JP2020101665A - 調光ガラス - Google Patents

Abstract

【課題】調光性を使用者が任意に制御でき、比較的大面積のガラスの調光を、光源等の配置スペースが限られた条件下で実現する。【解決手段】導光体１と、前記導光体の少なくとも片側の面に積層され、フォトクロミック材料を含有する光反応層２とを有する積層体１１を備え、前記導光体の端面から入光された所定波長の光により、前記フォトクロミック材料がフォトクロミック反応を生じることにより、前記積層体を透過する光の調光が行われる、調光ガラスとする。【選択図】図１

Description

本発明は、調光ガラスに関し、特にフォトクロミック反応による調光性を有する調光ガラスに関する。

自動車等の車両の分野では、防眩性能を発揮するために、遮光性や調光性を有する光学部材（調光ガラス）が各種検討されている。従来知られている調光ガラスには、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）、懸濁粒子装置（ＳＰＤ）、２枚の偏光板と液晶セルからなる素子、ゲストホスト液晶、エレクトロクロミック素子などの素子がある。これらの素子はいずれも２枚の透明電極間に光学的変調を起こす物質を挟み、２枚の電極間に電流、電圧を印加することにより調光ガラスとして駆動される。このような素子では、透明電極の必要性や、素子によっては封止構造が必要であるなど構造が煩雑となり製造コストを抑えることが難しかった。

他方、光学部材の透過光強度や、色を調整する手段として、光学部材にフォトクロミック材料を添加する手法が知られている。光の作用により化合物が分子構造あるいは電子状態を変化させ、吸収スペクトルの異なる異性体を可逆的に生成する反応がフォトクロミック反応と呼ばれており、フォトクロミック反応を示す材料としては、塩化銀などの無機系材料の他、アゾベンゼン系材料、スピロピラン系材料、ジアリールエテン系材料、フルギド系材料などの有機系材料が知られている。フォトクロミック材料では、例えば、異性体Ａに、特定波長の光を照射すると異性体Ｂに変化して吸収スペクトルの変化により着色するが、異性体Ｂは別の波長の光の照射により、あるいは熱的不安定性により自然に異性体Ａに戻るという現象が観察される。このような特性を利用し、フォトクロミック材料を含有し、光応答性を示す光学部材が各種検討されている。

フォトクロミック反応による調光性は、外光に対する防眩性が要求される各種の光学部材において利用されている。例えば、特許文献１は、乗車用ヘルメット本体に取付けられるシールドの表面、もしくは両面に、フォトクロミック化合物と紫外線吸収剤を含有した合成樹脂の被膜層を形成することにより、紫外線を１００％遮断し、色が可逆的に変化することを特徴とする調光シールドを記載している。

フォトクロミック材料による防眩性の利用は、自動車関連の技術分野でも検討されている。特許文献２は、調光材料を用い、運転者の略目線より上に位置する部分を照射される紫外線量に応じて自動的に調光する自動車用ドアガラスを開示している。特許文献２は、調光材料としてハロゲン化銀化合物を例とするフォトクロミックガラス材料をドアガラス本体、またはドアガラス表面に貼着されたフィルム、あるいはコーティング中の分散体として利用することを記載している。

車両側に光源を置いて、フォトクロミック反応を制御することも検討されている。特許文献３には、特定周波数の光に反応して色が変化する部材を移動体の運転者の前方に面状に配置し、移動体前方の光源を検知し、その位置を算出して、これに基づいて、前記部材に移動体内部の光照射部から特定周波数の光を照射する防眩装置が記載されている。特許文献３は、特定周波数の光としては紫外線光、これに反応する部材としてはフォトクロミック化合物を高分子中に分散したシートを例示している。特許文献３はまた、ウィンドウシールドの内面に特定周波数の光に反応するシートを配設し、外面に特定周波数の光を遮断するシートを配設する構成も記載している。

登録実用新案第３０２９９０８号公報 特開２００４−３０６９０５号公報 特開２０１６−１０７７４０号

特許文献１および特許文献２に記載の技術は、いずれも光学部材が外光を受光することにより、フォトクロミック反応を生じ、調光が行われるものである。しかし、視覚の個人差などを考慮した場合、防眩性は人為的に制御できる構成とすることが好ましい。

