(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面表示ユニットの観察者に対向するように構成された第一の側と、該第一の側の反対側でありかつ該観察者に対向しない第二の側とを含む該表面表示ユニット用の材料系であって、
（ｉ）該表面表示ユニットが画像を表示していないときの概して不透明な第一の外観状態と、
（ｉｉ）前記観察者に知覚可能な第一の画像を表示するために該材料系が前記第一の側から照らされる第二の外観状態と、
（ｉｉｉ）前記観察者に知覚可能な第二の画像を表示するために該材料系が前記第二の側から照らされる第三の外観状態と
を含む少なくとも三つの外観状態を有するように構成され、
前記材料系は、該材料系の前記第一の側に最も近い第一の表面と、該材料系の前記第二の側に最も近い第二の表面とを有する材料体を含み、
該材料体は、前記第二の表面上よりも前記第一の表面上の方が不透明度が高く、
前記材料体は、前記第一の表面に最も近い第一平均結晶粒径が、前記第二の表面に最も近い第二平均結晶粒径よりも大きくなるように結晶粒径の勾配を有する材料系。
【請求項２】
ガラス材料、ガラスセラミック材料、ポリマー材料およびポリセラミック材料のうちの少なくとも一つを含む一つ以上の層を含む請求項１記載の材料系。
【請求項３】
請求項１または２に記載の材料系を有する表面表示ユニットであって、前記材料系の前記第一の側から該材料系を照らすための第一の光源と、該材料系の前記第二の側から該材料系を照らすための第二の光源とをさらに含む表面表示ユニット。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本出願は、２０１５年６月２日に出願された米国仮出願第６２／１６９，７６４号の合衆国法典第３５巻第１１９条に基づく優先権の利益を主張し、この出願の内容に依拠し、参照によってその全体を本明細書に援用する。
【技術分野】
【０００２】
本開示は、一般に、表面表示ユニットの分野に関し、表面表示ユニットで使用するための多機能材料系に関する。
【背景技術】
【０００３】
表面表示ユニットは、必要に応じて画像、記号、シンボル、および／またはメッセージを表示するデバイスである。表面表示ユニットは、例えば、所定の形状、語、シンボル、メッセージ、および／または画像を表示するように構成される場合がある。かかる表面表示ユニットの例としては、加熱ユニットの表面温度が高温であるときのコンロの警告灯、自動車の燃料残量が少ないことまたはシートベルトが装着されていないことを示す警告灯、道路上の交通信号灯または横断歩道信号灯などが挙げられる。あるいは、表面表示ユニットは、多くの可能性から選ばれた表示内容を表示するように構成される場合がある。典型的には、かかる表面表示ユニットは、マルチピクセル表示デバイス、すなわち、マルチピクセルを採用する表示デバイスである。マルチピクセル表示デバイスにおいて照明を提供するための機構には、有機発光ダイオードを含む発光ダイオードおよび液晶ディスプレイが含まれる場合がある。マルチピクセル表示デバイスを採用する製品としては、コンピュータモニタ、テレビセット、ポータブルディスプレイデバイスのスクリーンなどが挙げられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
表面表示ユニットは、典型的には、事故による損傷を防止するために機械的に保護される必要がある。表面表示ユニットを保護する必要性は、機械的衝撃および／または極端な高低温に曝される表面表示ユニットではより高い場合がある。例えば、ダッシュボード、ドアパネル、およびシートの裏面などの自動車の内面、テレビ、モニタ、家庭用電化製品または建築構造物は、ユーザによって意図せず押され、圧迫され、または擦られる場合があり、また、例えば、特定の気候において夏季または冬季に極端な高低温に曝される場合がある。
【０００５】
さらに、特に自動車内および建物内の表面表示ユニットには、時に太陽光が照り付けることがあり、時に信号またはメッセージの鮮明度またはユーザの享楽度を低減する。さらに、自動車、ボートおよび飛行機などの乗り物（例えば、ウインドシールド、ウインドウまたは嵌め殺し窓などのグレージング、ミラー、ピラー、ドアのサイドパネル、ヘッドレスト、ダッシュボード、コンソール、またはその乗り物のシート、またはその何らかの部分）、建築上の固定物または構造物（例えば、建物の内壁または外壁、およびフローリング）、電化製品（例えば、冷蔵庫、オーブン、コンロ、洗濯機、乾燥機、または別の電化製品）、家庭用電子機器（例えば、テレビ、ラップトップ型コンピュータ、コンピュータモニタ、および携帯電話、タブレット型コンピュータおよび音楽プレーヤなどの手持ち式の電子機器）、家具、案内所、売店などに組み込まれる表面表示ユニットには、高級な雰囲気をもたらす表面質感が望ましい場合がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の様々な態様によれば、表面表示ユニット用の材料系は、この表面表示ユニットの観察者に対向するように構成された第一の側と、この第一の側の反対側でありかつ前記観察者に対向しない第二の側とを含む。この材料系は、前記表面表示ユニットが画像を表示していないときの概して不透明な第一の外観状態と、前記観察者に知覚可能な第一の画像を表示するために当該材料系が前記第一の側から照らされる第二の外観状態と、前記観察者に知覚可能な第二の画像を表示するために当該材料系が前記第二の側から照らされる第三の外観状態とを含む少なくとも三つの外観状態を有するように構成される。一部の例では、この材料系は、前記第二の外観状態と第三の外観状態を同時に示す場合がある。
【０００７】
さらなる実施形態は、本開示の実施形態に係る材料系を含む表面表示ユニット、システム、および方法を含む。この表面表示ユニットは、例えば、車両の室内表面にある場合がある。一部の例では、この表面表示ユニットは、建築上の固定物または構造物、その他の電化製品（例えば、レンジ、コンロ、食器洗い機、ワインクーラー、洗濯機、乾燥機など）、家庭用電子機器（例えば、テレビ、ラップトップ型コンピュータ、コンピュータモニタ、手持ち式の電子機器、例えば、携帯電話、タブレット型コンピュータ、音楽プレーヤなど）、家具、案内所、売店などで利用される場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】少なくとも三つの異なる外観状態を提供する材料系を有する例示的な表面表示ユニットの概略的な縦断面図である。
【図２】本開示の一実施形態に係る複数の例示的な表面表示ユニットが組み込まれた自動車の内部の概略的な斜視図である。
【図３】第二の側すなわち遠位側よりも第一の側すなわち近位側の方が不透明度が高い材料体を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な縦断面図である。
【図４】ディファレンシャルエッチングによって形成された第一の側すなわち近位側に散乱機能部を有する材料体を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【図５】突起表面を提供するために第一の側すなわち近位側にマイクロ機能部が形成された材料体を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【図６】複数の積重した材料層を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図であり、各層は、異なる波長の散乱を促進するために異なる表面構造または表面機能部を含む。
【図７】光学的に活性化した発光要素を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【図８】二つの異なる種類のディスプレイをそれらの間に間隙を挟んだ積重構成にて含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【図９Ａ】互いに対向するマイクロ複製機能部を備える二つの層を含む表面表示ユニット用材料系の概略的な断面図である。
【図９Ｂ】互いに対向するマイクロ複製機能部を備える二つの層を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【図１０】可変的な不透明度を提供するために二つの状態の間で切り替えられることができる切り替え可能な材料を含む表面表示ユニット用の材料系の概略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
上記のように、本開示は、表面表示ユニットで使用するための多機能材料系を対象とし、その様々な態様を本明細書において詳細に説明する。
【００１０】
図面は正確な縮尺率で描かれてはいない。ある要素の単一の存在が示されている場合、要素の重複がないことが明記されないまたは別段の指示がない限りは、その要素の多数の存在が重複している場合がある。「第一の」、「第二の」、および「第三の」などの序数は、単に類似の要素を特定するために採用されており、本開示の本明細書および請求項を通して無制限に異なる序数が採用される場合がある。本明細書で使用されるように、第二の要素「上に」ある第一の要素は、第二の要素の表面の外側上または第二の要素の内側上にある可能性がある。本明細書で使用されるように、第一の要素の表面と第二の要素の表面の間の物理的接触が存在する場合は、第一の要素は「直接」第二の要素上にある。
【００１１】
本明細書で使用されるように、「層」は、実質的に均一な厚みを有する領域を含む材料部を指す。層は、下部構造または上部構造の全体に延在する場合があり、または下部構造または上部構造の広がりに満たない広がりを有する場合がある。さらに、層は、隣接構造の厚みに満たない厚みを有する均質または不均質な隣接構造の領域である場合がある。例えば、層は、隣接構造の上面と底面の間の、またはその上面と底面における、任意の一対の水平面の間に位置してよい。層は、水平に、垂直に、かつ／またはテーパ面に沿って延在する場合がある。基板は層である場合があり、その中に一つ以上の層を含む場合があり、またはその上、その上方、および／またはその下方に一つ以上の層を有する場合がある。
【００１２】
本明細書で使用されるように、「外観状態」という表現は、観察者に対する材料系および／または表面表示ユニットの見た目を伝えることを意図している。
【００１３】
本明細書で使用されるように、「概して不透明な」外観という表現は、材料系および／または表面表示ユニットが、観察者にとって不透明または実質的に不透明に見えるということを示すものである。概して不透明なとは、４００ｎｍから８００ｎｍまでの波長範囲内で０％から約２５％の透過率を含む。
【００１４】
概して言えば、様々な実施形態は、表面表示ユニット用の材料系に関する。材料系は、その材料系が表面表示ユニットに組み込まれるとき、観察者に対向する第一の側すなわち近位側と、観察者に対向しない第一の側の反対側の第二の側すなわち遠位側とを含む場合がある。材料系は、表面表示ユニットが「オフ」であるとき、すなわち、画像を表示するために使用されていないときの概して不透明な第一の外観状態と、観察者が知覚できる第一の画像、例えば、情報および／または装飾を表示するために材料系が第一の側すなわち近位側から照らされるときの第二の外観状態と、観察者が知覚できる第二の画像、例えば、情報および／または装飾を表示するために材料系が第二の側すなわち遠位側から照らされるときの第三の外観状態とを含む少なくとも三つの外観状態を有する場合がある。これらの三つの外観状態、すなわち、オフ時の外観状態、第一の側から照らされるときの外観状態、および第二の側から照らされるときの外観状態を提供し得る様々な材料系を以下により詳細に説明する。この材料系は、第二の外観状態と第三の外観状態を同時に示す場合がある。
