JP2002062540A - コレステリック液晶表示素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暗表示時または黒色表示時の反射率を十分に
低減させることができ、コントラストを大幅に向上させ
ることができるようにする。 【解決手段】 基板１１と透明電極２１との間および基
板１２と透明電極２２との間に、それぞれ２層の反射防
止膜５１，５３および５２，５４を形成し、透明電極２
１，２２および反射防止膜５１，５２の光学膜厚を、そ
れぞれλ／４とし、反射防止膜５３，５４の光学膜厚
を、それぞれλ／２とする。λは反射防止波長で、例え
ば視感度が最も高い５５５ｎｍに設定する。これによっ
て、コレステリック液晶３０のフォーカルコニック配向
時、入射光の透明電極２２での反射によるコレステリッ
ク液晶３０での前方散乱がλを中心に減少して、暗表示
時の反射率がλを中心に低減し、コントラストが向上す
る。それぞれ透明電極２１，２２を挟むように、透明電
極２１，２２の両側に反射防止膜を形成してもよい。透
明電極２１，２２と別に反射防止膜を形成しないで、透
明電極２１，２２の光学膜厚をλ／２にしてもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、各種の電子機器
の表示パネルや、画像の表示記憶媒体などとして用いら
れるコレステリック液晶表示素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】コレステリック液晶表示素子は、外光の
反射を利用して明るい表示ができること、無電源で表示
内容を維持できるメモリ性を有すること、そのメモリ性
を利用して単純マトリクス駆動により大容量表示が可能
であること、駆動にアクティブマトリクスを必要としな
いため樹脂などのフレキシブル基板を利用できること、
などの特長を有することから、電子新聞や電子書籍など
の電子ペーパー用の表示素子として注目されている。

【０００３】コレステリック液晶は、棒状分子からなる
螺旋構造を形成し、螺旋ピッチに対応した波長の光を選
択的に反射する。

【０００４】コレステリック液晶表示素子は、このコレ
ステリック液晶の選択反射を利用して表示を行うもの
で、図２２に断面構造を示すように、それぞれ透明電極
２１，２２を形成した２枚の基板１１，１２間にコレス
テリック液晶３０を挟持し、非観察側の基板１２の裏面
に光吸収層４１を形成したものである。

【０００５】コレステリック液晶３０の配向状態として
は、図２３（Ａ）に示すプレーナ、同図（Ｂ）に示すフ
ォーカルコニック、および同図（Ｃ）に示すホメオトロ
ピックの３種類がある。プレーナ配向は、螺旋軸が基板
面にほぼ垂直に配向した状態であり、選択反射波長域の
色光が観察される。フォーカルコニック配向は、螺旋軸
が基板面にほぼ平行に配向した状態であり、若干の光散
乱があるものの、それ自体は無色であるため、光吸収層
４１の色が観測され、光吸収層４１が黒色である場合に
は黒色の外観が得られる。ホメオトロピック配向は、螺
旋構造がほどけて、液晶分子が基板面に垂直に配向した
状態であり、やはり、それ自体は無色であるため、光吸
収層４１の色が観測され、光吸収層４１が黒色である場
合には黒色の外観が得られる。

【０００６】上記の配向状態間の切り替えは、電気的に
行うことができる。すなわち、透明電極２１，２２間に
電圧を印加すると、プレーナ配向はフォーカルコニック
配向に変化し、さらに電圧を上げるとホメオトロピック
配向に変化する。一方、ホメオトロピック配向から電圧
を徐々に低下させると、フォーカルコニック配向とな
り、電圧を急激に低下させると、プレーナ配向となる。

【０００７】電圧無印加時にはプレーナ配向とフォーカ
ルコニック配向の２つの配向状態が安定に存在するた
め、その性質を利用してメモリ性の表示が可能となり、
光吸収層４１を黒色にすれば、特定の色と黒色との表示
を行うことができる。

【０００８】多色表示のコレステリック液晶表示素子
は、図２４に示すように、それぞれ青色、緑色、赤色の
色光を選択反射するコレステリック液晶３０Ｂ，３０
Ｇ，３０Ｒが注入された３つのコレステリック液晶表示
素子、すなわち青色セル７０Ｂ、緑色セル７０Ｇ、赤色
セル７０Ｒを積層することによって得られる。青色、緑
色、赤色の色光とは、それぞれ４００〜５００ｎｍ，５
００〜６００ｎｍ，６００〜７００ｎｍの波長域に属す
る光を意味する。最も非観察側のセル、例えば赤色セル
７０Ｒの裏面には、黒色の光吸収層４２を形成する。

【０００９】この多色コレステリック液晶表示素子で
は、コレステリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒのうち
の１つを反射状態にし、他の２つを無色状態にすること
によって、青色、緑色または赤色の表示が得られ、コレ
ステリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒのうちの２つを
反射状態にし、他の１つを無色状態にすることによっ
て、シアン、マゼンタまたは黄色の表示が得られ、コレ
ステリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒの全てを反射状
態にすることによって、白色表示が得られ、コレステリ
ック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒの全てを無色状態にす
ることによって、黒色表示が得られる。

【００１０】図２２または図２４に示すようなコレステ
リック液晶表示素子のコントラストを向上させる方法と
して、「ＳＩＤ ９７ ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ１０５−１
０９」では、斜方蒸着したＳｉＯ_２を配向膜として用い
る方法が提案され、「ＳＩＤ９７ ＤＩＧＥＳＴ，ｐｐ
３１９−３２１」では、特定のポリイミドを配向膜とし
て用いる方法が提案され、「Ｅｕｒｏ Ｄｉｓｐｌａ
ｙ’９６，ｐｐ１２３−１２６」では、垂直配向ポリイ
ミドを配向膜としたセルに光硬化性樹脂を添加したコレ
ステリック液晶を封入し、熱アニール処理後に紫外線硬
化させる方法が提案されている。

