(57)【要約】【課題】  カー効果の低下を引き起こさない、かつ液晶相―等方相相転移が高くない誘電性媒体からなる表示素子を提供する【解決手段】  本発明に係る表示素子は、少なくとも一方が透明な一対の基板１および２と、上記一対の基板１および２間に挟持され、電界の印加により光学的異方性が変化する誘電性媒体と、上記一対の基板１および２うち、少なくとも一方に略平行な電界を上記誘電性媒体に印加する少なくとも一対の電界印加手段４および５とを備えた表示素子であって、上記誘電性媒体に無極性分子が含まれる。【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、
上記一対の基板間に挟持され、電界の印加により光学的異方性が変化する誘電性媒体とを備えた表示素子であって、
上記誘電性媒体は、無極性分子を含むことを特徴とする表示素子。
【請求項２】
さらに、上記誘電性媒体に電界を印加する電界印加手段と、
上記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板における上記誘電性媒体との対向面とは反対側に偏光板とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項３】
上記誘電性媒体は、電界無印加時に光学的等方性を示し、電圧の印加により光学的異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４】
上記誘電性媒体は、電界無印加時に光学的異方性を示し、電圧の印加により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５】
上記誘電性媒体は、電圧印加時または電圧無印加時に光の波長以下の配向秩序を有していることを特徴とする請求項１記載の表示素子。
【請求項６】
上記一対の基板のうち一方の基板に、基板面に対して略平行な電界を上記誘電性媒体に印加する少なくとも１対の電極からなる電界印加手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項７】
上記電極は、楔型であることを特徴とする請求項６に記載の表示素子。
【請求項８】
上記楔型に形成された電極のなす角度は、９０度±１０度未満であることを特徴とする請求項７に記載の表示素子。
【請求項９】
上記電界印加手段による電界印加方向と、上記偏光板の吸収軸とのなす角度が、４５度±１０度未満であることを特徴とする請求項２に記載の表示素子。
【請求項１０】
上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板における他方の基板との対向面表面に、配向膜が備えられていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項１１】
上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板における他方の基板との対向面表面に、水平配向処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【請求項１２】
上記配向膜が、有機薄膜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】
上記配向膜が、ポリイミド膜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１４】
上記誘電性媒体は、液晶性物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の表示素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表示素子に関し、詳細には、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。
【背景技術】
【０００２】
現在、多種の表示素子が知られており、その中でも液晶表示素子は、薄型で軽量、かつ低消費電力のディスプレイ素子であり、テレビやビデオなどの画像表示装置や、モニター、ワープロ、パーソナルコンピュータなどのＯＡ（Office Automation）機器に広く用いられている。
【０００３】
従来から、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−ドの液晶表示素子が実用化されている。しかしながら、このＴＮモ−ドの液晶表示素子は、応答速度が遅く、視野角が狭いといった欠点がある。
【０００４】
さらに、強誘電性液晶（ＦＬＣ）または反強誘電性液晶（ＡＦＬＣ）などの表示モ−ドも知られており、これらは応答速度が速く、かつ、視野角が広いという特性を備えている。しかしながら、これらの表示モードは、耐ショック性や温度特性などに大きな欠点があり、広く実用化されるまでには至っていない。
【０００５】
また、光散乱を利用する高分子分散型液晶表示素子は、偏光板を必要とせず、高輝度表示が可能であることが知られている。しかしながら、この高分子分散型液晶表示素子は、画像表示の応答特性の面で課題を有しており、上記のＴＮモードの液晶表示素子よりも優れた液晶表示素子であるとは言えない。
【０００６】
上述した各種表示素子（液晶表示素子）は、電界印加による分子の回転を利用した表示機構であるが、近年では、これとは異なる表示機構が提案されている。具体的には、電界印加により光学的異方性が変化する物質、特に、電気光学効果による配向分極または電子分極を示す物質を用いた表示素子である。上記電気光学効果とは、物質の屈折率が外部電界によって変化する現象のことをいう。また、電気光学効果には、電界の１次に物質の屈折率が比例する効果と、電界の２次に物質の屈折率が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。
【０００７】
カー効果を示す物質は、特に、高速の光シャッターへの応用が早くから進められている。そのため、特殊な計測機器への実用化がなされている。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、カー効果を示す物質の屈折率は、印加電界の２次に比例するものである。したがって、カー効果を示す物質を配向分極に用いると、ポッケルス効果を示す物質を配向分極に用いた場合に比べて低電圧駆動を見込むことができる。さらに、カー効果を示す物質は、数マイクロ秒〜数ミリ秒の応答特性を示すので、表示装置による表示を入力電圧に対して高速に応答させるために用いられることが期待される。
【０００８】
従来では、カー効果を示す材料として、ニトロベンゼンや二硫化炭素などが知られており、これら材料は、例えば、前記した光シャッターの他に、電力ケーブル等の高電界強度測定等に利用されている。電力ケーブル等における高電界強度を測定するために利用されていた。その後、液晶材料もカー効果を示すことが発見され、光変調素子、光偏光素子、更には光集積回路応用に向けての基礎検討が行われた。そして、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。
【０００９】
このような状況において、二次の電気光学効果（以下、カー効果と呼ぶ）を有する表示素子（液晶表示装置）への応用が検討され始めた。カー効果の表示素子への応用展開における課題として、カー効果の表示素子は、駆動電圧が高く、液晶相−等方相相転移温度が高いといったことが挙げられていた。
【００１０】
そこで、特許文献１では、上記カー効果を応用した表示装置について開示されている。この表示装置は、エチルアルコール等の有極性分子を液晶材料に加えることにより液晶相―等方相相転移温度を低下させる表示装置である。
【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】Shiro Matsumoto、外３名，「Fine droplets of liquid crystals in a transparent polymer and their response to an electric field」，Appl. Phys. Lett.，１９９６年８月，vol.６９. No.8, ｐ．１０４４−１０４６
【非特許文献２】Takashi Kato、外２名,「Fast and High-Contrast Electro-optical Switching of Liquid-Crystalline Physical Gels: Formation of Oriented Microphase-Separated Structures」，Adv. Funct. Mater.，２００３年４月，ｖｏｌ．１３．Ｎｏ．４，ｐ３１３−３１７
【非特許文献３】斉藤一弥、外1名,「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，２００１年，第５巻，第１号．ｐ.２０−２７
【非特許文献４】山本潤，「液晶マイクロエマルション」，液晶，２０００年，第４巻，第３号，ｐ.２４８−２５４
【非特許文献５】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,２００２年１２月，Ｖｏｌ.５９，Ｎｏ.１２，ｐ.７５３−７５９
【非特許文献６】Hirotsugu kikuchi、外４名，「Polymer-stabilized liquid crystal blue phases」，ｐ．６４−６８，[online]，２００２年９月２日，Nature Materials，ｖｏｌ．１，[２００３年７月１０日検索]，インターネット〈ＵＲＬ：http://www.nature.com/naturematerials〉
【非特許文献７】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，２００３年，第７巻，第３号，ｐ.２３８−２４５
