JPH08286215A

JPH08286215A - 液晶素子

Info

Publication number: JPH08286215A
Application number: JP12292395A
Authority: JP
Inventors: Toru Hasegawa; 徹長谷川
Original assignee: OPT KIKAKU KAIHATSU KK
Current assignee: OPT KIKAKU KAIHATSU KK
Priority date: 1995-04-12
Filing date: 1995-04-12
Publication date: 1996-11-01

Abstract

(57)【要約】【目的】反射型カラー表示に好適な液晶素子を提供
する。【構成】３原色画素の加法混色を利用してカラー表
示を行なう液晶素子において、それぞれの原色画素が、
原色のゲストホスト液晶の領域と、これと補色のゲスト
ホスト液晶の領域またはブラックのゲストホスト液晶の
領域の組合せを有する構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー情報の表示など
に好適な液晶素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】近
年、コンピューター技術などの進歩を背景としてカラー
表示に好適な平面ディスプレイが要求され、特に液晶デ
ィスプレイはその優れた特性からパソコンなどの各種用
途に用いられている。しかしながら、平面ディスプレイ
は単に設置スペースが少なくて済むだけではなく、より
積極的に可動性、携帯性を持つか、あるいは地球環境的
な見地からもエネルギー効率が高く、低電力消費である
ことが望ましい。このためにはバックライトを必要とし
ない反射型が望ましいが、従来の反射型液晶ディスプレ
イはコスト、明るさあるいは色再現範囲などに基本的、
原理的な問題点があった。本発明の目的は、上記の難点
を改善した明るく、色再現範囲が広い、特に反射型のフ
ルカラー表示に好適な基本構成の液晶素子を提供するこ
とにある。

【０００３】

【問題点を解決するための手段】光学的並列に配置され
た３原色画素の繰返しを有し、それぞれの原色画素が、
二色性色素と液晶を含む原色のゲストホスト液晶の領域
とこれと補色関係にあるゲストホスト液晶の領域の組合
せ、または原色のゲストホスト液晶の領域とブラックの
ゲストホスト液晶の領域の組合せを有し、これに電界、
熱および磁界の少なくとも一つを作用させて、３原色画
素の加法混色を利用してカラー表示を行なうことを特徴
とする液晶素子である。

【０００４】原色のゲストホスト液晶における原色がイ
エロー、マゼンタ、シアンからなる減法混合３原色であ
る上記の液晶素子である。

【０００５】原色のゲストホスト液晶における原色がレ
ッド、グリーン、ブルーからなる加法混合３原色である
上記の液晶素子である。

【０００６】補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域が消色ないし概
ね消色状態で、原色のゲストホスト液晶の領域の消発色
を制御し、原色のゲストホスト液晶の領域が最大発色な
いしはその附近の発色状態で、補色関係にあるゲストホ
スト液晶の領域またはブラックのゲストホスト液晶の領
域の消発色を制御して原色画素を駆動することを特徴と
する上記の液晶素子の駆動方法である。

【０００７】液晶素子が反射層を有する反射型素子ある
ことを特徴とする上記の液晶素子である。

【０００８】液晶素子が室温でスメクチック相またはガ
ラス状態を示すＰ型液晶とＰ型二色性色素を含むゲスト
ホスト液晶を有し、原色のゲストホスト液晶の領域のス
メクチック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチッ
ク転移点が、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域の上記転移点よ
りも低いことを特徴とする上記の液晶素子である。

【０００９】上記の液晶素子の原色画素を一対の少なく
とも一方が透明な電極間に挟持させた液晶素子である。

【００１０】液晶素子がＰ型ネマチック液晶とＰ型二色
性色素を含むゲストホスト液晶を有し、補色関係にある
ゲストホスト液晶の領域またはブラックのゲストホスト
液晶の領域の閾値電圧が、原色のゲストホスト液晶の領
域よりも低いことを特徴とする上記の液晶素子である。

【００１１】一方の電極が凹凸を有する白色の金属から
なり、反射層を兼ねた構成であることを特徴とする上記
の液晶素子である。

【００１２】

【作用】本発明は、光学的並列に配置されたそれぞれの
原色画素を２種の機能領域の組合せによる構成、すなわ
ち、原色のゲストホスト液晶の領域とこれと補色関係に
あるゲストホスト液晶の領域の組合せ、または原色のゲ
ストホスト液晶の領域とブラックのゲストホスト液晶の
領域の組合せを有する構成としている。これにより、各
原色画素が黒、原色、白を表現できる、換言すればその
色相を変えずに明暗を広い範囲で制御することが可能で
あるため、これら３原色画素の加法混色によりバックラ
イトなどの内部光源を必要とせずに色度座標平面上の広
い色表現が可能であるほか、色立体上の暗い領域の色再
現性、明るい領域の色再現性および白度レベルの高い白
を表示できる。このため、特に反射型素子として好適で
ある。上記の、本発明が特に重視している色再現性は明
度（輝度）を加えた色立体におけるものであり、物理測
色的にはＬａｂ系、Ｌｕｖ系なども用いうるが、これら
の直交座標と明度（輝度）を用いる表色系は、３原色に
よる混色という概念に整合しにくいこと、また、本発明
の主たる対象である反射型素子には物体色としての取扱
いが妥当であり、この場合ＪＩＳ−Ｚ−８７２１のよう
なマンセル表色系が便利であるため、主として色相、明
度、彩度を用いるマンセル表色系の色立体の概念により
説明する。

【００１３】原色のゲストホスト液晶における原色をイ
エロー、マゼンタ、シアンからなる減法混合３原色を用
いることにより明るい表示が可能であり、反射型素子の
場合に明るさなどの点で有利である。

