JP2006330511A - 光の散乱透過、および反射の切り替えが可能な調光構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】 反射性、およびフェールセーフに優れる調光構造体を提供する。
【解決手段】 透明電極３０、セル１１を有する透明構造体１０、および透明電極３０がこの順序で積層されてなる調光構造体であって、前記セル１１が面方向に規則配列しており、前記セルに透明構造体１０に対する電圧無印加時の屈折率差が０．０２以下である液晶２０が充填されていることを特徴とする調光構造体である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶を用いた調光構造体に関する。

車室内への光および熱の侵入経路としては、サンルーフ、ウィンドシールド、リアガラス、フロントサイドガラス、およびリアサイドガラス等の窓が挙げられる。従来の車両では熱的機能を空調設備のみに頼っていることから、車内に光エネルギーおよび熱エネルギーが窓から多量に侵入すると、車内環境を快適なものにするために空調設備を作動させなくてはならず、燃料の消費が増大する。

建築物においても同様の問題が検討されており、窓を通じての光エネルギーおよび熱エネルギーの流入によって、建築物内の空調設備への負荷および人体への負荷が大きくなる。車両の場合と同様に、多量のエネルギーの流入は空調設備の燃費の増大を招き、巨視的にみれば環境への悪影響も懸念される。

このような問題を解決すべく、近年、車内や建築物内に流入する光エネルギーおよび熱エネルギーを遮蔽し、室内の温度上昇および空調設備への負荷を低減させる技術が提案されており、解決策の一例として調光機能を有する材料を用いた窓が提案されている。窓に用いる材料としての透明性、および日射エネルギーの遮断のための熱線反射・吸収性の双方の特性を有し、必要に応じてスイッチングできる機能を有していれば、必要なときに必要な光量を室内に侵入させることが可能である。そのような制御が可能であれば、人体や冷房装置にかかる負荷を低減できるほか、省エネルギーの観点からも有益である。

材料に調光機能を付与するための具体的手段としては、エレクトロクロミック素子（以下「ＥＣ素子」という）、および液晶素子が知られているが、ＥＣ素子は、日射エネルギーを吸収するため、室内外を隔てる材料に用いた場合には、その吸収されたエネルギーが室内に再放出され、室内温度の上昇を招いてしまう。

液晶素子は、電圧によって配列が変化する材料からなり、液晶の配列によって光の透視性を変更させる材料である。液晶素子としては、曲線的な配列相のネマティック液晶素子（特許文献１）、相分離法により得られる液晶素子（特許文献２）などが知られている。これらの液晶素子は、以下の原理に基づいて動作する。

安価なポリマー中に液晶物質の小滴を分散させた該公報記載の液晶素子は、電圧を印加しない状態では、ポリマー壁の曲面に沿って液晶が配列する。これにより、光路がねじ曲げられ、また、ポリマーと液晶滴との界面において光が反射して散乱し、乳白色に見える。一方、液晶素子に電圧を印加した場合、液晶滴内の液晶は外部電界により電界方向に配列する。このとき、液晶の常光屈折率ｎ_ｏとポリマーの屈折率ｎ_ｐとをこれらが一致するように選択することにより、液晶素子面に垂直に入射した光を、液晶とポリマーとの界面で反射することなく通過させることができ、液晶素子は透明となる。
特表昭５８−５０１６３１号公報 特開昭６０−５０２１２８号公報

従来技術の液晶素子は電圧印加時には透視性となり、電圧無印加時には非透視性となるが、電圧無印加時に液晶素子に入射した光の殆どが入射側とは反対側に散乱するため、電圧印加時と比較しても日射透過量は殆ど減少せず、室内に日射ネルギーが多量に侵入してしまう。

また、電圧無印加時には非透視性となるため、事故や故障などにより電圧を印加することができなくなる事態を想定すると、運転中に視界が遮られるおそれがあり、非常に危険である。

本発明は、反射性、およびフェールセーフに優れる調光構造体を提供することを目的とする。

本発明者等は、面方向に規則配列したセルを有する透明構造体および透明構造体に対する電圧無印加時の屈折率差が０．１以下である液晶を併用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち本発明は、透明電極、セルを有する透明構造体、および透明電極がこの順序で積層されてなる調光構造体であって、前記セルが面方向に規則配列しており、前記セルに透明構造体に対する電圧無印加時の屈折率差が０．１以下である液晶が充填されていることを特徴とする調光構造体により上記課題を解決する。

