JP2016126288A - 液晶セル、調光材及び合わせガラス - Google Patents

Abstract

【課題】簡易に駆動することができ、さらには従来に比して欠点を低減できるようにする。【解決手段】第１の液晶配向層用フィルム１２、正の誘電異方性を有する液晶による液晶層１４Ａ、第２の液晶配向層用フィルム１３の積層構造による液晶セル１５であって、第１及び第２の液晶配向層用フィルム１２及び１３は、透明フィルム材２１Ａ、２１Ｂに、透明電極２２Ａ、２２Ｂ及び配向層２３Ａ、２３Ｂが設けられる。液晶層１４Ａは、第１及び第２の液晶配向層用フィルム１２及び１３の透明電極２２Ａ、２２Ｂ間に電圧を印加していない状態で、液晶が水平配向しており、６．５Ｖ以上の電圧を印加した状態で液晶が垂直配向する。【選択図】図４

Description

本発明は、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光材、この調光材に使用する液晶セル、この調光材を使用した合わせガラスに関する。

従来、例えば窓に貼り付けて外来光の透過を制御する電子ブラインド等に利用可能な調光材に関する工夫が種々に提案されている（特許文献１、２）。このような調光材の１つに、液晶を利用したものがある。この液晶を利用した調光材では、透明電極を作製した透明フィルム材により液晶材料を挟持して液晶セルが作製され、この液晶セルを直線偏光板により挟持して作成される。これによりこの調光材では、液晶に印加する電界の可変により液晶の配向を可変して外来光を遮光したり透過したりし、さらには透過光量を可変したりし、これらにより外来光の透過を制御する。

このような調光材は、液晶セルを構成する透明フィルム材にスペーサを設け、このスペーサにより液晶層を所望の厚みに保持することが考えられる。またスペーサを作製した後、ポリイミド等の薄膜を作製してラビング処理することにより配向層を作製し、この配向層により液晶材料の配向を規制することが考えられる。

ところでこの種の調光材は、合わせガラスに使用して車両の窓に利用することが考えられる。このような利用においては、簡易に駆動できることが望まれる。

特開平０３−４７３９２号公報 特開平０８−１８４２７３号公報

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、簡易に駆動できるようにすることを目的とする。

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、配向層を光配向層により形成し、液晶材料の配向を垂直配向と水平配向とで切り替えるように駆動する、との着想に至り、本発明を完成するに至った。

具体的には、本発明では、以下のようなものを提供する。

（１） 第１の液晶配向層用フィルム、正の誘電異方性を有する液晶による液晶層、第２の液晶配向層用フィルムの積層構造による液晶セルであって、
前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムは、
透明フィルム材に、透明電極及び配向層が設けられ、
前記液晶層は、
前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、液晶が水平配向しており、６．５Ｖ以上の電圧を印加した状態で液晶が垂直配向する液晶セル。

（１）によれば、透明電極間の印加電圧の可変により水平配向と垂直配向とを切り替えることができる。またこの切り替えに供する印加電圧は、比較的高い電圧とすることができる。これにより例えばバッテリの電源を直接接続する等により、簡易に駆動することができる。

（２） （１）において、
前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムの透明電極間に６．５Ｖ以上の電圧を印加して前記液晶層を駆動する液晶セル。

（２）によれば、確実に垂直配向させて液晶層を駆動することができる。

（３） （１）又は（２）において前記配向層が、光配向層である液晶セル。

（３）によれば、光配向層により液晶を配向させることにより、ラビング処理における塵の発生を有効に回避でき、従来に比して欠点を低減することができる。

（４） （１）、（２）、（３）の何れかにおいて、
前記液晶層は、
前記液晶が水平配向している状態で、透過光に１／２波長分の位相差を付与する厚みである液晶セル。

（４）によれば、直線偏光による入射光を円偏光により出射することができることにより、調光材において、入射光の利用効率を向上することができる。

（５） （１）、（２）、（３）、（４）の何れかに記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した調光材であって、
前記直線偏光板は、
クロスニコル配置であり、
前記液晶層における前記液晶の水平配向に係る配向方向に対して、吸収軸方向が４０度以上５０度以下の角度を成すように配置された調光材。

