(57)【要約】【課題】２層構造の反射型カラー液晶表示素子の表示の明るさの改善。【解決手段】第１液晶領域36および第２液晶領域37が交互に配置された第１液晶層と、第１液晶層に積層され、第３液晶領域38および第４液晶領域39が交互に配置された第２液晶層と、を備え、１画素あたりの面積が、第１液晶領域が第２液晶領域よりも大きく、且つ、第３液晶領域が第４の液晶領域よりも大きく、第１液晶領域は、第３液晶領域の一部および第４液晶領域に重なり、第１液晶領域36は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、第２液晶領域37は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、第３液晶領域38は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、第４液晶領域39は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、第１から第４波長帯域は、いずれも、その帯域が他と異なる反射型カラー液晶表示素子。【選択図】図７
2012108347.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１液晶領域および第２液晶領域が交互に配置された第１液晶層と、
前記第１液晶層に積層され、第３液晶領域および第４液晶領域が交互に配置された第２液晶層と、
を備え、
１画素あたりの面積が、前記第１液晶領域が前記第２液晶領域よりも大きく、且つ、前記第３液晶領域が前記第４の液晶領域よりも大きく、
前記第１液晶領域は、前記第３液晶領域の一部および前記第４液晶領域に重なり、
前記第１液晶領域は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第２液晶領域は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第３液晶領域は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第４液晶領域は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第１波長帯域、前記第２波長帯域、前記第３波長帯域、及び前記第４波長帯域は、いずれも、その帯域が他と異なる
ことを特徴とする反射型カラー液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１液晶領域と前記第２液晶領域の面積比は、２：１であり、
前記第３液晶領域と前記第４液晶領域の面積比は、２：１である、請求項１記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１波長帯域から前記第４波長帯域のうち、もっとも視感度が高い波長帯域と他の波長帯域の間にある中間色の波長帯域は、前記第２波長帯域または前記第４波長帯域である請求項１記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項４】
前記第１波長帯域の呈する色と前記第３波長帯域の呈する色の一方は、緑色であり、他方は、赤色であり、
前記第２波長帯域の呈する色と前記第４波長帯域の呈する色の一方は、青色であり、他方は、前記中間色である請求項３記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項５】
前記第１液晶層と前記第２液晶層の上側層は、緑色を呈する液晶領域を含み、
前記第１液晶層と前記第２液晶層の下側層は、赤色を呈する液晶領域を含み、
前記赤色を呈する液晶領域に対応して設けられ、前記赤色を呈する液晶領域への緑色の光の入射を低減する緑色カットフィルタを、備える請求項１から４のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項６】
前記第１液晶層と前記第２液晶層の上側層は、緑色を呈する液晶領域を含み、
前記第１液晶層と前記第２液晶層の下側層は、赤色を呈する液晶領域を含み、
前記上側層と前記下側層の間に設けられた緑色カットフィルタを、備える請求項１から４のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項７】
前記緑色カットフィルタは、緑色の波長領域を吸収し、赤色の波長領域を透過する請求項６記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項８】
前記第１から第４液晶領域は、コレステリック液晶を有する請求項１から７のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
【請求項９】
積層された第１液晶層および第２液晶層を有する反射型カラー液晶表示素子と、
前記第１液晶層および前記第２液晶層の選択された領域に電圧を印加する電圧印加回路と、を備え、
前記第１液晶層は、交互に平行に配置された第１および第２液晶領域を備え、
前記第２液晶層は、交互に平行に配置された第３および第４液晶領域を備え、
前記第１液晶領域は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第２液晶領域は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第３液晶領域は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第４液晶領域は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第１から第４波長帯域は、すべて異なることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射型カラー液晶表示素子および反射型カラー液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源が無くても表示保持可能で、電気的に書換えが可能な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、電源を切断してもメモリ表示可能な超低消費電力と目にやさしく、疲れない反射型の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ている。電子ペーパーの電子ブック、電子新聞、電子ポスター等へ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、有機ＥＬ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のコレステリック液晶方式の開発が進められている。
