JP5182294B2 - コレステリック液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、コレステリック液晶を用いて画像を表示する表示素子及びその製造方法並びにそれを用いた電子ペーパー及び電子端末装置に関する。

コレステリック相が形成される液晶組成物（以下、「コレステリック液晶」という）を用いた反射型液晶表示装置（以下、「コレステリック液晶表示素子」という）は、電力無供給状態で画像を半永久的に表示し続けるメモリ表示機能を有している。このため、コレステリック液晶表示素子は、表示書き換え時のみ駆動をすればよいため、従来の液晶表示素子と比較して低消費電力化が図れ、薄型で軽量にできると共に、鮮やかなカラー表示特性、高コントラスト特性、及び高解像度特性を備えている。このような特徴を利用して、コレステリック液晶表示素子は、実用化へ向けた開発が行なわれている。コレステリック液晶表示素子は、電子ペーパーの表示部、電子書籍、モバイル端末機器、あるいはＩＣカード等の携帯機器等の電子端末装置の表示部等に好適に用いられる。

コレステリック液晶表示素子は、コレステリック液晶を封止した一対の基板を備えている。当該基板は、ガラス基板や樹脂基板等の透明基板である。両基板に設けられた電極と当該電極間のコレステリック液晶とで画素が構成される。隣接画素間には、一対の基板を所定の間隔（セルギャップ）で維持するために、柱状スペーサや壁面構造体等が配置されている。

対向した電極が重畳した画素電極部は、液晶駆動電圧を印加することにより、コレステリック液晶の反射率を制御できる。しかし、当該画素電極以外の壁面構造体等が配置された隣接画素間領域には液晶駆動電圧を印加する電極がないので、コレステリック液晶の反射率の制御がし難い。隣接する画素電極間に壁面構造体を形成することにより、画素の開口率を維持したまま、コレステリック液晶が未制御となる隣接画素間を遮蔽することができる。しかし、壁面構造体の一部に液晶を液晶セル内に注入するための開口部を形成する必要があり、この開口部は遮蔽できない。

この開口部のコレステリック液晶の配向状態は、液晶が流動した際に現れる指向性の強い反射状態となる。すなわち、この領域のコレステリック液晶は、一般に常時プレーナ状態となって高反射率状態が維持される。このため、当該開口部は、反射率の低いフォーカルコニック相で表示を行なう黒表示時に、表示コントラストを低下させる要因となる。
特開２００５−１８９６６２号公報 特許第３５８１９２５号

本発明は、コントラストを向上させて良好な表示を得ることができる表示素子及びその製造方法並びにそれを用いた電子ペーパー及び電子端末装置を提供することを目的とする。

上記目的は、一対の基板と、前記一対の基板間に封止された液晶と、前記一対の基板の一方に形成された第１の電極と、前記一対の基板の他方に形成された第２の電極と、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差するように対向して配置することで画定された画素領域と、前記一対の基板間に前記画素領域を囲むように前記画素領域外に形成された壁面構造体と、前記液晶が流通するように前記壁面構造体の一部を開口した開口部と、前記開口部に形成されて前記開口部での前記液晶の反射率を低減する反射率低減部とを有することを特徴とする表示素子によって達成される。

また、上記目的は、画像を表示する電子ペーパーにおいて、上記本発明の表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパーによって達成される。

また、上記目的は、画像を表示する電子端末装置において、上記本発明の表示素子を備えていることを特徴とする電子端末装置によって達成される。

さらに、上記目的は、一対の基板間に液晶を封止して製造する表示装置の製造方法において、前記一対の基板の一方に第１の電極を形成し、前記一対の基板の他方に第２の電極を形成し、前記第１の電極と前記第２の電極とが交差するように対向して配置することで画定される画素領域を形成し、前記一対の基板間に前記画素領域を囲むように前記画素領域外に壁面構造体を形成し、前記液晶が流通するように前記壁面構造体の一部を開口する開口部を形成し、前記開口部での前記液晶の反射率を低減する反射率低減部を前記開口部に形成することを特徴とする表示素子の製造方法によって達成される。

本発明によれば、コントラストが向上して良好な表示が得られる。

本発明の一実施の形態による液晶表示素子の構成を模式的に示す分解斜視図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を基板面法線方向に見た状態を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を図２の図中Ａ−Ａ線で切断した断面図である。 従来の液晶表示素子を基板面法線方向に見た状態を示す図である。 従来の液晶表示素子を図４の図中Ａ−Ａ線で切断した断面図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を説明する図であって、セルギャップとコレステリック液晶の反射率との関係を示すグラフである。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を模式的に示す断面図（その１）である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の製造工程を模式的に示す断面図（その２）である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子の壁面構造体を形成するために用いられるフォトマスクの要部を示す図である。 本発明の一実施の形態の第１変形例による液晶表示素子の開口部の断面図である。 本発明の一実施の形態の第１変形例による液晶表示素子の壁面構造体を形成するために用いられるフォトマスクの要部を示す図である。 本発明の一実施の形態の第２変形例による液晶表示素子の開口部の断面図である。 本発明の一実施の形態の第２変形例による液晶表示素子の壁面構造体を形成するために用いられるフォトマスクの要部を示す図である。 本発明の一実施の形態の第３変形例による液晶表示素子を基板面法線方向に見た状態を示す図である。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を複数積層したフルカラー表示が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。 本発明の一実施の形態による液晶表示素子を備えた電子ペーパーの具体例を示す図である。

