(57)【要約】      （修正有）【課題】黒色表示の品質を向上した反射型表示パネルの実現。【解決手段】表示面側から順に積層された第１表示パネル10B、第１カットフィルタ21、第２表示パネル10G、第２カットフィルタ22および第３表示パネル10Rを有し、第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極が形成され、透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材と、前記２枚の透明基材間に配置された液晶層と、を有すると共に、第１から第３反射主波長を有し、第１カットフィルタは、第１の反射主波長における透過率が、第２の反射主波長および第３の反射主波長における透過率より低く、第２カットフィルタは、第２の反射主波長における透過率が、第３の反射主波長における透過率より低く、第１から第３表示パネルの透明電極は、第３の反射主波長における反射率が、第１の反射主波長および第２の反射主波長における反射率より低い積層型液晶表示素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示面側から順に積層された第１から第３表示パネルと、前記第１表示パネルと前記第２表示パネルの間に配置された第１カットフィルタと、前記第２表示パネルと前記第３表示パネルの間に配置された第２カットフィルタと、を備え、
前記第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極が形成され、前記透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材と、前記２枚の透明基材間に配置された液晶層と、を有し、
前記第１表示パネルは、第１の反射主波長を有し、
前記第２表示パネルは、第２の反射主波長を有し、
前記第３表示パネルは、第３の反射主波長を有し、
前記第１カットフィルタは、前記第１の反射主波長における透過率が、前記第２の反射主波長および前記第３の反射主波長における透過率より低く、
前記第２カットフィルタは、前記第２の反射主波長における透過率が、前記第３の反射主波長における透過率より低く、
前記第１から第３表示パネルの前記透明電極は、前記第３の反射主波長における反射率が、前記第１の反射主波長および前記第２の反射主波長における反射率より低い、ことを特徴とする積層型液晶表示素子。
【請求項２】
前記第１から第３の反射主波長は、第１の反射主波長＜第２の反射主波長＜第３の反射主波長の関係を有する請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項３】
前記第１から第３表示パネルのそれぞれは、前記透明電極の前記光媒体側の表面上に形成され、前記光媒体の屈折率と前記透明電極の屈折率の間の屈折率を有する反射調整膜を有する請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【請求項４】
前記液晶層は、コレステリック液晶を含む請求項１記載の積層型液晶表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、積層型液晶表示素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
今後、電源が無くても表示の保持が可能で、表示内容を電気的に書き換え可能な電子ペーパーが急速に普及するものと予想されている。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、目に優しく、疲れない反射型の表示と紙のような可撓性があるフレキシブルで薄型の表示体の実現を目指して研究が進められている。電子ペーパーの応用としては、電子ブック、電子新聞、電子ポスター等などが考えられている。
【０００３】
電子ペーパーは、表示方式の違いにより、電気泳動方式、ツイストボール方式、電気化学方式、液晶表示ディスプレイ、有機ＥＬ表示ディスプレイなどに分類される。電気泳動方式は、帯電粒子を空気中や液体中で移動させる方式である。ツイストボール方式は、二色に色分けされた帯電粒子を回転させる方式である。電気化学方式は、電界を印加した際に電気化学反応により着色、消色、変色するような材料を電極間に挟んだ構造の表示素子である。有機ＥＬ表示ディスプレイ（有機エレクトロ・ルミネッセンス表示ディスプレイ）は、有機材料からなる複数の薄膜を陰極と陽極で挟み込んだ構造の自発光型のディスプレイである。液晶ディスプレイ（表示素子）は、液晶層をそれぞれ画素電極と対向電極で挟み込んだ構造を有する非自発光型のディスプレイである。
【０００４】
電子ペーパーのカラー表示において有利な方式は液晶方式と電気化学方式である。これらは、反射モードと透過モードとにスイッチングすることが可能なため、積層型の表示素子に適用することができる。たとえば、ＲＧＢ３色の表示パネルを積層すれば、画素面積を最大限活用できるため、明るく、コントラストが高く、発色の良い表示が可能となる。他の方式では、光を透過モードにすることはできないため、カラー表示を行う場合は、表示面に３色に塗り分けたカラーフィルタを配置して、各画素を分割する必要がある。このため、積層型と比較すると、明度や彩度が低くなることが避けられない。
