CN110383152A - 调光膜及调光系统、调光构件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种不仅会使透射光量发生变化,还能够利用于更大范围的用途的调光膜及调光系统。本发明的调光膜(1)包括:第1电极(11)、第2电极(16)、以及宾主型的液晶层(8),该液晶层(8)包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极(11)与上述第2电极(16)之间的电位差而变动,上述液晶层(8)在上述电位差为第1电位差时,具有第1雾度值,在上述电位差为第2电位差时,具有第2雾度值,在上述电位差为上述第1电位差与上述第2电位差之间的第3电位差时,具有至少高于上述第2雾度值的第3雾度值。
Description
技术领域
本发明涉及调光膜及调光系统、调光构件。
背景技术
以往,提出了各种例如粘贴在窗上来控制外来光的透射的调光膜的相关措施(专利文献1、2)。
在这样的调光膜中,存在一种利用了液晶的调光膜。利用了液晶的调光膜中,通过由制作有透明电极的2张透明薄膜材料来夹持液晶,并对透明电极间施加电压,从而改变液晶分子的取向,以控制外来光的透射量。
[现有技术文献]
[非专利文献]
专利文献1:日本特开平03-47392号公报
专利文献2:日本特开平08-184273号公报
发明内容
[发明要解决的课题]
如此,调光膜能够控制外来光的透射光量,但在调光膜中,不仅期望使透射光量发生变化,还期望更大范围的用途。
[用于解决技术课题的技术方案]
为了解决上述问题,本发明提供以下方案。
(1)一种调光膜,其包括第1电极、第2电极、以及液晶层,该液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动,上述液晶层在上述电位差为第1电位差时,具有第1雾度值,在上述电位差为第2电位差时,具有第2雾度值,在上述电位差为上述第1电位差与上述第2电位差之间的第3电位差时,具有至少高于上述第2雾度值的第3雾度值。
(2)在(1)中,上述液晶层在上述电位差为上述第1电位差时,具有第1透射率,在上述电位差为上述第2电位差时,具有第2透射率,在上述电位差为上述第3电位差时,具有上述第1透射率与上述第2透射率之间的第3透射率。
(3)一种调光膜,包括:第1电极、第2电极、以及液晶层,该液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动,上述液晶层在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
(4)一种调光膜,包括:第1电极、第2电极、以及液晶层,该液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动,上述液晶层在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
(5)在(1)、(2)、(3)的任何一项中,上述液晶层在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态,关于该调光膜,在上述电位差从上述第1电位差向上述第2电位差变化时,从上述遮光状态的透射率变化到向上述透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间为16毫秒以上。
(6)在(1)、(2)、(4)的任何一项中,上述液晶层在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态,关于该调光膜,在上述电位差从上述第2电位差向上述第1电位差变化的情况下,从上述遮光状态的透射率变化到向上述透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间为16毫秒以上。
(7)在(1)、(2)、(3)、(5)的任何一项中,上述液晶层在上述电位差为0V即上述第1电位差时,会成为遮光状态,在将上述液晶层的厚度记为d,将上述液晶层所包含的液晶分子的手征节距记为p时,d/p为1.1以上(1.1≤d/p)。
(8)在(1)、(2)、(4)、(6)的任何一项中,在上述电位差为0V即上述第1电位差时,会成为透光状态,在将上述液晶层的厚度记为d,将上述液晶层所包含的液晶分子的手征节距记为p时,d/p为0.9以上1.5以下(0.9≤d/p≤1.5)。
(9)在(1)~(8)的任何一项中,上述液晶材料具有介电各向异性,在将上述液晶材料的液晶分子的长轴方向上的介电常数记为ε//,将液晶分子的短轴方向上的介电常数记为ε⊥,将它们的差的绝对值记为|Δε|=|ε//-ε⊥|时,|Δε|为100以下。
(10)一种调光系统,具有:(1)~(9)的任何一项的调光膜;以及控制部,其使上述电位差在上述第1电位差与上述第2电位差之间改变。
(11)在(10)中,上述控制部包括设定部,该设定部将上述调光膜的电位差切换为上述第1电位差、上述第2电位差、以及上述第3电位差中的任何一个。
(12)在(10)中,上述控制部包括设定部,该设定部将上述调光膜的电位差切换为上述第1电位差、上述第2电位差中的任何一个。
(13)一种调光构件,包括:第1层叠体、第2层叠体、以及液晶层,该第1层叠体具有第1基材和第1电极,该第2层叠体具有第2基材和第2电极,该液晶层由上述第1层叠体与上述第2层叠体夹持,上述第1基材及上述第2基材由玻璃构成,上述液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动,该调光构件在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
