(57)【要約】【課題】調光素子の液晶の駆動を容易にした調光装置、特に駆動可能温度域の広い液晶を用いることを要求されず、液晶材料の選択幅が広い調光装置を提供すること。【解決手段】液晶素子からなる調光構造体２または透光性層１１ａと液晶層１２ａとを交互に積層してなる調光構造体２を透明電極３で挟持した構造の調光素子１と、前記透明電極３間に電圧を与える電圧印加回路４と、前記透明電極３に面方向に電流を流して発熱させる電流印加回路５と、前記電流印加回路５の通電を制御して、前記調光素子１の温度を前記液晶層１２ａの液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置６とを設ける。【選択図】図１
2009086046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持した構造の調光素子と、
前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、
前記透明電極に面方向に電流を流して発熱させる電流印加回路と、
前記電流印加回路の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、
を有することを特徴とする調光装置。
【請求項２】
液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持し、この透明電極上にヒータを設けた構造の調光素子と、
前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、
前記調光素子の面ヒータに面方向に電流を流して発熱させる電流印加回路と、
前記電流印加回路の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、
を有することを特徴とする調光装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
調光素子の温度を検知する温度検知器と、
前記温度検知器が検知した調光素子温度が前記最適駆動温度域の外にある場合には、前記電流印加回路をＯＮ・ＯＦＦ制御して、前記調光素子の温度を前記最適駆動温度域内に納める制御部と、を有する、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の調光装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記電流印加回路をＯＮするときの下限温度設定値が、前記液晶層に使用している液晶材料が液晶状態でなくなる相転移温度を中心とする上下２０℃の範囲内で選択され、
前記電流印加回路をＯＦＦするときの上限温度設定値が、前記液晶層に使用している液晶材料が液晶状態でなくなる相転移温度の、−１０℃から＋３０℃の範囲内で選択され、
前記上限温度設定値が前記下限温度設定値より高い温度値に設定されている、
ことを特徴とする、請求項３に記載の調光装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記電流印加回路の通電を開始する際に、前記電圧回路の通電を停止する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の調光装置。
【請求項６】
液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持し、この透明電極上にヒータを設けた構造の調光素子と、
前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、
前記透明電極に面方向に電流を流して発熱させる第１の電流印加回路と、
前記ヒータに面方向に電流を流して発熱させる第２の電流印加回路と、
前記第１の電流印加回路および前記第２の電流印加回路またはその一方の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、
を有することを特徴とする調光装置。
【請求項７】
前記制御装置は、
調光素子の温度を検知する温度検知器と、
前記温度検知器が検知した調光素子温度が前記最適駆動温度域の外にある場合には、前記第１の電流印加回路および前記第２の電流印加回路またはその一方をＯＮ・ＯＦＦ制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御部と、を有する、
ことを特徴とする請求項６に調光装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記第２の電流印加回路をＯＮするときの下限温度設定値が、前記液晶層に使用している液晶材料が液晶状態でなくなる相転移温度を中心とする上下２０℃の範囲内で選択され、
前記第２の電流印加回路をＯＦＦするときの上限温度設定値が、前記液晶層に使用している液晶材料が液晶状態でなくなる相転移温度の、−１０℃から＋３０℃の範囲内で選択され、
前記上限温度設定値が前記下限温度設定値より高い温度値に設定されている、
ことを特徴とする、請求項７に記載の調光装置。
【請求項９】
前記調光素子の外部に、前記調光素子を加熱可能な加熱装置を設けた、ことを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載の調光装置。
【請求項１０】
前記加熱装置が温風空調機である、ことを特徴とする請求項９に記載の調光装置。
【請求項１１】
