JP2017068241A - 調光セル - Google Patents

Abstract

【課題】複数のスペーサーによる回折光の干渉の影響を低減して、視認性に優れた観察光をもたらすことができる調光セルを提供する。【解決手段】調光セル１０は、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）と、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）間に配置される一対の電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）と、一対の電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）間に配置される一対の配向膜（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）とを備える。一対の配向膜の少なくともいずれか一方を支持し、一対の配向膜の少なくともいずれか一方と二次元的に接触する複数のスペーサー３０が設けられる。複数のスペーサー３０のうちの少なくとも一部は、最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない。一対の配向膜間において、複数のスペーサー３０間には液晶層２９が配置される。【選択図】図２

Description

本発明は、液晶の配向を制御して調光を行う調光セルに関する。

例えば窓やドア等に調光セル（調光材）を設置し、当該調光セルによって外来光の透過を制御する電子ブラインド等が知られている。そのような調光セルとして、例えば液晶を好適に利用することができる。

液晶を利用した調光セルは、例えば、透明電極を形成する一対の透明フィルム材や一対の配向膜によって液晶層を挟み込むことにより液晶セルを作り、直線偏光を取り出す直線偏光板によってこの液晶セルを挟み込むことにより作製される。液晶を利用した調光セルを使って調光を行う場合、液晶層に印加する電界を制御して液晶層中に含まれる液晶分子の配向を変えることで光の透過が制御され、調光セルは、例えば外来光の遮断及び透過を切り換えたり、透過光量を連続的に変えたりすることができる。

例えば特許文献１は、住宅の窓やドア等に設けられる液晶パネルであって、透明状態及び不透明状態を制御できる液晶パネルを開示する。この液晶パネルによれば、複数枚の分割液晶パネルが並設され、各分割液晶パネルを個別に透明状態及び不透明状態に制御することができる。

また特許文献２は、日照状況の変化に応じて光透過度を多様なパターンで調整可能な調光ガラス窓を開示する。この調光ガラス窓によれば、２枚の透明ガラス板間に封入される液晶に作用する電圧を変えて液晶の光学特性を変化させることで、光透過度を調整できる。

特開平０３−４７３９２号公報 特開平０８−１８４２７３号公報

液晶セルを有する調光セルでは、液晶セルを構成する一対の透明フィルム材（配向膜）間にスペーサーが設けられ、そのスペーサーによって液晶層が所望の厚みに保持される場合がある。この場合、例えばスペーサーを準備した後にポリイミド等の薄膜を作って当該薄膜に対してラビング処理を行うことで配向層を作製することができ、この配向層によって液晶材料の配向を規制できる。

このようなスペーサーは、様々な方法で形成可能であり、例えばフォトリソグラフィ技術に基づいて、規則的に配置される多数のスペーサーを一度に精度良く形成することが可能である。簡単且つ正確に多数のスペーサーを形成するために、全てのスペーサーを規則的に配置し、スペーサー間距離を一定に調整するのが一般的である。

しかしながら本件発明者は、鋭意研究の結果、スペーサーの配置に関する規則性が高くスペーサー間距離が一定の場合には、各スペーサーによって回折する光が相互に干渉して強め合う間隔も規則的になり、点光源がぼやけた光として認識されうることを知見した。
すなわちスペーサーが規則的に配置されると、スペーサーによる回折光の干渉が周期的に生じ、回折光同士が周期的に強めあうため、点光源が本来の大きさよりも大きく見えてしまい、調光セルを通過した観察光の視認性が悪化する。

したがって多数のスペーサーが設けられる調光セルにおいて、スペーサーによる回折光の干渉の影響を低減し、視認性に優れた観察光を提供するための新たな手法の提案が望まれている。しかしながら、従来技術文献（例えば上述の特許文献１及び２）では、そのような要望を満たすのに有効な提案はなされていない。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、複数のスペーサーによる回折光の干渉の影響を低減して視認性に優れた観察光をもたらすことができる調光セルを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、一対の偏光板と、一対の偏光板間に配置される一対のフィルム基材と、一対の偏光板間に配置される一対の電極と、一対の電極間に配置される一対の配向膜と、一対の配向膜の少なくともいずれか一方を支持し、一対の配向膜の少なくともいずれか一方と二次元的に接触する複数のスペーサーと、一対の配向膜間において複数のスペーサー間に配置される液晶層と、を備え、複数のスペーサーのうちの少なくとも一部は、最も距離が近い他のスペーサーまでの距離が一定ではない調光セルに関する。

本態様によれば、スペーサー間距離が一定ではないため、複数のスペーサーによる回折光の干渉の影響を低減することができ、視認性に優れた観察光をもたらすことができる。

複数のスペーサーの各々は、一対の配向膜の一方と接触する平坦状の第１底部と、第１底部と対向する第２底部と、を有してもよい。

本態様によれば、各スペーサーによって配向膜を的確に支持することができる。なお本態様の複数のスペーサーは、例えばフォトリソグラフィ技術に基づいて好適に形成可能である。

