JP2017062362A - 調光フィルム - Google Patents

Abstract

【課題】充分な視野角特性を確保して、電極のパターンニングを省略することができ、かつ簡易に生産することができるようにする。【解決手段】透明フィルムによる基材１０、１５と、透明電極１１、１６と、配向膜１３、１７とが積層された第１及び第２の積層体６及び５により液晶層７を挟持した調光フィルム１において、無電界時、前記液晶層７の液晶分子７Ａを垂直配向させ、電界印加時、液晶分子７Ａを水平配向させることにより透過光を制御する。第１及び又は第２の積層体６、５は、少なくとも周側面に垂直配向膜１３Ａを備えた柱形状によるスペーサ１２を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光フィルムに関する。

従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する調光フィルムに関する工夫が種々に提案されている（特許文献１、２）。このような調光フィルムの１つに、液晶を利用したものがある。この液晶を利用した調光フィルムは、透明電極を作製した透明フィルムにより液晶材料を挟持して液晶セルが作製され、この液晶セルを直線偏光板により挟持して作成される。これによりこの調光フィルムでは、液晶に印加する電界の可変により液晶の配向を可変して外来光を遮光したり透過したりし、さらには透過光量を可変したりし、これらにより外来光の透過を制御する。

また画像表示パネルの１つのである液晶表示パネルは、透明電極、配向膜を作製してなる１対のガラス板材により液晶を挟持して液晶セルが構成され、この液晶セルを直線偏光板により挟持して構成される。液晶表示パネルは、この透明電極のパターンニングにより、画素単位で、液晶に印加する電界を可変して所望の画像を表示する。このような液晶表示パネルに関して、特許文献３には、配向の方向が異なる領域を設けることにより、方位角の変化による透過光量の変化を低減し、方位角に係る視野角特性を向上する方法が提案されている。

ところで調光フィルムは、液晶表示パネルのような画素単位による印加電圧の可変が必要ではないものの、液晶表示パネルと同様に偏光面の制御により透過光量を制御することにより、液晶表示パネルで利用されている種々の液晶駆動方式を適用できると考えられる。具体的に、例えばＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＩＰＳ（Ｉｎ−Ｐｌａｃｅ−Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式、ＶＡ（Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式等の駆動方式を適用し、さらにはシングルドメイン、マルチドメインにより駆動することが考えられる。

しかしながらＴＮ方式による駆動方式は、方位角の変化による透過光量の変化（方位角に係る視野角特性である）が大きいことにより、透過光量の制御に供する部位の面積が液晶表示パネルに比して格段的に大きな調光フィルムには直ちには適用できない問題がある。またＩＰＳ方式、ＶＡ方式による場合でも、シングルドメインによる駆動では、同様に、方位角に係る視野角特性により調光フィルムには直ちには適用できない問題がある。

これにより調光フィルムでは、ＩＰＳ方式、ＶＡ方式を適用して、マルチドメイン化により方位角に係る視野角特性を向上することが考えられる。しかしながら従来の液晶表示パネルに適用されるマルチドメインＶＡ方式では、上下基板を高い精度による位置合わせすることが必要であり、透明フィルムにより液晶材料を挟持して液晶セルを構成する調光フィルムにおいては、この透明フィルムが熱膨張すること、可撓性を有すること等により、マルチドメインＶＡ方式を適用して視野角特性を向上する場合には、この透明フィルムの位置合わせが著しく煩雑になる。これによりこの場合、簡易に作製できなくなる問題がある。

またＩＰＳ方式では、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等による透明電極をパターンニングすることが必要になり、透過光量の制御に供する部位の面積が液晶表示パネルに比して格段的に大きな調光フィルムに適用した場合、電極が視認されたり、電極の抵抗値によりシェーディングが視認されたりする。なおシェーディングは、電極の抵抗値を小さくすることにより低減することができるものの、この場合、結局、電極の厚みを厚くしたり、抵抗値の小さな透過率の小さな材料を適用することが必要になることにより、電極が視認され易くなる。なおこれにより調光フィルムにおいては、そもそも電極のパターンニング自体、省略することが望まれる。

特開平０３−４７３９２号公報 特開平０８−１８４２７３号公報 特開平０８−２７８５０４号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、調光フィルムに関して、充分な視野角特性を確保して、電極のパターンニングを省略することができ、かつ簡易に生産することができるようにすることを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、柱形状によるスペーサを中心にして放射状に液晶を配向させることにより、配向の異方性を低減して視野角特性を確保する、との着想に至り、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明では、以下のようなものを提供する。

