JP4208763B2 - カラー表示素子及びカラー液晶表示素子 - Google Patents

Description

本発明は、高い透過率又は高い反射率を有する多色表示可能なカラー表示素子，カラー液晶表示素子，半透過型カラー液晶表示素子に関する。

現在、フラットパネルディスプレイは、パソコン用などの各種モニタ、携帯電話用表示素子などに広く普及しており、今後は大画面テレビへの用途の展開を図るなど、益々、普及の一途をたどることが予測されている。

フラットパネルディスプレイの中でも最も広く普及しているのが液晶ディスプレイである。この液晶ディスプレイにおけるカラー表示方式として広く使用されているのが、マイクロカラーフィルタ方式と呼ばれるカラー表示方式である。また液晶ディスプレイに限らず、電気泳動方式を代表とする、いわゆる電子ペーパー技術においてもカラー表示方式としてマイクロカラーフィルタ方式が使用されるのが一般的である。

このマイクロカラーフィルタ方式は、１つの単位画素を少なくとも３つの画素によって構成し、それぞれに３原色の赤（Ｒ）・緑（Ｇ）・青（Ｂ）のカラーフィルタ（以下適宜「ＲＧＢカラーフィルタ」と略記する。）を設けることによってフルカラー表示を行うものであり、高い色再現性能を容易に実現することができるという利点がある。

一方、欠点として、このマイクロカラーフィルタ方式では透過率が１／３になってしまうことから、光利用効率が低いという点が挙げられる。

この光利用効率の低さは、バックライトを有する透過型液晶表示装置若しくは半透過型液晶表示装置、又はフロントライトを有する反射型液晶表示装置の場合において、視認性を高めるべく明るい表示を実現しようとすると、バックライト又はフロントライトの輝度を高める必要があるために、消費電力が高くなってしまう原因となっている。

また光利用効率の低さは、フロントライトを用いない反射型液晶表示素子の場合にはより一層深刻な問題となる。すなわち、ＲＧＢカラーフィルタを有する反射型カラー液晶表示素子は、非常に明るい屋外では十分な視認性を確保できるものの、その一方で暗い場所はもちろん、オフィス内や家庭内程度の明るさの環境であっても十分な視認性を確保することが難しい。

一方、従来から、カラーフィルタを用いずに着色した表示を得るカラー液晶表示装置として、電圧制御複屈折（ＥＣＢ）型の液晶表示装置が知られている。このＥＣＢ型液晶表示装置は、一対の基板間に液晶を挟持した液晶セルを挟んで構成されるものであり、大別して透過型と反射型とがある。

透過型の場合その表面側と裏面側の基板のそれぞれに偏光板を配置している。これに対し、反射型の場合には一方の基板にのみ偏光板を配置した１枚偏光板タイプや、２枚（双方）の基板に偏光板を配置し偏光板の外側に反射板を設けた２枚偏光板タイプのものがある。

ここで透過型のＥＣＢ型液晶表示装置の場合、一方の偏光板を透過して入射した直線偏光が、液晶セルを透過する過程で液晶層の複屈折作用により、各波長光がそれぞれ偏光状態の異なる楕円偏光となった光となり、この光が他方の偏光板に入射して、この他方の偏光板を透過した光が、その光を構成する各波長光の光強度の比に応じた色の着色光になる。

すなわち、ＥＣＢ型の液晶表示素子は、カラーフィルタを用いずに、液晶セルの液晶層の複屈折作用と少なくとも１枚の偏光板の偏光作用とを利用して光を着色することができる。

このように、ＥＣＢ型の液晶表示素子は、カラーフィルタによる光の吸収がないため、光の透過率を高くして明るいカラー表示を得ることができる。

しかも、ＥＣＢ型の液晶表示素子は、液晶セルの両基板の電極間に印加される電圧に応じた液晶分子の配向状態によって液晶層の複屈折性が変化し、それに応じて他方の偏光板に入射する各波長光の偏光状態が変化する。このため、液晶セルへの印加電圧を制御することによって着色光の色を変化させることができる。つまり、１つの同じ画素で複数の色を表示することができる。

図１は、透過型のＥＣＢ型表示素子を、クロスニコル下において駆動した場合における、リタデーション量とそれに対応する色を示した図である。同図から、複屈折量に応じて色が変化していくようすがわかる。ここで使用する液晶素子として、例えば電圧無印加時に垂直配向している誘電率異方性（Δεと記す）が負の材料を使用したものの場合、電圧無印加時には黒色表示される。そして、電圧の増加に応じて、黒色→グレー→白色→黄色→赤色→紫色→青色→黄色→紫色→水色→緑色といったように色が変化することが知られている。すなわち、低電圧側の変調領域では、ＥＣＢ型表示素子が取り得る最大明度と最小明度との間を電圧によって明度変化させることができる。これに対し、より高い電圧による変調領域では、ＥＣＢ型表示素子が取り得る複数の色相を電圧によって変化させることができる。

このように、液晶表示素子は、従来、透過型又は反射型としてそれぞれ個別に利用されていた。ところが、最近では、液晶表示素子の一部の領域を光反射性領域とし、他の一部の領域を光透過性領域とするような半透過型液晶表示素子が、携帯電話や携帯情報端末などの可搬型電子装置に広く使用されるようになってきている。可搬型電子装置は、屋外と屋内との双方で使用されるため、透過型と反射型との双方の利点を有する唯一の素子である、半透過型液晶表示素子が好適に用いられる。すなわち、半透過型液晶表示素子は、屋外で使用する場合には非常に明るい外光中でも十分な視認性が確保でき、また室内や暗所などの屋内で使用する場合には高いコントラストや色再現性を確保できる等の利点があるからである。

非特許文献１には、このような半透過型液晶表示素子に使用される断面構成が開示されている。

これによると透過部と反射部の光利用効率を双方とも最大化するために、透過部のセル厚を反射部のセル厚の２倍になるように層間絶縁膜を設ける構成となっている。

この欠点に対し、特許文献１には、赤色のカラーフィルタを併用することによって赤色の色再現性を高めることが提案されている。これは、色再現性の改善に対しては有効な手段ではある。

一方、現状のＲＧＢカラーフィルタを有する反射型カラー液晶表示素子に対して、視認性の観点において凌駕しうる電子ペーパー技術がいくつか報告され始めている。この技術の多くは、主として偏光板を用いないことによって明るい表示が実現できる点を特徴としている。

「シャープ技報」，２００２年８月，第８３号，ｐ．２２ 特許第２９２１５８９号公報

しかしながら、従来のＥＣＢ型表示方式は多色表示とはいうものの、依然として限られた表示色でしか表示できない。加えて、ＥＣＢ型液晶表示素子は、複屈折効果を利用した色相変化に基づくカラー表示は可能であるものの、滑らかな階調色や広い色空間を再現しうるカラー表示をすることは困難で、限られた色数や色再現性の悪い表示色でしか表示することができない。このため自然画の表示が重んじられるディスプレイデバイスとしては表示能が不十分であり、現在、一般には用いられていない。

また従来のＥＣＢ型表示素子では偏光板を２枚必要とすることから、特に反射型カラー液晶表示素子として利用する場合には明るい表示を得ることが困難である。

一方、電子ペーパー技術については、モノクロでは明るい表示が実現されているとの報告が多く存在するが、紙に匹敵するような明るさの多色カラー表示を実現することができていないのが現状である。これは、前述のように、カラー表示の際にはＲＧＢのマイクロカラーフィルタを並列した加法混色法が旧態依然として用いられている結果、モノクロ表示に対してカラー表示時は明るさがほぼ３分の１になってしまうことが原因している。

本発明のカラー表示素子は、外部からの制御が可能な変調手段によって光学的性質を変化させ得る媒体を用いたカラー表示素子であって、
前記媒体は、前記変調手段によって複数の色相を呈する第１の変調領域と、前記変調手段によって明度が変化する第２の変調領域とを有し、前記媒体からなる表示素子の単位画素は複数の画素によって構成されるとともに、前記単位画素を構成する複数の画素のうちの少なくとも１つが、前記第１の変調領域を用いたカラー表示を行い得る第１の画素であり、残りの画素のうちの少なくとも１つが赤色のカラーフィルタを有し、前記第２の変調領域で前記カラーフィルタの赤色を連続的に明度変化させて表示する第２の画素である、
ことを特徴としている。

このとき第１の画素にカラーフィルタを用いる場合には、赤色と補色関係にあるカラーフィルタ、例えばシアン色又はエメラルド色などのカラーフィルタを、赤色カラーフィルタとの組み合わせで使用することが効果的である。

上述のカラー表示素子として使用されるカラー液晶表示素子は、表面に電極を備えた一対の基板を対向配置し、前記基板間に液晶層を有し、前記液晶層は液晶分子の配列変化によるリタデーション変化を利用して入射偏光を所望の偏光状態に変調させる機能を有し、リタデーション変化に応じて複数の色にわたって色相が変化する第１の変調領域と、リタデーション変化に応じて連続的に明度が変化する第２の変調領域とを有しているカラー液晶表示素子であって、前記カラー液晶表示素子の１つの単位画素が複数の画素によって構成されており、前記複数の画素のうちの少なくとも１つが、前記液晶層の配列変化によるリタデーション変化に応じて第１の変調領域を用いたカラー表示を行い得る第１の画素であり、残りの画素のうちの少なくとも１つが、赤色のカラーフィルタ層を有し、前記第２の変調領域で前記カラーフィルタ層の赤色を連続的に明度変化させて表示する第２の画素である、ことを特徴とする。

このとき少なくとも１枚の偏光板と液晶層とを有し、液晶層の液晶分子の誘電率異方性が負であって、電圧無印加時にはほぼ垂直に配向していることが好ましい。またこのとき液晶分子が電圧印加時に少なくとも光軸の異なる２つのダイレクタ方向に傾斜するように制御されていることが視野角特性の点からより好ましい。

なお、本発明では表示素子を形成する画素群に対して、次のような定義に基づいて説明を行うものとする。

まず、通常の液晶表示素子では、赤・緑・青の３つの画素を独立に制御することによってフルカラー表示を行っている。このように情報表示を行うための最小単位を本発明では「単位画素」と呼ぶ。

次いで、単位画素を構成しており類似した機能を有する要素群を「画素」と呼ぶ。つまり、通常の液晶表示素子における単位画素は赤画素・緑画素・青画素によって構成されている。次いで、この画素がいくつかの最小構成要素からなる場合に、「サブピクセル」と呼ぶ。本発明では、例えば色相変化領域を利用できることが共通の機能として有するサブピクセル群をまとめて画素という表現を用いている。

