JPH049822A

JPH049822A - 光学素子

Info

Publication number: JPH049822A
Application number: JP2110326A
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: 1990-04-27
Filing date: 1990-04-27
Publication date: 1992-01-14
Anticipated expiration: 2011-08-21
Also published as: JP2525685B2

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
れる光学素子に関するもので、特に、媒質中に異方性粒
子を分散させた分散体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を変化させるように
した光学素子に関するものである。

【従来の技術】

異方性粒子を媒質中に分散させ、これに電界や磁界を印
加して粒子の配向を変えることにより、光の透過率等を
制御するようにしたものについては、その原理自体は古
くから知られている（例えば米国特許第１．９５５．９
２３号明細書参照）。また、そのようなものにおいて、
媒質中に粒子を均一に分散させるために、媒質の組成を
改良したり（例えば特公昭６２−４０３８９号公報参照
）、粒子に被覆を施したり（例えば特開昭６２−２３２
６２３号公報参照）することも提案されている。第２図は、そのような原理を用いた従来の光学素子の代
表例を示すものである。この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を液体媒質３に分散さ
せた分散体４をセルＳ内に封入することによって形成さ
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６６を小間隔をおいて対向させ、その周囲をスペー
サとなるシーリング材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透明電極８．８が設
けられている。このように構成された光学素子１においては、外部電源
９により電極８，８を通して交流あるいはパルス波の電
界を印加すると、粒子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がランダムな方向を向いており、その粒
子２によって光が吸収あるいは散乱されるので、光学素
子ｌは不透明となっているが、電界を印加すると、粒子
２がその電界と平行に配向するので、光か通りやすくな
り、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。従来の光学素子は、このように、媒質３中に粒子２を分
散させた分散体４を単にセル５内に封入したものとされ
ていた。

