JP7304296B2

JP7304296B2 - 調光フィルムおよび調光デバイス

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Publication number: JP7304296B2
Application number: JP2020006133A
Authority: JP
Inventors: 崇口山
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2023-07-06
Anticipated expiration: 2040-01-17
Also published as: JP2021113884A

Description

本発明は、調光フィルム、およびその調光フィルムを備える調光デバイスに関する。

電気的な刺激によって、透過する光量を調節する調光フィルムが知られている。このような調光フィルムとしては、電圧（電界）を印加することにより生じる液晶粒子の配向方向の変化により、液晶層（調光層）の透光状態と遮光状態とを切り換える粒子分散型液晶（Particle Dispersed Liquid Crystal：ＰＤＬＣ）方式を用いた調光フィルムがある（例えば、特許文献１および２）。

このような調光フィルムは、表示デバイス（例えば、ディスプレイ）、車両の窓ガラス、建材（例えば、窓ガラス）等の種々の用途に用いられる。

特開平０９－１８５０５４号公報特開２００４－１８２４８４号公報

例えば、表示デバイスの用途では、画面（画像）の視野角を制御することが要望されている。例えば、公共の場においても使用可能なスマートフォンまたはタブレットなどの携帯端末において、第三者による覗き見を防止するために、視野角を制限（制御）することが要望されている。

本発明は、視野角の制御が可能な調光フィルム、およびその調光フィルムを備える調光デバイスを提供することを目的とする。

本発明に係る調光フィルムは、粒子分散型の液晶で構成され、電気的に光透過量を調節する液晶調光層と、前記液晶調光層を挟んで配置され、前記液晶調光層に電圧を印加する第１透明電極層および第２透明電極層と、前記液晶調光層を挟んで配置され、前記液晶調光層に電圧を印加する第３透明電極層および第４透明電極層と、を備える。前記第１透明電極層および前記第２透明電極層は、面状であり、互いに対向して配置される。前記第３透明電極層は、帯状であり、前記第１透明電極層と離間して、前記液晶調光層の一方端部に沿って配置される。前記第４透明電極層は、帯状であり、前記第２透明電極層と離間して、前記液晶調光層の前記一方端部と反対側の他方端部に沿って配置される。

本発明に係る調光デバイスは、上記の調光フィルムと、前記第１透明電極層および前記第２透明電極層への電圧印加と、前記第３透明電極層および前記第４透明電極層への電圧印加とを制御することにより、前記調光フィルムの透光状態と遮光状態とを制御するとともに、前記調光フィルムの視野角を制御する制御部と、を備える。

本発明によれば、調光フィルム、およびその調光フィルムを備える調光デバイスにおいて、視野角の制御が可能である。

本実施形態に係る調光フィルム（図２のI-I線断面）を備える調光デバイスを示す模式図である。図１に示す調光フィルムを分解して示す斜視図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、電圧印加状態（電圧印加なし）を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図３Ａに示す状態における液晶調光層の液晶粒子の配向状態を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図３Ａおよび図３Ｂに示す状態における調光フィルムおよび調光デバイスの透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、電圧印加状態（電圧印加あり）を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図４Ａに示す状態における液晶調光層の液晶粒子の配向状態を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図４Ａおよび図４Ｂに示す状態における調光フィルムおよび調光デバイスの透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、電圧印加状態（電圧印加あり）を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図５Ａに示す状態における液晶調光層の液晶粒子の配向状態を示す図である。本実施形態に係る調光フィルムおよび調光デバイスの動作を説明するための図であって、図５Ａおよび図５Ｂに示す状態における調光フィルムおよび調光デバイスの透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。

図１は、本実施形態に係る調光フィルム（図２のI-I線断面）を備える調光デバイスを示す模式図であり、図２は、図１に示す調光フィルムを分解して示す斜視図である。図１に示すように、調光デバイス１００は、調光フィルム１と制御部２とを備える。

