JP2020177040A - 調光ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】調光シートと可撓性給電手段（ＦＰＣ）の接合構造を改良することで、ＦＰＣに応力が掛かった場合であっても接続箇所の損傷を防止することができ、接合の信頼性を向上可能な調光ユニットの構成を提示する。【解決手段】ＦＰＣ４は、給電部に接続される接続領域４１と、外部電源からのリード線に接続される延出領域と、接続領域と延出領域間に設けられた中間領域と、を有しており、前記中間領域は接続領域４１と前記延出領域間に設けられ、接続領域４１から調光シート２０の厚さ方向に撓みつつ接続領域４１以外の面に貼付される接合構造。【選択図】図２

Description

本発明は、調光シートと、調光シートを電源に接続するための接続部とを備える調光ユニットに関する。

調光シートは、液晶組成物を含む調光層と、調光層を挟む一対の透明電極層とを備える。一対の透明電極層に駆動電力が印加されると、調光層に含まれる液晶分子の配向状態が変わることにより、調光シートの光透過率が変わる（例えば、特許文献１参照）。こうした調光シートと、透明電極層を電源に接続するための接続部とから、調光ユニットが構成される。

外部電源と調光ユニットの接続にあたり、ＦＰＣ（フレキシブルプリント基板）とＡＣＦ（異方性導電フィルム）を用いて電気的に接続しつつ、機械的に接着することで配線を引き出す構造が採用されている（特許文献２参照）。従来のリード線のはんだによる点状の接合構造から、面状の接合構造となり、調光ユニットの運搬時，取り付け作業時の揺れや衝撃に対して、接合の耐久性が向上している。

特開２００６−１６２８２３号公報 特許第６４３９０２９号公報

図４は、外部電源９から給電線８を通じてＦＰＣ４を用いて調光シート２０に電気的に接続する形態の一例を示す平面図である。図５は、図４に示すＡ−Ａ線における拡大断面図である。ＦＰＣ４の給電線８に接続された端部とは反対側の端部は、調光シート２０の端部に接続されている。すなわち、調光シート２０は外部電源９から給電線８およびＦＰＣ４を通じて給電され、駆動する。

図４、図５に示すように、平板状のＦＰＣ４と調光シート２０とを電気的に接続するため、調光シート２０には給電部が形成される。給電部は調光シート２０に２層ある透明電極層２のうちの一方の透明電極層２の一部分が露出した領域である。ＦＰＣ４の接続領域４１は、調光シート２０に形成された給電部と面接触により接合している。尚、図中において、露出した透明電極層２に配置される接続部（透明電極層２よりも低抵抗材料からなる導電ペーストおよびテープの積層体）およびＡＣＦは図示を省略している。

ＦＰＣ４の接続領域４１と透明電極層２の給電部とを接合する場合、以下の問題が想定される。すなわち、ＦＰＣ４の給電線８に接続される延出領域と接続領域４１間に設けられた中間領域が可動自在となっているため、運搬時や施工後の振動（あるいは、使用時の乱暴な取り扱い）等により中間領域に応力が加わりやすい。その結果、接続領域４１に過剰な応力が加わるため、ＦＰＣ４の剥がれ，ちぎれ等を招くおそれがある（図６参照）。この問題は給電手段としてＦＰＣ４を採用した場合に限ることではなく、調光シート２０に他の給電手段を通じて給電する場合にも同様の問題として現れる。

本発明は、調光シート２０の給電部と給電手段の接続領域との接合の信頼性を向上した調光ユニットを提供することを目的とする。

本発明による調光ユニットは、
調光層が、第１透明電極層を有する第１透明導電フィルムと第２透明電極層を有する第２透明導電フィルムに挟まれてなる調光シートと、
前記調光層に駆動電力を供給する外部電源を前記第１透明電極層および前記第２透明電極層に接続するための第１給電部および第２給電部と、
を備える調光ユニットであって、
前記第１給電部および前記第２給電部の少なくとも一方の給電部には可撓性給電手段が接合されており、
前記可撓性給電手段は、接続領域と、延出領域と、中間領域とを有しており、
前記接続領域は前記給電部に接続される領域であり、
前記延出領域は前記中間領域から延出し、前記外部電源からの駆動電力を前記中間領域を介して前記接続領域に供給し、
前記中間領域は前記接続領域と前記延出領域間に設けられ、前記接続領域から前記調光シートの厚さ方向に撓みつつ前記接続領域以外の面に貼付されることを特徴とする。