複数のスペーサーは、光硬化性樹脂によって構成されてもよい。

本態様によれば、光硬化性樹脂の光硬化性能を利用して各スペーサーを簡便に形成できる。なお本態様の複数のスペーサーは、例えばフォトリソグラフィ技術に基づいて好適に形成可能である。

複数のスペーサーは、所定の相対的な位置関係で配置される３以上のスペーサーによって構成される単位パターンが繰り返し配置されることで構成されてもよい。

本態様によれば、複数のスペーサーによる回折光の干渉の影響を低減しつつ、複数のスペーサーを簡便に形成できる。

複数のスペーサーの各々は、一対の配向膜の一方から他方に向かって先細りするテーパー形状を有してもよい。

本態様によれば、各スペーサーによって配向膜を的確に支持することができる。

複数のスペーサーの各々のテーパー角度は７５°以上８５°以下の範囲にあってもよい。

本態様によれば、各スペーサーによって配向膜を的確に支持しつつ、配向膜により液晶層に対して適切な配向規制力が付与されうる。

一対の偏光板のうちの少なくともいずれか一方は、全部又は一部が湾曲していてもよい。

本態様によれば、湾曲構造体に対して調光セルを適用できる。

複数のスペーサーの各々は、コア部と、当該コア部の少なくとも一部を覆う被覆部と、を含み、一対の配向膜のうちの一方及び液晶層を貫通し、一対の配向膜のうちの他方と二次元的に接触する第１支持面と、一対の電極のうちの一方と二次元的に接触する第２支持面と、を有し、第１支持面は被覆部によって形成され、第２支持面の少なくとも一部はコア部によって形成されてもよい。

本態様によれば、所謂フォトリソグラフィ技術に基づいて、各スペーサーを精度良く形成することができる。

本発明によれば、スペーサー間の距離が一定ではないため、各スペーサーによる回折光同士の干渉に周期性がなくなる。したがって、複数のスペーサーによる回折光の干渉の影響が低減し、視認性に優れた観察光をもたらすことができる。

図１は、調光システムの一例を示す概念図である。 図２は、調光セルの断面の一例を示す図である。 図３は、各スペーサーのテーパー角度を説明するための図である。 図４は、スペーサーが規則的に配置される場合における回折光の干渉の影響を説明するための図である。 図５は、スペーサーが不規則的（ランダム）に配置される場合における回折光の干渉の影響を説明するための図である。 図６は、スペーサーの配置例（変形例）の概念を示す平面図である。 図７は、液晶層及びスペーサーの拡大断面形状を示し、（ａ）は球状のスペーサーを示し、（ｂ）は図２に示す柱状（円錐台形状）のスペーサーを示す。 図８は、調光セルの断面の他の例を示す図である。 図９は、マスクパターンの決定方法の一例を説明するための図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。なお本件明細書に添付する図面では、図示及び理解を容易にするために便宜的に、各要素の縮尺及び寸法比等が、実物の縮尺及び寸法比等から誇張及び変更されている。また本明細書において、「板」、「シート」及び「フィルム」の用語は、呼称の違いのみに基づいて互いから区別されるものではない。例えば「板」という用語は、シートやフィルムと呼ばれうるような部材も含む概念である。また、本明細書において用いられる形状、幾何学的条件、及びそれらの程度を特定する用語（例えば「平行」、「直交」及び「同一」等の用語や長さや角度の値等）は、厳密な意味に縛られず、実質的に同等及び同様の機能を期待しうる程度の範囲を意味しうるものとして解釈される。

図１は、調光システム５の一例を示す概念図である。

本例の調光セル１０は、後述のように液晶分子を含んだ液晶材料からなる層を有し、光の遮断及び透過を切り換えたり光の透過度（透過率）を変えたりすることができる。調光セル１０の適用対象は特に限定されず、典型的には窓及びドア等に対して調光セル１０を適用できる。とりわけ、後述の柱状のスペーサーは、位置固定性能に優れており、振動等の外力によって位置が変動しにくい。したがって、後述の柱状スペーサーを有する調光セル１０は、振動等の外力が加えられる環境下でも好適に使用可能であり、例えば家に設置される窓（例えば天窓）等に対しても適用されうる。

調光セル１０は調光コントローラ１２に接続され、調光コントローラ１２にはセンサ装置１４及びユーザ操作部１６が接続される。調光コントローラ１２は、調光セル１０の調光状態を制御し、調光セル１０による光の遮断及び透過を切り換えたり、調光セル１０における光の透過度を変えたりすることができる。具体的には、調光コントローラ１２は、調光セル１０の液晶層に印加する電界を調整して液晶層中の液晶分子の配向を変えることで、調光セル１０による光の遮断及び透過を切り換えたり、光の透過度を変えたりすることができる。

