JP2022091441A - 調光部材およびスクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】面内の温度差に基づくムラを抑制可能な調光部材を提供する。【解決手段】透明基材１の少なくとも片面に透明電極２が形成された、一対の透明導電基材１０の透明電極側を内側にして調光層３を挟持した調光フィルム６の双方の透明電極の対向する端部に給電電極４－１を備えた調光部材２０であって、調光フィルムのいずれか一方の透明基材の外側の表面には、銀、銅、亜鉛から選ばれたいずれか１またはいずれか２以上を含む金属薄膜９が形成されていることを特徴とする調光部材。【選択図】図１

Description

本発明は、調光フィルムを用いた調光部材に関する。

調光フィルムは、透明基材の表面に透明電極を形成した一対の透明導電基材の透明電極側を内側にして、電圧を印加すると光の散乱度が変化する事により光の透過度を変化させることができる調光層を挟持した積層体からなる光学部材である。

調光フィルムに電圧を給電する為に、一対の透明導電基材の透明電極に、それぞれ外部電源からの給電配線を接続する電極が設けられている。電極部の材料としては、給電配線と半田付けが可能な銅などの金属が使用される。この様な金属を用いた電極が、調光フィルムの両側の透明電極の端部に設置される事で給電可能となる。なお、以後、一対の透明導電基材の透明電極側を内側にして、電圧を印加すると光の散乱度が変化する事により光の透過度を変化させることができる調光層を挟持した積層体を調光フィルムと呼び、調光フィルムに給電電極を設け、給電可能としたものを調光部材と呼ぶ事がある。

調光フィルムを用いた調光部材は、住宅やオフィスの窓、ドア、仕切り板など、大型の調光フィルムを用いた調光部材が使用されることが多い。その様な場合、調光部材の端部に設置された電極から電圧を印加して駆動する。空間的な制約などにより、電極サイズを十分に大きくとれないことから電極に向かって電流が集中し、電極付近の透明電極が発熱する。

電極付近の透明電極が発熱すると、その領域における調光層の光学的な特性が変化するため、電極付近と電極から離れたところでは温度に差が生じることにより、光学特性にも違いが生じ、ムラが発生する問題がある。調光層を構成している液晶材料が、温度の上昇に伴い、液晶状態から液体状態へと変態することによっても、光学特性が変化する。

例えば、大型の調光フィルムにおいては、例えば、エアコンの冷気が調光フィルムの一部にあたることでその部分の温度が、その他の部分の温度と違うことになっても、光学特性の違いが発生し、ムラが生じる。

この様な、調光フィルムの面内の温度差に起因するムラを抑制することに関する先行技術としては、特許文献１に、透過－散乱型の調光層を用いた調光フィルムにおいて、虹ムラ、及び色変化を伴うムラの発生を抑制可能な調光フィルムが開示されている。しかしながら、この技術は、調光フィルムの面内の温度差に基づくムラとは異なる虹ムラや色変化を伴うムラを解決する技術である。

特開２０１８－４５１３５号公報

上記の事情に鑑み、本発明は、面内の温度差に基づくムラを抑制可能な調光部材を提供することを課題とする。

上記の課題を解決する手段として、本発明の第１の態様は、透明基材の少なくとも片面に透明電極が形成された、一対の透明導電基材の透明電極側を内側にして調光層を挟持した調光フィルムの双方の透明電極の対向する端部に給電電極を備えた調光部材であって、
調光フィルムのいずれか一方の透明基材の外側の表面には、銀、銅、亜鉛から選ばれたいずれか１またはいずれか２以上を含む金属薄膜が形成されていることを特徴とする。

また、第２の態様は、第１の態様に記載の調光部材において、更に、前記透明基材と前記金属薄膜の間に、前記透明基材側から粘着層と透明樹脂基材をこの順に備えていることを特徴とする。

また、第３の態様は、前記金属薄膜の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする第１または第２の態様に記載の調光部材である。

また、第４の態様は、第１～第３の態様のいずれかに記載の調光部材において、前記調光層と前記透明電極の間に、更に、液晶配向膜を備えていることを特徴とする。

また、第５の態様は、前記調光層が、ポリマーネットワーク液晶または高分子分散型液晶を含むことを特徴とする第１～第４の態様のいずれかに記載の調光部材である。

また、第６の態様は、前記調光層の厚みが５～５０μｍであることを特徴とする第１～第５の態様のいずれかに記載の調光部材である。

また、第７の態様は、第１～第６の態様のいずれかに記載の調光部材を備えていることを特徴とするスクリーンであって、
前記調光部材の前記金属薄膜が形成されていない側の前記透明基材の表面に、粘着層を介して透明基材が備えられていることを特徴とする。

