JP4967541B2 - Optical element and optical device - Google Patents
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Description
本発明は、光学素子及び光学装置に関する。 The present invention relates to an optical element and an optical device.
近年、サブマイクロスケールの周期構造体（規則構造体）を利用した『構造色』による発色機構を用いた表示・調色システムが提案されている。現在までにシリカやポリマーの単分散粒子を用いたコロイド結晶、ブロック共重合体のミクロドメイン構造、界面活性剤のラメラ構造等による周期構造体を利用した構造色の発色が報告されている。 In recent years, a display / toning system using a coloring mechanism based on “structural colors” using a sub-microscale periodic structure (regular structure) has been proposed. To date, the development of structural colors using periodic structures such as colloidal crystals using monodisperse particles of silica or polymer, microdomain structure of block copolymers, lamellar structure of surfactants, etc. has been reported.
特に、コロイド結晶による周期構造体は多くの報告がなされており、粒子同士の斥力を利用した非最密充填型、及び粒子を密にパッキングした最密充填型の２種に分類することができる。 In particular, many reports have been made on periodic structures made of colloidal crystals, and can be classified into two types, a non-close-packed type using repulsive force between particles and a close-packed type in which particles are packed closely. .
例えば、コロイド結晶を刺激応答性ゲルの中に固定化し刺激の入力にともなうゲルの膨潤度変化により構造色を変化させることが提案されている（例えば、非特許文献１）。また、コロイド結晶を固定するマトリックスの酸化還元を利用した調色（例えば、非特許文献２）、溶媒添加による膨潤・屈折率変化による調色（例えば、非特許文献３）も提案されている。また、積層膜に電界を作用させることで接触−剥離による構造色の消色−発色システムを用いたディスプレイ（例えば、非特許文献４）が提案さている。
これら提案での構造色は、色素や顔料を用いることなく、用いる材料の誘電特性及びメソスケールオーダーの構造に由来する特定波長の反射を利用しているため、単一素子で多色を発色させるためには最も有効な手法と思われる。
以上のように、周期構造体を用いた多色表示の技術について検討がなされている。
The structural colors in these proposals use multiple colors with a single element because they use the dielectric properties of the materials used and the reflection of specific wavelengths derived from the structure of the mesoscale order without using dyes or pigments. It seems to be the most effective method for this purpose.
As described above, a technique for multicolor display using a periodic structure has been studied.
本発明は、前述の背景技術では解決し得なかった、以下の課題を解決することを目的とする。
即ち、本発明は、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能な光学素子を提供することを課題とする。
An object of the present invention is to solve the following problems that cannot be solved by the background art described above.
That is, an object of the present invention is to provide an optical element capable of multicolor display including white display with high contrast and excellent brightness.
上記課題は、以下の手段により解決される。
即ち、本発明は、
＜１＞ （Ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有し、光の波長程度の大きさで屈折率の異なる２つ以上の領域がサブマイクロスケール程度で周期的に並べられた周期構造を持つ周期構造体、移動性粒子、該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段、及び一方が有色である又は有色体を有する一対の基板を含む調光層と、（Ｂ）少なくとも白色及び黒色を表す調光層と、を積層してなることを特徴とする光学素子である。
The above problem is solved by the following means.
That is, the present invention
<1> (A) have a void structure that leads to an external therein, having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer including a periodic structure, mobile particles , moving means for moving the mobile particles to the inside or outside of the void structure of the periodic structure , and a pair of substrates that are colored or have a colored body ; And (B) a light control layer representing at least white and black, and an optical element characterized by being laminated.
＜２＞ （ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有し、光の波長程度の大きさで屈折率の異なる２つ以上の領域がサブマイクロスケール程度で周期的に並べられた周期構造を持つ周期構造体、移動性粒子、及び該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段を含む調光層と、（ｂ）少なくとも白色及び透明を表す調光層と、（ｃ）黒色層と、を積層してなることを特徴とする光学素子である。 <2> (a) have a void structure that leads to an external therein, having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer comprising a periodic structure, mobile particles, and a moving means for moving the mobile particles to the inside or outside of the void structure of the periodic structure; and (b) a light control layer representing at least white and transparent (C) A black layer is laminated to form an optical element.
＜３＞ 前記周期構造体を構成する素材が有色であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の光学素子である。 <3> The optical element according to <1> or <2>, wherein the material constituting the periodic structure is colored.
＜４＞ 前記周期構造体を構成する素材が無色であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の光学素子である。 <4> The optical element according to <1> or <2>, wherein the material constituting the periodic structure is colorless.
＜５＞ 前記移動性粒子が酸化チタン及び酸化亜鉛から選択される少なくとも１種の金属系ナノ粒子であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の光学素子である。 <5> The optical element according to <1> or <2>, wherein the mobile particle is at least one metal-based nanoparticle selected from titanium oxide and zinc oxide.
＜６＞ 前記移動性粒子が金又は銀の金属系ナノ粒子であることを特徴とする＜１＞又は＜２＞に記載の光学素子である。 <6> The optical element according to <1> or <2>, wherein the mobile particle is a metal nanoparticle of gold or silver.
＜７＞ 前記（ａ）の調光層が一対の基板を更に有し、前記一対の基板のうち一方が有色である又は有色体を有することを特徴とする＜２＞に記載の光学素子である。 < 7 > The optical element according to <2>, wherein the light control layer of (a) further includes a pair of substrates, and one of the pair of substrates is colored or has a colored body. is there.
＜８＞ （Ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有し、光の波長程度の大きさで屈折率の異なる２つ以上の領域がサブマイクロスケール程度で周期的に並べられた周期構造を持つ周期構造体、移動性粒子、該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段、及び一方が有色である又は有色体を有する一対の基板を含む調光層と、（Ｂ）少なくとも白色及び黒色を表す調光層と、を積層してなる光学素子をマトリックス状に配置したことを特徴とする光学装置である。 <8> (A) have a void structure that leads to an external therein, having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer including a periodic structure, mobile particles , moving means for moving the mobile particles to the inside or outside of the void structure of the periodic structure , and a pair of substrates that are colored or have a colored body ; (B) An optical device in which optical elements formed by laminating at least white and black light control layers are arranged in a matrix.
＜９＞ （ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有し、光の波長程度の大きさで屈折率の異なる２つ以上の領域がサブマイクロスケール程度で周期的に並べられた周期構造を持つ周期構造体、移動性粒子、及び該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段を含む調光層と、（ｂ）少なくとも白色及び透明を表す調光層と、（ｃ）黒色層と、を積層してなる光学素子をマトリックス状に配置したことを特徴とする光学装置である。 <9> (a) have a void structure that leads to an external therein, having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer comprising a periodic structure, mobile particles, and a moving means for moving the mobile particles to the inside or outside of the void structure of the periodic structure; and (b) a light control layer representing at least white and transparent (C) An optical device in which optical elements formed by laminating a black layer are arranged in a matrix.
請求項１に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となる、といった効果を奏する。
請求項２に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となる、といった効果を奏する。
請求項３に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、より多くの色を表示可能となる、といった効果を奏する。
請求項４に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、より多くの色を表示可能となる、といった効果を奏する。
請求項５に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、表示色の変化をさせ易くなる、といった効果を奏する。
請求項６に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、安定性に優れた表示を行う、といった効果を奏する。
請求項７に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、さらにコントラストが高い多色表示が可能となる、といった効果を奏する。
請求項８に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、さらにコントラストが高い多色表示が可能となる、といった効果を奏する。
請求項９に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となるといった効果を奏する。
請求項１０に係る発明は、本発明の構成を有していない場合に比較して、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となるといった効果を奏する。
The invention according to claim 1 has an effect that a multi-color display including a white display having a high contrast and a high brightness is possible as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 2 has an effect that multi-color display including white display with high contrast and excellent brightness is possible, compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 3 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 4 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 5 has an effect that the display color can be easily changed as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 6 has an effect that a display having excellent stability is performed as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to claim 7 has an effect that multi-color display with higher contrast is possible as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to
The invention according to claim 9 has an effect that multi-color display including white display with high contrast and excellent brightness is possible as compared with the case where the configuration of the present invention is not provided.
The invention according to
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、実質的に同じ機能を有する部材には、全図面同じ符号を付与し、重複する説明は省略する場合がある。
本発明の第１の光学素子は、（Ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体、移動性粒子、及び該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段を含む調光層（以下、単に「（Ａ）調光層」と称する場合がある。）と、（Ｂ）少なくとも白色及び黒色を表す調光層（以下、単に「（Ｂ）調光層」と称する場合がある。）と、を積層してなることを特徴とする。
また、本発明の第２の光学素子は、（ａ）内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体、移動性粒子、及び該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段を含む調光層（以下、単に「（ａ）調光層」と称する場合がある。）と、（ｂ）少なくとも白色及び透明を表す調光層（以下、単に「（ｂ）調光層」と称する場合がある。）と、（ｃ）黒色層と、を積層してなることを特徴とする。
ここで、本発明の第１の光学素子における（Ａ）調光層と、本発明の第２の光学素子における（ａ）調光層と、は同じ構成を有しており、共に、後述するように、周期構造体及び移動性粒子の関係により、無色・透明状態（波長４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視領域に吸収を示さない状態）を形成したり、多色表示を可能とする層である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has substantially the same function, and the overlapping description may be abbreviate | omitted.
The first optical element of the present invention is (A) a periodic structure having a void structure that communicates with the outside inside, (A) a movable particle, and the movable particles are moved inside or outside the void structure of the periodic structure. A dimming layer including moving means (hereinafter sometimes simply referred to as “(A) dimming layer”), and (B) a dimming layer representing at least white and black (hereinafter simply referred to as “(B) dimming”). It may be referred to as a “layer”).
The second optical element of the present invention includes (a) a periodic structure having a void structure communicating with the outside inside, a mobile particle, and the mobile particle inside or outside the void structure of the periodic structure. A light control layer including a moving means to be moved (hereinafter sometimes simply referred to as “(a) light control layer”); and (b) a light control layer representing at least white and transparent (hereinafter simply referred to as “(b)”. It may be referred to as a “light control layer”) and (c) a black layer.
Here, the (A) light control layer in the first optical element of the present invention and the (a) light control layer in the second optical element of the present invention have the same configuration, and both will be described later. As described above, it is a layer that forms a colorless and transparent state (a state that does not absorb in the visible region of a wavelength of 400 nm to 800 nm) or multicolor display depending on the relationship between the periodic structure and the mobile particles.
まず、図面を参照して、本発明の光学素子の構成について説明する。ここで、図１は、本発明の光学素子の構成例を示す概略断面図である。なお、図１（ａ）は、本発明の第１の光学素子の構成例を示したものであり、図１（ｂ）は、本発明の第２の光学素子の構成例を示したものである。
図１（ａ）に示すように、光学素子１００ａは、（Ａ）調光層１１０と（Ｂ）調光層１２０とが積層され、更に、観察側に、（Ａ）調光層１１０が配された構成を有する。
このように本発明の第１の光学素子は、周期構造体及び移動性粒子の関係により透明状態の形成や多色表示を可能とする（Ａ）調光層と、少なくとも白色表示と黒色表示を可能とする（Ｂ）調光層と、を積層してなる。このため、（Ａ）調光層が表示する色（透明状態も含む）と、（Ｂ）調光層が表示する色と、を適宜組み合わせ、更に、例えば、図１（ａ）に示すように、観察側に配される調光層を決定することで、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となる。
なお、本発明の第１の光学素子は、効果を損なわない範囲において、（Ａ）調光層及び（Ｂ）調光層以外の任意の層を含む構成を有していてもよく、例えば、（Ａ）調光層と（Ｂ）調光層との間に、透明の層を含んでいてもよい。
First, the configuration of the optical element of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration example of the optical element of the present invention. FIG. 1A shows a configuration example of the first optical element of the present invention, and FIG. 1B shows a configuration example of the second optical element of the present invention. is there.
