(57)【要約】【課題】  分子の配向秩序を制御することによって透過率を変化させる表示素子および表示装置において、駆動電圧を実用レベルまで低減するとともに、コントラストを向上させ、色付き現象を軽減させる。【解決手段】  ２枚の基板１・２における一方の面に電極４・５をそれぞれ設け、基板１・２における他方の面に偏光板６・７をそれぞれ設ける。そして、基板１・２の電極４・５を形成した面を対向させ、両基板１・２に挟持されてなる領域である誘電性物質層３へ、ネガ型液晶性化合物にカイラル剤を添加した媒質を注入する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層とを備え、上記両基板間に外場を印加することによって表示を行う表示素子であって、
上記物質層は、
外場の印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、
光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
上記媒質は、外場印加時または外場無印加時に光学的等方性を示すことを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
上記捩れ構造における捩れのピッチが、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満のピッチであることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項４】
上記媒質に、カイラル剤が添加されていることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項５】
上記媒質とカイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合が、８重量％以上、８０重量％以下の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の表示素子。
【請求項６】
上記媒質とカイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合が、３０重量％以上、８０重量％以下の範囲内であることを特徴とする請求項４に記載の表示素子。
【請求項７】
上記媒質は、当該媒質自体がカイラル性を示すカイラル物質であることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項８】
上記媒質は、負の誘電異方性を有する棒状分子を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項９】
上記媒質は、ネガ型液晶性化合物を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項１０】
上記ネガ型液晶性化合物のネマティック相状態における、５５０ｎｍでの屈折率異方性をΔｎとし、１ｋＨｚでの誘電率異方性の絶対値を｜Δε｜とすると、Δｎ×｜Δε｜が０．６３より大きいことを特徴とする請求項９に記載の表示素子。
【請求項１１】
上記Δｎおよび｜Δε｜が、Δｎ＞０．１２８、かつ、｜Δε｜＞４．９を満足することを特徴とする請求項１０に記載の表示素子。
【請求項１２】
上記Δｎ×｜Δε｜が３．３以上であることを特徴とする請求項１０に記載の表示素子。
【請求項１３】
上記Δｎおよび｜Δε｜が、Δｎ≧０．１８３、かつ、｜Δε｜≧１８を満足することを特徴とする請求項１２に記載の表示素子。
【請求項１４】
上記媒質は、有極性分子を含有していることを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項１５】
上記媒質は、
外場無印加時に光学的等方性を示し、
外場を印加することによって光学的異方性が発現することを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項１６】
上記媒質は、
外場無印加時に光学的異方性を示し、
外場を印加することによって光学的異方性が消失して、光学的等方性を示すことを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項１７】
上記媒質を構成する分子は、
外場印加時もしくは外場無印加時に、可視光波長未満のスケールでの秩序構造を有し、外場を印加することによって秩序構造が変化することを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項１８】
上記媒質はコレステリックブルー相を示す分子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項１９】
上記媒質はスメクティックブルー相を示す分子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の表示素子。
【請求項２０】
上記両基板間に外場を印加する外場印加手段を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の表示素子。
【請求項２１】
上記外場は電界であり、上記両基板には、上記両基板間に電界を印加するための電極がそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１〜２０の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項２２】
上記媒質は、電界の２次に比例して屈折率が変化することを特徴とする請求項２１に記載の表示素子。
【請求項２３】
上記物質層は、誘電性物質からなる誘電性物質層であることを特徴とする請求項１〜２２の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項２４】
請求項１〜２３の何れか１項に記載の表示素子を備えていることを特徴とする表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速応答かつ広視野の表示性能を有する表示素子および表示装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示素子は、各種表示素子のなかでも薄型で軽量かつ消費電力が小さいといった利点を有している。このため、テレビやモニタ等の画像表示装置や、ワープロ、パーソナルコンピュータ等のＯＡ（Office Automation）機器、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話等の情報端末などに備えられる画像表示装置に広く用いられている。
【０００３】
液晶表示素子の液晶表示方式としては、従来、例えば、ネマティック液晶を用いたツイステッドネマティック（ＴＮ）モ−ドや、強誘電性液晶（ＦＬＣ）あるいは反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）を用いた表示モード、高分子分散型液晶表示モ−ド等が知られている。
【０００４】
これらの液晶表示方式のうち、例えば、ＴＮモードの液晶表示素子は、従来から実用化されている。しかしながら、ＴＮモードを用いた液晶表示素子には、応答が遅い、視野角が狭い等の欠点があり、これらの欠点は、ＣＲＴ（cathode ray tube）を凌駕する上で大きな妨げとなっている。
【０００５】
また、ＦＬＣあるいはＡＦＬＣを用いた表示モ−ドは、応答が速く、視野角が広いといった利点を有してはいるものの、耐ショック性、温度特性等の面で大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。
【０００６】
さらに、光散乱を利用する高分子分散型液晶表示モ−ドは、偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能であるが、本質的に位相板による視角制御ができない上、応答特性の面で課題を有しており、ＴＮモードに対する優位性は少ない。
【０００７】
これら表示方式は、何れも、液晶分子が一定方向に整列した状態にあり、液晶分子に対する角度によって見え方が異なるため、視角制限がある。また、これら表示方式は、何れも、電界印加による液晶分子の回転を利用するものであり、液晶分子が整列したまま揃って回転するため、応答に時間を要する。なお、ＦＬＣやＡＦＬＣを用いた表示モードの場合、応答速度や視野角の面では有利であるが、外力による非可逆的な配向破壊が問題となる。
【０００８】
一方、電界印加による液晶分子の回転を利用するこれらの表示方式に対して、２次の電気光学効果を利用した電子分極による表示方式が提案されている。
【０００９】
電気光学効果とは、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象である。電気光学効果には、電界の１次に比例する効果と２次に比例する効果とがあり、それぞれポッケルス効果、カー効果と呼ばれている。特に、２次の電気光学効果であるカー効果は、高速の光シャッターへの応用が早くから進められており、特殊な計測機器において実用化されている。
【００１０】
カー効果は、１８７５年にJ. Kerr（カー）によって発見されたものであり、これまでに、カー効果を示す材料としては、ニトロベンゼンや二硫化炭素等の有機液体が知られている。これら材料は、例えば、前記した光シャッター、光変調素子、光偏光素子、あるいは、電力ケーブル等の高電界強度測定等に利用されている。
【００１１】
その後、液晶材料が大きなカー定数を有することが示され、光変調素子、光偏向素子、さらには光集積回路応用に向けての基礎検討が行われ、前記ニトロベンゼンの２００倍を越えるカー定数を示す液晶化合物も報告されている。
【００１２】
このような状況において、カー効果の表示装置への応用が検討され始めている。カー効果は、電界の２次に比例するため、電界の１次に比例するポッケルス効果と比較して、相対的に低電圧駆動を見込むことができる上、本質的に、数マイクロ秒〜数ミリ秒の応答特性を示すため、高速応答表示装置への応用が期待される。
【００１３】
ところで、カー効果を表示素子へ応用展開するにあたっての、実用上の大きな問題の一つは、従来の液晶表示素子と比較して駆動電圧が大きいことである。この問題に対して、例えば特許文献１では、ネガ型液晶性を有する分子を配向させる表示素子において、基板表面にあらかじめ配向処理を施しておき、カー効果が発現しやすいような状態を作り出す手法が提案されている。
【００１４】
上記特許文献１に記載されている表示素子では、一対の基板間にネガ型液晶性を有する分子が挟持されている。ここで、ネガ型とは、誘電異方性が負であるタイプを意味する。また、両基板の内側には電極がそれぞれ形成されており、電極表面にはラビング処理を施された配向膜が形成されている。また、両基板の外側には、偏光板が、互いの吸収軸が直交するように配設されている。また、両電極の表面に形成された配向膜のラビング方向は、互いに反平行または平行になるように形成されており、かつ、偏光板の吸収軸と４５度の角度をなすように配置されている。
【００１５】
このような構成からなる、上記特許文献１の表示素子では、両電極間に電界（電圧）を印加して基板法線方向に電界を発生させた場合、ネガ型液晶性を有する分子の分極が電界方向に配向すると共に、分子の長軸方向はラビング方向に平行になるように配向する。これにより、上記特許文献１の表示素子では、電界（電圧）印加によって透過率が上昇する光学応答性を発揮する。
【特許文献１】特開２００１−２４９３６３号公報（公開日２００１年９月１４日）
【非特許文献１】斉藤一弥、徂徠道夫,「光学的に等方性である珍しいサーモトロピック液晶の熱力学」,液晶,第５巻,第１号,ｐ.２０−２７,２００１年
【非特許文献２】山本潤,「液晶マイクロエマルション」,液晶,第４巻,第３号,ｐ.２４８−２５４,２０００年
【非特許文献３】白石幸英、外４名,「液晶分子で保護したパラジウムナノ粒子−調製とゲスト-ホストモード液晶表示素子への応用」,高分子論文集,Ｖｏｌ.５９,Ｎｏ.１２,ｐ.７５３−７５９,２００２年１２月
【非特許文献４】「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.1, p.484-485, Wiley-VCH ,1998
【非特許文献５】米谷慎,「分子シミュレーションでナノ構造液晶相を探る」,液晶,第７巻,第３号,ｐ.２３８−２４５,２００３年
【非特許文献６】「Handbook of Liquid Crystals」, Vol.2B, p.887-900, Wiley-VCH,1998
【非特許文献７】山本潤,「液晶科学実験講座第１回：液晶相の同定：（４）リオトロピック液晶」,液晶,第６巻,第１号,ｐ.７２−８２
【非特許文献８】Eric Grelet、外３名「Structural Investigations on Smectic Blue Phases」,PHYSICAL REVIEW LETTERS, The American Physical Society,23 APRIL 2001,VOLUME 86,NUMBER 17,p.3791-3794
【非特許文献９】Shiro Matsumoto、外３名「Fine droplets of liquid crystals in a transparent polymer and their response to an electric field」,1996,Appl. Phys. Lett., Vol.69, p.1044-1046
【非特許文献１０】Norihiro Mizoshita、Kenji Hanabusa、Takashi Kato「Fast and High-Contrast Elecro-optical Switching of Liquid-Crystalline Physical Gels:Formation of Oriented Microphase-Separated Structures」,Advanced Functional Materials, APRIL 2003,Vol.13, No.4, p313-317)
【非特許文献１１】チャンドラセカール著，木村初男、山下護共訳，「液晶の物理学(原書第２版)」，吉岡書店,１９９５年,ｐ．３３０
【非特許文献１２】物理学辞典編集委員会編，「物理学辞典」,培風館,１９９２年，ｐ６３３
【非特許文献１３】山本凉一、外１名，「有機電気光学材料」，National Technical Report，１９７６年１２月，ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．６，ｐ.８２６−８３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、上記特許文献１に開示されている方式では、カー効果が発現しやすくなる範囲は基板界面近傍に限られる。すなわち、上記特許文献１の技術では、配向処理が施された基板界面近傍の分子しか配向させられない。このため、上記特許文献１の技術では、駆動電圧をわずかしか低減できない。
【００１７】
これは、電界印加によって発生する分子の配向、すなわちカー効果による分子の配向は、長距離秩序が小さいためである。つまり、例えばＴＮモードなどの液晶表示装置では、基板法線方向のほぼ全域において液晶分子の配向方向が変化するが、カー効果を用いた液晶表示装置では、基板近傍の分子配向秩序が、セル内部（バルク領域）へと伝播しにくい。このため、上記特許文献１の方式によって得られる駆動電圧の低減効果は、実用上の問題を解決するには至っていない。
【００１８】
さらに、基板法線方向に電界を発生させることによってネガ型液晶性を有する分子を配向させる表示素子に、上記特許文献１の技術を適用する場合、バルク領域における分子長軸方向の方位が一方向に定まらないという問題がある。すなわち、ラビング処理が施された基板近傍では電界印加により液晶分子がラビング方向に配列しようとするが、基板から離れたバルク領域では分子長軸方向の方位が基板面内方向のあらゆる方位を向く。これは、分子の分極が配列したとしても、分極がおおむね分子短軸方向に存在するためである。すなわち、電界印加により分極が配向していても、バルク領域を正面方向（基板面法線方向）から見ると、光学的には等方であり光学応答に寄与できない。したがって、この表示素子に上記特許文献１の技術を適用しても、実用レベルの電圧で得られる光学応答は基板近傍のみであり、実用レベルをはるかに上回る駆動電圧を印加しない限り、バルク領域において光学応答を得られない。
【００１９】
また、上記特許文献１に開示されている表示素子では、電界無印加時に光漏れが生じ、コントラストの低下を引き起こすという問題もある。また、電界印加時に黄色っぽく色付く、色付き現象が発生するという問題もある。
【００２０】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、分子の配向秩序を制御することによって透過率を変化させる表示素子および表示装置において、駆動電圧を実用レベルまで低減するとともに、コントラストを向上させ、色付き現象を軽減させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明の表示素子は、上記の課題を解決するために、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層、例えば誘電性物質層とを備え、上記両基板間に外場（好適には電界）を印加することによって表示を行うと共に、上記物質層は、外場の印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすことを特徴としている。
【００２２】
なお、本発明において、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすとは、上記媒質中の分子の配向が、光学的異方性が発現している状態において、一方向の旋光性を生じさせる捩れ構造をなすこと、つまり、上記媒質中の分子は、光学的異方性が発現している状態において、右捩れあるいは左捩れのいずれかのみの捩れ構造（ツイスト構造）をなし（より厳密には、上記捩れ構造をなすクラスタ（分子の小集団）が発生し）、旋光性を生じさせることを示す。
【００２３】
また、本発明において、外場（電界）の印加により光学的異方性の程度が変化するとは、外場の印加に伴って光学的異方性の大きさが変化すること、より具体的には、外場の印加に伴って屈折率楕円体の形状が変化することを示す。すなわち、本発明の表示素子では、外場無印加時と外場印加時とにおける屈折率楕円体の形状の変化を利用することで、異なる表示状態を実現することができる。
【００２４】
すなわち、物質中の屈折率は、一般には等方的ではなく、方向によって異なっており、この屈折率の異方性、つまり、上記物質の光学的異方性は、通常、屈折率楕円体にて示される。一般に、任意の方向に進行する光に対しては原点を通り、光波の進行方向に垂直な面が、屈折率楕円体の切り口と考えられ、この楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。よって、このような屈折率楕円体にて光学的異方性を捉えれば、従来の液晶表示装置においては、外場印加時と外場無印加時（なお、従来の液晶表示装置の駆動方式で言えば電界印加時と電界無印加時）とで、液晶分子の屈折率楕円体の形状（屈折率楕円体の切り口の形状）は楕円形のまま変化せず、その長軸方向の向きが変化（回転）することで異なる表示形態を実現していたのに対し、本発明では、外場無印加時と外場印加時とにおける、上記媒質を構成する分子の屈折率楕円体の形状（屈折率楕円体の切り口の形状）の変化を利用することで、異なる表示状態を実現するようになっている。
【００２５】
このように、従来の液晶表示素子は、電界印加に伴う液晶分子の回転による配向方向の変化のみを利用して表示を行うものであり、液晶分子が一定方向に整列した状態で、揃って回転するため、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響していた。これに対して、本発明によれば、媒質における光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行う。したがって、本発明によれば、従来の液晶表示素子のように、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響するといった問題がないので、高速応答を実現することができる。また、本発明の表示素子は高速応答性を備えているので、例えば、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置に利用することもできる。
【００２６】
