WO2023153487A1 - 調光装置、スクリーンシステム、調光窓、および、調光シート - Google Patents

Abstract

調光装置は、調光シートを備えるシートユニット、および、シートユニットへの電圧の印加を制御する制御部を備える。制御部が実行する処理には、透明電極層間を第１電圧に制御することによって、調光シートを可視光を反射する第１状態とすることと、透明電極層間を第２電圧に制御することによって、調光シートを可視光を散乱させる第２状態とすることと、透明電極層間を第３電圧に制御することによって、調光シートを可視光を透過させる第３状態とすることと、が含まれる。

Description

調光装置、スクリーンシステム、調光窓、および、調光シート

　本開示は、調光装置、スクリーンシステム、調光窓、および、調光シートに関する。

　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ており、一対の透明電極層間に駆動電圧が印加される。駆動電圧の印加の有無に応じて液晶分子の配向状態が変わることから、調光層を光が透過する透過状態と、調光層で光が散乱する散乱状態とを切り替えることが可能である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１８－４５１３５号公報

　上記調光シートは、窓ガラスやパーティション等として機能する透明板に取り付けられる。透過状態と散乱状態とが切り換えられることにより、透明板の背後の視認性が高い状態と、透明板の背後の視認性が低い状態との切り替えが可能である。一方で、調光シートにおいて、透過状態と散乱状態との切り換えとは異なる光学特性の切り換えが可能であれば、視認性の高低の切り換えとは異なる機能を有する調光シートが実現できるため、調光シートの新たな用途の開拓が期待できる。

　上記課題を解決するための調光装置は、調光シート、および、前記調光シートへの電圧の印加を制御する制御部を備える調光装置であって、前記調光シートは、第１透明電極層と、第２透明電極層と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に位置する調光層であって、複数の空隙を区切る透明高分子層と、正の誘電率異方性を有するカイラルネマティック液晶であり前記空隙に保持された液晶組成物とを含む前記調光層と、を備え、前記制御部が実行する処理には、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を第１電圧に制御することによって、前記調光シートを、可視光を反射する第１状態とすることと、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を前記第１電圧よりも大きい第３電圧に制御することによって、前記調光シートを、可視光を透過させる第３状態とすることと、が含まれる。

　上記課題を解決するための調光シートは、第１透明電極層と、第２透明電極層と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に位置する調光層であって、複数の空隙を区切る透明高分子層と、正の誘電率異方性を有するカイラルネマティック液晶であり前記空隙に保持された液晶組成物とを含む前記調光層と、を備える調光シートであって、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が第１電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がプレーナー状態を示す第１状態であって、前記調光シートが可視光を反射する前記第１状態と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が前記第１電圧よりも大きい第２電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がフォーカルコニック状態を示す第２状態であって、前記調光シートが可視光を散乱させる前記第２状態と、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が前記第２電圧よりも大きい第３電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がホメオトロピック状態を示す第３状態であって、前記調光シートが可視光を透過させる前記第３状態と、を含み、前記液晶組成物の螺旋ピッチＰ（μｍ）、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅが、下記式（１）を満たす。０．４≦Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３≦０．８　・・・（１）
　上記課題を解決するためのスクリーンシステムは、上記調光装置を含むスクリーンシステムであって、前記第１の調光シートおよび前記第２の調光シートを備えるスクリーンと、前記第１の調光シートに向けて光を照射する第１の投影装置と、前記スクリーンに対して前記第１の投影装置とは反対側から、前記第２の調光シートに向けて光を照射する第２の投影装置とを備える。

　上記課題を解決するための調光窓は、上記調光装置を含み、前記調光シートが取り付けられた窓を備える。

一実施形態の調光装置の構成を示す図。 上記実施形態の調光装置が備える第１状態の調光シートの構造を示す図。 上記実施形態の調光装置が備える第２状態の調光シートの構造を示す図。 上記実施形態の調光装置が備える第３状態の調光シートの構造を示す図。 上記実施形態の調光装置が備える調光シートについて、印加電圧と可視光の透過率との関係の典型例を示す図。 上記実施形態の調光装置が適用されたスクリーンシステムの使用形態を示す図であって、シートユニットが第１状態であるときを示す図。 上記実施形態の調光装置が適用されたスクリーンシステムの使用形態を示す図であって、シートユニットが第２状態であるときを示す図。 上記実施形態の調光装置が適用されたスクリーンシステムの使用形態を示す図であって、シートユニットが第３状態であるときを示す図。 上記実施形態の調光装置が適用された調光窓の使用形態を示す図であって、シートユニットが第１状態であるときを示す図。 実施例のシートユニットが備える２つの調光シートの反射特性を示す図。

　図１～図９を参照して、調光装置および調光シートの一実施形態を説明する。なお、以下の説明において、可視光とは、３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長域の光を指す。
　［調光装置の構成］
　図１が示すように、調光装置１００は、シートユニット１０と制御部６０とを備えている。シートユニット１０は、第１の調光シート１１と、第２の調光シート１２とを備えている。制御部６０は、調光シート１１，１２への電圧の印加を制御する。

　第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とは、厚さ方向に重なりを有するように配置される。第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とは、接していてもよいし、離れていてもよい。例えば、第１の調光シート１１は、透明板１１０の表面に貼り付けられ、第２の調光シート１２は、透明板１１０の裏面に貼り付けられる。

　透明板１１０は、ガラスや樹脂等から形成されている。透明板１１０は、例えば、住宅、駅、空港等の各種の建物が備える窓ガラス、オフィスに設置されたパーティション、店舗に設置されたショーウインドウである。

　なお、上記の形態に限らず、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とは、別々の透明板に貼り付けられていてもよいし、１つの透明板の１つの面に積層されていてもよい。

