JPH0545679A - 調光装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異方性微粒子の分散安定性に優れ、信頼性の
高い、光透過率制御性能に優れた調光装置を提供する。 【構成】 DPS 素子の誘電体に分散含有される異方性微
粒子として、ポリマーがグラフト化されたグラファイト
微粒子を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は調光装置に関する。さら
に詳しくは、信頼性が高く、光透過率制御性能に優れた
調光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年オフィスビルが高層化し、しかも窓
が大型化しており、オフィスビルにおけるエネルギー消
費量の少なくとも25％は、光または熱として窓から流入
または流出するものである。したがって、エネルギーの
有効利用という観点から、大面積の調光装置の開発が望
まれている。また、モータリゼーションの興隆による乗
用車数の増大、それに加えて乗用車の高級化にともな
い、ほとんどの車にクーラーが搭載されている現在、エ
ネルギーの有効利用という観点から、乗用車の窓に適し
た調光装置を開発することも望まれている。

【０００３】このような要望にこたえるべく、従来から
太陽光に対する吸光度または反射率の電気的、磁気的制
御により冷暖房負担の軽減を可能にする、いわゆる調光
装置への応用を目的として、いくつかの電気磁気光学素
子の研究が行われてきている。

【０００４】従来から研究されている調光装置の一つと
してエレクトロクロミック素子（以下、EC素子という）
を用いたものが知られている（シー・エム・ラムパート
(C.M.Lampert) 、ソーラ・エナジー・マテリアル(Solar
Energy Mater.) 、第６巻、第１号(1981)）。このEC素
子を用いた調光装置は、酸化タングステン膜の電気化学
的な酸化還元反応にともなうスペクトル変化を利用する
ものである。すなわち、タングステンブロンズの可視-
近赤外領域の光に対する大きな吸収または反射を利用し
て調光を行なう。

【０００５】他の調光装置としては、異方性双極子微粒
子を液体誘電体中に分散させた懸濁液（以下、DPS 素子
という）を用いたものが知られている。このDPS 素子
は、基本的には針状、板状などの形状の異方性を有する
微粒子を液体誘電体中に分散させた懸濁液を、透明導電
膜付きガラス基板に挟んだもので、電界の有無に応じて
分散された微粒子の配向が異なることによる光透過率変
化を利用するものである。すなわち、電界を作用させる
と微粒子は長軸を電界に平行にそろえて配向し、光がよ
く透過する状態（開状態）となり、その逆に電界の作用
を解除するとブラウン運動により微粒子の拘束が解かれ
無秩序配向となり、光が透過しない状態（閉状態）とな
ることを利用するものである。電気光学装置のこの状態
変化をスイッチング作用という。

【０００６】このDPS 素子を用いた電気光学装置は、19
60年代の終わり頃から利用されはじめ、これに関する特
許もいくつか出願されている（たとえば、米国特許3,25
7,903 号明細書(1966)）。

【０００７】これらの電気光学装置は、前述のごとく電
界の下で光透過率が変化するので、調光装置として利用
できる。この調光装置を用いると、電気的制御により太
陽光の透過率および（または）反射率を変えることがで
きるので、窓からの光または熱の流入、流出を制御する
ことができる。その結果、冷暖房負荷の軽減を図ること
が可能になる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、EC素子
を用いた電気磁気光学装置では、EC素子が電流駆動型で
あるためにIRドロップが生じ、大面積化したばあいに応
答速度がいちじるしく低下するという問題がある。その
他に、EC素子は低温では実質的に作動しないという作動
原理に起因する問題もある。これらの問題は、EC素子を
用いた電気光学装置を、大面積調光装置に利用するばあ
いに大きな障害となる。

【０００９】一方、DPS 素子を用いた調光装置は、電界
駆動型であるために大面積化が比較的容易であり、しか
もEC素子を用いた調光装置が抱えているような問題もな
い。さらにエイ・エム・マークス（A.M.Marks）が前記
米国特許の中で提案しているグラファイト微粒子は、光
吸収能が大きいために前記開状態と閉状態の間の光透過
率の差が大きく、調光装置への応用には好都合なもので
ある。しかしながら、前記グラファイト微粒子は液体中
に分散しにくいため、沈降しやすく長期にわたる使用が
難しく、導電率が大きいために漏れ電流が発生しやすい
という問題点があった。

【００１０】本発明はグラファイト微粒子を使用したDS
P 素子の前記問題点を解決するためになされたものであ
って、微粒子の分散性が良好であるとともに、信頼性の
高い調光装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、異
方性微粒子が分散含有された誘電体と、前記誘電体に電
界を印加するための一対の電極とからなる調光装置であ
って、前記異方性微粒子がポリマーがグラフト化された
グラファイト微粒子からなることを特徴とする調光装置
に関する。

