JP2008046359A - Optical material, optical element, optical device, and display method of optical element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学材料、光学素子、光学装置、及び光学素子の表示方法に関する。 The present invention relates to an optical material, an optical element, an optical device, and a display method for the optical element.
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付与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が提案されている（例えば、非特許文献４）が提案さている。
本発明は、単一画素で多色表示が可能な、光学材料、光学素子、光学装置、及び光学素子の表示方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide an optical material, an optical element, an optical device, and an optical element display method capable of performing multicolor display with a single pixel.
上記課題は、以下の手段により解決される。即ち、
請求項１に係る発明は、
内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体と、
前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体と、
を有する光学材料である。
The above problem is solved by the following means. That is,
The invention according to claim 1
A periodic structure having a void structure communicating with the outside inside;
A first fluid absorbed or discharged into the void structure of the periodic structure;
Is an optical material.
請求項２に係る発明は、
前記第１流体は、水性の液体である請求項１に記載の光学材料である。
The invention according to claim 2
The optical material according to claim 1, wherein the first fluid is an aqueous liquid.
請求項３に係る発明は、
前記第１流体は、油性の液体である請求項１に記載の光学材料である。
The invention according to claim 3
The optical material according to claim 1, wherein the first fluid is an oily liquid.
請求項４に係る発明は、
前記第１流体とは非相溶で且つ屈折率が異なる第２流体をさらに有する請求項１に記載の光学材料である。
The invention according to claim 4
The optical material according to claim 1, further comprising a second fluid that is incompatible with the first fluid and has a different refractive index.
請求項５に係る発明は、
前記周期構造体の素材が有色である請求項１に記載の光学材料である。
The invention according to claim 5
The optical material according to claim 1, wherein a material of the periodic structure is colored.
請求項６に係る発明は、
前記周期構造体の素材が無色である請求項１に記載の光学材料である。
The invention according to claim 6
The optical material according to claim 1, wherein a material of the periodic structure is colorless.
請求項７に係る発明は、
一対の基板と、前記一対の基板間に配置される光学材料と、前記第１流体を前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出させる吸収・排出手段と、を備え、
前記光学材料は、内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体と前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体とを含む光学素子である。
The invention according to claim 7 provides:
A pair of substrates, an optical material disposed between the pair of substrates, and absorption / discharge means for absorbing or discharging the first fluid to or from the gap structure of the periodic structure,
The optical material is an optical element including a periodic structure having a void structure communicating with the outside inside and a first fluid absorbed or discharged into the void structure of the periodic structure.
請求項８に係る発明は、
前記第１流体は、水性の液体である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 8 provides:
The optical element according to claim 7, wherein the first fluid is an aqueous liquid.
請求項９に係る発明は、
前記第１流体は、油性の液体である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 9 is:
The optical element according to claim 7, wherein the first fluid is an oily liquid.
請求項１０に係る発明は、
前記光学材料は、前記第１流体とは非相溶で且つ屈折率が異なる第２流体をさらに有する請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 10 is:
The optical element according to claim 7, wherein the optical material further includes a second fluid that is incompatible with the first fluid and has a different refractive index.
請求項１１に係る発明は、
前記周期構造体の素材が有色である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 11 is:
The optical element according to claim 7, wherein a material of the periodic structure is colored.
請求項１２に係る発明は、
前記周期構造体の素材が無色である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 12
The optical element according to claim 7, wherein a material of the periodic structure is colorless.
請求項１３に係る発明は、
前記吸収・排出手段は、前記周期構造体に対する前記第１液体の表面張力を変化させる手段である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 13 is:
The optical element according to claim 7, wherein the absorption / discharge means is means for changing a surface tension of the first liquid with respect to the periodic structure.
請求項１４に係る発明は、
前記吸収・排出手段は、前記周期構造体へ電圧を印加する一対の電極である請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 14 is:
The optical element according to claim 7, wherein the absorption / discharge means is a pair of electrodes for applying a voltage to the periodic structure.
請求項１５に係る発明は、
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、請求項７に記載の光学素子である。
The invention according to claim 15 is:
The optical element according to claim 7, wherein one of the pair of substrates is colored or has a colored body.
請求項１６に係る発明は、
光学素子が備えられ、
光学素子が一対の基板と、前記一対の基板間に配置される光学材料と、前記第１流体を前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出させる吸収・排出手段と、を備え、前記光学材料が内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体と前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体とを含む光学装置である。
The invention according to claim 16 provides:
An optical element,
The optical element includes a pair of substrates, an optical material disposed between the pair of substrates, and absorption / discharge means for absorbing or discharging the first fluid into the gap structure of the periodic structure. The optical device includes a periodic structure having a void structure in which a material communicates with the outside, and a first fluid that is absorbed or discharged into the void structure of the periodic structure.
請求項１７に係る発明は、
前記第１流体は、水性の液体である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 17 provides:
The optical device according to claim 16, wherein the first fluid is an aqueous liquid.
請求項１８に係る発明は、
前記第１流体は、油性の液体である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 18
The optical device according to claim 16, wherein the first fluid is an oily liquid.
請求項１９に係る発明は、
前記光学材料は、前記第１流体とは非相溶で且つ屈折率が異なる第２流体をさらに有する請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 19 is
The optical device according to claim 16, wherein the optical material further includes a second fluid that is incompatible with the first fluid and has a different refractive index.
請求項２０に係る発明は、
前記周期構造体の素材が有色である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 20 provides
The optical device according to claim 16, wherein a material of the periodic structure is colored.
請求項２１に係る発明は、
前記周期構造体の素材が無色である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 21 is
The optical device according to claim 16, wherein a material of the periodic structure is colorless.
請求項２２に係る発明は、
前記吸収・排出手段は、前記周期構造体に対する前記第１液体の表面張力を変化させる手段である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 22 is
The optical device according to claim 16, wherein the absorption / discharge means is means for changing a surface tension of the first liquid with respect to the periodic structure.
請求項２３に係る発明は、
前記吸収・排出手段は、前記周期構造体へ電圧を印加する一対の電極である請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 23 is
The optical device according to claim 16, wherein the absorption / extraction means is a pair of electrodes for applying a voltage to the periodic structure.
請求項２４に係る発明は、
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、請求項１６に記載の光学装置である。
The invention according to claim 24 provides
The optical device according to claim 16, wherein one of the pair of substrates is colored or has a colored body.
請求項２５に係る発明は、
内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体の当該空隙構造の内部に、第１流体を吸収させる流体吸収工程と、
前記周期構造体の前記空隙構造の外部に、第１流体を排出させる流体排出工程と、
を有する光学素子の表示方法である。
The invention according to claim 25 is
A fluid absorption step of absorbing the first fluid inside the void structure of the periodic structure having a void structure communicating with the outside inside;
A fluid discharging step of discharging the first fluid to the outside of the gap structure of the periodic structure;
The display method of the optical element which has this.
請求項２６に係る発明は、
前記流体吸収工程及び前記流体排出工程は、前記周期構造体に対する前記第１液体の表面張力を変化させて、第１流体の吸収・排出を行う工程である請求項２５に記載の光学素子の表示方法である。
The invention according to claim 26 provides
26. The optical element display according to claim 25, wherein the fluid absorption step and the fluid discharge step are steps of absorbing and discharging the first fluid by changing a surface tension of the first liquid with respect to the periodic structure. Is the method.
請求項２７に係る発明は、
前記第１流体は、水性の液体である請求項２５に記載の光学素子の表示方法である。
The invention according to claim 27 provides
26. The display method for an optical element according to claim 25, wherein the first fluid is an aqueous liquid.
請求項２８に係る発明は、
前記第１流体は、油性の液体である請求項２５に記載の光学素子の表示方法である。
The invention according to claim 28 is
26. The display method for an optical element according to claim 25, wherein the first fluid is an oily liquid.
請求項１に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、単一画素で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 multi-color display is possible with a single pixel as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、応答速度が速く、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 2 has an effect that the response speed is high and a large color change can be generated as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項３に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 3 has an effect that a large color change can be caused as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項４に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定した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 4 has an effect that stable multicolor display is possible as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項５に係る発明は、本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。 The invention according to claim 5 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項６に係る発明は、本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。 The invention according to claim 6 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項７に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、単一画素で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 7 has an effect that multi-color display is possible with a single pixel as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項８に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、応答速度が速く、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 8 has an effect that the response speed is high and a large color change can be generated as compared with the case where this configuration is not provided.
請求項９に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 9 has an effect that a large color change can be caused as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１０に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定した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 10 has an effect that stable multicolor display is possible as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１１に係る発明は、本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。 The invention according to claim 11 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１２に係る発明は、本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。 The invention according to claim 12 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１３に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定して第１流体を周期構造体の内部に吸収・排出することが可能となる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 13 has an effect that the first fluid can be stably absorbed and discharged into the periodic structure as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１４に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、簡易且つ低コスト化可能、といった効果を奏することができる。 According to the fourteenth aspect of the present invention, it is possible to achieve an effect that it is simple and can be reduced in cost as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１５に係る発明は、本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。 The invention according to claim 15 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１６に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、単一画素で多色表示が可能となる、といった効果を奏する。 According to the sixteenth aspect of the present invention, there is an effect that multi-color display is possible with a single pixel as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１７に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、応答速度が速く、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 17 has an effect that the response speed is high and a large color change can be generated as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１８に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 18 has an effect that a large color change can be caused as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項１９に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定した多色表示が可能となる、といった効果を奏する。 According to the nineteenth aspect of the present invention, there is an effect that stable multicolor display is possible as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２０に係る発明は、本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。 The invention according to claim 20 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２１に係る発明は、本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。 The invention according to claim 21 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２２に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定して第１流体を周期構造体の内部に吸収・排出することが可能となる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 22 has an effect that the first fluid can be stably absorbed and discharged into the periodic structure as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２３に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、簡易且つ低コスト化可能、といった効果を奏することができる。 The invention according to claim 23 can achieve an effect that it is simple and can be reduced in cost as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２４に係る発明は、本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。 The invention according to claim 24 has an effect that more colors can be displayed as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２５に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、単一画素で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 25 has an effect that multi-color display is possible with a single pixel, as compared with the case where this configuration is not provided.