【００１５】
図１を参照すると、例示的な表面表示ユニット１００が示されており、表面表示ユニット１００は、第一の側すなわち近位側１１１と、第二の側すなわち遠位側１１３とを有する多機能材料系１１０を含む。観察者１１５は、材料系１１０の第一の側１１１から表面表示ユニット１００を観察する場合がある。第一の光源１１７は、第一の光学像が観察者１１５によって観察されることができるように材料系１１０の第一の側すなわち近位側１１１を照らす場合がある。第二の光源１２０は、第二の光学像が観察者１１５によって観察されることができるように材料系１１０の第二の側すなわち遠位側１１３を照らす場合がある。本明細書で使用されるように、「光学像」とは、光によって生成されるあらゆる画像、例えば、光のパターンによって生成されるあらゆる画像の可能性がある。この光は、単色光、多色光の可能性があり、または波長の連続的スペクトルの可能性がある。この光学像は、絵、文字、数字などの情報および／または一つ以上の色またはパターンなどの装飾的要素を含む場合がある。第一の光学像および第二の光学像は、互いに別々に表示される場合があり、例えば、第一の光学像および第二の光学像のうちの一方のみが所与の時間に表示されるように時間的に分けられ、かつ／または第一の光学像および第二の光学像が表面表示ユニット１００の異なるエリア／領域に同時に表示されるように空間的に分けられている場合がある。実施形態では、第一および第二の光学像は、例えば、第一の光学像および第二の光学像が同時に表示されかつ／または表示ユニット１００の観察される表面上で少なくとも部分的に重複するように、互いに連動して表示される場合がある。
【００１６】
図１の例示的な実施形態に示すように、第一の光源１１７は、材料系１１０の第一の側すなわち近位側１１１の全てまたは一部に光学的放射を投影する任意の種類の投影ユニットでよい。第二の光源１２０は、任意選択的に、材料系１１０の第二の側すなわち遠位側１１３に隣接する場合がある画像パネルである場合がある。第二の光源１２０は、図１には示されていないが、任意選択的に、例えば０．５マイクロメートルから１００マイクロメートルの薄い接着層などによって、材料系１１０の第二の側１１３に接着される場合がある。画像パネル１２０は、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）、有機ＬＥＤすなわちＯＬＥＤ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、プラズマセル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）セルアレイ、または放射を放出するように構成された別の適当な要素を含む場合がある。一つ以上の実施形態において、画像パネル１２０は、各マイクロＬＥＤがピクセルに分解されたディスプレイデバイスのサブピクセルを構成するように設けられたマイクロＬＥＤのアレイパターンを含む場合がある。様々な実施形態において、シリコンなどの半導体材料の層は、各マイクロＬＥＤが放出する光の量を制御する場合がある。したがって、各マイクロＬＥＤそれ自体は、画像を形成する構成部品として機能する。一実施形態では、マイクロＬＥＤは、各ピクセル内に異なる色を有する多数のマイクロＬＥＤのセットを含むピクセルに分解されたディスプレイデバイスとして設けられる場合がある。その他の実施形態では、第二の光源１２０は、例えば、ＬＣＤアレイ、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）アレイまたは電気泳動ディスプレイを含む場合がある。一部の実施形態では、第二の光源１２０は、材料系１１０の第二の側すなわち遠位側１１３に光学的放射を投影する後部投影ユニットである場合がある。
【００１７】
他の実施形態では、第二の光源１２０は、デッドフロント型ディスプレイデバイスなどの単一の照明源を採用して画像を生成する表示ユニットである場合がある。図１には示されていないが、材料系１１０の第二の側すなわち遠位側１１３と第二の光源１２０の間には、任意選択的な遮光材料層が設けられる場合がある。この遮光材料層は、例えばステンシルの形、所定の形状、または所定のパターンをした少なくとも一つの開放領域を含む場合がある。第二の光源１２０からの光は、例えば機能的なインジケータを提供する場合がある所定の形状またはパターンを表示するためにこの開放領域を通して投影される場合がある。
【００１８】
一部の実施形態では、表面表示ユニット１００には、タッチスクリーン機能を提供するために、表面表示ユニット１００の一方の側、例えば、第一の側の全体または一部にタッチセンサ１４０が一体化している場合がある。タッチセンサ１４０は、容量性タッチセンサテクノロジー、抵抗性タッチセンサテクノロジー、または光学に基づいたタッチセンサテクノロジーなどの任意の適当なテクノロジーを利用してよい。このタッチ面は、様々な実施形態において、ガラスのような手触りを有する場合があり（すなわち、容易に「スワイプ可能」であり）、機械的にロバストな場合があり（すなわち、損傷することなく何度もタッチされる場合があり）、かつ／または迅速な応答時間で正確かつ高精度なタッチ機能を提供する場合がある。
【００１９】
実施形態では、表面表示ユニット１００に表示される第一の光学像および第二の光学像のうちの一方または両方は、高品質画像である場合がある。この表示される一方または両方の画像は、英数字を組み合わせた文字またはシンボル、例えば、速度計、方向指示器など、および高解像度の静止画像および動画像、例えば、ビデオ画像を含む場合がある。例えば、これらの表示画像は、約１５０ｐｐｉから３００ｐｐｉまたはそれ以上の画像解像度を有する場合がある。ビデオ画像は、例えば、７２０ｐフォーマットで表示される場合がある。
【００２０】
これらの表示画像は、良好なコントラストで明るい場合があり、例えば最大で７０キロルクス直射日光の下で見える場合がある。これらの表示画像は、好ましくは、少なくとも特定の実施形態において、無作為な方向から来る周囲光によって乱されるまたは歪められることがない。一部の例では、この表示面は、可視光を少なくとも部分的に通す。周囲光、例えば、太陽光により、この表示画像は、このような表示面に投影されたときに見えづらくなるまたは見えなくなる場合がある。一部の例では、この表示画像が投影される表示面またはその一部は、例えば、無機または有機のフォトクロミック材料またはエレクトロクロミック材料などの減光材料を含む可能性がある。したがって、この表面の透明度はこの表示面に提供された表示画像のコントラストを増加するために調整することができる。例えば、この表示面の透明度は、明るい太陽光の下では、表示画像のコントラストを上げるためにこの表示面を減光することによって低下できる。この調整は、例えば、紫外光などの特定の波長の光への表示面の暴露に応答して、またはフォトアイなどの光検出器によって生成される信号に応答して自動的に制御でき、または、例えば、観察者によって手動で制御できる。表示ユニット１００を通る透過率は、ディスプレイ発光エリア内で少なくとも１０％である場合がある。
【００２１】
これらの表示画像は、広い角度範囲にわたって観察可能である場合があり、または限定された角度範囲でのみ観察可能に構成される場合がある。これらの表示画像は、「ハロー」効果が軽減または除去されて鮮明である場合がある。表示ユニット１００の外観状態間の移行、すなわち、「オフ」状態と、表示ユニット１００が近位側および／または遠位側から照らされる表示状態との間の移行は、知覚可能な遅延がほとんどなくまたは全くなく瞬間的または実質的に瞬間的である場合がある。実施形態では、表示ユニット１００が「オフ」状態のときは、表示ユニット１００は、周囲の環境に溶け込む場合がある。例えば、自動車のディスプレイに関しては、表面表示ユニット１００は、自動車の周囲の内装面と調和する色および／または仕上がりを有する場合がある。観察者１１５に対向する表示ユニット１００の表面は、任意選択的に、艶消し仕上げを提供するためのアンチグレアテクスチャリングまたはアンチグレアコーティング、および／または反射防止テクスチャリングまたは反射防止コーティングを含む場合がある。
【００２２】
表面表示ユニット１００は、平面状または実質的に平面状である場合があり、湾曲形状またはその他の三次元形状を有する場合がある。例えば、表面表示ユニット１００は、車両の内装面などの表示ユニット１００が位置する表面の輪郭に沿う湾曲形状を有する場合がある。
【００２３】
図２は、車両２００の内部における複数の表面表示ユニット１００を概略的に示す。この実施形態では、第一の表面表示ユニット１００ａが、運転席側のステアリングホイール２０３背後のダッシュボード２０１上にあり、第二の表面表示ユニット１００ｂがセンターコンソール２０５上にあり、第三の表面表示ユニット１００ｃが、助手席側のダッシュボード２０１上にあり、第四の表面表示ユニット１００ｄがピラー２０５上にあり、第五の表面表示ユニット１００ｅがドア２０７の内装面上にある。任意の数の表示ユニットが、車両２００の任意の適当な内装面上にあってよいことが分かるだろう。これらの表面表示ユニットの各々は、車両に関する計測および制御、ナビゲーション情報、道路危険警告、リアカメラまたはその他の死角カメラなどの外部カメラからのビデオの供給、または娯楽などのその他のコンテンツを含むがそれらに限定されない、様々な情報および／または装飾的要素を選択的に表示するために使用される場合がある。一部の実施形態では、これらの表示ユニットは、例えば、車内の配色および／または視覚的スタイリングを変えることによって、車内の美的外観を変更するために使用される場合がある。
【００２４】
図２に示す例示的な表面表示ユニット１００ａから１００ｅの各々は、図１に示す表示ユニット１００と類似である場合があり、少なくとも三つの外観状態を含む場合がある。車両２００内の一つ以上の投影ユニット２１７は、第一の光学像を生成するために表面表示ユニット１００ａから１００ｅのうちの一つ以上の表面表示ユニットの前側を照らすように構成される場合がある。さらなる光源は、任意選択的に、図１を参照して上記した画像パネル１２０である場合があるが、第二の光学像を生成するために表示ユニット１００ａから１００ｅのうちの一つ以上の表示ユニットの後側を照らす場合がある。表面表示ユニット１００ａから１００ｅがオフ状態であるとき、表示ユニット１００ａから１００ｅは、前側から観察したとき概して不透明な外観を有する場合があり、任意選択的に、表示ユニット１００ａから１００ｅの背後にある計器群などの構成部品を隠す場合がある。実施形態では、オフ状態の表示ユニット１００ａから１００ｅは、表示ユニットが位置する車両の内装面の色と調和し得る白、黒、茶色、赤、青、グレーなどの色を呈する場合がある。したがって、表面表示ユニット１００がオフであるとき、表面表示ユニット１００は、車両の内装設計に溶け込む場合がある。表面表示ユニット１００は、任意の無作為な配色、および／または鏡面仕上げを含む表面仕上げに作られる場合がある。
【００２５】