【００１１】これらの方法は、いずれも、コレステリッ
ク液晶の配向を制御することによりフォーカルコニック
配向時の後方散乱（図２３（Ｂ）の矢印中の短い矢印で
示す観察側の方向への散乱）を減少させることによっ
て、暗表示時または黒色表示時の反射率を低減させ、コ
ントラストを向上させるものである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の方法では、一定のコントラスト改善効果が得ら
れるものの、暗表示時または黒色表示時の反射率を十分
に低減させることができず、コントラストを十分に向上
させることができない。特に、図２４のような積層型の
多色コレステリック液晶表示素子では、黒色表示時の素
子全体の反射率が各セルの反射率の和となるので、コン
トラストがセルの積層数分の１に低下して、コントラス
トの不足が顕著となり、そのため高彩度の多色表示が得
られない。

【００１３】そこで、この発明は、暗表示時または黒色
表示時の反射率を十分に低減させることができ、コント
ラストを大幅に向上させることができるとともに、積層
型の多色コレステリック液晶表示素子では高彩度の多色
表示を得ることができるようにしたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明では、それぞ
れ透明電極が形成された一対の基板間に、可視波長域内
の波長域を選択反射波長域とするコレステリック液晶が
封入された表示素子において、少なくとも非観察側の透
明電極の光学膜厚を、可視波長域内の反射防止波長の２
分の１にする。

【００１５】第２の発明では、それぞれ透明電極が形成
された一対の基板間に、可視波長域内の波長域を選択反
射波長域とするコレステリック液晶が封入された表示素
子において、少なくとも非観察側の、透明電極とコレス
テリック液晶との間および透明電極と基板との間の一方
または両方に、反射防止膜を設ける。

【００１６】第３の発明では、多色コレステリック液晶
表示素子として、それぞれ透明電極が形成された一対の
基板間に、可視波長域内の波長域を選択反射波長域とす
るコレステリック液晶が封入された、互いに選択反射波
長域が異なる複数の表示素子を積層し、最も観察側の表
示素子の観察側の透明電極を除いて、または含んで、各
表示素子の、透明電極の光学膜厚を可視波長域内の反射
防止波長の２分の１にし、または透明電極とコレステリ
ック液晶との間および透明電極と基板との間の一方また
は両方に反射防止膜を設ける。

【００１７】第４の発明では、第３の発明の多色コレス
テリック液晶表示素子において、前記複数の表示素子
を、選択反射波長が短波長の表示素子ほど観察側に積層
し、ある上層の表示素子と、これに対して非観察側に隣
接する下層の表示素子との間に、前記上層の表示素子の
選択反射波長域を吸収し、前記下層の表示素子の選択反
射波長域を透過させるカラーフィルタを設けるととも
に、各表示素子の前記反射防止波長または前記反射防止
膜についての反射防止波長を、それぞれ当該の表示素子
に入射する色光の波長分布に応じて変える。

【００１８】

【作用】上述した各文献に示された従来の方法は、いず
れも、フォーカルコニック配向時の後方散乱を減少させ
ることによって、暗表示時または黒色表示時の反射率を
低減させ、コントラストを向上させるものである。

【００１９】しかし、発明者の研究考察によれば、フォ
ーカルコニック配向時の後方散乱以外に、入射光の透明
電極での反射によるコレステリック液晶での前方散乱
（観察側の方向への散乱）が、暗表示時または黒色表示
時の反射率を増加させ、コントラストを低下させる大き
な原因となる。

【００２０】図２５を用いて、これを示すと、図２２の
ようなコレステリック液晶表示素子に基板１１側から入
射光１が入射すると、これが非観察側の透明電極２２で
反射し、コレステリック液晶３０のフォーカルコニック
配向時には、その反射光がコレステリック液晶３０によ
って、散乱光９として示すように観察側に散乱し、その
結果、暗表示時の反射率が増加し、コントラストが低下
する。

【００２１】図２４に示した多色コレステリック液晶表
示素子では、コレステリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０
Ｒが全てフォーカルコニック配向による無色状態とされ
る黒色表示時、セル７０Ｒの透明電極２２での反射によ
るコレステリック液晶３０Ｒ，３０Ｇ，３０Ｂでの前方
散乱、セル７０Ｒの透明電極２１およびセル７０Ｇの透
明電極２２での反射によるコレステリック液晶３０Ｇ，
３０Ｂでの前方散乱、およびセル７０Ｇの透明電極２１
およびセル７０Ｂの透明電極２２での反射によるコレス
テリック液晶３０Ｂでの前方散乱によって、反射率が大
きく増加する。

【００２２】透明電極一層あたりの反射率は通常、１〜
５％程度である。図２４の多色コレステリック液晶表示
素子では、当該の透明電極より観察側のコレステリック
液晶で前方散乱する反射光を生じる透明電極が、最も観
察側のセル７０Ｂの観察側の透明電極２１を除いて５層
あるので、コレステリック液晶で前方散乱する反射光を
生じる透明電極による反射率は、全体で５〜２５％程度
にも及び、コントラストおよび彩度が大きく低下する。

【００２３】これに対して、第１または第２の発明のコ
レステリック液晶表示素子では、それぞれ上記のように
構成されることによって、透明電極での反射によるコレ
ステリック液晶での前方散乱が反射防止波長を中心に減
少して、暗表示時の反射率が反射防止波長を中心に低減
し、コントラストが向上する。

【００２４】また、第３または第４の発明の多色コレス
テリック液晶表示素子では、それぞれ上記のように構成
されることによって、透明電極での反射によるコレステ
リック液晶での前方散乱が反射防止波長を中心に減少し
て、黒色表示時の反射率が反射防止波長を中心に低減
し、コントラストが向上するとともに、高彩度の多色表
示が得られる。

【００２５】

【発明の実施の形態】〔単色コレステリック液晶表示素
子の実施形態〕＜第１の例＞図１は、この発明の単色コ
レステリック液晶表示素子の第１の例を示す。

【００２６】この例では、基板１１，１２の一面に、そ
れぞれ透明電極２１，２２を形成して、基板１１，１２
を、透明電極２１，２２を内側にして対向させ、基板１
１，１２間に、コレステリック液晶３０を注入し、基板
１２の裏面に、光吸収層４１を形成するとともに、特に
透明電極２１，２２の光学膜厚（物理的膜厚×屈折率）
を、それぞれ後述の反射防止波長λの１／２とする。