　［調光シートの構成］
　図２～図５を参照して、調光シート１１，１２の詳細構成を説明する。以下では、第１の調光シート１１を例に説明する。

　図２が示すように、調光シート１１は、調光層２０と、一対の透明電極層３１，３２と、一対の透明支持層４１，４２と、一対の配向層５１，５２とを備えている。一対の透明電極層３１，３２は、第１透明電極層３１および第２透明電極層３２であり、一対の透明支持層４１，４２は、第１透明支持層４１および第２透明支持層４２であり、一対の配向層は、第１配向層５１および第２配向層５２である。

　調光層２０は、第１透明電極層３１と第２透明電極層３２との間に挟まれている。調光層２０と第１透明電極層３１との間には、第１配向層５１が位置し、第１配向層５１は、これらの調光層２０および第１透明電極層３１に接している。調光層２０と第２透明電極層３２との間には、第２配向層５２が位置し、第２配向層５２は、これらの調光層２０および第２透明電極層３２に接している。第１透明支持層４１は、第１透明電極層３１に対して調光層２０と反対側で第１透明電極層３１を支持し、第２透明支持層４２は、第２透明電極層３２に対して調光層２０と反対側で第２透明電極層３２を支持している。

　調光層２０は、透明高分子層２１とカイラルネマティック液晶である液晶組成物とを含んでいる。液晶組成物は、液晶分子２３を含む。透明高分子層２１は複数の空隙２２を区切っており、空隙２２内に液晶組成物が保持されている。液晶組成物は、正の誘電率異方性を有する。すなわち、液晶分子２３の長軸方向の誘電率は、液晶分子２３の短軸方向の誘電率よりも大きい。

　液晶分子２３の一例は、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。また、液晶組成物が含むカイラル剤の一例は、１以上の不斉炭素を有する光学活性な低分子化合物である。

　透明高分子層２１の構造および液晶組成物の保持型式は、例えば、ポリマーネットワーク型、高分子分散型、カプセル型である。ポリマーネットワーク型の調光層２０は、３次元の網目状を有したポリマーネットワークを備える。ポリマーネットワークは、透明高分子層の一例であり、ポリマーネットワークにおける網目のなかの相互に連通した空隙に液晶組成物が保持される。高分子分散型の調光層２０は、孤立した多数の空隙を区画する透明高分子層を備え、透明高分子層に分散した空隙のなかに液晶組成物が保持される。カプセル型の調光層２０は、透明高分子層のなかに分散したカプセル内の空隙に液晶組成物を保持する。

　第１透明電極層３１および第２透明電極層３２の各々は、導電性を有する材料から形成されており、可視光に対して透明である。透明電極層３１，３２の材料には、公知の材料を用いることができる。透明電極層３１，３２の材料は、例えば、酸化インジウムスズ、フッ素ドープ酸化スズ、酸化スズ、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ、ポリ（３，４‐エチレンジオキシチオフェン）、銀や銀合金等である。

　第１透明支持層４１および第２透明支持層４２の各々は、可視光に対して透明な基材である。透明支持層４１，４２の材料には、公知の材料を用いることができる。透明支持層４１，４２の材料は、合成樹脂、または、無機化合物であってよい。合成樹脂は、例えば、ポリエステル、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリオレフィン等である。ポリエステルは、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等である。ポリアクリレートは、例えば、ポリメチルメタクリレート等である。無機化合物は、例えば、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、窒化ケイ素等である。

　第１配向層５１および第２配向層５２の各々は、水平配向膜である。水平配向膜は、液晶分子２３の長軸方向を配向膜の表面に水平に沿わせるように、液晶分子２３を配向させる。配向層５１，５２の材料は、有機化合物、無機化合物、および、これらの混合物である。有機化合物は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、シアン化化合物等である。無機化合物は、例えば、シリコン酸化物、酸化ジルコニウム等である。配向層５１，５２の材料は、シリコーンであってもよい。シリコーンは、無機性の部分と有機性の部分とを有する化合物である。

　制御部６０は、配線を介して第１透明電極層３１および第２透明電極層３２の各々に接続されている。制御部６０は、調光シート１１の駆動のための電圧を生成し、生成した電圧を透明電極層３１，３２に配線を通じて印加する。電圧の印加の有無の制御および印加する電圧の大きさの制御を通じて、制御部６０は、透明電極層３１，３２間の電圧の大きさを制御する。

　制御部６０は、透明電極層３１，３２間の電圧を、第１電圧Ｖ１と、第２電圧Ｖ２と、第３電圧Ｖ３とのいずれかに制御する。第１電圧Ｖ１は０Ｖであり、第２電圧Ｖ２は第１電圧Ｖ１よりも大きく、第３電圧Ｖ３は第２電圧Ｖ２よりも大きい。

　図２は、第１状態の調光シート１１を模式的に示す。第１状態において、透明電極層３１，３２間の電圧は第１電圧Ｖ１に制御され、液晶組成物はプレーナー状態を示す。すなわち、調光層２０が含む液晶分子２３の多くは、配向層５１，５２および透明電極層３１，３２に略平行な方向に液晶分子２３の長軸方向が沿うように並び、螺旋構造を有する液晶組成物の螺旋軸が、配向層５１，５２および透明電極層３１，３２に略垂直な方向に延びる。

　カイラルネマティック液晶である液晶組成物がプレーナー状態であるとき、液晶組成物は、一部の波長域の光を選択的に反射する。本実施形態では、液晶組成物の螺旋ピッチＰ（μｍ）、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅが、下記式（１）を満たしていることにより、液晶組成物は可視光を選択的に反射する。
　０．４≦Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３≦０．８　・・・（１）

