JP2005316324A - 調光構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 入射光の反射率が高い反射モードと、透明性が高い透過モードとを実現できる調光構造体を提供する。
【解決手段】 調光構造体１０の製造方法は、ポリマー３１がシリカ３２およびアルミナ３３により被覆されてなる複合粒子３４を含んだ液体３５から液体を気化させて複合粒子３４を自己組織化させることにより、複合粒子が規則的に配列されてなる規則構造体３０を形成する工程と、規則構造体を焼成することによりポリマーを気化させて殻４１および中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０を形成する工程と、第１と第２の透明電極２１、２２の間に中空構造体を挟んで固定する工程と、液晶物質５０を中空構造体に注入し、液晶物質５０を中空粒子の間の間隙４４に保持させるとともに、殻の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶物質を中空部に浸透させて当該中空部に保持させる工程と、を含んでいる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、規則的な構造を有する構造体に含まれる液晶物質の分子配列形態を電場により変えることにより、外部光源からもたらされる入射光の反射および透過の制御をすることができる調光構造体およびその製造方法に関する。

近年、室内空間や自動車内の温度の管理による快適性の実現のために、外部から入射する太陽光の調光の要求がされている。そのため、種々の調光構造体が提案されている（特許文献１、２、３を参照）。

特許文献１には、熱可塑性樹脂中にネマチック液晶を分散、保持した媒体を一対の透明基板間に挟持させた液晶調光体が記載されている。この液晶調光体は、電圧を印加しないときには散乱状態となり、入射光を散乱することにより調光している。

特許文献２には、相対向する２枚の透明基板の間に電解液を密封するとともに対向するそれぞれの面に透明電極を設け、一方の透明電極にプルシアンブルーよりなるエレクトロクロミック材料を成膜し、他方の透明電極に鉄−フェナントロリン錯体よりなるエレクトロクロミック材料を成膜して構成される調光素子が記載されている。この調光素子にあって、電圧印加のとき、還元・酸化反応によりプルシアンブルーおよび鉄−フェナントロリン錯体は同時に無色透明に消色し、短絡させたとき、酸化・還元反応により、プルシアンブルーは青色に、鉄−フェナントロリン錯体は赤色に発色し、これにより可視光線の全域を遮断している。

特許文献３には、各種ピッチを有するコレステリック液晶を用いて、特定波長の選択反射を行う調光技術が記載されている。

しかしながら、特許文献１に記載された技術では、液晶調光体への太陽からの入射光が散乱することによる調光であるため、大半の太陽光が液晶調光体を透過してしまい、室内へ入射されるエネルギー量を十分に下げることができない。このため、夏の炎天下における室内空間における快適な温度を達成または維持するためには、空調装置の稼動量が依然として多く、空調装置の負荷の軽減につながらない。

特許文献２に記載された技術では、電解液を用いて材料の酸化還元反応を利用しているので、繰り返し使用によって材料の劣化が生じ易くなる。

特許文献３に記載された技術では、透過モード時、液晶内部で散乱がおこるため、車両に要求されるように、非常に高い透明性を確保することはできない。また、各種ピッチを有する液晶を、広範囲な温度領域で、安定化させることも難しい。
特開平７−１１０４６３号公報 実開平６−４７９３１号公報 特開平６−２２２３４２号公報

本発明の目的は、外部光源からもたらされる入射光の反射および透過を制御する調光構造体であって、入射光の反射率が高く入射エネルギー量を十分に下げることが可能な反射モードと、透明性が高い透過モードとを実現でき、車両のガラスや家屋のガラスに好適に適用できる調光構造体を提供することにある。さらに、そのような調光構造体の製造に適した製造方法を提供することにある。

上記目的を達成する請求項１に記載の発明は、一対の対向する透明電極と、
前記透明電極の間に挟んで固定され、シリカおよびアルミナを含む殻および当該殻内部に形成された中空部を備える中空粒子が規則的に配列され接合されてなる中空構造体と、
前記中空粒子同士の間の間隙に保持されるとともに前記中空粒子の前記中空部に浸透させて当該中空部に保持される液晶物質と、を有してなる調光構造体である。