(14)一种调光构件,包括:第1层叠体、第2层叠体、以及液晶层,该第1层叠体具有第1基材和第1电极,该第2层叠体具有第2基材和第2电极,该液晶层由上述第1层叠体与上述第2层叠体夹持,上述第1基材及上述第2基材由玻璃构成,上述液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动,该调光构件在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态,在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
[发明效果]
本发明的调光膜及调光系统、调光构件包含使光的透射状态(透光状态)成为雾化的状态的雾度(haze)模式,能够使用于更大范围的用途。
附图说明
图1是表示第1实施方式~第3实施方式的调光膜1的剖视图。
图2是在第1实施方式的调光膜1中,改变了向d/p不同的多个调光膜1的电极施加的电压时的、透射率及雾度值的实验结果。
图3是包括第1实施方式及第2实施方式的调光膜1的调光系统20的框图。
图4是在第2实施方式的调光膜1中,改变了对d/p不同的多个调光膜1的电极施加的电压时的、透射率及雾度值的实验结果。
图5是说明手征节距(chiral pitch)p的测定方法的图。
图6是第3实施方式的调光系统20的框图。
图7是表示常黑构造的调光膜1中的响应时间t的图。
图8是表示液晶材料的介电各向异性Δε的测定方法的图。
具体实施方式
(第1实施方式)
(调光膜1的构成)
图1是表示本发明的第1实施方式的调光膜1的剖视图。调光膜1例如通过粘接剂层等粘贴在建筑物的窗玻璃、展柜、屋内的透明隔断、车辆的天窗等谋求调光的部位上来使用,并通过使电压变化来控制透射光。
调光膜1是宾主方式的调光膜1,其以薄膜状的第1层叠体5D和第2层叠体5U来夹持液晶层8,并通过使加于液晶层8的电场发生变化来控制透射光。
第1层叠体5D中,在透明薄膜材料即第1基材6,配置并形成有第1电极11、间隔物12及第1取向膜13。第2层叠体5U中,在透明薄膜材料即第2基材15,配置并形成有第2电极16及第2取向膜17。
通过被设置于第2层叠体5U及第1层叠体5D的第1电极11及第2电极16的驱动,液晶层8内的电场的强度会发生变化。
(基材)
第1基材6及第2基材15能够适用可适用于该种薄膜材料的各种透明薄膜材料。虽然在本实施方式中,关于第1基材6及第2基材15,适用聚碳酸酯薄膜,但是可使用COP(环烯烃聚合物)薄膜、TAC薄膜、PET薄膜、丙烯酸薄膜等各种透明薄膜材料。
(透明电极)
第1电极11及第2电极16能够适用可适用于该种薄膜材料的各种电极材料,在本实施方式中,由ITO(Indium Tin Oxide:氧化铟锡)所构成的透明电极材料形成。
(间隔物)
间隔物12用于限定液晶层8的厚度,能够广泛适用各种树脂材料,而在本实施方式中,利用光致抗蚀剂来制作,通过在制作有第1电极11的第1基材6上,涂上光致抗蚀剂并进行曝光、显影,从而进行制作。
另外,间隔物12也可以设置于第2层叠体5U,还可以设置于第2层叠体5U及第1层叠体5D两者。此外,也可以是,间隔物12适用所谓的珠状间隔物。
(取向膜)
第1取向膜13及第2取向膜17通过对聚酰亚胺树脂层进行摩擦处理来制作。另外,也可以是,第1取向膜13及第2取向膜17能够适用可针对液晶层8的液晶材料而展现出取向限制力的各种构成,可以利用所谓的光取向膜来制作。
在该情况下,光取向材料能适用可适用光取向方法的各种材料,例如能适用在暂时取向后,取向不会因紫外线的照射而变化的二聚型的材料。针对该光二聚型的材料,在“M.Schadt,K.Schmitt,V.Kozinkov and V.Chigrinov:Jpn.J.Appl.Phys.,31,2155(1992)”、以及“M.Schadt,H.Seiberle and A.Schuster:Nature,381,212(1996)”等中被公开。
(密封材料)
调光膜1中,以包围液晶层8的方式配置有密封材料19,通过该密封材料19,第2层叠体5U、第1层叠体5D被一体地保持,从而可防止液晶材料的漏出。
(液晶层)
液晶层8包含液晶材料和二向色性色素,并以宾主方式驱动。
(液晶材料)
液晶材料使用向列相液晶。液晶材料包含手性助剂,能够通过调整手性助剂的含量来调整液晶分子的手征节距p。所谓手征节距,是指在液晶层8的厚度方向上,液晶分子扭曲1个周期(360°)时的距离。
(手性助剂)
手性助剂为具有光学活性的部位的低分子化合物,在向列相液晶中诱发螺旋构造。手性助剂例如使用S-811、R811、CB-15、MLC6247、MLC6248、R1011、以及S1011(均为默克公司制)等。
(二向色性色素)
二向色性色素为分子的长轴方向上的吸光度与短轴方向上的吸光度不同的色素。当液晶分子的取向状态因被施加于调光膜1的电压的变化而变化时,二向色性色素的取向状态也会根据液晶分子的取向状态的变化而变化。二向色性色素例如使用LSY-116、LSR-401、LSR-405、LSB-278、LSB-350、以及LSB-335的(均为三菱化成公司制)。
在此,针对手征节距p的测定方法进行说明。所谓手征节距,如前所述,是指液晶分子扭曲1个周期(360°)时的液晶层8的厚度方向上的距离(尺寸)。
图5是说明手征节距p的测定方法的图。图5的(a)是与被用于测定的楔形单元30的厚度方向平行的剖视图,图5的(b)是俯视楔形单元30的状态,表示测定手征节距p时观察到的明暗差所形成的条纹状图案。
