JP2020021016A - 調光フィルムおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カッター，鋏による断裁部を持つ調光フィルムの端部における上下の透明導電膜が不要な接触を回避する上で有効な構造，および断裁手法の改良案を提案する。【解決手段】透明フィルムに少なくとも透明電極が形成されてなる構成の第１及び第２の積層体により液晶層が挟持され、透明電極からの印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光フィルムにおいて、断裁された端部を有する調光フィルムの外周端面では、上側の透明電極付き透明フィルムが除去され、下側の透明電極付き透明フィルムが舌片状に突き出した形態であり、上側の透明電極付き透明フィルムの切断面および液晶層を含む断面がシール材により封止されてなることを特徴とする。【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（調光層）を備えた調光フィルムに関し、特に、調光フィルムの外周端面のシーリング構造が改良された調光フィルムに関する。調光体，調光装置，調光シート，調光フィルムなどの各種用語は、調光フィルムが、フレキシブルな樹脂フィルムの状態での使用形態や、フレキシブルな調光フィルムが厚さ，剛性確保のため、リジッドな基材に貼り合わせて固定される（あるいは、挟持された合わせガラスの形態とされる）使用形態であることに起因するニュアンスの相違であるが、本願発明ではそれらを「調光フィルム」として統一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フィルムは様々な用途で用いられている。

例えば、調光フィルムは、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）。

調光フィルムは、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。

液晶層を挟持する前面基板と背面基板が共にリジッドな基材（ガラス，樹脂板）でなく、フレキシブルな樹脂フィルムが用いられ、ロール・トゥ・ロール（roll to roll）方式での連続的な製造に適した構成（およびプロセス）の調光フィルムが提案されている。（特許文献２参照）
特許文献２に係る製造物（調光フィルム）は、全体的に軽量，フレキシブルであり、任意のサイズ，形状に断裁しても、支障なく調光機能が維持されるというメリットを持つ。

更なるメリットの多様化の上で、コンパクト化，重量軽減，低コスト化，可撓性の向上による曲面追従性などを目的とする調光フィルムの薄肉化の要求もあり、主に液晶層の薄型化（液晶材料の使用量の低減），透明基材の材料変更・薄型化による設計変更が講じられており、上下の透明導電膜が接触しやすくなり、電気的短絡（ショート）の発生を招きやすくなり、調光フィルムの機器故障（発火や火災につながる可能性も否定できない）のリスクを招くことになる。

調光フィルム１０の調光層１３となる液晶層は、５μｍ〜５０μｍ（好適には１０μｍ〜２５μｍ程度）の厚さでの製造品が増加している。

透明導電フィルム（透明電極付き透明フィルム）１５は、フィルム基材１１上にＩＴＯやＩＺＯや有機導電膜などの透明な導電材料からなる透明電極１２を成膜してなる１組（２枚）の透明導電フィルム１５を互いの透明電極１２側を対向して調光層１３を挟持する。透明電極１２の好適な厚さは略８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。（図２参照）

特開２０１４−１４６０５１号公報 特許第４３８７９３１号公報

調光フィルムの製造時に、所定サイズ，形状に断裁して仕上げる際、支持台上に搭載した調光フィルムの端部をカッターで押し切る手法が多用されている。

図３（ｂ）に示す様に、切断面ではカッターの刃の押圧による変形を受け、潰れた形状となっている。カッターでなく鋏による断裁でも同様の現象が発生すると予測される。

同図では、透明導電膜１２，液晶層１３が左下がりに傾斜して変形しており、上下の透明導電膜１２が接触しやすい形態となっている。（液晶層１３の流れ落ちにより、そのリスクは一層向上する。）
図３に示す端部の断裁形態で以降の仕上げ（端部のシーリングなど）を進め、調光フィルムを最終製品化した場合、上下の透明導電膜１２が近接した箇所で予期せぬ電気的短絡（ショート）の発生を招き、品質的な欠陥のみならず事故につながる可能性が高まってしまう。

また、断裁された調光フィルム端部だけでなく、調光フィルムがハーフカット（一方の透明導電フィルム１５を切り欠き）されて他方の透明導電膜１２が露出した箇所に形成される給電部２０でも、液晶層１３を拭き取ることにより、対となる上下の透明導電膜１２が露出〜対向した構造となり、外部からの応力により接触を招きやすい。

