JPH0968702A - 反射型カラー液晶表示素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】明るい視認性の高い反射型カラー液晶表示素子
及びその製造方法を提供する。 【解決手段】対向する第１液晶層と第２液晶層と、第１
及び第２液晶層の選択された領域に電圧を印加する電圧
印加手段を備えた反射型カラー液晶表示素子であって、
第１液晶層は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反
射率が変化する第１液晶領域と、印加電圧に応じて第２
波長帯域の光の反射率が変化する第２液晶領域とを含
み、第２液晶層は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光
の反射率が変化する第３液晶領域と、印加電圧に応じて
第３波長帯域の光の反射率が変化する第４液晶領域とを
含み、第１液晶層の第１液晶領域は、第２液晶層の第４
液晶領域の一部と第３液晶領域とに対向し、第２液晶層
の第４液晶領域は、第１液晶層の第１液晶領域の一部と
第２液晶領域とに対向しており、電圧印加手段が第１及
び第２液晶層の各液晶領域に対して電圧を選択的に印加
し、それによってカラー表示を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置及び
その製造方法に関し、特に、明るい反射型カラー液晶表
示素子及びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示素子は、低消費電力で薄型軽量
であるという優れた特徴を有している。この特徴を利用
して、フラットパネルディスプレイの開発がすすめられ
ており、時計、電卓、コンピュータ端末、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
機などに液晶表示素子は利用されている。

【０００３】液晶表示素子は非発光素子であり、外部か
ら液晶表示素子に入射する光の強度を変調することによ
って表示を行う。液晶表示素子の表示モードとして、Ｔ
Ｎ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが知られ
ている。ＴＮモードの液晶表示素子は、その液晶セル内
の液晶層の液晶分子の配向が約９０°ねじれた、いわゆ
る９０°ツイスト配向を有している。この液晶セルを一
対の偏光板の間に配し、液晶層の旋光性が電圧によって
変化する現象（すなわち、電圧無印加時には所定の旋光
特性を有し、電圧印加時には旋光特性がなくなる）を利
用してモノクロ表示が行われる。単純マトリックス駆動
の液晶表示素子においては、ＳＴＮ（Ｓｕｐｅｒ Ｔｗ
ｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モードが広く採用されて
いる。このＳＴＮモードの液晶表示素子は、ＴＮモード
と類似の液晶セル構造を有し、液晶層の液晶分子の配向
のねじれ角が９０°〜２７０°に設定されている。ＳＴ
Ｎモードにおいては、液晶分子の配向のねじれ角を９０
°以上にし、更に偏光板の偏光方向が最適化されてい
る。印加電圧の増加に伴い液晶分子の配向が急激に変化
することによって、液晶層の複屈折率が急激に変化する
ことを利用し、急峻な閾値特性を有する電気光学特性が
実現できる。閾値特性が急峻であるので、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。一
方、ＳＴＮモードの液晶表示素子においては、液晶層の
複屈折に起因して、表示の背景が黄緑色や濃紺色等の色
を呈するという問題がある。色補正を行うことによって
この問題を解決し、白黒表示を可能にした液晶表示素子
も市場に出ている。この液晶表示素子では、表示用ＳＴ
Ｎ液晶パネルに、光学補償用のＳＴＮ液晶パネルやポリ
カーボネート等の高分子で形成される位相差板を重ね合
わせることによって、色補正が行われている。

【０００４】さらに、ＴＮモードやＳＴＮモードを用い
たカラー液晶表示素子は、液晶セル内部の１画素毎に、
例えば３ドット（赤、緑、青）の微小寸法のマイクロカ
ラーフィルタを有しており、加法混色によってマルチカ
ラー表示やフルカラー表示を行う。しかし、これらの表
示モードは、偏光板を用いるので視野角が狭く、偏光板
とカラーフィルタの吸収によって、入射光の１／６しか
表示に用いられないため非常に暗いという問題を有して
いる。

【０００５】広い視野角と明るさを要求される用途に対
しては、ゲストホストモード（ＧＨモード）が採用され
る。このモードは、分子の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）を含む液晶層を利用す
る。ＧＨモードは、偏光板を使用するハイルマイヤ一
型、偏光板を使用しないホワイト／テイラー型（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。ＧＨモードにおいては、色素分子
の配向が液晶分子の配向を介して印加電圧によって制御
される。色素分子の配向方向によって色素分子によって
吸収される光の強度が変化するので、表示色が変化す
る。また、二色性色素として可視光の一部の波長を吸収
する色素を使用してもよいし、黒色の色素を使用しても
よい。また、ゲストホスト液晶セルとマイクロカラーフ
ィルタとを組み合わせてカラー表示を行うことも可能で
ある。

