JPH0968717A

JPH0968717A - 反射型カラー液晶表示素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0968717A
Application number: JP22561295A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Mitsui; 精一三ッ井; Kenichi Iwauchi; 謙一岩内
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1995-09-01
Filing date: 1995-09-01
Publication date: 1997-03-11

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
液晶層を透過した光を反射する第１反射層と、第２液晶
層を透過した光を反射する第２反射層とを備え反射型カ
ラー液晶表示素子であって、第１反射層は、第１波長帯
域の光を反射する第１反射領域と、第２波長帯域の光を
反射する第２反射領域とを含み、第２反射層は、第２波
長帯域の光を反射する第３反射領域と、第３波長帯域の
光を反射する第４反射領域とを含み、第１液晶層は、印
加電圧に応じて互いに異なる波長帯域の光の透過率が変
化する第１液晶領域と第２液晶領域とを有し、該第２液
晶層は、印加電圧に応じて可視光の全波長帯域の光の透
過率を変化し、電圧印加手段によって、第１及び２液晶
層の各液晶領域に対して電圧を選択的に印加し、各反射
領域から反射される光を加法混色することによって、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、液晶表示素子及び
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、コンピューター端末、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（ＴｗｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）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（ＳｕｐｅｒＴｗ
ｉｓｔｅｄＮｅｍａｔｉｃ）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、
図中の矢印で示されるように、下側から入射される。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３一２０９４２４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素
子としては不十分であり、明るく視認性に優れた反射型
カラー表示素子が求められている。

【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と、該第１液晶層を透
過した光を反射する第１反射層と、該第２液晶層を透過
した光を反射する第２反射層と、を備えた反射型カラー
液晶表示素子であって、該第１反射層は、第１波長帯域
の光を反射する第１反射領域と、第２波長帯域の光を反
射する第２反射領域とを含み、該第２反射層は、第２波
長帯域の光を反射する第３反射領域と、第３波長帯域の
光を反射する第４反射領域とを含み、該第１反射層の該
第１反射領域は、該第２反射層の該第４反射領域の一部
と該第３反射領域とに対向し、該第２反射層の該第４反
射領域は、該第１反射層の該第１反射領域の一部と該第
２反射領域とに対向しており、該第１液晶層は、印加電
圧に応じて互いに異なる波長帯域の光の透過率が変化す
る第１液晶領域と第２液晶領域とを有し、該第１液晶領
域及び該第２液晶領域のそれぞれは、印加電圧に応じて
該第１波長帯域及び第２波長帯域の光の少なくとも一方
の光の透過率を変化し、該第２波長帯域及び該第３波長
帯域の光の少なくとも一方の光の透過率を変化しないよ
うに配置され、該第２液晶層は、印加電圧に応じて可視
光の全波長帯域の光の透過率が変化する第３及び第４液
晶領域を有し、該第３液晶領域は該第３反射領域に対向
し、該第４液晶領域は該第４反射領域に対向し、該電圧
印加手段は該第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液晶領域は、前記第１反射領域の
一部及び前記第３反射領域と対向し、印加電圧に応じて
前記第１波長帯域の光の透過率を変化し、前記第２波長
帯域の光を透過率を変化せず、前記第２液晶領域は、該
第１反射領域の一部、該第２反射領域及び前記第４反射
領域と対向し、印加電圧に応じて該第１及び第２波長帯
域の光の透過率を変化し、前記第３波長帯域の光の透過
率を変化しない、構成であってもよい。

【００２１】前記第１液晶領域は、前記第１反射領域、
前記第３反射領域及び前記第４反射領域の一部と対向
し、印加電圧に応じて前記第１波長帯域の光の透過率を
変化し、前記第２及び第３波長帯域の光を透過率を変化
せず、前記第２液晶領域は、前記第２反射領域及び該第
４反射領域の一部と対向し、印加電圧に応じて該第２波
長帯域の光の透過率を変化し、該第３波長帯域の光の透
過率を変化させない、構成であってもよい。

【００２２】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ことが好ましい。

【００２３】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。

【００２４】前記第２反射層は、特定の波長帯域の光を
選択的に吸収するカラーフィルタと全ての波長帯域の可
視光を反射する反射膜とを有してもよい。

【００２５】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、ゲストホスト液晶またはゲストホスト液
晶をマイクロカプセル化した複合体によって形成されて
もよい。

【００２６】前記第１及び第２反射層の少なくとも一方
は、誘電体干渉フィルタによって形成されていてもよ
い。

【００２７】前記第１及び第２反射層の少なくとも一方
は、ホログラフィックフィルタによって形成されていて
もよい。

【００２８】前記第１及び第２反射層の少なくとも一方
は、コレステリック液晶、コレステリック液晶と高分子
材料との複合体、またはコレステリック液晶ポリマーの
いずれかによって形成されていてもよい。

【００２９】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、該第１液晶層を透過した
光を反射する第１反射層と、該第２液晶層を透過した光
を反射する第２反射層と、を備えた反射型カラー液晶表
示素子であって、該第１反射層は、第１波長帯域の光を
反射する第１反射領域と、第２波長帯域の光を反射する
第２反射領域とを含み、該第２反射層は、第２波長帯域
の光を反射する第３反射領域と、第３波長帯域の光を反
射する第４反射領域とを含み、該第１反射層の該第１反
射領域は、該第２反射層の該第４反射領域の一部と該第
３反射領域とに対向し、該第２反射層の該第４反射領域
は、該第１反射層の該第１反射領域の一部と該第２反射
領域とに対向しており、該第１液晶層は、印加電圧に応
じて互いに異なる波長帯域の光の透過率が変化する第１
液晶領域と第２液晶領域とを有し、該第１液晶領域及び
該第２液晶領域のそれぞれは、印加電圧に応じて該第１
波長帯域及び第２波長帯域の光の少なくとも一方の光の
透過率を変化し、該第２波長帯域及び該第３波長帯域の
光の少なくとも一方の光の透過率を変化しないように配
置され、該第２液晶層は、印加電圧に応じて可視光の全
波長帯域の光の透過率が変化する第３及び第４液晶領域
を有し、該第３液晶領域は該第３反射領域に対向し、該
第４液晶領域は該第４反射領域に対向し、該電圧印加手
段は該第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高分子
材料を用いて形成する工程と、該高分子材料を介して、
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波長帯域の光を
吸収する液晶材料を注入し、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。

