(57)【要約】例えばＬＣＤディスプレイ（５）とその前に配置された偏光ミラー（２）を基材とする、ディスプレイ目的にも同時に使用できるミラーデバイス（１）。偏光ミラー（２）は、ディスプレイ（５）から来る光の透過を妨害しないが、スクリーンの面積の外側から来る光を反射しないという特徴を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の種類の偏光の光を観察側に反射する第一の平面を有する観察目的用の偏光ミラーであって、前記ミラーが、第二の種類の偏光の光を通過させ、前記ミラーの非観察側にディスプレイデバイスを備え、前記ディスプレイデバイスが、使用の際に前記第二の種類の偏光の光を与える、偏光ミラー。
【請求項２】
前記ディスプレイデバイスと前記偏光ミラーの前記観察側との間に、切換可能な光学素子を含んでなる、請求項１に記載の偏光ミラー。
【請求項３】
前記切換可能な光学素子が、前記ディスプレイデバイスと前記偏光ミラーとの間の切換可能な1/2λプレートである、請求項２に記載の偏光ミラー。
【請求項４】
前記ディスプレイデバイスと前記切換可能な光学素子との間にさらなる偏光ミラーを含んでなる、請求項３に記載の偏光ミラー。
【請求項５】
前記偏光ミラーの観察側に切換可能な偏光子が備えられている、請求項２に記載の偏光ミラー。
【請求項６】
前記ディスプレイデバイスの前記ミラーから離れた側に反射層が備えられている、請求項２に記載の偏光ミラー。
【請求項７】
前記ディスプレイデバイスが前記第二の種類の偏光の光を放射または反射する、請求項１に記載の偏光ミラー。
【請求項８】
前記第一の種類の偏光および前記第二の種類の偏光が、実質的に直角の直線偏光方向を有する、請求項１に記載の偏光ミラー。
【請求項９】
前記反射ミラーが直線偏光選択性ミラーである、請求項２に記載の偏光ミラー。
【請求項１０】
前記第一の種類の偏光および前記第二の種類の偏光が、反対の種類の円形または楕円形偏光である、請求項１に記載の偏光ミラー。
【請求項１１】
前記反射ミラーがコレステリックミラーである、請求項１に記載の偏光ミラー。
【請求項１２】
第一の種類の偏光の光を観察側に反射する第一の平面を有する観察目的用の偏光ミラーであって、前記ミラーが、第二の種類の偏光の光を通過させ、前記ミラーの非観察側にディスプレイデバイスを備え、前記ディスプレイデバイスが、使用の際に前記第二の種類の偏光の光を与え、前記ディスプレイデバイスの前記ミラーから離れた側に反射層が備えられている、偏光ミラー。
【請求項１３】
前記ミラーおよび前記ディスプレイデバイスが相互に、前記第一の平面に対して実質的に直角の軸を中心にして回転可能である、請求項１または１２に記載の偏光ミラー。
【請求項１４】
前記ミラーおよび前記ディスプレイデバイスが、共通の偏光子を有する、請求項１または１２に記載の偏光ミラー。
【請求項１５】
前記ディスプレイデバイスが、液晶ディスプレイデバイスおよび光放射デバイスの群に属する、請求項１または１２に記載の偏光ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第一の種類の偏光の光を観察側に反射する第一の平面を有する、観察目的用の偏光ミラーに関する。本願における「観察目的用のミラー」とは、それを介して人間の眼（または（赤外）カメラレンズの様な人工眼）が外の世界の反射された部分を見るミラーを意味する。例として、浴室のミラー、試着室にある全長ミラー、あるいはミラーになった壁の様な大型のミラーを思い浮かべることができる。他の例は、トラック用の外装ミラーまたは化粧台ミラーの様な中型のミラーである。
【０００２】
「第一の種類の偏光の光を反射する第一の平面を有する」とは、ミラー面が偏光面として作用することを意味する。使用の際、偏光面に入射する光の、ある一定範囲内にある波長の光は二つの成分に分割され、一方は偏光面により反射され、もう一方は偏光面を通過する。一般的に最も知られているのは、光の、直線的に偏向した、直角方向の偏光を有する２成分への分割である。他方、光は、右回りおよび左回りの円形または楕円形偏光に分割し得る。
【背景技術および発明の概要】
【０００３】
一般的に、その様なミラーの反射率は、最適に、すなわちできるだけ高く、なる様に選択する。従って、最適な機能を得るためには、好ましくは実質的にすべての、またはできるだけ多くの光が反射されるべきである。それにも関わらず、本発明のミラーは、第一の種類の偏光の光を観察側に反射し、第二の種類の偏光の光を通過させるが、その上、その非観察側にディスプレイデバイスを備え、該ディスプレイデバイスは、使用の際に第二の種類の偏光の光を与える。
