(57)【要約】【課題】  液晶素子を含む調光材料の有用性を高める手段を提供し、車両や建築物への調光材料の適応性を高める。【解決手段】  透明な表面層１０と、中間層２０と、透明な裏面層３０とが、この順序で積層している調光材料１であって、中間層２０は、球状空間２２が隣接して形成されてなる逆オパール構造体２４であり、球状空間２２には等方相を形成する液晶が充填される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料であって、
前記中間層は、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体からなり、
前記球状空間には等方相を形成する液晶が充填されてなる、調光材料。
【請求項２】
前記中間層は、前記球状空間の中心間距離が異なる２以上の逆オパール構造体が積層した構造を有する、請求項１に記載の調光材料。
【請求項３】
前記液晶は、常温で等方相を形成する液晶である、請求項１または２に記載の調光材料。
【請求項４】
前記液晶は、分散材によって等方相が付与されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の調光材料。
【請求項５】
前記表面層および前記裏面層に、前記中間層に充填された液晶に電圧を印加する電極が設置されてなる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の調光材料。
【請求項６】
前記液晶は、前記電極の非通電時に等方相、通電時に配列相を形成する、請求項５に記載の調光材料。
【請求項７】
前記表面層および前記裏面層はガラスまたは樹脂からなる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の調光材料。
【請求項８】
前記表面層および前記裏面層は樹脂フィルムである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の調光材料。
【請求項９】
樹脂フィルムからなる前記表面層および前記裏面層の外層に、ガラスが配置されてなる、請求項８に記載の調光材料。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の調光材料が、フロントガラスまたはフロントサイドガラスの少なくとも一方に用いられてなる車両。
【請求項１１】
微粒子を配列させてオパール構造体を形成する段階と、
前記オパール構造体を構成する微粒子間に、前記微粒子より粒径が小さく、かつ前記微粒子と成分が異なる超微粒子を充填する段階と、
前記微粒子を除去して、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体を形成する段階と、
前記球状空間に等方相を形成する液晶を充填する段階と、
を含む、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料の製造方法。
【請求項１２】
微粒子を配列させてオパール構造体を形成する段階と、
前記オパール構造体を構成する微粒子間に、紫外線硬化樹脂を充填する段階と、
紫外線照射により前記紫外線硬化樹脂を硬化させる段階と、
前記微粒子を除去して、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体を形成する段階と、
前記球状空間に等方相を形成する液晶を充填する段階と、
を含む、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶が配置された調光材料に関し、特に、反射機能に優れる調光材料に関する。本発明の調光材料は、例えば、車両のフロントガラスやフロントサイドガラスに用いられる。
【背景技術】
【０００２】
夏季、炎天下に駐車した車室内への、光および熱の侵入経路としては、面積の大きい、天井、ウィンドシールド、リアガラス、フロントサイドガラス、リアサイドガラス、ドア上部等が挙げられる。
【０００３】
従来の車両では、ウィンドシールドには合わせガラス、フロントサイドガラスには単ガラスが用いられることが多い。安全性を向上させるために、強度向上に寄与する中間膜が用いられることもあるが、熱的機能はほぼ無いに等しい。このため、炎天下に駐車した車内には、光エネルギーおよび熱エネルギーが多量に侵入し、車室内環境が非常に苛酷なものとなる。また、空調設備の燃費の低下を招き、巨視的にみれば、環境への悪影響も懸念される。
【０００４】
建築物においても、この問題は検討されている。例えば、窓を通じての光エネルギーおよび熱エネルギーの流入によって、室内の空調設備への負荷および人体への負荷が大きくなる。車両の場合と同様に、多量のエネルギーの流入は、空調設備の燃費の低下を招き、巨視的にみれば、環境への悪影響も懸念される。
【０００５】
このような問題を解決すべく、近年、建物や車内に流入する光エネルギーおよび熱エネルギーを遮蔽し、室内の温度上昇および冷房負荷を低減させる技術が提案されている。解決策の一例としては、調光機能を有するガラスが提案されている。窓ガラスとしての透明性、および日射エネルギーの遮断のための熱線反射・吸収性の双方の特性を有し、必要に応じてスイッチングできる機能を有していれば、必要なときに必要な光量を室内に侵入させることが可能である。そのような制御が可能であれば、人体や冷房装置にかかる負荷を低減できるほか、省エネルギーの観点からも有益である。
【０００６】
ガラスに調光機能を付与するための具体的手段としては、エレクトロクロミック素子（以下「ＥＣ素子」という）、および液晶素子が知られている。
【０００７】
ＥＣ素子は、酸化タングステン、プルシアンブルーなどの電気化学的な酸化還元反応によるスペクトル変化を伴う材料を用い、日射エネルギーの透過量の制御を光の吸収により可能としている。しかしながら、ＥＣ素子は、日射エネルギーを吸収するため、室内外を隔てるガラスに用いた場合には、その吸収されたエネルギーが室内に再放出され、室内温度の上昇を招いてしまう。
【０００８】
液晶素子は、電圧によって配列が変化する材料からなり、液晶の配列によって光の透視性を変更させる材料である。液晶素子としては、曲線的な配列相のネマティック液晶素子（特許文献１）、相分離法により得られる液晶素子（特許文献２）などが知られている。これらの素子は、以下の原理に基づいて動作する。
