JPS63303325A - 光学素子電気磁気光学装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、異方性微粒子を内含するマイクロカプセルを
分散させた誘導媒質を用いた電気磁気光学装置に関し、
特に電気的に吸光度、または反射率ヲコンＩ・ロールす
ることのできる建築、車輌用のいわゆる調光素子、透過
型表示素子、反射型の表示素子等に用いる電気光学装置
に関する。

〔従来の技術〕

マイクロカプセルを利用したデバイスとしてはネマチッ
ク液晶をマイクロカプセル化して成る液晶デバイス（以
後、ＮＣＡＤと略称する）がある。

また、太陽放射透過率（ＴＧ）を電気的に制御すること
によって冷暖房負荷の軽減を可能とする、いわゆるゝＸ
Ｊ白光窓“としては、酸化タングステン膜の電気化学的
な酸化還元反応に伴なうスペクトル変化を利用するエレ
クトロクロミンク素子（以後、ＥＣ素子と略称する。）
が有望視されている。

（Ｃ，Ｍ、Ｌａｍｐｅｒｔ、５ｏｌａｒ　Ｅｎｅｒｇｙ
Ｍａｔｅｒ、ｇ（７９１１）／）ｔつ） その他に、可視領域の光量調節機能を有する素子として
五酸化バナジウム、炭酸鉛などの微粒子サスペンション
をＮ板に挾んで成る電気磁気光学デバイスがＡ、　Ｍ、
　Ｍａｒｋｓ　　によって提案されている。

（ＵＳ　Ｐａｔｅｎｔ　Ａ；　３．．２３７，９０３　
（／りｇｇ　　）〔発明が解決しようとする問題点〕 ＮＣＡＤは、液晶の速い応答速度を維持しながら、かつ
、大面積化することができるという大きな特徴を有して
いる。しかしながら、光学的には透明→ ←白色不透明（光散乱性）の間でスイッチングが起こる
のみである。従って、カーテンレス窓などには有用であ
るが、連続的光量調整を必要とする調光窓として応用す
ることはできない。一方、ＥＣ素子は調光機能を有する
が、電流駆動型素子であるために、大面積化に伴なって
応答速度が著しく遅くなるという欠点がある。

また、微粒子サスペンションを用いたデバイスも液体で
あることから、部分的な厚味むらに起因した光学的な不
均一性を防ぐことができない。この厚味むらは、窓を想
定して、デバイスを鉛直に立てた時に主に液だれによっ
て下部が」一部より厚くなるのが原因である。更に、こ
の不均一性は大面積化に伴なって助長されることから、
これも調光窓に応用することは困却である。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、
異方性微粒子を内含するマイクロカプセルを分散させた
Ｐ５導媒質、および該微粒子に電界又は磁界を加えるた
めの素子からなる電気磁気光学装置である。

本発明に用いる異方性微粒子としては、電気的磁気的異
方性を有する針状士たは平板状の微粒子が好ましい。又
調光窓への応用を考えた場合には可視ないし近赤領域の
光と強く相互作用（吸収、または反！ｉ１．Ｉ）する材
料が特に望ましい。

上記異方性微粒子が光学装置の性能に対して影響を及ぼ
すパラメータとしてσ１状倣粒子に対しては、長軸／直
径比（＝ａ）、また、平板状壷粒子に対しては平面１ｆ
ｆｉ積／断面積比（−ａｌ）が特に重要である。着消色
時のコントラストを表わす指標としく１．ｌ） て（］）式で定義されるＥｌｅＣｔｒＯｄｉＣｈｒＯｉ
Ｃｒａｔｉ。

（ｇｒｚ）が用いられる。

ｇｒｚ　＝　Ｄｒ　／　Ｄｚ　　　　　　　　・・−ｆ
ｌ）ここで、ｌ）ｒは無秩序配向時の光学密度、ＤＺは
、電界又は磁界がかかり整列した時の光学密度である。

ｇｒｚとａとの間には（２）式で表わされる関係があり
、ａ、ａｌの増加に伴なってコントラストｇｒｚＯコａ
３−−（２） 比は著しく増大する。更に、ａはスペクトル変化を起こ
す、波長帯幅にも影響し、一般にａの増加に伴なって波
長帯幅は減少する。調光素子としては、スペクトル変（
Ｌを示す波長帯幅が広い方が望ましい。従って、スペク
トルの変化ｔ＋＝及びスペクトル変化を示す波長帯幅を
考慮して適当なａの範囲が決定されることになり、／θ
≦ａ≦夕θ０の微粒子を用いることが好ましい。又異方
性微粒子の配向速度は電界又は磁界が大きいほど増大す
ることから、低電圧又は低磁界の下では（長寿命化する
ためには、低電圧駆動が好ましい。）誘導媒質の厚さは
できるだ（づ薄くする必要かある。実際には電圧印加の
ための電極基板の平滑度などから、５０μｍ以下にする
ことは輝かしい。また、着消色が光学的に均一に起こる
ためには、誘導媒質（マ）　ＩＪノクスボリマー）中に
分散させるカプセル径が小さいほど良い。