所谓楔形单元30,包括:2片玻璃板31、32;以及台33,该台33被配置在2片玻璃板31、32之间,形成楔形形状。与该楔形单元30的厚度方向平行的截面为楔形形状,在本实施方式中,如图5的(a)所示,为三角形形状。在此,所谓楔形形状,意味着一端较宽、随着到另一端而逐渐变窄的形状,为包含三角形状及台形状的形状。
在楔形单元30的底面即玻璃板32的液晶侧的表面32a,形成有未图示的水平取向膜。因此,当将宾主型的液晶材料封入楔形单元30的2片玻璃板31、32之间时,液晶分子会沿该取向膜的取向方向取向,并根据单元的高度来回旋。
当将宾主型的液晶材料置入楔形单元30时,如图5的(b)所示,每当液晶分子回旋180度,就会出现因明暗差造成的条纹(stripe)。关于该条纹(stripe),随着单元的高度H变大,其暗度会增加。此外,每当液晶回旋180度,该条纹会等节距地出现。
因此,在将该条纹的宽度记为a,将条纹的排列方向上的楔形单元30的尺寸记为L,将楔形单元30的最大单元高度记为H,将手征节距记为p时,根据相似比,成立下式。
2×a:L=p:H
根据上式,手征节距p由下式表示。
p=2×a×H/L
另外,在本实施方式中,将条纹的宽度a的尺寸测定进行了3次,并将其平均值作为手征节距p。此外,虽然在图5中,示出了在由玻璃板31、32与台33形成的整个空间中封入液晶材料的例子,但是不限于此,只要封入了可观察到2根测定所需条纹的分量的液晶材料,就能够测定手征节距p。
该手征节距p优选为0.5μm以上。
在将具有螺旋构造的液晶材料用于液晶层8的情况下,会发生如下这样的现象:将该液晶材料的平均折射率n乘以手征节距p而得到的值的波长的光会被选择性地反射。因为在手征节距p小于0.5μm的情况下,通过该现象,可见光区域的特定波长的光会被选择反射,所以会存在看到调光膜1被染成特定的颜色,或是调光膜1的光的透射率降低的可能。因此,该手征节距p优选满足上述范围。
此外,液晶层8的厚度(单元间隙)d优选设为2μm以上,20μm以下。
因为当液晶层8的厚度d小于2μm时,难以制造包括该种液晶层8的调光膜1,生产调光膜1时的成品率会大幅降低,所以并不优选。此外,当液晶层8的厚度d大于20μm时,液晶材料的使用量会变大,调光膜1的材料成本会变高,从而并不优选。因此,液晶层8的厚度d优选设为上述范围。
另外,当异物混入到液晶层8中时,在液晶层8的厚度d较小的情况下,多会因液晶层8的厚度d小于异物的尺寸,液晶层8于混入异物处发生膨胀等而导致调光膜1的外观恶化。但是,当液晶层8的厚度d足够大时,若液晶层8的厚度d大于异物的尺寸,则能够减少该种外观的恶化。
此外,被用于液晶层8的液晶材料具有折射率各向异性,在将液晶材料相对于通常光线的折射率记为no,相对于异常光线的折射率记为ne的情况下,液晶材料的折射率各向异性Δn由下式表示。
Δn=ne-no
该液晶材料的折射率各向异性Δn的值越大,调光膜1的雾度状态下的雾度值就越高。在本实施方式中,为了在调光膜1中,得到雾度状态(雾度模式)下的足够的雾度值,液晶材料的折射率各向异性Δn优选设为0.05以上。
该液晶材料的折射率各向异性Δn例如能够用以下这样的方法算出。
首先,准备出不含二向色性色素的状态的液晶材料,制成将其包括在液晶层8中的测定用的调光膜1,并使其成为液晶分子倾倒的状态(若为常黑(normally black)构造,则为未施加电压的状态,若为常白(normally white)构造,则为施加了电压的状态)。然后,对该状态下的液晶层8的相位差Re和厚度d进行测定。在此,作为一例,利用交流电源装置(松定precision株式会社制eK-FGJ)来对测定用的调光膜1施加60Hz(正弦波)的交流电压。
此外,相位差Re的测定能够利用相位差测定仪(大塚电子株式会社制RETS-1200VA)等来进行。
在将液晶材料的折射率各向异性记为Δn,将液晶层8的厚度(单元间隙)记为d时,相位差Re由下式表示。
Re=Δn×d
因此,液晶材料的折射率各向异性Δn能够用下式算出。
Δn=Re/d
本实施方式的调光膜1为常黑构造。所谓常黑构造,是指未对液晶施加电压时透射率最小,成为黑色画面的构造。
即,在本实施方式中,在液晶为p(正)型,未对调光膜1施加电压,液晶分子水平取向的情况下,二向色性色素也会水平取向,调光膜1的可见光线透射率会变小。相反,当对调光膜1施加电压,液晶分子垂直取向时,二向色性色素也会垂直取向,调光膜1的可见光线透射率会变大。
将在这种调光膜1中,改变了对液晶分子的手征节距p与液晶层的厚度(单元间隙)d之比(d/p)不同的多个调光膜1的电极施加的电压(两电极间的电位差)时的、透射率及雾度值的实验结果在图2中示出。
所谓雾度值,是指全部光线透射率中的扩散透射率(扩散光线透射率)的比例。即,以调光膜1的透明性的相关指标来表示浊度(雾化度)。当雾度值较大时,调光膜1会成为雾化状态(雾度状态)。
像本实施方式那样,在常黑构造的调光膜1中,在未对调光膜1(液晶层8)施加电压的状态下,液晶分子和二向色性色素都成为了长度方向向调光膜1的表面方向(与厚度方向正交的方向)倾倒地回旋,且透射率较低的暗状态(遮光状态)。此外,在对调光膜1(液晶层8)施加了预定的电压的状态下,液晶分子和二向色性色素都会成为长轴方向为与液晶层8的厚度方向平行的方向,且透射率较高的明状态(透光状态)。
当对调光膜1(液晶层8)施加该暗状态下的电压和明状态下的电压之间的电压时,液晶分子及二向色性色素成为了长轴方向相对于液晶层8的厚度方向而向各种方向倾斜的状态,因为这会使光扩散,所以调光膜1会成为雾化状态(雾度状态)。
