JPH09281482A - 液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、明るい多色表示可能な反射型液晶
表示素子として機能し、また、周囲光の少ないときには
バックライトを用いた透過型液晶表示素子として機能す
る液晶表示素子を提供することを目的としている。 【解決手段】 特定波長域の光を反射すると共に該特定
波長域以外の光を透過する層が画素に対応して並設され
たフィルタ層６と、フィルタ層６に対応して設けられ、
外部電場の印加に応じて第１の波長域の光の透過率を変
化させる第１の液晶層と４、フィルタ層６に対応して設
けられ、外部電場の印加に応じて前記第１の波長域とは
異なる第２の波長域の光の透過率を変化させる第２の液
晶層５と、バックライトとを備え、表示面側から第１の
液晶層４、第２の液晶層５、フィルタ層６、バックライ
トの順に配置して液晶表示素子を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、加色法および減色
法を利用して多色化を実現する液晶表示素子に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、液晶表示素子は、時計や電子
卓上計算機をはじめとして、ノート型コンピュータやワ
ードプロセッサ、更にはテレビジョン受像機など、広い
分野にわたって使用されている。

【０００３】このような液晶表示素子の表示モードとし
て、液晶セル内の液晶分子配向を初期配向として約９０
°ねじる、いわゆるＴＮ（Twisted Nematic）モードが
知られている。ＴＮモードによれば、一組の偏光板の間
に液晶セルを配し、この液晶の電気光学特性（すなわ
ち、電圧無印加時の旋光特性、及び電圧印加時の旋光解
消特性）を利用してモノクロ表示が行われる。また、カ
ラー表示は次のようにして行われる。すなわち、液晶セ
ル内に表示画素毎に、例えば赤、緑、青の微小寸法のマ
イクロカラーフィルタを設け、ＴＮモードの前記電気光
学特性による光スイッチング特性を利用して、加色混合
によりマルチカラー表示やフルカラー表示が行われる。
このカラー表示原理は、現在、アクティブマトリックス
駆動や単純マトリックス駆動を採用した液晶テレビジョ
ンなどの透過型液晶表示素子に採用されている。

【０００４】一方、ワードプロセッサ用の表示素子にお
いては、ＳＴＮ（Super Twisted Nematic）モードが広
く採用されている。このモードによれば、ＴＮモードと
類似のセル構造で液晶のねじれ角が１８０°〜２７０°
に設定される。ＳＴＮモードによれば、液晶のねじれ角
を９０°以上にし、更に偏光板の偏光方向の設定角度の
最適化により、印加電圧の増加に伴う急激な分子配向状
態の変化を液晶の複屈折変化に反映させ、シャープなし
きい値を有する電気光学特性が実現でき、この点がＳＴ
Ｎモードの利点である。したがって、ＳＴＮモードは、
単純マトリックス駆動の液晶表示素子に適する。

【０００５】このＳＴＮモードによれば、液晶の複屈折
に基づいて、表示の背景が黄緑色や濃紺色等の色を呈し
てしまい、この点が多色化する上でＳＴＮモードの欠点
である。この欠点を改善するために、色補正を行ってモ
ノクロ表示を可能にした液晶表示素子が入手可能であ
る。この色補正は、表示用ＳＴＮ液晶パネルに光学補償
用パネルや膜厚が均一なポリカーボネート等の高分子で
形成される位相差板が重ね合わされることによって行わ
れる。また、上述のＴＮモードと同様の動作原理に基づ
いて、マルチカラー表示やフルカラー表示が実現でき
る。

【０００６】また、広い視野角を要求される用途に対し
ては、分子長軸方向と短軸方向とで吸光度の異なる色素
（二色性色素）を液晶に添加する、いわゆるゲストホス
トモードが採用される。ゲストホストモードは、偏光板
を使用するハイルマイヤー型、偏光板を使用しないホワ
イト／ティラー型（相転移型）、及び二層型等に分類さ
れるが、いずれの場合でも動作原理は同じである。つま
り、この動作原埋によれば、色素分子の配向は、印加電
圧による液晶分子の配向を介して制御されるが、色素分
子方向の吸光度差が表示に利用される。また、色素とし
て可視光の一部の波長を吸収する色素を用いるか、黒色
となる色素を使用したゲストホストセルに有色フィルタ
を組み合わせてカラー表示を行うことも可能である。

