JP2009053533A - 光学特性制御装置及び板状光学部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】励起光に対する透過性を有する導光層1と、該励起光により光学特性が変化する活性システムを有する光学活性層2A,2Bとを備える積層体を含む板状光学部材と、該板状光学部材の側面から前記励起光を該板状光学部材内に導入する手段とを有することを特徴とする光学特性制御装置。
【選択図】図10
Description
本発明はまた、この光学特性制御装置を用いた光学特性制御方法と、この板状光学部材を用いた透過光制御方法に関する。
このようなことから、ビルや屋外施設、自動車等の設置場所に制約が大きい対象に対しては、窓材等と一体化して簡易に駆動できる遮光・調光・遮熱手段の開発が求められていた。
本発明はまた、この光学特性制御装置を用いた光学特性制御方法と、この板状光学部材を用いた透過光制御方法を提供することを目的とする。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
本発明の光学特性制御装置は、励起光及び/又は復帰光に対する透過性を有する導光層と、励起光により光学特性が変化する活性システムを有する光学活性層とを備える積層体を含む板状光学部材を有する。この板状光学部材は、調光装置において視認される面状体を構成し、窓でいうところのガラス板に相応するものであって、板面に垂直方向の光学特性(透過率、反射率、散乱特性等)の変化が遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示等に利用される。
以下、板状光学部材を構成する積層体、板状光学部材、光学特性制御装置について詳細に説明する。
本発明における板状光学部材に含まれる積層体は、導光層と、光学活性システムを有する光学活性層とを有する。積層体は板状光学部材を構成する主要な部材であり、好ましくはさらに励起光遮蔽層を含んで形成され、また、その他の層を含んでいても良い。
導光層は、本発明に係る励起光及び/又は復帰光に対する透過性を有するものである。本発明では、板状光学部材の側面から励起光及び/又は復帰光が導入されて導光層中を伝搬することが予定されているので、導光層はこの導光層内を透過する光の吸収が低く、透過性が高いことが好ましい。導光層の制御光に対する透過性としては、板状光学部材の大きさに応じて、側面から導入された励起光及び/又は復帰光が部材の中心まで光学活性システムを励起できる強度を持って到達できれば良い。導光層の光透過性の程度としては、具体的には、励起光及び/又は復帰光の波長域における単位長さあたりの吸光度(Absorbance)として1/cm以下、好ましくは0.1/cm以下、さらに好ましくは0.01/cm以下、特に好ましくは0.005/cm以下、理想的には物質固有の吸収が無視できる程小さいことである。単位長さあたりの吸光度が高過ぎると、光が吸収され到達距離が短くなるため、板状光学部材の大きさに制約が生じる。
光学活性層は、励起光により光学特性が変化する光学活性システムを有する層である。
励起光により光学特性が変化する光学活性システムは、励起光により光学特性が変化すれば特に制約はない。広く使用されるのは各種のフォトクロミック材料である。
クロメン(chromene)、例えば、ナフトピラン、ベンゾピラン、インデノナフトピラン、フェナントルピラン;
スピロピラン、例えば、スピロ(ベンズインドリン)ナフトピラン、スピロ(インドリン)ベンゾピラン、スピロ(インドリン)ナフトピラン、スピロ(インドリン)キノピラン、スピロ(インドリン)ピラン;
オキサジン、例えば、スピロ(インドリン)ナフトキサジン、スピロ(インドリン)ピリドベンゾキサジン、スピロ(ベンズインドリン)ピリドベンゾキサジン、スピロ(ベンズインドリン)ナフトキサジン、スピロ(インドリン)ベンゾキサジン;
水銀ジチゾネート、フルギド、フルギミド(fulgimide);
ジアリールエテン及びその誘導体;
ポリジアセチレン及びその誘導体;
上述したようなフォトクロミック化合物の混合物;
光学活性システムが特定の波長域の光に対して応答する場合は、制御光としての性質上、その特定の光を主成分としていることが好ましく、他の成分を含まないことがより好ましい。光学活性システムが応答できる成分が多い方が効率的な復帰が可能であり、応答できない成分を含まない方がエネルギー消費の点で有利である。
また、光学活性層は光学活性システムを含む層として形成することもできる。この場合はマトリックス成分として存在する物質が機械的強度や耐候性を補強する役割を果たしたり光学活性システムを好適に保持する機能を果たすこともできるため好ましい。例えば、一部の光学活性システムにおいてはガラス転移温度(Tg)の低い高分子マトリックスの存在が光学特性変化の発現のために必要ともなっている。
この場合の基板としては、光学活性を発現できるものであれば、基板が導光層を兼用する場合と同様の種々の物質が使用でき、厚み等の範囲もそれに準ずる。
この場合のフィルムとしては、光学活性を発現できるものであれば、フィルムが導光層を兼用する場合と同様の種々の物質が使用でき、厚み等の範囲もそれに準ずる。
本発明における積層体においては、導光層の屈折率が導光層に隣接する層の屈折率より低くなるように形成するのが好ましい。本発明においては、励起光及び/又は復帰光は板状光学部材の側面より導入され、光学活性システムの光学特性を変化させる。制御光(励起光及び/又は復帰光)は、指向性が高く、入射の角度が良く制御されていれば、光学活性層に直接照射され、光学活性層内の光学活性物質の光学特性を変化させる(図1参照)。しかし、光学特性制御装置の形態によっては積層体の厚みが薄いことが好まれることがあり、特に窓材として利用される場合は、全厚の薄さが要求される。その結果として導光層の厚みも薄くなり、直射のみに依存すると部材の面積が大きい場合は入射角が極めて小さく狭い範囲に制御されるとともに、光学特性の変化の程度をそろえるために制御光の強度の角度分布を精密に制御することが必要になってくる。