【００２７】基板１１，１２としては、ガラスや、ポリ
カーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエー
テルスルフォンなどの樹脂などの透光性誘電体を用い
る。ただし、基板１２は非透光性の材料によって形成し
てもよい。

【００２８】透明電極２１，２２は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉ
ｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ_２、ＺｎＯ：Ａｌ
などの透光性を有する導電性酸化物によって形成する。
これら材料を、蒸着法、スパッタリング法、イオンプレ
ーティング法などによって基板１１，１２上に成膜し、
フォトリソグラフィ法などによって所望の形状に加工し
て、透明電極２１，２２を形成する。その際、透明電極
２１，２２の光学膜厚をλ／２に制御する。

【００２９】コレステリック液晶３０としては、シアノ
ビフェニル、フェニルシクロヘキシル、フェニルベンゾ
エート、シクロヘキシルベンゾエート、アゾメチン、ア
ゾベンゼン、ピリミジン、ジオキサン、シクロヘキシル
シクロヘキサン、トランなどのメソゲンを有するネマチ
ック液晶組成物に、コレステロール誘導体や２−メチル
ブチル基などの光学活性基を有する化合物からなるカイ
ラル剤を添加したものを用いることができる。

【００３０】コレステリック液晶３０は、高分子液晶、
中分子液晶、低分子液晶のいずれでもよく、これらの混
合物でもよい。また、コレステリック液晶３０は、コレ
ステリック液晶を高分子マトリクス中に分散させたもの
や、高分子ゲル化させたものや、カプセル状にしたもの
でもよい。

【００３１】コレステリック液晶３０の選択反射波長域
は、４００〜７００ｎｍの可視波長域内の波長域とす
る。

【００３２】透明電極２１，２２とコレステリック液晶
３０との間に、配向膜として、ポリイミドなどの樹脂、
ＳｉＯなどの無機蒸着膜、シラン系やアンモニア系など
の表面改質剤を設けてもよい。ポリイミドなど、屈折率
が液晶（コレステリック液晶３０）の平均屈折率に近い
材料では、配向膜の膜厚は、後述の反射防止性能に影響
を与えないので、任意の膜厚に設定することができる。
ＳｉＯのように屈折率が液晶（コレステリック液晶３
０）の平均屈折率と大きく異なる材料では、配向膜の膜
厚は、できるだけ薄いことが望ましく、１０ｎｍ以下が
好ましい。

【００３３】光吸収層４１は、コレステリック液晶３０
の選択反射波長域を吸収するものであればよく、その色
調は、表示素子の得ようとする表示効果に応じて適宜選
択することができる。その素材としては、染料や顔料を
含む塗料や、金属や金属酸化膜などの蒸着膜を用いるこ
とができる。ただし、光吸収層４１は基板１２に兼ねさ
せることもできる。

【００３４】反射防止波長λは、可視波長域内で所望の
波長に設定することができるが、コントラストをより高
めるには５００〜６００ｎｍの波長域内に設定すること
が望ましく、コントラストを最も高めるには視感度が最
も高い５５５ｎｍに設定することが望ましい。

【００３５】例えば、透明電極２１，２２を屈折率１．
９のＩＴＯによって形成する場合、λ＝５５５ｎｍとし
て、透明電極２１，２２の光学膜厚を２７７．５ｎｍ、
物理的膜厚を１４６ｎｍとする。

【００３６】図２に示すように、この例のコレステリッ
ク液晶表示素子に基板１１側から入射光１が入射する
と、その入射光１は、コレステリック液晶３０と透明電
極２２の界面および透明電極２２と基板１２の界面で、
それぞれ反射光２ａおよび２ｂとして示すように観察側
に反射する。

【００３７】この場合、例えば、透明電極２１，２２を
ＩＴＯによって形成した場合、その屈折率ｎｔは１．９
〜２．０であるのに対して、基板１１，１２およびコレ
ステリック液晶３０を上記のような材料によって形成し
た場合、基板１１，１２の屈折率ｎｓおよびコレステリ
ック液晶３０の平均屈折率ｎｃは、１．６前後であっ
て、透明電極２１，２２の屈折率ｎｔより小さく、コレ
ステリック液晶３０−透明電極２２−基板１２の構造
は、低屈折率−高屈折率−低屈折率の構造となる。

【００３８】そのため、反射光２ａは、コレステリック
液晶３０と透明電極２２の界面で、位相反転することな
く反射し、反射光２ｂは、透明電極２２と基板１２の界
面で、位相反転して反射するとともに、反射光２ｂ中の
波長がλの成分は、光学膜厚がλ／２の透明電極２２中
を往復することによって、反射光２ａ中の波長がλの成
分に対してλに相当する時間遅れる。

【００３９】その結果、波長がλの成分については、反
射光２ａと反射光２ｂとの間にλ／２の位相差を生じ
て、反射光２ａと反射光２ｂが互いに打ち消し合い、コ
レステリック液晶３０のフォーカルコニック配向時、透
明電極２２での反射によるコレステリック液晶３０での
前方散乱がλを中心に減少して、暗表示時の反射率がλ
を中心に低減し、コントラストが向上する。

【００４０】コントラストを向上させるためには、非観
察側の透明電極２２の光学膜厚のみをλ／２にすればよ
いが、この例のように観察側の透明電極２１の光学膜厚
もλ／２にすることによって、部屋の壁などで反射した
光が、図３に示すように入射光３として入射したとき、
基板１１と透明電極２１の界面で反射した光４ａ、およ
び透明電極２１とコレステリック液晶３０の界面で反射
した光４ｂが、図２に示した反射光２ａおよび２ｂと同
様に、波長がλの成分については、互いの間にλ／２の
位相差を生じて、互いに打ち消し合うので、部屋の壁な
どで反射した光による映り込みが減少する。

【００４１】図１５は、透明電極２１，２２を屈折率
１．９のＩＴＯによって形成し、その物理的膜厚を５０
ｎｍ、光学膜厚を９５ｎｍ（λは１９０ｎｍで可視波長
域外）にした場合の、暗表示時の反射スペクトルの計算
結果を示し、図１６は、透明電極２１，２２を屈折率
１．９のＩＴＯによって形成し、その物理的膜厚を１４
６ｎｍ、光学膜厚を２７７．５ｎｍ（λは５５５ｎｍ）
にした場合の、暗表示時の反射スペクトルの計算結果を
示す。

