JP3270195B2 - 調光構成体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、調光層の温度を制御す
ることによって光の透過率を制御することのできる調光
構成体に関する。

【０００２】

【従来技術】スピロピラン溶液等のサ−モクロミック化
合物等は、温度によってその吸収率が変化する。この特
性を利用し、スピロピラン溶液等のサ−モクロミック化
合物等を、調光構成体の調光層として用いることができ
る。こうして得られた調光構成体では、調光層の温度を
制御することによって、その光の透過率を制御すること
ができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のスピロピラン溶
液等のサ−モクロミック化合物等を用いた調光構成体
は、光吸収率を変化させることのできる波長域が狭く、
さらにその波長も特定のものに限定されるという課題を
有する。

【０００４】本発明はかかる課題を解決して、調光層の
温度を制御することによって光の透過率を制御すること
のできる調光構成体において、温度上昇に対応して光吸
収率が増加する吸収波長域を自由にコントロ−ルするこ
とができ、かつその調光面積を大面積化することが容易
な調光構成体を得ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の調光構成体は、
調光層の温度を制御することによって、光の透過率を制
御できる調光構成体において、少なくとも一方が透明な
２枚の基板間に調光層としての液晶層を備え、かつ液晶
層はＰ型２色性色素を０．０５〜１０重量％含有する液
晶材料を、基板面に対して垂直方向に配向させた層であ
り、かつ液晶層を基板面に対して垂直方向に配向させる
ための配向膜を、該液晶層に接する形で基板面上に設け
た調光構成体であり、少なくとも一方の配向膜は、ノニ
ルフェノキシポリエチレングリコ−ルアクリレ−トを主
成分とする高分子樹脂形成性モノマ−液を重合硬化させ
て成る高分子樹脂膜によって形成したものであることを
特徴としている。

【０００６】すなわち、このようにして形成した構成体
中で、調光層としての液晶層は垂直配向状態となる。な
おここで言う「垂直」の意味は、液晶が基板面に対し５
０度から９０度の範囲の配向角を持つことを指す。とこ
ろで本発明の構成体においては、液晶が７０度から９０
度の範囲の配向角を有することがより好ましい。

【０００７】そして垂直配向状態の液晶層中に含まれる
２色性色素分子の分子長軸は、液晶分子と同様に基板面
に垂直に配向する。このＰ型２色性色素は、分子長軸方
向に光吸収率が大きい光吸収率異方性を有する。そし
て、Ｐ型２色性色素の分子長軸が基板面に垂直に配向し
た際には、基板に垂直に入射する光に対する光吸収率が
最小となる。

【０００８】ここで液晶層の温度を上昇させると、液晶
層が等方相に相転移する。そして液晶層中に含まれる２
色性色素の分子長軸の配向状態も、等方的になる。この
ため、垂直配向時に比べて光吸収率が増加する。すなわ
ち、液晶層が等方相を示す領域に至る温度へ上昇するの
に対応して、調光構成体の光透過率は低下する。

【０００９】その際に、調光構成体の液晶層中に含まれ
る２色性色素の含有量が多すぎると、液晶層がネマチッ
ク相を示さなくなる。また少なすぎると、温度に対応し
た液晶層の光吸収率の変化幅が小さくなってしまう。こ
のため、液晶層を形成する液晶材料中に含有させるＰ型
２色性色素の量は、０．０５〜１０重量％とする必要が
有る。

【００１０】本発明に用いる２色性色素としては、液晶
用途のＰ型２色性色素であれば特に制限なく使用するこ
とができる。例えば、アントラキノン系色素、アゾ系色
素、キノフタロン系色素、ベリレン系色素、クマリン系
色素、チオインジゴ系色素、メロシアニン系色素、スチ
リル系色素、オキソノ−ル系色素等の２色性色素が挙げ
られる。また、これらの２色性色素は必要に応じて適当
に配合して使用することもできる。この場合、配合され
る各２色性色素の有する吸収波長域を考慮して使用す
る。

【００１１】すなわち液晶層に含有させる２色性色素の
種類等を選択すれば、吸収波長域の設定が可能であり、
温度上昇に対応して光吸収率が増加する吸収波長域を自
由にコントロ−ルすることができる。なおここで液晶層
に含有させる２色性色素は、１種類あるいは吸収波長の
異なる２種類以上の物を混合した物であっても良い。