【０００９】
安価なポリマー中に液晶物質の小滴を分散させた該公報記載の液晶素子は、電圧を印加しない状態では、ポリマー壁の曲面に沿って液晶が配列する。これにより、光路がねじ曲げられ、また、ポリマーと液晶滴との界面において光が反射して散乱し、乳白色に見える（図１９参照）。
【００１０】
一方、液晶素子に電圧を印加した場合、液晶滴内の液晶は外部電界により電界方向に配列する。このとき、液晶の常光屈折率ｎｏとポリマーの屈折率ｎｐとを一致するように選択することにより、液晶素子面に垂直に入射した光を、液晶とポリマーとの界面で反射することなく通過させることができ、液晶素子は透明となる（図２０参照）。
【００１１】
しかしながら、前記液晶素子を室内外を隔てるガラスに適用する場合、改善が望まれている事項がいくつかある。１つは、エネルギーの透過量の問題である。前記液晶素子は、電圧印加時には透視性を確保でき、電圧無印加時には非透視性とすることができる。しかしながら、電圧無印加時に液晶素子に入射した光は、そのほとんどが入射側とは反対側に散乱しているため、電圧印加時と比較して日射透過量はほとんど減少していなかった。このため、室内に日射エネルギーが多量に侵入してしまう。
【００１２】
２つめは、フェールセーフの問題である。前記液晶は、電圧印加時に透視性を確保する機構を有しているため、車両が故障して電圧が印加されない状態に陥った場合に、前方が見えづらくなってしまう。
【００１３】
３つめは、可視光透過率の問題である。車両の前面にガラスが配置される場合には、透明時の透過率が法律の規定を満たす必要がある。日本においては、可視光透過率（Ｔｖ）は７０％以上である必要がある。液晶素子を含むガラスを適用する場合、偏光板などの存在により、充分な透過率が得られにくい。
【００１４】
４つめは、液晶の屈折率の角度依存性の問題である。電圧印加時に配列した液晶は、屈折率の角度依存性を有し、正面からは透明に見えても、別の角度からは透明に見えなくなる現象が生じる問題がある。
【特許文献１】特表昭５８−５０１６３１号公報
【特許文献２】特開昭６１−５０２１２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述のように、液晶素子を含む調光材料を車両や建築物のガラスなどに適用するためには、改善が望まれている問題がある。そこで、本発明の目的は、液晶素子を含む調光材料の有用性を高める手段を提供し、車両や建築物への調光材料の適応性を高めることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料であって、前記中間層は、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体であり、前記球状空間には等方相を形成する液晶が充填されてなる、調光材料である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の構成を有する調光材料によって、透明性の確保、反射機能の発現、フェールセーフの実現などの、調光材料に求められる特性が改善されうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下本発明について詳細に述べる。
【００１９】
本発明の第１は、優れた光学特性を有する調光材料に関する。具体的には、本発明の第１は、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料であって、前記中間層は、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体であり、前記球状空間には等方相を形成する液晶が充填されてなる、調光材料である。
【００２０】
なお、本願において、「調光材料」とは、入射してきた光の特性を変化させる性質を有する材料一般を意味する。例えば、調光材料の具体例としては、基材がガラスである調光ガラス、基材が樹脂フィルムである調光フィルムなどが挙げられ、これらは調光材料の下位概念に含まれる。
【００２１】
図１は、本発明の調光材料の一実施形態の断面模式図である。調光材料１は、表面層１０、中間層２０、裏面層３０からなり、中間層２０は逆オパール構造を有し、中間層２０の内部には球状空間２２が隣接して形成されている。球状空間２２は、球状空間２２を形作る「型」として機能する逆オパール構造体２４によって形成されている。
【００２２】
逆オパール構造とは、オパール構造を型取りすることによって形成される構造である。オパール構造とは、直径の等しい球が密に配列して形成される周期構造体である。球と隣接する球との間の中心間距離は、等しいものとなり、配列構造は、六方最密充填、面心立方格子、またはこれらの混合物となる。なお、本願においてオパール構造とは、完璧なオパール構造のみを指すのではなく、実質的にオパール構造といえる態様も指す。即ち、実際には格子欠損や配列のズレが生じることがあるが、これらの乱れがある態様をオパール構造の概念から除去するものではない。
【００２３】
逆オパール構造の内部には、等方相を形成する液晶が充填される。本願において「等方相を形成する」とは、電圧などの特殊な外的ファクターが加わっていない状態で等方相を形成することを意味する。好ましくは、常温で等方相を形成する液晶が充填される。ここで、「常温」とは、一般に調光材料を用いる温度域を意味し、具体的には２０〜４０℃程度の温度である。本願において「等方相」とは、液晶性を示す液晶分子の単体または混合体が、一定の方向に配列したいわゆる液晶状態になっておらず、配向秩序の無い状態を示す。
【００２４】
本発明者らは、等方相を形成し、いわゆる液晶として通常活用される態様を形成していない状態に着目し、本発明を完成させた。つまり、本発明者は、液晶性を示す物質を液晶状態で用いないことに新たな機能を見出し、本発明を完成させたのである。等方相の液晶を用いることによって、以下のような種々の効果を得ることが可能である。ただし、本発明の技術的範囲が、以下の全ての効果を有する調光材料に限定されるわけではない。
【００２５】
本発明の調光材料を用いれば、炎天下に駐停車されている車両や直射日光が照射する建築物のガラス窓などにおいて、日射エネルギーをガラス内部に侵入させたくない場合に、光を反射させて、日射エネルギーの透過量を低下させることが可能である。つまり、本発明によって、室内環境の改善、冷房負荷の低減などが可能である。
