(57)【要約】      （修正有）【課題】目の負担を軽減し、エネルギー消費の少ない反射型の表示窓付スイッチ装置を提供する。【解決手段】電子機器２が外部交流電源１に接続している状態と接続していない状態では異なる色調を呈する電子機器２用の表示窓付スイッチ装置８であって、前記表示窓は、電荷の印加により色調変化しない反射材料が分散された電解質層と、印加により可逆的に色調変化するエレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層を含む表示体７からなることを特徴とする表示窓付スイッチ装置８である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子機器が外部交流電源に接続している状態と接続していない状態では異なる色調を呈する前記電子機器用の表示窓付スイッチ装置であって、
前記表示窓は、電荷の印加により色調変化しない反射材料が分散された電解質層と、印加により可逆的に色調変化するエレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層を含む表示体からなることを特徴とする表示窓付スイッチ装置。
【請求項２】
前記表示体は、電子機器が外部交流電源に接続している状態では、供給される交流は整流回路にて直流に変換されコンデンサに充電され、エレクトロクロミック層に電荷が印加されず電解質層の色調を呈し、
外部交流電源に接続していない状態では、コンデンサに充電された電荷がエレクトロクロミック層に印加されて発色し、エレクトロクロミック層の発色と電解質層との混合色の色調を呈することを特徴とする請求項１に記載の表示窓付スイッチ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の表示窓付きスイッチ装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回路を切り替えるスイッチの操作に連動し、色が可逆的に変化する表示窓を有する表示窓付スイッチ装置及びそれを具備した電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電源の接続を切り替えるスイッチは簡便な形状が多く、スイッチの電源の接続状態をスイッチの外観から判断することが難しかった。
【０００３】
電源の接続状態をスイッチの外観から目視で確認するために、表示窓を付属したスイッチが提案されている。その代表としては、図１に示すように、スイッチの内部にネオン管や発光ダイオードなどの発光部品を組み込み、発光部品と電源の開閉回路とを並列に接続させた表示窓付スイッチが挙げられる。
【０００４】
この表示窓付スイッチは、電源の開閉回路の状態によって点灯または消灯するため、遠くからスイッチを見た場合でも、目視でスイッチの電源状態を確認することができるなどの利点がある。
【０００５】
しかし近年、電子機器が人々の生活に浸透し、室内に設置されているスイッチや電子機器などには発光型表示窓や待機表示灯などが搭載されており、必要以上に発光部品が搭載されているものも多い。そのため、電子機器を使用していなくても多くの光源が目に入ることになり、目に疲労を蓄積させる要因にもなっている。
【０００６】
その対策として、スイッチ内部で光を分散させ、点発光から面発光にすることで全体的な光量を下げ、かつ意匠性の高いスイッチが提案されている（特許文献１参照）。しかし、全体的に光量は低くしているとはいえ、光源が発光型光源を用いているため、根本的な対策がされているとはいえない。
【０００７】
また、表示窓の内側で２色に色分けされた円柱がスイッチを切り替えるたびに回ることでスイッチの状態を視認可能にする提案もある。しかし、高頻度で物理的に円柱を回すと軸の磨耗が進行し、中途半端な円柱の回転によって２色同時に視認されるなど耐久性の点で課題が残っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１１−２４３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記の通り、発光型の表示窓付スイッチ装置は多くの光源に囲まれている現代では目の疲労原因になっている。さらに、物理的に電源回路を切断する従来のスイッチに対して、電源回路の開閉回路と並列に発光部品を接続する発光型の表示窓付スイッチは、常に電力を消費しているためエネルギーの消費が大きいという課題がある。
【００１０】
本発明は、目の負担を軽減し、エネルギー消費の少ない反射型の表示窓付スイッチ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に係る発明は、電子機器が外部交流電源に接続している状態と接続していない状態では異なる色調を呈する前記電子機器用の表示窓付スイッチ装置であって、
前記表示窓は、電荷の印加により色調変化しない反射材料が分散された電解質層と、印加により可逆的に色調変化するエレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層を含む表示体からなることを特徴とする表示窓付スイッチ装置である。
