JP6128270B1 - 調光フィルム - Google Patents

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Abstract

【課題】従来に比して一段と確実に透過光を遮光することができる調光フィルムを提供する。【解決手段】調光フィルム1は、液晶層8と、液晶層8の少なくとも一方の側に配置された透明電極層15,11と、前記液晶層8及び前記透明電極層16の第1の側に配置された第1基材15と、第1基材15の第1の側に配置された第1偏光板2と、液晶層8及び透明電極層11の第2の側に配置された第2基材6と、第2基材6の第2の側に配置された第2偏光板3と、を備え、第1基材15の遅相軸と第1偏光板2の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、第2基材6の遅相軸と第2偏光板3の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にある。【選択図】図1

Description

本発明は、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光フィルムに関する。
従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する調光フィルムに関する工夫が種々に提案されている(特許文献1、2)。このような調光フィルムの1つに、液晶を利用したものがある。液晶を利用した調光フィルムは、透明電極を備える透明フィルム材により液晶材料を挟持して液晶セルが作製され、この液晶セルを直線偏光板により挟持する。そして、液晶に印加する電界を変化させることにより液晶の配向を変化させ、外来光を遮光したり透過したりし、さらには透過光量を変化させ、これらにより外来光の透過を制御する。
この種の調光フィルムでは、遮光時における透過率を低減して、従来に比して一段と確実に透過光を遮光できるようにすることが望まれている。
特開平03−47392号公報 特開平08−184273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、調光フィルムに関して、従来に比して一段と確実に透過光を遮光できるようにすることを目的とする。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、偏光板の透過軸と、基材における複屈折の主軸(遅相軸及び進相軸)とを、互いに直交又は平行にすることにより、遮光時おける透過率を低減する、との着想に至り、本発明を完成するに至った。なお、遅相軸は、屈折率異方性を有する材料における屈折率が最大となる方向である。なお、進相軸は、屈折率異方性を有する材料における屈折率が最小となる方向である。
具体的には、本発明では、以下のようなものを提供する。
(1)液晶層と、前記液晶層の少なくとも一方の側に配置された透明電極層と、前記液晶層及び前記透明電極層の第1の側に配置された第1基材と、前記第1基材の前記第1の側に配置された第1偏光板と、前記液晶層及び前記透明電極層の第2の側に配置された第2基材と、前記第2基材の前記第2の側に配置された第2偏光板と、を備え、前記第1基材の遅相軸と前記第1偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、前記第2基材の遅相軸と前記第2偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にある、調光フィルム。
(2) (1)において、前記第1偏光板の透過軸と、前記第2偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にある、
請求項1に記載の調光フィルム。
(3) (1)または(2)において、前記第1基材及び前記第2基材が、ポリカーボネートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルムの何れかである、調光フィルム。
(4) (1)から(3)のいずれかにおいて、前記第1基材及び前記第2基材の面内位相差が10nm以下である、調光フィルム。
本発明によれば、調光フィルムに関して、従来に比して一段と確実に透過光を遮光することができる。
本発明の実施形態に係る調光フィルムを示す断面図である。 基材及び直線偏光板の第1及び第6実施例における配置を示す図である。 調光フィルムの製造工程を説明するフローチャートである。 基材及び直線偏光板の第2及び第7実施例における配置を示す図である。 基材及び直線偏光板の第3及び第8実施例における配置を示す図である。 基材及び直線偏光板の第4及び第9実施例における配置を示す図である。 基材及び直線偏光板の第5及び第10実施例における配置を示す図である。
〔調光フィルム〕
図1は、本発明の実施形態に係る調光フィルム1を示す断面図である。調光フィルム1は、建築物の窓ガラス、ショーケース、屋内の透明パーテーション等の調光を図る部位に、粘着剤層等により貼り付けて使用され、印加電圧を変化させることにより、透過光の光量が制御される。
