JP6658758B2 - 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
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Description
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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)。
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。
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I0(%)、ある光路長L(cm)を透過した後の光の強度をI1(%)、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。
logTin=(log(I1/I0)−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。
Fe2+およびFe3+は、波長400〜700nmの範囲に吸収が存在するが、Fe2+の吸収係数(11cm−1Mol−1)は、Fe3+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、Fe2+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Fe2+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。Fe2O3の含有量Aは、蛍光X線測定によって求めた、Fe2O3に換算した全鉄の含有量(質量ppm)である。Fe2+の含有量Bは、ASTM C169−92に準じて測定した。なお、測定したFe2+の含有量は、Fe2O3に換算して表記した。
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、SiO2を60〜80%、Al2O3を0〜7%、MgOを0〜10%、CaOを0〜20%、SrOを0〜15%、BaOを0〜15%、Na2Oを3〜20%、K2Oを0〜10%を含み、Fe2O3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、SiO2を45〜80%、Al2O3を7%超30%以下、B2O3を0〜15%、MgOを0〜15%、CaOを0〜6%、SrOを0〜5%、BaOを0〜5%、Na2Oを7〜20%、K2Oを0〜10%、ZrO2を0〜10%を含み、Fe2O3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、SiO2を45〜70%、Al2O3を10〜30%、B2O3を0〜15%、MgO、CaO、SrOおよびBaOを合計で5〜30%、Li2O、Na2OおよびK2Oを合計で0%以上、3%未満を含み、Fe2O3を5〜100質量ppm含む。
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。
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。
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。
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。
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。
A1−O−(R1)m―O―Z―O―(R2)nO―A2 … 式5
A3−(OR3)o―O―Z’―O―(R4O)p―A4 … 式6
ここで、A1,A2,A3,A4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。R1,R2,R3,R4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。
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。
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。
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。
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。
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。
(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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
測定角度=arcsin(透明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/透明板の屈折率) … 式4
前記透明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。
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。
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1で用いた光学素子を単独で使用した。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (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、膜厚が3〜30μmの電気光学機能層と、
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、
前記透明板のエッジ部から入射した光は、前記電気光学機能層に導かれ、当該電気光学機能層において、前記電極に対して電圧が非印加の状態では前記エッジ部から入射した光を透過させ、前記電極に電圧が印加された状態では前記エッジ部から入射した光を散乱させ、
前記電気光学機能層は、液晶化合物と、前記液晶化合物を配向規制する配向規制材を含み、
前記配向規制材は、柱状樹脂の集合体から成り、前記柱状樹脂は、その長軸方向が前記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いる硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
前記液晶化合物は、前記柱状樹脂の集合体と連接して液晶ドメインを形成してなり、
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(前記透明板における前記光学接合層側とは反対側の面に接する媒体の屈折率/前記透明板の屈折率) … 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。 - 透明基板と、
膜厚が3〜30μmの電気光学機能層と、
前記電気光学機能層を介して前記透明基板と対向配置される透明板と、
前記透明基板と前記透明板の少なくとも一方に形成された電極とを有し、
前記透明板のエッジ部から入射した光は、前記電気光学機能層に導かれ、当該電気光学機能層において、前記電極に対して電圧が非印加の状態では前記エッジ部から入射した光を透過させ、前記電極に電圧が印加された状態では前記エッジ部から入射した光を散乱させ、
前記電気光学機能層は、液晶化合物と、前記液晶化合物を配向規制する配向規制材を含み、
前記配向規制材は、柱状樹脂の集合体から成り、前記柱状樹脂は、その長軸方向が前記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いる硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
前記液晶化合物は、前記柱状樹脂の集合体と連接して液晶ドメインを形成してなり、
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(前記透明板における前記電気光学機能層側とは反対側の面に接する媒体の屈折率/前記透明板の屈折率) … 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、
構造体。 - 膜厚が3〜30μmの電気光学機能層と、
前記電気光学機能層を挟持し、少なくとも一方に電極が形成された一対の透明板と、を有し、
前記一対の透明板の少なくとも一端部のエッジ部から入射した光は、前記電気光学機能層に導かれ、当該電気光学機能層において、電圧が非印加の状態では前記エッジ部から入射した光を透過させ、電圧が印加された状態では前記エッジ部から入射した光を散乱させ、
前記電気光学機能層は、液晶化合物と、前記液晶化合物を配向規制する配向規制材を含み、
前記配向規制材は、柱状樹脂の集合体から成り、前記柱状樹脂は、その長軸方向が前記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いる硬化性樹脂組成物の硬化物からなり、
前記液晶化合物は、前記柱状樹脂の集合体と連接して液晶ドメインを形成してなり、
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(前記透明板における前記電気光学機能層側とは反対側の面に接する媒体の屈折率/前記透明板の屈折率) … 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、
構造体。 - 前記透明板は、ガラスである請求項1〜3のいずれかに記載の構造体。
- 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1.0×105Pa以下である、
請求項1に記載の構造体。 - 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又は5に記載の構造体。 - 請求項1〜6のいずれかに記載の構造体と、
前記構造体に設けられた前記透明板の一端面に配置された光源と、を有する透明ディスプレイ。 - 前記構造体の透明部の透過率が70%以上である請求項7に記載の透明ディスプレイ。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の構造体と、
前記構造体に設けられた前記透明板の一端面に配置された光源と、を有する照明装置。 - 前記構造体の透明部の透過率が70%以上である請求項9に記載の照明装置。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の構造体と、
前記構造体に設けられた前記透明板の一端面に配置された光源と、を有する情報表示装置。 - 前記構造体の透明部の透過率が70%以上である請求項11に記載の情報表示装置。
- 液晶パネルと、
請求項9又は10に記載の照明装置とを有する液晶表示装置。
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