【発明が解決しようとする課題】

ところで、このような光学素子１を製作するときには、
セル５の内部に分散体４を注入することが必要となる。その場合、セル５の電極８．８間のギャップは極めて小
さい。しかも、その分散体４の媒質３には粘性の高いも
のが用いられることが多い。したがって、単純にはセル
５内に分散体４を注入することはてきない。そのために、従来の光学素子１の場合には、分散体４を
加圧して注入する加圧注入法、あるいはセル５内を減圧
して注入する減圧注入法を用いることが必要となってい
る。しかしながら、そのような加圧注入法あるいは減圧注入
法を用いると、セル５が内外の圧力差のために凸型ある
いは凹型に変形することは避けられない。そして、その
ようにセル５か変形すると、セルギャップが部分的に異
なることになるので、色むらが生じてしまう。また、セ
ル５の変形によってその接着部が損傷することもある。このようなセル５の変形を防止するために、セル５の内
部にビーズを散在させることも行われているが、そのよ
うにすると、そのビーズが逆に色むらの原因になったり
する。また、従来のような光学素子１では、セル５が大きくな
ると、内部に封入された分散体４の静水圧のためにセル
５の下部が膨らむので、同様に色むらか生じてしまう。更に、媒質３の粘度が低い場合には、セル５内のわずか
な温度差によっても分散体４か対流を起こし、それに伴
って粒子２の密度が局部的に変化するために、やはり色
むらが生じるという問題かある。また、従来のように単にセル５内に分散体４を封入した
ものでは、粒子２が自由に移動して電極７に直接接触す
るので、電界を長時間連続して印加したりオン・オフを
繰り返したりすると、粒子２が電極表面に凝集して斑点
模様ができ、透過率が変化したり色むらが生じたりする
。このような問題のために、この光学素子は、安価である
にもかかわらず、未だ実用化されるに至っていない。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、色むらや粒子の凝集が発生することが
少なく、耐久性に優れ、しかも製作の容易なこの種の光
学素子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、媒質中に異方
性粒子を分散させた分散体を、連続した微細な空隙を有
する透明な支持体に保持させ、その支持体をセル内の電
極間に配置するようにしている。これを、本発明による光学素子の一実施例を示す第１図
を用いて、より詳細に説明する。第１図から明らかなように、この光学素子１０は、従来
のものと同様なセル１１を備えている。すなわち、その
セル１１は、透明板からなる２枚の電極支持板１２．１
２を小間隔をおいて互いに向かい合わせ、その周囲をス
ペーサ１３によって密封したもので、各電極支持板１２
．１２の内面には透明電極１４．１４が配置されている
。こうして、外部電源１５により、その電極１４．１４
を通してセル１１内に交流あるいはパルス波の電界が印
加されるようになっている。セル１１内の電極１４．１４間には、両端が外部に間口
する連続した多数の微細な空隙１６．１６．・・・を有
する透明な支持体１７が配置されている。その支持体１
７の空隙１６内には、形状的あるいは光学的に異方性の
粒子１８を媒質Ｉ９中に分散させた分散体２０が保持さ
れている。粒子１８は電界によって配向する従来と同様のものであ
り、媒質１９も透明で電気的に絶縁性の従来と同様のも
のである。支持体１７としては、連続気泡を有する多孔質の高分子
物質や海綿状物質、あるいはガラス繊維布や不織布等の
繊維状物質などを用いることができる。支持体１７に求
められる機能は、光を透過すること、空隙１６が分散体
２ｏを収容し得る大きさであること、空隙１６が独立し
ておらず連続していること、しかもその両端が外部に間
口していること、電界強度を低下させないように電気的
に絶縁性であること、分散体２ｏを保持するのに必要な
だけの強度を有すること、及び分散体２０と化学反応を
起こして支持体１７あるいは分散体２０のいずれかを変
質させるようなことのないことである。支持体１７は、必ずしも空中において透明である必要は
なく、空隙１６内に分散体２ｏを保持した状態で透明で
あればよい。あるいは、第３の液体を保持させることに
よって透明化することができるものであれば、その液体
を保持した状態で支持体として用いることができる。例
えば、ガラス繊維体は、空中においては乱反射のために
白っぽく見えるが、水が繊維間に含浸した状態では乱反
射が生じないので透明となる。また、寒天のようなゼラ
チンは、乾燥した状態では白いが、水を含むと透明にな
る。したがって、水の代わりに透明で電気的に絶縁性の
液体を用いれば、これらを本発明でいう支持体とするこ
とができる。ここで、透明とは光が透過することを意味し、無色とい
つことを意味するものではない。支持体１７は光学的に不透明であってはならないが、無
色である必要はない。光が透過しさえすれば、着色され
ていてもよい。例えば、青色の光を吸収する粒子１８を
分散させた分散体２０を赤色の支持体１７に保持させ、
電界をオン・オフすれば、紫色と赤色とに色変化する光
学素子を得ることができる。また、支持体１７は均一に
透明であることが望ましいが、光学素子１０の用途によ
っては必ずしもそうでなくてもよい。支持体１７の空隙１６は、粒子１８よりも大きくなけれ
ばならないが、分散体２０の移動が容易に起こるような
大きさであってはならない。望ましい空隙１６の大きさ
は、分散媒質１９の粘度によって異なるが、−船釣には
平均直径が粒子１８の５倍から５００倍のものがよい。支持体１７の空隙１６は両端が外部に間口しているので
、その空隙１６内に分散体２０を保持させるためにはい
くつかの方法を用いることができる。例えば、分散体２
０の粘度が低い場合には、支持体１７に含浸させること
ができる。また、分散体２０の粘度が高い場合には、加
圧含浸させたり塗り込んだりすることができる。その場
合、支持体１７と分散体２０とがなじみの悪いものであ
れば、支持体１７を酸あるいはアルカリで洗浄して表面
を活性化させたり、分散体２０に界面活性剤を添加した
りすればよい。また、あらかじめなじみをよくするため
の処理を施した支持体１７を用いるようにしてもよい。支持体１７は、あらかじめ分散体２０を保持させた後、
電極１４．１４間に挟むようにしてもよく、あるいは、
電極１４．１４間に配置した後、その支持体１７に分散
体２０を染み込ませるようにしてもよい。電極１４と分散体２０を保持させた支持体１７との間に
は、第１図に示されているように、電気的に絶縁性の透
明物質２１を配置することが望ましい。その物質２１は
、絶縁性であると同時に誘電率の大きいものであるとよ
い。そのような絶縁性物質２１としては、石英、窒化けい素
、チタン酸バリウム等の無機物や、ポリスチレン、４ふ
つ化エチレン等の高分子化合物が挙げられる。これらの
絶縁性物質２１は、電極１４にコーティングしてもよい
し、その物質２１からなるフィルムを電極１４と支持体
１７との間に単に挟み込むようにしてもよい。コーティングの方法には、蒸着やスパッタ等のほか、ス
プレーコーティングやはけ塗りなどがあり、物質２１の
種類に応じて適当な方法を採用することができる。