また、従来の液晶表示素子では、駆動温度範囲が液晶相の相転移点近傍の温度に制限され、極めて高精度な温度制御が必要であるという問題があった。これに対して、本発明によれば、上記媒質を、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する状態となる温度に保つだけでよいので、温度制御を容易にすることができる。
【００２７】
また、本発明によれば、媒質における光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行うので、液晶分子の配向方向を変化させて表示を行う従来の液晶表示素子よりも、広視野角特性を実現することができる。
【００２８】
さらに、上記の構成によれば、上記物質層に含まれる媒質における分子の配向方向が、一方向の掌性、すなわち、右捩れあるいは左捩れのいずれか一方のみの捩れ構造となる。したがって、各捩れ構造は、互いの方位に相関が無くても、一定の旋光性を有する。このため、上記物質層全体として、大きな旋光性を発現することができる。これにより、低い電圧で最大透過率を得ることができ、駆動電圧を実用レベルまで低減することができる。
【００２９】
また、上記の構成によれば、配向膜を必要としないので、従来の表示素子のように、ラビングされた配向膜が生じる位相差、あるいは、配向膜に吸着した分子が生じる位相差に起因する光漏れが生じない。また、上記の構成によれば、左捩れと右捩れとの捩れ構造からなるマルチドメインが存在する場合のように、ドメインの境界で透過率が下がってしまうといった問題がなく、透過率を向上させることができる。このため、上記の構成によれば、高いコントラストを得ることができるという効果を併せて奏する。
【００３０】
また、上記の構成によれば、分子の配向状態が捩れ構造となるので、波長分散の影響を受けにくくなり、色付き現象を軽減することができるという効果を併せて奏する。
【００３１】
本発明において、上記表示素子は、上記物質層に封入される物質（媒質）が、電界印加時または電界無印加時に光学的等方性を示すものであってもよい。具体的には、上記表示素子は、外場無印加時に光学的等方性を示し、外場印加時に光学的異方性を示すものであってもよい。この場合、屈折率楕円体の形状は、外場無印加時には球状であり、外場を印加することによって楕円に変化する。また、上記媒質は、外場無印加時に光学的異方性を示し、外場印加時に光学的等方性を示すものであってもよい。この場合、屈折率楕円体の形状は、外場無印加時には楕円であり、外場を印加することによって球状に変化する。また、上記媒質は、外場無印加時に光学的異方性を示し、外場を印加することによって光学的異方性が発現している状態においてその光学的異方性の程度が変化するものであってもよい。この場合、屈折率楕円体の形状は、外場印加前後で、楕円の長軸と短軸との割合が変化する（なお、上記楕円としては、ほぼ球状であってもよい）。
【００３２】
上記何れの構成においても、外場の印加により、外場無印加時と外場印加時とで上記媒質の屈折率楕円体の形状を変化させることができ、光学的異方性の方向は一定のまま、光学的異方性（配向秩序度、屈折率）の程度を変化させることによって表示を行うことができる。よって、上記の何れの構成においても、外場無印加時と外場印加時とで表示状態が異なり、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を有する表示素子を実現することができるという効果を奏する。
【００３３】
上記表示素子において、上記捩れ構造における捩れのピッチは、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満のピッチであることが望ましい
上記捩れのピッチが、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満のピッチであると、上記物質層中、具体的には、上記誘電性物質層に含まれる上記媒質中に外場の印加によって生じる一方向の捩れによって、入射した光に旋光性が生じ、効率良く光を取り出すことができる。このため、上記の構成によれば、低い電圧で最大透過率を得ることができ、駆動電圧が低く、かつ、光の利用効率に優れた表示素子を実現することができるという効果を奏する。
【００３４】
よって、本発明によれば、上記捩れのピッチが、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満のピッチになるように、例えば上記媒質にカイラル剤を添加することで、光学的異方性の発現に、配向膜等の配向補助材を必要とせずに、広い温度範囲で外場印加時の光学的異方性を発現させることが可能となる。
【００３５】
すなわち、本発明の表示素子は、上記媒質に、カイラル剤が添加されていてもよい。あるいは、上記媒質は、当該媒質自体がカイラル性を示すカイラル物質であってもよい。
【００３６】
上記いずれかの構成によれば、上記分子の配向方向を、確実に、一方向の掌性のみの捩れ構造とすることができるという効果を奏する。
【００３７】
上記媒質に、カイラル剤が添加されている場合、上記媒質とカイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合は、８重量％以上、８０重量％以下の範囲内であることが望ましく、３０重量％以上、８０重量％以下の範囲内であることがより望ましい。
【００３８】
上記媒質とカイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合が８重量％以上になると、駆動電圧の温度依存性が小さくなり始める。この結果、駆動温度領域の拡大傾向が得られる。また、上記８重量％という濃度は、上記した捩れのピッチで言うと０．７８μｍに相当し、ほぼ可視光波領域の上限に相当する。したがって、上記カイラル剤の割合を８重量％以上とすることで、上記媒質の捩れのピッチを、可視光波長以下、すなわち、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満とすることができる。
【００３９】
また、上記媒質とカイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合が３０重量％以上であると、上記媒質中の分子に、カイラル剤が有する捩れ力（Helical twist power）を効果的に作用させて、上記分子間に、近接距離の相互作用（short-range-order）を及ぼすことができる。あるいは、上記媒質中に、青色相(ブルーフェーズ)を発現させることができる。このため、上記したように上記媒質に対するカイラル剤の添加割合を制御することで、上記した捩れのピッチを、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満となるように制御することができる。しかも、上記の構成によれば、例えば外場無印加時には光学的等方性を有する媒質に、外場印加によって上記媒質中の分子を、該分子の小集団（クラスタ）として応答させることができるので、従来、非常に狭い温度範囲でしか発現できなかった光学的異方性を、より広い温度範囲で発現させることができる。つまり、上記の構成によれば、広い温度範囲で外場印加時の光学的異方性を発現させることが可能になるという効果を併せて奏する。
【００４０】
なお、上記した捩れのピッチの下限値は、上記表示素子の特性上、短ければ短い程、好ましい。但し、上記したように、上記媒質にカイラル剤を添加する場合、カイラル剤の添加量が多くなりすぎると、物質層全体としての液晶性が低下するという問題が生じる。液晶性の欠如は、外場印加時における光学的異方性の発生度合いの低下に繋がり、表示素子としての機能の低下を招く。したがって、表示素子としての機能を果たす上で、物質層全体として少なくとも液晶性を呈していなければならないという要請から、上記カイラル剤の添加濃度の上限値が決まる。本願本発明者等の解析によれば、その上限濃度は８０重量％であることがわかった。
【００４１】
また、上記媒質は、前記したように、媒質自体がカイラル性を示すカイラル物質であってもよい。この場合は、カイラル剤を別途、添加する場合のような濃度の制限がなくなるので、より材料の自由度が向上する。
【００４２】
また、上記媒質は、負の誘電異方性を有する棒状分子を含むものであってもよい。棒状分子とは、分子の形状が構造的に異方性を有していて、分子の長軸方向と短軸方向とが存在し、それらの長さが異なるものを示す。
【００４３】
また、上記媒質は、ネガ型液晶性化合物を含有していてもよい。ネガ型液晶性化合物は、該ネガ型液晶性化合物を構成する液晶分子の長軸方向の屈折率（異常光屈折率）、誘電率を、それぞれｎｅ、εｅとし、上記液晶分子の短軸方向の屈折率（常光屈折率）、誘電率を、それぞれｎｏ、εｏとした場合に、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ＞０、Δε＝εｅ−εｏ＜０である。特に、このように上記Δεが負、すなわち、上記媒質が、その分子長軸方向の誘電率が分子短軸方向の誘電率よりも小さい（分子長軸方向の誘電率＜分子短軸方向の誘電率）ネガ型液晶性媒質に電界を印加すると、個々の分子は、基板面内方向（基板面に平行な方向）を向こうとして配向状態が変化し、光学変調を誘起させることができ、より効率的に光学的異方性を発現させることが可能になるという効果を奏する。
【００４４】
また、上記ネガ型液晶性化合物のネマティック相状態における、５５０ｎｍでの屈折率異方性をΔｎとし、１ｋＨｚでの誘電率異方性の絶対値を|Δε|とすると、Δｎ×|Δε|は、０．６３より大きいことが好ましく、この場合、上記Δｎおよび|Δε|が、Δｎ＞０．１２８、かつ、|Δε|＞４．９を満足することがより好ましい。
【００４５】
そして、上記Δｎ×|Δε|は、３．３以上であることがより好ましく、この場合、上記Δｎおよび|Δε|が、Δｎ≧０．１８３、かつ、｜Δε｜≧１８を満足することがさらに好ましい。
【００４６】
このように上記Δｎ×|Δε|が０．６３よりも大きいネガ型液晶性化合物を使用することで、当該表示素子の駆動電圧として、上記物質層に印加することができる最大限の電圧値の実効値を達成することができるという効果を奏する。
【００４７】
また、上記Δｎ×|Δε|が３．３以上のネガ型液晶性化合物を使用することで、外場印加時（すなわち、外場の印加に必要な電圧の印加時）に、より一層低い電圧で効果的に光学的異方性を発現させることができ、汎用のＴＦＴ素子を用いて駆動可能な範囲まで低電圧化することができるので、汎用のＴＦＴ素子にて駆動できる電圧にて、ドライバ等のコストアップなく実用化することが可能となる。
【００４８】
そして、上記した各々の場合において、上記Δｎおよび|Δε|が、Δｎ＞０．１２８、かつ、|Δε|＞４．９、より好適にはΔｎ≧０．１８３、かつ、｜Δε｜≧１８を満足することで、ΔｎまたはΔεの何れか一方のみを極端に大きくすることなく、低電圧駆動を実現することができ、液晶材料開発指針としての自由度を大きくすることができるという効果を奏する。
【００４９】
よって、上記の各構成によれば、応答速度が速く、駆動電圧が低く、かつ、広い温度範囲で駆動することができる表示素子を実現することができる。よって、上記の各構成によれば、本質的に高速応答特性および広視野特性を有する表示素子の実用化への道が大きく開けることになる。
【００５０】
また、上記誘電性物質層が、有極性分子を含有する媒質を含むことで、外場印加によって上記有極性分子の分極が発現し、上記有極性分子の配向をさらに促進することができるのでより低い電圧で光学的異方性を発現させることができるという効果を奏する。
【００５１】
また、前記したように、上記媒質は、外場無印加時に光学的等方性を示し、外場を印加することによって光学的異方性が発現するものであってもよく、外場無印加時に光学的異方性を示し、外場を印加することによって光学的異方性が消失して、光学的等方性を示すものであってもよく、本発明によれば、外場、例えば電界（電圧）の変化によって、上記誘電性物質層に封入された媒質を構成する分子の秩序構造に歪みを生じさせ、当該媒質の光学的異方性の程度を変化させることができる。すなわち、上記表示素子によれば、例えば、外場印加時もしくは外場無印加時に、可視光波長スケール未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているために光学的等方性を示している状態から、外場を変化させることによって、個々の分子が特定の方向（典型的には外場印加方向、より具体的には、例えば、電界方向や磁界方向等）を向くために、上記秩序構造が変化し、光学的異方性が発現する。したがって、外場無印加時と外場印加時とで、異なる表示状態を実現することができる。
【００５２】
上記何れの構成においても、外場無印加時と外場印加時とで表示状態が異なり、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を有する表示素子を実現することができる。
【００５３】
また、上記媒質は、外場印加時または外場無印加時に、光学波長未満の秩序構造を有することが好ましい。なお、本発明において秩序構造が光学波長未満とは、キュービック相やブルー相を例に取れば、単位構造の単位格子当たりの長さ（格子定数）が光学波長未満であることを意味する。つまり可視光波長未満では、液体的な等方相ではなく、ミクロには上記のような秩序（秩序構造、配向秩序）を有していることが好ましい。秩序構造が光学波長未満であれば、光学的には等方性を示す。したがって、外場印加時または外場無印加時に、秩序構造が光学波長未満となる媒質を用いることにより、外場無印加時と外場印加時とにおける表示状態を確実に異ならせることができる。
【００５４】
なお、通常の、例えばＴＮ方式などの液晶表示装置では、分子があらかじめ一方向に配向しており、外場、この場合は電界印加によって分子の配向が揃った状態で、その方向を一斉に変える。これに対して、上記の構成では、光学的等方性を示す状態では可視光波長スケール未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているために光学的等方性を示すものであり、可視光波長スケール以上では、分子があらゆる方向を向いているのと等価である。そして、外場の変化によって可視光波長スケール未満の秩序構造に歪みが生じて光学的異方性が発現する。なお、この際、分子個々の配向方向も、変化するようになっている。すなわち、上記の構成と通常の液晶表示装置では、光学的等方性を示す状態における配向状態および配向による光学的異方性の変化のしかたが異なるものの、上記の構成においても、光学的異方性の発現時には、分子個々の配向方向は、変化するようになっている。
【００５５】
また、上記の構成では、媒質を構成する分子の光学的異方性の程度の変化、すなわち媒質を構成する分子における秩序構造に生じる歪みを用いて表示を行う。このため、液晶固有の粘度が応答速度に及ぼす影響が小さいので、高速応答を実現することができる。また、このような外場印加によって分子の秩序構造に生じる歪みは、温度の影響が小さいので、温度制御が容易となる。また、上記の構成では、媒質における分子の光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行うので、液晶分子の配向方向のみを変化させて表示を行う場合よりも、広視野角特性を実現できる。
【００５６】
また、上記媒質はコレステリックブルー相を示す分子を含んでいてもよく、スメクティックブルー相を示す分子を含んでいてもよい。
【００５７】
上記媒質が、コレステリックブルー相あるいはスメクティックブルー相を示す分子を含むことで、上記誘電性物質層中（例えば、外場無印加時に光学的等方性を示している上記媒質中）に、カイラル剤の一方向の捩れに起因した３次元的秩序構造（コレステリックブルー相やスメクティックブルー相）を形成させることができるので、これら秩序領域が予め形成されていない場合よりもこれら秩序構造が既に形成されている分、光学的異方性を発現せしめる電圧（すなわち外場の印加に要する電圧）を低く抑えることが可能となる。同時に、上記秩序構造は、温度に対しても比較的安定して存在するので、より広い温度範囲の表示素子が実現されるという効果を奏する。
【００５８】
また、上記表示素子は、該表示素子自身が、上記両基板間、好適には上記基板に対し、略垂直、より好適には垂直（つまり、基板法線方向）に外場を印加する外場印加手段を備えているものであってもよく、上記外場印加手段が、上記表示素子とは別に設けられ、外部の外場印加手段により、上記表示素子に対して外場が印加されることで、前記したように上記媒質の光学的異方性の程度が変化するとともに、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすものであってもよい。
【００５９】
本発明において、上記外場、つまり、上記表示素子において、上記光学的異方性を発生させる手段としては、例えば電界、磁場、光等が挙げられるが、そのなかでも、前記したように、電界が、上記表示素子の設計および駆動制御が容易であることから好ましい。
【００６０】
したがって、上記表示素子は、外場印加手段として、例えば、電極等の電界印加手段や、電磁石等の磁場印加手段等を備えていてもよく、上記外場印加手段としては、上記表示素子の設計および駆動制御の点から、電界印加手段であることが好ましい。すなわち、上記表示素子において、上記両基板には、上記両基板間に電界を印加するための電極がそれぞれ形成されていることが好ましい。電界駆動はエレクトロニクスという観点から見ても最も一般的な駆動方法であり、汎用のＩＣ（集積回路：integrated circuit）やＬＳＩ（大規模集積回路：large-scale integration）、駆動回路、電子部品等をそのまま転用できるので製造コスト面でも非常に有利である。
【００６１】
上記電極が、上記両基板にそれぞれ形成されていることで、上記一対の基板の基板面法線方向に電界を発生させることができる。そして、このように上記電極が上記一対の基板の基板面法線方向に電界を発生させることで、電極面積部分を犠牲にするようなことがなく、基板上の全領域を表示領域とすることが可能であり、開口率の向上、透過率の向上、ひいては、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。さらに上記の構成によれば、上記物質層における両基板との界面付近に限らず、両基板から離れた領域においても光学的異方性の発現を促進することができる。また、駆動電圧に関しても、櫛歯電極で電極間隔を狭ギャップ化する場合と比較して、狭ギャップ化が可能である。
【００６２】
また、上記媒質は、電界の２次に比例して屈折率が変化するものであってもよい。
【００６３】
このように電界の２次に比例して屈折率が変化する媒質を備えた物質層は、電界の印加によって分子の配向方向が変化し、１つの分子内での電子の偏りを制御することにより、ランダムに配列した個々の分子が各々別個に回転して向きを変えることから、上記したように応答速度が非常に速いのみならず、分子が無秩序に配列していることから、視角制限がない。よって、上記の構成によれば、高速応答性および広視野特性により優れた表示素子を実現することができるという効果を奏する。
【００６４】
本発明において、上記物質層としては、誘電性物質からなる誘電性物質層が好適に用いられる。
【００６５】
よって、本発明にかかる表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層、具体的には、誘電性物質層と、上記両基板にそれぞれ形成された、上記誘電性物質層に電界を印加するための電極とを備え、上記物質層（誘電性物質層）に外場として電界を印加することによって表示を行うとともに、上記物質層（誘電性物質層）は、外場（電界）印加時または外場（電界）無印加時に光学的等方性を示すとともに、外場（電界）印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすものであってもよい。
【００６６】
また、本発明の表示装置は、上記の課題を解決するために、上記いずれかの構成を有する本発明にかかる表示素子を備えていることを特徴としている。
【００６７】
上記の構成によれば、分子の配向秩序を制御することによって透過率を変化させる表示装置であって、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、駆動電圧を実用レベルまで低減するとともに、コントラストを向上させ、色付き現象を軽減させた表示装置を実現できるという効果を奏する。
【００６８】
また、本発明にかかる上記表示素子は上記したように高速応答性を有しているので、本発明にかかる表示装置は、この高速応答性を利用して、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置として好適に利用することができるという効果を併せて奏する。
