特開 2024-35591 乗物用調光パネル及び乗物用調光システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024035591

(43)【公開日】2024-03-14

(54)【発明の名称】乗物用調光パネル及び乗物用調光システム

(51)【国際特許分類】

   B60J 3/04 20060101AFI20240307BHJP

   B60J 1/00 20060101ALI20240307BHJP

   B60Q 3/208 20170101ALI20240307BHJP

   B60Q 3/80 20170101ALI20240307BHJP

   B60Q 3/62 20170101ALI20240307BHJP

【ＦＩ】

B60J3/04

B60J1/00 W

B60Q3/208

B60Q3/80

B60Q3/62

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022140159

(22)【出願日】2022-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000241500

【氏名又は名称】トヨタ紡織株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】村尾 浩二

【テーマコード（参考）】

3K040

【Ｆターム（参考）】

3K040AA02

3K040BA00

3K040CA05

3K040DA05

3K040EA01

3K040GC01

(57)【要約】

【課題】乗物の室内に任意の調光パターンで光を取り込むことができる乗物用調光パネルを提供する。
【解決手段】本開示の一態様は、乗物の窓を構成する乗物用調光パネルである。乗物用調光パネルは、透光性を有する板状の基材と、基材に重ねて配置された第１透明電極層と、第１透明電極層に重ねて配置されると共に、複数の液晶分子と前記複数の液晶分子を保持する透明高分子層とを有する液晶層と、液晶層に重ねて配置された第２透明電極層と、を備える。第１透明電極層及び第２透明電極層の少なくとも一方は、電気的に互いに独立すると共に、液晶層の板面に沿って並置された複数の電極素子を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

乗物の窓を構成する乗物用調光パネルであって、
透光性を有する板状の基材と、
前記基材に重ねて配置された第１透明電極層と、
前記第１透明電極層に重ねて配置されると共に、複数の液晶分子と前記複数の液晶分子を保持する透明高分子層とを有する液晶層と、
前記液晶層に重ねて配置された第２透明電極層と、
を備え、
前記第１透明電極層及び前記第２透明電極層の少なくとも一方は、電気的に互いに独立すると共に、前記液晶層の板面に沿って並置された複数の電極素子を有する、乗物用調光パネル。

【請求項2】

請求項１に記載の乗物用調光パネルであって、
前記基材の側面から前記基材の内部に光を供給する発光体をさらに備える、乗物用調光パネル。

【請求項3】

請求項２に記載の乗物用調光パネルであって、
前記基材は、
前記第１透明電極層とは反対側に配置された入射面と、
前記第１透明電極層と対向する出射面と、
を有し、
前記出射面は、前記基材の厚み方向及び前記入射面の双方と交差する複数の傾斜面を有する、乗物用調光パネル。

【請求項4】

請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の乗物用調光パネルと、
前記乗物用調光パネルを制御するように構成された制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
調光パターンを記憶するように構成された記憶部と、
前記調光パターンを形成するように前記複数の電極素子に電圧を印加するように構成されたパターン形成部と、
を有する、乗物用調光システム。

【請求項5】

請求項４に記載の乗物用調光システムであって、
前記乗物の乗員の位置を検出するように構成されたセンサをさらに備え、
前記パターン形成部は、前記センサが検出した前記乗員の位置に基づいて前記複数の電極素子への電圧の印加を制御するように構成される、乗物用調光システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、乗物用調光パネル及び乗物用調光システムに関する。

【背景技術】

【0002】

液晶分子を含む液晶層を用いた調光パネルが公知である（特許文献１参照）。この調光パネルでは、液晶層を挟む２つの電極間における電圧の印加及び解除によって、液晶層の透光状態と遮光状態とを切り替える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第４０３１５０６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述の調光パネルでは、調光パネル全体又は調光パネルにおけるライン状の領域に対してのみ、透光状態と遮光状態とを切り替えることができる。そのため、乗物等の窓において任意の調光パターンを形成することができない。

