JPH06250236A

JPH06250236A - 調光装置

Info

Publication number: JPH06250236A
Application number: JP5032345A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Saito; 靖弘斉藤; Hiroaki Tada; 弘明多田; Masato Hyodo; 正人兵藤; Haruo Okuda; 晴夫奥田; Hideo Takahashi; 英雄高橋
Original assignee: Ishihara Sangyo Kaisha Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Current assignee: Ishihara Sangyo Kaisha Ltd; Nippon Sheet Glass Co Ltd
Priority date: 1993-02-23
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】応答時間を短縮し、透過率を広い範囲で制御
することが可能な調光装置を提供する。【構成】微粒子を分散含有する誘電体と、前記誘電体
に電界を印加するための一対の透明導電膜とからなる調
光装置であり、前記誘電体を構成する微粒子は、平均粒
径の小さい微粒子Ｓと平均粒径の大きい微粒子Ｌとが混
合された微粒子からなる。

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、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
費の少なくとも２５％は、光または熱として窓から流入
あるいは流出するものである。従って、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伴い、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】このような要望に応えるべく、従来から太
陽光の透過率または反射率を電気的に制御して冷暖房負
荷の軽減を図る等のための調光装置の開発が行われてき
ており、調光装置への応用を目的として、いくつかの電
気磁気光学装置の開発が行われてきている。

【０００４】このような調光装置としては、早くから酸
化タングステン、酸化モリブデン、酸化ニッケル等の電
気化学的発色材料を用いたエレクトロミック素子（以下
「ＥＣ素子」という）が注目され、多方面で精力的な研
究が続けられてきた。そして、最近では眼鏡、自動車ミ
ラー等の小型のガラス製品に実用化されるまでに技術も
向上してきた。

【０００５】しかしながら、これらのものは電流駆動型
であるため電圧降下を生じ、大面積化した場合に応答速
度が著しく低下するほか、長時間通電中に生じる構成材
料の電気化学的変化等による変質が避けられず、小面積
のＥＣ素子技術の延長で大面積のＥＣ素子を実現するこ
とは、きわめて困難であることが判明してきた。

【０００６】そこで、このような電流駆動型のＥＣ素子
に代わるものとして、電圧駆動型の調光装置が注目され
るようになった。電圧駆動型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
（例えば特開昭６３−３０３３２５号、特開昭６４−３
８７３２号等）。このＤＰＳ素子は、基本的には針状、
板状等の形状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、電界印加の有無により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。このＤＰＳ
素子は、１９６０年代の半ば頃から知られており、これ
に関する特許も幾つかなされている〔例えば米国特許第
３２５７９０３号（エイ・エム・マークス）、特開昭５
１−６９０３８号（ビー・ディー・ボストウイック）
等〕。

【０００７】さらに、微粒子が電界方向と平行方向に棒
状の微粒子集合体（以下「鎖状体」という）を形成する
分散体を用いれば、光吸収に関与する微粒子が著しく減
少することから、微粒子の配向のみによるよりもさらに
大きな透過率変化を得ることができる（例えば実開平３
−１４６２５号）。

【０００８】この分散体を用いたＤＰＳ素子の調光性能
を向上させる上で重要となる因子は、微粒子の鎖状体形
成である。すなわち、微粒子の鎖状体形成がギャップ方
向にわたって速やかに、かつ均一に形成されるほど応答
速度が良好で、しかも透過率変化幅の大きい調光装置を
得ることができる。微粒子の鎖状体形成は、１９４０年
代に米国のウインズロによって見い出されたもので、電
界印加時に微粒子に誘起双極子モーメントが形成し、双
極子モーメント間の相互作用によって起こるものとされ
ている。その誘起双極子モーメントの大きさは、微粒子
の体積に比例することが電磁気学により知られている。
従って、粒径が大きい微粒子を用いることにより鎖状体
形成が促進され、透過率変化幅が大きく、応答速度の良
好な調光装置を得ることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、微粒子
の粒径を大きくするとストークスの法則に従って微粒子
の沈降速度が増大し、また各微粒子が相互に絡み合うこ
とにより、鉛直方向での色むら、透過率変化幅の減少及
びスイッチング作用の悪化を招くという問題点が生じ、
長期間安定な調光性能が得られなくなる。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みなさ
れたものであって、応答時間を短縮し、透過率を広い範
囲で制御することが可能な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、本発明は微粒
子を分散含有する誘電体と、該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、前記誘
電体を構成する微粒子は、平均粒径の小さい微粒子Ｓと
平均粒径の大きい微粒子Ｌとが混合された微粒子からな
ることを特徴とする調光装置である。