なお本発明において第１の画素をサブピクセルに分割すると表現するときには、常に同じ表示状態になるように電圧印加される画素はひとまとまりにして１つのサブピクセルとして取り扱うものと定義する。

例えばＵＳＰ５，１２４，６９５に記載のような構成を採用する場合、上記のとおりの面積比で画素分割して２^Ｎ階調を実現できるのであるが、ここでは階調ごとの重心のずれを抑制するために各サブピクセルはさらに細かいサブ−サブピクセルに分割されて適宜配置されている。そしてこの細かく分割されたサブ−サブピクセルはひとまとまりのものとしてサブピクセル単位で駆動されている。こうした構成の場合、１つのサブピクセルを構成するサブ−サブピクセルの１つ１つに対しては、その面積比は全く異なる値となるものの、実際の駆動では上記のとおりの面積比で面積階調駆動されることになる。このように、本発明において画素分割の面積比を表現するときには、実際の駆動に対応して常に同じ表示状態になるように電圧印加される画素はひとまとまりのものと考えて画素分割の面積比を表しているものと定義する。

１．基本的な実施形態
図２〜図９を参照して、本発明を適用することができるカラー表示装置について説明する。

（画素構成）
まず、図２（ａ），（ｂ）を参照して、本発明に係るカラー表示装置の表示原理について、電圧制御複屈折（ＥＣＢ）効果を有するカラー液晶表示素子を例に説明する。

図２（ａ）に例示する液晶表示素子は、カラー表示を行うための最小の単位となる１つの単位画素を、複数（この例では２つ）の副画素（以下「画素」という。）によって構成している。これを赤色（Ｒ）を表示させるための画素ａ２（赤色画素：第２の画素に相当）と、緑色（Ｇ）および青色（Ｂ）を表示させるための画素ａ１（透明画素：第１の画素に相当）とする。

これら２つの画素のうち、図２（ａ）に示す赤色画素ａ２は、赤色のカラーフィルタＲを用いられており、緑と青を表示する画素ａ１にはカラーフィルタが設けられていない。この構成によりａ２では、赤色の連続階調の表示が得られるとともに、カラーフィルタの色が表示されるので干渉によって得られる赤色と比較して色純度の高い赤色の表示とが可能となる。一方、ａ１の透明画素ではＥＣＢ効果による着色現象を利用するようにしている。

上述の赤色画素ａ１にあっては、赤色の色再現範囲がカラーフィルタＲによって決まるために、白色成分の透過率を犠牲にすることなく高い色再現性を実現することが可能となる。

従来から広く用いられている方式、すなわち電圧などの外部変調手段によって透過率を変調させるモノクロ表示素子にＲＧＢカラーフィルタとを組み合わせることで三原色を表示させる方式とは異なり、ＥＣＢの有彩色を利用するので、カラーフィルタでは避けることのできない光利用効率の損失がない（画素分割階調表示）。

さて、一般に、ＥＣＢ効果による着色を利用した表示素子では、カラー表示は容易にできるものの、連続階調の表示が困難であるという問題があった。

つまり、図２（ａ）に示す赤色画素ａ２については、連続階調の表示が可能であるが、ＥＣＢ効果による着色現象を利用する透明画素ａ１では、連続階調の表示が困難である。そこで例えば、図２（ｂ）に示すような構成を採用し、図２（ａ）におけるａ１画素を二つに分割することによってデジタル階調が実現できる。図２（ｂ）では図２（ａ）における透明画素を二つのサブピクセルｂ１、ｂ３に分割している。ｂ２は図２（ａ）における赤色画素ａ１に相当する。

この際、サブピクセルがＮ個ある場合には、それぞれの面積比を１：２：……：２^Ｎ−１となるよう分割することで、リニアリティーの高い階調表示特性を得ることができる。なお、図２（ｂ）の例ではＮ＝２としている。つまり、サブピクセルｂ１，ｂ３の面積比が、１：２となっている。これらの組み合わせにより、０，１，２，３の計４段階の階調表示を行うことができる。このように、限られた階調数で十分な階調性を感じさせるためには、画素ピッチは細かい方が好ましい。つまり、人間が画素を識別できなくなる解像度という観点で、２００μｍピッチ以下にしておくことがより望ましい。

（補色カラーフィルタ）
図６に示すような波長スペクトル（例えば赤の補色であるシアン色）を持つカラーフィルタを、上述の透明画素（図２（ａ）におけるａ１、図２（ｂ）におけるｂ１およびｂ３）に配設することによって、緑の色純度を向上させることができ、色再現範囲を大幅に広げることができる。これにより、緑の色再現範囲が大きく広がり高品位な表示素子を得ることが可能である。

つまり、図１に示すとおり、ＥＣＢ効果のみによる表示色において緑色を表示しようとしたときには、リタデーション量が７５０ｎｍでも緑色に見えることから、用途によっては使用可能かもしれないが、色再現性の高い緑色を表示する場合には１３００ｎｍのリタデーション量が必要であることがわかる。

これに対して、このとき使用するシアン色などの赤色と補色の関係にあるカラーフィルタを用いることによって表現可能な色空間が大幅に拡大することになる。

図１はカラーフィルタを全く使用せずにリタデーション変化による色調変化を示した図である。これに５８０〜７００ｎｍまでは透過せず、その他の波長の光のみを透過させる理想的なシアンカラーフィルタを配設したときの色調変化のようすを図３に示す。同図に示すとおり、図１においてリタデーション量が７５０ｎｍのときにはｘｙ色度座標上の（０．３，０．４）近傍の点であり、白っぽい緑色であったのに対して、図３のシアンカラーフィルタを設けた構成における７５０ｎｍのときにはｘｙ色度座標上の（０．２５，０．４５）近傍の点に位置することになり、同じリタデーション量であっても緑色の色純度を高めることが可能となる。

すなわち、図１のようにカラーフィルタを全く使用していない構成では、色純度の高い緑色を表現するためには１３００ｎｍのリタデーション量が必要であったのに対して、シアンカラーフィルタを設けることによって７５０ｎｍでも十分色純度の高い緑色を表現することが可能となる。これにより、例えば必要なセル厚はカラーフィルタを用いない場合の約半分の値に抑えることが可能となり、製造容易性が高まるというメリットがある。

また本発明のカラー表示素子では、シアンのカラーフィルタ画素と赤色のカラーフィルタ画素を持ち合わせていることから、双方とも同時に光透過状態とすることによって、白色表示が得られる。また、双方を同時に中間調とすることによってモノクロ表示の中間調を得ることができる。また、双方を同時に遮光状態とすることによって黒色状態を得ることができる。

また、このカラーフィルタによって得られるｘｙ色度座標上の点が、ＥＣＢ効果に基づく干渉色によって得られる色再現範囲よりも広く設定することによって、より広い色再現範囲を得ることが可能となる。

また本発明のカラー表示装置は、緑色，青色についてはＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した表示方法をとり、かつ赤色と補色関係にあるカラーフィルタを用いることによって緑色及び青色領域の透過率がともに高い画素構成とすることが可能となる。

このため、緑色と青色のそれぞれのカラーフィルタを使用する場合と比較して光ロスを大幅に減少させることができる。

この結果、従来のＲＧＢカラーフィルタのみによって三原色を表示する方式と比べて光利用効率の高い素子が得られる。したがって、本発明のカラー表示装置を反射型液晶表示素子に用いる場合、高い反射率を有することができるので、ペーパーライクディスプレイ又は電子ペーパーとしても有望な表示方法である。

なお、現在、バックライトを有する透過型液晶表示素子が広く普及している。これは、その応用例がテレビ用途であったり、デスクトップＰＣ用のモニタであったりするためである。これらテレビやＰＣは、現状の消費電力でも実用においては大きな問題とならないと考えられている。このような考えに基づいて、消費電力が比較的高い高輝度のバックライトが用いられている。

これに対して、光源を持たない反射型液晶表示素子の反射率については、現状でもまだ不十分なものであり、改良の余地を残している。このことから本発明のカラー表示装置は、高反射率液晶表示素子に適用した場合、極めて有効な装置であるということができる。

一方、本発明は、透過型液晶表示素子においても、液晶層の透過率が高いため、従来方式のものと同一の輝度を得るために必要なバックライト輝度は低くてもよい。このため、バックライト消費電力の低消費電力化という観点から好適に用いられる。

さらに、近年、テレビ用途に透過型液晶表示素子を用いる場合には非ホールド表示に基づくキレのよい動画特性を実現するために、１フレーム期間内でバックライトの消灯期間を設ける駆動方法、すなわち「擬似インパルス駆動」と称されている駆動方法が提案されている。この方法によって、動画のキレは良好になるが、消灯期間を設ける分だけの輝度低下が生じてしまう点が課題となっている。こうしたテレビ用途では、他の用途と比較して高い表示輝度が求められる一方で、前述の擬似インパルス駆動のようなバックライト輝度が不足するような駆動方法の使用が求められているが、こうした用途に対しても本発明のように透過率の高い表示素子は好適に用いることが可能である。

また高い光利用効率が求められる投射型表示素子にも好適に用いられる。

２．実施形態の変形
以上述べた例では、赤色の表示についてはカラーフィルタを用いることによってアナログ階調を実現し、緑色・青色の表示についてはＥＣＢ効果に基づく着色現象の利用及び画素分割手法に基づく表示方法によって、緑色及び青色表示の際にデジタル階調を実現した例を説明した。この例では、緑色・青色の表示に対して限られた階調数であって十分な階調性を感じさせることができるように、高精細表示素子用途においてより好適に用いられる。

一方、前述のような反射型液晶表示素子において、高い反射率でかつより多くの表示色が要求される用途も存在する。また、既にフルカラー表示可能な透過型液晶表示素子において、フルカラー表示能は維持したままバックライトの消費電力を抑制するために高い透過率の表示素子に対する要求もある。この他にも、高い光利用効率を有する液晶プロジェクターなど、フルカラー表示可能であってかつ光利用効率の高い表示モードに対する要求は非常に多く存在する。

このような要求に応えるため、前述のカラー表示装置を基本とし、さらに多色化できる方法（手法）について説明する。
（１）ＥＣＢ効果による着色現象を緑色・青色以外のリタデーション値においても利用する方法
（２）赤色と補色関係にあるカラーフィルタが配設されている画素の低リタデーション領域の連続階調色を利用する方法
（３）緑色・青色の少なくともいずれか一方のカラーフィルタが配設された画素を追加する方法
以下（１）〜（３）の方法について説明する。

