JPH1165480A

JPH1165480A - 表示デバイス

Info

Publication number: JPH1165480A
Application number: JP23653697A
Authority: JP
Inventors: Tadao Katsuragawa; 忠雄桂川
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1997-08-18
Filing date: 1997-08-18
Publication date: 1999-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】表示面積の大面積化が容易であり、磁気ペン
などの簡便な記録装置で画像を記録することができ、明
暗のはっきりした鮮明な表示画像が得られる表示デバイ
スを提供する。【解決手段】光を透過する基板１の一方の面に希土類
鉄ガーネットの磁性層２を設け、磁性層２の表面及び基
板１の他方の面にそれぞれ偏光子層３、４を設けた。透
明性が高く且つファラデー回転角の大きい希土類鉄ガー
ネットを磁性層２として使用したので、磁性層２の各部
の磁化の向きを変更することにより明暗のはっきりした
鮮明な表示画像が得られる。また、希土類鉄ガーネット
の磁性層２は、磁気ペンなど簡便な記録装置で各部の磁
化の向きを変更することができるので取扱いやすい。ま
た、基板１にプラスチックフィルムやガラス板など安価
で大面積化が可能なものを使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は表示デバイスに関
し、特に、ファラデー効果を示す磁性層と偏光子層とを
有し、磁性層の各部の磁化状態の違いによって生じる明
暗により表示を行うとともに、磁気ヘッドによって書き
換えが繰り返し可能な表示デバイスに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、フラットパネルディスプレイに使
用される表示デバイスとして、光を部分的に透過あるい
は遮断することによって表示をおこなう液晶ディスプレ
イ（ＬＣＤ）が知られている。液晶ディスプレイは光学
的に結晶のような異方性示す液体のセルを一対の透明部
材間に挟み、両透明部材に設けられた透明電極間に印加
する電圧を制御し、各セルごとに透過状態にしたり遮断
状態にしたりすることにより表示を行うものである。し
かし、液晶を用いて所望の文字や図形を表示するために
は、セグメントあるいはドット毎に電極を設ける必要が
あり、構造が複雑になり且つ高価にならざるを得ないと
いう欠点を有している。また、両透明電極間への電圧供
給を絶つと表示内容が消失してしまうため、表示内容を
保持するために常に電源をオンしておくなどの対策が必
要である。そこで、磁化の向きによって偏光の回転角が
異なる、いわゆるファラデー効果を示す透明な磁性層と
偏光子層とを積層し、磁性層の各部の磁化の向きを変更
することにより、光を透過する部分と遮断する部分とに
より明暗（コントラスト）を生じさせて表示を行う表示
デバイスが提案された。この種の従来の表示デバイスと
しては、ＧＧＧ（ガドニウム・ガリウム・ガーネット）
の単結晶からなるほぼ透明な基板上にビスマス置換フェ
ライトガーネットのほぼ透明な磁性層を液層エピタキシ
ャル成長法により形成した後、両面に偏光子層を形成
し、背面にＡｌの反射膜を設けたものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＧＧＧの単結
晶基板は高価であり、しかも大面積のものを作成するこ
とは現状ではできないため、上記従来の表示デバイスは
表示面積を大きくすることができない。そもそも、ＧＧ
Ｇの単結晶を基板材料に選んだ理由は、ビスマス置換フ
ェライトガーネットの磁性層を液層エピタキシャル成長
法により形成するために、これに近い格子定数の基板を
必要としたためである。また、上記従来の表示デバイス
は、ビスマス置換フェライトガーネットの磁性層に磁界
を印加することにより各部の磁化の向きを変更すること
はできるが、像を視認できるようにするには１Ｔ（テス
ラ）程度の強い磁界が必要である。また、ファラデー効
果を利用して表示を行う従来の表示デバイスのほとんど
は、背面に反射膜を設け、磁性層の各部の磁化の向きを
変更することにより、反射膜からの反射光を制御するこ
とによって画像を表示するものであったため、暗い場所
では画像を鮮明に表示できないという問題があった。そ
こで、本発明の解決しようとする課題は、表示面積の大
面積化が容易であり、磁気ペンなどの簡便な記録装置で
画像を記録することができ、明暗のはっきりした鮮明な
表示画像が得られる表示デバイスを提供することにあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明に係る表示デバイスは、光を
透過する基板の一方の面に希土類鉄ガーネットの磁性層
を設け、この磁性層の表面及び基板の他方の面に偏光子
層を設けてなる。上記磁性層として用いる希土類鉄ガー
ネット（ＲＩＧ）は一般的にＲ₃ Ｆｅ₅Ｏ₁₂と表示され
る（Ｒは希土類原子）。Ｒには例えばＤｙ、Ｔｂ、Ｇ
ｄ、Ｙｂ、Ｓｍ等が用いられる。このＲをＢｉで置換す
るとファラデー効果が大きくなることが知られている。
このＲＩＧという材料は透明性が高いという特性を持っ
ている。また、ファラデー回転角が大きく、且つ基板面
に垂直に磁気異方性をもたせることができるため、基板
面に垂直に入射する光との相互作用（ファラデー効果）
を大きくすることができる、透過状態と遮断状態の明暗
の差（光の透過率の差）を大きくできる。なお、Ｂｉの
置換量は２以上、すなわちＢｉ_X Ｒ_3-X Ｆｅ_5-Y Ａｌ_Y
Ｏ₁₂のＸは２≦Ｘ＜３であることが好ましい。また、Ａ
ｌの置換量は透明性や保磁力、飽和磁化に影響するが、
０．５≦Ｙ≦１．５が好ましい。また、磁性層の保磁力
は３００Ｏｅ〜２ＫＯｅが好ましく、平均粒子径は透明
性、磁気特性の点から５００Å〜２０００Åが好まし
い。

