(57)【要約】【課題】  液晶パネルを構成する各構成部分の界面におけるノイズ光の発生を抑制し、暗表示での色味の無彩色化とコントラスト比を向上させた反射型液晶表示素子を提供する。【解決手段】  積層した複数の液晶パネルを備え、下層の液晶パネルの画素以外の部分に光吸収体を設け、上層の液晶パネルからの透過光を吸収させ、下層の液晶パネルに含まれるコレステリック液晶層中の画素により選択反射された光だけを表示に寄与させることによって表示素子全体のコントラストを向上させる反射型液晶表示素子に関する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
積層された複数の液晶パネルを備える反射型液晶表示素子であって、
上層の液晶パネルを透過した光を吸収する光吸収体が、下層の液晶パネル中の画素以外の領域に設けられたことを特徴とする反射型液晶表示素子。
【請求項２】
前記光吸収体は、前記下層の液晶パネルの入射光側のパネル表面に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項３】
前記光吸収体は、前記下層の液晶パネルが複数ある場合に、それぞれ異なる波長帯域の光を吸収する部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の反射型液晶表示素子。
【請求項４】
前記各液晶パネルは、透明電極が施された一対の透明基板間にコレステリック液晶を挟み込んだ構成を有するパネルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の反射型液晶表示素子。
【請求項５】
前記複数の液晶パネルは、青色光を反射する青色パネル、緑色光を反射する緑色パネル、および赤色光を反射する赤色パネルを積層させた液晶パネルを含むことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、コレステリック液晶を用いた反射型表示素子の開発が電子ペーパー用に盛んとなってきている。従来の反射型表示素子は、下層から順に赤色（Ｒ）パネル、緑色（Ｇ）パネル、青色（Ｂ）パネルを積層し、そのパネル間には、表示の色味を調節するフィルターが配置されている。各ＢＧＲの液晶パネルは、電圧を印加するための透明電極を備えた２枚のフィルム間に液晶を挟む構造となっている。
【０００３】
コレステリック液晶による反射型表示素子では、外光を光源としており、パネル外部の観察者側から入射した光が、プレーナ（ＰＬ）状態の液晶層を通過する際に、特定波長の光を選択的に反射する（選択反射という）。ＢＧＲの各パネルでは、それぞれ、赤、緑、青の波長帯域の光が選択反射され、これらの光の加法混色によりさまざまな色のカラー表示がなされる。また、最下層には光吸収層が配置され、最終的には、この層に入射された光が吸収される。ＢＧＲ全てのパネルがフォーカルコニック（ＦＣ）状態のときは、光は反射されず、黒表示（Ｂｋ表示）となる。
【０００４】
こうしたコレステリック液晶を積層した反射型液晶表示素子では、表示面の明るさ、コントラスト、および色味（色純度）の向上が求められる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３３９９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、積層型の反射型表示素子において、各液晶パネルを光が通過する際に、光は様々な方向に拡散される。この拡散された光の一部は、下層にある界面で鏡面反射をすることでノイズ光となり、表示性能を低下させている。とくに、電極界面での鏡面反射による光のノイズが大きく、コントラスト低下の大きな原因となっている。
【０００７】
また、このノイズ光は、特定の波長帯域の光を強く反射するため、表示の色味が悪くなるという問題を引き起こしている。
【０００８】
そこで、本発明では、このノイズ光の発生を抑制し、Ｂｋ表示での色味の無彩色化とコントラスト比を改善する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の一つの態様は、積層された複数の液晶パネルを備える反射型液晶表示素子であって、上層の液晶パネルを透過した光を吸収する光吸収体が、下層の液晶パネル中の画素以外の領域に設けられたことを特徴とする反射型液晶表示素子に関する。