【００２６】
本発明の調光材料は、等方相の液晶が用いられているため、フェールセーフの観点からも好ましい。即ち、車両が故障して液晶に電圧を印加できない状態に陥った場合であっても、ガラスの透光性が保持される。このため、事故により前方が見えなくなるなどの問題が解決されうる。
【００２７】
等方相の液晶を用いているため、充分な可視光透過率が得られる。前述のように、日本においては、車両前方に用いられるガラスの可視光透過率は（Ｔｖ）は、７０％以上である必要があるが、この基準をクリアすることも可能である。ただし、本発明の調光材料およびその応用品の技術的範囲が、可視光透過率７０％以上のものに限定されるわけではない。例えば、建築物のガラスのような可視光透過率が７０％以上であることが必要でない用途にも、本発明は適用可能であり、このような用途に用いられる調光材料も、本発明の規定を満たしている、または均等の範囲内であれば、当然に本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２８】
さらに、等方相の液晶を用いているため、正面からは透明に見えても、別の角度からは透明に見えなくなるという角度依存性の問題も解決可能である。
【００２９】
本発明の調光材料においては、中間層は、球状空間の中心間距離が異なる２以上の逆オパール構造体が積層した構造を有することが好ましい。つまり、中間層を、図２に示すように、球状空間の大きさが異なり、球状空間の中心間距離が異なる逆オパール構造（２０ａ、２０ｂ）が積層された構造を有する調光材料２とすることが好ましい。球状空間の中心間距離が異なる層が２以上存在していると、反射できるエネルギー波長帯を広げることができ、球状空間の中心間距離が一種のみである場合に比べて、より多量の日射エネルギーを反射することが可能になる。
【００３０】
このとき、球状空間の中心間距離は、積層方向に垂直な方向に関しては一定であるが、層の境界においては、積層方向に平行な方向に関して変化する。なお、積層方向とは、表面層、中間層、および裏面層が積層している方向を意味する。従って、表面層、中間層、および裏面層が平板上である場合、積層方向に垂直な方向とは、面方向を意味する。また、球状空間の中心間距離について、図１を用いて説明する。積層方向に垂直な方向の中心間距離とは、面方向に隣接する２つの球状空間の中心間距離ｄｖを意味する。積層方向に平行な方向の中心間距離とは、積層方向に隣接する２つの球状空間の中心間距離ｄｈを意味する。
【００３１】
反射できるエネルギー波長帯をより広げるために、球状空間の中心間距離が異なる層が３つ以上存在していてもよい。例えば、図３に示すように、３つの球状空間の中心間距離が異なる逆オパール構造（２０ａ、２０ｂ、２０ｃ）が積層された構造を有する調光材料３としてもよい。
【００３２】
球状空間の中心間距離を変化させる際には、逆オパール構造の積層順は特に限定されない。中心間距離が大きな層を表面側に配置してもよいし、裏面側に配置してもよい。また、積層数についても特に限定されない。積層させることによる反射特性の向上や、製造コストなどの要因を考慮して決定すればよい。場合によっては、中間層以外の層が、表面層と裏面層との間に配置されてもよい。
【００３３】
球状空間の中心間距離、つまり球状空間の直径は、特に限定されないが、直径１５０〜５００ｎｍ程度であることが好ましい。球状空間の径により光の回折・反射波長は変化する。具体的には、球状空間の径が大きい程、長波長の光が回折・反射され、逆に粒径が小さい程、短波長の光が回折・反射される。球状空間の大きさは、逆オパール構造体を製造するために用いられる微粒子の大きさに依存する。従って、逆オパール構造体を製造する際には、目的に応じた光の波長に対応する粒径の微粒子が選択されることが好ましい。日射エネルギーの反射波長域を太陽光線の可視光、近赤外光に合わせるためには、上述の範囲の微粒子を用いることが好ましい。
【００３４】
球状空間の骨格となる逆オパール構造体に用いられる材料は、特に限定されないが、シリカ、チタニア、紫外線硬化樹脂、ゲル等などが挙げられる。逆オパール構造体に用いられる材料の屈折率は、通常、１．４〜１．７程度である。これに液晶を充填し、その液晶が等方相、配列相をとることで、屈折率のマッチ、アンマッチにより、反射、透過機能の切替えが行なわれる。
【００３５】
図４および図５は、球状空間における液晶分子の状態を示す模式図である。図４は、電圧が印加されていない状態において、球状空間２２内部において配列相を形成している液晶分子４０の状態を示す模式図である。この状態では、配列相を形成している液晶分子４０が配列しており、中間層は屈折率異方性を持っている。このとき、正面方向から見ると、この異方性を持つ中間層により光が散乱され、裏面を見通すことができず、白濁して見える。また、この状態では散乱された光の大部分は裏面側に入射し、反射機能が発現しない。図５は、電圧が印加されていない状態において、球状空間２２内部において等方相を形成している液晶分子４２の状態を示す模式図である。本発明においてはこの状態となり、中間層が屈折率異方性を持たないため、裏面を見通すことが可能である。図６は、球状空間２２内部において液晶が等方相を形成している状態における、入射光と透過光との関係を示す模式図である。液晶が等方相を形成していると、透過光の大部分が透過する。
【００３６】
ここに電界などの外的ファクターを加えて、図７および図８のように、液晶を配列させることにより、光学特性を変化させることが可能である。図７は、電圧により縦方向に配列した液晶分子４４の状態を示す模式図である。図８は、電圧により横方向に配列した液晶分子４６の状態を示す模式図である。図６の状態に変化するか図７の状態に変化するかは、液晶分子の誘電率異方性の正負に影響される。配列時の液晶の屈折率と周期構造の持つ屈折率差により、先述の反射機能が現れる。図９は、球状空間２２内部において液晶が配列相を形成している状態における、入射光と透過光との関係を示す模式図である。液晶が配列していると、透過光が反射し、反射による着色が見られる。この反射波長を広げることにより可視光域全域を反射させ、場合によっては、日射反射率（Ｒｅ）１００％と可視光透過率（Ｔｖ）７０％以上との間を切り替えることも可能である。本発明の調光材料を用いれば、調光材料の反射率を高めることが可能であり、散乱光の内部への入射により室内にエネルギーが伝わることを効果的に防止できる。