前記液晶層が誘電異方性の高い液晶材料を含む、ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の調光装置。
【請求項１２】
前記調光素子を自動車用グレージング材に使用したことを特徴とする請求項１から１１に記載の調光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調光素子に使用する液晶材料の選択幅が広い調光装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
車両に備えられているウィンドシールド、フロントガラス、リアガラス、フロントサイドガラス、リアサイドガラス、または、サンルーフ等の窓材（グレージング材）は、乗員の視界を確保するとともに開放感を与えるものである。
【０００３】
一方、このような窓材は、光エネルギーおよび熱エネルギー（例えば、太陽からの日射エネルギー）を車室内へ侵入させる経路となり、これらのエネルギーが多量に侵入することによって室内温度が上昇し、熱暑感や空調設備の負荷を増大させ、人体や環境に対して悪影響を及ぼす。また、秘匿性や防眩性などを確保するために濃色の窓材が用いられているが、濃色の窓材は、秘匿性や防眩性などを確保する代償として透明性を悪化させてしまう。これらは、車両に限らず建築物でも同様な課題となっている。
【０００４】
このような課題を解決すべく、近年、エレクトロミック（ＥＣ）素子を用いた調光構造体や、液晶素子を用いた調光構造体が利用されつつある。
【０００５】
ＥＣ素子を用いた調光構造体は、酸化タングステン、プルシアンブルーなど、電気化学的な酸化還元反応によってスペクトル変化を伴う材料が光を吸収する性質を利用して、光の透過量を制御するものである。
【０００６】
液晶素子を用いた調光構造体は、電場が印加されると液晶分子の配列方向が変化する性質を利用して光の透過量を制御するもので、電場が印加されているときには透明になり、電場が印加されていないときには不透明になるものである。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。
【０００７】
ポリマー中に液晶物質の小滴を分散させた液晶素子は、電圧を印加しない場合、ポリマー壁の曲面に沿って液晶が配列する。この結果、光路がねじ曲げられ、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。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。
【０００８】
ところで、ＥＣ素子は光を吸収するため、窓材として用いた場合、その吸収された光（吸収熱）によって調光構造体自体の温度が上昇し、放射熱として室内に再放射されるため、断熱性に限界がある。また、液晶素子を用いた調光構造体は、電圧を印加していない不透明の状態でも散乱した光の多くは依然として調光構造体を透過するため、窓材として用いた場合、室内への直射光の侵入を緩和する能力に乏しい。
【０００９】
そこで、断熱性、秘匿性、および透明性などを効果的に発揮させるために、光の反射を利用した調光素子（以下、「反射型調光素子」と称する）が提案されている（例えば、特許文献３）。この反射型調光素子は、多層干渉膜の原理を利用して屈折率を周期的に変化させることにより、入射光中における特定の波長の光を反射させるようにしたもので、屈折率の異なる２種類以上の物質から形成された層を順次積層した多層構造を有するものである。反射型調光素子の場合、吸収熱による室内への再放射や散乱した光が透過することがほとんどなく、室内の温度上昇や熱暑感が効果的に低減でき断熱性に優れる。また、反射光と室内からの透視像が重なるため秘匿性に優れ、室内からの透明性も確保されるという特性を有している。
【００１０】
しかしながら、上記のような反射型調光素子は、層の厚さおよび層の屈折率で決定される特定の光の波長のみを反射するだけで、反射させることができる波長領域（以下、「反射波長領域」と称する）が狭く、窓材に求められている断熱性、秘匿性および透明性などの特性を十分に発揮することができないという問題がある。
【００１１】
この問題を解決する技術として、例えば、層間の屈折率差を増加させることで反射強度を向上させ、その結果、反射波長領域を広げたり（特許文献４）、２種類の調光層を積層することで反射強度を向上させ、その結果、反射波長領域を広げたり（特許文献５）する技術が提案されている。
【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
【特許文献３】特開平５−１３４２６６号公報
【特許文献４】特開平１１−２３１１３５号公報
【特許文献５】特開２００１−５６４８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、従来の技術で得られる調光素子は、可視光波長域の反射を確保しようとすると、液晶が封入される部分の大きさが、およそ５００ｎｍ以下と、非常に狭くなってしまう。これにより、液晶を駆動する際に、壁面が有する各種エネルギー（以下、これらを総称して、アンカリングエネルギー、とする）の影響を受けてしまい、駆動速度（スイッチング速度）の低下や屈折率変化幅の低下といった調光素子の根本機能の性能に関わる問題を抱えてしまう。
【００１３】
また従来の調光素子では、駆動層に液晶を用いる場合、広い温度範囲にわたって調光機能を発揮する液晶材料を選択している。これは、駆動層の液晶が使用環境温度によって非常に大きな影響を受けるため、想定される使用環境温度の全範囲に適合できるように、使用する液晶材料にも駆動可能温度域の広いことが要求されるためである。
