JPH0439631A

JPH0439631A - 光学素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0439631A
Application number: JP2145358A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Yoshino; 吉野　勇一; Tatsuo Nagai; 達夫永井; Junichi Tsugita; 純一次田
Original assignee: Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1990-06-05
Filing date: 1990-06-05
Publication date: 1992-02-10

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、光弁や表示装置、調光ウィンドー等に用いら
れる光学素子及びその製造方法に関するもので、特に、
電界を印加することによって光の透過率や屈折率等の光
学特性を制御するようにした光学素子及びその製造方法
に関するものである。

【従来の技術】

電気的に絶縁性の媒質中に異方性粒子を分散させ、これ
に電界を印加して粒子の配向を変えることにより、光の
透過率や反射率等の光学特性を制御するようにした光学
素子については、その原理自体は古くから知られている
。このような光学素子の代表的なものを、添付図を用いて
説明する。図から明らかなように、この光学素子１は、形状的ある
いは光学的に異方性の粒子２を電気的に絶縁性の液体媒
質３中に分散させた分散体４をセル５内に封入すること
によって構成されている。そのセル５は、透明板からな
る２枚の電極支持板６．６を小間隔を置いて対向させ、
その周囲をシーリング材７によって密封したもので、各
電極支持板６．６の内面にはそれぞれ膜状の透明電極８
．８がコーティングされている。その電極８．８間には
、外部電源９によって電界が印加されるようになってい
る。このように構成された光学素子１においては、電極８．
８間に交流あるいはパルス波の電界を印加すると、分散
体４中の異方性粒子２゜２、・・・の配向が変わり、光
の透過率が変化する。すなわち、電界が印加されていな
いときには、多数の粒子２，２．・・・がランダムな方
向を向いており、その粒子２，２．・・・によって光が
吸収あるいは散乱されるので、光学素子１は不透明とな
っているが、電界が印加されると、粒子２はその電界と
平行な方向、すなわちセル５の厚さ方向に配向し、光が
通りやすくなるので、光学素子１は透明となる。したがって、この光学素子１を用いれば、光弁や各種の
表示装置、あるいは調光ウィンドー等を得ることができ
る。ところで、このような光学素子ｌにおいては、長時間に
わたって電界を印加したりオン・オフを繰り返したりす
ると、粒子２，２．・・・が不可逆的に凝集することが
ある。そのような粒子２の凝集が起こると、光の透過率
や屈折率が変化して斑点状の色むらが発生し、光学素子
ｌの機能が劣化してしまう。そこで、そのような粒子の凝集が抑制されるようにする
ために、一般には、分散媒質に界面活性剤や分散剤を混
ぜ、分散体中の粒子の分散が良好な状態に保たれるよう
にしている（例えば特公昭６２−４０３８９号公報参照
）。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、そのように界面活性剤や分散剤を用いる
という常套的な手段では、粒子の凝集を完全に防止する
ことは難しい。本発明者らは、媒質の粘性が高いほど凝集が起こりにく
くなることに着目した。すなわち、コロイド粒子の凝集
速度■は、ｖ　＝　４　ｋ　Ｔ　／　３η で与えられる（池田勝−著「コロイド化学」第１８７ペ
ージ）。ここで、ｋはボルツマン定数、Ｔは絶対温度、
ηは粘性係数である。この理論によれば、媒質の粘性が
高い方が粒子の凝集が起こりにくいことが分かる。このことは、電界が印加されている場合の粒子の凝集に
ついても言うことができる。粒子が凝集するためには、
互いに衝突し合うことが必要条件となる。電界が印加さ
れている場合の粒子の運動の駆動力は交流電界及びブラ
ウン運動であるが、いずれに対しても、媒質の粘性が高
いと粒子の運動速度あるいは運動距離が低下するので、
粒子が互いに衝突する頻度が小さくなり、凝集が起きに
くくなる。したがって、上述のような光学素子においても、粒子の
凝集が防止されるようにするためには、粘性の高い分散
体を用いるようにすればよい。しかしながら、そのため
には、粘性の高い分散体を間隙の小さいセル内に注入す
ることが必要となり、多くの問題が生ずる。例えば、そ
のように粘性の高い分散体を狭いセル内に注入する場合
、一般には、分散体を加圧して注入する加圧注入法、あ
るいはセル内を減圧して注入する減圧注入法が用いられ
るが、そのために、分散体の注入の際、セルが内外の圧
力差によって凸形あるいは凹形に変形したり、更にはシ
ール部が破損したりすることがある。また、セルの変形
を防止するためにセル内にビーズを散在させた場合には
、分散体の注入時の圧力によってそのビーズが破壊する
こともある。しかも、その注入には長時間を要する。このような問題を解決する有効な手段の一つは、注入の
時点では粘性が低く、注入完了後に粘性が高くなる分散
体を使用することである。 −Ｍに、媒質にはキシレン、シリコンオイル、フッ素系
樹脂などの非極性の有機液体が用いられることが多い。これらの物質は化学的に安定であるので、単独では外界
からの刺激によってもその粘性が変化することはない。ただし、そのような媒質を用いた分散体でも、高温では
粘性が低下する。そこで、セル及び分散体を加熱して高
温で注入し、注入後に温度を下げて粘性を高めることが
考えられる。しかしながら、そのような方法では、十分
な粘性の変化が得られず、また、加熱によって媒質が蒸
発したりセルのシール材が劣化したりすることがあり、
更には加熱のために大形の設備が必要となるなど、様々
な問題が生じるので、実用的ではない。本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、粒子の凝集が生じにくく耐久性に優れ
た光学素子を得ることである。また、本発明の他の目的は、粘性の高い分散体を用いた
光学素子を容易に製造することのできる方法を提供する
ことである。

