JPH0485522A - 光学素子用分散体 - 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、光弁や表示装置、調光ウィンドー等に用いら
れる光学素子のための分散体に関するもので、特に、異
方性粒子を媒質中に分散させ、電界を印加してその粒子
の配向を変えることにより、光の透過率や屈折率を変化
させるようにした光学素子のための分散体に関するもの
である。

【従来の技術】

対向する２枚の電極によって形成されるセル内に、異方
性粒子を媒質中に分散させた分散体を封入し、これに外
部から電界を印加すると、粒子の配向が変わって光の透
過率や屈折率等の光学特性が変化する、ということにつ
いては古くから知られている。そして、その原理を利用
した光学素子についても古くから提案されている（例え
ば米国特許箱　１．９５５．９２３号明細書参照）。 ２枚の透明電極からなる薄いセル内に分散体を封入した
光学素子は、電界が印加されていないときには多数の異
方性粒子がランダムな方向を向いているので不透明であ
るが、電界が印加されると、異方性粒子が電界の方向、
すなわちセルの幅方向に向かって整列するので透明とな
る。したがって、そのような光学素子を用いれば、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。 このように粒子の配向変化によって光学特性を制御する
光学素子においては、その分散体中に分散させる粒子と
して、電界の印加によって配向が変化し、光の透過率や
屈折率が変わる異方性粒子を用いる必要がある。そのよ
うな粒子としては、これまでにも、例えばヘラバサイト
や過ヨウ化硫酸シンコニジンのような有機物結晶、アル
ミニウムのような金属、雲母のような鉱物結晶、酸化チ
タンや酸化タングステンのような無機酸化物、グラファ
イトなど、種々のものが提案されている。

