JP2013072895A - 液晶調光装置及び液晶調光素子の駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 商用電源からの交流電圧が透明電極に直接印加される場合と比較して、高分子分散型液晶の動作状態に対する不動作状態の割合を低減し、高い透明度を得ることができる調光素子を提供するものである。
【解決手段】 一対の絶縁性基板１上にそれぞれ配設される一対の対向する透明電極２、及び、前記一対の絶縁性基板１間に挟持され、高分子マトリクス中に液晶を分散させてなる高分子分散型液晶の液晶層３を備える液晶調光素子１０と、電源２００から供給される電圧を、閾値電圧Ｖ_ｔｈよりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転する交流電圧に変換し、当該交流電圧を一対の透明電極２に印加する波形変換部２０と、を備え、交流電圧の半周期に対する当該半周期における閾値電圧Ｖ_ｔｈ以上の時間帯の割合が、商用電源２０１の電圧の半周期に対する当該半周期における閾値電圧Ｖ_ｔｈ以上の時間帯の割合よりも大きいものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高分子分散型液晶を液晶層とする液晶調光素子を備える液晶調光装置及び液晶調光素子を透明状態又は不透明状態に駆動する液晶調光素子の駆動装置に関する。

液晶調光素子１０は、図７（ａ）に示すように、透明性及び電気絶縁性を有する一対の対向する基板（以下、絶縁性基板１と称す）間で、高分子分散型液晶に代表される液晶材料を挟持して液晶層３を構成する。また、液晶調光素子１０は、絶縁性基板１上の一対の透明電極２への電圧の印加状態（電源ＯＮ）で液晶層３が透明状態になり、電圧の無印加状態（電源ＯＦＦ）で液晶層３が白濁状態（不透明状態）になり、電源（スイッチ）のＯＮ／ＯＦＦで液晶層における透過と散乱とが瞬時に切り替えられる。

液晶調光素子１０の駆動に用いる電圧は、通常、商用電源２０１であるＡＣ（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ：交流）電源から直接印加される交流電圧や、低電圧で駆動する液晶調光素子１０であれば、変圧器などにより商用電源２０１の交流電圧を降圧した交流電圧が使用される。

この液晶調光素子１０は、図７（ｂ）に示すように、電源のＯＮ状態において、商用電源２０１の電圧波形である正弦波の交流電圧により駆動しているため、液晶調光素子１０に所望（一般的には、１０％程度）の透明度（ヘイズ値）が得られる閾値電圧（スレッショルド電圧：Ｖ_ｔｈ）以上の成分（動作時間帯ｔ_１の電圧領域）の他に閾値電圧Ｖ_ｔｈ未満の成分（不動作時間帯ｔ_２の電圧領域）を含む。このため、従来の液晶調光素子１０は、電源のＯＮ状態においても、液晶層３の液晶の動作状態（透明状態）と不動作状態（白濁状態）とが混在しており、透明感が損なわれ、本来の特性（高い透明度）を得ることができないという問題点がある。

また、液晶調光素子１０は、駆動周波数が商用電源周波数の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの固定値であり、図７（ｃ）に示すように、一対の透明電極２の各抵抗Ｒと液晶層３の静電容量Ｃとで接続された等価回路で表わされる。このため、透明電極２への印加電圧は、図７（ｄ）に示すように、商用電源２０１側の位置（Ａ点）から商用電源２０１から最も離れた末端側の位置（Ｂ点）にかけて電圧降下を起こし、実質的には、末端側の位置（Ｂ点）で印加電圧が低くなる。すなわち、液晶調光素子１０は、末端側の位置（Ｂ点）においても、閾値電圧以上になるような十分な電圧を透明電極２に印加する必要があり、消費電力が増大するという問題点がある。

なお、従来の液晶調光素子１０では、消費電力を低減するために、図７（ｅ）に示すように、透明電極２の両端（商用電源２０１側、末端側）から電圧を印加する方法も採られているが、透明電極２への接続端子を末端側に配設して、この接続端子と商用電源２０１とを接続するための作業工程数が増加することや引廻し配線数が増加することにより、液晶調光素子１０の設置上の制限が発生するなどの問題点もある。

