JP2011095631A - 液晶表示素子および液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上することを課題とする。
【解決手段】液晶表示素子１は、最も光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に所定の間隔で設置される壁面の表面積が、当該上層の液晶パネルよりも下に位置する下層の液晶パネルに所定の間隔で設置される壁面の表面積よりも大きい構造を導入する。例えば、液晶表示素子１は、最も光の入射側に位置するＢ（青）の液晶パネルに設置される壁面の表面積（例えば、（Ａ））が、Ｇ（緑）およびＲ（赤）に設置される壁面の表面積（例えば、（Ｂ））よりも大きい構造を有する。
【選択図】図２

Description

この発明は、液晶表示素子および液晶表示装置に関する。

近年、例えば、コレステリック液晶を積層した電子ペーパーを代表とする反射型液晶表示素子の技術開発が盛んになってきている。例えば、積層される各液晶パネル間で、各液晶パネル内に設置される各壁面の位置をずらすことにより、画像ノイズを低減される技術などが提案されている。

特開２００８−２９２６３１号公報

ところで、上述した液晶表示素子では、液晶パネルの液晶層における光の散乱が起こることが明らかとなってきている。図１０は、従来技術の問題点を示す図である。同図は、入射される光を構成する複数の光の波長域の中から、所定の波長域の光成分を選択的に反射する３枚の液晶パネルが積層された液晶表示素子を示す。

例えば、図１０に示すように、液晶表示素子に光が入射すると、光が透過する各液晶パネル内で、選択的に反射される波長域以外の光の散乱が起こる。このため、上述した液晶表示素子では、各液晶パネルで起きる光の散乱により、液晶表示素子の表示面の明るさ、コントラスト比および色純度が低下してしまうという問題があった。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上させることが可能な液晶表示素子および液晶表示装置を提供することを目的とする。

本願の開示する技術は、一つの態様において、所定の波長域の光を選択反射する液晶層を設置した領域と光を透過する壁面を設置した領域とを有する液晶パネルを複数積層する液晶表示素子であって、光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積を、当該上層の液晶パネルを透過した光が入射する下層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積よりも大きくしたものである。

本願の開示する技術の一つの態様によれば、液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上できる。

図１は、実施例１に係る液晶表示素子を示す図である。 図２は、実施例１に係る液晶表示素子を示す図である。 図３は、実施例２に係る液晶表示素子を示す図である。 図４は、実施例２に係る液晶表示素子を示す図である。 図５は、実施例２に係る液晶表示素子の作用について説明する図である。 図６は、実施例２に係る液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果と従来の液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果との関係を示す図である。 図７は、実施例３に係る液晶表示素子を示す図である。 図８は、実施例３に係る液晶表示素子を示す図である。 図９は、実施例３に係る液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果と従来の液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果との関係を示す図である。 図１０は、従来技術の問題点を示す図である。

以下に、図面を参照しつつ、本願の開示する液晶表示素子および液晶表示装置の一実施形態について詳細に説明する。なお、液晶表示素子および液晶表示装置の一実施形態として後述する以下の実施例により、本願が開示する技術が限定されるものではない。

図１および図２は、実施例１に係る液晶表示素子を示す図である。図１は、実施例１に係る液晶表示素子１を光の入射方向から見た時の構造を示す。図２は、実施例１に係る液晶表示素子１を光の入射方向に沿って切断して側面から見た時の構造を示す。

実施例１に係る液晶表示素子１は、所定の波長域の光を選択反射する各液晶パネルを積層する。例えば、図２に示すように、ＲＧＢ（Ｒｅｄ（赤），Ｇｒｅｅｎ（緑），Ｂｌｕｅ（青））の波長域の光を選択反射する各液晶パネルを積層する。ここで、液晶パネルとは、例えば、液晶材料としてコレステリック液晶を利用して製造されるパネルである。

そして、液晶表示素子１は、最も光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に所定の間隔で設置される壁面の表面積が、当該上層の液晶パネルよりも下に位置する下層の液晶パネルに所定の間隔で設置される壁面の表面積よりも大きい構造を導入する。ここで、壁面の表面積とは、光が入射する側に露出した壁面の面積のことをいう。例えば、液晶表示素子１は、図２に示すように、最も光の入射側に位置するＢ（青）の液晶パネルに設置される壁面の表面積（例えば、同図（Ａ））が、Ｇ（緑）およびＲ（赤）に設置される壁面の表面積（例えば、同図（Ｂ））よりも大きい構造を有する。また、液晶表示素子１は、同図に示すように、各液晶パネルに電極を有する。

従来、最も光の入射する側に設置される上層の液晶パネルを光が透過する際に、上層の液晶パネル内の液晶層で起きる光の散乱により、下層の液晶パネルで選択反射されるべき波長域の光の光量が下層の液晶パネルへの到達前に減少していた。

