JP2007511792A - 組込型ディスプレイを有するミラー - Google Patents

Abstract

例えば、ＬＣＤディスプレイ（５）とその前部に配された偏光ミラー（２）とに基づいた、同時に表示目的にも使用できるミラー装置（１）。斯かるミラーディスプレイの反射率は、その非観察側に、他の偏光ミラー（１１）を備えることによって、増加する。ディスプレイの色吸収は、このディスプレイの後ろにおいて、この反射偏光子の後ろにカラーフィルタ（１３）又はカラー（シーケンシャル）バックライト（30）を配することによって防止される。

Description

本発明は、観察側に第１の種類の偏光を反射する第１の面を有する観察目的の偏光ミラーに関する。この偏光ミラーは、第２の種類の偏光を通過させるとともに、非観察側に表示装置を備え、表示装置は、使用されている間、第２の種類の偏光を提供する。本出願において、「観察目的のミラー」又は「表示ミラー」は、外界の映した部分を人間の目（又は（赤外線）カメラレンズなどの人工的な目）に見せるミラーを示している。例として、風呂場のミラー、試着室の全身ミラー、又は鏡張りの壁などの大型ミラーを考えることができる。他の例は、トラックの外部ミラー又は化粧台のミラーなどの中型ミラーである。

第１の偏光を反射する第１の面を有することによって、ミラー面が偏光面として作用することを意味する。使用しているとき、偏光面に入射する光のうちの、或る波長の範囲内の光は、偏光面で反射する成分と、偏光面を通過する成分と、の２つの成分に分割される。一般的に、最も知られているのは、光を、線形偏光で偏光方向が垂直の２成分に分割することである。一方、光が、右周り円偏光および左周り円偏光又は楕円偏光に分割される場合もある。

上記の種類のディスプレイミラーは、２００２年３月１８日に出願された係属中のヨーロッパ出願番号第０２０７６０６９．２号および２００２年１０月１７日に出願された出願番号第０２０７９３０６．３号（整理番号 ＰＨＮＬ０２．１０３８）に記載されている。ミラー機能は、表示装置の前に、部分的に反射する層の代わりに、偏光ミラー又は反射偏光子を導入することによって得られる。

一般に、斯かるミラーの反射率は、最適に、即ち、できるだけ高く選択される。その結果として、最適に機能するように、好ましくは実質的に全ての光、又はできるだけ多くの光が、反射すべきである。斯かるミラーは、第１の種類の偏光を観察側に反射し、第２の種類の偏光を通過させるが、さらに、このミラーは非観察側に表示装置を備えており、この表示装置は、使用されている間、第２の種類の偏光を提供する。

表示装置は、使用中に、（偏光した）光を発する又は反射する。

第２の種類の偏光による光の偏光（方向）をディスプレイが発する偏光した光の偏光（方向）に適合させることによって、実質的に１００％の透過係数が達成され、映った画像に対する表示された情報のコントラストが高くなる。

しかし、特にミラーの一部がディスプレイとして使用される場合、ミラー面の他の（表示）部分ではミラー機能が有効なままである。この結果、反射が日中の視認性およびコントラストを悪化させる。一方、ミラーとして使用される場合、一偏光成分のみが反射し、そのため反射率はわずか約５０％である。理想的には、ディスプレイミラーは、表示モードで１００％透過し、ミラーモードで１００％反射することが望まれる。

本発明は、一つの目的として、斯かるミラーディスプレイの反射率を高めることによって、これらの問題を少なくとも部分的に克服することにある。

この目的のため、本発明による偏光ミラーは、非観測側に、他の偏光ミラーを有する。この構成では、ミラー・ディスプレイの透過率を０％と１００％との間で切り替えることができ、一方、反射率は６２．５％に増加する（約１６％としたときのカラーフィルタによる透過損失に依存する）。したがって、反射状態に対して、反射率を増加させることができる。

