WO2017033997A1 - 構造体、透明ディスプレイ、照明装置、液晶表示装置および情報表示装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、表示コントラストが高い構造体を提供する。また、前記した構造体と光源とを利用した透明ディスプレイ、照明装置を提供する。さらに、前記した透明ディスプレイ、照明装置と透明画像表示パネルを備えた液晶表示装置、情報表示装置を提供する。　少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板とを有し、電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である構造体。　（測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　式３。）

Description

構造体、透明ディスプレイ、照明装置、液晶表示装置および情報表示装置

　本発明は、電圧印加および非印加によって光学特性が変化する電気光学機能層を有する光学素子と、透過率が高い透明板とが光学接合層を介して接合されている構造体に関する。
　また、前記構造体を有する透明ディスプレイ、前記構造体を有する照明装置、当該照明装置を有する液晶表示装置、および前記構造体を有する情報表示装置に関する。

　液晶化合物と樹脂の硬化物とを含む電気光学機能層が一対の電極付き基板に挟持された液晶光学素子（以下、光学素子と略する。）が知られている（特許文献１参照）。
　特許文献１に記載の電気光学素子は、電気光学機能層に電圧を印加しないときは透明状態を示し、電圧を印加したときは、液晶化合物の分子の長軸が、その誘電異方性に従い、電界の方向(すなわち、誘電異方性が正)、またその法線方向（すなわち、誘電異方性が負）に配向しようとする。このとき、隣接する樹脂の硬化物に液晶化合物の配向が規制されることで、一軸の配向は妨げられて、電気光学機能層に入射する光を散乱する状態が得られる。このような光学素子は、電気光学機能層に入射する光を透過する際に、斜入射方向の透過率が高い点で、従来の高分子分散型液晶と区別される。そのため、このような光学素子は、その光学特性から、光学素子を単独で使用し、調光ガラスや表示装置として利用されることが提案されている。

　特許文献１に記載されている光学素子は、素子に入射する環境光を透過および散乱することにより光学素子としての機能（例えば、表示装置では素子に入射する環境光の透過と散乱のコントラストにより文字などの情報を表示する機能。）を発揮する。そのため、例えば、夜間や暗環境などの素子に入射する環境光の強度が弱いと、散乱時の視認性が低下して、透過と散乱のコントラスト比が低下するために光学素子として十分に機能できない。
　これに対し、特許文献２には、光学素子と、光学素子の非観察面の外側で光学素子の観察面から直接視認できない角度に光学素子を照明する光源を設けた画像表示装置が提案されている。このような構成とすることにより、環境光の光が弱くても、観察者は、表示を視認できるようになる。

　また、液晶化合物を含まない透明表示装置として、透明有機ＬＥＤ表示装置が知られている。有機ＬＥＤ表示装置は、自発光型ディスプレイであることにより、発光部の視認性は、良好でコントラストの高い表示を提供可能である。

特開２０００－１１９６５６号公報 特開２００４－１５７４９２号公報

　しかしながら、特許文献２の画像表示装置は、光学素子と照明との間に空気層を介した物理的な距離があるため、照明光が光学素子以外の部分に漏れてコントラストを高くできない、いわゆる光漏れの問題や、光学素子の透明部分では、照明光は、光学素子を透過して光学素子以外の場所を照明することになり、光学素子の透過と散乱のコントラストによる表示形成における光利用効率が低いという問題があった。光利用効率が低いと、視認性の良好な明るい表示を得るためには、光源数を増やす、または高輝度の照明が必要となり、光学素子と照明との間の空気層を介した物理的な距離の確保を含め、画像表示装置が嵩張り、適用される応用にも制限があった。

　一方、透明有機ＬＥＤ表示装置は、電流駆動であるために抵抗値の低い透明電極が必要となる。抵抗値の低い透明電極には比較的厚い導電膜が必要となり、透明部分の透過率が低くなる問題がある。更に、有機ＬＥＤは、多層の薄膜から形成されており、その多層膜の干渉で透過部分が色づいたり、透過光が滲んだりする問題があった。

　本発明は、前述の課題を鑑みてなされたものであり、光学素子の透明部分が透過光に色付きや滲みのない高い透明性を示し、散乱部分は、環境光の強度に依存せずに良好な視認性を有することで、表示コントラストが高い構造体の提供を目的とする。
　また、本発明は、前記した構造体と光源とを利用した透明ディスプレイの提供を目的とする。さらに、本発明は、前記した透明ディスプレイと透明画像表示パネルを備えた液晶表示装置の提供を目的とする。

　本発明に係る構造体は、少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、前記透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板と、を有し、前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、前記透明基板の法線方向を０°とした場合の下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、
　　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部分の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３
　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である。
　本発明の透明ディスプレイは、透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である。
　本発明の照明装置は、透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である。
　本発明の液晶表示装置は、液晶パネルと、前記照明装置を有する。
　本発明の情報表示装置は、透明部分の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラス比が４以上である。
　本発明において、前記した照明装置、液晶表示装置、及び情報表示装置は、前記した透明ディスプレイの用途の具体的な装置の例である。本明細書においては、照明装置、液晶表示装置、及び情報表示装置の説明として透明ディスプレイの説明を援用することができる。また、情報表示装置の説明として液晶表示装置の説明を援用することができる。

　本発明の構造体は、透明部分の透明性が高く、環境光の強度に依存することなく散乱部分の良好な視認性を有することで、電気光学素子を駆動させてコントラストの高い表示を提供できる。光源の光利用効率を高くできるために高輝度の照明が不要であり、かつ、光学素子と照明との間に空気層を介した物理的な距離の確保が不要なため、画像表示装置の体積を小さくでき、応用範囲の制限が少ない。
　また、本発明の透明ディスプレイは、環境光の強度に依存することなく、光学素子への電圧印加及び非印加によって、透明状態と発光状態とを切り替えることが可能になり、照明装置、液晶表示装置、及び情報表示装置に利用できる。
　また、本発明の液晶表示装置は、光学素子への電圧印加及び非印加によって、透明状態と、散乱部分により照明強度を変化させることができる、液晶パネルの照明手段を有し、液晶表示装置の表示コントラストを高めることができる。
　さらに、本発明の情報表示装置は、光学素子への電圧印加及び非印加によって、透明状態と、散乱部分により照明強度を変化させることができる、電気光学機能層の照明手段を有し、情報表示装置の表示コントラストを高めることができる。

本発明の第１実施形態に係る構造体の模式断面図 は、本発明の実施形態に係る構造体の動作を示す図 は、本発明の実施形態に係る構造体の動作を示す図 本発明の第２実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第２実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第２実施形態に係る構造体の透明基板５側から見たから見た模式上面図 本発明の第３実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第４実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第４実施形態に係る構造体の透明電極の模式上面図 本発明の第５実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第６実施形態に係る構造体の模式断面図 本発明の第７実施形態に係る透明ディスプレイの模式断面図 本発明の第７実施形態に係る透明ディスプレイの透明基板５側から見た模式上面図 本発明の第７実施形態に係る透明ディスプレイの透明基板５側から見た模式上面図 本発明の第７実施形態に係る透明ディスプレイの透明基板５側から見た模式上面図 本発明の第８実施形態に係る液晶表示装置の模式断面図 本発明の第８実施形態に係る液晶表示装置の変形例の模式断面図 本発明の第８実施形態に係る液晶表示装置の変形例の模式断面図 本発明の実施例に係る構造体の模式断面図 本発明の比較例に係る構造体の模式断面図

　［構造体］
　本発明に係る構造体の一実施形態を、図１～図９を参照して説明する。

　（第１の実施形態）
　図１～図２を参照して本発明に係る構造体の第１の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態に係る構造体１００の断面図である。図１に示すように、構造体１００は、透明板１、光学接合層２、一対の透明基板３，５と、一対の透明基板間に挟持された電気光学機能層４を有する。透明板１と一方の透明基板３とは光学接合層２を介して積層一体化されている。本実施形態においては、一対の透明基板３，５の電気光学機能層４と接する面には、図示しない透明電極層が設けられている。本明細書において、透明電極層を透明電極、または単に電極とも称する。
　透明電極層と電気光学機能層４の間には、絶縁層や液晶配向層を設けてもよい。また、透明基板３、５の電気光学機能層と接していない面の一部または全部に、紫外線吸収層、反射防止層、反射層、半反射層、指紋付着防止層などを設けることもできる。

