(57)【要約】  外側パネル（５２）、内側パネル（５４）、光透過制御層（５６）および衝撃吸収層（５８）を備えた不透明性調節可能な窓（５０）が提供される。外側パネル（５２）と内側パネル（５４）は、それらの間に空洞（６０）を提供し、前記光透過制御層および衝撃吸収層が該空洞内に配される。該衝撃吸収層は、前記光透過制御層を支持および保護する可撓性シート（６２）である。光透過制御層は、液晶セル（６６）で構成される。該セルの透過率は、可変制御が可能である。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）外側パネル、
ｂ）内側パネル、
ｃ）光透過制御層、および
ｄ）衝撃吸収層
を備え、該外側パネルおよび該内側パネルがそれらの間に空洞を提供し、前記光透過制御層および前記衝撃収集層が該空洞内に配され、前記光透過制御層が該衝撃吸収層によって支持されている不透明性調節可能な窓。
【請求項２】
前記衝撃吸収層が第一可撓性シートを備え、前記光透過制御層が該可撓性シートに装着されている請求項１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３】
前記第一可撓性シートがポリエステル、又はポリカーボネートからできている請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４】
前記可撓性シートの厚みが、約０．１〜約０．２ｍｍの範囲である請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項５】
前記外側パネルおよび前記内側パネルが実質的に硬いものである請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項６】
前記外側パネルおよび内側パネルが、ガラスでできている請求項５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項７】
前記光透過制御層が、複数の光透過制御セルを備えている請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項８】
前記光透過制御セルが格子状に配置されている請求項７記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項９】
前記光透過制御セルの不透明性が、可変制御される請求項７記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１０】
前記光透過制御セルの個々の不透明性が、該光透過制御セルに及ぼされる電場の振幅変化によって調節される請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１１】
前記光透過制御セルの各々が、第一電極、第二電極、及びこれら第一及び第二電極の間の電気化学材料を備えている請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１２】
前記電気化学材料が、液晶又は非線形光学材料を備えている請求項１１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１３】
前記液晶が、液晶に添加された二色性の染料を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１４】
前記液晶が、キラル添加剤を備えたネマチック液晶を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１５】
前記液晶が、キラル添加剤を含まないネマチック液晶を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１６】
前記液晶が、キラルネマチック液晶を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１７】
前記液晶が、高分子液晶を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１８】
前記液晶が、強誘電液晶を備えている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項１９】
前記液晶が、二色性の光吸収染料を添加されている請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２０】
前記液晶が、多色性の光吸収染料の添加されたものである請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２１】
前記外側パネルと前記光透過制御層との間に配された第一偏光層と、前記第一可撓性シートと前記内側パネルとの間に配される第二偏光層とをさらに備え、前記第一偏光層の偏光方向が、該第二偏光層の偏光方向と実質的に直角である請求項１２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２２】
前記第一偏光層が前記外側パネルに積層され、前記第二偏光層が前記内側パネルに積層されている、請求項２１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２３】
前記第一偏光層が、吸収性である、請求項２１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２４】
前記第一偏光層が、複屈折性の基材である請求項２１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２５】
前記光透過制御セルが、さらに前記第一偏光層に実質的に接する第一電極と、前記第一可撓性シートに実質的に接する第二電極とを備え、該液晶が、該第一電極と該第二電極との間に配されている請求項２１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２６】
前記第一電極が、透明な導電性コーティングを塗布された実質的に透明なプラスチック基材を備え、前記第二電極が、透明な導電性コーティングを塗布された実質的に透明なプラスチック基材を備えている請求項２５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２７】
