JP7326733B2 - 調光フィルム、調光装置 - Google Patents

Description

本発明は、調光のための光学素子として液晶性組成物を用いてなる液晶タイプの光学フィルムの改良に関する。

調光フィルムは、一対の透明電極の間に液晶層を備え、透明電極に印加する電圧の変更によって液晶層中の液晶分子の配向する方向を変える。液晶分子の配向する方向が変化することにより、調光フィルムの透明度が変化する。調光フィルムの型式は、配向膜を有しないノーマルモードと、配向膜を有するリバースモードとに大別される。ノーマルモードは、駆動電圧の印加によって液晶層の透過率を上げ、駆動電圧の印加の停止によって液晶層の透過率を下げる。リバースモードは、駆動電圧の印加によって液晶層の透過率を下げ、駆動電圧の印加の停止によって液晶層の透過率を上げる（特許文献１，２参照）。

調光フィルムは、例えばガラス等の透明基材に固定することにより、窓ガラスや展示ウィンドウ、間仕切りなどに採用することが可能となる。機械的強度の付与のため、調光フィルムは、とくに合わせガラスの形態で使用されることが多い。合わせガラスの形態とは、調光フィルムを一対のガラス板で挟み、それぞれを中間膜で接着した形態である。

国際公開第２０１６／７２４９８号 特許第４３８７９３１号公報

調光フィルムの基材としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが一般的である。また、合わせガラスの中間膜にはＰＶＢ（ポリビニルブチラール）樹脂が多用されている。ＰＶＢは、ガラスとの接着性には優れるが、ＰＥＴなど樹脂との接着性は低いという問題がある。また、ＰＶＢによる中間膜が１００μｍ以下の厚さであると、クラックやピンホールが発生することも招きやすい。

本発明の目的は、中間膜としてＰＶＢを用いた合わせガラスに好適な調光フィルムを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明による調光フィルムは、
第１の基材フィルムと、前記第１の基材フィルムの上に形成された第１の透明電極と、を有する第１の透明電極フィルムと、第２の基材フィルムと、前記第２の基材フィルムの上に形成された第２の透明電極と、を有する第２の透明電極フィルムと、前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とを対向させて配置された前記第１の透明電極フィルムと前記第２の透明電極フィルムとの間に挟持された液晶層と、を備え、前記第１の基材フィルムの、前記第１の透明電極が形成された面とは反対の面および前記第２の基材フィルムの、前記第２の透明電極が形成された面とは反対の面の、ＩＳＯ ２５１７８－２（２０１２）に規定される表面粗さ（算術平均高さ）が１．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする。

上記第１の基材フィルムおよび上記第２の基材フィルムには、ポリエチレンテレフタレ
ートフィルムが好適に使用される。

上記調光フィルムの少なくとも片面に、
接着性樹脂からなる中間膜と、上記調光フィルムよりも剛性が高く、かつ、厚さの大きい透明板と、をこの順に備えることを特徴とする調光装置としても良い。

上記調光フィルムと、上記中間膜との界面における、ＪＩＳ Ｋ ６８５０（１９９９）で規定される引張りせん断接着強さが５Ｎ／２５ｍｍ^２以上であることが好ましい。

また、上記中間膜がＰＶＢ樹脂を含むことが好ましい。

本発明によれば、中間膜としてＰＶＢ樹脂を用いた合わせガラスに好適な調光フィルムを提供することができる。

本発明の実施形態の調光フィルムの構造を示す図。 本発明の実施形態の調光フィルムを用いた合わせガラスの構造を示す図。

以下、本発明の実施形態について図を用いて説明するが、本発明は以下の説明によって限定されるものではない。
＜調光フィルム＞
図１に示すように、調光フィルム１００は、一対の透明電極フィルム１５、１５と液晶層１３と、給電部１１０とを備える。各透明電極フィルム１５は、基材フィルム１１と透明電極１２とをこの順に備えた多層体である。一対の透明電極フィルム１５、１５は、各透明電極１２を液晶層１３と対向させ、液晶層１３を挟持する。

基材フィルム１１は、ロール・トゥ・ロール（roll to roll）方式での製造に適した実質的に透明なフレキシブルフィルム基材であれば、いずれも用いることができる。本実施形態では、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を採用する。ＰＥＴフィルムには、紫外線吸収剤，安定剤などが添加されてあっても良い。