【００４２】これからも明らかなように、透明電極２
１，２２の光学膜厚を２７７．５ｎｍにすることによっ
て、暗表示時の反射率を視感度が最も高い５５５ｎｍを
中心に大幅に低減させることができる。

【００４３】＜第２の例＞図４は、この発明の単色コレ
ステリック液晶表示素子の第２の例を示す。

【００４４】この例では、基板１１，１２上の透明電極
２１，２２上に、すなわち透明電極２１，２２とコレス
テリック液晶３０との間に、それぞれ反射防止膜５１，
５２を形成し、透明電極２１と反射防止膜５１の光学膜
厚の和、および透明電極２２と反射防止膜５２の光学膜
厚の和を、それぞれλ／２に設定する。

【００４５】この例では、一例として、反射防止膜５
１，５２の屈折率を透明電極２１，２２の屈折率と等し
くする。例えば、透明電極２１，２２をＩＴＯによって
形成する場合、その屈折率は１．９〜２．０であるの
で、反射防止膜５１，５２としては、屈折率が１．９〜
２．０の、ＳＦＳ１ガラス（屈折率１．９３）、ＺｎＯ
（屈折率２．０）、ＰｂＯ（屈折率２．０）などの透明
誘電体を用いる。

【００４６】これら材料を、蒸着法、スパッタリング
法、ゾル−ゲル法などによって透明電極２１，２２上に
成膜し、透明電極２１，２２と同じパターン形状に加工
して、反射防止膜５１，５２を形成し、あるいは、これ
ら材料を、パターニングした透明電極２１，２２上に、
その外部への取り出し部分を除いて成膜して、反射防止
膜５１，５２を形成する。

【００４７】この例では、透明電極２２と反射防止膜５
２の光学膜厚の和、および透明電極２１と反射防止膜５
１の光学膜厚の和が、それぞれλ／２に設定されること
によって、図１の例と同様に、暗表示時の反射率がλを
中心に低減し、コントラストが向上するとともに、部屋
の壁などで反射した光による映り込みが減少する。

【００４８】この例では、他の例として、図５に示すよ
うに、基板１１，１２の屈折率をｎｓ、透明電極２１，
２２の屈折率をｎｔ、コレステリック液晶３０の平均屈
折率をｎｃ、反射防止膜５１，５２の屈折率をｎｒとし
て、上記のようにｎｒ＝ｎｔとしないで、ｎｃ＜ｎｒ＜
ｎｔとする。例えば、 ｎｒ＝√｛ｎｔ×√（ｎｃ×ｎｓ）｝ …（１） とする。

【００４９】具体例として、基板１１，１２を屈折率
１．５８のポリカーボネートによって形成し、透明電極
２１，２２を屈折率１．９のＩＴＯによって形成し、コ
レステリック液晶３０の平均屈折率ｎｃを１．６０とし
て、ｎｒ＝１．７３にする。このような屈折率ｎｒの反
射防止膜５１，５２としては、芳香族ポリアミド樹脂、
ポリビニルカルバゾール樹脂などの樹脂や、Ａｌ
_２Ｏ_３、ＭｇＯなどの酸化物を用いることができる。

【００５０】図１７は、この具体例のように各屈折率を
設定し、透明電極２１と反射防止膜５１の光学膜厚の和
および透明電極２２と反射防止膜５２の光学膜厚の和を
２７７．５ｎｍ（λは５５５ｎｍ）にした場合の、暗表
示時の反射スペクトルの計算結果を示す。これによれ
ば、暗表示時の反射率は、視感度が最も高い５５５ｎｍ
付近では、図１６の場合よりわずかに高くなるが、４０
０〜７００μｍの可視波長域全体では、図１６の場合よ
り波長依存性が小さく、色づきの少ない反射スペクトル
が得られる。

【００５１】図４の例では、市販の透明電極付き基板上
に反射防止膜５１，５２を形成するだけで容易にコント
ラストを向上させることができる。また、透明電極２
１，２２の膜厚の自由度が増加するとともに、透明電極
２１，２２間の短絡による製造上の歩留まりの低下を防
止することができる。

【００５２】＜第３の例＞図６は、この発明の単色コレ
ステリック液晶表示素子の第３の例を示す。

【００５３】この例では、基板１１，１２と透明電極２
１，２２との間に、それぞれ反射防止膜５１，５２を形
成して、反射防止膜５１と透明電極２１の光学膜厚の
和、および反射防止膜５２と透明電極２２の光学膜厚の
和を、それぞれλ／２に設定する。すなわち、この例
は、図４の例の透明電極２１，２２と反射防止膜５１，
５２の位置を入れ替えた場合である。

【００５４】この例でも、図４の例と同様に、暗表示時
の反射率がλを中心に低減し、コントラストが向上する
とともに、部屋の壁などで反射した光による映り込みが
減少する。

【００５５】また、この例では、反射防止膜５１，５２
を基板１１，１２の全面に渡って形成して、透明電極２
１，２２だけをパターニングすることができ、図４の例
のように反射防止膜５１，５２の形成時に透明電極２
１，２２の外部への取り出し部分をマスキングし、また
は反射防止膜５１，５２の形成後にフォトエッチングな
どによって透明電極２１，２２の外部への取り出し部分
を露出させる必要がない。

【００５６】＜第４の例＞図７は、この発明の単色コレ
ステリック液晶表示素子の第４の例を示す。

【００５７】この例では、それぞれ透明電極２１，２２
を挟むように、透明電極２１，２２と基板１１，１２と
の間および透明電極２１，２２とコレステリック液晶３
０との間に、反射防止膜５１，５２および５３，５４を
形成し、透明電極２１，２２の光学膜厚を、それぞれλ
／２とし、反射防止膜５１，５２，５３，５４の光学膜
厚を、それぞれλ／４とする。