【発明の効果】
【００１０】
上記本発明の一態様によれば、下層の液晶パネルの画素以外の領域に光を吸収する光吸収体を設けることによって、上層の液晶層で拡散された光が下層の電極層に到達する前に、光は吸収されるため、電極と液晶の界面で反射されるノイズ光の発生を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子の構成例を示す図である。
【図２】コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子における各構成部分の反射スペクトルを示す図である。
【図３】コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子における各構成部分の反射率を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態になる下層パネルの入射光側表面に光吸収体を有する反射型液晶表示素子の基本構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態になる最下層のパネルの入射光側表面に光吸収体を設けたＢＧＲ積層パネルの構成例（実施例１）を示す図である。
【図６】実施例１におけるＢＧＲ積層パネルの反射スペクトルを示す図である。
【図７】本発明の実施の形態になる複数の下層パネルの入射光側表面に光吸収層を設けたＢＧＲ積層パネルの構成例（実施例２）を示す図である。
【図８】実施例２におけるＢＧＲ積層パネルの反射スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子の構成例を示す。図１は、反射型液晶表示素子の構造と表示の原理を模式的に示したものである。図１に示すように、反射型液晶表示素子は、上層から配置される順に、青色光を選択反射する青色（Ｂ）パネル１０Ｂ、緑色光を選択反射する緑色（Ｇ）パネル１０Ｇ、および赤色光を選択反射する赤色（Ｒ）パネル１０Ｒを有する。また、反射型液晶表示素子は、全パネルを通過した光を吸収する光吸収層７を有する。
【００１４】
さらに、青色パネル１０Ｂと緑色パネル１０Ｇの間には青色カットフィルター５、及び緑パネル１０Ｇと赤色パネル１０Ｒの間には、緑色カットフィルター６が、それぞれ表示の色純度（色味ともいう）を調節するフィルターとして配置されている。
【００１５】
また、青色パネル１０Ｂ、緑色パネル１０Ｇ、および赤色パネル１０Ｒは、フィルムなど上下一対の透明基板（１ａ、１ｂ）に挟み込んだ、コレステリック液晶によるそれぞれのパネルに対応した液晶層３Ｂ、３Ｇ、および３Ｒを有する。また、上下一対の透明基板１ａ、１ｂは、コレステリック液晶による液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）へ電圧を印加するための透明電極２ａ、２ｂをそれぞれ備えている。また、各パネルには、液晶パネル内の画素２０の仕切りと、透明基板１ａ／１ｂ間のギャップ調整のために、各液晶パネルの面内方向に格子状の壁面４が配置されている。
【００１６】
電子ペーパーに適用する反射型液晶表示素子では、外光を光源としており、パネル外部の観察者側からの入射光１００が、プレーナ（ＰＬ）状態の液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）を通過する際に、それぞれ特定波長の光（１０１Ｂ、１０１Ｇ、１０１Ｒ）を反射している（選択反射という）。ＢＧＲ各パネルでは、それぞれ、赤色、緑色、青色の波長帯域の光を選択反射し、これらの光の加法混色により、さまざまな表示が実現される。また、最下層には、光吸収層７を配置しており、最終的には、この層で入射された光は吸収され、ＢＧＲ全てのパネルがフォーカルコニック（ＦＣ）状態のときは、光は反射されず、黒（Ｂｋ）表示となる。
【００１７】
積層型の反射型液晶表示素子において、液晶層を入射光１００が通過する際に、光は様々な方向に拡散される。この拡散された光の一部は、下層にある界面で鏡面反射をすることでノイズ光（例えば、１０２Ｇ、１０２Ｒ）となり、表示性能を低下させることが懸念される。とくに、電極界面での鏡面反射によるノイズ光は、コントラスト低下とともに、特定の波長帯域の光を強く反射するため表示の色味を悪くする。
