JP5141556B2 - 液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパー - Google Patents

Description

本発明は、コレステリック液晶を駆動して画像を表示する液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーに関する。

近年、電気的に画像の書換えが可能で、電源を切っても画像表示を保持できる電子ペーパーの技術分野が急速に発展している。電子ペーパーは、超低消費電力と目にやさしく疲れ難い反射型表示と紙のような可撓性のあるフレキシブルで薄型の表示体の実現を目指し、電子ブック、電子新聞、電子ポスター等の応用が進められている。

表示方式としては、帯電粒子を空気中や液体中で移動させる電気泳動方式、２色に色分けした帯電粒子を回転させるツイストボール方式、液晶層の干渉反射を利用した双安定性のある選択反射型液晶方式の開発が進められている。中でもコレステリック相を示す液晶（コレステリック液晶又はカイラルネマティク液晶と称される。以下、コレステリック液晶と言う）を用いたコレステリック液晶方式は、メモリ性特性、低電力化、カラー化などの面で優位性を有している。

図１４は、コレステリック液晶を用いたフルカラー表示が可能な液晶表示素子５１の断面構成を模式的に示している。液晶表示素子５１は、表示面から順に、青色（Ｂ）表示部４６ｂと、緑色（Ｇ）表示部４６ｇと、赤色（Ｒ）表示部４６ｒとが積層された構造を有している。図示において、上方の基板４７ｂ側が表示面であり、外光（実線矢印）は基板４７ｂ上方から表示面に向かって入射するようになっている。なお、基板４７ｂ上方に観測者の目及びその観察方向（破線矢印）を模式的に示している。

Ｂ表示部４６ｂは、一対の上下基板４７ｂ、４９ｂ間に封入された青色（Ｂ）用液晶４３ｂと、Ｂ用液晶層４３ｂに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｂとを有している。Ｇ表示部４６ｇは、一対の上下基板４７ｇ、４９ｇ間に封入された緑色（Ｇ）用液晶４３ｇと、Ｇ用液晶層４３ｇに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｇとを有している。Ｒ表示部４６ｒは、一対の上下基板４７ｒ、４９ｒ間に封入された赤色（Ｒ）用液晶４３ｒと、Ｒ用液晶層４３ｒに所定のパルス電圧を印加するパルス電圧源４１ｒとを有している。Ｒ表示部４６ｒの下基板４９ｒ裏面には光吸収層４５が配置されている。

各Ｂ、Ｇ、Ｒ用液晶層４３ｂ、４３ｇ、４３ｒに用いられているコレステリック液晶は、ネマティック液晶にキラル性（掌性）の添加剤（カイラル材ともいう）を数十ｗｔ％の含有率で比較的大量に添加した液晶混合物である。ネマティック液晶にカイラル材を比較的大量に含有させると、ネマティック液晶分子を強く螺旋状に捻ったコレステリック相を形成することができる。

コレステリック液晶は双安定性（メモリ性）を備えており、液晶に印加する電界強度の調節によりプレーナ状態、フォーカルコニック状態又はプレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態のいずれかの状態をとることができ、一旦プレーナ状態、フォーカルコニック状態又はそれらが混在した中間的な状態になると、その後は無電界下においても安定してその状態を保持する。

プレーナ状態は、上下基板４７、４９間に所定の高電圧を印加して液晶層４３に強電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。フォーカルコニック状態は、例えば、上記高電圧より低い所定電圧を上下基板４７、４９間に印加して液晶層４３に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。

プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態は、例えば、フォーカルコニック状態が得られる電圧よりも低い電圧を上下基板４７、４９間に印加して液晶層４３に電界を与えた後、急激に電界をゼロにすることにより得られる。

このコレステリック液晶を用いた液晶表示素子５１の表示原理を、Ｂ表示部４６ｂを例にとって説明する。図１５（ａ）は、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂがプレーナ状態におけるコレステリック液晶の液晶分子３３の配向状態を示している。図１５（ａ）に示すように、プレーナ状態での液晶分子３３は、基板厚方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ垂直になる。

プレーナ状態では、液晶分子３３の螺旋ピッチに応じた所定波長域の光が選択的に液晶層で反射される。このとき、反射される光は螺旋ピッチの掌性に応じて左右どちらか一方の円偏光であり、これ以外の光は液晶層を透過する。自然光は左右の円偏光が入り混じった状態であるため、自然光がプレーナ状態である液晶層に入射すると、所定波長域については、入射光の５０％が反射し、５０％が透過すると考えることができる。
液晶層の平均屈折率をｎとし、螺旋ピッチをｐとすると、反射が最大となる波長λは、λ＝ｎ・ｐで示される。

従って、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂでプレーナ状態時に青色の光を選択的に反射させるには、例えばλ＝４８０ｎｍとなるように平均屈折率ｎ及び螺旋ピッチｐを決める。平均屈折率ｎは液晶材料及びカイラル材を選択することで調整可能であり、螺旋ピッチｐは、カイラル材の含有率を調整することにより調節することができる。

図１５（ｂ）は、Ｂ表示部４６ｂのＢ用液晶層４３ｂがフォーカルコニック状態におけるコレステリック液晶の液晶分子３３の配向状態を示している。図１５（ｂ）に示すように、フォーカルコニック状態での液晶分子３３は、基板面内方向に順次回転して螺旋構造を形成し、螺旋構造の螺旋軸は基板面にほぼ平行になる。フォーカルコニック状態では、Ｂ用液晶層４３ｂに反射波長の選択性は失われ、入射光の殆どが透過する。透過光はＲ表示部４６ｒの下基板４９ｒ裏面に配置された光吸収層４５で吸収されるので暗（黒）表示が実現できる。

プレーナ状態とフォーカルコニック状態とが混在した中間的な状態では、プレーナ状態とフォーカルコニック状態との存在割合に応じて反射光と透過光との割合が調整され、反射光の強度が変化する。従って、反射光の強度に応じた中間調表示が実現できる。

このように、コレステリック液晶では、螺旋状に捻られた液晶分子３３の配向状態で光の反射量を制御することができる。上記のＢ用液晶層４３ｂと同様にして、Ｇ用液晶層４３ｇ及びＲ用液晶層４３ｒに、プレーナ状態時に緑又は赤の光を選択的に反射させるコレステリック液晶をそれぞれ封入してフルカラー表示の液晶表示素子５１が作製される。液晶表示素子５１は、メモリ性があり、画面書き換え時以外には電力を消費せずにフルカラー表示が可能である。

特開２０００−３１０７１３号公報 特開平７−２３００５８号公報

また、入射光が透過するというフォーカルコニック状態の性質から、画像表示面に対向する裏面側に光吸収層を設けることで、フォーカルコニック状態を黒色表示として利用する。このように反射型液晶方式では表示素子の裏面に光吸収層を設けることで、上記プレーナ状態を「明状態」、フォーカルコニック状態を「暗状態」として表示に利用する構造が一般的である。

図１６は、裏面側に光吸収層を設けない構造の液晶表示素子５１における表示を例示している。裏面側に光吸収層を設けない構造において、図１６（ａ）に示す矢印のように液晶表示素子１の表面を観察する。液晶分子の螺旋ピッチの掌性（キラル性）により、左右いずれかの円偏光成分の光が液晶層を透過するので、表示画面全体としては半透明状態となる（基板、その他生成膜の影響は除く）。この構造で画像表示面を観察すると、図１６（ｂ）に示すように、液晶表示素子を通して背景（３本の木で示す）が半透明状態で観察されると共に、当該背景中に画像（「ＦＵＪＩＴＳＵ」の文字）が表示される。

一方、液晶表示素子１を裏返して画像表示面に対向する裏面側から観察すると、図１６（ｃ）に示すように、半透明の背景中に本来の表示画像を反転した画像が観察される。画像が左右対称の図柄等であれば問題ないが、左右非対称で意味を持つ図柄や文字列等は反転して表示されても意味がない。従って、裏面側に光吸収層を設けない構造の液晶表示素子では、液晶表示素子を裏返して裏面側から観察する場合には反転画像が表示されるのは不都合であるという問題が生じる。