【発明の効果】
【００６９】
以上のように、本発明の表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層とを備え、上記両基板間に外場を印加することによって表示を行うと共に、上記物質層が、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなす。
【００７０】
このように、本発明によれば、上記物質層が、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、上記両基板間に外場を印加することによって表示を行うことで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備えている表示素子を提供することができるという効果を奏する。
【００７１】
また、上記の構成によれば、上記物質層（誘電性物質層）に含まれる媒質における分子の配向方向が、右捩れあるいは左捩れのいずれか一方のみの捩れ構造となる。このため、物質層全体として、大きな旋光性を発現することができ、駆動電圧を実用レベルまで低減することができる。
【００７２】
また、配向膜を必要としないので、従来の表示素子のように、ラビングされた配向膜が生じる位相差、あるいは、配向膜に吸着した分子が生じる位相差に起因する光漏れが生じず、高いコントラストを得ることができる。
【００７３】
また、分子の配向状態が捩れ構造となるので、波長分散の影響を受けにくくなり、色付き現象を軽減することができるという効果を併せて奏する。
【００７４】
また、本発明の表示装置は、以上のように、上記いずれかの構成を有する本発明の表示素子を備えている。それゆえ、分子の配向秩序を制御することによって透過率を変化させることができ、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備え、しかも、駆動電圧を実用レベルまで低減するとともに、コントラストを向上させ、色付き現象を軽減させた表示装置を実現できる。
【００７５】
また、本発明にかかる上記表示素子は上記したように高速応答性を有しているので、本発明にかかる表示装置は、この高速応答性を利用して、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置として好適に利用することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７６】
本発明の一実施の形態について図１〜図１７に基づいて説明する。図１（ａ）および図１（ｂ）は、本実施の形態にかかる表示素子の概略構成を示す断面模式図であり、図１（ａ）は基板間に電界が印加されている状態、図１（ｂ）は電界が印加されていない状態をそれぞれ表している。また、図５は、本実施の形態にかかる表示素子を用いる表示装置の要部の概略構成を示すブロック図であり、図６は、図５に示す表示装置に用いられる表示素子の周辺の概略構成を示す模式図である。
【００７７】
本実施の形態にかかる表示素子は、駆動回路や信号線（データ信号線）、走査線（走査信号線）、スイッチング素子等とともに表示装置に配されて用いられる。
【００７８】
図５に示すように、本実施の形態にかかる表示装置１００は、画素１０…がマトリクス状に配された表示パネル１０２と、駆動回路としてのソースドライバ１０３およびゲートドライバ１０４と、電源回路１０６等とを備えている。
【００７９】
上記各画素１０には、図６に示すように、本実施の形態にかかる後述する表示素子２０およびスイッチング素子２１が設けられている。
【００８０】
また、上記表示パネル１０２には、複数のデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎ（ｎは２以上の任意の整数を示す）と、各データ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎにそれぞれ交差する複数の走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｍ（ｍは２以上の任意の整数を示す）とが設けられ、これらデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎおよび走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｍの組み合わせ毎に、上記画素１０…が設けられている。
【００８１】
上記電源回路１０６は、上記ソースドライバ１０３およびゲートドライバ１０４に、上記表示パネル１０２にて表示を行うための電圧を供給し、これにより、上記ソースドライバ１０３は、上記表示パネル１０２のデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎを駆動し、ゲートドライバ１０４は、表示パネル１０２の走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｍを駆動する。
【００８２】
上記スイッチング素子２１としては、例えばＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）あるいはＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等が用いられ、上記スイッチング素子２１のゲート電極２２が走査信号線ＧＬｉに、ソース電極２３がデータ信号線ＳＬｉに、さらに、ドレイン電極２４が、表示素子２０に接続されている。また、表示素子２０の他端は、全画素１０…に共通の図示しない共通電極線に接続されている。これにより、上記各画素１０において、走査信号線ＧＬｉ（ｉは１以上の任意の整数を示す）が選択されると、スイッチング素子２１が導通し、図示しないコントローラから入力される表示データ信号に基づいて決定される信号電圧が、ソースドライバ１０３によりデータ信号線ＳＬｉ（ｉは１以上の任意の整数を示す）を介して表示素子２０に印加される。表示素子２０は上記走査信号線ＧＬｉの選択期間が終了してスイッチング素子２１が遮断されている間、理想的には、遮断時の電圧を保持し続ける。
【００８３】
本実施の形態において、上記表示素子２０は、電界（電圧）印加時または電界（電圧）無印加時に光学的等方性（巨視的、具体的には、可視光波長領域、つまり、可視光の波長スケール、もしくは、それよりも大きなスケールで見て等方であればよい）を示す媒質（液晶性媒質（液晶材料）、誘電性物質）を用いて表示を行うようになっている。
【００８４】
本実施の形態にかかる表示素子２０の構成の一例について、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照して以下に詳細に説明する。
【００８５】
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、本実施の形態にかかる表示素子２０は、少なくとも一方が透明な、対向する一対の基板１３・１４（電極基板）間に、光学変調層（物質層）として、誘電性物質層（誘電性液体層）３が挟持されている構成を有している。上記基板１３・１４は、図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、例えばガラス基板等の透明な基板１・２（透明基板）をそれぞれ備え、これら基板１・２における、互いの対向面（内側）には、誘電性物質層３に電界を印加するための電界印加手段である電極（透明電極）４・５がそれぞれ配置されている。また、基板１・２における、互いの対向面とは反対側の面（外側）には、それぞれ偏光板６・７が備えられている。
【００８６】
本実施の形態において、上記表示素子２０における基板１３・１４間の間隔、すなわち上記電極４・５が形成された基板１・２間の誘電性物質層３の厚みは５μｍである。また、電極４・５には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）からなる透明電極を用いた。また、偏光板６・７は、図７に示すように、互いの吸収軸６ａ・７ａが直交するように配置されている。
【００８７】
誘電性物質層３には、上記基板１・２間に挟持される物質として、カイラル剤が添加されたネガ型液晶性混合物（媒質、液晶材料）が封入されている。このネガ型液晶性混合物は、下記構造式（１）
【００８８】
【化１】
2006099038.tif 000003
【００８９】
で示される化合物１−１（３０重量％（ｗｔ％））と、下記構造式（２）
【００９０】
【化２】
2006099038.tif 000004
【００９１】
で示される化合物１−２（４０重量％（ｗｔ％））と、下記構造式（３）
【００９２】
【化３】
2006099038.tif 000005
【００９３】
で示される化合物１−３（３０重量％（ｗｔ％））とからなる。
【００９４】
ここで、本実施の形態にかかる上記表示素子２０の製造方法について、図１（ａ）・（ｂ）を参照して以下に説明する。
【００９５】
まず、基板１および基板２の表面に、電極４および電極５をそれぞれ形成する。両電極４・５の形成方法は、従来の液晶表示素子の製造方法と同様の方法を用いることができる。
【００９６】
次に、上記したように基板１・２表面に電極４・５が形成されてなる、電極基板としての基板１３・１４を、プラスチックビーズ等のスペーサ（図示せず）を介して、両者の間隔（誘電性物質層３の厚さ）が５μｍとなるように調整し、シール材（図示せず）で周囲を封じて固定する。この際、後に注入する誘電性物質（誘電性液体）の注入口（図示せず）となる部分は封止せずに開口させておく。なお、スペーサおよびシール材の材質は特に限定されるものではなく、従来の液晶表示素子に用いられているものを用いることができる。
【００９７】
このようにして基板１３・１４を貼り合わせた後、該基板１３・１４間（つまり、表面に電極４・５が形成された基板１・２間）に、上記した媒質、すなわち、化合物１−１（３０重量％）、化合物１−２（４０重量％）、および化合物１−３（３０重量％）からなるネガ型液晶性混合物（ネガ型液晶性混合物（１））に、カイラル剤を添加して注入することにより、上記媒質（ネガ型液晶性混合物（１））を含む誘電性物質層３を形成する。
【００９８】
その後、上記注入口を封止し、基板１および基板２における、上記電極４・５を形成した面とは反対側の面、すなわち、上記基板１３・１４の外側に、偏光板６・７を、それぞれ貼り合わせる。このとき、これら偏光板６・７は、図７に示すように、互いの吸収軸６ａ・７ａが互いに直交するように貼り合わされる。
【００９９】
なお、上記のネガ型液晶性混合物（１）は、１１３℃未満でネガ型ネマティック液晶相を示し、それ以上の温度では等方相を示す。
【０１００】
また、上記カイラル剤には、「ＺＬＩ−４５７２」（商品名、メルク社製）を使用した。また、上記カイラル剤は、上記ネガ型液晶性混合物（１）と上記カイラル剤との合計量における上記カイラル剤の割合が３０重量％となるように添加した。すなわち、本実施の形態では、上記誘電性物質層３を構成する誘電性物質（誘電性液体）として、上記ネガ型液晶性混合物（１）に上記カイラル剤「ＺＬＩ−４５７２」を添加してなるカイラル剤添加液晶材料（カイラル剤添加液晶材料（１））を使用した。
【０１０１】
このようにして得られた表示素子２０を、外部加温装置によりネマティック−等方相の相転移点（相転移温度、Ｔｎｉ）直上近傍の温度（上記Ｔｎｉよりもわずかに高い温度、たとえばＴｎｉ＋０．１Ｋ）に保ち、両電極４・５間に電界（電圧）を印加することにより、透過率を変化させることができた。すなわち、誘電性物質層３に封入した媒質を、当該媒質の液晶相−等方相の相転移点（Ｔｎｉ）よりわずかに高い温度に保つことによって等方相状態とし、両電極４・５間に電界（電圧）を印加することにより、誘電性物質層３の透過率を変化させることができた。なお、本表示素子２０における最大透過率は、７０Ｖの電圧を印加したときに得られた。また、本表示素子２０における最大コントラストは、５００であった。ここで、最大コントラストとは、最大透過率を最低透過率（電界無印加時の透過率）で除した値、すなわち、最大コントラスト＝最大透過率／最低透過率である。また、本表示素子２０では、色付き現象はほとんど気にならない程度であった。
【０１０２】
一方、本表示素子２０と比較するために、図２に示すような比較用表示素子５０を用意した。この比較用表示素子５０は、基板１３・１４（電極基板）が、基板１・２の表面に形成された電極４・５の表面に、ラビング処理を施した配向膜８・９を形成してなる構成を有している。
【０１０３】
図３は、この比較用表示素子５０における、配向膜８のラビング方向Ａおよび配向膜９のラビング方向Ｂと、偏光板６・７の吸収軸方向と、電極４・５への電界印加方向との関係を示す説明図である。上記電極４・５は、図２および図３に示すように、上記基板１・２の基板面法線方向に電界を発生させるように配設されている。また、偏光板６・７は、図３に示すように、互いの吸収軸６ａ・７ａが直交するように設けられている。また、配向膜８・９は、図２および図３に示すように、ラビング方向Ａ・Ｂが、互いに反平行（平行かつ逆方向）であり、かつ、上記偏光板６・７の吸収軸６ａ・７ａ（吸収軸方向）に対して、ともに４５度の角度をなすように設けられている。
【０１０４】
また、上記比較用表示素子５０における誘電性物質層３には、上記のネガ型液晶性混合物（１）が、カイラル剤を添加せずに封入されている。
【０１０５】
このようにして得られた上記比較用表示素子を、外部加温装置により、ネマティック−等方相の相転移点（Ｔｎｉ）直上近傍の温度（上記比較用表示素子のＴｎｉよりもわずかに高い温度、たとえばＴｎｉ＋０．１Ｋ）に保ち、両電極４・５間に電界（電圧）を印加したところ、１１０Ｖの電圧を印加したときに最大透過率が得られた。また、この比較用表示素子５０における最大コントラストは、２００であった。また、上記比較用表示素子５０では、電界（電圧）印加により表示面が黄色っぽくなる色付き現象が認められた。
【０１０６】
以上のように、本実施の形態にかかる表示素子２０によれば、上記比較用表示素子５０よりも低い駆動電圧で最大透過率を得ることができた。これは、以下に示すように、上記比較用表示素子５０では、配向処理が施された基板１３・１４界面近傍の分子は低電圧で配向するものの、基板１３・１４から離れた領域（バルク領域）の分子は低電圧で配向することができないためである。
【０１０７】
図４（ａ）および図４（ｂ）は、上記比較用表示素子５０における、電界印加時および電界無印加時の分子１１（すなわち、上記ネガ型液晶性混合物（１）の分子（液晶分子））の配向状態を示す断面模式図である。なお、図４（ａ）および図４（ｂ）中、上記誘電性物質層３に封入される媒質を構成する１液晶分子を、各々、分子１１にて示す。図４（ｂ）に示すように、電界無印加時には、基板１３および基板１４との界面における分子１１は、配向膜８・９に施したラビング処理（配向処理）によってラビング方向Ａ・Ｂ（配向処理方向）に沿って配向する。すなわち、ラビング方向Ａ・Ｂが互いに反平行となるように形成された配向膜８・９の影響により、基板１３および基板１４との界面における分子１１が、一方向に配向するホモジニアス構造となるように配向する。ただし、上記基板１３・１４界面から離れたバルク領域においては、図４（ｂ）に示すように、分子１１があらゆる方向を向いて等方性を示す。
【０１０８】
そして、この比較用表示素子５０における両電極４・５に電界を印加すると、図４（ａ）に示すように、基板１３および基板１４との界面付近の分子１１は、ラビング処理によって配向していた分子１１との分子間相互作用によってラビング方向を向くように配向する。しかしながら、基板１３・１４界面付近から離れたバルク領域における分子１１は、電界によって配向分極し、該分子１１の長軸方向が基板１３・１４面と平行な方向を向くものの、分子１１の配向方向は、基板１３・１４面内のあらゆる方向を向く。
【０１０９】
これは、比較用表示素子５０における分子１１の配向には、従来の液晶表示装置で用いる液晶のような長距離秩序がないためである。すなわち、電界無印加時に分子１１が所定の方向に配向しており、電界印加によって、この配向秩序を維持したままで配向方向を一斉に変化させる構成のような長距離秩序がないためである。このため、比較用表示素子５０では、配向処理（ラビング処理）が施された基板１３・１４界面近傍の分子１１は低電圧で配向するものの、この基板１３・１４近傍における分子配向秩序は、セル（比較用表示素子５０）内部へは伝播せず、バルク領域の分子１１は低電圧で配向することができない。
【０１１０】
なお、比較用表示素子５０では、基板１３・１４から離れたバルク領域では、分子１１が配向分極したとしても、おおむね分子短軸方向に分極する。このため、上記したように、上記分子１１の長軸は、基板面内方向のあらゆる方位を向き、上記長軸が向く方向（方位）は、一方向に定まらない。その結果、電界印加により上記分子１１が配向分極していても、バルク領域を正面方向（基板１４の基板面法線方向）から見ると、光学的には等方であり光学応答に寄与できない。
【０１１１】
したがって、この比較用表示素子５０では、実用レベルの電圧で得られる光学応答は基板１３・１４近傍のみであり、実用レベルをはるかに上回る駆動電圧を印加しない限り、バルク領域において光学応答を得られない。
【０１１２】
一方、本実施の形態にかかる表示素子２０では、上記ネガ型液晶性混合物（１）の分子１１（図１（ａ）・（ｂ）参照）が最高透過率（最大透過率）を与える電圧は、上記比較用表示素子５０よりも低い。これは、本実施の形態にかかる上記表示素子２０では、クラスタ１２（分子の小集団）として、一方向の掌性、すなわち、右捩れあるいは左捩れのいずれかのみの捩れ構造（ツイスト構造）を有するクラスタ（分子の小集団）が発生して旋光性を生じるためである。
【０１１３】
図１（ａ）および図１（ｂ）は、上述したように、本実施の形態にかかる表示素子２０における電界印加時および電界無印加時の上記分子１１の配向状態を示す断面模式図である。図１（ｂ）に示すように、電界無印加時には、誘電性物質層３に封入された媒質（ネガ型液晶性混合物（１））を構成する分子１１は、あらゆる方向を向いており、光学的等方性を示している。
【０１１４】
ところが、上記表示素子２０における電極４・５間に電界を印加すると、図１（ａ）に示すように、電界印加によって生じる短距離分子間相互作用により、ツイスト構造を有するクラスタ１２…（分子の小集団）が発生する。これらクラスタ１２は旋光性を生じる。また、本実施の形態では、上記媒質（ネガ型液晶性混合物（１））にカイラル剤が添加されているため、言い換えれば、上記誘電性物質層３を構成する誘電性物質（誘電性液体）は上記媒質の他にカイラル剤を含んでいるために、上記ツイスト構造の掌性は右捩れあるいは左捩れの一方向のみである。すなわち、光学的異方性が発現している状態における分子１１の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造となる。
【０１１５】
したがって、本表示素子２０では、それぞれのクラスタ１２…（各捩れ構造）の方位に相関が無くても、一定の旋光性を有するため、全体として、大きな旋光性を発現することができる。このため、最大透過率が得られる電圧は、上記比較用表示素子５０よりも低くなる。なお、上記比較用表示素子５０でも、図４（ａ）に示すように、クラスタ１２…が発生して複屈折性が生じるが、カイラル剤が添加されていないため、それぞれのクラスタ１２…の方位はバラバラである。このため、発生した複屈折性は、互いにキャンセルされてしまう。
【０１１６】
このような理由により、本実施の形態では、分子１１の配向秩序を制御することによって透過率を変化させる表示素子および表示装置（具体的には、上記表示素子２０および表示素子１００）において、駆動電圧を実用レベルまで低減することが可能となっている。
【０１１７】
また、本実施の形態にかかる上記表示素子２０では、比較用表示素子５０よりも高いコントラストを得ることができた。これは、上記表示素子２０よりも比較用表示素子５０の方が、最低透過率（電界（電圧）無印加時の透過率）が高く、電界（電圧）無印加時に光漏れが生じているためである。すなわち、比較用表示素子５０では、以下の２つの原因に起因して電界無印加時に光漏れが生じており、それによってコントラストの低下を招いている。
１．ラビングされた配向膜８・９間で生じる位相差
２．配向膜８・９に吸着した分子１１・１１間で生じる位相差
一方、上記表示素子２０には、配向膜が設けられておらず、ラビング処理も施されていないので、上記の位相差に起因する光漏れは生じない。したがって、上記表示素子２０によれば、上記比較用表示素子５０よりも高いコントラストを得ることができる。
【０１１８】
