JP4927557B2 - ディスプレイ内蔵ミラー - Google Patents

Description

本発明は、第１種の偏光の光を、見る側に反射する第１の面を有する、見る目的用の偏光ミラーに関する。当該偏光ミラーは、第２種の偏光の光を通過させ、見る側ではない側にディスプレイ装置を具える。使用中の該ディスプレイ装置は、第２種の偏光の光を提供する。当該偏光ミラーは、第２種の偏光の光を通過させ、かつ第１種の偏光の光を反射する状態と両種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能である。

この出願における「見る目的用ミラー」もしくは「ディスプレイミラー」は、ミラーに言及し、前記ミラーを通して人の眼（もしくは（赤外線）カメラレンズのような人工眼）が外界の映し出された部分が見えるようなミラーである。例として、浴室ミラー、試着室の等身大ミラーもしくは平坦なミラー張りの壁のような大きなミラーを考えることができる。他の例は、トラック用の外部ミラーや化粧台ミラーのような中間サイズのミラーである。

「第１種の偏光の光を反射する第１の面を有する」とは、ミラー面が偏光面として機能することを意味する。使用時には、偏光面上に入射する光の波長のある特定の範囲内での光は２つの成分に分けられ、一方の成分は偏光面によって反射され、他方の成分は偏光面を通過する。一般に知られているのは、直線的に偏光された直交方向の偏光をもつ２つの成分における光の分割である。この特別な用途では、光は、一般的に右回りと左回りの円偏光に分割されるべきであることが想定されるが、本発明は、直線的に偏光された２つの直交方向の偏光に分割される光同様に適用できる。

円偏光に基づく例におけるディスプレイは、第２種の円偏光の光を提供することが想定され、直線的、もしくは非偏光（例えばバックライトを有するＬＣＤ）の光を放つもしくは提供するディスプレイを排除していない。ＬＣＤによって一般に提供されるような直線偏光は、４分の１ラムダ板により円偏光に変換でき、一方、例えば（Ｏ）ＬＥＤディスプレイまたはプラズマディスプレイによって一般に提供されるような非偏光は、２分の１ラムダ板（リターダー）により円偏光に変換できる。

上述した種類のディスプレイミラーは、２００２年３月１８日に出願された欧州特許出願第０２０７６０６９．２号および２００２年１０月１７日に出願された欧州特許出願第０２０７９３０６．３号に記載されている。ミラー機能は、ディスプレイ装置の前面に、一部に反射層を用いる代わりに偏光ミラーもしくは反射型偏光子を導入することによって得られる。

理論的には、ミラーモードでは、入射光の全反射は可能であると同時に、ディスプレイモードでは、反射光の完全な抑制は、現在の概念で達成することができるけれども、これは、実際には達成されない。より広範囲の可能な実施形態が、最適な組合せを選択するため、前記欧州特許出願に示されている。特定の問題は、示されている実施形態が、産業上市販されている偏光ミラー（積層されたリターダー箔）に基づいており、ミラー表面の平滑性が保証されていないことである。さらに、前記実施形態での反射は最適ではない。

本発明の目的の１つは、これらの問題を少なくとも部分的に解決することである。

このため、本発明に従う偏光ミラーは、見る側ではない側であって、ディスプレイ装置との間に、切替可能な偏光子を有する。

この切替可能な偏光子は、第１種の偏光の光を通過させかつ第２種の偏光の光を反射する状態と、両種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能である。他方では、前記偏光子は、第２種の偏光の光を通過させかつ第１種の偏光の光を反射する状態と、両種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能である。後者の場合には、リターダー(光移相器)層は、前記偏光ミラーと切替可能な前記偏光子との間に設けられ、第１種の偏光から第２種の偏光にあるいはその反対に、偏光の種類を変化させる。切替可能な偏光ミラーと切替可能な偏光子の組合わせにより、ミラー状態において高反射が保証される。