様々な実施形態における表面表示ユニット１００ａから１００ｅは、任意選択的に、軽量であり、かつ／または車両での使用に必要な適用される規制上の要求事項、例えば機械的な強度などを満たす場合がある。様々な実施形態において、表面表示ユニット１００ａから１００ｅは、比較的低コストである場合があり、かつ／または低消費電力という特徴がある場合がある。上記のように、表面表示ユニット１００ａから１００ｅは、任意選択的に、車両の内装などの表面にシームレスに取り付けられる三次元形状で作製される場合がある。表面表示ユニット１００ａから１００ｅは、任意の無作為なサイズおよび形状に作製される場合があり、表面表示ユニット１００ａから１００ｅが使用され得る用途に応じて、数センチメートル程度（例えば、約１ｃｍから１０ｃｍ）から約１メートルまたはそれ以上の寸法のスクリーンサイズを有する場合がある。表面表示ユニット１００ａから１００ｅは、広い温度範囲にわたって確実に動作し得るものであり、約−４０℃もの低い温度および約８５℃もの高い温度に耐えることが可能な場合がある。
【００２６】
再び図１を参照すると、様々な実施形態に係る表面表示ユニット１００は、第一の側すなわち近位側１１１から観察したとき概して不透明な外観を有する材料系１１０を含み、第一の側すなわち近位側１１１から照らされたときは第一の光学像を、第二の側すなわち遠位側１１３から照らされたときは第二の光学像を表示するように構成される場合がある。様々な例示的かつ非限定的な実施形態において、材料系１１０は、例えば、ソーダライムガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ含有ボロシリケートガラスおよび／またはアルカリアルミノボロシリケートガラスなどのガラス材料、ガラスセラミック材料、ポリマー材料、および／またはポリセラミック材料を含む一つ以上の層を含む場合がある。この材料は、様々な実施形態において、単一のシートとして、または積層構造または積重構造の一部として設けられる場合がある。材料系１１０に積層構造または積重構造が採用される例示的な実施形態において、材料系１１０のこれらの層は、同一または異なる材料から選択される場合があり、材料系１１０のこれらの層は、互いに直接的に物理的に接触している場合があり、または接着層などの介在層または空隙などの間隙によって互いに離間している場合がある。
【００２７】
材料系１１０の実施形態で使用されるガラス材料は、様々な異なるプロセスを使用して提供される場合がある。例えば、このガラス材料は、フロートガラス法並びにフュージョンドローおよびスロットドローなどのダウンドロー法を含む既知の形成方法を使用して形成される場合がある。一部の実施形態では、このガラス材料は、異なる組成を有する個別のガラス相を含む「分相」ガラスを生成するために、熱処理などの相分離処理に曝されたときに二つ以上の個別の相に相分離し得る「相分離可能な」ガラス組成から形成される場合がある。
【００２８】
フロートガラス法によって製造されたガラス材料は、滑らかな表面を特徴とする場合があり、均一な厚みは、典型的にはスズである溶融金属床に溶融ガラスを浮かべることによって得られる。例示的なプロセスにおいて、溶融スズ床の表面上に送られる溶融ガラスは、浮遊するガラスリボンを形成する。このガラスリボンがスズ浴に沿って流れながら、このガラスリボンがスズからローラ上へ巻き上げることができる固体のガラス材料へと凝固するまでその温度を徐々に低下させる。一旦この浴から出されると、このガラス材料はさらに冷却され、内部応力を低減するためにアニーリングされることができる。
【００２９】
ダウンドロー法は、比較的きれいな表面を有する均一な厚みを有するガラス材料を生成する。ガラス材料の平均的な曲げ強さは表面きずの量およびサイズに左右されるため、最小限の接触しかしていないきれいな表面は初期強度が高くなる。したがって、この高い強度のガラス材料が、その後、例えば化学的にさらに強化されるとき、その結果生じる強度は、ラッピングおよびポリシングされた表面を備えるガラス材料の強度よりも高くすることができる。ダウンドローによるガラス材料は、約２ｍｍ未満の厚みに引き伸ばされる場合がある。さらに、ダウンドローによるガラス材料は、コストのかかるグラインディングおよびポリシングを行うことなくその最終的な用途に使用できる非常に平らで滑らかな表面を有する。
【００３０】
このガラス材料は、例えば、フュージョンドロー法を使用して形成される場合があり、フュージョンドロー法は、溶融ガラス原材料を受け入れるためのチャネルを有する引き伸ばし槽を使用する。このチャネルは、チャネルの両側にチャネルの長さに沿って頂部が開口した堰を有する。このチャネルが溶融材料で満たされたとき、溶融ガラスは堰から溢れる。重力により、溶融ガラスは二つの流れるガラス膜として引き伸ばし槽の外表面を伝って流下する。引き伸ばし槽のこれらの外表面は、引き伸ばし槽の下方の縁で連結するように下方かつ内方に向かって延在する。これらの二つの流れるガラス膜はこの縁で連結し、融合して単一の流れるガラス材料を形成する。フュージョンドロー法は、チャネルから溢れて流れる二つのガラス膜が融合するため、結果的に生じるガラス材料の外表面がいずれも装置のいかなる部分にも接触しないという利点がある。したがって、フュージョンドローによるガラス材料の表面性質は、そのような接触による影響を受けない。
【００３１】
スロットドロー法は、フュージョンドロー法とは異なる。スロットドロー法では、溶融した原材料のガラスが、引き伸ばし槽に提供される。引き伸ばし槽の底部は、ノズルを備える開口スロットを有し、このノズルは、スロットの長さに沿って延在している。溶融ガラスは、このスロット／ノズルを通って流れ、途切れない材料として下方に引き伸ばされ、アニーリング領域に入る。
【００３２】
一部の実施形態では、このガラス材料のために使用される組成は、約０モル％から約２モル％のＮａ２ＳＯ４、ＮａＣｌ、ＮａＦ、ＮａＢｒ、Ｋ２ＳＯ４、ＫＣｌ、ＫＦ、ＫＢｒ、およびＳｎＯ２を含む群から選択される少なくともひとつの焼成剤とともにバッチされる場合がある。
【００３３】
一旦形成されると、ガラス材料は、強化ガラス材料を形成するために強化される場合がある。なお、本明細書に記載のガラスセラミックも、ガラス材料と同じ方法で強化される場合がある。本明細書で使用されるように、「強化される材料」という用語は、例えば、ガラス材料またはガラスセラミック材料の表面内のより小さいイオンとのより大きいイオンのイオン交換によって化学的に強化されるガラス材料またはガラスセラミック材料を指す。しかし、熱によるテンパリングなどの技術的に既知のその他の強化法を利用して、強化ガラス材料および／または強化ガラスセラミック材料を形成してもよい。一部の実施形態では、これらの材料は、化学強化処理と熱強化処理の組み合わせを使用して強化される場合がある。
【００３４】
本明細書に記載の強化される材料は、イオン交換処理によって化学的に強化される場合がある。イオン交換処理では、典型的には、所定時間ガラス材料またはガラスセラミック材料を溶融塩浴に浸漬することによって、ガラス材料またはガラスセラミック材料の表面のイオンまたは表面付近のイオンが、塩浴からのより大きな金属イオンと交換される。一実施形態では、溶融塩浴の温度は約４００℃から約４３０℃の範囲にあり、前記所定時間は約４時間から約２４時間であるが、この温度および浸漬時間は、材料の組成および所望の強度属性に応じて変わる場合がある。ガラス材料またはガラスセラミック材料により大きなイオンが組み込まれると、この材料の表面付近の領域またはその片方または両方の表面における領域またはその片方または両方の表面に隣接する領域に圧縮応力を作り出すことにより、この材料を強化する。この圧縮応力を相殺するために、この材料の中心領域またはこの材料の表面から距離を置いた領域内で、対応する引張応力が引き起こされる。この強化処理を利用したガラス材料またはガラスセラミック材料は、具体的に、化学強化またはイオン交換されたガラス材料またはガラスセラミック材料とされる場合がある。
【００３５】
一例において、強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料におけるナトリウムイオンは、硝酸カリウム塩浴などの溶融浴からのカリウムイオンに置き換えられるが、ルビジウムまたはセシウムなどのより大きな原子半径を有するその他のアルカリ金属イオンも、このガラスにおけるより小さなアルカリ金属イオンと置き換わることができる。特定の実施形態によれば、このガラスまたはガラスセラミックにおけるより小さなアルカリ金属イオンは、Ａｇ＋イオンと置き換えることができる。同様に、その他のアルカリ金属塩、例えば、限定的ではないが、硫酸塩、リン酸塩、ハロゲン化合物などが、イオン交換処理で使用される場合がある。
【００３６】
ガラスネットワークが緩和することができる温度を下回る温度でのより大きなイオンによるより小さなイオンの置換により、強化される材料の片方または両方の表面にイオンが分散し、応力プロファイルを生じる。入ってくるイオンのより大きな体積により、強化される材料の表面上に圧縮応力（ＣＳ）が、強化される材料の中心に張力（中心張力、すなわちＣＴ）が発生する。この圧縮応力は、次の関係によって中心張力に関連付けられる。
【００３７】
【数１】
0006805183.tif 000002
【００３８】
上記において、ｔは、強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料の全体の厚みであり、圧縮層深さ（ＤＯＬ）は交換深さである。交換深さは、イオン交換処理によって促進されたイオン交換が生じる強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料内の深さ、すなわち、ガラス材料の表面からガラス材料またはガラスセラミック材料の中心領域までの距離とされる場合がある。
【００３９】
一実施形態では、強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料は、約３００ＭＰａ以上の表面圧縮応力、例えば、４００ＭＰａ以上、４５０ＭＰａ以上、５００ＭＰａ以上、５５０ＭＰａ以上、６００ＭＰａ以上、６５０ＭＰａ以上、７００ＭＰａ以上、７５０ＭＰａ以上または８００ＭＰａ以上の表面圧縮応力を有する可能性がある。この強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料は、約１５μｍ以上、２０μｍ以上の圧縮層深さ、例えば、２５μｍ、３０μｍ、３５μｍ、４０μｍ、４５μｍ、５０μｍまたはそれ以上の圧縮層深さ、および／または約１０ＭＰａ以上、２０ＭＰａ以上、３０ＭＰａ以上、４０ＭＰａ以上の中心張力、例えば、４２ＭＰａ、４５ＭＰａ、または５０ＭＰａまたはそれ以上の中心張力であるが、１００ＭＰａ未満の中心張力、例えば、９５ＭＰａ、９０ＭＰａ、８５ＭＰａ、８０ＭＰａ、７５ＭＰａ、７０ＭＰａ、６５ＭＰａ、６０ＭＰａ、５５ＭＰａまたはそれ以下の中心張力を有する場合がある。一つ以上の具体的な実施形態において、この強化ガラス材料または強化ガラスセラミック材料は、約５００ＭＰａより大きな表面圧縮応力、約１５μｍよりも大きな圧縮層深さ、および約１８ＭＰａより大きな中心張力のうちの一つ以上を有する。
【００４０】