１ 液晶表示素子
１ｂ 青色（Ｂ）用液晶表示素子
１ｇ 緑色（Ｇ）用液晶表示素子
１ｒ 赤色（Ｒ）用液晶表示素子
３ 液晶
３ｂ Ｂ用液晶層
３ｇ Ｇ用液晶層
３ｒ Ｒ用液晶層
７、７ｂ、７ｇ、７ｒ 上基板
９、９ｂ、９ｇ、９ｒ 下基板
１５ 可視光吸収層
２１ シール材
３４ 反射率低減部
３４ａ 平坦部
３６ 開口部
３７ 壁面構造体
３８ 注入口
４１ｂ、４１ｇ、４１ｒ パルス電圧源
４３ フォトマスク
４３ｈ 半透過膜
４３ｓ 遮光膜
４３ｔ 透過領域
４６ 突起部
４８ 凹凸部
Ｄ データ電極
Ｐ 画素領域
Ｓ 走査電極

本発明の一実施の形態による表示素子及びその製造方法並びにそれを用いた電子ペーパー及び電子端末装置について図１乃至図１６を用いて説明する。まず、本実施の形態による表示素子について図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の構成を模式的に示す分解斜視図である。液晶表示素子１は、所定のセルギャップで対向配置された上基板７及び下基板９（一対の基板）を有している。図１では、理解を容易にするため、下基板９に対して、上基板７を斜め上方にずらした状態を示している。上下基板７、９には、例えばポリカーボネート（ＰＣ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルム基板（プラスチック基板）やガラス基板が用いられる。上下基板７、９間にはメモリ性を有するコレステリック液晶３が封止されている。

上基板７の液晶３との界面側には、互いに平行に帯状（ストライプ状）に延びる複数のデータ電極Ｄｊ（ｊは自然数、図１では、ｊ＝１，２）が形成されている。データ電極Ｄｊは不図示のデータ電極駆動回路に接続されている。

下基板９の液晶３との界面側には、互いに平行に帯状に延びる複数の走査電極Ｓｉ（ｉは自然数、図１では、ｉ＝１，２，３）が形成されている。走査電極Ｓｉは不図示の走査電極駆動回路に接続されている。

走査電極Ｓｉと、データ電極Ｄｊとは、基板７、９表面の法線方向に見て、ほぼ直交して互いに交差している。交差領域が画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）となる。図１では、６個の画素領域Ｐ（１，１）〜Ｐ（３，２）が３行２列のマトリクス状に配置された状態を例示している。画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）は、不図示のデータ電極駆動回路及び走査電極駆動回路によりいわゆるパッシブ駆動で駆動される。

画素領域Ｐの周囲には、画素領域Ｐを囲むようにして、壁面構造体３７が配置されている。壁面構造体３７は画素領域Ｐ外に形成されている。画素領域Ｐは基板面法線方向に見て４辺からなる四角形形状をしている。従って、同方向に見た壁面構造体３７は、各画素領域Ｐについて、四辺形の枠状になっている。また、壁面構造体３７は基板面全体として見ると、四角形枠内で縦横に交差する格子状になっている。

枠状の壁面構造体３７の所定の辺には、液晶３が流通するように当該辺の一部を開口した開口部３６が設けられている。開口部３６は、周期的に規則的に配置されている。壁面構造体３７には、開口部３６に形成されて開口部３６での液晶３の反射率を低減する反射率低減部３４が設けられている。後程詳細に説明するが、反射率低減部３４によって、反射率低減部３４の平坦部３４ａから上基板７までの長さ（以下、「ギャップ」という。）は、画素領域Ｐでのセルギャップより短くなるので、開口部３６での反射率を低減できる。これにより、液晶表示素子１のコントラストの向上を図ることができる。

壁面構造体３７は、接着性を有する部材で形成されている。壁面構造体３７は、開口部３６を除いて一対の基板７、９の双方に接着されている。後程説明するように、壁面構造体３７は、例えば、フォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストをパターニングして一方の基板上に形成される。また、反射率低減部３４は、壁面構造体３７と一体的に形成される。

壁面構造体３７全体を囲む外周には、シール材２１が配置されている。シール材２１は、熱硬化型またはＵＶ硬化型の接着剤で印刷工程で形成される。シール材２１は、上下基板７、９間の外周部に配置されて、複数の画素領域Ｐ及び壁面構造体３７を囲んでいる。なお、所定のセルギャップを得るために、壁面構造体３７と共に従来型の球状スペーサまたは柱状スペーサを併用してもよい。

上下基板７、９の一端辺のシール材２１は開口されて、液晶ディップ注入時の液晶注入口３８が配置されている。図示は省略しているが液晶注入後の液晶注入口３８は封止材で封止されている。全画素領域Ｐは、各開口部３６を介して注入口３８と接続されている。シール材２１及び封止材で封止された液晶３は、シール材２１で囲まれた内方の全空間内に充填されている。

図２は、液晶表示素子１を基板面法線方向に見た状態を示している。図３は、図２の図中Ａ−Ａ線で切断した断面を示している。図１では図示の都合上６個の画素領域Ｐを例示しているが、一般にはより多数の画素領域Ｐがマトリクス状に配列されている。図２では、多数に配列された画素領域Ｐの一部領域を示している。図１と共に図２及び図３を用いて、画素領域Ｐ、壁面構造体３７及び開口部３６の形状構造等についてより詳細に説明する。

具体的に図２の画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）を用いて説明する。画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）は、基板面法線方向に見て、走査電極Ｓｉとデータ電極Ｄｊの重なった４辺形状を有している。本実施の形態では、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）は、例えば正方形形状を有している。壁面構造体３７は、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）についてみると、画素形状の四辺の各辺に沿う四角形の枠状構造を有している。壁面構造体３７の幅は、上基板７で隣り合うデータ電極Ｄ−Ｄ間の幅と同じ、あるいは狭く形成され、且つ、下基板９で隣り合う走査電極Ｓ−Ｓ間の幅と同じあるいは狭く形成されている。このため、壁面構造体３７は、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）に重ならないように配置されている。

枠状の壁面構造体３７の一部を開口した開口部３６は、パネル製造工程における液晶ディップ注入時には、全画素領域Ｐに液晶を充填させるための液晶流通口として機能する。開口部３６は、壁面構造体３７の対向する各辺にそれぞれ形成されている。開口部３６は、対向する辺のほぼ中央に形成されている。

