JP2022043240A - 調光システム、調光フィルムの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
前記調光フィルムは、
第1の積層体及び第2の積層体により液晶層を挟持し、VA方式により前記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であり、
前記第1の積層体は、
少なくとも第1の基材及び第1の電極を備え、
前記第2の積層体は、
少なくとも第2の基材及び第2の電極を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、1500mm以下であり、
前記駆動電源は、周波数240Hz以下の矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光システム。
前記駆動電源は、
周波数45Hzを超える矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光システム。
給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、50mm以上であること、
を特徴とする調光システム。
前記第1の基材及び前記第1の電極の積層体、前記第2の基材及び前記第2の電極の積層体は、それぞれ、全光線透過率が85%以上92%以下であること、
を特徴とする調光システム。
を特徴とする車両。
前記調光フィルムは、
第1の積層体及び第2の積層体により液晶層を挟持し、VA方式により前記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であり、
前記第1の積層体は、
少なくとも第1の基材及び第1の電極を備え、
前記第2の積層体は、
少なくとも第2の基材及び第2の電極を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、1500mm以下であり、
前記駆動電源は、周波数240Hz以下の矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光フィルムの駆動方法。
前記調光フィルムは、
液晶分子及び二色性色素を含む液晶層を第1の積層体及び第2の積層体により挟持し、前記液晶層の前記液晶分子及び前記二色性色素の配向を制御して透過光を制御する調光フィルムであり、
前記第1の積層体は、
少なくとも第1の基材及び第1の電極を備え、
前記第2の積層体は、
少なくとも第2の基材及び第2の電極を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、1250mm以下であり、
前記駆動電源は、周波数480Hz以下の矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光システム。
前記駆動電源は、
周波数45Hzを超える矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光システム。
給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、50mm以上であること、
を特徴とする調光システム。
前記第1の基材及び前記第1の電極の積層体、前記第2の基材及び前記第2の電極の積層体は、それぞれ、全光線透過率が85%以上92%以下であること、
を特徴とする調光システム。
を特徴とする車両。
前記調光フィルムは、
第1の積層体及び第2の積層体により液晶層を挟持し、ゲストホスト方式により前記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であり、
前記第1の積層体は、
少なくとも第1の基材及び第1の電極を備え、
前記第2の積層体は、
少なくとも第2の基材及び第2の電極を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、1250mm以下であり、
前記駆動電源は、周波数480Hz以下の矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光フィルムの駆動方法。
〔調光フィルム〕
図1は、本発明の第1実施形態に係る調光システムに適用される調光フィルムを示す断面図である。この調光フィルム10は、液晶を利用して透過光を制御するフィルム材あり、印加電圧の可変によりVA方式のシングルドメイン方式により液晶の配向を可変して透過光を制御する。