　以下の説明において、一対の透明基板３，５と一対の透明基板間に挟持された電気光学機能層４の積層体を光学素子６という場合がある。
　図２（A）および図２（Ｂ）は、透明板１の法線方向を０°とした場合に、透明板１の内部において透明板から透明板と隣接する媒体に向かう光が、下記式３'で示される角度（臨界角という）以上となるように、透明板１に入射された光７が、光学素子が入射光を透過する状態（A）および散乱する状態（Ｂ）おいて構造体１００の中で導光される様子を示した図である。
　　　臨界角＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部分の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３'
　本実施形態の構造体１００は、光学素子６を駆動させることにより、電気光学機能層４の光学特性が制御される。
　図２（Ａ）は、透明板１の内部において透明板から透明板と隣接する媒体に向かう光が、前記臨界角以上となるように、透明板１に入射された光７が、光学素子６において透過する状態を示した図であり、図２（Ｂ）は、光学素子６において、同様に透明板１に入射された光７が散乱する状態において構造体１００の中で導光される様子を示した図である。本実施形態の構造体１００は、光学素子６を駆動させることにより、電気光学機能層４の光学特性が制御される。

　本実施形態においては、光学素子６は、電圧を印加しない状態（すなわち、常態）で入射光を透過し、電圧を印加した状態で入射光を散乱する様態（以下、この様態を常態透過型という）、および、常態で入射光を散乱し、電圧を印加した状態で入射光を透過する様態（以下、この様態を常態散乱型という）の両方を使用できる。

　図２（Ａ）においては、構造体１００の内部において、光の反射および散乱がほとんど起こらない。そのため、透明板１の主面１ｓおよび透明基板５の主面５ｓで全反射を起こす角度（臨界角）以上で透明板１の一端に入射された光７は、構造体１００の中を導光し、透明基板５の主面５ｓおよび透明板１の主面１ｓからは光が漏れ出てこない。
　この場合、例えば、透明板１の一端に光が入射されていても、透明基板５の主面５ｓ側から構造体を見た観察者にとっては、構造体は、透明に見える。

　図２（Ｂ）においては、構造体１００の電気光学機能層４において、入射した光が散乱する。そして、散乱された光のうち、透明板１の主面１ｓおよび透明基板５の主面５ｓでの臨界角以下の光は、透明基板５の主面５ｓおよび透明板１の主面１ｓから出射される。
　この場合、例えば、透明板１の一端に光７が入射されると、透明基板５の主面５ｓ側、または、透明板１側から構造体１００を見た観察者は、散乱部を発光部として確認できる。この散乱部からの発光は、透明板１と光学素子６の内部で導光される入射光が、電気光学機能層の光学特性により取り出されたものである（以下、導光発光という）。

　本実施形態の構造体１００は、透明基板３および５に設けられた電極の形状または図示しない電圧制御パネルの電気信号によって、散乱部のデザインを自由に設計できる。
　例えば、表示電極が一つで、透明基板３，５の全面（ベタ状）に電極を形成し、全面に電圧を印加している場合には、図２（Ｂ）の状態では、透明基板５の主面５ｓ側、または、透明板１側から構造体１００を見た観察者は、全面が発光しているように見える。
　例えば、透明基板３，５にドット状の電極を形成している場合には、図２（Ｂ）の状態では、電極が形成している場所でのみ光が散乱する。この場合、透明基板５の主面５ｓ側、または、透明板１側から構造体１００を見た観察者は、ドットの配置および印加する電気信号に応じて文字や図形などの情報を認識できる。

　本実施形態の構造体１００は、透明板１を有し、透明板１と光学素子６が光学接合層２により積層一体化されている。そのため、環境光がある状況では、従来どおり環境光を利用して、光学素子６の機能を発揮させることができる。さらに、環境光が弱い、またはない状況においても、透明板１のエッジ部から光を入射することにより、散乱部の導光発光が可能であり、光学素子６の表示機能を発揮させることができる。

（透明板１）
　透明板１は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である。透明板１は、平均内部透過率が高いので、透明板１内では、光が減衰しにくい。前記平均内部透過率は、８５％以上がより好ましく、９０%以上がさらに好ましい。
　本明細書において、前記平均内部透過率は、ある光路長をＬ（ｃｍ）、入射光強度をＩ_０（％）、ある光路長Ｌ（ｃｍ）を透過した後の光の強度をＩ_１（％）、反射による光の減衰率をＲ（％）としたときに、下記式１で表せられる値である。
　　ｌｏｇＴ_ｉｎ＝（ｌｏｇ（Ｉ_１／Ｉ_０）－ｌｏｇＲ）　…　式１
　透明板１は、光路長が５ｃｍでのＪＩＳ　Ｚ８７０１（附属書）でのＸＹＺ表色系における三刺激値のＹ値が９０％以上であることが好ましい。前記Ｙ値は、９１％以上がより好ましく、９３％以上がさらに好ましい。Ｙ値は、下記式２により求められる。
　　Ｙ＝Σ（Ｓ（λ）×ｙ（λ））　…　式２
　ここで、Ｓ（λ）は、各波長における透過率であり、ｙ（λ）は、各波長の重みづけ係数である。したがって、Σ（Ｓ（λ）×ｙ（λ））は、各波長の重みづけ係数と、その透過率と、を掛け合わせたものの総和をとったものである。なお、ｙ（λ）は、眼の網膜細胞のうち、Ｍ錐体（Ｇ錐体／緑）に対応し、波長５３５ｎｍの光に最も反応する。

　透明板１の厚さは、０．５～１０ｍｍが好ましい。透明板１の厚みが、０．５ｍｍより小さいと、透明板１の表面で光が反射する回数が増加し、反射による光の減衰が大きくなり有効光路長での内部透過率が低下する。一方で、透明板１の厚みが１０ｍｍを超えると、構造体１００が分厚くなり、取り扱いが困難になる。透明板１の厚みは、０．７～５ｍｍがより好ましく、１．０～２．５ｍｍがさらに好ましい。

　透明ディスプレイを提供する場合は、透明板１が外部に接する主面１ｓには、拡散パターンやドット状の微細凹凸等が設けられていないことが好ましい。このような構成とすれば、電気光学機能層４が入射光を透過する状態において、構造体１００の高い透明性が保たれる。

　透明板１の熱膨張率α１と光学接合層２を介して接する一方の透明基板３の熱膨張率α２との比（α１／α２）は、５以下が好ましく、２以下が更に好ましい。熱膨張率の比率が前記範囲であれば、構造体１００を高温および低温の環境で使用できる。すなわち、熱膨張率差が前記範囲にあれば、透明板１と透明基板３との大きさの違いに起因する接合界面の破壊が起こりにくくなる。

　例えば、透明基板３としてガラスが用いられる場合、ガラスの熱膨張率α２は、０．５～１０ｐｐｍ／℃であるため、透明板１の熱膨張率α１は、少なくとも２０ｐｐｍ／℃以下が好ましい。
　透明板１の材料としては、アクリル樹脂やガラスを使用できる。大型の構造体の製造し易さの観点から、ガラスが好ましい。また、透明基板３がガラスの場合には、熱膨張率の比を前記した範囲にしやすく、更に屈折率差を小さくできるので、透明板１としてガラスを用いることが好ましい。

　透明板１としてのガラスは、Ｆｅ_２Ｏ_３として換算された鉄の含有量の総量Ａが１００質量ｐｐｍ以下であることが、上述した光路長５０ｍｍ長での波長４００～７００ｎｍにおける平均内部透過率８０％以上を満たすうえで好ましく、４０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、２０質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。一方、前記ガラスの鉄の含有量の総量Ａは、５質量ｐｐｍ以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの熔解性を向上させるうえで好ましく、８質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、１０質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。なお、前記ガラスの鉄の含有量の総量Ａは、ガラス製造時に添加する鉄の量により調節できる。