【０００６】二色性色素を含有する液晶層を積層したカ
ラー表示素子の例は、米国特許４９５３９５３号公報及
び特表昭６２−５０２７８０号公報に開示されている。
この液晶表示素子の１画素６０は、図６に示すように、
異なる色を表示するドット６１、６２及び６３から構成
される。各々のドット６１、６２、及び６３は、積層さ
れた２つの液晶層（不図示）に形成された、補色関係に
ある色素を含有するカプセル化された液晶領域６１ａと
６１ｂ、６２ａと６２ｂ、及び６３ａと６３ｂから構成
される。すなわち、赤色素を含有した液晶領域６１ａの
下に、その補色に対応するシアン色素を含有した液晶領
域６１ｂが配置される。同様に、緑の液晶領域６２ａと
マゼンタの液晶領域６２ｂ、青の液晶領域６３ａとイエ
ローの液晶領域６３ｂがそれぞれ上下方向（光の透過方
向）に重なるように配置されている。白色光（Ｗ）が、
図中の下側の矢印で示されるように入射される。そし
て、これら３つのドット６１、６２及び６３を１画素と
し、カプセル化された６つの液晶領域を互いに独立に駆
動させることによって、フルカラー表示が行われる。例
えば、次のようにして赤が表示される。シアン色素を含
有した液晶領域６１ｂにのみ所定の電圧を印加し透明状
態に移行させ、且つその他の液晶領域をＯＦＦ状態にし
て各々の液晶領域に各々の色の光を吸収させることによ
って赤が表示される。

【０００７】二色性色素を含有した液晶を用いた三層型
液晶表示素子７０は、図７に示されるように、カプセル
化された液晶材料から形成される３つの液晶色層７６、
７７、及び７８と、これらの液晶色層に電圧を印加する
ための４つの電極層７９、８０、８１、及び８２とから
構成されている。電極層７９と８１は、それぞれ、３ド
ットで一画素に対応するドット毎に電圧を印加するため
のドット電極（不図示）を有している。液晶色層７６、
７７、及び７８のカプセル化された液晶材料には、それ
ぞれ異なる色素が含まれている。液晶色層７６はイエロ
ー色素を含み、液晶色層７７はシアン色素を含み、液晶
色層７８はマゼンタ色素を含む。各液晶色層７６、７７
及び７８に対して、ドット毎に所定電圧を選択的に印加
するか印加しないかによって、図中の矢印の方向から入
射する白色光の色成分を選択的に吸収しカラー表示が行
われる。

【０００８】また、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、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。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液晶層が狭持され、
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。また、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た
構成も開示されている。

【０００９】また、液晶と高分子材料とが層状をなした
液晶樹脂複合体から形成された表示材料を用いた青反射
表示素子、緑反射表示素子及び赤反射表示素子を、黒あ
るいは灰色の光吸収膜に平面配置する例が、特開平６−
２９４９５２号公報に開示されている。この表示素子
は、偏光板を使用せずに特定波長帯域の光の反射と透過
とを制御できるので、明るいカラー表示を行うことが出
来る。

【００１０】また、ポリマーマトリックス中にコレステ
リック液晶を分散させて、コレステリック液晶の選択反
射を利用し、電圧無印加時の散乱状態と、電圧印加時の
選択反射状態とを切り換えることによって表示を行う反
射型カラー表示モードが特開平３−２０９４２４号公報
に開示されている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術は、以下の問題点を有している。並置された
赤、緑、青のカラーフィルタを用いた上記カラー液晶表
示素子によれば、カラーフィルタを透過する光強度は入
射光の１／３になってしまい、光の利用効率という点で
問題を有していた。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
表示素子の低消費電力という特長が損なわれてしまう。

【００１２】また、従来用いられているＴＮモード及び
ＳＴＮモードでは、偏光子によって入射光のさらに半分
が吸収されてるので、光の利用効率がさらに悪くなって
いた。即ち、カラーフィルタとＴＮモードまたはＳＴＮ
モードとを組み合わせた場合、原理的に最大でも入射光
の１／６しか表示に利用できないという問題を有してい
た。

【００１３】また、偏光板を利用しない上下の液晶層が
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
層型液晶表示素子によれば、白、シアン、マゼンタ、及
びイエローの各色は明るくなるものの、赤、緑及び青の
各単色は、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、透過光は入射光強度の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ＧＨモード液晶表示素子によ
れば、一つの画素でフルカラー表示が行えるため、光の
利用効率は良く、充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、それぞれ独立に駆動さ
せなければならないという技術的困難を伴う。更に、三
層を積層するので、液晶層の厚み方向の位置の違いによ
り視差が生じる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の並置
からなる層と、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、光の利用効率は入射光の１
／２であり、充分な明るさを有する表示を提供できると
は言いがたい。

【００１６】また、液晶材料と高分子材料とが層状に積
層された液晶樹脂複合体からなる表示材料を用いる青反
射表示素子、緑反射表示素子及び赤反射表示素子を黒あ
るいは灰色の光吸収膜に平面配置する構成では、１画素
を３つに面積分割するために利用される光は入射光の１
／３となり、表示は暗くなる。

【００１７】このように、従来の表示方式では、液晶表
示素子本来の薄型軽量、低消費電力という優れた特徴を
十分発揮しているとはいえず、携帯用情報端末の表示装
置としては不十分であり、明るく視認性に優れた反射型
カラー表示装置が求められている。

【００１８】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、明るい視認性の高い
反射型カラー液晶表示素子及びその製造方法を提供する
ことにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明の反射型カラー液
晶表示素子は、第１液晶層と第２液晶層とが対向するよ
うに配置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領
域に電圧を印加する電圧印加手段を備えた反射型カラー
液晶表示素子であって、該第１液晶層は、印加電圧に応
じて第１波長帯域の光の反射率が変化する第１液晶領域
と、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化
する第２液晶領域とを含み、該第２液晶層は、印加電圧
に応じて該第２波長帯域の光の反射率が変化する第３液
晶領域と、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率
が変化する第４液晶領域と、を含み、該第１液晶層の該
第１液晶領域は、該第２液晶層の該第４液晶領域の一部
と該第３液晶領域とに対向し、該第２液晶層の該第４液
晶領域は、該第１液晶層の該第１液晶領域の一部と該第
２液晶領域とに対向しており、該電圧印加手段が該第１
及び第２液晶層の各液晶領域に対して電圧を選択的に印
加し、それによってカラー表示を行い、そのことによっ
て、上記目的が達成される。