【0005】

本開示の一局面は、乗物の室内に任意の調光パターンで光を取り込むことができる乗物用調光パネルを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様は、乗物（１００）の窓を構成する乗物用調光パネル（１）である。乗物用調光パネル（１）は、透光性を有する板状の基材（２）と、基材（２）に重ねて配置された第１透明電極層（３）と、第１透明電極層（３）に重ねて配置されると共に、複数の液晶分子と前記複数の液晶分子を保持する透明高分子層とを有する液晶層（４）と、液晶層（４）に重ねて配置された第２透明電極層（５）と、を備える。第１透明電極層（３）及び第２透明電極層（５）の少なくとも一方は、電気的に互いに独立すると共に、液晶層（４）の板面に沿って並置された複数の電極素子（５１）を有する。

【0007】

このような構成によれば、画素となる複数の電極素子（５１）それぞれの電圧の印加を制御することで、電極素子（５１）の電圧印加パターンに対応した調光パターンを液晶層（４）に形成することができる。そのため、乗物の室内に任意の調光パターンで光を取り込むことができる。

【0008】

本開示の一態様は、基材（２）の側面（２３）から基材（２）の内部に光を供給する発光体（７Ａ）をさらに備えてもよい。このような構成によれば、雨天や曇天であっても乗物（１００）の室内に光を取り込むことができる。

【0009】

本開示の一態様では、基材（２）は、第１透明電極層（３）とは反対側に配置された入射面（２１）と、第１透明電極層（３）と対向する出射面（２２）と、を有してもよい。出射面（２２）は、基材（２）の厚み方向及び入射面（２１）の双方と交差する複数の傾斜面（２２Ａ）を有してもよい。このような構成によれば、発光体（７Ａ）の光を効率よく液晶層（４）に導光することができる。

【0010】

本開示の別の態様は、乗物用調光パネル（１）と、乗物用調光パネル（１）を制御するように構成された制御装置（１２）と、を備える乗物用調光システム（１０）である。制御装置（１２）は、調光パターンを記憶するように構成された記憶部（１２Ａ）と、調光パターンが形成されるように複数の電極素子（５１）に電圧を印加するように構成されたパターン形成部（１２Ｂ）と、を有する。

【0011】

このような構成によれば、記憶部（１２Ａ）への調光パターンの追加によって、ユーザが新たな調光パターンを利用することができる。

【0012】

本開示の一態様は、乗物（１００）の乗員の位置を検出するように構成されたセンサ（１１）をさらに備えてもよい。パターン形成部（１２Ｂ）は、センサ（１１）が検出した乗員の位置に基づいて複数の電極素子（５１）への電圧の印加を制御するように構成されてもよい。このような構成によれば、乗員の目に入射する光を遮光する制御が可能となる。そのため、乗物（１００）における乗員の快適性が向上する。

【0013】

なお、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態における調光パネルの使用状態を示す模式図である。

【図2】図２Ａは、図１の調光パネルの模式的な平面図であり、図２Ｂは、図２ＡのＩＩＢ－ＩＩＢ線での模式的な断面図である。

【図3】図３Ａ及び図３Ｂは、図１の調光パネルにおける調光パターンの一例である。

【図4】図４Ａは、図２Ｂの基材の模式的な部分拡大図であり、図４Ｂは、図２Ｂの基材の内部における光の進路を説明する模式図である。

【図5】図５は、実施形態における乗物用調光システムを示す模式的な構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．構成］
図１に示す乗物用調光パネル１（以下、単に「調光パネル１」ともいう。）は、自動車１００の窓を構成するパネルである。

【0016】

本実施形態では、調光パネル１は、自動車１００の屋根１０１の一部を構成している。調光パネル１は、自動車１００の外部の光（主に太陽光）を車室内に取り込むように構成されている。調光パネル１は、外部の光の取り込み量を調整することが可能である。

【0017】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、調光パネル１は、基材２と、第１透明電極層３と、液晶層４と、第２透明電極層５と、保護材６と、第１発光体７Ａと、第２発光体７Ｂとを備える。

【0018】

なお、本実施形態では、調光パネル１が自動車１００に取り付けられた状態で、自動車１００の前後方向と平行な軸をＸ軸、自動車１００の左右方向と平行な軸をＹ軸、自動車１００の上下方向（つまり調光パネル１の厚み方向）と平行な軸をＺ軸とする。