【００５８】図８に示すように、この例のコレステリッ
ク液晶表示素子に基板１１側から入射光１が入射する
と、その入射光１は、コレステリック液晶３０と反射防
止膜５４の界面、反射防止膜５４と透明電極２２の界
面、透明電極２２と反射防止膜５２の界面、および反射
防止膜５２と基板１２の界面で、それぞれ反射光２ｃ，
２ｄ，２ｅおよび２ｆとして示すように観察側に反射す
る。

【００５９】この場合、基板１１，１２の屈折率をｎ
ｓ、透明電極２１，２２の屈折率をｎｔ、コレステリッ
ク液晶３０の平均屈折率をｎｃ、反射防止膜５３，５４
の屈折率をｎｒａ、反射防止膜５１，５２の屈折率をｎ
ｒｂとして、ｎｃ＜ｎｒａ＜ｎｔ，ｎｔ＞ｎｒｂ＞ｎｓ
とする。

【００６０】これによれば、反射光２ｃは、コレステリ
ック液晶３０と反射防止膜５４の界面で、反射光２ｄ
は、反射防止膜５４と透明電極２２の界面で、それぞれ
位相反転することなく反射するとともに、反射光２ｄ中
の波長がλの成分は、光学膜厚がλ／４の反射防止膜５
４中を往復することによって、反射光２ｃ中の波長がλ
の成分に対してλ／２に相当する時間遅れる。その結
果、波長がλの成分については、反射光２ｃと反射光２
ｄとの間にλ／２の位相差を生じて、反射光２ｃと反射
光２ｄが互いに打ち消し合う。

【００６１】また、反射光２ｅは、透明電極２２と反射
防止膜５２の界面で、反射光２ｆは、反射防止膜５２と
基板１２の界面で、それぞれ位相反転して反射するとと
もに、反射光２ｆ中の波長がλの成分は、光学膜厚がλ
／４の反射防止膜５２中を往復することによって、反射
光２ｅ中の波長がλの成分に対してλ／２に相当する時
間遅れる。その結果、波長がλの成分については、反射
光２ｅと反射光２ｆとの間にλ／２の位相差を生じて、
反射光２ｅと反射光２ｆが互いに打ち消し合う。

【００６２】したがって、コレステリック液晶３０のフ
ォーカルコニック配向時、コレステリック液晶３０での
前方散乱がλを中心に減少して、暗表示時の反射率がλ
を中心に低減し、コントラストが向上する。

【００６３】この場合、例えば、 ｎｒａ＝√（ｎｃ×ｎｔ） …（２） ｎｒｂ＝√（ｎｓ×ｎｔ） …（３） とする。

【００６４】具体例として、基板１１，１２を屈折率
１．５８のポリカーボネートによって形成し、透明電極
２１，２２を屈折率１．９のＩＴＯによって形成し、コ
レステリック液晶３０の平均屈折率ｎｃを１．６０とし
て、ｎｒａ＝１．７４、ｎｒｂ＝１．７３にする。この
ような屈折率ｎｒｂの反射防止膜５１，５２、および屈
折率ｎｒａの反射防止膜５３，５４としては、上述し
た、芳香族ポリアミド樹脂、ポリビニルカルバゾール樹
脂などの樹脂や、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなどの酸化物を用
いることができる。

【００６５】図１８は、この具体例のように各屈折率を
設定し、λ＝５５５ｎｍとして透明電極２１，２２およ
び反射防止膜５１〜５４の膜厚を設定した場合の、暗表
示時の反射スペクトルの計算結果を示す。これによれ
ば、暗表示時の反射率を可視波長域内の広い範囲に渡っ
て大幅に低減させることができ、コントラストを大幅に
向上させることができるとともに、反射防止膜５１〜５
４による色づきを防止することができる。

【００６６】＜第５の例＞図９は、この発明の単色コレ
ステリック液晶表示素子の第５の例を示す。

【００６７】この例では、基板１１と透明電極２１との
間および基板１２と透明電極２２との間に、それぞれ２
層の反射防止膜５１，５３および５２，５４を形成し、
透明電極２１，２２および反射防止膜５１，５２の光学
膜厚を、それぞれλ／４とし、反射防止膜５３，５４の
光学膜厚を、それぞれλ／２とする。

【００６８】図１０に示すように、この例のコレステリ
ック液晶表示素子に基板１１側から入射光１が入射する
と、その入射光１は、コレステリック液晶３０と透明電
極２２の界面、透明電極２２と反射防止膜５４の界面、
反射防止膜５４と反射防止膜５２の界面、および反射防
止膜５２と基板１２の界面で、それぞれ反射光２ｃ，２
ｄ，２ｅおよび２ｆとして示すように観察側に反射す
る。

【００６９】この場合、基板１１，１２の屈折率をｎ
ｓ、透明電極２１，２２の屈折率をｎｔ、コレステリッ
ク液晶３０の平均屈折率をｎｃ、反射防止膜５３，５４
の屈折率をｎｒａ、反射防止膜５１，５２の屈折率をｎ
ｒｂとして、ｎｃ＜ｎｔ＜ｎｒａ，ｎｒａ＞ｎｒｂ＞ｎ
ｓとする。

【００７０】これによれば、反射光２ｃは、コレステリ
ック液晶３０と透明電極２２の界面で、反射光２ｄは、
透明電極２２と反射防止膜５４の界面で、それぞれ位相
反転することなく反射するとともに、反射光２ｄ中の波
長がλの成分は、光学膜厚がλ／４の透明電極２２中を
往復することによって、反射光２ｃ中の波長がλの成分
に対してλ／２に相当する時間遅れる。その結果、波長
がλの成分については、反射光２ｃと反射光２ｄとの間
にλ／２の位相差を生じて、反射光２ｃと反射光２ｄが
互いに打ち消し合う。

【００７１】また、反射光２ｅは、反射防止膜５４と反
射防止膜５２の界面で、反射光２ｆは、反射防止膜５２
と基板１２の界面で、それぞれ位相反転して反射すると
ともに、反射光２ｆ中の波長がλの成分は、光学膜厚が
λ／４の反射防止膜５２中を往復することによって、反
射光２ｅ中の波長がλの成分に対してλ／２に相当する
時間遅れる。その結果、波長がλの成分については、反
射光２ｅと反射光２ｆとの間にλ／２の位相差を生じ
て、反射光２ｅと反射光２ｆが互いに打ち消し合う。