【００３７】
中間層に配置される液晶物質は、特に限定されるものではないが、ネマティック−アイソトロピック転移温度（ＮＩ点）が常温域に来るように考慮して選定されることが好ましい。さらに、本発明で使用される液晶が誘電異方性を示す液晶であれば、その常光屈折率または異常光屈折率のどちらかが、温度、光、電圧印加等の刺激によって配列し、その他の成分の屈折率と整合して反射等の機能を発現することが可能である。
【００３８】
本発明で使用されうる液晶分子は、ベンゼン環、シクロヘキサン環、シクロヘキセン環等の他、ピリミジン環、ジオキサン環、ピリジン環等のヘテロ環等の環状化合物が２〜４つ結んだものでありうる。その結合部には、メソゲン基と呼ばれるエステル結合、アセチレン結合（エチニレン基）、エタン結合（エチレン基）、エチレン結合（エテニレン基）、アゾ結合等が用いられうる。末端基および側方置換基としては、シアノ基、フルオロ基、アルキル基、アルケニル基、アルコキシ基等が用いられる。例えば、アゾキシ系、ビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、フェニルエステル系、シクロヘキサンカルボンサンフェニルエステル系、フェニルピリミジン系、フェニルジオキサン系等の液晶が使用されうる。これらの液晶は単体でも用いるが、実用上は、２種以上の単体の混合体が用いられることが多い。本発明においては、液晶分子の単体および混合物をまとめて、液晶と記載されうる。
【００３９】
これらの液晶単体、または混合液晶は、好ましくは常温で等方相を持つように調整される。常温において単体で等方相を形成する液晶分子の具体例としては、４−ペンチル−４’−シアノビフェニル（５ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノビフェニル（６ＣＢ）、４−ヘキシル−４’−シアノフェニルピリジン、４−ヘキシル−４’−プロピルフェニルシクロヘキサン、４−メチル−４’−プロピルジシクロヘキサン、４−ヘキシル−４’−メトキシジシクロヘキサン等が挙げられる。
【００４０】
液晶に等方相を形成させるためには、上述のような液晶単体で等方相を形成する材料を用いてもよいし、種々の液晶単体を混合物にして等方相を形成させてもよい。また、分散材を用いて、液晶に等方相を形成させてもよい。分散材によって等方相を形成させる場合、広い温度範囲で等方相を形成させることが可能である。このため、自動車など使用温度領域が広い用途に用いる場合には、有益である。分散材としては、例えば、屈曲型分子などの分散材が用いられる。分散材の具体例としては、用いる液晶に類似の系統で、メソゲン基としてｃｉｓ−エチレン基、ｃｉｓ−エチレン基の水素をフルオロ基、ブロモ基等のハロゲン基に置換したもの、ｃｉｓ−アゾ基等を骨格に持つものが挙げられる。
【００４１】
充填される液晶は、好ましくは、等方相転移温度を−４０〜４０℃に持ち、その等方相転移温度以上で等方相を形成する液晶である。本発明においては、この等方相転移温度が低いほど好ましいが、等方相転移温度が−４０〜４０℃の範囲にあれば、一般に調光材料として用いられる環境下では、配列相と等方相との切り替えを行うことが充分に可能である。
【００４２】
等方相を形成しており、高い可視光透過率を示している中間層を変化させて、可視光透過率を低下させるには、液晶の種類に応じて、温度、光、電圧印加等の刺激を使い分けて、液晶分子を配列させる。例えば、電圧印加によって液晶を配列させる。ここでいう「液晶分子を配列させる」とは、液晶分子が電圧印加時に発生する電界に応答して秩序を持ち、電界に対して、液晶分子が直交、あるいは平行に配列することを言う。液晶分子が配列するという条件を満たすものであれば、印加する電圧の波形は限定されない。
【００４３】
電圧を印加する場合には、表面層および裏面層に１対の電極を設置し、電極が配置された表面層と裏面層との間に、液晶を配置するとよい。図１０は、表面層１０および裏面層３０に、１対の電極（５０、５２）が設置され、電極（５０、５２）の間に液晶を含む中間層２０が配置された調光材料の断面模式図である。電極は、好ましくは透明電極である。表面層１０と裏面層３０とのいずれを正極側または負極側にするかは、表面層１０および裏面層３０に、正極または負極の一方が配置され、中間層２０に存在する液晶に電圧が印加されるのであれば特に限定されない。等方相を形成している液晶を、電圧印加の刺激によって変化させる場合には、液晶は、電極の通電時に等方相を形成し、電極の非通電時に配列相を形成する。これにより、非通電時には可視光透過率（Ｔｖ）を確保しつつ、通電時には、配列による調光機能を発現させる。
【００４４】
電圧を印加して液晶を配列させる場合の印加電圧は、中間層２０の厚さや液晶分子の種類に応じて決定されればよく、特に限定されないが、好ましくは、３〜２００Ｖ程度である。
【００４５】
表面層１０および裏面層３０は、透明な材料である。本願において「透明」とは、可視光透過率が７０％以上であることを意味する。表面層１０および裏面層３０は、透明な樹脂やガラスなどからなる。透明性が確保されていれば、表面層１０および裏面層３０は、無色であってもよいし、着色されていてもよい。なお、表面層１０とは、光源側に配置される層であることを意味し、裏面層３０とは、光源側と反対側に配置される層であることを意味するが、特に厳密な区別が必要とされるわけではない。例えば、表面層１０および裏面層３０に用いられる材料が同一である場合には、いずれが表面層として用いられてもよい。
【００４６】
表面層１０および裏面層３０の大きさおよび厚さは、調光材料の用途に応じて決定される。例えば、調光材料が自動車のフロントガラスに用いられるのであれば、車両のデザインに応じて表面層１０および裏面層３０の大きさは決定される。また、厚さも、調光材料の透光率や強度などを考慮して決定される。
【００４７】
表面層１０および裏面層３０として用いられるガラスの素材は特に限定されず、一般に用いられているガラスが適用されうる。ガラスは無色であっても着色されていてもよい。ガラスの具体例としては、クリアガラス、グリーンガラス、ブロンズガラス、グレーガラス、ブルーガラス、ＵＶカット断熱ガラス、熱線吸収ガラス、強化ガラス等が使用されうる。場合によっては、これらが組み合わせられてもよい。