【０００５】上記希土類鉄ガーネットの磁性層は、ＰＶ
Ｄ法により基板上に多結晶薄膜を堆積させることにより
形成してもよいし、また、粉末を結合剤と共に分散しこ
れを基板上に塗布することにより形成してもよい。膜厚
は多結晶薄膜の場合５０００Å〜２μｍ、粒子の塗布膜
の場合は１μｍ〜１０μｍが好ましい。また、粒子と結
合剤の混合比は重量比で結合剤／粒子＝１／５〜１／１
が好ましい。磁性層の材料として、一般にはＭｎＢｉ
や、Ｂａフェライト、Ｃｏフェライト等が用いられる
が、化学的安定性、ファラデー効果の大きさ、透明性等
の面から希土類鉄ガーネットが最も適している。また、
請求項２に記載の発明に係る表示デバイスは、請求項１
に記載の構成を前提にして、前記基板にプラスチックフ
ィルムを使用したものである。また、請求項３に記載の
発明に係る表示デバイスは、請求項１または２に記載の
表示デバイスにこれを背後から照らす照明手段を付加し
たものである。また、請求項４に記載の発明に係る表示
デバイスは、請求項１〜３のいずれかに記載の構成を前
提にして、前記磁性層を基板面に沿って不連続に、例え
ばメッシュ状に形成したものである。

