JP6743183B2 - 薄肉ガラス基板とプラスチック基板との間に積層された光弁フィルム - Google Patents

Description

本特許出願は、非仮出願であり、Ｓｅｔｈ Ｖａｎ Ｖｏｏｒｈｅｅｓ、Ｄｏｎｇｙａｎ Ｗａｎｇ及びＳｔｅｖｅｎ Ｍ． Ｓｌｏｖａｋによる、２０１６年５月３日出願の米国仮特許出願第６２／３３０，９６７号「薄肉ガラス基板とプラスチック基板との間に積層された懸濁粒子デバイスのフィルム」の利益及び優先権を主張し、この出願の開示内容全体は引用により本明細書に組込まれる。

本発明は、液体粒子懸濁液を含む光弁に使用するためのフィルム及びフィルムの積層体に関する。「懸濁粒子デバイス」は、一般的に、本明細書ではＳＰＤ光弁と又は単にＳＰＤと呼ばれる。ポリマー分散液晶光弁フィルムは、一般的にＰＤＬＣと呼ばれる。フィルムは、組み合わされた薄肉ガラス基板とプラスチック基板との間に積層される。

一般的な背景技術
光弁は、光の変調に使用するために８０年以上前から公知であった。この間、これらは、場合によってはそれらを通過し又はこれらから反射する光量を制御するために、例えば、英数字表示及びテレビ表示、ランプ、カメラ、表示及び光ファイバー用のフィルタ、及び窓、サンルーフ、おもちゃ、サンバイザ、眼鏡、ゴーグル、鏡、バックミラー、光パイプ及び同様のものを含む、数多くの用途での使用が提案されてきた。窓の実施例は、限定ではないが、商業ビル、温室及び住居のための建築用窓、自動車、ボート、列車、飛行機及び宇宙船のための窓、バイザー及びサンルーフ、のぞき穴を含むドアのための窓、及びこれらの区画を含むオーブン及び冷蔵庫などの電化製品のための窓を含む。

本明細書で用いられる場合、用語「光弁」は、透明な少なくとも１つの壁を有する短い距離だけ離間して配置された２つの壁で形成されたセルを指す。壁は、通常透明な導電性被膜の形態でそれの上に電極を有する。随意的に、導電性被膜は、光弁の様々なセグメントを選択的に活性化することができるようなパターンで壁の上に堆積することができる。加えて、壁上の電極は、それの上に薄い透明な誘電保護膜を有することができる。セルは、限定ではないが、粒子の液体懸濁液とすることができる光変調素子（本明細書では活性化可能な材料と呼ばれる場合がある）を含むこと、又は代替的に全素子の全て又は一部分は、粒子の液体懸濁液の液滴が分配されるプラスチックフィルムを含むことができる。

ＳＰＤに関して、液体懸濁液（本明細書では液体光弁懸濁液又は単に光弁懸濁液と呼ばれる場合がある）は、液体懸濁媒質に懸濁された小さな粒子を含む。印加電界がない場合、ＳＰＤ光弁の液体懸濁液中の粒子は、「ブラウン」運動によりランダム位置をとる場合がある。それゆえ、セルに入る光線は、粒子のセル構造、性質及び濃度、並びに光のエネルギー含量に応じて反射、伝達又は吸収される。従って、このタイプの粒子移動を用いる光弁は、オフ状態では比較的暗い。しかしながら、電界が光弁において液体光弁懸濁液を通して印加されるとき、粒子は整列され、多くの懸濁液に関して光の大部分はセルを通過することができる。従って、光弁はオン状態で比較的透明である。もしくは、液体懸濁媒質中の粒子は、他のタイプの電気泳動の粒子移動によりオン及びオフ状態を活性化することができる。ΔＴは、オン及びオフ状態の間の可視光線透過率の差と定義される。

多くの用途に関して、活性化可能な材料、すなわち光変調素子の全て又は一部を、液体懸濁液ではなくてプラスチックフィルムとすることが好ましい。例えば、可視光線透過窓として用いる光弁において、液体懸濁液の液滴が分配されるプラスチックフィルムは、静水圧効果、例えば、光弁懸濁液の高カラムに関連する膨張をフィルムの使用により回避すること、及び起こり得る漏れのリスクを回避することもできるので、液体懸濁液単独がより好ましい。プラスチックフィルムを用いる別の利点は、プラスチックフィルムでは、粒子が、一般的に非常に小さな液滴内にのみ存在するので、フィルムが電圧で繰り返し活性化される際に著しく凝集しないことである。

本明細書で用いる場合、用語「ＳＰＤ光弁フィルム」は、光弁に使用される又は使用が意図される粒子の懸濁液を含むフィルム又はシート又はその２以上を意味する。このような光弁フィルムは、分散粒子（液体光弁懸濁液）を含む１つの液体又は複数の液体の不連続液相を通常含み、このような不連続相は、固体連続マトリックス相全体にわたって分散され、この相は、１又は２以上の剛性又は可撓性の固体フィルム又はシート内に封入される。上述の複合相は、光弁フィルムの一部を形成する硬化ＳＰＤエマルジョンと呼ばれ、フィルム又はフィルム層と呼ばれる場合もある。また、ＳＰＤ光弁フィルム及び／又は光弁フィルムの積層体は、限定ではないが、フィルム、被膜、シート又はこれらの組合せなどの１又は２以上の追加層を含むことができ、これは、例えば、（１）引っかき抵抗性、（２）紫外線放射からの保護、（３）赤外線エネルギーの反射、（４）印加された電気又は電界を活性化可能な材料に伝達するための導電性、（５）誘電保護膜、（６）着色、（７）光起電性、及び（８）音響制御性のうちの１又は２以上を有する光弁フィルムを提供することができる。追加層は、以下で本発明の「要約」において検討するように、当業者に公知の感圧性接着剤（ＰＳＡ）中間層を用いて、又は積層工程中の中間層の追加プライを用いて光弁フィルムに接着することができる。