また、請求項２に記載の発明は、ポリマーがシリカおよびアルミナにより被覆されてなる複合粒子を含んだ液体から前記液体を気化させて前記複合粒子を自己組織化させることにより、前記複合粒子が規則的に配列されてなる規則構造体を形成する工程と、
前記規則構造体を焼成することにより、前記ポリマーを気化させて前記複合粒子の内部に中空部を形成する一方、残されたシリカおよびアルミナを含む殻に微小な小孔を形成するとともに隣接する前記殻同士を溶融させて接合し、前記殻および前記中空部を備える中空粒子が規則的に配列され接合されてなる中空構造体を形成する工程と、
第１の透明電極と第２の透明電極との間に前記中空構造体を挟んで固定する工程と、
液晶物質を前記中空構造体に注入し、前記液晶物質を前記中空粒子の間の間隙に保持させるとともに、前記殻の前記微小な小孔内における毛管現象を利用して前記液晶物質を前記中空部に浸透させて当該中空部に保持させる工程と、を含んでなる調光構造体の製造方法である。

本発明によれば、外部光源からもたらされる入射光の反射および透過を制御する調光構造体であって、入射光の反射率が高く入射エネルギー量を十分に下げることが可能な反射モードと、透明性が高い透過モードとを実現でき、車両のガラスや家屋のガラスに好適に適用できる調光構造体を提供できる。

さらに、上記の調光構造体を、工業的に大量生産かつ安価に製造することができる。

図１は、本発明に係る調光構造体１０を示す断面図である。

図１を参照して、本発明に係る調光構造体１０は、一対の対向する透明電極２１、２２と、透明電極２１、２２の間に挟んで固定され、シリカおよびアルミナを含む殻４１および当該殻４１内部に形成された中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０と、中空粒子４３同士の間の間隙４４に保持されるとともに中空粒子４３の中空部４２に浸透させて当該中空部４２に保持される液晶物質５０と、を有している。

本発明に係る調光構造体１０の製造手順を説明する。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明に係る調光構造体１０の製造手順を概略で示す工程図である。

調光構造体１０を製造するには、まず、ポリマー３１がシリカ３２およびアルミナ３３により被覆されてなる複合粒子３４を含んだ液体３５から液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させることにより、複合粒子３４が規則的に配列されてなる規則構造体３０を形成する。図示例では、規則構造体３０は、複合粒子３４を含んだ液体３５を第１の透明電極２１に塗布し（第１工程、図２（Ａ））、その後、液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させることにより形成されている（第２工程、図２（Ｂ））。複合粒子３４とそれを含む液体３５は、噴霧器やスポイト３６などを用いて、第１の透明電極２１に吹き付けたり、垂らしたりして塗布される。液体３５には、例えば、水やエタノールを用いることができる。第２工程では、自己組織化、すなわちポリマー分子が自然に集まって規則的な構造を作り出す現象を利用することにより、複合粒子３４が高密度に配列された規則構造体３０を得ることができる。規則構造体３０は、積み重なった複合粒子３４が１００段以内であることが望ましい。これを越えると、調光構造体１０の厚みがありすぎること、および規則構造体３０自身が脆く壊れやすくなるからである。

次いで、規則構造体３０を焼成することにより、ポリマー３１を気化させて複合粒子３４の内部に中空部４２を形成する一方、残されたシリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１に微小な小孔を形成するとともに隣接する殻４１同士を溶融させて接合し、殻４１および中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０を形成する（第３工程、図２（Ｃ））。殻４１同士の間には、殻４１同士が溶融して接合した部位を除いて、間隙４４が形成されている。

次いで、第１の透明電極２１と第２の透明電極２２との間に中空構造体４０を挟んで固定する（第４工程、図２（Ｄ））。

最後に、液晶物質５０を中空構造体４０に注入し、液晶物質５０を中空粒子４３の間の間隙４４に保持させるとともに、殻４１の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶物質５０を中空部４２に浸透させて当該中空部４２に保持させる（第５工程、図２（Ｅ））。挟んだ中空構造体４０に液晶物質５０を注入する際には、スポイト５１などを用いる。注入された液晶物質５０は、間隙４４を通って中空構造体４０の全体に行き渡り、さらに、殻４１の微小な小孔内における毛管現象によって中空部４２に浸透する。浸透が完了すると、液晶物質５０は、一対の対向する透明電極２１、２２の間において、中空構造体４０の骨格つまり殻４１の内部の中空部４２と、殻４１の外部の間隙４４とに満たされた状態となる。

上記第３工程における焼成温度は、４００℃から８００℃の範囲にあることが望ましい。焼成温度が前記温度範囲にあると、間隙４４が形成できる程度に、殻４１同士を好適に接合することができるからである。焼成温度が４００℃未満の場合には、殻４１同士間の安定した結合を得ることができず、中空構造体４０において中空粒子４３を規則的に配列させることができなくなる。一方、焼成温度が８００℃を超える場合には、殻４１の内面および／または外面が溶けてしまって中空部４２を好適に形成することができなくなる。また、間隙４４が形成されず、殻４１同士の間が潰れてしまい、中空粒子４３の規則的な配列も得られなくなる。