【００４８】
表面層１０および裏面層３０として用いられる樹脂の素材は特に限定されず一般に用いられている樹脂が適用されうる。樹脂は、熱可塑性であってもよいし、熱硬化性であってもよい。適用用途を広げるためには、熱可塑性樹脂がより好適である。具体例としては、ナイロン６６などの脂肪族ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどのポリエステル、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン、ポリプロピレンなどからなる各種樹脂フィルムが、加工性、経済性、市場入手性、リサイクル性等の点から好適である。これらの中でも、ポリプロピレン、ポリエステルがより好適で、例えばポリエステルではポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリエチレンイソフタレート（ＰＥＩ）、ポリブチレンイソフタレート（ＰＢＩ）、ポリε−カプロラクトン（ＰＣＬ）等のほか、ＰＥＴのエチレングリコール成分を他の異なるグリコール成分で置換したもの（例えば、ポリヘキサメチレンテレフタレート（ＰＨＴ））、またはテレフタル酸成分を他の異なる２塩基酸成分で置換したもの（ポリヘキサメチレンイソフタレート（ＰＨＩ）、ポリヘキサメチレンナフタレート（ＰＨＮ））等を用いることができる。ただし、これらに限定されるわけではない。
【００４９】
表面層１０および裏面層３０は、樹脂フィルムであってもよい。表面層１０および裏面層３０が樹脂フィルムである場合、フィルム状の薄い調光材料が得られる。フィルム状の調光材料の用途としては、仕切り部、屋内等が挙げられる。
【００５０】
フィルム状調光材料とガラスとを一体化して、透明性を確保した調光ガラスとして用いることも好適である。フィルム状調光材料を作製し、これを用いて調光ガラスを作製する場合、調光ガラス作製の際の作業性を向上させることができる。例えば、２枚の合わせガラス間に液晶からなる中間層を形成する場合、ガラスの間に液晶材料を充填するのは比較的手間がかかる困難な作業である。このような工程を経る代わりに、樹脂フィルム間に液晶材料が充填されたフィルム状の調光材料を作製しておき、このフィルム状の調光材料をガラス間に配置する工程を採用することによって、作業性を向上させることができる。
【００５１】
樹脂フィルム間に液晶からなる中間層が形成されたフィルム状調光材料を作製した場合、上述のように、樹脂フィルムからなる表面層および裏面層の外層に、１対の透明なガラスが配置されてもよい。または、樹脂フィルムからなる表面層または裏面層の一方の外層に、透明なガラスが配置されてもよい。この態様は、ガラスにフィルム状調光材料を貼り付けることによって作製されうる。
【００５２】
表面層１０および裏面層３０を構成する樹脂フィルムの材料としては、先述の熱可塑性樹脂の他に、スチレン、メチルメタクリレート、アクリロニトリル、ポリカーボネート、ポリブタジエン、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、テトラメチレングリコールエーテルなどをモノマーとして得られるポリマーが挙げられる。もちろん、他のモノマーを原料とするポリマーが用いられてもよい。２種以上のモノマーからなるコポリマーが用いられてもよい。例えば、スチレンとメチルメタクリレートとのコポリマー、スチレンとアクリロニトリルとのコポリマー、スチレンとブタジエンとのコポリマー、４，４−チオジフェノールとビスフェノールＡとのコポリカーボネート、グルテルイミドとメチルメタクリレートとのコポリマーなどが挙げられる。
【００５３】
本発明の調光材料は各種用途に適用されうるが、好適な用途としては、車両のフロントガラス、フロントサイドガラスが挙げられる。自動車のフロントガラスおよびフロントサイドガラスは、日本の法規上は、日射成分のうちの可視光透過率（Ｔｖ）が７０％以上であることが求められる。本発明の調光材料を用いたフロントガラスおよびフロントサイドガラスは、少なくとも運転時には、定められた可視光透過率（Ｔｖ）を満たした上で、日射透過率（Ｔｅ）を下げる手段として有益である。
【００５４】
本発明の調光材料が用いられうる車両は多岐に渡る。例えば、図１１に示すようなセダン（日産自動車株式会社：スカイラインＴＭ（Ｖ３５））、図１２に示すようなコンパクトカー（日産自動車株式会社：マーチＴＭ（Ｋ１２））、図１３に示すようなミニバン（日産自動車株式会社：セレナＴＭ（Ｃ２４））、図１４に示すようなワゴン（日産自動車株式会社：プリメーラワゴンＴＭ（ＷＰ１１））、図１５に示すようなスポーティーカー（日産自動車株式会社：フェアレディＺＴＭ（Ｚ３３））などの各種車型に適用されうる。その他にも、軽自動車、クーペ、ＳＵＶ、１ＢＯＸ、２ＢＯＸ、バン、トラック等の車両にも、勿論適用されうる。
【００５５】
本発明の第２は、調光材料の製造方法に関する。即ち、本発明の第２は、微粒子を配列させてオパール構造体を形成する段階と、前記オパール構造体を構成する微粒子間に、前記微粒子より粒径が小さく、かつ前記微粒子と成分が異なる超微粒子を充填する段階と、前記微粒子を除去して、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体を形成する段階と、前記球状空間に等方相を形成する液晶を充填する段階とを含む、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料の製造方法である。
【００５６】
図面を参照しながら、本発明の第２の製造方法について説明する。図１６は、調光材料の製造工程を示す概略図である。まず、表面層１０上に、直径が実質的に揃った微粒子２５を配列させて、オパール構造体とする（図１６Ａ）。表面層の代わりに裏面層を用いてもよい。電極が配置された表面層または裏面層を用いてもよい。
【００５７】
微粒子２５を配列させてオパール構造体を形成するには、微粒子を分散させたコロイド溶液が用いられうる。コロイド溶液に直径の揃った微粒子２５を分散させておき、コロイド溶液中に表面層１０を浸す。そして、表面層１０を非常にゆっくり引上げる、またはコロイド溶液を蒸発させることによって、自己組織化的に微粒子を周期配列させる。これにより、オパール構造体を形成する。
【００５８】
