(57)【要約】【課題】透過モードの表示および反射モードの表示の両方で良好な表示特性を有し、マルチシーンでの使用および／またはマルチコンテンツの表示に好適な表示システムを提供する。【解決手段】光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子１０と、調光素子１０を透過した光および／または調光素子１０によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子２０とを備えた表示システムである。調光素子１０は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、表示素子２０に複数種類の情報が表示されているとき、表示されている情報の種類に応じて複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子とを備えた表示システムであって、
前記調光素子は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、前記表示素子に複数種類の情報が表示されているとき、前記表示されている情報の種類に応じて前記複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る、表示システム。
【請求項２】
前記表示素子は、前記調光素子を透過した光を変調することによって表示を行う第１の表示領域と、前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う第２の表示領域とに互いに異なる種類の表示信号を供給する、請求項１に記載の表示システム。
【請求項３】
前記表示素子は、複数の画素を有し、
前記調光素子が有する前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の画素のそれぞれに一対一で対応している、請求項１または２に記載の表示システム。
【請求項４】
前記調光素子は、第１層および第２層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第１層の光反射率が変化する調光素子であって、
前記第１層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、
前記第２層は、前記特定元素を含有し得る第２材料を含み、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、請求項１から３のいずれかに記載の表示システム。
【請求項５】
前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、
前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子である、請求項１から３のいずれかに記載の表示システム。
【請求項６】
光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、
前記調光素子は、第１層および第２層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第１層の光反射率が変化する調光素子であり、
前記第１層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、
前記第２層は、前記特定元素を含有し得る第２材料を含み、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、表示システム。
【請求項７】
前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う、請求項６に記載の表示システム。
【請求項８】
前記元素は水素であり、前記第１材料は、水素濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る、請求項４、６および７のいずれかに記載の表示システム。
【請求項９】
前記第２層は、水素貯蔵材料を含んでいる請求項８に記載の表示システム。
【請求項１０】
前記第１層および前記第２層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する請求項９に記載の表示システム。
【請求項１１】
前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記第１層および前記第２層の水素平衡圧力がほぼ同等である請求項１０に記載の表示システム。
【請求項１２】
前記第２層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記第１層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる請求項１１に記載の表示システム。
【請求項１３】
前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項４および６から１２のいずれかに記載の表示システム。
【請求項１４】
前記第２材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項４および６から１３のいずれかに記載の表示システム。
【請求項１５】
前記第２層は、光触媒性を有する材料を含んでいる請求項１４に記載の表示システム。
【請求項１６】
前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている請求項４および６から１５のいずれかに記載の表示システム。
【請求項１７】
前記第１および第２層は、前記一対の導電層の間に位置している請求項１６に記載の表示システム。
【請求項１８】
前記第１層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項１６または１７に記載の表示システム。
【請求項１９】
前記第２層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項１６または１７に記載の表示システム。
【請求項２０】
前記第２層は、光透過性を有している請求項４および６から１９のいずれかに記載の表示システム。
【請求項２１】
前記第１層および第２層の少なくとも一方が多層構造を有している請求項４および６から２０のいずれかに記載の表示システム。
【請求項２２】
光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、
入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、
前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であり、
前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子である、表示システム。
【請求項２３】
前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う、請求項２２に記載の表示システム。
【請求項２４】
前記第１材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る、請求項５または２２に記載の表示システム。
【請求項２５】
前記第１材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する、請求項２４に記載の表示システム。
【請求項２６】
前記粒子の直径は３５０ｎｍ以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下である、請求項５および２２から２５のいずれかに記載の表示システム。
【請求項２７】
前記特定元素は水素である、請求項５および２２から２６のいずれかに記載の表示システム。
【請求項２８】
前記特定元素を含有し得る第２材料を含む変換層をさらに備え、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する、請求項５および２２から２７のいずれかに記載の表示システム。
【請求項２９】
前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいる、請求項２８に記載の表示システム。
【請求項３０】
前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する請求項２９に記載の表示システム。
【請求項３１】
前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等である請求項３０に記載の表示システム。
【請求項３２】
前記変換層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる請求項３１に記載の表示システム。
【請求項３３】
前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う請求項５および２２から３２のいずれかに記載の表示システム。
【請求項３４】
前記第２材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行う請求項５および２２から３２のいずれかに記載の表示システム。
【請求項３５】
前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている請求項５および２２から３４のいずれかに記載の表示システム。
【請求項３６】
前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置している請求項３５に記載の表示システム。
【請求項３７】
前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項３５または３６に記載の表示システム。
【請求項３８】
前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する請求項３５または３６に記載の表示システム。
【請求項３９】
前記変換層は、光透過性を有している請求項５および２２から３８のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４０】
前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有している請求項５および２２から３９のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４１】
前記表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子である、請求項１から４０のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４２】
前記表示素子に対して観察者とは反対側に配置された照明装置をさらに備えている、請求項１から４１のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４３】
前記調光素子は、前記表示素子と前記照明装置との間に配置されている、請求項４２に記載の表示システム。
【請求項４４】
前記調光素子は、前記表示素子の内部に設置されている請求項１から４２のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４５】
前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含んでいる、請求項１から４４のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４６】