図１では、調光フィルム１として図２のI-I線断面を示すとともに、制御部２として回路的な構成を示す。また、図１および図２、並びに後述する図面には、ＸＹＺ直交座標系を示す。ＸＹ平面は調光フィルム１の主面に平行な面であり、Ｘ方向は調光フィルム１の横方向であり、Ｙ方向は調光フィルム１の縦方向である。また、Ｚ方向はＸＹ平面に対して直交な方向であり、調光フィルム１の厚さ方向である。

調光フィルム１および調光デバイス１００は、電気的に光透過量を調節する調光フィルムおよび調光デバイスである。より具体的には、調光フィルム１および調光デバイス１００は、電圧（電界）を印加することにより生じる液晶粒子の配向方向の変化により、液晶層（調光層）の透光状態と遮光状態とを切り換える粒子分散型液晶（Particle Dispersed Liquid Crystal：ＰＤＬＣ）方式を用いた調光フィルムおよび調光デバイスがある。

また、調光フィルム１および調光デバイス１００は、電界の方向を変化させることにより、液晶粒子の配向方向を変化させ、視野角を制御することができる。具体的には、調光フィルム１および調光デバイス１００は、広視野角モードと狭視野角モードとの切り換えを行うことができる。これにより、調光フィルム１および調光デバイス１００は、スマートフォンまたはタブレットのような携帯端末等の表示部に貼付され、第三者による覗き見を防止する覗き見防止用プライバシーフィルムおよび調光デバイスとして好適に用いられる。

調光フィルム１は、第１透明基板１１および第２透明基板１２と、第１透明電極層２１、第２透明電極層２２、第３透明電極層２３および第４透明電極層２４と、液晶調光層３０とを備える。

第１透明基板１１および第２透明基板１２は、フィルム状の基板である。第１透明基板１１および第２透明基板１２は、少なくとも可視光に対して光学的に透明であるプラスチック材料で形成される。第１透明基板１１および第２透明基板１２の材料としては、ポリエステル、ポリカーボネート、アクリル樹脂、またはポリシクロオレフィン等が挙げられる。

第１透明基板１１の主面には第１透明電極層２１および第３透明電極層２３が形成されており、第２透明基板１２の主面には第２透明電極層２２および第４透明電極層２４が形成されている。第１透明基板１１と第２透明基板１２とは、第１透明電極層２１および第３透明電極層２３と第２透明電極層２２および第４透明電極層２４とによって液晶調光層３０を挟み込むように配置されている。

第１透明電極層２１および第２透明電極層２２と、第３透明電極層２３および第４透明電極層２４とは、液晶調光層３０に電圧（電界）を印加する機能を有する。第１透明電極層２１および第２透明電極層２２は、ＸＹ平面において面状であり、Ｚ方向において液晶調光層３０を挟んで互いに対向して配置されている。

第３透明電極層２３は、液晶調光層３０に対して第１透明電極層２１側に配置されており、第４透明電極層２４は、液晶調光層３０に対して第２透明電極層２２側に配置されている。第３透明電極層２３および第４透明電極層２４は、Ｚ方向において液晶調光層３０を挟んで互いに対向せずに配置されている。第３透明電極層２３は、Ｘ方向に延在する帯状であり、第１透明電極層２１と離間して、液晶調光層３０のＹ方向の一方端部に沿って配置されている。第４透明電極層２４は、Ｘ方向に延在する帯状であり、第２透明電極層２２と離間して、液晶調光層３０のＹ方向の一方端部と反対側の他方端部に沿って配置されている。

第１透明電極層２１および第２透明電極層２２は、透明導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率および透明性、並びに長期信頼性の観点からは、特にインジウム錫複合酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛複合酸化物（ＩＺＯ）、またはインジウムチタン複合酸化物（ＩｎＴｉＯ）等が特に好ましい。

ここで、「主成分」とは、その含有割合が５０質量％より多いことを意味し、７０質量％以上であると好ましく、８５質量％以上であるとより好ましい。また、上記した透明導電性金属酸化物は、利用状況に応じて、Ｓｎ、Ｗ、Ａｓ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｃ等のうちの少なくとも一種の元素をドーパントとして含むことが好ましい。これらの中でも、ドーパントとしてＳｎを用いた酸化インジウム錫（ＩＴＯ）が特に好ましく用いられる。

