(57)【要約】本発明は、電気光学的スイッチング素子およびそれを含むディスプレイに関する。特に、少なくとも１つの光反射層（１）、光スイッチング層（２）、および、１つまたは２つ以上の発光物質（４）を含む光変換層（３）を含み、特に、可視光を選択的に反射する光反射層（１）、透過（６）および／または反射（８）される光の量を制御する光制御素子（２）、および、透過された光の波長（６、８）をより長い値にシフトする光変換層（３）を含む、電気光学的スイッチング素子に関する。ディスプレイは、明るいかまたは暗い条件下で、小さな消費電力で明るい画像を提供する。これらは特に、いわゆる液晶、電子ペーパー（ｅ−ペーパー）およびＭＥＭＳスイッチング応用に適している。
2015520864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気光学的スイッチング素子であって、
選択的に光を反射可能な、１つまたは２つ以上の光反射層（１）の層、
光反射層（１）の上に積み重ねられている、光の強度を制御可能な、電気光学的素子（２）、および
電気光学的素子（２）の上に配置され、光の波長をより長い値にシフト可能な、１つまたは２つ以上の光変換層（３）を含み、
光反射層（１）は、電気光学的素子（２）の下面にあり、光変換層（３）は、電気光学的素子（２）の前側にあり、電気光学的スイッチング素子の観察者に面するように設計されている、前記電気光学的スイッチング素子。
【請求項２】
電気光学的スイッチング素子であって、
照明のための手段（５）、
照明のための手段（５）の上に積み重ねられている、光を選択的に反射することが可能な、１つまたは２つ以上の光反射層の層（１）、
光反射層（１）の上に積み重ねられている、光の強度を制御可能な、電気光学的素子（２）、および、
電気光学的素子（２）の上に配置されている、光の波長をより長い値にシフト可能な、１つまたは２つ以上の光変換層の層（３）、
を含む、前記電気光学的スイッチング素子。
【請求項３】
前記照明のための手段（５）が、青色発光性ＬＥＤ光源である、請求項１または２に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項４】
前記光反射層（１）が、少なくとも１つまたは２つ以上のコレステリック液晶材料から成る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項５】
光の波長をより長い値にシフト可能な光変換層（３）が、蛍光材料、リン光を発する材料および蛍光体の群から選択される、少なくとも１つまたは２つ以上の発光性物質（４）を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項６】
電気光学的スイッチング素子（２）が、１つまたは２つ以上の反射防止層をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項７】
電気光学的スイッチング素子（２）が、光反射層および電気光学的素子の間および／または光変換層の反対側に位置する、少なくとも１つの光方向変更層（１１）または（１２）を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項８】
少なくとも１つの光方向変更層（１１）または（１２）が、マイクロレンズアレイからなる、請求項７に記載の電気光学的スイッチング素子。
【請求項９】
請求項１〜８の１つまたは２つ以上に記載の複数の電気光学的スイッチング素子からなる、電気光学的スイッチング素子のアレイであって、光変換層（３）が、３原色の赤色、緑色および青色各々のための別々の領域を有する、空間的に構造化／パターン化された層の形状を有する、前記電気光学的スイッチング素子のアレイ。
【請求項１０】
請求項１〜８の１つまたは２つ以上に記載の１つまたは２つ以上の電気光学的スイッチング素子、または、請求項９に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイを含む、電気光学的ディスプレイ。
【請求項１１】
ディスプレイをアドレッシング可能なアクティブマトリックスアレイを含むことを特徴とする、請求項１０に記載の電気光学的ディスプレイ。
【請求項１２】
請求項１〜８の１つまたは２つ以上に記載の電気光学的スイッチング素子、または、請求項９に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイの電気光学的ディスプレイにおける使用。
【請求項１３】
請求項１〜８の１つまたは２つ以上に記載の電気光学的スイッチング素子、または、請求項９に記載の電気光学的スイッチング素子のアレイの情報を表示するための使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電気光学的スイッチング素子および電気光学的ディスプレイにおけるそれらの使用、ならびにこれらのディスプレイに関する。特に、本発明は、明るい周囲光条件下で優れた可視性で、およびしたがって低電力消費で明るい画像をもたらし、さらに長期間の信頼性を特徴とする電気光学的スイッチング素子に関する。これらの電気光学的スイッチング素子は、少なくとも光反射層、光スイッチング層および１つまたは２つ以上の発光成分を含む光変換層を含む。本発明の電気光学的スイッチング素子は、特にいわゆる液晶、電子ペーパー（ｅ−ペーパー）およびＭＥＭＳスイッチングへの応用に適している。