【００１８】
そこで、積層パネルの各層で反射される光がどのくらい表示に影響するかを、以下に調べた。
【００１９】
図２は、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子における各構成部分の反射スペクトルを示す。図２は、ＢＧＲ各パネルを積層させた反射型液晶表示素子の各層（図１に示した構成要素）における波長に対する反射率の分光特性を示している。図２のグラフを構成する縦軸は、光の反射率（単位は任意）を示し、また横軸は波長（ｎｍ）を示す。
【００２０】
図２（ａ）は、ＢＧＲ各パネルのコレステリック液晶層を全てプレーナ（ＰＬ）状態とした場合の白色表示（Ｗ表示）を示し、図２（ｂ）は、ＢＧＲ各パネルのコレステリック液晶層を全てフォーカルコニック（ＦＣ）状態とした場合の黒色表示（Ｂｋ表示）を示している。
【００２１】
図２（ａ）、図２（ｂ）が示すように、Ｗ表示では、各波長領域に渡って、ＢＧＲの液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）での選択反射が表示の大部分を担っているが、わずかに、赤色パネル３Ｒの透明電極２ａ、２ｂからの反射が両電極でほぼ重なって赤色波長領域に現れている。
【００２２】
一方、Ｂｋ表示においては、ＢＧＲの液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）からの選択反射に加えて、赤色パネル３Ｒの透明電極２ａ、２ｂからの反射が両電極でほぼ重なって現れ、及び緑色パネル３Ｇの透明電極２ａ、２ｂからの反射も両電極でほぼ重なって赤色波長領域に現れている。教示としては、こうした散乱光による赤味が強調されて見える。
さらに、図２（ａ）の反射スペクトルから明るさの指標であるＹ値に変換し、各層の表示における寄与率を以下に調べた。
【００２３】
図３は、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子における各構成部分の反射率を示す。図中の縦軸は、積層したパネル全体の明るさに対する各層の明るさの割合を示している。また、横軸の各層の名称は、図１の構成要素に対応しており、同一の符号を付している。
【００２４】
図３（ａ）は、ＢＧＲ各パネルのコレステリック液晶層を全てプレーナ（ＰＬ）状態とした明表示（Ｗ表示）の場合を示し、図３（ｂ）は、ＢＧＲ各パネルのコレステリック液晶層を全てフォーカルコニック（ＦＣ）状態とした暗表示（Ｂｋ表示）の場合を示している。
【００２５】
図３（ａ）、（ｂ）に示すように、Ｗ表示の場合、ＢＧＲ各パネルにおける液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）からの選択反射が表示に寄与しているが、Ｂｋ表示の場合、ＢＧＲ各パネルにおける液晶層からの反射に加え、Ｒパネル及びＧパネルの電極部分からの散乱光の割合も大きくなっていることが分かる。
【００２６】
以上、上述した図２、図３の結果から、ＢＧＲ各パネルを積層した反射型液晶表示素子においては、Ｂｋ表示において、電極界面での反射による光のノイズ分が加算されるため、コントラストが低下し、また、ノイズ光は特定の波長帯域の光を強く反射するため、表示の色味が悪くなることが把握できた。
【００２７】
そこで、本発明では、ノイズ光が発生する下層パネルの電極界面に着眼し、Ｂｋ表示での色味の無彩色化とコントラスト比の改善を図った。
【００２８】
図４は、本発明の実施の形態になる下層パネルの入射光側表面に光吸収体を有する反射型液晶表示素子の基本構成を示す。図４では、青色（Ｂ）パネルと緑色（Ｇ）パネルの２つのパネルを一例として取り上げたもので、パネルの数、色、積層順、およびフィルターの選択については、これに限定されるものではない。
【００２９】
図４（ａ）は、下層パネルの画素を囲む枠領域に配置させた光吸収体の構成（上面図）を示し、図４（ｂ）は、パネルを積層した反射型液晶表示素子の断面図を示している。
【００３０】
