JP7180589B2 - 調光フィルム及び調光システム、調光部材 - Google Patents
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Description
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、透明電極を作製した2枚の透明フィルム材により液晶を挟持し、透明電極間に電圧を印加することにより液晶分子の配向を変更して外来光の透過量を制御している。
(1)第1電極と、第2電極と、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記電位差が第1の電位差の場合、第1のヘイズ値を有し、前記電位差が第2の電位差の場合、第2のヘイズ値を有し、前記電位差が前記第1の電位差と前記第2の電位差との間の第3の電位差の場合、少なくとも前記第2のヘイズ値よりも高い第3のヘイズ値を有する、調光フィルム。
(2) (1)において、前記液晶層は、前記電位差が前記第1の電位差の場合、第1の透過率を有し、前記電位差が前記第2の電位差の場合、第2の透過率を有し、前記電位差が前記第3の電位差の場合、前記第1の透過率と前記第2の透過率との間の第3の透過率を有する。
(3) 第1電極と、第2電極と、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となる、調光フィルム。
(4) 第1電極と、第2電極と、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、前記液晶層は、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となる、調光フィルム。
(5) (1),(2),(3)のいずれかにおいて、前記液晶層は、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、該調光フィルムは、前記電位差が、前記第1の電位差から前記第2の電位差へ変化した場合に、前記遮光状態の透過率から前記透光状態の透過率90%となる透過率へ変化するまでの時間が16ミリ秒以上である。
(6) (1),(2),(4)のいずれかにおいて、前記液晶層は、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、前記電位差が前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、該調光フィルムは、前記電位差が、前記第2の電位差から前記第1の電位差へ変化した場合に、前記遮光状態の透過率から前記透光状態の透過率90%となる透過率へ変化するまでの時間が16ミリ秒以上である。
(7) (1),(2),(3),(5)のいずれかにおいて、前記液晶層は、前記電位差が0Vである前記第1の電位差の場合に遮光状態となり、前記液晶層の厚さをd、前記液晶層に含まれる液晶分子のカイラルピッチをpとしたとき、d/pが1.1以上(1.1≦d/p)である。
(8) (1),(2),(4),(6)のいずれかにおいて、前記電位差が0Vである前記第1の電位差の場合に透光状態となり、前記液晶層の厚さをd、前記液晶層に含まれる液晶分子のカイラルピッチをpとしたとき、d/pが0.9以上1.5以下(0.9≦d/p≦1.5)である。
(9) (1)から(8)のいずれかにおいて、前記液晶材料は、誘電異方性を有し、前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε//とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε⊥とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε//-ε⊥|とするとき、|Δε|は、100以下である。
(10) (1)から(9)のいずれかの調光フィルムと、前記電位差を前記第1の電位差と前記第2の電位差との間で変更する制御部と、を有する調光システム。
(11) (10)において、前記制御部は、前記調光フィルムの電位差を、前記第1の電位差、前記第2の電位差、前記第3の電位差のうちいずれかに切り替える設定部を備える。
(12) (10)において、前記制御部は、前記調光フィルムの電位差を、前記第1の電位差、前記第2の電位差のいずれかに切り替える設定部を備える。
(13) 第1基材と第1電極とを有する第1積層体と、第2基材と第2電極とを有する第2積層体と、前記第1積層体と前記第2積層体とで挟持された液晶層と、を備え、前記第1基材及び前記第2基材は、ガラスからなり、前記液晶層は、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動し、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となる、調光部材。