【００７２】したがって、コレステリック液晶３０のフ
ォーカルコニック配向時、コレステリック液晶３０での
前方散乱がλを中心に減少して、暗表示時の反射率がλ
を中心に低減し、コントラストが向上する。

【００７３】この場合、例えば、 ｎｒａ＝ｎｔ^２／ｎｃ …（４） ｎｒｂ＝√（ｎｒａ×ｎｓ） ＝ｎｔ×√（ｎｓ／ｎｃ） …（５） とする。

【００７４】具体例として、基板１１，１２を屈折率
１．５８のポリカーボネートによって形成し、透明電極
２１，２２を屈折率１．９のＩＴＯによって形成し、コ
レステリック液晶３０の平均屈折率ｎｃを１．６０とし
て、ｎｒａ＝２．２６、ｎｒｂ＝１．８９にする。

【００７５】このような屈折率ｎｒｂの反射防止膜５
１，５２としては、透明電極２１，２２と同じＩＴＯな
どの透明導電膜を用いることができる。ただし、この場
合には、透明電極２１，２２の静電容量の低減、および
短絡による歩留まりの低下を防止するために、反射防止
膜５１，５２は、それぞれ透明電極２１，２２と同じパ
ターン形状に加工することが望ましい。また、上記のよ
うな屈折率ｎｒｂの反射防止膜５１，５２として、上述
した、ＳＦＳ１ガラス（屈折率１．９３）、ＺｎＯ（屈
折率２．０）、ＰｂＯ（屈折率２．０）などの透明誘電
体を用いてもよい。この場合には、反射防止膜５１，５
２は、透明電極２１，２２と同じパターン形状に加工し
ないで、基板１１，１２の全面に渡って形成することが
できる。

【００７６】上記のような屈折率ｎｒａの反射防止膜５
３，５４としては、ＴｉＯ_２（屈折率２．５〜２．
９）、ＺｒＯ（屈折率２．４）、ＺｎＳ（屈折率２．
３）、ＬｉＮｂＯ_３（屈折率２．２）などを用いること
ができる。この場合、反射防止膜５３，５４は、透明電
極２１，２２と同じパターン形状に加工しないで、基板
１１，１２の全面に渡って形成することができる。

【００７７】図１９は、この具体例のように各屈折率を
設定し、λ＝５５５ｎｍとして透明電極２１，２２およ
び反射防止膜５１〜５４の膜厚を設定した場合の、暗表
示時の反射スペクトルの計算結果を示す。これによれ
ば、暗表示時の反射率を可視波長域内の図１８の場合よ
り広い範囲に渡って大幅に低減させることができ、コン
トラストを大幅に向上させることができるとともに、反
射防止膜５１〜５４による色づきを防止することができ
る。

【００７８】図９の例では、反射防止膜５１〜５４を全
て誘電体で形成する場合、電気的分離のために、これら
をパターニングする必要がなく、透明電極２１，２２だ
けをパターニングすればよいので、表示素子の製造工数
を減少させることができる。

【００７９】また、図４または図７の例のように透明電
極２１，２２とコレステリック液晶３０との間に反射防
止膜５１，５２または５３，５４を形成する場合とは異
なり、反射防止膜の形成時に透明電極２１，２２の外部
への取り出し部分をマスキングし、または反射防止膜の
形成後にフォトエッチングなどによって透明電極２１，
２２の外部への取り出し部分を露出させる必要がなく、
少ない工数で表示素子を作製することができる。

【００８０】〔多色コレステリック液晶表示素子の実施
形態〕 ＜第１の例＞図１１は、この発明の多色コレステリック
液晶表示素子の第１の例を示す。

【００８１】この例では、それぞれ青色、緑色、赤色の
色光を選択反射するコレステリック液晶３０Ｂ，３０
Ｇ，３０Ｒを封入した、それぞれ図９の例のように反射
防止膜５１，５３および５２，５４を形成した３つのコ
レステリック液晶表示素子を、セル７０Ｂ，７０Ｇ，７
０Ｒとして、この順序で観察側から順に積層し、最下層
（最も非観察側）のセル７０Ｒの裏面に、可視波長域全
域（４００〜７００ｎｍ）を吸収する黒色の光吸収層４
２を形成する。

【００８２】この例では、コレステリック液晶３０Ｂ，
３０Ｇ，３０Ｒが全てフォーカルコニック配向による無
色状態とされる黒色表示時、セル７０Ｒの透明電極２２
での反射によるコレステリック液晶３０Ｒ，３０Ｇ，３
０Ｂでの前方散乱、セル７０Ｒの透明電極２１およびセ
ル７０Ｇの透明電極２２での反射によるコレステリック
液晶３０Ｇ，３０Ｂでの前方散乱、およびセル７０Ｇの
透明電極２１およびセル７０Ｂの透明電極２２での反射
によるコレステリック液晶３０Ｂでの前方散乱が、それ
ぞれ反射防止波長λを中心に減少して、黒色表示時の反
射率が反射防止波長λを中心に低減し、コントラストが
向上する。

【００８３】また、コレステリック液晶３０Ｂ，３０
Ｇ，３０Ｒの１つまたは２つがプレーナ配向による選択
反射状態とされ、他の２つまたは１つがフォーカルコニ
ック配向による無色状態とされるときには、フォーカル
コニック配向による無色状態とされるコレステリック液
晶での前方散乱が反射防止波長λを中心に減少するの
で、高彩度の多色表示が得られる。

【００８４】コントラストを向上させ、高彩度の多色表
示を得るためには、セル７０Ｒの透明電極２２，２１、
セル７０Ｇの透明電極２２，２１およびセル７０Ｂの透
明電極２２についてのみ反射防止構造にすればよいが、
この例のように最も観察側のセル７０Ｂの観察側の透明
電極２１についても反射防止構造にすることによって、
図３に示して上述したように、部屋の壁などで反射した
光による映り込みが減少する。