【００１２】
請求項２に係る発明は、前記表示体は、電子機器が外部交流電源に接続している状態では、供給される交流は整流回路にて直流に変換されコンデンサに充電され、エレクトロクロミック層に電荷が印加されず電解質層の色調を呈し、
外部交流電源に接続していない状態では、コンデンサに充電された電荷がエレクトロクロミック層に印加されて発色し、エレクトロクロミック層の発色と電解質層との混合色の色調を呈することを特徴とする請求項１に記載の表示窓付スイッチ装置である。
【００１３】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の表示窓付きスイッチ装置を備えたことを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の請求項１に係る発明によれば、表示窓付スイッチ装置は、スイッチ装置の操作部品の動作または電源の供給状態に連動させて切り替えることができる。また、表示体は電荷の印加により色調変化しない反射材料が分散された電解質層と、印加により可逆的に色調変化するエレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層を含むため、それぞれの状態で異なる２つの色調を表示することができる。これにより、遠くからスイッチを確認した場合でも表示窓から視認される色でスイッチの操作部品の状態さらには電源供給の状態を目視で確認することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明によれば、前記表示体は、電子機器が外部交流電源に接続している状態では、供給される交流は整流回路にて直流に変換されコンデンサに充電され、エレクトロクロミック層に電荷が印加されず電解質層のみが色調を呈する。一方、外部交流電源に接続していない状態でも、コンデンサに充電された電荷がエレクトロクロミック層が印加されて発色するため、常に一定の色調を有する電解質層との混合色の色調を呈することができる。これにより、外部電源との接続・切断状態が２つの異なる色調により視認でき、表示には常に通電が不可欠な従来の発光タイプの表示体に比べて大幅な消費電力の削減ができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明によれば、エレクトロクロミック層を含む表示体を用いた表示窓付スイッチ装置を具備することで、従来の発光タイプの表示体に比べて大幅な消費エネルギーの削減ができる電子機器を提供することができる。
【００１７】
上記で説明したように、本発明によれば、目の負担を軽減し、エネルギー消費の少ない反射型の表示窓付スイッチ装置及びそれを具備した電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一般的な発光型の表示窓付スイッチ装置の回路図である。
【図２】本発明の表示窓付スイッチ装置の一実施形態を示す発消色動作図である。
【図３】本発明の表示窓付スイッチ装置の一実施形態を示す電気回路図である。
【図４】本発明に係る表示体の一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図に基づき本発明をより具体的に説明する。
【００２０】
図３に示すように、本発明に係る表示窓付スイッチ装置８（以下、スィッチ装置と記す）は、電子機器２及び外部交流電源１と直列に配置されてなり、操作部品３、変成器４、ブリッジダイオード５、コンデンサ６及び表示体７等で構成される。また、表示体７は電荷の印加により色調変化しない反射材料が分散された電解質層と、印加により可逆的に色調変化するエレクトロクロミック層等から構成される（図４参照）。
【００２１】
上記のような構成からなるスイッチ装置８は、電子機器が外部交流電源に接続している状態では、供給される交流は整流回路にて直流に変換されコンデンサに充電され、エレクトロクロミック層に電荷が印加されず電解質層の色調を呈し、外部交流電源に接続していない状態では、コンデンサに充電された電荷がエレクトロクロミック層に印加されて発色し、エレクトロクロミック層の発色と電解質層との混合色の色調を呈することを特徴とする。
【００２２】
具体的には、表示体７の表示切換回路は、電源回路から変成器４を介して存在している。変成器４を介することで、調整された電圧の電源が表示体７の切換回路へ供給される。供給される電圧電源は交流であるのでブリッジダイオード５により整流され、直流電源に変換される。
【００２３】
スイッチ装置８を入れた状態、つまり図３に示す操作部品３が実線で示すような状態で接続された場合、整流された直流電源は、コンデンサ６に充電されることになる。このとき、表示体７の両極はグランドと接続状態になるので、表示体７には電源が供給されないのでエレクトロクロミック層の発色は確認されず、表示窓から目視確認できる表示の色は反射材料が分散された電解質層の色になる。
【００２４】