【００３０】

【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。

【００３１】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１３、１４及び１
５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とを有している。さらに、透明基板
２の液晶層４側の表面及び透明基板３の液晶層５側の表
面には、それぞれ、反射カラーフィルタ層１０及び１１
が形成されている。また、透明基板３の外側の表面に
は、光吸収層１２が配置されている。

【００３２】液晶層４は、透明基板１上に形成された透
明電極６ａ及び６ｂと、透明基板２上に形成された透明
電極７との間に狭持されている。また、液晶層５は、透
明基板２上に形成された透明電極８と、透明基板３上に
形成された透明電極９ａ及び９ｂとの間に狭持されてい
る。

【００３３】液晶層４は、特定の波長帯域の光に対する
透過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。液晶層４が有する液晶領域４ａと４ｂとは、互い
に異なる波長帯域の光の透過率を変化する。本実施形態
においては、液晶領域４ａは緑色の二色性色素を含むゲ
ストホスト液晶によって形成され、緑以外の波長帯域の
光の透過率を変化する。液晶領域４ａ（ドット１３に含
まれる）の透過光は、透明電極６ａと７とに印加される
電圧によって緑色と透明に変化する。また、液晶領域４
ｂは青色の二色性色素を含むゲストホスト液晶によって
形成され、青以外の波長帯域の光の透過率を変化する。
液晶領域４ｂの一部（ドット１４に含まれる部分）の透
過光は、透明電極６ａと７とに印加される電圧によって
青色と透明に変化し、液晶領域４ｂの一部（ドット１５
に含まれる部分）の透過光は、透明電極６ｂと７とに印
加される電圧によって青色と透明に変化する。

【００３４】液晶層５は可視光の全波長帯域の光に対す
る透過率を変化する性質を有している。ここでは、液晶
層５は、黒色の二色性色素を含むゲストホスト液晶によ
って形成され、可視光の全波長帯域の光に対する透過率
を変化する。液晶層５の一部（ドット１３に含まれる部
分）は、透明電極８と９ａとに印加される電圧によって
黒と透明に変化し、液晶層５の一部（ドット１４及び１
５に含まれる部分）は、透明電極８と９ｂとに印加され
る電圧によって黒と透明に変化する。

【００３５】反射カラーフィルタ層１０及び１１は、互
いに異なる波長帯域の光を反射する反射カラーフィルタ
１０ａと１０ｂ、及び１１ａと１１ｂとを有している。
反射カラーフィルタ１０ａは、例えば赤の波長帯域の光
を反射（シアンの波長帯域の光を透過）し、反射カラー
フィルタ１０ｂは、緑の波長帯域の光を反射（マゼンタ
の波長帯域の光を透過）する。反射カラーフィルタ１１
ａは、例えば緑の波長を反射（マゼンタの波長を透過）
し、反射カラーフィルタ１１ｂは、青の波長を反射（イ
エローの波長を透過）する。これらの反射カラーフィル
タとして、本実施形態では無機材料から形成される薄膜
干渉フィルタを用いた。

【００３６】液晶層４及び５と反射カラーフィルタ層１
０及び１１は、それぞれ図１に示すように対応して配置
される。この配置は、本発明者が鋭意検討した結果見い
だしたものであるが、図１の例に限られない。

【００３７】また、光吸収層１２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。

【００３８】次に、反射型液晶表示素子１００の動作を
説明する。１画素を構成するドット１３、１４、１５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１３、１４及び１５の表示色は、各
ドットを構成する反射カラーフィルタ層１０及び１１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。

【００３９】

【表１】

【００４０】

【表２】

【００４１】

【表３】

【００４２】

【表４】

【００４３】

【表５】

【００４４】

【表６】

【００４５】

【表７】

【００４６】

【表８】

【００４７】表１から８において、各液晶層の所定の領
域に所定の電圧が印加されている状態をＯＮ、電圧無印
加の状態をＯＦＦとし表している。

【００４８】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６ａと透明電極７との間にのみ所定の電圧が印
加され、液晶層４の２つドット１３及び１４に対応する
部分がＯＮ状態にあり、ドット１５に対応する部分はＯ
ＦＦ状態にある。従って、ドット１３及び１４の液晶層
４に入射した光は液晶層４によって吸収されることな
く、反射カラーフィルタ１０ａに達する。反射カラーフ
ィルタ１０ａは赤色光を反射し、その他の波長帯域の光
を透過する。液晶層５については、透明電極９ａ及び９
ｂと透明電極１０との間に電圧が印加されておらず、液
晶層５は全てＯＦＦ状態にある。従って、ドット１３及
び１４の反射カラーフィルタ１０ａを透過した赤以外の
波長帯域の光は、液晶層５によって吸収され、反射カラ
ーフィルタ１１ａによって反射される光はない。従っ
て、ドット１３及び１４は赤を表示する。一方、ドット
１５のＯＦＦ状態にある液晶層４に入射した光の青以外
の波長帯域の光は液晶層４によって吸収される。従っ
て、反射カラーフィルタ１０ｂは緑色光を反射するよう
に設定されているので、反射カラーフィルタ１０ｂによ
って反射される光はない。液晶層４及び反射カラーフィ
ルタ１０ｂを透過した青色光は液晶層５に入射する。透
明電極８と９ｂの間に電圧は印加されておらず、ドット
１５の液晶層５もＯＦＦ状態にあり、液晶層５は青色光
を含む可視光を吸収するので、反射カラーフィルタ１１
ｂによって反射される光はない。従って、ドット１５だ
けが黒表示状態にあり、ドット１３及び１４が赤表示を
行うので、画素全体として赤表示となる。

【００４９】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１４のみが黒表
示を行い、ドット１３及びドット１５が共に緑表示を行
うので、この画素は全体として緑表示となる。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１４、
ドット１５が共に青表示を行うので、この画素は全体と
して青表示となる。