本発明では、カッター，鋏による断裁部を持つ調光フィルムの端部における上下の透明導電膜が不要な接触を回避する上で有効な構造，および断裁手法の改良案を提案することを目的とする。

本発明による調光フィルムは、
透明フィルムに少なくとも透明電極が形成されてなる構成の第１及び第２の積層体により液晶層が挟持され、透明電極からの印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光フィルムにおいて、
断裁された端部を有する調光フィルムの外周端面では、上側の透明電極付き透明フィルムが除去され、下側の透明電極付き透明フィルムが舌片状に突き出した形態であり、上側の透明電極付き透明フィルムの切断面および液晶層を含む断面がシール材により封止されてなることを特徴とする。

本発明による調光フィルムの製造方法は、
調光フィルムを支持台上に搭載した状態で上から刃物で押し切って断裁した調光フィルムの外周端面の修正にあたり、調光フィルム端部における上側の透明電極付き透明フィルムをハーフカットして除去する工程を有することを特徴とする。

調光フィルムの断裁手段として、支持台上に搭載せずに端部を保持して空中に張り渡した状態で、上から刃物で押し切る工程を有することが有効である。

ハーフカット手段として、レーザービームによる焼き切りを採用しても良い。

調光フィルムの端部における上下の透明導電膜間での不要な接触によるショートが回避され、調光体の安全性が確保されて、調光フィルムの機器故障（発火や火災につながる可能性も否定できない）のリスクが低減する。

本発明による調光フィルムの構造例を示す説明図。 調光フィルムにおける給電電極部の構造例を示す説明図。（従来技術） 調光フィルムの断裁手法，断裁部を示す説明図。（従来技術）

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。

本発明では、液晶層として、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ことを想定して、以降の説明では主にＰＮＬＣタイプについて説明するが、調光層（液晶層）としてはこれ以外の構成であってもよい。

＜透明導電フィルム１５＞
透明導電フィルム１５を構成するフィルム基材１１は、ロール・トゥ・ロール（roll to roll）方式での製造に適した実質的に透明なフレキシブルフィルム基材であれば、いずれも用いることができる。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などのセルロース誘導体、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂などからなるフィルムを例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

このような透明性フィルムには、紫外線吸収剤，安定剤などが添加されてあっても良いし、透明性フィルムのいずれかの面に、紫外線吸収層，熱線反射層，バリア層などが設けられてあっても何ら問題ない。
また、透明性フィルムには、適宜、易接着処理，帯電防止処理、などが施されてあっても良いし、更に補強基材などが設けられてあっても何ら問題ない。

透明電極１２は、従来公知の透明性を有する電極材料であればいずれも用いることができ、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）導電膜，酸化錫導電膜，酸化亜鉛導電膜，高分子導電膜などからなる電極を例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

この様な透明電極１２は、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法），各種化学的気相成長法（ＣＶＤ法），各種塗布法等を用いることにより形成することができる。

また、所望に応じて、透明電極１２のパターニングが必要となった場合には、エッチング法，リフトオフ法，レーザトリミング法，各種マスクを用いる方法など、任意の方法によって行うことができる。

透明電極１２の上には、必要に応じて適宜、配向膜などが設けられてあっても良い。

本発明では、調光層１３としてＰＤＬＣ，ＰＮＬＣの何れのタイプの液晶組成物も採用可能である。

液晶素子からなる調光層１３には、その使用態様により、ノーマルモードとリバースモードの二種が知られている。ノーマルモードとは、電圧印加（ＯＮ）により透過状態となり、電圧除去（ＯＦＦ）により散乱状態となるモードを言う。また、リバースモードとは、電圧除去（ＯＦＦ）により透過状態となり、電圧印加（ＯＮ）により散乱状態となるモードを言う。リバースモードの場合、透明電極１２の上に配向膜が形成された透明導電フィルム１５を要することとなる。

