JPH04240829A - 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】

【０００１】

【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、光透過率制御性能にすぐれた調光装置に関
する。

【０００２】

【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。

【０００３】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）が注目され
、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。

【０００４】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じ大面積化したばあいに、応答
速度が著しく低下するほか、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。

【０００５】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５８−５０１
６３１　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。

【０００６】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が大きな
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、該懸濁液に
電界を印加させることで光の透過率を制御する調光装置
（以下、ＤＰＳ　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、これに関する特許出願も幾つかなされ
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・ディー・ボストウィック）など）。このような
ＤＰＳ　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、
偏向性金属ハロゲン化物、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、このヘラパ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。

【０００７】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６４−５
７２４２号）、表面が一般式：Ｔｉｎ　Ｏ　２ｎ−１で
表される材料により被覆された微粒子（特開平１−１２
６６２９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。

【０００８】

【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ではその表面に密着力にす
ぐれた絶縁被覆の形成がむずかしいほか、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：Ｔｉｎ　Ｏ　２ｎ
−１で表され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　として機能しうる微粒子ではいずれも上限
が存在し、この方法で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。

【０００９】一般に、ＤＰＳ　のような調光機能を発現
する装置において、実用上望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、△
Ｔという）で２０％以上ということができる。

【００１０】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。

【００１１】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、△Ｔが２０％以上である調光装
置を提供することを目的とする。

【００１２】

【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５以上の形状異方
性を有する一般式：　ＴｉＯｘ　（式中、１．３５≦ｘ
　≦１．８５）で表されるチタン化合物からなり、（２
）　前記チタン化合物の光吸収係数が５×１０３　／ｃ
ｍ　以上であることを特徴とする調光装置に関する。

【００１３】本発明の調光装置においては、前記一対の
電極の少なくとも一方が、ガラス表面に形成された透明
電極であるのが好ましい。

【００１４】

【作用】異方性微粒子を液体誘電体中に分散させたサス
ペンジョンを用いた調光装置において、アスペクト比が
５以上、好ましくは７．５　以上でかつ光吸収係数が５
×１０３　／ｃｍ　以上、好ましくは１０×１０３　／
ｃｍ　以上である一般式：　ＴｉＯｘ　で表されるチタ
ン化合物微粒子を用いることにより、△Ｔが２０％以上
の調光性能がえられる。

【００１５】

【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。

【００１６】図１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、図２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。

【００１７】図１〜２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。

【００１８】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１の形状および
サイズは必要に応じて適宜決定される。

【００１９】透明電極として用いられる透明導電膜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　ＳｎＯ２　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。その一例をあげると　ＳｎＯ２　
膜で１８０ｎｍ　である。

【００２０】異方性微粒子を分散含有せしめる液体誘電
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中での沈降抑制
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、０．６５〜１０００ｃＳｔ　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。

【００２１】微粒子４としては、形状異方性を有する一
般式：　ＴｉＯｘ　（式中、ｘ　は１．３５≦ｘ≦１．
８５、好ましくは１．４０≦ｘ　≦１．８０）で表わさ
れるチタン化合物の微粒子であって、アスペクト比が５
以上、好ましくは７．５　以上であり、かつ光吸収係数
が５×１０３　／ｃｍ　以上、好ましくは１０×１０３
／ｃｍ　以上であるものが好ましい。

【００２２】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
置をうることが可能となる。

【００２３】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３μｍ以下であるのが好ましく
、さらに光の波長以下、すなわち０．７　μｍ以下であ
るのがより好ましい。

【００２４】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。

【００２５】微粒子４のアスペクト比および光吸収係数
が前記未満であれば、△Ｔが２０％未満となり充分な調
光性能がえられない。

【００２６】このような酸化チタン微粒子は、二酸化チ
タン微粒子を加熱し水素や一酸化炭素などの還元性ガス
のプラズマに曝すことによって容易にえられ、二酸化チ
タン微粒子としては平均アスペクト比が７．５　以上、
好ましくは１０以上のものが好適に用いられる。

【００２７】微粒子４を液体誘電体３中に分散させたば
あいの微粒子濃度は重量分率で１〜１０％の範囲にある
のが好ましい。

【００２８】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うるのに必要な電圧が低くて
すむ。この点から、電極間隔は５〜５０μｍとするのが
好ましい。

