JP2024030338A

JP2024030338A - 調光装置

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Publication number: JP2024030338A
Application number: JP2022133160A
Authority: JP
Inventors: 昌明吉野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-08-24
Filing date: 2022-08-24
Publication date: 2024-03-07

Abstract

【課題】調光装置の電源接続部において、ＩＴＯとＦＰＣとをＡＣＦを用いて接合する際に、ＡＣＦに含まれる導電粒子に起因するＩＴＯへのクラックの発生を抑制し、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値上昇に伴う駆動電圧の低下を防止できる調光装置を提供することを課題とする。【解決手段】印加電圧に応じて不透明状態と、透明状態とを切り替え可能な調光シートと、調光シートを外部電源に接続するための電源接続部とからなる調光装置であって、前記調光シートは、調光層と、前記調光層に電圧を印加する透明電極層が形成された透明基材に挟持されてなる構成であり、前記電源接続部は、前記透明電極層とＦＰＣとをＡＣＦを介して電気的に接続しつつ、機械的に接着された構造を有し、前記透明電極層と前記ＡＣＦ間には、さらに導電性物質が積層され、前記導電性物質は、前記透明電極層より柔軟な材料からなる調光装置。【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を備えた調光装置に関し、特に、透明電極層により挟持された液晶素子を駆動するタイプの調光装置における電源接続部の改良された調光装置に関する。

従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する液晶パネルを用いた調光シートに関する工夫が種々に提案されている。調光シートとして、ＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎ
Ｏｘｉｄｅ）による透明電極間に保持された液晶層を備え、透明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（あるいは白濁状態）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るタイプが例示される（例えば、特許文献１参照）。

このような調光シートは、例えばガラス等の透明基材に固定することにより、建築物のみならず車両向けの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、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、映像を映し出すスクリーンの用途としての利用についても提案されている。

こうした調光シートと、透明電極層を電源に接続するための電源接続部とから、調光装置が構成される。外部電源から給電するための電源接続部として、低コストで簡便な構造として、透明電極ＩＴＯとＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）とをＡＣＦ（導電性接着層）を用いて電気的に接続しつつ、機械的に接着することで配線を引き出す構造も採用されている（特許文献２参照）。ＦＰＣとＡＣＦを用いた接続では、面状の接合構造となり、調光ユニットの運搬時や取り付け作業時の揺れや衝撃に対して、接合の耐久性が向上している。

しかしながらＩＴＯは、柔軟性に欠け、調光シートを透明基材に貼り付けて使用されることにより、ＡＣＦに含まれる導電粒子がＩＴＯに接触し、応力をかけてＩＴＯ上へクラックを発生させてしまうおそれがある。そして、このＩＴＯ上のクラックが発生した箇所において、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値が上昇し、調光装置の駆動電圧が低下し、調光を害するという問題があった。

特開２０１７－１８７７７５号公報特許第６４３９０２９号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、調光装置の電源接続部において、ＩＴＯとＦＰＣとをＡＣＦを用いて接合する際に、ＡＣＦに含まれる導電粒子に起因するＩＴＯへのクラックの発生を抑制し、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値上昇に伴う駆動電圧の低下を防止できる調光装置を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するための手段として、本発明の第１の態様は、
印加電圧に応じて不透明状態と、透明状態とを切り替え可能な調光シートと、調光シー
トを外部電源に接続するための電源接続部とからなる調光装置であって、
前記調光シートは、調光層と、前記調光層に電圧を印加する透明電極層が形成された透明基材に挟持されてなる構成であり、
前記電源接続部は、前記透明電極層とＦＰＣとをＡＣＦを介して電気的に接続しつつ、機械的に接着された構造を有し、
前記透明電極層と前記ＡＣＦ間には、さらに導電性物質が積層され、
前記導電性物質は、前記透明電極層より柔軟な材料からなることを特徴とする調光装置である。

また、第２の態様は、
前記導電性物質は、金または銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の調光装置である。

