JP5900233B2

JP5900233B2 - 調光素子、調光装置、および、それらの駆動方法

Info

Publication number: JP5900233B2
Application number: JP2012175569A
Authority: JP
Inventors: 金子　浩規; 浩規金子; 森　俊介; 俊介森
Original assignee: Hitachi Chemical Co Ltd; Showa Denko Materials Co Ltd; Resonac Corp
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2032-08-08
Also published as: JP2014035385A

Description

本発明は、調光素子、調光装置、および、それらの駆動方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、分散媒中に流動可能な状態で分散した光調整粒子を含む光調整懸濁液を高分子媒体より形成される樹脂マトリックス中に分散してなる調光層を有し、該調光層が透明導電性基板に挟持されてなる調光フィルムであって、低周波数における電界の印加の有無により調光機能を発現する調光フィルムと記載されている（要約参照）。

特開２００８−１５８０４３号公報

特許文献１では、低周波数の電界の印加の有無による調光機能の発現は可能であるが、何れも交流電圧を印加することで透明状態や中間状態に調光駆動するのみであり、高速に透過状態あるいは中間状態から遮光状態へ調光することが難しい。本発明は、高速に透過状態あるいは中間状態から遮光状態へ調光することができる調光素子、調光装置、および、それらの駆動方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の特徴は、例えば以下の通りである。
第１基板および第２基板と、第１基板上であり、第１基板および第２基板の間に形成された第１電極と、第２基板上であり、第１基板および第２基板の間に形成された第２電極と、第１電極および第２電極の間に形成された懸濁液と、第１基板および懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、を備え、懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、第１電極および第２電極に電圧が印加されることにより調光粒子が制御され、第１凹凸形状はテーパー形状を有する調光素子または調光素子を備えた調光装置。

第１基板および第２基板と、第１基板上であり、第１基板および第２基板の間に形成された第１電極と、第２基板上であり、第１基板および第２基板の間に形成された第２電極と、第１電極および第２電極の間に形成された懸濁液と、第１基板および懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、を備えた調光素子の駆動方法であって、懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、第１電極および第２電極に電圧が印加されることにより調光粒子が制御され、第１凹凸形状はテーパー形状を有し、第１電極と第２電極との間に直流電圧を印加して調光素子を遮光状態とする調光素子の駆動方法。

本発明により、高速に透過状態あるいは中間状態から遮光状態へ調光することができる調光素子、調光装置、および、それらの駆動方法を提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は以下の実施形態の説明により明らかにされる。

一実施形態の調光装置の構成及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成及び透過状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び透過状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び透過状態及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び透過状態及び遮光状態を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成の一部を示す概略図である。一実施形態の調光装置の構成を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成を示す概略断面図である。一実施形態の調光装置の構成及び透過状態と遮光状態の中間状態を示す概略断面図である。

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の実施例は本願発明の内容の具体例を示すものであり、本願発明がこれらの実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。また、実施例を説明するための全図において、同一の機能を有するものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。

図１、図２、図３は一実施形態の調光装置の概略図であり、調光装置１０００は調光素子１００と駆動回路２００を有する。調光素子１００は、第１電極１１、第１基板１０、第２電極２１、第２基板２０で構成される。図１では、第１電極１１、第１基板１０、第２電極２１、第２基板２０は平板状（ベタ状）となっている。第１基板１０に第１電極１１が形成され、第２基板２０に第２電極２１が形成される。第１電極１１および第２電極２１は、所定の間隙をもって懸濁液３２を挟持するように配置される。第１電極１１上、つまり、第１電極１１に対して懸濁液３２が形成される側、にはテーパー形状を有する第１凹凸形状１２が配置される。所定の間隙によって形成される懸濁液充填空間には懸濁液３２が満たされている。

懸濁液３２は、調光粒子３１および分散媒３０で構成され、調光粒子３１が分散媒３０に分散されている。本実施例では図２に示すように、第１基板１０の面内法線方向から見て第１基板１０と第２基板２０はずらして重ね合わせてあり、第１電極接続部１１ａおよび第２電極接続部２１ａにより、第１電極１１および第２電極２１が駆動回路２００に接続されている。

本実施例の調光装置は、例えば以下の方法で作製可能である。
まず、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる透明電極を形成したガラス基板を１組作製し、それぞれ第１基板１０、第１電極１１、第１電極接続部１１ａ、第２基板２０、第２電極２１、第２電極接続部２１ａとする。第１電極１１、第１電極接続部１１ａ、第２電極２１、第２電極接続部２１ａのパターニングはフォトリソグラフィの手法で実施される。

図３で示されるように、さらに、第１電極１１上にＵＶ硬化型のアクリル樹脂を塗布し、所望とする第１凹凸形状１２と逆の凹凸形状を持つ金型で成形、ＵＶ光により硬化させることで第１凹凸形状１２が第１電極１１上に形成される。