【作用】

このように構成することにより、粒子１８を分散させた
分散体２０は支持体１７の空隙１６内に保持される。そ
して、その空隙１６は微細で流路抵抗が大きいので、分
散体２０は実質的に空隙１６内に閉じ込められる。特に
空隙１６の平均直径が粒子１８の５〜５００倍に抑えら
れていれば、分散体２０はほとんど移動しない。しかも、静水圧による高さ方向の圧力差もほとんど生じ
ない。したがって、粒子１８がその位置から移動するこ
とが防止される。従来の光学素子における色むらや粒子
の凝集は、粒子がその大きさに比べて長距離にわたり移
動することに原因がある。本発明によれば、上述のよう
に粒子１８の移動が防止されるので、そのような欠点が
現れない。一方、支持体１７の空隙１６は粒子１８よりは大きいの
で、粒子１８はその空隙１６内で回転することはできる
。したがって、電極１４゜１４を通して交流あるいはパ
ルス波の電界を印加すると、多数の粒子１８，１８．・
・・が−斉にその電界と平行な方向、すなわちセル１１
の厚さ方向に配向する。そして、分散体２０を保持した
支持体１７は透明であるので、それによって厚さ方向に
は光が透過しやすくなり、光学素子１０は透明となる。また、電界の印加を停止すると、粒子１８，１８．・・
・はブラウン運動によってランダムな方向を向き、光学
素子１０は不透明となる。前述したように、この光学素子１０は、セル１１内への
分散体２０の注入という操作によらずに製作することが
できる。しかも、セル１１内に収容される支持体１７に
よってセル１１の形状が保持される。その場合、支持体
１７はセル１１を全面において支持するので、その形状
保持効果は大きい。したがって、製作時あるいは使用時
におけるセル１１の変形が確実に防止される。また、粒子１８の凝集は電極１４の表面でも生ずる。そ
の凝集は、電極１４付近の粒子１８が、電界が印加され
てごくわずかに振動する際に電極１４に接触し、電荷の
移動が起こることに原因があると考えられる。したがっ
て、電極１４と支持体１７との間に絶縁性物質２１を配
置しておけば、そのような電極表面での凝集も確実に防
止することができる。その場合、絶縁性物質２１を誘電
率の大きいものとしておけば、その絶縁性物質２１中に
おける電位降下も小さく抑えることができる。

