JP2013228646A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】調光素子を含む単純な受電回路で、調光素子に非接触給電可能な調光装置を提供する。
【解決手段】本発明は、電力送信装置と受電装置を備える調光装置であって、前記受電装置は調光素子とインダクタを有し、前記調光素子は第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板および前記第二の基板の間に配置された第一の電極、第二の電極および調光材料を含む調光層で構成され、前記受電装置は調光素子に交流電力が供給されることで光学変調し、前記交流電力は電力送信装置から電磁波を用いて非接触で給電される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、調光装置の構造に関する。

以下の特許文献１には、種々のガラス基板等に適用が可能であり、かつ、大面積のガラス基板などに適用しても全体に均一な外観と均一で安定な調光性能を有する調光ガラスを得ることができる調光フィルム及びこれを用いた調光ガラスといった懸濁粒子方式の調光素子に関する技術が開示されている。調光フィルムは、２つの透明導電性樹脂基材と、前記２つの透明導電性樹脂基材に挟持された調光層とを備えた調光フィルムであって、調光層が、樹脂マトリックスと、前記樹脂マトリックス中に分散した光調整懸濁液とを含み、前記透明導電性樹脂基材の厚さが１３０〜５００μｍである。調光層は、樹脂マトリックス中に光調整懸濁液から形成される調光性能を有する液滴が分散したものである。光調整懸濁液は、分散媒と、分散媒中に分散した光調整粒子を含んでいる。

調光フィルムに電界が印加されていない状態では、前記液滴中に流動状態で浮遊分散されている光調整粒子がブラウン運動により光を吸収、散乱又は反射するため、フィルムに入射した光はフィルムをほとんど透過できない。しかし、調光フィルムに電圧を印加すると、上記光調整粒子が電気的双極子モーメントを持つことから、光調整粒子が電界と平行な方向に配列するため、フィルムに入射した光はフィルムを透過するようになる。調光性能を発揮させる条件は特に制限はないが、通常、使用電源は交流で、１０〜２２０Vrms、３０Hz〜５００kHzの周波数の範囲で作動させることができる。このように、光調整粒子が印加された電界に対して応答することにより、光の透過量を調整することが可能となる。

以下の特許文献２には調光層に液晶を用いた調光素子の技術が開示されている。特許文献２の調光素子は、複数の空孔を有するラテックスから成る透明なポリマーフィルム、及び上記空孔の各々にネマティック液晶の棒状分子が封入されることによって形成された液晶カプセルから成る液晶層と、間に液晶層を挟持する一対のＰＥＴフィルムと、該一対のＰＥＴフィルムの各々の対向面に配設された透明導電膜とを備え、調光素子において一対の透明導電膜は液晶層に電圧を印加する。

この調光素子では、液晶層への電圧無印加時、ネマティック液晶の棒状分子が液晶カプセルの壁の曲面に沿って整列し、液晶カプセルを透過する透過光の進行方向に沿って配列しないので、透過光の光路を曲折したり、液晶カプセル及びポリマーフィルムの境界層において入射光を散乱して液晶層を乳白色にする。一方、この調光体では、液晶層への電圧印加時、ネマティック液晶の棒状分子が発生する電界方向に沿って整列するが、このとき、ポリマーフィルムの屈折率ｎｐとネマティック液晶の棒状分子の常光線屈折率ｎｏが一致するような材料から液晶層が構成されることによって液晶カプセル及びポリマーフィルムの境界層が光学的に存在しない状態となり、液晶層に入射した透過光をそのまま透過させることができ、これによって液晶層を透明にする。以上のような原理から、当該調光体は、電圧無印加時には入射光の散乱により視野を遮断し、電圧印加時には入射光をそのままの状態で透過することにより視野を確保するという視野制御機能を有する。

以下の特許文献３には次のような非接触給電技術が開示されている。特許文献３では、送信側基板と負荷である表示パネルの基板にそれぞれ形成した静電結合用電極で表示パネルの絶縁層（絶縁基板）を挟んで静電容量を構成し、その容量を介して非接触伝送路を構成してパネル側の電極で得た交流電圧信号をダイオードで構成した整流回路で整流する。さらに抵抗と複数のダイオードを直列に接続したダイオードアレイで構成されるシャントレギュレータを通して、パネル内での負荷変動に対して安定した電圧を維持する。

特開２００８−１５８０４２号公報 特開２００４−３０２１９２号公報 特開２００９−１６９３２７号公報

従来の特許文献１と特許文献２にある調光素子を用いた調光装置では、負荷である調光素子と駆動電源が有線の相互接続素子を介して接続され、調光素子の駆動電力は有線の相互接続素子を介して駆動電源から調光素子に供給される。そのため、調光素子に駆動電力を供給するためには調光素子と駆動電源が接続されている必要があり、調光素子と駆動電源の位置関係は、駆動電源が固定される場合においては主に有線である相互接続素子の長さといった形状で決定される。

従って、調光素子を調光窓に用いた時、調光窓の開閉可能な可動域が制限される。また、相互接続素子の配設方法によっては、太陽光及び熱、雨や結露等による水分、砂塵等による変質、高頻度の開閉動作による機械的な作用での変形等により、相互接続素子で絶縁や短絡が発生する可能性があり、調光素子に対し電力を安定供給することが困難となる場合がある。

特許文献３では有線の相互接続素子を用いずに、静電結合により給電回路素子（以下、給電アンテナ回路とも記す）から受電回路素子（以下、受電アンテナ回路とも記す）へ非接触で電力を供給する。そのため、給電装置を固定した場合、特許文献１と特許文献２のように有線の相互接続素子に起因する受電装置と給電装置の位置関係の制約が小さくなる。また、有線の相互接続素子の劣化及び変質に起因する電気特性変化を低減できる。