配向膜は従来公知の配向膜であれば、水平配向膜，垂直配向膜のいずれが用いられていても良く、用途に応じて適宜選定することができる。

リバース型のＰＮＬＣによる調光層を具備する調光フィルムの製造は、一般的に以下のようにしてなされる。すなわち、まず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導電フィルム１５（透明電極，配向層が積層されてなる）の間に挟む。次いで、一定の条件下で紫外線を照射することにより、光重合によって液晶中の光重合性化合物を高分子に変化させる。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される。

液晶層１３は、相分離において未反応成分が殆どなく、ポリマーネットワークと液晶領域が高い純度で明確に分かれる挙動を示す。また、基板（導電膜）のラビングによるプレチルト配向処理を行なうことなく、理想的な配向状態を実現することが可能であり、液晶分子はポリマーネットワークによって分割されたドメインごとにほぼ一様に配向することになる。

ＰＮＬＣのドメインのサイズは、光拡散シート内の微粒子（概ね２〜１０μｍ径）やＰＤＬＣにおける分散させたネマティック液晶ドロップレット（一般に、数μｍ径）に対して、約１μｍと微細であり、レイリー散乱（波長選択的な散乱）は招かず、少なくとも可視光領域波長（４００〜７８０ｎｍ）を含む広い波長域の散乱が効率的に発生する。

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、得られる光透過と散乱の度合いとの関係において、駆動電圧が決定されている。１００Ｖ以下の電圧領域において、十分な光透過と散乱の度合いが得られるような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、一層好ましくは約１μｍとなる様に制御する。

＜断裁＞
調光フィルム１０を所定サイズ，形状にトリミングした上で以降の仕上げ加工を施す。
断裁にあたっては、図３（ａ）に図示される様に、従来は支持台上に搭載した調光フィルム１０の端部をカッターで押し切る加工が行なわれていた。

支持台上に搭載した調光フィルム１０のカッターによる押し切り，鋏での断裁では、調光フィルム１０に両面から圧力がかかり、支持台上では刃による断裁線の周囲にも圧力がかかるため、断裁面における潰れの現象は完全には回避されない。

潰れの現象を解消する上で、調光フィルム１０を空中で張り渡して宙に浮いた状態としておき、上からカッターの刃を落として断裁すると、断裁線のみにかかる荷重が多くなり、断裁面の潰れが少ないことが確認された。
また、レーザービームによる焼き切りも、断裁線以外に荷重をかけないため、調光フィルム１０を支持台上に搭載した状態での断裁では有効な手法である。

＜ハーフカット＞
図１（ａ）に示す様に、断裁された端部を有する調光フィルム１０の外周端面（同図左側）では、上側の透明導電フィルム１５が除去され、下側の透明導電フィルム１５が舌片状に突き出した形態に仕上げ加工する。

外周端面の修正にあたって、調光フィルム１０端部における上側の透明導電フィルム１５（同図で点線で示す部分）をハーフカットした上で除去する。

上側の透明導電フィルム１５（点線部）のハーフカット〜除去により、断裁時に変形して左下に垂れ下がった上側の透明電極１２端部が除去され、下側の透明電極１２との離間距離（液晶層１３の厚さに相当）が確保される。

ハーフカットにおいては、変形（潰れ）を伴わない様、レーザービームによる焼き切りを採用することも有効であるが、断裁された調光フィルム１０を支持した状態でカッターを用いて断裁する場合、上側の透明電極１２端部を除去した後、下側の透明電極１２上に残った液晶を完全に拭き取らず、ハーフカット面から僅かにはみ出した状態とすることで液晶層の介在による上下の透明電極１２の接触が回避され、電気的絶縁は一層確実となる。

＜周辺シ−ル＞
次いで、図１（ｂ）に示す様にシール部１６を形成する。
液晶層は、酸，水分，紫外線などによって劣化が生じやすく、特に、液晶層が挟持されたシート端部（周縁部）は水分や酸，紫外線などに触れる可能性が高く、液晶層の劣化が生じ易い。

前面基板上にＰＤＬＣがコーティングされ、これに背面基板をラミネートした形態のＰＤＬＣパネルにおける周縁部のシール構造に係る提案が従来からあり、前面基板の表面と背面基板の側面およびＰＤＬＣの側面に、シール剤を塗布するシール構造が開示されている。例えば、シール剤に要求される特性として、粘度が１０万〜５０万ＣＰの無溶剤シリコーン系接着剤であること，シール剤の色をＰＤＬＣパネルの色と類似色にして、シール剤の存在を目立たなくすることが挙げられている。