中間領域は、調光シートの支持基材となる透明板と給電部の裏面側で貼付される構成であっても良い。

本発明の調光ユニットによれば、調光シート２０の給電部と給電手段の接続領域との接合の信頼性を向上することが可能となる。

給電手段に応力が掛かった場合であっても接続箇所の損傷を防止することができると共に、調光シート（および支持基材）との接合の信頼性を向上させることができる。

本発明の調光ユニットの全体構成概略を示す平面図。 調光シートとＦＰＣの接合構造の要部を拡大して示す断面図。 図１，図２に示す本実施形態の要部の斜視図。 調光ユニットの全体構成概略を示す平面図。 調光シートとＦＰＣの接合構造の要部を拡大して示す断面図。 ＦＰＣの中間領域における剥がれを示す断面図。

以下、図面を参照して、本発明による調光ユニットの実施形態を説明する。

［調光ユニットの構成］
図１に示すように、調光ユニット１０は、調光シート２０と可撓性給電手段としてＦＰＣ４とを備える。以下では可撓性給電手段としてＦＰＣ４を例に説明するが、後述するように電力供給手段が可撓性であれば本発明の効果を奏する。

調光シート２０はフレキシブルで薄い材料が主体であり、剛性や自立性が低い特性を持つ。そのため、大面積での使用形態や剛性を持たせたい用途で利用する場合、調光ユニット１０は、２枚の透明板５０に挟み込まれる（図示せず）か、図２に示すように透明板５０に貼り付けられるなどして利用されることもある。支持基材となる透明板５０は、ガラスや樹脂等からなる透明な板状の部材である。透明板５０は、例えば、窓ガラスやパーテーションやガラス壁等の建材であってもよいし、自動車の窓ガラス等の車両用部材であってもよい。

調光シート２０の表面と対向する方向から見て、調光シート２０は、略矩形形状を有し、調光領域Ｓｉと給電領域ＳＤとを含む。給電領域ＳＤにはＦＰＣ４が接続している。給電領域ＳＤは、調光シート２０の一辺に沿って、調光シート２０の端部に位置する。給電領域ＳＤが配置される上記一辺はいずれの辺であってもよく、透明板５０や駆動回路の配置等に応じて設定されればよい。また、配線領域ＳＤは、上記一辺の中央部を含む位置に配置されてもよいし、上記一辺の端部を含む位置に配置されてもよい。

調光シート２０の表面と対向する方向から見て、給電領域ＳＤを除く領域に調光領域Ｓｉが配置される。図１に示すように給電領域ＳＤが上記一辺の中央部を含む位置に配置される場合、給電領域ＳＤは、上記一辺が位置する部分を除いて調光領域Ｓｉに囲まれる。ＦＰＣ４は、給電領域ＳＤから調光シート２０の外側に延び、駆動回路に接続されている。

図２は、図１におけるＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

図２に示すように、調光シート２０は、調光層３と、調光層３の両面にそれぞれ対向した第１透明導電フィルムおよび、第２透明導電フィルムとを備えている。第１透明導電フィルムは、第１透明電極層２（Ａ）と、第１透明電極層２（Ａ）を支持する第１透明フィルム１（Ａ）とから構成される。第２透明導電フィルムは、第２透明電極層２（Ｂ）と、第２透明電極層２（Ｂ）を支持する第２透明フィルム１（Ｂ）とから構成される。第２透明フィルム１（Ｂ）における第２透明電極層２（Ｂ）に接する面とは反対側の面が、接着層５１を介して透明板５０に貼り付けられている。

