JP4717506B2 - カラー表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、カラー表示装置に関する。

現在、カラー表示装置の一例であるフラットパネルディスプレイはパソコン用などの各種モニタ、携帯電話用などに広く普及しており、今後は大画面テレビへの展開を図るなど、ますます普及の一途をたどることが予測されている。中でも最も広く普及しているのが液晶表示装置であって、このような液晶表示装置におけるカラー表示方式として広く使用されているのが、マイクロカラーフィルタ方式と呼ばれるカラー表示方式である。

ここで、このマイクロカラーフィルタ方式は、ひとつの画素を少なくとも３つの副画素に分割し、それぞれに３原色の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを配設することによってフルカラー表示を行うものであり、高い色再現性能を容易に実現することができるというメリットがある。

しかし、その一方、透過率が１／３になってしまうことから、光利用効率が悪くなってしまうという欠点がある。そして、このような光利用効率の悪さは、バックライトを有する透過型液晶表示装置やフロントライトを有する反射型液晶表示装置においては、バックライトやフロントライトの消費電力が高くなってしまう原因となっている。

ところで、最近は、液晶表示装置に用いられる液晶表示素子として、一部の領域を光反射性領域とし、一部の領域を光透過性領域とするようにした半透過型液晶表示素子がある（例えば、非特許文献１参照）。そして、このような半透過型液晶表示素子は、携帯電話や携帯情報端末などに広く使用されるようになってきている。なお、特に可搬型電子装置は、屋外で使用することが多く非常に明るい外光中でも十分な視認性が確保されることと、暗い室内においても高いコントラストや色再現性が確保されることが要求される。

また、近年電子ペーパーディスプレイとして、液晶表示素子よりも視認性に優れた表示素子がいくつか報告されている。それらの多くは偏光板を用いないことによって明るい表示を実現しようとするものである。しかしながら、これらの表示素子においても、モノクロでは明るい表示が実現されているものの、カラー表示は液晶表示素子と同様にカラーフィルタを用いるしかなく、カラー表示を紙に匹敵するような明るさで実現することは未だ出来ていないのが現状である。

一方、カラーフィルタを用いることなくカラー表示を行うことのできるカラー表示装置として、ＥＣＢ型（電界制御複屈折効果型）の液晶表示素子を用いたものが知られている。ここで、このＥＣＢ型液晶表示素子は、一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルを挟んで、その表面側と裏面側とにそれぞれ偏光板を配置した透過型のものと、反射型のものとがあり、さらにこの反射型のものには一方の基板にのみ偏光板を配置した一枚偏光板タイプと、両方の基板に偏光板を配置し、偏光板の外側に反射板を設けた二枚偏光板タイプのものがある。

ここで、透過型のＥＣＢ型液晶表示素子の場合、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折作用により、各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、その光が他方の偏光板に入射して、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。

このように、ＥＣＢ型液晶表示素子は、液晶の複屈折作用と偏光板の偏光作用とを利用して光を着色するものであり、カラーフィルタによる光の吸収がないことから、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。しかも、電圧に応じて液晶層の複屈折性が変化するため、液晶セルへの印加電圧を制御することによって透過光や反射光の色を変化させることができることから、同じ画素で複数の色を表示することもできる。

図１０は、このようなＥＣＢ型液晶表示素子の複屈折量（リタデーションＲと呼ばれる）と色度図上での座標の関係を示すものであり、図１０により、Ｒが０から２５０ｎｍ付近まではほぼ色度図の中央にあって無彩色であるが、それ以上になると複屈折量に応じて色が変化していく様子がわかる。

なお、この場合、液晶として誘電率異方性（Δεと表す）が負の材料を使用しており、このような液晶は、電圧無印加時に基板に対して垂直配向させると、電圧とともに液晶分子が傾斜していき、それにつれて液晶の複屈折量が増加していく。

このとき、クロスニコル下では図１０の曲線に沿って色度が変化する。即ち、電圧無印加時にはＲがほぼ０であるから光は透過せず、暗状態（黒状態）となっているが、電圧の増加に応じて、黒→グレー→白と明るさが増していく。さらに電圧を上げると色がついて、黄色→赤→紫→青→黄色→紫→水色→緑といったように色が変化する。

このようにＥＣＢ型液晶表示素子は、低電圧側の変調領域では最大明度と最小明度との間を電圧によって明度変化させることができ、より高い電圧領域で、複数の色相を電圧によって変化させることができる。

ところで、図１０に示すように、リタデーションで得られる色は、色度図上の外縁にある最大純度の色に比べてかなり純度が低い。これを補う方法としてはカラーフィルタを併用する方法がある。つまり、ＥＣＢ表示の色を、同色のカラーフィルタを通すことにより純度を高めることができる。例えば、純度の高い赤色を得るためには、青色表示を行わない画素に赤色系または黄色系のカラーフィルタを配して、ＥＣＢ効果で得られる赤色の短波長成分をカットし、純度の高い赤色を得るようにしている（例えば、特許文献１参照）。

以下、色度図上の黒→グレー→白と明るさが変化するリタデーションの範囲（０ないし２５０ｎｍ）を明度変化範囲といい、黄色以上の有彩色変化の範囲（２５０ｎｍ以上）を色相変化範囲という。なお、無彩色と有彩色の境界ははっきりとは決められないので、上記範囲の２５０ｎｍは一応の目安である。

また、以下、リタデーションによって得られる色について言及するが、それは図１０の曲線に沿った色である。図１０にあるように、純度が極大となる点はリタデーションが４５０ｎｍ、６００ｎｍ、１３００ｎｍ付近にあり、赤色、青色、緑色として視認される。しかし、それらの点の前後におよそ１００ｎｍ幅でほぼ同じ色とみなせる範囲があるので、以下、その範囲の色も赤色、青色、緑色という。また、マゼンタは赤と青の中間５３０ｎｍ付近にある。

さらに通常、液晶表示装置などで用いられるカラーフィルタの色はリタデーションで得られる色よりは純度が高く、色度図上では上記の範囲の外側にあるが、以下、それらも同名の色で呼ぶことにする。

シャープ技報第８３号・２００２年８月 ｐ．２２ 特開平４−０５２６２５号公報

ところで、従来のＥＣＢ型液晶表示素子を用いた液晶表示装置（カラー表示装置）はカラー表示は可能であるものの、このカラー表示は複屈折効果を利用した色相変化に基づく表示であるため、印加する電圧量によって色相を制御することは可能であるが、その色相における滑らかな階調色を表示することは困難であった。