【０００３】
このような各種方式の中で、コレステリック液晶方式は、「メモリ機能」、「低電力化」、「カラー化」などの面で優位である。特に、カラー表示においては、圧倒的に有利である。コレステリック液晶方式以外の方式は、画素ごとに３色に塗り分けたカラーフィルタを配置させなければならないため、明るさが最大でも３分割に相当した１／３になり、現実的とはいえない。これに対して、コレステリック液晶方式は、液晶の干渉で色を反射するため、積層するだけでカラー表示が可能であり、５０パーセントに近い又はそれ以上の明るさが得られるという利点がある。
【０００４】
コレステリック液晶は、カイラルネマティック液晶とも称されることがあり、ネマティック液晶にキラル性の添加剤（カイラル材とも称される）を比較的多く（数十％）添加することにより、ネマティック液晶の分子がらせん状のコレステリック相を形成する液晶である。コレステリック液晶は、その液晶分子の配向状態で表示の制御を行う。
【０００５】
図１の（Ａ）および（Ｂ）は、コレステリック液晶の状態を説明する図である。図１の（Ａ）および（Ｂ）に示すように、コレステリック液晶を利用した表示素子１０は、上側基板１１と、コレステリック液晶層１２と、下側基板１３と、有する。コレステリック液晶には、図１の（Ａ）に示すように入射光を反射するプレーナ状態と、図１の（Ｂ）に示すように入射光を反射するフォーカルコニック状態と、があり、これらの状態は、無電界下でも安定してその状態が保持される。他に、強い電界を印加した時に、すべ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があるが、ホメオトロピック状態は、電界の印加を停止すると、プレーナ状態またはフォーカルコニック状態になる。
【０００６】
プレーナ状態の時には、液晶分子のらせんピッチに応じた波長の光を反射する。反射が最大となる波長λは、液晶の平均屈折率ｎ、らせんピッチｐから次の式で表される。
【０００７】
λ＝ｎ・ｐ
一方、反射帯域Δλは、液晶の屈折率異方性Δｎに伴って大きくなる。
【０００８】
プレーナ状態の時には、入射光が反射するので「明」状態、すなわち白を表示することができる。一方、フォーカルコニック状態の時には、下側基板１３の下に光吸収層を設けることにより、液晶層を透過した光が吸収されるので「暗」状態、すなわち黒を表示することができる。さらに、プレーナ状態の液晶分子とフォーカルコニック状態の液晶分子が混在した状態があり、そのような場合には明と暗の中間調状態になり、プレーナ状態の液晶分子とフォーカルコニック状態の液晶分子の混在率により中間調レベルが決まる。
【０００９】
コレステリック液晶の状態を制御するには各種の方法があるが、制御が容易なコンベンショナル駆動方法によれば、強い電界を印加してホメオトロピック状態とした後、電界の印加を急激に停止してプレーナ状態とする。この状態が明状態である。明状態から暗状態とするには、プレーナ状態において比較的小さな電界を短時間与える。この時の電圧またはパルス幅により暗状態のレベル、すなわち中間調レベルが決定される。他に、ＤＤＳ(Dynamic Driving Scheme:DDS)などの駆動方法が知られている。
【００１０】
図２は、３層のコレステリック液晶層を積層した反射型カラー液晶表示素子の概略構成を示す図である。図２に示すように、表示素子１０は、見る側から順番に、青（ブルー）用パネル１０Ｂ、緑（グリーン）用パネル１０Ｇ、および赤（レッド）用パネル１０Ｒの３枚のパネルが積層されており、レッド用パネル１０Ｒの下側には光吸収層１７が設けられている。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、同じ構成を有するが、パネル１０Ｂは反射の中心波長が青色（約４８０ｎｍ）、パネル１０Ｇは反射の中心波長が緑色（約５５０ｎｍ）、パネル１０Ｒは反射の中心波長が緑色（約６３０ｎｍ）になるように、液晶材料およびカイラル材が選択され、カイラル材の含有率が決定されている。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒのスキャン電極およびデータ電極は、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９により駆動される。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、反射の中心波長が異なる以外同じ構成を有する。
【００１１】
図３は、プレーナ状態の時のパネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒの反射特性の例を示す図であり、Ｂがパネル１０Ｂの反射特性を、Ｇがパネル１０Ｇの反射特性を、Ｒがパネル１０Ｒの反射特性を示す。
【００１２】
パネル１０Ｂのみがプレーナ状態で、パネル１０Ｇおよび１０Ｒがフォーカルコニック状態の時には、青色（Ｂ）を表示する。パネル１０Ｇのみがプレーナ状態で、パネル１０Ｂおよび１０Ｒがフォーカルコニック状態の時には、緑色（Ｇ）を表示する。パネル１０Ｒのみがプレーナ状態で、パネル１０Ｂおよび１０Ｇがフォーカルコニック状態の時には、赤色（Ｒ）を表示する。パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒがすべてプレーナ状態の時には白色（Ｗ）を表示し、パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒがすべてフォーカルコニック状態の時には黒色を表示する。
【００１３】
