JP7081497B2 - 調光部材、調光部材の製造方法、調光体、車両 - Google Patents
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Description
このような調光部材は、透明基材間にスペーサを設け、このスペーサにより液晶層を所望の厚さに保持している。
しかし、透明基材を貼合する前に液晶を滴下する方式の場合、ビーズスペーサの基材に対する密着力が弱いと、液晶の流動でビーズスペーサが移動する場合がある。ビーズスペーサが移動すると、液晶の厚みにムラが生じ、虹ムラ等が生じる可能性がある。
特に、透明基材がフィルム状の場合、透明基材が弛んだ場所では、透明基材間の押圧力が弱くなり、ビーズスペーサが移動しやすい。調光部材を曲面に貼り付けた場合には、そのような移動の傾向が強くなる。
(調光フィルム)
図1は、本発明の調光部材の一実施形態としての調光フィルム1を示す断面図である。
本実施形態の調光フィルム1は、調光部材の一態様として、可撓性を有するフィルム状に形成されている。調光フィルム1は、例えば、車両のサンルーフ等の曲面を有する部分に貼着し、透過、不透明が切り替えられる。
調光フィルム1は、上述のようにサンルーフ等の透明部材に配置され、調光体として主に使用される。より具体的には、調光フィルム1は、透明樹脂板や、ガラス等の透明部材に粘着剤等により貼付されたり、ガラス板(透明部材)間に挟持され、合わせガラスにされたりする調光体として使用することができる。
この調光フィルム1(調光部材)は、例えば、建築物の窓ガラスや、ショーケース、屋内の透明パーテーション、車両のウインドウ等の調光を図る部位(外光が入射する部位、例えば、フロントや、サイド、リア、ルーフ等のウインドウ)に配置され、建築物や車両等の内側への入射光の光量を制御することができる。
なお、後述するIPS方式による場合、第1透明電極22A、第2透明電極22Bは、第1配向層23A又は23B側の一方に纏めて製造される。
そして、調光フィルム1は、第1透明電極22Aと、第2透明電極22Bとの間の電位差を変化させることにより外来光の透過を制御する。
第1基材21A、第2基材21Bは、調光フィルム1に適用可能な光透過性を有し、可撓性を有するTAC(トリアセチルセルロース)、ポリカーボネートフィルム、COP(シクロオレフィンポリマー)、アクリル、PET(ポリエチレンテレフタラート)など各種の積層体を適用することができ、この実施形態では、両面にハードコート層が製造されてなるポリカーボネートによるフィルム材が適用される。
第1透明電極22A、第2透明電極22Bは、それぞれ、上述の第1基材21A、第2基材21Bに積層される透明導電膜から構成されている。
透明導電膜としては、この種の透明樹脂フィルムに適用される各種の透明電極材料を適用することができ、酸化物系の全光透過率が50%以上の透明な金属薄膜を挙げることができる。例えば、酸化錫系、酸化インジウム系、酸化亜鉛系が挙げられる。
酸化インジウム(In2O3)系としては、酸化インジウム、ITO(Indium Tin Oxide:インジウム錫酸化物)、IZO(Indium Zinc Oxide)が挙げられる。
酸化亜鉛(ZnO)系としては、酸化亜鉛、AZO(アルミドープ酸化亜鉛)、ガリウムドープ酸化亜鉛が挙げられる。
本実施形態では、ITO(Indium Tin Oxide)により透明導電膜が形成される。
なお、ハードコート層は、第1基材21A、第2基材21Bのうち少なくとも一方に設けてもよく、また、基材の液晶層14側の面だけでなく、その反対側の面にも設けられるようにしてもよい。
また、ハードコート層と透明電極22との間には、屈折率を調整するインデックスマッチング層を更に設けるようにしてもよく、また、ハードコート層に、屈折率を調整する機能を設け、インデックスマッチング層も兼ねるようにしてもよい。
第1配向層23A及び第2配向層23Bは、光配向層により形成される。光配向層に適用可能な光配向材料は、光配向の手法を適用可能な各種の材料を広く適用することができるが、本実施形態では、例えば光二量化型の材料を使用する。この光二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。
