JP3461390B2 - 切換自在コレステリックフィルタおよびかかるフィルタを用いた照明器具 - Google Patents

切換自在コレステリックフィルタおよびかかるフィルタを用いた照明器具

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は電界を付与するための電
極を備える２枚の基板の間に配置した光学活性層を備
え、前記光学活性層がコレステリック相の液晶材料を含
む切換自在コレステリックフィルタに関する。また本発
明はかかる切換自在コレステリックフィルタを用いた照
明器具に関する。さらに切換自在コレステリックフィル
タは円偏光子および反射材ならびにいわゆる "ノッチフ
ィルタ" および "帯域フィルタ"で用いることができ
る。
【０００２】
【従来の技術】序文で述べた種類の切換自在コレステリ
ックフィルタはそれ自体既知である。例えば、特開昭63
−128317号明細書には電界により広範な波長にわたり色
を切換えることができるコレステリックフィルタが開示
されている。既知のコレステリックフィルタの光学活性
層は側基として置換したグルタミン酸基を有するサーモ
トロピック共重合体からなる。液晶転移温度未満の温度
では、重合体物質はコレステリック相である。 "コレス
テリックフィルタの切換" とはフィルタの反射特性、例
えば、反射帯の波長または強度が電界の影響下に変化す
ることである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】既知コレステリックフ
ィルタには欠点がある。例えば、色の変化は複雑で時間
を浪費する。色を変化させるには、光学活性層の温度を
液晶転移温度より高くし、その後電界を等方性相で付与
しその電界強度を変化させ、しかる後層を所望の温度に
冷却する。さらに、既知のフィルタでは、切換率および
切換工程の再現性が不十分である。例えば、特定の電界
強度では反射帯が経時的に変化する。切換中に著しいヒ
ステリシスが発生することが見出された。また、フィル
タの感温性が比較的高い。
【０００４】本発明の目的は上述の欠点を解消すること
にある。さらに特に本発明は高い切換率を有しさらに長
時間にわたり使用する場合ヒステリシスを示さない安定
な切換挙動を示すコレステリックフィルタを提供するこ
とを目的とする。また、フィルタの反射特性は比較的低
い温度依存性を示す必要がある。さらに、本発明のフィ
ルタは操作温度で比較的低い電界強度の影響下に切換自
在である必要がある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】これらのおよび他の目的
は最初に述べた種類の切換自在コレステリックフィルタ
を用いることにより達成され、このフィルタは光学活性
層が少なくとも２個の重合性の基（polymerizable grou
p）を含む単量体の最大２重量％と１個の重合性の基を
含む液晶単量体の最大30重量％との重合生成物からなる
３次元重合体網目構造を含み、光学活性層の残部が主と
してキラルおよび／またはアキラル液晶分子の混合物か
らなることを特徴とする。
【０００６】本発明のコレステリックフィルタは、操作
温度で、電界の付与または電界強度の変化に際して極め
て迅速な切換挙動を示す。電界強度のわずかな変化はフ
ィルタの反射帯の平均波長を変化させる。一層高い電界
強度が付与されると、帯域の強度は低下する。さらに一
層高い電界強度では、帯域を消失させることができ、コ
レステリックフィルタがこれらの条件下に完全に透明に
なる。
【０００７】さらに本発明のコレステリックフィルタの
切換挙動は長時間にわたり用いる場合顕著な再現性があ
ることを見出した。実験において約 1,000回の切換操作
後に電圧を除去してしまってからは反射帯の波長が変化
しないことがわかった。フィルタの反射特性は、これを
切換試験の前後に測定し、実質的に同一であることを証
明した。また切換工程において実質的にヒステリシスが
生じないことを見出した。この特性は前記切換軌跡(tra
jectory)に影響を受けない。切換工程では必要となる最
大の切換電圧は 100V/cm以下の程度である。
【０００８】１個の重合性の基を有する単量体に対して
２個以上の重合性の基を有する単量体が比較的少量存在
することにより、極めてわずかの架橋重合体網目構造が
光学活性層の重合中に形成される。２個以上の重合性の