この様な特性を得るためのシール部１６は、実質的に透明であることが望ましいと言えるが、状況に応じて適宜、色素やフィラー類などが添加されてあっても良い。色素を添加する場合には、耐候性等を考慮すると、顔料系の色素であることが望ましい。

シール部１６に用いられる封止材料としては、例えば、エポキシ系樹脂，ウレタン系樹脂，アクリル系樹脂，酢酸ビニル系樹脂，エン−チオール系樹脂，シリコーン系樹脂，変性ポリマーなどの各種樹脂系において、熱硬化型，光硬化型，湿気硬化型，嫌気硬化型などの各種樹脂材料を用いることができる。

本実施形態においては、ポリチオール化合物と、１分子中に２個以上の炭素−炭素二重結合を有するポリエン化合物と、光重合開始剤とを含有する光硬化型樹脂液として調製したものを用いることができ、ポリエン化合物としてはアリル化合物、プロペニル化合物、(メタ)アクリレート化合物等が上げられ、ポリエン−ポリチオール系樹脂、(メタ)アクリレート化合物を用いた。

周辺シール加工は、調光フィルム１０の外形を規定するべく所定形状に断裁した外周部だけでなく、図２（ｂ）に示される調光フィルム１０への給電電極部に行なっても良い。

調光フィルム１０への給電電極２０は、一方の透明導電フィルム１５のハーフカット〜除去により露出した透明電極１２上に塗布された銀ペースト及び銀ペーストの上側に貼着された銅テープから成る接続部を有しており、接続部に形成したハンダによって不図示の外部電源より電力を供給するリード線（配線）が固着されている構成である。（同図においては、銀ペースト，銅テープは簡略化して図示している。）
給電電極２０を有する部分でハーフカット断面が露出した壁面をシーリングすることにより、電力が供給される箇所でのショート対策が確実となり好ましい。

尚、図示しないが、シール部１６は壁面への塗工膜形成だけでなく、給電電極２０も覆い尽くす様に厚膜形成することで、給電電極２０の機械的（テープ，ハンダの剥がれ，リード線の切れ，ハンダからの剥離）あるいは電気的（図２（ｂ）において、上側給電電極２０との接触を回避）な保護が図れる。

本発明によるシール（封止）処理を予め行なっておくことで、調光フィルムの建築用途での採用の場合、従来は、施工現場において、断裁加工が行なわれた断裁面を含む箇所に、防水，固定を主目的としたパテ加工が行なわれており、電気的絶縁は必ずしも万全とは言えなかったが、施工後に上下の透明導電膜の間で不要な接触が生じていることが露呈する事態が解消されることになる。

１０ 調光フィルム
１５ 透明導電フィルム
１１ フィルム基材
１２ 透明導電膜
１３ 液晶層
２０ 給電電極

Claims (4)

1. 透明フィルムに少なくとも透明電極が形成されてなる構成の第１及び第２の積層体により液晶層が挟持され、透明電極からの印加電圧に応じて液晶層の液晶分子の配向を制御して透過光を制御する調光フィルムにおいて、
   断裁された端部を有する調光フィルムの外周端面では、上側の透明電極付き透明フィルムが除去され、下側の透明電極付き透明フィルムが舌片状に突き出した形態であり、上側の透明電極付き透明フィルムの切断面および液晶層を含む断面がシール材により封止されてなることを特徴とする調光フィルム。
2. 調光フィルムを支持台上に搭載した状態で上から刃物で押し切って断裁した調光フィルムの外周端面の修正にあたり、調光フィルム端部における上側の透明電極付き透明フィルムをハーフカットして除去する工程を有することを特徴とする調光フィルムの製造方法。
3. 調光フィルムの断裁手段として、支持台上に搭載せずに端部を保持して空中に張り渡した状態で、上から刃物で押し切る工程を有することを特徴とする調光フィルムの製造方法。
4. ハーフカット手段がレーザービームによる焼き切りであることを特徴とする請求項２記載の調光フィルムの製造方法。