JPS6344638A - 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ものである。

「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２表示装置（デイスプレィ）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、かかる表示素子としては、電解発色表示
素子（ＥＣＤ）。

液晶表示素子（Ｌ　ＣＤ）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、これらを元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２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は透明保
護板、８は発熱要素に芸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２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。ポリマー
液層２はＮ−置換アクリルアミドポリマーを含む溶液か
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２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　
Ｎ。

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高分子分散安定剤としては
、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコールが好
適であるが、その他のものとしてポリエチレンイミン、
ポリアクリル酸ソーダ、アルギン酸ソーダ、ポリアリル
アミン等があげられる。これら高分子分散安定剤は、上
記Ｎ−薗換アクリルアミドポリマーの量に対して１％〜
２０％の全の添加で充分であり、好ましくは１％〜１０
％の範囲が最適である。

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
ド類、ピリジン、トリエチルアミン等のアミン類、ジメ
チ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２の厚
さとしては、１μｍ−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２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難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、　Ｓｉｎ、　５ｉＯｚ。

Ｚｎ　Ｓ、　ＡＳ２　Ｓｓ　、　Ａｌ２Ｏ３、ＮａＦ、
　Ｚｎ５ｅ、　Ｇａ　−Ｔｂ＠Ｆｅ、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、５００Ｘ−１ｏｏｏｏＸ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、フ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。

一方、情報信号に従って赤外線吸収層８の所定位置が９
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
過性の状態に戻る。

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の作動原理は、Ｎ−置換ア
クリルアミドポリマー溶液を加熱すると溶媒に対する溶
解性が低下し、ポリマー分子同士が凝集して不溶化し、
白濁状のコロイド分散液となる。これを冷却すると速や
かに元の溶解状態にもどり透明溶液となるという現象を
利用したものである。それ故、この加熱不溶化状態が長
く保持されると、二次凝集が進行し、しだいに凝集分散
状態にあったポリマーが溶液中で分離され、沈殿を生じ
るようになる。その結果、冷却時の再溶解のスピードが
遅くなって１表示特性が悪くなったり、白濁散乱時の光
学的特性を著しく悪化させるという欠点が生じてくる。

かかる問題点を解決するために９本発明者等が種々検討
した結果、該ポリマー溶液中に、高分子分散安定剤を添
加することにより長時間の加熱状態における不溶化ポリ
マーの二次凝集がおさえられて２表示素子としての特性
、すなわち加熱時の白濁光散乱状態が均一となり、又、
冷却時の速やかな光透過状態へのもどりが実現可能とな
った。かかる本発明の高分子分散安定剤は大量に用いる
と系の粘度が上昇して、加熱時のポリマーの一次凝集白
濁化速度が低下するので、その添加量はなるべく少ない
ことが望ましい。又、添加量が少なすぎると分散効果が
低下してしまうので、前述のごとき添加量の範囲が望ま
しいと言える。

〔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５０ｍＩｎＸ１０ｍｍ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Ｇｄ１ＩＴｂ−
Ｆｅ（ガドリとラム・テルビウムφ鉄）層を付着して赤
外線吸収層８を形成した。この基板１の赤外線吸収層８
の面と、透明保護板３とをマイク−フィルムをスペーサ
ーに用いて１０μｍの間隔で向い合せて接着して成形し
た。

次に、Ｎ−イソプロピルメタクリル了ミド５ｇ。

過硫酸アンモニウム３０　ｍｇを冷水ｔｏｏｍｇに溶解
し、テトラメチルエチレンジアミン６０μｌを添加して
アスピレータ−にて脱気した。その後１時間室温にて放
置して重合を行い、ポリマー溶液とした。このポリマー
溶液８０ｒｎｌと、ポリビニルピロリドン（Ｋ＝９０）
の１％水溶液２０１ｎｌを混合して、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。

このようにして得られた光学素子に、出力２０ｍＷ、　
　波長８３０　ｎｍの半導体レーザービームを情報信号
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に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を種々変化させて、
短時間加熱および長時間加熱状態にしても均一な白濁不
透明化と、速やかな透明化へのもどりが観測された。

