JP2019138939A - 調光体 - Google Patents

Abstract

【課題】調光体を、出力電圧を適正に制御して最適なパフォーマンス状態を実現する上で有利な給電電極部を設計〜作製する際の指標となる透明導電膜のシート抵抗値の設定された調光体を提供する。【解決手段】印加電圧に応じてヘイズを２種類以上に切替可能な調光層３３が、調光層３３に電圧を印加する透明電極３５ａ，３５ｂが形成された透明基材３４ａ，３４ｂに挟持されてなる構成であり、調光層３３は、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に液晶分子が配置されるか、またはポリマー中に分散配置される液晶分子を有している構造の液晶材料からなる調光体３０において、調光体３０のタイプ（透明電極材料，ノーマルまたはリバース）に応じて、透明電極の厚さと透明電極のシート抵抗値を予め指標とした関係に設定する。【選択図】図１

Description

本発明は、電気的制御によって光の透過状態を制御する光学素子を備えた調光体に関し、特に、厳密な駆動電圧制御を要する光学素子に電力を供給する透明電極層付き透明基材のシート抵抗値が適切に設計された給電構造（電極構造）を具備する調光体に関する。

以降の説明においては、調光体，調光装置，調光シート，調光フィルムなど各種用語を混在して用いることもあるが、透明基材が、例えばガラス板，アクリル板などのリジッドな基材であったり、フレキシブルな樹脂フィルムであったり、フレキシブルな調光フィルムが厚さ，剛性確保のため、リジッドな基材に固定される（あるいは、挟持された合わせガラスの形態とされる）ことに起因する最終形態に伴う相違であり、本願発明ではそれらを同義語として取扱うものとする。

不透明状態（あるいは白濁状態）と透明状態とを切り替える調光シートは様々な用途で用いられている。
例えば、調光シートは、電極間に保持された液晶層を備え、電極に印加する電圧により液晶層に含まれる液晶分子の配向状態を変化させて、入射した光を散乱する不透明状態と、入射した光を透過する透明状態とを切り替え可能に構成されている（例えば、特許文献１参照）。

調光シートは、例えばガラス等の透明基材に固定することにより、窓ガラスや展示ウィンドウ、間仕切りなどに採用することが可能となり、例えばプライベート空間とパブリック空間とを分離するため等、空間を分離する設備の他、自動車のサンルーフやサンバイザー用途としての利用についても提案されている。

液晶分子がポリマー中に分散配置された高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）、または三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に配置された液晶分子を有するポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）の何れかを調光層として用いた調光フィルムの場合、３０Ｖ未満の低電圧で駆動可能に製造される傾向にある。

特開２０１４−１４６０５１号公報

本発明は、最適な駆動状態を実現するための適正な印加電圧制御を行ううえで好適な給電電極部を備える調光体を提供することを目的とする。

本発明による調光体は、
調光層が、電圧非印加時よりも電圧印加時のほうが透過率が高く構成されているノーマルタイプの場合には、
第１及び第２の積層体により調光層を挟持し、調光層に係る液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光体において、
各積層体は、透明電極を有し、
各積層体の一部は、透明電極が露出して外部からの給電を行う給電領域を有し、
給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が１７０Ω／□以上２６０Ω／□以下であることを特徴とする。

透明電極は、金属酸化物を有し、自身の厚さが５０Å以上３００Å未満であることが好適である。

給電領域における透明電極のシート抵抗値が２１０Ω／□以下であっても良い。

透明電極は、π共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む導電性樹脂材料を有し、自身の厚さが１９００Å以上２６００Å以下であっても良く、給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が２６０Ω／□以下であっても良い。
調光層が、電圧印加時よりも電圧非印加時のほうが透過率が高く構成されているリバースタイプの場合には、
第１及び第２の積層体により調光層を挟持し、調光層に係る液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光体において、
各積層体は、透明電極を有し、
各積層体の一部は、透明電極が露出して外部からの給電を行う給電領域を有し、
給電領域における透明電極のシート抵抗値が１００Ω／□以上１３０Ω／□以下であることが好適である。

透明電極は、金属酸化物を有し、透明電極自身の厚さが５０Å以上３００Å未満であることが好適である。
調光層に電圧を印加するため透明電極に形成する給電部は、矩形の透明電極の一辺にのみ形成しても良い。

