JPH04195125A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は調光装置に関する。さらに詳しくは、光透通事
制御性能にすぐれた調光装置に関する。

［従来の技術］ 近年、ガラスの透過率を任意に調節したいとのニーズが
、ガラスを用いる多くの分野で強まっている。中でも、
建築、自動車などの用途においては、窓ガラスを通して
の太陽光エネルギーの流入が室内の空調負荷に大きく影
響するため、ガラスに調光機能を持たせることが省エネ
ルギーの観点から最重要課題とさえ言われるまでになっ
た。また−、ガラスの透過率および（または）反射率を
ガラス面内で局部的に選択変化させ、いわゆる表示素子
として応用する上からも、調光機能を有するガラスは大
きな関心を集　□めている。

ところで、このような調光機能材料については、早くか
ら酸化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケルな
どの電気化学的発色材料を用いたエレクトロクロミック
素子（以下、ＥＣ素子という）か注目され、多くの方面
で精力的な研究が続けられてきた。そして、最近ではメ
ガネ、自動車ミラーなどの小型のガラス製品に実用化さ
れるまでに技術も向上してきた。しかしながら、これら
のものは電流駆動型であるため電圧降下を生し大面積化
したばあいに、応答速度が著しく低下するほが、長時間
通電中に生じる構成材料の電気化学的変化などによる変
質が避けられず、小面積のＥＣ素子技術の延長で大面積
のＥＣ素子を実現することは、きわめて困難であること
が判明してきた。そこで、このような電流駆動型のＥＣ
素子に代わるものとして、電圧駆動型の調光装置が注目
されるようになった。たとえば、ネマチック液晶をマイ
クロカプセル化してなる液晶デバイス（特開昭５８−５
０１［ｆ３１号）は、その代表例であるが、機能的には
液晶分子の配向制御により透過光の散乱度合いを変化さ
せることで透視性を調節するに過ぎず、調光装置に期待
されているエネルギー透過量制御という点では不充分な
ものであった。

このため、大面積化が比較的容易と考えられる電圧駆動
型であり、かつエネルギー透過量か大きな範囲で制御可
能な調光装置として光吸収性にすぐれた異方性微粒子を
液体誘電体中に分散懸濁させ、該懸濶液に電界を印加さ
せることて光の透過率を制御する調光装置（以下、ＤＰ
Ｓという）が注目されはじめた。この光バルブとも呼ば
れるＤＰＳは１９６０年代の半ば頃から知られており、
これに関する特許も幾つか出願されている（たとえば、
アメリカ特許第３２５７９０３号（エイ・エム・マーク
ス）；特開昭５１−６９０３８号（ビー・デイ−・ポス
トウィック）など）。このようなりＰＳに用いられる異
方性微粒子としては、ヘラパサイトに代表されるアルカ
ロイド酸塩の過ハロゲン化物、偏向性金属ノ＼ロゲン化
物、その他ハロゲン化物；塩酸ナフオキシジン、グアニ
ンなどの有機化合物微粒子：塩基性炭酸鉛、オキシ塩化
ビスマス、ヒ酸水素鉛、リン酸水素鉛、グラファイト、
マイカ、ざくろ石などの無機化合物微粒子；アルミニウ
ム、クロミウム、金、パラジウム、銀、タンタリウム、
チタニウム、酸化スズ、酸化チタン、五酸化バナジウム
などの金属および金属酸化物で被覆されたマイカ、ガラ
スフレークなどの微粒子が提案されており、これらの中
でも特に、ヘラパサイト微粒子を用いてＤＰＳの実用化
を目指した試み、が精力的に行われてきた。ところが、
このヘラバサイト微粒子を用いたＤＰＳでは、微粒子そ
のものが紫外線に弱いことおよび微粒子の長波長域での
光吸収能が小さいことから、太陽光エネルギー透過量調
節装置、すなわち調光ガラスに応用することは非常に困
難であると考えられていた。