ＳＰＤフィルムに対する共通の（しかし非限定的な）構成は、５つの層、つまり、片側から他方側に、（１）通常厚みが５〜７ミルのポリエチレンテレフタレート(「ＰＥＴ」)プラスチックの第１のシート、（２）ＰＥＴの第１のシートの内面で電極として作動する又は作動することができるインジウムスズ酸化物（「ＩＴＯ」）又は代替の導電性被膜の非常に薄い透明な導電性被膜、（３）通常厚みが２〜５ミルの硬化（すなわち、架橋）ＳＰＤエマルジョン層、及び（４）（５）第２のＰＥＴプラスチック基板の内面上で電極として作動する又は作動することができる第２のＩＴＯ被膜を有する。上述のように、他の機能を提供する追加層は、随意的に上述の例示的なＳＰＤフィルムに追加することができる。典型的には、銅箔、導電性ファイバーなどの材料は、これが好適な電圧供給源へのフィルムの好都合な接続のためにＳＰＤフィルムの周辺部を越えて延びるように、電極に付加される。更に、ＳＰＤフィルムは、例えば、熱溶融性接着フィルム及び／又はガラス又はより厚い透明プラスチックシートで積層され、強度及び剛性を提供し、そうでなければ性能特性に損傷を与える場合がある環境応力から結合ユニットの種々の部品を保護するようになっている。例えば、本発明の出願人に譲渡された米国特許第７，３６１，２５２号を参照されたい。

米国特許第５，４０９，７３４号は、均質溶液からの相分離によって作られるあるタイプの非架橋光弁フィルムを例示する。また、エマルジョンの架橋（硬化）によって作られた光弁フィルムは公知である。本発明のフィルムは、具体的には、後者のタイプのフィルム、すなわち、エマルジョンを架橋することによって形成された層を含むフィルムの使用、及びこれにより生成される積層フィルムに関する。例えば、その全てが本発明の出願人に譲渡された、米国特許第５，４６３，４９１号及び米国特許第５,４６３，４９２号、及び米国特許第７，３６１，２５２号を参照されたい。種々のタイプのＳＰＤエマルジョン及びそれを硬化する方法は、米国特許第６，３０１，０４０号、米国特許第６，４１６，８２７号、及び米国特許第６，９００，９２３ Ｂ２号で説明され、これらの特許の全ては本発明の出願人に譲渡される。このようなフィルム及びそれの変形形態は、フィルムを（１）紫外線放射、（２）電子ビーム、又は（３）熱に曝露することによってもたらされる架橋を通して硬化することができる。米国特許第６，９００，９２３ Ｂ２号の実施例５からのこのようなフィルムの非限定的な実施例は、以下の通り生成される：Ｉｒｇａｃｕｒｅ８１９（Ｃｉｂａ Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ）光開始剤（ＰＩ）の０．００２ｇが、クロロホルムの２ｍＬに溶解されて実施例１で説明したマトリックスポリマーの１ｇに加えた。ＰＩ溶液は、マトリックスポリマーと完全に混合されて、クロロホルム溶媒は、６０℃で３０分間真空オーブン内に混合物を配置することによって除去した。これに、メタクリル酸ラウリル／ＨＥＭＡ懸濁ポリマー（この特許の実施例３で合成した０．５６ｇ）を含有するポリヨウ化物結晶ペーストの０．６２ｇを加えた。得られた混合物を完全に混合して、得られたエマルジョンを、ドクターブレードを用いて２ミル厚の被膜として導電性のコーティングされたポリエステル基質の上に加え、導電性コーティングされたブランク材のポリエステル基質と合わせ、かつ２分３０秒間紫外線放射（８６００ｍＪ／ｃｍ²／分）で硬化させた。本出願に引用された特許及び特許出願及び他の参照文献の全ては、引用により本明細書に組込まれる。

様々な液体光弁懸濁液は、当技術分野で公知であり、このような懸濁液は、当業者に公知の技術によりその中に容易に配合することができる。上述の用語「液体光弁懸濁液」は、本明細書で用いられる場合、複数の小粒子が分散される液体懸濁媒質を意味する。液体懸濁媒質は、粒子が凝集する傾向を軽減し、これらを分散した懸濁状態を保つように作用する少なくとも１つのタイプの高分子安定剤に溶解されるのが好ましい、１又は２以上の非水性の電気抵抗液体を含む。

本発明において有用な液体光弁懸濁液は、粒子を懸濁するために光弁に用いる予め提案されたいわゆる先行技術の液体懸濁媒質のいずれかを含むことができる。本明細書で有用な当技術分野で公知の液体懸濁媒質は、限定ではないが、米国特許第４，２４７，１７５号、米国特許第４，４０７，５６５号、米国特許第４，７７２，１０３号、米国特許第５，４０９，７３４号、米国特許第５，４６１，５０６号、米国特許第５，４６３，４９２号、及び米国特許第６，９３６，１９３ Ｂ２号で開示された液体懸濁媒質を含み、これらの特許の開示内容は、引用により本明細書に組込まれる。一般に、懸濁媒質及び／又は典型的にはその中に溶解された高分子安定剤の一方又は両方は、懸濁粒子を重力平衡に維持するように選択される。

使用する場合、高分子安定剤は、粒子の表面に結合する単一タイプの固体ポリマーとすることができるが、これはまた、液体懸濁媒質を含む非水液体中で溶解する。もしくは、高分子安定剤システムとして機能を果たす２又は３以上の固体高分子安定剤とすることができる。例えば、粒子は、実際には、溶解するときに粒子に対して平面を提供するニトロセルロースのような第１のタイプの固体高分子安定剤で、溶解するとき第１のタイプの固体高分子安定剤に結合し又はこれに関連付け、また液体懸濁媒質において溶解して粒子に対して分散及び立体的保護を提供する１又は２以上の追加のタイプの固体高分子安定剤と共にコーティングすることができる。同様に、液体高分子安定剤を用いて、例えば、米国特許第５，４６３，４９２号で説明したように特にＳＰＤ光弁フィルムにおいて利益を得ることができる。