【００２９】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説
明する。

【００３０】［製造例１］平均アスペクト比が１０の針
状　ＴｉＯ２　微粒子５００ｍｇ　を容量結合型高周波
グロー放電装置にいれ真空排気した後に、窒素ガス５０
ｍｌ／ｍｉｎを流しながら圧力が約１５０Ｐａとなるよ
うに排気量を調整し、試料ステージを２５０　℃に加熱
した。しかるのち窒素ガスを水素ガス２５ｍｌ／ｍｉｎ
と窒素ガス５０ｍｌ／ｍｉｎの混合ガスに変更し電力０
．２９Ｗ／ｃｍ２　でプラズマを発生させ、１時間保持
した。 ついで加熱およびプラズマ発生を停止すると同時に装置
内を再度真空排気して残存しているガスを除去し、窒素
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、　ＴｉＯ２　還元体微粒子をえた。

【００３１】えられた微粒子のアスペクト比は透過型顕
微鏡による観察結果から７．５　であり、またこの微粒
子の波長５００　〜５５０ｎｍ　での平均光吸収係数は
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
から求めたところ５．１　×１０３　／ｃｍ　であるこ
とがわかった。

【００３２】［製造例２〜７］還元処理を表１に示す試
料ステージ温度、プラズマ電力および処理時間で行った
ほかは製造例１と同様にして組成の異なる　ＴｉＯｘ　
微粒子を製造した。

【００３３】製造例２〜７の　ＴｉＯｘ　微粒子のアス
ペクト比および波長５００　〜５５０ｎｍ　での平均光
吸収係数を製造例１と同様にして求め、その結果を表１
にそれぞれ示す。

【００３４】［比較製造例１〜３］平均アスペクト比が
１０の針状　ＴｉＯ２　微粒子５００ｍｇ　を静置式の
管状炉に入れ、真空排気したのち常圧下で窒素ガス２０
０ｍｌ／ｍｉｎ　を流しながら予備加熱を行い、しかる
のち窒素ガスを水素ガスに変更し炉内温度９００　℃で
３時間保持した。ついで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水素ガスを除去し、窒素ガ
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、ＴｉＯｘ　微粒子をえた（比較製造例１）。

【００３５】加熱を炉内温度９５０　℃で３時間行った
ほかは、比較製造例１と同様にしてＴｉＯｘ　微粒子を
製造した（比較製造例２）。

【００３６】水素ガスを一酸化炭素ガスに変更し、加熱
を炉内温度１１００℃で行ったほかは、比較製造例１と
同様にして　ＴｉＯｘ　微粒子を製造した（比較製造例
３）。

【００３７】比較製造例１〜３の　ＴｉＯｘ　微粒子の
アスペクト比および波長５００　〜５５０ｎｍ　での平
均光吸収係数を製造例１と同様にして求め、その結果を
表１にそれぞれ示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】［実施例１］製造例１の微粒子をポリジメ
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
２５μｍ）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２００　Ω／□）の間に挟
んで調光装置を作製した。

【００４０】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４０Ｖ−６０Ｈｚ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、ＪＩＳ　Ｒ　３１０６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、△Ｔ＝２０％の調光装置が
えられたことがわかった。

【００４１】［実施例２〜７および比較例１〜３］製造
例２〜７および比較製造例１〜３で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、△Ｔを測
定した。結果を表２に示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】表１〜２から、アスペクト比が５以上であ
り、かつ光吸収係数が５×１０３　　／ｃｍ以上のチタ
ン化合物微粒子を用いれば、△Ｔが２０％以上の調光装
置がえられることがわかる。

【００４４】製造例１〜７および比較製造例１〜３の　
ＴｉＯｘ　微粒子に含まれる酸素量を不活性ガス融解法
により測定した。結果を表３に示す。表３に示されるよ
うに、吸収係数は一般式：　ＴｉＯｘ　で表わされる微
粒子の組成と関係する量であり、値ｘ　が小さいほど吸
収係数は大きい。一方、通常、吸収係数を大きくしよう
とするとアスペクト比の大きい微粒子がえられにくく、
表１〜３から、△Ｔが２０％以上の調光装置をうるには
、一般式：　ＴｉＯｘ　のうちｘ　が１．３５〜１．８
５の範囲にあるものが好ましいことがわかる。特にｘ　
が１．４０〜１．８０の範囲にあるものが所望の　Ｔｉ
Ｏｘ　微粒子が安定してえられる点で好ましい。

【００４５】

【表３】

【００４６】

【発明の効果】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ることができる。

【００４７】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】

【図１】本発明の調光装置の閉状態における光の透過状
態を示す説明図である。

【図２】本発明の調光装置の開状態における光の透過状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　透明導電膜 ３　　液体誘電体 ４　　微粒子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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５以上の形状異方性を有する一般式：Ｔｉ
   Ｏｘ　（式中、１．３５≦ｘ　≦１．８５）で表される
   チタン化合物からなり、（２）　前記チタン化合物の光
   吸収係数が５×１０３　／ｃｍ　以上であることを特徴
   とする調光装置。
2. 【請求項２】　　前記一対の電極の少なくとも一方が、
   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記載の調光装置。