したがって、カラー表示は限られた色数でしか表示することができなかった。なお、既述した特許文献１についても階調色については言及されていなかった。

そこで本発明は、このような現状に鑑みてなされたものであり、光利用効率が向上すると共に、多色表示が可能なカラー表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、単位画素が複数の第１の副画素とカラーフィルタを備えた複数の第２の副画素とを含む複数の副画素から構成され、各副画素に印加電圧に応じて光学的性質を変化させ得る媒体が配置されたカラー表示素子を備えたカラー表示装置であって、前記複数の第１の副画素に、前記媒体の光学的性質を、前記媒体を通過する光の明度が変化する範囲と前記媒体を通過する光が有彩色を呈し該有彩色の色相が変化する範囲とにおいて変調する電圧を印加する手段と、前記複数の第２の副画素に、前記媒体の光学的性質を、前記媒体を通過する光の明度が変化する範囲において変調する電圧を印加する手段とを有し、前記複数の第２の副画素に、赤、緑、青の３色、または赤、緑の２色のカラーフィルタを備えたことを特徴とするものである。

本発明のように、カラー表示素子の複数の画素を、色相変化に基づく変調領域を用いてカラー表示を行う第１の副画素と、赤色、緑色、青色の少なくとも異なる２色のカラーフィルタ層が配設された第２の副画素とにより構成することにより、光利用効率が向上すると共に、多色表示が可能となる。

図１は、本発明を実施するための最良の形態に係るカラー表示装置に用いられるカラー表示素子の１画素の構造を示す図である。次に、このカラー表示素子のカラー表示動作原理について説明する。なお、本発明に係るカラー表示素子は、さまざまな形態のものが適用できるが、その表示原理について、ＥＣＢ効果を有する液晶を用いた液晶表示素子を一例に挙げて説明する。

本実施の形態に係る液晶表示素子（カラー表示素子）では、図１に示すように、１画素２０を複数（６つ）の副画素２１〜２６に分割すると共に、それぞれの副画素２１〜２６に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、シアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）のカラーフィルタを配設している。

ここで、これら全ての副画素２１〜２６において、液晶層のリタデーションを調節することにより、黒から白に至る無彩色の輝度変化を利用することができる。例えば、白色表示時には符号Ｒ，Ｇ，Ｂ，Ｃ，Ｍ，Ｙで示すカラーフィルタの色が表示されることになるので、全ての液晶層を白色表示にすると、副画素２１〜２３ではＲＧＢの加法混色による白色表示となり、副画素２４〜２６ではＹＭＣの加法混色による白色表示となり、その結果、画素全体としても白色表示が得られる。

一般に、ＲＧＢの加法混色のみによる白色表示は、カラーフィルタを用いない白色表示と比較して光利用効率は三分の一に減少するが、ＹＭＣの加法混色による白色表示はＲＧＢの加法混色による白色表示に対して２倍の光利用効率を得ることができる。したがって本構成の場合には、全体としてＲＧＢの加法混色による白色表示に対して１．５倍の光利用効率を得ることが可能である。

ここで、このようなカラーフィルタを用いてカラー表示を行う方式は、通常のマイクロカラーフィルタ方式と同じであるが、本実施の形態に係る液晶表示素子では、液晶層のリタデーションを変化させて、有彩色を表示する。

例えば、マゼンタカラーフィルタが配設された副画素２５では、リタデーションが小さい領域では前述のように黒から白色となり、その場合カラーフィルタの色が観測されるので、黒から暗いマゼンタを経て明るいマゼンタにいたるマゼンタの連続階調表示が可能となる。また、リタデーションが大きい領域ではＥＣＢ効果に基づく干渉色が表示されるので、赤からマゼンタを経て青に至る、いずれかの色を表示させることができる。そして、マゼンタカラーフィルタは、これら赤・マゼンタ・青の全てを表示することができるので、マゼンタカラーフィルタを通した後も赤・マゼンタ・青の表示が観測される。

一方、従来のマイクロカラーフィルタ方式の原理に基づいて純度の高い赤色を表示させようとした場合、副画素２１を点灯させるしかなかったのに対し、本実施の形態の液晶表示素子では、副画素２５について、ＥＣＢ効果を利用した赤色表示と併用することによって明るく純度の高い赤色表示を行うことが可能となる。

さらに、同様の議論によって、副画素２４についてはＥＣＢ効果を利用することによって赤・黄・緑色の表示を行うことが可能となる。つまり、イエローカラーフィルタが配設された副画素２４における赤色表示も組み合わせることによって、更に明るい赤色を表示することが可能となる。

なお、緑色および青色についても同様の原理に基づいて明るい原色表示が可能となる。つまり本実施の形態によると、従来のマイクロカラーフィルタ方式に対しておよそ１．５倍明るい白色表示と、明るい三原色表示とを両立させることが可能となる。

次に、このような表示原理を用いた表示可能色を具体的に述べる。

本実施の形態では、不図示の電源の制御が可能な変調手段による電圧印加によって液晶層のリタデーションを変化させて有彩色を表示する第１の副画素（群）２４〜２６と、カラーフィルタを有し、電圧によって明度変化範囲でリタデーションを変化させてカラーフィルタの色を表示する第２の副画素（群）２１〜２３とで単位画素が構成される。なお、第１の副画素（群）２４〜２６にはＲＧＢと補色関係にあるＹＭＣのカラーフィルタが、また第２の副画素（群）２１〜２３にはＲＧＢのカラーフィルタがそれぞれ配設されている。

ここで、表示可能色を、図２に示すＲＧＢ色立体を用いて説明する。なお、図２に示すように、ＲＧＢ色立体の各辺はＲ軸、Ｇ軸、Ｂ軸からなる独立ベクトルに対応している。ここで、ＲＧＢマイクロカラーフィルタ方式では、１画素を３つの副画素に分割し、これらの独立ベクトルの大きさを個別に制御することでＲＧＢ色立体内の全ての点を表現することが可能となっている。

一方、本実施の形態の液晶表示素子では、既存の液晶表示素子に一般に用いられているＲＧＢカラーフィルタのほか、ＹＭＣカラーフィルタも利用している。この場合、ＹＭＣカラーフィルタを用いたときのＲＧＢ色立体における基本ベクトルは図３のようになり、表示可能な領域は図３のＹＭＣの基本ベクトルからなる６面体の内側となる。

したがって、ＲＧＢＹＭＣカラーフィルタを従来のようなモノクロ変調領域のみを用いるマイクロカラーフィルタ方式を利用した液晶表示素子として用いる場合には、表示可能な点は、図２内の任意の点から図３のベクトルを加算した任意の点（図示せず）ということができる。これによると、原色軸はＲＧＢカラーフィルタによって得られる表示色が最大となるため、上述の通り明るく色純度の高い原色表示が得られないことが理解できる。

一方、本発明の液晶表示素子では、上述した通り、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用することによって、補色系カラーフィルタ副画素においても原色表示が出来ることが特徴である。これを色立体上で表現すると、例えば黄色（Ｙ）副画素では、黄色の連続階調のみならず赤色と緑色が表示できることになるので、色立体上でとりうる点は、図４の直線Ｙおよび点Ｒｙ，点Ｇｙとなる。これにより、本液晶表示素子では、図５のように、これら点Ｒｙ，点Ｇｙを起点としたＲＧＢ立方体をえがく領域を表現することが可能となる。