在图2中,左侧纵轴的刻度为透射率,右侧纵轴的刻度表示雾度值,横轴表示施加电压。如图所示,通过使电压变化来使液晶层8内的电场变化,并使液晶分子的取向在水平取向与垂直取向之间变化。与液晶分子的取向的变化联动地,二向色性色素的取向方向也会变化,由此来控制入射光的透射率。此时,由于电压的变动,雾度值也会发生变化。另外,图2中的实线表示透射率,虚线表示雾度值。
另外,虽然在图2所示的实验结果中,将被施加于调光膜1的电极的电压的最大值设为了10V,但是不限于此,被施加于电极的电压的最大值可以根据调光膜1的大小或所期望的透射率的设计值、以及调光膜1的使用环境等来适当选择。
在此,针对用于测定雾度值或透射率等的测定仪器等来进行说明。
利用交流电源装置(松定precision株式会社制eK-FGJ),对调光膜1施加了60Hz(矩形波)的交流电压。另外,在图2及后述的图4所示的图表中,横轴所示的电压为对调光膜1施加了电压时的交流电源装置中的设定值。
使用雾度计(株式会社村上色彩研究所制HM-150)来对调光膜1的雾度值及透射率进行了测定。另外,雾度值的测定方法遵照JISK7136,透射率的测定方法遵照JISK7361。
调光膜1的液晶层8的厚度(单元间隙)d相当于液晶层8的间隔物12的高度(液晶层8的厚度方向上的间隔物12的尺寸),能够利用各种测定仪器来进行测定。像本实施方式那样,在间隔物12为球状的珠状间隔物的情况下,能够以SEM(扫描型电子显微镜)等显微镜来测定其高度(液晶层8的厚度d)。此外,在间隔物12为柱状的情况下,能够以光干涉式形状测定器来测定其高度。
关于手征节距p的测定方法,则如前所述。
通过施加电压来用于测定雾度值或透射率的调光膜1的样品是俯视大小为纵70mm、横70mm的正方形形状。
此外,用于测定的调光膜1的样品使用宾主型的液晶材料作为液晶层8的液晶材料,且为常黑构造。
(1)d/p为1.1(扭转384度)时
透射率:透射率伴随电压的上升而上升。
雾度值:雾度值在电压3V左右暂时上升,并具有最大成为10%左右的峰值。然后,当电压上升而透射率也开始上升时,雾度值会减少。
另外,所谓扭转,是指第1取向膜13与第2取向膜17之间的液晶分子的旋转(扭曲)角度。
(2)d/p为1.5(扭转528度)时
透射率:透射率伴随电压的上升而上升。但是,増加量少于(1)。
雾度值:雾度值在电压3.9V左右暂时上升,并具有最大成为18%左右的峰值。然后,当电压上升而透射率也开始上升时,雾度值会减少。
(3)d/p为1.7(扭转624度)时
透射率:透射率伴随电压的上升而上升。但是,増加量少于(2)。
雾度值:雾度值在电压4.0V左右暂时上升,并具有最大成为23%左右的峰值。然后,当电压上升而透射率也开始上升时,雾度值会减少。
(4)d/p为2.0(扭转720度)时
透射率:透射率伴随电压的上升而上升。但是,増加量少于(3)。
雾度值:雾度值在电压4.1V左右暂时上升,并具有最大成为15%左右的峰值。然后,当电压上升而透射率也开始上升时,雾度值会减少。
(5)d/p为2.7(扭转960度)时
透射率:透射率伴随电压的上升而上升。但是,増加量少于(4)。
雾度值:雾度值在电压5.8V左右暂时上升,并具有最大成为22%左右的峰值。然后,当电压上升而透射率也开始上升时,雾度值会减少。
如此,可知:在调光膜1的d/p为d/p=1.1、d/p=1.5、d/p=1.7、d/p=2.0、d/p=2.7中的任一情况下,在对电极施加的电压为中间的值(透射率最大的电压与最小的电压之间的中间电压)的区域中,雾度值也具有峰值,即,雾度值也具有上升的范围。
即,在d/p至少≥1.1时,调光膜1具有电压为中间的值且雾度上升的范围。
图3是包括本实施方式的调光膜1的调光系统20的框图。调光系统20包括调光膜1、以及控制部21。关于该调光膜1,d/p≥1.1。因此,调光膜1在被施加于电极的电压为透射率最大的电压(在本实施方式中,例如为10V)与透射率最小的电压(0V)之间的中间值的区域中,具有雾度值上升的范围。
控制部21具有:本体部22;以及调节旋钮23,其可相对本体部22而旋转。当使调节旋钮23相对于本体部22而旋转时,对调光膜1的电极施加的电压会变化。
当使调节旋钮23旋转到可旋转区域的一端侧时(图中左侧写着“暗”的一侧),被施加于电极的电压会成为最小(0V),调光膜1的透射率也会成为最小(暗状态)。
当使调节旋钮23旋转到可旋转区域的另一端侧时(图中右侧写着“明”的一侧),电压会成为最大(在本实施方式中,例如为10V),透射率会成为最大(明状态)。
另外,虽然在本实施方式中,在调光系统20中,将施加于调光膜1的电极的电压的最大值设为了10V,但是不限于此,被施加于电极的电压的最大值可以根据调光膜1的大小或所期望的透射率的设计值、以及调光膜1的使用环境等来适当选择。
本实施方式的调光膜1在被施加于电极的电压为最小与最大中间的区域内,具有成为雾度状态的区域。当旋转调节旋钮23以使被施加于电极的电压变化,并选择雾度状态(在图中,写着“暗”、“明”的中央的写有“雾度”的位置)时,被施加于电极的电压会成为如在图2中所示那样的、雾度值为最大的固定区域(雾度区域)。当电压成为该雾度区域时,调光膜1会成为图3的右侧所示的雾度状态。即,透明度会降低,像毛玻璃那样,难以观察到被调光膜1隔开的相反侧。因此,例如在用于住宅或汽车玻璃的情况下,不仅能够调整入射光量,还能够使得难以从外部看到内部,并能够使得从内部也难以看到外部。
根据本实施方式,因为像这样包含调光膜1的调光系统20能够将调光膜1设为透射率较低的状态、透射率较高的状态、以及毛玻璃的状态,所以使用者能够适当地选择调光膜1的状态。
另外,如本实施方式所示,在调光膜1为常黑构造的情况下,雾度状态下的雾度值的峰值优选为5%以上,更优选的是,为8%以上,进一步优选的是,为10%以上。
