JP2019045612A

JP2019045612A - 調光フィルム、及びそれを用いた調光装置

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Publication number: JP2019045612A
Application number: JP2017166745A
Authority: JP
Inventors: かおり森永; Kaori Morinaga
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2017-08-31
Filing date: 2017-08-31
Publication date: 2019-03-22

Abstract

【課題】調光層やフィルム基材の光劣化を抑制し、耐光性を向上できる調光フィルム、及び該調光フィルムを用いる調光装置を提供すること。【解決手段】印加電圧によってヘイズを２段階以上に切替え可能な調光層と、調光層の一方の面に、直接的または間接的に積層された第１透明導電フィルムと、調光層の他方の面に、直接的または間接的に積層された第２透明導電フィルムと、第１または第２透明導電フィルムの少なくとも一方における、調光層とは反対側の面に直接的または間接的に積層された機能層と、を有し、機能層は、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下である調光フィルムとする。【選択図】図１

Description

本発明は、液晶を用いる調光層を備えた調光フィルム、及び該調光フィルムを用いる調光装置に関する。

液晶調光フィルムは、液晶を使い、電源のオンまたはオフにより「透明」と「白濁」を瞬時に切り替え、透過する光をコントロールするフィルムである。このような液晶調光フィルム（以下、調光フィルムという。）は映像投影スクリーンとしての機能も有している。尚、調光フィルムの白濁度（曇り度）は通常ヘイズ（Ｈａｚｅ）と呼ばれる。

調光フィルムにはノーマルモードとリバースモードの２型式がある。ノーマルモードの調光フィルム５０（図４参照）は液晶分子を高分子で包み込んだ高分子液晶組成物を調光層３とし、調光層３を両側から透明導電膜による透明導電フィルム２ａ、２ｂを介してフィルム基材１ａ、１ｂで挟持した構造となっている。一方、リバースモードの調光フィルム６０は図５に示すように、調光層３の両側で、調光層３と透明導電フィルム２ａ、２ｂの層間にさらに配向膜４ａ、４ｂを備えている。

調光層３に用いられる高分子液晶組成物にはいくつかの種類があるが、代表的なものとして高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏｒｋＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）と呼ばれるタイプ（特許文献１）、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）と呼ばれるタイプ（特許文献２）が提案されている。

ＰＮＬＣ型では、液晶分子は高分子ネットワークと呼ばれる３次元網目構造の内部に形成された空隙内に配置されている。ＰＤＬＣ型では、液晶分子を含む液晶材料は高分子マトリックスの中に分散配置されている。本発明はＰＮＬＣ型、ＰＤＬＣ型いずれにおいても有効であるので、以下、ＰＮＬＣ型、ＰＤＬＣ型の区別なく記述する。

図４（ａ）は、ノーマルモード型の調光フィルム５０で交流電源１１オフ（電圧非印加）時の状態を示しているが、液晶分子（図示せず）がランダムに配列するため入射光２１は高分子と液晶の界面で多重散乱され、散乱光２２が顕著となって高ヘイズ状態となり白濁化する。図４（ｂ）は、ノーマルモード型の調光フィルム５０で交流電源１１オン（電圧印加）時の状態であり、液晶分子は電界に沿って配列するため光散乱がなくなり、透明な低ヘイズ状態となり入射光２１は透過光２３となる。

一方、リバースモード型の調光フィルム６０（図５参照）は、調光層３と透明導電フィルム２ａ、２ｂの層間に配向膜４ａ、４ｂを備えている。配向膜４ａ、４ｂはいわゆる垂直配向膜であり、調光層３に電圧を印加していないときに（図５（ａ））液晶分子（図示せず）の長手方向が配向膜４ａ、４ｂの法線方向に沿うように液晶分子を配向する。このため、調光層３に電圧を印加していないときに低ヘイズ状態となり透明性が高くなり透過光２３となる。一方、調光層３に電圧を印加したときは（図５（ｂ））、液晶分子の向きは不規則となり高ヘイズ状態となって白濁化する。

ところで、調光層３を成す高分子液晶組成物には、紫外線により重合する光重合性化合物（電離放射線硬化性樹脂）が含まれている。電離放射線硬化性樹脂の構造内に有するフェニル基や、未反応の重合性不飽和結合、光重合開始剤は、外光中の紫外線を吸収して変性しやすいことから、調光層は光劣化が生じやすいという欠点を持っている。また、フィルム基材として代表的に使用されるＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）基材も耐光性が低い材料である。