続いて、スイッチ装置８を切った状態、つまり図３に示す操作部品３が点線で示すような状態に操作すると、変成器４を介した表示切換回路への電源の供給は停止し、コンデンサ６に充電された電荷は表示体７へ流入することになる。
【００２５】
このとき、コンデンサ６と表示体７は閉じた回路となるため、電荷が逃げることはなくコンデンサ６と表示体７で保持することになるので、表示体にはエレクトロクロミック層が発色する色調を目視確認することができる。
【００２６】
このように本発明に係る表示体７は、電荷状態の違いによってエレクトロクロミック層の発色が変化することを特徴としている。例えばスイッチ装置８の開閉により、図２に示すような表示窓の色に変化する。
【００２７】
さらに供給電源と連動して発色が変化する表示体をスイッチ内部に組み込むことで、電源の状態を表示することが可能である。
【００２８】
次に、本発明に係る表示体７について具体的に説明する。
【００２９】
図４は本発明に係る表示体の一実施形態を示している。具体的には、透明電極付透明基板９、エレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層１０、反射材料が分散された電解質層１１、電荷保持層１２、導電層付背面電極基板１３を順次積層して構成されている。但し、全ての層が積層されている必要はなく、同一平面状に並列に設置されていてもよい。また、多孔質な電極層を採用することで、電極層とエレクトロクロミック層を逆にすることも可能である。
【００３０】
以下に、エレクトロクロミック層を用いた表示体７の表示原理の概略を述べる。回路構成の電源に接続されている透明電極付透明基板９に、電圧を印加するとグランドに接続さ
れている電極付背面基板１３との間に電圧差が生じる。この電圧により、電解質層中のイオンがエレクトロクロミック層１０または電荷保持層１２へと移動し、エレクトロクロミック層１０または電荷保持層１２の物質を介して、電子の授受が行われる。
【００３１】
透明電極を介してエレクトロクロミック層１０に電子が供与される、つまり充電されるとエレクトロクロミック材料が還元される。透明電極付透明基板９と電極付背面基板１３がグランドに接続されるエレクトロクロミック層１０に充電された電荷は放電され、エレクトロクロミック材料は電子を失い酸化される。
【００３２】
このエレクトロクロミック層１０中のエレクトロクロミック材料の酸化還元反応に伴い、可視光に吸収波長域が現われ、または移動することで表示層の色相が変化する。表示層に可視光吸収なく無色透明な場合は、電解質層に分散されている反射材料による発色が観察される。
【００３３】
以下に本発明の電気回路形成に使用する部品の選定方法について説明する。
本発明に使用する変成器４、ブリッジダイオード５、コンデンサ６の電子部品は表示体７の消費電荷量に合わせて、設計する必要がある。
【００３４】
表示体７の消費電荷量は、エレクトロクロミック層の表示面積によって異なるので、表示面積に合わせて消費電荷量を算出する必要がある。また、コンデンサ６は表示体７と並列で接続されているため、コンデンサ６から表示体７への電荷移動量は充電電荷量の半分程度になる。そのため、消費電荷量の少なくとも２倍以上の電荷量が蓄積されるように変成器ならびにコンデンサ６を選定しなければならない。電荷のリークを考慮すると、３倍以上の電荷がコンデンサ６に蓄積されるように設計するのが好ましい。
【００３５】
次に、表示体７について以下に説明する。
【００３６】
本発明に係る表示体７は、電荷を印加すると発色するエレクトロクロミック材料からなるエレクトロクロミック層と反射材料が分散された電解質層を含有することを特徴とする。
【００３７】
エレクトロクロミック層を構成するエレクトロクロミック材料は、一般的な有機、無機化合物を用いることができる。具体的には、ビオロゲン類、フェノチアジン類、アントラキノン類、スチリルスピロピラン類、ピラゾリン類、フルオラン類、スチリルスピロピラン色素、フタロシアニン類等の低分子系有機エレクトロクロミック化合物、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性高分子化合物。酸化チタン、酸化モリブデン、酸化ニオブ、酸化イリジウム、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化インジウム、酸化イリジウム、酸化ニッケル、プルシアンブルー、また配位金属を鉄以外に置換したプルシアンブルー類似体等の無機系エレクトロクロミック化合物が挙げられる。さらに、一般に電気供与性有機物であるロイコ染料も電気的に発色、消色が可能であることが分かっている。例えば、ロイコオーラミン類、ジアリールフタリド類、ポリアリールカルビノール類、アシルオーラミン類、アリールオーラミン類、ローダミンＢラクタム類、インドリン類、スピロピラン類、及びフルオラン類等の電子供与性染料前駆体が挙げられる。低分子の材料については、電極層上に酸化チタンなどの鉱物で多孔質構造の層を形成し、吸着させてもよい。
【００３８】