【０００５】
積層型液晶表示素子では、特定の波長領域の光を選択的に反射するコレステリック液晶がよく用いられる。しかし、コレステリック液晶の反射波長帯が広く、余計な波長領域の光を含むため、色ずれやノイズカットの目的でカラーフィルタを挿入することが、これまでにも提案されている。例えば、表示面側から順に第１から第３液晶層を積層する場合、第１液晶層と第２液晶層の間に、第１液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第２および第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第１カットフィルタを配置する。これにより、第１液晶層を透過した、表示に寄与しない第１液晶層の反射主波長付近の光が低減される。さらに、第２液晶層と第３液晶層の間に、第２液晶層の反射主波長付近の光を吸収し、第３液晶層の反射主波長付近の光を透過する第２カットフィルタを配置する。これにより、第２液晶層を透過した、表示に寄与しない第２液晶層の反射主波長付近の光が低減される。
【０００６】
これらの対策は、液晶層の反射光のノイズを除去するものであるため、発色しているときの色ズレは補正することができる。しかし、色ズレを起こす要因は液晶層だけでなく、その他に透明電極の反射がある。例えば、透明電極は、人間の目の視感度が高い緑色の波長領域の光を透過する分光特性を有するように設計する場合が多い。このような場合、透明電極は、青色および赤色を含むマゼンタ色を反射するため、黒表示は、マゼンタ色が加わった表示色となる。液晶層を反射状態として、発色させた状態では、液晶層の反射率を調整することにより、色補正が可能である。しかし、透明電極の反射色が残るため、背面側に黒色層を配置したパネルにおいて液晶層を無反射状態（透過状態）として黒表示させたときに、電極の反射色が残り、黒色に赤みや青みなどの色が付き、黒表示の品質を低下させることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−００４９６８号公報
【特許文献２】特開２００２−０６２５４０号公報
【特許文献３】特開平８−３０４８４８号公報
【特許文献４】ＷＯ２００７／００７３８４
【特許文献５】特開２００１−１０９０１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態によれば、透明電極による反射光の黒表示における影響を低減し、無彩色に近い高品位な黒色表示を行うことができる反射型表示パネルが実現される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の観点によれば、表示面側から順に積層された第１から第３表示パネルと、第１表示パネルと第２表示パネルの間に配置された第１カットフィルタと、第２表示パネルと第３表示パネルの間に配置された第２カットフィルタと、を有し、第１から第３表示パネルのそれぞれは、表面に透明電極が形成され、透明電極が対向するように配置した２枚の透明基材と、２枚の透明基材間に配置された液晶層と、を有し、第１表示パネルは、第１の反射主波長を有し、第２表示パネルは、第２の反射主波長を有し、第３表示パネルは、第３の反射主波長を有し、第１カットフィルタは、前記第１の反射主波長における透過率が、第２の反射主波長および前記第３の反射主波長における透過率より低く、第２カットフィルタは、第２の反射主波長における透過率が、第３の反射主波長における透過率より低く、第１から第３表示パネルの透明電極は、第３の反射主波長における反射率が、第１の反射主波長および第２の反射主波長における反射率より低い積層型液晶表示素子が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
実施形態によれば、黒色表示の品質を向上した反射型表示パネルが実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と表示原理を示す図である。
【図２】図２は、透明電極の分光反射率の例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示した構造のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子で、３枚のパネルの透明電極を図２に示した分光反射特性を有するように形成した場合のＣＩＥ色度図における黒表示の色、および色表示における原色を、ＣＩＥ色空間で示した図である。
【図４】図４は、透明電極の厚さを変えた場合の透明電極の分光反射特性の変化、および図１に示した構造のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子で、３枚のパネルの透明電極の厚さを、１０ｎｍから２００ｎｍまで変化させた場合の黒表示の色のＣＩＥ色度図における変化を示す図である。
