JP2018106080A - 調光部材 - Google Patents

Abstract

【課題】調光部材における最大透過率の向上、及び駆動電力の低電力化を図る。【解決手段】本発明の調光部材１は、第１配向膜１３が設けられた第１基材６と、第２配向膜１７が設けられた第２基材１５と、前記第１基材６と前記第２基材１５との間に配置された、ツイステッドネマティック液晶８ａ及び二色性色素８ｂを含む液晶層８と、前記第１基材６及び前記第２基材１５の少なくとも一方に配置された電極１１，１６と、を備え、前記第１配向膜１３及び前記第２配向膜１７の少なくとも一方が垂直配向膜である。【選択図】図２

Description

本発明は、調光部材に関する。

従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する調光部材に関する工夫が種々に提案されている（特許文献１，２）。このような調光部材の１つに、液晶を利用したものがある。液晶を利用した調光部材は、透明電極を作製した２枚の透明基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率を制御している。
このような液晶を利用した調光部材の１つに、ゲストホスト方式がある。ここで、透明電極間に電圧が印加されていない状態（電圧ＯＦＦ）で、透過率が最小となる、いわゆるノーマリーブラック型のゲストホスト方式の調光部材は、電圧ＯＦＦ時に、液晶分子を水平（調光部材の延びる方向と平行）にする必要がある。このため、透明基板における液晶層側の面に設けられる配向膜は、一般に水平配向膜が用いられる。

特開平０３−４７３９２号公報 特開平０８−１８４２７３号公報

近年、調光部材において、最大透過率の向上、及び駆動電力の低電力化が求められている。
本発明は、調光部材における最大透過率の向上及び駆動電力の低電力化を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下のものを提供する。
（１） 第１配向膜が設けられた第１基材と、第２配向膜が設けられた第２基材と、前記第１基材と前記第２基材との間に配置された、ツイステッドネマティック液晶及び二色性色素を含む液晶層と、前記第１基材及び前記第２基材の少なくとも一方に配置された電極と、を備え、前記第１配向膜及び前記第２配向膜の少なくとも一方が垂直配向膜である、調光部材。

（２） （１）において、前記電極に印加された電圧の上昇に伴い、前記液晶層の光の透過率が上昇するノーマリーブラック型である。

（３） （１）または（２）において、前記第１配向膜及び前記第２配向膜の両方が垂直配向膜である場合、前記液晶層の厚さをｄ、前記液晶層に含まれる液晶のカイラルピッチをｐとしたとき、ｄ／ｐが１．３以上（１．３≦ｄ／ｐ）である。

本発明によれば、調光部材における最大透過率の向上、及び駆動電力の低電力化を図ることができる。

本発明の第１実施形態に係る調光フィルム１を示す、模式的断面図である 第１配向膜１３及び第２配向膜１７として水平配向膜が用いられた比較形態における調光フィルム１の模式的断面図である。 本実施形態の調光フィルム１において、第１電極１１及び第２電極１６に電圧を印加した場合の、印加電圧と透過率との関係を測定した測定結果である。 ｄ／ｐを変更した５種類の調光フィルム１において電圧と透過率との関係を示した図である。 本発明の第２実施形態に係る調光部材としての調光フィルム１０１を示す、模式的断面図である。 第２実施形態における、ｄ／ｐを変更した４種類の調光フィルム１０１において電圧と透過率との関係を示した図である。

（第１実施形態）
（調光フィルムの構成）
図１は、本発明の第１実施形態に係る調光部材としての調光フィルム１を示す、模式的断面図である。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。

調光フィルム１は、フィルム状の第１積層体５Ｄと第２積層体５Ｕとで液晶層８を挟持し、液晶８ａと二色性色素８ｂとを含む液晶層８への電界を変化させることで、液晶８ａ及び二色性色素８ｂの配向方向を変化させて、透過光を制御するゲストホスト方式による調光フィルム１である。
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。

（基材）
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（トリアセチルセルロース）フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）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。

（透明電極）
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）
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。

（シール材）
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、液晶の漏出が防止される。

（配向膜）
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。
これらの第１配向膜１３及び第２配向膜１７については詳細を後述する。

（液晶層）
液晶層８は、液晶８ａと二色性色素８ｂとを含みゲストホスト方式で駆動される。
（液晶）
液晶８ａはｐ（ポジ）型のツイステッドネマティック（ＴＮ）液晶が用いられる。液晶８ａ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８ａ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８ａの分子が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。

本実施形態の調光フィルム１は、ノーマリーブラック型である。ノーマリーブラック型とは、第１電極１１及び第２電極１６に電圧が印加されていない電圧ＯＦＦ時に透過率が最小となり、画面が黒く（暗状態）になる構造である。

次に、本実施形態の第１配向膜１３及び第２配向膜１７について詳細に説明するが、まず、実施形態の説明を容易にするため、比較形態について説明する。
（比較形態）
図２は、第１配向膜１３’及び第２配向膜１７’として水平配向膜が用いられた比較形態における調光フィルム１’の模式的断面図である。なお、図２においてスペーサ１２は図示を省略する。

