JP6928172B2 - コロナ効果を低減するための所定の液滴粒径分布を有するpdlcフィルムを有する乗り物ウィンドウペイン - Google Patents

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Description

本発明は、電圧を加えることによって、光透過率を変化させることができる、乗り物のウィンドウペインに関し、特に、透明な状態と、混濁した又は不透明な状態とを切り替えることができる乗り物のウィンドウペインに関する。
このようなペインは、PDLCガラス(英語:スマートグレージング)又はインテリジェントガラスとも呼ばれ、活性層としてPDLC層(PDLC=高分子分散型液晶)を含み、この層によって、ペインは、透明な状態と、混濁した又は不透明な状態とを切り替えることができる。
PDLC層は、液晶液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含んでおり、このポリマーマトリックスは、2つの透明な導電層(電極)の間に位置し、かつ電界を加えることができる。電界がなければ、液晶液滴は配向せず、その結果、ペインは、混濁した又は不透明な状態になる。電界を加えると、液晶液滴は同じ方向に配向し、かつPDLC層は透明になる。このプロセスは、可逆的である。
PDLCガラスは、例えば、建物のウィンドウとして使用されている。建物の場合、通常は複数の厚いペイン、例えば6mmのペインが使用されている。中空な空間で隔てられた3つのペインを有するシステムが一般的である。このようなペインでは、通常のペインと、その上に内部ペインを積層した追加のペインとの間にPDLC層を積層することができ、あるいはPDLC層を、内側に後付けすることができる。
PDLCガラスでできたペインは、乗り物にとっても、例えば、サンルーフにおいて、ガラスルーフとして、リアウィンドウとして、又はリアサイドウィンドウとして、興味深いものである。混濁した又は不透明な状態で、PDLCペインは、直射日光を遮ることができ、かつプライバシーを保護することができる。
しかしながら、乗り物ウィンドウペイン又はPDLC層を含むペインに伴う不都合な点は、ペインが透明な状態で、光源、通常は太陽からの光がペインを通過するときに、比較的強いコロナ効果が発生し得ることにある。コロナと呼ばれる、同心円状の環のパターンが、光源の周りに形成する。光環とも呼ばれる、コロナの中央の明るい領域は、青白いディスクのように見え、このディスクは、縁の方へ向かって赤茶色に薄くなって消えていく。コロナの外縁で、観測者はしばしば、虹の色を知覚し、これはレインボー効果とも呼ばれる。乗り物ウィンドウペインの場合、観測者からの距離が近いこと、及び乗り物にとってはしばしば望ましいものであるペインの着色に起因して、これらの効果が顕著なものとなる。PDLC層を有するペインのその他の用途、例えば、建物におけるウィンドウでは、これらの効果は、どちらかといえば無視できる。
観測者が乗り物ウィンドウペインから離れているとき、コロナはあまり見えない。しかしながら、乗り物ウィンドウペインが透明な状態で、観測者がPDLCペインの近くに位置するとき、コロナは顕著になる。この効果は、PDLCペインが傾斜しているときには、なおさら強くなる。乗り物の乗員は、ウィンドウペインの近くに、例えば、サンルーフの近くに位置するので、このため、乗り物の乗員にとっては、この効果は邪魔なものである。サンルーフやガラスルーフを通じて、太陽の方向を見るときは、視野角も傾斜し、状況はさらに悪化する。コロナの色効果も、乗り物の乗員には邪魔なものとなる。
透明な状態と、混濁した又は不透明な状態とを、切り替えることができるペインを提供する別の既知の技術は、SPD技術であり、ここでは、SPD層(SPD=懸濁粒子デバイス)が、ペインの活性層として含まれている。通常は、不透明な状態は、SPD層では得られない。SPD層では、液晶液滴の代わりに、偏光粒子が懸濁した懸濁液滴が、ポリマーマトリックス組み込まれているという点を除いて、SPD層の原理は、PDLC層の原理と類似している。このようなシステムは、例えば、欧州特許出願公開第0 551 138A1号公報に記載されている。SPD層を含むペインでは、上述したコロナ効果が観察され、かつ場合によってはレインボー効果も、透明な状態において同じように観察される。
国際公開第2016/008375 A1号は、PDLC層が、第一のガラスと第二のガラスの間に配置されており、このPDLC層は、ポリマー層と、ポリマー層の中に分散した液晶微粒子とを含む、切り替え可能なガラス構造に関し、ここで、この第一及び/又は第二のガラスは、抗放射線コーティングを具備している。
独国特許出願公開第10 2013 214 249 A1号公報は、PDLCフィルム又はSPDフィルムであってよい複合フィルムの製造を記載している。
独国実用新案公開第20 2013 006 516 U1号公報は、2つの電極の間に位置し、ポリマーマトリックス中に分散した微液滴を形成する液晶混合物を含むPDLC層を有するシステムに関し、ここでは、液晶混合物の質量含有率は、40〜70%であり、PDLC層は、5〜25μmの厚さであり、かつポリマーマトリックス中に分散した液晶液滴の平均直径は、0.25〜2.00μmである。
したがって、本発明の目的は、PDLC層又はSPD層を導入した上述のタイプの乗り物ウィンドウペインであって、弱められたコロナ効果を示し、かつ弱められたレインボー効果をも示すことができるPDLC層又はSPD層、あるいはこれらの効果が大幅に取り除かれたPDLC層又はSPD層を有する、乗り物ウィンドウペインを提供することである。
本発明によれば、この目的は、請求項1に記載の乗り物ウィンドウペインによって達成される。本発明はまた、その他の従属項に記載されているように、このようなペインを含む乗り物、及び乗り物ウィンドウペインとしての本発明によるペインの使用に関する。本発明の好ましい実施態様は、従属項に説明されている。
したがって、本発明は、乗り物ウィンドウペインに関し、この乗り物ウィンドウペインは、以下をこの順序で含む:
(a)第一のガラスペイン(1)、
(b)一の又は複数のポリマー層(2)、
(c)液晶液滴(8)が組み込まれたポリマーマトリックス(9)を含むPDLC層(4)であって、このPDLC層の両側のそれぞれに導電層(3、5)が配置されているPDLC層、又は偏光粒子が懸濁した懸濁液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含むSPD層であって、このSPD層の両側のそれぞれに導電層が配置されているSPD層、
(d)一の又は複数のポリマー層(6)、及び
(e)第二のガラスペイン(7)、
ここで、PDLC層の場合の液晶液滴、又はSPD層の場合の懸濁液滴が、2μmを超える平均粒径を有することを特徴とする。好ましくは、PDLC層の場合の液晶液滴、又はSPD層の場合の懸濁液滴が、30%を超える相対標準偏差で、2μmを超える平均粒径を有する。
本発明による乗り物ウィンドウペインは、PDLC層又はSPD層を含む従来技術の乗り物ウィンドウペインに比較して、著しく低下したコロナ効果を示す。コロナの大きさ又は直径は、著しく減少している。ペインの光学的品質が向上している。これによって、乗り物の乗員にとって邪魔な効果を回避し、又は少なくとも低減する。
特に、好ましい実施態様では、液晶液滴又は懸濁液滴が、30%を超える相対標準偏差で、2μmを超える平均粒径を有するときに、コロナ及びレインボー領域における複数の色間のコントラストがまた、著しく減少し、かつこれらの色が薄くなる(レインボー効果)。このことにより、ペインの光学的品質が、より一層向上する。
液晶液滴又は懸濁液滴の大きさを、より広い範囲で調節することによって、コロナの大きさが減少する。かなり大きな標準偏差を有する、すなわち、不均一な粒径分布を有する液晶液滴又は懸濁液滴を使用することによって、複数の色間のコントラストが低下し、それによって、これらの色が薄くなり、かつ場合によっては完全に消えるようになっている。
添付した図面を参照しながら、本発明を以下に詳細に説明する。
図1は、本発明による、PDLC層を有する乗り物ウィンドウペインの概略図である。 図2は、混濁した又は不透明な状態(図2a)及び透明な状態(図2b)における、PDLC層を有する乗り物ウィンドウペインの概略図である。 図3は、本発明によるものではない乗り物ウィンドウペインを通じた太陽の写真(図3a〜c)及び本発明による乗り物ウィンドウペインを通じた太陽の写真(図3d)である。 図4は、PDLC層の微細構造の断面図の概略図である。 図5は、別のPDLC層の微細構造の断面図の概略図である。 図6は、コロナ効果及びレインボー効果(図6a及び6b)の概略図である。
本発明による、乗り物ウィンドウペイン又はPDLC層若しくはSPD層は、透明な状態と、混濁した又は不透明な状態とを、可逆的に切り替えることができ、言い換えれば、ペインの散乱する光を、可変的に調節することができる。このために、この乗り物ウィンドウペインは、導電層を介して、スイッチをオン及びオフすることができる電源に接続されている。
混濁した又は不透明な状態では、光透過率が減少し、それによって、乗り物ウィンドウペインは不透明になり、すなわち、透明性がなくなるか又は曇り、つまり、より透明ではなくなるようになっている。
電源のスイッチを入れることによって電界を加えたとき、PDLC層の液晶液滴、又はSPD層の懸濁液滴は、それら自体で配向し、かつPDLC層又はSPD層は透明になる。電源のスイッチを切ることによって、電界が存在しなくなると、PDLC層の液晶液滴、又はSPD層の懸濁液滴は、均一に配向せず、光が散乱するようになり、かつPDLC層又はSPD層は、混濁するか又は不透明になる。このプロセスは可逆的である。この原理を、図2a及び2bを参照しながら、以下にさらに説明する。
PDLC層(PDLC=ポリマー分散型液晶)又はSPD層(SPD=懸濁粒子デバイス)を有し、かつ透明な状態と、混濁した又は不透明な状態とを、可逆的に切り替えることができるウィンドウペインは知られている。
ペインを通じて太陽のような光源を見るとき、ウィンドウペインの液晶液滴又は懸濁液滴上での光の散乱によって、PDLC層及びSPD層による上記のコロナ効果が生じる。図6は、この効果を概略的に示している。類似の効果は、気象学において、雲の中の水滴によって太陽光や月光が散乱するときにも知られている。
本発明による乗り物ウィンドウペインは、PDLC層又はSPD層を有する。PDLC層は、液晶液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含むか、又はこのポリマーマトリックスであり、ここで、この液晶液滴は、平均粒径の相対標準偏差が、好ましくは30%を超えるものである状態で、2μmを超える平均粒径を有している。液晶液滴は、一の又は複数の液晶化合物の液滴である。SPD層は、偏光粒子が懸濁した懸濁液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含むか、又はこのポリマーマトリックスであり、ここで、この懸濁液滴は、平均粒径の相対標準偏差が、好ましくは30%を超えるものである状態で、2μmを超える平均粒径を有している。懸濁液滴は、偏光粒子が懸濁した懸濁液の液滴である。
液晶液滴又は懸濁液滴の平均粒径は、例えば、30μmほどであるが、好ましくは、12μm以下である。好ましい実施態様では、液晶液滴又は懸濁液滴の平均粒径は、3〜10μmであり、より好ましくは4〜8μmである。これは、さらに減少したコロナの観点から有利である。液晶液滴又は懸濁液滴の平均粒径の相対標準偏差は、好ましくは、30%を超え、かつ/又は80%以下である。
平均粒径とは、ここでは、算術平均を指す。液滴直径分布の指標としての相対標準偏差は、ここでは、通常のように、算術平均の標準偏差を算術平均で割った商であり、百分率で表される。相対標準偏差は、変動係数とも呼ばれている。