本発明における積層体においては、導光層の屈折率が導光層に隣接する層の屈折率より一定の条件を満たすように高く形成することもできる。本構成も直射光のみによらず、反射の繰り返しにより制御光を伝搬させるものであるが、反射は導光層と導光層に隣接する層との界面における全反射(内部反射)を利用する手法である。これによれば何回かの反射を繰り返して励起光及び/又は復帰光がより遠距離まで到達するので、外部反射を利用する場合と同様、部材の厚み減少、大面積化の観点における利点がある。導光層の屈折率が導光層に隣接する層の屈折率より高ければ、入射角が一定の値以上において層の界面において全反射が生じ、すべての光は導光層内に反射される。反対側も同じ構成であれば、再び全反射が生じて光は理論上は無限に伝搬していく。全反射の生じる角度は導光層と導光層に隣接する層の屈折率、光の入射角、偏光によって決定される。これらは全反射に関する一般的な解説書、例えば、N.J.Harrick、「INTERNAL REFLECTION SPECTROSCOPY」、Interscience Publishers、1967等に記載されている。
本発明における積層体においては、導光層を制御光に対して一定の散乱を有するものとすることにより、制御光を光学活性層に導くこともできる。板状光学部材の側面から入射された制御光は、直射、外部反射、内部反射により導光層内を進行するが、導光層が制御光に対して一定の散乱性を有していれば、一部の光は散乱され進行方向が変化する。進行方向が変化した光の一部は導光層の外部に放出され、光学活性層に到達する。特に、内部全反射との組み合わせでは、伝搬効率を高く保った上で、制御光が到達する範囲がエバネッセント波の範囲に制限されるという内部反射利用方式の限界を克服することができるため好ましい。このような導光層の例としては、例えば、ビーズ入りアクリル導光板「パネビー」((株)きもと社製)のような物が利用できる。散乱の程度は光の伝搬と導光層外への一定の放出がバランスするようにすることが好ましい。散乱が強すぎると導光層中を光が実質的に進行しなくなり、弱すぎると散乱を利用する効果が小さくなる。
本発明の実施形態の一つにおいては、励起光を遮蔽する手段を含む層を、導光層と活性システムを有する光学活性層を含んでなる積層体の少なくとも片側に設置することができる。
励起光が可視光線の場合は、例えば、可視域に吸収を有するガラスや高分子系材料としてドープポリアニリン、ポリチオフェン等の導電性高分子などが好適に用いられる。
励起光が近赤外域を含む赤外域にある場合は、対応する波長域に吸収を有する材料を用いれば良い。近赤外域では後述のマトリックスに吸収性物質を含有させる形態を利用することが好ましい。
基板としては励起光遮蔽性を発現できるものであれば良く、励起光遮蔽層が層の基本形成物質が励起光に対する吸収性を示すことによって形成されている場合に使用される物質が好適に利用できる。
フィルムとしては励起光遮蔽性を発現できるものであれば良く、励起光遮蔽層が層の基本形成物質が励起光に対する吸収性を示すことによって形成されている場合に使用される物質が好適に利用できる。
本発明に係る積層体はその他の層を含んで構成されても良い。
他の層としては、例えば、機械的強度を維持する基材層、紫外線(UV)を遮断し耐候性を付与するUVカット層、スクラッチ性を向上させるハードコート層、色調を調整する着色層、酸素や水分の透過を遮断して内層を保護するガスバリヤー層、導電性を付与する導電層等が挙げられる。また、光学活性システムにより制御される被制御光を恒常的に減光する手段を含む層を有していても良い。被制御光は光学活性システムにより能動的に制御されるが、通常の状態においても一定の程度まで減衰しておいた方が好ましい場合もある。また、活性システムの能力から制御範囲が限られることもあり、恒常的減光手段を併用することにより制御範囲を調整することもできる。恒常的に減光する度合は80〜10%が好ましい。
UVカット層とハードコート層は両面に設ければ効果が高い。UVカット層とハードコート層は共通されていても良い。また、UVカット層と基材の間には励起光遮蔽層が設けられることがより好ましい。励起光がUV光の場合はUVカット層が励起光遮蔽層の役割を果たすのでいずれか一方があれば良い。
本発明の板状光学部材は、上述の積層体を必要なサイズの板として利用することにより形成される。板状光学部材の側面は制御光を積層体内へ導入するために処理される。板状光学部材は積層体の上下に別の層や板を追加しても良く、複数の積層体からなっていても良い。
本発明の板状光学部材は、上述の積層体を必要なサイズの板とすることにより形成される。板状光学部材を形成するにあたっては積層体を形成後、必要なサイズに裁断して利用しても良く、積層体の基材を予め板状光学部材の必要サイズに合わせて形成し、その上に積層体を形成しても良い。
本発明の板状光学部材においては、板状光学部材の側面の少なくとも一部分が光を積層体内に導入するために処理されていることが好ましい。積層体は通常その積層構造をもって機能を発現するもので、板状に近い形態で利用されることが多い。そして多くの場合は板としての外観、即ちその上面、下面の平滑性、外観等の性状が問題となり、側面は別の部材に組み込まれたり保護部材で覆われたりすることが多く、その性状は問題とされない。多くの場合は切断された状態のままか、取り扱いを容易にするためにバリ取りや面取りが施される程度である。
本発明においては板状光学部材の側面から制御光が積層体内部に導入され、導光層内部を積層体の積層面に平行方向に進行していくことが予定されている。その過程において、制御光は漸次導光層外へ放出されるか吸収されていくが、一部の光は導入された側面と反対の側面や、斜めに進行して他の側面に到達する可能性がある。これらの光は到達した側面から板状光学部材外へ放出されるが、これを積層体内部へ戻すことにより、制御光の利用効率を高めることができる。
また、厚み方向としては導光層が存在する部分について処理がされていれば良い。ただし、積層体中の他の層も含めて処理されていてもかまわない。
本発明の板状光学部材においては、光学活性システムの励起による光学特性変化により、板状光学部材の板面に垂直方向の光学特性(透過率、反射率、散乱特性等)が変化する。板状光学部材は光学活性システムが定常状態及び励起状態において、光学活性システム及び積層体の他の層の光学特性から決定される一定の光学特性を有し、これに光学活性システムの光学特性変化に伴う光学特性変化が加わることにより光学特性変化範囲が決定される。