好ましい実施例では、表示装置の電気光学層と色生成手段との間に、他の偏光ミラーが備えられる。このようにして、カラーフィルタによる透過損失が解消され、反射率が約８５％にまで増加する。カラーフィルターは、他の偏光ミラーの後ろに配される。同様の効果は、カラーシーケンシャルバックライトなどの他の色生成手段により得られる。

提案された表示ミラーは、表示モードにおいて、依然として（白の画素に対して）５０％の反射率を有し、反射率は（黒の画素に対して）８５％まで増加し得る。この反射を抑制するために、偏光ミラーは、好ましくは、観察側に、２つの光学状態の間で切替可能な偏光手段を備える。

一実施例では、偏光ミラーは、観察側において、２つの基板の間に、色素を有する液晶層を有する。

別の実施例では、偏光ミラーは、観察側に、切替可能な１／２λリターダおよび偏光子を有する。反射の更なる抑制のため、斯かる切替可能な偏光子を使用するのは、表示装置と他の偏光ミラーとの間であることも好ましい。

本発明のこれらおよび他の態様は、以下に記載された実施例から明らかであり、この実施例を基準にして説明される。

これらの図は、概略的なものであり、一律の縮尺に従わずに描かれている。対応する要素は、一般的に同じ符号によって示されている。

図１は、観察目的のミラー装置１を示している。このミラー装置１は、ガラスプレート又は他の任意の基板４上に、光を反射するミラー２を有しており、これによって、人間３は自分の像３’（および他の背景、図示せず）を見る。本発明によれば、ミラー（面）は第１の種類の偏光（方向）の光のみを反射し、第２の種類の偏光（方向）の光を通過させる。さらに、ミラーは、その非観測側に、表示装置５を備えている（図２も参照）。

表示装置５は、この例では、２つの基板（ガラス又はプラスチック又は他の適切な材料）の間に液晶材料６を有する液晶表示装置である。大部分の液晶表示装置は偏光作用に基づいたものであるので、表示装置５は、その使用中、偏光した光を出す。一般的には、バックライト１０からの光は、液晶ディスプレイの作用によって変調される。液晶表示装置が偏光作用に基づいたものであるので、表示装置５は、第１の偏光子８および第２の偏光子（又はアナライザ）９を有し、この偏光子９は特定の偏光（方向）の光を通過させる。

この特定の偏光は、第２の種類の偏光（方向）と同じ（線形）偏光方向を有し、光損失なくミラー（面）２を通過する（１００％の透過率）。

大部分の液晶表示装置は直線偏光の変調に基づいているので、直線偏光子８、９が使用され、ミラー２も直線偏光選択ミラーである（例えば、複数の誘電層の積層体であり、各誘電層は、選択された波長（又はスペクトルの平均値）の１／４の光学長を有し、これら誘電層は選択された屈折率を有する）。別の可能性は、１つの偏光に対して透過し、それと直交する偏光に対して反射するいわゆるワイヤーグリッド偏光子（細い導電ワイヤのグリッド）を使用することである。

ミラーおよび表示装置が、第１の面に実質的に垂直な軸に対して互いに回転可能な場合、表示装置が発する偏光の透過係数は、変調された光の偏光（方向）とミラー２を通過する光の偏光軸との間の角度に依存するので、可変の係数である。このようにして、望むのであれば、ミラーを単に回転することによって、表示装置の画像を薄暗くし、又は完全に消すことができる。

一方、特定の用途では、ミラーに写った画像に対して、表示された情報のコントラストを高くする効果を得るために、例えば（Ｏ）ＬＥＤ又は他のディスプレイからの光を偏光することが、魅力的な場合がある。

図３は、液晶表示装置５が使用されている本発明によるミラーの一部を示しており、非観察側に、表示装置５とバックライト１０との間に存在する他の偏光ミラー１１を有している。