請求項２６に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、安定して第１流体を周期構造体の内部に吸収・排出することが可能となる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 26 has the effect that the first fluid can be stably absorbed and discharged into the periodic structure as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２７に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、応答速度が速く、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to claim 27 has an effect that the response speed is high and a large color change can be generated as compared with the case where the present configuration is not provided.
請求項２８に係る発明は、本構成を有していない場合に比較して、大きな色変化を生じさせることができる、といった効果を奏する。 The invention according to the twenty-eighth aspect has an effect that a large color change can be caused as compared with the case where the present configuration is not provided.
以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図１は、実施形態に係る光学素子を示す概略構成図である。本実施形態に係る光学素子は、図１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、光学材料として周期構造体１８、移動流体２０Ａ（第１流体）、保持流体２０Ｂ（第２流体）とが配置されている。なお、基板間とは、各基板の対向面で挟まれる空間を意味する。 FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an optical element according to an embodiment. As shown in FIG. 1, the optical element according to the present embodiment includes a pair of transparent substrates 10 and a back substrate 12 that are arranged to be opposed to each other with a predetermined gap by a spacer 22, and within the gap between the transparent substrate 10 and the back substrate 12. In addition, a periodic structure 18, a moving fluid 20A (first fluid), and a holding fluid 20B (second fluid) are arranged as optical materials. In addition, between boards | substrates means the space pinched | interposed by the opposing surface of each board | substrate.
透明基板１０には、背面基板１２との対向面に透明電極１４が設けられている。一方、背面基板１２には、透明基板１０との対向面に背面電極１６が設けられている。そして、周期構造体１８は、層状に背面電極１６に接して配設されている。 The transparent substrate 10 is provided with a transparent electrode 14 on the surface facing the back substrate 12. On the other hand, the back substrate 12 is provided with a back electrode 16 on the surface facing the transparent substrate 10. The periodic structure 18 is disposed in contact with the back electrode 16 in a layered manner.
一方、移動流体２０Ａ及び保持流体２０Ｂは、周期構造体１８と接触するように、基板の間隙に封入されている。移動流体２０Ａ及び保持流体２０Ｂは、互いに非相溶で且つ異なる屈折率の流体で構成され、相分離して基板間に存在している。なお、各屈折率はアッベ屈折率計で求めることができる。 On the other hand, the moving fluid 20 </ b> A and the holding fluid 20 </ b> B are sealed in the gap between the substrates so as to come into contact with the periodic structure 18. The moving fluid 20A and the holding fluid 20B are composed of fluids that are incompatible with each other and have different refractive indexes, and are present between the substrates after phase separation. Each refractive index can be obtained with an Abbe refractometer.
まず、周期構造体１８について説明する。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、周期構造色特有の構造色を呈するものが利用できる。無論、周期構造体１８はその構造体に由来する構造色が無色、即ち構造色が可視領域に存在せず、周期構造体１８単独では素材の色を呈しており、後述する移動流体２０Ａによって平均屈折率が変化し、構造色が可視領域に達し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。 First, the periodic structure 18 will be described. It has a periodic structure in which two or more regions with a size of light wavelength and different refractive indexes are periodically arranged on the order of sub-microscale. Under certain conditions, visible light interferes with the periodic structure. In addition, those exhibiting a structural color peculiar to the periodic structural color can be used. Of course, the periodic structure 18 has a colorless structural color derived from the structure, that is, the structural color does not exist in the visible region, and the periodic structure 18 alone exhibits a material color, and is averaged by the moving fluid 20A described later. The refractive index may change so that the structural color reaches the visible region and exhibits a predetermined structural color. Note that the periodic structure 18 optimized for an optical element is also called a photonic crystal structure.
周期構造体１８の素材の色は、有色であってもよし、無色であってもよい。周期構造体１８の構造色が無色、又は移動流体２０Ａによって平均屈折率が変化し、構造色が無色である（即ち可視領域外れた）場合には、周期構造体１８の素材の色を表示する。例えば、周期構造体１８の素材色が黒色（有色）であると、構造色が可視領域外れたときには光学素子が黒色を表示する。また、周期構造体１８の素材色が透明（無色）であると、構造色が可視領域外れたときには光学素子が光を透過させる。 The color of the material of the periodic structure 18 may be colored or colorless. When the structural color of the periodic structure 18 is colorless or the average refractive index is changed by the moving fluid 20A and the structural color is colorless (that is, out of the visible region), the color of the material of the periodic structure 18 is displayed. . For example, if the material color of the periodic structure 18 is black (colored), the optical element displays black when the structural color is out of the visible region. If the material color of the periodic structure 18 is transparent (colorless), the optical element transmits light when the structural color is out of the visible region.
周期構造体１８は、移動流体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、空隙構造としては例えば多孔質構造体が挙げられる。 The periodic structure 18 needs to have a void structure communicating with the outside so that the moving fluid 20A can enter, and examples of the void structure include a porous structure.
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）間の間隙により空隙構造（多孔質構造）を持たせる。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当該構造体を除去することで、空隙構造（多孔質構造）を持たせる。これらの構造体の間隙に移動流体２０Ａが吸収したり、排出されたりすることで、その構造体に由来する構造色を変化させる。 Specific examples of the periodic structure 18 include positive structures such as colloidal crystal structures, microdomain structures, and lamella structures, and negative structures using these positive structures as templates. In the case of a positive structure, a void structure (porous structure) is provided by a gap between unit structures (for example, particles). On the other hand, the negative structure has a void structure (porous structure) by filling the gap between the unit structures (for example, particles) of the positive structure with a target substance and removing the structure. . When the moving fluid 20A is absorbed or discharged into the gaps between these structures, the structural color derived from the structures is changed.
周期構造体１８は、絶縁性物質であることがよい。周期構造体１８が電極を兼ねる場合は、導電性物質であることがよいが、その表面（空隙構造内部の表面も含む）が絶縁性物質層（後述する撥水層）によって被覆されている。 The periodic structure 18 may be an insulating material. When the periodic structure 18 also serves as an electrode, it is preferably a conductive material, but its surface (including the surface inside the void structure) is covered with an insulating material layer (water repellent layer described later).
なお、「絶縁性」とは、対象物質の電気の通しにくさ意味し、固有抵抗値で１０−３〜１０−９（単位Ωｃｍ）以上のものを一般に絶縁性物質と呼ぶ。以下、同様である。
抵抗値は、抵抗試験（条件２端子法）で測定され、固有抵抗測定装置（Ｒ４４１Ｂ、（株）アドバンテスト製）を用いて抵抗値を測定されるものである。
The term “insulating” means that the target substance is difficult to conduct electricity, and a substance having a specific resistance value of 10 −3 to 10 −9 (unit Ωcm) or more is generally called an insulating substance. The same applies hereinafter.
The resistance value is measured by a resistance test (conditional two-terminal method), and the resistance value is measured using a specific resistance measuring device (R441B, manufactured by Advantest Co., Ltd.).
また、「導電性」とは、対象物質の電気の通しやすさを意味し、固有抵抗値で、１０−３〜１０−９（[Ωｃｍ]以下のものを一般に導電性物質と呼ぶ。以下、同様である。
導電率は、上記した測定法により抵抗値を求め、その価の逆数[Ｓ・ｍ-１]で表されることもある。
“Conductivity” means the ease of electricity passing through the target substance, and a specific resistance value of 10 −3 to 10 −9 ([Ωcm] or less is generally referred to as a conductive substance. It is the same.
The electrical conductivity may be represented by the reciprocal [S · m −1 ] of the valence obtained by the above measurement method.
周期構造体１８は、図３に示すように、撥水層１８Ａ（親油性層）が表面（空隙構造内部表面も含む）に被覆されている。撥水層１８Ａは、絶縁層としても機能する。撥水層１８Ａに適用され得る撥水材料（親油性材料）としては、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂、シリコンゴム、パーフルオロアルキルアクリレート、ハイドロカーボンアクリレート、メチルシロキサン等が挙げられる。 As shown in FIG. 3, the periodic structure 18 is covered with a water repellent layer 18 </ b> A (lipophilic layer) on the surface (including the internal surface of the void structure). The water repellent layer 18A also functions as an insulating layer. Examples of the water repellent material (lipophilic material) that can be applied to the water repellent layer 18A include fluororesins such as polytetrafluoroethylene, silicon rubber, perfluoroalkyl acrylate, hydrocarbon acrylate, and methylsiloxane.
ここで、撥水性（新油性）とは、水への濡れ難さを意味し、厳密な定義はないが、一般に水滴の接触角が３０〜７０°以上の場合の物質を指すことが多い。以下、同様である。
接触角は、接触角測定装置（ＦＴＡ２００、日本分光（株）製）を用い、試験片に１〜２μｌの蒸留水を滴下し、液滴と試験片との接触角を測定するものである。θ／２法、接線法、カーブフィット法などの解析法がよく用いられる。
Here, the water repellency (new oiliness) means difficulty in wetting in water, and there is no strict definition, but generally a substance when the contact angle of water droplets is 30 to 70 ° or more is often indicated. The same applies hereinafter.
The contact angle is to measure the contact angle between the droplet and the test piece by dropping 1 to 2 μl of distilled water on the test piece using a contact angle measuring device (FTA200, manufactured by JASCO Corporation). Analytical methods such as the θ / 2 method, tangent method, and curve fit method are often used.
ここで、空隙構造を構成する孔の長径は、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より高くなると、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ある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。 Here, it is desirable that the major axis of the holes constituting the void structure is in the range of 10 nm to 1000 nm. When the major axis of the pores constituting the void structure is less than 10 nm or higher than 1000 nm, the wavelength of reflected light from the periodic structure 18 greatly deviates from the visible light range, so that the color change obtained by the action of the mobile particles is limited. Sometimes. In addition, a passage (hole) needs to exist between the holes constituting the void structure or between the outside, and the diameter of the passage (hole) is preferably 1 nm or more and 1000 nm or less. If this passage (hole) is 1 nm or less, the movement of particles is suppressed, and if it is larger than 1000 nm, the strength of the porous structure may be lowered.