基を有する単量体の量は光学活性層中の物質の全量に対
して最大２重量％にする。多量のこの種の単量体を用い
る場合重合した層の弾性定数は高くなりすぎる。この結
果液晶材料は付与したあるいは変化させた電界に対して
比較的緩徐で不完全な応答を示す。このことは本発明の
コレステリックフィルタの切換挙動に有害な作用を及ぼ
す。この場合、比較的高い切換電圧が必要である。さら
に、これらの条件下で切換工程においてヒステリシスが
起こることが見出された。またコレステリックフィルタ
の所望の特性は、光学活性層を製造する際に、２個以上
の重合性の基を有する単量体を約0.1〜１重量％用いる
場合、最適である。
【０００９】少なくとも２個の重合性の基を有する単量
体から生ずる網目構造の分子は液晶質の基（liquid-cry
stalline group）を含むのが好ましい。重合後、この種
の分子は重合体鎖の架橋点における２つの化学結合を介
して網目構造に組み込まれる。この種の単量体を用いる
ことにより、本発明のコレステリックフィルタの反射帯
は感温性が比較的劣る。これによりフィルタを比較的広
い温度範囲で用いることができる。
【００１０】１個の重合性の基を有する単量体の量は光
学活性層の全量の最大30重量％でよい。一層多量のこの
種の単量体を用いる場合、重合した光学活性層の粘度は
受け入れられないほど高くなる。このことは光学層の切
換挙動に悪影響を及ぼす。操作温度でのフィルタの切換
は実際にはこのような条件下に不可能となる。コレステ
リックフィルタの所望の特性は光学活性層の製造におい
て１個の重合性の基を有する単量体を15〜25重量％用い
る場合最適であることが見出された。１個の重合性の基
を有する単量体はキラルまたはアキラルでよい。
【００１１】単量体の重合性の基に対してはエポキシ化
合物、ビニルエーテル化合物および／またはチオーレン
系を用いることができる。本発明の好適例では、アクリ
ル酸又はメタクリル酸の基（（meth）acrylate group）
を単量体の重合性の基として用いる。この種の重合性の
基により高品質の光学活性層が得られることを見出し
た。
【００１２】光学活性層の残部は主として液晶分子の混
合物からなる。フィルタの所望の反射特性によるが、こ
れらの分子の一層多いまたは一層少ない部分がキラルで
あり残りはアキラルである。これらの液晶分子は重合性
の基を含まないので "化学的に不活性" または "遊離"
であると考えられる。これらの化学的に不活性な分子は
いわば重合体網目構造の鎖から形成される固定相の間に
移動相を形成する。遊離分子の液晶質の基は網目構造に
組み込まれた液晶質の基と相互作用、例えば "スタッキ
ング" する。キラルおよびアキラル分子、ならびにこれ
らの化合物の間の割合はコレステリックフィルタの反射
特性を重要な程度にまで決定する。
【００１３】本発明のコレステリックフィルタの光学活
性層では、２種の異なる液晶質の基を区別することがで
きる。まず第１にこのフィルタは単一化学結合を介して
網目構造の鎖に結合する側基の形態の液晶質の基を含
む。この第１の種の液晶質の基は１個の重合性の基を含
む液晶単量体から生ずる。さらにフィルタは化学結合を
介して網目構造に結合しない液晶質の基を含む。この第
２の種の液晶質の基は化学的に不活性な液晶化合物から
生ずる。第１の種の液晶質の基が化学結合を介して網目
構造の鎖に結合するので、光学活性層でのそれらの移動
性は第２の種の液晶質の基の移動性より低い。これらの
条件下で、第１の種の基は、一方では、網目構造に自由
に結合する液晶分子と、他方では比較的堅固な網目構造
との両者の間の一種のスイッチとして作用することがで
きる。
【００１４】光学活性層を製造するため混合物は少なく
とも２個の重合性の基を有する単量体の最大２重量％、
１個の重合性の基を有する液晶単量体の最大30重量％お
よび残りがキラルおよび／またはアキラル液晶分子から
なり重合開始剤の存在下に重合する。重合は化学線に暴
露して行うのが好ましい。このことは光、好ましくは紫
外線、Ｘ線、ガンマ線の照射または高エネルギー粒子に
よる照射を意味する。しかし、あるいはまた光開始剤の
不存在下で層を熱重合することもできる。
【００１５】重合前に、２枚の平坦な、透明基板、例え
ばガラスに、光学的に透明な、好ましくは酸化インジウ
ムスズ(ITO) の電極を、その表面に設け、前記混合物を
