(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Fe2O3を含有する微粒子、界面活性剤、樹脂を溶媒に分散させた分散液をTiO2を含有する酸化物記録媒体表面に展開し、該酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、分散液を固化させることを特徴とする画像表示方法。
【請求項２】
前記分散液に含有される樹脂が熱可塑性樹脂であり、熱を印加し分散液を流動状態にしながら酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、冷却によって分散液を固化させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
【請求項３】
前記分散液に含有される樹脂が熱硬化性樹脂であり、酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、熱を印加することによって分散液を固化させることを特徴とする請求項１に記載の画像表示方法。
【請求項４】
TiO2を含有する酸化物記録媒体と、画像を形成するための光照射装置と、画像表示を行うためのFe2O3を含有する微粒子・界面活性剤・樹脂を溶媒に分散させた分散液とを有することを特徴とする画像表示装置。
【請求項５】
前記分散液に含有される樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項６】
前記分散液に含有される樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項７】
前記分散液に含有される樹脂が光硬化型樹脂であることを特徴とする請求項４に記載の画像表示装置。
【請求項８】
前記Fe2O3を含有する微粒子の大きさが均一に統一されていることを特徴とする請求項
４〜７のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項９】
前記TiO2を含有する酸化物記録媒体上に展開された分散液に対し、酸化物記録媒体とは反対側に保護層が設けられていることを特徴とする請求項４〜８のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１０】
前記光照射装置が、少なくとも前記TiO2を含有する酸化物記録媒体のエネルギーギャップより大きいエネルギーを有する光を照射するものであることを特徴とする請求項４〜９のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１１】
フォトマスクを介して光を選択的に照射することにより画像を表示することを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【請求項１２】
光を走査して選択的に照射することにより画像を表示することを特徴とする請求項４〜１０のいずれかに記載の画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、記録媒体上に微粒子を２次元的あるいは３次元的に規則的に配列させる方法を用いた画像表示方法及び画像表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
微粒子の配列技術は、高表面積化、高解像度化、並びに高密度化等が可能であるため、触媒、記録材料、センサー、電子デバイス、光デバイス等の材料の高機能化を図る上で重要な技術であり、その研究が盛んに行われている。例えば、特許第２８２８３７４号では、微粒子の液状分散媒体を基板上に展開して液体薄膜を形成し、液状分散媒体の液厚を減少制御し、液厚を粒子径サイズと同等かそれより小さくし、表面張力を用いて微粒子を２次元で凝集させることを特徴とする微粒子の凝集形成方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の技術によれば、１粒子の層を規則正しく凝集させて一様に並べることは可能になったが、所望の２次元的な領域に微粒子を配列させることは困難であり、画像表示を行うまでには至っていないのが現状である。
【０００４】
本発明は上記の事情に鑑みて為されたもので、所望の２次元的な領域に微粒子を配列させることのできる微粒子の配列方法を利用することにより、光照射を行うことによる微粒子の配列によって画像を形成し、それを固定化することによって画像の表示を行う、画像表示方法及び画像表示装置を提案することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に記載の画像表示方法は、Fe2O3を含有する微粒子、界面活性剤、樹脂を溶媒に分散させた分散液をTiO2を含有する酸化物記録媒体表面に展開し、該酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、分散液を固化させることことを特徴としている。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、光照射により所望の領域に微粒子を配列して画像を形成した後、分散液を固化させるので、形成した画像を定着させることができ、安定した画像を表示することができる。