【背景技術】
【０００２】
技術の現状および解決するべき課題
らせん構造を有し、任意に蛍光色素を含む液晶材料を、液晶らせん構造による周囲光の他の方法での典型的な、強い選択的反射を回避することによって改善されたコントラストを有する照明材料として、および／または反射材料として用いる電気光学的スイッチング素子は、日本国特許出願公開2008-233915(A)に記載されている。
【０００３】
らせん構造を有する液晶材料を利用した、電気光学的スイッチング素子は、光（例えば、バックライトシステムからの周囲光および／または光）を変換することが可能な光変換手段として、任意に蛍光色素を含み、前記光変換手段の各々は、
光の偏光の状態を、非偏光光から、直線偏光光または円偏光光に変換することが可能であり、同時に、
任意に、光の波長をより長い値にシフトすることが可能であり、国際特許出願公開WO2010/028728Aに記載されている。
【０００４】
光（例えば、バックライトシステムからの周囲光および／または光）を変換することが可能な光変換手段として、任意に蛍光色素を含む１つまたは２つ以上のコレステリック液晶の層を含み、前記光変換手段の各々は、
光の偏光の状態を、非偏光光から、直線偏光光または円偏光光に変換することが可能であり、同時に、
任意に、光の波長をより長い値にシフトすることが可能な電気光学的スイッチング素子が、国際特許出願公開WO2011/107215Aに記載されている。
【０００５】
しかしながら、上記の従来技術の開示においては、高輝度性、明るい周囲光条件下での明瞭な可視性、低電力消費、および、幅広の処理窓を与えるような、実際のディスプレイデバイスは実現されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明
本発明者らは、上記の問題点の原因を鋭意解析し、事実を見出した。驚くことに、すべての場合において、レーザー色素などの発光成分は、液状の材料が用いられていても液晶材料との十分な互換性がない。
上記のような問題は、発光成分と液晶材料との均一性不良を介して引き起こされる。
これはまた、効果的な発光成分を獲得する困難性も引き起こす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の知識に基づいて、本発明者らは問題を解決するように努め、ついに下記のような革新的な構造を見出した。
本発明における電気光学的スイッチング素子は、
照明に面するように配置されている、選択的に（可視）光を反射させることが可能な、１つまたは２つ以上の光反射層の層、
電圧の印加に応じて、デバイスの各部分により透過および／または反射される光の強度を制御することが可能な、光反射層の上に積み重ねられている、１つまたは２つ以上の電気光学的素子、および、
光の波長をより長い値にシフトすることが可能な、電気光学的素子の上に配置されている、１つまたは２つ以上の光変換層の層を含む。
【０００８】
好ましくは、本発明の電気光学的スイッチング素子は、バックライトなどの照明のための手段を含む。
好ましくは、本発明の電気光学的スイッチング素子は、光反射層および電気光学的素子の間および／または光変換層の反対側に存在する、マイクロレンズアレイなどの、１つまたは２つ以上の光方向変更層を含む。前記光反射手段は、特定の波長領域の光を選択的に反射させることが可能である。
【０００９】
好ましくは、電気光学的デバイスは、本発明の電気光学的スイッチング素子を少なくとも１つ含む、電子デバイスである。特に好ましくは、これらは、“液晶ディスプレイ”、“電子ペーパー”および“ＭＥＭＳ”スイッチングディスプレイなどの、情報を表示するためのディスプレイである。そして最も好ましいディスプレイは、液晶ディスプレイである。
【００１０】
本発明の好ましい態様において、本発明の電気光学的デバイスは、光学的素子の特徴的な組み合わせおよび配置を有しているため、それらは反射された周囲光と同様にバックライトからの光を活用し、よって、それらは明るい周囲光条件の下でも、低い電力消費で明瞭な可視性のある明るい画像をもたらす。
【００１１】
本発明の好ましい態様によれば、電気光学的スイッチング素子は；
照明（例えば、バックライト）のための手段、
照明手段の上に積み重ねられている、選択的に（可視）光を反射させることが可能な、１つまたは２つ以上の光反射層の層、
光反射層の上に積み重ねられている、光の強度を制御することが可能な、電気光学的素子、および、
電気光学的素子の上に配置されている、光の波長をより長い値にシフトすることが可能な、１つまたは２つ以上の光変換層の層を含む。
【００１２】
本発明の電気光学的デバイスにおいて、それらがバックライトシステムからの光を極めて効率的に利用するように、１つまたは２つ以上の光学素子が構成され、さらに、バックライトシステムからの放射は高エネルギーを有する放射を含まないように構成される。好ましくはそれは、いかなるＵＶ放射も含まず、より好ましくはまた短波長を有する青色光を全く含まない。好ましくは、光の波長は、３８５ｎｍまたはそれ以上、より好ましくは４２０ｎｍまたはそれ以上および最も好ましくは４３０ｎｍまたはそれ以上である。
