JPH07159816A - 調光素子用懸濁液 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電場の制御に対する調光粒子の応答速度を高
め、かつ調光粒子の分散安定性を損なわない調光素子用
懸濁液とすることを目的とする。 【構成】 調光素子のセル内に封入され、調光粒子を分
散保持し電場の負荷・解除により分散された該調光粒子
の配向・ランダム化を制御し該調光素子の工学的特性を
発現する調光素子用懸濁液であって、エステル基の炭素
数が１０以上の芳香族ジカルボン酸のジエステルを主成
分とし、該主成分に配合された炭素数が６以上のアルキ
ル置換基を有するアルキルフェニルおよび炭素数が１０
以上の脂肪族炭化水素から選ばれる少なくとも１種とか
らなることを特徴とする調光素子用懸濁液。この懸濁液
を使用した調光素子は、電場の制御に対する応答速度が
従来のものより著しく速くなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、粒子分散型の調光素子
または表示素子の調光粒子を分散させる懸濁液に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、偏光粒子または異方性粒子を分散
媒体中に分散させて電場を負荷または解除して調光粒子
の配向、ランダム化を制御し、分散媒体の光学特性（透
光、遮光）を発現させる調光素子が知られている。この
調光素子には対向面側にそれぞれ透明電極を形成した一
対の基板の間に調光粒子を分散した懸濁液が配置されて
いる。この懸濁液は、電気絶縁性をもち、分散粒子を安
定に保持して電場の負荷などによる分散粒子の制御を容
易にし、かつ光学的性質の変化をもたらさないことが必
要である。

【０００３】懸濁液に分散される調光粒子としては、ヘ
ラパタイトや含窒素複素環化合物の過沃素化物などの高
分子量の偏光性物質が用いられ、通常、懸濁液中での調
光粒子の凝集や沈降を防いで分散安定性を保持するため
比較的粘性が高くなっている。特開平４−２１７２３２
号公報には、異方性粒子を分散した懸濁液の分散安定性
を図るため、懸濁液の粘度を調整し電場の印加時にも凝
集することの少ない光学素子用懸濁液が開示されてい
る。この懸濁液は、比重１．９５未満のフッ素系樹脂液
にネオペンチルアクリレートとメチロールアクリルアミ
ドとの共重合体を溶解させたものである。この懸濁液の
粘度は３００ｍＰａｓ以上１０００ｍＰａｓ未満となる
ように調整できる旨の開示がある。上記の懸濁液では、
懸濁液に溶解した高分子物質を用いることで粒子の凝集
を防止している。このように高分子を溶解配合するなど
で懸濁液の粘度を高くすると、調光粒子の凝集が防止さ
れ調光粒子の分散安定性が向上する。しかし、逆に調光
粒子の電場に対する応答速度が遅くなると言う不具合が
ある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の液中粒子分散系
（たとえば、粒子分散型の調光または表示素子）の調光
素子用の懸濁液においては、調光粒子の分散安定性に重
点がおかれるため懸濁液の粘度は比較的高いものが使用
される。しかし、調光粒子の電場での制御による応答速
度を速めるには懸濁液の粘度が低い方が好ましいが、粘
度が低いと調光粒子が沈降し易くなって調光素子として
の用途に適さなくる。このため、現状では調光粒子の電
場での制御による応答速度の要求を充分満たすにはいた
っていない。

【０００５】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、電場の制御に対する調光粒子の応答速度を高め、か
つ調光粒子の分散安定性を損なわない調光素子用懸濁液
とすること目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の調光素子用懸濁
液は、調光粒子を分散保持し、電場の負荷・解除により
分散保持された該調光粒子の配向・ランダム化を制御し
該調光素子の光学特性を発現する調光素子用懸濁液であ
って、エステル基の炭素数が１０以上の芳香族ジカルボ
ン酸のジエステルを主成分とし、該主成分に配合された
炭素数が６以上のアルキル置換基を有するアルキルベン
ゼンおよび炭素数が１０以上の脂肪族炭化水素から選ば
れる少なくとも１種とからなることを特徴とする。

