JP2762774B2 - カラー表示素子およびその駆動方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー表示素子および
その駆動方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】バックライトを用いることができない反
射型液晶ディスプレイを構成するには、液晶パネル部の
外部から液晶素子に入射する自然光のみを利用すること
によって自然な感じに見えるようにするために、偏光板
を用いないことが前提となる。このような表示を行うた
めには、表示方式はゲスト・ホスト型もしくは散乱型が
有望とされる。このうち、前者のゲスト・ホスト型の調
光子を用いた反射型液晶パネルは、図６（ａ）に示すよ
うに構成されている。即ち、この方式のカラー液晶パネ
ルは、一方の透明基板１の表面に透過光のスペクトラム
を決定するカラーフィルター２を設け、このカラーフィ
ルター２の上に透明電極３が形成されている。他方の基
板７には、前記透明電極３の対向位置に透明電極５と光
反射層６を積層して形成されている。そして、この透明
電極３と透明電極５との間に形成されている間隙に液晶
が封入され調光層４を形成した構造を有している。なお
透明電極５と光反射層６は別々に形成される場合ばかり
ではなく透明電極５と光反射層６をかねる金属反射鏡と
なっている場合もある。このような構造を持った液晶デ
ィスプレイデバイスの開示例としては、調光層４として
黒染料ゲスト・ホスト型液晶を用いて構成されたものが
Ｅｕｒｏｄｉｓｐｌａｙ’８７講演番号Ｐ２．４におい
て発表されている。この構造においては、透明基板１を
透過した入射光は、カラーフィルター２と透明電極３と
調光層４と透明電極５とを透過して光反射層６で反射
し、その反射光は前記コースとは逆のコースを進んで透
明基板１より外に出射する。このようなコースをとった
光は、例えば、赤のカラーフィルターを透過した光であ
れば赤色のスペクトルをもって透明基板１より外に出射
するために外部からみるとこの反射光は赤色に見える。
従って、この構造を持つディスプレイにおいてはカラー
表示が可能となる。

【０００３】図６（ａ）以外の構造を持つ反射型カラー
ディスプレイとしては、図６（ｂ）に示したように、透
明基板１の表面に透明電極３が形成されている。他方の
基板７には、前記透明電極３の対向位置に透明電極５と
透過光のスペクトラムを決定するカラーフィルター２と
光反射層６を基板７上に積層して形成されている。そし
て、この透明電極３と透明電極５との間に形成されてい
る間隙に液晶が封入され調光層４を形成した構造を有し
ている。なお透明電極５と光反射層８と光反射層６の順
番は必ずしも図６（ｂ）に示した順ではない場合もあ
り、また機能が一体化されている場合も有り得る。この
ような構造を持った液晶ディスプレイデバイスの開示例
としては、調光層４として黒染料ゲスト・ホスト型高分
子分散型液晶を用いて構成されたものがＤＩＳＰＬＡＹ
Ｓ誌の１９９１年１月号２頁がある。この構造において
は、透明基板１を透過した入射光は、透明電極３と調光
層４と透明電極５とカラーフィルター２を透過して光反
射層６で反射し、その反射光は前記コースとは逆のコー
スを進んで透明基板１より外に出射する。このようなコ
ースをとった光は、例えば、赤のカラーフィルターを透
過した光であれば赤色のスペクトラムをもって透明基板
１より外に出射するために外部からみるとこの反射光は
赤色に見える。従って、この構造を持つディスプレイに
おいてもカラー表示が可能となる。