【０００６】上記請求項１に記載の表示デバイスによれ
ば、透明性が高く、且つファラデー回転角の大きな希土
類鉄ガーネットを磁性層として使用したので、磁性層の
各部の磁化の向きを選択的に変更することにより明暗の
はっきりした鮮明な表示画像が得られる。また、希土類
鉄ガーネットの磁性層は、磁気ペンなどの簡便な記録装
置で各部の磁化の向きを変更することができるので取扱
いやすい。また、基板にプラスチックフィルムやガラス
板など安価で大面積化が可能なものを使用することがで
きるので、表示面積の大面積化が容易である。また、請
求項２に記載のように基板にプラスチックフィルムを用
いることで、高い可撓性を有する表示デバイスを実現で
き、書き換え可能なカード等にも用いることができる。
また、請求項３に記載のように表示デバイスを背後から
照らす照明手段を設けることで、暗い場所でも明暗のは
っきりした鮮明な画像を表示できる。また、請求項４に
記載のように磁性層を基板面に沿って不連続に形成する
ことで、更に透明性が向上するため、明るい表示画像を
得ることができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施の形態に
ついて説明する。図１は、本発明に係る表示デバイスの
実施の形態の一例を示した図であり、この表示デバイス
は、ガラス基板、プラスチックフィルムなどのほぼ透明
な基板１の一方の面に希土類鉄ガーネットのほぼ透明な
磁性層２を設け、この磁性層２の表面及び基板１の他方
の面にそれぞれ偏光子層３、４を設けてなる。基板１と
しては石英ガラス等無機材料がワイヤグリッド偏光子を
表面に加工しやすい（リソグラフィー法）。以下に述べ
る透明プラスチックスを用いると、軽い、薄い、曲げや
すい等の利点があるので利用しやすい。プラスチックス
の場合はＳｉＯ₂ を数μｍ表面にスパッタ等で積層し、
この上にリソグラフィー法を用いて上記無機の石英ガラ
ス等と同様にワイヤグリッド偏光子を加工して用いるこ
とができる。基板用プラスチックとしては、ＭＭＡ、Ｐ
ＭＭＡ、ポリカーボネート、ポリプロピレン、アクリル
系樹脂、スチレン系樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリアリレー
ト、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、エポキ
シ樹脂、ポリ−４−メチルペンテン−１、フッ素化ポリ
イミド、フッ素樹脂、フェノキシ樹脂、ポリオレフィン
系樹脂、ナイロン樹脂等が使用できる。

【０００８】偏光子層３、４としては各種偏光フィルム
が用いられ、市販のものも用いることができる。偏光フ
ィルムには大別して多ハロゲン偏光フィルム、染料偏光
フィルム、金属偏光フィルムなどがあり、多ハロゲン偏
光フィルムは２色性物質にヨウ素を用いているため、可
視領域全般についてフラットな特性を示すが、湿度、高
温等に弱いという特徴を有す。また染料偏光フィルムは
偏光性能はヨウ素より劣るものの、熱・光・湿度に対し
耐性が大きいという特徴を有している。なお、偏光子層
３、４の露出面にはキズがつきやすいので保護層を設け
ることが望ましい。保護層の材料としては、石英ガラ
ス、サファイア、結晶化透明ガラス、パイレックスガラ
ス、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＢｅＯ、ＺｒＯ₂ 、Ｙ₂ Ｏ
₃ 、ＴｈＯ₂ ・ＣａＯ等が考えられるが、好ましくはア
クリル、ポリカーボネート等の透明樹脂が用いられる。

【０００９】上記表示デバイスの偏光子層４に光が入射
すると、偏光子層４の偏光面と一致した偏光成分のみ偏
光子層４及び基板１を透過して、磁性層２に入射する。
磁性層２では、そこに含まれる磁性微粒子が磁化されて
いる部分ではスピンが上（又は下向き）に揃えられてお
り、入射した直線偏光とスピンとが平行の際に透過光の
偏光面が回転する。一方、磁性微粒子が磁化されていな
い部分ではスピンの向きがランダムであるため、入射直
線偏光の偏波面は回転しない。したがって、磁性層２の
内、磁化されている部分に入射した直線偏光のみその偏
波面が回転し、磁化されていない部分に入射した直線偏
光は偏波面が回転せずに偏光子層３に入射する。そし
て、磁性層２の磁化されている部分を通過した直線偏光
は偏光子層３の偏光面と一致した偏光成分を含まないた
め遮断され、磁性層２の磁化されていない部分を通過し
た直線偏光のみ透過する。その結果、磁性層２の磁化さ
れた部分は暗く見え、磁化されていない部分は明るく見
える。上記のような構成とすることにより、磁性層２の
磁化の状態に応じて明暗をつくることができ、且つ、こ
の明暗は磁気記録によるものであるため、繰り返し画像
を書込み、また保存することもできる。

