あり、かつ安全である。

（８）相転移温度はそれ程高くないので、像形成素子等
に用いる電力が少なくて済み、それだけ電源部、即ち、
像形成装置を小型化できる。

（９）迅速に２次元像形成を得ることができる。

（１０）像消去・再生も可能である。

（１１）生体脂質の機能に近似するので、分子デバイス
、バイオエレクトロニクス等との適合性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の像形成装置を示すブロック図、第２
図（Ａ）、ＣＢ）は本発明の像形成層 装置の部分的該略図、第３図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の
像形成装置に用いる像形成素子の断面図である。 １　　　　基板 ２　　　　発熱要素 ３　　　　像形成層 ４　　　　保護板 ５　　　　光化学変化部 ６光 ７．８　　照明光 ９　　　　反射層 １０　　　　　像形成素子 １１．１５　　熱信号入力手段 １２　　　　熱入力信号 １３　　　　光照射手段 １４　　　　光線 ２２　　　　像発生回路 ２３　　　　制御回路 ２４　　　　像増幅回路 ２５　　　　水平・垂直駆動回路 ２６　　　　光源 ２７　　　　光変調器 ２８　　　　水平争垂直スキャナー ２９　　　　光照射手段 ３０　　　　熱信号走査手段 ３１　　　　熱信号入力手段 第２０（Ａ＞ 第２圀Ｂ） ｌり 第３　Ｕ≧］とＡ） ；ド；３Ｌ）ゴとｌゴラ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 基本的に相転移性有機化合物分子と機能性分子からなる
   像形成素子、該素子に光を照射する光照射手段、情報に
   応じた信号を入力する熱信号入力手段、該信号を走査す
   る熱信号走査手段とを備えたことを特徴とする像形成装
   置。