【００１３】
本発明に利用される光反射手段は、異なる形態を有する。好ましい態様において、それらは、実質的に平らな１つまたは２つ以上の層、好ましくはディスプレイのすべてのスイッチング素子を本質的に覆う本質的に連続的な層を含む。反射手段は、好ましくは、例えば、ディスプレイのピクセルまたはサブピクセルと本質的に合致するように、例えばパターン化されて構造化される。
【００１４】
特に、光反射層がコレステリック液晶の層である場合、コレステリック液晶を乱すことが望ましく、視野角の視点から、日本国特許出願公開05-3823に示されているように、らせん軸を故意に傾けることによって、コレステリック液晶の層を形態的に乱すことが望ましい。
【００１５】
光の強度を制御することが可能な電気光学的素子、という表現は、電気光学的素子を介した透過の状態が、外部の力を適用、好ましくはそれを電気的にアドレッシングすることで、１つの状態から、少なくとも１つの他の状態に変更することを意味する。透過の変化は、グレースケール表現を実現するために、実質的に連続的であり得、好ましくは連続的である。
【００１６】
しかしながら、双安定性を示す効果を利用した電気光学的素子もまた可能である。後者の場合は、例えば双安定的な液晶セルへの応用のような、エネルギー利用の節約を必要とする応用のためのデバイスに好適に利用される。
【００１７】
本発明の光変換手段によって、色度範囲が増大し、バックライトからの光分布の均一性が改善され、短波長を有する光の透過が抑制される。
本発明によれば、用いる光変換手段は、例えば１種または数種の有機色素および／または無機蛍光体を含む単一層の形態を有するか、あるいは異なる色素および／または無機蛍光体を各々の層中に含む、積み重ねた層の形態を有してもよい。それらはさらに、事実上連続的であるかまたはそれぞれパターン化された空間的構造であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の第１の態様のデバイスを示す。
【図２】図２は、本発明の第２の態様のデバイスを示す。
【図３】図３は、マイクロレンズアレイの外形を示す。
【図４】図４は、マイクロレンズアレイの外形を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は、第一形態のデバイスを示す。バックライト（５）、光反射層（１）、電気光学的素子としての光スイッチング層（２）、および、光変換層（３）が、バックライト（５）からの光の方向に沿って、この順番で配置されている。
【００２０】
例えば、ハーフミラー、ＢＥＦ、誘電体反射鏡およびコレステリック液晶の層など、励起光（６）が層を介して通過可能であり、周囲光（７）が層によって反射可能である限り、いかなる層でも、光反射層（１）とすることが可能である。
反射光波長を選択可能で、光励起をおこなう光を完全に通過させることが可能であるため、誘電体反射鏡およびコレステリック液晶の層は、両方とも好ましい。
実用的プロセスの視点から、コレステリック液晶の層は、光反射層（２）としてより好ましい。
【００２１】
光反射層（２）として、コレステリック液晶の層は、可視光の範囲に選択反射を有する。このコレステリック液晶の層は、好ましくは下方基材およびこの基材のそれぞれの電極の間に位置する。カラーディスプレイを実現するために、例えば、異なる波長の選択反射を示す、異なるコレステリック液晶をそれぞれが有する、これらスイッチング素子の３つを便利に利用することができる。好ましくは、これら異なるコレステリック液晶の各々の１つは、３原色、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各々の１つに対応するスペクトル領域における、選択反射の波長領域を有する。
【００２２】
光反射層（２）として、コレステリック液晶が液晶層において用いられる場合、デバイスは偏光光だけを利用するため、液晶層における光反射層（２）としてのコレステリック液晶は、１つのねじれ方向だけを有する。
一方で、電気泳動ディスプレイまたはＭＥＭＳスイッチングデバイスが、光スイッチング層（２）として利用される場合、光反射層（２）としてのコレステリック液晶の層は、２つのねじれ方向を有し得る。
【００２３】
コレステリック液晶からの選択反射により生成される光は、反射された光の明るさのより強力な角度依存をもたらす、より狭い角度分布により特徴づけられる。しかしながら、それはコレステリック液晶層の軸方向性の意図的な配分により低減される。これは、日本国特許出願公開2005-003823(A)に示されるように、視界の増大をもたらす。
【００２４】
光の量を制御可能である限り、どのようなデバイスでも光スイッチング層として利用可能である。
例えば、液晶デバイス、電気泳動デバイスおよびMEMSスイッチングデバイスが利用可能である。
【００２５】