調光コントローラ１２は、任意の手法に基づいて液晶層に印加する電界を調整できる。
例えばセンサ装置１４の測定結果やユーザ操作部１６を介してユーザにより入力される指示（コマンド）に応じて、調光コントローラ１２は、液晶層に印加する電界を調整し、調光セル１０による光の遮断及び透過を切り換えたり、光の透過度を変えたりすることができる。したがって調光コントローラ１２は、液晶層に印加する電界を、センサ装置１４の測定結果に応じて自動的に調整してもよいし、ユーザ操作部１６を介したユーザの指示に応じて手動的に調整してもよい。なおセンサ装置１４による測定対象は特に限定されず、例えば使用環境の明るさを測定してもよく、この場合、調光セル１０による光の遮断及び透過の切り換えや光の透過度の変更が使用環境の明るさに応じて行われる。また調光コントローラ１２には、必ずしもセンサ装置１４及びユーザ操作部１６の両方が接続されている必要はなく、センサ装置１４及びユーザ操作部１６のうちのいずれか一方のみが接続されていてもよい。

図２は、調光セル１０の断面の一例を示す図である。

本例の調光セル１０は、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）と、一対の偏光板間に配置される一対の透明電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）と、一対の透明電極間に配置される一対の配向膜（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）とを備える。また本例では、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）間であって一対の透明電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）の外側に、一対のフィルム基材（第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４）が配置される。すなわち、一対の透明電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）が一対のフィルム基材（第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４）間に配置され、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）が一対のフィルム基材（第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４）の外側に配置される。

さらに本例では、一対の配向膜の少なくともいずれか一方（本例では第１配向膜２７）を支持し、一対の配向膜の少なくともいずれか一方（本例では第１配向膜２７）と二次元的に接触する、すなわち面接触する複数の柱状のスペーサー３０が設けられる。また一対の配向膜（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）間において、複数のスペーサー３０間に液晶層２９が充填配置される。

なお複数のスペーサー３０は、少なくとも「第１配向膜２７と液晶層２９との間の境界面Ｓｂ２」と「第２配向膜２８と液晶層２９との間の境界面Ｓｂ１」との間に延在していればよい。したがって例えば、第１配向膜２７と第２配向膜２８との間にのみ複数のスペーサー３０が配置されてもよい。また図２において符号「３０ａ」で示すように、第２透明電極２６（図２に示す例では「第２透明電極２６と第２配向膜２８との間の境界面Ｓｂ３」）から第２配向膜２８及び液晶部材２９を貫通して第１配向膜２７に接するように複数のスペーサーが設けられてもよい。なお第１配向膜２７と第２配向膜２８との間においてのみスペーサー３０が設けられる場合にも、図２の符号３０ａによって示されるスペーサーが設けられる場合にも、本発明を同様に適用できる。

第１偏光板２１及び第２偏光板２２は、それぞれ固有の偏光軸及び吸収軸を有し、ある特定の方向に偏光した光のみを通過させる。例えば、第２偏光板２２から第１偏光板２１に向かう方向（図２の矢印「Ｌ」参照）に進行する光が調光セル１０に入射する場合、当該光のうち第２偏光板２２の偏光軸と同じ方向に偏光した光のみが第２偏光板２２を通過して第２フィルム基材２４に進入し、また第１フィルム基材２３から第１偏光板２１に向かって進行する光のうち第１偏光板２１の偏光軸と同じ方向に偏光した光のみが第１偏光板２１を通過し外部に向かって進行する。第１偏光板２１及び第２偏光板２２の配置形態は特に限定されず、液晶層２９に含まれる液晶分子の配向状態と関連して第１偏光板２１及び第２偏光板２２の配置形態は決定される。代表的には、偏光軸が互いに直交するように第１偏光板２１及び第２偏光板２２が配置される「クロスニコル」と呼ばれる状態、或いは偏光軸が互いに平行になるように第１偏光板２１及び第２偏光板２２が配置される「パラレルニコル」と呼ばれる状態がある。

例えば、調光セル１０の剛性を向上させたい場合には、剛性に優れた透明部材によって第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４が構成される。また、柔軟性に富んだフィルム状の第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４を使用することで、ガラス基材を用いる場合では難しかった「曲面への調光セル１０の貼り合わせ」が容易になる。

第１透明電極２５及び第２透明電極２６は、調光コントローラ１２（図１参照）によって電圧が印加されることで、液晶層２９に所望の電界を印加する。第１透明電極２５及び第２透明電極２６を構成する部材や、第１透明電極２５及び第２透明電極２６の配置形態は特に限定されない。例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）等の可視光透過率及び導電性に優れた部材によって、第１透明電極２５及び第２透明電極２６を構成できる。

