JPH04335326A - 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、異方性微粒子を液体誘
電体中に分散させた懸濁液を用いた調光装置に関する。 さらに詳しくは電界を取り除いたばあいに光の透過率制
御の応答速度のすぐれた調光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ガラスの光の透過率（以下、単に
透過率という）を自由に制御できる調光装置への期待が
高まっている。その一つとして、異方性微粒子を液体誘
電体中に分散懸濁させ、懸濁液に電界を印加させること
で透過率を制御する調光装置（以下、ＤＰＳという）が
注目されている（たとえば、特開昭５１−６９０３８号
公報）。 このようなＤＰＳに用いる異方性微粒子としてはアルミ
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、無機チタン化合物などの金
属および金属化合物微粒子が光吸収性能にすぐれ、かつ
良好な耐候性を有する微粒子として提案されている。こ
れらの微粒子は導電性を有するものが多いことから、電
界を印加するための電極には絶縁膜としてシリカを被覆
したものが主として用いられている。

【０００３】しかしながら、シリカで絶縁被覆した電極
を使用したばあいには、懸濁液中の微粒子は電極に強く
束縛されることがわかっている。これは、懸濁液と接す
る電極の最表面にあるシリカ膜の表面自由エネルギーが
比較的高いために、微粒子との相互作用が大きいことに
よるものである。

【０００４】ＤＰＳにおける透過率の変化は、電界を印
加させたときの微粒子の配向、および電界の印加を解除
したときのブラウン運動による配向した微粒子の緩和に
よりおこる。一般にＤＰＳのような調光装置においては
、電界を印加してからの透過率変化速度と電界の印加を
解除したのちの透過率変化速度（以下、後者を緩和性能
と呼ぶ）を比べると後者の方が小さい。とくに、シリカ
で絶縁被覆した電極を用いたＤＰＳセルのばあい、微粒
子が電極に強く束縛されるため、微粒子のブラウン運動
が阻害され、緩和性能がいちじるしく悪化する。

【０００５】前記問題を解決する方法としては、微粒子
が分散懸濁した懸濁液に対してなんらかの外部からのエ
ネルギーを加え、電極に束縛された微粒子を解きほぐす
ことが一般的に考えられている。外部からのエネルギー
としては、たとえば超音波、熱対流によるもの（たとえ
ば、米国特許第３，７８８，７２９　号）などがあげら
れる。

【０００６】また、別の方法として、微粒子の表面改質
を行うことにより電極からの束縛を解く方法が考えられ
る。微粒子の表面改質は主として分散性の向上を目的と
して、たとえば界面活性剤を吸着させたり、高分子材料
をグラフト化させるなどの方法が盛んに行われている。 これらの表面改質方法によるときは微粒子間の相互作用
を減少させることになるから、表面改質を行った微粒子
をＤＰＳに用いれば、電極との相互作用も減少させるこ
とができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、外部か
らのエネルギーや微粒子の表面改質により電極から微粒
子への束縛力を解く方法にはつぎのような問題がある。

【０００８】まず、外部からエネルギーを加える方法で
は、非常に大きなエネルギーを必要とし、装置も大がか
りとなる。すなわち、電極上の絶縁膜が有する微粒子へ
の束縛力は非常に強い。これは、束縛力が絶縁膜の極性
基（シラノール基）と微粒子との相互作用によるもので
、いわゆる化学的な相互作用が働いているためである。 このような強い束縛力を外部からのエネルギーで機械的
に解きほぐすには非常に大きなエネルギーを必要とし、
かつ再び束縛されないようにそのエネルギーを継続的に
加えていくことが必要である。これらのことを考慮する
と、外部からの超音波、熱対流などによる方法は、比較
的装置が大がかりになるうえ、調光装置を一度敷設した
のち、継続的にエネルギーを加え続けることは現実的に
ははなはだ困難である。

【０００９】つぎに、微粒子を表面改質する方法につい
て説明する。ＤＰＳに用いる微粒子の粒径はサブミクロ
ン以下である。一般に微粒子の表面改質は粒径が小さく
なるほど困難になり、サブミクロン級の大きさの微粒子
に対して微粒子本体（下地）の影響を完全になくすこと
は非常に困難である。したがって、この方法だけで、電
極の束縛から微粒子を解きほぐし、満足な緩和性能をう
ることは困難である。