このガラス材料で使用される場合がある例示的なガラスは、アルカリアルミノシリケートガラス組成またはアルカリアルミノボロシリケートガラス組成を含む場合があるが、その他のガラス組成も考えられる。かかるガラス組成は、イオン交換可能であるとみなされてよい。本明細書で使用されるように、「イオン交換可能」とは、その組成を含む材料が、その材料の表面にあるまたは表面付近にあるカチオンをより大きいサイズまたはより小さいサイズの同じ価数のカチオンと交換することができるということを意味する。一例としてのガラス組成は、ＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３およびＮａ２Ｏを含み、（ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３）≧６６モル％かつＮａ２Ｏ≧９モル％である。一実施形態では、このガラスの組成は、少なくとも６重量％の酸化アルミニウムを含む。さらなる実施形態では、この材料は、アルカリ土類酸化物の含有量が少なくとも５重量％になるように一つ以上のアルカリ土類酸化物を有するガラス組成を含む。適当なガラス組成は、一部の実施形態において、Ｋ２Ｏ、ＭｇＯ、およびＣａＯのうちの少なくとも一つをさらに含む。特定の一実施形態において、この材料で使用されるガラス組成は、６１モル％から７５モル％のＳｉＯ２、７モル％から１５モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から１２モル％のＢ２Ｏ３、９モル％から２１モル％のＮａ２Ｏ、０モル％から４モル％のＫ２Ｏ、０モル％から７モル％のＭｇＯ、および０モル％から３モル％のＣａＯを含む可能性がある。
【００４１】
材料系１１０に適したさらなる例示的なガラス組成は、６０モル％から７０モル％のＳｉＯ２、６モル％から１４モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から１５モル％のＢ２Ｏ３、０モル％から１５モル％のＬｉ２Ｏ、０モル％から２０モル％のＮａ２Ｏ、０モル％から１０モル％のＫ２Ｏ、０モル％から８モル％のＭｇＯ、０モル％から１０モル％のＣａＯ、０モル％から５モル％のＺｒＯ２、０モル％から１モル％のＳｎＯ２、０モル％から１モル％のＣｅＯ２、５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３を含み、１２モル％≦（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦２０モル％かつ０モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦１０モル％である。
【００４２】
このガラス材料に適したさらに別の例示的なガラス組成は、６３．５モル％から６６．５モル％のＳｉＯ２、８モル％から１２モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から３モル％のＢ２Ｏ３、０モル％から５モル％のＬｉ２Ｏ、８モル％から１８モル％のＮａ２Ｏ、０モル％から５モル％のＫ２Ｏ、１モル％から７モル％のＭｇＯ、０モル％から２．５モル％のＣａＯ、０モル％から３モル％のＺｒＯ２、０．０５モル％から０．２５モル％のＳｎＯ２、０．０５モル％から０．５モル％のＣｅＯ２、５０ｐｐｍ未満のＡｓ２Ｏ３、および５０ｐｐｍ未満のＳｂ２Ｏ３を含み、１４モル％≦（Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）≦１８モル％かつ２モル％≦（ＭｇＯ＋ＣａＯ）≦７モル％である。
【００４３】
特定の一実施形態では、このガラス材料に適したアルカリアルミノシリケートガラスの組成は、アルミナと、少なくとも一つのアルカリ金属と、一部の実施形態では５０モル％より多いＳｉＯ２、他の実施形態では少なくとも５８モル％のＳｉＯ２、さらに他の実施形態では少なくとも６０モル％のＳｉＯ２とを含み、比率（（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）／Σ改質剤）＞１であり、この比率において、これらの成分はモル％で表され、改質剤はアルカリ金属酸化物である。このガラス組成は、特定の実施形態において、５８モル％から７２モル％のＳｉＯ２、９モル％から１７モル％のＡｌ２Ｏ３、２モル％から１２モル％のＢ２Ｏ３、８モル％から１６モル％のＮａ２Ｏ、および０モル％から４モル％のＫ２Ｏを含み、比率（（Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３）／Σ改質剤）＞１である。
【００４４】
さらに別の実施形態では、このガラス材料は、６４モル％から６８モル％のＳｉＯ２、１２モル％から１６モル％のＮａ２Ｏ、８モル％から１２モル％のＡｌ２Ｏ３、０モル％から３モル％のＢ２Ｏ３、２モル％から５モル％のＫ２Ｏ、４モル％から６モル％のＭｇＯ、および０モル％から５モル％のＣａＯを含み、６６モル％≦ＳｉＯ２＋Ｂ２Ｏ３＋ＣａＯ≦６９モル％、Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３＋ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＞１０モル％、５モル％≦ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ≦８モル％、（Ｎａ２Ｏ＋Ｂ２Ｏ３）−Ａｌ２Ｏ３≦２モル％、２モル％≦Ｎａ２Ｏ−Ａｌ２Ｏ３≦６モル％、かつ４モル％≦（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）−Ａｌ２Ｏ３≦１０モル％であるアルカリアルミノシリケートガラス組成を含む場合がある。
【００４５】
別の一実施形態では、このガラス材料は、２モル％以上のＡｌ２Ｏ３および／またはＺｒＯ２、または４モル％以上のＡｌ２Ｏ３および／またはＺｒＯ２を含むアルカリアルミノシリケートガラス組成を含む場合がある。
【００４６】
一部の実施形態では、材料系１１０は、フュージョン形成される場合がある、または圧延、薄肉圧延、スロットドローまたはフロートなどのその他の既知の方法によって形成される場合があるガラスセラミック材料を含む場合がある。
【００４７】
材料系１１０の様々な実施形態において使用される場合がある例示的なガラスセラミックは、それらが形成され得るプロセスにより特徴づけされる場合がある。かかるガラスセラミックは、フロート法、フュージョン法、スロットドロー法、薄肉圧延法、またはそれらの組み合わせによって形成される場合がある。一部のガラスセラミックは、フロート、スロットドロー、またはフュージョンドローなどの高スループットの形成法の使用を阻む液相粘度を有する傾向がある。例えば、一部の既知のガラスセラミックは、約１０ｋＰ（約１０００Ｐａ・ｓ）の液相粘度を有する前駆体ガラスから形成され、これは、約１００ｋＰ（約１００００Ｐａ・ｓ）より高い液相粘度または約２００ｋＰ（約２００００Ｐａ・ｓ）より高い液相粘度が一般的に必要とされるフュージョンドローには適さない。薄肉圧延などの低スループットの形成方法によって形成されたガラスセラミックは、増加した不透明性、様々な度合いの半透明性、および／または表面光沢を示す場合がある。フロート、スロットドロー、またはフュージョンドローなどの高スループットの方法によって形成されたガラスセラミックは、非常に薄い層を得ることができる。フュージョンドロー法によって形成されたガラスセラミックは、きれいな表面と、例えば約２ｍｍ以下の薄さを得る場合がある。適当なガラスセラミックの例としては、Ｌｉ２Ｏ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２系すなわちＬＡＳ系のガラスセラミック、ＭｇＯ‐Ａｌ２Ｏ３‐ＳｉＯ２系すなわちＭＡＳ系のガラスセラミック、ムライト、スピネル、α‐石英、β‐石英固溶体、ペタライト、リチウムダイシリケート、β‐スポジュメン、ネフェリン、およびアルミナのうちのいずれか一つ以上の結晶相を含むガラスセラミック、およびそれらの組み合わせを含む場合がある。
【００４８】
図３は、第二の表面３０５上よりも第一の表面３０３上の方が不透明度が高いことを特徴とするガラス材料体などの材料体３０１を含む表面表示ユニット用の例示的な材料系３００を示す。この例示的な材料体３０１が表面表示ユニットに組み込まれるとき、第一の表面３０３が観察者に対向し、表面表示ユニットに不透明な外観を提供する場合がある。第一の表面３０３は、第一の表面３０３に入射する光学的放射の散乱を促進する場合もある。したがって、材料体３０１は、第一の表面３０３に投影される画像の高品質な表示を可能にする場合がある。第二の表面３０５は、第一の表面３０３と比べて、透明度が高い、すなわち、散乱が少ない場合がある。したがって、第二の表面３０５は、材料体３０１の第二の表面３０５に入射する光学的放射の透過率を高める場合がある。一部の実施形態では、材料体３０１の厚みは、表示画像における「ハロー」効果を軽減または除去するために比較的少ない場合がある。材料体３０１は、例えば、第二の表面３０５上に飛散防止膜などの強化材料を有する薄いガラス材料層である場合がある。
【００４９】
実施形態では、材料体３０１の第一の表面３０３および第二の表面３０５の異なる光学特性が、材料体３０１の微細構造の変化によって提供される場合がある。例えば、材料体３０１は、その材料の厚み方向に微細構造の変化を有するガラスセラミック材料である場合がある。一実施形態では、第一の表面３０３に最も近い平均結晶粒径が、材料体３０１の第二の表面３０５に最も近い平均結晶粒径よりも大きくなるように結晶粒径の勾配を有するガラスセラミック材料が形成される場合がある。第一の表面３０３に最も近いより大きな粒径は、様々な実施形態において、第二の表面３０５に最も近いより小さな粒径と比べて増加した不透明性および散乱を提供する場合がある。
【００５０】
ガラスセラミックは、制御された前駆体ガラス結晶化によって形成される多結晶材料である。かかる材料は、選択した金属酸化物を含有するガラス形成バッチを溶融し、所望の形状のガラス体を形成しながらその溶融体をその変態範囲を下回る温度まで冷却し、その位置で結晶を生成するために制御しながらこのガラスの変態範囲を超えてガラス体を加熱するすなわち「セラミング」を行うことにより生成される場合がある。
【００５１】
一実施形態では、可変的な微細構造を有するガラスセラミック材料は、第一の表面に最も近い平均結晶粒径が、第二の表面に最も近い平均結晶粒径よりも大きくなるような環境でセラミング処理を行うことによって作製される場合がある。例えば、材料体３０１は、材料体の一方の側でより大きな結晶の成長を促進するためにセラミング時に温度勾配に曝される場合がある。
【００５２】
あるいは、またはさらに、可変的な微細構造は、厚み全体に結晶粒径の変化を有するガラスセラミック材料を提供するために、結晶成長の前に材料体の化学構造を変化させ、その後セラミングを行うことによって生じる場合がある。例えば、その全体が参照によって本明細書に援用されるＢｅａｌｌらに対する米国特許第８，８８３，６６３号明細書（「‘６６３特許」）は、ガラスセラミック材料の形成方法を説明しており、この方法は、例えば、酸化物基準の重量パーセントで４０から８０％のＳｉＯ２、２から３０％のＡｌ２Ｏ３、５から３０％のＮａ２Ｏ、０から８％のＴｉＯ２、０から１２％のＺｒＯ２、０から２％のＳｎＯ２、０から７％のＢ２Ｏ３、０から４％のＭｇＯ、０から６％のＺｎＯ、０から８％のＢａＯ、０から３％ＣａＯ、０から６％のＳｒＯ、０から４％のＫ２Ｏ、０から２％のＬｉ２Ｏ、０から１．０％のＳｂ２Ｏ３、０から０．２５％のＡｇ、０から０．２５％のＣｅＯ２を含有し、Ｎａ２Ｏ／Ａｌ２Ｏ３＋Ｂ２Ｏ３のモル比が０．８より大きく、ＴｉＯ２＋ＺｒＯ２＋ＳｎＯ２の組み合わせが少なくとも３．０重量％の量であるガラス体をバッチ溶融およびダウンドローし、その後、このガラス体を、ガラス歪み点を上回る温度のＬｉ含有塩浴に置き、このガラス体におけるＮａイオンとのＬｉのイオン交換を完了するのに十分な時間このガラスシートを保持することによってイオン交換処理を行うことを含む。次に、このイオン交換したガラス体は、リチウムアルミノシリケート（β‐スポジュメンおよび／またはβ‐石英固溶体）相、リチウムメタシリケート相および／またはリチウムダイシリケート相の主たるシリケート結晶相を有し、ＳｉＯ２―Ｒ２Ｏ３―Ｌｉ２Ｏ３／Ｎａ２Ｏ―ＴｉＯ２系内のガラスセラミック組成を示すガラスセラミックの生成を引き起こすために約５５０℃から１１００℃の間の温度でセラミングされる。