（５）によれば、（１）、（２）、（３）、（４）の何れかに記載の液晶セルを利用して、簡易に駆動することができる調光材を提供することができる。

（６） （５）に記載の調光材を板ガラスにより挟持して一体化した合わせガラス。

（６）によれば、簡易に駆動することができ、さらには従来に比して欠点を低減してなる調光材により合わせガラスを作製することができる。

本発明によれば、電子ブラインド等に利用可能な調光材、この調光材に使用する液晶セル、この調光材を使用した合わせガラスに関して、簡易に駆動することができる。

本発明の第１実施形態に係る合わせガラスを示す図である。 図１の合わせガラスに適用される調光材を示す図である。 図３の調光材に係る各部の説明に供する図である。 図３の調光材の説明に供する図である。 図３の調光材に適用される液晶セルの製造工程を示すフローチャートである。 図２の調光材の実施例を示す図表である。

〔第１実施形態〕
〔合わせガラス〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る合わせガラスを示す断面図である。この合わせガラス１は、例えば車両のウインドウに使用される合わせガラスであり、中間層４及び５をそれぞれ介して板ガラス２及び３により調光材１０を挟持して構成される。ここで板ガラス２、３は、この種の合わせガラスに適用可能な種々の材料を広く適用することができる。また中間層４、５は、調光材１０と板ガラス２、３との接着層として機能する構成であり、この種の合わせガラスに適用される種々の構成を広く適用することができ、例えば熱線遮蔽材としての機能を備えるようにしてもよい。

合わせガラス１は、板ガラス２、３にそれぞれ中間層４、５を設けて調光材１０と積層した後、加熱して加圧することにより、中間層４、５を介して板ガラス２、３、調光材１０を一体化されると共に、全体を所望の曲面形状に整形されて作製される。これにより合わせガラス１は、例えば車両のリアウインド等に適用可能に作製され、調光材１０により透過光を制御できるように構成される。なおこれにより合わせガラス１の製造工程は、それぞれ中間層４、５を設けた板ガラス２、３を調光材１０と積層する積層工程、積層工程による積層体を加熱、加圧する加熱加圧工程を備える。

〔調光材〕
図２は、調光材を示す断面図である。この調光材１０は、フィルム形状により形成され、合わせガラスに使用される場合の他、例えば調光を図る部位に貼り付けて使用される。なおこのような調光を図る部位に貼り付けて使用する場合は、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等に配置して透過、不透明を切り替える場合等である。

この調光材１０は、液晶を利用して透過光を制御する調光材であり、液晶配向層用フィルム１２、１３により液晶材料１４による液晶層１４Ａを挟持して液晶セル１５が作製され、この液晶セル１５を直線偏光板１６、１７により挟持して作成される。調光材１０には、液晶層１４Ａの厚みを一定に保持するためのスペーサ２４が液晶配向層用フィルム１２及び又は１３に設けられる。直線偏光板１６、１７には、それぞれ液晶セル１５側に光学補償に供する位相差フィルム１８、１９が設けられる。液晶配向層用フィルム１２、１３は、それぞれフィルム材２１Ａ、２１Ｂに透明電極２２Ａ、２２Ｂ、配向層２３Ａ、２３Ｂを順次作成して形成される。なお位相差フィルム１８、１９は、必要に応じて省略してもよい。

ここで図３により示すように、調光材１０において、直線偏光板１６、１７は、吸収軸方向Ｌ１６、Ｌ１７が直交するクロスニコル配置により液晶セル１５を挟持するように設けられる。また調光材１０は、この吸収軸方向Ｌ１６、Ｌ１７が、矩形形状による直線偏光板１６、１７の辺に沿った方向に設定され、これより直線偏光板１６、１７のシートカット時における無駄を低減するように構成される。