上記のように、パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒは、反射の中心波長が異なる以外同じ構成を有する。図４は、パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒの基本構成を示す図であり、（Ａ）が上面図、（Ｂ）が断面図である。
【００１４】
図４に示すように、表示素子１０Ａは、上側基板１１と、上側基板１１の表面に平行に設けられた複数の上側電極１４と、下側基板１３の表面に平行に設けられた複数の下側電極層１５と、シール材１６と、を有する。上側基板１１と下側基板１３は、電極が対向するように配置され、間にコレステリック液晶を封入して液晶層１２を形成し、シール材１６で封止する。なお、液晶層１２内にスペーサが配置されるが図示は省略している。上側電極１４と下側電極１５は、観察面から見た時に直交するように配置され、交差部分が１画素に対応する。上側電極１４と下側電極１５には、電圧パルス信号が印加され、それにより液晶層１２に電圧が印加される。液晶層１２に電圧を印加して、液晶層１２の液晶分子をプレーナ状態またはフォーカルコニック状態にして表示を行う。上側基板１１と下側基板１３は、いずれも透光性を有しているが、パネル１０Ｒの下側基板１３は不透光性でもよい。
【００１５】
パネル１０Ｂ、１０Ｇおよび１０Ｒの上側電極１４と下側電極１５は、観察面から見た時に重なるように配置されるので、３層の画素は重なり、カラーＲＧＢカラー表示が行え、画素ごとに中間調表示を行えば、フルカラーＲＧＢカラー表示が行える。
【００１６】
コレステリック液晶表示素子およびその駆動方法については広く知られているので、これ以上の説明は省略する。
【００１７】
上記のように、コレステリック液晶表示装置は、カラー表示を実現するため、図２に示すように、３層積層構造を使用していたが、コスト低減のため層数削減が望まれていた。２層以下の層数でカラー表示を行うには、異なる色を反射する複数の液晶部を１層に設ける。各層の複数の液晶部は、隔壁で分離される。構造的には、隔壁で分離したＲＧＢ用の３つの液晶部を１層に設けた構造が最小構造であるが、１層構造だと明るさが不足するため、２層構造が提案されている。
【００１８】
２層構造の反射型カラー液晶表示素子は、３層構造に比べ、層数が少ない分だけ各種部材の界面反射が少なく、黒濃度は３層構造よりも高くなるが、明るさは３層構造よりも低下する。そのため、明るさの低下を補い、３層構造に近い画質が得られる２層構造の反射型カラー液晶表示素子の実現が望まれていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１９】
【特許文献１】特開平９−０６８７０２号公報
【特許文献２】特開２００１−２４２３１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
実施形態によれば、２層構造の反射型カラー液晶表示素子の表示の明るさ・コントラスト・色再現範囲が改善される。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
発明の観点によれば、  第１液晶領域および第２液晶領域が交互に配置された第１液晶層と、第１液晶層に積層され、第３液晶領域および第４液晶領域が交互に配置された第２液晶層と、を備え、１画素あたりの面積が、第１液晶領域が第２液晶領域よりも大きく、且つ、第３液晶領域が第４の液晶領域よりも大きく、第１液晶領域は、第３液晶領域の一部および第４液晶領域に重なり、記第１液晶領域は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、第２液晶領域は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、第３液晶領域は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、第４液晶領域は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、第１波長帯域、第２波長帯域、第３波長帯域、及び第４波長帯域は、いずれも、その帯域が他と異なることを特徴とする反射型カラー液晶表示素子。
【発明の効果】
【００２２】
上記の観点によれば、表示の明るさ・コントラスト・色再現範囲を改善した２層構造の反射型カラー液晶表示素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、コレステリック液晶の状態を説明する図である。
【図２】図２は、３層のコレステリック液晶層を積層した反射型カラー液晶表示素子の概略構成を示す図である。
【図３】図３は、プレーナ状態の時のＲＧＢパネルの反射特性の例を示す図である。
【図４】図４は、ＲＧＢパネルの上面図および断面図を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態の反射型カラー液晶表示素子を示す図である。
【図６】図６は、２層の液晶領域が重なる様子を示す図である。
【図７】図７は、第１実施形態において、第１液晶領域から第４液晶領域をプレーナ状態にした時の反射スペクトルを示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態において、赤色を呈する第３液晶領域に対応させて、カットフィルタを設けた変形例の反射型カラー表示素子の断面図である。
【図９】図９は、比較例と第１実施例の変形例の色体積を示す図である。
【図１０】図１０は、第２実施形態の反射型カラー表示素子の断面図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態におけるグリーンカットフィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図１２】図１２は、第３実施形態の反射型カラー表示素子の断面の拡大図および画素構成と表示色を示す図である。