次に、第１電極１１と第２電極２１が向かい合うようにし、両基板端部の対辺にスペーサビーズ等を含む封着剤を塗布して両基板を接着する（図示しない）。これにより、両基板間に距離が２５μｍである懸濁液３２の懸濁液充填空間が形成される。

懸濁液充填空間には、封着剤で接着していない第１基板１０および第２基板２０の端部から毛細管現象により懸濁液３２が充填される。懸濁液３２は、例えば、アクリル酸エステルオリゴマーからなる分散媒３０とポリヨウ化物からなる調光粒子３１で構成されている。調光粒子３１は形状に異方性があり、配向方向に起因して吸光度の異なる光学的異方性を発現し、アスペクト比が１ではない形状をしており、かつ負に帯電している。懸濁液３２中の調光粒子３１の濃度は例えば３.７wt％である。

懸濁液充填空間に懸濁液３２を充填後、接着していない第１基板１０および第２基板２０の端部を封着剤で接着して封止することで調光素子１００が完成する。さらに、調光素子１００の第１電極１１および第２電極２１を第１電極接続部１１ａおよび第２電極接続部２１ａを介して駆動回路２００に配線接続することで本実施例の調光装置が作製される。

以上の構成、製造方法で作製された本実施例の調光装置は、駆動回路２００より第１電極１１および第２電極２１間に複数の駆動波形により電位差を与えることで、以下に記述するように透過状態、遮光状態あるいはその中間状態へ調光することが可能である。

電圧無印加の初期状態では図１に示すように調光粒子３１はランダム状態であり調光素子１００に入射した光（第１基板１０から第２基板２０に向けて入射、あるいは第２基板２０から第１基板１０に向けて入射した光）を調光粒子３１が吸収する遮光状態になる。

駆動回路２００により第１電極１１、第２電極２１間に所定の交流電圧を印加することで、調光粒子３１は第１基板１０および第２基板２０の面内方向に対してほぼ垂直方向に並ぶ（図４）。この状態では調光素子１００に入射した光は調光粒子３１により吸収されにくく、透過状態となる。また、交流の印加電圧を前述の所定の電圧より下げることで調光粒子３１はランダム状態と第１基板１０および第２基板２０の面内方向に対して垂直に配向状態との中間状態をとることができるため、調光素子１００は任意の透過状態を得ることができる（図示せず）。ここでいう交流電圧は、正弦波や方形波、三角波やこれらを任意に組み合わせた形状の波形を含み、周波数や波形が多少揺らいでも構わない。その周波数ｆは３０Hz＜ｆ＜１０００Hzの範囲が好適である。また、印加電圧Ｖは第１電極１１と第２電極２１間の距離に依存するが概ね５Ｖ＜Ｖ＜３００Ｖ、電界強度Ｅは０.１×１０⁶Ｖ／ｍ＜Ｅ＜１×１０⁷Ｖ／ｍの範囲が好適である。例えば、正弦波で周波数５０Hz程度、電圧１００Ｖで駆動可能であれば、国内の一般のコンセントから供給される電圧を利用することが可能である。

駆動回路２００により第１電極１１および第２電極２１間に第１電極１１より第２電極２１側の電位が高くなるように直流電圧を印加することで、負に帯電した調光粒子３１が第２電極２１側に第２基板２０の面内方向に対して垂直になるように配向しながら移動し、かつ、第２電極２１上で配向を保つ。この状態では調光素子１００に入射した光は調光粒子３１により吸収されにくく、透過状態となる（図５）。ここでいう直流電圧は、第１電極１１と第２電極２１間の距離に依存するが概ね５Ｖ＜Ｖ＜３００Ｖ、電界強度Ｅは０.１×１０⁶Ｖ／ｍ＜Ｅ＜１×１０⁷Ｖ／ｍの範囲が好適である。また、印加電圧の極性は同一にしたまま２段階にしても良い。例えば、調光粒子３１を素早く移動させるために高い電圧１００Ｖで第２電極２１まで移動させ、移動後は低い電圧５０Ｖで調光粒子３１の配向状態を保つといった駆動も可能である。また複数段階、スロープ状などの波形も適用が可能である。

駆動回路２００により前述の直流電圧印加とは逆極性となるように、すなわち、第１電極１１および第２電極２１間に第２電極２１より第１電極１１側の電位が高くなるように直流電圧を印加することで、負に帯電した調光粒子３１が第１電極１１側に移動し第１凹凸形状１２に達する。第１凹凸形状１２に達した調光粒子３１は、なおも電位差により下向きの力を受けるため、第１凹凸形状１２の斜面（テーパー部）で第１基板１０に垂直な配向状態を保つことができず、調光粒子３１が斜面で倒れ第１凹凸形状１２上でランダム状態となる。この状態では、調光素子１００に入射した光を調光粒子３１が吸収する遮光状態となる（図６）。ここでいう直流電圧は、第１電極１１と第２電極２１間の距離に依存するが概ね５Ｖ＜Ｖ＜３００Ｖ、電界強度Ｅは０.１×１０⁶Ｖ／ｍ＜Ｅ＜１×１０⁷Ｖ／ｍの範囲が好適である。また、印加電圧の極性は同一にしたまま２段階にしても良い。例えば調光粒子３１を素早く移動させるために高い電圧１００Ｖで第１電極１１上の第１凹凸形状１２まで移動させ、第１凹凸形状１２の凹凸形状により調光粒子３１の配向を乱し、移動後は低い電圧５０Ｖで調光粒子３１の配向を乱した状態を保つといった駆動も可能である。また、波形を複数段階にする、スロープ状にした場合なども適用が可能である。