引上げ法を用いる場合には、おおよそ１μｍ／ｓ前後の速度で引き上げるとよい。溶媒を蒸発させる場合には、溶媒として、水、メタノール、エタノール等の揮発し易い溶媒を用いるとよい。真空チャンバー中で、揮発速度を上げて、生産性を高めてもよい。
【００５９】
微粒子は、後の工程で除去可能な材質である。例えば、焼結によって除去可能なポリスチレン、フッ酸溶液で除去可能なシリカなどが用いられる。微粒子の直径は、微粒子が除去されて球状空間となることを考慮すれば、直径１５０〜５００ｎｍ程度から選択することが好ましい。ただし、この範囲に限定されるのではなく、透過および反射させる光の波長に応じて、つまり用途に応じて、微粒子の直径が選択されればよい。
【００６０】
次に、オパール構造体の微粒子２５間に、微粒子２５より粒径が小さく、かつ、微粒子２５とは異なる成分の超微粒子２６を充填して粒子膜２８を形成する（図１６Ｂ）。微粒子２５と超微粒子２６との関係を、図１６Ｂ’に示す。
【００６１】
超微粒子２６を充填するには、微粒子と同様に、超微粒子を分散させたコロイド溶液が用いられうる。コロイド溶液に直径の揃った超微粒子２６を分散させておき、コロイド溶液中にオパール構造が形成された表面層１０を浸す。そして、表面層１０を非常にゆっくり引上げることによって、微粒子２５の間に、超微粒子２６を充填する。引き上げ速度は、特に限定されないが、おおよそ１０μｍ／ｓ前後の速度で引き上げるとよい。
【００６２】
超微粒子は、微粒子を除去する工程において除去されない材料である。例えば、微粒子がポリスチレンである場合には、シリカが選択される。ポリスチレンは焼成工程において除去されうるがシリカは除去されずに、逆オパール構造の骨格となる。
【００６３】
超微粒子の粒径については、微粒子２５の間に侵入して、逆オパール構造体の骨格となることが可能であれば、特に限定されない。
【００６４】
続いて、微粒子２５を除去して、超微粒子２６により形成される逆オパール構造体２４を得る（図１６Ｃ）。微粒子２５が存在していた箇所は、球状空間２２となる。微粒子の除去方法は、微粒子の材質に応じて決定される。ポリスチレンなどのポリマーからなる微粒子を用いる場合には、焼成によって除去することが可能である。
【００６５】
逆オパール構造体２４からなる中間層２０を、表面層１０および裏面層３０で挟み、球状空間２２に等方相を形成する液晶を供給する（図１６Ｄ）。液晶は、毛細管力により逆オパール構造体２４内の球状空間２２に侵入しうる。表面層１０および裏面層３０の材質や液晶の種類については、本発明の第１の説明と同様であるため、ここでは、説明を省略する。液晶を供給する前には、液晶が漏れないように、表面層１０および裏面層３０を、紫外線硬化樹脂などを用いて固定することが好ましい。
【００６６】
本発明の第３は、調光材料の他の製造方法に関する。即ち、本発明の第３は、微粒子を配列させてオパール構造体を形成する段階と、前記オパール構造体を構成する微粒子間に、紫外線硬化樹脂を充填する段階と、紫外線照射により前記紫外線硬化樹脂を硬化させる段階と、前記微粒子を除去して、球状空間が隣接して形成されてなる逆オパール構造体を形成する段階と、前記球状空間に等方相を形成する液晶を充填する段階とを含む、透明な表面層と、中間層と、透明な裏面層とが、この順序で積層している調光材料の製造方法である。
【００６７】
本発明の第３は、超微粒子の代わりに紫外線硬化樹脂を用いる以外は、本発明の第２と同様である。このため、以下の説明においては、本発明の第３の特徴的部分のみを記載する。
【００６８】
本発明の第３においては、超微粒子を微粒子間に充填する代わりに、紫外線硬化樹脂を充填する。紫外線硬化樹脂を微粒子間に充填するには、紫外線硬化樹脂を微粒子からなるオパール構造体に供給する手法や、オパール構造体を紫外線硬化樹脂に浸漬する手法が挙げられる。ただし、微粒子の粒径が小さいため、微粒子間に紫外線硬化樹脂が浸透するよう、紫外線硬化樹脂の粘度に留意することが好ましい。
【００６９】
紫外線硬化樹脂は、特に限定されないが、アクリル樹脂系の紫外線硬化樹脂が挙げられる。ケミテック社製ケミシールＴＭ、ＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＡＴＭシリーズなど市販されている紫外線硬化樹脂を適宜用いることが可能である。
【００７０】
紫外線硬化樹脂を充填したら、紫外線を照射して樹脂を硬化させる。紫外線の照射量や強度は、用いる紫外線硬化樹脂の種類や、中間層のサイズに応じて決定されればよい。
【００７１】
紫外線硬化樹脂を硬化させた後、微粒子を除去して、逆オパール構造体を得る。微粒子の除去手段は、微粒子を除去するが、紫外線硬化樹脂を除去しない手段から選択されるとよい。例えば、微粒子としてシリカを用いた場合には、フッ酸溶液を用いることにより、紫外線硬化樹脂を残存させた上でシリカのみを除去することが可能である。
【００７２】
図２および図３に示すように、中間層を２以上の逆オパール構造体が積層した構造とする場合には、微粒子の粒径を変化させる以外は同様の作業を繰り返して、球状空間の中心間距離が異なる２以上の逆オパール構造体を積層させる。作業性を高めるためには、粒径が異なる微粒子を順次積層させて、２以上のオパール構造体が積層した構造を形成した後、ここに超微粒子または紫外線硬化樹脂を供給する手法を採用するとよい。ただし、逆オパール構造体を作製した後に、逆オパール構造体上に微粒子を再度供給する工程を採用してもよい。
【実施例】
【００７３】
次に、本発明について、実施例を用いて説明する。
【００７４】
（実施例１）
表面層として、厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を用いた。その表面にオパール構造体を形成するべく、粒径２６０ｎｍのポリスチレン微粒子のコロイド溶液（Ｄｕｋｅ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製：５０２６）中に上記、クリアガラスを浸し、一定速度（１μｍ／ｓ）で引上げ、微粒子が周期的に配列したオパール構造体を得た。そのオパール構造体をシリカ超微粒子（触媒化成社製：ＯＳＣＡＬ、粒径５ｎｍ）のコロイド溶液に浸し、一定の速度（１０μｍ／ｓ）で引き上げ、オパール構造体の空隙にシリカ超微粒子を満たした。これを焼成することにより、ポリスチレンを除去し、球状空間が隣接して形成された逆オパール構造体を得た。
【００７５】