米国特許第５３０４３２３号明細書米国特許第４６８８９００号明細書

上記のように調光フィルムの耐光性が不足すると、以下の問題が発生する。ひとつは、フィルム基材の黄変などによる透過色相の変化である。もうひとつは、電圧の印加／非印加によるヘイズの切り替えが十分に出来なくなるという調光機能の劣化である。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、フィルム基材や調光層の光劣化による透過色相の変化や調光機能の劣化を抑制し、耐光性を向上できる調光フィルム、及び該調光フィルムを用いる調光装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、印加電圧によってヘイズを２段階以上に切替え可能な調光層と、
前記調光層の一方の面に、直接的または間接的に積層された第１透明導電フィルムと、
前記調光層の他方の面に、直接的または間接的に積層された第２透明導電フィルムと、
前記第１または第２透明導電フィルムの少なくとも一方における、前記調光層とは反対側の面に直接的または間接的に積層された機能層と、を有し、
前記機能層は、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下であることを特徴とする調光フィルムとしたものである。

請求項２に記載の発明は、前記調光フィルム全体として、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ、黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の調光フィルムとしたものである。

請求項３に記載の発明は、前記調光フィルム全体として、最小ヘイズのときのＣ光源における透過ａ^＊値が−５以上５以下であり、且つ最小ヘイズのときの透過ｂ^＊値が０以上１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の調光フィルムとしたものである。

請求項４に記載の発明は、前記機能層は、粘着層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の調光フィルムとしたものである。

請求項５に記載の発明は、前記機能層は、ＰＶＢまたはＥＶＡを有する中間膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の調光フィルムとしたものである。

請求項６に記載の発明は、前記調光層と前記第１または第２透明導電フィルム間に、さらに配向膜を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の調光フィルムとしたものである。

請求項７に記載の発明は、請求項１から６のいずれか１項に記載の調光フィルムと、
前記透明導電フィルムに電圧を供給する交流電源と、
前記透明導電フィルムに前記交流電源からの電圧供給の有無を切り替える切替器と、を備えることを特徴とする調光装置としたものである。

本発明によれば、調光層やフィルム基材の光劣化を十分に抑制することができ、耐光性を向上することができる調光フィルム、及び該調光フィルムを用いる調光装置が得られる。

本発明のノーマルモード型の調光フィルムの構造と状態を示す模式断面図である。（ａ）電源オフ時（ｂ）電源オン時。本発明のリバースモード型の調光フィルムの構造と状態を示す模式断面図である。（ａ）電源オフ時（ｂ）電源オン時。本発明の調光装置の一例であるスクリーンの構成例を示す模式側面図である。従来のノーマルモード型の調光フィルムの構造と状態を示す模式断面図である。（ａ）電源オフ時（ｂ）電源オン時。従来のリバースモード型の調光フィルムの構造と状態を示す模式断面図である。（ａ）電源オフ時（ｂ）電源オン時。

以下、本発明の実施形態に係る調光フィルム、及び該調光フィルムを用いる調光装置について適宜図面を用いて説明する。同一の構成要素については便宜上の理由がない限り同一の符号を付け、重複する説明は省略する。各図面において、簡略化のため各構成要素の厚さや寸法比率などは実際と同じではない。また、本発明は、その主旨を逸脱しない範囲で、以下の実施形態に限定されるものではない。

［調光フィルム］
図１は、本発明のノーマルモード型の調光フィルム１０の構造と状態を示す模式断面図であり、図１（ａ）は電源オフ時、図１（ｂ）は電源オン時の状態を示す。調光フィルム１０は、調光層３の一方の面に、直接的または間接的に積層された第１透明導電フィルム２ａと、調光層３の他方の面に、直接的または間接的に積層された第２透明導電フィルム２ｂと、第１または第２透明導電フィルムの少なくとも一方（図１では両方）における、調光層３とは反対側の面に直接的または間接的に積層された機能層（５ａ、５ｂ）を備えている。ここで「間接的」とは、他の層を介して積層されることを意味する。

図２は、本発明のリバースモード型の調光フィルム２０の構造と状態を示す模式断面図であり、図２（ａ）は電源オフ時、図２（ｂ）は電源オン時の状態を示す。調光フィルム２０は、図１の本発明のノーマルモード型の調光フィルム１０の構造に加えて、調光層３と第１または第２透明導電フィルム２ａ、２ｂ（図１では両方）との間に、さらに配向膜４ａ、４ｂを備えている。