焼成温度に達する上昇時間は、３０分から１０時間の範囲にあることが望ましい。上昇時間が前記時間範囲にあると、殻４１が壊れる虞がなく、毛管現象によって液晶物質５０を中空部４２に浸透させるのに好適な径を有する小孔を殻４１に形成できるからである。上昇時間が３０分未満の場合には、あまりにも急減な温度上昇のため、ポリマー３１が爆発的に気化し、殻４１が壊れてしまう。一方、上昇時間が１０時間を超える場合には、ポリマー３１の気化がゆっくりで、殻４１に形成される小孔の径が小さくなり過ぎてしまい、毛管現象によって液晶物質５０を中空部４２に浸透させることができなかったり、液晶物質５０の浸透に多大な時間を要したりする。

なお、規則構造体３０を形成するに際しては、粒子径が同じ複合粒子３４を用いる形態、または、粒子径が違う複合粒子３４を混合して用いる形態のいずれでもよい。粒子径が違う複合粒子３４を混合して用いる場合には、中空構造体４０の全容積に占める間隙４４の割合や、間隙４４自体の大きさを簡単に調整することが可能となる。

図３（Ａ）〜（Ｃ）は、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された層６１であって、かつ、隣接する層６１同士では複合粒子３４の粒子径が異なっている層６１が積層されてなる規則構造体６０を形成する手順を概略で示す工程図である。

積層構造の規則構造体６０を形成する場合には、粒子径が異なる複合粒子３４ごとに、当該複合粒子３４を含んだ液体３５の塗布および液体３５の気化を繰り返せばよい。これにより、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された層６１であって、かつ、隣接する層６１同士では複合粒子３４の粒子径が異なっている層６１が積層されてなる規則構造体６０を形成することができる。

具体的には、まず、図３（Ａ）に示すように、粒子径が同じ複合粒子３４を含んだ液体３５を第１の透明電極２１に塗布し、次いで、液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させ、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列されてなる第１層６１−（１）を形成する。

次いで、図３（Ｂ）に示すように、第１層６１−（１）を構成する複合粒子３４とは粒子径が異なる複合粒子３４であって粒子径が同じ複合粒子３４を含んだ液体３５を第１層６１−（１）の上に塗布し、次いで、液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させ、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された第２層６１−（２）であって、かつ、隣接する第１層６１−（１）との間では複合粒子３４の粒子径が異なっている第２層６１−（２）を第１層６１−（１）の上に形成する。

第Ｎ層６１−（Ｎ）を形成するまで、図３（Ｃ）に示すように、上記作業を同様に繰り返す。すなわち、第Ｎ−１層６１−（Ｎ−１）を構成する複合粒子３４とは粒子径が異なる複合粒子３４であって粒子径が同じ複合粒子３４を含んだ液体３５を第Ｎ−１層６１−（Ｎ−１）の上に塗布し、次いで、液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させ、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された第Ｎ層６１−（Ｎ）であって、かつ、隣接する第Ｎ−１層６１−（Ｎ−１）との間では複合粒子３４の粒子径が異なっている第Ｎ層６１−（Ｎ）を第Ｎ−１層６１−（Ｎ−１）の上に形成する。これによって、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された層６１であって、かつ、隣接する層６１同士では複合粒子３４の粒子径が異なっている層６１が積層されてなる規則構造体６０を得る。

積層形成した規則構造体６０にあっても、積み重なった複合粒子３４が１００段以内であることが望ましい。これを越えると、調光構造体１０の厚みがありすぎること、および規則構造体６０自身が脆く壊れやすくなるからである。

なお、積層構造の規則構造体６０を形成するに際して、用いる粒子径は、第１層６１−（１）から第Ｎ層６１−（Ｎ）になるにつれて順次小さくなる形態、これとは逆に順次大きくなる形態、あるいは、大小を繰り返す形態のいずれでもよい。但し、層６１間の接触界面における粒子の並びの乱れを小さくするためには、粒子径が順次小さくなる形態、または順次大きくなる形態のいずれかを採用することが望ましい。

積層構造の規則構造体６０も、上記第３〜５工程を経て、調光構造体１０なる。つまり、積層構造の規則構造体６０を焼成することにより、ポリマー３１を気化させて複合粒子３４の内部に中空部４２を形成する一方、残されたシリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１に微小な小孔を形成するとともに隣接する殻４１同士を溶融させて接合し、殻４１および中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０を形成する（第３工程）。殻４１同士の間には、殻４１同士が溶融して接合した部位を除いて、間隙４４が形成されている。