本発明の目的は、画像表示面に対向する裏面側の表示品質を改善した液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーを提供することにある。

上記目的は、プレーナ状態で、所定の選択波長域の所定回転の円偏光の光を反射し、残余の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるコレステリック液晶を一対の基板間に封止した表示部と、前記表示部のいずれか一方の表面上に配置され、他方の表面に入射して前記一方の表面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、前記一方の表面側から前記他方の表面側に向かう光のうち前記所定回転の円偏光の光以外の光を前記一方の表面に入射させる光学素子とを有することを特徴とする液晶表示素子によって達成される。

上記本発明の液晶表示素子であって、前記光学素子は、円偏光板であることを特徴とする。また、前記円偏光板は、入射光から直線偏光の光を射出する直線偏光板と、前記直線偏光板の光透過軸に対し遅相軸が４５°傾いて配置されたλ／４板とを有し、前記λ／４板側が前記裏面側に対面していることを特徴とする。

また、上記本発明の液晶表示素子であって、前記表示部と積層され、前記表示部の前記コレステリック液晶の前記選択波長域と異なる選択波長域の光を反射するコレステリック液晶が一対の基板間に封止された表示部を有することを特徴とする。

また、上記本発明の液晶表示素子であって、前記光学素子は、所定の選択波長域の所定回転の円偏光の光を反射し、残余の光を透過させるコレステリック液晶を一対の基板間に封止した液晶層を有することを特徴とする。

また、上記本発明の液晶表示素子であって、前記光学素子の前記液晶層の前記所定の選択波長域は、前記表示部の前記液晶層の前記所定の選択波長域を含むことを特徴とする。あるいは、前記光学素子の前記液晶層の前記所定の選択波長域は、前記表示部の前記液晶層の前記所定の選択波長域を全て含むことを特徴とする。さらに、前記光学素子の前記液晶層の前記コレステリック液晶は、前記表示部の前記液晶層の前記コレステリック液晶と掌性が同じであることを特徴とする。また、前記光学素子の前記コレステリック液晶は、プレーナ状態に維持されていることを特徴とする。また、前記光学素子の前記コレステリック液晶は、前記表示部の前記コレステリック液晶と同一材料であることを特徴とする。また、前記光学素子は、前記一対の基板と前記液晶層との界面の少なくとも一方に形成されてラビング処理が施された配向膜を有することを特徴とする。前記ラビング処理は、ラビング密度が２０以上であることを特徴とする。

また、上記本発明の液晶表示素子であって、前記表示部と前記光学素子との組を複数有していることを特徴とする。また、前記複数の表示部が積層され、当該裏面側に前記複数の光学素子が積層されていることを特徴とする。また、前記複数の表示部は、表示面側から青色光を反射する第１表示部、緑色光を反射する第２表示部、赤色光を反射する第３表示部の順に積層されていることを特徴とする。

さらに、上記目的は、上記本発明の液晶表示素子を備えている電子ペーパーによって達成される。

本発明によれば、画像表示面に対向する裏面側の表示品質を改善した液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーを実現できる。

本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１の断面構成を模式的に示す図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の動作について説明する図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１の駆動波形の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１のコレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の効果を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による液晶表示素子１の断面構成を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施の形態による液晶表示素子１の断面構成を模式的に示す図である。 本発明の第３の実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の動作について説明する図である。 本発明の第３の実施の形態によるラビング処理により、光学素子α２に入射した光の反射角の指向性を制御できることを説明する図である。 本発明の第４の実施の形態による液晶表示素子１の断面構成を模式的に示す図である。 液晶表示素子のプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示す図である。 従来のフルカラー表示可能な液晶表示素子の断面構成を模式的に示す図である。 従来の液晶表示素子の一液晶層の断面構成を模式的に示す図である。 従来の液晶表示素子の裏面側に光吸収層を設けない構造での表示を例示する図である。

符号の説明

１、５１ 液晶表示素子
３ｂ、４３ｂ Ｂ用液晶層
３ｇ、４３ｇ Ｇ用液晶層
３ｒ、４３ｒ Ｒ用液晶層
６ｂ、４６ｂ Ｂ表示部
６ｇ、４６ｇ Ｇ表示部
６ｒ、４６ｒ Ｒ表示部
７ｂ、７ｇ、７ｒ、４７ｂ、４７ｇ、４７ｒ 上基板
９ｂ、９ｇ、９ｒ、４９ｂ、４９ｇ、４９ｒ 下基板
１２ｂ 青（Ｂ）ピクセル
１２ｇ 緑（Ｇ）ピクセル
１２ｒ 赤（Ｒ）ピクセル
１７ｒ、１７ｇ、１７ｂ 走査電極
１９ｒ、１９ｇ、１９ｂ データ電極
２１ｂ、２１ｇ、２１ｒ シール材
２３ 制御回路
２４ 駆動部
２５ 走査電極駆動回路
２７ データ電極駆動回路
α１、α２、α３、α４ 光学素子
β１ 直線偏光板
β２ λ／４板
β３ｂ Ｂ用液晶層
β３ｇ Ｇ用液晶層
β３ｒ Ｒ用液晶層
β７ｂ、β７ｇ、β７ｒ 上基板
β９ｂ、β９ｇ、β９ｒ 下基板
β２１ｂ、β２１ｇ、β２１ｒ シール材
βｘ１、βｘ２、βｘ３ 配向膜
ａ１ 光透過軸
ａ２ 遅相軸

〔第１の実施の形態〕
本発明の第１の実施の形態による液晶表示素子及びそれを備えた電子ペーパーについて図１乃至図６を用いて説明する。図１は、本実施の形態による液晶表示素子１の概略構成を示している。図２は、図１において図左右方向に平行な直線で液晶表示素子１を切断した断面構成を模式的に示している。

図１及び図２に示すように、液晶表示素子１は、対向配置された一対の上下基板７ｂ、９ｂと、両基板７ｂ、９ｂ間に封止されて、プレーナ状態で青（Ｂ）色光を選択波長域として選択的に反射するＢ用液晶層３ｂとを備えたＢ表示部６ｂを有している。
Ｂ用液晶層３ｂは、青色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されて右旋光性（掌性が右）を備えており、プレーナ状態で青色の右円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるコレステリック液晶で構成されている。

図１の紙面手前及び図２上方がＢ表示部６ｂの画像表示面側である。画像表示面に対向する裏面側には、画像表示面に入射して裏面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、裏面側から画像表示面側に向かう光のうち右円偏光の光以外の光を裏面に入射させる光学素子α１が配置されている。

本実施の形態の光学素子α１は、図２に示すように、直線偏光板β１と１／４波長（λ／４）板β２とを貼り合せた円偏光板（以下、必要に応じ円偏光板α１と記す）である。円偏光板α１は、λ／４板β２側の面がＢ表示部６ｂ裏面に対面して配置されている。光学素子α１は、可視光領域で概ね円偏光板として機能するようになっている。

本実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の動作について図３を用いて説明する。 図３は、液晶表示素子１のＢ表示部６ｂ、円偏光板α１のλ／４板β２、及び直線偏光板β１を、この順に図左から右上に向かって直線ｚ軸の正方向に分離して並べた斜視図である。

ｚ軸と直交するｘｙ面を考え、Ｂ表示部６ｂはｘ１ｙ１面内に、λ／４板β２はｘ２ｙ２面内に、直線偏光板β１はｘ３ｙ３面内にあるものとする。理解を容易にするため、Ｂ表示部６ｂの手前のｘ０ｙ０面内に背景ｂｇ０があるものとし、直線偏光板β１の先のｘ４ｙ４面内に背景ｂｇ１があるものとする。なお、言うまでもなくｘ０、ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４はそれぞれ平行であり、ｙ０、ｙ１、ｙ２、ｙ３、ｙ４はそれぞれ平行であり、ｘ０乃至ｘ４とｙ０乃至ｙ４とは直交している。また、本願では、光の進行方向に向かって見て、時計回りの円偏光を右円偏光、反時計回りの円偏光を左円偏光という。

