(57)【要約】【課題】ＰＤＬＣの調光素子においてスペーサが遮光性を有することで、ＯＦＦ状態における入射光の遮蔽性を向上させると共に、ＯＮ状態における透明性を向上させる調光素子を提供する。【解決手段】調光素子１は、対向して配設される一対の透明基板２ａ，２ｂと、透明基板２ａ，２ｂの対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極３ａ，３ｂと、透明電極３ａ，３ｂが対向している対向空間４に形成されるネットーワーク状の高分子からなる高分子ネットワーク５と、高分子ネットワーク５に内在し、電場に応じて配向性を有する液晶部６と、対向空間４に混在し、透明電極３ａ，３ｂ間のギャップを保持するスペーサ７と、透明電極３ａ，３ｂ間に電圧を印加する電圧印加部８とを備え、スペーサ７が遮光性を有する。また、好ましくはスペーサ７の径が７．５μｍ以上、２４μｍ以下である。【選択図】図１
2013130746.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配設される一対の透明基板と、
前記透明基板の対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極と、
前記透明電極が対向している対向空間に形成されるネットーワーク状の高分子からなる高分子ネットワークと、
前記高分子ネットワークに内在し、電場に応じて配向性を有する液晶と、
前記対向空間に混在し、前記透明電極間のギャップを保持する複数のスペーサと、
前記透明電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、
複数の前記スペーサのうちの一部又は全部が、遮光性を有する遮光スペーサからなることを特徴とする調光素子。
【請求項２】
請求項１に記載の調光素子において、
前記遮光スペーサの径が７．５μｍ以上、２４μｍ以下であることを特徴とする調光素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の調光素子において、
前記透明電極の平面の面積に対する前記遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下であることを特徴とする調光素子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の調光素子において、
前記スペーサが、遮光性を有する前記遮光スペーサと無色透明である透明スペーサとからなり、前記遮光スペーサと前記透明スペーサとの割合が、前記対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されることを特徴とする調光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電場に応じて白濁と透明に状態を変化させる高分子分散型液晶の調光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ）に代表される調光素子は、対向して配設される透明電極の対向空間に高分子でネットワークを形成し、高分子ネットワークに液晶を内在させ、高分子と液晶の屈折率の差を利用して入射光の散乱を行う。透明電極に電圧が印加されていない状態（以下、ＯＦＦ状態とする）では、液晶分子がランダムな方向を向いているため、高分子ネットワークの屈折率と液晶分子の屈折率が異なり、調光素子が白濁して入射光が散乱される。透明電極に電圧が印加された状態（以下、ＯＮ状態とする）では、液晶分子の方向が揃い、高分子ネットワークの屈折率と液晶分子の屈折率が等しくなるため、調光素子が透明となり入射光がそのまま透過する。
【０００３】
このような調光素子には、一般的に透明電極間のギャップを保持する目的でスペーサが混在している。このスペーサは無色透明なものが用いられているため、ＯＦＦ状態であっても、スペーサが介在している部分では入射光に平行又は平行に近い光を散乱させることなく透過してしまい、入射光の散乱性を低下させるという問題がある。そのため、膜厚を大きくすることで散乱性を向上させる必要があるが、膜厚を大きくした場合には、ＯＮ状態の透過率の低下、駆動電圧の増加、コストの増加といった問題があり、ＯＦＦ状態における散乱性とＯＮ状態における透明性の両方を向上させることは困難である。
【０００４】