一旦、調光粒子３１が第１凹凸形状１２に到達した後は、電圧印加を止めることで第１凹凸形状１２上からブラウン運動などで拡散していくが、その際も調光粒子３１はランダムな状態となるので遮光状態となる（図１）。一方、前述の透過状態や中間状態から電圧の印加を止めると調光粒子３１がブラウン運動などで拡散し、遮光状態（図１）へ戻る。

以上の様に本実施例では、交流電圧、および直流電圧をとった複数の駆動波形により透過状態、中間状態および遮光状態をとることができる調光装置およびその駆動方法を提供できる。これにより、直流電圧のみ供給する駆動回路や、交流電圧のみを供給する駆動回路や何れも供給可能な駆動回路など多種の駆動回路に対して、同一の調光素子にて調光動作が可能となる。

また、さらに本実施例の調光装置では、直流電圧を印加することによって調光粒子３１を第１凹凸形状１２上へ移動させて遮光状態にさせることが可能であるため、ブラウン運動などによる調光粒子３１の拡散を待って遮光状態にする場合と比較すると、より高速に透過状態あるいは中間状態から遮光状態へ調光することができる。

本実施例の調光装置は前述の部材以外にも、以下の部材を適宜利用することも可能である。

第１基板１０、第２基板２０は少なくとも可視光の一部の波長を透過する基板であり、各種ガラスや石英などの透明な無機の基板やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の透明な樹脂基板が利用可能である。また、用途に応じて着色された基板や、散乱性を持つ基板も利用可能である。また、第１基板１０もしくは第２基板２０の何れか一方に可視光を反射する基板あるいは反射する層を設けた基板を用いることで、反射状態と遮光状態で光変調できる調光装置も形成可能である。

第１電極１１、第１電極接続部１１ａ、第２電極２１、第２電極接続部２１ａは前述の第１基板１０および第２基板２０上に形成される電極であり、少なくとも可視光の一部の波長を透過する、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛やカーボンナノチューブ、グラフェン等が利用可能である。また、銀などの金属や各種導電体をナノワイヤー化して、樹脂中に分散させ、透明電極としたものを用いても良い。本実施例では透明電極はベタ状にして第１基板１０や第２基板２０上に一面に形成しているが、これに限らず円などの模様や文字型に配設しても構わない。また、配線自体が銅、クロム、Ａｇ、アルミや各種金属など可視光を透過しない場合においても、電極を櫛歯状にして、かつその櫛歯状の各配線幅を狭くし、配線による遮光率を少なくすることで利用することも可能である。また、第１電極１１、第２電極２１と第１電極接続部１１ａ、第２電極接続部２１ａとで材質を変える等複数の材質を使い分けて利用してもよい。

スペーサビーズはガラスやポリマーなどが挙げられ、接着材に対して安定であることが望ましい。なお、懸濁液充填空間及び両基板間の距離は４μｍ以上１５０μｍ以下が透過率や駆動電圧の観点から好適である。また、スペーサビーズを第１基板１０と第２基板２０との間に散布し、懸濁液充填空間を維持しても構わない。スペーサビーズを第１基板１０と第２基板２０との間に散布する場合、スペーサビーズの屈折率は分散媒３０の屈折率が近い方が屈折率差によるスペーサビーズの散乱が起こらず好ましい。好ましいスペーサビーズの屈折率と分散媒３０の屈折率の差はΔｎ＜０.２、より好ましくはΔｎ＜０.１である。

懸濁液３２は調光粒子３１が分散媒３０に分散されたものであり、第１基板１０と第２基板２０間で形成される懸濁液充填空間を満たしている。本実施例では毛細管現象により懸濁液３２を充填したが、懸濁液３２を第１基板１０と第２基板２０を接着する前にバーコート法や真空下での滴下注入法（ＯＤＦ）法などで塗布し、その後に第１基板１０と第２基板２０を貼り合わせて接着と封止をしても構わない。

