JP6707034B2 - 液晶フィルムを含むガラスパネル - Google Patents

Description

本発明は、液晶フィルム、特に、液晶が分散されたポリマーフィルム（高分子分散型液晶ＰＤＬＣ）を含む自動車用グレージングに関する。これらのフィルムの使用は、電気指令によってグレージングの光学的性質を変更可能にすることが意図される。より正確には、この使用の目的は、グレージングが事実上すべての入射光を散乱する状態から、散乱ができる限り少なくなる状態まで変化可能にすることである。この状態の変化は、第１の場合が電界がないことによって、第２の場合が電界が印加されることによってそれぞれ制御される。

刊行物では、これらのグレージングが、自動車の屋根の形態で特に実施できることが特に開示されている。これはたとえば、２０１４年２月２８日に出願された非公開特許出願のＰＣＴ／ＥＰ２０１４／０５９９４号明細書の場合である。この特許出願において対象となる用途は、自動車分野に特有の種々の制約にさらされる。これらの制約の中で、特徴となる条件は、これらのフィルムの電気的制御に関する。

たとえば建物中の仕切りとして使用されるパーティションの形成に関するより通常の用途では、この電気的制御に使用される手段は、あまり問題が生じることなく適応可能である。たとえば必要な電圧の選択または消費される電力の問題が存在しうる。主要部分への接続によって、最良条件を選択するための装置が必要となるにしても、ある程度の許容範囲が可能となる。

自動車用グレージングの分野での実施は、通常は使用されない電源が必要となることを意味する。フィルムの電極に数十ボルトの電圧を供給することが特に必要となる。通常、大型トラックの問題ではない場合、自動車両のＤＣ電源は約１２〜１４ボルトを供給することができる。したがって、液晶フィルムの使用に必要な条件を得るために、この電源を変換する必要がある。同様に、電源はＡＣ電源である必要があり、実際には可変周波数電源である必要がある。ＡＣ電流は、ポリマー中のこれらの結晶に必要な分散が変化して使用中にフィルムの性質が劣化するのを防止するために必要である。したがってこれらのフィルムの実現には、必ずＤＣ／ＡＣコンバータを使用する必要がある。

これらの基本的な条件に加えて、乗り物は自律的に動作する必要があり、電源を必要とする機能部品の数が増加することから、別個に考慮しても、前記電力供給が比較的すくないままであっても、これらの製品が最小限の電力を消費することが必要である。電源は、できるだけサイズを小さくする必要もあり、かなり低い温度で適切に冷却することによって維持する必要もある。したがって、これらのことから、可能な最小限の電力を使用する動作方式が好ましい。

液晶フィルムの電源の条件は、最初に、組み込まれる製品の性質に依存する。この製品の選択は、必要な光学的性質によって決まる。したがって、これらの条件を変更するための範囲はあまり大きくない。自動車での使用では、性能の最良の基準は、２つの極端な状態の間での散乱量の変化の大きさ、および特に作動状態での散乱量である。後者の量は、製造者の要求に適合させるためには、事実上存在しないことが必要となる。実際、建築のパーティショニング用途では、約８〜１０％の散乱の残留量が観察される。自動車用途の場合、この散乱量は、好ましくは５％未満、好都合には３％未満となる必要がある。

上記の以前の特許出願に示されるように、残留散乱は、部分的には印加電圧に依存する。しかし、印加電圧は、制限なしに増加させることはできない。ある閾値を超えると、フィルムの「絶縁破壊」の危険性が顕著となる。この欠点を防止するため、必然的に印加電圧は制限される。十分な厚さのフィルムの場合、すなわち、求められているプライバシーを保証する本当の「スクリーン」を形成するために、一方では残留散乱の可能な最低量を実現でき、他方では非作動状態での非常に大きい散乱量を実現できるフィルムの場合、印加電圧は通常は２２０Ｖ以下であり、ほとんどの場合は約７０Ｖｒｍｓである。

選択される周波数は、フィルムの応答時間によって決まる。これは、観察者がこの周波数に関連する交番を感知しないような周波数である。残像が得られるため、２０Ｈｚ以上、好都合には２５Ｈｚ以上の周波数が使用される。ほとんどの通常の用途では、約１００Ｈｚ以上のはるかに高い周波数が選択される。

