JP6171637B2 - エレクトロクロミック調光レンズ、エレクトロクロミック調光眼鏡、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、この方式では、レンズを複数貼り合せるために、前述の厚みや重量が増加する問題は解決できない。
レンズ20の材料としては、眼鏡用レンズとして機能するものであれば特に限定されるものではないが、透明性が高く、厚みが薄くて軽量なものが好ましい。又、熱履歴による膨張がなるべく小さい方が好ましく、ガラス転移点Tgが高い材料、線膨張係数が小さい材料が好ましい。
第1の電極層31及び第2の電極層34の材料としては、導電性を有する材料であれば特に限定されるものではないが、調光ガラスとして利用する場合は光の透過性を確保する必要があるため、透明かつ導電性に優れた透明導電性材料が用いられる。これにより、ガラスの透明性を得られると共に着色のコントラストをより高めることができる。
エレクトロクロミック層32は、エレクトロクロミック材料を含んだ層であり、エレクトロクロミック材料としては、無機エレクトロクロミック化合物、有機エレクトロクロミック化合物の何れを用いても構わない。又、エレクトロクロミズムを示すことで知られる導電性高分子を用いてもよい。
絶縁性多孔質層33は、第1の電極層31と第2の電極層34とが電気的に絶縁されるように隔離すると共に、電解質を保持する機能を有する。絶縁性多孔質層33の材料としては、多孔質であればよく特に限定されるものではないが、絶縁性及び耐久性が高く成膜性に優れた有機材料や無機材料、及びそれらの複合体を用いることが好ましい。
[劣化防止層35]
劣化防止層35の役割は、エレクトロクロミック層32と逆の化学反応をし、電荷のバランスをとって第1の電極層31や第2の電極層34が不可逆的な酸化還元反応により腐食や劣化することを抑制することである。その結果として、エレクトロクロミック調光レンズ10の繰り返し安定性を向上することである。なお、逆反応とは、劣化防止層が酸化還元する場合に加え、キャパシタとして作用することも含む。
本実施の形態では、電解質(図示せず)は、電解液として、劣化防止層35を介して、第2の電極層34に形成された微細な貫通孔から第1の電極層31と第2の電極層34との間に配置された絶縁性多孔質層33に充填される。つまり、電解質(図示せず)は、第1の電極層31と第2の電極層34との間に充填されてエレクトロクロミック層32と接し、かつ、第2の電極層34に形成された貫通孔を介して劣化防止層35と接するように設けられている。電解液としては、イオン液体等の液体電解質又は、固体電解質を溶媒に溶解した溶液を用いることができる。
保護層36の役割は、外的応力や洗浄工程の薬品から素子を守ることや、電解質の漏洩を防ぐこと、大気中の水分や酸素などエレクトロクロミック素子が安定的に動作するために不要なものの侵入を防ぐこと等である。同時に、レンズとしての機能を損なわないための透明性、表面の平滑性、屈折率、耐熱性、耐光性が求められる。厚みとしては1μm〜200μmの範囲が好ましい。材料としては、紫外線硬化型や熱硬化型の樹脂を用いることができ、具体的には、アクリル系、ウレタン系、エポキシ系樹脂等を用いることが好ましい。保護層36の形成プロセスとしては、スピンコート法、ディップコート法、スプレーコート法、キャスト法等の各種成膜法を用いることができる。
実施例1では、図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10を作製する例を示す。
まず、直径65mmのレンズを準備し、25mm×45mmの領域及び引き出し部分にメタルマスクを介してITO膜をスパッタ法により約100nmの厚さに成膜して、第1の電極層31を形成した。
続いて、エレクトロクロミック層32上に平均一次粒径20nmのSiO2微粒子分散液(シリカ固形分濃度24.8重量%、ポリビニルアルコール1.2重量%、水74重量%)をスピンコートし、絶縁性多孔質層33を形成した。形成した絶縁性多孔質層33の膜厚は約2μmであった。更に、平均一次粒径450nmのSiO2微粒子分散液(シリカ固形分濃度1重量%、2−プロパノール99重量%)をスピンコートし、微細貫通孔形成用マスク(コロイダルマスク)を形成した。