（１）の方法について、
前述ではＥＣＢ効果による着色現象を利用して緑色・青色表示を行う原理について説明した。このＥＣＢ効果による着色現象では、図１に示すように白色から緑色に至るまで連続的に色調を変化させることができている。すなわち、上述の緑色・青色表示以外にも使用可能な表示色は多く存在しており、こうした表示色を用いることで上述よりも多くの表示色を表現することが可能となる。

またこれらの有彩色は、上述の構成によって緑色・青色と同様にデジタル階調を表現することが可能となる。これによってさらに多くの表示色を表現することが可能となる。

（２）の方法について
例えば、１つの画素（第１の画素）に赤色と補色の関係にあるシアン色のカラーフィルタを配設した場合には、リタデーション量がゼロから増加するにつれて黒色表示から暗いシアン色（シアン色の中間調）を経て明るいシアン色表示に至るような有彩色での明度変化を示す。その後リタデーション量がさらに増加し、第１の画素にカラーフィルタを用いない例での白色領域を超えたリタデーション量の範囲になったときに、シアン→青→緑、というような有彩色の連続的変化を示す。例えば、図３では図１の特性を示す液晶表示素子に対して、波長５８０〜７００ｎｍまでの透過率がゼロであり、それ以外の波長の透過率が１００％となるような理想的なシアンカラーフィルタを配設した場合の計算値を示している。このように、シアンカラーフィルタを配設することによって緑の色再現範囲が広がると同時に、図中の矢印で示すように、リタデーション変化したときの有彩色の連続的変化が確認できる。

このとき無彩色の明度変化を表現するためには、上述のシアン色のカラーフィルタの階調情報を適宜制御すると同時に、別途に設けてある赤色のカラーフィルタ画素の階調情報を適宜制御することによって実現することができる。

このように、シアン色など赤色と補色関係にあるカラーフィルタを用いることによって、無彩色の階調表現ができると同時に、赤色の補色の階調表現ができることから、表現できる表示色数を大幅に増加させることができる。

（３）の方法について
上述の（２）の方法によって得られる表示色について、図１０に示す模式的を用いて説明する。図１０に示す立方体中の任意の点は加法混色系において表示できる表示色を表しており、立方体中のＢｋで示した頂点は明度が最小の状態を示している。ここで赤色・緑色・青色の画像情報信号が与えられたときには、Ｂｋ点から延びるＲＧＢ独立ベクトルの和の位置に対応する表示色を表示することになる。図中のＲ・Ｇ・Ｂはそれぞれ赤色・緑色・青色の最大明度の状態を示しており、Ｗは最大明度の白色表示状態である。なお一辺の長さは２５５とした。

ここで本発明のカラー表示素子では、赤色に関してはカラーフィルタを用いた連続階調表示することを特徴としているために、赤方向には任意の点を取ることができる。したがって、これ以降で表示色を議論するときには、緑・青ベクトルで構成される平面（以下ＧＢ平面と記す。）上にて議論する。

まず、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素が１つの場合（画素分割していない場合）について図１２を用いて説明する。図１１はＧＢ平面を表している。ここで、緑色表示及び青色表示時はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用しており、明暗の表示状態として取り得るのはオンとオフの２値となる。したがって、Ｇ、Ｂそれぞれの軸上で取り得るのは最大値と最小値の２点である。一方、（２）の構成では赤色と補色の関係にあるシアンカラーフィルタが設けられているのであるが、赤色の補色は緑色と青色を加法混色した色に対応している。したがって、（２）で述べた表示色はＧＢ平面上では図１１中の矢印で示したＧとＢの合成ベクトル方向の軸上で連続的な明度変化を示すことに対応している。つまり図１１中ではＢｋ点（原点）、Ｇ点、Ｂ点、及び矢印上の任意の点が表示色として使用できることになる。

次いで、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素を１：２の比率でサブピクセルに画素分割している場合について図１２に記載のＧＢ平面を用いて説明する。ここでも画素分割しない場合と同様に、緑色表示及び青色表示時はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用しているため、画素分割した各画素単独では明暗の表示状態として取り得るのはオンとオフの２値となる。一方、１つの画素を１：２の割合で２つのサブピクセルに分割しているために、Ｇ、Ｂそれぞれの軸上で取り得るのは図中の丸印で示した４点をとることができる。

ここで、図中のＧ３及びＢ３で示した点は、それぞれ２つのサブピクセルともに緑色表示又は青色表示の状態である。

Ｇ１及びＢ１で示した点は、画素分割したうちで小さい方のサブピクセルが緑色表示又は青色表示状態となっており、残りの大きい方のサブピクセルは黒色表示状態である。ここで、大きい方のサブピクセルはシアンの連続階調色が取り得るので、Ｇ１及びＢ１それぞれの点からＧＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点を取ることができる。同様の議論により、Ｇ２及びＢ２それぞれの点からＧＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点を取ることができる。

同様の議論によって、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用する画素を１：２：４の比率のサブピクセルに画素分割している場合に、取り得る表示色を図１３中の矢印にて記載した。

このように分割数を増やせば増やすほどＧＢ平面上での取り得る表示色は増えていく。しかしこの手法はあくまでもデジタル階調であり、アナログフルカラー表示ではない。そこで、アナログ階調を得るためには緑色と青色のカラーフィルタを有する画素を追加すればよい。これによって、緑色、青色の連続階調を表示することができるために、図１２や図１３において矢印上以外の部分を補完することが可能となり、ＧＢ平面上のすべての点を表現することが可能となる。

このとき追加する緑色、青色それぞれのカラーフィルタを有する画素の大きさは、上述の画素分割したサブピクセルのうち最小面積のサブピクセルと同等の面積を持てば十分である。つまり例えば図１３において、丸印で示したＢｋ点からＧ７及びＢ７までの表示可能な点は等間隔で並んでいる。その丸印からＧＢ合成ベクトル方向に延びる矢印上の任意の点をとることができている。そのような色を表示可能な構成に対して、画素分割したサブピクセルのうち最小面積のサブピクセルと同等の面積を持つ赤色と青色のカラーフィルタを有する画素を追加することによって、図１４中のＧ−ＣＦ及びＢ−ＣＦとして示した矢印上の任意の点を加法混色することができる。これによって、ＧＢ平面上のすべての点を表現することが可能となることから、完全なアナログフルカラー表示ができることになる。

また、上述のとおり、追加する緑色、青色それぞれのカラーフィルタを有する画素の大きさは、画素分割したサブピクセルのうち最小面積のサブピクセルと同等の面積を持てば十分であるために、画素分割数を増やせば増やすほど、緑・青カラーフィルタを使用することによる光利用効率の減少の影響を減らすことが可能となる。つまり、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した画素の分割数が多いほど高い光利用効率を実現することが可能となる。

また緑色をこうした手法によって連続階調表現することによって、最も視感度特性の高い緑色の階調数を増加させることができるという効果もある。例えば従来のカラー素子構成、すなわち無彩色での明度変化を示す素子とＲＧＢカラーフィルタの組み合わせによって得られるカラー素子では、その無彩色の明度変化が例えば２５６階調（８ビット階調）であればすべての表示色が２５６階調存在することになる。一方、本発明のカラー表示素子では無彩色の明度変化によって８ビット階調が得られるとともに、面積分割によって得られる階調も存在している。つまり図１４でいえば、面積分割によって３ビットの階調が得られていることになるので、緑色と青色とに関しては合計で１１ビットの階調を得ることが可能となる。これによって、非常に滑らかな自然画表示が得られることとなる。

なお、このとき必ずしも緑色と青色の双方のカラーフィルタを追加しないでも有効な効果を得ることが可能である。図１５は上述と同様の議論によって、緑色のカラーフィルタのみを追加したときの表示可能な色範囲を網点の領域として示した。同図では、緑色方向はすべての色が表現可能だが、青色方向は表現できない表示色が存在する図となっている。しかし、人間の視感度特性は青色が最も鈍感であり、必要な階調数は最も少なくてもよいと考えられている。したがって、このように緑色のみを追加することによってフルカラーに相当するような表示色を得ることができる。

また図１６に示す構成は、図１５で示した構成と全く同じ構成ではあるが、基準となるＢｋの点を図１４におけるＧ１位置にずらすことによって、すべての表示色を表現することが可能となる。なおこのとき、黒色表示状態が若干緑みがかった表示色となるが、例えば反射型表示素子など透過型表示素子と比較してコントラストがさほどシビアに要求されない用途ではこのような手法も使用可能である。

以上述べた手法によって、高い光利用効率を維持したまま、フルカラー又はそれに相当するような表示色を表現することが可能となる。

なお本発明ではリタデーション変化による表示色を利用するために、視野角による色調変化を考慮しなければならない。しかし昨今のＬＣＤ開発の進歩は著しく、ＲＧＢカラーフィルタ方式を用いたカラー液晶ディスプレイでは視野角依存性の問題はほとんど解決しているといっても過言ではない。例えばＯＣＢ（Ｏｐｉｃａｌｌｙ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ Ｂｅｎｄ）モードではベンド配向による自己補償効果によって、視野角の変化に伴うリタデーション変化を抑制することが報告されている。また、ＳＴＮモードも位相差フィルム開発の進展によって視野角特性は大きく改善されている。これらＯＣＢやＳＴＮモードもリタデーション量を適宜設定することによってＥＣＢ効果に基づく着色現象を得ることができるため、本発明の構成を適用することが可能である。特にＯＣＢモードでは、先に述べた応答速度に関して大幅に改善することができるために、高速性が必要となる用途では好適に用いられる。

一方、ＭＶＡ（Ｍｕｌｔｉｄｏｍａｉｎ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードは非常に良好な視野角特性を示すモードとして既に商品化され、広く使用されている。その他、ＰＶＡ（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ Ｖｉｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードと称されるモードも広く使用されている。これらの垂直配向モードは表面に凹凸を設けたり（ＭＶＡ）、電極形状を工夫したり（ＰＶＡ）して電圧印加時の液晶分子傾斜方向を制御することで、広い視野角特性を実現している。そして、これらは電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。

こうすることで高い透過率（又は反射率）、広い視野角、広い色空間を同時に満足する液晶表示素子を実現することが可能となる。

なお、図４は本発明で用いる反射型カラー液晶素子の構成を示すものであり、この反射型カラー液晶素子は同図に示すように偏光板１、位相補償板（位相補償フィルム）２、ガラス基板３、透明電極４、液晶層５、透明電極６、反射板を表面に備えたガラス基板７を備えている。このときの明暗の表示ができる原理について簡単に述べる。