【０００７】二色性色素を含有する液晶層を積層したカ
ラー表示については、例えば特表昭６２−５０２７８０
号公報、及び米国特許４９５３９５３号公報に開示され
ている。二色性色素を用いた二層型液晶表示素子におい
ては、図４に示すように、一層にそれぞれ異なった色素
を含有しカプセル化された液晶１６、１７、及び１８を
並置させ、上下方向に補色関係にある色素をそれぞれ含
有しカプセル化された液晶画素１６ａ・１６ｂ、１７ａ
・１７ｂ、及び１８ａ・１８ｂが積層されている。つま
り、赤色素を含有した液晶画素１６ａの下に、その補色
に対応するシアン色素を含有した液晶画素１６ｂが積層
される。同様に、緑とマゼンタ、及び青とイエローの組
み合わせとして１７ａと１７ｂ、及び１８ａと１８ｂが
積層される。そして、三画素を一絵素とし、カプセル化
された液晶を独立に駆動させることによって、フルカラ
ー表示が行われる。この場合、次のようにして、例えば
赤が表示される。つまり、シアン色素を含有した液晶画
素１６ｂに対してのみ所定の電圧を印加して透明状態に
移行させ、且つその他の液晶画素をＯＦＦ状態にさせる
ことによって赤が表示される。

【０００８】また、二色性色素を含有してなる三層型液
晶表示素子は、図５に示されるように、カプセル化した
３つの液晶色層２１、２２、及び２３と、４つの電極層
２４、２５、２６、及び２７とから構成されている。液
晶色層２１、２２、及び２３には、それぞれカプセル化
された液晶材料に色素が含まれている。つまり、液晶色
層２１はイエロー色素を含み、液晶色層２２はシアン色
素を含み、液晶色層２３はマゼンタ色素を含み、各液晶
色層に対して所定電圧を選択的に印加するかしないかに
よってカラー表示が行われる。

【０００９】二色性色素とカラーフィルタとを用いたカ
ラー液晶表示素子の例が、例えば、米国特許４８８６３
４３号公報や特開平６−２０２０９９号公報等に開示さ
れている。米国特許４８８６３４３号公報のカラー液晶
表示素子は、異なる二色のカラーフィルタが並置された
層と、二色性色素が含有された液晶層と、シャッタ機能
を有する液晶層とから構成されており、二色のカラーフ
ィルタを選択的に使用することによって多色表示を可能
としている。

【００１０】また、特開平６−２０２０９９号公報のカ
ラー液晶表示素子は、異なる二色のカラーフィルタが並
置された層と、それぞれ異なる二色の二色性色素が含有
された第１、及び第２液晶層とから構成されている。こ
の第１、及び第２液晶層は、それぞれ異なった閾値電圧
を有し、一対の電極により第１、及び第２液晶層が挟持
され、これらの液晶層に対して従属的に電圧を印加する
ことによって、多色表示を可能としている。そして、第
１液晶層と第２液晶層との間に共通電極を設け、これら
の液晶層に対して別々に電圧を印加することによって、
一対の電極のみを設けた場合よりも多くの色の表示を可
能としている。

【００１１】カラーフィルタの代わりに、カラー偏光子
を用いることによってカラー表示を行う例が、特開昭６
３−２６４７３１号公報に提案されている。この例で
は、二層型液晶表示素子の各層に、それぞれ補色関係に
ある二層のカラー偏光子を画素ごとにパターン化するこ
とによって、カラー表示を可能としている。この場合、
一層のみのカラー偏光子を用いるよりも、単色による表
示が明るく、加えて黒表示が可能となる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術によれば、以下の問題点を有している。すなわ
ち、赤、緑、青のカラーフィルタを並置する上記カラー
液晶表示素子では、カラーフィルタを透過する光強度が
入射光の１／３になってしまい、光の利用効率が悪くな
る。そのため、消費電力の大きなバックライトなしでカ
ラー表示を行うことは困難となり、液晶表示素子の利点
の一つである低消費電力性が損なわれてしまう。

【００１３】また、上下の液晶層が補色関係を満足する
ように二色性色素を含有した上記二層型液晶表示素子で
は、白、シアン、マゼンタ、及びイエローの各色が明る
くなるものの、単色においては前述した赤、緑、青のカ
ラーフィルタを並置した場合と同様に、透過光が入射強
度の１／３となり、暗いフルカラー表示しか実現できな
い。

【００１４】上記の三層型ゲストホスト液晶表示素子で
は、一つの画素でフルカラー表示が行えるので、光の利
用効率が良く、十分な明るさを得ることができるが、駆
動素子が層ごとに必要となり、それぞれ別々に駆動させ
なければならないという技術的困難を伴う。加えて、三
層を積層した厚みにより視差が生じてしまうという不具
合もある。

【００１５】また、異なる二色のカラーフィルタを並置
してなる層と、二層の液晶層とが設けられた上記積層型
液晶表示素子では、赤、緑、青のカラーフィルタを並置
する場合よりは明るいものの、光の利用効率が入射光の
１／２であり、十分な明るさとは言いがたい。

【００１６】その他、カラーフィルタと二層の液晶層と
からなる例が提案されているが、フルカラー表示ができ
なかったり、例えフルカラー表示ができたとしても光の
利用効率が悪く、従って暗いカラー表示になってしま
う。