【００５３】
様々な実施形態において、ガラスセラミック材料は、‘６６３特許に記載されているようなプロセスを使用して形成される場合があり、そのイオン交換ステップは、材料体３０１の第一の表面３０３と第二の表面３０５のそれぞれの最も近くで生じるイオン交換の量を変えるように制御される場合がある。例えば、‘６６３特許に記載されているようなプロセスでは、Ｌｉ２Ｏに対するＮａ２Ｏのモル比には、このイオン交換処理の条件を制御することによってこの材料体の全厚にわたる勾配が形成される場合がある。次に、このイオン交換したガラス体は、材料体３０１の第一の表面３０３と第二の表面３０５の間で、結晶微細構造の変化、例えば、結晶化の量および／または結晶のサイズの変化を有するガラスセラミック材料を提供するためにセラミングを受ける場合がある。このようにして、第一の表面３０３の不透明性および散乱特性は、第二の表面３０５と比べて増大する場合がある。
【００５４】
このガラスセラミック材料に様々な色または色調を付与するために、このガラスセラミック材料には、金属イオン形状の着色剤が存在する場合がある。この材料の色および／または色調は、車両の内装面などの表示ユニットを囲む表面に調和するように選択される場合がある。
【００５５】
一部の実施形態では、材料系３００は、例えば、セラミング処理時にこの材料を伸ばすまたは押すことによって、配向結晶構造が形成される場合があるガラスセラミック材料体３０１を含む場合がある。この配向結晶構造は、観察者に向かう反射像の抑制に有効な場合がある。これにより、比較的低視野角であるが高輝度の表面表示ユニットが可能になる場合があり、表示ユニットのエネルギー効率が上がる場合がある。この配向結晶構造を有するガラスセラミック材料は上記した結晶サイズ勾配も有する場合がある。
【００５６】
さらに図３を参照すると、第二の表面３０５上よりも第一の表面３０３上の不透明度が高いことを特徴とする材料体３０１は、例示的な実施形態において、この材料の厚み方向に微細構造の変化を有する分相ガラスを含む場合がある。一実施形態では、ガラス材料体３０１は、第一のガラス相と少なくとも一つの第二のガラス相に相分離される場合があり、これらのガラス相の各々は異なる組成を有する。したがって、材料体３０１は、相分離処理を受けると相分離し易いガラス組成をなす場合があり、すなわち、このガラス組成は、「相分離可能な」ガラス組成である。本明細書で使用されるように、「相分離可能な」ガラス組成という表現は、例えば熱処理などの相分離処理を受けると二つ以上の個別の相に相分離するガラス組成を指す。例示的な分相ガラス材料は、公開ＰＣＴ国際出願第ＷＯ２０１４／１３４０９７号に記載されており、当該出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【００５７】
一部の実施形態では、分相ガラス材料は、第一の相から形成されたガラスの相互接続したマトリクスを含み、第二の相は、この第二の相の組成を有するガラスの個別の接続していない領域として、相互接続したマトリクスの全体に分散している。第二の相は、一定量の光散乱を生じる場合があるため、第二の相の領域のサイズおよび分散は、このガラス材料において所望の屈折率を得るために制御される場合がある。さらに、またはその代わりに、第二の相は、第一の相とは異なる弾性係数および損失正接を有する場合がある。
【００５８】
一部の他の実施形態では、分相ガラス材料はスピノーダル分相ガラスである場合があり、すなわち、このガラス材料は、スピノーダル分解し易いガラス組成から形成される。これらの実施形態では、このガラス材料は、第一の相から形成されたガラスの相互接続したマトリクスを、第一の相の相互接続したマトリクス全体に第二の相が分散している状態で含む場合がある。しかし、これらの実施形態では、第二の相は、それ自体が、第一の相の相互接続したマトリクス内で相互接続している。
【００５９】
一部の実施形態では、この分相ガラス材料は、相分離によるオパール色またはオパール調の外観を有する場合がある。オパール色は、このガラスにホワイトオパールの外観または青色の半透明のオパールの外観を付与する場合があるが、例えば着色剤の添加によって、その他の色も考えられると理解すべきである。
【００６０】
様々な実施形態において、分相ガラス材料体３０１の第一の表面３０３と第二の表面３０５の間で微細構造の変化を有する分相ガラス材料体３０１を形成するために、相分離処理のプロセス条件が制御される場合がある。例えば、相分離可能な材料を含むガラス体は、その材料の一方の側の相分離の度合いをその材料の反対側よりも大きくするために、相分離処理時に温度勾配に曝される場合がある。この微細構造の差により、この材料体の一方の側における比較的高い不透明度および光散乱と、この材料の他方の側における比較的高い光透過度とを含む、この材料体の第一の表面３０３と第二の表面３０５の間の異なる光学的性質がもたらされる場合がある。
【００６１】
図４は、材料体４０１の第一の表面４０３上に散乱機能部４０２を有する材料体４０１を含む表面表示ユニット用の例示的な材料系４００を示す。散乱機能部４０２は、第一の表面４０３に最も近い材料の不透明性を増加する場合があり、第一の表面４０３に投影される画像の表示用の投影面を提供する場合がある。第二の表面４０５は、第一の表面４０３と比べて透明度が高い、すなわち、散乱が少ない場合がある。このようにして、第二の表面４０５は、材料体４０１の第二の表面４０５に入射する光学的放射の透過率を高める場合がある。
【００６２】
様々な実施形態において、散乱機能部４０２は、任意の既知の処理、例えば、この材料のディファレンシャルエッチングによって形成される場合がある。この材料は、異なる組成を備える二つ以上の異なる相を有するガラスセラミック材料または分相ガラスなどの多相材料である場合がある。多相材料の少なくとも一つの相は、特定のエッチング液、例えば、フッ化水素酸、塩酸、硝酸、硫酸などの酸性溶液に曝されるとき、より大きな溶解率を有する場合がある。多相ガラス材料体の第一の表面４０３は、この材料の一つの相をエッチング除去し、第一の表面４０３上に空隙エリア４０２ａの形で散乱機能部４０２を設けるのに十分な時間エッチング液に曝される場合がある。この空隙エリアは、任意選択的に、ポリマーなどの別の材料で充填される場合がある。
【００６３】
あるいは、散乱機能部４０２は、フォトリソグラフィなどの従来の技術を使用してパターニングされる場合があるマスクを通してこのガラスの表面をエッチングすることによって形成される場合がある。
【００６４】
図５は、材料体５０１の第一の表面５０３上に一つまたは複数のマイクロサイズおよび／またはナノサイズの機能部５０２を有する材料体５０１を含む表面表示ユニット用の一実施形態の材料系５００を示す。機能部５０２は、第一の表面５０３の不透明性を増加し、第一の表面５０３に投影される画像の表示用の投影面を提供するように構成される場合がある。第二の表面５０５は、第一の表面５０３よりも透明度が高い、すなわち、散乱が少ない場合がある。このようにして、第二の表面５０５は、材料体５０１の第二の表面５０５に入射する光学的放射の透過率を高める場合がある。
【００６５】
マイクロサイズおよび／またはナノサイズの機能部５０２は、材料体５０１の第一の表面５０３上に任意の形式に、例えば、アレイまたは単層に配置された突起などの凸面状の機能部を含む場合がある。機能部５０２のアレイまたは単層は、第一の表面５０３上にマイクロ粒子またはナノ粒子などの複数の概して球状の粒子を設けることによって形成される場合がある。これらの粒子は、シリカなどの酸化物材料を含む場合があり、任意の適当なサイズを有する場合があり、例えば、約１ｎｍから約５００μｍに及ぶ粒径、例えば、約１５０ｎｍから約１μｍに及ぶ粒径を有する場合がある。実施形態では、これらの粒子は、ディップコーティングによって第一の表面５０３上に堆積させる場合があり、かつ／または自己組織化プロセスを使用して形成される場合がある。第一の表面５０３上にこれらの粒子を備える材料体５０１は、これらの粒子を第一の表面５０３に結合させ、表面機能部５０２を形成するために、高温、例えば、約１００℃から約６００℃の範囲、または材料体５０１の軟化温度を僅かに下回る温度、に曝される場合がある。ガラス材料上に凸面状の表面機能部を形成するための様々な実施形態は、例えば、ＰＣＴ国際出願公開第ＷＯ２０１４／０８５４１４号に記載されており、その全体が参照によって本明細書に援用される。
【００６６】
図６は、複数の積重した材料層６０１、６０３、６０５を含む表面表示ユニット用の一実施形態の材料系６００を示す。これらの層６０１、６０３、６０５の各々は、材料系６００の観察者側６１３に対向する光散乱面６０７、６０９、６１１を含む。光散乱面６０７、６０９、６１１は、例えば、図３を参照して上記したように、その表面で光散乱を増大するために材料層の微細構造を変化させることよって、図４を参照して上記したような、散乱機能部を形成するためのエッチングによって、および／または、図５を参照して上記したように、散乱を促進するためにその表面にコーティングまたはその他の機能部を設けることによって形成される場合がある。層６０１、６０３、６０５の反対側の表面６１３、６１５、６１７は、観察者側６１３に対向しない場合があり、光学的に透過性である場合がある。
【００６７】
光散乱面６０７、６０９および６１１のうちの一つ以上は、特定の波長の光および／または特定の波長範囲にわたる光を優先的に散乱するように設計される場合があり、またその波長または波長範囲外からの光は、各材料層６０１、６０３、および／または６０５のうちの一つ以上を通過することができる場合がある。この積重材料系の光散乱面６０７、６０９、６１１のうちの一つ以上は、異なる波長／色の光を優先的に散乱するように構成される場合がある。したがって、例えば、第一の表面６０７は、例えば６２２ｎｍから７８０ｎｍの赤色光を散乱する場合があり、第二の表面６０９は、例えば４９２ｎｍから５７７ｎｍの緑色光を散乱する場合があり、かつ／または第三の表面は、例えば４５５ｎｍから４９２ｎｍの青色光を散乱する場合がある。レーザスキャナプロジェクタなどの光源が、観察者側６１３からガラス層の積重体上へ光を投影する場合があり、一つ以上の散乱面６０７、６０９、６１１は、異なる色／波長範囲の光を選択的に散乱する場合がある。具体例として、レーザスキャナプロジェクタが、赤色光線、緑色光線および青色光線などの複数の単色光線をこの積重体の観察者側の所定の箇所に当てる場合があり、これらの光線は、それぞれの色に同調させた表面６０７、６０９、６１１によって散乱される。散乱した光線は、カラー画像を提供するために結合させる場合がある。
【００６８】
図６は、三層の積重体を有する材料系６００を示しているが、その他の実施形態は、二層の積重体または四層以上を有する積重体を含む場合があり、それらの層のうちの一つ以上が、任意選択的に、特定の波長または波長範囲の光を優先的に散乱する一つ以上の散乱面を有することが分かるだろう。
【００６９】
表面表示ユニットで使用するための材料系７００の別の例示的な実施形態が図７に示されている。この実施形態における材料系７００は、例えば、観察者側７０２に対向する正面７０５を有するガラス材料またはガラスセラミック材料である場合がある第一の層７０３と、第一の層７０３の背面７０７上に配置される光学的に活性化される発光要素アレイ７０９とを含む。バッキング層７１１は、ガラス材料またはガラスセラミック材料または、例えば、ポリマー、セラミックなどの別の種類の材料である場合があり、任意選択的に、観察者側７０２の反対側の光学的に活性化される発光要素アレイ７０９に隣接している場合がある。