フォトクロミック反応を人為的に制御する手段としては、特許文献３に記載の装置のように、外光とは別に光源を設けて光学部材に入光させる手段が考慮されるが、例えば、光学部材を車両用の調光ガラスとして使用する場合、限られた配置スペースを利用して、比較的大きな光学部材に光を入光させる必要がある。その場合、光源も含めたスペースをよりコンパクトなものとすることが好ましい。

本発明は、フォトクロミック反応を利用した調光性の制御が可能であり、限定的な配置スペースを利用して、比較的大きな面積の光学部材の調光を可能とする調光ガラスを提供することを目的とする。

本発明の第１の構成は、導光体と、前記導光体の少なくとも片側の面に積層された、フォトクロミック材料を含有する光反応層と、を有する積層体を備え、前記導光体の端面から入光された所定波長の光により、前記フォトクロミック材料がフォトクロミック反応を生じることにより、前記積層体を透過する光の調光が行われる、調光ガラスである。

上記構成の調光ガラスによれば、導光体に積層された光反応層においてフォトクロミック反応を生じさせ、ガラスを透過する光の色や輝度を調整することができる。そのため、従来の調光ガラスのような透明電極や封止構造は必要とせず、単純な構造の積層体によって、調光を行うことができる。また導光体の端面から入光した光を導光体で導光することによって、光反応層への光照射を行うので、光源設置のために大きなスペースはとらずに、しかも比較的大きな面積のガラスも調光することができる。

上記構成の調光ガラスは、前記積層体が、前記所定波長の光を遮光する少なくとも一層の遮光層をさらに備えてもよい。この構成によれば、遮光層の外側から入光する光により、光反応層が光反応することを防止し、調光ガラスの調光性を正確に制御することができる。

上記調光ガラスにおいて、前記積層体が、前記遮光層を少なくとも二層備え、前記光反応層及び前記導光体は、該二層の遮光層の間に配置されていてもよい。この構成によれば、調光ガラスの調光性制御を導光体端面からの入光のみによって行うことができ、より厳密な調光性の制御が可能となる。

上記構成の調光ガラスにおいて、前記所定波長の光は、例えば、紫外光でもよい。この構成によれば、フォトクロミック反応を生じるために導光体に光を入光させた場合や、同じ波長の光の透過を遮光層によって遮蔽した場合にも、観察者の視認性には、影響を生じない。

本発明の第２の構成は、上記の調光ガラスと、前記導光体の端面から、前記所定波長の光を入光させる光源とを含む、調光ガラスユニットである。本発明によれば、導光体に近接して光源を配置できるので、調光ガラスの本体と光源を一つのユニットとして簡便に取り扱うことができる。

上記本発明の調光ガラスによれば、導光体に積層された光反応層においてフォトクロミック反応を生じさせ、ガラスを透過する光の色や輝度を調整することができる。したがって、従来の調光ガラスのような透明電極や封止構造は必要とせず、単純な構造の積層体によって、調光を行うことができる。その際、導光体の端面から入光した光を導光体で導光することによって、光反応層への光照射を行うので、光源設置のため大きなスペースは必要とせず、比較的大きな面積のガラスも調光することができる。

本発明に係る一実施形態に係る調光ガラスの構成を示す概略断面図である。 図１の構成の調光ガラスの調光方法の変形例を示す概略断面図である。 調光ガラスの構成の別の実施形態を示す概略断面図である。 調光ガラスの構成の更に別の実施形態を示す概略断面図である。 調光ガラスの構成の更に別の実施形態を示す概略断面図である。 調光ガラスの構成の更に別の実施形態を示す概略断面図である。 実施例で使用した調光ガラスの構成を示す概略断面図である。 本発明に係る調光ガラスを車両用のガラス部材として使用する場合を説明するための図である。 実施例で作成した調光ガラスの着色時と退色時の光透過率を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明について説明する。なお、図では説明のため、薄層にも厚みを付して図示しているので、各層の厚み比は実際の比を示すものではない。同様の構成については、同一の符号を付して説明の重複を省略する。
［調光ガラス］
図１は、本発明の調光ガラス１０の基本的な構成を示す概略断面図である。調光ガラス１０は、板状の導光体１と、導光体１の少なくとも一方の面１ａに積層された少なくとも１層の光反応層を有する積層体１１を備えている。本発明に係る調光ガラス１０は、導光体１を基体とする積層体１１からなるものであってもよく、積層体１１が、別途ガラス基体（図示せず）に貼着されたものであってもよい。

