JP2012137620A - Illumination device and light-scattering property controlling device - Google Patents

Illumination device and light-scattering property controlling device Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination device capable of adjusting an exiting state of light from the illumination device, the light emitted from a light source, in a range from a direct projection state to a scattered state, and capable of controlling the light, upon radiating light in a direct projection state, to be hardly scattered regardless of an exiting angle of the light from the illumination device.SOLUTION: The illumination device includes a liquid crystal element 3, which comprises a liquid crystal/cured product composite layer containing a liquid crystal and a cured product, held between a pair of transparent substrates with electrodes, and which exhibits a light-transmitting state, a light-scattering state and an intermediate state between the light-transmitting state and the light-scattering state, in accordance with a voltage applied to the element. In the light-transmitting state, even when light from a light source 1 is obliquely incident to the liquid crystal element, the light is hardly scattered. A drive circuit 4 adjusts a voltage to be applied to the liquid crystal/cured product composite layer.

Description

本発明は、光の散乱性を電気的に制御できる照明装置および光散乱性制御装置に関する。   The present invention relates to an illumination device and a light scattering control device that can electrically control light scattering.

一般に、照明を使用する環境や状況によって、照明器具(灯具などとも呼ばれる)の明るさ、色味(色温度)、光の出かた(以下、光の散乱性と記す。)などが選択される。   In general, the brightness, color (color temperature), light output (hereinafter referred to as light scattering property), etc. of lighting fixtures (also called lamps) are selected depending on the environment and conditions in which lighting is used. The

照明器具の明るさは、取り付ける光源の種類、大きさ(定格やワット数)、個数などにより選択される。また、調光器を具備する照明器具を選択して使用すれば、光の明るさを調節することができる。   The brightness of the luminaire is selected depending on the type, size (rating and wattage), number, etc. of the light source to be installed. Moreover, if the lighting fixture provided with a light control device is selected and used, the brightness of light can be adjusted.

照明器具の色味(色温度)は、例えば、光源を選択することで調節できる。電球を選択すれば、タングステン電極の白熱光で赤みがかった色味(色温度)となる。また、蛍光灯の場合であれば、照明器具の色味(色温度)は、昼光色、電球色などから選択することができる。また、LED(Light Emitting Diode)照明において調色機能を具備した照明器具が知られるようになっているため、このような照明器具を選択して使用すれば、色味を昼光色から電球色の間で調節することもできる。   The color (color temperature) of the luminaire can be adjusted, for example, by selecting a light source. If a light bulb is selected, it becomes a reddish color (color temperature) by the incandescent light of the tungsten electrode. In the case of a fluorescent lamp, the color (color temperature) of the lighting fixture can be selected from daylight color, light bulb color, and the like. In addition, since lighting fixtures having a toning function are known in LED (Light Emitting Diode) lighting, when such a lighting fixture is selected and used, the color is changed from daylight to light bulb color. You can also adjust with.

照明器具から照射される光の散乱性は、例えば、リフレクタなどの反射鏡や、照明器具の覆い(例えば、笠など)を用いることにより調節できる。光の出かた(すなわち、光の散乱性)を調節することで、直射光や散乱光などを選択することができるようになる。   The scattering property of light emitted from the lighting fixture can be adjusted by using a reflector such as a reflector or a cover of the lighting fixture (for example, a shade). By adjusting how light is emitted (that is, light scattering properties), it is possible to select direct light, scattered light, or the like.

一方、近年商品化が進んでいるLED照明の光源は、1辺数百ミクロン程度の角柱状で、かつ、高輝度のまぶしさ感(ギラギラ感)を有する。このギラギラ感を緩和するために、光を散光する材料の覆いは必須となる。   On the other hand, LED light sources, which have been commercialized in recent years, have a prismatic shape with a side of several hundreds of microns and a high-luminance glare (glare feeling). In order to alleviate this glare, it is essential to cover the material that diffuses light.

明るさ、色味を調節可能する照明器具は前記のような例があるが、光の出かたを可変とする方法は少ない。懐中電灯などに、リフレクタ(反射鏡、反射板)やレンズと光源との位置関係を機械的に変えて集光性を変えるもの、光の散乱性についてはディフューザ(光を散乱する板)の取り付け・取り外し、移動などによる切り替えを可能にしたものがあるが、光の散乱性を調節可能にしたものは少ない。   There are examples of lighting fixtures that can adjust the brightness and color tone, but there are few methods for making the light output variable. For a flashlight, etc., a reflector (reflector, reflector) or a lens and a light source that mechanically changes the positional relationship to change the light collecting property. For light scattering, a diffuser (light scattering plate) is attached.・ There are some that can be switched by removal, movement, etc., but there are few that can adjust the light scattering property.

LED照明の光の散乱性を調節する試みが、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載された方法では、発光ダイオードからの光放射側に高分子分散型の液晶調光シャッタを設け、この液晶調光シャッタの光散乱特性を用いて、発光ダイオードからの強い発光を和らげている。   An attempt to adjust the light scattering property of LED illumination is described in Patent Document 1. In the method described in Patent Document 1, a polymer dispersion type liquid crystal dimming shutter is provided on the light emission side from the light emitting diode, and the light scattering characteristic of the liquid crystal dimming shutter is used to emit strong light from the light emitting diode. It is tempered.

特開2010−27586号公報(段落0008、図1,2)JP 2010-27586 A (paragraph 0008, FIGS. 1 and 2)

しかし、特許文献1に記載された高分子分散型液晶シャッタには、図12に示すように、樹脂中に液晶で構成された粒子状ドメインを分散させたものを用いるのが一般的であり、通常、電圧を印加しない状態で光散乱状態になる(図12参照)。   However, in the polymer dispersion type liquid crystal shutter described in Patent Document 1, it is common to use a dispersion of particulate domains composed of liquid crystal in a resin, as shown in FIG. Usually, the light scattering state occurs when no voltage is applied (see FIG. 12).

特許文献1に記載された高分子分散型液晶シャッタは、電圧を印加することによって、分散粒子中の液晶配向軸が一方向に制御されることで電界方向からみた液晶と周囲の樹脂の屈折率がほぼ等しくなり、電界方向に一致する方向で入射した光は液晶と樹脂の界面での反射を受けず、電界方向から見て透明となる。しかしながら、電圧印加時に、電界方向に一致しない方向からみると、液晶と樹脂の屈折率は一致しないので、電界方向に一致しない方向で入射した光は液晶と樹脂の界面で反射および屈折を受ける。したがって、当該液晶調光シャッタを斜め方向からみると、光散乱状態に見える(図13参照)。前記の高分子分散型液晶シャッタでは、LEDのような点光源からの光のうち、同シャッタに斜めに入射する光は散乱され、その直射性を有効に利用できない。   The polymer-dispersed liquid crystal shutter described in Patent Document 1 has a refractive index of liquid crystal and surrounding resin viewed from the electric field direction by applying a voltage to control the liquid crystal alignment axis in the dispersed particles in one direction. Are substantially equal, and light incident in a direction that coincides with the direction of the electric field is not reflected at the interface between the liquid crystal and the resin, and is transparent when viewed from the direction of the electric field. However, when the voltage is applied, the refractive indexes of the liquid crystal and the resin do not match when viewed from a direction that does not match the electric field direction, so that light incident in a direction that does not match the electric field direction is reflected and refracted at the interface between the liquid crystal and the resin. Therefore, when the liquid crystal light control shutter is viewed from an oblique direction, it looks like a light scattering state (see FIG. 13). In the polymer-dispersed liquid crystal shutter described above, light incident obliquely on the shutter out of light from a point light source such as an LED is scattered and its directivity cannot be used effectively.

さらに、特許文献1に記載された高分子分散型液晶シャッタでは、液晶中に蛍光体を分散させているため、これも光源からの光を散乱させることになり、光源の直射性が有効に利用できない。   Further, in the polymer dispersion type liquid crystal shutter described in Patent Document 1, since the phosphor is dispersed in the liquid crystal, this also scatters the light from the light source, and the direct light property of the light source is effectively used. Can not.

