JPH05181170A

JPH05181170A - 光学素子

Info

Publication number: JPH05181170A
Application number: JP35815291A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Nagai; 達夫永井; Yuichi Yoshino; 勇一吉野; Junichi Tsugita; 純一次田; Toru Mashita; 徹真下; Hiroshi Inaba; 博司稲葉; Yukitoshi Yanagida; 幸俊柳田
Original assignee: Central Glass Co Ltd; Japan Steel Works Ltd
Current assignee: Central Glass Co Ltd; Japan Steel Works Ltd
Priority date: 1991-12-27
Filing date: 1991-12-27
Publication date: 1993-07-23
Anticipated expiration: 2013-06-04
Also published as: JP2762189B2

Abstract

(57)【要約】【目的】光学素子で、液体中に分散させた粒子が電
極表面に凝集するのを防止する。【構成】粒子を分散させた液体をセルに封入し、セ
ル壁面の電極に電圧を印加して光の透過率や反射率を制
御する光学素子において、電極の少なくとも表面側の結
晶は、最ちょう密結晶面が電極表面に平行に優先配向し
ている。【効果】電極表面に粒子が付着して不可逆的に凝集
するのを防止し、長期間にわたり安定した性能を得るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、光弁や表示装置、調
光ウインドー等に用いられる光学素子に関するものであ
り、特に電圧を印加することによって光の透過率や反射
率を制御する素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】異方性粒子を媒質中に分散させ、これに
電圧を印加して粒子の配向を変えることによって光の透
過率や、反射率を制御する光学素子の原理は古くから知
られている（例えば、米国特許第１，９５５，９２３号
明細書参照）。典型的な光学素子１を図１に基づいて説
明すると、２枚の対向する透明な壁（支持体２）をシー
ル材３で接合することによって構成されるセル４内に、
異方性粒子５を分散媒６に分散させた懸濁液７が封入さ
れており、セル４壁の内面に設けられた透明電極８を介
して電源９から交流電圧を印加して、異方性粒子５の配
向を変えるものである。この際に、少なくとも一方の電
極とセル壁とは透明であることが必要であり、透明電極
としては通常、酸化物導電体が用いられている。

【０００３】このような光学素子においては、電圧が印
加されていないときは粒子がランダムな方向に分布して
おり、電圧が印加されると電界方向に粒子が配向して光
が透過し易くなることを利用している。また、透過率の
みならず反射率や屈折率も変化するので、反射ミラーと
しての応用もある。さらに、上記の光学素子と類似の素
子として電気泳動表示装置がある。電気泳動表示装置
は、図１で代表される素子において、異方性粒子の代わ
りに球形粒子を媒質中に分散させ、さらに交流電圧の代
わりに直流電圧を印加するものであり、直流電圧の印加
によって粒子を片側の電極に引き寄せて、粒子密度の変
化によって色調を変化させるので、表示装置のみなら
ず、ミラーとしても利用することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な光学素子に電圧を長時間印加したり、電圧印加のＯＮ
−ＯＦＦを繰り返すと、粒子が電極に付着して斑点模様
の凝集が起こる。この凝集は、非可逆的なものであり、
一度発生すると光制御性能が著しく低下する。凝集は、
粒子が電極と衝突して付着することが原因で発生し始め
るので、粒子と電極との付着力を軽減すれば凝集防止効
果があることは容易に想像できる。そこで、従来、これ
を防止する方法として電極をコーティングすることなど
が試みられてきたが、効果が十分ではなく、凝集を効果
的に防止する光学素子は未だに実用化されていない。特
に、電気泳動表示装置においては、電極のコーティング
（例えば、特開昭５５−４０６７号参照）、電圧の印加
方法の工夫（特公昭５７−５０６号、同５７−５０７号
参照）などの改善が図られてきたが、実用的には十分で
はなく、その他にも効果的な具体的方法はまだ見いださ
れていない実情にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで発明者らは、凝集
の解決手段を見いだすべく鋭意、研究を行った結果、電
極として用いている酸化物の結晶配向が凝集に著しい影
響を及ぼすことを見いだし、本発明を完成させた。すな
わち、本願発明の光学素子は、粒子を分散させた液体を
セルに封入し、このセルの壁面に形成した電極に電圧を
印加して光の透過率や反射率を制御する光学素子におい
て、前記電極の少なくとも表面側の結晶は、最ちょう密
結晶面が電極表面に平行に優先配向していることを特徴
とする。

【０００６】なお、本願発明における粒子としては、偏
光性粒子や電気泳動粒子などを挙げることができ、要
は、電圧の印加によって配向状態を変えるものである。
また、これら粒子の形状や大きさも特に限定されるもの
ではなく、形状として、棒状、針状、小板片状、球状な
どを例示することができる。上記粒子を分散させる液体
には、粒子を安定して分散できる有機液体などが選択さ
れ、必要に応じて、粒子の分散性を向上させる目的など
で、界面活性剤などが添加される。セル壁の形成される
電極としては、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、酸化
錫、酸化インジウムなどの酸化物の他に、Ａu 、Ｐd な
どを用いることも可能である。この電極は、通常は蒸着
やスパッタなどにより形成されるが、これらの方法に限
定されるものではない。電極を構成する結晶は、その種
別に従って、少なくとも表面側で最ちょう密結晶面が電
極表面に平行になるように配向している。したがって、
電極を構成する結晶の全部が優先配向している必要はな
い。