【００１４】原色のゲストホスト液晶における原色をレ
ッド、グリーン、ブルーからなる加法混合３原色を用い
ることにより、従来の３原色カラーフィルターとバック
ライトを有する透過型液晶素子との駆動上の整合性が高
く、バックライトを有する透過型とすることも容易であ
る。また反射層を半透過性の反射板とすることにより、
反射型と透過型とに切換えが可能な素子とすることもで
きる。

【００１５】原色画素に対応する２種の機能領域の動作
を整理して、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域が消色ないし概
ね消色状態で、原色のゲストホスト液晶の領域の消発色
を制御し、原色のゲストホスト液晶の領域が最大発色な
いしはその附近の発色状態で、補色関係にあるゲストホ
スト液晶の領域またはブラックのゲストホスト液晶の領
域の消発色を制御して原色画素を駆動することにより、
３原色画素の混色を行なった場合に生じる重複した組合
せなどの不必要な組合せを大幅に取除いたため簡潔な駆
動系による駆動が可能となる。

【００１６】本発明は、液晶素子が偏光板を必須要素と
しないゲストホスト液晶を用い、反射層を有する構成と
することにより、反射型素子の難点である高いレベルの
白さを実現できる。

【００１７】液晶素子が室温でスメクチック相またはガ
ラス状態を示すＰ型液晶とＰ型二色性色素を含むゲスト
ホスト液晶を有し、原色のゲストホスト液晶の領域のス
メクチック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチッ
ク転移点が、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域の上記転移点よ
りも低いことを特徴とする上記の液晶素子であるため、
感熱ヘッドなどを用いた簡潔な駆動により色立体上の広
い領域を再現できるメモリー性の熱光学素子を実現でき
る。

【００１８】上記の液晶素子の原色画素を一対の少なく
とも一方が透明な電極間に挟持させることにより、現行
の液晶素子と同様の駆動系構成により表示品質の優れた
電気光学素子ができる。

【００１９】通常のｐ型ネマチック液晶とｐ型二色性色
素を用いたゲストホスト液晶を有する液晶素子である場
合に、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域またはブ
ラックのゲストホスト液晶の領域の閾値電圧が、原色の
ゲストホスト液晶の領域よりも低く設定することによ
り、一つの原色画素に複数の電極対を要せずに一対の電
極により制御して簡潔な駆動により色立体上の広い色再
現領域を有する電気光学素子を実現できる。

【００２０】反射型液晶表示は斜め方向から見た場合に
２重映りなどの視差が問題となるが、一方の電極が凹凸
を有する白色の金属からなり、反射層を兼ねた構成とす
ることにより視差の問題がない電気光学素子を構成でき
る。

【００２１】本発明は特に反射型に適する原理的な光学
構成、駆動法およびこれを利用した液晶素子にあり、そ
の骨子は原色画素の色相を変えずに明度を変化させて並
列な３原色画素の加法混色を行うことにある。以下、図
面を併用して本発明の思想および実施態様をより詳細に
説明する。実施例１第１図は本発明の一実施例である液晶素子の略示的な断
面図である。図中、１１は透明層であり、３１は二色性
色素と液晶を含む原色のゲストホスト（以下ＧＨと略
す）液晶を有する原色領域層であり、３１ａ〜３１ｃは
それぞれの原色画素に対応する原色領域である。２１は
３１の原色層と補色関係にある色相のＧＨ液晶を有する
補色領域２１ａ〜２１ｃからなる補色領域層であるか、
または、ブラックのＧＨ液晶を含むブラック領域層であ
る。上記の原色領域、補色領域およびブラック領域は本
発明の機能領域であり、対を構成している。補色領域層
を有する場合は２１ａと３１ａ、２１ｂと３１ｂ、２１
ｃと３１ｃは補色対である。また、ブラック領域層を有
する場合は２１ａ〜２１ｃはいずれもブラック領域であ
り、ブラック領域間に境界がない均一な層構成としても
よい。４１は透明または不透明層を示す。

【００２２】補色領域層またはブラック領域層２１と原
色領域層３１の中間に中間透明層を有してもよい。中間
透明層、１１の透明層および４１の透明または不透明層
は、透明な電極あるいは不透明層である場合は不透明で
あってもよい電極を有してもよい。これらが機能領域を
挟んで対向する電極対を形成する場合は電気光学素子と
して用いることができる。またこれらの透明または不透
明層は保護あるいは平坦化のための比較的機械的強度の
低いものでもよいが、少なくとも一つは基板ないしは基
紙としての機能をもつことが好ましい。これらはガラ
ス、高分子材料、紙あるいは金属などを用いて構成でき
る。また、原色領域層、補色領域層およびブラック領域
層はそれぞれの層中の隣接領域の境界部に隔壁状に境界
領域を設けてもよく、境界領域はいわゆるブラックマス
クなどの画素周辺部のカバーを兼ねさせてもよい。これ
ら境界領域ないしは画素周辺部のカバーは無彩色である
ことが好ましく、基板上に設けてもよい。

【００２３】原色領域の形成法は例えば、光学活性物質
を含んでもよい原色のＧＨ液晶組成物をコアセルベーシ
ョン法などの公知の方法でマイクロカプセル化し、これ
を高分子バインダーと混合して調製した原色インキを印
刷法により基板上に３原色の画素の繰返しを有するよう
に形成させるか、あるいはレジストにより不要部分を順
次カバーして、それぞれの原色インキを順次塗布する方
法などのように、公知の液晶用カラーフィルターの製造
法のうち印刷法あるいは顔料分散法として知られている
方法を、顔料の代わりにＧＨ液晶を含むマイクロカプセ
ルを使用して基板上に３原色の繰返し単位をもつように
形成することができる。ＧＨ液晶のカプセル化および印
刷はそれぞれ公知の各種の方法が適用できるが、具体的
には例えば特表昭６２−５０２７８０、特開平６−３４
９４９に記載の方法などが適用できる。また上記の特開
平６−３４９４９に電着コーティング法として記載され
ている方法によりＧＨ液晶と高分子マトリクスまたはカ
プセル化ＧＨ液晶と高分子マトリクスを電着コーティン
グして３原色の繰返し単位をもつように形成させてもよ
い。