ここで、空隙構造を構成する孔、空隙構造を構成する孔間ある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).
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、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）がある。 The colloidal crystal structure is a non-close-packed structure filled with repulsive force between colloidal particles or a close-packed structure filled with colloidal particles. As colloidal particles, for example, 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.
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、ある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、さら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。 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, and uniform precipitation method. And 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 or coating / drying, or by a method of applying an electric or magnetic field. Further, the substrate can be produced by a method of immersing and pulling up the substrate in a colloidal particle dispersion and forming it on the substrate.
コロイド結晶構造体は厚さが１００ｎｍ〜５ｍｍ、望ましくは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、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。 The microdomain structure has a periodic structure of several nanometers to submicrometers, for example, by using a block copolymer in which different types of polymers are connected by chemical bonds and repulsion between the different types of polymers. is there. 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.
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。 The microdomain structure can be produced, for example, by raising the temperature to be higher than the flow temperature and then solidifying by cooling, 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、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。 The lamellar structure is one of liquid crystal structures, in which molecular films are stacked in layers and stabilized by mutual repulsive force between the molecular films. Examples of the material constituting the molecular film include a surfactant.
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。さら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。 The lamellar structure can be prepared by, for example, 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 if the hexagonal phase and reverse hexagonal phase formed by the surfactant are 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として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、炭素材料はその素材の色が本来黒色であるため、望ましい。 Further, as a template material for producing a negative structure as the periodic structure 18, thermosetting resin, ultraviolet curable resin, electron beam curable resin, polyester, polyimide, acrylic resin such as polymethyl methacrylate, polystyrene, and the like Examples thereof include polyethylene, polypropylene, polyamide, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polycarbonate, polyether sulfone, cellulose derivatives, fluorine resins, silicone resins, epoxy resins, and polyacetal resins. Moreover, as a conductive substance for obtaining the conductive periodic structure 18, a carbon material, metal (copper, aluminum, silver, gold, nickel, platinum, etc.), metal oxide (tin oxide, tin oxide-oxidation) Indium (ITO), etc.), conductive polymers (polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylene vinylenes, polyacenes, polyacetylenes, etc.). Among these, the carbon material is desirable because the color of the material is essentially black.
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こと、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。 In addition, a polymer is applied as a template material (including a conductive material) constituting a negative structure (hollow structure) as the periodic structure 18, and flexibility (flexibility, flexibility) is applied to the optical element. ).
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 periodic structure 18, the conductive material is formed on the surface of the colloidal crystal structure, microdomain structure, lamella structure, etc. by, for example, plating or electrolytic polymerization. Can be produced by coating. Note that after the conductive material precursor is coated, a treatment such as baking may be performed to obtain a conductive material.
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 periodic structure 18 is formed in a gap between the colloidal crystal structure, the microdomain structure, the lamellar structure, and the like by a material to be templated (for example, by plating or electrolytic polymerization). (Including a conductive substance) and then the structure body can be removed. The template material (including the conductive material) may be used as a template material (including the conductive material) by coating and filling the template material (including the conductive material) precursor and then performing a treatment such as baking.
具体的には、例えば、図２に示すように、例えばシリカ粒子のコロイド結晶構造体３０を作製し（図２（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、被鋳型物質（例えばフルフリルアルコール樹脂などの導電性物資前駆体も含む）を被覆・充填し、焼成することで、結果、被鋳型物質３２として難黒鉛化炭素を充填する（図２（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２（Ｃ））。その後、図示しないが、撥水材料（親油性材料）を表面（空隙構造内部表面も含む）に被覆して、撥水層を形成する。このようにして、撥水層で被覆された被鋳型物質３２で構成された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. 2, for example, a colloidal crystal structure 30 of silica particles is prepared (FIG. 2A), and thereafter, the surface of the colloidal crystal structure 30 and a gap (particle gap) are formed. The material to be templated (including a conductive material precursor such as furfuryl alcohol resin, for example) is coated, filled, and fired. As a result, non-graphitizable carbon is filled as the material to be templated 32 (FIG. 2B )). Then, when the colloidal crystal structure 30 is removed by etching with hydrofluoric acid or the like, a void 34 having the same shape as the colloidal crystal structure 30 is formed (FIG. 2C). Thereafter, although not shown, a water repellent material (lipophilic material) is coated on the surface (including the inner surface of the void structure) to form a water repellent layer. In this way, the negative periodic structure 18 composed of the template material 32 covered with the water repellent layer can be produced.
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。また、周期構造体１８の厚さは５００ｎｍ〜５ｍｍとすることがよい。 Further, the periodic structure 18 can be subdivided, for example, for each pixel having a side of 10 μm to 5 mm square. The thickness of the periodic structure 18 is preferably 500 nm to 5 mm.
次に、移動流体２０Ａについて説明する。移動流体２０Ａ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ものである。 Next, the moving fluid 20A will be described. 20 A of moving fluids change an average refractive index by entering the space | gap structure of the periodic structure 18, and change a structural color.
移動流体２０Ａは、水性の液体、又は油性の液体が挙げられる。いずれも、導電性の液体が適用されることがよい。 The moving fluid 20A includes an aqueous liquid or an oily liquid. In either case, a conductive liquid is preferably applied.
水性の液体は、屈折率調整物質（例えば、電解質などの塩）を溶解し易く、屈折率を大きさせ、構造色を大きく変化させる。水性の液体は、油性の液体に比べ粘度が低く、周期構造体１８の空隙構造内部への吸収・排出の際の粘度抵抗が低くなるので、応答速度が向上する。一方、油性の液体は、それ自体が屈折率が大きいものが多く、構造色を大きく変化させる。 The aqueous liquid easily dissolves the refractive index adjusting substance (for example, a salt such as an electrolyte), increases the refractive index, and greatly changes the structural color. The water-based liquid has a lower viscosity than the oil-based liquid, and the viscosity resistance at the time of absorption / discharge into the void structure of the periodic structure 18 is lowered, so the response speed is improved. On the other hand, many oily liquids themselves have a large refractive index, and the structural color changes greatly.
移動流体２０Ａとして適用し得る水性の液体としては、水、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、エチレングリコールモノエチルエーテ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、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、1，4-ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、尿素等が挙げられる。また、ポリビニルアルコール、ポリ(メタ)アクリルアミドやその誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドやこれら高分子を含む共重合体を用いることも好ましい。これらのうち、特にメチルアルコール、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、エチレングリコールモノエチルエーテルなどアルコール類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、水溶性のイオン液体などが挙げられる。 Examples of aqueous liquids that can be used as the moving fluid 20A include water, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and ethylene glycol monoethyl ether, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. , Tetrahydrofuran (THF), 1,4-dioxane, ethers such as diethyl ether and ethylene glycol diethyl ether, esters such as ethyl acetate, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, urea and the like. It is also preferable to use polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylamide or a derivative thereof, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, or a copolymer containing these polymers. Among these, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and ethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, water-soluble ionic liquids, and the like can be given.
移動流体２０Ａとして適用し得る油性の液体としては、脂肪族類、芳香族類、エーテル類、ケトン類、エステル類、アルコール類、シリコーン類、などが使用可能である。具体的には、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、デカン、ヘキサデカン、ケロセン、パラフィン、イソパラフィン、シリコーンオイル、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、高純度石油、エチレングリコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、高級エステル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ベンジン、ジイソプロピルナフタレン、オリーブ油、イソプロパノール、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロエタン、ジブロモテトラフルオロエタン、イオン液体などや、それらの混合物が挙げられる。 As the oily liquid that can be used as the moving fluid 20A, aliphatics, aromatics, ethers, ketones, esters, alcohols, silicones, and the like can be used. Specifically, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, decane, hexadecane, kerosene, paraffin, isoparaffin, silicone oil, dichloroethylene, trichloroethylene, perchloroethylene, high-purity petroleum, ethylene glycol, methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene Glycol, glycerin, tetrahydrofuran, dioxane, higher ester, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone, N-methylformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, propylene carbonate, ethylene carbonate, benzine, diisopropylnaphthalene, olive oil , Isopropanol, trichlorotrifluoroethane, tetra Roroetan, dibromotetrafluoroethane, etc. and ionic liquids, mixtures thereof.
次に、保持流体２０Ｂについて説明する。保持流体２０Ｂは、移動流体２０Ａとは非相溶で且つ屈折率の異なる流体が用いられる。即ち、例えば、移動流体２０Ａとして水性の液体を適用する場合、油性の液体を適用し、移動流体２０Ａとして油性の液体を適用する場合、水性の液体を適用することがよい。また、保持流体２０Ｂは、周期構造体の空隙構造内部に吸収されることで、周期構造体の平均屈折率を変化させることができる場合、移動流体としての機能も担う。
ここで、非相溶とは、複数の物質系が混じりあわずにそれぞれ独立した相で存在する状態を示す。
Next, the holding fluid 20B will be described. The holding fluid 20B is a fluid that is incompatible with the moving fluid 20A and has a different refractive index. That is, for example, when an aqueous liquid is applied as the moving fluid 20A, an oily liquid is applied. When an oily liquid is applied as the moving fluid 20A, an aqueous liquid is preferably applied. In addition, the holding fluid 20B also functions as a moving fluid when the average refractive index of the periodic structure can be changed by being absorbed into the void structure of the periodic structure.
Here, incompatible means a state in which a plurality of substance systems exist in independent phases without being mixed.