【００２０】前記第１液晶層及び前記第２液晶層を透過
した光を吸収する光吸収層をさらに有してもよい。

【００２１】前記第１波長帯域と、前記第２波長帯域
と、前記第３波長帯域とは、互いに異なる波長帯域であ
って、赤、緑及び青から選ばれるのが好ましい。

【００２２】前記第１液晶層及び前記第２液晶層の少な
くとも一方は、液晶材料によって形成される液晶薄層と
高分子材料によって形成される高分子薄層とが交互に積
層された複合体であってよい。

【００２３】前記第１液晶層及び前記第２液晶層の少な
くとも一方は、コレステリック液晶を含んでもよい。

【００２４】前記コレステリック液晶はフィルム化また
はマイクロカプセル化されたコレステリック液晶であっ
てよい。

【００２５】前記第１液晶領域と第２液晶領域、及び前
記第３液晶領域と第４液晶領域との少なくとも一方は、
高分子によって形成された壁によって分離されていても
よい。

【００２６】本発明の反射型カラー液晶表示素子の製造
方法は、第１液晶層と第２液晶層とが対向するように配
置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領域に電
圧を印加する電圧印加手段とを備えた反射型カラー液晶
表示素子であって、該第１液晶層は、印加電圧に応じて
第１波長帯域の光の反射率が変化する第１液晶領域と、
印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化する
第２液晶領域とを含み、該第２液晶層は、印加電圧に応
じて該第２波長帯域の光の反射率が変化する第３液晶領
域と、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変
化する第４液晶領域とを含み、該第１液晶層の該第１液
晶領域は、該第２液晶層の該第４液晶領域の一部と該第
３液晶領域とに対向し、該第２液晶層の該第４液晶領域
は、該第１液晶層の該第１液晶領域の一部と該第２液晶
領域とに対向しており、該電圧印加手段が該第１及び第
２液晶層の各液晶領域に対して電圧を選択的に印加し、
それによってカラー表示を行う反射型カラー液晶表示素
子の製造方法であって、液晶材料と光硬化性樹脂との混
合液を一対の透明基板の間に狭持する工程と、該混合液
に複数のレーザ光を異なる方向から同時に照射し、該混
合液中に干渉パターンを形成する工程と、該干渉パター
ンにおける光強度が強い部分で光硬化性樹脂を硬化さ
せ、光強度が弱い部分に該液晶材料を凝集させ、該液晶
材料によって形成される液晶薄層と該硬化した光硬化性
樹脂から形成される高分子薄層が交互に積層された複合
体を形成する工程と、を包含し、そのことによって上記
目的を達成する。

【００２７】また、本発明の反射型カラー液晶表示素子
の製造方法は、第１液晶層と第２液晶層とが対向するよ
うに配置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領
域に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた反射型カラ
ー液晶表示素子であって、該第１液晶層は、印加電圧に
応じて第１波長帯域の光の反射率が変化する第１液晶領
域と、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変
化する第２液晶領域とを含み、該第２液晶層は、印加電
圧に応じて該第２波長帯域の光の反射率が変化する第３
液晶領域と、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射
率が変化する第４液晶領域とを含み、該第１液晶層の該
第１液晶領域は、該第２液晶層の該第４液晶領域の一部
と該第３液晶領域とに対向し、該第２液晶層の該第４液
晶領域は、該第１液晶層の該第１液晶領域の一部と該第
２液晶領域とに対向しており、該電圧印加手段が該第１
及び第２液晶層の各液晶領域に対して電圧を選択的に印
加し、それによってカラー表示を行う反射型カラー液晶
表示素子の製造方法であって、第１透明基板の表面に、
第１領域と第２領域とに分離する壁を接着性レジストを
用いて形成する工程と、該接着性レジストを介して、該
第１透明基板と第２透明基板とを接着する工程と、該第
１領域と該第２領域にそれぞれ異なるコレステリック液
晶材料を注入し、該第１液晶領域と該第２液晶領域とを
形成する工程と、を包含し、そのことによって上記目的
が達成される。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。

【００２９】図１に本発明の反射型カラー液晶表示素子
１００の一画素分の断面構造を模式的に示す。液晶表示
素子１００の一画素は、３つのドット１１、１２及び１
３から構成される。液晶表示素子１００は、３枚の透明
基板１、２、及び３と、こられの透明基板の間に狭持さ
れた液晶層４及び５を有している。さらに、基板３の外
側の表面には、光吸収層６が配置されている。

【００３０】液晶層４は、透明基板１上に形成された透
明電極７ａ，７ｂ及び７ｃと、透明基板２上に形成され
た透明電極８との間に狭持されている。透明電極７ａ，
７ｂ及び７ｃは、それぞれドット１１、１２及び１３に
対応するように設けられており、液晶層４にドット毎に
異なる電圧を印加することができる。また、液晶層５
は、透明基板２上に形成された透明電極９と、透明基板
３上に形成された透明電極１０ａ、１０ｂ、及び１０ｃ
との間に狭持されている。透明電極１０ａ，１０ｂ及び
１０ｃは、それぞれドット１１、１２及び１３に対応す
るように設けられており、液晶層５にドット毎に異なる
電圧を印加することができる。