ここで調光層やフィルム基材には、およそ波長３８０nm以下のいわゆる紫外光によって劣化し、機能を損なうという性状がある。そこで、本発明の調光フィルム１０、２０における機能層５ａ、５ｂは、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における紫外光の最大透過率が１％以下であり、且つ、黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下である。このような機能層を使用することにより、黄変を適切に防止しつつ、紫外光の影響を確実に低減することができる。

さらに、本発明の調光フィルム１０、２０は、調光フィルム全体として、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ、黄色度（ＹＩ）が０以上
１０以下であることが好ましい。調光フィルム全体としてこの条件を満たすことで製品全体の信頼性向上を図ることができる。

加えて、本発明の調光フィルム１０、２０は、調光フィルム全体として、最小ヘイズのときのＣ光源における透過ａ^＊値が−５以上５以下であり、且つ最小ヘイズのときの透過ｂ^＊値が０以上１０以下であることが好ましい。この条件を満たすことにより、耐光性が向上した調光フィルムが提供される。尚、本文において、最小ヘイズとはヘイズ値が２０％以下、好ましくは１％以上１５％以下をいう。

尚、Ｃ光源はＣＩＥ（国際照明委員会）が規定する標準光源の規格の一つである。また、Ｌ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系は、ＣＩＥにおいて１９７６年に定められた表色の方法であり、Ｌ^＊値が明度、ａ^＊値とｂ^＊値とが色相と彩度を表している。Ｃ光源における透過ａ^＊値、透過ｂ^＊値とは、Ｃ光源における調光フィルム透過光のａ^＊値またはｂ^＊値である。尚、ａ^＊値が正の符号であれば赤色の色相、負の符号であれば緑色の色相である。ｂ^＊値が正であれば黄色の色相、負であれば青色の色相となる。

機能層５ａ、５ｂの例としては、例えば粘着層が挙げられる。粘着層は実施例で例示するように、バインダー材料に適切な紫外線吸収剤を混合して塗布、乾燥、硬化した層である。

機能層５ａ、５ｂの別の例としては、ＰＶＢ（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｂｕｔｙｒａｌ）またはＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅｂｕｔｙｌａｃｅｔａｔｅ）を有する中間膜が挙げられる。ＰＶＢ、ＥＶＡは合わせガラスにおいて用いられ、ガラス破損時の飛散防止等の機能を有する。本発明に係る調光フィルムは、合わせガラスにも好適に使用される。

上記のように本発明は、調光フィルムを最終製品に適用する際に必ず用いられる特定の機能（接着や飛散防止）層にさらに所定の条件を満たす紫外線カット機能を付与することにより、より特異な効果を奏することができる。

［調光装置］
本発明の調光装置は、本発明の調光フィルムを備え、透明導電フィルムに電圧を印加可能な交流電源と、透明導電フィルムに該交流電源からの電圧を印加するか否かを切り替える切替器を備える調光装置である。従って基本的な形態は、図１、図２に示す、調光フィルム１０、２０と交流電源１１とを切替器１２を経由して接続した形態に等しい。尚、交流電源１１は、その実効電圧を変化させうる可変電源であることが好ましい。これにより、光の透過や散乱の程度を制御し、ヘイズを多様に変化させることができる。

［スクリーン］
本発明のスクリーンは、前記本発明の調光装置の一例であり、調光装置の少なくとも一方の面のフィルム基材上に、透明性接着層を介して、透明性ガラスを備えるスクリーンである。図３には、調光装置３０の両側の面のフィルム基材１ａ、１ｂ上に、透明性接着層４１ａ、４１ｂを介して、透明性ガラス４２ａ、４２ｂを備える形態を示している。

本発明のスクリーンでは、電源の切り替えにより調光フィルムが透明となったときは透明なガラスとなりガラスの向こう側を視認することができる。また、白濁し不透明となったときはガラスに投影した画像を視認できるスクリーンとして機能する。また、可変電源を使用することにより、それらの中間的な状態を作り出すことができる。