無機及び有機粒子は、光弁懸濁液において用いることができ、このような粒子は、電磁スペクトルの可視部分において光吸収性又は光反射性のいずれかをもつことができる。

従来のＳＰＤ光弁は、一般的に、コロイドサイズの粒子を使用している。本明細書で用いられる場合、用語「コロイド状」は、粒子が、一般的に、平均して１ミクロン又はそれ以下の最大寸法を有することを意味する。好ましくは、ＳＰＤ光弁懸濁液で使用する又は使用することが意図されるほとんどのポリハロゲン化物又は非ポリハロゲン化物タイプの粒子は、平均すると０．３ミクロン又はそれ以下、より好ましくは、平均すると青色光の波長の２分の１未満、すなわち２０００オングストローム未満になり、光散乱を極めて低く保つ最大寸法を有することになる。

光弁フィルムの別の実施例は、ＰＤＬＣフィルムである。ＳＰＤフィルムと同様に、液晶を含むＰＤＬＣフィルムは、液体ポリマーの中に分散され、その後にポリマーの固化又は硬化が続く。液体から固体へのポリマーの変化中に、液晶は、固体ポリマーと相溶性がなくなり、固体ポリマー全体にわたって液滴を形成する。硬化条件は、結果的に、このようなフィルムを含む「スマートウインドウ」の最終作動特性に影響を与える液滴のサイズに影響を与える。典型的には、ポリマー及び液晶の液体混合物は、これらの内側面上に、透明な導電性材料の薄層を含む２つのガラス基板又はプラスチック基板の間に配置され、続いてポリマーを硬化させてスマートウインドウの基本サンドイッチ構造を形成する。この構造は実際にはコンデンサである。

このような場合には、電力供給装置からの電極は、透明な電極に取り付けられる。印加電圧なしで、液晶は、液滴内にランダムに配列され、それがスマートウインドウ組立体を通過すると光の散乱をもたらす。これは、半透明の「乳白色」の外観をもたらす。電圧が電極に印加されると、ガラス上の２つの透明な電極の間に形成された電界は、液晶を整列させ、光が液滴を僅かな散乱で通過して透明状態をもたらすことを可能にする。

米国仮特許出願第６２／３３０，９６７号 米国特許第７，３６１，２５２号 米国特許第５，４０９，７３４号 米国特許第５，４６３，４９２号 米国特許第５，４６３，４９１号 米国特許第６，３０１，０４０号 米国特許第６，４１６，８２７号 米国特許第６，９００，９２３号 米国特許第４，２４７，１７５号 米国特許第４，４０７，５６５号 米国特許第４，７７２，１０３号 米国特許第５，４６１，５０６号 米国特許第５，４６３，４９２号 米国特許第６，９３６，１９３号 米国特許第８，６７０，１７３号 米国出願公開第２０１６／０２８２６４５号

Ｇｒ Ｎｏｗｌｉｎｇ，Ｍ Ｙａｊｉｍａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１４，（２００５），４７７−４８４

本発明の背景技術
上述のように、ＳＰＤ積層体又はＰＤＬＣ積層体が望ましい場合があり、フィルムは、透明なガラス又はプラスチックシートの間で透明な熱溶融接着フィルム（中間層）を用いて挟まれる。限定ではないが、飛行機、建築、及び自動車用の窓などの用途があり、ここでは、積層体を形成するのに用いる基板の面を通って湿分が積層体の内部に入ることも阻止する軽量積層体が望ましい。従って、本発明の目的は、フィルムの両方の相対する側面上に薄くて軽量のガラス基板及びプラスチック基板の両方を含む、積層体を構成することである。

特にポリヨウ化物粒子を含むＳＰＤフィルムは、湿分が硬化ＳＰＤエマルジョンと接触する場合に湿分の影響を受けやすく、ＳＰＤフィルムの変色及びΔＴの損失などの光学性能の低下を含むＳＰＤフィルムの劣化につながる可能性がある。湿分は、積層体の縁部を通ってＳＰＤ積層体に入る可能性がある。従って、例えば、米国特許第８，６７０，１７３号及び米国特許公開第２０１６／０２８２６４５ Ａ１号で説明したように、ＳＰＤ積層体の縁部を、これを通って湿分が侵入するのを阻止するよう密封するための材料及び方法が開発されている。

ガラスと比較して、アクリル及びポリカーボネートなどのプラスチックは、湿分侵入の影響をより受けやすい。従って、プラスチック基板単独で構成されるＳＰＤ積層体は、ＳＰＤ積層体の対向する面を通る湿分侵入が見込まれる場合がある。しかしながら、プラスチック基板で作られたＳＰＤ積層体は、ガラス基板で作られたＳＰＤ積層体に比べて、軽量、改善されＵＶ保護性、及び耐衝撃性の利益を有する。

１つの実施形態において、光弁積層体は、薄肉、軽量のガラス基板及びプラスチック基板の両方を含む。これらは、高温、高湿度環境で調製されて試験され、薄肉ガラスが積層体の面を通して湿分が積層体に入るのを阻止しことを示した。光弁積層体を構成する外側基板又は内側基板のセットとしてのガラス基板並びにプラスチック基板の場所は、当業者によってよく理解されるような具体的な意図する用途によって決定される。本発明に有用なガラスの実施例は、限定ではないが、Ｃｏｒｎｉｎｇ社によって生産されるＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス及びまたＣｏｒｎｉｎｇ社によってまた生産されるＷｉｌｌｏｗ（登録商標）ガラスなどの、強化ガラス、焼きなましガラス、低鉄ガラス、低ｅガラス、ＵＶ遮断ガラス及び化学的に強化されたガラスを含む。ガラス基板の厚みは、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ、好ましくは０．５５ｍｍ〜１．１０ｍｍの範囲を有する必要がある。

