(57)【要約】【課題】表示品質を向上した反射型表示パネルの実現。【解決手段】表示面側から順に積層された第１から第３表示パネル10B,10G,10Rを有し、第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極13B,14B,13G,14G,13R,14Rが形成され、透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材11B,12B,11G,12G,11R,12Rと、２枚の透明基材間に配置された液晶層17B,17G,17Rと、を有し、透明電極は、透明導電膜または金属ナノワイヤで形成され、第１表示パネルの透明電極は、透明導電膜のみで形成され、第２および第３表示パネルの少なくとも一部の透明電極は、金属ナノワイヤで形成されている積層型液晶表示素子。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面側から順に積層された第１から第３表示パネルを備え、
前記第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極が形成され、前記透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材と、前記２枚の透明基材間に配置された液晶層と、を有し、
前記透明電極は、透明導電膜または金属ナノワイヤで形成され、
前記第１表示パネルの前記透明電極は、前記透明導電膜のみで形成され、
前記第２表示パネルおよび前記第３表示パネルの少なくとも一部の前記透明電極は、前記金属ナノワイヤで形成されていることを特徴とする積層型液晶表示素子。
【請求項２】
前記第２表示パネルおよび前記第３表示パネルの前記透明電極は、すべて前記金属ナノワイヤで形成されている請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項３】
前記第２表示パネルの表示面と反対側の前記透明電極および前記第３表示パネルの対向する２つの前記透明電極は、前記金属ナノワイヤで形成されている請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項４】
前記第２表示パネルの対向する２つの前記透明電極は、前記透明導電膜で形成され、
前記第３表示パネルの対向する２つの前記透明電極は、前記金属ナノワイヤで形成されている請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項５】
前記第２および第３表示パネルの表示面側の前記透明電極は、前記透明導電膜で形成され、
前記第２および第３表示パネルの表示面と反対側の前記透明電極は、前記金属ナノワイヤで形成されている請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項６】
前記透明平板電極は長軸方向に伸びる帯状電極であり、
前記透明平板電極上に載置された前記複数のワイヤ状電極のうち、ワイヤの延伸方向と前記透明平板電極の長軸とのなす角度が４５度以下であるワイヤ状電極の割合が６０％以上である請求項１から５のいずれか１項記載の表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、積層型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
今後、電源が無くても表示の保持が可能で、表示内容を電気的に書き換え可能な電子ペーパーが急速に普及するものと予想されている。電子ペーパーは、電源を切断してもメモリ表示可能な超低消費電力と、目に優しく、疲れない反射型の表示と紙のような可撓性があるフレキシブルで薄型の表示体の実現を目指して研究が進められている。電子ペーパーの応用としては、電子ブック、電子新聞、電子ポスター等などが考えられている。
【０００３】
電子ペーパーは、表示方式の違いにより、電気泳動方式、ツイストボール方式、電気化学方式、液晶表示ディスプレイ、有機ＥＬ表示ディスプレイなどに分類される。電気泳動方式は、帯電粒子を空気中や液体中で移動させる方式である。ツイストボール方式は、二色に色分けされた帯電粒子を回転させる方式である。電気化学方式は、電界を印加した際に電気化学反応により着色、消色、変色するような材料を電極間に挟んだ構造の表示素子である。有機ＥＬ表示ディスプレイ（有機エレクトロ・ルミネッセンス表示ディスプレイ）は、有機材料からなる複数の薄膜を陰極と陽極で挟み込んだ構造の自発光型のディスプレイである。液晶ディスプレイ（表示素子）は、液晶層をそれぞれ画素電極と対向電極で挟み込んだ構造を有する非自発光型のディスプレイである。
【０００４】
電子ペーパーのカラー表示において有利な方式は液晶方式と電気化学方式である。これらは、反射モードと透過モードとにスイッチングすることが可能なため、積層型の表示素子に適用することができる。たとえば、ＲＧＢ３色の表示パネルを積層すれば、画素面積を最大限活用できるため、明るく、コントラストが高く、発色の良い表示が可能となる。他の方式では、光を透過モードにすることはできないため、カラー表示を行う場合は、表示面に３色に塗り分けたカラーフィルタを配置して、各画素を分割する必要がある。このため、積層型と比較すると、明度や彩度が低くなることが避けられない。
【０００５】