【００１０】図２は上記表示デバイスに画像を磁気的に
書き込む際に使用される磁気ペン２０の先端部の構造を
例示したものであり、この磁気ペン２０はその柄２１の
先端部に永久磁石２２を備えている。永久磁石２２は、
直径が約１mm、長さが約１０mm程度の円筒状磁石であ
り、この例ではＳ極側が柄２１の先端部内に埋設されて
保持されている。また、永久磁石２２の表面磁束密度は
２Ｋガウス程度である。上記表示デバイスは、この磁気
ペン２０を偏光子層３に対して垂直に立て、軽くなぞる
だけで簡単に画像を書き込むことができる。

【００１１】図３は、本発明に係る表示デバイスの別の
実施の形態を示した図であり、この表示デバイスは、図
１に示した表示デバイスの背面すなわち偏光子層４の表
面にバックライト５を設けたものである。このようにバ
ックライト５を設けて表示デバイスを背後から照らすこ
とにより、より明るくコントラストの高い像を表示する
ことができる。また、透明磁性層２の光透過率は良好で
あるが、これを一様な連続した層とせず、層の所々に小
さな孔を開けたり層を分散して設けるなどして不連続に
形成することにより、更に透明性を向上させることがで
きる。この場合、各不連続部の寸法が画素寸法の１／３
以下であれば、画像濃度への影響は小さく、且つ透明性
は不連続部の面積に応じて向上するので明るい像とな
り、画像のコントラストが向上する。画像濃度は主とし
て偏光面の回転（ファラデー回転角）に依存するからで
ある。なお、各画素寸法は直径３０〜１００μｍ程度で
ある。

【００１２】

【実施例】次に実施例をあげて本発明をより具体的に説
明する。〈実施例１〉１ｍｍ厚の石英ガラス基板上にスパッタ法
を用いて、磁性層２となる希土類鉄ガーネットの薄膜
（０．９μｍ厚）を製膜した。製膜材料に用いたターゲ
ットの組成は、Ｂｉ₂ Ｇｄ₁ Ｆｅ_3.8 Ａｌ_1.2 Ｏ₁₉であ
った。製膜時基板温度は３００度に保ち、製膜後６５０
度で３時間空気中で加熱処理した。得られた膜は保磁力
２．３ＫＯｅの垂直磁気異方性を示した。図４は、上記
希土類鉄ガーネット薄膜の分光透過率の測定結果であ
り、５５０ｎｍ以上の長波長領域では５０％以上の高い
透過率を示すことが確認された。図５は上記希土類鉄ガ
ーネット薄膜の磁気光学効果を、最も大きな回転角を示
す波長５２０ｎｍの光を用いて、最大印加磁界１２Ｋガ
ウスとして測定した結果である。ついで一般に市販され
ているフィルム型偏光子（２色性物質にヨウ素を用いた
もの）を上記磁性層付き石英ガラス基板の両側に配置し
て表示デバイスを作成した。使用したフィルム型偏光子
の波長５２０ｎｍにおける透過率は約４０％ほどであっ
た。上記のようにして作成した表示デバイスのフィルム
型偏光子（偏光子膜３）に、図２に示した永久磁石２２
の先端部を軽く押し当てて文字を書いた後、この文字の
コントラストが最も大きくなるように両フィルム型偏光
子の吸収軸を合わせて固定した。この場合の画像のコン
トラスト比は約１．４であった。また、磁気ペン２０の
永久磁石２２の先端を画像を書き込んだ部分に近づけ
て、ゆっくりと移動させることにより画像を消去するこ
とができ、その後同様にして繰り返し画像を書込み、表
示することができた。