同様の議論の繰り返しによって、色立体中の任意の点を埋めることが可能となる。この点について以下に詳述する。

今、本液晶表示素子によって得られる白色表示の最大輝度を１とすると、この１という明るさは、例えば青の波長域では、シアンの青成分、マゼンタの青成分、青カラーフィルタの合計によって得られる。同様の考え方を緑、赤に当てはめることが出来る。

つまり、ＲＧＢカラーフィルタ画素によって得られる色立体は、１辺の長さが最大輝度の１／３であって、それぞれの辺は連続的な値をとることができるような立体を表している。ＲＧＢカラーフィルタ画素によって実現できる色立体上の座標について示す。

次いで、ＹＭＣカラーフィルタについて考える。

上述したように黄色（Ｙ）副画素では黄色、赤、緑を表示することが可能である。ここで表示される明るさは、同様の議論によって１／３となることがわかる。そこで黄色（Ｙ）副画素において得られる表示色について、それぞれの得られる明るさを（Ｒ，Ｇ，Ｂ）座標を用いて、黄色（１／３，１／３，０）、緑（０，１／３，０）、赤（１／３，０，０）とする。なお、黄色については０〜１／３の任意の値をとることができるが、ここでは簡単のため最大値のみを考える。

同様に、マゼンタ（Ｍ）副画素ではマゼンタ（１／３，０，１／３）、青（１／３，０，０）、赤（１／３，０，０）が得られ、シアン（Ｃ）副画素ではシアン（１／３，１／３，０）、青（１／３，０，０）、緑（０，１／３，０）が得られる。またＹＭＣのうち複数の画素を同時に点灯させることによって、複数色の加法混色された表示色を得ることができる。

上述のようにＲＧＢカラーフィルタ画素によって、１辺が１／３の立方体中の任意の点については全て表すことが可能である。したがって原点（０，０，０）および（２／３，２／３，２／３）を頂点とする立方体の中で、図６に示すような１／３間隔の格子点がＹＭＣカラーフィルタ画素によって全て表現できれば、加法混色によって１辺が１の色立体の全てを埋め尽くすことが可能となる。

そこでＹＭＣカラーフィルタによって、上記格子点を得るための組み合わせの一例を表２及び表３に示す。

上記のような組み合わせを用い、ＹＭＣカラーフィルタの表示色を適宜調整することによって、全ての格子点を実現することが可能となる。なお上記はあくまでも一例であって、例えば（１／３，０，１／３）を実現するためにマゼンタ（Ｍ）副画素にてマゼンタを表示する方法のほかに、黄色（Ｙ）副画素にて赤色、シアン（Ｃ）副画素にて青色表示させる方法も考えられるので、適宜状況に応じて最適な組み合わせを選択すればよい。

また上記例ではＹＭＣ画素による表示色として、階調色を用いずに格子点上の点を用いて説明したが、状況に応じてＹＭＣ画素の中間調色を用いても良い。

以上述べた組み合わせによって、完全に色立体中の任意の点を表現することができるので、フルカラーを実現することが可能となる。

また、例えば黄色カラーフィルタにおける表示色について、黄色（Ｙ）副画素にて赤色表示させたい場合には、液晶層のリタデーション量をカラーフィルタを用いなくても赤色表示させるような同系色になるよう電圧を制御することで可能であるが、例えば液晶層としてマゼンタ色などを表示するなど、系統色の異なる表示色に駆動電圧を制御しても良い。この場合、液晶層の表示色と黄色のカラーフィルタとの減法混色によって赤色を得ることができる。

ところで、上記構成をとる場合、６色のカラーフィルタを基板上に形成することが必要となり、プロセスが困難となる。そこで下記の構成を採用することによって、明るい多色表示を得ることが可能となる。

（１）補色系カラーフィルタのいずれか、もしくは全て省略する構成
（２）ＲＣＧＭの４つのカラーフィルタを用いる構成
（３）ＹＭＣのカラーフィルタを積層させる構成

ここで、（１）の構成の場合、ＹＭＣカラーフィルタ画素については中間色を用いないでもフルカラー表示できる、つまり補色の中間調を表示する必要がないことから、これら補色系カラーフィルタを配設せず、ＥＣＢ効果に基づく着色現象のみによっても同様の表示色を得ることができる。これによってカラーフィルタプロセス負荷の低減しつつ、フルカラー表示を実現することが可能となる。また、ＹＭＣのうちいずれか１つもしくは２つを用いてもよい。これによっても、カラーフィルタプロセス負荷は低減し、カラーフィルタの効果によって色純度の高いフルカラー表示を実現することが可能となる。

（２）の構成は、一つの画素を４つの副画素に分割する方法であり、色立体中でのとりうる表示色の考え方は上述したものと同様に考えればよい。この構成によると、ＢとＹのカラーフィルタが省略されているので青色の連続階調表示や上述の黄色画素による表示が出来ないことになってしまうので、フルカラー表示は不可能である。しかし人間の目の視感度特性は青色に対しては鈍感という特性を有しているので、こうした構成でも、ディザなどの画像処理を施すことによって自然な表示が出来るようになる。特に高精細表示素子においては有効である。これによってカラーフィルタプロセスを４回で済ませることが可能となる。

（３）の構成について、図７を用いて説明する。一つの原色は二つの補色を積層して減法混色することによって得ることができる。そして、図７はＲＧＢを得るためのＹＭＣの積層構成を示している。これを利用すると、６つのカラーフィルタを三種類のカラーフィルタ材料のみで実現することができる。このとき、図８のような構成とし、カラーフィルタをＹ→Ｍ→Ｃの順に形成することによって、プロセスも従来どおり３回で済むことになり、コストアップにはならない。もちろんこの考え方に基づいて上記（２）の４つの副画素のカラーフィルタを形成しても良い。

以上述べたように、本実施の形態に係る液晶表示素子は、明るい白色表示と明るい原色表示を低コストで実現することが可能となる。その結果、従来のＲＧＢカラーフィルタのみによって三原色を表示する方式と比べて光利用効率の高い素子が得られる。したがって、本液晶表示素子を、反射型液晶表示素子として、ペーパーライクディスプレイまたは電子ペーパーに用いることが出来る。

一方、本構成の液晶表示素子は、液晶層の透過率が高いので、従来方式のものと同一の輝度を得るために必要なバックライト消費電力が少なくて済み、低消費電力化という観点から透過型液晶表示素子としても好適に用いられる。