積層型液晶表示素子では、特定の波長領域の光を選択的に反射するコレステリック液晶がよく用いられる。しかし、コレステリック液晶の反射波長帯が広く、余計な波長領域の光を含むため、色ずれやノイズカットの目的でカラーフィルタを挿入することが、これまでにも提案されている。例えば、表示面側から順に第１から第３液晶層を積層する場合、第１液晶層と第２液晶層の間に、第１液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第２および第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第１カットフィルタを配置する。これにより、第１液晶層を透過した、表示に寄与しない第１液晶層の反射主波長付近の光が低減される。さらに、第２液晶層と第３液晶層の間に、第２液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第２カットフィルタを配置する。これにより、第２液晶層を透過した、表示に寄与しない第２液晶層の反射主波長付近の光が低減される。これらの対策は、液晶層の反射光のノイズを除去するものであるため、発色しているときの色ズレは補正することができる。
【０００６】
しかし、色ズレを起こす要因は液晶層だけでなく、その他に透明電極の反射がある。例えば、透明電極は、人間の目の視感度が高い緑色の波長領域の光を透過する分光特性を有するように設計する場合が多い。このような場合、透明電極は、青色および赤色を含むマゼンタ色を反射するため、表示の色味を変化させ、特に黒表示は、マゼンタ色が加わった表示色となる。液晶層を反射状態として、発色させた状態では、液晶層の反射率を調整することにより、色補正が可能である。しかし、透明電極の反射色が残るため、背面側に黒色層を配置したパネルにおいて液晶層を無反射状態（透過状態）として黒表示させたときに、電極の反射色が残り、黒色に赤みや青みなどの色が付き、黒表示の品質を低下させることになる。そのため、表示を所望の色味にすると共に、黒表示時の反射を低減してコントラストを向上することが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−５０７１９９号公報
【特許文献２】特開２００９−２５１２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態によれば、透明電極による特定の波長の反射光を低減し、高品位な表示を行うと共に、コントラストを向上した反射型表示パネルが実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の積層型液晶表示素子は、表示面側から順に積層された第１から第３表示パネルを有する。第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極が形成され、透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材と、２枚の透明基材間に配置された液晶層と、を有する。透明電極は、透明導電膜または金属ナノワイヤで形成される。第１表示パネルの透明電極は、透明導電膜のみで形成され、第２表示パネルおよび第３表示パネルの少なくとも一部の透明電極は、金属ナノワイヤで形成されている。
【発明の効果】
【００１０】
実施形態によれば、黒色表示を含めて無彩色に近い高品位な表示を行うと共に、コントラストを向上した反射型の積層型表示パネルが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と表示原理を示す図である。
【図２】図２は、一般的な積層型電子ペーパーで白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、（Ａ）が白表示の場合を、（Ｂ）が黒表示の場合を示す。
【図３】図３は、１層のコレステリック液晶パネルで、対向する電極をＩＺＯ膜で形成した場合と金属ナノワイヤで形成した場合の、反射およびと散乱の様子を示す模式図、界面分光反射率および散乱分光反射率を示す図である。
【図４】図４は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子において、３つのパネルの各液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を、金属ナノワイヤで形成した場合の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。
【図５】図５は、積層型液晶表示素子において、透明導電膜の電極と金属ナノワイヤの電極による反射光の発生の違いを説明する図である。
【図６】図６は、第１実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。
【図７】図７は、第２実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。
【図８】図８は、第３実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。
【図９】図９は、第４実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態の積層型液晶表示素子の１枚のパネルにおいて、表示面と反対側の基材（下側基材）上に金属ナノワイヤ電極を形成し、その上に液晶層が配置された状態を示す図である。
【図１１】図１１は、帯状電極を、液晶層と接する側から見た場合の複数の金属ナノワイヤの分布例を示す図である。
【図１２】図１２は、帯状電極上に、各金属ナノワイヤの長軸が帯状電極の長軸と４５度以下の角度をなすように載置する方法を説明する図である。
【図１３】図１３は、第１から第４実施形態の積層型液晶表示素子を利用した表示装置の概略構成を示す図である。
【図１４】図１４は、第１から第４実施形態の積層型液晶表示素子全体の断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と表示原理を示す図である。
図１に示すように、積層型液晶表示素子１０は、表示面側から、青色パネル１０Ｂ、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒの順に配置する。そして、青色（Ｂ）カットフィルタ２１が青色パネル１０Ｂと緑色パネル１０Ｇの間に、緑色（Ｇ）カットフィルタ２２が緑色パネル１０Ｇと赤色パネル１０Ｒの間に、それぞれは位置される。さらに、光吸収層１５が、赤色パネル１０Ｒの裏面に配置される。