液晶セル14は、フィルム形状による第1及び第2の積層体である下側積層体15D及び上側積層体15Uにより液晶層18を挟持して構成される。下側積層体15Dは、透明フィルム材による基材16に、透明電極21、スペーサー22、配向層23を作製して形成される。上側積層体15Uは、透明フィルム材による基材25に、透明電極26、配向層27を積層して形成される。液晶セル14は、この下側積層体15D及び上側積層体15Uに設けられた透明電極21、26の駆動により、VA方式により液晶層18に設けられた液晶の配向を制御し、これにより透過光の偏光面を制御する。液晶セル14は、この実施形態では、シングルドメイン方式により構成される。
図2は、この調光フィルム10を使用した調光システム1の説明に供する図である。調光システム1は、調光フィルム10が車両の外光が入射する部位(フロントウインドウや、サイドウインドウ、リアウインドウ、ルーフウインドウ等)や、窓ガラス、透明パーテーション等の調光を図る部位に貼付けられて保持される。調光システム1は、この調光フィルム10に駆動電源2から駆動用の電源を供給し、これにより透明電極21、26に駆動用の電源V0を供給する。調光システム1では、この駆動用の電源V0の振幅をユーザーの操作等により可変し、これにより調光フィルム10の透過率を制御して調光を図る。
ここで図3は、駆動用の電源Vの周波数を可変して透光時における透過率を計測した計測結果を示す図である。L25、L50、L150、L250は、それぞれ給電点Pから、給電点Pに係る1辺の延長方向と直交する方向に距離25mm、50mm、150mm、250mmだけ離間した部位での計測結果である。計測に使用した調光フィルムは、1辺の長さが280mmの正方形形状による調光フィルムであり、図2について上述した1箇所に給電点が設定された調光フィルムを使用した。なお透明電極21、26は、ITOを使用して厚み29nm、シート抵抗200Ω/□により作製した。基材16、25は、両面に厚み1.5~3μmのハードコート層を備えた厚み100μmのCOPフィルム材を適用し、ITOの下層に厚み90~110μmによるインデックスマッチング層を設けた。なお電源V0は、振幅10V、デユーティー比50%の矩形波である。
図5は、図4の透過率の判定結果を示す図である。図5においては、透過率29%以上を「〇」、透過率26%以上29%未満を「△」、透過率26%未満を「×」により示す。判定結果「○」及び「△」は、透過率が26%以上であり実用上十分であるものと判定する。
これに対して、駆動周波数が240Hzよりも大きくなると、距離Lが大きい場合に十分な透過率を確保できないことが確認された。
ところで図3、図4について上述した透過率の変化は、電極21、26の抵抗と静電容量によるものであることにより、電極21、26が形成されるシート抵抗により大きく変化することになる。ここで、シート抵抗とは、図1における、基材16及び透明電極21の積層体、又は、基材25及び透明電極26の積層体の状態で測定した、透明電極21、透明電極26のシート抵抗を意味する。
その後、アセトン又はN-メチル-2-ピロリドンを浸した布(ワイパー)で表面を擦り、面内複数個所(例えば、面内を9等分し、9等分された各領域の中心)で配向層23、27を除去して、透明電極21、26を露出させる。
そして、抵抗率計(三菱ケミカルアナテリック社製 Loresta-AX MCP-T370)を用いてシート抵抗を、複数の計測箇所において測定し、その測定結果を平均化して求める。
なお、この計測結果の処理においては、複数個所の測定結果のうち、他点の測定結果から大きく外れる箇所(3σを超える結果となった箇所)は、配向層の除去不十分や電極の損傷等が推定されるため、必要に応じて別な箇所で改めて測定を行う。
ところでこのようにシート抵抗を小さくしても、電極21、26自体の透過率が低下すると、全体的に透過率が低下し、透光時における透過率が低下することになる。そこでこの実施形態では、電極21と基材16との積層体、電極26と基材25との積層体において、それぞれ透過率(全光線透過率)が85%以上92%以下であるように、好ましくは89%以上90%以下であるようにする。なお、シート抵抗を50Ω/□以上とすることで上記の透過率を確保できる。
図6及び図7は、図3との対比により、それぞれ駆動用の電源V0の周波数を60Hz、480Hzとして、給電点Pからの距離Lによる透過率の計測結果を示す図である。この図6及び図7の計測結果によれば、駆動用の電源V0の周波数が480Hzのとき、給電点Pからの距離Lが大きくなれば、透過率の低下が著しいことが判る。これにより調光フィルム10を大面積により作製する場合、給電点Pから遠ざかった部位で局所的な透過率の低下が予測される。
ここで、調光フィルム10を一辺の長さ280mmの正方形形状により作製して実験したところ、図3に示すように、周波数240Hz以下による駆動によっては、距離Lが330mmであっても、透過率が26%未満となるような局所的な透過率の低下が観察されないことが判った。なお、この実験では、給電点Pが1辺の中央であることにより、図3について上述した調光フィルムでは、この給電点Pから最も遠ざかった対向する辺の端部までの距離Lは、約330mm(((280)2+(280/2)2)1/2)である。
