(57)【要約】【課題】二色性色素が混合された液晶を有する電圧制御型調色フィルタにおいて、色ムラを低減すると共に、色素劣化のばらつきを軽減する。【解決手段】電圧制御型調色フィルタ１は、透明基板２１と、透明基板２１上に設けられる透明電極２２と、透明電極２２上に設けられる配向膜２３とを有するフィルタ用基板２ａ、２ｂを備える。フィルタ用基板２ａ、２ｂは、配向膜２３同士が対向するように重ね合わされ、配向膜２３相互の隙間に色素６を混合した液晶５が充填される。透明電極２２に給電する給電用端子８が、フィルタ１の略中心に対して対称に配置される。これにより、透明電極２２間の電圧の偏在が少なくなり、フィルタの色ムラが低減され、色素劣化のばらつきも軽減される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、前記透明基板上に設けられる透明電極と、前記透明電極上に設けられる配向膜と、を有するフィルタ用基板を備え、前記フィルタ用基板は、前記配向膜同士が対向するように重ね合わされ、前記配向膜相互の隙間に色素を混合した液晶が充填されて成る電圧制御型調色フィルタであって、
前記透明電極に給電する給電用端子が、該フィルタの略中心に対して対称に配置されていることを特徴とする電圧制御型調色フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二色性色素が混合された液晶が透明電極付の透明基板間に挟設されて成り、透明電極に印加する駆動電圧によって調色される電圧制御型調色フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる二色性色素が混合された液晶が透明電極付の透明基板間に挟設されて成る液晶セルを有する光学フィルタを備えた照明装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。図３は、同装置の光学フィルタの構成を示す。光学フィルタ３０は、偏光フィルタ３１と、液晶セル３２、３３とを備え、各液晶セル３２、３３は、二色性色素３６（以下、色素という）が混合された液晶３５を挟み込むように並置された透明電極３２２付の透明基板３２１を備える。液晶３５と色素３６は、透明電極３２２に印加される駆動電圧に応じて配向し、色素３６の分子配列が変化し、そのため、光学フィルタ３０への入射光は、それによる色温度が制御された照明光とされる。透明電極３２２への電圧印加箇所は、並置された透明基板３２１間における略最短距離の位置にある。この液晶セル３２、３３は、電圧によって色温度が制御される電圧制御型の調色フィルタである。
【０００３】
上述したような電圧制御型の調色フィルタについて詳細に説明する。図４（ａ）は、従来の電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示し、図４（ｂ）は、同フィルタの断面構成を示す。この電圧制御型調色フィルタ４０（以下、フィルタという）は、透明基板３２１と、透明基板３２１上に設けられる透明電極３２２と、透明電極３２２上に設けられる配向膜３２３とを有するフィルタ用基板３２０ａ、３２０ｂとを備える。フィルタ用基板３２０ａ、３２０ｂは、配向膜３２３同士が対向するように重ね合わされ、配向膜３２３相互の隙間に、色素３６が混合された液晶３５が充填されている。配向膜３２３相互の隙間は、外周のスペーサ３７等によって設定される。
【０００４】
フィルタ４０は、いわゆる液晶シャッターと異なり、透明電極３２２が連続する１枚で形成され、ワンセルとしてのサイズ（対角長）が例えば１００ｍｍ程度にもなるため、各透明電極３２２にそれぞれ設けられ給電するための給電用端子３８の配置位置によって透明電極３２２内の電位分布が偏在する。いま、給電用端子３８がフィルタ４０の一側方に配置されているとすると、給電用端子３８に近い領域Ｂ３では、対向する透明電極３２２間の電界強度が強く、給電用端子３８から遠い領域Ａ３では、電界強度が弱くなる。この電界強度の不均一によって、液晶３５の配向による光の透過率が不均一となり、光の透過率が低い領域Ａ３においては色素３６による色が濃くなり、領域Ｂ３においては色が薄くなって色ムラが生じる。また、光の透過率が低い領域Ａ３においては、色素３６がより多量の紫外線を受けて劣化が進行し、色素劣化のばらつきが生じる。
【０００５】
特に、このフィルタ４０を照明器具に用いた場合、フィルタ４０の周縁部より光源に近い中心部は、光源からの光出力が大きいため、特に色ムラが目立ち、所望の色温度制御が困難となる。また、光源からの光出力が大きいフィルタ４０の中心部は、より多量の紫外線を受けるため、色素劣化が大きく生じ、中心部と周縁部との色素劣化のばらつきが目立つようになる。