前記液晶と隣接する前記第一電極の表面が第一高分子層で処理されており、該第一高分子層が、隣接する液晶に選択配置を与えるものであり、前記液晶に隣接する前記第二電極の表面が第二高分子層で処理されており、該第二高分子層が、隣接する液晶に選択配置を与えるものである、請求項２５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２８】
前記第一及び第二高分子層に隣接する前記液晶が、該第一及び第二高分子層に対して予備傾斜し、前記第一高分子層の処理された選択方向が、前記第一偏光層の偏光方向と実質的に平行であり、前記第二高分子層の処理された選択方向が、前記第二偏光層の偏光方向と実質的に平行である請求項２７記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項２９】
前記予備傾斜角度が、０〜約４５°の範囲である請求項２８記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３０】
前記予備傾斜角度が、約３０°である請求項２９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３１】
前記光透過制御セルが、さらに複数のスペーサーを備え、該スペーサーが前記第一及び第二電極の間隔を所定の距離に維持している請求項２５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３２】
前記スペーサーの全てが、接着剤を塗布されたものである請求項３１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３３】
前記スペーサーの一部に接着剤が塗布されている請求項３１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３４】
前記スペーサーが、前記光透過制御セル中に無秩序に分散されている請求項３１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３５】
前記スペーサーの各々が、球体を備え、該球体が前記第一及び第二電極と接している請求項３１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３６】
前記球体は接着剤層が塗布されており、該球体の直径が約５〜約３０ミクロンの範囲であり、該接着剤層の厚みが約５ミクロンである請求項３５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３７】
前記第一可撓性シートは、透明な電気導電性コーティングが塗布されている請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３８】
前記透明な電気導電性コーティングが、酸化すず含有酸化インジウムである請求項３７記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項３９】
前記透明な電気導電性コーティングが、各光透過制御セルへの電気的配線を形成している請求項３７記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４０】
さらに、前記光透過制御セルの各々を、前記電気的配線によって制御する制御回路を備えている請求項３９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４１】
さらに、前記光透過制御セルの一部を集合的に、前記電気的配線によって制御する制御回路を備えている請求項３９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４２】
さらに、前記光透過制御セルを、前記電気的配線によって全体的に制御する制御回路を備えている請求項３９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４３】
さらに、入射光の強さを測定する光センサーを備え、前記制御回路が該光センサーによって提供されたデータに基づいて前記光透過制御セルの光透過率を制御する請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４４】
前記光透過制御セルの光透過率が、手動で制御可能である請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４５】
さらに、光電池セルの配列を備え、該光電池セルの配列が、前記光透過制御層の操作に必要な電気を提供する請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４６】
前記不透明性調節可能な窓が、自動車の窓であり、前記配列が自動車に設置されている請求項４５記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４７】
前記不透明性調節可能な窓が、建築物の窓、ガラスドア、又は間仕切りである請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４８】
さらに、前記外側パネルと前記光透過制御層との間に配された、紫外光遮断層を備えている請求項９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項４９】
前記光透過制御層の不透明性が、可変調節しうる請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項５０】
前記光透過制御層の不透明性が、該光透過制御層に及ぼされる電場の振幅変化によって調節される請求項４９記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項５１】
前記衝撃吸収層が、さらに第二可撓性シートを備え、該第二可撓性シートが前記光透過制御層の前記第一可撓性シートと反対側に装着されている請求項２記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項５２】
