JPH0440189Y2

JPH0440189Y2 -

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Publication number: JPH0440189Y2
Application number: JP13921186U
Authority: JP
Priority date: 1986-09-10
Filing date: 1986-09-10
Publication date: 1992-09-21
Also published as: JPS6345535U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は、自動車における可変色ムーンルーフ
のような可変色液晶調光素子に関する。

本考案の可変色液晶調光素子は、入射光に所望
の着色を付与し、透過させる調光素子として利用
される。

〔従来の技術〕

近年、自動車のムーンルーフのように、ルーフ
に着色をした半透明のガラス、色フイルタが用い
られている。また、着色・遮光状態と透過状態を
切り換えるために、エレクトロクロミズム素子、
液晶素子を用いることが検討されている。

また、意匠上の点からムーンルーフの色相を可
変とすることが求められている。しかしながら、
上述の素子の内、エレクトロクロミツク素子は、
単色光しか付けることができない。これに対し、
液晶を利用したものでは、複屈折制御を行う
ECB（Electrically Controlled Bifringence）型
の可変色液晶調光素子が考えられている（たとえ
ば実願昭60−59795）。この原理を第６図ａ，ｂに
示す。

これは、自動車のムーンルーフに適用した例で
ある。同図においては、ムーンルーフに用いられ
る可変色液晶調光素子の断面を模式的に示してあ
る。

調光素子１００は、ガラス基板１０２ａ，１０
２ｂにより液晶セル１０４の外郭を構成してい
る。液晶セル１０４の両側には、偏光板１０６
ａ，１０６ｂが貼着されている。偏光板１０６
ａ，１０６ｂは、互いに偏光方向が平行になるよ
うに配置されている。そして、偏光板１０６ａ，
１０６ｂの外側には、SiO₂からなる保護膜１０
８ａ，１０８ｂが真空蒸着法により形成されてい
る。

液晶セル１０４は、ガラス基板１０２ａ，１０
２ｂの内側に、ITO（酸化インジウムと酸化スズ
の固溶体）からなる透明電極膜１１０ａ，１１０
ｂが真空蒸着法により形成されている。また、透
明電極膜１１０ａ，１１０ｂの内側に、配向膜１
１２ａ，１１２ｂが塗布され、垂直配向となつて
いる。そして、ガラス基板１０２ａ，１０２ｂで
郭定される空間には、負の誘電異方性を有するネ
マテイツク液晶１１４が封入され、いわゆる
DAP（Deformation Aligned Nematic）方式の
ECB型液晶セルが構成される。

このECB型の可変色液晶調光素子１００を用
いたムーンルーフは、次のように作動する。

外光を車室内へ無着色で透過させるときは、透
明電極膜１１０ａ，１１０ｂへ電圧を印加しな
い。すると、第６図ａに示すように、液晶分子
は、配向膜１１２ａ，１１２ｂの垂直配向によつ
て、ガラス基板１０２ａ，１０２ｂに垂直なホメ
オトロピツク配列状態となる。車室外よりの入射
光Ｅ１は、偏光板１０６ａにより直線偏光とな
り、液晶セル１０４に入射する。しかし、液晶分
子の配列がホメオトロピツクであるので、入射光
は、そのまま進み、もう一方の偏光板１０６ｂへ
入射する。この偏光板１０６ｂは、偏光板１０６
ａと同じ偏光方向であるので、直線偏光の入射光
は偏光板１０６ｂによつて遮られることなく、透
過光Ｅ２となる。偏光板１０６ａ，１０６ｂによ
る減光も僅かである。

したがつて、太陽光等の外光を、そのまま車室
内へ取り入れることができる。

次に、外光に着色を付与して、透過させるとき
は、透明電極膜１１０ａ，１１０ｂへ電圧を印加
する。すると、第６図ｂに示すように、液晶分子
は、配向膜１１２ａ，１１２ｂの付近を除き、分
子長軸が入射光に対して所定角度θだけ傾斜す
る。この傾斜角は、印加する電圧の増加に伴い大
きくなる。車室外よりの入射光Ｆ１は、偏光板１
０６ａにより直線偏光となり、液晶分子軸の傾斜
による複屈折の作用を受けて、楕円偏光に変化す
る。この楕円偏光の光は、その一部が偏光板１０
６ｂを通過するが、その際、偏光板１０６ｂを通
過する光Ｆ２の波長は、楕円偏光の短軸と長軸の
比により変化する。すなわち、透過光Ｆ２の波長
は、印加電圧に依存するので、印加電圧を変化さ
せることにより、種々の色相に着色される。