目的とする被制御光のヘイズの範囲としては0〜10とすることや、0〜30、0〜50あるいは5から50とすることもできる。調整範囲は使用される対象、目的とする機能によって適宜調整すれば良い。ヘイズが制御される場合は、変化の範囲の一方で隠蔽を必要としない場合は透明性が高い方が開放感があるため下限は5以下とすることが好ましい。隠蔽目的のためには30以上であることが好ましい。透明から隠蔽へ変化させる場合は下限を2以下とし上限を30以上とすることが好ましい。
本発明の光学特性制御装置は、制御光が板状光学部材の部材内にその側面から導入される。板状光学部材は上述のようなものが好ましく使用できる。制御光、その他の部分について以下説明する。
本発明においては、制御光が板状光学部材の部材内にその側面から導入される。制御光としては光学活性システムの光学特性を変化させる励起光ないし復帰光である必要がある。光学活性システムの種類により、制御光の波長としては紫外線から赤外線まで全波長域の光が利用されうる。光学活性システムが特定の波長域の光に対して応答する場合は、制御光としての性質上、その特定の光を主成分としていることが好ましく、他の成分を含まないことがより好ましい。光学活性システムを活性化できる成分が多い方が効率的な励起が可能であり、活性化できない成分を含まない方がエネルギー消費の点で有利である。
本発明においては、制御光が板状光学部材の部材内にその側面から導入される。導入手段としては、最も簡便には板状光学部材の側面に光源を照射すれば良い。光源の発光指向性が低い場合は反射板やレンズ等を併用して、発光した光が板状光学部材の側面により多く照射されるようにすることが好ましい。光ファイバーユニットを利用して光を導光し、ライトガイド、好ましくはラインライトガイドを用いて照射することもできる。ダイオードやレーザーでは発光指向性が高いので、発光方向を板状光学部材の側面として設置することにより、発光した光を容易かつ効率的に板状光学部材内に導入できるので特に好ましい。
人工光源は電源のオンオフで容易に制御光の導入制御が可能であり、調光を頻繁に行う用途にも対応できるため好ましい。また、光源種類によっては発光強度も中間的に制御できるので調光目的として好ましい。調光が頻繁に必要となる用途において光源の頻繁なオンオフが光源の劣化につながる場合は、光源は点灯したままで後述のシャッターによる光の経路を遮断する手法を用いることもできる。
本発明においては、光学活性システムが励起光により光学特性が変化し、復帰光により励起光により変化された状態から初期状態に復帰させることができるものであっても良い。この場合に、板状光学部材の側面より復帰光が板状光学部材内に導入されるようにすることが特に好ましい。これにより、復帰過程をも制御することが可能となり、より任意性の高い光学特性制御システムをつくることが可能となる。また、励起状態が比較的安定な場合でも強制復帰が可能となり、光学活性システムの選択の幅が広がる。励起状態が比較的安定な光学活性システムを利用すれば、間欠的に励起光を照射し光学特性を変化させ続け、復帰させたいときは復帰光で急速に元の状態に戻すというような装置形態が可能となり、トータルエネルギー削減の点でも効果がある。
また、復帰光を被制御光と重なるものとして、板状光学部材の垂直方向から入射する復帰光と制御光としての復帰光の重畳により制御を行っても良い。
本発明の基本構成及び作動タイプの一つとしては、定常状態が無色あるいは一定の濃度で着色しており、励起状態で着色あるいはより濃く着色する光学活性システムを利用するものが挙げられる。板状光学部材はかかる光学活性システムを含む光学活性層を含んで形成され、積層体に含まれる他の層の寄与と合わせて定常状態において一定の光学特性を有する。ここで板状光学部材の側面から人工光源より放射される励起光を導入することにより、励起光が導光層を透過して光学活性システムに到達し、これを励起状態にすると板状光学部材の光学特性が変化する。例えば、板状光学部材の面に垂直方向における光透過率の低下や、板状光学部材の表面の色調を変化が発現し遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示等の機能を発揮できる。定常状態への復帰は励起光の停止による熱若しくは自然復帰若しくは復帰光による強制復帰によりなされる。このようにして通常状態で透明若しくは微着色、励起光オン状態で遮光・隠蔽となる光学特性制御装置が得られる。
本発明の光学特性制御装置においては、光学活性システムの励起による光学特性変化により板状光学部材の板面に垂直方向の光学特性(透過率、反射率、散乱特性等)が変化する。変化の範囲としては遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示等の目的に応じて設定すれば良い。設定の方法は基本的には板状光学部材、特には積層体の構成によるが、可変部分については光学特性制御装置の制御光強度を調整することによっても調整することができる。
本発明の光学特性制御装置は能動的な遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示などの機能を必要とする調光装置、表示装置に利用することができる。
本発明の光学特性制御装置は、大面積化、曲面形成等が容易であることから、家屋、オフィス、店舗の窓・ショーウインドウ、飛行機、自動車等移動手段の窓、アーケードや競技施設等の屋外施設の屋根、屋内の仕切り窓に利用することが可能である。
本発明の板状光学部材はかかる光学特性制御装置に利用できる。
(1)光学活性システム
光学活性システムとして、有機のフォトクロミック色素である、下記構造式で表されるジアリールエテン系の色素(色素A)を用いた。
色素Aを9重量部と、ポリメタクリル酸メチル81重量部をトルエン410重量部に溶解して、光学活性層作製用の塗液を調製した。これを100μm厚みのPET(ポリエチレンテレフタレート)フィルム上に乾燥厚みが10μmとなるようにバーコーターで塗布し、乾燥した。
次いで、光学活性層が形成されたPETフィルムを長さ100cm、幅40cm、厚み3mmのアクリル板に貼り付けた。アクリル板は紫外線カット剤を含有する組成のものを使用した。そのため、色素Aに対する励起光に対しては励起光を遮蔽する励起光遮蔽層として機能する。アクリル板の透過スペクトルを図13に示す。