特許文献３での負荷である表示パネルの基板、即ち受電装置の主な回路構成は、表示パネル、電力を受電するための受電回路素子、駆動させると表示パネルに電力を供給するための駆動回路である。駆動回路には、交流を直流に変換する整流回路と表示パネルに電力を供給するためのシャントレギュレータ等の電源回路といった複数の回路が必要となる。
従って、駆動素子を特許文献１と特許文献２のような調光素子として単純に駆動させる場合、受電装置のコストや回路構成の複雑性が増すことになる。

以上から本発明では、調光素子の電気特性に基づいて、単純な装置構成で適切な駆動条件による非接触給電可能な調光装置を実現することと、調光素子に対する長期的な電力の安定供給を実現することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。

本発明は、電力送信装置と受電装置を備える調光装置であって、前記受電装置は調光素子とインダクタを有し、前記調光素子は第一の基板および第二の基板と、前記第一の基板および前記第二の基板の間に配置された第一の電極、第二の電極および調光材料を含む調光層で構成され、前記受電装置は調光素子に交流電力が供給されることで光学変調し、前記交流電力は電力送信装置から電磁波を用いて非接触で給電される。

本発明により、単純な装置構成で適切な駆動条件による非接触給電可能な調光装置を実現し、調光素子に対する長期的な電力の安定供給を実現することができる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一実施形態の調光装置の基本構成と駆動電力供給のフローを示す図である。 一実施形態の調光装置の電力伝送に関する等価回路を示す説明図である。 一実施形態の調光層を用いた調光素子の構成を示す説明図である。 図３の調光素子について、駆動停止時における調光素子状態を示す図である。 図３の調光素子について、光学変調駆動時における調光素子状態を示す図である。 一実施形態の調光装置について、給電装置の等価回路を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む受電装置と給電装置の給電アンテナ回路の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光層を用いた調光素子の構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む受電装置の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む受電装置と給電装置の給電アンテナ回路の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む受電装置と給電装置の給電アンテナ回路の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む複数の受電装置と給電装置の給電アンテナ回路の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、給電装置の等価回路を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、調光素子を含む受電装置と給電装置の給電アンテナ回路の構造及び構成を示す説明図である。 一実施形態の調光層を用いた調光素子の構成を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、給電装置の等価回路を示す説明図である。 一実施形態の調光装置について、補助電源を含む調光装置の構成と電力伝送過程を示す説明図である。 図９の調光装置について、駆動時における受電装置の配置について示す図である。 一実施形態の調光装置について、給電装置の等価回路を示す説明図である。

以下に具体的な実施例を示して、本願発明の内容を詳細に説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

本実施例の調光装置１００は給電装置１１、調光素子１６を含む受電装置１５とで構成する。図１は本発明者らが検討した調光装置１００の基本構成と駆動電力供給のフローを示す図である。本発明では、給電アンテナ回路１２と受電アンテナ回路１７の共振（共鳴）を基にした電磁誘導により電力を伝送している。本実施例では、磁気共鳴現象により電力を伝送している。給電アンテナ回路１２は給電コイル３２を備え、受電アンテナ回路１７は調光素子１６を備える。

図２は本実施例での磁界共鳴による電力伝送に関する等価回路を示す説明図である。Ｃ_A、Ｌ_Aは給電アンテナ回路１２のキャパシタとインダクタ、Ｃ_B、Ｌ_Bは受電アンテナ回路１７のキャパシタとインダクタであり、Ｚ₀は抵抗及び負荷である。

図１、図２の装置及び回路構成と駆動方法に関する理解を容易にするために、本発明者らが検討した詳細について以下で説明する。

＜給電装置＞
給電装置１１の主な構成は、受電装置１５に電力を供給するための給電アンテナ回路１２と、給電のため給電アンテナ回路１２に交流波形を入力と制御する駆動回路１３と、駆動回路１３をはじめとした各回路素子に電力を供給する駆動電源１４である。

本実施例の駆動電源１４は交流の商用電源である。駆動回路１３は整流回路、平滑回路、発振回路、駆動制御回路と信号処理回路からなる。駆動制御回路では、整流回路と平滑回路により駆動電源１４から供給される電力を交流から直流に変換しており、直流に変換された電力は発振回路、駆動制御回路と信号処理回路に入力される。なお、本実施例では駆動電源１４を交流電源としているが、リチウム電池を始めとした一次電池、二次電池や鉛蓄電池、燃料電池等の電池、または太陽電池などの環境発電素子や電子機器等から出力される直流を直流電源として用いても構わない。更に、駆動電源１４からの出力を直流とし、駆動制御回路から整流回路と平滑回路を除いた構成としても構わない。信号処理回路は給電装置１１と受電装置１５の位置情報、電流値や調光素子１６の調光状態に関する入力信号の処理を行っており、信号処理回路からの出力信号を基に駆動制御回路により発振回路から出力される交流波形の電圧及び電流と周波数が制御される。

給電アンテナ回路１２はインダクタとキャパシタからなる。インダクタとキャパシタは直列に接続されている。なお、給電アンテナ回路１２と発振回路の間に、電流や高周波ノイズ抑制のためフィルタ回路を接続しても構わない。フィルタ回路としてはローパスフィルタが挙げられる。ローパスフィルタの遮断周波数としては、駆動周波数の１.５倍以上であることが好ましい。但し、フィルタ回路にコイルなどのインダクタを用いた場合には、下記に示す共振周波数への影響を考慮する必要がある。