〔考案が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この従来のECB型液晶を用い
た可変色液晶調光素子は、偏光板１０６ａ，１０
６ｂが液晶セル１０４の両面に設けられているた
め、次の問題があつた。

一方の偏光板は、常時外気および太陽光等に曝
されるので、保護膜１０８ａを設けていても、偏
光板が劣化し、耐久性が劣る。

これに対し、第７図に模式断面図を示すよう
に、外側の偏光板２０６ａを液晶セル２０４の基
板のガラス２１６ａと別のガラス２１６ｂで挟
み、合わせガラスとする方法が考えられるが、製
造工程が複雑化するとともに重量の増加につなが
るという問題があつた。

したがつて、本考案の目的は、製造工程が複雑
化することなく、重量が増加せず、耐久性に優れ
た可変色液晶調光素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本考案の可変色液晶調光素子は、二つ
のハーフミラーを利用することにより、液晶セル
の室内側外面にのみ偏光板を設けるようにしたこ
とを特徴とする。

本考案の可変色液晶調光素子の具体的構成は、
次の通りである。第１図に基づき、参照符号を付
して説明する。第１図は、可変色液晶調光素子の
模式断面図である。なお、分かり易くするため
に、実際より寸法を変えてある。

可変色液晶調光素子１０は、電極２２ａ，２２
ｂおよび配向膜２４ａ，２４ｂがそれぞれ形成さ
れた相対する一対の透明基板２６ａ，２６ｂによ
り郭定される空間に液晶２８を封入したECB型
の液晶セル２０と、この液晶セル２０の室内側外
面に設けられた偏光板３０とからなる。そして、
この偏光板３０の室内側外面には第１のハーフミ
ラー４０が設けられ、また、液晶２８に対して偏
光板３０の反対側の室外側外面の液晶セル２０に
は、第２のハーフミラー５０が設けられている。

本考案の上記構成において、用いられるECB
型液晶セル２０の種類は、DAP方式の他、ホモ
ジニアス方式、HAN（Hybrid Aligned
Nematic）方式がある。

また、第１のハーフミラー４０および第２のハ
ーフミラー５０は、Ａ，Cr，Ag、インコネル
合金、ステンレス等の金属薄膜を、たとえば、真
空蒸着法を用いて形成される。また、ハーフミラ
ーフイルムを貼着して設けてもよい。そして、こ
れらのハーフミラーの配設位置は、次のようにさ
れる。

第１のハーフミラー４０は、偏光板より室内側
外面であればよい。第２のハーフミラー５０は、
液晶セルに封入された液晶２８に対し、偏光板３
０と反対側の室外側外面であればよく、電極膜と
兼用してもよい。また、液晶セル２０の室外側外
面に直接形成してもよい。

また、可変色液晶調光素子１０に用いる透明基
板２６ａ，２６ｂとしてはフロートガラス等の透
明ガラスまたはポリエステルフイルム等の高分子
フイルムを用いることができる。

これらの透明基板上には、酸化インジウム
（In₂O₃）と酸化錫（SnO₂）との固溶体を主成分
とするITO膜または酸化錫（SnO₂）からなる
NESA膜等の透明電極２２ａ，２２ｂが形成され
る。なお、第２のハーフミラー５０と電極２６ａ
を兼用するときは、電極２６ａは透明である必要
はない。この透明電極は通常真空蒸着法、スパツ
タリング法、イオンプレーテイング法等により形
成され、厚さは数百〜数千Åとされる。

この電極の上には配向膜２４ａ，２４ｂが形成
される。この配向膜は、ポリイミド、シランカツ
プリング剤、カルボン酸クロム錯体等により形成
される。この配向膜は、例えば、ポリイミド等の
有機物質からなる場合には、次のようにして得ら
れる。ポリイミド溶液等をスピンナによりオーバ
コートまたは凸版印刷した後、加熱処理してポリ
イミドの重合層を形成し、その後ラビング処理す
ることによつて形成される。この場合の配向方向
は、水平配向となる。また、垂直配向の場合は、
シランカツプリング剤、ポリシロキサン等を塗布
することにより形成される。そして、配向膜の膜
厚は、塗布する溶液の濃度を変えることにより制
御することができる。また、SiO₂を真空蒸着し
た後ラビングを行つてもよく、この場合、配向膜
の膜厚は蒸着時間により制御することができる。