由于雾度值满足这样的范围,因而能够确保雾度状态(雾化状态)的调光膜1的透明度充分降低,且观察者能够明确地识别出调光膜1为毛玻璃状态。
(第2实施方式)
接着,针对本发明的第2实施方式进行说明。第2实施方式与第1实施方式不同的点为:本实施方式的调光膜1为常白构造。所谓常白构造,是指未对液晶施加电压时,透射率最大且透明的构造。第2实施方式的调光系统20与第1实施方式相同。
即,在本实施方式中,在液晶为n(负)型,且未对调光膜1施加电压,液晶分子垂直取向的情况下,二向色性色素也会垂直取向,调光膜1的透射率会变大。相反,当对调光膜1施加电压,液晶分子水平取向时,二向色性色素也会水平取向,调光膜1的透射率会变小。
将在第2实施方式的调光膜1中,改变了施加于液晶分子的手征节距p与液晶层的厚度d之比(d/p)不同的多个调光膜1的电极的电压时的、透射率及雾度值的实验结果在图4中示出。
本实施方式的调光膜1的雾度值及透射率的测定方法与在前述的第1实施方式中,在图2中示出实验结果的方法相同。
此外,用于测定雾度值或透射率的本实施方式的调光膜1的样品为俯视大小纵70mm、横70mm的正方形状,使用宾主型的液晶材料作为液晶层8的液晶材料,且为常白构造。
与第1实施方式的图2同样,左侧纵轴的刻度为透射率,右侧纵轴的刻度表示雾度值,横轴表示施加电压。另外,图4中的实线表示透射率,虚线表示雾度值。
另外,在图4所示的实验结果中,将被施加于调光膜1的电极的电压的最大值设为了10V,但是不限于此,被施加于电极的电压的最大值可以根据调光膜1的大小或所期望的透射率的设计值、以及调光膜1的使用环境等来适当选择。
(1)d/p为0.7(扭转240度)时
透射率:虽然在电压0~1.8V左右,透射率为大致固定的71~74%左右,但是当电压为1.8V~3.0V左右时,会大幅下降到45%左右,然后,伴随电压的増加,会略持续减少。
雾度值:在电压为0~10时,雾度值为大致固定的1%左右。
(2)d/p为0.8(扭转280度)时
透射率:虽然在电压0~1.8V左右,透射率为大致固定的70%左右,但是当电压为0.8V~3.0V左右时,会大幅下降到40%左右,然后,伴随电压的増加,会略持续减少。
雾度值:在电压为0~10V时,雾度值为大致固定的1%。
(3)d/p为0.9(扭转320度)时
透射率:虽然在电压0~0.9V左右,透射率为大致固定的67%左右,但是当电压为0.9~2.5V左右时,会大幅下降到35%左右,然后,伴随电压的増加,会略持续减少。
雾度值:在透射率会减少的2.5V左右,雾度值具有1.5%左右的峰值。除此以外,为1.0%左右。
(4)d/p为1.0(扭转360度)时
透射率:电压0~0.8V左右,透射率会逐渐上升而成为最大的65%左右,然后,当电压成为3V左右时,会大幅下降到30%左右,然后,伴随电压的增加,会略持续减少。
雾度值:电压2.0V左右,雾度值具有2.0%左右的峰值。然后,当电压上升到2.5V左右时,会下降到1.0%左右,当为其以上的电压时,则维持1.0%。
(5)d/p为1.2(扭转440度)时
透射率:电压0~3.0V左右,透射率逐渐减少,然后,伴随电压的增加,会略持续减少。
雾度值:在透射率减少的电压2.0V左右,雾度值具有10.0%左右的峰值。然后,当电压上升到3V左右时,雾度值会下降到2.5%左右,当为其以上的电压时,则维持2.5%。
(6)d/p为1.5(扭转520度)时
透射率:电压0~3.0V左右,透射率逐渐减少,然后,伴随电压的增加,会略持续减少。
雾度值:在电压为2.0V左右,雾度值具有17.0%左右的峰值。然后,当电压上升到3.0V左右时,雾度值会下降到2.5%左右,当为其以上的电压时,则维持2.5%左右。
(7)d/p为1.7(扭转600度)时
透射率:在电压为0~10时,透射率大致固定。
雾度值:雾度值的峰值不存在,伴随电压上升,雾度值会从2.5%略持续减少到1.0%。
在本实施方式中,可知:在调光膜1的d/p满足0.9≤d/p≤1.5的情况下,在施加于电极的电压为透射率最大的电压与最小的电压之间的中间值的区域内,雾度值具有峰值,即雾度值上升的范围。
本实施方式的调光膜1满足0.9≤d/p≤1.5,并将电压1.5~2.5V左右设定为雾度区域。如此,当在调节旋钮处选择雾度区域时,施加于电极的电压会成为1.5~2.5V,从而能够将调光膜1设为雾度状态。即,与第1实施方式同样,透明度会降低,像毛玻璃那样,难以对由调光膜1隔开的相反侧进行观察。即,包含本实施方式的调光膜1的调光系统20具有透射率较低的状态、透射率较高的状态、以及毛玻璃的状态。因此,例如用于住宅或汽车玻璃,不仅能够调整入射光量,还能够使得难以从外部看到内部,并使得从内部难以看到外部。
另外,像本实施方式那样,在调光膜1为常白构造的情况下,雾度状态下的雾度值的峰值优选为1.5%以上,更优选的是,为5%以上,进一步优选的是,为10%以上。
由于雾度值满足这样的范围,因而能够确保雾度状态(雾化状态)的调光膜1的透明度充分降低,且观察者能够明确地识别出调光膜1为毛玻璃状态。
(第3实施方式)
图6是第3实施方式的调光系统20的框图。
关于第3实施方式,调光系统20仅能够切换为透射率较低的状态(遮光状态、暗状态)、以及透射率较高的状态(透光状态、明状态)这2个状态这一点与第1实施方式及第2实施方式不同。
第3实施方式的调光系统20包括调光膜1、以及控制部21。控制部21具有本体部22、以及调节旋钮23,并能够通过使调节旋钮23相对于本体部22旋转,来切换施加于调光膜1的电极的电压。另外,在图6中,示出了第3实施方式的调光系统20包括调节旋钮23的例子,但是不限于此,也可以将其设为以开关或按钮等来切换施加于电极的电压的形态。