PDLC層の液晶液滴又はSPD層の懸濁液滴の、平均粒径及び標準偏差は、ここでは、PDLC層又はSPD層の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像における、少なくとも50個の液晶液滴又は懸濁液滴の直径を測定し、かつ画像から測定した直径の算術平均及び標準偏差を計算することによって測定した、平均粒径及び標準偏差である。画像中の液滴が球形でないときは、主軸直径(最も大きい直径)を選択する。液晶液滴又は懸濁液滴は、PDLC層又はSPD層の断面の形成時に、ポリマーマトリックスから漏出するメソゲン液体であり、それによって、実際には、漏出した液滴の形状及び大きさに相当する、ポリマーマトリックス中に残った空洞を測定することになっている、ということに留意されたい。
PDLC層の液晶液滴は、一の又は複数の液晶化合物を含むことができる。一般的な液晶を使用することができる。市販のいくつかの異なるシステムが存在する。適切な液晶の例は、例えば、欧州特許出願公開第0 564 869 A1号公報及び欧州特許出願公開第0 598 086 A1号公報に記載されている。また、適切なものは、例えば、メルク社から、MDA−00−3506という名称のもとに販売されている製品であり、これは、4−((4−エチル−2,6−ジフルオロフェニル)エチニル)−4’−プロピルビフェニルと、2−フルオロ−4,4’−ビス(トランス−4−プロピルシクロヘキシル)ビフェニルとの混合物を含んでいる。好ましい実施態様では、液晶液滴は、室温(23℃)でネマチックである。任意に、液晶液滴は、正の誘電異方性を有している。
好ましい実施態様では、PDLC層における液晶液滴の割合は、液晶液滴及びポリマーマトリックスのポリマーの合計重量に対して、40〜70重量%、より好ましくは50〜70重量%である。液晶液滴及びポリマーマトリックスに加えて、PDLC層は、その他の成分を含むことができ、例えば、ガラスやプラスチックでできた非導電性材料から作製したスペーサーを含むことができる。スペーサーは、好ましくは透明である。
SPD層の懸濁液滴は、偏光粒子が懸濁している液体懸濁液の液滴である。このようなシステムは、例えば、欧州特許出願公開第0 551 138 A1号公報に記載されている。
別段の指示のない限り、PDLC層のポリマーマトリックス、及びSPD層のポリマーマトリックスの両者について、ポリマーマトリックスに関する以下の情報を適用する。ポリマーマトリックスは、好ましくは透明である。ポリマーマトリックスは、好ましくは、熱重合又は光重合によって得られる。ポリマーマトリックスは、例えば、一の又は複数のビニル若しくは(メタ)アクリレートモノマーのポリマー、及び場合によって、ビニル若しくは(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ樹脂、又はウレタン樹脂から形成することができる。ポリマーマトリックスは、好ましくは、(メタ)アクリレートポリマーマトリックスである。(メタ)アクリレートとは、アクリレート及び/又はメタクリレートを意味する。ビニル、又は(メタ)アクリレートモノマー及びそのオリゴマーの例は、モノ(メタ)アクリレート、ジ(メタ)アクリレート、N−置換アクリルアミド、N−ビニルピロリドン、スチレン及びその誘導体、塩化ビニル、ポリエステル(メタ)アクリレート、エポキシ(メタ)アクリレート、ポリウレタン(メタ)アクリレート、並びにポリエーテル(メタ)アクリレートである。
好ましくは、ポリマーマトリックスは、少なくとも一つの単官能性ビニル化合物、好ましくは、アクリレートモノマー又はメタクリレートモノマー;少なくとも一つの二官能性ビニル化合物、好ましくは、ジアクリレートモノマー又はジメタクリレートモノマー;及び任意に、少なくとも一つの、単官能性の、二官能性の、又は多官能性のビニルオリゴマー、好ましくは、アクリレートオリゴマー又はメタクリレートオリゴマー;のポリマーである。
ポリマーマトリックスを製造するための適切なモノマー混合物は、例えば、モノマー及びオリゴマーの合計重量に対して、30〜95重量%の少なくとも一つの単官能性の(メタ)アクリレートモノマー、1〜60重量%の少なくとも一つの二官能性の(メタ)アクリレートモノマー、及び1〜50重量%の少なくとも一つの単官能性の、二官能性の、又は多官能性の(メタ)アクリレートオリゴマーを含む。
ポリマーマトリックスと、その中に組み込まれた液晶液滴を有するPDLC層を得るための様々な技術が開発されており、これらを、使用する材料に応じて用いる。これらの技術は、熱誘起相分離(TIPS)、溶媒誘起相分離(SIPS)、及び重合誘起相分離(PIPS)を含む。PIPSでは、重合は、熱によって誘起するか、又は光化学的に、例えばUV放射によって誘起することができる。一般的には、PIPSが好ましい技術である。
上述したモノマー、オリゴマー、又は樹脂のようなポリマー前駆体が、液晶化合物と混和性を有するときは、重合誘起相分離(PIPS)を用いることができる。液晶とポリマー前駆体材料を均一に混合した後で、重合を開始し、相分離を誘起する。重合の間に、形成されているマトリックス中に、成長した液晶液滴が形成し、かつポリマーがゲル化しはじめるまで、成長するポリマーネットワークへの液晶の溶解性は低下する。液滴の粒径、液滴の粒径分布、及び液滴の形態は、液滴の形成からポリマーのゲル化までの間の時間に測定される。重要な要因は、重合速度、材料の相対的濃度、温度、使用する液晶及びポリマーの種類、及び粘度、ポリマーへの液晶の溶解性などの、その他の物理的パラメーターである。
熱誘起相分離(TIPS)は、ポリマーの溶融温度を上回る温度で、均一な溶液を形成することができる液晶材料及び熱可塑性材料に用いることができる。熱可塑性溶融物中の液晶の均一な溶液は、熱可塑性材料の溶融温度より低い温度に冷却されて、液晶の相分離を起こす。液晶の液滴の粒径と分布は、例えば、冷却速度と材料パラメーターによって設定することができる。
溶媒誘起相分離(SIPS)では、液晶及び熱可塑性材料を溶媒に溶解する。続く溶媒の蒸発によって、液晶の相分離、液滴の形成と成長、及びポリマーのゲル化が生じる。