図３に示すように、開口部３６に形成された反射率低減部３４は、壁面構造体３７の高さｔｗより低い高さｔｒの壁面形状を有している。反射率低減部３４は、上基板７との対向面に形成された平坦部３４ａを有している。反射率低減部３４の高さｔｒは、壁面構造体３７の高さｔｗより低い。このため、両基板７、９を貼り合わせても開口部３６に液晶３が流通可能な開口を維持できる。

また、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）と同一列の他の画素領域Ｐ（ｉ−１，ｊ）やＰ（ｉ＋１，ｊ）、Ｐ（ｉ＋２，ｊ）を囲む各壁面構造体３７についても同様の構成で同じ位置に開口部３６が形成されている。従って、同一ｊ列についてみると、開口部３６は壁面構造体３７の延長線上に一列に連続して並んでいる。この構成は、隣の列ｊ＋１等でも同じである。

次に、本実施の形態よる液晶表示素子１の効果について図３乃至図６を用いて説明する。図４は、従来の液晶表示素子１００を基板面法線方向に見た状態を示している。図５は、図４の図中Ａ−Ａ線で切断した断面を示している。図４及び図５において、本実施の形態の液晶表示素子１と同一の構成については同一の符号を付してその説明は省略する。

隣接する４つの画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）、Ｐ（ｉ，ｊ＋１）、Ｐ（ｉ＋１，ｊ）及びＰ（ｉ＋１，ｊ＋１）に着目すると、図４に示すように、従来の液晶表示素子１００の壁面構造体１３７は十字形状を有している。壁面構造体１３７は、隣接する４つの画素領域Ｐ間にそれぞれ配置されている。このため、壁面構造体１３７は、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）についてみると、画素形状の各角部に沿って配置されている。壁面構造体１３７の幅は、上基板７で隣り合うデータ電極Ｄ−Ｄ間の幅と同じ、あるいは狭く形成され、且つ、下基板９で隣り合う走査電極Ｓ−Ｓ間の幅と同じあるいは狭く形成されている。これにより、壁面構造体１３７は、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）に重ならないように配置されている。

画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）の各辺に沿って伸びる壁面構造体１３７の長さは、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）の一辺の長さより短く形成されている。このため、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）の各辺のほぼ中央には、壁面構造体１３７が形成されていない開口部１３６が配置されている。開口部１３６は、パネル製造工程における液晶ディップ注入時には、全画素領域Ｐに液晶を充填させるための液晶流通口として機能する。

液晶３は、液晶ディップ注入時に開口部１３６を通って隣接画素に流通する。このため、図５に示すように、液晶ディップ注入が終了すると、液晶３は、全画素領域Ｐの他に開口部１３６にも充填される。液晶表示素子１００の開口部１３６でのセルギャップは壁面構造体１３７の高さｔｗとほぼ等しくなる。

図３に示すように、本実施の形態の液晶表示素子１も従来の液晶表示素子１００と同様に、液晶ディップ注入が終了すると、開口部３６に液晶３が充填される。しかし、液晶表示素子１は開口部３６に反射率低減部３４を有しているので、開口部３６でのギャップは壁面構造体３７の高さｔｗより小さくなる。

画素領域Ｐに封止された液晶３は走査電極Ｓに印加された電位とデータ電極Ｄに印加された電位との電位差に基づいて、所定色の光を反射するプレーナ状態や光を透過するフォーカルコニック状態のいずれかの状態となる。しかし、開口部３６、１３６は画素領域Ｐ外に配置されて両電極Ｓ、Ｄが形成されていない。このため、開口部３６、１３６に封止された液晶３には電圧が印加されない。液晶３が流動した状態は、一般的に反射率の高いプレーナ状態となる。このため、全画素領域Ｐの液晶３をフォーカルコニック状態として液晶表示素子１、１００を黒表示にしても、開口部３６、１３６の液晶３はプレーナ状態であるため、光を反射してしまう。これにより、液晶表示素子１、１００のコントラストが低下する。

コレステリック液晶の反射率はセルギャップに依存することが知られている。図６は、セルギャップとコレステリック液晶の反射率との関係を示すグラフである。横軸はセルギャップ（μｍ）を表し、縦軸は反射率（％）を表している。図中の◆印に基づく曲線は赤色（Ｒ）の光の反射率特性を示し、■印に基づく曲線は緑色（Ｇ）の光の反射率特性を示し、▲印に基づく曲線は青色（Ｂ）の光の反射率特性を示している。

図６に示すように、Ｒ光、Ｇ光及びＢ光のいずれの反射率も、セルギャップが大きくなるに従って高くなり、所定のセルギャップを越えると反射率はほぼ一定になる。Ｒ光及びＧ光の反射率はセルギャップが約８．０μｍより大きくなると約４３％で一定となり、Ｂ光の反射率はセルギャップが約６．０μｍより大きくなると約４６％で一定となる。

本実施の形態の液晶表示素子１の開口部３６でのギャップは、反射率低減部３４により、従来の液晶表示素子１００の開口部１３６でのセルギャップより狭くなっている。このため、開口部３６での反射率は開口部１３６での反射率より低くなる。これにより、液晶表示素子１は、従来と比較して、黒表示時の反射率が低下するので、コントラストの向上を図ることができる。

次に、本実施の形態による表示素子の製造方法について、図７乃至図９を用いて説明する。図７及び図８は、本実施の形態による液晶表示素子１の製造工程を模式的に示す断面図である。図９は、壁面構造体３７を形成するために用いるフォトマスク４３の要部を示している。