【００５０】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、液晶層４について
は、透明電極６ａと７の間には電圧が印加されておら
ず、ドット１３及び１４の液晶層４はＯＦＦ状態にあ
る。ドット１３の液晶層４に入射した光の緑以外の波長
帯域の光は液晶層４によって吸収されるので、反射カラ
ーフィルタ１０ａで反射される光はない。液晶層４及び
反射カラーフィルタ１０ａを透過した緑色光は液晶層５
に入射する。ドット１３の液晶層５は電極８と９ａとの
間に電圧が印加されており、ＯＮ状態にある。従って、
この緑色光は液晶層５を透過し、反射カラーフィルタ１
１ａによって反射される。その結果、ドット１３は緑表
示を行う。一方、ＯＦＦ状態にあるドット１４の液晶層
４を透過した青色光は反射カラーフィルタ１０ａで反射
されることなく、液晶層５に入射する。液晶層５はＯＮ
状態にあるので、青色光を透過し、液晶層５を透過した
青色光は反射カラーフィルタ１１ｂによって反射され
る。従って、ドット１４は青を表示する。ドット１５の
液晶層４及び液晶層５は共にＯＮ状態にある。液晶層４
に入射した光は液晶層４によって吸収されないので、反
射カラーフィルタ１０ｂによって緑色光が反射させる。
反射カラーフィルタ１０ｂを透過した緑以外の波長帯域
の光は、液晶層５で吸収されることなく反射カラーフィ
ルタ１１ｂに至る。従って、青色光が反射カラーフィル
タ１１ｂによって反射される。青色以外の波長帯域の光
（赤色光）は反射カラーフィルタ１１ｂを透過し、光吸
収層１２によって、吸収される。ドット１５の反射カラ
ーフィルタ１０ｂと１１ｂによって、それぞれ反射され
た緑色光と青色光は加法混色によってシアン色を呈す
る。ドット１３及び１４の緑色光と青色光も加法混色に
よりシアン色を呈する。その結果、この画素は全体とし
て、シアン色を呈する。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。

【００５１】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１３が赤
表示を行い、ドット１４がマゼンタ表示、ドット１５が
青表示を行う。青の光と赤の光が加法混色されるとマゼ
ンタの色となり、３ドットの内２ドットがマゼンタ表示
を行うことと等価になるので、この画素は全体としてマ
ゼンタ表示となる。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。すなわち、ドット
１３がイエロー表示を行い、ドット１４が赤表示、ドッ
ト１５が緑表示を行う。緑の光と赤の光が加法混色され
るとイエローの色となり、３ドットの内２ドットがイエ
ロー表示を行うことと等価になるので、この画素は全体
としてイエロー表示となる。

【００５２】白表示は表７に示すように、各ドット１
３、１４及び１５に対応する液晶層４及び５に対して所
定の電圧を印加し、全ての領域がＯＮ状態にある場合に
得られる。ドット１３においては、反射カラーフィルタ
１０ａから反射される赤色光と反射カラーフィルタ１１
ａから反射される緑色光とが加法混色され、イエロー表
示を行う。ドット１４においては、反射カラーフィルタ
１０ａから反射される赤色光と反射カラーフィルタ１１
ｂから反射される青色光とが加法混色され、マゼンタ表
示を行う。ドット１５においては、反射カラーフィルタ
１０ｂから反射される緑色光と反射カラーフィルタ１１
ｂから反射される青色光とが加法混色され、シアン表示
を行う。ドット１３、１４及び１５のイエロー、マゼン
タ及びシアンが加法混色され、この画素は全体で白色表
示を行う。

【００５３】黒表示は表８に示すように、各ドット１
３、１４及び１５に対応する液晶層４及び５に対して電
圧を印加せず、全ての領域がＯＦＦ状態にある場合に得
られる。液晶層４ａ及び４ｂをそれぞれ透過した緑色光
及び青色光は、反射カラーフィルタ１０ａ及び１０ｂに
よって反射されることなく、液晶層５に達する。これら
の光は液晶層５によって吸収されるので、全てのドット
１３、１４及び１５は黒表示を行う。

【００５４】図１の液晶表示素子１００をアクティブマ
トリクス駆動するためには、４つのアクティブ素子で、
それぞれ、透明電極６ａ、６ｂ、９ａ及び９ｂに印加す
る電圧をスイッチングすればよい。しかしながら、表１
〜８から分かるように、透明電極６ｂと９ａは、同時に
同じ状態にあるので、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、３個のア
クティブ素子で駆動すること可能である。

【００５５】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、３つのドットのうち２つのド
ットが表示に寄与するので、入射光の利用効率は、特開
平６−２９４９５２号公報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
ができる。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る。

【００５６】次に、液晶表示素子１００の製造方法を以
下に説明する。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）
を使用した。透明基板２としては、基板の厚さによる視
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）を使用した。
透明基板２及び３には反射カラーフィルタ層１０及び１
１として、屈折率の異なる２種類の透明な無機誘電体薄
膜を交互に積層させた干渉フィルタを形成した。本実施
形態では屈折率の低い物質として二酸化珪素（ｎ＝１．
４６）、屈折率の高い物質として二酸化チタン（ｎ＝
２．４）を用いた。以下に干渉フィルタの詳細な作製条
件を説明する。

【００５７】干渉フィルタは、二酸化珪素（ＳｉＯ₂）
と二酸化チタン（ＴｉＯ₂）のターゲットをスパッタリ
ングにより交互に積層することによって形成された誘電
体多層膜である。反射カラーフィルタ１０ａ、１０ｂ、
１１ａ及び１１ｂは、それぞれ、赤、緑、緑及び青の光
を選択的に反射するように、誘電体多層膜の層数と各層
の厚さとを最適化する。この誘電体薄膜の層数を増やし
ていくと分光特性が急峻になり、色分離特性の優れた干
渉フィルタが得られる。例えば、青反射用の誘電体多層
膜の全体の厚さは１．０５２μｍ、赤反射用では０．８
２１μｍ、緑反射用では１．７２５μｍに設定される。

【００５８】その後、フォトレジスト塗布、露光、現像
のフォトプロセスをそれぞれの基板２及び３について、
２回繰り返して、赤及び緑を反射する反射カラーフィル
タ１０ａ及び１０ｂと、緑及び青の光を反射する反射カ
ラーフィルタ１１ａ及び１１ｂを形成する。図２に本実
施形態の反射カラーフィルタ（干渉フィルタ）の分光反
射率を示す。赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）用のそれぞ
れの反射カラーフィルタは、何れも色純度の高い反射特
性を有してる。