前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含んでいる、請求項１から４５のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４７】
前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含み、前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含み、前記第２のカラーフィルタは、前記第１層に対して観察者とは反対側に配置されている、請求項４および６から２１のいずれかに記載の表示システム。
【請求項４８】
前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含み、前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含み、前記第２のカラーフィルタは、前記調光層に対して観察者とは反対側に配置されている、請求項５および２２から３９のいずれかに記載の表示システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、表示システムに関し、特に、透過光を用いた透過モードでの表示および反射光を用いた反射モードでの表示の両方が可能な表示システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、モバイル用の電子機器の表示素子として反射型の液晶表示素子が広く用いられている。反射型の液晶表示素子は、周囲光（外光）を反射することによって表示を行うので、低消費電力性に優れ、また、屋外での表示に非常に適している。
【０００３】
しかしながら、携帯電話やＰＤＡ（携帯情報端末）は、屋外から屋内まで、または、昼間から夜間までと非常に広い範囲で使用されるので、反射型の液晶表示素子を用いると周囲光が弱い状況下では利用できない。そのため、周囲光の強弱にかかわらず表示を行うことができる表示素子が求められている。
【０００４】
このような表示素子として、特許文献１には、各画素内に光を反射する領域と光を透過させる領域とが作り込まれた透過反射両用型（以下では単に「両用型」とも呼ぶ。）の液晶表示素子が提案されている。この液晶表示素子は、光を反射する領域で周囲光を用いた反射モードの表示を行い、光を透過させる領域でバックライトからの光を用いた透過モードの表示を行うので、周囲光の強弱によらず表示を行うことができる。そのため、現在では、このような両用型の液晶表示素子が携帯電話に搭載され、広く用いられている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−３１６３８２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１に提案されている従来の両用型液晶表示素子では、各画素を光の利用態様が異なる２つの領域に分割するので、反射モードの表示においても透過モードの表示においても、１つの画素全体を表示に寄与させることはできない。そのため、１画素全体を表示に寄与させる従来の反射型の液晶表示素子や透過型の液晶表示素子に比べると、表示特性が十分ではない。すなわち、透過モードの表示を行う場合には、光を透過させる領域が狭く、開口率が小さいので、明るさを十分に確保することが難しいし、また、反射モードの表示を行う場合にも、光を反射する領域が狭いので、明るさを十分に確保することが難しい。また、反射モードの表示時の光透過領域や透過モードの表示時の光反射領域では液晶層のリタデーションが最適化されず、光漏れが発生して黒表示状態の輝度が高くなってしまうので、コントラスト比が低下してしまうという問題もある。
【０００７】
また、近年のインターネットの普及により、モバイル用の電子機器のディスプレイで表示されるコンテンツも、簡単な文字情報だけでなく、写真、絵などの静止画像、さらには動画像とさまざまである。本願発明者が、表示されるコンテンツの種類と表示モードとの関係について検討した結果、文字情報や静止画像を表示する場合には、視認性の観点から目にやさしい反射モードの表示が好ましいことが多く、動画像を表示する場合には、華やかさや輝度を重視する観点から透過モードの表示が好ましいことが多いことがわかった。ところが、従来の両用型液晶表示素子では、表示されるコンテンツに応じて反射モードの表示と透過モードの表示とを切り替えたとしても、既に述べたようにその表示特性は十分ではない。
【０００８】
さらに、表示されるコンテンツの多様化に伴い、表示素子の表示領域内に異なる種類の情報（例えば動画像と文字情報）を同時に表示させることも多くなると予想されるものの、従来の両用型液晶表示素子では、表示領域の一部の領域で透過モードの表示を行い、他の領域で反射モードの表示を行うことはできない。
【０００９】
このように、現状では、マルチシーンで十分な表示特性を示す表示素子、マルチコンテンツの表示に適した表示素子が開発されていない。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、透過モードの表示および反射モードの表示の両方で良好な表示特性を有し、マルチシーンでの使用および／またはマルチコンテンツの表示に好適な表示システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって情報を表示する表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域を有し、前記表示素子に複数種類の情報が表示されているとき、前記表示されている情報の種類に応じて前記複数の領域のそれぞれの光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る。
【００１２】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光を変調することによって表示を行う第１の表示領域と、前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う第２の表示領域とに互いに異なる種類の表示信号を供給する。
【００１３】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、複数の画素を有し、前記調光素子が有する前記複数の領域のそれぞれは、前記複数の画素のそれぞれに一対一で対応している。
【００１４】
好ましい実施形態において、前記調光素子は、第１層および第２層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第１層の光反射率が変化する調光素子であって、前記第１層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第２層は、前記特定元素を含有し得る第２材料を含み、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。
【００１５】
好ましい実施形態において、前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であって、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子である。
【００１６】
あるいは、本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、第１層および第２層を含む積層構造を備え、外部刺激に応答して前記第１層の光反射率が変化する調光素子であり、前記第１層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第２層は、前記特定元素を含有し得る第２材料を含み、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。
【００１７】
典型的には、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う。
【００１８】
好ましい実施形態において、前記元素は水素であり、前記第１材料は、水素濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る。
【００１９】
好ましい実施形態において、前記第２層は、水素貯蔵材料を含んでいる。
【００２０】
好ましい実施形態において、前記第１層および前記第２層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する。
【００２１】
好ましい実施形態において、前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記第１層および前記第２層の水素平衡圧力がほぼ同等である。
【００２２】
好ましい実施形態において、前記第２層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記第１層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる。
【００２３】
好ましい実施形態において、前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う。
【００２４】
好ましい実施形態において、前記第２材料は、光の照射により、前記特定元素の放出または吸収を行う。
【００２５】
好ましい実施形態において、前記第２層は、光触媒性を有する材料を含んでいる。
【００２６】
好ましい実施形態において、前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている。
【００２７】
好ましい実施形態において、前記第１および第２層は、前記一対の導電層の間に位置している。
【００２８】
好ましい実施形態において、前記第１層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。
【００２９】
好ましい実施形態において、前記第２層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。
【００３０】
好ましい実施形態において、前記第２層は、光透過性を有している。
【００３１】
好ましい実施形態において、前記第１層および第２層の少なくとも一方が多層構造を有している。
【００３２】
あるいは、本発明による表示システムは、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子とを備えた表示システムであって、前記調光素子は、外部刺激に応答して光反射率が変化する調光層を備えた調光素子であり、前記調光層は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する第１材料を含んでおり、前記第１材料は粒子である。
【００３３】
典型的には、前記表示素子は、前記調光素子を透過した光および／または前記調光素子によって反射された光を変調することによって表示を行う。
【００３４】
好ましい実施形態において、前記第１材料は、前記特定元素の濃度に応じて光反射状態と光透過状態との間を遷移し得る。
【００３５】
好ましい実施形態において、前記第１材料が前記光反射状態のとき、前記調光層は光を拡散反射する。
【００３６】
好ましい実施形態において、前記粒子の直径は３５０ｎｍ以上であり、かつ前記調光層の厚さ以下である。
【００３７】
好ましい実施形態において、前記特定元素は水素である。
【００３８】