まず、図７（ａ）に示すように、例えばポリカーボネート製の下基板９の全面に、透明導電膜１９ａを蒸着法を用いて形成する。透明導電膜１９ａの形成材料として、例えばＩＺＯ（インジウム・亜鉛・オキサイド）が用いられる。次に、図７（ｂ）に示すように、透明導電膜１９ａの全面にレジストを塗布してレジスト層４１ａを形成する。次に、図７（ｃ）に示すように、走査電極Ｓのパターンが描画されたマスク（不図示）を用いてレジスト層４１ａをパターニングしてレジストパターン４１を形成する。

次に、図７（ｄ）に示すように、レジストパターン４１をマスクとして透明導電膜１９ａを露光してエッチングする。これにより、レジストパターン４１間に露出した透明導電膜１９ａが除去されてレジストパターン４１下層の透明導電膜１９ａのみが下基板９上に残存する。次に、図７（ｅ）に示すように、レジストパターン４１を剥離する。これにより、下基板９上に走査電極Ｓが形成される。

次に、図７（ｆ）に示すように、下基板９の全面にネガ型のフォトレジストを塗布してレジスト層３７ａを形成する。次いで、必要に応じてレジスト層３７ａをプリベークする。次に、図８（ａ）に示すように、壁面構造体のパターンが描画されたフォトマスク４３を用いてレジスト層３７ａを露光する。

ここで、フォトマスク４３について図９を用いて説明する。図９（ａ）は、フォトマスク４３の要部を示す平面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）の図中α領域の拡大図である。図９（ａ）に示すように、壁面構造体３７（図２参照）を形成するためのフォトマスク４３は、例えば、紫外光等の入射した光の強度を減衰させて透過させる半透過膜４３ｈと、入射した光を遮光する遮光膜４３ｓとを基板上に有している。フォトマスク４３は、半透過膜４３ｈ及び遮光膜４３ｓがいずれも形成されておらず所定の光透過率で光を透過させる透過領域４３ｔを有している。遮光膜４３ｓは画素領域Ｐ（図２参照）に対応する領域に配置され、透過領域４３ｔは壁面構造体３７に対応する領域に配置され、半透過膜４３ｈは反射率低減部３４（図２参照）に対応する領域に配置されるように、半透過膜４３ｈ及び遮光膜４３ｓは基板上にパターニングされている。

図９（ｂ）に示すように、半透過膜４３ｈは、入射した光の約５６％の強度を透過させるように格子状に形成されている。半透過膜４３ｈの開口部の密度分布はほぼ均一に形成されている。フォトマスク４３は、レジスト層３７ａの分解能以上の光透過幅の透過領域４３ｔと、レジスト３７ａの分解能以下の半透過膜４３ｈであるグレートーンとを有している。反射率低減部３４の高さｔｒは半透過膜４３ｈの開口率により調整できる。開口率が大きいほど光の透過量が大きくなる。このため、ネガ型のフォトレジストを用いた場合には、反射率低減部３４の高さｔｒは、半透過膜４３ｈの開口率が大きいほど高くなり、当該開口率が小さいほど低くなる。

図８（ａ）に戻って、フォトマスク４３を用いてレジスト層３７ａを露光すると、フォトマスク４３の透過領域４３ｔに対応する領域のレジスト層３７ａは必要露光量以上の露光量で露光されてほぼ完全に感光するのに対し、半透過膜４３ｈに対応する領域のレジスト層３７ａは必要露光量未満の露光量で露光されるため完全には感光しないようになる。また、遮光膜４３ｓに対応する領域のレジスト層３７ａはほとんど感光しない。従って、露光後のレジスト層３７ａを現像すると、図８（ｂ）に示すように、遮光膜４３ｓに対応する領域のレジスト層３７ａが完全に除去され、透過領域４３ｔに対応する領域のレジスト層３７ａが残存するとともに、半透過膜４３ｈに対応する領域の厚さが透過領域４３ｔに対応する領域の厚さより薄いレジストパターンが得られる。これにより、開口部３６に反射率低減部３４を備えた壁面構造体３７が形成される。

フォトマスク４３を用いることにより、反射率低減部３４は壁面構造体３７と一体的に連続的に同時に形成される。フォトマスク４３の半透過膜４３ｈの開口部の密度分布はほぼ均一に形成されているため、反射率低減部３４の上面はほぼ平坦な形状に形成される。

次に、図示は省略するが、図７（ａ）乃至（ｅ）と同様の製造方法により、上基板７にデータ電極Ｄを形成する。次いで、データ電極Ｄを覆うように上基板７の全面に絶縁膜１
８を形成する（図８（ｃ）参照）。次に、例えば下基板９上の基板端周囲にシール材２１（図１参照）を塗布する。シール材２１には、下基板９の一端辺の一部に液晶注入用の注入口３８（図１参照）が設けられている。次に、例えば下基板９上にスペーサを散布する。

次に、図８（ｃ）に示すように、パッシブ駆動ができるように、走査電極Ｓとデータ電極Ｄとが交差して且つ対向するように、両基板７、９を貼り合わせる。次いで、シール材２１及び壁面構造体３７を加圧・加熱して硬化させて両基板７、９を接着する。これにより、空セルが形成される。

次に、空セルの内部及び外周囲を真空状態として、注入口３８が設けられた空セル端部をコレステリック液晶に浸漬させ、当該外周囲を大気開放をすることにより、空セル内に液晶を注入し、その後、注入口３８を封止材により封止する。これにより、液晶表示パネルが完成する。その後、液晶表示パネルに走査電極駆動回路及びデータ電極駆動回路等の駆動回路を接続して、液晶表示素子１が完成する。

次に、実施例及び比較例を示しながら液晶表示素子１をより具体的に説明する。
（実施例１）
本実施例の液晶表示パネルは、上述の製造方法により製造されているので、製造工程の説明は省略する。上下基板７、９には、厚さが１００μｍのポリカーボネート製基板が用いられている。走査電極Ｓ及びデータ電極Ｄは、基板表面にＩＺＯからなる透明導電膜を蒸着した後に所定形状にパターニングして形成されている。壁面構造体３７はポジ型フォトレジストを用いて下基板９上に形成されている。壁面構造体３７の形状は、図２に示すように、画素領域Ｐを囲むように格子状に形成されている。

