(57)【要約】【課題】  従来よりも駆動電圧が低減された表示素子を提供する。【解決手段】  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１・２と、該一対の基板１・２間に挟持され、電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質からなる媒質層３と、上記基板１・２に略平行な電界を上記媒質層３に印加する少なくとも一対の櫛形電極４・５とを備えている。上記櫛形電極４・５は、上記基板１上に、凸状に形成された絶縁層２１を介して設けられている。このため、上記櫛形電極４・５における最大電界領域は、上記基板１界面から離間した位置に形成される。【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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極は、最大電界領域が、上記基板界面から離間した位置に形成されるように設けられていることを特徴とする表示素子。
【請求項２】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されていることを特徴とする表示素子。
【請求項３】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられていることを特徴とする表示素子。
【請求項４】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有していることを特徴とする表示素子。
【請求項５】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、その基板法線方向の高さが、０．５μｍ以上となるように形成されていることを特徴とする表示素子。
【請求項６】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、凸状に形成された絶縁層の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴とする表示素子。
【請求項７】
少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、
上記電極は、凸状に形成された絶縁層の側面に設けられていると共に、
上記絶縁層の側面に、上記電極とは非導通の電極をさらに備えていることを特徴とする表示素子。
【請求項８】
上記絶縁層は透光性を有していることを特徴とする請求項３、４、６、７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項９】
少なくとも一対の電極のうち少なくとも一方の電極は透光性を有していることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１０】
上記媒質は、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を示すことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１１】
上記媒質は、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ことを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１２】
上記媒質は、電界印加時または電界無印加時に可視光波長未満のスケールでの配向秩序を有していることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１３】
上記媒質が、キュービック対称性を示す秩序構造を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１４】
上記媒質が、キュービック相またはスメクチックＤ相を示す分子からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１５】
上記媒質が、液晶マイクロエマルションからなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１６】
上記媒質が、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示すリオトロピック液晶からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１７】
上記媒質が、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示す液晶微粒子分散系からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１８】
上記媒質が、デンドリマーからなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項１９】
上記媒質が、コレステリックブルー相を示す分子からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項２０】
上記媒質が、スメクチックブルー相を示す分子からなることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の表示素子。
【請求項２１】
請求項１〜２０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、高速応答性並びに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、テレビやビデオ等の画像表示装置や、モニタ、ワープロ、パーソナルコンピュータ等のＯＡ（Office Automation）機器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、ネマチック液晶を用いたＴＮ（ツイステッドネマチック）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】
そのなかでも、従来、実用化されている液晶表示素子としては、例えば、ネマチック液晶を用いたＴＮ（ツイステッドネマチック）モ−ドの液晶表示素子が挙げられるが、該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−ドの場合、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、電界印加による分子の回転を利用するこれら表示方式に対して、二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、電界の一次に比例する効果と二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、カー効果と呼ばれる二次の電気光学効果は、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、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等の材料が知られており、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。
【００１０】
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、光偏光素子、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。
【００１１】
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、電界の二次に比例するため、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。
【００１２】
このような状況の中、例えば、特許文献１、特許文献２、および非特許文献１においては、液晶性物質からなる媒質を一対の基板間に封入し、基板に平行または垂直な電界を印加してカー効果を誘起し、表示素子として適用することが提案されている。