【課題を解決するための手段】

この目的を達成するために、本発明による光学素子は、
セル内に封入する分散体として、光重合あるいは熱重合
することによって粘性を増加させる物質を含むものを用
いたことを特徴としている。また、本発明による光学素子の製造方法は、その分散体
をセル内に封入した後、光照射あるいは加熱することに
より、分散体の粘性を高めるようにしたことを特徴とし
ている。

【作用】

一般に、有機物質や高分子物質は、その分子量を大きく
すると粘性が高まる。分子量を大きくするには重合反応
を起こさせればよい。そのように重合反応を起こさせる
方法としては、光エネルギを利用する方法と熱を利用す
る方法とがある。したがって、媒質中にそれと重合する物質を添加するか
、あるいは互いに重合し合う２種類の物質を添加するか
して、ある分散体を作り、それをセル内に注入した後、
光を照射したり熱を加えたりすれば、重合反応が起こり
、分散体の粘性が高くなる。そのような分散体は、重合
前の粘性は低いので、セル内に注入することは容易であ
る。そして、そのようにして製造された光学素子は、分
散体の粘性が高いので、粒子の凝集が起こりにくい。し
たがって、耐久性に優れた光学素子とすることができる
。そのように分散体の粘性が高くなると、粒子の凝集が起
こりにくくなると同時に、粒子の運動速度が小さくなる
ために光学素子としての応答速度も低下することになる
が、光学素子に要求される性能を勘案して重合反応の進
行度を決定するようにすれば、そのような問題も解消す
ることができる。具体的には、重合反応にかかわる物質
の量や温度、光の強度、波長、時間などを適切に選定す
るようにすればよい。重合条件の設定に当たっては、光学素子が使用される環
境条件及び分散体の化学的安定性、特に粒子の化学的安
定性を考慮する必要がある。環境温度に近い温度で重合
させるようにすると、光学素子の使用中に徐々に重合反
応が進行して、その作動状態が変化してしまう。また、
照射する光の強度が環境の光強度に比へて大差がない場
合にも、同様の不都合が生じる。一方、重合温度が高すぎたり光強度が強すぎたりすると
、粒子や分散媒質、分散剤、界面活性剤などが変質し、
所定の機能が発揮されなくなることがある。特に粒子が
有機物質である場合には、この点に注意することが肝要
である。重合反応は、温度や光強度などの外的反応条件のみでな
く、反応速度を制御する反応制御剤を分散体に添加する
ことによっても制御することができる。いずれにしても
、光学素子に要求される適正な重合条件は、理論的検討
や試行錯誤によって容易に見出すことができる。また、加熱による重合と光重合とのいずれを選択するか
は、分散体を構成する物質の化学的性質や光学素子の使
用環境、あるいは重合反応に必要な設備、生産効率など
の実用上の問題を考慮して決定すればよい。