液晶セル１５は、配向層２３Ａ、２３Ｂによる配向能の発現方向Ｌ２３Ａ、Ｌ２３Ｂが平行であって、かつ直線偏光板１６の吸収軸方向Ｌ１６に対して、配向能の発現方向Ｌ２３Ａ、Ｌ２３Ｂが所定の角度θだけ傾くように構成される。またこの傾きθが、ほぼ４５度である、４０度以上５０度以下の角度に設定される。

これにより図４（Ａ）に示すように、液晶セル１５は、透明電極２２Ａ、２２Ｂに電圧を印加しない状態で液晶材料１４が水平配向（ホモジニアス配向）とされ、液晶層１４Ａの面内方向に液晶層１４Ａが光学異方性を発現するように構成される。またこの光学異方性に係る遅相軸方向である液晶の配向方向が、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光の偏光面に対してほぼ斜め４５度の方向となるように設定される。

液晶セル１５は、このように光学異方性を発現するようにして、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光にほぼ１／２波長の位相差を付与して、この直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光を円偏光により出射するように厚みｄが設定される。より具体的に、液晶層１４Ａにおける遅相軸方向及び進相軸方向の屈折率差をΔｎとして、Δｎ×ｄ＝５５０ｎｍ／２となるように厚みｄが設定される。なおここで５５０ｎｍは可視光域の中心波長である。

これにより図４（Ａ）に示すように、調光材１０は、外来光を直線偏光板１６又は１７により直線偏光に変換して液晶層１４Ａに入射し、この液晶層１４Ａにより円偏光に変換する。またこの円偏光による液晶層１４Ａの出射光を直線偏光板１７又は１６を介して直線偏光により出射し、ノーマリーホワイトにより外来光を透過するように構成される。

またこのように水平配向により液晶層１４Ａを構成することにより、調光材１０は、図３（Ｂ）に示すように、透明電極２２Ａ、２２Ｂ間の電圧の印加により液晶材料が垂直配向（ホメオトロピック配向）することになり、この場合、面内方向の光学異方性が消失することになる。従ってこの場合、直線偏光板１６又は１７からの直線偏光による入射光は、何ら位相差が付与されることなく、直線偏光のまま液晶層１４Ａを透過し、直線偏光板１７又は１６により遮光されることになる。

しかしてこのように水平配向と垂直配向との切り替えにより液晶層を駆動する場合には、ＴＮ（Twisted Nematic）方式、ＩＰＳ（In-Place-Switching）方式等により液晶層を駆動する場合に比して、透明電極２２Ａ、２２Ｂ間に大きな電圧の印加が必要となる。しかしながら調光材が適用される環境である車両にあっては、バッテリの電源電圧が１２Ｖであり、この実施形態のように水平配向と垂直配向との切り替えにより液晶層を駆動する場合には、実験した結果では６．５Ｖ以上の電圧の印加により充分に液晶層を駆動することができる。これによりこの実施形態では、車両バッテリの電源（１２Ｖ、又は２４Ｖである）を直接、透明電極２２Ａ、２２Ｂに印加して調光材１０を駆動することができ、その分、簡易に駆動することができる。なおこのような車両以外の、調光材を使用する環境にあっては、このような水平配向と垂直配向との切り替えに供する駆動電圧にあっては、比較的、簡易な構成により得ることができ、これにより簡易に駆動することができる。

またこのような垂直配向では、透明電極間の印加電圧が多少変化しても、充分に液晶の垂直配向を維持することがで、これによっても簡易に駆動することができる。なおこれによりこの実施形態において、調光材１０は、搭載される車両のバッテリによる電源電圧により駆動されることにより、１２又は２４Ｖの電圧の印加により垂直配向に切り替えられるものの、当然に、これら以外の電圧であって、６．５Ｖ以上の電圧により垂直配向に切り替えるようにしてもよい。