【００３１】液晶層４及び５は、それぞれ、特定の波長
帯域の光に対する反射率が印加される電圧によって変化
する性質を有している。また、液晶層４及び５は、互い
に異なる波長帯域の光に対して反射率が変化する領域４
ａと４ｂ及び５ａと５ｂを有している。また、液晶層４
と液晶層５の同じドットを構成する領域は、互いに異な
る波長帯域の光に対する反射率を変化するように構成さ
れる。

【００３２】液晶層４及び５は、液晶材料の薄層と高分
子材料の薄層とを交互に積層した層状複合体によって形
成されている。層状複合体に電圧が印加されない時（電
圧無印加時）には、高分子薄層の屈折率と液晶薄層の屈
折率が異なり、高分子薄層−液晶薄層が干渉フィルター
となり特定の波長帯域の光を反射する。電圧を印加した
場合には、液晶薄層の屈折率が高分子薄層の屈折率に近
づくように設定されており、特定波長帯域における光の
反射率は大幅に低下する。

【００３３】図１の例では、液晶層４は、青色光の反射
率を変化する液晶領域４ａと、緑色光の反射率を変化さ
せる液晶領域４ｂとを有する。液晶領域４ａはドット１
１と１２に対応し、液晶領域４ｂはドット１３に対応す
る。液晶領域４ａのドット１１に対応する部分は、透明
電極７ａと８との間に印加される電圧によって、反射率
が変化し、液晶領域４ａのドット１２に対応する部分
は、透明電極７ｂと８との間に印加される電圧によっ
て、反射率が変化する。液晶領域４ｂは、ドット１３に
対応し、透明電極７ｃと８との間に印加される電圧によ
って、反射率が変化する。

【００３４】一方、液晶層５は、緑色光の反射率を変化
する液晶領域５ａと、赤色光の反射率を変化させる液晶
領域５ｂとを有する。液晶領域５ａはドット１１に対応
し、液晶領域５ｂはドット１２と１３とに対応する。液
晶領域５ａは、透明電極１０ａと９との間に印加される
電圧によって、反射率が変化する。液晶領域５ｂのドッ
ト１２に対応する部分は、透明電極１０ｂと９との間に
印加される電圧によって、反射率が変化し、液晶領域４
ｂのドット１３に対応する部分は、透明電極１０ｃと９
との間に印加される電圧によって、反射率が変化する。
すなわち、ドット１１は青色光反射層と緑色光反射層、
ドット１２は青色光反射層と赤色光反射層、ドット１３
は緑色光反射層と赤色光反射層とから構成されている。
なお、各液晶領域色が反射する光の色の組み合わせは、
上記の例に限定されない。図１の構成において、液晶層
４と５との積層順序は反対でもよく、各ドット１１、１
２及び１３を構成する液晶領域が反射する光の色の組み
合わせが互いに異なるように選択すれば良い。また、図
１においては、液晶領域４ａ及び５ｂは２つのドットに
対応するように形成し、液晶層の構成を単純化してある
が、液晶領域４ａ及び５ｂをそれぞれ２つに分割し、ド
ット毎に液晶領域を形成してもよい。

【００３５】また、光吸収層６は黒色または灰色を呈す
る層であり、液晶層４及び５を透過した光を吸収するた
めにる設けられている。

【００３６】次に、反射型カラー液晶表示素子１００の
動作を説明する。１画素を構成するドット１１、１２、
１３の表示色（反射色）の組み合わせによって、１画素
の表示色が決まる。ドット１１、１２及び１３の表示色
は、各ドットを構成する液晶層４及び５の領域（または
領域の一部）によって反射される光の色の組み合わせに
よって決まる。表１〜８に１画素の表示色と各ドットの
表示色の組み合わせを示す。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】

【表６】

【００４３】

【表７】

【００４４】

【表８】

【００４５】表１から８において、各液晶層の所定の領
域または領域の一部に所定の電圧が印加されている場合
をＯＮ、電圧無印加の状態をＯＦＦとし表している。

【００４６】赤表示は、表１に示すような状態の組み合
わせにより得られる。すなわち、液晶層４については、
透明電極７ａ、７ｂ、７ｃと透明電極８との間に所定の
電圧が印加され、液晶層４の３つドットに対応する部分
全てがＯＮ状態にある。従って、入射光は液晶層４によ
って反射されることなく、液晶層５に達する。液晶層５
については、透明電極１０ａ透明電極９との間にのみ所
定の電圧が印加され、液晶層５のドット１１に対応する
部分だけがＯＮ状態にある。従って、ドット１１に入射
した光は、液晶層５をも通過し、光吸収層６で吸収され
る。その結果、ドット１１は黒表示状態になる。一方、
ドット１２及び１３では、液晶層４を透過した光の赤色
成分は、液晶層５によって反射される。赤色成分以外の
光は、液晶層５を透過し、光吸収層６によって吸収され
る。その結果、ドット１１のみが黒表示を行い、ドット
１２、ドット１３が共に赤表示を行うので、この画素は
全体として赤表示となる。