上述するように、LEDを光源とする照明(LED照明)は、光源からの光が直接目に入った場合、点光源のまぶしさ感(ギラギラ感)がある。一般の照明用途としては、このギラギラ感を緩和するために適当な光散乱材料で覆いを設けるなどの措置が取られている。しかしながら、たとえば、作業を行う手元を明るく照らしたい場合には、LEDから直射する強い光を取り出すことが望まれることもある。   As described above, illumination (LED illumination) using an LED as a light source has a glare feeling (glare feeling) of a point light source when light from the light source directly enters the eyes. For general lighting applications, measures such as providing a cover with an appropriate light scattering material are taken in order to alleviate this glare. However, for example, when it is desired to brightly illuminate the hand where the work is performed, it may be desired to take out strong light directly from the LED.

前記のLED照明で光の散乱性を調節可能とすることができれば、被照射物のコントラストを上げて細かいモノを見たい場合はLEDチップから出てくる光を直接そのまま利用し、読書や食事、あるいはテレビを見るときなど、被照射面からの強い反射を嫌う場合はLEDチップから出てくる光を散乱させて利用するなど、照明としての応用が広がる。   If it is possible to adjust the light scattering property with the LED illumination, if you want to increase the contrast of the irradiated object and see a fine thing, you can directly use the light emitted from the LED chip as it is, Or, when watching television, etc., when the strong reflection from the surface to be irradiated is disliked, the light application from the LED chip is scattered and used.

すなわち、LED照明において、光の散乱性を可変とし、任意に調節できれば、上記のように照明器具から直射光を取り出して、被照明物体に強い明暗比、強い陰影を与えたり、光を散乱させて取り出して、柔らかい光で影を弱くしたり、広い範囲を照明したりすることができるようになる。   In other words, in LED lighting, if the light scattering property is variable and can be adjusted arbitrarily, direct light is extracted from the lighting fixture as described above, giving a strong contrast ratio, strong shadow to the object to be illuminated, or scattering light. It can be taken out and softened light can weaken shadows and illuminate a wide area.

さらに、調光機能付きあるいは調色機能付きのLED光源に用いれば、散乱性に加えて明るさも色味も制御できることになる。なお、光源は必ずしもLEDでなくとも、電球、アーク球などの点状に近い形状の光源であればよく、その他光の散乱性を調節したい照明装置であれば応用できる。   Furthermore, if it is used for an LED light source with a dimming function or a toning function, brightness and color can be controlled in addition to scattering. Note that the light source is not necessarily an LED, but may be a light source having a point-like shape such as a light bulb or an arc sphere, and can be applied to any other lighting device for adjusting the light scattering property.

そこで、本発明は、光源から出射される光の照明装置からの出かたを直射状態から散乱状態の間で調節でき、さらに、直射状態の光を照射する際に、その光が照明装置からの出射角度によらず散乱しにくい照明装置および光散乱性制御装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention can adjust how the light emitted from the light source is emitted from the illumination device between the direct-light state and the scattering state. Further, when the light in the direct-light state is irradiated, the light is emitted from the illumination device. It is an object of the present invention to provide an illumination device and a light scattering control device that are difficult to scatter regardless of the emission angle.

本発明による照明装置は、少なくとも1つ以上の光源と、液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加する電圧に応じて、光透過状態と、光散乱状態と、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとり、透過状態のときに光源の光が斜め方向から入射してもその光が散乱しにくい液晶素子と、液晶/高分子複合体層に印加する電圧を調節する駆動回路とを備えたことを特徴とする。   The lighting device according to the present invention includes at least one light source and a liquid crystal / polymer composite layer sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and in a light transmission state and a light scattering state depending on an applied voltage. And a liquid crystal element that takes an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state, and is less likely to scatter even when light from a light source is incident from an oblique direction in the transmission state, and a liquid crystal / polymer composite And a drive circuit for adjusting a voltage applied to the layer.

液晶素子は、液晶とその液晶に溶解可能な硬化性化合物とを含有する組成物に対してその硬化性化合物の総量が0.1質量%以上20質量%以下である組成物を硬化させて形成されることが望ましい。   The liquid crystal element is formed by curing a composition having a total amount of the curable compound of 0.1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to the composition containing the liquid crystal and a curable compound soluble in the liquid crystal. It is desirable that

本発明による照明装置は、前記特徴に加え、光源からの光線が前記液晶素子に効率よく入射するように、光源の周囲に反射鏡(あるいは反射笠)を具備してもよい。   In addition to the above features, the illumination device according to the present invention may include a reflecting mirror (or a reflective shade) around the light source so that light from the light source is efficiently incident on the liquid crystal element.

本発明による照明装置には、LED、あるいは、白熱電球、アーク電球などの、蛍光灯などより発光部体積が小さい光源を用いることが望ましい。   In the lighting device according to the present invention, it is desirable to use an LED or a light source having a light emitting portion volume smaller than that of a fluorescent lamp such as an incandescent bulb or an arc bulb.

本発明による光散乱性制御装置は、液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加する電圧に応じて、光透過状態と、光散乱状態と、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとり、透過状態のときに光源の光が斜め方向から入射してもその光が散乱しにくい液晶素子と、液晶/高分子複合体層に印加する電圧を調節する駆動回路とを備えたことを特徴とする。   The light scattering control device according to the present invention includes a liquid crystal / polymer composite layer sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and a light transmission state, a light scattering state, and a light transmission state according to the applied voltage. The voltage applied to the liquid crystal / polymer composite layer, which takes an intermediate state between the light scattering state and the light scattering state, and is difficult to scatter even when light from the light source is incident in an oblique direction And a drive circuit for adjusting the frequency.

本発明によれば、光源から出射される光の散乱性を直射状態から散乱状態の間で調節でき、さらに、直射状態の光を照射する際にその光が照明装置からの出射角度によらず散乱しにくくできる。   According to the present invention, the scattering property of light emitted from the light source can be adjusted between the direct-light state and the scattering state. Further, when the light in the direct-light state is irradiated, the light does not depend on the emission angle from the illumination device. Difficult to scatter.

本発明による照明装置の実施形態を示すブロック図。The block diagram which shows embodiment of the illuminating device by this invention. 本発明による液晶素子を示す模式的断面図。1 is a schematic cross-sectional view showing a liquid crystal element according to the present invention. 本発明による液晶素子に用いることのできる硬化性化合物を例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates the curable compound which can be used for the liquid crystal element by this invention. 本発明による液晶素子の印加電圧(実効値)に対する透過率を示す説明図。Explanatory drawing which shows the transmittance | permeability with respect to the applied voltage (effective value) of the liquid crystal element by this invention. シュリーレン系光学系測定器の構成例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the structural example of a schlieren type | system | group optical system measuring device. 全透過率を測定する際に利用される積分球の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the integrating sphere utilized when measuring total transmittance. 本発明による液晶素子の状態に応じて照射される光の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of the light irradiated according to the state of the liquid crystal element by this invention. 透過状態における透過率の入射角度依存性を評価する装置の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the apparatus which evaluates the incident angle dependence of the transmittance | permeability in a transmissive state. 角度ごとに算出した相対透過率の例を示す説明図。Explanatory drawing which shows the example of the relative transmittance | permeability calculated for every angle. 本発明による照明装置の変形例を示すブロック図。The block diagram which shows the modification of the illuminating device by this invention. 本発明による液晶素子の状態に応じて照射される光の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state of the light irradiated according to the state of the liquid crystal element by this invention. 一般的な高分子分散型液晶素子の散乱時の動作原理を示す説明図。Explanatory drawing which shows the operation principle at the time of scattering of a general polymer dispersion type liquid crystal element. 一般的な高分子分散型液晶素子の透過時の動作原理を示す説明図。Explanatory drawing which shows the operation principle at the time of permeation | transmission of a general polymer dispersion type liquid crystal element.