したがって、例えば、この図2に示す例よりも調光フィルムが大型化した場合にあっては、給電点Pまでの距離Lが1500mm以下であるように給電点Pを設定することにより、調光フィルムの局所的な透過率の低下を防止することができる。
なお、図3の計測結果によれば、距離Lが50mm以上の場合に、周波数の増大による透過率の低下が著しくなる傾向となるが、上述の電源の周波数、シート抵抗の設定により、透過率の局所的な変化を極力抑制することができる。
(1)本実施形態の調光システム1は、調光フィルム10と駆動電源2とを備え、調光フィルム10は、第1の積層体15D及び第2の積層体15Uにより液晶層18を挟持し、VA方式により液晶層18の液晶分子の配向を制御して透過光を制御している。第1の積層体15Dは、少なくとも第1の基材16及び第1の電極21を備え、第2の積層体15Uは、少なくとも第2の基材25及び第2の電極26を備え、第1の電極21及び第2の電極26は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点Pから調光フィルム10内の最も離れた位置までの距離Lが、1500mm以下である。また駆動電源2は、周波数240Hz以下の矩形波により駆動用の電源を供給する。
これにより、調光システム1は、電極21、26間の静電容量の充放電による波形なまりを十分に抑圧して、局所的な透過率の低下を極力抑制することができ、これによって透過光の制御に関して高い性能を確保することができる。
これにより、波形なまりを十分に抑圧して、局所的な透過率の低下を防止することができ、調光フィルムの駆動方法は、透過光の制御に関して高い性能を確保することができる。
〔調光フィルム〕
図8は、第2実施形態に係る調光システムを示す図である。
この実施形態の調光システム101は、この調光フィルム110に関する構成が異なる点を除いて、第1実施形態の調光システム1と同一に構成される。
液晶セル104は、フィルム状の下側積層体(第1の積層体)105D及び上側積層体(第2の積層体)105Uにより液晶層108を挟持して構成される。
下側積層体105Dは、基材106に、透明電極111、スペーサー112、配向層113を配置して形成される。
上側積層体105Uは、基材115に、透明電極116、配向層117を配置して形成される。調光フィルム110は、この上側積層体105U及び下側積層体105Dに設けられた透明電極111、116の駆動により、液晶層108に設けられた液晶分子108Aへの電界を変化させて、入射した光の透過率を制御することができる。
基材106、115は、この種のフィルム材に適用可能な種々の透明フィルム材を適用することができる。この実施形態において、基材106、115は、ポリカーボネートフィルムが適用されるものの、COP(シクロオレフィンポリマー)フィルム、TACフィルム等を適用してもよい。
透明電極111、116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、この実施形態ではITO(Indium Tin Oxide)による透明電極材により形成される。
スペーサー112は、液晶層108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、スペーサー112は、フォトレジストにより作製され、透明電極111が形成された基材106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。
なお、スペーサー112は、基材106上であれば、任意の積層位置に設けることができる。例えば、図8に示す形態の他、配向層113上に、設けるようにしてもよく、また基材106と透明電極111との間に設けるようにしてよい。
一方の積層体にのみ電極が設けられている場合、スペーサー112は、基材の直上に設けられるようにしたり、基材上に配向層を形成し、その上に設けられるようにしたりすることができる。
スペーサー112にビーズスペーサーを用いる場合、ビーズスペーサーは、配向層を形成した後に、配向層上に散布されることによって配置される。この場合、液晶層108内(配向層上)におけるビーズスペーサーの移動を抑制する観点から、ビーズスペーサーの表面に粘着剤等により形成される固着層を設けるようにしてもよい。
また、液晶層108内におけるビーズスペーサーの移動を抑制する観点から、配向層を形成する樹脂にビーズスペーサーを予め分散させて配向層の形成とともにビーズスペーサーを配置するようにしたり、液晶層を構成する液晶材料にビーズスペーサーを予め分散させて液晶層の形成とともにビーズスペーサーを配置するようにしたりすることも可能である。
なお、ビーズスペーサーは、上述のフォトレジストのスペーサーと同様に、第1の積層体及び第2の積層体のいずれか一方に配置されるようにしてもよく、また、各積層体のそれぞれに配置されるようにしてもよい。