インダクタのインダクタンスをＬ₁、キャパシタの容量をＣ₁とすると、給電アンテナ回路１２の共振周波数ｆ₁は下記の式で表わされる。

インダクタとキャパシタに用いる回路素子は、低損失であることが望ましい。インダクタとしては空芯コイルやコア付きコイル等が挙げられ、本実施例では空芯コイルのスパイラルコイルを用いている。なお、空芯コイルとしてヘリカルコイルであっても構わない。
また、フェライトコアを用いたコア付きコイルや複数のコイルからなるコイルアレイであっても構わない。更に、コイルを表皮効果低減のため銀メッキ等をした巻き線やリッツ線を用いても構わない。

キャパシタとしては、フィルムコンデンサやセラミックコンデンサが挙げられ、供給電力や周波数といった駆動条件に対し、誘電損失が低く、耐圧性を満たすものが好ましい。
なお、キャパシタとして１つのコンデンサを用いずに、複数のコンデンサを並列接続としても構わない。本実施例では、後に示す駆動周波数と給電アンテナ回路１２と受電アンテナ回路１７の共振周波数からコンデンサの容量Ｃ₁を２.５ｎＦ、インダクタンスＬ₁を５００μＨとしている

＜受電装置＞
受電装置１５の基本構成は、調光素子１６を含む受電アンテナ回路１７のみである。本実施例では、受電アンテナ回路１７の調光素子１６とインダクタは直列に接続されている。

図３は本発明者らが検討した調光素子及び懸濁粒子装置（ＳＰＤ）の断面構造概略図である。調光素子１６はＳＰＤ１に相当し、基板（Ａ基板４、Ｂ基板５）上に電極（Ｘ電極６、Ｙ電極７）が形成され対向に配置されたＡ板２とＢ板３の間に懸濁液８を含む調光層３０が電極を介して挟持されている。

まず、導電性基材およびその形成方法について説明する。ガラスから成る透明な支持基材である基板上に、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極がそれぞれ形成されて電極対を構成する。なお、基板の一方にのみ電極対が単一、または複数形成されていても良い。

透明な支持基材はポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の樹脂フィルムであっても構わない。また電極対を構成する透明電極は膜厚等を制御して低抵抗、低損失であることが好ましく、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛やカーボンナノチューブ、グラフェン等で形成したり、光学変調動作によってはクロム、銅、アルミニウム、銀等の金属及び合金の単層膜、または積層膜で形成したり、銅や銅合金などの金属の極細線やメッシュで形成しても構わない。本実施例では透明電極を支持基材上に一面に形成しているが、これに限らず円などの模様や文字型に配設しても構わない。

次に、電極対が内側になるように基板を対向に配置し、両基板端部（図示しない）の対辺にスペーサービーズ等を含む封着剤を塗布して両板を接着する。これにより、両板間の距離が２５μｍである懸濁液８の懸濁液充填空間が形成される。なお、懸濁液充填空間及び両板間の距離は４μｍ以上１００μｍ以下であり、また、スペーサービーズをＡ板２とＢ板３との間に散布し、懸濁液充填空間を維持しても構わない。スペーサービーズとしては、ガラスやポリマーなどの絶縁性の材料が挙げられ、接着剤や懸濁液に対して安定であることが望ましい。また、スペーサービーズを基板及び電極対の間に散布する場合、スペーサービーズの屈折率は分散媒１０の屈折率と近い方が好ましい。

懸濁液充填空間には、封着剤で接着していない両基板端部から毛細管現象により懸濁液８が充填される。懸濁液８を充填後、接着していない両基板端部を封着剤で接着して封止する。これにより、懸濁液８は外気から隔離された調光層３０が形成される。なお、本実施例では毛細管現象により懸濁液８を充填したが、基板を接着する前に懸濁液８をバーコート法や真空下での滴下注入法（ＯＤＦ）法などで塗布し、その後に両基板を貼り合わせて接着と封止をしても構わない。

懸濁液８およびその形成方法について説明する。懸濁液８は光調整粒子（調光材料）９と分散媒１０を含む。分散媒１０中に光調整粒子９が分散されている。

光調整粒子９は、例えば、ポリ過ヨウ化物であり、形状に異方性があり、配向方向に起因して吸光度の異なる光学的異方性を発現し、アスペクト比が１ではない形状をしている。また、光調整粒子９が懸濁液８中で配向分極を生じることが望ましい。光調整粒子９として、棒状や板状などが考えられる。光調整粒子９を棒状とすることで、電界に対する粒子回転運動の抵抗や透過時のヘイズの上昇を抑制できる。光調整粒子９のアスペクト比は例えば、５以上３０以下程度が望ましい。光調整粒子９のアスペクト比を５以上とすることにより、光調整粒子９の形状に起因するような光学的異方性を発現できる。

光調整粒子９の大きさは１μｍ以下であることが好ましく、０.１μｍ以上１μｍ以下であることがより好ましく、０.１μｍ以上０.５μｍ以下であることがさらに好ましい。

光調整粒子９の大きさが１μｍを超える場合には、光散乱が生じたり、電界が印加された場合に分散媒１０中での配向運動が低下したりするなど、透明性が低下する問題が発生することがある。なお、光調整粒子９の大きさは、電子顕微鏡観察等により計測される。

光調整粒子９としては、カーボンブラックなどの炭素系材料、銅、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、チタン、アルミニウムなどの金属材料、窒化ケイ素、窒化チタン、酸化アルミニウムなどの無機化合物からなる粒子であっても構わない。また、これらの材料にポリマーでコートした粒子であっても構わない。光調整粒子９として、上記の材料が一種類のみ含まれていても良く、上記の材料が二種類以上含まれていても構わない。

分散媒１０は、アクリル酸エステルオリゴマーからなる液状共重合体である。分散媒１０として、他にポリシロキサン（シリコーンオイル）などが挙げられる。なお、分散媒１０としては、光調整粒子９が浮遊可能な粘度であり、高抵抗で、基板及び透明電極とは親和性がなく、基板と屈折率が近い液体を使用することが好ましい。分散媒１０と光調整粒子９に誘電率差があると、後に記す光調整粒子９の配向動作において交流電界下における駆動力として作用させることができる。