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図1は、本発明による照明装置の実施の形態を示すブロック図である。図1に例示する照明装置10は、光源としてのLED1と、LED1から出射された光を反射する略ドーム状の反射鏡2とを備え、さらに、反射鏡2の開口部前面には、外部からの信号等に基づく透明電極への電圧印加の有無によって光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶素子3が設けられている。また、液晶素子3には、駆動回路4が接続される。以下、液晶素子3と駆動回路4をまとめて、光散乱性制御装置と記す。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a lighting device according to the present invention. An illuminating device 10 illustrated in FIG. 1 includes an LED 1 serving as a light source and a substantially dome-shaped reflecting mirror 2 that reflects light emitted from the LED 1. There is provided a liquid crystal element 3 that can be in a light transmission state and a light scattering state depending on whether or not a voltage is applied to the transparent electrode based on the above signal. A driving circuit 4 is connected to the liquid crystal element 3. Hereinafter, the liquid crystal element 3 and the drive circuit 4 are collectively referred to as a light scattering control device.

また、図1に示す例では、LED1は、略ドーム状の反射鏡の中央に配置される。すなわち、LED1からの光が直接液晶素子2に入射すると同時に、略ドーム状の反射鏡方向にでた光は反射され液晶素子2に入射し、照明として有効に利用できる。なお、LED1は、1個のLEDであってもよく、複数個のLEDであってもよい。以下、本実施形態では、LED1が1個のLEDである場合について説明する。   Moreover, in the example shown in FIG. 1, LED1 is arrange | positioned in the center of a substantially dome-shaped reflective mirror. That is, at the same time that the light from the LED 1 is directly incident on the liquid crystal element 2, the light emitted in the direction of the substantially dome-shaped reflector is reflected and incident on the liquid crystal element 2, and can be used effectively as illumination. The LED 1 may be one LED or a plurality of LEDs. Hereinafter, this embodiment demonstrates the case where LED1 is one LED.

液晶素子3において、光散乱状態に制御する領域には、透明電極が形成される。透明電極は、駆動回路4によって駆動される。具体的には、駆動回路4は、透明電極に所定の電位を設定する。駆動回路4は、電極の電位を制御するドライバなどにより実現される。なお、駆動回路4が印加する電圧は、例えば、利用者等により状況に応じて調整される。   In the liquid crystal element 3, a transparent electrode is formed in a region controlled to a light scattering state. The transparent electrode is driven by the drive circuit 4. Specifically, the drive circuit 4 sets a predetermined potential on the transparent electrode. The drive circuit 4 is realized by a driver or the like that controls the potential of the electrode. Note that the voltage applied by the drive circuit 4 is adjusted according to the situation by a user or the like, for example.

図2は、照明装置10における液晶素子3の一構成例を示す模式的断面図である。図2において、一対の基板101,108の相対する面には、透明電極102,107が設けられる。さらに内側には配向膜103,106が設けられる。そして、配向膜103,106の間に、液晶を含み、スペーサ(図示せず)によって厚みが制御された液晶層104が挟持される。そして、シール層105によって液晶層104が封止される。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a configuration example of the liquid crystal element 3 in the lighting device 10. In FIG. 2, transparent electrodes 102 and 107 are provided on opposing surfaces of the pair of substrates 101 and 108. Further, alignment films 103 and 106 are provided on the inner side. A liquid crystal layer 104 containing liquid crystal and having a thickness controlled by a spacer (not shown) is sandwiched between the alignment films 103 and 106. Then, the liquid crystal layer 104 is sealed by the seal layer 105.

基板101,108の材質は、透明性が確保できれば特に限定されない。基板101,108として、ガラス基板やプラスチック基板を使用することができる。また、液晶素子3の形状は、平面状である必要はなく湾曲していてもよい。   The materials of the substrates 101 and 108 are not particularly limited as long as transparency can be secured. As the substrates 101 and 108, glass substrates or plastic substrates can be used. Further, the shape of the liquid crystal element 3 does not have to be planar, and may be curved.

また、基板101,108上に設けられる透明電極102,107として、ITO(酸化インジウム−酸化錫)のような金属酸化物などの透明な電極材料を使用することができる。以下、透明電極102,107が設けられた基板101,108を電極付き基板という。   Further, as the transparent electrodes 102 and 107 provided on the substrates 101 and 108, a transparent electrode material such as a metal oxide such as ITO (indium oxide-tin oxide) can be used. Hereinafter, the substrates 101 and 108 provided with the transparent electrodes 102 and 107 are referred to as substrates with electrodes.

光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層104は、透明な一対の電極付き基板間に、液晶とその液晶に溶解可能な硬化性化合物とを含有する組成物(以下、未硬化組成物ともいう)を挟持させ、熱や紫外線、電子線などの手段を用いて硬化性化合物を硬化させて形成される液晶層であることが好ましい。このような液晶と硬化性化合物との複合体からなる液晶を、以下、液晶/高分子複合体ともいう。このような未硬化組成物を使用することで、透過状態のとき、正面方向だけでなく、斜め方向からみてもヘイズ値を低く抑えることができる。   The liquid crystal layer 104 capable of taking a light transmission state and a light scattering state is a composition containing a liquid crystal and a curable compound soluble in the liquid crystal (hereinafter, an uncured composition) between a pair of transparent substrates with electrodes. A liquid crystal layer formed by curing a curable compound using means such as heat, ultraviolet rays, or an electron beam. Hereinafter, a liquid crystal composed of a composite of such a liquid crystal and a curable compound is also referred to as a liquid crystal / polymer composite. By using such an uncured composition, the haze value can be kept low when viewed from the oblique direction as well as the front direction when in the transmissive state.

液晶/高分子複合体に用いる液晶としては、誘電異方性が正でも負でもよいが、透過状態と光散乱状態の切り替えに要する応答時間を短くするためには、液晶の粘度が低く、さらに誘電異方性が負の液晶を用いることが好ましい。なお、液晶として硬化性ではない化合物が使用される。また、硬化性化合物は液晶性を有していてもよい。   The liquid crystal used in the liquid crystal / polymer composite may have either positive or negative dielectric anisotropy, but in order to shorten the response time required for switching between the transmission state and the light scattering state, the viscosity of the liquid crystal is low. It is preferable to use a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy. A compound that is not curable is used as the liquid crystal. Moreover, the curable compound may have liquid crystallinity.

誘電率異方性が負の液晶を使用する場合には、電極付き基板において、液晶層104と接触する側に液晶分子のプレチルト角が基板表面に対して60度以上であるようにする処理が施されていると、配向欠陥を少なくすることができ、透明性が向上するため好ましい。この場合、ラビング処理を施さなくてもよい。プレチルト角は70度以上であることがより好ましい。なお、プレチルト角を、基板表面に垂直の方向を90度として規定する。   In the case where a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy is used, in the substrate with electrodes, a treatment is performed so that the pretilt angle of liquid crystal molecules is 60 degrees or more with respect to the substrate surface on the side in contact with the liquid crystal layer 104 When applied, orientation defects can be reduced and transparency is improved, which is preferable. In this case, the rubbing process may not be performed. The pretilt angle is more preferably 70 degrees or more. The pretilt angle is defined as 90 degrees in the direction perpendicular to the substrate surface.

液晶層104を形成する液晶/高分子複合体を構成する液晶として、公知の液晶から適宜選択できる。配向膜103,106により未硬化組成物のプレチルト角を制御することができる電極付き基板を用いることによって、誘電率異方性が正の液晶も誘電率異方性が負の液晶も使用可能であるが、より高い透明性や応答速度の面では誘電率異方性が負の液晶が好ましい。配向膜にラビング処理を施すこともできる。また、駆動電圧を低下させるためには誘電率異方性の絶対値が大きい方が好ましい。   The liquid crystal constituting the liquid crystal / polymer composite forming the liquid crystal layer 104 can be appropriately selected from known liquid crystals. By using a substrate with an electrode that can control the pretilt angle of the uncured composition by the alignment films 103 and 106, a liquid crystal having a positive dielectric anisotropy and a liquid crystal having a negative dielectric anisotropy can be used. However, a liquid crystal having negative dielectric anisotropy is preferable in terms of higher transparency and response speed. The alignment film can also be rubbed. In order to reduce the driving voltage, it is preferable that the absolute value of dielectric anisotropy is large.