画素領域Ｐの各辺のほぼ中央には、開口部３６が設けられている。開口部３６には、壁面構造体３７の平均的な高さより高さの低い反射率低減部３４が形成されている。反射率低減部３４の高さは、壁面構造体３７の平均的な高さより低いので、上下基板７、９を貼り合わせても、反射率低減部３４の最上面である平坦部３４ａは上基板７に接触しないようになっている。

壁面構造体３７を形成するためのフォトマスクは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すフォトマスク４３とは遮光膜及び透過領域の形成位置が反転されている。すなわち、壁面構造体３７が配置される領域に遮光膜が形成され、画素領域Ｐが配置される領域が透過領域となるフォトマスクが用いられる。また、反射率低減部３４を備えた壁面構造体３７を形成するために、当該フォトマスクは、所定の開口率（例えば５６％）を持つ半透過膜である遮光部分を反射率低減部３４の形成位置に対応する領域に有している。

開口部３６は画素領域Ｐの各辺に形成されている。開口部３６の開口幅は、画素ピッチ２２０μｍに対して１４μｍで設計されている。開口幅とは、開口部３６と隣接する画素領域Ｐの一辺に沿う方向の開口部３６の長さをいう。壁面構造体３７は、壁面幅が１５μｍであり、高さｔｗ（図３参照）が４．２μｍであり、反射率低減部３４の高さｔｒが３．５μｍとなるように形成されている。上基板７には、絶縁膜１８が形成されている。所定のセルギャップを維持するために、上下基板７、９には、ジビニルベンゼン製プラスティックスペーサが散布されている。上下基板７、９間には、緑色の光を反射するように調製されたコレステリック液晶が封止されている。

液晶表示パネルへの光の入射角度を３０°とし、反射光を液晶表示パネルの正面で受光するように反射率測定装置を設定して、液晶注入直後の液晶表示パネルの反射率を評価した。上下基板７、９間に所定の電圧を印加して、プレーナ状態又はフォーカルコニック状態として液晶表示パネルの反射率を測定した。プレーナ状態での反射率は２５％となり、フォーカルコニック状態での反射率は１．１％となった。従って、本実施例の液晶表示パネルのコントラスト比は、２２．７（＝２５％／１．１％）となる。なお、反射波長はプレーナ状態及びフォーカルコニック状態のいずれも５３５ｎｍである。

（比較例１）
本比較例の液晶表示パネルは、図４及び図５に示す液晶表示素子１００に備えられた液晶表示パネルと同様の構造を有している。本比較例の液晶表示パネルは、上記実施例１と同様の材料を用い、且つ同様の製造方法により製造された。本変形例では、壁面構造体の形成時に開口部にレジストが残存しないように、開口部に対応する領域に透過領域を形成したフォトマスクが用いられる。

上記実施例１と同様の方法により、本比較例の液晶表示パネルの反射率を評価した。標準白色板の反射率をリファレンス（１００％）とすると、プレーナ状態での反射率は２５％となり、フォーカルコニック状態での反射率は１．９％となった。従って、本比較例の液晶表示パネルのコントラスト比は、１３．２（＝２５％／１．９％）となる。このように、上記実施例１の液晶表示パネルは、本比較例の液晶表示パネルに対して、コントラスト比が向上している。

（実施例２）
本実施例の液晶表示パネルは、壁面構造体３７がネガ型のレジストで形成されている点を除いて、上記実施例１と同様である。反射率低減部３４の高さを本実施例と上記実施例１とで同じにするため、フォトレジストの半透過膜の開口率は４４％に形成されている。

上記実施例１と同様の方法により、本実施例の液晶表示パネルの反射率を評価した。プレーナ状態での反射率は３０％となり、フォーカルコニック状態での反射率は２．１％となった。従って、本実施例の液晶表示パネルのコントラスト比は、１４．２（＝３０％／２．１％）となる。

（比較例２）
本比較例の液晶表示パネルは、壁面構造体がネガ型のレジストで形成されている点を除いて、上記比較例１と同様の構成を有している。本比較例では、壁面構造体の形成時に開口部にレジストが残存しないように、開口部に対応する領域に遮光膜が形成されたフォトマスクが用いられる。

上記実施例１と同様の方法により、本比較例の液晶表示パネルの反射率を評価した。標準白色板の反射率をリファレンス（１００％）とすると、プレーナ状態での反射率は３０％となり、フォーカルコニック状態での反射率は２．８％となった。従って、本比較例の液晶表示パネルのコントラスト比は、１０．７（＝３０％／２．８％）となる。このように、上記実施例２の液晶表示パネルは、本比較例の液晶表示パネルに対して、コントラスト比が向上している。

以上説明したように、本実施の形態による表示素子によれば、液晶表示素子１は、画素領域Ｐの周縁部に格子状に連続して形成された壁面構造体３７を有している。壁面構造体３７の一部は液晶表示素子１のセルギャップを保持するために上下基板７、９に接着されている。また、壁面構造体３７は、当該一部以外の部分であって液晶３が流通する開口部３６を有している。開口部３６は反射率低減部３４を有している。反射率低減部３４は、壁面構造体３７の当該一部の高さより低い高さに形成されて上下基板７、９のいずれか一方と接触しないようになっている。液晶表示素子１は、液晶３の流路を確保しつつ開口部３６でのギャップが画素領域Ｐでのセルギャップより小さくなる。液晶表示素子１は、開口部３６での反射率が低減されてコントラストを向上させることができる。これにより、液晶表示素子１は良好な表示を得られる。

また、本実施の形態による表示素子の製造方法によれば、反射率低減部３４を備えた開口部３６を壁面構造体３７と同時に一体的に形成できるので、従来の液晶表示素子１００と同様の製造工程及び工数で、液晶表示素子１を製造できる。

