JP2007505338A - 内蔵ディスプレイを備える鏡 - Google Patents

Abstract

例えば前面に配置される偏光鏡（２）を備えるLCDディスプレイ（５）に基づく、表示目的で同時に用いられ得る鏡装置（１）が開示される。偏光鏡（２）は、ディスプレイから看者（３）への光の透過を妨げないが、入射光を反射する特徴を有する。偏光鏡（２）の前に配置されるスイッチ可能な光学要素（１４）に関する、組み合わされた視野角及び反射の問題が解消される。

Description

本発明は、第１型の偏光の光を観賞側へ反射する第１面を有する観賞目的の偏光鏡であって、前記鏡が、第２型の偏光の光を通過させ、非観賞側に表示装置を具備し、前記表示装置が、使用時に、前記第２の偏光の光を提供する偏光鏡に関する。この出願における「観賞目的の鏡」又は「表示鏡」は、鏡を言及し、人間の目（又は（赤外線）カメラレンズのような人工の目）は、該鏡を介して外側の世界の反射された部分を見る。例として、バスルーム鏡、試着室における完全長鏡又は鏡状の壁などの、大型鏡を想像し得る。他の例は、トラック用の外部鏡又は化粧テーブル鏡などの中型寸法の鏡である。

「第１型の偏光の光を反射する第１面を有する」というのは、鏡面が偏光面として動作することを意味される。使用時に、偏光面における入射光の特定の範囲の波長内の光は、２つの成分に分割され、成分の１つは、偏光面によって反射され、成分のもう一つは、偏光面を通過する。一般的に最も知られているのは、直線偏光され、互いに垂直な偏光方向を有する２つの成分への光の分割である。他方で、光は、右手及び左手円又は楕円偏光に分割され得る。

上記の種類の表示鏡は、2002年3月18日出願の係属中欧州特許出願第02076069.2号及び2002年10月17日出願の第02079306.3号(=PHNL021038)において開示される。鏡機能は、表示装置の前において一部反射する層の代わりに偏光鏡すなわち反射型偏光子を導入することによって得られる。

通常の実施において、斯様な鏡の反射率は、最適にすなわち可能な限り高く選択される。結果として、好ましくは実質的に全ての光、又は可能な限り多くの光が、最適機能のためには反射されるべきである。それにもかかわらず、本発明に従う鏡は、観賞側へ第１型の偏光の光を反射し、第２型の偏光の光を通過させるが、更には、非観賞側に表示装置を具備され、該表示装置は、使用時に第２型の偏光の光を供給する。

表示装置は、使用時に（偏光された）光を放射又は反射する。

第２型の偏光された光の偏光（方向）を、装置によって放射される偏光された光の偏光（方向）に適合させることによって、実質的に１００％の透過率が達成され、反射される画像に関して高コントラストの表示情報になる。

しかし、鏡の一部がディスプレイとして用いられる場合、鏡面の他の部分において、鏡の機能は有効状態を維持する。生じる反射は、昼光の可視性及びコントラストの低下を引き起こす。他方において、鏡として用いられる場合、唯１つの偏光成分のみが反射されるので、反射率は、約５０％のみである。

更に、鏡寸法が表示寸法より大きく、ディスプレイがオフの場合、（暗い）ディスプレイとディスプレイ領域外側の鏡背景との間に違いが目視し得る。これら問題を解消するために、好ましくは、スイッチ可能な光学要素が、表示装置と偏光鏡の観賞側との間に存在する。

１つの実施例において、例えばディスプレイが、液晶表示装置である場合、スイッチ可能な光学要素は、スイッチ可能な1/2λプレートである。

更に好ましい実施例において、偏光鏡の観賞側は、例えばゲスト・ホストシステムに基づくスイッチ可能な偏光子を具備される。

しかし、スイッチ可能な光学要素が、スイッチ可能な1/2λプレート又はゲスト・ホストシステムであったとしても、特に反射モードにおける問題は、スイッチ可能な光学要素の角度依存性である。これらの要素は、電気異方性な配向されたＬＣ分子に基づき、高電圧においても、これらの分子は（液晶材料が正電気異方性を有する場合）、前記基板における固着が原因で、基板に垂直な方向に達しない。このことは、看者は、ある方向から、前記分子の軸に沿って見ていることが可能であるが、看者は、別の方向から、低い輝度を有するディスプレイを見ることを意味する。