【００５９】次に、透明基板１、２及び３に、透明電極
６ａ、６ｂ、７、８、９ａ及び９ｂを形成する。これら
の透明電極は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を用い
て、スパッタリング法によって形成する。本実施形態で
は、ＩＴＯ膜の厚さを１００ｎｍとした。

【００６０】各透明基板間の間隔（液晶層の厚さ）は小
さすぎると製造上の問題に加えて、液晶層による光の吸
収が不十分となる。また、基板間の間隔が大きすぎると
液晶層を駆動するために必要な電圧が大きくなると共に
液晶の応答速度が遅くなるという問題がある。これらを
考慮すると、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との間隔は、いずれも、３μｍ〜
１５μｍの範囲が適当であり、好ましくは４μｍ〜１０
μｍである。本実施形態では、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の間隔をいずれも８μｍに設定した。

【００６１】また、液晶層４及び５として、垂直配向処
理したホワイト・テイラー型のゲストホストモード液晶
を用いた。それぞれの液晶層４及び５を狭持する基板の
液晶層側の表面に、液晶分子を垂直に配向させる特性を
有する配向膜（不図示）を形成した。配向膜の材料とし
て、Ｎ，Ｎ−ジメチル−Ｎ−オクタデシル−３−アミノ
プロピルトリメトキシシリルクロライド（Ｎ，Ｎ‐ｄｉ
ｍｅｔｈｙｌ−Ｎ−ｏｃｔａｄｅｃｙｌ−３−ａｍｉｎ
ｏｐｒｏｐｙｌｔｒｉｍｅｔｈｏｘｙｓｉｌｙｌｃｈ
ｌｏｒｉｄｅ）を使用した。液晶層４及び５のホストと
しての液晶材料にはＺＬＩ−４７９２（メルク社製）、
ゲストとして二色性色素のシアンにはＳＩ−４９７（三
井東圧化学社製）、マゼンタにはＭ−６１８（三井東圧
化学社製）、イエローにはＹ−７１０（三井東圧化学社
製）をそれぞれ用いた。液晶材料と二色性色素との配合
例を以下に示す。

【００６２】液層領域４ａは、緑以外の波長帯域の光の
透過率を変化するように、二色性色素であるシアンＳ−
４９７（三井東圧化学社製）とイエローＹ−７１０（三
井東圧化学社製）とを等量混合し、ホスト液晶に添加し
た。また、液晶領域４ｂは青以外の波長帯域の光の透過
率を変化するように二色性色素であるシアンＳ−４９７
（三井東圧化学社製）とマゼンタＭ−６１８（三井東圧
化学社製）とを等量混合し、ホスト液晶に添加した。液
晶層５には可視光領域全体の光の透過率を変化するよう
に、シアンＳ−４９７（三井東圧化学社製）と、マゼン
タＭ−６１８（三井東圧化学社製）と、イエローＹ−７
１０（三井東圧化学社製）とを混合し、ホスト液晶に添
加した。

【００６３】各液晶層の力イラルピッチは、ゲストホス
ト液晶に添加するカイラル剤の添加量により制御した。
液晶層の厚みｄとカイラルビッチｐ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問題がある。これらを考慮する
と、ｄ／ｐの値としては１〜５の範囲が適当であり、さ
らに好ましくは１．２〜２である、本実施形態では、ｄ
／ｐの値を１．７に設定した。

【００６４】ここで、本実施形態において、セル厚ｄと
カイラルビッチｐの比をｄ／ｐを１．７に設定した理由
を、図３を参照しながら以下に説明する。図３は液晶層
５に使用される黒色のゲストホスト液晶の電圧透過率特
性である。セル厚ｄとカイラルビッチｐとの比ｄ／ｐを
変化させると、液晶層のしきい値電圧は図３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、
コントラスト比が５以上であること、アクティブ素子
で駆動するためには７ボルト以下で駆動できること、が
要求される。図３より、この要求を満たすｄ／ｐの最適
値は１．７であることが分かる。

【００６５】液晶材料中の二色性色素の濃度は、低くす
ぎると色素による光の吸収が充分でなく、高すぎると低
温保存時に二色性色素が液晶材料から析出してしまうと
いう問題がある。これらを考慮して、二色性色素の濃度
としては１〜１０ｗｔ％が適当であり、本実施形態では
４ｗｔ％に設定した。この時のコントラスト比は５であ
った。

【００６６】液晶層４を形成する異なる２種類のゲスト
ホスト液晶材料を液晶領域４ａと４ｂにそれぞれ分離し
て注入する方法を以下に説明する。

【００６７】透明基板を２枚用意し、各透明基板に接着
性レジストＯＰＳＲ‐５６００（東京応化工業社製）を
塗布した後、所定のマスタパターンを用いて紫外線を照
射し、図４に示すような櫛形の壁５１を形成した。その
後、透明基板を２枚貼り合わせて焼成した。それから、
２つの液晶注入口５２と５３を介して、異なる二色性色
素を含有した２種類のゲストホスト液晶５４及び５５を
それぞれ注入した。

【００６８】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４と同様のパタ
ーンを有する壁となる凸部をゾルゲル法を用いて透明基
板上に形成したり、フッ酸等を用いたエッチングなどに
より、透明基板自体に凹凸を設けてもよい。また、マイ
クロ力プセル化の技術を用い、印刷法により２種類のゲ
ストホスト液晶を形成してもよい。さらに、シール剤を
形成するためのディスペンサーを用いて２種類のゲスト
ホスト液晶を１色ずつ形成してもよい。液晶層５は単一
の領域からなるので、従来の真空注入法を用いてゲスト
ホスト液晶を注入することができる。基板の接着には、
公知の材料を広く用いることができる。また、光吸収層
１２は、バインダーにカーボン微粒子を添加したものを
用いて、印刷法によって透明基板３の裏面上に形成し
た。この光吸収層１２は、有機系色素または顔料系色素
をバインダーに添加したものを用いて印刷法あるいはス
ピンナー法によって透明基板３の裏面に形成することが
できる。この他に、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の裏面に貼り付けても良い。さ
らに、透明基板３及び光吸収層１２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
にカーボンブッラク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。この場合には、光吸収
層１２が基板３をも兼ねるため、製造工程を簡略化する
ことができる。このようにして、本実施形態の反射型カ
ラー液晶表示素子１００が製造される。