　これにより、第１状態において、調光層２０は、調光シート１１の表面または裏面から調光層２０に向けて入射する可視光を選択的に反射する。なお、液晶組成物の螺旋ピッチＰ、常光屈折率ｎｏ、および、異常光屈折率ｎｅの各々は、液晶分子２３の種類、カイラル剤の種類、カイラル剤の添加量等によって調整することができる。

　上記式（１）において、「Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３」は、液晶組成物の反射波長を規定する式である。以下、この式の導出論理を説明する。
　カイラルネマティック液晶である液晶組成物の反射波長は、液晶組成物の螺旋ピッチＰと屈折率ｎとの積によって表される。この屈折率ｎとしては、常光屈折率ｎｏを用いることが最も簡便である。一方、液晶分子が複屈折性を有していること、第１状態の調光シート１１において液晶組成物の螺旋軸は調光シート１１に垂直であると仮定できること、および、調光シート１１の外部から調光シート１１に光が入射するとき、光の伝播方向は上記螺旋軸の向きとほぼ等しくなること、これらを考慮すれば、屈折率ｎとして、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの平均値を用いることも考えられる。

　本願の発明者は、屈折率ｎとして、常光屈折率ｎｏを用いた場合、および、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの平均値を用いた場合について、反射波長の計算値と、調光シート１１の反射波長の実測値とを比較した。その結果、実測値におけるピーク中央値、すなわち、幅を有するピークにおける当該ピーク幅の中央値と、反射波長の計算値との間にずれが生じることが確認された。

　ここで、発明者は、螺旋軸に傾きが生じている可能性に着目した。この場合、入射光に対する液晶組成物の実効的な屈折率は、常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとの平均値よりも常光屈折率ｎｏに近づく。そこで、発明者は、常光屈折率ｎｏに重みをつけて常光屈折率ｎｏと異常光屈折率ｎｅとを加重平均した値を屈折率ｎとして用いることにより、上記式「Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３」を導出した。そして、発明者は、この式による反射波長の計算値と、調光シート１１の反射波長の実測値におけるピーク中央値とが一致することを確認した。このことから、螺旋軸の傾きによって見かけの螺旋ピッチＰが変化しており、螺旋ピッチＰのばらつきと、螺旋ピッチＰの上記変化とが、反射波長の実測値においてピークに幅が形成される要因となっていることが示唆される。

　以上のように、本願の発明者は、液晶分子の複屈折性に加え、螺旋軸の傾きに着目した結果、常光屈折率ｎｏに重みをつけた式を用いることで、プレーナー状態の液晶組成物の反射波長をより正確に計算可能であることを見出した。

　上記式（１）を満たす液晶組成物を調光層２０に用いることにより、第１状態の調光シート１１において、可視領域の波長の光が的確に反射される。より詳細には、調光層２０に入射した可視光から、液晶組成物の螺旋軸の捩じれ方向と同じ方向に回転する円偏光成分が反射され、他の成分は調光層２０を透過する。

　なお、可視光の反射率を高めるためには、第１状態において、調光層２０の５０％以上の領域で、液晶分子２３が水平配向されていること、すなわち、液晶分子２３が配向層５１，５２および透明電極層３１，３２に略平行に配向されていることが好ましい。そして、調光層２０における透明高分子層２１の割合は５０％未満であることが好ましい。例えば、偏光顕微鏡による観察画像において、調光層２０の表面付近での水平配向領域の割合が５０％以上であれば、調光層２０の全体での水平配向領域の割合が５０％以上と判断できる。

　一方で、透明高分子層２１による液晶組成物の保持構造を的確に形成するためには、調光層２０における透明高分子層２１の割合は１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。そして、調光層２０における液晶組成物の割合は、５０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上８０％以下であることがより好ましい。したがって、液晶組成物の保持構造を好適に形成しつつ、可視光の反射率を高めるためには、第１状態において、液晶分子２３が水平配向されている領域は、調光層２０の５０％以上９０％以下であることが好ましく、６０％以上８０％以下であることがより好ましい。

　図３は、第２状態の調光シート１１を模式的に示す。第２状態において、透明電極層３１，３２間の電圧は第２電圧Ｖ２に制御され、液晶組成物はフォーカルコニック状態を示す。すなわち、液晶組成物の螺旋軸は、配向層５１，５２および透明電極層３１，３２に平行な方向のように、これらの層に垂直な方向とは異なる方向に延びる。

　液晶組成物がフォーカルコニック状態であるとき、調光シート１１への光の入射方向と液晶分子２３の長軸方向とがなす角は、調光層２０内において一定ではなく分散しているため、光は様々な方向へ反射されつつ進む。すなわち、第２状態において、調光シート１１に入射した可視光は散乱する。

　図４は、第３状態の調光シート１１を模式的に示す。第３状態において、透明電極層３１，３２間の電圧は第３電圧Ｖ３に制御され、液晶組成物はホメオトロピック状態を示す。すなわち、液晶組成物の螺旋構造がほどけ、液晶分子２３は、透明電極層３１，３２間の電界方向に沿って配向される。言い換えれば、液晶分子２３は、配向層５１，５２および透明電極層３１，３２に垂直な方向に液晶分子２３の長軸方向が沿うように並ぶ。

　このように、第３電圧Ｖ３は、液晶組成物をホメオトロピック状態に配向させる大きさの電圧である。液晶組成物は、その組成に応じた所定値以上の電圧が印加されたときにホメオトロピック状態を示す。第３電圧Ｖ３は、上記所定値以上の電圧である。そして、先に説明した第２状態において印加される第２電圧Ｖ２は、０Ｖより大きく上記所定値未満の電圧である。