光スイッチング層は、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴｓ）を利用する、アクティブマトリックス駆動システム（active matrix driving system）により、従来の液晶ディスプレイの場合と同様に、好適にアドレスされる。光スイッチング層は、しかしながらまた、直接アドレスされるか、パッシブマトリックス駆動システムで、例えば“時分割多重化”される液晶デバイスが光スイッチング層として利用される場合のこれら２つのアドレッシングは、アクティブ駆動素子（例えば、ＴＦＴｓ）のマトリックスを必要としない。アクティブマトリックス駆動システムにおいては、一般的に好ましくは、液晶の方向が、下部基材から上部基材（“ＴＮ”構成）へのセルを介して絶対値９０°または約９０°の角度でねじられた、液晶セルが利用される。対照的に、パッシブマトリックス駆動システムを利用したディスプレイにおいて、液晶の方向は、１８０°〜２７０°の範囲、好ましくは、２４０°〜２７０°の範囲（“ＳＴＮ”構成）の絶対値の角度でねじられる。
【００２６】
光変換層（３）は、蛍光体および／または蛍光色素などの、発光性物質（４）を含有する層であり、励起光（６）を吸収し、それを放射光（９）としてより長い波長へと変換する。
例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂、シロキサンおよび／またはポリスチレンなど、共通のプラスチック材料に分散可能である発光材料である限り、いかなる材料も、光変換層（３）のための媒体として利用可能である。
【００２７】
例えば、選択的な波長変換の異なる波長を示す、光変換層をそれぞれが有する、これらスイッチング素子の３つを便利に利用して、カラーディスプレイを実現する。好ましくは、これら異なる光変換層の各々の１つは、３原色、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の各々の１つに対応するスペクトル領域における、選択的な波長変換の波長領域を有する。
【００２８】
図１に、３原色の赤（R）、緑（G）および青（B）が図示されている。３原色は、ディスプレイによっては必ずしも必要ではない。例えば、ディスプレイデバイスの要求によっては、３原色は積み重ねられる。
【００２９】
励起光（６）は、光スイッチング層（２）が開かれるとそれを通過し、発光物質（４）を励起するため、ピクセルが輝く。
放射光（９）および周囲光（７）の量（強度）は、両方とも光スイッチング層によって制御可能である。
【００３０】
１つまたは２つ以上の発光物質（４）を含む材料として、励起された光を吸収し、また、光を放出するいかなる材料も利用されてよい。有機蛍光色素および／または無機蛍光体を利用することが可能である。小さなストークスシフト（Stokes shift）を持つ色素が利用される場合、周囲光は、励起のための光として利用することが可能である。励起のためにバックライト（５）が利用される場合には、より明るい画像が得られ、それは、４７０ｎｍの波長を有する青色光を放出、および／または、４７０ｎｍより短い、または、より望ましくは、４００ｎｍより短い波長を有する光を放出する。励起（５）のためのバックライトとして、無機発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤｓ）または蛍光灯またはレーザーを利用してもよい。
【００３１】
有機色素としては、種々の蛍光色素およびリン光を発する色素、例えば有機発光ダイオードにおいて用いるレーザー色素および／または発光色素を、有益に用い得る。それぞれのレーザー色素は、Exciton Corporation, USAから株式会社インデコ、日本国を介して商業的に入手可能であり、一方他の好適な色素は、American Dye Sources Inc., Canadaから商業的に入手可能である。
【００３２】
ここで用いることができる、青色スペクトル領域における発光波長を有するレーザー色素は、例えばExciton Corporation, USAから株式会社インデコ、日本国を介して商業的に入手可能であり、例えばクマリン４６０、クマリン４８０、クマリン４８１、クマリン４８５、クマリン４８７、クマリン４９０、ＬＤ４８９、ＬＤ４９０、クマリン５００、クマリン５０３、クマリン５０４、クマリン５０４Ｔおよびクマリン５１５である。これらのレーザー色素に加えて、青色スペクトル領域における発光を有する蛍光色素、例えばペリレン、９−アミノ−アクリジン、１２（９−アントロイルオキシ）ステアリン酸、４−フェニルスピロ［フラン−２（３Ｈ），１’−フタラン］−３，３’−ジオン、Ｎ−（７−ジメチルアミノ−４−メチルクマリニル）マレイミドおよび／またはAmerican Dye Sources Inc., Canadaから商業的に入手可能な色素ＡＤＳ１３５ＢＥ、ＡＤＳ０４０ＢＥ、ＡＤＳ２５６ＦＳ、ＡＤＳ０８６ＢＥ、ＡＤＳ０８４ＢＥもまた、用いてもよい。これらの色素を、本発明にしたがって、個々に、または適切な混合物の形態で用いてもよい。
【００３３】
ここで用いることができる、緑色スペクトル領域において放出するレーザー色素は、商業的に入手可能である：例えばExciton Corporation, USAから株式会社インデコ、日本国を介して商業的に入手可能であるクマリン５２２、クマリン５２２Ｂ、クマリン５２５およびクマリン５４０Ａ、Sigma-Aldrich, USAの子会社であるシグマアルドリッチジャパン株式会社、日本国、から入手可能なクマリン６、８−ヒドロキシ−キシノリン(Coumarin 6, 8-hydroxy-xynoline*)、である。これらのレーザー色素に加えて、また、緑色スペクトル領域における発光を有する蛍光色素、例えばAmerican Dye Sources Inc., Canadaからの色素ＡＤＳ０６１ＧＥ、ＡＤＳ０６３ＧＥ、ＡＤＳ１０８ＧＥ、ＡＤＳ１０９ＧＥおよびＡＤＳ１２８ＧＥもまた、用いてもよい。また、これらの色素を、個々に、または適切な混合物の形態で、本発明にしたがって用いてもよい。