【００６９】本実施形態では、基板の液晶側表面を垂直
配向処理したホワイト・テイ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
されるものではない。例えば、基板の表面を平行配向処
理したホワイト・テイラーモードを用いてもよいし、ハ
イルマイヤー型等の他のゲストホストモードを用いても
よい。また、ゲストホスト液晶を高分子材料でマイクロ
力プセル化した、いわゆるＳｌＤ９２ＤＩＧＥＳＴ
ｐ．７６２に報告されているＮＣＡＰ（NematicCurvili
near Aligned Phase）を用いてもよい。この液晶マイク
ロカプセルの作製法の１例として、以下の方法が挙げら
れる。

【００７０】まず、液晶材料とアラビアゴム溶液とを常
温以上で乳化混合し、これに等濃度のゼラチン溶液を添
加する。次に、蒸留水を添加してｐＨ（水素イオン濃
度）を調整すると、ゼラチンとアラビアゴムとが反応し
て濃厚な液状ポリマーを生成する。そこで、温度を降下
させるとコアセルベーションが始まり、液晶微粒子の周
囲にゼラチン・アラビアゴム皮膜が癒着してカプセル膜
を形成する。さらにアルデヒドなどの硬化剤を添加して
カプセル膜を熟成させる。これにバインダを添加してイ
ンキ化したものを透明基板上に印刷することによって、
液晶層を形成することができる。

【００７１】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００７２】図５に本発明の反射型カラー液晶表示素子
２００の一画素分の断面構造を模式的に示す。なお、前
記の実施形態（図１）と同じ機能を有する要素には同じ
参照符号を付す。液晶表示素子２００の一画素は、３つ
のドット１３、１４及び１５から構成される。液晶表示
素子２００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とを有し
ている。さらに、透明基板２の液晶層４側の表面及び透
明基板３の液晶層５側の表面には、それぞれ、反射カラ
ーフィルタ層１０及び１１が形成されている。また、透
明基板３の外側の表面には、光吸収層１２が配置されて
いる。本実施形態においては、液晶層４の構成が上記の
実施形態と異なる。

【００７３】液晶層４は、透明基板１上に形成された透
明電極６ａ及び６ｂと、透明基板２上に形成された透明
電極７との間に狭持されている。また、液晶層５は、透
明基板２上に形成された透明電極８と、透明基板３上に
形成された透明電極９ａ及び９ｂとの間に狭持されてい
る。

【００７４】液晶層４は、特定の波長帯域の光に対する
透過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。液晶層４が有する液晶領域４ｃと４ｄとは、互い
に異なる波長帯域の光の透過率を変化する。本実施形態
においては、液晶領域４ｃはシアンの二色性色素を含む
ゲストホスト液晶によって形成され、シアン以外の波長
帯域の光の透過率を変化する。液晶領域４ｃ（ドット１
１に含まれる）の透過光は、透明電極６ａと７とに印加
される電圧によってシアンと透明に変化する。また、液
晶領域４ｄはマゼンタの二色性色素を含むゲストホスト
液晶によって形成され、マゼンタ以外の波長帯域の光の
透過率を変化する。液晶領域４ｄの一部（ドット１４に
含まれる部分）の透過光は、透明電極６ａと７とに印加
される電圧によってマゼンタと透明に変化し、液晶領域
４ｄの一部（ドット１５に含まれる部分）の透過光は、
透明電極６ｂと７とに印加される電圧によってマゼンタ
と透明に変化する。

【００７５】液晶層５は可視光の全波長帯域の光に対す
る透過率を変化する性質を有している。ここでは、液晶
層５は、黒色の二色性色素を含むゲストホスト液晶によ
って形成され、可視光の全波長帯域の光に対する透過率
を変化する。液晶層５の一部（ドット１３に含まれる部
分）は、透明電極８と９ａとに印加される電圧によって
変化し、液晶層５の一部（ドット１４及び１５に含まれ
る部分）は、透明電極８と９ｂとに印加される電圧によ
って変化する。

【００７６】反射カラーフィルタ層１０及び１１は、互
いに異なる波長帯域の光を反射する反射カラーフィルタ
１０ａと１０ｂ、及び１１ａと１１ｂとを有している。
反射カラーフィルタ１０ａは、例えば赤の波長帯域の光
を反射（シアンの波長帯域の光を透過）し、反射カラー
フィルタ１０ｂは、緑の波長帯域の光を反射（マゼンタ
の波長帯域の光を透過）する。反射カラーフィルタ１１
ａは、例えば緑の波長を反射（マゼンタの波長を透過）
し、反射カラーフィルタ１１ｂは、青の波長を反射（イ
エローの波長を透過）する。これらの反射カラーフィル
タとして、本実施形態ではホログラフィックフィルタを
用いた。

【００７７】液晶層４及び５と反射カラーフィルタ層１
０及び１１は、それぞれ図５に示すように対応して配置
される。この配置は、本発明者らが鋭意検討した結果見
いだしたものであるが、図５の例に限られない。

【００７８】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。

【００７９】次に、反射型カラー液晶表示素子２００の
動作を説明する。１画素を構成するドット１３、１４、
１５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反射カラーフィルタ層１０及び
１１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９〜１６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。

【００８０】

【表９】

【００８１】

【表１０】

【００８２】

【表１１】

【００８３】

【表１２】

【００８４】

【表１３】

【００８５】

【表１４】

【００８６】

【表１５】

【００８７】

【表１６】

【００８８】表９から１６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状
態をＯＮ、電圧無印加の状態をＯＦＦとし表している。