本発明の調光構造体は、電圧無印加時には光を散乱透過させることができ、電圧印加時には光を強反射させることができるため、反射性およびフェールセーフに優れる。

本発明の第一は、図１に例示するように、透明電極３０、セル１１を有する透明構造体１０、および透明電極３０がこの順序で積層されてなる調光構造体であって、前記セル１１が面方向に規則配列しており、前記セルに透明構造体１０に対する電圧無印加時の屈折率差が０．１以下である液晶２０が充填されていることを特徴とする調光構造体である。

本発明の調光構造体は、電圧無印加時には光を散乱透過させることができ、電圧印加時には光を強反射させることができる。

これは、電圧無印加時には図２のＡに示すように、液晶分子がセル単位でランダムに配列して透明構造体との屈折率差が０．１以下となり、光を散乱透過させるのに対し、電圧印加時には図２のＢに示すように液晶分子が電界と垂直に配向することで、本発明の調光構造体に充填された液晶と透明構造体との屈折率差が広がり、液晶と透明構造体との界面で光を反射させるためである。更に、液晶を充填するためのセルが面方向に規則配列しているため、構造の繰り返し効果により、光を強反射させることができる。本発明でいう面方向とは、透明電極３０と透明構造体１０とが接する面と平行な方向を指す。

以下、本発明のセル、透明構造体、透明電極および調光構造体の製造方法について詳細な説明を行う。

（セル）
セルは、面方向に規則配列していればよいが、セル同士の中心間距離が一定であると好ましい。これは、セル同士の中心間距離が一定であると反射率が高くなるためである。前記中心間距離は２μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ以下である。中心間距離が２μｍ超であると可視光波長域の光を反射しないおそれがある。

透明構造体には図１に示すように厚み方向に複数のセルが配置されていてもよいし、図２に示すように単数のセルが配置されていてもよいが、厚み方向に複数のセルが配置されているほうがより好ましい。本発明において厚み方向とは、上述の面方向に対して垂直な方向を指す。

セルの大きさは、反射させたい光の波長に応じて適宜選択することができ、セルが大きいほど長波長の光を反射でき、逆にセルが小さいほど短波長の光を反射できる。調光構造体を車両や建築物の窓に適用することを考慮すると、セルの面方向の最長部分は１μｍ以下が好ましく、より好ましくは１５０〜５００ｎｍである。セルの面方向の最長部分が１μｍ以下であると、調光構造体に電圧を印加した際に、可視光を入射側に反射することができる。

セルの形状は特に限定されず球、半球、円柱、または角柱など適宜選択することができるが、セルが球状であると様々な角度に対応できる、つまり異方性がないため好ましい。

セルの形状および配置に関して特に望ましくは透明構造体が逆オパール構造を有することである。本発明において、逆オパール構造とは図１または図２に示すように均一な径を有する球状のセルが面方向に最密充填していることを指す。透明構造体が逆オパール構造を有することにより反射率が高くなる。

厚み方向に複数のセルが配置された逆オパール構造の場合、厚み方向にも最密充填していることが好ましい。このようなセルの配置としては、立方最密充填構造、または六方最密充填構造が好ましく挙げられる。

図３のＡ、Ｂに例示するように、逆オパール構造を有する透明構造体を２層以上積層し、かつ層ごとのセルの粒径が異なっていると日射エネルギーの反射量を増加させられるため好ましい。これは、異なる粒径のセルを複数配置することで反射できる波長帯を増やすことができるためである。

（透明構造体）
透明構造体は可視光透過性を有しているものであれば有機材料、無機材料、またはこれらのハイブリッド材料など適宜用いることができるが、可視光透過性を７０％以上有するものであると好ましい。

透明構造体が有機材料である場合には、樹脂を好ましく用いることができる。

樹脂としては炭素鎖を主鎖として、前記主鎖の一部をカルボニル結合、エーテル結合、エステル結合、ウレタン結合、スルホン結合、スルホキシド結合、スルフィド結合、スルホンエステル結合、メルカプトエステル結合、アミド結合、もしくはイミド結合で置換したもの、または、前記炭素鎖または前記結合の一部にエステル基、脂環式炭化水素基、ハロゲン基を付加したものなどが好ましく挙げられる。これらの官能基を有する樹脂は可視光透過性に優れる。