また、上記比較用表示素子５０では色付き現象が認められたのに対して、本実施の形態にかかる表示素子２０では色付き現象は気にならない程度であった。これは、比較用表示素子５０における分子１１の配向状態は、分子１１が一方向に配向するホモジニアス構造であるのに対して、本表示素子２０における分子１１の配向状態はツイスト構造であるためである。すなわち、色付き現象は、上記分子１１が有する屈折率の波長分散に起因するものと考えられ、本表示素子２０のように分子１１の配向状態がツイスト構造の場合、上記比較用表示素子５０のようにホモジニアス構造の場合よりも、波長分散の影響を受けにくいものと考えられる。
【０１１９】
次に、実施の一例として、本実施の形態にかかる表示素子の構成における他の一例について、図７〜図１０を参照して以下に詳細に説明する。
【０１２０】
なお、本実施例では、本実施の形態にかかる表示素子２０として、図８に示す表示素子Ｈを用いるものとする。よって、本実施例にかかる表示装置１００（図５・６参照）は、表示素子２０として、上記表示素子Ｈを備えているものとする。
【０１２１】
図８は、本実施の形態にかかる表示素子２０の概略構成の他の一例を示す断面模式図であり、より具体的には、以下に示す実施例における表示素子Ｈの電界印加時における断面の概略構成を模式的に示している。
【０１２２】
本実施例における表示素子２０、すなわち表示素子Ｈは、図１（ａ）・（ｂ）に示す、前述した表示素子２０と同様の構造を有している。すなわち、本実施例にかかる表示素子Ｈは、図８に示すように、電極４・５が設けられた基板１・２からなる、電極基板としての基板１３・１４間に、光学変調層である誘電性物質層（誘電性液体層）３が挟持され、上記基板１３・１４の外側、つまり、上記基板１・２における電極形成面とは反対側の面に、それぞれ偏光板６・７が設けられている構造を有している。
【０１２３】
なお、本実施例でも、上記基板１・２としては、ガラス基板を使用した。また、上記電極４・５には、ＩＴＯからなる透明電極を用いた。さらに、上記偏光板６・７は、図７に示すように互いの吸収軸６ａ・７ａが直交するように配置した。
【０１２４】
但し、本実施例では、上記表示素子Ｈにおける基板１３・１４間の間隔、すなわち上記電極４・５が形成された基板１・２間の誘電性物質層３の厚みを１．３μｍとし、上記誘電性物質層３に封入される媒質として、前記ネガ型液晶性混合物（１）に代えて、下記構造式（４）
【０１２５】
【化４】
2006099038.tif 000006
【０１２６】
で示される化合物２−１と、下記構造式（５）
【０１２７】
【化５】
2006099038.tif 000007
【０１２８】
で示される化合物２−２とからなるネガ型液晶性混合物（ネガ型液晶性混合物（２））を使用した。なお、構造式（５）中、Ｒ１およびＲ２はそれぞれ独立して炭素数１〜７のアルキル基を示す。
【０１２９】
本実施例において、前記構造式（４）で示される化合物のネマティック相状態における屈折率異方性Δｎ（測定波長５５０ｎｍ、測定温度２５℃（＝０．８９Ｔｎｉ））は０．１５５、同じく、ネマティック相状態における誘電率異方性Δε（測定周波数１ｋＨｚ、測定温度２５℃（＝０．８９Ｔｎｉ））は−４．０、同条件における前記構造式（５）で示される化合物の誘電率異方性Δεは−１８であり、同条件における上記ネガ型液晶性混合物（２）のネマティック相状態での屈折率異方性Δｎは０．１４、誘電率異方性Δεは−１４である。すなわち、本実施例では、ネマティック相状態での上記屈折率異方性Δｎが０．１４、誘電率異方性Δεが−１４となる組み合わせにて前記構造式（４）および（５）で示される化合物が配合されてなるネガ型液晶性混合物（２）を使用した。なお、上記ネガ型液晶性混合物（２）のネマティック−アイソトロピック相転移温度（Ｔｎｉ）は６２℃であった。
【０１３０】
上記屈折率異方性Δｎ（Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ、ｎｅ：分子長軸方向の屈折率（異常光屈折率、ｎｏ：分子短軸方向の屈折率（常光屈折率））の測定には、アッベ屈折計（アタゴ製「４Ｔ（商品名）」）を使用した。また、上記誘電率異方性Δε（Δε＝εｅ−εｏ、εｅ：分子長軸方向の誘電率、εｏ：分子短軸方向の誘電率）の測定には、インピーダンスアナライザー（東陽テクニカ社製「ＳＩ１２６０（商品名）」）を使用した。
【０１３１】
また、本実施例では、カイラル剤として、前記「ＺＬＩ−４５７２」（商品名、メルク社製）に代えて、下記構造式（６）
【０１３２】
【化６】
2006099038.tif 000008
【０１３３】
で示されるカイラル剤「Ｓ８１１」（商品名、Ｅ．Ｍｅｒｃｋ社製）を使用した。すなわち、本実施例では、上記誘電性物質層（３）を構成する誘電性物質（誘電性液体）として、カイラル剤添加液晶材料（１）に代えて、上記ネガ型液晶性混合物（２）に上記カイラル剤「Ｓ８１１」を添加してなるカイラル剤添加液晶材料を使用した。なお、上記構造式（６）中、「＊Ｃ」は不斉炭素原子（キラル中心）を示す。
【０１３４】
本実施例において、上記カイラル剤「Ｓ８１１」は、上記ネガ型液晶性混合物（２）と該カイラル剤「Ｓ８１１」との合計量における該カイラル剤「Ｓ８１１」の割合、つまり、上記カイラル剤添加液晶材料（２）中における上記カイラル剤「Ｓ８１１」の割合（カイラル添加濃度）が、８重量％、１５重量％、３０重量％となるようにそれぞれ調整して添加した。以下、上記カイラル剤を、そのカイラル添加濃度が、８重量％、１５重量％、３０重量％となるように添加してなるカイラル剤添加液晶材料を、それぞれ、カイラル剤添加液晶材料（２）、カイラル剤添加液晶材料（３）、カイラル剤添加液晶材料（４）と称する。
【０１３５】
ここで、上記カイラル剤「Ｓ８１１」とネガ型液晶性混合物（２）とからなる上記カイラル剤添加液晶材料（２）〜（４）のネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)を測定したところ、カイラル剤添加液晶材料（２）で５５．６℃、カイラル剤添加液晶材料（３）で５１℃、カイラル剤添加液晶材料（４）で３８℃であった。
【０１３６】
なお、前記したように、ネガ型液晶性混合物（２）のネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)は６２℃であったので、該ネガ型液晶性混合物（２）に、上記カイラル剤「Ｓ８１１」を添加することで、凝固点降下のような現象が生じ、この結果、上記ネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)が低下したと考えられる。
【０１３７】
なお、カイラル剤は、捩れ力（ヘリカルツイストパワー）により、図１および図８に示すように、液晶性物質を構成する液晶分子（分子１１）同士を結び付けて、該液晶分子（分子１１）が配列している平面毎に分子長軸の角度がずれるツイスト（らせん）構造を有する、コレステリック相（コレステリック液晶相（カイラルネマティック液晶相））を形成するようになっている。
【０１３８】
本実施例にかかる表示素子Ｈでは、上記誘電性物質層３内において、上記Ｔｎｉ（３８℃）以下では、コレステリック液晶相となっている。
【０１３９】
そこで、上記カイラル剤添加液晶材料（２）〜（４）を、該カイラル剤添加液晶材料（２）〜（４）の自発的捩れ量(ナチュラルカイラルピッチ（ｐ）)を調べるために、楔型セル（Wedge cell）に注入し、いわゆる楔セル法にて該カイラル剤添加液晶材料（２）〜（４）のナチュラルカイラルピッチ（ｐ）を、外挿もしくは直接見積もったところ、カイラル剤添加液晶材料（２）でｐ＝０．７８μｍ、カイラル剤添加液晶材料（３）でｐ＝０．４２μｍ、カイラル剤添加液晶材料（４）でｐ＝０．２１μｍであった。なお、国際照明委員会ＣＩＥ（Commission Internationale de l'Eclairage）では、人間の目で認識できない波長は３８０ｎｍ以下であると定められている。よって、上記した結果から、カイラル剤添加液晶材料（２）・（３）は可視光波長域のピッチを有しており、カイラル剤添加液晶材料（４）は可視光波長域未満のピッチを有していることが判る。
【０１４０】
なお、上記ナチュラルカイラルピッチ（ｐ）とカイラル濃度（ｃ）とは、下記関係式（Ｉ）
ｐ＝１／ｋｃ    …（Ｉ）
で関係づけられていることが一般的に知られている。
【０１４１】
なお、上記関係式（Ｉ）中、ｋは比例定数であり、カイラル剤の捩れ力（ＨＴＰ；Helical Twist Power）を示す指標である。
【０１４２】
つまり、上記関係式（Ｉ）から、カイラル添加濃度が増える程、カイラルピッチは短くなることがわかる。なお、ｋの値はカイラル剤の種類によって異なる、材料固有のものであるとともに、混合する相手の液晶材料（ホスト液晶材料）によっても異なる。
【０１４３】
そこで、上記表示素子Ｈの電気光学特性を定量的に評価すべく、電圧−透過率(以下、Ｖ−Ｔｒと記す)特性の実測を行った。測定セルとしては、上記カイラル剤「Ｓ８１１」を上記ネガ型液晶性混合物（２）に、上記カイラル剤添加液晶材料（２）中の上記カイラル剤「Ｓ８１１」の含有割合（カイラル添加濃度）が３０重量％となるように添加してなるカイラル剤添加液晶材料（４）を用いた表示素子Ｈ（セル（１）、透明平板電極セル）と、上記カイラル剤「Ｓ８１１」のカイラル添加濃度を１５重量％としたカイラル剤添加液晶材料（３）を用いた以外は上記セル（１）と全く同一構成の表示素子（セル（２））と、カイラル剤を全く添加していない以外は上記セル（１）と全く同一構成の比較用表示素子（比較用セル（１））とを準備した。
【０１４４】
そして、これらのセルを、外部加熱装置によって、ネマティック−アイソトロピック相転移温度（Ｔｎｉ）よりも僅かに高い温度Ｔｅ（Ｔｅ＝Ｔｎｉ＋０．２Ｋ、ΔＴｅ＝Ｔｅ−Ｔｎｉ＝０．２Ｋ）に保ち、前記電極４・５間に電界（電圧）を印加して電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔｒ特性）の測定を行った。この結果を図９に示す。なお、図９中、縦軸は透過率（任意単位（ａ．ｕ．））を示し、横軸は印加電圧（Ｖ）を示す。
【０１４５】
図９に示すように、カイラル剤無添加の上記比較用セル（１）では、４０Ｖ以上の電圧を印加しないとＶ−Ｔｒカーブ（すなわち、図９に示すＶ−Ｔｒ特性によって示されるカーブ）は立ち上がらないことがわかった。
【０１４６】
これに対し、上記カイラル剤「Ｓ８１１」を、上記カイラル添加濃度が１５重量％となるように添加してなるセル（２）では、上記カイラル添加濃度が３０重量％であるセル（１）ほど高い透過率は得られないものの、１０Ｖを超えたあたりからＶ−Ｔｒカーブが立ち上がり始める。そして、上記セル（１）では、１０Ｖ弱でＶ−Ｔｒカーブが急激に立ち上がるとともに、ほぼ２０Ｖ程度で最大透過率に到達した。該セル（１）では低電圧で駆動可能であるとともに、光の利用効率も高く明るい表示が実現できた。
【０１４７】
なお、上記関係式（Ｉ）によると、前記したように、上記セル（１）で用いた、カイラル添加濃度が３０重量％のカイラル剤添加液晶材料（４）のナチュラルカイラルピッチ（ｐ）が０．２１μｍであり、可視光波長よりも小さく、また、上記セル（２）で用いた、カイラル添加濃度が１５重量％のカイラル剤添加液晶材料（３）におけるナチュラルカイラルピッチ（ｐ）は０．４２μｍであると見積もられ、いずれの場合も可視光波長域内もしくは可視光波長よりも小さいピッチ（可視光波長域未満のピッチ）であることがわかる。
【０１４８】
これに対し、上記比較用セル（１）で用いた、カイラル剤無添加の液晶材料（比較用液晶材料）のナチュラルカイラルピッチ（ｐ）は、無限大（∞）であり、可視光波長よりも長いことがわかる。
【０１４９】
上記の結果から、上記カイラル剤添加液晶材料の捩れ量、すなわち捩れのピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））が、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満となるように設定されていることが、低電圧駆動化、高透過率化を図る上で好ましいことがわかる。
【０１５０】
上記捩れのピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））が可視光波長領域内もしくは、可視光波長未満であると、上記媒質中に電界印加によって生じる、カイラル剤の自発的捩れ方向に起因した一方向の捩れによって、入射した光に旋光性が生じ、効率良く光を取り出すことが可能となる。この結果、低い電圧で最大透過率を得ることができ、駆動電圧が低く、かつ、光の利用効率に優れた表示素子Ｈ（表示素子２０）を実現することができる。カイラル剤添加液晶のような光学活性物質で偏光面回転現象を顕在化させるには、一方向の掌性の捩れのピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））が、上記条件を満たしていることが望ましい。
【０１５１】
上記カイラル剤添加液晶材料におけるナチュラルカイラルピッチ（ｐ）が可視光波長域内もしくは可視光波長未満であると、上記媒質中の分子１１（液晶分子）に、カイラル剤が有する捩れ力（Helical twist power）を効果的に作用させて、上記分子１１・１１間に、近接距離の相互作用（short-range-order）を及ぼすことができる。あるいは、上記媒質中に、後述する青色相(ブルーフェーズ)を発現させることができる。
【０１５２】
このため、上記したように上記液晶性媒質に対するカイラル剤の添加割合を制御することで、上記したように捩れのピッチを、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満となるように制御することができる。しかも、上記の構成によれば、電界無印加時には光学的等方性を有する上記媒質に、電界印加によって上記媒質中の分子１１を、該分子１１の小集団（クラスタ１２）として応答させることができるので、従来、非常に狭い温度範囲でしか発現できなかった光学的異方性を、より広い温度範囲で発現させることができる。
【０１５３】
なお、上記捩れのピッチの下限値は、表示素子２０の特性上、短ければ短い程、好ましい。但し、上記したように、上記媒質として上記したカイラル剤添加液晶材料を使用する場合（つまり、カイラル剤を液晶性物質に添加する場合）、カイラル剤の添加量が多くなりすぎると、誘電性物質層３全体としての液晶性が低下するという問題が生じる。液晶性の欠如は、電界印加時における光学的異方性の発生度合いの低下に繋がり、表示素子としての機能の低下を招く。したがって、表示素子としての機能を果たす上で、誘電性物質層３全体として少なくとも液晶性を呈していなければならないという要請から、上記カイラル添加濃度の上限値が決まる。本願本発明者等の解析によれば、誘電性物質層３中における液晶性物質の割合は、２０重量％以上であることが好ましく、該液晶性物質の割合が２０重量％未満の場合、十分な電気光学効果を得ることができないおそれがあることがわかった。すなわち、本願本発明者等の解析によれば、上記カイラル添加濃度の上限濃度は８０重量％であることがわかった。
【０１５４】
なお、上記カイラル剤の濃度（カイラル濃度）の上限値（捩れのピッチで言うと下限値）が適用されるのは、上記のように、カイラル剤を液晶性媒質（液晶性物質）に添加する場合に限られ、カイラル剤のような添加物質を用いることなく、媒質が既に一方向の掌性を有しているような媒質においては、上記したカイラル濃度の上限値（捩れのピッチの下限値）は適用されない。
【０１５５】
次に、上記カイラル添加濃度が異なる表示素子の温度特性を評価すべく、上記セル（１）・（２）に加え、カイラル剤「Ｓ８１１」のカイラル添加濃度を８重量％としたカイラル剤添加液晶材料（２）を用いた以外は上記セル（１）・（２）と全く同一構成の表示素子（セル（３））を準備し、比較用セル（１）とともに、外部加熱装置によって、各セルに封入された誘電性物質（液晶材料）のネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ；セル（１）は３８℃、セル（２）は５１℃、セル（３）は５５．６℃、比較用セル（１）は６２℃)を基準とする温度Ｔｅ（Ｔｅ＝Ｔｎｉ＋ΔＴｅ）に保温して各温度でＶ−Ｔｒ特性の実測を行い、そのデータから見積もった駆動電圧（最大透過率の９０％に到達する電圧（印加電圧））Ｖｏｐ（ｏｐ：operation）と、上記Ｔｎｉ点からの温度ΔＴｅとの関係をプロットしたものを図１０に示す。なお、図１０中、縦軸はＶｏｐ（Ｖ）、横軸はΔＴｅ（Ｋ）を示し、図１０中、「◆」は上記セル（１）、「■」は上記セル（２）、「▲」は上記セル（３）、「○」は上記比較用セル（１）のＶ−Ｔｒ特性から見積もった駆動電圧の温度依存性を示す。
【０１５６】
図１０に示す結果から明らかなように、カイラル剤を全く添加していない上記比較用セル（１）では、駆動電圧がフラットになる温度領域は全く存在しないことがわかる。一方、上記カイラル添加濃度を３０重量％としたセル（１）では、Ｔｎｉ（３８℃）〜Ｔｎｉ＋０．５Ｋ程度の温度領域では、駆動電圧がほぼフラットになっている。なお、上記カイラル添加濃度を８重量％としたセル（３）では、駆動電圧がフラットになる温度領域は存在しないが、上記セル（１）と比較すると、駆動電圧の温度依存性が小さくなり始める（ΔＴｅに対してフラット化し始める）ことがわかる。したがって、上記の結果から、駆動電圧の温度依存性を緩やかにするためには、カイラル添加濃度を、最低８重量％添加しておくことが必要であることが明らかになった。この８重量％という濃度は、ピッチで言うと０．７８μｍに相当し、ほぼ可視光波長領域の上限に相当する。
【０１５７】
つまり、カイラル添加濃度の下限値８重量％は、Ｔｎｉからの温度ΔＴｅと印加電圧Ｖｏｐとの関係を示す図１０から、ΔＴｅの上昇に伴うＶｏｐの変化、すなわち、Ｖｏｐの温度依存性が小さくなり始める温度であり、本実施形態のホスト液晶とカイラル剤との組み合わせでは、ナチュラルカイラルピッチが可視光領域内かもしくはそれ未満になるための条件である。また、カイラル添加濃度３０重量％とは、上記図１０においてΔＴｅの上昇に伴うＶｏｐの変化が一定になる温度領域が存在し始める濃度である。
【０１５８】
よって、図９および図１０に示す結果から、本実施例によれば、上記媒質においてカイラル剤を、好適には８重量％（カイラル添加濃度）以上添加すること、言い換えれば、上記媒質の捩れのピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））を、可視光波長以下、すなわち、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満とすることで、駆動温度領域の拡大傾向が得られる。そしてより好適には、上記媒質においてカイラル剤を３０重量％（カイラル添加濃度）以上添加することで、駆動温度領域の拡大に加え、駆動電圧の低減、および、光の利用効率の向上が実現され、電界の印加により効果的に光学的異方性の程度を変化させることが可能となる。
【０１５９】
このことは、図８に示すように、カイラル剤の添加は、光学的等方性媒質中に、電界印加でカイラル剤の捩れ力が及ぶことができる領域(クラスタ１２)が形成されていることを暗に示しており、このクラスタ１２は、温度上昇に対して比較的安定に存在していて、より広い温度範囲で光学的異方性を発現できることに繋がっていると考えられる。またこの駆動電圧のフラットな温度範囲は、カイラル剤の添加量を増加させることでさらに広がることも確認された。
【０１６０】
このように、上記駆動電圧の温度依存性を小さくするためのカイラル添加濃度は、本実施例のカイラル剤「Ｓ８１１」とネガ型液晶性混合物（２）との組み合わせでは、８重量％以上、より好ましくは、３０重量％以上であり、カイラル剤添加液晶材料の捩れ量、すなわち上記カイラル剤が添加されたネガ型液晶性混合物（２）の分子１１の捩れのピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））として見れば、可視光波長領域内もしくは可視光波長領未満であることが必要である。
【０１６１】
但し、カイラル剤添加濃度は、使用するカイラル剤の種類や使用するホスト液晶の種類によっても変わるため、カイラル剤の添加濃度の数値が絶対的因子ではない。低電圧駆動、高透過率、広温度範囲の表示素子の実現には、カイラル剤添加液晶材料としての自発的捩れ量（カイラルピッチ）が、より重要な要因であり、該自発的捩れ量（カイラルピッチ）が可視光波長領域内もしくは可視光波長未満であることにより、低電圧駆動、高透過率、広温度範囲の表示素子の実現が可能となる。
【０１６２】
カイラル剤は、隣接する液晶分子、すなわち上記誘電性物質層３に封入される媒質（液晶性媒質、液晶材料）の分子１１と互いに捩れ構造をとる。この結果、上記媒質の分子１１・１１間の相互作用のエネルギーが低くなり、上記媒質は自発的に捩れ構造をとり、構造が安定化する。