【０００７】本発明の調光素子用懸濁液は、粒子分散型
表示素子などの偏光性粒子などを均一に分散させるもの
である。そしてこの懸濁液は電圧の負荷および解除によ
り分散させている調光粒子の制御を容易におこなうもの
である。このため使用する懸濁液は、電気絶縁性、調光
粒子の分散安定性および電場の負荷に対して適度の応答
速度をもつことが必要である。

【０００８】上記の点を考慮して本発明の懸濁液は、エ
ステル基の炭素数が１０以上の芳香族ジカルボン酸のジ
エステルを主成分とし、これに炭素数が６以上のアルキ
ル置換基を有するアルキルベンゼンおよび炭素数が１０
以上の脂肪族炭化水素から選ばれる少なくとも１種を配
合した混合系で形成される。芳香族ジカルボン酸のジエ
ステルは電気絶縁性、調光粒子の分散安定性があり、た
とえば、ヘラパタイトや含窒素複素環化合物の過沃素化
物を調光粒子として懸濁させて調光素子として使用する
ことができる。しかし、懸濁液の粘度が比較的高くな
り、調光粒子の配向変化に対する抵抗が大きくなって、
調光粒子の制御に対する応答速度が遅い。たとえば、フ
タル酸ジトリデシルの粘度は１３８ｍＰａｓであるが、
ヘラパタイトを分散した懸濁液は１６５ｍＰａｓと高く
なる。このヘラパタイト懸濁液の電場に対する応答速度
は電場をオンした時で３００〜１０００ｍｓｅｃ、電場
を解除した時で１０００〜５０００ｍｓｅｃで、速いと
はいえない。

【０００９】そこでこの芳香族ジカルボン酸のジエステ
ルに炭素数が６以上のアルキル置換基を有するアルキル
ベンゼンおよびが１０以上の脂肪族炭化水素から選ばれ
る少なくとも１種を添加することにより、懸濁液の粘度
が低下し調光粒子の拡散や配向に対する抵抗が低下し応
答速度も速くなる。しかし、懸濁液の粘度を低下させる
ことにより調光粒子の耐沈降性や耐熱性など他の特性を
損なうことはない。本発明の分散用懸濁液はエステル基
の炭素数が１０以上の芳香族カルボン酸のジエステルを
主成分として使用される。具体的には、フタル酸ジデシ
ル、フタル酸ジウンデシル、フタル酸ジドデシル、フタ
ル酸ジトリデシル、フタル酸ジテトラデシル、フタル酸
ジペンタデシル、フタル酸ジヘキサデシルなどが挙げら
れる。なかでもフタル酸ジトリデシル（ＤＴＤＰと略
す）の使用が好ましい。

【００１０】ここで用いる炭素数が６以上のアルキル置
換基を有するアルキルベンゼン、炭素数が１０以上の脂
肪族炭化水素は、芳香族ジカルボン酸のジエステルのエ
ステル部と類似構造を有し相溶性が良く、調光粒子を分
解せず、高沸点で無色であり、芳香族ジカルボン酸のジ
エステルの有する特性を保持して懸濁液の粘度を下げ調
光粒子の制御に対する応答速度を速くすることができ
る。

【００１１】炭素数が１０以上の脂肪族炭化水素として
は、たとえば、芳香族ジカルボン酸ジエステルのエステ
ル部と類似構造を有する直鎖の脂肪族炭化水素のデカ
ン、ウンデカン、ドデカン、トリデカン、テトラデカン
などが挙げられる。または炭素数が６以上のアルキル基
の側鎖をもつアルキルベンゼンとしては、ヘキシルベン
ゼン、ヘプチルベンゼン、オクチルベンゼン、デカニル
ベンゼンなどが挙げられる。これらの炭化水素類は、芳
香族ジカルボン酸ジエステルの粘度を低下させて調光粒
子の移動性を高めて応答速度をあげ、長鎖のアルキル基
が、芳香族ジカルボン酸エステルと共に調光粒子を分散
保持して凝集・沈降するのを抑制するものと推定され
る。脂肪族炭化水素またはアルキルベンゼンの芳香族ジ
カルボン酸ジエステルへの添加率としては３０重量％以
下、好ましくは１０〜２０重量％の範囲が調光粒子の分
散性、耐熱性を低下させずに応答速度を速くすることが
できる。