本発明の調光部材は、透明基材の少なくとも片面に透明電極が形成された、一対の透明導電基材の透明電極側を内側にして調光層を挟持した調光フィルムの双方の透明電極の対向する端部に給電電極を備えた調光部材である。調光フィルムのいずれか一方の透明基材の外側の表面に、銀、銅、亜鉛から選ばれたいずれか１またはいずれか２以上を含む金属薄膜が形成されている。この金属薄膜は、光透過率が調光部材の特性に悪影響を与えない高い光透過率を備え、且つ調光フィルムの表面温度を、温度差に起因するムラを発生させない程度に均一化することが可能な高い熱伝導率を備えている。そのため、面内の温度差に基づくムラを抑制可能な調光部材を提供する事が可能となる。

また、本発明のスクリーンは、本発明の調光部材を使用しているため、スクリーンの面内の温度差に基づくムラを抑制可能である。

本発明の調光部材の一例を示す断面説明図。 本発明の調光部材の一例を示す断面説明図。 本発明のスクリーンの一例を示す断面説明図。 本発明のスクリーンの一例を示す断面説明図。

＜調光部材＞
本発明の調光部材を、図１と図２を用いて説明する。

図１は、本発明の調光部材２０の構成を説明する断面説明図である。
本発明の調光部材２０は、透明基材１の少なくとも片面に透明電極２が形成された、一対の透明導電基材１０の透明電極２側を内側にして調光層３を挟持した調光フィルム６の一方の透明電極２の対向する端部に給電電極４－１を備えている。更に、もう一方の透明電極２の対向する端部にも給電電極４－１を備えている。それら一対の給電電極４－１間に電圧を印加する事によって、調光層３の光散乱度が変化し、調光部材２０として、透明、不透明を切り替える事が可能となる。

給電電極４－１に駆動電圧をかけて駆動すると電流が流れ、調光部材２０が駆動される。給電電極４－１は、透明導電基材１０の端部の一部に限られた大きさで備えられているため、大面積の透明電極２に対して小さいため、給電電極４－１の近傍において電流密度が高くなり、発熱する。

給電電極４－１の近傍において発熱すると、調光層３の温度が上昇する。調光層３は、液晶材料を含んでいるため、温度が上昇すると、その付近にある調光層３の光学的な特性が変化する。また、室温では液晶状態にあった液晶材料が、温度上昇によって液体状態に変化し、液晶としての性質を失うため、調光層３は正常に機能しなくなる。そのため、温度上昇した部分と温度上昇していない部分とでは、光学的な特性が異なってしまうため、ムラとして視認されることになる。また、逆にエアコンなどによる冷風が当たった部分では温度が低下するため、同様にして、光学的な特性が異なってしまうことによりムラが視認されることになる。

本発明の調光部材２０においては、少なくとも一方の透明導電部材１０の透明基材１の外側の表面に、金属薄膜９が形成されている。この金属薄膜９は、高い光透過性と高い熱伝導性を備えている。そのため、給電電極４－１の近傍において発熱しても、高い熱伝導性を備えた金属薄膜９によって、発熱した熱が速やかに周囲に移動することができるため、給電電極４－１の近傍の温度上昇を抑える事ができる。

図２は、本発明の調光部材３０の構成を説明する断面説明図である。
本発明の調光部材３０は、図１で説明した調光部材２０において、更に、透明基材１と金属薄膜９の間に、透明基材１側から粘着層７と透明樹脂基材１１をこの順に備えていることが特徴である。

この様な構成、すなわち、金属薄膜９と発熱する部分である給電電極４－２の近傍の透明電極から少し離れた場合であっても、図１に例示した調光部材２０と同様に、給電電極４－２の近傍において発熱しても、高い熱伝導性を備えた金属薄膜９によって、発熱した熱が速やかに周囲に伝導し、給電電極４－２の近傍の温度上昇を抑える事ができる。

なお、図１および図２に示した様に、調光フィルム６の端部は、封止材５－１、５－２によって、その端部の側面が封止され、外部から水分など、調光層３を劣化させる物質などが侵入するのを阻止している構造となっている。

