JP7135312B2 - 調光装置 - Google Patents

Description

本発明は、透過－散乱型の液晶層を用いた調光フィルムに関する。

液晶表示装置は、一般的な表示装置として、数値などの情報表示装置、映像などの画像表示装置などの様々な領域で利用されている。

これら液晶材料を用いた表示装置では、一定の間隔を保持して配置された電極を有する基板間に液晶分子を配向して挟み込み、さらにこれらを２枚の偏光板で挟み込んだものであり、電気的に液晶を駆動することにより、偏向光の透過率を変えることで、セル（画素）単位での透光状態－遮光状態の変調による表示を可能にしている。

一方で、建築や自動車などの居住空間における窓などの領域において、外部環境の変化に応じて居住空間を常に快適に保つための光学的な機能を窓ガラスに持たせた調光ガラスの検討がなされてきた（例えば、非特許文献１）。

このような調光ガラス用として液晶材料を用いる場合には、先に示した表示装置用の方式とは異なり、偏光板を用いず、光の利用効率の高い液晶表示素子として、液晶の透過状態（透明状態）と散乱状態（不透明状態）との間でスイッチングを行う液晶表示素子があり、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークの内部に形成された空隙内に配置された液晶分子を有する構成のポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Polymer Network Liquid Crystal）、または、液晶分子がポリマー中に分散配置された構成の高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Polymer Dispersed Liquid Crystal）を用いたものが知られており、透光－遮光でなく透明－散乱の状態変化を奏する素子として採用されている。

一般に液晶層は、酸，水分，紫外線などによって劣化が生じやすく、特に、液晶層が挟持されたシート端部（周縁部）は水分や酸，紫外線などに触れる可能性が高く、液晶層の劣化が生じ易い。

前面基板上にＰＤＬＣがコーティングされ、これに背面基板をラミネートした形態のＰＤＬＣパネルにおける周縁部のシール構造に係る提案として、特許文献１では、前面基板の表面と背面基板の側面およびＰＤＬＣの側面に、シール剤を塗布するシール構造が開示されている。

特許文献１では、シール剤に要求される特性として、粘度が１０万～５０万ＣＰの無溶剤シリコーン系接着剤であること，シール剤の色をＰＤＬＣパネルの色と類似色にして、シール剤の存在を目立たなくすることが挙げられている。

ＰＤＬＣパネルの別形態では、前面基板と背面基板がスペーサーを介して隙間を保持され、両基板の周囲数ｍｍの対向面にシール剤が印刷等により塗布され、パネルとして形成されており、このパネル内に液晶を注入した形態（たとえば、特許文献２参照），前面基板と背面基板が共にリジッドな基材（ガラス，樹脂板）でなく、フレキシブルな樹脂フィルムを用い、ロール・トゥ・ロール（roll to roll）方式での製造に適した形態に係る提案が見られるが、それぞれに適した特性，手法による周縁部のシール構造が要求される。

特開平６－１８６５７４号公報 国際公開第２０１７／１４６０３９号

ＮＥＷ ＧＬＡＳＳ Ｖｏｌ．１３ Ｎｏ．１ １９９８ Ｐ４８－５１

本発明は、前面基板および背面基板としてフレキシブルな樹脂フィルムが用いられた調光フィルムを調光装置の主要部に採用するにあたり、信頼性，意匠性を向上させる上で有効な周縁シール部の構成を提案することを目的とする。

本発明による調光装置は、印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層が、前記調光層に電圧を印加する透明電極が形成された透明基材フィルムに挟持されてなる調光フィルムを用いた調光装置において、
透明基板上に設置した調光フィルムの周縁部で積層構造が露出した側面を覆うようにシール剤が塗布形成されてなるシール部を有しており、
前記シール部は、透明状態ならびに散乱状態の前記調光フィルムとの色度ａ＊の差が、各々－１０以上＋１０以下の範囲であり、且つ色度ｂ＊の差が、各々－１０以上＋１０以下の範囲であることを特徴とする。

前記調光フィルムは、ヘイズが独立して切替自在となるように複数枚が前記透明基板上に並設されており、
隣接する調光フィルムの隙間を充填すると共に、各調光フィルムの周縁部で積層構造が露出した側面を覆うようにシール剤が塗布形成されてなるシール部を有する構成も採用される。