かかる状況に鑑み、本発明者らは改良された異方性微粒
子として、金属または有機金属化合物で被覆された微粒
子（特開昭６４−３８７３２号）、タングステンブロン
ズ膜で被覆された微粒子（特開昭６４−５７２４２号）
、表面が一般式：Ｔｉ　　Ｏて表される材料により被覆
された微ｎ　　２ｎ−１ 粒子（特開平１−１２６６２９号）などを提案した。い
ずれの微粒子も光吸収能は大きく、耐紫外線強度もすぐ
れたものであった。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの微粒子を用いてえられるＤＰＳ
を実用的な調光ガラスとして使用するにはつぎのような
問題がある。すなわち、金属で被覆された微粒子てはそ
の表面に密着力にすぐれた絶縁被覆の形成かむづかしい
ほが、微粒子の分散性に難点があるとの問題がある。タ
ングステンブロンズ膜で被覆された微粒子はわずかな水
分に溶解したり、紫外線受光により生ずる正孔が周囲の
有機物を酸化分解するなどの問題がある。表面が一般式
：ＴｉＯで表されｎ　　２ｎ−す る材料により被覆された微粒子のばあいには、被覆材料
の光吸収係数と被覆厚によって光吸収能が決まるため、
調光ガラスとして充分な性能を実現するには、光吸収係
数と被覆厚を大きくする必要があるが、実際にＤＰＳと
して機能しつる微粒子てはいずれも上限が存在し、この
方法てえられる最良の微粒子を用いても太陽エネルギー
透過率の制御範囲は１６％に留まっていた。

一般に、ＤＰＳのような調光機能を発現する装置におい
て、実用上型まれる調光範囲としては、少なくとも現在
窓ガラスとして用いられている透明ガラスと太陽エネル
ギー吸収を目的とした熱線吸収ガラスの間の光学特性値
を選択できることが必要と考えられ、この調光範囲は、
太陽エネルギー透過率変化幅（以下、ΔＴという）で２
０％以上ということができる。

しかしながら、前記のいずれにおいても、この調光範囲
は実現されていない。

本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたもの
であって、ΔＴが２０％以上である調光装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、異方性微粒子を分散含有する誘電体と、該誘
電体に電界を印加させるための一対の電極とからなる調
光装置であって、（１）前記異方性微粒子が、アスペク
ト比３．５以上の形状異方性を有する無機チタン化合物
からなり、（２）前記無機チタン化合物の光吸収係数が
５×１０３ＩＣ１以上であることを特徴とする調光装置
に関する。

本発明の調光装置においては、前記異方性微粒子が、一
般式：ＴＩＯｘＮｙ　　　（式中、１．３７≦ｙ Ｘ＋ｌ≦１．９５．０．１５≦ｙ≦０．９２）で表され
るチタン化合物であるのが好ましい。

また、本発明の調光装置においては、一対の電極の一方
が、ガラス表面に形成された透明電極であるのが好まし
い。

［作　用コ 異方性微粒子を液体誘電体中に分散させたサスペンショ
ンを用いた調光装置において、アスペクト比が３．５以
上でかつ光吸収係数が５×１０”　／ｃｍ以上である無
機チタン化合物微粒子を用いることにより、ΔＴが２０
％以上の調光性能かえられる。

［実施例］ 以下、本発明の調光装置を図面を参照しながら説明する
。

第１図は本発明の調光装置において電界の作用が解除さ
れたばあい（以下、閉状態という）における光の透過状
態を示す説明図、第２図は本発明の調光装置において電
界が作用したばあい（以下、開状態という）における光
の透過状態を示す説明図である。

第１〜２図において、（１）は基板、（２）は透明導電
膜、（３）は液体誘電体、（４）は微粒子を示す。

基板（１）としては、従来より調光装置に用いられてい
るものならいかなるものも用いることができ、特に限定
されない。その具体例としては、ソーダライムガラスな
どをあげることができる。基板の（１）の形状およびサ
イズは必要に応して適宜決定される。

透明導電膜（２）としては、従来より調光装置に用いら
れているものならいかなるものも用いることができ、特
に限定されない。その具体例としては、ＩＴＯやＳ　ｎ
　０２などをあげることができる。その膜厚についても
特に限定はないが、調光装置の反射率が最小となるよう
に光学的に調整された膜厚が好ましい。その−例をあげ
ると５ｎ０２膜て１８０ｎ釦である。