金属薄膜９は、調光部材２０の光学的な特性に悪影響が出ない程度に高い光透過率、例えば８０％以上の高い光透過率を備えている。また、高い熱伝導率、例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を備えていることにより、給電電極４－１の付近の透明電極２が発熱しても、速やかに熱を周辺に伝導させることができる。そのため、給電電極４－１の付近の温度上昇を抑制する事が可能であり、温度上昇による調光層３の特性変化を防止する事ができる。

また、調光フィルム６において、一対の透明導電基材１０の透明電極２と、調光層３の
間に、液晶材料を配向させる配向膜が備えらえていても良い。

（透明基材）
透明基材１は、透明な樹脂やガラスなどからなるフィルム状やシート状の基材である。着色が無く、調光フィルム６の形を保持する事ができる機械的な強度を備えた光透過率が概ね８０％以上であるものであれば好適に使用する事ができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを挙げることができる。
後述する本発明のスクリーン４０、５０に用いる透明基材８についても、透明基材１と同様である。

（透明電極）
透明電極２は、透明導電膜からなる透明基材１上に形成された電極である。光透過率が８０％以上で、１×１０^－３Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率を備えた透明導電膜である事が望ましい。

透明導電膜としては、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）をはじめ、フッ素を添加した酸化錫系透明導電膜、アルミニウムやガリウムを酸化亜鉛に添加した酸化亜鉛系透明導電膜などが知られている。

透明導電膜の成膜方法と特に限定する必要はないが、例えばＩＴＯの場合は、スパッタリング法による成膜が好ましい。スパッタリング法は、真空チャンバー内が成膜材料によって汚れにくい特徴があり、成膜した透明導電膜の欠陥が少なく、装置の自動運転が容易であるなど、量産に適している。また、真空蒸着法、イオンプレーティング法、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などを挙げる事ができる。

（調光層）
調光層３は、電圧印加によって光の散乱度を変化させることが可能な液晶材料を使用することができる。例えば、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）やポリマーネットワーク液晶（ＰＮＬＣ）を挙げる事ができる。
調光層３の厚みは、５～５０μｍであることが好ましい。５μｍ未満の場合は十分なヘイズを得ることができない。換言すれば十分な不透明状態を発揮させることができない。また、５０μｍを超えると液晶を駆動させるために必要な電圧が大きくなりすぎて安全面の観点から好ましくない。

調光層３には、ノーマルモードの調光層とリバースモードの調光層がある。
ノーマルモードは、電圧を印加している時に光の散乱度が小さくなり透明状態となり、電圧を印加していない時に光の散乱度が大きくなり不透明状態となる。

リバースモードは、逆に、電圧を印加している時に光の散乱度が大きくなり不透明状態となり、電圧を印加していない時に光の散乱度が小さくなり不透明状態となる。
用途によって、ノーマルモードを使用するか、リバースモードを使用するか、を決める事ができる。

（金属薄膜）
金属薄膜９は、調光部材２０、３０の光学的な特性に悪影響が出ない程度に高い光透過率、例えば８０％以上の高い光透過率を備えており、且つ、高い熱伝導率、例えば１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を備えていることが望ましい。

熱伝導率が高い金属材料としては、銀、銅、金、アルミニウム、タングステン、マグネシウム、モリブデン、亜鉛、真鍮、ニッケル、鉄などを挙げる事ができる。これらの材料
の中でも、銀、銅、亜鉛から選ばれたいずれか１またはいずれか２以上を含む金属材料を好適に使用することできる。これらの金属材料は、薄膜にする事で、８０％以上の高い光透過率を得る事が可能であり、且つ１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率を得る事ができるためである。
例えば、銅を使用した場合、熱伝導率は約４００Ｗ／ｍ・Ｋである。
また、これらの金属材料は、抗菌効果や菌の繁殖抑制効果にも優れている。

また、本発明における金属薄膜９は、メッシュ状の金属パターンとしても良い。例えば、線幅が５μｍ、ピッチが５０μｍのメッシュ（格子状パターン）では、開口率が８１％である。メッシュでは、開口率は透過率に相当する。線幅だけを３μｍとした場合は、開口率が８８％となる。

一方、給電電極で発生した熱がメッシュを伝わり拡がって行く度合いは、熱伝達率によって考える事ができる。メッシュを伝わって行く熱移動量Ｑ（Ｗ、ワット）は、熱が伝わって行く断面積Ａ（ｍ^２）と、温度差ΔＴ（Ｋ、ケルビン）と、熱伝達率ｈ（Ｗ／ｍ^２・Ｋ））を乗じた値となる。例えば、線幅が５μｍ、ピッチが５０μｍのメッシュでは、全てが金属薄膜で形成されている場合と比較すると、線幅が５μｍの部分を熱が移動すると考えた場合、凡そ１／１０の熱移動量Ｑになると考えられる。そのため、透過率が８１％で、熱伝導率が使用した金属材料の１／１０程度である、とすることができる。例えば、銅を使用した場合は、熱伝導率が約４００Ｗ／ｍ・Ｋであるので、銅メッシュでは、熱伝導率が４０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の金属薄膜を形成した場合と等価であるとすることができる。