厚さ１５０μｍの前記シール部は、波長５５０ｎｍに対する光線透過率が９０％以上の範囲で、黄色度（ＹＩ値）が－１０以上＋１０以下であることが望ましい。

本発明により、信頼性，意匠性を向上させる上で有効な周縁シール部の構成が提案され、液晶層の紫外線による劣化が発生しにくく、高い信頼性を実現出来ると共に、調光フィルムの周縁部が目立ちにくく、意匠性に優れた調光装置が提供される。

本発明の実施形態に係る調光装置の一例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る調光装置の他例を示す断面図。 本発明の実施形態に係る調光装置の他例を示す平面図。 本発明の実施形態に係るスクリーンとしての応用例を示す説明図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図において、同様または類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、各図面は本発明の実施形態の一例を示すもので、これらに限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る調光装置の一例を示す断面図である。調光フィルム１０は、調光層（液晶層）１３とその両面を挟み込むように、透明電極１２が成膜されたフレキシブルな透明性フィルム１１が配置されており、この調光フィルム１０の周縁部には、シール部１４が設けられ、リジッドな透明基板１５上に設置されている。

透明基板１５は、材質などは特に限定されるものではなく、用途に応じて適宜選定することが可能である。例えば、ガラス板、ポリカーボネート樹脂やアクリル樹脂などの樹脂材料からなるシートなどを単独あるいは、複数のものを組み合わせた複合材としたものなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。また、透明基板１５には、紫外線や熱線，電磁波などに対する反射層や吸収層などのほか、バリア層などの各種機能層が設けられてあっても何ら問題ない。

透明性フィルム１１は、実質的に透明なフィルムであれば、いずれも用いることができる。具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などのポリエステル系樹脂、ポリカーボネート樹脂、アクリル系樹脂、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）などのセルロース誘導体、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂などからなるフィルムを例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

このような透明性フィルムには、紫外線吸収剤、安定剤などが添加されてあっても良いし、透明性フィルムのいずれかの面に、紫外線吸収層，熱線反射層，バリア層などが設けられてあってもなんら問題ない。

また、透明性フィルムには、適宜、易接着処理、帯電防止処理、などが施されてあっても良いし、更に補強基材などが設けられてあっても何ら問題ない。

透明電極１２は、従来公知の透明性を有する電極材料であればいずれも用いることができ、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）導電膜，酸化錫導電膜，酸化亜鉛導電膜，高分子導電膜などからなる電極を例示することができるが、必ずしもこれらに限定されるものではない。

この様な透明電極１２は、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法），各種化学的気相成長法（ＣＶＤ法），各種塗布法等を用いることにより形成することができる。

また、所望に応じて、透明電極１２のパターニングが必要となった場合には、エッチング法，リフトオフ法，レーザトリミング法，各種マスクを用いる方法など、任意の方法によって行うことができる。

透明電極１２の上には、必要に応じて適宜、配向膜などが設けられてあっても良い。配向膜は従来公知の配向膜であれば、水平配向膜，垂直配向膜のいずれが用いられていても良く、用途に応じて適宜選定することができる。

本発明では、調光層１３としてＰＤＬＣ，ＰＮＬＣの何れのタイプの液晶組成物も採用可能である。

ＰＮＬＣによる調光層では、相分離において未反応成分が殆どなく、ポリマーネットワークと液晶領域が高い純度で明確に分かれる挙動を示す。

また、基板（導電膜）のラビングによるプレチルト配向処理を行なうことなく、理想的な配向状態を実現することが可能であり、液晶分子はポリマーネットワークによって分割されたドメインごとにほぼ一様に配向することになる。

ＰＮＬＣの駆動電圧は、一般にポリマーネットワークの構造上の特性（ドメインの大きさや形状，ポリマーネットワークの膜厚など）に依存しており、ポリマーネットワークの構造と、得られる光透過／散乱度との関係において、駆動電圧が決定されている。１００Ｖ以下の電圧領域において、十分な光透過／散乱度が得られるようなＰＮＬＣを構成するには、各ドメインがいずれも適正な大きさで均一となるように、かつ、形状も均一となるようにポリマーネットワークを形成する必要がある。

