JPS61255984A - 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λｌ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７オトクロミツ
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／ｆ６１４１　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け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、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、該素子に光エネルギー
を付与する光照射手段、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）及び偉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シ前記有機化合物
を梁板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（機
能発現）する。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、シかし、固体の媒体では機能が充分発現できないこ
と、 ０２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、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２図は本発明に用いる像形成素子の断面図であり、第
２図（Ａ）は透過型の像形成素子を、また第２図（Ｂ）
は反射型の像形成素子をそれぞれ示している。ｌＦ１基
板、２は発熱層、３け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
れる僧形成層、４は保饅用基板である。第２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要素２を加熱し、加熱
された発熱要素２上の前記僧形成層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僧形成層
３に作像のためにあるパターン乃至は入力情報に従い、
僧形成層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・間接にとらえて表示乃至は
読みとる。

第２図（Ｂ）の反射蓋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
合膜３よシ基板１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８０強弱等をとらえて表示乃
至は読みとる。々お反射層９と発熱層２との間形成素子
の前記僧形成層３を構成する相転移性有機化合物分子と
しては、以下のものが例示される。

（１）　　高級脂肪酸 ＣＨｓ　（ＣＨ２）１２　Ｃ００Ｈ ＣＨ１（ＣＨ２）□４ＣＯＯＨ ＣＨ３（ＣＨａ）ｘｓ　Ｃ００Ｈ ＣＨｓ　（ＣＨ２）□、　Ｃ００Ｈ ＣＨｓ　（ＣＨ２）□。Ｃ００Ｈ ＣＨ，＝ＣＨ（ＣＨ，）、　Ｃ００Ｈ ＣＨ２＝ＣＨ（ＣＨ２）１１１　Ｃ００ＨＣＨ，＝ＣＨ
（ＣＨ２）、。Ｃ００Ｈ ＣＨ３（ＣＨ，）１．　ＣＣ００Ｈ ＣＨ。

ＣＨａ（ＣＨａ）ｓ　ＣミＣ−ＣミＣ（ＣＨ２）、Ｃ０
０ＨＣＨ３（ＣＨ，）３ＣＨ＝ＣＨＣＨ＝ＣＨＣＨ＝＝
、ＣＨ（ＣＨ２）、　Ｃ００ＨＣＨｓ　（ＣＨ２）７　
ＣＨ＝ＣＨ（ＣＨｚ）７　Ｃ００ＨＣＨ３（ＣＨ２）、
　ＣＨ＝ＣＨＣ００ＨＣＨ８＝ＣＨ（ＣＨ２）８ＣＯＯ
Ｈ ＣＨ３（ＣＨ２）、Ｃ＝＝ｃ−ｃ＝ｃ（ＣＨ２）８ＣＯ
ＯＨＣＨ３（ＣＨ２）□、ＣミＣ−Ｃ＝：Ｃ（ＣＨ２）
８ＣＯＯＨＣＨ３（ＣＨ２）１３ｃ＝＝ｃ−ｃ＝ｃ（Ｃ
Ｈ２）、Ｃ００Ｈ（２）　　長鎖ジアルキル塩 Ｏ長鎖ジアルキルアンモニウム塩 （ｍは１０〜３０の整数） Ｏ長鎖ジアルキルスルフォン酸塩 Ｏ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。

綜　　　　　　ｋ、 （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 ケフプリン 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、光忙よって色が
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（イオン解離）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λ２の光によシ左側の
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 ・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 ・ａｃｉ−ニトロ異性化 ＮＯ□ （９）光閉環反応 ・シス−スチルベン Ｍｅ ・フルギド ａＩ　　ヘ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 αυ　１−フェノキシアントラキノン類α２　光二量化
反応 ａ３　　芳香族多環化合物への光二量化反応Ｉ　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（ＬＢ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、儂形成における品質、動車等に優れる
だけではなく、高解像或は超高解偉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、分子内に親水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、分子は水面上で親水基を下に向
けて単分子膜またた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。分子
がまばらに散開しているときけ、一分子当りの面積Ａと
表面積Ｉとの間に二次元理想気体の式、７７Ａ＝　ｋ　
Ｔ が成り立ち、１気体膜”となる。ここに、ｋけ固体の１
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けその
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）を溶剤釦溶解し、
これを水面上に展開し、有機化合物を膜状に析出させる
。次忙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（ｉ＆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Ｈ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、累積膜め製造に適する表面圧Ｈ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ととＫよプ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種または２種
以上選択される。

単分子膜又は単分子層累積膜の厚さは３０Ａ〜３００μ
ｍが適しておシ、特Ｉ／ｃ３０００Ａ〜３０μｍが適し
ている。

単分子層を基板上に移すには、上述した垂直浸漬法の他
、水平付着法、回転円筒法などの方法による。水平付着
法は基板を水平に接触させて移しとる方法で、回転円筒
法は、円筒型の基体を水面上に回転させて単分子層を基
体表面忙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け親水基が
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水基と親水基、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。反対に全ての層に
おいて親水基が基板側に向いた累積膜は２型膜と呼ばれ
る。

回転円筒法は、円°筒型の基体を水面上に回転させて単
分子層を基体表面だ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時には、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
た親水基、疎水基の基板への向きは原則であり、基板の
表面処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２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）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９、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３１９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。反射膜９も発
熱層２又は基板１が反射性のものであればそれらに兼ね
させること本できる。