【０００７】
請求項２に記載の画像表示方法は、請求項１に記載の画像表示方法において、前記分散液に含有される樹脂が熱可塑性樹脂であり、熱を印加し分散液を流動状態にしながら酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、冷却によって分散液を固化させることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱可塑性樹脂を使用するので、熱を印加させながら光照射により画像形成を行った後、冷却するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【０００９】
請求項３に記載の画像表示方法は、請求項１に記載の画像表示方法において、前記分散液に含有される樹脂が熱硬化性樹脂であり、酸化物記録媒体に光照射を行うことにより画像を形成した後、熱を印加することによって分散液を固化させることを特徴としている。
【００１０】
請求項３に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱硬化性樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、熱を印加するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００１３】
請求項４に記載の画像表示装置は、TiO2を含有する酸化物記録媒体と、画像を形成するための光照射装置と、画像表示を行うためのFe2O3を含有する微粒子・界面活性剤・樹脂を溶媒に分散させた分散液とを有することを特徴としている。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、光照射により所望の領域に微粒子を配列して画像を形成することができ、形成した画像を固定して、安定した画像を表示することができる。
【００１５】
請求項５に記載の画像表示装置は、請求項４に記載の画像表示装置において、前記分散液に含有される樹脂が熱可塑性樹脂であることを特徴としている。
【００１６】
請求項５に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱可塑性樹脂を使用するので、熱を印加させながら光照射により画像形成を行った後、冷却するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００１７】
請求項６に記載の画像表示装置は、請求項４に記載の画像表示装置において、前記分散液に含有される樹脂が熱硬化性樹脂であることを特徴としている。
【００１８】
請求項６に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱硬化性樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、熱を印加するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００１９】
請求項７に記載の画像表示装置は、請求項４に記載の画像表示装置において、前記分散液に含有される樹脂が光硬化型樹脂であることを特徴としている。
【００２０】
請求項７に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として光硬化型樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、光硬化型樹脂硬化用の別の光を照射するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００２３】
請求項８に記載の画像表示装置は、請求項４〜７のいずれかに記載の画像表示装置において、前記Fe2O3を含有する微粒子の大きさが均一に統一されていることを特徴としている。
【００２４】
請求項８に記載の発明によれば、分散液中のFe2O3を含有する微粒子の大きさが均一に統一されているので、再現性良く所望の領域に所望の形状で微粒子を配列させることが可能になり、一層画像の品質向上を図ることができる。
【００２５】
請求項９に記載の画像表示装置は、請求項４〜８のいずれかに記載の画像表示装置において、前記TiO2を含有する酸化物記録媒体上に展開された分散液に対し、酸化物記録媒体とは反対側に保護層が設けられていることを特徴としている。
【００２６】
請求項９に記載の発明によれば、画像形成した部分を保護層で覆うことができるので、形成した画像を保護することができる。
【００２７】