（１） 透明フィルムによる基材と、透明電極と、配向膜とが積層された第１及び第２の積層体により液晶層を挟持した調光フィルムにおいて、
無電界時、前記液晶層の液晶分子を垂直配向させ、電界印加時、前記液晶分子を水平配向させることにより透過光を制御し、
前記第１及び又は第２の積層体は、
少なくとも周側面に垂直配向膜を備えた柱形状によるスペーサを備える調光フィルム。

（１）によれば、スペーサを中心に放射状に液晶分子を水平配向させることができ、その結果、方位角の変化による透過率の変化を低減することができ、視野角特性を充分に確保することができる。また無電界時、液晶分子を垂直配向させ、電界印加時、液晶分子を水平配向させる場合には、パターンニングすることなく透明電極を作製することができ、これにより電極のパターンニングを省略することができる。また第１及び第２の積層体の位置合わせも精度を要しないことにより、簡易に生産することができる。

（２） （１）において、
前記スペーサの垂直配向膜は、
前記スペーサの付け根側から先端側に向かって、前記スペーサの中心軸側に表面が傾くように設けられており、
前記スペーサの中心軸を含む平面による断面において、前記スペーサが設けられた基材の表面と前記垂直配向膜の表面との成す角度が５度以上８０度以下である
請求項１に記載の調光フィルム。

（２）によれば、液晶分子にプリチルト角を設定することができ、これにより滑らかに水平配向させることができる。

（３） （１）又は（２）において、
前記スペーサは、
先細り形状である調光フィルム。

（３）によれば、スペーサの形状の設定により液晶分子にプリチルト角を設定することができ、これにより滑らかに水平配向させることができる。

（４） （１）、（２）、（３）の何れかにおいて、
前記第１及び第２の積層体の前記液晶層とは逆側面に、直線偏光板を備える調光フィルム。

（４）によれば、液晶層を透過する透過光の偏光面を制御して調光を図る構成に適用して、充分な視野角特性を確保して、電極のパターンニングを省略することができ、かつ簡易に生産することができる。

（５） （１）、（２）、（３）の何れかにおいて、
前記第１及び第２の積層体の前記液晶層とは逆側面に、１／４波長板と直線偏光板とを備える調光フィルム。

（５）によれば、液晶層を透過する透過光の偏光面を制御して調光を図る構成に適用して、透過光量を増大することができる。

本発明によれば、調光フィルムに関して、充分な視野角特性を確保して、電極のパターンニングを省略することができ、かつ簡易に生産することができる。

本発明の第１実施形態に係る調光フィルムを示す図である。 図１の調光フィルムの電界印加時の説明に供する図である。 図１の調光フィルムにおける無電界時の液晶の配向を平面視により示す図である。 図１の調光フィルムにおける電界印加時の液晶の配向を平面視により示す図である。 図１の調光フィルムの製造工程を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る調光フィルムを示す図である。

〔第１実施形態〕
〔調光フィルム〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る調光フィルムを示す断面図である。この調光フィルム１は、建築物の窓ガラス、ショーケース、屋内の透明パーテーション等の調光を図る部位に、粘着剤層等により貼り付けて使用され、印加電圧の可変により透過光の光量を制御する。

この調光フィルム１は、液晶を利用して透過光を制御するフィルム材あり、直線偏光板２、３により液晶セル４を挟持して構成される。ここで直線偏光板２、３は、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）にヨウ素等を含浸させた後、延伸して直線偏光板としての光学的機能を果たす光学機能層が形成され、ＴＡＣ（トリアセチルセルロース）等の透明フィルムによる基材により光学機能層を挟持して作製される。直線偏光板２、３は、クロスニコル配置、又はパラレルニコル配置により、紫外線硬化性樹脂等による接着剤層２Ａ、３Ａにより液晶セル４に配置される。

液晶セル４は、後述する透明電極への印加電圧により透過光の偏光面を制御する。これにより調光フィルム１は、透過光を制御して種々に調光を図ることができるように構成される。

〔液晶セル〕
液晶セル４は、ＶＡ方式の液晶セルであり、フィルム形状による第１及び第２の積層体である上側積層体５及び下側積層体６により液晶層７を挟持して構成される。下側積層体６は、基材１０、透明電極１１、スペーサ１２、配向膜１３を積層して形成される。上側積層体５は、基材１５、透明電極１６、配向膜１７を積層して形成される。なおスペーサ１２は、下側積層体６に代えて上側積層体５に配置してもよく、上側積層体５及び下側積層体６の双方に配置してもよい。