液体誘電体（３）としては、高絶縁性かつ高耐候性を有
するものであって、微粒子のブラウン運動がほどよく行
える程度の粘性を有し、かつ微粒子（４）の液体誘電体
（３）での沈降抑制効果のあるものであればいかなるも
のも用いることができ、特に限定されない。それを実現
できる粘性の具体的範囲は、０．６５〜ｔｏｏｏｃｓｔ
である。

そのような粘性を有するものの中でも、調光装置の使用
温度範囲が、−２０〜８０℃であることを考慮すると、
オルガノシロキサン系液状ポリマーが好ましい。

微粒子（４）としては、形状異方性を有する無機チタン
化合物からなる微粒子でミアスベクト比が３．５以上で
あり、かつ光吸収係数が５Ｘ１０３１Ｃ１以上であるも
のが好ましい。

微粒子（４）のアスペクト比をこのように限定するのは
、光と微粒子（４）の相互作用を幾何光学の見地からみ
ると、アスペクト比は開状態と閉状態とにおける遮光面
積を決める因子としての機能を有するからである。すな
わち、アスペクト比が大きな微粒子では、開状態と閉状
態における遮光面積が大きく異なるため、このような微
粒子を用いることにより調光性能にすぐれた調光装置を
うろことが可能となる。

使用する微粒子（４）は、前記アスペクト比を有したう
え、その長軸が３μ園以下であるのが好ましく、さらに
光の波長以下、すなわち０．７μｍ以下であるのが好ま
しい。

また、微粒子（４）の光吸収係数をこのように限定する
のは、光吸収係数は遮光面積を一定としたばあいの遮光
効率を決める因子としての機能を有するからである。す
なわち、光吸収係数が大きくなればなるほど、調光性能
は向上する。

微粒子（４）のアスペクト比および光吸収係数が前記未
満てあれば、ΔＴが２０％未満となり充分な調光性能か
えられない。

アスペクト比および光吸収係数は微粒子（４）を構成す
る物質に大きく依存するため、種々の物質についてそれ
らを調査したところ、無機チタン化合物の微粒子が前記
条件を満足していることがわかった。その中でも、一般
式。

ＴｊＯＮ　　　（式中、１，３７≦ｘ＋ｙ≦１９５．０
．１５≦　　　　ｙ ｙ≦０　、９２）で表されるチタン化合物微粒子が好ま
しいことがわかった。その理由は、主として光吸収係数
の波長依存性によるものであると推察される。よく知ら
れているように、太陽光のスペクトルは可視域から近赤
外域の広い波長範囲にわたって分布しているため、調光
装置によって太陽光の透過率および反射率を制御しよう
とするならば、広い波長範囲において光吸収係数の大き
な微粒子が必要となる。一般式：ＴＩＯｘＮｙ　　　（
式中、１．３７≦ｘ＋ｙ≦１９５．０．１５≦　　　　
ｙ ｙ≦０　、９．２　）で表されるチタン化合物微粒子は
一般式：ＴｉＯて表される微粒子よりも光吸ｎ　　２ｎ
−１ 収係数が大きく、かつ波長依存性が少ないので、一般式
：ＴｉＯで表される微粒子にみられｎ　　２ｎ−す るような短波長域での強い吸収が存在しない。

この短波長域での強い吸収はバンドギャップによるもの
であり、これが存在しないということは紫外線吸収によ
る微粒子（４）の劣化や液体誘電体（３）におよほす影
響がきわめて小さいことを示唆している。

微粒子（４）は、種々の既知の微粒子製造法により製造
することができる。たとえば、あらかじめ、形状異方性
を有するチタン化合物をチッ素を含む雰囲気中で熱処理
してうろことができる。この製造法について詳述すれば
、形状異方性を有する酸化チタンを炉の中に入れＮＨ３
、ヒドラジンやメチルアミンなどのチッ素含有有機化合
物と反応させてうろことができる。使用できる形状異方
性を有するチタン化合物としては、酸化チタン以外に一
般式：　Ｍ（ＩＩ）ＴｊＯ３（式中、Ｍ（１１）はＢａ
、　Ｐｂ、　Ｓｒなどの２価の金属を示す）で表される
チタン酸化合物などを用いてもよい。