As shown in FIG. 1A, the
As described above, the first optical element of the present invention is capable of forming a transparent state and multicolor display by the relationship between the periodic structure and the movable particles (A) a light control layer, and at least white display and black display. And (B) a light control layer that can be laminated. For this reason, (A) the color (including the transparent state) displayed by the light control layer and (B) the color displayed by the light control layer are appropriately combined, and for example, as shown in FIG. By determining the light control layer disposed on the viewing side, multicolor display including white display with high contrast and excellent brightness is possible.
In addition, the 1st optical element of this invention may have the structure containing arbitrary layers other than (A) light control layer and (B) light control layer in the range which does not impair an effect, for example, A transparent layer may be included between (A) the light control layer and (B) the light control layer.
一方、図１（ｂ）に示すように、光学素子１００ｂは、（ｂ）調光層１３０と（ａ）調光層１１０と（ｃ）黒色基板（黒色層）１４０とがこの順に積層され、更に、観察側に、（ｂ）調光層１３０が配された構成を有する。
このように本発明の第２の表示素子は、周期構造体及び移動性粒子の関係により透明状態の形成や多色表示を可能とする（ａ）調光層と、少なくとも白色表示と透明状態を形成しうる（ｂ）調光層と、（ｃ）黒色層と、を積層してなる。このため、（ａ）調光層が表示する色（透明状態も含む）と、（ｂ）調光層が表示する色と、（ｃ）黒色層の黒色と、を適宜組み合わせ、更に、図１（ｂ）に示すように、観察側に対して（ａ）〜（ｃ）の３つの部材の層構成を決定することで、コントラストが高く、明度に優れた白表示を含む多色表示が可能となる。
なお、本発明の第２の光学素子は、効果を損なわない範囲において、（ａ）調光層、（ｂ）調光層、及び（ｃ）黒色層以外の任意の層を含む構成を有していてもよく、例えば、（ｂ）調光層と（ａ）調光層との間に、透明の層を含んでいてもよい。
以下、本発明の第１の光学素子及び第２の表示素子における表示機構について詳細に説明する。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, the
As described above, the second display element of the present invention is capable of forming a transparent state and multicolor display due to the relationship between the periodic structure and the mobile particles (a) a dimming layer, and at least a white display and a transparent state. It is formed by stacking (b) a light control layer and (c) a black layer that can be formed. For this reason, (a) the color (including the transparent state) displayed by the light control layer, (b) the color displayed by the light control layer, and (c) the black color of the black layer are appropriately combined, and FIG. As shown in (b), by determining the layer structure of the three members (a) to (c) on the observation side, multi-color display including white display with high contrast and excellent brightness is possible. It becomes.
In addition, the 2nd optical element of this invention has the structure containing arbitrary layers other than (a) light control layer, (b) light control layer, and (c) black layer in the range which does not impair an effect. For example, a transparent layer may be included between (b) the light control layer and (a) the light control layer.
Hereinafter, the display mechanism in the first optical element and the second display element of the present invention will be described in detail.
まず、図２（ａ）〜（ｆ）を参照して、図１（ａ）に示される光学素子１００ａにおける表示機構について説明する。
図２（ａ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が透明（無色）であり、（Ｂ）調光層１２０が黒色を呈しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、透明な（Ａ）調光層１１０を透して（Ｂ）調光層１２０の黒色が確認され、黒表示の状態となる。
図２（ｂ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が透明（無色）であり、（Ｂ）調光層１２０が白色と黒色との間の中間色（グレー）を呈しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、透明な（Ａ）調光層１１０を透して（Ｂ）調光層１２０のグレーが確認され、中間色表示の状態となる。なお、このようにグレーを表示する場合には、（Ｂ）調光層１２０として、白色と黒色との間の中間色を呈することが可能なものを用いることが必要である。
図２（ｃ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が透明（無色）であり、（Ｂ）調光層１２０が白色しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、透明な（Ａ）調光層１１０を透して（Ｂ）調光層１２０の白色が確認され、白表示の状態となる。
上記のように、本発明の光学素子は、白色を呈しうる（Ｂ）調光層１２０を用いることで白表示を行うため、明度に優れた状態を形成することができる。
First, the display mechanism in the
In the optical element shown in FIG. 2A, (A) the
In the optical element shown in FIG. 2B, (A) the
In the optical element shown in FIG. 2C, (A) the
As described above, since the optical element of the present invention performs white display by using the (B)
図２（ｄ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が赤色を呈し、（Ｂ）調光層１２０が黒色を呈しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、（Ｂ）調光層１２０よりも観察側に位置する（Ａ）調光層１１０の赤色が確認され、赤表示となる。
図２（ｅ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が緑色を呈し、（Ｂ）調光層１２０が黒色を呈しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、（Ｂ）調光層１２０よりも観察側に位置する（Ａ）調光層１１０の緑色が確認され、緑表示の状態となる。
図２（ｆ）に示される光学素子は、（Ａ）調光層１１０が青色を呈し、（Ｂ）調光層１２０が黒色を呈しているため、これを図１（ａ）に示すように、（Ａ）調光層１１０側から観察すると、（Ｂ）調光層１２０よりも観察側に位置する（Ａ）調光層１１０の青色が確認され、青表示の状態となる。
なお、上記のように、各色を呈する（Ａ）調光層１１０の背面に、黒色を呈する（Ｂ）調光層１２０が存在することで、光学素子のコントラストを高めることができる。
また、図２（ｄ）〜（ｆ）において、観察側に対して（Ａ）調光層１１０の背面に位置する（Ｂ）調光層１２０の呈する色を、図２（ａ）〜（ｃ）のように、白色〜中間色〜黒色の変化を多段階で調整する、即ち、多段階で階調を変化させることで、各色の階調の変化も可能となる。
In the optical element shown in FIG. 2 (d), (A) the
In the optical element shown in FIG. 2 (e), (A) the
In the optical element shown in FIG. 2 (f), (A) the
As described above, the presence of the black (B)
2D to 2F, the colors exhibited by the (B) dimming
続いて、図３（ａ）〜（ｆ）を参照して、図１（ｂ）に示される光学素子１００ｂにおける表示機構について説明する。
図３（ａ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が白色（高い白濁状態）を呈し、（ａ）調光層１１０が透明（無色）であるため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、（ａ）調光層１１０及び（ｃ）黒色基板１４０よりも観察側に位置する（ｂ）調光層１３０の白色が確認され、白表示の状態となる。
図３（ｂ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が図３（ａ）よりも低い白濁状態であり、（ａ）調光層１１０が透明（無色）であるため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、（ｃ）黒色基板（黒色層）１４０の黒色と、（ｂ）調光層１３０の白濁と、が組み合わさり、黒色と白色との中間色（グレー）が確認され、中間色表示の状態となる。なお、このようにグレーを表示する場合には、（ｂ）調光層１３０として、白色と透明との中間的な白濁状態を形成しうるものを用いることが必要である。
図３（ｃ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が透明状態を呈し、（ａ）調光層１１０が透明（無色）であるため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、（ｂ）調光層１３０および（ａ）調光層１１０が透明なため（ｃ）黒色基板（黒色層）１４０の黒色が確認され、黒表示の状態となる。なお、ここで記す（ｂ）調光層１３０の透明状態とは、光散乱性の少ない、光が高い透過率で透過する状態、かつ、無色であることが望ましい。
上記のように、本発明の光学素子は、白色を呈しうる（ｂ）調光層１３０を用いることで白表示を行うため、明度に優れた状態を形成することができる。
Next, the display mechanism in the
In the optical element shown in FIG. 3A, (b) the
In the optical element shown in FIG. 3B, (b) the
The optical element shown in FIG. 3C is shown in FIG. 1B because (b) the
As described above, since the optical element of the present invention performs white display by using the (b)
図３（ｄ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が透明（無色）であり、（ａ）調光層１１０が赤色を呈しているため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、透明な（ｂ）調光層１３０を透して（ａ）調光層１１０の赤色が確認され、赤表示の状態となる。
図２（ｅ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が透明（無色）であり、（ａ）調光層１１０が緑色を呈しているため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、透明な（ｂ）調光層１３０を透して（ａ）調光層１１０の緑色が確認され、緑表示の状態となる。
図２（ｆ）に示される光学素子は、（ｂ）調光層１３０が透明（無色）であり、（ａ）調光層１１０が青色を呈しているため、これを図１（ｂ）に示すように、（ｂ）調光層１３０側から観察すると、透明な（ｂ）調光層１３０を透して（ａ）調光層１１０の青色が確認され、青表示の状態となる。
なお、上記のように、各色を呈する（ａ）調光層１１０の背面に、（ｃ）黒色基板（黒色層）１４０が存在することで、光学素子のコントラストを高めることができる。
また、図３（ｄ）〜（ｆ）において、観察側に対して（ａ）調光層１１０の前面に位置する（ｂ）調光層１３０の呈する色を、白色（白濁度のより高い状態）〜白濁（白濁度のより低い状態）〜透明の変化を多段階で調整する、即ち、多段階で階調を変化させることで、各色の階調の変化も可能となる。
In the optical element shown in FIG. 3D, (b) the
In the optical element shown in FIG. 2 (e), (b) the
In the optical element shown in FIG. 2 (f), (b) the
Note that, as described above, (a) the black substrate (black layer) 140 exists on the back surface of the (a) dimming
3D to 3F, the color exhibited by (b) the
以上のように、本発明の第１の光学素子及び第２の光学素子は、いずれも、コントラストに優れ、明度に優れた（反射率の高い）白表示を含む多色表示が可能である。
ここで、本発明において、「明度に優れた白表示」とは、反射率の高い白表示であることを意味し、具体的には、可視光域の平均反射率で３０％以上であることが好ましく、５０％以上であることがより好ましい。なお、この平均反射率は、例えば、株式会社マツボー製のＩＳＯ白色度計（ＴＢ−１）を用いて測定することができる。
As described above, both the first optical element and the second optical element of the present invention are capable of multicolor display including white display with excellent contrast and lightness (high reflectance).
Here, in the present invention, “white display with excellent brightness” means white display with high reflectivity, and specifically, an average reflectivity of 30% or more in the visible light region. Is more preferable, and 50% or more is more preferable. This average reflectance can be measured using, for example, an ISO whiteness meter (TB-1) manufactured by Matsubo Corporation.
以下、本発明の光学素子を構成する各部材について、詳細に説明する。
まず、図面を参照して、本発明の光学素子を構成する（Ａ）調光層及び（ａ）調光層について説明する。なお、（Ａ）調光層及び（ａ）調光層は構成が同一であるため、（Ａ）及び（ａ）調光層として、以下、総括的に説明する。
（Ａ）及び（ａ）調光層は、内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体、移動性粒子、及び該移動性粒子を前記周期構造体の空隙構造の内部又は外部に移動させる移動手段を含む構成を有し、必要に応じて、他の構成成分を含んでいてもよい。
Hereafter, each member which comprises the optical element of this invention is demonstrated in detail.
First, with reference to the drawings, (A) the light control layer and (a) the light control layer constituting the optical element of the present invention will be described. In addition, since the structure of (A) light control layer and (a) light control layer is the same, it demonstrates below collectively as (A) and (a) light control layer.
(A) and (a) The light control layer includes a periodic structure having a void structure communicating with the outside inside, a movable particle, and a movement for moving the movable particle to the inside or outside of the void structure of the periodic structure. It has a configuration including means, and may include other components as necessary.