しかしながら、カプセル表面と微粒子の間の相互作用に
よって、カプセル表面近傍には電界に応答しない層がで
きる。この層厚味はカプセル径に依存せずほぼ一定であ
るから、この不活性な層の体積と活性部分の体積比はカ
プセル径が小さいほど減少する。従って、カプセル径が
小さ過き゛ると着消色時における十分なコントラストが
得られない。そこでカプセルの直径は、約／μｍから３
０／１ｍの大きさが好ましい。異方性微粒子はこのカプ
セル空間の中で自由にブラウン運動をする必要があるこ
とから、異方性微粒子の長軸及び長辺が約、ｌｔμｍ以
下であることが望ましく、特に５μｍ以下が望ましい。

実際に本発明に用いることのできる異方性双極子小板（
分極性微粒子材料）としては、ヘラバサ（Ｊ） イトに代表されるアルカロイド酸塩の過ハロゲン化物、
偏光性金属ハロゲン化物、その過ハロゲン化物、塩酸す
７オキシジン、グアニンなどの有機化合物微粒子、また
は、塩基性炭酸鉛、オキシ塩化ビスマス、ヒ酸水素鉛、
リン醇水素鉛、グラファイト、マイカ、ざくろ石などの
無機化合物微粒子、または、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、酸化チタン、五酸化バナジウムなどの金属及び
金属酸化物の微粒子、または、これらの金属、または金
属酸化物で被覆されたマイカ、ガラスフレークなどの微
粒子などがある。

次に、該異方性微粒子を内含（分散）させるための分散
媒（マイクロカプセル）としては、異方性微粒子の分散
性屈折率、分解電圧、流動点及び沸点、粘度などを考慮
に入れて選ばれる。まず、分散媒は異方性微粒子を均一
に分散させ、安定なサスペンションを形成するものでな
ければならない。この場合には、分散媒の比重が異方性
微粒子の比重にできるたけ近いことが７つの条件となる
。

また、電圧印加時、即ち、異方性微粒子整列時の透過率
を最大限増加さ刊るためには、異方性微粒子整列時のサ
スペンションの屈折率がマトリックスポリマーの屈折率
と等しくなる様に分散媒を選ぶ必要がある。

更に、電気光学装置の長寿命化のためには、分解電圧の
高い分散媒を選ぶ必要があり、カプセル内に有効に電場
が作用するためには、イオン性不純物ができるだけ少な
い高純度のものを使用することが好ましい。また、調光
窓への応用を考えると、流動点は−、２０″Ｃ以下、沸
点はどＯ′Ｃ以上のものが望ましく、更に、開閉速度、
特に開→閉方向速度は分散媒分子のブラウン運動に強く
依存することから、粘度が低いものが好ましい。具体的
な例としてはシリコンオイル、ポリジメチルシロキサン
等が例示できる。

マイクロカプセルを分散させる誘導媒質としては、ポリ
エステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリウレア、ボ
Ｉ）ビニルアルコール、ゼラチン、エポキシ樹脂などの
高分子材料、または、シリカ、（ど） ケイ酸マグネシウム、ケイ酸カルシウム、ケイ酸ストロ
ンチウム、ケイ酸バリウムなどの無機材料を用いること
ができるが、前述の異方性糖粒子を含むサスペンション
の屈折率、及び分散媒の膨潤性などを考慮に入れて適当
な分散媒と組合せて使用することが望ましい。

マイクロカプセル化の方法としては、異方性微粒子が高
分子材料の場合には、界面重合法、ｉｎｓ　ｉｔｕ重合
法、液中硬化被覆法、コアセルベーション法などを適用
することができる。更に簡便な方法として、硬化前の高
分子溶液中に前記サスペンションを添化し、激しく振る
ことによってエマルジョンとした後に加熱、Ｕｖ照射な
どの硬化処理を行なう方法もある（以後、直接分散法と
呼ぶ）。

この場合には、マトリックスポリマーがそのままカプセ
ル包含物質となる。これに対して、カプセル包含物質が
無機材料の場合には界面反応法を用いることができる。

又電気光学装置として使用する場合、該誘導媒質は少な
くとも一方が透明電極からなる一対の電極間に挾持され
るが、透明電極としては、低抵抗、高透過率が要求され
、ＩＴＯ、５ｎ０２　、　ＺｎＯを特に好んで用いるこ
とができる。更に、大きな近赤カット性能が要求される
場合には、アルミニウム、白金、金、銀、銅、ステンレ
スなどの金属、または合金の半透明状の薄膜を有効に用
いることができる。

又該電極支持用基板としては、建築用の調光窓に使用す
る場合にはガラス、プラスチック、透明セラミックスを
用いることができ、又車輌用の調光窓に使用する場合は
、曲げ加工の容易なプラスチックなどを用いることもで
きる。更に、片側電極または基板側に金属を用いて反射
型表示素子に応用することも可能である。