【００１４】
このため、従来の調光素子では、当該調光素子に適用する液晶材料を選択する場合、その選択幅が制限される。また、この結果として、屈折率異方性や誘電異方性と言った、調光素子の基本性能に影響を及ぼす物性について、その優れたものを選択することができない、という制約を受けていた。
【００１５】
そこで本発明の目的は、調光素子の液晶の駆動を容易にした調光装置、特に駆動可能温度域の広い液晶を用いることを必ずしも要求されない、したがって液晶材料の選択幅が広い調光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため、本発明の調光装置は、液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持した構造の調光素子と、前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、前記透明電極に面方向に電流を流して発熱させる電流印加回路と、前記電流印加回路の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、を有する構成としたものである。
【００１７】
本発明の他の調光装置は、液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持し、この透明電極上にヒータを設けた構造の調光素子と、前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、前記調光素子の面ヒータに面方向に電流を流して発熱させる電流印加回路と、前記電流印加回路の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、を有する構成としたものである。
【００１８】
本発明のさらに他の調光装置は、液晶素子からなる調光構造体または透光性層と液晶層とを交互に積層してなる調光構造体を透明電極で挟持し、この透明電極上にヒータを設けた構造の調光素子と、前記透明電極間に電圧を与える電圧印加回路と、前記透明電極に面方向に電流を流して発熱させる第１の電流印加回路と、前記ヒータに面方向に電流を流して発熱させる第２の電流印加回路と、前記第１の電流印加回路および前記第２の電流印加回路またはその一方の通電を制御して、前記調光素子の温度を前記液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める制御装置と、を有する構成としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の調光装置は、調光素子の透明電極や、調光素子の内部に設けたヒータや、調光素子の外部に設けた加熱装置を加熱手段とし、この加熱手段により、調光素子を駆動する際に、その液晶の駆動温度を最適化する。つまり、調光素子温度を、液晶層の液晶の分子配向に変化を生じさせるのに適した最適駆動温度域内に納める。このため、高い反射率や、低い電圧での駆動、すばやいスイッチング、といった優れた特性を持つ調光装置を得ることができる。
【００２０】
すなわち、調光素子に用いる液晶材料の選択幅が広がることから、相転移温度が高い液晶材料であっても、屈折率異方性や誘電異方性といった調光素子の基本性能に影響を及ぼす物性が優れている場合には、その優位性に着目し、当該液晶材料を調光素子の液晶材料として選択することができる。これにより、調光素子の可視光波長域における反射率の向上を図り、さらには駆動電圧の低減を図り、スイッチング速度を向上させることが可能となる。また、調光素子を加熱するので、寒冷地でも速やかに調光機能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、添付した図面を参照して本発明を適用した最良の実施形態を説明する。
【００２２】
＜第１の実施形態：図１〜図６＞
図１に示す調光装置は、調光機能を備えた調光構造体２をその両側面から一対の透明電極３で挟んだ構造の調光素子１と、この調光素子１の一対の透明電極３の間に電圧を印加して調光機能を発揮させる電圧印加回路４とを有する。さらに、この調光装置は、調光素子１の各透明電極３それ自体に面方向に電流を流し、これによりジュール熱を発生させ、透明電極３を発熱体として機能させる電流印加回路５とを有する。また、この調光装置は、電圧印加回路４による調光素子１の調光動作モードと、電流印加回路５による加熱動作モードとを、二者択一的に切り替える切換回路６（制御装置６）とを有する。
【００２３】
調光素子１の構成要素である調光構造体２は、図２に示すように、可視光を透過する透光性層１１ａ〜１１ｄと、印加する電界の有無により屈折率が変化する液晶層１２ａ〜１２ｃとを交互に積層した積層体からなる。また透明電極３は、この調光構造体２をその両側面から挟む一対の透明電極層１３ａ、１３ｂと、この透明電極層１３ａ、１３ｂを外側から支持する透明な支持基材１４ａ、１４ｂからなる。
【００２４】
調光構造体２の透光性層１１ａ〜１１ｄは、電圧を印加しても屈折率が変化しない透光性の樹脂材料からなる。光を透過する樹脂であれば特に限定はされない。光硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれをも用いることができる。複数種及び樹脂以外の化合物とのブレンドであっても良いが、加熱により構造及び物性が変化しないものであることが好ましい。しかし、調光構造体２の製作の容易さなどから、光硬化性樹脂から形成することが好ましい。ここでは光硬化性樹脂からなる。光硬化性樹脂とは、赤外線、可視光線、紫外線、電子線によって硬化（重合）する樹脂を意味する。