【００１３】
さらには、上記特許文献１においては、予め基板表面に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】
また、上記特許文献２では、光学応答する媒質を小区域に分割して、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。
【特許文献１】特開２００１−２４９３６３号公報（２００１年９月１４日公開）
【特許文献２】特開平１１−１８３９３７号公報（１９９９年７月９日公開）
【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，ｖｏｌ．６９，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】
【００１５】
しかしながら、従来の方式は、何れも、駆動電圧を実用上、十分な程度にまで低減させるには至っていない。
【００１６】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、従来よりも駆動電圧が低減された表示素子および表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明にかかる表示素子は、上記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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備え、かつ、上記媒質における実質的に電界が印加されている厚みを増強し、実効的に応答している媒質層の厚み（実効厚み）を増加させるための構成を各々有している。
【００１８】
より具体的には、本発明にかかる表示素子は、上記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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極は、最大電界領域が、上記基板界面から離間した位置に形成されるように設けられていることを特徴としている。
【００１９】
本発明において、電界の印加により光学的異方性の程度が変化するとは、電界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、電界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、電界無印加時と電界印加時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。
【００２０】
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、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、電界無印加時と電界印加時とにおける、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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、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。
【００２３】
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。
【００２４】
そして、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されるように設けられていることで、この最大電界領域よりも下方側、つまり、上記最大電界領域よりも、より基板界面に近い位置における電界成分をも有効に利用することができるので、実効的に応答している上記媒質の厚み（実効厚み）、つまり、実質的に電界が印加されている厚みを増加させることができる。このため、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００２５】
また、上記の構成によれば、上記したように上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が、上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができる。なお、このような効果は、上記媒質からなる媒質層の代わりに従来のような液晶層を使用して該液晶層に横向きの電界を印加する、ＩＰＳモードのような従来の液晶表示装置では得ることができない。すなわち、本発明にかかる表示素子は、従来の液晶表示装置では得ることができない、本発明に特有の効果を奏するものである。
【００２６】
このような表示素子としては、例えば、少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有している構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、その基板法線方向の高さが、０．５μｍ以上となるように形成されている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、凸状に形成された絶縁層の少なくとも一部を覆うように形成されている構成；上記電極は、凸状に形成された絶縁層の側面に設けられていると共に、上記絶縁層の側面に、上記電極とは非導通の電極をさらに備えている構成；のうち少なくとも１つの構成を有する表示素子が挙げられる。
【００２７】
すなわち、本発明にかかる表示素子は、上記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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されていることを特徴としていてもよい。
【００２８】
上記表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記表示素子は、上記したように高速応答性を備えているので、上記したように、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。
【００２９】
また、前記したように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が、本発明によれば、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。
【００３０】
また、本発明によれば、上記したように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。
【００３１】
さらに、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されていることで、該電極よりも下方側、つまり、該電極よりも、より基板界面に近い位置における電界成分をも有効に利用することができるので、実効的に応答している上記媒質の厚み（実効厚み）を増加させることができる。このため、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００３２】
また、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されていることで、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００３３】
上記表示素子は、例えば、上記電極が、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられていることで実現することができる。
【００３４】
すなわち、本発明にかかる表示素子は、上記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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられていることを特徴としていてもよい。