その間に供給した。好適例では、さらに基板に、例え
ば、ポリイミドのようなラビングした重合体またはスパ
ッターリングした SiOX の配向層を設ける。光重合の場
合、照射は透明基板を介して行うことができる。活性層
の厚さは 0.5〜20μm 、好ましくは１〜10μm である。
【００１６】本発明はさらに光源用接続部およびコレス
テリックフィルタを備える照明器具に関する。本発明で
は、上述した切換自在コレステリックフィルタを用い
る。本発明のこの種の照明器具により放射光の色温度に
簡単でしかも再現性のある方法で影響を与えることがで
きる。
【００１７】添付の図面を参照して実施例により本発明
をより詳細に説明する。図１は本発明の切換自在コレス
テリックフィルタを示す。本例では、フィルタは２枚の
平坦な、例えばガラスの透明基板１および２を含み、こ
れらの基板は相互に平行に延在し相互に若干の距離に配
置されている。基板間の正確な距離をスペーサ（図示せ
ず）により維持する。前記スペーサは基板間に存在する
均一な直径の球または繊維からなる。各基板は、例えば
ITO の透明電極３および４を他の基板に面する側面に備
える。また基板は、例えばラビングしたポリアミドまた
は斜めにスパッターリングした SiOX の配向層５および
６を備える。基板の縁部にパッキングストリップ７を備
える。
【００１８】基板およびパッキングストリップはコレス
テリック相の液晶材料を含む光学活性層８を収納する空
間を画成する。この層は少なくとも２個の重合性の基を
有する単量体の最大２重量％と１個の重合性の基を有す
る液晶単量体の最大30重量％との重合生成物からなる３
次元重合体網目構造を含み、光学活性層の残部が主とし
てキラルおよび／またはアキラル液晶分子の混合物から
なる。
【００１９】この場合、次式
【化１】 で表されるジアクリレート C6Mの 1.0重量％、次式
【化２】 で表されるモノアクリレート JL314の19.0重量％、次式
【化３】 で表される非反応性キラルCB15の39.5重量％および40.5
重量％の非反応性アキラル B1006からなる混合物を本発
明の第１例のフィルタに用いた。B1006 はメルク社によ
り製造される。この物質はフッ素置換および／または塩
素置換シアノビビニルおよびシアノタービニル化合物を
含む。１重量％の光開始剤イガキュール(Igacure) 651
をこの混合物に添加した。この混合物を基板間（ 2.7μ
m の間隔）に供給した後混合物を紫外線源（波長 366n
m）により重合させた。
【００２０】図３は本発明の第１例の、電界を付与しな
い（０Ｖ）ならびに30、35、40および50Ｖの電界を付与
した場合の透過スペクトルを示す。約 550nmの波長の透
過ピークは約30Ｖの電界強度まで実質上変化しない。高
電界強度では、ピーク強度は迅速に減少する。45Ｖの電
界強度ではピークは実質上消失した。電界を除去するか
または30Ｖ未満に減少させると、 550nmの最初の透過ピ
ークが直ちに復元する。両極端状態の間、すなわち30Ｖ
と45Ｖの間の切換はスペクトルに重大な変化を起こすこ
となく何回も繰り返すことができる。ヒステリシスはい
ずれにおいても発生しなかった。電界の測定および変更
はすべて室温で行う。
【００２１】図４は本発明の第２例の切換自在コレステ
リックフィルタの透過スペクトルを示す。前記フィルタ
は 0.8重量％の C6M、次式
【化４】 で表される CB6の19.3重量％、39.4重量％のCB15および
39.5重量％のBL006 の重合性混合物、この混合物に１重
量％のイガキュール 651を添加して製造した。この例で
は、透過スペクトルは約20Ｖの電界強度まで変化しない
ままであった。これより高い電界強度では透過ピークが
シフトしピーク強度が減少した。約45Ｖではピークは実
質上完全に消失した。この場合にもこのコレステリック
フィルタの切換自在性は再現性が極めてよいことが証明
された。
【００２２】本発明の第３例の切換自在コレステリック
フィルタを次のように製造した。0.7 重量％のジアクリ
レート C6M、20重量％のキラルモノアクリレート 267、
４重量％の非反応性、キラルCB15および75.3重量％の非
反応性、アキラル 18840（メルク社により製造）からな
る混合物を、１重量％のイガキュール 651の存在下、２
枚の透明基板間で、前述したように重合した。モノアク
リレート 267は CB6と実質的に同一である。 CB6とは異