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材あり、第1偏光板2及び第2偏光板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〕
第1偏光板2及び第2偏光板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)等の透明なフィルム部材により光学機能層を挟持して作製される。第1偏光板2及び第2偏光板3には、それぞれ液晶セル4側に光学補償を行う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、後述する透明電極への印加電圧により透過光の偏光面を制御する。これにより調光フィルム1は、透過光を制御して種々に調光を図ることができるように構成される。
〔液晶セル〕
液晶セル4は、フィルム形状である第1積層体5U及び第2積層体5Dにより、液晶層8を挟持して構成される。第2積層体5Dは、透明なフィルム状の基材6に、透明電極層11、スペーサ12、配向層13を作製して形成される。第1積層体5Uは、透明なフィルム状の基材15に、透明電極層16、配向層17を積層して形成される。液晶セル4は、第1積層体5U及び第2積層体5Dに設けられた透明電極層11、16の駆動により、VA(Virtical Alignment)方式により液晶層8に設けられた液晶材料の配向を制御し、これにより透過光の偏光面を制御する。
VA方式は、液晶の配向を垂直配向と水平配向とで変化させて透過光を制御する方式であり、無電界時、液晶を垂直配向させることにより、液晶層14を垂直配向層により挟持して液晶セル4が構成され、電界の印加により液晶材料を水平配向させるように構成される。
VA方式では、第1偏光板2と第2偏光板3とがクロスニコルに配置されている場合、電圧OFF時に「遮光」され、電圧ON時に光が「透過」となる、いわゆるノーマリーブラックの状態となる。
また、パラレルニコルかクロスニコルかによって、ノーマリーブラックかノーマリーホワイトかが変わるので電圧のON/OFFを変える必要がある。このため、第1偏光板2と第2偏光板3とがパラレルニコルに配置されている場合、電圧ON時に「遮光」され、電圧OFF時に光が「透過」となる、いわゆるノーマリーホワイトの状態となる。
ノーマリーブラックとは、液晶に電圧がかかっていない時に透過率が最小となり、黒い画面になる構造である。ノーマリーホワイトとは、液晶に電圧がかかっていない時に透過率が最大となり、透明となる構造である。
基材6、15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が、光学異方性が小さく、面内位相差が10nm以下であるフィルム材を適用することが好ましい。実施形態において、基材6、15は、ポリカーボネートフィルムが適用されるが、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。
透明電極層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が、本実施形態ではフォトレジストにより作製され、透明電極層11が作製された基材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。なおスペーサ12は、第1積層体5Uに設けるようにしてもよく、第1積層体5U及び第2積層体5Dの双方に設けるようにしてもよい。
配向層13、17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13、17は、液晶層8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く、ラビング処理、研磨処理による微細なライン状凹凸形状を賦型処理により作製して形成してもよい。なおスペーサ12は、配向層13の上に設けるようにしてもよい。
なお光配向材料は、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が、本実施形態では、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2量化型の材料を使用する。この光2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8は、この種の調光フィルムに適用可能な各種の液晶材料を広く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により第1積層体5U、第2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。
〔基材〕
図2は、調光フィルム1における基材6、15の配置を説明する図である。基材6、15は、互いに同一の材料で製造されている。基材6と基材15とを、同一のフィルム材で製造した場合であっても、バラツキがあるため、互いに±10μm程度異なる。ただし、基材6の厚み±5μmが基材15の厚みであることがより好ましい。
基材6、15の光学異方性は十分に小さく、具体的には面内位相差は10nm以下が好ましい。基材6、15にはポリカーボネートフィルム等が適用され、このポリカーボネートフィルムは面内位相差が10nm以下と極めて小さいものである。