基材フィルム１１は、液晶層１３と接する面とは反対側の面が、ＩＳＯ ２５１７８－２（２０１２）で規定される表面粗さ（算術平均高さ）Ｓａが１．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲である。これに加えて基材フィルム１１の液晶層１３と接する面の表面粗さＳａが１．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下であっても良い。基材フィルム１１の液晶層１３と接する面とは反対側の面は、合わせガラスの形態においては中間膜と接する。基材フィルム１１の表面粗さＳａが１．０ｎｍ未満である場合、中間膜との接触面積が小さく、基材フィルム１１と中間膜との間に十分な接着力が得られない。また、基材フィルム１１の表面粗さＳａが２０．０ｎｍより大きい場合、表面の凹凸形状が転移され反映されたり、凸部が貫通したりして、中間膜にピンホールが発生しやすい。表面粗さＳａが１．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下のフィルム基材は、例えば未処理のＰＥＴフィルムにコロナ処理やプラズマ処理などを施すことや、親水性ハードコート層を形成することによって作製される。

透明電極１２は、従来公知の透明性を有する電極材料であればいずれも用いることができ、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）導電膜、酸化錫導電膜、酸化亜鉛導電膜、高分子導電膜などからなる電極である。透明電極１２は、真空蒸着法やスパッタリング法等の物理的気相成長法（ＰＶＤ法）、各種化学的気相成長法（ＣＶＤ法）、各種塗布法等を
用いることにより形成することができる。また、透明電極１２のパターニングが必要な場合には、エッチング法、リフトオフ法、レーザトリミング法、各種マスクを用いる方法など、任意の方法によって透明電極１２のパターニングを行うことができる。

液晶層１３は、例えば、ポリマーネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ）であり、液晶分子と、三次元の網目状に形成された樹脂からなるポリマーネットワークとを含み、ポリマーネットワークが有する空隙に液晶分子が保持されている。液晶層１３は、ポリマー分散型液晶（ＰＤＬＣ）など、他の構造であってもよい。

液晶分子には、ネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などの従来公知の液晶分子を用いることができる。中でも、低電圧での駆動ならびに散乱特性などを考慮すると、誘電率の異方性が高く、屈折率の異方性の大きいものが好ましい。液晶分子は、ポリマーネットワークを形成する重合反応に供するエチレン基などの官能基を有していてもよい。

液晶層１３は、ノーマルモードとリバースモードのいずれであってもよい。ノーマルモードの液晶層１３は、電圧印加（ＯＮ）により透過状態となり、電圧除去（ＯＦＦ）により散乱状態となる。リバースモードの液晶層１３は、電圧除去（ＯＦＦ）により透過状態となり、電圧印加（ＯＮ）により散乱状態となる。

調光フィルム１００にリバースモードの液晶層１３を用いる場合は、調光フィルム１００は各透明電極１２と液晶層１３との間に配向膜を有する。配向膜は、液晶層の配向方式（ＴＮ方式、ＶＡ方式、ＩＰＳ方式、ＯＣＢ方式など）に応じて、電圧除去（ＯＦＦ）時に透過状態を呈する分子配向となるものが選定され、従来公知の水平配向膜，垂直配向膜のいずれかの配向膜が用いられる。

リバースモードのＰＮＬＣによる液晶層１３を具備する調光フィルムの製造にあたっては、液晶と光重合性化合物（モノマー）との混合物を一対の透明電極フィルム１５（フィルム基材１１に透明電極１２、配向層（不図示）が積層されてなる）の間に挟む。次いで、一定の条件下で紫外線を照射することにより、光重合によって液晶中の光重合性化合物を高分子に変化させる。光重合および架橋結合により、微細なドメイン（高分子の空隙）を無数に有するポリマーネットワークが液晶中に形成される。一方、ノーマルモードの調光フィルムの製造にあたっては、フィルム基材１１に透明電極１２と配向層とが積層されてなる透明電極フィルム１５に代えて、フィルム基材１１に透明電極１２が積層されて配向層が積層されていない透明電極フィルム１５が用いられて、同様の手順によってなされる。

液晶層１３には、スペーサが導入されてあっても良い。スペーサを導入することにより、液晶層１３の厚さを均一に保つことが可能となる。スペーサとしては、特に限定するものではないが、粒状の樹脂スペーサや、粒状のガラススペーサなどを好適に用いることができる。