調光粒子３１は、例えば、ポリ過ヨウ化物であり、形状に異方性があり、配向方向に起因して吸光度の異なる光学的異方性を発現し、アスペクト比が１ではない形状をしている。調光粒子３１を合成する過程において、粒子サイズの均一性を上げるためニトロセルロース等を加えても良い。このような調光粒子３１は電圧印加により動作を制御可能であること、すなわち、ある周波数範囲の交流電圧の印加において、調光粒子３１が配向を生じ、かつある直流電圧の印加において一方向に移動する（正あるいは負に帯電している）ことが望ましい。調光粒子３１として導電性の低い誘電体材料を用いることが望ましい。導電性の低い誘電体材料としてはポリマー粒子、ポリマーでコートした粒子などが挙げられる。

調光粒子３１の形状として、棒状や板状などが考えられる。特に、調光粒子３１を棒状とすることで、電界に対する粒子回転運動の抵抗や透過時のヘイズの上昇を抑制できる。この時の調光粒子３１の短軸と長軸のアスペクト比は、例えば、５以上３０以下程度が望ましい。アスペクト比を５以上とすることにより、調光粒子３１の形状に起因する光学的異方性を発現できる。

調光粒子３１が棒状や板状である場合、調光粒子３１の長軸の大きさは１μｍ以下であることが好ましく、０.１μｍ以上１μｍ以下であることがより好ましく、０.１μｍ以上０.５μｍ以下であることがさらに好ましい。調光粒子３１の長軸の大きさが１μｍを超える場合には、光散乱が生じたり、電界が印加された場合に分散媒３０中での配向運動が低下したりするなど、透明性が低下する問題が発生することがあるためである。なお、調光粒子３１の大きさは、電子顕微鏡観察等により計測される。

調光粒子３１の材質は、上記のポリヨウ化物以外に、カーボンブラックなどの炭素系材料、銅、ニッケル、鉄、コバルト、クロム、チタン、アルミニウムなどの金属材料、窒化ケイ素、窒化チタン、酸化アルミニウムなどの無機化合物を主原料とした粒子であっても構わない。これらの材料にポリマー等で表面コートあるいは表面処理し、前述の配向や帯電の機能を付与した調光粒子として利用可能である。調光粒子３１として、上記の材料が一種類のみ含まれていても良く、上記の材料が二種類以上含まれていても構わない。

分散媒３０として、アクリル酸エステルオリゴマーからなる液状共重合体、ポリシロキサン（シリコーンオイル）などが挙げられる。また、これら複数の材料をブレンドし、粘度調整や信頼性を高めた分散媒も利用可能である。調光粒子３１が浮遊、動作可能な粘度であり、高抵抗で、第１基板１０、第２基板２０、第１電極１１、第２電極２１とは親和性がなく、かつこれらに屈折率が近く、調光粒子３１と誘電率が異なる液状共重合体を使用することが好ましい。具体的には、温度２９８Ｋにおいて、分散媒３０の抵抗率が１０¹²Ωｍ以上１０¹⁵Ωｍ以下であることが望ましい。分散媒３０と調光粒子３１に誘電率差があると、調光粒子３１の配向動作において交流電界下における配向の駆動力として作用させることができる。分散媒３０の比誘電率は３.０以上５.０以下とすることが好ましい。

第１凹凸形状１２は、少なくとも可視光の一部の波長を透過する材質であり、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、エポキシ、シクロオレフィンポリマー（ＣＯＰ）等の透明な樹脂材料や各種ガラスや石英などを任意の成型、加工方法で第１基板１０上に成型あるいは後から張り合わせることで利用可能である。特に、ＵＶ硬化型や熱硬化型の樹脂を第１基板１０上に塗布し、金型等の型を押しあてながら硬化し、第１凹凸形状１２を第１基板１０上に一括成型するとプロセスの簡易化の観点から好適である。

また、第１基板１０の第１電極１１側にあらかじめ凹凸形状を施し（図７（ａ））その凹凸形状に沿って第１電極１１を形成して第１凹凸形状１２としても良い。図７（ａ）のように第１凹凸形状１２を形成することにより、凹凸構造形成のための部材の種類を減らせる。また、平坦な第１基板１０の上に凹凸形状を有する第１電極１１を形成し第１凹凸形状１２と兼ねても良い（図７（ｂ））。図７（ｂ）のように第１電極１１が第１凹凸形状１２を兼ねることにより、凹凸構造形成のための部材の種類を減らせる。第１凹凸形状１２は、図８（ａ）に示すようにほぼ等方のお椀状、図８（ｂ）に示す１方向に長いお椀状、あるいは図８（ｃ）に示す溝形状でもよい。また、これらは周期的に配列されていても良いし、サイズや形状が異なる凹凸がランダムに配置されていてもよい。図８（ｂ）のようなお椀状は略等方であるため、あらゆる方向に粒子が倒れ、遮光性が良い。

また、本実施例の第１凹凸形状１２は調光粒子３１の配向を解消するための図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）のようなテーパー部１２０が必要である。テーパー部１２０として、各凹凸形状の開口部の最短距離で基板に垂直に切断した際の断面形状が図９（ａ）に示すような円弧、楕円、放物線などの各種曲線や、図９（ｂ）に示すようなＶ字形状や、図９（ｃ）に示すような複数の頂点を持つ線、あるいはこれらを任意に組み合わせた形状などが挙げられる。テーパー部１２０とは、第１凹凸形状１２の断面におけるある接線が第１基板１０とのなす角度が少なくとも０°＜θ＜９０°の範囲の角度を有することである。