【図５】図５は、第１実施形態のコレステリック液晶を用いた積層型液晶表示装置の概略構成を示す図である。
【図６】図６は、第１実施形態で使用される表示パネルの断面構造を示す図である。
【図７】図７は、液晶層をプレーナ状態に設定した時の分光反射特性を示す図である。
【図８】図８は、Ｂカットフィルタ２１およびＧカットカットフィルタ２２の分光透過率を示す図である。
【図９】図９は、第１実施形態の積層型液晶表示素子の白（Ｗ）表示および黒（Ｂｋ）表示時の分光反射率を示す図である。
【図１０】図１０は、第１実施形態の積層型液晶表示素子の黒表示のＣＩＥ色度図における黒表示の色を示す図である。
【図１１】図１１は、第２実施形態の積層型液晶表示素子の各パネルの断面構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子の概略構造と表示原理を示す図である。
図１に示すように、積層型液晶表示素子は、表示面側から、青色パネル１０Ｂ、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒの順に配置する。そして、青色（Ｂ）カットフィルタ２１が青色パネル１０Ｂと緑色パネル１０Ｇの間に、緑色（Ｇ）カットフィルタ２２が緑色パネル１０Ｇと赤色パネル１０Ｒの間に、それぞれは位置される。さらに、光吸収層１５が、赤色パネル１０Ｒの裏面に配置される。
【００１３】
積層型液晶表示素子は外光を光源としており、パネル外部の観察者側から表示面に入射した光は、プレーナ（ＰＬ）状態のパネルにより、特定波長の光が反射される。これを選択反射と称する。青色、緑色および赤色のパネルは、それぞれ、プレーナ状態の時に、青（Ｂ）、緑（Ｇ）および赤（Ｒ）に対応する波長帯域の光を選択反射する。例えば、青色パネル１０Ｂは、約４８０ｎｍの波長付近の光を選択反射し、緑色パネル１０Ｇは、約５６０ｎｍの波長付近の光を選択反射し、赤色パネル１０Ｒは、約６５００ｎｍの波長付近の光を選択反射する。各パネルが選択反射する波長帯域の中心波長を、反射主波長と称する。各パネルで反射された光の加法混色によりさまざまな表示を実現する。
【００１４】
また、表示面から最も遠い位置には光吸収層１５を配置しており、各パネルを透過した光は、最終的には光吸収層１５で全て吸収される。そのため、青色、緑色および赤色のパネルのすべてがフォーカルコニック（ＦＣ）状態のときの表示は、光が反射されないため、黒色（Ｂｋ）となる。
【００１５】
青色パネル１０Ｂを透過した光のうち青色の波長帯域の光は、表示に使用されない光であり、最終的には光吸収層１５で吸収されるが、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒで反射または散乱されると表示のコントラストおよび色純度を低下させる等の問題を生じる。一方、青色パネル１０Ｂを透過した光のうち青色以外の緑色および赤色の波長帯域の光は、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒで反射または透過するかが制御されるので、Ｂカットフィルタ２１を透過する必要がある。したがって、Ｂカットフィルタ２１は、青色パネル１０Ｂを透過した不要な青色の波長帯域の光のみを吸収し、それ以外の波長帯域の光を透過させる特性を有する。同様に、Ｇカットフィルタ２２は、緑色パネル１０Ｇを透過した不要な緑色の波長帯域の光を吸収するが、青色の波長帯域の光は利用されないので吸収するようにしてもよい。以上のように、パネルの間に配置される色カットフィルタは、その色カットフィルタより表示面に近い側のパネルで反射が制御される波長帯域の光を吸収し、表示面から遠い側に配置されるパネルで反射が制御される波長帯域の光を透過させる特性を有する。
【００１６】
なお、３つのパネルの配置順はこれに限定されず、パネルの特性に応じて各種の組合せが可能である。例えば、表示面側から、緑色パネル１０Ｇ、青色パネル１０Ｂおよび赤色パネル１０Ｒの順に配置する場合もあり、その場合には、Ｇカットフィルタを緑色パネル１０Ｇと青色パネル１０Ｂの間に、Ｂカットフィルタを青色パネル１０Ｂと赤色パネル１０Ｒの間に、それぞれ配置する。ここでは、もっとも一般的な、表示面側から、青色パネル１０Ｂ、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒの配置順を例として説明を行う。
【００１７】
青色液晶パネル１０Ｂは、フィルム等の２枚の基材１１Ｂおよび１２Ｂの間にコレステリック液晶層１７Ｂを挟持した構造を有する。上下の２枚の基材１１Ｂおよび１２Ｂの対向する表面には液晶層１７Ｂへ電圧を印加するための透明電極１３Ｂおよび１４Ｂが形成され、液晶パネル内の画素のしきりと、基材間のギャップ調整のために液晶パネルの面内方向に格子状の壁面が配置されている。以上のパネル構成は、緑色液晶パネル１０Ｇおよび赤色液晶パネル１０Ｒも同じである。
【００１８】