【００１２】

【作用】本発明の調光装置は、電界を作用させたときと
解除させたときとで異方性微粒子の配向状態を変化さ
せ、光の透過率を制御するものであるが、本発明は表面
がポリマーからなる異方性微粒子を用いているため、分
散媒中の分散性が向上し、異方性微粒子の凝集および沈
降が防止され、長期にわたって高い調光性能を維持でき
る。

【００１３】また、前記異方性微粒子は、ポリマーによ
り適当に絶縁されていることから、調光装置の信頼性が
改善される。

【００１４】

【実施例】本発明の調光装置の一実施例を図１に基づい
て説明するが、本発明はかかる実施例にのみ限定される
ものではない。図中、１はガラス基板、２は透明導電
膜、３はグラファイト微粒子、４はグラフトポリマー、
５は分散媒を示す。

【００１５】ガラス基板１としては、従来より電気光学
装置に用いられている、いかなる材質のものを用いても
よく、とくに限定はないが、具体例としては、たとえば
ソーダライムガラスなどがあげられる。ガラス基板１の
形状およびサイズは、必要に応じて適宜決定される。

【００１６】電極となる透明導電膜２は、従来より電気
光学装置において誘電体に電界を印加するために用いら
れている、いかなるものを用いてもよく、とくに限定は
ないが、具体例としては、たとえばＳｎＯ₂ 膜、ITO 膜
などがあげられる。またその膜厚ついてもとくに制限は
ないが、調光装置の反射率が最小となるように光学的に
調整された膜厚が好ましい。その一例をあげると、Ｓｎ
Ｏ₂ 膜で180nm である。

【００１７】本発明の調光装置には、異方性微粒子とし
てポリマーがグラフト化されたグラファイト微粒子３が
用いられる。すなわち、異方性微粒子はグラフトポリマ
ー４を有する。

【００１８】グラファイト微粒子には、前記のようにポ
リマーがグラフト化されているため、分散媒がグラフト
ポリマーの良溶媒となるようにグラフトポリマーを適宜
選択することにより、グラファイト微粒子の分散安定性
を向上させることができる。前記分散安定性の向上は、
グラフトポリマー間の容積制限効果およびグラファイト
微粒子間のファンデルワールス引力の減少に起因するも
のである。

【００１９】また、グラファイト微粒子は、結晶性のよ
いものでは、室温で２Scm^-1という高い導電率を有す
る。したがって、グラファイト微粒子をそのまま用いた
ばあいは漏れ電流の原因となる。しかし、本発明ではポ
リマーがグラフト化されているため、漏れ電流の防止効
果がえられ、信頼性が高くなる。

【００２０】前記グラファイト微粒子３は光吸収能の大
きい材料であり、そのアスペクト比は５以上で、長軸の
粒子径が0.5 μｍ以下のものが好ましい。

【００２１】前記グラフトポリマー４としては絶縁性の
高いものが好ましく、その中でもポリオルガリシロキサ
ンが好ましい。前記ポリオルガノシロキサンの具体例と
しては、たとえばポリジメチルシロキサンなどがあげら
れる。

【００２２】前記ポリマーがグラフト化されたグラファ
イト微粒子の製法としては、たとえばグラファイト微粒
子の表面を有機溶媒中でアルキルリチウムなどによって
メタル化し、ついで環状シロキサンなどを加えて、加
熱、撹拌することにより重合およびグラフト化を同時に
行なう方法があげられる。

【００２３】本発明の調光装置において、前記異方性微
粒子は分散媒５中に分散しており、分散媒５とともに誘
電体を構成している。

【００２４】本発明に用いる分散媒５は、高絶縁性、高
透明性を有し、グラフトポリマー４の良溶媒となるも
の、すなわち親和性の大きいものが好ましい。このよう
な分散媒としては、耐候性にも優れたポリオルガノシロ
キサンが好ましい。前記ポリオルガノシロキサンの具体
例としては、たとえばポリジメチルシロキサンなどがあ
げられる。

【００２５】また、グラフトポリマーがポリオルガノシ
ロキサンのばあい、分散媒としてポリオルガノシロキサ
ンを用いるのが異方性微粒子の分散性の点からとくに好
ましい。

【００２６】本発明の調光装置における電極間距離は、
電界の強さが電極間距離に逆比例するため、小さいほど
必要な電界強度をうるための電圧を低くすることがで
き、通常５〜50μｍである。

【００２７】つぎに、本発明の装置を使用した調光方法
について、図１および図２を用いて説明する。

【００２８】前述の図１は電界が作用したばあいの開状
態を示す断面の説明図であり、図２は電界が作用しない
ばあいの閉状態を示す断面の説明図である。

【００２９】本発明の調光装置は、電界を作用させない
ばあいは、通常図２に示すように異方性微粒子が無秩序
状態となっており、光の透過率は低い。つぎに、透明誘
電膜により異方性微粒子を含有している誘電体に電界を
作用させると、異方性微粒子は図１に示すように長軸が
電界に平行になるように配向し、光の透過率が上昇す
る。さらに、電界の作用を中止すると再び図２のように
異方性微粒子は初期の無秩序状態となり、光の透過率が
低下する。図１のばあいと図２のばあいの光の透過率変
化幅△Ｔが調光性能を示す。