また、液晶調光素子１０の消費電力を低減するために、透明電極２に用いる酸化インジウムスズ（ｔｉｎ−ｄｏｐｅｄ ｉｎｄｉｕｍ ｏｘｉｄｅ：ＩＴＯ）などの透明導電膜の厚みを増やすことにより、透明電極２の抵抗値を下げて電圧降下を抑制する方法もあるが、液晶調光素子１０のコストが増加するうえに、液晶調光素子１０の透過率の減少や黄色味が増すなどの外観的な弊害も生じるという問題点がある。

これに対し、従来の調光液晶表示装置の駆動方法は、少なくとも一方が透明である電極基板により高分子分散液晶層を挟んだ構造を持ち、光の散乱と透過との切換を電気的に制御する調光液晶素子に対して、高分子分散液晶層が透明になる透過率を与える振幅を有し、かつ０．０１秒〜１０００秒の時間幅を有するパルス電圧を、０．０１秒〜１０００秒の時間間隔を空け、前記パルス電圧の極性を反転させながら、パルス電圧の印加開始時の間隔が０．１秒以上になるように周期的に繰り返して印加する（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−１８６５２９号公報

しかしながら、従来の調光液晶表示装置の駆動方法は、調光液晶表示装置の消費電力を低減することができるものの、電圧波形は、パルス波形と電圧がゼロの区間とを含み、高分子分散型液晶の動作状態（透明状態）と不動作状態（白濁状態）とが混在しており、透明感が損なわれ、高い透明度を得ることができないという課題がある。

本発明は、電源のＯＮ状態において、商用電源からの交流電圧が透明電極に直接印加される場合と比較して、高分子分散型液晶の動作状態に対する不動作状態の割合を低減し、高い透明度を得ることができる調光素子を提供するものである。

本発明に係る調光素子においては、透明性を有する一対の対向する絶縁性基板、当該一対の絶縁性基板上にそれぞれ配設される一対の対向する透明電極、及び、一対の絶縁性基板間に挟持され、高分子マトリクス中に液晶を分散させてなる高分子分散型液晶層を備える液晶調光素子と、電源から供給される電圧を、液晶調光素子に所望の透明度を与える閾値電圧よりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転する交流電圧に変換し、当該交流電圧を一対の透明電極に印加する波形変換部と、を備え、交流電圧の半周期に対する当該半周期における閾値電圧以上の時間帯の割合が、商用電源の電圧の半周期に対する当該半周期における閾値電圧以上の時間帯の割合よりも大きいものである。

本発明に係る調光素子においては、電源のＯＮ状態において、商用電源からの交流電圧が透明電極に直接印加される場合と比較して、高分子分散型液晶の動作状態に対する不動作状態の割合を低減し、高い透明度を得ることができる。

（ａ）は第１の実施形態に係る液晶調光装置の一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される交流電圧の波形の一例を示す波形図であり、（ｃ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される交流電圧の波形の他の例を示す波形図であり、（ｄ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子における電圧降下を説明するための説明図である。 （ａ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される正弦波交流電圧の一例を示す波形図であり、（ｂ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される台形波交流電圧の一例を示す波形図であり、（ｃ）は図１（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される矩形波交流電圧の一例を示す波形図である。 図１（ａ）に示す波形変換部の一例を示す回路図である。 （ａ）は５０Ｈｚの矩形波交流電圧又は正弦波交流電圧を透明電極に印加した場合における液晶調光素子の光学特性を示す特性図であり、（ｂ）は図４（ａ）に示す特性図の２０Ｖ以上の領域を拡大した特性図である。 （ａ）は６０Ｈｚの矩形波交流電圧又は正弦波交流電圧を透明電極に印加した場合における液晶調光素子の光学特性を示す特性図であり、（ｂ）は図５（ａ）に示す特性図の２５Ｖ以上の領域を拡大した特性図である。 （ａ）は正弦波交流電圧と矩形波交流電圧との効果の差異を説明するための説明図であり、（ｂ）は矩形波交流電圧における液晶調光素子の周波数依存性を説明するための特性図である。 （ａ）は従来の液晶調光素子の一例を示す概略構成図であり、（ｂ）は図７（ａ）に示す液晶調光素子の透明電極に印加される交流電圧の波形の一例を示す波形図であり、（ｃ）は図７（ａ）に示す液晶調光素子の等価回路であり、（ｄ）は図７（ａ）に示す液晶調光素子における電圧降下を説明するための説明図であり、（ｅ）は従来の液晶調光素子の他の例を示す概略構成図である。