ＩＴＯと調光層の間に、液晶を垂直に配向させる液晶配向層（垂直液晶配向層）としてポリイミド系重合体から成る有機膜を形成する場合、透明電極のシート抵抗値が１１０Ω／□以上１２０Ω／□以下に設定されてなることが適切である。
透明電極としてＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに例示されるπ共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む材料を採用する場合、
透明電極の厚さが２０００Å以上２５００Å以下であり、透明電極のシート抵抗値が２２０Ω／□以上２５０Ω／□以下に設定されてなることが適切である。

本発明により、最適な駆動状態を実現するための適正な印加電圧制御を行ううえで好適な給電電極部を備える調光体が提供される。

本発明の実施形態の調光体における電極（給電部）構造例を示す説明図。 本発明の実施形態の調光体における電極（給電部）構造例を示す説明図。 従来技術による調光体における電極（給電部）構造例を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図示を用いて説明するが、本発明は以下の図示、説明によって限定されるものではない。図１は本発明の実施形態の調光体における給電電極部の構造例を示す外観模式図である。図２は、給電電極部をより詳細に示す概略外観図である。

調光シート３０は、一対の電極フィルム（イ）、（ロ）と、各電極フィルムにより挟持される液晶層３３を有する。調光体３０における給電電極部αは、図２中、破線により囲まれた領域をさす。具体的には、給電電極部αは、液晶層３３、並びに透明導電膜３５ａ及びＰＥＴフィルム３４ａが切り欠かれた調光体３０の一端に設けられ、露出した透明導電膜３５ｂの上に塗布された銀ペースト４０と、銀ペースト４０の上側に圧着されたピンコネクタ４１とから成る。ピンコネクタ４１は舌片状に延出する延出部４１ａを備え、ハンダ４２によってリード線４３が当該延出部４１ａに連結されている。

舌片状の延出部４１ａを備えハンダ４２が自由端上にある不安定な構造に換えて、上側の透明導電膜３５ａ及びＰＥＴフィルム３４ａが切り欠かれて下側の透明導電膜３５ｂが露出した表面領域内に導電ペースト，導電テープを積層し、ハンダ等を形成し、配線（リード線）に連結した構造の給電部も変形例として採用されている。つまり、本変形例では導電テープは舌片状に延出させない。
図３は、図１に示す給電電極部αを含む調光体全体を示す平面図である。

図３（ａ）の平面図では、矩形の調光体における下端部の略全域に渡る帯状の接続領域に給電電極部が形成される。給電電極部αは、紙面手前側に位置する電極フィルムを帯状に切り欠いて（断裁〜剥離）、露出した紙面奥側に位置する電極フィルムに形成された透明導電膜表面に導電ペースト，導電テープを積層し（同図では、導電ペースト，導電テープを単一部材として図示している）、帯状の導電テープ上の略中央部にハンダを形成し、配線（リード線）に連結した構造である。

図３（ａ）の上端部には、対向透明導電膜（紙面の手前側）に接続される帯状の接続領域に形成される給電電極部が点線で図示される。

各帯状の接続領域は、図３（ａ）の様に、調光体の対辺同士に形成しても良く、図３（ｂ）の様に、同一辺であっても表裏で重なり合わない様に、左右端部との余白，接続領域同士の間隔を適度に保って配置しても良い。端部との額縁状の余白は、フレームに装着，合わせガラス形態とする際の封止部の加工をする上で必要となる。

このように上側に形成される給電電極部αは、上記の様に電極フィルム（ロ）側に形成された給電電極部αとは重なり合わず離間した箇所に、同図を上下反転した状態で同様に形成される。こうして電極フィルム（イ）、（ロ）に付与された給電部から電圧が印加され、調光体の液晶駆動が行なわれる。

接続領域サイズは図３（ａ）に示す様に、調光体内部で液晶層が挟持された領域サイズ（矩形の調光体シートの左右一辺）の１００％近くに渡る長さとしても良い。または、図３（ｂ）に示す様に、調光体シートの一辺長さの１／２未満としても良く、リード線が半田接合されるポイントを僅かに超える程度（＞０％）の長さにしても良い。接続領域サイズは任意に設計しうるが、電圧降下の影響を回避する上では、透明導電膜よりも低抵抗な導電ペースト，導電テープの形成面積を大きくすることにより、透明導電膜のシート抵抗値が低下する接続領域の面積を大きくすることが有効となる。
反面、接続領域サイズが過剰に大きくなると、調光層として機能する領域が狭くなり、外周枠の占める割合が高くなってしまい、調光体（装置）のデザイン設計での制約が高くなり、意匠性の低下を招くことになる。

