JP7413893B2 - 調光ユニット - Google Patents

Description

本発明は、液晶方式の調光シートと、その調光シートを電源に接続するための接続部とを備える調光ユニットに関する。

調光シートは、液晶組成物を含む調光層と、調光層を挟む一対の透明電極層とを備える。一対の透明電極層に駆動電圧が印加されると、調光層が含む液晶分子の配向状態が変わることにより、調光シートの光透過率が変わる。（特許文献１参照）こうした調光シートと、透明電極層を電源に接続するための接続部とから、調光ユニットが構成される。

外部電源との調光シートの接続にあたり、従来は、透明導電層が露出した表面に少なくとも導電テープを貼着し、導電テープ上に形成したはんだを介してリード線に連結する構造が採用されていた。昨今では、低コストで簡便な構造として、ＦＰＣ（フレキシブルプリント配線板）とＡＣＦ（異方性導電フィルム）を用いて電気的に接続しつつ、機械的に接着することで配線を引き出す構造が採用されている（特許文献２参照）。ＦＰＣとＡＣＦを用いた接続では、導電テープ上のはんだによる点状の接合構造から、面状の接合構造となり、調光ユニットの運搬時や取り付け作業時の揺れや衝撃に対して、接合の耐久性が向上している。

特開２０１７－１８７７７５号公報 特許第６４３９０２９号公報

ＦＰＣとＡＣＦを用いた外部電源への調光シートの接続では、はんだを介してリード線に連結する構造に比べて、接続部の温度上昇が顕著であり高温になりやすいという実態が確認されている。

建造物向けなどの用途での大面積の調光シートでは、ＦＰＣへの駆動電圧の印加による調光層への駆動範囲をシート内で均一に広げて、給電位置（ＦＰＣ）からの距離に応じた電圧降下を回避するため、高電圧で印加する必要がある。そのため、調光シートにはＦＰＣ（ＡＣＦ）から過大な電流が流れ込みやすく、接続部が発熱し易いという実態は大面積の調光シートにおいて一層顕著である。

本発明は、大面積の調光シートの透明電極層の全面を一様に駆動する場合において、ＦＰＣでの不要な発熱を抑制する上で好適な放熱構造を提案することを目的とする。

本発明による調光ユニットは、
液晶組成物を含む調光層が、第１透明電極層を有する第１透明導電フィルムと第２透明電極層を有する第２透明導電フィルムに挟まれてなる調光シートと、
前記調光層に外部電源からの電圧を印加するため、該外部電源を前記第１および第２の透明電極層の夫々に接続するＦＰＣを有する第１および第２の給電部と、
少なくとも一方の前記透明電極層における前記ＦＰＣ近傍において、電圧印加時に発生する熱を外部に放出する放熱手段と、を有することを特徴とする。

前記放熱手段は、前記ＦＰＣおよび前記ＦＰＣを前記外部電源に電気的に接続する引き出し配線部を介して前記熱を放出する構成でも良い。

前記ＦＰＣは導体パターンを有し、
前記導体パターンは、前記透明電極層に電圧を印加する領域と、前記熱を伝達させる領域と、を有する構成でも良い。

前記第１および第２の給電部のＦＰＣが形成される前記第１および第２の透明導電フィルムの端部は矩形状フィルムの同一辺であり、前記ＦＰＣは対向せずに同一辺内で離間して配置されている構成が好ましい。この場合、第１および第２の給電部が形成される領域（以下、給電領域と称する）が矩形状の調光シートの一辺に集約され、調光シートの表示領域を広く有効利用出来る。

前記ＦＰＣの放熱部は、接続端子となる導体パターンが並列した外部に延出した箇所に配置され、絶縁性の粘着剤により前記第１および第２の透明電極層と接合されている構成でも良い。