調光領域Ｓｉにおいては、第１透明電極層２（Ａ）を有する第１透明導電フィルム１（Ａ）と第２透明電極層２（Ｂ）を有する第２透明導電フィルム１（Ｂ）との間に、調光層３が挟まれている。詳細には、向かい合う第１透明電極層２（Ａ）と第２透明電極層２（Ｂ）との間に調光層３が位置する。このように、調光領域Ｓｉは、調光層３が位置する領域である。

調光層３は、液晶組成物を含む。調光層３は、例えば、高分子ネットワーク型液晶（ＰＮＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｄｉｓｐｅｒｓｅｄ Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ）、カプセル型ネマティック液晶(ＮＣＡＰ：Ｎｅｍａｔｉｃ Ｃｕｒｖｉｌｉｎｅａｒ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｐｈａｓｅ)等から構成される。例えば、高分子ネットワーク型液晶は、３次元の網目状を有した高分子ネットワークを備え、高分子ネットワークが有する空隙に液晶分子を保持する。調光層３が含む液晶分子は、例えば、誘電率異方性が正であって、液晶分子の長軸方向の誘電率が液晶分子の短軸方向の誘電率よりも大きい。液晶分子は、例えば、シッフ塩基系、アゾ系、アゾキシ系、ビフェニル系、ターフェニル系、安息香酸エステル系、トラン系、ピリミジン系、シクロヘキサンカルボン酸エステル系、フェニルシクロヘキサン系、ジオキサン系の液晶分子である。

第１透明電極層２（Ａ）および第２透明電極層２（Ｂ）の各々は、導電性を有する透明な層である。透明電極層２（Ａ），２（Ｂ）を構成する材料としては、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ、酸化亜鉛、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、ポリ（３，４-エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）を含むポリマー等が挙げられる。

第１透明フィルム１（Ａ）および第２透明フィルム１（Ｂ）の各々は、透明な基材である。透明支持層１（Ａ），１（Ｂ）としては、例えば、ガラス基板やシリコン基板、あるいは、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコー
ル、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、ポリサルホン、シクロオレフィンポリマー、トリアセチルセルロース等からなる高分子フィルムが用いられる。

接着層５１は透明であり、対象の接合に際して固化を要する接着剤から構成されてもよいし、対象の接合に際して固化を要しない粘着剤から構成されてもよい。例えば、接着層５１は、アクリル樹脂やエポキシ樹脂等の接着剤から構成される。

透明電極層２（Ａ），２（Ｂ）に駆動電力が印加されていないとき、液晶分子の長軸方向の向きは不規則である。そのため、調光層３に入射した光は散乱し、調光領域Ｓｉは白濁して見える。すなわち、調光層３に駆動電力が印加されていないとき、調光領域Ｓｉは不透明である。一方、ＦＰＣ４を通じて第１透明電極層２（Ａ）と第２透明電極層２（Ｂ）との間に駆動電力が印加されると、液晶分子が配向され、液晶分子の長軸方向が透明電極層２（Ａ），２（Ｂ）間の電界方向に沿った向きとなる。その結果、調光層３を光が透過しやすくなり、調光領域Ｓｉは透明となる。

図２に示すように、給電領域ＳＤには、第２透明導電フィルムが存在する一方で、第１透明導電フィルムおよび調光層３は存在しない。第２透明電極層２（Ｂ）は、調光領域Ｓｉから給電領域ＳＤへ、連続して延びている。また、第２透明導電フィルムも、調光領域Ｓｉから給電領域ＳＤへ、連続して延びている。一方、調光層３は、調光領域Ｓｉと給電領域ＳＤとのうちで調光領域Ｓｉのみに位置する。

また、図示しないが、給電領域ＳＤには、第１透明導電フィルムが存在する一方で、第２透明導電フィルムおよび調光層３が存在しない領域が存在してもよい。第１透明電極層２（Ａ）は、調光領域Ｓｉから給電領域ＳＤへ連続して延びている。また、第１透明導電フィルムも調光領域Ｓｉから給電領域ＳＤへ連続して延びている。一方、調光層３は、調光領域Ｓｉと給電領域ＳＤとのうちで調光領域Ｓｉのみに位置する。