ここで、円偏光板α１の構成について説明する。直線偏光板β１の光透過軸（光吸収軸に直交する方向）ａ１は、＋ｚ方向に見て、軸ｙ３から反時計回りに４５°傾いて配置されている。言い換えれば、光透過軸ａ１は、−ｚ方向に見て、軸ｙ３から時計回りに４５°傾いて配置されている。
また、λ／４板β２の遅相軸（位相が遅れる軸）ａ２は、軸ｙ２に平行である。
従って、直線偏光板β１の光透過軸ａ１とλ／４板β２の遅相軸ａ２とのなす角は４５°になっている。λ／４板β２から直線偏光板β１に向かう方向（＋ｚ方向）に見れば、遅相軸ａ２に対し光透過軸ａ１は反時計回りに４５°回転しており、直線偏光板β１からλ／４板β２に向かう方向（−ｚ方向）に見れば、光透過軸ａ１に対し遅相軸ａ２は反時計回りに４５°回転している。

まず、ｘ０ｙ０面側からｘ１ｙ１面のＢ表示部６ｂの画像表示面を観察したときに得られる画像について説明する。ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に入射した光は、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域で青色の右円偏光成分の光だけが反射し、それ以外の光は透過する。コレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域ではほぼ全ての光が透過する。

一方、ｘ４ｙ４面側から直線偏光板β１に入射した光は、光透過軸ａ１方向の偏光方位を有する直線偏光成分が直線偏光板β１を透過し、λ／４板β２に入射する。λ／４板β２に入射した光は、左円偏光となりＢ表示部６ｂの裏面に入射する。Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶は、青色の右円偏光の光だけを反射するので、Ｂ表示部６ｂの裏面に入射した左円偏光の背景光は全てコレステリック液晶を透過して画像表示面から射出する。これにより、画像表示面からは、液晶表示素子１を透かして見えるカラーの背景ｂｇ１の中にＢ表示部６ｂで表示する青色の画像が観察される。

次に、ｘ４ｙ４面側からｘ３ｙ３面の直線偏光板β１、つまり、ｘ４ｙ４面側から画像表示面に対向する裏面側を観察したときに得られる画像について説明する。ｘ４ｙ４面側から直線偏光板β１に入射した光は、光透過軸ａ１方向の偏光方位を有する直線偏光成分が直線偏光板β１を透過し、残りは直線偏光板β１で吸収される（直線偏光板β１での表面反射は僅かである）。

直線偏光板β１を透過してλ／４板β２に入射した光は上述の通り左円偏光となるので、λ／４板β２を射出してＢ表示部６ｂに入射した光は全てＢ表示部６ｂを透過し、Ｂ表示部６ｂでの反射光は生じない。

一方、ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に入射した光は、上述の通り、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域の青色の右円偏光以外の光、及びコレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域のほぼ全ての光が裏面から射出する。

これらの光は、λ／４板β２に入射して、左円偏光の光は直線偏光板β１の光透過軸ａ１と平行な偏光方位を有する直線偏光に変換され、右円偏光の光は直線偏光板β１の光透過軸ａ１と直交する偏光方位を有する直線偏光に変換されて、直線偏光板β１に入射する。直線偏光板β１では、光透過軸ａ１と平行な偏光方位を有する直線偏光だけが透過し、他は吸収されてしまう。これにより、液晶表示素子１の裏面からは、Ｂ表示部６ｂで表示する画像は表示されず、液晶表示素子１を透かして見えるカラーの背景ｂｇ０だけが観察される。

なお、Ｂ用液晶層３ｂを右旋光性を備えたコレステリック液晶で構成してもよい。その場合には、光学素子α１は裏面側から画像表示面側に向かう光のうち左円偏光の光以外の光を裏面に入射させる構成とする。すなわち、直線偏光板β１の光透過軸ａ１は、＋ｚ方向に見て、軸ｙ３から時計回りに４５°傾いて配置されている。言い換えれば、光透過軸ａ１は、−ｚ方向に見て、軸ｙ３から反時計回りに４５°傾いて配置されている。また、λ／４板β２の遅相軸ａ２は、軸ｙ２に平行である。従って、直線偏光板β１の光透過軸ａ１とλ／４板β２の遅相軸ａ２とのなす角は４５°になっている。λ／４板β２から直線偏光板β１に向かう方向（＋ｚ方向）に見れば、遅相軸ａ２に対し光透過軸ａ１は時計回りに４５°回転しており、直線偏光板β１からλ／４板β２に向かう方向（−ｚ方向）に見れば、光透過軸ａ１に対し遅相軸ａ２は時計回りに４５°回転している。

図６は、本実施の形態による画像表示の効果を示している。図６（ａ）に示す矢印のように液晶表示素子１の表面を観察する。液晶分子の螺旋ピッチの掌性により、左右いずれかの円偏光成分の光が液晶層を透過するので、表示画面全体としては半透明状態となる。この構造で画像表示面を観察すると、図６（ｂ）に示すように、液晶表示素子を通して背景（３本の木で示す）が半透明状態で観察されると共に、当該背景中に画像（「ＦＵＪＩＴＳＵ」の文字）が表示される。

一方、液晶表示素子１を裏返して画像表示面に対向する裏面側から観察すると、図６（ｃ）に示すように、半透明の背景だけが観察される。このため、画像が左右非対称で意味を持つ図柄や文字列等を表示している場合であっても、裏面側に当該画像の反転表示はされないので、画像表示面に対向する裏面側の表示品質を改善した液晶表示素子及びそれを用いた電子ペーパーを提供することができる。

（比較例）
比較例として、円偏光板α１がない従来の構成による液晶表示素子での画像表示の動作について説明する。まず、ｘ０ｙ０面側からｘ１ｙ１面のＢ表示部６ｂの画像表示面を観察したときに得られる画像について説明する。ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に入射した光は、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域で青色の右円偏光成分の光が反射し、それ以外の光は透過する。コレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域ではほぼ全ての光が透過する。

一方、ｘ４ｙ４面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に対向する裏面に入射した光も同様に、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域で青色の右円偏光成分の光が反射し、それ以外の光は透過する。コレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域ではほぼ全ての光が透過する。

これにより、画像表示面からは、図１６（ｂ）に示すように、液晶表示素子を透かして見えるカラーの背景ｂｇ１の中にＢ表示部６ｂで表示する青色の画像が観察される。また、裏面からは、図１６（ｃ）に示すように、液晶表示素子を透かして見えるカラーの背景ｂｇ０の中にＢ表示部６ｂで表示する青色の画像の反転画像が観察される。なお、観察される背景ｂｇ０、ｂｇ１は円偏光板α１を備えた本実施の形態より明るくなる。

上記実施の形態では、プレーナ状態で青色の光を反射するコレステリック液晶を用いたが、これに代えて、プレーナ状態で緑色の光を反射するコレステリック液晶や赤色の光を反射するコレステリック液晶を用いてもよい。それぞれ、画像表示面に緑又は赤の画像を表示させることができる。

このように本実施の形態によれば、表示画面側にはカラーの背景中に画像を表示できると共に、裏面側からは画像を表示させずにカラーの背景だけを観察することができる。

次に、本実施の形態による液晶表示素子１の具体的構成及び駆動方法等について詳細に説明する。
Ｂ用液晶層３ｂを構成するコレステリック液晶は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０ｗｔ％添加して形成されている。カイラル材の添加率はネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を１００ｗｔ％としたときの値である。ネマティック液晶としては従来公知の各種のものを用いることができるが、液晶層３ｂの駆動電圧を比較的低くするには、誘電率異方性Δεが２０≦Δε≦５０であることが好ましい。また、コレステリック液晶の屈折率異方性Δｎの値は、０．１８≦Δｎ≦０．２４であることが好ましい。屈折率異方性Δｎがこの範囲より小さいと、プレーナ状態でのＢ用液晶層３ｂの反射率が低くなり、この範囲より大きいと、Ｂ用液晶層３ｂはフォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなるほか、粘度も高くなり、応答速度が低下する。