【非特許文献８】D.Demus、外3名編，「Handbook of Liquid Crystals  Low Molecular Weight Liquid Crystal」，Wiley-VCH，１９９８年，ｖｏｌ．２Ｂ，ｐ．８８７−９００
【非特許文献９】D.Demus、外3名編，「Handbook of Liquid Crystals  Low Molecular Weight Liquid Crystal」，Wiley-VCH，１９９８年，ｖｏｌ．１，ｐ．４８４−４８５
【非特許文献１０】Eric Grelet、外３名，「Structural Investigations on Smectic Blue Phases」，PHYSICAL REVIEW LETTERS，The American Physical Society，２００１年４月２３日，ｖｏｌ．８６，Ｎｏ．１７，ｐ３７９１−３７９４
【非特許文献１１】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，２００２年，第６巻，第１号，ｐ.７２−８３
【非特許文献１２】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】
【００１１】
特許文献１は、一対の基板間に、等方相状態の有極性分子を含む媒体が挟持された表示装置であり、カー効果を利用した表示装置である。この表示装置は、従来の液晶表示装置における、分子の動きによって光の透過と遮断を切り替えるものではなく、電子の偏りによって光の透過と遮断を切り替えることにより画像を表示するものである。
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された表示装置には、カー効果を利用した表示装置として上記で挙げた問題のうち、液晶相―等方相相転移温度を低下させることのみには有効な方法である。すなわち、液晶相―等方相相転移温度を低下させることは可能となったが、液晶相―等方相相転移温度を低下させると同時にカー定数の低下を招き、これによって駆動電圧の上昇を引き起こすという問題を有している。
【００１３】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、カー効果の低下を引き起こさない、かつ、液晶相―等方相相転移温度が高くない誘電性媒体からなる表示素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る表示素子は、上述した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、上記一対の基板間に挟持され、電界の印加により光学的異方性が変化する誘電性媒体とを備えた表示素子であって、上記誘電性媒体は、無極性分子を含むことを特徴としている。
【００１５】
上述した構成とすることにより、本発明に係る表示素子は、カー効果を利用した表示素子であっても、従来技術における上述したような課題を解消できる。すなわち、本発明に係る表示素子は、液晶相―等方相相転移温度が高くなく、かつ、光学変調に必要な駆動電圧の上昇を抑えた表示素子を提供することが可能となる。
【００１６】
具体的には、本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体に、無極性な分子を含むものである。無極性な分子は、誘電性媒体における分子集合体において双極子相互作用等の影響を比較的受けにくいため、配向変化が起こり易い。そのため、光学変調に必要な電圧の上昇を抑えることができると考えられる。
【００１７】
すなわち、本発明に係る表示素子は、駆動電圧の上昇を抑えながら光学変調を行うことができ、かつ、液晶相―等方相相転移温度を低下させることが可能な高速応答特性を有する表示素子を提供することが可能となる。
【００１８】
また本発明に係る表示素子は、さらに、上記誘電性媒体に電界を印加する電界印加手段と、上記一対の基板のうち、少なくとも一方の基板における上記誘電性媒体との対向面とは反対側に、偏光板が備えられていることが好ましい。
【００１９】
上述した構成とすることにより、本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体に電界を印加して複屈折を発現させることで透過率を変調させることが可能となる。
【００２０】
また本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体が、電界無印加時に光学的等方性を示し、電圧の印加により光学的異方性を示すものであってもよく、電界無印加時に光学的異方性を示し、電圧の印加により光学的等方性を示すものであってもよい。
【００２１】
上記何れの構成においても、電界の印加により、電界無印加時と電界印加時とで上記誘電性媒体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、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。
【００２２】
また本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体が、電圧印加時または電圧無印加時に光の波長以下の配向秩序を有していることが好ましい。
【００２３】
このように、配向秩序が光の波長以下であれば、光学的に等方性を示す。したがって、電圧印加時または電圧無印加時に配向秩序が光の波長以下となる媒質を用いることにより、電圧無印加時と電圧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。
【００２４】
また本発明に係る表示素子は、上記一対の基板のうち一方の基板に、基板面に対して略平行な電界を上記誘電性媒体に印加する少なくとも１対の電極からなる電界印加手段を備えていることが好ましい。
【００２５】
上述した構成とすることによって、基板に対して垂直な方向に通過する光に対して略直交する方向、つまり基板面に平行な方向に容易に電界を印加することができ、電界印加で発生する複屈折異方性を光信号の変化として容易に取り出すことができる。
【００２６】
また本発明に係る表示素子は、上記電極が、楔型であることがより好ましく、さらには上記楔型に形成された電極のなす角度は、９０度±１０度未満であることが好ましい。
【００２７】
上述した構成とすることにより、本発明に係る表示素子の視野角特性が向上する。
【００２８】
また本発明に係る表示素子は、上記電界印加手段による電界印加方向と、上記偏光板の吸収軸とのなす角度が、４５度±１０度未満であることが好ましい。
【００２９】
上述した９０度±１０度未満をなした楔型に形成された電界印加手段により、電界印加によって発生する上記誘電性媒体の光学的異方性の方向は少なくとも２方向（２ドメイン）存在することになる。各ドメインの電界印加により発生する光学的異方性の方向と、上記偏光板の吸収軸とがなす角度が４５度±１０度未満であり、かつ、各ドメインの電界印加により発生する光学的異方性の方向が互いに９０度±１０度未満をなすことで、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができる。
【００３０】
また本発明に係る表示素子は、上記一対の基板のうち少なくとも一方の基板における他方の基板との対向面表面に、配向膜が備えられていることが好ましく、水平配向処理が施されていることが好ましい。
【００３１】
配向処理が施されていることで、液晶の配向の秩序の度合いを向上させることができ、より大きなカー効果を得ることができる。
【００３２】
すなわち、例えば周囲温度が低く、電源投入時に、誘電性媒体が、本来駆動されるべき温度に達しておらず、誘電性媒体の物理的状態が、本来の駆動時の状態と異なっている場合であっても、上記誘電性媒体を、配向させることができるので、該誘電性媒体（物理的状態が、本来の駆動時の状態と異なる誘電性媒体）による光学的寄与を消失させることができる。
【００３３】
したがって、本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体の配向変化を補助することが可能となり、上記誘電性媒体の配向変化を補助することにより、カー効果の増大に寄与し、よって駆動電圧を低減することが可能となる。
【００３４】
また、上述した処理を施すことにより上記表示素子の温度が上昇するまでにおいても、良好な表示を実現することが可能になる。
【００３５】
また、上記の構成によれば、所望の駆動温度に達したとしても、基板界面に吸着した誘電性媒体の分子による光漏れは発生せず、高いコントラストを得ることができる。よって、上記の構成によれば、コントラストが低下することがなく、高速応答性、視野角特性に優れた表示素子を提供することができるというさらなる効果を奏する。
【００３６】
また、本発明に係る表示素子は、上記配向膜が、有機薄膜であることが好ましく、ポリイミド膜であることがより好ましい。
【００３７】
上記配向膜を有機薄膜、特に、ポリイミドとすることにより、極めて優れた配向効果を示すことが可能となる。すなわち、カー定数を容易に増大することが可能となる。また、上記ポリイミドは、安定性が高い材料であり信頼性が高い。したがって、ポリイミドを使用することによって、良好な表示性能を示す表示素子を提供することができる。
【００３８】
また本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体に、液晶性物質を含むことが好ましい。
【００３９】