【０００４】
このディスプレイデバイスは、使用の際に（偏光された）光を放射または反射する。
【０００５】
本発明は、一個以上のディスプレイをミラー中に一体化できるので、ある程度の反射を犠牲にして、多機能ミラーが得られるという洞察に基づいている。
【０００６】
その様なミラーに可能な第一の用途は、相互作用する浴室のミラーである。このミラーは、使用者がミラーの前に立ち、例えば歯を磨いている、または髭を剃っている時に、ニュースや天気予報などの（好ましくは個人的に必要な）情報を表示する。子供用には、該ミラー中の同じ、または別のディスプレイが、歯を磨く際に歯磨き（のための時間）を学ぶために、（例えば漫画のキャラクターにより）相互作用する指示を表示する。このミラーは、風呂に入りながら、テレビや映画を観ることにも使用できる。
【０００７】
その様なミラーは、手で保持する相互作用デバイス、例えば財布ミラー、として、あるいは自動車工業では、ＣＣＤカメラで観た時の死角をリヤビューミラーに直接表示することに使用できる。
【０００８】
第二の種類の偏光の光の偏光（方向）を、ディスプレイにより放射される偏光（方向）に適合させることにより、実質的に１００％の透過ファクターを達成することができ、その結果、反射された画像に対して、表示された情報の高いコントラストが得られる。
【０００９】
しかし、ミラーの一部をディスプレイとして使用する場合、ミラー機能は、ミラー面の他の部分では活性のままである。得られる反射は、昼光視認性およびコントラストの劣化を引き起こす。他方、ミラーとして使用する場合、一偏光成分だけが反射されるので、反射率は約５０％だけである。
【００１０】
その上、ミラーサイズがディスプレイサイズより大きく、ディスプレイがオフになっている場合、（暗い）ディスプレイと、ディスプレイ面積の外側のミラー背景との間に差が観察される。この問題を解決するために、ディスプレイデバイスと偏光ミラーの観察側との間に、切換可能な光学素子が存在するのが好ましい。
【００１１】
一実施態様では、例えばディスプレイが液晶ディスプレイデバイスである場合、切換可能な光学素子は切換可能な1/2λプレートである。
【００１２】
別の実施態様では、偏光ミラーの観察側が切換可能な偏光子を備えている。
【００１３】
好ましい実施態様では、ミラーおよびディスプレイデバイスが相互に、第一の平面に対して実質的に直角な軸を中心にして回転できる。こうして、ディスプレイにより放射される偏光に対する透過ファクターは調節できるので、ディスプレイから来る画像は、所望により、ミラーまたはディスプレイを単に回転させるだけで、薄暗くするか、または完全に消すことができる。
【００１４】
ＤＥ１９９４３３５５は、ミラー中にデータを表示する可能性も示しているが、そこでは、主として観察者に反射する半透明層を基材とする半透明ミラーを使用している。これは、ディスプレイデバイスで発生した光の５０％未満がミラーを透過することを意味し、実際には、半透明ミラーにおける光吸収のために３５％未満であり、反射された画像に対して表示された情報のコントラストおよび明るさが低下する。
【００１５】
また、このデバイスにあっては、半透明層は、ディスプレイデバイスにより放射された偏光を回転に応じて吸収しないので、単にミラーを回転させるだけで薄暗くすることは不可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明のこれらの、および他の態様を、以下に記載する実施態様により説明する。
【００１７】
これらの図面は図式的であり、寸法通りではない。対応する部品は、一般的に同じ参照番号で示す。
【００１８】
図１は、人３が彼の画像３’（および図には示していないその他の背景）を見ることができる様に、ガラスプレート４上に光を反射するミラー２を有する、観察目的用のミラーデバイス１を示す。本発明により、ミラー（平面）は第一の種類の偏光（方向）の光だけを反射するが、第二の種類の偏光（方向）の光は通過させる。さらに、ミラーは、その非観察側にディスプレイデバイス５を備えている（図２も参照）。
【００１９】
この例におけるディスプレイ５は、２枚の基材（ガラスまたはプラスチックもしくは他のいずれかの好適な材料）間に液晶材料７を有する液晶ディスプレイデバイスである。ほとんどの液晶ディスプレイは偏光効果に基づいているので、ディスプレイ５は、使用中、偏光を実質的に放射する。一般的に、バックライト１０から来る光は液晶ディスプレイ効果により変調される。液晶ディスプレイデバイスは偏光効果に基づいているので、ディスプレイ５は、第一の偏光子８および特定の偏光（方向）の光を通過させる第二の偏光子（または検光子）９を含んでなる。