【００４７】緑表示は、表２に示すような状態の組み合
わせにより得られる。すなわち、ドット１２のみが黒表
示を行い、ドット１１及びドット１３はともに緑表示を
行うので、この画素は全体として緑表示になる。

【００４８】青表示は、表３に示すような状態の組み合
わせにより得られる。すなわち、ドット１３のみが黒表
示を行い、ドット１１及びドット１２はともに青表示を
行うので、この画素は全体として青表示になる。

【００４９】シアン表示は、表４に示すような状態の組
み合わせにより得られる。すなわち、ドット１１を構成
する液晶層４及び５は何れもＯＦＦ状態にあり、液晶層
４によって青色の光が反射される。また、ドット１１の
液晶層４を透過した光のうち緑色光が液晶層５によって
反射される。その結果、青色光と緑色光が加法混色によ
ってシアン色を呈する。ドット１２及び１３の液晶層４
はＯＦＦ状態にあり、液晶層５はＯＮ状態にあるので、
ドット１２は青色、ドット１３は緑色を呈する。ドット
１２と１３の青色と緑色も加法混色によって、シアン色
となる。従って、この画素は全体としてシアン表示とな
る。この状態は、３ドットの内２ドットがシアン表示を
行う状態と等価になる。

【００５０】マゼンタ表示は、表５に示すような状態の
組み合わせにより得られる。すなわち、ドット１１が青
表示を行い、ドット１２がマゼンタ表示、ドット１３が
赤表示を行う。青色の光と赤色の光が加法混色されると
マゼンタ色となる。従って、この画素は全体としマゼン
タ表示となる。この状態は、３ドットの内２ドットがマ
ゼンタ表示を行う状態と等価になる。

【００５１】イエロー表示は、表６に示すような状態の
組み合わせにより得られる。すなわち、ドット１１が緑
表示を行い、ドット１２が赤表示、ドット１３イエロー
表示を行う。緑色の光と赤色の光が加法混色されるとイ
エロー色となる。従って、この画素は全体としてイエロ
ー表示となる。この状態は、３ドットの内２ドットがイ
エロー表示を行う状態と等価になる。

【００５２】白色表示は、表７に示すように、液晶層４
及び５の全ての部分がＯＦＦ状態にある場合に得られ
る。ドット１１、１２及び１３は、それぞれ、シアン
色、マゼンタ色、イエロー色を呈し、加法混色の結果、
この画素は全体として白色を表示する。黒表示は、表８
に示すように、各ドットを構成する液晶層４及び５の全
てがＯＮ状態にある場合に得られる。入射した光は全て
液晶層４及び５を透過し、光吸収層６によって吸収さ
れ、この画素は黒色を表示する。

【００５３】また、図１の液晶表示素子１００では、透
明電極７ａ、７ｂ、７ｃ及び１０ａ、１０ｂ、１０ｃと
３分割し、一画素を構成するドット毎に独立に電圧を印
加出来る構成としたが、表１〜８から分かるように、透
明電極７ａと７ｂ及び透明電極１０ｂと１０ｃは、同時
に同じ状態にあるので、独立にＯＮ／ＯＦＦされる必要
はないので、透明電極７ａと７ｂ及び透明電極１０ｂと
１０ｃを各々の一つの電極としてもよい。従って、液晶
表示素子１００をアクティブマトリクス駆動する場合に
は、１画素に４つのアクティブ素子が必要となる。さら
に、表１から８からわかるように、液晶層４ｂと５ａは
同時に同じ状態にあるので、透明電極７ｃと１０ａを同
じアクティブ素子で駆動することができる。従って、液
晶表示素子１００は、液晶領域４ａ、４ｂと５ａ、及び
５ｂを駆動するための３個のアクティブ素子で駆動する
こと可能である。

【００５４】本実施形態による液晶表示素子１００は、
表１〜表８に示すように、各液晶層において３原色のう
ち２色が反射されるので、入射光の利用効率は、特公開
平６−２９４９５２号に開示されているように１層に
赤、青、緑の反射層を配置する構造と比較して、白表示
の明るさが約２倍の光利用効率（明るさ）を得ることが
できた。また、各色（赤、青、緑、シアン、マゼンタ、
イエロー）を表示した場合にも色純度を落とすことな
く、明るさを２倍にすることができた。また、本発明の
実施形態によれば、画素内での積層の上下の順序につい
ては任意であり、１つの液晶層中に赤、青、緑の中の２
色を反射する液晶領域を設けるだけの簡単な構成とな
る。

【００５５】次に、液晶表示素子１００の製造方法の例
を説明する。透明基板１、３として厚みが１．１ｍｍの
７０５９ガラス基板（コーニンググラスワークス社）を
使用し、透明基板２には、視差を抑えるために比較的薄
い０．５ｍｍ厚の７０５９ガラス基板（コーニンググラ
スワークス社）を使用して、各ガラス基板に透明電極と
してＩＴＯ膜７ａ、７ｂ、７ｃ、８、９、１０ａ、１０
ｂ、及び１０ｃをスパッタリング法によりそれぞれ形成
した。ここでは、ＩＴＯ膜の厚さを１００ｎｍに設定し
た。

【００５６】各透明基板間の間隔（液晶層の厚さ）は、
スペーサーとしてファイバーグラス（日本電気硝子社
製）を使用して基板１と２、基板２と３の同隔をいずれ
も１０μｍに設定した。液晶層４、５は特公平６−２９
４９５２号公報に開示された方法に従って製造した。