給電部１１０は、リード線を通じて外部からの給電を行なうために形成される。各給電部１１０は、例えば、ハーフカットにより透明電極１２を露出させ、露出した透明電極１２表面に導電ペースト、導電テープを積層し、導電テープ上にハンダを形成し、リード線に連結して形成される。

液晶層１３が第１状態（液晶分子が、調光フィルム１００が不透過を呈するように配列した状態）であるとき、液晶層１３の全光線透過率は、１０％以下であり、ヘイズ値は、８０％以上であることが好ましい。液晶層１３が第２状態（液晶分子が、調光フィルム１
００が透過を呈するように配列した状態）であるとき、液晶層１３の全光線透過率は、８０％以上であり、ヘイズ値は、１０％以下であることが好ましい。なお、各層の全光線透過率は、ＪＩＳ Ｋ ７３６１－１（ＩＳＯ １３４６８－１）)に準拠する方法によって測定することができる。また、各層のヘイズ値は、ＪＩＳ Ｋ ７３６１（ＩＳＯ １４７８２）に準拠する方法によって測定することができる。

調光フィルム１００の周縁部には、液晶層１３を水分、酸、紫外線などから守るためのシール部１４が塗布形成により設けられている。

シール部１４に用いられる材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、エン－チオール系樹脂、シリコーン系樹脂、変性ポリマーなどの硬化性樹脂を用いることができる。シール部１４に用いられる硬化性樹脂の硬化型は、熱硬化型、光硬化型、湿気硬化型、嫌気硬化型などのいずれでもよい。シール部１４は、色素やフィラー類などが添加されてあっても良い。添加される色素は、耐候性等を考慮すると、顔料系の色素が望ましい。

シール部１４は、更に紫外線吸収剤を含み、紫外線遮蔽機能を有することが好ましい。シール部１４の膜厚を１５０μｍとした際に、波長３８０ｎｍの光（紫外線）の透過率が、０～６０％の範囲であることが好ましい。これにより、調光フィルム１００の周縁部から紫外線が入射することによって液晶層１３が劣化するのを防ぐことができる。紫外線吸収剤は、従来公知のものから任意に選択して用いることができる。例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウムなどの無機系紫外線吸収剤やベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾフェノン系等の有機系紫外線吸収剤などを適宜選定し、単独あるいは２種以上の混合物として用いることができる。

調光フィルム１００は、パーテーションなど多くの用途においては、剛性を有する透明部材と粘着剤等により一体化された形態で用いられる。衝撃に対する耐性がとくに求められる用途においては、合わせガラス２００の形態で用いられる。合わせガラス２００の形態とは、一対のガラス板１５０、１５０の間に、調光フィルム１００が挟み込まれ、各ガラス板１５０と調光フィルム１００が中間膜１６０によって接着された形態である。中間膜１６０には、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂等のポリビニルアセタール樹脂を用いることができる。合わせガラス２００は、例えば、ガラス板１５０と中間膜１６０、調光フィルム１００、中間膜１６０、ガラス板１５０をこの順に積層して得た積層体を、真空バック中に入れ、減圧下で加熱して圧着する方法により製造される。

フィルム基材として、一方の面にコロナ処理を施したＰＥＴフィルムを用意した。フィルム基材の、コロナ処理を施した面の表面粗さ（算術平均高さ）Ｓａは、１．１ｎｍであった。フィルム基材の、コロナ処理を施した面とは反対の面に、透明電極を形成し、これを透明電極フィルムとした。この透明電極フィルムを２枚用いて、透明電極フィルム、液晶層、透明電極フィルムがこの順に重なった積層体を作製した。このとき各透明電極フィルムは、その透明電極が形成された面が液晶層と接するように配置された。この積層体を実施例１とした。

一方の面にコロナ処理を施したＰＥＴフィルムを、一方の面にプラズマ処理を施したＰＥＴフィルムと代えた以外は実施例１と同じ構成の積層体を実施例２とした。実施例２に用いたＰＥＴフィルムの、プラズマ処理を行った面の表面粗さ（算術平均高さ）Ｓａは、６．３ｎｍであった。

