(57)【要約】【課題】コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好な透過型スクリーンを提供すること。【解決手段】透過型スクリーンは、光を透過させる透過状態と光を反射させる反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンであって、対向配置された第１の透明基板および第２の透明基板と、第１の透明基板および第２の透明基板の間に挟持された、第１の透明電極および第２の透明電極と、第１の透明電極および第２の透明電極の間に挟持された、第１の配向膜および第２の配向膜と、および第１の配向膜および第２の配向膜の間に挟持された、液晶層とを備える。液晶層は、液晶分子および高分子材料を含む。第１の配向膜は第１のラビング軸を有し、第２の配向膜は第２のラビング軸を有する。第１のラビング軸と第２のラビング軸とのなす角は、１５０°以上２１０°以下である。液晶分子は、負の誘電率異方性を有する。【選択図】図１
2017156740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を透過させる透過状態と光を反射させる反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンであって、
対向配置された第１の透明基板および第２の透明基板と、
前記第１の透明基板および前記第２の透明基板の間に挟持された、第１の透明電極および第２の透明電極と、
前記第１の透明電極および前記第２の透明電極の間に挟持された、第１の配向膜および第２の配向膜と、
前記第１の配向膜および第２の配向膜の間に挟持された、液晶分子および高分子材料を含む液晶層と、を備え、
前記第１の配向膜は、第１のラビング軸を有し、
前記第２の配向膜は、第２のラビング軸を有し、
前記第１のラビング軸と前記第２のラビング軸とのなす角は、１５０°以上２１０°以下であり、
前記液晶分子は、負の誘電率異方性を有する、
透過型スクリーン。
【請求項２】
前記第１の配向膜に接する液晶分子および前記第２の配向膜に接する液晶分子のプレチルト角が、０°以上８０°以下である、請求項１に記載の透過型スクリーン。
【請求項３】
前記第１の配向膜に接する液晶分子および前記第２の配向膜に接する液晶分子のプレチルト角が、０°以上４５°以下である、請求項２に記載の透過型スクリーン。
【請求項４】
前記第２の配向膜に接する液晶分子のプレチルト角が、前記第１の配向膜に接する液晶分子のプレチルト角と異なる、請求項１から３のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
【請求項５】
電圧無印加状態における前記液晶分子の長軸方向の屈折率と、電圧無印加状態における前記高分子材料の屈折率との差が、０．０５以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
【請求項６】
前記液晶層の厚さは、２μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１から５のいずれか１項に記載の透過型スクリーン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、透過型スクリーンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、映像を表示するスクリーンとして、投影された映像光を全て反射させ、映像光を透過させないスクリーンが用いられている。それに対して、近年、投影された映像を表示し、同時に映像が表示されない箇所において背景光を透過させる透過型スクリーンが開発されている。
【０００３】
透過型スクリーンには、光を透過させる透過状態と、光を拡散反射させる反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンが使用されることが多い。このような透過型スクリーンは、例えば、透過型スクリーンが反射状態の場合に、プロジェクターから投影された映像を表示させ視認可能にする。
【０００４】
このような、透過状態と反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンとして、液晶材料を使用した高分子分散型液晶素子（Polymer Dispersed Liquid Crystal Element、以下、「ＰＤＬＣ」と表記）が研究されている。ＰＤＬＣとして、電圧を印加している間は透過状態（透明状態）であり、電圧を印加していない間は反射状態（白濁状態）である、ノーマルモードのＰＤＬＣが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４５９７３号公報
【特許文献２】特開２００６−１５３９８２号公報
【特許文献３】特開２００６−２２７１７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好な透過型スクリーンを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示における透過型スクリーンは、光を透過させる透過状態と光を反射させる反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンであって、対向配置された第１の透明基板および第２の透明基板と、第１の透明基板および第２の透明基板の間に挟持された、第１の透明電極および第２の透明電極と、第１の透明電極および第２の透明電極の間に挟持された、第１の配向膜および第２の配向膜と、第１の配向膜および第２の配向膜の間に挟持された、液晶層とを備える。液晶層は、液晶分子および高分子材料を含む。第１の配向膜は第１のラビング軸を有し、第２の配向膜は第２のラビング軸を有する。第１のラビング軸と第２のラビング軸とのなす角は、１５０°以上２１０°以下である。液晶分子は、負の誘電率異方性を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示における透過型スクリーンは、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態に係る透過型スクリーンの透過状態における概略断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る透過型スクリーンの反射状態における概略断面図である。