簡単のため用いる波長は５５０ｎｍ（単波長）のみとする。位相補償板２は一軸であり、そのリタデーション量は１３７．５ｎｍとし、遅相軸が（偏光板１の偏光軸８から見て）時計回りに４５度になるように配置されている。

液晶層５は電圧無印加時に垂直配向であり、電圧印加により液晶分子１０（図５参照）が傾斜する、いわゆるＶＡモードであるとして説明を行う。液晶分子１０の傾斜方向は、位相補償板２の光軸と平行、すなわち偏光板１に対して（偏光板側の偏光軸８から見て）時計回りに４５度とする。このときのようすを図５（ａ）に示す。なお、同図において、符号９は位相補償板２の光軸、また符合１１は液晶分子１０の回転面をそれぞれ示す。

偏光板１を通過した外光は、位相補償板２の光軸９方向の偏光成分と、それに垂直な偏光成分に分けられる。それぞれの成分は、位相補償板２と液晶層５を往復２回ずつ通過し、その結果、両者に位相差が生じる。その値は、位相補償板２のリタデーションと液晶層５のリタデーションの和で与えられ，再び偏光板１を通過して外に出てくる。

液晶層５に電圧が印加されていない場合には、垂直配向であるが故に、液晶層５のリタデーション値はゼロである。したがって、上記構成における反射率Ｔ％は以下の式で表さ
れる。

Ｔ％＝ｃｏｓ^２（π×２×１３７．５／５５０）＝０

これにより、電圧無印加時の反射率はゼロ、すなわちいわゆるノーマリブラック構成ということになる。

次いで、電圧印加時について考える。

このとき電圧印加によって液晶分子１０は位相補償板２と平行な方向に傾斜する。したがって、液晶分子１０の傾斜によって液晶層５に発生するリタデーション量をＲ（Ｖ）とすると、電圧印加時の反射率Ｔ％（Ｖ）は以下の式で表される。

Ｔ％（Ｖ）＝ｃｏｓ^２（π×２×（１３７．５＋Ｒ（Ｖ））／５５０）

これにより電圧に応じた所望の反射率が得られることになる。

以上の説明では、液晶分子１０は位相補償板２の光軸方向と平行に傾斜するとしたが、位相補償板２を通過した光は円偏光となるので、液晶分子１０の傾斜方向はそれに限らず任意の方向でよい。

また上述と同様の電圧無印加時に垂直配向状態をとる配向モードとしてＣＰＡ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｐｉｎｗｈｅｅｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モードが非特許文献２（「シャープ技報」，２００１年８月，第８０号，ｐ．１１）に提案されている。

このモードも上述のＰＶＡ方式と同様に、電極形状を工夫することによって電圧印加時の液晶分子の傾斜方向を制御する方式である。この方式では電圧印加時にはサブピクセル中心部から放射状に液晶分子が傾斜する配向状態となることで広視野角化を実現している。そして、このＣＰＡモードについても電圧によってリタデーション量を変化させるモードであるために、本発明の構成を適用することが可能である。

なお、上述の非特許文献２によると、液晶の透過率を高めるためにカイラル材を添加した液晶材料を用いたリバースＴＮ方式を用いることによって、複屈折性と旋光性を併用することができるために光利用効率が高くなるとの記載がある。このカイラル材添加についても、本発明の構成にて適用することが可能である。

ただし、本発明の構成において、反射型液晶であってかつ円偏光板を使用する場合にはＣＰＡモードにおいてカイラル材を添加しなくとも良好な反射率を得ることが可能である。これについて以下に説明する。

（１）円偏光板、（２）液晶層、（３）反射板という３つの層が積層された構成を考える。まず液晶層に複屈折がない場合、例えば液晶層が垂直配向状態になっている場合には、外部からの入射光はまず（１）の円偏光板を通過し、偏光状態に変調を受けないまま反射し、その反射光は再び円偏光板を通過して外界に向かって進行する。ここで、光は円偏光板を２回通過することになるために、特に円偏光条件を満たす波長領域では光が外界に出てくることは無い。つまり電圧無印加状態において垂直配向であるＣＰＡモードは上記構成においてノーマリブラック構成である。

ここで、電圧を印加した場合には放射状に液晶分子が傾斜することから、方位角方向に対してすべての方向に傾斜することになる。上述の非特許文献２のように透過型であって液晶層に直線偏光が入射される場合には、液晶の分子軸方向と偏光板の偏光方向とが一致するときに光利用効率の低下につながるが、液晶層に対して円偏光が入射されるような構成の場合には、液晶が傾斜する分子軸方向によらずに等しく偏光が変調される。以上の原理によって、本発明の構成において円偏光板を用いた反射型表示モードであってＣＰＡモードを適用する場合には、非特許文献２に記載のようにカイラル材を添加してもよいし、必ずしもカイラル材を添加しなくてもよい。

なお、上述したように最近の液晶表示素子は広視野角化が進んでいるが、本モードでは干渉色を利用しているので、上述のような既存の表示モードと比較すると若干視野角が狭くなると考えられる。

しかしこの問題に対しては、透過型モードや投射型モードでは液晶層に入射する光源の方向を実質的に基板法線方向からに限定することによって、視野角の問題は完全に排することが可能となる。すなわち、透過型液晶素子ではバックライト光が平行光になるようコリメートさせ、液晶層を透過した後に拡散させるような素子構成とすることによってどの方向から見ても色調変化は生じない構成を実現できる。また、投射型ではほぼ基板法線方向から光が入射するのが一般的であるから視野角の問題はないということができる。

３．半透過型
背景技術の中で説明したが、半透過型液晶表示素子に使用される断面構成は透過部と反射部の光利用効率を双方とも最大化するために、透過部のセル厚を反射部のセル厚の２倍になるように層間絶縁膜を設ける構成が知られている。

本発明のカラー表示素子においてもこの構成を採用することは可能である。

しかし一方、本発明のカラー表示素子において叙述の構成を実現しようとした場合、複屈折による着色を利用した表示原理に基づいているために、通常の液晶表示素子よりも厚いセル厚が必要となる。つまり上述の層間絶縁膜の厚みが通常の半透過型液晶表示素子と比べて大きい構成が必要とされる。

さらに半透過型液晶表示素子の利用状況を考えると、前述のとおり、非常に明るい外光中でも十分な視認性をもって表示される点、そして室内や暗所などにおいて高いコントラストや色再現性を実現し、フルカラーデジタルコンテンツを忠実に再現する点、が要求される。

この中で、非常に明るい外光中でも十分な視認性をもって表示されることに関しては、本提案の複屈折による着色を利用した表示原理に基づく表示方法を反射型モードとして使用することによって可能である。

一方、本提案における最も基本的な構成として冒頭に説明した方法では、緑色や青色など赤色以外の表示色はＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した表示方法及び画素の面積分割によるデジタル階調を採用している。こうしたデジタル階調は極めて高精細な表示素子においては人間の視認限以上となるため、完全なフルカラー表示に相当するが、精細度が必ずしも十分でない場合には階調表示能が若干不足して感じることがある。

したがって透過型モードにてフルカラーデジタルコンテンツを忠実に再現するためには、より高い階調表示能を有することが必要と考えられる。

そこで本発明では透過モードではＲＧＢのカラーフィルタを用い、液晶層は黒色から白色にかけて連続的に透過率を変化させるという、一般に用いられているマイクロカラーフィルタ方式を採用する。すなわち反射モードはＥＣＢ効果による着色を利用したモードによる緑色表示及び青色表示とカラーフィルタによる赤色表示とし、一方、透過モードは赤色・緑色・青色ともにカラーフィルタによるカラー表示とすることで、半透過型液晶表示素子に要求される２つの項目を両立することが可能となる。

このような反射と透過で異なる表示モードによる素子構成を採用することによって、単なる組み合わせではない、予測しなかった有効な効果が発現する。

すなわち、前述の現行の半透過型液晶表示素子では反射領域と透過領域で同じ原理に基づく表示方法を採用しているために、それぞれが最適な光利用効率を示すためには、反射領域と透過領域とで２倍のセル厚差を付与しなければならない。

このため、上述のように層間絶縁膜形成プロセスが必要となっている。

一方、本提案のように反射と透過で異なる表示モード、特に反射モードにＥＣＢ効果による着色を利用したモード、透過モードにはＥＣＢ効果による着色を利用しないモードを採用した半透過型液晶表示素子の場合を考える。

ＥＣＢ効果による着色を利用したモードにおいて、本発明では緑色表示までをＥＣＢ効果で表現できればよい。よって黒色表示から青色表示までを反射モードにおいて実現するためには、液晶層（又は液晶層と位相補償板の組み合わせ）によるリタデーション量が、電圧による制御により０ｎｍから３８０ｎｍの範囲で変化させることができればよい。

一方、透過モードにおいて黒色表示から白色表示までをＥＣＢ効果で実現するためには、液晶層（又は液晶層と位相補償板の組み合わせ）によるリタデーション量が電圧による制御により０ｎｍから２５０ｎｍ程度の範囲で変化させることができればよい。つまり反射領域において必要とされるセル厚と透過領域において必要とされるセル厚とが、従来の構成において必要とされる２倍よりも近いことになる。したがって、現行の構成と比較すると前記層間絶縁膜の厚みを減少させることが可能となる。これによって、セル厚差を付けたことに起因して発生しがちな配向欠陥や、段差部のテーパーに起因する開口率の減少を抑制することが可能となる。

また、液晶層厚を３８０ｎｍまでの制御が可能な条件で一定にしておき、透過モードにおける電圧による制御範囲を０ｎｍから２５０ｎｍに限定するようにすれば、前述の層間絶縁膜を形成しなくてもよいことになる。これによりフォトリソグラフィープロセスの簡略化が実現でき、コストダウンに寄与できるのである。また均一配向実現が容易となり、かつ開口率の向上にも寄与することができるのである。

なお本発明の半透過型液晶表示素子では同一電圧印加条件にて反射モードと透過モードで表示させた場合に、それぞれの表示色が異なってしまう可能性がある。

この場合、反射領域と透過領域とで独立に印加電圧が制御できるような画素構成にしておくことがより好ましい。

以上のように、本発明は、光利用効率の高い多色表示可能な反射型モードと透過型モードとを両立させる半透過型カラー液晶表示素子に適用でき、これによってデジタルコンテンツ閲覧用などの高い色再現性の要求を満たすことが可能となる。明るいモノクロ表示が実現しうる各種電子ペーパー技術に対しても明るいカラー表示を得ることが可能となる。