懸濁液８等の調光層３０は非常に高抵抗な誘電体であり、調光層３０の比誘電率は懸濁液や樹脂マトリックス３１といった構成材料の種類や構成比に依存する。調光層３０の比誘電率は、後に示す調光素子１６の容量Ｃ₂及び受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂を決定する上で重要である。

懸濁粒子方式の調光素子１６は、交流電圧波形２０が印加されることにより光学特性が変調、即ち調光動作することができる。

図４は図３の調光素子１６における調光原理を示す図である。交流電圧波形２０が無印加時では、図４（ａ）のように配向状態が無秩序状態（ランダム）である。一方、交流電圧波形２０が印加されると、図４（ｂ）で示されるように印加電圧に応じて電界方向に沿うように光調整粒子が配向する。入射光は配向した光調整粒子により変調される。入射光と電界及び粒子配向方向が同じであれば、入射光は懸濁液を透過することができ調光素子１６の透過率が上昇する。本実施例の調光素子１６は、光学特性を変調可能な周波数範囲が光調整粒子９の濃度、誘電率、形状、分散媒１０との親和性等、分散媒１０の粘度等で決定され、高周波数側では５００kHz以下である。また、調光状態を維持可能な周波数範囲は、臨界融合周波数（ＣＦＦ；Critical Flicker Frequency）以上であることが好ましく、１６Hz以上５００kHz以下である。

インダクタは給電アンテナ回路１２と同様に、空芯コイルやコア付きコイル等が挙げられる。本実施例では給電装置１１と同じく薄型の空芯コイルであるスパイラルコイルを用いている。なお、スパイラルコイルは銅損や表皮効果等による損失が低いことが好ましい。

調光素子１６とインダクタである受電コイル３３（スパイラルコイル）の間は、相互接続素子１８（以下、配線とも称す）を介して接続される。本実施例では、調光素子１６端部の電極及び受電コイル３３（スパイラルコイル）間の相互接続素子１８として導電性接着剤で接着して結線している。相互接続素子１８及び導電性接着剤は低抵抗、低損失であることが好ましく、相互接続素子１８としては、導電性ゴム（ラバーコネクタ）、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）、テープキャリアパッケージ（ＴＣＰ）、導電性テープなどが挙げられる。導電性接着剤としては金属ペースト、異方性導電ペースト、異方性導電フィルム（ＡＣＦ）などが挙げられる。

なお、相互接続素子１８の結線方法としては、相互接続素子１８と調光素子１６の電極及び受電コイル３３（スパイラルコイル）の端子をクリップ等の固定具で固定しても構わない。

受電アンテナ回路１７のインダクタンスをＬ₂、容量をＣ₂とすると、受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂は下記の式で表わされる。

調光素子１６は誘電体である調光層３０と透明導電体で構成されており、調光素子１６の等価回路モデルは概して調光層３０に起因するキャパシタと透明導電体と調光動作等に関する抵抗の直列回路として表わせる。容量Ｃ₂は受信アンテナ回路の浮遊容量が無視されるならば、調光素子１６の容量Ｃ_Lとして表わせる。なお、容量Ｃ_Lは調光層３０の構成や材料以外にも調光装置１００の面積Ａ、厚さｄといったサイズにより決定され、光学機器の光シャッター、サングラスや防眩ミラー、装置筐体等の小型素子から自動車、鉄道、飛行機、船舶や建築物の大型調光窓までの実用的な範囲における調光素子１６の容量Ｃ_Lは、０.１ｎＦ以上１００μＦ以下である。

本実施例の調光素子１６の容量Ｃ_Lは、後に示す駆動周波数において調光層３０のサイズ調整により２.５ｎＦである。また、受電コイル３３（スパイラルコイル）のインダクタンスＬ₂は５００μＨであり、受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂は１４２kHzである。

＜調光装置＞
本発明では、給電アンテナ回路１２と受電アンテナ回路１７の共振（共鳴）を基にした電磁誘導により電力を伝送している。

図５は本実施例での調光装置１００の回路構成である（発振回路、給電アンテナ回路１２と受電アンテナ回路１７を除く回路は図示しない）。

図６は本実施例の調光素子１６を含む受電装置１５と給電アンテナ回路１２を含む給電装置１１の構造を示す説明図である。本実施例では、調光素子１６は周縁部分について樹脂シール２１を介して筐体２２（またはサッシとも記す）に挟持されて保持されている。

本実施例での受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（スパイラルコイル）は筐体２２の下部に位置しており、調光素子１６及び調光装置１００の駆動時において、給電アンテナ回路１２より発生した非放射の誘導磁界と鎖交する様に非接触の状態（電界結合が殆どない状態）で配置されている。なお、本実施例では受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（スパイラルコイル）を筐体２２の下部に配置しているが、給電アンテナ回路１２の位置や筐体２２及び受電アンテナ回路１７素子の構造に合せて配置箇所を変更しても構わない。

以上から、本実施例の調光素子１６とインダクタの単純な構成である受電装置１５を含む調光装置１００と磁気共鳴現象による給電方法により、給電装置１１から受電装置１５に交流電力を非接触で給電し、調光装置１００及び調光素子１６の透過率変化及び光学変調駆動を実現することができる。また、給電装置１１と受電装置１５が結線されていないことから、給電装置１１の移動、取外しや、別の調光素子１６または給電装置１１と容易に交換することもできる。