【発明が解決しようとする課題】

しかしながら、これらの異方性粒子はいずれも固体粒子
である。そのような固体粒子を媒質中に分散させた分散
体に電界を印加すると、粒子はその異方性のために配向
が変化する。すなわち、粒子は回転することによってそ
の向きを変えることになる。そのために、従来のような
異方性固体粒子を用いたものでは、粘度の高い媒質を用
いた場合に応答性が低下するという問題がある。 また、これらの異方性粒子は結晶であるので、色選択の
自由度が低い。そして、分散体の色は粒子の色によって
決定される。そのために、そのような粒子を分散させた
分散体を用いる光学素子では、その色調が真珠色か青色
系統に限られることになる。すなわち、アルミニウムや
雲母、酸化チタンの粒子を媒質中に分散させたものの場
合には、光の散乱が粒子の配向によって変化することを
利用するので、電界が印加されているときには透明、さ
れていないときには真珠色となる。また、ヘラバサイト
や過ヨウ化硫酸シンコニジンは青色あるいは青紫色を呈
するので、その粒子を分散させた分散体では、電界を印
加した状態で透明、しない状態で青色系統の色調となる
。 このように、粒子の配向を変化させることによって光学
特性を制御する光学素子の場合には、その色調変化が粒
子の光学特性によって定められるので、望みの色が得ら
れるようにするためには、その色に合った色調の異方性
粒子を用いることが必要となる。その場合、その粒子に
は、色調以外にも、形状の異方性、比重、化学的安定性
、分散安定性などの種々の機能が求められる。そのよう
な機能をすべて満足する粒子を見付けることは極めて難
しい。そのために、従来の光学素子においては、望みの
色が得られないという問題があった。 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、従来のものとは異なる作用で配向する
新規な粒子を用いた光学素子用分散体を提供することで
ある。 また、本発明の他の目的は、各種の色調を呈する光学素
子とすることのできる光学素子用分散体を提供すること
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、本発明では、光学素子のセ
ル内に封入される分散体として、溶媒と棒状ミセルとの
混合体を用いるようにしている。 媒質中に界面活性剤を添加し、その濃度を徐々に高めて
いくと、界面活性剤はミセルを形成するようになる。ミ
セルを形成する臨界の濃度は臨界ミセル濃度と呼ばれて
いる。通常は、界面活性剤が球状に固まって会合してミ
セルを形成する。例えば媒質が水であれば、界面活性剤
分子の親水基が外側に向き、疎水基が内側に向いて固ま
る。したがって、球状となる。 ところが、ある特定の溶媒と界面活性剤との組み合わせ
の場合には、臨界ミセル濃度以上に活性剤を添加すると
、ある濃度で棒状のミセルが形成されるということが知
られている（ＭＡｎｇｅ　Ｉ　著、’　Ｐｒｏｇｒ、　
　Ｃｏ１１ｏｉｄ　＆　Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｓｃｉ、Ｊ第
６９巻（１９８４年）、第１２〜２８ページ）。このよ
うな棒状ミセルを含む分散体は、そのままでは光学的に
等方性であるが、電界を印加すると複屈折性を示す（Ｍ
、　Ａｎｇｅｌ著、’　Ｂｅｒ、　Ｂｕｎｓｅｎｇｅｓ
Ｐｈｙｓ、　Ｃｈｅｍ、」第９３巻（１９８９年）、第
　１８４〜１９１ページ）。すなわち、電界の印加に応
じて棒状ミセルが配向する。 本発明者らは、このような棒状ミセルに着目した。 本発明においては、ミセルを形成する界面活性剤として
、長い炭化水素鎖を有するイオン性界面活性剤や非イオ
ン性界面活性剤の中で、サリチル酸セチルピリジン、ト
リクロル酢酸セチルトリメチルアンモニウム、サリチル
酸セチルトリメチルアンモニウム、サリチル酸テトラデ
シルトリメチルアンモニウム、塩化ドデシルトリメチル
アンモニウム、臭化セチルトリメチルアンモニウム、ヘ
キサオキシエチレンデシルエーテル、ヘキサオキシエチ
レンドデシルエーテル、ヘキサオキシエチレンセチルエ
ーテルなどが用いられるが、これに限られることはない
。一般には、親水基が小さくて疎水基の鎖が長いもので
あれば、はとんどの界面活性剤が塩の存在下で棒状ミセ
ルを形成する。 棒状ミセルを形成するための界面活性剤の臨界濃度は、
活性剤の種類や温度、あるいは塩濃度等によって変化す
るが、通常は数ミリモルから数ｌＯミリモル以上の濃度
である。これによって数１００オングストロームから数
１０００オングストロームの長さのミセルが形成される
。例えば１０ミリモルの食塩の存在下で、サリチル酸テ
トラデシルトリメチルアンモニウムは２ミリモル濃度で
約２８００オングストローム、１０ミリモル濃度で約１
２００オングストロームの長さの棒状ミセルを形成し、
サリチル酸セチルトリメチルアンモニウムは２ミリモル
濃度で約６５００オングストローム、１０ミリモル濃度
で約９００オングストロームの長さの棒状ミセルを形成
する。 このようにして形成された棒状ミセルを含む溶液が本発
明の分散体となる。すなわち、その分散体は棒状ミセル
とその溶媒との混合体である。 ところで、この状態では、分散体は複屈折性は示すもの
の、界面活性剤が透明に近いので、光の透過率の変化は
小さい。そのために、その分散体を用いて光学素子を作
成しても、その光学素子の光制御機能は必ずしも十分と
はならない。そこで、本発明では、更に、ミセルによる