本発明は、目的の１つとして、これらの問題を少なくとも部分的に解消することである。更なる目的は、斯様な鏡ディスプレイの反射率を向上することである。

この目的を達するために、本発明による偏光鏡は、観賞側に２つの光学状態間でスイッチ可能である偏光手段を有し、前記偏光手段が、２つの基板間に液晶層を備え、前記基板の少なくとも１つが、光学状態のうちの１つにおいて少なくとも２つの配向の方向に液晶分子の配向をする配向手段を有する。

異なる配向の方向を（異なるパターン化されたドメインに）導入することによって、偏光鏡ディスプレイが鏡モードで用いられる場合に、不所望な反射の減衰が増加される。この減衰は、特に、スイッチ可能な偏光子がゲスト・ホストシステムに基づく場合に非常に効果的である。

異なる配向の方向（ドメイン）は、異なる方向へのラビング、（マスクを用いた）フォト配列又はラングミュアブロジェット(Langmuir-Blodgett)層などの、ＬＣＤ技術において通常既知である技術を用いることによって達成され得る。

本発明のこれら及び他の態様は、以下に記載の実施例から明らかであり、これら実施例を参照にして説明される。

図面は、概略的であり、縮尺通りに描かれていない。対応する要素は、同一の参照符号によって概ね記されている。

図１は、ガラス板４に光を反射する鏡２を有する、観賞目的の鏡装置１を示し、これにより、人間３は、彼の画像３’（及び更に、図示されない背景）を見る。本発明により、鏡（板）は、第１型の偏光（方向）の光のみを反射するが、第２型の偏光（方向）の光を通過させる。更に、鏡は、非観賞側に表示装置５を具備される（図２も参照）。

この例における表示装置５は、２つの基板（ガラス若しくはプラスチック又は他の如何なる適した材料）の間において液晶材料６を有する液晶表示装置である。ほとんどの液晶表示装置が、偏光効果に基づくので、ディスプレイ５は、使用時に、偏光された光を実質的に放射する。通常、バックライト１０からの光は、液晶表示効果によって変調される。液晶表示装置が、偏光効果に基づくので、ディスプレイ５は、第１偏光子８及び、特定の偏光（方向）の光を通過させる第２偏光子（又は分析器）９を備える。

この特定の偏光の光は、第２型の偏光（方向）と同一の（直線）偏光方向を有するので、いかなる光の損失もなしに（１００％の透過率）、鏡（板）２を通過する。

ほとんどの液晶表示装置は、直線偏光の変調に基づくので、直線偏光子８及び９が用いられ、鏡２は、例えば誘電層のスタックなどの直線偏光選択型鏡でもあり、各層が、（スペクトルの平均値又は）選択された波長の４分の１の光学厚みを有し、一方で該層は、選択された屈折率を有する。別の可能性は、１つの偏光に関して透過性であり、直交する偏光に関して反射的であるいわゆるワイヤ格子偏光子（細い伝導ワイヤの格子）の使用である。

鏡及び表示装置が、互いに対して、第１面に略垂直な軸に関して回転可能である場合、ディスプレイによって放射される偏光に関する透過率は、この透過率が、変調された光の偏光（方向）と鏡２を通過する光の偏光軸との間の角度に依存するので、可変である。斯様にして、ディスプレイからの画像は、所望である場合に、単に鏡を回転することによって、薄暗くされる又はオフにされ得る。

他方で、特定の応用例において、鏡応用例における反射画像に対して表示される情報の高コントラストの効果を得るために、例えば（有機）発光ダイオード又は他のディスプレイからの光を偏光することも魅力的であり得る。

図３は、本発明による鏡の一部を示し、更に光学要素１２すなわち1/2λ板を備える液晶ディスプレイ１１が用いられ、該1/2λ板は、直線偏光選択型鏡２と偏光子すなわち直線偏光鏡１６との間に配置される。必要であれば、装置は、反射器１３を具備される。

図４は、この鏡の動作原理を示す。ディスプレイ１１は、第１偏光方向１５’の直線偏光１５を、直接的に、又は光を偏光子又は直線偏光鏡１６を通過させることの何れかにより放射する。鏡２及び１６の偏光方向は、９０度の角度をなす。