【００１０】本発明は、前記のような問題を解決するた
めになされたもので、電界の印加を解除したのち、急速
に透過率が変化する調光装置を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による調光装置は
、液体誘電体に微粒子が分散懸濁された懸濁液と、該懸
濁液に電界が印加される一対の電極とからなる調光装置
であって、該一対の電極の前記誘電体側表面に有機物ま
たは無機物からなる表面自由エネルギーを制御する制御
被膜が形成されてなる。

【００１２】

【作用】微粒子が電極に束縛されることは、電極と微粒
子の相互作用が強いことを示している。この相互作用は
電極および微粒子の表面自由エネルギーと密接に関係し
ている。（フォークス、オウンズ（Ｆｏｗｋｅｓ，Ｏｗ
ｅｎｓ）著ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・
サイエンス（Ｊ．Ａｐｐｌｉ．ｐｏｌｙｍ．Ｓｃｉ．）
１３号１９４１頁、１９６９）の考えに基づけば、表面
自由エネルギーは分散力成分と極性力成分との和で次式
のように表わされる。

【００１３】γ１　＝γＤ　１　＋γＰ　１γ２　＝γ
Ｄ　２　＋γＰ　２ γ１　：基板の表面自由エネルギー γ２　：微粒子の表面自由エネルギー 肩字Ｄ、Ｐはそれぞれ分散力成分および極性力成分を示
す。

【００１４】そして、電極と微粒子間の相互作用はそれ
ぞれの分散力成分および極性力成分同士間に働く力によ
り決定される。したがって、電極の表面自由エネルギー
を構成する分散力成分および（または）極性力成分を減
少させることにより、電極、微粒子間の相互作用を減少
させることができる。

【００１５】本発明は前記の理論に基づき、電極の懸濁
液と接する表面に、表面自由エネルギーを制御する制御
被膜を形成したため、電極の表面自由エネルギーのうち
、とくに極性力成分が大幅に減少し、微粒子と電極との
相互作用が減少して微粒子の電極からの束縛を解きほぐ
し、微粒子のブラウン運動が活発となるため、すぐれた
緩和性能をうることができる。

【００１６】

【実施例】つぎに、本発明による調光装置の実施例を図
面に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例によっ
て限定されるものではない。図１は本発明の調光装置に
おいて電界を印加したばあい（開状態）における光の透
過状態を示す説明図である。図２は本発明の調光装置に
おいて電界の印加が解除されたばあい（閉状態）におけ
る光の透過状態を示す説明図である。図１、図２におい
て１は基板、２は透明導電膜、３は絶縁膜、４は表面自
由エネルギーを調整することを目的とした制御被膜、５
は液体誘電体、６は異方性の微粒子を示し、基板１、透
明導電膜２、絶縁膜３で電極７を構成している。

【００１７】基板１としては、従来より調光装置に用い
られているものであれば、いかなるものも用いることが
でき、とくに限定されない。その具体例としては、ソー
ダライムガラスなどを用いることができる。基板の形状
およびサイズは必要に応じて適宜決定される。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
であれば、いかなるものも用いることができ、とくに限
定されない。その具体例としては、ＩＴＯ（インジウム
−錫の複合酸化物）や酸化スズなどをあげることができ
る。絶縁膜３としては、電界印加時に電流が漏洩するこ
とがなく、かつ透明であることが望ましい。その具体例
としてはシリカやアルミナがあげられる。透明導電膜２
、絶縁膜３の膜厚はとくに限定されないが、調光装置の
反射率が光学的に調整された膜厚が好ましい。

【００１８】制御被膜４は表面自由エネルギーを制御す
るための有機物または無機物で形成した膜であり、表面
自由エネルギーを制御させるという本来の目的を達成し
、かつ液体誘電体５、微粒子６との接触による化学的、
物理的変化がなく、耐久性、耐候性にすぐれたものであ
れば、材質および膜厚はとくに限定されない。好ましい
具体例としては、無機物として、フッ化黒鉛、グラファ
イトなどが、また有機物としてポリイミド、シリコーン
、フッ素変性シリコーン、フッ素樹脂などがあげられる
。ポリイミドは、たとえば半導体デバイスにおける絶縁
膜、液晶の配向膜、その他エレクトロニクスにおける耐
熱性絶縁材料などに利用されているもので、表面自由エ
ネルギーの低下能力においては他の三者よりおとるもの
の、膜の強靱性、耐薬品性、絶縁性にすぐれるものであ
る。これに対して、シリコーン、フッ素変性シリコーン
、フッ素樹脂は、いずれも低値の表面自由エネルギーを
有することを大きな特徴としており、かつ絶縁性、耐熱
性、耐候性などもすぐれており、絶縁材料、非粘着性材
料、耐熱耐候性コーティング材料などに利用されている
ものである。