【図１３】図１３は、第１から第３実施形態および変形例のいずれかの反射型カラー液晶表示素子を使用した反射型カラー液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図５は、第１実施形態の反射型カラー液晶表示素子を示す図であり、（Ａ）は１層目の第１液晶層の構造を、（Ｂ）は２層目の第液晶層の構造を、（Ｃ）は積層構造の断面を示す。なお、図５では説明を簡単にするために、第１および第２液晶層の帯状の液晶領域の本数が少ない例を示しているが、一般的には数百本以上設けることが望ましい。
【００２５】
まず、第１液晶層の構造について説明する。図５の（Ａ）に示すように、透明基板３１と３２の対向する表面上に、平行に伸びる複数の透明電極４４および４５がそれぞれ形成されている。透明電極４４は第１の方向に伸び、透明電極４５は第２の方向に伸びる。透明電極４４および４５は、観察面から見た時に直交するように配置される。透明電極４４および４５が形成された透明基板３１および３２の間に、第２方向に伸びる交互に配置された複数の帯からなる第１液晶領域３６と第２液晶領域３７を形成するように隔壁３４を設ける。第１液晶領域３６の各帯の幅は、第２液晶領域３７の各帯の幅の約２倍である。第１液晶領域３６の各帯は２本の透明電極４５と重なるように配置され、第２液晶領域３７の各帯は１本の透明電極４５と重なるように配置される。第１液晶領域３６の複数の帯は相互につながっており、液晶注入口４０から内部に液晶が注入できる。また、第２液晶領域３７の複数の帯は相互につながっており、液晶注入口４１から内部に液晶が注入できる。反射光の色が異なる２種類のコレステリック液晶を、第１液晶領域３６および第２液晶領域３７にそれぞれ注入すれば、２つの色を表示できる第１液晶層が得られる。この第１液晶層では、透明電極４４と透明電極４５の交差部分の液晶の状態を制御でき、後述するように、この部分が１副画素に対応する。
【００２６】
図５の（Ｂ）に示すように、第２液晶層の構造も第１液晶層の構造と同様の構成である。隔壁３５で分けられた複数の第３液晶帯３８および複数の第４液晶帯３９に、それぞれ注入反射光の色が異なる２種類のコレステリック液晶を、注入口４２および４３から注入することにより、２つの色を表示できる第２液晶層が得られる。第３液晶帯３８の幅は、第４液晶帯３９の幅の約２倍である。この第２液晶層でも、透明電極４６と透明電極４７の交差部分が、１副画素に対応する。
【００２７】
図５の（Ｃ）に示すように、第１液晶層の第１液晶領域３６の帯は、第２液晶層の第３液晶領域３８の帯の半分および第４液晶領域３９の帯と重なり、第１液晶層の第２液晶領域３７の帯は、第２液晶層の第３液晶領域３８の帯の残りの半分と重なるように配置される。第１液晶層の下側の透明基板３３の下側には光吸収層４８が設けられる。
【００２８】
図５では、第１液晶層の下側の透明基板３２と、第２液晶層の上側の透明基板と、が共通化されているが、第１液晶層と第２液晶層を別々に作製し、第１液晶層の下側基板と第２液晶層の上側基板を貼り合わせるようにしてもよい。
【００２９】
なお、図５に示した第１実施形態の反射型カラー液晶表示素子は、隔壁３４および３５で２つの領域を形成している以外は、図４の１層構造の表示素子と同様に作製することができる。
【００３０】
図６は、２層の液晶領域が重なる様子を示す図であり、（Ａ）は重なりの位置関係を示し、（Ｂ）は液晶領域の重なりを拡大して示し、（Ｃ）は画素構成と表示色を示す。
【００３１】
図６の（Ａ）に示すように、各領域の帯の帯びる方向は同じであるが、幅の狭い第２液晶領域３７の帯と第４液晶領域３９の帯の位置がずれている。そのため、第１液晶領域３６と第３液晶領域３８の重なる部分と、第１液晶領域３６と第４液晶領域３９の重なる部分と、第２液晶領域３７と第３液晶領域３８の重なる部分と、の３種類の重なり領域ができる。隣接する３種類の重なり領域に含まれる３副画素が１画素を形成する。すなわち、隣接する３本の第２電極４５およびそれに重なる３本の第４電極４７と、１本の第１電極４４およびそれに重なる１本の第３電極４６が交差する３個の副画素が１画素を形成する。言い換えれば、第１層の３個の副画素と第２層の３個の副画素の合計６個の副画素で１画素を形成する。
【００３２】
より詳細には、図６の（Ｂ）に示すように重なる。図６の（Ｂ）において点線で囲った範囲が１画素に対応する。図中のＰ、Ｑ、Ｒは、第１液晶領域３６から第４液晶領域３９の帯の幅と間隔を示している。第１液晶領域３６および第３液晶領域３８の帯の幅をＰで、第２液晶領域３７および第４液晶領域３９の帯の幅をＱで、示す。第１液晶領域３６と第２液晶領域３８の間、第３液晶領域３８と第４液晶領域３９の間、および隣接する画素の間の幅を、Ｒで表す。ここでは、Ｐ＝１６０μｍ、Ｑ＝８０μｍ、Ｒ＝１０μｍである。
【００３３】
図７は、第１実施形態において、第１液晶領域３６から第４液晶領域３９をプレーナ状態にした時の反射スペクトルを示す。図７において、Ｂは第４液晶領域３９の反射スペクトルを、Ｃは第２液晶領域３７の反射スペクトルを、Ｇは第１液晶領域３６の反射スペクトルを、Ｒは第３液晶領域３８の反射スペクトルを、示す。第１液晶領域３６から第４液晶領域３９の各画素におけるフォーカルコニック状態の液晶の割合が増加すると、それぞれの反射スペクトルの強度（反射率）が低下し、すべての液晶がフォーカルコニック状態になると、反射率がほぼゼロになる。
【００３４】
反射スペクトルＢの反射中心波長は約４３０ｎｍであり、反射スペクトルＧの反射中心波長は約５５０ｎｍであり、反射スペクトルＲの反射中心波長は約６３０ｎｍであり、反射スペクトルＣの反射中心波長は約５００ｎｍである。反射スペクトルＢ、Ｇ、Ｒは、図３に示した例と同じである。反射スペクトルＣは、いわゆるシアン(Cyan)色である。
【００３５】
第１液晶領域３６から第４液晶領域３９は、上記のような反射スペクトルを有するので、１画素が表せる表示色は、図６の（Ｃ）に示すようになる。１層目の第１液晶領域３６と２層目の第４液晶領域３９を重ねた第１副画素はＧ＋Ｂ、１層目の第１液晶領域３６と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第２副画素はＧ＋Ｒ、１層目の第２液晶領域３７と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第３副画素はＣ＋Ｒ、である。各副画素をオン・オフ制御する場合、例えば、第１副画素は、黒Ｂ、緑色Ｇ、青色Ｂおよび緑と青の混色Ｇ＋Ｂを表示できる。第２および第３副画素についても同様であるので、１画素では、４×４×４＝６４色を表示できる。もし、各副画素を中間調表示するように制御する場合には、表示色はさらに増加する。
