JP2021064005A - 調光システム、車両、及び調光フィルムの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
IPS方式は、配向させた液晶分子を基板に対して横(水平)方向に回転させることにより透過光量を制御する方式である。
本発明は、車両等での使用時における応答速度の劣化、透過率の不均一化を低減することができる調光システム、車両、及び調光フィルムの駆動方法を提供することを目的とする。
(1)液晶分子が配置された液晶層、及び、互いに対向し、前記液晶層を挟むようにして配置された2枚の面状の電極を有する調光フィルムと、前記電極間に駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧の値によって調光フィルムの透過率を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動電圧の印加に先立って前記駆動電圧より小さい予備電圧を前記電極間に印加する、調光システム。
〔車両〕
図1は、本発明の実施形態に係る調光システムを備えた車両を示す図である。車両130は、サンルーフ132を備え、このサンルーフ132に調光フィルム1が貼り付けられている。車両130には、搭乗者の頭上を覆うように開口131が設けられ、この開口131に、調光フィルム1の積層体が配置されてサンルーフ132が形成されている。
なお、調光フィルム1の取付対象は、本実施形態のようにサンルーフに限定されず、ショーウィンド、車両におけるその他の窓、建物の窓等も適用可能である。
図2は、調光フィルム1の基本構成を説明する断面図である。調光フィルム1は、液晶を利用して透過光を制御するフィルム状の部材であり、直線偏光板2,3により調光フィルム用の液晶セル4を挟持して構成される。
直線偏光板2,3は、ポリビニルアルコール(PVA)にヨウ素等を含浸させた後、延伸して直線偏光板としての光学的機能を果たす光学機能層が形成され、TAC(トリアセチルセルロース)等の透明フィルム材による基材により光学機能層を挟持して作製される。直線偏光板2,3は、クロスニコル配置により、アクリル系透明粘着樹脂等の接着剤層によって液晶セル4に配置される。なお、直線偏光板2,3には、それぞれ液晶セル4側に光学補償のための位相差フィルム2A,3Aが設けられるが、位相差フィルム2A,3Aは、必要に応じて省略してもよい。
液晶セル4は、フィルム状の下側積層体5D及び上側積層体5Uにより液晶層8を挟持して構成される。
下側積層体5Dは、透明フィルム材である基材6に、透明電極11、スペーサ12及び配向層13を作製して形成される。上側積層体5Uは、透明フィルム材である基材15に、透明電極16及び配向層17を積層して形成される。
基材6,15は、種々の透明フィルム材を適用することができるが、光学異方性の小さなフィルム材を適用することが望ましい。本実施形態において、基材6,15は、厚み100μmのポリカーボネートフィルムが適用されるが、種々の厚みのフィルム材を適用することができ、さらにはCOP(シクロオレフィンポリマー)フィルム等を適用してもよい。
透明電極11,16は、この種のフィルム材に適用される各種の電極材料を適用することができ、本実施形態ではITO(Indium Tin Oxide)による透明電極材により形成される。
スペーサ12は、液晶層8の厚みを規定するために設けられ、各種の樹脂材料を広く適用することができる。本実施形態ではフォトレジストにより作製され、透明電極11を作製してなる基材6の上に、フォトレジストを塗工して露光、現像することにより作製される。スペーサ12は、上側積層体5Uに設けるようにしてもよく、上側積層体5U及び下側積層体5Dの双方に設けるようにしてもよい。また、スペーサ12は、配向層13の上に設けるようにしてもよい。さらに、スペーサは、いわゆるビーズスペーサを適用してもよい。
配向層13,17は、光配向層により形成される。この光配向層に適用可能な光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を広く適用することができるが、本実施形態では、例えば光二量化型の材料を使用する。この光二量化型の材料については、「M.Schadt, K.Schmitt, V. Kozinkov and V. Chigrinov : Jpn. J. Appl.Phys., 31, 2155 (1992)」、「M. Schadt, H. Seiberle and A. Schuster : Nature, 381, 212(1996)」等に開示されている。なお光配向層に代えてラビング処理により配向層を作製してもよく、微細なライン状凹凸形状を賦型処理して配向層を作製してもよい。
