CN100520871C - 彩色显示元件及其驱动方法和具有该元件的显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种使用具有能用外部调制装置调制的光学特性的介质的彩色显示元件，其特征在于所述介质具有用所述调制装置改变亮度的亮度调制范围和用所述调制装置改变颜色的颜色调制范围，所述彩色显示元件具有单元像素，该单元像素由包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素的多个子像素组成，并且所述调制装置对所述第一子像素进行所述颜色调制范围内的调制以显示所述颜色调制范围内的颜色，并且对所述第二子像素进行所述亮度调制范围内的调制以显示亮度在所述亮度调制范围内的所述滤色器的颜色，由此提供彩色显示。

Description

彩色显示元件及其驱动方法和具有该元件的显示设备

技术领域

本发明涉及能够提供多颜色显示的彩色显示元件，用于驱动彩色显示元件的方法和具有彩色显示元件的显示设备。

背景技术

当前平板显示器广泛用于各种个人计算机等的监视器和蜂窝电话等的显示元件，并且预期将比以前更广泛地使用，包括预期用于未来的大屏幕电视。平板显示器中最流行的是液晶显示器，并且在液晶显示器中广泛使用的彩色显示模式是称为微滤色器模式(micro-colorfilter mode)的彩色显示模式。

微滤色器模式是这样的：一个像素被分割为至少三个子像素，为每个像素形成红(R)/绿(G)/蓝(B)三原色的滤色器以提供全色显示，并且它具有可以容易地获得高等级的色彩可再现性的优点。另一方面，微滤色器模式的缺点是透射率下降至三分之一，从而光使用效率降低。光使用率的降低导致透射式液晶显示装置的背光和反射式液晶显示装置的前光的功耗增加。

最近，在蜂窝电话和便携式信息终端中广泛使用透射-反射液晶(transflecitive liquid crystal)元件，其中显示元件的某些区域是光反射区域，其他区域是光学透明区域。这样的便携式电子设备经常用于室外，从而需要保证即使在非常亮的外部光下也有充分的可见性，并且保证即使在黑暗的室内也有高等级的对比度和色彩再现性。

另外，最近几年，已经报道了一些可见性优于液晶显示元件的称为电子纸显示器的显示元件。它们中的许多不使用偏振片来获得高亮度显示(bright display)。但是，在这些显示元件中，虽然对于单色显示已经获得了高亮度显示，但彩色显示与液晶显示的情况一样，必须依赖于的滤色器，并且它仍然无法获得亮度水平与纸相当的彩色显示。

ECB型(electrically controlled birefringence effect type)(电控双折射效应型)液晶显示装置是公知的不使用滤色器的彩色液晶显示装置。ECB型液晶显示装置的液晶单元具有被保持在一对基板之间的液晶，在透射型的情况下，偏振片分别放置在液晶单元的前表面一侧和后表面一侧，在反射型的情况下，有单偏振片型或者双偏振片型两种方式。在单偏振片型中，偏振片只放置在一个基板上，在双偏振片型中，在两个基板上均设置偏振片，并且在偏振片外提供了反射板。

在透射ECB型液晶显示装置中，通过一个偏振片入射的线性偏振光在穿过液晶单元的过程中被液晶层的双折射作用改变为这样的光：每个波长的光是具有不同的偏振状态的椭圆偏振光，所述光进入另一个偏振片，穿过该另一个偏振片的光变为彩色光，该彩色光的颜色取决于组成该光的每个波长的光的光强比。

ECB型液晶显示元件利用液晶的双折射作用和极化作用使光成为彩色的，其中不发生由滤色器对光的吸收，从而可以增加光透射率以获得高亮度彩色显示。另外，因为液晶层的双折射特性随着电压变化，所以可以通过控制施加到液晶单元的电压来改变透射光和/或反射光的颜色。通过利用这一点，可以利用同一像素显示多种颜色。

图1示出了ECB型显示单元的双折射量(称为光程差(相位延迟，retardation)R)和色度图上的坐标之间的关系。应该理解只要R处于0到大约250nm的范围，在色度图的几乎中心就仍是无色(非彩色)的，但是如果R超过该范围，颜色就取决于双折射量而变化。

如果具有负介电常数各向异性(表示为Δε)的材料用作液晶，并且当没有施加电压时，它垂直于基板取向，则液晶分子随着电压倾斜，从而，液晶的双折射量(称为光程差)增加。

此时，在正交尼科尔棱镜下，色度沿着图1的曲线变化。当未施加电压时，R几乎等于0，从而没有光透射而提供了暗状态(黑状态)，但是随着电压升高，亮度等级以颜色从黑到灰到白的方式增加。如果电压进一步升高，则光获得颜色，并且颜色从黄到红到紫到蓝到黄到紫到天蓝到绿而变化。

以此方式，ECB显示元件可以利用低电压侧的调制范围内的电压在最高亮度和最低亮度之间改变亮度，并且可以利用较高的电压区域内的电压变化多种颜色。

另外，如图1所示，与在色度图的外缘的最高纯度的颜色相比，通过光程差获得的颜色纯度相当低。如日本专利申请早期公开No.4-52625所公开的，为了补偿所述低纯度，伴随光程差采用了滤色器，使得可以通过穿过这样的同一颜色的滤色器增强ECB显示的颜色纯度。在该现有技术中，红色和黄色的滤色器位于不显示蓝的像素上，并且通过ECB效应获得的红的短波成份被截去以获得高纯度的红。

在下文中，在色度图上根据从黑到灰到白调制亮度的0到250nm的光程差范围被称为亮度调制范围，黄或者更高(250nm或者更高)的彩色调制范围称为颜色调制范围。因为不能确定非彩色和彩色之间的边界，所以关于上述范围的值250nm是初步的暂定标准。

本发明涉及通过光程差获得的颜色，即，沿着图1中的曲线的颜色。如图1所示，纯度最大的点位于光程差是450nm、600nm和1300nm的区域附近，上述区域肉眼识别为红色、蓝色和绿色。但是，在这些点之前和之后的大约100nm宽度的范围内颜色可以被识别为几乎相同的颜色。在本发明中，上述范围内的颜色也被分别称为红、蓝和绿。品红色存在于红色和蓝色之间的530nm附近。

一般来说，用于液晶显示设备等的滤色器的颜色存在于色度图的上述范围之外，并且其纯度大于通过光程差获得的颜色。在本发明中，这些颜色也分别被称为对应的相同颜色的名字。

但是，如图1所示，为了显示绿色，ECB型液晶显示元件需要大约1300nm的光程差，并且如果使用通常的液晶材料，与传统的液晶显示元件相比需要非常大的厚度。

例如，调整被称为VA(垂直对齐)模式的液晶元件，使得它在无电压施加的状态垂直取向，通过施加电压将最大光程差量改变到大约200到250nm，并且使用ECB效应中的黑到白亮度变化区域。其中提供了RGB滤色器以通过加色混合获得全色显示。

与此相反，如果使用相同的液晶材料，对于使用通过ECB效应即光程差产生的色度变化来提供彩色显示的模式，单元厚度应该增加到大约6倍。具体地说，如果使用当前的VA模式的产品的单元厚度是4到5微米，则使用基于ECB效应的着色现象的彩色显示模式需要20到30微米的单元厚度。

另外，在2002年8月的夏普技术报告No.83(Sharp TechnicalReport No.83)第22页公开了透射-反射液晶显示元件，该液晶显示元件的某些区域是光反射区域，其他区域是光学透明区域。根据该报告，为了最大化透射区域和反射区域二者的光使用率，在反射区域提供了厚层间隔离膜，以使得透射区域的单元厚度两倍于反射区域的单元厚度。

使用这样的大单元厚度导致如下所述的严重的缺点。

首先，为了单元厚度的均匀性，通常使用隔离球(sphericalspacer)，但是隔离球的直径变得如此大，以致隔离球在一个像素上所占据的面积显著增加，导致数值孔径的降低。非常期望使用基于ECB效应的着色现象来获得高亮度显示，但是由于数值孔径的降低，该效应减半。

使用大单元的第二个问题是响应速度降低。众所周知，响应速度与单元厚度的平方成反比(响应时间正比于单元厚度的平方)。这样，如果单元厚度增大到大约6倍，则液晶的响应时间将增加到36倍。例如，已商品化的VA模式液晶显示器的典型的响应时间是大约20毫秒从而可以预期，ECB模式中的响应时间大约为720毫秒。即，不可能显示动态影像。

另外，在ECB模式中，可以基于利用双折射效应的颜色变化提供彩色显示，但是难以在彩色显示期间显示平滑的灰度级颜色。从而，只能提供有限数目的颜色的显示。

从而，本发明要提供一种提高了光使用率的彩色显示元件，其使用的模式不同于显示三原色的模式，所述显示三原色的模式简单地将能够通过诸如电压等外部调制手段来调制透射率的单色显示元件和已经广泛使用的RGB滤色器相结合。具体地，在基于ECB效应的液晶显示元件中，本发明提供了一种彩色液晶显示元件，该元件能够通过抑制单元厚度的增加来显示动态的影像，并能够提供多色显示。

另外，本发明提供了具有彼此兼容的反射模式和透射模式的透射-反射彩色液晶显示元件，它能够提供具有高的光使用率的多色显示。这使得有可能满足高色彩再现性的需求。

另外，在本发明中，可以为能够获得高亮度单色显示的各种电子纸技术获得高亮度彩色显示。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种使用具有能用外部调制装置调制其光学特性的介质的彩色显示元件，其特征在于所述介质具有用所述调制装置改变亮度的亮度调制范围和用所述调制装置改变颜色的颜色调制范围，所述彩色显示元件具有单元像素，该单元像素由包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素的多个子像素组成，并且所述调制装置对所述第一子像素进行所述颜色调制范围的调制以显示所述颜色调制范围内的颜色，并且对所述第二子像素进行所述亮度调制范围内的调制以显示亮度在所述亮度调制范围内的所述滤色器的颜色的，由此提供彩色显示。

根据本发明的另一个方面，提供了一种使用具有被施加的电压所改变的光学特性的液晶层的彩色液晶显示元件，其特征在于所述彩色显示元件包括至少一个偏振片、一对配备有电极且彼此面对地定位的基板，和放置在所述基板之间的液晶层，并且具有利用所述液晶层的光程差将入射偏振光调制成期望的偏振状态的能力，所述彩色显示元件的单元像素由多个子像素组成，并且所述多个子像素包括第一子像素和第二子像素，所述第一子像素通过施加电压改变所述液晶层的光程差以显示颜色，所述第二子像素具有滤色器，并且通过电压在非彩色区域亮度调制范围内改变光程差以显示所述滤色器的颜色。

