WO2018186447A1

WO2018186447A1 - 液晶調光装置及び液晶調光方法

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Publication number: WO2018186447A1
Application number: PCT/JP2018/014449
Authority: WO
Inventors: 隆一平山
Original assignee: 株式会社オルタステクノロジー
Priority date: 2017-04-05
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2018-10-11
Also published as: CN110476111A; US20200033655A1; EP3608706A4; US11143890B2; CN110476111B; JP2018180085A; JP6957944B2; EP3608706A1

Abstract

本発明は、液晶パネルを調光駆動する液晶調光装置において、フリッカの現出を抑制しつつ、より低い消費電力で調光制御を行うことを目的とする。　本発明の液晶調光装置は、液晶パネルに印加する矩形波状の駆動電圧の範囲に応じて駆動電圧の周波数を切換設定する調光制御手段を備える。

Description

液晶調光装置及び液晶調光方法

　本発明は、特に矩形波のＰＨＭ（パルス高変調）で液晶パネルの階調制御を行なう場合に好適な液晶調光装置及び液晶調光方法に関する。

　商用電源からの交流電圧が透明電極に直接印加される場合と比較して、高分子分散型液晶の動作状態に対する不動作状態の割合を低減し、高い透明度を得ることができるように提案された技術が存在する（例えば、特許文献１）。

特開２０１３－０７２８９５号公報

　図７Ａ及び図７Ｂは、高分子分散型の液晶パネルを、簡易ブラインド機能を有する窓ガラス１０に適用した一般的な構成を例示するものである。

　図７Ａは電源オフ時の状態を示す。すなわち、平行に配置された２枚の基板となる板ガラス１１，１２の各内面側の透明電極１３，１４と、スペーサ１５，１６とによって、内部に高分子分散液晶１７が封入、充填される。透明電極１３，１４には商用電源１８及びスイッチ１９が接続される。

　ここではスイッチ１９がオフとなっているために、透明電極１３，１４間の高分子分散液晶１７には商用電源１８からの電圧が印加されない。高分子分散液晶１７では、図示するように内部の網目状の高分子繊維に沿った多数の液晶分子がそれぞれ不規則な方向に並ぶことで、２枚の板ガラス１１，１２間を光が透過できずに散乱される。この窓ガラス１０の状態では、磨りガラス状に光が散乱してほとんどの光が透過できないため、室内側から見て全体が白色状となり、窓ガラス１０の外部に例えば樹木が存在している場合でも、ただ漠然と当該樹木のシルエットがぼんやりと見えるのみとなる。

　図７Ｂは、上記スイッチ１９をオンした状態を示す。透明電極１３，１４間の高分子分散液晶１７には電圧が印加されて電界が形成され、高分子分散液晶１７中の液晶分子がそれぞれガラス面と直交する方向に長軸を揃えて並ぶこととなり、２枚の板ガラス１１，１２間を光が透過して透明となる。この窓ガラス１０の状態では、室内側から見て全面が透明となり、窓ガラス１０の外部に存在している樹木をしっかりと視認できる。

　上記図７Ａ及び図７Ｂではオフ状態、オン状態での窓ガラス１０の見え方を示したが、この種の窓ガラス１０では、中間調駆動を行なうことにより、散乱と透過の間の半透過状態を無段階に調整するような調光駆動が行なわれる。

　図８Ａは、上記図７Ａで示した電源オフ時の透明電極１３，１４間にかかる電圧を示す。図示する如く、上記スイッチ１９をオフとしているために、０（ゼロ）［Ｖ］を維持することとなる。

　図８Ｂは、上記図７Ｂで示した、電源オン時の透明電極１３，１４間にかかる電圧を例示している。ここでは３０［Ｈｚ］の矩形波として波高値＋４０［Ｖ］／－４０［Ｖ］間で振幅する状態を示している。このときの実効電圧値をＶcとすると、実効電流値Ｉcは、抵抗成分を無視するものとした場合、次式、　
　　　Ｉc＝２πｆＣＶc　　　　　　　…(1)
　で表される。ここでｆ：周波数、Ｃ：液晶の静電容量である。