しかし、種々に実験した結果によれば、このように面内位相差が10nm以下の透明フィルム材であっても、遮光時の透過率が増大し、無視し得ない場合があることが判った。例えば、偏光された光が入射する基材の遅相軸が、その偏光に対して平行又は垂直でない場合、基材に入射する光は、遅相軸成分と進相軸成分とを備えていることになる。そうすると、基材6の光学異方性により入射光は楕円偏光となって液晶層8に入射する。その結果、何ら透明電極層11、16に電圧を印加していない状態で(液晶層8への無電界時)、出射側直線偏光板の透過軸方向成分を含む透過光が液晶層8から出射されることになり、これにより充分に透過率を低減できなくなる。
〔偏光板及び基材の配置〕
そこで、本実施形態では、基材6に入射する光の振動方向、すなわち第2偏光板3の透過軸(偏光軸)と、基材6の主軸(遅相軸又は進相軸)とが平行となるように、または直交するように配置する。また、基材15に入射する光の振動方向、すなわち第1偏光板2の透過軸(偏光軸)と、基材15の主軸(遅相軸又は進相軸)とが平行となるように、または直交するように配置する。
図2は、基材6,15の遅相軸L6,L15と、第1偏光板2及び第2偏光板3の透過軸L2,L3との配置の関係を示した図である。図2において、第1偏光板2及び第2偏光板3はパラレルニコル配置で紫外線硬化性樹脂等による接着剤層により液晶セル4に配置されている。ただし、これに限定されず、第1偏光板2及び第2偏光板3はクロスニコル配置であってもよい。
基材6の遅相軸L6は、第2偏光板3の透過軸L3に対して平行となるように配置されている。基材15の遅相軸L15は、第1偏光板2の透過軸L2に対して平行となるように配置されている。
すなわち、基材6の進相軸は、第2偏光板3の透過軸L3に対して直交するように配置されている。基材15の進相軸は、第1偏光板2の透過軸L2に対して直交するように配置されている。
ただし、これに限定されず、基材6の遅相軸L6は、第2偏光板3の透過軸L3に対して直交するように配置されていてもよい。基材15の遅相軸L15は、第1偏光板2の透過軸L2に対して直交するように配置されていてもよい。
すなわち、基材6の進相軸は、第2偏光板3の透過軸L3に対して平行となるように配置され、基材15の進相軸は、第1偏光板2の透過軸L2に対して平行となるように配置されていてもよい。
さらに換言すると、基材6の主軸の延びる方向と、第2偏光板3の透過軸L3の延びる方向とは、互いに平行又は直交関係にあればよい。また、基材15の主軸の延びる方向と、第1偏光板2の透過軸L2の延びる方向とは、互いに平行又は直交関係にあればよい。
なお、基材6,15の主軸と、第1偏光板2及び第2偏光板3の透過軸との直交の範囲は、計測誤差、製造誤差等をも含めて角度が90度±5度以内であるが、遮光時における透過率を実用上充分に抑圧する観点からは、90度±2度以内であることが好ましく、90度±1度以内であることがより好ましい。
また、基材6,15の主軸と、第1偏光板2及び第2偏光板3の透過軸との平行の範囲は、計測誤差、製造誤差等をも含めて角度が0度±5度以内であるが、遮光時における透過率を実用上充分に抑圧する観点からは、0度±2度以内であることが好ましく、0度±1度以内であることがより好ましい。
〔製造工程〕
図3は、調光フィルム1の製造工程を示すフローチャートである。この製造工程は、電極作製工程SP2おいて、フォトリソグラフィーの手法を適用して、基材6、15の上に透明電極層11、16をそれぞれ作成する。
さらに続いてスペーサ作製工程SP3において、基材6にフォトレジスト膜を作製した後、露光、現像処理し、これによりスペーサ12を作製する。
続いて製造工程は、配向層作製工程SP4において、スペーサ12を作製してなる基材6の上に、また透明電極層16を作製してなる基材15の上に、ポリイミド樹脂層の塗工液を塗工した後、乾燥、加熱処理し、これによりポリイミド膜を作製する。またこのポリイミド膜をラビング処理し、これにより配向層13、17を作製する。
続いて、この製造工程は、封止工程SP5において、配向層13を作製してなる基材6に、ディスペンサーを使用して枠形状によりシール材を塗布した後、この枠形状により囲まれる所定位置に、ディスペンサーを使用して液晶層8に係る液晶材料を滴下する。
その後、この製造工程は、基材6、15を積層した後、押圧して加熱し、これにより液晶層8を挟持するようにして、第1積層体5U及び第2積層体5Dをシール材19により貼り合せて一体化し、調光フィルム1を作製する。
本実施形態の調光フィルム1によると、第2偏光板3を通過した光は、第2偏光板3の透過軸L3方向の偏光となる。
基材6に入射する光は、基材6の遅相軸L6と平行な透過軸L3方向の偏光である。すなわち、基材6に入射する光は、遅相軸L6成分のみ備え、進相軸成分を備えていない。したがって、基材6に入射した偏光光は、直線偏光のまま基材6より出射して液晶層8に入射する。すなわち、基材6より楕円偏光となって出射することはない。
基材15の主軸(実施形態では遅相軸L15)と第1偏光板2の透過軸L2との関係も、基材6の主軸(実施形態では遅相軸L6)と第2偏光板3の透過軸L3との関係と同様である。