　本明細書においては、ガラスの鉄の含有量の総量Ａを、Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量として表しているが、ガラス中に存在する鉄がすべてＦｅ^３＋（３価の鉄）として存在しているわけではない。通常、ガラス中にはＦｅ^３＋とＦｅ^２＋（２価の鉄）が同時に存在している。
Ｆｅ^２＋およびＦｅ^３＋は、波長４００～７００ｎｍの範囲に吸収が存在するが、Ｆｅ^２＋の吸収係数（１１ｃｍ^－１Ｍｏｌ^－１）は、Ｆｅ^３＋の吸収係数（０．９６ｃｍ^－１Ｍｏｌ^－１）よりも１桁大きいため、波長４００～７００ｎｍにおける内部透過率をより低下させる。そのため、Ｆｅ^２＋の含有量が少ないことが、波長４００～７００ｎｍにおける内部透過率を高めるうえで好ましい。

　前記ガラスのＦｅ^２＋の含有量Ｂは、２０質量ｐｐｍ以下であることが、有効光路長で上述した可視光域の平均内部透過率を満たすうえで好ましく、１０質量ｐｐｍ以下であることがより好ましく、５質量ｐｐｍ以下であることがさらに好ましい。一方、前記ガラスのＦｅ^２＋の含有量Ｂは、０．０１質量ｐｐｍ以上であることが、多成分系の酸化物ガラス製造時において、ガラスの熔解性を向上させるうえで好ましく、０．０５質量ｐｐｍ以上であることがより好ましく、０．１質量ｐｐｍ以上であることがさらに好ましい。
　前記ガラスのＦｅ^２＋の含有量は、ガラス製造時に添加する酸化剤の量、または溶解温度等により調節できる。ガラス製造時に添加する酸化剤の具体的な種類とそれらの添加量については後述する。Ｆｅ_２Ｏ_３の含有量Ａは、蛍光Ｘ線測定によって求めた、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算した全鉄の含有量（質量ｐｐｍ）である。Ｆｅ^２＋の含有量Ｂは、ＡＳＴＭ　Ｃ１６９－９２に準じて測定した。なお、測定したＦｅ^２＋の含有量は、Ｆｅ_２Ｏ_３に換算して表記した。

　前記ガラスの組成の好適な具体例を以下に示す。
　前記ガラスの一構成例（構成例Ａ）は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を６０～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を０～７％、ＭｇＯを０～１０％、ＣａＯを０～２０％、ＳｒＯを０～１５％、ＢａＯを０～１５％、Ｎａ_２Ｏを３～２０％、Ｋ_２Ｏを０～１０％を含み、Ｆｅ_２Ｏ_３を５～１００質量ｐｐｍ含む。
　前記ガラスの別の一構成例（構成例Ｂ）は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を４５～８０％、Ａｌ_２Ｏ_３を７％超３０％以下、Ｂ_２Ｏ_３を０～１５％、ＭｇＯを０～１５％、ＣａＯを０～６％、ＳｒＯを０～５％、ＢａＯを０～５％、Ｎａ_２Ｏを７～２０％、Ｋ_２Ｏを０～１０％、ＺｒＯ_２を０～１０％を含み、Ｆｅ_２Ｏ_３を５～１００質量ｐｐｍ含む。
　前記ガラスのさらに別の一構成例（構成例Ｃ）は、酸化物基準の質量百分率表示で、ＳｉＯ_２を４５～７０％、Ａｌ_２Ｏ_３を１０～３０％、Ｂ_２Ｏ_３を０～１５％、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合計で５～３０％、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏを合計で０％以上、３％未満を含み、Ｆｅ_２Ｏ_３を５～１００質量ｐｐｍ含む。

（光学接合層２）
　本実施形態の構造体１００は、透明板１と透明基板３とが光学接合層２を介して積層一体化されている。透明板１より光学素子６に光を入射するためには、空気層を介することなく、屈折率が近接した接合層により透明板１と光学素子６とが光学接合されていることが必要である。光学接合層２と透明板１、および光学接合層２と透明基板３との屈折率の差は、０．１以下が好ましく、０．０５以下が更に好ましい。

　光学接合層２としては、市販されている光学粘着シート、光学接着シート等を使用できる。このようなシートとしては、アクリル系、シリコーン系、ウレタン系、その混合系等が挙げられる。

　光学接合層２は、３５℃で１Ｈｚにおける動的せん断貯蔵弾性率（Ｇ´）が１．０×１０^５Ｐａ以下であるものが好ましい。光学接合層２のＧ´が前記範囲にあれば、透明板１と光学素子６（ただし、接合面は透明基板３）とを接合する際に気泡が発生しにくく、構造体１００の内部に光学的な欠陥の発生を防止できる。前記Ｇ´は、同様の観点から、１．０×１０^２Ｐａ～５．０×１０^４Ｐａがより好ましく、１．０×１０^３Ｐａ～５．０×１０^４Ｐａがさらに好ましい。

　光学接合層２は、３５℃で１Ｈｚにおける損失正接（ｔａｎδ）が０．１～１．４であることが好ましい。ｔａｎδが前記した範囲にあれば、透明板１と透明基板３とが剥離しにくく、構造体１００の製品としての耐久性が向上する。ｔａｎδは、０．２～１．０がより好ましく、０．２～０．８がさらに好ましい。
　光学接合層２の内部透過率は、９０％以上が好ましく、９８％以上が更に好ましい。内部透過率とは、透過率測定において光学接合層への光の入射側、および出射側の表面反射を除いた透過率を示す。
　光学接合層２のヘイズ値は、１％以下が好ましく、０．５％以下が更に好ましい。
　光学接合層２が上記した光学特性を有していれば、構造体１００に入射した光が、光学接合層２において散乱または吸収されることなく、有効に光学素子６に導光される。そのため、電気光学機能層４が入射光を散乱する状態において、透明板１より導光される光をその散乱部分で取り出すことができ、散乱部分の発光として視認することができる。

　（光学素子６）
　光学素子６は、一対の透明基板３，５に電気光学機能層４が挟持されて構成される。上述のとおり、一対の透明基板３，５の電気光学機能層４と接する面には、図示しない透明電極が設けられている。透明電極層と電気光学機能層４の間には、更に絶縁層や液晶配向層を設けてもよい。また、透明基板３、５の電気光学機能層と接していない面の一部または全部に、紫外線吸収層、反射防止層、反射層、半反射層、指紋付着防止層などを設けることもできる。

　光学素子６は、上述のとおり、常態透過型、および常態散乱型を使用できる。透明な背景に、透明電極のパターニングにより形成されるセグメント電極部での入射光の散乱により表示を形成する場合には、そのセグメント電極に通電するための配線電極を常に透明状態に保つ必要があるため、常態透過型を用いるのが好ましい。

　透明基板３，５の材質は、透明性が確保されるものを使用できる。例えば、アクリル板やポリエステル板の樹脂板、ガラス板等が挙げられる。光学素子６の寸法安定性や剛性を高めて、取り扱いを容易にする点では、透明基板３，５は、ガラス板が好ましい。さらに、構造体１００の透明性を高める点で、透明基板３，５は、透明板１に近い光学物性を備えたものがより好ましい。

　透明電極としては、酸化インジウム－酸化錫（ＩＴＯ　Indium Tin Oxide）等の金属酸化物や、銅や銀などによる細線メッシュやナノワイヤーなどからなる材料を使用できる。
　図示していないが、透明電極は、電気光学機能層４を駆動させるために不可欠な構成要素である。

　透明電極の形状は、上述のとおり、透明基板３，５の表面全体（所謂、ベタ状）に設けてもよく、透明基板３，５の表面に電極を設ける部分と設けない部分（例えば、セグメント状やドット状）があってもよい。
　透明基板３，５には、配向膜を設けることにより、電気光学機能層４を形成する際に液晶化合物の配向を制御できる。

　液晶化合物として、誘電異方性が正の材料を使用し、対向する一対の電極間の電界により電気光学機能層を動作させる場合には、プレチルト角が１０°以下となる配向膜をラビング処理して用いることが好ましい。これにより、光学素子６の透明性を高くできる。
　透明基板３、５のいずれか一方に形成された櫛歯状の電極間の電界により電気光学機能層を動作させる場合には、プレチルト角が６０°以上となる配向膜をラビング処理なしで用いるのが好ましい。