上基板７ｂ及び下基板９ｂは、透光性を有することが必要である。本実施の形態では、縦横の長さが１０（ｃｍ）×８（ｃｍ）の大きさに切断した２枚のポリカーボネート（ＰＣ）フィルム基板を用いている。また、ＰＣ基板に代えてガラス基板やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルム基板を使用することもできる。これらのフィルム基板は十分な可撓性を備えている。

図１及び図２に示すように、Ｂ表示部６ｂの下基板９ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図１の図中上下方向に延びる複数の帯状のデータ電極１９ｂが並列して形成されている。なお、図２での符号１９ｂは、複数のデータ電極１９ｂの存在領域を示している。また、上基板７ｂのＢ用液晶層３ｂ側には、図１の図中左右方向に延びる複数の帯状の走査電極１７ｂが並列して形成されている。図１に示すように、上下基板７ｂ、９ｂを電極形成面の法線方向に見て、複数の走査電極１７ｂとデータ電極１９ｂとは、互いに交差して対向配置されている。本実施の形態では、２４０×３２０ドットのＱＶＧＡ表示ができるように、透明電極をパターニングして０．２４ｍｍピッチのストライプ状の２４０本の走査電極１７ｂ及び３２０本のデータ電極１９ｂを形成している。両電極１７ｂと１９ｂとの各交差領域がそれぞれ青表示用のＢピクセル１２ｂとなる。複数のＢピクセル１２ｂは２４０行×３２０列のマトリクス状に配置されている。

走査電極１７ｂ及びデータ電極１９ｂの形成材料としては、例えばインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ；ＩＴＯ）が代表的であるが、その他インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｃ Ｏｘｉｄｅ；ＩＺＯ）等の透明導電膜、アルミニウムあるいはシリコン等の金属電極、又はアモルファスシリコン等の透明導電膜等を用いることができる。

上基板７ｂには、複数の走査電極１７ｂを駆動する走査電極用ドライバＩＣが実装された走査電極駆動回路２５が接続されている。また、下基板９ｂには、複数のデータ電極１９ｂを駆動するデータ電極用ドライバＩＣが実装されたデータ電極駆動回路２７が接続されている。走査電極駆動回路２５及びデータ電極駆動回路２７を含んで駆動部２４が構成されている。

走査電極駆動回路２５は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、所定の走査電極１７ｂを選択して、走査電極１７ｂに対して走査信号を同時に出力するようになっている。一方、データ電極駆動回路２７は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、選択された走査電極１７ｂ上のＢピクセル１２ｂに対する画像データ信号をデータ電極１９ｂのそれぞれに出力するようになっている。走査電極用及びデータ電極用ドライバＩＣとして、例えばＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣが用いられている。

両電極１７ｂ、１９ｂ上には機能膜として、それぞれ絶縁膜や液晶分子の配列を制御するための配向膜（いずれも不図示）がコーティングされていることが好ましい。絶縁膜は、電極１７ｂ、１９ｂ間の短絡を防止したり、ガスバリア層として液晶表示素子１の信頼性を向上させたりする機能を有している。また、配向膜には、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂及びアクリル樹脂等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料を用いることができる。本実施の形態では、例えば電極１７ｂ、１９ｂ上の基板全面には、配向膜が塗布（コーティング）されている。配向膜は絶縁性薄膜と兼用されてもよい。

図２に示すように、Ｂ用液晶層３ｂは、上下基板７ｂ、９ｂの外周囲に塗布されたシール材２１ｂで両基板７ｂ、９ｂ間に封入されている。また、Ｂ用液晶層３ｂの厚さ（セルギャップ）ｄは均一に保持する必要がある。所定のセルギャップｄを維持するには、樹脂製又は無機酸化物製の球状スペーサをＢ用液晶層３ｂ内に散布したり、柱状スペーサをＢ用液晶層３ｂ内に複数形成したりする。本実施の形態の液晶表示素子１においても、Ｂ用液晶層３ｂ内にスペーサ（不図示）が挿入されてセルギャップｄの均一性が保持されている。Ｂ用液晶層３ｂのセルギャップｄは、３μｍ≦ｄ≦６μｍの範囲であることが好ましい。セルギャップｄがこれより小さいとプレーナ状態での液晶層３ｂの反射率が低くなり、これより大きいと駆動電圧が高くなりすぎる。

次に、液晶表示素子１の駆動方法について図４を用いて説明する。図４は、液晶表示素子１の駆動波形の一例を示している。図４（ａ）は、コレステリック液晶をプレーナ状態にさせるための駆動波形であり、図４（ｂ）は、コレステリック液晶をフォーカルコニック状態にさせるための駆動波形である。図４（ａ）及び図４（ｂ）において、図上段は、データ電極駆動回路２７から出力されるデータ信号電圧波形Ｖｄを示し、図中段は、走査電極駆動回路２５から出力される走査信号電圧波形Ｖｓを示し、図下段は、Ｂ用液晶層３ｂのピクセル１２ｂに印加される印加電圧波形Ｖｌｃを示している。また、図４（ａ）及び図４（ｂ）において、図の左から右に時間経過を表し、図の上下方向は電圧を表している。

図５は、コレステリック液晶の電圧−反射率特性の一例を示している。横軸はコレステリック液晶に印加される電圧値（Ｖ）を表し、縦軸はコレステリック液晶の反射率（％）を表している。図５に示す実線の曲線Ｐは、初期状態がプレーナ状態におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示し、破線の曲線ＦＣは、初期状態がフォーカルコニック状態におけるコレステリック液晶の電圧−反射率特性を示している。

ここでは、図１に示すＢ表示部６ｂの第１列目のデータ電極１９ｂと第１行目の走査電極１７ｂとの交差部の青（Ｂ）ピクセル１２ｂ（１，１）に所定の電圧を印加する場合を例にとって説明する。図４（ａ）に示すように、第１行目の走査電極１７ｂが選択される選択期間Ｔ１の前側の約１／２の期間では、データ信号電圧Ｖｄが＋３２Ｖとなるのに対し走査信号電圧Ｖｓが０Ｖとなり、後側の約１／２の期間では、データ信号電圧Ｖｄが０Ｖとなるのに対し走査信号電圧が＋３２Ｖとなる。このため、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、選択期間Ｔ１の間に±３２Ｖのパルス電圧が印加される。図５に示すように、コレステリック液晶に所定の高電圧ＶＰ１００（例えば、３２Ｖ）が印加されて強い電界が生じると、液晶分子の螺旋構造は完全にほどけ、全ての液晶分子が電界の向きに従うホメオトロピック状態になる。従って、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂの液晶分子は選択期間Ｔ１では、ホメオトロピック状態になる。

選択期間Ｔ１が終了して非選択期間Ｔ１’になると、第１行目の走査電極１７ｂには、例えば＋２８Ｖ又は＋４Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加される。一方、１列目のデータ電極１９ｂには、所定のデータ信号電圧Ｖｄが印加される。図４（ａ）では、例えば＋３２Ｖ及び０Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で第１列目のデータ電極１９ｂに印加されている。このため、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、非選択期間Ｔ１’の間に±４Ｖのパルス電圧が印加される。これにより、非選択期間Ｔ１’の間では、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。

液晶分子がホメオトロピック状態のときに液晶印加電圧がＶＰ１００（±３２Ｖ）からＶＦ０（±４Ｖ）に変化して急激に電界がほぼゼロになると、液晶分子は螺旋軸が両電極１７ｂ、１９ｂに対してほぼ垂直な方向に向く螺旋状態になり、螺旋ピッチに応じた光を選択的に反射するプレーナ状態になる。従って、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂはプレーナ状態になって光を反射するため、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）には青が表示される。