【００２５】
透光性層１１ａ〜１１ｄは、積層方向に向かって層の厚さを次第に厚くしながら形成されている。具体的には、透光性層１１ｄの厚さより透光性層１１ｃの厚さの方が厚く形成されており、同様に、透光性層１１ｃの厚さよりも透光性層１１ｂの厚さの方が厚く、透光性層１１ｂの厚さより透光性層１１ａの厚さの方が厚く形成されている。
【００２６】
調光構造体２の液晶層１２ａ〜１２ｃは、電圧の印加によって屈折率が変化する液晶材料から形成される。しかし、この液晶層１２ａ〜１２ｃの材料としては、電圧、温度、光、磁界などの外部刺激源の印加によってを受けると、屈折率が変化する材料であれば特に限定されない。本発明では、加熱手段により調光素子１を加熱して液晶の駆動温度を最適化しているため、この液晶材料の選択幅が広くなっている。すなわち、液晶相−等方相転移温度を気にせずに、誘電異方性の値が大きいものを選択することができる。
【００２７】
これらの液晶層１２ａ〜１２ｃは、それぞれの層の厚さは同じ厚さに形成してある。
【００２８】
透明電極３は、透明電極層１３ａ、１３ｂおよびこれを担持する透明な支持基材１４ａ、１４ｂの二層構造により、全体として調光素子１を加熱することが可能な加熱手段を構成する。
【００２９】
透明電極層１３ａ、１３ｂは、通電することによりジュール熱を発生して調光素子１の加熱手段となり得る導電性材料であり、かつ、可視光域の光を良好に透過する透明材料から形成される。透明という観点からは、可視光波長域において透過率が６０％以上、より好ましくは７０％以上であることが望ましい。ここでは、透明電極層１３ａ、１３ｂに、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）または、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）などの透明導電性金属酸化物の薄膜が用いられるが、金属やカーボンナノチューブなどの導電性粒子を分散した導電性高分子薄膜を用いることもできる。ＩＴＯ膜を用いる場合には、電気的抵抗を比較的小さくすることができ、可視光域での光吸収がほとんど問題にならないレベルの膜厚に設定し、１０〜１５０ｎｍ程度の膜厚を用いることが好ましい。
【００３０】
支持基材１４ａ、１４ｂは、ガラスや透明樹脂などから形成される。また、支持基材１４ａと支持基材１４ｂとは、それぞれ同一の材料から形成したり、異なる材料から形成したりすることもできる。
【００３１】
上記の如く構成された調光素子１は、透明電極層１３ａ、１３ｂに電圧を印加すると、液晶層１２ａ〜１２ｃの屈折率が変化して調光機能を発現する。具体的には、電圧を印加時していないときには光を反射して非透視性となり、電圧を印加しているときには各層の屈折率に差が生じ、各層の屈折率が一致して透視性となる。
【００３２】
図３〜図５は、それぞれ調光構造体２の他の構成例を示した図である。図３〜図５において、図２と同じ構成要素の説明は重複記載を避けるため省略する。また、図２と同じ構成要素には、同じ参照番号を付してある。
【００３３】
図３に示す調光構造体２は、透光性層２１ａ〜２１ｆと液晶層２２ａ〜２２ｅとが交互に積層されたものであって、液晶層２２ａ〜２２ｅの厚さは一定とし、透光性層２１ａ〜２１ｆの厚さを調光構造体２の中心の位置する層（液晶層２２ｃ）から積層方向両端に位置する層、すなわち最上層（透光性層２１ａ）および最下層（透光性層２１ｆ）に向かって次第に厚くしている。しかしながら、このような構成に限らず、透光性層１１ａの厚さは一定とし、液晶層１２ａの厚さを積層方向両端に位置する層に向かって次第に厚くしても良い。
【００３４】
図４に示す調光構造体２は、透光性層３１ａ〜３１ｆと液晶層３２ａ〜３２ｅとが交互に積層されたものであって、液晶層３２ａ〜３２ｅの厚さは一定し、透光性層３１ａ〜３１ｆの厚さを光学機能層３１０の中心の位置する層（液晶層３２ｃ）から積層方向両端に位置する層、すなわち、最上層（透光性層３１ａ）および最下層（透光性層３１ｆ）に向かって次第に薄くしている。なお、このような構成に限らず、透光性層１１ａの厚さは一定に形成し、液晶層１２ａの厚さを積層方向両端に位置する層に向かって次第に薄くしても良い。
【００３５】
図５に示す調光構造体２は、透光性層４１ａ〜４１ｆと液晶層４２ａ〜４２ｃとが交互に積層されたものであって、透光性層４１ａ〜４１ｄおよび液晶層４２ａ〜４２ｃのそれぞれを、積層方向に向かってその厚さを次第に厚くしている。
【００３６】
これら図２〜図５に示したいずれの構造の調光構造体２によっても、本発明の調光素子１として機能させることができる。しかも、透光性層１１ａおよび液晶層１２ａの少なくとも一方の層の厚さを積層方向に向かって異なる厚さとすることにより、調光構造体２つまり光学機能層が多様な層の厚さを有した構造となる。この結果、光学機能層内で様々な光の反射ピークを得ることができ、幅広い波長領域にわたり入射光を反射させることができるようになる。なお、上記図２〜図５に示した調光構造体２の各層の層数は、所望する調光機能、すなわち、反射させたい波長領域により適宜決定し、任意の層数に設定することができる。
【００３７】
電圧印加回路４は、調光素子１に駆動電圧を印加して調光機能を発現させるための駆動回路であり、透明電極３、３間に交流電圧を印加する交流電圧源７と、その給電路中に介設された電圧印加スイッチ８とで構成する。
【００３８】