　つまり、この種の液晶パネルの消費電流は駆動周波数に依存しており、駆動周波数を下げることで消費電流が下げられることがわかる。

　例えば周波数ｆを１［Ｈｚ］にした場合、上記図７Ａ及び図７Ｂ、図８Ａ及び図８Ｂで示したような完全な電源オフ状態、及びフル電圧を印加したオン状態での散乱、透過状態であれば特に問題は生じないものの、中間的な電圧値による中間調駆動では、明らかなフリッカが視認されるようになり、ブラインド機能としては不具合を生じることになる。

　上記特許文献においても、高分子分散型液晶を用いた液晶層を備える液晶調光素子に対し、高い透明度を得るべく、商用電源の正弦波電圧に代えて矩形波電圧を印加するようにした技術が提案されているが、やはりフリッカ（ちらつき）を生じる点が記載されている。

　このフリッカが現出する点は、駆動周波数が低いほど、そして駆動電圧が低いほど顕著であり、上記したような消費電流を低くしたい要望と相反する。

　本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、フリッカの現出を抑制しつつ、より低い消費電力で液晶パネルでの調光制御を実現することが可能な液晶調光装置及び液晶調光方法を提供することにある。

　本発明の一態様によれば、液晶パネルを調光駆動する液晶調光装置において、上記液晶パネルに印加する矩形波状の駆動電圧の範囲に応じて上記駆動電圧の周波数を切換設定する調光制御手段を備える液晶調光装置が提供される。

　本発明によれば、フリッカの現出を抑制しつつ、より低い消費電力で液晶パネルでの調光制御を実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係るコントロール回路部内の回路構成を示すブロック図である。図２は、同実施形態の第１の動作例に係る液晶パネルに印加する電圧と当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。図３は、同実施形態に係る液晶パネルに対して矩形波の周波数を変えて各電圧値で順次駆動した場合のフリッカの見え方を例示する図である。図４は、同実施形態に係る上記図２で示した制御内容の基礎となる、各駆動周波数毎の液晶パネルに印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。図５は、同実施形態に係る第２の動作例での液晶パネルに印加する電圧と当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。図６は、同実施形態に係るリバースモードの液晶パネルでの各駆動周波数毎の印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。図７Ａは、一般的な高分子分散液晶を用いた窓ガラスの構造と調光状態（電源オフ時の状態）を示す図である。図７Ｂは、一般的な高分子分散液晶を用いた窓ガラスの構造と調光状態（電源オン時の状態）を示す図である。図８Ａは、図７Ａに係る高分子分散液晶の駆動電圧の波形を例示する図である。図８Ｂは、図７Ｂに係る高分子分散液晶の駆動電圧の波形を例示する図である。

実施形態

　以下本発明の一実施形態について詳細を説明する。　
　［構成］　
　まず本実施形態の構成について説明する。　
　本発明に係る液晶調光装置は、上記図７Ａ及び図７Ｂで示した構成において、透明電極１３，１４と商用電源１８を接続する２本の線間に、スイッチ１９に代えてコントロール部（調光制御手段）２０を介在させることで実現される。

　図１は、このコントロール部２０の回路構成を示すブロック図である。同図において、商用電源１８からの１００［Ｖ］～２４０［Ｖ］の交流電力が、このコントロール部２０のＡＣ／ＤＣコンバータ部２１に供給される。このＡＣ／ＤＣコンバータ部２１は、２つのＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａ，２１Ｂを備える。

　ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａは、可変出力タイプのＡＣ／ＤＣコンバータであり、商用電源１８から与えられた１００［Ｖ］～２４０［Ｖ］の交流電力を、後述するマイクロコンピュータ２３からの制御信号に応じて、整流及び降圧して５［Ｖ］～７５［Ｖ］の直流電力に変換し、スイッチング回路２２へ出力する。

　一方のＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ｂは、固定出力のＡＣ／ＤＣコンバータであり、商用電源１８から与えられた１００［Ｖ］～２４０［Ｖ］の交流電力を、整流及び降圧して固定値５［Ｖ］の直流電力に変換し、マイクロコンピュータ２３へ出力する。