【００１２】前記各微粒子の平均粒径は、微粒子Ｓの体
積と同体積を有する真球体に換算したときの平均直径
（以下「平均体積径」という）が０．２０μｍ以下の範
囲であり、前記微粒子Ｌの平均体積径が０．４２〜０．
８５μｍの範囲にあることが好ましい。なお、本発明に
おいて微粒子の平均体積径は、電子顕微鏡写真から得ら
れた微粒子の平均体積を、微粒子を真球体と仮定して換
算した場合の粒径をいう。

【００１３】以下、本発明の調光装置を図面に基づいて
詳細に説明する。図１は、電界の作用が解除された場合
（以下「開状態」という）における本発明の調光装置の
光の透過状態を示す図であり、図２は電界が作用した場
合（以下「閉状態」という）における本発明の調光装置
の光の透過状態を示す図である。図１及び図２におい
て、１は基板、２は透明導電膜、３は液体誘電体、４は
微粒子を示している。

【００１４】基板１としては、従来より調光装置として
用いられているものなら、いかなるものも用いることが
でき、特に限定されない。その具体例としては、ソーダ
ライムガラス等のガラス基板の他、ポリエチレンテレフ
タレート等のポリマーを適用することができる。また、
基板１の形状やサイズ等は、必要に応じて適宜決定され
る。

【００１５】透明導電膜２も、従来より調光装置に用い
られているものなら、いかなるものも用いることがで
き、特に限定されない。その具体例としては、ＩＴＯ膜
やＳｎＯ₂膜等を挙げることができる。また、その膜厚
についても特に限定はないが、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
一例を挙げれば、ＳｎＯ₂膜で１８０ｎｍである。

【００１６】異方性微粒子を分散含有せしめる液体誘電
体３としては、高絶縁性かつ高耐候性を有するものであ
って、微粒子のブラウン運動がほどよく行える程度の粘
性を有し、かつ微粒子４の液体誘電体３中での沈降抑制
効果のあるものであればいかなるものも用いることがで
き、特に限定されない。それを実現できる粘性の具体的
な範囲は、０．６５〜１０００ＣＳｔである。そのよう
な粘性を有するものの中でも、調光装置の使用温度範囲
が−４０〜８０℃であることを考慮すると、オルガノジ
メチルシロキサン系液状ポリマーが好ましい。

【００１７】微粒子４としては、その液体誘電体３中の
微粒子が電界印加の作用により鎖状体を形成し、かつ平
均体積径の異なる微粒子からなるものであって、平均体
積径が０．２０μｍ以下の微粒子Ｓ及び０．４２〜０．
８５μｍの範囲にある微粒子Ｌからなる。

【００１８】前記微粒子４を平均体積径の異なる微粒子
で構成するのは、異なる平均体積径の微粒子を混合する
ことにより沈降が抑制され、かつ鎖状体形成を促進する
ことによる。すなわち、平均体積径の小さい微粒子Ｓに
より微粒子の沈降が抑制され、かつ平均体積径の大きい
微粒子Ｌの誘起双極子モーメントが大きいために、小さ
い微粒子Ｓを引き付け鎖状体の形成が促進されることか
ら、応答速度が速くなり、透過率変化幅が大きく優れた
調光性能を長期間維持することができる。