第１配向膜２７及び第２配向膜２８は、液晶層２９に含まれる液晶分子群を所望方向に配向させるための部材である。第１配向膜２７及び第２配向膜２８による液晶層２９の配向方式は特に限定されないが、本例では、分子配列（分子配向）が９０度捩れたＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）型液晶が使われる。なお、第１配向膜２７及び第２配向膜２８の配向機能の付与方式は特に限定されず、例えばナイロンなどの部材を用いたラビングにより第１配向膜２７及び第２配向膜２８の配向方向を規定してもよいし、直線偏光紫外線の照射により第１配向膜２７及び第２配向膜２８の配向方向を規定してもよい。

複数のスペーサー３０の各々は、一対の配向膜の少なくともいずれか一方（本例では第１配向膜２７）と面で接触し、一対の配向膜の一方（本例では第２配向膜２８）から他方（本例では第１配向膜２７）に向かって先細りするテーパー形状を有する。本例では、複数のスペーサー３０の各々は、一対の配向膜の一方（本例では第１配向膜２７）と接触する平坦状の第１底部３１と、第１底部３１と対向する第２底部３２とを有する。なお図２では、便宜的に第２配向膜２８と液晶層２９との境界面Ｓｂ１上の各スペーサー３０の部分を第２底部３２として示しているが、符号「３０ａ」で示されるように各スペーサー３０が第２配向膜２８と第２透明電極２６との境界面Ｓｂ３から延在している場合には、第２配向膜２８と第２透明電極２６との境界面Ｓｂ３上の各スペーサー３０の部分を第２底部３２とみなしてもよい。

図２に示すスペーサー３０は、第２配向膜２８からの距離に応じて径が線形に変化し、側面の角度がほぼ一定の円錐台形状を有するが、これに限定されない。スペーサー３０は、第２配向膜２８からの距離に応じて径が非線形に変化してもよく、例えば第２配向膜２８からの距離に対して径が指数関数的に変わってもよいし、第２配向膜２８からの距離の平方根に比例して径が変わってもよい。また図２示す例では、スペーサー３０は、第２配向膜２８から第１配向膜２７に向かって先細りするテーパー形状（順テーパー形状）であるが、第１配向膜２７から第２配向膜２８に向かって先細りするテーパー形状（逆テーパー形状）であってもよい。

なお、スペーサーとしての機能を確保しつつ液晶層２９の所望配向を実現する観点からは、複数のスペーサー３０の各々のテーパー角度θは７５°以上８５°以下の範囲にあることが好ましい。

図３は、各スペーサー３０のテーパー角度θを説明するための図である。ここでいう各スペーサー３０のテーパー角度θは、各スペーサー３０の断面において、積層方向に関し、各スペーサー３０の両端部間（図３では、各スペーサー３０の最も上側の位置（第１底部３１）と最も下側の位置（第２底部３２）との間）の距離の３分の１（１／３）だけ、各スペーサー３０の最も下側の位置から離間した位置における各スペーサー３０の側部Ｌｐの接線Ｌｔが、積層方向と垂直を成す水平方向へ延びるラインＨとの間で成す角度によって表される。すなわち、各スペーサー３０の側面のうち、積層方向に関する各スペーサー３０の全長の３分の１に相当する距離だけ第２底部３２から離間した箇所Ｌｐの接線Ｌｔと、水平方向へ延びるラインＨとの間で形成される角度によって、各スペーサー３０のテーパー角度θが表される。

また本実施形態では、複数のスペーサー３０のうちの少なくとも一部は、最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない。すなわち図２に示す例において、「中央のスペーサー３０と左側のスペーサー３０との間の距離（間隔）Ｄ１」と「中央のスペーサー３０と右側のスペーサー３０との間の距離Ｄ２」とは「Ｄ１≠Ｄ２」の関係を満たす。

「最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離」を示すスペーサー３０間の距離は、典型的にはスペーサー３０間の最短距離によって表される。例えば図２に示す順テーパー形状のスペーサー３０（すなわち第１底部３１のサイズ＜第２底部３２のサイズ）の場合、第２底部３２間の距離によって「スペーサー３０間の距離」が表される。一方、逆テーパー形状のスペーサー３０（すなわち第１底部３１のサイズ＞第２底部３２のサイズ）の場合には、第１底部３１間の距離によって「スペーサー３０間の距離」が表される。

図４は、スペーサー３０が規則的に配置される場合における回折光の干渉の影響を説明するための図である。なお図４では、光の進行方向Ｌ及び当該進行方向Ｌと直交する方向の２方向に関して二次元的に複数のスペーサー３０が配置されるケースが示されているが、光の進行方向Ｌと直交する方向に一次元的にスペーサー３０が配置されるケースにおいても、同様の影響がもたらされる。

図４に示すようにスペーサー３０が規則的に配置され隣接するスペーサー３０間の距離（とりわけ光の進行方向Ｌと直交する方向に関する距離）が一定の場合、回折光の干渉が周期的に生じ、視認可能な光の領域が拡大される。そのため点光源からの光を想定した場合、隣接するスペーサー３０間の距離が一定だと、回折光同士が一定周期で強めあうため、回折光の干渉の影響が大きくなり、点光源からの光が大きくぼやけた状態で見えてしまう。