液晶性物質に電界を印加することにより、微細構造に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能となる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明に係る表示素子は、以上のように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、上記一対の基板間に挟持され、電界の印加により光学的異方性が変化する誘電性媒体とを備えた表示素子であって、上記誘電性媒体に、無極性分子を含むことを特徴としていることから、カー効果を利用した表示素子であっても、従来技術における上述したような課題を解消できる。すなわち、本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体に無極性な分子を含むことにより、無極性な分子は、誘電性媒体における分子集合体において双極子相互作用等の影響を比較的受けにくいため、配向変化が起こり易い。そのため、光学変調に必要な電圧の上昇を抑えることができる。したがって、無極性分子を上記誘電性媒体に含むことにより、従来技術における光学素子（光学装置）とは異なり、光学変調に必要な電圧の上昇を抑えることが出来ると考えられる。
【００４１】
また、上記構成とすることにより、液晶材料を、相転移手段であるヒーター等の加熱によって等方相状態として表示素子に適用した場合であっても、カー定数が低下することなく、液晶材料の等方相転移温度を低下させることができる。カー定数が低下しないため、印加電圧が増大することなく、低電圧において駆動することが可能な液晶材料を備えた表示素子を実現することができる。
【００４２】
さらに、ヒーター等による加熱温度を低下させることができることから、従来と比較して広い使用温度範囲を備えた表示素子を提供することができる。
【００４３】
したがって、本発明に係る表示素子は、駆動電圧の上昇を抑えながら光学変調を行う温度を低下させることが可能な高速応答特性を有する表示素子を提供することが可能となる。すなわち、本発明に係る表示素子は、液晶相―等方相相転移が高くなく、かつ、光学変調に必要な駆動電圧の上昇を抑えた表示素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
本発明の実施の一形態について図１ないし図８に基づいて説明すれば、以下の通りである。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。
【００４５】
図１（ａ）は、電圧無印加状態（ＯＦＦ状態）における本実施の形態に係る表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図１（ｂ）は電圧印加状態（ＯＮ状態）における本実施の形態に係る表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。
【００４６】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る表示素子は、互いに対向して配置された、少なくとも一方が透明な一対の基板（以下、画素基板１１および対向基板１２と記す）を備え、これら一対の基板間に、電界の印加により光学変調する誘電性媒体からなる誘電性媒体層３が挟持されており、さらに上記一対の基板のうちの一方の基板（図中では上記画素基板１１）に電界印加手段である電極４および５を備え、さらに偏光板６および７を備えている。
【００４７】
また、上記画素基板１１および対向基板１２は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、基板１および２をそれぞれ有している。また、これら一対の基板１および２の外側（画素基板１１および対向基板１２の外側）、つまり、これら両基板１および２の対向面とは反対側の面には、偏光板６および７がそれぞれ設けられている構成を有している。
【００４８】
上記一対の基板１および２のうち、少なくとも一方の基板は透光性を有する、例えばガラス基板等の基板を用いることができる。
【００４９】
なお、上記基板１および２としては、従来基板として用いられているものに限定されるものではなく、例えばフィルム状であってもよく、また、可撓性を有するものであってもよく、少なくとも一方が透明であり、上記誘電性媒体を基板間、つまり、内部に保持（挟持）することができるものであれば、誘電性媒体の種類や相の状態等に応じて、様々な材料を使用することができる。
【００５０】
上記一対の基板１および２のうち、一方の基板１における他方の基板２との対向面上には、図１（ａ）および（ｂ）に示すように上記基板１に上記誘電性媒体層３に印加するための電極４および５が互いに対向配置されている。図１（ｂ）に示すように、電圧印加状態において、上記電極４および５は、上記誘電性媒体中に略平行な電界８を印加する。なおここで「上記基板１に対して略平行な電界」とは、基板に対して垂直な方向に通過する光に対して略直交する方向の電界のことをいう。
【００５１】
上記電極４および５は、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）等の透明電極材料等の電極材料からなり、本実施の形態では、例えば線幅５μｍ、電極間距離（電極間隔）５μｍ、厚み０．６μｍに設定されている。しかしながら、上記の電極材料並びに線幅、電極間距離、および厚みは単なる一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００５２】
上記電極４および５の一例としては、図２に示すように櫛歯部分４ａおよび５ａが互いに噛み合う方向に対向配置された櫛形の電極が挙げられる。さらに、櫛歯部分４ａおよび５ａは、それぞれが楔型であることが好ましい。また、具体的には、図示するように櫛歯部分４ａおよび５ａは、それぞれがジグザグ状に折れ曲がっていてもよい。ジグザグ状に折れ曲がっていることにより、例えばマトリクス状に配置された複数の画素の各列および各行にデータ信号線と走査信号線とがそれぞれ設けられている場合に、電極の櫛歯部分と上記データ信号線および走査信号線との間に生じる非表示領域を大幅に減少させることができ、表示領域を大きくすることができる。
【００５３】
しかしながら、上記電極４および５は、上記基板１に略平行な電界８を上記誘電性媒体層３に印加することができさえすれば、特に限定されるものではない。なお、楔型とは、「く」の字型に屈折した構造のことをいう。
【００５４】
さらに、上記楔型に形成された電極４および５は、その各々の楔型が、９０度±１０度未満、より好適には９０度±５度未満、最も好適には９０度の角度で屈折していることが好ましい。
【００５５】
上記角度を有した電極４および５による電界印加によって発生する上記誘電性媒体の光学的異方性の方向は、図２に示す矢印５０ａおよびｂに示すように少なくとも２方向（以下では、これを２ドメインと呼ぶ）存在することになる。したがって、後述するように上記偏光板の吸収軸とがなす角度が４５度であり、かつ、各ドメインの電界印加により発生する光学的異方性の方向が互いに９０度をなすことで、斜め視角の色付き現象を互いに補償しあうことができ、透過率を損なうことなく、視野角特性を大きく向上させることができる。
【００５６】
さらに、上記基板１における基板２との対向面上、つまり、上記画素基板１１における対向基板１２との対向面表面には、ラビング処理が施された配向膜９が、上記電極４および５を覆うように、上記基板１における基板２との対向面全面に渡って形成されている。
【００５７】
また、上記基板２における基板１との対向面上、つまり、上記対向基板１２における画素基板１１との対向面表面にも、ラビング処理が施された配向膜１０が、上記基板２における基板１との対向面全面に渡って形成されている。
【００５８】
上記配向膜９および１０は、図２に示すように、そのラビング方向が、上記偏光板６および７の吸収軸６ａおよび７ａのうち何れか一方の偏光板吸収軸と一致するように、上記ラビング処理として、配向処理方向が基板面内方向の水平ラビング処理（水平配向処理）が施されている。配向処理が施されていることで、液晶の配向の秩序の度合いを向上させることができ、より大きなカー効果を得ることができる。
【００５９】
また、図２および図１に示すように、偏光板６および７は、互いの偏光板吸収軸方向が直交するように配置されていると共に、各偏光板６および７における偏光板吸収軸は、電極４および５の電界印加方向に対して４５度の角度をなしている。
【００６０】
本実施の形態に係る表示素子において、誘電性媒体層３は、電界印加方向に配向秩序度が上昇することにより光学的異方性が発現し、透過率が変化するシャッター型の表示素子として機能し得る。したがって、互いに直交する偏光板吸収軸方向に対して、その異方性方向は、４５度の角度をなす時に最大透過率を与える。なお、誘電性媒体の光学的異方性が発現する方位が、偏光板吸収軸にそれぞれ±θ（度）の角度に存在するとしたときの透過率（Ｐ）は、Ｐ（％）＝ｓｉｎ２（２θ）より見積もられ、上記θが４５度の時の透過率を１００％とすれば、ほぼ９０％以上であれば人間の目には最大輝度を有していると感じられることから、上記θは、３５度＜θ＜５５度であれば、人間の目には最大輝度を有していると感じられる。つまり、本実施の形態に示すように、電界が例えば基板１に略平行に印加される表示素子では、偏光板の吸収軸の方向、言い換えれば、水平配向処理における配向処理方向（ラビング方向）が、上記電極４および５による電界印加方向に対し、４５度±１０度未満、より好適には４５度±５度未満、最も好適には４５度の角度をなすことで、透過率を最大化することができる。
【００６１】
次に、上記偏光板６および７は、両基板１および２にそれぞれ設けられ、互いの偏光板吸収軸方向が直交すると共に、各偏光板６および７における偏光板吸収軸と電極４および５（櫛歯部分４ａおよび５ａ）の電極伸長方向とが４５度の角度をなすように形成されている。
【００６２】
よって、上記表示素子において、上記電極４および５による電界印加方向は、上記偏光板６および７の偏光板の吸収軸の方向、並びに配向膜９および１０のラビング方向と４５度の角度をなしている。
【００６３】
上記配向膜９および１０におけるラビング方向は、上述したように上記偏光板６および７の何れか一方の偏光板吸収軸と一致してさえいれば、互いに平行（互いの配向（処理）方向が、平行でかつ向きが同じ）であってもよく、反平行（逆平行）、つまり、互いの配向（処理）方向が、平行でかつ向きが反対（逆）であってもよく、直交していてもよい。