【０００４】また、反射型の白黒ディスプレイには、図
６（ｃ）に示したような、透明基板１の表面に透明電極
３が形成され、他方の基板７には、前記透明電極３の対
向位置に透明電極５と光吸収層８が基板７上に積層され
て形成されたものが知られている。そして、この透明電
極３と透明電極５との間に形成されている間隙に液晶が
狭持され調光層４を形成した構造を有している。このよ
うな構造を持った液晶ディスプレイデバイスの開示例と
しては、調光層として高分子分散型液晶を用いて構成さ
れたものが、第１３回Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｌ
ｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ講
演番号ＡＰＰ−３４Ｐ−Ｐ−Ｔｕｅがある。この構造に
おいては、透明基板１を透過した入射光は、調光層４が
透明状態であると透明電極３と調光層４と透明電極５と
を透過して光吸収層８で吸収され、その結果黒表示を得
る。また、調光層４が散乱状態であるならば、透明基板
１を透過した入射光は、透明電極３を透過して調光層４
に入射する。このとき、調光層４は散乱状態であるので
入射した光は後方散乱成分と前方散乱成分に分かれ後方
散乱成分は透明電極３と透明基板１を透過することによ
って外部に出射する。一方、前方散乱成分は透明電極５
を透過することによって光吸収層８に吸収され反射する
ことはない。その結果、この状態においては外部から観
察した状態では白く見え白表示が可能であり、以上の結
果、調光層４が透明状態か光散乱状態かの違いによって
白黒表示が可能となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の反射型カラー液
晶パネルは、カラーフィルター層を調光層４の前方に配
置するか（図６（ａ））もしくは調光層４の後方に配置
（図６（ｂ））する構造を持っている。そのために、図
６（ａ）および図６（ｂ）の場合においては、調光層４
が黒状態と透明状態の間で変化するために、黒表示の場
合及びカラー表示を行う場合においては表示品位に関し
て大きな問題はないが、白表示を行う場合においては液
晶パネルに入射した光は全てカラーフィルターを通過す
ることとなるために少なくともその光エネルギーの２／
３を失うために完全な白表示とは認識されず、灰色の表
示と感じてしまい完全な白黒表示が不可能である。ま
た、仮に図６（ａ）および図６（ｂ）において調光層４
が透明状態と光散乱状態の間で変化するとすると、調光
層４が透明状態の場合カラー表示を行うことが可能であ
るが、調光層４が光散乱状態であったとすると図６
（ａ）の場合では入射した光が必ずカラーフィルターを
透過するために灰色表示となり白表示にも黒表示にもな
らない。また、図６（ｂ）の場合においては散乱された
光はそのまま透明基板１から外部に出射するために白表
示となるが、この場合においては、黒表示を行うことは
できない。また、図６（ｃ）では白黒表示は可能である
がカラー表示を行うことはできない。

【０００６】本発明においては、上記従来の反射型ディ
スプレイにおいては不可能であった、カラー表示と高コ
ントラストの白黒表示を同一画素において表現すること
の可能な液晶素子を提供し、表示品位の高い反射型カラ
ー液晶パネルの提供を目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板と、電極
と、光散乱状態と透明状態とを外部電場により制御可能
な第１調光層と、カラーフィルター層と、光散乱状態と
透明状態とを外部電場により制御可能な第２調光層と、
前記電極に対向する電極と、前記基板に対向する基板と
を光の入射側からこの順に設け前記第１調光層及び前記
カラーフィルター層、前記第２調光層を透過した光を吸
収する光吸収層を、光の入射側からみて前記第２調光層
よりも後ろに設けた事を特徴とするカラー表示素子であ
る。

【０００８】第１調光層及び第２調光層は、光散乱状態
と透明状態を電界の印加により遷移させることができれ
ばよく、例えば、高分子分散液晶やネマティック液晶に
よるＤＳＭ方式、スメクティックＡ層におけるＤＳＭ方
式、強誘電性液晶による散乱透明変化、コレステリック
層におけるフォーカルコニック組織の散乱状態を利用す
るなどが可能である。なお、ここにおける高分子分散液
晶とは液晶材料が硬化物中に分散していても硬化物が液
晶材料中に３次元ネットワーク状に存在していてもかま
わないものとする。

【０００９】第１調光層及び第２調光層は各々基板で狭
持する形態をとることもできる。すなわち、図３（ａ）
に示すように、調光層１８を透明電極付きの基板１６、
２０で挟んだ液晶セルを、図３（ｂ）に示すようにカラ
ーフィルター２２を挟んで積層する構成とすることもで
きる。しかし、図５に示すように第１調光層２７、第２
調光層２９の少なくともどちらか一方を高分子分散液晶
のような自立可能な固体形状をとる液晶とすると基板の
枚数を減らすことができ、光透過率を上げることができ
る。

【００１０】本発明の電極はＩＴＯ等の可視光量域にお
いて光吸収がきわめて低く導電性を示す物質であれば良
い。また、電極の形状は、基板上に一様に形成されてい
ても良いし、特定画素形状に形成されていても良いし、
上下基板に短冊上に形成されていても良い。さらに、各
画素ごとにトランジスターなどのアクティブ素子を付加
してもよい。

【００１１】カラーフィルター層は、カラーフィルター
層の固有色を単独で表示しても良いし、部分的に光の３
原色または色の３原色に分割し、混合色表示としても良
い。

【００１２】基板は、ガラス基板やポリエチレンテレフ
タレート（ＰＥＴ）フィルムなどのように可視光量域の
光を透過する基板を用いる。

【００１３】光吸収層の位置は、第２調光層と電極との
間に設けても、電極と基板の間に設けても基板の下に設
けても良い。また、光吸収層を基板として用いても良
い。光吸収層が基板よりも上に位置する場合には、基板
は透明である必要はなく、金属や半導体、プラスティッ
ク等の不透明基板であっても良い。同様に光吸収層が電
極より上に位置する場合には、電極は透明である必要は
ない。

