JP2000305077A - 太陽電池積層型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＴＮモードやＳＴＮモードの液晶パネルの背
後に太陽電池が配置された場合、太陽電池の発電効率を
大きく低下させる。また、太陽電池に光りを吸収させて
黒表示させた場合、太陽電池の直列接続したセルのパタ
ーンが見え、液晶表示パネルの表示品質が低下する。 【解決手段】 液晶セルの入射側に赤色カラー偏光板を
設け、液晶セルの出射側に青色または緑色あるいは青と
緑の合成色を反射する選択反射板を設けた構成とした。
さらに、液晶表示パネルの背後に青色または緑色より赤
色の光でより多く発電する特性を有する太陽電池を配置
し、液晶表示パネルにＴＮモードやＳＴＮモードなどの
液晶モードを使用しても太陽電池の発電に最も寄与する
赤色の光の吸収によるロスを少なくして、発電効率の低
下を少なくできる構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、入射光の一部を
光電変換して電力供給可能な太陽電池を搭載し、装飾
品、時計、電卓、ラジオ、小型携帯機器等に利用可能な
液晶表示装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、小型携帯電子機器などに使用され
るＬＳＩの消費電力も少なくなってきたため、電源とし
て従来の蓄電池から太陽電池に入れ替わるようになって
きた。現在市場で、太陽電池を組み込んだ時計、電卓、
ラジオ、などの小型携帯機器が販売されるに至ってい
る。

【０００３】以下に、従来の太陽電池を組み込んだ小型
携帯電子機器の構成を説明する。図２にカード型電卓の
外観図を示す。図示するように、従来のカード型電卓は
ケース８内に、反射型ＬＣＤ６、太陽電池部７、及び、
入力キー部９を備えている。

【０００４】図２に示すカード型電卓の反射型ＬＣＤの
裏側に、太陽電池部を積層し、電子機器の前面から太陽
電池の存在が外から見たのでは分からなくし、反射型Ｌ
ＣＤの面積で太陽電池も利用できる方法が提案されてい
る。

【０００５】特開昭６２−２３７４２９号公報に記載さ
れている構成は、反射型ＬＣＤの反射板の代わりに太陽
電池を配置している。また、特開昭６０−１４７７２０
号公報に記載されている構成は、透明状態と散乱状態と
により表示を行う表示体層の背後に選択反射フィルター
と太陽電池とを順次設けた構造である。

【０００６】また、特開昭６０−１４７７１８号公報に
は、表示素子と太陽電池と太陽電池の発電に寄与する光
の少なくとも―部の波長の領域を透過し、他の波長波長
領域を反射する着色層が設けらた構成が記載されてい
る。着色手段層としては、コレステリツク液晶をマイク
コカプセル化したものをバインダーに分散して塗布した
もの、あるいはコレステリツクポリマーシートなどを用
いている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来、液晶表示パネル
へ入射する光の一部を表示に利用し、一部を液晶表示パ
ネルを透過させて液晶表示パネルの背面に設置した太陽
電池に入射し、太陽電池で発電した電力を利用できる太
陽電池積層型液晶表示装置の構成には以下の様な欠点が
存在する。

【０００８】例えば、特開昭６０−１４７７２０号公報
に記載されている構成では、液晶表示パネルに偏光板を
使用しなくてもよい散乱型液晶モードを使用しているの
で太陽電池での発電電力は大きくなるが、しかし、散乱
型液晶モードのデュティー駆動能力がなく、単純マトリ
ックス駆動した場合表示容量を多くできない欠点を有す
る。また、ＴＦＴなどでアクティブ駆動するとコストア
ップしてしまい、単純マトリックス駆動できる方式での
実現が望ましい。

【０００９】上記の課題に対して、特開昭６２−２３７
４２９号公報の開示の方法は、偏光板を２枚使用した液
晶モードを使用しているので、ＴＮモードやＳＴＮモー
ドなどのデュティー駆動可能な構成になっている。しか
し、反射板に太陽電池を兼用しているので、表示した場
合の明るさが暗くなってしまう。