【図３】図３は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１８０°である場合の各配向膜の概略図である。
【図４】図４は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１５０°である場合の各配向膜の概略図である。
【図５】図５は、液晶分子の長軸方向および短軸方向を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、適宜図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
【００１１】
なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
【００１２】
まず、本開示に至る過程を説明する。
【００１３】
ノーマルモードのＰＤＬＣにおいて、透過状態では常に液晶素子に電圧が印加されている。そのため、液晶素子の消費電力が大きくなってしまう。そこで、近年、電圧を印加していない間は透過状態であり、電圧を印加している間は反射状態である、リバースモードのＰＤＬＣ（以下、「Ｒ−ＰＤＬＣ」と表記）が検討されている。
【００１４】
しかしながら、従来のＲ−ＰＤＬＣは、透過型スクリーンとしては、コントラスト比が十分でない。また、従来のＲ−ＰＤＬＣは、透過型スクリーンとしては、透過状態から反射状態へ変化するまでの応答速度および反射状態から透過状態へ変化するまでの応答速度も十分でない。
【００１５】
このように、コントラスト比が高く、かつ、透過状態から反射状態へ変化するまでの応答速度および反射状態から透過状態へ変化するまでの応答速度が速い、Ｒ−ＰＤＬＣが要求されている。
【００１６】
本開示において、コントラスト比とは、反射状態における液晶素子の透過率に対する、透過状態における液晶素子の透過率の比の値を意味する。また、透過状態から反射状態へ変化するまでの応答速度および反射状態から透過状態へ変化するまでの応答速度に係る特性を、応答性と記載する。上記の両応答速度が速いことを、応答性が良好であると記載する。
【００１７】
（構成）
本開示によると、光を透過させる透過状態と光を反射させる反射状態とを切り替え可能な透過型スクリーンが提供される。図１は、実施の形態の透過型スクリーン１００の透過状態における概略断面図である。また、図２は、実施の形態の透過型スクリーン１００の反射状態における概略断面図である。
【００１８】
図１および図２に示される透過型スクリーン１００は、対向配置された透明基板１１１および透明基板１１２と、透明基板１１１および透明基板１１２の間に挟持された、透明電極１２１および透明電極１２２と、透明電極１２１および透明電極１２２の間に挟持された、配向膜１３１および配向膜１３２と、配向膜１３１および配向膜１３２の間に挟持された、液晶層１４０とを備える。液晶層１４０は、液晶分子１４１および高分子材料１４２を含む。
【００１９】
ここで、透明基板１１１は、第１の透明基板の一例である。透明基板１１２は、第２の透明基板の一例である。透明電極１２１は、第１の透明電極の一例である。透明電極１２２は、第２の透明電極の一例である。配向膜１３１は、第１の配向膜の一例である。配向膜１３２は、第２の配向膜の一例である。
【００２０】
透明基板１１１は、透明電極１２１および配向膜１３１を支持する。また、透明基板１１２は、透明電極１２２および配向膜１３２を支持する。例えば、透明基板１１１が透過型スクリーン１００の背面側に配置され、透明基板１１２が透過型スクリーン１００の前面側（視認側）に配置され得る。
【００２１】
（配向膜のラビング軸）
配向膜１３１は第１方向を向いたラビング軸（Ｉ）を有し、配向膜１３２は第２方向を向いたラビング軸（ＩＩ）を有する。ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角は、１５０°以上２１０°以下である。すなわち、第１方向と第２方向とのなす角は、１５０°以上２１０°以下である。ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角がこの角度範囲内のとき、透過状態における透過型スクリーン１００の透過率が優れ、また、透過型スクリーン１００の応答性が良好である。
【００２２】
例えば、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角は、液晶層１４０の液晶表示方式に応じて、１６０°以上２００°以下であってもよく、１７０°以上１９０°以下であってもよい。
【００２３】
本開示において、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１５０°以上２１０°以下の範囲内である状態は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とが互いに逆方向を向いている状態である。本開示においては、このような状態を「アンチパラレル」な状態と称する。
【００２４】
ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）がアンチパラレルな状態であることにより、透過型スクリーン１００は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。また、本開示による構成によって、透過状態において透過型スクリーン１００の透過率が高くなり、反射状態において透過型スクリーン１００の透過率が低くなる。そのため、透過型スクリーン１００のコントラスト比が向上する。
【００２５】
以下において、本開示における「アンチパラレル」な状態の具体例を説明する。
【００２６】