【００８９】赤表示は、表９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６ａと透明電極７との間にのみ所定の電圧が印
加され、液晶層４の２つドット１３及び１４に対応する
部分がＯＮ状態にあり、ドット１５に対応する部分はＯ
ＦＦ状態にある。従って、ドット１３及び１４の液晶層
４に入射した光は液晶層４によって吸収されることな
く、反射カラーフィルタ１０ａに達する。反射カラーフ
ィルタ１０ａは赤色光を反射し、その他の波長帯域の光
を透過する。液晶層５については、透明電極９ａ及び９
ｂと透明電極１０との間に電圧が印加されておらず、液
晶層５は全てＯＦＦ状態にある。従って、ドット１３及
び１４の反射カラーフィルタ１０ａを透過した赤以外の
波長帯域の光は、液晶層５によって吸収され、反射カラ
ーフィルタ１１ａによって反射される光はない。従っ
て、ドット１３及び１４は赤を表示する。一方、ドット
１５のＯＦＦ状態にある液晶層４に入射した光のマゼン
タ以外の波長帯域の光は液晶層４によって吸収される。
従って、反射カラーフィルタ１０ｂは緑色光を反射する
ように設定されているので、反射カラーフィルタ１０ｂ
によって反射される光はない。液晶層４及び反射カラー
フィルタ１０ｂを透過したマゼンタ色光は液晶層５に入
射する。透明電極８と９ｂの間に電圧は印加されておら
ず、ドット１５の液晶層５もＯＦＦ状態にあり、液晶層
５はマゼンタ色光を含む可視光を吸収するので、反射カ
ラーフィルタ１１ｂによって反射される光はない。従っ
て、ドット１５だけが黒表示状態にあり、ドット１３及
び１４が赤表示を行うので、画素全体として赤表示とな
る。

【００９０】緑表示は、表１０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１４のみが黒
表示を行い、ドット１３及びドット１５が共に緑表示を
行うので、この画素は全体として緑表示となる。青表示
は表１１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
１４、ドット１５が共に青表示を行うので、この画素は
全体として青表示となる。

【００９１】シアン表示は表１２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６ａと７の間には電圧が印加されておら
ず、ドット１３及び１４の液晶層４はＯＦＦ状態にあ
る。ドット１３の液晶層４に入射した光のシアン以外の
波長帯域の光は液晶層４によって吸収されるので、反射
カラーフィルタ１０ａで反射される光はない。液晶層４
及び反射カラーフィルタ１０ａを透過したシアン色光は
液晶層５に入射する。ドット１３の液晶層５は電極８と
９ａとの間に電圧が印加されており、ＯＮ状態にある。
従って、このシアン色光は液晶層５を透過し、緑色光が
反射カラーフィルタ１１ａによって反射される。その結
果、ドット１３は緑表示を行う。一方、ＯＦＦ状態にあ
るドット１４の液晶層４を透過したシアン色光は反射カ
ラーフィルタ１０ａで反射されることなく、液晶層５に
入射する。液晶層５はＯＮ状態にあるので、シアン色光
を透過し、液晶層５を透過したシアン光に含まれる青色
光は反射カラーフィルタ１１ｂによって反射される。従
って、ドット１４は青を表示する。反射カラーフィルタ
１１ｂを透過した緑色光は光吸収層１２によって吸収さ
れる。ドット１５の液晶層４及び液晶層５は共にＯＮ状
態にある。液晶層４に入射した光は液晶層４によって吸
収されないので、反射カラーフィルタ１０ｂによって緑
色光が反射される。反射カラーフィルタ１０ｂを透過し
た緑以外の波長帯域の光は、液晶層５で吸収されること
なく反射カラーフィルタ１１ｂに至る。従って、青色光
が反射カラーフィルタ１１ｂによって反射される。青色
以外の波長帯域の光（赤色光）は反射カラーフィルタ１
１ｂを透過し、光吸収層１２によって吸収される。ドッ
ト１５の反射カラーフィルタ１０ｂと１１ｂによって、
それぞれ反射された緑色光と青色光は加法混色によって
シアン色を呈する。ドット１３及び１４の緑色光と青色
光も加法混色によりシアン色を呈する。その結果、この
画素は全体として、シアン色を呈する。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。

【００９２】マゼンタ表示は、表１３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が
赤表示を行い、ドット１４がマゼンタ表示、ドット１５
が青表示を行う。青の光と赤の光が加法混色されるとマ
ゼンタの色となり、３ドットの内２ドットがマゼンタ表
示を行うことと等価になるので、この画素は全体として
マゼンタ表示となる。イエロー表示は表１４に示すよう
な印加電圧の組み合わせにより得られる。すなわち、ド
ット１３がイエロー表示を行い、ドット１４が赤表示、
ドット１５が緑表示を行う。緑の光と赤の光が加法混色
されるとイエローの色となり、３ドットの内２ドットが
イエロー表示を行うことと等価になるので、この画素は
全体としてイエロー表示となる。

【００９３】白表示は表１５に示すように、各ドット１
３、１４及び１５に対応する液晶層４及び５に対して所
定の電圧を印加し、全ての領域がＯＮ状態にある場合に
得られる。ドット１３においては、反射カラーフィルタ
１０ａから反射される赤色光と反射カラーフィルタ１１
ａから反射される緑色光とが加法混色され、イエロー表
示を行う。ドット１４においては、反射カラーフィルタ
１０ａから反射される赤色光と反射カラーフィルタ１１
ｂから反射される青色光とが加法混色され、マゼンタ表
示を行う。ドット１５においては、反射カラーフィルタ
１０ｂから反射される緑色光と反射カラーフィルタ１１
ｂから反射される青色光とが加法混色され、シアン表示
を行う。ドット１３、１４及び１５のイエロー、マゼン
タ及びシアンが加法混色され、この画素は全体で白色表
示を行う。

【００９４】黒表示は表１６に示すように、各ドット１
３、１４及び１５に対応する液晶層４及び５に対して電
圧を印加せず、全ての領域がＯＦＦ状態にある場合に得
られる。液晶層４ｃ及び４ｄをそれぞれ透過したシアン
色光及びマゼンタ色光は、反射カラーフィルタ１０ａ及
び１０ｂによって反射されることなく、液晶層５に達す
る。これらの光は液晶層５によって吸収されるので、全
てのドットは黒表示を行う。

【００９５】図５の液晶表示素子２００をアクティブマ
トリクス駆動するためには、４つのアクティブ素子で、
それぞれ、透明電極６ａ、６ｂ、９ａ及び９ｂに印加す
る電圧をスイッチングすればよい。しかしながら、表９
〜表１６から分かるように、透明電極６ｂと９ａは、同
時に同じ状態にあるので、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２００は、３個
のアクティブ素子で駆動すること可能である。