【００２０】
この特定の偏光の光は、第二の種類の偏光（方向）と同じ（直線）偏光方向を有するので、この光は、光を全く損失せずに（１００％透過率で）ミラー（平面）２を通過する。
【００２１】
ほとんどの液晶ディスプレイデバイス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も直線偏光選択性ミラー、例えば誘電層の積重構造、であり、各層は選択された波長の４分の１（またはスペクトルに対する平均値）の光学的厚さを有するが、これらの層は選択された屈折率を有する。もう一つの可能性は、いわゆるワイヤグリッド偏光子（細い導電性ワイヤのグリッド）の使用であり、これは一つの偏光に対して透過性であり、直角の偏光に対して反射性である。
【００２２】
ミラーおよびデバイスが相互に、第一の平面に対して実質的に直角の軸を中心にして回転可能である場合、ディスプレイにより放射される偏光に関する透過ファクターは可変であるが、これは、透過ファクターが、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よって異なるためである。この様にして、ディスプレイから来る画像は、所望により、単にミラーを回転させるだけで、薄暗くするか、または完全に消すことができる。
【００２３】
他方、特定の用途では、ミラー用途で反射される画像に対して、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または他のディスプレイから来る光を偏光させるのがさらに望ましい場合もあろう。
【００２４】
図３は、液晶ディスプレイ１１を使用し、光学素子１２が1/2λプレートである、本発明のミラーの一部を示す。必要であれば、デバイスは反射体１３を備える。
【００２５】
図４は、このミラーの作動原理を示す。ディスプレイ１１は、第一の偏光方向１５’の直線偏光１５を、直接、または偏光子または直線偏光ミラー１６を通過する光により、放射する。直線偏光ミラー１６と直線偏光選択性ミラー２との間に、切換可能な半ラムダプレート１２を備えている。ミラー２、１６の偏光方向は、９０度の角度をなす。
【００２６】
入射光２０は、ミラー２上で部分的に（この例では２０’で示す一偏光方向）反射する（矢印２１）。切換可能な半ラムダプレート１２が「オフ」（図４ａ）または「不活性」である場合、残りの部分（この例では２０”で示す他の偏光方向）は該切換可能な半ラムダプレート１２を通過し、直線偏光ミラー１６上で反射される。反射後、偏光方向２０”を有する反射光は切換可能な半ラムダプレート１２および直線偏光選択性ミラー２を再び通過する（矢印２２）。その結果、実質的にすべての入射光が反射される。
【００２７】
この状況では、ディスプレイから来る偏光方向１５’の偏光は、直線偏光ミラー１６および直線偏光選択性ミラー２および切換可能な半ラムダプレート１２を通過するが、直線偏光選択性ミラー２により遮断される。
【００２８】
半ラムダプレート１２が「オン」（図４ｂ）または「活性」である場合、半ラムダプレート１２はディスプレイ光の偏光方向（１５”）を両方のミラー２、１６の間で他の偏光方向（１５’）に回転させ、積重構造を放射されたディスプレイ光に対して透明にする。その場合、入射光２０の偏光方向２０’は切換可能な半ラムダプレート１２を通過し、液晶ディスプレイ１１により反射されない。２０’で示す一偏光方向のみが直線偏光ミラー１６により反射され、次いで切換可能な半ラムダプレート１２および直線偏光選択性ミラー２を通過する（矢印２１）。こうして、デバイスはディスプレイ状態（半ラムダプレート「オン」、放射光に対して透明）と、すべての入射光を反射するミラー状態（半ラムダプレート「オフ」）との間で切り換えることができる。
【００２９】
切換可能な半ラムダプレートは、例えば公知のＬＣＤ技術で、反平行にラビングした配向層を有し、光学的リターデーションｄ．Δｎが約２００〜４５０ｎｍになる様に液晶で充填した標準的な平面ＬＣＤセルを使用することにより実現できる。あるいは、垂直に配列したＬＣセルを、切換方向に対してある程度予備配向させることにより、使用することができる。この場合、より高い複屈折ＬＣ混合物を使用することができ、その際、変調電圧がリターデーションを調節する。
【００３０】
別の実施態様では、切換可能なＬＣＤセル基材が電極および配向層を備え、その際、配向の方向が互いに９０°の角度をなす。このいわゆる捩れたネマチック（ＴＮ）モードは、液晶の厚さと複屈折の積がGoochおよびTarry曲線のいわゆる第一の最小にあり、半波長関数を可視光の波長に対して無感応にする場合に特に有益である。