可溶化という現象を利用して、ミセルの内部に色材を保
持させるようにしている。 溶媒に溶質が溶解するか否かは、両者の極性が一致する
か否かによって大きく左右される。 親水性の溶媒に対して親油性の溶質は、溶解しないか、
溶解するとしてもその溶解度は非常に小さい。ところが
、界面活性剤がミセルを形成している溶液に親油性の溶
質を添加すると、溶質分子がミセルの内部に入り込み、
見掛けの溶解度が増大する。これがミセルによる可溶化
である。したがって、その現象を利用すれば、ミセルの
内部に色素分子を溶解させて、ミセルを着色することが
できる。 そのためには、上述のようにして得られたミセル溶液を
攪拌しながら、油溶性染料をわずかずつ滴下していけば
よい。ここで用いられる水に溶けない油溶性染料として
は、モノアゾ系、ジスアゾ系、あるいはアントラキノン
系のものがあるが、多量に添加することができるという
点からすると、できるだけ低分子量のものが好ましい。 例えば２．４−ジヒドロキシアゾベンゼン、４−アミノ
アゾベンゼン、１．４，５゜８−テトラアミノアントラ
キノン、１．４−ジアミノアントラキノンなどが好まし
い。しかしながら、１−（１’−ナフチルアゾ）−２−
ナフトール、１−（４’−二トロフェニルアゾ）−２−
ナフチルアミンなどのような比較的分子量の大きい染料
を添加することもできる。 このようにして、色素分子がミセルの内部に溶解し、棒
状ミセルが着色される。それによって、実質的に棒状の
着色粒子を得ることができる。その場合、色素分子は、
ミセルの芯を形成している界面活性剤の極性に近い極性
を有していて、ミセルに溶解することが必要である。ミ
セルに溶解する分子の大きさ及び溶解量には一定の制限
があり、溶媒中のイオン濃度によっても大きく変化する
。一般には、界面活性剤の鎖長よりも短い鎖長の炭化水
素であれば溶解するが、分子半径の小さい分子はど多く
溶解し、イオン濃度が高いほど溶解度が高くなる。 溶解度以上の濃度に溶解させようとすると、棒状ミセル
は内圧に耐え切れなくなって分解し、球状ミセルに変化
してしまうことがある。したがって、色素の濃度は棒状
ミセルが破壊されない範囲としなければならない。 そのような色素添加量の限界は、染料を滴下しながら光
の散乱量を測定することによって知ることができる。染
料がミセルの内部に溶けると散乱率が増加するが、過剰
に添加されて棒状ミセルが破壊されると、光散乱率が急
激に低下するからである。 塩の存在下では、そのような棒状ミセルの破壊が生じな
い場合もある。その場合には、過剰に添加された油溶性
の染料は水に溶けずに分離するので、適宜のメツシュの
フィルターによって濾過するようにすればよい。そのよ
うにして得られた分散体の場合には、その媒質中に塩あ
るいはそのイオンが含まれることになる。 このようにして、媒質中に異方性着色粒子を分散させた
分散体が得られる。その媒質には種々の色に着色するこ
ともできる。 また、一般に、棒状ミセルは非水溶液系では形成しにく
い。たとえ形成したとしても、会合数の小さな極めて短
いものしか得られない。 方、水溶液系では、溶媒の電気伝導率が高くなるので、
それを用いて光学素子を作成した場合、その光学素子を
駆動するのに大電流を必要とすることになる。したがっ
て、非水溶液系の分散体の方がより望ましい。 これらの相反する要求に応えるためには、色素を含む棒
状ミセルを水溶液中で形成した後、これをマイクロカプ
セル化して有機溶媒に分散させる手法が有効である。ミ
セル溶液をマイクロカプセル化する方法としては、従来
公知の種々の方法を採用することができるが、界面重合
による方法が最も利用しやすい。重合に関与する物質Ａ
を上述のミセル溶液に溶かし、有機溶媒と攪拌混合して
エマルジョン状態とした後、油溶性の物質Ｂを添加して
界面重合を起こさせるのである。その場合の有機溶媒と
しては、分子量の大きい高分子系の溶媒を使用する。 具体的には、上述のようにして形成したミセル溶液に、
１．６−ヘキサメチレンジアミン、ピペラジン、Ｌ−リ
ジンなどのポリアミンを溶解させて溶液Ａを作る。これ
らは水溶性ポリアミンであるので、ミセルを壊さずに溶
液とすることができる。次いで、セバコイルクロライド
、テレフタル酸クロライドなどの油溶性子ツマ−に、界
面活性剤としてソルビタン酸系の比較的親水性の小さい
活性剤を添加して、溶液Ｂとする。こうして得られた溶
液Ａと溶液Ｂとを攪拌混合してＷ１０エマルジョンを形
成し、数時間攪拌を継続すると、Ｗ１０界面に透明な６
．１０−ナイロンのポリアミドの膜が形成される。すな
わち、マイクロカプセル化が完了する。 この場合、溶液Ｂの界面活性剤は必ずしも必要ではなく
、ミセルを形成するために元々溶液Ａに含まれている活
性剤で代用するようにすることもできる。また、重合に
関与するモノマーの種類もこれに限られることはなく、
油溶性モノマーとして種々のイソシアネートを用いてボ
リウレタンの膜を作るようにすることもできる。 このようにして得られたマイクロカプセルを、濾過する
ことによって溶液から分離し、シリコン油やフッ素樹脂
オイルなどに界面活性剤を利用して分散させると、絶縁
性の媒質中にミセル溶液のカプセルを分散させた光学素
子用の分散体が得られる。このような分散体は液体であ
るが、媒質の粘度によってはペースト状あるいは固体状
の分散体とすることもできる。その場合、単に粘度の高
い媒質を用いるようにしてもよいが、−旦粘度の低い媒
質に分散させた後、重合反応によって粘度を高めるよう
にすることもできる。