本発明の反射型液晶表示素子は、入射光側（観察者側）から順に、青色パネル１０Ｂ、青色光をカットする青色カットフィルター５、観察者側表面に光吸収体８を備えた緑色パネル１０Ｇ、および青色及び緑色パネルを透過した光を吸収する光吸収層７を有する。
【００３１】
青色パネル１０Ｂは、透明電極２ａ／２ｂをそれぞれ備えた透明基板１ａ／１ｂ間に挟み込んだコレステリック液晶からなる液晶層３Ｂを有し、また、緑色パネル１０Ｇは、同様に、透明電極２ａ／２ｂをそれぞれ備えた透明基板１ａ／１ｂ間に挟み込んだコレステリック液晶からなる液晶層３Ｇを有する。
【００３２】
光吸収体８は、下層に配置された緑色パネル１０Ｇの入射光側の表面において、画素を除く領域（図４の例では、画素を囲んだ格子状の領域）に配置される。例えば、光吸収体８は、フィルムなどの透明基板表面上に、黒色の顔料または染料を分散させたアクリル樹脂などによる塗料を格子状パターンに塗布して作製される。
【００３３】
こうした光吸収体を導入することによって、上層の液晶層で散乱された光が下層の電極層に到達する前に光は吸収されるため、主には電極と液晶層の界面で生ずる反射によるノイズ光が抑制され、各パネルの液晶層の選択反射だけを表示に寄与させることができる。
【００３４】
以上述べてきた電極と液晶層との界面で反射されるノイズ光を抑制する光吸収体に関し、ＢＧＲ積層パネルで実現する構成について、以下、図５〜図８を用いて説明する。
（実施例１）
図５は、本発明の実施の形態になる最下層のパネルの入射光側表面に光吸収体を設けたＢＧＲ積層パネルの構成例（実施例１）を示す。
【００３５】
図５（ａ）は、最下層のパネルの画素を囲む領域に配置する光吸収体の構成（上面図）を示し、図５（ｂ）は、ＢＧＲ３つのパネルを積層した反射型液晶表示素子の断面図を示している。
【００３６】
本発明の反射型液晶表示素子は、入射光側（観察者側）から順に、青色光を選択反射する青色パネル１０Ｂ、青色光をカットする青色カットフィルター５、緑色光を選択反射する緑色パネル１０Ｇ、緑色光をカットする緑色カットフィルター６、赤色光を選択反射する赤色パネル１０Ｒ、および全パネルを透過した光を吸収する光吸収層７を有する。なお、パネルの積層順序、及びそれに伴うフィルターの選択は、これに限定されるものではない。
【００３７】
各パネル（１０Ｂ、１０Ｇ、１０Ｒ）は、透明電極２ａ／２ｂをそれぞれ備えた一対の透明基板１ａ／１ｂを有し、その透明基板１ａ／１ｂ間に挟み込まれたコレステリック液晶からなるパネル毎の液晶層（３Ｂ、３Ｇ、３Ｒ）を有する。
【００３８】
そして、本実施例１では、最下層に配置されたＲパネルにおいて、入射光側の透明基板１ａ上に、上層のＧパネルを通過した光を吸収する黒色の光吸収体８ａが、画素を囲む領域に格子状に設けられたことを特徴としている。
【００３９】
例えば、黒色の光吸収体は、フィルムなどの透明基板表面上に、カーボンブラック等の黒色の顔料または染料を分散させたアクリル樹脂などからなる塗料を格子状パターンに塗布して作製される。以下に、最下層のパネルに光吸収体を導入した効果を検証する。
【００４０】
図６は、実施例１におけるＢＧＲ積層パネルの反射スペクトルを示す。図６には、比較例１として、どのパネルにも本発明の光吸収体を持たない場合のＢＧＲ積層パネルの反射スペクトルを、また、比較例２として、最上層の表面に黒色の光吸収体を適用した場合のＢＧＲ積層パネルの反射スペクトルを示している。なお、比較例２は、一般の透過型液晶に見られるブラックマトリクスに相当する。
【００４１】
図６（ａ）は、全てのパネルをＰＬ状態としたＷ表示（明表示）を示し、図６（ｂ）は、全てのパネルをＦＣ状態としたＢｋ表示（暗表示）を示している。
【００４２】
図６（ａ）によれば、Ｗ表示において、本発明の積層パネルは、最上層パネルに光吸収体を設けた比較例２に対し、各波長領域で高い反射率が得られ、光吸収体を持たない比較例１と各波長領域で同レベルの明るさを維持している。また、Ｂｋ表示において、本発明の積層パネルは、各波長領域に渡って、比較例２と比較すると反射率が高いが、比較例１に対しては低い反射率が得られている。
【００４３】
さらに、図６の反射スペクトルに基づいて、明るさの指標であるＹ値、及び暗状態に対する明状態のＹ値の比であるコントラストを求め、比較例１、２に対する本発明の光吸収体導入の効果を評価した。
【００４４】