【０００７】次に、透明電導ガラスとして最も一般的な
ＩＴＯを例として本発明の趣旨を説明する。一般にＩＴ
Ｏ膜をガラス上に形成するには、蒸着やスパッタなどの
薄膜法の他に、ゾルゲル法などが用いられる。いずれの
方法においても、ＩＴＯは多結晶体となり、ランダムな
結晶配向を有するのが普通である。通常のＩＴＯ膜に見
られる典型的なＸ線回折ピークは図２に示すとおりであ
る。ところが、ＩＴＯの形成温度、雰囲気圧力、雰囲気
ガスなどの条件が変化すると必ずしもランダム配向のＩ
ＴＯではなく、特定の結晶面が表面に優先的に配向し
た、いわゆる配向結晶が得られる。そして、配向面の種
類や配向度は条件によって様々に変化する。

【０００８】発明者らはこの中で（４００）面を電極表
面に平行に優先配向させたＩＴＯが粒子の凝集に対して
効果的であることを見いだしたのである。最ちょう密面
がなぜ粒子の凝集防止に効果があるのかは、まだ十分に
は判明していない。しかし、おおよそ次のようなメカニ
ズムが考えられる。最ちょう密面は表面エネルギが最大
であるために、これを低下させようとして分散体中の界
面活性剤や高分子などの成分が強固に吸着して電極表面
を覆うようになる。このため粒子は直接電極と衝突し難
くなり、立体障害効果が強まる。また、優先配向が起き
るときには、電極膜表面に微小な突起が多数形成される
ようになることがトンネル顕微鏡観察で判明している。
粒子が電極に衝突して付着しようとしても突起のために
接触面積が非常に小さくなり、逆方向の電圧がかかった
場合に容易に電極から離脱するので、結局凝集が起きな
い。これらの２つの現象が凝集防止に有効に作用してい
るものと推定される。

【０００９】なお、配向度の尺度としてここでは、（４
００）結晶面と（２２２）結晶面のＸ線回折強度比を用
いて次のように簡単に表示することができる。配向度＝（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）−（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_R ただし、（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）は優先配向した酸化物膜の
（４００）結晶面と（２２２）結晶面のＸ線回折強度比
である。また、（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_Rはランダム結晶にお
ける酸化物膜の（４００）と（２２２）のＸ線回折強度
比であり、例えばＡＳＴＭファイル６−４１６で与えら
れる。上記式で表される配向度では、優先配向による効
果が十分に得られるように、１以上であるのが望まし
い。なお、上記ＩＴＯ膜電極では、最ちょう密結晶面は
（４００）結晶面となるが、他の物質からなる電極で
は、その物質の結晶構造に従って最ちょう密結晶面が決
定される。

【００１０】

【作用】すなわち、本願発明によれば、結晶が優先配向
された電極表面で、液体に分散している粒子が付着する
のが阻止され、逆方向の電圧を付加した場合にも電極表
面付近から粒子が容易に離脱して、電極近傍に粒子が不
可逆的に凝集するのを防止する。したがって、使用に従
って光制御性能が劣化するのを防止して、長期間にわた
り安定した性能が確保される。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例について説明する。（実施例１）粒子に相当する硫酸シンコニジンのヨウ化
物結晶０．３ｇと、分散剤としてのアクリレートポリマ
ー２０ｇとをフッ素樹脂に分散させた懸濁液１００ｇを
作製し、これを１００ｍｍ×１００ｍｍのガラスセル内
に封入した。対向するガラスの内面には、２００ｎｍ厚
のＩＴＯ膜をスパッタで形成し、さらにこのＩＴＯ膜に
リード線を取り付け、通電できるようにしてある。この
ときのセルギャップは０．１ｍｍである。なお、上記Ｉ
ＴＯ膜をスパッタで形成する際には、ガラス温度を変化
させて結晶面配向度の異なる５種類のＩＴＯ膜を作製
し、各試験材についてヨウ化物結晶の凝集の発生状況を
比較した。上記光学素子に対する通電条件は、周波数５
０Ｈｚの交流１００Ｖを使用して、５秒間隔でｏｎ−ｏ
ｆｆを繰り返した。