また、第１凹凸形状１２のサイズが調光粒子３１の長軸方向の長さと比較して大きいと、直流電圧印加により第１凹凸形状１２に移動してきた調光粒子３１が、第１凹凸形状１２の凹部の底にたまり第１凹凸形状１２の凸部近傍には調光粒子３１がほとんどない状態、すなわち遮光性が落ちる状態となる。そのため、調光粒子３１の長軸方向の長さをｌとした時の第１凹凸形状１２の断面形状の深さｄは０.１ｌ＜ｄ＜２０ｌ、より好ましくは０.５ｌ＜ｄ＜３ｌ、第１凹凸形状１２の断面形状の開口の短軸方向をｗとすると、ｗ＜２０ｌ、より好ましくはｗ＜６ｌであることが望ましい。第１凹凸形状１２の断面形状の接線と第１基板１０面とのなす角度の最大値をθmaxとすると、２０°＜θmax≦９０°、より好ましくは４５°＜θmax≦９０°であると、調光粒子３１がテーパー部１２０で倒れやすく良好な遮光状態が得られる。

また、ここで用いる第１凹凸形状１２の材質は分散媒３０と屈折率が近いほど界面による散乱が起こりにくく好適である。好ましい第１凹凸形状１２の屈折率と分散媒３０の屈折率との屈折率差ΔｎはΔｎ＜０.２、より好ましくはΔｎ＜０.１である。樹脂材料をベースとした材質の方が分散媒３０と屈折率を合わせやすい。また、樹脂材料で第１凹凸形状１２を形成することで第１電極１１を懸濁液３２に直接触れさせず、電圧印加時の電極―懸濁液界面での電気化学反応などに起因する劣化を抑えるという利点もある。

図１０、図１１は一実施形態の調光装置の概略図であり、隔壁３３が第１基板１０および第２基板２０間に配置され、懸濁液３２が隔壁３３により小分けにされている以外は前述の実施例と同様である。図１０において、懸濁液３２を小分けにするために、隔壁３３は第２電極２１に接するように構成されている。

本実施例では、前述の効果の他に、隔壁３３により懸濁液３２が小分けにされているために、調光素子１００内での調光粒子３１の偏りを抑え、より面内の透過率分布が均一である調光装置を提供できる。また、隔壁３３により懸濁液３２が小分けにされていることで、調光素子１００を任意に切断した際の懸濁液３２の流出量をごく少量に制限できる。そのため、特に、第１基板１０および第２基板２０にＰＥＴなどの樹脂基板を利用する場合、調光素子１００を利用したいサイズに合わせて切断加工することができる。また、隔壁３３を設けることで調光素子１００をより丈夫な構造にすることできる。

隔壁３３の形状は、第１基板１０の面内法線方向からみると、例えば図１１（ａ）に示す四角形状や図１１（ｂ）に示すような直線形状（溝形状）や図１１（ｃ）に示すような六角形状などである。隔壁３３の形状を図１１（ｂ）に示すような直線形状とすることにより、調光粒子３１が動ける面積が大きく、遮光時と透過時の差を大きくとれ、開口率を広くとれる。隔壁３３の形状を図１１（ｃ）に示すような六角形状とすることにより、調光素子１００をより丈夫な構造にすることできる。隔壁３３の形状は、これらに限定されるものではなく、ランダムの形状であっても同様の効果を得ることができる。隣り合う隔壁３３の表面から表面までの距離は２０μｍ以上５００μｍ以下が好ましく、隔壁３３の幅は５０μｍ以下、より好ましくは２０μｍ以下である。特に、図１１に示したように、第１基板１０の面内法線方向から見た際の隔壁３３以外の部分が、調光粒子３１を調光動作する領域となるため、第１基板１０の面内法線方向から見た際の第１基板１０または第２基板２０の面積に対する隔壁３３の面積比をより小さくした方が好ましい。例えば、隔壁３３の面積比は５０％以下とすることが望ましい。