【００６４】
すなわち、本実施の形態によれば、たとえ電圧無印加時に光学異方性が発現したとしても、上記画素基板１１および対向基板１２における互いの対向表面に、一方の偏光板吸収軸と平行または直交する方向の水平配向処理を施し、その光学異方性の方向、つまり、配向方向を、上記偏光板吸収軸と平行または直交する方向にしておくことで、その光学的寄与を消失させることができる。つまり、本実施の形態において、上記画素基板１１および対向基板１２における互いの対向面表面に水平配向処理が施されていることで、基板界面の誘電性媒体、厳密には該誘電性媒体を構成する分子は、素子駆動温度未満の温度で、上記配向処理における配向（処理）方向に沿って配向する。
【００６５】
また、本実施の形態にかかる表示素子によれば、所望の駆動温度領域に達したとしても、基板界面に吸着した分子による黒表示時の光の漏れは観測されず、高いコントラストを実現することができる。したがって、コントラストが低下することがなく、高速応答性、視野角特性に優れた表示素子を得ることができる。
【００６６】
なお、上記基板１および２における互いのラビング方向は、前記したように、直交、平行または反平行であることが望ましいが、より望ましくは、平行または反平行のときである。上記両基板１および２に水平配向処理を行うと共に、互いの水平配向方向を平行または反平行とすることで、コントラストを最大化することができ、この結果、黒輝度をより小さくすることができた。
【００６７】
なお、本実施の形態では、両基板１および２（画素基板１１および対向基板１２）に対し、配向膜９および１０の形成、並びにラビング処理を行ったが、上記した効果は、一方の基板のみにラビング処理を行った場合であっても得ることはできる。この場合、両基板１および２に上記配向膜９および１０を形成した場合、つまり、両基板１および２に配向処理を施した場合ほどの効果は得られないが、電極４および５を形成した基板１とは反対側の基板２だけに配向膜（配向膜１０）を形成しておけば、基板１側の配向膜９に由来する電圧降下が発生せず、素子の駆動電圧が上昇することもなく、実用上のメリットが大きい。また、所望の駆動温度になったとしても、基板界面に吸着した分子による光漏れは発生せず、高いコントラストを得ることができる。また、所望の駆動温度になったとしても、基板界面に吸着した分子による光漏れは発生せず、高いコントラストを得ることができる。
【００６８】
上記配向膜９および１０の材質としては、それぞれ有機膜であってもよいし、無機膜であってもよく、誘電性媒体を構成する分子の配向の秩序の度合いを向上させ、該分子を、所望の方向に配向させることができさえすれば、特に限定されるものではないが、上記配向膜９および１０を有機薄膜により形成した場合、良好な配向効果を示すことから、上記配向膜９および１０としては有機薄膜を用いることがより望ましい。このような有機薄膜の中でもポリイミドは安定性、信頼性が高く、極めて優れた配向効果を示すことから、配向膜材料にポリイミドを使用することで、より良好な表示性能を示す表示素子を提供することができる。
【００６９】
なお、上記配向膜９および１０としては、市販の水平配向膜を用いることができる。
【００７０】
また、上記配向膜９および１０としては、その配向制御が容易であることから光感応性を有する官能基（以下、光官能基と記す）を有していてもよい。上記光官能基としては、例えば二量化反応をするシンナメート系、カルコン系等や、異性化反応をするアゾ系等が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７１】
上記配向膜９および１０が光官能基を有する場合、上記画素基板１１および対向基板１２表面、すなわち、上記配向膜９および１０表面に、偏光された紫外線の照射（以下、偏光紫外光照射と記す）を行って配向規制力を発現させることにより、容易に所望の配向処理を行うことができる。
【００７２】
本実施の形態における表示素子は、例えば、上記画素基板１１と対向基板１２とを、図示しないシール剤により、必要に応じて、例えば図示しないプラスチックビーズやガラスファイバースペーサ等のスペーサを介して貼り合わせ、その空隙に、上記誘電性媒体を封入することにより形成される。
【００７３】
本実施の形態に用いられる上記誘電性媒体層３の上記誘電性媒体は、電界を印加することにより、光学的異方性が変化する媒体である。物質中に外部から電界Ｅｊを加えると、電気変位Ｄｉｊ＝εｉｊ・Ｅｊを生じるが、そのとき、誘電率（εｉｊ）にもわずかな変化が見られる。光の周波数では屈折率（ｎ）の自乗は誘電率と等価であるから、上記誘電性媒体は、電界の印加により、屈折率が変化する物質と言うこともできる。
【００７４】
このように、本実施の形態に係る表示素子は、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）を利用して表示を行うものであり、電界印加により分子（分子の配向方向）が揃って回転することを利用した液晶表示素子とは異なり、光学的異方性の方向は殆ど変化せず、その光学的異方性の程度の変化（主に、電子分極や配向分極）により表示を行うようになっている。
【００７５】
上記誘電性媒体としては、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質等、電界無印加時に光学的には等方（巨視的に見て等方であればよい）であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質であってもよく、電界無印加時に光学的異方性を有し、電界印加により異方性が消失し、光学的に等方性（巨視的に見て等方であればよい）を示す物質であってもよい。典型的には、誘電性媒体は、電界無印加時には光学的に等方（巨視的に見て等方であればよい）であり、電界印加により光学変調（特に電界印加により複屈折が上昇することが望ましい）を発現する物質である。
【００７６】
ポッケルス効果、カー効果（それ自身は、等方相状態で観察される）は、それぞれ、電界の一次または二次に比例する電気光学効果であり、電圧無印加状態では、等方相であるため光学的に等方的であるが、電圧印加状態では、電界が印加されている領域において、電界方向に化合物の分子の長軸方向が配向し、複屈折が発現することにより透過率を変調することができる。例えば、カー効果を示す物質を用いた表示方式の場合、電界を印加して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、応答速度が非常に速く、また、分子が無秩序に配列していることから、視角制限がないという利点がある。なお、上記誘電性媒体のうち、大まかに見て電界の一次または二次に比例しているものは、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質として扱うことができる。
【００７７】
ポッケルス効果を示す物質としては、例えば、ヘキサミン等の有機固体材料等が挙げられるが、特に限定されるものではない。上記媒質Ａとしては、ポッケルス効果を示す各種有機材料、無機材料を用いることができる。
【００７８】
次に、カー効果を示す物質について説明すると以下の通りである。すなわち、カー効果を示す物質は、上述したように電界の二次に比例する電気光学効果であり、電圧無印加状態では、等方相であるため光学的に等方的であるが、電圧印加状態では、電界が印加されている領域において、電界方向に化合物の分子の長軸方向が配向し、複屈折が発現することにより透過率を変調することができる。カー効果を示す物質を用いることにより、電界を印加して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、応答速度が非常に速く、また、分子が無秩序に配列していることから、視角制限がないという利点がある。
【００７９】
カー効果を示す物質としては、下記構造式（１）〜（４）
【００８０】
【化１】
2005308825.tif 000003
【００８１】
で示される液晶性物質や、後述する実施例において用いる下記構造式（５）〜（７）
【００８２】
【化２】
2005308825.tif 000004
【００８３】
で示される液晶性物質等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
【００８４】
カー効果は、入射光に対して透明な媒質中で観測される。このため、カー効果を示す物質は、透明媒質として用いられる。通常、液晶性物質は、温度上昇に伴って、短距離秩序を持った液晶相から、分子レベルでランダムな配向を有する等方相に移行する。つまり、液晶性物質のカー効果は、ネマティック相ではなく、液晶相−等方相温度以上の等方相状態の液体に見られる現象であり、上記液晶性物質は、透明な誘電性液体として使用される。
【００８５】
液晶性物質等の誘電性液体は、加熱による使用環境温度（加熱温度）が高いほど、等方相状態となる。よって、上記媒質として液晶性物質等の誘電性液体を使用する場合には、該誘電性液体を透明、すなわち可視光に対して透明な液体状態で使用するために、例えば、（１）誘電性媒体層３の周辺に、図示しないヒーター等の加熱手段を設け、該加熱手段により上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよいし、（２）バックライトからの熱輻射や、バックライトおよび／または周辺駆動回路からの熱伝導（この場合、上記バックライトや周辺駆動回路が加熱手段として機能する）等により、上記誘電性液体をその透明点以上に加熱して用いてもよい。また、（３）上記基板１および２の少なくとも一方に、ヒーターとしてシート状ヒーター（加熱手段）を貼合し、所定の温度に加熱して用いてもよい。さらに、上記誘電性液体を透明状態で用いるために、透明点が、上記表示素子の使用温度範囲下限よりも低い材料を用いることも可能である。
【００８６】