図４は、実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層を示す概略構成図である。本実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層は、図４に示すように、スペーサー２２により所定の間隙をもって対向配置された一対の透明基板１０及び背面基板１２を備え、当該透明基板１０及び背面基板１２の間隙内に、一対の第１電極１４及び第２電極１６と、周期構造体１８及び分散媒２０が配置されている。そして、分散媒２０には、移動性粒子として電荷移動性粒子２０Ａが分散されている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing (A) and (a) a light control layer according to the embodiment. As shown in FIG. 4, the light control layer (A) and (a) according to the present embodiment includes a pair of
周期構造体１８は、第１電極１４に接しており、当該第１電極１４と共に背面基板１２表面に配設されている。
一方、分散媒２０は透明基板１０と背面基板１２との間隙に封入され、周期構造体１８と接触すると共に、透明基板１０表面に配設された第２電極１６とも接触する。
The
On the other hand, the
周期構造体１８について具体的に説明する。周期構造体１８は、光の波長程度の大きさで屈折率の異なる２つ以上の領域がサブマイクロスケール程度で周期的に並べられた周期構造を持つものであり、ある条件下において、当該周期構造によって可視光が干渉され、周期構造体特有の「構造色」を呈するものが利用できる。
なお、周期構造体１８はその構造体に由来する構造色が無色、即ち、その構造体が可視域に吸収を有さず、周期構造体１８を構成する素材の色（以下、単に「素材色」と称する場合がある。）を呈する場合、後述する移動性粒子の移動、複合によって平均屈折率が変化することで、構造体が可視域に吸収を有するようになり、所定の構造色を呈するようにしてもよい。
なお、光学素子用に最適化された周期構造体１８は、フォトニック結晶構造体とも呼ばれている。
The
Note that the
Note that the
周期構造体１８を構成する素材は、有色であってもよし、無色であってもよい。つまり。周期構造体１８を構成する素材は、４００ｎｍ〜８００ｎｍの可視波長の範囲に特定の吸収ピークを有するもの（有色）であってもよいし、同可視波長の範囲に吸収を示さない、つまり、透明なもの（無色）であってもよい。
なお、周期構造体１８の構造色が無色の場合、又は、後述する移動性粒子によって平均屈折率が変化し、構造色が無色となった場合に、周期構造体１８における素材色を表示することができる。
例えば、周期構造体１８における素材色が黒色（有色）であると、構造色が無色になった場合、（Ａ）及び（ａ）調光層が黒色を表示できるようになる。
また、周期構造体１８の素材色が透明（無色）であると、構造色が無色になった場合、（Ａ）及び（ａ）調光層が光を透過させることができるようになる。
The material constituting the
In addition, when the structural color of the
For example, when the material color in the
Further, when the material color of the
周期構造体１８は、電荷移動性粒子（移動性粒子）２０Ａが入り込めるように、その内部に外部と通じる空隙構造を有する必要があり、このような空隙構造としては、例えば、多孔質構造体が挙げられる。
The
周期構造体１８として具体的には、コロイド結晶構造体、ミクロドメイン構造体、ラメラ構造体、棒状体を周期的に規則正しく積み上げた、所謂ウッドパイル構造体などのポジ型構造体、これらポジ型構造体を鋳型として用いたネガ型構造体が挙げられる。
ポジ型構造体の場合、単位構造体（例えば、粒子等）が規則的に配列させ、該単位構造体間の間隙を用いて空隙構造（多孔質構造）を形成する。
一方、ネガ型構造体は、ポジ型構造体の単位構造体（例えば、粒子等）間の間隙に被鋳型物質を充填し、その後、当該単位構造体を除去することで、空隙構造（多孔質構造）を形成する。
これらの構造体の空隙構造に電荷移動性粒子（移動性粒子）２０Ａが入り込んだり、出たりすることで、その構造体に由来する構造色を変化させることができる。
Specifically, the
In the case of a positive structure, unit structures (for example, particles) are regularly arranged, and a void structure (porous structure) is formed using gaps between the unit structures.
On the other hand, the negative structure has a void structure (porous structure) by filling a template material into a gap between unit structures (for example, particles) of a positive structure and then removing the unit structure. Structure).
When the charge-moving particles (mobile particles) 20A enter or exit the void structure of these structures, the structural color derived from the structures can be changed.
周期構造体１８は、絶縁性であっても、導電性であってもよいが、例えば、電極を兼ねる場合には少なくとも表面が導電性を有する必要がある。
なお、導電性を有する周期構造体１８を得るには、ポジ型構造体の場合は、単位構造体（例えば、粒子等）の表面を導電性物質で被覆する方法が用いられ、一方、ネガ型構造体（所謂、中空構造体）の場合は、単位構造体（例えば、粒子等）の間隙に導電性物質を充填し、当該単位構造体を除去する方法が適用される。
The
In order to obtain the
ここで、電荷移動性粒子（移動性粒子）２０Ａが周期構造体１８の空隙構造の内部又は外部に移動するためには、移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）は空隙構造に容易に出入り可能である必要がある。このため、空隙構造（これが外部と通じる通路も含む）は所定の大きさ以上である必要がある。
また、周期構造体１８の構造色を呈示するためには、周期構造体１８による反射光の波長が可視光の範囲内であることが必須である。
Here, in order for the charge mobile particles (mobile particles) 20A to move inside or outside the void structure of the
In addition, in order to exhibit the structural color of the
このため、空隙構造を構成する孔の長径（孔が球状である場合にはその直径であり、ウッドパイル構造体の場合は隣接する上下の棒状体間の距離を示す。）は、１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内であることが望ましい。空隙構造を構成する孔の長径が、１０ｎｍ未満又は１０００ｎｍより大きくなると、周期構造体１８による反射光の波長が可視光範囲から大きく外れるため、移動性粒子の作用によって得られる色変化に制限が生じることがある。また、空隙構造を構成する孔間或いは外部との間には通路（穴）が存在する必要があり、その通路（穴）の径はその長径で１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であることが望ましい。この通路（穴）が１ｎｍ以下であると粒子の移動を抑制してしまい、また、１０００ｎｍよりも大きいと多孔質構造体の強度が低下する恐れが生じることがある。
For this reason, the major axis of the hole constituting the void structure (the diameter is the diameter when the hole is spherical, and the distance between adjacent upper and lower rod-shaped bodies in the case of a woodpile structure) is 10 nm or more and 1000 nm. It is desirable to be within the following range. When the major axis of the pores constituting the void structure is less than 10 nm or larger than 1000 nm, the wavelength of the reflected light from the
ここで、空隙構造を構成する孔、空隙構造を構成する孔間或いは外部との間に存在する通路（穴）の大きさは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ、ＶＥ−９８００、キーエンス）で測定した。 Here, the size of the holes constituting the void structure and the passages (holes) existing between the holes constituting the void structure or between the outside were measured with a scanning electron microscope (SEM, VE-9800, Keyence).
周期構造体の１種であるコロイド結晶構造体は、コロイド粒子同士の斥力を利用して充填した非最密充填型構造体、コロイド粒子を密に充填した最密充填型構造体である。コロイド粒子としては、例えば、体積平均粒子径１０ｎｍ〜１０００ｎｍの粒子であり、シリカ粒子、ポリマー粒子（ポリスチレン、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリ（メタ）アクリル酸メチル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルスルフォン、ナイロン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなど）、その他、酸化チタンなどの無機物粒子）等が挙げられる。 A colloidal crystal structure, which is one type of periodic structure, is a non-close-packed structure filled using repulsive force between colloidal particles or a close-packed structure filled with colloidal particles. Examples of the colloidal particles include particles having a volume average particle diameter of 10 nm to 1000 nm, silica particles, polymer particles (polystyrene, polyester, polyimide, polyolefin, poly (meth) methyl acrylate, polyethylene, polypropylene, polyethylene, polyethersulfone). , Nylon, polyurethane, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, etc.) and other inorganic particles such as titanium oxide).
このようなコロイド粒子は、例えば、乳化重合、懸濁重合、二段階鋳型重合、化学的気相反応法、電気炉加熱法、熱プラズマ法、レーザ加熱法、ガス中蒸発法、共沈法、均一沈殿法、化合物沈殿法、金属アルコキシド法、水熱合成法、ゾルゲル法、噴霧法、冷凍凍結法、硝酸塩分解法で作製することができる。
また、コロイド結晶構造体は、コロイド粒子分散液を用いて基板上にコロイド粒子を重力沈降法や塗布乾燥法によって自己組織的に堆積させる方法、或いは電場や磁場の作用によって基板上に堆積させる方法、更には、コロイド粒子の分散液に基板を浸漬、引き上げて、基板上に形成させる方法によって作製することができる。
Such colloidal particles include, for example, emulsion polymerization, suspension polymerization, two-stage template polymerization, chemical gas phase reaction method, electric furnace heating method, thermal plasma method, laser heating method, gas evaporation method, coprecipitation method, It can be prepared by a uniform precipitation method, a compound precipitation method, a metal alkoxide method, a hydrothermal synthesis method, a sol-gel method, a spray method, a freezing freezing method, and a nitrate decomposition method.
The colloidal crystal structure is a method in which colloidal particles are deposited on a substrate using a colloidal particle dispersion by self-organization by gravity sedimentation method or coating drying method, or a method in which the colloidal crystal structure is deposited on a substrate by the action of an electric field or magnetic field. Furthermore, the substrate can be produced by a method of immersing the substrate in a dispersion of colloidal particles, pulling it up and forming it on the substrate.
コロイド結晶構造体は厚さが１００ｎｍ〜５ｍｍ、好ましくは５００ｎｍ〜１ｍｍであることがよい。 The colloidal crystal structure has a thickness of 100 nm to 5 mm, preferably 500 nm to 1 mm.
また、周期構造体の１種であるミクロドメイン構造体は、例えば、異種高分子を化学結合で繋げたブロック共重合体を利用し、当該異種高分子間の反発により、数ナノメートル〜サブマイクロメートルの周期構造を持つものである。
ブロック共重合体としては、例えば、ポリ（スチレン−ｃｏ−イソプレン）ブロック共重合体、ポリ（スチレン−ｃｏ−ブタジエン）ブロック共重合体ポリ（スチレン−ｃｏ−ビニルピリジン）ブロック共重合体、ポリ（スチレン−ｃｏ−エチレンプロピレン）ブロック共重合体などがあり、繰り返し単位が複数になってもかまわない。
In addition, the microdomain structure, which is one type of periodic structure, uses, for example, a block copolymer in which different types of polymers are connected by chemical bonds, and due to repulsion between the different types of polymers, a nanometer to submicrometer structure is obtained. It has a periodic structure of meters.
Examples of the block copolymer include poly (styrene-co-isoprene) block copolymer, poly (styrene-co-butadiene) block copolymer poly (styrene-co-vinylpyridine) block copolymer, poly ( (Styrene-co-ethylenepropylene) block copolymer and the like, and a plurality of repeating units may be used.
このようなミクロドメイン構造体は、例えば、流動温度以上に上昇させたのちに冷却して固化させたり、溶媒に溶解させた後に溶媒を蒸散させて固化させることで作製することができる。 Such a microdomain structure can be produced, for example, by raising the temperature to a temperature higher than the flow temperature and then cooling to solidify, or by dissolving in a solvent and evaporating the solvent to solidify.
ミクロドメイン構造体は、それぞれのドメインの屈折率差が０．１〜１０であって、ドメインの特長距離が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがよい。 In the microdomain structure, the difference in refractive index between the domains is preferably 0.1 to 10, and the feature distance of the domains is preferably 10 nm to 1000 nm.
また、周期構造体の１種であるラメラ構造体は、液晶構造の一つであり、分子膜が層状にスタックし、分子膜間相互の斥力により安定化されているものである。分子膜を構成する材料としては、界面活性剤等がある。 A lamellar structure, which is one type of periodic structure, is one of liquid crystal structures, in which molecular films are stacked in layers and stabilized by repulsive forces between the molecular films. Examples of the material constituting the molecular film include a surfactant.
このようなラメラ構造体は、例えば、界面活性剤を用いた多層二分子膜によるラメラ層間を反応場としてアルコキシシランのゾル−ゲル合成より作製することができる。更にこの手法は界面活性剤が形成するヘキサゴナル相、逆ヘキサゴナル相を反応場に用いても周期構造体を得ることができる。 Such a lamellar structure can be produced, for example, by sol-gel synthesis of alkoxysilane using a lamellar layer formed by a multilayer bimolecular film using a surfactant as a reaction field. Furthermore, this method can also obtain a periodic structure even when a hexagonal phase or a reverse hexagonal phase formed by a surfactant is used in the reaction field.