（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る液晶調光装置１００は、図１（ａ）に示すように、透明性を有する一対の対向する絶縁性基板１、当該一対の絶縁性基板１上にそれぞれ配設される一対の対向する透明電極２、及び、一対の絶縁性基板１間に挟持され、高分子マトリクス中に液晶を分散させてなる高分子分散型の液晶層３を少なくとも備える液晶調光素子１０と、後述する波形変換部２０と、を備える。

なお、液晶調光素子１０は、一対の絶縁性基板１が互いに対向しない領域において露出する透明電極２に電気的に接続され、波形変換部２０に電気的に接続するための図示しない接続端子を備える。この接続端子は、金属（例えば、金、銀、銅、アルミニウム、鉄）、炭素、これらを高分子中に分散させた複合体、導電性高分子（例えば、ポリチオフェン系、ポリアニリン系）等で形成された端子である。

絶縁性基板１は、材料として、無機シート（例えば、ガラス、シリコン）又は高分子フィルム（例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリエチレンナフタレート）等であり、本実施形態においては、可撓性を有するポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ＰＥＴ）フィルムを用いている。

透明電極２は、少なくとも入射光を透過する面均一な導電性を有し、金属（例えば、金、銀、アルミニウム）、金属酸化物（例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ）、スパッタ法により成膜された金属（例えば、銀）膜とゾルゲル法により形成されたゾルゲル膜とが交互に配設された多層膜、又は導電性有機高分子（例えば、ポリチオフェン系、ポリアニリン系）等で形成された導電性薄膜であり、本実施形態においては、ＩＴＯの透明導電膜を用いている。

液晶層３は、コレステリック液晶及び透明樹脂からなる自己保持型液晶複合体であり、高分子マトリックス（透明樹脂）中にコレステリック液晶が分散した状態となっている。なお、液晶層３は、コレステリック液晶である必要はなく、ネマチック液晶などであってもよい。

また、コレステリック液晶としては、ネマチック液晶若しくはスメクチック液晶（例えば、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、安息香酸エステル系、ビフェニル系、ターフェニル系、シクロヘキシルカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ビフェニルシクロヘキサン系、ピリミジン系、ジオキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサンエステル系、シクロヘキシルエタン系、シクロヘキサン系、トラン系、アルケニル系、スチルベン系、縮合多環系）、又はこれらの混合物に、光学活性材料（例えば、ステロイド系コレステロール誘導体、シッフ塩基系、アゾ系、エステル系、ビフェニル系）を添加したもの等がある。

また、高分子マトリックスは、コレステリック液晶を保持し、液晶調光素子１０の変形による液晶の流動を抑制する機能を有するものであり、液晶材料に溶解せず、液晶と相溶しない液体を溶剤とする高分子材料を用いることが好ましい。

また、高分子マトリックスとしては、紫外線硬化型材料、水溶性高分子材料（例えば、ゼラチン、ポリビニルアルコール、セルロース誘導体、ポリアクリル酸系ポリマー、エチレンイミン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミド、ポリスチレンスルホン酸塩、ポリアミジン、イソプレン系スルホン酸ポリマー）、又は水性エマルジョン化できる材料（例えば、フッ素樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂）等がある。

さらに、液晶層３をコレステリック液晶と高分子マトリックス（透明樹脂）からなる自己保持型液晶複合体とした場合には、高分子の骨格中にコレステリック液晶がドロップレット状に分散されたＰＤＬＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造を用いることができる。なお、ＰＤＬＣ構造には、コレステリック液晶の連続相中に網目状の樹脂を含むＰＮＬＣ（ｐｏｌｙｍｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ）構造や、ネマチック曲線配向相（ｎｅｍａｔｉｃ ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ ａｌｉｇｎｅｄ ｐｈａｓｅ：ｎＣａｐ）構造等がある。

このＰＤＬＣ構造は、高分子と液晶とを相分離させる既存の方法、例えば、ＰＩＰＳ（Ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法、エマルジョン法、ＴＩＰＳ（Ｔｈｅｒｍａｌｌｙ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法、又はＳＩＰＳ（Ｓｏｌｖｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｈａｓｅ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法等によって形成することができる。