このようなラビング処理による配向や光配向に代えて、ラビング処理により製造した微細なライン状凹凸形状を賦型処理により製造して配向層を製造してもよい。
なお、ポリイミド等の配向層に適用可能な各種材料により形成された第1配向層23A及び第2配向層23Bは、ライン状凹凸形状の形成を省略してもよい。
本実施形態ではスペーサとして球形状のビーズスペーサ24を用いる。ビーズスペーサ24は、液晶層14の厚みを規定するために設けられる。ビーズスペーサ24は、シリカ等による無機材料による構成、有機材料による構成、これらを組み合わせたコアシェル構造の構成等を広く適用することができる。また球形状による構成の他、円柱形状、角柱形状等によるロッド形状により構成してもよい。
なお、液晶層14には、上述のビーズスペーサ24に加え、ビーズスペーサ以外のスペーサ、例えば、フォトリソグラフィや、印刷により形成されたスペーサをさらに備えるようにしてもよい。
液晶層14は、この種の調光フィルム1に適用可能な各種の液晶14Aを広く適用することができる。なお、本実施形態では、液晶層14は、二色性色素が混合されたゲストホスト型の液晶14Aである。液晶分子の移動に伴い、二色性色素を移動させることで、光の透過及び遮光を制御することができる。
液晶14Aとして、TN液晶(twisted Nematic liquid crystal)14aを用いる。TN液晶をホストとし、二色性色素をゲストとした場合、調光フィルムは、電圧が印加されていないときは液晶分子及び二色性色素が水平に並び、光をさえぎって画面が「黒」になる、いわゆるノーマリブラック型である。徐々に電圧を印加していくと、液晶分子が垂直に立ち上がるとともに二色性色素も立ち上がり、光が透過する。なお、この液晶14Aには、上述のTN方式の液晶の他、VA方式の液晶を用いてもよい。ゲストホスト型のVA方式の場合、電圧が印加されていないときは液晶分子及び二色性色素が垂直に並び、光が透過可能となる、いわゆるノーマリホワイト型である。
図2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。
まず、第1積層体製造工程SP2において、第1積層体12が製造される。第1積層体製造工程SP2は、第1電極製造工程SP2-1及び第1配向層製造工程SP2-2を含む。
第1電極製造工程SP2-1において、第1基材21Aにスパッタリング等の真空成膜法によりITOによる第1透明電極22Aが製造される。
第2電極製造工程SP2-1において、第2基材21Bにスパッタリング等の真空成膜法によりITOによる第2透明電極22Bが製造される。
そして、積層工程SP6において、第1積層体12、第2積層体13を積層押圧することにより、第2積層体13に配置した液晶14Aを枠形状に形成されたシール材25の内側に押し広げる。その後、紫外線の照射等によりシール材25を硬化させ、これにより調光フィルム1を製造する。
なお液晶14Aの配置にあっては、滴下注入方式に代えて、第1積層体12、第2積層体13を積層した後、液晶層に係る部位に形成される空隙に、液晶材料を配置する場合等、種々の手法を広く適用することができる。
そうすると、塗工液の水位(液位)が下がる。このとき、ビーズスペーサ24と接触している塗工液の水位(液位)は、他の部分より減少しない。したがって、ビーズスペーサ24の周囲は第2配向層23Bが部分的に液晶層14側に突出したような形で固まり、ビーズスペーサ24の下側(第2基材21B側)の外周曲面(表面)を覆うようにして、凸部30が第2配向層23Bと一体に形成される。そして、図1に示すように、この凸部30により、ビーズスペーサ24は、第2配向層23B上に保持される。
これにより、調光フィルム101は、従来の固着層を有するビーズスペーサを散布して配向層上に配置する場合等に比して、ビーズスペーサ24を第2配向層23Bに対してより強力に配置することができ、液晶流入工程等におけるビーズスペーサの移動を極力抑制することができる。
また、特に、基材にガラス板ではなく樹脂フィルムが用いられている場合、加熱等により樹脂フィルム(基材)が延びたときに、上述の隙間に残存した空気が液晶層内で集まり易くなり、気泡となって視認される可能性が高くなってしまう。