【作用】

棒状ミセルは界面活性剤の分子が会合したもので、固体
ではない。その棒状ミセルはまっすぐな棒とは限らず、
むしろ通常は湾曲したり捩れたりしている。そして、電
界が印加されていない場合には、互いにランダムな方向
を向いており、多くは互いに絡まり合っている。 このような棒状ミセルを媒質中に分散させた分散体に電
界を印加すると、そのミセルはまっすぐな棒状となって
電界方向に配向する。すなわち、そのミセルは、回転す
るだけではなくて、変形することによっても配向度が高
まる。 そして、そのミセルには、上述のようにミセルによる可
溶化の現象を利用して、任意の色に着色することができ
る。 したがって、このような分散体を用いて光学素子を作成
すると、その光学素子は、電界が印加されていないとき
には棒状ミセルの色を呈し、電界が印加されると透明と
なる。また、媒質に着色しておけば、電界が印加されて
いない状態で媒質と棒状ミセルとの混合色、電界が印加
された状態で媒質の色を呈する光学素子となる。こうし
て、各種の色調を有する光学素子を得ることが可能とな
る。 棒状ミセルを含む溶液をマイクロカプセル化すると、そ
のミセルはカプセルの内部で配向あるいはランダム化す
る。すなわち、そのカプセルが分散されている有機溶媒
の粘度に関係なく、駆動させることができる。したがっ
て、例えば高分子ゲルをバインダーとしてカプセルを分
散させるようにすれば、ペースト状や固体状の分散体と
することも可能となる。

【実施例】

以下、本発明の詳細な説明する。 （実施例１） 食塩をｌθミリモル／リットル含む蒸留水溶液にサリチ
ル酸セチルトリメチルアンモニウムを２ミリモル／リッ
トル添加した溶液を　１００ｃｃ作成し、振とう機によ
り４８時間攪拌した。この溶液に４−アミノベンゼンを
０．５ミリモル／リットル添加して、再び振とう機によ
り４８時間攪拌したところ、溶液は黄色に着色した。染
料の分離は起きなかったが、念のため、この溶液を０．
２マイクロンのメツシュのフィルターにより濾過して残
渣を取り除き、棒状ミセルの分散体とした。 一方、−表面にインジウム・スズ酸化物の透明電極を２
０００オングストロームの厚さにスパッタし、更にその
上に酸化ケイ素を２０００オングストロームの厚さにス
パッタした２枚のガラス板を互いに向かい合わせ、周囲
をマイラーと接着剤とによってシールして、セルギャッ
プ０．１ｍｍ、縦横５０Ｘ５０ｍｍのセルを作成した。 そして、このセルに上記分散体を封入し、外部から変圧
器を介して５ｖの交流電圧を印加した。 その結果、電圧を印加しないときには黄色であったセル
が、電圧の印加によって透明に変化した。しかも、その
着色状態は、電圧のオン・オフに応じて可逆的に変化し
た。 （実施例２） 臭化ナトリウムを０．２モル／リットル含む蒸留水溶液
に臭化セチルトリメチルアンモニウムを１５ミリモル／
リットル添加した溶液を　１００ｃｃ作成し、振どう機
により４８時間攪拌した。この溶液に、界面活性剤の１
０倍のモル量の１−メチルアミノアントラキノンを添加
して、再び振どう機により４８時間攪拌したところ、溶
液は赤色に着色し、過剰の染料が分離した。そこで、こ
の溶液を０．２マイクロンのメツシュによって濾過し、
過剰の染料な残渣として取り除いた。 こうして得られた分散体を実施例１と同様のセルに封入
し、同様の交流電圧を印加した。 この場合には、セルはオフ状態で赤色、オン状態で透明
となった。また、電圧のオン・オフに応じて可逆的に着
色状態が変化した。 （実施例３） 実施例１の分散体５ｃｃに対して炭酸カルシウム０．３
モルと１．６−ヘキサメチレンジアミン０．３モルとを
加えた。また、シクロヘキサンとクロロホルムとの４：
ｌ混合溶液を５０ｃｃ作り、これにソルビタントリオレ
エート　０．２ｇを加えた。そして、水浴中に保持され
たビーカーの中でこれら両液を攪拌混合してエマルジョ
ンを作った。攪拌を２０分間継続したところで、なおも
攪拌を続けながら、同じシクロヘキサンとクロロホルム
との４：１混合溶液５ｃｃに対してセバコイルクロライ
ドを０．３モル溶かした溶液を静かに添加した。更に１
５分間攪拌を続け、マイクロカプセル化反応が終わるの
を待って攪拌を止めた。 そして、形成されたマイクロカプセルを遠心分離によっ
て分離した。次いで、そのマイクロカプセルを水に分散
させ、未反応物や、重合反応に伴って生成する塩酸と炭
酸カルシウムとの中和反応で生じた炭酸ナトリウムを透
析によって除去した。捕集したマイクロカプセルを一旦
ヘキサンで洗浄してから、ソルビタントリステアレート
を界面活性剤として用いてフッ素系樹脂オイル（ダイキ
ン工業株式会社製ダイフロイル＃　Ｌ　）　５ｃｃに分
散させた。 この分散体を実施例１と同様のセルに封入して、１００
　Ｖの交流電圧を印加した。封入した状態では黄色に着
色していたセルが、電圧の印加によって透明となった。 この場合にも、電圧のオン・オフによって着色状態は可
逆的に変化した。 （実施例４） 実施例３における実施例１の分散体に代えて実施例２の
分散体を用い、水溶性モノマーとしては１．６−ヘキサ
メチレンジアミンに代えてＬ−リジンを、また、油溶性
モノマーとしてはセバコイルクロライドに代えてテレフ
タロイルジクロリドをそれぞれ用いたこと以外は、実施
例３と同様な操作によって、ミセル分散体をマイクロカ
プセル化した。 そして、未反応物質や反応生成物を実施例３と同様な方
法によって除去した後、得られたマイクロカプセルを同
様にダイフロイルに分散させた。 この分散体を同様のセルに封入して電圧を印加したとこ
ろ、電圧を印加しないときには赤色であったセルが電圧
の印加によって透明に変化した。また、その着色状態も
電圧のオン・オフに応じて可逆的に変化した。 実施例３と同様な操作によってマイクロカプセルを捕集
し、これをへロカーボンオイルブロダクツ社製のへロカ
ーボンオイル（＃０．８）５ｃｃに、ソルビタンモノオ
レエートを界面活性剤として用いて分散させ、更に、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
ドとの共重合体を全重量の２０％添加した。 この分散体を実施例１と同様のセルに封入し、キセノン
ランプにより　７００Ｗ／ｒｎ’の出力で１００時間、
光照射した。 このセルは黄色に着色していたが、１００ｖの交流電圧
を印加したところ、透明となった。そして、電圧のオン
・オフに応じて可逆的に着色状態が変化した。 試験後にセルから分散体を抜き取ろうとしたが、その分
散体はゲルとなっていて、抜き取ることはできなかった
。そこで、セルを破壊して、分散体がゲルとなっている
ことを確認した。 実施例２と同様にして分散体を作った。そして、その分
散体に、水溶性の染料である１−（３°−メチルフェニ
ルアゾ）−２−ナフトールを添加して着色した。 この分散体を実施例１と同様のセルに封入して電圧を印
加した。 電圧を印加しない状態ではそのセルはミセルの色と媒質
の色との混合色を呈していたが、電圧を印加すると媒質
の色となった。