請求項１０に記載の画像表示装置は、請求項４〜８のいずれかに記載の画像表示装置において、前記光照射装置が、少なくとも前記TiO2を含有する酸化物記録媒体のエネルギーギャップより大きいエネルギーを有する光を照射するものであることを特徴としている。
【００２８】
請求項１０に記載の発明によれば、酸化物記録媒体にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射することにより潜像を形成することができ、その潜像に対応した微粒子の配列を利用することにより、所望の画像表示を行うことができる。
【００２９】
請求項１１に記載の画像表示装置は、請求項４〜１０のいずれかに記載の画像表示装置において、フォトマスクを介して光を選択的に照射することにより画像を表示することを特徴としている。
【００３０】
請求項１１に記載の発明によれば、フォトマスクのパターンを適当に設計することにより、所望の領域に所望の形状で微粒子を配列することが可能になり、それにより所望の画像を表示することができる。
【００３１】
請求項１２に記載の画像表示装置は、請求項４〜１０のいずれかに記載の画像表示装置において、光を走査して選択的に照射することにより画像を表示することを特徴としている。
【００３２】
請求項１２に記載の発明によれば、光の走査パターンにより、所望の領域に所望の形状で微粒子を配列することが可能になり、それにより所望の画像を表示することができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について図面を用いて説明する。図１は、本画像表示装置の一つの例であり、その概念を示した断面図である。本実施形態の画像表示装置は、図１に示すように、酸化物記録媒体１と、その表面に展開された分散液２と、その上に積層された保護層３と、フォトマスク４を介して酸化物記録媒体１に対し画像形成のための光を照射する光照射装置４とから構成されている。
【００３４】
本発明は次の原理で画像表示を行うものである。
即ち、酸化物記録媒体１にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射すると、伝導帯に電子が生じ、価電子帯に正孔が生じる。この電子正孔対が酸化物記録媒体１自体の結晶格子と反応すると、表面状態が、光を照射していない部分とは異なったものに変化する。この表面状態の違いを利用することにより、あるいは、表面状態の違う領域同士の界面を利用することにより、潜像を形成することができる。そして、その酸化物記録媒体１の表面に、界面活性剤と微粒子と樹脂を溶媒に分散させた分散液２を展開してある場合は、前記の潜像に対応した微粒子の凝集作用により微粒子が所望の領域に配列することになり、それにより画像を形成できることになる。従って、それを固定化することにより、安定した画像表示を行うことができる。
【００３５】
ここで、酸化物記録媒体１としては、酸化物、あるいは酸化物以外の基板表面に酸化物薄膜をコーティングしたものを用いても差し支えない。酸化物記録媒体１上に展開する分散液２としては、微粒子・界面活性剤・樹脂を溶媒に分散したものを用いる。
【００３６】
微粒子の粒径に関しては、用いる界面活性剤、樹脂、溶媒あるいはフォトマスク５のパターンによってもその最適値が変化するため、それぞれの組み合わせにおいて適宜調節する必要がある。
【００３７】
界面活性剤としては、特に限定されるものではなく、その種類、濃度等は、用いる微粒子の種類、その粒径、並びに溶媒の種類等で最適値が変化するため、個々の場合に応じて適切なものを選択することができる。また、微粒子の形状等については後述する。
【００３８】
樹脂としては、種々のものを用いることができるが、光硬化型樹脂を用いた場合は、まず、酸化物記録媒体１に光照射することにより画像を形成し、続いて光硬化型樹脂を硬化するための光を照射することにより、分散液２を、画像を形成した状態のまま固定化させることができる。
【００３９】
また、熱硬化型樹脂を用いた場合は、まず、酸化物記録媒体１に光照射することにより画像を形成し、続いて熱を印加することにより、分散液２を、画像を形成した状態のまま固定化することができる。
【００４０】
また、熱可塑性樹脂を用いた場合は、まず、熱を印加し分散液２に流動性を持たせた状態で酸化物記録媒体１に光照射することにより画像を形成し、熱の印加を止め、冷却することにより、分散液２を、画像を形成した状態のまま固定化することができる。
【００４１】
照射する光としては、用いる酸化物記録媒体１の表面状態を変化させるために該酸化物記録媒体１のエネルギーギャップより大きいエネルギーを有する光を含有していると有効である。
【００４２】
画像表示のさせ方、即ち、どの部分に微粒子を配列させるかについては、３種類の方法がある。例えば、図２にその平面図を示したようなフォトマスク６を用いた場合について説明する。
【００４３】