【００１２】この懸濁液の粘度は、調光粒子の分散安定
性を考慮し、たとえば、ＤＴＤＰ−ヘラパタイト−ヘキ
シルベンゼンの系では、２０〜１６０ｍＰａｓ程度、特
に５０〜１００ｍＰａｓ程度とするのが望ましい。

【００１３】

【作用】本発明の懸濁液は、芳香族ジカルボン酸のジエ
ステルに非極性の高分子量の炭化水素で芳香族ジカルボ
ン酸ジエステルのエステル基と類似構造の炭素数が１０
以上の脂肪族炭化水素、炭素数が６以上のアルキル基の
側鎖をもつアルキルベンゼンが添加されて形成されてい
る。このため調光粒子を分散した懸濁液は、芳香族ジカ
ルボン酸ジエステル単独の場合より粘度が下がり電場で
の調光粒子の応答速度が向上した。しかしこの懸濁液は
粘性が低下しても耐熱性や耐沈降性は芳香族ジカルボン
酸ジエステル単独の場合と同程度であり調光素子の懸濁
液として使用することができる。

【００１４】

【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 （懸濁液の作製）ヘラパタイトのＤＴＤＰ懸濁液の作製
および混合ＤＴＤＰ懸濁液の調整方法の工程図を図１に
示す。

【００１５】図１に示すようにヘラパタト２ｇに１００
ｍｌのエタノールを添加して超音波洗浄器中で約１０分
間処理した。次いでこのエタノール混合物を遠心分離器
でエタノールとヘラパタトの沈澱物とに分離しエタノー
ルを除去した。この沈澱物に再び１００ｍｌのエタノー
ルを添加して超音波洗浄器中で処理した。合計３回の上
記の工程で精製処理した沈澱物のヘラパタイトに２００
ｇのＤＴＤＰを加えて混合し超音波洗浄器中で処理して
ヘラパタイトＤＴＤＰ中に分散させた。この超音波洗浄
処理液を遠心分離して上澄み液を取り出し真空乾燥して
ヘラパタイトの１重量％の懸濁液を作製した。このヘパ
ライトの懸濁液に添加液およびＤＴＤＰを所定量加えて
ヘパライトの濃度が０．５重量％となる懸濁液を作製し
た。

【００１６】添加液のドデカンおよびヘキシルベンゼン
をそれぞれ懸濁液中で１０重量％、２０重量％、３０重
量％、４０重量％、５０重量％の添加率となるように添
加したそれぞれ５種の試料を作製した。さらに調光粒子
をヘラパタイトから５−メトキシ−１、１０−フェナン
トロリン過沃素化物に変えて同様にヘキシルベンゼンの
濃度組成を変えた懸濁液を作製した。 （応答速度の測定）上記で得られた懸濁液は調光素子用
の透明電極のセル（１００μｍギャップ）に封入した。
この透明電極セルに電場（５０Ｖ，６０Ｈｚ）をオン、
オフした時の特定の波長の光の透過率を測定した。ヘラ
パタイトの懸濁液では５００ｎｍの波長の光を、５−メ
トキシ−１、１０−フェナントロリン過沃素化物の懸濁
液では６００ｎｍの光の透過率を測定して応答速度を調
べた。図２にその測定のチャートを示す。この図２は横
軸に時間を縦軸に上記の波長の透過として電場のオン、
オフによる透過率の変化をプロットしたものである。電
場がオフの場合は約２３％の透過率であるが、電場をオ
ンにすると透過率が４０％に変化する。その変化を以下
に述べる方法で応答速度を算定した。