本発明では、ポリマーネットワーク構造に依存するドメインサイズを３μｍ以下、好ましくは２μｍ以下、一層好ましくは約１μｍとなる様に制御する。

高分子材料は、従来公知の材料をいずれも用いることができるが、紫外線照射によって重合反応を誘起し、硬化させることが可能な紫外線硬化型樹脂が好適に用いられる。

具体的には、ウレタン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレート、イソボニル（メタ）アクリレートなどの各種（メタ）アクリレート化合物などを例示することができるが、これらに限定されるものではない。

このような紫外線硬化型樹脂には、重合開始剤や増感剤，各種安定剤などが添加されてあっても良い。

液晶材料は、ネマチック液晶，スメクチック液晶，コレステリック液晶など従来公知の液晶材料をいずれも用いることができる。中でも、低電圧での駆動ならびに散乱特性などを考慮すると、誘電率の異方性が高く、屈折率の異方性の大きいものが好ましい。

このような液晶材料は、先に示した高分子材料の重合反応に供するエチレン基などの官能基を有していても良く、あるいは重合反応前の高分子材料に予め側鎖として導入されてあっても良い。

上述のような調光層１３には、スペーサが導入されてあっても良い。スペーサを導入することにより、調光層１３の厚さを均一に保つことが可能となる。

スペーサとしては、特に限定するものではないが、粒状の樹脂スペーサや、粒状のガラススペーサなどを好適に用いることができる。

調光層１３を設けるための方法としては、前記透明電極を有する透明性フィルム上に、各種コーター等を用いて液晶組成物を塗布した後、もう一方の透明電極を有する透明性フィルムをラミネートする方法や、液晶組成物を滴下する所謂ＯＤＦ（Ｏｎｅ－Ｄｒｏｐ－Ｆｉｌｌ）法など、従来公知の工法を任意に用いることができる。

上述の様にして得られた調光フィルム１０の周縁部には、調光層１３を水分，酸，紫外線などから守るためのシール部１４が塗布形成により設けられている。

シール部１４に用いられる材料としては、例えば、エポキシ系樹脂，ウレタン系樹脂，アクリル系樹脂，酢酸ビニル系樹脂，エン－チオール系樹脂，シリコーン系樹脂，変性ポリマーなどの各種樹脂系において、熱硬化型，光硬化型，湿気硬化型，嫌気硬化型などの各種樹脂材料を用いることができる。

また、シール部１４は、その色相において、調光フィルム１０が透明状態ならびに散乱状態における色度ａ＊との差が、それぞれ－１０以上＋１０以下の範囲であり、且つ色度ｂ＊の差が、それぞれ－１０以上＋１０以下の範囲であることが重要である。

この様にすることによって、調光フィルム１０を透明状態とした場合であっても、また散乱状態とした場合であっても、調光フィルム１０の色度とシール部１４の色度との差が小さく、シール部１４の存在を視認し難くすることが可能となる。従って、得られる調光装置の意匠性を極めて高いものとすることができる。また、シール部１４が調光フィルム１０の周縁部で側面だけでなく透明性フィルム１１の最上面にもかかっている構造であり、端面の封止，基板２０との密着が強化されるという作用効果も向上する。

この様な特性を得るためのシール部１４は、実質的に透明であることが望ましいと言えるが、状況に応じて適宜、色素やフィラー類などが添加されてあっても良い。色素を添加する場合には、耐候性等を考慮すると、顔料系の色素であることが望ましい。

ここで、色度ａ＊ならびに色度ｂ＊とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）にて規格化されたＬ＊ａ＊ｂ＊表色系において、色相と彩度を示す色度を表すもので、＋ａ＊は赤方向、－ａ＊は緑方向、そして＋ｂ＊は黄方向、－ｂ＊は青方向というように色の方向を示しており、それぞれ数値が大きくなるほど色あざやかになり、逆に中心に近づくに従ってくすんだ色となることを示している。

また、シール部１４は、更に紫外線遮蔽機能を有し、シール部１４の膜厚を１５０μｍとした際に、波長３８０ｎｍの光（紫外線）の透過率が、０％以上６０％以下の範囲であることが重要である。

これにより、調光フィルム１０の周縁部から紫外線が入射することによって調光層１３が劣化するのを防ぐことができる。

この様な特性を有するシール部１４を得るために、シール剤には紫外線吸収剤が添加されていることが望ましい。

紫外線吸収剤は、従来公知のものをいずれも任意に用いることができる。具体的には、例えば、酸化チタン，酸化亜鉛，酸化セリウムなどの無機系紫外線吸収剤やベンゾトリアゾール系，トリアジン系，ベンゾフェノン系等の有機系紫外線吸収剤などを適宜選定し、単独あるいは２種以上の混合物として用いることができる。