さらに、従来の用途では、使用されるコンバータによって、実質的に正弦波の電圧変動が得られる。

ＰＤＬＣフィルムは温度に敏感であることもよく知られている。温度が上昇すると、電界の効果が弱まる傾向にある。結晶がより動きやすくなるため、結晶の配向があまり容易でなくなる。同じ効果を維持するためには、フィルムに供給される電力を増加させる必要がある。ある限度を超えると、電力の増加によってフィルム応答の低下をもはや補償できなくなる。ほとんどのＰＤＬＣフィルムの場合、フィルムに電界が印加されるときにフィルムの散乱が急激に減少する温度は約６０〜８０℃である。温度が低下すると、フィルムは初期の性質を回復する。約１１０〜１２０℃のより高い温度では、フィルムの劣化が不可逆となりうる。製造者は、自動車用グレージングがさらされる自然な加熱が可能となるように、少なくとも５０℃および好ましくは少なくとも６０℃の温度まで十分な転移が維持されることを望んでいる。

上記説明の種々の制約のために、実施条件の改善の余地は限定されている。にもかかわらず、本発明者らは、自動車用グレージング中のＰＤＬＣフィルムの使用の性能、特に電力消費の最適化を探求した。提案する解決法は、請求項１に明記されるようなものである。したがって本発明者らは、正弦波に従わない電圧を選択することで、同様の光学的効果をより低い電力で得られることを示した。

特定の基本周波数Ｆを有する非正弦波、特に台形波または矩形波の電圧は、より高次の調和周波数２Ｆ、３Ｆなどを含む系列で表すことができる。したがって、基本周波数を適切に選択することで、通常は周波数が５０Ｈｚである蛍光灯光源と干渉する可能性を回避することができる。

好ましくは、本発明によると、電圧は台形波モードに従って変動する。「矩形波」モードを使用することで、電流の瞬間的な変動が生じ、それによって各周期の開始において非常に強調されたピークが得られる。より段階的な電位の変動によって、以下の例で示されるように電流のピークを最小限にすることができる。

本発明により選択される周波数の場合、電圧上昇時間は好都合には０．５〜２ミリ秒の間で構成される。

必要な電力が減少する効果は、ＰＤＬＣフィルムの動作中に感じられるが、全電力の約４分の１が熱として散逸するコンバータでも感じられる。したがってこの減少によって、実質的な改善が得られる。

制限されたｒｍｓ電圧を選択することで、最大電圧の低下も得られる。本発明によると、電圧は好ましくは５５Ｖｒｍｓ以下、特に好ましくは５０Ｖｒｍｓ以下である。電圧を制限することによって、自動車規格で設定された安全性の制約への適合がさらにより容易になる。

本発明者らは、周波数の制限が、電力消費を減少できる要因の１つとなることも示している。にもかかわらず、連続状態の認識を維持するため、周波数は２０Ｈｚ以上、好ましくは２５Ｈｚ以上である。

本発明によると、周波数は好都合には最大５０Ｈｚであるが、前述の干渉の可能性の理由のため、正確に５０Ｈｚの値を選択することは好ましくない。

指定の条件下で、５％以下、好都合には３％以下となる残留散乱で作動状態のフィルム中で散逸される電力は、フィルム１平方メートル当たり１０Ｗ以下の値に制限することができ、好都合にはフィルム１平方メートル当たり５Ｗ未満となりうる。

前述のように条件が十分に画定され、適切にフィルムが選択されると、本発明によるＰＤＬＣフィルムを使用することで、温度が室温より高く５０℃以下またはさらには６０℃以下の場合も含めて、作動状態の散乱を非常に小さい値に維持することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を説明する。

ＰＤＬＣフィルムを含むグレージングの概略分解組立図を示している。 組み立てた図１のグレージングの概略断面図である。 非作動状態での温度の関数としての、規格ＡＳＴＭ １００３に定義されるような全透過率、すなわち正透過率および拡散透過率に対する拡散光の比率（「ヘイズ」）の変化を示すグラフである。 図３と同様のグラフであり、フィルムは作動している。 ３つの別個の試料の、温度の関数としての非作動状態の正透過率ＴＬの変化を示している。 従来の電圧信号モード、および本発明におけるモードを示している。 従来の条件下、および本発明による条件下の作動モードにおける残留散乱の比較を示している。 図７と同様の場合の、作動モードの場合の全透過率の比較を示している。 台形波信号の場合の残留散乱に対する種々の実効電圧の影響を示している。