加えて、１又は２以上のプラスチック基板と組み合わせて積層体の外側基板としての抗菌性ガラスを使用すると、得られた光弁に有益な健全で安全な特性を付与することになる。抗菌剤は、微生物、特に病原微生物を破壊する又はその成長を抑制する。抗菌性ガラスは、ガラスの表面上に抗菌剤としてイオン性銀成分で調合される。このような健全で安全な特性は、医療施設及び博物館展示などにおける多数の用途において有用であり、光弁と接触することによる有害な細菌の移送を低減する。プラスチック基板は、光弁積層体に強度及び剛性並びにＵＶ保護を提供する。

本出願で用いる場合、本発明に有用なプラスチックは、限定ではないが、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（アクリル）、ポリスチレン、及びポリプロピレンを含む。プラスチック基板の厚みは、１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲を有する必要がある。

可撓性ＳＰＤ積層体が必要な場合には、積層体に用いるガラス基板及びプラスチック基板は、各々、１０〜０．５５ｍｍ、好ましくは０．１０ｍｍ〜０．２０ｍｍの厚みを有する必要があり、これによって、湾曲用途のために、光弁積層体に損傷を与えることなく最終光弁積層体を曲げることが可能になる。

高分子中間層材料のシートは、（１）フィルムとこれに積層された最も内側の基板との間（すなわち、それがガラス又はプラスチック、コーティングガラス又はコーティングプラスチックのいずれで形成されようと（以下を参照））、並びに（２）フィルムに積層された最も内側の基板と最も外側の基板との間に配置される。この中間層材料の目的は、積層体の形成中及びそれに続いて種々の積層体構成要素を一緒に保持することである。プラスチック基板の場合には、プラスチック基板は、積層プロセス中に加熱及び冷却されて積層体を形成する高分子中間層のものよりも著しく高い、すなわち１０℃の軟化点を有する材料から構成される。これは、プラスチックシートが積層プロセス中に軟化して変形するのを阻止する。例えば、アクリル、ポリメチルメタクリレート基板（１０５℃のＴｇ又は軟化点）は、ＥＶＡが８０℃で溶融するのでエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）中間層による積層に用いることができる。しかしながら、アクリル基板は、ＰＶＢが１２０℃で溶融するので中間層がポリビニルブチラール（ＰＶＢ）の場合、基板として用いることはできない。他方、ポリカーボネート基板（１５７℃のＴｇ又は軟化点）は、ＥＶＡ又はＰＶＢのいずれでも安全に用いることができる。本発明において高分子中間層を形成するのに用いることができる別の材料は、ポリウレタンである。

別の実施形態は、片側又は両側がガラスの少なくとも１つの薄層でコーティングされた、上述のタイプ及び寸法のプラスチックを組み込むプラスチック基板の使用を含み、上述のガラス層は、光弁積層体を含む基板を形成するために０．５ミクロン〜２．４ミクロン、好ましくは０．５ミクロン〜１．５ミクロンの厚みを有する。文献では、プラスチック基板上にガラスをコーティングできることが報告されている。例えば、「プラスチック上のガラス被膜のチャンバレスプラズマ蒸着」（Ｇｒ Ｎｏｗｌｉｎｇ，Ｍ Ｙａｊｉｍａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｐｌａｓｍａ Ｓｏｕｒｃｅｓ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１４，（２００５），４７７−４８４）は以下のことを報告している。すなわち、「高品質ガラスをプラスチック上に堆積すること」、「基板サイズ又は寸法に制限されないように、チャンバなしに作動する大気プラズマプロセス」、及び「経済的なＡＬＤ方法によってガラス薄膜を有するコーティングプラスチック」であり、「周囲圧力で真空システムが必要ない」、「それは、低温で、室温で及び１００℃を確実に下回る温度で動作することができる」ことを提示する（ウェブサイトアドレス：otd.harvard.edu/explore-innovation/technologies/coating-plastics-with-thin-films-of-glass-by-a-poor-mans-ald-method/を参照）。本実施形態のためのプラスチック基板は、上記で検討したのと同じ１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍ、好ましくは１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの厚み範囲を有すると考えられる。

更に別の実施形態において、片側又は両側上にプラスチックの少なくとも１つの層がコーティングされ、このコーティング層の各々が１ミクロン〜２５ミクロン、好ましくは１０ミクロン〜２５ミクロンの厚みを有する、上述のタイプのガラス基板は、光弁積層体を形成するための基板として用いることができる。ガラス基板の両側上のプラスチック被膜の厚みは、通常等しいがその必要はない。上記に開示したように、ガラス基板をコーティングするのに用いるプラスチックは、積層プロセス中に加熱及び冷却されて積層体を形成する高分子中間層のものよりも著しく高い（すなわち、少なくとも１０℃）の融点を有する材料から構成される。

０．５５ｍｍ〜１．１０ｍｍの厚みを有するガラスシ−トは、Ｇｏｒｉｌｌａ（商標）ガラスの商品名で米国ニューヨーク州に所在のＣｏｒｎｉｎｇ Ｇｌａｓｓ，Ｃｏｒｎｉｎｇから入手した。更に、Ａｃｒｙｌｉｔｅ（商標）ＯＰ−２の商品名で販売されている３．１７５ｍｍ厚のアクリルプラスチックシートは、米国ニュージャージー州に所在のＥｖｏｎｉｋ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｐａｒｓｉｐｐａｎｙ社から入手した。１．５８７５ｍｍ厚の衝撃抵抗性透明ポリカーボネートプラスチックシートは、米国ニュージャージー州に所在のＭｃＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒ，Ｄａｙｔｏｎ社から入手した。０．２４ｍｍ厚のガラスＮＭＲ管は、米国ニュージャージー州に所在のＷｉｌｍａｄ Ｇｌａｓｓ，Ｖｉｎｅｌａｎｄ社から入手した。２．３８ｍｍの厚みを有する標準ガラスシートは、積層を制御するために用いた。