そこで、実施例１に係る液晶表示素子１では、次の構造を導入する。すなわち、光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に設置される壁面の光の入射側に露出した部分の表面積が、上層の液晶パネルを透過した光が入射する下層の液晶パネル内に設置される壁面の光の入射側に露出した部分の表面積よりも大きい構造を導入する。例えば、液晶表示素子２は、図２に示すように、最も光の入射する側に設置される上層の液晶パネル（図２のＢ（青））が有する壁面の表面積が、下層の液晶パネル（同図Ｇ（緑）およびＲ（赤））の有する壁面の表面積よりも大きくなるような構造を導入する。この液晶表示素子１の構造により、光を散乱させる液晶層の割合を抑える一方で、光を散乱させない壁面の割合を増加させることにより、液晶パネルを透過する光の経路を拡大させることとなるので、下層の液晶パネルに達する光量を増加することができる。このようなことから、実施例１に係る液晶表示素子１は、結果として、液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上できる。

図３および図４は、実施例２に係る液晶表示素子を示す図である。図３は、実施例２に係る液晶表示素子１を光の入射方向から見た時の構造を示す。図４は、実施例２に係る液晶表示素子１を光の入射方向に沿って切断して側面から見た時の構造を示す。

実施例２に係る液晶表示素子２は、実施例１に係る液晶表示素子１と同様に、所定の波長域の光を選択反射する各液晶パネルを積層する。例えば、図４に示すように、ＲＧＢ（Ｒｅｄ（赤），Ｇｒｅｅｎ（緑），Ｂｌｕｅ（青））の波長域の光を選択反射する各液晶パネルを積層する。

そして、液晶表示素子２は、実施例１に係る液晶表示素子１と同様に、最も光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に設置される壁面の表面積が、上層の液晶パネルよりも下に位置する下層の液晶パネルに設置される壁面の表面積よりも大きい構造を導入する。例えば、液晶表示素子１は、図２に示すように、最も光の入射側に位置するＢ（青）の液晶パネルに設置される壁面の表面積（例えば、同図（Ａ））が、Ｇ（緑）およびＲ（赤）の液晶パネルに設置される壁面の表面積（例えば、同図（Ｂ））よりも大きい構造を有する。

さらに、液晶表示素子２は、図４に示すように、液晶表示素子１は、Ｂ（青）、Ｇ（緑）およびＲ（赤）の各液晶パネルに設置される壁面部分には、液晶の分子構造を変換するために必要な電極を上下の片側一方にのみ形成する。すなわち、液晶パネルに設けられる電極は、液晶パネルが有する液晶層に電圧をかけることにより、液晶層の液晶分子の螺旋構造を縦向きあるいは横向きに切り替えるために必要となる。液晶分子の螺旋構造は再び電圧をかけるまで維持された状態となり、例えば、液晶パネルは、液晶分子の螺旋構造が縦向きの時に光を反射し、横向きの時に光を透過する機能を実現する。

つまり、液晶パネルに設けられる壁面部分には電圧の印加は必要ないので、液晶表示素子２の壁面は、各液晶パネルの液晶層を挟み込むように設置される一対の電極の重ならない領域に形成する。

図５は、実施例２に係る液晶表示素子の作用について説明する図である。同図の上段には、液晶パネルの一画素あたりに壁面が占める割合（％）と散乱せずにパネルを透過するＰＬ状態での光の透過率Ｔ（％）との関係を示す。また、同図の下段には、液晶パネルの一画素あたりに壁面が占める割合（％）を模式的に示す。図３に示すように、液晶表示素子１は、例えば、液晶パネルの一画素あたりに壁面が占める割合（％）が、例えば、１０％→５０％→９０％と大きくなるほど、各液晶パネルの光の透過率Ｔ（％）が上昇する。

従来、最も光の入射する側に設置される上層の液晶パネルを光が透過する際に、液晶層での散乱だけでなく、液晶パネルに設けられる電極による吸収によっても、下層の液晶パネルへ到達する光の光量がさらに減少していた。

そこで、実施例２に係る液晶表示素子２では、図２に示すように、最も光の入射する側に設置される上層の液晶パネル（図２のＢ（青））が有する壁面の表面積が、下層の液晶パネル（同図Ｇ（緑）およびＲ（赤））が有する壁面の表面積よりも大きくなるような構造を導入する。さらに、液晶表示素子２は、各液晶パネルの液晶層を挟み込むように設置される一対の電極の重ならない領域に壁面を設け、電極の重なる領域に液晶が位置する構造を導入する。

よって、液晶表示素子２は、光を散乱させる液晶層の割合を抑える一方で、光を散乱させない壁面の割合を増加させることにより、液晶パネルを透過する光の経路を拡大させる。さらに、液晶表示素子２は、電極が重ならない領域に壁面を設けることにより、入射する光が余計に吸収されてしまうのを防止する。このようなことから、実施例２に係る液晶表示素子２は、下層の液晶パネルに達する光量をより増加させることができ、結果として、液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度をさらに向上できる。

また、図６は、実施例２に係る液晶表示素子２の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果と、従来の液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果との関係を示す図である。