【００７０】
光学的に活性化される発光要素アレイ７０９は、光学的に励起される場合がある、すなわち、従来の発光デバイスの場合のように電極によって励起される代わりに、または電極によって励起されることに加えて光学的に励起される場合がある複数の発光要素７１０を含む場合がある。これらの光学的に活性化される発光要素は、第二の波長の光学的放射すなわち光子の吸収に応答して第一の波長の光を放出するように構成される場合があり、第二の波長は、第一の波長とは異なる場合がある。例えば、発光要素は、可視域、紫外域、または赤外域である場合がある励起波長を有する光学的放射の吸収に応答して特定の色を有する可視光を放出する場合がある。一実施形態では、発光要素アレイ７０９は、フォトルミネッセンス効果を示す複数の有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）を含む場合がある。アレイ７０９の異なるＯＬＥＤは、異なる色の光を放出する場合がある。ＯＬＥＤアレイ７０９は、任意選択的に、第一の層７０３とバッキング層７１１の間で気密的に封止される場合がある。ＯＬＥＤアレイ７０９は、例示的な実施形態において、湾曲した表面表示ユニットまたはその他の三次元形状の表面表示ユニットにおける使用を容易にすることができるフレキシブルアレイである場合がある。
【００７１】
ＯＬＥＤの代わりに、またはＯＬＥＤに加えて、発光要素アレイ７０９は、複数の量子ドット、例えば、三つの全ての次元に励起子を空間的に閉じ込めることによって量子力学的性質を示す半導体ナノ粒子を含む場合がある。これらの量子ドットに一つ以上の色の光を放出させるために、これらの量子ドットは、入射する放射によって光学的に励起される場合がある。
【００７２】
一部の実施形態では、ＯＬＥＤなどの光学的に活性化される発光要素のアレイ７０９は、この材料系の第一の層７０３を通過する場合がある周囲光によって励起される場合がある。アレイ７０９は、周囲光の存在下で特定の色を放出するように構成される場合がある。例えば、多色ＯＬＥＤアレイ７０９に関しては、アレイ７０９は、周囲光の存在下で白色光を放出する場合があり、表示ユニットに乳白色の背景を提供する場合がある。第一の層７０３は、このディスプレイの拡散性の乳白色の背景の外観を向上させるために比較的厚みがある場合がある。あるいは、またはそれに加えて、ＯＬＥＤの少なくとも一部を光学的に励起してＯＬＥＤに特定の色を有する光および／または特定のパターンの光を放出させるために、ＵＶ源などの光源によって、ＯＬＥＤアレイ７０９の全体または一部に光を当てる場合がある。例えば、投影ユニットが、例えば青色発光ＯＬＥＤなどのＯＬＥＤのサブセットを励起するように設定された波長を使用してこのアレイを照らす場合がある。このようにして、表示ユニットの背景色は、異なる色のＯＬＥＤを光学的に励起して光を放出させることによって変化させる場合がある。一部の実施形態では、一つ以上の光源を用いて、ＯＬＥＤアレイ７０９の異なるエリアを光学的に励起してＯＬＥＤアレイ７０９に情報、シンボル、またはカラー画像および／またはカラービデオを含むその他の画像を表示させる場合がある。この光源は、ＯＬＥＤアレイ７０９の前部、後部から、および／またはその側部からＯＬＥＤアレイ７０９を照らす場合がある。
【００７３】
一部の実施形態では、材料系７００の観察者側７０２から見たときのＯＬＥＤアレイ７０９からの発光および／または画質を向上するために、光励起機能部が使用される場合がある。励起機能部は、例えば、第一の層７０３の正面７０５上および／または背面７０７上にある場合がある。励起機能部は、観察者側７０２から材料系７００に透過する光の光散乱を促進する場合もある。したがって、励起機能部は、材料系７００の観察者側７０２側にある投影ユニットを使用して第一の層７０３上に画像を投影するための散乱面を提供する場合がある。この投影ユニットは、ＯＬＥＤを励起しない波長を使用して画像を投影する場合がある。実施形態において、第一の層７０３の正面７０５は、例えば、図３を参照して上記したように、その表面で光散乱を増大するためにガラス材料層の微細構造を変化させることによって、図４を参照して上記したような、散乱機能部を形成するためのエッチングによって、および／または、図５を参照して上記したように、散乱を促進するために表面にコーティングまたはその他の機能部を設けることによって形成される場合がある光散乱表面を有する場合がある。
【００７４】
これらのＯＬＥＤは概して透明であり、実施形態において、ＯＬＥＤアレイ７０９の背後に不透明材料がある場合がある。例えば、バッキング層７１１が不透明材料を含む場合や、または、バッキング層７１１の表面上に不透明材料が設けられる場合がある。一部の実施形態では、ＯＬＥＤアレイ７０９は、ミラー状の外観を生じることができるカソードなどの金属電極を含む場合がある。散乱機能部は、画像をミラー状というよりも色のように見せるために使用される場合がある。
【００７５】
図８は、二つの異なる種類のディスプレイ８０１、８０５をそれらのディスプレイの間に間隙８０２を挟んだ積重構成で含む表面表示ユニットで使用するための材料系８００の別の実施形態を示す。この実施形態では、第一のディスプレイ８０１は、図７を参照して上記したＯＬＥＤアレイまたは量子ドットアレイなどの光学的に活性化される発光要素アレイ８０９を含む。第一のディスプレイ８０１は、光学的に活性化される発光要素アレイ８０９の前側に第一の層８０３を、アレイ８０９の後側に第二の層８１１を含む場合がある。層８０３、８１１は両方とも光透過性である場合があり、ガラス材料またはガラスセラミック材料から形成される場合がある。第二のディスプレイ８０５は、第一のディスプレイ８０１の後側にある場合があり、間隙８０２によって第一のディスプレイ８０１から離間している場合がある。
【００７６】
一実施形態では、第二のディスプレイ８０５は、電気泳動ディスプレイを含む場合がある。電気泳動ディスプレイは、例えば、電子書籍デバイスにおいて電子ペーパーとして使用されている。これらのディスプレイは、電界の印加を介して顔料を含む荷電粒子を再配置することによって画像を形成するために使用される場合がある。電気泳動ディスプレイは、反射光を利用する場合があり、したがって、その他のディスプレイテクノロジーの場合のようにバックライトを必要としない場合がある。電気泳動ディスプレイはフレキシブルである場合があり、三次元の表面表示ユニットで使用される場合がある。電気泳動ディスプレイ８０５は、シャドーイングを避けるためかつ適度な視野角を提供するために、三次元の第一のディスプレイ８０１とコンフォーマルにする場合がある。
【００７７】
一実施形態では、電気泳動ディスプレイ８０５は、観察者に対向する正面８１２と、正面８１２の反対側の背面８１４とを含む場合がある。電気泳動ディスプレイ８０５の正面８１２は、任意選択的に、材料系８００の背景画像を表示するように構成される場合がある。正面８１２は、透明な投影層を含む場合があり、この透明な投影層は、プラスチック材料などのポリマー材料を含む場合がある。このディスプレイ用のドライバ回路が、背面８１４に隣接している場合がある。電気泳動ディスプレイ８０５は、油などの溶液を封入し、その溶液に懸濁した負電荷をもつ二酸化チタン粒子などの複数の荷電粒子を含有する複数のマイクロカプセルすなわちピクセルを含む場合がある。この溶液は、第一の色、例えば、黒で着色される場合があり、粒子は、第一の色とは異なる少なくとも一つの第二の色、例えば、白で着色される場合がある。これらのマイクロカプセルは、一対の電極アレイの間に挟まれる場合があり、電気泳動ディスプレイ８０５の正面８１２に隣接する電極アレイは透明である場合がある。これらの電極への電荷の印加は、ディスプレイの正面８１２に向かうまたはそこから遠ざかる粒子の移動を生じる場合があり、各ピクセルの色の選択的な制御／修正を行うために使用される場合がある。
【００７８】
電気泳動ディスプレイは、明るい日光の下を含む周囲光の下で効果的な場合がある。電気泳動ディスプレイは、比較的低い電力消費を特徴とし、電源を切ったときに表示画像を保持する場合がある。電気泳動ディスプレイは、少なくとも二つの異なる色、例えば、白と黒を表示する場合があり、またはカラーフィルタおよび／または多色顔料粒子の使用を通してさらなる色を表示できる場合がある。一部の実施形態では、電気泳動ディスプレイ８０５の外観は、例えば、車内と同じ色を有するレザー調の外観を提供するなど、車両の内装に調和する場合がある。
【００７９】
一実施形態では、電気泳動ディスプレイ８０５は、表面表示ユニット用のユーザ選択可能な背景色を表示するために使用される場合がある。例えば、電気泳動ディスプレイ８０５は、このディスプレイの一部の全体にわたって、例えば、黒、茶色、暗赤色などのより暗い色と白などのより明るい色の間で背景を変化させるために使用される場合がある。一部の実施形態では、電気泳動ディスプレイ８０５は、表面表示ユニットに情報、パターン、および／またはその他の画像を表示するために使用される場合がある。
【００８０】
一部の実施形態では、電気泳動ディスプレイ８０５は、表面表示ユニットの背景色を変更するために、ＯＬＥＤアレイまたは量子ドットアレイなどの光学的に活性化される発光要素アレイ８０９と連動して使用される場合がある。例えば、光学的に活性化される発光要素アレイ８０９は、予め選択された色を有する光を生じるために、例えば前部投影ユニットを介して光学的に励起される場合がある。アレイ８０９からの光は、表示ユニットにカラー背景を提供するために、白または明るい色の表面を表示する場合がある電気泳動ディスプレイ８０５の正面８１２から反射される場合がある。実施形態では、電気泳動ディスプレイ８１２の正面８１２は、光散乱を提供するために、粗面、パターン加工面、またはテクスチャ加工面を有する場合がある。この散乱面は、例えば、エッチングまたは材料の堆積によって形成される場合がある。一部の実施形態では、光学的に活性化される発光要素アレイ８０９は、電気泳動ディスプレイ８０５に情報を投影するために使用される場合がある。
【００８１】
第一のディスプレイ８０１と第二のディスプレイ８０５の間の間隙８０２は、二重像効果を軽減する場合があり、第一のディスプレイ８０５、例えば、ＯＬＥＤアレイから第二のディスプレイ８０５の正面８１２へのあらゆるシャドーイングまたは投影画像を拡散するのに十分な場合がある。一実施形態では、ギャップ８０２は、幅が最大約３ｃｍに及ぶ場合があり、例えば、幅が約１００μｍから約２．５４ｃｍに及ぶ場合がある。
【００８２】
一部の実施形態では、第一の層８０３は、図７を参照して上記したように、前部からの投影表示を可能にするために散乱面を提供する場合がある。第一の層８０３上の散乱機能部は、周囲光の影響を軽減する場合もあり、すなわち、アンチグレア効果を提供する場合がある。
【００８３】
図９Ａおよび図９Ｂは、表面表示ユニット用の材料系９００のさらに別の例示的な実施形態を示す。この実施形態における材料系９００は二つの層９０１、９０３を含み、これらの層は、例えば、ガラス層またはガラスセラミック層である場合があり、これらの層は、互いに対向する相補的なマイクロ複製機能部９０５、９０７を含む。層９０１、９０３の間には、図９Ａに示すように、これらの間に間隙があるように層９０１、９０３を離間する機械的手段、または、図９Ｂに示すように、マイクロ複製機能部９０５、９０７が連結した状態で層９０１、９０３が結合層を形成するようにこれらの層を一体化する機械的手段を提供する材料９０９がある。一つ以上の実施形態において、材料９０９は空気である場合がある。図９Ａに示すように、離間した状態では、機能部９０５、９０７は、前側すなわち観察者側からの投影表示を可能にする場合がある散乱面を提供する。図９Ｂに示すように、一体化した形状では、散乱が最小であり、後部から材料系９００を通した発光表示を向上させる場合がある。