また、液晶/高分子複合体を構成する硬化性化合物も透明性を有することが好ましい。さらに、硬化後に、電圧を印加したときに液晶のみが応答するように液晶と硬化性化合物とが分離していると、駆動電圧を下げることができるので好ましい。   Further, the curable compound constituting the liquid crystal / polymer composite preferably has transparency. Furthermore, it is preferable that the liquid crystal and the curable compound are separated so that only the liquid crystal responds when a voltage is applied after curing, because the driving voltage can be lowered.

本発明では、液晶に溶解可能な硬化性化合物のうち、未硬化時の液晶と硬化性化合物との混合物の配向状態を制御可能であって、硬化する際に高い透明性を保持することができる硬化性化合物が使用される。   In the present invention, among the curable compounds that can be dissolved in the liquid crystal, the alignment state of the mixture of the liquid crystal and the curable compound when uncured can be controlled, and high transparency can be maintained when cured. A curable compound is used.

硬化性化合物として、式(1)の化合物や式(2)の化合物を例示できる。
−O−(R―O―Z―O―(RO―A ・・・式(1)
−(OR―O―Z’―O―(RO)―A ・・・式(2)
Examples of the curable compound include a compound of formula (1) and a compound of formula (2).
A 1 —O— (R 1 ) m —O—Z—O— (R 2 ) n O—A 2 Formula (1)
A 3- (OR 3 ) o —O—Z′—O— (R 4 O) p —A 4 ... (2)

ここで、A,A,A,Aのそれぞれは、独立的に、硬化部位となるアクリロイル基、メタクリロイル基、グリシジル基またはアリル基であり、R,R,R,Rのそれぞれは、独立的に、炭素数2〜6のアルキレン基であり、Z,Z’のそれぞれは、独立的に、2価のメソゲン構造部であり、m,n,o,pのそれぞれは、独立的に、1〜10の整数である。ここで、「独立的に」とは、組み合わせが任意であって、どのような組み合わせも可能であることを意味する。 Here, each of A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 is independently an acryloyl group, methacryloyl group, glycidyl group, or allyl group that becomes a curing site, and R 1 , R 2 , R 3 , R Each of 4 is independently an alkylene group having 2 to 6 carbon atoms, each of Z and Z ′ is independently a divalent mesogenic structure, and each of m, n, o, and p Is independently an integer from 1 to 10. Here, “independently” means that the combination is arbitrary and any combination is possible.

式(1)および式(2)におけるメソゲン構造Z,Z’と硬化部位A,A,A,Aとの間に、R,R,R,Rを含む分子運動性の高いオキシアルキレン構造を導入することによって、硬化時に、硬化過程において硬化部位の分子運動性を向上でき、短時間で十分に硬化させることが可能になる。 Molecular motion including R 1 , R 2 , R 3 , R 4 between the mesogenic structures Z, Z ′ and the cured sites A 1 , A 2 , A 3 , A 4 in the formulas (1) and (2) By introducing a highly functional oxyalkylene structure, the molecular mobility of the cured site can be improved during the curing process during curing, and it can be sufficiently cured in a short time.

式(1)および式(2)における硬化部位A,A,A,Aは、光硬化や熱硬化が可能な上記の官能基であればいずれでもよいが、なかでも、硬化時の温度を制御できることから光硬化に適するアクリロイル基、メタクリロイル基であることが好ましい。 The curing sites A 1 , A 2 , A 3 , and A 4 in the formulas (1) and (2) may be any functional group as long as they can be photocured or thermally cured. It is preferable that it is an acryloyl group and a methacryloyl group suitable for photocuring.

式(1)および式(2)におけるR,R,RおよびRの炭素数については、その分子運動性の観点から1〜6が好ましく、炭素数2のエチレン基および炭素数3のプロピレン基がさらに好ましい。 The carbon number of R 1 , R 2 , R 3 and R 4 in formula (1) and formula (2) is preferably 1 to 6 from the viewpoint of molecular mobility, and an ethylene group having 2 carbon atoms and 3 carbon atoms. The propylene group is more preferable.

式(1)および式(2)におけるメソゲン構造部Z,Z’として、1,4−フェニレン基の連結したポリフェニレン基を例示できる。1,4−フェニレン基の一部または全部を1,4−シクロへキシレン基で置換したものであってもよい。また、1,4−フェニレン基や置換した1,4−シクロへキシレン基の水素原子の一部または全部が、炭素数1〜2のアルキル基、ハロゲン原子、カルボキシル基、アルコキシカルボニル基などの置換基で置換されていてもよい。   Examples of the mesogen structure parts Z and Z ′ in the formulas (1) and (2) include polyphenylene groups in which 1,4-phenylene groups are linked. A part or all of the 1,4-phenylene group may be substituted with a 1,4-cyclohexylene group. In addition, some or all of the hydrogen atoms of the 1,4-phenylene group or the substituted 1,4-cyclohexylene group are substituted with alkyl groups having 1 to 2 carbon atoms, halogen atoms, carboxyl groups, alkoxycarbonyl groups, or the like. It may be substituted with a group.

好ましいメソゲン構造部Z,Z’として、1,4−フェニレン基が2個連結したビフェニレン基(以下、1,4−フェニレン基が2個連結したビフェニレン基を4,4−ビフェニレン基ともいう。)、3個連結したターフェニレン基、およびこれらの水素原子の1〜4個が、炭素数1〜2のアルキル基、フッ素原子、塩素原子またはカルボキシル基に置換されたものを挙げることができる。最も好ましいものは、置換基を有しない4,4−ビフェニレン基である。メソゲン構造部を構成する1,4−フェニレン基または1,4−シクロへキシレン基同士の結合は全て単結合でもよいし、以下に示すいずれかの結合でもよい。   As preferable mesogen structure parts Z and Z ′, a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are linked (hereinafter, a biphenylene group in which two 1,4-phenylene groups are linked is also referred to as a 4,4-biphenylene group). Examples include three linked terphenylene groups, and 1 to 4 of these hydrogen atoms substituted with an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms, a fluorine atom, a chlorine atom, or a carboxyl group. Most preferred is a 4,4-biphenylene group having no substituent. All the bonds between 1,4-phenylene groups or 1,4-cyclohexylene groups constituting the mesogenic structure may be single bonds or any of the following bonds.

Figure 2012137620
Figure 2012137620

式(1)および式(2)におけるm,n,o,pは、それぞれ独立的に、1〜10であることが好ましく、1〜4がさらに好ましい。あまり大きいと液晶との相溶性が低下し、硬化後の電気光学素子の透明性を低下させるからである。   M, n, o, and p in Formula (1) and Formula (2) are each independently preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 4. This is because if it is too large, the compatibility with the liquid crystal is lowered and the transparency of the electro-optical element after curing is lowered.

図3に、本発明において使用できる硬化性化合物の例を示す。液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は、式(1),(2)で表される硬化性化合物を含め、複数の硬化性化合物を含有していてもよい。例えば、未硬化組成物に、式(1)および式(2)においてm,n,o,pの異なる複数の硬化性化合物を含有させると、液晶との相溶性を向上させることができる場合がある。   FIG. 3 shows examples of curable compounds that can be used in the present invention. The composition containing a liquid crystal and a curable compound may contain a plurality of curable compounds including the curable compounds represented by the formulas (1) and (2). For example, when the uncured composition contains a plurality of curable compounds having different m, n, o, and p in the formulas (1) and (2), the compatibility with the liquid crystal may be improved. is there.

液晶と硬化性化合物とを含有する組成物は硬化触媒を含有していてもよい。光硬化の場合、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などの一般に光硬化性樹脂に用いられる光重合開始剤を使用できる。熱硬化の場合は、硬化部位の種類に応じて、パーオキサイド系、チオール系、アミン系、酸無水物系などの硬化触媒を使用でき、また、必要に応じてアミン類などの硬化助剤を使用することもできる。   The composition containing a liquid crystal and a curable compound may contain a curing catalyst. In the case of photocuring, a photopolymerization initiator generally used for photocurable resins such as benzoin ether, acetophenone, and phosphine oxide can be used. In the case of thermosetting, a curing catalyst such as peroxide, thiol, amine, or acid anhydride can be used depending on the type of curing site, and if necessary, a curing aid such as amines can be added. It can also be used.