図３は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１８０°である場合の配向膜１３１および配向膜１３２の概略図である。図３において、配向膜１３１に示される矢印は、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）を示し、配向膜１３２に示される矢印は、配向膜１３２のラビング軸（ＩＩ）を示す。この例では、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）と配向膜１３２のラビング軸（ＩＩ）とのなす角は１８０°であり、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）はアンチパラレルな状態である。
【００２７】
また、図４は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１５０°である場合の配向膜１３１および配向膜１３２の概略図である。図４において、配向膜１３１に示される矢印は、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）を示し、配向膜１３２に示される実線の矢印は、配向膜１３２のラビング軸（ＩＩ）を示す。また、配向膜１３２に示される破線の矢印は、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）と同じ方向を向いた軸を示す。この例では、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）と配向膜１３２のラビング軸（ＩＩ）とのなす角は１５０°であり、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）はアンチパラレルな状態である。
【００２８】
なお、説明のために、図３および図４においては、配向膜１３１および配向膜１３２の関係を記載した。
【００２９】
ここで、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が−３０°以上３０°以下である状態を、「パラレル」な状態と称する。
【００３０】
透過型スクリーン１００において、用いる液晶表示方式に応じて、本開示の範囲を逸脱しない範囲で、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角を規定してもよい。
【００３１】
（ツイスト角）
ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角に応じて、液晶層１４０に含まれる液晶分子１４１に、ツイスト角を付与できる。本開示において、ツイスト角とは、配向膜１３１および配向膜１３２の間に存在する液晶分子１４１のねじれの角度である。また、本開示において、配向膜１３１のラビング軸（Ｉ）に対して、時計方向のツイスト角をプラスとし、反時計方向のツイスト角をマイナスとする。ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１５０°の場合、例えば、−３０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のツイスト角を液晶分子１４１に付与できる。式中、ｎは液晶分子１４１をねじる回数を意味する。ｎ＝２の場合、液晶分子１４１が２回転ねじれている。例えば、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１５０°であり、ｎが１の状態は、最初に液晶分子１４１を１８０°回転させ、更に−３０°回転させた状態を意味する。
【００３２】
ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が２１０°の場合、例えば、３０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のツイスト角を液晶分子１４１に付与できる。式中、ｎは液晶分子１４１をねじる回数を意味する。ｎ＝２の場合、液晶分子１４１が２回転ねじれている。
【００３３】
ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が１８０°の場合、例えば、０°＋１８０°×ｎ（ｎは整数）のツイスト角を液晶分子１４１に付与できる。式中、ｎは液晶分子１４１をねじる回数を意味する。ｎ＝２の場合、液晶分子１４１が２回転ねじれている。
【００３４】
このように、用いる液晶表示方式に応じて、本開示の範囲を逸脱しない範囲で、液晶分子１４１にツイスト角を付与することにより、液晶層１４０の有する機能がより効果的に発揮される。
【００３５】
（プレチルト角）
本開示において、プレチルト角とは、透明基板に対する液晶分子１４１の傾斜角である。本開示において、配向膜１３１に接する液晶分子１４１および配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、例えば、０°以上８０°以下である。各配向膜に接する液晶分子１４１のプレチルト角がこのような範囲内であることにより、透過型スクリーン１００は、良好なコントラスト比を有し得る。
【００３６】
本開示においては、透過状態におけるプレチルト角は、反射状態におけるプレチルト角と、ほぼ同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００３７】
配向膜１３１に接する液晶分子１４１および配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、０°以上４５°以下であってもよい。これにより、透過型スクリーン１００はより良好なコントラスト比を有し得る。配向膜１３１に接する液晶分子１４１および配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、０°以上３０°以下であってもよい。これにより、透過型スクリーン１００はより良好なコントラスト比を有し得る。配向膜１３１に接する液晶分子１４１および配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、０°以上２０°以下であってもよい。これにより、透過型スクリーン１００はさらに良好なコントラスト比を有し得る。