【００８５】セル７０Ｂ，７０Ｇ間、およびセル７０
Ｇ，７０Ｒ間には、それぞれ、基板１１，１２の屈折率
と等しい、またはこれに近い屈折率の、透光性を有する
物質を充填することが望ましい。これによって、基板１
１，１２の表面での反射を低減させて、コントラストを
より向上させることができる。

【００８６】セル７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒの反射防止構
造は、図９の例に限らず、図１、図４、図６または図７
の例のように構成してもよい。セル７０Ｂ，７０Ｇ，７
０Ｒの積層順序は、図１１の例に限らず、任意の順序に
することができる。

【００８７】＜第２の例＞図１２は、この発明の多色コ
レステリック液晶表示素子の第２の例を示す。

【００８８】この例では、図１１の例の多色コレステリ
ック液晶表示素子において、青色セル７０Ｂと緑色セル
７０Ｇとの間に黄色フィルタ６１Ｙを設け、緑色セル７
０Ｇと赤色セル７０Ｒとの間に赤色フィルタ６１Ｒを設
ける。

【００８９】黄色フィルタ６１Ｙは、５００ｎｍ付近に
カットオフ波長を有し、それより短波長の青色の色光を
吸収し、長波長の緑色および赤色の色光を透過させるカ
ラーフィルタであり、赤色フィルタ６１Ｒは、６００ｎ
ｍ付近にカットオフ波長を有し、それより短波長の青色
および緑色の色光を吸収し、長波長の赤色の色光を透過
させるカラーフィルタである。このように黄色フィルタ
６１Ｙおよび赤色フィルタ６１Ｒを設けることによっ
て、表示彩度が向上するとともに、表示される色相の視
角による変化を抑制することができる。

【００９０】さらに、この例では、セル７０Ｂ，７０
Ｇ，７０Ｒの反射防止波長λを、それぞれ当該セルに入
射する色光の波長分布に応じて変える。

【００９１】例えば、図１３に示すように、黄色フィル
タ６１Ｙのカットオフ波長を５００ｎｍ、赤色フィルタ
６１Ｒのカットオフ波長を５９０ｎｍとする場合、黄色
フィルタ６１Ｙを透過する前のセル７０Ｂに入射する色
光については、曲線６で示すように、視感度が最も高い
のは５５５ｎｍであるが、黄色フィルタ６１Ｙを透過し
てセル７０Ｇに入射する色光については、黄色フィルタ
６１Ｙによって５００ｎｍ以下の波長成分が吸収される
ため、曲線６Ｇで示すように、実質的に視感度が最も高
いのは５８０ｎｍ前後であり、赤色フィルタ６１Ｒを透
過してセル７０Ｒに入射する色光については、赤色フィ
ルタ６１Ｒによって５９０ｎｍ以下の波長成分が吸収さ
れるため、曲線６Ｒで示すように、実質的に視感度が最
も高いのは６１０ｎｍ前後である。

【００９２】そこで、セル７０Ｂについては、反射防止
波長λを５５５ｎｍ前後に設定するが、セル７０Ｇにつ
いては、反射防止波長λを５８０ｎｍ前後に設定し、セ
ル７０Ｒについては、反射防止波長λを６１０ｎｍ前後
に設定する。

【００９３】これによって、暗表示時の反射率が、セル
７０Ｂでは曲線７Ｂで示すように５５５ｎｍ前後で最小
となり、セル７０Ｇでは曲線７Ｇで示すように５８０ｎ
ｍ前後で最小となり、セル７０Ｒでは曲線７Ｒで示すよ
うに６１０ｎｍ前後で最小となって、暗表示時の明度値
（視感度×反射率）が、全てのセル７０Ｂ，７０Ｇ，７
０Ｒで最小となり、全てのセル７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒ
につき反射防止波長λを５５５ｎｍ前後に設定する場合
より、コントラストが高くなり、彩度が向上する。

【００９４】〔実際に作製した例による検証〕図１４に
示すような多色コレステリック液晶表示素子を実際に作
製した。

【００９５】この多色コレステリック液晶表示素子は、
それぞれ青色、緑色、赤色の色光を選択反射するコレス
テリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０Ｒを注入した、それ
ぞれ図４の例のように透明電極２１，２２上に反射防止
膜５１，５２を形成した３つのコレステリック液晶表示
素子を、セル７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒとして、この順序
で観察側から順に積層し、最下層のセル７０Ｒの裏面に
黒色の光吸収層４２を形成し、セル７０Ｇの上面に黄色
フィルタ６１Ｙを設け、セル７０Ｒの上面に赤色フィル
タ６１Ｒを設け、黄色フィルタ６１Ｙのカットオフ波長
を５００ｎｍ、赤色フィルタ６１Ｒのカットオフ波長を
５９０ｎｍとしたものである。

【００９６】透明電極２１，２２は、ＩＴＯによって形
成した。その屈折率ｎｔは１．９であり、物理的膜厚を
５０ｎｍ、光学膜厚を９５ｎｍとした。反射防止波長λ
は、セル７０Ｂでは５５０ｎｍ、セル７０Ｇでは５８０
ｎｍ、セル７０Ｒでは６１０ｎｍとした。

【００９７】反射防止膜５１，５２としては、屈折率
１．７３の金属酸化物を用いた。反射防止膜５１，５２
は、パターニングした透明電極２１，２２上に金属アル
コキシドのアルコール溶液をスピンコートして加熱分解
する、いわゆるゾルゲル法によって形成した。

【００９８】透明電極２１と反射防止膜５１の光学膜厚
の和、および透明電極２２と反射防止膜５２の光学膜厚
の和が、セル７０Ｂではλ＝５５０ｎｍの１／２の２７
５ｎｍとなり、セル７０Ｇではλ＝５８０ｎｍの１／２
の２９０ｎｍとなり、セル７０Ｒではλ＝６１０ｎｍの
１／２の３０５ｎｍとなるように、反射防止膜５１，５
２の物理的膜厚を、セル７０Ｂでは１０５ｎｍ、セル７
０Ｇでは１１０ｎｍ、セル７０Ｒでは１２０ｎｍとし
た。