また、上記誘電性媒体は、液晶性物質を含んでいることが望ましく、液晶性物質を使用する場合には、該液晶性物質は、巨視的には等方相を示す透明な液体であるが、微視的には一定の方向に配列した短距離秩序を有する分子集団であるクラスタを含んでいることが望ましい。なお、上記液晶性物質は可視光に対して透明な状態で使用されることから、上記クラスタも、可視光に対して透明（光学的に等方）な状態で用いられる。
【００８７】
このために、上記表示素子は、上述したように、ヒーター等の加熱手段を用いて温度制御を行ってもよく、上記液晶性物質の直径を例えば０．１μｍ以下とする等、上記液晶性物質を、光の波長よりも小さな径を有する微小ドロップレットとし、光の散乱を抑制することにより透明状態とするか、または、使用環境温度（室温）にて透明な等方相を示す液晶性化合物を使用する等してもよい。上記液晶性物質の直径、さらにはクラスタの径（長径）が０．１μｍ以下、つまり、光の波長（入射光波長）よりも小さい場合の光の散乱は無視することができる。このため、例えば上記クラスタの径が０．１μｍ以下であれば、上記クラスタもまた可視光に対して透明である。
【００８８】
なお、上記誘電性媒体は、上述したようにポッケルス効果またはカー効果を示す物質に限定されない。このため、上記誘電性媒体は、分子の配列が、光の波長以下（例えばナノスケール）のスケールのキュービック対称性を有する秩序構造を有し、光学的には等方的に見えるキュービック相（非特許文献３・６〜８参照）を有していてもよい。キュービック相は上記誘電性媒体として使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、キュービック相を示す液晶性物質としては、例えば、下記構造式（８）
【００８９】
【化３】
2005308825.tif 000005
【００９０】
で示されるＢＡＢＨ８等が挙げられる。このような液晶性物質に電界を印加すれば、微細構造に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能となる。
【００９１】
ＢＡＢＨ８は、１３６．７℃以上、１６１℃以下の温度範囲では、光の波長以下のスケールのキュービック対称性を有する秩序構造からなるキュービック相を示す。該ＢＡＢＨ８は、光の波長以下の秩序構造を有し、上記温度範囲において、電圧無印加時に光学的等方性を示すことで、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。
【００９２】
一方、上記ＢＡＢＨ８の温度を、例えば前記した加熱手段等を用いて１３６．７℃以上、１６１℃以下に制御しながら、電極４および５（櫛形電極）間に電圧を印加すると、キュービック対称性を有する構造（秩序構造）に歪みが生じる。すなわち、上記ＢＡＢＨ８は、上記の温度範囲において、電圧無印加状態では等方的であり、電圧印加により異方性が発現する。
【００９３】
これにより、上記媒質層３において複屈折が発生するので、上記表示素子は、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、その大きさが電圧印加によって変化する。また、電極４および５（櫛形電極）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、１３６．７℃以上、１６１℃以下の温度範囲、すなわち、約２０Ｋという広い温度範囲において安定した曲線となる。このため、上記ＢＡＢＨ８を上記誘電性媒体として使用した場合、温度制御を極めて容易に行うことができる。すなわち、上記ＢＡＢＨ８からなる誘電性媒体層３は、熱的に安定な相であるため、急激な温度依存性が発現せず、温度制御が極めて容易である。
【００９４】
また、上記誘電性媒体としては、液晶分子が光の波長以下のサイズで放射状に配向した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実現することも可能であり、その手法としては非特許文献４に記載の液晶マイクロエマルションや非特許文献５に記載の液晶・微粒子分散系（溶媒（液晶）中に微粒子を混在させた混合系、以下、単に液晶微粒子分散系と記す）の手法を応用することも可能である。これらに電界を印加すれば、放射状配向の集合体に歪みが与えられ、光学変調を誘起させることが可能である。
【００９５】
なお、これら液晶性物質は、何れも、単体で液晶性を示すものであってもよいし、複数の物質が混合されることにより液晶性を示すものであってもよいし、これらの物質に他の非液晶性物質が混入されていてもよい。さらには、非特許文献１に記載されているような高分子・液晶分散系の物質を適用することもできる。また、非特許文献２に記載されているようなゲル化剤を添加してもよい。
【００９６】
また、上記誘電性媒体としては、有極性分子を含有することが望ましく、例えばニトロベンゼン等が誘電性媒体として好適である。なお、ニトロベンゼンもカー効果を示す媒質の一種である。
【００９７】
以下に、上記誘電性媒体として用いることができる物質もしくは該物質の形態の一例を示すが、本発明は以下の例示にのみ限定されるものではない。
【００９８】
〔スメクチックＤ相（ＳｍＤ）〕
スメクチックＤ相（ＳｍＤ）は、上記誘電性媒体として使用することができる液晶性物質の液晶相の一つであり、三次元格子構造を有し、その格子定数が光の波長以下である。このため、スメクチックＤ相は、光学的には等方性を示す。
【００９９】
スメクチックＤ相を示す液晶性物質としては、例えば、非特許文献３もしくは非特許文献８に記載の下記一般式（９）・（１０）
【０１００】
【化４】
2005308825.tif 000006
【０１０１】
で表されるＡＮＢＣ１６等が挙げられる。なお、上記一般式（９）・（１０）において、ｍは任意の整数、具体的には、一般式（９）においてはｍ＝１６、一般式（１０）においてはｍ＝１５を示し、Ｘは−ＮＯ２基を示す。
【０１０２】
上記ＡＮＢＣ１６は、１７１．０℃〜１９７．２℃の温度範囲において、スメクチックＤ相が発現する。ＡＮＢＣ１６がスメクチックＤ相を示す上記の温度領域において、ＡＮＢＣ１６に電界を印加すれば、ＡＮＢＣ１６の分子自身に誘電異方性が存在するため、分子が電界方向に向こうとして格子構造に歪が生じる。すなわち、ＡＮＢＣ１６に光学的異方性が発現する。なお、ＡＮＢＣ１６に限らず、スメクチックＤ相を示す物質であれば、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として適用することができる。
【０１０３】
〔液晶マイクロエマルション〕
液晶マイクロエマルションとは、非特許文献４において提案された、Ｏ／Ｗ型マイクロエマルション（油の中に水を界面活性剤で水滴の形で溶解させた系で、油が連続相となる）の油分子をサーモトロピック液晶分子で置換したシステム（混合系）の総称である。
【０１０４】
液晶マイクロエマルションの具体例としては、例えば、非特許文献４に記載されている、ネマティック液晶相を示すサーモトロピック液晶であるペンチルシアノビフェニル（５ＣＢ）と、逆ミセル相を示すリオトロピック（ライオトロピック）液晶であるジドデシルアンモニウムブロマイド（ＤＤＡＢ）の水溶液との混合系がある。この混合系は、図３および図４に示すような模式図で表される構造を有している。
【０１０５】
また、この混合系は、典型的には逆ミセルの直径が５０Å程度、逆ミセル間の距離が２００Å程度である。これらのスケールは光の波長より一桁程度小さい。また、逆ミセルが三次元空間的にランダムに存在しており、各逆ミセルを中心に５ＣＢが放射状に配向している。したがって、この混合系は、光学的には等方性を示す。
【０１０６】
そして、この混合系からなる誘電性媒体に電界を印加すれば、５ＣＢに誘電異方性が存在するため、分子自身が電界方向に向こうとする。すなわち、逆ミセルを中心に放射状に配向していたため光学的に等方であった系に、配向異方性が発現し、光学的異方性が発現する。なお、上記の混合系に限らず、電圧無印加時には光学的に等方性を示し、電圧印加によって光学的異方性が発現する液晶マイクロエマルションであれば、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として適用することができる。
【０１０７】
〔リオトロピック液晶〕
リオトロピック（ライオトロピック）液晶とは、液晶を形成する主たる分子が、他の性質を持つ溶媒（水や有機溶剤など）に溶けているような他成分系の液晶を意味する。また、上記の特定の相とは、電界無印加時に光学的に等方性を示す相である。このような特定の相としては、例えば、非特許文献１１に記載されているミセル相、スポンジ相、キュービック相、逆ミセル相がある。図５に、リオトロピック液晶相の分類図を示す。
【０１０８】
両親媒性物質である界面活性剤には、ミセル相を発現する物質がある。例えば、イオン性界面活性剤である硫酸ドデシルナトリウムの水溶液やパルチミン酸カリウムの水溶液等は球状ミセルを形成する。また、非イオン性界面活性剤であるポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルと水との混合液では、ノニルフェニル基が疎水基として働き、オキシエチレン鎖が親水基として働くことにより、ミセルを形成する。他にも、スチレン−エチレンオキシドブロック共重合体の水溶液でもミセルを形成する。
【０１０９】
例えば、球状ミセルは、分子が空間的全方位にパッキング（分子集合体を形成）して球状を示す。また、球状ミセルのサイズは、光の波長以下であるため、異方性を示さず、等方的に見える。しかしながら、このような球状ミセルに電界を印加すれば、球状ミセルが歪むため異方性を発現する。よって、球状ミセル相を有するリオトロピック液晶もまた、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として適用することができる。なお、球状ミセル相に限らず、他の形状のミセル相、すなわち、紐状ミセル相、楕円状ミセル相、棒状ミセル相等を誘電性媒体として使用しても、同様の効果を得ることができる。
【０１１０】