入射光２０はその一部（この例では、（点）２０’で示されている一偏光方向）がミラー２で反射する（矢印２２）。表示装置５（この例では液晶ディスプレイ）が「オフ」（図３ａ）又は「不活性」の場合、残りの光（この例では、（双方向矢印）２０”で示されている他の偏光方向）は、切替可能なハーフラムダ・プレートとして作用する表示装置５を通過し、その偏光方向が変化し（点２０'''で示されている）、この残りの光は直線偏光ミラー１１で反射する。反射の後、偏光方向２０'''を有する反射光は、その偏光方向を再度変化させる（双方向矢印２０”で示されている）表示装置５を通過し、直線偏光選択ミラー２を再度通過する（矢印２２）。切替可能なハーフラムダ・プレートとして作用するように、垂直偏光子の間に（一例として）ねじれネマティク液晶表示装置が選択されている。他の可能性として、電気に制御される／補償される複屈折（ＥＣＢ、ＯＣＢ）、強誘電性効果、又はin-plane switching（ＩＰＳ）に基づく装置がある。

結果として、原理的には、実質的に全ての入射光が反射される。しかし、実際には、カラーフィルタを通過する偏光の透過率が約２５％であるので、特にカラーディスプレイでは光損失が発生し、このため、最終的には残りの光（２０”で示される他の偏光方向）の約１０％〜１５％が反射し、トータルの反射が約６０％〜６５％（矢印２２、２２’の反射の組合せ）になる。この６０％〜６５％のトータルの反射は、ディスプレイ又は中間層での他の光損失が考慮されていない。

表示モードにおいて、表示装置５は、この例では、第２の偏光方向（（双方向矢印）１５”で示されている）の直線偏光を、直接に又は光が偏光子（図示せず）を通過することによって、放出する。この場合、偏光方向１５”の偏光は、バックライト１０によって発生し（矢印１６）、その偏光方向（双方向矢印１５”で示されている）が変化することなく直線偏光ミラー１１を通過する（矢印１６’）。バックライト１０が発生する他の偏光方向（（点）１５’で示されている）の光は、その偏光方向（矢印１５’、１７で示されている）が変化することなく直線偏光ミラー１１で反射する。バックライトの種類に依存して（例えば、コレステリックミラーが使用されるとき）、この反射光の少なくとも一部はバックライトで反射するとともにその偏光方向を変えて、偏光方向１５”の光が発せられる。

偏光方向１５”（矢印１６’）の偏光は、表示装置５を通過する。画像素子（画素）が「オン」又は実質的に「活性」の場合、光は吸収されず、偏光方向１５”が維持される。この偏光方向１５”の光は、実質的に光損失を伴なわずに、直線偏光選択ミラー２を通過し、ほぼ１００％の透過係数になる。

一方、周辺光（矢印２５）は一部が直線偏光選択ミラー２で反射する（この例では、（点）２０’で示されている一偏光方向）。残りの光（この例では、（双方向矢印）２０”で示されている他の偏光方向）は、表示装置５を通過し、その偏光方向を維持して線形偏光ミラー１１も通過する。この光の一部はカラーフィルタで損失し、これはバックライトで反射する光にも当てはまり、反射の寄与は無視できる。したがって、画像素子（画素）が「オン」又は「活性」の場合、約５０％の反射が観察される。

画像素子（画素）が「オフ」（図３ｂ）又は「不活性」の場合、偏光方向１５”（双方向矢印１５”で示されている）の光は、その偏光方向を変えることなく直線偏光ミラー１１（矢印１６’）を通過する。表示装置５を通過すると、（点）１５’で示されるように、その偏光方向は回転し（矢印１８）、偏光ミラー２はその偏光方向を変えることなくその光を反射する（（点）１５’、矢印１９で示されている）。反射の後、光は再び表示装置５を通過し、その偏光方向を回転し、直線偏光ミラー１１も通過し、（この例では）偏光が解消されバックライトに入射する。周辺光（矢印２５）は、その一部が直線偏光選択ミラー２で反射し、「オフ」の画素に対して、図３ａを基準にして記載されたのと同様の挙動を示し、トータルの反射が約６０％〜６５％になる。