具体的には、ポリアクリル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、エポキシ樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリメルカプトエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン、塩化ビニル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含むものが好ましく挙げられる。これらの樹脂は可視光透過性に優れる。

上述の樹脂の中では特にポリアミド樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、およびポリエーテルエーテルケトン樹脂が好ましく、これらの樹脂は加工性、経済性、市場入手性、およびリサイクル性等に優れる。

ポリアミド樹脂としては、ナイロン６６（登録商標）などが好ましく挙げられ、ポリプロピレン樹脂としてはサンアロマー（登録商標）などが好ましく挙げられ、ポリエステル樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＢＩ）、またはポリ（εカプロラクトン）（ＰＣＬ）などが好ましく挙げられ、ポリフェニレンスルフィド樹脂としてはノバップス（三菱エンジニアリングプラスチック株式会社製）などが好ましく挙げられ、ポリエーテルエーテルケトン樹脂としてはポリペンコＰＥＥＫ（日本ポリペンコ株式会社製）などが好ましく挙げられる。これらの樹脂は、一部を置換されていてもよく、例えば、ＰＥＴのエチレングリコール部分を他のグリコール成分で置換したポリヘキサメチレンテレフタレート（ＰＨＴ）、ＰＨＴのテレフタル酸部分を他の異なる２塩基酸成分で置換したポリヘキサメチレンイソフタレート（ＰＨＩ）またはポリヘキサメチレンナフタレート（ＰＨＮ）など好ましく用いることができる。

また、セルの形状が複雑な場合や、厚み方向に複数のセルが配置される場合や、逆オパール構造を有する透明構造体を用いる場合などに、上記樹脂として光硬化性樹脂が好ましく用いられる。光硬化性樹脂を用いることにより、緻密な構造の透明構造体を作製することができる。光硬化性樹脂としては、可視光透過性樹脂または紫外線硬化性樹脂が好ましく、より好ましくは紫外線硬化性樹脂である。透明構造体の製造方法については後述する。

透明構造体が無機材料である場合には、シリカ、チタニア、またはガラスが好ましく用いられる。

シリカまたはチタニアを用いると、緻密な構造の透明構造体を作製することができるため好ましい。

ガラスを用いると、可視光透過性に優れるため好ましい。ガラスとしてはソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、石英ガラス、および無アルカリガラスからなる群より選択される少なくとも一種を含むガラスが挙げられる。これらのガラスを目的に応じて、硬質ガラス、軟質ガラス、色ガラス、感光性ガラス、ＵＶカットガラス、耐熱ガラス、熱線吸収ガラス、強化ガラス、クリスタルガラス等に加工したものを用いることもできる。

透明構造体には光安定剤、酸化防止剤、または紫外線吸収剤などの添加物が含まれていてもよい。

（液晶）
本発明で用いる液晶分子は特に限定されないが、棒状液晶であることが好ましい。棒状液晶は一般的に下記化学式１に示すように、環（Ｒ^１、Ｒ^２）、前記環に結合した側方置換基（Ｌ^１、Ｌ^２）、末端基（Ｔ^１、Ｔ^２）、および連結基（Ｂ）からなる構造を基本構造とし、用いる官能基により様々な性質を示す。ただし、化学式１は基本構造であり、Ｌ^１、Ｌ^２およびＢを含まない構造のものなど、様々な構造の液晶分子が本発明に含まれる。

Ｒ^１、Ｒ^２としては、ベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環、ピリミジン環、ジオキサン環、およびピリジン環等が単独または２〜４つ結合したものが挙げられる。Ｌ^１、Ｌ^２、Ｔ^１およびＴ^２としては、シアノ基、フルオロ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基などが挙げられ、好ましくはシアノ基およびフルオロ基である。Ｂとしては、エステル結合、アセチレン結合、エタン結合、エチレン結合、エチルエーテル結合、ジアセチレン結合、アゾメチン結合、アゾ結合、およびアゾキシ結合などが挙げられる。液晶分子としては、４−ペンチル−４’−シアノビフェニルまたはｐ−（４−プロピル）−シクロヘキシル−安息香酸（ｐ’−ペンチル−ｏ’−シアノ）フェニル、ｐ−（４−プロピル）−シクロヘキシル−安息香酸（ｐ’−ペンチル−ｏ’，ｍ’−ジシアノ）フェニル、ｐ−（４−プロピル）−シクロヘキシル−安息香酸（ｐ’−ペンチル−ｏ’−フルオロ）フェニルなどが好ましく挙げられる。Ｌ^１、Ｌ^２、Ｔ^１またはＴ^２がシアノ基またはフルオロ基であると、電圧印加時に電界方向と垂直な方向に配列しやすくなる。