調光フィルム１’を電圧ＯＦＦ時に暗状態のノーマリーブラックとするには、液晶８ａ’及び二色性色素８ｂ’を水平（調光フィルム１’の延びる方向と平行，液晶層８’の厚み方向に対して直交する方向）にしておく必要がある。このため、第１配向膜１３’及び第２配向膜１７’は、一般的には、比較形態のように水平配向膜が用いられる。
水平配向膜を用いると、第１電極１１’及び第２電極１６’に電圧が印加されていない場合、液晶８ａ’及び二色性色素８ｂ’は、図示するように、全領域において水平配向しており、水平な状態で捻じれて配置されている。

そして、液晶８ａ’及び二色性色素８ｂ’が水平配向しているため、第１電極１１’及び第２電極１６’に電圧が印加されていない状態で、調光フィルム１’の透過率は最小、すなわち暗くなる。
調光フィルム１’に電圧が印加されると、液晶８ａ’及び二色性色素８ｂ’が垂直配向する。そうすると、調光フィルム１’の透過率が上昇して明るくなる。

これに対して、本実施形態の調光フィルム１は、第１配向膜１３及び第２配向膜１７として垂直配向膜が用いられている。そうすると、図１に示すように、第１配向膜１３及び第２配向膜１７に近くなるにつれ、配向規制力によって液晶８ａ及び二色性色素８ｂは、徐々に垂直方向を向いてくる。

ただし、第１配向膜１３及び第２配向膜１７から離れた位置の液晶８ａ及び二色性色素８ｂは、図示するように、水平な状態でねじれて配置されている。これは液晶８ａ及び二色性色素８ｂがねじれて配置されるとき、水平な状態でねじれた方が安定な状態であるからだと考えられる。

図３は、本実施形態の調光フィルム１において、第１電極１１及び第２電極１６に電圧を印加した場合の、印加電圧と透過率との関係を測定した測定結果である。
Ｌ１は本実施形態の調光フィルム１、Ｌ２は比較形態の調光フィルム１’である。
グラフに示すように、本実施形態Ｌ１の場合、比較形態Ｌ２と比べると、電圧が上昇していったときの透過率の上昇が早い。すなわち、本実施形態Ｌ１は、電圧１Ｖ程度で透過率が８％程度から上昇始め、電圧６Ｖ程度で最大透過率の３４％程度を示す。
これに対して比較形態Ｌ２は、電圧５Ｖ程度まで透過率が５％程度のまま上昇は見られず、電圧５Ｖ程度から透過率が上昇し始めるが、電圧１０Ｖ程度の透過率２３％程度になると透過率の上昇率が減少し、その後、電圧が上昇しても透過率の上昇はわずかである。

以上、本実施形態のように、液晶８ａとしてｐ（ポジ）型のツイステッドネマティック液晶を用いて、且つ第１配向膜１３及び第２配向膜１７を垂直配向膜にすると、水平配向膜を用いた場合と比べて低い電圧で透過率が上昇する。すなわち透過率の立ち上がりが早いので、駆動電圧を低下することができる。
また、本実施形態によると、最大透過率が３４％程度であるのに対して、比較形態は２５から２７％程度である。すなわち、本実施形態では、明状態での透過率を向上することができる。
なお、最小透過率は、実施形態では８％程度、比較形態では５％程度であるが、この程度であれば目視においてあまり差は感じられない。

図４は、液晶層８の厚さをｄ、液晶層８に含まれる液晶８ａのカイラルピッチをｐとし、ｄ／ｐを、０．８、１．３、１．７、２．０、２．３とした５種類の調光フィルム１を作製し、それぞれの調光フィルム１において第１電極１１及び第２電極１６に印加する電圧と透過率との関係を示した実験結果である。

ｄ／ｐが２．３から小さくなる（同じ厚さの液晶層内での捻じれ角度が小さくなる）と、第１電極１１及び第２電極１６に電圧が印加されていない状態での透過率（最少透過率，最も暗いときの透過率）が上がることがわかる。
これは、ｄ／ｐが小さくなると、液晶８ａの分子の捻じれる力が弱くなり、垂直配向膜の影響を受けやすくなり、ｄ／ｐが大きくなると、液晶８ａの分子の捻じれる力が強くなり、垂直配向膜の影響を受けにくくなるからではないかと考えられる。
なお、ｄ／ｐ＝０．８の調光フィルムでは、第１電極１１及び第２電極１６に印加する電圧を変えても透過率は変化なく、一定の６０％と高い値を示したままである。すなわち、透過率は一定の明るいままであった。これは、ｄ／ｐ＝０．８では液晶８ａのねじれる力が弱いので、垂直配向膜の影響を受けやすく、液晶８ａ及び二色性色素８ｂが液晶層８の厚み方向において全体的に垂直配向してしまい、電圧の印加にかかわらず、透過率最大のままで、調光フィルム１として機能しなかったと考えられる。