また上記の透明電極３を加熱手段として作用させるための電流印加回路５は、上記の透明電極３に面方向に通電する電流源９と、その通電回路中に介設された電流印加スイッチ１０とで構成する。この電流印加回路５は、上下の透明電極３の両方に設けられているが、片方の透明電極３にのみ設けることもできる。
【００３９】
上記電圧印加と電流印加の切り替えをするための切換回路６は、調光構造体２の実際温度を検知する温度検知器５１と、この温度検知器５１で検知される調光素子温度が、最適駆動温度域設定部５２で与えられた液晶の最適駆動温度域にあるか否かを判定部５３で判断し、最適駆動温度域の下限を下回っている場合には、透明電極３への給電を電圧印加回路４から電流印加回路５に切り換える温度制御手段（制御部）５４とを有する。温度検知器５１はサーミスタなどの温度センサにより構成される。また温度制御手段５４は、コンピュータを用いた制御システムの一部として構成される。この温度検知器５１と温度制御手段５４は、上記の電圧印加スイッチ８および電流印加スイッチ１０と共働して、調光素子１の温度を最適駆動温度域に維持する温度制御系（サーモスタット）を構成している。この温度制御系は、上述の制御装置６に対応するものである。
【００４０】
図６は、この温度制御系の動作を示した図である。
【００４１】
まず図示してない調光スイッチをＯＮして、電圧印加回路４および電流印加回路５を動作可能な状態にする（Ｓ１１）。
【００４２】
温度制御手段５４の判定部５３は、温度検知器５１により検知される調光素子１の検知温度を、最適駆動温度域設定部５２で与えられる下限温度設定値（液晶の最適駆動温度域の下限に対応して定めた下限設定値Ｔ１）と比較する（Ｓ１２）。検知温度が最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１を下回っている場合には、切換信号を電圧印加回路４および電流印加回路５に送り、電圧印加スイッチ８をＯＮからＯＦＦにして電圧印加を停止する。また、これに連動して電流印加スイッチ１０をＯＦＦからＯＮに切り換えて電流印加を開始する。すなわち、電圧印加回路４をＯＦＦとし、電流印加回路５をＯＮにする（Ｓ１３、Ｓ１４）。
【００４３】
この電圧印加停止と電流印加は、調光構造体２の実際温度が最適駆動温度域設定部５２で与えられる上限温度設定値（液晶の最適駆動温度域の上限に対応して定めた上限設定値Ｔ２）に達するまでの間は継続される（Ｓ１３〜Ｓ１５）。調光構造体２の実際温度が液晶の最適駆動温度域の上限設定値Ｔ２に達すると、透明電極３への給電は電流印加回路５から電圧印加回路４に切り換わり、元に戻る。すなわち、電圧印加回路ＯＮ、電流印加回路ＦＦとなる（Ｓ１６、Ｓ１７）。
【００４４】
このように電流印加回路５を作動させて、調光素子１の各透明電極３それ自体に面方向に電流を流すと、透明電極３にジュール熱が発生する。すなわち、透明電極３が発熱体として機能し、調光構造体２ひいては液晶層１２ａが最適駆動温度域に維持される。
【００４５】
このため、液晶材料を選定する場合、駆動可能温度域の広い液晶材料を採用する必要がなくなる。この結果、液晶の屈折率変化幅や誘電率といった、光学性能及び駆動性能に大きく影響を与える物性に着目し、その値がより大きく液晶材料を選択することが可能となる。よって、あらゆる温度環境化において、高い反射率、すばやいスイッチング、と言った優れた特性を持つ調光素子１を得ることができる。
【００４６】
上記実施形態では、電圧印加スイッチ８と電流印加スイッチ１０を、互いに連動して同時期にＯＮ−ＯＦＦ動作する連動スイッチとして説明したが、電圧印加スイッチ８と電流印加スイッチ１０を異なる時期に独立してＯＮ−ＯＦＦ動作する独立スイッチとして構成してもよい。例えば、電圧印加回路４をＯＮして電圧を調光素子１に印加している期間中に、電流印加回路５をＯＮして透明電極３に電流を流し、調光素子１の昇温を開始させても良い。
【００４７】
＜第２の実施形態：図７＞
上記実施形態では透明電極３それ自体を加熱手段として機能させたが、調光素子１の内部に上記透明電極３とは別に加熱手段を備えた構成とすることもできる。
【００４８】
図７にその例を第２の実施形態として示す。これは、上述した透明電極３の外面に、加熱手段として、抵抗加熱式の透明な面ヒータ５５を備えた形態のものである。面ヒータ５５は、調光構造体２の表面と平行にかつ表面全体にわたって設けているが、調光構造体２の表面の一部に設けることもできる。
【００４９】
この調光装置は、面ヒータ５５に電流を供給する第２の電流印加回路５６を有する。透明電極３の間に交流電圧源７から電圧を印加する電圧印加回路４を有する点は、第１の実施形態と同じである。
【００５０】
この第２の電流印加回路５６も、上記の面ヒータ５５に面方向に通電する第２の電流源５７と、その通電回路中に介設された電流印加スイッチとで構成される。電圧印加回路４は、第１の実施形態の場合と同じであり、透明電極３、３間に交流電圧を印加する交流電圧源７と、その給電路中に介設された電圧印加スイッチとで構成される。
【００５１】
ただし、図示の場合、電圧印加スイッチ８と電流印加スイッチ１０は、独立した二系統を連動して切り換える二系統切換スイッチ５８により構成されている。この二系統切換スイッチ５８は、電圧印加回路４中に設けた第１接点５９と、第２の電流印加回路５６中に設けた第２接点６０と、そして第１接点ＯＮで第２接点ＯＦＦの状態と、第１接点ＯＦＦで第２接点ＯＮの状態とを切り換える可動接片６１とを有している。なお図７および後述する図８には、電流源９として直流電圧源を示してある。
【００５２】