【００３６】
ここで、第１液晶領域３６から第４液晶領域３９が、図３に示した３種類の反射スペクトルを呈する液晶を充填した場合と、第１実施例の場合を比較してみる。
【００３７】
第１液晶領域３６から第４液晶領域３９が、図３に示した３種類の反射スペクトルを呈する場合、第１液晶領域３６が緑色Ｇを、第２液晶領域３７が青色Ｂを、第３液晶領域３８が赤色Ｒを、第４液晶領域３９が青色Ｂを、呈するように設定することが考えられる。この場合、それぞれの副画素をオン・オフ制御することにより、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）、シアン色（Ｃ）、マゼンタ色（Ｍ）、黄色（Ｙ）、白色（Ｗ）および黒色（Ｂ）の表示が行える。
【００３８】
表示において、白色は色温度が高い、どちらかと言えば青っぽい色が好まれるが、青色は視感度が低いため表示が暗くなるという問題があった。
【００３９】
これに対して、第１実施形態では、第２液晶領域３７が、図７においてＣで示すシアン色の反射スペクトルを呈するように設定する。青色とシアン色の画素の面積比率は、緑色および赤色の１／２であるため、それらの反射スペクトルのピークも約１／２となるが、緑色寄りで視感度が高いシアン色を使用するため、明るさを向上させる効果がある。２層構造の場合は、フィルムや配向膜、液晶などの間の界面反射が少なくなるため、３層構造よりも黒色の濃度が増すが、その利点は第１実施形態でも同様に得られる。
【００４０】
ここで、赤色を呈する第３液晶領域３８は、短波長側に不要反射が多く、第３液晶領域３８の入射側に短波長側の光を吸収するカットフィルタを塗布すると、色純度を向上させることが知られている。
【００４１】
図８は、第１実施形態において、赤色を呈する第３液晶領域３８に対応させて、カットフィルタ５０を設けた変形例の反射型カラー表示素子の断面図であり、（Ａ）が全体を、（Ｂ）が画素部分を拡大した図である。なお、図８でも、説明を簡単にするために、液晶領域の本数が少ない例を示している。カットフィルタ５０の透過率を低下させるカット波長は、少なくとも緑色領域（概ね５００〜６００ｎｍ）とすることが、色純度の向上の点からは望ましい。
【００４２】
ＣＩＥＬＡＢ色空間での「色体積」は、色再現範囲の指標として最も適切と考えられ、色再現範囲は色空間でのポリゴンで、色再現範囲の大きさは色体積（ポリゴンの体積）で表すことができる。第１液晶領域３６から第４液晶領域３９が図３に示した３種類の反射スペクトルを呈する液晶を充填した場合の比較例の色再現範囲と、第１実施例の変形例の色再現範囲の大きさを、色体積を使用して比較する。
【００４３】
図９は、比較例と第１実施形態の変形例の色体積を示す図であり、（Ａ）が比較例の色体積を、（Ｂ）が第１実施例の変形例の色体積を示す。
【００４４】
第２液晶領域３７が青色を呈する場合に比べて、第１実施形態の変形例では、第２液晶領域３７がシアン色を呈するように変更することにより、色体積が２０％以上向上した。第１実施形態の変形例では、ポリゴンが濃紺色〜マゼンタ色方向に広がり、この方向の色をより鮮明に表示できるようになる。
【００４５】
比較例では、３色を呈する液晶を第１から第４液晶領域の４つの領域に充填した。言い換えれば、４つの領域のうち２つの領域には同じ色を呈する液晶を充填した。これに対して、第１実施形態では、異なる４色を呈する液晶を第１から第４液晶領域の４つの領域に充填する。異なる４色を適宜設定することにより、所望の色表示を実現できる。
【００４６】
図１０は、第２実施形態の反射型カラー表示素子の断面図であり、（Ａ）が全体を、（Ｂ）が画素部分を拡大した図である。なお、図１０でも、説明を簡単にするために、液晶領域の本数が少ない例を示している。
【００４７】
第２実施形態の反射型カラー表示素子は、１層目の液晶層と２層目の液晶層を、それぞれ１枚のパネルとして作製し、画素位置を整合させて貼り合わせたことが第１実施形態と異なり、他の部分は第１実施形態と同じである。
【００４８】
図１０に示すように、１層目の液晶パネルは、上側基板６１と下側基板６２の間に１層目の液晶層を有する。２層目の液晶パネルは、上側基板６３と下側基板６４の間に２層目の液晶層を有する。１層目および２層目の液晶層は、図５に示したような平面形状を有する。１層目の液晶パネルの下側または２層目の液晶パネルの上側には、全面にグリーンカットフィルタ６５が設けられる。２層目の液晶パネルの下側には、全面に光吸収層４８が設けられる。以上のように作製した１層目の液晶パネルと２層目の液晶パネルを貼り合わせる。
【００４９】
図１１は、グリーンカットフィルタ６５の透過スペクトルを示す図である。図１１に示すように、グリーンカットフィルタ６５の透過スペクトルは、青色領域である４８０ｎｍ以下の波長領域で高い透過率を有し、緑色領域のみ透過率が低くなっている。緑色を呈する第１液晶領域３６は１層目に設けられているので、このような透過スペクトルのグリーンカットフィルタ６５であれば、１層目と２層目の間の全面に設けても高品質の表示が可能である。
【００５０】
図８に示した第１実施形態の変形例のように、赤色を呈する第３液晶領域に対応させてカットフィルタ５０を設けた場合、ＲＧＢの３色が同時に垂直方向に重ならない２層構造の欠点が顕著に現れ、ストライプ状のノイズが強く出現し、視認性を劣化される要因となる。これに対して、第２実施形態では、ＲＧＢの３色は同時に垂直方向に重ならないものの、青色と緑色の中間色としてのシアン色が存在するため、ストライプ状のノイズを目立たなくさせ、視認性の劣化を抑える効果がある。
【００５１】
第１実施形態およびその変形例と第２実施形態では、第１から第４液晶領域が、緑色、シアン色、赤色および青色を呈するように配置したが、他の４色の組合せも可能である。
【００５２】