【００３８】
また、配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、配向膜１３１に接する液晶分子１４１のプレチルト角と、同一であってもよく、異なっていてもよい。
【００３９】
例えば、配向膜１３１に接する液晶分子１４１のプレチルト角は、５°以上５０°以下であってもよく、配向膜１３２に接する液晶分子１４１のプレチルト角は０°以上５０°以下であってもよい。
【００４０】
（液晶層）
本開示において、液晶層１４０は、液晶分子１４１および高分子材料１４２を含む、リバースモードの液晶層である。
【００４１】
リバースモードの液晶層１４０は、電圧無印加状態において光を透過させる透過状態であり、電圧印加状態において光を拡散反射させる反射状態である。ここで、電圧無印加状態とは、透明電極１２１および透明電極１２２の間に電圧を印加していない状態である。また、電圧印加状態とは、透明電極１２１および透明電極１２２の間に電圧を印加している状態である。
【００４２】
具体的に説明すれば、電圧無印加状態においては、液晶分子１４１の長軸方向が各透明基板と直交する方向に沿うように、液晶分子１４１は配向している（図１参照）。後述するように、液晶分子１４１の長軸方向の屈折率と高分子材料１４２の屈折率との差が小さいため、液晶層１４０に入射した光はほとんど拡散されずに液晶層１４０から出射される。そのため、透過型スクリーン１００は電圧無印加状態において透過状態である。
【００４３】
電圧無印加状態における液晶分子１４１の長軸方向の屈折率と、電圧無印加状態における高分子材料１４２の屈折率との差は、例えば０．０５以下である。屈折率の差がこのような範囲内にあることにより、透過型スクリーン１００は透過状態において透過率が高い。また、電圧無印加状態における液晶分子１４１の長軸方向の屈折率と、電圧無印加状態における高分子材料１４２の屈折率との差は、例えば、０．０１以下であってもよい。屈折率の差がこのような範囲内にあることにより、透過型スクリーン１００は透過状態において透過率がさらに高い。
【００４４】
本開示においては、透過型スクリーン１００に電圧を印加しない場合には、透過型スクリーン１００は透過状態である。そのため、例えば、透過型スクリーン１００を室内、または車内等で使用する場合、透過型スクリーン１００が与える圧迫感が低減する。また、透過型スクリーン１００は、電圧無印加状態において優れた透過率を有するので、視界を妨げることなく、様々な場所に適用できる。
【００４５】
ここで、本開示における透過型スクリーン１００は、リバースモードの液晶層１４０を備えるので、映像を表示している時間（反射状態の時間）が、映像を表示していない時間（透過状態の時間）よりも短い用途においても使用できる。このような使用形態により、透過型スクリーン１００の省電力駆動が可能となる。
【００４６】
一方、電圧印加状態においては、液晶分子１４１の短軸方向が電界の方向に沿うように、液晶分子１４１は回転する（図２参照）。後述するように、液晶分子１４１の短軸方向の屈折率と高分子材料１４２の屈折率との差が大きいため、液晶層１４０に入射した光は、液晶層１４０内で拡散反射される。そのため、透過型スクリーン１００は反射状態となる。
【００４７】
なお、「電圧無印加状態」とは、透明電極１２１および透明電極１２２の間に全く電圧が印加されない状態のみならず、透明電極１２１および透明電極１２２の間に実質的に液晶分子１４１に作用しない程度の電圧が印加されている状態も含む。
【００４８】
また、液晶分子１４１と高分子材料１４２とは、後述のように、互いに異なる物質であり得る。液晶分子１４１は、その形状において長軸方向と短軸方向とを有することが多く、長軸方向に沿って延在する形状であり得る。使用する液晶分子１４１と高分子材料１４２に応じて、液晶層１４０における液晶分子１４１の初期配向状態を設定できる。さらに、各液晶表示方式における初期配向状態に応じても、例えば、プレチルト角は変動し得る。
【００４９】
本開示において、液晶分子１４１は、負の誘電率異方性を有する。ここで、負の誘電率異方性とは、図５に示される液晶分子１４１の模式図において、長軸方向の誘電率（εＬ）と、短軸方向の誘電率（εＳ）との関係がεＬ−εＳ＜０である性質を意味する。
【００５０】
本開示においては、例えば、εＬ−εＳの値が−３０以上−２．５以下の範囲内であり得る。液晶分子１４１がこのような範囲内に負の誘電率異方性を有することにより、透過型スクリーン１００はコントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。また、液晶分子１４１が負の誘電率異方性を有することにより、液晶分子１４１の短軸方向が電界の方向に沿うように液晶分子１４１は回転し得る。
【００５１】
なお、εＬ−εＳ＞０の場合は、誘電率異方性が正であることを意味し、εＬ−εＳ＝０の場合は、誘電率に異方性がないことを意味する。
【００５２】
液晶層１４０の厚さは、特に限定されない。液晶層１４０の厚さは、例えば、２μｍ以上２０μｍ以下である。液晶層１４０の厚さが２μｍ以上であることにより、透過型スクリーン１００は反射状態において光をより効果的に拡散反射させることができる。また、液晶層１４０の厚さが５μｍ以上であることにより、透過型スクリーン１００は反射状態において光をさらに効果的に拡散反射させることができる。また、液晶層１４０の厚さが２μｍ以上であることにより、透過型スクリーン１００は反射状態において光の透過率を１％以下に抑えることが可能となる。また、液晶層１４０の厚さが２０μｍ以下であることにより、透過型スクリーン１００は低駆動電圧化および省エネルギー化といった効果を得ることができる。
【００５３】
液晶層１４０の厚さの制御は、例えば、各配向膜間に挟まれる球状のスペーサーを用いて行える。スペーサーの直径が０．２μｍ以上２０μｍ以下であることにより、液晶層１４０の厚さが均一に保持されやすい。
【００５４】
