JP3493454B2

JP3493454B2 - 積層型液晶表示素子

Info

Publication number: JP3493454B2
Application number: JP2000230464A
Authority: JP
Inventors: 真和岡田
Original assignee: ミノルタ株式会社
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 2000-07-31
Publication date: 2004-02-03
Anticipated expiration: 2020-07-31
Also published as: JP2001109012A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コレステリック相
を示す液晶を含む液晶層が複数積層された積層型液晶表
示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】コレステリック相を示す液晶を含む液晶
層を有する液晶表示素子（コレステリック相液晶表示素
子）は、液晶そのものが双安定性を示すことからＴＦＴ
等のアクティブ素子を用いなくても高精細表示を行うこ
とができる。コレステリック相を示す液晶（コレステリ
ック相液晶）は、ヘリカル軸が基板に対して垂直な方向
に並んだプレーナ状態で、ヘリカルピッチと該液晶の平
均屈折率の積に対応する波長の光を選択的に反射する。

【０００３】コレステリック相液晶表示素子の選択反射
波長を可視波長域に設定し、液晶表示素子の観察側と反
対側の面に光吸収体を配置すると、反射型の表示を行う
ことができる。可視波長域に互いに異なる選択反射波長
を有する複数のコレステリック相液晶表示素子を積層し
て積層型液晶表示素子を構成すると、その積層型液晶表
示素子は反射型のマルチカラー表示を行うことができ
る。この積層型液晶表示素子において、各液晶表示素子
における表示色の中間調制御を行うことで、フルカラー
表示を行うことができる。

【０００４】このコレステリック相液晶表示素子が複数
積層された反射型の積層型液晶表示素子は、すなわち、
コレステリック相液晶を含む液晶層が複数積層された反
射型の積層型液晶表示素子は、バックライト、偏光板、
マイクロカラーフィルタを必要とせず、１画素表示エリ
アにおいて全色を表示できる。したがって、明るく、且
つ、安価な反射型フルカラー液晶表示素子を実現でき
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このコレス
テリック相液晶表示素子が複数積層された積層型液晶表
示素子において、色バランスの優れた表示を行うために
は数々の制約がある。

【０００６】特に、積層された各液晶層個々の反射特性
と、液晶層を挟持する基板やその基板上に形成されてい
る電極等の部材の透過特性が非常に重要である。

【０００７】例えば、赤色波長領域に選択反射波長のピ
ークを有する液晶層（Ｒ液晶層）、緑色波長領域に選択
反射波長のピークを有する液晶層（Ｇ液晶層）及び青色
波長領域に選択反射波長のピークを有する液晶層（Ｂ液
晶層）の三つの液晶層が、観察側からＲ、Ｇ、Ｂ液晶層
の順に積層されたＲＧＢ積層型液晶表示素子について考
えてみる。

【０００８】観察側から最も遠くに配置されたＢ液晶層
から反射される光は、Ｂ液晶層よりも観察側に配置され
た二つのＲ、Ｇ液晶層及びこれら液晶層を挟持する基板
や、その基板上に形成されている電極等を透過しなけれ
ば観察できないため、少なからずその入射光及び反射光
はロスしてしまう。したがって、各液晶層の反射率が同
等の場合、赤色が比較的強く、青色が比較的弱い表示に
なってしまい、色バランスがよくない。電極としてＩＴ
Ｏ電極を用いる場合には、ＩＴＯ電極が青色の光を吸収
する特性があるため、さらに青色の表示特性は悪化す
る。

【０００９】また、コレステリック相液晶の選択反射に
は視野角依存性があり、表示面に斜めから光が入射した
り、表示面の斜めから観察すると、選択反射波長が短波
長側にシフトして、表示色の色相が変化する。このシフ
ト量は、その選択反射波長が長いほど大きくなる。上記
ＲＧＢ積層型液晶表示素子において、各液晶層の半値幅
がほぼ同じであるときには、表示面の斜めから観察する
などすると、Ｒ液晶層の選択反射波長は比較的大きくシ
フトするため、表示される赤色の色相が大きくかわり、
良好な表示を行うことが難しい。

【００１０】そこで、本発明は、複数の液晶層が積層さ
れた積層型液晶表示素子であって、光の利用効率が高
く、観察方向等を変えても色相の変化が少なく、表示色
の色バランスのよい積層型液晶表示素子を提供すること
を課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、複数の液晶層が積層された積層型液晶表示
素子であって、前記各液晶層は、電極がそれぞれに形成
されている一対の基板に挟持されているとともに、可視
波長域に選択反射波長のピークを有するコレステリック
相を示す液晶を含んでおり、いずれの液晶層の選択反射
波長も、その液晶層に隣合う観察側の液晶層の選択反射
波長よりも大きく、いずれの液晶層の選択反射ピークの
半値幅も、その液晶層に隣合う観察側の液晶層の選択反
射ピークの半値幅よりも大きく、いずれの液晶層のピー
ク反射率も、その液晶層に隣合う観察側の液晶層のピー
ク反射率よりも大きく、全ての液晶層が最大反射率の反
射状態であるときに表示される色のＸＹＺ表色系におけ
る色度座標位置が、標準白色点の色度座標位置から距離
０．０２以内の範囲に存在することを特徴とする積層型
液晶表示素子を提供する。

【００１２】本発明の積層型液晶表示素子は、複数の液
晶層を有しており、これら液晶層は積層されている。

【００１３】各液晶層は、一対の基板に挟持されてい
る。各基板にはそれぞれ電極が形成されている。隣合う
二つの液晶層の間に基板（共通基板）を一つだけ配置し
て、その共通基板をこれら二つの液晶層の挟持に利用し
てもよい。電極は基板上に直接形成されたものでもよ
く、他の層（例えば、後述するフィルタ層）を介して基
板上に形成されたものでもよい。また、電極上に他の層
（例えば、絶縁層、後述するフィルタ層）を設けてもよ
い。