次いで、第１の透明電極２１と第２の透明電極２２との間に中空構造体４０を挟んで固定する（第４工程）。

最後に、液晶物質５０を中空構造体４０に注入し、液晶物質５０を中空粒子４３の間の間隙４４に保持させるとともに、殻４１の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶物質５０を中空部４２に浸透させて当該中空部４２に保持させる（第５工程）。

図４は、複合粒子３４の構成を示す断面図である。

本発明で用いる複合粒子３４は、ポリスチレンの球状微粒子３１ａを、当該球状微粒子３１ａよりも微小なアルミナ３３の微粒子を含んだシリカ３２により被覆して形成されている。

複合粒子３４の製造は、シード材にアルミナの超微粒子を含んだテトラエトキシシランを含んだ液をたらし、ゾル・ゲル法で作成することができる。

調光構造体１０による反射スペクトルが可視領域にあるためには、複合粒子３４の直径は、１５０ｎｍから６００ｎｍの範囲にあることが望ましい。

アルミナ３３の超微粒子３０２の直径は、１ｎｍから１０ｎｍ以内が望ましい。

また、複合粒子３４のうちシリカ３２およびアルミナ３３が占める割合は、１５％〜４０％であることが望ましい。シリカ３２およびアルミナ３３が占める割合が前記範囲にあると、規則構造体３０、６０が壊れにくく、また、毛管現象によって液晶物質５０を中空部４２に浸透させるのに好適な径を有する小孔を殻４１に形成できるからである。前記割合が１５％未満の場合には、規則構造体３０、６０が壊れ易くなる。一方、前記割合が４０％を越える場合には、焼成により気化したポリマー３１のガスが抜けにくく、毛管現象によって液晶物質５０を中空部４２に浸透させるのに好適な径を有する小孔を殻４１に形成できない。

図５（Ａ）（Ｂ）は、液晶物質５０の電場による駆動状態を示す図であり、図５（Ａ）は、電圧の無印加状態における等方相を示し、図５（Ｂ）は、電圧の印加状態における配列相を示している。

液晶物質５０は、当該液晶物質５０が存在する空間５２において、電圧の無印加状態で、液晶分子の配向がランダムな等方相状態となり（図５（Ａ））、電圧の印加状態で、液晶分子の配向が一定方向を向く配列相となる（図５（Ｂ））。

液晶物質５０としては、調光構造体の技術分野で一般的に使用される、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶の単独あるいは２種類以上の混合物、または他の化合物との混合物を用いることができる。

調光構造体１０として使用する温度領域では等方相であることが必要である。また、液晶としては、正、負の誘電異方性の液晶のどちらでもよいが、特に負の誘電異方性で大きな屈折率異方性のもがより望ましい。これによって、電圧印加時に液晶と殻４１との間の屈折率差を大きくとることができ、段数を少なくしても非常に大きな反射率を得ることができるからである。

上述した製造方法で得られた調光構造体１０は、図１に示したように、一対の対向する透明電極２１、２２と、透明電極２１、２２の間に挟んで固定されるとともに液晶物質５０を保持する中空構造体４０と、を有している。

透明電極２１、２２は、透明なガラス基板または樹脂フィルム上に透明導電膜を形成して構成されている。透明導電膜には、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜が用いられる。一対の透明電極２１、２２は、図示しない外部電源に接続されている。調光構造体１０は、電圧印加時に、可視域にわたって入射光を反射する反射状態となり、電圧無印加時に、可視域にわたって入射光を透過する透過状態となることが望ましい。

車両のガラスに適用する場合は、フェールセーフの観点から、電圧無印加時は、可視域にわたって透過状態であることが望まれる。

そのため、液晶物質５０の屈折率と、規則構造体３０、６０の骨格を形成するシリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１の屈折率とを、電圧無印加時に同じになるようにする必要がある。

図６は、実施例１に係る調光構造体１００を示す断面図である。

調光構造体１００の製造手順は次のとおりである。

ポリスチレン核とシリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆とからなるマイクロカプセルである複合微粒子と、水からなる溶液とをスポイトで吸い、これをスポイトの先端からたらして、ＩＴＯ膜が予め形成された透明電極１２１上に塗布した。溶液を気化させることにより、自己組織化によって細密充填構造を呈する、複合微粒子からなる規則構造体を得た。