【００３４】
ここで用いることができる、赤色スペクトル領域において放出するレーザー色素は、商業的に入手可能である：例えばExciton Corporation, USAから株式会社インデコ、日本国を介して商業的に入手可能であるＤＣＭ、Ｆｌｕｏｒｏｌ５５５、ローダミン５６０過塩素酸塩、ローダミン５６０塩化物およびＬＤＳ６９８である。さらに、赤色スペクトル領域における発光を有する蛍光色素、例えばAmerican Dye Sources Inc., Canadaから商業的に入手可能であるＡＤＳ０５５ＲＥ、ＡＤＳ０６１ＲＥ、ＡＤＳ０６８ＲＥ、ＡＤＳ０６９ＲＥおよびＡＤＳ０７６ＲＥを、用いてもよい。また、これらの色素を、個々に、または適切な混合物の形態で、本発明において用いてもよい。
【００３５】
あるいはまた、有機色素として、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）のために開発された光を放出する色素もまた、ここで用いてもよい。色素、例えば日本国特許第2795932号明細書に記載されている、色を変換することが可能であるものを、本発明にしたがって用いてもよい。論文S. A. Swanson et al., Chem. Mater., 第１５巻(2003) ２３０５〜２３１２頁に記載されている色素もまた、有益に用いることができる。日本国特許出願の特開2004-263179号公報、特開2006-269819号公報および特開2008-91282号公報に記載されている青色色素および緑色色素および赤色色素もまた、用いてもよく、特に、赤色色素について、ＵＶ放射または青色光を変換する緑色発光色素を、日本国特許出願公開2003-264081(A)に記載されているように、緑色光を吸収し、赤色光を放出する、赤色光を発する色素と組み合わせて用いてもよい。
【００３６】
これらの色素を、最も一般的には、それらがそれぞれの参考文献によって記載されているように用いてもよい。しかし、それらの化学構造を、公知の手段によって、例えばアルキル鎖の導入またはアルキル鎖の修正によってわずかに修正して、有機溶媒中での、および特に液晶中でのそれらの可溶性を増大させることが必要であり得る。
【００３７】
青色無機蛍光体として、日本国特許出願公開2002-062530(A)に記載されている、Ｃｕで付活された硫化亜鉛蛍光体および／または、日本国特許出願公開2006-299207(A)に記載されている、Ｅｕで付活されたハロホスフェート(halophosphate)蛍光体、Ｅｕで付活されたアルミン酸塩蛍光体を、用いてもよい。緑色無機蛍光体について、日本国特許出願公開2006-299207(A)に記載されている、ＣｅまたはＴｂで付活された希土類元素ホウ酸塩蛍光体を、用いてもよい。赤色発光のために、日本国特許出願公開2006-299207(A)に記載されている、Ｅｕで付活された硫化ランタン蛍光体またはＥｕで付活された硫化イットリウム蛍光体を、用いてもよい。
【００３８】
日本国特許出願公開2007-063365(A)に記載されている、色中心としてＢａＳおよびＣｕ２＋からなる黄色蛍光体ならびに、日本国特許出願公開2007-63366(A)に記載されている、色中心としてＢａ２ＺｎＳ３およびＭｎ２＋からなる赤色蛍光体もまた、用いることができる。前述の日本国特許第3503139号明細書に記載されている、Ｃｅで付活されたガーネット蛍光体、日本国特許出願公開2005-48105(A)に記載されている、赤色蛍光体、日本国特許出願公開2007-262417(A)に記載されている、ベータ−サイアロン緑色蛍光体、Ｃａアルファ−サイアロン赤色蛍光体もまた、用いることができる。上記の蛍光体を、粉砕材料（ground material）として、および／または光変換層中に分散した、表面修飾材料として用いることができる。WO 2006/017125に記載されている量子ドットもまた、用いてもよい。
【００３９】
本発明の第２の態様が図２に示され、バックライトからの光または周囲光を平行光にする、光方向変更層（１１）、（１２）の各々が、光スイッチング層（２）の２つの外面の少なくとも１つに設けられる。
【００４０】
光方向変更層（１１）、（１２）の各々は、光スイッチング層（２）の外面のどこに置くことも可能である。観察方向のために、それをデバイス全体の上部に置くこと、および、バックライト側のために、それをバックライト（５）および光反射層（１）の間に置くことが好ましい。
光方向変更層（１１）、（１２）の各々は、通常マイクロレンズアレイから成り、ピクセルサイズが小さく、光スイッチング層（２）のために厚い基材が利用された場合であっても、それらにより視差の問題（パララックス問題：parallax problem）を解決することが可能である。
【００４１】
マイクロレンズアレイの形状を考慮して、ピッチは、ピクセルサイズよりも小さいことが望ましく、好ましくは、ピッチは、ピクセルの短い側の半分よりも小さく、それにより、マイクロレンズアレイおよびディスプレイピクセルの間の配向の複雑性を避けることができる。