【００３１】
また、観察角度に対する効果を改良するために、追加のフィルムを使用することができる。切換可能なリターダーを前方の反射性偏光子と第二の反射性偏光子との間に入れると、最初は無色の画像に、より広い観察角度である程度の色が追加されることが多い。この効果は、液晶材料の、角度に応じて変化する複屈折の観点から良く理解されており、追加のリターデーション層、例えばネガ型Ｃプレートまたは傾斜リターデーション層、により相殺することができる。
【００３２】
これに関して、「オフ」状態ではＬＣ分子が偏光子に対して平行である（リターデーション無し）のに対し、「オン」状態ではＬＣ分子が偏光子に対して４５度で整列している（半ラムダプレート）、平面切換(Plane Switching)（ＩＰＳ）モードを使用することができる。
【００３３】
図５は、反射を減少させるのに非常に適している別の実施態様を示す。この場合、切換可能な光学素子は、偏光ミラーの観察側に装備する切換可能な偏光フィルター１４である。ディスプレイ１１は、第一の偏光方向１５’の直線偏光１５を放射する。フィルター１４の偏光方向および偏光ミラー２の偏光方向は、同一（１５’）である。そのため、偏光フィルター１４の状態に関係なく、ディスプレイ積重構造から放射された光は通過し、影響を受けない。
【００３４】
入射光２０は、部分的に（一偏光方向、この例では２０”で表す）切換可能な偏光フィルター１４を通過する。切換可能な偏光フィルター１４が「オフ」（図５ａ）である場合、光の２０”で示すこの部分は、直線偏光選択性ミラー２上で反射される。反射（矢印２１）後、偏光方向２０”を有する反射光は、切換可能な偏光フィルター１４を再度通過する（矢印２２）。光の他の部分（偏光方向２０’を有する）はミラー２を通過し、最終的にディスプレイ全体に吸収される。その結果、入射光の約半分が反射される。
【００３５】
偏光フィルター１４が「オン」（図５ｂ）である場合、偏光フィルター１４は、今度は偏光方向２０”を有する光（図５ａでは通過し、ミラー２で反射された）を吸収する。他の成分（２０’）はミラー２を通過し、再びディスプレイで吸収される。その結果、入射光は全く反射されない。従って、積重構造は、反射を抑制するディスプレイ状態（フィルター「オン」）と、入射光を反射するミラー状態（フィルター「オフ」）との間で切り換えることができる。
【００３６】
ディスプレイがオフである場合、ディスプレイは全くの黒色ではなく、入射光の一部分（ミラーを通過した）をなお反射する。ミラー面積がディスプレイ面積より大きい場合、「非ディスプレイ面積」にある背景は部分的に可視のままである。ディスプレイ面積と非ディスプレイ面積との間の色／吸収の違いは、ディスプレイがオフである場合に可視である。従って、非ディスプレイ背景は、例えば塗料または接着ホイルを使用して、ディスプレイ自体と同じ色／吸収にするのが好ましい。
【００３７】
切換可能な偏光子に関しては、幾つかの可能性がある。一実施態様では、偏光子を受動直線偏光子および切換可能な半ラムダリターダーから構築する。その様な積重構造は、常に偏光子であるが、切換可能な配向軸を有する。
【００３８】
別の切換可能な偏光子は、二色染料分子をネマチックまたはキラルネマチック液晶（ＬＣ）層に溶解させた、いわゆるゲスト−ホスト方式により与えられる。染料分子（ゲスト）は、ＬＣ分子（ホスト）の存在により配向される。層に電界を作用させることにより、ＬＣ分子を再配向させ、染料分子がこの再配向に従う。その様な積重構造は、一偏光の光を吸収するか、または透明である。液晶混合物に加えることができる幾つかの好適な染料を図６に示す。
【００３９】
図４および５の実施態様で、切換可能な光学素子（偏光フィルター１４、半ラムダプレート１２）が「オフ」である場合、電力を全く必要とせず、入射光を完全に反射する（この状態で、光が全く通過しないので、ディスプレイ自体はオフでよく、エネルギーを節約する）。「ディスプレイ状態」では、切換可能な光学素子（偏光フィルター１４、半ラムダプレート１２）は、「オン」であり、ディスプレイから来る光のすべてを通過させるが、入射光を抑制する。
【００４０】