好ましい実施形態において、前記特定元素を含有し得る第２材料を含む変換層をさらに備え、前記第２材料は前記外部刺激に応じて前記特定元素を放出または吸収する。
【００３９】
好ましい実施形態において、前記特定元素は水素であり、前記変換層は水素貯蔵材料を含んでいる。
【００４０】
好ましい実施形態において、前記調光層および前記変換層の各々の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）がほぼ平坦である領域において動作する。
【００４１】
好ましい実施形態において、前記ＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域で、前記調光層および前記変換層の水素平衡圧力がほぼ同等である。
【００４２】
好ましい実施形態において、前記変換層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲は、前記調光層におけるＰＴＣ特性曲線がほぼ平坦である領域の水素貯蔵量の範囲を含んでいる。
【００４３】
好ましい実施形態において、前記第２材料は、電子の授受により、前記特定元素の放出または吸収を行う。
【００４４】
好ましい実施形態において、前記第２材料は、電気化学的反応により、前記特定元素の放出また吸収を行う。
【００４５】
好ましい実施形態において、前記特定元素のイオンを前記第２材料から前記第１材料へ、または前記第１材料から前記第２材料へ移動させるための電界を形成する１対の導電層を備えている。
【００４６】
好ましい実施形態において、前記調光層および前記変換層は、前記一対の導電層の間に位置している。
【００４７】
好ましい実施形態において、前記調光層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。
【００４８】
好ましい実施形態において、前記変換層は導電性を有しており、前記一対の導電層の一方として機能する。
【００４９】
好ましい実施形態において、前記変換層は、光透過性を有している。
【００５０】
好ましい実施形態において、前記調光層および変換層の少なくとも一方が多層構造を有している。
【００５１】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、一対の基板と、前記一対の基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子である。
【００５２】
好ましい実施形態において、前記表示素子に対して観察者とは反対側に配置された照明装置をさらに備えている。
【００５３】
好ましい実施形態において、前記調光素子は、前記表示素子と前記照明装置との間に配置されている。
【００５４】
好ましい実施形態において、  前記調光素子は、前記表示素子の内部に設置されている。
【００５５】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含んでいる。
【００５６】
好ましい実施形態において、前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含んでいる。
【００５７】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含み、前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含み、前記第２のカラーフィルタは、前記第１層に対して観察者とは反対側に配置されている。
【００５８】
好ましい実施形態において、前記表示素子は、第１のカラーフィルタを含み、前記調光素子は、第２のカラーフィルタを含み、前記第２のカラーフィルタは、前記調光層に対して観察者とは反対側に配置されている。
【００５９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００６０】
まず、図１を参照しながら、本発明による表示システム１００の基本的な構成を説明する。
【００６１】
表示システム１００は、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る調光素子１０と、入射光を変調することによって表示を行う表示素子２０とを備えている。表示システム１００は、さらに、表示素子２０の背面側（観察者とは反対側）に配置されたバックライト（照明装置）３０を備えている。
【００６２】
調光素子１０は、光を反射する状態と光を透過する状態とを切り替えて呈することができる素子であり、表示素子２０とバックライト３０との間に配置されている。本実施形態における調光素子１０は、図１に示すように、調光層１および変換層２を含む積層構造を備え、調光層１の光反射率が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子１０は、さらに、調光層１および変換層２を挟みこむ一対の電極３ａおよび３ｂを備えている。調光素子１０のより具体的な構成および動作原理は後述する。
【００６３】
表示素子２０は、その前面側から入射する光と背面側から入射する光の両方を変調することができ、調光素子１０を透過した光および／または調光素子１０によって反射された光を変調することによって情報を表示する。表示素子２０は、例えば、一対の基板と、これらの基板間に設けられた液晶層とを有する液晶表示素子であり、一対の基板の液晶層側の表面に設けられた透明電極に電圧を印加することによって液晶層の配向状態を制御し、そのことによって液晶層を通過する光の変調を行う。なお、表示素子２０としては液晶表示素子に限定されず、前面側および背面側から入射する光を変調することができる表示素子であればどのようなものでも用いることができる。
【００６４】
図１の左側に示すように、調光素子１０を光透過状態とし、バックライト３０を点灯させる（オン状態とする）と、照明装置３０からの光が調光素子１０を透過して表示素子２０に入射するので、表示素子２０でこの入射光を変調することによって、表示システム１００は透過モードの表示を行うことができる。
【００６５】
これに対して、図１の右側に示すように、調光素子１０を光反射状態とすると、表示素子２０に前面側から入射した光が、表示素子２０を通過した後に調光素子１０で反射され、再び表示素子２０を通過するので、この過程で光を変調することによって、表示システム１００は反射モードの表示を行うことができる。このとき、調光素子１０の光反射状態への切り替えに同期してバックライト３０を消灯させて（オフ状態として）もよいし、点灯させたまま（オン状態のまま）でもよい。バックライト３０が点灯したままであっても、照明装置３０からの光は調光素子１０で反射されるので、表示素子２０にはほとんど入射しない。
【００６６】
このように、表示システム１００は、反射モードの表示と透過モードの表示とを切り替えて行うことができ、表示素子２０を反射型の表示素子としても透過型の表示素子としても機能させることができる。表示素子２０が有する複数の画素のそれぞれは、光を反射する領域と光を透過させる領域とに分割されている必要はないので、表示システム１００では、反射モードの表示においても透過モードの表示においても１つの画素の全体を表示に寄与させることができる。従って、特許文献１に開示されているような従来の透過反射両用型の液晶表示装置と比べると、反射モードおよび透過モードの両方で明るく、コントラスト比の高い表示を実現することができる。そのため、本発明による表示システム１００は、様々な状況下すなわちマルチシーンで好適に使用することができる。
【００６７】
調光素子１０は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の領域（「調光領域」と称する。）を有していることが好ましく、表示素子２０に複数種類の情報が表示されているときには、これらの情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得ることが好ましい。このような構成を有していることによって、表示素子１０に異なる種類のコンテンツが表示されている場合に、図２に示すように、コンテンツの種類に応じて最適な視認性のモードで表示を行うことができるので、表示システム１００をマルチコンテンツの表示に好適に用いることができる。なお、図２では、文字情報が表示される領域で反射モードの表示を行い、動画情報や静止画情報が表示される領域で透過モードの表示を行う場合を例示したが、コンテンツと表示モードとの対応関係はこれに限定されるわけではない。例えば、目へのやさしさの観点から、静止画情報が表示される領域で反射モードの表示を行ってもよい。
【００６８】
本実施形態における調光素子１０の場合、例えば、調光層１および変換層２を挟みこむ電極３ａ、３ｂを所定の形状にパターニングすることによって、調光層１の複数の部位に電気的刺激をそれぞれ独立に与えることが可能となり、複数の調光領域を設けることができる。
【００６９】
調光領域の数や大きさ、配置などは、表示システム１００の用途などに応じて適宜決定すればよい。
【００７０】
例えば、図３に示すように、調光素子１０を比較的大まかに分割しておき、調光領域１０ｒの大きさに対して、表示領域２０ｒで表示されるコンテンツの大きさ（表示される領域の大きさ）を合わせこんでもよい。
【００７１】
また、図４に示すように、調光素子１０を表示素子２０の画素とほぼ同程度の大きさに分割しておき、表示領域２０ｒで表示されるコンテンツの大きさに合わせて、各調光領域１０ｒの光透過状態と光反射状態とを任意に切り替えてもよい。
【００７２】
図４では、表示素子２０の画素ピッチとほぼ同じピッチでストライプ状にパターニングされた電極３ａおよび３ｂの交点に調光領域１０ｒが規定されており、各調光領域１０ｒは表示素子２０の各画素に一対一で対応している。まず、表示すべきコンテンツ情報を表示信号変換コントローラ２１で表示用の信号に変換し、次に、表示素子２０を駆動する表示素子駆動回路（表示素子ドライバ）２２に信号を送る際に、同期させた信号を調光素子１０を駆動する調光素子駆動回路（調光素子ドライバ）１２にも送り込むことによって、表示素子２０で表示されるコンテンツの種類に応じて調光素子１０の各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることができる。
【００７３】
なお、文字情報や静止画情報を表示する場合には、視認性の観点から目にやさしい反射モードの表示が好ましいことが多く、動画情報を表示する場合には、華やかさや輝度を重視する観点から透過モードの表示が好ましいことが多いが、観察者によって視認性の違いや映像に関する嗜好の違いが存在するので、表示モードを手動で切り替えられるようにしておくことがさらに好ましい。
【００７４】
（調光素子）
以下、本実施形態における調光素子１０の構成および動作原理を説明するが、それに先立って、従来調光ミラーとして提案されている技術を説明する。
【００７５】
イットリウム（Ｙ）やランタン（Ｌａ）などの金属薄膜が水素と結合することにより、可視光を透過し得る水素化物に変化する現象が米国特許第５６３５７２９号明細書やＨｕｉｂｅｒｔら（ネイチャー、１９９６年３月、第３８０巻、ｐ．２３１−２３４）によって報告されている。この現象は可逆的であるため、雰囲気中の水素圧力を調節することにより、薄膜を金属光沢状態と透明状態との間で変化させることが可能である。
【００７６】
上記薄膜の光学特性を変化させ、金属光沢を示す状態と透明な状態とを切り替えることができれば、光の反射率／透過率を自由に調節できる調光ミラーを実現することができる。調光ミラーを例えば建物や自動車の窓ガラスとして使用すれば、太陽光を必要に応じて遮断（反射）し、または透過させることができる。
【００７７】