さらに、液晶を利用した高速応答性があるので、本液晶表示素子は動画表示にも用いることが出来る。従来、テレビ用途の液晶表示素子に関して、鮮明な動画特性を実現するために、１フレーム期間内でバックライトの消灯期間を設ける『擬似インパルス駆動』と称されている駆動方法が特開２００１−２７２９５６などに提案されているが、消灯期間を設ける分だけの輝度低下が生じてしまうのが課題となっている。しかし、こうした用途に対しても本液晶表示素子のように応答速度が速く、かつ透過率の高い液晶表示素子を適用することにより、上記の課題を解決することが出来る。また、高い光利用効率が求められる投射型表示素子にも好適に用いられる。

次に、ＥＣＢ効果による着色現象を原色以外のリタデーション値においても利用する方法について説明する。

例えば、図５では、黄色副画素ではＥＣＢ効果による着色現象によって緑と赤を表示させる例を説明したが、ＥＣＢ効果による着色現象では図１０に示すように各表示色の間において、連続的に色調を変化させることができている。つまり、上記説明で述べた原色表示以外にも使用可能な有彩色は多く存在しており、こうした表示色を用いることで上記説明におけるフルカラー表示のバリエーションを増やすことが可能となる。

以上述べた手法によって、高い光利用効率を維持したまま、フルカラーに相当するような非常に多くの色を表示すること（多色表示）が可能となる。

また、本発明は液晶層の液晶分子が電圧無印加時には基板面に略垂直に配向し、電圧印加時には略垂直の配向から傾斜してリタデーションを変化させるＶＡモードの他、以下に述べるいろいろな液晶表示モードに適用できる。

ＯＣＢ（Ｏｐｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードは、液晶層の液晶分子が電圧印加によってベンド配向と略垂直配向との間にて配向状態を変化させることでリタデーションを変化させるので、本発明を適用できることはＶＡモードと同様である。

本発明ではリタデーション変化による表示色を利用するために、視野角による色調変化を考慮しなければならない。しかし昨今のＬＣＤ開発の進歩は著しく、ＲＧＢカラーフィルタ方式を用いたカラー液晶ディスプレイでは視野角依存性の問題はほとんど解決しているといっても過言ではない。例えばＯＣＢモードではベンド配向による自己補償効果によって、視野角の変化に伴うリタデーション変化を抑制することが報告されている。

また、ＳＴＮモードも位相差フィルム開発の進展によって視野角特性は大きく改善されている。これらＯＣＢやＳＴＮモードもリタデーション量を適宜設定することによってＥＣＢ効果に基づく着色現象を得ることができるため、本発明の構成を適用することが可能である。特にＯＣＢモードでは、先に述べた応答速度に関して大幅に改善することが出来るために、高速性が必要となる用途では好適に用いられる。

一方、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは非常に良好な視野角特性を示すモードとして既に商品化され、広く使用されている。その他、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードと称されるモードも広く使用されている。

これらの垂直配向モードは、表面に凹凸をつけたり（ＭＶＡ）、電極形状を工夫したり（ＰＶＡ）して電圧印加時の液晶分子傾斜方向を、少なくとも光軸の異なる２つのダイレクタ方向に傾斜するように制御することで、広い視野角特性を実現している。そして、これらは電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。こうすることで高い透過率（もしくは反射率）、広い視野角、広い色空間を同時に満足する液晶表示素子を実現することが可能となる。

また上記と同様の電圧無印加時に垂直配向状態をとる配向モードとしてＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが提案されている。（シャープ技報：第８０号・２００１年８月 ｐ．１１参照）

このモードも上記ＰＶＡ方式と同様に、電極形状を工夫することによって電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を制御する方式である。この方式では電圧印加時にはサブピクセル中心部から放射状に液晶分子が傾斜する配向状態となることで広視野角化を実現している。そして、このＣＰＡモードについても電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。

なお、ＣＰＡモードにおいて、液晶の透過率を高めるためにカイラル材を添加した液晶材料を用いたリバースＴＮ方式を用いることによって、複屈折性と旋光性を併用することが出来るために光利用効率が高くなる（上記文献参照）。このカイラル材添加についても、本発明の構成にて適用することが可能である。

ただし、本発明の構成において、反射型液晶であってかつ円偏光板を使用する場合にはＣＰＡモードにおいてカイラル材を添加しなくとも良好な反射率を得ることが可能である。これについて以下に説明する。

円偏光板、液晶層、反射板という３つの層が積層された構成を考えると、まず液晶層に複屈折がない場合、例えば液晶層が垂直配向状態になっている場合には、外部からの入射光は、まず円偏光板を通過し、偏光状態に変調を受けないまま反射し、その反射光は再び円偏光板を通過して外界に向かって光は進行する。ここで、光は円偏光板を２回通過することになるために、特に円偏光条件を満たす波長領域では光が外界に出てくることは無い。つまり電圧無印加状態において垂直配向であるＣＰＡモードは上記構成においてノーマリブラック構成である。

ここで、電圧を印加した場合には放射状に液晶分子が傾斜することから、方位角方向に対して全ての方向に傾斜することになる。前記文献のように透過型であって液晶層に直線偏光が入射される場合には、液晶の分子軸方向と偏光板の偏光方向とが一致するときに光利用効率の低下につながるが、液晶層に対して円偏光が入射されるような構成の場合には、液晶が傾斜する分子軸方向によらずに等しく偏光が変調される。

以上の原理によって、本発明の構成において円偏光板を用いた反射型表示モードであってＣＰＡモードを適用する場合には、上記文献に記載のようにカイラル材を添加してもよいし、必ずしもカイラル材を添加しなくてもよい。

ところで、上記従来の技術の中で説明したが、半透過型液晶表示素子に使用される断面構成は透過部と反射部の光利用効率を両方とも最大化するために、透過部のセル厚を反射部のセル厚の２倍になるように層間絶縁膜を設ける構成となっており、これは公知となっている。そして、本液晶表示素子においても上記公知の構成を採用することは可能である。

しかし一方、本液晶表示素子において、上記構成を実現しようとした場合、複屈折による着色を利用した表示原理に基づいているために、ツイステッドネマティック（ＴＮ）型液晶素子など、それを用いない液晶表示素子よりも厚いセル厚が必要となる。つまり前記層間絶縁膜の厚みが通常の半透過型液晶表示素子と比べて大きい構成が必要とされる。

そこで、反射モードの部分には既述した表示モード、透過モードの部分ではＲＧＢのカラーフィルタを用い、液晶層は黒から白にかけて連続的に透過率を変化させるという、一般に用いられているマイクロカラーフィルタ方式を採用する。つまり反射モードはＥＣＢ効果による着色を利用したフルカラーモード、透過モードは赤・緑・青ともにカラーフィルタによるカラー表示とすることで、光利用効率の高い半透過型液晶を実現することが可能となる。本液晶表示素子はもともとＲＧＢの原色を透過するカラーフィルタを有しているので、半透過型としてこのような構成を採用しても大きなコストアップにつながることはない。