　液晶組成物がホメオトロピック状態であるとき、可視光は調光層２０を透過する。調光層２０内において可視光の進行方向が曲がることを抑えるためには、透明高分子層２１を構成する高分子材料の屈折率ｎｐと、液晶組成物の常光屈折率ｎｏとがほぼ一致することが好ましい。具体的には、可視領域の波長に対する高分子材料の屈折率ｎｐと液晶組成物の常光屈折率ｎｏとが下記式（２）を満たすことが好ましい。上記可視領域の波長は、例えば、上記反射波長の規定式「Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３」によって求められる液晶組成物の反射波長とすればよい。
　０．９８≦ｎｐ／ｎｏ≦１．０２　・・・（２）

　図５は、調光シート１１が第１状態から第２状態を経由して第３形態まで変化するときの、透明電極層３１，３２間の電圧と調光シート１１における可視光の透過率との関係の典型例を示す。図５が示すように、第１電圧Ｖ１から第３電圧Ｖ３に向かって電圧が大きくなるにつれ、可視光の透過率は単調に増加する。このうち、第１電圧Ｖ１の付近、および、第３電圧Ｖ３の付近では、透過率の変化は緩やかである。一方、第２電圧Ｖ２の付近では、透過率は急激に変化する。

　上述のように、透明電極層３１，３２間が第１電圧Ｖ１である第１状態では、調光層２０において、可視光の反射が大きくなるため、可視光の透過は小さくなる。一方、透明電極層３１，３２間が第３電圧Ｖ３である第３状態では、可視光の透過が大きくなる。そして、透明電極層３１，３２間が第２電圧Ｖ２である第２状態では、可視光の散乱が起こることから、可視光の透過は、第１状態よりは大きくなり、第３状態よりは小さくなる。これにより、調光シート１１における可視光の透過率は、透明電極層３１，３２間の電圧の変化に応じて、図５に示した変化を示す。

　ここで、第１状態から第２状態への変化、および、第２状態から第３状態への変化は、一方向にのみ可能な変化である。すなわち、調光シート１１が第１状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第１電圧Ｖ１から第２電圧Ｖ２に変化させると、調光シート１１は第１状態から第２状態に変化する。一方、調光シート１１が第２状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第２電圧Ｖ２から第１電圧Ｖ１に変化させても、第２状態から第１状態への変化は起こらず、液晶組成物はフォーカルコニック状態を維持する。

　同様に、調光シート１１が第２状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第３電圧Ｖ３に変化させると、調光シート１１は第２状態から第３状態に変化する。一方、調光シート１１が第３状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第３電圧Ｖ３から第２電圧Ｖ２に変化させても、第３状態から第２状態への変化は起こらず、液晶組成物はホメオトロピック状態を維持する。

　これに対し、第１状態から第３状態への変化は、双方向において可能である。すなわち、調光シート１１が第１状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第１電圧Ｖ１から第３電圧Ｖ３に変化させると、調光シート１１は第１状態から第３状態に変化する。また、調光シート１１が第３状態であるときに、透明電極層３１，３２間の電圧を第３電圧Ｖ３から第１電圧Ｖ１に変化させると、調光シート１１は第３状態から第１状態に変化する。

　第２の調光シート１２は、液晶組成物の旋光性以外は、第１の調光シート１１と同様の構成を有する。すなわち、第１の調光シート１１が備える調光層２０の液晶組成物の旋光性と、第２の調光シート１２が備える調光層２０の液晶組成物の旋光性とは、互いに異なっている。例えば、第１の調光シート１１の液晶組成物は右旋性を有し、第２の調光シート１２の液晶組成物は左旋性を有する。第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とにおいて、液晶組成物が含有するカイラル剤の旋光性を異ならせることで、液晶組成物の旋光性を異ならせることができる。

　第１の調光シート１１の反射波長の設定値と、第２の調光シート１２の反射波長の設定値とは、一致していることが好ましい。反射波長の設定値は、反射波長の規定式「Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３」により算出される値である。言い換えれば、第１状態での第１の調光シート１１の反射光のピーク波長は、第１状態での第２の調光シート１２の反射光のピーク波長と一致していることが好ましい。

　制御部６０は、第１の調光シート１１に印加する電圧と、第２の調光シート１２に印加する電圧とを、これらが互いに連動するように制御してもよいし、調光シート１１，１２ごとに独立して制御してもよい。制御部６０が実行する処理には、第１の調光シート１１および第２の調光シート１２の各々を第１状態とすること、第１の調光シート１１および第２の調光シート１２の各々を第２状態とすること、および、第１の調光シート１１および第２の調光シート１２の各々を第３状態とすることが含まれる。

　［適用例］
　＜スクリーンシステム＞
　調光装置１００の第１の適用例として、調光装置１００をスクリーンシステムに適用した形態を説明する。

　図６～図８を参照して、調光装置１００を含むスクリーンシステムの動作を説明する。スクリーンシステムは、シートユニット１０からなるスクリーンと制御部６０とを備える。図６は、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２との双方が第１状態であるとき、言い換えれば、シートユニット１０が第１状態であるときを示す。このとき、スクリーンシステムは、反射型の投影システムに用いられる。

　シートユニット１０を挟む２つの空間の一方に、投影装置７０および観察者Ｏｂが位置する。図６に示す例では、第１の調光シート１１に面する空間である第１の空間に、投影装置７０および観察者Ｏｂが位置する。投影装置７０は、例えばプロジェクターであり、投影する画像のデータに応じた投影光ＰＬ１を、シートユニット１０に向けて射出する。なお、投影装置７０は、スクリーンシステムの一部であってもよく、投影装置７０の駆動が制御部６０によって制御されてもよい。