液晶層8は、この種の調光フィルム1に適用可能な各種の液晶層材料を広く適用することができ、ネマチック液晶を適用することができる。具体的には、液晶層8として、例えばメルク社製MLC2166等の液晶材料を適用することができる。なお、液晶セル4は、液晶層8を囲むように、シール材19が配置され、このシール材19により上側積層体5U、下側積層体5Dが一体に保持され、液晶材料の漏出が防止される。ここでシール材19は、例えばエポキシ樹脂、紫外線硬化性樹脂等を適用することができる。
VA方式では、駆動電源20の振幅が0Vの場合(駆動電圧が0Vの場合)である無電界時、液晶層8の液晶分子は垂直配向し、これにより調光フィルム10は、入射光を遮光して遮光状態となる。また、この駆動電源20の振幅を増大させて駆動電圧を立ち上げると、液晶層8の液晶層は水平配向し、調光フィルム10は、入射光を透過させる。
なお液晶セル4は、光配向層のパターンニング等により、本実施形態においては、いわゆるシングルドメインにより駆動する。
図3は、調光フィルム1と、その調光フィルム1を駆動する制御部140とを示す調光システム200のブロック図である。
制御部140は駆動電源20を備え、操作子141の操作に応動して振幅を変更して駆動電圧V1を出力する。
制御部140より下側透明電極11と上側透明電極16との間に駆動電圧が加えられると、液晶層8に電界が生じる。液晶層8に生じた電界により、液晶層8に設けられた液晶層材料の配向が制御される。これにより、調光フィルム1の透過光を制御可能となり、調光を図ることができる。
〔静置時の挙動〕
図4は、比較形態であり、VA方式において、電圧が0Vの透明電極11,16間に、±10Vの駆動電圧V1を印加した際の、液晶分子の挙動を説明する特性曲線図である。なお、図4の計測結果は、調光フィルム1を静置した状態(移動中の車両ではなく)での計測結果である。
図5は、比較形態での液晶分子8Aの挙動を説明する図である。以下、理解容易のため、比較形態においても本実施形態と同じ符号を用いる。図示するように、VA方式で使用されるネマック液晶の液晶分子8Aは、遮光時である垂直配向時、調光フィルム1を静置した状態であっても長軸方向が比較的自由に揺らぐ。そして、液晶分子8Aは、長軸方向の向きがプレチルト角θに係る向きを中心に、ある程度の広がりを有する一定の分布を持つ。
なお図5において、xy方向は、液晶層8の表面の面内方向であり、z方向は液晶層8の厚み方向である。また液晶分子8Aのプレチルト角θは、調光フィルム1の表面の法線から0.5度程度である。
その後、符号Bで示すように、長軸方向の面内方向における向きが変化して一定の方向に揃う。
調光フィルム1では、符号Aで示すように、垂直配向時の状態に応じた面内方向に液晶分子8Aが水平配向することにより、一時的に飽和値の1/3程度の値に透過率が立ち上がる(図3)。その後、符号Bで示すように、液晶分子8Aの向きが揃うまでの期間で、調光フィルム1は、透過率が一旦低下した後、徐々に増大して飽和する。
車両130に搭載して使用する場合、車両130の走行等により調光フィルム1は振動し、その結果、垂直配向時における長軸方向の揺らぎが静置時に比して格段に大きくなる。従って水平配向時において倒れ込む液晶分子8Aの向き(長軸方向の向き)も、静置時よりも大きくばらつく。したがって車載では、透過率を変更する際の応答速度が一段と増大する。
そこで、本実施形態では、水平配向した液晶分子8Aが、プレチルトに対応する方向に揃うまでの時間を短縮することにより、車載時における応答速度の劣化、透過率の不均一化を低減する。
本実施形態では、10msecの期間、予備電圧V2を2.5V程度印加した後、±10Vの駆動電圧V1を印加する。
なお、予備電圧は本実施形態では2.5Vとしたが、これに限定されず予備電圧は、液晶分子が傾く角度が調光フィルム1の表面の法線から1度以上5度以下の電圧値であればよい。
2.5V程度の予備電圧V2を印加すると、液晶分子8Aは、予備電圧V2に対応して調光フィルム1の表面の法線から水平方向に若干倒れる。比較形態では図5において符号Bを使用して説明した、面内方向における液晶分子8Aの移動による個々のばらつきの抑制が、本実施形態ではこの予備電圧V2を加える時点で行われると考えられる。
その後、駆動電圧V1が印加される際には、すでにばらつきが規制された状態で、液晶分子8Aが水平方向に倒れる。したがって、駆動電圧V1が印加される際には、面内方向における液晶分子8Aの移動が省略され、応答速度が短縮されていると考えられる。
ここで、予備電圧V2を印加した際の液晶分子8Aの傾きが小さすぎると、十分に応答速度を向上することが困難になる。
しかし、予備電圧V2を印加している状態は、搭乗者が、調光フィルム1の透過率の操作を開始する前の状態である。したがって、本実施形態のような液晶に電圧がかかっていない時に透過率が最小(遮光)となる場合、この予備電圧V2を印加している状態でも、十分に遮光状態を保っていることが好ましい。