ラメラ構造体は、それぞれの層の屈折率差が０．１〜１０であって、層間距離が１０ｎｍ〜１０００ｎｍであることがよい。 The lamellar structure preferably has a difference in refractive index of each layer of 0.1 to 10 and an interlayer distance of 10 nm to 1000 nm.
また、蒸着法、スパッタ法、塗布法、引き上げ法など薄膜作製法により異なる屈折率を有する素材を積層することでも周期構造体を得ることができる。 In addition, the periodic structure can be obtained by laminating materials having different refractive indexes by thin film manufacturing methods such as vapor deposition, sputtering, coating, and pulling.
また、周期構造体１８がネガ型構造体である場合、そのネガ型構造体を作製するための被鋳型物質としては、熱硬化樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化樹脂、ポリエステル、ポリイミド、ポリメタクリル酸メチルなどのアクリル樹脂、ポリスチレン及びその誘導体、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルフォン、セルロース誘導体、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリアセタール系樹脂などが挙げられる。
また、導電性の周期構造体１８を得るための導電性物質としては、炭素材料、金属（銅、アルミニウム、銀、金、ニッケル、プラチナなど等）、金属酸化物（酸化スズ、酸化スズ−酸化インジウム（ＩＴＯ）等）、導電性高分子（ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリアセチレン類等）、などが挙げられる。これらの中でも、炭素材料を用いた場合は、その素材色が本来黒色であるため得られた構造色のコントラストが上がる点でよい。
Further, when the
Moreover, as a conductive substance for obtaining the conductive
また、周期構造体１８としてのネガ型構造体（中空構造体）を構成する被鋳型物質（導電性物質を含む）として高分子を適用すると、光学素子にフレキシブル性（可とう性、屈曲性）を付与できる。
Further, when a polymer is applied as a template material (including a conductive material) constituting a negative structure (hollow structure) as the
周期構造体１８のうちポジ型構造体に導電性を付与する場合には、上記コロイド結晶構造体、ミクロドメイン構造体、ラメラ構造体などの表面に、例えば、めっき、電解重合などにより導電性物質を被覆して作製することができる。なお、導電性物質前駆体を被覆した後、焼成などの処理を施し、導電性物質としてもよい。
When imparting conductivity to the positive structure of the
一方、周期構造体１８のうちネガ型構造体（中空構造体）は、上記コロイド結晶構造体、ミクロドメイン構造体、ラメラ構造体などの間隙に、例えば、めっき、電解重合などにより被鋳型物質（導電性物質を含む）を充填し、その後、当該構造体を除去することで作製することができる。なお、被鋳型物質（導電性物質を含む）前駆体を被覆・充填した後、焼成などの処理を施し、被鋳型物質（導電性物質を含む）としてもよい。
On the other hand, the negative structure (hollow structure) of the
具体的には、例えば、図５に示すように、例えば、シリカ粒子からなるコロイド結晶構造体３０を作製し（図５（Ａ））、その後、コロイド結晶構造体３０の表面及び間隙（粒子間隙）に、フルフリルアルコール樹脂などの導電性物資前駆体を被覆・充填し、焼成することで、結果、導電性物資３２として難黒鉛化炭素を充填する（図５（Ｂ））。そして、コロイド結晶構造体３０を、フッ酸などによりエッチングして除去すると、コロイド結晶構造体３０と同じ形状の空隙３４が形成される（図５（Ｃ））。このようにして、導電性物質３２からなるネガ型の周期構造体１８を作製することができる。
Specifically, for example, as shown in FIG. 5, for example, a
また、周期構造体１８は、上記ネガ型構造体（中空構造体）を粉砕した紛体群も適用することができる。ネガ型構造体を粉砕することで、周期構造自体が持つ可視光の干渉がランダム化され、結果、周期構造に由来する構造色の視野角依存性が改善される。ネガ型構造体の粉砕程度は、周期構造に由来する構造色が消えない程度、即ち、周期構造が壊れない程度、且つ粉体間で所定の間隙（多孔質体構造）を持つような程度で行われる。具体的（粉体の大きさの程度を表す特性値）には、例えば、数平均粒径が１００ｎｍ〜５ｍｍ程度となるように粉砕する。
The
ここで、周期構造体１８を細分したり、周期構造体１８の厚さを薄くしたりすることで視野角依存性を改善することができる。
また、周期構造体１８の細分は、例えば、一辺１０μｍ〜５ｍｍ角四方の１画素ごとで行うことができる。
更に、周期構造体１８の厚さは５００ｎｍ〜５ｍｍとすることがよい。
Here, the viewing angle dependency can be improved by subdividing the
Further, the
Furthermore, the thickness of the
次に、移動性粒子としての電荷移動性粒子２０Ａについて説明する。電荷移動性粒子２０Ａは、電界（電圧）の作用により移動可能な粒子である。そして、電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）は、周期構造体１８の空隙構造に入り込むことで平均屈折率を変化させ、構造色を変化させることができるものである。
Next, the
電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）は、分散媒に分散状態では光散乱することなく（言いかえれば、移動性粒子が分散した状態では分散媒が着色せず光透過性を有する大きさ）、周期構造体１８の空隙構造へ入り込める大きさであり、具体的には、その体積平均粒子径が１ｎｍ〜１μｍであることが好ましく、より好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、更に好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍである。なお、図中ではわかり易いように、電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）を表現している
The
ここで、体積平均粒子径の測定方法としては、粒子群にレーザ光を照射し、そこから発せられる回折、散乱光の強度分布パターンから平均粒径を測定する、レーザ回折散乱法を採用する。なお、測定は動的光散乱式粒径分布測定装置（ＬＢ−５５０、（株）堀場製作所）を用い、２５℃で測定を行った。また、金属ナノ粒子の場合は透過型電子顕微鏡（ＨＤ−２３００、（株）日立ハイテクノロジーズ）により測定した。 Here, as a method for measuring the volume average particle diameter, a laser diffraction scattering method is employed in which a particle group is irradiated with laser light and the average particle diameter is measured from the intensity distribution pattern of diffraction and scattered light emitted therefrom. In addition, the measurement was performed at 25 ° C. using a dynamic light scattering type particle size distribution measuring device (LB-550, Horiba, Ltd.). In the case of metal nanoparticles, the measurement was performed with a transmission electron microscope (HD-2300, Hitachi High-Technologies Corporation).
電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）は、表面或いは内部に電荷を有しているものが好ましく、金属粒子（金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、プラチナ、亜鉛、シリコン、ゲルマニウム等）、無機物粒子（シリカ、酸化チタン、酸化亜鉛、チタン酸鉛、硫化亜鉛、鉛白、鉛丹、黄鉛、酸化ジルコニウム、酸化クロム、酸化アルミニウム、酸化銅、チタン酸ストロンチウム、硫化ストロンチウム、ジルコン等）、ポリマー粒子（ポリスチレン、アクリル樹脂、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、フッ素系樹脂、シリコーン系樹脂等）、天然粒子（たんぱく質等）があり、好ましい特性を得るために表面に帯電性官能基を修飾してもかまわない。また、界面活性剤を添加し電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）表面への界面活性剤の吸着によるものでもかまわない。このとき電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）表面に修飾させる官能基としてはアミノ基、アンモニウム基、ハロゲン基、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、チオール基などが挙げられる。また、上記の素材の組み合わせでコア−シェル構造を形成させてもかまわない。
The
電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）の濃度（質量比）は、周期構造体１８の空隙構造の体積によって変わるが、分散媒２０に対して０．０１質量％〜７０質量％が好ましく、より好ましくは０．０５質量％〜５０質量％であり、より好ましくは、０．１質量％〜２０質量％である。電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子も含む）の濃度が小さすぎると、周期構造体１８の構造色変化に寄与しにくくなることがあり、多すぎると周期構造体１８の空隙構造に入り込めなくなる粒子が出てくる。
The concentration (mass ratio) of the
電荷移動性粒子２０Ａとして、具体的には、金属系ナノ粒子が好適に挙げられる。金属系ナノ粒子としては、金、銀、酸化チタン、シリカ、及び酸化亜鉛から選択される少なくとも１種の粒子であることが好ましい。
上記のような金属系ナノ粒子の中でも、屈折率が非常に高く、（Ａ）及び（ａ）調光層の色を変化させ易い観点から、酸化チタン、酸化亜鉛が好ましい。
また、金属系ナノ粒子の中でも、屈折率が非常に低く、安定性に優れるという点から、金、銀が好ましい。
Specific examples of the
Among the metal-based nanoparticles as described above, titanium oxide and zinc oxide are preferable from the viewpoint of having a very high refractive index and easily changing the color of the (A) and (a) light control layers.
Among metal-based nanoparticles, gold and silver are preferable because they have a very low refractive index and excellent stability.
なお、本実施形態では、移動性粒子として電荷移動性粒子２０Ａを用いた形態を説明しているが、移動性粒子としては、その他、磁気移動性粒子が挙げられる。
磁気移動性粒子は、磁気の作用（磁気泳動法）により移動する粒子であり、マグネタイト、マグヘマイト、フェライト等の酸化鉄、及び他の金属酸化物を含む酸化鉄；Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉのような金属或いはこれらの金属とＡｌ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ｂｅ、Ｂｉ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｅ、Ｔｉ、Ｗ、Ｖのような金属との合金；及びこれらの混合物等が挙げられる。具体的には、四三酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）、三二酸化鉄（γ−Ｆｅ２Ｏ３）、酸化鉄亜鉛（ＺｎＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄イットリウム（Ｙ３Ｆｅ５Ｏ１２）、酸化鉄カドミニウム（ＣｄＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄ガドリニウム（Ｇｄ３Ｆｅ５Ｏ１２）、酸化鉄銅（ＣｕＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄鉛（ＰｂＦｅ１２Ｏ１９）、酸化鉄ニッケル（ＮｉＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄ネオジム（ＮｄＦｅ２Ｏ３）、酸化鉄バリウム（ＢａＦｅ１２Ｏ１９）、酸化鉄マグネシウム（ＭｇＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄マンガン（ＭｎＦｅ２Ｏ４）、酸化鉄ランタン（ＬａＦｅＯ３）、鉄粉（Ｆｅ）、コバルト粉（Ｃｏ）、ニッケル粉（Ｎｉ）等が挙げられる。本発明では磁性材料として、少なくとも磁性鉄を含有し、他に必要に応じて上述した磁性材料を一種又は二種以上任意に選択して使用することが可能である。
In the present embodiment, the form using the
Magnetically mobile particles are particles that move by the action of magnetism (magnetophoresis), and include iron oxides such as magnetite, maghemite, ferrite, and other metal oxides; such as Fe, Co, and Ni. Metals or alloys of these metals with metals such as Al, Co, Cu, Pb, Mg, Ni, Sn, Zn, Sb, Be, Bi, Cd, Ca, Mn, Se, Ti, W, V; and These mixtures etc. are mentioned. Specifically, iron tetroxide (Fe 3 O 4 ), iron sesquioxide (γ-Fe 2 O 3 ), zinc iron oxide (ZnFe 2 O 4 ), iron yttrium oxide (Y 3 Fe 5 O 12 ), Iron cadmium oxide (CdFe 2 O 4 ), iron gadolinium oxide (Gd 3 Fe 5 O 12 ), copper iron oxide (CuFe 2 O 4 ), lead iron oxide (PbFe 12 O 19 ), nickel iron oxide (NiFe 2 O 4) ), Iron neodymium (NdFe 2 O 3 ), iron barium oxide (BaFe 12 O 19 ), iron magnesium oxide (MgFe 2 O 4 ), iron manganese oxide (MnFe 2 O 4 ), iron lanthanum oxide (LaFeO 3 ), Examples thereof include iron powder (Fe), cobalt powder (Co), and nickel powder (Ni). In the present invention, at least magnetic iron is contained as a magnetic material, and one or more of the above magnetic materials can be arbitrarily selected and used as necessary.