前記衝撃吸収層が、前記空洞を満たすゲルを備え、前記光透過制御層が、該ゲルに支持されている請求項１記載の不透明性調節可能な窓。
【請求項５３】
前記外側パネル、前記内側パネル、前記光透過制御層、及び前記衝撃吸収層同士の接着が、感圧性接着剤によってなされている請求項１記載の不透明性調節可能な窓。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明は、不透明性の調節が可能な窓に関する。より詳しくは、本発明は、自動車及び建築産業に使用される、調節可能又は可変の窓色づけシステム、更には、太陽光から保護するための窓システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光のうち所定の部分を透過する自動車や建物の窓は、多くの場合において好ましいとされており、現在、商業的にも、自動車や建物への太陽光の侵入を制御するために利用されている。
【０００３】
そのような窓は、ある一定の色合いを有しており、明るい太陽光の日々には使用者に好まれるが、曇りの日や夜間には好まれない。
【０００４】
窓は、環境のみならず社会的状況の変化する状況下、或いは要望により、入射可視光強度の集中度を制御することが適切である場所において、必要とされている。
【０００５】
光の集中度、窓を通して伝わる可視光を調節し、及び、同時に紫外線と赤外線の多くをカットするような、保護用の可変の色づけは、非常に好ましいものである。
【０００６】
発明の要約
本発明は、改良された光調節窓への必要性に適した工夫である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一の目的は、自動的に又は手動により、周囲の光の状況に応じてその不透明さを自在に変化させうるような、不透明性調節可能な窓を提供するものである。
【０００８】
本発明の他の目的は、自動車の窓として十分な耐久性と薄さを兼ね備えた、不透明性調節可能な窓を提供するものである。
【０００９】
本発明の更なる他の目的は、紫外線および赤外光を、吸収又は反射の何れかによって自動車または建物から外方へと遮断することである。
【００１０】
本発明の更なる他の目的は、徐々にその色合いや色づけを行うことが可能な、不透明性調節可能な窓を提供するものである。
【００１１】
本発明の更なる他の目的は、窓に適用するための、液晶のような電気光学的材料が封入されるような、丈夫で且つ寸法的柔軟性のあるものを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、外側パネルと、内側パネルと、光透過制御層と、衝撃吸収層を備えた不透明性調節可能な窓が提供される。
【００１３】
前記外側パネルと前記内側パネルは、それらの間に空洞を形成し、前記光透過制御層と前記衝撃吸収層とが、該空洞に配されている。
【００１４】
前記光透過制御層は、前記衝撃吸収層によって支持されている。
【００１５】
前記外側パネル、前記内側パネル、前記光透過制御層および前記衝撃吸収層同士の接着は、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）や、商品名がAstrocure1000Gのような光学的に透明な紫外線硬化樹脂を用いた技術、さらに、圧力感応型接着剤の使用をも含めたような、ガラス積層プロセスにおいてしばしば採用される技術によって行われる。
【００１６】
前記衝撃吸収層は、衝撃吸収特性を有するように又は衝撃吸収特性を高めるように設計され、種々の層間においてその機能が提供されるような、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、Astrocure1000Gのような紫外線硬化型透明樹脂、又は圧力感応型接着剤を含むものである。
【００１７】
あるいは、前記衝撃吸収層が前記空洞を満たすようなゲルを含み、前記光透過制御層が該ゲル中に支持されるものとする。
【００１８】
あるいは、前記衝撃吸収層は、第一可撓性シートを備え、前記光透過制御層が該第一可撓性シートに装着されたものとする。該衝撃吸収層は、さらに、第二可撓性シートを備えることができ、該第二可撓性シートが前記光透過制御層における前記第一可撓性シートと反対側に装着されたものとする。
【００１９】
好ましくは、前記第一及び第二の可撓性シートは、ポリエステル又はポリカーボネートでできており、これらの厚みは、約０．１〜約０．２ｍｍの範囲とされる。
【００２０】
前記外側パネルおよび前記内側パネルは、実質的に硬いものである。好ましくは、該外側パネルおよび該内側パネルは、ガラスでできたものとする。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記光透過制御層は、継ぎ目無くタイル状に配された格子構造の光透過制御セルを複数備える。
【００２２】
前記光透過制御セルの不透明度は、種々の方式で調節可能である。該光透過制御セル又は光透過制御層の各々の不透明度は、外部電場のような外部の刺激を適用することによって調節され、また、該光透過制御セルに適用される電場の振幅を変化させることによって調節される。
【００２３】
前記光透過制御セルの各々は、第一電極、第二電極、および該第一電極と該第二電極との間の電気光学的材料から構成される。該電気光学的材料は、液晶に限定されず、非線形光材料、および類似の特性を有する他の光学材料とすることができる。
【００２４】
前記光透過制御層を構成する液晶のタイプは、キラル添加物を含んだ又は含まないネマチック液晶に限定されず、キラルネマチック液晶、高分子液晶、強誘電性液晶を含むことができる。このような液晶には、二色性の光吸収染料が添加され、また、多色性の光吸収染料が添加されうる。
【００２５】
前記不透明性の調節可能な窓は、さらに、前記外側パネルと前記光透過制御層との間に配される第一偏光層と、前記第一可撓性シートと前記内側パネルとの間に配される第二偏光層とを備える。前記第一偏光層の偏光方向は、前記第二偏光層の偏光方向と実質的に直角である。
【００２６】
前記第一および第二の偏光層は、前記外側および内側パネルと、それぞれ一体とすることができる。前記第一偏光層は、吸収性のある、又は複屈折性の基材である。しかも、前記第一偏光層は、金属性のワイヤーグリッドを備えてもよい。