図１２は、第３実施形態の反射型カラー表示素子の断面の拡大図および画素構成と表示色を示す図であり、（Ａ）が断面の拡大図を、（Ｂ）が画素構成と例１の表示色を（Ｃ）が画素構成と例２の表示色を示す。
【００５３】
第３実施形態の反射型カラー表示素子は、第２実施形態の反射型カラー表示素子と比べて、第１から第４液晶領域が呈する色のみが異なり、他の部分は同様である。
【００５４】
第３実施形態の反射型カラー表示素子では、第１液晶領域３６が緑色を、第３液晶領域３８が青色を、第４液晶領域３９が赤色を、呈する。第２液晶領域３７は、例１では黄色（Ｙ）を、例２ではオレンジ色（黄赤色）（Ｏ）を呈する。緑色、青色および赤色は、図３および図７でＧ、ＢおよびＲで示したのと同様の反射スペクトルを有する。黄色は、例えば、５７５ｎｍ付近に反射中心波長を有し、オレンジ色は５９０ｎｍ付近に反射中心波長を有する。
【００５５】
例１の場合には、１画素が表せる表示色は、図１２の（Ｂ）に示すようになる。１層目の第１液晶領域３６と２層目の第４液晶領域３９を重ねた第１副画素はＧ＋Ｒ、１層目の第１液晶領域３６と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第２副画素はＧ＋Ｂ、１層目の第２液晶領域３７と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第３副画素はＹ＋Ｂ、である。
【００５６】
また、例２の場合には、１画素が表せる表示色は、図１２の（Ｃ）に示すようになる。１層目の第１液晶領域３６と２層目の第４液晶領域３９を重ねた第１副画素はＧ＋Ｒ、１層目の第１液晶領域３６と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第２副画素はＧ＋Ｂ、１層目の第２液晶領域３７と２層目の第３液晶領域３８を重ねた第３副画素はＯ＋Ｂ、である。
【００５７】
第３実施形態の場合も、明るさ・コントラスト・色再現範囲の向上効果はあるが、白色がやや黄色っぽくなるため、表示品質は第１実施形態およびその変形例と第２実施形態の方が望ましい。  
ここで、反射型カラー表示素子を形成する各部の材料について説明する。
【００５８】
上側基板および下側基板は、いずれも透光性を有しているが、第２液晶層の下側基板は、非透光性でもよい。透光性を有する基板としては、ガラス基板、ＰＥＴまたはＰＣフィルム基板を使用することができる。
【００５９】
上側電極および下側電極は、例えば、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物：Indium  Tin  Oxide）の透明導電膜が代表的であるが、その他ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物：Indium  Zic  Oxide）等の透明導電膜などを用いることができる。
【００６０】
電極上には絶縁性のある薄膜が形成される。この絶縁性薄膜が厚いと、駆動電圧が上昇し、汎用ＳＴＮドライバが使用できなくなる。逆に、絶縁性薄膜がないとリーク電流が流れてしまうため、消費電力が増大する。絶縁性薄膜は、比誘電率が５前後であり、液晶よりもかなり低いため、厚みは概ね０．３μｍ以下が望ましい。
【００６１】
上側基板１１および下側基板１３の間には、基板間ギャップを均一に保持するためのスペーサが挿入される。一般に、上下基板を貼り合わせる前に、樹脂製又は無機酸化物製の球体状のスペーサを均一に散布する。また、表面に熱可塑性の樹脂がコーティングしてある固着スペーサを設けてもよい。スペーサによって形成されるセルギャップは、３μｍ〜６μｍの範囲であることが望ましい。セルギャップがこれより小さいと、反射率が低下して暗い表示になり、高い閾値急峻性も期待できない。一方、セルギャップがこれより大きいと、高い閾値急峻性は保持できるが、駆動電圧が上昇して汎用部品による駆動が困難になる。
【００６２】
液晶層に充填する液晶組成物は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０ｗｔ％添加したコレステリック液晶である。ここで，カイラル材の添加量はネマティック液晶成分とカイラル材の合計量を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から公知の各種のものを用いることができるが、誘電率異方性（Δε）が１５〜２５の範囲が適正範囲である。誘電率異方性が１５以下であれば、駆動電圧が全体的に高くなり、駆動回路に汎用部品の適用が困難になる。一方、誘電率異方性が２５以上となると、プレーナ状態からフォーカルコニック状態に変化する印加電圧の領域が小さくなり、閾値急峻性としては下がると考えられる。更には、液晶材料自体の信頼性にも懸念が出てくる。
【００６３】
屈折率異方性（△ｎ）は、０．１８〜０．２５くらいが望ましい。この範囲より小さいと、プレーナ状態の反射率が低くなり、この範囲より大きいと、フォーカルコニック状態での散乱反射が大きくなる他、粘度も高くなり、応答速度が低下する。
【００６４】
液晶領域が呈する反射光の中心波長は、カイラル材の添加量が増加するにしたがって、ほぼ線形に低下する。そこで、第１から第４液晶領域に充填する液晶材料は、カイラル材の添加量を適宜設定することにより、青色、緑色、赤色、シアン色、黄色、オレンジ色などの色を呈するように調整可能である。
【００６５】
以上説明したように、第１実施形態から第３実施形態およびその変形例では、明るさ・コントラスト・色再現範囲が向上し、表示品位を３層構造の反射型カラー表示素子の表示品位に近づけることができる。しかも、製造コストの上昇はない。
【００６６】
次に、第１実施形態およびその変形例と、第２実施形態と、第３実施形態の反射型カラー液晶表示素子を使用した反射型カラー液晶表示装置について説明する。
【００６７】
図１３は、上記の第１実施形態およびその変形例と、第２実施形態と、第３実施形態のいずれかの反射型カラー液晶表示素子を使用した反射型カラー液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。コレステリック液晶表示素子の駆動方法には、ＤＤＳ(Direct Driving Scheme)駆動方式、コンベンショナル駆動方式などが知られている。ここではコンベンショナル駆動方式を採用しているが、ＤＤＳ駆動方式を使用して駆動することも可能である。