「オン」状態又は「活性」状態と「オフ」状態又は「不活性」状態との両方で、最大反射率は、最大透過率よりも低く画像素子の状態に依存する。大部分のスペクトルを反射し、狭いスペクトルバンドのみを透過するカラーフィルタを使用することによって、より高反射を得ることができる。赤のサブ画素・カラーフィルタは、狭い赤のスペクトルバンドを、バックライトから観察者（viewer）に送り、残りのスペクトルをバックライトへと反射する。同様に、このフィルタは、スペクトルの狭い赤の部分は別として、入射光の大部分を観察者（viewer）へと反射する。これは、レーザーダイオード又はＬＥＤなどの狭いスペクトル源（広くても２０ｎｍのバンド幅）を有するコリメート・バックライトを使用することによって得ることができる。斯かるバックライトシステムは、分離する光の角度が１０°〜２０°である。

上記のように、偏光した光のカラーフィルタの透過率はわずか約２５％であるので、光損失は特にカラーディスプレイで発生する。この損失は、線形偏光ミラー１１とバックライト１０との間の後側にカラーフィルタ１３が備えられた図４の構成を使用することによって、防止される。ミラーモード（図４ａ）では、他の偏光方向（２０”で示される）を有する偏光のディスプレイの透過率は、約６０％〜８０％であるので、トータルの反射率は約８５％になる（矢印２２、２２’の反射の組合せ）。図４ａにおける他の符号は、図３ａにおける符号と同じ意味である。同様の論証が、図４ｂの状況（表示モード）に当てはまり、「オフ」又は「不活性」である画像素子（画素）に対しても約８５％のトータルの反射率が得られる。

あるいは、バックライト１０は、着色光がディスプレイ全体又はその一部に順次に供給される走査バックライトとすることができる。カラーシーケンシャルディスプレイでは、液晶表示装置にカラーサブ画素がなく、したがって吸収損失がない。バックライトが例えば赤から緑、青へと時系列的に切り換わることによって、色が発生する。バックライトと同期をとるために、液晶表示装置（カラーフィルターのサブ画素化がされていない）は、赤、緑、および青のサブフィールドを時系列的に表示する。ディスプレイミラー装置が８０％〜８５％の高い透過率を有し、２つの直線反射偏光子２、１１の使用によって構造全体の反射率が増加する。この構造では、色がバックライト自体によって発生し、透過率はＬＣ層によって調整されるので、バックライトはコリメートされる必要は無い。先に提案した構成に関して、この構成の表示モードにおける「オフ」状態も約８５％の反射を示す。好ましくは、カラーシーケンシャルバックライトによる色の分離が見えないように、例えばＯＣＢ又はＦＬＣなどの高速スイッチングＬＣ作用が必要である。

上記の実施例において、図４に提案された解決策（又はカラーシーケンシャルバックライト若しくは走査バックライトを用いた同様の実施例）により、表示モードは白の画素に対しては依然として５０％の反射率を有し、黒の画素に対しては、反射率は８５％にまで増加し得る。この反射率を抑制するために、切替可能な偏光子を使用することが提案される。切替可能な偏光子は、ディスプレイの前に置かれて、表示モードにおいてミラーからの残りの反射を抑制する。切替可能な偏光子は、１／２λリターダと吸収偏光子から、又はゲストホストシステムから構成することができる。斯かる切替可能な偏光子に関する更なる詳細は、２００２年１０月１７日に出願された係属中のヨーロッパ出願第０２０７９３０６．３号（整理番号 ＰＨＮＬ０２．１０３８）で見つけることができる。

図５は、斯かるカラーシーケンシャルバックライト又は走査バックライト３０と切替可能な偏光子３１とを有する実施例を示し、この偏光子３１は、１／２λリターダ（又はスイッチ）３２と吸収偏光子３３とから構成される。「ミラーモード」において入射光２０は、その一部（この例では、（点）２０’で示される一偏光方向）が吸収偏光子３３で吸収される。残りの光（この例では、（双方向矢印）２０”で示されている他の偏光方向）は、吸収偏光子３３を通過する。切替可能なハーフラムダ・プレート３２は、その偏光方向を変化させ（点２０'''で示されている）、当該残りの光は線形偏光ミラー２で反射する。反射の後、偏光方向２０'''を有する反射光は、１／２λリターダ（又はスイッチ）３２を通過し、（偏光方向を変化させる状態にある）このリターダ３２は偏光方向を切り替え（（双方向矢印）２０”で示されている）、吸収偏光子３３を通過する（矢印２２）。この手段によって、「ミラーモード」において、入射光２０の５０％のみが反射される。