【００２７】
前記光透過制御セルにおいて、前記第一電極は実質的に前記第一偏光層に隣接し、前記第二電極は実質的に前記第一可撓性シートに隣接する。
【００２８】
前記第一電極は、透明な導電性のコーティング剤がコーティングされた実質的に透明なプラスチック基材を備え、前記第二電極は、透明な導電性のコーティング剤がコーティングされた実質的に透明なプラスチック基材を備える。
前記液晶に隣接する前記第一電極は、第一高分子層によって処理されており、該第一高分子層は、該隣接する液晶に選択配置を与え、また、前記液晶に隣接する前記第二電極の表面は、第二高分子層によって処理されており、該第二高分子層は、該隣接する液晶に選択配置を与える。
【００２９】
前記第一および第二高分子層に隣接する前記液晶は、前記第一および第二高分子層の平面から予備傾斜されている。前記処理された第一高分子層の選択方向は前記第一偏光層の偏光方向と実質的に平行であり、前記処理された第二高分子層の選択方向は前記第二偏光層の偏光方向と実質的に平行である。
【００３０】
好ましくは、前記予備傾斜の角度は、０〜約４５°である。より好ましくは、前記予備傾斜の角度は、約３０°である。
【００３１】
前記光透過制御セルは、更に、複数のスペーサーを備え、該スペーサーは、前記第一電極と第二電極との間の予め決められた間隔を維持する。該スペーサーの一部又は全部は、接着剤が塗布される。前記スペーサーは、前記光透過制御セルの中にランダムに分散される。該スペーサーの各々は球体を備えており、該球体は前記第一および第二の電極と接している。該球体は、接着剤層が塗布されている。該球体の直径は、約５〜約３０ミクロンの範囲であり、前記接着剤層の厚みは、約５ミクロンである。
【００３２】
前記第一可撓性シートは、酸化すず含有酸化インジウム（Indium Tin Oxide）でできた透明な電気的導電性のコーティング剤がコーティングされている。該第一可撓性シートにおける該透明な導電性コーティング剤は、個々の光透過制御セルへの電気的配線を形成する。
【００３３】
前記不透明性調節可能な窓は、さらに、前記電気的配線とともに、前記各光透過制御セルを個々に又は一部分を集合的に又は全体を集合的に制御するための制御回路を、備えている。
【００３４】
前記不透明性調節可能な窓は、さらに、入射光の強さを測定する光センサーを備え、前記制御回路は、該光センサーによって提供されるデータに基づいて前記光透過制御セルの光透過率を制御する。該光透過制御セルの該光透過率は、手動でも制御しうる。
【００３５】
前記不透明性の調節可能な窓は、さらに、光電池の配列を備え、該配列は、前記光透過制御層を操作するための電気を提供する。前記不透明性の調節可能な窓は自動車の窓とし、該配列は自動車に設置することができる。前記不透明性の調節可能な窓の、他の応用として、建築物の窓、ガラスドア、又はパーテションが含まれる。
【００３６】
前記不透明性の調節可能な窓は、さらに、前記外側パネルと前記光透過制御層との間に配された紫外光遮断層を備える。
【００３７】
本発明は、以下の異なる態様において要約される。
【００３８】
調節可能な保護用色付き窓は、外部の手段により、紫外光および赤外光が吸収され又は自動車の外へ反射されるが、可視光の透過を許容する。色付けの適用例における制御の重要な点は、活動層の光特性を電気的に操作することである。
【００３９】
図１に示されているのは、光制御層の中央層であり、これによって活動層を透過する光の透過率が制御される。該光制御層の拡大図が図２に示されている。液晶、および液晶と補助層との組み合わせなどの電気的に活性な物質のフィルムが、外部から加えられた電気的刺激に依存するという方法により、光の透過率を変化させうる。
【００４０】
前記活性層が液晶の場合、補助層は、種々のタイプの偏光子のような層、電場のような外部刺激を適用するために必要な層、配向層や斜めの入射光の光減衰効果を高めるための補償層などといった活性層の適切な操作のために必要となる層、を備えることができる。
【００４１】
望ましくない可視光は、活性層又はその補助層によって、反射、車の外側への回折、吸収、及び／又はこれら３つのモードの組み合わせによって除かれうる。
【００４２】
前記光透過制御層を通る可視光透過率の制御は、前記活性層の光学特性が電場のような外部刺激を用いて操作されうるという能力に由来するものである。
【００４３】
液晶のような活性層は、電場のような外部刺激が加えられた場合、複屈折のような光学特性、および、それによって該活性層を通過する光の偏光状態を変化させうる。
【００４４】
より明示的には、外部の電場のような外部刺激を前記液晶層へ加えることは、液晶を構成する棒状分子のような液晶分子を再配向させる。前記液晶中に於けるこのような分子の再配向は、ガラスを透過する光の屈折率を変化させる要因となる。その結果、前記外部刺激を前記液晶活性層へ加えることが、液晶層を出る光の偏光を変化させることになる。
【００４５】
より明示的且つより一般的には、液晶分子の再配向の程度は、外部刺激の振幅に依存し、そして該液晶層を透過する光の偏光状態は、該外部刺激の操作によって連続的に操作されうる。
【００４６】
そして、偏光子のような補助層は、偏光子の選択と、前記活性層によって制御される光の偏光状態とによって可視光の一部を吸収又は反射する。液晶に添加された二色性の染料は、電場のような外部刺激の適用によって光の吸収量を変化させることができ、それゆえ、外部刺激の適用によって活性層を通過する光の透過率を制御することができる。
【００４７】
即ち、このような紫外光および赤外光の濾過は、紫外線吸収層、偏光子、および他の活性層といった補助層によって達成され、それらの材料の選択に依存する。可視光周波数の透過率を変化させるための活性層に適用される外部刺激は、該光透過制御層の紫外光および赤外光の濾過に殆ど又は全く影響を及ぼさない。
【００４８】
商業的な適用、特に、車、陸地、海洋および航空への適用においては、様々な窓の大きさが採用される。大きな窓に対しては、本発明によれば、図３に示されたように、幾つかの小さい活性層が継ぎ目無くタイル張りされた構造を構成し、これらの小さいタイルの集合体が、パネル全体の光の透過を制御する一つの活性層として作用するように、該活性層が構成される。
【００４９】
本発明に係る不透明性調節可能な窓は、多くの利点を提供する。