入射光２０は、鏡２において部分的に（この例において２０’で示される１つの偏光方向を）反射する（矢印２１）。スイッチ可能な半ラムダ板１２が「オフ」（図４ａ）又は「不活性」である場合、残りの部分（この例において２０”で示される他の偏光方向）は、前記スイッチ可能な半ラムダ板１２を通過し、直線偏光鏡１６において反射される。反射の後に、偏光方向２０”を有する反射光は、スイッチ可能な半ラムダ板１２及び直線偏光選択鏡２を再び通過する（矢印２２）。そして結果として、略全ての入射光は、反射される。

この状況において、ディスプレイからの偏光方向１５’の偏光は、直線偏光鏡１６（及び直線偏光選択型鏡２）及びスイッチ可能な半ラムダ板１２を通過するが、直線偏光型選択鏡２によってブロックされる。

半ラムダ板１２が、「オン」（図４ｂ）又は「活性」である場合、半ラムダ板１２は、両方の鏡２及び１６間においてディスプレイ光の偏光方向（１５”）を他の偏光方向（１５’）へ回転させ、これにより、スタックを、放射されるディスプレイ光に関して透明にする。この場合、入射光２０の偏光方向２０’は、スイッチ可能な半ラムダ板１２を通過し、液晶ディスプレイ１１によって反射されない。２０”で示される他の偏光方向は、直線偏光鏡１６によって反射され（２０'''で示される）、スイッチ可能な半ラムダ板１２及び直線偏光選択鏡２を通過する（矢印２３）。したがって、装置は、（半ラムダ板が「オン」であり、この例において放射光に関して透明である）表示板と、（半ラムダ板が「オフ」である）全ての入射光を反射する鏡状態との間においてスイッチ可能であり得る。

スイッチ可能な半ラムダ板は、例えば、光学位相遅延d.Δnが約２００〜４５０nmの範囲と等しくあるように、反平行ラビング配向層（anti-parallelly rubbed orientation layer）を有し液晶で満たされた標準面ＬＣＤセルを用いることによって、既知のＬＣＤ技術を用いて実現され得る。代わりに、垂直配列ＬＣセルが、スイッチング方向に関していくらかの予備配向を用いて使用され得る。この場合、高複屈折ＬＣ混合物が用いられ得、この場合に変調電圧が、位相遅延を調整する。

別の実施例において、スイッチ可能なＬＣＤセル基板が、電極及び配向層を設けられ、配向の方向は、互いに９０°の角度をなす。このいわゆるねじれネマティック（ＴＮ）モードは、液晶の複屈折率及び厚さの積が、可視光の波長に関して半波長関数を不感にする、いわゆるGooch及びTarry曲線の第１最小値である場合に特に有益である。

また追加的なフィルムも、視野角への効果を向上するために利用され得る。スイッチ可能な位相子が、前面反射偏光子及び第２反射偏光子の間に挿入される多くの場合、初期の中立的な色をした画像は、より広い視野角で特定の色を加え得る。この効果は、液晶材料の角度依存複屈折率に関してよく理解されており、負性Ｃ板又は傾けられた位相遅延層などの追加的な位相遅延層によって、補償され得る。

またこの点に関して、面スイッチング（ＩＰＳ）モードも用いられ、「オフ」状態において、ＬＣ分子は、偏光子に対して平行であり（位相遅れなし）、一方で、「オン」状態において、ＬＣ分子は、偏光子（半ラムダ板）に対して４５°で配列される。

図５は、反射を低減するのに非常に適した更なる実施例を示す。ここで、スイッチ可能な光学要素は、偏光鏡の観賞側に設けられるスイッチ可能なフィルタ１４である。ディスプレイ１１は、第１偏光方向１５’の直線偏光１５を放射する。フィルタ１４の偏光方向及び偏光鏡２の偏光方向は、同一（１５’）である。したがって、ディスプレイスタックから放射される光は、偏光フィルタ１４の状態に依存せず、透過されて、何の影響もされない。