磁気移動性粒子は、分散性等の好ましい特性を得るために表面に官能基を修飾してもかまわない。また、界面活性剤を添加し表面への界面活性剤の吸着によるものでもかまわない。なお、この時、表面に修飾させる官能基としては、アミノ基、アンモニウム基、ハロゲン基、水酸基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、アミド基、チオール基などが挙げられる。また、他の素材でコア−シェル構造を形成させてもかまわない。 The magnetic mobility particles may be modified with functional groups on the surface in order to obtain desirable characteristics such as dispersibility. Alternatively, a surfactant may be added and the surfactant may be adsorbed on the surface. At this time, examples of functional groups to be modified on the surface include amino groups, ammonium groups, halogen groups, hydroxyl groups, carboxyl groups, sulfonic acid groups, phosphoric acid groups, amide groups, and thiol groups. Moreover, you may form a core-shell structure with another raw material.
また、移動性粒子として磁気移動性粒子を適用する場合、移動手段としては磁気発生手段（例えば、電磁石、フェライト磁石、ネオジウム磁石、サマコバ磁石、アルニコ磁石、ラバー磁石、キャップ磁石等）が適用される。 In addition, when magnetically mobile particles are applied as mobile particles, magnetism generating means (for example, electromagnet, ferrite magnet, neodymium magnet, sumakoba magnet, alnico magnet, rubber magnet, cap magnet, etc.) is applied as the moving means. .
次に、分散媒２０について説明する。分散媒２０は、電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）を分散させるための媒体である。分散媒２０としては、水、有機溶媒（例えば、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコールなどのアルコール類；アセトンやメチルエチルケトンなどのケトン類；エーテル類；エステル類；等の他、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホオキシド、アセトニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、テトラヒドロフラン、ピロリドン誘導体、）、油類（例えば、脂肪族、は芳香族系有機溶媒、シリコーンオイル）、イオン液体（例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−エチル−３−メチルイミダゾリウム、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、ヘキサフルオロリン酸−１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、−１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、−１−ブチル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−オクチル−３−メチルイミダゾリウム、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−オクチル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−デシル−３−メチルイミダゾリウム、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−デシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイド、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムクロライド、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウム、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−ドデシル−３−メチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、ヘキサフルオロリン酸−１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムテトラフルオロボレート、−１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、−１−ブチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ヘキシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−エチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−オクチル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−デシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイド、１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムクロライド、１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウム、１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムブロマイドテトラフルオロボレート、１−ドデシル−２，３−ジメチルイミダゾリウムトリフルオロメタンスルホネート、１−エチルピリジニウムブロマイド、１−エチルピリジニウムクロライド、１−エチルピリジニウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−エチルピリジニウム、１−エチルピリジニウムテトラフルオロボレート、１−エチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ブチルピリジニウムブロマイド、１−ブチルピリジニウムクロライド、１−ブチルピリジニウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ブチルピリジニウム、１−ブチルピリジニウムテトラフルオロボレート、１−ブチルピリジニウムトリフルオロメタンスルホネート、１−ヘキシルピリジニウムブロマイド、１−ヘキシルピリジニウムクロライド、１−ヘキシルピリジニウムラクテート、ヘキサフルオロリン酸−１−ヘキシルピリジニウム、１−ヘキシルピリジニウムテトラフルオロボレート、１−ヘキシルピリジニウムトリフルオロメタンスルホネート）が挙げられる。
特に、分散媒２０の溶媒としてイオン液体を適用することがよい。イオン液体は他の溶媒に比べ特に揮発性が低いので、素子の長期安定化が図れる。
Next, the
In particular, an ionic liquid is preferably used as the solvent of the
次に、電極について説明する。移動手段（電界付与手段）としての第１電極１４及び第２電極１６の構成材料としては、炭素材料、金属（銅、アルミニウム、銀、金、ニッケル、プラチナなど等）、金属酸化物（酸化スズ、酸化スズ−酸化インジウム（ＩＴＯ）等）、導電性高分子（ポリピロール類、ポリチオフェン類、ポリアニリン類、ポリフェニレンビニレン類、ポリアセン類、ポリアセチレン類等）、導電性高分子と前述の金属や金属酸化物の粒子との複合材料からなる電極などが好ましく用いられる。
Next, the electrode will be described. Constituent materials of the
なお、移動手段（電界付与手段）としては、電極に限られず、導電性材料で構成されていればよく、例えば、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、銀、カドニウム、インジウムなどの金属、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ポリメチルチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレンなどの導電性高分子、高分子マトリックスに金属粒子或いは炭素粒子などを混練して導電性を持たせた樹脂、炭素材料などが挙げられる。 The moving means (electric field applying means) is not limited to an electrode, and may be made of a conductive material. For example, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, Conductive polymer such as germanium, silver, cadmium, indium, etc., conductive polymer such as polyacetylene, polyparaphenylene, polymethylthiophene, polypyrrole, polyaniline, polyphenylene vinylene, etc. Resin, carbon material and the like.
透明基板１０及び背面基板１２の構成材料としては、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリ（メタ）アクリル酸メチル等のアクリル樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエーテルスルフォン、ナイロン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のフイルムや板状基板、ガラス基板、金属、金属フイルム、セラミックス等が使用可能である。特に、透明基板１０及び背面基板１２として屈曲性のあるフイルム基板を用いた場合はフレキシブル性（可とう性、屈曲性）を有する素子となる。
Constituent materials of the
また、背面基板１２は、有色であってもよし、有色体を有していてもよい（例えば、着色フィルムを基板面に貼り付ける）。例えば、周期構造体１８の素材色が透明（無色）であると、構造色が可視領域外れたときには周期構造体１８が光を透過させるため、背面基板１２の色又は有色体の色を表示することができる。これにより、例えば、背面基板１２を黒色、又は有色体を黒色とすると、周期構造体１８の構造色の変化のみでは表現しにくい、黒色を表示することができるようになる。なお、本実施形態の場合、有色体は電極１４を兼ねることもできる。
The
スペーサー２２としては、例えば、樹脂、金属酸化物、ガラスなどで構成することができる。また、スペーサー２２は、特に制限はないが、基板間の間隙が、電気絶縁性液体と、周期構造体１８及び分散媒２０の配置領域が確保するために十分に均一な間隙が確保されるように配置する。
The
スペーサー２２の形状は安定して間隙を維持できるものであれば特に限定されないが、例えば、球、立方体、柱状のものなどの独立した形状のものが好ましく用いられる。
The shape of the
なお、各構成要素は、電界を付与する電圧においても、分解しない材料や不活性な材料で構成することがよい。 Each component is preferably made of a material that does not decompose or an inert material even at a voltage that applies an electric field.
このような構成の本実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層では、電界付与手段としての一対の第１電極１４及び第２電極１６に電圧を印加することで、周期構造体１８へ電界を付与する。この電界により、周期構造体１８の空隙構造１８Ａに電荷移動性粒子２０Ａが入り込む（図６（ａ）参照）。そして、この入り込んだ電荷移動性粒子２０Ａにより平均屈折率が変化し、周期構造体１８に由来する構造色から色が変化する。
In the (A) and (a) dimming layers according to the present embodiment having such a configuration, the
一方、上記電圧とは逆の電圧を一対の第１電極１４及び第２電極１６に印加すると、上記電界とは逆の電界が周期構造体１８に付与される。この逆の電界により、周期構造体１８の空隙構造１８Ａから電荷移動性粒子２０Ａが出て行く（図６（ｂ）参照）。周期構造体１８の空隙構造１８Ａから電荷移動性粒子２０Ａが無くなることで、平均屈折率が変化し、周期構造体に由来する構造色へ色が変化する。
On the other hand, when a voltage opposite to the voltage is applied to the pair of
このように、電荷移動性粒子２０Ａにより平均屈折率を変化させることで、色を変化させることができるが、この電荷移動性粒子２０Ａの存在率によっても平均屈折率変化量が異なるため、当該存在率によって調色することができる。この存在率の調整は、付与する電界強度（印加電圧、電流量）や時間により適宜行うことができる。
As described above, the color can be changed by changing the average refractive index by the
なお、電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）の存在率とは、周期構造体１８の空隙構造の単位体積当りに、当該空隙構造に電荷移動性粒子２０Ａが存在する割合（空隙構造単位体積当りに存在する粒子体積）である。
The abundance ratio of the
また、電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）を周期構造体１８の空隙構造の内部で偏在さるように入り込ませることで、多色表示を行うこともできる。例えば、図７に示すように、層状の周期構造体１８の下部（背面基板側の部分）の空隙構造にのみ電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）を入り込ませるようにして、周期構造体１８の厚み方向で偏在させることで、電荷移動性粒子２０Ａが入り込んだ領域Ａのみ構造色を変化させ、電荷移動性粒子２０Ａが入り込まない領域Ｂは周期構造体１８に由来する構造色を呈するようにして、当該領域Ａでの変化した構造色と当該領域Ｂでの周期構造体１８に由来する構造色との混色が表示され、表示色の幅が広がる。このように、層状の周期構造体１８の下部（背面基板側の部分）の空隙構造にのみ電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）を入り込ませるようにするには、例えば、周期構造体１８の厚みを大きくしたり、周期構造体１８の空隙構造の総体積よりも、分散媒２０に分散させる電荷移動性粒子２０Ａの総量を少なくする（例えば、約半分）ことで実施することができる。
Further, multi-color display can be performed by allowing the charge-moving
ここで、周期構造体１８が構造色を呈するメカニズム、及び周期構造体の空隙構造に電荷移動性粒子２０Ａ（移動性粒子）が入り込むことによる調色のメカニズムを、コロイド結晶構造体を例にして説明する。
Here, the mechanism of the
まず、図８に示すように、コロイド結晶構造体による可視光の干渉のメカニズムはＸ線回折による結晶構造解析に用いられるブラッグの法則（下記式（１））を適用することができる。 First, as shown in FIG. 8, Bragg's law (formula (1) below) used for crystal structure analysis by X-ray diffraction can be applied to the mechanism of interference of visible light by a colloidal crystal structure.
式（１）中、ｍは定数、λは光の波長、ｌは格子定数、θは入射角である。ここではしかしＸ線回折による手法コロイド結晶構造体の干渉は波長と対象物のスケールの比率が大きく異なるためそのままは用いることはできない。つまり、コロイド結晶構造体は可視光の波長と同程度であるので屈折率の影響を考慮しなければならない。 In equation (1), m is a constant, λ is the wavelength of light, l is a lattice constant, and θ is an incident angle. Here, however, the interference of the colloidal crystal structure by X-ray diffraction cannot be used as it is because the ratio of the wavelength and the scale of the object is greatly different. That is, since the colloidal crystal structure has the same wavelength as that of visible light, the influence of the refractive index must be considered.
そこで、図９に示すように、αの角度で進入した光の波長（λａｉｒ）とコロイド結晶構造体によりθの角度に屈折した光の波長（λｃｒｙ）との関係は、ｎａｉｒ、ｎｃｒｙをそれぞれ空気及びコロイド結晶構造体の屈折率としたとき、下記式（２）で表される（スネルの法則）。 Therefore, as shown in FIG. 9, the relationship between the wavelength of light entering at an angle (λ air ) and the wavelength of light refracted at an angle of θ by the colloidal crystal structure (λ cry ) is expressed as n air , n When cry is the refractive index of air and the colloidal crystal structure, respectively, it is expressed by the following formula (2) (Snell's law).
更に、図１０に示すように、コロイド結晶構造体はエネルギー的に最も安定な面心立方結晶の（１１１）面を表層にしていることから（図１０中ＡＣＦ面、ｈｆｄａ面）、コロイド粒子の粒径（体積平均粒径）をＤで表すと格子定数は下記式（２’）となり、式（１）、式（２）をまとめることで、下記式（３）を得る。 Furthermore, as shown in FIG. 10, the colloidal crystal structure has the (111) plane of the most stable face-centered cubic crystal as the surface layer (the ACF plane and the hfda plane in FIG. 10). When the particle diameter (volume average particle diameter) is represented by D, the lattice constant becomes the following expression (2 ′), and the following expression (3) is obtained by combining the expressions (1) and (2).