このような調光ミラーは、例えば、イットリウム薄膜の上にパラジウム層を形成した構造を有している。パラジウムは、イットリウム薄膜の表面酸化を防止する機能と、雰囲気中の水素分子を効率的に水素原子に変化させ、イットリウムに供給する機能とを有している。イットリウムが水素原子と化学的に結合すると、ＹＨ２またはＹＨ３が形成される。ＹＨ２は金属であるが、ＹＨ３は半導体であり、その禁制帯幅が可視光のエネルギよりも大きいため、透明である。
【００７８】
また、室温においてもＹＨ２⇔ＹＨ３の状態変化が迅速（数秒程度）で生じるため、雰囲気中の水素含有量に応じて反射（金属光沢）状態と透明状態との間でスイッチングを行うことが可能である。
【００７９】
このように金属光沢⇔透明の遷移が可能な他の材料として、例えば、Ｍｇ２Ｎｉ薄膜が応用物理学会講演会２００１春３１−ａ−ＺＳ−１４に開示されている。
【００８０】
上記の従来技術によれば、薄膜の光学的状態を変化させることができるものの、これらに記載されている構成を用いて調光素子を実用化することは難しい。１つには、薄膜を水素雰囲気へ暴露することが必要である。具体的には、薄膜と接する雰囲気ガス中の水素量（水素分圧）を制御することが必要になる。このため、上記従来の構成を用いて調光素子を実用化することは難しい。
【００８１】
以下、本実施形態における調光素子１０を説明する。
【００８２】
まず、調光素子１０の基本的な構成を図５を参照しながら説明する。調光素子１０は、図５に示すように、調光層Ｍ１および変換層Ｍ２を含む積層構造を備え、調光層Ｍ１の光反射率が外部刺激に応答して変化する。
【００８３】
調光層Ｍ１は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料を含んでいる。調光材料の好ましい例は、前述したＹ、Ｌａ、Ｍｇ２Ｎｉ合金であり、Ｙ、Ｌａ、Ｍｇ２Ｎｉ合金などの材料は、水素濃度に応じて金属−半導体（または絶縁体）状態間の遷移を行う。
【００８４】
変換層Ｍ２は、水素などの特定元素を含有し得る材料（本明細書では「変換材料」と称する。）を含んでいる。変換材料は、電荷（電子や正孔）の注入／放出または光照射などの外部刺激に応じて、上記の特定元素（例えば水素）を放出または吸収する。
【００８５】
以下、電荷の注入／放出により、水素イオンが変換層Ｍ２から調光層Ｍ１へ、あるいは調光層Ｍ１から変換層Ｍ２へ移動するメカニズムを説明する。このメカニズムの特徴点は、調光層Ｍ１の光学的特性を変化させる特定元素（水素）のイオンを、電気化学的な反応によってではなく、電荷の移動を媒介として移動させる点にある。
【００８６】
まず、図５を参照する。図５に示されている調光層Ｍ１および変換層Ｍ２は、いずれも、水素を吸収／放出する能力を有するとともに、電荷（電子または正孔）およびイオンを移動させることができる電気伝導性を有している。
【００８７】
次に、図６（ａ）を参照する。図６（ａ）は、図５の構造に含まれる調光層Ｍ１および変換層Ｍ２の初期状態を示している。この初期状態では、水素を実質的に貯蔵していない調光層Ｍ１と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層Ｍ２との間で平衡状態が形成されている。調光層Ｍ１には充分な濃度の水素が存在していないため、調光層Ｍ１は金属状態にあり、金属光沢を示している。
【００８８】
次に、図６（ｂ）に示すように、調光層Ｍ１の側に負電位を与えるとともに、変換層Ｍ２の側に正電位を与える。このとき、調光層Ｍ１には負の電極（不図示）から電子が注入され、調光層Ｍ１は電子リッチな状態となる。一方、変換層Ｍ２には正孔が注入される（電子が引き抜かれる）。変換層Ｍ２に注入された正孔は、変換層Ｍ２の内部を調光層Ｍ１に向かって移動してゆく。このような正孔の移動過程で、更に継続して変換層Ｍ２に正孔が注入されると、変換層Ｍ２は正孔リッチな状態となる。このため、変換層Ｍ２では、水素イオンを放出しやすい状態となる一方、調光層Ｍ１では、変換層Ｍ２から水素イオンを受け取り、保持する量が増える。
【００８９】
このため、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間で成立していた水素の平衡状態が崩れ、調光層Ｍ１が水素をより多く保持しやすい状態となり、変換層Ｍ２から放出された水素イオンが調光層Ｍ１に移動することになる。こうして、図６（ｃ）に示すように、新しい平衡状態が形成される。この状態では、調光層Ｍ１に移動した水素と調光材料とが結合して、調光層Ｍ１が透明になる。
【００９０】
以上の反応を記述すると、Ｍ１＋Ｍ２（Ｈ）→Ｍ１（Ｈ）＋Ｍ２となる。ここで、Ｍ１（Ｈ）およびＭ２（Ｈ）は、それぞれ、調光層Ｍ１に水素が保持されている状態、および変換層Ｍ２に水素が保持されている状態を示している。
【００９１】
以上の説明から明らかなように、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間では水素イオンの受け渡しが行なわれるだけで、他のイオンの関与する反応は生じていない。また、図６（ｃ）の状態で印加電圧の極性を反転すると、逆方向に反応が進行するため、図６（ａ）に示す元の平衡状態に復帰する。
【００９２】
このように本発明によれば、電荷（電子や正孔）の移動によって水素の平衡状態を変化させることにより、水素を駆動することができるため、水素イオン以外の他のイオンを反応に関与させる必要がない。このため、複数種のイオンが関与する電気化学的な反応に比べて応答速度が高くなる。また、電気化学的な反応が生じないため、正極側で水素ガスが発生する可能性も低く、電子素子としての安定した動作が可能になる。
【００９３】
以下、調光素子１０のより具体的な構成を説明する。
【００９４】
図７に示す調光素子１０は、調光層１および変換層２を含む積層構造を備え、調光層１の光反射率（光学的特性）が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子は、調光層１および変換層２を挟みこむ一対の電極３ａ、３ｂと、積層構造を支持する基板４とを備えている。一対の電極３ａ、３ｂには、外部から適切な電圧が印加され得るが、適宜、電極３ａと電極３ｂとを単純に短絡させることも可能である。
【００９５】
なお、基板４に対する変換層２および調光層１の積層順序は、図示されているものに限定されず、基板４に近い側に変換層２を配置し、その上に調光層１を形成してもよい。
【００９６】
本実施形態における調光層１は、水素濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料（例えばイットリウム）を含んでいる。調光層１の全体または一部が１層または多層の調光材料から形成されてもよいし、あるいは、他の材料からなる膜中に調光材料の粒子が分散または連結した状態で存在していても良い。
【００９７】
変換層２は、水素を含有し得る変換材料を含んでいる。この変換材料は電極３ａとの間で電子の授受を行うことにより、水素のイオン（Ｈ＋）を放出／吸収を行うことができる。
【００９８】
図示する例では、電極３ａに正の電位を与え、電極３ｂに負の電位を与えると、あらかじめ充分な量の水素を含有している変換層２の調光材料から水素イオンが放出される。放出された水素イオンは、積層構造中に形成された電界中を移動し、調光層１に達した後、調光材料にドープされる。このような水素の放出および移動のメカニズムは、前述したとおりである。調光層１における調光材料は、水素と結合することにより、水素金属化合物を形成する。この結果、当初は金属状態にあった調光材料は、可視光を透過する半導体または絶縁体に変化する。
【００９９】
調光層１は、蒸着法、スパッタ法などによって作製され得る。金属光沢を示すミラーとして調光層１を機能させる場合には、できる限り平坦性に優れた膜から調光層１を形成することが好ましい。
【０１００】
変換層２に含まれる変換材料は、定常状態で水素の原子またはイオンを貯蔵し保持することができ、外部刺激に応じて、水素貯蔵量（保持量）を変化させる。このような水素を貯蔵できる材料としては、ＬａＮｉ５、ＭｎＮｉ５、ＣａＮｉ５、ＴｉＭｎ１．５、ＺｒＭｎ１．５、ＺｒＭｎ２、ＴｉＮｉ、ＴｉＦｅ、Ｍｇ２Ｎｉなどの合金を用いることができる。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることもできる。
【０１０１】
変換層２は、水素貯蔵材料のほかに電気導電性材料を含んでいてもよい。電気導電性材料が変換層２に含まれていると、調光層１との間で水素イオンのやりとりを迅速に行うことができる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子や電荷移動錯体を用いることができる。また、変換層２には、上記の水素貯蔵材料や電気伝導性材料以外とは別に必要に応じてバインダ樹脂などの結合材料を加えても良い。なお、一方の電極から注入された電荷がそのまま他方の電極に移動してしまうことを確実に抑制するため、調光層と変換層との間にセパレータ層を挿入してもよい。セパレータ層の材料としては、イオンの移動が可能でありながら電荷の移動は生じにくい材料を選択することが望ましい。例えば、イオン交換体、多孔質絶縁物、イオン導電性高分子材料などを用いることができる。このような材料からなるセパレート層を配置すれば、電極から注入された電荷が反対の電極に突き抜けることが確実に防止されるため、調光層と変換層との間における電荷の移動効率を高めることができる。
【０１０２】
変換層２が複数の材料の混合物から形成される場合、これらの材料を溶媒に溶解させた溶液を用意し、スピンコート法や印刷法によって塗布すれば、変換層２を用意に形成することができる。このような変換層２の形成は、インクジェット法やその他の薄膜堆積技術を用いて行ってもよい。
【０１０３】
以上説明したように、本実施形態によれば、電極３ａ、３ｂに電圧を印加することにより、変換層２の内部で電荷およびイオンの授受が行われる結果、前述したメカニズムにより、変換層２と調光層１との間で水素の移動を引き起こすことができる。このため、例えば、初期状態で水素がドープされていない調光層１と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層２とを用い、図５に示すような電圧を印加すると、水素イオンが正極側から負極側に移動して、調光層１にドープされる。すなわち、正極側では水素放出反応が進行し、負極側では水素と金属との結合反応が進行して、水素金属化合物が形成される。これに対して、逆方向の電圧を印加すると、逆方向に水素の移動が生じるため、印加電圧の極性を交替することにより、調光層１の光学的状態を金属光沢−透明の間で可逆的に切り替えることができる。
【０１０４】
変換層２に貯蔵された水素の移動だけを考えると、電極３ａと電極３ｂとを積層構造の外部で短絡させてもよい。このような短絡は、二次電池における放電と同様の現象であり、積層構造の内部状態を初期状態に復帰させることができる。
【０１０５】
変換層２と調光層１が水素を保持する能力を持つため、電圧の印加を行わないとき（外部の回路を開放しているとき）、水素の移動が生じず、調光層１の光学的状態が保持される（調光層のメモリ機能）。このため、水素保持能力に優れた材料を選択すれば、電力を消費することなく調光状態を長期間保持することができる。
【０１０６】
上記の例とは逆に、あらかじめ水素をドープした調光層１と、水素を貯蔵していない状態の変換層２とを用いてもよい。その場合は、調光層１に正電位を、変換層２に負電位を与えることにより、調光層１から変換層２に水素を移動させ、それによって調光層１における調光材料の光学的状態を変化させても良い。
【０１０７】