なお、本実施の形態の液晶表示素子の駆動には、直接駆動方式、単純マトリクス方式、アクティブマトリクス方式のいずれの方式も用いることが出来る。また用いる基板はガラスでもよいしプラスチックでもよい。透過型の場合には一対の基板両方とも光透過性のものが必要であるが、反射型の場合には反射層の支持基板として光を透過しないものを用いてもよい。また使用する基板として可撓性を有するものを用いても良い。

また反射型にする場合には、反射板として鏡面反射板を用い液晶層の外側に散乱板を設けるような、いわゆる前方散乱板方式や、反射面の形状を工夫して指向性を設けたいわゆる指向性反射板など、各種反射板を用いることが出来る。また本実施の形態では一例として垂直配向モードを例示したが、他にも平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。

また、本実施の形態では主として電圧無印加時に黒表示となるようなノーマリブラックの構成を例示して説明した。この構成は円偏光板および電圧無印加時に基板面内方向に複屈折を持たない表示層を積層することによって実現出来るのであるが、この構成において円偏光板を通常の直線偏光板などに置き換えることによって電圧無印加時に白色表示となるようなノーマリホワイトの構成にしてもよい。

あるいはこれらいずれかの構成に一軸性位相差板などを積層することによって、電圧無印加時に有彩色表示させるような構成にしてもよい。この場合は電圧を印加することによって積層した一軸性位相差板のリタデーション量をキャンセルする方向に液晶分子配列を変形させることで黒や白の表示を得ることができる。

また本発明は、ひとつの画素で明度変調と色相変調が実現可能な素子であれば適用可能であるため、ＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードやゲストホストモード、選択反射モードなど、様々なモードを適用することが可能である。

ところで、これまでの説明においては、液晶のＥＣＢ効果を中心に詳述してきた。しかしながら本発明の基本となる考え方は、一部の画素ではモノクロ表示モードにカラーフィルタを適用したカラー表示を行うとともに、他の画素では色相変化しうる表示モードを利用する点にある。したがって、上述のＥＣＢ効果を用いた構成に限らず、上記のような表示が可能であれば、あらゆるカラー表示装置に適用することが可能となる。

その例として、
（１）機械的な変調によって干渉層の空隙距離を変化させるカラー表示装置、
（２）着色粒子を移動させることによって表示・非表示を切り替えるカラー表示装置、があり、以下、このようなカラー表示装置について説明する。

（１）は例えばＳＩＤ９７Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．７１に記載のような構成であって、基板との空隙の距離を変化させることによって干渉色の表示・非表示の切り替えを行っている。ここでは変形可能なアルミ薄膜が外部からの電圧制御によって基板に接近したり離れたりすることでオン・オフの切り替えを行っている。また、このときの発色原理は干渉を利用したものであるために、上述した液晶のＥＣＢを利用した干渉による発色とまったく同じ議論が成立する。

したがって、このようなカラー表示素子である空隙距離変調素子においても、電圧などの外部制御可能な変調手段によって光学的性質を変化させることができ、かつ素子がとりうる最大明度と最小明度との間を変調手段によって明度変化させることができる変調領域と、素子がとりうる複数の色相を変調手段によって変化させることができる変調領域とを有していることになる。

そして、このような素子に対してその単位画素を複数の副画素に分割し、そのうち複数の副画素の少なくとも一つは、色相変化に基づく変調領域を用いたカラー表示を行う事ができる第１の副画素（群）と、カラーフィルタ層を有した第２の副画素（群）からなることによって、既述したカラー液晶素子と全く同様にして、高い光利用効率及び多色表示が可能なカラー表示素子が実現可能となる。

（２）は例えば、特開平１１−２０２８０４号公報などに記載の粒子移動型表示素子が好適に利用される。この例は電気泳動特性を利用して、コレクト電極及び表示電極間での電圧印加によって透明な絶縁性液体中で着色帯電泳動粒子を基板面と水平に移動させることによって表示・非表示の切り替えを行うものである。

またこれを応用し、２種類のカラー粒子を用いる構成としてもよい。つまり、観察者から見て互いにほぼ重畳する位置に配置される２つの表示電極と、２つのコレクト電極と、互いに異なる帯電極性および呈色を示し、少なくとも何れか一方が透光性である２種類の粒子とを備え、２種類の帯電粒子が全てコレクト電極に集合した状態、又は全て表示電極に配置された状態、又は何れか１方の粒子が表示電極に配置され他方の粒子がコレクト電極に集合した状態、又はこれらの中間状態、を形成可能な駆動手段とを含む単位セルとなるような構成にすることもできる。

ここで、単位セル中における２種類の泳動粒子色の組み合わせが例えば青と赤である構成を考える。この場合において白表示とする場合には、２種類とも粒子全てがコレクト電極に集合した状態となるよう駆動し、表示電極が全て露出した状態とすればよい。また赤もしくは青の単色表示の場合には、単位セルにおいて所望の単色粒子のみを表示電極に配置することによって単色を表示すればよい。

例えば青表示の場合は、青粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成し、赤の粒子をコレクタ電極に集めればよい。一方黒表示の場合は、全ての粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成することによって、第１電極、第２電極に形成された赤粒子、青粒子のそれぞれの吸収層を通過するため減法混色によって黒色となる。中間調表示の場合は、黒表示時の一部分の粒子だけを表示電極に配置すればよい。これによって、単位セルは赤・青の有彩色間での色相の変調、および白・黒・中間調の表示による明度の変調を行うことができる。

このように、変調手段によって明度を変化させる明度変化範囲と、変調手段によって色相を変化させる色相変化範囲とを有する媒体を用いる一方、単位画素を副画素に分割すると共に、画素を色相変化に基づく変調領域を用いてカラー表示を行う第１の副画素（群）と、カラーフィルタ層が配設された第２の副画素（群）とによって構成することにより、既述したカラー液晶素子と全く同様にして、高い光利用効率及び多色表示が可能なカラー表示素子が実現可能となる。

（実施例）
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。

なお、本実施例においては、共通の素子構造として下記のものを用いる。

液晶層は、基本的な構成は、垂直配向処理を施した２枚のガラス基板の間に液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を充填して形成する。なお、このとき実施例に応じてリタデーションが最適となるようにセル厚を変化させるものとする。

用いる基板構造として、一方の基板にＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス基板を用い、もう一方の基板にはカラーフィルタが配置された基板を用いている。このときの画素形状やカラーフィルタ構成は実施例に応じて変化させるものとする。なお、カラーフィルタの厚みは特に指定のない限りは１ミクロンとする。

また、ＴＦＴ側の画素電極にはアルミ電極を用い、反射型の構成とする。なおこのとき実施例に応じてＴＦＴ側の画素電極にＩＴＯ電極を用いた透過型の画素を併用した半透過型の構成も用意する。

また上基板（カラーフィルタ基板）と偏光板との間には位相補償板として広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）が配置されている。これにより反射型での表示の際に電圧無印加時には暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成となる。