【００１２】凝集の程度は、合理的に定義することは難
しいので、この試験においては、予め作製しておいた限
度見本を基準にし、見本と同程度の凝集状態になった時
間を凝集時間とすることにより凝集の度合を判定した。
また、最ちょう密結晶面の配向度は、前記で定義した配
向度である。詳細には、（４００）結晶面における回折
強度Ｐ₄₀₀と（２２２）結晶面における回折強度Ｐ₂₂₂を
測定して、その比（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）を得る。さらに、Ａ
ＳＴＭファイル６−４１６で与えられるＩＴＯのランダ
ム結晶における（４００）結晶面と（２２２）結晶面の
回折強度を参照して、両者の比（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_Rを得
ておき、それぞれの比の差を以下に示すように配向度と
する。配向度＝（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）−（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_R 凝集試験の結果は表１に示すとおりであり、（４００）
結晶面の配向度が高まるにつれて、凝集防止効果が強い
ことが明らかである。そして、優先配向が殆ど認められ
ない試験材Ｎｏ．１では、凝集時間は非常に短くて、凝
集防止効果は不十分であるのに対し、配向度が１以上で
ある試験材Ｎｏ．３〜６は凝集時間が十分に長く、優れ
た凝集防止効果が認められた。なお、比較材および試験
材は、配向度１未満のものについては、真空蒸着法で、
また、配向度１以上のものについては、スパッタリング
法でＩＴＯ膜を作製した。スパッタリング法において
は、基板温度を室温から４００℃まで変化させ、かつ各
基板温度において抵抗値を極小にする酸素分圧で作製し
た。

【００１３】

【表１】

【００１４】ここで、凝集時間比とは、配向度０の比較
材の凝集時間を１としたときの各試験材の凝集時間の比
（相対時間）である。すなわち、凝集時間比が大きいほ
ど凝集防止効果が大きいことを意味する。

【００１５】（実施例２）次に、透明電極としてインジ
ウム酸化物を使用して、その他は実施例１と同様にして
インジウム酸化物の最ちょう密結晶面（４００）の配向
度が異なる試験材および比較材Ｎｏ．７〜１２を用意し
て、凝集時間の測定を行った。その結果は表２に示すと
おりであり、実施例１と同様に（４００）配向度が高い
程、凝集防止効果が強く、優先配向が殆ど認められない
試験材Ｎｏ．８の凝集防止効果は十分ではないのに対
し、十分に優先配向した試験材Ｎｏ．９〜１２は凝集防
止効果に優れていた。

【００１６】

【表２】

【００１７】（実施例３）粒子としてのチタニア粒子６
ｇを、染料（マクロレックスブルー）１３０ｍｇを溶か
したｍ−キシレン２０ｃｃと６フッ化４塩化ブタン８０
ｃｃの混合溶液に分散させて懸濁液を作製した。また、
分散剤として界面活性剤であるポリエチレングリコール
オクチルフェニルエーテル０．３ｃｃとアクリルアミン
重合物０．３ｃｃを用いた。上記懸濁液は１００ｍｍ×
１００ｍｍのガラスセルに封入した。対向するガラスの
内面には２００ｎｍ厚のＩＴＯ膜をスパッタによって形
成し、リード線を取り付けて通電できるようにしてあ
る。このときのセルギャップは０．１ｍｍである。ま
た、ＩＴＯ膜形成の際に、ガラス温度を変化させて、結
晶面配向度の異なる５種類のＩＴＯ膜を有する試験材お
よび比較材Ｎｏ．１３〜１８を用意して、チタニア粒子
の凝集の発生状況を比較した。通電条件は直流１０Ｖで
あり、１秒間隔で電圧印加方向を切り替えて試験を繰り
返した。凝集判定、配向度の定義は、前記実施例と同様
に行った。その結果は表３に示すとおりであり、（４０
０）結晶面の配向度が高いほど凝集防止効果が強いとい
う結果が得られた。

【００１８】

【表３】

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、本願発明の光学素
子によれば、電極を構成する材料の最ちょう密結晶面の
配向を制御したので、電極表面に粒子が付着して不可逆
的に凝集するのを防止でき、長期間にわたり性能が劣化
しない光学素子を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、異方性粒子分散型光学素子の代表的構
造を示す断面図である。

【図２】図２は、インジウム・錫酸化物の、配向度１未
満の代表的なＸ線回折パターンである。

【図３】図３は、インジウム・錫酸化物の、配向度１以
上の代表的なＸ線回折パターンである。

【符号の説明】

１光学素子４セル５異方性粒子６分散媒７懸濁液８透明電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者次田純一千葉県四街道市鷹の台１丁目３番株式会社日本製鋼所内 (72)発明者真下徹千葉県四街道市鷹の台１丁目３番株式会社日本製鋼所内 (72)発明者稲葉博司三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社内 (72)発明者柳田幸俊三重県松阪市大口町1510番地セントラル硝子株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】粒子を分散させた液体をセルに封入し、
このセルの壁面に形成した電極に電圧を印加して光の透
過率や反射率を制御する光学素子において、前記電極の
少なくとも表面側の結晶は、最ちょう密結晶面が電極表
面に平行に優先配向していることを特徴とする光学素子
【請求項２】電極がインジウム酸化物膜またはインジ
ウム・錫酸化物膜で形成されており、これら酸化物膜
は、次式で与えられる配向度が１以上であることを特徴
とする請求項１記載の光学素子配向度＝（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）−（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_R ただし、（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）は、優先配向した酸化物膜の
（４００）結晶面と（２２２）結晶面のＸ線回折強度比
であり、（Ｐ₄₀₀／Ｐ₂₂₂）_Rはランダム結晶における酸
化物膜の（４００）結晶面と（２２２）結晶面のＸ線回
折強度比である