保持流体２０Ｂとして適用し得る水性の液体としては、水、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、エチレングリコールモノエチルエーテ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、テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、１，４−ジオキサン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテルなどのエーテル類、酢酸エチルなどのエステル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、尿素等が挙げられる。また、ポリビニルアルコール、ポリ（メタ）アクリルアミドやその誘導体、ポリビニルピロリドン、ポリエチレンオキシドやこれら高分子を含む共重合体を用いることも好ましい。これらのうち、特にメチルアルコール、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、エチレングリコールモノエチルエーテルなどアルコール類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、水溶性のイオン液体などが挙げられる。 Examples of aqueous liquids that can be used as the holding fluid 20B include alcohols such as water, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and ethylene glycol monoethyl ether, and ketones such as acetone and methyl ethyl ketone. , Tetrahydrofuran (THF), 1,4-dioxane, diethyl ether, ethers such as ethylene glycol diethyl ether, esters such as ethyl acetate, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, urea and the like. It is also preferable to use polyvinyl alcohol, poly (meth) acrylamide or a derivative thereof, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene oxide, or a copolymer containing these polymers. Among these, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, and ethylene glycol monoethyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, water-soluble ionic liquids, and the like can be given.
保持流体２０Ｂとして適用し得る油性の液体としては、脂肪族類、芳香族類、エーテル類、ケトン類、エステル類、アルコール類、シリコーン類、などが使用可能である。具体的には、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、デカン、ヘキサデカン、ケロセン、パラフィン、イソパラフィン、シリコーンオイル、ジクロロエチレン、トリクロロエチレン、パークロロエチレン、高純度石油、エチレングリコール、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、グリセリン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、高級エステル、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、Ｎ−メチルピロリドン、２−ピロリドン、Ｎ−メチルホルムアミド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ベンジン、ジイソプロピルナフタレン、オリーブ油、イソプロパノール、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロエタン、ジブロモテトラフルオロエタン、イオン液体などや、それらの混合物が挙げられる。 As the oily liquid that can be used as the holding fluid 20B, aliphatics, aromatics, ethers, ketones, esters, alcohols, silicones, and the like can be used. Specifically, hexane, cyclohexane, toluene, xylene, decane, hexadecane, kerosene, paraffin, isoparaffin, silicone oil, dichloroethylene, trichloroethylene, perchloroethylene, high-purity petroleum, ethylene glycol, methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene Glycol, glycerin, tetrahydrofuran, dioxane, higher ester, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylsulfoxide, N-methylpyrrolidone, 2-pyrrolidone, N-methylformamide, acetonitrile, tetrahydrofuran, propylene carbonate, ethylene carbonate, benzine, diisopropylnaphthalene, olive oil , Isopropanol, trichlorotrifluoroethane, tetra Roroetan, dibromotetrafluoroethane, etc. and ionic liquids, mixtures thereof.
また、保持流体２０Ｂとしては、液体に限られず、空気、希ガスなどの気体を適用してもよい。 Further, the holding fluid 20B is not limited to a liquid, and a gas such as air or a rare gas may be applied.
ここで、移動流体２０Ａと保持流体２０Ｂとの体積比（移動流体２０Ａ／保持流体２０Ｂ）は０．０１〜１００であることが望ましく、０．０５〜５０であることがより望ましく。０．１〜１０であることがさらに望ましい。 Here, the volume ratio of the moving fluid 20A and the holding fluid 20B (moving fluid 20A / holding fluid 20B) is preferably 0.01 to 100, and more preferably 0.05 to 50. More preferably, it is 0.1-10.
なお、「水性」とは、水へのなじみやすさ（親水性）を意味し、分配係数（ＬｏｇＰｏｗ）で１〜５以下のことを意味する。また、「油性」とは水へのなじみにくさ（疎水性）を意味し、分配係数で１〜５以上のことをする。以下、同様である。
ここでいう分配係数とはｎ−オクタノール中の対象物質の濃度÷水中の対象物質の濃度を求め、これを常用対数（ＬｏｇＰｏｗ）で示したものであり、測定方法については、ＯＥＣＤ Ｔｅｓｔ Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅ １０７または日本工業規格Ｚ７２６０−１０７（２０００）などに示されている。以下にその測定法の一例を示す。ｎ−オクタノールと水の比率および被検物質の添加量は１）分配係数の予備試験で得られた分配係数の推定値、２）分析方法の感度から、水層及び１−オクタノール層の分析における必要な被験物質の量、３）水層及び１−オクタノール層中の被験物質の濃度は、０．０１ｍｏｌ／ｌ以下であり、かつ、それぞれの層の溶解度以下であること、４）平衡容器中に占める溶媒の全体積の割合は、ほぼ一杯（９０％以上）であること、の４つのパラメーターを考慮し決定する。混合した被検混合物質を２５±２℃に保ち５分間振とう機にて振とうし、遠心分離操作を行い水層とｎ−オクタノールを分離させる。それぞれの層のサンプルを注射器などで取り出し、被検物質に適した分析法にてそれぞれの層の濃度を測定する。上記の測定法の他、高速液体クロマトグラフィーやコンピューターによる計算などでも算出が可能である。
“Aqueous” means easy compatibility with water (hydrophilicity) and means a distribution coefficient (LogPow) of 1 to 5 or less. Further, “oiliness” means difficulty in adapting to water (hydrophobicity), and the distribution coefficient is 1 to 5 or more. The same applies hereinafter.
The partition coefficient here refers to the concentration of the target substance in n-octanol divided by the concentration of the target substance in water, which is expressed as a common logarithm (LogPow). For the measurement method, the OECD Test Guideline 107 or It is shown in Japanese Industrial Standard Z7260-107 (2000). An example of the measurement method is shown below. The ratio of n-octanol and water and the amount of test substance added are as follows: 1) Estimated distribution coefficient obtained in the preliminary test of distribution coefficient, 2) From the sensitivity of the analytical method, the analysis of the aqueous layer and 1-octanol layer Required amount of test substance, 3) The concentration of the test substance in the aqueous layer and 1-octanol layer is 0.01 mol / l or less, and below the solubility of each layer, 4) in the equilibrium container The ratio of the total volume of the solvent in the solvent is determined in consideration of the four parameters that it is almost full (90% or more). The mixed test substance is kept at 25 ± 2 ° C., shaken with a shaker for 5 minutes, and centrifuged to separate the aqueous layer and n-octanol. A sample of each layer is taken out with a syringe or the like, and the concentration of each layer is measured by an analysis method suitable for the test substance. In addition to the above measurement method, it can also be calculated by high performance liquid chromatography or computer calculation.
次に透明電極１４及び背面電極１６について説明する。流体吸収・排出手段としての透明電極１４及び背面電極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を含んで構成された電極などが好適に用いられる。 Next, the transparent electrode 14 and the back electrode 16 will be described. Constituent materials of the transparent electrode 14 and the back electrode 16 as fluid absorption / discharge means include carbon materials, metals (copper, aluminum, silver, gold, nickel, platinum, etc.), metal oxides (tin oxide, tin oxide − Indium oxide (ITO), etc.), conductive polymers (polypyrroles, polythiophenes, polyanilines, polyphenylene vinylenes, polyacenes, polyacetylenes, etc.), conductive polymers and the aforementioned metal and metal oxide particles An electrode including a composite material is preferably used.
なお、流体吸収・排出手段としては、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ある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 fluid absorption / discharge means is not limited to the electrode, and may be made of a conductive material. For example, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, Conductive polymers such as silver, cadmium, indium, etc., conductive polymers such as polyacetylene, polyparaphenylene, polymethylthiophene, polypyrrole, polyaniline, polyphenylene vinylene, and polymer matrix are kneaded with metal particles or carbon particles. Resin, carbon material and the like.
但し、透明電極１４は光透過性を有する一方で、背面電極１６は光透過性を有してもよいし有色体でもよい。 However, while the transparent electrode 14 is light transmissive, the back electrode 16 may be light transmissive or a colored body.
次に透明基板１０及び背面基板１２について説明する。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。また、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るともできる。 Next, the transparent substrate 10 and the back substrate 12 will be described. Constituent materials of the transparent substrate 10 and the back substrate 12 include polyester, polyimide, polyolefin, acrylic resin such as poly (meth) methyl acrylate, polystyrene, polyethylene, polypropylene, polyethylene, polyether sulfone, nylon, polyurethane, polyvinyl chloride. Films such as polyvinylidene chloride, plate-like substrates, glass substrates, metals, metal films, ceramics, and the like can be used. Further, a flexible film substrate can be used as the transparent substrate 10 and the back substrate 12.
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の素材の色が透明（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が表示される。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の構造色の変化では表現しにくい、黒色が表示される。なお、本実施形態の場合、有色体は背面電極１６が兼ねることもできる。 The back substrate 12 may be colored or may have a colored body (for example, a colored film is attached to the substrate surface). For example, if the material of the periodic structure 18 is transparent (colorless), the periodic structure 18 transmits light when the structural color is out of the visible region, so that the color of the back substrate 12 or the color of the colored body is displayed. Is done. Thereby, for example, when the back substrate 12 is black or the colored body is black, black is displayed that is difficult to express by a change in the structural color of the periodic structure 18. In the case of this embodiment, the colored body can also serve as the back electrode 16.
但し、透明基板１０は光透過性を有する一方で、背面基板１２は光透過性を有してもよいし有色体でもよい。 However, while the transparent substrate 10 has a light transmitting property, the back substrate 12 may have a light transmitting property or a colored body.
ここで、「透明」とは、外部から進入してきた光の多くを散乱させずに透過させる性質を意味し、光の透過率が５〜９０以上でヘイズが２〜５０％以下あることを意味する。
この透過度は、ヘイズメーター（ＮＤＨ２０００、日本電色工業（株）製）を用い、測定対象物に対する透過光と、入射光方向以外に散乱した光を測定することにより求めるものである。
Here, “transparent” means the property of transmitting most of the light entering from the outside without scattering, and means that the light transmittance is 5 to 90 or more and the haze is 2 to 50% or less. To do.
This transmittance is obtained by measuring transmitted light with respect to the measurement object and light scattered outside the incident light direction using a haze meter (NDH2000, manufactured by Nippon Denshoku Industries Co., Ltd.).
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、周期構造体１８、移動流体２０Ａ、及び保持流体２０Ｂの配置領域が確保するために間隙が確保されるように配置する。 The spacer 22 can be made of, for example, resin, metal oxide, glass, or the like. In addition, the spacer 22 is not particularly limited, but the spacer 22 is arranged so that the gap between the substrates is secured in order to secure the arrangement region of the periodic structure 18, the moving fluid 20A, and the holding fluid 20B.