一方、図４（ｂ）に示すように、選択期間Ｔ１の前側の約１／２の期間及び後側の約１／２の期間で、データ信号電圧Ｖｄが２４Ｖ／８Ｖとなるのに対し、走査信号電圧Ｖｓが０Ｖ／＋３２Ｖとなると、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、±２４Ｖのパルス電圧が印加される。図５に示すように、コレステリック液晶に所定の低電圧ＶＦ１００ｂ（例えば、２４Ｖ）が印加されて弱い電界が生じると、液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態になる。非選択期間Ｔ１’になると、第１行目の走査電極１７ｂには、例えば＋２８Ｖ／＋４Ｖの電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加され、データ電極１９ｂには、所定のデータ信号電圧Ｖｄ（例えば＋２４Ｖ／８Ｖ）の電圧が選択期間Ｔ１の１／２の周期で印加される。このため、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂには、非選択期間Ｔ１’の間に、−４Ｖ／＋４Ｖのパルス電圧が印加される。これにより、非選択期間Ｔ１’の間では、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂに生じる電界はほぼゼロになる。

液晶分子の螺旋構造が完全には解けない状態において、コレステリック液晶の印加電圧がＶＦ１００ｂ（±２４Ｖ）からＶＦ０（±４Ｖ）に変化して急激に電界がほぼゼロになると、液晶分子は螺旋軸が両電極１７ｂ、１９ｂに対してほぼ平行な方向に向く螺旋状態になり、入射光を透過するフォーカルコニック状態になる。従って、Ｂピクセル１２ｂ（１，１）のＢ用液晶層３ｂはフォーカルコニック状態になって光を透過する。なお、図５に示すように、ＶＰ１００（Ｖ）の電圧を印加して、液晶層に強い電界を生じさせた後に、緩やかに電界を除去しても、コレステリック液晶はフォーカルコニック状態にすることができる。

次に、液晶表示素子１の製造方法の一例について簡単に説明する。
縦横の長さが１０（ｃｍ）×８（ｃｍ）の大きさに切断した２枚のポリカーボネート（ＰＣ）フィルム基板上にＩＴＯ透明電極を形成してエッチングによりパターニングし、０．２４ｍｍピッチのストライプ状の電極（走査電極１７又はデータ電極１９）をそれぞれ形成する。３２０×２４０ドットのＱＶＧＡ表示ができるよう、２枚のＰＣフィルム基板上にそれぞれストライプ状の電極が形成される。次に、２枚のＰＣフィルム基板７、９上のそれぞれのストライプ状の透明電極１７、１９上にポリイミド系の配向膜材料をスピンコートにより約７００Åの厚さに塗布する。次に、配向膜材料が塗布された２枚のＰＣフィルム基板７、９を９０℃のオーブン中で１時間のベーク処理を行い、配向膜を形成する。次に、一方のＰＣフィルム基板７又は９上の周縁部にエポキシ系のシール材２１をディスペンサを用いて塗布して所定の高さの壁を形成する。

次いで、他方のＰＣフィルム基板９又は７に４μｍ径のスペーサ（積水ファインケミカル社製）を散布する。次いで、２枚のＰＣフィルム基板７、９を貼り合わせて１６０℃で１時間加熱し、シール材２１を硬化する。次に、真空注入法によりＢ用コレステリック液晶ＬＣｂを注入した後、エポキシ系の封止材で注入口を封止し、Ｂ表示部６ｂを作製する。

次に、Ｂ表示部６ｂの下基板９ｂ裏面に光学素子Ｘ１を配置する。次に、Ｂ表示部６ｂの走査電極１７の端子部及びデータ電極１９の端子部にＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣを圧着し、さらに電源回路及び制御回路２３を接続する。こうしてＱＶＧＡ表示が可能な液晶表示素子１が完成する。なお図示は省略するが、完成された液晶表示素子１に入出力装置及び全体を統括制御する制御装置（いずれも不図示）を設けることにより電子ペーパーが完成する。
以上説明したように、本実施の形態によれば 表示画面側にはカラーの背景中に画像を表示できると共に、裏面側からは画像を表示させずにカラーの背景だけを観察できる電子ペーパーを実現できる。

〔第２の実施の形態〕
本発明の第２の実施の形態による液晶表示素子及びそれを備えた電子ペーパーについて図７及び図８を用いて説明する。本実施の形態では、第１表示部の画像表示面と積層され、第１表示部のコレステリック液晶の選択波長域と異なる選択波長域の光を反射するコレステリック液晶が一対の基板間に封止された第２表示部をさらに有することを特徴としており、例として、青（Ｂ）、緑（Ｇ）及び赤（Ｒ）用コレステリック液晶を用いたカラー液晶表示素子１を用いて説明する。図７は、本実施の形態による液晶表示素子１の概略構成の一例を示している。図８は、図７において図左右方向に平行な直線で液晶表示素子１を切断した断面構成を模式的に示している。

図７及び図８に示すように、液晶表示素子１は、プレーナ状態で青色の光を反射するＢ用液晶層３ｂを備えたＢ表示部（第１表示部）６ｂと、プレーナ状態で緑（Ｇ）色の光を反射するＧ用液晶層３ｇを備えたＧ表示部（第２表示部）６ｇと、プレーナ状態で赤（Ｒ）色の光を反射するＲ用液晶層３ｒを備えたＲ表示部（第３表示部）６ｒとを有している。Ｂ、Ｇ、Ｒの各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒは、この順に積層されている。なお、図７の紙面手前及び図８上方が画像表示面側である。

Ｂ表示部６ｂは、第１の実施の形態で示した構成と同一であるので同一の構成要素に同一の符号を付してその説明は省略する。

Ｇ表示部６ｇは、対向配置された一対の上下基板７ｇ、９ｇと、両基板７ｇ、９ｇ間に封止されたＧ用液晶層３ｇとを有している。Ｇ用液晶層３ｇは、緑色光を選択波長域として選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されていると共にＢ用液晶層３ｂと同一の掌性（本例では右旋光性）を備えており、プレーナ状態で緑色の右円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるＧ用コレステリック液晶で構成されている。

Ｒ表示部６ｒは、対向配置された一対の上下基板７ｒ、９ｒと、両基板７ｒ、９ｒ間に封止されたＲ用液晶層３ｒとを有している。Ｒ用液晶層３ｒは、赤色光を選択波長域として選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されていると共にＢ用液晶層３ｂと同一の掌性（本例では右旋光性）を備えており、プレーナ状態で赤色の右円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるＲ用コレステリック液晶で構成されている。

なお、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの液晶組成物や、上基板７ｂ、７ｇ、７ｒ、及び下基板９ｂ、９ｇ、９ｒの材料等は、第１の実施の形態と同様であるのでその説明は省略する。

図７に示すように、Ｇ表示部６ｇにも、Ｂ表示部６ｂと同様に２４０本の走査電極１７ｇ、３２０本のデータ電極１９ｇ及び２４０行×３２０列のマトリクス状に配列されるＧピクセル１２ｇ（不図示）が形成されている。Ｒ表示部６ｒにも同様に走査電極１７ｒ、データ電極１９ｒ及びＲピクセル１２ｒ（不図示）が形成されている。１組のＢ、Ｇ、Ｒピクセル１２ｂ、１２ｇ、１２ｒで液晶表示素子１の１ピクセル１２が構成されている。ピクセル１２がマトリクス状に配列されて表示画面を形成している。

走査電極駆動回路２５は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、所定の３本の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒを選択して、それら３本の走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒに対して走査信号を同時に出力するようになっている。一方、データ電極駆動回路２７は、制御回路２３から出力された所定の信号に基づいて、選択された走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒ上のＢ、Ｇ、Ｒピクセル１２ｂ、１２ｇ、１２ｒに対する画像データ信号をデータ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒのそれぞれに出力するようになっている。走査電極用及びデータ電極用ドライバＩＣとして、例えばＴＣＰ構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣが用いられている。