なお調光材１０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等に貼り付けて使用する場合等においては、直線偏光板１６及び又は１７の、液晶セル１５とは逆側の面に、ハードコート層等による保護層が設けられる。

ここでフィルム材２１Ａ、２１Ｂは、液晶セル１５に適用可能な可撓性を有する各種の透明フィルム材を適用することができ、この実施形態では、両面にハードコート層が作製されてなるポリカーボネートによるフィルム材が適用される。透明電極２２Ａ、２２Ｂは、液晶層１４Ａにほぼ均一な電界を印加可能であって、透明と知覚される種々の構成を適用することができるものの、この実施形態では、透明電極材であるＩＴＯによる透明導電膜をフィルム材２１Ａ、２１Ｂの全面に作製して形成される。

配向層２３Ａ、２３Ｂは、いわゆる光配向層により形成される。より具体的に、配向層２３Ａ、２３Ｂは、光配向材料により光配向材料膜が作成された後、この光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して作製される。ここでこの光配向材料膜に照射する紫外線は、その偏光の方向が図３について上述した配向能の発現方向となるように設定され、これにより光配向の手法を適用して配向能を発現させる。このように配向層に光配向層を適用することにより、ラビング処理することなく配向層を作製することができ、その結果、ラビング処理による塵の発生を完全に防止して欠点の発生を低減することができる。

なお光配向材料は、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ものの、この実施形態では、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、例えば光２量化型の材料を使用する。この光２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。

液晶材料１４は、この種の液晶層に適用可能な正の誘電異方性を有する各種の液晶材料を広く適用することができる。

スペーサ２４は、各種の樹脂材料を広く適用することができるものの、この実施形態ではフォトレジストによる透明樹脂により作製される。なお液晶セル１５は、液晶層１４Ａを囲む枠形状によりシール剤２５が配置され、このシール剤２５により液晶材料１４の漏出が防止され、さらには液晶配向層用フィルム１２、１３が一体に保持される。ここでシール剤２５は、液晶材料の漏出を防止すると共に、液晶配向層用フィルム１２、１３を一体に保持可能な種々の材料を適用することができるものの、この実施形態では、例えばエポキシ樹脂剤による熱硬化型樹脂が適用される。

〔製造工程〕
図５は、液晶セル１５の製造工程を示すフローチャートである。液晶セル１５は、透明電極作製工程ＳＰ１において、フィルム材２１Ａ及び２１ＢにＩＴＯによる透明電極２２Ａ、２２Ｂが作製される。続くスペーサ作製工程ＳＰ３において、スペーサ２４に係る塗工液（フォトレジスト）を塗工した後、乾燥、露光して現像することにより、スペーサ２４が作製される。なお液晶配向層用フィルム１２、１３の一方のみにスペーサ２４を作製する場合、スペーサ２４を作製しない側のフィルム材については、スペーサ作製工程ＳＰ３が省略される。

続いて液晶セル１５は、配向層作製工程ＳＰ４において、光配向材料による塗工液を塗工して乾燥することにより光配向材料膜が作成された後、この光配向材料膜に直線偏光による紫外線を照射して配向層２３Ａ、２３Ｂが作製される。

続いて液晶セル１５は、封止工程ＳＰ５において、液晶配向層用フィルム１２、１３の一方に、液晶層１４Ａを囲む枠形状によりシール剤２５が設けられると共に、このシール剤２５により囲まれた部位の中央部分に液晶材料１４が配置される。液晶セル１５は、この状態で液晶配向層用フィルム１２、１３の他方を持ち来たして液晶配向層用フィルム１２、１３により液晶材料を挟持するように積層し、この状態で加圧して加熱等によりシール剤を硬化させる。これにより液晶材料を封止して液晶セル１５が作製される。