【実施例】

以下、本発明による光学素子を実際に製作して試験した
実施例を、比較例とともに説明する。（比較例１）厚さ３ｍｍの透明ガラスの片面に、透明電極膜（ＩＴＯ
膜）を２０００オングストロームの厚さにスパッタ成膜
した。そのガラスを２枚用意し、ＩＴＯ膜が内側になる
ようにして互いに向かい合わせ、スペーサとして厚さ　
０．１ｍｍのデュポン社製高分子樹脂マイラーを使用し
て、エポキシ系接着剤でセルギャップ０．１ｍｍのセル
を作製した。セルの外寸は縦５０ｍｍｘ横５０ｍｍであ
り、内寸は縦４０ｍｍｘ横４０ｍｍである。ＩＴＯ膜の
端部に導電性接着剤でリード線を接合し、そのリード線
を交流１００Ｖの商用電源にスイッチを介して接続した
。一方、へロカーボンブロダクツ社製のへロカーボンオイ
ル＃０．８／１００を７５重量部、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コポリマーを２
５重量部、混合して混合液を得た。そして、その混合液
を分散媒質とし、異方性粒子としての重硫酸シンコニジ
ンの過よう化物の微粒子を重量濃度で０．３％になるよ
うに添加して、振どう機で２４時間分散させ、均一な分
散液を得た。この分散液を上述のセル内に注入して、商用電源から交
流電圧を印加した。セルは青色であるが、電圧を印加すると透明に変化した
。この状態を続けたところ、５０分後には筋状の色むら
が発生し、１時間２０分後には凝集が起きて斑点が現れ
た。そして、斑点は時間の経過とともに大きさ及び数が
増し、３時間後にはセルの全面に凝集が発生した。（比較例２）へロカーボンブロダクツ社製のへロカーボン（Ｏ，Ｓ）
を７５重量部、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コポリマーを２５重量部、混合して
混合液を得た。得られた混合液を分散媒質とし、その媒
質に異方性粒子としての過よう化無水グリシンの微粒子
を０．３重量％になるように添加して分散させた。そして、その分散液を比較例１と同じセルに注入した。比較例１と同様に交流電圧を印加したところ、電圧を印
加してから２時間５分後に色むらが発生し、２時間５０
分後には斑点が発生し始めた。そして、４時間４０分後
にはセルの全面に凝集が発生した。（実施例１）直径５〜２４ミクロンの長繊維ガラスからなる厚さ０．
１５ｍｍのガラスペーパーを、真空炉内において圧力１
０Ｔｏｒｒ、温度５００℃で　１時間加熱して、バイン
ダを除去した後、希塩酸溶液に　１時間浸し、次いで水
洗して乾燥させた。そして、そのガラスペーパーを縦４
０ｍｍＸ横４０ｍｍに切断し、それに比較例１の分散液
を含浸させた。このガラスペーパーを、比較例１と同じＩＴＯ膜をスパ
ッタした縦５０ｍｍ、横５０ｍｍの２枚の透明ガラス板
間に挟んで横置きした。このとき、ガラスペーパーに含
浸した分散液は漏れなかったので、シールは行わず、平
板上に置いたガラス板の上にガラスペーパーを重ねて置
き、更にその上にもう１枚のガラス板を重ねて置いた。この状態で、電界強度を一定にするために１５０■の交
流電圧を印加した。この場合には、電圧を印加してから５０時間経過した後
でも色むらや凝集は発生しなかった。（実施例２）比較例２の分散液を用いた以外は実施例１と同じ方法及
び条件で試験した。この場合にも、電圧を印加してから５０時間経過した後
においても色むらや凝集は発生しなかった。（実施例３）長繊維ポリエステル製の厚さ０．１５ｍｍの不織布に比
較例１の分散液を含浸させ、それ以外は実施例１と同じ
方法及び条件で試験した。１５０■の電圧を印加してから５０時間経過後も、色む
らや凝集は発生しなかった。（実施例４）実施例１のＩＴＯ膜の上に、石英を２０００オンゲスト
ロームの厚さにスパッタコーティングした。そして、そ
れ以外は実施例１と同じ方法及び条件で試験をした。この場合には、より長時間電圧の印加を続けてみたが、
電圧を印加してから１００時間経過しても、色むらや凝
集は発生しなかった。なお、以上の説明では透過型の光学素子についてのみ説
明したが、本発明はこれに限らず、反射型の光学素子に
も用いることができる。

【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、連続
した微細な空隙を有する支持体に、粒子を分散させた分
散体を保持させるようにしているので、粒子の長距離に
わたる移動が規制されるようになり、粒子密度の局部的
変化による色むらや凝集の発生を防止することができる
。また、製作時には支持体を電極間に挟むだけでよく、
分散体をセル内に注入する必要がなくなるので、内外圧
力差によるセルの変形を防止することができる。しかも
、支持体によってセルが内面から支持されるようになる
ので、外力等によるセルの変形も防止することができる
。更に、静水圧による高さ方向の圧力差もほとんど生じ
ないので、大形のものとすることも可能となる。こうして、長時間の使用に耐え、製作も容易で安価な光
学素子を得ることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による光学素子の一実施例を示す縦断
面図、第２図は、従来の光学素子を示す縦断面図である。 ○・・・光学素子４・・・電極７・・・支持体９・・・媒質１・・・絶縁性物質１１・・・セル１６・・・空隙１８・・・粒子２０・・・分散体第２図第図

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して
前記粒子の配向を変えることにより光の透過率あるいは
反射率を制御するようにした光学素子において；前記分散体を、両端が外部に間口する連続した空隙を有
する電気的に絶縁性の透明な支持体の前記空隙内に保持
させ、その支持体を前記電極間に配置したことを特徴とする、光学素子。
（２）前記支持体が、平均直径が前記粒子の５〜５００
倍の空隙を有する多孔質物質あるいは繊維状物質である
、請求項１記載の光学素子。
（３）前記電極と支持体との間に電気的に絶縁性の透明
物質が配置されている、請求項１又は２記載の光学素子。