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□□□・Ｔｂ　−Ｆｅ等ノ合金、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、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７タロシアニン
、バナジウムフタロシアニン等ノ金属７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、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。発熱要素２の膜厚はエネル
ギー伝達効富及び解偉力に影響を及ばず。これらの観点
よシ、発熱要素２の好適な膜厚が１０００〜２００　Ｏ
Ａである。像形成素子が透過型の場合、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　ｉｏ、膜、
後者の場合インジウム・チン・オキサイドＩＩ）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１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け４０〜１００℃のものが
好適である。例えば、バルミチン酸の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。

混合膜の混合北本、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１／１０〜１０／１が
望ましい。

次に、本発明の像形成装置の例を図面に従って説明する
。第１図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の像形成装置の概略
図である。

１０け像形成素子であシ、既述の像形成層３と輻射線吸
収層２等からなっている。１１は熱信号入力手段で、像
形成素子１０（とシわけ輻射線吸収層２）上の所定位置
に熱入力信号１２（例えば赤外線等）を付与する働きを
する。

熱信号入力手段１１は、光源（例えば赤外線源）及び光
変調器等（いずれも不図示）から成るが、この場合、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、熱には変換しうるが、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
機能を有する場合には、光変調器は不要である（例えば
半導体レーザ等）。

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）上の所定の位置に光化学反応を生せしめる
光１４を照射し、光バイデスを付与する働きを担うもの
である。

そして、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、対応偉が得られる。

第１図（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として発熱抵抗層を用いた場合である
。従って熱信号入力手段１５として発熱抵抗層２０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。尚、この場合の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に、ゼグメント状、ドツト
状（いずれも不図示）のものが用いられる。

本発明を更に具体的に説明するために、以下に実施例を
挙げる。

像形成素子の製造例１ 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１５００Ａの５ｉｏ２層を付着して、赤外線吸収
層２を形成した。

次に、（Ｉ）で表わされるスピロピラン化合物１部と（
ＩＩ）で表されるミリスチン酸１部を（Ｉ） ＣＨ３（ＣＨｚ）、ｚ　Ｃ０ＯＨ をクロロホルムに各々２．５　Ｘ　１０　　ｍｏｌ　／
／の濃度に溶かした溶液をＩ　Ｘ　１０−３ｍｏｌ　／
ｚの濃度の塩化カドミウムを含む蒸留水を炭酸水素ナト
リウムでｐＨ６，３に調整した２０℃の水相の水面上に
滴下展開させた。

溶媒のクロロホルムが蒸発除去された後、仕切板を移動
させて水面上に残された混合単分子膜の展開領域を縮め
、その表面圧を２０　ｄｙｎｅ／ｃｍまで高めた。次い
で表面圧を一定に保ちつつ、ガラス基板をｌＱｍｆｎ／
ｍｔｎの速度で静かに上下させることにより、単分子膜
を８１０２膜の付着したガラス表面上に移し取り、無色
の像形成層２を得た。さらに、この上にガラス基板をの
せた。このような方法により単分子膜の暦数が５１の無
色の像形成層を有する像形成素子Ａを製造した。

像形成素子の製造例２ ５９　ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法に
より膜厚１５００Ａの（ト）・Ｔｂ　−Ｆｅ、（ガドリ
ニウム・テルビウム・鉄）層を付着して、Ｇｒｄ・ 赤外線吸収層２を形成した。こ賓ｂ　−Ｆｅ　層の酸化
を防止する為、その上に５ｉｎ２保護膜を被覆した。

次に（ＩＩＩ）で表わされるシス−トランス光異性化化
合物１部と（■）で表されるパルミチン酸１部を用いて （Ｎ） ＣＨｓ　（ＣＨ２）１４　ＣＯＯＨ 製造例１と同様の条件・方法で黄色の像形成素子Ｂを製
造した。

像形成素子の製造例３ ５９　ｍｍ角のガラス基板表面上にスパッタリング法に
よ）膜厚１５００Ａの８ｉ０２層を付着して、赤外線吸
収層２を形成した。

次に、（Ｖ）で表わされるイミダゾール化合物１部と（
Ｖｌ）で表されるステアリン酸１部とをクロロホルム２
０部中に溶解混合させ、前記（’ＩＩ’） ＣＨ３（ＣＨ２）１６ＣＯＯＨ ガラス基板上に回転塗布機により塗布し、膜厚が５μｍ
の白色の像形成層を得た。さらにこの上に保護用基板４
としてガラス基板をのせ、像形成素子Ｃを製造した。

実施例 熱信号入力手段として２００Ｗの赤外線ランプを用い、
さらに光照射手段として１００Ｗの水銀ランプを用いて
、第１図（Ａ）に示す僧形成装置を製造した。

像形成素子Ａ、Ｂ、Ｃをそれぞれ装着し、画倫情報に応
じた熱入力信号を付与してや否と、それぞれ信号に応じ
た着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）　　迅速に像形成を得ることができる。

（１１像消去・再生も可能である。

αυ　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トの適合性がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）、（Ｂ）は本発明の像形成装置の概略図、
第２図（Ａ）、（Ｂ）は本発明に用いる像形成素子の断
面図であり、第２図（Ａ）は透過型の、第２図（Ｂ）は
反射型の像形成素子の断面図である。 １・・・基板、２・・・輻射線吸収層、３・・・僧形成
層、４・・・保護用基板、６・・・光、７・８・・・照
明光、９・・・反射膜、１０・・・像形成素子、１１．
１５・・・熱信号入力手段、１２・・・熱入力信号、１
３・・・光照射手段、１４・・・光線。

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、該素子に光エネルギーを付与する光照射手
   段、情報に応じた信号を入力する熱信号入力手段とを備
   えたことを特徴とする像形成装置。