スペーサー２２の形状は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 spacer 22 is not particularly limited as long as the gap can be maintained, but for example, an independent shape such as a sphere, a cube, or a columnar shape is preferably used.
その他、本実施形態に係る光学素子には、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、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 according to the present embodiment includes elements such as a surface protective layer, a color filter layer, a UV absorption layer, an antireflection layer, wiring, an electric circuit, an IC, an LSI, and a power source. May be provided.
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.
上記構成の本実施形態に係る光学素子では、次のようにして移動流体２０Ａが周期構造体１８の内部へ吸収・排出が行われる。 In the optical element according to this embodiment having the above-described configuration, the moving fluid 20A is absorbed and discharged into the periodic structure 18 as follows.
まず、移動流体２０Ａとして、油性の液体よりも誘電率が大きい水性の液体を適用し、保持流体２０Ｂとして、水生の液体より誘電率が小さい油性の液体を適用した場合を説明する。なお、本例の場合、保持流体２０Ｂとして適用する油性の液体が周期構造体１８の空隙構造内部へ入り込み（吸液される）、周期構造体の平均屈折率を変えるため、移動流体２０Ａとしての機能も果している。 First, a case where an aqueous liquid having a dielectric constant larger than that of an oily liquid is applied as the moving fluid 20A and an oily liquid having a dielectric constant smaller than that of an aquatic liquid is applied as the holding fluid 20B will be described. In the case of this example, an oily liquid applied as the holding fluid 20B enters (sucks) the void structure of the periodic structure 18 and changes the average refractive index of the periodic structure. The function is also fulfilled.
移動流体２０Ａとして水性の液体を適用し、且つ保持流体２０Ｂとして油性の液体を適用した場合、流体吸収・排出手段としての一対の透明電極１４及び背面電極１６に電圧を印加しない状態では、移動流体２０Ａにおける周期構造体１８表面に対する表面張力が大きいため、保持流体２０Ｂが吸液されて、移動流体２０Ａは周期構造体１８内部へは入り込まない一方、保持流体２０Ｂにおける周期構造体１８表面に対する表面張力が小さいため、保持流体２０Ｂは周期構造体１８内部へ入り込んでいる（（図３（Ａ）参照））。 When an aqueous liquid is applied as the moving fluid 20A and an oily liquid is applied as the holding fluid 20B, the moving fluid is not applied to the pair of transparent electrodes 14 and the back electrode 16 as fluid absorbing and discharging means. Since the surface tension on the surface of the periodic structure 18 at 20A is large, the holding fluid 20B is absorbed and the moving fluid 20A does not enter the inside of the periodic structure 18, while the surface tension on the surface of the periodic structure 18 at the holding fluid 20B. Therefore, the holding fluid 20B has entered the periodic structure 18 (see FIG. 3A).
このとき、周期構造体１８は、保持流体２０Ｂにより平均屈折率が変化した状態で構造色を呈している。無論、保持流体２０Ｂとして液体よりも屈折率が小さい気体が入り込んでいるときは、周期構造体１８に由来する構造色を呈することとなる。 At this time, the periodic structure 18 exhibits a structural color in a state where the average refractive index is changed by the holding fluid 20B. Of course, when a gas having a refractive index smaller than that of the liquid enters the holding fluid 20B, a structural color derived from the periodic structure 18 is exhibited.
次に、一対の透明電極１４及び背面電極１６に電圧を印加すると、移動流体２０Ａにおける周期構造体１８表面に対する表面張力が低下し、移動流体２０Ａが周期構造体１８内部へ入り込むようになる（吸収するようになる）一方で、保持流体２０Ｂが周期構造体１８表面に対する表面張力が上昇し、周期構造体１８内部から排出されようになる（図３（Ａ）参照）へは入り込むようになる。そして、この入り込んだ移動流体２０Ａにより周期構造体１８の平均屈折率が変化し、言い換えれば、周期構造体１８内部に入り込んでいる流体の屈折率が異なるので、周期構造体１８の構造色が変化する。 Next, when a voltage is applied to the pair of transparent electrodes 14 and the back electrode 16, the surface tension of the moving fluid 20A with respect to the surface of the periodic structure 18 decreases, and the moving fluid 20A enters the inside of the periodic structure 18 (absorption). On the other hand, the surface tension of the holding fluid 20B with respect to the surface of the periodic structure 18 is increased, and the retaining fluid 20B enters the periodic structure 18 (see FIG. 3A). The average refractive index of the periodic structure 18 changes due to the moving fluid 20A that has entered, in other words, the refractive index of the fluid entering the periodic structure 18 is different, so that the structural color of the periodic structure 18 changes. To do.
無論、保持流体２０Ｂとして屈折率の小さい気体が入り込んでいる状態から、空隙構造に流体が入り込んでいない状態から、移動流体２０Ａが入り込めば、周期構造体１８に由来する構造色から色が変化する。 Of course, the color changes from the structural color derived from the periodic structure 18 when the moving fluid 20A enters from the state where the gas having a low refractive index enters the holding fluid 20B, from the state where the fluid does not enter the gap structure. To do.
一方、一対の透明電極１４及び背面電極１６への電圧印加を解除すると、移動流体２０Ａにおける周期構造体１８表面に対する表面張力が上昇するため（元にもどるため）、移動流体２０Ａが周期構造体１８内部から排出される一方で、保持流体２０Ｂにおける周期構造体１８表面に対する表面張力が低下するため（元にもどる）、保持流体２０Ｂは周期構造体１８内部へは入り込んでいく（（図３（Ａ）参照））。 On the other hand, when the voltage application to the pair of transparent electrodes 14 and the back electrode 16 is released, the surface tension of the moving fluid 20A with respect to the surface of the periodic structure 18 increases (becomes back), so the moving fluid 20A While being discharged from the inside, the surface tension of the holding fluid 20B with respect to the surface of the periodic structure 18 decreases (returns to the original), so the holding fluid 20B enters the inside of the periodic structure 18 ((FIG. 3A )reference)).
このように、移動流体２０Ａにより平均屈折率を変化させることで、周期構造体１８が呈する色を変化させる。また、移動流体２０Ａの周期構造体１８内部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される。この存在率の調整は、付与する印加電圧、電流量やその時間により行うことができる。 Thus, the color which the periodic structure 18 exhibits is changed by changing an average refractive index with the moving fluid 20A. Further, since the amount of change in the average refractive index varies depending on the abundance ratio of the moving fluid 20A inside the periodic structure 18, the color is adjusted according to the abundance ratio. This abundance ratio can be adjusted by the applied voltage, the amount of current applied, and the time.
なお、移動流体２０Ａの周期構造体１８内部の存在率とは、周期構造体１８の空隙構造の単位体積当りに、当該空隙構造に移動流体２０Ａが存在する割合（空隙構造単位体積当りに存在する移動流体の体積）である。 The abundance ratio of the moving fluid 20A inside the periodic structure 18 is a ratio of the moving fluid 20A existing in the void structure per unit volume of the void structure of the periodic structure 18 (existing per unit volume of the void structure). The volume of the moving fluid).
ここで、油性の液体よりも誘電率が高い水性の液体の周期構造体１８内部への吸液・排出の原理について詳細に説明する。なお、以下、電極が周期構造体に相当し、電解質（溶液）が移動流体（保持流体含む）に相当する。 Here, the principle of liquid absorption / discharge of the aqueous liquid having a dielectric constant higher than that of the oily liquid into the periodic structure 18 will be described in detail. Hereinafter, the electrode corresponds to the periodic structure, and the electrolyte (solution) corresponds to the moving fluid (including the holding fluid).
上述した吸液・排出は、エレクトロウェッティング現象あるいは電気毛管現象と呼ばれる手法を用いる。エレクトロウエッテイング現象とは、電極を電解質（溶液）に接触させる電極表面と溶液との接触面で界面が形成され、この界面には電極側での金属イオン及び自由電子と、溶液側の電解質イオンとにより、いわゆる電気二重層ＥＤＬ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｄｏｕｂｌｅ ｌａｙｅｒ）が形成され、そして電極−電解質の境界に電界が加わると表面張力の変化を誘発する現象をいう。 The liquid absorption / discharge described above uses a technique called electrowetting phenomenon or electrocapillary phenomenon. The electrowetting phenomenon is that an interface is formed at the contact surface between the electrode surface where the electrode is brought into contact with the electrolyte (solution) and the solution, and metal ions and free electrons on the electrode side and electrolyte ions on the solution side are formed on this interface. Thus, a so-called electric double layer EDL (electric double layer) is formed, and a change in surface tension is induced when an electric field is applied to the electrode-electrolyte boundary.
具体的には、図４（Ａ）に示すように、外部電圧Ｖの印加がない場合、電荷は電極−電解質の境界に現れて、電気二重層ＥＤＬを形成する。一方、図４（Ｂ）に示すように、外部電圧が印加された場合、電気二重層ＥＤＬにおける電荷密度は変化をし、その結果、表面張力γと接触角は増減する。ここで、図４はエレクトロウェッティング現象を説明するための模式図である。 Specifically, as shown in FIG. 4A, when no external voltage V is applied, the charge appears at the electrode-electrolyte boundary to form the electric double layer EDL. On the other hand, as shown in FIG. 4B, when an external voltage is applied, the charge density in the electric double layer EDL changes, and as a result, the surface tension γ and the contact angle increase or decrease. Here, FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the electrowetting phenomenon.
そして、印加された電圧（Ｖ）とその結果の表面張力（γ）との関係式は、境界における熱力学解析によって導き出されることができ、その結果はリップマンの式を用いて式（１）のように表される。
γ＝γ０− １／２ｃＶ２ ・・・（１）
ここで、γ０は電圧ゼロ（すなわち、固体の表面は電荷ゼロ）時の固体−液体境界における表面張力、ｃは単位面積当たりのキャパシタンスであり、電荷層は対称なヘルムホルツ・キャパシタをモデルとして仮定している。
Then, the relational expression between the applied voltage (V) and the resulting surface tension (γ) can be derived by thermodynamic analysis at the boundary, and the result is expressed by the equation (1) using the Lippmann equation. It is expressed as follows.