【００４２】
図３は、マイクロレンズアレイの外形を示す。
マイクロレンズアレイは、球の一部である表面形状を有する。
材料の臨界角がαである場合、マイクロレンズの端部は、図３に示されるように、円形円錐角がαである位置にある。
球の半径がｒで、マイクロレンズピッチがＬである場合、ｒは、Ｌ／（２ｓｉｎα）に等しい。
【００４３】
図３および図４において、材料屈折率ｎは１であり、隣接する層は空気であり、その屈折率は、１．４５であると仮定される。
図３および図４における平行光は、角度θでマイクロレンズから出て（または入り）、角度θは、方程式θ＝β−αで導き出され、ここで、βはスネルの法則で決定される角度である（図３）。
【００４４】
マイクロレンズアレイは、フォトリソグラフィ技術またはナノインプリンティング技術を利用して、製造可能である。ナノインプリンティング技術は、大量生産の視点から見て好ましい。
フォトリソグラフィ技術においては、ＵＶ光が適切なフォトマスクを介したＵＶ光露光および樹脂開発の後、樹脂がコーティングされ、望ましい形状がエッチングにより形成される。
一方で、ナノインプリンティング技術においては、モールドはフォトリソグラフィ技術を利用して製造され、ナノインプリンティング処理においては、熱的に重合な樹脂または感光性樹脂（またはその両方）から成る樹脂は、モールドで複製される。
【００４５】
他の態様において、コレステリック液晶層のねじれ軸を故意に乱すことは、例えば、日本国特許出願公開2005-003823（Ａ）に記載されるように、視界の強化のために効果的である。しかしながら、本発明において、コレステリック液晶層のすべてのねじれ軸が、１つの同じ方向に整列されることは非常に望ましい。この種類の配向は、例えば、以下の工程により、容易に実現できるであろう。配向層は、機械的に塗布、および／または、光化学的に処理され、コレステリック液晶の層は、配向層の上部にコーティングされる。そして、コレステリック液晶の層は、その透明点より上の温度（すなわち、等方相へ遷移する温度）まで熱せられ、そして、周囲の温度まで徐々に冷えるに任せられる。
【００４６】
相変化モードにおいて動作する液晶セルは、ＰＤＬＣモードにおいて動作するセルまたはフィルムの代わりに利用してもよい。相変化モードにおいて動作するセル内で利用される液晶材料は、好ましくはスメクチック材料、好ましくはＳＡ位相を示す材料、または、適切なピッチのコレステリック材料である。これらの液晶セルは、散乱モードにおいて利用されるため、偏光板を利用する必要がない。利用されるこれらのコレステリック液晶は、その状態を、好ましくは、その散乱焦点円錐配向から、そのプレーナーな（または、ホメオトロピック）透明状態へ変化させる。これらの電気光学的モードは、これらがメモリー効果を示すために特に有益である。
【００４７】
代替として、“広帯域”反射コレステリック液晶の、すなわち、広範囲の波長を有する“選択的”反射を示すコレステリック液晶の層を適用してもよい。そのような広帯域反射コレステリック液晶は、例えば、層の厚さを通した位置の関数として、徐々に変化するコレステリックピッチを有するコレステリック層を用意することで実現してもよい。そのような層を用意することは、単純で直截的で有り得る。
【００４８】
広帯域コレステリック液晶の第１の層のそれと比較して逆のねじれ方向を有する、広帯域コレステリック液晶の第２の層を追加することは、結果的に最も明るい画像を実現する。
【００４９】
自然な周囲光に加えて、光放出物質を励起する光が照射される場合、例えば、好ましくは４００ｎｍ〜４７０ｎｍの間の範囲の波長を有する光が、照射のために利用される。そして、薄暗いまたは暗い照明条件であっても、より明るい画像を表示することができる。
【００５０】
本発明によれば、励起に利用される好ましい光は、４００ｎｍまたはそれ以上の波長、すなわち、紫色光を含むがＵＶ放射は含まず、好ましくは、４２０ｎｍまたはそれ以上、より好ましくは４３０ｎｍまたはそれ以上の波長を持つ光である。
【００５１】
本発明によれば、すべての既知のＬＣＤモード、例えば、ねじれネマチック（ＴＮ）モードおよび垂直配向（ＶＡ）モードを、電気光学的素子として、液晶スイッチング層に適用してもよい。
【００５２】
当業者にとって、本発明の好ましい態様は、本出願の一部を形成する、本出願と共に提出された特許請求の範囲から明らかである。
液晶の融点Ｔ（Ｃ，Ｎ）、スメクティック（Ｓ）相からネマティック（Ｎ）相への転移Ｔ（Ｓ，Ｎ）および透明点Ｔ（Ｎ，Ｉ）を、摂氏度において示す。
本出願において、すべての温度を摂氏度（セルシウス度、短縮形℃）において示し、すべての物理的データは２０℃の温度に該当し、すべての濃度は、他に明確に述べない限りすべて重量パーセント（％resp. 重量当たりの％）である。
【００５３】
例
本発明は、以下の例によってより詳細に説明される。これらは、いかなる意味においても限定することなく、本発明を例示することを意図する。
しかし、それらの組成、構成および物理特性を含む種々の態様は、専門家に極めて良好に例示され、当該特性を、本発明によって達成することができ、また、特に、当該範囲において、それらを変更することができる。特に、好ましく達成することができる種々の特性の組み合わせを、このように専門家のために良好に定義する。