調光装置の電源接続部において、ＩＴＯとＦＰＣとをＡＣＦを用いて接合する部分に、ＩＴＯとＡＣＦ間にさらに、ＩＴＯより柔軟な導電性物質を積層する。導電性物質は、ＩＴＯよりも柔らかい材料からなることで、ＡＣＦに含まれる導電性粒子の接触による応力を緩和し、ＩＴＯへのクラックを抑制してＦＰＣと調光シートの接合抵抗値の上昇を防止することができる。

導電性物質は、ＩＴＯよりも柔らかい金または銀などを含む材料からなることが望ましい。

調光装置の電源接続部において、ＩＴＯとＦＰＣとをＡＣＦを用いて接合する際に、ＡＣＦに含まれる導電粒子に起因するＩＴＯへのクラックの発生を抑制し、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値上昇に伴う駆動電圧の低下を防止できる調光装置を提供することが可能である。

本発明の一実施形態による調光装置の正面図。調光装置の一方の面に形成された電源接続部の概略断面図。調光装置の他方の面に形成された電源接続部の概略断面図。ＩＴＯ上のクラックを示す電子顕微鏡図。

本発明の一実施形態による調光装置の構造の一例について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態による調光装置の正面図であるが、図１が示すように、調光装置１０は、大面積での使用形態にあたって、例えば、窓ガラス等の透明板２０に取り付けられる。調光装置１０は、フレキシブルで薄い材料が主体であり、可撓性に富む。支持基材は、ガラスや樹脂等からなる透明な板状の部材であって平面状であってもよいし曲面状でもよい。透明板２０は、窓ガラス以外にパーテーションやガラス壁等の建材であってもよいし、自動車の窓ガラス等の車両用部材であってもよい。

調光装置１０は、略矩形形状を有しており、調光装置１０の大半を占める調光シート１１と調光シート１１の端部の電源接続部１６Ａ、１６Ｂとを含む。調光シート１１は、調光層（液晶層）１２と、調光層１２に電圧を印加する一対の透明電極層１３Ａ、１３Ｂに挟持されてなる構成である。透明電極層１３Ａには外部電源から給電するための電源接続部１６Ａが接続され、透明電極層１３Ｂには外部電源から給電するための電源接続部１６Ｂが接続されている。

調光層１２は、液晶組成物を含む。例えば、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＮｅｔｗｏｒｋＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：ＰｏｌｙｍｅｒＤｉｓｐｅｒｓｅｄＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌ）、カプセル型ネマティック液晶（ＮＣＡＰ：ＮｅｍａｔｉｃＣｕｒｖｉｌｉｎｅａｒＡｌｉｇｎｅｄＰｈａｓｅ）等から構成される。例えば、高分子ネットワーク型液晶は、３次元の網目状を有した高分子ネットワークを備え、高分子ネットワークが有する空隙に液晶分子を保持する。調光層１２が含む液晶分子は、例えば、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、ビフェニル系、ターフェニル系、安息香酸エステル系、トラン系、ピリミジン系、シクロヘキサンカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ジオキサン系の液晶分子である。

調光層１２に電圧を印加する一対の透明電極層１３Ａ、１３Ｂの各々は、導電性を有する透明な層である。透明電極層１３Ａ、１３Ｂを構成する材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）を含むポリマー等が挙げられる。透明電極層１３Ａ、１３Ｂの好適な厚さは略８０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下である。

液晶素子を調光層として用いる調光シート１１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。

ノーマルモードの調光シート１１では、透明電極層１３Ａ、１３Ｂに駆動電圧が印加されていないとき、液晶分子の長軸方向の向きは不規則である。そのため、調光層１３に入射した光は散乱し、調光領域は白濁して見える。すなわち、調光層１３に駆動電圧が印加されていないとき、調光領域は不透明である。一方、透明電極層１３Ａ、１３Ｂに駆動電圧が印加されると、液晶分子が配向され、液晶分子の長軸方向が透明電極層１３Ａ、１３Ｂ間の電界方向に沿った向きとなる。その結果、調光層１２を光が透過しやすくなり、調光領域は透明となる。