前記絶縁性の粘着剤は熱伝導性が高い特性を有することが好ましい。

大面積の調光シートの透明電極層の全面を一様に駆動する場合において、給電部におけるＦＰＣでの不要な発熱を抑制する上で好適な放熱構造が提供される。

調光ユニットの構成概略を示す説明図。 ＦＰＣ接合部での発熱状態を示す説明図。 放熱テープの貼り合わせによる対処における給電部の部材構成。 放熱テープを貼り合わせた状態の正面図。 図４のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図。 ＦＰＣ２５の構造例を示す斜視図。 ＦＰＣ形態１における給電部の部材構成。 形態１のＦＰＣ２５を給電部に接合した状態の正面図。 図８のＢ－Ｂ線に沿った拡大断面図。 ＦＰＣ２５の構造例（他例）を示す斜視図。 ＦＰＣ形態２における給電部の部材構成。 形態２のＦＰＣ２５を給電部に接合した状態の正面図。 図１２のＣ－Ｃ線に沿った拡大断面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。ここで、図面は模式的なものであり、説明の便宜上、平面寸法との関係や各層の厚みの比率等は実際の縮尺とは異なるサイズで誇張して図示する場合もある。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造等が下記のものに特定されるものではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

［調光ユニット］
図１は、調光ユニットの構成概略を示す説明図である。

調光シート１０を含む調光ユニット１００の各構成要素については、図１を用いて詳細を説明する。図１においては、給電部２０，透明導電フィルム１５については、互いに区別して説明が必要な場合には、便宜的に一方を第１，他方を第２と定義し、それぞれに符号ａ，ｂを添えて表示する。

図１（ａ）の平面図に示すように、調光ユニット１００は、調光シート１０と給電部２０（ａ，ｂ）とを備える。調光シート１０はフレキシブルで薄い材料が主体であり、可撓性に富む。例えば、大面積での使用形態にあたって、調光ユニット１００は、２枚のガラスなどの透明板に挟み込まれるか、透明板に装着されるなどして利用される。支持基材となる透明板は、ガラスや樹脂等からなる透明な板状の部材であって平面状であってもよいし曲面状でもよい。透明板は、例えば、窓ガラスやパーテーションやガラス壁等の建材であってもよいし、自動車の窓ガラス等の車両用部材であってもよい。

調光領域（表示領域）においては、第１透明電極層１２を有する第１透明導電フィルム１５ａと第２透明電極層１２を有する第２透明導電フィルム１５ｂとの間に、調光層１３が挟まれている。詳細には、向かい合う第１透明電極層１２と第２透明電極層１２との間に調光層１３が位置する。

調光シート１０の表面と対向する方向から見て、調光シート１０は略矩形形状を有しており、調光シート１０の大半を占める調光領域（表示領域）と調光シートの端部の給電領域（非表示領域）とを含む。給電領域には給電部２０（ａ，ｂ）が形成され、給電部２０（ａ，ｂ）上にそれぞれ設けられた接合部２１には、ＡＣＦ２２を介してＦＰＣ２５が接続している。給電領域は、調光シート１０の一辺に沿って、調光シート１０の端部に位置する。給電領域が配置される上記一辺は矩形のいずれの辺であってもよく、透明板や駆動回路の配置等に応じて設定されればよい。また、給電部２０（ａ，ｂ）は、上記一辺の中央部を含む位置に配置されてもよいし、図１（ａ）に示す様に、上記一辺の端部を含む位置に配置されてもよい。ＦＰＣ２５を含む給電部２０（ａ，ｂ）の形成箇所が矩形の調光シート１０の同一辺内で離間して配置されている構成では、給電領域が調光シート１０の一辺に集約され、調光シート１０の表示領域を広く有効利用出来る。

図１（ｂ）（ｃ）は、それぞれ図１（ａ）におけるＡ－Ａ線，Ｂ－Ｂ線に沿った断面図である。図１（ｂ）（ｃ）に示すように、調光シートは、調光層１３と、第１透明導電フィルム１５ａと、第２透明導電フィルム１５ｂとを備えている。第１透明導電フィルム１５ａは、第１透明電極層１２と、第１透明電極層１２を支持する第１透明フィルム１１とから構成される。第２透明導電フィルム１５ｂは、第２透明電極層１２と、第２透明電極層１２を支持する第２透明フィルム１１とから構成される。