上述したように、本発明の調光構造体に用いられる液晶は、透明構造体に対する電圧無印加時の屈折率差が０．１以下であることから、電圧を印加しない時には視界を妨げず、電圧を印加した時に光を反射するので、本発明の調光構造体はフェールセーフに優れる。透明構造体に対する電圧無印加時の屈折率差は０．１以下であればよいが、小さいほど好ましく、より好ましくは０．０２以下であり、特に望ましくは屈折率差が０である。これは、屈折率差が小さいほど透明構造体との界面で光が屈折しないためである。

本発明では、透明構造体にあわせて液晶材料を選択してもよいし、液晶材料にあわせて透明構造体を選択してもよい。

（透明電極）
本発明で用いられる透明電極としては、特に限定されないが、可視光を７０％以上透過させるものが好ましい。このような透明電極としてＩＴＯなど従来公知のものを適宜用いることができる。

（表面層、裏面層）
図４に示すように本発明では、上述の調光構造体を表面層４０および裏面層４１で挟持したものを調光構造体としてもよい。表面層および裏面層としては透明であれば特に限定されないが、樹脂またはガラスを好ましく用いることができる。

表面層および裏面層としてガラスを用いる場合には、上述の透明構造体の項に記載したものを好ましく用いることができる。

表面層および裏面層として樹脂を用いる場合には、上述の透明構造体の項に記載したものを好ましく用いることができる。

透明構造体として柔軟性のある樹脂を用い、表面層および裏面層としてフィルム状の樹脂を用いた調光構造体は、調光フィルムとして用いることができる。自動車用フロントガラスには、２枚の板ガラスの間にフィルムを挟みこんだ合わせガラスを用いることが法律により義務付けられているが、前記表面層および前記裏面層を適宜選択することにより、上述した合わせガラス用のフィルムとして本発明の調光フィルムを用いることもできる。また、調光フィルムを用いることにより既存の窓などに調光機能を付与することもできる。

調光フィルム用の表面層および裏面層としては、上述の透明構造体の項に記載した樹脂の中でフィルム状に加工できるものでもよいし、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などの合わせガラスの中間層に用いられるものを用いてもよい。

（製造方法）
本発明の透明構造体の製造方法としては、インプリント、リソグラフィ、エッチング、または、セルと同形状の物質の周囲に透明構造体を形成してから前記物質を除去することにより透明構造体中にセルを形成する方法などがある。

インプリント、リソグラフィ、およびエッチングを用いることにより、セルを微細に形成することができる。インプリントは、目的のセルに対応する形状の凸部を有するモールドを、ガラス転移温度まで加熱された基材に押し付けることにより、基材にセルを形成する方法である。モールドの材質、モールドを押し付ける時間、圧力などは適宜決定することができる。エッチングは、基材表面を化学的に腐食することにより基材にセルを形成する方法であり、ドライエッチング、ウェットエッチング、電解エッチングなどがあるが、本発明ではいずれも好ましく用いることができる。リソグラフィは、電磁波などを含む放射線を基材に照射して基材に凹部を形成する方法であり、光源の違いにより光リソグラフィ、電子ビームリソグラフィ、イオンビームリソグラフィ、およびＸ線リソグラフィなどがあるが、本発明はいずれも好ましく用いることができる。

インプリント、リソグラフィ、およびエッチングを用いて球形のセルを有する透明構造体を形成する方法や、厚み方向に複数のセルを有する透明構造体を形成する方法としては、図５のＡ〜Ｃに示すように、セルの一部を形成した透明構造体を積層する方法などがある。透明構造体同士を結着させるための方法としては、光硬化性樹脂を用いる方法が好ましく挙げられる。

