WO2022186387A1 - 調光シート及び調光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記構成によれば、空隙の直径を0.4μm以上2.2μm以下とすることにより、樹脂層の空隙の中で配向粒子が電界に沿って配向しやすくなる。このため、ヘイズを制御しやすくなる。また、不透明モードにおいて透け感が生じず、可視光域での光の散乱性を良好とすることが可能となる。
上記構成によれば、透明モード及び不透明モードの遷移に要する応答速度を適切な大きさにすることができる。また、透明モード及び不透明モードの遷移に要する消費電力を小さくすることができる。
[調光装置の基本構造]
図1を参照して調光シート及び調光装置の基本構造を説明する。
ノーマル型の調光シート10Nは、調光層11と、一対の透明電極層である第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bと、一対の透明支持層である第1透明支持層13A及び第2透明支持層13Bとを備えている。第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bは、調光層11を挟んでいる。第1透明支持層13A及び第2透明支持層13Bは、調光層11、第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bを挟んでいる。調光層11は、第1透明電極層12Aと、第2透明電極層12Bと、の間に位置する。調光層11は、第1透明電極層12Aと、第2透明電極層12Bと、に接する。第1透明支持層13Aは、第1透明電極層12Aを支持している。第2透明支持層13Bは、第2透明電極層12Bを支持している。
調光層11は、透明な樹脂層と液晶組成物とを含む。調光層11は、例えば、高分子分散型液晶(PDLC:Polymer Dispersed Liquid Crystal)、高分子ネットワーク型液晶(PNLC:Polymer Network Liquid Crystal)、カプセル型ネマティック液晶(NCAP:Nematic Curvilinear Aligned Phase)等を含む。高分子分散型液晶を含む調光層11は、独立した多数の空隙、又は独立した形状の一部が接合された形状を有する空隙を樹脂層のなかに備え、空隙のなかに液晶組成物を保持する。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、配向粒子として液晶分子を保持する。カプセル型ネマティック液晶層は、カプセル状を有した液晶組成物を樹脂層のなかに保持する。本実施形態の調光層11は、高分子分散型液晶を含む。
駆動部20は、第1透明電極層12Aと第2透明電極層12Bとの間に駆動電圧を印加する。駆動電圧は、矩形波状を有した交流電圧でもよい。駆動電圧は、正弦波状を有した交流電圧でもよい。駆動電圧は、直流電圧でもよい。
図2~図6を参照して、ノーマル型の調光シート10Nの構造について、調光装置1の駆動モードとともに説明する。調光装置1は、透明モード、不透明モード、及び中間調モードの3つの駆動モードを有している。本実施形態の調光シート10Nにおいて、不透明モードは第1モードの一例であり、透明モードは第2モードの一例であり、中間調モードは第3モードの一例である。
調光シート10Nの製造方法の一例を説明する。第1透明電極層12Aを表面に備えた第1透明支持層13Aからなるシートと、第2透明電極層12Bを表面に備えた第2透明支持層13Bからなるシートとを準備する。第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bは、スパッタリング、真空蒸着、コーティング等の公知の薄膜形成方法によって形成される。
次に、参考例の調光シート100を中間調とすることについて説明する。参考例において、調光シート100は、ノーマル型である。参考例の調光シート100に印加する駆動電圧は、不透明モードにおいて印加する駆動電圧よりも高く且つ透明モードにおいて印加する駆動電圧よりも低い。これによって、透明と不透明との中間である中間調に調光シート100を駆動することは可能である。しかし、単に駆動電圧を調整することのみでは、参考例の調光シート100を中間調に駆動したときの調光シート100の美観が得られがたい。
(ヘイズのばらつき)
中間調における調光シート10Nのヘイズのばらつきの大きさは、以下の手順に沿って求めた、中間調モードの駆動電圧のばらつきで表すことができる。