(14) 第1基材と第1電極とを有する第1積層体と、第2基材と第2電極とを有する第2積層体と、前記第1積層体と前記第2積層体とで挟持された液晶層と、を備え、前記第1基材及び前記第2基材は、ガラスからなり、前記液晶層は、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動し、前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となる、調光部材。
(調光フィルム1の構成)
図1は、本発明の第1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、例えば、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、車両のサンルーフ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、電圧を変化させて透過光を制御する。
第1積層体5Dは、透明フィルム材である第1基材6に、第1電極11、スペーサ12及び第1配向膜13が配置されて形成されている。第2積層体5Uは、透明フィルム材である第2基材15に、第2電極16及び第2配向膜17が配置されて形成されている。
第2積層体5U及び第1積層体5Dに設けられた第1電極11及び第2電極16の駆動により、液晶層8内の電界の強さが変化する。
第1基材6及び第2基材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。本実施形態において、第1基材6及び第2基材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、TACフィルム、PETフィルム、アクリルフィルムなど各種の透明フィルム材を用いることができる。
第1電極11及び第2電極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、第1電極11が作製された第1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2積層体5Uに設けてもよく、第2積層体5U及び第1積層体5Dの双方に設けてもよい。またスペーサ12は、いわゆるビーズスペーサを適用してもよい。
第1配向膜13及び第2配向膜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、第1配向膜13及び第2配向膜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、いわゆる光配向膜により作製してもよい。
この場合、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、例えば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、二量化型の材料を適用することができる。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。
調光フィルム1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2積層体5U、第1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。
液晶層8は、液晶材料と二色性色素とを含みゲストホスト方式で駆動される。
(液晶材料)
液晶材料はネマティック液晶が用いられる。液晶材料は、カイラル剤を含みカイラル剤の含有量を調整することにより、液晶分子のカイラルピッチpを調整することができる。カイラルピッチとは、液晶層8の厚み方向において、液晶分子が1周期(360°)ねじれる際の距離である。
(カイラル剤)
カイラル剤は、光学活性な部位を有する低分子化合物であり、ネマティック液晶に螺旋構造を誘起する。カイラル剤は、例えばS-811、R811、CB-15、MLC6247、MLC6248、R1011、S1011(いずれもメルク社製)等が用いられる。
(二色性色素)
二色性色素は、分子の長軸方向における吸光度と、短軸方向における吸光度とが異なる色素である。調光フィルム1に印加される電圧の変化によって、液晶分子の配向状態が変化すると、液晶分子の配向状態の変化に応じて二色性色素の配向状態も変化する。二色性色素は、例えばLSY-116、LSR-401、LSR-405、LSB-278、LSB-350、LSB-335(いずれも三菱化成社製)等が用いられる。
図5は、カイラルピッチpの測定方法を説明する図である。図5(a)は、測定に用いられる楔型セル30の厚み方向に平行な断面図であり、図5(b)は、楔型セル30を平面視した状態であってカイラルピッチpの測定時に観察される明暗差による縞状の模様を示している。
楔型セル30とは、2枚のガラス板31,32と、2枚のガラス板31,32の間に配置され、楔型形状を形成する台33とを備えている。この楔型セル30の厚み方向に平行な断面は、楔形形状となっており、本実施形態では、図5(a)に示すように、三角形形状となっている。ここで、楔形形状とは、一端が広く他端に至るにしたがってしだいに狭くなっている形状を意味し、三角形状や台形状を含む形状であるものとする。
したがって、この縞の幅をaとし、縞の配列方向における楔型セル30の寸法をL、楔型セル30の最も大きいセル高さをHとし、カイラルピッチをpすると、相似比から、以下の式が成立する。