セルと同形状の物質の周囲に透明構造体を形成してから前記物質を除去することにより透明構造体中にセルを形成する方法は、逆オパール構造を有する透明構造体を形成する際に特に有効である。以下に、逆オパール構造を有する透明構造体を含む調光構造体の製造方法について例示する。

表面層の片面に透明電極を形成して、前記表面層を粒子を分散させたコロイド溶液に浸してからゆっくりと引き上げることにより、透明電極上に前記粒子が周期的に配列したオパール構造体が形成される。次に、透明構造体形成材を溶媒に分散させた混合液を作製する。前記混合液に、オパール構造体および透明電極を積層した表面層を浸漬し、ゆっくりと引き上げることにより、オパール構造体の空隙が透明構造体形成材で満たされる。次に、透明構造体形成材の硬化と、前記粒子の除去とを行うことにより、透明構造体が透明電極上に形成される。裏面層の片面に透明電極を形成し、透明電極と透明構造体が隣接するように裏面層を積層して積層体を作製する。次に、積層体を液晶に浸けると、毛細管現象により逆オパール構造体のセルに液晶が浸潤し、調光構造体を形成することができる。

透明電極の形成方法としては、表面層または裏面層に透明電極を蒸着する方法が好ましく挙げられる。

オパール構造体を作製するための粒子としては、後工程で除去の可能なものを用いる必要があり、例えば、耐薬品性が低く溶媒に溶解し易い材料や、燃焼速度が速く加熱による除去が可能な材料などが好ましく用いられる。

前記コロイド溶液から、表面層を引き上げる速度としては０．０１〜１０μｍ／ｓが好ましく、より好ましくは０．５〜３μｍ／ｓであり、更に好ましくは１μｍ／ｓである。引き上げる速度が速すぎると、オパール構造体が形成されないおそれがある。また、コロイド溶液から表面層を引き上げる方法の他に、表面層を浸漬した状態でコロイド溶液の溶媒を気化させる方法も、オパール構造体の形成方法として有効である。

前記透明構造体形成材料としては、透明構造体の項に記載した樹脂、シリカまたはチタニアを好ましく用いることができる。これらを溶解または分散させるための溶媒としては、前記粒子を溶解しないものであれば特に限定されない。

前記混合液から、表面層を引き上げる速度としては０．５〜３０μｍ／ｓが好ましく、より好ましくは５〜１８μｍ／ｓであり、更に好ましくは１０μｍ／ｓである。引き上げる速度が速すぎると、十分に充填されないおそれがある。

透明構造体形成材料の硬化方法と前記粒子を除去する方法としては、前記透明構造体形成材料として紫外線硬化性樹脂を用い、前記粒子として耐薬品性の低いものを用いた場合には、紫外線を照射して透明構造体を形成した後に、前記粒子を溶解させることのできる薬液で透明構造体を洗浄する方法が有効である。また、前記透明構造体形成材料として熱硬化性を有するものを用い、前記粒子として燃焼速度の速いものを用いた場合には、加熱が有効である。

オパール構造体を鋳型として作製された逆オパール構造体のセルは、粒子状の空隙同士の接点が貫通しているため、毛細管現象により液晶を逆オパール構造の隅々にまで浸潤させることができる。この場合、球状の空隙が集合して一つのセルを形成しているとはみなさず、セルの項で述べたセル同士の中心間距離や、セルの面方向の最長部分などは、前記オパール構造体の粒子の配置や粒子の粒径に依存する。

本発明の第二は上述の調光フィルムとガラス基板とからなることを特徴とする調光材料である。

ガラス基板上に調光フィルムを貼り付けた調光材料や、調光フィルムをガラス基板で挟み込んだ調光材料などは、上述したように自動車用のフロントガラスとして好ましく用いることができる。