（比較例）
なお、比較のため対角１２インチ、画素数６００×８００のＥＣＢ型アクティブマトリクス液晶表示パネル（液晶表示素子）を用いる。この画素ピッチは約３００μｍであり、各画素は３分割され、それぞれに赤、緑、青のカラーフィルタが配置されている。また、液晶層は、±５Ｖ電圧印加時の反射分光特性の中心波長が５５０ｎｍ及びリタデーション量が１３８ｎｍとなるよう、厚さを３ミクロンに調整される。

このときのセル構造は、図９に示すように、透明電極４，６の表面に垂直配向膜（不図示）を塗布し、電圧印加時の液晶分子の傾斜方向が偏光板１の吸収軸に対して４５度となるように、垂直配向膜には基板法線から１度程度のプレチルト角をその方向に付与させる。上下の基板３，７を張り合わせてセルを作り、液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−６６０８）を注入すると、電圧を印加しないときは液晶５が基板表面に垂直に配向する。なお、同図において、２は位相補償フィルムである。

このような液晶表示素子について、電圧を様々に変化させることによって画像を表示すると、ＲＧＢそれぞれの副画素について印加電圧に応じた連続階調色が得られ、それによってフルカラー表示可能となる。しかし、このような構成の場合、反射率は、１６％と低いものとなる。

（実施例１）
本実施例１においては、アクティブマトリクス基板として対角１２インチ、画素数６００×８００のアクティブマトリクス基板を用いる。また、各画素は６つの副画素に分割され、カラーフィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の６種類を用い、６回のフォトリソグラフィープロセスを繰り返すことによって６色のカラーフィルタが形成される。

液晶層の厚みは１０ミクロンに調整することによって、リタデーションによって三原色表示が出来るようになる。例えば、２．８２Ｖにて赤表示、３．１５Ｖにて青表示、６．２Ｖにて緑表示である。このような液晶表示素子について、電圧を変化させることによって画像を表示させることができる。０Ｖから２．５Ｖまでは連続的に明度変調できる領域である。

全ての画素に対して２．５Ｖを印加すると、白色表示が得られる。このときの反射率は約２５％となり、比較例に対して優位であることがわかる。また２．５Ｖ以下の電圧を全ての画素に対して印加することによって、モノクロの連続階調表示を得ることができる。

次いで赤色の表示状態について述べる。赤色はＲ画素に印加する電圧値を０Ｖから２．５Ｖまで変化させることによって連続的な階調量を得ることができる。また、Ｙ画素あるいはＭ画素に対して２．８２Ｖを印加することによっても赤色表示を得ることができる。あるいはＹ画素に３．０Ｖを印加して、液晶層としてはマゼンタ表示になるよう設定しても黄色カラーフィルタとの減法混色効果によって赤色表示を得ることもできる。

ここで、既述したように、ＹおよびＭ画素ともに赤表示として、Ｒ画素を最大輝度と設定することによって、赤色の最大輝度状態を得ることができる。最大輝度を１としたとき、０〜１／３までの輝度変調は、Ｙ／Ｍともに黒表示として、Ｒ画素を任意に変調させる。また、１／３〜２／３の範囲の輝度変調はＹもしくはＭ画素を赤表示とし、Ｒ画素を任意に変調させる。さらに、２／３〜１の範囲の輝度変調はＹ／Ｍ画素をともに赤表示とし、Ｒ画素を任意に変調させる。これによって赤色の連続階調色を得ることができる。なお他の表示色についても同様にして表示させることによって、本素子を用いて連続階調表示を得ることが可能となる。

（実施例２）
本実施例においては、アクティブマトリクス基板として、上記比較例と同じ対角１２インチ、画素数６００×８００のアクティブマトリクス基板を用いる。また、各画素は６つの副画素に分割され、表示画素として赤表示用画素をＰ_Ｒ、同じく緑、青、イエロー、マゼンタ、シアン画素をそれぞれＰ_Ｇ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｙ、Ｐ_Ｍ、Ｐ_Ｃ、とする。ここで、実施例１では、それぞれ異なるカラーフィルタ材料を用いて合計６回のフォトプロセスによってカラーフィルタを得たが、本実施例では、このカラーフィルタを、以下のようにＹＭＣの三種類のプロセスのみによって構成する。

まず、Ｐ_Ｒ画素、Ｐ_Ｙ画素、Ｐ_Ｇ画素に対してイエローカラーフィルタを形成する。次に、Ｐ_Ｍ画素、Ｐ_Ｂ画素、Ｐ_Ｒ画素に対してマゼンタカラーフィルタを形成する。ここで、Ｐ_Ｒ画素上には既にイエローカラーフィルタが形成されているので、ＹとＭが積層するようにカラーフィルタが形成される。次に、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｂ画素、Ｐ_Ｃ画素に対してシアンカラーフィルタを形成する。なお、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｂ画素、にはそれぞれイエローカラーフィルタとマゼンタカラーフィルタとが形成されているので、それらに対して積層するようにシアンカラーフィルタを形成する。最後に必要に応じて平坦化処理を施す。

こうすることで、Ｐ_Ｒ画素、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｂ画素、Ｐ_Ｙ画素、Ｐ_Ｍ画素、Ｐ_Ｃ画素にそれぞれ赤・緑・青・イエロー・マゼンタ・シアン色を透過させるカラーフィルタを形成させることが可能となる。実際の駆動は実施例１と同様に行うことによって、フルカラー表示を行うことが可能となる。

（実施例３）
本実施例においては、アクティブマトリクス基板として対角１２インチ、画素数６００×８００のアクティブマトリクス基板を用いる。また、各画素は４つの副画素に分割され、カラーフィルタは赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）の４種類用い、４回のフォトリソグラフィープロセスを繰り返すことによって４色のカラーフィルタを形成する。

また、液晶層の厚みを１０ミクロンに調整することによって、リタデーションによって三原色表示が出来るようになる。例えば、２．８２Ｖにて赤表示、３．１５Ｖにて青表示、６．２Ｖにて緑表示である。このような液晶表示素子について、電圧を変化させることによって画像を表示させることができる。なお、０Ｖから２．５Ｖまでは連続的に明度変調できる領域である。

例えば、赤の連続階調は、最大輝度を１としたとき、０〜１／２まではＧ、Ｍ、Ｃ副画素を黒表示とし、Ｒ画素での連続階調表示を行う。また、１／２から１まではＭ副画素にて赤色表示することで１／２の輝度を得て、Ｒ副画素での連続階調表示を行う。なお、このときＧ、Ｃ副画素は黒表示とする。

また、緑の連続階調は、最大輝度を１としたとき、０〜１／２まではＲ、Ｍ、Ｃ副画素を黒表示とし、Ｇ画素での連続階調表示を行う。また、１／２から１まではＣ副画素にて緑色を表示することで１／２の輝度を得て、Ｇ副画素での連続階調表示を行う。なお、このときＲ、Ｃ副画素は黒表示とする。