一方、VA方式の調光フィルム1は、見る方向により透過率が種々に変化するという特徴がある。
まず、液晶分子の傾きの角度の説明をする。図7は、シングルドメイン方式における極角と方位角の定義を説明する図である。
図7(a)は、調光フィルム1の概略断面図である。状態Aは、上述の透明電極11,16間に電界が生じていない場合の液晶分子8Aの状態を示し、液晶分子8Aは、長軸方向が垂直方向である垂直配向の状態である。状態Bは、電界が生じて液晶分子8Aが傾く方向を示し、透明電極11,16による電界により液晶分子8Aの長軸方向が面内方向となるように液晶分子8Aが水平配向を開始している。
図7(b)は液晶分子8Aの極角を説明する図である。極角は、図示するように、調光フィルム1の法線方向(厚み方向)からの、液晶分子8Aの長軸方向の傾きである。
図7(c)は液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)を説明する図である。ここで車両130の進行方向を方位角0とする。
図8は、本実施形態の調光フィルム1において、液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が異なる場合の透過率の変化を示す図である。
なお、液晶分子8Aの倒れる角度(方位角)とは、車両130の進行方向を0°とし、調光フィルム1を下から見たときの液晶分子8Aの倒れる方向の方向(方位角)である。
予備電圧として約2.5Vの電圧を透明電極11,16間に印加したときに、透過率が3%程度以下であれは、搭乗者は、0Vにおける完全な遮光状態から、それほど遮光状態が変化したことを感じず、光漏れはほとんど生じていないと感じている為、許容範囲とする。なお、透過率1%程度以下とすると、遮光状態の変化はほとんど感じられない為、より好ましい。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が135度以上の場合、透過率は3%より大きくなるので、不適である。
最大透過率は、正面を見たときの最大透過率が25%程度の場合、22%以上であれば、搭乗者は透過率の上昇を十分に感じることができる。このため。22%以上を許容範囲とする。
液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が45度以上の場合、透過率が22%以上である。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が30度以上の場合、最大透過率は22%より小さくなるので、不適である。
図9は、第1実施形態における液晶分子8Aの倒れる方向の好ましい範囲を説明する図である。全ての液晶分子を同じ方向に倒すシングルドメインによるVA方式の調光フィルム1では、液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)は、上述のように45度以上の90度以下が好ましい(図中斜線で示す)。なお、液晶分子を前方斜め45°方向に倒す場合、偏光板の利用率から考えると、最も効率がよい。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態は、液晶層8が2つの領域に分離されており、それぞれの液晶層8の液晶分子8Aが垂直から水平方向へと行き来する際に傾く方向が異なる2ドメインの形態である。他の構成については第1実施形態と同様であるので、同様な構成の説明は省略するとともに、同一の構成は同一の符号で説明する。
図示するように、第1の方向と第2の方向との間の挟角の中央を通る方向を、液晶分子8Aが倒れる方向(方位角)とする。すなわち、第1の方向と第2の方向とは、方向φから45度にある。
第1実施形態と同様に、予備電圧として約2.5Vの電圧を透明電極11,16間に印加したときに、透過率が3%程度以下であれは、搭乗者は、0Vにおける完全な遮光状態から、それほど遮光状態が変化したことを感じず、光漏れはほとんど生じていないと感じている為、許容範囲とする。なお、この場合も、透過率1%程度以下とすると、遮光状態の変化はほとんど感じられない為、より好ましい。
液晶分子8Aの倒れる方向が0度〜90度の場合、透過率が3%以下である。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が120度以上の場合、透過率は3%より大きくなるので、不適である。
第1実施形態と同様に、22%以上であれば、搭乗者は透過率の上昇を十分に感じることができる。このため、22%以上を許容範囲とする。