調光層１３は、液晶組成物を含む。調光層１３は、例えば、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、カプセル型ネマティック液晶（ＮＣＡＰ：Ｎｅｍａｔｉｃ Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｐｈａｓｅ）等から構成される。例えば、高分子ネットワーク型液晶は、３次元の網目状を有した高分子ネットワークを備え、高分子ネットワークが有する空隙に液晶分子を保持する。調光層１３が含む液晶分子は、例えば、誘電率異方性が正であって、液晶分子の長軸方向の誘電率が液晶分子の短軸方向の誘電率よりも大きい。液晶分子は、例えば、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、ビフェニル系、ターフェニル系、安息香酸エステル系、トラン系、ピリミジン系、シクロヘキサンカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ジオキサン系の液晶分子である。

第１透明電極層１２および第２透明電極層１２の各々は、導電性を有する透明な層であ
る。透明電極層１２を構成する材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ），フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ），酸化スズ，酸化亜鉛，カーボンナノチューブ（ＣＮＴ），ポリ（３，４-エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）を含むポリマー等が挙げられる。

第１透明フィルム１１および第２透明フィルム１１の各々は、透明な基材である。透明フィルム１１の材料としては、ポリエチレン，ポリスチレン，ポリエチレンテレフタレート，ポリビニルアルコール，ポリカーボネート，ポリ塩化ビニル，ポリイミド，ポリサルホン，シクロオレフィンポリマー，トリアセチルセルロース等からなる高分子フィルムが用いられる。

ノーマルモードの調光シートでは、透明電極層１２に駆動電圧が印加されていないとき、液晶分子の長軸方向の向きは不規則である。そのため、調光層１３に入射した光は散乱し、調光領域は白濁して見える。すなわち、調光層１３に駆動電圧が印加されていないとき、調光領域は不透明である。一方、ＦＰＣ２５を通じて第１透明電極層１２と第２透明電極層１２との間に駆動電圧が印加されると、液晶分子が配向され、液晶分子の長軸方向が透明電極層１２，１２間の電界方向に沿った向きとなる。その結果、調光層１３を光が透過しやすくなり、調光領域は透明となる。

給電部２０ａ（２０ｂ）は、調光シートのなかで、該当する箇所の第２透明導電フィルム１５ｂ（第１透明導電フィルム１５ａ）がカットされて除去されて、調光層１３が拭き取りにより取り除かれた領域である。給電領域において、調光層１３が存在しないことにより露出する第１透明電極層１５ａ（第２透明導電フィルム１５ｂ）の表面に、電気的接続端子となる接合部２１を形成し、その表面にＦＰＣ２５に形成された接続端子（パッド部）となる導体パターンの端部が接合されて、外部電源からの駆動電力が供給される。ＦＰＣ２５の接合箇所にはＡＣＦ２２が配置され、第１透明電極層１５ａ（第２透明電極層１５ｂ）の表面と熱圧着により接合している。

給電領域に配置されるＦＰＣ２５では、接続端子（パッド部）となる導体パターンがＡＣＦ２２を介して給電領域上の透明電極層１２に形成した接合部（導電テープ）２１と接合されている。そして、調光シート１０の枠外に引き出す引き出し配線部を備えており、給電領域から調光シート１０の外側に延び、駆動回路（不図示）に接続されている。

ＦＰＣ２５は、ポリイミド等の絶縁性樹脂から構成された柔軟性を有する基材である絶縁性樹脂層の表面に、銅等の金属薄膜をパターニングして構成された配線層を備えており、外部電源からの調光シートへの給電を受け持つ。

ＡＣＦ２２は、金やニッケルコーティングした微小樹脂や無機材料の表面導電ビーズを含有した熱硬化性又は熱可塑性の樹脂シート材料である。自身が接着性を持つ場合もあるこの樹脂シート材料をＦＰＣ２５の端子部と給電領域の透明電極層１２表面との間に設置して、加熱圧着しながら樹脂を硬化又は成形する。これにより加熱圧着箇所となるパターン状の厚さ方向では表面導電ビーズが接触して配置されることで導通をとることができる。一方、加熱圧着のないＡＣＦ２２の面内方向（前記の厚さ方向とは垂直な方向）では表面導電ビーズの接触に伴う導通は発生せず、ＡＣＦ２２は厚さ方向と面内方向とで導電性に異方性を持つ。