本発明の第三は上述の調光構造体または上述の調光材料をサイドガラス、リアガラス、またはサンルーフに用いたことを特徴とする車両である。

本発明の調光構造体を車両のサイドガラス、リアガラス、またはサンルーフに適用すると、空調設備への負荷の軽減およびフェ−ルセーフに優れる点で好ましい。

本発明の調光材料が用いられうる車両は多岐に渡り、例えば、セダン（日産自動車株式会社：スカイライン（登録商標）Ｖ３５）、コンパクトカー（日産自動車株式会社：マーチ（登録商標）Ｋ１２）、ミニバン（日産自動車株式会社：セレナ（登録商標）Ｃ２４）、ワゴン（日産自動車株式会社：プリメーラワゴン（登録商標）ＷＰ１１）、スポーティーカー（日産自動車株式会社：フェアレディＺ（登録商標）Ｚ３３）などの各種車型に適用されうる。その他にも、軽自動車、クーペ、ＳＵＶ、１ＢＯＸ、２ＢＯＸ、バン、トラック等の車両にも、勿論適用されうる。

本発明における日射反射率（Ｒｅ）、日射透過率（Ｔｅ）、可視光反射率（Ｒｖ）、および可視光透過率（Ｔｖ）は、ＪＩＳ Ｒ ３１０６：１９９８に準ずる。

次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。

（実施例１）
片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を表面層として用意し、粒径２６０ｎｍのポリスチレン粒子をエタノール中に分散させたコロイド溶液（Ｄｕｋｅ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製、製品番号５０２６）に浸してから、１μｍ／ｓで引き上げることにより透明電極上にポリスチレン微粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。

次に、粒径５ｎｍのシリカ粒子をエタノール中に分散させた懸濁液（触媒化成工業株式会社製、ＯＳＣＡＬ）に浸漬してから、１０μｍ／ｓで引き上げ、ポリスチレン粒子同士の隙間にシリカ粒子を充填した。次に、４００℃で２時間焼成してポリスチレンを除去し、シリカからなる逆オパール構造体（屈折率１．４６）を形成した。

片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を裏面層として用意し、透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極と逆オパール構造体とが隣接するように表面層を積層し、紫外線を照射して積層体を得た。

前記積層体を液晶を満たした容器に浸けて、毛細管現象により逆オパール構造体のセル中に液晶を導入し、調光構造体を得た。液晶としては下記化学式２に示す４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（シリカとの屈折率差０．０８）を用いた。

（実施例２）
厚さ０．２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラスを用意し、粒径２００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号２０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて、前記クリアガラス上にシリカ粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。

前記オパール構造体に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を浸潤させて、紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させた。次に、濃度５％のフッ酸溶液にオパール構造体が形成されたガラスを浸し、シリカ粒子とガラスとを除去して、紫外線硬化樹脂からなる逆オパール構造体を（屈折率１．５６）得た。

片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を２枚用意し、表面層および裏面層とした。これらの透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極と逆オパール構造体とが隣接するように、表面層および裏面層で逆オパール構造体を挟持し、紫外線を照射して積層体を得た。

前記積層体を液晶を満たした容器に浸けて、毛細管現象により逆オパール構造体のセル中に液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル、紫外線硬化性樹脂との屈折率差０．０２）を導入して調光構造体を得た。

（実施例３）
厚さ０．２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラスを用意し、粒径２００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号２０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて、前記クリアガラス上にシリカ粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。さらにその上に粒径３００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号３０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いてシリカ粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成し、積層オパール構造体を形成した。

前記積層オパール構造体に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を浸潤させて、紫外線を照射することにより紫外線硬化樹脂を硬化させた。次に、濃度５％のフッ酸溶液に積層オパール構造体が形成されたガラスを浸し、シリカ粒子とガラスとを除去して、紫外線硬化樹脂からなる積層逆オパール構造体（屈折率１．５６）を得た。

片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を２枚用意し、表面層および裏面層とした。これらの透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極と積層逆オパール構造体とが隣接するように、表面層および裏面層で積層逆オパール構造体を挟持し、紫外線を照射して積層体を得た。

前記積層体を液晶を満たした容器に浸けて、毛細管現象により積層逆オパール構造体のセル中に液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル、紫外線硬化性樹脂との屈折率差０．０２）を導入して調光構造体を得た。

（実施例４）
厚さ０．２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラスを用意し、粒径２００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号２０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて、前記クリアガラス上にシリカ粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。