波形変換部２０は、電源２００から供給される電圧を、液晶調光素子１０に所望（一般的には、１０％程度）の透明度を与える閾値電圧（スレッショルド電圧：Ｖ_ｔｈ）よりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転する交流電圧に変換し、当該交流電圧を一対の透明電極２に印加する。
また、波形変換部２０は、図１（ｂ）に示すように、透明電極２に印加する交流電圧の半周期（動作時間帯ｔ_１、不動作時間帯ｔ_２）に対する当該半周期における閾値電圧Ｖ_ｔｈ以上の時間帯（動作時間帯ｔ_１）の割合（以下、第１のデューティ比Ｄ_１と称す）が、商用電源２０１の電圧の半周期に対する当該半周期における閾値電圧Ｖ_ｔｈ以上の時間帯の割合（以下、第２のデューティ比Ｄ_２と称す）よりも大きくなるように、電源２００から供給される電圧を変換する。

なお、第１のデューティ比Ｄ_１の下限値は、電源２００が商用電源２０１（商用電源周波数ｆ（５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］）、電圧の波高値（最大値）Ｖ_ｍ（＝√２×Ｖ_ｅ（実効値：１００［Ｖ］又は２００［Ｖ］））である場合に、以下のように、算出することができる。

まず、商用電源２０１の電圧Ｅの波形は、位相を考慮しなければ、下記式（１）で表される。

（数１）
Ｅ＝Ｖ_ｍ×Ｓｉｎ（２πｆｔ） （１）

そして、閾値電圧Ｖ_ｔｈになる時間ｔ_ｔｈは、「ｔ＝ｔ_ｔｈ」及び「Ｅ＝Ｖ_ｔｈ」を式（１）に代入して、ｔ_ｔｈについて整理すると、下記式（２）で表される。

（数２）
ｔ_ｔｈ＝１／（２πｆ）×Ｓｉｎ−^１（Ｖ_ｔｈ／Ｖ_ｍ） （２）

また、商用電源２０１の電圧の周期は１／ｆ［秒］であるので、第２のデューティ比Ｄ_２は、下記式（３）で表される。

（数３）
Ｄ_２＝（１／（２ｆ）−２ｔ_ｔｈ）／（１／（２ｆ）） （３）

この式（３）に式（２）を代入して整理すると、下記式（４）で表される。

（数４）
Ｄ_２＝１−２／π×Ｓｉｎ−^１（Ｖ_ｔｈ／Ｖ_ｍ） （４）

ここで、商用電源２０１の実効値Ｖ_ｅが１００［Ｖ］（波高値Ｖ_ｍが１００√２［Ｖ］）であり、閾値電圧Ｖ_ｔｈが３０［Ｖ］であれば、式（４）に代入して、第２のデューティ比Ｄ_２として、約０．８６３９を得ることができる。
すなわち、求める第１のデューティ比Ｄ_１の下限値は、約０．８６４であり、第１のデューティ比Ｄ_１を０．８６４よりも大きくすることにより、商用電源２０１からの交流電圧が透明電極２に直接印加される場合と比較して、電源のＯＮ状態において、液晶層３の動作状態（透明状態）に対する不動作状態（白濁状態）の割合を低減することができる。

なお、第１のデューティ比Ｄ_１が０．８６４よりも大きくなる電圧波形としては、図２（ａ）に示すように、商用電源２０１の電圧（図２（ａ）の破線で示す波形）の波高値よりも高い波高値を有する正弦波（図２（ａ）の実線で示す波形）であってもよいが、透明電極２に印加する交流電圧が高くなるほど、液晶調光素子１０の消費電力が増加するために、透明電極２に印加する交流電圧を低くすることが好ましい。特に、透明電極２に印加する交流電圧の波高値を商用電源２０１からの供給電圧の波高値よりも低くすることで、従来のように、商用電源２０１からの交流電圧が液晶調光素子１０に直接印加される場合と比較して、液晶調光素子１０の消費電力を低減することができる。すなわち、第１のデューティ比Ｄ_１が０．８６４よりも大きくなる電圧波形としては、商用電源２０１からの供給電圧の波高値より電圧の波高値を低くすることが好ましい。