【００８４】
図１０は、可変的な不透明性／光透過を提供するために二つの状態の間で切り替えられることができる切り替え可能な材料１００１を含む表面表示ユニット用の材料系１０００の別の実施形態を示す。切り替え可能な材料層１００１は、第一の状態すなわち「オン」状態では第一の光透過レベルを提供し、第二の状態すなわち「オフ」状態では第二の光透過レベルを提供する場合がある。一部の実施形態では、波長の関数としての切り替え可能な材料層１００１の透過係数は、層１００１の状態によって決まる場合がある。
【００８５】
図１０に示すように、切り替え可能な材料層１００１は、図１に示すような表面表示ユニットの前側すなわち観察者側に対向する場合がある第一の表面１００３と、表面表示ユニットの後側に対向する場合がある第二の表面１００５とを有する場合がある。光源１００７は、例えば、マイクロＬＥＤ、ＯＬＥＤ、ＬＣＤ、プラズマセル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）セルアレイ、または放射を放出するように構成された別の適当な要素を含む画像パネル、または投影ユニットである場合があり、切り替え可能な材料層１００１の第二の表面１００５に隣接している場合がある。
【００８６】
切り替え可能な材料層１００１は、不透明状態と光透過状態の間で迅速に切り替わることができる場合がある。実施形態において、切り替え可能な材料層１００１は、例えば、エレクトロクロミック材料、懸濁粒子デバイス、ポリマー分散液晶デバイス、ナノ結晶および／またはマイクロブラインドなどの、電気的に切り替え可能なスマートガラステクノロジーを利用する場合がある。層１００１は、この材料に印加される電圧を変えることによって不透明状態と透過状態の間で切り替えられる場合がある。その代わりに、またはそれに加えて、切り替え可能な材料層１００１は、フォトクロミック系、ポリクロミック系および／またはサーモクロミック系を利用する場合がある。例えば、フォトクロミックガラス材料は、切り替え可能な材料層１００１の第一の表面１００３にある場合があり、不透明状態と光透過状態の間で能動的に切り替わるために光導波路を提供する場合がある。
【００８７】
切り替え可能な材料層１００１が不透明状態にあるときは、層１００１の正面１００３は、材料系１０００に高品質な画像を表示するために前部投影ユニット（例えば、図１を参照）によって照らされる場合がある。切り替え可能な材料層１００１が透過状態にあるときは、層１００１は、光源１００７から高品質な画像を表示するために層１００１を通る十分な光透過を可能にする場合がある。切り替え可能な材料層１００１は、層１００１の個別の部分の不透明性／光透過率が選択的に修正できるように個別に処理可能なセグメントを含む場合がある。個別のセグメントは、例えば、ピクセルサイズ以上である場合がある。
【００８８】
切り替え可能な材料層１００１は、平面状または実質的に平面状である場合があり、または三次元の表面表示ユニットを提供するために湾曲した輪郭または三次元の輪郭を有する場合がある。切り替え可能な材料層１００１は、積重体を作り出すために強化された基板上に一つ以上の薄い表面層を含む場合がある。まさしくミラー開口を備える二つのディフューザが一緒に動くことにより、透明な表面が作り出される場合がある。
【００８９】
実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、例えば、ポリマー材料、ガラス材料（例えば、ソーダライムガラス、アルカリアルミノシリケートガラス、アルカリ含有ボロシリケートガラスおよび／またはアルカリアルミノボロシリケートガラス）、ポリセラミック材料、またはガラスセラミック材料のうちの一つ以上を含む場合がある。層１００１は、様々な実施形態において、単一のシートとしてまたは積層構造または積重構造の一部として設けられる場合がある。一部の実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、例えば、ガラス層と、ディフューザフィルムまたは光散乱フィルムなどの拡散材料層とを含む積重構造または積層構造である場合がある。様々な例示的な実施形態によれば、この拡散材料は、ポリマー材料を含む場合がある。この拡散材料は、光散乱を提供するように工学的に作り出された少なくとも一つの材料層が存在する場合は、単一の層または多数の層の積重体の形である場合がある。具体的な一例において、拡散材料層内の光散乱は、ポリマー製の光ディフューザフィルムによって提供される場合がある。
【００９０】
一実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、色素増感材料層を含む場合がある。この場合、切り替え可能な材料層１００１は、活性化放射の照射を受けて色を変化させる色素増感スクリーン、すなわち、色素ドープスクリーンである可能性がある。一実施形態では、この活性化放射は、切り替え可能な材料層１００１の片側または両側に設けられた光源によって提供される場合がある。別の実施形態では、この活性化放射は、画像パネルの場合がある光源１００７内に設けられる光源によって提供される場合がある。この場合、この活性化放射は、画像パネル１００７内に埋め込まれ、光学像を形成するために採用された光源とは別の少なくとも一つの専用の光源のセットによって提供される場合があり、または光学像を形成するために採用できる光源のサブセットによって提供される場合がある。一実施形態では、この活性化放射は、紫外光または可視光の場合がある。この活性化放射は、一つ以上の発光ダイオードによって提供される場合がある。一実施形態では、一種類の活性化放射源のみが設けられる場合がある。別の実施形態では、異なる波長の光を放出するように活性化されかつ／または異なる波長の放射によって活性化される多数の色素材料が、切り替え可能な材料層１００１内に埋め込まれる場合がある。この場合、切り替え可能な材料層１００１に活性化放射の波長によって異なる色を表示させるために、異なる波長を有する多数の種類の活性化放射が採用される場合がある。
【００９１】
一実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、光学的効果を生成するために相互作用する二つ以上の材料を組み込む色素ドープ液晶を含む可能性がある。一実施形態では、この色素ドープ液晶は、光の透過を低減するために採用され、それにより観察者に光源１００７からの低レベルの光の透過を提供する不透明な材料部を提供することができる。
【００９２】
一実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、偏光フィルタを含む場合があり、この偏光フィルタは、光源１００７からこの偏光フィルタを通る光の透過を妨げることなく周囲光の散乱を軽減する。一部の実施形態では、切り替え可能な材料層１００１は、特定の周波数のみを反射するスクリーンを含む場合がある。投影ユニットがこれらの周波数の光でこのスクリーンを照らす場合があり、この光は、光学像を提供するために反射すなわち散乱される場合があるが、周囲光は同様には反射されない。
【００９３】
車両のディスプレイに関して、車両のウインドウは、周囲光によるこのディスプレイへの干渉を最小にするように構成される場合がある。例えば、車両のウインドウは、周囲光の量を低減するために多層コーティングまたはその他の材料を含む場合がある。一実施形態では、車両のウインドウは、調光材料層を含む場合がある。この調光材料は、明るい日光などの活性化放射によって活性化されるときに透過係数を変化させる場合がある。例えば、この調光材料は、活性化放射によって活性化されるポリビニルブチラール（ＰＶＢ）埋め込み量子ドットのマトリクスを含む可能性があり、この材料を通して光透過を減少する場合がある。
【００９４】
本開示の様々な実施形態に係る材料系は、本明細書に記載の構成のうちの一つまたは任意の組み合わせを採用することによって、表面表示ユニットに三つの異なる外観状態を提供する場合がある。具体的には、上記構成のうちの任意の一つ以上は、表面表示ユニットがオフであるとき第一の外観状態において概して不透明にみえる表面表示ユニットを提供する場合があり、第一の側から照らされるとき第二の外観状態を有する表面表示ユニットを提供する場合があり、第二の側から照らされるとき第三の外観状態を有する表面表示ユニットを提供する場合がある。これらの三つの異なる外観状態の間の違いは、観察者に知覚可能である場合がある。
【００９５】
本開示の様々な実施形態は、単独で採用することができ、または、組み合わせが明らかに禁止される場合または特に明記した場合を除いて、任意のその他の実施形態と組み合わせて採用することができる。
【００９６】
上記は特定の好適な実施形態を参照しているが、本開示はそのように限定されないことが分かるだろう。当業者は、本開示の実施形態には様々な修正がなされてよいこと、およびそのような修正は本開示の範囲内であることを意図していることに想到するだろう。特定の構造および／または構成を採用する一実施形態が本開示において例示されている場合、本開示は、機能的に均等である任意のその他の両立できる構造および／または構成が明示的に禁止されておらず、また当業者に不可能であることが知られていなければ、そのような代替物によって実施される場合があることが分かる。
【００９７】
本明細書で使用されるように、「ｔｈｅ」、「ａ」または「ａｎ」という用語は、「少なくとも一つの」を意味し、特に反対の意味が明示されない限り、「唯一の」に限定されるべきではない。したがって、例えば「一つの層」は、文脈上明らかに他の意味を示していない限りは、二つ以上の層を有する例を含む。同様に、「複数の」、または「多くの」は、「二つ以上」を意味することを意図している。
【００９８】
本明細書では、「約」ある特定の値から、かつ／または「約」別の特定の値まで範囲が表現される可能性がある。かかる範囲が表現されているとき、例は、そのある特定の値からかつ／またはその別の特定の値までを含む。同様に、値が、「約」という先行詞を使用して近似値として表されているとき、この特定の値は別の態様をなすことが分かるだろう。さらに、それらの各範囲の端点は、他方の端点との関連においても、他方の端点とは関わりなくても有意であることが分かるだろう。例えば、「約ＡからＣ、例えば、Ｂ」という表現は、少なくとも「約Ａから約Ｃ」、「厳密にＡから厳密にＣ」、「約Ａから厳密にＣ」、「厳密にＡから約Ｃ」、「約Ａから約Ｂ」、「厳密にＡから厳密にＢ」、「約Ａから厳密にＢ」、「厳密にＡから約Ｂ」、「約Ｂから約Ｃ」、「厳密にＢから厳密にＣ」、「約Ｂから厳密にＣ」、「厳密にＢから約Ｃ」、「約Ａ」、「厳密にＡ」、「約Ｂ」、「厳密にＢ」、「約Ｃ」、および「厳密にＣ」ということを伝えることを意図している。
【００９９】
本明細書で使用される「実質的な」、「実質的に」という用語およびそれらの変形は、記載の特徴が値または説明に等しいまたはほぼ等しいことに留意することを意図している。例えば、「実質的に平面状の」表面は、平面状またはほぼ平面状の表面を意味することを意図している。
【０１００】