【００９６】本実施形態による液晶表示素子２００は、
表９〜表１６に示すように、３つのドットのうち２つの
ドットが色表示を行うので、入射光の利用効率は、特開
平６−２９４９５２号公報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る。

【００９７】次に、反射型カラー液晶表示素子２００の
製造方法の例を説明する。

【００９８】透明基板１及び３として、厚みが１．１ｍ
ｍの７０５９ガラス基板（コーニンググラスワークス
社）を使用した。透明基板２として、基板の厚さによる
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
た。透明基板に形成する透明電極は、先の実施形態と同
様の方法で形成することができる。本実施形態では、透
明基板２及び３に形成される反射カラーフィルタ層１０
及び１１として、ホログラフィックカラーフィルタを用
いた。以下にホログラフィックカラーフィルタの作製方
法を説明する。

【００９９】まず、感光層とミラーを密着させ、反射カ
ラーフィルタを形成する所定領域に開口部を有するマス
クを配置して、レーザ光を垂直入射させる。照射された
レーザー光はミラーからの反射光と干渉して、感光層の
露光部分にはミラーの表面に平行に干渉縞が記録され
る。順次マスクをずらしながらこのような露光工程を繰
り返し、所望の領域に反射カラーフィルタを形成する。
反射カラーフィルタによって反射される波長帯域は、感
光層に照射するレーザー光の波長を選択することによっ
て調節することができる。

【０１００】本実施形態においては、感光材料として、
メチレンブルーを注入することにより赤色増感した重ク
ロム酸ゼラチンを用いた。また、青色、緑色及び赤色の
光それぞれ反射する反射カラーフィルタを作製するため
の光源として、青色アルゴンイオンレーザー出力５Ｗ、
波長４８８ｎｍ、スペクトラフィジックス社製（２２０
−０５５）、緑色アルゴンイオンレーザー出力５Ｗ、波
長５１４．５ｎｍ、スペクトラフィジックス社製（２２
０−０５５）及び赤色クリプトンレーザー出力５Ｗ、波
長６４７ｎｍ、コヒーレント社製（イノバ２００Ｋ．
３）を用いた。それぞれ、レーザ光の露光時間は６秒
で、露光量は６０ｍＪ／ｃｍ²とした。露光された感光
材料を水洗（１０分）、ＩＰＡ：水（３：７）の混合溶
媒で洗浄（１分）、ＩＰＡ：水（７：３）の混合溶媒で
洗浄（２分）、ＩＰＡ洗浄（５分）によって、現像処理
し、１５分間乾燥した。得られたホログラフィックカラ
ーフィルタの分光反射率特性を図６に示す。図６から分
かるように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）反射用のホ
ログラフィックカラーフィルタは、色純度の高い反射特
性を有している。このホログラフィックカラーフィルタ
を基板２及び３の所定の位置に配置して、反射カラーフ
ィルタを形成する。

【０１０１】次に、液晶領域４ｃ及び４ｄに用いる液晶
材料につて説明する。液晶領域の４ｃ及び４ｄの作製方
法、配向膜の材料及びその形成方法は先の実施形態と同
様である。

【０１０２】ホスト液晶材料には先の実施形態と同じＺ
ＬＩ−４７９２（メルク社製）を用いた。液晶領域４ｃ
の材料には、シアン以外の波長帯域の光の透過率を変化
させるために、二色性色素であるシアンＳＩ−４９７
（三井東圧化学社製）をホスト液晶に配合した材料を用
いた。また、液晶領域４ｄの材料には、マゼンタ以外の
波長帯域の光の透過率を変化させるためにマゼンタＭ−
６１８（三井東圧化学社製）をホスト液晶に配合した材
料を用いた。液晶領域５の材料には、可視光の全ての波
長帯域の光の透過率を変化させるために、シアンＳ−４
９７（三井東圧化学社製）、マゼンタＭ−６１８（三井
東圧化学社製）とイエローＹ−７１０（三井東圧化学社
製）を混合して、ホスト液晶に配合した。二色性色素の
添加量は、先の実施形態について説明したように、光の
吸収特性及び低温での保存安定性を考慮して、ホスト液
晶に対して４ｗｔ％とした。また、カイラル剤の添加量
は、液晶層の厚さｄと液晶の螺旋ピッチｐとの比ｄ／ｐ
が１．７となるように設定した。

【０１０３】上記の実施形態では、反射カラーフィルタ
層として、誘電体多層膜からなる干渉フィルタ及びホロ
グラフィック力ラーフィルタ一を用いたが、本発明の反
射型カラー液晶表示素子に用いられる反射カラーフィル
タは、これらに限られない。例えば、コレステリック液
晶の選択反射特性を利用して、コレステリック液晶、コ
レステリック液晶と高分子材料との複合体、またはコレ
ステリック液晶ポリマーを用いて、反射カラーフィルタ
を形成してもよい。また、特定波長帯域の光を吸収する
タイプのカラーフィルタと反射膜とを組み合わせて用い
ても、上記実施形態と同様な効果がある。吸収タイプの
カラーフィルタの形成方法としては、よく知られている
ように、ゼラチン染色方式、顔料分散方式、印刷方式等
がある。反射膜としてはアルミ、チタン等の金属を蒸着
した薄膜を用いることができる。金属等の可視光の全て
の波長帯域の光を反射する反射膜を用いた場合には、光
吸収層１２を省くことができる。

【０１０４】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。

【０１０５】また、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、０．１〜０．５
ｍｍ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。

【０１０６】液晶層４及び５と反射カラーフィルタの構
成は上記の実施形態で説明した例に限定されず、以下
からの条件を満たしていれば、上記の実施形態と同様
な効果が得られることを確認している。

【０１０７】反射カラーフィルタ１０ａ、１１ｂ、及
び１０ｂ（１１ａは１０ｂと同じ）が反射する光の波長
帯域は互いに異なる。フルカラー表示を行うためには、
これらの光の波長帯は赤、緑及び青であることが好まし
い。この構成では、下層の反射カラーフィルタ１１ａ及
び１１ｂから反射された光は上層の反射カラーフィルタ
１０ａ及び１０ｂを透過する。

【０１０８】液晶層４は印加電圧に応じて、上層の反
射カラーフィルタ１０ａ及び１０ｂから反射される光の
透過率を変化し、且つ、反射フィルタ１１ａ及び１１ｂ
から反射される光の透過率を変化しない。