【００１３】〈実施例２〉実施例１と同様の組成の希土
類鉄ガーネット粉末（平均粒子径７０ｎｍ）を、共沈法
を用いて作製した。この粉末とナフテン酸ビスマスを重
量で１対１の割合で混合し、トルエン溶液を追加した
後、ボールミルを用いて５２時間混合分散した。この塗
料を８５μｍ厚のＰＥＳ（ポリエーテルサルホン）フィ
ルム上に乾燥後２μｍ厚となるように塗布した。乾燥後
得られた希土類鉄ガーネット膜はナフテン酸ビスマスの
収縮による逆磁歪効果により、膜面に垂直に磁気異方性
が生ずる。この希土類鉄ガーネット膜は保磁力６００Ｏ
ｅの垂直磁気異方性を有する膜であり、光透過率は５５
０ｎｍ以上の長波長側では４０％以上であった。磁性層
の磁気光学効果を、最も大きな回転角を示す波長５２０
ｎｍの光を用いて、最大印加磁界１５Ｋガウスとして測
定した結果、磁界強度０でのファラデー回転角は６度で
あった。ついで実施例１と全く同様にして、フィルム型
偏光子を上記磁性層付きＰＥＳフィルムの両側に配置し
て表示デバイスを製作した。ＰＥＳフィルムの波長５２
０ｎｍにおける光透過率は８２％であった。上記のよう
にして作成した表示デバイスに、実施例１と同様に磁気
ペン２０を用いて文字を書き込んだ後、この文字のコン
トラストが最も大きくなるように両フィルム型偏光子の
吸収軸を合わせて固定した。この場合も画像のコントラ
スト比は約１．４であった。ついで市販のＬＣＤ用バッ
クライトの上に、上記表示デバイスを配置し固定した。
この場合の画像のコントラスト比は１．８であった。繰
り返し画像を書込み、表示できる点は実施例１と同じで
あった。

【００１４】〈実施例３〉実施例２と同様にしてガーネ
ット磁性塗料を作製し、粘度を調整した後スクリーン印
刷法を用いて、８５μｍ厚のＰＥＳフィルム上に乾燥後
２μｍ厚となるように塗布した。このとき、希土類鉄ガ
ーネット膜が不連続となるように印刷に使用するメッシ
ュを大きくして、約１００μｍ程度の島状に膜を印刷し
た。得られた希土類鉄ガーネット膜の光透過率は５５０
ｎｍ以上の長波長側では６０％以上であった。また、希
土類鉄ガーネット膜の磁気光学効果を、波長５２０ｎｍ
の光を用いて測定した結果、磁界強度０でのファラデー
回転角は６．５度であった。ついで実施例１と全く同様
にして、フィルム型偏光子を上記磁性層付きＰＥＳフィ
ルムの両側に配置して表示デバイスを製作した。上記の
ようにして作成した表示デバイスに、実施例１と同様に
磁気ペン２０を用いて文字を書き込んだ後、この文字の
コントラストが最も大きくなるように両フィルム型偏光
子の吸収軸を合わせて固定した。この場合も画像のコン
トラスト比は約２．０であった。繰り返し画像を書込
み、表示できる点は実施例１と同じであった。

【００１５】〈比較例１〉１ｍｍ厚の石英ガラス基板上
にスパッタ法を用いて、磁性層となるＢａフェライトの
薄膜（０．９μｍ厚）を製膜した。製膜材料ターゲット
組成は、ＢａＣｏ_0.5 Ｔｉ_0.5 Ｆｅ₁₁Ｏ₁₉であった。製
膜時基板温度は６２０度とした。得られた膜は保磁力
１．３ＫＯｅの垂直磁気異方性を有し、光透過率は可視
光域では３０％程度であった。磁性層の磁気光学効果
を、最も大きな回転角を示す波長７８０ｎｍの光を用い
て、最大印加磁界１５Ｋガウスとして測定した結果、磁
界強度０でのファラデー回転角は０．５度であった。つ
いでフィルム型偏光子を上記磁性層付き石英ガラス基板
の両側に配置して表示デバイスを製作した。実施例１と
同様に磁気ペン２０を用いて文字を書き込んだ後、この
文字のコントラストが最も大きくなるように、フィルム
型偏光子の吸収軸を合わせようとしたが画像は現れなか
った。