基材１０、１５は、この種のフィルム材に適用可能な種々の透明フィルムを適用することができ、例えばポリカーボネートフィルム、ＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）フィルム、ＴＡＣフィルム等、光学異方性の小さなフィルム材を適用することができる。

透明電極１１、１６は、この種のフィルム材に適用される各種の電極材料を適用することができ、この実施形態ではＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）による透明電極材により、それぞれ基材１０、１５の全面に形成される。スペーサ１２は、各種の樹脂材料を広く適用することができるものの、この実施形態ではフォトレジストにより作製され、透明電極１１を作製してなる基材１０の上に、フォトレジストを塗工して露光、現像することにより作製される。

配向膜１３、１７は、基板上に塗膜として設けることで、液晶層７に適用される液晶分子７Ａの分子軸をホメオトロピック配向させる機能を有する配向膜であり、ＶＡ方式による液晶表示パネルに適用される各種の垂直配向膜を適用することができ、例えばポリイミド配向膜による配向膜等を適用することができる。具体的に、配向膜１３、１７の構成材料としては、例えば、レシチン、シラン系界面活性剤、チタネート系界面活性剤、ピリジニウム塩系高分子界面活性剤、ｎ−オクタデシルトリエトキシシラン等のシランカップリング系垂直配向膜用組成物、長鎖アルキル基や脂環式構造を側鎖に有する可溶性ポリイミドや長鎖アルキル基や脂環式構造を側鎖に有するポリアミック酸等のポリイミド系垂直配向膜用組成物が挙げられる。配向膜１３、１７は、このような垂直配向膜材料による塗工液を塗工して乾燥、加熱することにより作成される。

液晶層７に係る液晶分子７Ａは、ＶＡ方式による液晶表示パネルに適用される各種の液晶材料を広く適用することができる。

なお液晶セル４は、液晶層７を形成する部位を囲む枠形状によりシール材が配置され、このシール材により液晶材料の漏出が防止され、さらには上側積層体５及び下側積層体６が貼り合わされて一体化される。ここでこのシール材は、液晶材料の漏出を防止すると共に、上側積層体５及び下側積層体６を一体に保持可能な種々の材料を適用することができるものの、この実施形態では、熱硬化性樹脂が適用される。

これらにより調光フィルム１は、透明電極１１、１６に電圧を印加していない状態で、液晶層７の液晶分子７Ａを垂直配向させ（図１）、入射光を遮光する。また図１との対比により図２に示すように、透明電極１１、１６への電圧の印加により液晶分子７Ａを水平配向させ、入射光を透過させる。

〔液晶の配向〕
このようにＶＡ方式により駆動するようにして、調光フィルム１では、スペーサ１２を作製した後、塗工液を塗工して配向膜１３を作製することにより、スペーサ１２の周側面に、スペーサ１２の周側面に対して垂直方向の配向規制力を備えた垂直配向膜１３Ａが形成されることになる。これにより調光フィルム１では、透明電極１１、１６に電圧を印加していない無電界時、液晶層７を平面視して図３に示すように、スペーサ１２の近傍では、スペーサ１２の周側面に対して液晶分子７Ａが垂直配向する方向に斜めに傾いて配向し、スペーサ１２から遠ざかるに従って基材１０、１５に対して垂直配向するように液晶分子７Ａが分布することになる。

また図３との対比により図４に示すように、透明電極１１、１６に電圧を印加した電界印加時、無電界時におけるスペーサ１２近傍の液晶分子７Ａの配向に倣うように、液晶分子７Ａが水平配向することになる。

ここでこの実施形態において、スペーサ１２は、断面円形形状による略円柱形状により形成される。これにより無電界時、スペーサ１２近傍ではスペーサ１２を中心にして各方向に均一な分布により放射状に液晶分子７Ａが配向し、スペーサ１２から遠ざかるに従って基材１０、１５に対して垂直配向するように液晶分子７Ａが分布することになる。また電界印加時、スペーサ１２を中心にして放射状に広がるように液晶分子７Ａが水平配向することになる。これによりこの調光フィルム１では、液晶分子７Ａの配向については、方位角方向に関する方向異方性を低減することができ、この方向異方性による方位角の変化による透過光量の変化を充分に低減することができる。その結果、電極のパターンニングを省略する構成において、方位角に係る視野角特性を充分に確保することができる。またこれらにより調光フィルム１では、マルチドメインＶＡのような位置合わせを必要とせず、これにより簡易に作製することができる。