金属材料を用いた金属薄膜９の製造方法としては、特に限定する必要は無い。銀は真空蒸着法を使用することが好ましい。なぜなら、材料単価が高価であるため、ある程度以上の量が必要なスパッタリングターゲットが高価になるためである。銅や亜鉛はスパッタ法を使用することができる。特に、成膜速度を高くする事が可能な直流マグネトロンスパッタ装置を好適に使用することができる。

（給電電極）
給電電極４－１、４－２は、電源からの給電配線と接続可能な電極であれば特に限定する必要は無い。例えば、銅箔やブロック状の銅を、導電性接着剤を介して透明電極２に接着した電極とすることができる。

（封止材）
封止材５－１、５－２としては、調光フィルム６の端部から調光層３に水分などの調光層３を劣化させるものの侵入を阻止できる材料で、容易に調光フィルム６の端部を封止可能な材料であれば、特に限定する必要は無い。例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ系封止材料などを挙げることができる。

（透明樹脂基材）
透明樹脂基材１１は、透明な樹脂やガラスなどからなるフィルム状やシート状の基材であり、着色が無く、調光フィルム６の形を保持する事ができる機械的な強度を備えた光透過率が概ね８０％以上であるものであれば好適に使用する事ができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを挙げることができる。また、透明基材１と同一種の材料あっても良いし、異なる種類の材料であっても良い。

（粘着層）
粘着層７は、透明導電基材１０の透明基材１と、透明樹脂基材１１と、を接着可能な透明な材料であれば特に限定されない。各社から市販されている光学用粘着剤を好適に使用する事ができる。

＜調光部材の製造方法＞
本発明の調光部材の製造方法について説明する。
本発明の調光部材の製造方法は、概ね下記の製造工程により製造する事ができる。
・ 調光フィルムの製造工程
・ 給電電極の形成工程
・ 封止工程

（調光フィルムの製造工程）
まず、ＰＥＴフィルムなどの透明基材の片面にＩＴＯなどの透明導電膜からなる透明電極を形成する。透明導電膜の成膜には、直流マグネトロンスパッタ装置などの成膜装置を用いて成膜することができる。そのまま透明電極として使用することもできるが、一部、透明導電膜が形成されていない部分を形成する場合は、スパッタ装置で成膜する際に、金属板などを使用して作製したマスクをかけた状態で成膜する事により実施する事が可能である。

次に、透明基材の片面に透明電極を形成した透明導電基材の一部を使用して、透明電極が形成されていない側に金属薄膜を形成する。以上の工程により、片面に金属薄膜が成膜された透明導電基材と、透明電極だけが成膜された透明導電基材と、の２種類の材料を得ることができる。

次に、まず、それら２種類の材料を使用して、それらの材料の透明電極を内側にしてラミネートすることにより、調光層を挟持した積層体を製造する。具体的には、一方の透明導電基材の透明電極側を上にした状態で、塗布装置を用いて、調光層となる材料を透明電極の上に塗布する。

次に、片面に金属薄膜が成膜された透明導電基材の透明電極側を調光層となる材料に面して、ラミネータによってラミネートすることで、前記の積層体を得る事ができる。

次に、積層体の片面の端部において、給電電極を形成する積層体の端部から一定の距離だけ内側まで、片側の透明導電基材だけをカッターなどを用いて切断後、引き剥がすことで露出した調光層を、調光層を溶解可能な溶剤を用いて拭き取ることで、もう一方の透明導電基材の透明電極を露出させることができる。

次に、積層体を裏返し、積層体のもう一方の端部において、給電電極を形成する積層体の端部から一定の距離だけ内側まで、金属薄膜が成膜されたもう一方の透明導電基材だけをカッターなどを用いて切断後、引き剥がすことで露出した調光層を、調光層を溶解可能な溶剤を用いて拭き取ることで、もう一方の透明導電基材の透明電極を露出させることができる。