この規則構造体を６００℃にて焼成した結果（焼成時の温度上昇時間は２時間）、中空部１４２と、シリカおよびアルミナからなる殻１４１とを備える中空粒子１４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体１４０が得られた。殻１４１同士の間には、間隙１４４が形成された。

そして、中空構造体１４０に対して透明電極１２１に対向する透明電極１２２を付けた。

最後に、液晶１５０を中空構造体１４０に注入し、液晶１５０を中空粒子１４３の間の間隙１４４に保持させるとともに、殻１４１の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶１５０を中空部１４２に浸透させて当該中空部１４２に保持させ、調光構造体１００を得た。

液晶１５０としては、ネマチック液晶４−ｐｅｎｔｙｌ−４’−ｃｙａｎｏｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）を用い、等方相の屈折率を１．５８とし、配列相の屈折率を１．５４とした。シリカの屈折率は１．４８、アルミナの屈折率は１．７６である。シリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆層におけるシリカとアルミナとの配合比は、液晶の等方相の屈折率と同じ１．５８になる配合比とした。

電圧印加時には、液晶の屈折率（＝１．５４）と、シリカおよびアルミナからなる殻１４１の屈折率（＝１．５８）との差は、０．０４になる。この屈折率差（＝０．０４）に応じて、調光構造体１００は反射を行う（反射モード）。

ここで、規則構造体の構造は、具体的には、同一直径を有する複合微粒子が１００段積み重なった形態とした。また、複合微粒子の直径は、０°入射（入射光１０１）−０°反射（反射光１０２）系において反射ピーク波長が６６０ｎｍ近傍に形成され、さらに、ピーク反射率が８０％以上となるように選んだ。

分光計測計によって、調光構造体１００の反射モードにおける反射スペクトルを測定した結果、図７に示す反射スペクトルを得た。その結果、充分なピーク反射率が得られていることが分かった。

電圧無印加時には、液晶の屈折率（＝１．５８）と、シリカおよびアルミナからなる殻１４１の屈折率（＝１．５８）との差は、ゼロになる。したがって、入射光１０１は、調光構造体１００の表面と空気層との屈折率差、および、中空構造体１４０と透明電極１２１、１２２との屈折率差で起こる波長依存性の無い反射光１０２以外は透過光１０３となる。このため、調光構造体１００は透明な状態となる（透過モード）。

図８は、実施例２に係る調光構造体２００を示す断面図である。

調光構造体２００の製造手順は次のとおりである。

ポリスチレン核とシリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆とからなるマイクロカプセルである複合微粒子と、エタノールからなる溶液とをノズルから噴霧して、ＩＴＯ膜が予め形成された透明電極２２１上に塗布した。溶液を気化させることにより、自己組織化によって細密充填構造を呈する、規則構造体６０の第１層を形成した。

以下、粒子径が違う複合微粒子を順次同様に、溶液をノズルから噴霧して、既に形成された層上に塗布し、溶液を気化させて、各層を形成した。その結果、粒子径が同じ複合微粒子が規則的に配列された層であって、かつ、隣接する層同士では複合微粒子の粒子径が異なっている層が積層されてなる規則構造体を得た。

この積層構造の規則構造体を５００℃にて焼成した結果（焼成時の温度上昇時間は１時間）、中空部２４２と、シリカおよびアルミナからなる殻２４１とを備える中空粒子２４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体２４０が得られた。殻２４１同士の間には、間隙２４４が形成された。

そして、中空構造体２４０に対して透明電極２２１に対向する透明電極２２２を付けた。

最後に、液晶２５０を中空構造体２４０に注入し、液晶２５０を中空粒子２４３の間の間隙２４４に保持させるとともに、殻２４１の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶２５０を中空部２４２に浸透させて当該中空部２４２に保持させ、調光構造体２００を得た。

液晶２５０としては、実施例１と同様に、ネマチック液晶４−ｐｅｎｔｙｌ−４’−ｃｙａｎｏｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）を用い、等方相の屈折率を１．５８とし、配列相の屈折率を１．５４とした。シリカの屈折率は１．４８、アルミナの屈折率は１．７６である。シリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆層におけるシリカとアルミナとの配合比は、実施例１と同様に、液晶の等方相の屈折率と同じ１．５８になる配合比とした。

電圧印加時には、液晶の屈折率（＝１．５４）と、シリカおよびアルミナからなる殻２４１の屈折率（＝１．５８）との差は、０．０４になる。この屈折率差（＝０．０４）に応じて、調光構造体２００は反射を行う（反射モード）。

調光構造体２００の断面構造を、反射モード時において、３８０ｎｍから７８０ｎｍにわたって複数の反射ピーク波長が形成され、さらに、それぞれのピーク反射率が８０％以上となるようにしてある。