【００１３】
積層型液晶表示素子は外光を光源としており、パネル外部の観察者側から表示面に入射した光は、プレーナ（ＰＬ）状態のパネルにより、特定波長の光が反射される。これを選択反射と称する。青色、緑色および赤色のパネルは、それぞれ、プレーナ状態の時に、青（Ｂ）、緑（Ｇ）および赤（Ｒ）に対応する波長帯域の光を選択反射する。例えば、青色パネル１０Ｂは、約４８０ｎｍの波長付近の光を選択反射し、緑色パネル１０Ｇは、約５６０ｎｍの波長付近の光を選択反射し、赤色パネル１０Ｒは、約６５０ｎｍの波長付近の光を選択反射する。各パネルが選択反射する波長帯域の中心波長を、反射主波長と称する。各パネルで反射された光の加法混色によりさまざまな表示を実現する。
【００１４】
また、表示面から最も遠い位置には光吸収層１５を配置しており、各パネルを透過した光は、最終的には光吸収層１５で全て吸収される。そのため、青色、緑色および赤色のパネルのすべてがフォーカルコニック（ＦＣ）状態のときの表示は、光が反射されないため、黒色（Ｂｋ）となる。
【００１５】
青色パネル１０Ｂを透過した光のうち青色の波長帯域の光は、表示に使用されない光であり、最終的には光吸収層１５で吸収される。しかし、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒで反射または散乱されると表示のコントラストおよび色純度を低下させる等の問題を生じる。一方、青色パネル１０Ｂを透過した光のうち青色以外の緑色および赤色の波長帯域の光は、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒで反射または透過するかが制御されるので、Ｂカットフィルタ２１を透過する必要がある。したがって、Ｂカットフィルタ２１は、青色パネル１０Ｂを透過した不要な青色の波長帯域の光のみを吸収し、それ以外の波長帯域の光を透過させる特性を有する。同様に、Ｇカットフィルタ２２は、緑色パネル１０Ｇを透過した不要な緑色の波長帯域の光を吸収するが、青色の波長帯域の光は利用されないので吸収するようにしてもよい。以上のように、パネルの間に配置される色カットフィルタは、その色カットフィルタより表示面に近い側のパネルで反射が制御される波長帯域の光を吸収し、表示面から遠い側に配置されるパネルで反射が制御される波長帯域の光を透過させる特性を有する。
【００１６】
なお、３つのパネルの配置順はこれに限定されず、パネルの特性に応じて各種の組合せが可能である。例えば、表示面側から、緑色パネル１０Ｇ、青色パネル１０Ｂおよび赤色パネル１０Ｒの順に配置する場合もある。その場合には、Ｇカットフィルタを緑色パネル１０Ｇと青色パネル１０Ｂの間に、Ｂカットフィルタを青色パネル１０Ｂと赤色パネル１０Ｒの間に、それぞれ配置する。ここでは、もっとも一般的な、表示面側から、青色パネル１０Ｂ、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒの配置順を例として説明を行う。
【００１７】
青色液晶パネル１０Ｂは、フィルム等の２枚の基材１１Ｂおよび１２Ｂの間にコレステリック液晶層１７Ｂを挟持した構造を有する。上下の２枚の基材１１Ｂおよび１２Ｂの対向する表面には液晶層１７Ｂへ電圧を印加するための透明電極１３Ｂおよび１４Ｂが形成され、液晶パネル内の画素のしきりと、基材間のギャップ調整のために液晶パネルの面内方向に格子状の壁面が配置されている。以上のパネル構成は、緑色液晶パネル１０Ｇおよび赤色液晶パネル１０Ｒも同じである。
【００１８】
各パネルの透明電極は、ＩＴＯ等の屈折率の高い材料で形成されるため、屈折率の小さい基材および液晶層との界面で反射を生じ、材料および厚さに応じて分光反射率が変化する。例えば、ＩＴＯの屈折率は約２．０であり、基材として利用されるポリカーボネートの屈折率は約１．６であり、コレステリック液晶の屈折率も約１．６である。
【００１９】
図２は、一般的な積層型電子ペーパーで白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、（Ａ）が白表示の場合を、（Ｂ）が黒表示の場合を示す。
【００２０】
図２に示すように、白表示における反射光は、主として青色パネル、緑色パネル、赤色パネルの液晶層で反射された光によって形成されていることが分かる。一方、黒表示における反射光は、青緑赤の液晶層で反射された光に加え、緑パネルの電極と赤パネルの電極で反射された光で形成されていることが分かる。
【００２１】
積層型の電子ペーパーでは表示性能の向上のためコントラスト比の増加が望まれており、黒表示をさらに暗くすることが望ましい。そのためには各部材で反射される光を低減しなければならないが、液晶の調整は白表示への影響が懸念されるため、実施形態では、電極層で発生する反射光を抑制する。
【００２２】
近年、金属ナノワイヤが実用化され、液晶表示装置の透明電極に使用することが提案されている。そこで、積層型液晶表示素子の透明電極に、金属ナノワイヤを利用することを検討した。
【００２３】
図３は、１層のコレステリック液晶パネルで、対向する電極をＩＺＯ膜で形成した場合と金属ナノワイヤで形成した場合の、反射およびと散乱の様子を示す模式図、界面分光反射率および散乱分光反射率を示す図である。図３の（Ａ）は、ＩＺＯ膜の電極の場合の反射およびと散乱の様子を示し、図３の（Ｂ）は、金属ナノワイヤの電極の場合の反射およびと散乱の様子を示す。図３の（Ｃ）では、ＩＺＯがＩＺＯ膜の電極の場合の界面分光反射率およびＭＮＷが金属ナノワイヤの電極の場合の界面分光反射率を示し、界面分光反射率は、例えば、垂直に近い角度で入射した光の正反射成分の分光特性である。図３の（Ｄ）では、ＩＺＯがＩＺＯ膜の電極の場合の散乱分光反射率およびＭＮＷが金属ナノワイヤの電極の場合の散乱分光反射率を示し、散乱分光反射率は、例えば、垂直に近い角度で入射した光の正反射成分を除いた反射光の分光特性である。