図６のグラフを構成する縦軸は、光の反射率（例えば、Ｒ（％））を示し、同図のグラフを構成する横軸は光の波長（例えば、λ（ｎｍ））を示す。また、同図グラフ内に描画された実線は、実施例２に係る液晶表示素子２の構造により得られる各波長域で反射される光の反射率の計算結果を示し、同図グラフ内に描画された点線は、従来の液晶表示素子の構造（例えば、図１０参照）により得られる各波長域で反射される光の反射率の計算結果を示す。

図６に示すように、実施例２に係る液晶表示素子２の構造の方が、従来の液晶表示素子の構造（例えば、図１０参照）よりも、大部分の波長域で光の反射率がおおきくなっている。この結果からも、実施例２に係る液晶表示素子２は、従来の液晶表示素子よりも、液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上できることが証明される。

図７および８は、実施例３に係る液晶表示素子を示す図である。図７は、実施例３に係る液晶表示素子３を光の入射方向から見た時の構造を示す。図８は、実施例３に係る液晶表示素子２を光の入射方向に沿って切断して側面から見た時の構造を示す。

実施例３に係る液晶表示素子３は、上述した実施例２に係る液晶表示素子２と同様に、上層の液晶パネル内に設置される壁面の表面積が、上層の液晶パネルよりも下に位置する下層の液晶パネルに設置される壁面の表面積よりも大きい構造を導入する。また、実施例３に係る液晶表示素子３は、液晶表示素子２と同様に、電極が重ならない領域に壁面を設ける構造を導入する。

そして、さらに、実施例３に係る液晶表示素子３は、各液晶パネル間で壁面の設置位置を互いにずらした構造を導入する。例えば、液晶表示素子３に対して光に鉛直に入射する方向をＺ方向，Ｚ方向に直交する方向に展開される平面をＸＹ平面とすると、Ｂ（青）の液晶パネル、Ｇ（緑）の液晶パネルおよびＲ（赤）の液晶パネルは、ＸＹ平面上に設置されている。このとき、液晶表示素子３は、Ｂ（青）の液晶パネルに設置される壁面の位置と、Ｇ（緑）の液晶パネルに設置される壁面の位置と、Ｒ（赤）の液晶パネルに設置される壁面の位置とをＸＹ平面間で互いにずらした構造を導入する。例えば、図８に示すように、液晶表示素子３は、Ｂ（青）の液晶パネルに設置される壁面の位置と、Ｇ（緑）の液晶パネルに設置される壁面の位置と、Ｒ（赤）の液晶パネルに設置される壁面の位置とを互いにずらした構造を有する（例えば、同図（Ａ），（Ｂ））。

図８に示すような構造を導入することにより、液晶表示素子３は、上層の壁面を透過した光が下層の液晶層部分へ照射されるようにしたので、上層の壁面を透過した光が下層パネルの壁面をそのまま透過してしまうことを回避できる。これにより、液晶表示素子３は、液晶パネルの液晶層における光の散乱、および電極による光の吸収を抑えることができるだけでなく、実施例２に係る液晶表示素子２よりも液晶表示面の明るさをさらに向上させることができる。

図９は、実施例３に係る液晶表示素子３の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果と、従来の液晶表示素子の構造により各波長域で反射される光の反射率の計算結果との関係を示す図である。同図に示すように、実施例３に係る液晶表示素子３の構造の方が、従来の液晶表示素子の構造（例えば、図１０参照）よりも、大部分の波長域で光の反射率が大きくなっている。また、この結果からも、実施例３に係る液晶表示素子３は、従来の液晶表示素子よりも、液晶表示面の明るさ、コントラスト比および色純度を向上できることが証明される。

また、上述した液晶表示素子は、電車やバスなど、交通機関の運行時刻を表示する時刻表や、物販を行う店舗にて物の価格を表示する価格表示タグに利用される電子ペーパーに広く適用することができる。

なお、上述した実施例１〜３に係る液晶表示素子１〜３の液晶パネルの積層順序は、あくまで一例であり、図２および図６に示す積層順序に限定されるものではない。

１〜３ 液晶表示素子

Claims (4)

1. 所定の波長域の光を選択反射する液晶層を設置した領域と光を透過する壁面を設置した領域とを有する液晶パネルを複数積層する液晶表示素子において、
   光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積が、当該上層の液晶パネルを透過した光が入射する下層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積よりも大きいことを特徴とする液晶表示素子。
2. 前記各液晶パネル間で、前記壁面の設置位置を光の入射方向に対して直交する方向に互いにずらすことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示素子。
3. 前記各液晶パネルの液晶層を挟み込むように設置される一対の電極が、光の入射方向からみて重ならない領域に前記壁面を設置することを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示素子。
4. 所定の波長域の光を選択反射する液晶層を設置した領域と光を透過する壁面を設置した領域とを有する液晶パネルを複数積層した液晶表示素子を有する液晶表示装置において、
   光の入射側に位置する上層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積が、当該上層の液晶パネルを透過した光が入射する下層の液晶パネル内に設置される前記壁面の、光の入射側に露出した部分の表面積よりも大きい液晶表示素子を有することを特徴とする液晶表示装置。

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