PDLC層は、例えば5〜40μm、好ましくは10〜25μmの厚さを有することができる。SPD層は、例えば50〜150μm、好ましくは80〜110μmの厚さを有することができる。
別段の指示のない限り、PDLC層の両側に配置する導電層、及びSPD層の両側に配置する導電層の両者について、導電層に関する以下の情報を適用する。導電層は、好ましくは透明である。導電層は、PDLC層又はSPD層と接触する電極を形成し、かつ本発明によるペインでは、電源に接続することができるように構成されている。
導電層は、透明な導電性酸化物(TCO:transparent conductive oxide)、すなわち、可視光で、高い導電性と透明性との両方を有する材料を含むことができる。例示としては、スズをドープした酸化インジウム(ITO)、アンチモンをドープした若しくはフッ素をドープした酸化スズ(SnO:F)、又はアルミニウムをドープした酸化亜鉛(ZnO:Al)が挙げられ、ITOが好ましい。ITOをベースとする導電層は、例えば、50〜200Ω/sq.の表面抵抗率を有する。
これらの透明な導電性酸化物(TCO)をベースとする導電層の厚さは、好ましくは50〜100mmの範囲にある。既知のコーティング技術は、例えば、マグネトロン支援カソートスパッタリング、蒸着、ゾル−ゲル法、又は化学蒸着法(CVD)である。
導電層は、金属層とすることもでき、好ましくは、薄層又は薄層の積層体である。適切な金属は、例えば、Ag、Al、Pd、Cu,Pd、Pt、In、Mo、Auである。これらの金属コーティングは、TCC(透明な導電性コーティング:transparent conductive coating)と呼ばれる。個々の層の典型的な厚さは、2〜50nmの範囲にある。
それぞれの上部及び下部に導電層を有する、多種多様なPDLC層及びSPD層が市販されている。通常、PDLC層及びSPD層についての、この2つの導電層を、ポリマーフィルムでできた基材の上に適用する。ポリマーフィルムは、例えば、ポリエステルフィルム、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムとすることができる。このような複合体を、本発明による乗り物ウィンドウペインに組み込むために使用することができる。
本発明による乗り物ウィンドウペインは、PDLC層又はSPD層が、機能性層として含まれている複合ガラスペインである。加えて、乗り物ウィンドウペインは、機能性層の両側に、一の又は複数のポリマーフィルムを積層した、第一の及び第二のガラスペインを含み、中実な複合体を形成する。
第一のガラスペイン及び第二のガラスペインは、同じ材料でできていてもよく、又は異なる材料でできていてもよい。ペインは、無機ガラス(鉱物ガラス)及び/又は有機ガラス(ポリマー)でできていてよい。好ましい実施態様では、第一のガラスペイン及び/又は第二のガラスペインは、ガラス及び/又はポリマーを含み、好ましくは、平板ガラス、石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、ソータ石灰ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ポリカーボネート、及び/又はポリメタクリレートを含む。
第一のガラスペイン及び第二のガラスペインは、同じ厚さを有していてもよく、又は異なる厚さを有していてもよい。好ましくは、第一のガラスペイン及び第二のガラスペインは、互いに独立して、0.4〜4.0mmの範囲の、例えば0.4〜3.85mmの、より好ましくは1.6〜2.5mmの厚さを有することができる。機械的な理由のため、外部ペインは、好ましくは内部ペインよりも厚いか、又は内部ペインと同じ厚さを有する。内部ペインは、乗り物に取り付けられたときに、乗り物の内部に面したガラスペインであり、一方、外部ペインは、外側に面しているガラスペインである。
それぞれの場合に、一の又は複数のポリマー層が、第一のガラスペインとPDLC層又はSPD層との間に、及び第二のガラスペインとPDLC層又はSPD層との間に、配置される。別段に指示しない限り、以下の記載は、互いに独立して、一の又は複数の、これらのすべてのポリマー層について言及するものである。通常、適切な市販のポリマーフィルムを、ポリマー層の形成のために出発材料として使用する。好ましくは、一の又は複数のポリマー層のうち少なくとも一つは、熱可塑性ポリマーを含む。一の又は複数のポリマー層は、好ましくは透明で、無色であるか、又は着色している。
一の又は複数のポリマー層は、積層した層として、例えば、ポリビニルブチラール、エチレン酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリプロピレン、ポリアクリレート、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリアセテート樹脂、注型用樹脂、アクリレート樹脂、フッ素化エチレン−プロピレン、ポリフッ化ビニル、及び/又はエチレン−テトラフルオロエチレン、及び/又はそれらの混合物、及び/又はそれらのコポリマーを含むことができる。
好ましくは、一の又は複数のポリマー層のうち少なくとも一つは、積層した層として、ポリビニルブチラール(PVB)、エチレン酢酸ビニル、ポリウレタン、及び/又はそれらの混合物、及び/又はそれらのコポリマーを含むことができ、好ましくは、ポリビニルブチラールを含む。
一の又は複数のポリマー層は、上述したポリマーの積層した層に加えて、例えば、その上及び下に配置された導電層を有するPDLC層又はSPD層のための保護層としての、その他の機能を有する追加のポリマー層を、任意に含むことができる。この保護層は、例えば、ポリエステル層とすることができ、好ましくはポリエチレンテレフタレート(PET)層とすることができる。特定の機能のための、ポリマー層のその他の例は、着色したPVBフィルム、音響(防音)フィルム、及び赤外線反射PETフィルム又はそれから製造した層である。一の又は複数の積層した層に加えて、その他の層を含む場合は、第一及び第二のガラスペインの最も近くに配置されるポリマー層は、一般的には、ポリマーの積層した層である。