　投影光ＰＬ１が第１の調光シート１１に入射すると、投影光ＰＬ１のうちの一部の光ＲＬ１が第１の調光シート１１にて反射される。そして、残りの光ＰＬ２は第１の調光シート１１を透過して第２の調光シート１２に入射し、第２の調光シート１２にて光ＲＬ２が反射される。光ＲＬ２は、第１の調光シート１１を透過して、観察者Ｏｂが位置する第１の空間に射出される。光ＲＬ１と光ＲＬ２とは、互いに異なる方向に回転する円偏光成分である。例えば、第１の調光シート１１の液晶組成物が右旋性を有し、第２の調光シート１２の液晶組成物が左旋性を有するとき、光ＲＬ１は右円偏光成分であり、光ＲＬ２は左円偏光成分である。観察者Ｏｂは、光ＲＬ１および光ＲＬ２を視認する。これにより、投影された画像が観察者Ｏｂに視認される。

　このように、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２によって互いに異なる円偏光成分が反射される結果、投影光ＰＬ１の大部分がシートユニット１０にて反射される。したがって、反射光の強度が高く得られるため、観察者Ｏｂに視認される画像の明るさを高めることができる。また、投影光ＰＬ１の一部が、シートユニット１０に対して投影装置７０および観察者Ｏｂと反対側の空間に漏れることが抑えられるため、シートユニット１０の後方の空間への不要な光の漏出を抑えることができる。

　例えば、従来のように散乱状態と透明状態とが切り替え可能な調光シートに、反射層を積層することで、散乱状態の調光シートを反射型の投影システムのスクリーンとして用いることは可能ではある。しかしながら、透明状態において調光シートの背後の光景を視認可能とするためには、反射層として、ハーフミラーフィルムのようにある程度の光透過性を有するフィルムを用いざるを得ず、結果として、反射層の反射性を高めることには限界がある。したがって、反射光の強度を高めること、すなわち、画像の明るさを高めることには限界があり、また、反射層が光透過性を有することから、スクリーンの後方の空間への光の漏出を抑えることも困難である。

　これに対し、本実施形態のシートユニット１０をスクリーンとして用いれば、上述のように、第１状態の２つの調光シート１１，１２によって投影光の大部分が反射されることから、画像の明るさを高めることが可能であり、また、スクリーンの後方の空間への光の漏れを抑えることも可能である。

　なお、第２の調光シート１２が位置する側からも、同様に画像の投影が可能である。すなわち、第２の調光シート１２に面する空間である第２の空間に、投影装置７０および観察者Ｏｂが位置し、投影装置７０からシートユニット１０に投影された画像を観察者Ｏｂが視認することができる。そして、第１の空間と第２の空間のそれぞれで、同時に異なる画像の投影を行うことも可能である。

　例えば、スクリーンシステムは、第１の空間と第２の空間との各々に配置された投影装置７０を備えていてもよい。第１の空間にて第１の投影装置７０は第１の調光シート１１に向けて第１の画像を投影し、第２の空間にて第２の投影装置７０は第２の調光シート１２に向けて第２の画像を投影する。第１の画像と第２の画像とは互いに異なる画像とすることが可能であり、これらの画像の投影は同時に行われてもよい。こうした構成によれば、１つのスクリーンであるシートユニット１０を用いて２つの空間で画像の投影ができるため、設備の簡素化や空間の効率的な利用が可能である。

　図７は、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２との双方が第２状態であるとき、言い換えれば、シートユニット１０が第２状態であるときを示す。この場合、照明の光または太陽光である外光ＮＬが調光シート１１，１２に入射すると、光の散乱が生じ、調光シート１１，１２から散乱光ＳＬが射出される。観察者Ｏｂは、散乱光ＳＬを視認する。その結果、調光シート１１，１２は濁って見え、シートユニット１０の背後の光景は不鮮明に見える。この場合、外部からシートユニット１０を介して観察者Ｏｂやその周囲の様子が視認されることも抑えられる。

　なお、第２状態の各調光シート１１，１２の透明度を低くするため、すなわち調光シート１１，１２のヘイズを高めるためには、屈折率異方性Δｎの大きい液晶組成物を用いることが好ましい。しかしながら、屈折率異方性Δｎの大きい例えばトラン系の液晶分子の汎用性は高いとは言えず、こうした液晶分子を用いた場合には、調光層２０の信頼性が低くなりやすい。これに対し、本実施形態のシートユニット１０では、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とが重なるため、各調光シート１１，１２のヘイズが低い場合であっても、シートユニット１０の透明度を低くすることは可能である。

　したがって、屈折率異方性Δｎの低い液晶組成物、具体的には屈折率異方性Δｎが０．１６以下である液晶分子を含む液晶組成物を用いれば、第２状態においてシートユニット１０の透明度を低く抑えつつ、調光シート１１，１２の信頼性を高めることができる。

　図８は、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２との双方が第３状態であるとき、言い換えれば、シートユニット１０が第３状態であるときを示す。この場合、照明の光または太陽光である外光ＮＬは、調光シート１１，１２を透過する。したがって、調光シート１１，１２は透明であり、観察者Ｏｂはシートユニット１０の背後の光景を視認することができる。

　上述のように、散乱状態と透明状態とを切り替え可能な従来の調光シートに反射層を重ねてスクリーンとして用いる場合、透明状態における調光シートの光透過性は、反射層が設けられない場合と比較して低くなってしまう。これに対し、本実施形態のシートユニット１０であれば、反射層を用いずに可視光を反射可能な第１状態が実現できることから、透明な第３状態での光透過性を高く得ることができる。

　以上のように、第１の適用例によれば、カイラルネマティック液晶の選択反射を利用することで、調光シート１１，１２からなるシートユニット１０を、反射型の投影システムにおけるスクリーンに用いることができる。そして、第１状態と第２状態と第３状態とを切り替えることによって、シートユニット１０を、画像を投影可能な状態と、濁った状態と、透明な状態とに切り替えることができる。それゆえ、シートユニット１０の配置箇所や、シートユニット１０が配置される空間の利用方法等について、自由度が高められる。