【００１４】このカラー表示素子の駆動方法は、黒表示
を行うときは、第１調光層及び第２調光層を共に透明状
態とし、カラー表示を行うときは、第１調光層を透明状
態とし、第２調光層を光散乱状態とし、白表示を行うと
きは、第１調光層を光散乱状態とする事を特徴とする。
白表示を行うときの第２調光層は光散乱状態でも透明状
態でも良い。

【００１５】各調光層をここ電極付き基板で狭持する場
合には、各調光層を独立に制御することで上記駆動方法
は簡単に実現可能である。

【００１６】各調光層に高分子分散液晶を用い、２層の
調光層を一対の電極で狭持して制御する場合には、図２
（ａ）乃至（ｄ）に示す様な特性の素子により実現する
ことが可能となる。

【００１７】図２（ａ）では、第１調光層は電圧無印加
時に光散乱状態を示し、所定のしきい値以上の電圧印加
で透明状態に変化し、第２調光層は電圧無印加時に透明
状態を示し、第１調光層のしきい値電圧より大きい所定
のしきい値以上の電圧印加で光散乱状態に変化する。そ
の結果印加電圧を０から次第に上げていくと図のように
白表示、黒表示、カラー表示と変化する。

【００１８】図２（ｂ）では、第１調光層、第２調光層
共に電圧無印加時に光散乱状態を示し、所定のしきい値
電圧以上の電圧印加で透明状態を示す。第１調光層のし
きい値電圧を第２調光層のしきい値電圧より小さくして
おけば、電圧印加にともなって白表示、カラー表示、黒
表示と変化する。

【００１９】図２（ｃ），（ｄ）は、各々図２（ａ），
（ｂ）の第１の調光層と第２の調光層を入れ替えた構成
である。

【００２０】例えば、図２（ａ）の特性を示す素子とし
ては、第１調光層を誘電率異方性が正の液晶を用いて構
成し、第２調光層を誘電率異方性が負または正負両方の
値をとる液晶を用いて構成する。ここで、第２調光層
は、電圧無印加時に透明状態となるように液晶を配向さ
せる。これには、誘電率異方性が負または正負両方の値
をとることができる液晶材料と光硬化性化合物との混合
溶液に電場または磁場の少なくとも一方を印加しながら
光を照射し硬化させ、第２の調光層を形成すれば良い。

【００２１】また、図２（ｂ）の特性を示す素子として
は、誘電率異方性が正の液晶を用い、第１調光層の液晶
成分の誘電率異方性Δε₁ を第２調光層の液晶成分の誘
電率異方性Δε₂ よりも大きくすることでしきい値電圧
を下げて構成する。

【００２２】調光層として高分子分散液晶を用いる場合
には、次の方法により作製できる。電極の形成された基
板上にスクリーン印刷、オフセット印刷、凸版転写、凹
版転写、スピンコート法等の薄膜形成方法によって光硬
化性化合物と液晶材料の混合溶液を塗布し、光を照射す
ることによって硬化させて調光層を形成する。また、こ
の上に直接カラーフィルター層を形成する方法として
は、上記印刷法、染色法、顔料印刷法、フォトリソグラ
フィ法などがある。

【００２３】

【作用】本発明のカラー表示素子では、外部より入射し
た光は２層の調光層で散乱されるかまたは透過するかに
分かれ、この２層の調光層が散乱状態にあるか透明状態
にあるかの組み合わせによって白、黒またはカラー表示
を行うことが可能となる。以下に、本発明によるカラー
表示素子の作用を示す。

【００２４】図１は本発明のカラー表示素子の作用を説
明するための図である。本発明のカラー表示素子の構造
上の特徴は第１調光層９と第２調光層１１の間にカラー
フィルター層１０を配置し、自然光入射方向１３と反対
側に光吸収層１２を設けた点にある。この構造をとった
場合には大きく分けて、カラーフィルター層１０の上下
にある第１調光層９と第２調光層１１が、それぞれ散乱
状態を示すかもしくは透明状態を示すかの組み合わせに
よって４状態が存在する。すなわち、 第１、第２調光層が共に透明状態 第１調光層が透明状態、第２調光層が散乱状態 第１調光層が散乱状態、第２調光層が透明状態 第１、第２調光層が共に散乱状態 の４状態である。以下にそれぞれの状態についての作用
を説明する。

【００２５】の状態においては、第１調光層９、第２
調光層１１共に透明であるために入射した光は第１調光
層９、カラーフィルター層１０、第２調光層１１を透過
し光吸収層１２に達するので光の反射は起こらない。そ
の結果黒表示が得られる。

【００２６】の状態においては、第１調光層９は透明
であるために光は透過しカラーフィルター層１０に入射
する。カラーフィルター層１０を透過した光は第２調光
層１１によって散乱され大部分の光は再びカラーフィル
ター層１０と第１調光層９を透過し素子外に再び出射す
る。一方、第２調光層１１によって散乱された光のうち
第２調光層１１を透過する方向に出射した光は光吸収層
１２に吸収され反射はしない。その結果、カラーフィル
ター層１０固有の色の表示が可能となる。