なり、モノアクリレート 267は脂肪鎖に不斉Ｃ原子を含
み、このことによりこの化合物がキラルになる。
【００２３】本発明の第４例の切換自在コレステリック
フィルタでは第３例の光学活性層中のアキラルおよびキ
ラル非反応性化合物の量を変更した。この場合、14重量
％の非反応性、キラルCB15および46.3重量％の非反応
性、アキラル 18840を用いた。第４例の光学活性層の他
の成分は構造および量ともに第３例の成分と同一とし
た。上述したように、光重合により３次元重合体網目構
造を形成した。
【００２４】図５および６は、それぞれ、本発明の第３
例のコレステリックフィルタの温度依存性および電圧依
存性を示す。図７および８は、それぞれ、本発明の第４
例のコレステリックフィルタの温度依存性および電圧依
存性を示す。図５を図７と比較しさらに図６を図８と比
較すると第４例の透過帯が第３例の対応する帯域より短
波長に位置することがわかる。このことは第４例のフィ
ルタが比較的多い非反応性、キラル物質を含むという事
実に帰することができる。これにより、第４例の光学活
性層中の分子ヘリックスのピッチが一層小さくなる。こ
のことは透過帯を一層短波長側に導く。
【００２５】図５および７は本発明のフィルタが十分な
温度安定性を有することを示す。いずれの場合も、透過
帯は約70℃までもとのままである。この帯域は一層高い
温度で消失する。しかし、再び温度を下げると、上述の
透過帯が直ちに復元する。
【００２６】さらに図６および８は本発明のフィルタが
満足のゆく電圧特性を有することを示す。例えば、両方
の場合透過帯の強度は約50Ｖまで変化しないままであっ
た。一層高い電圧では強度が迅速に低下した。しかし、
電界を除去すると、最初の透過スペクトルが直ちに復元
される。
【００２７】さらに、本発明の第３および第４例のフィ
ルタの色温度を付与した電界の関数として決定した。ま
ず第１に、非偏光を使用する測定を行った。第３例にお
いて色温度が０Ｖの電界強度の 4,000Ｋから60Ｖの電界
強度の 3,000Ｋまで減少することが見出された。転移点
は約50Ｖであった。第４例において、色温度は０Ｖの電
界強度の約 2,600Ｋから約65Ｖの電界強度の約 3,000Ｋ
まで増加する。この場合、転移点は約60Ｖであった。
【００２８】また円偏光を使用した色温度の測定を行っ
た。この場合、第３例のフィルタの色温度は０Ｖの電界
強度の約 7,800Ｋから60Ｖの電界強度の約 3,000Ｋまで
減少した。転移点は約60Ｖであった。
【００２９】結果として、本発明の切換自在コレステリ
ックフィルタを極めて適切に用い電界の影響下にランプ
の色温度を変化させることができる。前記フィルタは偏
光を放射するランプならびに非偏光を放射するランプに
用いることができる。
【００３０】図９および10はそれぞれ、本発明の第５例
の切換自在コレステリックフィルタおよび本発明によら
ないフィルタの透過スペクトルを示している。この場
合、光学活性層を20重量％の CB6、40重量％のCB15およ
び40重量％のBL006 、これらに１重量％のイガキュール
651を添加した重合性混合物から製造した。本発明のフ
ィルタの例では、さらに 0.8重量％の C6Mを添加した。
本発明によらないフィルタの場合には、重合させる混合
物にはジアクリレート化合物が含まれていない。いずれ
の場合にも光学活性層の厚さは 2.7μm であった。いず
れのフィルタの透過スペクトルも種々の温度、すなわち
30、40および50℃で測定した。両スペクトルを比較する
と本発明のフィルタの感温性（図９）が本発明によらな
いフィルタのもの（図10）より著しく低いことがわかっ
た。
【００３１】図11は本発明の照明器具を示す。前記照明
器具はエンベロープ11を含み、このエンベロープは反射
材12を備えるのがよい。前記エンベロープは光源14用の
接続部13を含み、この接続部には電気接続ワイヤ（図示
せず）を備えるのがよい。さらに前記照明器具は電気装
置17により切換えることができる切換自在コレステリッ
クフィルタ16を含む。光源14により発生した光は、反射
材12を任意に介して、フィルタ16に向かう。フィルタの
コレステリック層のヘリックスに対応する光の部分は反
射され、残りの光はフィルタを通過する。反射光の周波
数および／または強度はフィルタに印加する電圧を変え