根据本发明的另一个方面，提供了一种用于使用彩色显示元件提供彩色显示的方法：其特征在于使用具有用外部调制装置调制颜色的颜色调制范围以及用所述调制装置调制颜色的亮度的亮度调制范围的介质形成彩色显示元件，所述彩色显示元件的单元像素被分割为第一子像素和具有滤色器的第二子像素，使所述第一子像素显示所述颜色调制范围内的颜色，并且使所述第二子像素显示所述滤色器的在所述亮度调制范围内的颜色的亮度，由此提供彩色显示。

附图说明

图1示出了当光程差量改变时色度图的变化；

图2A、2B、2C、2D、2E和2F分别示出了根据本发明的实施例的液晶显示元件的一个像素的像素结构；

图3是用于本发明的液晶显示元件的层结构的解释视图；

图4A和4B是本发明的液晶显示元件的定向分割的解释视图；

图5示出了本发明的液晶显示元件使用的品红色滤色器的光谱；

图6示出了本发明的液晶显示元件的另一个像素结构；

图7示出了本发明的液晶显示元件的另一个像素结构；

图8示出了本发明的液晶显示元件的另一个像素结构；

图9示出了本发明的液晶显示装置中当光程差量改变的色度图上的变化；

图10是本发明的液晶显示装置中当颜色与绿互补的的滤色器中光程差量改变时色度图上的变化；

图11是示出了在本发明的液晶显示元件中的全色显示范围的示意图；

图12图示了可以在本发明的液晶显示元件中表现的红/蓝平面上的显示色；

图13图示了可以在本发明的液晶显示元件的另一个配置中表现的红/蓝平面上的显示色；

图14图示了可以在本发明的液晶显示元件的另一个配置中表现的红/蓝平面上的显示色；

图15图示了可以在本发明的液晶显示元件的另一个配置中表现的红/蓝平面上的显示色；

图16图示了可以在本发明的液晶显示元件的另一个配置中表现的红/蓝平面上的显示色；

图17图示了可以在本发明的液晶显示元件的另一个配置中表现的红/蓝平面上的显示色；

图18示出了作为本发明的液晶显示元件的一个示例的透射-反射液晶显示元件的像素结构；

图19示出了作为本发明的液晶显示元件的一个示例的透射-反射液晶显示元件的另一种像素结构；

图20示出了作为本发明的液晶显示元件的一个示例的透射-反射液晶显示元件的另一种像素结构；

图21示出了作为本发明的液晶显示元件的一个示例的透射-反射液晶显示元件的另一种像素结构；

具体实施方式

本发明作为显示元件可以应用到各种形式，但是首先参照图2A到2F使用基于ECB效应的液晶作为示例描述本发明的基本原理。

基本形式

在本发明的液晶显示元件中，如图2A到2F所示，一个像素50被分割为多个子像素51，52(和53)，并且在子像素之一，即子像素52上叠置绿色滤色器。对于其余子像素51(和53)，调整光程差以显示从黑到白的非彩色亮度变化，以及红到品红到蓝色的任何颜色。即，单元像素包括第一子像素和第二子像素，在第一子像素中通过施加电压调制液晶层的光程差以显示颜色，第二子像素具有滤色器，其中通过电压在亮度调制范围内调制光程差以显示滤色器的颜色。该液晶显示元件的特征在于对于显示高可见性的绿色的像素，不利用基于ECB的着色，而使用绿色滤色器G，基于ECB的着色现象只用于红色和蓝色。

例如，使具有滤色器的绿(G)像素具有暗状态，使透明像素(以下称为不具有滤色器的像素)具有白色(非彩色变化区域中最大亮度的状态)，由此，整个像素可以显示白色。

或者，可以使G像素具有(最大)透明状态，并且使透明像素具有颜色区域中的品红色。品红色包括红(R)色和蓝(B)色，从而作为综合的结果可以获得白显示。

为了提供G单色，使G像素具有最大透明状态，并且使透明像素具有暗状态。为了提供R单色(B单色)，使G像素具有暗状态，并且使透明像素具有450nm(600nm)的光程差值。通过结合还获得R和G的混合色以及B和G的混合色。

不需说，如果通过将光程差设置为0使G像素和透明像素二者都具有暗状态，则获得黑显示。

在本发明的配置中，G像素具有在0到250nm的范围内变化的光程差，透明像素具有在0到250nm和450到600nm的范围内变化的光程差。通常，两个子像素的液晶材料都是相同的，从而调节它们使之具有不同的驱动电压范围。

作为对绿色选择滤色器的结果，避免了通过调整光程差来形成绿色，从而消除了增加单元厚度的必要性。另外，因为绿色具有高可见性，所以通过利用滤色器来形成具有高纯度的颜色改善了图像质量。本发明的特征在于利用滤色器的辅助来执行G像素的显示，并且利用介质自身产生的颜色来显示其他各个颜色，所述介质在上述情况中是液晶。这样的构造可以应用于液晶以外的介质。即，一般来说，本发明可以应用于满足以下条件的任何情况：使用光学性质可以被从外部添加的调制装置改变的介质，并且该介质具有通过调制装置调制颜色的调制范围和通过调制装置调制亮度的调制范围。这样的介质，(具体的例子将在后面解释)可以用于下面的步骤：使用这样的介质制造显示设备；单元像素由透明的第一子像素和具有滤色器的第二子像素构成；对第一子像素施加使颜色能在特定范围内调制的调制以使该子像素显示该范围内的颜色；对第二子像素施加亮度调制范围内的调制以使得该子像素改变滤色器的颜色的亮度。对透明第一子像素施加所述亮度范围内的调制使得能够显示非彩色的黑、灰和白。

根据本发明，与通常使用的液晶显示元件相比消除了极大地增加单元厚度的必要。根据图1，红具有450nm的光程差值，绿具有600nm的光程差值。从而，单元厚度可以被设置为用于获得600nm的光程差值的水平。在上面的例子中，单元厚度应该只有大约10微米。只要单元厚度保持在这样的水平，响应速度就不会明显增加，而是保持在大约150毫秒，从而可以显示动态影像，尽管会出现某种程度的模糊。

另外，如果将其应用到反射液晶显示元件，则单元厚度减小一半，使得响应时间减少到四分之一，达到40毫秒或者以下，这是动态影像可以几乎毫无问题地显示的水平。

另外，因为绿的颜色再现范围取决于滤色器，并且可见性高，所以可以获得高水平的颜色再现性而不需牺牲白色成分的透射率。

如前所述，在ECB中彩色显示中的灰度级显示是困难的，但是在本发明中，可以提供绿色的连续的灰度级显示，从而人眼不会意识到灰度级特性有明显的削弱，因此可以获得相对较好的彩色图像。

绿像素的单元厚度使得在透射型的情况下可以提供λ/2条件的显示，在反射型的情况下可以提供λ/4条件的显示，这种单元厚度是足够的，从而与使用包括传统绿色的基于ECB的着色的模式相比，绿像素的单元厚度可以降低，结果，可以改善绿像素的响应速度。

即，对于本发明的元件，具有高可见性特性的绿像素的响应速度增加，从而可以为人眼提供高速显示。另外，在上述示例中没有滤色器的像素中，当施加电压时使用基于ECB的着色，从而利用高电压驱动红和蓝的显示。因此，为红和蓝像素提供了由高压驱动得到的高速显示，并且对于绿像素，与降低的单元厚度d2相应，响应速度增加，从而使得有可能抑制响应速度在颜色之间的变化。

在本发明中，可以通过将使用基于ECB效应的着色现象的像素分割为子像素来提供数字灰度级的显示。另一方面，在像素未被分割为这样的子像素的情况下，可显示灰度级的数目限于亮和暗两个值，与使用传统RGB滤色器的情况相比，可以将一个像素所需的子像素的数目从3降低到2。因此，当驱动IC的数目相同时，有效的像素数目可以增加到1.5倍以获得高解析度的显示。或者，为了获得相同数目的像素，所需的驱动IC的数目可以减少，从而有可能获得低成本的显示板。另外，对于上述灰度级数目的问题，可以使用诸如浓淡处理(dither)之类的图像处理。结果，可以提供灰度级显示而仍然保持精细的粒度。另外，可以认为，随着这样增加像素密度，粒度变得难以肉眼识别。

灰度级显示

在图2A的液晶显示元件中，可以为具有高可见性特性的绿像素提供连续的灰度级显示，但是因为使用了基于ECB的着色，所以不能为透明像素区域的有色状态即蓝和红提供灰度级显示。

图2B示出了在这方面的改善，透明像素被分割为多个子像素51和53，并且改变它们的面积比以数字地表示灰度级。

因为子像素具有不同的面积，所以根据开启的子像素的面积在某种程度显示半色调，并且显示了显示色。

此时，当子像素的数目为N时，分割透明像素以使得它们的面积比是1:2：...：2^N-1，由此可以获得高度线性的灰度级特性。在图2B的例子中，子像素的数目是2(N＝2)。

在本发明的液晶显示元件中，只对具有低可见性特性的红和蓝使用数字灰度级。向绿像素添加0到250nm范围的连续调制使得有可能显示连续的色调。结果，人眼感觉不到对色调有实质性的损害，从而可以获得较好的彩色图像。即，本发明的特征还在于只对于具有有限数目的人眼可感知的灰度级的红和蓝使用数字灰度级，从而，即使利用有限数目的灰度级也可以提供足够的特性。

另外，为了如上所述即使利用有限数目的灰度级水平也具有足够的灰度级特性，较小的节距更好。具体地说，根据人不能再识别像素的解析度，期望节距为200微米或更小。

应用的例子

如上所述，本发明的液晶显示元件对于红和蓝采取利用基于ECB效应的着色现象的显示方法，从而使得有可能与对红色和蓝色分别使用滤色器的情况相比大大降低光学损耗。结果，与传统的只利用RGB滤色器来显示三原色的模式相比，可以获得具有更高的光使用率的元件。这样，本发明的液晶显示元件可以用作纸状显示或者电子纸中的反射液晶显示元件。

另一方面，在该模式中，即使透射液晶显示元件也具有高透射率的液晶层，从而降低了获得与传统模式相等的亮度所需的背光功耗，从而它适当地用于功耗的降低方面。

另外，由于具有高速响应性，本发明的显示元件也可以用于显示动态影像。对于用于电视的液晶显示元件，此前在日本专利申请早期公开No.2001-272956等中提出了被称为“准脉冲驱动”的驱动方法，在该方法中，在一帧周期中提供了一段背光关闭时间以获取清晰的动态影像特性，但是该方法具有这样的问题：与提供关闭时间相关，亮度降低了。对这样的使用，可以应用具有如该模式的提高的响应速度和高透射率的显示元件。

该显示单元还适合用于需要具有高的光使用率的投影显示元件。

变化实施例

在上述实施例中，对于绿色显示通过使用滤色器而获得了模拟灰度级，对于红和蓝显示通过利用基于ECB效应的着色现象和基于像素分割处理的显示方法获得了红和蓝显示中的数字灰度级。该例子适合用于高清晰显示元件的应用，以便即使利用有限的灰度级数目也能感受到足够的灰度级特性。