電源接続部１６Ａ、１６Ｂは、調光シートの一辺に沿って、調光シート１１の端部に位置する。電源接続部１６Ａ、１６Ｂが配置される上記一辺は矩形のいずれの辺であってもよく、透明板２０や駆動回路（不図示）の配置等に応じて設定されればよい。また、電源接続部１６Ａ、１６Ｂは、上記一辺の中央部を含む位置に配置されてもよいし、図１に示す様に、上記一辺の端部を含む位置に配置されてもよい。そして、電源接続部１６Ａ、１６Ｂは、リード線（不図示）を備え、リード線は、調光シート１１の外側に延び、駆動回路に接続されている。

また、電源接続部１６Ａ、１６Ｂが接続する透明電極層１３Ａ、１３Ｂの該当する箇所にあたる他方の透明電極層の一部（それぞれ透明電極層１３Ｂの一部、透明電極層１３Ａの一部）は、カットされて除去されて、電源接続部１６Ａ、電源接続部１６Ｂは、調光層１２および他方の透明電極層から露出する領域に接続されている。

詳細には、図２が示すように、一方の透明電極層１３Ａは、透明電極形成層１４Ａと透明支持層１５Ａとの積層体である。透明支持層１５Ａは、透明な基材である。透明支持層１５Ａの材料としては、ポリエチレン，ポリスチレン，ポリエチレンテレフタレート，ポリビニルアルコール，ポリカーボネート，ポリ塩化ビニル，ポリイミド，ポリサルホン，シクロオレフィンポリマー，トリアセチルセルロース等からなる高分子フィルムが用いら
れる。透明支持層の厚みは、それぞれ約５０～２００μｍ程度が望ましい。

透明支持層１５Ａは、接着層２５を介して透明板２０に貼り付けられており、透明電極層１３Ａは、調光層１２の一方の面に接し、電源接続部１６Ａは、透明電極層１３Ａのなかで調光層１２および他方の透明電極層１３Ｂから露出する領域に接続されている。図３が示すように、他方の透明電極層１３Ｂは、透明電極形成層１４Ｂと透明支持層１５Ｂとの積層体であり、透明電極層１３Ｂは、調光層１２の他方の面に接している。透明支持層１５Ｂは、透明支持層１５Ａと同一の材料からなり、電源接続部１６Ｂは、透明電極層１３Ｂのなかで調光層１２および他方の透明電極層１３Ａから露出する領域に接続されており、透明板２０と対向する。

電源接続部１６Ａ、１６Ｂは、透明電極層１３Ａ、１３Ｂに接合された導電性接着層であるＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂと、ＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂによって接合されたフレキシブルプリント基板ＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂとを備える。さらに、透明電極層１３Ａ、１３ＢとＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂの間にはさらに導電性物質１９Ａ、１９Ｂが積層されている。導電性物質１９Ａ、１９Ｂは、例えば金または銀ペースト等の透明電極層１３Ａ、１３Ｂより柔軟な材料からなる。電源接続部１６Ａ、１６Ｂは、さらに、ＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂに接続されたリード線とを備える。リード線は、電源から供給される電圧を駆動電圧に変換する駆動回路に接続され、電源接続部１６Ａ、１６Ｂを通じて、透明電極層１３Ａ、１３Ｂに駆動電圧が印加される。

ＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂは、熱硬化性又は熱可塑性の樹脂シート材料である。自身が接着性を持つ場合もあるこの樹脂シート材料をＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂの端子部と給電領域の透明電極層１３Ａ、１３Ｂ表面との間に設置して、加熱圧着しながら樹脂を硬化又は成形する。これにより加熱圧着箇所となる厚さ方向では導通をとることができる。ＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂは、ポリイミド等の絶縁性樹脂から構成された柔軟性を有する基材である絶縁性樹脂層の表面に、銅等の金属薄膜をパターニングして構成されたリード線を備えており、外部電源からの調光シート１１への給電を受け持つ。