【００３５】
該表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記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。
【００３６】
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が、上記表示素子もまた、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。
【００３７】
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。
【００３８】
さらに、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられていることで、凸状に形成された絶縁層を介して設けられた電極よりも下方側、つまり、該電極よりも、より基板界面に近い位置における電界成分をも有効に利用することができるので、実効的に応答している上記媒質の厚み（実効厚み）を増加させることができる。また、このような実効厚みの増加、並びに、これに伴う駆動電圧削減効果は、一対の電極のうち少なくとも一方の電極に上記構造を適用することで得ることができ、両方の電極に上記構造を適用することで、より効果を高めることができる。このため、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００３９】
また、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられていることで、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００４０】
さらに、本発明にかかる表示素子は、上記課題を解決するために、上記したように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有していることを特徴としていてもよい。
【００４１】
該表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記表示素子もまた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。
【００４２】
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が、本発明によれば、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。
【００４３】
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。
【００４４】
さらに、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有していることで、上記絶縁層を介して設けられた電極よりも下方側、つまり、該電極よりも、より基板界面に近い位置における電界成分をも有効に利用することができるので、実効的に応答している上記媒質の厚み（実効厚み）を増加させることができる。そして、特に、上記電極が、絶縁層を間に介して複数積層されていることで、上記実効厚みを、上記電極が単層の場合と比較してさらに増加させることができるので、より一層、駆動電圧を低減させることができる。なお、このような実効厚みの増加、並びに、これに伴う駆動電圧削減効果は、一対の電極のうち少なくとも一方の電極が上記構造を有していることで得ることができ、両方の電極が上記構造を有していることで、より効果を高めることができる。このため、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００４５】
また、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有していることで、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００４６】
また、本発明にかかる表示素子は、上記課題を解決するために、上記したように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、その基板法線方向の高さが、０．５μｍ以上となるように形成されていることを特徴としていてもよい。
【００４７】
該表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記表示素子もまた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。
【００４８】
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が、本発明によれば、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。
【００４９】
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。
【００５０】
また、電極が薄平板の場合、電極間中心点からの法線方向に着目すれば、電界強度は、電極からの距離が長くなるに従って減少する。しかしながら、本発明のように電極の厚みを従来よりも増加させると、電極間中心点からの法線方向の電界強度の減少割合が、少なくとも電極厚み程度には小さくて済む。言い換えると、従来の表示素子では平行な電界が印加される領域が殆ど無いのに対し、本発明によれば、少なくとも電極厚み程度の領域は平行な電界が印加され、電界の低下はない。このため、上記の構成によれば、上記媒質の実効厚みを増加させることができる。そして、従来一般的に用いられてきたスパッタ法により形成された電極の典型的な厚み０．１μｍに対して、上記電極の基板法線方向の高さ（例えば電極厚み）を０．５μｍ以上とすることで、駆動電圧削減効果を顕著に確認することができる。このため、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００５１】
また、上記表示素子において、最も電界強度の強い領域（最大電界領域）は、上記少なくとも一対の電極における基板法線方向中心間の領域である。このため、従来の液晶表示素子に見られるように電極が薄平板の場合、平行な電界が印加される領域が殆ど無く、最大電界領域は、ほぼ上記基板界面に形成されるのに対し、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００５２】
また、本発明にかかる表示素子は、上記課題を解決するために、上記したように、少なくとも一方が透明な一対の基板と、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、凸状に形成された絶縁層の少なくとも一部を覆うように形成されていることを特徴としていてもよい。
【００５３】
該表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記表示素子もまた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。
【００５４】
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が、本発明によれば、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。
【００５５】
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。
【００５６】
さらに、上記の構成によれば、少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、凸状に形成された絶縁層の一部あるいは少なくとも一部を覆うように形成されていることで、上記電極で覆われた絶縁層の厚み分、例えば、上記絶縁層の厚み分、上記媒質に平行な電界が印加される領域を確保することができ、電極間中心点からの法線方向の電界強度の減少割合が、少なくとも、上記電極で覆われた絶縁層の厚み程度には小さくて済み、上記媒質の実効厚みを増加させることができる。よって、この場合にも、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００５７】