　マイクロコンピュータ２３は、上記ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ｂから供給される５［Ｖ］の直流電力により動作し、図示しない操作部、例えばダイヤルスイッチでの操作を受け付けて、このコントロール部２０内の制御動作、具体的には上記ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａとスイッチング回路２２へ制御信号を出力する。

　すなわちマイクロコンピュータ２３は、上記ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａに対して、例えばＰＷＭ（パルス幅）信号等により、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａが出力する直流電圧値を制御するための制御信号を出力する。

　またマイクロコンピュータ２３は、上記スイッチング回路２２に対して、例えばスイッチングパルスによる駆動制御信号により、スイッチング回路２２が出力する交流電力の周波数を制御する。

　スイッチング回路２２は、インバータ回路であり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２１Ａから与えられる可変電圧の直流電力を、マイクロコンピュータ２３からの駆動制御信号に従った駆動周波数となるように発振して交流電力化した上で、負荷となる上記窓ガラス１０等の液晶パネルに供給する。

　［第１の動作例］　
　図２は、上記コントロール部２０において、負荷となる液晶パネルに印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。印加電圧の制御を１［Ｖ］単位で制御するものとして説明すると、同図では、液晶パネルに印加する電圧が０（ゼロ）［Ｖ］乃至２５［Ｖ］までの矩形波の周波数を１００［Ｈｚ］、２６［Ｖ］乃至３０［Ｖ］までの矩形波の周波数を６０［Ｈｚ］、３１［Ｖ］乃至３５［Ｖ］までの矩形波の周波数を３０［Ｈｚ］、３６［Ｖ］乃至５０［Ｖ］までの矩形波の周波数を１［Ｈｚ］としている。

　印加電圧が略２０［Ｖ］を超えた辺りから、電圧の上昇に対応する透過率の上昇度が徐々に大きく変化しはじめ、印加電圧が２５［Ｖ］乃至３５［Ｖ］の範囲において電圧の上昇に対応する透過率の上昇度が非常に大きく変化するものとなっている。

　そして、印加電圧が３５［Ｖ］乃至略４０［Ｖ］において、電圧の上昇に対応する透過率の上昇度の変化が随時低下しており、全体としてＳ字形状の透過率の変化特性を呈するものとなっている。

　図３は、上記液晶パネルに対し、矩形波の周波数を変えて各電圧値で順次駆動した場合のフリッカの見え方を例示している。同図においてフリッカが見えなかった場合を「○」、フリッカが見えた場合を「×」で示している。

　上述した通り、駆動周波数が低いほど、そして駆動電圧が低いほどフリッカが顕著に現出することが理解できる。

　合わせて、同図では駆動電圧４０［Ｖ］での消費電流値を、駆動周波数１［Ｈｚ］での同値を単位「１」とした場合について併記しており、上記式（１）で示した通り、消費電流値が駆動周波数に比例して増大する点が理解できる。

　図４は、上記図２で示したコントロール部２０での制御内容の基礎となった、各駆動周波数毎の液晶パネルに印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。

　同図から、駆動周波数が低いほど、駆動電圧の上昇に応じて透過率が上昇する度合いが少しずつ高くなることが理解でき、仮にフリッカの現出を度外視するならば、消費電流の点からも、より低い駆動周波数で設定した方が有利であることがわかる。

　しかしながら、現実にはフリッカが現出し、且つ個人差によってフリッカの視認度合いも異なるため、各駆動電圧の範囲に応じて、周波数を選択した結果が上記図２に示した内容である。

　このように、フリッカの現出を抑制しつつ、より低い消費電力で液晶パネルでの調光制御を実現することが可能となる。

　［第２の動作例］　
　図５は、上記コントロール部２０において、負荷となる液晶パネルに印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。印加電圧の制御を１［Ｖ］単位で制御するものとして説明すると、同図では、液晶パネルに印加する電圧が０（ゼロ）［Ｖ］乃至３０［Ｖ］までの矩形波の周波数を６０［Ｈｚ］、３１［Ｖ］乃至５０［Ｖ］までの矩形波の周波数を３０［Ｈｚ］としている。