液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が0度、30度、90度以上の場合、透過率が22%以上である。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が45度と60度の場合、最大透過率は22%より小さくなるので、不適である。
図12は、第2実施形態における液晶分子8Aの倒れる方向の好ましい範囲を説明する図である。図示するように、互いの間が90度の2ドメインによるVA方式の調光フィルム1では、液晶分子8Aの倒れる方向は、上述のように0度以上30度以下、又は90度程度が好ましい。
次に、本発明の第3実施形態について説明する。
第3実施形態は、液晶層8が2つの領域に分離されており、それぞれの液晶層8の液晶分子8Aが垂直から水平方向へと行き来する際に傾く方向異なる2ドメインの形態である。
他の構成については第1実施形態と同様であるので、同様な構成の説明は省略する。
第1,第2実施形態と同様に、予備電圧として約2.5Vの電圧を透明電極11,16間に印加したときに、透過率が3%程度以下であれは、搭乗者は、0Vにおける完全な遮光状態から、それほど遮光状態が変化したことを感じず、光漏れはほとんど生じていないと感じている為、許容範囲とする。なお、この場合も、透過率1%程度以下とすると、遮光状態の変化はほとんど感じられない為、より好ましい。
液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が45度〜135度の場合、透過率が3%以下である。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が0度から30度より小さい場合、150度より大きい場合、透過率は3%より大きくなるので、不適である。
最大透過率は.175以上であれば、搭乗者は透過率の上昇を十分に感じることができる。このため。22%以上を許容範囲とする。
液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が45度〜135度の場合、透過率が22%以上である。
これに対して液晶分子8Aの倒れる方向(方位角)が0度から30度より小さい場合、150度より大きい場合、透過率は22%より小さくなるので、不適である。
図15は、第3実施形態における液晶分子8Aの倒れる方向の好ましい範囲を説明する図である。図示するように、互いの間が180度の2ドメインによるVA方式の調光フィルム1では、液晶分子8Aの倒れる方向は、上述のように45度以上135度以下が好ましい。なお、液晶分子を前方斜め45°方向に倒す場合、偏光板の利用率から考えると、最も効率がよい。
2、3 直線偏光板
6、15 基材
8 液晶層
11、16 透明電極
13、17 配向層
130 車両
132 サンルーフ
140 制御部
200 調光システム
Claims (3)
- 液晶分子が配置された液晶層、及び、互いに対向し、前記液晶層を挟むようにして配置された2枚の面状の電極を有する調光フィルムと、
前記電極間に駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧の値によって調光フィルムの透過率を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記駆動電圧の印加に先立って前記駆動電圧より小さい予備電圧を前記電極間に印加し、
前記調光フィルムは、車両のサンルーフに配置され、
前記車両の進行方向を0°として調光フィルムを下から見たときの、前記液晶分子の倒れる方位角が、45度以上90度以下である、
調光システム。 - 液晶分子が配置された液晶層、及び、互いに対向し、前記液晶層を挟むようにして配置された2枚の面状の電極を有する調光フィルムと、
前記電極間に駆動電圧を印加するとともに、前記駆動電圧の値によって調光フィルムの透過率を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記駆動電圧の印加に先立って前記駆動電圧より小さい予備電圧を前記電極間に印加し、
前記調光フィルムは、車両のサンルーフに保持され、
前記液晶層は、前記駆動電圧によって前記液晶分子が、互いに180度異なる2方向に倒れる第1の領域と第2の領域とを備え、
前記車両の進行方向を0°とし、調光フィルムを下から見たときの、前記第1の領域に配置された前記液晶分子の倒れる方位角が、
45度以上135度以下である、
調光システム。 - 前記予備電圧は、前記液晶分子を前記調光フィルムの表面の法線から1度以上5度以下傾ける電圧である、
請求項1又は請求項2に記載の調光システム。
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