【００１７】また、カラー偏光子を用いた上記の液晶表
示素子では、偏光板を用いるために、光の利用効率が入
射光の半分以下になってしまう。この種の液晶表示素子
は、カラー表示に関しても、中間調の明るさが単色の表
示に比べて暗くなり、フルカラー化に適さない。また、
光の利用効率を向上させ、反射型のカラー表示が行えた
としても、周囲光の少ないところでは、反射型のカラー
表示を認識するのは難しい。

【００１８】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたものであって、明るい多色表示可能な反射
型液晶表示素子として機能し、また、周囲光の少ないと
きにはバックライトを用いた透過型液晶表示素子として
機能する液晶表示素子を提供することを目的としてい
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明では、特定波長域の光を反射すると共にその
特定波長域以外の光を透過する層が画素に対応して並設
されたフィルタ層と、そのフィルタ層に対応して設けら
れ、外部電場の印加に応じて第１の波長域の光の透過率
を変化させる第１の液晶層と、フィルタ層に対応して設
けられ、外部電場の印加に応じて第１の波長域とは異な
る第２の波長域の光の透過率を変化させる第２の液晶層
と、バックライトとを備え、表示面側から第１の液晶
層、第２の液晶層、フィルタ層、バックライトの順に配
置して液晶表示素子を構成している。

【００２０】本発明によれば、液晶表示素子の表示面か
ら入射した青の光と緑の光とがシアンの波長域を反射す
る領域のフィルタ層で反射し、青の光と赤の光とがマゼ
ンタの波長域を反射する領域のフィルタ層で反射し、緑
の光と赤の光がイエローの波長域を反射するフィルタ層
で反射する。各領域のフィルタ層の反射特性が、各画素
の色表示に関与する。各領域のフィルタ層は、入射光の
２／３を利用することになり、光の利用効率が著しく向
上する。例えば、赤、緑、青のカラーフィルタや反射フ
ィルタを並置した従来の場合と比較すると、光の利用効
率が約２倍高くなり、画素の明るさも２倍になる。ま
た、特開平６−２０２０９９号公報のカラー液晶表示素
子と比較し、３０％以上の明るさが確保される。

【００２１】また、第１の液晶層及び第２の液晶層は、
印加される外部電場に応じて、それぞれ異なる波長域の
光の透過率を変化させる。従って、外部電場が制御され
ることによって、第１の液晶層、第２の液晶層を透過、
及びフィルタ層を反射した光の色が変化し、各画素の色
表示が変化する。これにより、多色表示が可能な反射型
液晶表示素子になる。

【００２２】さらに、周囲が暗く、液晶表示素子の表示
面から入射する光がわずかであるときは、フィルタ層の
下に配したバックライトシステムを用いることにより、
現行の透過型液晶表示素子として利用できる。このこと
を説明すると、青の光と緑の光とがシアンの反射フィル
タで反射すると赤の光がシアンの反射フィルタで透過
し、同様にマゼンタの反射フィルタで緑の光が透過し、
イエローの反射フィルタで青の光が透過する。つまり、
現行の透過型液晶表示素子と同様にバックライトシステ
ムを用いた表示が可能である。

【００２３】さらに、本発明では、上記の液晶表示素子
において、バックライトから発せられた光が、第１の液
晶層及び第２の液晶層を通過することにより略完全に吸
収され得るようにしている。

【００２４】本発明によれば、透過型として用いたと
き、略完全な光の吸収を行う際に、上記第１の液晶層、
及び第２の液晶層の二層とも利用することにより、コン
トラストの高い表示となる。

【００２５】さらに、本発明では、上記の液晶表示素子
において、第１の液晶層及び第２の液晶層の少なくとも
いずれか一方をゲストホスト液晶から成している。

【００２６】本発明によれば、反射フィルタによる反射
光や、透過光の色をゲストホスト液晶で色の制御を行う
ことにより、偏光板を用いない明るい表示が可能であ
る。

【００２７】さらに、本発明では、上記の液晶表示素子
において、第１の液晶層及び第２の液晶層の少なくとも
いずれか一方を異なる吸収波長を示す領域に分割して構
成している。

【００２８】本発明によれば、上記フィルタ層や、第１
の液晶層、第２の液晶層の各領域を組み合わせることに
よって、フルカラー化が可能となる。

【００２９】さらに、本発明では、上記の液晶表示素子
において、第１の液晶層及び第２の液晶層のいずれもが
液晶材料と色素と混合物から成り、第１の液晶層及び第
２の液晶層を成す液晶材料を同一材料としている。