2×a:L=p:H
p=2×a×H/L
なお、本実施形態では、縞の幅aの寸法の測定を3回行い、その平均値をカイラルピッチpとした。また、図5では、ガラス板31,32と台33とで形成される空間全体に液晶材料が封入されている例を示しているが、これに限らず、測定に必要な縞が2本観察される分量の液晶材料が封入されていれば、カイラルピッチpの測定は、可能である。
螺旋構造をもつ液晶材料を液晶層8に用いた場合に、その液晶材料の平均屈折率nにカイラルピッチpをかけた値の波長の光が選択的に反射されるという現象が生じる。カイラルピッチpが0.5μm未満である場合、この現象により、可視光領域の特定の波長の光が選択反射されるため、調光フィルム1が特定の色に着色されたように見えたり、調光フィルム1の光の透過率が低下したりする可能性がある。したがって、このカイラルピッチpは、上記範囲を満たすことが好ましい。
液晶層8の厚さdが2μm未満となると、そのような液晶層8を備える調光フィルム1の製造が困難となり、調光フィルム1の生産時の歩留まりが大幅に低下するため好ましくない。また、液晶層8の厚さdが20μmより大きくなると、液晶材料の使用量が大きくなり、調光フィルム1の材料コストが高くなり、好ましくない。したがって、液晶層8の厚さdは、上記範囲とすることが好ましい。
なお、液晶層8に異物が混入すると、液晶層8の厚さdが小さい場合には、異物の寸法よりも液晶層8の厚さdが小さく、異物の混入した箇所だけ液晶層8が膨れる等して、調光フィルム1の外観が悪化することが多い。しかし、液晶層8の厚さdが十分に大きいと、異物の寸法より液晶層8の厚さdが大きいと、そのような外観の悪化を低減できる。
Δn=ne-no
この液晶材料の屈折率異方性Δnの値は、大きい方が調光フィルム1のヘイズ状態におけるヘイズ値が高くなる。本実施形態では、液晶材料の屈折率異方性Δnは、0.05以上とすることが、調光フィルム1において、ヘイズ状態(ヘイズモード)における十分なヘイズ値を得るために好ましい。
まず、二色性色素を含んでいない状態の液晶材料を用意し、これを液晶層8に備える測定用の調光フィルム1を作成し、液晶分子が倒れた状態(ノーマリーブラック構造であれば、電圧を印加してない状態、ノーマリーホワイト構造であれば電圧を印加した状態)とする。そして、この状態での液晶層8の位相差Reと厚さdとを測定する。ここでは、一例として、測定用の調光フィルム1に、交流電源装置(松定プレシジョン株式会社製 eK-FGJ)により60Hz(正弦波)の交流電圧を印加する。
また、位相差Reの測定は、位相差測定機(大塚電子株式会社製 RETS-1200VA)等により、測定可能である。
位相差Reは、液晶材料の屈折率異方性Δnとし、液晶層8の厚さ(セルギャップ)をdとすると、以下の式で示される。
Re=Δn×d
したがって、液晶材料の屈折率異方性Δnは、以下の式で算出することができる。
Δn=Re/d
すなわち、本実施形態において液晶はp(ポジ)型で、調光フィルム1に電圧が印加されておらず、液晶分子が水平配向している場合、二色性色素も水平配向し、調光フィルム1の可視光線透過率が小さくなる。逆に、調光フィルム1に電圧が印加され、液晶分子が垂直配向すると、二色性色素も垂直配向し、調光フィルム1の可視光線透過率が大きくなる。
ヘイズ値とは、全光線透過率における拡散透過率(拡散光線透過率)の割合である。すなわち、調光フィルム1の透明性に関する指標で、濁度(曇度)を表す。ヘイズ値が大きいと、調光フィルム1は曇った状態(ヘイズ状態)となる。
この暗状態での電圧と明状態での電圧との間の電圧を調光フィルム1(液晶層8)にかけると、液晶分子及び二色性色素は、長軸方向が液晶層8の厚み方向に対して様々な方向に傾斜した状態となっており、これが光を拡散するため、調光フィルム1は曇った状態(ヘイズ状態)となる。
なお、図2に示す実験結果では、調光フィルム1の電極に印加される電圧の最大値を10Vとしているが、これに限らず、電極に印加される電圧の最大値は、調光フィルム1の大きさや所望する透過率の設計値、調光フィルム1の使用環境等に応じて、適宜選択してよい。
調光フィルム1には、60Hz(矩形波)の交流電圧を交流電源装置(松定プレシジョン株式会社製 eK-FGJ)により電圧を印加している。なお、図2及び後述の図4に示すグラフにおいて横軸に示す電圧は、調光フィルム1に電圧を印加した際の交流電源装置での設定値である。
調光フィルム1のヘイズ値及び透過率は、ヘイズメーター(株式会社村上色彩研究所製 HM-150)を用いて測定した。なお、ヘイズ値の測定方法は、JIS K 7136に準拠し、透過率の測定方法は、JIS K 7361に準拠している。
カイラルピッチpの測定方法に関しては、前述の通りである。
電圧を印加してヘイズ値や透過率の測定に用いた調光フィルム1のサンプルは、平面視の大きさが縦70mm、横70mmの正方形形状である。
また、測定に用いた調光フィルム1のサンプルは、液晶層8の液晶材料としてゲストホスト型の液晶材料を用い、ノーマリーブラック構造である。
透過率:電圧の上昇に伴って透過率は上昇する。