【００１２】また本発明で用いられるＰ型２色性色素と
しては、分子短軸方向と長軸方向の光吸収率の比である
２色性比がより大きいことがより好ましい。

【００１３】なお２色性色素の市販品としては、例えば
三井東圧染料社製の「ＳＩ−４９７」（青色素）、「Ｍ
−１３７」（青色素）、「Ｍ−４８３」（青色素）、
「ＳＩ−４２６」（赤色素）、「Ｓ−４１６」（黒色
素）、「Ｓ−３４４」（黒色素）や日本化薬社製の「Ｌ
ＣＤ−１１８」（青色素）、「ＬＣＤ−２０８」（赤色
素）、「ＬＣＤ−４６５」（黒色素）、住友化学社製の
「ＣＬＤ−５０６」（青色素）等が挙げられる。

【００１４】本発明においては、液晶層が等方相に相転
移することにより構成体の光吸収率が増加する。従って
液晶材料の選択は、構成体の用途に応じた使用温度範囲
と液晶の等方相への相転移温度を考慮して行う。そして
本発明においては、一般のネマチック液晶等を用いるこ
とができ、市販品としては例えばメルク社製のＥ７液晶
等を用いることができる。

【００１５】本構成体における液晶層は、等方相への相
転移温度以下においては、基板面に対して垂直配向状態
を示す必要がある。そしてネマチック液晶層が基板面に
対して垂直配向状態を示すための液晶配向処理の方法と
しては、基板表面に有機配向膜を形成する方法を用い
る。

【００１６】

【００１７】このような垂直配向状態を示す液晶層の形
成法において、本構成体の液晶層を形成する方法として
は、液晶層に接する基板表面に有機配向膜を形成し、液
晶材料としてネマチック液晶に２色性色素を含有させた
ものを用いる方法である。本方法は、一般にネマチック
液晶を用いることで光吸収率が最小となる温度領域が広
くできると共に、有機配向膜の形成は他の液晶配向手段
に比べて大面積化が容易であり、液晶の配向性も安定で
あるといった利点を有する。

【００１８】そしてそのための有機配向膜材料として
は、ノニルフェノキシポリエチレングリコ−ルアクリレ
−トを主成分した高分子樹脂形成性モノマ−液等を重合
硬化してなる高分子樹脂膜等を用いることができる。そ
してこれを液晶層に接する少なくとも一方の基板表面上
に形成して、本構成体の液晶層を垂直配向させるための
配向膜として用いることが好ましい。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】前記の高分子樹脂膜形成性モノマ−液を、
スピンコ−タ−、バ−コ−タ−等を用いて基板表面に塗
布した後、紫外線硬化法もしくは熱重合法等を用いて重
合硬化させることによって、液晶層を垂直方向に配向さ
せるための配向膜を基板上に形成することができる。

【００２３】また本発明においては、基板の少なくとも
一方は透明性を有し、その２枚の基板間に挟持される調
光層を外部から視認できるものでなくてはならない。但
し、特に完全な透明性を必須とするものではない。もし
調光構成体を、構成体の一方の側から他方の側へ通過す
る光に対して作用させるために使用する場合には、２枚
の基板は共に適当な透明性を有することが好ましい。

【００２４】こうした基板としては、堅固な材料、例え
ば、ガラス、金属等であってもよく、柔軟性を有する材
料、例えば、プラスチックフィルムの様なものであって
もよい。またプラスチックフィルムの様な柔軟性を有す
る基板材料の場合、同基板を堅固な材料、例えば、ガラ
ス、金属等に固定した上で本発明の製造方法に用いるこ
とができる。

【００２５】そして、基板は２枚が対向して適当な間隔
を隔て得るものである。その際に２枚の基板間には、間
隔保持の為のスペ−サ−を介在させることが望ましい。
スペ−サ−としては、例えばガラスビ−ズやポリスチレ
ン等の高分子樹脂球、金属球、マイラ−、アルミナ等の
液晶セル用途のものを特に制限なく用いることができ
る。

【００２６】こうした本発明の調光構成体の液晶層の厚
みは、１〜１００μm の範囲にあることが望ましい。

【００２７】また本発明の調光構成体において、少なく
とも一方の基板上もしくは基板に接して発熱層を設け、
液晶層を自由に加熱できるようにすれば、液晶層を等方
相への相転移温度まで加熱することによって、構成体の
光吸収率を人為的に増加させる制御が可能である。この
用途における発熱層は必ずしも透明性を有していなくて
もよいが、もし調光構成体を、構成体の一方の側から他
方の側へ通過する光に対して作用させる為に使用する場
合には、発熱層は適当な透明性を有することが好まし
い。

【００２８】ここで透明性を有する発熱層としては、例
えば、真空中でスパッタリング法によって約１０ｎｍ程
度の厚みに形成された銀等の金属薄膜層を、上下から酸
化チタン等の誘電体層で挟み込んだ積層体等が用いるこ
とができ、積層体内の金属薄膜層に通電を行うことによ
って積層体を発熱させることができる。