硬化触媒の含有量は、含有する硬化性化合物の20重量%以下が好ましく、硬化後に硬化樹脂の高い分子量や高い比抵抗が要求される場合は0.1〜5重量%とすることがさらに好ましい。   The content of the curing catalyst is preferably 20% by weight or less of the curable compound to be contained, and more preferably 0.1 to 5% by weight when a high molecular weight or high specific resistance of the cured resin is required after curing. .

硬化性化合物の総量は、未硬化組成物に対して0.1〜20質量%であることが好ましい。0.1質量%未満では、液晶層を硬化性化合物により効果的な形状のドメイン構造に分割することができず、所望の透過−散乱特性を得ることができない。一方、20質量%を越えると、一般的な高分子分散型液晶素子と同様に透過状態でのヘイズ値が増大しやすくなる。また、さらに好ましくは、未硬化組成物中の硬化性化合物の含有率が0.5〜15質量%であり、光散乱状態での散乱強度を高く、透過−散乱が切り替わる電圧値を低くすることができる。   The total amount of the curable compound is preferably 0.1 to 20% by mass with respect to the uncured composition. If it is less than 0.1% by mass, the liquid crystal layer cannot be divided into domain structures having an effective shape by the curable compound, and desired transmission-scattering characteristics cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 20% by mass, the haze value in the transmissive state tends to increase as in the case of a general polymer dispersed liquid crystal element. More preferably, the content of the curable compound in the uncured composition is 0.5 to 15% by mass, the scattering intensity in the light scattering state is high, and the voltage value at which transmission-scattering is switched is low. Can do.

液晶分子を、基板表面に対してプレチルト角が60度以上になるように配向させる処理方法として、垂直配向剤を使用する方法がある。垂直配向剤を使用する方法として、例えば、界面活性剤を用いる方法や、アルキル基やフルオロアルキル基を含むシランカップリング剤などで基板界面を処理する方法、または日産化学工業社製のSE1211やJSR社製のJALS−682−R3等の市販の垂直配向剤を用いる方法がある。垂直配向状態から任意の方向に液晶分子が倒れた状態を作るためには、公知のどのような方法を採用してもよい。垂直配向剤をラビングしてもよい。また、電圧が基板101,108に対して斜めに印加されるように、透明電極101,107にスリットを設けたり、電極101,107上に三角柱を配置する方法を採用してもよい。また、特定方向に液晶分子を倒すような手段を用いなくてもよい。   As a processing method for aligning liquid crystal molecules so that the pretilt angle is 60 degrees or more with respect to the substrate surface, there is a method using a vertical alignment agent. As a method using a vertical alignment agent, for example, a method using a surfactant, a method of treating a substrate interface with a silane coupling agent containing an alkyl group or a fluoroalkyl group, or SE1211 or JSR manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd. There is a method using a commercially available vertical alignment agent such as JALS-682-R3 manufactured by the company. In order to create a state in which the liquid crystal molecules are tilted in an arbitrary direction from the vertical alignment state, any known method may be adopted. The vertical alignment agent may be rubbed. Alternatively, a method may be employed in which a slit is provided in the transparent electrodes 101 and 107 or a triangular prism is disposed on the electrodes 101 and 107 so that the voltage is applied obliquely to the substrates 101 and 108. Further, it is not necessary to use means for tilting the liquid crystal molecules in a specific direction.

二つの基板101,108間にある液晶層104の厚さを、スペーサ等で規定することができる。その厚さは1〜50μmが好ましく、3〜30μmがさらに好ましい。液晶層104の厚さが薄すぎるとコントラストが低下し、厚すぎると駆動電圧が上昇する傾向が増大するため好ましくない場合が多い。   The thickness of the liquid crystal layer 104 between the two substrates 101 and 108 can be defined by a spacer or the like. The thickness is preferably 1 to 50 μm, more preferably 3 to 30 μm. If the thickness of the liquid crystal layer 104 is too thin, the contrast is lowered, and if it is too thick, the driving voltage tends to increase, which is not preferable in many cases.

シール層105として、透明性の高い樹脂であれば公知のどのようなものを使用することも可能である。透明性の高い樹脂を使用すれば、全面に亘って液晶素子の透明感を高めることができる。   Any known material can be used as the sealing layer 105 as long as it is a highly transparent resin. If a highly transparent resin is used, the transparency of the liquid crystal element can be enhanced over the entire surface.

以上のように作製された液晶素子3は、光透過状態と光散乱状態との間の応答時間が5msよりも短く非常に速い応答速度を実現することができる。また、一般的な高分子分散型液晶素子による透過散乱モードと比べると視野角依存性が良好であり、斜めから見たときにも非常に良好な透過状態を得ることができるようにすることができる。例えば、上記の液晶/高分子複合体を使用した場合、垂直から40度傾けて見た場合もほとんどヘイズがないようにすることができる。   The liquid crystal element 3 manufactured as described above can realize a very fast response speed with a response time between the light transmission state and the light scattering state being shorter than 5 ms. In addition, the viewing angle dependency is better than a transmission scattering mode by a general polymer dispersion type liquid crystal element, and a very good transmission state can be obtained even when viewed from an oblique direction. it can. For example, when the above-mentioned liquid crystal / polymer composite is used, it is possible to make almost no haze even when viewed at an angle of 40 degrees from the vertical.

液晶素子3のサイズとして、対角線の長さが1cm程度のものから3m程度の大きいものを含め、どのようなサイズのものも使用することができる。   As the size of the liquid crystal element 3, any size can be used, including one having a diagonal length of about 1 cm to about 3 m.

照明装置10において、液晶素子3を複数枚用いてもよい。また、液晶素子3に対する耐衝撃性を増すために、上下の基板101,108を固定させてもよい。   In the lighting device 10, a plurality of liquid crystal elements 3 may be used. Further, in order to increase the impact resistance against the liquid crystal element 3, the upper and lower substrates 101 and 108 may be fixed.

液晶素子3の表裏の表面には、反射防止膜または紫外線遮断膜を設けることが好ましい。例えば、液晶素子3の表裏に、SiOやTiOなどの誘電体多層膜よりなるARコート(低反射コート)処理を施すことにより、基板表面での外光の反射を減らすことができ、コントラストをより向上させることができる。 It is preferable to provide an antireflection film or an ultraviolet blocking film on the front and back surfaces of the liquid crystal element 3. For example, by applying AR coating (low reflection coating) made of a dielectric multilayer film such as SiO 2 or TiO 2 on the front and back of the liquid crystal element 3, the reflection of external light on the substrate surface can be reduced, and the contrast Can be further improved.

上述する液晶素子3において、透明電極102,107に電位が設定されると、透明電極間の液晶に、その電位差に相当する電圧が印加されることになる。図4は、上記のように作製された液晶素子3の印加電圧(実効値)に対する透過率を示す説明図である。   In the liquid crystal element 3 described above, when a potential is set in the transparent electrodes 102 and 107, a voltage corresponding to the potential difference is applied to the liquid crystal between the transparent electrodes. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the transmittance with respect to the applied voltage (effective value) of the liquid crystal element 3 manufactured as described above.

図4に例示するグラフの実線は、本発明で用いられる液晶素子3について集光角5°のシュリーレン光学系による透過率の電圧依存性を測定した結果を示す。また、図4に例示するグラフの破線は、本発明で用いられる液晶素子3の全透過率を測定した結果を示す。ここで、図4に例示する各透過率の測定方法について説明する。   The solid line of the graph illustrated in FIG. 4 shows the result of measuring the voltage dependency of the transmittance of the liquid crystal element 3 used in the present invention with a Schlieren optical system having a condensing angle of 5 °. Moreover, the broken line of the graph illustrated in FIG. 4 shows the result of measuring the total transmittance of the liquid crystal element 3 used in the present invention. Here, a method for measuring each transmittance illustrated in FIG. 4 will be described.