【００３０】なお、電界を作用させる手段としては、従
来よりこの種の電気磁気光学装置に使用されているもの
をとくに制限なく使用しうる。

【００３１】つぎに具体的な実施例に基づいて本発明の
調光装置をさらに詳細に説明するが、本発明はかかる実
施例のみに限定されるものではない。

【００３２】実験例１ ポリジメチルシロキサン- グラフト化グラファイト微粒
子の合成を、メタル化グラファイト微粒子を触媒に用い
るオクタメチルシクロテトラシロキサン（以下、Ｄ₄ と
いう）のアニオン開環重合により行なった。

【００３３】まず、 N,N,N′,N′- テトラエチレンジア
ミン中、0.20g のグラファイト微粒子と1.6mmol のn-ブ
チルリチウムを用いて、室温で３時間撹拌することによ
り、グラファイト微粒子表面の縮合芳香族環をメタル化
した。ついで、この系へ4.78g のＤ₄ を加え、撹拌しな
がら50℃で24時間重合させた。反応後、メタノールを加
えて重合を停止させ、遠心分離によりポリジメチルシロ
キサングラフト化グラファイト微粒子を取り出した。こ
の系でのＤ₄ の重合率を求めたところ、64.3％であり、
グラファイト微粒子へのポリジメチルシロキサンのグラ
フト率を求めたところ、26％であった。

【００３４】えられたポリジメチルシロキサン- グラフ
ト化グラファイト微粒子または未処理のグラファイト微
粒子を、それぞれポリジメチルシロキサン（PDMS、20cS
t ）に添加したのち、デスパーサーで撹拌することによ
り、微粒子濃度0.015 ％の２種類の分散液を調整した。

【００３５】えられた分散液を光学セルに注入し、540n
m の光を照射して濁度の経時変化を測定した。結果を図
１に示す。なお、ポリジメチルシロキサン- グラフト化
グラファイト微粒子を使用したばあいを□、未処理のグ
ラファイト微粒子を使用したばあいを○で示した。

【００３６】図１において、グラフの傾きが小さいほど
分散安定性がよいことを表わしている。図１の結果は、
いずれも濁度の逆数が時間に対して直線的に増加してい
るものの、□の方がその傾きが小さく、ポリジメチルシ
ロキサン処理によって、ポリジメチルシロキサン液中に
おけるグラファイト微粒子の分散安定性が実際に向上し
ていることがわかる。

【００３７】実施例１ 実験例１と全く同じ方法により調整したポリジメチルシ
ロキサン- グラフト化グラファイト微粒子およびスペー
サ剤（粒径24μｍ）をポリジメチルシロキサン液（20cS
t ）に加えて、微粒子濃度 3.0 ％の分散液を調整し
た。この液をシリカ（膜厚500nm ）被覆ITO 膜付きガラ
ス基板に挟んでセルを作製し、電圧を印加または解除し
たときの可視光透過率を測定した。このセルに80Ｖの交
流電圧（200 Hz）を10秒間印加したところ、可視光透過
率は34％から64％に変化し、その光の透過率変化幅△Ｔ
は30％であった。

【００３８】このようにポリジメチルシロキサンをグラ
フト化したグラファイト微粒子を用いることにより、優
れた調光性能がえられることが明らかになった。

【００３９】

【発明の効果】本発明の調光装置においては、異方性微
粒子としてポリマーがグラフト化されたグラファイト微
粒子を用いるため、異方性微粒子の凝集および沈降が抑
制され、優れた光透過率制御性能を長期にわたって維持
することができる。

【００４０】また、グラフトポリマーがグラファイト微
粒子の絶縁材料として機能することから、装置の信頼性
を一段と高めることができる。

【００４１】このことにより、DPS 素子を用いた本発明
の調光装置は建築物および自動車の窓ガラスなどに好適
に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調光装置において、電界が作用したば
あいの光透過状態を示す断面の説明図である。

【図２】本発明の調光装置において、電界が作用しない
ばあいの光透過状態を示す断面の説明図である。

【図３】本発明の調光装置に用いる異方性微粒子の分散
安定性を示すグラフである。

【符号の説明】

１ ガラス基板 ２ 透明導電膜 ３ グラファイト微粒子 ４ グラフトポリマー ５ 分散媒

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坪川 紀夫 新潟市寺尾台三丁目４番15号

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異方性微粒子が分散含有された誘電体
   と、前記誘電体に電界を印加するための一対の電極とか
   らなる調光装置であって、前記異方性微粒子がポリマー
   がグラフト化されたグラファイト微粒子からなることを
   特徴とする調光装置。
2. 【請求項２】 前記ポリマーがポリオルガノシロキサン
   である請求項１記載の調光装置。