入射光２０（この例において２０”で示される１つの偏光方向）は、部分的にスイッチ可能な偏光フィルタ１４を通過する。スイッチ可能な偏光フィルタ１４が「オフ」（図５ａ）の場合、２０”で示されるこの部分の光は、直線偏光選択鏡２において反射される。反射の後（矢印２１）、偏光方向２０”を有する反射光は、スイッチ可能な偏光フィルタ１４を再び通過する（矢印２２）。（偏光方向２０’を有する）光の他の部分は、鏡２を介して透過され、最終的にディスプレイの大半に吸収される。結果として、約半分の入射光は、反射される。

偏光フィルタ１４が「オン」である場合（図５ｂ）、偏光フィルタ１４は、図５ａにおいては鏡２において通過された及び反射された偏光方向２０”を有する光を吸収する。他の成分（２０’）は、鏡２を通過し、ディスプレイに同様に吸収される。結果として、何の入射光も反射されない。したがって、スタックは、反射を抑える表示状態（フィルタが「オン」）と、入射光を（部分的に）反射する鏡状態（フィルタが「オフ」）との間においてスイッチされるのが可能である。

スイッチ可能な偏光子に関して、いくつかの可能性が存在する。１つの実施例において、スイッチ可能な半ラムダ板１２及び直線偏光鏡１６の図４における組合せと類似の、受動直線偏光子及びスイッチ可能な半ラムダ位相遅延器から構築される。斯様なスタックは、常に偏光子であるが、スイッチ可能な配向軸を備え得る。

他のスイッチ可能な偏光子は、いわゆるゲスト・ホストシステムによって提供され、二色性染料が、ネマティック又はキラルネマティック液晶（ＬＣ）層において溶解される。染料分子（ゲスト）は、ＬＣ分子（ホスト）の存在によって配向される。層に電界を印加することによって、ＬＣ分子が再配向し、染料分子は、この再配向に従う。斯様なスタックは、１つの偏光を吸収するか透明のいずれかである。液晶混合物に加えられ得るいくつかの適した染料が、図６に示される。

図４及び５の実施例において、スイッチ可能な光学要素（偏光フィルタ１４及び半ラムダ板１２）が「オフ」である場合、何の電力も必要とされず、入射光は完全に反射される（この状態において、ディスプレイ自体は、オフであり、何の光も透過されないので、エネルギを節約し得る）。「表示状態」において、スイッチ可能な光学要素偏光フィルタ１４（半ラムダ板１２）は、「オン」であり、すべての入射光を抑制する一方で、全ての光がディスプレイから通過するのを可能にする。

図７は、図５の装置がゲスト・ホストシステムよって提供される斯様な半ラムダ板又はスイッチ可能な偏光子を用いる場合に発生する問題を示す。これらのコンポーネントは、異方性配向ＬＣ分子２５に基づき、壁２６及び２７に配列されることによる配向特性は、ＬＣＤの特性と類似し、すなわち、１つの特定の方向２８に関する好ましい角度の選択は、配向条件及び電圧等に依存する。この角度依存性により、看者２９は、放射するディスプレイの代わりに鏡を見ている一方で、別の看者２９’は、鏡ではなくディスプレイを見ることもある。

このことは、より少ない程度に、スイッチ可能な半ラムダ板がＬＣＤ技術を用いて実現されるので、図３の装置においても生じる。

本発明により、ＬＣ分子が方向付ける配列層にドメインを設けることは、複数ドメイン構造（パターン化された構造）を提供する。複数ドメイン構造を得る方法は、ＬＣＤ技術分野において周知であり、マスク露出を用いたフォトアライメントステップと、様々なラビング工程間においてリソグラフィと組み合わせたラビングステップとを含む。

結果が図８に示され、組み合わされた異なる干渉方向２８及び２８’に関して最適化された配向を有する２つ又はそれ以上のドメインを有する装置を示す。看者２９及び２９’の両方は、ここで、鏡ではなく、ディスプレイを見る。原理として、この配向の相違は、画像要素レベルで行われる。また２つより多い、例えば４つの配向方向も可能である。