　なお、シートユニット１０を第２状態に切り替えた後、印加電圧を０Ｖにしても、可視光の散乱機能は第２状態と同様に保たれる。したがって、消費電力を削減しつつ、シートユニット１０の透明度が低い状態を維持することもできる。

　＜調光窓＞
　調光装置１００の第２の適用例として、調光装置１００を調光窓に適用した形態を説明する。

　図９を参照して、調光装置１００を含む調光窓の動作を説明する。調光窓は、シートユニット１０が取り付けられた窓と制御部６０とを備える。図９は、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２との双方が第１状態であるとき、言い換えれば、シートユニット１０が第１状態であるときを示す。図９に示す例では、第１の調光シート１１に面する空間である第１の空間に、観察者Ｏｂが位置する。

　シートユニット１０に対して第１の空間とは反対側の第２の空間から、照明の光または太陽光である外光ＮＬ１が第２の調光シート１２に入射すると、外光ＮＬ１のうちの一部の光ＲＬ１が第２の調光シート１２にて反射される。そして、残りの光ＮＬ２は第２の調光シート１２を透過して第１の調光シート１１に入射し、第１の調光シート１１にて光ＲＬ２が反射される。光ＲＬ１と光ＲＬ２とは、互いに異なる方向に回転する円偏光成分である。例えば、第２の調光シート１２の液晶組成物が左旋性を有し、第１の調光シート１１の液晶組成物が右旋性を有するとき、光ＲＬ１は左円偏光成分であり、光ＲＬ２は右円偏光成分である。

　このように、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２によって互いに異なる円偏光成分が反射される結果、外光ＮＬ１の大部分がシートユニット１０にて反射される。したがって、観察者Ｏｂがいる第１の空間への外光の入射が抑えられる。言い換えれば、シートユニット１０による遮光が可能である。

　２つの調光シート１１，１２の双方が第２状態であるとき、および、２つの調光シート１１，１２との双方が第３状態であるときは、図７および図８を用いて説明した第１の適用例の場合と同様である。

　以上のように、第２の適用例によれば、第１状態と第２状態と第３状態とを切り替えることによって、シートユニット１０を、遮光状態と、濁った状態と、透明な状態とに切り替えることができる。それゆえ、シートユニット１０が空間に対してもたらす作用をより多様に切り替えることが可能となる。

　なお、第１の適用例と同様、シートユニット１０を第２状態に切り替えた後、印加電圧を０Ｖにしても、可視光の散乱機能は第２状態と同様に保たれる。したがって、消費電力を削減しつつ、シートユニット１０の透明度が低い状態を維持することもできる。

　また、第１の適用例および第２の適用例のいずれにおいても、制御部６０が、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とに印加する電圧を別々に制御し、第１の調光シート１１と第２の調光シート１２とが第１状態と第２状態と第３状態とのうちの別々の状態となるように、各調光シート１１，１２の状態を制御してもよい。これにより、シートユニット１０における可視光の反射、透過、散乱の程度をより細かに切り替えることが可能である。

　以上、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
　（１）シートユニット１０への印加電圧の切り換えによって、シートユニット１０が可視光を反射する第１状態と、シートユニット１０が可視光を散乱させる第２状態と、シートユニット１０が可視光を透過させる第３状態とが切り換えられる。これにより、透過状態と散乱状態との切り換えとは異なる光学特性の切り換えができるため、反射型の投影システムに用いるスクリーンシステムや、遮光が可能な調光窓のように、調光シートを新たな用途に用いることができる。

　（２）ハーフミラーフィルムのような反射層を用いずに、可視光を反射する第１状態が実現できるため、第３状態での光透過性を高く得ることができる。
　（３）シートユニット１０が、互いに旋光性の異なる２つの調光シート１１，１２を備え、これらの調光シート１１，１２が厚さ方向に重なりを有するように配置される。これにより、２つの調光シート１１，１２を第１状態とすることで、互いに異なる円偏光成分が反射されるため、シートユニット１０に照射された光におけるより多くの成分が反射される。したがって、反射光の強度が高められるとともに、シートユニット１０における光の透過をより抑えることができる。これにより、スクリーンシステムであれば、より明るい画像の投影が可能であるとともに、スクリーンの後方の空間への光の漏れを抑えることが可能である。また、調光窓であれば、遮光性を高めることができる。

　（４）調光シート１１，１２における液晶組成物の螺旋ピッチＰ、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅが、下記式（１）を満たす。これにより、カイラルネマティック液晶である液晶組成物の反射波長が可視領域に的確に設定される。
　０．４≦Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３≦０．８　・・・（１）

　（５）第１状態の調光シート１１，１２において、液晶組成物が含む液晶分子２３が水平配向している領域の調光層２０での割合が、５０％以上である。これにより、可視光について良好な反射率が得られる。

　（６）調光層２０における透明高分子層２１の割合が、５０％未満である。これにより、調光層２０において液晶組成物の割合が十分に確保され、第１状態にて可視光の良好な反射率が得られる。

　（７）透明高分子層２１を構成する高分子材料の屈折率ｎｐと、液晶組成物の常光屈折率ｎｏとが、下記式（２）を満たす。これにより、第３状態において、可視光が調光層２０内を直進しやすくなるため、可視光の透過率が高められる。
　０．９８≦ｎｐ／ｎｏ≦１．０２　・・・（２）

　（８）調光シート１１，１２が、配向層５１，５２を備えている。これにより、第１状態において水平配向する液晶分子２３の割合を高めることができる。したがって、第１状態での可視光の反射率が高められる。