【００１９】これらの材料の中でも絶縁膜３のシリカや
アルミナと反応性を有するものは、絶縁膜３に対する配
向性がえられることにより、より低値の表面エネルギー
となること、および耐久性が改良されることよりとくに
好ましい。このような材料としては、たとえば、加水分
解性シリル基含有オルガノポリシロキサン、加水分解性
シリル基含有フロロアルキル変性オルガノポリシロキサ
ン、加水分解性シリル基含有オルガノシラン（たとえば
オルガノハロシラン、オルガノアルコキシシラン、オル
ガノシラザン）、加水分解性シリル基含有フロロアルキ
ル変性シラン（たとえばフロロアルキルハロシラン、フ
ロロアルキルアルコキシシラン、フロロアルキルシラザ
ン）、パーフロロアルカンまたはパーフロロポリエーテ
ルのカルボン酸、エステル、燐酸エステルなどの極性基
誘導体などが具体的にあげられる。制御被膜４が絶縁膜
３としての特性を合わせて有するもの、たとえばポリイ
ミドでは絶縁膜３を省くことも可能であることはいうま
でもない。

【００２０】また、微粒子に電界を印加させる手段とし
ては、従来より調光装置に用いられているものであれば
いかなるものでも用いることができる。液体誘電体５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活発となる粘性を有し、かつ微
粒子の液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るが、たとえばオルガノシ
ロキサン系、フルオロカーボン系などの液体誘電体が好
ましいものとしてあげられる。

【００２１】微粒子６としては、電界の印加に応答して
調光性能を示すものであって、高耐候性かつ高い光吸収
性能を有するものであれば、いかなるものも用いること
ができる。具体的には、特願平２−３３１０８０号に記
載されている無機チタン化合物、一般式ＴｉＯｘＮｙ（
１．３７≦Ｘ＋Ｙ≦１．９５，０．１５≦Ｙ≦０．９２
）であらわされる化合物の微粒子をあげることができる
。

【００２２】つぎに制御被膜としてポリイミド、シリコ
ーン、フッ素変性シリコーンをそれぞれ用いたばあいの
電極の表面自由エネルギーの測定を行った。まず一般式
ＴｉＯｘＮｙ（１．３７≦Ｘ＋Ｙ≦１．９５，０．１５
≦Ｙ≦０．９２）であらわされる異方性無機チタン化合
物微粒子をポリジメチルシロキサンで表面処理した。つ
ぎに表面処理した微粒子にポリジメチルシロキサンを添
加して、微粒子濃度３％（重量％、以下同様）の分散体
を作製した。電極はシリカを被覆した一対の酸化スズ膜
付きガラス基板の上に表面自由エネルギーを制御するこ
とを目的とした制御被膜を被覆したものを用いた。具体
的にはポリイミド、シリコーン、フッ素変性シリコーン
をつぎの方法で作製した。

【００２３】ポリイミド：一般に液晶に用いられるポリ
イミドをグラビア印刷法により１５００オングストロー
ムの厚さに被覆した。

【００２４】シリコーン：片末端にメトキシ基を有する
式（Ｉ）で示される

【００２５】

【化１】

【００２６】ポリジメチルシロキサン（商品名、信越化
学工業（株）製）を電極表面にグラフト化させた。グラ
フト化は前記ポリジメチルシロキサン中に電極を浸漬し
、　１００℃〜２００　℃にて約１２時間反応させるこ
とにより行った。

【００２７】フッ素変性シリコーン：式（ＩＩ）に示さ
れるパーフルオロエチルシラザンの３％フロン１１３　
溶液（商品名、信越化学工業（株）製）に室温にて電極
を浸漬し、２５ｍｍ／ｍｉｎで引き上げることにより被
覆した。引き上げたのちは室温にて１２時間以上乾燥さ
せた。