なお液晶セル１５は、フィルム材２１Ａ、２１Ｂがロールに巻き取った長尺フィルム形態により提供され、これら工程ＳＰ２〜ＳＰ６の全て、又はこれら工程ＳＰ２〜ＳＰ６のうちの一部が、ロールからフィルム材２１Ａ、２１Ｂを引き出して搬送しながら順次実行される。なおこれにより液晶セル１５は、必要に応じて、途中の工程から枚葉の処理により各工程が実行される。

〔実験結果〕
図６は、実験結果を示す図表である。実施例１、２は、上述の実施形態に係る調光材の実施例であり、駆動電圧（１２Ｖ、６．５Ｖ）の印加により、水平配向を垂直配向に切り替えた例である。なお偏光板吸収軸方向は、直線偏光板１６、１７の吸収軸方向であり、矩形形状による直線偏光板の長手方向を０度として表すものである。セルギャップは液晶層１４Ａの厚みである。実施例１、２においては、１０セットのうち、５セット以上で、欠点の発生等の不良が見られなかった。

比較例１は、駆動電圧を５Ｖに低下した場合の例であり、この場合、１０セット中の５セット以上で、リバースチルトが発生し、これによりこのリバースチルトによる面内異方性により遮光時、明暗のムラが観察された。比較例２は、液晶セル上下の直線偏光板の吸収軸方向を４５度、１３５度とすると共に、配向層における配向能の発現方向を、直近の直線偏光板の吸収軸方向とし、これによりＴＮ（Twisted Nematic）方式により液晶層を駆動する場合である。この比較例２では、セルギャップを６μｍとし、駆動電圧を５Ｖとした。この比較例２でも、１０セット中の５セット以上で、リバースチルトの発生が確認された。これらにより液晶層の駆動電圧は、６．５Ｖ以上とすることが必要であることが判った。

〔他の実施形態〕
以上、本発明の実施に好適な具体的な構成を詳述したが、本発明は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述の実施形態を種々に変更することができる。

すなわち上述の実施形態では光配向層により配向層を作製する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ラビング処理により作製してもよく、ラビング処理等による微細なライン状凹凸形状を賦型処理して作製してもよい。

１ 合わせガラス
２、３ 板ガラス
４、５ 中間層
１０ 調光材
１２、１３ 液晶配向層用フィルム
１４ 液晶材料
１４Ａ 液晶層
１５ 液晶セル
１６、１７ 直線偏光板
１８、１９ 位相差フィルム
２１Ａ、２１Ｂ フィルム材
２２Ａ、２２Ｂ 透明電極
２３Ａ、２３Ｂ 配向層
２４ スペーサ
２５ シール剤

Claims (6)

1. 第１の液晶配向層用フィルム、正の誘電異方性を有する液晶による液晶層、第２の液晶配向層用フィルムの積層構造による液晶セルであって、
   前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムは、
   透明フィルム材に、透明電極及び配向層が設けられ、
   前記液晶層は、
   前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムの透明電極間に電圧を印加していない状態で、液晶が水平配向しており、６．５Ｖ以上の電圧を印加した状態で液晶が垂直配向する
   液晶セル。
2. 前記第１及び第２の液晶配向層用フィルムの透明電極間に６．５Ｖ以上の電圧を印加して前記液晶層を駆動する
   請求項１に記載の液晶セル。
3. 前記配向層が、光配向層である
   請求項１又は請求項２に記載の液晶セル。
4. 前記液晶層は、
   前記液晶が水平配向している状態で、透過光に１／２波長分の位相差を付与する厚みである
   請求項１、請求項２、請求項３の何れかに記載の液晶セル。
5. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項４の何れかに記載の液晶セルを直線偏光板により挟持した調光材であって、
   前記直線偏光板は、
   クロスニコル配置であり、
   前記液晶層における前記液晶の水平配向に係る配向方向に対して、吸収軸方向が４０度以上５０度以下の角度を成すように配置された
   調光材。
6. 請求項５に記載の調光材を板ガラスにより挟持して一体化した
   合わせガラス。

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