本実施形態では、水素のドーピング量によって調光材料の光反射率／光透過率を制御することができるため、電極に印加する電圧や印加時間（デューティ比など）を調節することにより、調光層１の光反射率／光透過率を制御することができる。水素保持能力に基づくメモリー性を利用すれば、適切な光反射率／光透過率を保持することも容易である。
【０１０８】
このような水素の貯蔵／放出を適切に制御する際には、水素平衡圧−組成等温線（以下、「ＰＴＣ特性曲線」と称する。）に注目する必要がある。ＰＴＣ特性曲線は、図８に示すように、水素の貯蔵量と水素平衡圧力との関係を示す。図８のグラフでは、横軸が水素貯蔵量を示し、縦軸が水素平衡圧力を示している。
【０１０９】
ＰＴＣ特性曲線が横軸に対して概平行な部分（以下、「プラトー領域」と称する。）では、一定の平衡圧力内のもとで水素の貯蔵量が変化しえるため、水素平衡圧力を一定にした状態で水素の吸収／放出を可逆的に行うことができる。このため、本実施形態の調光素子は、ＰＴＣ特性曲線のプラトー領域でスイッチング動作を行う。
【０１１０】
変換層２および調光層１は略同様のＰＴＣ特性を示すことが望ましい。より具体的には、図８に示すように、変換層２および調光層１のＰＴＣ特性曲線におけるプラトー領域の「水素貯蔵量」の範囲が重なり合い、かつ、「水素平衡圧力」のレベルがほぼ等しいことが望ましい。同等の水素平衡圧力を示すことによって、調光層１および変換層２の間で水素の授受をスムーズに行うことができる。調光層１および変換層２の間で、水素平衡圧力差が大きくなると、それぞれの層で水素の吸放出が生じても、２つの層の間で水素のやりとりを行うことができなくなってしまうからである。
【０１１１】
また、変換層２におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）は、調光層１におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）を含む大きさを有していることが更に好ましい。本実施形態の調光素子では、調光層１の水素ドーピング量によって調光層１の光透過率を制御するため、変換層２における水素貯蔵量の変化の幅が調光層１の状態変化に必要な水素ドーピング量の変化の幅よりも少ないと、調光層１の光学的状態を充分に変化させることができなくなるからである。
【０１１２】
再び、図７を参照する。図７に示す調光素子１０は、金属反射状態と透明状態との間でスイッチングを行うので、素子全体として透明度が高いことが好ましい。透明度の高い状態を形成するには、基板４および電極３ａ、３ｂだけではなく、変換層２を可視光域の全範囲で透過率の高い（吸収の無い）材料から形成する必要がある。しかし、水素貯蔵材料などの変換材料は、金属または着色した材料である場合が多く、このような変換材料の層から透明性の高い変換層２を形成することは難しいことがある。このため、変換材料の微粒子を透明な材料と混合することによって変換層２を形成することが好ましい。具体的には、光の波長以下の粒径を持つナノ粒子を変換材料から形成し、このナノ粒子を透明性に優れたバインダ樹脂で結合することができる。このようにして作製される変換層２は、透明性および水素貯蔵能力の両方を発揮することができるだけではなく、変換材料がナノ粒子化することにより、その表面積が増加するため、水素の吸放出効率も上昇することも期待される。変換材料による水素の吸放出効率が上昇すると、調光動作の応答速度が向上するので好ましい。超微粒子状態の変換材料としては、カーボン系材料（ＣＮＴ、フラーレンなど）やカリウム−黒鉛層間化合物などを用いることもできる。
【０１１３】
調光層１と変換層２との間における電荷やイオンのやりとりを行うため、調光層１と変換層２との間に導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）の膜を配置することが好ましい。電荷移動性をもつ高分子膜を配置する代わりに、電解質膜を配置しても良い。電解質膜を配置すると、水素イオンの移動が電解質を介して起こりやすいので、特性を向上させることも可能である。導電性高分子材料Ｐ１は、導電性を付与するためのイオンがドーピングされているため、電解質膜としての機能も併せ持っている。導電性高分子材料Ｐ１、及びバインダ樹脂としてアクリル系樹脂で屈折率がガラスとほぼ同等のものをブレンドしたものを用いることができる。
【０１１４】
なお、調光素子は、上述したものに限定されず、種々の改変が可能である。以下、図９〜図１３を参照しながら、他の調光素子１０Ａ〜１０Ｄを説明する。
【０１１５】
図９および図１０に示す調光素子１０Ａは、金属拡散反射（白）状態と光透過状態の間でスイッチングを行うことが可能である。
【０１１６】
調光素子１０Ａは、図１０に示すように、凹凸を有する基板４上に、電極３ａ、変換層２、調光層１、および電極３ｂが、この順序で積層された構造を有している。拡散反射を行うため、調光層１の表面に微細な凸部および／または凹部が存在している。
【０１１７】
図９を参照しながら、図１０の調光素子１０Ａの動作を説明する。
【０１１８】
図９では、簡単化のため、電極３ａ、３ｂの記載は省略している。調光層１の表面に微細な凸部が存在しているため、図９（ａ）に示すように調光層１が金属反射状態にあるとき、光を拡散反射することができる。一方、図７（ｂ）に示すように調光層１が透明状態にあるときは、下層に位置する変換層２が光を吸収する。
【０１１９】
図９に示す例では、基板の表面が微細な凸部を有しているため、変換層２および調光層１の全体の平坦性が基板の凹凸を反映した形状を有している。言い換えると、調光層１の上面（光反射側の面）だけではなく、底面も下地の凹凸を反映した形状を有している。しかし、下地である変換層２は凹凸構造を有している必要性は無いため、基板表面および変換層２は平坦に形成した上で、調光層１の上面のみに微細な凹部および／また凸部を形成するようにしてもよい。
【０１２０】
このように、調光素子１０Ａによれば、調光層１が金属反射状態にあるとき、反射光は散乱して白色として認識されるため、調光層１の表面は白色に見える。
【０１２１】
調光素子１０Ａは、表面に凹凸を形成した基板４を用いていることを除けば、調光素子１０と同様の構成を有し得る。例えば、変換層２としては、水素貯蔵材料であるカリウム−黒鉛層間化合物、導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）、及びバインダ樹脂としてアクリル系樹脂をブレンドしたものを好適に用いることができる。
【０１２２】
次に、図１１を参照しながら、他の調光素子１０Ｂを説明する。
【０１２３】
調光素子１０Ｂでは、図１１に示すように、調光層１それ自体が電極の一方を兼ねている。調光層１は、基本的に金属薄膜であるので電極として機能しえる。電極を調光層１が兼ねることにより、電極を形成する工程がひとつ簡略化されるため、調光素子の製造工程数を低減することができる。
【０１２４】
なお、図１１の調光素子１０Ｂは、透明−金属反射型調光素子であるが、上述した他のタイプの調光素子であっても、調光層１で電極を兼ねることができる。
【０１２５】
続いて、図１２を参照しながら、他の調光素子１０Ｃを説明する。
【０１２６】
調光素子１０Ｃは、変換層が第１変換層２ａと第２変換層２ｂの複数層に分離された構成を有している。本実施形態の調光素子では、水素などの特定元素を調光層１にドープすることによって調光層１の状態を変化させるため、２つの変換層２ａ、２ｂで調光層１を挟み込む構成を採用すれば、効率的なドーピングが可能となり、調光に必要な状態変化の速度が向上する。調光層１は、電極として機能し得るため、図１２の例では、調光層１を電極として用いている。
【０１２７】
図１２の例では、水素の吸放出を行う部分が第１変換層２ａ、調光層１、および第２変換層２ｂの３層構造を有しているが、更に多層化することも可能である。調光層１が単層であれば、調光の程度が不充分な場合でも、調光層１の層数を増加させることにより、調光の程度を充分に大きくすることが可能になる。
【０１２８】
次に、図１３を参照しながら、他の調光素子１０Ｄを説明する。
【０１２９】
調光素子１０Ｄでは、変換層２の機能分離を行うため、変換層２が多層構造を付与されている。前述のように、変換層２の機能は水素を貯蔵し、また、電荷の注入／放出に応じて水素を放出／再貯蔵することである。これらの機能を１つの材料で実行するよりも、機能ごとに異なる材料を選択し、それぞれの材料からなる層を重ねるほうが容易である。すなわち、変換層を、電荷またはイオンのやりとりを行うための電荷輸送材料または電解質材料から形成した第１変換層２ａと、水素貯蔵の機能を持つ材料から形成した第２変換層２ｂとに分離することにより、効率のよい水素移動を行うことができる。
【０１３０】
ここでは、導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）と、屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂を混合して形成した電荷・イオン交換層を第１変換層２ａとして用いている。また、ＡＢ５型Ｍｍ水素貯蔵合金であるＮｉ合金の超微粒子（分散中心半径１０ｎｍ）を屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂と混合したブレンド樹脂を用いて第２変換層２ｂとして機能させている。
【０１３１】
以下、本発明による表示システムの具体的な実施形態を説明する。
【０１３２】
（実施形態１）
図１４を参照しながら、本発明による表示システムの第１の実施形態を説明する。
【０１３３】
本実施形態における表示システム１００Ａは、図１４に示すように、液晶表示素子２０と、液晶表示素子２０の背面側（観察者とは反対側）に配置されたバックライト（照明装置）３０と、液晶表示素子２０とバックライト３０との間に配置された調光素子１０とを備えている。典型的には、液晶表示素子２０および調光素子１０を挟みこむように、一対の偏光板４０ａ、４０ｂが設けられている。
【０１３４】
液晶表示素子２０は、一対の基板２１および２２と、これらの間に設けられた液晶層２３とを備えている。一対の基板２１および２２の液晶層２３側の表面には、液晶層２３に電圧を印加するための電極２４、２５と、液晶層２３の液晶分子を配向させる配向膜２６、２７とが設けられており、背面側の基板２１は、スイッチング素子としての薄膜トランジスタ２８を画素ごとに備えたアクティブマトリクス基板である。
【０１３５】
液晶表示素子２０は、一般的な透過型の液晶表示素子とほぼ同様の構成を有しており、ほぼ同様にして作製することができる。ただし、背面側に調光素子１０が配置されるので、光の透過性の確保および視差の低減の観点から、背面側の基板２１はできるだけ薄いことが好ましい。本実施形態では、背面側の基板２１としてガラス基板を用い、液晶表示素子２０をその外周をしっかりと封止した後にガラスエッチャント内に入れることによって、基板２１の厚さを０．２ｍｍとする。
【０１３６】
本実施形態における調光素子１０は、調光層１および変換層２を含む積層構造を備え、調光層１の光反射率（光学的特性）が電気的刺激に応答して変化する。この調光素子１０は、調光層１および変換層２を挟みこむ一対の電極３ａ、３ｂと、積層構造を支持する基板４とをさらに備えている。ここでは、調光素子１０を以下のようにして作製する。
【０１３７】
まず、基板４としてガラス基板を用意し、その表面にスパッタ法によりＩＴＯからなる厚さ１５０ｎｍの透明導電膜を形成する。なお、基板４としてプラスチック基板を用いてもよい。続いて、この透明導電膜を液晶表示素子２０の画素ピッチとほぼ同じピッチでストライプ状にパターニングすることによって電極３ｂを形成する。
【０１３８】