調光素子の温度が液晶の最適駆動温度域にある場合、二系統切換スイッチ５８は、その可動接片６１が電圧印加回路４の第１接点５９を閉じる第１位置（図７（ａ））にある。電圧印加回路４の交流電圧源７の電圧が調光素子１の透明電極３間に印加され、調光機能が発揮される。
【００５３】
しかし、調光素子が液晶の最適駆動温度域を下回った場合、二系統切換スイッチ５８は、その可動接片６１が電流印加回路５の第２接点６０を閉じる第２位置（図７（ｂ））に切り換わる。このため電流印加回路５の電流源９から付与される電流６２が、図７（ｂ）に矢印で示すように、面ヒータ５５に流れ、これにより発生したジュール熱により調光素子が昇温される。
【００５４】
＜第３の実施形態：図８〜図９＞
図８に第３の実施形態を示す。これも、透明電極３の外面に、加熱手段として、抵抗加熱式の透明な面ヒータ５５を備えた形態のものである。第２実施形態との違いは、透明電極３の間に常時電圧印加回路４から電圧が調光構造体２に印加されている点にある。このため、回路的には二系統切換スイッチ５８の代わりに一系統切換スイッチ６５が設けられ、電圧印加回路４は、電圧印加スイッチを介さずに、交流電圧源７から透明電極３に直結する給電回路として示してある。そして、一系統切換スイッチ６５は、電流印加回路５の途中に設けた接点６３を開閉する可動接片６４を有する構成となっている。
【００５５】
この第３の実施形態における温度制御系の動作を、図９のフローに従って説明する。
【００５６】
温度制御手段５４は、調光スイッチをＯＮして調光素子１の駆動を可能とする（Ｓ２１）。この時より、電流印加回路５を通して調光素子１の面ヒータ５５が通電され、常時発熱することになる。
【００５７】
温度検知器５１からの検知信号を受け、判定部５３が、この検知信号が意味する温度を、最適駆動温度域設定部５２で予め設定された温度設定値（液晶の最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１）と比較する（Ｓ２２）。
【００５８】
調光素子の温度が既に液晶の最適駆動温度域内の温度またはそれより高い温度にある場合（Ｓ２２：ＮＯ）、判定部５３は一系統切換スイッチ６５に信号を送り、その可動接片６４を接点６３から離した開位置（図８（ａ））にし、電流印加回路５をＯＦＦにする。
【００５９】
しかし、調光素子が液晶の最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１を下回っていた場合（Ｓ２２：ＹＥＳ）、判定部５３は一系統切換スイッチ６５に信号を送り、その可動接片６４で接点６３を閉じて閉位置（図８（ｂ））とし、電流印加回路５をＯＮにする（Ｓ２３）。このため電流印加回路５の電流源９から付与される電流６２が、図８（ｂ）に矢印で示すように、面ヒータ５５に流れ、これにより発生したジュール熱により調光素子が昇温される。
【００６０】
電流印加回路５による面ヒータ５５への通電は、調光素子の温度が液晶の最適駆動温度域の上限設定値Ｔ２に達するまでの間（Ｓ２４：ＮＯの間）継続される。そして、調光素子の温度が液晶の最適駆動温度域の上限設定値Ｔ２に達すると、判定部５３から一系統切換スイッチ６５へ送られる信号が消失して、電流印加回路５がＯＦＦされる（Ｓ２５）。
【００６１】
なお、上記の温度制御がなされている間も、電圧印加回路４は作動し続けており、交流電圧源７の電圧が調光素子１の透明電極３間に印加されて、調光素子１の調光機能が発揮される。
【００６２】
＜第４の実施形態＞
以上のように、液晶型調光素子に加熱手段を備えることで、屈折率異方性及び誘電異方性が大きい液晶材料の使用が可能となり、調光素子１の反射率の向上、駆動電圧の低下及びすばやいスイッチングが実現可能となる。
【００６３】
しかし、調光素子１を使用する環境温度によっては、上記の調光素子１の内部に備えた加熱手段だけでは、調光素子１を所望の最適駆動温度域まで昇温させるのにかかる時間が無視できないことがあり得る。例えば、上記の調光素子１を窓材として使用した自動車を冬季あるいは寒冷地で使用する場合である。
【００６４】
そこで、このような環境下で調光素子１を自動車の窓材として使用する場合には、上記調光素子１の外部に、調光素子１の加熱手段として、加熱装置を備えた構成とすることが好ましい。ここに言う加熱装置とは、発熱線や暖房器具などである。例えば、窓材である調光素子１の周囲に発熱線を配設した構成としたり、近傍に設置したエアコンなどの温風空調機を用いて、調光素子１を加熱するのがよい。
【００６５】
図１１は、調光素子１を車両のフロントガラス６６に使用した例を示したものであり、温度検知器５１はフロントガラス６６の４隅に１個宛設けられている。
【００６６】
ところで、上記液晶の最適駆動温度範域は、使用する液晶材料の分子及び組成により異なるが、液晶相−等方相の相転移温度近傍にあることが一般的に知られている。ここで相転移温度とは、液晶が液晶状態でなくなる温度（液晶相と固体相との相転移温度）である。
【００６７】
本発明の場合、上記下限温度設定値（液晶の最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１）は、この相転移温度を中心とする上下２０℃の範囲（−２０℃から＋２０℃の範囲）、好ましくは−２０℃から上記相転移温度の範囲に収まる温度に設定する。また上限温度設定値（液晶の最適駆動温度域の上限設定値Ｔ２）は、相転移温度の−３０℃から＋１０℃の範囲、望ましくは−１０℃から＋１０℃の範囲に収まる温度に設定する。ただし、これらは下限設定値Ｔ１＜上限設定値Ｔ２の関係が成り立つように設定する。