另一方面，在反射液晶显示元件中，存在需要高等级的反射率和大量显示色的应用。另外，在能够提供全色显示的透射液晶显示元件中，需要高透射率的显示模式，以在维持全色显示能力的同时降低背光功耗。另外，对能够提供全色显示和具有高的光利用率的显示模式，例如具有高的光利用率的液晶投影仪，也存在很多需求。

为了满足这样的需求，以该模式作为基础可以增加颜色的数目的方法包括：

(1)利用基于除了红色和蓝色的光程差以外的光程差的ECB效应的着色现象的方法；

(2)在配备有在颜色上与绿互补的滤色器的像素的低光程差范围中利用连续灰度级颜色的方法；和

(3)增加配备有红色和蓝色滤色器中的任何一个的像素的方法。

下面将描述上述每个方法。

变化示例1

利用基于除了红色和蓝色的光程差以外的光程差的ECB效应的着色现象的方法

上面已经描述了利用基于ECB效应的着色现象提供红和蓝显示的原理。在基于ECB效应的着色现象中，如图9所示，色调可以从白色到蓝色连续改变。即，除了上面描述的红色和蓝色显示以外，还存在能够被使用的大量显示色，并且通过利用这样的显示色，可以表现比上面所描述的颜色更大量的显示色。具体地说，为了描述在子像素1未配备有滤色器的配置中在正交尼科尔棱镜下的显示色变化，随着光程差量如图9中的箭头标记所示从零开始增加，非彩色亮度从黑显示到灰(中间色调)到白显示变化，在光程差量超过白范围的范围中，各种颜色可以从黄到黄红到红到红紫到紫到蓝紫到蓝变化。

通过将非彩色范围和绿像素结合，可以提供高亮度绿显示。有色范围内的任何颜色都可以与绿像素结合以显示中间色。

另外，利用如在红色/蓝色情况下的上述配置，这些颜色可以表现数字灰度级。因此可以表现大量的显示色。

变化示例2

在配备有在颜色上与绿互补的滤色器的像素的低光程差范围中利用连续灰度级颜色的方法

如果如在基本形式和变化示例1中那样在子像素1在没有使用滤色器，则在光程差量超过白范围的范围中，显示了色调从黄到黄红到红到红紫(品红)到紫到蓝紫到蓝的变化。在该变化示例中，通过光程差变化而着色的子像素1配备了诸如品红之类在颜色上与绿互补的滤色器。因此，红色和蓝色的颜色再现范围可以大大加宽。

图2C和2D示出了该变化示例的像素配置。G像素51配备有与基本形式的绿色滤色器相同的绿色滤色器，在基本形式和变化示例1中透明的子像素1(52，53)配备有品红色滤色器。图2C示出了有一个子像素1(52)的情况，图2D示出了子像素1以2:1的比例被分割为两个子像素(52，53)的情况。对第二子像素51(G像素)进行其中亮度被调制的范围内的调制以改变绿色的亮度；对第一子像素(52，53)进行其中颜色被调制的范围内的调制以显示颜色；进行其中亮度被调制的范围内的调制以进行品红的亮度被改变的显示。在图10中示出了在下述情况下颜色变化的计算值随着光程差的变化：提供了理想的品红色滤色器，使得在480nm到580nm的波长中透射率是0，而在其他波长中透射率是100％。随着光程差量从零开始增加，呈现了从黑显示到暗品红色(品红色的中间色调)到亮品红显示的颜色亮度变化。此后，在对于子像素1不使用滤色器的示例中，当光程差量进一步增加而到达超过白范围的光程差量的范围中的水平时，呈现从品红到红到红紫(品红)到紫到蓝的颜色连续变化。

与图9相比，色度变化的范围扩展到接近红和蓝的饱和色(色度图的角落)，这样，可以理解，通过提供品红色滤色器，红和蓝的颜色再现范围扩展了。另外，从红到蓝的变化沿着色度图的较低侧进行，还可以理解，获得了从红到蓝的混合色的连续变化。这样，通过提供品红色滤色器，红和蓝的颜色再现范围被扩展了，同时，当发生光程差变化时获得了中间色的连续变化。

在本实施例中为了显示白色，品红像素52和53(在本实施例中称为子像素1)和G像素51都被设置为给定最大透射率的相同的光程差值(250nm)。或者，可以使G像素51具有最大透明状态(光程差值为250nm)，品红像素52和53可以被设置为在红和蓝之间的某些中间等级的光程差值(接近550nm)。在前一方法的情况下，为了改变非彩色的亮度，可以根据绿色滤色器的光程差来改变品红像素的光程差，使得两个子像素的灰度级协调地改变。

如果显示黑色，则显示G/R/B各个单色或者显示它们的混合色，以与基本形式相同的方式执行操作。

当品红像素被分割为两个像素时的灰度级表现与基本形式中的图2B的灰度级表现相同。

在该变化实施例中，通过使用诸如品红色之类在颜色上与绿互补的滤色器，可以提供非彩色灰度级表示，同时，可以提供在颜色上与绿互补的颜色的灰度级显示，从而使得有可能大大增加能够表现的显示色的数目。

品红色滤色器使红和蓝都透过，使得与设置了红色和蓝色滤色器的传统方法相比，可以获得高亮度显示。

变化示例3

增加配备有红色和蓝色滤色器中的任何一个的像素的方法

图2E示出了该变化示例的像素配置。在该变化示例中，除了G像素51和品红像素52、53和54(以面积比4:2:1三路分割)以外，还添加了具有蓝色滤色器的第三子像素55和具有红色滤色器的第四子像素56。

G像素和品红像素的显示动作与前一实施例相同，在低光程差范围内调制G像素以提供绿亮度的连续灰度级显示。在相同的光程差范围或者更大的有色光程差范围内连续调制品红像素以呈现蓝色或者红色和中间色。

对于第三和第四子像素55和56，在0到250nm的范围内调制光程差，并且蓝和红的亮度连续变化。下面将描述它们的作用。

图11示出了可以利用RGB加色混合模式显示的显示色，其中立方体中的任何点表示对应于坐标值的红/蓝/绿的颜色混合的状态，由Bk示出的顶点表示最小亮度的状态。这里，当给定红/蓝/绿的图像信息信号时，显示对应于从Bk点延伸的红/蓝/绿独立向量的和的位置的显示色。

图中的R/G/B分别表示红/蓝/绿的最大亮度状态，W表示白色显示状态。另外，一个边的程度是255。

这里，在本发明的显示元件中，对于绿色，使用滤色器提供了连续的灰度级显示，从而在绿的方向可以单个地取出任何点。这样，当在后面讨论显示色时，将在由红/蓝矢量构成的平面(以下称为RB平面)上讨论它们。

首先，使用图12讨论利用基于ECB效应的着色现象的一个像素的情况(像素未被分割的情况)。图12示出了一个RB平面。这里，在红显示和蓝显示期间使用基于ECB效应的着色现象，并且可以采用开和关两个值作为亮和暗显示状态。这样，在R轴和B轴上可以取得最大值(R，B)和最小值(Bk)两个点。

另一方面，在变化示例2中描述的配置中，即，在提供了在颜色上与绿互补的品红色滤色器的情况下，可以通过在0到250nm的范围内改变品红像素的光程差来改变品红色的亮度。在该范围内的显示色存在于RB平面上的沿着由图12中的箭头标记示出的R和B的合成矢量的方向的轴上，该轴用于表示亮度的连续变化。即，在变化示例2中，Bk点(原点)、R点、B点和箭头标记上的任何点可以用作显示色。

下面使用图13所示的RB平面描述使用基于ECB效应的着色现象的像素被按照1:2的比例分割的情况。这里，与像素未被分割的情况一样，在红显示和蓝显示期间使用基于ECB效应的着色现象，从而对于每个单个的被分割的像素可以取开和关两个值作为亮和暗显示状态。另一方面，因为像素被按照1:2的比例分割为两个像素，所以在每个R轴和B轴可以取得在图中由圆形标记表示的四个点。

这里，在图中由R3和B3示出的每个点上，两个像素都处于红显示或者蓝显示状态。

在由R1和B1示出的每个点上，被分割的像素中的较小的像素处于红显示状态或者蓝显示状态，另一个较大的像素处于黑显示状态。这里，对于较大的像素，可以得到品红的连续灰度级颜色，从而可以得到从每个R1和B1点沿着RB合成矢量的方向延伸的箭头标记上的每个点。基于同样的讨论，可以得到从每个R2和B2点沿着RB合成矢量的方向延伸的箭头标记上的每个点。即，具有品红色滤色器的第一子像素被分割为具有不同面积的两个子像素，其中使一个子像素显示红色或者蓝色，使另一个子像素进行改变亮度的显示，由此显示了品红的数字半色调。绿像素可以连续改变亮度，由此可以进行彩色显示。

基于同样的讨论，在图14中的箭头标记示出了当使用基于ECB效应的着色现象的像素被按照1:2:4的比例分割时可以得到的显示色。

通常，这使得有可能显示数字品红半色调，其中品红色滤色器位于利用基于ECB效应的着色现象的第一子像素上，该第一子像素被分割为具有不同面积的多个子像素以使子像素的一部分根据ECB效应显示红或者蓝，使其他部分进行改变亮度的显示，由此可以显示品红半色调。

以此方式，随着被分割的像素的数目的增加，在RB平面上可以得到的显示色的数目也增加。但是，该方法严格与数字灰度级严格相关，而不是模拟全色显示。

接着，在该变化示例中，增加具有红色和蓝色滤色器的像素(图2E中的55和56)以获得模拟灰度级。这些像素分别建立蓝和红的连续亮度变化，从而由沿着图13和14上的R轴和R轴的幅度可变的向量表示。因此，可以显示连续灰度级的红色和蓝色，从而对于图13和14中除了箭头标记以外的区域可以进行插值，这样使得有可能显示RB平面上的所有的点。

即，只用作亮度调制的第二子像素被分割为多个子像素，多个子像素之一配备有绿色滤色器，其他子像素配备有红色和/或蓝色滤色器。对每个第二子像素进行其中亮度被调制的范围内的调制以引起亮度变化，由此向上面解释的数字品红半色调显示添加连续半色调，使得可以显示RB平面上的可选半色调。绿连续色调与其结合，由此可以进行全色显示。

因为其上设置了红色和蓝色滤色器的第二子像素的像素填满了由第一子像素显示的数字品红色调之间的空档，所以执行调制以使得最高亮度几乎等于由组成第一子像素的子像素中的最小子像素显示的亮度就足够了。