すなわち、調光シート２０の給電領域ＳＤには、第２透明導電フィルムの一部領域をハーフカットなどにより除去すると共に、同領域の調光層３を拭き取るなどして除去した第１給電部を備える。すなわち第１給電部は第２透明導電フィルムおよび調光層３が存在しないことにより、第１透明電極層２（Ａ）が露出している。第１透明電極層２（Ａ）が露出した面にＦＰＣ４の端部が接合されて、外部電源からの駆動電力が供給される。

また、調光シート２０の給電領域ＳＤには、第１透明導電フィルムの一部領域をハーフカットなどにより除去すると共に、同領域の調光層３を拭き取るなどして除去した第２給電部を備える。すなわち第２給電部は第１透明導電フィルムおよび調光層３が存在しないことにより、第２透明電極層２（Ｂ）が露出している。第２透明電極層２（Ｂ）が露出した面にＦＰＣ４の端部が接合されて、外部電源からの駆動電力が供給される。

第１給電部と第２給電部の設置位置は、給電領域ＳＤの同一箇所に対向して配置してもよいし、給電領域ＳＤの異なる領域に配置してもよい。また、第１給電部と第２給電部の一方のみにＦＰＣ４を用い、他方にはリード線のはんだによる接合をしてもよい。

ＦＰＣ４は、ポリイミド等の絶縁性樹脂から構成された柔軟性を有する基材である絶縁性樹脂層の表面に、銅等の金属薄膜をパターニングして構成された配線層を備えており、外部電源からの調光シート２０への給電を受け持つ。

ＦＰＣ４は、図４に示すように、調光シート２０の給電部に接続する接続領域４１と、外部電源９に繋がった給電線８に接続する延出領域４３と、接続領域４１と延出領域４３間に設けられた中間領域４２と、を有している。

延出領域４３は中間領域４２から延出し、中間領域４２を介して外部電源９からの駆動電力を接続領域４１に供給する役割をもつ。

調光シート２０は複数の短冊状に分割され、各短冊にそれぞれ第１給電部、第２給電部が存在する。図４では４つに分割した例を示しているが、分割数は用途に応じて適宜設定される。ＦＰＣ４の中間領域４２は、調光シート２０の分割された領域数に対応して枝分かれしている。すなわち図４の例では調光シート２０を４分割したため、ＦＰＣ４の中間領域４２も４本に枝分かれしている。中間領域４２における枝分かれしたそれぞれの端部が接続領域４１である。中間領域４２は紐状に枝分かれしてもよいし、櫛歯状に枝分かれしてもよい。調光シート２０のそれぞれの給電部は、ＦＰＣ４の中間領域４１が枝分かれした端部である接続領域４１と接続している。調光シート２０は外部電源９から給電線８およびＦＰＣ４を通じて給電され、駆動する。

ＦＰＣ４の接続領域４１と調光シート２０の給電部の接合にＡＣＦ３０を用いることが好ましい。ＡＣＦは、金やニッケルコーティングした微小樹脂や無機材料の表面導電ビーズを含有した熱硬化性又は熱可塑性の樹脂シート材料である。この樹脂シート材料をＦＰＣ４の接続領域４１の端子部と、給電領域ＳＤの第１給電部および第２給電部Ｂとの間に設置して、加熱圧着しながら樹脂を硬化又は成形する。これにより加熱圧着箇所となるパターン状の厚さ方向では表面導電ビーズが接触して配置されることで、簡便に導通をとることができる。

給電線８は、外部電源９とＦＰＣ４を電気的につなぐ役割をもつ。つまり、外部電源９からの駆動電力を、ＦＰＣ４を通じて調光シート２０に印加するための給電手段である。給電線８としては、例えばビニール線、すずめっき線、エナメル線などのリード線を採用してもよいし、ＢＧＡ(Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ)やＦＣＢＧＡ(Ｆｌｉｐ Ｃｈｉｐ
Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ)などを採用してＦＰＣ４に給電してもよい。