【００５０】
自然の太陽光は、光学的な周波数領域において、紫外光から赤外光までに及ぶ広い周波数帯を有している。紫外光は、特に有機系において光化学反応を誘発させ、また、車や建物の中にいる人々にとって有害なものである。前記保護用の不透明性調節可能な窓によって提供される紫外光の濾過特性は、例えば、車の乗員にとって環境的に安全な特徴を加え、しかも、乗員にとって日除けを使用することによる問題を減らす。紫外線によって液晶のような活性層へ及ぼされるダメージは、該活性層へ紫外光が進入することを避けることによって最小化又は無くすことができる。
【００５１】
太陽光のうちの赤外光は、車又は建物の内側に形成される物質によって吸収することができ、光の吸収から転換される熱の非常に重要な部分である。本発明によれば、前記光透過制御層は、反射、又は吸収、又は両方の組み合わせにより、赤外光を濾過しうる。このような赤外光周波の濾過は、上記のように転換された熱による、車又は建物の内側の温度上昇を減らすことができ、暑い日の車又は建物の望ましい冷却のためのエネルギーやコストを削減することができる。
【００５２】
前記不透明性調節可能な窓が、周囲の光状態が明るすぎる際に好ましくない光を減らすという主な機能は、周囲の光の状態が暗くなると、最大透過率となるべく変化されうる。前記保護用の不透明性調節可能な窓の使用による付随的な利点は、広い範囲の自然光の状況下においてプライバシーを提供しうることである。一般的な適用例においては、略完全な反射鏡が窓に保護された状況の内側に配されても、反射した光は、窓を透過する光よりも強くなる。こうして、窓の内側を減光することの目的は、外側の光の反射により、明るい側にいる人から見えなくすることである。プライバシーは、該窓を透過する光の透過率を減らすことによって不透明性を制御することにより、さらに強調することができる。
【００５３】
さらに、大きな窓のための前記活性層のタイル張り構造は、幾つかの方法において利点となる。活性層の収率、およびそれに付随するコストは、一般的に、面積の大きさに非線形的な関数となる。例えば、半導体ＩＣチップのコストは、回避し得ない汚染や欠陥のために、その面積の関数として指数的に増大する。小さい活性層は高い収率を有しており、物質的なコストは低くなる。
【００５４】
加えて、該活性層を作るための多くの供給材料および道具が、それを行うために選択されたとしても、大きいサイズを取り扱うことが不可能となりうる。非常に薄くなったとしても、小さいものの取扱いの方が、大きいもののの取扱いと比べて、容易となりうる。大きな窓の場合、前記活性層は、活性層の小片の継ぎ目無くタイル張りされた集合体である。小さいタイルの収率は高いため、直ちに細工が可能となり、取扱いが容易となる。
【００５５】
本発明について簡単に要約したが、以下の図面、詳細な説明および付加された請求項により、本発明の十分な理解が得られうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５６】
発明の詳細な説明
前記光透過制御層を透過する可視光の透過率の制御は、電場のような外部刺激を用いて操作されうる光透過制御層の中央層である、活性層の光学的な特性に由来する。液晶のような活性層は、電場のような外部刺激が与えられた際に、複屈折率および該活性層を透過する光の偏光状態を変化させうる。
【００５７】
より明示的には、外部の電場のような外部刺激を前記液晶層へ加えることは、液晶を構成する棒状分子のような液晶分子を再配向させる。前記液晶中に於けるこのような分子の再配向は、ガラスを透過する光の屈折率を変化させる要因となる。その結果、前記外部刺激を前記液晶活性層へ加えることが、液晶層を出る光の偏光を変化させることになる。
【００５８】
より明示的且つより一般的には、液晶分子の再配向の程度は、外部刺激の振幅に依存し、そして該液晶層を透過する光の偏光状態は、該外部刺激の操作によって連続的に操作されうる。
【００５９】
そして、偏光子のような補助層は、偏光子の選択と、前記活性層によって制御される光の偏光状態とによって可視光の一部を吸収又は反射する。液晶に添加された二色性の染料は、電場のような外部刺激の適用によって光の吸収量を変化させることができ、それゆえ、外部刺激の適用によって活性層を通過する光の透過率を制御することができる。
【００６０】
即ち、このような紫外光および赤外光の濾過は、紫外線吸収層、偏光子、および他の活性層といった補助層によって達成され、それらの材料の選択に依存する。可視光周波数の透過率を変化させるための活性層に適用される外部刺激は、該光透過制御層の紫外光および赤外光の濾過に殆ど又は全く影響を及ぼさない。
【００６１】
商業的な適用、特に、車、陸地、海洋および航空への適用においては、様々な窓の大きさが採用される。大きな窓に対しては、本発明によれば、図３に示されたように、幾つかの小さい活性層が継ぎ目無くタイル張りされた構造を構成し、これらの小さいタイルの集合体が、パネル全体の光の透過を制御する一つの活性層として作用するように、該活性層が構成される。
【００６２】
前記光透過制御層は、活性層を備え、層厚み及び層構造を変化させることによって種々の層構造を想定することができる。該活性層としては種々の電気光学的材料が使用できる。
【００６３】
そのような層は、液晶、高分子液晶、又は非線形光学材料などの他の光学材料で構成しうる。
【００６４】
好ましい一実施形態において、前記活性層は、一対の交差しないガラスのような基材又はポリエステルやポリカーボネートのような可撓性の高分子基材によって境界を区切られた、液晶層を備える。一般的に、該基材は、さらに、それを通して電気のような外部刺激を液晶に加えるような透明な導電層、並びに、液晶の配向、二つの基材間の電気の短絡防止、及び前記活性液晶層への水分の浸入を防止するための他のオーバーコートを備える。さらに、該基材は、該基材の電気的導電性を高めるべく、銀、又は、ポリアニリンのような導電性高分子が添加される。該液晶層は、互いの偏光の選択方向が一般的には０度又は９０度となる一対の偏光子によって境界を区切られている。
【００６５】