γ = γ 0 −1/2 cV 2 (1)
Here, γ 0 is the surface tension at the solid-liquid boundary when the voltage is zero (that is, the solid surface is zero charge), c is the capacitance per unit area, and the charge layer is assumed to be a symmetric Helmholtz capacitor as a model. is doing.
外部から電圧が電解質と固体の間に加えられると、電荷と双極子には状態変化が起き、境界での表面エネルギに変化が生じる。特に、境界に電荷があると、表面領域を拡張するのに要する仕事が電荷間の反発力で減らされるため、表面張力の低下が起きるので拡張し易くなると考えられる。 When an external voltage is applied between the electrolyte and the solid, the charge and dipole change state, causing a change in surface energy at the boundary. In particular, if there is an electric charge at the boundary, the work required to expand the surface region is reduced by the repulsive force between the charges, so that the surface tension is lowered, so that the expansion is facilitated.
リップマンの式（１）は、ヤング式（２）の導入によって接触角θを用いて表される。
γＳＬ＝γＳＧ−γＬＧｃｏｓθ ・・・（２）
ｃｏｓθ＝ｃｏｓθ０＋（１／γＬＧ）×（１／２）ｃＶ２ ・・・（３）
ここで、θ０は境界層を横切る電界がゼロのときの接触角、γＳＬは固体−液体表面張力、γＬＧは液体−ガス表面張力、γＳＧは固体−ガス表面張力である。γＬＧ及びγＳＧは印加電位に無関係な定数であると仮定する。また、式（３）における接触角は液体と電極との間の印加電圧の関数となっている。
Lippmann's equation (1) is expressed using the contact angle θ by introducing Young's equation (2).
γ SL = γ SG −γ LG cos θ (2)
cos θ = cos θ 0 + (1 / γ LG ) × (1/2) cV 2 (3)
Here, θ 0 is the contact angle when the electric field across the boundary layer is zero, γ SL is the solid-liquid surface tension, γ LG is the liquid-gas surface tension, and γ SG is the solid-gas surface tension. It is assumed that γ LG and γ SG are constants independent of the applied potential. Also, the contact angle in equation (3) is a function of the applied voltage between the liquid and the electrode.
したがって図４（Ｂ）のように、液体と電極との間に電圧を印加すると、接液体が拡張する。 Therefore, as shown in FIG. 4B, when a voltage is applied between the liquid and the electrode, the liquid contact expands.
一方、水性の液体よりも誘電率が低い油性の液体の場合、外部電圧Ｖの印加がない場合と外部電圧が印加された場合とで逆の現象が生じる。即ち、外部電圧Ｖの印加がない場合には、表面張力が高い状態を維持し、外部電圧Ｖの印加がない場合に表面張力が低下する。 On the other hand, in the case of an oily liquid having a dielectric constant lower than that of an aqueous liquid, the reverse phenomenon occurs when no external voltage V is applied and when an external voltage is applied. That is, when the external voltage V is not applied, the surface tension is kept high, and when the external voltage V is not applied, the surface tension is lowered.
上記エレクトロウェッティング現象を利用して、表面張力を変えて、移動流体２０Ａを周期構造体１８の空隙構造内部へ吸収・排出を行い、平均屈折率を変化させ、その呈する構造色を変化させる。なお、電極と電解質との間に絶縁性の層（例えば、周期構造体全体が絶縁性の場合）を介していても同様な現象が生じる。 Utilizing the electrowetting phenomenon, the surface tension is changed and the moving fluid 20A is absorbed and discharged into the void structure of the periodic structure 18 to change the average refractive index and change the structural color. Note that the same phenomenon occurs even if an insulating layer (for example, when the entire periodic structure is insulating) is interposed between the electrode and the electrolyte.
次に、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移動流体２０Ａ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。 Next, the mechanism of the periodic structure 18 exhibiting the structural color and the mechanism of the color matching due to the moving fluid 20A entering the void structure of the periodic structure will be described using a colloidal crystal structure as an example.
まず、図５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. 5, 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６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、式（２）で表される（スネルの法則）。 Therefore, as shown in FIG. 6, 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 n air , n When cry is the refractive index of air and the colloidal crystal structure, respectively, it is expressed by equation (2) (Snell's law).
さらに、図７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７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ｌは式（２’）となり、式（１）、式（２）をまとめることで式（３）を得る。 Furthermore, as shown in FIG. 7, 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. 7). When the particle diameter (volume average particle diameter) is represented by d, the lattice constant l becomes the expression (2 ′), and the expression (3) is obtained by combining the expressions (1) and (2).
ここで、式（３）中、ｍはフラッグ定数（ｍ＝１）を示す。ｎａはコロイド粒子の屈折率であり、コロイド結晶粒子を構成する成分の屈折率ｎｉとコロイド結晶粒子の体積分率Ｖｉからｎａ ２＝ΣｎｉＶｉで表される。このλｍａｘが可視光領域（例えば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, in formula (3), m represents a flag constant (m = 1). n a is the refractive index of the colloidal particles, represented by the volume fraction V i of the refractive index n i and colloidal crystal particles of the components constituting the colloidal crystal particles n a 2 = Σn i V i . When λ max falls within the visible light region (for example, 400 nm to 800 nm), it can be recognized as a structural color.
そして、外部からコロイド結晶構造体の空隙構造内部に移動流体が吸収・排出されることは、ｎａが変化することとなる。このため、コロイド結晶構造体の構造色が変化することとなる。また、移動流体の量（存在率）によって調色されることも示される。 Then, the transfer fluid is absorbed and discharged from outside to internal void structure of the colloidal crystal structure, so that the n a is changed. For this reason, the structural color of the colloidal crystal structure changes. It is also shown that the color is adjusted by the amount of moving fluid (presence rate).
このように、本実施形態に係る光学素子は、移動流体２０Ａにより周期構造体１８が呈する構造色を変化させる。また、構造色の変化の際、光学材料の大きさの変化は伴わず、１画素（単一画素：単一画素とは、画像を構成する最小の単位要素のことを示す。）ごとに表示が行われる。また、カラーフィルターの如く第３手段を必要とすることもない。 Thus, the optical element according to the present embodiment changes the structural color of the periodic structure 18 by the moving fluid 20A. In addition, when the structural color changes, the size of the optical material does not change, and each pixel is displayed (single pixel: a single pixel indicates the smallest unit element constituting the image). Is done. Further, unlike the color filter, the third means is not required.
なお、本実施形態に係る光学素子では、流体吸収・排出手段としての透明電極１４及び背面電極１６を透明基板１０及び背面基板１２の内面（対向面）に配置した形態を説明したが、例えば、図８に示すように、透明電極１４及び背面電極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 optical element according to the present embodiment, the transparent electrode 14 and the back electrode 16 as fluid absorption / discharge means have been described on the inner surfaces (opposing surfaces) of the transparent substrate 10 and the back substrate 12, but for example, As shown in FIG. 8, the transparent electrode 14 and the back electrode 16 may be disposed on the outer surfaces (non-facing surfaces) of the transparent substrate 10 and the back substrate 12.
また、本実施形態に係る光学素子では、流体吸収・排出手段としての背面電極１６を別途設けた形態を説明したが、図９に示すように、背面電極１６を周期構造体１８が兼ねてもよい。 Further, in the optical element according to the present embodiment, the configuration in which the back electrode 16 as the fluid absorption / discharge means is separately provided has been described. However, as shown in FIG. 9, the periodic structure 18 also serves as the back electrode 16. Good.
また、本実施形態に係る光学素子では、１画素単位（単一素子）の構成について説明したが、例えば、当該１画素単位をマトリクス状又はセグメント状に配置した表示装置などの光学装置に適用される。無論、電極対をマトリクス状又はセグメント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。 In the optical element according to the present embodiment, the configuration of one pixel unit (single element) has been described. For example, the optical element is applied to an optical device such as a display device in which the one pixel unit is arranged in a matrix or a segment. The Of course, the electrode pairs may be arranged in a matrix or a segment. As a driving device and driving method for an optical device such as a display device, conventionally known ones can be used.
また、本実施形態に係る光学素子に適用した光学材料は、光学素子のみならず、例えば、光スイッチング素子、光導波路、光記録、レーザー発振器、光コンピュータ等に適用される。 The optical material applied to the optical element according to the present embodiment is applied not only to the optical element but also to, for example, an optical switching element, an optical waveguide, an optical recording, a laser oscillator, an optical computer, and the like.
以下、本発明を、実施例を挙げてさら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）
体積平均粒径３００ｎｍの単分散シリカ粒子（商品名：シーホスターＫＥ−Ｗ３０、（株）日本触媒）のエタノール懸濁液にシリコン基板を浸漬しディップコート法を用いて基板上に最密充填型コロイド結晶を作製した。なお、ここでは基板の引き上げ速度を０．８μｍ／ｓとし、コロイド結晶を厚さ１０μｍで作製した。得られた最密充填型コロイド結晶は構造色（青）を呈しており、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）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。
(Example 1)
A silicon substrate is immersed in an ethanol suspension of monodispersed silica particles (trade name: Seahoster KE-W30, Nippon Shokubai Co., Ltd.) having a volume average particle size of 300 nm, and a close-packed colloid is formed on the substrate using a dip coating method. Crystals were prepared. Here, the substrate pulling rate was 0.8 μm / s, and the colloidal crystal was formed with a thickness of 10 μm. The close-packed colloidal crystal thus obtained has a structural color (blue) and has a face-centered cubic lattice with a (1,1,1) surface as the surface layer by a scanning electron microscope (SEM). It could be confirmed.