【００１０】上記の課題に対して、特開昭６０−１４７
７１８号公報に記載されている構成は、コレステリツク
ポリマーシートなどの選択反射層を表示素子と太陽電池
の間に設けて、反射板の機能を持たせ、表示した場合の
明るさを改善している。しかし、表示素子にＴＮモード
やＳＴＮモードなどのデュティー駆動可能な液晶モード
を使用した場合、太陽電池で発電する電力は、太陽電池
と表示素子を積層しない場合に比較して、発電効率を大
きく低下させる。

【００１１】上記の発電効率を大きく低下させる原因
は、ＴＮモードやＳＴＮモードなどの液晶モードを使用
した場合、入射側の偏光板で入射した光の５０％を吸収
してしまうためである。

【００１２】もう一つの課題として、表示素子と太陽電
池を積層し、太陽電池に光りを吸収させて黒表示させた
場合、太陽電池の直列接続したセルのパターンが見え
る。このセルパターン見えは、液晶表示パネルの表示品
質を低下させる。

【００１３】以上説明した様に、従来の技術では、液晶
表示パネルにＴＮモードやＳＴＮモードなどの液晶モー
ドを使用した場合、コレステリツクポリマーシートなど
の選択反射層を液晶表示パネルと太陽電池の間に設けて
反射板の機能持たせ明るさを改善しても、太陽電池の発
電効率を大きく低下させる。また、太陽電池に光りを吸
収させて黒表示させた場合、太陽電池の直列接続したセ
ルのパターンが見え、液晶表示パネルの表示品質を低下
させ等の欠点により、時計、電卓、ラジオ、その他の小
型携帯機器に液晶表示パネルと太陽電池を積層化して使
用することが困難であった。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の太陽電池積層型液晶表示装置では、液晶表
示パネルの構成を少なくとも以下の構成とした。液晶表
示パネルは液晶セルと液晶セルの入射側に赤色カラー偏
光板を液晶セルの出射側に青色または緑色あるいは青と
緑の合成色を反射する選択反射板を設けた構成とした。
さらに、液晶表示パネルの背後に青色または緑色より赤
色の光でより多く発電する特性を有する太陽電池を配置
し、液晶表示パネルにＴＮモードやＳＴＮモードなどの
液晶モードを使用しても太陽電池の発電に最も寄与する
赤色の光の吸収によるロスを少なくして、発電効率の低
下を少なくできる構成とした。

【００１５】さらに、上記の選択反射板はコレステリッ
ク・フィルムを使用できる。コレステリック・フィルム
は、青色または緑色あるいは青と緑の合成色を円偏光の
回転方向により選択反射し赤色の光を吸収なく透過する
ので、液晶表示パネルの反射板の機能を有しながら太陽
電池での発電を効率よく行える。

【００１６】さらに、上記の選択反射板は誘電体多層ミ
ラーを使用できる。誘電体多層ミラーは、青色または緑
色あるいは青と緑の合成色を反射し赤色の光を吸収なく
透過するので、液晶表示パネルの反射板の機能を有しな
がら太陽電池での発電を効率よく行える。

【００１７】さらに、上記の選択反射板にホログラムを
使用する。ホログラムは、青色または緑色あるいは青と
緑の合成色を反射し赤色の光を吸収なく透過するので、
液晶表示パネルの反射板の機能を有しながら太陽電池で
の発電を効率よく行える。

【００１８】さらに、前記選択反射板は光が入射する面
側に光拡散層を配置し、選択反射した光りに僅かな拡散
を与えることで、表示の視認性を改善している。

【００１９】さらに、太陽電池は単一セルを使用するこ
とで直列接続したセルで発生するパターン見えの問題を
解消した。単一セルでの発電電圧低下に対しては、昇圧
回路で、直列接続したセルと同等の電圧を得ることを可
能にした。

