JP2019132925A - 液晶調光装置およびその駆動方法 - Google Patents
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液晶調光フィルムとこれを駆動するための電源装置とを設け、
液晶調光フィルムは、液晶層と、液晶層の一方の面に配置された第1透明電極層と、液晶層の他方の面に配置された第2透明電極層と、第1透明電極層の所定位置に設けられたフィルム側第1接続端子と、第2透明電極層の所定位置に設けられたフィルム側第2接続端子と、を有し、
電源装置は、フィルム側第1接続端子とフィルム側第2接続端子との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行い、
所定の駆動周波数として、液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いるようにしたものである。
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、下限周波数fLから上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、電源装置が、この特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給するようにしたものである。
液晶調光フィルムに、最小透過率と最大透過率とを定め、電源装置が電圧供給を行わない場合には、液晶調光フィルムは、最小透過率および最大透過率のいずれか一方の透過率を示し、電源装置がピーク電圧Vpをもった交流電圧の供給を行っている場合には、液晶調光フィルムは、最小透過率および最大透過率の他方の透過率を示すようにしたものである。
電源装置が、
第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、
前半周期には、前半初頭期間と前半後続期間とを設定し、後半周期には、後半初頭期間と後半後続期間とを設定し、
前半初頭期間には、第1透明電極層側に正のピーク電圧+Vpよりも高い前半初頭電圧+Vppを供給し、前半後続期間には、第1透明電極層側に正のピーク電圧+Vpを供給し、後半初頭期間には、第1透明電極層側に負のピーク電圧−Vpよりも低い後半初頭電圧−Vppを供給し、後半後続期間には、第1透明電極層側に負のピーク電圧−Vpを供給するようにしたものである。
電源装置が、
第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、
液晶調光フィルムの液晶層が、前半周期から後半周期に切り替わった直後および後半周期から前半周期に切り替わった直後に、観察者に認識しうるちらつきが発生しないような応答性を有するようにしたものである。
電源装置が、第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、前半周期の長さと後半周期の長さとの比を示すデューティー比を、1:1もしくは1:1以外に設定するようにしたものである。
電源装置が、所定の周波数範囲内の複数通りの周波数を切り替えて、時間的に変動する駆動周波数をもった交流電圧を供給して駆動を行うようにしたものである。
フィルム側第1接続端子が液晶調光フィルムの縁部の所定箇所に設けられており、フィルム側第2接続端子が液晶調光フィルムの所定箇所に対向する位置に設けられているようにしたものである。
液晶調光フィルムが、建物の外装もしくは内装に用いられる窓、乗り物の窓、またはショーケース用のガラスに張り付けて用いるのに適した面積を有するようにしたものである。
液晶調光フィルムが、0.1平方m以上の面積を有するようにしたものである。
液晶層を、電界効果型の液晶分子を含む層によって構成し、第1透明電極層および第2透明電極層を、ITOからなる層によって構成したものである。
第1透明電極層と第2透明電極層との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行う機能をもたせ、
所定の駆動周波数として、液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いるようにしたものである。
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、下限周波数fLから上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、この特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給するようにしたものである。
第1透明電極層と第2透明電極層との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行い、
所定の駆動周波数として、液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いるようにしたものである。
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、下限周波数fLから上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、この特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給するようにしたものである。
まず、この§1では、一般的な液晶調光装置の基本構成を簡単に説明する。本発明に係る液晶調光装置も、ここで述べる基本構成を有している。図1は、本発明を含む一般的な液晶調光装置100の基本構成を示すブロック図および斜視図である。この液晶調光装置100は、液晶の透過率を変化させて調光を行う機能を有し、図示のとおり、電源装置110(ブロック図で示す)と液晶調光フィルム120(斜視図で示す)とを有している。
RF=R1+R2+RL
なる式で表される。
液晶調光フィルム120は、直流駆動を行うことも可能であり、図2に示す接続端子a,b間に直流電圧を印加することにより、液晶層122の光の透過率を制御することが可能である。しかしながら、直流駆動を行った場合、液晶分子の配向が常に同一方向に偏った状態に固定されるため、いわゆる「液晶の焼き付き」が生じ、電圧供給を中止しても、本来の状態に戻らなくなる問題が発生する。このため、通常は、交流駆動(一般的には、30〜200Hzの周波数をもつ交流信号による駆動)を行うことが多い。
大型の液晶調光フィルム120に対して、これを支障なく駆動するための十分な電力供給を行うための方法としては、電源装置110の電圧を高める方法がある。図5は、図1に示す液晶調光フィルム120の「透過率−電圧特性」を示すグラフである。このグラフは、液晶調光フィルム120の両接続端子a,b間に、60Hzの矩形波交流信号を加えるという前提において、当該矩形波交流信号のピーク電圧(単位V:以下、単に印加電圧という)と、その時点での液晶調光フィルム120の光の透過率(単位%:全面についての平均値)を示している。
ここでは、図7に示す上限周波数fHおよび下限周波数fLを決定するために行った実験およびその結果を説明する。
質問1:開口部内の表示にちらつきを感じましたか?