なお、矩形波交流電圧の波高値が電源２００からの供給電圧より低くなり、第１のデューティ比Ｄ_１が０．８６４よりも大きくなる電圧波形としては、例えば、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、台形波や矩形波などが挙げられる。なお、図２（ｂ）及び図２（ｃ）において、破線で示す波形が、電源２００からの供給電圧の電圧波形であり、実線で示す波形が、透明電極２に印加する交流電圧の電圧波形である。また、第１のデューティ比Ｄ_１が０．９９以上になると、電源のＯＮ状態において、液晶層３の動作状態に対する不動作状態の割合を大幅に低減することができる。

特に、波形変換部２０は、図１（ｃ）に示すように、透明電極２に印加する交流電圧の電圧波形を矩形波にすることで、第１のデューティ比Ｄ_１が１になり、電源のＯＮ状態において、閾値電圧Ｖ_ｔｈ未満の電圧領域がなく、液晶調光素子１０に高い透明度を得ることができるために好ましい。

なお、以下の説明においては、波形変換部２０が、電源２００から供給される電圧を、閾値電圧Ｖ_ｔｈよりも高い波高値を有する矩形波を電圧波形とする交流電圧（以下、矩形波交流電圧と称す）に変換し、当該矩形波交流電圧を一対の透明電極２に印加する場合について説明する。

また、電源２００は、一次電池（乾電池など）や二次電池（蓄電池）などの直流電源又は交流電源（商用電源２０１など）であり、本実施形態においては、電圧１００Ｖ（実効値）及び商用電源周波数６０Ｈｚの商用電源２０１を用いている。

このため、本実施形態に係る波形変換部２０は、インバータであり、例えば、図３に示すように、商用電源２０１からの交流電力を直流電力に変換する整流回路（コンバータ回路）２１及び整流回路２１からの直流電圧を平滑化する電解コンデンサなどの平滑用コンデンサ（平滑回路）２２から構成されるコンバータ部と、ＰＮＰ型トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）及びＮＰＮ型トランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のインバータ回路２３から構成されるインバータ部を制御して、矩形波交流電圧に変換するタイミング発生回路（制御回路）２４と、を備える。

なお、インバータ回路２３は、ＰＮＰ型トランジスタＱ１とＮＰＮ型トランジスタＱ４とを一対とし、ＰＮＰ型トランジスタＱ２とＮＰＮ型トランジスタＱ３とを一対としており、タイミング発生回路２４が、一定周期で交互にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと、流れる電流方向が交互に反転する交流となる。
また、タイミング発生回路２４は、ＰＮＰ型トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）及びＮＰＮ型トランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のＯＮ／ＯＦＦする時間を変えることにより、周波数を変化させる。また、タイミング発生回路２４は、繰り返し周期時間より、短い時間周期でのＯＮ／ＯＦＦを繰り返して、ＰＮＰ型トランジスタ（Ｑ１、Ｑ２）及びＮＰＮ型トランジスタ（Ｑ３、Ｑ４）のＯＮ／ＯＦＦする時間の比率を変化させ、（平均）電圧を変えることで、電圧を変化させる。

また、本実施形態に係る波形変換部２０は、電圧１００Ｖ（実効値）及び商用電源周波数６０Ｈｚの正弦波を電圧波形とする交流電圧（以下、正弦波交流電圧と称す）を、図１（ｃ）に示すように、例えば、周波数を１０Ｈｚとし、閾値電圧Ｖ_ｔｈ（例えば、３０Ｖ）よりも高い波高値（例えば、６０Ｖ）を有する矩形波交流電圧に変換する。

このように、液晶調光装置１００は、透明電極２に印加する交流電圧の電圧波形を矩形波にすることにより、図１（ｃ）に示すように、閾値電圧Ｖ_ｔｈ以上の電圧になる時間帯（動作時間帯ｔ_１）のみからなり、閾値電圧Ｖ_ｔｈより低い電圧になる時間帯（不動作時間帯ｔ_２）が存在せず、電源のＯＮ状態においても、液晶層３の液晶の動作状態と不動作状態とが混在しないため、液晶調光素子１０の光学特性（透明度）を向上させることができる。

特に、液晶調光装置１００は、透明電極２に印加する交流電圧の周波数が商用電源周波数より低いことにより、図７（ｃ）に示す静電容量Ｃ（コンデンサ）に相当する液晶層３のインピーダンスが上昇し、図１（ｄ）に示すように、商用電源周波数の交流電圧を透明電極２に印加する場合と比較して、末端側の位置（Ｂ点）の電圧降下が低減され、液晶調光素子１０の消費電力を減少させることができる。

