JP6255383B2 - 電気光学的スイッチング素子および電気光学的ディスプレイ - Google Patents
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Description
本発明は、電気光学的スイッチング素子および電気光学的ディスプレイにおけるそれらの使用、ならびにこれらのディスプレイに関する。特に、本発明は、明るい周囲光条件下で優れた可視性で、およびしたがって低電力消費で明るい画像をもたらし、さらに長期間の信頼性を特徴とする電気光学的スイッチング素子に関する。これらの電気光学的スイッチング素子は、少なくとも光反射層、光スイッチング層および1つまたは2つ以上の発光成分を含む光変換層を含む。本発明の電気光学的スイッチング素子は、特にいわゆる液晶、電子ペーパー(e−ペーパー)およびMEMSスイッチングへの応用に適している。
らせん構造を有し、任意に蛍光色素を含む液晶材料を、液晶らせん構造による周囲光の他の方法での典型的な、強い選択的反射を回避することによって改善されたコントラストを有する照明材料として、および/または反射材料として用いる電気光学的スイッチング素子は、日本国特許出願公開2008-233915(A)に記載されている。
光の偏光の状態を、非偏光光から、直線偏光光または円偏光光に変換することが可能であり、同時に、
任意に、光の波長をより長い値にシフトすることが可能であり、国際特許出願公開WO2010/028728Aに記載されている。
光の偏光の状態を、非偏光光から、直線偏光光または円偏光光に変換することが可能であり、同時に、
任意に、光の波長をより長い値にシフトすることが可能な電気光学的スイッチング素子が、国際特許出願公開WO2011/107215Aに記載されている。
本発明者らは、上記の問題点の原因を鋭意解析し、事実を見出した。驚くことに、すべての場合において、レーザー色素などの発光成分は、液状の材料が用いられていても液晶材料との十分な互換性がない。
上記のような問題は、発光成分と液晶材料との均一性不良を介して引き起こされる。
これはまた、効果的な発光成分を獲得する困難性も引き起こす。
本発明における電気光学的スイッチング素子は、
照明に面するように配置されている、選択的に(可視)光を反射させることが可能な、1つまたは2つ以上の光反射層の層、
電圧の印加に応じて、デバイスの各部分により透過および/または反射される光の強度を制御することが可能な、光反射層の上に積み重ねられている、1つまたは2つ以上の電気光学的素子、および、
光の波長をより長い値にシフトすることが可能な、電気光学的素子の上に配置されている、1つまたは2つ以上の光変換層の層を含む。
好ましくは、本発明の電気光学的スイッチング素子は、光反射層および電気光学的素子の間および/または光変換層の反対側に存在する、マイクロレンズアレイなどの、1つまたは2つ以上の光方向変更層を含む。前記光反射手段は、特定の波長領域の光を選択的に反射させることが可能である。
照明(例えば、バックライト)のための手段、
照明手段の上に積み重ねられている、選択的に(可視)光を反射させることが可能な、1つまたは2つ以上の光反射層の層、
光反射層の上に積み重ねられている、光の強度を制御することが可能な、電気光学的素子、および、
電気光学的素子の上に配置されている、光の波長をより長い値にシフトすることが可能な、1つまたは2つ以上の光変換層の層を含む。
本発明によれば、用いる光変換手段は、例えば1種または数種の有機色素および/または無機蛍光体を含む単一層の形態を有するか、あるいは異なる色素および/または無機蛍光体を各々の層中に含む、積み重ねた層の形態を有してもよい。それらはさらに、事実上連続的であるかまたはそれぞれパターン化された空間的構造であり得る。
反射光波長を選択可能で、光励起をおこなう光を完全に通過させることが可能であるため、誘電体反射鏡およびコレステリック液晶の層は、両方とも好ましい。
実用的プロセスの視点から、コレステリック液晶の層は、光反射層(2)としてより好ましい。
一方で、電気泳動ディスプレイまたはMEMSスイッチングデバイスが、光スイッチング層(2)として利用される場合、光反射層(2)としてのコレステリック液晶の層は、2つのねじれ方向を有し得る。
例えば、液晶デバイス、電気泳動デバイスおよびMEMSスイッチングデバイスが利用可能である。
例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、シロキサンおよび/またはポリスチレンなど、共通のプラスチック材料に分散可能である発光材料である限り、いかなる材料も、光変換層(3)のための媒体として利用可能である。
放射光(9)および周囲光(7)の量(強度)は、両方とも光スイッチング層によって制御可能である。
光方向変更層(11)、(12)の各々は、通常マイクロレンズアレイから成り、ピクセルサイズが小さく、光スイッチング層(2)のために厚い基材が利用された場合であっても、それらにより視差の問題(パララックス問題:parallax problem)を解決することが可能である。
マイクロレンズアレイは、球の一部である表面形状を有する。
材料の臨界角がαである場合、マイクロレンズの端部は、図3に示されるように、円形円錐角がαである位置にある。
球の半径がrで、マイクロレンズピッチがLである場合、rは、L/(2sinα)に等しい。
図3および図4における平行光は、角度θでマイクロレンズから出て(または入り)、角度θは、方程式θ=β−αで導き出され、ここで、βはスネルの法則で決定される角度である(図3)。