一の又は複数のポリマー層は、例えば、それぞれの場合に、0.04〜1.5mmの、好ましくは0.1〜1.5mmの、より好ましくは0.3〜0.9mmの厚さを有し、典型的には、0.38mm、0.76mm、又は0.85mmの厚さを有する。層の厚さは、目的とする用途に応じて変えることができる。例えば、いくつかの実施態様では、0.05mmの厚さを有するPET層及び/又は0.85mmの厚さを有する音響フィルムを使用する。積層した層として使用するポリマー層は、好ましくは0.1〜1,5mm、より好ましくは0.3〜0.9mmの厚さを有する。
好ましい実施態様では、乗り物ウィンドウペインは、第一のガラスペイン;第一のポリマー層としての少なくとも一つの積層した層、例えばPVB層;第二のポリマー層としての少なくとも一つの保護層;上部及び下部に2つの導電層を有するPDLC層、又は上部及び下部に2つの導電層を有するSPD層;第二のポリマー層としての少なくとも一つの保護層;第一のポリマー層としての少なくとも一つの積層した層、例えばPVB層;及び第二のガラスペインを、この順序で含む。
ある一つの実施態様では、乗り物ウィンドウペインは、着色していてもよく、かつ/又は第一及び/又は第二のガラスペインとして、少なくとも一つのコーティングされたガラスを含むことができる。したがって、乗り物ウィンドウペインの光学的特性を変更することができる。着色した乗り物ウィンドウペインは、着色したガラスペイン及び/又は着色したポリマー層を使用することによって得ることができる。このため、本発明による乗り物ウィンドウペインにおいて、第一及び第二のガラスペインから選択される少なくとも一つのガラスペインは、着色したガラスペインであり、かつ/又は第一のガラスペインとPDLC層又はSPD層との間の一の又は複数のポリマー層、及び第二のガラスペインとPDLC層又はSPD層との間の一の又は複数のポリマー層から選択される少なくとも一つのポリマー層は、着色したポリマー層である。例えば、着色したポリマー層には、着色したPVBフィルム及び/又は赤外線反射PETフィルムを使用することができる。コーティングされたガラスの一例は、low−Eガラス(低放射ガラス)又は赤外線反射コーティングを有するガラスである。low−Eガラスは市販されており、一の又は複数の金属層でコーティングされている。金属のコーティングは非常に薄く、例えば、おおよそ100nmの厚さを有する。第一及び/又は第二のガラスペインとして、コーティングされたガラスペインを使用するとき、このコーティングは、好ましくは、乗り物ウィンドウペインに関して、ガラスペインの内側に位置する。
もちろん、着色した乗り物ウィンドウペインでは、ペインは、PDLC層又はSPD層が透明な状態で着色している。
好ましい実施態様では、PDLC層又はSPD層は、接着性シーリング化合物及び/又は熱可塑性ストリップで、側面がシールされている。接着性シーリング化合物及び/又は熱可塑性ストリップが、腐食からPDLC層又はSPD層を保護することが好都合である。「側面」とは、PDLC層又はSPD層の上部及び下部ではない、PDLC層又はSPD層の側面を指すものと理解される。
接着性シーリング化合物は、例えば、ポリビニルブチラール(PVB)の接着性シーリング化合物とすることができ、かつ/又は額縁の形状に作り上げることができる。額縁の形状を使った技法では、PDLC層又はSPD層は、乗り物ウィンドウペインの縁までずっとには到達せず、つまり、面積でいえば、PDLC層又はSPD層は、第一及び第二のガラスペイン並びにポリマー層よりも小さい。残りの縁は、接着性シーリング化合物で周囲を密閉され、これはPDLC層又はSPD層と同一の厚さを有し、したがって、スペーサーとしても機能する。このようにして、PDLC層又はSPD層は、接着性シーリング化合物で側面が縁どられる。
熱可塑性ストリップは、接着剤なしのテープであり、U字形で、PDLC層又はSPD層の側面の周囲に取り付けられ、それによって、このU字の脚が、PDLC層又はSPD層の上下に位置するようになっている。
本発明による乗り物ウィンドウペインは、すべての乗り物、例えば、自動車、列車、船、又は航空機に適しており、特に好ましくは、自動車に適している。適切な自動車の例は、バス、トラクター、トラック、及び乗用車であり、乗用車が特に好ましい。
また、本発明は、本発明による乗り物ウィンドウペインを少なくとも一つ含む乗り物に関し、この乗り物は、好ましくは自動車である。適切でありかつ好ましい乗り物は、上記のとおりである。
さらに、本発明は、乗り物ウィンドウペインとしての、本発明によるペインの使用に関し、好ましくは、サンルーフにおける、ガラスルーフとしての、リアウィンドウとしての、ウィンドシールドのB領域におけるルーフエッジとしての、又は好ましくは自動車における、リアウィンドウ若しくはフロントサイドウィンドウとしての、使用に関する。フロントペインとして使用することも想定されている。
本発明による乗り物ウィンドウペインは、乗り物ウィンドウペインが透明な状態において、コロナ効果を低減するために適しており、かつ場合によって、レインボー効果を低減するために適している。これらの効果は、観察者が太陽のような光源の方向を、ペインを通じて見るときに生じ得る。
添付した図面を参照しながら、非限定的な例示となる実施態様を使って、以下に本発明をさらに説明する。図1並びに図2a及び2bは、概略的な図面であり、液晶液滴の説明に適用する。ここでは、液滴の粒径や粒径分布については描写していない。