光反応層２は、所定波長の光によって色調が変化するフォトクロミック材料を含む樹脂で構成されている。この所定波長（第１の波長）の光を出光する光源２０が、導光体１の端面１ａに対向して配置されている。この光が、導光体１の端面１ａから入光すると、光は導光体１中を導光されるとともに、表面１ｃから出光し、光反応層２に入光し、光反応層の色調を変化させる。調光ガラス１０と、所定波長の光を発光する光源２０とを一つのユニット（調光ガラスユニット３０）として構成してもよい。

本明細書及び請求項の記載において、所定波長の光、または第１の波長の光とは、光反応層２に含まれるフォトクロミック材料をフォトクロミック反応により着色させ得る波長の光である。フォトクロミック反応が生じる限りにおいて、光がある程度の波長範囲を含むことを妨げないが、フォトクロミック反応に必要な波長を主波長（ピーク波長）として含むことが好ましい。たとえば、紫外光を用いる場合、例えばＵＶＡの３１５〜４００ｎｍの範囲に主波長を含む光であってもよい。

導光体１および光源２０は、光反応層２が含有するフォトクロミック材料に応じて選択される。一例として、フォトクロミック材料が紫外光によりフォトクロミック反応を生じる材料である場合、導光体１は紫外光を導光するものとし、光源２０は紫外光を発光するもの（例えば紫外線ＬＥＤ）とする。光源２０は、ハーネス２１を介し、電源（図示せず）に接続される。

光反応層２は、光源消灯時には無色（または薄色）透明であることが好ましい。光源２０を点灯すると、フォトクロミック反応により光反応層２が着色し、調光ガラスに入光する外光Ｌの透過率が減少し、視認者ＶＥに対し防眩効果を生じる。

着色後、逆反応により自然に退色するフォトクロミック材料を使用する場合には、一種類の光源２０を着色時にのみ使用してもよい。他方、図２に示すように、二種類の光源２０ａ、２０ｂを導光体１の端面１ａ、１ｂに対向させてもよい。この場合、第１の光源２０ａから入光した第１の波長の光（例えば紫外光）によって、フォトクロミック反応を生じさせ、光反応層を着色して調光を行い、第２の光源２０ｂから入光した第２の波長の光（例えば可視光）によって、逆のフォトクロミック反応を生じさせ、光反応層を退色させる。なお、図２では、断面図上で図示するため、光源２０ａ、２０ｂは異なる端面１ａ、１ｂに配置しているが、同じ側の端面に並列に配置してもよい。

調光ガラス１０を構成する積層体１１は、図３に示すように、少なくとも１層の遮光層３を備えていてもよい。遮光層３は、光反応層２の反応に用いる所定波長の光（例えば紫外光）は遮光し、他の波長の光は透過するものであることが好ましい。これによって、遮光層３の外側から導光体１の方向へ入射する外光Ｌを一部遮光し、光反応層２の反応に対する外光Ｌの影響を抑制することができる。例えば、紫外光により着色する光反応層２を備える調光ガラス１０を車両のウィンドウに用いる場合において、太陽光等の外光Ｌ中の紫外線を遮光層３で吸収してもよい。なお、図では導光体１と遮光層３によって光反応層２が挟まれる構成が示されているが、光反応層２と遮光層３によって導光体１が挟まれる構成でも、同様の効果が得られる。

図４に示すように、遮光層３が積層体１１の両側に設けられており、二枚の遮光層３によって、導光体１と光反応層２が挟まれる構成としてもよい。また後述の図７に示すように、光反応層２は導光体１の両側に積層されていてもよい。

図５は、調光ガラス１０の更なる変形例を示す概略断面図である。この例では、二枚の導光体１が遮光層３を挟んで積層され、それぞれの導光体１の外側に光反応層２が積層され、さらにその外側に、遮光層３が積層されている。このように、二以上の導光体１の間に遮光層３を配置し、それぞれの導光体１で独立して光反応層２の調光を行うようにしてもよい。