前記オパール構造体にトルエンに溶解させたポリスチレン（サンアロマー株式会社製、製品番号ＰＣ６００Ｓ）を浸潤させて、トルエンを揮発することによりポリスチレンを硬化させた。次に、濃度５％のフッ酸溶液にオパール構造体が形成されたガラスを浸し、シリカ粒子とガラスとを除去して、ポリスチレンからなる逆オパール構造体（屈折率１．６０）が片面に形成された表面層を得た。

片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を２枚用意し、表面層および裏面層とした。これらの透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極と逆オパール構造体とが隣接するように、表面層および裏面層で逆オパール構造体を挟持し、紫外線を照射して積層体を得た。

前記積層体を液晶を満たした容器に浸けて、毛細管現象により逆オパール構造体のセル中に液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル、ポリスチレンとの屈折率差０．０６）を導入して調光構造体を得た。

（実施例５）
厚さ５０μｍ、大きさ３０ｍｍ×３０ｍｍのアクリル樹脂板（屈折率１．４９）に、ナノプリントにより中心間距離が２μｍの、直径３００ｎｍの半球状セルを形成した。半球状セルに液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル、アクリル樹脂との屈折率差０．０６）を充填した。

片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）２枚を表面層および裏面層として用意し、透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極とアクリル樹脂板とが隣接するように透明構造体を挟持し、紫外線を照射して調光構造体を得た。

（比較例１）
粒径２００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号２０４０）、粒径３００ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号３０４０）および粒径４５０ｎｍのシリカ粒子（日産化学工業株式会社製、製品番号４５４０）を１：１：１の割合で混合し、エタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて、シリカ粒子が不規則に配列したオパール構造を形成したこと以外は、実施例２と同様にして調光構造体を得た。

（比較例２）
特表昭５８−５０１６３１号の実施例１に記載の液晶構造体を作製した。作製方法は以下に示すとおりである。液晶（アメリカン・リキッド・クリスタル・ケミカル・コーポレーション社製、製品番号８２５０）０．２リットルを７％ＰＶＡ溶液１リットルと混合し、１０リットルの純水に添加した。得られた混合物をコーンギャップを０．１ｍｍ（４ミル）に設定したコロイドミルに入れて、４分間乳化した。得られた乳液材料に含まれる粒子の大きさは３μｍであった。

一平方インチ当り２００オームの酸化スズ層が片面に塗布されたマイラー薄板（シエラシン社製）を２枚用意し、酸化スズ層側に得られた乳液材料をドクターブレード法で塗布し、乾燥することにより厚さ２０μｍ（０．８ミル）の調光材料の層を形成した。次に、調光材料の層同士が接するようにこれらを重ね合わせてサンプルを得た。

（性能評価試験）
実施例１〜６および比較例１〜２の調光構造体を用いて性能評価試験を行った結果を下記表１に示す。性能評価試験方法の詳細を以下に記す。

図６のＡに示すように調光構造体１に、直線型光ファイバ１００を通じてタングステン−ハロゲン光源（波長域３６０〜１９００ｎｍ）２００に接続された投光器２１０から投射光５０を照射し、調光構造体１を通過した透過光５１を、直線型光ファイバ１００を通じて受光器２２０に接続されたマルチチャンネル光検出器２３０を用いて測定し、可視光透過率（Ｔｖ）を求めた。可視光透過率は電圧印加時および電圧無印加時の調光構造体１から求め、電圧印加時には６０Ｖの電圧をかけた。

また、図６のＢに示すように調光構造体１に、Ｙ型光ファイバ１１０を通じてタングステン−ハロゲン光源（波長域３６０〜１９００ｎｍ）２００と接続された投受光器２４０から投射光５０を照射し、調光構造体１から反射された反射光５２を、Ｙ型光ファイバ１１０を通じて投受光器２４０に接続されたマルチチャンネル光検出器２３０を用いて測定し、日射反射率（Ｒｅ）を求めた。日射反射率は、電圧印加時および電圧無印加時のサンプルから求め、電圧印加時には、６０Ｖの電圧をかけた。可視光透過率および日射反射率は３５℃で測定を行った。