また、電力伝送に用いる周波数は１４２kHzであり、調光装置１００を外窓や屋外で使用した際に水分の影響を受けにくくなる。なお、本実施例では給電アンテナ回路１２と受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₁とｆ₂を一致させ、共振周波数で電力伝送しているが、回路素子仕様や調光素子１のサイズの制約等によってはｆ₁とｆ₂を必ずしも一致させる必要は無く、更に発振回路から出力される交流波形及び電力伝送に用いる周波数は共振による高い電力伝送効果が得られる周波数であれば構わない。

本実施例の調光装置１００の構成及び構造と給電方法は基本的に実施例１と同様である。実施例１とは、受電装置１５の調光素子１６の調光層３０の構造と、インダクタが調光素子１６と同一基板上に配設されている点が異なる。なお、他の構成と構造などについて実施例１と同様の場合、その説明は省略する。

＜受電装置＞
図７に本発明の実施の基本形態の調光素子１６及び調光層３０の基本構造を示す。本実施例では調光素子１６の基板４、５が透明なプラスチックのＰＥＴであり、調光素子１６の調光層３０は懸濁液８と樹脂マトリックス３１とを含む。基板の端部にはインダクタが配設されており、基板上の電極対とは相互接続素子１８（以下、配線とも称す）により接続される。図８に本実施例の受電装置の構成を示す。本実施例では、相互接続素子１８として、基板上の電極と受電コイル３３（スパイラルコイル）間に基板上に導電膜を形成し、導電膜と調光素子１６端部の電極及び受電コイル３３（スパイラルコイル）間を導電性接着剤で接着して結線している。なお、本実施例では調光素子１６と同一基板上にインダクタを配設するため、厚さを考慮して実施例１と同じく薄型の平面コイルである受電コイル３３（スパイラルコイル）を用いている。

本実施例の懸濁液８は光調整粒子９および分散媒１０を含み、樹脂マトリックス３１中に分散されている。樹脂マトリックス３１中に分散されている懸濁液８の大きさ（平均液滴径）は、通常０.５μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは０.５μｍ以上２０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。

懸濁液８は、光調整粒子９が１重量％以上７０重量％以下、分散媒１０が３０重量％以上９９重量％以下からなることが好ましく、光調整粒子９が４重量％以上５０重量％以下及び分散媒１０が５０重量％以上９６重量％以下からなることがより好ましい。

樹脂マトリックス３１は、加熱や感光により硬化する高分子であり、フィルム化におけるＡ基板４、Ｂ基板５および懸濁液８を保持し、電極対の間を絶縁する。硬化する高分子媒体としては、例えば、重合開始剤及び硬化する高分子化合物を含む高分子組成物が挙げられる。本実施例では光重合開始剤及び高分子化合物シリコーン樹脂を含む液状の高分子組成物を用いている。シリコーン樹脂は、例えば、両末端シラノールポリジメチルシロキサン、両末端シラノールポリジフェニルシロキサン−ジメチルシロキサンコポリマー、両末端シラノールポリジメチルジフェニルシロキサン等の両末端シラノールシロキサンポリマー、トリメチルエトキシシラン等のトリアルキルアルコキシシラン、（３−アクリロキシプロピル）メチルジメトキシシラン等のエチレン性不飽和結合含有シラン化合物などを、２−エチルヘキサン錫等の有機錫系触媒の存在下で、脱水素縮合反応及び脱アルコール反応させて合成される。シリコーン樹脂の形態としては、無溶剤型が好ましく用いられる。すなわち、シリコーン樹脂の合成に溶剤を用いた場合には、合成反応後に溶剤を除去することが好ましい。

樹脂マトリックス３１の屈折率と分散媒１０の屈折率は近い方が好ましい。具体的には、樹脂マトリックス３１の屈折率と分散媒１０の屈折率との差が０.００２以下であることが望ましい。これにより、調光層３０内での樹脂マトリックス３１と分散媒１０の散乱を抑制できる。分散媒１０としては、電気導電性がなく、樹脂マトリックス３１とは親和性がない液状共重合体を使用することが好ましい。具体的には、フルオロ基及び／又は水酸基を有する（メタ）アクリル酸エステルオリゴマーが好ましく、フルオロ基及び水酸基を有する（メタ）アクリル酸エステルオリゴマーがより好ましい。このような共重合体を使用すると、フルオロ基、水酸基のどちらか１つのモノマー単位は光調整粒子９に向き、残りのモノマー単位は樹脂マトリックス３１中で懸濁液８が安定に維持するために働くことから、懸濁液８内に光調整粒子９が非常に均質に分散され、相分離の際に光調整粒子９が相分離される懸濁液８内に誘導される。

次に、調光層３０の形成方法について説明する。まず、懸濁液８と高分子化合物を混合し、高分子化合物中に懸濁液８が液滴状態で分散した混合液を作製する。この混合液を一方の基板の電極上に一定の厚さで塗布し、必要に応じて混合液中に含まれる溶剤を乾燥除去する。その後、もう一方の基板にある電極が塗布した混合液に接するように、もう一方の基板を一方の基板に重ねて密着させる。

塗布する際は、必要に応じて、適当な溶剤で希釈してもよい。溶剤を用いた場合には、基板の上に塗布した後に乾燥を要する。溶剤としては、テトラヒドロフラン、トルエン、ヘプタン、シクロヘキサン、エチルアセテート、エタノール、メタノール、酢酸イソアミル、酢酸ヘキシル等を用いることができる。液状の懸濁液８が、樹脂マトリックス３１中に微細な液滴形態で分散されている調光フィルムを形成するためには、本実施例の調光材料をホモジナイザー、超音波ホモジナイザー等で混合して樹脂マトリックス３１中に懸濁液８を微細に分散させる方法、樹脂マトリックス３１中のシリコーン樹脂成分の重合による相分離法、溶媒揮発による相分離法、又は温度による相分離法等を利用することができる。