隔壁３３として、例えばガラスやポリマーからなる透明な絶縁性の誘電体材料が挙げられ、他の構成材料に対して安定で有ることが好ましい。

また、分散媒３０と隔壁３３の屈折率を近づけ、両者の界面での反射を減らすことで隔壁３３を目立ちにくくする効果がある。好ましい分散媒３０の屈折率と隔壁３３の屈折率屈折率差ΔｎはΔｎ＜０.２、より好ましくはΔｎ＜０.１である。特に、隔壁３３と第１凹凸形状１２とを同じ材質にすると、例えば金型などで第１電極１１を形成した第１基板１０上に第１凹凸形状１２と隔壁３３を一括で成型でき、製造工程を簡易化できる。この際に、隔壁３３が金型から抜けやすいように、第１基板１０側の隔壁３３の太さを第２基板２０側の隔壁３３の太さより大きくしてもよい。その後、懸濁液３２を隔壁３３で小分けされた領域に充填し、第２電極２１を形成した第２基板２０と貼り合わせることで調光素子１００を作製可能である。また、懸濁液３２を隔壁３３で小分けされたそれぞれの領域に充填後、ＵＶ硬化樹脂や光硬化樹脂で封止し、その後、第２基板２０と貼り合わせても良い。第１凹凸形状１２と隔壁３３を別部材としても良い。

また、遮光状態における透過率をより低下させるため、少なくとも隔壁３３の頂上部分あるいは全体を黒色に着色、または／および、第１凹凸形状１２の凸部または全体を黒色に着色してもよい。第１凹凸形状１２や隔壁３３の全体が黒色に着色されている場合でも、第１凹凸形状１２の凹部の厚さは小さいので光を透過し、第１凹凸形状１２の凸部の厚さや隔壁３３の厚さは大きいので光を遮ることができる。第１凹凸形状１２の凸部や隔壁３３上では調光粒子３１が乗らない、または、倒れないため、遮光時の透過率をより下げることができる。また、隔壁３３または第１凹凸形状１２の全体が黒色で着色している場合、隔壁３３または第１凹凸形状１２を同一材料で一括作製できる。

また、調光素子１００の透過光の色度補正のために他の色に着色したりしても構わない。例えば、遮光状態で青色の光を多く透過するような調光素子１００（調光粒子３１）を用いた場合には、補色となる黄色の波長を透過する隔壁３３を利用することで、遮光状態の青色の光を無彩色に近づけることができる。この場合、隔壁３３の頂上部分あるいは全体を調光素子１００の遮光時の色の補色に着色、または／および、第１凹凸形状１２の凸部または全体を調光素子１００の遮光時の色の補色に着色してもよい。調光素子１００透過時に完全な無彩色でなければ、第１凹凸形状１２のみを遮光時の色の補色に着色にしても良い。

図１２は一実施形態の調光装置の概略図であり、実施例２の小分け構造が積層されている以外は前述の実施例と同様である。図１２では第１電極１１および第２電極２１間に直流電圧印加して得られる遮光状態を表しており、図中矢印は調光素子１００に入射した光線を示している。図１２において、１層目の隔壁３３１は第２電極２１に接するように構成されており、２層目の隔壁３３２は１層目の凹凸形状１２１に接するように構成されている。つまり、複数の凹凸形状である凹凸形状１２１、凹凸形状１２２は第１電極１１上に積層されている。

図中の光線（ａ）の様に１層目の隔壁３３１に入射した光や、光線（ｂ）の様に１層目の凹凸形状１２１の凸部に入射した光は、１層目の調光粒子３１１に吸収されることなく２層目の小分け構造に達するが、本実施例の様に１層目の隔壁３３１と２層目の隔壁３３２や、１層目の凹凸形状１２１の凸部と２層目の凹凸形状１２２の凸部が第１基板１０の面内法線方向から観察した際にずれて配置されることで２層目の調光粒子３１によって遮光することができる。すなわち、本実施例では、前述の効果の他に、特に遮光時の凹凸形状の凸部あるいは隔壁を介しての光漏れを防ぐ効果がある。１層目の凹凸形状１２１の凸部と２層目の凹凸形状１２２の凸部が、第１基板１０の面内方向から観察した際に全てずれて配置されていてもよいし、一部がずれて配置されていてもよい。２層目の調光粒子３１による遮光効果を増大させるには、１層目の凹凸形状１２１の凸部と２層目の凹凸形状１２２の凸部が、第１基板１０の面内方向から観察した際に全てずれて配置されていることが望ましい。

また、同様に図１３の一実施形態の調光装置の概略図に示すように、隔壁３３中に複数の微小の小分け構造を設け、各微小の小分け構造に凹形状１２３を有する構造としても同様の効果が得られる。微小の小分け構造は規則的にずらしても、ランダムにしても前述と同様に隔壁を介しての光漏れを防ぐ効果がある。また、図示しないが、微小の小分け領域の中に凹形状ではなく複数の凹凸形状を有してもよい。

図１４および図１５は、一実施形態の調光装置の概略図であり第２電極２１が第２基板２０上に櫛歯状に形成されている以外は前述の実施例と同様である。

本実施例では、駆動回路２００により第２電極２１の電位が第１電極１１の電位より高くなるように電圧を印加すると、図１４（ａ）に示すように、負に帯電した調光粒子３１は櫛状の第２電極２１に偏在し、透過状態になる。さらに、電圧を非印加としても、調光粒子３１と第２電極２１との鏡像効果や調光粒子３１同士や調光粒子３１と第２電極２１との分子間力により暫くこの状態を保持する。また、調光粒子３１は緩やかに拡散し遮光状態へ移行するが、完全に遮光状態になるまでには時間がかかる。すなわち、本実施例では前述の効果の他に、透過状態を電圧非印加状態でも保持するメモリー性を持つ調光素子を提供できる効果がある。