初期熱／高湿度試験は、ＮＭＲガラス管、標準２．３８ｍｍ厚のガラス積層体、及び上述のガラス基板及びプラスチック基板で製作された積層体上で行ない、これらのサンプルの湿分侵入を阻止する能力を特定した。このように製作された積層体は、感湿インジケータストリップを積層スタックに組み込み、これは積層体内でＳＰＤフィルムに隣接して位置決めした。また、インジケータストリップは、ＮＭＲ管の内部に密封した。これらの積層に用いるストリップは、Ｉｎｄｉｇｏ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ｗｗｗ．ｉｎｄｉｇｏ．ｃｏｍから入手した「湿度検出」ストリップ、２０％〜８０％、部品番号３３８１−２０８０であった。

標準ＳＰＤ光弁積層体は、上述の米国特許第７，３６１，２５２号で説明したように製作した。ＳＰＤフィルムを積層するための工程の非限定的な概要は、本発明の出願人に譲渡された米国特許第７，３６１，２５２号で見出され、全てが互いに実質的に合同で位置決めされた、第１のガラスシート、中間層の第１のシート、ＩＴＯ被膜に取り付けられてこれらから突出した銅箔バスバーを有する２つのＩＴＯコーティングＰＥＴ基板シートの間に挟まれた硬化ＳＰＤエマルジョンを含むＳＰＤフィルム、中間層の第２のシート、及び第２のガラスシートを順番に備える「スタック」の作成を含む。スタックは、「カーバープレス」内の真空バッグに配置し、強力な真空を加えた（水銀の２９インチよりも大きい）。次いで、プレス機のプラテンを非積層スタックの外側に接触するように配置し、その温度をスタック内の中間層の溶融に影響を与えるように上昇させた。次いで、プラテンを冷却して中間層を固化させ、これはスタックをＳＰＤ積層体に接着する。

加えて、ガラス基板及びプラスチック基板で形成された積層体を同様に製作した。これらの積層のうちの１つに対するレイアップの非限定的な実施例は、薄肉ガラス／中間層／プラスチック／中間層／ＳＰＤフィルム／中間層／プラスチック／中間層／薄肉ガラスとすることができる。本明細書で用いられる場合、「薄肉」ガラスシートは、≦１．１０ｍｍの厚みを有するガラスシートを意味する。

湿分がサンプル積層体の縁部を通って入るのを阻止するために、米国特許公開第ＵＳ２０１６／０２８２６４５ Ａ１号で説明したように、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）のフレームを積層体の中に組み込んだ。ポリイソブチレン耐湿性材料のフレームは、スタックに組み込まれ、ガラスの外縁を起点として積層体内のＳＰＤフィルムに隣接する位置に至る。次いで、ＰＩＢフレームの存在を考慮すると、積層体の中への何らかの湿分侵入は、結果として、積層体の縁部を通るのではなく、積層体の面を通って湿分が積層体に入るのに起因することになる。積層体の外側に突出した銅箔がＰＩＢ材料によって両側で取り囲まれるように２つのフレームが用いられる。

各ＳＰＤ光弁積層体の初期ΔＴ又は可視透過率範囲（オン状態透過率−オフ状態透過率）は、オン状態透過率を得るために積層体の突出バスバーに１００Ｖ／６０Ｈｚの電界を印加することによって、Ｂｙｋ−Ｇａｒｄｎｅｒ社が製造した「色球体可視分光光度計」で測定した。これらの光学的測定は、湿度試験中に定期的に繰り返した。

本発明の出願人に譲渡された米国特許公開第ＵＳ２０１６／０２８２６４５ Ａ１号で説明したように、高温／湿度環境でサンプルを試験するのに用いる手順は、以下の通りである。すなわち、ＳＰＤ積層体、ＳＰＤフィルムなしの積層体、及び様々な構成を有する他のサンプルを、下側部分に水容器を有する乾燥器の上側部分に配置した。有孔セラミック板は、サンプルが乾燥器の底部の水と直接接触するのを阻止した。この乾燥器を６０℃のオーブン内に置き、ＳＰＤフィルム及びＳＰＤ積層体が本分野において通常は曝露されない高温、高湿度環境を作り出す。しかしながら、これらの極限状態は、有意な試験結果を妥当な期間に得ることができるように作り出した。サンプルを収容する湿分飽和乾燥器を６０℃のオーブン内に配置し、サンプルは、１）湿分インジケータストリップによって検出されるような積層体内の湿分の存在、２）積層体内の透明中間層の外観の透明から濁った／もやのかかった状態への変化、及び３）積層体内のＳＰＤフィルムのΔＴ変化、のうちの１又は２以上を定期的に評価した。プラス（＋）のΔＴ変化は、ＳＰＤフィルムに関する光透過率の範囲が、試験中に６０℃の温度への曝露の間に増加したことを示す。これは、ＳＰＤフィルム内のポリヨウ化物粒子の改善された分散によるものであり、機能喪失と見るべきではない。

結果及び検討

全ての積層体（ｌａｍ）はＰＩＢフレームで保護される。
「Gorilla（登録商標）ガラス0.55-標準ガラス lam」は「薄肉−厚肉ガラス lam」としてもマーク付けされる。
「Gorilla（登録商標）ガラス0.55」は、0.55 mm厚のGorilla（登録商標）ガラスである。
「Gorilla（登録商標）ガラス1.10」は、1.10 mm厚のGorilla（登録商標）ガラスである。
「標準ガラス」は２．３８ｍｍ厚である。
「Acrylite（登録商標）」は、3.175 mm厚のアクリルプラスチックである
「ポリカーボネート」プラスチックは1.5875 mm厚である

表１は、積層体及び他のサンプルを含む非ＳＰＤフィルムに関する６０℃の高湿度試験結果を提示する。ＮＭＲガラス管による試験は、０．２４ｍｍほどに薄いガラス厚みが、防湿障壁として依然として非常に有効であることを示す。例えば、フレーム密封された０．２４ｍｍ厚のＮＭＲガラス管は、６０℃の高湿度チャンバ内において４３５日間、湿分ストリップに関して色の変化が観測されず、試験は継続される。