活性層として液晶を用いた当該好ましい実施形態に於いては、該液晶は、キラル添加物を用いた又は用いないネマチックとすることができ、また、該液晶活性層は、キラルネマチック液晶の層とすることができる。さらに、該液晶活性層は、高分子液晶や、強誘電性液晶のような他の形態の液晶とすることができる。さらに、該液晶層は、二色性又は多色性の光吸収染料を添加してもよい。
これらの染料の添加は、着色を変化させる適用例において、必要とされる透過率の制御を手助けしうるものである。
【００６６】
さらに、この好ましい実施形態においては、前記偏光子は実質的に反射性のものであって該反射性の偏光子を複屈折性の基材とすることができ、又は、金属のワイヤグリッドが赤外光を反射および紫外光を部分的に遮断しうるものとすることができる。
さらに、該偏光フィルムによる偏光の選択が、望ましくない偏光方向の光の吸収を達成するようにして、該偏光子は実質的に吸収性とすることができる。
【００６７】
前記活性層として液晶を用いた場合の他の好ましい実施形態では、該液晶は、二色性の又は多色性の光吸収染料を添加したネマチックとし、誘電異方性がネガティブなものとすることができる。このような好ましい実施形態においては、着色を制御するための偏光子が必要ないものとなる。
【００６８】
他の好ましい実施形態においては、前記光透過制御層は、上述したような液晶層のような活性層に加え、窓や活性層に積層されて適切な濾過特性を発揮するＵＶ層及び赤外濾過層を備えることができる。
【００６９】
一つの好ましい実施形態においては、前記保護用の着色可変窓は、先ず、前記光透過制御層が作成され、次に、感圧性接着層のような接着層を用いて２枚のパネルの間に積層される。しかし、他の実施形態においては、該光透過制御層は、着色物質を固定されたシート状窓に積層するようなやり方で、パネルの内側に積層される。前記接着性物質は、同じく、感圧性の接着フィルムとすることができる。
【００７０】
さらに、他の好ましい実施形態においては、より小さな光透過制御層や活性層が２つのロール又は２つのカラム内に配され、前記活性層が前記窓の内側に継ぎ目無くタイル張りされ、外部刺激を加える手段が前記窓の縁に沿って都合よく隠されたものとすることができる。
【００７１】
さらに他の好ましい実施形態においては、前記外部刺激は電気的刺激とすることができ、車のバッテリー系から電力供給される回路による振動する電場とされうる。
【００７２】
これに代えて、前記回路は、風防ガラスの上部に積層された太陽電池から電力供給されるものとしうる。
【００７３】
本発明は、図４〜１８を参照することにより、更に説明される。
【００７４】
図４及び図５は、本発明に係る不透明性調節可能な窓５０を示している。該窓５０は、外側パネル５２、内側パネル５４、光透過制御層５６、及び衝撃吸収層５８を備えている。該光透過制御層５６は、該衝撃吸収層５８に支持されている。わかり易く説明するため、これらの要素は、図面中においては寸法通りには描かれていない。前記外側パネル５２、前記内側パネル５４、前記光透過制御層５６及び衝撃吸収層５８同士の接着は、感圧性接着剤によってなされている。
【００７５】
図６は、外側パネル５２と内側パネル５４が、それらの間に空洞６０を提供することを示している。図５に示された前記光透過制御層５６及び衝撃吸収層５８は、該空洞６０の中に配される。
【００７６】
図７は、前記衝撃吸収層５８が、第一可撓性シート６２、及び付加的な第二可撓性シート６４を備えることを示している。前記光透過制御層５６は、該第一可撓性シート６２に装着される。該第二可撓性シート６４は、該光透過制御層５６の第一可撓性シート６２と反対側に装着される。
【００７７】
さらに、複数の可撓性シートが、該窓を高強度および高硬度とするべく、前記光透過制御層の何れかの側に追加されうる。好ましくは、前記可撓性シート６２、６４の材質は、ポリエステル又はポリカーボネートとし、該可撓性シートの厚みは、約０．１〜約０．２ｍｍの範囲とする。前記第一可撓性シート６２は、液晶を含む壊れやすい物質を含有した前記光透過制御層５６を、外部衝撃から保護する。
【００７８】
好ましくは、前記外側パネル５２及び前記内側パネル５４は、種々の用途に必要とされるような構造的剛性を提供するべく、実質的に硬いものとする。例えば、該パネル５２、５４は、ガラス又はプラスチックより作られる。その他の光透過性のパネルもまた、適用可能である。
【００７９】
図８は、前記光透過制御層５６が、光透過制御セル６６を備えていることを示す。該光透過制御セル６６は、格子６８を形成するように配されている。大きなセルを用いると該光透過制御セル６６の数を減らすことができるが、より余剰性と柔軟性を高めるためには、より小さい光透過制御セル６６を用いることが好ましい。該光透過制御層６６の不透明性は、該光透過制御層６６に及ぼされる電場の振幅を変えることによって値が可変である。該光透過制御層６６による該窓５０の着色は、該窓５０の製造を実質的に容易とする。
【００８０】
図９は、前記光透過制御セルが、第一電極７０、第二電極７２、並びに該第一および該第二電極７０、７２の間の電気光学的材料７３を備えていることを示す。
【００８１】
該電気光学的材料７３は、液晶７４、又は非線形の光学材料を備える。該液晶は、液晶中に添加された二色性の染料、キラル添加剤を有し又は有さないネマチック液晶、キラルネマチック液晶、高分子液晶、及び強誘電性液晶を含む。該液晶は、二色性の光吸収染料、又は多色性の光吸収染料を添加されうる。
【００８２】
光透過率制御に用いられる液晶のより一般的な説明は、米国特許第５１９７２４２により与えられ、そこに開示された内容はこの出願において参照として引用される。
【００８３】
前記窓５０は、さらに、前記外側パネル５２と前記光透過制御層５６との間に配される第一偏光層７６、及び、前記第一可撓性シート６２と前記内側パネル５４との間に配される第二偏光層７８を備える。
【００８４】
該第一偏光層７６の偏光方向は、該第二偏光層７８の偏光方向と実質的に直角である。
【００８５】
該第一偏光層７６及び該第二偏光層７８は、外側パネル５２と内側パネル５４とに、その内側で、その一部として又は平行するように、それぞれ積層される。
【００８６】
外側からの入射光を受光する前記第一偏光層７６は、吸収性や複屈折性の基材とすることができ、また、望ましくない光を効果的に濾過するために、金属のワイヤグリッドを備えることができる。
【００８７】