【００１７】すなわち、上記の測定チャートにおいて電
場のオン、オフ時の透過率が一定になった値（図２のａ
点、ｂ点）からそれぞれ１０％差し引いた点（図２の
ａ’点、ｂ’点）を用いて求めた。そして透過率がａ’
からｂ’に変わるのに要した時間を応答速度とした。電
場オフ時も同様にして求めた。ヘラパタイトの懸濁液に
ついて、縦軸を応答速度、横軸をドデカンおよびヘキシ
ルベンゼンの添加率として、両者の関係を線グラフを図
３（電場オン時）、図４（電場オフ時）で示した。図に
示すようにドデカン、ヘキシルベンゼンの添加率をが増
えるにしたがって応答速度が速くなり右下がりのグラフ
になっている。特に電場をオフにした場合の応答速度の
低下が著しい。オン、オフの両者ともドデカン、ヘキシ
ルベンゼンの添加率が１０〜２０％の時応答速度が速く
なり添加効果が顕著であることを示している。

【００１８】次にヘラパタイト懸濁液についてドデカ
ン、ヘキシルベンゼンの添加率（横軸）と懸濁液の粘度
（縦軸）の関係を図５に示す。この図は右肩下がりのグ
ラフでありドデカン、ヘキシルベンゼンの添加率が１０
％で粘度が約半分になり、添加率が２０％で約１／５と
なり著しく低下している。次に５−メトキシ−１、１０
−フェナントロリン過沃素化物の懸濁液についてドデカ
ン、ヘキシルベンゼンの添加率と粘度の関係を図６に示
す。この図においてもヘラパタイトと同様にドデカン、
ヘキシルベンゼンの添加率が１０％、２０％で粘度の低
下が著しい。ドデカン、ヘキシルベンゼンの添加率をさ
らに３０％、４０％と増やしてもそれ以降の粘度低下は
大きくない。よって粘度の点からドデカン、ヘキシルベ
ンゼンの添加率は１０％〜２０％の範囲が好ましい範囲
である。次にヘラパタイト懸濁液の電場のオン、オフ時
の応答速度（縦軸）と粘度（横軸）とのの関係を図７
（ドデカン添加）、図８（ヘキシルベンゼン添加）に示
す。このグラフは右肩上がりで懸濁液の粘度が高くなる
と応答速度が遅くなることを示している。

【００１９】５−メトキシ−１、１０−フェナントロリ
ン過沃素化物の懸濁液にヘキシルベンゼンを添加した場
合の電場応答速度（縦軸）と添加率（横軸）の関係のグ
ラフを図９（電場オン時）、図１０（電場オフ時）に示
す。この図もヘラパタイトと同様に右肩下がり約３０％
の添加で応答速度の低下が少なくなる。図１１は５−メ
トキシ−１、１０−フェナントロリン過沃素化物の懸濁
液にフェニルヘキサンを添加した場合の電場応答速度
（縦軸）と粘度（横軸）の関係のグラフを示す。この図
は右肩上がりで粘度が高くなると応答速度が遅くなる。
特に電場をオフにした時の遅れが大きい。

【００２０】表１にヘラパタイトの懸濁液にドデカン、
ヘキシルベンゼンを添加した場合および表２に５−メト
キシ−１、１０−フェナントロリン過沃素化物の懸濁液
にフェニルヘキサンを添加した場合の添加率と電場応答
速度、粘度の測定値を示す。表１、２に示すように添加
率が１０％、２０％の時の電場応答速度が無添加の０％
に比べて著しく速くなっており、懸濁液の粘度も適当な
範囲にある（粘度の欄が−の場合は低くなりすぎて測定
できなかったことを示す）。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【表２】 （特性の試験結果）粘度が低下し応答速度が速くなった
ヘラパタイト懸濁液の以下の特性を評価した。耐熱試験
（１００℃、１時間）と耐沈降性試験（遠心分離操作１
８０００ｒｐｍ、３０分、遠心加速度約３９０００ｇ：
沈降促進試験）をおこなった。