第１透明電極層２１および第２透明電極層２２の形成方法としては、例えばスパッタリング法または塗布法が用いられる。その際、マスク製膜によって所望の電極パターンを形成してもよいし、レーザーパターニングによって所望の電極パターンを形成してもよい。また、フォトリソグラフィによるエッチングプロセスによってもパターニング可能である。

液晶調光層３０は、第１透明電極層２１と第２透明電極層２２との間に、かつ、第３透明電極層２３と第４透明電極層２４との間に設けられている。液晶調光層３０は、非球形の液晶粒子を有する粒子分散型液晶で構成される。液晶調光層３０は、電圧（電界）の印加により、液晶粒子の配向方向を変化させる。これにより、液晶調光層３０は、光透過量を調節する、具体的には、透光状態と遮光状態とを切り換える。また、液晶調光層３０は、視野角を制御する、具体的には、広視野角モードと狭視野角モードとを切り換える。

制御部２は、第１透明電極層２１および第２透明電極層２２への電圧印加と、第３透明電極層２３および第４透明電極層２４への電圧印加とを制御する。これにより、制御部２は、調光フィルム１の光透過量を調節する、具体的には、調光フィルム１の透光状態と遮光状態とを制御する。また、制御部２は、調光フィルム１の視野角を制御する、具体的には、調光フィルム１の広視野角モードと狭視野角モードとを制御する。

本実施形態では、調光フィルム１は、第１透明電極層２１および第２透明電極層２２に電圧が印加されていない状態、かつ、第３透明電極層２３および第４透明電極層２４に電圧が印加されていない状態において、遮光状態である。制御部２は、第１透明電極層２１および第２透明電極層２２に電圧を印加することにより、調光フィルム１を透光状態に切り換えるとともに、調光フィルム１の視野角を広視野角モードに切り換える。一方、制御部２は、第３透明電極層２３および第４透明電極層２４に電圧を印加することにより、調光フィルム１を透光状態に切り換えるとともに、調光フィルム１の視野角を狭視野角モードに切り換える。

制御部２は、例えば、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等の演算プロセッサで構成される。制御部２の各種機能は、例えば記憶部に格納された所定のソフトウェア（プログラム、アプリケーション）を実行することで実現される。制御部２の各種機能は、ハードウェアとソフトウェアとの協働で実現されてもよいし、ハードウェア（電子回路）のみで実現されてもよい。

制御部２は、電源を備え、この内部電源の出力電圧を制御してもよい。或いは、制御部２は、電源を備えず、外部電源から供給される電圧を制御してもよい。

次に、図３Ａ～図５Ｃを参照して、本実施形態に係る調光フィルム１および調光デバイス１００の動作について説明する。図３Ａは、電圧印加状態（電圧印加なし）を示す図であり、図３Ｂは、図３Ａに示す状態における液晶調光層３０の液晶粒子の配向状態を示す図であり、図３Ｃは、図３Ａおよび図３Ｂに示す状態における調光フィルム１および調光デバイス１００の透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。また、図４Ａは、電圧印加状態（電圧印加あり）を示す図であり、図４Ｂは、図４Ａに示す状態における液晶調光層３０の液晶粒子の配向状態を示す図であり、図４Ｃは、図４Ａおよび図４Ｂに示す状態における調光フィルム１および調光デバイス１００の透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。また、図５Ａは、電圧印加状態（電圧印加あり）を示す図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す状態における液晶調光層３０の液晶粒子の配向状態を示す図であり、図５Ｃは、図５Ａおよび図５Ｂに示す状態における調光フィルム１および調光デバイス１００の透光／遮光状態および視野角状態を示す図である。なお、図３Ｃ、図４Ｃおよび図５Ｃでは、調光フィルム１および調光デバイス１００がスマートフォンの表示部に貼付された例が示されている。

図３Ａに示すように、第１透明電極層２１と第２透明電極層２２との間に、かつ、第３透明電極層２３と第４透明電極層２４との間に、電圧が印加されていない場合、図３Ｂに示すように、液晶調光層３０における液晶粒子３１はランダムな方向に配向されている。これにより、図３Ｃに示すように、調光フィルム１および調光デバイス１００は、正面方向および斜め方向に対して遮光状態となる。