フォトリソグラフィ技術においては、UV光が適切なフォトマスクを介したUV光露光および樹脂開発の後、樹脂がコーティングされ、望ましい形状がエッチングにより形成される。
一方で、ナノインプリンティング技術においては、モールドはフォトリソグラフィ技術を利用して製造され、ナノインプリンティング処理においては、熱的に重合な樹脂または感光性樹脂(またはその両方)から成る樹脂は、モールドで複製される。
液晶の融点T(C,N)、スメクティック(S)相からネマティック(N)相への転移T(S,N)および透明点T(N,I)を、摂氏度において示す。
本出願において、すべての温度を摂氏度(セルシウス度、短縮形℃)において示し、すべての物理的データは20℃の温度に該当し、すべての濃度は、他に明確に述べない限りすべて重量パーセント(%resp. 重量当たりの%)である。
本発明は、以下の例によってより詳細に説明される。これらは、いかなる意味においても限定することなく、本発明を例示することを意図する。
しかし、それらの組成、構成および物理特性を含む種々の態様は、専門家に極めて良好に例示され、当該特性を、本発明によって達成することができ、また、特に、当該範囲において、それらを変更することができる。特に、好ましく達成することができる種々の特性の組み合わせを、このように専門家のために良好に定義する。
青色の選択反射に対応する、光反射層としてのコレステリック液晶層は、ドイツ、メルクKGaA社から商業的に入手可能な、光重合性液晶材料RMMC34C、光開始剤を含む反応性メソゲンを利用して用意される。キラル成分は、右巻ねじれのためのBDH1281(メルクKGaA社から入手可能)である。キラル成分の濃度は4.54重量パーセント濃度であった。
この処理で形成されたシロキサン構造は、365nmの波長を有するUVによる、360mJ/cm2の照射に曝されることにより開始される重合により安定化される。
MLC−6608は、空LCセルに導入され、封入される。
そして、LCセルは、その1/4波長板の側がLCセルに面するように、R−円偏光板およびL−円偏光板(美舘イメージング(MeCan Imaging Inc.)、日本)によって挟まれる。MLC−6608の物理的性質は、表1に示されている。
組み立てられたサンプルの光変換層で生じる発光スペクトルは、輝度計CS−1000(コニカミノルタ社、日本)および400nmLED光源を利用して、垂直方向から測定される。
サンプルの光変換層で生じる反射スペクトルは、輝度計CS−1000、および、反射スペクトル測定のための光源として、Dolan-Jenner Industries社のFiber Lite Model 190白熱ランプを利用して測定される。
400nmLED光源からの励起光の強度は、5mW/cm2であり、白熱ランプの強度は、1820μW/cm2であった。
LCセルに印加される電圧に対する発光強度は、表2にリスト化されている。
分かるように、400nmLED光源からの励起光がLCセルにより制御されるため、青色光発光強度は、LCセルにより制御される。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がLCセルにより制御されるため、青色光反射強度は、LCセルにより制御される。
印加電圧が0Vである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
例1と同様の方法で、コレステリック液晶の層および緑色のための蛍光色素を有するシロキサンの層は、以下のように製造される。
コレステリック液晶層は、ドイツ、メルクKGaA社から商業的に入手可能な光重合性液晶材料RMMC34Cを利用して用意され、商業的に入手可能なキラル成分BDH1281(メルクKGaA社から)でドープされる。RMMC34Cにおけるキラル成分の濃度は3.78wt%であった。
他の条件は、例1に説明されているものと同じである。
明らかに分かるように、400nmLED光源からの励起光がLCセルにより制御されるため、緑色光発光強度は、LCセルにより制御される。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がLCセルにより制御されるため、緑色光反射強度は、LCセルにより制御される。
印加電圧が0Vである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
例1および例2に示されている実験と同様に、コレステリック液晶の層および赤色のための蛍光色素を有するシロキサンの層は、以下のように製造される。
光変換層としての赤色のためのシロキサンの層は、林原バイオ社を介して商業的に入手可能な重合可能なシロキサンFX−V5500および赤色色素NK−3590およびクマリン515(株式会社インデコを介して商業的に入手可能)を利用して用意される。赤色色素、NK−3590およびクマリン515は、重合可能なシロキサンFX−V5500へ、各々0.19wt%および0.22wt%で組み込まれる。
他の条件は、例1に説明されているものと同じである。
明らかに分かるように、400nmLED光源からの励起光がLCセルにより制御されるため、赤色光発光強度は、LCセルにより制御される。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がLCセルにより制御されるため、赤色光反射強度は、LCセルにより制御される。