此时添加的具有红色和蓝色滤色器的像素55和56的大小可以不大于子像素54的面积，其中子像素54的面积是通过如上描述分割像素得到的子像素52，53和54中的最小的。即，在图14中，例如，分别由圆形标记示出的从Bk点到R7和B7点的范围内的可显示的点I以等间隔排列。可以得到从圆形标记开始沿着RB合成矢量的方向延伸的箭头标记上的任何点。向能够显示这样的颜色的配置添加具有红色和蓝色滤色器的像素55和56，它们的面积等于分割的子像素中的最小的子像素的面积，由此，如图15中R-CF和B-CF所示的箭头标记上的任何点都可以进行加色混和。因此，可以显示RB平面上的所有的点，这样使得有可能提供完美的模拟全色显示。

另外，如上所述，被添加的具有红色和蓝色滤色器的像素的大小可以不大于如前所述通过分割像素获得的子像素中的最小的子像素的面积，从而所分割的像素的数目越大，与红/蓝色滤色器的使用相关联的光使用率的降低的影响就可以越大地被减轻。即，使用基于ECB效应的着色现象的像素被分割的数目越大，可以获得的光使用率就越高。

另外，此时，即使红色和蓝色滤色器都未被添加，也可以获得有效的效果。图2F示出了这样的一个示例，其中只存在具有红色滤色器的像素56。在图16中的阴影线区域示出了当只添加了红色滤色器时可显示色的范围。在该图中，在红方向所有的颜色都可以显示，但是在蓝方向存在不能被显示的显示色。但是对于人的视觉特性来说，蓝色是最不敏感的，从而认为蓝色可以具有最小数目的灰度级。因此，通过只添加红色滤色器，可以获得等效于全色的显示色。

另外，在与图16所示的配置相同的配置中，通过移动作为图15中R1位置的参照的Bk点，可以显示所有的显示色。另外，此时，黑显示状态改变为微红的显示色，但是这样的方法例如可以用于诸如反射显示元件之类的应用中，与透射显示元件相比，在所述应用中对对比度的要求不是那么严格。

通过上述方法，可以表示全色或者等效于全色的显示色。

可应用的液晶显示模式

本发明可以应用于下面描述的各种液晶显示模式。

上述VA模式使得当没有向液晶分子施加电压时液晶层中的液晶分子以几乎与基板面垂直的方向定向，并且使得当向液晶分子施加电压时，分子相对于所述几近垂直的方向倾斜，以改变光程差。

在OCB(Optically Compensated Bend)(光学补偿弯曲)模式中，通过在弯曲方向和几乎垂直方向之间的范围内改变定向状态来改变光程差。因此，从本发明可以应用的视点看，OCB模式和VA模式是相同的。

在本发明中，利用随光程差变化的显示色，从而必须考虑由视角引起的色调变化。但是，当前LCD开发的进展如此显著，以至于不夸张地说在使用RGB滤色器模式的彩色液晶显示器中的视角依赖性问题已经几乎解决了。例如，在OCB(光学补偿弯曲)模式中，已经报导了借助于弯曲定向的自补偿效应限制了与视角变化相关联的光程差变化。并且，在STN模式中，随着光程差膜的开发的进展，视角特性已经大大改善。本发明还可以应用于OCB和STN模式中，这是因为在这些模式中，可以通过适当地设置光程差量来获得基于ECB效应的着色现象。尤其是在OCB模式中，前面描述的响应速度可以得到可观的改善，从而该模式适用于需要高速度性能的应用中。

另一方面，MVA(Multidomain Virtical Alignment)(多畴垂直对齐)模式作为具有极好的视角特性的模式已经商业化并且广泛使用。另外，一种称为PVA(Pattern Virtical Alignment)(图案垂直对齐)模式的模式也广泛使用。

在这些垂直定向模式中，通过使表面具有不规则性(MVA)和调整电极形状(PVA)

以控制液晶分子倾斜的方向来获得宽视角特性。因为这些模式中的光程差量随着电压变化，所以本发明的配置可以应用于这些模式。以此方式，可以得到同时满足高透射率(或者反射率)、宽视角和大彩色空间的要求的液晶显示单元。

另外，图3示出了用于本发明的反射液晶元件的结构，该反射液晶元件包括偏振片1、相位补偿板2、玻璃基板2、透明电极4、液晶层5、透明电极6和表面上具有反射板的玻璃基板。下面将简要描述能够提供亮和暗显示的原理。

首先，为了简化起见，液晶层5未被定向分割。另外，为了简化起见，只使用了波长550nm(单波长)。相位补偿板2是单轴的，它的光程差量是137.5nm，延迟相位轴位于顺时针方向(从偏振片1的极化轴8来看)45度角。另外，当没有施加电压时，液晶层5垂直定向，并且将描述使用所谓的VA模式，在该模式中，通过施加电压而使液晶分子倾斜。此时，液晶分子相对于偏振片1沿顺时针方向(从偏振片一侧的极化轴8看)45度的方向倾斜。此时的情景示于图4A。另外，在该图中，标号9表示相位补偿板2的光轴。

经过偏振片1的外部光被分成沿着相位补偿板的光轴9的方向的极化分量和垂直于前者的极化分量。

每个分量以在相位补偿板2和液晶层5之间来回经过的方式分别经过它们两次。结果，在分量之间引起了相差，再通过偏振片输出，其中相差值由相位补偿板的光程差和液晶层的光程差的和给出。

在上述配置中，如果没有对液晶层5施加电压，则由于液晶层5垂直定向，所以液晶层5的光程差值是0。因此，在上述配置中的反射率T％由下面的等式表示。

T％＝cos²(π×2×137.5/550)＝0           ...(等式1)

这样，当没有施加电压时反射率是0，即这是通常的黑配置。

现在看施加电压的情况。

此时，电压的施加使得液晶分子沿着平行于相位补偿板2的方向倾斜。这样，假定当液晶分子倾斜时在液晶层5中发生的光程差量是R(V)，则当施加电压时反射率T％(V)由下面的等式表示。

T％＝cos²(π×2×137.5+R(V)/550)＝0     ...(等式2)

这样，可以获得与电压一致的期望的反射率。尽管在上面的解释中假定液晶分子平行于相位补偿板的光轴方向倾斜，但是液晶分子的倾斜方向不限于此，而是可以是可选的方向，这是因为经过相位补偿板的光变成圆偏振光。

另外，已经提出了CPA(Continuous Pinwheel Alignment)(连续针轮对齐)模式作为定向模式，该定向模式在没有施加电压时为垂直定向，这与上面描述的模式类似。((非专利文献2)夏普技术报告：No.80，2001年8月，第11页)。

该模式是这样的：如在上面描述的PVA模式的情况那样，当施加电压时，调整电极形状以控制液晶分子倾斜的方向。当施加电压时，该模式具有这样的定向状态：液晶分子以从子像素的中心辐射的径向形式倾斜，从而实现了视角的加宽。因为在CPA模式中光程差量随着电压改变，所以本发明还可以应用于CPA模式。

另外，非专利文献2描述了通过使用利用添加了手征性材料的液晶材料的反向TN模式来提高液晶的透射率，可以结合使用双折射特性和波导特性，从而提高了光使用率。手征性材料的添加也可以应用于本发明的配置中。

但是，在本发明的配置中，在CPA模式中，在反射液晶以及也使用圆偏振片的情况下，即使不添加手征性材料，也能获得满意的反射率。这将在下面详细描述。

下面考虑具有如下三个堆叠的层的配置：(1)圆偏振片；(2)液晶层和(3)反射板。首先，如果在液晶层中不存在双折射，例如液晶层是垂直定向的，则从外部入射的光首先经过圆偏振片(1)，并且它被反射时其偏振状态不经过任何调制，反射的光再次经过圆偏振片，并朝着外面前进，这里，因为光经过圆偏振片两次，所以没有可能光特别地在满足圆偏振条件的波范围内进入外部。即，当没有施加电压时液晶层垂直定向的CPA模式在上述配置中具有正常的黑配置。这里，当施加电压时，液晶材料以放射状倾斜，从而它们向所有的方位角方向倾斜。在与非专利文献2一样的线偏振光进入液晶层的透射型的情况下，当分子轴的方向与偏振片的极化方向相同时，光使用率降低，但是在圆偏振光进入液晶层的配置的情况下，偏振光独立于液晶沿其倾斜的分子轴的方向被相等地调制。根据上述原理，在反射显示模式以及使用圆偏振片的CPA模式被应用于本发明的配置的情况下，可以如非专利文献2中所述添加手征性材料，或者不一定添加手征性材料。

应用于透射-反射液晶显示元件

如上在传统技术中描述的，用于透射-反射液晶显示元件的剖面结构是这样的：提供层间隔离膜以使透射区域的单元厚度是反射区域的单元厚度的两倍，这样可以同时使透射区域和反射区域的光利用率最大化，这种配置是公知的。

可以在本发明的显示元件中使用上述公知的配置。

但是，另一方面，如果要在本发明的显示元件中实现上述配置，则它是基于使用通过双折射实现的着色的显示原理，从而需要使单元厚度大于不使用通过双折射实现的着色的诸如扭曲向列(TN)液晶之类的液晶显示的单元厚度。即，需要层间隔离膜的厚度大于通常的透射-反射元件显示元件的层间隔离膜厚度的配置。

另外，如果考虑使用透射-反射液晶显示单元的情况，则如上所述，要求即使在非常亮的外部光的情况下也为显示器提供充足的可见性，在室内、暗处等地方应该达到高水平的对比度和色彩再现性，全色数字内容应该被忠实地再现。

其中，即使在非常亮的外部光的情况下也为显示器提供充足的可见性的要求可以通过使用如下显示方法作为反射模式来满足：该显示方法基于使用由双折射实现的着色的本方案的显示原理。

另一方面，在本方案中作为基本配置描述的方法使用了利用基于ECB效应的着色现象以及通过像素的面积分割实现的数字灰度级以显示除了绿以外的诸如蓝和红的颜色的显示方法。在非常精细的显示元件中，这样的数字灰度级超过了人类的视觉的极限，因此是一种完美的全色显示，但是如果精细度不一定达到要求，则可能在灰度级显示能力方面稍微欠缺。

这样，可以认为为了以透射模式忠实地再现数字内容，需要较高的灰度级显示能力。

这样，本发明利用了普遍使用的微滤色器模式，使得RGB滤色器用于透射模式，并且液晶层的透射率从黑到白连续变化。即，反射模式通过使用基于ECB效应的着色的模式提供红和蓝显示，利用滤色器提供绿显示，透射模式对所有的红/绿/蓝利用滤色器提供彩色显示。这样，上述对于透射-反射液晶的两项要求可以相容。