給電電極部は一般的に以下のようにしてなされる。すなわち、まず調光シート３０の一方の電極フィルム（イ）を所定形状に断裁して切り欠けを形成する。次いで、他方の電極フィルム（ロ）の透明導電膜３５ｂを露出させる。ここで透明導電膜３５ｂの露出工程は、電極フィルム（イ）、（ロ）に挟持される液晶層３３を除去することにより行われる。液晶層３３の除去の一例としては、布またはスクレーパー等を用いて拭き取り（拭い去り）が挙げられる。このとき、拭き取りの程度が給電電極部のシート抵抗値の変動に大きく影響を及ぼす。つまり、液晶層３３の駆動状態に大きく影響する。
これは、絶縁性の高い液晶材料が透明導電膜３５ｂ上に残った状態に応じて、導電性の高い（低抵抗の）銀ペースト４０，ピンコネクタ４１と（高抵抗の）透明導電膜３５ｂとの接触状態が変化すること，残存する液晶材料が透明導電膜３５ｂとの「合成抵抗」を構成する要因として及ぼす影響が大きいこと，液晶３３の拭き取りが過剰であると透明導電膜３５ｂが磨耗（厚みが低減）すること，成膜直後は非晶質の透明導電膜３５ｂに結晶化が生じ、局所的に表面抵抗が低下すること，などが原因として推測される。
透明導電膜での最も重要な特性パラメータは、シート抵抗値（ＲS：sheet Resistance）と透過率（T：Transmittance）とされている。
シート抵抗値を低減する最も簡単な方法は、透明導電膜を厚くすることである。但し導電層を厚くするとトレードオフとして透過率の低減を招くことになる。そのため、多くの調光シートを用いたアプリケーションにおいて、透明導電膜のシート抵抗値と透過率の好適なバランスが存在する。給電電極部の設計においても、透明導電膜の厚みおよびシート抵抗実測値を指標とすることにより、上記露出工程において、設計通りの透過率を得るために好適な露出状態を確保することが可能になる。
なお、ここで調光シート３０の具体的構成について説明を加える。調光層（液晶層）３３として、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に液晶分子が配置されたタイプのＰＮＬＣ（ポリマーネットワーク液晶）、またはポリマー中に分散配置される液晶分子を有するタイプのＰＤＬＣ（高分子分散液晶）の何れかを採用する。但し、周知の構成を採用することも可能である。本実施形態では、ＰＮＬＣの調光層３３を採用する。

＜ＰＮＬＣによる調光体＞
ＰＮＬＣからなる調光層３３を具備する調光体（フィルム）の製造にあたっては、液晶と光重合性化合物（モノマー）との混合物を一対の透明電極基板（透明導電膜の形成された透明基板（イ）および（ロ））の間に挟み、一定の条件下で紫外線を照射し、光重合によって光重合性化合物が高分子に変化すると共に、光重合および架橋結合により、微細なドメイン（高分子の空隙）を無数に有するポリマーネットワークが液晶中に形成する。

ＰＮＬＣの駆動電圧は、一般にポリマーネットワークの構造上の特性（ドメインの大きさや形状，ポリマーネットワークの膜厚など）に依存しており、ポリマーネットワークの構造と、得られる光透過／散乱度との関係において、駆動電圧が決定されている。
３０Ｖ以下の電圧領域において、十分な光透過／散乱度が得られるようなＰＮＬＣを構成するには、各ドメインがいずれも適正な大きさで均一となるように、かつ、形状も均一となるようにポリマーネットワークを形成する必要がある。
本発明では、ポリマーネットワーク構造に依存するドメインサイズを３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、一層好ましくは０．３〜１．７μｍのサイズとなる様に制御する。