ここで、規則構造体の積層構造は、具体的には、複合微粒子が１００段積み重なった形態とした。また、複合微粒子の直径は、０°入射（入射光２０１）−０°反射（反射光２０２）系において反射ピーク波長が３８０ｎｍから７８０ｎｍにわたって複数形成され、さらに、ピーク反射率が８０％以上となるように選んだ。具体的には、１０ｎｍ間隔でピーク波長を長波長側にシフト生成するため、順次重ねた層を構成する複合微粒子の直径を、増加させるように変えた。図９（Ａ）には、複数の主ピークを生成するための粒子直径分布の概念図が示され、図９（Ｂ）には、ピークの重ね合わせによる反射スペクトルの生成の仕方の概念図が示される。製作した調光構造体２００は、周期的な構造を有するとともに回折反射を起こす回折格子を作成し、それを積み重ねた構造をなしている。したがって、入射光２０１は、積み重ねた回折格子により回折反射を起こし、回折光からなる反射光２０２として反射されることになる。

さらに、高視野角である７５°入射−７５°反射系においても、３８０ｎｍから７８０ｎｍにわたって複数の反射ピーク波長が形成され、さらに、それぞれのピーク反射率が８０％以上とするためには、０°入射−０°反射系において反射ピーク波長が３８０ｎｍから１０００ｎｍ程度にわたって複数形成され、それぞれのピーク反射率を８０％以上とする必要がある。そのため、余分に７８０ｎｍから１０００ｎｍにわたって、１０ｎｍ間隔でピーク波長を長波長側にシフト生成するように、複合微粒子の直径を増加させるように変えながら、追加積層した。

分光計測計によって、積層構造の調光構造体２００の反射モードにおける反射スペクトルを測定した結果、図１０に示す反射スペクトルを得た。その結果、高視野角でも可視域全域にわたって、充分な反射率が得られていることが分かった。なお、図中「０°」は０°入射−０°反射系、「１５°」は１５°入射−１５°反射系の意味であり、以下、「３０°」「４５°」「６０°」「７５°」も同様である。

電圧無印加時には、液晶の屈折率（＝１．５８）と、シリカおよびアルミナからなる殻２４１の屈折率（＝１．５８）との差は、ゼロになる。したがって、入射光２０１は、調光構造体２００の表面と空気層との屈折率差、および、中空構造体２４０と透明電極２２１、２２２との屈折率差で起こる波長依存性の無い反射光２０２以外は透過光２０３となる。このため、調光構造体２００は透明な状態となる（透過モード）。

（比較例１）
比較例１の調光構造体では、シリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆層の屈折率が１．６５となるように、シリカとアルミナとを配合した。その他の点は実施例１と同様であり、液晶も、実施例１と同様に、ネマチック液晶４−ｐｅｎｔｙｌ−４’−ｃｙａｎｏｂｉｐｈｅｎｙｌ（５ＣＢ）を用いた。

比較例１の調光構造体に対して電場の無印加／印加制御を行ったが、調光構造体は透明にならなかった。

（比較例２）
比較例２の調光構造体では、複合粒子のうちシリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆層が占める割合を１０％とした。その他の点は実施例１と同様とした。

６００℃にて焼成した結果、得られた中空構造体が脆く、必要な強度を確保できなかった。

（比較例３）
比較例３の調光構造体では、複合粒子のうちシリカおよびアルミナ超微粒子からなる被覆層が占める割合を５０％とした。その他の点は実施例１と同様とした。

６００℃にて焼成した結果、シリカおよびアルミナ超微粒子からなる殻が厚すぎるために殻に非常に小さな亀裂ができ、液晶を、毛管現象を利用して中空部に十分に浸透させることができなかった。

（比較例４）
比較例４の調光構造体では、焼成温度を１０００℃とし、調光構造体を作成した。その他の点は実施例１と同様とした。

その結果、中空部を好適に形成することができず、また、殻同士の間が潰れてしまって間隙が形成されず、中空粒子の規則的な配列が得られなかった。

（比較例５）
比較例５の調光構造体では、焼成温度（６００℃）に達する上昇時間を２０分とした。その他の点は実施例１と同様とした。

その結果、ポリマーの気化が急激なため、シリカおよびアルミナ超微粒子からなる殻が壊れてしまった。

（比較例６）
比較例６の調光構造体では、第１層の上に第２層を、第２層の上に第３層を順次形成して、積層構造の規則構造体とした。第１層、第２層、および第３層を構成する複合微粒子の粒子径は、それぞれ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、および４００ｎｍとした。その他の点は実施例２と同様とした。