【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、棒状
ミセルとその溶媒との混合体を光学素子用分散体として
用いるようにしているので、電界を印加したときには、
その棒状ミセルが配向することによって光学特性が変化
する。 その場合、その棒状ミセルは、従来の異方性固体粒子の
ように回転することによってのみ配向するのではなく、
変形することによっても配向度が高まる。したがって、
固体粒子の場合のような問題がなくなる。そして、その
棒状ミセルは任意の色に着色することができるので、そ
の分散体を光学素子に用いることにより、望みの色を呈
する光学素子を得ることができる。 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 (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）異方性粒子を媒質中に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セル内に封入し、
   その電極を介して外部から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変化させるようにし
   た光学素子に用いられる分散体であつて； 前記異方性粒子が棒状ミセルであり、前記媒質がその溶
   媒であることを特徴とする、 光学素子用分散体。
2. （２）前記棒状ミセルが色素を含んでいる、請求項１記
   載の光学素子用分散体。
3. （３）前記媒質が着色されている、 請求項１又は２記載の光学素子用分散体。
4. （４）前記媒質が塩あるいはそのイオンを含んでいる、 請求項１ないし３のいずれか記載の光学素子用分散体。
5. （５）前記棒状ミセル及び溶媒がマイクロカプセル化さ
   れ、そのマイクロカプセルが有機溶媒に分散されている
   、 請求項１ないし４のいずれか記載の光学素子用分散体。
6. （６）前記有機溶媒がゲル状物質である、 請求項５記載の光学素子用分散体。