また、濃度、温度、界面活性剤の条件によっては、親水基と疎水基とが入れ替わった逆ミセルが形成されることが一般に知られている。このような逆ミセルは、光学的にはミセルと同様の効果を示す。したがって、逆ミセル相を誘電性媒体として適用することにより、ミセル相を用いた場合と同等の効果を奏する。なお、前述した液晶マイクロエマルションは、逆ミセル相（逆ミセル構造）を有するリオトロピック液晶の一例である。
【０１１１】
また、非イオン性界面活性剤であるペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液には、図５に示したような、スポンジ相やキュービック相を示す濃度および温度領域が存在する。このようなスポンジ相やキュービック相は、光の波長以下の秩序を有しているので透明な物質である。すなわち、これらの相からなる媒質は、光学的には等方性を示す。そして、これらの相からなる媒質に電圧を印加すると、配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。したがって、スポンジ相やキュービック相を有するリオトロピック液晶もまた、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として適用することができる。
【０１１２】
〔液晶微粒子分散系〕
また、誘電性媒体は、例えば、非イオン性界面活性剤ペンタエチレングリコール−ドデシルエーテルの水溶液に、表面を硫酸基で修飾した直径１００Å程度のラテックス粒子を混在させた、液晶微粒子分散系であってもよい。上記液晶微粒子分散系ではスポンジ相が発現するが、本実施の形態において用いられる誘電性媒体としては、前述したミセル相、キュービック相、逆ミセル相等を発現する液晶微粒子分散系であってもよい。なお、上記ラテックス粒子に代えて前記ＤＤＡＢを使用することによって、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることもできる。
【０１１３】
〔デンドリマー〕
デンドリマーとは、モノマー単位毎に枝分かれのある三次元状の高分岐ポリマーである。デンドリマーは、枝分かれが多いために、ある程度以上の分子量になると球状構造となる。この球状構造は、光の波長以下の秩序を有しているので透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。したがって、デンドリマーもまた、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として適用することができる。また、前述した液晶マイクロエマルションにおいてＤＤＡＢに代えて上記デンドリマーを使用することにより、前述した液晶マイクロエマルションと同様な配向構造を得ることができる。このようにして得られた媒質もまた、上記誘電性媒体として適用することができる。
【０１１４】
〔コレステリックブルー相〕
コレステリックブルー相は、螺旋軸が３次元的に周期構造を形成しており、その構造は、高い対称性を有していることが知られている（例えば、非特許文献６・７参照）。コレステリックブルー相は、光の波長以下の秩序を有しているのでほぼ透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。すなわち、コレステリックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向こうとするために格子が歪み、異方性を発現する。
【０１１５】
なお、コレステリックブルー相を示す物質としては、例えば、「ＪＣ１０４１」（商品名、チッソ社製混合液晶）を４８．２重量％、「５ＣＢ」（４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル、ネマティック液晶）を４７．４重量％、「ＺＬＩ−４５７２」（商品名、メルク社製カイラルドーパント）を４．４重量％の割合で混合してなる組成物が知られている。該組成物は、３３０．７Ｋから３３１．８Ｋの温度範囲で、コレステリックブルー相を示す。
【０１１６】
〔スメクチックブルー相〕
スメクチックブルー（ＢＰＳｍ）相は、コステリックブルー相と同様、高い対称性の構造を有し（例えば、非特許文献７、非特許文献１０等参照）、光の波長以下の秩序を有しているのでほぼ透明な物質であり、電圧印加によって配向秩序が変化して光学的異方性が発現する。すなわち、スメクチックブルー相は、光学的に概ね等方性を示し、電界印加によって液晶分子が電界方向に向こうとするために格子が歪み、異方性を発現する。
【０１１７】
なお、スメクチックブルー相を示す物質としては、例えば、非特許文献１０に記載されているＦＨ／ＦＨ／ＨＨ−１４ＢＴＭＨＣ等が挙げられる。該物質は、７４．４℃〜７３．２℃でＢＰＳｍ３相、７３．２℃〜７２．３℃でＢＰＳｍ２相、７２．３℃〜７２．１℃でＢＰＳｍ１相を示す。ＢＰＳｍ相は、非特許文献７に示すように、高い対称性の構造を有するため、概ね光学的等方性が示される。また、物質ＦＨ／ＦＨ／ＨＨ−１４ＢＴＭＨＣに電界を印加すると、液晶分子が電界方向に向こうとすることにより格子が歪み、同物質は異方性を発現する。よって、同物質は、本実施の形態にかかる表示素子の誘電性媒体として使用することができる。
【０１１８】
以上のように、本実施の形態にかかる表示素子において誘電性媒体として使用することができる物質は、電界の印加により光学的異方性（屈折率、配向秩序度）が変化するものでありさえすれば、ポッケルス効果またはカー効果を示す物質であってもよく、キュービック相、スメクチックＤ相、コレステリックブルー相、スメクチックブルー相の何れかを示す分子からなるものであってもよく、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、キュービック相の何れかを示すリオトロピック液晶もしくは液晶微粒子分散系であってもよい。また、上記誘電性媒体は、液晶マイクロエマルションやデンドリマー（デンドリマー分子）、両親媒性分子、コポリマー、もしくは、上記以外の有極性分子等であってもよい。
【０１１９】
また、上記誘電性媒体は、液晶性物質に限らず、電圧印加時または電圧無印加時に光の波長以下の秩序構造（配向秩序）を有することが好ましい。秩序構造が光の波長以下であれば、光学的に等方性を示す。したがって、電圧印加時または電圧無印加時に秩序構造が光の波長以下となる誘電性媒体を用いることにより、電圧無印加時と電圧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。
【０１２０】
ここで、上述した特許文献１に記載の表示装置は、上記構造式（１）〜（４）に示される液晶性物質を用いて、本実施の形態と同様に電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行うものである。具体的に、特許文献１は、等方相状態の有極性分子を含む媒体（本実施の形態における誘電性媒体）を一対の基板間に挟持した表示装置である。しかしながら、特許文献１に記載の表示装置では、液晶相―等方相相転移温度を低下させることはできる反面、これと同時にカー定数の低下を招くため、よって駆動電圧の上昇を引き起こす結果となった。
【０１２１】
そこで、本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体層３の上記誘電性媒体に無極性分子を含んだ表示素子である。
【０１２２】
上記無極性分子としては、後述する実施例にあるようにｎ−ドデカンを挙げることができるが、本実施の形態においては、これに限定されるものではなく、無極性であればよく、ｎ−ドデカンの他にもｎ−オクタンや、ｎ−デカン等が挙げられる。なお、その中でもｎ−デカンが好適であり、ｎ−ドデカンが最も好適である。
【０１２３】
さらに、上記無極性分子の含有量としては、特に限定されるものではないが、誘電性媒体に例えば0.5％〜10％の範囲で用いることができる。
【０１２４】
無極性分子が上記誘電性媒体に含まれることにより、誘電性媒体における分子集合体において双極子相互作用等の影響を比較的受けにくいため、配向変化が起こり易い。そのため、光学変調に必要な電圧の上昇を抑えることができる。したがって、カー定数の低下を防ぎ、かつ、液晶相―等方相相転移温度も高くない表示素子を実現できる。
【０１２５】
次に、本実施の形態に係る表示素子における表示原理について、以下に説明する。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。
【０１２６】
まず、本実施の形態に係る表示素子と、一般的な液晶表示素子との原理の違いについて説明する。
【０１２７】
図６は、図１（ａ）および（ｂ）に示す表示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラフであり、図７（ａ）〜（ｈ）は、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子と従来の液晶表示素子との表示原理の違いを、電圧無印加時（ＯＦＦ状態）および電圧印加時（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）およびその主軸方向にて模式的に示す断面図であり、図７（ａ）〜（ｈ）は、順に、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子の電圧無印加時（ＯＦＦ状態）の断面図、該表示素子の電圧印加時（ＯＮ状態）の断面図、ＴＮ(Twisted Nematic)方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該ＴＮ方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図、ＶＡ（Vertical Alignment）方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該ＶＡ方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図、該ＩＰＳ方式の液晶表示素子の電圧印加時の断面図を示す。