２枚の透明基板２６ａ，２６ｂは、一定の間隔
をもつてシール剤によりシールされる。このシー
ル剤としては、エポキシ樹脂、低融点ガラス等が
用いられる。

上記透明基板２６ａ，２６ｂとシール剤により
形成される空間には、ネマテイツク液晶２８と必
要に応じ両透明基板間の間隙を一定に保つための
スペーサが介在される。スペーサとしてはガラ
ス、プラスチツク、セラミツクス等からなる球状
粒子またはフアイバが用いられる。

偏光板３０は、たとえば、Ｈ膜と呼ばれる偏光
膜を酢酸セルロース等の保護フイルムの間に挟み
こんだものが用いられる。

〔作用〕

本考案の可変色液晶調光素子における入射光の
光路を、第２図ａ，ｂに基づき説明する。なお、
同図は、第１図を模式的に表す断面図である。同
図において、光路を矢印で示し、矢の幅はおおよ
その光量を表す。また、矢印内が斜線のものは楕
円偏光を示し、矢印内が塗り潰されているものは
着色されていることを示す。

電圧が印加されていない状態を第２図ａに示
す。

このとき、液晶セル２０は、複屈折を生じない
液晶分子の配列となつている。

入射光Ａは、第２のハーフミラー５０における
ａ点、ｃ点および第１のハーフミラー３０におけ
るｂ点、ｄ点で透過と反射が生じる。すなわち、
それぞれの点で透過光At，Bt，Ct，Dtと反射光
Ar，Br，Cr，Drが生じる。なお、これらの光
は、図上矢印の先端位置での光を示す。図から分
かるように、入射光Ａが調光素子１０を通過する
ことにより、得られる光は、透過光Bt，Dtであ
る。また、光が液晶セル中を通過する際に、一部
の光が吸収される。このとき、液晶分子２８ａ
は、ホメオトロピツク配列を保つているので、液
晶２８中を通過する光At，Br，Crは、着色され
ない。

ハーフミラーの透過率をｎ、反射率を（１−
ｎ）とし、ハーフミラーでの吸収は、無視できる
ものとする。そして、偏光板を含む液晶セル部分
での吸収率をｍとする。

そうすると、これに基づく透過光Bt，Dtの透
過率はそれぞれn²・（１−ｍ），n²・（１−ｍ）³・
（１−ｎ）²となる。したがつて、入射光Ａに対し、
得られる光の量は、n²・（１−ｍ）＋n²・（１−ｍ）
³・（１−ｎ）²となる。これらの透過光は、着色さ
れていない。

次に、電圧が印加されている状態を第２図ｂに
示す。

このとき、液晶セル２０は、印加電圧に応じた
複屈折を生じる液晶分子の配列となつている。す
なわち、液晶分子２８ｂが印加電圧に応じた所定
角度に傾斜している。

入射光Ａは、電圧の印加されていない場合と同
じ光路を辿るが、液晶セル２０が複屈折を生じる
液晶分子の配列となつているため、偏光板３０を
透過して第１のハーフミラー４０で反射されて直
線偏光となつた光Brは、液晶セル２０を通過す
る際に、楕円偏光になる。次に、第２のハーフミ
ラー５０により反射された光Crも楕円偏光を保
ちつつ、液晶セル２０内を通過し、再度偏光板３
０を通過する際に、所定の波長のピークを持つた
直線偏光となるので、透過光Ctは、印加電圧に
応じて着色される。なお、透過光Btは、偏光を
受けずに液晶セル２０を通過するので、着色はさ
れない。