図1は、第一のガラスペイン1、一の又は複数のポリマー層2、並びにPDLC層4の両側に配置された2つの導電層3及び5を有する、本発明による乗り物ウィンドウペインを概略的に図示したものである。PDLC層4は、液晶液滴8が組み込まれたポリマーマトリックス9を含む。一の又は複数のポリマー層6は、導電性5と第二のガラスペイン7の間に配置されている。本発明による実施態様では、PDLC層4の液晶液滴8は、好ましくは30%を超える相対標準偏差で、2μmを超える平均粒径を有している。一の又は複数のポリマー層2及び6は、それぞれ、積層した層としての、第一又は第二のガラスペイン1、7に面した少なくとも一つのPVBフィルム、及び保護層としての、導電層3、5のそれぞれに面した少なくとも一つのポリエステルフィルムからなるものとすることができる。特に、追加の機能性層、例えば赤外線反射層を、第一のガラス層1の内側であり、かつポリマー層2に配置することができる。導電層3、5は、透明なITOコーティングとすることができる。SPD層を有する本発明による乗り物ウィンドウペインは、PDLC層4が、偏光粒子が懸濁した、ポリマーマトリックスに組み込まれた懸濁液滴を有するSPD層であることを除いて、同じ基本構造を有する。
図2a及び2bは、図1の乗り物ウィンドウペインについて、PDLC技術の作動様式を図示したものである。ペインは、2つの導電層3及び5を通じて、電源Vに接続されている。スイッチS/S’によって、回路を閉じることができ(ONモード、S’)、かつ開くことができる(OFFモード、S)。ONモードで電界が加えられ、液晶8が規則的な様式で配向し、かつ入射光10がほとんど散乱せず、透明なPDLC層及び透明なペインをもたらす(図2b)。電流のスイッチを切ると、液晶8はランダムに配向し、それによって、入射光10は、10’に散乱し、PDLC層及びペインは、不透明になるか又は透明性のないものとなる(図2a)。この技術は、基本的にSPD層でも同じであり、SPD層では、懸濁液滴が、均一に又は任意に配向する。
図1、2a及び2bは、示されている光屈折に関して、単に概略を示している。光の異なる屈折に関する理論は以下のとおりである:液晶液滴又は懸濁液滴は、2つの異なる屈折率ne(ONモード、S’)及びn’(OFFモード、S)で特徴付けられる。周囲のポリマーマトリックスの屈折率npが、OFFモードでの液晶液滴又は懸濁液滴の屈折率n’と異なるとき、光は屈折する。屈折率neとnpとが一致するとき、光は屈折しない。OFFモードでは、液滴はランダムに配置されており、屈折率n’は、屈折率npとは異なり、光が散乱し、かつペインは混濁しているか又は不透明に見える。液晶分子は、液晶液滴の縁と一致している。ONモードでは、液滴は、選択した屈折率neでもって、加えられた電界の方向に沿って均一にそれら自体で配向し、それによって、屈折率neが、屈折率npに大体一致し、光の高い透過を保証し、したがって、光が透過する。
図6a及び6bは、レインボーを有するコロナY、すなわち、コロナ及びレインボー効果とそれらの形成を説明する概略図を示したものである。PDLC層12を有する乗り物ウィンドウペインを通じた太陽光11の効果を図示している。光は、乗り物ウィンドウペインで散乱し、それによって、観察者は、直接領域Xの太陽だけでなく、色の付いたレインボー領域Zを含むコロナYを認識することになる。
4つのPDLCフィルムである、A、B、C、Dを、乗り物ウィンドウペインの製造のために使用した。製造した乗り物ウィンドウペインを、その後、コロナ効果に関して調べた。
下記の表は、PDLCフィルムA、B、C、Dについて、液晶液滴の平均粒径、標準偏差、相対標準偏差(標準偏差/平均粒径の割合)、及び最大液滴粒径を示したものであり、これらは、上述のとおりSEM画像で測定した。図4は、PDLCフィルムAについて、液晶液滴8及びポリマーマトリックス9を含む、PDLC層4の微細構造を概略的に示したものである(縮尺のとおりではない)。図5は、PDLCフィルムDについて、液晶液滴8及びポリマーマトリックス9を含む、PDLC層4の微細構造を概略的に示したものである(縮尺のとおりではない)。
Figure 0006928172
乗り物ウィンドウペインを、PDLCフィルムA、B、C、Dを使って製造した。このために、第一のガラスペイン、PVBフィルム、PDLCフィルム、PVBフィルム、及び第二のガラスペインからなる組み立て品を、この順序で形成した。これらの組み立て品を、高められた温度及び高められた圧力下に、常法により積層して、複合ガラスを形成した。PDLCフィルムA、B、Cを使った乗り物ウィンドウペインは、参考となるペインである。PDLCフィルムDを使った乗り物ウィンドウペインは、本発明によるものである。
乗り物ウィンドウペインを、コロナ効果について調べた。このために、乗り物ウィンドウペインを、導電層(電極)を通じて、電源に接続した。すべての乗り物ウィンドウペインは、OFFモード(電源オフ)で申し分のない混濁を有し、かつ透明な状態に必要な電圧が比較的低く、ONモード(電源オン)で透明性を有する、という良好な電気光学的特性を示した。
コロナ効果を調べるために、強い光源を、透明な状態の乗り物ウィンドウペインの一方の側に置いた。その後。このペインの他方の側から、ペインを通じた光源の写真を撮った。写真を図3a〜dに複製している。
図3aは、PDLCフィルムAを有する乗り物ウィンドウペインの写真を示す。この写真には、光源の周りに、非常に幅の広い、くっきりとした青いリングが示されている。
図3bは、PDLCフィルムBを有する乗り物ウィンドウペインの写真を示す。この写真には、光源の周りに、幅の広い、青いリングが示されている。リングの縁で、色は薄くなっており、かつ赤茶色に変化している(レインボー効果)。
図3cは、PDLCフィルムCを有する乗り物ウィンドウペインの写真を示す。この写真には、光源の周りに、幅の広い、青みがかったリングが示されている。図3bの写真と比較すると、コロナの幅はおおよそ匹敵するものになっているが、色合いは図3bほど強くはない。
図3dは、PDLCフィルムDを有する、本発明による乗り物ウィンドウペインの写真を示す。この写真には、光源の周りに、小さな白いリングが示されている。図3a〜3cと比較すると、図3dでは、コロナの幅は、著しくより小さい。さらに、複数の色間のコントラストは、ほとんどないか又は実質的に存在せず、その結果として、白色のリングがもたらされている。