在该第3实施方式的调光系统20中,也可以使用第1实施方式所示的常黑构造的调光膜1,还可以使用第2实施方式所示的常白构造的调光膜1。在此,作为一例,举出使用第1实施方式所示的常黑构造的调光膜1的例子进行说明。
首先,针对本实施方式的调光系统20进行说明。
在本实施方式的调光系统20中,当将调节旋钮23的位置置于可旋转区域的一端侧(图中左侧的“暗”侧)时,被施加于电极的电压会成为最小(0V),调光膜1的透射率也会成为最小(暗状态)。
此外,当将调节旋钮23的位置置于可旋转区域的另一端侧(图中左侧的“明”侧)时,被施加于电极的电压会成为最大,调光膜1的透射率也会成为最大(明状态)。
在本实施方式中,作为一例,使用前述的第1实施方式所示的调光膜1作为调光系统20所包括的调光膜1,并举出可设定10V为被施加于电极的电压的最大值的例子进行说明,但是被施加于电极的电压的最大值可以根据调光膜1的大小或所期望的透射率的设计值、以及调光膜1的使用环境等来适当选择,也可以是,设为大于10V的值,还可以是,设为小于10V的值。
在本实施方式中,调节旋钮23如上所述,能够仅将调光膜1的透射率选择为“暗”或“明”中的一者。即,在本实施方式中,能够利用调节旋钮23,将被施加于调光膜1的电压像第1实施方式及第2实施方式那样,不在最小与最大之间的中间值维持地,切换为最小或最大中的任何一个。
在本实施方式的调光系统20中,例如在将被施加于调光膜1的电压从最小值切换到最大值的情况下,调光膜1随时间经过而显现出前述的以第1实施方式的图2的横轴假想为经过时间时那样的透射率及雾度值的变化,调光膜1会从暗状态经过雾度状态而成为明状态。
在本实施方式中,在将被施加于调光膜1的电压从最小值切换到最大值的情况下(即,在将调节旋钮23从“暗”切换到“明”的情况下),调光膜1的透射率从最小值达到相当于最大值的90%的值为止的时间(从遮光状态的透射率达到相当于透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间),即响应时间优选为16毫秒以上,更优选的是,为100毫秒以上,进一步优选的是,为200毫秒以上。
在本实施方式中,通过将调光系统20中的调光膜1的响应时间设为上述的范围,从而在将被施加于调光膜1的电压从最小值切换为最大值时,调光膜1会从暗状态经过雾度状态而成为明状态,且该雾度状态会被观察者充分识别到。由此,因为在切换调光膜1的“暗”与“明”时,调光膜1所隔开的外部景色的外观并不是瞬间变化的,而是被观察者识别为经过雾化状态(雾度状态)地变化,所以能够使切换时的调光膜1所隔开的外部景色的外观变化的观感变得柔和。
另外,调光膜1的透射率从最小值达到相当于最大值的90%的值为止的时间(从遮光状态的透射率达到相当于透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间)即响应时间,能够用以下的方法来测定。
首先,将调光膜1载置于显微镜(偏光显微镜奥林巴斯株式会社BX51-XP)的试样台。另外,关于显微镜,也能够使用不具备偏光功能的光学显微镜。
接着,利用函数发生器(株式会社NF电路设计block EAVE FACTORY WF1974),对被载置在试样台上的调光膜1每隔10秒反复施加最小电压值和最大电压值。最小电压值为0V,最大电压值可根据调光膜1的大小等适当选择。在此,调光膜1为常黑构造,作为一例,最大电压值设为20V(60Hz,矩形波)。
将被施加于调光膜1的电压为最小电压值的情况下及最大电压值的情况下的透射光利用光传感器(浜松photonics株式会社C8137-02)转换为电压信号,并利用示波器(泰克株式会社TDS1012B)来进行读取。
图7是表示常黑构造的调光膜1中的响应时间t的图。在图7中,示出了示波器的画面,纵轴为电压(V),横轴表示时间(毫秒:ms)。
因为调光膜1为常黑构造,所以在被施加于电极的电压为最小电压值(在此为0V)时,调光膜1为暗状态(遮光状态),在为最大电压值(在此为20V)时,调光膜1为明状态(透光状态)。通过读取从切换该电压值所造成的从暗状态向明状态变化时(从最小电压值向最大电压值的变化时)的信号上升起到成为信号最大值的90%(最大电压值的90%)为止的时间,从而能够得到响应时间t。
此外,被用于调光膜1的液晶层8的液晶材料具有介电各向异性(介电常数各向异性),在将液晶分子的长轴方向上的介电常数记为ε//,将液晶分子的短轴方向上的介电常数记为ε⊥时,液晶材料的介电各向异性Δε由下式表示。
Δε=ε//-ε⊥
在本实施方式中,该液晶材料的介电各向异性的绝对值|Δε|=|ε//-ε⊥|优选为100以下,更优选的是,为60以下,进一步优选的是,为30以下。介电各向异性的绝对值|Δε|的值越大,在对调光膜1施加了电压时的液晶分子的响应速度就越快,介电各向异性的绝对值|Δε|的值越小,在对调光膜1施加了电压时的液晶分子的响应速度就越慢。
因此,在本实施方式中,由于介电各向异性的绝对值|Δε|满足上述范围,因而在将调光膜1从暗状态向明状态切换时,能够使观察者充分地识别出雾度状态。因此,在调光膜1切换时,外部的景色并不是瞬间变化的,能够通过经过雾化状态(雾度状态)地变化,从而使切换时的调光膜1所隔开的外部景色的外观变化的观感变得柔和。
另外,在液晶层8中混用多个种类的液晶材料的情况下,在它们的液晶分子中,优选的是,介电各向异性的绝对值|Δε|最小的液晶分子满足上述范围,从进一步提高使切换时的外部景色的外观变化等的观感变得柔和这一效果的观点出发,更优选的是,介电各向异性的绝对值|Δε|最大的分子满足上述范围。