０．５ｍｍ厚及び１．１０ｍｍ厚のＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス基板で作られた２つの積層体は、色の変化が観察される前に２４７日間６０℃の高湿度チャンバ内に曝露され、これらの積層体内の湿分ストリップ及び透明中間層は濁った。「薄肉−厚肉」とラベル付けされた表１の積層体は、０．５５ｍｍの薄肉ガラス及び２．３８ｍｍの標準ガラスから構成され、別個の湿分インジケータストリップは、ガラス基板の各々に隣接して配置した。湿分がガラス基板を最初に通過する場合、薄肉ガラスに隣接する湿分ストリップは、厚肉ガラス基板に隣接する湿分ストリップが変色する前に変色することになる。この積層体は、両方の湿分ストリップに関して色の変化が観察される前に２８４日間６０℃の高湿度チャンバ内に曝露された。対照的に、アクリル基板（Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標））及びポリカーボネート基板（ポリカーボネート／ポリカーボネート）で作られた積層体内のインジケータストリップは、それぞれ６０℃の高湿度チャンバ内の曝露の６日及び２日後に変色した。これらの積層体の両方の透明中間層は濁った。これは、様々な厚みのプラスチック基板が、しばらくすると湿分侵入を可能にすることを示す。

最後に、以下の構成：Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス０．５５／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス０．５５で作られたアクリル及びガラスハイブリッド積層体は、湿分ストリップに関して色の変化が観察されかつこれらの積層体内の透明中間層が濁る前に、それぞれ１６３日及び１８１日間６０℃の高湿度チャンバに曝露された。また、上述のハイブリッド積層体のうちの１つは、積層体から突出する銅箔バスバーを有し、積層体の内部のＳＰＤフィルムの存在をシミュレートする。上述のように、この積層体は、湿分ストリップに関して色の変化を観察する前に１８１日間６０℃の高湿度チャンバ内にあった。ＰＩＢの二重フレームは、銅箔が抜け出る積層体の縁部に湿分が入るのを阻止するために、この積層体上で用いた。データは、この試験の６０℃の温度及び高湿度環境が、曝露のわずか数日後に湿分をプラスチック基板の積層体の面を通過させたことを明確に示す。試験した最も薄い全ガラスの０．２４ｍｍＮＭＲ管サンプルが、湿分侵入を許すことなく４３５日以上持ちこたえたという事実は、ガラスが防湿に理想的であることを裏付ける。ガラス単独で又はガラス及びプラスチックで作られた積層体は、結局のところ積層体内に湿分の存在を示したが、湿分ストリップによる検出に最低１６１日必要だったという事実は、湿分が積層体の縁部を通って積層体に入ったことを強く示唆する。上述のように、ＰＩＢフレームは、積層体の縁部を通っての湿分侵入を阻止するように積層体の中に組み込んだが、試験条件の程度は、結局のところ湿分が基板の間を通って積層体の縁部を通過することを可能にするおそれがある。表２に関して以下の適用可能な結果にも同じ説明が当てはまる。

全ての積層体（ｌａｍ）は保護された二重ＰＩＢフレームで保護され、縁部から突出した銅リードを有していた。
「Gorilla（登録商標）ガラス0.55」は、0.55 mm厚のGorilla（登録商標）ガラスである。
「Gorilla（登録商標）ガラス1.10」は、1.10 mm厚のGorilla（登録商標）ガラスである。
「標準ガラス」は2.38 mm厚の標準ガラスである。
「Acrylite（登録商標）」は、3.175 mm厚のアクリルプラスチックである。

表２は、ＳＰＤフィルム被膜積層体に関する６０℃の高湿度試験結果を提示する。結果は、表１の非ＳＰＤ格納積層体に対して得られたものと同様である。例えば、３０６日間６０℃の高湿度チャンバに曝露されたガラス基板（ガラス／ＳＰＤ／ガラス）で作られたＳＰＤ積層体は、湿分ストリップに関して観察された色の変化はなく、これらの積層体内の透明中間層は濁ることなはなく、積層体内のＳＰＤフィルムは、５．６０の透過率点を得ている。曝露の３９２日後、湿分ストリップに関して色の変化が観察され、積層体内の透明中間層は濁り、積層体内のＳＰＤフィルムは、１４．０２の透過率点を失った。表１の結果に対して説明したように、積層体の縁部を通って入る湿分は、３９２日曝露結果の原因となった。

以下の構成：Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス０．５５／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／ＳＰＤ／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／Ｇｏｒｉｌｌa（登録商標）ガラス０．５５で作られたガラス及びアクリルハイブリッド積層体は、湿分ストリップに関して観察された色の変化なしに１４１日間６０℃の高湿度チャンバ内にあり、積層体内の透明中間層は濁ることなく、積層体内のＳＰＤフィルムは４．１８の透過率点を得た。曝露の２１２日後、湿分ストリップに関して色の変化が観察され、積層体内の透明中間層は濁ったが、積層体内のＳＰＤフィルムは、依然として５．３０の透過率点を得た。最後に、曝露の２２７日後、積層体内のＳＰＤフィルムは、電圧を印加した際にもはや機能しなかった。１５日間積層体の内部に存在する湿分は、結局のところ短絡回路のような機能不全を引き起こすと考えられ、これは、ＳＰＤサンプルを作動不能にし、透過率点の著しい損失があったであろうＳＰＤフィルムの可視透過率を評価することを可能にする。