通过利用具有对反射和透射来说不同的显示模式的元件配置，呈现的有效效应不同于简单的组合而得到的效应。

如前所述，在目前的透射-反射液晶显示元件中，应该在反射区域和透射区域之间提供对于反射区域和透射区域来说基于相同原理的显示方法，从而，为了每个区域表现出最优的光利用率，应该在反射区域和透射区域之间提供2倍的单元厚度差异。

为了该目的，如上所述需要一个层间隔离膜成形处理。

另一方面，在对反射和透射利用不同的显示模式，尤其是如本发明的方案中那样对反射模式使用基于ECB效应的着色的模式、对于透射模式利用不使用基于ECB效应的着色现象的模式的透射-反射液晶显示元件的情况下，，在本发明的使用基于ECB效应着色模式中，只有直到蓝显示的显示才应该基于ECB效应表现。这样，为了在反射模式中获得从黑显示到蓝显示的显示，液晶层(或者液晶层和相位补偿板的结合)提供的光程差量应该能够在电压的控制下在0nm到300nm的范围内变化。

另一方面，为了在透射模式中基于ECB效应获得从黑显示到白显示的显示，液晶层(或者液晶层和相位补偿板的结合)的光程差量应该能够在电压的控制下在0nm到250nm的范围内变化。

即，在反射区域所需的单元厚度非常接近于在透射区域所需的单元厚度。这样，与当前的配置相比，层间绝缘膜的厚度可以相当大地降低。因此，可以防止倾向于作为提供不同的单元厚度的结果而发生的定向缺陷以及阶梯部分的收缩(taper)引起的数值孔径的减小。

或者，如果液晶层的厚度在厚度可控制为300nm或者更小的条件下保持恒定，，并且在透射模式中利用电压控制的量的范围被限制在0nm到250nm的范围，则消除了形成层间绝缘膜的必要性。因此，可以简化光刻工艺(photolithograhpy process)，从而用可能降低成本。另外，可以容易地实现统一定向，并且可以改善数值孔径。

另外，在本发明的透射-反射液晶显示元件中，当在相同的电压施加条件下在反射模式和透射模式中提供显示时，对于不同的模式显示色变得不同。在此情况下，更好的是，像素配置使得在反射区域和透射区域能够独立地控制所施加的电压。

图6图示了总结上面的讨论得到作为本发明的透射-反射液晶显示元件的优选配置。

图6中的标号61，62和63表示ITO的透明电极。在光穿过这些透明电极61、62和63的光路径上分别形成了蓝/绿/红色滤色器。标号64、65和66是铝之类的反射电极。在光穿过反射电极65的光路径上形成绿色滤色器。对于该滤色器，具有减小的颜色再现范围的反射类型可以用于提高光利用率，或者可以只在反射电极的一部分上形成用于电极62的透射型的滤色器。在反射电极64和66上没有形成滤色器，可以形成在颜色上与绿互补的诸如品红之类的颜色的滤色器以增强使用基于ECB效应的着色的显示色的颜色纯度。

优选地，透明电极61，62和63面积相同，反射电极64的面积和反射电极66的面积的比最好是1∶2。另外，更优选地，考虑滤色器透射率的平衡而更精细地调整面积比。优选地，由反射电极64和66组成的子像素1的面积与由反射电极65组成的子像素2的面积比根据用于子像素2中的滤色器的波长谱透射特性适当地精细地调整以保证最优色平衡。

另外，更优选地，当使用基于ECB效应的着色的子像素被按面积分割时，考虑像素形状以及使得每个灰度级的颜色重心不移动的像素布局方法(未示出)。

在一般的透射-反射液晶显示元件中，经常对各个透明电极61、62和63以及反射点64、65和66的透射像素和反射像素施加相同的电压，但是，优选地，本发明的元件的配置中，这六个像素可以独立地被电压控制，这是因为对于反射模式和透射模式，提供显示的条件不同。

另外，如图7所示，在反射模式中，可以增加更小的子像素以增加利用基于ECB效应的着色的彩色显示中的灰度级的数目。另外，在图7中，标号71到76对应于图6中的标号61到66，标号77和78表示增加的子像素。这里，在增加子像素77和78的情况下，优选地，像素中的光反射区域的面积比是1:2:4:8:...:2^N-1。电极形式不限于图7中所示的形式，而是可以选择各种电极形式。

此时，光透明区域中的液晶层对每个RGB色具有模拟灰度级能力，从而，不必在图6的配置中增加像素的数目。

另外，在上述使得颜色数目增加的方法中描述的方法(3)可以用来与这里描述的透射-反射液晶显示元件结合。通过该结合，在透射模式和反射模式都可以得到全色显示。

它的一个示例示于图18。在图18中，标号181、182和183表示提供透射型显示的像素，它们分别配备有蓝色、绿色和红色滤色器。标号185表示提供反射型显示的像素，其配备有绿色滤色器。标号184、186和187表示提供反射型显示的像素，它们能够使用基于ECB效应的着色现象提供具有色调变化的红色和蓝色显示。另外，像素184、186和187配备有在颜色上与绿互补的诸如品红色之类的颜色的滤色器，并且这些像素的面积比是4:2:1。标号188和189表示提供反射型显示的像素，它们分别配备有红色和蓝色滤色器，并且它们的面积几乎与像素187的面积相等。

因此，可以提供利用透射型像素181、182和183的蓝色、绿色和红色滤色器的全色显示和利用反射型像素184到189的像素配置的全色显示，并且像素184、186和187使用基于ECB效应的着色现象提供了具有色调变化的红色和蓝色显示，从而有可能实现高亮度全色反射显示。

这样，在图18中所示的配置中，可以对反射和透射二者实现全色显示，并且彩色显示模式不同于反射显示和透射显示，从而使得有可能获得如上所述的与能够相当大地减小层间膜厚度相关的优点。

另外，图18的配置可以如图19中那样重新布置。在图19中，标号191、192和193表示透射型显示像素，其分别配备有蓝色、绿色和红色滤色器。标号195表示反射型显示像素，其配备有绿色滤色器。标号194、196和197是反射型显示像素，它们能够使用基于ECB效应的着色现象提供具有色调变化的红色和蓝色显示，并且它们配备有在颜色上与绿互补的诸如品红色之类的颜色的滤色器，这些像素的面积比是4:2:1。标号198和199表示反射型显示像素，它们分别配备有红色和蓝色滤色器，并且它们的面积几乎与反射型显示像素197的面积相等。

在该配置中，与图18不同，用于反射显示和透射显示的具有滤色器的像素如此定位以使得它们彼此相邻。因此，这带来了如下优点：当对于反射和透射使用普通滤色器作为红色和蓝色滤色器时，滤色器的精细图案化处理的负担可以减少。另外，当对于反射和透视使用不同的光谱透射特性的滤色器作为红色和蓝色滤色器时，在对齐发生轻微偏移的情况下对显示色的影响可以最小化。

另外，在图18和图19二者中，优选地，九个子像素被配置为能够独立地给其图像信息信号。

但是，如果考虑环境照度低从而开启本发明的透射-反射液晶显示元件的背光的情况，则可以经由普通电极(未示出)向图19中的蓝像素191和199以及红像素193和198施加普通图像信号，这是因为可以认为肉眼识别为显示信息的主要是透射型像素的图像现象，并且用于反射型的蓝色和红色区域占据整个像素相对小的部分。

这样，可能开始关心如果环境照度高，则因为反射型像素的图像信息占优势，所以显示质量稍微劣化。但是，因为用于反射型显示中的红色和蓝色像素实质上占据一个像素中的小部分的面积，所以大多数图像信息由绿色滤色器像素和使用基于ECB效应的色调变化的像素决定，可以认为显示质量的劣化不明显。

另外，因为通常，当环境照度高时，背光实质上不开启，所以如果当背光不开启时期望的信息信号被施加到反射型像素，则可以毫无问题地提供显示。

即，在透射区域和反射区域共同的信号作为被施加到红和蓝像素的图像信息信号被施加时，当背光开启时要被施加到透射区域的信息信号被给予较高的优先级，当背光未开启时要施加到反射区域的信息信号给予较高的优先级，由此，可以实现用于向这些像素施加电压的装置的通用性，而同时最小化显示质量的劣化。

例如，在使用TFT驱动具有图19的配置的显示元件的情况下，如果所有的像素被独立驱动，则一个像素总共需要九个TFT元件，而通过实现如上所述的施加共同信息信号的配置，可以只提供七个TFT元件。

如上所述，本发明的彩色显示模式可以用作透射型或者反射型，并且能够获得很高的光利用率的元件。它也可以用作透射-反射类型，但是在此情况下，通过使用本发明的在原理上利用基于ECB效应的着色的红/蓝显示，和在反射区域中具有滤色器的绿显示，以及提供在透射区域具有所有的红/绿/蓝的滤色器的彩色显示，不仅可以实现满足透射-反射液晶显示元件的所有要求的显示性能，而且消除了在一个像素中形成相差1倍的不同单元厚度的必要性，从而使得有可能同时满足工艺的简化、统一的定向和数值孔径的增加。

其他配置要求

为了驱动本发明的液晶显示元件，可以使用任何直接驱动模式、简单矩阵模式和有源矩阵模式。

另外，用于液晶显示元件的基板可以由玻璃或者塑料构成。在透射型的情况下，一对基板都应该是光学透明的，但是在反射型的情况下，可以使用不透光的材料作为反射层的支撑基板。另外，可以使用可变形材料作为使用的基板。

另外，在反射型的情况下，有各种反射板，例如所谓的前散射板模式，其中在使用镜面反射板的液晶层的外部提供了散射板，以及所谓的定向漫射反射板，其中调整反射表面的形状来提供方向性。另外，在本实施例中，已经作为一个示例描述了垂直定向模式，但是除了它之外，液晶显示元件还可以应用于任何模式，只要该模式是使用光程差的变化的模式，例如平行定向模式、HAN型模式或者OCB模式。

另外，在本实施例中，已经作为示例主要描述了普通的黑的配置，其中当没有施加电压时提供黑显示。该配置可以通过堆叠圆偏振片和显示层来获得，其中显示板在没有施加电压时在基板表面的向内的方向没有双折射，圆偏振片可以替换为普通的线性偏振片以获得普通的白的配置，其中当没有施加电压时提供白显示。

或者，在任何这些配置中可以堆叠单轴光程差膜等以获得当没有施加电压时提供有色显示的配置。在此情况下，可以通过施加电压使得在堆叠的单轴光程差膜的光程差量的方向上的液晶分子序列变形，来获得黑和白显示。

本发明的本质是基于在人类可见性最好的绿显示中使用滤色器获得连续灰度级的基本原理获得具有很高的光使用率的多色显示，从而，使得有可能用于各种模式，例如诸如STN模式之类的具有扭曲定向状态的液晶模式、选择性反射模式和宾主模式(guest host mode)。