続いて、第2の電極層34上に、劣化防止層35として、酸化チタンナノ粒子分散液(商品名:SP210 昭和タイタニウム社製、平均粒子径:約20nm)をスピンコート法により塗布した。そして、120℃で15分間アニール処理を行うことによって、約1.0μmの酸化チタン粒子膜からなるナノ構造半導体材料を形成した。
電解質として過塩素酸テトラブチルアンモニウム、溶媒としてジメチルスルホキシド及びポリエチレングリコール(分子量:200)を12対54対60で混合した溶液を電解液とした。そして、劣化防止層35まで形成した素子を1分間浸漬し、その後120℃のホットプレート上で1分間乾燥させることで電解質を充填させた。
更に、紫外線硬化接着剤(商品名:SD−17 DIC社製)をスピンコートし、紫外光照射により硬化させることで保護層36を約3μmの厚さに形成した。これにより、図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10を得た。
作製した図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10の発消色を確認した。具体的には、第1の電極層31の引き出し部分と第2の電極層34の引き出し部分との間に、−4Vの電圧を3秒間印加させた。その結果、第1の電極層31と第2の電極層34の重なった部分に、構造式[化2]のエレクトロクロミック化合物に由来する青色の発色が確認された。
実施例2では、電解質として過塩素酸リチウム、溶媒としてポリエチレングリコール(分子量:200)及び炭酸プロピレン、紫外線硬化材としてウレタン接着剤(商品名:3301 ヘンケル社製)を1.4対6対8対10で混合して溶液を電解液とした。そして、微細な貫通孔が形成された第2の電極層34の表面にスピンコートした後、120℃のホットプレート上で1分間乾燥させることで電解質を充填させた。
は、実施例1と同様にして、エレクトロクロミック調光レンズ10を得た。
作製した図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10の発消色を確認した。具体的には、第1の電極層31の引き出し部分と第2の電極層34の引き出し部分との間に、−4Vの電圧を3秒間印加させた。その結果、第1の電極層31と第2の電極層34の重なった部分に、構造式[化2]のエレクトロクロミック化合物に由来する青色の発色が確認された。
実施例3では、ITO膜の表面に構造式[化3]で表される化合物(平均分子量:10000)を2.5wt%含むテトラヒドロフラン溶液をスピンコート法により塗布した。その後、120℃×5分間アニール処理を行うことにより、有機高分子材料からなるエレクトロクロミック層32を形成した。なお、エレクトロクロミック層32はマゼンタ色を示した。これ以外は、実施例1と同様にして、図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10を得た。
作製した図1に示すエレクトロクロミック調光レンズ10の発消色を確認した。具体的には、第1の電極層31の引き出し部分と第2の電極層34の引き出し部分との間に、+3Vの電圧を3秒間印加させたところ、第1の電極層31と第2の電極層34の重なった部分の色素が消色し、透明になることが確認された。
実施例4では、図4に示すエレクトロクロミック調光レンズ51を有するエレクトロクロミック調光眼鏡50を複数サンプル作製した。
作製したエレクトロクロミック調光眼鏡50の発消色を確認した。スイッチ53を切り替えて第1の電極層31と第2の電極層34との間に−4Vの電圧を3秒間印加させたところ、第1の電極層31と第2の電極層34の重なった部分に、構造式[化2]のエレクトロクロミック化合物に由来する青色の発色が確認された。
図2に示すように、2枚のレンズを貼り合わせてエレクトロクロミック調光レンズ100を作製した。
以上の実施例及び比較例より、所定の層が形成された2枚のレンズを接着層を介して貼り合わせて作製したエレクトロクロミック調光レンズでは、所望の形状に加工する際に部分的な剥離が生じるおそれが高く、エレクトロクロミック動作を保証できないといえる。
20 レンズ
30 薄膜調光機能部
31 第1の電極層
32 エレクトロクロミック層
33 絶縁性多孔質層
34 第2の電極層
35 劣化防止層
36 保護層
50 エレクトロクロミック調光眼鏡
51 エレクトロクロミック調光レンズ
52 眼鏡フレーム
53 スイッチ
54 電源
Claims (12)
- レンズと、