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の調光フィルムをより具体的に説明する。

［実施例１〜３及び比較例１〜３のノーマルモード型調光フィルムの作製］
調光層３（以下、図１参照）の片側（外光入射側とする）の面の透明導電フィルム２ａの、調光層３とは反対側の面に粘着層５ａを備える調光フィルムを作製した。この際、実施例１〜３及び比較例１〜３の調光フィルムの特性が、各々後述の表１に示す値になるように粘着層の特性を、下記のように調整した。

粘着層の特性の調整は、以下に示すバインダー材料に適切な周知の紫外線吸収剤を適宜混合して塗液を調製し、続いて塗液を適切な膜厚になるように塗布および乾燥、光硬化することによって行った。（実施例ですので、なるべく紫外線吸収剤材料、塗布、乾燥、硬化方法など、具体的に加筆して下さい）

（バインダー材料）
・アクリル酸エステル共重合体：１００重量部
・光重合開始剤（α-ヒドロキシアルキルフェノン系材料）：４重量部
・ポリエチレングリコールジアクリレート：０．４重量部

（実施例１〜３及び比較例１〜３の粘着層評価用試料の作製）
上記の調光フィルム用に作製した条件と同じ条件で、ガラス基板上に粘着層のみの評価用試料を作製した。

［実施例４〜６及び比較例４〜６のリバースモード型調光フィルムの作製］
調光層３（以下、図２参照）の片側（外光入射側とする）の面の透明導電フィルム２ａの、調光層３とは反対側の面に粘着層５ａを備え、調光層３の両側の透明導電フィルム２ａ、２ｂの層間に配向膜４ａ、４ｂを備える調光フィルムを作製した。この際、実施例４〜６及び比較例４〜６の調光フィルムの特性が、各々後述の表１に示す値になるように粘着層の特性を、実施例１〜３及び比較例１〜３と同様の方法により調整した。

粘着層の特性の調整は、実施例１〜３及び比較例１〜３と同じバインダー材料に同様な方法で、適切な紫外線吸収剤を適宜混合して塗液を調製し、続いて塗液を適切な膜厚になるように塗布および乾燥、光硬化することによって行った。

（実施例４〜６及び比較例４〜６の粘着層評価用試料の作製）
上記の調光フィルム用に作製した条件と同じ条件で、ガラス基板上に粘着層のみの評価用試料を作製した。

［評価］
（粘着層のみの評価）
粘着層のみの評価として、波長３００〜３８０ｎｍの紫外光の透過率を紫外可視近赤外分光光度計（一例として（株）日立ハイテクサイエンス製Ｕ４１００）により測定し、最大透過率を求めた。また、ＹＩ値（黄色度；ＹｅｌｌｏｗｎｅｓｓＩｎｄｅｘ）を、上記分光光度計を用いて、ＪＩＳ−Ｚ８７２９に準拠する方法で測定した。

（調光フィルムの初期評価）
調光フィルムの初期評価として、印加電圧を０〜１００Ｖと変化させたときの波長３００〜３８０ｎｍの紫外光の透過率を上記分光光度計により測定し、最大透過率を求めた。

また、印加電圧を０〜１００Ｖと変化させ、最小ヘイズとなるときのＣ光源によるＬ^＊ａ^＊ｂ^＊表色系の初期透過色相ａ^＊、ｂ^＊を、上記分光光度計により、ＪＩＳ−Ｚ８７２９に準拠する方法で測定した。透過色相の評価は目視によっても行った。目視の判定基準
としては、黄色味がないものを「〇」、黄色味があるものを「×」とした。

（調光フィルムの耐光試験）
耐光試験は、紫外線劣化促進試験機（商品名：アイスーパーＵＶテスター岩崎電気（株）製）を用い、６３℃、５０％ＲＨ、照度６５ｍＷ／ｃｍ^２の条件下で１００時間照射して行った。評価項目として、照射前後での目視による色変化を確認し、色変化がないものを「〇」、色変化があるものを「×」とした。また、色差ΔＥ^＊ａｂの測定を行った。ここで、色差ΔＥ^＊ａｂとは、照射前の測定値をＬ^＊ _１、ａ^＊ _１、ｂ^＊ _１、照射後の測定値をＬ^＊ _２、ａ^＊ _２、ｂ^＊ _２とするとき、次式で算出される量である。
ΔＥ^＊ａｂ＝［［Ｌ^＊ _２−Ｌ^＊ _１］^２＋［ａ^＊ _２−ａ^＊ _１］^２＋［ｂ^＊ _２−ｂ^＊ _１］^２］^１／２
ΔＥ^＊ａｂが１０以下なら「〇」、１０より大きい場合は色相変化が大きく「×」と判定した。