在除了液晶显示元件以外的项目的应用

上面已经集中于液晶的ECB效应详细描述了本发明。但是，本发明的基本构思是对于某些像素提供颜色，其中向单色显示模式提供滤色器，对于其他像素使用可以发生颜色变化的显示模式。这样，除了使用ECB效应的配置以外，对于任何可以用于上述显示模式的元件，都可以应用任何显示模式。

作为示例，下面描述：(1)通过机械调制改变干涉层的间隙距离的模式，以及(2)通过移动着着色粒子在显示和不显示之间进行切换的模式。

模式(1)具有在例如SID97 Digest第91页中描述的配置，其中，通过改变与基板的间隙距离来在干涉色的显示和不显示之间切换。这里，随着可变形铝薄膜在外部电压的控制下靠近或者离开基板，在开和关之间进行切换。另外，此时的彩色显影原理使用干涉，从而，上面对通过使用液晶的ECB的干涉的彩色显影的描述同样成立。

这样，在该间隙距离调制元件中，可以通过外部可控调制装置比如电压来改变光学特性，并且提供了亮度可以由调制装置在元件可以得到的最大亮度和最小亮度之间改变的调制范围，以及元件可以得到的多个颜色可以由调制装置改变的调制范围。

对于该元件，它的单元像素被分割为多个子像素，并且多个像素的至少一个由能够使用基于颜色变化的调制范围提供彩色显示的子像素1和具有滤色器的子像素2，由此，以与上面详细描述的液晶元件中相同的方式，可以获得具有诸如很高的光使用效率之类的极好的特性的显示元件。

对于模式(2)，适合使用在例如日本专利申请早期公开No.11-202804中描述的粒子迁移显示元件。该示例是这样的：通过在透明绝缘液体中与基板表面平行地移动着色带电迁移粒子来在显示和不显示之间切换，其中所述移动是通过利用电泳特性在收集电极和显示电极之间施加电压实现的。

另外，这可以被用于实现使用两种颜色粒子的配置。具体而言，该模式可以具有这样的配置，在该配置中单个单元(unit cell)包括定位得几乎相互重叠的两个显示电极，以及两个收集电极，两种具有不同电荷极性和颜色并且其中至少一种对光透明的粒子，还包括能够形成如下状态的驱动装置：两种带电粒子都集中在收集电极的状态，或者粒子都位于显示电极的状态，或者任何一种粒子位于显示电极，另一种粒子集中在收集电极的状态，或者中间状态。

下面讨论单个单元中的两种迁移粒子的颜色的结合是例如蓝和红的配置。在此情况下为了提供白显示，驱动单元使得两种粒子都集中在收集电极以暴露所有的显示电极。另外，在红或蓝单独显示的情况下，通过只将期望的一种粒子放置在单个单元的显示电极上来显示单色。

例如，在蓝显示的情况下，蓝粒子被放置在显示电极上以形成光吸收层，红粒子被收集在收收集电极上。另一方面，在黑显示的情况下，所有的粒子被放置在显示电极上以形成光吸收层，由此光穿过在第一和第二电极上形成的每个红粒子和蓝粒子的光吸收层，从而通过减色混和提供了黑显示。在中间色调显示的情况下，在黑显示期间只有部分粒子被放置在显示电极上。因此，单个单元可以调制红/蓝色之间的颜色，并且可以通过显示白/黑/中间色调来调制亮度。

因此，通过使用这样的配置，单个像素被分割为单个子像素，并且单个子像素的至少一个由能够使用基于颜色变化的调制范围提供彩色显示的子像素1和具有滤色器的子像素2，由此，以与上面详细描述的液晶元件中相同的方式，可以获得具有诸如很高的光使用效率之类的极好的特性的显示元件。例如，在该配置中，在具有最高的可见性特性的绿显示中可以采用上面的简单基板配置，从而使得有可能获得显示稳定性，尤其是灰度级显示稳定性极好且能够提供多色显示和亮度的粒子迁移显示元件。

如上所述，根据本发明，获得了这样的显示元件：它亮度高，能够提供在可见性意义上的全色显示或者理想的全色显示，能够毫无问题地显示动态影像。其中，具体地，提供了具有高反射率的反射液晶显示元件、透射-反射液晶显示元件和具有高透射率的透射液晶显示元件。另外，本发明不仅可以应用于液晶元件，还可以应用于各种显示模式，并且可以获得与广泛使用的使用RGB滤色器的加色混和处理相比具有很高的光利用率的显示元件。

另外，可以满足诸如观看数字内容的应用之类的对于高颜色再现性的需求。对于各种可以由亮单色显示获得的电子纸技术可以获得亮彩色显示。

示例

下面将使用示例具体描述本发明。

共同元件配置

下面的元件配置用作在示例中使用的共同元件配置。

作为液晶层的结构，使用类似于图3中所示的配置作为它的基板配置，两个经过垂直定向处理的玻璃基板被装配到单元中，在其中注入了具有负介电常数各向异性Δε的液晶材料(型号名称：MLC-6608，由Merck有限公司生产)作为液晶材料。另外，此时，取决于示例，单元厚度被改变以使得光程差最优。

作为所使用的基板，对于一个基板使用其上放置TFT的有源矩阵基板，对于另一个基板使用其上放置了滤色器的基板。此时，像素形式和滤色器配置取决于具体的例子而改变。

铝电极用作TFT一侧上的像素电极以提供反射型的配置。另外，此时，取决于示例，还使用这样的透射-反射型配置：该配置结合使用了透射型像素，并对TFT侧的像素电极使用ITO电极。

在上基板(滤色器基板)和偏振片之间放置宽带λ/4板(在可见光范围内几乎能够满足1/4波长条件的相位补偿板)。这产生了普通的黑配置，其中在利用反射型显示期间在没有施加电压时具有暗状态，在施加电压时具有亮状态。

对比示例

为了比较，使用具有12英寸对角线和600×800像素的ECB型有源矩阵液晶显示板。像素节距大约为300μm。每个像素被三路分割，并且被分割的像素分别配备有红色、绿色和蓝色滤色器。液晶层被调整为具有3微米的厚度，使得在施加±5V电压时反射光谱特性的中心波长是550nm，并且光程差量是138nm。

单元结构与图3中所示的单元结构相同。电极4和6的表面涂覆有垂直定向膜(未示出)，并且为了液晶分子在施加电压时相对于偏振片1的吸收轴沿45°方向倾斜，给予在上述方向中的垂直定向膜离正常基板大约1°的预倾斜。上基板3和下基板7结合到一起形成单元，在其中注入了具有负介电常数各向异性Δε的液晶材料(型号名称：MLC-6608，由Merck有限公司生产)作为液晶材料，结果，当没有施加电压时，液晶5被垂直定向在基板表面上。

对于该液晶显示元件，以各种方式改变电压以显示图像，结果，对于RGB图像获得基于施加电压的连续灰度级颜色，由此，可以提供全色显示，但是反射率是16％。

示例1

作为有源矩阵基板，使用与对比示例中的有源矩阵基板相同的具有12英寸的对角线和600×800像素的有源矩阵基板。

每个像素被分割为3个子像素，只对绿使用滤色器，其余两个子像素中没有提供滤色器而保持透明，使得使用基于光程差的彩色显示。另外，对于面积分级(面灰度，面积灰度，area gradation)，其余两个像素的面积比是2:1。

由于反射类型，液晶层的光程差的值是图1中所示的值的一半。为了提供红显示和蓝显示，单元被调整为具有5微米的厚度，使得在施加±5V电压时透明像素的光程差量是300nm。绿像素的情况与对比示例中相同。

如果对于该液晶显示单元通过改变电压来显示图像，则表现出根据所施加的电压值的透射率变化，从而对于具有绿色滤色器的像素获得了连续灰度级特性。

对于其他不具有绿色滤色器的像素，在施加5V电压时提供蓝显示，在施加3.8V电压时提供红显示，从而该示例的液晶显示板提供了三原色的显示。另外，它根据在等于或者小于3V的电压范围内的施加电压的幅度显示连续灰度级。

另外，对于红色和蓝色，可以通过改变要被显示的子像素来获得面积分级(面灰度，面积灰度，area gradation)。但是，灰度级的数目只有四个灰度级，从而当显示自然图像时，图像具有轻微的颗粒。

另外，该元件的反射率是33％，这等于对比示例中的反射率的两倍，从而提供了非常亮的白显示。

示例2

分别具有600×800像素并且分别具有7英寸和3.5英寸的对角线的基板被用作有源矩阵基板以制造分别具有与示例1中的子像素配置相同的子像素配置的ECB型液晶显示元件。具有7英寸对角线的基板的像素节距大约为180μm，具有3英寸对角线的基板的像素节距大约为90μm。

在此情况下，与示例1一样，对于彩色显示能力可以获得好的特性。在该示例中的像素节距相当小，并且细度等级提高，从而使得有可能即使显示自然图像，也能表现当肉眼观看时无颗粒的连续灰度级。

该元件的反射率是33％，从而与对比示例相比提供了非常亮的白显示。

示例3

使用与示例2的基板相同的基板，并且使用具有表现出图5所示的透射光谱特性的滤色器(型号名称：CM-S571，由Fuji Film Arch Co.，Ltd生产)的像素结构代替透明像素。

如果使用基于ECB效应的着色现象，则出现了对光程差颜色特有的低纯度的问题，但是如果结合使用在颜色上与绿互补的滤色器，则红和蓝的色谱的尾部可以被切掉，从而提高了颜色纯度。当向配备有在颜色上与绿互补的该元件的滤色器的像素施加电压时，如在示例1的情况那样，在施加5V电压时提供了蓝显示，在施加3.8V电压时提供了红显示，从而认为本示例的液晶面板可以提供三原色的显示。

在等于或者小于3V的电压范围内，可以根据施加电压的幅度提供品红的连续灰度级的显示。另外，如示例2的情况那样，即使显示自然图像，也能表现当肉眼观看时无颗粒的连续灰度级。

另外，该元件的反射率是28％，与示例2相比稍低，但不论如何相对于对比示例提供了相当亮的白显示。对于该示例中的彩色显示，与示例2相比在色度坐标上颜色再现范围大大加宽了。

示例4

使用除了单元厚度以外具有与示例2的配置相同的配置的液晶单元。此时，使用掩模摩擦(mask-rubbing)来改变预倾斜角度，形成两个具有不同的导向器方向的定向区域，并且对透明像素和绿像素，单元厚度都被设置为5微米。

此时，对于显示质量，如示例3的情况那样，可以获得高亮度显示和平滑的灰度级特性。另外，获得了宽视角特性。但是因为绿像素的间隙增大，所以响应速度降低，当提供动态影像时，可以看出明显的显示拖影。从而可以理解如果使得使用滤色器的绿像素的单元厚度小于使用光程差的像素的间隙，则动态影像显示特性提高。