光学活性層が形成されたアクリル板を光学活性層が内側になるようにして光学活性層が形成されていない別のアクリル板と対向させ、板の2つの長辺部及び1つの短辺部に20mm角のアルミニウム製中空角棒を設置することにより、厚み20mmの空隙よりなる導光層を形成した。これにより、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板、空気から形成される導光層、色素Aを含有する光学活性層、光学活性層の基材であるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板より形成される積層体を形成した。この積層体からなる板状光学部材は、導光層の周囲3辺部にスペーサーが設けられ、短辺の1辺部が開口した厚み20mmの導光層を有する板状光学部材である。板状光学部材の平面視外観は完全な透明で反対側が明瞭に視認された。
板状光学部材の短辺側にある側面開口部の一方に密接して長さ29cm、太さ12mmの点灯スイッチ付きのUV蛍光灯Aを、開口部と平行になるように設置して、光学特性制御装置を作製した。UV蛍光灯Aの波長域は280nmから380nmであり、中心波長は351nm、その強度は距離5cmにおいて2mW/cm2である。UV蛍光灯Aの分光分布スペクトルを図14に示す。また、装置の概要を図15に示す。図15において、50は板状光学部材、51はUV蛍光灯、52は反射板、53は電源ボックスである。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において光源非点灯時は無色透明であった。
次いで、UV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べた。非点灯時は無色透明であったが、UV蛍光灯を点灯すると直後から部材が青紫色透明に変化し始め、10分程で安定した濃さになり部材の透過性が低下した。UV蛍光灯を消灯しても着色は残存したが、強い照明下で徐々に退色した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。また、励起光は板状光学部材の外側では検出されなかった。非点灯時と点灯時の板状光学部材の板面に垂直方向の透過スペクトルを図16に示す。また、図17に、照射開始10分後における板状光学部材の板面に垂直方向の点灯時の透過率と非点灯時の透過率の差を光源からの距離の関数として示す。
本実施例より、窓として機能しうる面を遮ることなく板状光学部材の側面から励起光を導入することによって、板状光学部材の光学特性を無色透明から着色状態に変化させることが可能であることが示された。透過スペクトルにおいて吸収が増加していること、着色は青紫であってUV域にある励起光とは異なることから単に内部に導入された光によるイルミネーションで色が付いて見える現象とは異なることは明らかである。これにより着色した色素の吸収、色合いを利用して遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示の機能を有する光学特性制御装置を得ることができる。本実施例における色素は熱戻りが殆どないことから、励起光を導入して着色させればその後励起光を切ってもかなりの時間着色状態を維持するため、エネルギーを多量に消費せず上記機能を発揮することが可能となる。
実施例1において、光学活性層を有するアクリル板1枚だけを使用し、導光層を形成しなかった以外は同様にして光学特性制御装置を作製した。これにより色素Aを含有する光学活性層、光学活性層の基材であるPETフィルム、接着層、励起光遮蔽層を兼用する基板となるアクリル板より形成される積層体からなる板状光学部材に、板状光学部材の面外斜め方向で励起光遮蔽層を有しない側から励起光が照射される光学特性制御装置が作製された。
このようにして得られた光学特性制御装置の板状光学部材部分は、通常の屋内において光源非点灯時は無色透明であった。次いでUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べたところ、照射面において青紫色に着色することが確認された。ただし、蛍光灯から距離が遠い部分の着色濃度は実施例1と比較して低かった。また、装置周辺では光源からの直接光、板状光学部材表面からの反射光によりUV光が検出され保護手段が必要であった。図17に照射開始10分後における板状光学部材の板面に垂直方向の透過率と非点灯時の透過率の差を光源からの距離の関数として示す。
(1)光学活性システム
光学活性システムとして有機のフォトクロミック色素である市販の色素(色素B、記録素材総合研究所製、サニーカラーパープル)を用いた。色素Bの励起光は紫外域にありそのピーク波長は365nm(トルエン中)である。色素Bの励起により変化する光学特性は可視域の吸収であり、励起光非照射の場合の無色透明から、励起光の照射により赤紫色に変化する。吸収スペクトルのピーク波長は540nmである。励起光の照射を停止すると速やかに元の無色透明状態へ復帰する。色素Bの各状態におけるスペクトルを図18に示す。
色素Bを2重量部と、ポリエチレンビニルアセテート98重量部をトルエン400重量部に溶解して、光学活性層作製用の塗液を調製した。これを100μm厚みのPETフィルム上に乾燥厚みが20μmとなるようにバーコーターで塗布し乾燥した。乾燥後塗膜面に100μm厚みのPETフィルムを上からラミネートすることにより光学活性層が間に挟まれたPETフィルム多層膜を形成した。
次いで光学活性層が形成されたPETフィルム多層膜を長さ30cm、幅21cm、厚み2mmのアクリル板に貼り付けた。アクリル板は紫外線カット剤を含有する組成のものを使用した。そのため色素Bに対する励起光に対しては励起光を部分的に遮蔽する励起光遮蔽層として機能する。アクリル板の透過スペクトルを図19に示す。
光学活性層が形成されたアクリル板を光学活性層側が内側になるようにして光学活性層が形成されていない別のアクリル板と対向させ、板の2つの長辺及び1つの短辺に2cm角の角棒を設置することにより、2cmの空隙よりなる導光層を形成した。これにより基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板、空気から形成される導光層、PETフィルム、色素Bを含有する光学活性層、光学活性層の基材であるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板より形成される積層体を形成した。この積層体からなる板状光学部材は、導光層の周囲3辺部にスペーサーが設けられ、1辺部が開口した厚み2cmの導光層を有する板状光学部材である。板状光学部材の平面視外観は完全な透明であった。