ここで調光フィルム１において、スペーサ１２は、露光時における露光装置の光学系の設定により、付け根側が大径となるようにテーパーが設けられ、先細り形状により形成される。これにより調光フィルム１では、スペーサ１２の周側面に形成した垂直配向膜１３Ａの表面が、基材１０、１５の表面に対して鉛直方向から斜めに傾いた壁面となるように、より具体的には、この斜めに傾いた方向が、スペーサ１２の先端側がスペーサ１２の中心側であるように作製され、スペーサ１２の付け根側から先端側に向かって、スペーサの中心軸側に表面が傾くように垂直配向膜１３Ａが配置される。これによりこの調光フィルム１では、スペーサ１２近傍の液晶分子７Ａについては、このスペーサ１２における垂直配向膜１３Ａの表面の傾きによりプリチルト角が設定され、これにより電界の印加により液晶分子７Ａを整列させて滑らかに水平配向させることができる。

なおこれによりこのようなプリチルト角の設定に係る垂直配向膜１３Ａの表面の傾きにあっては、要は、垂直配向膜の表面で所望の傾きを確保することができればよく、例えばスペーサ１２自体はテーパーを設けることなく円柱形状により作製し、配向膜塗工液の粘度の調整、乾燥条件の設定等により、所望の傾きに設定するようにしてもよい。またスペーサ１２は、断面円形形状による先細りの略円柱形状に代えて、必要に応じて断面楕円形状等、種々の断面形状を適用することができる。

ここでこのスペーサ１２に係る垂直配向膜１３Ａの表面の傾きθにあっては、スペーサ１２の中心軸を含む平面により断面において（図１）、基材１０の表面に対して５度以上８０度以下、好ましくは１５度以上６０度以下、より好ましくは２５度以上４５度以下に設定される。これによりこの実施形態のようにスペーサ１２の近傍のみスペーサ１２に対して垂直配向させるようにして、適切にプリチルト角を設定できるようにする。

またスペーサ１２にあっては、配置の密度が小さい場合、方位角に係る方向依存性が発現する恐れがあるものの、配置の密度が高すぎると、無電界時に液晶分子７Ａが垂直配向している部位の面積が少なくなり、充分に透過光を遮光できなくなる。これによりスペーサ１２は、４００個／ｃｍ^２以上４００００個／ｃｍ^２以下、好ましくは１０００個／ｃｍ^２以上１００００個／ｃｍ^２以下、より好ましくは１３００個／ｃｍ^２以上８０００個／ｃｍ^２以下配置される。

またスペーサ１２は、規則的に配置しても、又はランダムに配置しても良いものの、電界印加時における液晶分子７Ａの配向方向に分布の偏りを発生させないようにする観点から、ランダムに配置することが望ましい。

またスペーサ１２は、液晶層７の中に光学的に特異な部位を作製することになることにより、余りに大きすぎると目立つことになるものの、小さすぎると充分にスペーサとして、液晶層７の厚みを一定値に保持する機能を確保できなくなる。これによりスペーサ１２は、付け根部分の直径が５μｍ以上３０μｍ以下、好ましくは１０μｍ以上２０μｍ以下により作製される。

〔製造工程〕
図５は、調光フィルムの製造工程を示すフローチャートである。この製造工程は、透明電極作製工程ＳＰ２において、フォトリソグラフィーの手法を適用して、基材１０、１５に透明電極１１、１６をそれぞれ作成する。さらに続いてスペーサ作製工程ＳＰ３において、透明電極１１を作製した基材１０にフォトレジスト膜を作製した後、露光、現像処理し、これによりスペーサ１２を作製する。続いて製造工程は、配向膜作製工程ＳＰ４において、スペーサ１２を作製してなる基材１０の表面に、また透明電極１６を作製してなる基材１５の表面に、配向膜１３、１７の塗工液を塗工した後、乾燥、加熱処理し、これに配向膜１３、１７を作製すると共に、垂直配向膜１３Ａを作製する。