【００２４】
ＩＺＯ膜等の一般的に電子ペーパーで使用されている透明導電膜電極では、電極層での散乱が起こらないが、電極層とフィルム層や液晶層との屈折率差が大きいため、界面反射が大きい。そのため、液晶中で散乱された光が電極界面で反射されてしまう。一方、金属ナノワイヤの電極では、可視光に対して透明な微細な金属ナノワイヤを用いているため、電極界面で界面反射が起こることは無い。しかし、金属ナノワイヤの電極では、ナノサイズのワイヤが網目状に配置されているため光を散乱する。そのため、電極層自身が散乱するという問題がある。
【００２５】
以上のように、金属ナノワイヤの電極には、光の散乱という問題があるが、界面反射が無いという利点がある。そこで、界面反射を低減するために金属ナノワイヤの電極を用いることが考えられる。
【００２６】
図４は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子において、３つのパネルの各液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を、金属ナノワイヤで形成した場合の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図である。図４の（Ａ）が、積層型液晶表示素子の概略構造を、図４の（Ｂ）が白表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、図４の（Ｃ）が黒表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、示す。図４の（Ｂ）および（Ｃ）において、ＭＮＷで示した実線は、図４の（Ａ）の構造の積層型液晶表示素子の場合の比率を、ＩＺＯで示した破線は、３つのパネルの各液晶層を挟んで対向する２つの透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合の比率を示す。図４の（Ｂ）および（Ｃ）のグラフは、全ての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合の白表示および黒表示の全反射光を１として、それとの比率で示している。全ての透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合も同様に、全ての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合の全反射光を１として、それとの比率で示している。
【００２７】
図４の（Ｂ）に示すように、白表示では、透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合と、透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合とで、反射光の比率における差は小さい。これに対して、黒表示では、青色パネルと緑色パネルの電極から発生（反射）する光が、透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合よりも透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合の方が大きくなる。これは金属ナノワイヤ自体の散乱によるものであると考えられる。
【００２８】
また、赤色パネルの電極では、透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合よりも透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合の方が、反射光の発生が小さくなっている。これは、透明導電膜電極の界面反射で発生した光よりも金属ナノワイヤで発生する散乱光の方が表示への影響が小さいためである。
【００２９】
さらに、図４の（Ａ）の断面構造の積層型液晶表示素子では、すべての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合よりもすべての透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合の方が、黒表示が明るくなり、コントラスト比が２０％低下することが判明した。このように、積層型液晶表示素子では、ＩＺＯ膜の透明電極を、金属ナノワイヤの透明電極に置き換えただけでは、良好な表示特性が得られないことが判明した。
【００３０】
以下に説明する実施形態の積層型液晶表示素子では、透明導電膜の電極と金属ナノワイヤの電極を組み合わせることで、電極層での界面反射と散乱のバランスをとって、表示特性を向上する。
【００３１】
図５は、積層型液晶表示素子において、透明導電膜の電極と金属ナノワイヤの電極による反射光の発生の違いを説明する図である。図５の（Ａ）は、表示面側の青色パネルの液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を透明導電膜で形成し、２番目の緑色パネルの液晶層を挟んで対向する２つの透明電極も透明導電膜で形成した場合を示す。図５の（Ｂ）は、表示面側の青色パネルの液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を透明導電膜で形成し、２番目の緑色パネルの液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を金属ナノワイヤの電極で形成した場合を示す。
【００３２】
図５の（Ａ）に示すように、積層型液晶表示素子に入射した光は、一部が青色パネルで反射し、一部が青色パネルで散乱し、一部が青色パネルを透過する。青色液晶層での反射および青色パネルの透明電極の界面での反射は前述の通りである。青色パネルで散乱した光は、一部が表示面に反射されるが、残りは２枚目の緑色パネルに入射し、緑色パネルの透明電極の界面で表示面に向けて反射する。前述のように、透明電極は、青色および赤色を含むマゼンタ色を反射するため、表示の色味を変化させる。この現象は、緑色パネルを透過して赤色パネルに入射する散乱光についても同様であり、緑色パネル散乱されて赤色パネルに入射する光についても同様である。