この状態でエネルギー線を照射して高分子組成物を硬化させることで、樹脂マトリックス３１中に液滴状態で懸濁液８が分散した調光層３０を有するフィルム状のＳＰＤが得られる。

本実施例の樹脂マトリックス３１と懸濁液を含む調光層３０の厚みは、調光素子１６の容量Ｃ₂及び受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂を決定する他にＳＰＤの光学特性や構造安定性にも関係しており、５μｍ以上１、０００μｍ以下が好ましく、２０μｍ以上１００μｍ以下がより好ましい。

＜調光装置＞
図９は本実施例の調光素子１６を含む受電装置１５と給電装置１１の給電アンテナ回路１２の構造及び構成を示す説明図である。本実施例では、調光素子１６は周縁部分について樹脂シール２１を介して筐体２２により挟持されて保持されている。本実施例での受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（スパイラルコイル）は光学変調動作部分の面積を広くするため筐体２２内に位置しており、調光素子１６及び調光装置１００の駆動時において、給電アンテナ回路１２の給電コイル３２（スパイラルコイル）より発生した非放射の誘導磁界と鎖交する様に非接触で配置されている。なお、受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（スパイラルコイル）は、給電アンテナ回路１２の位置や筐体２２及び受電アンテナ回路１７素子の構造、調光装置１００の意匠に合せて配置箇所を変更しても構わない。

以上から、本実施例の調光素子１６とインダクタを同一基板に配設することで、実施例１よりも薄型で平面状の受電装置１５を実現することができる。また、受電装置１５が薄型で平面状であることから、図１７に示すように、給電アンテナ回路１２を壁など建材、家具や各種機器の筐体２２に組み込み、複数の受電装置１５をこれらの表面に設置して光学変調駆動させることもできる。

本実施例の調光装置１００の構成及び構造と給電方法は基本的に実施例１と同様であり、調光素子１６は実施例２と同様に調光層に樹脂マトリックス３１を含むＳＰＤである。
実施例１及び２とは、インダクタに空芯コイルではなくコア付きコイルを用いている点が異なる。なお、他の構成と構造などについて実施例１及び実施例２と同様の場合、その説明は省略する。

＜調光装置＞
本実施例では、インダクタとしてＵ型フェライトコアのコア付きコイルを用いている。

図１０は本実施例の調光素子１６を含む受電装置１５と給電装置１１の給電アンテナ回路１２の構造及び構成を示す説明図である。調光素子１６は実施例１、２と同様に筐体２２に保持されている。

本実施例での受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（コア付きコイル）は筐体２２内に位置しており、調光素子１６及び調光装置１００の駆動時において、受電アンテナ回路１７のコア付きコイルのコアの先端は、給電アンテナ回路１２の給電コイル３２（コア付きコイル）のコア先端と非接触で対向するように配置されている。

本実施例ではインダクタとしてコア付きコイルを用いており、給電アンテナ回路１２で発生した誘導磁界は、空芯コイルよりも高い磁束密度でコア先端の端面から放出される。
また、受電アンテナ回路１７のコア付コイルのコア先端の端面が給電アンテナ回路１２のコア先端の端面と対向していることにより、給電アンテナ回路１２から磁力線を受電アンテナ回路１７のコアに引き込むことができ、インダクタ及びコア断面積が小さくても高い結合係数ｋ及び相互インダクタンスＬ_Mが得られる。

次に本実施例での電力伝送について説明する。本実施例では磁界共鳴により各アンテナ間を電力伝送しており、共振以外にもアンテナ間の結合についても考慮している。共振周波数において電力伝送効率の高い結合状態は臨界結合状態であり、給電アンテナ回路１２、受電アンテナ回路１７の負荷に関するＱ値をＱ₁、Ｑ₂とすると、臨界結合では下記の式を満たす関係にあることが好ましい（但し、発振回路及び駆動回路１３の出力インピーダンスは０Ωとする。）。

以上から、実施例１よりも小型のインダクタで給電アンテナ回路１２と受電装置１５を実現することができ、電力伝送効率の高い結合状態で調光装置１００を駆動することができる。

本実施例の調光装置１００の基本構成及び構造と給電方法は基本的に実施例３と同様であり、調光素子１６は調光層３０に樹脂マトリックス３１を含むＳＰＤである。本実施例では受電装置１５及び受電アンテナ回路１７のインダクタにＩ型コア付きコイルと異なる種類のコイルを用いており、更に受電装置１５は２台（１５Ａ、１５Ｂ）ある。なお、他の構成と構造などについて他の実施例と同様の場合、その説明は省略する。

本実施例では、受電アンテナ回路１７のインダクタとしてＩ型フェライトコアのコア付きコイルを用いている。図１１は本実施例の調光素子１６を含む受電装置１５Ａ、受電装置１５Ｂと給電装置１１の給電アンテナ回路１２の構造及び構成を示す説明図である。調光素子１６は実施例１と同様に筐体２２により保持されている。

本実施例における受電装置１５Ａ、受電装置１５Ｂでの受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（Ｉ型コア付きコイル）は筐体２２内に位置している。調光素子１６及び調光装置１００の駆動時において、受電装置１５Ａの受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（Ｉ型コア付きコイル）のコアの先端は、給電アンテナ回路１２の給電コイル３２（コア付きコイル）のコア先端と非接触で対向するように配置されている。

本実施例では受電アンテナ回路１７のインダクタとしてＩ型コア付きコイルを用いており、給電アンテナ回路１２で発生した誘導磁界は、受電装置１５ＡのＩ型コアの端面が給電アンテナ回路１２のコア先端の端面と対向していることにより、給電アンテナ回路１２から磁力線を受電アンテナ回路１７のコアに引き込まれる。従って、コア断面積が小さくても高い結合係数ｋ及び相互インダクタンスＬ_Mが得られる。