【００２４】上記のようにして原色領域を形成させたの
ち透明層を上部に設けて中間透明層としてもよい。ま
た、基板と中間透明層間に予めストライプ状などの隔壁
を設けて３原色の繰返し単位をもつように原色のＧＨ液
晶を挟持させてもよい。原色の繰返しパターンとしては
ストライプ状、モザイク状などが挙げられる。

【００２５】補色領域層は、原色のＧＨ液晶組成物の代
わりに補色のＧＨ液晶組成物を用い、他は上記と同様の
方法で、原色領域層の上に形成させて、その上に透明層
を形成させて本発明の液晶素子を構成できる。また補色
領域層を予め透明層上に形成させ、基板上に形成させた
原色領域層と貼りあわせて、本発明の液晶素子を構成し
てもよい。補色領域２１ａ〜２１ｃは対応する原色領域
３１ａ〜３１ｃと補色対をなすため、一方が加法混合３
原色であれば他方はそれぞれ対応する減法混合３原色と
なる。具体的には原色が加法混合３原色の場合、補色対
である２１ａと３１ａ、２１ｂと３１ｂ、２１ｃと３１
ｃは、それぞれシアンとレッド、マゼンタとグリーン、
イエローとブルーとなる。原色が減法混合３原色である
場合はその逆の組合せとなる。

【００２６】また、電界、熱または磁界を作用させた場
合に、その強度に対応する３原色画素の消発色の割合が
揃っていることが望ましい。また、原色領域は彩度が高
く、同割合で３原色を混色させた場合に無彩色となるこ
とが好ましい。補色対も同割合で混色させて無彩色とな
ることが好ましい。

【００２７】他方、ブラック領域層を有する場合は、例
えば、原色のＧＨ液晶組成物の代わりにブラックのＧＨ
液晶を用い、他は上記と同様にしてカプセル化ブラック
インキを調製し、原色領域層の上に均一に塗布してブラ
ック領域層を形成し、その上に透明層を形成させて本発
明の液晶素子を構成できる。またブラック領域層を予め
透明層上に形成させ、基板上に形成させた原色領域層と
貼りあわせて、本発明の液晶素子を構成できる。また、
カプセル化ブラックインキの代わりに、高分子分散型液
晶として公知の他の方法を適用してブラック領域層を形
成してもよい。すなわちＧＨ液晶を硬化前の各種高分子
マトリクス中に分散させて調製したエマルジョンを塗
布、硬化させる方法あるいはアクリル酸エステルなどの
モノマーおよびそのオリゴマーにＧＨ液晶を溶解させて
硬化時に相分離させる方法などにより、ＧＨ液晶を高分
子マトリクス中に分散させる方法を適用してもよい。ま
た、ＧＨ液晶を含浸させた多孔性高分子フィルムを用い
てもよい。また、ブラック領域層と原色領域層の間に透
明層を有する場合は、ブラック領域層は通常の配向処理
を有してもよい二枚の透明基板間に光学活性物質を含ん
でもよいブラックのＧＨ液晶組成物を挟持して形成でき
る。これを上記の原色領域層を有する基板と貼りあわせ
て本発明の液晶素子を構成できる。原色領域層、補色領
域層およびブラック領域層の各機能領域層はそれぞれ１
μｍから数１００μｍの厚さであってもよいが、機能領
域の対を含む層が合せて数μｍないし数１０μｍの厚さ
であることが駆動上から好ましい。

【００２８】本発明の原色、補色およびブラックのＧＨ
液晶領域に使用する液晶は、液晶デバイス・ハンドブノ
ク（日本学術振興会第１４２委員会編：１９８９）Ｐ１
１６〜Ｐ１９２記載のＰ型あるいはＮ型の誘電異方性を
もつシアノ基、フソ素原子、クロル原子などを有し、ビ
フェニル、フェニルシクロヘキサンなどを骨格とする各
種のネマチック液晶、スメクチック液晶のほか同ハンド
ブックｐ６４１Ｐ〜６５３記載のポリアクリレートない
しはポリシロキサンなどを主鎖とする側鎖型高分子液晶
を使用しうる。この場合側鎖に二色性色素を有していて
もよい。また、これに混合する二色性色素としては、例
えば、同ハンドブックＰ１９２〜Ｐ１９６、Ｐ７２４〜
Ｐ７３０記載の二色性色素の中から選択あるいはこれら
を黒色などに混合調色して使用することができる。減法
混合３原色の二色性色素の具体例としては、同ハンドブ
ックＰ４８９記載の色素が挙げられ、加法混合３原色は
対応する減法混合３原色の２色を混合して得られる。ま
た、光学活性中心をもつ液晶などの光学活性物質を添加
してもよい。