図７で、非偏光ディスプレイ１１（例えばポリＬＥＤまたは（Ｏ）ＬＥＤ）は、コレステリックミラー２’（図７ａ）または４分の１ラムダプレート２５と直線偏光ミラー２（図７ｂ）の積重構造を備えている。ＬＥＤディスプレイ１１により放射された光３５は、偏光されてなく、それ自体、２つの円形偏光成分、すなわち左回り（３５”）および右回り（３５’）から構成されていると考えられる。これら成分の一方（この例では左回り成分３５”）はミラー２’を通過する。他方の成分（３５’）は反射され（矢印３６で示す）、（部分的に）ディスプレイを通過し、次いでディスプレイデバイスの背面にある反射体またはミラー２５上で反射される（反射体２５は、例えばポリＬＥＤディスプレイの一部としてすでに存在することができる）。この反射の際、偏光方向は反転し、光の左回り成分（３５”）（矢印３７で示す）は、再度ディスプレイを通過し、今度はミラーも通過する。
【００４１】
入射光３０は、ミラー２上で部分的に（一偏光成分、この例では３５’で示す右回り）反射する（矢印３１）。残りの部分（左回り偏光成分３５”）は、コレステリック偏光ミラー２を通過し、ディスプレイ１１を通過する。反射の際、偏光方向が反転するので、光の左回り成分（３５”）は光の右回り成分（３５’）（矢印３２で示す）に反転する。この成分は再度ディスプレイを通過するが、今度はミラー２’により反射される（矢印３３）。反射体２５における第二の反射の後、偏光方向は再度反転し、生じた光の左回り成分（３５”）（矢印３４で示す）はディスプレイを通過し、今度はミラー２’も通過する。
【００４２】
コレステリックミラーを使用する場合、得られる光は円形に偏光する。４分の１ラムダプレートと直線偏光ミラーの組合せにより、直線偏光が得られる。直線偏光ミラーはミラー性能がより優れているので、この後者の組合せが好ましい。
【００４３】
その様なデバイスを図７ｂに示す。最初に直線または円形偏光子を備えていない場合、ＬＥＤディスプレイ１１により放射された光３５は、偏光されてなく、４分の１ラムダプレート２５を通過するので、ミラーの観察側で放射される光３５は、直線偏光成分３５’、３５”を含んでなる。円形偏光成分から直線偏光成分への切換は別にして、このデバイスは、図７ａのデバイスと同様に挙動する。
【００４４】
本発明の保護範囲は、上記の実施態様に限定されない。例えば、ミラー２は偏光効果を有するので、図２における第二の偏光子（または検光子）９は、所望により削除することができる。
【００４５】
バックライト透過性液晶ディスプレイデバイスを説明したが、反射性液晶ディスプレイデバイスの使用も排除しない。
【００４６】
他方、ミラー用途で反射された画像に対して、表示された情報の高いコントラスト効果を得るために、上記の様に、例えば（Ｏ）ＬＥＤから出る光を偏光するか、または他のディスプレイ効果を使用するのがさらに望ましい場合もある。
【００４７】
また、序論で述べた様に、２個以上のディスプレイをミラーに一体化することができ、他の多くの応用分野を考えることができる（リヤビューミラー、試着室等）。幾つかの用途で、マトリックスフォームを使用した場合、適切な駆動回路により、ミラー状態とディスプレイ状態の切換を局所的に行うことができる。
【００４８】
これとは別に、特定の素子を一つに組み合わせることができ、例えばミラー２と切換可能な半ラムダプレート１２または切換可能な偏光子１４の組合せを考えることができる。
【００４９】
本発明は、すべての新規な特徴およびすべての特徴の組合せにある。請求項中の参照番号は、それらの保護範囲を制限するものではない。動詞「含んでなる」およびその活用の使用は、請求項中に記載されている素子以外の素子の存在を排除しない。素子に先行する冠詞「ａ」または「ａｎ」の使用は、その様な素子が複数存在することを排除しない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明のミラーデバイスの可能な一実施態様である。
【図２】本発明のミラーデバイスの一部を図式的に示す断面図である。
【図３】本発明の別のミラーデバイスの一部を図式的に示す断面図である。
【図４】本発明の別のミラーデバイスの一部を図式的に示す断面図である。
【図５】本発明の別のミラーデバイスの一部を図式的に示す断面図である。
【図６】液晶混合物に加えて切換可能な偏光子を得ることができる好適な染料を示す。
【図７】本発明の別のミラーデバイスの一部を図式的に示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
2005521086.tif 000008
【図５ｂ】
2005521086.tif 000009
【図６】
2005521086.tif 000010
【図７ａ】
2005521086.tif 000011
【図７ｂ】
2005521086.tif 000012
【国際調査報告】
2005521086.tif 000013
2005521086.tif 000014
2005521086.tif 000015