　対向する一対の電極間の電界により電気光学機能層を動作させる場合において、液晶化合物として、誘電異方性が負の材料を使用する際には、プレチルト角が６０°以上となる配向膜をラビング処理なしで用いるのが好ましい。これにより、光学素子６の透明性を高くできる。なお、プレチルト角は、透明基板に垂直の方向を９０°として規定した値である。

　電気光学機能層４は、透明電極に電圧を印加することで入射光の透過および散乱を制御する機能を有する。電圧を印加することによる電気光学機能層４の入射光の透過および散乱は、電気光学機能層４の垂直方向から観察して評価する場合が多い。
　電気光学機能層４は、入射光を透過する状態において、前記透明基板の法線方向を０°とした場合の下記式３の測定角度（臨界角）の透過率が６０％以上である。前記透過率は、７０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましい。
　　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板１に隣接し光学接合層以外の部の媒体の屈折率／透明板１の屈折率）　…　式３
　透明板の法線方向を０°として、透明板１の内部において透明板から透明板と隣接する媒体に向かう光が、上記式３で算出される角度（臨界角という）以上となるように、透明板１の端面より入光した光は、透明板１の主面１ｓで入射光が全反射する。すなわち、この角度以上の角度で、透明板１内部から透明板１の光学接合層と接していない側の境界面に入射した光は、主面１ｓから漏れ出ることなく、構造体１００内部で導光される。

　前記電気光学機能層４は、入射光を透過する状態において、上記式３の測定角度のヘイズ値は、１０％以下が好ましく、５％以下がより好ましく、３％以下がさらに好ましい。本実施形態においては、電気光学機能層４は、入射光を透過する状態で式３の測定角度のヘイズ値が１０％以下であれば、電気光学機能層４に斜めから入射された光が電気光学機能層４で散乱されにくくなる。その結果、本実施形態の構造体１００において、電気光学機能層４が光を透過する状態で、透明板１の一端に光を入射しても構造体１００を透明に見えるようにすることができる。

　電気光学機能層４は、１種以上の液晶化合物と、その内部に液晶化合物を配向規制する配向規制材を含む。前記配向規制材が柱状樹脂の集合体から成る場合、柱状樹脂は、その長軸方向が電極の法線方向に略一致しているものと、チルトしているものとを有しており、この柱状樹脂の集合体と連接して液晶ドメインが形成されている。

　電気光学機能層４の厚さは、１～５０μｍが好ましく、３～３０μｍがより好ましい。電気光学機能層４の厚さが１～５０μｍであれば、適切なコントラスト比が実現し、駆動電圧を低くできる。

　電気光学機能層４に含まれる液晶化合物の種類としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶、スメクチック液晶および強誘電性液晶などが挙げられる。光学素子６の製造の容易性の観点から、液晶化合物の種類としては、ネマチック液晶、コレステリック液晶を使用することが好ましい。特に、ネマチック液晶は、他の液晶に比べて、液晶温度範囲が広く、粘性が低いという特性を有する。

　液晶化合物としては、一般的な表示材料または電界駆動型表示素子の材料として使用される種々のものを使用可能である。具体的には、ビフェニル系、フェニルベンゾエート系、シクロヘキシルベンゼン系、アゾキシベンゼン系、アゾベンゼン系、アゾメチン系、ターフェニル系、ビフェニルベンゾエート系、シクロヘキシルビフェニル系、フェニルピリジン系、シクロヘキシルピリミジン系、コレステロール系等を挙げることができる。
　液晶化合物は、一般的に使用されている場合と同様に、単独で使用する必要はなく、２種類以上の液晶化合物を組み合わせて使用してもよい。液晶化合物として、誘電率異方性の絶対値が大きいものを用いると、光学素子６の駆動電圧を低くできる。誘電率異方性の絶対値が大きい液晶化合物としては、シアノ基や、フッ素や塩素などのハロゲン原子を置換基として有する化合物が挙げられる。

　配向規制材は、１種以上の硬化性化合物の硬化物である。通常、配向規制材として、硬化性化合物を含む硬化性樹脂組成物の硬化物が好適に用いられる。硬化性化合物は、硬化後に透過率が高く、液晶化合物を配向できるものが使用される。このような硬化性化合物としては、例えば、式５～式７で表される化合物が挙げられる。
　　　Ａ^１－Ｏ－（Ｒ^１）_ｍ―Ｏ―Ｚ―Ｏ―（Ｒ^２）_ｎＯ―Ａ^２　…　式５
　　　Ａ^３－（ＯＲ^３）_ｏ―Ｏ―Ｚ’―Ｏ―（Ｒ^４Ｏ）_ｐ―Ａ^４　…　式６
　ここで、Ａ^１，Ａ^２，Ａ^３，Ａ^４は、それぞれ独立に、アクリロイル基、メタクリロイル基、グリシジル基またはアリル基である。Ｒ^１，Ｒ^２，Ｒ^３，Ｒ^４は、それぞれ独立的に、炭素数２～６のアルキレン基である。Ｚ，Ｚ’は、それぞれ独立的に、２価のメソゲン構造部である。ｍ，ｎ，ｏ，ｐは、それぞれ独立的に１～１０の整数である。ここで、「独立的に」とは、組み合わせが任意であって、どのような組み合わせも可能であることを意味する。また、式５、式６の硬化性化合物が、分子内にエステル結合やカーボネート結合を含んでいてもよい。

　ここで、Ａ⁵～Ａ⁷は、それぞれ独立に、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基、ビニルエーテル基、ビニル基またはグリシジルエーテル基である。Ｒ⁵は、炭素原子間に一個または複数個のエーテル性酸素原子を有していてもよい直鎖又は分岐状炭素数１～５０の１～３価の有機基である。ｑ、ｒ、ｓは、それぞれ独立に０～３である。但し、ｑ＋ｒ＋ｓ＝１～３である。

　電気光学機能層４には、液晶化合物および配向規制材以外の他の成分を含んでもよい。
　他の成分としては、重合開始剤が挙げられる。重合開始剤としては、公知の重合触媒を選択でき、ベンゾインエーテル系、アセトフェノン系、フォスフィンオキサイド系などが挙げられる。

　また、他の成分として、アントラキノン系、スチリル系、アゾメチン系、アゾ系等の各種二色性色素が挙げられる。これらの成分を含めば、電気光学機能層４のコントラスト比を高くでき、安定性を向上できる。
　さらに、電気光学機能層４の安定性や耐久性向上の観点から、他の成分として、酸化防止剤、紫外線吸収剤、各種可塑剤を含んでもよい。

　光学素子６は、電気光学機能層４の前駆体の混合液（以下、単に「混合液」という。）を硬化させて形成できる。前記混合液を透明電極、絶縁層および配向膜を有する一対の透明基板３，５の間に挟持させ、混合液に紫外線または電子線を照射することで、硬化性化合物が硬化し、液晶化合物と硬化物とが相分離して、光学的に機能し得る良好な電気光学機能層４を形成できる。

　混合液は、前記した１種以上の液晶化合物、１種以上の硬化性化合物および必要に応じて他の成分が含まれる。電気光学機能層４が発揮する光学特性に応じて、各成分およびその配合比率は決定される。

　（第２の実施形態）
　図３～図５を参照して本発明に係る構造体の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の説明は省略する。

　図３は、本実施形態に係る構造体１０１の断面図である。図３に示すように、構造体１０１は、透明板１の一端部に反射部８を有し、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

　構造体１０１は、透明板１の一端部に反射部８を有しているので、構造体１０１の内部を導光する光が透明板１の主面に垂直な面（側面）から漏れにくくなり、光の利用効率を高めることができる。
　反射部８の位置は、限定されない。また、図４に示すとおり、反射部８は、透明板１および光学素子６の端部に設けると、構造体１０１の側面からの光漏れを防止でき、より好ましい。さらに、図３および図４の態様で反射部８を有する場合に、構造体１０１を透明基板５の主面５ｓ側から見た上面図である図５に示すとおり、透明板１へ光を入射する部分（入射部９）以外の全端部に反射部８を設けてもよい。