次に、図４Ａに示すように、第１透明電極層２１と第２透明電極層２２との間に電圧が印加されると、図４Ｂに示すように、液晶調光層３０における液晶粒子３１は、第１透明電極層２１と第２透明電極層２２との対向方向、すなわち調光フィルム１の厚さ方向（Ｚ方向）に揃って配向される。これにより、図４Ｃに示すように、調光フィルム１および調光デバイス１００は、正面方向および斜め方向に対して透光状態となる広視野角状態に切り換わる。

一方、図５Ａに示すように、第３透明電極層２３と第４透明電極層２４との間に電圧が印加されると、図５Ｂに示すように、液晶調光層３０における液晶粒子３１は、第３透明電極層２３と第４透明電極層２４との対向方向、すなわち調光フィルム１の縦方向（Ｙ方向）に揃って配向される。これにより、図５Ｃに示すように、調光フィルム１および調光デバイス１００は、正面方向に対しては透光状態となり、斜め方向に対して遮光状態となる狭視野角状態に切り換わる。

以上説明したように、本実施形態の調光フィルム１および調光デバイス１００によれば、第１透明電極層２１および第２透明電極層２２は、互いに対向して配置され、第３透明電極層２３は、液晶調光層３０のＹ方向の一方端部に沿って配置され、第４透明電極層２４は、液晶調光層３０のＹ方向の他方端部に沿って配置される。これにより、電圧（電界）の印加により、液晶調光層３０における液晶粒子の配向方向を変化させ、光透過量を調節することができる、具体的には、透光状態と遮光状態とを切り換えることができる。また、電界の方向を変化させることにより、液晶粒子の配向方向を変化させ、視野角を制御することができる、具体的には、広視野角モードと狭視野角モードとの切り換えを行うことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。

１調光フィルム
２制御部
１１第１透明基板
１２第２透明基板
２１第１透明電極層
２２第２透明電極層
２３第３透明電極層
２４第４透明電極層
３０液晶調光層
３１液晶粒子
１００調光デバイス

Claims

粒子分散型の液晶で構成され、電気的に光透過量を調節する液晶調光層と、
前記液晶調光層を挟んで配置され、前記液晶調光層に電圧を印加する第１透明電極層および第２透明電極層と、
前記液晶調光層を挟んで配置され、前記液晶調光層に電圧を印加する第３透明電極層および第４透明電極層と、
を備え、
前記第１透明電極層および前記第２透明電極層は、面状であり、互いに対向して配置され、
前記第３透明電極層は、帯状であり、前記第１透明電極層と離間して、前記液晶調光層の一方端部に沿って配置され、
前記第４透明電極層は、帯状であり、前記第２透明電極層と離間して、前記液晶調光層の前記一方端部と反対側の他方端部に沿って配置される、
調光フィルム。
前記液晶調光層は、非球形の液晶粒子を有する、請求項１に記載の調光フィルム。
請求項１または２に記載の調光フィルムと、
前記第１透明電極層および前記第２透明電極層への電圧印加と、前記第３透明電極層および前記第４透明電極層への電圧印加とを制御することにより、前記調光フィルムの透光状態と遮光状態とを制御するとともに、前記調光フィルムの視野角を制御する制御部と、
を備える、調光デバイス。
前記調光フィルムは、前記第１透明電極層および前記第２透明電極層に電圧が印加されていない状態、かつ、前記第３透明電極層および前記第４透明電極層に電圧が印加されていない状態において、遮光状態であり、
前記制御部は、
前記第１透明電極層および前記第２透明電極層に電圧を印加することにより、前記調光フィルムを透光状態に切り換えるとともに、前記調光フィルムの視野角を広視野角モードに切り換え、
前記第３透明電極層および前記第４透明電極層に電圧を印加することにより、前記調光フィルムを透光状態に切り換えるとともに、前記調光フィルムの視野角を狭視野角モードに切り換える、
請求項３に記載の調光デバイス。