本実施の形態では、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの駆動電圧をほぼ同じにしており、走査電極駆動回路２５の所定の出力端子は走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒの所定の各入力端子に共通接続されている。こうすることにより、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒ毎に走査電極駆動回路２５を設ける必要がなくなるので液晶表示素子１の駆動回路の構成を簡略化することができる。また、走査電極用ドライバＩＣの数を削減できるので液晶表示素子１の低コスト化を実現することができる。なお、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の走査電極駆動回路２５の出力端子の共通化は、必要に応じて行えばよい。本実施の形態による液晶表示素子１の駆動方法には原則として第１の実施の形態の駆動方法をＧ表示部６ｇ及びＲ表示部６ｒに適用すればよいので詳細な説明は省略する。

Ｇ表示部６ｇ及びＲ表示部６ｒは、Ｂ表示部６ｂと同様の構造を有しているため、説明は省略する。画像表示面に対向するＲ表示部６ｒの下基板９ｒの外面（裏面）側には、画像表示面に入射して裏面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、裏面側から画像表示面側に向かう光のうち右円偏光の光以外の光を裏面に入射させるように、第１の実施の形態と同様の光学素子α１が配置されている。

液晶表示素子１のＧ、Ｒ表示部６ｇ、６ｒの製造方法は、第１の実施の形態でのＢ表示部６ｂと同様である。図８に示すように、表示面側からＢ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒをこの順に積層する。次いで、Ｒ表示部６ｒの下基板９ｒ裏面に光学素子α１を配置する。次に、積層したＢ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒの走査電極１７の端子部及びデータ電極１９の端子部にＴＣＰ構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣを圧着し、さらに電源回路及び制御回路２３を接続する。こうしてＱＶＧＡ表示が可能な液晶表示素子１が完成する。なお図示は省略するが、完成された液晶表示素子１に入出力装置及び全体を統括制御する制御装置（いずれも不図示）を設けることにより電子ペーパーが完成する。

以上説明したように、本実施の形態によれば 表示画面側にはカラーの背景中にカラー画像を表示できると共に、裏面側からは画像を表示させずにカラーの背景だけを観察できる電子ペーパーを実現できる。
なお、本実施の形態において、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒを右旋光性を備えたコレステリック液晶で構成してもよい。その場合の光学素子α１は、第１の実施の形態で説明したように、裏面側から画像表示面側に向かう光のうち左円偏光の光以外の光を裏面に入射させる構成とする。

〔第３の実施の形態〕
本発明の第３の実施の形態による液晶表示素子及びそれを備えた電子ペーパーについて図９乃至図１１を用いて説明する。図９は、本実施の形態による液晶表示素子１の概略構成であって、画像表示面に垂直な方向に液晶表示素子１を切断した断面構成を模式的に示している。

本実施の形態による液晶表示素子１は、第１の実施の形態と同様のＢ表示部６ｂを有している。Ｂ用液晶層３ｂは、青色光を選択波長域として選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されて右旋光性を備えており、プレーナ状態で青色の右円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるコレステリック液晶で構成されている。

図９上方がＢ表示部６ｂの画像表示面側である。画像表示面に対向する裏面側には、画像表示面に入射して裏面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、裏面側から画像表示面側に向かう光のうち右円偏光の光以外の光を裏面に入射させる光学素子α２が配置されている。

本実施の形態による光学素子α２は、所定の選択波長域の所定回転の円偏光の光を反射し、残余の光を透過させるコレステリック液晶を一対の基板間に封止した液晶層を有することを特徴としている。すなわち、光学素子α２は、図９に示すように、対向配置された一対の上下基板β７ｂ、β９ｂと、両基板β７ｂ、β９ｂ間に封止されて、プレーナ状態で青（Ｂ）色の光を反射するＢ用液晶層β３ｂとを有している。Ｂ用液晶層β３ｂは、上下基板β７ｂ、β９ｂの外周囲に塗布されたシール材β２１ｂで両基板β７ｂ、β９ｂ間に封入されている。

Ｂ用液晶層β３ｂのコレステリック液晶は、Ｂ表示部６ｂのＢ用液晶層３ｂのコレステリック液晶と同じ掌性を有していることを特徴とする。また、光学素子α２のＢ用液晶層β３ｂの選択波長域は、Ｂ表示部６ｂのＢ用液晶層３ｂの選択波長域を含むことを特徴とする。Ｂ用液晶層β３ｂの選択波長域が、Ｂ用液晶層３ｂの選択波長域を全て含むようにしてもよい。従って、Ｂ用液晶層β３ｂは、青色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されて右旋光性を備えており、プレーナ状態で青色の右円偏光の光を反射して残余の光を透過させるコレステリック液晶で構成されている。

対向配置された一対の上下基板β７ｂ、β９ｂには電極は形成されていない。一対の上下基板β７ｂ、β９ｂとＢ用液晶層３ｂとのそれぞれの界面にはラビング処理が施された配向膜βｘ１、βｘ１が形成されている。配向膜βｘ１、βｘ１は一対の基板β７ｂ、β９ｂの一方のみに形成されていてもよい。Ｂ用液晶層β３ｂは、コレステリック液晶のメモリ性を利用して常時プレーナ状態に維持されている。

本実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の動作について図１０を用いて説明する。 図１０は、液晶表示素子１のＢ表示部６ｂと光学素子α２とを、この順に図左から右上に向かって直線ｚ軸の正方向に分離して並べた斜視図である。

ｚ軸と直交するｘｙ面を考え、Ｂ表示部６ｂはｘ１ｙ１面内に、光学素子α２はｘ２ｙ２面内にあるものとする。理解を容易にするため、Ｂ表示部６ｂの手前のｘ０ｙ０面内に背景ｂｇ０があるものとし、光学素子α２の先のｘ３ｙ３面内に背景ｂｇ１があるものとする。なお、座標の取り方や円偏光の回転方向等は第１の実施の形態の図３と同様である。

まず、ｘ０ｙ０面側からｘ１ｙ１面のＢ表示部６ｂの画像表示面を観察したときに得られる画像について説明する。ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に入射した光は、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域で青色の右円偏光成分の光が反射し、それ以外の光は透過する。コレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域ではほぼ全ての光が透過する。

一方、ｘ３ｙ３面側から光学素子α２に入射した光は、Ｂ用液晶層β３ｂのコレステリック液晶が全領域でプレーナ状態であるため、青色の右円偏光成分の光は反射し、それ以外の光は透過する。光学素子α２を射出した光はＢ表示部６ｂの裏面に入射する。Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶は、青色の右円偏光の光だけを反射するので、Ｂ表示部６ｂの裏面に入射した青色の右円偏光成分の光が除かれた背景光は全てコレステリック液晶を透過して画像表示面から射出する。これにより、画像表示面からは、液晶表示素子１を透かして見えるカラーの背景ｂｇ１の中にＢ表示部６ｂで表示する青色の画像が観察される。

次に、ｘ３ｙ３面側からｘ２ｙ２面の光学素子α２側、つまり、ｘ３ｙ３面側から画像表示面に対向する裏面側を観察したときに得られる画像について説明する。ｘ３ｙ３面側から光学素子α２に入射した光は、Ｂ用液晶層β３ｂのコレステリック液晶が全領域でプレーナ状態であるため、青色の右円偏光成分の光は反射する。青色の右円偏光成分以外の光はＢ用液晶層β３ｂを透過してＢ表示部６ｂに入射して全てＢ表示部６ｂを透過しＢ表示部６ｂで反射光は生じない。

一方、ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂの画像表示面に入射した光は、上述の通り、Ｂ用液晶層３ｂのコレステリック液晶がプレーナ状態の領域での青色の右円偏光成分以外の光、及びコレステリック液晶がフォーカルコニック状態の領域のほぼ全ての光が裏面から射出する。これらの光は、光学素子α２を透過する。