　（反射部８）
　反射部８は、それ自体が光を反射する部材もよく、反射膜が樹脂フィルム等に貼り付けられた部材でもよい。例えば、アルミニウム膜が樹脂フィルムに貼り付けられたアルミテープなどが挙げられる。

　（第３の実施形態）
　図６を参照して本発明に係る構造体の第３の実施形態について説明する。第３の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の説明は省略する。

　図６は、本実施形態に係る構造体１０２の断面図である。図６に示すように、構造体１０２は、光学素子６の両面に光学接合層２－１および２－２を介して、それぞれ透明板１－１および１－２が積層一体化されており、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

　構造体１０２の構成は、光学素子６の両面に光学接合された透明板での導光を利用することができるため、電気光学機能層の入射光の散乱部分での発光輝度を高くすることができ、視認性を向上できる。

　透明板の一端部より光を入射する場には、透明板１－２の入光辺を透明板１－１の入光辺と対向させることで、電気光学機能層の散乱部分での発光の光学素子面内での均一性を向上でき好ましい。構造体１０２の上面または下面に、更に光学接合層を介して光学素子６を積層一体化すると、光学素子による多重の表示を提供することができる。

　（第４の実施形態）
　図７～８を参照して本発明に係る構造体の第４の実施形態について説明する。第４の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の説明は省略する。

　図７は、本実施形態に係る構造体１０３の断面図である。図７に示すように、構造体１０３は、透明基板３にのみ透明電極１０を有しており、透明基板５には透明電極を有していない。そして、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

　透明電極１０は、透明基板３に平行な方向の電気力線を有する電界を生じさせるものである。このような電極は、透明基板３にのみ設けることで、電気光学機能層４の光を透過する状態と散乱する状態との制御ができる。例えば、透明基板３および５の面積が大きい場合には、電極間の距離を一定に保つことが難しくなることがあり、電極間の距離により電気光学機能層に印加される実効電圧が、光学素子６の平面内で強度に分布が生じて、透過と散乱のコントラストが不均一になるおそれがある。本実施の形態においては、前記課題が解決されるため好ましい。

　透明電極１０としては、例えば、図８の平面図に示すように、櫛歯形状の態様が挙げられる。本実施形態の透明電極１０は、図８の態様に限定されない。

　図８に示すように、櫛歯形状の電極は、第１電極３１および第２電極３６を有し、それぞれライン状の連結部３２，３７と、連結部３２，３７から対向する一辺の方向に延在された複数のライン状の櫛歯部３３，３８を有する。櫛歯部３３、３８は、互いに並行に、かつ交互に配置されている。これにより、櫛歯部３３、３８が互いに電極対を形成し、電気光学機能層４に電界を生じさせる。

　本実施形態の構造体１０３においては、電圧を印加しない状態で透明基板の法線方向に概ね配向するように電気光学機能層を形成し、正の誘電率異方性を有する液晶化合物を用いることが好ましい。これにより、透明電極１０に電圧を印加すると、透明基板３の面に平行な方向の電気力線を有する電界が生じ、液晶化合物の長軸が電気力線の方向に一致するように動こうとする。このとき、配向規制材の近傍に存在する液晶化合物は、動きが規制され電気力線とは異なる配向をとる。その結果、液晶ドメイン内で秩序構造が乱れて、入射光を散乱する状態を示すと考えられる。

　なお、本実施形態の構造体１０３においては、透明電極１０を透明基板３の一面上に形成しているが、透明電極１０を透明基板５の一面上に形成してもよい。この構成としても、上記と同様の作用が得られる。

　（第５の実施形態）
　図９を参照して本発明に係る構造体の第５の実施形態について説明する。第５の実施形態の説明では、第１の実施形態と同様の説明は、省略する。

　図９は、本実施形態に係る構造体１０４の断面図である。図９に示すように、構造体１０４は、前述した例の透明板１に変えて、面積が光学素子６よりも大きい透明板１１を有し、その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

　透明板１１の光学特性および材料は、透明板１と同様である。透明板１１は、面積が光学素子６よりも大きいため、光学接合層２を介して光学素子６と接しない部分（非貼合部１１ａ）を有する。透明板１１の非貼合部１１ａは、拡散パターンやドット状の微細凹凸等の光出射部を設けてもよい。このような構成とすれば、例えば、電圧の印加により、入射光の透過と散乱を可変制御できる電気光学機能層４を有する部と、入射光が常に発光する部とを有する構造体が得られる。また、透明板１１の端部より光を入射する場合、光学素子６の端部と一致していない辺、すなわち非貼合部１１ａの側の１辺より光を入射させると、光の入射に必要な部材の設置が容易であり、好ましい。

　本発明に係る構造体の他の実施形態を、図１０を参照して説明する。
　（第６の実施形態）
　図１０を参照して本発明に係る構造体の第６の実施形態について説明する。第６の実施形態の構造体は、透明基板と透明板に挟持されている電気光学機能層を有し、前記透明基板と前記透明板の少なくとも一方に電極が形成されており、前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式４の測定角度の透過率が６０％以上である。
　　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する電気光学機能層以外の部の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式４
　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である。

　図１０は、本実施形態に係る構造体１０５の断面図である。図１０に示すように、構造体１０５は、透明板１２、透明基板５と、透明板１２と透明基板５に挟持された電気光学機能層４を有する。すなわち、第１～５の実施形態における光学接合層２を有さず、第１～５の実施態様に示した透明板１と透明基板３の両機能を備える透明板１２を有する。本実施形態においては、透明板１２と透明基板５の電気光学機能層４と接する面には、図示しない透明電極層が設けられている。また、透明板１２および透明板５には、第１の実施形態に記載の他の層を設けてもよい。

　電気光学機能層４は、入射光を透過する状態において、上記式４の測定角度（臨界角）の透過率が６０％以上である。前記透過率は、７０％以上が好ましく、７５％以上がより好ましい。

（変形例）
　本発明に係る他の実施形態においては、透明板１２の一端部に反射部８を有してもよい。反射部８の部材、位置および数については、第２の実施形態と同様のものを採用できる。これにより、透明基板での光の吸収が少なくなり、導光時における光量の損失をさらに低減できるため好ましい。
　本発明に係る他の実施形態においては、透明基板５として、透明板１（または透明板１２）と同様のものを使用できる。電気光学機能層を一対の透明板で挟持することにより、透明基板の光吸収による導光時における光量の損失を低減できるため好ましい。
　本発明に係る他の実施形態においては、透明板１２または透明基板５の少なくとも一方にのみ透明電極を有する構成でもよい。この場合、透明電極としては、第４の実施形態に記載の電極を使用できる。
　本発明に係る他の実施形態においては、透明板１２または透明基板５の大きさが異なってもよい。

　［透明ディスプレイ］
　本発明に係る透明ディスプレイの一実施形態を、図１１～図１３を参照して説明する。本実施形態の透明ディスプレイは、透明状態（すなわち、透明状態の透明部）の透過率は、７０％以上であり、透明状態と、発光状態（すなわち、発光状態の散乱部）との輝度コントラスト比が４以上である。本実施形態の透明ディスプレイは、電極の形状等によって、情報表示や面状照明として機能できる。

　前記透過率および輝度コントラスト比は、前記透明ディスプレイが全面で発光する場合には、透明ディスプレイのいずれかの部分における透明状態と発光状態を測定する。前記透明ディスプレイが透明な部分と発光する部分とを有する場合には、透明な部分で透過率を測定し、透明な部分と発光する部分とで輝度コントラスト比を測定してもよい。

　（第１の実施形態）
　図１１を参照して本発明に係る透明ディスプレイの第１の実施形態について説明する。また、その変形例について図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１３に従って説明する。
　図１１は、本実施形態に係る透明ディスプレイ２００を示す断面図である。図１１に示すように、透明ディスプレイ２００は、本発明の構造体１００と、構造体１００の電極に電圧を印加する制御部と、構造体１００の透明板１の一端部に光源１３を有する。以下の説明では、第１の実施形態の構造体１００に関する説明は、省略する。