図５は、スペーサー３０が不規則的（ランダム）に配置される場合における回折光の干渉の影響を説明するための図である。なお図５では、光の進行方向Ｌ及び当該進行方向Ｌと直交する方向の２方向に関して二次元的に複数のスペーサー３０が配置されるケースが示されているが、光の進行方向Ｌと直交する方向に一次元的にスペーサー３０が配置されるケースにおいても、同様の影響がもたらされる。

図５に示すようにスペーサー３０が不規則的に配置され隣接するスペーサー３０間の距離（とりわけ光の進行方向Ｌと直交する方向に関する距離）が一定ではない場合、回折光の干渉が周期的には生じず、視認可能な光の領域は変わらない。そのため点光源からの光を想定した場合、隣接するスペーサー３０間の距離が不均一だと、回折光の干渉地帯がランダムになり、回折光の干渉の影響が視認できない程度の光強度となって具現されるため、点光源からの光を本来の大きさで見ることができる。

したがって、本実施形態に係る「複数のスペーサー３０のうちの少なくとも一部は、最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない」調光セル１０を用いることによって、複数のスペーサー３０による回折光の干渉の影響を低減して視認性に優れた観察光をもたらすことができる。

「最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない複数のスペーサー３０」の具体的な位置の決め方は特に限定されず、任意の手法に基づいて適宜決定されうる。
例えばボロノイ図の母点を定める手法に倣って、複数のスペーサー３０の具体的な位置が決められてもよい。また例えば、相互に隣接する二つのスペーサー３０の間の距離の最大値及び最小値を定めて拘束条件として使用することで、複数のスペーサー３０の具体的な位置が決められてもよい。

なお、調光セル１０に設けられる全てのスペーサー３０が「最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない」という条件を満たす必要はなく、一部のスペーサー３０のみが「最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない」という条件を満たす場合にも、回折光の干渉の影響を低減して視認性に優れた観察光をもたらすことが可能である。

また、調光セル１０に設けられる全てのスペーサー３０が相互に関連性なくランダムに配置されてもよいが、所定の相対的な位置関係で配置される複数のスペーサー３０（３以上のスペーサー３０）によって構成される単位パターンが繰り返し配置されることで、調光セル１０に設けられる複数のスペーサー３０が構成されてもよい。

図６は、スペーサー３０の配置例（変形例）の概念を示す平面図である。図６に示す例では、所定の単位パターンエリア４０に含まれる複数のスペーサー３０（単位パターン３４）に関しては「最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定ではない」という条件が満たされる。そして、単位パターンエリア４０に含まれる複数のスペーサー３０（単位パターン３４）が繰り返し配置されることで、調光セル１０に設けられる複数のスペーサー３０が構成されている。なお単位パターンエリア４０の形状及び大きさは特に限定されないが、スペーサー３０が設けられる全体エリアに応じて定められる矩形状のエリアを単位パターンエリア４０として定めることが好ましく、例えば１０ｍｍ四方の正方形エリアを単位パターンエリア４０として定めることも可能である。また、単位パターンエリア４０に含まれるスペーサー３０の具体的な数及び配置も、特に限定されない。

このように単位パターンエリア４０に含まれる複数のスペーサー３０（単位パターン３４）を繰り返し配置することによって、各スペーサー３０による回折光の干渉の影響が効果的に低減しつつ、多数のスペーサー３０を簡便に設けることができる。したがって本変形例は、例えばスペーサー３０が設けられるエリアが広範な場合に好適である。

なお本実施形態に係るスペーサー３０は、上述のように柱状形状を有しており、位置固定性に優れるだけではなく、光の配向性にも優れる。

図７は、液晶層２９及びスペーサー３０の拡大断面形状を示し、（ａ）は球状のスペーサー３０を示し、（ｂ）は図２に示す柱状（円錐台形状）のスペーサー３０を示す。一般に、スペーサー３０は液晶層２９の配向性に影響を及ぼすため、スペーサー３０の近傍において液晶層２９の配向が乱される傾向がある。したがって、図７（ａ）及び（ｂ）において符号「３５」で示されるスペーサー３０の近傍領域が液晶層２９の配向性に関する不安定エリアとなり、当該不安定エリア３５を通過する光は意図しない方向に偏光されることがある。球状のスペーサー３０（図７（ａ）参照）と柱状のスペーサー３０（図７（ｂ）参照）とを比較すると、一般に、球状のスペーサー３０よりも柱状のスペーサー３０の方が不安定エリア３５の影響（図７（ａ）及び（ｂ）における符号「Ｓ」参照）が小さい。すなわち不安定エリア３５はスペーサー３０の表面形状に応じて定まり、「（光の進行方向と同じ方向の接線を持つ）球状のスペーサー３０」の方が「（光の進行方向と同じ方向の接線を持たない）テーパー形状の柱状のスペーサー３０」よりも「光が不安定エリア３５を通過する範囲（図７（ａ）及び（ｂ）の符号「Ｓ」参照）」が大きくなる傾向がある。