次に、本実施の形態の第１変形例による表示素子及びその製造方法について図１０及び図１１を用いて説明する。本変形例による液晶表示素子１は、反射率低減部３４の構造を除いて、図２及び図３に示す液晶表示素子１と同様の構造を有している。図１０は、本変形例による液晶表示素子１の開口部３６近傍の断面図である。図１０に示すように、本変形例による液晶表示素子１では、開口部３６に備えられた反射率低減部３４は、下基板９から突出して形成された複数の突起部４６を有している。突起部４６は壁面構造体３７の平均的な高さとほぼ同じ高さに形成されている。突起部４６は上基板９に接触している。なお、突起部４６は、壁面構造体３７の平均的な高さより低く形成され、上基板９に接触しないようになっていてもよい。

複数の突起部４６は所定の間隔で配置されている。このため、隣接する突起部４６の間隙は液晶３の流路として機能する。従って、本変形例による液晶表示素子１は、開口部３６に突起を有していても液晶３の流通を確保できる。

また、突起部４６は液晶分子の配向状態、すなわち液晶分子の螺旋構造を乱す効果を有している。このため、開口部３６に充填されたコレステリック液晶はホメオトロピック状態となり、入射した光を透過する。これにより、開口部３６での反射率は低減する。このため、液晶表示素子１のコントラストが向上し、図２及び図３に示す液晶表示素子１と同様の効果が得られる。

次に、本変形例による表示素子の製造方法について図１１を用いて説明する。本変形例による表示素子の製造方法は、壁面構造体３７を形成するためのフォトマスクの構造を除いて、図７（ａ）乃至図８（ｃ）と同様である。図１１は、本変形例の液晶表示素子１の製造に用いられるフォトマスク４３の半透過膜４３ｈを拡大して示す平面図である。図１１に示すように、フォトマスク４３は、入射した光の約５６％の強度を透過させるように格子状に形成された半透過膜４３ｈを有している。半透過膜４３ｈは反射率低減部３４の形成位置に対応するように形成されている。

半透過膜４３ｈの透過率は、図９（ｂ）に示す半透過膜４３ｈの透過率と同じであるが、開口部の密度分布が大きくなっている。このため、フォトマスク４３は、半透過膜４３ｈに対応するレジスト層を局所的に必要露光量以上の露光量で露光できる。これにより、必要露光量以上の露光量で露光されたレジスト層は開口部３６に残存して突起部４６となる。

本変形例による液晶表示素子１は、半透過膜４３ｈの開口率が空間的に変化するパターンを用いることにより、図２に示す液晶表示素子１と同様の製造方法により製造することができる。

次に、本実施の形態の第２変形例による表示素子及びその製造方法について図１２及び図１３を用いて説明する。本変形例による液晶表示素子１は、反射率低減部３４の構造を除いて、図２及び図３に示す液晶表示素子１と同様の構造を有している。図１２は、本変形例による液晶表示素子１の開口部３６近傍の断面図である。図１２に示すように、本変形例による液晶表示素子１では、開口部３６に備えられた反射率低減部３４は、上基板７との対向面に形成された凹凸部４８を備えた壁面形状を有している。凹凸部４８の凹部の高さは壁面構造体３７の平均的な高さより低く形成されている。また、凹凸部４８の凸部は壁面構造体３７の平均的な高さとほぼ同じ高さに形成され、上基板７と接触している。なお、凹凸部４８の凸部は、壁面構造体３７の平均的な高さより低く形成され、上基板７と接触しないようになっていてもよい。

凹凸部４８の凹部は壁面構造体３７の高さより低くなっている。このため、上基板７と反射率低減部３４との間隙は液晶３の流路として機能する。これにより、本変形例による液晶表示素子１は、反射率低減部３４に凹凸部４８を有していても液晶の流通を確保できる。

また、凹凸部４８は、上記変形例１の突起部４６と同様に液晶分子の配向状態、すなわち液晶分子の螺旋構造を乱す効果を有している。このため、開口部３６に存在するコレステリック液晶はホメオトロピック状態となり、入射した光を透過する。これにより、開口部３６での反射率は低減する。さらに、反射率低減部３４により、開口部３６でのギャップは画素領域Ｐのセルギャップより小さくなる。このため、本変形例による液晶表示素子１は、図２に示す液晶表示素子１と同様の効果により開口部３６での反射率が低下する。これにより、コントラストが向上し、本変形例の液晶表示素子１は図２に示す液晶表示素子１と同様の効果が得られる。

次に、本変形例による表示素子の製造方法について図１３を用いて説明する。本変形例による表示素子の製造方法は、壁面構造体３７を形成するためのフォトマスクの構造を除いて、図７（ａ）乃至図８（ｃ）と同様である。図１３は、本変形例の液晶表示素子１の製造に用いられるフォトマスク４３の半透過膜４３ｈを拡大して示す平面図である。図１３に示すように、フォトマスク４３は、入射した光の約５６％の強度を透過させるように格子状に形成された半透過膜４３ｈを有している。半透過膜４３ｈは反射率低減部３４の形成位置に対応するように形成されている。

半透過膜４３ｈの透過率は、図１３に示す半透過膜４３ｈの透過率とほぼ同じである。しかし、半透過膜４３ｈの開口部の密度分布は、図１３に示す半透過膜４３ｈの開口部の密度分布より小さくなっている。本変形例でのフォトマスク４３は、図１３に示すフォトマスク４３のように必要露光量以上の露光量でレジスト層を露光できる程には開口されていない。しかし、本変形例でのフォトマスク４３は、開口部に密度分布があるため、必要以上には露光できないものの露光量を局所的に大きくすることができる。これにより、壁面構造体３７の開口部には、凹凸部４８を備えた反射率低減部３４が形成される。

本変形例による液晶表示素子１は、半透過膜４３ｈの開口率が空間的に変化するパターンを用いることにより、図２に示す液晶表示素子１と同様の製造方法により製造することができる。