したがつて、入射光Ａに対し、得られる光は、
無着色の透過光Btと着色された透過光Dtが合わ
さつた光となり、全体として着色されて見えるこ
とになる。

〔実施例〕

次に、本考案にかかる可変色液晶調光素子の実
施例を第３図ないし第５図を参考にして説明す
る。

この実施例は、本考案の可変色液晶調光素子を
自動車のムーンルーフに適用した例である。

第３図は、可変色液晶調光素子を用いたムーン
ルーフの斜視概略図、第４図は、第３図における
−矢視断面図である。

第３図および第４図に示すように、ムーンルー
フ６０は、自動車の前席におけるルーフ６２に形
成された開口部６２ａに可変色調光素子６４を取
り付けたスライダー６６が、自動車の進行方向に
対して進退し、開口部６２ａを開閉可能としてい
る。スライダー６６は、モータ（図示しない）に
より進退するようにされている。調光素子６４
は、ゴムシール７０を介してスライダー６６に取
り付けられている。スライダー６６には、調光素
子６４の下面を被う遮光板６８が手動により進退
可能とされている。この遮光板６８は、完全に外
光を遮断したいときに、調光素子６４の下面を被
い、ムーンルーフとするときは、後方へ退避させ
ておく。

第４図に示すように、調光素子６４は、液晶セ
ル７２、偏光板７４、偏光板７４の下面に形成さ
れたハーフミラー７６からなる。偏光板７４は、
粘着剤（アクリル系樹脂）７４ａによつて貼着さ
れている。

液晶セル７２は、透明基板であるガラス板７８
ａ，７８ｂによりその外郭が構成されている。ガ
ラス板７８ａ，７８ｂは、厚さ2.5mmの透明なソ
ーダ石灰ガラスを用いた。

ガラス板７８ａの内面には、Ａ薄膜８０が約
0.01μmの厚さで真空蒸着され、ハーフミラーを
形成するとともに、液晶セル７２の電極を兼ねて
いる。このＡ薄膜８０の透過率は70％、反射率
は約30％である。また、ガラス板７８ｂの内面に
は、ITO（酸化インジウムと酸化スズの固溶体）
を真空蒸着して成膜した表面抵抗が約300Ω／□
の透明電極８２が形成されている。

さらに、Ａ薄膜８０および透明電極８２の内
面には、ガラス板に対して垂直配向となるような
配向膜８４ａ，８４ｂが形成されている。配向膜
８４ａ，８４ｂは、シランカツプリング剤をデイ
ツピングにより塗布し、130℃で60分熱処理して
ある。

上述のようにＡ薄膜８０、透明電極８２、配
向膜８４ａ，８４ｂを形成した一方のガラス板７
８ｂに直径46μmのポリスチレン製プラスチツク
粒子を溶媒とともに散布し、スペーサ８６とし
た。また、ガラス板７８ｂの周辺部に厚さ50μm
のデユミランフイルム（商品名：武田薬品工業
製）を配設してシール部８８とした。このシール
部８８の一部には、液晶を注入するための封止口
８８ａが設けてある。ガラス板７８ａ，７８ｂで
構成される外郭の内部には、該電異方性が負のネ
マテイツク液晶９０（メルク社製ZLI−1260）が
封入されている。

上述したムーンルーフ６０は、次の手順で製造
される。

まず、ガラス板７８ａにＡ薄膜８０を、そし
て、ガラス板７８ｂに透明電極８２を上述のよう
に形成しておく。そして、ガラス板７８ｂにシー
ル部８８を配設し、配向膜８４ａ，８４ｂを形成
する。その上からスペーサ８６を散布し、ガラス
板７８ａ，７８ｂを重ね合わせ接着する。液晶９
０は、封止口８８ａより注入され、液晶セル７２
が完成する。なお、液晶セル７２の電極を兼ねる
Ａ薄膜８０と透明電極８２の端部には、電圧印
加のためのリード線９２ａ，９２ｂが固着され、
電源（図示しない）に接続されている。

この液晶セル７２に対して、別途Ａ薄膜７６
が形成された偏光板７４を粘着剤７４ａで貼付
し、ムーンルーフ６０が完成する。

次にムーンルーフ６０の作動について、第５図
ａ，ｂに基づき説明する。

第５図ａは、第４図における可変色液晶調光素
子を模式的に表す断面図であり、電圧が印加され
ていない状態を示す図、そして、第５図ｂは、第
５図ａと同じ断面図であり、電圧が印加されてい
る状態を示す図である。