前記偏光ミラーと切替可能な偏光子は、いずれもコレステリック偏光子であることが好適である。

本発明のこれらの面および他の面を、以下に説明する実施形態から明らかであり、かつそれらの実施形態を参照しながら明らかにするであろう。

図１は、見る目的用ミラー装置１であり、このミラー装置１は、ある人３が自分の像３´（およびその他の図示しない背景）を見ることができるように、光を反射するミラー２、この図の実施例では、コレステリックミラーを、ガラス板又はその他の基板４の上に具えている。本発明によれば、一の状態における前記ミラー（面）は、第１種の偏光（よじれ（twist）、例えば右回り）を反射するのみで、第２種の偏光（逆よじれ、左回り）を透過させる。さらに、当該ミラーは、その非表示側にディスプレイ装置５を具えている（図２参照）。

この実施例におけるディスプレイ装置５は、２枚の基板（ガラス、プラスチックもしくはその他好適な材料）の間に液晶材料７を具える液晶ディスプレイ装置である。ほとんどの液晶ディスプレイ装置は偏光効果に基づくので、使用中のディスプレイ５は、偏光を実質的に発する。一般には、液晶ディスプレイ効果によって、バックライト１０からの光を変調する。液晶ディスプレイ装置は偏光効果に基づくので、ディスプレイ装置５は、第１の偏光子８と、ある特定の偏光（よじれ）の光を通過させる第２の偏光子（もしくは検光子）９を具える。

この特定の偏光よじれの光が、第２種の偏光子と同じ偏光よじれを有していれば、この光は、いずれの光損失なしに（１００％の透過率で）、ミラー（面）２を通過する。

ほとんどの液晶ディスプレイ装置は、直線偏光の変調に基づくので、通常は直線偏光子８、９が用いられる。ミラー２は円偏光効果に基づくので、（図示しない）４分の１ラムダ（波長）板を用いてディスプレイからの光を円偏光にする。

一方、ある用途では、ミラー用途における鏡像に対して、表示される情報の高いコントラスト効果を得るために、例えば（Ｏ）ＬＥＤもしくは他のディスプレイからの光を偏光することがむしろ魅力的であるかもしれない。

図３ａ、図３ｂは、本発明に従うミラーディスプレイ装置の一部を示したものであり、このミラーディスプレイ装置では、ミラー２は、第２種の偏光の光を通過させかつ第１種の偏光の光を反射する状態（図３ｂ）と、両種の偏光の光を通過させる状態（図３ａ）との間で切替可能である。この実施例では、ミラー２は切替可能なコレステリック偏光子である。

本発明によれば、第２の切替可能な（コレステリック）偏光子１１は、ディスプレイ装置５と偏光ミラー２の間に設けられ、この切替可能な偏光子１１は、第１種の偏光の光を通過させ、かつ第２種の偏光の光を反射する状態と、両種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能である。ディスプレイ装置５として液晶ディスプレイ装置１５を用いるときは、４分の１ラムダ板６をさらに具える。ほとんどの液晶ディスプレイ装置は直線偏光の変調に基づくので、（図示しない）４分の１λ板を用いてディスプレイからの光を円偏光にする。この場合（ディスプレイモードを示す図３ａ）では、ディスプレイ装置５は、第２種の偏光（（左）円偏光、矢印２０）の光を発する。切替可能な（コレステリック）偏光子１１および偏光ミラー２の双方が、両種の偏光の光を通過させる状態（オフ状態）にあるので、この（左）円偏光は、偏光子１１および偏光ミラー２の双方を通過（矢印２０′、２０″）し、（理論的には）１００％の透過率となる。同じ理由で、入射光３０は、偏光ミラー２および偏光子１１の双方を通過（矢印３０′、３０″）し、その後、ディスプレイ装置５により吸収されるが、このディスプレイモードでは、いくつかの（非）偏光３１（もしくは他のいかなるスプリアスな光）が反射されうる。