　上記図２に示した制御内容に比して、駆動電圧の範囲分けを半分の２つのみとし、１つの閾値「３０［Ｖ］」を挟んで駆動周波数を切換えて制御するものとした。

　これにより、フリッカの現出を確実に防止し、且つある程度消費電力を低く抑えると共に、コントロール部２０の特にマイクロコンピュータ２３、スイッチング回路２２の構成と制御とをより簡略化して、装置の製造コストを低減できる。

　［その他の動作例］　
　なお、上記実施形態では、電圧を印加しない状態で不透明な拡散状態となり、電圧を印加した状態で電圧値の上昇により随時透明度を上げる、ノーマルモードの高分子分散型液晶を用いる場合について例示したが、本発明はその逆の特性となるリバースモードの液晶パネルについても同様に適用することが可能となる。

　なお、リバースモードの高分子分散型液晶素子自体の技術に関しては、当業者によれば自明であるものとして、以下ではその駆動内容について説明する。

　図６は、本実施形態でリバースモードの液晶パネルを上記コントロール部２０を用いて駆動制御する場合の、制御内容の基礎となる、各駆動周波数毎の液晶パネルに印加する電圧と、当該液晶パネルでの透過率との関係を例示する図である。

　同図から、駆動周波数が低いほど、駆動電圧をより高く設定しないと、透過率が下降しないこと、特に最も低い駆動周波数１［Ｈｚ］では極端に透過度の下降が鈍いことが理解できる。

　ここでは、印加電圧の制御を１［Ｖ］単位で制御するものとして説明すると、例えば液晶パネルに印加する電圧が０（ゼロ）［Ｖ］乃至５［Ｖ］までの矩形波の周波数を１００［Ｈｚ］、６［Ｖ］乃至１０［Ｖ］までの矩形波の周波数を６０［Ｈｚ］、１１［Ｖ］乃至２０［Ｖ］までの矩形波の周波数を３０［Ｈｚ］、２１［Ｖ］乃至５０［Ｖ］までの矩形波の周波数を１［Ｈｚ］とすることで、リバースモードの高分子分散型液晶素子においても、フリッカの現出を確実に防止しつつ、より低い消費電力で高分子分散液晶での調光制御を実現することが可能となるものと考えられる。

　上記各実施形態では、駆動対象として高分子分散液晶を用いた液晶素子（調光素子）を例示しているが、これに限定されるものではない。液晶素子は、偏光板及び配向膜を液晶層の両端に配置した構成でもよく、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ　Ｎｅｍａｔｉｃ）方式、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）方式、またはＩＰＳ（Ｉｎ－Ｐｌａｎｅ　Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）方式などを用いることができる。また、負荷となる調光素子として、液晶素子以外でも、電圧により屈折率を変化する様々な種類の電気光学素子を用いることができる。

　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

Claims

　液晶パネルを調光駆動する液晶調光装置において、
　上記液晶パネルに印加する矩形波状の駆動電圧の範囲に応じて上記駆動電圧の周波数を切換設定する調光制御手段を備える液晶調光装置。
　上記調光制御手段は、上記駆動電圧と予め設定した一閾値との比較結果に応じて上記駆動電圧の周波数を切換設定する請求項１記載の液晶調光装置。
　上記液晶パネルは、電圧の無印加時に不透明な拡散状態となり、
　上記調光制御手段は、駆動電圧の上昇に連動して上記駆動電圧の周波数が低下するように切換設定する請求項１または２記載の液晶調光装置。
　上記液晶パネルは、電圧の無印加時に透明状態となり、
　上記調光制御手段は、駆動電圧の上昇に連動して上記駆動電圧の周波数が上昇するように切換設定する請求項１または２記載の液晶調光装置。
　液晶パネルを調光駆動する液晶調光方法において、
　上記液晶パネルに印加する矩形波状の駆動電圧の範囲に応じて上記駆動電圧の周波数を切換設定する調光制御工程を有する液晶調光方法。