次に、本実施の形態の第３変形例による表示素子について図１４を用いて説明する。本変形例による液晶表示素子１は、開口部３６の形成される位置が異なる点を除いて、図２に示す液晶表示素子１と同様の構造を有している。図１４は、本変形例による液晶表示素子１を基板面法線方向に見た状態を示している。図１４に示すように、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）についてみると、本変形例による液晶表示素子１の開口部３６は、走査電極Ｓｉとほぼ平行に延びる壁面構造体３７の対向する辺の一端部に形成されている。

また、画素領域Ｐ（ｉ，ｊ）と同一列の他の画素領域Ｐ（ｉ−１，ｊ）やＰ（ｉ＋１，ｊ）、Ｐ（ｉ＋２，ｊ）を囲む各壁面構造体３７についても同様の構成で同じ位置に開口部３６が形成されている。従って、同一ｊ列についてみると、開口部３６は壁面構造体３７の延長線上に一列に連続して並んでいる。この構成は、隣の列ｊ＋１等でも同じである。

本変形例では、開口部３６に形成された反射率低減部３４は、図２及び図３に示す反射率低減部３４と同様の壁形状に形成されている。また、反射率低減部３４は、上基板７に対向する面に平坦形状の平坦部３４ａを有している。反射率低減部３４の形状は、図１４に示す形状に限られず、図１０や図１２に示す形状であってももちろんよい。

画素領域Ｐの側面は、開口部３６を除いて、壁面構造体３７によって囲まれ、塞がれている。しかし、画素領域Ｐ内の液晶は、開口部３６を介して画素領域Ｐ外に移動することができる。従って、本変形例による液晶表示素子１は、液晶３の流動を確保することができる。また、液晶表示素子１は、開口部３６に反射率低減部３４を有しているので、図２に示す液晶表示素子１と同様の効果により開口部３６での反射率が低下する。これにより、コントラストが向上し、本変形例の液晶表示素子１は図２に示す液晶表示素子１と同様の効果が得られる。

本変形例による表示素子の製造方法は、半透過膜４３ｈの形成位置を変更するだけで、図２に示す液晶表示素子１と同様の製造方法により製造することができる。

（実施例）
次に、本変形例による液晶表示素子１の実施例について説明する。図１４に示す構造の開口部３６及び壁面構造体３７が形成された液晶表示素子１を作製した。壁面構造体３７を形成するためのフォトマスクのマスクパターンを除いて、本実施例の液晶表示素子１は図７（ａ）乃至図８（ｃ）に示す製造方法で作製された。上下基板７、９は、板厚１００μｍのポリカーボネート製基板を用いた。上下基板７、９表面の走査電極Ｓｉ及びデータ電極Ｄｊは、ＩＺＯからなる透明導電膜を蒸着により形成した。一方の例えば下基板９には、２枚の基板７、９を貼り合わせたときに、基板７、９間を接着・固定するための壁面構造体３７をネガ型フォトレジストにより形成した。壁面構造体３７は、注入口を鉛直上方に向けた場合、鉛直方向に切れ目無く連続したパターンと、水平方向に開口部３６が形成されたパターンとを有している。

開口部３６を除いてみた場合に、壁面構造体３７は連続したコの字型を有している。壁面構造体３７は、データ電極Ｄｊの延伸方向とほぼ平行な方向に延びる連続壁面と、コの字先端との間に、例えば上基板７と接触しない非接着の壁面である開口部３６を有している。開口部３６には反射率低減部３４が形成されている。反射率低減部３４は、図９（ｂ）に示す遮光膜４３ｈと同等の適当な開口率を有し、図１４に示す反射率低減部３４に対応する位置に遮光膜が設けられたフォトマスクを用いることにより、壁面構造体３７と一体的に形成される。なお、反射率低減部３４の上面に凹凸部を形成したり、反射率低減部３４に突起部を形成したりする場合には、同じ開口率であって遮光膜の密度分布を設けたフォトマスクを用いればよい。

開口部３６は画素領域Ｐを囲む壁面構造体３７の対向する２辺に形成されている。開口部３６の開口幅は、画素ピッチ２２０μｍに対して１４μｍで設計されている。開口部３６の壁面幅は１５μｍ幅で形成した。壁面構造体３７の壁面高さは４．２μｍである。反射率低減部３４の開口部高さは３．５μｍである。

上基板９には、絶縁膜を形成した。シール材１２は、基板端部に液晶注入用に開口した注入口を設けた。２枚の基板７、９を貼り合わせて加圧・加熱して接着させた。以上のようにして準備した空セルを真空状態とし、空セル端部を緑色の光を反射するように調製したコレステリック液晶に浸漬させ、大気開放をすることにより液晶を注入した。

上記実施例１と同様の方法により液晶注入直後の液晶表示パネルの反射率を評価した。プレーナ状態での反射率は３０．４％となり、フォーカルコニック状態での反射率は１．８％となった。従って、本実施例の液晶表示パネルのコントラスト比は、１６．８（＝３０．４％／１．８％）となる。なお、反射波長はプレーナ状態及びフォーカルコニック状態のいずれも５３５ｎｍである。

（カラー表示）
図１５は、コレステリック液晶を用いるフルカラー表示が可能な液晶表示素子１の断面構成を模式的に示している。本液晶表示素子１は、表示面から順に、青色（Ｂ）用液晶表示素子１ｂ、緑色（Ｇ）用液晶表示素子１ｇ、赤色（Ｒ）用液晶表示素子１ｒが積層されて構成されている。図示において、上方の上基板７ｂ側が表示面であり、外光（実線矢印）は上基板７ｂ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、上基板７ｂ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用液晶表示素子１ｂは、一対の上下基板７ｂ、９ｂ間に形成された青色（Ｂ）用液晶層３ｂと、Ｂ用液晶層１ｂ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。Ｂ用液晶層３ｂ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有している。Ｇ用液晶表示素子１ｇは、一対の上下基板７ｇ、９ｇ間に形成された緑色（Ｇ）用液晶層３ｇと、Ｇ用液晶層３ｇ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。Ｇ用液晶層３ｇは、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を有している。Ｒ用液晶表示素子１ｒは、一対の上下基板７ｒ、９ｒ間に形成された赤色（Ｒ）用液晶層３ｒと、Ｒ用液晶層３ｒ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用液晶層３ｒは、プレーナ状態で赤色の光を反射するコレステリック液晶を有している。Ｒ表示部１ｒの下基板９ｒ裏面には可視光吸収層１５が配置されている。