【００１４】積層型液晶表示素子が有する複数の基板
は、例えば、それら全てを透明基板とすればよい。観察
側から最も離れた位置に配置される基板については透明
でなくてもよい。透明基板材料としては、例えば、ポリ
エチレンテレフタレート、ポリカーボネイト、ポリエー
テルスルホン等の樹脂や、ガラス等を挙げることができ
る。透明基板は、可視波長域において十分な透過率を有
するものであることが好ましい。積層型液晶表示素子が
有する複数の電極は、例えば、それら全てを透明電極と
すればよい。観察側から最も離れた位置に配置される電
極については透明でなくてもよい。透明電極としては、
ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、SnO₂、InO₃等の材料から
なる電極、薄い金属膜からなる電極等を挙げることがで
きる。電極は、例えばスパッタ法、真空蒸着法、印刷法
等によって基板上に形成することができる。

【００１５】各液晶層は、可視波長域に選択反射波長の
ピークを有するコレステリック相を示す液晶を含んでい
る。コレステリック相を示す液晶としては、コレステリ
ック液晶、ネマティック液晶に所望のヘリカルピッチが
得られるようにカイラル剤を添加したカイラルネマティ
ック液晶を例示できる。液晶層は、コレステリック相を
示す液晶の他、例えば、液晶の厚み（基板間のギャッ
プ）を調整するためのスペーサなどを含んでいてもよ
い。

【００１６】液晶層は例えば次のようにして形成するこ
とができる。例えば、両基板及び両基板間の外周部分に
設けられたシール壁で囲まれる空間内に真空注入法でコ
レステリック相を示す液晶を注入することで、液晶層を
形成することができる。また、例えば、両基板のうち一
方の基板にシール壁を形成しておき、いずれか一方の基
板にコレステリック相を示す液晶を滴下後、その基板に
他方の基板を重ね合わせても、液晶層を形成することが
できる。

【００１７】本発明の積層型液晶表示素子は、例えば、
赤色波長領域に選択反射波長のピークを有する液晶層
（赤色表示用液晶層、Ｒ液晶層）、緑色波長領域に選択
反射波長のピークを有する液晶層（緑色表示用液晶層、
Ｇ液晶層）及び青色波長領域に選択反射波長のピークを
有する液晶層（青色表示用液晶層、Ｂ液晶層）の三つの
液晶層が積層されたものとすることができる。この積層
型液晶表示素子を以降の説明ではＲＧＢ積層型液晶表示
素子と呼ぶ。

【００１８】複数の液晶層のうち少なくとも一つの液晶
層内或いは当該液晶層の観察側には、当該液晶層の選択
反射波長よりも短い波長の光を吸収するためのフィルタ
手段が設けられていてもよい。フィルタ手段としては、
前記少なくとも一つの液晶層内に設けられた色材（色素
等）であってもよく、また前記少なくとも一つの液晶層
の観測者側に設けられたフィルタ層であってもよい。

【００１９】フィルタ手段は、前記少なくとも一つの液
晶層（以下、対象液晶層と称する。）の選択反射波長よ
りも短い全ての波長の光を吸収する必要はない。フィル
タ手段は、例えば、対象液晶層の選択反射波長よりも短
い波長の光であって、可視光域の光を吸収できればよ
い。また、上記したＲＧＢ積層型液晶表示素子のＢ液晶
層が対象液晶層の場合、紫外線域の波長光を吸収すれば
よい。フィルタ手段は、各液晶層それぞれに対して設け
ることが好ましい。

【００２０】フィルタ手段としてフィルタ層を採用する
場合、このフィルタ層は対象液晶層と、該対象液晶層に
隣合う観察側の液晶層の間に配置すればよい。例えば、
対象液晶層の観察側の基板の観察側に配置すればよく、
より具体的には、例えば、対象液晶層の観察側の電極と
該対象液晶層の間、或いは、対象液晶層の観察側の電極
と該電極が形成されている基板の間に配置してもよい。
フィルタ層は、例えば、光吸収材料（フィルタ材料）を
スピンコート法や、印刷法で所定面上に塗布することで
形成することができる。フィルタ層は、光吸収材料（フ
ィルタ材料）からなるフィルムを所定面上に貼り付ける
ことでも形成できる。

【００２１】上述したようなフィルタ手段を設ける利点
については後述する。

【００２２】本発明の積層型液晶表示素子においては、
いずれの液晶層の選択反射波長（選択反射波長のピーク
波長、選択反射ピーク波長）も、その液晶層に隣合う観
察側の液晶層の選択反射波長よりも大きい。すなわち、
積層型液晶表示素子が積層されたｎ個（ｎは、２以上の
整数）の液晶層を有している場合、これら各液晶層の選
択反射波長を観察側から順にλ１、λ２、・・・、λｎ
とすると、次式１を満たしている。

【００２３】 λ１＜λ２＜・・・・＜λｎ・・・（式１）すなわち、観察側から遠い液晶層ほど、選択反射波長は
大きい。前記ＲＧＢ積層型液晶表示素子においては、観
察側からＢ液晶層、Ｇ液晶層、Ｒ液晶層の順に配置され
る。式１の関係を満たすようにした理由については後述
する。

【００２４】また、いずれの液晶層の選択反射ピークの
半値幅も、その液晶層に隣合う観察側の液晶層の選択反
射ピークの半値幅よりも大きい。すなわち、積層型液晶
表示素子が積層されたｎ個（ｎは、２以上の整数）の液
晶層を有している場合、これら各液晶層の選択反射ピー
クの半値幅を観察側から順にΔλ１、Δλ２、・・・、
Δλｎとすると、次式２を満たしている。

【００２５】 Δλ１＜Δλ２＜・・・・＜Δλｎ・・・（式２）すなわち、観察側から遠い液晶層ほど、選択反射ピーク
の半値幅は大きい。式２の関係を満たすようにした理由
については後述する。なお、液晶層の選択反射ピークの
半値幅Δλは、（λ_H−λ_L）である。波長λ_H、λ_L
（λ_H＞λ_L）は、それぞれその液晶層の反射率が、選
択反射波長（選択反射ピーク波長）の光を反射するとき
の反射率の１／２の反射率となる波長である。以降の説
明では、選択反射ピークの半値幅を単に半値幅というこ
とがある。