その結果、層間の接触界面における粒子の並びに乱れが生じた。これより、層間の接触界面における粒子の並びの乱れを小さくて安定した積層構造の規則構造体を得るためには、用いる粒子径は、積層するにつれて順次小さくなる形態、これとは逆に順次大きくなる形態を採用することが望ましいことがわかった。

以上説明したように、本発明の調光構造体１０は、一対の対向する透明電極２１、２２と、透明電極２１、２２の間に挟んで固定され、シリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１および当該殻４１内部に形成された中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０と、中空粒子４３同士の間の間隙４４に保持されるとともに中空粒子４３の中空部４２に浸透させて当該中空部４２に保持される液晶物質５０と、を有しているので、外部光源からもたらされる入射光の反射および透過を制御する調光構造体１０であって、入射光の反射率が高く入射エネルギー量を十分に下げることが可能な反射モードと、透明性が高い透過モードとを実現でき、車両のガラスや家屋のガラスに好適に適用できる。また、電解液を用いて材料の酸化還元反応を利用するもの（特許文献２参照）でもないので、電圧の印加／無印加を繰り返して使用しても、材料の劣化が生じ難く、長期にわたって安定した調光を確保できる。

なお、高分子多孔質体に液晶物質を保持させる形態も考えられるが、高分子多孔質体は比較的強度が低いことから、これを透明電極の間に挟んで固定した調光構造体も比較的強度が低くなる。これに対して、本発明の調光構造体１０にあっては、中空構造体４０の骨格にシリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１を備えているため、高分子多孔質体に比べて強度が高く、その結果、調光構造体１０全体の強度を高めることができる。この観点からも、車両のガラスや家屋のガラスに適用して好適な調光構造体１０となる。

本発明の調光構造体１０の製造方法は、ポリマー３１がシリカ３２およびアルミナ３３により被覆されてなる複合粒子３４を含んだ液体３５から液体３５を気化させて複合粒子３４を自己組織化させることにより、複合粒子３４が規則的に配列されてなる規則構造体３０、６０を形成する工程と、規則構造体３０、６０を焼成することにより、ポリマー３１を気化させて複合粒子３４の内部に中空部４２を形成する一方、残されたシリカ３２およびアルミナ３３を含む殻４１に微小な小孔を形成するとともに隣接する殻４１同士を溶融させて接合し、殻４１および中空部４２を備える中空粒子４３が規則的に配列され接合されてなる中空構造体４０を形成する工程と、第１の透明電極２１と第２の透明電極２２との間に中空構造体４０を挟んで固定する工程と、液晶物質５０を中空構造体４０に注入し、液晶物質５０を中空粒子４３の間の間隙４４に保持させるとともに、殻４１の微小な小孔内における毛管現象を利用して液晶物質５０を中空部４２に浸透させて当該中空部４２に保持させる工程と、を含んでいるので、上記構成の調光構造体１０を、工業的に大量生産かつ安価に製造することができる。

規則構造体３０は、複合粒子３４を含んだ液体３５を第１の透明電極２１に塗布し、液体３５を気化させることにより形成するのが好ましい。本発明の製造方法では、別途形成した中空構造体４０を第１の透明電極２１と第２の透明電極２２との間に挟んで固定する形態を除外するものではないが、第１の透明電極２１に規則構造体３０を形成しておけば、別途形成した中空構造体４０を搬入する工程などが不要となるので、簡便に調光構造体１０を製造することができる。

また、規則構造体６０は、粒子径が異なる複合粒子３４ごとに、当該複合粒子３４を含んだ液体３５の塗布および液体３５の気化を繰り返すことにより、粒子径が同じ複合粒子３４が規則的に配列された層６１であって、かつ、隣接する層６１同士では複合粒子３４の粒子径が異なっている層６１が積層されて形成されるものでもよい。所望の範囲の波長にわたって入射光の反射率が高く入射エネルギー量を十分に下げることが可能な反射モードを実現できる調光構造体１０を製造することができる。

複合粒子３４は、ポリスチレンの球状微粒子３１ａを、当該球状微粒子３１ａよりも微小なアルミナ３３の微粒子を含んだシリカ３２により被覆して形成するのが好ましい。かかる複合粒子３４を使用することにより、毛管現象を利用して液晶物質５０を浸透させて保持するための中空構造体４０を好適に形成することができる。