４．最適な構成例
以上の議論をまとめ、具体的な好ましい構成を例示したものを図７に示す。

同図中の符号６１，６２，６３は、ＩＴＯによる透明電極を示す。この透明電極６１，６２，６３を通過する光の光路上にはそれぞれ赤色・緑色・青色のカラーフィルタが形成されている。符号６４，６５、６６はアルミなどによる反射電極である。反射電極６５で反射する光の光路上には赤色のカラーフィルタが形成されている。このカラーフィルタは光利用効率を高めるために、色再現範囲の狭い反射型タイプのものを用いることもできるし、あるいは透明電極６２に用いる透過型用カラーフィルタを反射電極の一部だけに形成させることもできる。反射電極６４、６６上にはカラーフィルタを形成しない構成にすることもできるし、シアン色などの赤色と補色関係にある色のカラーフィルタを形成させることで、ＥＣＢ効果による着色を利用した表示カラーの色純度を高めることもできる。

また透明電極６１，６２，６３は同一の面積比であることが好ましく、反射電極６４，６６の面積比は２：１にしておくことが好ましい。なお、カラーフィルタ透過率のバランスを考慮してこれらの面積比を微調整させることがより好ましい。第１の画素６４，６６と第２の画素６５との面積比は、第２の画素６５に用いるカラーフィルタの波長分光透過特性に応じて、最適なカラーバランスとなるように適宜調整しておくことが好ましい。

また、ＥＣＢ効果による着色を利用する第１の画素を複数のサブピクセルに面積分割する際には、階調ごとの色重心がずれないような画素形状と画素配置法を考慮しておくとより好ましい（不図示）。

また透明電極６１と反射電極６４、透明電極６２と反射電極６５、透明電極６３と反射電極６６という透過と反射画素のそれぞれに対して、一般的な半透過型液晶表示素子では同一の電圧を印加する場合が多いが、本発明のカラー表示素子の場合では、表示するための条件が反射モードと透過モードで異なっているために、これら６つの画素は独立に電圧制御できる構成にしておくことが好ましい。

また図８に示すように、反射モードでのＥＣＢ効果による着色を利用したカラー表示における階調数を増加させるために、より小さい反射サブピクセルを追加してもよい。なお、図８において透明電極７１，７２，７３、反射電極７４，７５，７６は、それぞれ図７中の透明電極６１，６２，６３、反射電極６４，６５，６６に対応するものであり、符号７７，７８は追加したサブピクセルを示している。サブピクセル７７，７８を追加する場合には、光反射性領域の面積が各サブピクセル（７８，７７，７６）間で１：２：４：……：２^Ｎ−１となるようにしておくことが好ましい。

またその形状は、図８に示すものに限定されず、種々の電極形状を選ぶことができる。

このとき光透過性領域における液晶層は、ＲＧＢ各色でアナログ階調能を有しているので、図７の構成から画素数を増やす必要はない。

また、ここで述べた半透過型液晶表示素子に対して、前述の多色化できる手法で説明した（３）の手法を組み合わせることもできる。この組み合わせによって、透過・反射の双方のモードにおいてフルカラー表示を実現できる。

その一例を図１７に示す。同図は合計９個の画素からなる１画素単位を示している。同図中の符号１８１，１８２，１８３は透過型表示する画素を示しており、それぞれ赤色・緑色・青色のカラーフィルタが配設されている。符号１８５は反射型表示する画素を示しており、赤色のカラーフィルタが配設されている。符号１８４，１８６，１８７は反射型表示する画素を示している。これらの画素１８４，１８６，１８７は、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した色調変化によって緑色及び青色表示ができる画素であり、シアン色など赤色と補色関係にある色のカラーフィルタが配設されているとともに、それぞれの面積比が４：２：１となるように構成されている。符号１８８，１８９は反射型表示する画素を示しており、それぞれ緑色，青色のカラーフィルタが配設されており、画素１８７とほぼ同じ画素面積となっている。

これによって、透過型画素における表示では、画素１８１，１８２，１８３に示した赤色・緑色・青色のカラーフィルタによるフルカラー表示、反射型画素における表示では画素１８４〜１８９で示した画素構成によるフルカラー表示ができるとともに、画素１８４，１８６，１８７がＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した色調変化によって緑色及び青色表示する表示法であるために明るいフルカラー反射表示が実現できる。このように図１７で示した構成では、反射・透過ともにフルカラーを実現できると同時に、反射・透過表示においてそのカラー表示モードが異なっているために、先に述べたような層間絶縁膜の厚みを大幅に減少させることができることによるメリットを享受することができる。

上述の図１７の構成を、図１８のように配置しなおしてもよい。図１８において符号１９１，１９２，１９３は透過型表示する画素を示す。これらの画素１９１，１９２，１９３には、それぞれ赤色・緑色・青色のカラーフィルタが配設されている。符号１９５は反射型表示する画素を示す。この画素１９５には、赤色のカラーフィルタが配設されている。符号１９４，１９６，１９７は反射型表示を行う画素を示す。これらの画素１９４，１９６，１９７は、ＥＣＢ効果に基づく着色現象を利用した色調変化によって緑色及び青色表示ができる画素であり、シアン色など赤色と補色関係にある色のカラーフィルタが配設されているとともに、それぞれ４：２：１の面積比で構成されている。符号１９８，１９９は反射型表示する画素を示す。これらの画素１９８，１９９にはそれぞれ緑色・青色のカラーフィルタが配設されており、画素１９７とほぼ同じ画素面積となっている。この構成では、図１７とは異なり、緑色と青色のカラーフィルタを有する画素が隣接されている。これによって、反射用及び透過用の緑色・青色のカラーフィルタとして共通なものを用いる場合に、カラーフィルタの微細パターニング処理の負荷を低減できるなどのメリットが生まれる。また、緑色・青色のカラーフィルタとして反射用と透過用とで異なる分光透過率特性のものを用いる場合にも、若干のアライメントずれが生じたときの表示色への影響を最小化することができる。

また、図１７，図１８の構成においては、いずれも合計９個の画素はそれぞれ独立に画像情報信号が与えられる構成にしておくことが望ましい。

ただし、環境照度が低く本発明の半透過型液晶表示素子でバックライトを点灯している場合を考えると、表示情報として視認されるのは透過型画素の画像情報が支配的と考えられること、及び反射型に用いている緑色・青色のカラーフィルタの面積は画素全体の中では相対的に小さい割合であることから、図１８中の青色画素である画素１９１，１９９、及び緑色画素である１９３，１９８は共通の画像信号を印加するようにしてもよい。

こうすることで、環境照度が高い場合には反射型画素の画像情報が支配的になるために若干、表示品位が低下するのではないかという懸念が生じる。しかし、反射型表示において使用される緑色画素や青色画素はもともと１画素内での面積比は小さいものであり、画像情報のほとんどが赤色カラーフィルタ画素及びＥＣＢ効果による色調変化を利用する画素で決まることから、表示品位の低下はそれほど大きくはないものと考えられる。

また、環境照度が高い場合にはもともとバックライトは消灯させておくのが一般的であることから、バックライトを消灯させている間は反射型画素に対して所望とする情報信号を印加するようにしておけば問題なく表示できる。

すなわち緑色画素・青色画素に印加する画像情報信号として透過領域と反射領域とに共通の信号を印加する場合には、バックライト点灯時には透過領域に印加すべき情報信号を優先させ、バックライト消灯時には反射領域に印加すべき情報信号を与えるようにすることによって、表示品位の劣化を最小限に留めつつ、これらの画素への印加電圧手段を共通化することができる。

例えば図１８の構成のカラー表示素子（１画素単位）をＴＦＴを用いて駆動する場合には、全画素を独立に駆動しようとすると１画素単位に対して各画素ごとに１個ずつ、合計９個のＴＦＴ素子が必要であるのに対して、上述のような共通の情報信号を印加する構成にすることで１画素単位に対して７個のＴＦＴ素子を配置するだけでよいことになる。

以上述べたように、本発明のカラー表示素子は、透過型でも反射型としても使用することが可能であり、高い光利用効率の素子を実現することが可能となる。また半透過型として使用することも可能であるが、その場合、反射領域では本発明のＥＣＢ効果による着色を主として利用した緑色・青色表示と、カラーフィルタによる赤色表示を用い、透過領域では赤色・緑色・青色ともにカラーフィルタによるカラー表示を行うことにより、半透過型液晶表示素子に求められる要件をすべて満足する表示性能を実現できるだけでなく、１画素単位内に２倍のセル厚差を作りこむ必要がなくなるために、プロセスの簡略化と均一配向と高開口率化を同時に満足させることが可能となる。

なお本発明のカラー表示素子の駆動には、直接駆動方式、単純マトリクス方式、アクティブマトリクス方式のいずれの方式も用いることができる。

また用いる基板はガラスでもよいしプラスチックでもよい。透過型の場合には一対の基板の双方とも光透過性のものが必要であるが、反射型の場合には反射層の支持基板として光を透過しないものを用いてもよい。

また使用する基板として可撓性を有するものを用いてもよい。

また反射型にする場合には、反射板として鏡面反射板を用い液晶層の外側に散乱板を設けるような、いわゆる前方散乱板方式や、反射面の形状を工夫して指向性を設けたいわゆる指向性反射板など、各種反射板を用いることができる。

また本実施の形態中では一例として垂直配向モードを例示したが、他にも平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。

また本実施の形態中では主として電圧無印加時に黒色表示となるようなノーマリブラックの構成を例示して説明した。この構成は円偏光板及び電圧無印加時に基板面内方向に複屈折を持たない表示層を積層することによって実現できるのであるが、この構成において円偏光板を通常の直線偏光板などに置き換えることによって電圧無印加時に白色表示となるようなノーマリホワイトの構成にしてもよい。あるいはこれらいずれかの構成に一軸性位相差板などを積層することによって、電圧無印加時に有彩色表示させるような構成にしてもよい。この場合は電圧を印加することによって積層した一軸性位相差板のリタデーション量をキャンセルする方向に液晶分子配列を変形させることで黒色や白色の表示を得ることができる。

またＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードやゲストホストモードなど、様々なモードを適用することが可能である。

以上の説明では、液晶素子のＥＣＢ効果を中心に詳述してきた。しかしながら本発明の基本となる考え方は、一部の画素ではモノクロ表示モードにカラーフィルタを適用したカラー表示を行うとともに、他の画素では色相変化し得る表示モードを利用する点にある。したがって、上述のＥＣＢ効果を用いた構成に限らず上述の表示モードが適用できる素子であればあらゆる表示モードを適用することが可能となる。