【００２６】また、いずれの液晶層のピーク反射率も、
その液晶層に隣合う観察側の液晶層のピーク反射率より
も大きい。すなわち、積層型液晶表示素子が積層された
ｎ個（ｎは、２以上の整数）の液晶層を有している場
合、これら各液晶層のピーク反射率を観察側から順に％
Ｒ１、％Ｒ２、・・・、％Ｒｎとすると、次式３を満た
している。

【００２７】％Ｒ１＜％Ｒ２＜・・・・＜％Ｒｎ・・・（式３）すなわち、観察側から遠い液晶層ほど、ピーク反射率は
大きい。式３の関係を満たすようにした理由については
後述する。

【００２８】なお、前記選択反射波長λ１〜λｎ、半値
幅Δλ１〜Δλｎ、ピーク反射率％Ｒ１〜％Ｒｎの各値
は、積層されていない状態での液晶層が個々に有する値
である。

【００２９】本発明の積層型液晶表示素子においては、
全ての液晶層が最大反射率の反射状態であるときに表示
される色の色度座標位置Ｐは、標準白色点の色度座標位
置から距離０．０２以内の範囲に存在する。すなわち、
全ての液晶層が最大反射率の反射状態であるときに表示
される色の色度座標位置Ｐと、標準白色点の色度座標位
置Ｐとの距離ｄが０．０２以下である。表示色の色度座
標位置Ｐ（ｘ，ｙ）、標準白色点の色度座標位置Ｐ
₀（ｘ₀，ｙ₀）、距離ｄは、いずれもＸＹＺ表色系に
おけるものである。すなわち、次式４を満たしている。

【００３０】ｄ＝√（（ｘ−ｘ₀）²＋（ｙ−ｙ₀）²）≦０．０２・・・（式４）表示色の色度座標位置は、光源として標準の光Ｄ₆₅、標
準の光Ａ、標準の光Ｃ、蛍光ランプＦ₂、蛍光ランプＦ
₆、蛍光ランプＦ₇、蛍光ランプＦ₈、蛍光ランプＦ₁₀
又は蛍光ランプＦ₁₁を用いて測定された値である。これ
ら光源のうちいずれか一つの光源を用いて測定したとき
に式４を満たしていればよい。標準白色点の色度座標位
置は、測定に用いた光源に対応するものである。例え
ば、標準の光Ｄ₆₅を用いたときには、標準白色点の色度
座標位置Ｐ₀は、（ｘ₀，ｙ₀）＝（０．３１２７，
０．３２９０）である。また、例えば、標準の光Ａを用
いたときには、標準白色点の色度座標位置Ｐ₀は、（ｘ
₀，ｙ₀）＝（０．４４７６，０．４０７４）である。

【００３１】式４を満たすということは、全ての液晶層
が最大反射率の反射状態であるときに表示される色が白
色であるとともに、その表示された白色の色合いがよい
ことを意味している。全ての液晶層が最大反射率の反射
状態であるときに、式４を満たしているので、積層型液
晶表示素子を表示駆動回路で制御するときに有利とな
る。

【００３２】前記ＲＧＢ積層型液晶表示素子において、
全ての液晶層が最大反射率の反射状態であるときに表示
される色は白色であり、その表示された白色が式４を満
たしているということは、赤、緑、青色の各色がバラン
ス良く混ざり合って白色が表示されていることを意味す
る。

【００３３】積層型液晶表示素子において、式４を満た
す液晶層の組み合わせは多数存在するが、本発明の積層
型液晶表示素子においては前記式１〜式３も同時に満た
すため、各液晶層単独での表示色、混色（白色を含
む）、中間色についても色純度を良くすることができ
る。

【００３４】式１〜式３を満たすようにした理由につい
て以下に述べる。また、前記フィルタ手段を設ける利点
についても以下に述べる。

【００３５】本発明の積層型液晶表示素子においては、
各液晶層は前述のようにコレステリック相を示す液晶を
含んでいる。液晶層の液晶がプレーナ状態であるときの
液晶層の選択反射スペクトルの形状は、該液晶のコレス
テリックピッチ（ヘリカルピッチ）、屈折率異方性、厚
み（基板ギャップ）によりおおよそ決定される。コレス
テリックピッチ、屈折率異方性、液晶厚みは、完全拡散
照明下での液晶層の選択反射波長、半値幅、ピーク反射
率にそれぞれ影響を与える。積層型液晶表示素子で色純
度等が良好な表示を行うためには、各液晶層の各特性値
をうまくマッチングさせる必要がある。

【００３６】液晶層のコレステリック相を示す液晶とし
て、ネマティック液晶にカイラル剤を添加したカイラル
ネマティック液晶を採用する場合、該液晶のコレステリ
ッピッチはホスト液晶であるネマティック液晶に捩じれ
力を付与するカイラル剤の添加量によって調整すること
ができる。カイラル剤の添加量を多くすれば、捩じれ力
が強くなり、コレステリックピッチは短くなって、選択
反射波長は短くなる。選択反射波長λは、次式５で表せ
る。

【００３７】λ＝ｎ×Ｐ・・・（式５）ここで、ｎは液晶の平均屈折率、Ｐはカイラル剤添加量
によって調整できるコレステリックピッチである。

【００３８】液晶層の半値幅に影響するカイラルネマテ
ィック液晶の屈折率異方性は、ホスト液晶であるネマテ
ィック液晶の屈折率異方性に大きく依存し、カイラル剤
の添加によって小さくはなる。半値幅Δλは、次式６に
よって表せる。

【００３９】Δλ＝Δｎ×Ｐ・・・（式６）ここで、Δｎはカイラルネマティック液晶の屈折率異方
性、Ｐはカイラル剤添加量によって調整できるコレステ
リックピッチである。

【００４０】液晶厚み（液晶層厚み）は、その液晶を挟
持する基板間ギャップ（電極間ギャップ）に相当する。
液晶厚みは、基板間に球状のスペーサを配置するときに
はそのスペーサ粒径によって調整することができる。液
晶厚みが小さいと、反射に寄与する螺旋構造の数が減少
するため、該液晶がプレーナ状態であるときのピーク反
射率は小さくなる。逆に、液晶厚みを大きくすると、該
液晶がプレーナ状態であるときのピーク反射率を大きく
することができる。ここで言う螺旋構造の数とは、電極
面法線方向（基板面法線方向）に並んだコレステリック
ピッチの数である。