つぎに、矩形波交流電圧の波高値の好ましい範囲について、下表１並びに図４及び図５を用いて説明する。
実験では、周波数を５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの一定値とし、矩形波交流電圧（５０Ｈｚの場合：実施例１、６０Ｈｚの場合：実施例２）と、正弦波交流電圧（５０Ｈｚの場合：比較例１、６０Ｈｚの場合：比較例２）とを、電圧の実効値を０Ｖから７０Ｖまでの範囲で変化させて透明電極２にそれぞれ印加して、液晶調光素子１０の透過率を測定し、ヘイズ値を算出した。

なお、ヘイズ値とは、濁度を表す値であり、ランプにより照射され、液晶調光素子１０（液晶層３）中を透過した全透過率Ｔと、液晶調光素子１０（液晶層３）中で散乱された光の透過率Ｓにより、ヘイズ値Ｈ＝Ｓ／Ｔ×１００［％］として求められる。

表１及び図４に示すように、印加電圧が０Ｖから２０Ｖまでは、比較例１が実施例１に対してヘイズ値が低く（透明度が高く）、印加電圧が２５Ｖから７０Ｖまでは、実施例１が比較例１に対してヘイズ値が低く（透明度が高く）なっていることが分かる。

また、表１及び図５に示すように、印加電圧が１０Ｖから２５Ｖまでは、比較例１が実施例１に対してヘイズ値が低く（透明度が高く）、印加電圧が３０Ｖから７０Ｖまでは、実施例１が比較例１に対してヘイズ値が低く（透明度が高く）なっていることが分かる。

このように、印加電圧が１０Ｖから２５Ｖまでにおいて、比較例（正弦波交流電圧）のヘイズ値が実施例（矩形波交流電圧）のヘイズ値に対して低くなる理由としては、図６（ａ）に示すように、比較例の波高値が実施例の波高値より√２倍だけ大きく、過渡的な電圧領域（１０Ｖ〜２５Ｖ）において、その波高値の影響によるものと考えられる。

また、印加電圧が３０Ｖから７０Ｖまでにおいて、比較例（正弦波交流電圧）のヘイズ値が実施例（矩形波交流電圧）のヘイズ値に対して高くなる理由としては、図６（ａ）に示すように、閾値電圧Ｖ_ｔｈ未満の不動作時間帯ｔ_２における電圧のロスの有無が寄与していると考えられる。なお、閾値電圧Ｖ_ｔｈは、一般的に、ヘイズ値が１０％程度になる電圧であり、本実施形態においては、表１に示すように、ヘイズ値が１０％程度になる３０Ｖが閾値電圧Ｖ_ｔｈである。

また、前述したように、透明電極２に印加する交流電圧の波高値を商用電源２０１からの供給電圧の波高値よりも低くすることで、従来のように、商用電源２０１からの交流電圧が液晶調光素子１０に直接印加される場合と比較して、液晶調光素子１０の消費電力を低減することができる。
したがって、矩形波交流電圧の波高値は、３０Ｖ以上であり、商用電源２０１からの供給電圧の波高値より低い範囲にすることが好ましく、３０Ｖであることがより好ましい。

つぎに、矩形波交流電圧の周波数の好ましい範囲について、下表２を用いて説明する。
実験では、電圧の実効値を２０Ｖ、３０Ｖ又は５０Ｖの一定値とし、周波数を下げながら、矩形波交流電圧（実施例）及び正弦波交流電圧（比較例）を透明電極２にそれぞれ印加して、液晶調光素子１０の表示領域を目視で観測し、表示領域にちらつきが生じた周波数を限界値とした。

表２に示すように、実施例（矩形波交流電圧）では、周波数が１Ｈｚまで下げても表示画面にちらつきが生じなかった。しかしながら、比較例（正弦波交流電圧）では、周波数が低いほど、閾値電圧Ｖ_ｔｈ未満の不動作時間帯ｔ_２が長くなり、応答特性が影響して閾値電圧Ｖ_ｔｈ未満の電圧のロスが大きくなり、２０Ｈｚ程度以下では使用できないことが分かる。
すなわち、本実施形態に係る液晶調光装置１００は、透明電極２に印加する交流電圧として矩形波交流電圧を用いることで、低周波による駆動が可能になり、液晶調光素子１０の消費電力を低減させることができる。