板状光学部材の側面開口部の一方に密接してUV蛍光灯Aを、開口部と平行になるように設置して光学特性制御装置を作製した。板状光学部材の開口部と対向していない蛍光灯の他部分は反射板により遮蔽した。装置の概要を断面図として図20に示す。図20において、61A,61Bはアクリル板、62はスペーサー、63は反射板、64はUV蛍光灯である。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において光源非点灯時は無色透明であった。晴天時の屋外日陰においては微かに着色が見られた。晴天時の太陽光直射時は薄く着色した。
次いで屋内においてUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べた。非点灯時は無色透明であったが、蛍光灯を点灯すると直後から部材が赤紫色透明に変化し始め、1分程で安定した濃さになり部材の透過性が低下した。蛍光灯を消灯すると2分程で元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。また、励起光は板状光学部材の外側では検出されなかった。非点灯時と点灯時における板状光学部材の板面に垂直方向の透過スペクトルを図21に示す。また、表1に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
本実施例より、窓として機能しうる面を遮ることなく板状光学部材の側面から励起光を導入することによって、光学特性を無色透明から着色状態に変化させることが可能であることが示された。これは色素を変えても実現可能であり、フォトクロミック色素の選択により色合いが変更できるとともに、熱戻りの大きい色素では速やかな無色−着色変化が得られることが示された。
実施例2において、導光層の周囲を形成するスペーサー角材の導光層面側に、アルミニウム膜により反射層を形成した以外は実施例2と同様にして光学特性制御装置を作製した。
UV蛍光灯を点灯することによって光学特性の変化を調べたところ、実施例2のものよりも着色濃度が増加していることが確認された。表1に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例2において、対向させるアクリル板も光学活性層を形成したものを使用した以外は実施例2と同様にして光学特性制御装置を作製した。板状光学部材の積層体構成は、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板、接着層、光学活性層の基板であるPETフィルム、色素Bを含有する光学活性層、PETフィルム、空気から形成される導光層、PETフィルム、色素Bを含有する光学活性層、光学活性層の基板であるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板となった。
UV蛍光灯を点灯することによって光学特性の変化を調べたところ、実施例2のものよりも着色濃度が増加していることが確認された。表1に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例2において、光学活性層を有するアクリル板1枚だけを使用し、導光層を形成しなかった以外は実施例2と同様にして光学特性制御装置を作製した。これによりPETフィルム、色素Bを含有する光学活性層、光学活性層の基材であるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板より形成される積層体からなる板状光学部材に、励起光遮蔽層を有しない側の板状光学部材面外斜め方向から励起光が照射される光学特性制御装置が作製された。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において光源非点灯時は無色透明であった。晴天時の屋外日陰においては明瞭に着色が見られた。晴天時の太陽光直射時は濃厚な着色が見られた。
(1)光学活性システム
光学活性システムとして、有機のフォトクロミック色素である下記構造式で表されるジアリールエテン系の色素(色素C)を用いた。
色素Cを9重量部と、ポリメタクリル酸メチル91重量部をトルエン400重量部に溶解して、光学活性層作製用の塗液を調製した。これを100μm厚みのPETフィルム上に乾燥厚みが6μmとなるようにバーコーターで塗布し乾燥した。
次いで光学活性層が形成されたPETフィルムを実施例2で用いたものと同様のアクリル板に貼り付けた。このアクリル板は紫外線カット剤を含有する組成のものである。そのため色素Cに対する励起光に対しては励起光を遮蔽する励起光遮蔽層として機能する。
光学活性層が形成されたアクリル板を光学活性層が内側になるようにして光学活性層が形成されていない別のアクリル板と対向させ、板の2つの長辺及び1つの短辺に2cm角の角棒を設置することにより、2cmの空隙よりなる導光層を形成した。これにより基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板、空気から形成される導光層、PETフィルム、色素Cを含有する光学活性層、光学活性層の基材であるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板より形成される積層体を形成した。この積層体からなる板状光学部材は、導光層の周囲3辺部にスペーサーが設けられ、1辺部が開口した厚み2cmの導光層を有する板状光学部材である。板状光学部材の外観は完全な透明であった。
板状光学部材の側面開口部の一方に密接してUV蛍光灯Aを、実施例2と同様に、開口部と平行になるように設置して光学特性制御装置を作製した。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において無色透明であった。晴天時の屋外日陰においても無色透明であり、晴天時の太陽光直射時は微かに着色した。