図６は、調光ガラス１０の更に別の変形例を示す概略断面図である。この例では、導光体１と光反応層２との間に遮光層３が配置されており、遮光層３には、所定形状の開口３１が設けられている。必要に応じ、開口３１は、フォトクロミック反応を生じる光を透過する樹脂または、光反応層２と同様の素材により充填されていてもよい。この場合、導光体１の端面からフォトクロミック反応を生じる所定波長の光を入光させると、開口３１の上でのみ光反応層が着色される。このような調光ガラス１０は、制御システム（図示せず）と組み合わせて、例えば、車両の運行状態（加速、減速、右左切など）などを表示する表示装置としても利用することができる。

［導光体］
調光ガラス１０の基体をなす導光体１は、光反応層２が含むフォトクロミック材料の反応する所定波長の光を透過する素材からなり、車両のウィンドウガラス等の用途で用いる場合、可視域の光を効率よく透過できるものが好ましい。例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などを用いることができる。必要に応じ、透明性を妨げない範囲で、シリコーン粒子等を、基材となる樹脂の中に分散させ、端面から入光された光を拡散させてもよい。他方、必要に応じ、導光体の一面を反射面として加工（例えば粗面加工）してもよい。導光体１の形状は特に限定されない。例えば、平板状の導光体（導光板）を使用し、主面である面上に光反応層、遮光層等を積層し、端面（側端面）に光源２０を配置してもよいが、板面が曲面となる導光板を使用してもよい。

［フォトクロミック材料］
フォトクロミック材料としては、所定波長の光の照射により、分子構造あるいは電子状態を変化させ、吸収スペクトルの異なる異性体を可逆的に生成する有機系のフォトクロミック材料を使用することが好ましい。このようなフォトクロミック材料としては、アゾベンゼン系材料、スピロピラン系材料、ジアリールエテン系材料、フルギド系材料などが知られている。フォトクロミック材料としては、紫外線の照射により着色し、照射を停止して放置または可視光の照射により退色する材料を利用することが好ましい。このような材料としては、例えば、スピロピラン系材料、ジアリールエテン系材料、フルギド系材料などを用いることができる。

［光反応層］
光反応層２は、上記のフォトクロミック材料を含有する樹脂層である。例えば、母材となる樹脂、例えばアクリル樹脂（ＰＭＭＡなど）と、フォトクロミック材料とを溶媒に溶解して、ＰＥＴフィルム等のフィルム基材に塗布したものであってもよく、または導光体、あるいは遮光層に塗布した塗膜であってもよい。例えば、図７は、下記の実施例と同様の構成をとる調光ガラス１０の概略断面図であるが、この例では、基材フィルム２ｂと、基材フィルム２ｂ上に塗布したフォトクロミック材料含有樹脂層２ａからなる光反応層２とが、導光体１の両面側に配置されている。光反応層２は、所定波長の光が照射される前の状態では、無色または薄色の透明層であることが好ましい。

［遮光層］
遮光層３は、フォトクロミック材料が反応する所定波長の光を吸収する材料からなり、例えば、紫外線吸収剤を含むフィルム、粘着剤等を使用することができる。粘着剤（粘着性フィルム）を用いる場合には、図７に示すように、トリアセチルセルロース等の透明保護膜３ｂに粘着剤３ａを貼着したものを遮光層３として用いてもよい。遮光層は、遮蔽を目的とする所定波長の光（例えば紫外光）の透過率を１０％未満とすることが好ましく、ほぼ完全に遮蔽することがより好ましい。

［光源］
光源２０としては、フォトクロミック材料を反応させる光を発光するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、ＬＥＤ、レーザー、蛍光灯、電球などを用いることができる。着色、退色などを制御するため、異なる波長の光を発光する光源を組み合わせることもできる。例えば、紫外光を発光する光源２０ａと、可視光を発光する光源２０ｂを導光体の端面に対して配置し、光反応層を紫外線の照射により着色させ、可視光の照射により退色させてもよい。