次に、ＡＢ５型Ｍｍ水素貯蔵合金であるＮｉ合金の超微粒子（分散中心半径１０ｎｍ）、導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）及びバインダ樹脂としてアクリル系樹脂で屈折率がガラスとほぼ同等のものをブレンドしたものを用いて電極３ｂ上に変換層２を形成する。このブレンド樹脂は溶液化できるのでスピンコート法を用いて変換層２を厚さ５００ｎｍ程度となるように形成する。なお、水素貯蔵合金についてはあらかじめ水素を貯蔵させておいたものを用いる。
【０１３９】
続いて、変換層２上にイットリウム（Ｙ）を蒸着することによって、厚さ５０ｎｍの調光層１を形成する。その後、調光層１上にスパッタ法によりＩＴＯからなる透明導電膜を形成し、この透明導電膜を液晶表示素子２０の画素ピッチとほぼ同じピッチで電極３ｂと直交するようなストライプ状にパターニングすることによって電極３ａを形成する。ストライプ状の電極３ａと電極３ｂとの交点ごとに調光領域が規定され、各調光領域は、液晶表示素子２０の各画素に対応することになる。
【０１４０】
このようにして作製された調光素子１０と液晶表示素子２０とを、調光領域と画素とが重なるように互いに重ね合わせ、これらを偏光板４０ａ、４０ｂで挟みこみ、さらに、調光素子１０の背面側にバックライト３０を配置することによって表示システム１００Ａが得られる。なお、バックライト３０としては、一般的な透過型の液晶表示装置に用いられる照明装置を用いることができる。
【０１４１】
表示システム１００Ａは、調光素子１０の光透過状態と光反射状態とを電圧印加により切り替えることができ、液晶表示素子２０を反射型の液晶表示素子としても透過型の液晶表示素子としても機能させることができる。そのため、周囲光の強度に応じ最適な表示モードを選択することができる。さらに、表示システム１００Ａでは、表示モードの切り替えを調光素子１０のスイッチングにより行うので、液晶表示素子２０が有する複数の画素のそれぞれは、光を反射する領域と光を透過させる領域とに分割されている必要がなく、反射モードの表示においても透過モードの表示においても１つの画素の全体を表示に寄与させることができる。そのため、従来の透過反射両用型の液晶表示装置に比べると、反射モードおよび透過モードの両方で明るく、コントラスト比の高い表示を実現することができる。従って、表示システム１００Ａは、様々な状況下すなわちマルチシーンで好適に使用することができる。
【０１４２】
また、本実施形態では、電極３ａ、３ｂが所定の形状にパターニングされており、調光素子１０は、それぞれが独立に光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈し得る複数の調光領域を有しているので、液晶表示素子２０に複数種類の情報が表示されているときには、これらの情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替えることが可能である。そのため、表示システム１００Ａはマルチコンテンツの表示に適している。
【０１４３】
なお、用いる表示素子によっては、反射モードでの表示と透過モードでの表示とで異なる制御が必要な場合がある。そのため、表示素子は、調光素子１０を透過した光を変調することによって表示を行う表示領域と、調光素子１０によって反射された光を変調することによって表示を行う表示領域とに、互いに異なる種類の表示信号を供給し得ることが好ましい。
【０１４４】
例えば、液晶表示素子２０の場合、反射モードでは光が液晶層２３を２回通過するのに対して、透過モードでは光は液晶層２３を１回しか通過しない。そのため、反射モードで表示を行う画素と透過モードで表示を行う画素とでは、同じ階調を出す場合であってもダイナミックレンジが異なり、画素に供給すべき電気信号の大きさも異なる。一般的には、反射モードの方が少ない制御幅で光の特性変化を大きくすることができると考えられる。
【０１４５】
従って、液晶表示素子２０を制御するドライバに入力する信号を、反射モード用および透過モード用の２種類用意しておき、調光素子１０の各調光領域のスイッチングに応じて、液晶表示素子２０の各画素に反射モード用の表示信号と透過モード用の表示信号とを選択的に供給することによって、液晶表示素子２０の各画素で表示モードに最適な表示を行うことができ、より視認性の高い表示を行なうことができる。
【０１４６】
（実施形態２）
図１５を参照しながら、本発明による表示システムの第２の実施形態を説明する。
【０１４７】
本実施形態における表示システム１００Ｂは、調光素子１０が液晶表示素子２０の内部に設置されている点において、図１４に示した表示システム１００Ａと異なっている。
【０１４８】
表示システム１００Ｂでは、図１５に示すように、調光素子１０が液晶表示素子２０内に作り込まれている。より具体的には、背面側のアクティブマトリクス基板を製造する際に、調光素子１０を作製する工程を導入することによって、基板２１上に調光素子１０を設ける。
【０１４９】
例えば、基板２１上にＴＦＴ２８を形成した後に、各画素に調光素子１０を作り込む。調光素子１０は、実施形態１と同様にして作製することができる。調光素子１０を作製した後に、ＴＦＴ２８や調光素子１０を覆うように平坦化膜（オーバーコート層）２９を形成し、続いて、この平坦化膜２９上に形成された画素電極２４とＴＦＴ２８とをスルーホール２９ａを介して電気的に接続することによってアクティブマトリクス基板が完成する。その後は、一般的な液晶表示素子の製造工程と同様に、アクティブマトリクス基板と対向基板とを貼り合わせ、液晶層２３となる液晶材料を注入することによって、調光素子１０が内部に設置された液晶表示素子２０が完成する。
【０１５０】
本実施形態における表示システム１００Ｂも、調光素子１０の光反射状態と光透過状態とを切り替えることによって反射モードと透過モードの両方の表示を行うことができるので、図１４に示した表示システム１００Ａと同様に、マルチシーンでの使用およびマルチコンテンツの表示に好適に用いられる。
【０１５１】
本実施形態によれば、さらに、調光素子１０が液晶表示素子２０の内部に設置されているので、表示システム全体として薄型化、軽量化を図ることができる。また、調光素子１０が液晶表示素子２０の内部に設置されていることにより、視差を低減することができるので、表示品位をより向上することができる。図１５に示す例では、調光素子１０と液晶表示素子２０との間に基板２１を介さないので、その分視差が低減される。
【０１５２】
（実施形態３）
図１６、図１７および図１８を参照しながら、本発明による表示システムの第３の実施形態を説明する。
【０１５３】
本実施形態における表示システム１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅは、いずれもカラーフィルタを備えており、カラー表示を行うことができる。表示システム１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅの調光素子１０や液晶表示素子２０としては、図１４、図１５に示した表示システム１００Ａ、１００Ｂと同様のものを用いることができる。
【０１５４】
図１６に示す表示システム１００Ｃでは、液晶表示素子２０がカラーフィルタ５０を含んでいる。具体的には、カラーフィルタ５０は、前面側の基板２２の液晶層２３側の表面に形成されている。
【０１５５】
これに対して、図１７に示す表示システム１００Ｄでは、調光素子１０がカラーフィルタ５０を含んでおり、具体的には、カラーフィルタ５０は、前面側の電極３ａ上に形成されている。
【０１５６】
また、図１８に示す表示システム１００Ｅでは、液晶表示素子２０および調光素子１０の両方がカラーフィルタ５０を含んでおり、カラーフィルタ５０は、液晶表示素子２０の前面側の基板２１上と、調光素子１０の前面側の電極３ａ上とに形成されている。
【０１５７】
上述した表示システム１００Ｃ、１００Ｄおよび１００Ｅは、それぞれカラーフィルタの配置が異なっているが、いずれもカラー表示を行うことができる。図１８に示した表示システム１００Ｅは、調光素子１０と液晶表示素子２０の両方がカラーフィルタ５０を備えているので、カラーフィルタによる着色効果が大きく、色純度の高い表示を行うことができる。
【０１５８】
（実施形態４）
図１９を参照しながら、本発明による表示システムの第４の実施形態を説明する。
【０１５９】
本実施形態における表示システム１００Ｆは、液晶表示素子２０および調光素子１０の両方がカラーフィルタを含んでいる。ただし、図１８に示した表示システム１００Ｅでは前面側の電極３ａ上にカラーフィルタ５０が形成されているのに対して、本実施形態では、調光素子１０の変換層２´がカラーフィルタとしても機能し、このカラーフィルタとして機能する変換層２´は、調光層１に対して観察者とは反対側に配置されている。
【０１６０】
カラーフィルタとしても機能する変換層２´は、例えば、実施形態１で述べた透明な変換層の中に、ＲＧＢそれぞれの着色顔料を混入することによって形成することができる。ＲＧＢそれぞれの着色顔料が混入された変換層材料は溶液化できるので、インクジェット法を用い、画素パターンに応じて変換層２´を形成することができる。勿論、インクジェット法に限定されず、スクリーン印刷法やロール印刷法を用いて形成してもよい。
【０１６１】
本実施形態によれば、液晶表示素子２０にカラーフィルタ５０が設けられている一方で、調光層１の背面側の変換層２´もカラーフィルタとして機能する。そのため、図１９に示すように、光は、透過モードで表示を行う際にカラーフィルタを２回（カラーフィルタ５０と変換層２´とを一回ずつ）通過し、反射モードで表示を行う際にもカラーフィルタを２回（カラーフィルタ５０を２回）通過する。つまり、反射モードと透過モードとで光がカラーフィルタを通過する回数が同じである。そのため、反射モードの表示と透過モードの表示とで色味を近くすることができ、表示品位をより向上することができる。
【０１６２】
これに対して、図１６、図１７、図１８に示した表示システム１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅでは、反射モードと透過モードとで光がカラーフィルタを通過する回数が異なっており、光がカラーフィルタを通過する回数は、反射モードでは透過モードの２倍となる。そのため、カラーフィルタの色を透過モードで色味が最適になるように設定すると、反射モードでは表示が暗くなってしまう。また、逆に、カラーフィルタの色を反射モードで色味が最適になるように設定すると、透過モードでは色が薄くなってしまう。
【０１６３】
表示システム１００Ｆでは、反射モードの表示時には光は液晶表示素子２０のカラーフィルタ５０のみを２回通過する。そのため、カラーフィルタ５０の色を調節することで反射モードでの色味を最適化できる。また、透過モードの表示時には光は液晶表示素子２０のカラーフィルタ５０と調光素子１０のカラーフィルタ（変換層２´）とを１回ずつ通過する。そのため、カラーフィルタ５０を反射モードで色味が最適になるように設定した上で、変換層２´の色を調節することで、透過モードでの色味も最適化できる。
【０１６４】
（他の調光素子）
上記の説明では、調光材料を含む薄膜を調光層として備えた調光素子を例示したが、調光材料が粒子化されたタイプの調光素子を用いることもできる。
【０１６５】
図２０を参照しながら、このタイプの調光素子の基本的な構成を説明する。この調光素子は、図２０に示すように、調光層Ｍ１および変換層Ｍ２を含む積層構造を備え、調光層Ｍ１の光反射率が外部刺激に応答して変化する。
【０１６６】
調光層Ｍ１は、特定元素の濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料の粒子ｍ１（以下、「調光粒子」ということがある）を含んでいる。調光材料の好ましい例は、前述したＹ、Ｌａ、Ｍｇ２Ｎｉ合金であり、Ｙ、Ｌａ、Ｍｇ２Ｎｉ合金などの材料は、水素濃度に応じて金属−半導体（または絶縁体）状態間の遷移を行う。調光層Ｍ１は、例えばバインダー樹脂を含んでおり、上記調光粒子ｍ１はバインダー樹脂に分散している。また、調光層Ｍ１は、変換層Ｍ２から水素イオンもしくは水素を運ぶための電解質性の材料（導電性高分子など）を含んでいる。