これにより、裏面側には、ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂ及び光学素子α２を透過した光と、ｘ３ｙ３面側から入射して光学素子α２で反射した青色の右円偏光成分の光とが観察される。従って、裏面側には、Ｂ表示部６ｂで表示する画像は表示されず、液晶表示素子１を透かして見えるカラーの背景ｂｇ０と、裏面側で反射した青色の背景ｂｇ１とが観察される。

なお、Ｂ用液晶層３ｂを右旋光性を備えたコレステリック液晶で構成してもよい。その場合には、光学素子α２のＢ用液晶層β３ｂのコレステリック液晶は、Ｂ表示部６ｂのＢ用液晶層３ｂのコレステリック液晶と同一材料（最大反射波長λ＝ｎ・ｐや屈折率異方性Δｎ等が所定範囲内であること）であるようにすればよい。

このように本実施の形態によれば、表示画面側にはカラーの背景中に画像を表示できると共に、裏面側からは画像を表示させずに背景だけが観察されるようにできる。

次に、本実施の形態による光学素子α２で用いられている配向膜βｘ１、βｘ１について説明する。液晶界面に液晶分子の配向を規制する力を加える方法としては、液晶界面に配向膜を形成し、この表面にラビング処理を施しておく方法や液晶界面に光配向膜を形成し、この表面に紫外光を照射しておく方法が一般的である。

配向膜βｘ１、βｘ１には、ラビング密度が２０以上のラビング処理が施されている。ラビング処理は、配向膜が形成された基板を移動ステージ上に載置し、移動ステージを所定速度（ステージ速度）で移動させながら、所定の回転数で回転する所定径のローラを所定の押込み量で配向膜に押し当てて行われる。ここで、ラビング密度とは以下の式で表される。

ラビング密度＝ラビング回数×押込み量×｛１＋（２×π×ローラ径×回転数／６０×ステージ速度）｝

このラビング処理により、光学素子α２に入射した光の反射角の指向性を制御できることを図１１を用いて説明する。
図１１（ａ）は、ラビング処理をしないかラビング密度が極めて低い状態での光学素子α２への入射光ｌｉに対する反射光ｌｓ及び透過光ｌｏの状態を示している。図１１（ａ）の場合には、入射光ｌｉに対する反射光は殆ど散乱光ｌｓとなる。従って、図１１に示す光学素子α２の上方を裏面側とすると、液晶表示素子１を透かして見える背景と裏面側で反射した背景との双方が観察される。

これに対し、図１１（ｂ）に示すように、ラビング処理によるコレステリック相を呈する液晶界面に配向を規制する力を加えると、プレーナ状態での選択反射光はより指向性を持つようになり、散乱光ｌｓの成分が減少して反射率曲線はよりシャープな曲線を描き、反射光ｌｒが増大してピーク波長の反射率値が大きくなる。さらに、図１１（ｃ）に示すように、より強力な配向を規制する力を加えていくと選択反射光の指向性はより強くなり、反射光ｌｒは鏡面的となり、液晶層に対して垂直方向への反射は１％未満となり、一定方向（主に４５°〜６０°程度）へ反射光ｌｒが集中するようになる。この状態では、光学素子α２側から観察すると、液晶表示素子１を透かして見える背景だけが観察され、裏面側で反射した背景は殆ど見えなくなるので、裏面側での表示品質が向上する。
例えば液晶界面に配向膜としてＳＥ５２９１（日産化学製）を配置しラビング密度が２０以上となるようにラビング処理を加えることで反射光が鏡面的となるコレステリック液晶を用いた素子を作製することができる。

こうすることにより、ｘ３ｙ３面側から入射して光学素子α２で反射した青色の右円偏光成分の光が視野外に射出するので、液晶表示素子１の裏面側には、ｘ０ｙ０面側からＢ表示部６ｂ及び光学素子α２を透過した光がより強く観察されるようになる。従って、ラビング密度が２０以上となるラビング処理を施すことにより、裏面側には、液晶表示素子１を透かして見えるカラーの背景ｂｇ０だけが観察されるようになり裏面側の表示品質を向上させることができる。

〔第４の実施の形態〕
本発明の第４の実施の形態による液晶表示素子及びそれを備えた電子ペーパーについて図１２及び図１３を用いて説明する。本実施の形態では、表示部と光学素子との組を複数有していることを特徴とし、複数の表示部が積層され、裏面側に複数の光学素子が積層されていることを特徴とする。また、複数の表示部は、表示面側から青色光を反射する第１表示部、緑色光を反射する第２表示部、赤色光を反射する第３表示部の順に積層されていることを特徴とする。

図１２に示すように、液晶表示素子１は、プレーナ状態で青色の光を反射するＢ用液晶層３ｂを備えたＢ表示部（第１表示部）６ｂと、プレーナ状態で緑色の光を反射するＧ用液晶層３ｇを備えたＧ表示部（第２表示部）６ｇと、プレーナ状態で赤色の光を反射するＲ用液晶層３ｒを備えたＲ表示部（第３表示部）６ｒとを有している。Ｂ、Ｇ、Ｒの各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒは、この順に光入射面（画像表示面）側から積層されている。

Ｂ表示部６ｂ、Ｇ表示部６ｇ及びＲ表示部６ｒの構成は第２の実施の形態の構成と同等であるので説明は省略する。但し、本実施の形態では、Ｂ用及びＲ用のコレステリック液晶に添加されるカイラル材と、Ｇ用のコレステリック液晶に添加されるカイラル材とは、互いに旋光性が異なる光学異性体である。従って、Ｂ用及びＲ用のコレステリック液晶の旋光性は同じで、Ｇ用コレステリック液晶の旋光性と異なっている。

図１３は、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのプレーナ状態での反射スペクトルの一例を示している。横軸は、反射光の波長（ｎｍ）を表し、縦軸は、反射率（白色板比；％）を表している。Ｂ用液晶層３ｂでの反射スペクトルは図中▲印を結ぶ曲線で示されている。同様に、Ｇ用液晶層３ｇでの反射スペクトルは■印を結ぶ曲線で示し、Ｒ用液晶層３ｒでの反射スペクトルは◆印を結ぶ曲線で示している。

図１３に示すように、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのプレーナ状態での反射スペクトルの中心波長は、液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの順に長くなる。Ｂ、Ｇ、Ｒの各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒの積層構造において、プレーナ状態におけるＧ用液晶層３ｇでの旋光性と、Ｂ用及びＲ用液晶層３ｂ、３ｒでの旋光性とを異ならしているので、図１３に示す青と緑、及び緑と赤の反射スペクトルが重なる領域では、例えば、Ｂ用液晶層３ｂとＲ用液晶層３ｒで右円偏光の光を反射させ、Ｇ用液晶層３ｇで左円偏光の光を反射させることができる。これにより、反射光の損失を低減させて、液晶表示素子１の表示画面の明るさを向上させることができる。

本実施の形態による液晶表示素子１における、走査電極１７ｂ、１７ｇ、１７ｒ、データ電極１９ｂ、１９ｇ、１９ｒ、あるいは走査電極駆動回路２５やデータ電極駆動回路２７等は第２の実施の形態と同一であるのでその説明は省略する。

図１２に示すように、液晶表示素子１の画像表示面に対向する裏面側には、画像表示面に入射して裏面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、裏面側から画像表示面側に向かう光のうち所定の選択波長域の所定回転方向の円偏光の光以外の光を裏面に入射させる光学素子α２、α３、α４が配置されている。裏面側から画像表示面側に向かう光のうち、光学素子α２は、青色の右円偏光の光以外の光を裏面に入射させ、光学素子α３は、緑色の右円偏光の光以外の光を裏面に入射させ、光学素子α４は、右円偏光の光以外の光を裏面に入射させることができる。

本実施の形態による光学素子α２は、第３の実施の形態と同様の構成を有している。
また、光学素子α３は、図１２に示すように、対向配置された一対の上下基板β７ｇ、β９ｇと、両基板β７ｇ、β９ｇ間に封止されて、プレーナ状態で緑（Ｇ）色の光を反射するＧ用液晶層β３ｇとを有している。Ｇ用液晶層β３ｇは、上下基板β７ｇ、β９ｇの外周囲に塗布されたシール材β２１ｇで両基板β７ｇ、β９ｇ間に封入されている。