次いで屋内においてUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べた。非点灯時は無色透明であったが、UV蛍光灯を点灯すると直後から部材が青紫色に変化し始め、3分程で安定した濃さになり部材の透過性が低下した。UV蛍光灯を消灯しても着色は残存したが、室内照明下で徐々に退色した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。また、励起光は板状光学部材の外側では検出されなかった。非点灯時と点灯時の板状光学部材の透過スペクトルを図23に示す。また、表2に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長578nmにおける透過率及びその差を示す。
本実施例より、窓として機能しうる面を遮ることなく板状光学部材の側面から励起光を導入することによって、光学特性を無色透明から着色状態に変化させることが可能であることが示された。これは色素を変えても実現可能である。本実施例における色素は熱戻りが殆どないことから、励起光を導入して着色させればその後励起光を切ってもかなりの時間着色状態を維持させることが可能であるため、エネルギーを多量に消費せず遮蔽機能を発揮することが可能となる。
導光層の周囲を形成するスペーサー角材の導光層面側にアルミニウム膜によって反射層を形成した以外は実施例5と同様にして光学特性制御装置を作製した。
UV蛍光灯を点灯することによって光学特性の変化を調べたところ、実施例5のものよりも着色濃度が増加していることが確認された。表2に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長578nmにおける透過率及びその差を示す。
対向させるアクリル板も光学活性層を形成したものを使用した以外は実施例5と同様にして光学特性制御装置を作製した。板状光学部材の積層体構成は、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板、接着層、光学活性層の基材となるPETフィルム、色素Cを含有する光学活性層、空気から形成される導光層、色素Cを含有する光学活性層、光学活性層の基板となるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板となった。
UV蛍光灯を点灯することによって光学特性の変化を調べたところ、実施例5のものよりも着色濃度が増加していることが確認された。表2に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長578nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例5において、光学活性層を有するアクリル板1枚だけを使用し、導光層を形成しなかった以外は実施例5と同様にして光学特性制御装置を作製した。これにより色素Cを含有する光学活性層、光学活性層の基板でなるPETフィルム、接着層、基板を兼用する励起光遮蔽層となるアクリル板より形成される積層体からなる板状光学部材に、励起光遮蔽層を有しない側の板状光学部材面外斜め方向から励起光が照射される光学特性制御装置が作製された。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において光源非点灯時は無色透明であった。晴天時の屋外日陰、太陽光直射時においては明瞭な着色が見られた。
次いで屋内においてUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べたところ、照射面において青紫色に着色することが確認された。ただし、蛍光灯から距離が遠い部分の着色濃度は実施例5と比較して低かった。また、装置周辺では光源からの直接光、板状光学部材表面からの反射光によりUV光が検出され保護手段が必要であった。表2に板状光学部材の光源からの距離20cmでの非点灯時と点灯時の波長578nmにおける透過率及びその差を示す。
(1)光学活性システム
光学活性システムとして実施例2で用いた有機のフォトクロミック色素である市販の色素Bを用いた。
色素Bを2重量部と、ポリエチレンビニルアセテート98重量部をトルエン400重量部に溶解して、光学活性層作製用の塗液を調製した。基板として6cm角、厚み1cmの含水石英(シグマ光機製)を6cm角の上下板面は光学研磨し、1対の対向する側面は透明性が得られるまで研磨し、残りの側面はスリガラス面としたものを用いた。この基板の研磨した側面からは反対側が視認できた。スリガラス面である側面側は透過視認性はなかった。上記の塗液をこの石英板の6cm角の板面の一方の面に乾燥厚みが20μmとなるようにバーコーターで塗布し乾燥した。
石英板の板面に垂直方向(厚み方向)の透過スペクトル及び面内方向の透過スペクトルを図24に示す。
上記の石英板を用いて光学活性層と、基板を兼用する導光層となる石英板より形成される積層体とした。この積層体からなる板状光学部材は、板状光学部材の1対の対向側面が制御光を積層体内へ導入するための側面処理として研磨された板状光学部材である。板状光学部材の板面に垂直方向の外観は完全な透明であった。
板状光学部材の研磨した側面にUVファイバーランプ(キセノン光源)を、スリットを間において中心入射角が10度、励起光の進行方向が側面から光学活性層へ直射方向となるように設置して光学特性制御装置を作製した。UVファイバーランプは中心波長365nm、その強度は距離10cmにおいて1mW/cm2である。UVファイバーランプの分光分布を図25に、装置の概要を断面図として図26に示す。
図26において、70は石英板であり、70A,70Bは研磨側面、71は光学活性層、72はスリット、73はUVファイバーランプ、74は光源とその電源である。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において無色透明であった。太陽光下においては赤紫色に着色した。
次いで屋内においてUVファイバーランプを点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べた。非点灯時は無色透明であったが、UVファイバーランプを点灯すると速やかに部材が赤紫色透明に変化した。UVファイバーランプを消灯すると2分以内に元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。表3に光源が非点灯時と点灯時における板状光学部材の板面に垂直方向の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例8において板状光学部材の蛍光灯が設置された側面と対向する研磨側面に平行してアルミニウムの反射膜を形成した板材を設置した。それ以外は実施例8と同様にして光学特性制御装置を作製し評価を行った。