【実施例】

本発明の実施に当たっては、光重合あるいは熱重合を起
こす公知の高分子を用いることができる。そのような高
分子は種々のものが知られている。ここでは、光重合を
利用した実施例について説明する。（実施例）過よう化硫酸シンコニジンの粒子をへロカーボンブロダ
クツ社製のへロカーボンオイル＃０，８に０．３５重量
％添加し、攪拌して分散させた。このとき、分散剤とし
てネオペンチルアクリレートとｎ−メチロールアクリル
アミドとの共重合体を２０重量％加えた。更に、反応制
御剤としてネオペンチルネオペンタノエートを１０重量
％添加した。この分散体の粘度は２５℃で２１０ｃｐｓ
であった。一方、インジウム錫酸化物からなる透明導電膜をスパッ
タコートした２枚のガラス板を対向させて配置し、周囲
をシールして、縦１００ｍｍＸ横１００ｍｍ、セルギャ
ップ０．１ｍｍの、第１図のようなセルを形成した。そ
して、そのセル内に上述の分散体を封入した。この状態で、透明導電膜に接続されているリード線を介
して１００■の交流電圧を印加したところ、光透過率が
５％から２５％に変化した。そして、そのように電圧を印加したまま放置したところ
、約３時間後には粒子が凝集し始め、斑点模様が現れた
。また、同様にしてセル内に分散体を封入した後、キセノ
ンランプにより　７００Ｗ　／　ｍ”の出力で１００時
間、光照射した。その後、１００■の電圧を印加したが
、同じく約３時間後には粒子の凝集が発生した。次に、ネオペンチルネオペンタノエートを２重量％とし
た以外は同一成分の分散体を試験管に封入し、これに同
じ条件で光照射した。光照射後の分散体の粘度を測定し
たところ、その粘度は４５０ｃｐｓに上昇していた。そこで、その光照射前の分散体を上述のセル内に封入し
て、同じ条件で光照射し、その後に１００　Ｖの交流電
圧を印加した。光の透過率は同様に変化したが、そのま
ま放置しても　１００時間以内には凝集は発生しなかっ
た。更に、ネオペンチルネオペンタノエートを全く含まない
分散体を試験管に封入し、同じ条件で光照射したところ
、分散体はゲル化してしまった。この実施例から、この実施例において分散剤として用い
られている共重合体は、分散剤としての役割のほかに分
散媒質と光重合する重合剤としての役割も果たしている
ことが分かる。しかしながら、重合剤が分散剤と同一物
質である必要は全くなく、２種類の物質にそれぞれの機
能を分担させることも可能である。光重合を起こさない
分散剤としては、例えばソルビタンモノオレエートやソ
ルビタントリステアレート等がある。そのような分散剤
を用いる場合には、他に媒質と光重合を起こす重合剤を
添加すればよい。また、上記実施例においては、共重合体が媒質と重合反
応を起こすようになっているが、必ずしも媒質自体か重
合反応にかかわる必要はない。互いに重合し、しかも媒
質に溶けていく重合体を形成する２種類の重合剤を添加
しておけば、分散体の粘度は上昇する。したがって、そ
のような重合剤と、上述のような光重合を起こさない分
散剤とをそれぞれ媒質に添加した分散体によっても、本
発明を構成することができる。ネオペンチルネオペンタノエートは重合反応を抑制する
反応制御剤として作用している。しかしながら、反応制
御剤の添加は必ずしも必須の要件ではない。上記実施例
の場合においても、光照射条件を緩和すれば、反応制御
剤なしで適正な粘度を得ることができる。反応制御剤を
使用するか否か、また、使用するとしてもその使用量を
どの程度にするかは、重合反応を起こさせるために光学
素子に要求される光照射条件の下で、その重合反応が望
みの程度に抑制されるように決定すればよい。また、逆
に重合反応を促進させる反応制御剤を用いることもでき
る。そのような制御剤は、光重合高分子において増感剤
としてよく利用されるものである。以上、光重合を利用した実施例について説明したが、熱
重合を利用する場合でも事情は全く同じである。

【発明の効果】

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、光学
素子のセル内に封入する分散体として、光重合あるいは
熱重合して粘性を増加させる物質を含むものを用いるよ
うにしているので、その物質の重合前に分散体をセル内
に注入し、その後に重合を起こさせるようにすることが
できる。そして、そのようにすることにより、セルへの
注入時には分散体の粘性を低く抑えることができるので
、その注入も容易に行うことが可能となる。したがって
、光学素子の製造が容易となる。また、その分散体をセル内に封入した後、光照射あるい
は加熱して重合反応を起こさせれば、その分散体の粘性
が増すので、粒子の凝集は生じにくくなる。したがって
、長期にわたって良好な特性を示す耐久性の高い光学素
子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明が改良の対象とする光学素子の一例を示す
縦断面図である。１・・・光学素子３・・・媒質５・・・セル２・・・異方性粒子４・・・分散体８・・・電極特許出願人　　株式会社日本製鋼所代理人　　弁理士　森　下　端　侑

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気的に絶縁性の媒質中に異方性粒子を分散させ
た分散体を、対向する２面にそれぞれ電極が配置された
薄いセル内に封入し、その電極を通して電界を印加する
ことにより、前記粒子の配向を変えて光学特性を制御す
る光学素子であって；前記分散体に、光重合あるいは熱重合によって粘性を増
加させる物質が含まれていることを特徴とする、光学素子。
（２）請求項１記載の光学素子の製造方法であって；前記分散体を前記セル内に封入した後、光照射あるいは
加熱を行い、その分散体の粘性を高めることを特徴とす
る、光学素子の製造方法。