　本実施形態の透明ディスプレイ２００は、その構造体の形態は、限定されず、本発明の技術範囲に含まれる全ての構造体を用いることができる。
　本実施形態の透明ディスプレイ２００は、構造体１００と、透明板１の一端部の外側に光源１３を有する。光源１３から出射され、透明板１へ入射した光が、光学素子６で散乱することで、環境光の強度に依存することなく、透明ディスプレイ２００は発光できる。
　透明ディスプレイ２００は、光学素子６の透明電極のパターンを制御して面内の実効値電圧を制御することにより、面状照明または部分照明となり、さらに、透明ディスプレイ２００自体が情報表示装置として機能できる。

　部分照明として機能する透明ディスプレイ２００は、液晶パネルの照明装置として使用することもできる。前記透明ディスプレイの照明部分を任意に制御することにより、表示パネルの側面側から光を入射するエッジライト型の液晶表示装置において、ローカルディミングによる表示コントラストの改善が可能となる。液晶パネルと、照明装置として前記透明ディスプレイを組み合せる場合には、通常のエッジライト型液晶表示装置の導光板照明装置や光拡散シート、面状鏡面部材を併用することができる。光拡散シートとの併用により、透明ディスプレイを全面の面状照明とした際に、その面内照明輝度分布を低減でき、好ましい。面状鏡面部材を、液晶パネルを照明する透明ディスプレイ面の裏面に設置すると、液晶パネルの照明輝度を高めることができ、好ましい。
　また、液晶パネルの照明装置として透明ディスプレイ用いる場合は、透明板１の光学接合層に接しない面や透明基板５の光学機能層と接しない面に、拡散パターンやドット状の溝等の光出射部を設けて、固定的に液晶パネルを照明する部分を設置してもよい。

　透明ディスプレイ２００を面状発光として機能させる具体例、すなわち照明装置として機能させる例を以下に示す。
　光学素子６の透明電極のパターン設計により、光源１３近い場所では光学機能層に電圧を印加して動作させる電極面積を疎に、光源から離れた場所では密にすることが挙げられる。これにより、透明ディスプレイ全面で照明する場合に、光学素子６から発光する面内の光の強度を一様にできる。

　液晶パネルに対する任意の部分照明に透明ディスプレイ２００を用いる場合には、光学素子を構成する透明電極のパターンとして、ドットマトリクス構成が好ましい。光学素子の駆動方式により、スタティック駆動、セグメント駆動が求められることがあり、その場合にはドットマトリクス電極の各ドットの配線を電極基板面内に配設することがある。この場合には、前記配線の面積を、光学素子を駆動できる範囲で小さくすることが好ましい。前記配線部分による透明ディスプレイの面内での発光輝度の不均一性を抑制するために、光拡散シート等を併用することが好ましい。

　また、ドットマトリクス電極により光学素子を駆動する場合に、光源１３に近接したドット電極と離れたドット電極において、異なる実効電圧を印加することで、前記ドットごとの光散乱の程度を制御して、それにより面内での発光輝度の分布を改善することができ好ましい。光源から離れたドットの光散乱強度を、光源に近接したドットより高くすることで、光源１３からの距離によりドットごとの発光輝度の分布を抑えることができ、好ましい。
　各ドット電極に異なる実行電圧を印加する方法としては、ドット電極ごとに異なる電圧値を印加することや、同一の電圧値でその印加時間を周期的に変化させる、パルス幅変調法（ＰＷＭという）などを用いる。実効値応答する光学素子を用いる場合には、駆動回路の設計が比較的容易なＰＷＭによる駆動が好ましい。

　光源１３は、電球、ＬＥＤ（Light Emittion Diode）、有機ＥＬ（Electro Luminescence）、冷陰極管等が挙げられ、入射した光を構造体１００の透明板１の光学接合層が形成されていない面で全反射させる。出射光の光利用効率が高く、光源サイズを小さくできる点で、ＬＥＤを用いることが好ましい。
　光源１３は、構造体１００の透明板１の一端部以外に設けてもよい。すなわち、透明板１の周囲を囲うように設けてもよく、一端部のみに設けてもよい。また、光源１３は、透明板１の端部に直接接合してもよく、僅かな空気層を介して設置してもよい。

　本実施形態の透明ディスプレイ２００は、電気光学機能層４の散乱部分で透明板１中の導光を外部に取り出すことで発光する。そして、表示部が発光し、表示部以外が透明である。

　（変形例）
　図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）および図１３は、光源１３の配置方法を変えた場合の透明ディスプレイの変形例を透明基板５の主面５ｓ側から見た上面図である。
　図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）に示す透明ディスプレイ２０１，２０２は、透明板１の端部でのみ光源１３を設ける端部と、光源１３を設けない端部を有する構成である。透明ディスプレイ２０１は、図１２（Ａ）に示すように、光源１３を透明板１の一端部に設けており、透明ディスプレイ２０２は、図１２（Ｂ）に示すように、光源１３が透明板１を介して対向して設けられている。これらの構成では、構造体１０１で説明したように、透明板１の入射部９以外には、反射部８を設けることが好ましい。これにより、光の利用効率を高めることができる。
　図１３は、透明板１の全ての周端部に光源１３を有する透明ディスプレイ２０３の構成を示す。この構成は、光源の数が多い分、構造体１００の電気光学機能層４が入射光を散乱させる状態において、より多くの光を取り出すことができる。
　光源１３の色は、特に限定されない。発光色が赤、青、緑と切り替わる光源を用いてもよく、単色の光源を用いてもよい。

　光源１３として発光色が赤、青、緑と切り替わる光源を使用する場合、図１１～図１３に示した透明ディスプレイ２００～２０３は、カラー表示が可能となる。例えば、発光色の赤、青、緑の順次点灯の周波数を制御し、発光色の点灯に連動して電気光学機能層４の透過および散乱状態を制御することで、いわゆるフィールドシーケンシャルカラー方式に類似した表示方式が実現でき、一つの表示セグメント電極を複数色に発光させることができる。
　また、透明ディスプレイの一方の面に反射板などの鏡面部材を設置することで、透明ディスプレイを有する鏡とすることができる。この構成では、鏡の中に導光発光表示が形成されており、情報表示可能な鏡を提供できる。

　［液晶表示装置］
　本発明に係る透明ディスプレイを用いた液晶表示装置の一実施形態を、図１４～図１６を参照して説明する。本実施形態を説明するために、導光板を用いる液晶表示装置の従来技術を説明する。導光板を用いる液晶表示装置は、表示面側から順に、液晶パネル、複数枚の拡散板、導光板、および必要に応じてミラーなどの鏡面部材を有する。導光板には印刷や微細凹凸加工などによりドット状などの特定パターンが配設されており、導光板の側面から入射した光が前記配設パターン部位で散乱や屈折により取り出されて発光し、更に拡散板で前記光が拡散して表示パネルに入射する。このような表示装置においては、導光板面の配設パターンは固定のものであり、液晶パネルの表示画像に応じて、導光板面内で部分的に任意に発光強度を変化させることができない。

　（第１の実施形態）
　図１４を参照して本発明に係る透明ディスプレイを用いた液晶表示装置の第１の実施形態について説明する。
　本実施形態の液晶表示装置においては、透明ディスプレイ２００は、面状照明が可能な照明装置として機能するものを用いている。

　図１４は、液晶表示装置３００の断面図である。図１４に示すように、液晶表示装置３００は、透明ディスプレイ２００の光学素子６に液晶パネル１４が対向配置している。すなわち、液晶表示装置３００において、透明ディスプレイ２００は、バックライトとしての照明装置として機能する。以下の説明では、透明ディスプレイ２００に関する説明は、省略する。
　本発明の液晶表示装置は、透明ディスプレイの形態は限定されず、本発明の技術範囲に含まれる全ての透明ディスプレイを用いることができる。
　本実施形態の液晶表示装置３００においては、透明ディスプレイ２００の光源１３は白色光が用いられる。

　液晶パネル１４は、公知の液晶表示パネルが使用できる。例えば、ＴＮ（Twisted Nematic）モードの液晶パネル、ＶＡ（Vertical Alignment）モードの液晶パネルまたはＩＰＳ（In Plane Switching）モードの液晶パネル等が使用できる。