各パネルの透明電極は、ＩＴＯ等の屈折率の高い材料で形成されるため、屈折率の小さい基材および液晶層との界面で反射を生じ、材料および厚さに応じて分光反射率が変化する。例えば、ＩＴＯの屈折率は約２．０であり、基材として利用されるポリカーボネートの屈折率は約１．６であり、コレステリック液晶の屈折率も約１．６である。
【００１９】
図２は、透明電極の分光反射率の例を示す図であり、（Ａ）が透明電極の分光反射率の例を、（Ｂ）が（Ａ）の分光反射率の透明電極を使用した場合の１枚のパネルのＦＣ状態時の分光反射特性を示す。この例では、厚さ１３０ｎｍのＩＴＯ膜で透明電極を形成した。なお、図２において、Ｑが一般的な透明電極の分光反射率の例を示し、Ｐが後述する本実施形態での透明電極の分光反射率の例を示す。
【００２０】
図２の（Ａ）に示すように、Ｑで示す分光反射率は、５００ｎｍ付近で最小となり、５００ｎｍより短波長側および長波長側で増加する。言い換えれば、透明電極は、青色および赤色の光を反射する。これまで、積層型液晶表示素子（電子ペーパー）では、明るさ向上のために視感度の高い緑色帯域の透過率が大きくなるように透明電極の電極厚を設計していたため、透明電極での反射は緑色帯域が小さく、青色および赤色帯域の光を多く反射する。また、一般的に、青色、緑色および赤色のパネルの透明電極は、製造工程を簡略化するために同じ構成で形成されるため、分光反射率もほぼ同様の特性を有する、
【００２１】
図２の（Ｂ）に示すように、Ｑで示すＦＣ状態の１枚のパネルの分光反射率は、図２の（Ａ）においてＱで示した透明電極の分光反射率に類似した分光反射特性を有し、５００ｎｍ付近で最小となり、５００ｎｍより短波長側および長波長側で増加することが分かる。このことから、図２から、ＦＣ状態の１枚のパネルの反射には、透明電極の反射が大きく影響していることが分かる。
【００２２】
図３の（Ａ）は、図１に示した構造のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子で、３枚のパネルの透明電極を図２の（Ａ）においてＱで示した分光反射特性を有するように形成した場合、ＣＩＥ色度図における黒表示の色を示す図である。図３の（Ｂ）は、色表示における原色である青色（Ｂ）、緑色（Ｇ）、赤色（Ｒ）、シアン色（Ｃ）、黄色（Ｙ）およびマゼンタ色（Ｍ）を、ＣＩＥ色空間で示した図である。ＣＩＥ色度図は、色を定量的に表したもので、原点からの距離が彩度を表し、その方向が色相を表している。
【００２３】
図３の（Ａ）において、Ｒは黒表示の色を示しており、黒表示の色は、赤茶色の彩度２３の色である。
コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子（電子ペーパー）では、表示面の明るさ及びコントラスト比の向上とともに色純度の向上、特に白（Ｗ）表示と黒（Ｂｋ）表示における無彩色化が求められている。上記のように、Ｂカットフィルタ２１およびＧカットフィルタ２２を配置することにより、白表示の色純度が向上し、白表示時に各パネルで選択反射される光の損失は少ないため、明るい表示が得られる。しかし、黒表示時の赤色帯域の光の表示面からの放射を十分に除去することができず、黒表示の無彩色化が不十分である。以下、この問題について説明する。
【００２４】
図１に示すように、各パネルに入射した光は、パネルで選択反射されるか透過すると共に、一部は散乱される。ＦＣ状態の青色パネル１０Ｂに入射した光は透過するが、一部は青色パネル１０Ｂで散乱されると共に、青色パネル１０Ｂの透明電極で反射される。青色パネル１０Ｂの透明電極で反射されるのは青色および赤色の光であり、それらは表示面から外部に放射される。また、青色パネル１０Ｂで散乱した光のうち表示面側に向かう光は、そのまま表示面から外部に放射される。散乱は波長にかかわらず発生するので、青色パネル１０Ｂでの散乱により、表示面から外部に放射される光は、全波長帯域の光である。
一方、表示面側と反対方向に向かう透過光は、緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒに入射し、そこで散乱されると共に、その透明電極で反射されるが、青色パネル１０Ｂを透過した直後にＢカットフィルタ２１により吸収される。また、透明電極の緑色帯域の反射率は小さい。そのため、ＦＣ状態の青色パネル１０Ｂで発生し、表示に関係せず、表示面から外部に放射される光は、相対的に赤色帯域の光を多く含むことになる。
【００２５】
ＦＣ状態の青色パネル１０Ｂを透過した光のうち、青色帯域の光はＢカットフィルタで吸収されるため、ＦＣ状態の緑色パネル１０Ｇおよび赤色パネル１０Ｒで発生し、表示面から外部に放射される光には青色帯域の光はあまり含まれない。
【００２６】
上記と同様の理由で、ＦＣ状態の緑色パネル１０Ｇで発生し、表示に関係せず、表示面から外部に放射される光は、相対的に赤色帯域の光を多く含むことになる。さらに、ＦＣ状態の赤色パネル１０Ｒに入射する光は、ほとんどが赤色帯域の光であるため、ＦＣ状態の赤色パネル１０Ｒで発生し、表示に関係せず、表示面から外部に放射される光は、赤色帯域の光である。
【００２７】