以下の構成：Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス０．５５／ＳＰＤ／Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラス０．５５／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）で作られたアクリル及びガラスハイブリッド積層体の場合には、積層体は、５５日間６０℃の高湿度チャンバ内にあり、湿分ストリップに関して色の変化は観察されなかったが、積層体内の透明中間層は濁り、積層体内のＳＰＤフィルムは２．８２の透過率点を失った。この積層体は、最も外側の基板としてＡｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）プラスチックを有するので、湿分は、Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）を貫通してＡｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）とＧｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスとの間の透明中間層を曇らせることができたが、これは、ＳＰＤフィルムに関する透過率の測定損失の原因となると考えられる。しかしながら、Ｇｏｒｉｌｌａ（登録商標）ガラスは、ＳＰＤフィルムが位置決めされる積層体の中にこれ以上の湿分が侵入するのを阻止した。曝露の３０６日後、湿分ストリップに関して依然として色の変化は観察されず、積層体内の透明中間層は濁ったままであり、積層体内のＳＰＤフィルムは８．７０の透過率点を失った。最後に、曝露の３９２日後、湿分ストリップに関する色の変化が観察され、積層体内のＳＰＤフィルムは、電圧が印加された際におそらく短絡回路によってもはや機能しなかった。この構成は、外面の耐衝撃性及び引っかき抵抗性を有するＳＰＤ積層体が望ましい用途に対して好ましい。

最後に、Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）／ＳＰＤ／Ａｃｒｙｌｉｔｅ（登録商標）積層体に対して、６０℃の高湿度チャンバでの曝露のまさに６日後、湿分ストリップに関して色の変化が観察され、積層体内の透明中間層は濁り、曝露の２７日後に積層体内のＳＰＤフィルムは６．５０の透過率点を失った。これは、プラスチック基板のみで作られたＳＰＤ積層体が、湿分が基板の面を通過することを迅速に可能にし、ＳＰＤ積層体の外観及び性能に悪影響を与えることを裏付ける。これらの結果は、薄肉ガラス及びプラスチック積層体を組み合わせて製作されたＳＰＤ積層体が、ＳＰＤフィルムの湿分曝露による劣化から保護するが、同時に、軽量、強度、耐衝撃性、及びＵＶ保護を提供することを示す。

Claims (31)