・各測定位置のV-H曲線について、調光シート10Nを不透明状態とする駆動電圧と、透明状態とする駆動電圧との間の電圧範囲を特定する。すなわち、V-H曲線のうち、ヘイズの「1V」あたりの変化率の絶対値が0.5(%/V)以上である電圧範囲を、各測定位置のV-H曲線について特定する。この電圧範囲は、当該電圧範囲を特定された測定位置について、調光シート10Nに中間調を呈することが可能な駆動電圧の範囲である。
上記のように求められた調光シート10Nの中間値VmのばらつきVmvは、40%以下である。中間値VmのばらつきVmvが40%を超えると、ヘイズのばらつきが肉眼で確認されるようになる。
調光層11のなかの複数の測定位置において測定された調光層11の厚さは、複数の測定位置の厚さのなかの中央値の0.8倍以上1.2倍以下の範囲に含まれる。換言すると、各測定位置において測定された調光層11の厚さと中央値との差は、中央値の「-20%」以上「+20%」以下の範囲に含まれる。本発明者らは、調光シート10Nのヘイズのばらつきが調光層11の厚さのばらつきに由来することを見出した。調光層11の厚さのばらつきを小さくすることにより、中間値VmのばらつきVmvを小さくすることができる。なお、測定位置の数は、210mm×297mmのA4サイズにおいて3箇所以上であり、好ましくは10箇所以上である。中央値は、測定位置における調光層11の厚さを小さい順に並べたとき中央に位置する値である。調光層11の厚さが上記範囲外となる場合、例えば図7に例示されるようなヘイズのばらつきが生じる。
調光層11を第1透明電極層12A又は第2透明電極層12Bを介して二次元の面として観察したとき、観察した面全体に占めるスペーサ115の面積は0.9%以上30.0%以下であることが好ましい。スペーサ115の占有面積は、調光層11の所定範囲を光学顕微鏡で観察することにより算出することができる。観察する所定範囲は、例えば1mm×1mmの範囲である。スペーサ115は、スペーサ115の屈折率が樹脂層111との屈折率と異なるため、スペーサ115が無い領域に比べ白色を呈し、スペーサ115のない領域と識別可能である。このため、上記所定範囲の観察における複数のスペーサ115の面積の和を占有面積とし、スペーサ115の占有面積を上記所定範囲の面積で除算することによりスペーサ115の占有面積比率を算出することができる。スペーサ115の占有面積比率が0.9%未満であると、第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bのギャップを適切に制御できず、調光層11の厚さのばらつきが大きくなる。スペーサ115の占有面積比率が30.0%を超えると、調光層11のうちスペーサ115の割合が大きすぎて透明状態の調光シート10Nの透明度が低下する。また、スペーサ115の占有面積比率が15.0%以下であると、調光シート10Nの透明駆動時の透明度をさらに高めることができる。
調光シート10Nのヘイズにばらつきが生じる現象は、V-H曲線のうち、ヘイズを最大値Haとする第1電圧Va以上であって、ヘイズを最小値Hbとする第2電圧Vb以下の範囲におけるカーブが急峻である場合に顕著になる。V-H曲線の傾きが緩やかである場合、面内の相互に異なる位置でヘイズのばらつきがあっても単位電圧当たりのヘイズの変化量が小さいため、ヘイズのばらつきが外観上判別しにくい。
(1)調光シート10Nの単位電圧当たりにおけるヘイズの変化率の絶対値が0.5%/V以上である調光シート10Nの状態は、透明モードのヘイズと不透明モードのヘイズとの中間のヘイズを実現可能にする。上記実施形態によれば、複数の測定位置にて測定された調光層11の厚さを、厚さの中央値の0.8倍以上1.2倍以下の範囲に含めることによって、中間調に対応する駆動電圧の下限値である第1電圧Vaと上限値である第2電圧Vbとの中間値のばらつきが40%以下に抑えられる。中間値のばらつきが小さくなれば、中間値付近の一定の駆動電圧を調光シート10Nに印加して中間調とした場合に、調光シート10Nのヘイズのばらつきを小さくすることができる。その結果、中間調モードにおいてヘイズのばらつきが肉眼で確認されなくなるため、中間調モードとしたときの調光シート10Nの美観を高めることができる。また、上記実施形態によれば、調光層11を複数の空隙116に液晶分子114を含有する構造とすることによって、モードの切替に要する応答速度を低下することなく、調光シート10Nのヘイズのばらつきを抑制することができる。よって、美観と実用性が維持された中間調モードを有する調光シートを実用に供することができる。よって、中間調モードを駆動モードの一つに加えることで調光シート10Nの意匠性を高めることができる。