その例として、
（１）機械的な変調によって干渉層の空隙距離を変化させるモード
（２）着色粒子を移動させることによって表示・非表示を切り替えるモード、
について、以下で説明する。

（１）は例えばＳＩＤ９７Ｄｉｇｅｓｔ ｐ．７１に記載のような構成であって、基板との空隙の距離を変化させることによって干渉色の表示・非表示の切り替えを行っている。ここでは変形可能なアルミ薄膜が外部からの電圧制御によって基板に接近したり離れたりすることでオン・オフの切り替えを行っている。またこのときの発色原理は干渉を利用したものであるために、上述した液晶のＥＣＢ効果を利用した干渉による発色と全く同じ議論が成立する。

したがって、この空隙距離変調素子においても、電圧などの外部制御可能な変調手段によって光学的性質を変化させることができ、かつ前述の素子が取り得る最大明度と最小明度との間を変調手段によって明度変化させることができる変調領域と、上述の素子が取り得る複数の色相を前記変調手段によって変化させることができる変調領域とを有していることになる。このような素子に対してその単位画素を複数の画素に分割し、複数の画素の少なくとも１つは、色相変化に基づく変調領域を用いたカラー表示を行うことができる第１の画素と、カラーフィルタ層を有した第２の画素からなることによって、先に詳述した液晶素子と全く同様にして、高い光利用効率などの優れた特性を有する表示素子が実現可能となる。

（２）は例えば、特開平１１−２０２８０４号公報などに記載の粒子移動型表示素子が好適に利用される。この例は電気泳動特性を利用して、コレクト電極及び表示電極間での電圧印加によって透明な絶縁性液体中で着色帯電泳動粒子を基板面と水平に移動させることによって表示・非表示の切り替えを行うものである。

またこれを応用し、２種類のカラー粒子を用いる構成としてもよい。つまり、観察者から見て互いにほぼ重畳する位置に配置される２つの表示電極と、２つのコレクト電極と、互いに異なる帯電極性及び呈色を示し、少なくともいずれか一方が透光性である２種類の粒子とを備え、２種類の帯電粒子がすべてコレクト電極に集合した状態、又はすべて表示電極に配置された状態、又はいずれか一方の粒子が表示電極に配置され他方の粒子がコレクト電極に集合した状態、又はこれらの中間状態、を形成可能な駆動手段とを含む単位セルとなるような構成にすることもできる。

この単位セル中における２種類の泳動粒子色の組み合わせが例えば青色と緑色である構成を考える。この場合において白色表示とする場合には、２種類とも粒子すべてがコレクト電極に集合した状態となるよう駆動し、表示電極がすべて露出した状態とすればよい。また緑色又は青色の単色表示の場合には、単位セルにおいて所望の単色粒子のみを表示電極に配置することによって単色を表示すればよい。例えば青色表示の場合は、青粒子を表示電極に配置し光吸収層を形成し、緑の粒子をコレクタ電極に集めればよい。一方、黒色表示の場合は、すべての粒子を表示電極に配置して光吸収層を形成することによって、第１電極、第２電極に形成された緑粒子、青粒子のそれぞれの吸収層を通過するため減法混色によって黒色となる。中間調表示の場合は、黒色表示時の一部分の粒子だけを表示電極に配置すればよい。これによって、単位セルは緑色・青色の有彩色間での色相の変調、及び白色・黒色・中間調の表示による明度の変調を行うことができる。

したがって、このような構成を使用することによって、単位画素を複数の画素に分割し、複数の画素の少なくとも１つは、色相変化に基づく変調領域を用いたカラー表示を行うことができる第１の画素と、カラーフィルタ層を有した第２の画素からなることによって、詳述した液晶素子と全く同様にして、優れた特性を有する表示素子が実現可能となる。例えばこの構成では表示安定性、特に階調表示安定性が高く、多色表示可能でかつ明るい粒子移動型表示素子を得ることが可能となる。

以下、実施例１〜１４によって、本発明に係るカラー表示装置についてさらに詳細に説明する。

（実施例１〜１４に共通な構成）
実施例に用いる共通の素子構造として下記のものを用いた。

液晶層の構造として、基本的な構成は図４に示す構成と同様なものとし、垂直配向処理を施した２枚のガラス基板を重ね合わせてセル化し、ガラス基板間に液晶材料として誘電率異方性Δεが負である液晶材料（メルク社製、型名ＭＬＣ−２０３８）を注入した。なおこのとき実施例に応じてリタデーションが最適となるようにセル厚を変化させた。

用いる基板構造として、一方の基板にＴＦＴが配置されたアクティブマトリクス基板を用い、もう一方の基板にはカラーフィルタが配置された基板を用いた。

このときの画素形状やカラーフィルタ構成は実施例に応じて変化させた。

ＴＦＴ側の画素電極にはアルミ電極を用い、反射型の構成とした。なおこのとき実施例に応じてＴＦＴ側の画素電極にＩＴＯ電極を用いた透過型の画素を併用した半透過型の構成も用いた。

また上基板（カラーフィルタ基板）と偏光板との間には広帯域λ／４板（可視光領域で１／４波長条件をほぼ満たすことができる位相補償板）を配置した。これにより反射型での表示の際に電圧無印加時には暗状態となり、電圧印加時には明状態となるようなノーマリブラック構成とした。

（比較例１）
従来公知の技術で、液晶パネルを作製した。薄膜トランジスタ付きのアクティブマトリクス基板で、対角１２インチ（画素数６００×８００×３）の画素を有する基板を用いた。つまり総画素数は縦方向に６００画素、横方向に２４００画素あることになる。この単位画素のピッチは、横方向画素を３画素ひとまとまりとして測定すると約３００μｍである。

またカラーフィルタとして通常ＴＦＴ／ＬＣＤパネルに用いられている赤色・緑色・青色の３原色タイプのものを全画素に用いた。

液晶層のリタデーションについては、±５Ｖ電圧印加時の反射分光特性の中心波長が５５０ｎｍ、及びリタデーション量が１３８ｎｍとなるよう、セル厚を１．８μｍに調整した。

なお、このとき電圧印加時の液晶分子の傾斜方向は、パネル上面の偏光板側から見て、全面が時計回りに４５度となる方向に傾斜するように垂直配向処理の際に、基板法線から１度程度のプレチルト角を付与した。

このような液晶表示素子（比較パネル１）について、電圧を様々に変化させることによって画像を表示させたところ、ＲＧＢそれぞれの画素について印加電圧に応じた連続階調色が得られ、それによってフルカラー表示可能であるが、反射率は、１６％であり、暗い表示であった。

（比較例２）
前述の特許文献１の記載にほぼ準じる形で、液晶パネルを作製した。このとき反射型液晶素子の反射率を考慮して上述のとおり、特許文献１とは異なる１枚偏光板構成とした。用いる薄膜トランジスタ付きのアクティブマトリクス基板は比較例１と同様とした。

（比較例２−１）
カラーフィルタとして赤色のみを用いた。具体的には横方向に赤色画素とカラーフィルタを用いない画素が交互に配列するようにカラーフィルタを形成した。

赤色画素に用いるセル厚は１．８μｍとし、カラーフィルタを用いない画素のセル厚は４．７μｍのもの（比較パネル２）と８μｍのもの（比較パネル３）を用いた。

その結果、赤色表示時はいずれのパネルもカラーフィルタ表示に基づく色再現性のよいカラー表示ができた。それに対して、比較パネル２では５Ｖ印加時において緑色に表示されていたものの、前述のとおり緑色では色再現のよいカラー表示ができなかった。また比較パネル３では５Ｖ印加時に色再現のよい緑色のカラー表示ができていたものの、赤色画素とのセル厚差が大きかったため、均一なセル厚のパネルを作製するのが困難であった。

（比較例２−２）
カラーフィルタとして黄色とシアンのものを用いた。具体的には横方向に黄色画素とシアン画素が交互に配列するようにカラーフィルタを形成した。

黄色画素・シアン画素ともにセル厚を８μｍと設定した（比較パネル４）。

その結果、黄色画素に３．７Ｖを印加することによって良好な色再現性を有する赤色表示ができたものの、赤色の中間調を表示することができなかった。同様にシアン画素では緑色・青色の表示は可能であったものの、各色の中間調を表示することができなかった。さらにモノクロ表示の中間調を表示することもできなかった。

（実施例１）
アクティブマトリクス基板として、上述の比較例と同じ基板を用いた。

カラーフィルタとしては赤色だけを用いて、残る２つの画素にはリタデーションによる着色表示を利用するために用いなかった。またこの残る２画素については、面積階調を行うために、面積比を１：２とした。

液晶層のリタデーションについては、緑色表示と青色表示ができるように、透明画素の±５Ｖ電圧印加時のリタデーション量が３７０ｎｍとなるよう、セル厚を４．７μｍに調整した。

このような液晶表示素子について、電圧を変化させることによって画像を表示させたところ、赤色のカラーフィルタを有する画素に関しては、印加電圧値に応じた透過率変化を示しており、完全な連続階調特性が得られることを確認した。

一方、赤色のカラーフィルタを有さない他の画素に関しては、５Ｖ印加時には緑色表示、３．６Ｖ印加時には青色表示となり、本実施例の液晶パネルが三原色表示可能であることを確認した。さらに２．５Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じた連続階調表示を確認した。

さらに赤色と青色に関しては、表示させる画素を変化させることによって面積階調が実現できることを確認した。しかしながら、その階調量が４階調しかないために自然画を表示させた際に若干ざらつき感の残る画像となっていた。

なお、この素子の反射率は３３％であり、比較例１と比較して２倍の値となり、１枚偏光板方式に基づく明るい白色表示が得られていた。

（実施例２）
アクティブマトリクス基板として、画素数６００×８００×３で、対角７インチと対角３．５インチの基板を用いたほかは、実施例１と同様の条件でセルを作製した。画素ピッチは対角７インチの方が、約１８０μｍ、対角３インチの方が、約９０μｍであった。

その結果、カラー表示能については実施例１と同様に良好な特性が得られることを確認した。さらに本実施例では画素ピッチがかなり細かくなり、高精細化したことによって自然画を表示させた場合でも目視ではほとんどざらつき感を感じない連続階調を表現できた。

またこの素子の反射率は３３％であり、比較例１と比較してかなり明るい白色表示が得られていた。

（実施例３）
アクティブマトリクス基板として、先の比較例と同じ基板を用い、実施例２における透明画素のかわりに、図５に示す透過分光特性を示すカラーフィルタ（富士フィルムアーチ社製、型名ＣＢ−Ｓ５７０）を設けた画素構造を採用した。