質問2:ちらつきを感じた場合、ちらつきを不快に感じましたか?
そして、駆動周波数を100Hzから所定のステップで徐々に減少させてゆきながら、同様の質問を繰り返してゆく作業を、駆動周波数が0.01Hzに達するまで行った。このようなちらつき感覚テストを、10人の被験者400に対して行い、2つの質問について、肯定的な回答が得られた人数を集計した。
これまで本発明を基本的な実施形態について説明したが、ここでは、本発明のいくつかの変形例を述べる。
本発明に係る液晶調光装置100では、液晶調光フィルム120に対して、0.1Hz以下の矩形波交流電圧(不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数をもった交流信号)を供給して駆動を行うため、上述したとおり、観察者がちらつきを認識したとしても、それを不快に感じることはない。しかしながら、不快な感じを与えないとしても、ちらつきの発生はできるだけ低減させた方が好ましい。そこで、ここでは、ちらつきの発生をより低減させる工夫を施した変形例を述べる。
上述したとおり、図12(a) の実線グラフに示す透過率変動H1,H2,H3は、液晶に対する印加電圧が一時的に低下することによりもたらされる。そこで、この透過率変動H1,H2,H3を低減させる別なアプローチとして、液晶の応答性(印加電圧に応じて液晶分子の配向性が変化する際の応答性)を調整する方法も有効である。具体的には、液晶層122を、比較的応答性の遅い液晶(たとえば、粘度が高い液晶)によって構成するような対策を施せば、図12(a) に示すセルの光学応答はより緩慢になるので、透過率変動H1,H2,H3を低減することができる。
本発明に係る液晶調光装置100に用いる電源装置110は、図12(b) の実線グラフに示す矩形波交流信号Vinや、図13(b) の実線グラフに示す矩形波交流信号Vinのような交流駆動信号を液晶調光フィルム120に供給する機能を有している。これらの実施例では、前半周期Taと後半周期Tbとの長さの比(デューティー比)が1:1である例を示した。
これまで、本発明を液晶の透過率を変化させて調光を行う液晶調光装置およびこれに用いる電源装置の発明として説明を行ってきたが、本発明は、液晶調光フィルムの駆動方法として把握することも可能である。
110:電源装置
111:理想電源
112:出力インピーダンス
120:液晶調光フィルム
121:第1透明電極層
122:液晶層
123:第2透明電極層
200:影響測定装置
210:黒画用紙
211:開口部
220:液晶調光装置
230:バックライト
300:蛍光灯
400:被験者
A:電源側第1接続端子
a:フィルム側第1接続端子
B:電源側第2接続端子
b:フィルム側第2接続端子
CL:液晶層容量
c:フィルム側第1遠方点
d:フィルム側第2遠方点
fH:特定周波数帯域の上限周波数(0.1H)
fL:特定周波数帯域の下限周波数(たとえば、1.9×10−6Hz)
G1:連続駆動時の透過率を示すグラフ
G2:焼き付きの度合いを示すグラフ
H1,H2,H3:透過率変動
P1:前半初頭期間
P2:前半後続期間
P3:後半初頭期間
P4:後半後続期間
R1:第1電極層抵抗
R2:第2電極層抵抗
RL:液晶層抵抗
RF:液晶調光フィルムの直流抵抗
t:時間
t1〜t4:時刻
T:駆動用交流信号の周期
Ta:前半周期
Tb:後半周期
TH:上限周波数fHに対応する周期(10sec)
TL:下限周波数fLに対応する周期(3days)
Vend ,Vend′:遠方端子供給電圧
Vin:接続端子供給電圧
Vp:ピーク電圧
Vpp:初頭電圧
Claims (15)
- 液晶の透過率を変化させて調光を行う液晶調光装置であって、
液晶調光フィルムとこれを駆動するための電源装置とを備え、
前記液晶調光フィルムは、液晶層と、前記液晶層の一方の面に配置された第1透明電極層と、前記液晶層の他方の面に配置された第2透明電極層と、前記第1透明電極層の所定位置に設けられたフィルム側第1接続端子と、前記第2透明電極層の所定位置に設けられたフィルム側第2接続端子と、を有し、
前記電源装置は、前記フィルム側第1接続端子と前記フィルム側第2接続端子との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行い、
前記所定の駆動周波数として、前記液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、前記液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いることを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1に記載の液晶調光装置において、
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、前記下限周波数fLから前記上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、電源装置が、前記特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給することを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1または2に記載の液晶調光装置において、
液晶調光フィルムには、最小透過率と最大透過率とが定められており、電源装置が電圧供給を行わない場合には、前記液晶調光フィルムは、前記最小透過率および前記最大透過率のいずれか一方の透過率を示し、電源装置がピーク電圧Vpをもった交流電圧の供給を行っている場合には、前記液晶調光フィルムは、前記最小透過率および前記最大透過率の他方の透過率を示すことを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項3に記載の液晶調光装置において、