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。

比較例　１ 実施例１と同様な素子を作り、これに、実施例１で用い
たポリマー溶液８０−とポリビニルピロリドンを含有し
ない水２０＋ｄを混合してポリマー液層として光学素子
を作製した。得られた光学素子に、実施例１と同様にレ
ーザービームを照射したところ、レーザービームによる
加熱時間が短い場合は、実施例１と同様な結果であった
が、加熱時間を長くすると不均一な白濁状態となり、透
明状態へのもどりが著しく遅（なった。

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
表面上に舵面し、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り
１反射型の例を示すものである。抵抗発熱体層７の素材
としては、硼化ハフニウム、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（Ｉｎｄｉｕ
ｍＴｉｎ　０ｘｉｄｅ）等の透明酸化物等が用いられ、
膜厚としては５００〜５０００Ａの範囲が最適である。

また、この抵抗発熱体層７の表面１こは１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。

第２図において、抵抗発熱体層７につながるスイッチ２
０は開状態となっているため、抵抗発熱体層には電流は
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を通過し、抵抗発熱体層７の表面
で正反射して再びポリマー液層２を通過して透明保護板
３から射出する。

一方、抵抗発熱体層７ａにつながるスイッチ２゜ａは閉
状態となっているため、抵抗発熱体層７ａは電源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、前述したように散乱する。

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。

以下２本実施例を更に詳細に説明する。

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。本実施例において、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１０表面上に。

厚さ１ｏｏｏＡ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ｌの短辺（１０ｍｍ）に平行になるよう１こ２０
本／Ｍ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２ｏ
ｏｏＸ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（４０μｍ×２６μｍ）を得るために抵
抗発熱層上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、Ｓ
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５０μｍの間隔で向
い合わせて接着した。

次にＮ−シクロプロピルアクリルアミド４ｇ。

過硫酸アンモニウム２５１１１ｇを冷水１００ｒｎｌに
溶解し、テトラメチルエチレンジアミン５０μぎを添加
してアスピレータ−にて脱気した。その後１時間室温に
放置して重合を行い、ポリマー溶液とした。このポリマ
ー溶液８０−と、ポリエチレングリコール（分子Ｑ２０
，０００）の１％水溶液２０尼を混合して、上記基板１
と、透明保瓜板３との間に充填・封入して、ポリマー液
層を形成し、光学素子を作製した。

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２周波数１ｋＨｚの電気パルス信号（パル
ス高２０Ｖ、パルス長５ｍ５ｅｃ）を情報信号に応じて
入力したところ、情ＩＩＪ＋ｉ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９本実施例のポリエチレ
ングリコールが未添加の場合に比べて均一な不遇光性と
、速やかな信号のｏｎ−ｏｆｔが観測された。

実施例　３ アゾビスイソブチロニトリル３２＋ｕｇをアセトニトリ
ル５Ｑｍ／に溶解し、ガラスアンプル中にこの溶液１０
−をとり、さらにＮ−イソプロビルアクリルアミド４ｇ
とアセトニトリル３Ｑｍ／！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
水溶液中にて２０時間加熱重合を行った。反応終了後、
放冷してから溶液の全量を５００ｍ／！のエーテル中に
撹拌しながら注入し、沈澱するポリマーを濾別した。得
られたポリマー粉末をエーテルで洗浄後乾燥して約３．
５ｇのポリマー粉末を得た。このポリマー粉末０．５ｇ
と、ポリビニルピロリドン（Ｋ＝３０）の表−１に示し
た量を水２５ｔｎｌに混合溶解し、ポリマー液を作成し
、第２図及び第３図に示した素子のポリマー液層２に封
入して光学素子を作成した。

本実施例で用いた素子構成材料としては２発熱抵抗体層
としてＩＴＯを用いる以外は実施例２と全く同様なもの
を用いた。

実施例２と同様にして電気パルス信号を入力したところ
表−１に示した様な結果となった。

表−１ 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１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９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、視野角の制限もなくすことが
できる。したがって１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２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３の実施例を示す概略構成図、第３図は
本発明の第３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、７．７ａ・・・抵抗発熱体層。 訃・・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；・、　
１認−［ｊ、：と３１ 透明　　　ポリマー液層 保護板 第　　　　１　　　　図 第　　　　２　　　　図 第　　　　３　　　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶媒と、Ｎ−置換アクリルアミドポリマーおよび高分子
   分散安定剤としてのポリビニルピロリドン又はポリエチ
   レングリコールの三成分から成る溶液を、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。