【００５７】液晶層４及び５は、以下のようにして作製
した。まず、ネマチィック液晶（例えば、メルク社製の
Ｅ−７）と光硬化性樹脂（例えば、ラックストラックＬ
Ａ０２０８）との混合液を調製し、透明基板１と２との
間に狭持する。次に図２に示すように、例えばシングル
モードのアルゴンレーザを用いて波長４８８ｎｍの光を
マスク（不図示）を介して、液晶領域４ａを形成する部
分にのみ照射する。アルゴンレーザのビーム２１と２２
とは干渉を起こし、波長に対応して光の強度が変化する
干渉パターンが混合液内に形成される。この光の強弱
は、光の波長（４８８ｎｍ）と２つの光の入射角により
決定される微細な間隔で、光の進行方向に対応して生じ
る。この干渉パターンを有する光が照射された混合物
は、図２に示すように、光強度が強い領域で光硬化性樹
脂が硬化し、光の弱い領域には主に液晶材料が凝集す
る。この結果、光硬化性樹脂からなる高分子薄層２４と
液晶薄層２３とが周期的に形成された複合体が作製でき
る。この複合体は、波長４８８ｎｍの光を中心とする特
定波長帯域の光を反射する。また、液晶薄層２３を形成
する液晶材料の屈折率は印加電圧によって変化するの
で、その反射率を電気的に制御することが可能である。

【００５８】次に、緑色の液晶領域領域４ｂを、混合液
に照射するレーザー光の波長を変えて、同様の方法で作
製する。この作製方法によれば、照射するレーザ光の波
長を変えることにより、複合体によって反射される光の
波長を容易に制御できる。青色（例えば、４８８ｎｍの
アルゴンレーザ光）、緑色光（例えば、波長５１４．５
ｎｍのアルゴンレーザ光）、赤色（例えば、波長６３
２．８ｎｍのヘリウムネオンレーザ光）のレーザ光を使
用することによって、青色、緑色、赤色の波長の光を反
射する複合体を容易に作製できる。また、マスクを用い
ることにより複合体を形成する領域を面積的に分割する
ことができる。液晶層５も同様な方法に作製する。本実
施形態における各液晶領域の分光反射率を３図に示す。
それぞれ、色純度の高い反射特性を有していることが分
かる。

【００５９】その後、透明基板３に光吸収層６を配置
し、反射型カラー液晶液晶表示素子を完成させる。光吸
収層６としてカーボン微粒子をバインダーに添加したも
のを印刷法によって透明基板の裏面上に形成した。この
光吸収層６は、有機系色素がまたは顔料系色素をバイン
ダーに添加したものを印刷法あるいはスピンナー法によ
って透明基板に形成しても良い。その他に、黒色紙など
の光吸収性のシートを接着剤によって透明基板３に貼り
付けても良い。さらに、透明基板３及び光吸収層６に代
えて光吸収性を有する基板、例えば、ポリカーボネイ
ト、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルホ
ン、アクリル系とエポキシ系の重合体、架橋性のアクリ
ルなどの高分子にカーボンや黒色の顔料系または有機系
の色素を添加したものを用いてもよい。このようにした
場合には、光吸収層６が基板をも兼ねているため、製造
が簡略化されるという優れた特徴も有することになる。

【００６０】本発明の他の実施形態を以下に説明する。
本実施形態は、上記の実施形態における液晶層４及び５
にコレステリック液晶を利用する。

【００６１】コレステリック液晶がその螺旋ピッチに対
応した波長の光を選択的に反射する現象はよく知られて
いる。例えば、右回りのコレステリック液晶は、その液
晶の屈折率異方性を△ｎ、螺旋ピッチをｐ、選択反射の
中心波長を△λとすれば、（１）式で表されるΔλの範
囲にある入射光の右回りの円偏光成分のみを選択的に反
射し、それ以外の波長の右回り円偏光成分やすべての波
長の左回り円偏光成分は透過する。

【００６２】 △λ＝２△ｎ・ｐ （１） このとき、選択反射される光の中心波長λｍは、 λｍ＝ｎａ・ｐ で表される。ここでｎａはコレステリック液晶の平均屈
折率である。

【００６３】また、左回りのコレステリック液晶につい
ては、前述した右回りのコレステリック液晶の場合とは
反対の作用をする。図８は左回りのコレステリック液晶
の選択反射現象を模式的に示している。自然光（右円偏
光と左円偏光）が入射した場合、前述の所定波長範囲に
ある入射光の左回りの円偏光成分のみを選択的に反射
し、それ以外の波長の左回り円偏光成分やすべての右回
り円偏光成分はコレステリック液晶層を通過する。この
ように、選択反射を示す材料としてコレステリック液晶
がまず挙げられるが、カイラルスメクティック液晶も光
学的にはコレステリック液晶と同等な選択反射を示す。
コレステリック液晶（カイラルネマティック液晶）は、
ネマティック液晶にカイラル剤を添加することによって
ピッチの調節が比較的容易であり、反射光の波長幅の調
節もしやすく材料選択の幅が広い特徴を持つ。