一方の面にコロナ処理を施したＰＥＴフィルムを、一方の面に「親水・防曇性ハードコ
ート剤ＬＡＦ２７００」（トーヨーケム株式会社製）による親水性ハードコート層を形成したＰＥＴフィルムと代えた以外は実施例１と同じ構成の積層体を実施例３とした。実施例３に用いたＰＥＴフィルムの、ハードコート層の表面粗さ（算術平均高さ）Ｓａは、１２．５ｎｍであった。

一方の面にコロナ処理を施したＰＥＴフィルムを、加工処理を施さない未処理のＰＥＴフィルムと代えた以外は実施例１と同じ構成の積層体を比較例とした。比較例に用いたＰＥＴフィルムの表面粗さ（算術平均高さ）Ｓａは、０．５ｎｍであった。

基材フィルムの表面粗さＳａは、原子間力顕微鏡による５μｍ×５μｍの走査範囲での計測値を用いて算出した。

実施例１～３および比較例の各積層体を、ポリビニルブチラール樹脂を含む中間膜を介して２枚のガラス板の間に挟み込み、合わせガラスの形態に加工した。各合わせガラスについて、ＰＶＢ樹脂との接着界面における接着強さの指標となるせん断剥離力を測定した。せん断剥離力は、引張試験機（ＥＺ－ＬＸ、島津製作所製）を用いて、ＪＩＳ Ｋ ６８５０（１９９９）に準拠する方法により測定した。結果を表１に示す。

基材フィルムの表面粗さＳａが１．０ｎｍ以下の比較例は、基材フィルムと中間膜との界面におけるせん断剥離力（接着強さ）が１．５Ｎ／２５ｍｍであり、５Ｎ／２５ｍｍ以下であった。一方、基材フィルムの表面粗さＳａが１．０ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の実施例１～３は、基材フィルムと中間膜との界面におけるせん断剥離力（接着強さ）が５Ｎ／２５ｍｍ以上であり、調光フィルムと中間膜との接着力が高いことが示された。また、基材フィルムの表面粗さが大きい場合、基材フィルムの表面の凹凸によって、中間膜にピンホールが発生しやすいが、基材フィルムの表面粗さＳａが２０．０ｎｍ以下の範囲にある上記実施例では、ピンホールによる外観上の欠陥は見られなかった。

以上により、本発明による調光フィルムは、合わせガラスの形態に適している。

１００ 調光フィルム
１５ 透明導電フィルム
１１ フィルム基材
１２ 透明電極
１３ 液晶層
１４ シール部
１１０ 給電領域
２０ ハードコート層
２００ 合わせガラス
１５０ ガラス板
１６０ 中間膜

Claims (5)

1. 第１の基材フィルムと、前記第１の基材フィルムの上に形成された第１の透明電極と、
   を有する第１の透明電極フィルムと、
   第２の基材フィルムと、前記第２の基材フィルムの上に形成された第２の透明電極と、を有する第２の透明電極フィルムと、
   前記第１の透明電極と前記第２の透明電極とを対向させて配置された前記第１の透明電極フィルムと前記第２の透明電極フィルムとの間に挟持された液晶層と、を備え、
   前記第１の基材フィルムから前記第２の基材フィルムの周縁部に硬化性樹脂を用いたシール部と、を備え、
   前記第１の基材フィルムの、前記第１の透明電極が形成された面とは反対の面および前記第２の基材フィルムの、前記第２の透明電極が形成された面とは反対の面が親水性ハードコート層であり、かつ前記反対の面のＩＳＯ ２５１７８－２（２０１２）に規定される表面粗さ（算術平均高さ）が９ｎｍ以上２０．０ｎｍ以下の範囲にあることを特徴とする調光フィルム。
2. 前記第１の基材フィルムおよび前記第２の基材フィルムが、ポリエチレンテレフタレートフィルムであることを特徴とする、請求項１記載の調光フィルム。
3. 請求項１または請求項２に記載の調光フィルムの少なくとも片面に、
   接着性樹脂からなる中間膜と、
   前記調光フィルムよりも剛性が高く、かつ、厚さの大きい透明板と、をこの順に備えることを特徴とする調光装置。
4. 前記調光フィルムと、前記中間膜との界面における、ＪＩＳ Ｋ ６８５０（１９９９）で規定される引張りせん断接着強さが５Ｎ／２５ｍｍ^２以上である請求項３記載の調光装置。
5. 前記中間膜がポリビニルブチラール樹脂を含むことを特徴とする請求項３または請求項４記載の調光装置。