図１および２に示されるグレージングは、自動車の屋根の構成要素となることが意図される。この選択された用途で、ＰＤＬＣフィルムが作動している場合でもしていない場合でもあらゆる状況で低い光透過率が必要となる。この理由のため、ガラス板および中間層から形成される組立体は、透過率が非常に大幅に低下する。

選択された例では、グレージングは２枚のガラス板１および２を含む。板１は、太陽赤外線の吸収を最小限にする透明ガラスでできている。中間層に向かう面上には赤外光を選択的に反射する層の組がコーティングされ、この層の組は図２中に６で示されている。選択された例では、これは、３つの銀層と、これらの金属層を分離する誘電体層とを含む組である。層のシステムは、国際公開第２００５／００３４８号パンフレットに記載される種類のものである。

このようにして、層のシステムを透過する入射エネルギーの比率は、約半分に制限される。透明ガラス板と反射層との組合せによって、太陽放射線に曝露するときのグレージングの加熱が制限され、したがってＰＤＬＣフィルムの加熱が制限される。

反射層がコーティングされたガラス板１の下では、灰色ＰＶＢの第１の中間層シートがＰＤＬＣフィルム４と接触する。このフィルム自体は、ＰＶＢシートから形成されフィルム４を収容するためのハウジングが形成されたフレーム５中に挿入される。別のＰＶＢシート３’がフィルム４の第２の面と接触する。

中間層シートおよびフィルム４のそれぞれの厚さは０．３８ｍｍである。

第２のガラス板は、高吸収性灰色ガラスでできている。各ガラス板の厚さは２．１ｍｍである。

ガラス板および中間層（ＰＤＬＣフィルムがない場合）を合わせたものは、７〜８％の光透過率を有する。ＰＤＬＣフィルムの存在によって、この光透過の散乱または透過の形態を後述のように変化させることができる。

報告される試験では、ＰＤＬＣフィルムは「Ｉｎｎｏｐｔｅｃ」社により供給された。このフィルムは、他の供給元から得られるこの種類のほとんどのフィルムのように、液晶を含有するポリマーマトリックスから形成された。このマトリックスには、導電性酸化物（ＩＴＯ）の層がコーティングされたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のシートで形成された電極がそれぞれの面上にコーティングされた。

製造者は、最初に、ＰＤＬＣフィルムを含むグレージングが、光学的性質に関する製造者の要求に適合することを要求する。このため、非作動状態で、グレージングは、グレージングを通過するする事実上すべての可視光を散乱する必要がある。この散乱は、規格ＡＳＴＭＤ １００３に準拠して測定される散乱である。これは積分球を用いて行われ、実際に散乱される光、および実際には全く逸脱しない（入射光に対して２°未満）あらゆる光（この光は透過光と呼ばれる）を含む。

報告される試験では、選択した光源は光源Ｃであった。

試験したフィルムには、最初に、７０Ｖｒｍｓの最大電圧（すなわち１００Ｖの最大値）および周波数５０Ｈｚの正弦波のＡＣ電流を使用した。

結果が図３に示される最初の試験では、散乱対全透過率の比（「ヘイズ」と呼ばれる）の変化、およびグレージングの全透過率の値をグレージングの温度の関数として測定した。室温において非作動状態で、事実上完全な散乱が得られることが分かる。全透過光のパーセント値は１０％未満である。これらの条件下で、グレージングは半透明であり、観察者に対してグレージングの反対側に位置する物体を遮蔽するスクリーンとしての役割を果たした。

グレージング温度が約５０℃まで上昇する場合、これらの特性は、わずかな変化で維持された。より高温では、散乱特性は急速に低下する。

同じグレージングを作動条件下で試験した。それらの結果を図４に示している。この場合、散乱ははるかに少なくなった。前述の比は５５℃未満の温度で４％未満のままであった。次に、液晶粒子に対する電界の影響が低下するために、この比は増加した。