調光機能の評価としては、前記条件で照射前後の目視による調光機能を確認し、調光機能が良好なものを「〇」、調光機能が劣悪なものを「×」とした。また、照射前後で、電圧０Ｖと１００Ｖ時のヘイズ値をヘイズメータ（一例として日本電色工業（株）製ヘイズメータＮＤＨ７０００）によりＪＩＳ−Ｋ７１０５に準拠する方法で測定しヘイズ値変化を求め、照射前後の調光機能の維持を次式で評価した。
ΔＨ＝照射後のヘイズ値変化／照射前ヘイズ変化
ΔＨが０．８以上の場合は「〇」、０．８未満の場合は調光機能が劣化し「×」と判定した。

以上の、実施例１〜６及び比較例１〜６の粘着層と調光フィルムの条件、初期特性、及び耐光試験結果を表１にまとめて示す。尚、表１で背景に着色した欄は、本発明の請求項で規定する数値範囲から外れる部分、および判定評価で「×」と判定された部分を表わしている。

表１より、本発明の請求項で規定する数値範囲を満たす実施例１〜６については、評価項目のいずれも「〇」（目標内）となり、フィルム基材や調光層の光劣化による透過色相の変化や調光機能の劣化を抑制し、耐光性を向上できることが分かった。一方、規定する数値範囲から外れる比較例１〜６については、いずれかの評価項目が「×」（目標外）となった。

上記の各実施例では、粘着層は片面にのみ設けているが、同一条件の粘着層を反対側の面にも設ける、つまり両面に粘着層を設けても同一の効果を得ることができた。

以上説明した本発明に係る調光フィルムは、耐光性に優れることを特徴の一つとする。そのため、本発明に係る調光フィルムは、特には屋外用途に利用することに適合している。例えば、本発明に係る調光フィルムは、窓ガラスや展示ウィンドウ、表示板、パーテーション、視野遮断可能なスクリーンとして効果的に適用される。また、プライベート空間とパブリック空間とを分離するため、自動車のサンルーフやサンバイザーとしても利用することができる。

１０・・・・・本発明の調光フィルム（ノーマルモード型）
２０・・・・・本発明の調光フィルム（リバースモード型）
１１・・・・・交流電源
１２・・・・・切替器
２１・・・・・入射光
２２・・・・・散乱光
２３・・・・・透過光
３０・・・・・調光装置
４０・・・・・スクリーン
１ａ、１ｂ・・・フィルム基材
４１ａ、４１ｂ・・・透明性接着層
４２ａ、４２ｂ・・・透明ガラス
４３・・・・・プロジェクタ
４４・・・・・投影光
５０・・・・・従来の調光フィルム（ノーマルモード型）
６０・・・・・従来の調光フィルム（リバースモード型）

Claims

印加電圧によってヘイズを２段階以上に切替え可能な調光層と、
前記調光層の一方の面に、直接的または間接的に積層された第１透明導電フィルムと、
前記調光層の他方の面に、直接的または間接的に積層された第２透明導電フィルムと、
前記第１または第２透明導電フィルムの少なくとも一方における、前記調光層とは反対側の面に直接的または間接的に積層された機能層と、を有し、
前記機能層は、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下であることを特徴とする調光フィルム。
前記調光フィルム全体として、波長３００ｎｍから３８０ｎｍの範囲における最大透過率が１％以下、且つ、黄色度（ＹＩ）が０以上１０以下であることを特徴とする請求項１に記載の調光フィルム。
前記調光フィルム全体として、最小ヘイズのときのＣ光源における透過ａ^＊値が−５以上５以下であり、且つ最小ヘイズのときの透過ｂ^＊値が０以上１０以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の調光フィルム。
前記機能層は、粘着層であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の調光フィルム。
前記機能層は、ＰＶＢまたはＥＶＡを有する中間膜であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の調光フィルム。
前記調光層と前記第１または第２透明導電フィルム間に、さらに配向膜を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の調光フィルム。
請求項１から６のいずれか１項に記載の調光フィルムと、
前記透明導電フィルムに電圧を供給する交流電源と、
前記透明導電フィルムに前記交流電源からの電圧供給の有無を切り替える切替器と、を備えることを特徴とする調光装置。