上述の様な封止層１４を設けることにより、極めて意匠性が高く、また劣化などの問題を抑えた信頼性の高い調光フィルム１０ならびに調光装置を提供する事ができる。

図２は、基板２０上に、上述の様な調光フィルム１０を２つ以上設けたものの例を示しており、各調光フィルム１０の周縁部間に上述のシール部１４を設けた構造を示したものである。

図２に示す様に、上述のシール部１４を設けることにより、２つ以上の調光フィルムを並置した場合であっても、シール部１４を視認し難くすることができ、意匠性を高めることができる。図２の場合でも、シール部１４が透明性フィルム１１の最上面にもかかっている構成であり、端面の封止，基板２０との密着が強化されるという作用効果が向上する。

図３は、調光装置１において、交流電源３１ならびに制御部３２を設けた例を示している。

交流電源３１は、制御部３２に接続され、制御部３２によって、調光フィルム１０に設けられた透明電極１２に供給（印加）される電圧が制御される。

例えば、調光フィルム１０に印加される電圧をＯＮまたはＯＦＦすることにより、調光層１３中の液晶材料の配向状態を制御し、調光フィルム１０を透明状態あるいは散乱状態とすることができ、調光フィルムのヘイズ（白色度）を制御することが可能となる。

以上の様にして得られる調光装置１は、建物の窓，自動車の窓やサンルーフ，パーテーションなど各種の用途に用いることができる。

図４では、調光装置１をプロジェクタ４２から投射された画像を映すためのスクリーン４１として用いる例を示している。

スクリーン４１は、透明状態とした場合には、景観の邪魔をしない透明板として用いることができ、また散乱状態とした場合には、パーテーションとしても活用できる。

さらに、散乱状態とした部分に、プロジェクタ４２から投射された画像を映すことにより、スクリーンとして用いることができる。

また、スクリーン４１に、２つ以上の調光フィルムが設けられている場合には、スクリーンとして用いたい領域のみを散乱状態とし、それ以外の部分を透明状態とすることもでき、イベント会場などで、スクリーンの奥の様子を垣間見ることができながら、スクリーンに投影された画像を楽しむことが可能となる。

以下、色度差（Δａ＊，Δｂ＊），光線透過率（５５０ｎｍ），黄色度（ＹＩ値）を種々変更した実施例および比較例により本発明を具体的に説明する。
（１）色度差

＜実施例１＞
ＩＴＯ層付きフレキシブル樹脂フィルム基材を２枚用意し、その一方の基材に２５μｍのスペーサを塗布した。その後、スペーサ塗布面に、ＯＤＦ法にて下記液晶組成物を滴下し、次いで、他方のフィルム基材のＩＴＯ面が向き合うように貼り合わせを行ない、３５０ｎｍ以下の波長をカットした照度６０ｍＷのメタルハライドランプを用いて、３６５ｎｍ換算で７Ｊ／ｃｍ^２の紫外線照射を行ない、調光フィルムとなる液晶表示素子を得た。液晶セルに紫外線を照射する際の照射装置内を２５℃に制御した。

この液晶表示素子に粘着材付きの透明基板をラミネートし、両面の電極層と導通をさせるため一部端部をハーフカットし、給電部を形成（図示せず）し、補強基材付きの調光フィルムを得た。この調光フィルムを３枚、５ｍｍ間隔をあけて、青板ガラスへ貼り付けた後、調光フィルムの隙間に下記シール剤を塗布し、ブラックライトを表面のタック性がなくなるまで照射してシール部を形成した。

＜液晶組成物＞
液晶組成物には、液晶と硬化性樹脂、二官能モノマー、並びにヒドロキシ基、カルボキシ基及びリン酸基からなる群から選ばれる少なくとも１種の極性基を有するモノマーを含む。液晶には、ネマチック液晶、スメクチック液晶又はコレステリック液晶を用いることができる。

＜シール剤＞
シール剤としては、ポリチオール化合物と、１分子中に２個以上の炭素－炭素二重結合を有するポリエン化合物と、光重合開始剤とを含有する光硬化型樹脂液として調製したものを用いることができ、ポリエン化合物としてはアリル化合物、プロペニル化合物、(メタ)アクリレート化合物等が上げられ、ポリエン－ポリチオール系樹脂、(メタ)アクリレート化合物を用いることができる。