ヘイズ値:電圧3V程度でヘイズ値は一旦上昇し、最大10%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が上昇して透過率も上昇し始めると、ヘイズ値は減少する。
なお、ツイストとは、第1配向膜13と第2配向膜17との間での液晶分子の回転(ねじれ)角度である。
透過率:電圧の上昇に伴って透過率は上昇する。ただし、増加量は(1)よりも少ない。
ヘイズ値:電圧3.9V程度でヘイズ値は一旦上昇し、最大18%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が上昇して透過率も上昇し始めると、ヘイズ値は減少する。
透過率:電圧の上昇に伴って透過率は上昇する。ただし、増加量は(2)よりも少ない。
ヘイズ値:電圧4.0V程度でヘイズ値は一旦上昇し、最大23%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が上昇して透過率も上昇し始めると、ヘイズ値は減少する。
透過率:電圧の上昇に伴って透過率は上昇する。ただし、増加量は(3)よりも少ない。
ヘイズ値:電圧4.1V程度でヘイズ値は一旦上昇し、最大15%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が上昇して透過率も上昇し始めると、ヘイズ値は減少する。
透過率:電圧の上昇に伴って透過率は上昇する。ただし、増加量は(4)よりも少ない。
ヘイズ値:電圧5.8V程度で、ヘイズ値は一旦上昇し、最大22%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が上昇して透過率も上昇し始めると、ヘイズ値は減少する。
すなわち、d/pが少なくとも1.1≦d/pにおいて調光フィルム1は、電圧が中間の値でヘイズが上昇する範囲を有している。
制御部21は、本体部22と、本体部22に対して回転可能な調整つまみ23とを有している。調整つまみ23を本体部22に対して回転させると、調光フィルム1の電極に印加する電圧が変化する。
調整つまみ23を回転可能領域の一端側に回転させると(図中左側の「暗」と書かれた側)、電極に印加される電圧は最小(0V)となり、調光フィルム1の透過率も最小(暗状態)となる。
調整つまみ23を回転可能領域の他端側に回転させると(図中右側の「明」と書かれた側)、電圧は最大(本実施形態では、例えば、10V)となり、透過率は最大(明状態)となる。
なお、本実施形態では、調光システム20において、調光フィルム1の電極に印加する電圧の最大値を10Vとしているが、これに限らず、電極に印加される電圧の最大値は、調光フィルム1の大きさや所望する透過率の設計値、調光フィルム1の使用環境等に応じて、適宜選択してよい。
本実施形態によると、このように調光フィルム1を含む調光システム20は、調光フィルム1を、透過率が低い状態と、透過率が高い状態と、曇りガラスの状態とすることができるので、使用者は、適宜、調光フィルム1の状態を選択することが可能となる。
ヘイズ値がこのような範囲を満たすことにより、ヘイズ状態(曇った状態)の調光フィルム1の十分な透明度の低下を確保でき、調光フィルム1が曇りガラス状態であることを、観察者が明確に視認できる。
次に、本発明の第2実施形態について説明する。第2実施形態が第1実施形態と異なる点は、本実施形態の調光フィルム1が、ノーマリーホワイト構造である点である。ノーマリーホワイト構造とは、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。第2実施形態の調光システム20は、第1実施形態と同様である。
すなわち、本実施形態において液晶はn(ネガ)型で、調光フィルム1に電圧が印加されておらず、液晶分子が垂直配向している場合、二色性色素も垂直配向し、調光フィルム1の透過率が大きくなる。逆に、調光フィルム1に電圧が印加され、液晶分子が水平配向すると、二色性色素も水平配向し、調光フィルム1の透過率が小さくなる。
本実施形態の調光フィルム1のヘイズ値及び透過率の測定方法は、前述の第1実施形態において、図2に実験結果を示したものと同様である。
また、ヘイズ値や透過率の測定に用いた本実施形態の調光フィルム1のサンプルは、平面視の大きさが縦70mm、横70mmの正方形状であり、液晶層8の液晶材料としてゲストホスト型の液晶材料を用い、ノーマリーホワイト構造である。
なお、図4に示す実験結果では、調光フィルム1の電極に印加される電圧の最大値を10Vとしているが、これに限らず、電極に印加される電圧の最大値は、調光フィルム1の大きさや所望する透過率の設計値、調光フィルム1の使用環境等に応じて、適宜選択してよい。
(1)d/pが0.7(ツイスト240度)の場合
透過率:電圧が0から1.8V程度までは透過率は略一定の71~74%程度であるが、電圧が1.8Vから3.0V程度になると45%程度まで大きく下がり、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:電圧が0から10Vにおいてヘイズ値は略一定の1%程度である。
透過率:電圧が0から1.8V程度までは透過率は略一定の70%程度であるが、電圧が0.8Vから3.0V程度になると40%程度まで大きく下がり、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:電圧が0から10Vにおいてヘイズ値は略一定の1%である。