このものは、非点灯時は無色透明であったが、UVファイバーランプを点灯すると速やかに部材が赤紫色透明に変化した。UVファイバーランプを消灯すると2分以内に元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。表3に光源が非点灯時と点灯時における板状光学部材の板面に垂直方向の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例8において光学特性制御装置のUVファイバーランプの設置場所を板状光学部材の研磨した側面に平行に、スリットを間において中心入射角が10度、励起光の進行方向が側面から光学活性層側とは反対方向となるように設置して調光装置を作製した。それ以外は実施例8と同様にして光学特性制御装置を作製し評価を行った。装置の概要を断面図として図27に示す。図27において、図26におけると同一機能を奏する部材には、同一符号を付してある。
このものは、非点灯時は無色透明であったが、UVファイバーランプを点灯すると速やかに部材が赤紫色透明に変化した。UVファイバーランプを消灯すると2分以内に元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。表3に光源が非点灯時と点灯時における板状光学部材の板面に垂直方向の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例8において光学活性層を石英板の両板面に形成し光学活性層を2層とした。それ以外は実施例8と同様にして光学特性制御装置を作製し評価を行った。
このものは、非点灯時は無色透明であったが、UVファイバーランプを点灯すると速やかに部材が赤紫色透明に変化した。UVファイバーランプを消灯すると2分以内に元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。表3に光源が非点灯時と点灯時における板状光学部材の板面に垂直方向の波長540nmにおける透過率及びその差を示す。
実施例8において光学活性層を石英板の両板面に形成し光学活性層を2層とした。そして光学活性層の上に励起光遮蔽層として市販のガラス保護フィルム(3M社製、スコッチティントピュアカット80)を貼り付けた。このフィルムはUVカット機能と熱線カット機能を有するほぼ透明のフィルムである。また、板状光学部材のUVファイバーランプが設置された以外の側面に平行してアルミニウムの反射膜を形成した板材を設置し、磨りガラス面は黒色のビニールテープで被覆した。それ以外は実施例8と同様にして光学特性制御装置を作製し評価を行った。用いたガラス保護フィルムの透過スペクトルを図28に示す。
この光学特性制御装置の板状光学部材は太陽光下でも微かに着色する程度であった。次いでUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べたところ、非点灯時は無色透明であったが、蛍光灯を点灯すると速やかに部材が赤紫色透明に変化した。
実施例9より板状光学部材の励起光が導入されていない側面を研磨処理し、その外側に部材内からの光を反射する手段を設けることにより励起光の利用効率が一層高まり着色濃度が濃くなることが示された。
実施例10より導入光が光学活性層を直射しなくとも導光層の反対面で反射することにより光学活性層に到達しており、導入光が導光層内を反射で伝搬していることが示された。
実施例11より光学活性層を導光層の両面に形成することにより板状光学部材の光学特性変化が大きくなることが示された。
実施例12より励起光遮蔽層を設ければ環境光に左右されず光学特性を能動的に制御できることが示された。
(1)光学活性システム
光学活性システムとして実施例2で用いた有機のフォトクロミック色素である市販の色素Bを用いた。
色素Bを2重量部と、ポリエチレンビニルアセテート98重量部をトルエン400重量部に溶解して、光学活性層作製用の塗液を調製した。これを長さ32cm、幅24cm、3mm厚みのPET板上に乾燥厚みが20μmとなるようにバーコーターで塗布し乾燥した。PET板は予め塗布面の反対面にUVカットフィルム(キング社製)を貼り付け処理したものを用いた。PET板は、フィルム板を構成するポリエチレンテレフタレートがベンゼン環を骨格中に含有し、かつPET板の厚みが2mmあるため紫外線領域において一定の吸収を示す。そのため色素Bに対する励起光に対しては励起光を部分的に遮蔽する励起光遮蔽層として機能する。PET板、UVカットフィルム貼り付けPET板の透過スペクトルを図29に示す。
同じようにして形成された光学活性層を有するPET板を2枚、光学活性層が内側になるようにして対向させ、板の3辺部に1cm角のアクリル角棒を設置することにより、1cmの空隙よりなる導光層を形成した。アクリル角棒の導光層側は予めアルミニウム反射膜をスパッタリングにより製膜した。これにより励起光遮蔽層、接着層、基板及び励起光遮蔽層となるPET板、光学活性層、空気から形成される導光層、光学活性層、基板及び励起光遮蔽層となるPET板、接着層、励起光遮蔽層より形成される積層体を形成した。この積層体からなる板状光学部材は、導光層の周囲3辺部に内面に反射膜を有するスペーサーが設けられている。励起光が導入される開口部となっている1辺には制御光を積層体内へ導入するための側面処理として直径1cmの石英丸棒を設置した。
板状光学部材の石英棒が設置された部分に密接してUV光源を設置した。UV光源は長さ20cm、太さ3mmの冷陰極UVランプ(KLV社製、TBB30−200)を、内径5mm角の1辺が開いた矩形で内部に反射膜が形成されたランプハウス内にシリコンチューブをスペーサーとして用いることにより取り付けたものを使用した。UVランプと石英棒は平行しており最短距離は1mmである。UVランプはシリコン被覆導線、コネクターを介して、蛍光灯点灯用インバーターに接続した。インバーターはスイッチを介してAC−DC電源に接続した。UV冷陰極ランプの波長域は350nmから390nmであり中心波長は365nm、その強度は距離1cmにおいて1.3mW/cm2である。ランプが設置されている部分の板状光学部材の側面、上面は遮蔽体を取り付けた。冷陰極UVランプの分光分布を図30に示す。