この素子の、赤色と補色関係にあるカラーフィルタを設けた画素に対して電圧を印加したときに、実施例１と同様に、５Ｖ印加時には緑色表示、３．６Ｖ印加時には青色表示となり、本実施例の液晶パネルが三原色表示可能であることを確認した。さらに２．５Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたシアンの連続階調表示ができることを確認した。また実施例２と同様に自然画を表示させた場合でも、目視ではほとんどざらつき感を感じない連続階調を表現できた。

またこの素子の反射率は２８％であり、実施例２と比較すると若干劣るものの、比較例と比較するとかなり明るい白色表示が得られていた。またこの実施例におけるカラー表示では、色度座標上において実施例２と比べて大きく色再現範囲が広がっていることが確認できた。

（実施例４）
ＳＶＧＡ（８００×６００）を構成する行ライン（走査ライン）の奇数行目は実施例１と同様にアルミ電極とし、３つのサブピクセルを赤色カラーフィルタを有するサブピクセルとカラーフィルタを有さない２つのサブピクセルとに割り当て、カラーフィルタを有さない２つのサブピクセルの面積比を１：２とした。

一方、偶数行目はＩＴＯによる透明電極とし、３つのサブピクセルの面積は同一とした。またこの３つサブピクセルには赤色・緑色・青色のカラーフィルタを配設した。画素構成の略図を図９に示す。符号８４，８５，８６は奇数行目の反射モード用の画素を示す。符号８１，８２，８３が偶数行目の透過モード用の画素を示す。符号８７，８８がそれぞれソースラインとゲートラインを示し、符号８９が薄膜トランジスタによるスイッチング素子を示す。

パネルの背面には、上基板に配置した偏光板とクロスニコルの関係になるように偏光板を配設し、さらにその背面にはバックライトを配置し点灯させた。

こうした構成のパネルに画像を表示させたところ、前述の実施例で確認された反射モードの特性と、通常の液晶パネルと同等の表示品位を持つ透過モードの特性とを両立し得ることが確認できた。つまり、全画素が同一のセル厚に設定した場合においても、高い反射率を有する反射モードと、良好な色再現性能を有する透過モードを両立した半透過型液晶表示素子を実現できることが確認できた。

（実施例５）
実施例４と同様の基板を用い、実施例４において面積比を１：２としたカラーフィルタを有さなかった２つの画素上には、図５に示す分光特性を持つシアン色のカラーフィルタを配置した以外は、実施例４と同じ構成の液晶表示素子を形成した。こうすることによって、反射モードにおいても緑色と青色のリタデーションの色純度が向上し、色再現範囲が広がった半透過型液晶表示素子を実現することが確認できた。

（実施例６）
アクティブマトリクス基板として、上述の比較例と同じ基板を用いた。このとき比較例１では３画素１組で６００×８００画素（ＳＶＧＡ）の表示としていたが、本実施例では４つの画素を１組として６００×６００画素の表示とした。

カラーフィルタとしては赤色だけを用いて、残る画素である３つの画素にはリタデーションによる着色表示を利用するために用いなかった。またこの残る３画素については、面積階調を行うために、面積比を１：２：４とした。

液晶層のリタデーションについては、緑色表示と青色表示ができるように、透明画素の±５Ｖ電圧印加時のリタデーション量が３７０ｎｍとなるように、セル厚を４．７μｍに調整した。赤色画素の条件については実施例１と同様とした。

このような液晶素子について、電圧を変化させることにより画像を表示させたところ、赤色のカラーフィルタを有する画素に関しては、印加電圧値に応じた透過率変化を示しており、完全な連続階調特性が得られることを確認した。

一方、赤色のカラーフィルタを有さない他の画素に関しては、５Ｖ印加時には緑色表示、３．６Ｖ印加時には青色表示となり、本実施例の液晶パネルが三原色表示可能であることを確認した。さらに２．５Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じて連続的に明度（階調）変化しているようすを確認した。

さらに緑色と青色とに関しては、表示させる画素を変化させることによって面積階調が実現できることを確認した。また緑色と青色の階調量が８階調となったことから、実施例１と比較して表示のざらつき感は大幅に緩和された画像が得られた。

なおこの素子の反射率は３３％であり、比較例と比較して２倍の値となり、１枚偏光板方式に基づく明るい白色表示が得られていた。

（実施例７）
実施例６と同様の素子を用いて評価を行った。このとき赤色のカラーフィルタを有さない他の画素に対して印加する電圧を、３Ｖから５Ｖまで連続的に変化させた。その結果、赤色（約３．０Ｖ）→紫色（約３．２Ｖ）→青色（約３．６Ｖ）→シアン（約４．２Ｖ）→緑色（５．０Ｖ）と連続的に変化するようすが確認できた。また、それぞれの色を表示する電圧印加条件にて、表示させる画素を適宜変化させることによって、さまざまな表示色が８階調有することが確認できた。

（実施例８）
実施例７とカラーフィルタ以外を同様の構成とした液晶表示素子を用いた。このときカラーフィルタとしては実施例８における透明画素の代わりに、実施例３に用いたものと同様のシアン色のカラーフィルタ（富士フィルムアーチ社製、型名ＣＭ−Ｂ５７０）を設けた画素構造を採用した。このシアンカラーフィルタ画素については、面積階調を行うために、面積比を１：２：４とした。

その結果、実施例３と同様に５Ｖ印加時には緑色表示、３．６Ｖ印加時には青色表示となり、本実施例の液晶パネルが三原色表示可能であることを確認した。さらに２．５Ｖ以下の領域では印加電圧の大きさに応じたシアンの連続階調表示ができることを確認した。

これにより、前述の図１４で述べたＧＢ平面において、矢印線上の任意の表示色が表示されていることを確認した。

（実施例９）
アクティブマトリクス基板として、上述の実施例８と同じ基板を用いた。このとき実施例８では４画素１組で６００×６００画素の表示としていたが、本実施例では６つの画素を１組として６００×４００画素の表示とした。

この６つの画素のうち４つは実施例８と同様にして、１つを赤色のカラーフィルタ、３つを赤色と補色関係にあるシアンカラーフィルタを用い、この３つは１：２：４の面積比にて画素分割した。残りの２画素にはそれぞれ緑色と青色のカラーフィルタを設けた。これら緑色と青色のカラーフィルタの面積は、３つあるマゼンタカラーフィルタのうちの最小画素と同一の面積とした。また赤色画素の面積は６画素の合計面積の３分の１になるように調整した。このときの画素構成を図１９に示す。符号２０２は赤色カラーフィルタの画素、符号２０１，２０３，２０４はそれぞれ面積分割されたシアンカラーフィルタの画素、符号２０５は緑カラーフィルタの画素、符号２０６は青カラーフィルタの画素をそれぞれ示している。

この構成を用いることによって、２．５Ｖ以下の領域でのシアンの連続階調、ＥＣＢ効果に基づく着色現象と面積分割との組み合わせによる緑色及び青色の８階調、そしてそれを補間する緑色及び青色の連続階調ができることが確認できた。またこれらを組み合わせることによって、ＧＢ平面のすべてを埋め尽くすことが可能であることが確認できた。さらにこれと赤色の連続階調表示とを組み合わせることによって、完全なフルカラーが実現できることが確認できた。

また、このときの反射率は２５％と実施例６と比較すると若干劣るものの、比較例と比較するとかなり明るい白色表示が得られていた。またこの実施例におけるカラー表示においても、シアンカラーフィルタの効果によって色度座標上において実施例２と比べて大きく色再現範囲が広がっていることが確認できた。

さらに非常に小さい面積を有する緑色画素が連続階調性を有することから、比較例１に示した従来型の液晶表示素子と比較して、表示可能な緑の階調数を大幅に高めることが可能であることが確認できた。これによって視感度特性の高い緑色の階調数が大幅に増加する結果、これまでにない自然な画像表示を得ることが可能となった。

（実施例１０）
アクティブマトリクス基板として、上述の実施例９と同じ基板を用いた。このとき実施例９では６画素１組で６００×４００画素の表示としていたが、本実施例では８つの画素を１組として４５０×４００画素の表示とした。

この８つの画素のうち３つは実施例９と同様にして、それぞれ緑色・赤色・青色のカラーフィルタを設けた。残りの５つについては赤色と補色関係にあるシアンカラーフィルタを用い、１：２：４：８：１６の面積比にて画素分割した。このとき、緑色と青色のカラーフィルタの面積は、５つあるシアンカラーフィルタのうちの最小画素と同一の面積とした。また赤色画素の面積は８画素の合計面積の３分の１になるように調整した。

この構成を用いることによって、２．５Ｖ以下の領域でのシアンの連続階調、ＥＣＢ効果に基づく着色現象と面積分割との組み合わせによる緑色及び青色の３２階調、そしてそれを補間する緑色及び青色の連続階調ができることが確認できた。またこれらを組み合わせることによって、ＧＢ平面のすべてを埋め尽くすことが可能であることが確認できた。さらにこれと緑の連続階調表示とを組み合わせることによって、完全なフルカラーが実現できることが確認できた。

また、このときの反射率は２７％と実施例６と比較すると若干劣るものの、実施例９と比較すると明るい白色表示が得られており、緑色と青色のカラーフィルタ面積を相対的に減らすことによって、これらカラーフィルタによる光損失を最小限に抑えることができることが確認できた。

（実施例１１）
アクティブマトリクス基板として、上記実施例１０と同様に６つの画素を１組として６００×４００画素の表示とした。

この６つの画素のうち、１つを赤色のカラーフィルタ、４つを赤色と補色関係にあるシアンカラーフィルタを用い、１：２：４：８の面積比にて画素分割した。残りの１画素には緑色のカラーフィルタを設けた。この緑色のカラーフィルタの面積は、４つあるシアンカラーフィルタのうちの最小画素と同一の面積とした。また赤色画素の面積は６画素の合計面積の３分の１になるように調整した。このときの画素構成を図２０に示す。符号２１２は赤色カラーフィルタの画素、符号２１１，２１３，２１４，２１５はそれぞれ面積分割されたシアンカラーフィルタの画素、２１６は緑色カラーフィルタの画素をそれぞれ示している。