【００６８】
この反射型カラー液晶表示装置は、表示素子１０と、電源２１と、昇圧部２２と、電圧切替部２３と、電圧安定部２４と、原振クロック部２５と、分周部２６と、制御回路２７と、コモンドライバ２８と、セグメントドライバ２９と、を有する。表示素子１０は、第１から第４実施形態のいずれかの反射型カラー液晶表示素子である。
【００６９】
電源２１は、例えば３Ｖ〜５Ｖの電圧を出力する。昇圧部２２は、ＤＣ−ＤＣコンバータなどのレギュレータにより、電源２１からの入力電圧を＋３６Ｖ〜＋４０Ｖに昇圧する。電圧切替部２３は、抵抗による分圧などにより各種の電圧を生成する。電圧安定部２４は、電圧切替部２３から供給される各種の電圧を安定化させるために、オペアンプのボルテージフォロア回路を使用する。
【００７０】
原振クロック部２５は、動作の基本となる基本クロックを発生する。分周部２６は、基本クロックを分周して、後述する動作に必要な各種クロックを生成する。
【００７１】
表示素子１０は、ＲＧＢの３枚のコレステリック液晶パネルを積層したカラー表示可能な表示素子で、例えば、Ａ４判ＸＧＡ仕様で、１０２４×７６８画素を有する。ここでは１０２４本のデータ電極と７６８本のスキャン電極が設けられ、セグメントドライバ２９が１０２４本のデータ電極を、コモンドライバ２８が７６８本のスキャン電極を、駆動する。ＲＧＢの各画素に与える画像データが異なるため、セグメントドライバ２９は各データ電極を独立して駆動する。コモンドライバ２８は、ＲＧＢのスキャン電極を共通に駆動する。例えば、第１実施形態の表示素子を駆動する場合であれば、第１電極６４Ａと６４Ｂおよび第３電極６６をスキャン電極に、第２電極６５および第４電極６７Ａと６７Ｂをデータ電極に対応させる。
【００７２】
動作モードを設定することにより、コモンドライバとしても、セグメントドライバとしても使用可能な汎用ＳＴＮドライバが製品化されている。ここでは、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９は、汎用ＳＴＮドライバで実現する。セグメントドライバ２９は、セグメントモードに設定し、通常の動作を行う。コモンドライバ２８は、通常コモンモードに設定されるが、ここでは、セグメントドライバとして動作するモードに設定する。実施例１では、汎用ＳＴＮドライバをセグメントドライバとして動作するモードに設定した上でコモンドライバとして使用するため、セグメントドライバ２９に供給する電源電圧の一部を入れ替えてコモンドライバ２８に電源電圧として供給する。
【００７３】
制御回路２７は、基本クロック、各種クロックおよび画像データＤに基づいて制御信号を生成して、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９に供給する。ライン選択データＬＳは、コモンドライバ２８が、Preparationパルス、SelectionパルスおよびEvolutionパルスを印加するスキャンラインを指示するデータであり、ここでは２ビットの信号である。画像データＤＡＴＡは、セグメントドライバ２９が各データ電極に印加する電圧を、白表示に対応した電圧にするかまたは黒表示に対応した電圧にするかを指示するデータである。データ取り込みクロックＣＬＫは、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９が内部でライン選択データおよび画像データを転送するためのクロックである。フレーム開始信号ＦＳＴは、書換える表示画面のデータ転送の開始を指示する信号で、コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９は、フレーム開始信号ＦＳＴに応じて内部をリセットする。パルス極性制御信号ＦＲは、印加電圧の極性反転信号であり、１ラインの書き込みの中間時点で反転する。コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９は、パルス極性制御信号ＦＲに応じて出力する信号の極性を反転する。ラインラッチ信号ＬＬＰは、コモンドライバ２８におけるライン選択データの転送終了を指示する信号で、この信号に応じて転送されたライン選択データをラッチする。データラッチ信号ＤＬＰは、セグメントドライバ２９における画像データの転送終了を指示する信号で、この信号に応じて転送された画像データをラッチする。ドライバ出力オフ信号／ＤＳＰＯＦは、印加電圧の強制オフ（ＯＦＦ）信号である。
【００７４】
コモンドライバ２８およびセグメントドライバ２９の動作およびそれに供給される信号は、一般的なものと同様である。
【００７５】
ここでは、２枚のパネルの複数の副画素で１画素を形成しており、カラー表示制御おより中間調制御は、各副画素の表示可能な色を考慮して行う必要があるが、このような画像表示制御方法は従来の手法を使用でき、当業者には容易であるので説明は省略する。
【００７６】
以上、実施形態を説明したが、ここに記載したすべての例や条件は、発明および技術に適用する発明の概念の理解を助ける目的で記載されたものであり、特に記載された例や条件は発明の範囲を制限することを意図するものではなく、明細書のそのような例の構成は発明の利点および欠点を示すものではない。発明の実施形態を詳細に記載したが、各種の変更、置き換え、変形が発明の精神および範囲を逸脱することなく行えることが理解されるべきである。
【００７７】
以下、実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１液晶領域および第２液晶領域が交互に配置された第１液晶層と、
前記第１液晶層に積層され、第３液晶領域および第４液晶領域が交互に配置された第２液晶層と、
を備え、
１画素あたりの面積が、前記第１液晶領域が前記第２液晶領域よりも大きく、且つ、前記第３液晶領域が前記第４の液晶領域よりも大きく、
前記第１液晶領域は、前記第３液晶領域の一部および前記第４液晶領域に重なり、