示例5

使用无反射板的玻璃基板用作下板，准备与图1的有源矩阵基板相同的有源矩阵基板以制造液晶显示板。

对于电极，对600个线(扫描线)的单数线提供铝电极，三个子像素被组合为具有绿色滤色器的一个子像素和不具有滤色器的两个子像素，不具有滤色器的两个子像素的面积比是1:2。

另一方面，对偶数线提供ITO的透明电极，并且三个子像素具有相同的面积。另外，三个子像素配备有红/绿/蓝滤色器。该像素配置的概况示于图8。在该图中，标号84到86表示奇数线的反射模式像素，标号81到83表示偶数线的透射模式像素，标号87和88分别表示源极线和栅极线，标号89表示利用薄膜晶体管的切换元件。另外，以这样的方式在面板的背表面上放置了偏振片，使得放置在上板上的偏振片和放置在面板的背表面上的偏振片具有正交尼科尔透镜的关系，设置背光并开启。

如果在具有这样的配置的面板上显示图像，则在上述示例中示出的反射模式的特性可以与显示质量与普通液晶面板的显示质量相同的透射模式的特性兼容。即，如果所有的像素具有相同的单元厚度，则可以获得这样的透射-反射液晶显示单元，其中具有高反射率的反射模式与具有良好颜色再现性的透射模式兼容。

示例6

使用与示例5的基板类似的基板，形成具有与示例5的配置相同的配置的液晶显示单元，但是具有示于图5中的光谱特性的品红色的滤色器被放置在没有滤色器的两个像素上，其中，图5中一个像素的面积与另一个像素的面积比是1:2。这样，获得了这样的透射-反射液晶显示元件，其中，在反射模式中红和蓝的光程差的颜色纯度也提高了，并且颜色再现范围加宽了。

示例7

使用与上述比较示例的基板相同的基板作为有源矩阵基板。在该示例中利用四个像素作为一组提供600×800像素的显示，而在对比示例中，利用三个像素作为一组提供600×800像素(SVGA)的显示。

滤色器只用于绿，其余三个子像素保持透明，使得对于子像素使用基于光程差的彩色显示。另外，对于其余的这三个像素，对于面积分级(面灰度，面积灰度，area gradation)，面积比被设置为1:2:4。

对于液晶层的光程差，单元被调整为具有5微米的厚度，使得在施加±5V电压时透明像素的光程差量是300nm，以提供红显示和蓝显示。绿像素的情况与示例1的相同。

如果对于该液晶显示元件通过改变电压显示图像，则表现出根据所施加的电压值的透射率变化，从而对于具有绿色滤色器的像素获得了极好的连续灰度级特性。

另一方面，对于其他不具有绿色滤色器的像素，在施加5V电压时提供蓝显示，而在施加3.8V电压时提供红显示，从而认为该示例的液晶显示板可以提供三原色的显示。另外，在等于或者小于3V的电压范围内，亮度(灰度级)根据施加电压的幅度被连续改变。

对于红和蓝，可以通过改变要被显示的子像素来获得面积分级(面灰度，面积灰度，area gradation)。另外，在红和蓝中有八个灰度级，所以认为与对比示例相比显示的颗粒性被相当大地减轻。另外，该元件的透射率是33％，这等于对比示例中的反射率的两倍，从而提供了非常亮的白显示。

示例8

使用示例7的元件进行评价。此时，施加到不具有绿色滤色器的其他像素的电压被从3V到5V连续改变。结果，可以辨别从黄(大约3.2V)到桔黄(大约3.6V)到红(大约3.8V)到红紫(4.0V)到紫(4.4V)到蓝紫(4.6V)到蓝(5.0V)的颜色的连续变化。另外，在用于提供每个颜色的显示的电压施加条件下，通过适当改变显示的子像素，使得各种显示色都具有8个灰度级。

示例9

使用除了滤色器以外具有与示例7的配置相同的配置的液晶显示元件。此时，使用具有与示例3中使用的滤色器类似的品红色滤色器(型号名称：CM-S571，由Fuji Film Arch Co.，Ltd生产)作为滤色器的像素结构，来代替示例7中的透明像素。对于品红色滤色器像素，对于面积分级(面灰度，面积灰度)，面积比被设置为1:2:4。

在此情况下，如在示例3的情况中那样，在施加5V电压时提供了蓝显示，在施加3.8V电压时提供了红显示，从而本示例的液晶面板提供了三原色的显示。在等于或者小于3V的电压范围内，可以提供根据施加电压的幅度的品红的连续灰度显示。即，如已经根据图14描述的，在RB平面上在箭头标记上的任何显示色都被显示。

示例10

使用与示例7的基板相同的基板作为有源矩阵基板，但是在该示例中利用六个子像素作为一组提供600×400像素的显示，而利用四个像素作为一组提供600×600像素的显示。

对于六个子像素中的四个子像素，一个子像素配备有绿色滤色器，另三个子像素配备有在颜色上与绿互补的品红色滤色器，后面三个子像素的面积比被设置为1:2:4。其余两个子像素分别配备有红色和蓝色滤色器。红色和蓝色滤色器的面积与三个品红色滤色器中的最小的像素的面积相等。作出调整使得绿像素等于六个子像素的总面积的三分之一。

在此情况下的像素配置示于图20。在该图中，标号202表示绿色滤色器像素，标号201、203和204分别表示面积分割的品红色滤色器像素，标号205表示红色滤色器像素，标号206表示蓝色滤色器像素。

通过使用该配置，获得了在等于或者小于3V的电压范围内的品红的连续灰度级，通过结合基于ECB效应的着色现象以及面积分割而获得了红和蓝八个灰度级，还获得了内插灰度级的红和蓝连续灰度级。通过组合这些灰度级，可以填充整个RB平面。另外，通过将这些灰度级与绿连续灰度级显示组合，可以获得理想的全色显示。

反射率是25％，与示例8相比稍低，但是与对比示例相比可以获得很亮的白显示。并且在该示例的彩色显示中，由于品红色滤色器的效果，与示例2相比，色度坐标上的颜色再现性被大大加宽。

示例11

使用与示例7的基板相同的基板作为有源矩阵基板，但是在该示例中利用八个子像素作为一组提供450×400像素的显示，而在示例10中，利用六个像素作为一组提供600×400像素的显示。

八个子像素中的三个子像素分别配备有绿色、红色和蓝色滤色器。对于其余五个子像素使用在颜色上与绿互补的品红色滤色器，并且面积比被设置为1:2:4:8:16。红色和蓝色滤色器的面积与五个品红色滤色器的最小的像素的面积相等。作出调整使得绿像素等于八个子像素的总面积的三分之一。

通过使用该配置，获得了在等于或者小于3V的电压范围内的品红的连续灰度级，通过结合基于ECB效应的着色现象以及面积分割而获得了红和蓝32个灰度级，还获得了内插灰度级的红和蓝连续灰度级。通过组合这些灰度级，可以填充整个RB平面。另外，通过将这些灰度级与绿连续灰度级显示组合，可以获得理想的全色显示。

反射率是27％，与示例8相比稍低，但是与示例11相比可以获得很亮的白显示。并且通过相对降低红色和蓝色滤色器的面积，这些滤色器的光损耗可以被最小化。

示例12

作为有源矩阵基板，以与上述示例10相同的方式，利用六个子像素作为一组提供600×400像素的显示。

对于这六个子像素之一，使用绿色滤色器，对四个子像素使用在颜色上与绿互补的品红色滤色器，这四个子像素的面积比是1:2:4:8。剩下一个子像素配备有红色滤色器。红色滤色器的面积与四个品红色滤色器的最小的像素的面积相等。作出调整使得绿像素的面积等于六个子像素的总面积的三分之一。

在此情况下的像素配置示于图21。在该图中，标号212表示绿色滤色器像素，标号211、213、214和215分别表示面积分割的品红色滤色器像素，标号216表示红色滤色器像素。

通过使用该配置，获得了在等于或者小于3V的电压范围内的品红的连续灰度级，通过结合基于ECB效应的着色现象以及面积分割而获得了红和蓝16个灰度级，还获得了内插灰度级的红连续灰度级。通过组合这些灰度级，如所描述的实施例，几乎可以填充整个RB平面，尽管在平面上部分地存在缺陷。另外，通过将这些灰度级与绿连续灰度级显示组合，几乎可以获得理想的自然图像的再现，尽管部分地存在不连续性。

反射率是27％，与示例7相比稍低，但是与对比示例相比可以获得很亮的白显示。并且在该示例的彩色显示中，由于品红色滤色器的效果，与示例2相比，色度坐标上的颜色再现性被大大加宽。

示例13

如果使用示例12的元件并使用已经在图15描述的方法，则显示的黑参考位置被移位，对比度稍微降低，但是获得了与示例12的白反射率相等的白反射率，并且可以提供全色显示。

示例14

使用与示例7的基板相同的基板作为有源矩阵基板。在该示例中利用九个子像素作为一组提供400×400像素的显示，使得获得与前述图18的配置类似的配置，而在示例11中利用六个像素作为一组提供600×400像素的显示。在此情况下所有像素的单元厚度为5微米。对九个像素的六个像素使用铝反射电极，并且像素配置与示例10的像素配置相同。其余三个像素是的光学透明像素，对于上基板和下基板都使用ITO电极。

在面板的背表面上放置了偏振片，使得放置在上基板上的偏振片和放置在面板的背表面上的偏振片具有正交尼科尔透镜的关系，设置背光并开启。

如果独立地对每个像素施加期望的电压以在具有这样的配置的显示板上显示图像，则在上述示例中示出的反射模式的特性可以与显示质量与普通液晶显示板的显示质量相同的透射模式的特性兼容。

因此，即使所有的像素具有相同的单元厚度，这种配置的使用也可以获得这样的透射-反射液晶显示单元：其中具有高反射率的全色反射模式与具有良好颜色再现性的透射模式兼容。

示例15

使用示例14的元件进行评价。此时，相同的电压施加到前面在图18中描述的像素181和189以及像素183和188。此时，假定最适合于反射型显示的图像信息电压的施加的条件是C(R)，并且最适合于透射型显示的图像信息电压的施加的条件是C(T)，在不同环境照度的场合对图像作出评价。首先，当在暗场合在开启背光的情况下显示图像时，在条件C(R)下不能获得要被原始地显示的图像，而在条件C(T)下显示了期望的图像。

如果在暗场合未开启背光，则在任何条件下，图像都如此暗以至于不能作出评价，但是如果在室外亮场合开启背光的情况下显示图像，则在条件C(R)下显示了期望的图像，甚至在条件C(T)下，尽管感到轻微的不兼容的感觉，但是几乎显示了期望的图像。