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フルフリルアルコール樹脂を充填した後、温度１０００℃で焼成し、フッ酸によりシリカコロイド結晶構造体をエッチングして、厚さ５μｍの炭素構造体（周期構造体：ネガ型構造体）を得た。得られた炭素構造体は構造色（青）を発色していた。また、ＳＥＭにより観察したところ、シリカコロイド結晶構造体と同形状の空隙構造が形成された多孔質体で、穴が繋がっていることが観察された。この空隙構造を構成する孔大きさは長径が３００ｎｍ、空隙構造を構成する孔間あるいは外部との間の通路（穴）の大きさは長径が９０ｎｍであった。 Next, using this colloidal crystal structure as a template, a furfuryl alcohol resin is filled in the space between the particles of the structure, and then fired at a temperature of 1000 ° C., and the silica colloidal crystal structure is etched with hydrofluoric acid to obtain a thickness. A 5 μm carbon structure (periodic structure: negative structure) was obtained. The resulting carbon structure had a structural color (blue). Moreover, when observed by SEM, it was observed that the pores were connected in a porous body in which a void structure having the same shape as the silica colloidal crystal structure was formed. The major diameter of the pores constituting this void structure was 300 nm, and the size of the passage (hole) between the pores constituting the void structure or between the outside was 90 nm.
得られた炭素構造体表面（空隙構造内部表面含む）に対しディップコート法によりフルオロアルキルシラン（製造元：Ｇｅｌｅｓｔ社）をコートして撥水層（親油性層）を形成した。この撥水層は絶縁層としても機能する。 A fluoroalkylsilane (manufacturer: Gelest) was coated on the surface of the obtained carbon structure (including the inner surface of the void structure) by a dip coating method to form a water repellent layer (lipophilic layer). This water repellent layer also functions as an insulating layer.
次に、撥水層を形成した炭素構造体をＩＴＯ電極基板に銀ペースト接着剤にて接着した。そして、この基板と対向するように、白金電極が形成された基板を配置し、当該基板間にＮａＣｌ溶液（屈折率１．３４、粘度１ｃＳｔ）及びシリコーンオイル（屈折率１．５３、粘度１０ｃＳｔ）を体積比（３：１）で封入したのちに周りを封止し光学素子を作製した（図１参照）。 Next, the carbon structure on which the water repellent layer was formed was adhered to the ITO electrode substrate with a silver paste adhesive. Then, a substrate on which a platinum electrode is formed is disposed so as to face this substrate, and a NaCl solution (refractive index 1.34, viscosity 1 cSt) and silicone oil (refractive index 1.53, viscosity 10 cSt) are placed between the substrates. Was encapsulated in a volume ratio (3: 1), and the periphery was sealed to produce an optical element (see FIG. 1).
この光学素子における炭素構造体は、電極を印加しない場合にはその空隙構造にシリコーンオイルが吸収されおり、周期構造体の平均屈折率が変わって、炭素構造体は赤色を呈していた。そして、光学素子における炭素構造体（周期構造体）を接着した側のＩＴＯ電極を陰極（作用局）、他方を陽極（対極）として電圧を印加したところ、シリコーンオイルは炭素構造体の空隙構造から排出される一方で、ＮａＣｌ溶液が当該空隙構造体に吸収された。これにより、空隙構造体内部に吸収されていた流体が変わって、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率が低下し、炭素構造体は赤色から緑色に変色した。また、色変化の応答速度は１秒以下であった。 In the carbon structure in this optical element, when no electrode was applied, silicone oil was absorbed in the void structure, the average refractive index of the periodic structure was changed, and the carbon structure was red. When a voltage was applied with the ITO electrode on the side where the carbon structure (periodic structure) in the optical element was bonded as the cathode (working station) and the other as the anode (counter electrode), the silicone oil was removed from the void structure of the carbon structure. While discharged, the NaCl solution was absorbed into the void structure. Thereby, the fluid absorbed in the void structure was changed, the average refractive index of the carbon structure (refractive index) was lowered, and the carbon structure was changed from red to green. The response speed of color change was 1 second or less.
なお、本実施例の構成の場合、ＮａＣｌ溶液及びシリコーンオイルはいずれも屈折率が高く炭素構造体の空隙構造内部に吸収されることで、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率を変化させる移動流体としての機能、そして他方の流体を保持する保持流体としての機能を果している。 In the case of the configuration of this example, both the NaCl solution and the silicone oil have a high refractive index and are absorbed into the void structure of the carbon structure, thereby changing the average refractive index of the carbon structure (refractive index). It functions as a moving fluid and as a holding fluid that holds the other fluid.
（実施例２）
ＮａＣｌ溶液及びシリコーンオイルに代えて、移動流体としてＮａＣｌ溶液、保持流体として空気を基板間に封入した以外は、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
(Example 2)
An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that instead of the NaCl solution and silicone oil, a NaCl solution as a moving fluid and air as a holding fluid were sealed between the substrates.
得られた光学素子における炭素構造体は、電極を印加しない場合にはその空隙構造に空気が吸収されおり、周期構造体の平均屈折率が変わらず、炭素構造体は青色を呈していた。そして、光学素子における炭素構造体（周期構造体）を接着した側のＩＴＯ電極を陰極（作用局）、他方を陽極（対極）として電圧を印加したところ、ＮａＣｌ溶液が当該空隙構造体に吸収された。これにより、空隙構造体内部に吸収されていた流体が変わって、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率が低下し、炭素構造体は青色から緑色に変色した。また、色変化の応答速度は１秒以下であった。 In the carbon structure in the obtained optical element, when no electrode was applied, air was absorbed in the void structure, the average refractive index of the periodic structure did not change, and the carbon structure was blue. Then, when a voltage was applied with the ITO electrode on the side where the carbon structure (periodic structure) in the optical element was bonded as the cathode (working station) and the other as the anode (counter electrode), the NaCl solution was absorbed into the gap structure. It was. Thereby, the fluid absorbed inside the void structure was changed, the average refractive index of the carbon structure (refractive index) was lowered, and the carbon structure was changed from blue to green. The response speed of color change was 1 second or less.
（実施例３）
ＮａＣｌ溶液及びシリコーンオイルに代えて、移動流体としてシリコーンオイル、保持流体として空気を基板間に封入した以外は、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
(Example 3)
An optical element was manufactured in the same manner as in Example 1 except that silicone oil as a moving fluid and air as a holding fluid were sealed between the substrates instead of the NaCl solution and the silicone oil.
得られた光学素子における炭素構造体は、電極を印加しない場合にはその空隙構造にシリコーンオイルが吸収されおり、周期構造体の平均屈折率が変わって、炭素構造体は赤色を呈していた。そして、光学素子における炭素構造体（周期構造体）を接着した側のＩＴＯ電極を陰極（作用局）、他方を陽極（対極）として電圧を印加したところ、シリコーンオイルは炭素構造体の空隙構造から排出される一方で、空気が当該空隙構造体に吸収された。これにより、空隙構造体内部に吸収されていた流体が変わって、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率が変化し、炭素構造体は青色から赤色に変色した。また、色変化の応答速度は１秒以下であった。 In the obtained optical element, when no electrode was applied, silicone oil was absorbed in the void structure, the average refractive index of the periodic structure was changed, and the carbon structure was red. When a voltage is applied with the ITO electrode on the side where the carbon structure (periodic structure) in the optical element is bonded as the cathode (working station) and the other as the anode (counter electrode), the silicone oil is removed from the void structure of the carbon structure. While being discharged, air was absorbed into the void structure. As a result, the fluid absorbed inside the void structure was changed, the average refractive index of the carbon structure (refractive index) was changed, and the carbon structure was changed from blue to red. The response speed of color change was 1 second or less.
（実施例４）
鋳型として体積平均粒径２００ｎｍの単分散シリカ粒子を用い、ＮａＣｌ溶液及びシリコーンオイルに代えて、移動流体として１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ）、保持流体としてハイドロフルオロエーテルを基板間に封入した以外は、実施例１と同様にして光学素子を作製した。
Example 4
Monodispersed silica particles having a volume average particle size of 200 nm are used as a template, and instead of NaCl solution and silicone oil, 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI-TFSI) is retained as a moving fluid An optical element was produced in the same manner as in Example 1 except that hydrofluoroether was sealed between the substrates as a fluid.
この光学素子における炭素構造体は、電極を印加しない場合にはその空隙構造にハイドロフルオロエーテルが吸収されおり、周期構造体の平均屈折率が変わって構造色が可視領域から外れ、炭素構造体は素材の色の黒色を呈していた。そして、光学素子における炭素構造体（周期構造体）を接着した側のＩＴＯ電極を陰極（作用局）、他方を陽極（対極）として電圧を印加したところ、ハイドロフルオロエーテルは炭素構造体の空隙構造から排出される一方で、ＥＭＩ−ＴＦＳＩが当該空隙構造体に吸収された。これにより、空隙構造体内部に吸収されていた流体が変わって、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率が変化し、炭素構造体は黒色から緑色に変色した。また、色変化の応答速度は１秒以下であった。 In the carbon structure in this optical element, when no electrode is applied, hydrofluoroether is absorbed in the void structure, the average refractive index of the periodic structure changes, and the structural color deviates from the visible region. The material color was black. When a voltage was applied with the ITO electrode on the side where the carbon structure (periodic structure) in the optical element was bonded as the cathode (working station) and the other as the anode (counter electrode), the hydrofluoroether was a void structure of the carbon structure. EMI-TFSI was absorbed into the void structure. As a result, the fluid absorbed inside the void structure changed, the average refractive index of the carbon structure (refractive index) changed, and the carbon structure changed from black to green. The response speed of color change was 1 second or less.
なお、本実施例の構成の場合でも、ハイドロフルオロエーテル及び１−エチル−３−メチルイミダゾリウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド（ＥＭＩ−ＴＦＳＩ）はいずれも屈折率が高く炭素構造体の空隙構造内部に吸収されることで、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率を変化させる移動流体としての機能、そして他方の流体を保持する保持流体としての機能を果している。
（実施例５）
体積平均粒径４００ｎｍの単分散ポリスチレン粒子（商品名：エスタポールＥＳ−Ｋ０４０、メルク）のエタノール懸濁液にＩＴＯ基板を浸漬しディップコート法を用いて基板上に最密充填型コロイド結晶を作製した。なお、ここでは基板の引き上げ速度を０．５μｍ／ｓとし、コロイド結晶を厚さ１０μｍで作製した。得られた最密充填型コロイド結晶は構造色（緑）を呈しており、ＳＥＭ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。
Even in the case of the structure of this example, both the hydrofluoroether and 1-ethyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (EMI-TFSI) have a high refractive index and the inside of the void structure of the carbon structure. As a result, the function as a moving fluid that changes the average refractive index of the carbon structure (refractive index) and the function as a holding fluid that holds the other fluid are achieved.