【０１０９】液晶層５は、可視光の実質的に全ての波
長帯域の光の透過率を変化する。

【０１１０】

【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。

【０１１１】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。

【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
る干渉カラーフィルタの分光反射率を示すグラフであ
る。

【図３】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
る液晶層の電気光学特性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
る基板の構成を示す平面図である。

【図５】本発明の他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６】本発明の反射型カラー液晶表示素子に用いられ
るホログラフィックフィルタの分光反射率を示すグラフ
である。

【図７】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８】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。

【符号の説明】

１、２、３透明基板４、５液晶層６ａ、６ｂ、７、８、９ａ、９ｂ透明電極１０、１１反射カラーフィルタ層１０ａ、１０ｂ、１１ａ、１１ｂ反射カラーフィルタ１２光吸収層１３、１４、１５ドット１００反射型カラー液晶表示素子

Claims

【特許請求の範囲】

【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と、該第１液晶層を透
過した光を反射する第１反射層と、該第２液晶層を透過
した光を反射する第２反射層と、を備えた反射型カラー
液晶表示素子であって、該第１反射層は、第１波長帯域の光を反射する第１反射
領域と、第２波長帯域の光を反射する第２反射領域とを
含み、該第２反射層は、第２波長帯域の光を反射する第
３反射領域と、第３波長帯域の光を反射する第４反射領
域とを含み、該第１反射層の該第１反射領域は、該第２反射層の該第
４反射領域の一部と該第３反射領域とに対向し、該第２
反射層の該第４反射領域は、該第１反射層の該第１反射
領域の一部と該第２反射領域とに対向しており、該第１液晶層は、印加電圧に応じて互いに異なる波長帯
域の光の透過率が変化する第１液晶領域と第２液晶領域
とを有し、該第１液晶領域及び該第２液晶領域のそれぞ
れは、印加電圧に応じて該第１波長帯域及び第２波長帯
域の光の少なくとも一方の光の透過率を変化し、該第２
波長帯域及び該第３波長帯域の光の少なくとも一方の光
の透過率を変化しないように配置され、該第２液晶層は、印加電圧に応じて可視光の全波長帯域
の光の透過率が変化する第３及び第４液晶領域を有し、
該第３液晶領域は該第３反射領域に対向し、該第４液晶
領域は該第４反射領域に対向し、該電圧印加手段は該第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。
【請求項２】前記第１液晶領域は、前記第１反射領域
の一部及び前記第３反射領域と対向し、印加電圧に応じ
て前記第１波長帯域の光の透過率を変化し、前記第２波
長帯域の光を透過率を変化せず、前記第２液晶領域は、該第１反射領域の一部、該第２反
射領域及び前記第４反射領域と対向し、印加電圧に応じ
て該第１及び第２波長帯域の光の透過率を変化し、前記
第３波長帯域の光の透過率を変化しない請求項１に記載
の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項３】前記第１液晶領域は、前記第１反射領
域、前記第３反射領域及び前記第４反射領域の一部と対
向し、印加電圧に応じて前記第１波長帯域の光の透過率
を変化し、前記第２及び第３波長帯域の光を透過率を変
化せず、前記第２液晶領域は、前記第２反射領域及び該第４反射
領域の一部と対向し、印加電圧に応じて該第２波長帯域
の光の透過率を変化し、該第３波長帯域の光の透過率を
変化させない請求項１に記載の反射型カラー液晶表示素
子。
【請求項４】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から３のいず
れかに記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項５】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か
ら４のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項６】前記第２反射層は、特定の波長帯域の光
を選択的に吸収するカラーフィルタと全ての波長帯域の
可視光を反射する反射膜とを有する請求項１から４のい
ずれかに記載の液晶表示素子。
【請求項７】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、ゲストホスト液晶またはゲストホスト
液晶をマイクロカプセル化した複合体によって形成され
る請求項１から６のいずれかに記載の反射型カラー液晶
表示素子。
【請求項８】前記第１及び第２反射層の少なくとも一
方は、誘電体干渉フィルタによって形成されている請求
項１から７のいずれかに記載の反射型カラー液晶表示素
子。
【請求項９】前記第１及び第２反射層の少なくとも一
方は、ホログラフィックフィルタによって形成されてい
る請求項１から８のいずれかに記載の反射型カラー液晶
表示素子。
【請求項１０】前記第１及び第２反射層の少なくとも
一方は、コレステリック液晶、コレステリック液晶と高
分子材料との複合体、またはコレステリック液晶ポリマ
ーのいずれかによって形成されている請求項１から１０
のいずれかに記載の反射型液晶カラー液晶表示素子。
【請求項１１】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、該第１液晶層を
透過した光を反射する第１反射層と、該第２液晶層を透
過した光を反射する第２反射層と、を備えた反射型カラ
ー液晶表示素子であって、該第１反射層は、第１波長帯域の光を反射する第１反射
領域と、第２波長帯域の光を反射する第２反射領域とを
含み、該第２反射層は、第２波長帯域の光を反射する第
３反射領域と、第３波長帯域の光を反射する第４反射領
域とを含み、該第１反射層の該第１反射領域は、該第２反射層の該第
４反射領域の一部と該第３反射領域とに対向し、該第２
反射層の該第４反射領域は、該第１反射層の該第１反射
領域の一部と該第２反射領域とに対向しており、該第１液晶層は、印加電圧に応じて互いに異なる波長帯
域の光の透過率が変化する第１液晶領域と第２液晶領域
とを有し、該第１液晶領域及び該第２液晶領域のそれぞ
れは、印加電圧に応じて該第１波長帯域及び第２波長帯
域の光の少なくとも一方の光の透過率を変化し、該第２
波長帯域及び該第３波長帯域の光の少なくとも一方の光
の透過率を変化しないように配置され、該第２液晶層は、印加電圧に応じて可視光の全波長帯域
の光の透過率が変化する第３及び第４液晶領域を有し、
該第３液晶領域は該第３反射領域に対向し、該第４液晶
領域は該第４反射領域に対向し、該電圧印加手段は該第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
る壁を高分子材料を用いて形成する工程と、該高分子材料を介して、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波長帯域の光
を吸収する液晶材料を注入し、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。