別の有利な点、特にゲスト・ホストシステムによって提供されるスイッチ可能な偏光子を用いる場合における有利な点は、特に表示モードで用いられる場合の不所望な反射の減衰である。しかし、偏光フィルタ１４に（又は半ラムダ板１２に）複数ドメイン構造３０^ａ及び３０^ｂを導入することによって、染料分子３１は、斜め入射光のより多くの部分を吸収するように、配向される（図８ａを参照）。光線３２は、ドメイン３０^ｂの方向３３に沿って配向される分子３１によって減衰される。同様にして、（鏡２を通過した後の光線３２の反射部分である）光線３４は、ドメイン３０^ａの方向３５に沿って配向される分子３１によって減衰される。図７の単一ドメイン構成であった場合、光線３４は、ドメイン３０^ａの方向３５に沿って配向される分子３１に平行又はほとんど平行にされており、更なる減衰を与えるのを難しかったであろう。

したがって、複数ドメインゲスト・ホストシステムは、これらの反射を、看取方向（矢印３６）以外のいかなる方向にも減衰する。これにより、ゲスト・ホストシステムにおける複数ドメインは、コントラストの向上に劇的に貢献する。

鏡モードにおいて（図８b参照）、ゲスト・ホストシステムは、看取方向に平行な染料分子を配列化することによって不活性にされ、最適鏡画像に導く（矢印３７）。この配列は、通常のLCDディスプレイにおける複数ドメインの状態に似せるようにし、複数ドメイン状態がほとんど失われる。

本発明の保護範囲は、記載される実施例に制限されない。例えば、鏡２が、偏光効果を有するので、所望であれば、図２における第２偏光子（又は分析器）９が削除され得る。必要であれば、ガラス板４及び鏡２は、特定の応用例において置き換えされ得る。

バックライト透過性液晶表示装置が記載されているが、反射型液晶表示装置の使用は、排除されない。

他方で、言及されるように、例えば（有機）発光ダイオードからの光が偏光され得る、すなわち鏡応用例における反射画像に対して、高コントラストの表示情報の効果を得るために他の表示効果を用いることも魅力的であり得る。

導入において言及されるように、１つより多いディスプレイが鏡に一体化され得、他の多くの応用例領域（バックミラー又は合わせ鏡等）が想像され得る。いくつかの応用例において、行列形状が用いられる場合、適切な駆動回路を用いて、鏡状態及び表示状態の間におけるスイッチングがローカルに行われ得る。

この特定の要素とは別に、１つに組み合わせられ得る、例えば、鏡２及びスイッチ可能な半ラムダ板１２又はスイッチ可能な偏光子１４の組合せが想像され得る。

本発明は、各々の新たな特徴又は特徴の組合せに属する。請求項における参照符号は、請求項の保護範囲を制限しない。「有する」という動詞及びその活用形の使用は、請求項に記載される以外の要素の存在を排除しない。単数形の構成要素の使用は、複数個の斯様な構成要素の存在を排除しない。

図１は、本発明による鏡装置の可能な実施例である。 図２は、本発明による鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図３は、本発明による別の鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図４ａは、本発明が適用可能である別の鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図４ｂは、本発明が適用可能である別の鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図５ａは、本発明が適用可能である別の鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図５ｂは、本発明が適用可能である別の鏡装置の一部の概略的な断面図である。 図６は、スイッチ可能な偏光子を得るために液晶混合に加えられ得る、適した染料を示す。 図７は、本発明を説明する、鏡装置の概略的な断面図である。 図８ａは、本発明により鏡装置の一部の概略的断面図である。 図８ｂは、本発明により鏡装置の一部の概略的断面図である。

Claims (4)

1. 看取側に第１型の偏光の光を反射する第１面を有する看取目的の偏光鏡であって、前記偏光鏡が、第２型の偏光の光を通過させ、非看取側に表示装置を具備し、前記表示装置が、使用時に第２型の偏光の光を供給し、前記偏光鏡が、前記看取側に、２つの基板の間に液晶層を備えるとともに２つの光学状態の間でスイッチ可能である偏光手段を有し、前記基板のうちの少なくとも１つが、前記光学状態のうちの１つにおいて、液晶分子を少なくとも２つの配向方向に配向する配向手段を有する、
   偏光鏡。
2. 前記基板が、前記表示装置の画像要素に関する各領域に関して、異なる配向方向を有するドメインを有する、請求項１に記載の偏光鏡。
3. 前記２つの基板間における前記液晶層が、染料を有する、請求項１に記載の偏光鏡。
4. 前記スイッチ可能な偏光手段が、パターン化された1/2λ位相子及び偏光子を備える、請求項１に記載の偏光鏡。

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