Ｇ用液晶層β３ｇのコレステリック液晶の掌性は、Ｇ表示部６ｇのＧ用液晶層３ｇのコレステリック液晶と同じである。また、光学素子α３のＧ用液晶層β３ｇの選択波長域は、Ｇ表示部６ｇのＧ用液晶層３ｇの選択波長域を含んでいる。従って、Ｇ用液晶層β３ｇは、緑色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されて左旋光性を備えており、プレーナ状態で緑色の左円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させるコレステリック液晶で構成されている。

対向配置された一対の上下基板β７ｇ、β９ｇには電極は形成されていない。一対の上下基板β７ｇ、β９ｇとＧ用液晶層３ｇとのそれぞれの界面にはラビング処理が施された配向膜βｘ２、βｘ２が形成されている。配向膜βｘ２、βｘ２は一対の基板β７ｇ、β９ｇの一方のみに形成されていてもよい。Ｇ用液晶層β３ｇは、コレステリック液晶のメモリ性を利用して常時プレーナ状態に維持されている。

また、光学素子α４は、図１２に示すように、対向配置された一対の上下基板β７ｒ、β９ｒと、両基板β７ｒ、β９ｒ間に封止されて、プレーナ状態で赤（Ｒ）色の光を反射するＲ用液晶層β３ｒとを有している。Ｒ用液晶層β３ｒは、上下基板β７ｒ、β９ｒの外周囲に塗布されたシール材β２１ｒで両基板β７ｒ、β９ｒ間に封入されている。

Ｒ用液晶層β３ｒのコレステリック液晶の掌性は、Ｒ表示部６ｒのＲ用液晶層３ｒのコレステリック液晶と同じである。また、光学素子α４のＲ用液晶層β３ｒの選択波長域は、Ｒ表示部６ｒのＲ用液晶層３ｒの選択波長域を含んでいる。従って、Ｒ用液晶層β３ｒは、赤色の光を選択的に反射するように平均屈折率ｎや螺旋ピッチｐが調整されて右旋光性を備えており、プレーナ状態で赤色の右円偏光の光を反射してそれ以外の光を透過させるコレステリック液晶で構成されている。

本実施の形態による液晶表示素子１の画像表示の動作は第３の実施の形態と同様であるのでその説明は省略する。
以上説明したように、本実施の形態によれば 表示画面側にはカラーの背景中にカラー画像を表示できると共に、裏面側からは画像を表示させずにカラーの背景だけを観察できる電子ペーパーを実現できる。

本実施の形態では、図１２において、Ｂ、Ｇ、Ｒ用の各表示部６ｂ、６ｇ、６ｒがこの順に光入射面（画像表示面）側から積層され、表示部６ｒの裏面にＢ、Ｇ、Ｒ用の各光学素子α２、α３、α４がこの順に配置された構造を示しているがこれに限られない。例えば、表示部６ｂと表示部６ｇとの間にＢ用の光学素子α２を挟み込み、表示部６ｇと表示部６ｒとの間にＧ用の光学素子α３を挟み込み、表示部６ｒの裏面に光学素子α４を配置するようにしてもよい。要は、Ｂ表示部６ｂに対しその裏面側にＢ用の光学素子α２が配置され、Ｇ表示部６ｇに対しその裏面側にＧ用の光学素子α３が配置され、Ｒ表示部６ｒに対しその裏面側にＲ用の光学素子α４が配置されていればよく、光学素子α２、α３、α４の配置の順序は特に限定する必要はない。

このように、本実施の形態によれば、コレステリック液晶方式において左右どちらかの円偏光を選択的に反射、透過させるといった特徴に注目し、画像を観察しない側の素子表面側から入射する左右どちらかの円偏光を画像形成に利用する液晶層に到達する前にカットすることができる。例えば、左円偏光を選択反射するコレステリック液晶を用いて表示素子とする場合は、入射光の中に左円偏光が存在せず右円偏光のみであれば、反射光は発生せず右円偏光が素子を透過するのみである。このとき、表示素子表面のどちらか一方からの入射光にのみ左円偏光が存在し逆側からの入射光には左円偏光が存在しない状態であれば左円偏光が存在する側からは画像が認識でき、逆側では画像が認識できない。このような状態を表示素子面の一方に円偏光カットフィルター（第1の実施の形態の光学素子α１等）や別のコレステリック液晶層（第２の実施の形態の光学素子α２等）を設けることで実現することができる。

本発明は、上記実施の形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施の形態では、駆動方式として線順次駆動（線順次走査）方式を例に挙げて説明したが、駆動方式として点順次駆動方式を用いてもよい。

上記実施の形態では、１層又はＢ、Ｇ、Ｒ表示部６ｂ、６ｇ、６ｒが積層された３層構造の液晶表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、２層又は４層以上の構造の液晶表示素子にも適用できる。

また、上記実施の形態では、プレーナ状態で青、緑又は赤色の光を反射する液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒを備えた表示部６ｂ、６ｇ、６ｒを有する液晶表示素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られず、プレーナ状態でシアン、マゼンタ又はイエローの光を反射する液晶層を備えた表示部を３層有する液晶表示素子にも適用できる。

上記実施の形態では、パッシブマトリクス型の液晶表示装置素子を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限らず、ピクセル毎に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはダイオードなどのスイッチング素子が備えられたアクティブマトリクス型の液晶表示装置素子にも適用できる。

Claims (10)

1. プレーナ状態で、所定の選択波長域の所定回転の円偏光の光を反射し、残余の光を透過させ、フォーカルコニック状態でほぼ全ての光を透過させるコレステリック液晶を一対の基板間に封止した表示部と、
   前記表示部のいずれか一方の表面上のみに配置され、他方の表面に入射して前記一方の表面から射出した光の少なくとも一部を透過させ、前記一方の表面側から前記他方の表面側に向かう光のうち前記所定回転の円偏光の光以外の光を前記一方の表面に入射させる光学素子と
   を有することを特徴とする液晶表示素子。
2. 請求項１記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子は、円偏光板であること
   を特徴とする液晶表示素子。
3. 請求項２記載の液晶表示素子であって、
   前記円偏光板は、
   入射光から直線偏光の光を射出する直線偏光板と、
   前記直線偏光板の光透過軸に対し遅相軸が４５°傾いて配置されたλ／４板と
   を有し、
   前記λ／４板側が前記裏面側に対面していること
   を特徴とする液晶表示素子。
4. 請求項１記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子は、
   所定の選択波長域の所定回転の円偏光の光を反射し、残余の光を透過させるコレステリック液晶を一対の基板間に封止した液晶層を有すること
   を特徴とする液晶表示素子。
5. 請求項４記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子の前記液晶層の前記所定の選択波長域は、前記表示部の前記液晶層の前記所定の選択波長域を含むこと
   を特徴とする液晶表示素子。
6. 請求項４又は５に記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子の前記液晶層の前記コレステリック液晶は、前記表示部の前記液晶層の前記コレステリック液晶と掌性が同じであること
   を特徴とする液晶表示素子。
7. 請求項４乃至６のいずれか１項に記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子の前記コレステリック液晶は、プレーナ状態に維持されていること
   を特徴とする液晶表示素子。
8. 請求項４乃至７のいずれか１項に記載の液晶表示素子であって、
   前記光学素子は、
   前記一対の基板と前記液晶層との界面の少なくとも一方に形成されてラビング処理が施された配向膜を有すること
   を特徴とする液晶表示素子。
9. 請求項８記載の液晶表示素子であって、
   前記ラビング処理は、ラビング密度が２０以上であること
   を特徴とする液晶表示素子。
10. 画像を表示する電子ペーパーにおいて、
    請求項１乃至９のいずれか１項に記載の液晶表示素子を備えていること
    を特徴とする電子ペーパー。

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