作製した逆オパール構造体を裏面層になるガラス基板（上述の表面層と同じもの）で挟み、紫外線硬化樹脂（ＮＯＲＬＡＮＤ社製：ＮＯＡ６０）を用いて固定した。次に、毛細管力により逆オパール構造体内の球状空間に液晶（４−ヘキシル−４’−シアノビフェニル）を導入し、調光材料を得た。光学特性評価を表１に示す。なお、表中、実施例１〜３において配列時の数値がないのは、実施例１の調光材料には電極が形成されていないためである。
【００７６】
（実施例２）
微粒子を積層させる基板として、厚さ０．２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を用いた。その表面にオパール構造体を作製するべく、粒径２００ｎｍのシリカ微粒子（日産化学社製：２０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて微粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。そのオパール構造体に紫外線硬化樹脂であるＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＡ６０を浸漬し、紫外線を照射することによりオパール構造体の空隙中で紫外線硬化樹脂を硬化させた。これをフッ酸溶液（濃度５％）で処理することにより、基板およびシリカ微粒子を除去し、逆オパール構造体を得た。
【００７７】
作製した逆オパール構造体を、表面層および裏面層として作用するガラス基板（厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％））で挟み、紫外線硬化樹脂であるＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＡ６０を用いて固定した。次に、毛細管力により逆オパール構造体内の空隙に液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル）を導入し、調光材料を得た。
【００７８】
（実施例３）
微粒子を積層させる基板として、厚さ０．２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）を用いた。その表面にオパール構造体を作製するべく、粒径２００ｎｍのシリカ微粒子（日産化学社製：２０４０）をエタノール中に分散させたコロイド溶液を用いて微粒子が周期的に配列したオパール構造体を形成した。さらにそのオパール構造体の上に、粒径３００ｎｍのシリカ微粒子を周期的に配列させて、積層オパール構造体を得た。その積層オパール構造体に紫外線硬化樹脂であるＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＡ６０を浸漬し、紫外線を照射することによりオパール構造体の空隙中で紫外線硬化樹脂を硬化させた。これをフッ酸（濃度５％）で処理することにより、基板およびシリカ微粒子を除去し、球状空間の中心間距離が積層方向に平行な方向に関して変化する積層逆オパール構造体を作製した。
【００７９】
作製した逆オパール構造体を、表面層および裏面層として作用するガラス基板（厚さ２ｍｍ、大きさ５０ｍｍ×１０ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％））で挟み、紫外線硬化樹脂であるＮＯＲＬＡＮＤ社製ＮＯＡ６０を用いて固定した。次に、毛細管力により逆オパール構造体内の空隙に液晶（４−ペンチル−４’−シアノビフェニル）を導入し、調光材料を得た。
【００８０】
（実施例４）
表面層および裏面層として、厚さ２ｍｍのＩＴＯ蒸着ガラス（Ｔｖ：７９％）を用いた以外は、実施例１と同様の調光材料を作製した。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を表面層および裏面層に形成された電極間に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現が確認された。
【００８１】
（実施例５）
表面層および裏面層として、厚さ２ｍｍのＩＴＯ蒸着ガラス（Ｔｖ：７９％）を用いた以外は、実施例２と同様の調光材料を作製した。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を表面層および裏面層に形成された電極間に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現も確認された。
【００８２】
（実施例６）
表面層および裏面層として、厚さ２ｍｍのＩＴＯ蒸着ガラス（Ｔｖ：７９％）を用いた以外は、実施例３と同様の調光材料を作製した。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を表面層および裏面層に形成された電極間に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現も確認された。
【００８３】
（実施例７）
表面層、裏面層に、厚さ１２０μｍのＩＴＯ蒸着ポリエステルフィルム（Ｔｖ：７４％）を用いた以外は、実施例２と同様にしてフィルム状の調光材料を作製した。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を表面層および裏面層に形成された電極間に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現も確認された。
【００８４】
（実施例８）
実施例７で得たフィルム状の調光材料を厚さ２ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）に貼りつけサンプルを得た。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を表面層および裏面層に形成された電極間に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現も確認された。
【００８５】
（実施例９）
実施例７で得たフィルム状の調光材料を厚さ２ｍｍのクリアガラス（Ｔｖ：９４％）で挟んでサンプルを得た。調光のための刺激として、６０Ｖの直流電圧を両面の表面層、裏面層の電極に付与すると、液晶が配列し、反射機能の発現も確認された。
【００８６】
（実施例１０）