すなわち、液晶層8に入射する光は、楕円偏光になることがないので、遮光時において出射側直線偏光板の透過軸方向成分を含む透過光が液晶層8から出射されることがなく、充分に透過率を低減できる。
このように、調光フィルム1では、遮光時における透過率(いわゆる黒透過率である)を低減する。これにより調光フィルム1は、従来に比して一段と確実に透過光を遮光することができる。
次に、上述の実施形態に基づいて製造された調光フィルム1の種々の実施例について説明する。なお、実施形態はVA方式で行った。
第1偏光板2及び第2偏光板3と基材6,15との配置の関係が、以下の表1に示す実施例1−10の場合において、実際に調光フィルム1を透過した透過光の遮光状態を確認する実験を行った。実施例1−5は、基材6、15がポリカーボネートフィルム材の場合、実施例6−10は、基材6、15がCOPフィルム材の場合である。
Figure 0006128270
両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるポリカーボネートフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例1に示す配置で、上述の図2と同様である。実施例1では、電圧印加時、透過率が0.1%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例1と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるポリカーボネートフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例2に示す配置で、図4に図示する。実施例2では、電圧印加時、透過率が0.1%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例1と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるポリカーボネートフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例3に示す配置で、図5に図示する。実施例3では、無電界時、透過率が0.2%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例1と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるポリカーボネートフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例4に示す配置で、図6に図示する。実施例4では、無電界時、透過率が0.1%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例1と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるポリカーボネートフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例5に示す配置で、図7に図示する。実施例5では、無電界時、透過率が0.2%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例6に示す配置で、図2と同様である。実施例6では、無電界時、透過率が0.1%であり、電圧印加時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例6と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は表1の実施例7に示す配置で、図4と同様である。この実施例7では、電圧印加時、透過率が0.1%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例6と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は、表1の実施例8に示す配置で、図5と同様である。この実施例8では、無電界時、透過率が0.2%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例6と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は、実施例9に示す配置で、図6と同様である。この実施例9では、無電界時、透過率が0.1%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
実施例6と同様に、両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は、実施例10に示す配置で、図7に図示する。この実施例10では、無電界時、透過率が0.2%であり、遮光時、充分に透過光を遮光できることが確認された。
〔比較例1〕