【0019】

＜基材＞
基材２は、透光性を有する板状の部材である。基材２は、調光パネル１の最外層を構成している。基材２の材質としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂、ガラスなどが使用できる。

【0020】

＜第１透明電極層＞
第１透明電極層３は、基材２の内側の板面に重ねて配置されている。第１透明電極層３は、導電性及び透光性を有する。

【0021】

第１透明電極層３の材質としては、例えば、インジウム錫オキサイド、酸化インジウム、インジウム亜鉛オキサイド等を主成分とする酸化インジウム系透明電極材料、酸化錫、酸化亜鉛等を主成分とする透明導電膜、ポリアニリン、ポリアセチレン等の導電性高分子化合物などが使用できる。

【0022】

＜液晶層＞
液晶層４は、第１透明電極層３の基材２とは反対側の板面（つまり出射面）に重ねて配置されている。液晶層４は、複数の液晶分子と、透明高分子層とを有する。透明高分子層は、透光性を有する高分子で構成されるマトリクスであり、複数の液晶分子を保持している。複数の液晶分子は、透明高分子層内に分散している。

【0023】

液晶層４に電圧が印加されていない状態では、複数の液晶分子は不規則に配向する。そのため、基材２を通過して液晶層４に進入した光が散乱し、液晶層４の出射面側からの光の視認性が低下する遮光状態となる。

【0024】

一方、液晶層４に対し厚み方向に電圧が印加されると、複数の液晶分子が液晶層４の厚み方向に沿って配向する。そのため、液晶層４に進入した光の散乱が抑えられ、液晶層４の出射面側からの光の視認性が最大化する透光状態となる。

【0025】

＜第２透明電極層＞
第２透明電極層５は、液晶層４の第１透明電極層３とは反対側の板面（つまり出射面）に重ねて配置されている。第２透明電極層５は、第１透明電極層３と共に、液晶層４を厚み方向に挟んでいる。第２透明電極層５の材質は、第１透明電極層３と同様である。

【0026】

第２透明電極層５は、電気的に互いに独立すると共に、液晶層４の板面に沿って並置された複数の電極素子５１を有する。複数の電極素子５１は、Ｘ軸及びＹ軸それぞれに沿った複数の列を有するマトリクス（つまり格子）を構成している。

【0027】

複数の電極素子５１は、１つずつ電圧の印加及びその解除が制御可能である。液晶層４のうち、電圧が印加された電極素子５１と重なる部位は透光状態となり、電圧が印加されていない電極素子５１と重なる部位は遮光状態となる。複数の電極素子５１は、液晶層４における調光パターンを構成する画素に対応する。

【0028】

全ての電極素子５１に電圧を印加することで、液晶層４全体が透光状態となる調光パターンが得られる。一方、全ての電極素子５１に電圧を印加しないことで、液晶層４全体が遮光状態となる調光パターンが得られる。

【0029】

また、複数の電極素子５１のうち任意の電極素子５１に電圧を印加することで、図３Ａ及び図３Ｂに示すような模様を有する調光パターンが得られる。図３Ａは、遮光部分が複数のドット、透光部分が複数のドット以外の領域で構成される調光パターンである。図３Ｂは、遮光部分が幾何学的図形を構成する線、透光部分が幾何学的図形の内部領域で構成される調光パターンである。

【0030】

この他にも、例えば、木の葉をイメージした図形、フラクタル図形等で構成される調光パターンも第２透明電極層５によって形成することができる。このような調光パターンによって、車室内に木漏れ日を再現することができる。その結果、木漏れ日の視覚効果を介して、乗員に対しリラックス効果及び心身の疲労軽減効果を提供できる。

【0031】

＜保護材＞
図２Ｂに示す保護材６は、透光性を有する板状の部材である。保護材６は、第２透明電極層５の液晶層４とは反対側の板面に重ねて配置されている。保護材６は、調光パネル１の最内層（つまり車室の天面）を構成している。保護材６の材質としては、例えば、ポリカーボネート等の樹脂、ガラスなどが使用できる。