【００１９】また、微粒子Ｓの平均体積径が前述の範囲
より大きくなると、微粒子４の沈降抑制の効果が小さく
なり調光装置に必要とされる１×１０⁵回以上のスイッ
チング寿命が得られ難くなるので好ましくない。また、
微粒子Ｌの平均体積径が前述の範囲よりも小さくなる
と、誘起双極子モーメントが小さくなって鎖状体形成の
促進効果が得られ難くなり、また前述の範囲より大きく
なると、各微粒子が相互に絡み合うことにより鎖状体形
成が阻害され易くなるので好ましくない。

【００２０】また、前記微粒子４は、微粒子Ｌの全微粒
子（Ｓ＋Ｌ）に占める重量比を、０．０１〜０．３の範
囲とすることが好ましい。微粒子Ｌの重量比をこのよう
に限定するのは、微粒子Ｌの割合が０．０１より小さく
なると鎖状体形成の促進効果が全微粒子に及ばなくな
り、また０．３より大きくなると各微粒子Ｌが相互に絡
み合うことにより鎖状体形成が阻害されるためである。

【００２１】微粒子４を構成する物質としては、その懸
濁液が電界の印加により微粒子４の鎖状体を形成するも
のであるれば、いかなるものも用いることができるが、
微粒子の吸収係数が大きい程、より広い範囲で太陽光の
透過率を制御することが可能となるので好ましい。ま
た、微粒子の形状としては形状異方性を有するものが好
ましい。

【００２２】そのような形状異方性微粒子としては、例
えばグラファイト、ＴｉＯ_x、ＴｉＯ_xＮ_y、ＴｉＯ_x被覆
マイカ、ＴｉＯ_xＮ_y被覆マイカ、金属被覆マイカ等が挙
げられる。

【００２３】前記ＴｉＯ_x中のｘの範囲としては、１≦
ｘ≦２が好ましいが、吸収係数の点を考慮すれば１．４
０≦ｘ≦１．８０の範囲であることがさらに望ましい。
これを吸収係数で表せば、５×１０³ｃｍ^ー1、さらには
１×１０⁴ｃｍ^-1以上であることが好ましい。

【００２４】また、ＴｉＯ_xＮ_y中のｘ＋ｙの範囲として
１．３７≦ｘ＋ｙ≦１．９５、ｙの範囲として０．１５
≦ｙ≦０．９２であるのが吸収係数の点から好ましい。
この組成範囲で吸収係数は５×１０³ｃｍ^-1以上に達す
る。

【００２５】これらの微粒子は、必ずしも形状異方性を
有する必要はなく、異方性が小さいか、あるいは無い場
合でもそれらの懸濁液が微粒子の鎖状体を形成するもの
であれば使用することができる。また、前記微粒子が形
状異方性を有する場合は、微粒子の鎖状体が細くなるた
めに、広い範囲で透過率を制御することができる。

【００２６】また、微粒子４が磁性を示し、液体中に分
散させた場合に磁場方向に微粒子の鎖形状を形成するも
のについても、平均体積径の異なる微粒子を混合するこ
とにより、本発明の調光装置と同様、平均体積径の大き
い微粒子が核となって鎖状体形成が促進され、調光性能
が向上することが容易に類推される。この場合、微粒子
の鎖状体は磁場を印加することによって形成される。

【００２７】また、微粒子４を液体誘電体３に分散させ
た場合の微粒子濃度は、重量分率で０．５〜１０％の範
囲にあるのが好ましい。

【００２８】微粒子４に電界を作用させる手段として
は、従来よりこの種の調光装置において使用されている
ものならばいかなるものも用いることができ、特に限定
されない。電界の強さは電極間隔に逆比例するから、電
極間隔が狭いほど同じ電界強度を得るのに必要な電圧が
低くて済む。この点から、電極間隔は５〜１００μｍの
範囲とするのが好ましい。印加する電圧は、液体誘電体
３の粘度及び微粒子４の棒状集合体形成能によって異な
るが、通常は１０⁴Ｖｃｍ^-1以上の電界で十分である。