以下において、本開示における透過型スクリーン１００に含まれる構成部材について、より詳細に説明するが、これらに限定されない。
【００５５】
（透明基板）
透明基板１１１および透明基板１１２の構成材料としては、例えば、石英ガラス等のガラス材料またはポリエチレンテレフタレート等のプラスチック材料等が挙げられる。各透明基板の構成材料としては、この中でも特に、石英ガラス等のガラス材料が好ましい。これにより、反りおよび撓み等の生じにくい、より安定性に優れた透過型スクリーン１００が得られる。
【００５６】
（透明電極）
透明電極１２１は、透明基板１１１の内側（液晶層１４０側）の面に形成されており、透明電極１２２は、透明基板１１２の内側（液晶層１４０側）の面に形成されている。各透明電極は、導電性を有している。各透明電極は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、または酸化スズ（ＳｎＯ２）等で構成されている。
【００５７】
（配向膜）
配向膜１３１は、透明電極１２１の内側（液晶層１４０側）の面に形成されており、配向膜１３２は、透明電極１２２の内側（液晶層１４０側）の面に形成されている。
【００５８】
また、各配向膜は、各配向膜に接する液晶分子１４１のプレチルト角が、０°以上８０°以下の範囲内となるよう、ラビング処理を施した配向膜であり得る。
【００５９】
ラビング処理を施した各配向膜において、ラビング溝の幅、およびラビング溝の深さ等は、液晶分子１４１のサイズに応じて、適宜設定される。ラビング溝の幅は、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。また、ラビング溝の深さは、例えば、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ラビング溝の幅およびラビング溝の深さがこのような範囲内であることにより、各配向膜に接する液晶分子１４１のプレチルト角を０°以上８０°以下の範囲内に設定できる。これにより、透過型スクリーン１００は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。
【００６０】
各配向膜に対して、ラビングによって配向規制力を付与する方法は、特に限定されない。具体的には、各配向膜の液晶層１４０側の面をラビングすることによって、液晶分子１４１を配向させることができる配向規制力が各配向膜に付与される。配向規制力は、ラビングローラーの回転速度、または基板に対するラビングローラーの圧力等の条件により制御可能である。このようなラビング方法は、公知の技術を用い得る。
【００６１】
各配向膜は、例えば、ポリアミック酸、ポリイミド、レシチン、ナイロン、またはポリビニルアルコールなどの液晶配向膜として汎用されている物質のうちの少なくとも一種を含んでいる。
【００６２】
（液晶層）
液晶層１４０は、液晶分子１４１および高分子材料１４２を含む、リバースモードの液晶層である。液晶層１４０は、例えば液晶分子１４１間に高分子材料１４２のネットワークが分散した構造である。
【００６３】
液晶層１４０は、液晶性モノマー等の高分子前駆体と液晶分子１４１との混合物から形成される。具体的には、その混合物を各配向膜によって配向させて、その混合物に紫外線等のエネルギーを照射し、高分子前駆体を重合させる。これにより、高分子前駆体は、配向を保持したまま重合し、配向規制力を有する高分子材料１４２になる。液晶分子１４１は、上記の混合物から相分離される。そして、各配向膜に接していない液晶分子１４１は高分子材料１４２の配向規制力により配向し得る。
【００６４】
高分子前駆体としては、液晶分子１４１に溶解するものが挙げられる。高分子材料１４２としては、例えば、高分子中にベンゼン骨格を有するものが挙げられる。好ましくは、高分子材料１４２として、ビフェニル骨格を有するものが挙げられる。また、高分子材料１４２は、ベンゼン骨格を有しなくてもよく、液晶分子１４１とともに配向する高分子であれば使用できる。高分子材料１４２として、例えば、アクリル系、メタクリル系、エポキシ系、またはシリコン系などの高分子材料を使用できる。
【００６５】
高分子前駆体の具体例としては、例えば、ビフェニルメタノールもしくはナフトールのメタクリル酸エステルもしくはアクリル酸エステル、または、これらの化合物のいずれかの誘導体が挙げられる。また、高分子前駆体の具体例として、これらのいずれかに、ビフェノールのメタクリル酸エステルもしくはアクリル酸エステル誘導体を混合した材料を用いてもよい。また、その他の高分子前駆体の例として、α−メチルスチレン、またはエポキシ樹脂等を用いることもできる。
【００６６】
なお、高分子材料１４２として、以上のような高分子材料のいずれかを組み合わせて用いてもよく、市販の高分子材料を用いてもよい。
【００６７】
一方、液晶分子１４１としては、負の誘電率異方性を有するものであればよく、公知の液晶材料から適宜選択できる。液晶分子１４１として、例えば、ネマティック液晶材料を使用できる。また、液晶分子１４１として、複数の液晶材料を組み合わせて用いてもよく、市販されている液晶材料を用いてもよい。
【００６８】
さらに、例えば、液晶分子１４１としては、長軸方向の屈折率が高分子材料１４２の屈折率とほぼ等しく、かつ、短軸方向の屈折率が高分子材料１４２の屈折率と十分に異なる材料が用いられ得る。すなわち、液晶分子１４１の長軸方向の屈折率は、液晶分子１４１の短軸方向の屈折率と十分に異なり得る。液晶分子１４１の長軸方向の屈折率と、液晶分子１４１の短軸方向の屈折率との差は、例えば０．２である。
【００６９】
液晶分子１４１と高分子前駆体との混合物において、それぞれの質量比（液晶分子１４１：高分子前駆体）は、例えば、９９．５：０．５から９５．５：４．５までの範囲内である。９９．５：０．５の質量比と比べて高分子前駆体の割合が同じか多いと、液晶層１４０が形成されやすい。一方、９５．５：４．５の質量比と比べて高分子前駆体の割合が同じか少ないと、透過型スクリーン１００の応答速度が速くなり、さらに、コントラスト比が高くなる。
【００７０】