【００２９】本発明の液晶素子は拡散板、バックライト
などを設けて透過型表示としてもよく、反射層を設けて
反射型表示としてもよい。また、半透過性の反射層を設
けて透過、反射を兼用できる構成としてもよい。上記の
ようにして構成した原色面素の原色領域と補色領域また
はブラック領域に電界、熱あるいは磁界を作用させるこ
とにより、色再現範囲の広いカラー表示を行なうことが
できる。例えば通常のネマチック液晶を用いて電気光学
素子とした場合、１１の透明層、４１の基板および原色
領域層と補色領域層または原色領域層とブラック領域層
の間の中間透明層にも透明電極を設けて、原色領域と補
色領域またはブラック領域を公知のスタティク駆動ある
いはＴＦＴなどによるアクティブ駆動などにより領域毎
に選択的に駆動することにより加法混色を行ないカラー
表示が実現できる。電極対を有しない場合は、例えば中
間透明層に基板を兼ねさせ、４１を単なる透明層あるい
は不透明層として表裏から感熱ヘッドなどを作用させて
原色領域と補色領域またはブラック領域を独立に駆動し
て表示を行なうことができる。一方の領域を内部の加熱
電極により他方を外部の感熱ヘッドにより作用させても
よい。

【００３０】しかしながら、上記の各領域を単に独立に
駆動するシステムは駆動系などのコストに難点を持つだ
けではなく、３原色画素による加法混色を行なった場合
に重複した結果となる不必要な多数の組合せを生じる。
特に、補色領域を有する場合には画素が不要な色相表現
範囲をもつため問題を生じやすい。上記の問題は、後記
のように混色原理を明確化し、不要な動作を除去して再
構成した本発明の駆動法により解決できる。すなわち補
色関係にあるゲストホスト液晶の領域またはブラックの
ゲストホスト液晶の領域が消色（透明）ないし概ね消色
状態で、原色のゲストホスト液晶の領域の消発色を制御
して白ないし明るい色の領域を再現し、原色のゲストホ
スト液晶の領域が最大発色ないしはその附近の発色状態
で、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域またはブラ
ックのゲストホスト液晶の領域の消発色を制御して黒な
いし暗い色の領域を再現するように原色画素を駆動する
ことにより簡潔な駆動回路、駆動装置により駆動して色
立体上の広い領域を再現できる。上記の本発明の駆動法
は、原色画素の色相を変えずに、補色領域、ブラック領
域を制御し、さらには原色領域を制御することによって
明度を調節し、加法混色を行なうことにあり、上記のよ
うに駆動法を簡明に再構成することによって、駆動系を
簡明化できるだけでなく、以下の簡明な素子、素子構成
の発明に繋がる。

【００３１】実施例２第２図は本発明の他の実施例である液晶素子の略示的な
断面図である。図中、１１、４１は実施例１と同意義を
有する。２１ａ〜２１ｃはＧＨ液晶を有する微小な補色
領域またはブラック領域、３１ａ〜３１ｃはＧＨ液晶を
含む微小な原色領域であり、２１ａ〜２１ｃとともに集
合してそれぞれの原色画素に対応し、機能領域を構成す
るものである。５１はバインダーないしは高分子マトリ
クス領域を示す。補色領域を有する場合は２１ａと３１
ａ、２１ｂと３１ｂ、２１ｃと３１ｃは互に補色の色相
を有する。それぞれの原色画素に対応する微小な原色領
域と補色領域またはブラック領域の集合は、例えば、予
め原色とその補色または黒のＧＨ液晶カプセルを混合し
て用い、他は実施例１の原色領域の形成法で述べた方法
を適用して繰返し単位を持つように形成することができ
る。微小な液晶領域は液滴状のほか不定型の形状であっ
てもよい。また高分子分散型液晶として知られている他
の手法を併用してもよい。すなわち原色と補色または黒
の一方をカプセルとし、他方のＧＨ液晶を硬化前のモノ
マー、オリゴマーなどと直接に混合し、これにカプセル
を配合するか、あるいは他方のＧＨ液晶を高分子バイン
ダー樹脂などと混合してエマルジョンとしこれにカプセ
ルを配合して、これを用いて上記の印刷法などの公知の
方法により３原色の繰返しを持つように形成させてもよ
い。微小な液晶領域は液滴状のほか不定型の形状であっ
てもよい。機能領域層の厚さは数μｍないし数１０μｍ
が好ましい。

【００３２】実施例３第３図は本発明の反射型液晶素子の略示的な断面図であ
る。図中、１１、２１ａ〜２１ｃ、３１ａ〜３１ｃ、４
１、５１は実施例２と同意義をもつ。８１は白色金属か
らなる凹凸を設けた反射層であり、電極を兼ねてもよ
い、９１は反射層の基材を示す。この様に凹凸を設ける
ことにより鏡面反射を低下させ、内部全反射による光の
損失を抑制して白度を高めることができる外、二重映り
などの視差の問題を解消することができる。電極を兼ね
てもよい反射層は、凹凸を有するプレス金型あるいはロ
ールを圧着する方法、凹凸を有する金型中で重合させる
方法あるいは光重合性高分子材料に光強度分布の異なる
光を照射する方法などの各種方法により凹凸を設けた反
射層の基材に、アルミ、銀、ニッケルなどの白色金属の
薄膜を蒸着、スパッターなどの方法により形成させるこ
とができる。凹凸を有する金属を用いて基板、反射層の
基材を兼ねてもよい。反射層を兼ねた電極は画素毎に切
り離された電気的に独立した形態としてもよい。このよ
うな反射層を兼ねた電極のＴＦＴなどのアクティブ素子
上への具体的な形成法は例えば特開平５−２８１５３３
記載の方法などが適用できる。