当在未开启背光的情况下在室外亮场合显示图像时，在条件C(R)下显示了期望的图像，甚至在条件C(T)下，尽管感到轻微的不兼容的感觉，但是几乎显示了期望的图像。

从上面直到，通常，当开启背光时在电压施加条件C(T)下可以显示图像，当未开启背光时在电压施加条件C(R)下可以显示图像，尽管感到轻微的不兼容的感觉。另外，因为在亮场合通常不开启背光，所以可以理解只要在亮场合不开启背光，就可以在每个情况获得期望的图像。

因此，另外，如果对像素181和189以及像素183和188施加相同的电压，则可以获得实际上足够的特性，从而，可以理解在该配置中所需的TFT的数目可以从每个像素9个降低到每个像素7个。

如上所述，根据该示例可以获得高亮度反射液晶显示元件和透射-反射液晶显示元件。另外，在该示例中，对于本发明集中描述了直视反射液晶显示元件和直视透射-反射液晶显示元件，但是这也可以适用于诸如直视透射液晶显示元件和投影液晶显示元件之类的液晶显示元件，以及使用扩展光学系统的取景器。

另外，在该示例中TFT被用作驱动基板，但是当然也可以使用其它基板配置，比如使用MIM替代，使用在半导体基板上形成的开关元件，并可以使用其它驱动方法，比如简单矩阵驱动和等离子矩阵寻址驱动。

另外，在该示例中，对于本发明集中描述了垂直定向模式，但是液晶显示元件还可以应用于使用通过施加电压产生的光程差的变化的任何模式，例如平行定向模式、HAN型模式或者OCB模式。另外，本发明可以被应用于具有扭曲定向模式的液晶模式，例如STN模式。

另外，即使使用通过机械调制改变间隙距离(也就是作为用作干涉层的介质的空气的厚度)的模式，来替代基于ECB效应的液晶元件，也可以获得与该示例的效果等效的效果。另外，即使使用基于通过施加电压移动作为介质的多个粒子的实施例中描述的配置的粒子迁移显示元件作为显示装置，也可以获得与该实施例的效果等效的效果。

或者，本发明可以应用于所谓的电泳显示设备，其中带电彩色粒子分散在液体中并且在电场作用下迁移。

在将本发明应用于这样的电泳显示设备时，通过施加电压使得作为介质的多个粒子迁移。

应用了本发明的电泳设备是这样的构造：在第一子像素和具有滤色器的第二子像素上设置电泳液，其中，位于第一子像素上的电泳液中，至少两种表现出不同粒子迁移属性和着色的粒子被分散在绝缘液体中，在位于第二子像素的电泳液中扩散了一种或更多种粒子。

在第一子像素中，设置了两个显示电极和两个收集电极。显示电极的位置使得从观察者的眼睛的方向看它们几乎彼此重叠。收集电极是不透明的且位于观察者看不到的位置。两个显示电极都是透明的，或者它们中的一个是反射性的，其上的粒子可以被观察者的眼睛识别出。

两种粒子表现出彼此不同的粒子迁移特性和颜色，其中至少一种粒子是光可透射的。优选地，电泳液具有分别带正电和负电并且分散在液体中的红粒子和黑粒子。

本发明的颜色调制范围由以下状态构成：所有两种带电粒子都集中在收集电极或者显示电极的状态，或者任何一种粒子位于显示电极，另一种粒子集中在收集电极的状态，或者它们之间的中间状态。

通过使用粒子进行反射或者吸收，第二子像素改变反射光或者透射光的量。在透射或者反射期间光穿过滤色器。优选的例子是这样的显示设备，其中黑粒子分散在液体中，并且在像素中形成不透明收集电极和透明显示电极。本发明的亮度调制范围包括使粒子扩散在显示电极上以吸收外部光的状态，使粒子集中在收集电极以使它们透射或者反射外部光的状态，以及前两种状态的中间状态。

Claims (26)

1.一种彩色显示元件，包括由多个子像素和一种介质构成的单元像素，所述多个子像素包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素，所述介质在每一个所述子像素中，并具有根据施加给每一个所述子像素的电压而被调制的光学特性，其中：

所述彩色显示元件具有向所述第一子像素施加电压的装置，所述电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内以及穿过所述介质的光所呈现的彩色发生变化的范围内调制位于所述第一子像素中的介质的光学特性，所述彩色显示元件还具有向所述第二子像素施加电压的装置，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内调制位于所述第二子像素中的介质的光学特性。

2.如权利要求1所述的彩色显示元件，其中，所述第二子像素的滤色器由绿色滤色器构成。

3.如权利要求2所述的彩色显示元件，其中，所述颜色变化的所述范围是红、蓝和它们之间的颜色的颜色范围。

4.如权利要求2或3所述的彩色显示元件，其中，向所述第一子像素施加使得穿过所述介质的光呈现在红和蓝之间的品红的电压，向所述第二子像素施加使得穿过所述介质的光具有在所述光的亮度发生变化的范围内的最大亮度的电压，从而所述单元像素显示白色。

5.如权利要求1所述的彩色显示元件，其中，所述第一子像素具有滤色器，该滤色器的颜色与所述第二子像素的滤色器的颜色互补。

6.如权利要求5所述的彩色显示元件，其中，所述第二子像素的滤色器呈现绿色，所述第一子像素的滤色器呈现品红。

7.如权利要求5或6所述的彩色显示元件，其中，向所述第一子像素施加在所述颜色发生变化的范围内的电压，从而显示颜色，该颜色是所述彩色和所述互补色滤色器的颜色相互重叠的结果。

8.如权利要求5或6所述的彩色显示元件，其中，向所述第一和第二子像素施加电压，使得穿过所述介质的光具有在所述光的亮度发生变化的范围内的最大亮度，从而使所述单元像素显示白色。

9.如权利要求5或者6所述的彩色显示元件，其中，分别对所述第一和第二子像素施加在所述光的亮度发生变化的范围内的同一灰度级的调制，从而在所述单元像素中显示半色调的非彩色。

10.如权利要求2所述的彩色显示元件，其中，所述第二子像素由两个或者更多个子像素构成，其中至少一个子像素具有红色滤色器或者蓝色滤色器。

11.一种彩色显示元件，包括至少一个偏振片、一对在其中形成电极的相对的基板，以及位于所述基板之间的液晶层，其中，所述液晶层的光程差可根据施加于所述电极的电压而变，并且

所述彩色显示元件的单元像素由包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素的多个子像素构成，在所述第一子像素中，根据施加给所述电极的电压，在穿过所述液晶层的光的亮度发生变化的范围内，以及在穿过所述液晶层的光所呈现的彩色发生变化的范围内，调制所述液晶层的光程差，在所述第二子像素中，根据施加给所述电极的电压，在穿过所述液晶层的光的亮度发生变化的范围内，调制所述液晶层的光程差。

12.如权利要求11所述的彩色显示元件，其中所述液晶层的液晶在没有施加电压时的取向在几乎垂直于所述基板的方向上，根据施加的电压，其取向从所述几乎垂直的状态倾斜。

13.如权利要求11所述的彩色显示元件，其中所述液晶层的液晶的取向根据所施加的电压在弯曲取向和几乎垂直取向之间的范围内变化。

14.如权利要求11到13之一所述的彩色显示元件，其中，所述第二子像素的单元的厚度小于所述第一子像素的单元的厚度。

15.如权利要求11所述的彩色显示元件，其中，所述单元像素包括具有滤色器的第三子像素，第一和第二子像素分别具有反射光的区域，所述第三子像素具有一个从后部穿过所述滤色器透射光的区域。

16.如权利要求15所述的彩色显示元件，其中，所述第三子像素是这样一个子像素：根据施加给所述电极的电压，在穿过所述液晶层的光的亮度发生变化的范围内调制所述液晶层的光程差。

17.如权利要求16所述的彩色显示元件，其中，所述光反射区的液晶层的厚度等于所述光透射区的液晶层的厚度，并使得能够在0nm到300nm的范围内调制所述光程差。

18.如权利要求15到17之一所述的彩色显示元件，其中，所述第三子像素由分别具有红、绿和蓝滤色器的三个子像素构成。

19.如权利要求18所述的彩色显示元件，其中，所述三个子像素中的每一个是这样的子像素：其中，根据施加给所述电极的电压，在穿过所述液晶层的光的亮度发生变化的范围内，调制所述液晶层的光程差。

20.一种用于驱动彩色显示元件的方法，所述彩色显示元件包含一种介质，该介质的光学特性随施加的电压而变化，所述元件由单元像素构成，所述单元像素由包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素的多个子像素构成，该方法包括下述步骤：

对所述第一子像素施加一个电压，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内以及在穿过所述介质的光所呈现的彩色发生变化的范围内调制所述介质的光学特性，以及

对所述第二子像素施加一个电压，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内调制所述介质的光学特性。

21.一种彩色显示设备，其包括由多个子像素构成的单元像素，所述多个子像素包括第一子像素和具有滤色器的第二子像素，在每一个子像素处有施加电压的装置以及其光学特性根据由所述装置所施加的电压而被调制的介质，其中：

所述施加电压的装置由下述装置构成：

对所述第一子像素施加一个电压的装置，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内以及在穿过所述介质的光所呈现的彩色发生变化的范围内调制所述介质的光学特性，以及

对所述第二子像素施加一个电压的装置，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内调制所述介质的光学特性。

22.一种彩色显示设备，其包括单元像素、施加电压的装置以及一种介质，所述单元像素由具有光反射表面的第一子像素、具有光反射表面和滤色器的第二子像素以及具有滤色器、从后部穿过该滤色器透射光的第三子像素构成，所述施加电压的装置向每一个所述子像素施加电压，所述介质的光学特性根据所施加的电压而被调制，其中：

所述对每一个子像素施加电压的装置由下述装置构成：

对所述第一子像素施加一个电压的装置，该电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内以及在穿过所述介质的光所呈现的彩色发生变化的范围内调制所述介质的光学特性，以及

对所述第二子像素和第三子像素施加相应的电压的装置，所述电压在穿过所述介质的光的亮度发生变化的范围内调制所述介质的光学特性。

23.如权利要求22所述的彩色显示设备，向所述第一到第三子像素施加电压的装置分别由电极和有源矩阵基板构成，栅极线、源极线和TFT位于所述有源矩阵基板上，奇数号栅极线通过所述TFT连接到第一和第二子像素的电极，偶数号栅极线通过TFT连接到第三子像素的电极。

24.如权利要求22或23所述的彩色显示设备，其中，所述第一子像素由两个子像素构成，所述第三子像素由分别具有红、绿和蓝滤色器的三个子像素构成。

25.如权利要求24所述的彩色显示设备，其中，所述第三子像素中的三个子像素与所述第二子像素以及所述第一子像素的两个子像素分别相邻。

26.如权利要求25所述的彩色显示设备，其中，所述第一子像素具有颜色与第二子像素的滤色器的颜色互补的滤色器，第三子像素的与所述第二子像素相邻的子像素具有与第二子像素的滤色器颜色相同的滤色器。

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