【００２７】の状態においては、第１調光層９は散乱
状態であるので入射した光の大部分は散乱され素子外に
再び出射する。一方第１調光層９を突き抜けた一部の光
は第２調光層１１が透明であるためにカラーフィルター
層１０と第２調光層１１を突き抜け光吸収層１２に達し
光吸収層１２によって吸収される。よって、外部に出射
する光は第１調光層９によって散乱された光のみである
ので白表示を得る事が可能となる。

【００２８】の状態においては、第１調光層９、第２
調光層１１共に散乱状態であるために入射した光は第１
調光層１０で散乱されると共に第２調光層１１によって
も散乱される。この場合第１調光層９によって散乱され
た光は白色であると考えられるが、第２調光層５によっ
て散乱された光はカラーフィルターを透過しているため
にある一定の色を有している。そのために、出射光は無
彩色ではなくある程度の彩度を有しているものと考えら
れる。ただし、カラーフィルター１０のカラー配置が密
であり第２調光層１１における反射光に波長分散がない
と見なせる場合においては、白表示が可能であると考え
られる。

【００２９】第１調光層９と第２調光層１１の透明状態
と散乱状態の組み合わせにより上記に述べたように４つ
の組み合わせが考えられる。しかしながら、の場合と
の場合においては共に同じ白表示を得る事が可能とな
ることより、実際に実現すれば良い表示の組み合わせは
−−もしくは−−のいずれかである。第１
調光層９及び第２調光層１１の個々に駆動電極が対応し
ている場合には、各液晶の駆動モードに応じて前記組み
合わせを実現すればよい。

【００３０】第１調光層９及び第２調光層１１が一対の
電極により共に狭持され、独立に電極を持たない場合に
は、図２に示すように制御をすればよい。

【００３１】図２（ａ）は、−−の場合の印加電
圧と光散乱度の関係を示す図である。ここでは第１調光
層は誘電率異方性が正の液晶を用い、通常のモードで駆
動している。一方、第２調光層は誘電率異方性が負また
は正負両方の値をとる液晶を用い、リバースモードで駆
動している。図のように、第１調光層のしきい値電圧を
第２調光層のしきい値電圧より小さくしておくと、電圧
無印加時には第１調光層は光散乱状態を示し、第２調光
層は透明状態を示すので、白表示ができる。電圧を印加
し第１調光層のしきい値電圧を越えると、第１調光層が
透明状態に変化するために、黒表示が可能となる。さら
に印加電圧を上げていき、第２調光層のしきい値電圧を
も越えると、第２調光層が光散乱状態に変化するため、
カラー表示が可能となる。

【００３２】図２（ｂ）は−−の場合の印加電圧
と光散乱度の関係を示す図である。ここでは、第１調光
層、第２調光層とも通常モードで駆動している。図のよ
うに、第１調光層のしきい値電圧を第２調光層のしきい
値電圧よりも小さくしておくと、電圧無印加時には第１
調光層、第２調光層とも光散乱状態を示し、白表示がで
きる。電圧を印加し第１調光層のしきい電圧を越える
と、第１調光層が透明状態に変化するためにカラー表示
ができる。さらに、印加電圧を上げていき、第２調光層
のしきい値電圧も越えると、第２調光層も透明状態に変
化するため、黒表示ができる。

【００３３】図２（ｃ）は、−−の場合の印加電
圧と光散乱度の関係を示す図である。ここでは第１調光
層は誘電率異方性が負または正負両方の値をとるの液晶
を用い、リバースモードで駆動している。一方、第２調
光層は誘電率異方性が正の値をとる液晶を持い、通常の
モードで駆動している。図のように、第１調光層のしき
い値電圧を第２調光層のしきい値電圧より高くしておく
と、電圧無印加時には第１調光層は透明状態を示し、第
２調光層は光散乱状態を示すので、カラー表示ができ
る。電圧を印加し第２調光層のしきい値電圧を越える
と、第２調光層が透明状態に変化するために、黒表示が
可能となる。さらに印加電圧を上げていき、第１調光層
のしきい値電圧をも越えると、第１調光層が光散乱状態
に変化するため、白表示が可能となる。

【００３４】図２（ｄ）は−−の場合の印加電圧
と光散乱度の関係を示す図である。ここでは、第１調光
層、第２調光層ともリバースモードで駆動している。図
のように、第１調光層のしきい値電圧を第２調光層のし
きい値電圧よりも高くしておくと、電圧無印加時には第
１調光層、第２調光層とも透明状態を示し、黒表示がで
きる。電圧を印加し第２調光層のしきい電圧を越える
と、第２調光層が散乱状態に変化するためにカラー表示
ができる。さらに、印加電圧を上げていき、第１調光層
のしきい値電圧も越えると、第１調光層も光散乱状態に
変化するため、白表示ができる。