図5は、シュリーレン系光学系測定器の構成例を示す説明図である。図4に例示するグラフの実線は、図5に例示する測定器を用いて測定した、集光角5°のシュリーレン光学系における透過率の電圧依存性変化である。   FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of a schlieren optical system measuring instrument. The solid line in the graph illustrated in FIG. 4 is a voltage-dependent change in transmittance in a schlieren optical system with a collection angle of 5 °, measured using the measuring device illustrated in FIG.

具体的には、液晶素子(以下、サンプルと記すこともある。)が透過状態のときの光強度T0と、透過状態でない時の光強度Tとの比T/T0を算出することで、光散乱の程度を測定する。なお、本測定において、サンプルを入れずに測定した光強度をT0としている。   Specifically, by calculating the ratio T / T0 between the light intensity T0 when the liquid crystal element (hereinafter, also referred to as a sample) is in the transmissive state and the light intensity T when the liquid crystal element is not in the transmissive state, Measure the degree of scattering. In this measurement, the light intensity measured without putting a sample is T0.

図5に例示するシュリーレン系光学系測定器において、光源から出射された光は、Lens1でコリメートされ、その光がサンプルを通過する際に散乱を受ける。散乱角5°(±2.5°)以上に拡散した光は、Aperture(絞り)で遮られて、ディテクター到達しない。すなわち、本測定法では、サンプルにより散乱された光のうち、散乱角5°以上の光は検出器に入らないため、散乱の度合いが大きいと透過率が低くなる。   In the schlieren-type optical system measuring instrument illustrated in FIG. 5, the light emitted from the light source is collimated by Lens 1 and is scattered when the light passes through the sample. Light diffused to a scattering angle of 5 ° (± 2.5 °) or more is blocked by the aperture and does not reach the detector. That is, in this measurement method, light with a scattering angle of 5 ° or more out of the light scattered by the sample does not enter the detector, so that the transmittance decreases when the degree of scattering is large.

本発明における液晶素子の透過状態(すなわち、電圧印加ゼロ)で透過率を測定した結果、ガラス基板2枚の2面の空気とガラスの界面の反射、ガラスと液晶材料の界面の反射と液晶材料に起因する吸収の影響で、透過率は83%であった。この状態から、液晶素子に駆動周波数200Hzの矩形波で電圧値を上げていくと、印加電圧10Vから光散乱が発生し、40Vでほぼ散乱特性が飽和する。   As a result of measuring the transmittance in the transmissive state of the liquid crystal element in the present invention (that is, no voltage application), the reflection at the interface between the air and the glass on the two surfaces of the two glass substrates, the reflection at the interface between the glass and the liquid crystal material, and the liquid crystal material The transmittance was 83% due to the influence of absorption due to the above. From this state, when the voltage value of the liquid crystal element is increased by a rectangular wave with a driving frequency of 200 Hz, light scattering occurs from the applied voltage of 10V, and the scattering characteristics are almost saturated at 40V.

以上のように、液晶素子3は、光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶層104に所定の電圧(例えば、60V)が印加されているときに光散乱状態となり、液晶層104に対して電圧無印加のときに光透過状態となる。また、印加電圧(実効値)が0Vと60Vとの中間的な値(例えば、18V〜35V程度)であるときに、液晶素子3は、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態(中間状態)をとる。   As described above, the liquid crystal element 3 enters a light scattering state when a predetermined voltage (for example, 60 V) is applied to the liquid crystal layer 104 that can be in a light transmission state and a light scattering state. On the other hand, when no voltage is applied, the light is transmitted. Further, when the applied voltage (effective value) is an intermediate value between 0 V and 60 V (for example, about 18 V to 35 V), the liquid crystal element 3 is in an intermediate state between a light transmission state and a light scattering state ( Intermediate state).

また、図6は、全透過率を測定する際に利用される積分球の例を示す説明図である。図4に例示するグラフの破線は、図6に例示する測定器を用いて測定した、本発明における液晶素子の全光線透過率である。   FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of an integrating sphere used when measuring the total transmittance. The broken line in the graph illustrated in FIG. 4 is the total light transmittance of the liquid crystal element according to the present invention, measured using the measuring device illustrated in FIG.

図6に例示する積分球を用いる測定法では、液晶素子の光出射面に可視光用の積分球の計測窓を接して、液晶素子を透過した光をすべて検出器に導くことにより、全透過率を測定する。ここでも、液晶素子を設置せずに測定した場合の透過率T0と、透過状態でない時の光強度Tとの比T/T0を全透過率とする。   In the measuring method using the integrating sphere illustrated in FIG. 6, the measuring window of the integrating sphere for visible light is brought into contact with the light exit surface of the liquid crystal element, and all the light transmitted through the liquid crystal element is guided to the detector, so that the total transmission is achieved. Measure the rate. Here, the total transmittance is defined as a ratio T / T0 between the transmittance T0 when measured without a liquid crystal element and the light intensity T when not in the transmissive state.

図4に示すように、本発明における液晶素子3では、電圧印加により全光線透過率の若干の低下が観測されるが、液晶素子に入射した光のほとんどが素子前面に出射していることがわかる。以上のことから、図4に示すように、本発明による液晶素子は、光の散乱性を印加電圧により制御できるとともに、全光線透過率を高くすることができる。   As shown in FIG. 4, in the liquid crystal element 3 according to the present invention, a slight decrease in the total light transmittance is observed due to voltage application, but most of the light incident on the liquid crystal element is emitted to the front surface of the element. Recognize. From the above, as shown in FIG. 4, the liquid crystal element according to the present invention can control the light scattering property by the applied voltage and can increase the total light transmittance.

なお、以下の説明では、所定の電圧を印加したときに光散乱状態になり、電圧無印加のときに光透過状態になる液晶素子3を用いる場合について説明する。ただし、液晶素子3として、所定の電圧を印加したときに光透過状態になり、電圧無印加のときに光散乱状態になる素子を用いてもよい。また、液晶素子3(より具体的には、液晶層104)に電圧を印加するタイミング、及び電圧を無印加にするタイミングは、LED1を点灯させるタイミングと連動させる必要はない。   In the following description, a case will be described in which a liquid crystal element 3 that enters a light scattering state when a predetermined voltage is applied and enters a light transmission state when no voltage is applied is used. However, as the liquid crystal element 3, an element that enters a light transmission state when a predetermined voltage is applied and enters a light scattering state when no voltage is applied may be used. Further, the timing of applying a voltage to the liquid crystal element 3 (more specifically, the liquid crystal layer 104) and the timing of applying no voltage need not be linked with the timing of turning on the LED 1.

図7は、液晶素子3の状態に応じて照射される光の状態を示す説明図である。液晶素子3が光透過状態にあるとき、図7(a)に例示するように、LED1から出射された光は、ほとんどそのまま液晶素子3を透過し、直進する強い光として照射される。一方、液晶素子3が光散乱状態にあるとき、図7(b)に例示するように、LED1から出射された光は、液晶素子3によって散乱され、和らげられた光として照射される。   FIG. 7 is an explanatory diagram showing the state of light irradiated according to the state of the liquid crystal element 3. When the liquid crystal element 3 is in a light transmission state, as illustrated in FIG. 7A, the light emitted from the LED 1 is almost transmitted through the liquid crystal element 3 as it is and is irradiated as strong light that travels straight. On the other hand, when the liquid crystal element 3 is in the light scattering state, as illustrated in FIG. 7B, the light emitted from the LED 1 is scattered by the liquid crystal element 3 and irradiated as light that has been softened.

次に、前記の液晶素子が透過状態のときの光散乱が少ないという特徴について説明する。具体的には、光源からの光が本発明における液晶素子に対して垂直ではなく角度をつけて入射しても光散乱を少なくできる。すなわち、本発明における液晶素子は、透過状態のときに光源の光が斜め方向から入射してもその光が散乱しにくい。   Next, a feature that light scattering is small when the liquid crystal element is in a transmissive state will be described. Specifically, light scattering can be reduced even when light from a light source is incident on the liquid crystal element of the present invention at an angle rather than perpendicularly. That is, in the liquid crystal element according to the present invention, even when light from the light source is incident from an oblique direction in the transmissive state, the light is not easily scattered.