【００３０】本発明によれば、第１の液晶層と第２の液
晶層との液晶材料が同一なので、それぞれの液晶層を駆
動する駆動電圧もほぼ等しくなり、液晶分子が動く電圧
がどの色でも同じとなる。したがって、完全なＯＮ状態
の電圧を絵素ごとに変える必要が無く、また中間調につ
いても同様であり、駆動制御が容易となる。また、素子
作製時に、あらかじめ色素だけを各絵素ごとに配置させ
ておいて、液晶を注入するときに色の異なる絵素である
ことを気にすることなくは液晶層全体に注入することが
可能なので、素子作製が容易となる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明による実
施形態である液晶表示素子の概略構造を示す断面図であ
る。この液晶表示素子は、図１に示すように、所定の間
隔で配された３枚の透明基板１、透明基板２、及び透明
基板３を有し、透明基板１−２間には二色性色素分子を
含有した液晶層４が設けられ、透明基板２−３間には二
色性色素分子を含有した液晶層５が設けられている。ま
た、液晶層４を挟持するように、透明電極７及び透明電
極８が設けられ、液晶層５を挟持するように、透明電極
９及び透明電極１０が設けられている。そして透明基板
３と透明電極１０との間には、特定の波長域の光を反射
しそれ以外の波長域を透過し、かつ透明電極９−１０間
に電圧が一絵素ごとに印加されることによって生じる外
部印加電場によって透過率及び反射率が変化しないフィ
ルタ層６が設けられている。更に、透明基板３の下に、
図示しないバックライトが配されている。

【００３２】上記フィルタ層６は、シアンのフィルタ層
６ａ、マゼンタのフィルタ層６ｂ、及びイエローのフィ
ルタ層６ｃが、それぞれ一画素中の単一の絵素に対応す
るように並置されて構成されている。シアンのフィルタ
層６ａは、赤の光を反射させ、青（青紫）の光と緑の光
を透過させる。マゼンタのフィルタ６ｂは、緑の光を反
射させ、青（青紫）の光と赤の光を透過させる。イエロ
ーのフィルタ６ｃは、青（青紫）の光を反射させ、緑の
光と赤の光を透過させるものである。

【００３３】上記液晶層４及び液晶層５は、それぞれ異
なる吸収波長を示す２つの領域に分割さており、これら
の分割領域は互いに異なる二色性色素分子を含有して構
成されるものである。つまり、液晶層４は、例えば、緑
のゲストホスト液晶からなる領域４ａと、赤のゲストホ
スト液晶からなる領域４ｂとからなる。領域４ａは、シ
アンのフィルタ層６ａに対応するように、領域４ｂは、
マゼンタのフィルタ層６ｂとイエローのフィルタ層６ｃ
とに対応するようにそれぞれ設けられている。そして、
液晶層５は、例えば、青のゲストホスト液晶からなる領
域５ａと、緑のゲストホスト液晶からなる領域５ｂとか
らなる。領域５ａは、シアンのフィルタ層６ａとマゼン
タのフィルタ層６ｂとに対応するように、領域５ｂは、
イエローのフィルタ層６Ｃに対応するようにそれぞれ設
けられている。

【００３４】これら液晶層４と液晶層５の各ゲストホス
ト液晶は、それぞれ対応する電極間に電圧か印加されな
い時（電圧無印加時）には液晶分子の長軸方向と二色性
色素分子の長軸方向とが透明基板１に対して略平行とな
るので、光の吸収が生じ、透過光が二色性色素分子に独
特な色を呈し、一方、電圧印加時には液晶分子の長軸方
向と二色性色素分子の長軸方向とか透明基板１に対して
略垂直となるので、光を透過するようになっている。

【００３５】なお、液晶層４と液晶層５との上下方向の
積層順序は任意であり、順序が異なっても同じ効果が得
られるものである。

【００３６】次に、本実施形態の液晶表示素子の製造方
法の例について説明する。透明基板１と透明基板３とし
ては、厚みが１．１ｍｍの７０５９ガラス基板（コーニ
ンググラスワークス社製）を使用し、各ガラス基板上に
透明電極７及び透明電極１０としてＩＴＯ膜をスパッタ
リングにてそれぞれ形成した。このＩＴＯ膜の厚みは、
薄くなりすぎると抵抗値が大きくなりすぎ、結果として
均一な表示が得られないし、逆に厚くなりすぎると透過
率が低下すると共に細かいパターニングが困難になると
いう制約を有している。そこで、ＩＴＯ膜の厚みとして
は４００Å〜２０００Åが適当であり、好ましくは８０
０Å〜１５００Åであり、本実施形態ではＩＴＯ膜の厚
みを１０００Åに設定した。また、透明電極１０の下面
には、シアン、マゼンタ、イエローの光を反射する誘電
体ミラーからなるフィルタ層６が設けられている。

【００３７】また、透明基板２は、視差を最小限に抑え
るために、比較的薄い０．７ｍｍ厚のものを使用し、透
明電極８と透明電極９としては、透明基板１と透明基板
３の場合と同様に、ＩＴＯ膜をスパッタリングにてそれ
ぞれ形成した。