透過状態から反射状態への応答速度は、例えば、１０ｍｓ以下であることが望ましい。反射状態から透過状態への応答速度は、例えば、５０ｍｓ以下であることが望ましい。両応答速度がこのような範囲内であることにより、透過型スクリーン１００は動画映像に対しても優れた対応を示し得る。
【００７１】
透過型スクリーン１００のコントラスト比は、例えば、６以上であることが望ましい。コントラスト比がこのような範囲内であることにより、透過型スクリーン１００は非常に高い表示品位を保持できる。
【００７２】
応答速度およびコントラスト比は、例えば、以下の装置を組み合わせて測定できる。
【００７３】
信号発生器：ＷＦ−１９７４(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)
電源：ＨＡＳ４０５２(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)
オシロスコープ：ＴＤＳ２０２４Ｃ(Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製)
レーザー：Ｈｅ−Ｎｅレーザー
液晶分子１４１に公知な液晶材料を使用する場合、「液晶デバイスハンドブック（日本工業新聞社）」に記載されているような、ビフェニル系、フェニルシクロヘキサン系、シクロヘキシルシクロヘキサン系、トラン系、もしくはピリジン系等の各種化合物またはそれらのうち少なくとも一つを含む混合物を使用できる。また、液晶分子１４１として、カイラル材料を用いる場合も特に制限はない。液晶分子１４１として、公知のカイラル材料を使用してもよいし、合成品のカイラル材料を使用してもよい。
【００７４】
（透過型スクリーン）
本開示における透過型スクリーン１００は、様々な用途において使用できる。透過型スクリーン１００は、例えば、自動車、もしくは航空機等のフロントガラス内側に透過型スクリーンを配置した表示装置、眼鏡等に小型の透過型スクリーンを配置したウエアラブルデバイス、または窓ガラス等に透過型スクリーンを配置した表示装置として使用できる。
【００７５】
また、透過型スクリーン１００は、必ずしも投影された映像を表示する用途のみに用いられなくてもよい。透過型スクリーン１００は、複数の画素を有していてもよい。これにより、透過型スクリーン１００は、各画素において透過状態と反射状態とを切り替えることにより、映像を表示することができる。
【００７６】
また、透過型スクリーン１００は、電圧印加状態において、各透明基板と直交する方向に沿って入射する光を拡散反射させることにより、反射状態を実現する。すなわち、透過型スクリーン１００は、偏光板を備えなくとも、透過型スクリーン１００に入射する光を制御することができる。
【００７７】
（効果等）
上述のように、本開示における透過型スクリーン１００は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。さらに、透過型スクリーン１００は、電圧無印加状態において、透過率が高いので、様々な形態で使用できる。また、透過型スクリーン１００は、電圧無印加状態において透過状態であるので、主に透過状態で使用される場合、従来の透過型スクリーンと比べて大幅に消費電力を低減できる。
【実施例】
【００７８】
以下の実施例により本開示をさらに具体的に説明するが、本開示はこれらに限定されない。実施例中、「％」は、ことわりのない限り、質量基準による。
【００７９】
（実施例１）
（液晶分子および高分子前駆体の調製）
実施例１において、液晶分子１４１は、負の誘電率異方性を示すネマティック液晶材料（株式会社ＬＣＣ製、品番８２００５０）である。以下、この液晶材料を液晶材料Ａとも称する。また、高分子前駆体は、アクリレートＡ−ＤＣＰ（新中村化学工業株式会社製）である。また、光重合開始剤は、Ｉｒｇａｃｕｒｅ  １８４（ＢＡＳＦ社製）である。
【００８０】
９９質量％の液晶材料Ａに、１質量％の高分子前駆体を混合した。続いて、１質量％の高分子前駆体に対して３質量％の光重合開始剤を添加して混合した。このようにして、液晶材料Ａと高分子前駆体との混合物を調製した。
【００８１】
（液晶セルの作製）
実施例１において、透明基板１１１および透明基板１１２の各々は、ガラス基板である。透明電極１２１および透明電極１２２の各々は、ＩＴＯで構成されている。配向膜１３１および配向膜１３２の各々は、厚み約５０ｎｍの平行配向膜（ＪＳＲ株式会社製、ＪＡＬＳ−１６３６−Ｒ１）である。
【００８２】
透明電極がそれぞれ形成された２枚の透明基板を用意した。各透明電極上に、配向膜を設けた。各配向膜を所定の強度でラビングし、一方の配向膜にラビング軸（Ｉ）を形成し、他方の配向膜にラビング軸（ＩＩ）を形成した。ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角が平均１８０°±２０°の関係となるように、各透明基板を対向配置させた。さらに、各配向膜間に直径１０μｍのスペーサー（積水化学工業株式会社製）を挟み、各透明基板を重ね合わせた。そして、光硬化型シール剤（積水化学工業株式会社製、フォトレック）を用いて、注入口以外の各透明基板の周辺をシールして、液晶セルを作製した。
【００８３】
（透過型スクリーンの作製）
得られた液晶セルを１３０℃に加熱したホットプレート上に載せ、前述の液晶材料Ａと高分子前駆体との混合物を上記の注入口から注入した。その後、液晶セルに１０ｍＷ／ｃｍ２の強度の紫外線を１００秒間照射した後、液晶セルを室温まで徐冷して、透過型スクリーンを作製した。
【００８４】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が２ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が３０ｍｓであり、応答性は良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、１０であり、良好であった。コントラスト比及び応答速度は以下の装置を組み合わせて測定した。
【００８５】
信号発生器：ＷＦ−１９７４(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)