前述したように、導電性接着層であるＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂが、直接透明電極層１３Ａ、１３Ｂに接着すると、ＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂに含まれる導電性粒子の接触による応力によって、透明電極層１３Ａ、１３Ｂにクラックが発生し、その結果ＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂと調光シート１１の接合抵抗値上昇に伴う駆動電圧の低下を引き起こし、調光が害されることになる。図４に、電子顕微鏡で観察された透明電極層ＩＴＯ上のクラックを示す。導電性物質１９Ａ、１９Ｂは、ＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂが、直接透明電極層１３Ａ、１３Ｂに接着しないように、透明電極層１３Ａ、１３ＢとＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂの間に積層されており、この導電性物質１９Ａ、１９Ｂは、透明電極層１３Ａ、１３Ｂよりも柔らかい金または銀を含む材料からなることで、ＡＣＦ１７Ａ、１７Ｂに含まれる導電性粒子の接触による応力を緩和し、クラックを抑制してＦＰＣ１８Ａ、１８Ｂと調光シート１１の接合抵抗値の上昇を防止することができる。

透明電極層１３Ａ、１３Ｂへの電源接続部１６Ａ、１６Ｂの形成にあたっては、図示されるように、矩形の調光シート１１の一辺の端部にあたる透明電極層１３Ｂ、１３Ａ（それぞれ他方の透明電極層）に切り欠け部を形成した上で除去して、露出させた透明電極層１３Ａ、１３Ｂ上にそれぞれ導電性物質（１９Ａ、１９Ｂ）、ＡＣＦ（１７Ａ、１７Ｂ）、ＦＰＣ（１８Ａ、１８Ｂ）をこの順に接合させる手順が採られる。金または銀を含む材料からなる導電性物質（１９Ａ、１９Ｂ）は、透明電極層（１３Ａ、１３Ｂ）上に、貼りこみや印刷または蒸着などの公知の手法により形成される。

ＡＣＦと透明電極ＩＴＯの間に導電性物質を設けなかった場合（試料１）と、図２および図３のように、ＡＣＦと透明電極ＩＴＯの間に導電性物質として銀ペーストを設けた場合（試料２）の調光装置を作成した。参考実験にて、試料１および試料２の調光シートに外部電源から給電し、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値を測定した。
試料１：透明電極ＩＴＯにクラックが発生し、接合抵抗値は３Ω
試料２：透明電極ＩＴＯにクラックが発生せず、接合抵抗値は０．３Ω
上記結果から、本発明の調光装置１０によって、透明電極ＩＴＯへのクラックの発生を抑制し、ＦＰＣと調光シートの接合抵抗値の上昇を防止できることがわかった。

１０・・・調光装置
１１・・・調光シート
１２・・・調光層
１３Ａ、１３Ｂ・・・透明電極層
１４Ａ、１４Ｂ・・・透明電極形成層
１５Ａ、１５Ｂ・・・透明支持層
１６Ａ、１６Ｂ・・・電源接続部
１７Ａ、１７Ｂ・・・ＡＣＦ
１８Ａ、１８Ｂ・・・ＦＰＣ
１９Ａ、１９Ｂ・・・導電性物質
２０・・・透明板
２５・・・接着層

Claims

印加電圧に応じて不透明状態と、透明状態とを切り替え可能な調光シートと、調光シートを外部電源に接続するための電源接続部とからなる調光装置であって、
前記調光シートは、調光層と、前記調光層に電圧を印加する透明電極層が形成された透明基材に挟持されてなる構成であり、
前記電源接続部は、前記透明電極層とＦＰＣとをＡＣＦを介して電気的に接続しつつ、機械的に接着された構造を有し、
前記透明電極層と前記ＡＣＦ間には、さらに導電性物質が積層され、
前記導電性物質は、前記透明電極層より柔軟な材料からなることを特徴とする調光装置。
前記導電性物質は、金または銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の調光装置。