第１の方法は、図３に示すように、光照射部分Ｈの微粒子７の濃度が小さくなるように（例えば、後述する実施例３参照）、微粒子・界面活性剤・樹脂、並びに溶媒を調整した場合である。この場合、微粒子７は、界面活性剤が吸着状態あるいはミセルを形成する等の状態になっており、光照射による酸化物基板の表面性の違いにより、光を照射していない領域（光非照射部）Ｂに集まりやすくなっている。この性質を利用して画像形成が可能となる。従って、フォトマスク６のパターンを微粒子を配列させたい所望の形状（例えば、「ＡＢＣ」の形状）に設計することによって、所望の領域に所望の形状で微粒子７を配列することが可能になり、それによって画像形成が行える。
【００４４】
第２の方法は、図４に示すように、光照射部分Ｈの微粒子８の濃度が大きくなるように（例えば、後述する実施例１参照）、微粒子・界面活性剤・樹脂、並びに溶媒を調整した場合である。この場合、界面活性剤が吸着状態あるいはミセルを形成している等の状態になっており、微粒子８は、光照射による酸化物基板の表面性の違いにより、光を照射した領域（光照射部分）Ｈに集まりやすい状態になっている。この性質を利用して画像形成が可能となる。従って、この場合もまた、フォトマスク６のパターンを微粒子を配列させたい所望の形状（例えば、「ＡＢＣ」の形状）に設計することにより、所望の領域に所望の形状で微粒子８を配列することが可能になり、それによって画像形成が行える。
【００４６】
なお、ここで上記の２つの方法では、フォトマスク６を介して光を選択的に照射することによって画像を形成した例を示したが、フォトマスク６を使用せず、光を走査することによって画像を形成しても差し支えない。
【００４７】
また、使用する微粒子の粒径を概ね均一にすることにより、再現性良く所望の領域に所望の形状で微粒子を配列させることが可能になり、画像の品質が向上できる。もちろん、大きさのみならず、微粒子の形状までも概ね同一にすることが更に望ましい。但し、所望の領域に所望の形状で微粒子を配列させるために、種々の粒径、並びに種々の形状の微粒子を混合して用いても、問題ないことはいうまでもない。
【００４８】
また、保護層３は、可視光の領域で透明なものが好ましく、また、光照射を保護層３側から行う場合は、照射する光の波長領域においても透明なものが好ましい。
【００４９】
次にいくつかの実施例について説明する。
［実施例１］
この実施例では、石英基板上にゾルゲル法を用いてＴｉＯ2 薄膜を成膜し、これを酸化物記録媒体として使用した。なお、Ｘ線解析により、石英基板上に成膜したＴｉＯ2 はアナターゼ型であることを確認した。この記録媒体上にスペーサを積層し、その内側の領域に分散液を展開し、保護層として石英を積層した。これを試料Ａと呼ぶ。
【００５０】
分散液としては、微粒子としてα−Ｆｅ2 Ｏ3 を用い、界面活性剤としてオレイン酸Ｎａを用い、樹脂としてポリビニルアルコールと用い、溶媒として純水を用いた。α−Ｆｅ2 Ｏ3 は、粒径が２００ｎｍ〜５μｍまで分布しているものを用いた。オレイン酸Ｎａの量は、α−Ｆｅ2 Ｏ3 に対してモル比で０．６４とした。
【００５１】
試料Ａを恒温槽に入れ８０℃に加熱して、フォトマスクを介して光を保護層側から照射した。光源としては、メタルハライドランプを用いた。この光源には、アナターゼ型のＴｉＯ2 のエネルギーギャップである３．２ｅＶ以上のエネルギーの光が含まれている。光照射時間は３０ｍｉｎ．とし、光を照射した後に試料Ａを恒温槽から取り出して室温まで冷却した。記録媒体上にはフォトマスクを反映した画像が形成でき、それを固定化することによって、安定して画像を表示させることができた。記録媒体表面の状態を顕微鏡観察した結果、光照射部の微粒子濃度が大きくなり、光を照射した領域に微粒子が集中していた。
【００５２】
［実施例２］
α−Ｆｅ2 Ｏ3 の粒径を長径５００ｎｍ、短径２００ｎｍで概ね均一とした以外は、実施例１と同様にして、記録媒体上に画像を形成した。同様に、顕微鏡観察を行った結果、やはり光照射部の微粒子の濃度が大きくなり、また、光照射部と非照射部の界面がより明確で滑らかになっていた。このようにα−Ｆｅ2 Ｏ3 の粒径を均一としたことにより、より高画質の画像表示が行えた。
【００５３】
［実施例３］
実施例１と比較し、オレイン酸Ｎａの量を多くし、α−Ｆｅ2 Ｏ3 に対してモル比で６．３５とした以外は、実施例１と同様にして、記録媒体上に画像を形成した。同様に、記録媒体表面の状態を顕微鏡観察した結果、光照射部の微粒子濃度が小さくなり、光を照射していない領域に微粒子が集中していた。このようにフォトマスクを介して光照射を行うことにより、光の非照射部に微粒子を配列させることができ、画像表示が行えた。
【００５４】
［実施例４］
実施例１と比較し、光を走査することにより光照射を行った以外は、実施例１と同様にして、記録媒体上に画像を形成した。同様に、記録媒体表面の状態を顕微鏡観察した結果、やはり光照射部の微粒子濃度が大きくなり、光を照射した領域に微粒子が集中していた。このように光を走査して光照射を行うことにより、光照射部に微粒子を配列させることができ、画像表示が行えた。
【００５５】
［実施例５］