透過率:電圧が0から0.9V程度までは透過率は略一定の67%程度であるが、電圧が0.9から2.5V程度になると35%程度まで大きく下がり、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:透過率が減少する2.5V程度で、ヘイズ値は1.5%程度となるピーク値を有する。それ以外は1.0%程度である。
透過率:電圧が0から0.8V程度まで透過率は徐々に上昇して最大の65%程度になり、その後、電圧が3V程度になると30%程度まで大きく下がり、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:電圧2.0V程度で、ヘイズ値は2.0%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が2.5V程度まで上昇すると、1.0%程度まで下がり、それ以上の電圧では1.0%を維持する。
透過率:電圧が0から3.0V程度まで透過率は徐々に減少し、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:透過率が減少する電圧2.0V程度で、ヘイズ値は10.0%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が3V程度まで上昇するとヘイズ値は2.5%程度まで下がり、それ以上の電圧では2.5%を維持する。
透過率:電圧が0から3.0V程度まで透過率が徐々に減少し、その後、電圧の増加に伴い、わずかに減少を続ける。
ヘイズ値:電圧が2.0V程度で、ヘイズ値は17.0%程度となるピーク値を有する。その後、電圧が3.0V程度まで上昇すると、ヘイズ値は2.5%程度まで下がり、それ以上の電圧では2.5%程度を維持する。
透過率:電圧が0から10において透過率は略一定である。
ヘイズ値:ヘイズ値のピーク値はなく、電圧上昇に伴い、ヘイズ値は2.5%から1.0%までわずかに減少を続ける。
本実施形態の調光フィルム1は、0.9≦d/p≦1.5であり、電圧が1.5~2.5V程度をヘイズ領域と設定する。そうすると、調整つまみにおいてヘイズ領域を選択すると、電極に印加する電圧が1.5~2.5Vとなり、調光フィルム1をヘイズ状態とすることができる。すなわち、第1実施形態と同様に、透明度が低下し、曇りガラスのように調光フィルム1を通した逆側が観察しにくくなる。すなわち、本実施形態の調光フィルム1を含む調光システム20は、透過率が低い状態と、透過率が高い状態と曇りガラスの状態とを有する。したがって、例えば住居や車のガラスに用い、入射光量の調整だけでなく、外部から内部を見えにくく、また、内部から外部を見えにくくすることができる。
ヘイズ値がこのような範囲を満たすことにより、ヘイズ状態(曇った状態)の調光フィルム1の十分な透明度の低下を確保でき、調光フィルム1が曇りガラス状態であることを、観察者が明確に視認できる。
図6は、第3実施形態の調光システム20のブロック図である。
第3実施形態は、調光システム20が、透過率が低い状態(遮光状態、暗状態)と透過率が高い状態(透光状態、明状態)との2つの状態だけに切り替え可能である点が、第1実施形態及び第2実施形態と異なる。
第3実施形態の調光システム20は、調光フィルム1と、制御部21とを備える。制御部21は、本体部22と、調整つまみ23とを有し、調整つまみ23を本体部22に対して回転させてさせることで、調光フィルム1の電極に印加する電圧を切り替えることができる。なお、図6では、第3実施形態の調光システム20が調整つまみ23を備える例を示したが、これに限らず、スイッチやボタン等で電極に印加する電圧を切り替える形態としてもよい。
この第3実施形態の調光システム20では、第1実施形態に示したノーマリーブラック構造の調光フィルム1を用いてもよいし、第2実施形態に示したノーマリーホワイト構造の調光フィルム1を用いてもよい。ここでは、一例として、第1実施形態に示したノーマリーブラック構造の調光フィルム1を用いる例を挙げて説明する。
本実施形態の調光システム20では、調整つまみ23の位置を回転可能領域の一端側(図中左側の「暗」側)とすると、電極に印加される電圧は最小(0V)となり、調光フィルム1の透過率も最小(暗状態)となる。
また、調整つまみ23の位置を回転可能領域の他端側(図中左側の「明」側)とすると、電極に印加される電圧は最大となり、調光フィルム1の透過率も最大(明状態)となる。
本実施形態では、一例として、調光システム20が備える調光フィルム1として、前述の第1実施形態に示した調光フィルム1を用いており、電極に印加される電圧の最大値として10Vを設定可能である例を挙げて説明するが、電極に印加される電圧の最大値は、調光フィルム1の大きさや所望する透過率の設計値、調光フィルム1の使用環境等に応じて、適宜選択してよく、10Vより大きな値としてもよいし、小さな値としてもよい。
本実施形態の調光システム20において、例えば、調光フィルム1に印加される電圧を最小値から最大値に切り替えた場合、調光フィルム1は、前述の第1実施形態の図2の横軸を経過時間として想定した場合のような透過率及びヘイズ値の変化を経時的に示し、調光フィルム1は、暗状態からヘイズ状態を経て明状態となる。