印加電圧が0Vである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
これらのデータは、発光部分なしで、シロキサンの層およびコレステリックLC層の中へ色素を組み込むことが、発光強度および光反射強度をさらに大きく改善すること、また、液晶材料における発光部分の均一性の問題が解決されるため、効果的な発光部分がシロキサンの層において利用可能であることの効果を明らかに示している。
多くのオプションの中から最良の発光部分を選択可能であることは極めて良いことである。
I.概論
1.光の進路
図中の太矢印は、光の進路を示す。
2.光の色
R 赤色
B 青色および
G 緑色
2 光スイッチング層
3 光変換層
4 発光物質
5 バックライト
6 励起光
7 周囲光
8 反射光
9 放射光
10 励起光防止層
11 光方向変更層
12 光方向変更層
13 平行光
14 出射または入射光
Claims (13)
- 電気光学的スイッチング素子であって、
選択的に光を反射可能な、1つまたは2つ以上の光反射層(1)の層、
光反射層(1)の上に積み重ねられている、光の強度を制御可能な、電気光学的素子(2)、および
電気光学的素子(2)の上に配置され、光の波長をより長い値にシフト可能な、1つまたは2つ以上の光変換層(3)を含み、
光反射層(1)は、電気光学的素子(2)の下面にあり、光変換層(3)は、電気光学的素子(2)の前側にあり、電気光学的スイッチング素子の観察者に面するように設計されており、前記選択的な反射は、三原色である赤(R)、緑(G)および青(B)のそれぞれの一つに対応するスペクトル領域における選択反射の波長領域であって、前記光変換層によるシフト後の波長に対応する波長を有するものである、前記電気光学的スイッチング素子。 - 電気光学的スイッチング素子であって、
照明のための手段(5)、
照明のための手段(5)の上に積み重ねられている、光を選択的に反射することが可能な、1つまたは2つ以上の光反射層の層(1)、
光反射層(1)の上に積み重ねられている、光の強度を制御可能な、電気光学的素子(2)、および、
電気光学的素子(2)の上に配置されている、光の波長をより長い値にシフト可能な、1つまたは2つ以上の光変換層の層(3)、
を含み、前記選択的な反射は、三原色である赤(R)、緑(G)および青(B)のそれぞれの一つに対応するスペクトル領域における選択反射の波長領域であって、前記光変換層によるシフト後の波長に対応する波長を有するものである、前記電気光学的スイッチング素子。 - 前記照明のための手段(5)が、青色発光性LED光源である、請求項1または2に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 前記光反射層(1)が、少なくとも1つまたは2つ以上のコレステリック液晶材料から成る、請求項1〜3のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 光の波長をより長い値にシフト可能な光変換層(3)が、蛍光材料、リン光を発する材料および蛍光体の群から選択される、少なくとも1つまたは2つ以上の発光性物質(4)を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 電気光学的スイッチング素子が、1つまたは2つ以上の反射防止層をさらに含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 電気光学的スイッチング素子が、光反射層の背後および/または光変換層の前側に位置する、少なくとも1つの光方向変更層を含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 少なくとも1つの光方向変更層が、マイクロレンズアレイからなる、請求項7に記載の電気光学的スイッチング素子。
- 請求項1〜8の1つまたは2つ以上に記載の複数の電気光学的スイッチング素子からなる、電気光学的スイッチング素子のアレイであって、光変換層(3)が、3原色の赤色、緑色および青色各々のための別々の領域を有する、空間的に構造化/パターン化された層の形状を有する、前記電気光学的スイッチング素子のアレイ。
- 1つまたは2つ以上の、請求項1〜8のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子、または、請求項9に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイを含む、電気光学的ディスプレイ。
- ディスプレイをアドレッシング可能なアクティブマトリックスアレイを含むことを特徴とする、請求項10に記載の電気光学的ディスプレイ。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子、または、請求項9に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイの電気光学的ディスプレイにおける使用。
- 請求項1〜8のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子、または、請求項9に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイの情報を表示するための使用。
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