本実施形態による調光体では、ＰＮＬＣからなる調光層３３と透明導電フィルム（透明導電膜の形成された透明基板（イ）および（ロ））とを備えている。
透明導電フィルムは、調光層（ＰＮＬＣ）を挟持しており、調光層（ＰＮＬＣ）に電圧を印加して、高ヘイズ（散乱状態），低ヘイズ（透過状態）を変化させる。
調光層３３は、１．０Ｅ＋４（＝１０４）［Ω／□］以上の表面抵抗値であり、５μｍ〜５０μｍ（好適には１０μｍ〜２５μｍ程度）の厚さでの製造が好ましい。

＜透明導電フィルム＞
透明導電フィルム（イ）、（ロ）は、フィルム基材（３４ａ，３４ｂ）上に透明な導電材料からなる透明電極（３５ａ，３５ｂ）を成膜してなる透明導電フィルムを互いの透明電極側を対向して調光層３３を挟持する。

透明導電フィルム（イ）、（ロ）を構成する透明基材（３４ａ，３４ｂ）には、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム，ポリエチレン（ＰＥ）フィルム，ポリカーボネート（ＰＣ）フィルムなどを用いることができる。透明基材の厚みは、約５０〜２００μｍ程度が望ましい。
透明電極（透明導電膜３５ａ，３５ｂ）には、一般的にＩＴＯなどの金属酸化物が用いられるが、ＩＴＯに替えて導電性ポリマーを採用することも可能である。導電性ポリマーとしては、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳに例示されるπ共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む材料の採用が好適である。

＜シート抵抗値＞
透明導電膜は、調光体のタイプに応じて、材質，厚さ（図１中で「ｔ」で示す），シート抵抗値の好適なバランス関係を有している。ここで、調光体のタイプにはノーマルモードとリバースモードの大きく２種存在する。ノーマルモードは、調光層が電圧非印加時よりも電圧印加時のほうが透過率が高く構成されている。リバースモードは、調光層が電圧印加時よりも電圧非印加時のほうが透過率が高く構成されている。つまり、ノーマルモードは、光散乱（白濁）系から電圧を印加（ＯＮ）にすることで透明状態へ変化する。リバースモードは、電圧の印加で透明から白濁系へと状態が変化する。

（１）ＩＴＯ（酸化スズドープ酸化インジウム）
・ノーマルモード
２枚の透明電極フィルムに形成された互いのＩＴＯ側を対向してＰＮＬＣ（調光層）を挟持する構成の場合、ＩＴＯの厚さは５０Å以上３００Å未満，ＩＴＯのシート抵抗値は１７０Ω／□以上２１０Ω／□以下に設定される。厚さは実用的な透過率を確保しつつ液晶駆動に支障ない範囲に設定される。シート抵抗値は設計値どおりの駆動状態を好適に確保するために必要な範囲に設定される。以下も同様である。
・リバースモード
リバースタイプの調光層（ＰＮＬＣ）を具備する調光体では、図１で、調光層３３の上側の透明導電フィルム（イ）の間に配向膜を積層するとともに、調光層の下側の透明導電フィルム（ロ）の間にも配向膜が積層される（図示せず）。ポリマーネットワーク及び液晶分子は、一対の配向膜の間に配置されている。配向膜は、いわゆる垂直配向膜であり、調光層３３に電圧を印加していないときに、液晶分子の長手方向が配向膜の法線方向に沿うように、当該液晶分子を配向する。このため、リバースタイプの調光層（ＰＮＬＣ）は、電圧を印加していないときに低ヘイズ状態となり、透過性が高くなる。

２枚の透明電極フィルムに形成された互いの垂直液晶配向膜（ＩＴＯ上に形成）側を対向してＰＮＬＣ（調光層）を挟持する構成の場合、ＩＴＯの厚さは５０Å以上３００Å未満，ＩＴＯのシート抵抗値は１００Ω／□以上１３０Ω／□以下に設定することが好ましい。

（２）ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ（π共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む導電性ポリマー）
２枚の透明電極フィルムに形成された互いの導電性ポリマー側を対向してＰＮＬＣ（調光層）を挟持する構成の場合、導電性ポリマーの厚さは１９００Å以上２６００Å以下，導電性ポリマーのシート抵抗値は２６０Ω／□以下に設定される。なお、シート抵抗値の下限は低いに越したことはないが、歩留まり等の実設計上の困難性に鑑み、２１０Ω／□以上とすることが好ましい。