また、給電アンテナ回路１２のコア先端と対向していない受電装置１５ＡのＩ型コアの先端の端面からは磁力線が放出されている。そのため、Ｉ型コア付コイルを有する受電装置１５Ｂについて、受電装置１５ＢのＩ型コアの先端の端面を受電装置１５Ａから磁力線が放出されているＩ型コアの端面と対向となるように配置することで、受電装置１５ＢのＩ型コアに引き込むことができ、受電装置１５Ｂについても高い結合係数ｋ及び相互インダクタンスＬ_Mが得られる。

以上から、本実施例では受電装置１５のインダクタをコア付インダクタとし、磁力線が受電装置１５内のコアを高い磁束密度で通過しているため、複数の受電装置１５及び調光素子１６を駆動することができる。

本実施例の調光装置１００の基本構成及び構造と給電方法は基本的に実施例１及び実施例３と同様であり、調光素子１６は調光層に樹脂マトリックス３１を含むＳＰＤである。
本実施例では給電アンテナ回路１２のインダクタに空芯コイルを、受電装置１５及び受電アンテナ回路１７のインダクタにコア付きコイルと異なる種類のコイルを用いている。なお、他の構成と構造などについて他の実施例と同様の場合、その説明は省略する。

（調光装置）
図１２は本実施例の調光素子１６を含む受電アンテナ回路１７を示す説明図である。本実施例の受電アンテナ回路１７は、受電回路の負荷及びＱ₂を調整できる可変抵抗Ｒ₃が実装されている。なお、受電装置１５に可変抵抗Ｒ₃の他に可変抵抗Ｒ₃の抵抗値を外部より制御する外部信号入力回路と信号処理回路を実装していても構わない。受電回路のＱ₂は下記の式で表わされる。

図１３は調光素子１６を含む受電装置１５と給電装置１１の構造及び構成を示す説明図である。調光素子１６は接着剤により板ガラス３４に挟持され、更に調光素子１６は板ガラス３４を介して実施例１と同様に樹脂シール２１によりサッシ２２に保持されている。接着剤としては、調光素子１６の保護のため耐候性、耐水性であるものが好ましく、本実施例ではエチレン−酢酸ビニル樹脂（ＥＶＡ）で調光素子１６を板ガラス３４に接着、封止している。なお、本実施例では調光素子１６を板ガラス３４で挟持しているが、受電装置１５を軽量にするためアクリルなどのプラスチック板としても構わない。サッシの一部の周端は図１３に示されるように凹部からなるＣ型となっている。

本実施例での受電アンテナ回路１７の受電コイル３３（コア付きコイル）はＣ型コアであり、コイルはＣ型コアの中央の凹部に挿通されている。調光素子１６とインダクタである受電コイル３３の間は、相互接続素子１８を介して接続される。

次に、給電アンテナ回路１２の給電コイル３２（インダクタ）とサッシ枠について説明する。サッシ枠は、Ｃ型のサッシ周端部と対向する表面が少なくとも凸型となっており、サッシ及びコイルを含むＣ型コアの凹部の脚間にサッシ枠の凸部を配置することができ、更にサッシ枠の凸部に収まった状態でサッシを並行に移動させることができる。

サッシ枠凸部には平板状のコアが受電アンテナ回路１７のＣ型コアの端部と非接触で対向するように配置され、コイルは平板状コアの中央部に挿通されている。平板状コアのコイルには給電線が配設されており、給電線は給電装置１１の駆動回路１３及び給電アンテナ回路１２に接続されている。なお、本実施例では平板状のコアとしたが、コアを分割したり、サッシの並行移動方向に複数のＩ型コア付きコイルを配置しても構わない。

本実施例では、駆動時に給電装置１１の駆動回路１３よりサッシ枠の給電アンテナ回路１７及び給電コイル３２に電流を流すことで、電磁誘導により非接触で電力が受電装置１５及び調光素子１６に供給される。なお、受電装置１５は複数であっても構わない。

以上から本実施例の調光装置１００は、受電装置１５を移動させながら非接触で給電することができる。また、受電アンテナ回路１７に可変抵抗を調整することで、同じ給電条件においても調光素子１６を所望の透過率に変調することができる。

本実施例の調光装置１００の構成及び構造と給電方法は基本的に実施例２と同様である。実施例２とは、受電装置１５の調光素子１６の調光層構造と受電アンテナ回路１７の構成が異なる。なお、他の構成と構造などについて実施例２と同様の場合、その説明は省略する。

図１４に本実施例の調光素子１６の構造を示す。本実施例では調光素子１６が、調光層３０が液晶と樹脂マトリックス３１とを含むポリマー分散液晶（ＰＤＬＣ）である。ＰＤＬＣは、高速応答と低損失であることが好ましい。本実施例での液晶は、ネマティック液晶であり、ＰＤＬＣの最大駆動周波数は本発明でのＳＰＤよりも高い１００MHzである。
従って、調光素子１６の駆動周波数を基に各アンテナ回路の共振周波数としていることから、本実施例の調光装置１００の最大駆動周波数は１０MHzである。なお、調光素子１６及び調光装置１００の調色のため液晶に２色性色素を添加したり、樹脂マトリックス３１を着色しても構わない。

図１５は本実施例の受電アンテナ回路１７を示す説明図である。本実施例の受電装置１５及び受電アンテナ回路１７にコンデンサが調光素子１６と並列に接続されている。調光素子１６と並列に接続されるコンデンサの容量Ｃ₃は、調光素子１６の容量Ｃ_Lよりも極めて大きい（Ｃ₃≫Ｃ_L）。本実施例の受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂′は、受電アンテナ回路１７の浮遊容量が無視されるならば下記の式で表わせる。