【００４１】コレステリック相を示す液晶が選択反射す
るときの一つの特徴として、選択反射波長域以外の波長
の光の透過性を挙げることができる。選択反射波長域よ
り長い波長の光と、短い波長の光を比べた場合、長い波
長の光の方が透過率は高くなる。したがって、選択反射
波長が小さい液晶層ほど観察側に近く配置することで、
光の利用効率を高めることができる。すなわち、光の利
用効率を高めるためには、液晶層は前記式１を満たすよ
うに積層すればよい。換言すれば、式１を満たすように
液晶層を積層することで、光の利用効率を高めることが
できる。また、電極としてＩＴＯ透明電極を採用する場
合には、ＩＴＯ電極は青色波長域（可視光域における短
波長域）の光を吸収する特性があるため、この点を考慮
しても式１を満たすように液晶層は積層すればよい。

【００４２】例えば、前記ＲＧＢ積層型液晶表示素子に
おいては、観察側からＢ液晶層、Ｇ液晶層、Ｒ液晶層の
順に積層すればよい。このＲＧＢ積層型液晶表示素子に
おいてＩＴＯ電極を採用しても、観察側に最も近い位置
にはＢ液晶層が配置されているため、可視光はＩＴＯ電
極を一回透過すればＢ液晶層に到達できる。したがっ
て、他の位置にＢ液晶層が配置されているときに比べ
て、青色表示を良好に行うことができる。それだけ観察
者は青色を視認しやすい。また、青色との混色によって
表示される色の表示も良好に行うことができる。

【００４３】液晶層を式１を満たすように積層した理由
には、別の理由もあるが、それについては後述する。

【００４４】積層型液晶表示素子において、選択反射波
長の長い液晶層ほど半値幅が大きいことが好ましい。こ
れは、次の理由による。コレステリック相を示す液晶の
選択反射には視野角依存性があり、表示面に斜めから光
が入射したり、表示面の斜めから観察すると、選択反射
波長が短波長側にシフトして、表示色の色相が変化す
る。このシフト量は、その選択反射波長が長いほど大き
くなる。ただし、シフト量が同じでも、半値幅が大きい
ほど色相の変化は小さくなる。液晶層の半値幅を大きく
すると色相変化は小さくなるが、逆にその液晶層が単独
で表示する色の純度が低下するため、半値幅を大きくす
るのにも限度がある。色相変化及び表示色の純度の双方
を考慮すれば、上記のように選択反射波長の長い液晶層
ほど半値幅を大きくすればよい。本発明の積層型液晶表
示素子においては、選択反射波長に関する条件式１を満
たすように複数の液晶層は積層されているので、これら
液晶表層は半値幅に関する条件式２を満たせばよい。式
２を満たすことで、各液晶層の表示色の色相の変化を抑
制できるとともに、各液晶層の表示色の純度低下も抑制
できる。

【００４５】液晶層のピーク反射率については、その液
晶層よりも観察側に配置されている液晶層を光が透過す
るときのロスを考慮すると、また、混色（白色を含む）
を表示するときの成分色のバランスを考慮すると、観察
側から遠い液晶層ほどピーク反射率が大きいほうがよ
い。すなわち、前記式３を満たしていることが好まし
い。本発明の積層型液晶表示素子においては、式３を満
たしているため、それだけ混色を表示するときの成分色
のバランスがよく、混色の色あいがよい。

【００４６】前記フィルタ手段を設ける利点は、次の理
由による。前述のようにコレステリック相を示す液晶が
選択反射を行うとき、選択反射波長域より短い波長の光
の透過率は、長い波長領域の光の透過率よりも低い。こ
れはコレステリック相を示す液晶の内部おける散乱が原
因であり、反射スペクトルを観察した場合選択反射波長
域より短い波長の光は散乱光として観察される。例え
ば、前記ＲＧＢ積層型液晶表示素子においては、Ｒ液晶
層における散乱が顕著に観察される。Ｒ液晶層は、赤色
波長の光を選択反射するのとは別に、緑色及び青色波長
の光を散乱し、この散乱によって赤色の色純度が低下し
やすく、赤色の視認性は低下する。この散乱光を吸収カ
ットすれば、赤色の純度を高めることができる。したが
って、前述のようにＲ液晶層を対象液晶層とする場合、
選択反射波長（赤色波長）より短い緑及び青色波長の光
を吸収する赤色のフィルタ手段を設けておけばよい。同
様に、Ｇ液晶層を対象液晶層とする場合、選択反射波長
（緑色波長）より短い青色波長の光を吸収する黄色のフ
ィルタ手段を設けておけばよい。また、Ｂ液晶層を対象
液晶層とする場合、選択反射波長（青色波長）より短い
紫外線を吸収する紫外線カット用フィルタ手段（紫外線
吸収フィルタ手段）を設けておけばよい。ＲＧＢ積層型
液晶表示素子においては、前述のようにＢ液晶層を最も
観察側に近い位置に配置するため、Ｂ液晶層に対して設
けた紫外線カットフィルタ手段で、各液晶層の液晶等の
劣化も抑制できる。特に、フィルタ手段としてフィルタ
層を採用する場合、この紫外線カットフィルタ層は、Ｂ
液晶層より観測者側、即ち、ＲＧＢ液晶層の全てに関し
ていっても観測者側に設けられることになるため、紫外
線域の光成分はこれら液晶層に実質的に入射しない。前
述のように少なくとも一つの液晶層に対してフィルタ手
段を設ければよく、例えば、ＲＧＢ積層型液晶表示素子
においては、散乱光の影響が大きいＲ液晶層に対してだ
けフィルタ手段を設けてもよい。なお、前記各フィルタ
手段には、表示面を斜めから観察するなどしたときに生
じる表示色の色相の変化（角度依存性）を低減する効果
もある。