【００２９】本発明の調光装置の製造方法としては、従
来よりこの種の調光装置の製造に用いられている公知の
方法を採用することができる。例えば、微粒子を分散媒
に添加、攪拌して微粒子懸濁液を調整し、この微粒子懸
濁液にビーズ状微粒子をスペーサーとして添加した後、
基板の透明導電膜上に滴下し、そしてもう一枚の透明導
電膜付き基板で挟持させることによって作製することが
できる。この場合、基板間距離はスペーサーの直径によ
って決定される。

【００３０】

【作用】本発明の調光装置は、平均体積径の異なる微粒
子を混合したものからなり、平均体積径の小さい微粒子
Ｓにより沈降速度が抑制され、かつ平均体積径の大きい
微粒子Ｌが核となって鎖状体形成を促進することから、
応答速度が向上し、透過率変化幅の大きい優れた調光性
能を長期にわたって維持することができる。

【００３１】

【実施例】以下、実施例に基づいて本発明をさらに詳細
に説明するが、本発明はかかる実施例によって限定され
るものではない。

【００３２】（実施例１〜４及び比較例１、２）表１に
示すＴｉＯ_xＮ_y微粒子ＳとＴｉＯ_xＮ_y微粒子Ｌを重量比
（Ｌ／（Ｓ＋Ｌ）で表す）が０．１の割合で混合した
後、ペイントシェーカーを用いてポリジメチルシロキサ
ン（粘度２０ＣＳｔ）に分散させ、微粒子濃度３％の懸
濁液を得た。この懸濁液にビーズ状スペーサー（平均粒
径２５μｍ）を添加し、よく混合したものを透明導電膜
付きガラス基板（面積抵抗２００Ω／口）上に滴下し、
これを対向ガラス基板で挟んで調光装置（セル）を作製
した。

【００３３】このようにして得られたセルについて、開
状態及び閉状態（交流４０Ｖ×６０Ｈｚの電界を印加し
たとき）の可視光透過率変化幅（以下「△Ｔ」という）
を測定した。その結果を表１に示す。

【００３４】得られた結果は、△Ｔ＝４９．９％であっ
た。また、電界を印加してから△Ｔの９０％にあたる透
過率変化を得るのに要する応答時間をＲＴとした場合
に、ＲＴ＝３．８秒であった。

【００３５】また、セル中の微粒子の挙動を観察したと
ころ、まず微粒子Ｌが電界方向に配向し、それを中心に
微粒子Ｓが集合して鎖状体が形成されており、微粒子Ｌ
が核となって鎖状体形成を促進していることが確認でき
た。電圧を印加時間２秒、非印加時間２０秒で繰り返し
電界を印加をしたところ、１×１０⁵回まで凝集や沈降
が無く良好なスイッチング寿命を確認することができ
た。

【００３６】一方、表１に示す比較例１、２の微粒子に
おいて、△Ｔはそれぞれ２６．５％及び３５．５％であ
った。比較例２の微粒子では、形成された鎖状体が短
く、平均体積径が小さいために鎖状体が形成されにくく
なっている様子が顕微鏡により確認された。また、ＲＴ
＝５．４秒であった。比較例１の微粒子では、微粒子が
下方向に沈降し、各微粒子が相互に絡み合うために鎖状
体が形成されにくくなっている様子が確認された。

【００３７】また、実施例２〜４のように、比較例２の
微粒子に平均体積径が０．８２μｍ、０．８５μｍ及び
０．６９μｍからなる微粒子をそれぞれ混合した場合に
ついても、△Ｔはそれぞれ５０．２、４８．０及び４
５．４といずれも向上することが確認された。