【００３３】
図５の（Ｂ）に示すように、積層型液晶表示素子に入射して青色パネルで散乱した光は、２枚目の緑色パネルに入射するが、緑色パネルの透明電極は金属ナノワイヤで形成されているため、透明電極による界面反射は発生しない。
【００３４】
表示面側の青色パネルの透明電極を金属ナノワイヤの電極にすると、金属ナノワイヤによる散乱の影響が大きいと考えられる。２枚目以降のパネルの透明電極を金属ナノワイヤで形成すると、観察面側のパネルで散乱された光が２枚目以降のパネルに入射しても、透明電極による界面反射は発生しないので、色味が変化しないと考えられる。
【００３５】
以上のことに基づいて、実施形態の積層型液晶表示素子では、透明電極の配置について、表示面から遠い透明電極にナノワイヤの電極を使用し、表示面側に近い透明電極に導電膜の透明電極を使用することを基本的な方針とする。
【００３６】
積層型液晶表示素子は、一般に３枚のパネルを有し、各パネルは液晶層を挟んで対向する２つの透明電極を有するので、合計６つの透明電極を有する。６つのうちのいずれをナノワイヤの電極にするかについて各種の構成があり、すべてを導電膜の透明電極にした場合に比べて表示特性が改善する構成も、劣化する構成もある。以下、表示特性が改善した構成例を説明する。
【００３７】
図６は、第１実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、図４と対応する図である。図６の（Ａ）が、第１実施形態の積層型液晶表示素子の概略構造を示す。図６の（Ｂ）が白表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、図６の（Ｃ）が黒表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、示す。図６の（Ｂ）および（Ｃ）において、ＭＮＷで示した実線は、第１実施形態の積層型液晶表示素子の場合の比率を、ＩＺＯで示した破線は、３つのパネルの各液晶層を挟んで対向する２つの透明電極をすべてＩＺＯ膜で形成した場合の比率を示す。図６の（Ｂ）および（Ｃ）のグラフは、全ての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合の白表示および黒表示の全反射光を１として、それとの比率で示している。全ての透明電極を金属ナノワイヤで形成した場合も同様に、全ての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合の全反射光を１として、それとの比率で示している。以下の説明では、全ての透明電極をＩＺＯ膜で形成した場合を、従来例と称する。
【００３８】
図６の（Ａ）に示すように、第１実施形態の積層型液晶表示素子では、表示面側の青色パネルの透明電極１３Ｂおよび１４Ｂは透明導電膜で形成する。そして、２枚目および３枚目の緑色および赤色パネルの透明電極１３Ｇおよび１４Ｇと１３Ｒおよび１４Ｒは、金属ナノワイヤで形成する。
【００３９】
図６の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、第１実施形態の積層型液晶表示素子では、黒表示で緑色パネルの電極から発生する反射光が従来例よりも大きくなる。これは金属ナノワイヤ自体の散乱の影響が導電膜の反射よりも大きいためである。また、赤色パネルの電極では従来例よりも反射光の発生が小さくなる。第１実施形態の積層型液晶表示素子は、全体としては、コントラスト比が従来例に比べて約１％向上した。
【００４０】
図７は、第２実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、図４および図６と対応する図である。図７の（Ａ）が、第２実施形態の積層型液晶表示素子の概略構造を示す。図７の（Ｂ）が白表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、図７の（Ｃ）が黒表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、示す。図示した符号および比率は、第１実施形態と同じである。
【００４１】
図７の（Ａ）に示すように、第２実施形態の積層型液晶表示素子では、表示面側の青色パネルの透明電極１３Ｂおよび１４Ｂと２枚目の緑色パネルの表示面側の透明電極１３Ｇは、透明導電膜で形成する。２枚目の緑色パネルの表示面と反対側の透明電極１４Ｇと３枚目の赤色パネルの透明電極１３Ｒおよび１４Ｒは、金属ナノワイヤで形成する。
【００４２】
図７の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、第２実施形態の積層型液晶表示素子では、黒表示で緑色パネルの表示面から遠い電極から発生する反射光が従来例よりも大きくなる。しかし、赤色パネルの電極では従来例よりも光の発生が小さくなり、最終的にコントラスト比が従来例に比べて約３％向上した。
【００４３】
図８は、第３実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、図４、図６および図７と対応する図である。図８の（Ａ）が、第３実施形態の積層型液晶表示素子の概略構造を示す。図８の（Ｂ）が白表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、図８の（Ｃ）が黒表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、示す。図示した符号および比率は、第１実施形態と同じである。
【００４４】