【０１２８】
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、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両電極４および５の対向方向、基板面に垂直な方向（基板法線方向）、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両電極４および５の対向方向に垂直な方向を、それぞれｘ，ｙ，ｚ方向とすると、任意の直交座標系（Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３）を用いて下記関係式（１）
【０１２９】
【数１】
2005308825.tif 000007
【０１３０】
（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１２参照）。ここで、上記関係式（１）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、下記関係式（２）
【０１３１】
【数２】
2005308825.tif 000008
【０１３２】
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。
【０１３３】
まず、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子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。
【０１３４】
図７（ｃ）および（ｄ）に示すように、ＴＮ方式の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板１０１および１０２間に液晶層１０５が挟持され、上記両基板１０１および１０２上にそれぞれ透明電極１０３および１０４（電極）が設けられている構成を有し、電圧無印加時には、液晶層１０５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、電圧印加時には、上記液晶分子の長軸方向が電界方向に沿って配向するようになっている。この場合における平均的な屈折率楕円体１０５ａは、電圧無印加時には、図７（ｃ）に示すように、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）を向き、電圧印加時には、図７（ｄ）に示すように、その主軸方向が基板面法線方向を向く。すなわち、電圧無印加時と電圧印加時とで、屈折率楕円体１０５ａの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する（屈折率楕円体１０５ａが回転する）。
【０１３５】
ＶＡ方式の液晶表示素子は、図７（ｅ）および（ｆ）に示すように、対向配置された一対の基板２０１および２０２間に液晶層２０５が挟持され、上記両基板２０１および２０２上にそれぞれ透明電極（電極）２０３および２０４が備えられている構成を有し、電圧無印加時には、液晶層２０５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、電圧印加時には、上記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２０５ａは、図７（ｅ）に示すように、電圧無印加時には、その主軸方向（長軸方向）が基板面法線方向を向き、図７（ｆ）に示すように、電圧印加時にはその主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、ＶＡ方式の液晶表示素子の場合にも、ＴＮ方式の液晶表示素子と同様、電圧無印加時と電圧印加時とで、屈折率楕円体２０５ａの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する（屈折率楕円体２０５ａが回転する）。
【０１３６】
また、ＩＰＳ方式の液晶表示素子は、図７（ｇ）および（ｈ）に示すように、同一の基板３０１上に、１対の電極３０２および３０３が対向配置された構成を有し、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および３０３により電圧が印加されることで、上記液晶層における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、電圧無印加時と電圧印加時とで、異なる表示状態を実現することができるようになっている。すなわち、ＩＰＳ方式の液晶表示素子の場合にも、ＴＮ方式およびＶＡ方式の液晶表示素子と同様、図７（ｇ）に示す電圧無印加時と図７（ｈ）に示す電圧印加時とで、屈折率楕円体３０５ａの形状は変わらずに、その主軸方向が変化する（屈折率楕円体３０５ａが回転する）。
【０１３７】
このように、従来の液晶表示素子では、電圧無印加時でも液晶分子が何らかの方向に配向しており、電圧を印加することによってその配向方向を変化させて表示（透過率の変調）を行っている。すなわち、屈折率楕円体の形状は変化しないが、屈折率楕円体の主軸方向が電圧印加によって回転（変化）することを利用して表示を行っている。つまり、従来の液晶表示素子では、液晶分子の配向秩序度は一定であり、配向方向を変化させることによって表示（透過率の変調）を行っている。
【０１３８】
これに対し、本実施の形態に係る表示素子も含め、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子は、図７（ａ）および（ｂ）に示すように、電圧無印加時における屈折率楕円体３ａの形状は球状、すなわち、光学的に等方（ｎｘ＝ｎｙ＝ｎｚ、配向秩序度＝０）であり、電圧を印加することによって異方性（ｎｘ＞ｎｙ、配向秩序度＞０）が発現するようになっている。なお、上記ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、それぞれ、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両電極４および５の対向方向の主屈折率、基板面に垂直な方向（基板法線方向）の主屈折率、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両電極４および５の対向方向に垂直な方向の主屈折率を表している。
【０１３９】
本実施の形態に係る表示素子は、光学的異方性の方向は一定（電圧印加方向は変化しない）で例えば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、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。
【０１４０】
本実施の形態に係る表示素子について具体的に説明すると以下の通りである。図８は、本実施の形態に係る表示素子に関する図である。図８（ａ）および（ｂ）はともに、電界無印加状態（ＯＦＦ状態）における本実施の形態に係る表示素子の構成を模式的に示す図であり、図８（ａ）は断面図であり、図８（ｂ）は要部平面図である。また図８（ｃ）および（ｄ）はともに、電圧印加状態（ＯＮ状態）における上記表示素子の構成を模式的に示す図であり、図８（ｃ）は断面図であり、図８（ｄ）は要部平面図である。なお、図８（ｂ）および（ｄ）は、上記表示素子における１画素中の構成を示すものとし、説明の便宜上、対向基板１２の構成については図示を省略する。なお、上記電極４および５としては、図２に示したように、連続した楔型構造であることが好ましい。
【０１４１】
本実施の形態に係る表示素子は、図８（ａ）および（ｂ）に示すように、電極４および５に電圧を印加していない状態では、基板１および２間に封入される誘電性媒体（誘電性媒体層３）が等方相を示し、光学的にも等方となるので、黒表示になる。
【０１４２】
一方、図８（ｃ）および（ｄ）に示すように、電極４および５に電圧を印加すると、上記誘電性媒体の各分子が、その長軸方向が上記電極４および５間に形成される電界に沿うように配向されるので、複屈折現象が発現する。この複屈折現象により、電極４および５間の電圧に応じて表示素子の透過率を変調することができる。
【０１４３】
なお、相転移温度（転移点）から十分遠い温度においては表示素子の透過率を変調させるために必要な電圧は大きくなるが、転移点のすぐ直上の温度では０〜１００Ｖ前後の電圧で、十分に透過率を変調させることが可能になる。
【０１４４】
例えば、非特許文献９および非特許文献１２によれば、電界方向の屈折率と、電界方向に垂直な方向の屈折率とを、それぞれｎ//、ｎ⊥とすると、複屈折変化（Δｎ＝ｎ//−ｎ⊥）と、外部電界、すなわち電界Ｅ（Ｖ／ｍ）との関係は、下記関係式（３）
Δｎ＝λ・Ｂｋ・Ｅ２      …（３）
で表される。なお、λは真空中での入射光の波長（ｍ）、Ｂｋはカー定数（ｍ／Ｖ２）、Ｅは印加電界強度（Ｖ／ｍ）である。
【０１４５】
カー定数Ｂは、温度（Ｔ）の上昇とともに１／（Ｔ−Ｔｎｉ）に比例する関数で減少することが知られており、転移点（Ｔｎｉ）近傍では弱い電界強度で駆動できていたとしても、温度（Ｔ）が上昇するとともに急激に必要な電界強度が増大する。このため、転移点から十分遠い温度（転移点よりも十分に高い温度）では透過率を変調させるために必要な電圧が大きくなるが、相転移直上の温度では、約１００Ｖ以下の電圧で、透過率を十分に変調させることができる。
【０１４６】
これまで、カー効果を示す物質は、数マイクロ秒〜数ミリ秒の応答特性を示すので、表示装置による表示を入力電圧に対して高速に応答させるために用いられることが期待されていながら、カー効果を利用した表示素子は、駆動電圧が高く、液晶相−等方相相転移温度が高いといった問題が挙げられていた。
【０１４７】