【００４７】本発明の積層型液晶表示素子においては、
前記式１を満たすように液晶層が積層されているため、
複数の液晶層のいずれの１又は２以上の液晶層にその液
晶層の選択反射波長より短い波長の光を吸収するための
フィルタ手段を設けても、そのフィルタ手段の対象液晶
層及び当該対象液晶層より観察側から離れた位置の液晶
層にとって必要な光成分までそのフィルタ手段は吸収し
ない。別の言い方をすると、前記式１を満たさないよう
に液晶層が積層されている場合には、液晶層に対して上
記のようなフィルタ手段を設けることで、その液晶層よ
り観察側から離れた側に配置された液晶層に必要な波長
の光までも、そのフィルタ手段が吸収してしまうことが
ある。

【００４８】したがって、前述のように光の利用効率を
高くするためにも、また、各液晶層の表示色の色純度を
高めるためのフィルタ手段を設けるためにも、前記式１
を満たしている必要がある。また、このようなフィルタ
手段を各液晶層に対して設けることで、積層型液晶表示
素子の表示特性を最適化する場合に散乱光について考慮
する必要がなくなるため、設計が容易になる。

【００４９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。（１）図１に本発明に係る積層型液晶表示素子の概略
構成図を示す。

【００５０】図１に示す積層型液晶表示素子Ｅ１は、三
つの液晶表示素子１、２、３を有している。これら液晶
表示素子１、２、３はこの順に積層されている。この積
層型液晶表示素子Ｅ１においては、図１において一番上
側に配置された液晶表示素子１の上側からその表示を観
察する。

【００５１】液晶表示素子１、２、３は、本例では、そ
れぞれ青色、緑色、赤色表示を行うためのものである。

【００５２】液晶表示素子１は、透明電極１３、１４が
それぞれ形成されている透明基板１１、１２と、これら
基板間に挟まれた液晶層１５を有している。基板１１の
観察側にはフィルタ層（光制御層）１６が設けられてい
る。

【００５３】液晶表示素子２は、透明電極２３、２４が
それぞれ形成されている透明基板２１、２２と、これら
基板間に挟まれた液晶層２５を有している。基板２１の
観察側にはフィルタ層２６が設けられている。

【００５４】液晶表示素子３は、透明電極３３、３４が
それぞれ形成されている透明基板３１、３２と、これら
基板間に挟まれた液晶層３５を有している。基板３１の
観察側にはフィルタ層３６が設けられている。

【００５５】本例においては、液晶表示素子１、２、３
を観察側からこの順に積層することで、液晶層１５、２
５、３５はこの順に積層されている。

【００５６】液晶層１５、２５、３５は、本例では、い
ずれもネマティック液晶に所望のヘリカルピッチが得ら
れるようにカイラル剤を添加したカイラルネマティック
液晶を含んでいる。なお、図示を省略したが、液晶層１
５、２５、３５は、いずれも基板間隔を制御するため
の、換言すれば、液晶層厚み（液晶厚み）を制御するた
めの球状スペーサを含んでいる。液晶層１５は、青色波
長領域に選択反射波長のピークを有している。液晶層２
５は、緑色波長領域に選択反射波長のピークを有してい
る。液晶層３５は、赤色波長領域に選択反射波長のピー
クを有している。すなわち、液晶層１５、２５、３５
は、それぞれは青、緑、赤色表示用の液晶層である。

【００５７】液晶表示素子３の観察側と反対側には、黒
色の光吸収体４が配置されている。

【００５８】積層型液晶表示素子Ｅ１においては、各液
晶表示素子の電極間に印加する電圧をそれぞれ制御する
ことで、フルカラー表示を行うことができる。

【００５９】本発明の積層型液晶表示素子Ｅ１において
は、各液晶層の選択反射波長（選択反射波長のピーク波
長）、半値幅、ピーク反射率は、次の式７〜式９に示す
関係を全て満たしている。

【００６０】 λ１＜λ２＜λ３・・・（式７） Δλ１＜Δλ２＜Δλ３・・・（式８）％Ｒ１＜％Ｒ２＜％Ｒ３・・・（式９）ここで、λ１、λ２、λ３は、液晶層１５、２５、３５
それぞれの選択反射波長である。Δλ１、Δλ２、Δλ
３は、液晶層１５、２５、３５それぞれの半値幅であ
る。％Ｒ１、％Ｒ２、％Ｒ３は、液晶層１５、２５、３
５それぞれのピーク反射率である。

【００６１】選択反射波長λ１、λ２、λ３は、前述の
ようにそれぞれ青色波長、緑色波長、赤色波長である。

【００６２】また、本発明の積層型液晶表示素子Ｅ１に
おいては、全ての液晶層が最大反射率の反射状態である
ときに表示される色（白色）のＸＹＺ表色系における色
度座標位置と、標準白色点の色度座標位置の距離ｄは、
次式１０を満たしている。

【００６３】ｄ≦０．０２・・・（式１０）さらに、本発明の積層型液晶表示素子Ｅ１においては、
前述のように各液晶層の観察側にはフィルタ層が設けら
れている。液晶層１５に対して設けられたフィルタ層１
６は、液晶層１５の選択反射波長である青色波長よりも
短い紫外線を吸収するために設けられている。なお、フ
ィルタ層１６は、本例では、基板１１上に直接設けた
が、タッチパネル等の他の部材を介して基板１１上に設
けてもよい。液晶層２５に対して設けられたフィルタ層
２６は、液晶層２５の選択反射波長である緑色波長より
も短い青色波長の光を吸収するために設けられている。
液晶層３５に対して設けられたフィルタ層３６は、液晶
層３５の選択反射波長である赤色波長よりも短い緑及び
青色波長の光を吸収するために設けられている。

【００６４】このように式７〜式１０を満たすようにし
た理由及びフィルタ層１６〜３６を設けた理由は前記し
たとおりである。そのため、本発明の積層型液晶表示素
子Ｅ１は、光の利用効率が高く、表示面に垂直な方向と
斜めの方向の間で観察方向を変えるなどしても表示色の
色相の変化が少く、表示色の色バランスがよい。