また、調光粒子３１の拡散速度（直流電圧印加状態から電圧非印加で拡散による遮光への移行速度）は分散媒３０の粘度に依存するため、高粘度の分散媒３０を利用することで、このメモリー時間を長くすることができる。一方、メモリー時間を長くするための高粘度化は、拡散による遮光状態への移行に時間がかかることを意味するが、本実施例では電圧印加により図１４（ｂ）に示すように調光粒子３１を第１電極１１に向かって泳動させ、かつ第１凹凸形状１２のテーパー部によって調光粒子３１をランダムに倒した遮光状態へ移行させることが可能である。すなわち、前述の効果の他に、透過状態での長時間のメモリー性と高速遮光を兼ねた調光装置を提供することができる。

櫛歯状の第２電極２１の短軸方向の配線幅と隣接する櫛歯状の第２電極２１の配線間距離は、調光粒子３１を第２電極２１上に偏在させた際の透過率に影響し、短軸方向の配線幅は細く、配線間距離は広い方がより高い透過率が得られ好適である。一例を挙げると櫛歯状の第２電極２１の配線幅が１０μｍ、配線間隔５０μｍとすることが好ましい。

また、本実施例は図１６の一実施形態の調光装置の概略図に示すように、実施例２の様に隔壁３３を有する構造と併せて利用することも可能である。この際には、少なくとも１本以上の櫛歯状の第２電極２１が各小分け領域内にあることが好ましい。櫛歯状の第２電極２１が、各隔壁３３と第２基板２０間に間に配置されてもよい（図示せず）。また、ある方向における隔壁３３の周期は櫛歯状の第２電極２１の各配線の周期の整数倍に成っていてもよい。

また、第２電極２１をベタ状ではなく櫛歯状とすることで、利用する電極の面積が減らせるため、省資源の効果がある。特に、ＩＴＯ等に利用されるインジウム等の希少な材料は価格変動も大きいため、これらの使用量削減は望まれている。

図１７は一実施形態の調光装置の概略図であり、第２電極２１上に第２凹凸形状２２を設けた以外は前述の実施例と同様である。

本実施例では透過状態は駆動回路２００からの交流駆動で得られる。一方、遮光状態は直流駆動によって、第１凹凸形状１２あるいは第２凹凸形状２２の何れかに調光粒子３１を泳動させることで得ることができる。そのため、前述の効果の他に、駆動回路２００から調光素子１００を透過状態や遮光状態にする際の電圧印加の極性を考慮せずに利用可能な調光装置を提供できる。第２凹凸形状２２を第１凹凸形状１２と同じように、図７、図８、図９のような形状にしても良い。

また、本実施例の調光装置では、駆動回路２００により遮光状態にするために直流電圧を印加する際に第１凹凸形状１２側に調光粒子３１を移動させる場合と、第２凹凸形状２２側に調光粒子３１を移動させる場合を交互にすることも可能なので、懸濁液３２中に含まれる正負の不純物イオン等が、第１電極１１や第２電極２１に偏るのを防ぎ、電極間の電圧降下を防ぐことができる。また、一方向に電圧を印加し続けることに起因した、電気化学反応などによる電極の溶出や電極のマイグレーションなど不具合の要因を低減する効果がある。

さらに、図１８の一実施形態の調光装置の概略図に示すように、第２凹凸形状２２の一部を平坦にしておくことで、第２凹凸形状２２側へ調光粒子３１を移動させた際の平坦部では調光粒子３１は第２電極２１に対して垂直に配向し部分的に透過状態になり、第２凹凸形状２２の凹部では調光粒子３１は倒れて部分的に遮光状態となるため、全体として透過状態と遮光状態の中間状態をとることができる。すなわち、前述の効果の他に、直流電圧により調光素子を遮光状態と中間状態に駆動可能な調光装置を提供できる。また、本実施例の様に第２凹凸形状２２に平坦部を設ける以外にもテーパー部の角度や形状により、中間状態となるように調整することも可能である。上記の効果を得るために第１凹凸形状１２の一部を平坦にしてもよく、第１凹凸形状１２の一部および第２凹凸形状２２の一部の両方とも一部を平坦にしてもよい。

１０第１基板
１１第１電極
１１ａ第１電極接続部
１２第１凹凸形状
２０第２基板
２１第２電極
２１ａ第２電極接続部
２２第２凹凸形状
３０分散媒
３１調光粒子
３２懸濁液
３３隔壁
１００調光素子
１２０テーパー部
２００駆動回路
１０００調光装置