液晶層14中において、仮に、2個以上4個以下で凝集したビーズスペーサの凝集割合が20%未満である場合、凝集したビーズスペーサの割合が小さすぎてしまい、液晶層の潰れや、破損の発生する可能性があるため望ましくない。
例えば、2個以上4個以下で凝集したビーズスペーサの凝集割合は、液晶層の所定領域内に配置されるビーズスペーサの全個数S1に対する2個以上4個以下で凝集したビーズスペーサの凝集体の個数の割合を示す。
ここで、ビーズスペーサの凝集体とは、複数のビーズスペーサが凝集したものをいう。
また、ビーズスペーサの全個数S1とは、ビーズスペーサの凝集体が含まれる場合、その凝集体を構成するビーズスペーサの個数ではなく、凝集体の個数により数えられるものをいう。例えば、液晶層内の所定領域内に凝集していないビーズスペーサが2個と、3個のビーズスペーサが凝集した凝集体が1個存在する場合、この所定領域内のビーズスペーサの全個数S1は、凝集していないビーズスペーサの個数(2個)と凝集体の個数(1個)との和、すなわち3個となる。
仮に、凝集割合が80%を超えてしまう場合、液晶層内においてビーズスペーサの分布が不均一となってしまう場合があるので望ましくない。また、凝集割合が80%よりも大きい場合、凝集したビーズスペーサが調光フィルム1(液晶層14)を透過する光を必要以上に遮ってしまい、透光状態における調光フィルム1の光の透過量が減少してしまうので望ましくない。
また、表1中の実施例1-2は、直径9.0μmのビーズスペーサを用いた調光フィルムの凝集割合を示している。この調光フィルムでも、上述のように、配向層の乾燥条件を調整することによって、2個以上の凝集したビーズスペーサの凝集割合が60.4%となり、そのうち、2個以上4個以下で凝集したビーズスペーサの凝集割合が55.2%、5個以上で凝集したビーズスペーサの凝集割合が5.2%となり、調光フィルムの外力に対する耐圧性と、透光状態における透過光量ともに、製品として十分なレベルであることが確認された。
まず、比較例2について説明する。比較例2は、第2配向層製造工程において使用する塗工液がビーズスペーサを含まない。比較例2では、第2配向層上に市販の固着層を有するビーズスペーサを散布して、加熱処理することによって、固着層を溶融し、その後、冷却することによりビーズスペーサを第2配向層に固着してサンプルを作成した。
次いで、第2基材(第1基材と積層する前の状態)に対して、エアガンにより空気を吹き付け(エアブロー)、ビーズスペーサの残存率を求めた。
エアガンのノズルは2mmφ、エアガンと第2基材との距離は5mm、ブロー時間は15secである。
エアブローの圧力を1kgf/cm2から1kg/cm2ずつ順次圧力を上昇させたところ、5kgf/cm2を超えたところで、ビーズスペーサにおいて大きな残存率の低下が確認された。5kgf/cm2におけるビーズスペーサの残存率は30%であった。
上述の第2積層体製造工程SP3により製造された、第2配向層23Bが形成された第2基材21B(第1基材と積層する前の状態)に対して、エアガンにより空気を吹き付け(エアブロー)、ビーズスペーサ24の残存率を求めた。
エアガンのノズルは2mmφ、エアガンと第2基材との距離は5mm、ブロー時間は15secである。
エアブローの圧力を1kgf/cm2から1kg/cm2ずつ順次圧力を上昇させたところ、5kgf/cm2を超えたところでも、ビーズスペーサ24において大きな残存率が確認された。ビーズスペーサ24における、凸部30内に保持されている部分の最大径をr(図1参照)とし、Rに対するrの比=r/Rとしたときに、r/R=1なら、残存率は100%、r/R=0.6でも比較例2と比べると良好な結果が得られた。
上述の第2積層体製造工程SP3により第2基材21Bを作成した。その際、ビーズスペーサ24の直径をRとする。また、ビーズスペーサ24における、凸部30内に保持されている部分の最大直径をr(図1参照)とし、Rに対するrの比=r/Rを変更し、r/R=1.0、r/R=0.8、r/R=0.6の3つのサンプルを、配向層23Bの塗工液の粘度等を調整することにより作成した。
実施例3の中では、r/Rが高いほど、ビーズスペーサ24の残存率が増加し、r/R=1においては100%であった。
ここで、調光フィルム1において、虹ムラ等観察を防止するには、ビーズスペーサ24の残存率が80%以上であることが好ましい。上述の結果においてr/R=0.8では残存率が85%であるので、0.8≦r/Rが好ましい。