したがって、図１のパネル構造では、表示面から外部に放射される表示に関係しない光は、赤色帯域の光を多く含み、青色帯域の光は少なく、緑色帯域の光はさらに少ない。そのため、黒表示の色は、図３の（Ａ）に示すような高い彩度の赤茶色になると考えられる。
以上説明したように、積層型液晶表示素子では、黒表示時の色は、透明電極の分光反射特性に強く影響され、さらにカットフィルタの分光特性にも影響される。
【００２８】
コレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子（電子ペーパー）では、表示面の明るさ及びコントラスト比の向上とともに色純度の向上、特に黒（Ｂｋ）表示における無彩色化が求められている。以下、実施形態において、積層型液晶表示素子の黒（Ｂｋ）表示における無彩色化の原理を説明する。
【００２９】
透明電極の分光反射特性は、透明電極の厚さを変えることで変化する。
図４の（Ａ）は、透明電極の厚さを変えた場合の透明電極の分光反射特性の変化を示す図であり、Ｕが１０ｎｍ厚の場合、Ｖが５０ｎｍ厚の場合、Ｗが９０ｎｍ厚の場合、Ｘが１３０ｎｍ厚の場合、Ｙが１５０ｎｍ厚の場合、Ｚが１７０ｎｍ厚の場合、である。なお、図２の（Ａ）のＱは、前述のように、１３０ｎｍ厚の場合に対応する。
【００３０】
図４の（Ｂ）は、図１に示した構造のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示素子で、３枚のパネルの透明電極の厚さを、１０ｎｍから２００ｎｍまで変化させた場合の黒表示の色のＣＩＥ色度図における変化を示す図である。図４の（Ｂ）に示すように、透明電極の厚さを増加させると、黒表示の色の彩度が低下し、無彩色に近づくことが分かる。具体的には、３枚のパネルの透明電極の厚さを１５０ｎｍとする。これにより、透明電極の分光反射特性は、図４の（Ａ）において、Ｙで示す特性になる。図２の（Ａ）において、Ｐで示す特性は、Ｙで示す特性に対応し、その場合のＦＣ状態の１枚のパネルの分光反射特性は、図２の（Ｂ）において、Ｐで示す特性になる。
【００３１】
図２の（Ａ）において、Ｐで示す透明電極の分光反射特性は、黄色付近の５８０ｎｍでの反射率が最小になり、赤色帯域でも比較的小さな反射率が維持される。すなわち、これは、３枚のパネルの透明電極の反射を、表示面からもっとも遠い赤色パネルの反射主波長に近い帯域で減少させることを意味する。
【００３２】
青色の光は、Ｂカットフィルタにより吸収されるので、表示面にもっとも近い１層目の青色パネルのみにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。緑色の光は、Ｇカットフィルタにより吸収されるので、表示面側の１層目および２層目の青色パネルおよび緑色パネルにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。これに対して、赤色の光は、カットフィルタにより吸収されないので、１層目から３層目までの青色、緑色および赤色の３枚のパネルにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。そのため、透明電極での青色、緑色および赤色の反射率が仮に同じであっても、表示面から外部へ放射される光における赤色の成分が大きくなる。本実施形態では、透明電極の３層目の赤色パネルの反射主波長における反射率を、１層目および２層目の青色および緑色のパネルの反射主波長における反射率より小さくする。これにより、表示面から外部へ放射される光における赤色の成分の割合が低下し、黒表示の色が無彩色に近づく。
【００３３】
以上説明したように、透明電極の反射スペクトルを変えることで、電極界面で散乱される光の色味が変化するため、白表示をはじめとするプレーナ状態のパネルの明るさを低下させることなく、黒表示の色味の調節が可能になる。これにより、低コストで、黒表示の表示性能を向上させることができる。
【００３４】
なお、上記の例は、表示面側から順に青色パネル、Ｂカットフィルタ、緑色パネル、Ｇカットフィルタ、赤色パネルおよび光吸収層を配置した場合であるが、積層順には各種の変形例がある。変形例を含めて一般化した場合の原理は、次のようになる。
【００３５】
第１から第３表示パネルを表示面側から順に積層し、第１表示パネルと第２表示パネルの間に第１カットフィルタを、第２表示パネルと第３表示パネルの間に第２カットフィルタを、それぞれ配置する。ここで、第１表示パネルは第１の反射主波長を有し、第２表示パネルは第２の反射主波長を有し、第３表示パネルは第３の反射主波長を有する。第１カットフィルタは、第１の反射主波長における透過率が、第２の反射主波長および第３の反射主波長における透過率より低く、第１の反射主波長の光を吸収する。第２カットフィルタは、第２の反射主波長における透過率が、第３の反射主波長における透過率より低く、第１の反射主波長の光を吸収する。第１から第３表示パネルの透明電極は、第３の反射主波長における反射率が、第１の反射主波長および第２の反射主波長における反射率より低くなるようにする。
【００３６】