【００５４】
例１
青色の選択反射に対応する、光反射層としてのコレステリック液晶層は、ドイツ、メルクＫＧａＡ社から商業的に入手可能な、光重合性液晶材料ＲＭＭＣ３４Ｃ、光開始剤を含む反応性メソゲンを利用して用意される。キラル成分は、右巻ねじれのためのＢＤＨ１２８１（メルクＫＧａＡ社から入手可能）である。キラル成分の濃度は４．５４重量パーセント濃度であった。
【００５５】
ガラス基材は、通常通りに洗浄されて乾燥され、日本の関東化学株式会社のポリビニルアルコール（ＰＶＡ）の水溶液が、１５００ｒｐｍのスピンコーティング（spin-coating）で適用される。そして基材は、３分間８０℃の温度で予熱され、３０分間８０℃の温度で固化（ｃｕｒｅ）される。そしてその後一つの方向にラビングされる。
【００５６】
キラル成分ＢＤＨ１２８１にドープされたＲＭＭ３４Ｃは、プロピレングリコール・モノメチル・エーテル・アセテート（ＰＧＭＥＡ）内で溶解され、６０％の溶液は、ラビングされたＰＶＡで覆われた基材上で２０００ｒｐｍでスピンコーティングされる。そして、基材は３分間１００℃の温度で乾燥される。この工程で形成されたコレステリック液晶構造は、３６５ｎｍの波長を有するＵＶによる、（１２００±５０）ｍＪ／ｃｍ２の照射に曝されることにより開始される重合により安定化される。
【００５７】
光変換層としての青色のためのシロキサンの層は、ＡＤＥＫＡ社、日本国を介して商業的に入手可能な光重合可能なシロキサンＦＸ−Ｖ５５００、および、青色色素ＳＥＢ−１０５（ドイツ、メルクＫＧａＡ社から入手可能）を使用して用意される。青色色素は、濃度０．５ｗｔ％でＦＸ−Ｖ５５００に組み込まれる。青色色素がドープされたＦＸ−Ｖ５５００は、ＰＧＭＥＡで溶解され、６７ｗｔ％の溶液は、洗浄されたガラス基材上に１５００ｒｐｍでスピンコーティングされ、その後、３分間１００℃の温度で焼成される。
この処理で形成されたシロキサン構造は、３６５ｎｍの波長を有するＵＶによる、３６０ｍＪ／ｃｍ２の照射に曝されることにより開始される重合により安定化される。
【００５８】
光スイッチング層としてのＶＡ  ＬＣセルは、ＭＬＣ−６６０８およびＭＬＣ−６６０８へ垂直配向を誘導する、ＪＳＲ社から入手可能な取引名ＪＡＬＳ−２０９６−Ｒ１のポリイミドで覆われたＩＴＯパターン電極を有する、厚さ１０μｍの空ＬＣセルを利用して得られる。
ＭＬＣ−６６０８は、空ＬＣセルに導入され、封入される。
そして、ＬＣセルは、その１／４波長板の側がＬＣセルに面するように、Ｒ−円偏光板およびＬ−円偏光板（美舘イメージング（MeCan Imaging Inc.）、日本）によって挟まれる。ＭＬＣ−６６０８の物理的性質は、表１に示されている。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
ここで、右巻きに円偏光された光だけを透過する、Ｒ−円偏光板（美舘イメージング、日本）は、直線偏光板に対して広い範囲の波長を有する四分の一波長の板を配置することにより実現され、よって、その光軸は、偏光板の透過軸に対して４５°時計回りにねじられる。左巻き回転方向を有する円偏光光だけを透過する、Ｌ−円偏光板（美舘イメージング、日本）は、直線偏光板および四分の一波長板の組み合わせを含み、そこでは、四分の一波長板の遅軸は、偏光板の吸収軸に対して４５°回転する。
【００６１】
サンプルは、以下のように組み立てられる。４００ｎｍＬＥＤ光源、コレステリックＬＣ層、ＶＡ  ＬＣセルおよび青色色素がドープされたシロキサンの層が、下部から上部へこの順番で置かれる
組み立てられたサンプルの光変換層で生じる発光スペクトルは、輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタ社、日本）および４００ｎｍＬＥＤ光源を利用して、垂直方向から測定される。
サンプルの光変換層で生じる反射スペクトルは、輝度計ＣＳ−１０００、および、反射スペクトル測定のための光源として、Dolan-Jenner Industries社のFiber Lite Model 190白熱ランプを利用して測定される。
【００６２】
入射光は、基質基材に対して垂直な方向から２０°傾けられ、反射は、垂直方向から検出される。
４００ｎｍＬＥＤ光源からの励起光の強度は、５ｍＷ／ｃｍ２であり、白熱ランプの強度は、１８２０μＷ／ｃｍ２であった。
ＬＣセルに印加される電圧に対する発光強度は、表２にリスト化されている。
分かるように、４００ｎｍＬＥＤ光源からの励起光がＬＣセルにより制御されるため、青色光発光強度は、ＬＣセルにより制御される。
【００６３】
【表２】
2015520864.tif 000004
【００６４】
ＬＣセルに印加される電圧に対する反射強度は、表３にリスト化されている。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がＬＣセルにより制御されるため、青色光反射強度は、ＬＣセルにより制御される。
印加電圧が０Ｖである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
【００６５】
【表３】
2015520864.tif 000005