着色、遮光を必要としない場合は、Ａ薄膜８
０および透明電極８２に電圧を印加しない。する
と、配向膜８４ａ，８４ｂにより液晶分子は、ガ
ラス板７８ａ，７８ｂに対して垂直なホメオトロ
ピツク配列となつている。

したがつて、第５図ａに示すように、調光素子
６４の車室外より入射した光（図上矢印A1方向）
は、ガラス板７８ａ、ハーフミラーのＡ薄膜８
０を通過する。Ａ薄膜８０においては、70％が
透過し、30％が反射される。すなわち、先の本考
案の作用説明におけるｎが0.7、（１−ｎ）が0.3
である。Ａ薄膜８０を通過した光は、さらに液
晶分子９０を通過するが、液晶分子９０はガラス
板７８ａに垂直なホメオトロピツク配列となつて
おり、入射光は、そのまま通過する。そして、偏
光板７４で直線偏光とされ、その内30％は通過
し、70％は反射されるが、もう一方のＡ薄膜７
６との間で反射を繰り返す。しかし、D1rがＡ
膜８０で反射されてＡ膜７６を通過する透過光
の光量は微少であり、無視できるので、（B1t＋
D1t）が透過すると考えればよい。液晶セルの吸
収率ｍを0.1とすると、（Bt＋Dt）＝n²・（１−ｍ）
＋n²・（１−ｍ）³・（１−ｎ）²であるから、約44％
が透過することになる。そして、透過光は、ほと
んど着色がされていないため、透明な開放感のあ
るルーフが得られる。

次に、所望の色相の透過光に減光され、ムーン
ルーフとされる場合について述べる。

この場合は、所望の色相に応じた電圧を印加す
る。すると、配向膜８４ａ，８４ｂ付近の液晶分
子９０ａ以外の液晶分子９０ｂは、ガラス板７８
ａ，７８ｂに対して垂直な状態（ホメオトロピツ
ク配列）より印加電圧に応じて傾斜した状態に保
たれている。

ムーンルーフ６０の車室外より入射した光（図
上矢印A1方向）は、ガラス板７８ａ、ハーフミ
ラーのＡ薄膜８０を通過するが、上述したのと
同様に、Ａ薄膜８０においては、70％が透過
し、30％が反射される。Ａ薄膜８０を通過した
光は、さらに傾斜した液晶分子９０ｂを通過する
が、偏光を受けていないため、偏光板９０をその
まま通過し、直接偏光B1tとなる。

一方b1点での反射光は、偏光板７４により直
線偏光となり、Ａ膜７６で光A1tの30％が反射
され、直接偏光の光が傾斜した液晶分子９０ｂを
通過する際に、液晶分子の複屈折作用により、楕
円偏光に変化する。この楕円偏光A1rは、Ａ膜
８０を通過し、透過光C1tとして車外に出る。こ
の透過光は、楕円偏光であるので、着色はされて
いない。また、Ａ膜８０で光B1rの30％が反射
される。反射された直線偏光の光は、再び傾斜し
た液晶分子９０ｂを通過し、光C1rとなる。光
C1rは、偏光板７４を通過しＡ薄膜７６を透過
し、D1tとなる。光D1tは、偏光板を通過する際
に、楕円偏光が直線偏光に変化する。このとき、
偏光板７４を通過する光の強度は、液晶分子９０
ｂの傾斜角度に応じた光の強度の波長分布を有す
る。したがつて、D1tは、液晶分子９０ｂの傾斜
角度、すなわち、印加電圧に応じた着色がされ、
Ａ膜７６を通過する。また、Ａ膜７６で反射
された光D1rは、同様に、４を通過する際に、Ａ
膜７６で再び偏光板９０を通過することによ
り、着色される。そして、先に述べたと同じよう
に反射と透過が繰り返されるが、光量は無視でき
る値となる。

したがつて、車室内への入射光（B1t＋D1t）
は、透明な光B1tと印加電圧に応じて所望の色に
着色された光D1tの混合した光となり、全体とし
て着色されて見える。