また、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができる。また、この場合、例えば、上記少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極が、凸状に形成された絶縁層の一部を覆うように上記基板から離間して設けられている構成を有していることで、上記最大電界領域を、確実に上記基板界面から離間した位置に形成することができるという効果を奏する。
【００５８】
また、本発明にかかる表示素子は、上記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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備えた表示素子であって、上記電極は、凸状に形成された絶縁層の側面に設けられていると共に、上記絶縁層の側面に、上記電極とは非導通の電極をさらに備えていることを特徴としていてもよい。
【００５９】
該表示素子においても、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く、高速応答を実現することができる。また、上記表示素子もまた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。
【００６０】
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が、本発明によれば、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。
【００６１】
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。
【００６２】
さらに、本発明によれば、上記電極が、凸状に形成された絶縁層の側面に設けられていることで、上記絶縁層の厚み分、上記媒質に平行な電界が印加される領域を確保することができ、電極間中心点からの法線方向の電界強度の減少割合が、少なくとも、上記絶縁層の厚み程度には小さくて済み、上記媒質の実効厚みを増加させることができる。よって、この場合にも、上記の構成によれば、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減された表示素子を提供することができる。
【００６３】
また、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極による最大電界領域は、上記基板界面から離間した位置に形成される。このため、上記の構成によれば、上記少なくとも一対の電極が、その最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されており、駆動電圧を低減させることができることから、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００６４】
さらに、上記の構成によれば、上記絶縁層の側面に、上記電極とは非導通の電極をさらに備えていることで、同じ絶縁層の側面に設けられた一方の電極を信号電極、他方の電極を対向電極と使い分けることができ、例えば、アクティブマトリクス駆動で必要になる補助容量を、上記絶縁層により形成することが可能になるという効果を併せて奏する。
【００６５】
上記表示素子において、上記絶縁層は透光性を有していることが好ましい。
【００６６】
また、上記表示素子において、少なくとも一対の電極のうち少なくとも一方の電極は透光性を有していることが好ましい。
【００６７】
少なくとも一対の電極のうち少なくとも一方の電極および／または上記絶縁層が透光性を有していることで、そうでない場合と比較して斜め視角の透過光量が減少しないですみ、例えば、当該表示素子を用いたテレビ、コンピュータモニタ等の視野角を拡大することができるという効果を奏する。
【００６８】
また、上記媒質は、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、電界無印加時には球状であり、電界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、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ものであってもよい。この場合、屈折率楕円体の形状は、電界無印加時には楕円であり、電界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、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、電界印加前後で、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）。
【００６９】
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、電界無印加時と電界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。
【００７０】
また、上記媒質は、電界印加時または電界無印加時に可視光波長未満のスケールでの配向秩序を有していることが好ましい。つまり、上記媒質は、可視光波長未満のスケールでは、液体的な等方相ではなく、秩序（秩序構造、配向秩序）を有していることが好ましい。この秩序構造が可視光波長未満であれば、光学的には等方性を示す。従って、電界印加時または電界無印加時に配向秩序が可視光波長未満となる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という効果を奏する。
【００７１】
また、上記媒質は、キュービック対称性を示す秩序構造を有するものであってもよい。
【００７２】
また、上記媒質は、キュービック相またはスメクチックＤ相を示す分子からなるものであってもよい。
【００７３】
また、上記媒質は、液晶マイクロエマルションからなるものであってもよい。
【００７４】
また、上記媒質は、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示すリオトロピック液晶からなるものであってもよい。
【００７５】
また、上記媒質は、ミセル相、逆ミセル相、スポンジ相、またはキュービック相を示す液晶微粒子分散系からなるものであってもよい。
【００７６】
また、上記媒質は、デンドリマーからなるものであってもよい。
【００７７】
また、上記媒質は、コレステリックブルー相を示す分子からなるものであってもよい。
【００７８】
また、上記媒質は、スメクチックブルー相を示す分子からなるものであってもよい。
【００７９】
上記した物質は何れも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。従って、上記した物質は何れも上記媒質として用いることができる。
【００８０】
また、本発明にかかる表示装置は、上記の課題を解決するために、上記の何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。
【００８１】
したがって、本発明によれば、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、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減されているとともに、焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができる表示装置を提供することができるという効果を奏する。該表示装置は、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として好適に利用することができる。