【００３５】リバースモードの素子は、次のように作製
する。誘電率異方性が負または正負両方の値をとること
ができる液晶材料と光硬化性化合物との混合溶液に透明
状態となるような電場または磁場の少なくとも一方を印
加しながら光を照射し硬化させ調光層を形成する。電場
または磁場を印加して透明状態となるように液晶分子を
配向させた状態で光硬化性化合物を硬化させると、光硬
化性化合物の硬化後は液晶分子は界面のアンカーリング
により、電場または磁場を除いてもランダムな状態に戻
ることができず、固定化される。この状態は、誘電率異
方性が正の液晶では変ることができないが、誘電率異方
性が負の値をとり得る液晶では光散乱状態に変化させる
ことができる。

【００３６】例えば、クロスオーバー周波数ｆ_c が１０
ｋＨｚで、これ以下の周波数では誘電率異方性ΔεがΔ
ε＞０となり、これ以上の周波数でΔε＜０となる液晶
を用いたとする。光硬化性化合物を硬化させる際に、１
０ｋＨｚよりも低周波の電圧を基板間に印加しながら硬
化させると、液晶分子の方向は基板に対して垂直な方向
に固定される。このときの光透過状態が透明状態である
とすると、駆動時に１０ｋＨｚよりも高周波の電圧を印
加すれば光散乱状態に変化させることができる。

【００３７】また、ベンゼン環などの芳香族環をもつ通
常の液晶分子では、誘電率異方性Δεは分子形状により
正負いずれの値もとり得るが、磁化異方性Δχの値は正
の値しかとり得ない。このことから、誘電率異方性が負
の液晶を用いて液晶のフレデリックス転移点よりも十分
に強い磁場を基板と垂直な方向に印加しながら光硬化性
化合物を硬化させると、液晶分子の方向は基板と垂直な
方向に固定される。このときの光透過状態が透明状態で
あるとすると、駆動時に電圧を印加すると、液晶分子は
基板と平行な方向に向きが変わるために光散乱状態に変
化する。

【００３８】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
るが、本発明はその要旨を越えない限り以下の実施例に
限定されるものではない。 実施例１ 本発明によるカラー表示素子の１実施例を図３を用いて
説明する。

【００３９】本実施例におけるカラー表示素子は、図３
（ａ）に示すようにＩＴＯからなる透明電極１７、１９
を表面に形成した１対の透明基板１６、２０を用い、こ
の透明電極１９の上に調光層１８として紫外線硬化性化
合物と液晶との混合溶液をスクリーン印刷法によって塗
布し、直径２０μｍのスペーサーを散布した透明基板１
６を気泡が入らないようにして重ね、圧力を加えること
によってセルギャップをおおよそ２０μｍとした後に、
この液晶セルに対し紫外線を照射することによって紫外
線硬化性化合物を硬化させ高分子分散型液晶とする。本
実施例において使用した高分子分散型液晶は紫外線硬化
性化合物は重合性モノマーの２−エチルヘキシルアクリ
レート１０％と重合性オリゴマーＵＮ−９０００ＰＥＰ
を２０％とネマティック液晶のＥ８を６０％と０．２％
の重合開始剤ベンゾフェノンの混合溶液を用いた。

【００４０】以上のようにして作製された液晶セルを２
組、液晶セル２１、２３として用い、図３（ｂ）に示す
ようにカラーフィルター２２が液晶セル２１、２３の間
に位置するように配置し、さらに光吸収層２４を液晶セ
ル２３のカラーフィルター２２の反対面にとりつけるこ
とで作製した。本実施例においては第１液晶セル２１、
２３の調光度はそれぞれ別の電源を介することによって
独立して制御するために、作用の項において述べた４状
態を全て実現することが可能である。すなわち、液晶セ
ル２１、２３共に電圧が印加されているとの状態とな
り黒表示、液晶セル２１にのみ電圧が印加されるとの
状態となりカラー表示、液晶セル２３に対してのみ電圧
が印加されるとの状態となり白表示、そして液晶セル
２１、２３の両者に対して電圧が印加されなければの
状態となり白表示となる。