上記実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。また、以下の各変形例及び上記実施形態は、組み合わせて実施してもよい。
図11はリバース型の調光シート10Rを示す。リバース型の調光シート10Rは、調光層11、第1透明電極層12A、第2透明電極層12B、第1透明支持層13A及び第2透明支持層13Bに加えて、調光層11を挟む一対の配向層である第1配向層14A及び第2配向層14Bを備えている。第1配向層14Aは、調光層11と第1透明電極層12Aとの間に位置し、第2配向層14Bは、調光層11と第2透明電極層12Bとの間に位置する。第1配向層14A及び第2配向層14Bは、第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bが等電位にあるときに、調光層11が含む液晶分子114の長軸方向を第1配向層14A及び第2配向層14Bの法線方向に沿わせるように配向する。一方、第1配向層14A及び第2配向層14Bは、第1透明電極層12A及び第2透明電極層12Bに電位差が生じているときに、調光層11が含む液晶分子114の長軸方向を法線方向以外の方向とする。例えば、液晶分子114の長軸方向を不規則とするか、もしくは基板に平行に配列が行われる。第1配向層14A及び第2配向層14Bを構成する材料としては、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリシロキサン、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレートが挙げられる。また液晶分子も誘電率異方性が負であり、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小さいものを使用することができる。この調光シート10Rにおいて、透明モードは第1モードの一例であり、不透明モードは第2モードの一例であり、中間調モードは第3モードの一例である。リバース型の調光シート10Rにおいても、調光シート10Rの中間値VmのばらつきVmv、調光層11の厚さ、スペーサ占有面積、モード切替電圧等の条件は上記実施形態の調光シート10Nと同様である。
図12~図24を参照して、上記実施形態の一例である実施例について具体的に説明する。なお、これらの実施例は本発明を限定するものではない。
ITO膜が形成されたPET基材を一対準備した。ITO膜の厚さは30nmであり、PET基材の厚さは125μmであった。次いで、ジビニルベンゼンを主材料とする直径25μmのスペーサをアルコール系溶媒に分散させた分散液を調整した。そしてこの分散液を、ITO膜が設けられたPET基材に散布し、オーブンにより100℃で加熱し、溶媒を除去した。スペーサの占有面積比率は、調光シートのうち任意の位置における1mm×1mmの範囲を光学顕微鏡で観察した。白く視認された領域が観察範囲に占める比率をスペーサの占有面積比率として計算した。同様に、調光シートのなかの他の位置における1mm×1mmの範囲についても観察し、合計5箇所の観察範囲についてそれぞれ占有面積比率を求めた。そして、占有面積比率の平均を求めた。実施例1のスペーサ占有面積は、1.50%であった。
スペーサの占有面積率が15.0%となるようにスペーサを散布し、かつスペーサの占有面積率以外を実施例1と同様にして、実施例2の調光シートを作製した。
スペーサの占有面積率が0.9%となるようにスペーサを散布し、かつスペーサの占有面積率以外を実施例1と同様にして、実施例3の調光シートを作製した。
スペーサの占有面積率が30.0%となるようにスペーサを散布し、かつスペーサの占有面積以外を実施例1と同様にして、実施例4の調光シートを作製した。
スペーサの占有面積率が0.45%となるようにスペーサを散布し、かつスペーサの占有面積率以外を実施例1と同様にして、比較例1の調光シートを作製した。
実施例1と同様に、スペーサ散布済の透明電極層に高分子分散型液晶塗料を塗布した後、紫外線を照射する際、照射装置内の温度を45℃に制御した。そして、紫外線照射時の温度以外を実施例1と同様にして、比較例2の調光シートを作製した。