ることにより変更することができる。このことにより透
過光の特性を変化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の切換自在コレステリックフィルタを示
す図である（寸法通りに描いていない）。
【図２】本発明の第１例のフィルタの透過を印加電界強
度の関数として表した若干のスペクトルを示す図であ
る。
【図３】本発明の第２例のフィルタの透過を印加電界強
度の関数として表した若干のスペクトルを示す図であ
る。
【図４】本発明の第３例のフィルタの種々の温度におけ
る若干の透過スペクトルを示す図である。
【図５】本発明の第３例のフィルタの種々の電界強度に
おける若干の透過スペクトルを示す図である。
【図６】本発明の第４例のフィルタの種々の温度におけ
る若干の透過スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の第４例のフィルタの種々の電界強度に
おける若干の透過スペクトルを示す図である。
【図８】本発明の第５例のフィルタの透過を温度の関数
として表した若干のスペクトルを示す図である。
【図９】本発明によらないフィルタの透過を温度の関数
として表した若干のスペクトルを示す図である。
【図１０】本発明の照明器具を示す図である。
【符号の説明】
１，２ 透明基板 ３，４ 透明電極 ５，６ 配向層 ７ パッキングストリップ ８ 光学活性層 11 エンベロープ 12 反射材 13 接続部 14 光源 16 切換自在コレステリックフィルタ 17 電気装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 リファト アタ ムスタファ ヒクメト オランダ国 5621 ベーアー アインド ーフェン フルーネヴァウツウェッハ １ (56)参考文献 特開 昭63−128317（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−140921（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−40417（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−227684（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−317025（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−119304（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−257134（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G02F 1/137 G02F 1/1334

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電界を付与するための電極を共に備える
    ２枚の基板の間に配置した光学活性層を有し、前記光学
    活性層がコレステリック相の液晶材料を含む切換自在コ
    レステリックフィルタであって、光学活性層が少なくと
    も２個の重合性の基を有する単量体の最大２重量％と１
    個の重合性の基を有する液晶単量体の最大30重量％との
    重合生成物からなる３次元重合体網目構造を有し、光学
    活性層の残部が主としてキラルおよび／またはアキラル
    液晶分子の混合物からなることを特徴とする切換自在コ
    レステリックフィルタ。
  2. 【請求項２】 少なくとも２個の重合性の基を備える単
    量体がさらに液晶質の基も有することを特徴とする請求
    項１に記載の切換自在コレステリックフィルタ。
  3. 【請求項３】 アクリル酸又はメタクリル酸の基を前記
    単量体の重合性の基として用いたことを特徴とする請求
    項１または２に記載の切換自在コレステリックフィル
    タ。
  4. 【請求項４】 光源用接続部およびコレステリックフィ
    ルタを備えた照明器具であって、請求項１〜３のいずれ
    か１つの項に記載の切換自在コレステリックフィルタを
    用いたことを特徴とする照明器具。
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