【００２０】

【発明の実施の形態】上記のように構成された太陽電池
積層型液晶表示装置でＴＮモードやＳＴＮモードなどの
液晶モードを使用しても発電効率の低下を少なくできる
その動作原理を説明する。

【００２１】本発明の基本原理は、太陽電池の発電に寄
与する光のスペクトルと液晶表示パネルの表示に利用す
る光のスペクトルを、太陽電池の発電効率と液晶表示パ
ネルの視認性を両立可能な条件で分割することにある。
図８は各種光源の発光スペクトルを示す。また、図７
は、各種太陽電池の分光感度特性を示す。

【００２２】本発明においては、図８に示す各種光源の
スペクトルの中で、近赤外光を含む赤色の光は液晶表示
パネルの表示にほとんど利用せず、青色と緑色の光を液
晶表示パネルの表示に利用する。近赤外光を含む赤色の
光は、太陽電池の発電に利用する。図７に示すように、
近赤外から赤色にかけてＣ−Ｓｉ系とＣｄＳ／ＣｄＴｅ
系太陽電池の感度が高いので、発電効率を高く維持でき
る。ａ−Ｓｉ系太陽電池においは、近赤外の光を利用が
困難である。しかし、６００ｎｍにピーク感度を有する
ために、赤色光を発電に利用できる。

【００２３】本発明における太陽電池の発電に寄与する
光のスペクトルと液晶表示パネルの表示に利用する光の
スペクトル分離には、赤色カラー偏光板と液晶セルの出
射側に青色または緑色あるいは青と緑の合成色を反射す
る選択反射板によって実現される。図5は、本発明に使
用される赤色カラー偏光板の分光透過率である。赤色カ
ラー偏光板は、600ｎｍ以上の赤色光と近赤外光に偏光
板としての一軸性の吸収を持たないため約90％以上の透
過率を示す。

【００２４】また、選択反射板は、青色または緑色ある
いは青と緑の合成色を選択反射し近赤外光から赤色の光
を吸収せず透過する。よって、赤色カラー偏光板と選択
反射板により近赤外光から赤色の光を効率よく太陽電池
に入射できる。図６は緑を選択反射する場合の、青と赤
の透過率を示す一例である。

【００２５】また、選択反射板で選択反射した青色また
は緑色あるいは青と緑の合成色の光は、液晶表示パネル
の表示に利用される。

【００２６】

【実施例】以下に、この発明の実施例を図に基づいて説
明する。図１は、太陽電池積層型液晶表示装置の基本構
成を表す断面図である。赤色カラー偏光板１は位相差板
と透明粘着剤で一体化した楕円偏光板を液晶セル２に貼
り合わせている。液晶セル２には一般的な反射型ＬＣＤ
に用いられる対向する２枚の透明基板内にパターニング
された透明電極が形成されたギャップ内にＳＴＮモード
の液晶層を公知の方法で製作した。使用する液晶モード
は、ＳＴＮ型液晶以外に、ＴＮ型液晶モード、強誘電性
液晶モードを使用してよい。また、ＭＩＭやＴＦＴなど
のアクティブ素子と組み合わせて使用してもよい。

【００２７】選択反射板３には、緑色を選択反射するコ
レステリックポリマーの選択反射フィルムを透明粘着剤
で液晶セル２に貼り合わせている。コレステリックポリ
マーの選択反射フィルムの変りに緑色を選択反射する住
友スリーエム株式会社のＤＢＥＦ（Ｄｕａｌ Ｂｒｉｇ
ｈｔｎｅｓｓ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｆｉｌｍ）を
使用してもよい。

【００２８】また、選択反射板３と液晶セル２の間には
光拡散層を設けている。光拡散層としては、透明粘着剤
に拡散性のあるものを使用したり、あるいは、大日本印
刷株式会社のＩＤＳ−２１を貼ってもよい。