このように位置固定性及び光の配向性に優れる柱状のスペーサー３０によれば、振動等の外力が加わる環境下であっても、配向膜（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）間のスペースの確保というスペーサー本来の機能を精度良く果たすことができるだけではなく、液晶層２９を通過する光の偏光状態を精度良く制御することができる。したがって、例えば窓（例えば家の天窓）等において上述の本実施形態に係る調光セル１０（スペーサー３０（図７参照））を好適に使用することができる。特に、家の天窓等は設計上必ずしも平面構造とはならず、湾曲構造であることが求められることもある。そのような場合であっても上述の本実施形態に係る調光セル１０（スペーサー３０）によれば、一対の偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）のうちの少なくともいずれか一方の全部又は一部を湾曲させることも可能であり、他の部材（図２の符号「２３」〜「３０」参照）を湾曲させることも可能であり、調光セル１０全体を湾曲させることも可能である。

＜他の構成例＞
調光セル１０の具体的な構成は上述の例に限定されず、一対のフィルム基材（第１フィルム基材２３及び第２フィルム基材２４）、一対の透明電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）、一対の配向膜（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）、複数のスペーサー３０及び液晶層２９を備える他の調光セル１０に対しても本発明を適用可能である。

図８は、調光セル１０の断面の他の例を示す図である。本例の複数のスペーサー３０の各々は、多層構造（本例では２層構造）を有し、第２配向膜２８及び液晶層２９を貫通するように設けられる。

すなわち各スペーサー３０は、円錐台状のコア部４０と、当該コア部４０の少なくとも一部を覆う被覆部４１と含み、一対の配向膜のうちの一方（本例では第２配向膜２８）及び液晶層２９を貫通する。本例の被覆部４１は、図８に示すように、コア部４０の第１配向膜２７側の上面（上底面）とコア部４０の側面（外側面）とを覆い、コア部４０と第１配向膜２７との間、コア部４０と液晶層２９との間及びコア部４０と第２配向膜２８との間に介在する。なお本例の被覆部４１は、第２配向膜２８と同じ部材によって構成され、第２配向膜２８と一体的に形成されている。したがって「コア部４０と第２配向膜２８との間に介在する被覆部４１（図１０の点線部参照）」は実質的には第２配向膜２８の一部を構成し、実際には被覆部４１と第２配向膜２８との間に境界面は存在しない。一方、コア部４０の第２透明電極２６側の下面（下底面）は第２透明電極２６に接触し、コア部４０と第２透明電極２６との間には被覆部４１が介在しない。

したがって本例の各スペーサー３０は、一対の配向膜のうちの他方（本例では第１配向膜２７）と二次元的に接触する第１支持面４２と、一対の透明電極のうちの一方（本例では第２透明電極２６）と二次元的に接触する第２支持面４３とを有する。第１支持面４２は、被覆部４１によって形成され、上述の第１底部３１を構成する。また第２支持面４３は、コア部４０及び被覆部４１（第２配向膜２８と一体的に構成される被覆部４１）によって形成され、上述の第２底部３２を構成する。なお本例では、コア部４０及び被覆部４１によってスペーサー３０の第２支持面４３（第２底部３２）が形成されており、第２支持面４３の一部のみがコア部４０によって形成されるが、第２支持面４３の全部がコア部４０によって形成されてもよい。

他の構成は、図２に示す調光セル１０と同様であり、図２に示す調光セル１０と同一又は類似の構成には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

本例の調光セル１０によれば、後述のフォトリソグラフィ技術に基づいてスペーサー３０を高精度且つ簡単に形成することができる。特に、各スペーサー３０の被覆部４１を第２配向膜２８と同じ部材によって構成し、第１配向膜２７と第２配向膜２８とを同じ部材によって構成することで、被覆部４１（第１支持面４２）と第１配向膜２７とを同じ部材によって構成することができる。

また第２配向膜２８及び液晶層２９を貫通するように各スペーサー３０を設けることによって、位置固定性に優れたスペーサー３０を提供することができる。すなわち、各スペーサー３０は第２配向膜２８によっても支持され、外力等によって各スペーサー３０が移動してしまうことを効果的に防ぐことができる。なお図中では、第１配向膜２７及び第２配向膜２８が液晶層２９と同程度の厚みを有するように図示されているが、実際の第１配向膜２７及び第２配向膜２８は非常に薄く形成される。

また各スペーサー３０を多層構造とすることで、各スペーサー３０に多様な特性を簡単に持たせることができる。例えば、剛性に優れた部材によって各スペーサー３０のコア部４０を構成しつつ、液晶層２９に対する影響が小さい部材によって被覆部４１を構成することで、高い耐力性能を確保しつつ表面特性に優れたスペーサー３０を実現できる。なお、上述の例では各スペーサー３０が２層構造を有するが、３以上の層によって各スペーサー３０が構成されてもよい。