液晶物質５０は、当該液晶物質５０が存在する空間５２において、電圧の無印加状態で等方相状態となり、電圧の印加状態で配列相となることが好ましい。かかる液晶物質５０を含む調光構造体１０を車両のガラスに適用する場合は、電圧無印加時は透過状態となるので、フェールセーフの観点から優れたものとなる。

本発明に係る調光構造体を示す断面図である。 図２（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明に係る調光構造体の製造手順を概略で示す工程図である。 図３（Ａ）〜（Ｃ）は、粒子径が同じ複合粒子が規則的に配列された層であって、かつ、隣接する層同士では複合粒子の粒子径が異なっている層が積層されてなる規則構造体を形成する手順を概略で示す工程図である。 複合粒子の構成を示す断面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、液晶物質の電場による駆動状態を示す図であり、図５（Ａ）は、電圧の無印加状態における等方相を示し、図５（Ｂ）は、電圧の印加状態における配列相を示している。 実施例１に係る調光構造体を示す断面図である。 実施例１に係る調光構造体の反射モードにおける反射スペクトルを測定した結果を示す図である。 実施例２に係る調光構造体を示す断面図である。 図９（Ａ）は、複数の主ピークを生成するための粒子直径分布を示す概念図、図９（Ｂ）は、ピークの重ね合わせによる反射スペクトルの生成の仕方を示す概念図である。 実施例２に係る調光構造体の反射モードにおける反射スペクトルを測定した結果を示す図である。

符号の説明

１０、１００、２００ 調光構造体、
２１、１２１、１２１ 第１の透明電極、
２２、１２２、２２２ 第２の透明電極、
３０ 規則構造体、
３１ ポリマー、
３１ａ ポリスチレンの球状微粒子、
３２ シリカ、
３３ アルミナ、
３４ 複合粒子、
３５ 液体、
４０、１４０、２４０ 中空構造体、
４１、１４１、２４１ 殻、
４２、１４２、２４２ 中空部、
４３、１４３、２４３ 中空粒子、
４４、１４４、２４４ 間隙、
５０、１５０、２５０ 液晶物質、
５２ 液晶物質が存在する空間、
６０ 積層構造の規則構造体、
６１ 層。

Claims (6)

1. 一対の対向する透明電極と、
   前記透明電極の間に挟んで固定され、シリカおよびアルミナを含む殻および当該殻内部に形成された中空部を備える中空粒子が規則的に配列され接合されてなる中空構造体と、
   前記中空粒子同士の間の間隙に保持されるとともに前記中空粒子の前記中空部に浸透させて当該中空部に保持される液晶物質と、を有してなる調光構造体。
2. ポリマーがシリカおよびアルミナにより被覆されてなる複合粒子を含んだ液体から前記液体を気化させて前記複合粒子を自己組織化させることにより、前記複合粒子が規則的に配列されてなる規則構造体を形成する工程と、
   前記規則構造体を焼成することにより、前記ポリマーを気化させて前記複合粒子の内部に中空部を形成する一方、残されたシリカおよびアルミナを含む殻に微小な小孔を形成するとともに隣接する前記殻同士を溶融させて接合し、前記殻および前記中空部を備える中空粒子が規則的に配列され接合されてなる中空構造体を形成する工程と、
   第１の透明電極と第２の透明電極との間に前記中空構造体を挟んで固定する工程と、
   液晶物質を前記中空構造体に注入し、前記液晶物質を前記中空粒子の間の間隙に保持させるとともに、前記殻の前記微小な小孔内における毛管現象を利用して前記液晶物質を前記中空部に浸透させて当該中空部に保持させる工程と、を含んでなる調光構造体の製造方法。
3. 前記規則構造体は、前記複合粒子を含んだ液体を前記第１の透明電極に塗布し、前記液体を気化させることにより形成されていることを特徴とする請求項２に記載の調光構造体の製造方法。
4. 前記規則構造体は、粒子径が異なる複合粒子ごとに、当該複合粒子を含んだ前記液体の塗布および前記液体の気化を繰り返すことにより、粒子径が同じ複合粒子が規則的に配列された層であって、かつ、隣接する層同士では複合粒子の粒子径が異なっている層が積層されて形成されていることを特徴とする請求項２に記載の調光構造体の製造方法。
5. 前記複合粒子は、ポリスチレンの球状微粒子を、当該球状微粒子よりも微小なアルミナの微粒子を含んだシリカにより被覆して形成されていることを特徴とする請求項２に記載の調光構造体の製造方法。
6. 前記液晶物質は、当該液晶物質が存在する空間において、電圧の無印加状態で等方相状態となり、電圧の印加状態で配列相となること特徴とする請求項２に記載の調光構造体の製造方法。

Images