【００２９】また、赤色カラー偏光板１に使用した位相
差板と透明粘着剤で一体化した楕円偏光板の変りに、赤
色カラー偏光板１を単独で使用し、位相差板を液晶セル
２と選択反射板３の間に用いても同様の効果が得られ
る。基本的に赤色カラー偏光板１と液晶セル２と選択反
射板３とで構成される液晶表示パネル４の背後に太陽電
池５を設け、位相差板と光拡散層は赤色カラー偏光板１
と選択反射板３の間にあればよい。

【００３０】太陽電池５にはアモルファスＳｉ太陽電池
を用いた。アモルファスＳｉ太陽電池以外にも、単結晶
Ｓｉ太陽電池、多結晶Ｓｉ太陽電池、ＣｄＳ／Ｃｕ２S
太陽電池、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ太陽電池、ＧａＡｓ系太陽
電池などを使用してもよい。

【００３１】以上の基本構成からなる太陽電池積層型液
晶表示装置の従来にない高い発電効率と表示品質を両立
する光学的な特徴を以下に説明する。図３は液晶セル２
に電圧無印加時の光学的特徴を説明する図である。入射
光を青（Ｂ）と緑（Ｇ）の入射光１０と近赤外を含む赤
（Ｒ）１１に分けて説明する。

【００３２】青（Ｂ）と緑（Ｇ）の入射光１０は、赤色
カラー偏光板１で一軸性の吸収をうけて青（Ｂ）と緑
（Ｇ）の直線偏光１２となる。赤色カラー偏光板１が位
相差板と一体化している場合は楕円偏光（図では直線偏
光を記載している）となる。この状態では入射光の約４
０％程度の光強度となる。

【００３３】さらに、青（Ｂ）と緑（Ｇ）の直線偏光１
２は、液晶セル２で偏光状態が変化し青（Ｂ）と緑
（Ｇ）の円偏光１４となる。この状態で光強度はほとん
ど変化しない。青（Ｂ）と緑（Ｇ）の円偏光１４は、選
択反射板３である緑色の右円偏光に選択反射波長を有す
るコレステリックポリマーの選択反射フィルムでほとん
どロスなく分離されてされ、反射光として緑（Ｇ）の円
偏光１５と透過光として青（Ｂ）の円偏光１７となる。

【００３４】緑（Ｇ）の円偏光１５は選択反射板３と液
晶セル２の間の光拡散層により拡散され表示装置の明状
態を実現する。青（Ｂ）の円偏光１７は、太陽電池５に
吸収され発電に寄与する。

【００３５】一方、入射光の近赤外を含む赤（Ｒ）１１
は赤色カラー偏光板１で一軸性の吸収されず、無偏光の
ままの近赤外を含む赤（Ｒ）１３となる。さらに、近赤
外を含む赤（Ｒ）１３は、液晶セル２で偏光状態が変化
せず無偏光のままの近赤外を含む赤（Ｒ）１６となる。
この状態で光強度はほとんど変化しない。近赤外を含む
赤（Ｒ）１６は、選択反射板３であるコレステリックポ
リマーの選択反射フィルムでほとんどロスなく透過し、
近赤外を含む赤（Ｒ）１８なる。近赤外を含む赤（Ｒ）
１８は、太陽電池５に吸収され発電に寄与する。

【００３６】ここで、赤色カラー偏光板１と液晶セル２
と選択反射板３が空気層を介さずフレネル反射を低減し
配設すると、入射光の近赤外を含む赤（Ｒ）１１は、近
赤外を含む赤（Ｒ）１８に至っても９０％の光強度を得
られる。これは、赤色カラー偏光板１により一軸性の吸
収をなくし、選択反射板３での反射を無くしたことによ
る寄与が大きく、高い発電量をもたらす。

【００３７】同様に、図４は液晶セル２に電圧印加時の
光学的特徴を説明する図である。入射光を青（Ｂ）と緑
（Ｇ）の入射光１０と近赤外を含む赤（Ｒ）１１に分け
て説明するが、図３と重複する部分の説明を省略する。