【００２３】セルに封入した耐熱試験後の懸濁液とセル
に封入した沈降促進試験後の上澄み液の電場を印加しな
いとき、５０Ｖ，１００Ｖに電圧を印加した時の透過光
スペクトルを測定した。透過率（縦軸）とドデカン、ヘ
キシルベンゼンの添加率（横軸）として５００ｎｍの波
長の光の透過率の変化を未処理の場合を図１２、耐熱試
験後を図１３、遠心分離処理後を図１４に示す。耐熱試
験により、ドデカン、ヘキシルベンゼンの添加率の大き
い場合は、未処理のよりやや低下しているが添加率が２
０％では未処理と大差はない。遠心分離処理もドデカ
ン、ヘキシルベンゼンの添加率が３０％を越えると大き
くなるがそれ以下の添加率での変化は少ない。特に耐熱
性、耐沈降性ともヘキシルベンゼンを１０％添加した懸
濁液が最も優れていた。

【００２４】ドデカン、ヘキシルベンゼンなどの添加の
割合が増すにつれて耐熱性、耐沈降性は徐々に低下する
傾向があるが添加率が１０〜２０％の範囲ではそれほど
耐熱性、耐沈降性の低下は認めらず影響は少ない。一
方、応答速度は添加溶媒が１０％添加により大幅な改善
が見られ目的を達することができた。未添加に比べて半
分以下の時間で応答する。

【００２５】

【発明の効果】本発明の組成の懸濁液を使用することに
より、粒子分散型の調光素子または表示素子の応答速度
が向上し、性能の優れた調光または表示素子が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この図はヘラパタイトの懸濁液の製造工程を
説明する工程図である。

【図２】 この図は応答速度を測定した時のチャートで
ある。

【図３】 この図は粘度調整剤を増量と応答速度（電場
オン時）との関係を示す線グラフである。

【図４】 この図は粘度調整剤を増量と応答速度（電場
オフ時）との関係を示す線グラフである。

【図５】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤量
と粘度との関係を示す線グラフである。

【図６】 この図は５−メトキシ−１、１０−フェナン
トロリン沃素化物懸濁液の粘度調整剤量と粘度との関係
を示す線グラフである。

【図７】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤
（ドデカン添加）量と応答速度との関係を示す線グラフ
である。

【図８】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤
（ヘキシルベンゼン添加）量と応答速度との関係を示す
線グラフである。

【図９】 この図は５−メトキシ−１、１０−フェナン
トロリン沃素化物懸濁液の粘度調整剤（ヘキシルベンゼ
ン添加）量と応答速度との関係（電場オン時）を示す線
グラフである。

【図１０】 この図は５−メトキシ−１、１０−フェナ
ントロリン沃素化物懸濁液の粘度調整剤（ヘキシルベン
ゼン添加）を増量と応答速度（電場オフ時）との関係を
示す線グラフである。

【図１１】 この図は５−メトキシ−１、１０−フェナ
ントロリン沃素化物懸濁液の粘度調整剤（ヘキシルベン
ゼン添加）と応答速度との関係を示す線グラフである。

【図１２】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤
の添加後未処理物の添加量と透過率関係を示す線グラフ
である。

【図１３】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤
の添加後耐熱試験後の添加量と透過率関係を示す線グラ
フである。

【図１４】 この図はヘラパタイト懸濁液の粘度調整剤
の添加後遠心分離試験後の添加量と透過率関係を示す線
グラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 久人 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 臼杵 有光 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 岡田 茜 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 戸島 和夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 福井 昭夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 岡元 敏郎 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 調光粒子を分散保持し、電場の負荷・解
   除により分散保持された該調光粒子の配向・ランダム化
   を制御し該調光素子の光学特性を発現する調光素子用懸
   濁液であって、エステル基の炭素数が１０以上の芳香族
   ジカルボン酸のジエステルを主成分とし、該主成分に配
   合された炭素数が６以上のアルキル置換基を有するアル
   キルおよび炭素数が１０以上の脂肪族炭化水素から選ば
   れる少なくとも１種とからなることを特徴とする調光素
   子用懸濁液。