【００２８】 　　　　　　ＣＦ３　（ＣＦ２　）７　ＣＨ２　ＣＨ２
　Ｓｉ（ＮＨ）３／２　　　　　　　（ＩＩ）前記の膜
の表面自由エネルギーおよび表面自由エネルギーを構成
する分散力成分および極性力成分を表１に示す。表面自
由エネルギーは接触測定結果より、ヤング（Ｙｏｕｎｇ
　　）の式およびオウンズ（Ｏｗｅｎｓ　）らの式を用
いて算出した（新実験化学講座１８、界面とコロイド、
第２版、１９７７、１０３　頁）。なお、表１には比較
のためシリカの表面自由エネルギーも示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１から表面自由エネルギーおよび表面自
由エネルギーを構成する各成分はいずれもシリカに比べ
て減少していることがわかる。とくに、極性力成分は、
シリカが５０．２エルグ／ｃｍ２　と非常に高いのに対
して制御被膜を使用することでいちじるしく減少してい
ることがわかる。シリカのばあい、極性力成分が高いこ
とが、微粒子を強く束縛する原因になっていると考えら
れるため、制御被膜でこの成分を減少させることにより
、基板の微粒子への束縛力は減少するものと考えられる
。そこで、制御被膜を形成した電極および前記微粒子分
散体を用いて作成したＤＰＳセルの顕微鏡観察を行った
ところ、シリカを最表面とする電極を用いたばあいには
、電極表面に微粒子が付着し、電極表面からセル内部方
向へ微粒子の濃度勾配が見られたのに対し、制御被膜を
形成した電極を用いたばあいには濃度勾配は見られず微
粒子が均一に分散していることがわかった。これは制御
被膜の形成を行うことにより微粒子と電極との相互作用
が減少したことを示すものと考えられる。

【００３１】図３にはこれらポリイミド、シリコーン、
フッ素変性シリコーンの制御被膜の形成を行った電極お
よび前記微粒子分散体を用いたＤＰＳセルの緩和性能を
、縦軸に透過率、横軸に電界印加を解除してからの時間
（秒）で示す。縦軸の透過率はいずれも電界印加を解除
した時点を１００　に規格化して示している。この図か
ら、シリカと比較して、表面自由エネルギーを制御した
ポリイミド、シリコーン、フッ素変性シリコーンを制御
被膜として被覆したばあいには、明らかに緩和性能が改
善されていることがわかる。

【００３２】図４に電界印加を解除したのち３０秒後の
緩和性能を示す透過率の復帰率を示す。電界印加を解除
すると微粒子の配向性が解かれ（緩和され）て透過率が
低化するが、電界印加前の透過率に対し、電界を印加し
て解除後３０秒経過したときの透過率の割合を復帰率Δ
ｗ（％）として縦軸にとり、表面自由エネルギー（エル
グ／ｃｍ２　）を横軸にとって図４に示している。表面
自由エネルギーが制御された電極を用いたばあいにはＤ
ＰＳセルの復帰率はほぼ９０％を達成していることがわ
かる。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば実施例からも明らかなと
おり、電界印加を解除したのちの透過率変化速度も大き
くでき、応答速度の速いすぐれた調光性能を有する調光
装置をうることができる。しかも微粒子の活性化のよう
に技術的な困難さや大がかりな装置も必要とせず、比較
的安価にうることができる。その結果幅広い調光装置の
応用が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である調光装置に電界が印加
されているばあいの光の透過状態を示す説明図である。

【図２】本発明の一実施例である調光装置に電界が印加
されていないばあいの光の透過状態を示す説明図である
。

【図３】本発明の実施例による調光装置の緩和性能を示
す図である。

【図４】電極の表面自由エネルギーと緩和性能との関係
を示す図である。

【符号の説明】

１　　基板 ２　　透明導電膜 ３　　絶縁膜 ４　　制御被膜 ５　　液体誘電体 ６　　微粒子 ７　　電極

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　液体誘電体に微粒子が分散懸濁された
   懸濁液と、該懸濁液に電界が印加される一対の電極とか
   らなる調光装置であって、該一対の電極の前記誘電体側
   表面に有機物または無機物からなる表面自由エネルギー
   を制御する制御被膜が形成されてなる調光装置。
2. 【請求項２】　　前記制御被膜が、ポリイミド、シリコ
   ーン、フッ素変性シリコーンまたはフッ素樹脂から選ば
   れた材料で形成されてなる請求項１記載の調光装置。