本発明での解決課題と設定する「接続部での発熱」は、図２に示す様に、ＦＰＣ２５の接続端子（パッド部）が並列した斜め上（左右方向および上下方向での配列外にあたる箇所の発熱部３０）に集中する傾向が高いことが確認されている。

そのため、給電部２０（ａ，ｂ）に、ＦＰＣ２５，ＡＣＦ２２を覆う様に放熱性の高い材料（基材４１と積層される粘着剤４２の少なくとも何れかが）を用いてなる放熱テープ４０を貼り合わせる手法による対処も考えられる。図３は、前記対処における給電部の部材構成であり、図４は、放熱テープ４０を貼り合わせた状態の正面図である。

図５は、図４のＡ－Ａ線に沿った拡大断面図である。給電部２０ａでＦＰＣ２５を覆って貼り合わせた放熱テープ４０の分、調光シート１０の厚み，表面の凹凸が大きくなり、その影響は不図示の給電部２０ｂの放熱テープ４０の分も増加することになる。

調光シート１０を２枚のガラスなどの透明板に挟み込む形態や透明板に装着する形態での調光ユニット１００に適用する場合、厚みの局所的な増加，表面の凹凸の増加は不利であり、改善や修正が求められる。

本実施形態においては、ＦＰＣ２５とは別体の放熱部材ではなく、ＦＰＣ２５に放熱部を具備する構成を提示する。

＜ＦＰＣ形態１＞
図６は、ＦＰＣ２５の構造例を示す斜視図である。ポリイミド等のベースフィルムに形成された銅箔等の導電性金属層をパターニングしてなる引き出し配線部の終端が接続端子（パッド部）５３の並列箇所である。

接続端子（パッド部）５３の並列箇所の斜め上に発熱部３０が集中する傾向が高いことから（図２参照）、接続端子（パッド部）５３が並列した外部にアーム状に延出した箇所に放熱部５４を形成している。

同図では、左右方向に並列した接続端子（パッド部）５３の両側にアーム５５を形成して、放熱部５４となる導電性金属層を被覆層から露出した構成であり、「Ｔ字状」のＦＰＣ２５が「Ｙ字状」に変形されているが、アーム５５，放熱部５４は少なくとも１箇所に有する形状で良い。

図７は、形態１における給電部の部材構成であり、図８は、形態１のＦＰＣ２５を給電部に接合した状態の正面図である。ＦＰＣ２５に形成された引き出し配線部の終端にある接続端子（パッド部）５３はＡＣＦ２２を介して熱圧着により接合され、アーム５５の先端部に形成された放熱部５４は絶縁性の粘着剤２３により接合される。粘着剤２３は絶縁性に加えて放熱性も良好であることが好ましい。シロキサンフリーで接点障害の懸念がなく、熱伝導性の高い弾性接着剤や、非導電性無機フィラーを使用しているので電気絶縁性に優れている接着剤など各種製品のうち、ＥＷ２０７０（３Ｍ製熱伝導性エポキシ接着剤），ＴＢ２９５５（スリーボンド製），ＤＭ６０３０ＨＫ（ダイマット製），ＣＦ３３５０（エマーソン＆カミング製），サーコン（Ｒ）ＧＲ（富士高分子工業製），ＡＤ－７００２（利昌工業製），ＴＣ－５０ＴＸＳ（信越シリコーン製），ＤＡ６５２３（東レダウコーニング製）などが例示される。

図９は、図８のＢ－Ｂ線に沿った拡大断面図である。給電部２０ａで接合したＦＰＣ２５の引き出し配線の先端部に形成された放熱部５４が発熱部３０の熱を吸収して、粘着剤２３→ＦＰＣ２５（引き出し配線の他端に形成されたはんだパッド部５６）→はんだ２６→リード線２７の順に伝熱して、給電部２０ａで生じた熱が放熱される。