【００３８】透明基板間の間隔は、小さすぎると製造上
の問題に加えて光の吸収が不十分となるし、大きすぎる
と必要な駆動電圧が大きくなると共に応答速度が遅くな
るという制約を有している。そこで、透明基板１と透明
基板２との間隔、及び透明基板２と透明基板３の間隔と
しては、何れも３μｍ〜１０μｍであり、本実施形態で
はスペーサとしてファイバーグラス（日本電気硝子社
製）を使用して上記間隔を何れも７μｍに設定した。

【００３９】液晶層４と液晶層５の垂直配向膜として
は、Ｎ，Ｎ’−ジメヂル−Ｎ−オクタデシル−３−アミ
ノプロピルトリメトキシリル・クロライド（N,N'-dimet
hyl-N-octadecyl-3-aminopropyltrimethoxysilyl chlor
ide）を使用した。液晶層４と液晶層５において、ホス
トとしての液晶にはＺＬＩ−４７９２（メルク社製）
を、ゲストとしての二色性色素の赤にはマゼンタＭ−６
１８（三井東圧化学社製）とイエローＭ−７１０（三井
東圧化学社製）を、ゲストとしての二色性色素の緑には
シアンＳＩ−４９７（三井東圧化学社製）とイエローＭ
−７１０（三井東圧化学社製）を、ゲストとしての二色
性色素の青にはシアンＳＩ−４９７（三井東圧化学社
製）とマゼンタＭ−６１８（三井東圧化学社製）を、そ
れぞれ等量ずつ混合して使用した。

【００４０】液晶セルの厚みｄとカイラルピッチ長ｐと
の比ｄ／ｐは、小さすぎるとコントラスト比が低下し、
大きすぎると駆動電圧が大きくなるという制約を有して
いる。そこで、カイラルのピッチ比ｄ／ｐとしては１〜
５の範囲か適当であり、好ましくは１．２〜２であり、
本実施形態では１．７に設定した。ここで、本実施形態
において、カイラルのピッチｄ／ｐを１．７に設定した
根拠について、図２を参照にしながら以下に説明する。

【００４１】ｄ／ｐが変化すると、液晶の透過率は印加
電圧に依存して図２に示すように変化する。一般に、反
射型液晶表示素子においては、１）コントラスト比が５
以上であることと、２）アクティブ素子に印加できる電
圧は７ボルト以下であることが要求される。図２より、
この要求を満たすｄ／ｐの最適値は１．７であることが
わかる。従って、本実施例では、カイラルのピッチｄ／
ｐを１．７に設定した。

【００４２】また、二色性色素の色素濃度は、低くなり
すぎると光が十分吸収されないし、高すぎると低温時に
折出してしまうという制約を有している。そこで、二色
性色素の色素濃度としては１重量パーセント〜１０重量
パーセントか適当であり、好ましくは２重量パーセント
〜５重量パーセントであり、本実施形態では４重量パー
セントに設定した。このとき、透過におけるコントラス
ト比は５であった。

【００４３】二色のゲストホスト液晶を分離・注入する
に当たり、本実施形態では、以下の手法を用いた。つま
り、ガラス基板を２枚用意し、各ガラス基板に接着性レ
ジストＯＰＳＲ−５６００（東京応化工業社製）を塗布
した後、紫外線を照射し、図３に示すような櫛形の壁１
１を形成し、その後、ガラス基板を２枚張り合わせて焼
成し、それから、２つの液晶注入口１４と１５を介して
二色性色素を含有した二種類の液晶１２と１３をそれぞ
れ注入した。なお、上記の接着性レジストの代わりに、
平面の透明基板に図３と同様のパターンの壁となる凸部
をゾルゲル法などに基づいて形成したり、フッ酸を用い
たエッチングなどにより溝を形成したりして、透明基板
自体に凹凸を設けてもよい。また、マイクロカプセル化
の技術を用い、印刷法に基づいて二色のゲストホスト液
晶を形成してもよい。更に、シール剤を配するために使
用されるディスペンサを用いて高分子の壁を形成し、二
色のゲストホスト液晶を一色ずつ形成してもよい。

【００４４】次に、上記構成の液晶表示素子を、バック
ライトなしの状態で反射型として使用する場合の駆動を
説明する。

【００４５】この構成によれば、例えば図１のように積
層され、絵素ごとに液晶層４と液晶層５に対して別々に
電圧を印加し、バックライトＯＦＦで反射型として使用
する場合、シアンのフィルタ層６ａに対応する絵素にお
ける表示は以下の４つの場合１）〜４）に分類される。

【００４６】１）液晶層４と５に対して共に電圧が印加
されていない場合 この場合、領域４ａ（緑のゲストホスト液晶）によって
赤と青の光が吸収され、領域５ａ（青のゲストホスト液
晶）によって緑の光が吸収され、全体として黒表示にな
る。