　液晶パネル１４は、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）を有する透明基板１５とカラーフィルターを有する透明基板１７と液晶層１６を有する。透明基板１５，１７には偏光板を設けてもよく、設けなくてもよい。偏光板を設けないと、黒表示ができないものの、液晶パネル１４の透過率が高くなり好ましい。また、カラー表示が必要でない場合には、カラーフィルターを使用しないことで液晶パネル１４の透過率を高めることができる。

　本実施形態の液晶表示装置３００においては、透明ディスプレイ２００の光学素子６は、透明状態と散乱状態を示す。光学素子６が透明状態の場合は、透明ディスプレイ２００が透明であるため、液晶パネル１４の画像表示と液晶パネル１４の背景が透視して共に重畳して視認できる。光学素子６が散乱状態の場合は、透明ディスプレイ２００は、透明板１の導光を取り出して発光し、通常の液晶表示装置のバックライトと同様の機能となる。すなわち、光学素子６を透明状態と散乱状態とに切り替えることで、液晶表示装置３００を透明な液晶表示装置と不透明な液晶表示装置とに切り替えることができる。
　この時、光学素子６が散乱する時に、透明ディスプレイ２００の面内での発光輝度分布を均一化できるように、電気光学機能層４に電界を印加する電極に特定のパターンを設けてもよい。または、電極パターンをドットマトリクス構成として、前述のようにドットごとに印加する実効値電圧を変化させる。これにより、非表示時には透明で、表示時には表示面内での輝度分布が抑えられた液晶表示装置を実現できる。
　また、光学素子６が散乱する時に、透明ディスプレイ２００の面内での発光輝度分布が表示画像に応じて制御されるように、電気光学機能層４に電界を印加する電極にドットマトリクスなどの特定のパターンを設けてもよい。これにより、通常の液晶表示となる表示部と、透明な非表示部とを同時に有する液晶表示装置を実現できる。さらに、表示部の映し出す映像の明るさに応じて、透明ディスプレイ２００の発光輝度を制御すれば、ローカルディミングの作用により、コントラストを大幅に向上した液晶表示装置を構成できる。

　本実施形態の液晶表示装置３００は、透明ディスプレイ２００の光透過と面発光とを高速に切り替え、面発光のタイミングのみ液晶パネル１４を表示させ、透明ディスプレイ２００が透明なタイミングでは液晶パネル１４の透過率が最も高くなるように動作させることで、透明表示でのコントラストを高めることができる。

　また、液晶パネル１４からカラーフィルターを除去しても、透明ディスプレイ２００の光源１３に前記に示した赤、緑、青を発光するＬＥＤを用いて順次点灯させ、その点灯に同期させて液晶パネル１４を動作させることで、いわゆるフィールドシークエンシャル駆動によるカラー表示を提供することができる。この場合、液晶パネル１４に偏光板を有さないことが好ましい。これにより、透明背景の透過率を高くでき、背景の視認性を高くできる。この時、透明ディスプレイ２００の光源１３のＬＥＤの順次点灯において、いずれのＬＥＤも発光させないフィールドを適宜設け、透明ディスプレイ２００が透明なタイミングでは、液晶パネル１４の透過率を高くするように動作させることで、更に背景の透明性を高めることができる。液晶パネル１４が一対の偏光板に挟持されている場合は、透過時の透明性は低下するが、黒表示が可能となる。

　液晶パネル１４にＴＦＴを備えないパッシブ駆動の液晶パネルを用いても良い。ＴＦＴを用いないと透過時の透明性を高めることができる。
　前記透明表示が不要な場合は、従来の液晶表示装置と同様に、透明ディスプレイ２００の液晶パネル１４と対応しない面に反射板などの鏡面部材を設置することで、照明効率を高めることができ好ましい。この場合には、透明ディスプレイ２００と液晶パネル１４の間に光拡散シートなどを配設することで、透明ディスプレイの面内での輝度分布を押さえることができ、好ましい。更に、透明ディスプレイ２００の透明板１の光学接合層と接しない面、または透明基板５の光学機能層と接しない面に、拡散パターンやドット状の微細凹凸等の光出射部を設けて、固定的に液晶パネルを照明する部分を設置してもよい。

　（変形例）
　図１５および図１６は、本実施形態の液晶表示装置の変形例の断面図である。
　図１５に示す液晶表示装置３０１は、透明ディスプレイ２００の透明板１に液晶パネル１４が対向配置している。

　図１６に示す液晶表示装置３０２は、透明ディスプレイ２００の光学素子６に液晶パネル１４が対向配置し、光学素子６と液晶パネル１４とが、光学接合層１８を介して接合されている。これにより、光源１３から発せられた光を効率よく液晶パネル１４の表示に使用できる。光学接合層１８は、構造体において透明板１と光学素子６とを接合する光学接合層と同様の物を使用できる。
　また、液晶表示装置の一方の面に反射板などの鏡面部材を設置することで、透明ディスプレイを透明状態とすると鏡の中に表示を形成することができ、情報表示可能な鏡を提供できる。一方、透明ディスプレイが照明装置として機能させる場合には、その照明効率を高めることができ好ましい。

　本発明の情報表示装置においては、透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である。
　情報表示装置のより具体的な態様においては、少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、前記一対の透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、前記透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板とを有し、前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、
　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３
　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である構造体と、
　前記構造体の透明板の少なくとも一端面に配置される光源と、を有する。

　また、情報表示装置のより具体的な他の態様においては、一対の透明基板に挟持されている電気光学機能層を有し、前記透明基板の少なくとも一方に電極が形成されており、前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式４の測定角度の透過率が６０％以上であり、
　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明基板と隣接する電気光学機能層以外の部分の媒体の屈折率／透明基板の屈折率）　…　式４
　前記透明基板の少なくとも一方は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である構造体と、前記構造体の透明板の少なくとも一端面に配置される光源とを有する。
　この情報表示装置の説明においては、上記した液晶表示装置の説明を援用することができる。

　図１７および図１８を参照して、本発明を説明する。例１が実施例であり、例２および例３が比較例である。

　（例１）
　一対のソーダライムガラス基板（透明基板）３，５間に液晶化合物と配向規制材からなる電気光学機能層４が挟持された光学素子６を用意した。この光学素子は、電圧印加時に散乱し、電圧の非印加時に透明状態を示すものである。透明板１１として、導光板用ガラス基板（旭硝子社製、商品名ＸＣＶ　屈折率１．５２）を用意した。この導光板用ガラス基板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域において平均内部透過率は９８．８％であった。
　前記光学素子６と導光板用ガラス基板１１とを、断面形状が図１７となるように光学接合層２を介して貼合した。光学接合層の３５℃で１Ｈｚの動的せん断貯蔵弾性率（Ｇ´）は、８．９ｋＰａであった。これにより、例１の構造体を作製した。

　（例２）
　光学素子６として、市販の電気光学素子（日本板硝子社製、商品名　ＵＭＵ　ＦＩＬＭ）を用いたこと以外は、例１と同様にして例２の構造体を作成した。

　（例３）
　例１で用いた光学素子を単独で使用した。

　（評価）
　例１～３について、光学素子の電気光学機能層の透明状態における０°（法線方向）および４５°（斜入射方向）における透過率および、法線方向の透明時と散乱時の導光発光の輝度の比（散乱時強度／透明時強度）から求められるコントラスト比を測定した。

　（透過率測定）
　光学素子が光を透過する状態かつ光源の光を照射しない状態で例１～３の構造体の透過率の測定を行った。例１および例３は、光学素子への電圧が非印加状態で測定を行った。例２は、光学素子に矩形波５０Ｈｚ、６０Ｖの電圧を印加した状態で透過率を測定した。その結果を表１に示す。
　本実施例で用いている透明板としての導光板用ガラス基板は、屈折率が１．５２であり、導光板用ガラス基板に隣接し光学接合層と接していない部の媒体は、空気（屈折率１）である。したがって、上記式３で算出される測定角度は４１．１°である。本実施例では、測定装置の都合便宜上、測定角度４５°で透過率の測定を行った。一般に光学素子の透過率は、測定角度が大きいほど、光学素子を通過する光の距離が大きくなり透過率は低下する。