【００３８】

【表１】

【００３９】（実施例５、６及び比較例３、４）表２に
示す実施例５、６及び比較例３、４のＴｉＯ_xＮ_y微粒子
を用いて、実施例１と同様にして調光装置を作製し△Ｔ
を測定した。

【００４０】比較例３のように、平均体積径が０．１３
μｍの微粒子を単独で用いた場合の△Ｔが２０．３％で
あったのに対して、実施例５のように比較例３の微粒子
と平均体積径が０．４２μｍの微粒子とを混合すること
により、△Ｔが４２．１％に向上することが確認され
た。また、実施例６及び比較例４から、平均体積径が
０．２０μｍの微粒子Ｓと０．４２μｍの微粒子Ｌとを
混合することにより、０．２０μｍの微粒子Ｓを単独で
用いた場合より△Ｔが向上することも確認された。

【００４１】以上の結果より、平均体積径が０．２０μ
ｍ以下の微粒子Ｓと０．４２〜０．８５μｍの範囲にあ
る微粒子Ｌを混合することにより、△Ｔが向上すること
が確認された。

【００４２】

【表２】

【００４３】（実施例７）実施例１に示した微粒子Ｓと
微粒子Ｌの重量比（Ｌ／（Ｓ＋Ｌ））を０．０１〜０．
３の範囲で変更したほかは、実施例１と同様にして調光
装置を作製し、△Ｔを測定した。その結果を図３に示
す。

【００４４】図３から明かなように、重量比（Ｌ／（Ｓ
＋Ｌ））がおよそ０．０１〜０．３の範囲で△Ｔの増加
が見られた。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の調光装置
は、平均体積径の異なる２種類の微粒子を混合したもの
を用いているために応答時間が短縮され、透過率を広い
範囲で制御することができ、かつその性能を長期にわた
って維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の調光装置の閉状態における光の透過状
態を示す説明図

【図２】本発明の調光装置の開状態における光の透過状
態を示す説明図

【図３】本発明の実施例７における重量比と△Ｔの関係
を示す説明図

【符号の説明】

１基板２透明導電膜３液体誘電体４微粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者兵藤正人大阪府大阪市中央区道修町３丁目５番11号日本板硝子株式会社内 (72)発明者奥田晴夫三重県四日市市石原町１番地石原産業株式会社四日市事業所内 (72)発明者高橋英雄三重県四日市市石原町１番地石原産業株式会社四日市事業所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】微粒子を分散含有する誘電体と、該誘電
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
置において、前記誘電体を構成する微粒子が平均粒径の
小さい微粒子Ｓと平均粒径の大きい微粒子Ｌとが混合さ
れた微粒子からなることを特徴とする調光装置。
【請求項２】前記微粒子Ｓの平均粒径が、該微粒子Ｓ
の体積と同体積を有する真球体に換算したときの平均直
径で０．２０μｍ以下の範囲であり、前記微粒子Ｌの平
均粒径が、該微粒子Ｌの体積と同体積を有する真球体に
換算したときの平均直径で０．４２〜０．８５μｍの範
囲である請求項１に記載の調光装置。
【請求項３】前記微粒子Ｌの全微粒子に占める割合が
０．０１〜０．３重量比である請求項１または２に記載
の調光装置。
【請求項４】前記微粒子のうち、少なくとも微粒子Ｓ
が光吸収性の微粒子である請求項１ないし３のいずれか
に記載の調光装置。
【請求項５】前記微粒子がグラファイト、ＴｉＯ
_x（１≦ｘ≦２）、ＴｉＯ_xＮ_y（１．３７≦ｘ＋ｙ≦
１．９５、０．１５≦ｙ≦０．９２）、ＴｉＯ_x被覆マ
イカ（１≦ｘ≦２）、ＴｉＯ_xＮ_y被覆マイカ（１．３７
≦ｘ＋ｙ≦１．９５、０．１５≦ｙ≦０．９２）、金属
被覆マイカからなる群から選ばれた少なくとも１種の微
粒子である請求項１ないし４のいずれかに記載の調光装
置。