この構成では、第１反射主波長の光は、第１カットフィルタにより吸収されるので、第１パネルのみにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。第２反射主波長の光は、第２カットフィルタにより吸収されるので、第１および第２パネルにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。これに対して、第３反射主波長の光は、カットフィルタにより吸収されないので、第１から第３パネルの３枚のパネルにおける透明電極での反射および液晶層での散乱が表示面から外部へ放射される。そのため、表示面から外部へ放射される光における第３反射主波長の光の成分が大きくなる。そこで、透明電極における第３反射主波長の反射率を、第１および第２反射主波長における反射率より小さくすることにより、表示面から外部へ放射される光に色バランスが調整され、黒表示の色が無彩色に近づく。
【００３７】
図５は、第１実施形態のコレステリック液晶を利用した積層型液晶表示装置（デバイス）の概略構成を示す図である。また、図６は、第１実施形態の積層型液晶表示装置の断面構造を示す図である。
【００３８】
第１実施形態の表示装置は、コレステリック液晶を用いた表示パネル１０と、走査電極駆動回路４１と、データ電極駆動回路４２と、を有する。
表示パネル１０は、コレステリック液晶を用いた表示パネルを３枚積層し、背面側に光吸収層１５を設け、表示面側に透明粘着層１８で表面側機能層５０を接着した構成を有する。表面側機能層５０は、ＡＲ(Anti Reflection)層および保護膜として機能する。
【００３９】
積層した３枚のパネルは、同じ構成を有し、反射主波長が、それぞれ４８０ｎｍ（青色）、５５０ｎｍ（緑色）および６５０ｎｍ（赤色）であることが異なる。３枚のパネルは、観察側から順に青色パネル、緑色パネルおよび赤色パネルの順に積層される。
【００４０】
図７は、青色パネル、緑色パネルおよび赤色パネルをそれぞれプレーナ（ＰＬ）状態にして白表示を行う場合の分光反射率を示す図であり、（Ａ）が青色パネル、（Ｂ）が緑色パネル、（Ｃ）が赤色パネルの、分光反射率を示す。
【００４１】
図５は、表示パネル１０を基板に垂直な方向から見た場合を示している。上記のように、３枚のパネルは、反射波長以外は同じ構成を有するので、図３においては、パネルの各部を、Ｂ，Ｇ，Ｒを付さない参照符号で共通に示しており、共通の要素についてはＢ，Ｇ，Ｒを付さずに説明する。
表示パネル１０は、複数の平行な走査電極１３を形成した上側基板１１と、複数の平行なデータ電極１４を形成した下側基板１２を対向して配置し、基板間に液晶を充填した構造を有する。ただし、図６では、表示の関係で、データ電極１４はデータ電極層として示している。
【００４２】
複数の走査電極１３と複数のデータ電極１４は、透明電極で、基板に垂直な方向から見た場合に、直交するように配置され、走査電極１３とデータ電極１４が交差する領域が画素領域になる。したがって、複数の画素電極はマトリクス状に配置される。上側基板１１と下側基板１２の間に、画素領域を囲むようにシール材１６が設けられ、シール材１６で囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、液晶層１７が形成される。参照番号２０は、シール材１６で囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料を充填するための注入口であり、コレステリック液晶材料の注入後に封止される。
【００４３】
走査電極駆動回路４１は、例えばＴＣＰ（テープキャリアパッケージ）構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣなどを搭載し、複数の走査電極１３を駆動する。走査電極駆動回路４１の出力端子は、フレキシブル回路に形成された配線４３により、複数の走査電極１３に接続される。データ電極駆動回路４２は、ＴＣＰ構造の汎用のＳＴＮ用ドライバＩＣなどを搭載し、複数のデータ電極１４を駆動する。データ電極駆動回路４２の出力端子は、フレキシブル回路に形成された配線４４により、複数の走データ電極１４に接続される。なお、走査電極駆動回路４１およびデータ電極駆動回路４２に電源および制御信号を供給する回路が設けられるが、図示は省略している。３枚のパネルに応じて、３個の走査電極駆動回路４１を設けることも可能であるが、１個の走査電極駆動回路４１を設け、３枚のパネルの走査電極１３を共通に駆動することも可能である。
【００４４】
また、上側基板１１にデータ電極１４を形成し、下側基板１２に走査電極１３を形成する変形例も可能である。
【００４５】
液晶材料は、ネマティック液晶混合物にカイラル材を１０〜４０重量％添加したコレステリック液晶である。カイラル材０添加率は、ネマティック液晶成分とカイラル材との合計量を１００重量％とした時の値である。ネマティック液晶成分とカイラル材との配合比により、反射する光の色や、その他の各種特性が決定される。
【００４６】