しかし、表示モードでは、「オフ」画素での反射率は、約３５％まで抑制され、「オン」画素に対しては０％にまで抑制される。「表示モード」における「オン」画素に対する入射光２５は、その一部（この例では、（点）２０’で示される一偏光方向）が吸収偏光子３３で吸収される。残りの光（この例では、（双方向矢印）２０”で示されている他の偏光方向）は、偏光を維持する状態に切り換えられている１／２λリターダを通過し、偏光は直線偏光ミラー２、表示装置５、および直線偏光選択ミラー１１でも維持されるので、実質的にゼロの反射となる。

「表示モード」（図５ｂ）における「オフ」画素に対する入射光４０は、その一部（この例では、（点）２０’で示される一偏光方向）が吸収偏光子３３で吸収される。残りの光（この例では、（双方向矢印）２０”で示されている他の偏光方向）は、偏光を維持する状態に切り換えられている１／２λリターダを通過し、この偏光は直線偏光ミラー２でも維持されるが、液晶表示装置５でその偏光方向が変化し（点２０'''で示されている）、当該残りの光は直線偏光選択ミラー１１で反射し、この直線偏光選択ミラー１１で反射した後（矢印４５’参照）、その偏光方向を維持する（点２０'''で示されている）。偏光はこの表示装置で再度変化し、偏光が変化することなく１／２λリターダ（又はスイッチ）３２を通過し（矢印４５’参照）、吸収偏光子３３を通過し、その結果最終的な反射率は約３５％である（矢印４５）。追加した切替可能な偏光子３１は表示装置の透過率に影響を及ぼさず、表示モードではコントラストが改善される。

図６は、切替可能な偏光子３１を使用する図５に提案されているディスプレイミラーを示しており、偏光子３１は、ゲストホスト偏光子３４と吸収偏光子３３とからなり、表示モードでの反射を抑制する。ゲスト−ホスト偏光子を、透過状態と一偏光方向を吸収する状態との間で切り替えることができる。この構成では、ゲストホスト偏光子３４において吸収が生じないので、図６ａで分かるように、図４の実施例で改善された反射率が維持されている（約８５％）。「表示モード」（図６ｂ）では、装置は実質的に図５ｂの装置と同様に動作する。他の符号は、図３，図４，および図５の符号と同じ意味を有している。

図７の実施例では、カラーシーケンシャルバックライト又は走査バックライト３０と液晶表示装置５との間に吸収偏光子５２を加えることによって、表示モードにおける「オフ」画素に対して観察される約３５％の最終的な反射（矢印４５）が防止される。一方、これは、反射がゼロであるので、本発明の全ての実施例に対して黒の状態、結果としてミラーモードのコントラストを改善する。反射偏光子（直線偏光ミラー）１１を省くことができるが、ミラーモードでの反射率は約５０％に低下する。

異なる実施例では、反射偏光子として使用される部品を、ディスプレイの外部に直に取り付けることができ偏光子と反射体とが一体化したものとして機能することができるコレステリックフィルタ又は複屈折ホイルとすることができる。これは、ＬＣＤに通常は取り付けられる吸収偏光子が必要でないことを意味する。ワイヤーグリッド偏光子は、反射偏光子の別の例である。斯かる偏光子は、細い金属ワイヤを有する基板（ガラス又は他のもの）で構成される。この基板は、ワイヤーグリッドが電極として使用される場合、又は電極構造がワイヤーグリッド構造の上に備えられる場合に、ＬＣＤ用に使用される通常の基板に代えて使用できる。

また、偏光バックライトが使用される場合、直線偏光ミラーを透過しない光をリサイクルし、結果としてディスプレイの出力を増加させることができる。バックライトは直線偏光ミラーに一体化でき、ディスプレイミラー用の基板としての役割をすることができる。