【０１６３】
なお、非特許文献１１には、カイラル剤を多量に添加した液晶材料では、青色層（ＢＰ相：Blue Phase（ブルーフェーズ））を呈することがあることが記載されている。
【０１６４】
図１１に示すように、ブルーフェーズ（ＢＰＩ、ＢＰII、ＢＰIII）は、アイソトロピック相（等方相）とコレステリック相との間の相として発現する。上記ブルーフェーズの発現にはカイラル剤が大きく関与しており、ナチュラルカイラルピッチ（ｐ）が小さくなり、ある臨界ピッチ以下になるとブルーフェーズが発現する。ブルーフェーズに関しては学術的にも盛んに解析されてはいるが、依然として未知の部分も多い。またブルーフェーズの中にもさらにいくつかの相が存在すると言われている。それらは低温側から、ＢＰＩ、ＢＰII、ＢＰIIIと称されている。
【０１６５】
ブルーフェーズは、近接する分子１１（液晶分子）間に作用する、上記カイラル剤による近接的な捩れ力によって、その捩れ力が及ぶ領域内では、ＤＴＣ（Double Twist Cylinder）構造と称される、図１２に示すような筒状構造１５（シリンダ）を有している。この筒状構造１５は、カイラル剤の捩れ力と、分子１１（液晶分子）が連続的に配向を繋げようとする連続弾性的性質との拮抗によって生じるものであり、温度等の外部刺激に対して比較的安定に存在する。
【０１６６】
なお、上記筒状構造１５の外側は、カイラル剤の捩れ力が及ばない領域であり、その中には、配向欠陥（ディスクリネーション（Disclination））が存在する。また、この筒状構造１５（シリンダ）は、ブルーフェーズにおいて、図１３に示すような体心立方構造１６や、面心立方構造等の３次元周期構造を形成していることもＸ線解析等によって明らかにされている。
【０１６７】
本実施の形態にかかる表示素子２０では相構造の詳しい解析までは実施できていないが、上記表示素子２０における誘電性物質層３を構成する媒質もまた、上記非特許文献１１中に記述されているようなブルーフェーズを呈している可能性も考えられる。このブルーフェーズはある温度範囲において示す相であって、その温度範囲内においては一定の光学特性(例えば閾値が一定であることや最大透過率に到達する電圧が一定であること等)を示す。
【０１６８】
本実施の形態にかかる表示素子２０においても、上記媒質がこのようなブルーフェーズを呈していても、光学特性が広い温度範囲で得られてさえいえばよく、その起源がブルーフェーズであっても全く構わない。また、本実施の形態において、上記ブルーフェーズは、カイラルネマティック相（コレステリック相）で示すコレステリックブルー相であっても、スメクティック相で示すスメクティックブルー相であってもよい。さらに、上記起源が、先に述べたようなカイラル剤多量添加がもたらすクラスタ１２の形成によるものであっても構わない。
【０１６９】
すなわち、上記表示素子２０は、上記誘電性物質層３を構成する誘電性物質が、ブルーフェーズ（例えばコレステリックブルー相やスメクティックブルー相）を示す媒質(すなわち、カイラル剤の添加によって上記ブルーフェーズを示す媒質)を含むものであってもよい。言い換えれば、上記誘電性物質を構成する媒質が、上記ブルーフェーズを示す媒質を含むもの、あるいは、上記ブルーフェーズを示す媒質からなる（つまり、ブルーフェーズを示す分子からなる）ものであってもよい。
【０１７０】
上記コレステリックブルー相は、温度上昇させたときに、カイラルネマティック相よりも高い温度領域において見られる相であり、電界無印加時には光学的等方性、電界印加時には光学的異方性を示す。
【０１７１】
上記コレステリックブルー相は、例えば、下記構造式（７），（８），（９），（１０），（１１）
【０１７２】
【化７】
2006099038.tif 000009
【０１７３】
で示される液晶性化合物を、上記構造式順に、４５重量％、１６重量％、１１重量％、１６重量％、１２重量％の割合で配合してなる液晶材料（ＢＤＨ（British Drug House）社のネマティック液晶「Ｅ８」（商品名））に、カイラル剤として、下記構造式（１２）
【０１７４】
【化８】
2006099038.tif 000010
【０１７５】
で示される化合物（「ＣＢ１５」（商品名、メルク社製）；上記構造式（１２）中、「＊Ｃ」は不斉炭素原子（キラル中心）を示す）を４２．５重量％割合で添加してなる材料系（誘電性物質）にて発現する。
【０１７６】
上記材料系（誘電性物質）におけるカイラルピッチ（ナチュラルカイラルピッチ（ｐ））、つまり、上記コレステリックブルー相を示す媒質（すなわち、分子に、上記カイラル剤によりらせんが導入された状態の「Ｅ８」）の捩れのピッチは０．５３μｍであり、可視光波長範囲内である。
【０１７７】
本願発明者等は上記表示素子２０において光を取り出すことができる理由（メカニズム、原理）について考察した結果、以下に示す結論に到達した。このメカニズム（光学活性のメカニズム）を図１４に示す。
【０１７８】
上記表示素子２０における誘電性物質（媒質）として用いられているような、カイラル剤を多量に添加した液晶材料等は、一般的に光学活性物質と称されている（例えば、非特許文献１２参照）。なお、光学活性物質の例としては、不斉炭素原子を有する有機化合物、ヘリックス構造を有する生体高分子、コレステリック液晶等が知られている。
【０１７９】
ここで、図１４に示すように、前記物質層として、上記したような光学活性物質からなる、厚み（ｄ）（セル厚）の光学活性物質層１７に直線偏光を入射させる場合を考える。直線偏光は、左回りの円偏光１８と右回りの円偏光１９とで位相・振幅の揃った左右の円偏光１８・１９に分解することができる。なお、図１４中、入射時の直線偏光方位をＲｉｎで、出射時の直線偏光方位をＲｏｕｔで示す。上記円偏光１８・１９が上記光学活性物質層１７に入射すると、光学活性物質は、該光学活性物質自体が固有に有する結晶構造や捩れ(へリックス)構造のために、左右の円偏光１８・１９に対する屈折率（右回りの円偏光１９の屈折率ｎ＋≠左回りの円偏光の屈折率ｎ−）が異なる。すると、上記左右の円偏光１８・１９が光学活性物質層１７から出射する時には、上記右回りの円偏光１９の屈折率ｎ＋と左回りの円偏光の屈折率ｎ−との差、および上記光学活性物質層１７の厚み（ｄ）で決まる角度γ分だけ、偏光方位が回転し、左右の円偏光１８・１９の位相が互いにずれることになる。そして、この出射時の左右の円偏光１８・１９を合成すると、ちょうど、入射時の直線偏光の偏光方位Ｒｉｎと比べて、上記角度分γだけ偏光方位が回転した直線偏光となる。その結果、前記表示素子２０のように上下の偏光板６・７を、直交配置（クロスニコル配置）にしておくと光が透過してくることになる。上記表示素子２０では、このようなメカニズムで光が取り出せていることが本願発明者等の検討によりわかった。
【０１８０】
そして、上記したような表示素子２０においては、前記したように、電極４・５間に電界を印加すると、電界印加によって生じる短距離分子間相互作用により、一方向の掌性、すなわち、右捩れあるいは左捩れの何れか一方のみの捩れ構造（ツイスト構造）を有するクラスタ１２が発生して旋光性を生じる。すなわち、上記表示素子２０における、光学的異方性が発現している状態における分子１１（液晶分子）の配向方向は、一方向の掌性のみの捩れ構造となる。
【０１８１】
したがって、上記表示素子２０は、それぞれのクラスタ１２（各捩れ構造）の方位に相関性がなくても、一定の旋光性を有するため、全体として、大きな旋光性を発現することができる。このため、最大透過率が得られる電圧は、従来よりもさらに低くなる。
【０１８２】
なお、この場合、特に、上記媒質（液晶材料）に、前記したようにカイラル剤が添加されていると、上記媒質中の分子１１の配向方向を確実に、一方向の掌性のみの捩れ構造とすることができる。
【０１８３】
つまり、カイラル剤は、前記したように、隣接する分子１１（液晶分子）同士が互いに捩れ構造をとる。カイラル剤が添加された媒質は、自発的に捩れ構造をとることによって分子間相互作用のエネルギーが下がり、構造が安定化する。
【０１８４】
なお、本実施の形態において用いられるカイラル剤としては、前記例示の「ＺＬＩ−４５７２」、「Ｓ８１１」、「ＣＢ１５」以外にも、「ＭＬＣ−６２４８」（商品名、メルク社製）、「Ｃ１５」（商品名、メルク社製）、「ＣＮ」（商品名、メルク社製）、「ＣＢ１５」（商品名、メルク社製）等が挙げられるが、これら例示のカイラル剤にのみ限定されるものではない。
【０１８５】
すなわち、上記誘電性物質としてカイラル剤添加液晶材料を使用する場合、上記カイラル剤添加液晶材料におけるカイラル剤の濃度は、上記カイラル剤添加液晶材料における媒質（液晶性媒質、液晶材料）の構造を安定化させることが可能な濃度であれば、特に限定されるものではなく、用いるカイラル剤の種類、表示素子の構成、または設計等に応じて適宜設定すればよいが、前記したように、上記カイラル剤添加液晶材料の捩れ量、すなわちカイラル剤が添加された媒質の捩れのピッチが、可視光波長領域内もしくは可視光波長未満となるように設定されていること、例えば、前記したように、前記カイラル剤添加濃度が３０重量％以上であることが、低電圧駆動化、高透過率化を図る上で好ましい。本発明によれば、このように表示のために必要な駆動電圧を低電圧化した表示装置（表示装置１００）、さらには、温度範囲の広い表示装置（表示装置１００）を実現することが可能となる。
【０１８６】
なお、上記説明においては、一方向の掌性を示す媒質を準備するに当たり、ホストとなる媒質（液晶性媒質（液晶性化合物）、液晶材料）にカイラル剤を添加する系について主に述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０１８７】
すなわち、上記表示素子２０では、カイラル剤を添加した媒質を誘電性物質層３に封入したが、本発明はこの構成に限るものではなく、電界印加時または電界無印加時における分子１１が、該分子１１の配向方向が一方向の掌性のみとなるような捩れ構造となればよい。例えば、カイラル剤を添加しなくてもそれ自体がカイラル性を有するカイラル物質を、誘電性物質層３に封入する媒質として用いてもよい。すなわち、誘電性物質層３に封入する媒質は、カイラル剤を添加されることによってカイラル性を示すものであっても、その媒質自体がカイラル性を示すものであってもよい。いずれの場合であっても、一方向の掌性のみの捩れ構造（ツイスト構造）を誘起させることができる。
【０１８８】
上記一方向の掌性を示す媒質として、該媒質自身がカイラル性を有する（光学的に活性な）カイラル物質を用いる場合、例えば上記誘電性物質が上記カイラル物質からなるか、あるいは、上記カイラル物質を含む媒質からなる誘電性物質を用いる場合、上記媒質は光学的に活性なため、媒質自身が自発的に捩れ構造をとり、安定な状態になる。カイラル性を有するカイラル物質としては、分子中に不斉炭素原子（キラル中心）を有する化合物（液晶性化合物）であればよい。
【０１８９】
また、上記一方向の掌性を示す媒質としては、例えば、バナナ型（屈曲型）液晶のように、それ自身は不斉炭素原子を持たない（つまり、分子自体はカイラル性を持たない）が、分子形状の異方性とパッキング構造とにより、系としてカイラル性が発生する分子を含む媒質でもよい。
【０１９０】
このようなバナナ型（屈曲型）液晶としては、例えば、下記構造式（１３）
【０１９１】
【化９】
2006099038.tif 000011
【０１９２】
で示される化合物（クラリアント社製の「Ｐ８ＰＩＭＢ」（略称））
が挙げられるが、これにのみ限定されるものではない。
【０１９３】
なお、上記「Ｐ８ＰＩＭＢ」は、例えば、該「Ｐ８ＰＩＭＢ」、「ＺＬＩ−２２９３」（商品名、メルク社製の混合液晶）、カイラルドーパント（メルク社製の「ＭＬＣ−６２４８」（商品名））を、この順に、１５％、６７.１％、１７.９％の割合で混合することにより、該混合物は、７７．２℃〜８２．１℃の温度範囲でコレステリックブルー相を示す。
【０１９４】
また、バナナ型（屈曲型）の液晶材料（バナナ型（屈曲型）液晶）における屈曲部（結合部）は、フェニレン基等のベンゼン環以外に、ナフタレン環やメチレン鎖等により形成されていてもよい。また、上記屈曲部（結合部）には、アゾ基が含まれていてもよい。
【０１９５】
上記バナナ型（屈曲型）液晶としては、上記「Ｐ８ＰＩＭＢ」以外にも、例えば、下記構造式（１４）
【０１９６】
【化１０】
2006099038.tif 000012
【０１９７】
で示される化合物（「Ａｚｏ−８０」（略称）、クラリアント社製）、下記構造式（１５）
【０１９８】
【化１１】
2006099038.tif 000013
【０１９９】
で示される化合物（「８Ａｍ５」（略称）、クラリアント社製）、下記構造式（１６）
【０２００】
【化１２】
2006099038.tif 000014
【０２０１】
で示される化合物（「１４ＯＡｍ５」（略称）、クラリアント社製）等が挙げられるが、これら化合物にのみ限定されるものではない。
【０２０２】
また、上記したバナナ型（屈曲型）液晶、つまり、上記構造式（１３）〜（１６）に示す化合物は、何れも、屈曲部（結合部）の左右で対称的な化学構造を有しているが、上記屈曲部の左右で非対称な化学構造を有していてもよい。このようなバナナ形（屈曲型）液晶としては、例えば、下記構造式（１７）
【０２０３】
【化１３】
2006099038.tif 000015
【０２０４】
で示される化合物等が挙げられる。
【０２０５】
また、上記バナナ型（屈曲型）液晶における液晶分子は不斉炭素原子（カイラル炭素）を有していないが、上記バナナ型（屈曲型）液晶は、このような化合物にのみ限定されるものではなく、１分子中に、不斉炭素原子を１つ、あるいは複数有していてもよい。このようなバナナ型（屈曲型）液晶としては、例えば、下記構造式（１８）
【０２０６】
【化１４】
2006099038.tif 000016
【０２０７】
で示される化合物等が挙げられる。なお、上記構造式（１８）中、「＊Ｃ」は不斉炭素原子（キラル中心）を示す。
【０２０８】
また、誘電性物質層３に封入する媒質は、単一化合物で液晶性を示すものであってもよく、複数の物質の混合により液晶性を示すものでもよい。あるいは、これらに他の非液晶性物質が混入されていてもよい。
【０２０９】
上記誘電性物質層３に封入される媒質における液晶性を示す物質（媒質）、すなわち、液晶性媒質（液晶性化合物およびその混合物、あるいは、複数の物質の混合により液晶性を示す液晶性混合物等）の割合は、２０重量％以上であることが好ましく、５０重量％以上であることがより好ましい。
【０２１０】
また、本実施の形態において上記誘電性物質層３に封入する媒質は、上記例示の媒質に限るものではない。ただし、誘電性物質層３に封入する媒質は、負の誘電異方性を有する棒状分子であることが望ましい。すなわち、誘電性物質層３に封入する媒質は、分子長軸方向の誘電率が分子短軸方向の誘電率よりも小さい（分子長軸方向の誘電率＜分子短軸方向の誘電率の）棒状分子であることが望ましい。
【０２１１】
つまり、上記誘電性物質層３に封入する媒質は、ネガ型液晶材料、例えば、ネガ型液晶性化合物またはその混合物からなる媒質、または、ネガ型液晶性化合物またはその混合物を含む媒質であることがより好ましい。ここで、ネガ型液晶性化合物とは、低温にすると、例えばネマティック相やスメクティック相といった液晶相が出現する化合物である。
【０２１２】
このように、誘電異方性が負の媒質（ネガ型液晶材料）としては、例えば、前記特許文献１に記載してあるような液晶性物質のうち、「３ＨＰＦＦ」と称される１，２−ジフルオロ−４−［トランス−４−（トランス−４−ｎ−プロピルシクロヘキシル）シクロヘキシル］ベンゼンと、「５ＨＰＦＦ」と称される１，２−ジフルオロ−４−［トランス−４−（トランス−４−ｎ−ペンチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］ベンゼンと、「７ＨＰＦＦ」と称される１，２−ジフルオロ−４−［トランス−４−（トランス−４−ｎ−ヘプチルシクロヘキシル）シクロヘキシル］ベンゼン）とよりなる混合物（以下、ネガ型液晶性混合物（３）と記す）などを適用してもよい。
【０２１３】
また、誘電性物質層３に封入する媒質は、電界の印加によって、光学的異方性の程度が変化するものであればよく、電界印加時または電界無印加時には光学的に概ね等方（可視光以上のスケールでの配向秩序度≒０（ほぼゼロ）であり、電界印加により光学変調を誘起（つまり、電界印加により光学的異方性を示す）される媒質であってもよい。また、上記媒質は、電界印加に伴い、分子１１、または分子集合体（クラスタ１２）の可視光以上のスケールでの配向秩序度が上昇（光学変調が既に誘起されている状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度＞０）から、可視光以上のスケールでの分子１１の配向秩序度がさらに上昇）する物質（媒質）であってもよい。また、上記媒質は、電界印加に伴い、電界印加前と比較して、可視光以上のスケールでの分子１１の配向秩序度（光学的異方性の程度）が低下する媒質であってもよく、例えば、電界印加により光学的異方性を示す状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度＞０）から光学的等方性を示す状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度≒０）に変化する媒質であってもよい。
【０２１４】
なお、本発明において、電界印加時または電界無印加時に光学的等方性を示すとは、前記したように巨視的、具体的には、可視光の波長スケール、もしくは、それよりも大きなスケールで見て等方であればよく、例えばコレステリックブルー層がそうであるように、完全なアイソトロピック相（等方相）を有していなくても構わない。上記コレステリックブルー相は、電界無印加時に、完全なアイソトロピック相（等方相）ではなく、可視光波長程度以下のサイズで、三次元的周期構造を示すことが知られている。
【０２１５】
本発明は、電界の印加により、主に電子分極や配向分極等により光学的異方性が発現（特に、電界印加により複屈折が上昇することが望ましい）する媒質（誘電性物質）を用いて表示を行うことが望ましい。
【０２１６】
本実施の形態にかかる表示素子２０において、上記誘電性物質、特に上記媒質として使用することができる物質は、電界印加時または電界無印加時に、例えば光学的等方性を示すとともに、配向方向が変化して光学的異方性の程度が変化し、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記分子１１の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすものであればよく、例えば、カー効果を示す物質であっても、ポッケルス効果を示す物質であっても、その他の有極性分子等であってもよい。
【０２１７】
特に、電界の２次（２乗）に比例して発現する屈折率の変化は、応答速度が速いという利点を有している。このため、電界の２次に比例して屈折率が変化する媒質、すなわち、カー効果を示す媒質（液晶性媒質）を用いた誘電性物質層３は、電界の印加によって分子１１（液晶分子）の配向方向が変化し、１つの分子内での電子の偏りを制御することにより、ランダムに配列した個々の分子１１が各々別個に回転して向きを変えることから、上記したように応答速度が非常に速いのみならず、上記媒質を構成する各分子１１が無秩序に配列していることから、視角制限がない。よって、上記の構成によれば、高速応答性および広視野特性により優れた表示素子２０を実現することができる。また、この場合、駆動電圧を大幅に低減することが可能であり、その実用的価値は極めて高い。
【０２１８】
また、上記誘電性物質層３に、有極性分子を含有する媒質が封入されていることで、電界印加によって上記有極性分子の分極が発現し、上記有極性分子の配向をさらに促進することができるので、より低い電圧で光学的異方性を発現させることができる。
【０２１９】
なお、上記誘電性物質は、上記媒質に限らず、電界印加時または電界無印加時に可視光波長未満の秩序構造（配向秩序）を有することが好ましい。秩序構造が可視光波長未満であれば、光学的に等方性を示す。したがって、電界印加時または電界無印加時に秩序構造が可視光波長未満となる誘電性物質、特にそのような媒質を用いることにより、電界無印加時と電界印加時とにおける表示状態を確実に異ならせることができる。
【０２２０】
また、本発明において、上記誘電性物質層３に封入する媒質としては、例えば、可視光波長未満の秩序構造を有し、光学的には等方的に見える液晶相のうち、誘電異方性が負のものを適用することができる。あるいは、分子１１（液晶分子）が可視光波長未満のサイズで放射状に配向している集合体で充填された、光学的に等方的に見えるような系を用いることもできる。これらに電界を印加することにより、分子１１あるいは分子集合体（クラスタ１２）の微細構造にひずみを与え、光学変調を誘起させることができる。