実施例１の試料Ａと同様にして試料Ｂを作製した。但し、分散液中の樹脂として、水性高分子−イソシアネート系樹脂を用いた。続いて、フォトマスクを介して光を保護層側から照射した。光源及び照射時間は実施例１と同様にした。光を照射した後に試料Ｂを６０℃に加熱して分散液を固化させた。記録媒体上にはフォトマスクを反映した画像が形成された。同様に、記録媒体表面の状態を顕微鏡観察した結果、光照射部の微粒子濃度が大きくなり、光を照射した領域に微粒子が集中していた。このようにフォトマスクを介して光照射を行うことにより、光の照射部に微粒子を配列させ、加熱して分散液を固化することにより、画像表示が行えた。
【００５６】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、光照射により所望の領域に微粒子を配列して画像を形成した後、分散液を固化させるので、形成した画像を定着させることができ、安定した画像を表示することができる。
【００５７】
請求項２に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱可塑性樹脂を使用するので、熱を印加させながら光照射により画像形成を行った後、冷却するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００５８】
請求項３に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱硬化性樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、熱を印加するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００６０】
請求項４に記載の発明によれば、光照射により所望の領域に微粒子を配列して画像を形成することができ、形成した画像を固定して、安定した画像を表示することができる。
【００６１】
請求項５に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱可塑性樹脂を使用するので、熱を印加させながら光照射により画像形成を行った後、冷却するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００６２】
請求項６に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として熱硬化性樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、熱を印加するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００６３】
請求項７に記載の発明によれば、分散液中に含有される樹脂として光硬化型樹脂を使用するので、光照射により画像形成を行った後、光硬化型樹脂硬化用の別の光を照射するだけで分散液を固化させ、形成した画像を定着させることができる。
【００６５】
請求項８に記載の発明によれば、分散液中の微粒子の大きさが均一に統一されているので、再現性良く所望の領域に所望の形状で微粒子を配列させることが可能になり、一層画像の品質向上を図ることができる。
【００６６】
請求項９に記載の発明によれば、画像形成した部分を保護層で覆うことができるので、形成した画像を保護することができる。
【００６７】
請求項１０に記載の発明によれば、酸化物記録媒体にそのバンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を照射することにより潜像を形成することができ、その潜像に対応した微粒子の配列を利用することにより、所望の画像表示を行うことができる。
【００６８】
請求項１１に記載の発明によれば、フォトマスクのパターンを適当に設計することにより、所望の領域に所望の形状で微粒子を配列することが可能になり、それにより所望の画像を表示することができる。
【００６９】
請求項１２に記載の発明によれば、光の走査パターンにより、所望の領域に所望の形状で微粒子を配列することが可能になり、それにより所望の画像を表示することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  画像表示装置の一例の概念図（断面）である。
【図２】  フォトマスクの例の平面図である。
【図３】  酸化物記録媒体上に画像形成を行った例を示す概念図である。
【図４】  酸化物記録媒体上に画像形成を行った例を示す概念図である。
【図５】  酸化物記録媒体上に画像形成を行った例を示す概念図である。
【符号の説明】
１…酸化物記録媒体
２…分散液
３…保護層
４…光照射装置
５…フォトマスク（断面）
６…フォトマスク
７…微粒子（光非照射部に集まる場合）
８…微粒子（光照射部に集まる場合）
９…微粒子（光照射部と非照射部の界面に集まる場合）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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