【００３８】電圧印加時の液晶セル２を透過した青
（Ｂ）と緑（Ｇ）の左回りの円偏光１９は、選択反射板
３である緑色の右円偏光に選択反射波長を有するコレス
テリックポリマーの選択反射フィルムでほとんどロスな
く透過し、青（Ｂ）と緑（Ｇ）の左回りの円偏光２０と
なり太陽電池５に吸収されて、発電に寄与する。

【００３９】図３と比較すると、緑（Ｇ）の波長成分が
発電に寄与するために発電効率は高くなる。表示として
は、反射光が無いので黒表示となる。一方、入射光の近
赤外を含む赤（Ｒ）１１は、図３同様に発電に寄与す
る。

【００４０】緑（Ｇ）の波長成分が発電に寄与できるの
は、コレステリックポリマーの選択反射フィルムの円偏
光二色性による。選択反射板３に同じ緑色を選択反射す
る誘電体ミラーまたは、リップマン方式のホログラムを
用いた場合は、緑（Ｇ）の波長成分が発電に寄与できな
い。

【００４１】この様にして制作された太陽電池積層型液
晶表示装置を２００ｌｘ蛍光灯照明の条件で観察した。
すると、選択電圧が印加されている領域では、入射白色
光が太陽電池に吸収され黒く見えた。非選択電圧が印加
されている領域では、入射白色光が選択反射散乱されて
緑色に観測された。

【００４２】次に、太陽電池積層型液晶表示装置の発電
能力を検証した。太陽電池単独での発電能力に対して、
選択電圧が印加されている領域では６０％、非選択電圧
が印加されている領域では４５％を示した。ただし、通
常の表示においては、全面ＯＮすることはなく、ＯＮ表
示の面積の割合により発電量は変動する。

【００４３】次に、デジタル時計に本発明の太陽電池積
層型液晶表示装置を実装した。表示部の面積が大きくな
り、表示は見やすくなった。また、表面パネルから黒ず
んだ太陽電池が無くなったのでデザイン面での無骨さは
解消された。さらに、赤色カラー偏光板の偏光透過軸を
変えてノーマリーブラックの表示で使用する場合は、太
陽電池のセルパターン見えが生じるので、単一セルの太
陽電池を用いることにより、セルパターン見えのまった
くない黒い背景に緑のデジタル表示を実現できる。単一
セルの太陽電池から得られる電圧は０．６ボルト程度で
ある。昇圧回路で１．５ボルトに変換することでデジタ
ル時計を動作させることができる。

【００４４】選択反射板３の選択色は、緑色以外にも、
青色、または、青と緑の合成色としてもよい。図９は選
択色と表示と発電効率の関係を表す図表である。図９
（ａ）にコレステリックポリマーの選択反射フィルムを
用いた場合の選択色と表示と発電効率の関係を、図９
（ｂ）に誘電体ミラー、または、リップマン方式のホロ
グラムを用いた場合の選択色と表示と発電効率の関係を
示す。

【００４５】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように、近赤
外から赤色の波長域で一軸吸収のない赤色カラー偏光板
とＳＴＮモードやＴＮモードなどのデュティー駆動可能
な液晶モードの液晶セルと反射表示と透過発電に色分離
する選択反射板とで構成される液晶表示パネルの背後に
太陽電池を設けた構成にすることで、従来にない高い発
電効率と表示品質を両立することを実現した。

【００４６】さらに、太陽電池の分光感度の高い近赤外
から赤色の波長域と偏光板の一軸吸収をもたない波長域
を一致させることで、さらに発電効率を良くした。ま
た、選択反射板にコレステリックポリマーの選択反射フ
ィルムの円偏光二色性を利用することにより、選択透過
光を発電に利用し、より発電効率を高めることが出来
た。