その結果、比較例２は、比較例１に対し、コントラストは１％増加したが、明るさは、逆に約９％減少した。一方、実施例１の場合、比較例１に対し、明るさの減少はなく、コントラストは３％増加することが分かった。
【００４５】
積層パネルの最上層にブラックマトリクスを配置する比較例２では、Ｂｋ表示の際の余計なノイズ光を除去できるため、Ｂｋ表示が向上するものの、積層パネルに入射する光も吸収してしまうため、Ｗ表示の明るさを低下させてしまう。
【００４６】
以上、最下層のＲパネルの入射光側に、画素に沿った、黒い光吸収層を配置させた本発明では、光吸収体を設けることによって液晶層での選択反射光の損失がなく、散乱によるノイズ光が低減できる。また、Ｂｋ表示の色味の調節が可能で、コントラストの良い表示が実現できる。
（実施例２）
図７は、本発明の実施の形態になる複数の下層パネルの入射光側表面に光吸収層を設けたＢＧＲ積層パネルの構成例（実施例２）を示す。
【００４７】
図７（ａ）は、ＢＧＲ積層パネルにおいて、下層のＲパネル及びＧパネルの画素を囲む領域に配置する光吸収体の構成（上面図）を示し、図７（ｂ）は、ＢＧＲ３つのパネルを積層した反射型液晶表示素子の断面図を示している。
【００４８】
本実施例のパネル構成は、緑色パネル１０Ｇが、入射光側表面に設けられた光吸収体８ｂを有する以外は、図５に示した構成と同一のものを用いている。
【００４９】
実施例２では、緑色パネル１０Ｇの入射光側の透明基板１ａ上において、画素を囲む領域に、最上層に位置する青色パネル１０Ｂを透過した青色〜緑色の波長帯域の光を吸収する格子状の光吸収体８ａが設けられている。さらに、図５と同じく、赤色パネル１０Ｒにおける入射光側の透明基板１ａ上には、緑色パネル１０Ｇを透過した光を吸収する黒色の光吸収体８ｂが設けられている。
【００５０】
以下に、上述した複数の下層パネルに光吸収体を導入した効果を検証する。
【００５１】
図８は、実施例２におけるＲＧＢ積層パネルの反射スペクトルを示す。図８には、比較例１として、どのパネルにも本発明の光吸収体を持たない場合のＲＧＢ積層パネルの反射スペクトルを示している。
【００５２】
図８（ａ）は、全てのパネルをＰＬ状態としたＷ表示（明表示）を示し、図８（ｂ）は、全てのパネルをＦＣ状態としたＢｋ表示（暗表示）を示している。
【００５３】
図８によれば、Ｗ表示において、本発明の積層パネルは、光吸収体を持たない比較例１と各波長領域で同レベルの明るさを維持しており、Ｂｋ表示においては、各波長領域全域に渡って、比較例１より低い値に抑えられている。
【００５４】
さらに、図６の反射スペクトルに基づいて、明るさの指標であるＹ値、及び暗状態に対する明状態のＹ値の比であるコントラストを求め、比較例１に対する本発明の光吸収体導入の効果を評価した。
【００５５】
その結果、実施例２の場合、比較例１に対し、明るさの減少はなく、コントラストは１８％増加することが分かった。
【００５６】
以上、実施例２では、緑色パネル上の光吸収体８ｂによって、下層の赤色パネル１０Ｒに影響のある赤帯域の波長のみを透過させるようにしたため、実施例１に比べ、Ｗ表示の明るさを損なわずに、Ｂｋ表示の明るさを、さらに、減少させることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、電子ペーパーに適用される、コレステリック液晶を用いた反射型液晶表示素子に関する。
【符号の説明】
【００５８】
１ａ、１ｂ  透明基板
２ａ、２ｂ  透明電極
３Ｂ  （青色用）液晶層
３Ｇ  （緑色用）液晶層
３Ｒ  （赤色用）液晶層
４  壁面
５  青色光カットフィルター
６  緑色光カットフィルター
７  光吸収層
８、８ａ，８ｂ  光吸収体
１０Ｂ  青色パネル
１０Ｇ  緑色パネル
１０Ｒ  赤色パネル
【図１】
2012198352.tif 000003
【図４】
2012198352.tif 000004
【図５】
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【図７】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図８】
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