スペーサに関する技術として、特許文献１、２に示す技術が開示されている。特許文献１には、カーボンブラック５−６０重量％、及び、カーボンブラック以外であって異なる色の少なくとも一組の有機着色顔料４０−９５重量％により構成される顔料成分を含有する液晶表示素子用スペーサが開示されている。また、特許文献２には、配向膜との密着性に優れ、スペーサ粒子近傍の液晶配向が乱れることがなく、このため光り抜けを抑制でき白浮き等のないスペーサ粒子に関する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３９１９号公報
【特許文献２】特開２００２−９０７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１及び２に示す技術は、いずれもＰＤＬＣの調光素子のスペーサに関する技術ではなく、ＯＦＦ状態における入射光の散乱性とＯＮ状態における入射光の透過性を両立させて向上させるものではない。すなわち、上記に示した技術は、偏光特性を利用したデバイスに関するものであり、ＰＤＬＣの調光素子のように、偏光板を必要とせず、屈折率異方性を利用するものではない。
【０００７】
本発明は、ＰＤＬＣの調光素子においてスペーサが遮光性を有することで、ＯＦＦ状態における入射光の遮蔽性を向上させると共に、ＯＮ状態における透明性を向上させる調光素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る調光素子は、対向して配設される一対の透明基板と、前記透明基板の対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極と、前記透明電極が対向している対向空間に形成されるネットーワーク状の高分子からなる高分子ネットワークと、前記高分子ネットワークに内在し、電場に応じて配向性を有する液晶と、前記対向空間に混在し、前記透明電極間のギャップを保持する複数のスペーサと、前記透明電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備え、複数の前記スペーサのうちの一部又は全部が、遮光性を有する遮光スペーサからなるものである。
【０００９】
このように、本発明に係る調光素子においては、ＰＤＬＣ調光素子の電極間のギャップを保持するスペーサが遮光性を有する遮光スペーサを含むため、スペーサが介在している部分から入射光と平行又は平行に近い光が透過されにくくなり、ＯＦＦ状態における散乱性が向上し、それに伴い遮蔽性を向上させることができるという効果を奏する。また、スペーサ全部が無色透明のスペーサの場合と比較して、ＯＦＦ状態においては、直射光が減少するためヘイズ値が増加し、ＯＮ状態においては、直射光が減少するがスペーサを介しての拡散光も減少するため総じてヘイズ値が減少し、ＯＦＦ状態における遮蔽性とＯＮ状態における透明性の両方を向上させることができるという効果を奏する。
【００１０】
また、遮光スペーサを有することから、スペーサの球径を小さくしてもＯＦＦ状態における遮蔽性を向上させることができ、調光素子自体の膜厚を小さくして、材料やコストの削減、低消費電力化を実現することができるという効果を奏する。
【００１１】
本発明に係る調光素子は、前記スペーサの径が７．５μｍ以上、２４μｍ以下のものである。
【００１２】
発明者らの鋭意努力により、ＯＦＦ状態の場合に、スペーサ全部が無色透明の場合と比べて遮蔽スペーサを用いた場合の方が、同一の球径におけるヘイズ値が大きくなることが明らかとなった。すなわち、全光線透過率に対する散乱光線透過率が大きくなっており、遮蔽性が高くなっている。したがって、通常必要とされる８４％〜８９％程度のヘイズ値の範囲を実現するために、全部が無色透明のスペーサの場合は、１０μｍ〜１８μｍ程度の球径が必要であるのに対して、全部が遮蔽スペーサの場合は、７．５μｍ〜１４μｍ程度の球径さえあれば、同等のＯＦＦ機能を実現することができることが証明された。これにより、スペーサの球径を小さくすることが可能となり、液晶や高分子ネットワークの材料を削減し、低電圧化による低消費電力を実現し、コストダウンを図ることができるという効果を奏する。
【００１３】