【００４１】本実施例で構成したカラーフィルター２２
は、赤、緑、青のカラーフィルターを短冊状に配置する
ことによって構成されており、この短冊状のカラーフィ
ルター２２に対応する液晶セル２１、２３の透明電極は
カラーフィルターと同じように構成されている。このカ
ラー表示素子に対して電圧を印加しカラー表示を行わ
せ、その表示をＴＯＰＣＯＮ社製色彩輝度系ＢＭ−５Ａ
によって色味と輝度を測定した結果をカラーフィルター
２２の色配置が赤、緑、青であり非選択の部分の色が黒
の場合におけるＣＩＥ ｘｙ色度域を図４(a) に示し、
ＣＩＥ Ｌ^* ａ^* ｂ^* 表色系におけるＬ^* ａ^* 座標系に
プロットした図を図４(b) に示す。図４(a) から本発明
によってカラー表示が可能な事が分かり、図４(b) から
コントラストの良い白黒表示が可能である事が分かる。

【００４２】なお、本実施例においてカラーフィルター
の色の組み合わせは赤、緑、青としたが、シアン、マゼ
ンタ、黄色の組み合わせのカラーフィルターを用いた場
合においても十分な色の再現性が得られた。また、本実
施例においては、背景色（非選択部分の色）を黒とした
が、背景色は白の場合においても可能であるのは当然で
ある。 実施例２ 実施例１においては、単独で作製した液晶セル２１、２
３を組み合わせる事によってカラー表示素子を実現した
が、実施例１で示した構成をとるときカラーフィルター
層２２の上下にある透明電極と透明基板は必ず必要とは
されない。そこで、本実施例においてはカラーフィルタ
ーの上下に直接調光層がある構成によって本発明を実現
した例を図５を参照しながら示す。

【００４３】本実施例におけるカラー表示素子は、図５
に示すようにＩＴＯからなる透明電極２６、３０を表面
に形成した１対の透明基板２５、３１を用い、この透明
電極３０の上に第２調光層２９として紫外線硬化性化合
物と液晶との混合溶液をスクリーン印刷法によって約２
０μｍ塗布し、紫外線を照射する事によって混合溶液を
硬化させ高分子分散型液晶とする。硬化させた後に、カ
ラーフィルター２８を第２調光層２９の上に印刷法によ
り直接形成しさらにその上に紫外線硬化性化合物と液晶
との混合溶液をスクリーン印刷法によって約２０μｍ塗
布し、透明電極２６付きの透明基板２５を気泡が入らな
いようにして重ねた後に紫外線を透明基板２５側から照
射する事によって混合溶液を硬化させ第１調光層１と
し、透明基板３１の透明電極３０が構成されている面と
反対の面に光吸収層３２を形成し、カラー表示素子を形
成する。本実施例において使用したネマティック液晶は
第１調光層２７、第２調光層２９共に誘電率異方性が正
の液晶を用いている。また、本実施例においては便宜上
第２調光層２９を先に形成する様に述べたが図５を見て
も分かるように光吸収層３２を除けばカラーフィルター
２８を中心として面対称の構造を持つので第１調光層２
７を先に形成しても何等問題が生じない事は言うまでも
ない。

【００４４】この構造をとる場合、液晶セルに印加され
る電界は透明電極２６と透明電極３０の間に印加される
ので第１調光層２７、第２調光層２９には均一の電界が
印加される事になる、そのために、カラー表示を行うた
めには第１調光層２７と第２調光層２９を構成する組成
を変えることによってしきい電圧を下げ、第１調光層２
７と第２調光層２９のしきい電圧を異ならせる事によっ
て図２（ｂ）で示された光散乱度特性を得るようにす
る。本実施例の場合においては、高分子前駆体のモノマ
ー（２−エチルヘキシルアクリレート）／オリゴマー
（ＵＮ−９０００ＰＥＰ）／液晶（Ｅ８）の比率を変え
ることによって、硬化させた場合におけるしきい電圧を
変化させることによって実現した。具体的には、第１調
光層２７はモノマーとオリゴマーを１対２の割合で混合
し、このようにして作製した紫外線硬化樹脂３５［ｗｔ
％］と液晶６５［ｗｔ％］を混合して１５度で硬化させ
た。また、第２調光層２９はモノマーとオリゴマーを１
対１の割合で混合し、このようにして作製した紫外線硬
化樹脂３０［ｗｔ％］と液晶７０［ｗｔ％］を混合して
１０度で硬化させることによって実現した。

【００４５】このようにして作製した、反射型カラー表
示素子に対して電圧を印加して行くと、電圧無印加時の
白表示であったものが電圧を上げ６［Ｖ］を越えるとま
ず第１調光層２７が光散乱状態より透明状態に変化初め
カラー表示が可能となり、１０［Ｖ］で完全にカラー表
示になる。さらに、電圧を上昇して行くと１２［Ｖ］よ
り第２調光層２９が光散乱状態より透明状態に変化する
ために反射輝度が低下し初め２４［Ｖ］付近で第１調光
層、第２調光層２９とも透明となるために黒表示とな
る。