微粒子（４）を液体誘電体（３）に分散させたばあいの
微粒子濃度は重量分率で１〜ｌＯ％の範囲にあるのが好
ましい。

微粒子（４）に電界を作用させる手段としては、従来よ
りこの種の調光装置において使用されているものならい
かなるものも用いることができ、特に限定はない。電界
の強さは電極間隔に逆比例するから、電極間隔が狭いほ
ど同じ電界強度をつるのに必要な電圧が低くてすむ。こ
の点から、電極間隔は′５〜５０μ−とするのが好まし
い。

以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。

製造例１および比較製造例１〜３ 平均アスペクト比が５の針状ＴｌＯ２微粒子５００　Ｂ
を静置式の管状炉に入れ、真空排気したのち常圧下でチ
ッ素ガス２００ｓｌ／ｌｌｎを流しながら予備加熱を行
い、しかるのちチッ素ガスをアンモニアガスに変更し炉
内温度８５０℃て３時間保持した。ついて加熱を停止す
ると同時に炉内を再度真空排気し残存しているアンモニ
アガスを除去し、チッ素ガスを流しながら排気して室温
まで冷却した。このようにして、ＴｌＯ２還元体微粒子
をえた（製造例１）。

製造例１の結晶構造を調べるために、Ｘ線回折の測定を
行った。結果を第３図に示す。

比較のために、Ｔｌ２Ｏ３の標準試料粉末（純度９９．
９％）（比較製造例１　）　、ＴｊＯの標準試料粉末（
純度９９，９％）（比較製造例２）およびＴＩＮの標準
試料粉末（純度９９．９％）（比較製造例３）について
、製造例１と同一条件でＸ線回折の測定を行った。結果
を第３図に併せて示す。

第３図から、製造例１のＴｌＯ２還元体微粒子は、比較
製造例３のＴｌ１ｌｌの標準試料粉末とよく似た回折パ
ターンを示すが、そのピーク位置は比較製造例２のＴＩ
Ｏの標準試料粉末のそれに近い。

つぎに製造例１および比較製造例１〜３について、光音
響分光法により光吸収性能を調べた。

結果を第４図に示す。第４図から、製造例１のＴｌＯ２
還元体微粒子の光吸収特性は比較製造例３のＴｊＮの標
準試料粉末のそれに近いことがわかる。

これらの測定結果から、製造例１のＴｉＯ２還元体微粒
子は、チタンと酸素からなる化合物というよりもむしろ
チタンと酸素およびチッ素からなる化合物と考えるべき
ことがわかったので、不活性ガス融解法により製造例１
に含まれる酸素およびチッ素量を測定したところ、 ＴｊＯＮ　　　で表される化合物であることが０．４５
　０．９２ わかった。

製造例２ 加熱を炉内温度７５０℃で３時間行ったほかは、製造例
１と同様にしてＴＩＯ，Ｎ　　微粒子を製造　　　　ｙ した。

実施例１ 製造例２の微粒子をポリメチルシロキサンに分散させ、
微粒子濃度３重量％の分散液をえた。

この分散液にビーズ状スペーサー（平均粒径２５μＩ）
を添加し、よく混合したものを２枚の透明導電膜付ガラ
ス基板（面積抵抗率２００Ω／口）の間に挾んで調光装
置を作製した。

えられた調光装置について、電界を印加していないとき
（閉状態）および交流４ＱＶ　ｘ　ＢＯＨｚの電圧を印
加したとき（開状態）の透過スペクトルを測定した。結
果を第５図に示す。このスペクトルからＪＩＳ　Ｒ３１
０［ｉにしたがって開閉状態の太陽光透過率を計算した
ところ、それぞれ３７．５％および１１，１％となり、
ΔＴ　−２６，４％の調光装置かえられたことがわかっ
た。

製造例３〜１０および比較製造例４〜６加熱を第１表に
示す炉内温度および加熱時間て行ったほかは製造例１と
同様にして組成の異なるＴｉＯｘＮ　ｙ微粒子を製造し
た。えられた微粒子のアスペクト比を透過型電子顕微鏡
により求め、また波長５００〜５５０ｎ＊ての平均光吸
収係数をカーボンブラックのそれを基準として光音響信
号強度比から求め、その結果を第１表にそれぞれ示す。