【０２２１】
なお、通常の、例えばＴＮ方式などの液晶表示装置では、分子（液晶分子）があらかじめ一方向に配向しており、電界印加によって分子の配向がそろった状態で、その方向を一斉に変える。これに対して、上記のような媒質を用いた表示素子および表示装置は、上記媒質が、光学的等方性を示す状態では、分子が可視光波長未満のスケールの秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているために光学的等方性を示すものであり、巨視的、具体的には、可視光波長領域、つまり、可視光の波長スケール、もしくは、それよりも大きなスケールで見れば、上記分子はあらゆる方向を向いていると見なすことができる。つまり、上記のような媒質を用いた構成（配向状態）は、可視光波長スケールもしくはそれよりも大きなスケールでは、分子があらゆる方向を向いている状態（構成）と等価である。そして、電界の変化によって可視光波長未満のスケールの秩序構造に歪みが生じて光学的異方性が発現する。なお、この際、分子個々の配向方向も、変化するようになっている。すなわち、上記の構成と通常の液晶表示装置では、最初の配向状態（光学的等方性を示す状態における配向状態）および配向による光学的異方性の程度の変化のしかたが異なるものの、上記の構成においても、光学的異方性の発現時には、分子個々の配向方向は、変化するようになっている。
【０２２２】
このような媒質として、例えば、３ＨＰＦＦと５ＨＰＦＦと７ＨＰＦＦの混合系、すなわち、前記ネガ型液晶性混合物（３）を用いることができる。なお、この混合系（ネガ型液晶性混合物（３））は、負の誘電異方性を有する。
【０２２３】
上記したように、３ＨＰＦＦと５ＨＰＦＦと７ＨＰＦＦの混合系（ネガ型液晶性混合物（３））は、秩序構造が可視光波長未満であるため透明である。すなわち、電界無印加の場合には光学的に等方性を示す。したがって、この混合系（ネガ型液晶性混合物（３））を、本実施の形態にかかる前記表示素子２０に適用する場合、直交ニコル下において良好な黒表示を行うことができる。
【０２２４】
一方、上記の混合系（ネガ型液晶性混合物（３））が電界無印加時に光学的等方性を示す温度範囲に制御しながら、電極４・５間に電界（電圧）を印加すると、光学的等方性を示す構造に歪が生じ、光学的異方性が発現する。すなわち、上記の混合系（ネガ型液晶性混合物（３））は、電界無印加状態では光学的に等方性であり、電界印加により光学的異方性が発現する。
【０２２５】
このように、上記の構成の表示素子および該表示素子を用いた表示装置では、電界を印加することによって光学的等方性を示す構造に歪が生じ、複屈折が発生するので、良好な白表示を行うことができる。なお、複屈折が発生する方向は一定であり、その大きさが電界印加によって変化する。また、電極４・５間に印加する電圧と透過率との関係を示す電圧透過率曲線は、安定した曲線となる。すなわち、上記構成の表示素子および表示装置では、電界（電圧）無印加時に光学的等方性を示す温度範囲において安定した電圧透過率曲線を得ることができ、温度制御が極めて容易となる。
【０２２６】
ここで、上記の混合系（ネガ型液晶性混合物（３））のように電界印加によって分子の光学的異方性の程度が変化する媒質を用いた、本実施の形態にかかる表示素子２０と、従来の表示方式の液晶表示素子との、表示原理の相違点について説明する。
【０２２７】
なお、以下の説明では、主に、上記表示素子として透過型の表示素子を使用し、電界無印加時に光学的にはほぼ等方、好適には等方であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質を用いる場合を例に挙げて説明するものとするが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０２２８】
図１５（ａ）〜（ｈ）は、上記の混合系を用いた場合の本実施の形態にかかる表示素子２０および従来の表示方式の液晶表示素子における、表示原理の違いを説明するための説明図であり、電界印加時および電界無印加時における屈折率楕円体の形状および方向を模式的に表したものである。なお、図１５（ａ）〜（ｆ）では、従来の表示方式として、ＴＮ(Twisted Nematic)方式、ＶＡ（Vertical Alignment、垂直配向）方式、ＩＰＳ（In Plane Switching、面内応答）方式における表示原理を示している。また、図１５（ｇ）・（ｈ）では、本実施の形態にかかる表示素子２０において、誘電性物質層に例えばネガ型液晶性混合物（３）を封入した場合における表示原理を示している。すなわち、図１５（ａ）〜（ｈ）は、本実施の形態にかかる表示素子２０と従来の液晶表示素子との表示原理の違いを、電界無印加時（ＯＦＦ状態）および電界印加時（ＯＮ状態）における媒質の平均的な屈折率楕円体の形状（屈折率楕円体の切り口の形状にて示す）をその主軸方向にて模式的に示す断面図であり、図１５（ａ）〜（ｈ）は、順に、従来のＴＮ方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該ＴＮ方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図、従来のＶＡ方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該ＶＡ方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図、従来のＩＰＳ方式の液晶表示素子の電界無印加時の断面図、該ＩＰＳ方式の液晶表示素子の電界印加時の断面図、本実施の形態にかかる表示素子２０の電界無印加時の断面図、該表示素子２０の電界印加時の断面図を示している。
【０２２９】
物質中の屈折率は、一般には等方的でなく方向によって異なっている。この屈折率の異方性は、基板面に平行かつ図１５（ａ）〜（ｈ）の左右方向、基板面に平行かつ図１５（ａ）〜（ｈ）の奥行き方向（すなわち、基板面に平行かつ図１５（ａ）〜（ｈ）の左右方向と直交する方向）、基板面に垂直な方向を、それぞれｘ，ｙ，ｚ方向とすると任意の直交座標系（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）を用いて次式（II）
【０２３０】
【数１】
2006099038.tif 000017
【０２３１】
（ｎｊｉ＝ｎｉｊ、ｉ，ｊ＝１，２，３）
で表される楕円体（屈折率楕円体）で示される（例えば非特許文献１３参照）。ここで、上記式（II）を楕円体の主軸方向の座標系（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３）を使用して書き直すと、次式（III）
【０２３２】
【数２】
2006099038.tif 000018
【０２３３】
で示される。ｎ１，ｎ２，ｎ３（以下、ｎｘ，ｎｙ，ｎｚと記す）は主屈折率と称され、楕円体における三本の主軸の長さの半分に相当する。原点からＹ３＝０の面と垂直な方向に進行する光波を考えると、この光波はＹ１とＹ２との方向に偏光成分を有し、各成分の屈折率はそれぞれｎｘ，ｎｙである。一般に、任意の方向に進行する光に対しては原点を通り、光波の進行方向に垂直な面が、屈折率楕円体の切り口と考えられ、この楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。
【０２３４】
まず、本実施形態にかかる表示素子２０と従来の液晶表示素子との表示原理の相違について、従来の液晶表示素子として、ＴＮ方式、ＶＡ方式、ＩＰＳ方式を例に挙げて説明する。
【０２３５】
図１５（ａ）・（ｂ）に示すように、従来のＴＮ方式の液晶表示素子は、対向する基板２０１・２０２間に液晶層２０５が挟持されており、両基板２０１・２０２上にそれぞれ透明電極２０３・２０４（電極）が備えられた構成である。そして、電界無印加時には、液晶層２０５における液晶分子の長軸方向がらせん状に捻られて配向しているが、電界印加時には、液晶分子の長軸方向が電界方向に沿って配向する。この場合における平均的な屈折率楕円体２０５ａは、図１５（ａ）に示すように、電界無印加時には、その主軸方向（長軸方向）が基板面に平行な方向（基板面内方向）を向いており、電界印加時には、図１５（ｂ）に示すように、上記長軸方向が基板面法線方向を向く。すなわち、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体２０５ａの形状は楕円であり、電界印加によって、その長軸方向（主軸方向、屈折率楕円体２０５ａの向き）が変化する。すなわち、屈折率楕円体１０５ａが回転する。なお、電界（電圧）無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体１０５ａの形状および大きさは、ほぼ変わらない。
【０２３６】
また、従来のＶＡ方式の液晶表示素子は、図１５（ｃ）・（ｄ）に示すように、ＴＮ方式と同様、対向する基板２５１・２５２間に液晶層２５５が挟持されており、両基板２５１・２５２上にそれぞれ透明電極２５３・２５４（電極）が備えられた構成である。ただし、ＶＡ方式の液晶表示素子では、電界無印加時には、液晶層２５５における液晶分子の長軸方向が、基板面に対して略垂直な方向に配向しているが、電界印加時には、液晶分子の長軸方向が電界に垂直な方向に配向する。この場合における平均的な屈折率楕円体２５５ａは、図１５（ｃ）に示すように、電界無印加時にはその主軸方向（長軸方向）が基板面法線を向いており、電界印加時には、図１５（ｄ）に示すように、長軸方向が基板面に平行な方向（基板面内方向）を向く。すなわち、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体２５５ａの形状は楕円であり、電界印加によって、その長軸方向が変化する（屈折率楕円体２５５ａが回転する）。また、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体２５５ａの形状および大きさは、ほぼ変わらない。
【０２３７】
また、ＩＰＳ方式の液晶表示素子は、図１５（ｅ）・（ｆ）に示すように、１つの基板３０１上に対向する１対の電極３０２・３０３が備えられており、図示しない対向基板との間に挟持された液晶層に、上記電極３０２・３０３により電界（電圧）が印加されることで、液晶分子の配向方向（屈折率楕円体３０５ａの主軸方向（長軸方向））を変化させ、電界無印加時と電界印加時とで、異なる表示状態を実現できるようになっている。したがって、ＩＰＳ方式の液晶表示素子でも、ＴＮ方式およびＶＡ方式の液晶表示素子と同様、図１５（ｅ）に示す電界無印加時と図１５（ｆ）に示す電界印加時とで、屈折率楕円体３０５ａの形状および大きさはほぼ変わらず（つまり楕円形のまま）、電界印加によってその方向（主軸方向）が変化する（屈折率楕円体３０５ａが回転する）。
【０２３８】
このように、従来の表示方式の液晶表示素子では、電界無印加時でも液晶分子が何らかの方向（典型的には一方向）に配向しており、電界を印加することによって、各分子の配向方向が揃った状態で、その配向方向を一斉に変化させて表示（透過率の変調）を行っている。すなわち、電界（電圧）無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体の形状および大きさを保ったまま（つまり楕円形のまま）、屈折率楕円体の主軸（長軸）方向のみが、電界印加によって回転（変化）することを利用して表示を行っている。よって屈折率楕円体の長軸方向は電界印加方向に対して、常に垂直あるいは平行とは限らない。つまり、従来の表示方式の液晶表示素子では、液晶分子の配向秩序度はほぼ一定であり、配向方向を変化させることによって表示を行っている。つまり、従来の液晶表示素子では、電界印加によって、配向秩序度はほぼ一定のまま、配向容易軸の方向が変化する。
【０２３９】
これらの表示方式に対して、前記ネガ型液晶性混合物（３）（３ＨＰＦＦと５ＨＰＦＦと７ＨＰＦＦの混合系）を用いた、本実施の形態にかかる表示素子２０（本表示素子）では、電界無印加時に分子（すなわち前記分子１１）があらゆる方向を向いている。ただし、これらの分子は、可視光波長未満のスケールの秩序を有しているので、光学的異方性が発現せず（可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒０（ほぼゼロ））、図１５（ｇ）に示すように、屈折率楕円体１１ａの形状が球状となる。
【０２４０】
ところが、図１５（ｈ）に示すように、電界印加時には、個々の分子（分子１１）が負の誘電異方性を有しているため基板面内方向（基板面に平行な方向）を向こうとして配向状態が変化する。また、この際、可視光波長未満の秩序構造に歪が生じて光学的異方性（可視光波長以上のスケールでの配向秩序度＞０）が発現して、屈折率楕円体１１ａが楕円になる（光学的異方性を示す）。また、このとき屈折率楕円体１１ａの長軸方向は電界方向と垂直になる。つまり、誘電性物質の誘電異方性が負（ネガ型液晶）の場合、全ての電圧値において、屈折率楕円体１１ａの長軸方向は電界方向に垂直（直交状態）になり、誘電異方性が正（ポジ型液晶）の場合、全ての電圧値において、屈折率楕円体１１ａの長軸方向は電界方向に平行になる。本発明において、電界方向と屈折率楕円体１１ａの主軸方向の少なくとも一つとは、常に平行もしくは直交である。なお、本発明において、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒０（配向秩序度が殆ど無い）というのは、可視光より小さいスケールで見た場合には、液晶分子等が、ある方向に並んでいる割合が多い（配向秩序がある）が、可視光より大きいスケールで見ると、配向方向が平均化されていて配向秩序が無いことを意味している。すなわち、配向秩序度が可視光波長域、及び、可視光波長域より大きい波長の光に対して何ら影響を与えない程度に小さいことを示す。例えば、クロスニコル下で黒表示を実現している状態を示す。一方、本発明において、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度＞０とは、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度が、ほぼゼロの状態よりも大きいことを示し、例えば、クロスニコル下で白表示を実現している状態を示す。（この場合、階調表示であるグレーも含まれる）。なお、屈折率楕円体１１ａは、その主軸方向（長軸方向）が基板面に平行な方向を向くとともに、上記基板１・２における一方の基板から他方の基板にかけて捩れている（ツイストしている）。
【０２４１】
すなわち、上記の混合系を用いた本表示素子２０では、電界無印加時に分子１１は、あらゆる方向を向いている。但し、これらの分子１１は、可視光波長スケール未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているので、光学的異方性が発現せず（可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒０）、図１５（ｇ）に示すように、屈折率楕円体１１ａの形状が球状となる。ところが、図１５（ｈ）に示すように、電界印加時には、個々の分子１１が負の誘電異方性を有しているため基板面内方向（基板面に平行な方向）を向こうとして配向状態が変化する。また、この際、可視光波長未満の秩序構造に歪みが生じて光学的異方性（可視光波長以上のスケールでの配向秩序度＞０）が発現する。
【０２４２】
このように、上記の混合系を用いた本表示素子２０では、電界無印加時には屈折率楕円体１１ａの形が等方的（ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚ）であり、電界印加によって屈折率楕円体１１ａの形に異方性（下界面（すなわち図１５（ｈ）においては下側の基板１との界面）付近：ｎｘ＞ｎｙ、上界面（すなわち図１５（ｈ）においては上側の基板２との界面）付近：ｎｙ＞ｎｘ）が例えばこのように発現する。つまり、本実施の形態にかかる表示素子２０では、電界印加によって屈折率楕円体１１ａの形状、大きさが変化する。ここで、上記ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、それぞれ、基板面に平行（基板面内方向）かつ図１５（ａ）〜（ｈ）の左右方向、基板面に平行かつ図１５（ａ）〜（ｈ）の奥行き方向、基板面に垂直な方向（基板法線方向）に対する、屈折率（主屈折率）を表している。
【０２４３】
また、図１７は、本表示素子２０における電界印加時の上記媒質の一分子（分子１１）の屈折率楕円体１１ａの形状を示す模式図である。このように、上記屈折率楕円体１１ａの形状は、原点を通り、光波の進行方向に垂直な面を切り口とする、屈折率楕円体（楕円）の切り口の形状にて示され、前記したように、楕円の主軸方向が光波の偏光の成分方向であり、主軸の長さの半分がその方向の屈折率に相当する。
【０２４４】
本実施の形態かかる上記媒質は、上記したように電界無印加時に光学的等方性（等方相）を示し、電界を印加することによって光学的異方性を発現させる。このため、電界無印加時における屈折率楕円体１１ａの形状は球状、すなわち、光学的に等方であり、電界を印加することによって異方性が発現するようになっている。
【０２４５】
そこで、図１７に示すように電界方向に垂直な方向の屈折率によって示される、光学的異方性の発現による、電界印加時の楕円の主軸方向（すなわち、光波の偏光の成分方向）の屈折率、つまり、上記分子１１の屈折率楕円体１１ａの長軸方向における屈折率（異常光屈折率）をｎｅ、上記屈折率楕円体１１ａの主軸方向に垂直な方向の屈折率、つまり、上記屈折率楕円体１１ａの短軸方向における屈折率（常光屈折率）をｎｏとすると、上記屈折率異方性（Δｎ）（複屈折変化）は、前記したように、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏで表される。
【０２４６】
すなわち、本発明において、上記屈折率異方性（Δｎ）は、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏ（ｎｅ：異常光屈折率、ｎｏ：常光屈折率）で示される複屈折変化を示し、本発明は、上記ｎｅおよびｎｏが変化するのに対し、従来の液晶表示装置は、上記ｎｅおよびｎｏは変化しない
また、上記電界印加時の屈折率楕円体１１ａの長軸方向は、電界方向に対して平行（誘電異方性が正の媒質の場合）、または、垂直（誘電異方性が負の媒質を用いる場合）となる。
【０２４７】
これに対して、従来の液晶表示素子では、電界印加によって屈折率楕円体の長軸方向を回転させて表示を行うので、屈折率楕円体の長軸方向は、電界方向に対して常に平行または垂直になるとは限らない。
【０２４８】
このように、前記ネガ型液晶性混合物（３）（３ＨＰＦＦと５ＨＰＦＦと７ＨＰＦＦの混合系）を用いた本表示素子２０では、光学的異方性の方向は一定（電界印加方向は変化しない）であり、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度を変調させることによって表示を行っている。すなわち、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０では、媒質そのものの光学的異方性（例えば可視光波長以上のスケールでの配向秩序）の程度を変化させている。したがって、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０の表示原理は、他の表示方式の液晶表示素子とは大きく異なっている。
【０２４９】
このように、本実施の形態にかかる表示素子２０は、光学的異方性の方向は一定（電界印加方向は変化しない）で例えば可視光波長以上のスケールでの配向秩序度を変調させることによって表示を行うものであり、媒質そのものの光学的異方性（例えば可視光波長以上のスケールにおける配向秩序）の程度を変化させている。したがって、従来の液晶表示素子とは表示原理が大きく異なっている。
【０２５０】
なお、上記誘電性物質層３に封入される媒質は、電界の印加によって、光学的異方性の程度が変化するものであればよく、電界印加時または電界無印加時には光学的に概ね等方（可視光以上のスケールでの配向秩序度≒０）であり、電界印加により光学変調を誘起（つまり、電界印加により光学的異方性を示す）される媒質であってもよい。また、上記媒質は、電界印加に伴い、分子１１、または分子集合体（クラスタ１２）の可視光以上のスケールでの配向秩序度が上昇（光学変調が既に誘起されている状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度＞０）から、可視光以上のスケールでの分子１１の配向秩序度がさらに上昇）する物質（媒質）であってもよい。また、上記媒質は、電界印加に伴い、電界印加前と比較して、可視光以上のスケールでの分子１１の配向秩序度（光学的異方性の程度）が低下する媒質であってもよく、例えば、電界印加により光学的異方性を示す状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度＞０）から光学的等方性を示す状態（可視光以上のスケールでの配向秩序度≒０）に変化する媒質であってもよい。