特に明記しない限り、本明細書に述べたいずれの方法も、そのステップが特定の順序で行われることを必要としているとみなす意図はない。したがって、方法がそのステップが従うべき順序を実際に記載していない場合、またはそれらのステップが特定の順序に限定されると請求項または明細書に特に記載されていない場合は、特定の順序を示唆する意図はない。
【０１０１】
特定の実施形態の様々な特徴、要素またはステップが、「含む」という移行句を用いて開示される場合があるが、「から構成される」または「から基本的に構成される」という移行句を使用して記載される場合がある実施形態を含む別の実施形態が示唆されていると理解すべきである。したがって、例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む方法に対して示唆される別の実施形態は、方法がＡ＋Ｂ＋Ｃから構成される実施形態と、方法がＡ＋Ｂ＋Ｃから基本的に構成される実施形態とを含む。
【０１０２】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【０１０３】
実施形態１
表面表示ユニットの観察者に対向するように構成された第一の側と、該第一の側の反側でありかつ該観察者に対向しない第二の側とを含む該表面表示ユニット用の材料系であって、
（ｉ）該表面表示ユニットが画像を表示していないときの概して不透明な第一の外観状態と、
（ｉｉ）前記観察者に知覚可能な第一の画像を表示するために該材料系が前記第一の側から照らされる第二の外観状態と、
（ｉｉｉ）前記観察者に知覚可能な第二の画像を表示するために該材料系が前記第二の側から照らされる第三の外観状態と
を含む少なくとも三つの外観状態を有するように構成される材料系。
【０１０４】
実施形態２
前記材料系がガラス材料、ガラスセラミック材料、ポリマー材料およびポリセラミック材料のうちの少なくとも一つを含む一つ以上の層を含む実施形態１記載の材料系。
【０１０５】
実施形態３
前記材料系が該材料系の前記第一の側に最も近い第一の表面と、該材料系の前記第二の側に最も近い第二の表面とを有する材料体を含み、該材料体は該第二の表面上よりも該第一の表面上の方が不透明度が高い実施形態１または２記載の材料系。
【０１０６】
実施形態４
前記第一の表面は光散乱面を含み、前記第二の表面は光透過性である実施形態３記載の材料系。
【０１０７】
実施形態５
前記材料体は、異なる光学的特性を提供するために前記第一の表面と前記第二の表面の間に微細構造の変化を含む実施形態３または４記載の材料系。
【０１０８】
実施形態６
前記第一の表面に最も近い平均結晶粒径が、前記材料体の前記第二の表面に最も近い平均結晶粒径よりも大きくなるように結晶サイズの勾配を有するガラスセラミック材料体を含む実施形態５記載の材料系。
【０１０９】
実施形態７
前記材料系が前記体の前記第一の表面と前記第二の表面の間で微細構造の変化を有する分相ガラスを含む実施形態５記載の材料系。
【０１１０】
実施形態８
前記第一の表面は散乱機能部を含む実施形態３または実施形態４記載の材料系。
【０１１１】
実施形態９
前記散乱機能部はディファレンシャルエッチングによって形成される実施形態８記載の材料系。
【０１１２】
実施形態１０
前記散乱機能部は、前記第一の表面上に凸面状の機能部を含む実施形態８または実施形態９記載の材料系。
【０１１３】
実施形態１１
前記凸面状の機能部は、前記第一の表面に複数のナノサイズ粒子および／またはマイクロサイズ粒子を結合することによって形成される実施形態１０記載の材料系。
【０１１４】
実施形態１２
前記材料系がガラス材料またはガラスセラミック材料の複数の積重した層を含み、該層のうちの一つ以上は、異なる波長の光を優先的に散乱する該材料系の観察者側に対向する光散乱面を含む実施形態３または４記載の材料系。
【０１１５】
実施形態１３
前記材料系は、
該材料系の観察者側に対向する近位面と、該観察者側に対向しない遠位面とを有するガラス材料またはガラスセラミック材料を含む第一の層と、
該第一の層の該遠位面上にある光学的に活性化される発光要素アレイと
を含む実施形態２から１２のいずれかに記載の材料系。
【０１１６】
実施形態１４
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、有機発光要素アレイおよび量子ドットアレイのうちの少なくとも一方を含む実施形態１３記載の材料系。
【０１１７】
実施形態１５
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、前記表面表示ユニット用の不透明な被照背景の外観を提供するように構成される実施形態１３または１４記載の材料系。
【０１１８】
実施形態１６
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、前記表面表示ユニット用のユーザ変更可能な背景色を提供するように構成される実施形態１３から１５のいずれかに記載の材料系。
【０１１９】
実施形態１７
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、前記第一の層と第二の層の間で気密的に封止される実施形態１３から１６のいずれかに記載の材料系。
【０１２０】
実施形態１８
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、光学的励起源によって照らされるときに異なる色および／またはパターンの光を表示するように構成される実施形態１３から１７のいずれかに記載の材料系。
【０１２１】
実施形態１９
前記光学的励起源は、該材料系の前部、後部、または側部から前記光学的に活性化される発光要素アレイを照らすように構成される実施形態１８記載の材料系。
【０１２２】
実施形態２０
前記光学的励起源は紫外光源を含む実施形態１８記載の材料系。
【０１２３】
実施形態２１
前記第一の層は、前記光学的に活性化される発光要素アレイから該材料系の前記観察者側への発光を促進するための励起機能部を含む実施形態１３から２０のいずれかに記載の材料系。
【０１２４】
実施形態２２
前記励起機能部は、前記観察者側から前記第一の層に向かう光の散乱面を提供する実施形態２１記載の材料系。
【０１２５】
実施形態２３
前記材料系が少なくとも二つの異なる種類のディスプレイを、該ディスプレイの間に間隙を挟んだ積重構成で含む実施形態１から２２のいずれかに記載の材料系。
【０１２６】
実施形態２４
第一のディスプレイが、
該材料系の観察者側に対向する近位面と、該観察者側に対向しない遠位面とを有するガラス材料またはガラスセラミック材料を含む第一の層と、
該第一の層の該遠位面上にある光学的に活性化される発光要素アレイと
を含み、
第二のディスプレイが、該材料系に背景画像を表示するように構成された近位面を有する電気泳動ディスプレイを含む実施形態２３記載の材料系。
【０１２７】
実施形態２５
前記光学的に活性化される発光要素アレイは、該材料系の背景色を変更するために前記電気泳動ディスプレイの前記近位面上に光を放出するように構成される実施形態２４記載の材料系。
【０１２８】
実施形態２６
前記電気泳動ディスプレイの前記近位面は、光散乱を促進するために粗面化、パターン加工、かつ／またはテクスチャ加工されている実施形態２４または２５記載の材料系。
【０１２９】
実施形態２７
少なくとも二つのディスプレイ間の前記間隙は、前記第一のディスプレイから前記第二のディスプレイの正面上へのあらゆるシャドーイングまたは投影画像を拡散するのに十分である実施形態２４から２６のいずれかに記載の材料系。
【０１３０】
実施形態２８
前記間隙は最大約２．５４ｃｍに及ぶ実施形態２７記載の材料系。
【０１３１】
実施形態２９
前記材料系は、
第一のガラスまたはガラスセラミックの層と、
第二のガラスまたはガラスセラミックの層であって、該第一の層と該第二の層が互いに対向するマイクロ複製表面機能部を含む第二のガラスまたはガラスセラミックの層と、
該第一の層と該第二の層の間に間隙があるように該第一の層と該第二の層を離間するためおよび前記マイクロ複製表面機能部を連結した結合層を形成するために該第一の層と該第二の層を一体化するための機械的手段を提供する材料と
を含む実施形態２から２８のいずれかに記載の材料系。
【０１３２】
実施形態３０
前記材料系は、該材料系を通して可変的な不透明性および光透過を提供するために二つの状態の間で切り替えられることができる切り替え可能な材料層を含む実施形態１から２９のいずれかに記載の材料系。
【０１３３】
実施形態３１
前記切り替え可能な材料層は、電圧の印加によって状態間で切り替えられる実施形態３０記載の材料系。
【０１３４】
実施形態３２
実施形態１から３１のいずれかに記載の材料系を有する表面表示ユニット。
【０１３５】
実施形態３３
前記材料系の前記第一の側から該材料系を照らすための第一の光源と、該材料系の前記第二の側から該材料系を照らすための第二の光源とをさらに含む実施形態３２記載の表面表示ユニット。
【０１３６】
実施形態３４
前記第一の光源は、前部投影ユニットを含み、前記第二の光源は、マイクロＬＥＤアレイ、ＯＬＥＤアレイ、ＬＣＤアレイ、プラズマセルアレイ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）セルアレイ、電気泳動ディスプレイおよび後部投影ユニットのうちの少なくとも一つを含む実施形態３３記載の表面表示ユニット。
【０１３７】
実施形態３５
前記表面表示ユニットが三次元ディスプレイを含む実施形態３２から３４のいずれかに記載の表面表示ユニット。
【０１３８】
実施形態３６
前記表面表示ユニットが車両ディスプレイを含む実施形態３２から３５のいずれかに記載の表面表示ユニット。
【０１３９】
実施形態３７
前記材料系の前記概して不透明な第一の外観状態は、前記車両の内装に溶け込むように構成される実施形態３６記載の表面表示ユニット。
【０１４０】
実施形態３８
前記表面表示ユニットがタッチスクリーン機能を提供するためにタッチセンサと一体化した実施形態３２から３７のいずれかに記載の表面表示ユニット。
【０１４１】
実施形態３９
実質的に本明細書に記載のシステム。
【０１４２】
実施形態４０
実質的に本明細書に記載の方法。
【符号の説明】
【０１４３】
１００、１００ａ、１００ｂ、１００ｃ、１００ｄ、１００ｅ  表面表示ユニット
１１０、３００、４００、５００、６００、７００、８００、９００、１０００  材料系
１１１  第一の側
１１３  第二の側
１１５  観察者
１１７  第一の光源
１２０  第二の光源
１４０  タッチセンサ
２００  車両
２０３  ステアリングホイール
２０５  センターコンソール
２０５  ピラー
２０７  ドア
２１７  投影ユニット
３０１、４０１、５０１  材料体
３０３、４０３、５０３、１００３  第一の表面
３０５、４０５、５０５、１００５  第二の表面
４０２  散乱機能部
４０２ａ  空隙エリア
５０２  機能部
６０１、６０３、６０５  材料層
６０７、６０９、６１１  光散乱面
６１３、７０２  観察者側
６１３、６１５、６１７  反対側の表面
７０３、８０３  第一の層
７０５、８１２  正面
７０７、８１４  背面
７０９、８０９  発光要素アレイ
７１０  発光要素
７１１  バッキング層
８０１  第一のディスプレイ
８０２  間隙
８０５  第二のディスプレイ
８１１  第二の層
９０１、９０３  層
９０５、９０７  マイクロ複製機能部
１００１  切り替え可能な材料層
１００７  光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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