ここで、式（３）ｎａｉｒ、ｎｃｒｙはそれぞれ空気、コロイド粒子の屈折率、φａｉｒ、φｃｏｌｌｏｉｄはそれぞれ空気、コロイド粒子の体積分率である。このλが可視光領域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）に収まったとき構造色として認識できることになる。 Here, an equation (3) n air, n cry each air, the refractive index of the colloidal particles, phi air, phi colloid respectively air, the volume fraction of colloidal particles. When λ falls within the visible light region (400 nm to 800 nm), it can be recognized as a structural color.
このようなコロイド結晶構造体にナノオーダーの構造を制御し、光の波長程度の周期構造を創り込むことで構造色を操ることができる。そして、最密充填型コロイド結晶構造体から得られる反射波長は式（３）に移動性粒子の屈折率を加え、下記式（４）で表される。 By controlling the nano-order structure in such a colloidal crystal structure and creating a periodic structure of the order of the wavelength of light, the structural color can be manipulated. The reflection wavelength obtained from the close-packed colloidal crystal structure is represented by the following formula (4) by adding the refractive index of the mobile particles to the formula (3).
式（４）中、ｎｓｏｌｕｔｉｏｎ、ｎＰＣ、ｎｐａｒｔｉｃｌｅはそれぞれ分散媒、コロイド結晶構造体及び移動性粒子の屈折率、φｐａｒｔｉｃｌｅは移動性粒子の体積分率である。また、φｃｒｙ＝φｃｏｌｌｏｉｄである。ここで、コロイド結晶構造体の視野角を無視した場合（例えば、上記手法で視野角依存性を改善すると視野角を無視することができる）、式（４）は下記式（５）と書き直すことができる。 In formula (4), n solution , n PC , and n particle are the refractive index of the dispersion medium, colloidal crystal structure, and mobile particle, respectively, and φ particle is the volume fraction of the mobile particle. Also, φ cry = φ colloid . Here, when the viewing angle of the colloidal crystal structure is ignored (for example, if the viewing angle dependency is improved by the above method, the viewing angle can be ignored), the formula (4) can be rewritten as the following formula (5). Can do.
つまり、式（５）から、移動性粒子によりコロイド結晶構造体の構造色が変化することが示される。また、移動性粒子の量（存在率）によって調色されることも示される。 That is, the formula (5) shows that the structural color of the colloidal crystal structure is changed by the mobile particles. It is also shown that the color is adjusted by the amount (abundance) of the mobile particles.
このように、本実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層は、多色表示が可能となると共に、メモリ性を有する表示が可能となる。また、多色表示の際、（Ａ）及び（ａ）調光層を構成する成分の大きさの変化は伴わないので、１画素ごとの表示が簡易に行える。また、カラーフィルターのような第３手段を必要とすることもない。 As described above, the light control layers (A) and (a) according to the present embodiment enable multicolor display and display with memory properties. Further, in the case of multicolor display, the size of the components constituting the light control layers (A) and (a) is not changed, so that display for each pixel can be easily performed. Further, the third means such as a color filter is not required.
なお、本実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層では、電界付与手段としての第１電極１４及び第２電極１６を、周期構造体１８及び分散媒２０に接触配置させた形態を説明したが、第１電極１４及び第２電極１６は周期構造体１８に電界を付与できれば、非接触配置してもよく、例えば、図１１に示すように、第１電極１４及び第２電極１６を透明基板１０及び背面基板１２の外面（非対向面）に配置した形態であってもよい。
In the light control layer (A) and (a) according to the present embodiment, the
また、本実施形態に係る（Ａ）及び（ａ）調光層では、電界付与手段としての第１電極１４を別途設けた形態を説明したが、図１２に示すように、第１電極１４を周期構造体１８が兼ねることもできる。これにより、省スペース化が図れる。
Further, in the (A) and (a) dimming layers according to the present embodiment, the
次に、本発明における（Ｂ）調光層及び（ｂ）調光層について説明する。
本発明における（Ｂ）調光層は、少なくとも白色及び黒色を表すことを必須とし、好ましくは、更に、白色と黒色との中間色（グレー）を階調可能に表せるものであることが好ましい。
このような（Ｂ）調光層としては、白色度やコントラストに優れることから、トナーディスプレイ、電気泳動ディスプレイ、ゲスト−ホスト型液晶ディスプレイなどの液晶ディスプレイが好ましい。
Next, the (B) light control layer and (b) light control layer in this invention are demonstrated.
The (B) light control layer in the present invention is required to represent at least white and black, and preferably it is capable of expressing an intermediate color (gray) between white and black so as to enable gradation.
Such a light control layer (B) is preferably a liquid crystal display such as a toner display, an electrophoretic display, or a guest-host liquid crystal display because of its excellent whiteness and contrast.
一方、本発明における（ｂ）調光層は、少なくとも白色及び透明を表すことを必須とし、好ましくは、更に、白色と透明との中間的な白濁状態を階調可能に表せるものであることが好ましい。
このような（ｂ）調光層としては、白色度やコントラストに優れることから、高分子分散液晶ディスプレイなどの液晶ディスプレイや粒子水平移動型トナーディスプレイ、同様に粒子水平移動型のＩｎ−Ｐｌａｎ型電気泳動ディスプレイが好ましい。
On the other hand, it is essential that the light control layer (b) in the present invention represents at least white and transparent, and more preferably, an intermediate white turbid state between white and transparent can be expressed in gradation. preferable.
Such a light control layer (b) is excellent in whiteness and contrast. Therefore, the liquid crystal display such as a polymer dispersed liquid crystal display, a particle horizontal movement type toner display, and a particle horizontal movement type In-Plan type An electrophoretic display is preferred.
本発明において、（Ｂ）調光層や（ｂ）調光層として用いられるものとして、具体的には以下のものが挙げられる。
例えば、白と黒の帯電粒子の移動によるトナーディスプレイ（粉体移動ディスプレイ）が挙げられ、その構成等は、例えば、フラットパネル・ディスプレイ２００６ 応用技術編，ｐ２１４（２００６年）（日経ＢＰ社）等に記載されている。また、白と黒の帯電粒子を液体に分散したもので粒子の移動によって表示を行う電気泳動ディスプレイも用いられ、その構成等は、電子材料、４月号 ｐ３３（２００３年）や、Ｎａｔｕｒｅ，ｐ．２５３，Ｖｏｌ．３９４（１９９８）等に記載されている。
更に、低分子液晶を高分子マトリックスにドロップレット状に分散した高分子分散液晶ディスプレイや、液晶に二色性色素を添加したゲスト−ホスト型液晶ディスプレイなども、好適に用いられる。これらの構成等は、機能材料、第１６巻、ｐ．２２（１９９５）や、応用物理、第６７巻、ｐ．１１５５（１９９８）等に記載されている。
なお、（ｂ）調光層に適用するトナーディスプレイや電気泳動ディスプレイは、黒色の粒子を使用せず、白色粒子のみを使用し、その白色粒子を移動させることにより、白色（白濁）、及び透明の状態を形成することができる。
In the present invention, specific examples of those used as the (B) light control layer and (b) light control layer include the following.
For example, there is a toner display (powder moving display) by moving white and black charged particles, and the configuration thereof is, for example, Flat Panel Display 2006 Applied Technology, p214 (2006) (Nikkei Business Publications), etc. It is described in. In addition, an electrophoretic display in which white and black charged particles are dispersed in a liquid and displayed by moving the particles is also used. The configuration and the like are electronic materials, April issue p33 (2003), Nature, p. . 253, Vol. 394 (1998).
Furthermore, a polymer-dispersed liquid crystal display in which a low-molecular liquid crystal is dispersed in a droplet form in a polymer matrix, a guest-host liquid crystal display in which a dichroic dye is added to the liquid crystal, and the like are also preferably used. These structures are described in Functional Materials, Vol. 16, p. 22 (1995), Applied Physics, Vol. 67, p. 1155 (1998).
Note that (b) the toner display or electrophoretic display applied to the light control layer does not use black particles, uses only white particles, and moves the white particles to make white (cloudy) and transparent. Can be formed.
これらのディスプレイ（調光層）の基本構造は、電極（層）を備えた２枚の基板間に、上記した材料層を形成したものであり、必要に応じて、前述の（Ａ）及び（ａ）調光層と同様の構成部材を持っていてもよい。
このような構成の（Ｂ）調光層は、電極間に印加する電圧を調整、選択することで、白表示及び黒表示を可能とすると共に、白と黒との中間色の表示とその階調も可能となる。
また、このような構成の（ｂ）調光層は、電極間に印加する電圧や波形を適宜に調整、選択することで、白表示及び透明状態の形成を可能とすると共に、白濁状態の形成とその階調も可能となる。
The basic structure of these displays (light control layers) is such that the above-mentioned material layer is formed between two substrates provided with electrodes (layers). a) You may have the same structural member as a light control layer.
The (B) light control layer having such a configuration enables white display and black display by adjusting and selecting the voltage applied between the electrodes, and also displays the intermediate color between white and black and its gradation. Is also possible.
In addition, the (b) light control layer having such a configuration enables the formation of a white display and a transparent state as well as the formation of a cloudy state by appropriately adjusting and selecting the voltage and waveform applied between the electrodes. And the gradation is also possible.
本発明において、（Ｂ）調光層や（ｂ）調光層は、より高いコントラスト比を示すように設計されていることが望ましい。具体的には、白色時の反射率が高く、また、白色時と黒色時或いは透明状態時の各反射率（透過率）の比が大きいものが望ましい。 In the present invention, it is desirable that (B) the light control layer and (b) the light control layer are designed so as to exhibit a higher contrast ratio. Specifically, it is desirable that the reflectance in white is high and that the ratio of each reflectance (transmittance) in white and black or transparent state is large.
本発明の第２の光学素子は、その構成部材として（ｃ）黒色層を有する。（ｃ）黒色層は、黒色に着色された基板（黒色基板）であってもよく、黒色に着色された層、又は、黒色に着色された層が基板上に設けられたものであっても構わない。（ｃ）黒色層が、基板上に黒色に着色された層が設けられたものである場合、樹脂に黒色顔料や染料を添加した層形成用材料を基板上に塗布することで形成してもよいし、着色された樹脂フイルムや金属フイルム等を基板上に貼付したものであってもよい。なお、黒色に着色された層は、一般的に、基板上に、１μｍ〜１００μｍの厚みで形成されることが好ましい。
この（ｃ）黒色層は、前述のように、黒表示に用いられ、また、高い各色のコントラストを高めることができる。
The second optical element of the present invention has (c) a black layer as its constituent member. (C) The black layer may be a substrate colored black (black substrate), or a layer colored black or a layer colored black may be provided on the substrate. I do not care. (C) When the black layer is provided with a black colored layer on the substrate, it may be formed by applying a layer forming material obtained by adding a black pigment or dye to the resin on the substrate. Alternatively, a colored resin film, a metal film, or the like may be pasted on the substrate. In general, the black colored layer is preferably formed on the substrate with a thickness of 1 μm to 100 μm.
This (c) black layer is used for black display as described above, and can enhance the contrast of each high color.
その他、本発明の光学素子には、上記した構成要素の他にも、表面保護層、カラーフィルター層、ＵＶ吸収層、反射防止層、配線、電気回路、ＴＦＴ等のスイッチング素子、ＩＣ、ＬＳＩ、電源等の要素を備えていてもかまわない。 In addition to the above-described components, the optical element of the present invention includes a surface protection layer, a color filter layer, a UV absorption layer, an antireflection layer, wiring, an electric circuit, a switching element such as a TFT, IC, LSI, It does not matter if it has elements such as a power supply.