前記レンズ上に積層された薄膜調光機能部と、を有し、
前記薄膜調光機能部は、
前記レンズ上に積層された第1の電極層と
前記第1の電極層上に積層された第1の電気活性層と、
前記第1の電気活性層上に積層された絶縁性多孔質層と、
前記絶縁性多孔質層上に積層された多孔質である第2の電極層と、
前記第2の電極層と接して前記第2の電極層の上側と下側の何れか一方又は双方に形成された多孔質である第2の電気活性層と、
前記第1の電極層と前記第2の電極層との間に充填され、かつ、前記第1の電気活性層及び前記第2の電気活性層と接するように設けられた電解質と、を含み、
前記第1の電気活性層と前記第2の電気活性層の一方がエレクトロクロミック層であり、他方が劣化防止層であるエレクトロクロミック調光レンズ。 - 前記第2の電極層及び前記第2の電気活性層には夫々貫通孔が形成されており、
夫々の前記貫通孔の径は、10nm以上100μm以下である請求項1記載のエレクトロクロミック調光レンズ。 - 前記絶縁性多孔質層は、絶縁性金属酸化物微粒子を含む請求項1又は2記載のエレクトロクロミック調光レンズ。
- 前記劣化防止層は、半導体性金属酸化物微粒子を含む請求項1乃至3の何れか一項記載のエレクトロクロミック調光レンズ。
- 前記エレクトロクロミック層が酸化反応により着色から透明に変化する材料であり、かつ、前記劣化防止層が透明なn型半導体性酸化物微粒子を含む請求項1乃至4の何れか一項記載のエレクトロクロミック調光レンズ。
- レンズ上に、第1の電極層、第1の電気活性層、及び絶縁性多孔質層を順次積層する工程と、
前記絶縁性多孔質層上に、前記第1の電極層と対向するように、貫通孔が形成された多孔質の第2の電極層を積層する工程と、
前記第2の電極層上に、貫通孔が形成された多孔質の第2の電気活性層を積層する工程と、
前記第1の電極層と前記第2の電極層との間の所定領域に、前記第2の電気活性層及び前記第2の電極層を介して、前記第2の電気活性層及び前記第2の電極層に形成された貫通孔から電解質を充填する工程と、を有し、
前記第1の電気活性層と前記第2の電気活性層の一方がエレクトロクロミック層であり、他方が劣化防止層であるエレクトロクロミック調光レンズの製造方法。 - レンズ上に、第1の電極層、第1の電気活性層、絶縁性多孔質層、及び貫通孔が形成された多孔質の第2の電気活性層を順次積層する工程と、
前記第2の電気活性層上に、前記第1の電極層と対向するように、貫通孔が形成された多孔質の第2の電極層を積層する工程と、
前記第2の電極層上に、貫通孔が形成された多孔質の第3の電気活性層を積層する工程と、
前記第1の電極層と前記第2の電極層との間の所定領域に、前記第3の電気活性層及び前記第2の電極層を介して、前記第3の電気活性層及び前記第2の電極層に形成された夫々の貫通孔から電解質を充填する工程と、を有し、
前記第1の電気活性層がエレクトロクロミック層であり前記第2の電気活性層及び前記第3の電気活性層が劣化防止層であるか、又は、前記第1の電気活性層が劣化防止層であり前記第2の電気活性層及び前記第3の電気活性層がエレクトロクロミック層であるエレクトロクロミック調光レンズの製造方法。 - 前記第2の電極層を積層する工程は、
前記第2の電極層が積層される下層に微粒子を散布する工程と、
前記微粒子が散布された面に真空成膜法により導電膜を形成する工程と、
前記微粒子ごと前記導電膜を一部除去する工程と、を含む請求項6又は7記載のエレクトロクロミック調光レンズの製造方法。 - 前記微粒子の直径は、前記第2の電極層の膜厚以上である請求項8記載のエレクトロクロミック調光レンズの製造方法。
- 請求項1乃至5の何れか一項記載のエレクトロクロミック調光レンズを有するエレクトロクロミック調光眼鏡。
- 請求項6乃至9の何れか一項記載の製造方法によりエレクトロクロミック調光レンズを作製する工程と、
前記エレクトロクロミック調光レンズを、眼鏡フレームのデザイン形状に合わせた形状に加工する工程と、
加工後の前記エレクトロクロミック調光レンズを、眼鏡フレームへ組み込む工程と、を有するエレクトロクロミック調光眼鏡の製造方法。 - 前記加工する工程では、前記エレクトロクロミック調光レンズを、眼鏡フレームのデザイン形状に合わせた形状に加工すると共に、度数の加工を行う請求項11記載のエレクトロクロミック調光眼鏡の製造方法。
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