コンデンサの容量Ｃ₃は、調光素子１６の容量Ｃ_Lの好ましくは１０倍以上であり、最大値はコンデンサ導入による受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂′が調光素子１６の調光動作可能な周波数となる値である。なお、コンデンサとしては、容量がＣ₃≫Ｃ_Lの関係を満たし、図１８に示すように容量Ｃ₃を調整できる可変コンデンサＣ_Cとしても構わない。

調光素子１６の容量Ｃ_Lは、調光素子１６及び調光層３０の経時変化や変形等により容量が変化する場合があり、受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂が変化することがある。本実施例の調光装置１００及び受電装置１５では、受電アンテナ回路１７の共振周波数ｆ₂′がコンデンサの容量Ｃ₃に大きく依存することから、共振周波数ｆ₂′は調光素子１６の容量Ｃ_Lの変動による影響が小さく、安定した周波数で磁気共振による非接触の給電を行うことができる。また、可変コンデンサＣ_Cを用いた場合には、インダクタのＬ₂の変動や給電装置１１に合せて共振周波数ｆ₂′を変更することもできる。

本実施例のＳＰＤ１の構成及び構造は基本的に実施例１と同様である。実施例１とは、受電装置１５に充電回路２４と発振回路２５からなる補助電源２３を有している点が異なる。なお、他の構成と構造などについて実施例１と同様の場合、その説明は省略する。

図１６は本実施例での受電装置１５の構成と補助電源の充電と放電時における電力伝送過程を示す説明図である。受電装置１５は、充電回路２４と発振回路２５からなる補助電源２３が実施例１と同様に相互接続素子１８を介して受電アンテナ回路１７と接続されている。補助電源２３の充電回路２４は、蓄電池からなる直流電源（図示しない）と蓄電池の充放電装置（図示しない）で構成され、本実施例の蓄電池はリチウムイオン二次電池である。なお、蓄電池はニッケル水素二次電池や鉛蓄電池であっても構わない。また、蓄電池の代わりにキャパシタを直流電源として用いても構わない。補助電源２３の蓄電池は、受電アンテナ回路１７を介して充電回路２４に給電されることで充電される。

充電された電力は給電装置１１からの給電が停止したとき、発振回路２５を介して受電アンテナ回路１７及び調光素子１６に給電される。また、調光素子１６に給電する交流電力の周波数が給電装置１１の共振周波数である場合、低消費電力で調光素子１６に給電することができる。

以上から本実施例の受電装置１５及び調光装置１００を用いることにより、給電装置１１から給電されていない状態でも補助電源２３から調光素子１６に交流電力を供給することができ、調光装置１００を移動体に用いた時や、停電時においても調光素子１６及び調光装置１００を駆動できる。

なお、本実施例では補助電源２３を接続したが、例えば、給電装置１１と受電装置１５間の給電量を調整するための信号を発信する信号処理回路やアンテナ回路を接続したり、異なる負荷を用いても構わない。

１ 懸濁粒子装置（ＳＰＤ）
２ Ａ板
３ Ｂ板
４ Ａ基板
５ Ｂ基板
６ Ｘ電極
７ Ｙ電極
８ 懸濁液
９ 光調整粒子
１０ 分散媒
１１ 給電装置
１２ 給電アンテナ回路
１３ 駆動回路
１４ 駆動電源
１５ 受電装置
１６ 調光素子
１７ 受電アンテナ回路
１８ 相互接続素子
２０ 交流電圧波形
２１ 樹脂シール
２２ 筐体
２３ 補助電源
２４ 充電回路
２５ 発振回路
３０ 調光層
３１ 樹脂マトリックス
３２ 給電コイル
３３ 受電コイル
３４ 板ガラス
１００ 調光装置

Claims (10)

1. 給電装置と、受電装置を備える調光装置であって、
   前記受電装置は調光素子と受電インダクタを有し、
   前記給電装置は給電インダクタを有し、
   前記調光素子は第一の基板、第二の基板、第一の電極、第二の電極および調光材料を含む調光層を有し、
   前記給電装置は前記給電インダクタを介して磁気共鳴現象により交流電力を供給し、
   前記受電装置の前記調光素子は前記受電インダクタを介して交流電力の供給を受けて光学変調することを特徴とする調光装置。
2. 請求項１に記載の調光装置において、
   前記受電装置はコンデンサを有し、
   前記調光素子と前記コンデンサは並列に接続されており、
   前記コンデンサの容量Ｃ_Pは前記調光素子の容量Ｃ_Lに対して、Ｃ_P＞Ｃ_Lの関係にあることを特徴とする調光装置。
3. 請求項１または２に記載の調光装置において、
   前記調光素子または前記受電インダクタに、可変抵抗が接続され、
   前記受電装置は前記可変抵抗により光学変調を制御することを特徴とする調光装置。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の調光装置において、
   前記調光材料は懸濁液であることを特徴とする調光装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の調光装置において、
   前記調光材料は液晶材料であることを特徴とする調光装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の調光装置において、
   前記調光層は樹脂マトリックスを含み、
   前記調光材料は樹脂マトリックス中に分散されていることを特徴とする調光装置。
7. 請求項５または６に記載の調光装置において、
   前記受電インダクタおよび前記給電インダクタは、空芯コイルであることを特徴とする調光装置。
8. 請求項５または６に記載の調光装置において、
   前記受電インダクタおよび前記給電インダクタは、コア付きコイルであることを特徴とする調光装置。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の調光装置において、
   前記調光素子と前記受電インダクタは、同一の基板上に配設されていることを特徴とする調光装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の調光装置において、
    前記受電装置は、前記交流電力を充電する充電回路と、前記充電回路にて充電された電力を前記調光素子に供給する発振回路とを有することを特徴とする調光装置。