次に、比較例3について説明する。図3は比較例3の第2積層体13’を示す図である。第2配向層製造工程SP3-2において、ビーズスペーサ24’が混合された形で第2基材21B’上に塗工された第2配向層23B’の塗工剤を乾燥させる。ここで、比較例3では、粘度が低くかつ沸点の低い溶剤を使用する。そして乾燥風速を強める。これにより、外観形状は本実施形態の図1と同様であるが、凸部30’が中空となる第2配向層23B’を有するサンプルを作成した。
そして、比較例3のサンプルに対して、エアガンにより空気を吹き付け(エアブロー)、ビーズスペーサの残存率を求めた。
エアガンのノズルは2mmφ、エアガンと第2基材との距離は5mm、ブロー時間は15secである。
エアブローの圧力は6kgf/cm2である。
以下の表3にその結果を示す。表には比較のため上述の比較例2及び実施例3の数値も示す。
すなわち、配向層23Bの凸部30の内部は、配向層23Bの材料で充填されていることが好ましい。
図4は、第2実施形態の調光フィルム1を示す断面図である。
なお、以下の説明及び図面において、前述した第1実施形態と同様の機能を果たす部分には、末尾(下二桁)に同一の符号を付して、重複する説明を適宜省略する。
本実施形態の調光フィルム101は、図4に示すように、ビーズスペーサ124が配向層を形成する材料で覆われている点で、第1実施形態の調光フィルム1と主に相違する。
本実施形態の調光フィルム101のビーズスペーサ124は、第2配向層123Bと同様の配向層材料により形成された凸部130及び被覆部131により保持されている。
被覆部131は、凸部130に保持されたビーズスペーサ124の外周曲面(表面)全体を覆うようにして形成、すなわち凸部130により保持される部位を除いたビーズスペーサ124の外周曲面を覆うようにして形成されている。
上述の第1実施形態と同様に、第2配向層製造工程(SP3-2)において、ビーズスペーサ124が分散された第2配向層123B用の塗工液(配向層材料)をグラビアコーターにて塗工する。次いで、塗工液の溶剤分を乾燥炉にて揮発させて乾燥させ、これにより第2配向層123Bが形成されるとともに、ビーズスペーサ124が凸部130及び被覆部131により保持される。
なお、被覆部131の形成方法は、上述に限定されるものでなく、第1実施形態に比して、乾燥条件(乾燥時間や、乾燥温度等)を変化させて被覆部131が形成されるようにしてもよい。
また、本実施形態の調光フィルム101は、上述の第1実施形態の調光フィルム1と同様に、第2配向層123Bに設けられた凸部130によりビーズスペーサ124が保持される構成とすることによって、第2配向層123Bとビーズスペーサ124との隙間が、配向層材料(塗工液)により埋められる。これにより、隙間が起因となって液晶層内に残存してしまう空気の量を極力低減することができ、積層工程(SP6)における加熱や、その後の調光フィルムの使用時における温度変化等によって、液晶層内に気泡が生じてしまうのを大幅に抑制することができる。
更に、本実施形態の調光フィルム101は、凸部130により保持されるビーズスペーサ124の外周曲面(表面)を覆う被覆部131を備えるので、第1実施形態の場合に比してより強固にビーズスペーサ124を第2配向層123Bに固着させることができる。
(1)1mm2当たりのビーズスペーサ24の個数が増加してくると、配向層中のビーズスペーサ24の分散度が悪くなる傾向がある。凝集によりビーズスペーサ24がクラスター化するからである。これを回避するために、第1基材21A及び第2基材21Bにビーズスペーサ24を分けて固着させてもよい。
この場合、何らかの原因で第1基材21A及び第2基材21Bのうちの一方の基材のビーズスペーサ24の密度が低く、通常では液晶層のギャップムラになるような場合でも、もう片側の基材のビーズスペーサ24の補間により、液晶層のギャップムラの発生を抑制することができる。
また、第1配向層の塗工液に、ビーズスペーサを分散させて、第1配向層上に形成された凸部によりビーズスペーサが保持されるようにしてもよい。