【０１６７】
変換層Ｍ２は、水素などの特定元素を含有し得る変換材料を含んでいる。変換材料は、電荷（電子や正孔）の注入／放出または光照射などの外部刺激に応じて、上記の特定元素（例えば水素）を放出または吸収する。
【０１６８】
この調光素子も、図５に示した調光素子と同じメカニズムにより、反射状態と透明状態とをスイッチングすることができる。ただし、調光層Ｍ１は調光粒子ｍ１を含んでいるので、個々の調光粒子ｍ１は金属状態にあるときに光をミラー反射するものの、反射方向はランダムであり、調光層Ｍ１全体としては光を拡散反射する。これにより、白色の反射光が得られる。
【０１６９】
調光材料を粒子化することにより以下のメリットが得られる。調光材料からなる薄膜を調光層として用いる場合と比べて、調光材料の表面積を大きくすることができる。従って、調光材料と水素との反応効率が向上し、より高速なスイッチングが可能になる。また、調光層に含まれる調光材料の状態をより確実に制御することができるので、調光層の拡散反射状態と透明状態との反射率の差を拡大できる。そのため、この調光素子を表示システムに用いると、より明確な表示が得られる。さらに、この調光素子では、調光層に入射する光が拡散反射されるので、表示システムへの適用に特に有利である。
【０１７０】
調光粒子ｍ１が光を反射するためには、各調光粒ｍ１子は可視光波長よりも大きな粒径を持つことが望ましい。従って、調光粒子ｍ１の粒径は、好ましくは３５０ｎｍ以上である。より好ましくは８００ｎｍ以上である。８００ｎｍ以上であれば、可視光が調光粒子ｍ１を透過することをより確実に防止できるので、調光層Ｍ１の光の反射率を高めることができる。一方、調光粒子ｍ１の粒径は、調光層Ｍ１の厚さよりも小さいことが好ましい。粒径が調光層Ｍ１の厚さよりも大きいと、上述したような調光材料を粒子化するメリットが得られない。より好ましくは、調光粒子ｍ１の粒径は３０μｍ以下である。さらに好ましくは、粒径は３μｍ以下である。調光材料の粒径を例えば１μｍとすると、調光層Ｍ１の厚さは３μｍ程度とすることが好ましい。
【０１７１】
図２０の構造を有する調光素子は、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、電荷の注入／放出により水素イオンが調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間を移動するメカニズムを利用しているが、これとは異なるメカニズムを採用してもよい。例えば電気化学的な反応により、水素イオンが変換層Ｍ２と調光層Ｍ１との間を移動するメカニズムを利用することもできる。この場合は、調光層Ｍ１に含まれるバインダー樹脂を固体電解質として用いてもよいし、調光層Ｍ１と変換層Ｍ２との間に固体電解質の層をさらに設けてもよい。この場合は変換層Ｍ２内に含まれる変換材料は必ずしも水素を貯蔵、放出する材料である必要はなく、調光材料に起こる水素イオン反応に対応するようなカウンターイオンの反応が起こるものでもよい。
【０１７２】
あるいは、変換層Ｍ２を備えていなくてもよい。この場合は、雰囲気の水素圧力に応じて水素イオンが調光層Ｍ１と雰囲気との間で移動するメカニズムを利用してもよい。または、調光層Ｍ１がさらに変換材料を含んでおり、調光層Ｍ１内部で、水素イオンを調光粒子ｍ１と変換材料との間で移動させてもよい。
【０１７３】
何れのメカニズムを利用する場合でも、調光層Ｍ１の光学的特性は、水素イオンの濃度に応じて図２０に示すように変化する。
【０１７４】
なお、上記のうちでは、電荷の注入／放出により水素イオンを移動させるメカニズムを利用することが好ましい。電荷（電子や正孔）の移動によって水素の平衡状態を変化させることにより水素を駆動する場合は、水素イオン以外の他のイオンを反応に関与させる必要がない。このため、複数種のイオンが関与する電気化学的な反応によるメカニズムを利用する場合と比べて応答速度が高いという利点がある。また、電気化学的な反応が生じないため、正極側で水素ガスが発生する可能性も低く、電子素子としての安定した動作が可能になる。
【０１７５】
以下、調光粒子ｍ１を含む調光素子のより具体的な構成を説明する。
【０１７６】
図２１に示す調光素子１０Ｅは、調光層１および変換層２を含む積層構造を備えている。この積層構造は図２０に示す構造と実質的に同じである。調光層１の光反射率（光学的特性）は電気的刺激に応答して変化する。この調光素子１０Ｅは、調光層１および変換層２を挟みこむ一対の電極３ａ、３ｂと、積層構造を支持する基板４とを備えている。一対の電極３ａ、３ｂには、外部から適切な電圧が印加され得るが、適宜、電極３ａと電極３ｂとを単純に短絡させることも可能である。
【０１７７】
なお、基板４に対する変換層２および調光層１の積層順序は、図示されているものに限定されず、基板４に近い側に変換層２を配置し、その上に調光層１を形成してもよい。
【０１７８】
調光層１０Ｅでは、水素濃度に応じて光学的特性が変化する調光材料を用いて形成された微粒子（例えばイットリウム、ランタン、以下「調光微粒子」という）がバインダー樹脂に分散している。
【０１７９】
変換層２は、水素を含有し得る変換材料を含んでいる。この変換材料は電極３ａとの間で電子の授受を行うことにより、水素のイオン（Ｈ＋）を放出／吸収を行うことができる。
【０１８０】
図示する例では、電極３ａに正の電位を与え、電極３ｂに負の電位を与えると、あらかじめ充分な量の水素を含有している変換層２の変換材料から水素イオンが放出される。放出された水素イオンは、積層構造中に形成された電界中を移動し、調光層１に達した後、調光微粒子にドープされる。このような水素の放出および移動のメカニズムは、前述したとおりである。調光微粒子の調光材料は、水素と結合することにより水素金属化合物を形成する。この結果、当初は金属状態にあった調光微粒子は、可視光を透過する半導体または絶縁体に変化する。
【０１８１】
調光層１に含まれる調光微粒子の平均粒径は例えば１μｍである。調光微粒子は典型的にはバインダー樹脂に分散している。バインダー樹脂として、例えばガラスとほぼ同等の屈折率を有するアクリル系樹脂を用いる。また、調光層１は、さらに、調光微粒子と変換層２との間で水素イオンおよび電荷のやりとりを行うための電気導電性材料を含んでいる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子（例えばＰ２）や電荷移動錯体を用いることができる。
【０１８２】
調光層１は、バインダー樹脂の溶液に上記の調光微粒子を分散させ、さらに電気導電性材料を溶解させた塗布溶液を用意した後、例えばスピンコート法によって塗布溶液を電極３ｂ上に塗布することによって形成できる。調光層１の厚さは例えば３μｍ程度である。調光層１の形成を、インクジェット法やその他の薄膜堆積技術用いて行っても良い。調光層１の光入射側の面は、平坦であってもよいし、凹凸を有していてもよい。凹凸を有する調光層１は、例えば、凹凸を有する基板４または電極３ｂを用いて、凹凸を有する下地の上に上記塗布溶液を塗布することによって形成できる。
【０１８３】
好ましい調光層１の厚さは、１．５μｍ以上５０μｍ以下である。１．５μｍ未満であれば、高い反射率を有する調光層１が得られなかったり、調光層１に用いる調光微粒子の粒径が制限されたりする。一方、５０μｍを超えると、調光層１の導電性が低くなる可能性がある。
【０１８４】
変換層２に含まれる変換材料は、定常状態で水素の原子またはイオンを貯蔵し保持することができ、外部刺激に応じて、水素貯蔵量（保持量）を変化させる。このような水素を貯蔵できる材料としては、ＬａＮｉ５、ＭｎＮｉ５、ＣａＮｉ５、ＴｉＭｎ１．５、ＺｒＭｎ１．５、ＺｒＭｎ２、ＴｉＮｉ、ＴｉＦｅ、Ｍｇ２Ｎｉなどの合金を用いることができる。また、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）を用いることもできる。
【０１８５】
変換層２は、水素貯蔵材料のほかに電気導電性材料を含んでいてもよい。電気導電性材料が変換層２に含まれていると、調光層１との間で水素イオンのやりとりを迅速に行うことができる。電気伝導性材料としては、液体または固体電解質のようにイオン伝導を行うことが出来る材料、電荷（電子または正孔）を伝導させる導電性高分子や電荷移動錯体を用いることができる。また、変換層２には、上記の水素貯蔵材料や電気伝導性材料以外とは別に必要に応じてバインダー樹脂などの結合材料を加えても良い。なお、一方の電極から注入された電荷がそのまま他方の電極に移動してしまうことを確実に抑制するため、調光層と変換層との間にセパレータ層を挿入してもよい。セパレータ層の材料としては、イオンの移動が可能でありながら電荷の移動は生じにくい材料を選択することが望ましい。例えば、イオン交換体、多孔質絶縁物、イオン導電性高分子材料などを用いることができる。このような材料からなるセパレート層を配置すれば、電極から注入された電荷が反対の電極に突き抜けることが確実に防止されるため、調光層と変換層との間における電荷の移動効率を高めることができる。
【０１８６】
変換層２が複数の材料の混合物から形成される場合、これらの材料を溶媒に溶解させた溶液を用意し、スピンコート法や印刷法によって塗布すれば、変換層２を用意に形成することができる。このような変換層２の形成は、インクジェット法やその他の薄膜堆積技術用いて行っても良い。
【０１８７】
以上説明したように、調光素子１０Ｅでは、電極３ａ、３ｂに電圧を印加することにより、変換層２の内部で電荷およびイオンの授受が行われる結果、前述したメカニズムにより、変換層２と調光微粒子との間で水素の移動を引き起こすことができる。このため、例えば、初期状態で水素がドープされていない調光層１と、あらかじめ水素を貯蔵した変換層２とを用い、図２０に示すような電圧を印加すると、水素イオンが正極側から負極側に移動して、調光微粒子にドープされる。すなわち、正極側では水素放出反応が進行し、負極側では水素と金属との結合反応が進行して、水素金属化合物が形成される。これに対して、逆方向の電圧を印加すると、逆方向に水素の移動が生じるため、印加電圧の極性を交替することにより、調光層１の光学的状態を金属光沢−透明の間で可逆的に切り替えることができる。
【０１８８】
変換層２に貯蔵された水素の移動だけを考えると、電極３ａと電極３ｂとを積層構造の外部で短絡させてもよい。このような短絡は、二次電池における放電と同様の現象であり、積層構造の内部状態を初期状態に復帰させることができる。
【０１８９】
変換層２と調光層１とが水素を保持する能力を持つため、電圧の印加を行わないとき（外部の回路を開放しているとき）、水素の移動が生じず、調光層１の光学的状態が保持される（調光層のメモリ機能）。このため、水素保持能力に優れた材料を選択すれば、電力を消費することなく調光状態を長期間保持することができる。
【０１９０】
上記の例とは逆に、あらかじめ水素をドープした調光層１と、水素を貯蔵していない状態の変換層２とを用いてもよい。その場合は、調光層１に正電位を、変換層２に負電位を与えることにより、調光層１から変換層２に水素を移動させ、それによって調光層１における調光材料の光学的状態を変化させても良い。
【０１９１】
調光素子１０Ｅでは、水素のドーピング量によって調光微粒子の光反射率／光透過率を制御することができるため、電極に印加する電圧や印加時間（デューティ比など）を調節することにより、調光層１の光反射率／光透過率を制御することができる。水素保持能力に基づくメモリ性を利用すれば、適切な光反射率／光透過率を保持することも容易である。