このようにして得られた光学特性制御装置の概要を断面図として図31に示す。図31において、80A,80Bは基板(光学活性層,UVカットフィルム付きPET板)、81はアクリル角棒のスペーサー(反射膜付き)、82は石英丸棒、83はUV光源である。
光学特性制御装置の板状光学部材部分は通常の屋内において無色透明であった。また、太陽光下においても透明性を維持した。
次いでUV蛍光灯を点灯することによって板状光学部材の光学特性の変化を調べた。非点灯時は無色透明であったが、蛍光灯を点灯すると直後から部材が赤紫色透明に変化し始め、1分程で安定した濃さになり部材の透過性が低下した。蛍光灯を消灯すると2分程で元の無色透明状態に完全に復帰した。点灯と消灯を多数回繰り返しても特性の変化はなかった。また、励起光は板状光学部材の外側では検出されなかった。図32に板状部材の板面に垂直方向の波長540nmでの非点灯時と点灯時の透過率の差を光源からの距離の関数として示す。
このように、本発明は能動的に遮光・調光・遮熱・隠蔽・表示が必要とされる幅広い応用分野においてその効果が期待でき、その産業上の使用可能性は非常に有用かつ広範なものである。
2A,2B 光学活性層
3A,3B 基板
4A,4B 励起光遮蔽層
5 ハードコート層
6 UVカット層
10 励起光光源
11 縦割丸棒
12 丸棒
13 反射膜
21 スライドシャッター
22 紫外可視フィルター付き光取り込み窓
23 集光系
24 反射系
30 板状光学部材
31 光取り込み窓
32 シャッター
33 反射板
34 側面壁
50 板状光学部材
51 UV蛍光灯
52 反射板
53 電源ボックス
61A,61B アクリル板
62 スペーサー
63 反射板
64 UV蛍光灯
70 石英板
70A,70B 研磨側面
71 光学活性層
72 スリット
73 UVファイバーランプ
74 光源、電源
80A,80B 基板
81 スペーサー(反射膜付き)
82 石英丸棒
83 UV光源
Claims (18)
- 励起光に対する透過性を有する導光層と、該励起光により光学特性が変化する活性システムを有する光学活性層とを備える積層体を含む板状光学部材と、該板状光学部材の側面から前記励起光を該板状光学部材内に導入する手段とを有することを特徴とする光学特性制御装置。
- 復帰光に対する透過性を有する導光層と、励起光により光学特性が変化し、該復帰光により励起光によって変化した状態から初期状態に復帰する活性システムを有する光学活性層とを備える積層体を含む板状光学部材と、該板状光学部材の側面から前記復帰光を該板状光学部材内に導入する手段とを有することを特徴とする光学特性制御装置。
- 前記積層体が、前記導光層と光学活性層とを含んで形成される層の少なくとも片側に、前記励起光を遮蔽する励起光遮蔽層を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光学特性制御装置。
- 前記励起光及び/又は復帰光が自然光を利用したものであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記励起光及び/又は復帰光の前記導光層への導入制御手段を有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記励起光及び/又は復帰光が、前記板状光学部材の板面に対して低入射角度で導入されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記板状光学部材の励起光及び/又は復帰光が導入される側面以外の側面は、該板状光学部材内より放出される励起光及び/又は復帰光を該板状光学部材内へ反射する手段が設けられていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記板状光学部材が湾曲構造部分を含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記板状光学部材の厚みに対する長さ方向の比が10以上であることを特徴とする請求項1ないし8のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記励起光及び/又は復帰光が発光ダイオード及び/又は半導体レーザーにより供給されることを特徴とする請求項1ないし9のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 前記励起光及び/又は復帰光が近赤外域の光であることを特徴とする請求項1ないし10のいずれかに記載の光学特性制御装置。
- 請求項1ないし11のいずれかに記載の光学特性制御装置を用いることを特徴とする光学特性制御方法。
- 励起光及び/又は復帰光に対する透過性を有する導光層と、該励起光により光学特性が変化する活性システムを有する光学活性層とを備える積層体を含む板状光学部材であって、該板状光学部材の側面の少なくとも一部分が光を前記積層体内に導入するために処理されていることを特徴とする板状光学部材。
- 励起光及び/又は復帰光に対する透過性を有する導光層と、該励起光により光学特性が変化する活性システムを有する光学活性層とを備える積層体を含む板状光学部材であって、該板状光学部材の側面の少なくとも一部分が前記積層体内を進行してくる光を該積層体内に反射するために処理されていることを特徴とする板状光学部材。
- 前記積層体が、励起光を遮蔽する励起光遮蔽層を含むことを特徴とする請求項13又は14に記載の板状光学部材。
- 前記積層体が、湾曲構造部分を含むことを特徴とする請求項13ないし15のいずれかに記載の板状光学部材。
- 前記積層体が、積層面に対して垂直方向の可視光透過性を有する請求項13ないし16のいずれかに記載の板状光学部材。
- 請求項13ないし17のいずれかに記載の板状光学部材に、その側面より励起光及び/又は復帰光を導入することによって前記光学活性層の光学特性を変化させ、該板状光学部材の前記積層体の積層面に垂直方向の可視光及び/又は近赤外光の透過率を変化させることを特徴とする透過光制御方法。
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