【００６５】これらの利点は、次の実施例１〜３と比較
例１〜３の積層型液晶表示素子を比較することでも確認
できる。実施例１〜３の積層型液晶表示素子は、前記式
７〜１０の関係を満たしているとともに、各液晶層に対
してフィルタ層が設けられている。これに対して、比較
例１の積層型液晶表示素子にはフィルタ層が設けられて
いない。比較例２の積層型液晶表示素子は前記式８及び
式１０を満たしていない。比較例３の積層型液晶表示素
子は前記式９及び式１０を満たしていない。（２）以下、実施例１〜３及び比較例１〜３について
述べる。（２−１）実施例１実施例１においては、図１に示す構造の積層型液晶表示
素子を次のように作成した。

【００６６】各液晶表示素子における透明電極付き透明
基板として、スミライトＦＳＴ−５３５２（住友ベーク
ライト社製）を採用した。フィルタ層２６として、図２
に示す分光透過率を示すものを採用した。フィルタ層３
６として、図３に示す分光透過率を示すものを採用し
た。

【００６７】各液晶層における液晶として、ネマティッ
ク液晶にカイラル剤を添加したカイラルネマティック液
晶を採用した。各液晶層におけるカイラル剤の添加量等
を調整することで、積層されていない状態での各液晶層
個々の選択反射波長及び半値幅を次表１に示すように設
定した。また、各液晶層における液晶厚み（基板ギャッ
プ、セルギャップ）を調整することで、積層されていな
い状態での各液晶層個々のピーク反射率を次表１に示す
ように設定した。積層されていない単独の状態での各液
晶層の反射スペクトルは図４に示すとおりであった。

【００６８】表１選択反射波長半値幅ピーク反射率液晶層１５（Ｂ）４７０ｎｍ７０ｎｍ３２％液晶層２５（Ｇ）５５０ｎｍ１００ｎｍ３６％液晶層３５（Ｒ）６７０ｎｍ１２０ｎｍ４０％これら液晶層を前述のように積層することで、積層型液
晶表示素子を得た。

【００６９】この積層型液晶表示素子において、各液晶
層が最大反射率の反射状態となるように電圧を印加し、
白色表示部分の分光反射率及び色度座標を測定した。こ
れらの測定には、分光測色計ＣＭ−３７００ｄ（ミノル
タ社製）を用いた。光源としては、色温度約６５０４Ｋ
の標準の光Ｄ₆₅を用いた。

【００７０】表示された白色部分の分光反射率は、図５
に示すようであった。また、表示された白色のＸＹＺ表
色系色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．３０２５，０．３
３８５）であり（図６参照）、標準白色点（（ｘ，ｙ）
＝（０．３１２７，０．３２９０））との距離は０．０
１４であった。すなわち、赤、緑、青色がバランス良く
混じり合った、色あいのよい白色を表示することができ
た。

【００７１】この積層型液晶表示素子において、各電極
への印加電圧を調整することで、赤、緑、青の各色をそ
れぞれ表示し、色純度や明るさを調べた。赤、緑、青い
ずれの表示色についても十分な色純度と明るさを有して
いた。

【００７２】この積層型液晶表示素子は、このように
赤、緑、青の三原色を十分な色純度と明るさで表示で
き、しかも、三原色が混ざった白色も色あいよく表示で
きるので、他の色についても色あいよく表示できる。こ
の積層型液晶表示素子は、このように色再現性に非常に
優れていた。（２−２）実施例２実施例２においても、実施例１と同じ電極付き基板及び
フィルタ層を採用して、図１に示す構造の積層型液晶表
示素子を作成した。

【００７３】積層されていない状態での各液晶層それぞ
れの選択反射波長、半値幅及びピーク反射率は、次表２
に示すようにした。これらは、ホストネマティック液晶
の物性値、カイラル剤添加量及び液晶厚みを調整するこ
とで、次表２に示す値になるように調整した。積層され
ていない状態での各液晶層個々の反射スペクトルは図７
に示すとおりであった。

【００７４】表２選択反射波長半値幅ピーク反射率液晶層１５（Ｂ）４７０ｎｍ７０ｎｍ２８％液晶層２５（Ｇ）５５０ｎｍ１００ｎｍ３２％液晶層３５（Ｒ）６８０ｎｍ１２０ｎｍ４０％これら液晶層を積層することで、積層型液晶表示素子を
得た。

【００７５】この積層型液晶表示素子において、実施例
１と同様にして、白色表示部分の分光反射率及び色度座
標を測定した。

【００７６】表示された白色部分の分光反射率は、図８
に示すようであった。また、表示された白色のＸＹＺ表
色系色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．３０１８，０．３
３８８）であり（図９参照）、標準白色点との距離は
０．０１４７であった。すなわち、赤、緑、青色がバラ
ンス良く混じり合った、色あいのよい白色を表示するこ
とができた。

【００７７】この積層型液晶表示素子においても、赤、
緑、青の各色をそれぞれ表示し、色純度や明るさを調べ
たところ、赤、緑、青いずれの表示色についても十分な
色純度と明るさを有していた。

【００７８】このようにこの積層型液晶表示素子は、色
再現性に非常に優れていた。（２−３）実施例３実施例２において作成した積層型液晶表示素子の白色表
示部分の色度座標を、光源を除き実施例１と同様にして
測定した。実施例３においては、光源として色温度約２
８５６Ｋの標準の光Ａを用いた。

【００７９】表示された白色のＸＹＺ表色系色度座標
は、（ｘ，ｙ）＝（０．４３４９，０．４１５２）であ
り（図１０参照）、標準白色点（（ｘ，ｙ）＝（０．４
４７６，０．４０７４））との距離は０．０１５であっ
た。この積層型液晶表示素子は、光源が変わった場合に
おいても標準白色点からの距離が小さく、白色表示が良
好であることがわかる。（２−４）比較例１比較例１においては、次に述べることを除き、実施例２
と同様の積層型液晶表示素子を作成した。比較例１にお
いては、図１の積層型液晶表示素子からフィルタ層１
６、２６、３６を除いた積層型液晶表示素子を作成し
た。積層されていない状態での各液晶層の選択反射波
長、半値幅及びピーク反射率は、実施例２の各液晶層の
それらと同じにした（前記表２参照）。