両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるPETフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態の構成により調光フィルムを作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。基材6、15、第1偏光板2及び第2偏光板3の配置は、図2と同様である。比較例1では、無電界時、透過率が0.5%であり、遮光時、上述の実施形態と比べると、透過光の遮光効率の低下が見られた。
〔比較例2〕
両面にハードコート層が作製された厚み100μmによるCOPフィルム材を基材6、15に適用し、上述の実施形態と同様の構成により調光フィルム1を作製した。なお位相差フィルム2A、3Aは省略した。表1の比較例2に示すように、第1偏光板2の透過軸に対して、基材15の遅相軸は10°傾いている。また第2偏光板3の透過軸に対して、基材6の遅相軸は10°傾いている。この比較例2では、電圧印加時、透過率が5%であり、遮光時、上述の実施形態と比べると、透過光の遮光効率の低下が見られた。
〔他の実施形態〕
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。
上述の実施形態では、VA方式により液晶材料を駆動する場合について述べた。VA方式において、第1基材15の遅相軸と第1偏光2板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、第2基材6の遅相軸と第2偏光板3の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にある場合、遮光時の遮光効率において最も効果が得られるが、本発明はこれに限らず、TN(Twisted Nematic)方式、IPS(In−Place−Switching)方式等の駆動方式を適用するようにしてよい。
TN方式においては、90度ずらして対面させた2枚の第1偏光板2及び第2偏光板3の間の液晶層8にネマティック液晶を配置する。そして、配向層17,13によって配向層17,13側では液晶分子の向きを第1偏光板2及び第2偏光板3の向きに一致させる。電圧がOFFのときは液晶分子が水平に並び、光を通過させて画面が「白」になる。徐々に電圧をかけていくと、液晶分子が垂直に立ち上がっていき、光をさえぎって画面が黒くなる。
IPS方式は、液晶層を挟持する1対の基材のうちの一方の基材に駆動用の電極をまとめて作製して、この電極により基材表面の面内方向の電界であるいわゆる横電界を形成して液晶の配向を制御する駆動方式である。
また上述の実施形態では、フォトレジストによりスペーサを作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、いわゆるビーズスペーサを適用するようにしてもよい。
L2 透過軸
L3 透過軸
L6 主軸(遅相軸)
L15 主軸(遅相軸)
1 調光フィルム
2 第1偏光板
2A 位相差フィルム
3 第2偏光板
3A 位相差フィルム
4 液晶セル
5D 第2積層体
5U 第1積層体
6 基材
8 液晶層
11 透明電極層
12 スペーサ
13 配向層
15 基材
16 透明電極層
17 配向層
19 シール材

Claims (3)

  1. 液晶層と、
    前記液晶層の少なくとも一方の側に配置された透明電極層と、
    前記液晶層及び前記透明電極層の第1の側に配置された第1基材と、
    前記第1基材の前記第1の側に配置された第1偏光板と、
    前記液晶層及び前記透明電極層の第2の側に配置された第2基材と、
    前記第2基材の前記第2の側に配置された第2偏光板と、を備え、
    前記第1基材の遅相軸と前記第1偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、
    前記第2基材の遅相軸と前記第2偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあ
    前記第1偏光板の透過軸と、前記第2偏光板の透過軸とが、互いに直交関係にある、
    調光フィルム。
  2. 前記第1基材及び前記第2基材が、ポリカーボネートフィルム、シクロオレフィンポリマーフィルムの何れかである、
    請求項1に記載の調光フィルム。
  3. 液晶層と、
    前記液晶層の少なくとも一方の側に配置された透明電極層と、
    前記液晶層及び前記透明電極層の第1の側に配置された第1基材と、
    前記第1基材の前記第1の側に配置された第1偏光板と、
    前記液晶層及び前記透明電極層の第2の側に配置された第2基材と、
    前記第2基材の前記第2の側に配置された第2偏光板と、を備え、
    前記第1基材の遅相軸と前記第1偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、
    前記第2基材の遅相軸と前記第2偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、
    前記第1偏光板の透過軸と、前記第2偏光板の透過軸とが、互いに平行又は直交関係にあり、
    前記第1基材及び前記第2基材の面内位相差が10nm以下である、
    調光フィルム。
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