【０２５１】
本発明において、電界の印加により媒質の光学的異方性の程度が変化するとは、前記したように、電界の印加に伴って屈折率楕円体１１ａの形状が変化することを示し、上記したように電界無印加時に光学的等方性を示し、電界を印加することによって光学的異方性の程度が変化する場合、つまり、電界を印加することによって光学的異方性が発現する場合、屈折率楕円体１１ａの形状は、電界の印加により、球状から楕円に変化する。また、上記媒質が電界無印加時に光学的異方性を示し、電界印加時に光学的等方性を示す場合、屈折率楕円体１１ａの形状は、電界の印加により、楕円から球状に変化する。また、上記媒質が、電界無印加時に光学的異方性を示し、電界を印加することによって、電界印加前と比較して光学的異方性の程度が大きくなるか、あるいは、小さくなる場合、屈折率楕円体１１ａの長軸方向あるいは短軸方向の長さが電界の印加により伸縮し、電界印加前後で長軸および短軸の割合が変化する（この結果、例えば曲率が変化する）ことで、例えば、電界印加後に光学的異方性の程度がより大きくなる場合、電界印加により、電界印加前（電界無印加時）よりも短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比率がより大きな楕円となる。また、電界印加後に光学的異方性の程度がより小さくなる場合、電界印加により、電界印加前（電界無印加時）よりも短軸方向の長さに対する長軸方向の長さの比率がより小さな楕円（つまり、上記比率が１に近づく（ほぼ球状も含む））となる。
【０２５２】
また、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０では、光学的等方性を示す構造に生じる歪、すなわち、媒質における光学的異方性の程度の変化を用いて表示を行うので、液晶分子の配向方向を変化させて表示を行う従来の表示方式の液晶表示素子よりも、広視野角特性を実現できる。さらに、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０では、複屈折が発生する方向が一定であり、光軸方向が変化しないため、液晶分子の配向方向を変化させて表示を行う従来の液晶表示素子よりも、より広い視野角特性を実現できる。
【０２５３】
また、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０では、微小領域の構造（結晶のような格子）の歪によって発現する異方性を用いて表示を行っている。このため、従来方式の表示原理のように、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響するといった問題がなく、１ｍｓ程度の高速応答を実現することができる。すなわち、従来方式の表示原理では、電界印加に伴う液晶分子の回転による配向方向の変化のみを利用して表示を行うものであり、液晶分子が一定方向に整列した状態で、揃って回転するため、液晶固有の粘度が応答速度に大きく影響していたが、上記の混合系（前記ネガ型液晶性混合物（３））を用いた本表示素子２０では、微小領域の構造の歪を利用するため、液晶固有の粘度の影響が小さく、高速応答を実現することができる。
【０２５４】
本表示素子２０は、上記した表示方式を利用することから、高速応答性を備えているので、例えば、フィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置に利用することもできる。
【０２５５】
また、従来の液晶表示素子では、駆動温度範囲が液晶相の相転移点近傍の温度に制限され、極めて高精度な温度制御が必要であるという問題があった。これに対して、本表示素子２０によれば、上記媒質を、電界印加によって光学的異方性の程度が変化する状態となる温度に保つだけでよいので、温度制御を容易にすることができる。
【０２５６】
なお、本表示素子２０は、基板面法線方向に電界を印加する構成（縦電界）、誘電性物質層３に封入する媒質としてネガ型液晶を用いる構成（ネガ型液晶）、誘電性物質層３に封入する媒質にカイラル剤を添加する構成（カイラル剤）を基本構成とするものであると表現することもできる。
【０２５７】
本表示素子２０を用いて本実施の形態にかかる表示装置１００を形成することにより、電界の印加により物質の光学的異方性の程度が変化する現象、例えば、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象（電気光学効果）を利用した表示素子において、コントラストを向上させ、色付き現象を抑制した表示装置を提供することができる。また、本表示素子２０によれば、左捩れと右捩れとの捩れ構造からなるマルチドメインが存在する場合のように、ドメインの境界で透過率が下がってしまうといった問題がなく、透過率を向上させることができる。
【０２５８】
また、本発明を、カー効果を利用した表示装置１００に適用することにより、高速応答性を示すとともに、コントラストを大幅に向上させ、色付き現象を抑制することができる。したがって、本表示素子２０の実用的価値は極めて高い。
【０２５９】
また、本発明は、高速応答で広視野の表示性能を持つ表示素子に関するものであると表現することもできる。
【０２６０】
なお、上記表示素子２０では、基板１および基板２をガラス基板で構成したが、これに限るものではなく、少なくとも一方が透明な基板であればよい。また、上記表示素子２０における両基板１３・１４間の間隔（すなわち上記電極４・５が設けられた基板１・２間の間隔）は５μｍ、あるいは、１．３μｍとしたが、これに限定されるものではなく、任意に設定すればよい。また、電極４・５はＩＴＯで構成されるものとしたが、これに限るものではなく、少なくとも一方が透明電極材料であればよい。
【０２６１】
また、偏光板６・７の材質は特に限定されるものではなく、従来公知のものを適用することができる。また、偏光板６・７は必ずしも備えている必要はない。
【０２６２】
次に、本実施の形態にかかるセル（４）として前記図８に記載の表示素子Ｈを用いて、該セル（４）（表示素子Ｈ）における媒質のネマティック相状態における屈折率異方性Δｎおよびネマティック相状態における誘電率異方性Δεを測定した結果、並びに、その積Δｎ×|Δε|と、該セル（４）において誘電性物質層３に封入される媒質（ホスト液晶材料）を前記ネガ型液晶性混合物（２）から以下に示すネガ型液晶材料に変更した以外は上記セル（４）と同一の構成を有する比較用セル（２）・（３）を用いて、該比較用セル（２）・（３）における媒質のネマティック相状態における屈折率異方性Δｎおよびネマティック相状態における誘電率異方性Δεを測定した結果、並びに、その積Δｎ×|Δε|とを、まとめて表１に示す。
【０２６３】
なお、セル（４）並びに比較用セル（２）・（３）におけるセル厚ｄは、何れも１．３μｍのままであり、上記媒質（ホスト液晶材料）に対するカイラル剤には前記「Ｓ８１１」を使用した。また、カイラル添加濃度は、何れも３０重量％とした。
【０２６４】
上記比較用セル（２）には、上記媒質（ホスト液晶材料）として、下記構造式（１９）
【０２６５】
【化１５】
2006099038.tif 000019
【０２６６】
で示される化合物（ネガ型液晶材料（ｉ））を使用した。また、上記比較用セル（３）には、上記媒質（ホスト液晶材料）として、下記構造式（２０）
【０２６７】
【化１６】
2006099038.tif 000020
【０２６８】
で示される化合物（ネガ型液晶材料（ii））を使用した。
【０２６９】
なお、上記ネガ型液晶性混合物（２）およびネガ型液晶材料（ｉ）・（ii）における上記屈折率異方性Δｎおよび誘電率異方性Δεの測定条件は、何れも、前記した通りであり、上記屈折率異方性Δｎの測定には、前記アッベ屈折計（アタゴ製「４Ｔ（商品名）」）を使用した。上記屈折率異方性Δｎの測定は、何れも、測定波長５５０ｎｍ、測定温度２５℃（＝０．８９Ｔｎｉ）にて行った。また、上記誘電率異方性Δεの測定には、前記インピーダンスアナライザー（東陽テクニカ社製「ＳＩ１２６０（商品名）」）を使用した。上記誘電率異方性Δεの測定は、何れも、測定周波数１ｋＨｚ、測定温度２５℃（＝０．８９Ｔｎｉ）にて行った。
【０２７０】
本実施例でも、上記ネガ型液晶性混合物（２）としては、ネマティック相状態での上記屈折率異方性Δｎが０．１４、誘電率異方性Δεが−１４となる組み合わせにて前記構造式（４）および（５）で示される化合物２−１・２−２を配合してなるネガ型液晶性混合物を使用した。
【０２７１】
上記測定条件にて測定した、ネマティック相状態での上記ネガ型液晶材料（ｉ）の屈折率異方性Δｎは０．１２８０であり、誘電率異方性Δεは−４．９であった。また、上記測定条件にて測定した、ネマティック相状態での上記ネガ型液晶材料（ii）の屈折率異方性Δｎは０．１１０７であり、誘電率異方性Δεは−４．３であった。
【０２７２】
【表１】
2006099038.tif 000021
【０２７３】
また、上記セル（４）において、上記カイラル剤「Ｓ８１１」とネガ型液晶性混合物（２）とからなるカイラル剤添加液晶材料（２）のネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)は、前記したように３８℃であり、同様にして測定した比較用セル（２）・（３）における、上記カイラル剤「Ｓ８１１」と、ネガ型液晶材料（ｉ）またはネガ型液晶材料（ii）とからなるカイラル剤添加液晶材料のネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)は、比較用セル（２）で４３℃、比較用セル（３）で５０℃であった。
【０２７４】
次に、これらセル(４)および比較用セル(２)・(３)を、外部加温装置により、上記ネマティック−アイソトロピック相転移温度(Ｔｎｉ)を基準とする温度Ｔｅ（Ｔｅ＝Ｔｎｉ＋ΔＴｅ）に保ち、電極４・５間に電界（電圧）を印加して電圧−透過率特性（Ｖ−Ｔｒ特性）の実測を行った。
【０２７５】
そしてこのデータ（Ｖ−Ｔｒ特性）から見積もった駆動電圧（最大透過率の９０％に到達する電圧（印加電圧））Ｖｏｐ（ｏｐ：operation）と、上記した各セルで用いた媒質（ホスト液晶材料）の屈折率異方性Δｎと誘電率異方性Δεの絶対値との積（Δｎ×｜Δε｜）との関係をプロットしたものを図１６に示す。なお、図１６中、縦軸はＶｏｐ（Ｖ）、横軸はΔｎ×｜Δε｜を示し、図１６中、「◆」はセル（４）、「□」は比較用セル（２）、「△」は比較用セル（３）を示す。
【０２７６】
なお、図１６に記載の曲線は、印加電圧Ｖｏｐが、Δｎ×｜Δε｜の平方根（√｛Δｎ×｜Δε｜｝）に反比例するとして引いた理論曲線（フィッティング曲線）であり、下記式（IV）
【０２７７】
【数３】
2006099038.tif 000022
【０２７８】
で表すことができる。その理由を以下に述べる。
【０２７９】
まず、等方相液晶に電界を印加した際に発現するオーダーパラメータＱ（Ｅ）は、ρを分子数密度（単位：無次元）、αをランダウ展開時の係数（単位：Ｖ２／Ｋ・μｍ２）、Ｅを電界強度（単位：Ｖ／μｍ）、Ｔを(絶対)温度（単位：Ｋ）、Ｔ＊を臨界温度（ネマティック−アイソトロピック相転移が２次の相転移と仮定したときの転移温度、Ｔｎｉよりは若干低い）（単位：Ｋ）、Δεを誘電率異方性（単位：無次元）とすると、統計力学的なランダウ理論から、次式(Ｖ)
【０２８０】
【数４】
2006099038.tif 000023
【０２８１】
で示すように導かれる。
【０２８２】
また、Δｎ（Ｅ）を電界印加時に発現する複屈折（単位：無次元）、λを光の波長（観察波長）（単位：μｍ）、Ｂをカー定数（単位：μｍ／Ｖ２）、Ｅを上記したように電界強度（単位：Ｖ／μｍ）とすると、カー効果（Δｎ（Ｅ）が電界強度Ｅの２乗に比例）は、次式(VI)
【０２８３】
【数５】
2006099038.tif 000024
【０２８４】
によって表される。
【０２８５】
また、上記Δｎ（Ｅ）は、液晶分子が固有に有している屈折率異方性Δｎ（単位：無次元）を用いて、次式(VII)
【０２８６】
【数６】
2006099038.tif 000025
【０２８７】
で表される。
【０２８８】
よってカー定数Ｂは、上記式（Ｖ）〜(VII)を用いて、次式(VIII)
【０２８９】
【数７】
2006099038.tif 000026
【０２９０】
で示すように表される。
【０２９１】
透過率Ｔｒ（単位：無次元）は、Ｖを印加電圧（単位：Ｖ）、ｄをセル厚（電極４・５間の間隔）（単位：μｍ）とし、上記したように、λを前記光の波長（観察波長）（単位：μｍ）、Δｎ（Ｅ）を電界印加時に発現する複屈折（単位：無次元）、Ｂをカー定数（単位：μｍ／Ｖ２）とすると、次式（IX）
【０２９２】
【数８】
2006099038.tif 000027
【０２９３】
で表され、例えば半波長条件での印加電圧をＶｏｐ（単位：Ｖ）とし、上記したように、ｄをセル厚（電極４・５間の間隔）（単位：μｍ）、Ｂをカー定数（単位：μｍ／Ｖ２）とすると、印加電圧Ｖｏｐは、次式（Ｘ）
【０２９４】
【数９】
2006099038.tif 000028
【０２９５】
で示されることから、このときの印加電圧Ｖｏｐは、式（VIII）〜（Ｘ）から、次式（XI）
【０２９６】
【数１０】
2006099038.tif 000029
【０２９７】
で示すように記述できる。これにより、前記式（IV）が導かれる。
【０２９８】
図１６からわかるように、駆動電圧を２４Ｖ以下とするためには、上記Δｎ×|Δε|は０．６３より大きくなければならない。なお、本願発明者等が２４Ｖという駆動電圧を第１目標とした理由は、以下の通りである。
【０２９９】
前記スイッチング素子２１としてＴＦＴ素子のゲート電極の膜厚と膜質とを最適化した場合にゲート電極に印加することが可能な耐圧を測定したところ、６３Ｖであった。ここで、この耐圧からゲート電極の電位がＨｉｇｈ（すなわち、ゲート電極ＯＮ）のときの電圧１０Ｖおよびゲート電極の電位がＬｏｗ（すなわち、ゲート電極ＯＦＦ）のときの電圧−５Ｖ分を差し引いた４８Ｖｐｐ（６３−１０−５＝４８Ｖｐｐ（peak-to-peak））が、誘電性物質層３に印加することができる最大限の電圧値である。この電圧値は、実効値（ｒｍｓ：root-mean-square）で言えば±２４Ｖになり、本願発明者等が第１目標とした電圧値になる。
【０３００】
また駆動電圧が１０Ｖ以下であると、汎用のＴＦＴ素子を用いて駆動可能な範囲まで低電圧化することができることから、より好ましい。印加電圧Ｖｏｐを１０Ｖ以下とするための条件は、図１６の理論曲線から、Δｎ×|Δε|≧３．３である。
【０３０１】
また、一般的に、液晶材料において、屈折率異方性Δｎのみを極めて大きくすることや、誘電率異方性Δεのみを極めて大きくすることは非常に困難であると言われている。そこで、本願発明者等が鋭意検討した結果、本願発明者等は、上記屈折率異方性Δｎと誘電率異方性Δεとのバランスを取ってΔｎ×｜Δε｜＞０．６３を達成するためには、Δｎ＞０．１２８、｜Δε｜＞４．９であることが好ましく、上記屈折率異方性Δｎと誘電率異方性Δεとのバランスを取ってΔｎ×｜Δε｜≧３．３を達成するためには、Δｎ≧０．１８３、｜Δε｜≧１８であることが好ましいとの結論に至った。
【０３０２】
図１６に示したように、印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）は、上記したパラメータΔｎ×｜Δε｜と強い相関が見られ、前記したように式（IV）で示される曲線上に乗っていることが推察できる。屈折率異方性Δｎと誘電率異方性Δεの絶対値｜Δε｜はともに大きい程、低電圧化に寄与する。
【０３０３】
なお、上記説明においては、液晶材料のパラメータの数値範囲を規定する際に、セル厚（ｄ）を１．３μｍに固定して規定したが、セル厚が１．３μｍよりも厚い場合には、駆動電圧は必ず上昇する。このため、セル厚が１．３μｍよりも厚い場合、Δｎ×｜Δε｜は、さらに大きくする必要があり、必然的に本発明の数値範囲内に入るものと考えられる。
【０３０４】
一方、セル厚（ｄ）が１．３μｍよりも薄くなる場合であるが、現状の製造プロセスでは１μｍ程度が下限である。従って１．３μｍで見積もっておけば、何ら問題はないと考えられる。しかしながら、将来的に製造プロセスが進歩して、１μｍ未満のセル厚（ｄ）を有する表示素子の製造も可能となることも無いとは言えない。しかしながら、１μｍ未満のセル厚（ｄ）が実現できたとしても、汎用のＴＦＴ素子およびドライバを使用してコストアップのない表示素子を実現しようと思えば、そのために液晶材料が満足しなければならないパラメータの下限値としては、上記した値となる。
【０３０５】
なお、前記したように、上記屈折率異方性（Δｎ）および誘電率異方性（Δε）の測定温度（Ｔｅ）は、上記液晶材料、すなわち、ネマティック液晶相を示す液晶性媒質がネマティック相状態を示す温度であれば、特に限定されるものではないが、Ｔｅ＝０．５Ｔｎｉ〜０．９５Ｔｎｉの温度範囲内であることが好ましい。ここでのＴｅの単位は絶対温度（Ｋ（ケルビン））である。つまり、本実施の形態において、上記液晶材料は、ネマティック相状態における、５５０ｎｍでの屈折率異方性Δｎと、ネマティック相状態における、１ｋＨｚでの誘電率異方性の絶対値|Δε|との積（Δｎ×|Δε|）が０．６３よりも大きければよいが、測定温度０．５Ｔｎｉ〜０．９５Ｔｎｉ、測定波長５５０ｎｍでの屈折率異方性Δｎと、測定温度０．５Ｔｎｉ〜０．９５Ｔｎｉ、測定周波数１ｋＨｚでの誘電率異方性の絶対値|Δε|との積（Δｎ×|Δε|）が０．６３よりも大きいことがより好ましい。
【０３０６】
本実施の形態において、低電圧駆動の目的のためには、上記したように上記パラメータΔｎ×|Δε|の値は大きければ大きい程、駆動電圧が下がって好ましい。しかしながら、汎用のＴＦＴ素子や駆動回路、ＩＣ（集積回路）には電圧値のバラツキが存在する。このため、そのバラツキ値程度の電圧値を駆動電圧とした場合、階調表示が定まらないおそれがある。このようなバラツキ値は、最大で見積もって０．２Ｖ程度である。従って、上記パラメータΔｎ×|Δε|の値は大きければ大きい程好ましいが、汎用のＴＦＴ素子や駆動回路、ＩＣを使用してコストアップのない表示素子を実現しようと思えば、上記バラツキを考慮し、実使用上、印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）は、上記バラツキ値よりも大きいことが望ましく、印加電圧Ｖｏｐ（Ｖ）を、バラツキ値の見積もりの最大値である０．２Ｖよりも大きくすることで、安定した階調表示を行うことができると考えられる。そこで、セル厚（ｄ）を１．３μｍに固定した場合の図１６の曲線をさらに外挿して見積もった結果、上記パラメータΔｎ×|Δε|は、２４以下（すなわち、０．６３＜Δｎ×|Δε|≦２４、特に、３．３≦Δｎ×|Δε|≦２４）であることが好ましく、２０以下（すなわち、０．６３＜Δｎ×|Δε|≦２０、特に、３．３≦Δｎ×|Δε|≦２０）であることがより好ましいと判断される。
【０３０７】
次に、前記図１に示す表示素子２０において、誘電性物質層３に封入する物質を、下記構造式（２１）
【０３０８】
【化１７】
2006099038.tif 000030
【０３０９】
で示される透明な誘電性物質（「ＡＮＢＣ−２２」（４’−ｎ−アルコキシ−３’−ニトロビフェニル−４−カルボン酸類）；なお、式中、ｑは任意の整数、具体的にはｑ＝２２を示す）に、前記カイラル剤「Ｓ８１１」を、カイラル添加濃度が３０重量％となるように添加してなる混合系媒質を使用すると共に、セル厚ｄを４μｍとした以外は、図１に示す表示素子２０と同一構成を有する表示素子を作製し、該表示素子を、外部加温装置により、スメクティックＣ*相−キュービック相の相転移近傍の温度（相相転移温度の低温側１０Ｋ程度まで）に保ち、電界（電圧）印加（５０Ｖ程度の交流電界（０より大きく数百ｋＨｚまで））を行った。この結果、透過率を変化させることができた。
【０３１０】
つまり、上記表示素子における上記混合系媒質は、電界無印加時に、一方向の掌性を示し、相構造としては、スメクティックＣ*相を呈している。このため、このようにして得られた表示素子は、スメクティックＣ*相−キュービック相相転移温度よりも低温側の温度では、スメクティックＣ*相となる。なお、スメクティックＣ*相は、電界無印加状態において一方向の掌性を示し、光学的異方性を示す。そして、本実施例によれば、このように電界無印加時に光学的異方性を示すスメクティックＣ*相（明状態）に、電界を印加することにより、等方的なキュービック相（暗状態）に変化させることができた。