そこで、上述したように特許文献１に記載された表示装置は、エチルアルコール等の有極性分子を液晶材料に加えることにより液晶相―等方相相転移温度を低下させることができ、課題であった液晶相−等方相相転移温度が高いという問題を解消できたというものであった。しかしながら、特許文献１に記載された表示装置における方法では、液晶相―等方相相転移温度を低下させることは可能となったが、液晶相―等方相相転移温度を低下させると同時にカー定数の低下を招き、これによって駆動電圧の上昇を引き起こすことが、本願発明者等が検討した結果判った。
【０１４８】
そこで、上述したように本発明に係る表示素子は、上記誘電性媒体に、無極性な分子を含むものである。無極性な分子は、誘電性媒体における分子集合体において双極子相互作用等の影響を比較的受けにくいため、配向変化が起こり易い。そのため、光学変調に必要な電圧の上昇を抑えることができる。
【０１４９】
本実施の形態においては、上述したように、上記電極４および５が一方の基板１における他方の基板２との対向面上に互いに対向配置されている。カー効果は、上述したように、物質の屈折率変化Δｎが電界Ｅの二乗に比例し、通常、電界Ｅの印加方向と発生する複屈折異方性の方向とは平行の関係になる。したがって、この複屈折率変化Δｎを光信号として取り出すためには、例えば、電界Ｅの印加方向と光の進行方向とが直交するような光学配置にする必要がある。通常の表示装置では、光は基板面に対して垂直の方向に通過するため、この時の電界Ｅの印加方向は、基板面に平行な方向にする必要がある。
【０１５０】
したがって図１および図２に示すように、一対の基板のうち少なくとも一方の基板の内側面に、電界印加手段である電極４および５を形成することで、電界印加で発生する複屈折異方性を、光信号の変化として容易に取り出すことができる。
【０１５１】
以下に、本発明を実施例および比較例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
〔実施例〕
以下の説明は、本実施の形態に係る、誘電性媒体に無極性分子を含む表示素子について記載する。また〔比較例〕として、誘電性媒体に有極性分子を含む表示素子について記載する。
【０１５２】
図１に示す構成の表示素子として、電極４および５としてＩＴＯを使用した。具体的には、電極４および５は、線幅５μｍ、電極間距離５μｍ、電極の厚み０．６μｍとし、上述したように基板表面上に、９０度±１０度未満の角度をなす楔型を有する電極とした。基板にはガラス基板を用いた。また誘電性媒体として、上記に示した構造式（５）〜（７）を等量ずつ混合した混合物を使用し、さらにこの混合物にｎ−ドデカンを２％添加したものを用いた。
【０１５３】
誘電性媒体層３の層厚（すなわち基板１と２との間の距離）は１０μｍとした。さらに、両方の上記ガラス基板の外側には偏光板を配置し、両方の上記ガラス基板の内側にはポリイミドからなる配向膜を形成した。配向膜にはあらかじめ水平ラビング処理を施した。
【０１５４】
外部加温装置（加熱手段）により上記混合物（誘電性媒体）をネマティック等方相の相転移直上近傍の温度に保ち、電圧印加を行った。
【０１５５】
〔比較例〕
次に比較例として、誘電性媒体に有極性分子を含む表示素子を用いた。すなわち、比較例として、図１に示す構成の表示素子のうち、誘電性媒体として、上記構造式（５）〜（７）の等量混合物に有極性分子としてエチルアルコールを１％添加したものを用いた。それ以外の構成については、上記実施例と同一の構成を備えたものを用いた。
【０１５６】
上記実施例と同様、外部加温装置（加熱手段）により上記混合物（誘電性媒体）をネマティック等方相の相転移直上近傍の温度に保ち、電圧印加を行った。
【０１５７】
これら２種類の表示素子について、液晶相―等方相相転移温度および最大透過率を測定した。結果を下記の表に示す。
【０１５８】
【表１】
2005308825.tif 000009
【０１５９】
すなわち、上記実施例における表示装置は、等方相―液晶相相転移温度が６２℃であった。等方相―液晶相相転移温度近傍の温度に保ち、電圧印加を行うと、最大透過率が４８Ｖで得られた。また、上記比較例における表示装置は、等方相―液晶相相転移温度が６０℃であった。等方相―液晶相相転移温度近傍の温度に保ち、電圧印加を行うと最大透過率は５１Ｖで得られた。
【０１６０】
上記の結果から、本発明に係る表示素子に用いられる誘電性媒体は、比較例より最大透過率が得られる印加電圧が小さいことが分かる。すなわち、無極性分子を誘電性媒体に含むことによって、カー効果の低下を引き起こさない、かつ、液晶相―等方相相転移が高くない誘電性媒体が実現できる。
【０１６１】
本発明において誘電性媒体に添加した分子は無極性であるため、比較例とは異なり混合物質内でのパッキングにおいて、双極子相互作用等の影響を比較的受けにくいためあまり束縛されない。よって、分子の配向変化がより起こり易くなり、駆動電圧が下がったと考えられる。
【０１６２】
以上により、無極性分子を誘電性媒に添加することにより光学変調に必要な電圧の上昇を比較例とは異なり抑えることが出来ると考えられる。
【０１６３】
したがって、本発明に係る表示素子は、高速応答特性を示すカー効果を利用した場合であっても、光学変調を行う温度をその駆動電圧の上昇を抑えながら低下させることが可能であることがわかった。
【産業上の利用可能性】
【０１６４】
すなわち、本発明に係る表示装置は、一対の基板間に狭持される誘電性媒体に無極性分子を含むことにより、カー効果を利用した表示装置であっても、カー効果の低下を引き起こさない、かつ液晶相―等方相相転移が高くない誘電性媒体からなる表示素子を提供することができる。
【０１６５】
したがって、広視野角特性および高速応答特性に優れた表示素子であり、例えば、テレビやモニター等の画像表示装置や、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、また、コントラストの低下を防止することができるので、大画面表示や動画表示にも適している
【図面の簡単な説明】
【０１６６】
【図１】本発明の一実施形態である表示素子における電極の構成を示し、（ａ）は、電圧無印加状態における本発明の実施の一形態に係る表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、電圧印加状態における上記表示素子の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態における図１の表示素子における電極の構成を示し、さらに、上記表示素子における偏光板吸収軸と電界（配向）方向とラビング方向との関係を説明する図である。
【図３】液晶マイクロエマルションの逆ミセル相混合系の一例を示す模式図である。
【図４】液晶マイクロエマルションの逆ミセル相混合系の他の例を示す模式図である。
【図５】リオトロピック液晶相の分類図である。
【図６】本発明の一実施形態である表示素子における印加電圧と透過率との関係を示すグラフである。
【図７】本発明の実施形態を示すものであり、電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子と従来の液晶表示素子との表示原理の違いを、電圧無印加時および電圧印加時における媒質の平均的な屈折率楕円体の形状およびその主軸方向にて模式的に示す断面図であり、（ａ）は電界の印加による光学的異方性の変化を利用して表示を行う表示素子の電圧無印加時の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す表示素子の電圧印加時の断面図であり、（ｃ）はＴＮ方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図であり、（ｄ）は（ｃ）に示す液晶表示素子の電圧印加時の断面図であり、（ｅ）はＶＡ方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図であり、（ｆ）は（ｅ）に示す液晶表示素子の電圧印加時の断面図であり、（ｇ）はＩＰＳ方式の液晶表示素子の電圧無印加時の断面図であり、（ｈ）は（ｇ）に示す液晶表示素子の電圧印加時の断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、電圧無印加状態における本発明の実施の一形態に係る表示素子の要部の概略構成を模式的に示す図であり、（ｃ）および（ｄ）は、電圧印加状態における本発明の実施の一形態に係る表示素子の要部の概略構成を模式的に示す図であり、（ａ）および（ｃ）は断面図であり、（ｂ）および（ｄ）は平面図である。
【符号の説明】
【０１６７】
１                  基板
２                  基板
３                  誘電性媒体層
３ａ                屈折率楕円体
４                  電極（電界印加手段）
４ａ                櫛歯部分（楔型）
５                  電極（電界印加手段）
５ａ                櫛歯部分（楔型）
６                  偏光板
６ａ                吸収軸
７                  偏光板
７ａ                吸収軸
８                  電界
９                  配向膜
１０                  配向膜
１１                  画素基板
１２                  対向基板
【図１】
2005308825.tif 000010
【図２】
2005308825.tif 000011
【図３】
2005308825.tif 000012
【図４】
2005308825.tif 000013
【図５】
2005308825.tif 000014
【図６】
2005308825.tif 000015
【図７】
2005308825.tif 000016
【図８】
2005308825.tif 000017