　（９）調光装置１００がスクリーンシステムに適用される形態では、シートユニット１０を、反射型の投影システムにおいて画像を投影可能な状態と、濁った状態と、透明な状態とに切り替えることができる。このように、シートユニット１０を、反射型の投影システムのスクリーンとして用いることができる。

　（１０）スクリーンシステムが、第１の調光シート１１に向けて光を照射する第１の投影装置と、スクリーンであるシートユニット１０に対して第１の投影装置とは反対側から、第２の調光シート１２に向けて光を照射する第２の投影装置とを備える。こうした構成によれば、１つのスクリーンであるシートユニット１０を用いて、シートユニット１０を挟む２つの空間の各々で画像の投影が可能である。したがって、設備の簡素化を図りつつ、空間の効率的な利用が可能である。

　（１１）調光装置１００が調光窓に適用される形態では、シートユニット１０を、遮光状態と、濁った状態と、透明な状態とに切り替えることができる。したがって、遮光状態と他の状態とが切替可能な調光窓が実現できる。

　［実施例］
　上述した調光装置および調光シートについて、具体的な実施例を用いて説明する。
　（シートユニットの作製）
　調光層、一対の透明電極層、一対の透明支持層、および、一対の配向層を備える第１の調光シートを形成した。透明電極層の材料は、酸化インジウムスズであり、透明支持層の材料は、ポリエチレンテレフタレートであり、配向層の材料は、ポリイミドである。調光層は、ポリマーネットワーク型であり、各パラメータが下記となるように形成した。
　・液晶組成物の誘電率異方性Δε：１０．９
　・液晶組成物の常光屈折率ｎｏ：１．５１
　・液晶組成物の異常光屈折率ｎｅ：１．６８
　・透明高分子層を構成する高分子材料の屈折率ｎｐ：１．５０
　・液晶組成物の螺旋ピッチＰ：０．３３μｍ
　・反射波長の設定値（Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３）：０．５２μｍ
　・調光層における透明高分子層の割合：１２．６％
　・カイラル剤の旋光性：右旋性

　左旋性のカイラル剤を用いたこと以外は、第１の調光シートと同様の材料によって、第２の調光シートを形成した。すなわち、第２の調光シートにおける調光層の各パラメータは、カイラル剤の旋光性を除いて第１の調光シートと同じである。

　（反射特性解析）
　実施例の２つの調光シートについて、印加電圧が０Ｖであるときの反射光の波長域および反射率を測定した。印加電圧が０Ｖであるとき、調光シートは第１状態である。測定結果を図１０に示す。

　図１０が示すように、印加電圧が０Ｖであるとき、２つの調光シートのいずれにおいても、５２０ｎｍ付近にピークを有する反射が得られている。反射光のピーク波長は、上記した反射波長の設定値と凡そ一致する。ピークの半値幅は、７０ｎｍ～８０ｎｍであり、ピーク波長の付近での反射率は、約５０％である。

　以上により、実施例の調光シートによって可視光の選択的な反射が可能であることが確認された。したがって、この調光シートを、反射型の投影システムのスクリーンに用いることや、この調光シートを用いて調光窓の遮光状態を実現することができる。

　［変形例］
　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。なお、以下の変形例は組み合わせて実施してもよい。

　・調光シートは、配向層５１，５２を備えていなくてもよい。配向層５１，５２が設けられていない場合、上記実施形態と比較して、第１状態において水平配向する液晶分子２３の割合は小さくなる。一方で、調光層２０の５０％以上の領域にて液晶分子２３が水平配向していれば、可視光について良好な反射率が得られる。配向層５１，５２がなくとも、カイラルネマティック液晶を用いれば、電圧の非印加時に５０％以上の領域で液晶分子２３を水平配向させることができる。配向層の形成が不要であれば、調光シートの製造工程の簡素化や製造に要するコストの削減が可能である。

　・第１状態での第１の調光シート１１の反射光のピーク波長は、第１状態での第２の調光シート１２の反射光のピーク波長と異なっていてもよい。２つの調光シート１１，１２における反射光のピーク波長が異なっていれば、各ピーク波長の付近の波長域の光が反射されることから、広い波長域で可視光の反射が可能となる。こうした構成は、反射光の強度を高めることやシートユニット１０における光の透過を抑えることよりも、反射可能な波長域の拡大が望まれる場合に採用され得る。２つの調光シート１１，１２の第１状態での反射光のピーク波長が互いに異なっている場合には、これらの調光シート１１，１２の液晶組成物の旋光性は一致していてもよい。

　・シートユニット１０は、１つの調光シートのみを備えていてもよい。すなわち、シートユニット１０は、第１の調光シート１１を備える一方で、第２の調光シート１２を備えていなくてもよい。この場合、調光シート１１が第１状態であるとき、シートユニット１０によって入射光の一部が反射される。こうした構成のシートユニット１０によっても、反射型の投影システムによる画像の投影や、調光窓における光の遮蔽は可能である。こうした構成は、反射光の強度を高めることやシートユニット１０における光の透過を抑えることよりも、シートユニット１０の構成を簡素にすることが望まれる場合に採用され得る。

　・第１の適用例と第２の適用例とは組み合わせて利用されてもよい。すなわち、第１状態のシートユニット１０をスクリーンとして用いるか遮光に用いるかを、ユーザが状況に応じて使い分けてもよい。また、第２状態のシートユニット１０は、透過型の投影システムのスクリーンとして用いられてもよい。すなわち、シートユニット１０に対して観察者とは反対側から、投影光が照射される。そして、シートユニット１０から射出された散乱光が観察者に視認されることにより、画像が観察者に視認される。