本実施形態では、調光システム20における調光フィルム1の応答時間を上記の範囲とすることにより、調光フィルム1に印加される電圧を最小値から最大値に切り替える際に、調光フィルム1が暗状態からヘイズ状態を経て明状態となり、かつ、そのヘイズ状態が十分に観察者に視認される。これにより、調光フィルム1の「暗」と「明」との切り替え時において、調光フィルム1を通した外部の景色の見え方が瞬間的変化するのではなく、曇り状態(ヘイズ状態)を経て変化するように観察者に視認されるため、切り替え時の調光フィルム1を通した外部の景色の見え方の変化の印象をやわらかくすることができる。
まず、調光フィルム1を顕微鏡(偏光顕微鏡 オリンパス株式会社 BX51-XP)の試料台に載置する。なお、顕微鏡は、偏光機能を備えていない光学顕微鏡でも使用可能である。
次に、ファンクションジェネレータ(株式会社エヌエフ回路設計ブロック EAVE FACTORY WF1974)により、試料台上に載置された調光フィルム1に、10秒ごとに最小電圧値と最大電圧値とを繰り返し印加する。最小電圧値は、0Vであり、最大電圧値は、調光フィルム1の大きさ等に応じて適宜選択できる。ここでは調光フィルム1がノーマリーブラック構造であり、一例として、最大電圧値は、20V(60Hz、矩形波)とした。
図7は、ノーマリーブラック構造の調光フィルム1における応答時間tを示す図である。図7では、オシロスコープの画面を示し、縦軸は電圧(V)であり、横軸は時間(ミリ秒:ms)を示している。
調光フィルム1がノーマリーブラック構造であるため、電極に印加される電圧が最小電圧値(ここでは0V)のとき、調光フィルム1は暗状態(遮光状態)であり、最大電圧値(ここでは20V)であるとき、調光フィルム1は明状態(透光状態)である。この電圧値の切り替えによる暗状態から明状態へ変化時(最小電圧値から最大電圧値への変化時)におけるシグナルの立ち上がりからシグナルの最大値の90%(最大電圧値の90%)になるまでの時間を読み取ることにより、応答時間tを得ることができる。
Δε=ε//-ε⊥
本実施形態では、この液晶材料の誘電異方性の絶対値|Δε|=|ε//-ε⊥|は、100以下であることが好ましく、60以下であることがより好ましく、30以下であることがさらに好ましい。誘電異方性の絶対値|Δε|の値が大きい方が、調光フィルム1に電圧が印加された場合の液晶分子の応答速度が速くなり、誘電異方性の絶対値|Δε|の値が小さい方が、調光フィルム1に電圧が印加された場合の液晶分子の応答速度が遅くなる。
なお、液晶層8において複数種類の液晶材料を混ぜて使用する場合には、それらの液晶分子において、誘電異方性の絶対値|Δε|が最も小さいものが、上記範囲を満たすことが好ましく、誘電異方性の絶対値|Δε|が最も大きいものが上記範囲を満たすことが、切り替え時の外部の景色の見え方の変化等の印象をやわらかくする効果をさらに高める観点からより好ましい。
図8は、液晶材料の誘電異方性Δεの測定方法を示す図である。
図8に示すように、交流電源装置E(松定プレシジョン株式会社製 eK-FGJ)と、調光フィルム1と抵抗Rとを直列に接続する。なお、交流電源装置Eは、周波数f=60Hz(正弦波)であり、抵抗Rの抵抗値R1=10kΩである。
交流電源装置Eの電源のオン/オフ(調光フィルム1への電圧の印加のオン/オフ)を切り替え、液晶分子が液晶層8の厚み方向に立っている状態(すなわち、液晶分子の長軸方向)での誘電率と、液晶分子が倒れている状態(すなわち、液晶分子の短軸方向)との誘電率を測定し、その差Δεを求めることができる。
C=εr×ε0×S/d
したがって、εrは、以下の式で示される。
εr=C×d/(S×ε0)
ε0=8.85×10-12であり、液晶層8の厚さd及び液晶層8の面積Sは、それぞれ測定及び算出可能である。
したがって、交流電源装置Eの電源のオン時/オフ時のそれぞれの誘電容量Cを測定することにより、上記式から、液晶分子が液晶層8の厚み方向に立っている状態での誘電率εr、すなわち、液晶の長軸方向の誘電率ε//と、液晶分子が倒れている状態での誘電率εr、すなわち、液晶分子の短軸方向の誘電率ε⊥とをそれぞれ算出できる。
Vc=√(VE 2-VR 2)
ここで、抵抗にかかる電圧VRと、交流電源装置の電圧VEとを不図示のテスター(株式会社カスタム社製 CDM-2000D)で測定することにより得られる。
液晶層8(調光フィルム1)を通る電流をIc、交流電源装置の周波数をfとすると、調光フィルム1に係る電圧Vcは、以下の式でも示される。
Vc=Ic×1/(2π×f×C)
したがって、液晶層8の静電容量Cは、以下の式で求められる。ここで、f=60Hzであり、Ic=VR/R1であり、R1=10kΩである。
C=Ic×1/(2π×f×Vc)
上記式で得られる交流電源装置Eの電源オン時及びオフ時のそれぞれの液晶層8の静電容量Cと、前述の式εr=C×d/(S×ε0)とから、液晶分子の長軸方向の誘電率ε//と、液晶分子の短軸方向の誘電率ε⊥について、それぞれ求められ、これらの差Δεを求めることにより、液晶材料の誘電異方性の絶対値|Δε|が得られる。