Claims

第１基板および第２基板と、
前記第１基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第１電極と、
前記第２基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に形成された懸濁液と、
前記第１基板および前記懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、を備え、
前記懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、
前記第１電極および前記第２電極に電圧が印加されることにより前記調光粒子が制御され、
前記第１凹凸形状はテーパー形状を有し、
前記調光粒子は棒状であり、
前記調光粒子のアスペクト比は５以上３０以下であり、
前記第１凹凸形状に達した前記調光粒子は、前記第１凹凸形状の斜面で倒れ、前記第１凹凸形状上でランダム状態となる調光素子。
請求項１において、
前記第１基板と前記第２基板の間に隔壁が形成され、
前記懸濁液が前記隔壁により小分けにされている調光素子。
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
前記懸濁液と前記第２基板との間に第２凹凸形状が形成され、
前記第２凹凸形状はテーパー形状を有する調光素子。
請求項１乃至２のいずれかにおいて、
前記第１凹凸形状は樹脂材料で形成されている調光素子。
請求項３において、
前記第１凹凸形状または前記第２凹凸形状は樹脂材料で形成されている調光素子。
請求項３または５において、
前記第１基板の面内法線方向から観察した際に、前記第２凹凸形状の凸部位置と前記第１凹凸形状の凸部位置がずれている箇所がある調光素子。
請求項１において、
前記第１凹凸形状の屈折率と前記分散媒の屈折率の屈折率差が０.２より小さい調光素子。
請求項２において、
前記隔壁の屈折率と前記分散媒の屈折率の屈折率差が０.２より小さい調光素子。
請求項３において、
前記第２凹凸形状の屈折率と前記分散媒の屈折率の屈折率差が０.２より小さい調光素子。
請求項１において、
前記第１凹凸形状の凸部が黒色で着色されている、または前記調光素子の遮光時の色の補色に着色されている調光素子。
請求項２において、
前記隔壁の頂上部分が黒色で着色されている、または前記調光素子の遮光時の色の補色に着色されている調光素子。
請求項３において、
前記第２凹凸形状の凸部が黒色で着色されている、または前記調光素子の遮光時の色の補色に着色されている調光素子。
請求項２において、
前記第１凹凸形状の材質と前記隔壁の材質が同じである調光素子。
請求項１において、
前記第２電極は前記第２基板上に櫛歯状に形成されている調光素子。
請求項１乃至１４のいずれかにおいて、
前記第１凹凸形状は複数形成され、
複数の前記第１凹凸形状は前記第１電極上に積層されており、
前記第１基板の面内法線方向から観察した際に、複数の前記第１凹凸形状のそれぞれの凸部位置がずれている箇所がある調光素子。
請求項１乃至１５のいずれかの調光素子と、
前記調光素子を駆動する駆動回路を備えた調光装置。
第１基板および第２基板と、
前記第１基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第１電極と、
前記第２基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に形成された懸濁液と、
前記第１基板および前記懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、を備えた調光素子の駆動方法であって、
前記懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、
前記第１電極および前記第２電極に電圧が印加されることにより前記調光粒子が制御され、
前記第１凹凸形状はテーパー形状を有し、
前記調光粒子は棒状であり、
前記調光粒子のアスペクト比は５以上３０以下であり、
前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加して前記調光素子を遮光状態とし、
前記第１凹凸形状に達した前記調光粒子は、前記第１凹凸形状の斜面で倒れ、前記第１凹凸形状上でランダム状態となる調光素子の駆動方法。
第１基板および第２基板と、
前記第１基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第１電極と、
前記第２基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に形成された懸濁液と、
前記第１基板および前記懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、を備えた調光素子の駆動方法であって、
前記懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、
前記第１電極および前記第２電極に電圧が印加されることにより前記調光粒子が制御され、
前記第１凹凸形状はテーパー形状を有し、
前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加して前記調光素子を遮光状態とし、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記直流電圧印加とは逆極性の直流電圧を印加して、または前記第１電極と前記第２電極との間に交流電圧を印加して前記調光素子を透過状態にする調光素子の駆動方法。
第１基板および第２基板と、
前記第１基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第１電極と、
前記第２基板上であり、前記第１基板および前記第２基板の間に形成された第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極の間に形成された懸濁液と、
前記第１基板および前記懸濁液の間に形成された第１凹凸形状と、前記懸濁液と前記第２基板との間に形成された第２凹凸形状を備えた調光素子の駆動方法であって、
前記懸濁液は、調光粒子および分散媒を含み、
前記第１電極および前記第２電極に電圧が印加されることにより前記調光粒子が制御され、
前記第１凹凸形状はテーパー形状を有し、
前記第２凹凸形状はテーパー形状を有し、
前記第２凹凸形状は一部が平坦であり、
前記第１電極と前記第２電極との間に直流電圧を印加して前記調光素子を遮光状態とし、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記直流電圧印加とは逆極性の直流電圧を印加して前記調光素子を透過状態と遮光状態との中間状態にする調光素子の駆動方法。
調光素子の駆動方法。