　・調光装置１００は、シートユニット１０を第１状態と第３状態とのいずれかに制御し、シートユニット１０を第２状態には切り換えなくてもよい。第１状態と第３状態との切り替えが可能であれば、シートユニット１０が可視光を反射する状態と可視光を透過する状態との切り替えが可能である。すなわち、スクリーンシステムにおいては、シートユニット１０に画像を投影可能な状態と、シートユニット１０が透明である状態との切り替えが可能である。また、調光窓においては、シートユニット１０が光を遮断する状態と、シートユニット１０が透明である状態との切り替えが可能である。したがって、従来の透過状態と散乱状態とが切替可能な調光シートとは異なる用途に調光シートを用いることができる。

Claims (13)

1. 　調光シート、および、前記調光シートへの電圧の印加を制御する制御部を備える調光装置であって、
   　前記調光シートは、
   　第１透明電極層と、
   　第２透明電極層と、
   　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に位置する調光層であって、複数の空隙を区切る透明高分子層と、正の誘電率異方性を有するカイラルネマティック液晶であり前記空隙に保持された液晶組成物とを含む前記調光層と、を備え、
   　前記制御部が実行する処理には、
   　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を第１電圧に制御することによって、前記調光シートを、可視光を反射する第１状態とすることと、
   　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を前記第１電圧よりも大きい第３電圧に制御することによって、前記調光シートを、可視光を透過させる第３状態とすることと、が含まれる
   　調光装置。
2. 　前記制御部が実行する処理には、さらに、
   　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を前記第１電圧よりも大きくかつ前記第３電圧よりも小さい第２電圧に制御することによって、前記調光シートを、可視光を散乱させる第２状態とすることが含まれる
   　請求項１に記載の調光装置。
3. 　前記調光シートにおける前記液晶組成物の螺旋ピッチＰ（μｍ）、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅが、下記式（１）を満たす
   　０．４≦Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３≦０．８　・・・（１）
   　請求項１または２に記載の調光装置。
4. 　前記調光シートの前記第１状態において、前記液晶組成物が含む液晶分子が水平配向している領域の前記調光層での割合が、５０％以上である
   　請求項１～３のいずれか一項に記載の調光装置。
5. 　前記調光シートの前記調光層における前記透明高分子層の割合は、５０％未満である
   　請求項１～４のいずれか一項に記載の調光装置。
6. 　前記調光シートにおける前記透明高分子層を構成する高分子材料の屈折率ｎｐと、前記液晶組成物の常光屈折率ｎｏとが、下記式（２）を満たす
   　０．９８≦ｎｐ／ｎｏ≦１．０２　・・・（２）
   　請求項１～５のいずれか一項に記載の調光装置。
7. 　前記調光シートは、
   　前記第１透明電極層と前記調光層との間に挟まれた第１配向層と、
   　前記第２透明電極層と前記調光層との間に挟まれた第２配向層と、を備え、
   　前記第１配向層と前記第２配向層との各々は、水平配向膜である
   　請求項１～６のいずれか一項に記載の調光装置。
8. 　前記調光装置は、第１の前記調光シートおよび第２の前記調光シートである２つの前記調光シートを備え、
   　前記第１の調光シートが含む前記液晶組成物の旋光性と、前記第２の調光シートが含む前記液晶組成物の旋光性とは、互いに異なり、
   　前記第１の調光シートと前記第２の調光シートとは、厚さ方向に重なりを有するように配置され、
   　前記制御部が実行する処理には、
   　前記第１の調光シートおよび前記第２の調光シートの各々を前記第１状態とすることが含まれる
   　請求項１～７のいずれか一項に記載の調光装置。
9. 　前記制御部が実行する処理には、さらに、
   　前記第１の調光シートおよび前記第２の調光シートの各々を、前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間を前記第１電圧よりも大きくかつ前記第３電圧よりも小さい第２電圧に制御することによって、可視光を散乱させる第２状態とすること、および、前記第１の調光シートおよび前記第２の調光シートの各々を前記第３状態とすることの少なくとも一方が含まれる
   　請求項８に記載の調光装置。
10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の調光装置を含むスクリーンシステムであって、
    　前記調光シートを備えるスクリーンを有し、
    　前記第１状態の調光シートに画像が投影される
    　スクリーンシステム。
11. 　請求項８または９に記載の調光装置を含むスクリーンシステムであって、
    　前記第１の調光シートおよび前記第２の調光シートを備えるスクリーンと、
    　前記第１の調光シートに向けて光を照射する第１の投影装置と、
    　前記スクリーンに対して前記第１の投影装置とは反対側から、前記第２の調光シートに向けて光を照射する第２の投影装置と、を備える
    　スクリーンシステム。
12. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の調光装置を含み、
    　前記調光シートが取り付けられた窓を備える
    　調光窓。
13. 　第１透明電極層と、
    　第２透明電極層と、
    　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間に位置する調光層であって、複数の空隙を区切る透明高分子層と、正の誘電率異方性を有するカイラルネマティック液晶であり前記空隙に保持された液晶組成物とを含む前記調光層と、を備える調光シートであって、
    　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が第１電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がプレーナー状態を示す第１状態であって、前記調光シートが可視光を反射する前記第１状態と、
    　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が前記第１電圧よりも大きい第２電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がフォーカルコニック状態を示す第２状態であって、前記調光シートが可視光を散乱させる前記第２状態と、
    　前記第１透明電極層と前記第２透明電極層との間が前記第２電圧よりも大きい第３電圧に制御されることにより、前記液晶組成物がホメオトロピック状態を示す第３状態であって、前記調光シートが可視光を透過させる前記第３状態と、を含み、
    　前記液晶組成物の螺旋ピッチＰ（μｍ）、常光屈折率ｎｏ、異常光屈折率ｎｅが、下記式（１）を満たす
    　０．４≦Ｐ×（ｎｅ＋２ｎｏ）／３≦０．８　・・・（１）
    　調光シート。

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