また、上述の第1実施形態の調光フィルムのスペーサーについても同様である。
配向層113、117は、ポリイミド樹脂層をラビング処理して作製される。なお、配向層113、117は、液晶層108に係る液晶材料に対して配向規制力を発現可能な各種の構成を適用することができ、いわゆる光配向層により作製してもよい。
なお、光配向層の材料には、光配向の手法を適用可能な各種の材料を適用することができるものの、例えば、一旦配向した後には、紫外線の照射によって配向が変化しない、例えば光二量化型の材料を使用することができる。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。
液晶層108は、棒状に形成されたゲストホスト液晶分子108A及び二色性色素108Bによるゲストホスト液晶の溶液により形成され、この種の調光フィルム110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る。
なお、調光フィルム110は、液晶分子にいわゆるネガ型の液晶組成物を適用して、液晶層108への無電界時、液晶分子を水平配向させ、液晶層108の電界印加時に液晶分子を垂直配向させ、これによりいわゆるノーマリーブラックにより構成されるようにしてもよい。
また、これらの水平配向時において液晶分子を旋回させてもよく、これらによりVA方式、TN方式等、種々の駆動方式を広く適用することができる。
ここで、ゲストホスト方式において、VA(Vertical Alignment)方式は、無電界時、液晶層108の液晶分子は垂直配向し、電界印加時、液晶分子を垂直配向させる方式である。また、TN(Twisted Nematic)方式とは、電界の印加により、液晶分子の配向を垂直方向(厚み方向)と水平ねじれ方向とで変化させる方式である。
調光フィルム110は、液晶層108を囲むように、シール材119が配置され、このシール材119により上側積層体105U、下側積層体105Dが一体に保持され、液晶材料の漏出が防止される。シール材119は、例えばエポキシ樹脂、アクリル樹脂等の熱硬化性樹脂や紫外線硬化性樹脂等を適用することができる。
図9は、本実施形態に係る調光システムの透光時における給電点からの距離Lにおける透過率と電源周波数との関係を示す図である。ここで、図9に示す、L=25mm~100mmまでの透過率は、実測結果であり、L=250mm~2000mmの透過率は、上述の実測結果に基づいて近似式を求め、その近似式に基づいて求めた結果である。
図10は、図9の透過率の判定結果を示す図である。図10においては、第1実施形態(図5)の場合と同様に、透過率29%以上を「〇」、透過率26%以上29%未満を「△」、透過率26%未満を「×」により示す。判定結果「○」及び「△」は、透過率が26%以上であり実用上十分であるものと判定する。
そこで、ゲストホスト方式の調光フィルム110を有する調光システム101は、駆動周波数を480Hz以下に設定し、距離Lが1250mm以下において、必要十分な透過率を実現するとともに、調光フィルム110の駆動による消費電力が大きくなりすぎてしまうのを防ぐ。
また、この実施形態でも、上述の第1実施形態と同様に、駆動周波数45Hzよりも大きくすることにより、電源の極性の切り替えが起因となるちらつき(フリッカ)が発生してしまうのを抑制することができる。
以上より、本実施形態の調光システム101では、周波数45Hzを超える周波数であって周波数480Hz以下の矩形波により振幅0V~20Vの範囲で駆動用の電源V0を供給する。
また、この実施形態において、調光フィルム110は、透明電極111及び116が、第1実施形態における積層体15U、15Dにおける透明電極と同様にして作成され、これによりシート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であるように設定される。なおシート抵抗は、好ましくは50Ω/□以上200Ω/□以下であり、より好ましくは50Ω/□以上150Ω/□以下であるように設定される。
これにより、本実施形態では、駆動用の電源の周波数を設定してちらつきを有効に回避し、さらに、充分な透過率を確保し、効率良く調光を図ることができる。
したがって、本実施形態では、シート抵抗の範囲を上記のように設定し、ちらつきを有効に回避して十分な透過率を確保し、透過光の制御に関して高い性能を確保することができる。
さらに、調光フィルム110は、第1実施形態と同様にして、上側積層体105U、下側積層体105Dも透過率(全光線透過率)が、それぞれ85%以上92%以下であるように作成される。なお積層体105U、105Dの透過率は、好ましくは89%上90%以下である。
これにより調光システムでは、上側積層体105U、下側積層体105Dによる調光フィルム110の透過率の低下を十分に防止する。