【０１９２】
このような水素の貯蔵／放出を適切に制御する際には、図７に示した調光素子１０について図８を参照しながら説明したように、水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）に注目する必要がある。
【０１９３】
調光素子１０Ｅについても、ＰＴＣ特性曲線のプラトー領域でスイッチング動作を行うことが好ましい。また、変換層２および調光層１は略同様のＰＴＣ特性を示すことが望ましい。より具体的には、図８に示すように、変換層２および調光層１のＰＴＣ特性曲線におけるプラトー領域の「水素貯蔵量」の範囲が重なり合い、かつ、「水素平衡圧力」のレベルがほぼ等しいことが望ましい。また、変換層２におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）は、調光層１におけるＰＴＣ特性曲線のプラトー領域の水素貯蔵量範囲（幅）を含む大きさを有していることが更に好ましい。
【０１９４】
再び、図２１を参照する。図２１に示す調光素子１０Ｅは、金属拡散反射状態と透明状態との間でスイッチングを行うので、素子全体として透明度が高いことが好ましい。透明度の高い状態を形成するには、基板４および電極３ａ、３ｂだけではなく、変換層２を可視光域の全範囲で透過率の高い（吸収の無い）材料から形成する必要がある。しかし、水素貯蔵材料などの変換材料は、金属または着色した材料である場合が多く、このような変換材料の層から透明性の高い変換層２を形成することは難しい。このため、変換材料の微粒子を透明な材料と混合することによって変換層２を形成することが好ましい。具体的には、光の波長以下の粒径を持つナノ粒子を変換材料から形成し、このナノ粒子を透明性に優れたバインダー樹脂で結合することができる。このようにして作製される変換層２は、透明性および水素貯蔵能力の両方を発揮することができるだけではなく、変換材料がナノ粒子化することにより、その表面積が増加するため、水素の吸放出効率も上昇することも期待される。変換材料による水素の吸放出効率が上昇すると、調光動作の応答速度が向上するので好ましい。超微粒子状態の変換材料としては、カーボン系材料（ＣＮＴ、フラーレンなど）やカリウム−黒鉛層間化合物などを用いることもできる。
【０１９５】
調光層１と変換層２との間における電荷やイオンのやりとりを行うため、調光層１と変換層２との間に導電性高分子Ｐ１の膜を配置することが好ましい。電荷移動性をもつ高分子膜に加えて、電解質膜を配置してもよい。このような膜を配置すると、水素イオンの移動が電解質を介して起こりやすいので、特性を向上させることも可能である。
【０１９６】
以下、図２２および図２３を参照しながら、調光粒子を含むタイプの他の調光素子１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈを説明する。
【０１９７】
図２２（ａ）に示す調光素子１０Ｆは、変換層を第１変換層２ａと第２変換層２ｂとの複数層に分離した構成を有している。ここまで説明した調光素子では、水素などの特定元素を調光層１にドープすることによって調光層１の状態を変化させるため、２つの変換層２ａ、２ｂで調光層１を挟み込む構成を採用すれば、効率的なドーピングが可能となり、調光に必要な状態変化の速度が向上する。調光層１は、電極として機能し得るため、図２２（ａ）の例では、調光層１を電極として用いている。
【０１９８】
図２２（ａ）の調光素子では、水素の吸放出を行う部分が第１変換層２ａ、調光層１、および第２変換層２ｂの３層構造を有しているが、更に多層化することも可能である。調光層１が単層であれば、調光の程度が不充分な場合でも、調光層１の層数を増加させることにより、調光の程度を充分に大きくすることが可能になる。
【０１９９】
調光層１の導電性が低いために電極として用いることができない場合には、図２２（ｂ）に示す調光素子１０Ｇのように、調光層を第１調光層１ａと第２調光層１ｂとの２層に分離し、これらの調光層の間に電極３ｃを挿入してもよい。図２２（ｂ）の調光素子１０Ｇにおいても、調光層１をさらに多層化することができる。
【０２００】
図２２（ａ）および（ｂ）の何れの調光素子も、各層を順次積層することで容易に作製できる。なお、調光層、変換層、電極および基板は、積層数が異なる以外は図２１に示した調光素子１０Ｅと同様の構成を有し得る。
【０２０１】
図２３に示す調光素子１０Ｈでは、変換層２の機能分離を行うため、変換層２に多層構造を付与している。前述のように、変換層２の機能は水素を貯蔵し、また、電荷の注入／放出に応じて水素を放出／再貯蔵することである。これらの機能を１つの材料で実行するよりも、機能ごとに異なる材料を選択し、それぞれの材料からなる層を重ねるほうが容易である。すなわち、変換層を、電荷またはイオンのやりとりを行うための電荷輸送材料または電解質材料から形成した第１変換層２ａと、水素貯蔵の機能を持つ材料から形成した第１変換層２ａとに分離することにより、効率のよい水素移動を行うことができる。
【０２０２】
ここでは、導電性高分子材料Ｐ１（電子、正孔両電荷を輸送できる材料）と、屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂を混合して形成した電荷・イオン交換層を第１変換層２ａとして用いている。また、ＡＢ５型Ｍｍ水素貯蔵合金であるＮｉ合金の超微粒子（分散中心半径１０ｎｍ）を屈折率がガラスとほぼ同等のアクリル系樹脂と混合したブレンド樹脂を用いて第２変換層２ｂとして機能させている。なお、このような変換層の機能分離は、図２１や図２２に示した何れの調光素子にも適用することができる。
【０２０３】
なお、本発明による表示システムに用いられる調光素子としては、ここで挙げたものに限定されず、光反射状態と光透過状態とを切り替えて呈することができるものであれば用いることができる。例えば、コレステリック液晶材料からなる液晶層を備えた液晶素子や、高分子分散型の液晶層を備えた液晶素子を調光素子として用いてもよい。このような液晶素子を調光素子として用いた場合であっても、調光素子が、複数の調光領域を有し、且つ、表示素子に表示されている情報の種類に応じて各調光領域の光反射状態と光透過状態とを選択的に切り替え得る構成を有していることによって、コンテンツの種類に応じて最適な視認性のモードで表示を行うことができる。そのため、表示システムをマルチコンテンツの表示に好適に用いることができる。
【０２０４】
ただし、図示して説明したような金属反射状態と透過状態とをスイッチングできる調光素子は、金属反射状態を利用するので光の利用効率（反射率）を高くすることができ、また、メモリ性を有しているので消費電力を低減することができる。そのため、このような調光素子を用いることによって、マルチシーンでの使用に特に適した表示システムが得られる。
【０２０５】
これに対して、コレステリック液晶を用いた液晶素子は、原理的に入射光の半分（ｐ波とｓ波のいずれか一方）しか反射できないし、透過状態においても反射光が存在するので光の利用効率が低い。また、高分子分散型液晶を用いた液晶素子は、メモリ性を有しないので、液晶層に常に電圧を印加しておく必要があり、消費電力の点で不利であるし、高分子のマトリクス中に分散された球状の液晶材料は、マトリクス材料との屈折率差による全反射条件で光を反射するので、全方向の光を反射することはできない。金属反射状態を利用する調光素子は、基本的に全方向からの光を反射することができるので、光の利用効率が高い。
【０２０６】
なお、光をミラー反射できる調光素子（例えば図７などに示されている）を表示素子の前面に配置すると、ディスプレイと鏡とを兼用したインテリアとして表示システムを用いることが出来る。
【０２０７】
【発明の効果】
本発明によると、透過モードの表示および反射モードの表示の両方で良好な表示特性を有し、マルチシーンでの使用および／またはマルチコンテンツの表示に好適な表示システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による表示システムを模式的に示す断面図である。
【図２】コンテンツの種類に応じて表示モードを切り替える様子を模式的に示す図である。
【図３】表示モードを切り替える態様を示す模式図である。
【図４】表示モードを切り替える態様を示す模式図である。
【図５】調光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】図５に示す調光素子の動作原理を示す図である。
【図７】調光素子を模式的に示す断面図である。
【図８】調光層および変換層の水素平衡圧−組成等温線（ＰＴＣ特性曲線）を示すグラフである。
【図９】他の調光素子の動作を示す図である。
【図１０】他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【図１１】他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【図１２】他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【図１３】他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【図１４】本発明による表示システムの第１の実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明による表示システムの第２の実施形態を示す断面図である。
【図１６】本発明による表示システムの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１７】本発明による表示システムの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１８】本発明による表示システムの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１９】本発明による表示システムの第４の実施形態を示す断面図である。
【図２０】調光粒子を含む調光素子の構成を模式的に示す断面図である。
【図２１】調光粒子を含む調光素子を模式的に示す断面図である。
【図２２】調光粒子を含む他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【図２３】調光粒子を含む他の調光素子を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
１  調光層
２、２´  変換層
３ａ、３ｂ  電極
４  基板
１０、１０Ａ、１０Ｂ  調光素子
１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ  調光素子
１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ  調光素子
２０  表示素子（液晶表示素子）
２１、２２  基板
２３  液晶層
２４、２５  電極
２６、２７  配向膜
２８  薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）
２９  平坦化膜（オーバーコート層）
２９ａ  スルーホール
３０  照明装置（バックライト）
４０ａ、４０ｂ  偏光板
５０  カラーフィルタ
１００、１００Ａ、１００Ｂ  表示システム
１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｅ  表示システム
１００Ｆ  表示システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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