【００４７】また、太陽電池に光りを吸収させて黒表示
させた場合、太陽電池から１．５ボルトの電圧を得るた
めに直列接続したセルのパターンが見えてしまう課題に
対して、単一セルの太陽電池から得られる電圧0.6ボル
トを昇圧回路で１．５ボルトに変換することで、セルパ
ターン見えをなくし、液晶表示パネルの表示品質を向上
させた。

【００４８】以上のように、本発明の太陽電池積層型液
晶表示装置は、ＳＴＮモードやＴＮモードなどのデュー
ティ駆動可能な液晶モードを使用しても、高い光発電能
力を維持し、しかも太陽電池のパターン見えがなく、さ
らに美的ポテンシャルに優れた表示能力を持つ。そのた
め、時計、その他の携帯電子機器用ディスプレー、装飾
品として利用した場合、従来にないデザインや電子機器
前面の操作性、表示能力を差別化するのに有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本構成を表す断面図である。

【図２】従来の太陽電池を組み込んだカード型電卓の一
例の外観図である。

【図３】本発明の太陽電池積層型液晶表示装置に電圧を
無印加時の光学的特徴を説明する図である。

【図４】本発明の太陽電池積層型液晶表示装置に電圧を
印加時の光学的特徴を説明する図である。

【図５】本発明に使用される赤色カラー偏光板の分光透
過率である。

【図６】本発明の太陽電池積層型液晶表示装置の緑を選
択反射する場合の、青と赤の透過率を示す一例である。

【図７】本発明の太陽電池積層型液晶表示装置に使用し
た太陽電池の分光感度の例である。

【図８】各種光源の発光スペクトルである。

【図９】選択色と表示と発電効率の関係を表す図表であ
る。

【符号の説明】

１ 赤色カラー偏光板 ２ 液晶セル ３ 選択反射板 ４ 液晶表示パネル ５ 太陽電池 ６ 反射型ＬＣＤ ７ 太陽電池部 ８ ケース ９ 入力キー部 １０ 入射光 １１ 入射光の近赤外を含む赤（Ｒ） １２ 青（Ｂ）と緑（Ｇ）の直線偏光 １３ 無偏光のままの近赤外を含む赤（Ｒ） １４ 青（Ｂ）と緑（Ｇ）の円偏光 １５ 反射光として緑（Ｇ）の円偏光 １６ 近赤外を含む赤（Ｒ） １７ 透過光として青（Ｂ） １８ 赤外を含む赤（Ｒ） １９ 透過した青（Ｂ）と緑（Ｇ）の左回りの
円偏光 ２０ 青（Ｂ）と緑（Ｇ）の左回りの円偏光

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶表示パネルの背面に太陽電池が設置
   された太陽電池積層型液晶表示装置において、 前記液晶表示パネルの前面側に設けられた赤色カラー偏
   光板と、 前記液晶表示パネルの背面側に設けられた選択反射板
   と、を備えるとともに、 前記選択反射板が、青色、緑色、あるいは、青と緑の合
   成色、を反射する特性を有するとことを特徴とする太陽
   電池積層型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 前記太陽電池が、青色や緑色より赤色の
   光でより多く発電する特性を有することを特徴とする請
   求項１記載の太陽電池積層型液晶表示装置。
3. 【請求項３】 前記選択反射板はコレステリック・フィ
   ルムであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池積
   層型液晶表示装置。
4. 【請求項４】 前記選択反射板は誘電体多層ミラーであ
   ることを特徴とする請求項１記載の太陽電池積層型液晶
   表示装置。
5. 【請求項５】 前記選択反射板はホログラムであること
   を特徴とする請求項１記載の太陽電池積層型液晶表示装
   置。
6. 【請求項６】 前記選択反射板は光が入射する面側に光
   拡散層を配置したことを特徴とする請求項１記載の太陽
   電池積層型液晶表示装置。
7. 【請求項７】 前記太陽電池は単一セルであることを特
   徴とする請求項１記載の太陽電池積層型液晶表示装置。