本例においても、スペーサー３０間の距離を一定にしないことで、各スペーサー３０による回折光同士の干渉に周期性がなくなり、複数のスペーサー３０による回折光の干渉の影響を低減して視認性に優れた観察光をもたらすことができる。

＜調光セル１０の製造方法＞
本実施形態に係る調光セル１０を製造する方法は特に限定されず、任意の貼り合わせ技術やフォトリソグラフィ技術等を使って調光セル１０を製造することができる。特にテーパー形状の柱状のスペーサー３０は、フォトリソグラフィ技術によって好適に製造可能である。フォトリソグラフィ技術に基づいて各スペーサー３０を形成する場合、各スペーサー３０の配置に応じて定められるパターンが形成されたマスクを使用して、レジストに対する光照射（露光工程）が行われる。なおマスクにおいて上記のパターンを形成する手法は特に限定されず、例えば正方格子のパターンを基準とし、各格子点（各スペーサー３０の配置点）のX−Y座標を任意の手法でずらすことで格子点全体（スペーサー３０全体）をランダム配置とすることができる。

本件発明者は、各スペーサー３０の配置を決定するために正方格子の各格子点のずらし範囲を変えて、ずらし範囲の異なる複数種類の「スペーサー３０群」の各々に関して光の回折状態を観察した。具体的には、図９に示すように、正方格子において各格子点（すなわち「注目格子点Ｌ１（注目スペーサー３０）」）を中心とした対角線上に配置される４つの格子点（すなわち「対角格子点Ｌ２（対角スペーサー３０））によって形成される正方形の一辺を「対角ピッチＰ」とする。注目格子点Ｌ１（注目スペーサー３０）のX−Y座標に関するずらし範囲の限界Ｒを、この対角ピッチＰの１０％〜５０％の大きさに制限し、乱数を使って注目格子点Ｌ１（注目スペーサー３０）の配置をランダムにずらした。ここでいう「注目スペーサー３０」は全スペーサー３０のうちの特定のスペーサー３０のみを指すのではなく、全てのスペーサー３０の各々がここでいう「注目スペーサー３０」として扱われる。すなわち、各スペーサー３０に割り当てられる対角格子点Ｌ２（対角スペーサー３０）の位置に基づいて各スペーサー３０の配置を上述のようにして決めることで、全てのスペーサー３０の配置がランダムにずらされる。このように「対角格子点Ｌ２の位置に基づいて注目スペーサー３０の配置をずらす手法」を用いて全てのスペーサー３０の配置をずらすことで、スペーサー３０全体をランダム配置とすることができる。その結果、「各スペーサー３０のX−Y座標に関するずらし範囲の限界Ｒの一辺の長さが対角ピッチＰの１０％以上３０％未満の範囲」では回折現象が多少目立ったが、「各スペーサー３０のX−Y座標に関するずらし範囲の限界Ｒの一辺の長さが対角ピッチＰの３０％以上５０％以下の範囲」では回折現象がほとんど目立たず、良好な結果が得られた。

例えば、スペーサー３０を構成する感光性樹脂（光硬化性樹脂）を第２透明電極２６上にコートし、フォトリソグラフィ技術によって当該感光性樹脂からテーパー形状のスペーサー３０を形成し、その後、第２透明電極２６上に第２配向膜２８を形成し、当該第２配向膜２８に対してラビング等によって配向規制力を付与する処理を行ってもよい。この場合、スペーサー３０が形成された状態で第２配向膜２８に対する配向付与処理が行われる。なお、各スペーサー３０のうち第１配向膜２７側の底部（第１底部３１）が第２配向膜２８側の底部（第２底部３２）よりも大きい「逆テーパー形状のスペーサー３０」が形成された状態で第２配向膜２８に対する配向付与処理が行われると、スペーサー３０の近傍における第２配向膜２８に対して十分な配向性を付与することが難しい場合がある。したがって、第２配向膜２８に対する配向性付与の観点からは、各スペーサー３０のうち第１配向膜２７側の底部（第１底部３１）が第２配向膜２８側の底部（第２底部３２）よりも小さい「順テーパー形状のスペーサー３０」が好ましい。

次に、具体例について説明する。

＜具体例１（比較例）＞
本例の調光セル１０は、液晶を利用して透過光を制御する調光セル１０である。液晶配向層用フィルム（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）により液晶層２９を挟み込んで液晶セルが作製され、この液晶セルをパラレルニコルの状態で配置される直線偏光板（第１偏光板２１及び第２偏光板２２）により挟み込むことで本例の調光セル１０を作製した。
具体的には、本例の調光セル１０は、図２に示す調光セル１０と同じ層構造（すなわち第１偏光板２１、第２偏光板２２、第１フィルム基材２３、第２フィルム基材２４、第１透明電極２５、第２透明電極２６、第１配向膜２７、第２配向膜２８、液晶層２９及びスペーサー３０（特にスペーサー３０ａ））を含む。