電源装置が、
第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、
前記前半周期は、前半初頭期間と前半後続期間とを有し、前記後半周期は、後半初頭期間と後半後続期間とを有し、
前記前半初頭期間には、第1透明電極層側に正のピーク電圧+Vpよりも高い前半初頭電圧+Vppを供給し、前記前半後続期間には、第1透明電極層側に正のピーク電圧+Vpを供給し、前記後半初頭期間には、第1透明電極層側に負のピーク電圧−Vpよりも低い後半初頭電圧−Vppを供給し、前記後半後続期間には、第1透明電極層側に負のピーク電圧−Vpを供給することを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の液晶調光装置において、
電源装置が、
第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、
液晶調光フィルムの液晶層が、前記前半周期から前記後半周期に切り替わった直後および前記後半周期から前記前半周期に切り替わった直後に、観察者に認識しうるちらつきが発生しないような応答性を有することを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の液晶調光装置において、
電源装置が、第2透明電極層側を基準電位として、第1透明電極層側に正の電圧を印加する前半周期と、第1透明電極層側に負の電圧を印加する後半周期と、を1周期とする交流電圧を供給し、前記前半周期の長さと前記後半周期の長さとの比を示すデューティー比が、1:1もしくは1:1以外に設定されていることを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の液晶調光装置において、
電源装置が、所定の周波数範囲内の複数通りの周波数を切り替えて、時間的に変動する駆動周波数をもった交流電圧を供給して駆動を行うことを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜7のいずれかに記載の液晶調光装置において、
フィルム側第1接続端子が液晶調光フィルムの縁部の所定箇所に設けられており、フィルム側第2接続端子が前記液晶調光フィルムの前記所定箇所に対向する位置に設けられていることを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の液晶調光装置において、
液晶調光フィルムが、建物の外装もしくは内装に用いられる窓、乗り物の窓、またはショーケース用のガラスに張り付けて用いるのに適した面積を有することを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の液晶調光装置において、
液晶調光フィルムが、0.1平方m以上の面積を有することを特徴とする液晶調光装置。 - 請求項1〜10のいずれかに記載の液晶調光装置において、
液晶層が、電界効果型の液晶分子を含む層によって構成され、第1透明電極層および第2透明電極層が、ITOからなる層によって構成されていることを特徴とする液晶調光装置。 - 液晶の透過率を変化させて調光を行うために、液晶層と、前記液晶層の一方の面に配置された第1透明電極層と、前記液晶層の他方の面に配置された第2透明電極層と、を有する液晶調光フィルムを駆動するための電源装置であって、
前記第1透明電極層と前記第2透明電極層との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行う機能を有し、
前記所定の駆動周波数として、前記液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、前記液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いることを特徴とする液晶調光フィルム駆動用の電源装置。 - 請求項12に記載の電源装置において、
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、前記下限周波数fLから前記上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、前記特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給することを特徴とする液晶調光フィルム駆動用の電源装置。 - 液晶の透過率を変化させて調光を行うために、液晶層と、前記液晶層の一方の面に配置された第1透明電極層と、前記液晶層の他方の面に配置された第2透明電極層と、を有する液晶調光フィルムを駆動するための駆動方法であって、
前記第1透明電極層と前記第2透明電極層との間に、所定の駆動周波数をもった矩形波交流電圧を供給して駆動を行い、
前記所定の駆動周波数として、前記液晶調光フィルムに焼き付きが発生する周波数より高く、前記液晶調光フィルムに観察者にとって不快なちらつきが発生する周波数より低い周波数を用いることを特徴とする液晶調光フィルムの駆動方法。 - 請求項14に記載の駆動方法において、
液晶調光フィルムに焼き付きが発生しない周波数の下限を下限周波数fLとし、0.1Hzを上限周波数fHとし、前記下限周波数fLから前記上限周波数fHに至る範囲を特定周波数帯域と定義したときに、前記特定周波数帯域内の周波数をもつ矩形波交流電圧を供給することを特徴とする液晶調光フィルムの駆動方法。
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