本発明ではＦＰＣ４のような可撓性給電手段を採用しているため、ＦＰＣ４の中間領域４２は、接続領域４１から調光シート２０の厚さ方向に撓みつつ調光シート２０の接続領域４１以外の面で貼付される。

図２に示すように、ＦＰＣ４の接続領域４１は、調光シート２０の給電領域ＳＤ表面の第２透明電極層２（Ｂ）と接合している。また、ＦＰＣ４の中間領域４２は第２透明電極層２（Ｂ）との接合箇所から調光シート２０の厚さ方向に１８０°折り返され、支持基材である透明板５０における調光層３と反対側の面に接着される。すなわち、図２の例において、ＦＰＣ４の中間領域４２は調光シート端面および透明板５０を覆うように撓んだ上で、透明板５０の裏面側（調光層３とは反対側）で接着層５１を介して貼り付けられている。

支持基材としての透明板５０を備える図２の形態の調光ユニットでは、ＦＰＣ４の中間領域４２は透明板５０に貼付されている。
別の形態として、調光ユニット１０が支持基材としての透明板５０を備えない場合は、ＦＰＣ４の中間領域４２を調光シート２０の厚さ方向に対して調光シート端面を覆うように１８０°湾曲した後、第２透明導電フィルムの第２透明フィルム１（Ｂ）の裏面側（調光層３とは反対側）に貼り付けられた構造であっても良い。

すなわち、中間領域４２は調光シート２０の厚さ方向に対して調光シート端面を覆うように撓んだ後、接続領域４１と対向する側の面に貼付される。

また、別の形態として、ＦＰＣ４の中間領域４２を調光シート２０の厚さ方向に対して調光シート端面を覆うように略９０°湾曲した後、第２透明導電フィルムや支持基材の側面に貼り付けた構造であっても良い。この場合、中間領域４２が裏面（調光層３とは反対側）に配置されないため、調光ユニット１０全体の厚みを薄くすることができる。

さらに別の形態として、ＦＰＣ４の中間領域４２を調光シート２０の厚さ方向に対して透明板５０や第２透明導電フィルムが存在する側とは反対側に１８０°湾曲した後、第１透明導電フィルムに貼り付けた構造であっても良い。この場合、折り曲げた中間領域４２の一部は調光領域Ｓｉに重なり観察者に視認されやすくなるため、調光シート２０の端面を額縁状に覆うカバーを備える構造を採用することが好ましい。

図３は、図１，図２に示す本実施形態の要部の斜視図である。図４から図６に示すような折り返しのない平板状のＦＰＣ４の構造では、図３にマークしたＤ部がＦＰＣ剥がれの起点となりやすかった。

これに対し、本実施形態によるとＦＰＣ４の中間領域４２は、接続領域４１から調光シート２０の厚さ方向に撓みつつ調光シート２０の接続領域４１以外の面で接着層５１を介して貼付される。そのため、Ｄ部に応力が掛かる事態は招かれず、複数箇所のＤ部の損傷は防止される。

中間領域４２の折曲げ位置は、中間領域４２のいずれの箇所でもよい。すなわち、中間領域４２を折り曲げた後に調光シート２０の接続領域４１以外の面で貼付ることができればどの位置で折り曲げてもよい。

ＦＰＣ４の中間領域４２が調光層３の反対側の面に貼り付けられるとき、図２に示すように中間領域４２は調光領域Ｓｉに重ならないことが好ましい。すなわちＦＰＣ４の幅は、接続領域４１の幅、撓み分、透明板５０の端部から調光領域Ｓｉまでの幅を合算した値以下になることが好ましい。中間領域が調光領域Ｓｉに重ならないことで、調光領域Ｓｉの利用面積率が増加し、調光領域Ｓｉの視認性が向上する。

なお、中間領域４２が調光領域Ｓｉに重なるように貼り付ける際は、中間領域４２が調光領域Ｓｉに重ならない場合よりも接着層５１を形成する領域を広域に取れる。そのため、中間領域４２の接着力を向上できる。ただし、折り曲げた中間領域４２の一部は調光領域Ｓｉに重なり観察者に視認されやすくなるため、調光シート２０の端面を額縁状に覆うカバーを備える構造を採用することが好ましい。