【００４７】２）液晶層４に所定の電圧が印加され、且
つ液晶層５に電圧が印加されていない場合 この場合、全ての光は吸収されずにそのまま領域４ａ
（緑のゲストホスト液晶）を透過し、領域５ａ（青のゲ
ストホスト液晶）によって赤と緑の光が吸収され、更に
領域６ａのシアンのフィルタ層によって青の光が反射さ
れ、全体として青表示になる。

【００４８】３）液晶層５に所定の電圧が印加され、且
つ液晶層４に電圧が印加されていない場合 この場合、領域４ａ（緑のゲストホスト液晶）によって
赤と青の光が吸収され、緑の光は吸収されずにそのまま
領域５ａ（青のゲストホスト液晶）を透過し、更に領域
６ａのシアンのフィルタ層によって緑の光が反射され、
全体として緑表示になる。

【００４９】４）液晶層４と５に対して共に所定電圧が
印加されている場合 この場合、領域４ａと５ｂでは光が吸収されないので、
シアンのフィルタ層６ａで反射された緑の光と青の光と
に基づくシアン表示となる。

【００５０】同様に、図１のように積層されている場
合、マゼンタのフィルタ層６ｂに対応する絵素において
は、上記１）〜４）の場合に対応して、黒、青、赤、マ
ゼンタ表示がそれぞれ行われる。

【００５１】また、イエローのフィルタ層６ｃに対応す
る絵素においては、上記１）〜４）の場合に対応して、
黒、緑、赤、イエロー表示がそれぞれ行われる。

【００５２】以下に、一画素において、絵素ごとに液晶
層４と液晶層５に対する所定電圧の印加（ＯＮ）・無印
加（ＯＦＦ）の状態に対する表示について表１〜表８に
示す。

【００５３】赤表示は、表１に示すような印加電圧の組
み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィルタ層
６ａに対応する絵素のみが黒表示を行い、マゼンタのフ
ィルタ層６ｂに対応する絵素とイエローのフィルタ層６
ｃに対応する絵素とが共に赤表示を行うので、この画素
は全体として赤表示を行う。

【００５４】

【表１】

【００５５】緑表示は、表２に示すような印加電圧の組
み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィルタ層
６ａに対応する絵素とイエローのフィルタ層６ｃ対応す
る絵素とが共に緑表示を行い、マゼンタのフィルタ層６
ｂに対応する絵素が黒表示を行うので、この画素は全体
として緑表示を行う。

【００５６】

【表２】

【００５７】青表示は、表３に示すような印加電圧の組
み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィルタ層
６ａに対応する絵素とマゼンタのフィルタ層６ｂに対応
する絵素とが共に青表示を行い、イエローのフィルタ層
６Ｃに対応する絵素が黒表示を行うので、この画素は全
体として青表示を行う。

【００５８】

【表３】

【００５９】シアン表示は、表４に示すような印加電圧
の組み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィル
タ層６ａに対応する絵素がシアン表示を行い、マゼンタ
のフィルタ層６ｂに対応する絵素が青表示を行い、イエ
ローのフィルタ層６ｃに対応する絵素が緑表示を行う。
青の光と緑の光とが加色混合されるとシアンの光にな
り、３絵素のうち２絵素がシアン表示を行うことと等価
となるので、この画素は全体としてシアン表示を行う。

【００６０】

【表４】

【００６１】マゼンタ表示は、表５に示すような印加電
圧の組み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィ
ルタ層６ａに対応する絵素が青表示を行い、マゼンタの
フィルタ層６ｂに対応する絵素がマゼンタ表示を行い、
イエローのフィルタ層６ｃに対応する絵素が赤表示を行
う。青の光と赤の光とが加色混台されるとマゼンタの光
になり、３絵素のうち２絵素がマゼンタ表示を行うこと
と等価となるので、この画素は全体としてマゼンタ表示
を行う。

【００６２】

【表５】

【００６３】イエロー表示は、表６に示すような印加電
圧の組み合わせにより得られる。つまり、シアンのフィ
ルタ層６ａに対応する絵素が緑表示を行い、マゼンタの
フィルタ層６ｂに対応する絵素が赤表示を行い、イエロ
ーのフィルタ層６Ｃに対応する絵素がイエロー表示を行
う。緑の光と赤の光とが加色混台されるとイエローの光
になり、３絵素のうち２絵素がイエロー表示を行うこと
と等価となるので、この画素は全体としてイエロー表示
を行う。

【００６４】

【表６】

【００６５】黒表示は、表７に示すように、各面素に対
応する液晶層４と液晶層５に対して電圧を印加しない場
合に得られ、全ての絵素が黒表示を行う。

【００６６】

【表７】

【００６７】白表示は、表８に示すように、各絵素に対
応する液晶層４と液晶層５に対して所定電圧を印加し、
これらの絵素をそれぞれシアン、マゼンタ、イエロー表
示させた場合に加色混合により得られる。