ネマティック液晶成分としては、公知のものを用いることができるが、液晶層２２の駆動電圧を比較的低くするには、誘電率異方性Δεが２０≦Δε≦５０であることが望ましい。また、コレステリック液晶の屈折率異方性Δｎが０．１８≦Δｎ≦０．２４であることが望ましい。屈折率異方性Δｎがこの範囲より小さいと、プレーナ状態での液晶層１７の反射率が低くなる。一方、屈折率異方性Δｎがこの範囲より大きいと、フォーカルコニック状態での液晶層１７の散乱反射が大きくなり、さらに粘度も高くなるため応答速度が低下する。
【００４７】
上側基板１１および下側基板１２は、透明基材で形成される。このような基板としては、ガラスまたは樹脂基材を挙げることができる。例えば、石英ガラス、ソーダガラス、ホウケイ酸ガラス等のガラス基材、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリエーテルサルフォン（PES）、ポリサルフォン（PSF）、ゼオノア、ゼオネックス（以上日本ゼオン製）、アートン（JSR製）といった製品銘柄に代表されるシクロオレフィン系樹脂類を使用することができる。
【００４８】
走査電極１３およびデータ電極１４は、公知の材料で形成でき、例えばインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide；ITO）が代表的であるが、その他インジウム亜鉛酸化物（Indium Zinc  Oxide；IZO）、酸化錫等の酸化物系の透明導電膜、細長い繊維状にした銀などの金属を網目構造に配した電極、アルミニウムあるいはシリコン等の金属電極、またはアモルファスシリコン等の光導電性膜等を用いることができる。
【００４９】
第１実施形態では、走査電極１３およびデータ電極１４は、膜厚１５０ｎｍのＩＴＯ膜で形成され、図２の（Ａ）においてＰで示した分光反射特性を有する。
【００５０】
第１実施形態の表示パネル１０では、液晶層１７は、走査電極１３とデータ電極１４間に電圧を印加することにより、画素ごとに、入射光を反射するプレーナ状態と、入射光を透過するフォーカルコニック状態に、設定することができる。
【００５１】
したがって、図６に示すように、青色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｂを形成した上側基板１１Ｂと、複数の平行なデータ電極１４Ｂを形成した下側基板１２Ｂを対向して配置し、基板間に液晶を充填して液晶層１７Ｂを形成した構造を有する。上側基板１１Ｂと下側基板１２Ｂの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｂが設けられ、シール材１６Ｂで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、青色用液晶層１７Ｂが形成される。
【００５２】
同様に、緑色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｇを形成した上側基板１１Ｇと、複数の平行なデータ電極１４Ｇを形成した下側基板１２Ｇを対向して配置し、基板間に液晶を充填して液晶層１７Ｇを形成した構造を有する。上側基板１１Ｇと下側基板１２Ｇの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｇが設けられ、シール材１６Ｇで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、緑色用液晶層１７Ｇが形成される。
【００５３】
さらに、赤色パネルは、複数の平行な走査電極１３Ｒを形成した上側基板１１Ｒと、複数の平行なデータ電極１４Ｒを形成した下側基板１２Ｒを対向して配置し、基板間に液晶を充填して液晶層１７Ｒを形成した構造を有する。上側基板１１Ｒと下側基板１２Ｒの間に、画素領域を囲むようにシール材１６Ｒが設けられ、シール材１６Ｒで囲まれた内部空間にコレステリック液晶材料が充填され、赤色用液晶層１７Ｒが形成される。
【００５４】
青色パネル、緑色パネルおよび赤色パネルは、反射状態にすることにより、それぞれ青色、緑色、赤色の反射スペクトルを呈し、それぞれの反射主波長は、４８０ｎｍ（青色）、５５０ｎｍ（緑色）および６５０ｎｍ（赤色）である。
【００５５】
液晶層１７の厚さ（セルギャップ）を均一に保持するため、樹脂製または無機酸化物製の球状スペーサを表示面の全面に散布することが行われる。
【００５６】
１層目の青色パネルと２層目の緑色パネルは、接着機能を有する青（Ｂ）カットフィルタ２１で接着される。２層目の緑色パネルと３層目の赤色パネルは、接着機能を有する緑（Ｇ）カットカットフィルタ２２で接着される。
【００５７】
図８は、Ｂカットフィルタ２１およびＧカットカットフィルタ２２の分光透過率を示す図であり、ＮＢおよびＮＧが第１実施形態で使用するＢカットフィルタ２１およびＧカットカットフィルタ２２の分光透過率を示す。なお、図８では、参考例として、図１の構造で使用されている一般的なＢカットフィルタおよびＧカットカットフィルタの分光透過特性を、ＯＢおよびＯＧで示している。
【００５８】