全体的にみて、本発明による乗り物ウィンドウペインによって、コロナ効果、及びさらにはレインボー効果が、参考のペインと比較すると、著しく顕著でないものとなっていることに留意されたい。このことは、ペインの光学的品質を向上させる。
本明細書に開示される発明は以下の態様を含む:
[1]以下をこの順序で含む、乗り物ウィンドウペイン:
(a)第一のガラスペイン(1)、
(b)一の又は複数のポリマー層(2)、
(c)液晶液滴(8)が組み込まれたポリマーマトリックス(9)を含むPDLC層(4)であって、前記PDLC層の両側のそれぞれに導電層(3、5)が配置されているPDLC層、又は偏光粒子が懸濁した懸濁液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含むSPD層であって、前記SPD層の両側のそれぞれに導電層が配置されているSPD層、
(d)一の又は複数のポリマー層(6)、及び
(e)第二のガラスペイン(7)、
ここで、前記PDLC層の場合の前記液晶液滴、又は前記SPD層の場合の前記懸濁液滴が、明細書に示したとおりに測定したときに、2μmを超える平均粒径を有することを特徴とする。
[2]前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径の相対標準偏差が、30%を超える、上記[1]に記載の乗り物ウィンドウペイン。
[3]前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径が12μm以下であり、好ましくは、前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径が3〜10μmである、上記[1]又は[2]に記載の乗り物ウィンドウペイン。
[4]前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径の相対標準偏差が、80%以下である、上記[1]〜[3]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[5]前記液晶液滴が、室温でネマチックであり、かつ正の誘電異方性を有する、上記[1]〜[4]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[6]前記液晶液滴及び前記ポリマーマトリックスのポリマーの合計重量に対する、前記PDLC層における前記液晶液滴の割合が、40〜70重量%である、上記[1]〜[5]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[7]前記ポリマーマトリックスが、一の又は複数の、ビニル若しくは(メタ)アクリレートモノマーのポリマー;及び任意に、ビニル若しくは(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ樹脂、又はウレタン樹脂から形成されている、上記[1]〜[6]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[8]前記ポリマーマトリックスが、少なくとも一つの単官能性ビニル化合物、好ましくは(メタ)アクリレートモノマー;少なくとも一つの二官能性ビニル化合物、好ましくはジ(メタ)アクリレートモノマー;及び任意に、少なくとも一つの、単官能性の、二官能性の、又は多官能性のビニルオリゴマー、好ましくは(メタ)アクリレートオリゴマーから形成されている、上記[1]〜[7]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[9]一の又は複数の前記ポリマー層(2、6)のうちの少なくとも一つが、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアセテート、ポリウレタン、及び/又はそれらの混合物、及び/又はそれらのコポリマーを含み、好ましくはポリビニルブチラールを含む、上記[1]〜[8]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[10]以下をこの順序で含む、上記[1]〜[9]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン:
前記第一のガラスペイン(1)、
第一のポリマー層(2)としての、少なくとも一つの積層した層、
第二のポリマー層(2)としての、少なくとも一つの保護層、
二つの前記導電層(3、5)を有する前記PDLC層(4)、又は二つの前記導電層を有する前記SPD層、
第二のポリマー層(6)としての、少なくとも一つの保護層、
第一のポリマー層(6)としての、少なくとも一つの積層した層、及び
前記第二のガラスペイン(7)。
[11]前記PDLC層(4)又は前記SPD層は、接着性シーリング化合物、及び/又は熱可塑性ストリップで、側面がシールされている、上記[1]〜[10]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[12]前記乗り物ウィンドウペインが、自動車ウィンドウペインである、上記[1]〜[11]のいずれか一つに記載の乗り物ウィンドウペイン。
[13]上記[1]〜[12]のいずれか一つに記載の、少なくとも一つの乗り物ウィンドウペインを含む乗り物であって、好ましくは自動車である乗り物。
[14]乗り物ウィンドウペインとしての上記[1]〜[12]のいずれか一つに記載のペインの使用であって、好ましくは、サンルーフにおける、ガラスルーフとしての、リアウィンドウとしての、ウィンドシールドのB領域におけるルーフエッジとしての、又は好ましくは自動車における、リアウィンドウ若しくはフロントサイドウィンドウとしての、使用。
[15]前記ペインが透明な状態において、コロナ効果を低減するための、かつ場合によって、レインボー効果を低減するための、上記[14]に記載の使用。
1 第一のガラスペイン
2 一の又は複数のポリマー層
3 導電層
4 PDLC層又はSPD層
5 導電層
6 一の又は複数のポリマー層
7 第二のガラスペイン
8 液晶液滴