図示された構成は、１／２λリターダおよび／又は吸収偏光子、並びに切替可能なゲストホストセルには限られない。これらの構成要素は、ＬＣ作用に基づいており、図示された解決策では、１／２λリターダに対してはねじれネマティックであり、ゲストホストセルに対してはねじれのないネマティックである。原理的には、構成要素の特性がディスプレイとミラーとの条件に合うのであれば、ＬＣ作用の組合せ（ねじれネマティック、ねじれのないネマティック、プレーナ配向又は垂直配向、ＩＰＳ（in plane switching）を使用することができる。

本発明の保護範囲は、記載された実施例に限定されない。例えば、ミラー２は偏光作用を有するので、必要であれば、図２の第２の偏光子（又はアナライザ）９を削除することができる。

背面から照明される透過型液晶表示装置について記載したが、反射型液晶表示装置の使用を排除するものではない。

一方、図示されているように、例えば（Ｏ）ＬＥＤからの光を偏光することができ、また、他の表示効果を使用して、ミラーに写った画像に対して表示情報のコントラストを高くする効果を得ることも魅力的である。

また、冒頭で言及したように、複数のディスプレイをミラーに一体化でき、多数の他の用途を考えることができる（バックミラー、試着室など）。幾つかの用途では、マトリックス形式を使用する場合、適切な駆動回路を用いて、ミラー状態と表示状態との間の切替えを局所的に行うことができる。

本発明は、全ての新規な特徴的フィーチャに存在しており、特徴的フィーチャの全ての組合せに存在している。動詞「有する」およびその活用形の使用は、特許請求の範囲で述べられている以外の要素の存在を排除するものではない。要素が単数であることは、斯かる要素の複数の存在を排除するものではない。

本発明によるミラー装置の可能な実施例を示す図である。 斯かるミラー装置の一部の概略断面である。 本発明によるミラー装置の一部の概略断面である。 本発明による別のミラー装置の一部の概略断面である。 本発明による他の装置の概略断面を示す図である。 本発明による他の装置の概略断面を示す図である。 本発明による別のミラー装置の一部の概略断面である。

Claims (11)

1. 観察側に第１の種類の偏光を反射する第１の面を有する観察目的の偏光ミラーであって、
   前記偏光ミラーは、第２の種類の偏光を通過させるとともに、非観察側に表示装置を備え、
   前記表示装置は、使用されている間、前記第２の種類の偏光を提供し、
   前記偏光ミラーの表示装置は、前記非観察側に、他の偏光ミラーと色生成手段とを有するグループの中の少なくとも一つを備える、偏光ミラー。
2. 前記表示装置の電気光学層と色生成手段との間に他の偏光ミラーを有する、請求項１に記載の偏光ミラー。
3. 前記色生成手段はカラーフィルタを有する、請求項２に記載の偏光ミラー。
4. 前記色生成手段はカラーシーケンシャルバックライトを有する、請求項２に記載の偏光ミラー。
5. 前記色生成手段は狭帯域の光を発するバックライトを有する、請求項２に記載の偏光ミラー。
6. 光の発光帯域のバンド幅が広くても２０ｎｍである、請求項５に記載の偏光ミラー。
7. 前記偏光ミラーは、その観察側に、２つの光学状態の間で切替可能な偏光手段を有する、請求項１又は２に記載の偏光ミラー。
8. 前記切替可能な偏光手段は、その観察側において、２つの基板の間に、色素を有する液晶層を有する、請求項７に記載の偏光ミラー。
9. 前記切替可能な偏光手段は、その観察側に、１／２λリターダと偏光子とを有する、請求項７に記載の偏光ミラー。
10. 前記偏光ミラーは、前記表示装置と前記他の偏光ミラーとの間に、２つの光学状態の間で切替可能な偏光手段を有する、請求項１又は２に記載の偏光ミラー。
11. 前記表示装置と前記他の偏光ミラーとの間の前記切替可能な偏光手段は、２つの基板の間に、色素を有する液晶層を有する、請求項１０に記載の偏光ミラー。

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