特に、前述したように、矩形波交流電圧の波高値は３０Ｖ以上であることが好ましいことより、印加電圧を３０Ｖ以上として考えた場合に、矩形波交流電圧の周波数を１８Ｈｚより低くすることで、液晶調光素子１０の消費電力を低減させるうえで、正弦波交流電圧（比較例）よりも優位性がある。

なお、矩形波交流電圧の周波数の好ましい範囲についての実験は、液晶調光素子１０として、絶縁性基板１の平面寸法が４０ｍｍ×６０ｍｍであり、液晶層３の厚みが１８μｍである測定セルを用いたが、液晶調光素子１０として、絶縁性基板１の平面寸法が９００ｍｍ×２４００ｍｍであり、液晶層３の厚みが１８μｍである測定セルを用い、電圧の実効値を３０Ｖとして同様の実験を行なったところ、下表３の結果が得られた。

表３に示すように、実施例（矩形波交流電圧）では、周波数を２０Ｈｚまで下げると表示画面にちらつきが生じ、比較例（正弦波交流電圧）では、周波数を３０Ｈｚまで下げると表示画面にちらつきが生じた。このように、表２に示す結果と比較して、表示領域にちらつきが生じた周波数（限界値）が上がるのは、液晶調光素子１０を大型化すると、印加された電圧の波形になまりが生じるためと考えられる。
なお、前述したように、矩形波交流電圧の波高値は３０Ｖ以上であることが好ましいことより、印加電圧を３０Ｖ以上として考えた場合に、矩形波交流電圧の周波数を３０Ｈｚより低くすることで、液晶調光素子１０の消費電力を低減させるうえで、正弦波交流電圧（比較例）よりも優位性があり、矩形波交流電圧の周波数を２０Ｈｚより高くすることで、表示画面にちらつきがなく、実用化に適している。

つぎに、矩形波交流電圧における光学特性（電圧対透過率（Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ：Ｖ−Ｔ）特性）の周波数依存性について、下表４及び図６（ｂ）を用いて説明する。
実験では、周波数を５Ｈｚ、１０Ｈｚ、３０Ｈｚ、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの一定値とし、矩形波交流電圧を、電圧の実効値を０Ｖから７０Ｖまでの範囲で変化させて透明電極２にそれぞれ印加して、液晶調光素子１０の透過率を測定し、ヘイズ値を算出した。

表４及び図６（ｂ）に示すように、矩形波交流電圧における光学特性は、周波数依存性がないことが分かる。すなわち、本実施形態に係る液晶調光装置１００は、光学特性上、５Ｈｚから６０Ｈｚまでの周波数の矩形波交流電圧を用いることができる。

したがって、本実施形態に係る液晶調光装置１００は、矩形波交流電圧の周波数を自由に設定可能であるため、矩形波交流電圧の低周波化により、液晶層３のインピーダンスを上昇させ、液晶調光素子１０の消費電力（電流）を低減することができると共に、液晶調光素子１０の電源２００側から末端側にかけての電圧降下を抑制することができる。

また、本実施形態に係る液晶調光装置１００は、電圧降下の抑制により、印加電圧を５０Ｖからさらに低電圧化することができ、液晶調光素子１０の消費電力を低減することができると共に、透明電極２の両端（商用電源２０１側、末端側）から矩形波交流電圧を印加する必要がなく、配線作業に伴う作業工程数及び配線数の増加を防止することができる。
また、本実施形態に係る液晶調光装置１００は、電圧降下の抑制により、高抵抗の透明導電膜（例えば、ＩＴＯ膜）を透明電極２に用いる（例えば、表面抵抗値を１５０Ω／□から２５０Ω／□に変更した高抵抗ＩＴＯフィルムを用いる）ことができ、低コスト化を図ることができる。

特に、高抵抗の透明導電膜を透明電極２に用いるということは、透明導電膜の膜厚を薄くすることができ、液晶調光素子１０に黄色味が帯びることを抑え（外観的な品質も上げ）、液晶調光素子１０の透過率を上げることができ、液晶調光素子１０に対して総合的に透明度を向上することができる。

なお、本実施形態においては、液晶調光素子１０と波形変換部２０とを一体にした液晶調光装置１００について説明したが、液晶調光素子１０と波形変換部２０とを別体にし、液晶調光素子１０を透明状態又は不透明状態に駆動する駆動装置として、波形変換部２０に相当する液晶駆動部を独立に構成してもよい。