なお、液晶セルにおける吸収量ｍは、複屈折等
の影響で電圧が印加されていない場合より大きく
なるので、全体の透過光（B1t＋D1t）の透過量
は、低下する。

次に、印加電圧と透過光の透過量および着色の
色相についての関係を具体的に説明する。

印加電圧に応じて、次のように着色が変化す
る。印加電圧が1.5Vで赤色、1.7Vで青色、1.8V
で緑色、そして、2Vで黄色となる。

着色した状態では、印加電圧が0Vで無色のと
きに比べて液晶セル７２の吸収率ｍは、0.25程と
なり、無色の透過光B1tが約37％、着色された透
過光D1tが約２％となる。

以上、本考案の特定の実施例について説明した
が、本考案は上記実施例に限定されるものではな
く、実用新案登録請求の範囲内において種々の実
施態様を包含するものである。

HAN方式のECB型液晶セルを用いる場合に
は、上述の実施例において配向膜８４ａを垂直配
向、配向膜８４ｂを水平配向とすればよい。水平
配向は、ポリイミド樹脂を印刷後、ラビング処理
することにより得られる。なお、封入される液晶
は、正、負いずれのネマテイツク液晶を用いても
よい。

また、ホモジニアス方式のECB型液晶セルの
場合は、配向膜８４ａ，８４ｂを両方とも水平配
向とし、液晶は正のネマテイツク液晶を用いれば
よい。

上述の実施例においては、自動車のムーンルー
フへの適用例について説明したが、それ以外にも
たとえば、クオータウインドガラスに適用するこ
ともできる。その場合、走行中には、透過状態と
しておき、停車中に着色・遮光することにより、
外光の眩しさ、灼熱感を避けることができる。

また、自動車以外にも適用が可能であり、たと
えば、住宅におけるハイライト採光等の窓として
利用することができる。

〔考案の効果〕

以上より、本考案の可変色液晶調光素子によれ
ば、二つのハーフミラーを利用することにより、
一つの偏光板を二度以上入射光を通過させること
ができるため、偏光板が一枚で減光および着色を
得ることができる。したがつて、その一枚の偏光
板を劣化を受けにくい車室側に配設することがで
き、従来の車室外に偏光板を配置した場合に比べ
て、耐久性に優れた可変色表示素子が得られる。

また、本考案によれば、二つのハーフミラー間
における多重反射色が加わり、意匠的に優れた色
相変化をもたらすことができる。

また、本考案によれば、従来例に比べて偏光板
を一枚減らすことができるのに対し、増えるハー
フミラーの厚さは、偏光板の厚さの1/20以下であ
り、調光素子を薄くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図ａ，ｂは、本考案にかかる
可変色液晶調光素子を説明するための図面であ
る。第１図は、可変色液晶調光素子の模式断面図
である。第２図ａは、第１図を模式的に表す断面
図であり、電圧が印加されていない状態を示す図
である。第２図ｂは、第２図ａと同じ断面図であ
り、電圧が印加されている状態を示す図である。
第３図および第４図は、本考案にかかる可変色液
晶調光素子の実施例を説明するための図面であ
る。第３図は、可変色液晶調光素子を用いたムー
ンルーフの斜視概略図である。第４図は、第３図
における−矢視断面図である。第５図ａは、
第４図における可変色液晶調光素子を模式的に表
す断面図であり、電圧が印加されていない状態を
示す図である。第５図ｂは、第５図ａと同じ断面
図であり、電圧が印加されている状態を示す図で
ある。第６図ないし第７図は、従来例における可
変色液晶調光素子を説明するための図面である。
第６図ａは、電圧が印加されていない状態の同素
子の模式断面図である。第６図ｂは、電圧が印加
されている状態の同素子の模式断面図である。第
７図は、別の従来例を示す同素子の模式断面図で
ある。１０……可変色液晶調光素子、２０……液晶セ
ル、２８……液晶、３０……偏光板、４０……第
１のハーフミラー、５０……第２のハーフミラ
ー。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】電極および配向膜がそれぞれ形成された相対す
る一対の透明基板により郭定される空間に液晶を
封入したECB型の液晶セルと、該液晶セルの室
内側外面に設けられた偏光板とを備えてなり、該偏光板の室内側外面には、第１のハーフミラ
ーが設けられ、また、前記液晶に対して偏光板と
反対側の室外側外面の液晶セルには、第２のハー
フミラーが設けられていることを特徴とする可変
色液晶調光素子。