【００６８】
上記の調光素子１を、車両用グレージング材として用いることは非常に好適である。車両に用いる場合は、最適駆動温度範域が４０℃〜８０℃の温度範囲に、全部もしくは範囲の一部が含まれる液晶材料を用いることが望ましい。
【００６９】
これは、真夏の炎天下時に、日本、オーストラリア、アメリカ（アリゾナ）におけるウィンドシールドガラスの表面が、６０〜７５℃になるためである。上記温度範囲４０℃〜８０℃に最適駆動温度範域が含まれることで、気候、場所、気温を問わず、液晶を最良の状態で使用することが可能となる。
【実施例】
【００７０】
以下、本発明に係る加熱装置を付与した調光素子１を詳細に説明する。なお、以下の実施例は発明の理解を容易にするために記載したものであって、本発明の技術的範囲はこの実施例の記載に限定されるものではない。
【００７１】
下記実施例１〜３における調光素子１は、全て同じものを用いた。その調光構造体２は、図２に示した構造のものであり、透光性層用材料として、ポリメチルメタクリレートとポリ−α−メチルスチレンの共重合体（屈折率：１．５１）を用いた。また、液晶層用材料として、トラン系構造を有する液晶分子とエステル系構造を有する液晶分子との混合物からなる液晶混合物（常光屈折率：１．５１、異常光屈折率：１．７７、誘電異方性：３８．２、液晶相−等方相転移温度：６５℃）の２成分からなる材料を用いた。そしてスピンコート法により液晶層１２ａと透光性層１１ａとが交互に繰り返し積層された積層体（多層構造体）を得た。この多層構造体の積層数は、全体で最外部に樹脂共重合体を配して、全部で１２１層とした。また各層の膜厚は、液晶からなる層（液晶層１２ａ）は８０ｎｍとし、樹脂からなる層（透光性層１１ａ）は５０〜１５０ｎｍの厚みで連続的に変化させた。
【００７２】
また透明電極３の材料としてＩＴＯ（酸化インジウム−スズ）を用い、これを膜厚１０ｎｍの膜となるようにガラス製の支持基材１４ａに塗布した。そして、このＩＴＯを塗布したガラス基材（透明電極３）で上記の調光構造体２を挟み込み、今回用いた調光素子１とした。
【００７３】
＜実施例１＞
上記調光素子１を構成するＩＴＯ膜に電流を流すことが可能な回路（図１の電流印加回路５）を設け、図１に示した調光装置を構成した。また、温度制御手段５４の判定部５３における最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１を４５℃に、上限設定値Ｔ２を６０℃に設定した。またサーモスタット（温度制御系）により、調光素子１の駆動時は、調光素子１の温度が最適駆動温度域の下限の４５℃未満のときに透明電極３による加熱を開始し、上限の６０℃に達した時に、加熱のための通電を停止して、調光機能を発揮させる電圧付与に切り替わるように制御した。
【００７４】
＜実施例２＞
上記調光素子１の周囲に面ヒータ５５を設置し、図７に示した調光装置を構成した。また、温度制御手段５４の判定部５３における最適駆動温度域の下限設定値Ｔ１を４５℃に、上限設定値Ｔ２を７０℃に設定した。またサーモスタット（温度制御系）により、調光素子１の温度が４５℃未満に下がっているときに加熱を開始し、７０℃に達したときに加熱を中止するように制御した。
【００７５】
＜実施例３＞
上記調光素子１の全面に温風が当たるように、調光素子１の外部に、加熱装置として空調機を設置した。また、サーモスタット（図示してない温度制御系）により調光素子１の温度が４５℃で空調機による加熱を開始し、７０℃で空調機による加熱を中止するように制御した。
【００７６】
＜比較例１＞
上記調光素子１のみを用いた。
【００７７】
＜比較例２＞
上記調光素子１に用いた混合液晶を、液晶相−等方相転移温度が低いもの（液晶の物性・・・常光屈折率：１．５１、異常光屈折率：１．６８、誘電異方性：８．２、液晶相−等方相転移温度：３０℃）に変更した以外は、実施例１と同様の構成とした。
【００７８】
上記の実施例１〜３および比較例１、２の各例に示したサンプルについて、環境温度２５℃において、電圧未印加時の可視光反射率（可視光波長領域の平均反射率）および電圧印加時の可視光透過率７０％を実現するに必要な電圧について計測を行った。可視光透過率７０％以上という値は、可視光透過率に関する道路交通法の規定を満たし、グレージング材を車両のフロントガラス６６またはフロントサイドガラスに適用することができる、と言う点で意味をもつものである。ここで可視光反射率はＪＩＳ−Ｒ３１０６に従い、入射角５°の正反射率で測定し、視感度（可視光波長域：３８０〜７８０ｎｍ）で補正をした。その結果を図１０の図表に示した。
【００７９】
この図表の左欄に示すように、交流電圧を印加していないときの可視光反射率は、実施例１〜３の全て及び比較例１において４０％以上であった。そのなかでも、透明電極３の通電により４５℃〜６０℃に調光素子１を昇温している実施例１が最も高い可視光反射率の値を示した。しかし、比較例２では用いている液晶材料の屈折率差が小さいために、２０％未満の反射率であった。
【００８０】
また、この図表の右欄に示すように、電圧を印加したとき可視光透過率７０％を実現するに必要な電圧は、実施例１（２０７Ｖ）が最も低く、次いで実施例３（２１４Ｖ）、実施例２（２１８Ｖ）の順に高くなった。この原因として、実施例１〜３の場合は、液晶材料に特性のよい材料、つまり液晶相−等方相転移温度が６５℃と高いために扱い難いが、誘電異方性が３８．２と高い値の材料を用いた成果であると考えられる。この点は、液晶相−等方相転移温度が３０℃と低く扱い易いが、誘電異方性が８．２と小さい値の材料を用いた比較例２の場合、可視光透過率７０％を実現するのに４１０Ｖもの高電圧が必要となっていること、との対比からも明らかである。