【００８０】これら各液晶層を積層することで、積層型
液晶表示素子を得た。

【００８１】この積層型液晶表示素子において、実施例
１と同様にして、白色表示部分の分光反射率及び色度座
標を測定した。

【００８２】表示された白色部分の分光反射率は、図１
１に示すようになった。また、表示された白色のＸＹＺ
表色系色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．２８４２，０．
３４８８）であり（図１２参照）、標準白色点との距離
は０．０３４８であった。すなわち、表示された白色
は、やや青みがかった白色であった。また、いずれの色
を表示したときでも、表示面に垂直な方向と、斜めの方
向の間で観察方向を変えると、色相変化がはっきりと観
察できた。（２−５）比較例２比較例２においては、実施例１と同じ電極付き基板及び
フィルタ層を採用して、図１に示す構造の積層型液晶表
示素子を作成した。

【００８３】各液晶層それぞれの選択反射波長、半値幅
及びピーク反射率は、次表３に示すようにした。これら
は、ホストネマティック液晶の物性値、カイラル剤添加
量及び液晶厚みを調整することで、次表３に示す値にな
るように調整した。積層されていない状態での各液晶層
個々の反射スペクトルは図１３に示すとおりであった。

【００８４】表３選択反射波長半値幅ピーク反射率液晶層１５（Ｂ）４７０ｎｍ７０ｎｍ２８％液晶層２５（Ｇ）５５０ｎｍ１００ｎｍ３２％液晶層３５（Ｒ）６８０ｎｍ８０ｎｍ４０％これら液晶層を積層することで、積層型液晶表示素子を
得た。

【００８５】この積層型液晶表示素子において、実施例
１と同様にして、白色表示部分の分光反射率及び色度座
標を測定した。

【００８６】表示された白色部分の分光反射率は、図１
４に示すようになった。また、表示された白色のＸＹＺ
表色系色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．２８４０，０．
３３８８）であり（図１５参照）、標準白色点との距離
は０．０３００であった。すなわち、表示された白色
は、やや青みがかった白色であった。また、いずれの色
を表示したときでも、表示面に垂直な方向と、斜めの方
向の間で観察方向を変えると、色相変化がはっきりと観
察できた。赤色表示用の液晶層の半値幅が小さいため、
赤色だけを表示したときの色相変化は特に大きかった。（２−６）比較例３比較例３においては、実施例１と同じ電極付き基板及び
フィルタ層を採用して、図１に示す構造の積層型液晶表
示素子を作成した。

【００８７】各液晶層それぞれの選択反射波長、半値幅
及びピーク反射率は、次表４に示すようにした。これら
は、ホストネマティック液晶の物性値、カイラル剤添加
量及び液晶厚みを調整することで、次表４に示す値にな
るように調整した。積層されていない状態での各液晶層
個々の反射スペクトルは図１６に示すとおりであった。

【００８８】表４選択反射波長半値幅ピーク反射率液晶層１５（Ｂ）４７０ｎｍ７０ｎｍ４０％液晶層２５（Ｇ）５５０ｎｍ１００ｎｍ３２％液晶層３５（Ｒ）６８０ｎｍ１２０ｎｍ４０％これら各液晶層を積層することで、積層型液晶表示素子
を得た。

【００８９】この積層型液晶表示素子において、実施例
１と同様にして、白色表示部分の分光反射率及び色度座
標を測定した。

【００９０】表示された白色部分の分光反射率は、図１
７に示すようになった。また、表示された白色のＸＹＺ
表色系色度座標は、（ｘ，ｙ）＝（０．２７７２，０．
３０７９）であり（図１８参照）、標準白色点との距離
は０．０４１４であった。すなわち、表示された白色
は、やや青みがかった白色であった。

【００９１】以上説明したように、本発明に係る実施例
１〜３の積層型液晶表示素子は、比較例１〜３の積層型
液晶表示素子に比べて、混色（白色等）を表示するとき
の色バランスがよく、三原色（赤、緑、青）の色純度及
び明るさもよく、観察方向を変えても色相変化が小さい
ことがわかる。（３）図１の積層型液晶表示素子Ｅ１において、隣合
う液晶層間に配置された基板１２と２１は、一つの透明
基板としてもよい。基板２２と３１についても一つの透
明基板としてもよい。例えば、図１９に示す積層型液晶
表示素子Ｅ２のようにしてもよい。

【００９２】図１９に示す積層型液晶表示素子Ｅ２にお
いては、液晶層１５と２５の間には、一つの基板５１だ
けが配置されている。基板５１の両面にそれぞれ電極１
４、２３が形成されている。同様に、液晶２５と３５の
間には、一つの基板５２だけが配置されている。基板５
２の両面にそれぞれ電極２４、３３が形成されている。

【００９３】この積層型液晶表示素子Ｅ２においては、
液晶層１５は、電極１３が形成されている基板１１と、
電極１４が形成されている基板５１の間に挟持されてい
る。液晶層２５は、電極２３が形成されている基板５１
と、電極２４が形成されている基板５２の間に挟持され
ている。液晶層３５は、電極３３が形成されている基板
５２と、電極３４が形成されている基板３２の間に挟持
されている。

【００９４】この積層型液晶表示素子Ｅ２においては、
フィルタ層１６、基板１１、電極１３、液晶１５、電極
１４及び基板５１によって液晶表示素子１が構成されて
いると考えることができる。基板５１、電極２３、フィ
ルタ層２６、液晶２５、電極２４及び基板５２によって
液晶表示素子２が構成されていると考えることができ
る。基板５２、フィルタ層３６、電極３３、液晶３５、
電極３４及び基板３２によって液晶表示素子３が構成さ
れていると考えることができる。すなわち、基板５１
は、液晶表示素子１と２の共通基板である。また、基板
５２は、液晶表示素子２と３の共通基板である。

【００９５】この積層型液晶表示素子Ｅ２においては、
フィルタ層は次のように設けられている。緑色表示用の
液晶層２５に対して設けられいる青色波長の光を吸収す
るためのフィルタ層２６は、電極２３と液晶２５の間に
配置されている。赤色表示用の液晶層３５に対して設け
られている緑及び青色波長の光を吸収するためのフィル
タ層３６は、基板５２と電極３３の間に配置されてい
る。