9 ポリマーマトリックス
10 入射光
10’ 散乱光
11 太陽光
12 PDLC層を有する乗り物ウィンドウペイン
S スイッチ(開いた回路)
S’ スイッチ(閉じた回路)
X 直接領域
Y コロナ
Z レインボー領域
V 電源

Claims (15)

  1. 以下をこの順序で含む、乗り物ウィンドウペイン:
    (a)第一のガラスペイン(1)、
    (b)一の又は複数のポリマー層(2)、
    (c)液晶液滴(8)が組み込まれたポリマーマトリックス(9)を含むPDLC層(4)であって、前記PDLC層の両側のそれぞれに導電層(3、5)が配置されているPDLC層、又は偏光粒子が懸濁した懸濁液滴が組み込まれたポリマーマトリックスを含むSPD層であって、前記SPD層の両側のそれぞれに導電層が配置されているSPD層、
    (d)一の又は複数のポリマー層(6)、及び
    (e)第二のガラスペイン(7)、
    ここで、前記PDLC層の場合の前記液晶液滴、又は前記SPD層の場合の前記懸濁液滴が、前記PDLC層又は前記SPD層の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)画像における、少なくとも50個の前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の直径を測定し、かつ前記画像から測定した前記直径の算術平均を計算することによって測定したときに、2μmを超える平均粒径を有し、かつ前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径の相対標準偏差が、30%を超えることを特徴とする。
  2. 前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径が12μm以下である、請求項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  3. 前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径が3〜10μmである、請求項1又は2に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  4. 前記液晶液滴又は前記懸濁液滴の前記平均粒径の相対標準偏差が、80%以下である、請求項1〜3のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  5. 前記液晶液滴が、室温でネマチックであり、かつ正の誘電異方性を有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  6. 前記液晶液滴及び前記ポリマーマトリックスのポリマーの合計重量に対する、前記PDLC層における前記液晶液滴の割合が、40〜70重量%である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  7. 前記ポリマーマトリックスが、一の又は複数の、ビニル若しくは(メタ)アクリレートモノマーのポリマー;及び任意に、ビニル若しくは(メタ)アクリレートオリゴマー、エポキシ樹脂、又はウレタン樹脂から形成されている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  8. 前記ポリマーマトリックスが、少なくとも一つの単官能性ビニル化合物;少なくとも一つの二官能性ビニル化合物;及び任意に、少なくとも一つの、単官能性の、二官能性の、又は多官能性のビニルオリゴマーから形成されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  9. 一の又は複数の前記ポリマー層(2、6)のうちの少なくとも一つが、ポリビニルブチラール、エチレンビニルアセテート、ポリウレタン、及び/又はそれらの混合物、及び/又はそれらのコポリマーを含、請求項1〜8のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  10. 以下をこの順序で含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン:
    前記第一のガラスペイン(1)、
    第一のポリマー層(2)としての、少なくとも一つの積層した層、
    第二のポリマー層(2)としての、少なくとも一つの保護層、
    二つの前記導電層(3、5)を有する前記PDLC層(4)、又は二つの前記導電層を有する前記SPD層、
    第二のポリマー層(6)としての、少なくとも一つの保護層、
    第一のポリマー層(6)としての、少なくとも一つの積層した層、及び
    前記第二のガラスペイン(7)。
  11. 前記PDLC層(4)又は前記SPD層は、接着性シーリング化合物、及び/又は熱可塑性ストリップで、側面がシールされている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  12. 前記乗り物ウィンドウペインが、自動車ウィンドウペインである、請求項1〜11のいずれか一項に記載の乗り物ウィンドウペイン。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の、少なくとも一つの乗り物ウィンドウペインを含む乗り物であって、自動車である乗り物。
  14. 乗り物ウィンドウペインとしての請求項1〜12のいずれか一項に記載のペインの使用であって、サンルーフにおける、ガラスルーフとしての、リアウィンドウとしての、ウィンドシールドのB領域におけるルーフエッジとしての、又はリアウィンドウ若しくはフロントサイドウィンドウとしての、使用。
  15. 前記ペインが透明な状態において、コロナ効果を低減するための、及び/又はレインボー効果を低減するための、請求項14に記載の使用。
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