明らかに分かるように、発光および反射強度は共に、同じ方法で、ＬＣセルの液晶層によって制御可能である。
【００６６】
例２
例１と同様の方法で、コレステリック液晶の層および緑色のための蛍光色素を有するシロキサンの層は、以下のように製造される。
コレステリック液晶層は、ドイツ、メルクＫＧａＡ社から商業的に入手可能な光重合性液晶材料ＲＭＭＣ３４Ｃを利用して用意され、商業的に入手可能なキラル成分ＢＤＨ１２８１（メルクＫＧａＡ社から）でドープされる。ＲＭＭＣ３４Ｃにおけるキラル成分の濃度は３．７８ｗｔ％であった。
【００６７】
光変換層としての緑色のためのシロキサンの層は、Sigma-Aldrich社を介して商業的に入手可能な重合可能なシロキサンＦＸ−Ｖ５５００および緑色色素クマリン６およびクマリン５００（株式会社インデコを介して商業的に入手可能）を利用して用意される。緑色色素、クマリン６およびクマリン５００は、重合可能なシロキサンＦＸ−Ｖ５５００へ、各々０．５ｗｔ％で組み込まれる。
他の条件は、例１に説明されているものと同じである。
【００６８】
ＬＣセルに印加される電圧に対する発光強度が表４にリスト化されている。
明らかに分かるように、４００ｎｍＬＥＤ光源からの励起光がＬＣセルにより制御されるため、緑色光発光強度は、ＬＣセルにより制御される。
【００６９】
【表４】
2015520864.tif 000006
ＬＣセルに印加される電圧に対する反射強度は、表５にリスト化されている。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がＬＣセルにより制御されるため、緑色光反射強度は、ＬＣセルにより制御される。
印加電圧が０Ｖである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
【００７０】
【表５】
2015520864.tif 000007
明らかに分かるように、発光および反射強度は共に、同じ方法で、ＬＣセルの液晶層によって制御可能である。
【００７１】
例３
例１および例２に示されている実験と同様に、コレステリック液晶の層および赤色のための蛍光色素を有するシロキサンの層は、以下のように製造される。
【００７２】
コレステリック液晶層は、ドイツ、メルクＫＧａＡ社から商業的に入手可能な光重合性液晶材料ＲＭＭＣ３４Ｃを利用して用意され、商業的に入手可能なキラル成分ＢＤＨ１２８１（メルクＫＧａＡ社から）でドープされる。ＲＭＭＣ３４Ｃにおけるキラル成分の濃度は３．００ｗｔ％であった。
光変換層としての赤色のためのシロキサンの層は、林原バイオ社を介して商業的に入手可能な重合可能なシロキサンＦＸ−Ｖ５５００および赤色色素ＮＫ−３５９０およびクマリン５１５（株式会社インデコを介して商業的に入手可能）を利用して用意される。赤色色素、ＮＫ−３５９０およびクマリン５１５は、重合可能なシロキサンＦＸ−Ｖ５５００へ、各々０．１９ｗｔ％および０．２２ｗｔ％で組み込まれる。
他の条件は、例１に説明されているものと同じである。
【００７３】
ＬＣセルに印加される電圧に対する発光強度が表６にリスト化されている。
明らかに分かるように、４００ｎｍＬＥＤ光源からの励起光がＬＣセルにより制御されるため、赤色光発光強度は、ＬＣセルにより制御される。
【００７４】
【表６】
2015520864.tif 000008
ＬＣセルに印加される電圧に対する反射強度は、表７にリスト化されている。
明らかに分かるように、白熱ランプからの入射光がＬＣセルにより制御されるため、赤色光反射強度は、ＬＣセルにより制御される。
印加電圧が０Ｖである場合のいくつかの残りの反射は、サンプルの表面反射のためであり、反射防止コーティングが使用される場合は、除去される。
【００７５】
【表７】
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【００７６】
明らかに分かるように、発光および反射強度は共に、同じ方法で、ＬＣセルの液晶層によって制御可能である。
これらのデータは、発光部分なしで、シロキサンの層およびコレステリックＬＣ層の中へ色素を組み込むことが、発光強度および光反射強度をさらに大きく改善すること、また、液晶材料における発光部分の均一性の問題が解決されるため、効果的な発光部分がシロキサンの層において利用可能であることの効果を明らかに示している。
多くのオプションの中から最良の発光部分を選択可能であることは極めて良いことである。
【００７７】
図面の符号の説明
Ｉ．概論
１．光の進路
図中の太矢印は、光の進路を示す。
２．光の色
Ｒ    赤色
Ｂ    青色および
Ｇ    緑色
【符号の説明】
【００７８】
１        光反射層
２        光スイッチング層
３        光変換層
４        発光物質
５        バックライト
６        励起光
７        周囲光
８        反射光
９        放射光
１０      励起光防止層
１１      光方向変更層
１２      光方向変更層
１３      平行光
１４      出射または入射光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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