透過状態のときの光散乱が少ないことを説明するため、島津製作所製分光光度系SolidSpec−3700DUVに可変角測定装置を取り付けて、液晶素子の透過特性の角度依存性の測定を行った。図8は、透過状態における透過率の入射角度依存性を評価する装置の例を示す説明図である。本発明の液晶素子には電圧を印加していない透明状態で、一般的な高分子分散型液晶素子には200Hz,30Vの電圧を印加した透過状態で、それぞれの素子を図8に例示する装置に配置した。その後、それぞれの素子に、波長540nmの光を照射して測定を行った。   In order to explain that there is little light scattering in the transmissive state, a variable angle measuring device was attached to a spectrophotometric system SolidSpec-3700DUV manufactured by Shimadzu Corporation, and the angle dependence of the transmission characteristics of the liquid crystal element was measured. FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of an apparatus that evaluates the incident angle dependency of the transmittance in the transmissive state. The liquid crystal element of the present invention is in a transparent state in which no voltage is applied, and a general polymer dispersion type liquid crystal element is in a transparent state in which a voltage of 200 Hz and 30 V is applied. Arranged. Thereafter, each element was measured by irradiating light with a wavelength of 540 nm.

具体的には、まず、素子の垂線方向と入射光との角度φ=0°として透過状態の素子を配置し、この状態から、角度φを増加させるように素子を回転させて分光測定を行った。そして、波長540nmにおける素子正面(φ=0°)の透過率をToとし、各角度になるように素子を回転させた時の透過率をTとして相対透過率T/Toを算出した。図9は、角度ごとに算出した相対透過率の例を示す説明図である。   Specifically, first, an element in a transmission state is arranged with an angle φ = 0 ° between the normal direction of the element and incident light, and from this state, the element is rotated so as to increase the angle φ, and spectroscopic measurement is performed. It was. Then, relative transmittance T / To was calculated by assuming that the transmittance of the device front (φ = 0 °) at a wavelength of 540 nm was To, and T was the transmittance when the device was rotated to have each angle. FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of the relative transmittance calculated for each angle.

図9に例示するように、本発明の液晶素子では、光の入射角φ=60°程度まで斜めになってもおよそ90%程度以上の高い透過率を保っているのに対して、一般的な高分子分散型液晶素子では光の入射角がφ=20°以上になると相対透過率T/Toの低下が観測される。さらに入射角が60°の状態では、高分子分散型液晶素子では、透過状態であっても相対透過率が50%程度にまで減少する。これは、高分子分散型液晶が透過状態であっても、光の入射角が斜めになるほど散乱が大きくなって透過率が低下することを示している。   As illustrated in FIG. 9, in the liquid crystal element of the present invention, a high transmittance of about 90% or more is maintained even when the light incident angle φ is tilted to about 60 °, whereas it is general. In such a polymer-dispersed liquid crystal element, a decrease in relative transmittance T / To is observed when the incident angle of light becomes φ = 20 ° or more. Further, when the incident angle is 60 °, the polymer dispersed liquid crystal element has a relative transmittance reduced to about 50% even in the transmissive state. This indicates that even when the polymer-dispersed liquid crystal is in a transmissive state, as the incident angle of light becomes oblique, scattering increases and the transmittance decreases.

一般的な高分子分散型液晶では、電圧印加時に液晶分子が電界方向に配向するに際して、電界方向において液晶の屈折率と周りを囲む硬化物との屈折率が一致するように高分子材料が選択される。一方、電界方向と垂直の方向から見ると、高分子材料は光学的に等方性であるので屈折率は前記の電圧印加方向となんら変わることがないが、電圧印加されて電界方向に配向した液晶分子は屈折率異方性を持つために、前記の電界方向とは異なる屈折率を示す。そのため、電圧印加時に電界方向とは異なる方向においては、必ず高分子材料と液晶材料の屈折率差が生じ、液晶と高分子との界面で散乱および反射が起こるので、必然的に光が散乱される。   For general polymer dispersion type liquid crystal, when the liquid crystal molecules are aligned in the electric field direction when a voltage is applied, the polymer material is selected so that the refractive index of the liquid crystal matches the refractive index of the surrounding cured product in the electric field direction. Is done. On the other hand, when viewed from the direction perpendicular to the electric field direction, since the polymer material is optically isotropic, the refractive index does not change at all from the voltage application direction, but the voltage is applied and the polymer material is oriented in the electric field direction. Since the liquid crystal molecules have refractive index anisotropy, the liquid crystal molecules exhibit a refractive index different from the electric field direction. Therefore, in the direction different from the electric field direction when a voltage is applied, a difference in refractive index between the polymer material and the liquid crystal material always occurs, and scattering and reflection occur at the interface between the liquid crystal and the polymer, so light is inevitably scattered. The

一方、本発明における液晶素子は、硬化性化合物の総量を未硬化組成物に対して0.1〜20質量%、さらに好ましくは0.5〜15質量%と低くすることにより、液晶層を硬化物により所望の透過・散乱特性を得るのに効果的な形状のドメイン構造に分割できると同時に、液晶と硬化物との界面が少なくなっている。その結果、従来の液晶/高分子複合体とは異なり、透過状態において光の入射角度を振っても光の透過性はほとんど変わらないようにすることができる。具体的には、本発明における液晶素子では、入射角が60°の状態であっても、少なくとも90%以上の相対透過率を維持できる。すなわち、一般的な高分子分散型液晶素子は、透過状態であっても、斜め方向から観察するほど濁って(光を散乱して)見えるのに対して、本発明による液晶素子は、光源の直射光(直射性)を有効に利用できる。   On the other hand, the liquid crystal element in the present invention cures the liquid crystal layer by reducing the total amount of the curable compound to 0.1 to 20% by mass, more preferably 0.5 to 15% by mass with respect to the uncured composition. The object can be divided into domain structures having a shape effective for obtaining desired transmission / scattering characteristics, and at the same time, the interface between the liquid crystal and the cured product is reduced. As a result, unlike conventional liquid crystal / polymer composites, the light transmission can be made almost unchanged even when the incident angle of light is changed in the transmission state. Specifically, the liquid crystal element of the present invention can maintain a relative transmittance of at least 90% or more even when the incident angle is 60 °. That is, a general polymer-dispersed liquid crystal element appears cloudy (scatters light) as viewed from an oblique direction even in a transmission state, whereas the liquid crystal element according to the present invention is a light source. Direct light (direct directivity) can be used effectively.

このように、本発明による光散乱性制御装置を用いることで、照明器具からの光の出かた、特に、光の散乱性を調節することを可能とした。具体的には、前記の高分子分散型液晶素子では光源の直射性を有効に利用することが困難だったが、本発明の光散乱性制御装置を組み込むことで、光の散乱がどの方向からみてもほとんどない状態から広く散乱する状態までの広い範囲での調節を可能とした。そのため、光透過時には、光源から光をよりすっきりと透過させ、光散乱時には散乱性を高く、かつ、全透過率を高くすることができる。   As described above, by using the light scattering control device according to the present invention, it is possible to adjust the light output from the lighting fixture, in particular, the light scattering property. Specifically, in the polymer dispersed liquid crystal element, it has been difficult to effectively use the direct directivity of the light source. However, by incorporating the light scattering control device of the present invention, from which direction the light scatters. It was possible to adjust in a wide range from almost no state to widely scattered state. Therefore, it is possible to transmit light more clearly from the light source when transmitting light, and to increase the scattering property and to increase the total transmittance when scattering light.