本発明の第１の光学素子は、（Ａ）調光層と（Ｂ）調光層とを接着剤によって貼り合わせることで得ることができる。
本発明の第２の光学素子は、（ｂ）調光層、（ａ）調光層、及び（ｃ）黒色層をこの順に貼り合わせることで得ることができる。
ここで用いられる接着剤としては、熱硬化型、放射線硬化型等のものが使用できる。また、表示に影響を与えないために、接着剤は透明性の高いものが好ましく使用される。
The 1st optical element of this invention can be obtained by bonding (A) light control layer and (B) light control layer with an adhesive agent.
The second optical element of the present invention can be obtained by laminating (b) a light control layer, (a) a light control layer, and (c) a black layer in this order.
As the adhesive used here, a thermosetting type, a radiation curable type or the like can be used. In order not to affect the display, an adhesive having high transparency is preferably used.
また、本実施形態に係る光学素子は、最小単位（１画素単位）の構成について説明したが、例えば、当該１画素単位（光学素子）をマトリクス状に配置した表示装置などの光学装置（本発明の光学装置）に適用される。無論、電極対をマトリクス状に配置してもよい。
また、表示装置などの光学装置の駆動装置及び駆動方法としては、従来公知のものを用いることができる。
Further, the configuration of the optical element according to the present embodiment has been described with respect to the minimum unit (one pixel unit), but for example, an optical device such as a display device in which the one pixel unit (optical element) is arranged in a matrix (the present invention). To the optical device). Of course, the electrode pairs may be arranged in a matrix.
As a driving device and driving method for an optical device such as a display device, conventionally known ones can be used.
以下、本発明を、実施例を挙げて更に具体的に説明する。ただし、これら各実施例は、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, these examples do not limit the present invention.
（実施例１）
以下のようにして、図１（ａ）に示される構成を有する光学素子（本発明の第１の光学素子）を作製した。
まず、体積平均一次粒径が２６０ｎｍの単分散ポリスチレン粒子（商品名：エスタポールＥＳ、メルク）を所定量含むエタノール懸濁液に、平滑なＩＴＯ電極付ガラス基板（３ｃｍ×５ｃｍ、厚み２ｍｍ）を部分マスキング（基板面の露出部分は２ｃｍ×２ｃｍ）したものを浸漬し、ディップコート法を用いて基板上（ＩＴＯ電極上）にポリスチレン粒子が約２０層で規則正しく積層された最密充填型コロイド結晶を２ｃｍ×２ｃｍの面積で形成した。なお、ここでは基板の引き上げ速度を０．５μｍ／ｓとし、最密充填型コロイド結晶を厚さ５μｍで作製した。得られた最密充填型周期構造体は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察により表層を（１，１，１）面とした面心立方格子を形成していることが確認できたが、空気中では無色（透明）であった。
次に、このコロイド結晶構造体を鋳型として、当該構造体の粒子間隙に紫外線硬化型樹脂前駆体（東亞合成製：アロニックスＵＶ）を滴下して含浸させ、その後、紫外線を照射して硬化させた（硬化樹脂の屈折率は約１．５）。硬化後、表面を研磨してポリスチレン粒子を露出させ、その後、有機溶媒（トルエン、和光純薬社製）を用いたエッチング処理によってポリスチレン粒子を溶出させてポリスチレン粒子を鋳型として形成された空隙構造を有する多孔質構造体（周期構造体）を得た。得られた周期構造体（多孔質構造体）は厚みが５μｍであり（空気中では）無色であった。
Example 1
An optical element having the configuration shown in FIG. 1 (a) (first optical element of the present invention) was produced as follows.
First, a smooth glass substrate with an ITO electrode (3 cm × 5 cm, thickness 2 mm) is added to an ethanol suspension containing a predetermined amount of monodispersed polystyrene particles (trade name: Estapol ES, Merck) having a volume average primary particle size of 260 nm. Close-packed colloidal crystal in which about 20 layers of polystyrene particles are regularly layered on a substrate (on an ITO electrode) using a dip coating method by immersing a part masked (exposed part of the substrate surface is 2 cm x 2 cm) Was formed in an area of 2 cm × 2 cm. Here, the substrate pulling rate was 0.5 μm / s, and a close-packed colloidal crystal was produced with a thickness of 5 μm. It was confirmed that the obtained close-packed periodic structure had a face-centered cubic lattice with (1,1,1) surface as the surface layer by scanning electron microscope (SEM) observation. It was colorless (transparent).
Next, using this colloidal crystal structure as a template, an ultraviolet curable resin precursor (manufactured by Toagosei Co., Ltd .: Aronix UV) was dropped and impregnated into the interstices of the structure, and then cured by irradiation with ultraviolet rays. (The refractive index of the cured resin is about 1.5). After curing, the surface is polished to expose the polystyrene particles, and then the polystyrene particles are eluted by etching using an organic solvent (toluene, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) to form a void structure formed using the polystyrene particles as a template. A porous structure (periodic structure) was obtained. The obtained periodic structure (porous structure) had a thickness of 5 μm (in air) and was colorless.
得られた周期構造体（多孔質構造体）をＳＥＭにより観察したところ、ポリスチレン粒子からなる周期構造体をほぼ反転させた構造の多孔質構造体（本発明の周期構造体に相当）であることが確認された。また、その空隙の径は２５０ｎｍであった。更に、各孔は互いに繋がっており、孔による連続相をもっていることが観察された。また、測定の結果、空隙構造の体積は周期構造体の７５％を占めていた。
一方、分散状態の体積平均一次粒径が３０ｎｍの酸化チタン粒子（酸化チタンの比重：約４、屈折率：約２．７）を、分散媒としてのエタノールに濃度１０質量％に分散したエタノール分散媒を調製した（エタノールの屈折率：１．３６）。分散媒は透明であった。
上記得られた多孔質構造体（周期構造体）を形成した上記ガラス基板の、多孔質構造体による層（２ｃｍ×２ｃｍ）の外周部に沿って高さ１００μｍの樹脂スペーサー層を形成し、別のＩＴＯ電極付ガラス基板と電極面が対向するように重ねあわせ、部分的に設けた開口部から上記酸化チタン粒子のエタノール分散媒を注入した。
以上により、実施例１における（Ａ）調光層を作製した。
When the obtained periodic structure (porous structure) was observed by SEM, it was a porous structure (corresponding to the periodic structure of the present invention) having a structure in which the periodic structure made of polystyrene particles was almost inverted. Was confirmed. The void diameter was 250 nm. Furthermore, it was observed that the pores were connected to each other and had a continuous phase due to the pores. As a result of the measurement, the volume of the void structure accounted for 75% of the periodic structure.
On the other hand, an ethanol dispersion in which titanium oxide particles having a volume average primary particle size of 30 nm in a dispersed state (specific gravity of titanium oxide: about 4, refractive index: about 2.7) are dispersed in ethanol as a dispersion medium at a concentration of 10% by mass. A medium was prepared (refractive index of ethanol: 1.36). The dispersion medium was transparent.
A resin spacer layer having a height of 100 μm is formed along the outer periphery of the porous substrate (2 cm × 2 cm) of the glass substrate on which the obtained porous structure (periodic structure) is formed. The glass substrate with an ITO electrode was overlapped with the electrode surface so as to face each other, and the ethanol dispersion medium of the titanium oxide particles was injected from a partially provided opening.
The (A) light control layer in Example 1 was produced by the above.
作製された（Ａ）調光層１１０は、無色であり、黒色フイルム上に、この光学素子を配置したところ、黒色を呈した。この光学素子の背面に黒色フイルムを配置した状態で、多孔質構造体を形成したガラス基板上の電極を、マイナス電極とし、このガラス基板に対して多孔質構造体及びエタノール分散媒を介して対向して設けられたガラス基板上の電極をプラス電極として、−３Ｖの電圧を印加したところ、時間経過に伴って、多孔質構造体（周期構造体）の構造色は連続的に黒色、青色、緑色、赤色へと順に変化した。また、逆極性の電圧を印加すると、再び順次黒色まで色変化し可逆的であった。
The produced (A)
次に、下記のようにして、トナーディスプレイからなる（Ｂ）調光層を作製した。
互いに異なる帯電性をもった白色（負帯電）及び黒色（正帯電）のポリマー微粒子（体積平均粒径２０μｍ）を等量で用い、３００μｍの間隔の２枚のＩＴＯ電極（厚み２ｍｍ）を備えた基板間に８０％の体積充填率で封入した、所謂トナーディスプレイ（面積が２ｃｍ×２ｃｍであるもの）を作製した。
Next, a light control layer (B) composed of a toner display was produced as follows.
White (negatively charged) and black (positively charged) polymer fine particles (volume
得られた（Ｂ）調光層１２０は、２００Ｖの直流電圧を付与することで、黒及び白を表すことができた。また、白表示の際の反射率は、株式会社マツボー製のＩＳＯ白色度計（ＴＢ−１）を用いて測定したところ、最大６０％であった。また、黒表示の際の反射率は、最低５％であった。
更に、電圧とその印加時間を種々選択することで、最大反射率と最低反射率の間で、４段階の階調表現が可能であった。具体的には、印加時間を一定にして電圧を１５０Ｖから２００Ｖの範囲で増加させることで、（Ｂ）調光層１２０の観察側に対向する面において、白粒子と黒粒子との混合割合が変化し、５％、２０％、４０％、及び６０％のという４段階の異なる反射率を得ることができる。
The obtained (B)
Furthermore, by selecting various voltages and application times, it is possible to express gradations in four steps between the maximum reflectance and the minimum reflectance. Specifically, by increasing the voltage within a range from 150 V to 200 V with a constant application time, the mixing ratio of the white particles and the black particles on the surface facing the observation side of the
前述の方法で得られた（Ａ）調光層の背面に、熱硬化式接着剤を用いて、上記トナーディスプレイからなる（Ｂ）調光層を貼り合わせ、本発明の第１の光学素子を作製した。
作製された光学素子の色変化、及び階調表現について以下のように評価を行った。
白表示：（Ｂ）調光層を白色とし、（Ａ）調光層を無色状態とすることで、最大反射率４５％の白表示が得られた。
黒表示：（Ｂ）調光層を黒色とし、（Ａ）調光層を無色状態とすることで、反射率４％の黒表示が得られた。
中間色表示：（Ａ）調光層を無色状態としたまま、前述のように、反射率が４段階で変化する（Ｂ）調光層の階調を利用することで、４段階の明るさ（濃淡）で変化するグレー表示が得られた。
カラー表示：（Ｂ）調光層を黒色とし、（Ａ）調光層を電気的に制御することで、青色、緑色、赤色のカラー色を得ることができた。また、前述のように、反射率が４段階で変化する（Ｂ）調光層の階調を利用し、各カラー色の明るさを４段階に変化させることができた。
以上の評価結果から、この実施の態様の光学素子では、一画素でカラー、白黒、階調を表せることを確認できた。
The (B) dimming layer comprising the above toner display is bonded to the back surface of the (A) dimming layer obtained by the above-described method using a thermosetting adhesive, and the first optical element of the present invention is attached. Produced.
The color change and gradation expression of the manufactured optical element were evaluated as follows.
White display: (B) A white display with a maximum reflectance of 45% was obtained by setting the light control layer to white and (A) the light control layer to a colorless state.
Black display: (B) The light control layer was black and (A) the light control layer was in a colorless state, whereby a black display with a reflectance of 4% was obtained.
Intermediate color display: (A) With the dimming layer in a colorless state, as described above, the reflectance changes in four levels. (B) By using the gradation of the dimming layer, four levels of brightness ( A gray display changing with the light and shade) was obtained.
Color display: (B) The light control layer was black, and (A) the light control layer was electrically controlled to obtain blue, green, and red color colors. Further, as described above, the brightness of each color can be changed in four steps by using the gradation of the (B) light control layer in which the reflectance changes in four steps.
From the above evaluation results, it was confirmed that the optical element of this embodiment can express color, black and white, and gradation with one pixel.