電源：ＨＡＳ４０５２(株式会社エヌエフ回路設計ブロック製)
オシロスコープ：ＴＤＳ２０２４Ｃ(Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ社製)
レーザー：Ｈｅ−Ｎｅレーザー
また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１２°であった。
【００８６】
（実施例２）
実施例２では、実施例１において、スペーサーを直径５μｍのスペーサーに変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００８７】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が０．７ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が１ｍｓであり、応答性は極めて良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、９であり、良好であった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は８°であった。
【００８８】
（実施例３）
実施例３では、実施例１において、液晶材料Ａを、液晶材料ＡよりＮｅｍａｔｉｃ−Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ転移温度が低い液晶材料Ｂに変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００８９】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が３ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が３０ｍｓであり、応答性が良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、８であり、良好であった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１１°であった。
【００９０】
（実施例４）
実施例４では、実施例１において、液晶材料Ａの量を９７質量％に、高分子前駆体の量を３質量％に変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００９１】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が２０ｍｓであり、応答性が良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、７であり、良好であった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１０°であった。
【００９２】
（実施例５）
実施例５では、実施例１において、液晶材料Ａの量を９６質量％に、高分子前駆体の量を４質量％に変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００９３】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が３０ｍｓであり、応答性が良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、７であり、良好であった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１０°であった。
【００９４】
（実施例６）
実施例６では、実施例１において、液晶材料Ａを、液晶材料ＡよりεＬ−εＳが大きい液晶材料Ｃに変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００９５】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が３５ｍｓであり、応答性が良好であった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、８であり、良好であった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１０°であった。
【００９６】
（比較例１）
比較例１では、実施例１において、液晶材料Ａを、誘電率異方性が正のネマティック液晶材料Ｄに変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００９７】
液晶セルに紫外線を照射した後に室温まで徐冷すると、透過型スクリーンは白濁していた。この透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンはさらに白く濁った。しかし、この透過型スクリーンは電圧を無印加状態にしても透過状態にはならなかった。このため、応答速度およびコントラスト比を測定できなかった。
【００９８】
（比較例２）
比較例２では、実施例１において、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）とのなす角を０°に設定し、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）をパラレルな状態に変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【００９９】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が７０ｍｓであり、応答速度が非常に遅かった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、３であり、十分でなかった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は２０°であった。
【０１００】
（比較例３）