【００６４】ここでは、液晶材料（ＺＬＩ−５０８７：
メルク社製）にカイラル剤（Ｓ−８１１：メルク社製）
を適量混合し、可視光域に選択光の波長帯域が重なるよ
うに調整する。その一例としてカイラル剤を１８％混合
し、セル厚８μｍで作製した液晶層の分光反射率を図４
に示す。この場合の選択反射光の中心波長は５７０ｎ
ｍ、反射波長幅は４０ｎｍであり、反射光は緑色を呈し
た。反射光の波長は液晶のピッチを調節することで、
赤、青の反射光を得た。選択光の波長幅は、上記（１）
式に示したように、用いる液晶の屈折率異方性の大きさ
に依存し、液晶材料を選択することで調節できる。その
一例として、液晶材料（ＢＬ００１：ＢＤＨ社製）にカ
イラル剤（ＣＢ１５：メルク社製）を３９％混合したと
きの反射光の波長幅は８０ｎｍであった。

【００６５】次に青反射の液晶領域４ａ、緑反射の液晶
領域４ｂ、５ａ、赤反射の液晶領域５ｂを分離、注入す
る方法について説明する。

【００６６】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５に示すような
櫛形の壁５１を形成した。その後、ガラス基板を２枚貼
り合わせて焼成した。それから、２つの液晶注入口５
２、５３をから２種類のコレステリック液晶５４、５５
をそれぞれ注入した。

【００６７】なお、上記接着性レジストに代えて感光性
高分子を用いることもできる。また、図５と同様のパタ
ーンを有する壁５１となる凸部をゾルゲル法を用いて形
成したり、フッ酸等を用いたエッチング法などによっ
て、透明基板自体に凹凸部を形成してもよい。また、マ
イクロカプセル化技術を用いて、印刷法によって、壁５
１を形成することができる。基板の接着には、公知の材
料を広く用いることができる。

【００６８】また、上記実施形態では基本的な構成につ
いて説明したが、透明基板１及び３上に形成した透明電
極に印加する電圧をスイッチングするために、薄膜トラ
ンジスタや２端子素子（ＭＩＭ素子やバリスタ等）を設
けることが好ましい。この場合には１画素について少な
くとも３個のアクティブ素子が必要である。また、スッ
チング特性を考慮すると、１画素の中で、液晶層４に対
して２個、液晶層５に対して２個、合計４個のアクティ
ブ素子を設けることが好ましい。これらのアクティブ素
子は公知の方法によって形成することができる。

【００６９】上記の実施形態においては、２つの液晶層
４及び５の間に設けられる透明基板２として、厚さ０．
５ｍｍのガラス基板を用いたが、０．１〜０．５ｍｍ厚
のガラス基板あるいはプラスティック基板を用いること
ができる。また、透明基板２としてファイバープレート
（例えば、厚さ１ｍｍ）を用いると完全に視差をなくす
ことができる。ファイバープレートは、束ねた光ファイ
バーをファイバーの軸に垂直な方向に切り出したもの
で、指向性に優れている。また、セルフォックスレンズ
やマイクロレンズ等を用いることによっても、完全に視
差をなくすことができる。

【００７０】

【発明の効果】本発明の反射型カラー液晶表示素子は、
１画素を構成する３つのドットによるシアン、マゼン
タ、イエローの加法混色により白表示を行うので、従来
の赤、青、緑の加法混色と比較して、光の利用効率が約
２倍となる。また、赤、緑、青の各色を表示した場合に
も、３ドット中の２ドットが表示に寄与するので、光の
利用効率が約２倍となり、画素の明るさも約２倍にな
る。また、本発明の反射型カラー液晶表示素子は２層型
であり、表示素子の厚さに起因する視差を比較的小さく
抑制することができるので、視認性の高い表示を提供す
ることができる。

【００７１】また、本発明の反射型カラー液晶表示素子
の製造方法によれば、明るく視認性の高い反射型カラー
液晶表示素子を簡易に再現性良く製造することができ
る。

【００７２】本発明の液晶表示素子の液晶層の材料とし
て、コレステリック液晶、フィルム化したコレステリッ
ク液晶、マイクロカプセル化コレステリック液晶を用い
ることが好ましい。これらの材料の選択範囲は広く、選
択反射波長の温度依存性の少ない材料を選択することが
できる。また、フィルム化した液晶やマイクロカプセル
化した液晶を用いることによって、液晶表示素子の製造
工程を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型カラー液晶表示素子の構成を示
す部分断面図である。

【図２】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
る液晶層の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
る液晶層の分光反射率を示すグラフである。

【図４】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
る他の液晶層の分光反射率を示すグラフである。

【図５】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
る基板の構成を示す平面図である。

【図６】従来のカラー液晶表示素子の構成を示す模式図
である。

【図７】従来の他のカラー液晶表示素子の構成を示す模
式図である。

【図８】コレステリック液晶による選択反射を示す模式
図である。

【符号の説明】

１、２、３ 透明基板 ４、５ 液晶層 ４ａ、４ｂ、５ａ、５ｂ 液晶領域 ６ 光吸収層 ７ａ、７ｂ、７ｃ、８、９、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ
透明電極 １１、１２、１３ ドット １００ 反射型カラー液晶表示素子