前記光透過制御層６６において、前記第一電極７０は、実質的に前記第一偏光層７６に隣接し、前記第二電極７２は、実質的に前記第一可撓性シート６２に隣接している。該液晶７４は該第一電極７０と該第二電極７２との間に配されている。
【００８８】
前記第一電極７０は、透明な導電性コーティング剤８２がコーティングされた実質的に透明なプラスチック基材８０を備え、前記第二電極７２は、透明な導電性コーティング剤８２がコーティングされた実質的に透明な基材８０を備える。
【００８９】
前記液晶７４と隣接する、前記第一電極７０の表面は、第一高分子層８６によって処理されており、該第一高分子層８６は、隣接する液晶７４に選択配置を与える。
【００９０】
前記液晶７４と隣接する前記第二電極７２の表面は、第二高分子層８８によって処理されており、該第二高分子層８８は、隣接する液晶に選択配置を与える。
【００９１】
選択配置とは、前記高分子層８６、８８に隣接する液晶分子が、それらの長軸を、摩擦又はブラシ掛けされた該高分子層８６、８８の方向に向く傾向にあることを意味する。第一高分子層８６のブラシ掛け方向は、第２高分子層８８のブラシ掛け方向と、実質的に直角となる。
【００９２】
処理された前記第一高分子層８６の選択方向は、前記第一偏光層７６の偏光方向と実質的に平行であり、処理された前記第二高分子層８８の選択方向は、前記第二偏光層７８の偏光方向と実質的に平行である。
【００９３】
該第一及び第二高分子層８６、８８と隣接する前記液晶７４は、該第一及び第二高分子層８６、８８の平面から、予め傾斜している。即ち、図９において、棒状の液晶７４は、第一及び第二高分子層８６、８８と角度をなしている。
【００９４】
このような処理された高分子層に隣接する液晶の予備傾斜は、液晶７４の配置の可変制御を円滑にし、光透過制御セル６６の不透明性を可変制御する。高分子層の場所に隣接する液晶のゼロ又は小さい角度の予備傾斜は、通常、外部電場のような外部から加えられる刺激が小さく変化するような装置によって、光の透過率として大きな変化をもたらす要因となる。十分な予備傾斜、とりわけ、約３０又はそれ以上の予備傾斜は、光透過率制御装置において、外部刺激が変化した場合に、その光透過率がスムーズに変化する。
【００９５】
好ましくは、該予備傾斜角度は、０〜約４５°の範囲とする。より好ましくは、該予備傾斜角度は、約３０°とする。
【００９６】
図１０は、前記光透過制御セル６６が、さらに、複数のスペーサー９０を備えていることを示している。該スペーサー９０は、接着剤が塗布されている。該スペーサー９０は、前記光透過制御セル６６中にランダム又は均一に、分散している。
【００９７】
図１１に示されたように、該スペーサー９０は、前記第一及び第二電極７０、７２と接触し、予め決められた該第一及び第二電極７０、７２の間隔を維持する。
【００９８】
前記光透過制御セル６６の境界は、接着剤９２によって密封されている。
【００９９】
図１２に示されたように、前記スペーサー９０の断面は、球体９４を含み、該球体９４は、接着剤層９６によって被覆されている。該球体９４の直径は、約５〜３０ミクロンの範囲とすべきであり、前記接着剤層９６の厚みは、約５ミクロンである。該接着剤層９６を有する該スペーサー９０は、第一及び第二電極の間の距離を効果的に維持し、外部応力に対して液晶７４を保護し、よって、該セル６６および該窓５０は、湾曲され、曲げられ、又は柔軟なものとされうる。特に、前記光透過制御セル６６の第一及び第二電極７０、７２は、前記ランダムに分散したスペーサー９４が位置する複数の点において支持されるため、該セル６６が全体として曲げられた場合でも、第一及び第二電極７０、７２の間の距離、即ち、セル６６の厚みはセル６６の全体にわたって一定に維持されることとなり、それによって該セル６６及び内部の前記液晶７４が保護される。
【０１００】
戻って図９を参照すると、前記第一可撓性シート６２は、透明な電気導電性コーティング９８がコーティングされている。好ましくは、前記透明な電気導電性コーティング９８は酸化すず含有の酸化インジウム（Indium Tin Oxide）でできたものである。透明な導電性コーティング９８は、個々の光透過制御セル６６への電気配線１０２（図１３参照）を形成する。
【０１０１】
図１３は、前記光透過制御セル６６が、どのように制御されるかを示す。該不透明性調節可能な窓５０は、さらに、電気配線１０２によって該光透過制御セル６６を個々に制御する制御回路１００を備える。該制御回路１００はまた、入射光のほとんどを遮断するように、部分的に遮断するように、又は前記窓の緩やかな不透明により遮断するように、又は該窓に特定のイメージを表示するように遮断するように、該光透過制御層６６を窓５０の要求に応じて正確に一部又は全体を制御しうる。
【０１０２】
前記不透明性調節可能な窓５０は、さらに、入射光の強さを測定する光センサー１０４を備えうる。前記制御回路１００は、該光センサー１０４によって提供されたデータに基づき、前記光透過制御セル６６、光透過制御層５６の光透過率又は不透明性を制御する。一方、前記光透過制御セル６６の制御は、手動を優先させうる。
【０１０３】
前記不透明性調節可能な窓は、さらに、前記光透過制御層５６を操作する電力を供給する電源１０６を備えることができる。一態様として、該窓５０は、車の窓とすることができ、該電源１０６は、設置され太陽光を集める風防ガラスの上部の如き車の上に設置された一連の光電池セル（図示せず）とすることができ、また単に車に使用されているバッテリーとすることができる。
【０１０４】
他の態様においては、該不透明性調節可能な窓５０は、建築物の窓、ガラスドア、仕切り、鏡、サンルーフ、ムーンルーフ、又は窓の使用された何れかである。
【０１０５】
図９を参照すると、前記不透明性調節可能な窓５０は、さらに、前記外側パネル５２と前記光透過制御層５６との間に配される紫外光遮断層１０８を備えることができる。
【０１０６】
図１４は、前記衝撃吸収層５８の他の実施形態を示す。該衝撃吸収層５８は、前記空洞６０に満たされたゲル１１０を備え、前記光透過制御層５６は該ゲル１１０によって支持されている。
【０１０７】
前記光透過制御セル及びそれらの配置は、前記窓が、目視では継ぎ目無く見えるようにされる。また、該光透過制御セル内の前記スペーサーは、微細なサイズであるため、目視では見えない。
【０１０８】