【００３３】実施例４上記の実施例において、ＧＨ液晶が室温でスメクチック
相またはガラス状態を示すＰ型液晶とＰ型二色性色素を
含み、３１ａ〜３１ｃの原色のＧＨ液晶の領域のスメク
チック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチック転
移点が、２１ａ〜２１ｃの補色領域またはブラック領域
の上記転移点よりも低い材料を使用して液晶素子を構成
する。この液晶素子のそれぞれの領域は第４図のように
動作する。図中、３２は二色性色素、３３は液晶、ＴＮ
Ｉはネマチック・等方相転移点、ＴＳＮはスメクチック
・ネマチック転移点、Ｎ（Ａ）は配向したネマチック状
態、Ｓ（Ａ）は配向したスメクチックＡ状態、Ｎ（Ｒ）
はランダムなネマチック状態、Ｓ（Ｒ）はランダムなス
メクチックＡ状態、矢印は降温時の経路を示し、冷却
時、特にネマチック状態からスメクチック状態へ移行す
る温度領域で電圧を印加しながら冷却すると電界方向に
配向したスメクチック状態となり、光学的には消色状態
となる。電圧を印加せずに冷却するとランダムなスメク
チック状態となり、発色状態となる。この消色状態およ
び発色状態はメモリー性を有している。上記は室温でス
メクチック相をとる場合を示したが、高分子液晶などの
ガラス状態をとる場合、ガラス状態がスメクチック相の
下に生じる場合には上記Ｓ（Ａ）またはＳ（Ｒ）が殆ど
そのまま凍結されたガラス状態となり、またガラス状態
がネマチック相の下に生じる場合には上記Ｎ（Ａ）また
はＮ（Ｒ）が殆どそのまま凍結されたガラス状態となる
ため、同様にメモリー性の消色状態または発色状態とな
る。したがって、上記の液晶素子を２１ａ〜２１ｃのス
メクチック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチッ
ク転移点以上、好ましくはネマチック・等方相転移点以
上に加熱し、３１ａ〜３１ｃのスメクチック・ネマチッ
ク転移点またはガラス・ネマチック転移点を若干下回る
温度まで電圧を印加しながら冷却すれば、２１ａ〜２１
ｃおよび３１ａ〜３１ｃはともに消色状態すなわち消去
状態となる。またスメクチック状態で強い電界を印加し
ても消去できる。

【００３４】この状態の画素に熱により書込みを行なっ
た場合の特性を第５図に示す。図中、２１ＴＩは補色領
域またはブラック領域の熱・輝度特性、３１ＴＩは原色
領域の熱・輝度特性を示す。ＴＮＩ（２１）は補色領域
またはブラック領域のネマチック・等方相転移点、ＴＮ
Ｉ（３１）はの原色領域のネマチック・等方相転移点、
ＴＳＮ（２１）は補色領域またはブラック領域のスメク
チック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチック転
移点を示す。ＴＮＩ（３１）とＴＳＮ（２１）の中間の
温度に加熱して冷却すると画素は原色に発色する。ＴＮ
Ｉ（２１）以上に加熱して冷却すると画素は暗い原色な
いし殆ど黒色となる。この場合、画素の中央部を画素よ
りも小さい面積で加熱すると周囲への伝熱により発色面
積は温度と時間の関数となるため階調をとることができ
る。それぞれのＧＨ液晶の領域は、そのスメクチック・
ネマチック転移点またはガラス・ネマチックが５０℃以
上、好ましくは６０℃以上であることが好ましく、ネマ
チック相の温度範囲は狭い方が書込速度を早くできるた
め好ましい。また赤外線吸収層を設けるか、赤外線吸収
剤を構成材料に添加して消発色速度を高めてもよい。ま
た、ＧＨ液晶は側鎖型高分子液晶を用いたものであって
もよく、この場合スメクチックＡ相を示さず室温でガラ
ス状態となり加熱時にネマチック相のみを示すものでも
よい。さらに二色性色素を側鎖に導入したものでもよ
い。

【００３５】この素子は上記特性の材料を用いることに
より、表裏両面からの書込みなどの複雑な機構を要せず
に、電界または熱と電界を用いて消去し、熱により書込
んでメモリー性のカラー表示ができる。書込みは消去は
透明電極、加熱電極を基板あるいは透明層に設けてもよ
く、あるいは外部から感熱ヘッド、レーザーなどにより
書込み、加熱ロール、ロール状電極などにより消去する
システムとしてもよい。本素子は上記の加熱電極などを
内蔵させて通常の表示素子としてもよいが、メモリー性
を持つため、基板に耐熱高分子などの可撓性材料を用い
てベルト状の形状などとして表示ボード・システムなど
を構成できる外、さらに駆動系から着脱できる構成とす
ることができるため、ＯＨＰ、書換え可能なカード、ポ
スターなど大小の透過型、反射型あるいは投写型の各種
表示システムを構成できる。

【００３６】実施例５上記実施例１〜３においてＧＨ液晶としてｐ型ネマチッ
ク液晶とｐ型二色性色素を含むＧＨ液晶を使用し、２１
ａ〜２１ｃの補色領域またはブラック領域の閾値電圧
を、３１ａ〜３１ｃ原色領域よりも低く設定する。閾値
を異なる電圧に設定する方法としては、公知の技術、す
なわち液晶材料の誘電率異方性、弾性特性が異なる特性
の材料を用いることにより可能であるが、通常は低い閾
値の領域の材料を、高い閾値の領域の材料よりも誘電率
異方性が大きい材料を選択することにより容易に実現で
きる。また、高分子分散型素子の場合は、液晶領域の液
滴の粒径により閾値電圧が異なることが知られているた
め液滴の粒径を変える方法によってもよい。第６図は本
発明の一実施例である実施例５の素子の電圧−輝度特性
のモデル的な例である。図中、２１ＶＩは補色領域また
はブラック領域、３１ＶＩは原色領域の電圧−輝度特性
を示す。図の（Ａ）および（Ｂ）に示すように補色領域
またはブラック領域の閾値電圧を原色領域よりも低く設
定する。（Ａ）のように補色領域またはブラック領域の
飽和電圧が原色領域の閾値電圧に等しいかそれ以下であ
ることが色再現範囲が広いため好ましいが（Ｂ）の状態
でも使用しうる。このような設定により、複数の電極と
駆動系を必要とせずに、一対の電極と対応する駆動系に
より、上記の本発明の駆動方法が実現できるため、後記
の混色原理を単純な構成で実施できる。このため色立体
上の色再現範囲の広い、反射型に好適な電気光学素子と
することができる。