以上、本実施形態によると、調光フィルム1において、ビーズスペーサ24を、配向層の塗工液に混合させることで、ビーズスペーサを単に配向層上に散布した場合や、ビーズスペーサの固着に固着剤を用いた場合と比較して、ビーズスペーサの配向層への固着力を大きく向上させることができる。
12 第1積層体
13 第2積層体
14 液晶層
14A 液晶
21A 第1基材
21B 第2基材
22A 第1透明電極
22B 第2透明電極
23A 第1配向層
23B 第2配向層
24 スペーサ
24 ビーズスペーサ
25 シール剤
30 凸部
Claims (11)
- 基材及び配向層を含む第1積層体と、
基材及び配向層を含み、前記第1積層体に対して、互いの配向層を対向させて配置された第2積層体と、
前記第1積層体と前記第2積層体との間に配置され、前記第1積層体及び前記第2積層体の少なくとも一方に設けられた電極の駆動により配向が制御される液晶層と、
前記液晶層内に配置される複数のビーズスペーサとを備え、
前記第1積層体の配向層及び前記第2積層体の配向層の少なくとも一方の配向層には、前記液晶層側に突出する複数の凸部が形成され、
前記ビーズスペーサは、少なくとも一部が前記凸部に保持されており、
前記第1積層体及び前記第2積層体に設けられた基材のうち少なくとも一方の基材の前記液晶層側の面には、ハードコート層が設けられていること、
を特徴とする調光部材。 - 前記配向層は、前記凸部により保持されるビーズスペーサの表面を覆う被覆部を備えること、
を特徴とする請求項1に記載の調光部材。 - 前記第1積層体及び前記第2積層体の各基材は、樹脂フィルムであり、
前記液晶層は、二色性色素を含有していること、
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の調光部材。 - 前記液晶層に配置される複数の前記ビーズスペーサのうち2個以上4個以下で凝集した前記ビーズスペーサの凝集割合が、20%以上であること、
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の調光部材。 - 前記ビーズスペーサは球形であり、
前記ビーズスペーサの径をR、前記ビーズスペーサにおける前記凸部内に保持されている部分の最大径をrとしたときに0.8≦r/Rであること、
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の調光部材。 - 前記凸部の内部は、前記配向層の材料で充填されていること、
を特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の調光部材。 - 第1基材上に配向層を形成して第1積層体を作成する第1積層体製造工程と、
第2基材上に配向層を形成して第2積層体を作成する第2積層体製造工程と、
前記第2積層体の外周部にシール部を形成するシール部形成工程と、
前記シール部の内部に液晶を流入する液晶流入工程と、
前記第1積層体と前記第2積層体とを積層する積層工程と、を含む調光部材の製造工程において、
前記第1基材の前記配向層を形成する材料、及び前記第2基材の前記配向層を形成する材料の少なくとも一方にはビーズスペーサが含まれており、
前記第1基材及び前記第2基材のうち少なくとも一方の基材の前記液晶側の面には、ハードコート層が設けられていること、
を特徴とする調光部材の製造方法。 - 前記第1基材の前記配向層及び前記第2基材の前記配向層を形成する材料の両方にビーズスペーサが含まれていること、
を特徴とする請求項7に記載の調光部材の製造方法。 - 前記第1積層体製造工程と前記第2積層体製造工程のうちの、前記ビーズスペーサが含まれている材料で配向層が形成される積層体製造工程は、前記配向層を形成する工程を2回含むこと、
を特徴とする請求項7又は8に記載の調光部材の製造方法。 - 透明部材と、
前記透明部材に配置される請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の調光部材と、
を備える調光体。 - 請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の調光部材が、外光が入射する部位に配置された車両。
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