図１５〜１８は、本発明の他の実施形態を示す。
【０１０９】
本実施形態では、前記セルは、各セルの外表面部分が窓の外表面となるように配されている。各セルへの配線は、該窓の外表面に配され、よって衝撃吸収層への導電性コーティングが不要となる。図１５は、不透明性調節可能な窓１１１の全体を覆った、６枚の水平方向の光透過制御セル１１２を示す。図１７は、窓全体を覆った、６枚の垂直方向の光透過制御セル１１４を示す。図１８は、窓全体を覆った水平方向の光透過制御セル１１６の６つの対を示す。
【０１１０】
図１６は、一般的な光透過制御セル１１２、１１４、１１６の構造を示す。不透明性調節可能な窓１１１は、外側パネル１１８と内側パネル１２０とを備える。該外側パネル１１８と該内側パネル１２０との間には、紫外線遮断層１１２、衝撃吸収層１２４、第一偏光層１２６、光透過制御セル１１２及び第二偏光層１２７が、列記した順に配置されている。該光透過制御セル１１２は、第一電極１２８及び第二電極１３０が互いに反対側に備えられている。第一および第二電極１２８、１３０の夫々は、可撓性のプラスチック基材１３２と、該可撓性のプラスチック基材１３２の上に塗布される、例えば酸化すず含有の酸化インジウム（Indium Tin Oxide）でできた透明な導電性コーティング１３３を備える。
【０１１１】
前記電極１２８、１３０の間には、液晶７４が満たされている。第一高分子層１３４は、水平方向にブラシ掛けされ、前記第一電極１２８に装着され、また、第二高分子層１３６は、垂直方向にブラシ掛けされ、前記第二電極１３０に装着される。前記接着層９６を備えた前記スペーサー９０は、これらの電極１２８、１３０の間に配され、これらを支持する。接着剤１４０は、前記セル１１２の間の継ぎ目無い壁を形成する。感圧性接着剤１４２は、前記外側パネル１１８、前記紫外線遮断層１２２、前記衝撃吸収層１２４、前記第一偏光層１２６、前記光透過制御セル１１２、および前記第二偏光層１２７を結合させる。
【０１１２】
本実施形態における前記パネル、層およびセルは、図４〜１４を参照して説明されたものと同様の構造を有している。
【０１１３】
前記窓１１１への入射光は、偏光されていない。該光は、初めに、前記外側パネル１１８を透過し、さらに、紫外線遮断層１２２を透過し、そこで該紫外線がそれ以上透過するのを妨げられる。そして、該光は、前記光透過制御セル１１２を支持し且つ保護している衝撃吸収層１２４を透過する。前記光透過制御セル１１２は、前記偏光層１２６、１２７と共に、該窓１１１の不透明性、又は入射光の透過率を制御する。そして、さらに透過することが許容された該光は、前記内側パネル１２０を通って窓の内側へと透過する。
【０１１４】
上記の構造によれば、安定した丈夫な光透過制御層が液晶を用いて達成されている。光透過制御セルを構成する前記液晶セルは、前記衝撃吸収層によって外部からの応力から保護されており、また、紫外光や高温のような不利なエネルギーから保護されている。前記不透明性調節可能な窓が自動車への適用に用いられた場合、電気が通電されない場合、即ち、該自動車が駐車場にあって休止状態にある場合には、該窓は、通常透明とされる。運転者が該自動車に乗り込んだ場合、前記制御回路が周囲の光の状態を観測し、該窓の不透明性を調節するか、又は運転者がプライバシー目的等のために不透明性を手動で調節する。
【０１１５】
これに代えて、前記偏光層の配置を逆にし、電気が通電されない場合、即ち、休止状態にある場合に、該車の窓を全体的に暗くし且つ光が入ることを許容しないようにしてもよい。
【０１１６】
異なる実施形態を参照しつつ本発明を図示及び説明したが、添付された請求項によって規定された本発明の思想および範囲を逸脱することなく、該技術分野における熟練した者により種々の形態、詳細、構造及び操作とされることが賞賛される。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
図面の説明
本発明による上述の及び他の特徴、態様および利点は、添付した図面を参照することによってより十分な理解が得られる。
【図１】図１は、主要な機能が描かれた不透明性調節可能な窓の概略図である。
【図２】図２は、前記光透過制御層の拡大図である。
【図３】図３は、前記活性層のタイル張り構造の概略図である。
【図４】図４は、本発明に係る不透明性調節可能な窓の正面図である。
【図５】図５は、図４に於ける５−５線に沿ってみた該窓の一部断面図である。
【図６】図６は、図５と同様、外側パネルと内側パネルとの間の空洞を示したものである。
【図７】図７は、図５と同様、衝撃吸収層を示したものである。
【図８】図８は、光透過制御セルの格子を示した該窓の正面図である。
【図９】図９は、窓の中に於ける、前記光透過制御セルの断面図である。
【図１０】図１０は、前記光透過制御セル中のスペーサーの平面図である。
【図１１】図１１は、図１０の１１−１１線より見た一部断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の１２−１２線より見た断面図である。
【図１３】図１３は、前記光透過制御層の制御を示した概略の回路図である。
【図１４】図１４は、図７と同様、ゲルを含む衝撃吸収層を示したものである。
【図１５】図１５は、セルの異なる区割りを示した該窓の立面図である。
【図１６】図１６は、図１５の１６−１６線から見た一部断面図である。
【図１７】図１７は、セルの異なる区割りを示した該窓の立面図である。
【図１８】図１８は、セルの異なる区割りを示した該窓の立面図である。
【図１】
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【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】
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【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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【国際調査報告】
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