【００１６】〈比較例２〉１ｍｍ厚の石英ガラス基板上
にガス中蒸着法を用いて、磁性層となる鉄超微粒子含有
膜（０．３μｍ厚）を作製した。蒸発源として用いた鉄
の純度は９９．９％であった。使用したガスはＡｒと空
気の混合ガスで、Ａｒを５０ＣＣＭ、空気を２０ＣＣＭ
の流量で流し、全圧力で１．３Ｐａとした。得られた膜
は平均粒子径７ｎｍの鉄微粒子を含有していた。また、
膜の保磁力は５００Ｏｅで、膜面に垂直な方向に磁気異
方性を持った膜であった。製膜時に基板は加熱しなかっ
た。光透過率は波長に依存せずほぼ一定であり、可視光
域では３０％程度であった。磁性層の磁気光学効果も、
波長依存性はほとんどなかった。磁界強度０でのファラ
デー回転角は１．９度であった。ついでフィルム型偏光
子を上記磁性層付き石英ガラス基板の両側に配置して表
示デバイスを製作した。実施例１と同様に磁気ペン２０
を用いて文字を書き込んだ後、この文字のコントラスト
が最も大きくなるように、フィルム型偏光子の吸収軸を
合わせようとしたが画像は現れなかった。

【００１７】

【発明の効果】以上要するに本発明によれば、以下のよ
うな優れた効果を発揮できる。請求項１に記載の発明に
よれば、透明性が高く、且つファラデー回転角の大きな
希土類鉄ガーネットを磁性層として使用したことによ
り、明暗のはっきりした鮮明な表示画像を得ることがで
き、磁気ペンなどの簡便な記録装置で各部の磁化の向き
を容易に変更することができ、しかも大面積化が可能な
表示デバイスを提供できる。また、請求項２に記載の発
明によれば、前記基板にプラスチックフィルムを使用し
たことにより、請求項１の表示デバイスに十分な可撓性
を付与することができる。また、請求項３に記載の発明
によれば、請求項１または２の表示デバイスにこれを背
後から照らす照明手段を付加したことにより、暗い場所
でも明暗のはっきりした鮮明な画像を表示できる。ま
た、請求項４に記載の発明によれば、前記磁性層を基板
面に沿って不連続に形成したことにより、磁性層の透明
性が更に向上するため、請求項１〜３の表示デバイスよ
りも明るい表示画像を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る表示デバイスの実施の形態の一例
を示した部分断面図である。

【図２】本発明に係る表示デバイスに画像を磁気的に書
き込む際に使用される磁気ペンの先端部の構造を例示し
た部分破断図である。

【図３】本発明に係る表示デバイスの別の実施の形態を
示した部分断面図である。

【図４】希土類鉄ガーネット薄膜の分光透過率の測定結
果を示す図である。

【図５】希土類鉄ガーネット薄膜の磁気光学効果の測定
結果を示す図である。

【符号の説明】

１基板、２磁性層、３偏光子層、４偏光子層、
５バックライト（照明手段）２０磁気ペン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光を透過する基板の一方の面に希土類鉄
ガーネットの磁性層を設け、この磁性層の表面及び基板
の他方の面に偏光子層を設けたことを特徴とする表示デ
バイス。
【請求項２】前記基板にプラスチックフィルムを使用
したことを特徴とする請求項１に記載の表示デバイス。
【請求項３】請求項１または２に記載の表示デバイス
を背後から照らす照明手段を備えたことを特徴とする表
示デバイス。
【請求項４】前記磁性層を基板面に沿って不連続に形
成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載
の表示デバイス。