【００４６】本実施例によるカラー表示素子によるカラ
ー表示の結果を実施例１と同様にして測定した結果、同
様の表示品位を得る事ができた。 実施例３ 実施例２においては、使用したネマティック液晶は第１
調光層２７、第２調光層２９共に誘電率異方性が正の液
晶を用いている。本実施例においては、第２調光層２９
の液晶成分に２周波駆動液晶を用いることにより第２調
光層２９の光散乱状態を電圧無印加の状態で透明とし、
電圧を印加することによって光散乱状態に変化する様に
する。

【００４７】このような光学変化を得るために、本実施
例においては第２調光層２９を構成する液晶成分として
２周波駆動型の液晶（チッソ（株）製ｎ₀ ＝１．５０
９、Δｎ＝０．１５４）を用い、高分子前駆体としては
モノマー（２−エチルヘキシルアクリレート）とオリゴ
マー（ＵＮ−９０００ＰＥＰ）を１：１で混合したもの
を使用し、第２調光層２９を紫外線を照射し形成すると
き５０［Ｖ］の低周波（１００［Ｈｚ］）電圧を印加し
ながら紫外線を照射する事によって混合溶液を硬化させ
液晶分子が初期状態で基板に対して垂直になるようにす
る。また、このときの第１調光層２７はモノマーとオリ
ゴマーを１対２の割合で混合し、このようにして作製し
た紫外線硬化樹脂３５［ｗｔ％］と液晶（Ｅ８）を６５
［ｗｔ％］混合して紫外線を照射することによって硬化
させた。以上に述べた手法により第１調光層２７と第２
調光層２９を構成する事によって、図２（ａ）で示され
た光散乱度特性を得る。このとき、本実施例において第
２調光層２９を構成する際に使用した液晶の場合、クロ
スオーバー周波数（液晶分子の長軸方向の誘電率と短軸
方向の誘電率が等しくなる周波数）は１０［ｋＨｚ］で
あるので、この周波数以上ではΔε＜０となる。よっ
て、高周波電圧（１００［ｋＨｚ］）によって駆動する
と、電圧無印加時の白表示であったものが電圧を上げゆ
き６［Ｖ］を越えたところで第１調光層２７が散乱状態
から透明状態に変化し始め１０［Ｖ］で透明となる。こ
のとき第２調光層２９はまだ透明状態であるので黒表示
となる。さらに印加電圧を上げると２５［Ｖ］において
第２調光層２９は透明状態より散乱状態に変化し始め４
５［Ｖ］で完全に散乱状態となりカラー表示を得ること
が可能となった。以上の結果、コントラストの良い白黒
表示とカラー表示を同一の画素内で行う事が可能であっ
た。

【００４８】本実施例の場合においては、第２調光層２
９として用いる事が可能となるデバイスは透明状態から
散乱状態に変化する特性を示すＤＳＭ等のデバイスであ
ればよく、２周波駆動型液晶を用いたの高分子分散型液
晶に限られるものではない。 実施例４ 実施例３においては、第２調光層２９が電圧無印加状態
において透明であり、電圧印加状態において光散乱状態
となるようにするために、高分子分散液晶層を構成する
液晶成分に２周波駆動液晶を用いたが、本実施例におい
ては基本骨格中に芳香族環を持ちΔεが負の液晶を用
い、初期配向を磁場によって与えることで電圧無印加状
態において透明であり、電圧印加状態において光散乱状
態を作りだした。

【００４９】このような光学変化を得るために、本実施
例においては第２調光層２９を構成する液晶成分として
Δεが負の液晶（ｎ₀ ＝１．５０９、Δｎ＝０．１５
４、Δε＝−３．１）を用い、高分子前駆体としてはモ
ノマー（２−エチルヘキシルアクリレート）とオリゴマ
ー（ＵＮ−９０００ＰＥＰ）を１：１で混合したものを
使用し、この高分子前駆体を３５［ｗｔ％］、液晶を６
５［ｗｔ％］の割合で混合した溶液に対して、紫外線を
照射し形成するとき液晶のフレデリックス転移点より十
分に大きな値ということで１０［ｋＧ］の磁界を与えな
がら紫外線を照射する事によって混合溶液を硬化させ液
晶分子が初期状態で基板に対して垂直になるようにし第
２調光層２９を形成する。また、このときの第１調光層
２７はモノマーとオリゴマーを１対２の割合で混合し、
このようにして作製した紫外線硬化樹脂３５［ｗｔ％］
と液晶（Ｅ８）を６５［ｗｔ％］混合して紫外線を照射
することによって硬化させた。以上に述べた手法により
第１調光層２７と第２調光層２９を構成する事によっ
て、図２（ａ）で示された光散乱度特性を得る。このと
き、本実施例において第２調光層２９を構成する際に使
用した液晶の場合、電圧無印加時の白表示であったもの
が電圧を上げゆき６［Ｖ］を越えたところで第１調光層
２７が散乱状態から透明状態に変化し始め１０［Ｖ］で
透明となる。このとき第２調光層２９はまだ透明状態で
あるので黒表示となる。さらに印加電圧を上げると３０
［Ｖ］のにおいて第２調光層２９は透明状態より散乱状
態に変化し始め５２［Ｖ］で完全に散乱状態となりカラ
ー表示を得ることが可能となった。以上の結果、コント
ラストの良い白黒表示とカラー表示を同一の画素内で行
う事が可能であった。