この液晶駆動部は、閾値電圧Ｖ_ｔｈよりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転すると共に第１のデューティ比Ｄ_１が第２のデューティ比Ｄ_２よりも小さい交流電圧を、液晶調光素子１０の一対の透明電極２に印加する。

なお、液晶調光素子１０の駆動装置は、一次電池や二次電池などの直流電源を内蔵して、液晶駆動部が直流電源からの電圧波形を所定の電圧波形に変換してもよいし、プラグ受け（商用電源２０１）に接続する差込プラグを備え、液晶駆動部が商用電源２０１からの電圧波形を所定の電圧波形に変換してもよい。

１ 絶縁性基板
２ 透明電極
３ 液晶層
１０ 液晶調光素子
２０ 波形変換部
２１ 整流回路
２２ 平滑用コンデンサ
２３ インバータ回路
２４ タイミング発生回路
１００ 液晶調光装置
２００ 電源
２０１ 商用電源

Claims (12)

1. 透明性を有する一対の対向する絶縁性基板、当該一対の絶縁性基板上にそれぞれ配設される一対の対向する透明電極、及び、前記一対の絶縁性基板間に挟持され、高分子マトリクス中に液晶を分散させてなる高分子分散型液晶の液晶層を備える液晶調光素子と、
   電源から供給される電圧を、前記液晶調光素子に所望の透明度を与える閾値電圧よりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転する交流電圧に変換し、当該交流電圧を前記一対の透明電極に印加する波形変換部と、
   を備え、
   前記交流電圧の半周期に対する当該半周期における前記閾値電圧以上の時間帯の割合が、商用電源の電圧の半周期に対する当該半周期における前記閾値電圧以上の時間帯の割合よりも大きいことを特徴とする液晶調光装置。
2. 前記請求項１に記載の液晶調光装置において、
   前記交流電圧の波高値が、前記商用電源の電圧の波高値より低いことを特徴とする液晶調光装置。
3. 前記請求項１又は２に記載の液晶調光装置において、
   前記交流電圧の電圧波形が、矩形波であることを特徴とする液晶調光装置。
4. 前記請求項３に記載の液晶調光装置において、
   前記交流電圧の波高値が、３０Ｖ以上であることを特徴とする液晶調光装置。
5. 前記請求項４に記載の液晶調光装置において、
   前記交流電圧の周波数が、商用電源周波数より低いことを特徴とする液晶調光装置。
6. 前記請求項５に記載の液晶調光装置において、
   前記交流電圧の周波数が、２０Ｈｚより高く、３０Ｈｚより低いことを特徴とする液晶調光装置。
7. 透明性を有する一対の対向する絶縁性基板、当該一対の絶縁性基板上にそれぞれ配設される一対の対向する透明電極、及び、前記一対の絶縁性基板間に挟持され、高分子マトリクス中に液晶を分散させてなる高分子分散型液晶の液晶層を備える液晶調光素子を、透明状態又は不透明状態に駆動する液晶調光素子の駆動装置において、
   前記液晶調光素子に所望の透明度を与える閾値電圧よりも高い波高値を有してゼロクロス点で極性が交互に反転する交流電圧を、前記一対の透明電極に印加する液晶駆動部を備え、
   前記交流電圧の半周期に対する当該半周期における前記閾値電圧以上の時間帯の割合が、商用電源の電圧の半周期に対する当該半周期における前記閾値電圧以上の時間帯の割合よりも大きいことを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。
8. 前記請求項７に記載の液晶調光素子の駆動装置において、
   前記交流電圧の波高値が、前記商用電源の電圧の波高値より低いことを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。
9. 前記請求項７又は８に記載の液晶調光素子の駆動装置において、
   前記交流電圧の電圧波形が、矩形波であることを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。
10. 前記請求項９に記載の液晶調光素子の駆動装置において、
    前記交流電圧の波高値が、３０Ｖ以上であることを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。
11. 前記請求項１０に記載の液晶調光素子の駆動装置において、
    前記交流電圧の周波数が、商用電源周波数より低いことを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。
12. 前記請求項１１に記載の液晶調光素子の駆動装置において、
    前記交流電圧の周波数が、２０Ｈｚより高く、３０Ｈｚより低いことを特徴とする液晶調光素子の駆動装置。