以上より、本実施形態のように第１配向膜１３及び第２配向膜１７が垂直配向膜の場合、調光フィルム１として十分な透過率の変動を実現する観点から、ｄ／ｐは１．３以上（１．３≦ｄ／ｐ）が好ましい。

（第２実施形態）
図５は本発明の第２実施形態に係る調光部材としての調光フィルム１０１を示す、模式的断面図である。第２実施形態の調光フィルム１０１は、第１配向膜１１３のみ垂直配向膜であり、第２配向膜１１７が水平配向膜である点が第１実施形態と異なる。その他の部分は第１実施形態と同様である。同様な部分の説明は省略する。

本実施形態の調光フィルム１は、第１配向膜１１３として垂直配向膜が用いられているが、第２配向膜１１７として水平配向膜が用いられている。そうすると、図５に示すように、第２配向膜１１７側から液晶層１０８の大部分の領域で、液晶１０８ａ及び二色性色素１０８ｂは、水平方向を向いている。しかし、第１配向膜１１３に近くなるにつれ、液晶１０８ａ及び二色性色素１０８ｂは、第１配向膜１１３の配向規制力により徐々に垂直方向を向いてくる。

上述の図３のＬ３は第１電極１１１及び第２電極１１６に電圧を印加した場合の、印加電圧と透過率との関係を測定した第２実施形態の測定結果である。
グラフに示すように、第１実施形態Ｌ１ほどではないが、本実施形態Ｌ３においても第１実施形態Ｌ１と同様に、比較形態Ｌ２と比べて、電圧が上昇していったときの透過率の上昇が早い。
すなわち、電圧２．５Ｖ程度で透過率が５％程度から上昇始め、電圧５Ｖ程度で透過率は２５％となり、その後電圧が上昇するにつれて透過率がわずかに上昇を続け、透過率は３０％から３１％となる。

以上、本実施形態においても、液晶１０８ａとしてｐ（ポジ）型のツイステッドネマティック液晶を用いて、且つ第１配向膜１１３及び第２配向膜１１７のうちの一方の第１配向膜１１３のみ垂直にすると、両側の配向膜に水平配向膜を用いた場合と比べて低い電圧で透過率が上昇する。すなわち透過率の立ち上がりが早いので、駆動電圧を低下することができる。
また、本実施形態によると、最大透過率が３１％程度であるのに対して、比較形態は２７％程度である。すなわち、本実施形態では、明状態での透過率を向上することができる。
なお、最小透過率は、実施形態では５％程度、比較形態では５％程度であり差はなかった。

図６は、第１実施形態の図４と同様に、液晶層１０８の厚さをｄ、液晶層１０８に含まれる液晶１０８ａのカイラルピッチをｐとし、ｄ／ｐを、０．８、１．２、２．０、２．３とした４種類の調光フィルム１０１を作製し、それぞれの調光フィルム１０１において第１電極１１１及び第２電極１１６に印加する電圧と透過率との関係を示した実験結果である。

第１実施形態と同様に、ｄ／ｐが２．３から小さくなる（同じ厚さの液晶層内での捻じれ角度が小さくなる）と、第１電極１１１及び第２電極１１６に電圧が印加されていない状態での透過率（最少透過率，最も暗いときの透過率）が上がることがわかる。
第１実施形態と異なる点は、ｄ／ｐ＝０．８においても、第１電極１１１及び第２電極１１６に印加する電圧を変えたときに透過率が変化する点である。
これは、第２実施形態では垂直配向膜が一方であるため、ｄ／ｐ＝０．８においても垂直配向膜の影響が小さかったためであると考えられる。

以上より、本実施形態のように第１配向膜１１３及び第２配向膜１１７の一方が垂直配向膜の場合、ｄ／ｐに限らず、駆動電圧を低下や、明状態での透過率を向上といった効果を得ることができる。

１，１０１ 調光フィルム
５Ｄ 第１積層体
５Ｕ 第２積層体
６ 第１基材
８，１０８ 液晶層
８ａ 液晶
８ｂ 二色性色素
１１，１１１ 第１電極
１２ スペーサ
１３，１１３ 第１配向膜
１５ 第２基材
１６，１１６ 第２電極
１７，１１７ 第２配向膜
１９ シール材

Claims (3)

1. 第１配向膜が設けられた第１基材と、
   第２配向膜が設けられた第２基材と、
   前記第１基材と前記第２基材との間に配置された、ツイステッドネマティック液晶及び二色性色素を含む液晶層と、
   前記第１基材及び前記第２基材の少なくとも一方に配置された電極と、を備え、
   前記第１配向膜及び前記第２配向膜の少なくとも一方が垂直配向膜である、
   調光部材。
2. 前記電極に印加された電圧の上昇に伴い、前記液晶層の光の透過率が上昇するノーマリーブラック型である、
   請求項１に記載の調光部材。
3. 前記第１配向膜及び前記第２配向膜の両方が垂直配向膜である場合、
   前記液晶層の厚さをｄ、前記液晶層に含まれる液晶のカイラルピッチをｐとしたとき、ｄ／ｐが１．３以上（１．３≦ｄ／ｐ）である
   請求項１又は２に記載の調光部材。

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