図12は、実施例1~4及び比較例1,2について次の項目毎に評価を行った結果を示す。
実施例1~4及び比較例1,2の調光シートについて、5つの測定位置におけるヘイズの測定を行った。PET基材と透明電極層との剥離によって露出させた透明電極層の部分である第1端子部と第2端子部とを、交流電源装置(菊水電子製 PCR-3000WE)に接続し、周波数60Hzにて0Vからヘイズが飽和するまで、透明電極層間を昇圧した。また、一つの測定位置について、5Vの昇圧を行う都度、ヘイズメーター(スガ試験機製NDH-7000SP)を用いてヘイズを測定した。さらに駆動電圧とヘイズの関係をグラフ化してV-H曲線を得た。図13~図18は、一つの測定位置におけるV-H曲線の一例を示す。
5つの測定位置のうち、2箇所は、第1端子部及び第2端子部が設けられた一方の短辺から他方の短辺に向かう方向へ30mm離れた位置であって、一方の長辺から300mm離れた位置と、他方の長辺から30mm離れた位置とである。また、他の2箇所は、第1端子部及び第2端子部が設けられていない短辺から第1端子部及び第2端子部が設けられた短辺に向かう方向へ30mm離れた位置であって、一方の長辺から30mm離れた位置と、他方の長辺から30mm離れた位置とである。さらに残りの1箇所は、調光シートを正面からみたときの中心部である。すなわち、幅が210mmであり、かつ長さが297mmである矩形状の調光シート10において、5つの測定位置は、調光シート10の縁から30mmだけ離れた四隅、および調光シート10の中央部である。直線透過率の測定位置は、調光シート10Nの全体における直線透過率のばらつきを表すように配置される。
走査型電子顕微鏡を用いて調光シートの断面を観察し、調光シートの全体の厚さである全体厚さを測定した。また、走査型電子顕微鏡を用いて調光シートの断面を観察し、透明電極層付きの透明支持層の厚さ、すなわちPET基材の厚さと透明電極層の厚さとの合計である支持層厚さとを測定した。全体厚さから支持層厚さを減算して、調光層の厚さを得た。調光シート10Nの正面のうち、相互に異なる10箇所について全体厚さ及び支持層厚さを測定し、各測定位置における調光層の厚さを求めた。調光層の厚さの測定位置は、ヘイズの測定位置と同様に、調光シート10Nの周縁部と中央部とを含む全体における厚さのばらつきを表すように配置される。また、10箇所の調光層の厚さの中央値と、最小値及び最大値とを求めた。さらに、最小値と中央値との差の絶対値、中央値と最大値との差の絶対値の中央値に対する割合を求めた。
調光シートに印加する駆動電圧を変化させ、中間調の状態を目視した。見た目のヘイズが均一である状態を「◎」又は「〇」とし、ヘイズが不均一で斑状になっている状態を「×」とした。なお、透明モードの透明度が実用上十分であるものを「〇」、透明モードの透明度がさらに高いものを「◎」とした。
不透明モードと透明モードとを切り替える際に要する電圧として、上記の5箇所の測定位置毎に、第1電圧Vaから第2電圧Vbまでの電圧(Vb-Va)を求めた。さらに、5箇所の測定位置の電圧(Vb-Va)の平均値を求めた。不透明モードと透明モードとを可逆的に切り替える際に消費される電力は電圧に依存するため、切り替えに要する電圧(Vb-Va)が低いほど、消費電力が低い。なお、電圧(Vb-Va)が大きいと、不透明モードから透明モードに切り替える際の応答速度が小さく、切り替えるまでに時間を要する。
走査型電子顕微鏡を用いて調光層の断面を観察することによって、空隙の大きさを求めた。空隙の大きさを求める際には、まず、調光層から液晶分子を含む液晶組成物を取り除いた。実施例1~4の調光シート、比較例1,2の調光シートの各々から、一辺の長さが10cmである正方形状を有した試験片を切り出した。そして、各試験片をイソプロピルアルコールに浸すことによって、調光層から液晶組成物を取り除いた。なお、液晶組成物を溶解し、かつ、樹脂層を溶解しない有機溶媒に試験片を浸すことによって、試験片から液晶組成物を取り除くことが可能である。
(調光層の厚さのばらつき)
実施例1~4、及び比較例2の調光シートについて、各測定位置における調光層の厚さのばらつきは、中央値との差の絶対値が20%以内の範囲に含まれた。一方、スペーサの占有面積比率が好適な範囲を下回った比較例1については、各測定位置における調光層の厚さと中央値との差の絶対値は最大で40%となり、ばらつきが大きいことが認められた。