（実施例６）
［調光フィルムの作製］
厚さ５０μｍ、大きさ２０００ｍｍ×１５００ｍｍのアクリル樹脂板を用いて実施例５に記載の手法と同様の手法で液晶を充填した透明構造体を作製した。次に、片面に厚さ２ｍｍのＩＴＯ（Ｔｖ：７９％）からなる透明電極を形成した厚さ０．１ｍｍ、大きさ２０００ｍｍ×１５００ｍｍのＰＭＭＡ（Ｔｖ：９１％）２枚を表面層および裏面層として用意し、透明電極に紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製、ＮＯＡ６０）を塗布した後、透明電極とアクリル樹脂板とが隣接するように透明構造体を挟持し、紫外線を照射して調光フィルムを得た。

［車両を用いた試験］
上述の調光フィルムを、一対のガラスで挟み込み、これを日産自動車製スカイライン（Ｖ３５）のサンルーフとして用いたところ、外部の視界は確認できた。

調光フィルム装備した車両と、装備していない車両とを用意し、調光フィルムを装備した車両には電圧を印加して外気温３５℃、晴天の屋外に５時間放置しておいたところ、調光フィルムを装備していない車両の車室温度が６５℃であったのに対し、調光フィルムを装備した車両の車室温度は４２℃であった。

本発明の調光構造体の一例を示す断面概略図である。 本発明の調光構造体の一例を示す断面概略図である。 本発明の調光構造体の一例を示す断面概略図である。 本発明の表面層および裏面層を含む調光構造体の一例を示す断面概略図である。 本発明の透明構造体の形成方法の一例を示す図である。 Ａは可視光透過率の測定方法を示す図であり、Ｂは日射反射率の測定方法を示す図である。

符号の説明

１ 調光構造体、
１０ 透明構造体、
１１ セル、
２０ 液晶、
３０ 透明電極、
４０ 表面層、
４１ 裏面層、
５０ 投射光、
５１ 透過光、
５２ 反射光、
１００ 直線型光ファイバ、
１１０ Ｙ型光ファイバ、
２００ タングステン−ハロゲン光源、
２１０ 投光器、
２２０ 受光器、
２３０ マルチチャンネル光検出器、
２４０ 投受光器。

Claims (19)

1. 透明電極、セルを有する透明構造体、および透明電極がこの順序で積層されてなる調光構造体であって、
   前記セルが面方向に規則配列しており、
   前記セルに透明構造体に対する電圧無印加時の屈折率差が０．１以下である液晶が充填されていることを特徴とする調光構造体。
2. 面方向において、前記セル同士の中心間距離が一定であることを特徴とする請求項１に記載の調光構造体。
3. 前記中心間距離が２μｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の調光構造体。
4. 前記セルの面方向の最長部分が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の調光構造体。
5. 前記セルが球状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調光構造体。
6. 前記透明構造体が逆オパール構造を有することを特徴とする請求項５に記載の調光構造体。
7. 逆オパール構造を有する前記透明構造体が２層以上積層され、
   前記層ごとのセルの粒径が異なることを特徴とする請求項６に記載の調光構造体。
8. 前記透明電極および前記透明構造体が可視光を７０％以上透過することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の調光構造体。
9. 前記透明構造体が樹脂からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の調光構造体。
10. 前記樹脂がポリアクリル樹脂、ポリアクリロニトリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、エポキシ樹脂、ノルボルネン系樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリメルカプトエステル樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリブタジエン樹脂、ポリメチルペンテン、塩化ビニル樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項９に記載の調光構造体。
11. 前記樹脂が光硬化性樹脂であることを特徴とする請求項９または１０に記載の調光構造体。
12. 前記透明構造体がシリカまたはチタニアからなることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の調光構造体。
13. 前記透明構造体がガラスからなることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の調光構造体。
14. 前記ガラスがソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス、石英ガラス、および無アルカリガラスからなる群より選択される少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項１３に記載の調光構造体。
15. 表面層、前記透明電極、前記透明構造体、前記透明電極、および裏面層がこの順序で積層されてなることを特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の調光構造体。
16. 前記表面層および前記裏面層がガラスからなることを特徴とする請求項１５に記載の調光構造体。
17. 前記表面層および前記裏面層が樹脂フィルムからなることを特徴とする請求項１５に記載の調光構造体。
18. 請求項１７に記載の調光構造体とガラス基板とからなることを特徴とする調光材料。
19. 請求項１〜１７のいずれかに記載の調光構造体または請求項１８に記載の調光材料を、サイドガラス、リアガラス、またはサンルーフに用いたことを特徴とする車両。

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