【００８１】
次に、実施例３（２１４Ｖ）の方が実施例２（２１８Ｖ）よりも小さい電圧で済んでいるのは、外部からの温風により調光素子１を加熱する方法が有効であることを意味している。ただし、実施例３（２１４Ｖ）と実施例２（２１８Ｖ）の電圧の値は差が殆どないので、透明電極に密接させた面ヒータ５５による加熱も、外部からの加熱による場合と変わらない良好な手段となることが判る。
【００８２】
なお、図１０の図表において、実施例１〜３の全て及び比較例２については、すべて可視光透過率７０％以上となっているが、比較例１においては電圧値が示されていない。これは、比較例１の場合、環境温度が液晶の駆動温度範囲よりも低いためにほとんど透過率が変化しなかったためである。
【００８３】
上記の実施形態では、調光素子の両面の透明電極のそれぞれに面方向に電流を流しているが、片面の透明電極のみに面方向に電流を流すこともできる。
【００８４】
また上記図７および図８の実施形態では、面ヒータ５５に第２の電流印加回路５６から電流を流すだけで、透明電極３には電流を流していないが、面ヒータ５５に第２の電流印加回路５６から電流を流すと共に、第１の電流印加回路から当面電極に電流を流す構成とすることもできる。
【００８５】
上記実施形態では、調光素子１が最適温度域にあるかどうかを判別するため、温度検知器５１を調光素子１の内部に設けているが、本発明にこの形態に限られるものではなく、調光素子１の近傍に温度検知器５１を設けることができる。なお、調光素子１の近傍と言った場合、温度検知器５１が調光素子１に接している形態を含む。
【００８６】
また上記実施形態では、透光性層１１ａと液晶層１２ａとを交互に積層してなる調光構造体２を透明電極３で挟持した構造の調光子、又は、透光性層１１ａと液晶層１２ａとを交互に積層してなる調光構造体２を、透明電極３で挟持し、この透明電極３上に面ヒータ５５を設けた構造の調光子を例にして説明した。しかし、本発明は、この形態に限定されるものではない。液晶素子からなる調光構造体２を透明電極３で挟持した構造の調光子、又は、液晶素子からなる調光構造体２を透明電極３で挟持し、この透明電極３上に面ヒータ５５を設けた構造の調光子に対しても、本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、調光機能を必要とする窓材、特に、車両用のグレージング材や建築家屋の窓材に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の第１の実施形態にかかる調光装置を示すブロック図である。
【図２】図１の調光素子の構成を示す図である。
【図３】調光素子の構成の変形例を示す図である。
【図４】調光素子の構成の変形例を示す図である。
【図５】調光素子の構成の変形例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施形態にかかる調光装置の温度制御系の動作を示したフローチャートである。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかる調光装置を示す概略図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかる調光装置を示す概略図である。
【図９】本発明の第１の実施形態にかかる調光装置の温度制御系の動作を示したフローチャートである。
【図１０】本発明の実施例１〜３の調光装置の性能評価を、比較例と対比してしめした図表である。
【図１１】本発明の調光装置を車両のフロントガラスに適用した状態を示す略図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    調光素子、
２    調光構造体、
３    透明電極、
４    電圧印加回路、
５    電流印加回路、
６    切換回路（制御装置）、
７    交流電圧源、
８    電圧印加スイッチ、
９    電流源、
１０    電流印加スイッチ、
１１ａ〜１１ｄ    透光性層、
１２ａ〜１２ｃ    液晶層、
１３ａ、１３ｂ    透明電極層、
１４ａ、１４ｂ    支持基材、
２１ａ〜２１ｆ    透光性層、
２２ａ〜２２ｅ    液晶層、
３１ａ〜３１ｆ    透光性層、
３２ａ〜３２ｅ    液晶層、
４１ａ〜４１ｄ    透光性層、
４２ａ〜４２ｃ    液晶層、
５１    温度検知器、
５２    最適駆動温度域設定部、
５３    判定部、
５４    温度制御手段（制御部）、
５５    面ヒータ、
５６    第２の電流印加回路、
５７    第２の電流源、
５８    二系統切換スイッチ、
５９    第１接点、
６０    第２接点、
６１    可動接片、
６２    電流、
６３    接点、
６４    可動接片、
６５    一系統切換スイッチ、
６６    フロントガラス。
【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】
2009086046.tif 000009
【図８】
2009086046.tif 000010
【図９】
2009086046.tif 000011
【図１０】
2009086046.tif 000012
【図１１】
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