前記第１液晶領域は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第２液晶領域は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第３液晶領域は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第４液晶領域は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第１波長帯域、前記第２波長帯域、前記第３波長帯域、及び前記第４波長帯域は、いずれも、その帯域が他と異なる
ことを特徴とする反射型カラー液晶表示素子。
（付記２）
前記第１液晶領域と前記第２液晶領域の面積比は、２：１であり、
前記第３液晶領域と前記第４液晶領域の面積比は、２：１である、付記１記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記３）
前記第１波長帯域から前記第４波長帯域のうちもっとも視感度が高い波長帯域は、前記第１波長帯域または前記第３波長帯域である付記１または２記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記４）
前記第１波長帯域から前記第４波長帯域のうちもっとも視感度が低い波長帯域は、前記第２波長帯域または前記第４波長帯域である付記１から３のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記５）
前記第１波長帯域から前記第４波長帯域のうち、もっとも視感度が高い波長帯域と他の波長帯域の間にある中間色の波長帯域は、前記第２波長帯域または前記第４波長帯域である付記１記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記６）
前記第１波長帯域の呈する色と前記第３波長帯域の呈する色の一方は、緑色であり、他方は、赤色であり、
前記第２波長帯域の呈する色と前記第４波長帯域の呈する色の一方は、青色であり、他方は、前記中間色である付記５記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記７）
前記第１波長帯域から前記第４波長帯域は、青色、緑色、赤色、および緑色と赤色の中間色を呈し、
前記第１波長帯域の呈する色と前記第３波長帯域の呈する色の一方は、緑色であり、他方は、青色であり、
前記第２波長帯域の呈する色と前記第４波長帯域の呈する色の一方は、赤色であり、他方は、前記中間色である付記５記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記８）
前記第１液晶層と前記第２液晶層の上側層は、緑色を呈する液晶領域を含み、
前記第１液晶層と前記第２液晶層の下側層は、赤色を呈する液晶領域を含み、
前記赤色を呈する液晶領域に対応して設けられ、前記赤色を呈する液晶領域への緑色の光の入射を低減する緑色カットフィルタを、備える付記１から７のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記９）
前記第１液晶層と前記第２液晶層の上側層は、緑色を呈する液晶領域を含み、
前記第１液晶層と前記第２液晶層の下側層は、赤色を呈する液晶領域を含み、
前記上側層と前記下側層の間に設けられた緑色カットフィルタを、備える付記１から７のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記１０）
前記緑色カットフィルタは、緑色の波長領域を吸収し、赤色の波長領域を透過する付記９記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記１１）
前記第１から第４液晶領域は、コレステリック液晶を有する付記１から１０のいずれか記載の反射型カラー液晶表示素子。
（付記１２）
積層された第１液晶層および第２液晶層を有する反射型カラー液晶表示素子と、
前記第１液晶層および前記第２液晶層の選択された領域に電圧を印加する電圧印加回路と、を備え、
前記第１液晶層は、交互に平行に配置された第１および第２液晶領域を備え、
前記第２液晶層は、交互に平行に配置された第３および第４液晶領域を備え、
前記第１液晶領域は、印加電圧に応じて第１波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第２液晶領域は、印加電圧に応じて第２波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第３液晶領域は、印加電圧に応じて第３波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第４液晶領域は、印加電圧に応じて第４波長帯域の光の反射率が変化し、
前記第１から第４波長帯域は、すべて異なることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置。
【符号の説明】
【００７８】
２１    電源
２７    制御回路
２８    コモンドライバ
２９    セグメントドライバ
３１、３２、３３    透明基板
３４、３５    隔壁
３６    第１液晶領域
３７    第２液晶領域
３８    第３液晶領域
３９    第４液晶領域
【図１】
2012108347.tif 000003
【図２】
2012108347.tif 000004
【図３】
2012108347.tif 000005
【図４】
2012108347.tif 000006
【図５】
2012108347.tif 000007
【図６】
2012108347.tif 000008
【図７】
2012108347.tif 000009
【図８】
2012108347.tif 000010
【図９】
2012108347.tif 000011
【図１０】
2012108347.tif 000012
【図１１】
2012108347.tif 000013
【図１２】
2012108347.tif 000014
【図１３】
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