本例における液晶層２９にはＴＮ型液晶を用いており、電界が作用しない状態では、通過する光の偏光面を９０°回転させる。液晶層２９（液晶材料）の厚みを一定に保持するためのスペーサー３０が液晶配向層用フィルム（具体的には第１配向膜２７及び第２配向膜２８（厳密には第２透明電極２６））間に設けられる。本例のスペーサー３０は透明材により構成され、可視光に対する遮光性を持たない。各スペーサー３０は、最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定となるように配置された。また第１透明電極２５を支持する第１フィルム基材２３及び第２透明電極２６を支持する第２フィルム基材２４として、フィルム状の樹脂基材（特に本例ではポリカーボネート製のフィルム基材）を使用した。液晶配向層用フィルムは、フィルム材（基材）に対して電極（第１透明電極２５及び第２透明電極２６）及び配向層（第１配向膜２７及び第２配向膜２８）を順次作製することで形成した。

本例の調光セル１０を通過した光（点光源からの光）を視覚により確認したところ、点光源からの光は各スペーサー３０による回折光の干渉の影響を受け、点光源の周りに光の干渉領域が生じた。

＜具体例２（実施例）＞
本例の調光セル１０で用いられる各スペーサー３０（全スペーサー３０）は、最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離が一定にはならないように配置された。本例の調光セル１０の他の構成は、上述の具体例１（比較例）と同じである。

本例の調光セル１０を通過した光（点光源からの光）を視覚により確認したところ、スペーサー３０をランダムに配置にすることで、点光源からの光に対する各スペーサー３０による回折光の干渉の影響（光強度）は視認できない程度にまで低減され、点光源の周りに光の干渉領域は生じなかった。

以上説明したように複数のスペーサー３０のうちの少なくとも一部に関しては最も距離が近い他のスペーサー３０までの距離を一定にしないことで、複数のスペーサー３０による回折光の干渉の影響を低減して視認性に優れた観察光をもたらすことができる。

本発明の実施態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。

５ 調光システム
１０ 調光セル
１２ 調光コントローラ
１４ センサ装置
１６ ユーザ操作部
２１ 第１偏光板
２２ 第２偏光板
２３ 第１フィルム基材
２４ 第２フィルム基材
２５ 第１透明電極
２６ 第２透明電極
２７ 第１配向膜
２８ 第２配向膜
２９ 液晶層
３０ スペーサー
３０ａ スペーサー
３０ｂ 側部
３１ 第１底部
３２ 第２底部
３４ 単位パターン
３５ 不安定エリア
４０ 単位パターンエリア

Claims (8)

1. 一対の偏光板と、
   前記一対の偏光板間に配置される一対のフィルム基材と、
   前記一対の偏光板間に配置される一対の電極と、
   前記一対の電極間に配置される一対の配向膜と、
   前記一対の配向膜の少なくともいずれか一方を支持し、前記一対の配向膜の少なくともいずれか一方と二次元的に接触する複数のスペーサーと、
   前記一対の配向膜間において前記複数のスペーサー間に配置される液晶層と、を備え、
   前記複数のスペーサーのうちの少なくとも一部は、最も距離が近い他のスペーサーまでの距離が一定ではない調光セル。
2. 前記複数のスペーサーの各々は、
   前記一対の配向膜の一方と接触する平坦状の第１底部と、
   前記第１底部と対向する第２底部と、を有する請求項１に記載の調光セル。
3. 前記複数のスペーサーは、光硬化性樹脂によって構成される請求項１又は２に記載の調光セル。
4. 前記複数のスペーサーは、所定の相対的な位置関係で配置される３以上のスペーサーによって構成される単位パターンが繰り返し配置されることで構成される請求項１〜３のいずれか一項に記載の調光セル。
5. 前記複数のスペーサーの各々は、前記一対の配向膜の一方から他方に向かって先細りするテーパー形状を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の調光セル。
6. 前記複数のスペーサーの各々のテーパー角度は７５°以上８５°以下の範囲にある請求項１〜５のいずれか一項に記載の調光セル。
7. 前記一対の偏光板のうちの少なくともいずれか一方は、全部又は一部が湾曲している請求項１〜６のいずれか一項に記載の調光セル。
8. 前記複数のスペーサーの各々は、
   コア部と、当該コア部の少なくとも一部を覆う被覆部と、を含み、
   前記一対の配向膜のうちの一方及び前記液晶層を貫通し、
   前記一対の配向膜のうちの他方と二次元的に接触する第１支持面と、前記一対の電極のうちの一方と二次元的に接触する第２支持面と、を有し、
   前記第１支持面は前記被覆部によって形成され、前記第２支持面の少なくとも一部は前記コア部によって形成される請求項１〜７のいずれか一項に記載の調光セル。

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