ミラーモード（図３ｂ）では、ディスプレイ装置５は第２種の偏光（（左）円偏光、矢印２０）を発し、一方、切替可能な（コレステリック）偏光子１１は、第２種の偏光の光（矢印２５）を反射し、この第２種の偏光の光は再度ディスプレイ装置５に吸収される。

偏光ミラー２は、入射光（矢印３０）の矢印３５によって示されるこの実施例では、一の偏光よじれ（右回り）を部分的（５０％）反射し、（左）円偏光（矢印３０′、残りの５０％）を通過させる。切替可能な（コレステリック）偏光子１１は、前記（左）円偏光を再度反射し、一方、偏光ミラー２は、前記光（矢印３５′、３５″）を通過させ、（理論的に）１００％の反射となる。

図３の実施例では、偏光ミラー２および偏光子１１の双方は、スイッチオフされる。この場合、ミラーはなく、ディスプレイを、その上に重ね合わされる反射光がない状態で見ることができる。コレステリックミラー２が作動し透明になりさえすれば、周囲の光の半分が反射されると同時に、ＬＣＤ源から発する光が全て透過されるようになる。

図３の実施例では、切替可能なコレステリックミラー２が、（それぞれ左回り、右回りの偏光を反射する）反対方向の切替可能なコレステリック偏光子との組合せで示されている。同様な方法で、図４ａ、４ｂは、同様な切替可能なコレステリックミラー２を具える装置を示すが、この場合、同じ方向（両者とも、左回り（もしくは右回り）の偏光を反射する）の切替可能なコレステリック偏光子の組合せである。図３に関して述べたものと同様の効果を、この場合は２分の１ラムダ（波長）リターダー１２をコレステリックミラー２と、切替可能なコレステリック偏光子１１との間に導入することで得ることができる。この２分の１ラムダリターダー１２は、広帯域なリターダーであってもよいが、約５７０ｎｍの波長の周りに集中することが好適である。結果として、原理上、実質的にすべての入射光が、このディスプレイモードで反射される。また、スプリアスな光の効果は減少する。前述したコレステリック偏光子を通過する光は、より大きな入射角で楕円偏光になることができる。この楕円形に補償するために、このシステム内で負の複屈折を有する別のリターダーを用いることができる。同じ方向のコレステリック偏光子を用いる場合には、そのような遅延板を、例えば図４ａ、４ｂの２分の１ラムダ板の下に置くことができる。コレステリック偏光子が同じ方向を持つ場合には、負の複屈折を有するリターダーのみを、２分の１ラムダリターダーなしに用いることができる。

切替可能なコレステリック偏光子（ミラー）２、１１は、カイラルネマチック相（chiral nematic phase）内で無反応ＬＣ分子の存在のもと、モノとジアクリレート（mono and diacrylates）を重合することで製造することができる。重合中に、いくつかの混合物は、相分離する傾向を示す。この傾向は種々のパラメータに影響されうる。例えば、開始剤濃度やＵＶ強度のような動的鎖長（kinetic chain length）を決定する因子は、反射帯域の幅に大きく影響する。ポリマーの分子量とともに知られているように、モノマーとの混和性は減少する。重合中のゲルにおいて、濃度変動に至るそのような相分離が生じる。これらの変動は、架橋の存在により固定され、その系は、動的に安定のままである。このネットワーク構造内の非均質化および変化は、時間と温度の関数として観察される。そのような相分離はまた、ジアクリレート分子のみを含有するゲルでも観察される。また、励起状態抑制剤（excited state quenchers）とされる化合物をモノマー混合物に加えると、コレステリックミラーの帯域幅の更なる増加が得られることが見出された。励起状態抑制剤を含有する系に関し、時間の関数としてのコレステリックミラーの帯域幅における変化を、図５に示す。ある特定の時間の経過後、帯域幅は、ある特定値に達する前は増加し始め、その後は同じ値のままであることが分かる。