【0032】

＜発光体＞
第１発光体７Ａ及び第２発光体７Ｂは、それぞれ基材２の内部に光を供給する。図４Ａに示すように、第１発光体７Ａは、基材２の板面（つまり入射面２１及び出射面２２）と交差する側面２３に取り付けられ、この側面２３から基材２の内部に光を供給する。

【0033】

第１発光体７Ａが取り付けられる側面２３は、基材２において自動車１００の前方の面である。第２発光体７Ｂは、第１発光体７Ａが取り付けられた側面２３とは反対側の側面に取り付けられている（図２Ａ参照）。つまり、第１発光体７Ａと第２発光体７Ｂとは、Ｘ軸に沿って基材２を挟むように配置されている。ただし、第１発光体７Ａと第２発光体７Ｂとは、Ｙ軸に沿って基材２を挟むように配置されてもよい。

【0034】

第１発光体７Ａは、光源７１と、ハウジング７２とを有する。光源７１としては、例えば、太陽光のスペクトルに近いスペクトルの照明光Ｌを出射するＬＥＤが使用できる。光源７１は、Ｙ軸に沿って延伸しており基材２の側面２３と対向している。ハウジング７２は、光源７１を内部に保持すると共に、基材２の端部に取り付けられている。

【0035】

基材２の入射面２１は、第１透明電極層３（図４Ａでは図示省略）とは反対側に配置された板面であり、基材２（図４Ａでは図示省略）と対向している。入射面２１は、凹凸を有しない。

【0036】

基材２の出射面２２は、第１透明電極層３と対向する板面である。出射面２２は、基材２の厚み方向（つまりＺ軸）及び入射面２１の双方と交差する複数の傾斜面２２Ａを有する。複数の傾斜面２２Ａは、出射面２２において入射面２１に向かって凹んだノッチによって構成されている。傾斜面２２Ａを構成するノッチは、例えば、錐形状の凹部又は溝である。

【0037】

図４Ｂに示すように、光源７１から出射され、側面２３を通過した照明光Ｌは、入射面２１での反射と、出射面２２の傾斜面２２Ａ以外の部位での反射とを繰り返しながら基材２の内部を進む。照明光Ｌは、臨界角以下となる入射角で傾斜面２２Ａに到達すると、傾斜面２２Ａを通過して基材２の外部に出射される。これにより、図４Ａに示すように、外部光Ｓと共に照明光Ｌが車室内に向かって出射される。

【0038】

第２発光体７Ｂは、第１発光体７Ａと同様の構成を有する。第２発光体７Ｂから出射された照明光Ｌも、傾斜面２２Ａから車室内に向かって出射される。

【0039】

第１発光体７Ａ及び第２発光体７Ｂによって、雨天、曇天等の太陽光が弱い状態でも、車室内に木漏れ日を再現することができる。また、夜間では、第１発光体７Ａ及び第２発光体７Ｂをドームランプとして使用することができる。

【0040】

［１－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）画素となる第２透明電極層５の複数の電極素子５１それぞれの電圧の印加を制御することで、電極素子５１の電圧印加パターンに対応した調光パターンを液晶層４に形成することができる。そのため、自動車１００の室内に任意の調光パターンで光を取り込むことができる。

【0041】

（１ｂ）第１発光体７Ａ及び第２発光体７Ｂによって、雨天や曇天であっても自動車１００の室内に光を取り込むことができる。
（１ｃ）基材２の出射面２２が傾斜面２２Ａを有することで、第１発光体７Ａ及び第２発光体７Ｂの光を効率よく液晶層４に導光することができる。

【0042】

［２．第２実施形態］
［２－１．構成］
図５に示す乗物用調光システム１０は、図１の自動車１００において、調光パネル１を用いて車室の調光を行う。乗物用調光システム１０は、調光パネル１と、センサ１１と、制御装置１２とを有する。調光パネル１は、第１実施形態で説明したものである。

【0043】

＜センサ＞
センサ１１は、自動車１００の乗員の位置を検出するように構成されている。図１に示すように、センサ１１としては、例えば、車室内の画像を取得するカメラが使用できる。