【特許文献１】特開２００４−６１８２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題を解決するものであり、二色性色素が混合された液晶を有する電圧制御型調色フィルタにおいて、色ムラを低減すると共に、色素劣化のばらつきを軽減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、透明基板と、前記透明基板上に設けられる透明電極と、前記透明電極上に設けられる配向膜と、を有するフィルタ用基板を備え、前記フィルタ用基板は、前記配向膜同士が対向するように重ね合わされ、前記配向膜相互の隙間に色素を混合した液晶が充填されて成る電圧制御型調色フィルタであって、前記透明電極に給電する給電用端子が、該フィルタの略中心に対して対称に配置されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に記載の発明によれば、給電用端子の対称配置によって透明電極間の電圧の偏在が少なくなるので、フィルタの色ムラを低減することができると共に、色素劣化のばらつきを軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型調色フィルタについて図１（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図１（ａ）は、本実施形態の電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示し、図１（ｂ）は、同フィルタの断面構成を示す。本実施形態の電圧制御型調色フィルタ１（以下、フィルタという）は、透明基板２１と、透明基板２１上に設けられる透明電極２２と、透明電極２２上に設けられる配向膜２３と、を有するフィルタ用基板２ａ、２ｂ（以下、総称してフィルタ用基板２という）とを備える。フィルタ用基板２は、それぞれの配向膜２３同士が対向するように重ね合わされ、配向膜２３相互の隙間に色素６が混合された液晶５が充填される。各フィルタ用基板２の透明電極２２にそれぞれ給電する給電用端子８ａ、８ｂ（以下、総称して給電用端子８という）が、フィルタ１の略中心Ｃ１に対して対称な一つの対角位置に配置される。
【００１０】
透明基板２１は、透光性を有する絶縁物等から成る基板であり、例えば、ガラス基板である。透明電極２２は、液晶５の配向を調節する駆動電圧を印加するものであり、例えば、インジウム錫系酸化物が用いられる。配向膜２３は、ポリイミド系樹脂等から成り、その表面に液晶５を配向するためのラビング処理が施される。ラビング処理は、例えば、ローラ状の樹脂繊維を配向膜２３上の一方向に摩擦する処理である。配向膜２３相互の隙間は、隙間に分散されるスペーサ粒子・柱（図示せず）と共に外周のスペーサ７によって設定される。給電用端子８は、図示しない制御電源に接続され、交流又は直流の駆動電圧が印加される。
【００１１】
色素６は、波長域及び分子配列に応じて吸収分光特性の異なる二色性色素であり、固有の分子構造に起因する吸光ピークを持ち、長波長域から短波長域にかけて吸収分光特性が連続的に増加するものや、短波長域から長波長域にかけて吸収分光特性が連続的に増加するもの等がある。なお、吸収分光特性とは、各々の物質が有する波長ごとの光の吸収特性を言う。一般的な二色性色素としては、アゾ系色素、アントラキノン系色素等が挙げられ、本実施形態においては、例えば、退色性が少ない蛍光性ベンゾチアジアゾール系二色性色素が用いられる。液晶５は、ネマティック液晶、コレステリック液晶、スメクティック液晶のいずれを用いてもよく、スメクティック液晶の一種である強誘電性液晶を用いてもよい。
【００１２】
次に、本フィルタ１の動作を説明する。透明電極２２に電圧が印加されていないとき、細長い分子構造の液晶５及び色素６は、透明基板２１に対して平行に配向していて、色素６の長軸方向に振動する偏光を強く吸収する。従って、例えば、長波長域に対する吸収分光特性を有する色素６を含むフィルタ１は、透過光の色温度を増加させ、他方、短波長域に対する吸収分光特性を有する色素６含むフィルタ１は、透過光の色温度を減少させる。透明電極２２に十分な電圧が印加されると、細長い分子構造の液晶５及び色素６は、電界方向に再配向して、透明基板２１に対して垂直に立ち上がる。そのため、色素６による短波長域及び長波長域の吸収が減少して、フィルタ１の透過分光特性は平坦になり、透過光の色温度は変化しない。このように、フィルタ１は、透明電極２２に印加する駆動電圧の制御によって調色される。
【００１３】
次に、本フィルタ１の動作と給電用端子８の配置との関係を説明する。図１（ａ）は、フィルタ１の色の濃さをグラデーションで示す。図１（ｂ）に示した液晶５と色素６の配向は、給電用端子８に駆動電圧を印加したときの図１（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面における状態である。フィルタ１の中心部付近にある領域Ｂ１では、給電用端子８との距離が短く、給電用端子８からの印加電圧の電圧降下が小さい。小さい電圧降下のために対向する透明電極２２間の電界強度が強く、液晶５が十分な強度の電界によって配向し、色素６による特定の波長域の光の吸収が低減されて、フィルタ１の色が薄くなる。また、この領域Ｂ１では、光源からの光出力が最も大きく、紫外線照射量も多い。
【００１４】
一方、フィルタ１の周縁部付近にある領域Ａ１は、領域Ｂ１よりは給電用端子８からの距離が長く、印加電圧の電圧降下のために透明電極２２間の電界強度が弱くなって、フィルタ１の色が濃くなる。しかし、給電用端子８がフィルタ１の略中心Ｃ１に対して対称に配置されるので、領域Ａ１と領域Ｂ１での電圧降下の違い、すなわち電圧の偏在は少ない。また、領域Ａ１は、光源からの光出力が最も小さく、紫外線照射量も少ない。
【００１５】