【００９９】コレステリック液晶３０Ｂ，３０Ｇ，３０
Ｒは、メルク社製カイラル添加剤Ｓ−８１１，Ｓ−１０
１１を４：１の重量比で混合した混合カイラル剤を、メ
ルク社製ネマチック液晶Ｅ４４に、それぞれ２２．７，
１９．４，１６．２ｗｔ％添加して調製した。

【０１００】以上の実施例との比較のために、比較例と
して、実施例の多色コレステリック液晶表示素子から反
射防止膜５１，５２を除いた多色コレステリック液晶表
示素子を作製した。

【０１０１】図２０に、実施例および比較例の多色コレ
ステリック液晶表示素子の、白色表示時および黒色表示
時の反射スペクトルの測定結果を示す。これに示すよう
に、実施例の多色コレステリック液晶表示素子では、黒
色表示時の反射率を低減させることができるだけでな
く、白色表示時の反射率を増加させることができた。こ
れは、透明電極２１，２２による反射損失が低減して、
セル７０Ｂ，７０Ｇ，７０Ｒの透過率が増加したためで
ある。その結果、視感反射率のコントラスト比は、比較
例では２．２であるのに対して、実施例では５．２とな
り、実施例では比較例の２．４倍に向上させることがで
きた。また、図２１に示すように、色再現範囲も、実施
例では比較例に比べて大きく広げることができた。

【０１０２】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、暗
表示時または黒色表示時の反射率を十分に低減させ、明
表示時または白色表示時の反射率を増加させることがで
き、コントラストを大幅に向上させることができるとと
もに、積層型の多色コレステリック液晶表示素子では高
彩度の多色表示を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】単色コレステリック液晶表示素子の第１の例を
示す図である。

【図２】図１の例の説明に供する図である。

【図３】図１の例の説明に供する図である。

【図４】単色コレステリック液晶表示素子の第２の例を
示す図である。

【図５】図４の例の説明に供する図である。

【図６】単色コレステリック液晶表示素子の第３の例を
示す図である。

【図７】単色コレステリック液晶表示素子の第４の例を
示す図である。

【図８】図７の例の説明に供する図である。

【図９】単色コレステリック液晶表示素子の第５の例を
示す図である。

【図１０】図９の例の説明に供する図である。

【図１１】多色コレステリック液晶表示素子の第１の例
を示す図である。

【図１２】多色コレステリック液晶表示素子の第２の例
を示す図である。

【図１３】図１２の例の説明に供する図である。

【図１４】実際に作製した実施例の多色コレステリック
液晶表示素子を示す図である。

【図１５】従来のコレステリック液晶表示素子の暗表示
時の反射スペクトルの計算結果を示す図である。

【図１６】図１の例の暗表示時の反射スペクトルの計算
結果を示す図である。

【図１７】図４の例の暗表示時の反射スペクトルの計算
結果を示す図である。

【図１８】図７の例の暗表示時の反射スペクトルの計算
結果を示す図である。

【図１９】図９の例の暗表示時の反射スペクトルの計算
結果を示す図である。

【図２０】実施例および比較例の白色表示時および黒色
表示時の反射スペクトルの測定結果を示す図である。

【図２１】実施例および比較例の色再現範囲を示す図で
ある。

【図２２】従来の単色コレステリック液晶表示素子を示
す図である。

【図２３】コレステリック液晶の３つの配向状態を示す
図である。

【図２４】従来の多色コレステリック液晶表示素子を示
す図である。

【図２５】入射光の透明電極での反射によるコレステリ
ック液晶での前方散乱を示す図である。

【符号の説明】

主要部については図中に全て記述したので、ここでは省
略する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 曳地 丈人 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 (72)発明者 鈴木 貞一 神奈川県海老名市本郷2274番地 富士ゼロ ックス株式会社海老名事業所内 Ｆターム(参考） 2H089 HA04 HA32 TA13 2H091 FA02Y FA34Z FA37Y FB06 FC02 JA02 LA15 LA17 2H092 GA16 HA04 MA04 MA05 MA06 NA01 NA27 NA29 PA01 PA02 PA08 QA15 RA10 5C094 AA06 AA11 BA03 BA43 CA19 CA24 DA13 EA04 EA05 EA07 ED03 ED12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ透明電極が形成された一対の基板
   間に、可視波長域内の波長域を選択反射波長域とするコ
   レステリック液晶が封入された表示素子において、 少なくとも非観察側の透明電極の光学膜厚が、可視波長
   域内の反射防止波長の２分の１にされたことを特徴とす
   るコレステリック液晶表示素子。
2. 【請求項２】それぞれ透明電極が形成された一対の基板
   間に、可視波長域内の波長域を選択反射波長域とするコ
   レステリック液晶が封入された表示素子において、 少なくとも非観察側の、透明電極とコレステリック液晶
   との間および透明電極と基板との間の一方または両方
   に、反射防止膜が設けられたことを特徴とするコレステ
   リック液晶表示素子。
3. 【請求項３】それぞれ透明電極が形成された一対の基板
   間に、可視波長域内の波長域を選択反射波長域とするコ
   レステリック液晶が封入された、互いに選択反射波長域
   が異なる複数の表示素子が積層され、 最も観察側の表示素子の観察側の透明電極を除いて、ま
   たは含んで、各表示素子の、透明電極の光学膜厚が可視
   波長域内の反射防止波長の２分の１にされ、または透明
   電極とコレステリック液晶との間および透明電極と基板
   との間の一方または両方に反射防止膜が設けられたこと
   を特徴とする多色コレステリック液晶表示素子。
4. 【請求項４】請求項３の多色コレステリック液晶表示素
   子において、 前記複数の表示素子が、選択反射波長が短波長の表示素
   子ほど観察側に積層され、 ある上層の表示素子と、これに対して非観察側に隣接す
   る下層の表示素子との間に、前記上層の表示素子の選択
   反射波長域を吸収し、前記下層の表示素子の選択反射波
   長域を透過させるカラーフィルタが設けられるととも
   に、 各表示素子の前記反射防止波長または前記反射防止膜に
   ついての反射防止波長が、それぞれ当該の表示素子に入
   射する色光の波長分布に応じて変えられたことを特徴と
   する多色コレステリック液晶表示素子。