【0044】

＜制御装置＞
制御装置１２は、調光パネル１を制御するように構成されている。制御装置１２は、例えばプロセッサと、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶媒体と、入出力部と、ネットワーク通信部とを備えるコンピュータ（つまり情報処理装置）である。

【0045】

制御装置１２は、記憶部１２Ａと、パターン形成部１２Ｂと、通信部１２Ｃとを有する。なお、制御装置１２は、自動車１００に搭載されるエレクトロニックコントロールユニット（ＥＣＵ）に組み込まれてもよい。

【0046】

＜記憶部＞
記憶部１２Ａは、複数の調光パターンを記憶するように構成されている。記憶部１２Ａは、例えばサーバからダウンロードされた新たな調光パターンを追加で記憶可能である。

【0047】

＜パターン形成部＞
パターン形成部１２Ｂは、記憶部１２Ａが記憶している調光パターンが形成されるように、第２透明電極層５の複数の電極素子５１に電圧を印加するように構成されている。

【0048】

パターン形成部１２Ｂが形成する調光パターンは、例えば、乗員から制御装置１２への入力によって設定される。また、パターン形成部１２Ｂは、タイマー等により自動で調光パターンを変化させてもよい。

【0049】

また、パターン形成部１２Ｂは、センサ１１が検出した乗員の位置に基づいて、第２透明電極層５の複数の電極素子５１への電圧の印加を制御する。例えば、「調光パネル１を透過した光が当たる位置に乗員の顔（特に目）がある」とパターン形成部１２Ｂが判定した場合、パターン形成部１２Ｂは、乗員の顔に光が当たらない調光パターンに調光パネル１を切り替える。

【0050】

なお、乗員における、調光パネル１を透過した光が当たっている部位の判定は、例えばセンサ１１が取得した画像解析によって行うことができる。

【0051】

＜通信部＞
通信部１２Ｃは、自動車１００の外部のサーバと無線通信を行うように構成されている。通信部１２Ｃは、新たな調光パターンをサーバからダウンロードする。

【0052】

［２－２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）記憶部１２Ａへの調光パターンの追加によって、乗員が新たな調光パターンを利用することができる。

【0053】

（２ｂ）センサ１１が検出した乗員の位置に基づいて複数の電極素子５１への電圧の印加を制御することで、乗員の目に入射する光を遮光する制御が可能となる。そのため、自動車１００における乗員の快適性が向上する。

【0054】

［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

【0055】

（３ａ）上記実施形態の乗物用調光パネルにおいて、第２透明電極層に代えて、第１透明電極層に調光パターンを構成する複数の電極素子が設けられてもよい。

【0056】

（３ｂ）上記実施形態の乗物用調光パネルにおいて、基材の出射面は必ずしも傾斜面を有しなくてもよい。また、乗物用調光パネルは、必ずしも発光体を備えなくてもよい。

【0057】

（３ｃ）上記実施形態の乗物用調光パネルは、自動車以外の例えば、鉄道車両、船舶、航空機等の乗物にも使用できる。また、乗物用調光パネルは、乗物の屋根以外の部位（例えば側壁等）に設けられる窓にも適用できる。

【0058】

（３ｄ）上記実施形態の乗物用調光システムは、必ずしも乗員の位置を検出するセンサを備えなくてもよい。パターン形成部は、必ずしも乗員の位置に基づいて複数の電極素子への電圧の印加を制御しなくてもよい。

【0059】

（３ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

【符号の説明】

【0060】

１…乗物用調光パネル、２…基材、３…第１透明電極層、４…液晶層、
５…第２透明電極層、６…保護材、７Ａ…第１発光体、７Ｂ…第２発光体、
１０…乗物用調光システム、１１…センサ、１２…制御装置、１２Ａ…記憶部、
１２Ｂ…パターン形成部、１２Ｃ…通信部、２１…入射面、２２…出射面、
２２Ａ…傾斜面、２３…側面、５１…電極素子、７１…光源、７２…ハウジング、
１００…自動車、１０１…屋根。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】