ただし、調光フィルム1がノーマリーホワイト構造であり、ファンクションジェネレータによって調光フィルム1の電極に印加される最大電圧値は、一例として、10V(60Hz、矩形波)とする。最大電圧値は、調光フィルム1の大きさ等に応じて適宜選択できる。
また、調光フィルム1がノーマリーホワイト構造であるため、電極に印加される電圧が最小電圧値(ここでは0V)のとき、調光フィルム1は明状態(透光状態)であり、最大電圧値(ここでは10V)であるとき、調光フィルム1は暗状態(遮光状態)である。
そして、電圧値の切り替えによる暗状態から明状態へ変化時におけるシグナルの立ち上がりからシグナルの強度の最大値の90%になるまでの時間を読み取ることにより、調光フィルム1の遮光状態の透過率から透光状態の透過率の90%に相当する透過率に達するまでの時間である応答時間を得ることができる。
以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の範囲内である。
(1)各実施形態において、基材6,15は、樹脂製のフィルム状の部材である例を示したが、これに限らず、基材6,15として、例えば、ガラス製のシート状や板状の部材を用い、調光フィルム1を、フィルム状でない調光部材としてもよい。
5D 第1積層体
5U 第2積層体
6 第1基材
8 液晶層
11 透明電極
12 スペーサ
13 第1配向膜
15 第2基材
16 第2電極
17 第2配向膜
19 シール材
20 調光システム
21 制御部
22 本体部
23 調整つまみ
Claims (13)
- 第1電極と、
第2電極と、
液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、
前記電位差が第1の電位差の場合、第1のヘイズ値を有し、
前記電位差が第2の電位差の場合、第2のヘイズ値を有し、
前記電位差が前記第1の電位差と前記第2の電位差との間の第3の電位差の場合、少なくとも前記第2のヘイズ値よりも高い第3のヘイズ値を有し、
前記液晶材料において、通常光線に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をneとするとき、前記液晶材料の屈折率異方性Δnは、Δn=ne-noで示され、Δn≧0.05であり、
前記液晶材料は、誘電異方性を有し、
前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε // とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε ⊥ とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε // -ε ⊥ |とするとき、
|Δε|は、30以下である、
調光フィルム。 - 前記液晶層は、
前記電位差が前記第1の電位差の場合、第1の透過率を有し、
前記電位差が前記第2の電位差の場合、第2の透過率を有し、
前記電位差が前記第3の電位差の場合、前記第1の透過率と前記第2の透過率との間の第3の透過率を有する、
請求項1に記載の調光フィルム。 - 第1電極と、
第2電極と、
液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となり、
前記液晶材料において、通常光線に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をneとするとき、前記液晶材料の屈折率異方性Δnは、Δn=ne-noで示され、Δn≧0.05であり、
前記液晶材料は、誘電異方性を有し、
前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε // とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε ⊥ とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε // -ε ⊥ |とするとき、
|Δε|は、30以下である、
調光フィルム。 - 第1電極と、
第2電極と、
液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動する液晶層と、を備え、
前記液晶層は、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となり、
前記液晶材料において、通常光線に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をneとするとき、前記液晶材料の屈折率異方性Δnは、Δn=ne-noで示され、Δn≧0.05であり、
前記液晶材料は、誘電異方性を有し、
前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε // とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε ⊥ とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε // -ε ⊥ |とするとき、