1. 光弁の光変調素子を形成する積層光弁フィルムであって、
   前記積層フィルムは、
   ａ）第１及び第２の相対する外面を有する光弁フィルムであって、
   ａ）硬化ポリマー内に分散された液晶を含有する液滴と、
   ｂ）第１及び第２のプラスチックシートと、
   を備え、前記シートは、前記硬化ポリマーから外方に位置してこれを挟んでおり、薄い透明な導電性被膜の層が、前記硬化ポリマーに隣接して、前記第１及び第２のプラスチックシートの各々の内面上に位置し、前記被膜は、印加された電界が前記硬化ポリマーを通って通過するのを可能にする電極としての機能を果たす、光弁フィルムと、
   ｂ）前記光弁フィルムの前記第１及び第２の相対する外面の各々の少なくとも一部分に付された高分子中間層材料の第１の層と、
   ｃ）第１の対の基板であって、前記第１の対のうちの一方が、前記光弁フィルムの前記第１の相対する外面上に付された前記中間層材料に付されて接着され、前記第１の対のうちの他方が、前記光弁フィルムの前記第２の相対する外面上に付された前記中間層材料上に付されて接着され、前記対の基板が、プラスチック及びガラスから成るグループから選択された材料で形成される、第１の対の基板と、
   ｄ）前記第１の対の基板の各々の外面の少なくとも一部分に付された高分子中間層材料の第２の層と、
   ｅ）第２の対の基板であって、前記第２の対のうちの一方が、前記第１の対の基板の１つの外面上に付された前記中間層上に付されて接着され、前記第２の対の他方が、前記第１の対の基板の他方の外面上に付された前記中間層上に付されて接着され、前記第２の対の基板が、プラスチック及びガラスから成るグループから選択された材料で形成される、第２の対の基板と、
   を備え、
   前記第１の対の基板がプラスチックで形成される場合、前記第２の対の前記基板がガラスで形成され、または、その逆である、ことを特徴とする積層光弁フィルム。
2. 前記光弁フィルムは、前記電極に付加された導電性材料をさらに備え、前記材料が、前記積層光弁フィルムの周辺部を越えて延びて、適切な電圧供給源への前記フィルムの接続を可能にするようになっている、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
3. 前記第１の対の基板はガラスで形成され、前記第２の対の基板はプラスチックで形成される、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
4. 前記第１の対の基板はプラスチックで形成され、前記第２の対の基板はガラスで形成される、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
5. 前記基板を形成するのに用いる前記ガラスは、強化ガラス、焼きなましガラス、低鉄ガラス、低ｅガラス、ＵＶ遮断ガラス、化学的に強化されたガラス、及び抗菌性ガラスから成るグループから選択される、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
6. 前記ガラス基板の各々の厚みは０．５５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
7. 前記ガラス基板の各々の厚みは０．５５ｍｍ〜１．１０ｍｍの範囲である、請求項６に記載の積層光弁フィルム。
8. 前記基板を形成するのに用いる前記プラスチックは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、及びポリプロピレンから成るグループから選択される、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
9. 前記プラスチック基板の各々の厚みは１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲である、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
10. 前記プラスチック基板の各々の厚みは１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲である、請求項９に記載の積層光弁フィルム。
11. 前記ガラス基板及び前記プラスチック基板の各々は、０．１０ｍｍ〜０．５５ｍｍの範囲の厚みを有し、前記フィルムに損傷を与えることなく、湾曲した用途に用いるための前記積層光弁フィルムの曲がりを許容する、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
12. 前記プラスチック基板を形成するのに用いる前記材料は、前記高分子中間層材料よりも高い少なくとも１０℃の軟化点を有する、請求項１に記載の積層光弁フィルム。
13. 前記高分子中間層材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）及びポリウレタンから成るグループから選択される、請求項１２に記載の積層光弁フィルム。
14. 光弁の光変調素子を形成する積層光弁フィルムであって、前記積層フィルムは、
    ａ）第１及び第２の相対する外面を有する光弁フィルムであって、
    ａ）前記硬化エマルジョン全体にわたって分配された液体光弁懸濁液の複数の非架橋液滴を有する硬化懸濁粒子デバイスエマルジョンと、
    ｂ）第１及び第２のプラスチックシートと、
    を備え、前記シートは、前記硬化エマルジョンから外方に位置してこれを挟んでおり、薄い透明な導電性被膜の層が、前記硬化エマルジョンに隣接して、前記第１及び第２のプラスチックシートの各々の内面上に位置し、前記被膜は、印加された電界が前記硬化エマルジョンを通って通過するのを可能にする電極としての機能を果たす、光弁フィルムと、
    ｂ）前記光弁フィルムの前記第１及び第２の相対する外面の各々の少なくとも一部分に付された高分子中間層材料の層と、
    ｃ）１対の基板であって、前記対のうちの一方が、前記光弁フィルムの前記第１の相対する外面上に付された前記中間層材料上に付されて接着され、前記基板のうちの他方が、前記光弁フィルムの前記第２の相対する外面上に付された前記中間層材料上に付されて接着される、１対の基板と、
    を備え、前記基板の各々が、片側又は両側上で少なくとも１つのカラス層でコーティングされたプラスチックで形成され、前記ガラス被膜は、０．５ミクロン〜２．４ミクロンの範囲の厚みを有する、ことを特徴とする積層光弁フィルム。
15. 前記基板の各々のプラスチック部分は、１．０ｍｍ〜１０．０ｍｍの範囲の厚みを有する、請求項１４に記載の積層光弁フィルム。
16. 前記基板の各々の前記プラスチック部分は、１．０ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲の厚みを有する、請求項１５に記載の積層光弁フィルム。
17. 前記基板の各々にコーティングされた前記ガラスは、０．５ミクロン〜１．５ミクロンに範囲の厚みを有する、請求項１４に記載の積層光弁フィルム。
18. 前記光弁フィルムは、前記電極に付加された導電性材料をさらに備え、前記材料が、前記積層光弁フィルムの周辺部を越えて延びて、適切な電圧供給源への前記フィルムの接続を可能にするようになっている、請求項１４に記載の積層光弁フィルム。
19. 前記基板を形成するのに用いる前記プラスチックは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、及びポリプロピレンから成るグループから選択される、請求項１４に記載の積層光弁フィルム。
20. 前記プラスチック基板を形成するのに用いる前記材料は、前記高分子中間層材料よりも高い少なくとも１０℃の軟化点を有する、請求項１４に記載の積層光弁フィルム。
21. 前記高分子中間層材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、及びポリウレタンから成るグループから選択される、請求項２０に記載の積層光弁フィルム。
22. 光弁の光変調素子を形成する積層光弁フィルムであって、
    ａ）第１及び第２の相対する外面を有する光弁フィルムと、
    ｂ）前記光弁フィルムの前記第１及び第２の相対する外層の少なくとも一部分に付された高分子中間層材料の層と、
    ｃ）１対の基板であって、前記対のうちの一方が、前記光弁フィルムの前記第１の相対する外面上に付された前記中間層材料上に付されて接着され、前記基板のうちの他方が、前記光弁フィルムの前記第２の相対する外面上に付された前記中間層材料上に付されて接着される１対の基板と、
    を備え、前記基板の各々が、片側又は両側上で少なくとも１つのプラスチック層でコーティングされたガラスで形成され、前記基板の各々の前記ガラスは０．５５ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲の厚みを有し、
    前記プラスチックは、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン及びポリプロピレンから成るグループから選択された材料から形成される、ことを特徴とする積層光弁フィルム。
23. 前記ガラスの両側上の前記プラスチック被膜は、同じ厚みを有することができ、又は片側上の厚みは、他方側上の被膜の厚みとは異なることができる、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
24. 前記基板の各々の前記プラスチック被膜は、１ミクロン〜２５ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
25. 前記基板の各々の前記プラスチック被膜は、１０ミクロン〜２５ミクロンの範囲の厚みを有する、請求項２４に記載の積層光弁フィルム。
26. 前記フィルムは、
    ａ）前記硬化エマルジョン全体にわたって分配された液体光弁懸濁液の複数の非架橋液滴を有する硬化懸濁粒子デバイスエマルジョンと、
    ｂ）第１及び第２のプラスチックシートと、
    を備え、前記シートは、前記硬化エマルジョンから外方に位置してこれを挟んでおり、薄い透明な導電性被膜の層が、前記硬化エマルジョンに隣接し、前記第１及び前記第２のプラスチックシートの各々の内面上に位置し、前記被膜は、印可された電界が前記硬化エマルジョンを通って通過するのを可能にする電極としての機能を果たす、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
27. 前記フィルムは、
    ａ）硬化ポリマー内に分散された液晶を含有する液滴と、
    ｂ）第１及び第２のプラスチックシートと、
    を備え、前記シートは、前記硬化ポリマーから外方に位置してこれを挟んでおり、薄い透明な導電性被膜の層が、前記硬化ポリマーに隣接して、前記第１及び第２のプラスチックシートの各々の内面上に位置し、前記被膜は、印加された電界が前記硬化ポリマーを通って通過するのを可能にする電極としての機能を果たす、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
28. 前記光弁フィルムは、前記電極に付加された導電性材料をさらに備え、前記材料が、前記積層光弁フィルムの周辺部を越えて延びて、適切な電圧供給源への前記フィルムの接続を可能にするようになっている、請求項２６又は２７に記載の積層光弁フィルム。
29. 前記基板を形成するのに用いる前記ガラスは、強化ガラス、焼きなましガラス、低鉄ガラス、低ｅガラス、ＵＶ遮断ガラス、化学的に強化されたガラス及び抗菌性ガラスから成るグループから選択される、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
30. 前記基板をコーティングするのに用いる前記プラスチック材料は、前記高分子中間層材料よりも高い少なくとも１０℃の軟化点を有する、請求項２２に記載の積層光弁フィルム。
31. 前記高分子中間層材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、及びポリウレタンから成るグループから選択される、請求項３０に記載の積層光弁フィルム。