図８の（Ａ）に示すように、第３実施形態の積層型液晶表示素子では、表示面側の青色パネルおよび緑色の透明電極１３Ｂおよび１４Ｂと１３Ｇおよび１４Ｇは、透明導電膜で、３枚目の赤色パネルの透明電極１３Ｒおよび１４Ｒは、金属ナノワイヤで形成する。
【００４５】
図８の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、第３実施形態の積層型液晶表示素子では、黒表示での赤色パネルの電極で従来例よりも反射光の発生が小さくなり、コントラスト比が約８％向上した。
【００４６】
図９は、第４実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と、白表示と黒表示を行う場合の反射光の発生箇所の比率を示す図であり、図４、図６から図８と対応する図である。図９の（Ａ）が、第４実施形態の積層型液晶表示素子の概略構造を示す。図９の（Ｂ）が白表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、図８の（Ｃ）が黒表示の場合の反射光の発生箇所の比率を、示す。図示した符号および比率は、第１実施形態と同じである。
【００４７】
図９の（Ａ）に示すように、第３実施形態の積層型液晶表示素子では、表示面側の青色パネルの透明電極１３Ｂおよび１４Ｂと、２枚目および３枚目の緑色および赤色パネルの表示面側の透明電極１３Ｇおよび１４Ｇは、透明導電膜で形成する。２枚目および３枚目の緑色および赤色パネルの表示面と反対側の透明電極１４Ｇおよび１４Ｒは、金属ナノワイヤで形成する。
【００４８】
図９の（Ｂ）および（Ｃ）に示すように、第４実施形態の積層型液晶表示素子では、黒表示での赤色パネルの表示面と反対側の透明電極１４Ｒで従来例よりも反射光の発生が小さくなった。一方、緑色パネルの表示面と反対側の透明電極１４Ｇで従来例よりも反射光の発生が大きくなった。コントラスト比は約１％向上した。
【００４９】
以上説明した実施形態の表示特性から、表示面に近い透明電極に散乱の無い透明導電膜を電極として使うことで透明電極での散乱が抑えられ、表示面から遠い透明電極に金属ナノワイヤを用いることで散乱の表示への影響が軽減されることが分かった。また、金属ナノワイヤ電極は界面反射が起こらないので、散乱光の発生を抑制できるため、黒表示の性能を向上できるといえる。
【００５０】
次に、金属ナノワイヤ電極の形成方法について説明する。積層型液晶表示素子の金属ナノワイヤ電極以外の形成方法は、これまでの製造方法が適用されるので説明は省略する。
【００５１】
図１０は、実施形態の積層型液晶表示素子の１枚のパネルにおいて、表示面と反対側の基材（下側基材）１２上に金属ナノワイヤ電極を形成し、その上に液晶層１７が配置された状態を示す図である。図１０の（Ａ）が断面図を、図１０の（Ｂ）が液晶層１７と接する側から見た場合の上面図である。
【００５２】
図１０の（Ａ）に示すように、直径が３００ｎｍ以下の複数の金属ナノワイヤ３０が、基材１２上に載置され、液晶層１７が配置される。
【００５３】
金属ナノワイヤ３０の直径は３００ｎｍ以下であり、このような直径が可視光波長以下のワイヤを用いることで、表示素子の光学特性に対する金属ナノワイヤ３０の影響を少なくすることができる。また、金属ナノワイヤ３０は、長さが２μｍ〜１０μｍである。金属ナノワイヤ３０は、例えば、銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、白金ナノワイヤやカーボンナノチューブ等で実現される。したがって、金属ナノワイヤ３０は、高導電性で、線抵抗が非常に小さい。
【００５４】
図１０の（Ｂ）に示すように、金属ナノワイヤ３０は、基材１２に載置される。金属ナノワイヤ３０は、相互に絡み合って配置されている。
【００５５】
図１０の（Ａ）に示すように、金属ナノワイヤ３０は、例えば、基材１２の表面からの高さが最大でも数μｍ程度になるように載置される。これは、塗布材料に金属ナノワイヤ３０を混合し、塗布材料層を所定の厚さで形成した後、塗布材料を除去することにより実現され、必要に応じて、金属ナノワイヤ３０を基材１２に押し付ける等の処理を行ってもよい。載置された複数の金属ナノワイヤ３０は、１つの層を成すとみなすことができる。この層の面積抵抗は、金属ナノワイヤ３０の密度に応じて変化する。絡み合った金属ナノワイヤ３０の端部に電圧を印加することにより、金属ナノワイヤ３０に接触する液晶層１７に電圧を印加することができる。
【００５６】
パッシブ型のマトリクス表示を行う表示素子では、基材上に、一方向（長軸方向）に帯状に伸びた複数の帯状電極を形成する。
【００５７】
図１１の（Ａ）は、帯状電極１８を、液晶層１７と接する側から見た場合の複数の金属ナノワイヤ３０の分布例を示している。図１１の（Ａ）に示すように、複数の金属ナノワイヤ３０は、ランダムに分布し、各金属ナノワイヤ３０の延伸方向（長軸）もランダムである。
【００５８】
各帯状電極１８は、短軸方向の電圧降下は問題にならないが、長軸方向の電圧降下が問題であり、長軸方向の面積抵抗を所定値以下にすることが望まれる。そこで、金属ナノワイヤ３０の密度を高くして面積抵抗を低減することが考えられるが、金属ナノワイヤ３０の密度が高くなりすぎると、前述のようにヘイズ値が大きくなり、黒表示時の明るさが大きくなってしまう。
【００５９】
図１１の（Ｂ）は、金属ナノワイヤ３０を方向性を持って配置した場合の、基材上に形成された１つの帯状電極１８の上面図であり、液晶層１７と接する側から見た場合の複数の金属ナノワイヤ３０の分布例を示している。
【００６０】
各帯状電極１８では、液晶層１７と接する側から見た場合には、複数の金属ナノワイヤ３０が図１１の（Ｂ）に示すように分布している。すなわち、図１１の（Ａ）に示すような各金属ナノワイヤ３０の延伸方向（長軸）がランダムである分布に対して、図１１の（Ｂ）の分布では、各金属ナノワイヤ３０の長軸と帯状電極１８の長軸となす角度が４５度以下である。これにより、複数の金属ナノワイヤ３０と透明平板電極１２を合わせた長軸方向の面積抵抗が低減され、帯状電極１８の長軸方向で電圧降下が低減される。同じ長軸方向の面積抵抗を実現する場合、金属ナノワイヤ３０がランダムな方向を向いている場合に比べて、金属ナノワイヤ３０の密度を低くすることができる。