次に、本実施形態の変形例について説明する。図10は、本発明による照明装置の変形例を示すブロック図である。図10に例示する照明装置20は、光源としての複数のLED1と、LEDから出射された光を反射する略コ型状の反射鏡2とを備え、さらに、反射鏡2の開口部前面に光透過状態と光散乱状態をとることができる液晶素子3が設けられている。また、液晶素子3には、駆動回路4が接続される。図10に示す例では、複数のLED1は、それぞれ、略コ型状の反射鏡2の底面に配置される。   Next, a modification of this embodiment will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a modification of the lighting device according to the present invention. The illuminating device 20 illustrated in FIG. 10 includes a plurality of LEDs 1 as light sources, a substantially U-shaped reflecting mirror 2 that reflects light emitted from the LEDs, and light is provided in front of the opening of the reflecting mirror 2. A liquid crystal element 3 that can be in a transmission state and a light scattering state is provided. A driving circuit 4 is connected to the liquid crystal element 3. In the example shown in FIG. 10, the plurality of LEDs 1 are respectively disposed on the bottom surface of the substantially U-shaped reflecting mirror 2.

また、図10(a)は、液晶素子が光透過状態であるときにLED1から出射する光線の軌跡の例を示している。LED1から左方向に向けて伸びている太矢印は、LED1から直進する光を示しており、実線で示される矢印は、LED1から出射された直進する光以外の光を示す。図10(b)は、液晶素子が光散乱状態であるときにLED1から出射する光線の軌跡の例を示している。液晶素子を通過した光は概略、破線のように散乱を受ける。   FIG. 10A shows an example of a locus of light rays emitted from the LED 1 when the liquid crystal element is in a light transmission state. A thick arrow extending leftward from the LED 1 indicates light traveling straight from the LED 1, and an arrow indicated by a solid line indicates light other than the straight light emitted from the LED 1. FIG. 10B shows an example of a locus of light rays emitted from the LED 1 when the liquid crystal element is in a light scattering state. The light that has passed through the liquid crystal element is roughly scattered as indicated by a broken line.

図11は、液晶素子3の状態に応じて照射される光の状態を示す説明図である。液晶素子3が光透過状態にあるとき、図11(a)に例示するように、複数のLED1からそれぞれから出射された光は、そのまま液晶素子3を透過し、直進する強い光として照射される。一方、液晶素子3が光散乱状態にあるとき、図10(b)および図11(b)に例示するように、複数のLED1から出射された光は、それぞれ液晶素子3によって散乱され、和らげられた光として照射される。さらに、この場合、各LEDを中心とした同心円状のグラデーションをなす複数の光が照射されるため、視認したときの美感をより高めることができる。   FIG. 11 is an explanatory diagram showing the state of light irradiated according to the state of the liquid crystal element 3. When the liquid crystal element 3 is in a light transmission state, as illustrated in FIG. 11A, light emitted from each of the plurality of LEDs 1 is directly transmitted through the liquid crystal element 3 and irradiated as strong light that travels straight. . On the other hand, when the liquid crystal element 3 is in the light scattering state, as illustrated in FIG. 10B and FIG. 11B, the light emitted from the plurality of LEDs 1 is respectively scattered and moderated by the liquid crystal element 3. Irradiated as light. Furthermore, in this case, since a plurality of lights having a concentric gradation centering on each LED are irradiated, it is possible to further enhance the aesthetics when viewed.

なお、図11では、複数のLED1から出射される全ての光を液晶素子3で散乱させる場合について例示しているが、一部のLED1から出射される光のみを液晶素子3で散乱させるようにしてもよい。この場合、液晶素子3において、光散乱状態に制御する領域として形成する透明電極を、LED1から照射される光が通過する範囲(より具体的には、各LED1から照射される光が通過する範囲ごと)に形成すればよい。   FIG. 11 illustrates the case where all the light emitted from the plurality of LEDs 1 is scattered by the liquid crystal element 3, but only the light emitted from some LEDs 1 is scattered by the liquid crystal element 3. May be. In this case, in the liquid crystal element 3, a transparent electrode formed as a region controlled to a light scattering state is a range through which light emitted from the LED 1 passes (more specifically, a range through which light emitted from each LED 1 passes. For example).

この場合、一部のLED1から出射される光は、常に直進する光として利用し、他のLED1から出射される光は、状況に応じて変化させて利用するといったことが可能になる。   In this case, the light emitted from some of the LEDs 1 is always used as light that goes straight, and the light emitted from the other LEDs 1 can be used by changing according to the situation.

以上のように、本変形例では、液晶素子3には、LED1から照射される光が通過する範囲に電極が形成される。具体的には、各LED1から照射される光が通過する範囲ごとに電極が形成される。そして、駆動回路4が、その電極に電位を設定することにより電極間の液晶層に電圧を印加する。したがって、上記実施形態の効果に加え、液晶素子3は、複数の光源から出射される光の散乱を個々に制御できるため、視認したときの美感をより高めることができる。   As described above, in this modification, the liquid crystal element 3 is formed with electrodes in a range through which light emitted from the LED 1 passes. Specifically, an electrode is formed for each range through which light emitted from each LED 1 passes. Then, the drive circuit 4 applies a voltage to the liquid crystal layer between the electrodes by setting a potential on the electrodes. Therefore, in addition to the effects of the above-described embodiment, the liquid crystal element 3 can individually control the scattering of light emitted from a plurality of light sources, and thus can enhance the aesthetics when viewed.

本発明は、光の散乱性を電気的に制御できる照明装置に好適に適用される。   The present invention is preferably applied to an illumination device that can electrically control light scattering.

1 LED
2 反射鏡
3 液晶素子
4 駆動回路
101,108 ガラス基板
102,107 透明電極
103,106 配向膜
104 液晶層
105 シール層
1 LED
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Reflector 3 Liquid crystal element 4 Drive circuit 101,108 Glass substrate 102,107 Transparent electrode 103,106 Alignment film 104 Liquid crystal layer 105 Sealing layer

Claims (5)

少なくとも1つ以上の光源と、
液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加する電圧に応じて、光透過状態と、光散乱状態と、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとり、前記透過状態のときに前記光源の光が斜め方向から入射しても当該光が散乱しにくい液晶素子と、
前記液晶/高分子複合体層に印加する電圧を調節する駆動回路とを備えた
ことを特徴とする照明装置。
At least one light source;
The liquid crystal / polymer composite layer is sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and is in an intermediate state between a light transmission state, a light scattering state, a light transmission state, and a light scattering state, depending on the applied voltage. A liquid crystal element that is less likely to scatter even when light from the light source is incident from an oblique direction in the transmission state;
And a driving circuit for adjusting a voltage applied to the liquid crystal / polymer composite layer.
前記液晶素子は、液晶と当該液晶に溶解可能な硬化性化合物とを含有する組成物に対して当該硬化性化合物の総量が0.1質量%以上20質量%以下である組成物を硬化させて形成される
請求項1記載の照明装置。
The liquid crystal element is obtained by curing a composition in which the total amount of the curable compound is 0.1% by mass or more and 20% by mass or less with respect to a composition containing a liquid crystal and a curable compound soluble in the liquid crystal. The lighting device according to claim 1 formed.
光源の周囲に反射鏡を備えた
請求項1または請求項2記載の照明装置。
The illumination device according to claim 1, further comprising a reflecting mirror around the light source.
光源には、LED、または、蛍光灯より発光部体積が小さい光源が用いられる
請求項1から請求項3のうちのいずれか1項に記載の照明装置。
The illuminating device according to any one of claims 1 to 3, wherein the light source is an LED or a light source having a light emitting unit volume smaller than that of a fluorescent lamp.
液晶/高分子複合体層が透明な一対の電極付き基板間に挟持され、印加する電圧に応じて、光透過状態と、光散乱状態と、光透過状態と光散乱状態との中間的な状態をとり、前記透過状態のときに光源の光が斜め方向から入射しても当該光が散乱しにくい液晶素子と、
前記液晶/高分子複合体層に印加する電圧を調節する駆動回路とを備えた
ことを特徴とする光散乱性制御装置。
The liquid crystal / polymer composite layer is sandwiched between a pair of transparent substrates with electrodes, and is in an intermediate state between a light transmission state, a light scattering state, a light transmission state, and a light scattering state, depending on the applied voltage. A liquid crystal element that is less likely to scatter even when light from a light source is incident from an oblique direction in the transmission state;
A light scattering control device comprising: a drive circuit that adjusts a voltage applied to the liquid crystal / polymer composite layer.
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