図８に示すように、第１実施形態で使用するＢカットフィルタ２１は、一般的なＢカットフィルタに比べて青色帯域の透過率をさらに低下させている。また、第１実施形態で使用するＧカットフィルタ２２は、一般的なＧカットフィルタに比べて青色帯域の透過率を低下させている。これは、図２の（Ａ）において、Ｐで示す透明電極の反射率の青色帯域における増加を相殺して、色バランスを改善するためである。
【００５９】
図９は、第１実施形態の積層型液晶表示素子の白（Ｗ）表示および黒（Ｂｋ）表示時の分光反射率を示す図であり、ＮＷおよびＮＢＫが第１実施形態での白表示および黒表示の場合を示す。なお、図９では、参考例として、図１の構造の一般的な液晶表示素子の白表示および黒表示の分光反射特性を示している。
【００６０】
図９に示すように、第１実施形態での白表示の反射率は、一般的な例に比べて、非常に短い波長帯域で若干低下しているが、ほぼ類似の特性を有する。したがって、第１実施形態での白表示は、一般的な例に比べて、明るさが若干低下するが、色はほとんど変化しない。一方、第１実施形態での黒表示の反射率は、一般的な例に比べて、赤色の波長帯域で大幅に低下し、青色帯域でも低下しているが、青色と緑色の間の帯域で増加している。
【００６１】
図１０は、第１実施形態の積層型液晶表示素子の黒表示のＣＩＥ色度図における黒表示の色を示す図であり、Ｓが第１実施形態の黒表示を、Ｒが図３の（Ａ）に示した一般的な例における黒表示を、示す。第１実施形態における黒表示の彩度は約５であり、一般的な例の黒表示の彩度２３から大幅に無彩色化される。
【００６２】
以上説明したように、第１実施形態では、図１に示した構造の積層型液晶表示素子において、３枚のパネルの透明電極の厚みを、１３０ｎｍから１５０ｎｍに変更し、さらにカラーカットフィルタの分光透過特性を調整する、これにより、黒表示の色味を大幅に無彩色化できる。
【００６３】
第１実施形態では、透明電極の厚さを変更して透明電極の分光反射特性を変化させたが、透明電極の分光反射特性は、透明電極の屈折率を変更することで変化させることもできる。そこで、透明電極の屈折率を変更して、透明電極の分光反射特性を第１実施形態と同じように赤帯域の反射を低下させれば、第１実施形態と同様に、黒表示のむ彩色化が図れる。
【００６４】
屈折率の調整方法としては、透明電極の材料を変更することのほかに、銀ナノワイヤ、金ナノワイヤ、カーボンナノチューブなどの微細構造の導電性のナノワイヤを、透明電極上に形成して、ワイヤ密度を変更することで屈折率を変更することができる。
【００６５】
図１１は、第２実施形態の積層型液晶表示素子の各パネルの断面構造を示す図である。第２実施形態の積層型液晶表示素子は、第１実施形態と同様の構成を有し、透明電極の上に機能膜が形成されていることのみが異なる。
【００６６】
コレステリック液晶を反射層に用いた表示パネルの場合、透明電極の上に機能膜として、それぞれ絶縁膜や液晶分子の配列を制御するための配向膜をコーティングすることが行なわれている。第２実施形態では、透明電極の上に機能膜を形成し、反射調整膜として利用する。
【００６７】
図１１に示すように、透明電極１３および１４の液晶層１７に対向する面上に、機能膜３１および３２をそれぞれ形成する。
機能膜は、例えば、絶縁膜または配向膜である。絶縁膜は、対向する電極間の短絡を防止したり、ガスバリア層として表示パネルの信頼性を向上させたりする機能を有している。また、配向膜は、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリビニルブチラール樹脂およびアクリル樹脂等の有機膜や、酸化シリコン、酸化アルミニウム等の無機材料で形成され、液晶の配向を制御する。
【００６８】
絶縁膜の屈折率は、約１．７から約１．８の間であり、透明電極の屈折率（約２．０）と液晶層の屈折率（約１．６）の間である。機能膜を設けることにより、機能膜を設けない場合に比べて、赤色帯域の反射を大幅に低下させることができる。
【００６９】
また、現状の配向膜の屈折率は約１．６であるが、その膜厚を変更することで、赤色帯域の反射を低下させることができる。例えば、通常、約１０ｎｍ厚の配向膜が使用されるが、９０ｎｍ厚の配向膜を使用することにより、赤色帯域の反射を約３０％低下させることができる。
【００７０】
第２実施形態では、透明電極の赤色帯域の反射を低下させるので、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００７１】
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。
【符号の説明】
【００７２】
１０Ｂ    青色表示パネル
１０Ｇ    緑色表示パネル
１０Ｒ    赤色表示パネル
１１、１２    基材
１３、１４    透明電極
１７    液晶層
２１    青色（Ｂ）カットフィルタ
２２    緑色（Ｇ）カットフィルタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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