【００３７】以下に本発明の思想およびその利点を主と
して反射型としての観点から従来の方法と比較して述べ
る。液晶素子のカラー化方法は液晶デバイス・ハンドブ
ック（日本学術振興会第１４委員会編）Ｐ４６７〜Ｐ４
７３に記載されているように各種の方法が知られている
が、色再現範囲が広い、混色を利用した方法を中心に述
べる。

【００３８】比較例１第７図は内田ら；Ｐｒｏｃ．ＳＩＤ，２２（１９８１）
４、特表昭６２−５０２７８０などに記載の減法混合３
原色のＧＨ液晶を用いて、３原色層を光学的直列に積層
した素子である。図中１２、１３は上下両面に透明な電
極を有する透明層、３１ａ〜３１ｃはそれぞれ原色のＧ
Ｈ液晶を含む液晶層である。本素子は極めて常識的な構
成ではあるが、二つの重要な要求特性を原理的に両立さ
せている。すなわち色立体上の色再現範囲が広く、また
反射型素子とした場合にも明るさは良好である。その後
発表された以下に述べる各種の方式が、この特性の両立
に成功していないことから、この課題は解決が容易でな
いことを証明している。しかしながら、斜め方向から見
た場合の視差に問題があり、またＧＨ液晶素子がマルチ
プレックス駆動適性に欠けるため、ＴＦＴなどのアクテ
ィブ駆動またはスタティク駆動などのコストの高い駆動
系を３層分必要とするなど、著しくコストが高くなる。

【００３９】比較例２第８図は特開平３−８４５２０などに記載の散乱型の高
分子分散型液晶にカラーフィルターを組合せた素子の例
である。図中、６１は散乱型の高分子分散型液晶層、７
１はカラーフィルター層、７１ａ〜７１ｃはカラーフィ
ルターのそれぞれの原色領域を示す。この様な散乱型素
子を用いた構成は散乱状態（白色）と透過状態（カラー
フィルターによる発色）とを制御するために、原理的に
色立体の上半球部分の明るい色相しか表示できないだけ
でなく、後記のように彩度の低い色しか表示できず色度
座標上の色再現範囲も狭い。この暗い領域の色再現範囲
の不足は散乱型素子をブラックの二色性色素を含む高分
子分散ＧＨ素子、相転移ＧＨ素子などの明状態と暗状態
とに変化する素子に変更することにより解決できるが、
逆にカラーフィルター方式の光利用効率の低さに起因す
る明度の低下のために、反射型に使用するには白度レベ
ルおよび明るい領域の色再現範囲が不十分となる。上記
の難点は特開平６−３４９４９記載のように単なる色素
あるいは顔料を含む高分子マトリクス中にブラックの二
色性色素を含む高分子分散ＧＨ液晶を組合せても同様で
ある。散乱型素子を通常のＴＮ素子とした場合は、液晶
ＴＶなどとして広く用いられている構成となるが、この
場合は偏光板による光の損失も加わるため、さらに暗い
表示となり反射型としては使用困難である。

【００４０】比較例３第９図は本発明の第１図の構成からブラック領域を除い
て３原色ＧＨ領域のみの構成とした比較例である。第１
０、１１図は本発明素子のような３原色を並列配置した
系の混色を説明するためのモデル的な可視部スペクトル
図である。第１０図の（Ｙ）、（Ｍ）、（Ｃ）はそれぞ
れ減法混合３原色イエロー、マゼンタ、シアンのスペク
トル、（Ｒ）、（Ｇ）、（Ｂ）はそれぞれ加法混合３原
色レッド、グリーン、ブルーのスペクトルを示す。以
下、上記のスペクトル図を用いて混色による色再現を説
明するが、混色原理は通常、加法混合３原色による加法
混色および減法混合３原色による減法混色のみが説明さ
れる場合が多く、このため、例えば減法混合３原色を用
いれば減法混色を生じるといった誤解を生じやすいが、
本発明のような並列配置した系では加法混色となること
に注意する必要がある。比較例３の３原色画素のみの素
子は、上記の散乱型素子とカラーフィルターの組合せと
同様に原色の明度を低下させる手段を持たないから黒お
よび暗い領域、すなわち色立体の下半球部分の色再現性
に本質的な欠陥があるが、また、以下に述べるように色
再現範囲にも大きい問題がある。

【００４１】すなわち、加法混色では加法混合３原色の
うちの２色を混色した場合は、第１０図の対応する減法
混合３原色となるが、減法混合３原色の２色を混色した
場合、対応する加法混合３原色とはならないという第１
の問題が生じる。第１１図に減法混合３原色を用いて２
色を加法混色させた模式的なスペクトルを示す。イエロ
ーとマゼンタを混色させた場合は、図の（Ｙ）＋（Ｍ）
のスペクトルに示すように加法混合原色のレッドにはな
らずにレッドに白を加えた色相、すなわち（イエロー）
＋（マゼンタ）＝（レッド）＋（白）となる。このよう
に減法混合３原色を用いて２色を混色させた場合に色立
体上の純色すなわち対応する加法混合原色ではなく、
（減法混合原色）＋（減法混合原色）＝（加法混合原
色）＋（白）となり彩度の低いパステル調の色となって
しまう。