（給電電極の形成工程）
次に、積層体の両端部で露出した透明電極に、給電電極を形成する。給電電極の形成方法は特に限定する必要は無い。例えば、銅箔を、導電性接着剤を介して接着したものを給電電極としても良い。銅箔の代わりに、ブロック状の銅を、導電性接着剤を介して接着したものを給電電極としても良い。電源からの給電配線と電気的に接続可能な電極であれば如何なる形態の電極であっても良い。銅は、はんだ付けが可能であるが、はんだ付けが不要な接続を行う場合は、銅箔や銅ブロックの代わりにアルミニウムや他の導電性材料を使用しても良い。

（封止工程）
次に、調光フィルムの端部を、封止材を用いて封止する。封止材を端部に形成する方法は特に限定する必要は無い。例えば、液状のエポキシ系封止材料を用いる場合は、封止材料を刷毛などの封止材付与手段を用いて、調光フィルムの端部に塗布し、硬化させれば良い。また、テープ状の封止材を用いる場合は、端部を包む様に貼り付ければよい。ただし、この場合は、給電電極などの部位において、封止できない部分が生じるので、その様な部位には、液状の封止材料を併用すれば良い。

＜スクリーン＞
次に、本発明のスクリーンについて図３と図４を用いて説明する。

図３に例示した様に、本発明のスクリーン４０は、本発明の調光部材２０（図１参照）を備えていることを特徴とするスクリーンである。そのため、本発明の調光部材２０の特徴である、面内の温度差に基づくムラを抑制可能であるという特徴を備えている。

本発明のスクリーン４０は、調光部材２０の金属薄膜９が形成されていない側の透明基材１の表面に、粘着層７を介して透明基材８が備えられていることが特徴である。

本発明のスクリーン４０は、調光部材２０の金属薄膜９が形成されていない側の透明基材１の表面に、まず、粘着層７を形成後、透明基材８を貼り合わせることによって作製することができる。あるいは、先に、透明基材８の片面に粘着層７を形成しておき、その粘着層７側を調光部材２０の金属薄膜９が形成されていない側の透明基材１の表面に貼り合わせても良い。粘着層７の形成方法は特に限定されない。例えば、調光部材２０の金属薄膜９が形成されていない側の透明基材１の表面に、各種の塗工装置を用いて塗布することが可能である。また、人手によって刷毛などの塗布手段を用いて塗布することも可能である。

また、図４に例示した様に、本発明のスクリーン５０は、本発明の調光部材３０（図２参照）を備えていることを特徴とするスクリーンである。そのため、本発明の調光部材３０の特徴である、面内の温度差に基づくムラを抑制可能であるという特徴を備えている。

本発明のスクリーン５０は、調光部材３０の金属薄膜９が形成されていない側の透明基材１の表面に、粘着層７を介して透明基材８が備えられていることが特徴である。

本発明のスクリーン５０は、本発明のスクリーン４０と同様にして作製することがでる。

１・・・透明基材
２・・・透明電極
３・・・調光層
４－１、４－２・・・電極
５－１、５－２・・・封止材
６・・・調光フィルム
７・・・粘着剤
８・・・透明基材
９・・・金属層
１０・・・透明導電基材
１１・・・透明樹脂基材
２０、３０・・・調光部材
４０、５０・・・スクリーン

Claims (7)

1. 透明基材の少なくとも片面に透明電極が形成された、一対の透明導電基材の透明電極側を内側にして調光層を挟持した調光フィルムの双方の透明電極の対向する端部に給電電極を備えた調光部材であって、
   調光フィルムのいずれか一方の透明基材の外側の表面には、銀、銅、亜鉛から選ばれたいずれか１またはいずれか２以上を含む金属薄膜が形成されていることを特徴とする調光部材。
2. 請求項１に記載の調光部材において、更に、前記透明基材と前記金属薄膜の間に、前記透明基材側から粘着層と透明樹脂基材をこの順に備えていることを特徴とする調光部材。
3. 前記金属薄膜の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の調光部材。
4. 請求項１～３のいずれかに記載の調光部材において、前記調光層と前記透明電極の間に、更に、液晶配向膜を備えていることを特徴とする調光部材。
5. 前記調光層が、ポリマーネットワーク液晶または高分子分散型液晶を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の調光部材。
6. 前記調光層の厚みが５～５０μｍであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の調光部材。
7. 請求項１～６のいずれかに記載の調光部材を備えていることを特徴とするスクリーンであって、
   前記調光部材の前記金属薄膜が形成されていない側の前記透明基材の表面に、粘着層を介して透明基材が備えられていることを特徴とするスクリーン。

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