また、青の階調表示は、最大輝度を１としたとき、１／２はＭまたはＣ副画素を青表示とすることで得られる。他の画素は黒である。最大輝度１はＭおよびＣ画素を同時に青表示とすることで得られる。なお、このときＲ他の画素は黒である。これによって青表示は３階調を得ることができる。

なお、本実施例において、これらによってフルカラー表示は出来ず、特に青の階調表示能は不足しているが、人の視感度特性から、視認上でフルカラーに近い表示状態を得ることが可能となる。

（実施例４）
前記実施例３に用いる基板を１２インチから３．５インチの基板へと変更し、同様の表示を行うと、視認上粒状感はほとんど観測されず、ほぼフルカラーといってよい表示を得ることが可能となる。

（実施例５）
前記実施例１に用いる画素のうち、ＲＧＢの副画素をそれぞれ２分割し、一方を実施例１と同様の反射基板、残る一方をＩＴＯ電極を用いることによって、半透過型液晶表示素子が得られる。

本実施例の構成における反射部のセル厚は、実施例１と同様に１０ミクロンである。一方、透過モードにおいて必要なリタデーション量を実現できるセル厚は５ミクロンである。つまり、本実施例では通常の半透過型表示素子と異なり、反射モードのほうが厚く設定される。

反射部は実施例１と同様に駆動することによってフルカラー表示可能である。一方透過部に関して、偏光板をクロスニコルに設定しておけば電圧無印加時に黒表示されるノーマリブラックモードとなる。したがって、透過部・反射部ともに１０ミクロンに設定しても良い。もちろんマルチギャップ構成としても良い。いずれの場合でも、透過部反射部ともに高いコントラストを確保した上でフルカラー表示を行うことが可能となる。

（実施例６）
実施例５に用いるカラーフィルタについて、透過部のＲＧＢカラーフィルタの厚みを１ミクロンから３ミクロンへと変更し、液晶素子を作製すると、透過部の３原色の色純度を高めることが可能となる。このとき平坦化度を適宜調整することによって、透過部のセル厚を薄めに設定することが可能となる。つまり、透過部のカラーフィルタを厚くすることによって、高い色純度と薄いセル厚を同時に実現できるので、透過部の応答速度向上に寄与することが可能となる。

（実施例７）
実施例１に用いるカラーフィルタについて、３つの副画素にＲＧＢカラーフィルタを配設し、他の３副画素のうちのいずれか、もしくは全てカラーフィルタを用いない構成とすることによっても明るいカラー表示を得ることができる。

例えば、実施例１におけるＭカラーフィルタを除き、ＲＧＢＹＣのカラーフィルタを有する５つの副画素と、カラーフィルタを有さない１つの副画素とからなる素子を用いる場合を考える。

この場合、カラーフィルタを有さない副画素でもＥＣＢ効果による着色現象によって、０Ｖにて黒表示、２．８２Ｖにて赤表示、３．０Ｖにてマゼンタ表示、３．１５Ｖにて青表示を得ることが可能となる。つまり、カラーフィルタを有する副画素と同様の表示状態を得ることができるので、本構成においてもフルカラー表示は可能となる。

同様の考え方で、ＹやＣのカラーフィルタがなくてもＥＣＢ効果による着色現象によってカラー表示が出来るので、実施例１からカラーフィルタを減らすことが可能となる。

これにより、カラーフィルタ形成プロセスの負荷が軽減されるとともに、明るい表示を得ることが可能となる。

（実施例８）
本実施例においては、各画素は６つの副画素に分割され、それぞれの画素は赤・緑・青・マゼンタ色のカラーフィルタが設けられている。またマゼンタ画素は３つに分割されている。赤表示用画素をＰ_Ｒ、同じく緑、青、マゼンタ画素をそれぞれＰ_Ｇ、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｍ１、Ｐ_Ｍ２、Ｐ_Ｍ３とする。それぞれの画素の面積比は、Ｐ_Ｒ：Ｐ_Ｇ：Ｐ_Ｂ：Ｐ_Ｍ１：Ｐ_Ｍ２：Ｐ_Ｍ３＝１：８：１：１：２：４である。本実施例では、このカラーフィルタを、以下のようにＹＭＣの三種類のプロセスのみによって構成する。

まず、Ｐ_Ｂ、Ｐ_Ｇ画素に対してシアンカラーフィルタを形成する。次に、Ｐ_Ｍ画素、Ｐ_Ｂ画素、Ｐ_Ｒ画素に対してマゼンタカラーフィルタを形成する。ここで、Ｐ_Ｂ画素上には既にシアンカラーフィルタが形成されているので、ＣとＭが積層するようにカラーフィルタが形成される。次に、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｒ画素に対してイエローカラーフィルタを形成する。なお、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｒ画素、にはそれぞれシアンカラーフィルタとマゼンタカラーフィルタとが形成されているので、それらに対して積層するようにイエローカラーフィルタを形成する。最後に必要に応じて平坦化処理を施す。

こうすることで、３回のフォトプロセスによってＰ_Ｒ画素、Ｐ_Ｇ画素、Ｐ_Ｂ画素、Ｐ_Ｍ画素にそれぞれ赤・緑・青・マゼンタ色を透過させるカラーフィルタを形成させることが可能となる。実際の駆動は、ＷＯ２００４／０４２６８７に記載の方法を用いて駆動を行うことによって、フルカラー表示を行うことが可能となる。

また前記平坦化処理を施すことによって配向状態の均一化にとって有利な、平坦な基板構成とすることができる。

あるいは平坦化処理を施さない場合には、マゼンタ画素はカラーフィルタ層が１層しかなく、他の赤・緑・青画素は２層からなるために、マゼンタ画素のカラーフィルタだけが薄い膜厚となる。これを用いた液晶素子では、液晶層の厚さはマゼンタが最も厚くなる。こうすることで、リタデーション量が最も多く必要なマゼンタ画素のセル厚を厚く設定することが可能となる。また、わずかにカラーフィルタごとに段差を残した平坦化処理を行うことによっても、同様の効果を得ることができる。

（実施例９）
本実施例においては、各画素は９つの副画素に分割され、それぞれの画素は赤・緑・青・マゼンタ色のカラーフィルタが設けられている。またマゼンタ画素は３つに分割されている。赤・緑・青はそれぞれ二つずつに分割されており、一方は透過型表示ができるように上下の電極両方ともＩＴＯが用いられ、残る一方は反射型表示ができるように一方の電極は反射電極が用いられている。