【００６８】

【表８】

【００６９】本実施形態によれば、表１〜表６と表８と
に示すように、各フィルタにおいて３原色の内２色が透
過されるので、入射光の利用効率は、赤、青、緑の従来
のフィルタを使用した場合と比較すると２倍になると共
に、３つの絵素の内２つの絵素が同色を表示するので、
表示の明るさが２倍のフルカラー液晶表示素子を実現で
きる。

【００７０】次に、上記構成の液晶表示素子の、バック
ライトＯＮで透過型として使用する場合の駆動を説明す
る。

【００７１】この構成によれば、例えば図１のように積
層され、絵素ごとに液晶層４と液晶層５に対して別々に
電圧を印加し、バックライトＯＮで透過型として使用す
る場合、シアンのフィルタ層６ａに対応する絵素におけ
る表示は以下の４つの場合１）〜４）に分類される。

【００７２】１）液晶層４と５に対して共に電圧か印加
されていない場合 この場合、領域６ａのシアンのフィルタ層により赤の光
が透過され、領域５ａ（青のゲストホスト液晶）によっ
て赤の光が吸収され、領域４ａ（緑のゲストホスト液
晶）によって領域５ａによって吸収しきれなかった赤の
光が吸収され、全体として黒表示になる。反射型の場
合、色素の吸収は、光か入射する場合と出射する場合と
２回あるのに対して、透過型では透過の１回のみである
ので、二層で光を吸収したとき初めて、その色の完全な
吸収を達成できる。

【００７３】２）液晶層４に所定の電圧が印加せれ、且
つ液晶層５に電圧が印加されていない場合 この場合、領域６ａのシアンのフィルタ層により赤の光
が透過され、領域５ａ（青のゲストホスト液晶）によっ
て赤の光が吸収され、領域４ａ（緑のゲストホスト液
晶）では吸収は起こらず、全体として暗い赤表示にな
る。

【００７４】３）液晶層５に所定の電圧が印加され、且
つ液晶層４に電圧が印加されていない場合 この場合、領域６ａのシアンのフィルタ層により赤の光
が透過され、領域５ａ（青のゲストホスト液晶）では吸
収は起こらず、領域４ａ（緑のゲストホスト液晶）によ
って赤の光が吸収され、全体として暗い赤表示になる。

【００７５】４）液晶層４と液晶層５に対して共に所定
電圧が印加されている場合 この場合、領域４ａと５ｂでは光が吸収されないので、
シアンのフィルタ層６ａで透過された赤表示となる。

【００７６】同様に、図１のように積層されている場
合、マゼンタのフィルタ層６ｂに対応する絵素において
は、上記１）〜４）の場合に対応して、黒、暗い緑、暗
い緑、緑表示がそれぞれ行われる。

【００７７】また、イエローのフィルタ層６ｃに対応す
る絵素においては、上記１）〜４）の場合に対応して、
黒、暗い青、暗い青、青表示がそれぞれ行われる。つま
り、シアンのフィルタ層６ａに対応する絵素で赤、マゼ
ンタのフィルタ層６ｂに対応する絵素で緑、シアンのフ
ィルタ層６ｃに対応する絵素で青を制御することとなる
ので、従来の透過型液晶表示素子と、同等の効果が得ら
れる。

【００７８】本実施形態によれば、絵素内での積層の上
下の順序については任意であるため、使用するゲストホ
スト液晶が赤、緑、青の組み合わせの時、図１に示した
ように、一層中に二色のゲストホスト液晶を設けるだけ
の簡単な構成となり、液晶表示素子の製造における設計
の自由度が増大することとなる。

【００７９】また、本実施形態では、透過する波長域の
異なる液層層４と液晶層５に対して別々に電圧を印加す
る構成であるので、液晶層４と液晶層５は櫛形などのセ
ルを用いて比較的容易に形成でき、しかも極めて明るい
表示が可能となる。

【００８０】なお、本実施形態では、絵素ごとに液晶層
４と液晶層５に対して別々に電圧を印加する場合につい
て説明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば、液晶層４と液晶層５とが隣接して積層され
る場合、絵素ごとに液晶層４と液晶層５に対して同時に
電圧を印加する構成でもよい。この場合、液晶層４と液
晶層５を挟持し、液晶層４と液晶層５に同時に電圧を印
加し、印加電圧の大きさに応じて、各液晶層の透過率を
変化させる一対の電極のみを設ければよい。このよう
に、絵素ごとに液晶層４と液晶層５に対して同時に電圧
を印加する場合、表示可能な色数こそ少なくなるもの
の、構成が簡素で非常に明るく多色表示可能な液晶表示
素子を実現できる。