短波長の光を反射するコレステリック液晶ほど駆動電圧が高い傾向にある。駆動電圧は、セルギャップｄが狭いほど低くなる。従って、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒの駆動電圧を等しくするために、各液晶層３ｂ、３ｇ、３ｒのセルギャップを異ならせ、Ｂ用液晶層３ｂのセルギャップを最も小さくしてもよい。

液晶表示素子１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明るく色鮮やかなフルカラー表示が可能である。

本実施の形態による液晶表示素子１は、可撓性に優れ、耐衝撃性や表示面への耐押圧性に優れているので、電子ペーパーの表示素子として好適である。液晶表示素子１を表示素子として用いる電子ペーパーは、電子書籍、電子新聞、電子ポスター、電子辞書等に応用することができる。また、本実施の形態による液晶表示素子１は、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｓｔａｎｔ）等の携帯端末や腕時計等、可撓性及び広い保存温度が要求される携帯機器の表示素子にも好適である。また、将来実現が期待されているペーパー型コンピュータのディスプレイの表示素子や、店舗等に飾られる陳列用ディスプレイ等様々な分野の表示機器にも適用可能である。

完成された液晶表示素子１に入出力素子及び全体を統括制御する制御素子（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。図１６は、本実施の形態による液晶表示素子１を備えた電子ペーパーＥＰの具体例を示している。図１６（ａ）は、本実施の形態による液晶表示素子１内に、画像データを予め格納した不揮発性メモリ１ｍを挿抜して用いる構成を備えた電子ペーパーＥＰを示している。例えば、パーソナル・コンピュータ等に記憶された画像データを不揮発性メモリ１ｍに格納し、電子ペーパーＥＰに装着することにより画像表示をすることができる。

図１６（ｂ）は、本実施の形態による液晶表示素子１内に不揮発性メモリ１ｍが内蔵された構成を備えた電子ペーパーＥＰを示している。例えば、画像データを記憶した端末１ｔ（端末１ｔは電子ペーパーＥＰの一部を構成していてもよい）から有線で不揮発性メモリ１ｍに画像データを記憶させて画像表示をすることができる。

図１６（ｃ）は、端末１ｔ及び液晶表示素子１とが無線送受信システム（例えば、無線ＬＡＮやブルートゥース）を有している例を示している。画像データを記憶した端末１ｔから無線通信１ｗｌで不揮発性メモリ１ｍに画像データを記憶させて画像表示をすることができる。

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、単層構造、またはＢ、Ｇ、Ｒ用液晶表示素子１ｂ、１ｇ、１ｒが積層された３層構造の液晶表示素子１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限られない。２層、あるいは４層以上の液晶表示素子を積層した構造であっても適用可能である。

Claims (9)

1. 一対の基板と、
   前記一対の基板間に封止されたコレステリック液晶と、
   前記一対の基板の一方に形成された第１の電極と、
   前記一対の基板の他方に形成された第２の電極と、
   前記第１の電極と前記第２の電極とが交差するように対向して配置することで画定された画素領域と、
   前記一対の基板間に前記画素領域を囲むように前記画素領域外に形成された壁面構造体と、
   前記液晶が流通するように前記壁面構造体の一部を開口した開口部と、
   前記開口部に前記壁面構造体と一体的に形成されて前記開口部での前記液晶の反射率を低減する反射率低減部と
   を有することを特徴とする表示素子。
2. 請求項１記載の表示素子において、
   前記反射率低減部は、前記壁面構造体より高さの低い壁面形状を有すること
   を特徴とする表示素子。
3. 請求項２記載の表示素子において、
   前記反射率低減部は、前記一対の基板のいずれか一方との対向面に形成された平坦部を有すること
   を特徴とする表示素子。
4. 請求項２記載の表示素子において、
   前記反射率低減部は、前記一対の基板のいずれか一方との対向面に形成された凹凸部を有すること
   を特徴とする表示素子。
5. 請求項１記載の表示素子において、
   前記反射率低減部は、前記一対の基板のいずれか一方から突出して形成された突起部を有すること
   を特徴とする表示素子。
6. 請求項１記載の表示素子において、
   前記壁面構造体の幅は、一の基板に形成された隣接する前記電極の間隔と同じ、あるいは狭いこと
   を特徴とする表示素子。
7. 画像を表示する電子ペーパーにおいて、
   請求項１記載の表示素子を備えていることを特徴とする電子ペーパー。
8. 画像を表示する電子端末装置において、
   請求項１記載の表示素子を備えていることを特徴とする電子端末装置。
9. 一対の基板間にコレステリック液晶を封止して製造する表示素子の製造方法において、
   前記一対の基板の一方に第１の電極を形成し、
   前記一対の基板の他方に第２の電極を形成し、
   前記第１の電極と前記第２の電極とが交差するように対向して配置することで画定される画素領域を形成し、
   前記一対の基板間に前記画素領域を囲むように前記画素領域外に壁面構造体を形成し、
   前記液晶が流通するように前記壁面構造体の一部を開口する開口部を形成し、
   前記開口部での前記液晶の反射率を低減する反射率低減部を前記開口部に前記壁面構造体と一体的に形成すること
   を特徴とする表示素子の製造方法。

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