＜実施例２～８＞
＜比較例１～６＞
組成（処方）を各種変更して、ａ＊，ｂ＊の値で各種の組み合わせデータを持つ実施例２～８，比較例１～６に係るシール剤を全１４種類作製し、実施例１と同条件でシール部を形成した調光装置のサンプルを得た。

各サンプルについて、以下の評価手段に基づき行なった評価結果を、表１に示す。

＜目視観察＞
各サンプルにつき、調光フィルムが透明状態の場合と散乱状態の場合について、それぞれ２ｍの距離からサンプルの観察を実施し、隙間が目立たないものを意匠性が優れるものと判定した。

＜色度測定＞
日立ハイテク社製「分光光度計 Ｕ－４１００」を用いて、各サンプルの封止材部分の色度ａ＊と、色度ｂ＊の測定を実施し、調光フィルムの透明状態の場合と散乱状態の場合との各色度の差（Δａ＊，Δｂ＊）を求めた。

（２）光線透過率（５５０ｎｍ），ＹＩ値
組成（処方）を各種変更して、５５０ｎｍ光線透過率，ＹＩ値で各種の組み合わせデータを持つ実施例９～１１，比較例７～９に係るシール剤を全６種類作製し、実施例１と同条件でシール部を形成した調光装置のサンプルを得た。

各サンプルについて、以下の評価手段に基づき行なった評価結果を、表２に示す。

＜目視観察＞
各サンプルにつき、ブラックライト照射後のシール部の外観に変化があるかどうか、目視観察を実施した。色変化が目立たないものをＯＫ品と判定した。

＜５５０ｎｍ光線透過率＞
各サンプルにつき、日立ハイテク社製「分光光度計 Ｕ－４１００」を用いて５５０ｎｍの光の透過率を測定した。

表１より、２ｍの距離から観察してシール部が設けられた隙間部分が目立たないものは、シール部の色度ａ＊，ｂ＊と、調光フィルムの透明状態ならびに散乱状態における色度ａ＊，色度ｂ＊との差（Δａ＊，Δｂ＊）が、それぞれ－１０以上＋１０以下の範囲内である場合が○（良）判定されている。

表２より、ブラックライト照射後のシール部の外観に変化が認められないものは、５５０ｎｍ光線透過率が９０％以上で、且つＹＩ値が－１０以上＋１０以下の範囲内である場合が○（良）判定されている。

１ … 調光装置
１０ … 調光フィルム
１１ … 透明性フィルム
１２ … 透明電極
１３ … 調光層
１４ … シール部
２０ … 基板
３１ … 交流電源部
３２ … 制御部
４１ … スクリーン
４２ … プロジェクタ

Claims (2)

1. 印加電圧に応じてヘイズを２段階以上に切替可能な調光層と、前記調光層に電圧を印加する透明電極が形成された透明基材フィルムに挟持されてなる調光フィルムを用いた調光装置において、
   透明基板上に設置した前記調光フィルムの周縁部において前記調光層に接するようにシール剤が塗布形成されてなるシール部を有しており、
   前記シール部と、透明状態の前記調光フィルムとの色度ａ＊の差が、－１０以上＋１０以下の範囲であり、
   前記シール部と、散乱状態の前記調光フィルムとの色度ａ＊の差が、－１０以上＋１０以下の範囲であり、
   前記シール部と、前記透明状態の前記調光フィルムとの色度ｂ＊の差が、－１０以上＋９．６未満の範囲であり、
   前記シール部と、前記散乱状態の前記調光フィルムとの色度ｂ＊の差が、－１０以上＋１０以下の範囲であり、
   前記シール部は、一方の前記透明基材フィルムの前記透明電極とは反対側の面の一部を覆い、
   ヘイズを独立して切替自在となる複数枚の前記調光フィルムが前記透明基板上に並設されており、
   隣接する前記調光フィルムにおいて前記シール部が前記調光層の隙間を充填することを特徴とする調光装置。
2. 厚さ１５０μｍの前記シール部は、波長５５０ｎｍに対する光線透過率が９０％以上の範囲で、黄色度（ＹＩ値）が－１０以上＋１０以下であることを特徴とする請求項１に記載に記載の調光装置。

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