【００４２】上記は２つの原色を用いた混色の原理的な
説明であるが、並列な３原色画素でカラー表示を行なう
場合は第３の画素の駆動が次の問題となる。２つの原色
画素の混色による色相を表示しようとするならば第３の
画素はすくなくとも無彩色を選択駆動しなければならな
い。しかしながら上記の第７図の構成において原色ＧＨ
画素の選択しうる無彩色は（透明）すなわち反射層をも
つ反射型の場合は（白）を選択するしかないから、減法
混合３原色による画素を用いて加法混合原色を表示しよ
うとすれば、３個の画素は（減法混合原色）＋（減法混
合原色）＋（白）となるように駆動することとなり、こ
れは（加法混合原色）＋（白）＋（白）であるから、２
色の混色よりも、さらに彩度が低下してしまう。これま
での説明を理解すれば、３原色ＧＨ液晶のみからなる第
７図の素子では、いずれの３原色系を用いても画素に使
用した原色それ自身の色も表示できないことが理解され
る。すなわち、残りの２つの画素は（白）を選択駆動す
るしかないから、同様に彩度が低下せざるを得ないから
である。したがって第７図の構成では、暗い領域が表示
できないだけでなく、明るい領域の色再現範囲も狭く、
特に鮮やかな色を表示できない欠点を持つ。また第６図
の散乱型素子にカラーフィルターを組合せた場合も同様
の問題を生じ、たとえ散乱特性を大幅に改善できてもフ
ルカラー反射型素子の実現に関しては満足な解を持たな
いことが理解される。

【００４３】これに対して第１、２図のような本発明の
輝度（明度）を制御できる補色領域またはブラック領域
を有する構成により、減法混合３原色を用いた場合に３
画素は（輝度調節：減法混合原色）＋（輝度調節：減法
混合原色）＋（黒）＝（加法混合原色）のように輝度の
調節により余分の（白）を差引くことが可能であり、第
３の画素は（黒）を選択できるから３原色の画素ユニッ
トを調節駆動して彩度の高い原色を再現できることが判
る。また、いずれの３原色系の画素であっても、（原
色）を表示しようとするならば、３画素の組合せは（原
色）＋（黒）＋（黒）＝（原色）に制御できる。したが
って本発明の混色方式は輝度を調節した３原色と黒の４
色による加法混色と見なすことができる。すなわち、本
発明は、反射型カラー表示は３原色と黒の４色による加
法混色により大きい色再現範囲を実現できるという思想
に存する。さらに、本発明の素子は上記の４色として発
色と透明とに制御できるＧＨ液晶を用いているため、白
色反射層を組合せることによりカラーフィルター方式の
明るさの難点を解決することが可能であり、黒および暗
い色相から明るい色相および白に至る色立体上の大きい
色再現範囲を実現できることが理解できよう。

【００４４】特表昭６２−５０２７８０の実施例などに
は減法混合３原色層を光学的直列に積層した素子の外
に、複数の色相の領域からなる素子などのバリエーショ
ンが述べられているが、いずれも直列的な減法混色によ
る色相変化を基本原理とするものであり、並列的な原色
画素による加法混色の思想および減法混合３原色と黒の
４色を用いて加法混色を行なうことにより色立体上の大
きい色再現範囲を実現する本発明の混色の思想は明示さ
れていない。

【００４５】また、上記より原色のＧＨ液晶領域として
加法混合３原色レッド、グリーン、ブルーを用い、これ
にブラックのＧＨ液晶領域を組合せる本発明構成によ
り、加法混合３原色のみの構成では困難な黒および暗い
色相から、彩度の高い原色、明るい色相および白に至る
色立体上の大きい色再現範囲を有する反射型素子が実現
できることが理解できよう。このような本発明の思想は
特表昭６２−５０２７８０、特開平６−３４９４９の記
載には明示されていない。また、この場合は従来の加法
混合３原色のカラーフィルターをもつバックライト付き
の透過型液晶表示との駆動上の高い整合性に特徴を持
ち、さらに反射層を半透過性の拡散反射板とすることに
より、反射型表示とバックライトを点灯させた透過型表
示とに切換えが可能な素子とすることもできる。

【００４６】本発明の液晶領域、高分子バインダーまた
はマトリクス領域あるいは透明層に、紫外線吸収剤、酸
化防止剤などの各種安定剤を添加してもよく、蛍光増白
剤を添加してもよい。また、本発明の電気光学素子の表
面に、表面反射防止層あるいは紫外線吸収層などの保護
層などの透明層を有してもよい。

【００４７】

【発明の効果】本発明の３原色およびブラックの領域を
持つ原色画素の構成および駆動法により、３原色とブラ
ックの４色による加法混色によって、広い色相再現範囲
を有する明るい表示が可能となり、特に反射型フルカラ
ー表示が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の液晶素子の断面図

【図２】本発明の実施例２の液晶素子の断面図

【図３】本発明の実施例３の液晶素子の断面図

【図４】本発明の実施例４の液晶素子の動作を説明する
ためのモデル図

【図５】本発明の実施例４の液晶素子のモデル的な熱・
輝度特性

【図６】本発明の実施例５の液晶素子のモデル的な電圧
・輝度特性

【図７】本発明の比較例１の液晶素子の断面図

【図８】本発明の比較例２の液晶素子の断面図

【図９】本発明の比較例３の液晶素子の断面図

【図１０】本発明の比較例３の液晶素子の混色を説明す
るためのモデル的な可視部スペクトル図

【図１１】本発明の比較例３の液晶素子の混色を説明す
るためのモデル的な可視部スペクトル図

【符号の説明】

１１透明な電極を有してもよい透明層。２１３１の原色層と補色関係にある色相のＧＨ液晶を
有する補色領域２１ａ〜２１ｃからなる補色領域層であ
るか、または、ブラックのＧＨ液晶を含むブラック領域
層。３１原色のＧＨ液晶を有する原色領域層であり、３１
ａ〜３１ｃはそれぞれの原色画素に対応する原色領域で
ある。４１電極を有してもよい透明または不透明層。