一方、ＯＮ状態の場合に、スペーサ全部が無色透明の場合と比べて遮蔽スペーサを用いた場合の方が、同一の球径におけるヘイズ値が小さくなっていることが明らかとなった。すなわち、全光線の量自体は減少するものの、全光線透過率に対する散乱光線透過率が小さくなっており、解像度（透明性）が上がっている。したがって、調光素子を介して見える輪郭をはっきりさせて明確に視認することが可能となる。また、通常必要とされる８％程度以下のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサの場合は２３μｍ程度以下の球径が必要であるのに対して、遮蔽スペーサの場合は、２４μｍ程度の球径まで、同等のＯＮ機能を実現する事ができる。このように、スペーサ全部が無色透明の場合に比べて調光素子の厚みを厚くして、膜強度（調光素子の機械的な強度等）を高めることが可能になると言う効果を奏する。
【００１４】
本発明に係る調光素子は、前記透明電極の平面の面積に対する前記遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下であるものである。
【００１５】
本発明に係る調光素子において、遮光性スペーサの使用量が増加すると、遮光性スペーサ自体の色調に起因して黒色調が増加するが、使用環境によっては、黒色調が増加しすぎるのは好ましくない場合がある。発明者らの鋭意努力により、透明電極の平面の面積に対する遮光スペーサの中心を通る断面の面積の割合が０．０１以下にすることで、適度な色調を保つことができることが明らかとなった。
【００１６】
本発明に係る調光素子は、前記スペーサが、遮光性を有する前記遮光スペーサと無色透明である透明スペーサとからなり、前記遮光スペーサと前記透明スペーサとの割合が、前記対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されるものである。
【００１７】
本発明に係る調光素子においては、遮光スペーサと透明スペーサとが混合されており、遮光スペーサと透明スペーサとの割合が、対向空間のギャップを保持するのに必要なスペーサの数と、調光素子の色調の限界条件を満たす遮光スペーサの数とに基づいて決定されるため、遮光スペーサにより黒色調が強くなりすぎることを防止して適度な色調を実現しつつ、ギャップの保持を確実に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る調光素子の断面図である。
【図２】無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＦＦ状態における光の散乱のイメージ図である。
【図３】無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＮ状態における光の透過のイメージ図である。
【図４】ＯＦＦ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図である。
【図５】ＯＮ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図である。
【図６】黒色のスペーサの面積占有率と色調の相関を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態の全体を通して同じ要素には同じ符号を付けている。
【００２０】
（本発明の第１の実施形態）
本実施形態に係る調光素子について、図１ないし図６を用いて説明する。図１は、本実施形態に係る調光素子の断面図、図２は、無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＦＦ状態における光の散乱のイメージ図、図３は、無色透明のスペーサを用いた場合と遮光性のスペーサを用いた場合のＯＮ状態における光の透過のイメージ図、図４は、ＯＦＦ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図、図５は、ＯＮ状態におけるスペーサのサイズとヘイズ値の関係を示す図、図６は、黒色のスペーサの面積占有率と色調の相関を示す図である。
【００２１】
図１において、本実施形態に係る調光素子１は、対向して配設される一対の透明基板２ａ，２ｂと、透明基板２ａ及び２ｂの対向面にそれぞれ付設される一対の透明電極３ａ，３ｂと、透明電極３ａ及び３ｂが対向している対向空間４に形成される高分子からなるネットワーク状の高分子ネットワーク５と、高分子ネットワークに包まれるように内在され、電場の有無に応じて配向性を有する液晶部６と、透明電極３ａ及び３ｂ間のギャップ（対向空間４のギャップ）を保持するためのスペーサ７と、透明電極３ａ及び３ｂに電圧を印加する電圧印加部８とを備える。
【００２２】