【００６１】
なお、各金属ナノワイヤ３０の形状はランダムであり、各金属ナノワイヤ３０の延伸方向（長軸）は、例えば、最小二乗法等により１方向に伸びる直線に近似させた時の直線の方向で表すことができる。
【００６２】
図１２は、帯状電極１８上に、図１１の（Ｂ）に示すように、各金属ナノワイヤ３０の長軸が帯状電極１８の長軸と４５度以下の角度をなすように載置する方法を説明する図である。
【００６３】
図１２では、１本の帯状電極１８のみを示しているが、実際には複数の帯状電極１８が平行に形成される。帯状電極１８の上をスリットコーター（塗布装置）３１を一定速度で移動して、銀ナノワイヤ等の金属ナノワイヤ３０を含む分散液を薄い膜厚の膜になるように塗布する。この時、帯状電極１８とコーター３１の間隔を狭くして、金属ナノワイヤ３０に適度なずり応力が発生する移動速度および膜厚で塗布する。これにより、塗布直後には金属ナノワイヤ３０の長軸が、コーター３１の移動方向、すなわち帯状電極１８の長軸方向に近づくように整列される。コーター３１の直後にコーター３１と同じように移動する乾燥器３２を設けて、温風で溶液を乾燥すると、金属ナノワイヤ３０は、その長軸が帯状電極１８の長軸と４５度以下の角度をなす状態で固定される。
【００６４】
次に、第１から第４実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子を利用した表示装置について説明する。
図１３は、第１から第４実施形態の積層型液晶表示素子を利用した表示装置の概略構成を示す図である。また、図１４は、第１から第４実施形態の積層型液晶表示素子全体の断面構造を示す図である。
【００６５】
表示装置は、コレステリック液晶を用いた積層型表示パネル１０と、走査電極駆動回路４１と、データ電極駆動回路４２と、を有する。
積層型液晶表示素子１０は、コレステリック液晶を用いた表示パネルを３枚積層し、背面側に光吸収層１５を設けた構成を有する。積層型液晶表示素子１０の断面構造は、図６の（Ａ）から図９の（Ａ）に示した第１から第４実施形態の積層型液晶表示素子の断面に対応する。以下の説明では、説明を簡単にするために、青色、緑色および赤色を示すＢ、ＧおよびＲを除いた参照符号で説明を行う。
【００６６】
積層型表示パネル１０の表示面には、透明粘着層１８で接着した表面側機能層５０を有する。表面側機能層５０は、ＡＲ(Anti Reflection)層および保護膜として機能する。
積層した３枚のパネルは、同じ構成を有し、反射主波長が、それぞれ４８０ｎｍ（青色）、５５０ｎｍ（緑色）および６５０ｎｍ（赤色）であることが異なる。３枚のパネルは、観察側から順に青色パネル、緑色パネルおよび赤色パネルの順に積層される。
【００６７】
表示パネル１０は、複数の平行な走査電極１３を形成した上側基材１１と、複数の平行なデータ電極１４を形成した下側基材１２を対向して配置し、基材間に液晶を充填した構造を有する。
【００６８】
複数の走査電極１３と複数のデータ電極１４は、透明電極で、基材に垂直な方向から見た場合に、直交するように配置され、走査電極１３とデータ電極１４が交差する領域が画素領域になる。したがって、複数の画素電極はマトリクス状に配置される。上側基材１１と下側基材１２の間に、画素領域を囲むようにシール材１６が設けられ、シール材１６で囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、液晶層１７が形成される。参照番号２０は、シール材１６で囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料を充填するための注入口であり、コレステリック液晶材料の注入後に封止される。
【００６９】
走査電極駆動回路４１は、例えばＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣなどを搭載し、複数の走査電極１３を駆動する。走査電極駆動回路４１の出力端子は、フレキシブル回路に形成された配線４３により、複数の走査電極１３に接続される。データ電極駆動回路４２は、ＴＣＰ構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣなどを搭載し、複数のデータ電極１４を駆動する。データ電極駆動回路４２の出力端子は、フレキシブル回路に形成された配線４４により、複数の走データ電極１４に接続される。なお、走査電極駆動回路４１およびデータ電極駆動回路４２に電源および制御信号を供給する回路が設けられるが、図示は省略している。３枚のパネルに応じて、３個の走査電極駆動回路４１を設けることも可能であるが、１個の走査電極駆動回路４１を設け、３枚のパネルの走査電極１３を共通に駆動することも可能である。
【００７０】
また、上側基材１１にデータ電極１４を形成し、下側基材１２に走査電極１３を形成する変形例も可能である。
【００７１】
液晶材料は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０重量％添加したコレステリック液晶である。カイラル材０添加率は、ネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を１００重量％とした時の値である。ネマティック液晶成分とカイラル材との配合比により、反射する光の色や、その他の各種特性が決定される。
【００７２】