比較例３では、実施例１において、配向膜を用いることなく透過型スクリーンを作製した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【０１０１】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が２０ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が１００ｍｓであり、応答速度が非常に遅かった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、４であり、十分でなかった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は１０°であった。
【０１０２】
（比較例４）
比較例４では、実施例３において、液晶材料Ｂの量を９５質量％に、高分子前駆体の量を５質量％に変更した。これら以外は、実施例３と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【０１０３】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が６０ｍｓであり、応答速度は遅かった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、３であり、十分でなかった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は２０°であった。
【０１０４】
（比較例５）
比較例５は、実施例１において、各配向膜を、水平配向膜から垂直配向膜に変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【０１０５】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加すると、透過型スクリーンは白く濁り、反射状態を示した。透過型スクリーンの応答速度を測定すると、透過状態から反射状態までの応答速度が５ｍｓであり、反射状態から透過状態までの応答速度が１０ｍｓであった。また、透過型スクリーンのコントラスト比は、３であり、十分でなかった。また、各配向膜に接する液晶分子のプレチルト角は８８°であった。
【０１０６】
（比較例６）
比較例６では、実施例１において、液晶材料Ａを、液晶材料ＣよりεＬ−εＳがさらに大きい液晶材料Ｅに変更した。これ以外は、実施例１と同様に透過型スクリーンを作製し、各種評価を行った。
【０１０７】
得られた透過型スクリーンは、電圧無印加時に透過状態を示した。一方、透過型スクリーンに４０Ｖの電圧を印加しても、透過型スクリーンは反射状態を示さなかった。このため、応答速度およびコントラスト比を測定できなかった。
【０１０８】
各実施例に関する組成比および評価結果等の詳細を表１に示す。また、各比較例に関する組成比および評価結果等の詳細を表２に示す。各表中において、Δｎは、液晶分子１４１の長軸方向の屈折率と、液晶分子１４１の短軸方向の屈折率との差を意味する。また、ＮＩ点は、Ｎｅｍａｔｉｃ−Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ転移温度を意味する。
【０１０９】
【表１】
2017156740.tif 000003
【０１１０】
【表２】
2017156740.tif 000004
【０１１１】
以上のように、透過型スクリーン１００は、ラビング軸（Ｉ）とラビング軸（ＩＩ）がアンチパラレルな状態であり、液晶分子１４１が負の誘電率異方性を有するので、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。ただし、液晶分子１４１と高分子前駆体との混合物において、両者が適切な比率で調製されていないと、透過型スクリーン１００は十分なコントラスト比および十分な応答性を有さない場合がある。また、εＬ−εＳが適切な範囲内でないと、透過型スクリーン１００は駆動しない場合がある。
【０１１２】
上記結果より、上記の各実施例における透過型スクリーン１００は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好である。さらに、透過型スクリーン１００は、電圧無印加状態において、透過率が高いので、様々な形態で使用できる。また、透過型スクリーン１００は、電圧無印加状態において透過状態であるので、従来の透過型スクリーンと比べて大幅に消費電力を低減できる。
【０１１３】
以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
【０１１４】
したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
【０１１５】
また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置換、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本開示は、コントラスト比が高く、かつ、応答性が良好な透過型スクリーンとして有用である。具体的には、ヘッドアップディスプレイ、ナビ−ゲーション装置、デジタルメーター、もしくはコンソールパネル等に透過型スクリーンを配置した車載用の表示装置、ウエアラブルデバイス、または窓ガラス等に透過型スクリーンを配置した表示装置などに、本開示は適用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１００    透過型スクリーン
１１１    透明基板（第１の透明基板）
１１２    透明基板（第２の透明基板）
１２１    透明電極（第１の透明電極）
１２２    透明電極（第２の透明電極）
１３１    配向膜（第１の配向膜）
１３２    配向膜（第２の配向膜）
１４０    液晶層
１４１    液晶分子
１４２    高分子材料
【図１】
2017156740.tif 000005
【図２】
2017156740.tif 000006
【図３】
2017156740.tif 000007
【図４】
2017156740.tif 000008
【図５】
2017156740.tif 000009