【００５０】

【発明の効果】本発明による、反射型カラー素子によれ
ば、カラー表示と高コントラストの白黒表示を同一画素
において表現することで、表示品位の高い反射型カラー
液晶ディスプレイを構成することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による反射型カラー表示素子の基本構成
図である。

【図２】本発明の作用を説明するための図である。

【図３】本発明の実施例の断面図である。

【図４】本発明の効果を示す図である。

【図５】本発明の別の実施例を示す断面図である。

【図６】従来の技術を示す断面図である。

【符号の説明】

１…透明基板 ２…カラーフィルター ３…透明電極 ４…調光層 ５…透明電極 ６…光反射層 ７…基板 ８…光吸収層 ９…第１調光層 １０…カラーフィルター層 １１…第２調光層 １２…光吸収層 １３…自然光入射方向 １４…第１調光層の光散乱度特性 １５…第２調光層の光散乱度特性 １６…透明基板 １７…透明電極 １８…調光層 １９…透明電極 ２０…透明基板 ２１…第１液晶セル ２２…カラーフィルター ２３…第２液晶セル ２４…光吸収層 ２５…透明基板 ２６…透明電極 ２７…第１調光層 ２８…カラーフィルター層 ２９…第２調光層 ３０…透明電極 ３１…透明基板 ３２…光吸収層

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02F 1/1347 G02F 1/1333 G02F 1/1335 505 G09F 9/00 326 G09G 3/36

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、電極と、光散乱状態と透明状態と
   を外部電場により制御可能な第１調光層と、カラーフィ
   ルター層と、光散乱状態と透明状態とを外部電場により
   制御可能な第２調光層と、前記電極に対向する電極と、
   前記基板に対向する基板とを光の入射側からこの順に設
   け前記第１調光層及び前記カラーフィルター層、前記第
   ２調光層を透過した光を吸収する光吸収層を、光の入射
   側からみて前記第２調光層よりも後ろに設けたことを特
   徴とするカラー表示素子。
2. 【請求項２】前記第１調光層または前記第２調光層のう
   ち少なくとも一方は、液晶材料を光硬化性化合物中に分
   散した層からなる事を特徴とする請求項１記載のカラー
   表示素子。
3. 【請求項３】請求項１記載のカラー表示素子の駆動方法
   であって、黒表示を行うときは、前記第１調光層及び前
   記第２調光層を共に透明状態とし、カラー表示を行うと
   きは、前記第１調光層を透明状態とし、前記第２調光層
   を光散乱状態とし、白表示を行うときは、前記第１調光
   層を光散乱状態とすることを特徴とするカラー表示素子
   の駆動方法。
4. 【請求項４】前記第１調光層または前記第２調光層の内
   少なくとも一方は、電圧無印加時に光透過状態を示し、
   所定のしきい値電圧より大きい電圧の印加により光散乱
   状態を示す調光層である事を特徴とする請求項１記載の
   カラー表示素子。
5. 【請求項５】前記調光層は、誘電率異方性が少なくとも
   負の値をとることのできる液晶材料を光硬化性化合物中
   に分散した層からなり、この液晶材料の光硬化性化合物
   との界面が所定の配向状態を保っていることを特徴とす
   る請求項４記載のカラー表示素子。
6. 【請求項６】誘電率異方性が負の値をとることのできる
   液晶材料と光硬化性化合物との混合溶液に電場または磁
   場の内少なくとも一方を印加しながら光を照射し硬化さ
   せ調光層を形成することを特徴とする請求項５記載のカ
   ラー表示素子の製造方法。
7. 【請求項７】第１の基板と、前記基板上に有する第１の
   電極と、前記電極上に有する第１調光層と、前記第１調
   光層上に有するカラーフィルター層と、前記カラーフィ
   ルター層上に有する第２調光層と、前記第２調光層上に
   有する光吸収層と 、前記第１の電極に対向する第２の電
   極と、前記基板に対向する第２の基板とを有することを
   特徴とするカラー表示素子。
8. 【請求項８】前記第１の調光層と前記第２の調光層とが
   異なるしきい値電圧を有し、それぞれが前記第１の電極
   と前記第２の電極とにより印加される構造であることを
   特徴とする請求項７記載のカラー表示素子。