透明電極３ａ及び３ｂに電圧が印加されていないＯＦＦ状態の場合（図１（Ａ）の状態の場合）は、液晶部６の配向がランダムになっているため、高分子ネットワーク５と液晶部６の屈折率に差が生じ、調光素子１は白濁して入射光が拡散される。一方、透明電極３ａ及び３ｂに電圧が印加されているＯＮ状態の場合（図１（Ｂ）の状態の場合）は、液晶部６の配向が、透明基板２ａ，２ｂの面に垂直な方向に配向している高分子ネットワークに揃うため、調光素子１は透明となり入射光が直射光として調光素子１を透過する。
【００２３】
従来においては、対向空間４のギャップを保持するためのスペーサ７は無色透明である。すなわち、スペーサ７が配置されている箇所においては、ＯＮ状態でもＯＦＦ状態でも入射光が直射光として透過する。本実施形態に係る調光素子１においては、スペーサ７が遮光性を有するものである。遮光性は、例えば図１に示すように、スペーサ７をカーボンブラック等で黒色に着色することで実現する。
【００２４】
図２にＯＦＦ状態の場合の光の散乱のイメージを示す。図２（Ａ）は、スペーサ７が無色透明の場合の光の散乱のイメージであり、図２（Ｂ）は、スペーサ７が黒色の場合の光の散乱のイメージである。図２（Ａ）に示すように、スペーサ７が無色透明の場合は、液晶部６の配向性がランダムであるにも関わらず、スペーサ７を直射光が透過してしまうため、遮蔽性が低下してしまう。一方、図２（Ｂ）に示すように、スペーサ７が黒色の場合は、入射光がスペーサに吸収されてしまうため、スペーサ７を直射光が透過することがない。したがって、従来に比べて遮蔽性を向上させることができる。
【００２５】
図３にＯＮ状態の場合の光の透過のイメージを示す。図３（Ａ）は、スペーサ７が無色透明の場合の光の透過のイメージであり、図３（Ｂ）は、スペーサ７が黒色の場合の光の透過のイメージである。図３（Ａ）に示すように、スペーサ７が無色透明の場合は、液晶部６の配向が高分子ネットワーク５と揃っているため、多くの直射光が透過し、透明度も高く明るさの度合いも大きくなるが、スペーサ７を通しての拡散光が生じているため、解像度が低くなり、調光素子１を通して調光素子１の向こう側を見た場合に、物体の輪郭がぼやけてしまう場合がある。一方、図３（Ｂ）に示すように、スペーサ７が黒色の場合は、入射光がスペーサに吸収されてしまうため、スペーサ７を直射光が透過することがない。そのため、明るさの度合いは小さくなってしまうが、スペーサ７を通しての拡散光も遮光されているため、解像度を上げることができ、調光素子１を通して調光素子１の向こう側を見た場合に、物体の輪郭をはっきりと明確に認識することができる。
【００２６】
つまり、図２及び図３からわかるように、スペーサ７を黒色にすることで、ＯＦＦ状態の場合は全光線に対する拡散光線の割合を増加させ、ＯＮ状態の場合は全光線に対する拡散光線の割合を減少させている。その結果、ＯＦＦ状態の場合には遮蔽性を高め、ＯＮ状態の場合には解像度を向上させることが可能となる。
【００２７】
上記の効果を実証するために、ＯＮ状態とＯＦＦ状態のそれぞれで、スペーサ７が無色透明の場合と黒色の場合とにおけるスペーサ７の球径に対するヘイズ値の測定を行った。ヘイズ値Ｈの計算方法は以下の式を用いて行った。
【００２８】
【数１】
2013130746.tif 000003
【００２９】
ここで、Ｈ０はＰＮＣＬにおけるヘイズ値の最大値、ｔは膜厚（μｍ）、ｍは散乱係数（構造／重合／劣化等による変数であり、大きいほど散乱度大）とする。Ｈ０及びｍの２変量については最小二乗法で最適化した値を用いる。具体的には、ＯＦＦ状態の場合のｍについては、無色透明のスペーサ７がｍ＝０．２６４、黒色のスペーサ７がｍ＝０．３４６であり、ＯＦＦ状態の場合のＨ０については、無色透明のスペーサ７がＨ０＝９０．３５、黒色のスペーサ７がＨ０＝９０．１４である。また、ＯＮ状態の場合のｍについては、無色透明のスペーサ７がｍ＝０．０３３１であり、黒色のスペーサがｍ＝０．００３９であり、ＯＮ状態の場合のＨ０については、無色透明のスペーサ７がＨ０＝１３．５７、黒色のスペーサ７がＨ０＝９０．１４である。測定結果を以下の表１に示す。
【００３０】
【表１】
2013130746.tif 000004
【００３１】
また、表１の結果に基づく相関グラフを図４及び図５に示す。図４に示すように、ＯＦＦ状態の場合、無色透明のスペーサ７の場合と比べて黒色のスペーサ７の方が、同一の球径におけるヘイズ値が大きくなっている。つまり、全光線透過率に対する散乱光線透過率が大きくなっており、遮蔽性が高くなっていることがわかる。したがって、通常必要とされる８４％〜８９％程度のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサ７の場合は、１０μｍ〜１８μｍ程度の球径が必要であるのに対して、黒色のスペーサ７の場合は、７．５μｍ〜１４μｍ程度の球径さえあれば、同等の機能を実現することができる。このことから、スペーサ７の球径を小さくすることで、液晶部６や高分子ネットワーク５の材料を削減し、低電圧化による低消費電力を実現し、コストダウンを図ることができる。