本発明では、透明導電フィルム（イ）の断裁〜剥離の過程で、剥離除去する透明導電フ
ィルム（イ）に液晶材料が付着した状態で剥離されない様に、剥離除去する側の透明導電フィルム（イ）の透明導電膜３５ａと液晶材料３３との界面で剥離し、透明導電フィルム（ロ）の透明導電膜３５ｂ上に液晶材料３３を残しておく。

液晶材料の残った下側透明導電膜３５ｂ上に給電電極部を形成するに先駆けて、導電ペースト４０，導電テープ４１，はんだ４２を順次形成する部分の下側透明導電膜３５ｂを露出するにあたり、従来は残った液晶材料３３を溶剤による洗い流し，拭き取りなどにより完全に除去していたが、本発明においては、液晶材料の選択的な除去にあたっては、溶剤による洗い流し，拭き取りを選択的に行ない部分的に除去する。図１に示す様に、上側透明導電フィルム（イ）を切り欠いた端部から液晶材料がはみ出して下側透明導電膜３５ｂ上に残しておき、導電ペースト４０，導電テープ４１の形成される下側透明導電膜３５ｂ上からは液晶材料３３を拭き取り除去する。

表１は、縦軸が透明導電膜厚（５０〜３０００Åまで２３段階），横軸がシート抵抗値（１００〜３００Ω／□まで２１段階）の各透明導電膜サンプルについて、６０℃９０％の高温高湿動作試験を２４０時間行った後にシート抵抗値を評価した判定結果である。
判定の定義は、◎：サンプル３つ全て良品（シート抵抗値の変動が５％以内），○：サンプル３つ全て良品（シート抵抗値の変動が１０％以内），△：サンプル３つ中１つが不良品，×：サンプル３つ中２つ以上が不良品（もしくは、サンプル作製が不可）である。

表１で、◎や○と判定された「膜厚−シート抵抗値」のマトリクス領域を、給電電極部の作製工程（特に、液晶拭き取り）における管理目標とし、最適なパフォーマンス状態にて調光フィルムを駆動する上で有効であることが確認された。また、△と判定された領域においても歩留まりが許容されるのであれば十分性能が発揮されることが確認された。つまり、上記の数値範囲が妥当であることが証明された。

３０ 調光体
３３ 液晶層
３４（ａ，ｂ） ＰＥＴフィルム
３５（ａ，ｂ） 透明導電膜
４０ 導電（銀）ペースト
４１ 導電テープ，ピンコネクタ
４１ａ 延出部
４２ はんだ
４３ リード線

Claims (10)

1. 第１及び第２の積層体により調光層を挟持し、前記調光層に係る液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光体において、
   前記各積層体は、透明電極を有し、
   前記各積層体の一部は、前記透明電極が露出して外部からの給電を行う給電領域を有し、
   前記給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が１７０Ω／□以上２６０Ω／□以下であることを特徴とする調光体。
2. 前記透明電極は、金属酸化物を有し、自身の厚さが５０Å以上３００Å未満であることを特徴とする請求項１に記載の調光体。
3. 前記給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が２１０Ω／□以下であることを特徴とする請求項２に記載の調光体。
4. 前記透明電極は、π共役系導電性高分子にドープされたポリアニオンを含む導電性樹脂材料を有し、自身の厚さが１９００Å以上２６００Å以下であることを特徴とする請求項１記載の調光体。
5. 前記給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が２６０Ω／□以下であることを特徴とする請求項４に記載の調光体。
6. 前記調光層は、電圧非印加時よりも電圧印加時のほうが透過率が高く構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の調光体。
7. 第１及び第２の積層体により調光層を挟持し、前記調光層に係る液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光体において、
   前記各積層体は、透明電極を有し、
   前記各積層体の一部は、前記透明電極が露出して外部からの給電を行う給電領域を有し、
   前記給電領域における前記透明電極のシート抵抗値が１００Ω／□以上１３０Ω／□以下であることを特徴とする調光体。
8. 前記透明電極は、金属酸化物を有し、透明電極自身の厚さが５０Å以上３００Å未満であることを特徴とする請求項１に記載の調光体。
9. 前記調光層は、電圧印加時よりも電圧非印加時のほうが透過率が高く構成されていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の調光体。
10. 調光層に電圧を印加するため透明電極に形成する給電部は、矩形の透明電極の一辺にのみ形成されることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の調光体。