(Example 5)
An ITO substrate is immersed in an ethanol suspension of monodisperse polystyrene particles (trade name: Estapol ES-K040, Merck) having a volume average particle diameter of 400 nm, and a close-packed colloidal crystal is produced on the substrate using a dip coating method. did. Here, the substrate pulling rate was 0.5 μm / s, and the colloidal crystal was produced with a thickness of 10 μm. The obtained close-packed colloidal crystal had a structural color (green), and it was confirmed by SEM that a face-centered cubic lattice with the (1,1,1) surface as the surface layer was formed.
このコロイド結晶構造体を鋳型として、ＳｉＯ２粒子懸濁水溶液（ＳｉＯ２粒子の体積平均粒径６ｎｍ、濃度１０重量％、商品名：カタロイド、触媒化成工業（株））をディップコート法により当該構造体の粒子間隙に充填し、さらに５００℃で１時間加熱することでコロイド結晶構造体を消失させると共に、厚さ５μｍのシリカ構造体（周期構造体：ネガ型構造体）を得た。得られたシリカ構造体は構造色（青）を発色していた。また、ＳＥＭにより観察したところ、ポリスチレンコロイド結晶構造体と同形状の空隙構造が形成された多孔質体で、穴が繋がっていることが観察された。この空隙構造を構成する孔大きさは長径が４００ｎｍ、空隙構造を構成する孔間あるいは外部との間にの通路（穴）の大きさは長径が９０ｎｍであった。 Using this colloidal crystal structure as a template, an aqueous SiO 2 particle suspension (volume average particle diameter of SiO 2 particles 6 nm, concentration 10% by weight, trade name: Cataloid, Catalytic Chemical Industry Co., Ltd.) is subjected to the structure by dip coating. The colloidal crystal structure disappeared and the silica structure having a thickness of 5 μm (periodic structure: negative structure) was obtained by filling the particles in the body and heating at 500 ° C. for 1 hour. The resulting silica structure had a structural color (blue). Moreover, when observed by SEM, it was observed that the hole was connected in the porous body in which the void structure of the same shape as the polystyrene colloid crystal structure was formed. The major diameter of the pores constituting this void structure was 400 nm, and the size of the passage (hole) between the pores constituting the void structure or between the outside was 90 nm.
得られたシリカ構造体表面（空隙構造内部表面含む）に対しディップコート法によりフロオロアルキルシラン（Ｇｅｌｅｓｔ社）をコートして撥水層（親油性層）を形成した。この撥水層は絶縁層としても機能する。 The resulting silica structure surface (including the internal surface of the void structure) was coated with fluoroalkylsilane (Gelest) by a dip coating method to form a water repellent layer (lipophilic layer). This water repellent layer also functions as an insulating layer.
次に、撥水層を形成したシリカ構造体表面をＩＴＯ電極基板に銀ペースト接着剤にて接着した。そして、この基板と対向するように、白金電極が形成された基板を配置し、当該基板間にＮａＣｌ水溶液（水性の液体：屈折率１．３４粘度１ｃＳｔ）及びシリコーンオイル（油性の液体：屈折率１．５３、粘度：１０ｃＳｔ）を体積比（３：１）で封入したのちに周りを封止し光学素子を作製した（図１参照）。 Next, the surface of the silica structure on which the water repellent layer was formed was adhered to the ITO electrode substrate with a silver paste adhesive. And the board | substrate with which the platinum electrode was formed is arrange | positioned so that this board | substrate may be opposed, NaCl aqueous solution (aqueous liquid: refractive index 1.34 viscosity 1cSt) and silicone oil (oil-based liquid: refractive index) between the said board | substrates. 1.53, viscosity: 10 cSt) was sealed at a volume ratio (3: 1), and the periphery was sealed to produce an optical element (see FIG. 1).
この光学素子における炭素構造体は、電極を印加しない場合にはその空隙構造にシリコーンオイル（油性の液体）が吸収されおり、周期構造体の平均屈折率が変わって、炭素構造体は素材の色（無色・透明）を呈して基板の色を表現した。そして、光学素子における炭素構造体（周期構造体）を接着した側のＩＴＯ電極を陰極（作用局）、他方を陽極（対極）として電圧を印加したところ、シリコーンオイルは炭素構造体の空隙構造から排出される一方で、ＮａＣｌ溶液が当該空隙構造体に吸収された。これにより、空隙構造体内部に吸収されていた流体が変わって、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率が低下し、シリカ構造体は透明から緑色に変色した。また、色変化の応答速度は１秒以下であった。 In the carbon structure in this optical element, when no electrode is applied, silicone oil (oil-based liquid) is absorbed in the void structure, the average refractive index of the periodic structure changes, and the carbon structure is the color of the material. The color of the substrate was expressed with (colorless and transparent). When a voltage was applied with the ITO electrode on the side where the carbon structure (periodic structure) in the optical element was bonded as the cathode (working station) and the other as the anode (counter electrode), the silicone oil was removed from the void structure of the carbon structure. While discharged, the NaCl solution was absorbed into the void structure. As a result, the fluid absorbed inside the void structure was changed, the average refractive index of the carbon structure (refractive index) was lowered, and the silica structure was changed from transparent to green. The response speed of color change was 1 second or less.
なお、本実施例の構成の場合でも、ＮａＣｌ水溶液は屈折率が高くシリカ構造体の空隙構造内部に吸収されることで、炭素構造体（屈折率）の平均屈折率を変化させる移動流体としての機能、そして他方の流体を保持する保持流体としての機能を果している。 Even in the case of the configuration of this example, the NaCl aqueous solution has a high refractive index and is absorbed into the void structure of the silica structure, thereby serving as a moving fluid that changes the average refractive index of the carbon structure (refractive index). It functions as a holding fluid that holds the other fluid.
１０ 透明基板
１２ 背面基板
１４ 透明電極
１６ 背面電極
１８ 周期構造体
１８Ａ 撥水層
２０Ａ 移動流体
２０Ｂ 保持流体
２２ スペーサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Transparent substrate 12 Back substrate 14 Transparent electrode 16 Back electrode 18 Periodic structure 18A Water-repellent layer 20A Moving fluid 20B Holding fluid 22 Spacer
Claims (28)
前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体と、
を有する光学材料。 A periodic structure having a void structure communicating with the outside inside;
A first fluid absorbed or discharged into the void structure of the periodic structure;
An optical material.
前記光学材料は、内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体と前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体とを含む光学素子。 A pair of substrates, an optical material disposed between the pair of substrates, and absorption / discharge means for absorbing or discharging the first fluid to or from the gap structure of the periodic structure,
The optical material includes an optical element including a periodic structure having a void structure communicating with the outside inside and a first fluid absorbed or discharged into the void structure of the periodic structure.
前記光学素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に配置される光学材料と、前記第１流体を前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出させる吸収・排出手段と、を備え、前記光学材料が内部に外部と通じる空隙構造を有する周期構造体と前記周期構造体の前記空隙構造に吸収又は排出される第１流体とを含む光学装置。 An optical element,
The optical element includes a pair of substrates, an optical material disposed between the pair of substrates, and absorption / discharge means for absorbing or discharging the first fluid into the gap structure of the periodic structure, An optical device comprising: a periodic structure having a gap structure in which the optical material communicates with the outside; and a first fluid absorbed or discharged into the gap structure of the periodic structure.
前記周期構造体の前記空隙構造の外部に、第１流体を排出させる流体排出工程と、
を有する光学素子の表示方法。 A fluid absorption step of absorbing the first fluid inside the void structure of the periodic structure having a void structure communicating with the outside inside;
A fluid discharging step of discharging the first fluid to the outside of the gap structure of the periodic structure;
A display method of an optical element having
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008191313A (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Jsr Corp | Liquid for liquid lens and liquid lens |
| JP2011090279A (en) * | 2009-09-28 | 2011-05-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Display device |
| JP2011221415A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Nissha Printing Co Ltd | Color display device and method for producing the same |
| EP2287232A4 (en) * | 2008-06-04 | 2014-01-22 | Nat Inst For Materials Science | COLLOIDAL CRYSTALLINE GEL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND OPTICAL ELEMENT IN WHICH IT IS USED |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005031172A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Display element |
| WO2005096066A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-13 | Eastman Kodak Company | Electrowetting display element |
| JP2005300767A (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Japan Science & Technology Agency | PRODUCTION METHOD FOR DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY, DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY, AND DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY LINE |
-
2006
- 2006-08-16 JP JP2006221888A patent/JP2008046359A/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005031172A (en) * | 2003-07-08 | 2005-02-03 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Display element |
| WO2005096066A1 (en) * | 2004-04-02 | 2005-10-13 | Eastman Kodak Company | Electrowetting display element |
| JP2005300767A (en) * | 2004-04-08 | 2005-10-27 | Japan Science & Technology Agency | PRODUCTION METHOD FOR DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY, DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY, AND DIFFERENT SIZE PARTICLE ASSEMBLY LINE |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008191313A (en) * | 2007-02-02 | 2008-08-21 | Jsr Corp | Liquid for liquid lens and liquid lens |
| EP2287232A4 (en) * | 2008-06-04 | 2014-01-22 | Nat Inst For Materials Science | COLLOIDAL CRYSTALLINE GEL, PROCESS FOR PRODUCING THE SAME, AND OPTICAL ELEMENT IN WHICH IT IS USED |
| JP2011090279A (en) * | 2009-09-28 | 2011-05-06 | Toyoda Gosei Co Ltd | Display device |
| JP2011221415A (en) * | 2010-04-13 | 2011-11-04 | Nissha Printing Co Ltd | Color display device and method for producing the same |
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