【００８１】なお、本実施形態では、ゲストホスト液晶
の材料として、色素は異なるが液晶材料を同一とした。
このことにより、それぞれの液晶層を駆動する駆動電圧
もほぼ等しくなり、液晶分子が動く電圧がどの色でも同
じとなる。したがって、完全なＯＮ状態の電圧を絵素ご
とに変える必要が無く、また中間調についても同様であ
り、駆動制御が容易となる。また、素子作製時に、あら
かじめ色素だけを各絵素ごとに配置させておいて、液晶
を注入するときに色の異なる絵素であることを気にする
ことなくは液晶層全体に注入することが可能なので、素
子作製が容易となる。しかしながら、色素の色（種類）
に応じて相性の良い液晶材料を用いてもよく、この場
合、駆動電圧がほぼ等しくなるような液晶材料を選択す
ることが望ましい。

【００８２】また、本実施形態では、表面を垂直配向し
たホワイト／ティラー型のゲストホストモードを用いた
例について説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、例えば、表面を平行配向処理したホワイト／
ティラーモードを用いてもよいし、他のゲストホストモ
ードを用いてもよい。また、ＰＤＬＣ等の高分子分散型
液晶を用いてもよい。

【００８３】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、フィルタ層が入射光の２／３を利用するので、液晶
表示素子において光の利用効率を著しく向上させること
ができる。第１の液晶層、第２の液晶層を透過し、フィ
ルタ層を反射した光の色が変化するので、多色表示が可
能な液晶表示素子を実現することができる。また、周囲
光が多いときには反射型液晶時素子として使用でき、周
囲光が少ないときにはバックライトを用いて透過型液晶
表示素子として使用することができるので、周囲光に応
じて良好な表示が得られ、かつ消費電力の低減を図るこ
とができる。

【００８４】請求項２の発明によれば、透過型として用
いたとき、略完全な光の吸収を行う際に、第１の液晶層
及び第２の液晶層の二層とも利用することにより、コン
トラストの高い表示が可能な液晶表示素子を実現でき
る。

【００８５】請求項３の発明によれば、請求項１又は２
の発明の効果に加えて、偏光板を用いずにシャッター効
果のある液晶を用いることにより、明るい表示を損なう
ことなく、多色表示が可能となる。

【００８６】請求項４の発明によれば、請求項１、２、
又は３の発明の効果に加えて、極めて明るいフルカラー
表示が可能となる。

【００８７】請求項５の発明によれば、請求項１、２、
３、又は４の発明の効果に加えて、それぞれの液晶層を
駆動する駆動電圧もほぼ等しくなり、液晶分子が動く電
圧がどの色でも同じとなる。したがって、完全なＯＮ状
態の電圧を絵素ごとに変える必要が無く、また中間調に
ついても同様であり、駆動制御が容易となる。また、素
子作製時に、あらかじめ色素だけを各絵素ごとに配置さ
せておいて、液晶を注入するときに色の異なる絵素であ
ることを気にすることなくは液晶層全体に注入すること
が可能なので、素子作製が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液晶表示素子の概略構造を示す断
面図である。

【図２】図１の液晶表示素子の透過率の印加電圧依存性
を示す説明図である。

【図３】二色のゲストホスト液晶を分離・注入する方法
を示す説明図である。

【図４】従来の二層型液晶表示素子のカラー表示動作を
説明する図である。

【図５】従来の三層型液晶表示素子の概略構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１，２，３ 透明基板 ４，５ 液晶層 ６ フィルタ層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定波長域の光を反射すると共に該特定
   波長域以外の光を透過する層が画素に対応して並設され
   たフィルタ層と、 該フィルタ層に対応して設けられ、外部電場の印加に応
   じて第１の波長域の光の透過率を変化させる第１の液晶
   層と、 前記フィルタ層に対応して設けられ、外部電場の印加に
   応じて前記第１の波長域とは異なる第２の波長域の光の
   透過率を変化させる第２の液晶層と、 バックライトとを備え、 表示面側から前記第１の液晶層、前記第２の液晶層、前
   記フィルタ層、前記バックライトの順に配置されたこと
   を特徴とする液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記バックライトから発せられた光が前
   記第１の液晶層及び前記第２の液晶層を通過することに
   より略完全に吸収され得ることを特徴とする液晶表示素
   子。
3. 【請求項３】 前記第１の液晶層及び第２の液晶層の少
   なくともいずれか一方がゲストホスト液晶から成ること
   を特徴とする請求項１又は２に記載の液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記第１の液晶層及び第２の液晶層の少
   なくともいずれか一方が異なる吸収波長を示す領域に分
   割されたことを特徴とする請求項１、２、又は３に記載
   の液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記第１の液晶層及び第２の液晶層のい
   ずれもが液晶材料と色素と混合物から成り、前記第１の
   液晶層及び第２の液晶層を成す液晶材料が同一であるこ
   とを特徴とする請求項１、２、３、又は４に記載の液晶
   表示素子。