この構成を用いることによって、２．５Ｖ以下の領域でのシアンの連続階調、ＥＣＢ効果に基づく着色現象と面積分割との組み合わせによる緑色及び青色の１６階調、そしてそれを補間する緑色の連続階調ができることが確認できた。またこれらを組み合わせることによって、ＧＢ平面上に一部欠落はあるものの、前述のようにほとんどすべてを埋め尽くすことが可能であることが確認できた。さらにこれと赤色の連続階調表示とを組み合わせることによって、一部不連続はあるもののほぼ完全に自然画を再現できることが確認できた。

またこのときの反射率は２７％と実施例６と比較すると若干劣るものの、比較例と比較するとかなり明るい白色表示が得られていた。またこの実施例におけるカラー表示においても、シアンカラーフィルタの効果によって色度座標上において実施例２と比べて大きく色再現範囲が広がっていることが確認できた。

（実施例１２）
実施例１１の素子を用いて、前述の図１５で説明した手法を用いて、黒色基準位置をずらして表示させた。その結果、コントラストは若干低下したものの、白色の反射率は実施例１１と同等のものが得られ、かつフルカラー表示できることが確認できた。

（実施例１３）
アクティブマトリクス基板として、上述の実施例１２と同じ基板を用いた。このとき実施例１２では６画素１組で６００×４００画素の表示としていたが、本実施例では前述の図１８と同様の構成となるように、９画素を１組とした４００×４００画素の表示とした。このときセル厚はすべての画素で４．７μｍに統一した。また９画素中６画素にはアルミの反射電極を用い、画素構成は実施例１１と同一とした。残りの３画素は上下基板ともにＩＴＯ電極を用いて光透過性の画素とした。

パネルの背面には、上基板に配置した偏光板とクロスニコルの関係になるように偏光板を配設し、さらにその背面にはバックライトを配置し点灯させた。

こうした構成のパネルにそれぞれの画素に独立に所望の電圧を印加して画像を表示させたところ、前述の実施例で確認された反射モードの特性と、通常の液晶パネルと同等の表示品位を持つ透過モードの特性とを両立し得ることが確認できた。

これにより、全画素が同一のセル厚に設定した場合においても、本構成を用いることによって高い反射率を有するフルカラー反射モードと、良好な色再現性能を有する透過モードとを両立した半透過型液晶表示素子を実現できることが確認できた。

（実施例１４）
実施例１３と同じ素子を用いて評価を行った。このとき、前述の図１７で述べた画素１８１，１８９に全く同じ電圧を、また画素１８３，１８８に対して全く同じ電圧を印加するようにした。このとき反射型表示に最適な画像情報信号電圧の印加条件をＣ（Ｒ）、透過型表示に最適な画像情報信号電圧の印加条件をＣ（Ｔ）として、環境照度の異なる場所にて画像の評価を行った。

まず暗所にてバックライトを点灯させながら画像表示させた。このときＣ（Ｒ）条件の画像では本来、表示させるべき画像が得られていなかったのに対し、Ｃ（Ｔ）条件では所望の画像が表示されていた。

次いで暗所にてバックライトを消灯させた。その結果、いずれの条件でも画像が暗く評価することができなかった。

次いで、屋外の明所にてバックライトを点灯させながら画像表示させた。このときＣ（Ｒ）条件では所望の画像が表示されていた。一方Ｃ（Ｔ）条件でも、微妙に違和感はあるものの、ほぼ所望の画像が表示されていた。

次いで、屋外の明所にてバックライトを消灯させて画像表示させた。このときＣ（Ｒ）条件では所望の画像が表示されていた。一方Ｃ（Ｔ）条件でも、微妙に違和感はあるものの、ほぼ所望の画像が表示されていた。

以上から、微妙な違和感はあるものの、総じてバックライト点灯時にはＣ（Ｔ）の電圧印加条件、バックライト消灯時にはＣ（Ｒ）の電圧印加条件にて画像表示させればよいことが確認できた。また、明所ではバックライトを消灯させるのが一般的なので、明所にてバックライトを消灯させるように設定すれば、常に所望の画像が得られることが確認できた。

また、これによって画素１８１，１８９に対して全く同じ電圧を、また画素１８３，１８８に対して全く同じ電圧を印加すれば実用は十分な特性が得られることから、本構成にて必要なＴＦＴ数を１画素当たり９個から７個に減らせることを確認した。

以上述べたように、実施例１〜１４によって明るい反射型液晶表示素子や半透過型液晶表示素子を実現可能となる。なお、これらの実施例中では直視型の反射型液晶表示素子及び直視型の半透過型液晶表示素子を中心に述べたが、これを直視型の透過型液晶表示素子や投射型の液晶表示素子、拡大光学系を用いたビューファインダなど液晶表示素子に応用することもできる。さらにこれらの実施例では駆動基板としてＴＦＴを用いたが、これに代えてＭＩＭを用いたり、半導体基板上に形成したスイッチング素子を用いるといった基板構成の変更や、単純マトリクス駆動やプラズマアドレッシング駆動にしたりといった駆動方法の変更も可能である。

また、これらの実施例では垂直配向モードを中心に述べたが、前述したように、平行配向モード、ＨＡＮ型モード、ＯＣＢモードなど電圧印加によるリタデーション変化を利用するモードであればいずれのモードにも適用することが可能である。またＳＴＮモードなどのねじれ配向状態となっている液晶モードにも適用することが可能である。

また、前述したように、ＥＣＢ効果を有する液晶素子の代わりに、機械的な変調によって干渉層の空隙距離を変化させるモードを用いる場合でもこれらの実施例と同様の効果が得られる。

また、前述の構成に基づく粒子移動型表示素子を用いる場合でもこれらの実施例と同様の効果が得られる。

リタデーション量が変化したときの色度図上の変化を表す図である。 本発明のカラー液晶表示素子の１画素の画素構造を表す図である。 赤色と補色関係にあるカラーフィルタを設けた際の、リタデーション量が変化したときの色度図上の変化を表す図である。 本発明のカラー液晶表示素子に用いる層構成の説明図である。 本発明のカラー液晶表示素子の配向分割の説明図である。 本発明の実施例に用いたシアンカラーフィルタの分光スペクトルを示す図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の画素構成を示す図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の画素構成を示す図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の画素構成を示す図である。 フルカラーの表示範囲を表す概念図である。 本発明のカラー液晶表示素子の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示素子の他の構成において表現できる緑色・青色平面上での表示色を説明する図である。 本発明のカラー液晶表示装置の一例である半透過型カラー液晶表示装置の画素構成を示す図である。 本発明のカラー液晶表示装置の一例である半透過型カラー液晶表示装置の他の画素構成を示す図である。 本発明のカラー液晶表示装置の一例である半透過型カラー液晶表示装置の他の画素構成を示す図である。 本発明のカラー液晶表示装置の一例である半透過型カラー液晶表示装置の他の画素構成を示す図である。

符号の説明

１ 偏光板
２ 位相補償板
３ ガラス基板
４ 透明電極
５ 液晶層
６ 透明電極
７ （表面に反射板を備えた）ガラス基板
８ 偏光軸
９ 位相補償板の光軸
１０ 液晶分子
１１ 液晶分子の回転面
６１〜６３ 透明電極
６４〜６６ 反射電極
８１〜８３ 透過モード用の画素
８４〜８６ 反射モード用の画素
８９ スイッチング素子
１８１〜１８３ 透過型の表示を行う画素
１８４〜１８９ 反射型の表示を行う画素
１９１〜１９３ 透過型の表示を行う画素
１９４〜１９９ 反射型の表示を行う画素
ａ 画素（第２の画素）
ｂ 画素（第１の画素）
ｂ１，ｂ２，ｂ３
サブピクセル

Claims (10)

1. 外部からの制御が可能な変調手段によって光学的性質を変化させ得る媒体を用いたカラー表示素子であって、
   前記媒体は、前記変調手段によって複数の色相を呈する第１の変調領域と、前記変調手段によって明度が変化する第２の変調領域とを有し、
   前記媒体からなる表示素子の単位画素は複数の画素によって構成されるとともに、
   前記単位画素を構成する複数の画素のうちの少なくとも１つが、前記第１の変調領域を用いたカラー表示を行い得る第１の画素であり、残りの画素のうちの少なくとも１つが赤色のカラーフィルタを有し、前記第２の変調領域で前記カラーフィルタの赤色を連続的に明度変化させて表示する第２の画素であることを特徴とするカラー表示素子。
2. 前記第１の画素は、赤色と補色の関係にある色相のカラーフィルタを有する請求項１に記載のカラー表示素子。
3. 前記第１の画素の表示色は、有彩色を点灯又は非点灯させる表示色である請求項１または２に記載のカラー表示素子。
4. 前記第１の画素及び前記第２の画素の表示色は、前記変調手段による制御量に応じた連続的な明度変化を示す表示色である請求項１または２に記載のカラー表示素子。
5. 前記第１の画素にて表示される有彩色は、前記変調手段による制御量に応じて連続的に色相変化する請求項１または２に記載のカラー表示素子。
6. 表面に電極を備えた一対の基板を対向配置し、
   前記基板間に液晶層を有し、
   前記液晶層は液晶分子の配列変化によるリタデーション変化を利用して入射偏光を所望の偏光状態に変調させる機能を有し、リタデーション変化に応じて複数の色にわたって色相が変化する第１の変調領域と、リタデーション変化に応じて連続的に明度が変化する第２の変調領域とを有しているカラー液晶表示素子であって、
   前記カラー液晶表示素子の１つの単位画素が複数の画素によって構成されており、
   前記複数の画素のうちの少なくとも１つが、前記液晶層の配列変化によるリタデーション変化に応じて第１の変調領域を用いたカラー表示を行い得る第１の画素であり、残りの画素のうちの少なくとも１つが、赤色のカラーフィルタ層を有し、前記第２の変調領域で前記カラーフィルタ層の赤色を連続的に明度変化させて表示する第２の画素であることを特徴とするカラー液晶表示素子。
7. 少なくとも１枚の偏光板と前記液晶層とを有し、前記液晶層の液晶分子は、誘電率異方性が負であって、電圧無印加時にはほぼ垂直に配向している請求項６に記載のカラー液晶表示素子。
8. 少なくとも１枚の偏光板と前記液晶層とを有し、前記液晶層の液晶分子が少なくとも電圧印加時にベンド配向している請求項６に記載のカラー液晶表示素子。
9. 少なくとも１枚の偏光板と前記液晶層とを有し、前記液晶層の液晶分子が電圧無印加時に前記基板に対してほぼ平行方向に配向している請求項６に記載のカラー液晶表示素子。
10. 反射型である請求項６ないし９のいずれか１項に記載のカラー液晶表示素子。

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