【００２９】以下において、本発明の調光構成体を実際
に用いる場合の応用例を示す。しかしながら、本発明は
これらの応用例に用途を限定するものではない。

【００３０】本発明は構成体の光吸収率が液晶層の温度
上昇に対応して増加する機能を有する。従って、建物や
自動車、鉄道等の車内における窓等の採光部分に用いた
場合、室内の温度が高い状態では液晶層の温度も高くな
り、等方相への相転移温度領域に達した場合、構成体の
光吸収率は急激に増加する。この時、構成体は太陽光等
の室内へ入射する光の多くを吸収し、室内への光エネル
ギ−の流入を防ぎ、室内の温度上昇を抑える働きをす
る。この働きは室内の自動的な温度コントロ−ル機能と
等価であり、冷房器具の運転に伴う消費電力を節約でき
る等の省エネルギ−効果をも、本調光構成体を用いるこ
とによって得ることができる。

【００３１】また前述のように、本発明の調光構成体に
発熱層部分を付加し、液晶層を自由に加熱できるように
すれば、例えば、本構成体を自動車のフロントガラス等
の全面もしくは部分的に用いた場合、運転者が正面から
入射する太陽光線等をまぶしく感じた時に、発熱層を発
熱させる操作によって構成体の光吸収率を増加させれ
ば、正面から入射してくる光の多くを遮断することがで
きる。すなわち、運転者はわざわざサングラス等をかけ
る必要もなく快適に運転を続けることができる。

【００３２】

【実施例１】本発明の調光構成体の一実施例を次のよう
にして作製し、評価した。図１は、実施例の調光構成体
の断面模式図を示す。また図２と図３は、実施例１と実
施例２における調光構成体を評価した際の透過率変化を
示す。図１中、１は基板、２は配向膜、３は調光層とし
ての液晶層を示す。また図２と図３において、横軸は測
定波長（ｎｍ）、縦軸は透過率（％）を示す。

【００３３】なお評価の際に本構成体の光吸収率の測定
は、本構成体を透過する光線の透過率を測定することに
よって、間接的に行った。また測定光線は、本構成体の
液晶層に対し、垂直方向から入射させた。光透過率およ
び光透過スペクトルの測定は、大塚電子社製瞬間マルチ
測光システム「Ｐｈｏｔａｌ ＭＣＰＤ−１０００」タ
イプを用いて行った。

【００３４】まず実施例１として液晶材料には、ネマチ
ック液晶（メルク社製Ｅ７液晶、ネマチック−等方相相
転移温度６１℃）を９９．０重量％と、Ｐ型２色性色素
（三井東圧染料社製Ｍ−４８３）を１．０重量％とをよ
く混合したものを用いた。

【００３５】液晶層の垂直配向処理手段としては、２枚
の透明ガラス基板１上に有機配向膜２を形成した。その
ために、ノニルフェノキシポリエチレングリコ−ルアク
リレ−ト（東亜合成化学工業社製アロニックスＭ−１１
１）を１００重量部に、ペンタエリスリト−ルテトラア
クリレ−ト（共栄社油脂化学工業社製ＰＥ４Ａ）を１重
量部混合した混合物を９９．５重量％と、重合開始剤と
してベンジルジメチルケタ−ル（チバガイギ社製イルガ
キュア−６５１）を０．５重量％とから成る混合液を、
有機配向膜形成性モノマ−液として用いた。

【００３６】これを２枚の基板１上に均一に塗布した
後、窒素雰囲気下において光強度約１０ｍＷ／平方ｃｍ
の紫外光を約１０分間照射することによって、モノマ−
液を重合硬化させ、約８０ｎｍの厚みの樹脂膜を形成
し、配向膜２とした。

【００３７】次に、先に形成した液晶配向膜面同士が向
かい合うように、スペ−サ−を介して２枚の基板を貼り
合わせ、基板間隔が約１２μm であるガラスセルを作製
した。このガラスセルに前記液晶材料を注入して、調光
層としての液晶層３を形成した。

【００３８】そしてまずは、室温下で構成体の光透過ス
ペクトルを測定した。この測定結果を、図２のグラフに
実線で示す。またその後、本構成体を６５℃に加熱した
状態で構成体の光透過スペクトルを測定した。この測定
結果を、図２のグラフに破線で示す。

【００３９】図２に示したように、波長６００ｎｍにお
ける本構成体の光透過率は室温下で約６１％、６５℃に
おいては約２５％であった。すなわち、室温下での光吸
収率が低く、６５℃下での光吸収率が高くなった。なお
本構成体の示す光透過スペクトルは、構成体の温度を室
温から６５℃の間で加熱冷却を何度か繰り返しても、同
じ吸収率変化特性を示した。