【０３１１】
この電界印加時のキュービック相状態における格子定数は大きくても数十ｎｍ以下（例えば１１〜１８ｎｍ）であって、可視光波長未満の秩序（配向秩序、秩序構造）を有している。従って、上記混合系媒質は、可視光波長領域においては光学的に等方性である。
【０３１２】
このように、本実施の形態にかかる表示素子２０の誘電性物質層３に封入する媒質としては、電界無印加時に光学的異方性を有し、電界印加により光学的異方性が消失して光学的等方性を示す媒質を用いてもよい。
【０３１３】
なお、本実施の形態においては、上記媒質の光学的異方性の程度を変化させる手段として、主に、電界の印加を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、電界を印加する代わりに、磁場を印加してもよく、磁場印加時と無印加時とで、光学的異方性の程度を変化させてもよい。
【０３１４】
すなわち、上記表示素子において、光学的異方性を発生させる手段としては、電界以外の外場を利用することもできる。
【０３１５】
この場合、例えば、上記外場としては、上記したように、電場と同様に磁場も利用できる。磁場印加により媒質の光学的異方性の程度を変化させるには、媒質の磁気異方性を利用する。よって、この場合、上記媒質としては、磁化率の異方性が大きいものが好ましい。有機分子の場合、磁化率への寄与の殆どは反磁性磁化率によるものなので、磁界の変化によってπ電子が分子内で環状に運動できる場合に、その絶対値が大きくなる。従って、例えば分子内に芳香環がある場合に、磁界の方向に対して芳香環（芳香環の列、芳香環含有鎖）が垂直に向くような場合に磁化率の絶対値が大きくなる。この場合、芳香環の水平面方向の磁化率の絶対値は、垂直方向の磁化率に比べて小さいので、磁化率の異方性が大きくなる。よって、上記媒質としては、分子内に６員環（例えばベンゼン環）等の環状構造を有するものが好ましい。また、磁化率の異方性を上げるには、媒質内の電子スピンを配列させることも好ましい。分子内に、Ｎ、Ｏ、ＮＯ等の遊離基（ラジカル）の電子スピンを導入することにより、分子が安定なスピンを持つことができる。この場合、例えば、平面上の共役系分子を積み重ねることにより、スピンを平行に配列させることができる。この場合、上記媒質としては、例えば、中心のコア部分が積み重なりカラムを形成しているディスコチック液晶が好ましい。
【０３１６】
上記外場として磁場を使用する場合、例えば、上記電極４・５等の電界印加部材に代えて上記セルの外側、例えば上記表示素子２０の外表面等に、電磁石等の磁界発生部材を設ける等の手法を採用する等すればよい。このように、上記媒質に上記電界に代えて磁界を印加することで、上記と同様の駆動を行うことができる。
【０３１７】
また、上記外場としては、光を利用することもできる。この場合の光の波長としては、特に限定されるものではないが、例えばＮｄ：ＹＡＧ(yttrium aluminum garnet)レーザで５３２ｎｍの光を発振させて上記媒質に照射することにより、光学的異方性の程度を変化させることができる。
【０３１８】
この場合に使用することができる媒質としては、特に限定されるものではないが、この場合、光によるカー効果を利用するため、光照射により光学的異方性の程度が変化する媒質が好ましい。なお、上記媒質としては、外場として、電場を使用する場合と同様の媒質、より具体的には、前記例示の媒質（液晶材料）を使用することができる。
【０３１９】
なお、上記外場として光を使用する場合、上記媒質中に、色素が少量含まれていることがより好ましい。上記媒質、具体的には前記液晶材料に、色素を少量添加することにより、色素を添加する前に比べて、光学的異方性の程度の変化が大きくなる。上記媒質中における色素の含有量は、０．０１重量％以上、５重量％未満であることが好ましい。上記含有量が０．０１重量％未満であると、色素の量が少なく、その効果を十分に発揮することができない。一方、上記含有量が５重量％以上であると、励起光が色素に吸収されてしまう。
【０３２０】
この場合、上記媒質としては、例えば、前記構造式（７）で示される化合物（液晶性物質）が挙げられる。該液晶性物質は、媒質として、そのまま用いてもよく、該液晶性物質に、色素を加えて使用してもよい。
【０３２１】
上記色素としては、特に限定されるものではないが、色素の吸収帯が励起光の波長にあるものが好ましく、例えば、下記構造式（２２）
【０３２２】
【化１８】
2006099038.tif 000031
【０３２３】
で示される化合物（１−アミノ−アントロキノン（以下、「１ＡＡＱ」と記す）、アルドリッチ（Aldrich）社製）を加えてもよい。
【０３２４】
前記構造式（７）で示される化合物（「５ＣＢ」（ペンチルシアノビフェニル））に対し、上記「１ＡＡＱ」を、これら「５ＣＢ」および「１ＡＡＱ」からなる媒質中の含有量が０．０３重量％となるように添加することで、光励起による光学的異方性の程度の変化は、上記「１ＡＡＱ」を添加する前に比べて１０倍程度大きくなった。
【０３２５】
すなわち、本発明の表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層とを備え、上記両基板間に外場を印加することによって表示を行うと共に、上記物質層（光学変調層、例えば誘電性物質層（より具体的には、光学活性物質層））が、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすものである。
【０３２６】
本発明によれば、上記物質層が、外場印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、上記両基板間に外場を印加することによって表示を行うことで、駆動温度範囲が広く、広視野角特性および高速応答特性を備えている表示素子を提供することができる。
【０３２７】
また、上記の構成によれば、上記物質層（誘電性物質層）に含まれる媒質における分子の配向方向が、右捩れあるいは左捩れのいずれか一方のみの捩れ構造となる。このため、物質層全体として、大きな旋光性を発現することができ、駆動電圧を実用レベルまで低減することができる。
【０３２８】
また、配向膜を必要としないので、従来の表示素子のように、ラビングされた配向膜が生じる位相差、あるいは、配向膜に吸着した分子が生じる位相差に起因する光漏れが生じず、高いコントラストを得ることができる。
【０３２９】
また、分子の配向状態が捩れ構造となるので、波長分散の影響を受けにくくなり、色付き現象を軽減することができる。
【０３３０】
本発明において、上記外場、つまり、上記表示素子において光学的異方性を発生させる手段としては、例えば電界、磁場、光等が挙げられるが、そのなかでも、電界が、上記表示素子の設計および駆動制御が容易であることから好ましく、上記両基板には、上記両基板間に電界を印加するための電極がそれぞれ形成されていることが好ましい。電界駆動はエレクトロニクスという観点から見ても最も一般的な駆動方法であり、汎用のＩＣ（集積回路：integrated circuit）やＬＳＩ（大規模集積回路：large-scale integration）、駆動回路、電子部品等をそのまま転用できるので製造コスト面でも非常に有利である。
【０３３１】
上記電極が、上記両基板にそれぞれ形成されていることで、上記一対の基板の基板面法線方向に電界を発生させることができる。そして、このように上記電極が上記一対の基板の基板面法線方向に電界を発生させることで、電極面積部分を犠牲にするようなことがなく、基板上の全領域を表示領域とすることが可能であり、開口率の向上、透過率の向上、ひいては、駆動電圧の低電圧化を実現することができる。さらに上記の構成によれば、上記物質層における両基板との界面付近に限らず、両基板から離れた領域においても光学的異方性の発現を促進することができる。また、駆動電圧に関しても、櫛歯電極で電極間隔を狭ギャップ化する場合と比較して、狭ギャップ化が可能である。
【０３３２】
本発明において、上記物質層としては、誘電性物質からなる誘電性物質層が好適に用いられる。なお、上記媒質は、電界印加時または電界無印加時に光学的等方性を示すものであってもよい。上記表示素子を電界で駆動する際には、例えば液晶のような誘電性物質を使用し、その電気光学効果で表示させることが、当該表示素子の寿命、信頼性の観点から好適である。
【０３３３】
すなわち、本発明にかかる表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記両基板間に挟持された物質層、具体的には、誘電性物質層と、上記両基板にそれぞれ形成された、上記誘電性物質層に電界を印加するための電極とを備え、上記物質層（誘電性物質層）に外場を印加することによって表示を行うとともに、上記物質層（誘電性物質層）は、電界印加時または電界無印加時に光学的等方性を示すとともに、電界印加によって光学的異方性の程度が変化する媒質を含み、かつ、光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子の配向方向が、一方向の掌性のみの捩れ構造をなすものであってもよい。
【０３３４】
また、本発明の表示装置は、本発明にかかる、上記何れかの構成を有する表示素子を備えている。このため、本発明によれば、表示のために必要な駆動電圧を、実用レベルまで低電圧化した表示装置を実現でき、かつ、温度範囲の広い表示装置を実現することが可能となる。さらに、コントラストを向上させ、色付き現象を軽減させることができる。
【０３３５】
なお、本発明において、前記外場印加手段としては、外場の印加前後で上記媒質の光学的異方性の程度を変化させることができるものであれば特に限定されるものではなく、前記したように、上記外場印加手段としては、電極等の電界印加手段や、電磁石等の磁場印加手段の他に、レーザ装置、例えば上記Ｎｄ：ＹＡＧレーザ等の光照射手段（励起光生成手段）等を用いることができる。
【０３３６】
よって、本発明において、上記外場印加手段は、上記表示素子自身が備えていてもよく、上記表示素子とは別に設けられていてもよい。
【０３３７】
つまり、本発明にかかる表示装置は、上記外場印加手段が設けられた表示素子を備えるものであってもよく、上記表示素子とは別に上記外場印加手段を備えているものであってもよい。言い換えれば、上記表示装置は、本発明にかかる上記表示素子と、該表示素子における媒質に外場を印加する外場印加手段とを備えている構成を有していてもよい。
【０３３８】
また、上述した説明では、本実施の形態にかかる表示素子２０について、「本表示素子２０は、基板面法線方向に電界を印加する構成（縦電界）、誘電性物質層３に封入する媒質としてネガ型液晶を用いる構成（ネガ型液晶）、誘電性物質層３に封入する媒質にカイラル剤を添加する構成（カイラル剤）を基本構成とするものであると表現することもできる」と述べたが、上記表示素子２０は、例えば光学的異方性が発現している状態における上記媒質中の分子１１の一方向の掌性をより効率良く発現させるべく、上記構成に加えて、高分子ネットワーク（ポリマーネットワーク）で予め安定化しておいてもよい。該高分子ネットワークを用いた表示素子２０（以下、説明の便宜上、表示素子Ｌと記す）の一具体例について以下に説明する。
【０３３９】
本具体例にかかる表示素子２０（表示素子Ｌ）は、誘電性物質層３に、上記基板１・２間に挟持される物質として、カイラル剤が添加されたネガ型液晶性混合物（媒質、液晶材料）、すなわちカイラル剤添加液晶材料と、液晶性を有するモノマー（液晶性モノマー（Liquid Crystalline monomer））と、架橋剤（Cross-linker）と、重合開始剤（Photo-initiator）とが封入された構成を有している。
【０３４０】
より具体的には、本具体例では、上記基板１・２間に挟持される物質、つまり、上記誘電性物質層３を構成する物質として、前記化合物１−１（３０重量％）と化合物１−２（４０重量％）と化合物１−３（３０重量％）とからなるネガ型液晶性混合物（１）に対してカイラル剤「Ｓ８１１」を、カイラル添加濃度が１０重量％となるように調整して添加してなるカイラル剤添加液晶材料（以下、カイラル剤添加液晶材料（５）と記す）に、液晶性モノマーとして例えば、下記構造式（２３）
【０３４１】
【化１９】
2006099038.tif 000032
【０３４２】
で示される化合物（５０重量％）と下記構造式（２４）
【０３４３】
【化２０】
2006099038.tif 000033
【０３４４】
で示される化合物（５０重量％）との等量（等重量）混合物である「ＵＣＬ００１」（商品名、ＤＩＣ(大日本インキ化学)社製）と、架橋剤として例えば下記構造式（２５）
【０３４５】
【化２１】
2006099038.tif 000034
【０３４６】
で示される「ＲＭ２５７」（商品名、メルク（Merck）社製のジアクリレートモノマー）と、重合開始剤として例えば下記構造式（２６）
【０３４７】
【化２２】
2006099038.tif 000035
【０３４８】
で示される「ＤＭＰＡＰ」（２，２−ジメトキシ−２−ペンチルアセトフェノン、アルドリッチ（Aldrich）社製）とを、下記表２に示す割合（組成）で混合したものを使用した。
【０３４９】
【表２】
2006099038.tif 000036
【０３５０】
この物質、すなわち、上記のように混合した液晶材料とモノマー等との混合系を、本実施形態で既述したセルと同様のセルに注入した。なお、セル厚は５μｍとした。上記カイラル剤添加液晶材料（５）のＴｎｉ（ネマティック−等方相相転移温度）は１０３℃であり、液晶単独の場合（１１３℃）よりも低くなった。しかし、このカイラル剤添加液晶材料（５）に、さらに上記液晶性モノマーと架橋剤と重合開始剤とを添加しても、上記混合系のＴｎｉ（ネマティック−等方相相転移温度）はほとんど変化せず、１０３℃のままであった。そして１０３℃よりも低い温度では誘電性物質層はカイラル剤「Ｓ８１１」の自発的捩れ力に起因した一方向の掌性を有するカイラルネマティック相（コレステリック相）状態を呈していた。
【０３５１】
このカイラルネマティック相（コレステリック相）状態、より具体的には、例えば上記誘電性物質層３を９３℃（Ｔ＝Ｔｎｉ−１０（Ｋ）の温度に保った状態で、紫外線照射を行った。紫外線の照度は、３６５ｎｍの波長において１．０ｍＷ／ｃｍ２とし、照射時間は２０分とした。
【０３５２】
その後、上記の表示素子Ｌを、１０３℃よりも高い温度である、等方相温度域に上げて電気光学特性の測定を行った。その結果、上記のような高分子安定化を全く施していない表示素子２０では約１Ｋ程度の狭い温度範囲しか透過率変化が得られなかったものが、上記のような高分子安定化を施した表示素子Ｌでは約５Ｋ程度まで透過率変化が検出され、高分子ネットワークによって電界印加時の光学的異方性（一方向掌性）がより発現し易い環境を形成させることができた。
【０３５３】
なお、本実施の形態において、上記液晶材料とモノマー等との混合系における混合比並びにホストとして用いる上記液晶材料や添加するモノマー等の種類は単なる一例であり、上記混合比は、使用する物質に応じて適切な混合比となるように適宜設定すればよく、上記数値にのみ限定されるものではない。
【０３５４】
例えば、本発明の一実施形態として、電界無印加時に光学的等方性を示し、電界印加時に光学的異方性（一方向の掌性）を発現させることでスイッチングさせる場合を例にとると、上記液晶性モノマーの添加量は、上記電界無印加時に、上記高分子ネットワーク（ポリマーネットワーク）が可視光に対して影響を与えないように設定することが好ましく、そのような要請からモノマー添加量を設定することが好ましい。
【０３５５】
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０３５６】
本発明の表示素子および表示装置は、テレビやモニタ等の画像表示装置（表示装置）や、ワープロやパーソナルコンピュータ等のＯＡ機器、あるいは、ビデオカメラ、デジタルカメラ、携帯電話等の情報端末等に備えられる画像表示装置（表示装置）に、広く適用することができる。また、本発明の表示素子は、上記したように、広視野角特性および高速応答特性を有しているので、大画面表示や動画表示を行う表示装置にも適している。また、本表示素子は、高速応答性を有しているので、例えばフィールドシーケンシャルカラー方式の表示装置にも好適である。
【図面の簡単な説明】
【０３５７】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態にかかる表示素子における、電界印加時の分子の配向状態を説明するための断面模式図であり、（ｂ）は、本発明の一実施の形態にかかる表示素子における、電界無印加時の分子の配向状態を説明するための断面模式図である。
【図２】比較用表示素子の概略構成を示す断面模式図である。
【図３】比較用表示素子における、配向膜のラビング方向および偏光板の吸収軸方向を示す説明図である。
【図４】（ａ）は、比較用表示素子における、電界印加時の分子の配向状態を説明するための断面模式図であり、（ｂ）は、比較用表示素子における、電界無印加時の分子の配向状態を説明するための断面模式図である。
【図５】本発明の一実施の形態にかかる表示素子を用いる表示装置の要部の概略構成を示すブロック図である。
【図６】図５に示す表示装置に用いられる表示素子の周辺の概略構成を示す模式図である。
【図７】本発明の一実施の形態にかかる表示素子における、偏光板の吸収軸方向と、電界印加方向との関係を示す説明図である。
【図８】本発明の一実施の形態にかかる表示素子の概略構成の他の一例を示す断面模式図である。
【図９】本発明の一実施形態にかかるセルと比較用のセルの電圧−透過率特性を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】図９に示す各セル（１）・（２）および比較用セル（１）並びに上記セル（１）・（２）においてカイラル添加濃度を変更してなるセル（３）に封入された各誘電性物質のネマティック−アイソトロピック相転移温度からの温度ΔＴｅと、各温度ΔＴｅでの電圧−透過率特性から見積もった印加電圧Ｖｏｐとの関係を示すグラフである。
【図１１】ブルーフェーズを説明するための図である。
【図１２】ブルーフェーズのＤＴＣ（Double Twist Cylinder）構造を示す模式図である。
【図１３】ブルーフェーズの体心立方構造を示す模式図である。
【図１４】光学活性のメカニズムを説明するための図である。
【図１５】（ａ）〜（ｈ）は、本発明の一実施の形態にかかる表示素子において、誘電性物質層にネガ型液晶性混合物（３）を封入した場合と、従来の液晶表示素子とにおける、表示原理の違いを説明するための説明図である。
【図１６】本発明の一実施形態にかかるセル（４）および比較用セル（２）・（３）の印加電圧Ｖｏｐと、屈折率異方性Δｎと誘電率異方性Δεの絶対値との積（Δｎ×｜Δε｜）との関係を示すグラフである。
【図１７】本発明の一実施の形態にかかる表示素子における電界印加時の一分子の屈折率楕円体の形状を示す模式図である。
【符号の説明】
【０３５８】
１    基板
２    基板
３    誘電性物質層
４    電極
５    電極
６    偏光板
６ａ  吸収軸
７    偏光板
７ａ  吸収軸
１１    分子
１１ａ  屈折率楕円体
１２    クラスタ
１３    基板
１４    基板
１５    筒状構造
１６    体心立方構造
１７    光学活性物質層
１８    円偏光
１９    円偏光
２０    表示素子
１００    表示装置
Ｈ    表示素子
Ｌ    表示素子
【図１】
2006099038.tif 000037
【図２】
2006099038.tif 000038
【図３】
2006099038.tif 000039
【図４】
2006099038.tif 000040
【図５】
2006099038.tif 000041
【図６】
2006099038.tif 000042
【図７】
2006099038.tif 000043
【図８】
2006099038.tif 000044
【図９】
2006099038.tif 000045
【図１０】
2006099038.tif 000046
【図１１】
2006099038.tif 000047
【図１２】
2006099038.tif 000048
【図１３】
2006099038.tif 000049
【図１４】
2006099038.tif 000050
【図１５】
2006099038.tif 000051
【図１６】
2006099038.tif 000052
【図１７】
2006099038.tif 000053