エレクトロクロミック層の形成には、バインダ樹脂として、ウレタン樹脂やアクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリプロピレン樹脂などが挙げられるが、イオン伝導性の良いポリエチレンオキサイドやパーフルオロスルホン酸を含む高分子樹脂などが好ましい。またバインダ樹脂を使用せず、エレクトロクロミック材料単体で層を形成してもよい。
【００３９】
電極付背面電極基板上の電荷保持層には、前記エレクトロクロミック材料と同じ材料を活用することが出来る。ただし、プルシアンブルーやフェロセンのような酸化体、還元体の両状態で他化合物と反応しにくい安定している材料が好ましい。
【００４０】
電解質層を形成する材料には電解質材料、反射材料、溶媒さらに粘度調整のための増粘剤が挙げられる。
【００４１】
電解質材料としては、例えば、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩等の無機イオン塩、４級アンモニウム塩や酸類、アルカリ類等が挙げられる。電解質材料の更なる具体的な例としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯＯ、ＫＣｌ、ＮａＣｌＯ３、ＮａＣｌ、ＮａＢＦ４、ＮａＳＣＮ、ＫＢＦ４、Ｍｇ（ＣｌＯ４）２、Ｍｇ（ＢＦ４）２等が挙げられる。
【００４２】
電解質層に分散する反射材料として、白色材料には例えば酸化マグネシウム、硫酸バリウム、酸化チタンなどが挙げられる。また黒色材料には、例えば、ランプブラックやボーンブラックなどの炭素からなるカーボンブラックや無機材料によるチタンブラック粉末などが挙げられる。さらに、青色であれば、アルミ酸コバルト、コバルトクロム青、フタロシアニン類、赤色であればアントラキノンやアゾ化合物などが挙げられる。反射材料を電解質層に分散させるため、電解質層にアクリル樹脂やウレタン樹脂などの高分子材料を溶解させることで電解質層の粘度を高めても良い。または、分散剤や界面活性剤を添加しても良い。
【００４３】
透明電極付透明基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やポリカーボネート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、アクリル樹脂、ポリ塩化ビニル等のプラスチックフィルム、あるいはガラス等を使用することができる。透明電極材として使用することができるものは、例えばＩＴＯ等の酸化インジウム系、酸化スズ系、酸化亜鉛系のような透明性を有する導電性酸化物等である。この透明電極の形成には蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法などの従来技術を用いることができる。
【００４４】
導電層付背面基板としては、絶縁材料たとえばガラスやガラエポ樹脂などが背面基板として用いられ、導電層材料としてカーボンペーストによるカーボン電極層やフォトリソグラフィー加工によるパターンニングされた銅電極層などが用いられる。
【実施例】
【００４５】
以下、実施例により本発明を説明する。
【００４６】
１００Ｖ交流電源を３Ｖへ変換する株式会社菅野電気研究所製変成器（電源トランスＰＫ-０６０１６）とショットキーバリアダイオードブリッジ（６０Ｖ２Ａ）と電気二重層コンデンサ（０．２２Ｆ３．３Ｖ）と表示体を用いて、図３に示す電子回路を作製した。
【００４７】
表示体は、５０Ω／ｓｑの酸化インジウム-スズ薄膜付ガラスにスパッタによりエレクトロクロミック材料として約２００ｎｍ厚の酸化タングステン膜を形成し、続き、電解質０．５ｍｏｌ／ｌ過塩素酸リチウムを溶解した炭酸プロピレン溶液に酸化チタンとアクリル樹脂を混合しゲル状の電解質層を積層、さらに電荷保持層として約３００ｎｍ厚のプルシアンブルー層を有する電極基板をラミネートして形成した。電解質層を形成する前に酸化タングステン層上に１ｃｍ角の開口を有するフィルムを積層することで、表示面積を１ｃｍ角とした。
【００４８】
前記表示体の消費電荷量は３５ｍＣ／ｃｍ２であり、一回の駆動に必要な最低電荷量は
３５ｍＣである。一方、０．２２Ｆの電気二重コンデンサには３Ｖの電圧を印加するので最大６６０ｍＣ蓄積される。よって、本特許によるところの設計上の好ましい状態、つまりコンデンサの蓄積電荷量が表示体の消費電荷量の３倍以上となっている。
【００４９】
前記条件で組み立てたスイッチ装置に対し、１００Ｖ交流電源と照明装置を直列で接続した。スイッチを開閉すると、それに連動するようにスイッチを開くとエレクトロクロミック層が青色に着色し、スイッチを閉じると青色が消え酸化チタンの白色が観察された。
【符号の説明】
【００５０】
１  …交流電源
２  …電子機器
３  …操作部品
４  …変成器       
５  …ブリッジダイオード
６  …コンデンサ
７  …表示体
８  …表示窓付スイッチ装置（スイッチ装置）
９  …透明電極付透明基板
１０  …エレクトロクロミック層
１１  …電解質層
１２  …電荷保持層
１３  …電極層付背面基板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2016173969.tif 000006