２°の角度範囲内の全透過率は約６％においてわずかな変化のままであった。

図５は、３つの別個の試料（ａ、ｂ、ｃ）の非作動モードにおける正ＴＬ対透過光の総量（正ＴＬ＋散乱光）の比を示している。この比は、「プライベート」モードの形成においてフィルムがいかに有効であるかを示している。

ＰＤＬＣフィルムの電源の特性を改善するために、図６に示すような電圧が使用される。この図は、電圧（７０Ｖｒｍｓ）が周波数５０Ｈｚで正弦波状に変化する電源を用いた「従来」の種類を含む。図６は、本発明による電源も示している。本発明によると、周波数は３０Ｈｚまで減少し、電圧信号は４８Ｖｒｍｓの実効電圧を有する台形である。電圧上昇時間は１ｍｓであり、それによって電流は２００ｍＡを超えない。同じ周波数および同じ電圧であるが、矩形波信号を用いると、初期電流ピークが約２Ａとなったことは注目されよう。

本発明による構成で、最初に、グレージングの光学的性質に悪影響がないことを確認した。非作動モードでは、当然ながら変化はなかった。作動モードでは、図７および８中の本発明（ｄ）によるグレージングおよび比較用のグレージング（ｅ）に対応する曲線は、残留散乱（図７）および全透過率（図８）でほぼ完全な一致が得られたことを示している。したがって、本発明による電源方式は、従来技術の条件で使用されるＰＤＬＣフィルムの性質を完全に維持している。

図９は、３０Ｈｚの周波数の場合、および台形波電圧信号の実効電圧の種々の値の場合の、温度の関数としての残留散乱の変化を示している。許容される大きさの残留散乱を得るための最低電圧が必要となることが分かる。２０Ｖｒｍｓにおいて、散乱は過剰となる。実効電圧が３０Ｖに到達すると急速に減少し、４０および４８Ｖｒｍｓの値で事実上安定し、さらなる上昇は無意味なことを示している。示唆する目的で、従来技術の方式も図に示している（７０Ｖｒｍｓの値）。

種々の条件下で必要な電力を比較した。以下の表に記録した結果をまとめている。この表は、使用した形状および周波数、実効電圧、およびＰＤＬＣフィルム１平方メートル当たりに消費される電力を示している。測定は６０℃の温度で行った。

最初の横列は、比較のための根拠として機能する基準に対応する。どの試験でも、本発明による条件下では、消費電力が比較例よりも実質的に少なかったことが分かる。特定の信号形状を有する特定の周波数（３０Ｈｚ）で、消費電力は印加された実効電圧とともに大きく減少することもわかり、図９に示されるように、この印加電圧は、わずかに注意して選択することで、少ない残留散乱を維持することができる。

Claims (8)

1. ２０Ｈｚ以上５０Ｈｚ未満の周波数、非正弦波状に変化する電圧、及び５５Ｖｒｍｓ以下の実効電圧の最大値を有するＡＣ電流によって電力供給されるＰＤＬＣフィルムを含む積層自動車用グレージングであって、５０℃以下の温度で作動状態での残留散乱が５％以下であり、前記作動状態を得るために必要な電力が、１０Ｗ／ｍ ^２ ＰＤＬＣフィルム以下である、グレージング。
2. 前記実効電圧の最大値が５０Ｖｒｍｓであり、前記実効電圧の最小値が３０Ｖｒｍｓである、請求項１に記載のグレージング。
3. 前記電圧の変化が、矩形波または台形波の形状を有する、請求項１に記載のグレージング。
4. 前記電圧が５０Ｖｒｍｓ以下である、請求項３に記載のグレージング。
5. 前記電圧の変化が、０．５〜２ｍｓの上昇時間を有する台形波の形状である、請求項３に記載のグレージング。
6. 前記周波数が２５Ｈｚ以上である、請求項１に記載のグレージング。
7. ６０℃以下の温度で作動状態での残留散乱が３％以下である、請求項１に記載のグレージング。
8. 前記作動状態を得るために必要な電力が、５Ｗ／ｍ^２以下である、請求項１に記載のグレージング。