ネマティック液晶成分としては、公知のものを用いることができるが、液晶層２２の駆動電圧を比較的低くするには、誘電率異方性Δεが２０≦Δε≦５０であることが望ましい。また、コレステリック液晶の屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２４であることが望ましい。屈折率異方性Δｎがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での液晶層１７の反射率が低くなる。一方、屈折率異方性Δｎがこの範囲より大きいと、フォーカルコニック状態での液晶層１７の散乱反射が大きくなり、さらに粘度も高くなるため応答速度が低下する。
【００７３】
上側基材１１および下側基材１２は、透明基材で形成される。このような基材としては、ガラスまたは樹脂基材を挙げることができる。例えば、石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス基材を使用することができる。さらに、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリサルフォン（PSF）、ゼオノア、ゼオネックス（以上日本ゼオン製）を使用することができる。さらに、アートン（JSR製）といった製品銘柄に代表されるシクロオレフィン系樹脂類を使用することができる。
【００７４】
透明導電膜で形成する走査電極１３およびデータ電極１４は、上記のインジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc  Oxide；IZO）の他に、公知の材料で形成できる。例えばインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ITO）、酸化錫等の酸化物系の透明導電膜、アルミニウムあるいはシリコン等の金属電極、またはアモルファスシリコン等の光導電性膜等を用いることができる。金属ナノワイヤで形成される走査電極１３およびデータ電極１４は、前述の方法で製作される。
【００７５】
積層型表示素子１０では、液晶層１７は、走査電極１３とデータ電極１４間に電圧を印加することにより、画素ごとに、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過するフォーカルコニック状態に、設定することができる。
【００７６】
したがって、図１４に示すように、青色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｂを形成した上側基材１１Ｂと、複数の平行なデータ電極１４Ｂを形成した下側基材１２Ｂを対向して配置し、基材間に液晶を充填して液晶層１７Ｂを形成した構造を有する。上側基材１１Ｂと下側基材１２Ｂの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｂが設けられ、シール材１６Ｂで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、青色用液晶層１７Ｂが形成される。
【００７７】
同様に、緑色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｇを形成した上側基材１１Ｇと、複数の平行なデータ電極１４Ｇを形成した下側基材１２Ｇを対向して配置し、基材間に液晶を充填して液晶層１７Ｇを形成した構造を有する。上側基材１１Ｇと下側基材１２Ｇの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｇが設けられ、シール材１６Ｇで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、緑色用液晶層１７Ｇが形成される。
【００７８】
さらに、赤色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｒを形成した上側基材１１Ｒと、複数の平行なデータ電極１４Ｒを形成した下側基材１２Ｒを対向して配置し、基材間に液晶を充填して液晶層１７Ｒを形成した構造を有する。上側基材１１Ｒと下側基材１２Ｒの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｒが設けられ、シール材１６Ｒで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、赤色用液晶層１７Ｒが形成される。
【００７９】
青色パネル、緑色パネルおよび赤色パネルは、反射状態にすることにより、それぞれ青色、緑色、赤色の反射スペクトルを呈し、それぞれの反射主波長は、４８０ｎｍ（青色）、５５０ｎｍ（緑色）および６５０ｎｍ（赤色）である。
【００８０】
液晶層１７の厚さ（セルギャップ）を均一に保持するため、樹脂製または無機酸化物製の球状スペーサを表示面の全面に散布することが行われる。
【００８１】
１層目の青色パネルと２層目の緑色パネルは、接着機能を有する青（Ｂ）カットフィルタ２１で接着される。２層目の緑色パネルと３層目の赤色パネルは、接着機能を有する緑（Ｇ）カットカットフィルタ２２で接着される。
【００８２】
以上、パッシブ型の液晶表示装置を例として説明したが、アクティブ型の液晶表示装置に第１から第４実施形態の素子構造を適用することも可能である。
【００８３】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものである。特に、記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【００８４】
１０Ｂ    青色表示パネル
１０Ｇ    緑色表示パネル
１０Ｒ    赤色表示パネル
１１、１２    基材
１３、１４    透明電極
１７    液晶層
２１    青色（Ｂ）カットフィルタ
２２    緑色（Ｇ）カットフィルタ
３０    金属ナノワイヤ
【図１】
2013205565.tif 000003
【図２】
2013205565.tif 000004
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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