またさらに、この実施形態において、調光フィルム110は、調光フィルム110の面内の任意の箇所から、給電点Pまでの距離Lが、1250mm以下であることが望ましい。図8及び図9に示す結果により、周波数480Hz以下による駆動において、距離Lが1250mm以下の場合には、26%以上の透過率を確保することができるが、距離Lが1250mmを超えてしまうと26%以上の透過率を確保することが困難になるからである。
以上より、本実施形態では、給電点から調光フィルム110の面内の最も離れた位置までの距離Lが1250mm以下となるように、調光フィルム110の大きさ及び給電点Pの位置を設定することによって、局所的な透過率の低下を防止することができる。
なお、距離Lが50mm以上の場合に、周波数の増大による透過率の低下が生じるが、上述の電源の周波数、シート抵抗の設定により、透過率の局所的な変化を極力抑制することができる。
(1)本実施形態の調光システム101は、調光フィルム110と駆動電源102とを備え、調光フィルム110は、液晶分子108A及び二色性色素108Bを含む液晶層108を第1の積層体105D及び第2の積層体105Uにより挟持し、液晶層108の液晶分子108A及び二色性色素108Bの配向を制御して透過光を制御する。第1の積層体105Dは、少なくとも第1の基材106及び第1の電極111を備え、第2の積層体105Uは、少なくとも第2の基材115及び第2の電極116を備える。また第1の電極111及び第2の電極116は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点Pから調光フィルム110の面内の最も離れた位置までの距離Lが、1250mm以下であり、駆動電源102は、周波数480Hz以下の矩形波により駆動用の電源を供給する。
これにより、ゲストホスト方式による調光フィルムに関して、電極111、116間の静電容量の充放電による波形なまりを十分に抑圧して、局所的な透過率の低下を防止することができ、これにより透過光の制御に関して高い性能を確保することができる。
これによりゲストホスト方式による調光フィルムに関して、波形なまりを充分に抑圧して、局所的な透過率の低下を防止することができ、調光フィルム110の駆動方法は、透過光の制御に関して高い性能を確保することができる。
図11は、本発明の第3実施形態に係る車両を示す図である。図11は、車両の鉛直上方から見た平面図である。
車両200は、上述の第1実施形態又は第2実施形態の調光システムを備えた乗用車である。車両200は、外光が入射する部位(フロントウインドウ210、サイドウインドウ211、リアウインドウ212、ルーフウインドウ213)の全てに、上述の第1実施形態又は第2実施形態の調光フィルムが配置されている。また、搭乗者の操作により駆動電源202の動作を制御し、各調光フィルム10、110に出力する駆動用の電源V0の振幅を可変して外光の入射を制御する。
なお、上述の説明では、調光フィルムは、車両200の外光が入射する部位の全てに配置される例を示したが、これに限定されるものでなく、これらの一部又は複数の部位に配置されるようにしてもよい。
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態を種々に変更することができる。
2、201 駆動電源
10、101 調光フィルム
12、13 直線偏光板
12A、13A 位相差フィルム
14、104 液晶セル
15D、105D 下側積層体
15U、105U 上側積層体
16、25、106、115 基材
18、108 液晶層
21、26、111、116 透明電極
22、112 スペーサー
23、27、113、117 配向層
29、119 シール材
108A 液晶分子
108B 二色性色素
200 車両
210 フロントウインドウ
211 サイドウインドウ
212 リアウインドウ
213 ルーフウインドウ
Claims (1)
- 調光フィルムと前記調光フィルムに駆動用の電源を供給する駆動電源とを備えた調光システムであって、
前記調光フィルムは、
第1の積層体及び第2の積層体により液晶層を挟持し、VA方式により前記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であり、
前記第1の積層体は、
少なくとも第1の基材及び第1の電極を備え、
前記第2の積層体は、
少なくとも第2の基材及び第2の電極を備え、
前記第1の電極及び前記第2の電極は、それぞれ、シート抵抗が50Ω/□以上300Ω/□以下であり、給電点から前記調光フィルムの面内の最も離れた位置までの距離が、1500mm以下であり、
前記駆動電源は、周波数240Hz以下の矩形波により前記駆動用の電源を供給すること、
を特徴とする調光システム。
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