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１液晶層と第２液晶層とが対向するよ
   うに配置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領
   域に電圧を印加する電圧印加手段を備えた反射型カラー
   液晶表示素子であって、 該第１液晶層は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の
   反射率が変化する第１液晶領域と、印加電圧に応じて第
   ２波長帯域の光の反射率が変化する第２液晶領域とを含
   み、該第２液晶層は、印加電圧に応じて該第２波長帯域
   の光の反射率が変化する第３液晶領域と、印加電圧に応
   じて第３波長帯域の光の反射率が変化する第４液晶領域
   と、を含み、 該第１液晶層の該第１液晶領域は、該第２液晶層の該第
   ４液晶領域の一部と該第３液晶領域とに対向し、該第２
   液晶層の該第４液晶領域は、該第１液晶層の該第１液晶
   領域の一部と該第２液晶領域とに対向しており、該電圧
   印加手段が該第１及び第２液晶層の各液晶領域に対して
   電圧を選択的に印加し、それによってカラー表示を行う
   反射型カラー液晶表示素子。
2. 【請求項２】 前記第１液晶層及び前記第２液晶層を透
   過した光を吸収する光吸収層をさらに有する請求項１に
   記載の反射型カラー液晶表示素子。
3. 【請求項３】 前記第１波長帯域と、前記第２波長帯域
   と、前記第３波長帯域とは、互いに異なる波長帯域であ
   って、赤、緑及び青から選ばれる請求項１または２に記
   載の反射型カラー液晶表示素子。
4. 【請求項４】 前記第１液晶層及び前記第２液晶層の少
   なくとも一方は、液晶材料によって形成される液晶薄層
   と高分子材料によって形成される高分子薄層とが交互に
   積層された複合体である請求項１から３のいずれかに記
   載の反射型カラー液晶表示素子。
5. 【請求項５】 前記第１液晶層及び前記第２液晶層の少
   なくとも一方は、コレステリック液晶を含む請求項１か
   ら４のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示素子。
6. 【請求項６】 前記コレステリック液晶はフィルム化ま
   たはマイクロカプセル化されたコレステリック液晶であ
   る請求項５に記載の反射型カラー液晶表示素子。
7. 【請求項７】 前記第１液晶領域と第２液晶領域、及び
   前記第３液晶領域と第４液晶領域との少なくとも一方
   は、高分子によって形成された壁によって分離されてい
   る請求項５に記載の反射型カラー液晶表示素子。
8. 【請求項８】 第１液晶層と第２液晶層とが対向するよ
   うに配置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領
   域に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた反射型カ
   ラー液晶表示素子であって、 該第１液晶層は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の
   反射率が変化する第１液晶領域と、印加電圧に応じて第
   ２波長帯域の光の反射率が変化する第２液晶領域とを含
   み、該第２液晶層は、印加電圧に応じて該第２波長帯域
   の光の反射率が変化する第３液晶領域と、印加電圧に応
   じて第３波長帯域の光の反射率が変化する第４液晶領域
   と、を含み、 該第１液晶層の該第１液晶領域は、該第２液晶層の該第
   ４液晶領域の一部と該第３液晶領域とに対向し、該第２
   液晶層の該第４液晶領域は、該第１液晶層の該第１液晶
   領域の一部と該第２液晶領域とに対向しており、該電圧
   印加手段が該第１及び第２液晶層の各液晶領域に対して
   電圧を選択的に印加し、それによってカラー表示を行う
   反射型カラー液晶表示素子の製造方法であって、 液晶材料と光硬化性樹脂との混合液を一対の透明基板の
   間に狭持する工程と、該混合液に複数のレーザ光を異な
   る方向から同時に照射し、該混合液中に干渉パターンを
   形成する工程と、 該干渉パターンにおける光強度が強い部分で光硬化性樹
   脂を硬化させ、光強度が弱い部分に該液晶材料を凝集さ
   せ、該液晶材料によって形成される液晶薄層と該硬化し
   た光硬化性樹脂から形成される高分子薄層が交互に積層
   された複合体を形成する工程と、 を包含する反射型カラー液晶表示素子の製造方法。
9. 【請求項９】 第１液晶層と第２液晶層とが対向するよ
   うに配置され、該第１及び該第２液晶層の選択された領
   域に電圧を印加する電圧印加手段と、を備えた反射型カ
   ラー液晶表示素子であって、 該第１液晶層は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の
   反射率が変化する第１液晶領域と、印加電圧に応じて第
   ２波長帯域の光の反射率が変化する第２液晶領域とを含
   み、該第２液晶層は、印加電圧に応じて該第２波長帯域
   の光の反射率が変化する第３液晶領域と、印加電圧に応
   じて第３波長帯域の光の反射率が変化する第４液晶領域
   と、を含み、 該第１液晶層の該第１液晶領域は、該第２液晶層の該第
   ４液晶領域の一部と該第３液晶領域とに対向し、該第２
   液晶層の該第４液晶領域は、該第１液晶層の該第１液晶
   領域の一部と該第２液晶領域とに対向しており、該電圧
   印加手段が該第１及び第２液晶層の各液晶領域に対して
   電圧を選択的に印加し、それによってカラー表示を行う
   反射型カラー液晶表示素子の製造方法であって、 第１透明基板の表面に、第１領域と第２領域とに分離す
   る壁を接着性レジストを用いて形成する工程と、 該接着性レジストを介して、該第１透明基板と第２透明
   基板とを接着する工程と、 該第１領域と該第２領域にそれぞれ異なるコレステリッ
   ク液晶材料を注入し、該第１液晶領域と該第２液晶領域
   とを形成する工程と、 を包含する反射型カラー液晶表示素子の製造方法。