针对液晶材料的介电各向异性的绝对值|Δε|,例如能够通过以下的方法来求得。
图8是表示液晶材料的介电各向异性Δε的测定方法的图。
如图8所示,将交流电源装置E(松定precision株式会社制eK-FGJ)、调光膜1、以及电阻R串联连接。另外,关于交流电源装置E,频率f=60Hz(正弦波),电阻R的电阻值R1=10kΩ。
对交流电源装置E的电源的接通/关断(对调光膜1施加电压的接通/关断)进行切换,对液晶分子沿液晶层8的厚度方向竖立的状态下(即,液晶分子的长轴方向上)的介电常数、以及液晶分子倾倒的状态下(即,液晶分子的短轴方向上)的介电常数进行测定,从而能够求得其差Δε。
在将液晶层8(调光膜1)的介电容量记为C,将液晶层8的面积记为S,将液晶层8的厚度记为d,将真空的介电常数记为ε0时,液晶材料的介电常数(相对介电常数)εr由下式表示。
C=εr×ε0×S/d
因此,εr由下式表示。
εr=C×d/(S×ε0)
ε0=8.85×10-12,从而能够分别测定及算出液晶层8的厚度d及液晶层8的面积S。
因此,能够通过对交流电源装置E的电源的接通时/关断时各自的介电容量C进行测定,从而根据上述算式,分别算出液晶分子沿液晶层8的厚度方向竖立的状态下的介电常数εr,即液晶的长轴方向上的介电常数ε//、以及液晶分子倾倒状态下的介电常数εr,即液晶分子的短轴方向上的介电常数ε⊥。
在图8所示的电路中,当将施加于电阻的电压记为VR,将交流电源装置的电压记为VE时,调光膜1的电压Vc由下式表示。
Vc=√(VE 2-VR 2)
在此,通过用未图示的万用表(株式会社CUSTOM公司制CDM-2000D)测定施加于电阻的电压VR、以及交流电源装置的电压VE来获得。
当将从液晶层8(调光膜1)通过的电流记为Ic,将交流电源装置的频率记为f时,调光膜1的电压Vc也由下式表示。
Vc=Ic×1/(2π×f×C)
因此,液晶层8的静电电容C可由下式求得。在此,f=60Hz,Ic=VR/R1,R1=10kΩ。
C=Ic×1/(2π×f×Vc)
通过根据由上式得到的交流电源装置E的电源接通时及关断时各自的液晶层8的静电电容C、以及前述算式εr=C×d/(S×ε0),分别求出液晶分子的长轴方向上的介电常数ε//、以及液晶分子的短轴方向上的介电常数ε⊥,并求出它们的差Δε,从而得到液晶材料的介电各向异性的绝对值|Δε|。
此外,在调光膜1中,为了得到雾度状态(雾度模式)下的足够的雾度值,在本实施方式中,液晶分子的折射率各向异性Δn也优选设为0.05以上。
此外,像本实施方式这样,在调光膜1为常黑构造的情况下,雾度状态下的雾度值的峰值优选为5%以上,更优选的是,为8%以上,进一步优选的是,为10%以上。通过满足这样的范围,能够使观察者易于识别暗状态与明状态之间的雾度状态,使切换暗状态与明状态时的观感更加柔和,并使因从暗状态向明状态的急剧的亮度变化而受到的刺激变小。
在本实施方式的调光系统20中,在使用如第2实施方式所示的常白构造的调光膜1的情况下,在将被施加于调光膜1的电压从最大值切换到最小值的情况下(即,在将调节旋钮23从“暗”切换到“明”的情况下),调光膜1的透射率从最小值达到相当于最大值的90%的值为止的时间(从遮光状态的透射率达到相当于透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间)即响应时间优选为16毫秒以上,更优选的是,为100毫秒以上,进一步优选的是,为200毫秒以上。
针对调光膜1为常白构造的情况,也能够利用与前述常黑构造的情况同样的装置来求得从遮光状态的透射率达到相当于透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间即响应时间。
但是,调光膜1为常白构造,作为一例,由函数发生器对调光膜1的电极施加的最大电压值设为10V(60Hz,矩形波)。最大电压值能够根据调光膜1的大小等适当选择。
此外,因为调光膜1为常白构造,所以在被施加于电极的电压为最小电压值(在此为0V)时,调光膜1为明状态(透光状态),在为最大电压值(在此为10V)时,调光膜1为暗状态(遮光状态)。
并且,能够通过读取从切换电压值导致的从暗状态向明状态变化时的信号上升起到成为信号强度最大值的90%为止的时间,从而能够得到从调光膜1的遮光状态的透射率达到相当于透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间即响应时间。
此外,在调光膜1为常白构造的情况下,雾度状态下的雾度值的峰值优选为1.5%以上,更优选的是,为5%以上,进一步优选的是,为10%以上。通过满足这样的范围,从而能够使观察者更易于识别处于暗状态与明状态之间的雾度状态,使从“暗”向“明”切换时的观感更加柔和,并使因从暗状态向明状态的急剧的亮度变化而受到的刺激变小。
另外,其原因在于,调光膜1为常白构造时的优选的雾度值的峰值小于为常黑构造时这一情况,在从明亮的状态经过雾度状态而成为黑暗的状态时,雾度状态下的透射率也会变高,因此,更容易识别出雾度状态。
(变形方式)
本发明不被限定于以上说明的各实施方式,能够进行各种变形或变更,而它们也在本发明的范围之内。
(1)在各实施方式中,示出了基材6、15为树脂制的薄膜状的构件的例子,但是不限于此,作为基材6、15,例如也可以是,使用玻璃制的片状或板状的构件,并将调光膜1制成非薄膜状的调光构件。
另外,各实施方式及变形方式也能够适当组合使用,在此省略详细说明。此外,本发明不会被以上说明的各实施方式等限定。
[附图标记说明]
1调光薄膜、5D第1层叠体、5U第2层叠体、6第1基材、8液晶层、11透明电极、12间隔物、13第1取向膜、15第2基材、16第2电极、17第2取向膜、19密封材料、20调光系统、21控制部、22本体部、23调节旋钮。