このコレステリックミラーの帯域幅の温度依存性を図６に示す。温度の上昇に伴い、反射帯域の位置はほとんど一定のままであり、僅かな減少のみが反射帯域で観察されうる。これらの広帯域なコレステリックゲルは、銀色の反射状態と非反射の透明状態との間で可逆的に切替えることができる。電場の適用下では、、コレステリック構造が消失し、セルが透明になる。電圧の解除下では、セルは急速に元の銀色の反射状態に戻る。

本発明の保護範囲は、上記の実施形態に限定されない。例えば、ミラー２は偏光効果を有するため、必要ならば、図２の第２の偏光子（または検光子）９を取り除くことができる。

バックライト付き透過型液晶ディスプレイ装置について説明したけれども、反射型液晶ディスプレイ装置の使用を排除するものではない。

一方、例えば、（Ｏ）ＬＥＤからの光を示したように、プラズマディスプレイまたは電気泳動型ディスプレイが偏光してもよく、あるいは、ミラー用途における鏡像に対する表示情報の高いコントラスト効果を得るために、他のディスプレイ効果を用いることがむしろ魅力的であるかもしれない。

また、２個以上のディスプレイ５をミラーに一体化することができ、他の多くの応用分野が考えられる（バックミラー、試着室等）。適切な駆動回路をもつ幾つかの用途では、行列形式（matrix form）を用いるならば、ミラー状態とディスプレイ状態との間の切替を局所的に行うことができる。

本発明は、ありとあらゆる新規な特性、およびありとあらゆる特性の組合せにある。請求項中の参照数字は、それらの保護範囲を制限するものではない。動詞「有する」およびその活用形の使用は、請求項中に記載されている要素以外の要素の存在を排除しない。要素に付与した冠詞「ａ」または「ａｎ」は、そのような要素が複数存在することを排除しない。

本発明に従うミラー装置の実現可能な実施形態である。 本発明に従うミラー装置の一部分の概略断面図である。 本発明に従うミラー装置の一部分の概略断面図である。 本発明に従うミラー装置の一部分の概略断面図である。 本発明に従う他のミラー装置の一部分の概略断面図である。 本発明に従う他のミラー装置の一部分の概略断面図である。 コレステリックミラーの帯域幅を、製造中の時間の関数として示すグラフである。 コレステリックミラーの帯域幅の温度依存性を示すグラフである。

Claims (4)

1. 第１種の偏光の光を見る側に反射する第１の面を有する、見る目的用の偏光ミラーであって、
   当該偏光ミラーは、第２種の偏光の光を通過させ、見る側ではない側にディスプレイ装置を具え、該ディスプレイ装置は使用中に前記第２種の偏光の光を提供し、
   当該偏光ミラーは、前記第２種の偏光の光を通過させかつ前記第１種の偏光の光を反射する状態と、前記第１種及び第２種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能であり、
   当該偏光ミラーは、前記見る側ではない側において、該ディスプレイ装置と当該偏光ミラーとの間に切替可能な偏光子を有し、
   該切替可能な偏光子は、前記第１種の偏光の光を通過させかつ前記第２種の偏光の光を反射する状態と、前記第１種及び第２種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能であるか、あるいは、前記第２種の偏光の光を通過させかつ前記第１種の偏光の光を反射する状態と、前記第１種及び第２種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能である、
   偏光ミラー。
2. 前記切替可能な偏光子が、前記第２種の偏光の光を通過させかつ前記第１種の偏光の光を反射する状態と前記第１種及び第２種の偏光の光を通過させる状態との間で切替可能であるとき、当該偏光ミラーは、当該偏光ミラーと前記切替可能な偏光子との間においてあたえられるリターダー層を有し、
   該リターダー層は、前記第１種の偏光から前記第２種の偏光にあるいはその反対に、偏光の種類を変化させるよう構成される、
   請求項１記載の偏光ミラー。
3. 前記偏光ミラー及び前記切替可能な偏光子は、コレステリック偏光子である、
   請求項１記載の偏光ミラー。
4. 前記リターダー層は二重層を備え、負の複屈折をもつリターダーを有する、
   請求項２記載の偏光ミラー。

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