【００４０】また本構成体は視覚的には青色を呈し、室
温下と６５℃下とでその青色の濃淡が変化する。すなわ
ち６５℃下で濃い青色を呈する。

【００４１】

【実施例２】液晶材料には、ネマチック液晶（メルク社
製Ｅ７液晶、ネマチック−等方相相転移温度６１℃）を
９８．０重量％と、Ｐ型２色性色素（三井東圧染料社製
Ｓ−４１６）を２．０重量％とをよく混合したものを用
いた。

【００４２】液晶層の垂直配向処理手段としては、２枚
の透明ガラス基板１上に有機配向膜２を形成した。その
ために、ノニルフェノキシポリエチレングリコ−ルアク
リレ−ト（東亜合成化学工業社製アロニックスＭ−１１
１）を１００重量部に、ペンタエリスリト−ルテトラア
クリレ−ト（共栄社油脂化学工業社製ＰＥ４Ａ）を１重
量部混合した混合物を９９．５重量％と、重合開始剤と
してベンジルジメチルケタ−ル（チバガイギ社製イルガ
キュア−６５１）を０．５重量％とから成る混合液を、
有機配向膜形成性モノマ−液として用いた。

【００４３】これを２枚の基板１上に均一に塗布した
後、窒素雰囲気下において光強度約１０ｍＷ／平方ｃｍ
の紫外光を約１０分間照射することによって、モノマ−
液を重合硬化させ、約８０ｎｍの厚みの樹脂膜を形成
し、配向膜２とした。

【００４４】次に、先に形成した液晶配向膜面同士が向
かい合うように、スペ−サ−を介して２枚の基板を貼り
合わせ、基板間隔が約１２μm であるガラスセルを作製
した。このガラスセルに前記液晶材料を注入して、調光
層としての液晶層３を形成した。

【００４５】そしてまずは、室温下で構成体の光透過ス
ペクトルを測定した。この測定結果を、図３のグラフに
実線で示す。またその後、 本構成体を６５℃に加熱し
た状態で構成体の光透過スペクトルを測定した。この測
定結果を、図３のグラフに破線で示す。

【００４６】図３に示したように、波長６００ｎｍにお
ける本構成体の光透過率は室温下で約６４％、６５℃に
おいては約２４％であり、波長５００ｎｍにおける本構
成体の光透過率は室温下で約６２％、６５℃においては
約１８％であった。

【００４７】すなわち、図３の光透過スペクトルが示す
ように、広い吸収波長域にわたって、室温下での光吸収
率が低く、６５℃下での光吸収率が高くなった。なお本
構成体の示す光透過スペクトルは、構成体の温度を室温
から６５℃の間で加熱冷却を何度か繰り返しても、同じ
吸収率変化特性を示した。

【００４８】なお本構成体は視覚的には黒色を呈し、室
温下と６５℃下とでその黒色の濃淡が変化する。すなわ
ち６５℃下で濃い黒色を呈する。

【００４９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明の調光構成体
は、温度上昇に対応して光吸収率が増加し、かつ光吸収
率が変化し得る吸収波長域を自由にコントロ−ルする機
能を有する。加えて構成が簡単で大面積化に適している
ことから、本調光構成体は幅広く産業分野等に利用して
いくことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】調光構成体の断面模式図

【図２】実施例１の透過率変化測定結果

【図３】実施例２の透過率変化測定結果

【符号の説明】

１ 基板 ２ 配向膜 ３ 液晶層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中谷 健司 東京都日野市旭が丘４丁目３番２号 帝 人株式会社 東京研究センター内 (56)参考文献 特開 昭57−129413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−152221（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−150935（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02F 1/13 102 G02F 1/1337 520 G02F 1/137 500

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 調光層の温度を制御することによって、
   光の透過率を制御できる調光構成体において、少なくと
   も一方が透明な２枚の基板間に調光層としての液晶層を
   備え、かつ液晶層はＰ型２色性色素を０．０５〜１０重
   量％含有する液晶材料を、基板面に対して垂直方向に配
   向させた層であり、かつ液晶層を基板面に対して垂直方
   向に配向させるための配向膜を、該液晶層に接する形で
   基板面上に設けた調光構成体であり、少なくとも一方の
   配向膜は、ノニルフェノキシポリエチレングリコ−ルア
   クリレ−トを主成分とする高分子樹脂形成性モノマ−液
   を重合硬化させて成る高分子樹脂膜によって形成したも
   のである液晶調光構成体。
2. 【請求項２】 調光層としての液晶層の温度を制御する
   手段として、少なくとも一方の基板上に発熱層を設ける
   ことを特徴とする請求項１記載の液晶調光構成体。