実施例1~4及び比較例2の調光シートは、ヘイズを最大値Haに収束させる第1電圧Vaと最小値Hbに収束させる第2電圧Vbとの中間値VmのばらつきVmvが、いずれも40%以下であることが認められた。一方、スペーサの占有面積比率が好適な範囲を下回り、調光層の厚さのばらつきが好適な範囲を上回った比較例1の調光シートについては中間値VmのばらつきVmvが47.6%と大きいことが認められた。
実施例1~4及び比較例2は、「◎」又は「〇」であった。スペーサの占有面積比率が好適な範囲を超える実施例4については、透明モードにおいてやや白濁しており透明度が不足していたため「〇」とした。なお、実施例4におけるヘイズの最小値Hbは14.4%であり、実施例1~3よりも高いことが認められた。
実施例1~4及び比較例1は、空隙の大きさの平均が1.0μm~1.3μmとなった。実施例1~4及び比較例1において、空隙の形状や間隔は同等であった。一方、比較例2は、空隙が確認できなかった。
実施例1~4及び比較例1は、18.0V~22.0Vであった。比較例2は99.2Vであり消費電力が大きいことが認められた。
10…調光シート
11…調光層
12A,12B…透明電極層
13A,13B…透明支持層
20…駆動部
111…樹脂層
114…配向粒子としての液晶分子
116…空隙
Claims (5)
- 樹脂層と配向粒子とを含む調光層と、
前記調光層を挟む一対の透明電極層と、
前記調光層及び一対の前記透明電極層を挟む一対の透明支持層と、を備え、
複数の測定位置にて測定された前記調光層の厚さが、前記厚さの中央値の0.8倍以上1.2倍以下の範囲に含まれ、
前記調光層は、前記樹脂層に分散した複数の空隙に前記配向粒子を含有する構造を有し、
前記透明電極層に印加する駆動電圧を変化させたときのヘイズの変化を測定して得られた特性曲線のうち、前記ヘイズの変化率の絶対値が0.5%/V以上である範囲における下限の前記駆動電圧を第1電圧Va、上限の前記駆動電圧を第2電圧Vbとし、前記第1電圧Va及び前記第2電圧Vbの中間値をVmとし、
前記複数の測定位置における前記特性曲線から得られた前記中間値Vmのうち、最小値Vminと最大値Vmaxとの差を、前記中間値Vmの平均値Vavrで除算した前記中間値のばらつき{(Vmax-Vmin)/Vavr}×100が、40%以下である
調光シート。 - 前記調光層は、一対の前記透明電極層のギャップを制御するスペーサを含み、
前記調光層を前記透明電極層との接触面から観察したとき前記調光層の面積全体に対し複数の前記スペーサが占有する面積の合計の比率が0.9%以上30.0%以下である
請求項1に記載の調光シート。 - 前記空隙の直径が0.4μm以上2.2μm以下である
請求項1又は2に記載の調光シート。 - 前記第1電圧Vaと前記第2電圧Vbとの差が22V以下である
請求項1~3のいずれか1項に記載の調光シート。 - 駆動電圧に応じてヘイズが変化する調光シートと、
前記調光シートに印加される駆動電圧を制御する駆動部と、を備え、
前記調光シートは、
樹脂層と配向粒子とを含む調光層と、
前記調光層を挟む一対の透明電極層と、
前記調光層及び一対の前記透明電極層を挟む一対の透明支持層と、を備え、
複数の測定位置にて測定された前記調光層の厚さが、前記厚さの中央値の0.8倍以上1.2倍以下の範囲に含まれ、
前記調光層は、前記樹脂層に分散した複数の空隙に前記配向粒子を含有する構造を有し、
前記透明電極層に印加する前記駆動電圧を変化させたときの前記ヘイズの変化を測定して得られた特性曲線のうち、前記ヘイズの変化率の絶対値が0.5%/V以上である範囲における下限の前記駆動電圧を第1電圧Va、上限の前記駆動電圧を第2電圧Vbとし、前記第1電圧Va及び前記第2電圧Vbの中間値をVmとし、
前記複数の測定位置における前記特性曲線から得られた前記中間値Vmのうち、最小値Vminと最大値Vmaxとの差を、前記中間値Vmの平均値Vavrで除算した前記中間値のばらつき{(Vmax-Vmin)/Vavr}×100が、40%以下であって、
前記駆動部は、
前記駆動電圧を印加しない第1モードと、前記第2電圧Vb以上の電圧を印加する第2モードと、前記第1電圧Va及び前記第2電圧Vbの間の電圧を印加することによって前記調光シートの前記ヘイズを前記第1モードにおける前記ヘイズ及び前記第2モードの前記ヘイズの間のヘイズとする第3モードとを切り替える
調光装置。
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