このように、本実施形態のフィルタ１は、領域Ａ１と領域Ｂ１との透明電極２２間の電圧の偏在が少なく、電界強度が略均一化されるので、色素６の分子配列による特定の光の波長域の吸収量のばらつきが小さくなって、色の濃さの違いも少なくなる。また、領域Ａ１は、領域Ｂ１よりはフィルタ１の色が濃いが、フィルタ１の中心部よりも光源から遠い周縁部付近にあるため、光源からの光出力が少なく、透過光の色温度変化も少ない。従って、フィルタ１の色ムラが低減される。さらに、領域Ａ１よりも光源に近い領域Ｂ１は、光源からの紫外線の量が多いが、フィルタ１の色が薄く、色素６が受ける紫外線の量が少なくなるため、紫外線による色素劣化が少なくなる。また、領域Ｂ１よりも光源から遠い領域Ａ１は、光源からの紫外線の量が少なく、色素劣化が少ない。従って、紫外線による色素劣化のばらつきが軽減される。
【００１６】
次に、本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型調色フィルタについて図２（ａ）（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、本実施形態の電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示し、図２（ｂ）は、同フィルタの断面構成を示す。本実施形態の電圧制御型調色フィルタ２０（以下、フィルタという）は、給電用端子２８ａ１、２８ａ２、２８ｂ１、２８ｂ２（以下、総称して給電用電極２８という）の配置位置が異なる他は、第１の実施形態と同様の構成を有する。フィルタ２０は、一方のフィルタ用基板２ａの透明電極２２に給電する２つの給電用端子２８ａ１、２８ａ２と、他方のフィルタ用基板２ｂの透明電極２２に給電する２つの給電用端子２８ｂ１、２８ｂ２とを備える。各給電用端子２８は、フィルタ２０の四隅に配置される。給電用端子２８ａ１、２８ｂ１は、第１の実施形態と同様に配置され、これらの端子間に駆動電圧が印加される。一方、給電用端子２８ａ２、２８ｂ２は、フィルタ２０の略中心Ｃ２に対して対称な上記とは他の対角位置に配置され、これらの端子間に駆動電圧が印加される。なお、給電用端子２８ａ１、２８ａ２は、同電位であり、給電用端子２８ｂ１、２８ｂ２は、同電位である。
【００１７】
図２（ａ）は、フィルタ２０の色の濃さをグラデーションで示す。図２（ｂ）に示した液晶５と色素６の配向は、給電用端子２８に駆動電圧を印加したときの図２（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面における状態である。フィルタ２０の四隅付近にある領域Ａ２では、給電用端子２８からの距離が短く、透明電極２２からの印加電圧の電圧降下が小さい。小さい電圧降下のために対向する透明電極２２間の電界強度が強く、液晶５が十分な強度の電界によって配向し、色素６による特定の波長域の光の吸収が低減され、フィルタ２０の色が薄くなる。他方、フィルタ２０の中心部付近にある領域Ｂ２では、領域Ａ２よりは給電用端子２８からの距離が若干長く、電圧降下が大きいが、第１の実施形態と比較すると、給電用端子２８を４つに増やしたことにより、電界強度がより均一化されて領域Ａ２と領域Ｂ２での電圧降下の違い、すなわち電圧の偏在が少なくなる。
【００１８】
このように、本実施形態のフィルタ２０は、透明電極２２間の電位差の偏在がさらに少なく、色素６の分子配列による特定の光の波長域の吸収量のばらつきがさらに小さくなる。従って、フィルタ２０の色ムラがいっそう低減される。また、色素劣化のばらつきもさらに軽減される。
【００１９】
なお、本発明は、上記の実施形態の構成に限られず、発明の要旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、透明電極２２に配置する給電用端子の数は、２つ又は４つに限られず、それよりも多く配置してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ１−Ｘ１線断面図。
【図２】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ２−Ｘ２線断面図。
【図３】従来の電圧制御型調色フィルタを用いた光学フィルタの構成図。
【図４】（ａ）は従来の電圧制御型調色フィルタにおける電界強度と色の濃さの分布を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ３−Ｘ３線断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１、２０  電圧制御型調色フィルタ
２ａ、２ｂ  フィルタ用基板
２１  透明基板
２２  透明電極
２３  配向膜
５  液晶
６  色素
８ａ、８ｂ、２８ａ１、２８ａ２、２８ｂ１、２８ｂ２  給電用端子
【図３】
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【図１】
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【図２】
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【図４】
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