又本発明に用いる異方性微粒子は、通常の液晶とは異な
り無機物の粒子もしくは有機の分子性結晶の数十ｎｍな
いし数十μｍの大きさの微粒子である。そこで該微粒子
は液晶よりも前記形状係数に基づく吸収、反射による光
遮断効果が大きく生じ、該反射（Ｃ基づく光遮断は窓等
に応用する際にはエイルギー反射効果となり冷房負荷の
低減等の効果（ｌｎＴ を生ずる。

〔作　用〕

以下に、電気的異方性を有する異方性微粒子を内含する
マイクロカプセルを分散させた誘導媒質を、一対の電極
間に挾持させた本発明の電気磁気光学装置の一実施例に
基づき本発明の詳細な説明する。

第７図に示す様に、マイクロカプセル中に含まれる異方
性微粒子は、電極間に電圧を印加していない時には無秩
序配向し、異方性微粒子による強い光吸収、または反射
が起こる。適当な条件の下で電圧を印加すると異方性微
粒子は、（針状の場合には、長軸方向が電界と平行にな
る様に整列し、平板状の場合には、平面が電界と平行に
なる様に）整列するために異方性微粒子による吸収断面
積、または反射断面積が激減し、更に光の分極の電気ベ
クトルと異方性微粒子の相互作用が最小となるために大
部分の光が透過する様になる。

〔実　施　例〕 長辺が約３μｍ１平均厚味数士ｎｍの酸化チタン被覆マ
イカの平板状奈粒子Ｏ０／９　をシリコンオイル／りに
添加した後に十分に攪拌することによって真珠状光沢を
有する均一溶液を得た（溶液Ａ）。

次に、ポリウレタン原料である３官能性ポリエチレング
リコール（ＪＰＥＧ）１０９　にヘキサメチレンジイソ
シアイ、−ト（ＨＤＩ）へ！夕を添加し攪拌することに
よって均一溶液を得た（溶液Ｂ）。７０ｇの溶液Ｂに７
９の溶液Ａを添加した後に、更に触媒としてｏ、、ｔｗ
ｔ％のオクチル酸スズ（■）を加えて激しく攪拌した。

この時点で酊・化チタン被覆マイカの微粒子を含んだシ
リコンオイルの微小な液滴が多数生成し、エマルジョン
状態となった。この溶液に直径が約ｊＯμｍの微小球状
のスペーサーを分散させた後に、５ｎ０２透明導電膜付
ガラス基板（会２０Ω／口）」二に延展し、もう／板の
５ｎｏ２膜付ガラス基板で挾みサンドイッチセルを作成
した。

このセルをｒＯｏＣ−３０分間加熱することによって３
ＰＥＧとＨＤＩの縮合反応を完了させ、固体セルを得た
。この固体セルは電圧を印加していない時は、真珠状の
白色光沢（閉状態：第１図）を有している。このセルに
ｆｉ、Ｃ１００Ｖ、周波数１０Ｈｚを印加したところ、
真珠状から無色透明（開状態：第２図）に変化した。ス
イッチの開閉速度は、閉→開は、数ミリ−数十ミリ秒、
開→閉には、数秒を要した。

何回かスイッチングを繰返したが、初期特性に等しい光
学変化が得られ、この変化が可逆的であることが実証さ
れた。

又、上記実歴：例は電界によって動作する電気光学装置
であるが、磁界によって動作する磁気光学装置も同様に
作成できる。

又実施例では、酸化チタン被覆マイカを用いた調光素子
を示したが、マイクロカプセル中ニ包含される異方性微
粒子として例えば酸化スズＦ［マイカ等他の平板微粒子
、ヘラパサイトの様な光吸収性の大きな剣状微粒子を用
いることによって吸光度の変化する調光素子も同様に作
成することが可能である。

〔発明の効果〕

本発明による電気磁気光学装置は、高速で反射率、吸光
度を制御することか可能であるばかりでｃノ？） なく、マイクロカプセル化によって大面積化を容易にし
たことから、調光窓のニーズに適している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例において作成した電気光学装置の光遮
断状態を示す模式断面図、第一図は同光透過状態を示す
模式断面図である。 （／グ）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）異方性微粒子を内含するマイクロカプセルを分散
   させた誘導媒質、および該微粒子に電界又は磁界を加え
   るための素子、からなる電気磁気光学装置。
2. （２）該電界又は磁界を加えるための素子が、少なくと
   も一方が透明電極からなる一対の電極である特許請求の
   範囲第１項記載の電気磁気光学装置。
3. （３）該微粒子が酸化チタン被覆マイカの平板状微粒子
   である特許請求の範囲第１項又は第２項記載の電気磁気
   光学装置。
4. （４）該マイクロカプセルがシリコンオイル製である特
   許請求の範囲第１項ないし第３項記載の電気磁気光学装
   置。
5. （５）該誘導媒質がポリビニルアルコールである特許請
   求の範囲第１項ないし第４項記載の電気磁気光学装置。