以上、ＦＰＣ４の接続領域４１が調光シート２０の給電領域ＳＤ表面の第２透明電極層２（Ｂ）と接合した場合について説明したが、ＦＰＣ４の接続領域４１が調光シート２０の給電領域ＳＤ表面の第１透明電極層２（Ａ）と接合している場合も同様の構成をとることができる。

（変形例）
調光ユニット１０の駆動電力印加時に白濁して見える方式を採用してもよい。

その場合、調光シート２０は、第１透明電極層２（Ａ）と調光層３の間、および第２透明電極層２（Ｂ）と調光層３との間にそれぞれ第１配向膜、第２配向膜（不図示）を備える。換言すると、調光層３は第１配向膜と第２配向膜との間に位置し、かつ調光層３と第１配向膜、第２配向膜はそれぞれ接している。

第１配向膜、第２配向膜を構成する材料は、例えば、ポリイミド、ポリアミド、ポリビニルアルコール、シアン化化合物等の有機化合物、シリコーン、シリコン酸化物、酸化ジ
ルコニウム等の無機化合物、または、これらの混合物により構成されている。

第１配向膜および第２配向膜は、例えば、垂直配向膜、あるいは、水平配向膜である。垂直配向膜は、第１透明電極層２（Ａ）の電極面、および、第２透明電極層２（Ｂ）の電極面と垂直になるように、液晶分子の長軸方向を配向させる。水平配向膜は、第１透明電極層２（Ａ）の電極面、および、第２透明電極層２（Ｂ）の電極面とほぼ平行となるように、液晶分子の長軸方向を配向させる。

透明電極層２（Ａ），２（Ｂ）に駆動電力が印加されていないとき、第１配向膜および第２配向膜により調光層３に含まれる液晶分子の長軸方向は揃っている。そのため、調光層３に入射した可視光は透過しやすくなり、調光領域Ｓｉは透明となる。一方、ＦＰＣ４を通じて第１透明電極層２（Ａ）と第２透明電極層２（Ｂ）との間に駆動電力が印加されると、液晶分子の長軸方向の向きは不規則である。そのため、調光層３に入射した光は散乱し、調光領域Ｓｉは白濁して見える。すなわち、調光層３に駆動電力が印加されると、調光領域Ｓｉは不透明である。

１０…調光ユニット
２０…調光シート
Ｓｉ…調光領域
ＳＤ…給電領域
１…透明フィルム
２…透明電極層
３…調光層
３０…ＡＣＦ
４…ＦＰＣ
４１…接続領域
４２…中間領域
４３…延出領域
８…リード線
９…外部電源
５０…透明板
５１…接着層

Claims (4)

1. 調光層が、第１透明電極層を有する第１透明導電フィルムと第２透明電極層を有する第２透明導電フィルムに挟まれてなる調光シートと、
   前記調光層に駆動電力を供給する外部電源を前記第１透明電極層および前記第２透明電極層に接続するための第１給電部および第２給電部と、
   を備える調光ユニットであって、
   前記第１給電部および前記第２給電部の少なくとも一方の給電部には可撓性給電手段が接合されており、
   前記可撓性給電手段は、接続領域と、延出領域と、中間領域とを有しており、
   前記接続領域は前記給電部に接続される領域であり、
   前記延出領域は前記中間領域から延出し、前記外部電源からの駆動電力を前記中間領域を介して前記接続領域に供給し、
   前記中間領域は前記接続領域と前記延出領域間に設けられ、前記接続領域から前記調光シートの厚さ方向に撓みつつ前記接続領域以外の面に貼付されることを特徴とする調光ユニット。
2. 前記中間領域は前記接続領域から前記調光シートの端面を覆うように撓みつつ、前記接続領域と対向する側の面に貼付されることを特徴とする請求項１に記載の調光ユニット。
3. 前記可撓性給電手段がフレキシブルプリント基板であることを特徴とする請求項１または２に記載の調光ユニット。
4. 前記フレキシブルプリント基板が異方性導電フィルムを介して接合されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の調光ユニット。