|Δε|は、30以下である、
調光フィルム。 - 前記液晶層は、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、
該調光フィルムは、前記電位差が、前記第1の電位差から前記第2の電位差へ変化した場合に、前記遮光状態の透過率から前記透光状態の透過率90%となる透過率へ変化するまでの時間が16ミリ秒以上である、
請求項1、請求項2、請求項3のいずれか1項に記載の調光フィルム。 - 前記液晶層は、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、
該調光フィルムは、前記電位差が、前記第2の電位差から前記第1の電位差へ変化した場合に、前記遮光状態の透過率から前記透光状態の透過率90%となる透過率へ変化するまでの時間が16ミリ秒以上である、
請求項1、請求項2、請求項4のいずれか1項に記載の調光フィルム。 - 前記液晶層は、
前記電位差が0Vである前記第1の電位差の場合に遮光状態となり、
前記液晶層の厚さをd、前記液晶層に含まれる液晶分子のカイラルピッチをpとしたとき、
d/pが1.1以上(1.1≦d/p)である、
請求項1、請求項2、請求項3、請求項5のいずれか1項に記載の調光フィルム。 - 前記電位差が0Vである前記第1の電位差の場合に透光状態となり、
前記液晶層の厚さをd、前記液晶層に含まれる液晶分子のカイラルピッチをpとしたとき、
d/pが0.9以上1.5以下(0.9≦d/p≦1.5)である、
請求項1、請求項2、請求項4、請求項6のいずれか1項に記載の調光フィルム。 - 請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載の調光フィルムと、
前記電位差を前記第1の電位差と前記第2の電位差との間で変更する制御部と、
を有する調光システム。 - 前記制御部は、前記調光フィルムの電位差を、前記第1の電位差、前記第2の電位差、前記第3の電位差のうちいずれかに切り替える設定部を備える、
請求項9に記載の調光システム。 - 前記制御部は、前記調光フィルムの電位差を、前記第1の電位差、前記第2の電位差のいずれかに切り替える設定部を備える、
請求項9に記載の調光システム。 - 第1基材と第1電極とを有する第1積層体と、
第2基材と第2電極とを有する第2積層体と、
前記第1積層体と前記第2積層体とで挟持された液晶層と、を備え、
前記第1基材及び前記第2基材は、ガラスからなり、
前記液晶層は、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動し、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、遮光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記遮光状態よりも高い透光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となり、
前記液晶材料において、通常光線に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をneとするとき、前記液晶材料の屈折率異方性Δnは、Δn=ne-noで示され、Δn≧0.05であり、
前記液晶材料は、誘電異方性を有し、
前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε // とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε ⊥ とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε // -ε ⊥ |とするとき、
|Δε|は、30以下である、
調光部材。 - 第1基材と第1電極とを有する第1積層体と、
第2基材と第2電極とを有する第2積層体と、
前記第1積層体と前記第2積層体とで挟持された液晶層と、を備え、
前記第1基材及び前記第2基材は、ガラスからなり、
前記液晶層は、液晶材料と二色性色素とを含み、前記第1電極と前記第2電極との間の電位差によって光の透過率が変動し、
前記電位差が0Vである第1の電位差の場合に、透光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きい第2の電位差の場合に、透過率が前記透光状態よりも低い遮光状態となり、
前記電位差が、前記第1の電位差よりも大きく、かつ、前記第2の電位差よりも前記電位差が小さい第3の電位差の場合に、ヘイズ値が最大となり、
前記液晶材料において、通常光線に対する屈折率をno、異常光線に対する屈折率をneとするとき、前記液晶材料の屈折率異方性Δnは、Δn=ne-noで示され、Δn≧0.05であり、
前記液晶材料は、誘電異方性を有し、
前記液晶材料の液晶分子の長軸方向の誘電率をε // とし、液晶分子の短軸方向の誘電率をε ⊥ とし、これらの差の絶対値を|Δε|=|ε // -ε ⊥ |とするとき、
|Δε|は、30以下である、
調光部材。
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