【００３２】
一方、図５に示すように、ＯＮ状態の場合、無色透明のスペーサ７の場合と比べて黒色のスペーサ７の方が、同一の球径におけるヘイズ値が小さくなっている。つまり、全光線の量自体は減少するものの、全光線透過率に対する散乱光線透過率が小さくなっており、解像度が上がっていることがわかる。このことから、調光素子１を介して見える輪郭をはっきりさせて明確に視認することが可能となる。また、通常必要とされる８％程度以下のヘイズ値の範囲を実現するために、無色透明のスペーサ７の場合は、２３μｍ程度以下の球径が必要であるのに対して、遮蔽性のスペーサ７の場合は、２４μｍ程度の球径まで、同等の機能を有するＯＮ状態を実現する事ができる。
【００３３】
以上のことから、本実施形態におけるスペーサの径は、７．５μｍ以上、２４μｍ以下の範囲で効果的な機能を有することができる調光素子となる。
【００３４】
次に、黒色のスペーサ７の占有面積比率について説明する。本実施形態においては、スペーサ７の全部が黒色のスペーサ７であってもよいし、一部が黒色のスペーサ７であってもよい。ただし、黒色のスペーサ７の割合が増加すると、調光素子全体の黒色調が増加する。これは黒色のスペーサ７自体の色調に起因するものであるが、電場に応じて白濁と透明の状態を変化させる高分子分散型液晶の調光素子においては、黒色調が増加することが望ましくない場合もある。そこで、黒色のスペーサ７の中心を通る断面の面積が、調光素子１（又は透明電極３ａ，３ｂ）の平面の面積に占める面積比率と色調との相関を調べた。その結果を図６に示す。
【００３５】
図６に示す色調限界は、一般的な調光素子１の使用環境において黒色調が許容される限界値である。図６からわかるように、黒色のスペーサ７による占有面積比率が１％を超えると黒色調が強くなり過ぎてしまう。したがって、本実施形態において、黒色のスペーサ７の中心を通る断面の面積の合計値が、調光素子１（又は透明電極３ａ，３ｂ）の平面の面積の値に対して、１％以下とすることが望ましいことがわかる。
【００３６】
ここで、上記のように黒色のスペーサ７の面積比率を１％以下にする場合は、黒色のスペーサ７だけでは、対向空間４のギャップを適切に保持できない場合が生じる。その場合は、黒色のスペーサ７と従来から用いられている透明のスペーサ７とを混在させ、この透明のスペーサ７でギャップの保持を補うようにしてもよい。その際に、黒色のスペーサ７と透明のスペーサ７との混合割合は、対向空間４のギャップを保持するのに必要なスペーサ７の数と、調光素子１の色調の限界条件を満たす黒色のスペーサ７の数とに基づいて決定することができる。
【００３７】
また、使用環境に応じて混合比率を調整するようにしてもよい。すなわち、ＯＦＦ状態における黒色調を強めにしたい場合は、黒色のスペーサ７の割合を増やしてもよいし、ＯＮ状態における光線量を増やしたい場合は、黒色のスペーサ７の割合を減らすようにしてもよい。さらに、調光素子１の領域ごとに黒色のスペーサ７と透明のスペーサ７を使い分けるようにしてもよい。例えば、設置された際に、下の方の遮光性を強くし、上の方の光線量を増やしたいような場合（上部からの光を多く取り込みつつ、目線あたりの遮光性を強くしたいような場合）には、調光素子１の下部領域において、黒色のスペーサ７のみ又は黒色のスペーサ７の混合比率を大きくし、上部領域において、透明のスペーサ７のみ又は透明のスペーサ７の混合比率を大きくするようにしてもよい。
【００３８】
なお、スペーサ７の色は黒色に限定されず、遮光性を有するものであれば適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  調光素子
２ａ，２ｂ  透明基板
３ａ，３ｂ  透明電極
４  対向空間
５  高分子ネットワーク
６  液晶部
７  スペーサ
８  電圧印加部
【図１】
2013130746.tif 000005
【図２】
2013130746.tif 000006
【図３】
2013130746.tif 000007
【図４】
2013130746.tif 000008
【図５】
2013130746.tif 000009
【図６】
2013130746.tif 000010