Claims (14)
1.一种调光膜,包括:
第1电极,
第2电极,以及
液晶层,其包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动;
上述液晶层
在上述电位差为第1电位差时,具有第1雾度值,
在上述电位差为第2电位差时,具有第2雾度值,
在上述电位差为上述第1电位差与上述第2电位差之间的第3电位差时,具有至少高于上述第2雾度值的第3雾度值。
2.一种如权利要求1所述的调光膜,其中,
上述液晶层
在上述电位差为上述第1电位差时,具有第1透射率,
在上述电位差为上述第2电位差时,具有第2透射率,
在上述电位差为上述第3电位差时,具有上述第1透射率与上述第2透射率之间的第3透射率。
3.一种调光膜,包括:
第1电极,
第2电极,以及
液晶层,其包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动;
上述液晶层
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
4.一种调光膜,包括:
第1电极,
第2电极,以及
液晶层,其包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动;
上述液晶层
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
5.如权利要求1~3的任何1项所述的调光膜,其中,
上述液晶层
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态;
该调光膜在上述电位差从上述第1电位差向上述第2电位差变化的情况下,从上述遮光状态的透射率变化到上述透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间为16毫秒以上。
6.如权利要求1、2、4的任何1项所述的调光膜,其中,
上述液晶层
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态,
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态;
该调光膜在上述电位差从上述第2电位差向上述第1电位差变化的情况下,从上述遮光状态的透射率变化到上述透光状态的透射率的90%的透射率为止的时间为16毫秒以上。
7.如权利要求1、2、3、5的任何1项所述的调光膜,其中,
上述液晶层
在上述电位差为0V即上述第1电位差时,会成为遮光状态,
在将上述液晶层的厚度记为d,将上述液晶层所包含的液晶分子的手征节距记为p时,
d/p为1.1以上,即1.1≤d/p。
8.如权利要求1、2、4、6的任何1项所述的调光膜,其中,
在上述电位差为0V即上述第1电位差时,会成为透光状态;
在将上述液晶层的厚度记为d,将上述液晶层所包含的液晶分子的手征节距记为p时,
d/p为0.9以上1.5以下,即0.9≤d/p≤1.5。
9.如权利要求1~8的任何1项所述的调光膜,其中,
上述液晶材料具有介电各向异性;
在将上述液晶材料的液晶分子的长轴方向上的介电常数记为ε//,将液晶分子的短轴方向上的介电常数记为ε⊥,并将它们的差的绝对值记为|Δε|=|ε//-ε⊥|时,
|Δε|为100以下。
10.一种调光系统,具有:
如权利要求1~9的任何1项所述的调光膜,以及
控制部,其使上述电位差在上述第1电位差与上述第2电位差之间改变。
11.如权利要求10所述的调光系统,其中,
上述控制部包括设定部,该设定部将上述调光膜的电位差切换到上述第1电位差、上述第2电位差、以及上述第3电位差中的任何一个。
12.如权利要求10所述的调光系统,其中,
上述控制部包括设定部,该设定部将上述调光膜的电位差切换到上述第1电位差、以及上述第2电位差中的任何一个。
13.一种调光构件,包括:
第1层叠体,其具有第1基材和第1电极,
第2层叠体,其具有第2基材和第2电极,以及
液晶层,其由上述第1层叠体与上述第2层叠体夹持;
上述第1基材及上述第2基材由玻璃构成;
上述液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率会根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动;
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为遮光状态;
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率高于上述遮光状态的透光状态;
在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
14.一种调光构件,包括:
第1层叠体,其具有第1基材和第1电极,
第2层叠体,其具有第2基材和第2电极,以及
液晶层,其由上述第1层叠体与上述第2层叠体夹持;
上述第1基材及上述第2基材由玻璃构成;
上述液晶层包含液晶材料和二向色性色素,且光的透射率会根据上述第1电极与上述第2电极之间的电位差而变动;
在上述电位差为0V即第1电位差时,会成为透光状态;
在上述电位差为大于上述第1电位差的第2电位差时,会成为透射率低于上述透光状态的遮光状态;
在上述电位差为大于上述第1电位差且小于上述第2电位差的第3电位差时,雾度值会成为最大。
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