また続いてこの製造工程は、液晶層の積層工程ＳＰ５において、ディスペンサーによりシール材を枠形状により下側積層体６に塗布した後、この枠形状により囲まれた所定位置に、ディスペンサーを使用して液晶層７に係る液晶材料を滴下する。なおこの液晶材料の滴下とシール材との配置の順序を入れ替えるようにしてもよい。また下側積層体６に代えて上側積層体５にシール材、液晶材料を配置してもよい。その後、この製造工程は、上側積層体５を持ち来して下側積層体６と積層した後、加熱、押圧してシール材を硬化させ、これにより液晶層７を挟持するようにして、上側積層体５及び下側積層体６をシール材により貼り合せて一体化する。その後、この製造工程は、直線偏光板積層工程ＳＰ６において、紫外線硬化性樹脂等の接着剤層２Ａ、３Ａにより直線偏光板２、３が配置される（図１）。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る調光フィルムを示す断面図である。この調光フィルム２１は、液晶セル４と直線偏光板２との間、液晶セル４と直線偏光板３との間に、それぞれ１／４波長板３２、３３が配置される点を除いて、第１実施形態に係る調光フィルム１と同一に構成される。

ここで１／４波長板３２、３３は、透過光に１／４波長分の面内位相差を付与する位相差板であり、透明フィルムによる基材に、配向膜、位相差層を配置して構成される。１／４波長板３２、３３は、配向膜により液晶材料を配向させた状態で固化して位相差層が作製され、この位相差層により透過光に所望の位相差を付与する。なお１／４波長板３２、３３は、これに代えて光学異方性を備えるフィルム材等を適用するようにしてもよい。１／４波長板３２、３３は、位相差層の遅相軸方向が、同一の向きになるように、又は直交するように、粘着層もしくは紫外線硬化性樹脂等による接着剤層３２Ａ、３３Ａにより液晶セル４に保持され、この１／４波長板３２、３３の遅相軸方向に対して吸収軸方向が４５度の角度を成すように直線偏光板２、３がクロスニコル配置又はパラレルニコル配置により保持される。

これによりこの実施形態では、第１実施形態に係る調光フィルム１に比して、透過光量を増大させる。すなわち液晶セルは、直線偏光板の透過軸方向に対して液晶分子の長軸方向が４５度の角度を成すように液晶分子が水平配向した場合に、透過率が最も大きくなる。これにより図４について上述したように、スペーサ１２を中心にして放射状に液晶分子が水平配向する場合、最も透過率が大きくなる方向に、これとは異なる方向が混在することになり、その結果、液晶分子の全てを最も透過率が大きくなる方向に水平配向させた場合に比して透過光量が約１／２となる。

これによりこの実施形態では、液晶セル４の上下に１／４波長板３２、３３を配置し、液晶分子の全てを最も透過率が大きくなる方向に水平配向させた場合とほぼ同程度の透過率を確保する。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態を種々に組み合わせ、さらには変更することができる。

すなわち上述の実施形態では、液晶セルを直線偏光板に挟持して調光フィルムを構成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ゲストホスト型液晶による液晶層を使用して直線偏光板を省略して調光フィルムを構成する場合にも広く適用することができる。

１、２１ 調光フィルム
２、３ 直線偏光板
２Ａ、３Ａ、３２Ａ、３３Ａ 接着剤層
４ 液晶セル
５ 上側積層体
６ 下側積層体
７ 液晶層
７Ａ 液晶分子
１０、１５ 基材
１１、１６ 透明電極
１２ スペーサ
１３、１７ 配向膜
１３Ａ 垂直配向膜
３２、３３ １／４波長板

Claims (5)

1. 透明フィルムによる基材と、透明電極と、配向膜とが積層された第１及び第２の積層体により液晶層を挟持した調光フィルムにおいて、
   無電界時、前記液晶層の液晶分子を垂直配向させ、電界印加時、前記液晶分子を水平配向させることにより透過光を制御し、
   前記第１及び又は第２の積層体は、
   少なくとも周側面に垂直配向膜を備えた柱形状によるスペーサを備える
   調光フィルム。
2. 前記スペーサの垂直配向膜は、
   前記スペーサの付け根側から先端側に向かって、前記スペーサの中心軸側に表面が傾くように設けられており、
   前記スペーサの中心軸を含む平面による断面において、前記スペーサが設けられた基材の表面と前記垂直配向膜の表面との成す角度が５度以上８０度以下である
   請求項１に記載の調光フィルム。
3. 前記スペーサは、
   先細り形状である
   請求項１又は請求項２に記載の調光フィルム。
4. 前記第１及び第２の積層体の前記液晶層とは逆側面に、直線偏光板を備える
   請求項１、請求項２、請求項３の何れかに記載の調光フィルム。
5. 前記第１及び第２の積層体の前記液晶層とは逆側面に、１／４波長板と直線偏光板とを備える
   請求項１、請求項２、請求項３の何れかに記載の調光フィルム。

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