＜ＦＰＣ形態２＞
図１０は、ＦＰＣ２５の構造例（他例）を示す斜視図である。ポリイミド等のベースフィルムに形成された銅箔等の導電性金属層をパターニングしてなる引き出し配線部の終端が接続端子（パッド部）５３の並列箇所である。

形態２では、形態１において、左右方向に並列した接続端子（パッド部）５３の両側に形成したアーム５５は接続端子（パッド部）５３の先にまで回り込む様に延びて、放熱部５４は接続端子（パッド部）５３の接合部周囲を広く囲う様に形成された構造となっている。図示の通り、接続端子（パッド部）５３，放熱部５４を含めて矩形の領域内に存在しており、「アーム」として延びている形状ではないが、放熱部５４の含まれる領域を便宜的にアーム５５と称する。形態２では、ＦＰＣ２５の外形（アーム５５）を断裁により規定する必要はなく、ベースフィルムに形成された銅箔等の導電性金属層のパターニングを変更することで作製される。放熱部５４のサイズが大きくなることで、放熱機能は一層向上する。

図１１は、形態２における給電部の部材構成であり、図１２は、形態１のＦＰＣ２５を給電部に接合した状態の正面図である。ＦＰＣ２５に形成された引き出し配線部の終端にある接続端子（パッド部）５３はＡＣＦ２２を介して熱圧着により接合され、アーム５５の先端部に形成された放熱部５４は絶縁性の粘着剤２３により接合される。粘着剤２３は形態１と共通する。

図１３は、図１２のＣ－Ｃ線に沿った拡大断面図である。給電部２０ａで接合したＦＰＣ２５の引き出し配線の先端部に形成された放熱部５４が発熱部３０の熱を吸収して、粘着剤２３→ＦＰＣ２５（引き出し配線の他端に形成されたはんだパッド部５６）→はんだ２６→リード線２７の順に伝熱して、給電部２０ａで生じた熱が放熱される。

１００…調光ユニット
１０…調光シート
１５（ａ，ｂ）…透明導電フィルム（第１，第２）
１１…透明フィルム（第１，第２）
１２…透明電極層（第１，第２）
１３…調光層
２０（ａ，ｂ）…給電部（第１，第２）
２１…接合部（導電テープ）
２２…ＡＣＦ
２５…ＦＰＣ
５３…接続端子（パッド部）
５４…放熱部
５５…アーム
５６…はんだパッド部
２６…はんだ
２７…リード線
４０…放熱テープ

Claims (4)

1. 液晶組成物を含む調光層が、第１透明電極層を有する第１透明導電フィルムと第２透明電極層を有する第２透明導電フィルムに挟まれてなる調光シートと、
   前記調光層に外部電源からの電圧を印加するため、該外部電源を前記第１および第２の透明電極層の夫々に接続するＦＰＣを有する第１および第２の給電部と、
   少なくとも一方の前記透明電極層における前記ＦＰＣおよび前記ＦＰＣ近傍の少なくとも一方において、電圧印加時に発生する熱を外部に放出する放熱部と、を有し、
   前記放熱部は、前記ＦＰＣにおいて、接続端子となる導体パターンが並列した外部に延出した箇所に配置され、絶縁性の粘着剤により当該ＦＰＣが接続された透明電極層と接合されるように構成された放熱部を含むことを特徴とする調光ユニット。
2. 前記放熱部は、前記ＦＰＣおよび前記ＦＰＣを前記外部電源に電気的に接続する引き出し配線部を介して前記熱を放出することを特徴とする請求項１に記載の調光ユニット。
3. 前記導体パターンは、前記透明電極層に電圧を印加する領域と、前記熱を伝達させる領域と、を有することを特徴とする請求項１または２に調光ユニット。
4. 前記第１および第２の給電部の前記ＦＰＣが形成される前記第１および第２の透明導電フィルムの端部は矩形状フィルムの同一辺であり、前記ＦＰＣは対向せずに同一辺内で離間して配置されている構成であることを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の調光ユニット。