【手続補正書】

【提出日】平成８年３月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】上記は２つの原色を用いた混色の原理的な
説明であるが、並列な３原色画素でカラー表示を行う場
合は第３の画素の駆動が次の問題となる。２つの原色画
素の混色による色相を表示しようとするならば第３の画
素はすくなくとも無彩色を選択駆動しなければならな
い。しかしながら上記の第９図の構成において原色ＧＨ
画素の選択しうる無彩色は（透明）すなわち反射層をも
つ反射型の場合は（白）を選択するしかないから、減法
混合３原色による画素を用いて加法混合原色を表示しよ
うとすれば、３個の画素は（減法混合原色）＋（減法混
合原色）＋（白）となるように駆動することとなり、こ
れは（加法混合原色）＋（白）＋（白）であるから、２
色の混色よりも、さらに彩度が低下してしまう。これま
での説明を理解すれば、３原色ＧＨ液晶のみからなる第
９図の素子では、いずれの３原色系を用いても画素に使
用した原色それ自身の色も表示できないことが理解され
る。すなわち、残りの２つの画素は（白）を選択駆動す
るしかないから、同様に彩度が低下せざるを得ないから
である。したがって第９図の構成では、暗い領域が表示
できないだけでなく、明るい領域の色再現範囲も狭く、
特に鮮やかな色を表示できない欠点を持つ。また第６図
の散乱型素子にカラーフィルターを組合せた場合も同様
の問題を生じ、たとえ散乱特性を大幅に改善できてもフ
ルカラー反射型素子の実現に関しては満足な解を持たな
いことが理解される。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】これに対して第１、２図のような本発明の
輝度（明度）を制御できる補色領域またはブラック領域
を有する構成により、減法混合３原色を用いた場合に３
画素は（輝度調節：減法混合原色）＋（輝度調節：減法
混合原色）＋（黒）のように輝度の調節により余分の
（白）を差引くことが可能であり、第３の画素は（黒）
を選択できるから３原色の画素ユニットを調節駆動して
暗い領域を含む広い範囲を再現できることが判る。ま
た、いずれの３原色系の画素であっても、画素自身の
（原色）を表示しようとするならば、３画素の組合せは
（原色）＋（黒）＋（黒）＝（原色）に制御できる。し
たがって本発明の混色方式は輝度を調節した３原色と黒
の４色による加法混色と見なすことができる。すなわ
ち、本発明は、反射型カラー表示は３原色と黒の４色に
よる加法混色により大きい色再現範囲を実現できるとい
う思想に存する。さらに、本発明の素子は上記の４色と
して発色と透明とに制御できるＧＨ液晶を用いているた
め、白色反射層を組合せることによりカラーフィルター
方式の明るさの難点を解決することが可能であり、黒お
よび暗い色相から明るい色相および白に至る色立体上の
大きい色再現範囲を実現できることが理解できよう。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学的並列に配置された３原色画素の繰返
しを有し、それぞれの原色画素が、二色性色素と液晶を
含む原色のゲストホスト液晶の領域とこれと補色関係に
あるゲストホスト液晶の領域の組合せ、または原色のゲ
ストホスト液晶の領域とブラックのゲストホスト液晶の
領域の組合せを有し、これに電界、熱および磁界の少な
くとも一つを作用させて、３原色画素の加法混色を利用
してカラー表示を行なうことを特徴とする液晶素子。
【請求項２】原色のゲストホスト液晶における原色がイ
エロー、マゼンタ、シアンからなる減法混合３原色であ
る請求項１の液晶素子。
【請求項３】原色のゲストホスト液晶における原色がレ
ッド、グリーン、ブルーからなる加法混合３原色である
請求項１の液晶素子。
【請求項４】補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域が消色ないし概
ね消色状態で、原色のゲストホスト液晶の領域の消発色
を制御し、原色のゲストホスト液晶の領域が最大発色な
いしはその附近の発色状態で、補色関係にあるゲストホ
スト液晶の領域またはブラックのゲストホスト液晶の領
域の消発色を制御して原色画素を駆動することを特徴と
する請求項１〜３のいずれかの液晶素子の駆動方法。
【請求項５】液晶素子が反射層を有する反射型素子ある
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの液晶素子。
【請求項６】液晶素子が室温でスメクチック相またはガ
ラス状態を示すＰ型液晶とＰ型二色性色素を含むゲスト
ホスト液晶を有し、原色のゲストホスト液晶の領域のス
メクチック・ネマチック転移点またはガラス・ネマチッ
ク転移点が、補色関係にあるゲストホスト液晶の領域ま
たはブラックのゲストホスト液晶の領域の上記転移点よ
りも低いことを特徴とする請求項１〜３のいずれかの液
晶素子。
【請求項７】原色画素を一対の少なくとも一方が透明な
電極間に挟持させた請求項１〜３、５のいずれかの液晶
素子。
【請求項８】液晶素子がＰ型ネマチック液晶とＰ型二色
性色素を含むゲストホスト液晶を有し、補色関係にある
ゲストホスト液晶の領域またはブラックのゲストホスト
液晶の領域の閾値電圧が、原色のゲストホスト液晶の領
域よりも低いことを特徴とする請求項１〜３、５、７の
いずれかの液晶素子。
【請求項９】一方の電極が凹凸を有する白色の金属から
なり、反射層を兼ねた構成であることを特徴とする請求
項７または８の液晶素子。