日産自動車株式会社製スカイライン（Ｖ３５）のフロントガラスとして、合わせガラスを用意し、その中間膜として実施例７で得た調光フィルムを挟み込んだ。外気温３５℃の環境で評価を行ったところ、前方視界は充分に確保された。電圧印加しておくと、夏季炎天下放置時の午後２時における車室内温度が、調光フィルム未装備車に比較して、１９℃低下した。
【００８７】
（比較例１）
液晶に、４−オクチル−４’−シアノビフェニルを用いた以外は実施例１と同様の調光材料を作製した。調光のための刺激として、温度条件を変化させたが、変化は見られなかった。
【００８８】
（比較例２）
液晶に、４−オクチル−４’−シアノビフェニルを用いた以外は実施例４と同様の資料を作製し評価に用いた。１５０Ｖの直流電圧を両面の表面層、裏面層の電極に付与すると、透過率が大きくなったが、反射機能は発現しなかった。
【００８９】
（光学特性評価）
得られた調光材料の光学特性、車両の車室内の温熱性能について下記の測定、評価を行なった。詳しくは、図１７および図１８に示した様に、作製した調光材料に、タングステン−ハロゲン光源（波長域：３６０〜１９００ｎｍ）の光を照射し、透過率測定では直線型、反射率測定ではＹ型光ファイバに接続されたマルチチャンネル光検出器を用いて、その光学特性を測定した。なお、評価温度は３５℃とした。
【００９０】
図１７は、０°入射時の透過率測定方法を示す概略図である。図１７において、６０は光源であり、６２は検出器であり、６３はサンプルであり、６４は光軸であり、６５は直線型ファイバであり、６７は投光器であり、６８は受光器である。光源６０から放出された光は、直線型ファイバ６５を通じて投光器６７からサンプル６３に投射される。サンプル６３を透過した光は受光器６８で集められ、直線型ファイバ６５を通じて検出器６２において光量が測定される。光源６０から発せられた光量および検出器６２において測定された光量から、透過率が算出される。
【００９１】
図１８は、０°入射時の反射率測定方法を示す概略図である。図１８において、６０は光源であり、６２は検出器であり、６３はサンプルであり、６４は光軸であり、６６はＹ型光ファイバであり、６９は投受光器である。光源６０から放出された光は、Ｙ型ファイバ６６を通じて投受光器６９からサンプル６３に投射される。サンプル６３を透過した光は投受光器６９で集められ、Ｙ型ファイバ６６を通じて検出器６２において光量が測定される。光源６０から発せられた光量および検出器６２において測定された光量から、透過率が算出される。
【００９２】
【表１】
2006145970.tif 000003
【００９３】
表１に示すように、本発明の実施例においては、非通電時には透過率が大きく、通電時には反射機能が発現することを確認することができた。
【００９４】
これらの特徴は、例えば、車両のフロントガラスに適用された場合には、非常に有用である。本発明の調光材料をフロントガラスに用いた車両は、運転時に必要な透明性を確保できる上、事故や故障によって透過率が低下することが防止されうる。また、車室内への日射エネルギー侵入を防止することもでき、乗員の居住性を快適にするばかりか、冷房負荷を低減することができる。ひいては、燃費の低減、ＣＯ２の排出量削減にも大いに貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の調光材料の一実施形態の断面模式図である。
【図２】逆オパール構造が２層積層した調光材料の断面模式図である。
【図３】逆オパール構造が３層積層した調光材料の断面模式図である。
【図４】電圧が印加されていない状態において、球状空間２２内部において配列相を形成している液晶分子４０の状態を示す模式図である。
【図５】電圧が印加されていない状態において、球状空間２２内部において等方相を形成している液晶分子４２の状態を示す模式図である。
【図６】球状空間２２内部において液晶が等方相を形成している状態における、入射光と透過光との関係を示す模式図である。
【図７】電圧により縦方向に配列した液晶分子４４の状態を示す模式図である。
【図８】電圧により横方向に配列した液晶分子４６の状態を示す模式図である。
【図９】球状空間２２内部において液晶が配列相を形成している状態における、入射光と透過光との関係を示す模式図である。
【図１０】表面層１０および裏面層３０に、１対の電極（５０、５２）が設置され、電極（５０、５２）の間に液晶を含む中間層２０が配置された調光材料の断面模式図である。
【図１１】スカイライン（Ｖ３５）の概略図である。
【図１２】マーチ（Ｋ１２）の概略図である。
【図１３】セレナ（Ｃ２４）の概略図である。
【図１４】プリメーラワゴン（ＷＰ１１）の概略図である。
【図１５】フェアレディＺ（Ｚ３３）の概略図である。
【図１６】調光材料の製造工程を示す概略図である。
【図１７】０°入射時の透過率測定方法を示す概略図である。
【図１８】０°入射時の反射率測定方法を示す概略図である。
【図１９】従来の調光材料において、光を散乱させる状態を示す模式図である。
【図２０】従来の調光材料において、光を透過させる状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００９６】
１，２，３…調光材料、１０…表面層、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ…中間層、２２…球状空間、２４…逆オパール構造体、２５…微粒子、２６…超微粒子、２８…粒子膜、
３０…裏面層、４０…配列相を形成している液晶分子、４２…等方相を形成している液晶分子、４４…電圧により縦方向に配列した液晶分子、４６…電圧により横方向に配列した液晶分子、５０，５２…電極、６０…光源、６２…検出器、６３…サンプル、６４…光軸、６５…直線型ファイバ、６６…Ｙ型光ファイバ、６７…投光器、６８…受光器、６９…投受光器、ｄｖ…積層方向に垂直な方向の中心間距離、ｄｈ…積層方向に平行な方向の中心間距離。
【図１】
2006145970.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006145970.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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