実施例２〜９および比較例１〜３ えられた微粒子を用いて実施例１と同様にして調光装置
を作製し、ΔＴを測定した。結果を第２表に示す。

第１〜２表から、アスペクト比が３．５以上であり、か
つ光吸収係数が５×１０３／ｃＩ以上のチタン化合物微
粒子を用いれば、６丁が２０％以上の調光装置かえられ
ることがわかる。

［以下余白コ ｖ、１表 第　　２　　表 製造例３〜１０および比較製造例４〜６のＴＩＯｘＮｙ
　　微粒子の組成を製造例１と同様にし　　　ｙ て求め、組成と光吸収係数の関係を調べた。結果を第６
図に示す。第１〜２表および第６図から、一般式：ＴＩ
ＯｘＮｙ　　で表される微粒子のうｙ ち、１．３７≦ｘ＋ｙ≦１．９５、かツ０．１５≦ｙ≦
０．９２の範囲にあるものを用いれば、ΔＴが２０％以
上の調光装置かえられるのがわかる。

比較製造例７ アンモニアガスを一酸化炭素とし炉内温度を９５０℃と
したほかは、製造例１と同様にして一般式：　ＴｉＯで
表される微粒子を作製した。ついて比較製造例７と製造
例１の微粒子について光音響信号強度を測定し、その結
果を第７図に示す。第７図から、比較製造例７のＴＩＯ
微粒子は紫外域で強い吸収を示し、可視〜近赤外域にか
けて波長が長くなるにつれて吸収が大きくなっているの
がわかる。一方、製造例１の微粒子では全測定波長域に
おいて、比較製造例７に比べ非常に強い吸収が存在する
ため、光音響信号強度は測定波長域において飽和してお
り、光吸収係数とは無関係のほぼ一定の強度となってい
るのがわかる。比較製造例７のＴＩＯ微粒子に含まれる
酸素量を不活性ガス融解法により求めたところ、３１．
４重量％てあり、組成はＴｉＯであることがわかった。

１．３９ 比較製造例８ Ｔ　ｉｏ　２被覆マイ力微粒子（長軸：３μ１１平均厚
：数十ｎｍ）を５００ａ＋ｇを比較製造例７と同様に処
理して、表面がＴｉ　　Ｏで被覆された微ｎ　　２ｎ−
１ 粒子をえた。

比較例４ 比較製造例８の微粒子を用いて実施例１と同様にして調
光装置を作製し、ΔＴを測定したところ１２％であった
。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば調光性能がすぐれ
た調光装置をうろことができる。

また、本発明の調光装置は、その調光性能を利用して透
過・反射型表示素子として好適に使用しうる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の調光装置の閉状態における光の透過状
態を示す説明図、第２図は本発明の調光装置の開状態に
おける光の透過状態を示す説明図、第３図は製造例１お
よび比較製造例１〜３のＸ線回折パターンを示す模式図
、第４図は製造例１および比較製造例１〜３の光音響信
号強度図、第５図は実施例１の調光装置の閉状態および
開状態の透過率のグラフ、第６図は製造例３〜１０およ
び比較製造例４〜６の組成と光吸収係数の関係を示すグ
ラフ、第７図は製造例１と比較製造例７の光音響信号強
度図である。 （図面の符号） （１）二基　板 （２）：透明導電膜 （３）：液体誘電体 （４）：微粒子 才１　図 才４図 波　　　長　（ｎｍ） 第５図 波　　　長　（ｎｍ） 第６図 ・窒素量 吸収係数（Ｃｍ’）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　異方性微粒子を分散含有する誘電体と、該誘電体に
   電界を印加させるための一対の電極とからなる調光装置
   であって、 （１）前記異方性微粒子が、アスペクト比３．５以上の
   形状異方性を有する無機チタン化合物からなり、 （２）前記無機チタン化合物の光吸収係数が５×１０＾
   ３／ｃｍ以上であることを特徴とする調光装置。 ２　前記異方性微粒子が、一般式：ＴＩＯ＿ｘＮ＿ｙ（
   式中、１．３７≦ｘ＋ｙ≦１．９５、０．１５≦ｙ≦０
   ．９２）で表されるチタン化合物であることを特徴とす
   る請求項１記載の調光装置。 ３　前記一対の電極の一方が、ガラス表面に形成された
   透明電極であることを特徴とする請求項１または２記載
   の調光装置。