【００９６】このように積層型液晶表示素子において共
通基板を設ければ、厚みを薄くできるなどの利点があ
る。

【００９７】この積層型液晶表示素子Ｅ２においても、
各液晶層は前記式７〜式１０を満たしているとともに、
各液晶層に対してフィルタ層１６〜３６が設けられてい
るため、前記積層型液晶表示素子Ｅ１と同様に、光の利
用効率が高く、表示面に垂直な方向と斜めの方向の間で
観察方向を変えるなどしても表示色の色相の変化が少
く、表示色の色バランスがよい。

【００９８】なお、本発明に係る液晶表示素子は前記実
施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で
種々変更できることは勿論である。例えば、上記各実施
例においては、フィルタ手段として、液晶層間にフィル
タ層を設けた形態を例にして本発明を説明したが、フィ
ルタ手段はこれに限られるものではなく、たとえば、液
晶層自体に含有された色材としても良い。この場合、Ｂ
液晶層に紫外線領域の光をカットし可視光域の光を透過
する特性の色材を、Ｇ液晶層に青色領域の光をカットし
緑色、赤色の領域の光を透過する特性の色材を、Ｒ液晶
層に緑色領域の光をカットし赤色領域の光を透過する色
材を、それぞれ混入すれば良い。

【００９９】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、複数の液
晶層が積層された積層型液晶表示素子であって、光の利
用効率が高く、観察方向等を変えても色相の変化が少な
く、表示色の色バランスのよい積層型液晶表示素子を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る積層型液晶表示素子の一例の概略
図である。

【図２】実施例１で採用した二つのフィルタ層のうちの
一方の分光透過率を示す図である。

【図３】実施例１で採用した二つのフィルタ層のうちの
他方の分光透過率を示す図である。

【図４】実施例１で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が積層されていない単独の状態での反射スペ
クトルを示す図である。

【図５】実施例１で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの分光反
射率を示す図である。

【図６】実施例１で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表示
色の色度図上の座標位置を示す図である。

【図７】実施例２で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が積層されていない単独の状態での反射スペ
クトルを示す図である。

【図８】実施例２で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの分光反
射率を示す図である。

【図９】実施例２で作成した積層型液晶表示素子におい
て各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表示
色の色度図上の座標位置（光源は標準の光Ｄ65）を示す
図である。

【図１０】実施例２で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表
示色の色度図上の座標位置（光源は標準の光Ａ）を示す
図である。

【図１１】比較例１で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの分光
反射率を示す図である。

【図１２】比較例１で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表
示色の色度図上の座標位置を示す図である。

【図１３】比較例２で作成した積層型液晶素子において
各液晶層が積層されていない単独の状態での反射スペク
トルを示す図である。

【図１４】比較例２で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの分光
反射率を示す図である。

【図１５】比較例２で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表
示色の色度図上の座標位置を示す図である。

【図１６】比較例３で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が積層されていない単独の状態での反射ス
ペクトルを示す図である。

【図１７】比較例３で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの分光
反射率を示す図である。

【図１８】比較例３で作成した積層型液晶表示素子にお
いて各液晶層が最大反射率の反射状態であるときの、表
示色の色度図上の座標位置を示す図である。

【図１９】本発明に係る積層型液晶表示素子の他の例の
概略構成図である。

【符号の説明】

Ｅ１、Ｅ２積層型液晶表示素子１、２、３液晶表示素子１１、１２、２１、２２、３１、３２基板１３、１４、２３、２４、３３、３４電極１５、２５、３５液晶層１６、２６、３６フィルタ層４光吸収体５１、５２基板（共通基板）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の液晶層が積層された積層型液晶表示
素子であって、前記各液晶層は、電極がそれぞれに形成されている一対
の基板に挟持されているとともに、可視波長域に選択反
射波長のピークを有するコレステリック相を示す液晶を
含んでおり、いずれの液晶層の選択反射波長も、その液晶層に隣合う
観察側の液晶層の選択反射波長よりも大きく、いずれの液晶層の選択反射ピークの半値幅も、その液晶
層に隣合う観察側の液晶層の選択反射ピークの半値幅よ
りも大きく、いずれの液晶層のピーク反射率も、その液晶層に隣合う
観察側の液晶層のピーク反射率よりも大きく、全ての液晶層が最大反射率の反射状態であるときに表示
される色のＸＹＺ表色系における色度座標位置が、標準
白色点の色度座標位置から距離０．０２以内の範囲に存
在することを特徴とする積層型液晶表示素子。
【請求項２】前記複数の液晶層は青色表示用液晶層、緑
色表示用液晶層及び赤色表示用液晶層の三つの液晶層で
あり、これらは観察側から青色表示用液晶層、緑色表示
用液晶層、赤色表示用液晶層の順に配置されている請求
項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項３】前記複数の液晶層のうち、少なくとも一
つの液晶層内或いは当該液晶層の観測者側には、当該液
晶層の選択反射波長よりも短い波長の光を吸収するため
のフィルタ手段が設けられている請求項２記載の積層型
液晶表示素子。
【請求項４】前記フィルタ手段は、前記少なくとも一
つの液晶層内に含まれた色材である請求項３記載の積層
型液晶表示素子。
【請求項５】前記フィルタ手段は、前記少なくとも一
つの液晶層の観測者側に設けられたフィルタ層である請
求項３記載の積層型液晶表示素子。
【請求項６】前記フィルタ手段は、前記緑色表示用液晶
層と前記赤色表示用液晶層の間に配置された赤色フィル
タ層を有している請求項５記載の積層型液晶表示素子。
【請求項７】前記フィルタ手段は、前記青色表示用液晶
層と前記緑色表示用液晶層の間に配置された黄色フィル
タ層を有している請求項５又は６記載の積層型液晶表示
素子。
【請求項８】前記フィルタ手段は、前記青色表示用液晶
層よりも観察側に配置された紫外線カットフィルタ層を
有している請求項５から７のいずれかに記載の積層型液
晶表示素子。