（実施例２）
以下のようにして、図１（ａ）に示される構成を有する光学素子（本発明の第１の光学素子）を作製した。
まず、電気泳動ディスプレイからなる（Ｂ）調光層を作製した。
酸化チタンからなる平均粒径０．２μｍの白色顔料（白粒子：正帯電）と、平均粒径０．２μｍのカーボンブラック顔料（黒粒子：負帯電）と、を等量で用い、５質量％の濃度でシリコーンオイルに分散した溶液を、１００μｍの間隔の２枚のＩＴＯ電極（厚み２ｍｍ）を備えた基板間に封入した、所謂電気泳動ディスプレイ（面積が２ｃｍ×２ｃｍであるもの）を作製した。
(Example 2)
An optical element having the configuration shown in FIG. 1 (a) (first optical element of the present invention) was produced as follows.
First, the (B) light control layer which consists of an electrophoretic display was produced.
5% by mass using white pigment (white particles: positively charged) made of titanium oxide and carbon black pigment (black particles: negatively charged) having an average particle size of 0.2 μm in equal amounts. A so-called electrophoretic display (having an area of 2 cm × 2 cm) was produced in which a solution dispersed in silicone oil at a concentration of 1 μm was sealed between substrates having two ITO electrodes (thickness 2 mm) at intervals of 100 μm. .
得られた（Ｂ）調光層は、２０Ｖの直流電圧を付与することで、黒及び白を表すことができた。また、白表示の際の反射率は、株式会社マツボー製のＩＳＯ白色度計（ＴＢ−１）を用いて測定したところ、最大５５％であった。また、黒表示の際の反射率は、最低３％であった。
更に、電圧と印加時間を種々選択することで、最大反射率と最低反射率の間で、４段階の階調表現が可能であった。具体的には、印加時間を一定にして電圧を１０Ｖから２０Ｖの範囲で増加させることで、（Ｂ）調光層１２０の観察側に対向する面において、白粒子と黒粒子との混合割合が変化し、３％、２０％、４０％、及び５５％のという４段階の異なる反射率を得ることができる。
The obtained (B) light control layer was able to express black and white by applying a DC voltage of 20V. Moreover, the reflectance at the time of white display was 55% at maximum when measured using an ISO whiteness meter (TB-1) manufactured by Matsubo Corporation. Further, the reflectance during black display was at least 3%.
Further, by selecting various voltages and application times, it is possible to express gradation in four steps between the maximum reflectance and the minimum reflectance. Specifically, by increasing the voltage in the range of 10 V to 20 V with a constant application time, the mixing ratio of the white particles and the black particles on the surface facing the observation side of the
実施例１で作製した（Ａ）調光層の背面に、熱硬化式接着剤を用いて、上記電気泳動ディスプレイからなる（Ｂ）調光層を貼り合わせ、本発明の第１の光学素子を作製した。
作製された光学素子の色変化、及び階調表現について以下のように評価を行った。
白表示：（Ｂ）調光層を白色とし、（Ａ）調光層を無色状態とすることで、最大反射率４０％の白表示ができた。
黒表示：（Ｂ）調光層を黒色とし、（Ａ）調光層を無色状態とすることで、反射率２％の黒表示が得られた。
中間色表示：（Ａ）調光層を無色状態としたまま、前述のように、反射率が４段階で変化する（Ｂ）調光層の階調を利用することで、４段階の明るさ（濃淡）で変化するグレー表示が得られた。
カラー表示：（Ｂ）調光層を黒色とし、（Ａ）調光層を電気的に制御することで、青色、緑色、赤色のカラー色を得ることができた。また、前述のように、反射率が４段階で変化する（Ｂ）調光層の階調を利用し、各カラー色の明るさを４段階に変化させることができた。
以上の評価結果から、この実施の態様の光学素子では、一画素でカラー、白黒、階調を表せることを確認できた。
Using the thermosetting adhesive on the back surface of the (A) light control layer produced in Example 1, the (B) light control layer composed of the above electrophoretic display is bonded, and the first optical element of the present invention is attached. Produced.
The color change and gradation expression of the manufactured optical element were evaluated as follows.
White display: (B) The dimming layer was white and (A) the dimming layer was in a colorless state, so that white display with a maximum reflectance of 40% was achieved.
Black display: (B) The light control layer was black and (A) the light control layer was in a colorless state, whereby a black display with a reflectance of 2% was obtained.
Intermediate color display: (A) With the dimming layer in a colorless state, as described above, the reflectance changes in four levels. (B) By using the gradation of the dimming layer, four levels of brightness ( A gray display changing with the light and shade) was obtained.
Color display: (B) The light control layer was black, and (A) the light control layer was electrically controlled to obtain blue, green, and red color colors. Further, as described above, the brightness of each color can be changed in four steps by using the gradation of the (B) light control layer in which the reflectance changes in four steps.
From the above evaluation results, it was confirmed that the optical element of this embodiment can express color, black and white, and gradation with one pixel.
（実施例３）
以下のようにして、図１（ｂ）に示される構成を有する光学素子（本発明の第２の光学素子）を作製した。
まず、液晶ディスプレイからなる（ｂ）調光層を作製した。
ＵＶ硬化樹脂中にネマチック液晶を分散した光散乱・透過型の、所謂高分子分散液晶素子（面積が２ｃｍ×２ｃｍであるもの）を作製した。高分子分散液晶としては、日本化薬製ＵＶ硬化樹脂に液晶（Ｅ−４４、メルク社）を質量比で８０％分散したものを、紫外線硬化法によって作製した。作製した素子は、高分子分散液晶層を２枚のＩＴＯ電極（厚み０．２ｍｍ）を備えた基板間に２０μｍの厚みで形成したものである。
(Example 3)
An optical element (second optical element of the present invention) having the configuration shown in FIG. 1B was produced as follows.
First, the (b) light control layer which consists of a liquid crystal display was produced.
A light scattering / transmission type so-called polymer dispersion liquid crystal element (having an area of 2 cm × 2 cm) in which nematic liquid crystal is dispersed in a UV curable resin was produced. As the polymer-dispersed liquid crystal, a liquid obtained by dispersing 80% by mass of liquid crystal (E-44, Merck) in Nippon Kayaku UV curable resin was prepared by an ultraviolet curing method. The produced element is formed by forming a polymer-dispersed liquid crystal layer with a thickness of 20 μm between substrates provided with two ITO electrodes (thickness 0.2 mm).
得られた（ｂ）調光層は、５０Ｖの直流電圧を付与することで、白色及び透明を表すことができた。また、（ｂ）調光層の背景に黒色層を配置して測定した、白表示の際の反射率は、株式会社マツボー製のＩＳＯ白色度計（ＴＢ−１）を用いて測定したところ、最大４０％であった。また、透明時の反射率は２％であった。
更に、電圧を種々選択することで、最大反射率と最低反射率の間で、４段階の階調表現が可能であった。具体的には、電圧を３０Ｖから５０Ｖの範囲で増加させることで、高分子分散液晶層の光散乱性が変化し、２％、１５％、３０％、及び４０％のという４段階の異なる反射率を得ることができる。
The obtained light control layer (b) was able to express white and transparent by applying a DC voltage of 50V. Moreover, (b) The reflectance at the time of white display measured by arranging a black layer on the background of the light control layer was measured using an ISO whiteness meter (TB-1) manufactured by Matsubo Co., Ltd. The maximum was 40%. Further, the reflectance when transparent was 2%.
Furthermore, by selecting various voltages, it is possible to express four levels of gradation between the maximum reflectance and the minimum reflectance. Specifically, when the voltage is increased in the range of 30 V to 50 V, the light scattering property of the polymer dispersed liquid crystal layer is changed, and four different reflections of 2%, 15%, 30%, and 40% are obtained. Rate can be obtained.
上記高分子分散液晶素子からなる（ｂ）調光層の背面に、熱硬化式接着剤を用いて、実施例１で作製された（Ａ）調光層を（ａ）調光層として用いて貼り合わせ、更に、（ａ）調光層の背面に、１０μｍの厚さの黒色のＵＶ硬化樹脂層を塗設し、（ｃ）黒色層（黒色基板）を形成することで、本発明の第２の光学素子を作製した。
作製された光学素子の色変化、及び階調表現について以下のように評価を行った。
白表示：（ｂ）調光層を白色とし、（ａ）調光層を無色状態とすることで、最大反射率４０％の白表示が得られた。
黒表示：（ｂ）調光層を透明とし、（ａ）調光層を無色状態とすることで、反射率２％の黒表示が得られた。
中間色表示：（ａ）調光層を無色状態としたまま、前述のように、反射率が４段階で変化する（ｂ）調光層の階調を利用し、４段階の明るさ（濃淡）で変化するグレー表示が得られた。
カラー表示：（ａ）調光層を透明とし、（ａ）調光層を電気的に制御することで、青色、緑色、赤色のカラー色を得ることができた。また、前述のように、反射率が４段階で変化する（ｂ）調光層の階調を利用し、各カラー色の明るさを４段階に変化させることができた。
以上の評価結果から、この実施の態様の光学素子では、一画素でカラー、白黒、階調を表せることを確認できた。
Using the thermosetting adhesive on the back surface of the (b) light control layer comprising the polymer dispersed liquid crystal element, the (A) light control layer prepared in Example 1 is used as the (a) light control layer. Further, (a) a black UV curable resin layer having a thickness of 10 μm is applied to the back surface of the light control layer, and (c) a black layer (black substrate) is formed. 2 optical elements were produced.
The color change and gradation expression of the manufactured optical element were evaluated as follows.
White display: (b) A white display with a maximum reflectance of 40% was obtained by setting the light control layer to white and (a) the light control layer to a colorless state.
Black display: (b) By making the light control layer transparent and (a) making the light control layer colorless, a black display with a reflectance of 2% was obtained.
Intermediate color display: (a) While the dimming layer is in a colorless state, the reflectance changes in four steps as described above. (B) Using the tone of the dimming layer, four levels of brightness (light / dark) The gray display which changes with is obtained.
Color display: (a) The light control layer was made transparent, and (a) the light control layer was electrically controlled, whereby blue, green, and red color colors could be obtained. In addition, as described above, the brightness of each color can be changed in four steps by using the gradation of the light control layer (b) in which the reflectance changes in four steps.
From the above evaluation results, it was confirmed that the optical element of this embodiment can express color, black and white, and gradation with one pixel.
１０ 透明基板
１２ 背面基板
１４ 第１電極（移動手段）
１６ 第２電極（移動手段）
１８ 周期構造体
１８Ａ 空隙構造
２０ 分散媒
２０Ａ 電荷移動性粒子（移動性粒子）
２２ スペーサー
３０ コロイド結晶構造体
３２ 導電性物資
３４ 空隙
１００ａ、１００ｂ 光学素子
１１０ （Ａ）調光層、（ａ）調光層
１２０ （Ｂ）調光層
１３０ （ｂ）調光層
１４０ （ｃ）黒色基板（黒色層）
10
16 Second electrode (moving means)
18
22
Claims (9)
（Ｂ）少なくとも白色及び黒色を表す調光層と、
を積層してなることを特徴とする光学素子。 (A) have a void structure that leads to the external to the internal, periodic structure having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer including a mobile particle , a moving means for moving the mobile particle inside or outside the void structure of the periodic structure , and a pair of substrates , one of which is colored or has a colored body ,
(B) a light control layer representing at least white and black;
An optical element characterized by being laminated.
（ｂ）少なくとも白色及び透明を表す調光層と、
（ｃ）黒色層と、
を積層してなることを特徴とする光学素子。 (A) have a void structure that leads to the external to the internal, periodic structure having two or more regions different in refractive index in the order of magnitude of the wavelength of light periodically ordered periodic structure on the order submicroscale A light control layer including a mobile particle and a moving means for moving the mobile particle to the inside or the outside of the void structure of the periodic structure;
(B) a light control layer representing at least white and transparent;
(C) a black layer;
An optical element characterized by being laminated.
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