このときマゼンタ画素をＰ_Ｍ１、Ｐ_Ｍ２、Ｐ_Ｍ３とする。また、透過型表示画素における赤表示用画素をＰ_Ｒ＿Ｔ、同じく緑、青、をそれぞれＰ_Ｇ＿Ｔ、Ｐ_Ｂ＿Ｔとし、反射型表示画素における赤表示用画素をＰ_Ｒ＿Ｒ、同じく緑、青、をそれぞれＰ_Ｇ＿Ｒ、Ｐ_Ｂ＿Ｒとする。このときそれぞれの画素の面積比は、Ｐ_Ｒ＿Ｔ：Ｐ_Ｇ＿Ｔ：Ｐ_Ｂ＿Ｔ：Ｐ_Ｒ＿Ｒ：Ｐ_Ｇ＿Ｒ：Ｐ_Ｂ＿Ｒ：Ｐ_Ｍ１：Ｐ_Ｍ２：Ｐ_Ｍ３＝１：１：１：１：８：１：１：２：４である。ここで、４種類のカラー表示を行うために、それぞれ異なるカラーフィルタ材料を用いて合計４回のフォトプロセスによってカラーフィルタを得ることが可能であるが、本実施例では、このカラーフィルタを、以下のようにＹＭＣの三種類のプロセスのみによって構成する。

まず、Ｐ_Ｂ＿Ｔ、Ｐ_Ｂ＿Ｒ、Ｐ_Ｇ＿Ｔ、Ｐ_Ｇ＿Ｒ画素に対してシアンカラーフィルタを形成する。次に、Ｐ_Ｍ画素、Ｐ_Ｂ＿Ｔ、Ｐ_Ｂ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｒ＿Ｔ、Ｐ_Ｒ＿Ｒ画素に対してマゼンタカラーフィルタを形成する。ここで、Ｐ_Ｂ＿Ｔ、Ｐ_Ｂ＿Ｒ画素上には既にシアンカラーフィルタが形成されているので、ＣとＭが積層するようにカラーフィルタが形成される。次に、Ｐ_Ｇ＿Ｔ、Ｐ_Ｇ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｒ＿Ｔ、Ｐ_Ｒ＿Ｒ画素に対してイエローカラーフィルタを形成する。なお、Ｐ_Ｇ＿Ｔ、Ｐ_Ｇ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｒ＿Ｔ、Ｐ_Ｒ＿Ｒ画素、にはそれぞれシアンカラーフィルタとマゼンタカラーフィルタとが形成されているので、それらに対して積層するようにイエローカラーフィルタを形成する。最後に必要に応じて平坦化処理を施す。

こうすることで、３回のフォトプロセスによってＰ_Ｒ＿Ｔ、Ｐ_Ｒ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｇ＿Ｔ、Ｐ_Ｇ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｂ＿Ｔ、Ｐ_Ｂ＿Ｒ画素、Ｐ_Ｍ画素にそれぞれ赤・緑・青・マゼンタ色を透過させるカラーフィルタを形成させることが可能となる。実際の駆動は、ＷＯ２００４／０４２６８７に記載の方法を用いて駆動を行うことによって、フルカラー表示を行うことが可能となる。またバックライトを設けることによって、半透過型表示を行うことができる。

また前記平坦化処理を施すことによって配向状態の均一化にとって有利な、平坦な基板構成とすることができる。

以上述べたように、本実施例によって明るい反射型液晶表示素子や半透過型液晶表示素子が実現可能となる。なお、本実施例中では直視型の反射型液晶表示素子および直視型の半透過型液晶表示素子を中心に述べたが、直視型の透過型液晶表示素子や投射型の液晶表示素子、拡大光学系を用いたビューファインダなどの液晶表示素子に応用することができる。

さらに本実施例では駆動基板としてＴＦＴを用いているが、その替わりにＭＩＭを用いたり、半導体基板上に形成したスイッチング素子を用いるといった基板構成の変更や、単純マトリクス駆動やプラズマアドレッシング駆動にしたりといった駆動方法の変形は自明になしえる。

また本実施例では垂直配向モードを中心に述べたが、既述したように平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど、電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。またＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードにも適用することが可能である。

さらに、ＥＣＢ効果を有する液晶表示素子の替わりに機械的な変調によって干渉層の媒体としての空気の厚さである空隙距離を変化させるカラー表示素子を用いる場合でも本実施例と同様の効果が得られる。また、カラー表示装置として、実施の形態中で述べた構成に基づく媒体である複数の粒子を電圧印加によって移動させる粒子移動型表示素子を用いる場合でも本実施例と同様の効果が得られる。

本発明を実施するための最良の形態に係るカラー表示装置に用いられるカラー表示素子（液晶表示素子）の１画素の構造を示す図。 ＲＧＢ色立体を表す図。 上記ＲＧＢ色立体において、ＹＭＣカラーフィルタによって得られる表示範囲を説明する図。 上記ＲＧＢ色立体において、上記カラー表示素子が黄色副画素にて表示可能な範囲を表す図。 上記ＲＧＢ色立体において、上記カラー表示素子が黄色副画素とＲＧＢ副画素との組み合わせにて表示可能な範囲を表す図。 上記ＲＧＢ色立体において、上記カラー表示素子がＹＭＣ副画素にて表示できる格子点を表す図。 上記カラー表示素子がＹＭＣカラーフィルタによって三原色を実現させることを説明する図。 上記カラー表示素子のカラーフィルタの構成の一例を表す図。 上記液晶表示素子の比較例に係る液晶表示素子の構成を説明する図。 リタデーション量が変化したときの色度図上の変化を表す図。

符号の説明

１ 偏光板
２ 位相補償フィルム
３ ガラス
４ 透明電極
５ 液晶
６ 透明電極
７ 反射板
２０ 画素
２１〜２３ 第２の副画素
２４〜２６ 第１の副画素

Claims (3)

1. 単位画素が複数の第１の副画素とカラーフィルタを備えた複数の第２の副画素とを含む複数の副画素から構成され、各副画素に印加電圧に応じて光学的性質を変化させ得る媒体が配置されたカラー表示素子を備えたカラー表示装置であって、
   前記複数の第１の副画素に、前記媒体の光学的性質を、前記媒体を通過する光の明度が変化する範囲と前記媒体を通過する光が有彩色を呈し該有彩色の色相が変化する範囲とにおいて変調する電圧を印加する手段と、
   前記複数の第２の副画素に、前記媒体の光学的性質を、前記媒体を通過する光の明度が変化する範囲において変調する電圧を印加する手段とを有し、
   前記複数の第２の副画素に、赤、緑、青の３色、または赤、緑の２色のカラーフィルタを備えたことを特徴とするカラー表示装置。
2. 前記複数の第１の副画素に、前記第２の副画素に備えたカラーフィルタのそれぞれと補色の関係にあるカラーフィルタを備えたことを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。
3. 前記第２の副画素に備えられたカラーフィルタは、黄・マゼンタ・シアンのうちいずれか２色のカラーフィルタを積層したカラーフィルタであることを特徴とする請求項１に記載のカラー表示装置。

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