上記に説明した、本発明に係る調光ガラスの構成については、さらに種々の変更や追加が可能である。たとえば、調光ガラス１０は、導光体１、光反応層２、遮光層３及び必要に応じて使用される接着剤からなる積層体１１からなるものであってもよいが、この積層体１１をシリカガラス等の他の透明部材と組み合わせたものであってもよく、偏光板、位相差板等の光学部材と組み合わせたものであってもよい。

図８は、自動車に使用される、一般的なガラス部材の配置を示す図である。本発明に係る調光ガラス１０は、例えば自動車１００のウィンドウガラス１０１やサンルーフ１０２に使用してもよく、サンバイザ１０３として使用してもよい。その際、窓枠に沿って複数の光源を配置し、センサ（図示せず）または運転者の命令に応答する制御装置１０４により、必要箇所を着色させる構成としてもよい。なお、本発明に係る調光ガラスの用途は、自動車に限定はされず、航空機、船舶、建物等において使用してもよい。

［実施例１］
フォトクロミック材料：１，３，３−トリメチルインドリノベンゾピリロスピラン（東京化成）とメタクリル樹脂（三菱レイヨン：ＶＨ０１）を５：９５の重量比でジメトキシエタンに溶解した。この溶液を、スピンコーターを用いてＰＥＴフィルム上に塗布し、基材フィルム２ｂと塗膜２ａからなる光反応層２とした。
導光体１としては、メタクリル酸に０．５ｗｔ％のシリコーン粒子（トスパールＴ１２０：東芝シリコーン製）を分散して、キャスト重合した厚さ１０ｍｍの樹脂板を準備した。
図７に示すように、導光体１の両面に光反応層２を貼着し、さらに外側に厚さ８０μｍのトリアセチルセルロースフィルム（保護膜３ｂ）をＵＶ吸収性のＯＣＡ（透明粘着フィルム）（粘着フィルム３ａ）を用いて貼着したものを遮光層３とした。このようにして作製された調光ガラスは、無色透明体であった。光源として、ＵＶ−ＬＥＤ（浜松ホトニクス製、Ｌ−１１４０３−１１０４−００５）を使用し、板状の導光体の端面から光を入射させたところ、光反応層の着色が確認された。光源の消灯により、光反応層は、徐々に退色し、再点灯により、再度着色することが確認された。これにより、板状の導光体の端面からの光照射により、調光ガラスの着色と退色を制御し得ることが確認された。図９に、退色時（太線Ａ）と、着色時（細線Ｂ）の光透過率の測定結果を示す。着色時には、可視光の幅広い波長域（４００〜６５０ｎｍ）で透過率が減少していること、紫外線波長の近傍では、透過率が急激に減衰していることがわかる。

本発明の調光ガラスは、光源を使用して防眩性調整の自由度が高く、自動車等の車両用のウィンドウガラス、その他防眩性が必要とされる用途でのガラス部材として利用性が高い。

１ 導光体
２ 光反応層
２ａ 基材フィルム
２ｂ フォトクロミック材料含有樹脂層
３ 遮光層
３ａ 保護フィルム
３ｂ 粘着剤層
１０ 調光ガラス
１１ 積層体
２０、２０ａ、２０ｂ 光源
２１ ハーネス
１００ 自動車
１０１ ウィンドウガラス
１０２ サンルーフ
１０３ サンバイザ
１０４ 制御装置

Claims (5)

1. 導光体と、
   前記導光体の少なくとも片側の面に積層され、フォトクロミック材料を含有する光反応層と、を有する積層体を備え、
   前記導光体の端面から入光された所定波長の光により、前記フォトクロミック材料がフォトクロミック反応を生じることにより、
   前記積層体を透過する光の調光が行われる、調光ガラス。
2. 請求項１に記載の調光ガラスにおいて、
   前記積層体が、前記所定波長の光を遮光する少なくとも一層の遮光層をさらに備える、調光ガラス。
3. 請求項２に記載の調光ガラスにおいて、
   前記積層体が、前記遮光層を少なくとも二層備え、前記光反応層及び前記導光体は、該二層の遮光層の間に配置されている、
   調光ガラス。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の調光ガラスにおいて、前記所定波長の光が紫外光である、調光ガラス。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の調光ガラスと、前記導光体の端面から、前記所定波長の光を入光させる光源とを含む、調光ガラスユニット。

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