　（コントラスト比の測定）
　光源の光を照射する状態で、例１～３の構造体のコントラスト比の測定を行った。例１および２は、図１７に示すように光源１３の光が導光板用ガラス基板から入射されるように、導光板用ガラス基板１１の一端部に光源１３を配置し、例３は、図１８に示すように、光学素子６の一端部に光源１３を配置して測定を行なった。

　例１～例３のコントラスト比の測定の際には、導光板用ガラス基板１１の光学素子６と接しない面および光学素子６の検出器と対向していない面には、図１８に示すように、空気層を介して遮光板１９を設けた。これにより、光学素子の表示面に対向する面からの光の入射を抑制される。
　測定は、例１～３の構造体の各５カ所で行い、その平均値をコントラスト比の値とした。また、入射光の強度を２水準（高強度および低強度）変えて測定を行った。それらの結果を表１に示す。

　表１に示すように、例１および例３の構造体は、液晶化合物と配向規制材からなる法線方向および斜入射方向の透過率が高い電気光学機能層を有する。このため、例１および例３の構造体は、市販の電気光学素子である電気光学機能層を用いた例２の構造体に比べて法線方向および斜入射方向において高い透過率を示す。特に、例１と例２とを比較すると、例１に使用している電気光学機能層は、斜入射方向の透過率が、例２のそれよりも高いため、導光板用ガラス基板から、それと隣接する媒体に向かう光が前記式３'の角度以上となるように導光板用ガラス基板の端部より入射した光は、電気光学機能層において、その入射光が散乱されにくいために例１の透明時の導光発光強度は小さくなる。光学素子が散乱時の導光発光強度は、例１、例２共に高いことから、例１の構造体のコントラスト比が高くなった。いいかえると、例２で使用した電気光学機能層のように斜入射方向の透過率が低いものは、光学素子が透明状態であっても導光板用ガラス基板から入射した光が、構造体の中を導光する際に散乱される。その結果、透明時であっても、電気光学機能層に入射する光が散乱されることによって、その導光発光強度が高くなり、そのコントラスト比が低下する。

　上述のとおり、例１と例３は、透明状態での斜入射方向の透過率が高い電気光学機能層を用いているので、構造体に光を入射した際に観察面方向に同様に導光が得られれば、光学素子が透明時における導光発光強度は同等となる。
　しかしながら、例３においては、電気光学機能層に光学接合される透明板は、存在せず、光は、電気光学機能層を構成するソーダライムガラス基板の端部に入射されるため、ガラス基板の光吸収より観察面方向への導光自体が得られない。そのために、光学素子が透明状態の発光輝度は、例１と同様に小さいながら、光学素子が光散時においても導光発光強度が小さいために、コントラスト比が小さくなる。すなわち、本発明の構成においてのみ、光学素子が透明時の導光発光強度を小さくでき、同時に、光学素子の散乱時に充分な導光発光強度が得られることで、コントラスト比が４以上の視認性の高い透明発光表示を提供することができる。

　本発明の構造体によれば、環境光の強度が充分に高い場合には、環境光を利用した、光学素子の透過と散乱の高いコントラスト比が得られ、環境光が弱い場合、あるいは環境光がほぼない場合には、光源の光を透明板の端部に入射することで、導光発光によるコントラスト比が５以上の良好な表示が得られる。
　また、本発明の照明装置によれば、環境光の強度に依存することなく、光学素子への電圧印加及び非印加によって、透明状態と発光状態とを切り替えることが可能になる。
　なお、２０１５年８月２５日に出願された日本特許出願２０１５－１６６１７５号の明細書、特許請求の範囲、図面および要約書の全内容をここに引用し、本発明の開示として取り入れるものである。

１：透明板、　１ｓ：透明板１の主面、　２：光学接合層、　３：透明基板、　４：電気光学機能層、　５：透明基板、　５ｓ：透明基板５の主面、　６：光学素子、７：光、　８：反射部、　９：入射部、　１０：透明電極（電極）、　１１：透明板、　１１ａ：非貼合部、　１２：透明板、　１３：光源、　１４：液晶パネル、　１５：透明基板、　１６：液晶層、　１７：透明基板、　１８：光学接合層、　１９：遮光板、　１００～１０６：構造体、　２００～２０２：透明ディスプレイ、　３００～３０２：液晶表示装置。

Claims (14)

1. 　少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、
   　前記一対の透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、
   　前記透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板と、を有し、
   　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、
   　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部分の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３
   　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である、
   　構造体。
2. 　前記光学接合層の３５℃で１Ｈｚにおける動的せん断貯蔵弾性率（Ｇ´）が１．０×１０^５Ｐａ以下である、
   　請求項１に記載の構造体。
3. 　前記光学接合層を介して接合されている前記透明基板と前記透明板の熱膨張率の比が５以下である、
   　請求項１または２に記載の構造体。
4. 　一対の透明基板に挟持されている電気光学機能層を有し、
   　前記透明基板の少なくとも一方に電極が形成されており、
   　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式４の測定角度の透過率が６０％以上であり、
   　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明基板と隣接する電気光学機能層以外の部分の媒体の屈折率／透明基板の屈折率）　…　式４
   　前記透明基板の少なくとも一方は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である、
   　構造体。
5. 　前記電気光学機能層は、液晶化合物と、液晶化合物の配向規制する配向規制材を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載の構造体。
6. 　前記配向規制材は、硬化性樹脂組成物の硬化物からなる、
   　請求項５に記載の構造体。
7. 　透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である、透明ディスプレイ。
8. 　透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である、照明装置。
9. 　少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、
   　前記一対の透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、
   　前記透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板とを有し、
   　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、
   　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３
   　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である構造体と、
   　前記構造体の透明板の少なくとも一端面に配置される光源と、
   を有する、請求項８に記載の照明装置。
10. 　一対の透明基板に挟持されている電気光学機能層を有し、
    　前記透明基板の少なくとも一方に電極が形成されており、
    　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式４の測定角度の透過率が６０％以上であり、
    　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明基板と隣接する電気光学機能層以外の部分の媒体の屈折率／透明基板の屈折率）　…　式４
    　前記透明基板の少なくとも一方は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である、
    　構造体と、
    　前記構造体の透明基板の少なくとも一端面に配置される光源と、
    を有する、請求項８に記載の照明装置。
11. 　液晶パネルと、
    　請求項８～１０のいずれか１項に記載の照明装置と、
    を有する液晶表示装置。
12. 　透明部の透過率が７０％以上であり、表示面に対向する側から入射する光がない状態において、透明部と散乱部の輝度コントラスト比が４以上である、情報表示装置。
13. 　少なくとも一方に電極が形成されている一対の透明基板と、
    　前記一対の透明基板間に挟持されている電気光学機能層と、
    　前記透明基板の少なくとも一方に、光学接合層を介して積層されている透明板とを有し、
    　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式３の測定角度の透過率が６０％以上であり、
    　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明板と隣接する光学接合層以外の部の媒体の屈折率／透明板の屈折率）　…　式３
    　前記透明板は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である構造体と、
    　前記構造体の透明板の少なくとも一端面に配置される光源と、
    を有する、請求項１２に記載の情報表示装置。
14. 　一対の透明基板に挟持されている電気光学機能層を有し、
    　前記透明基板の少なくとも一方に電極が形成されており、
    　前記電気光学機能層は、電圧の印加により入射光を透過する状態と散乱する状態とを制御でき、入射光を透過する状態において、下記式４の測定角度の透過率が６０％以上であり、
    　　測定角度＝ａｒｃｓｉｎ（透明基板と隣接する電気光学機能層以外の部分の媒体の屈折率／透明基板の屈折率）　…　式４
    　前記透明基板の少なくとも一方は、光路長が５０ｍｍでの波長４００ｎｍ～７００ｎｍにおける波長域で平均内部透過率が８０％以上である、
    　構造体と、
    　前記構造体の透明板の少なくとも一端面に配置される光源と、
    を有する、請求項１２に記載の情報表示装置。

Images