【発明の効果】
【００８２】
本発明にかかる表示素子は、以上のように、最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されることで、上記媒質の実効厚みを増加させることができ、従来よりも駆動電圧を低減させることができると共に、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができるという効果を奏する。
【００８３】
また、本発明にかかる表示装置は、以上のように、本発明にかかる上記の何れかの表示素子を備えていることで、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、しかも、従来よりも駆動電圧が小さく、該駆動電圧が実用レベルにまで低減されているとともに、焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止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】
【００８４】
〔実施の形態１〕
本発明の実施の一形態について図１〜図１４および図２２〜２４に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００８５】
図１は、本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成を示す断面図である。また、図２は、上記表示素子における電極構造と偏光板吸収軸との関係を説明する図である。そして、図２２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２３は、図２２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。
【００８６】
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。
【００８７】
図２２に示すように、本実施の形態にかかる表示装置６０は、画素７１…がマトリクス状に配された表示パネル７０と、駆動回路としてのソースドライバ６１およびゲートドライバ６２と、電源回路６３等とを備えている。
【００８８】
上記各画素７１には、図２３に示すように、本実施の形態にかかる後述する表示素子８０およびスイッチング素子８１が設けられている。
【００８９】
また、上記表示パネル７０には、複数のデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｖ（ｖは２以上の任意の整数を示す）と、各データ信号線ＳＬ１〜ＳＬｖにそれぞれ交差する複数の走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｗ（ｗ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〜ＳＬｖおよび走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｗの組み合わせ毎に、上記画素７１…が設けられている。
【００９０】
上記電源回路６３は、上記ソースドライバ６１およびゲートドライバ６２に、上記表示パネル７０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６１は、上記表示パネル７０のデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｖを駆動し、ゲートドライバ６２は、表示パネル７０の走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｗを駆動する。
【００９１】
上記スイッチング素子８１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８１のゲート電極８２が走査信号線ＧＬｗに、ソース電極８３がデータ信号線ＳＬｖに、さらに、ドレイン電極８４が、表示素子８０に接続されている。また、表示素子８０の他端は、全画素７１…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７１において、走査信号線ＧＬｕ（ｕ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８１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６１によりデータ信号線ＳＬｕ（ｕは１以上の任意の整数を示す）を介して表示素子８０に印加される。表示素子８０は上記走査信号線ＧＬｕの選択期間が終了してスイッチング素子８１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。
【００９２】
本実施の形態において、上記表示素子８０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。
【００９３】
本実施の形態にかかる表示素子８０の構成の一例について、図１および図２を参照して以下に詳細に説明する。
【００９４】
図１に示すように、本実施の形態にかかる表示素子８０は、媒質保持手段（光学変調層保持手段）として、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、光学変調層として、電界の印加により光学変調する媒質（以下、媒質Ａと記す）からなる媒質層３が挟持されている構成を有している。また、上記一対の基板の外側、つまり、上記画素基板１１および対向基板１２の互いの対向面とは反対側の面には、偏光板６・７がそれぞれ設けられている。
【００９５】
上記画素基板１１および対向基板１２は、図１に示すように、例えばガラス基板等の透明な基板１・２をそれぞれ備えている。また、上記画素基板１１における基板１の上記基板２との対向面、つまり、上記対向基板１２との対向面には、上記基板１に略平行な電界（横向きの電界）を上記媒質層３に印加するための電界印加手段（電界印加部材）である櫛形状の櫛形電極４・５が、図２に示すように、これら櫛形電極４・５の櫛歯部分４ａ・５ａ（櫛歯電極）が互いに噛み合う方向に対向配置されている。
【００９６】
上記櫛形電極４・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０．３μｍに設定されている。但し、上記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、これに限定されるものではない。
【００９７】
上記櫛形電極４・５は、上記一方の基板１上に、凸状、より具体的には、上記櫛形電極４・５と同じ櫛形状に形成（パターニング）された絶縁層２１を介して積層されている。これにより、上記櫛形電極４・５は、上記絶縁層２１により、上記基板１とは離間して設けられた構成を有していると共に、これら櫛形電極４・５間に、これら櫛形電極４・５よりも下方（つまり基板１側）に窪んだ凹部９が設けられている構成を有している。
【００９８】
なお、上記絶縁層２１としては、アクリル系樹脂等の有機膜；窒化ケイ素、酸化ケイ素等の無機膜；等、種々の絶縁性材料により形成することができ、その膜厚は特に限定されるものではない。
【００９９】
上記電極構造、すなわち、上記櫛形電極４・５および絶縁層２１からなる電極部（電界印加手段）は、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー、エッチング等の従来公知の種々の手法により得ることができる。より具体的には、例えば、上記電極構造は、上記基板１上に、上記絶縁層２１となる絶縁性材料を積層した後、該絶縁性材料からなる絶縁層２１上に、上記櫛形電極４・５となる電極材料をスパッタ法により積層し、これをパターニングして上記櫛形電極４・５を形成し、その後、上記櫛形電極４・５間の絶縁層２１をエッチングして所望の断面形状の凹部９を形成することによって実現できる。なお、上記エッチングは、レジスト塗布を行ってエッチングしてもよいし、工程数削減を目的としてレジスト塗布を行わずにエッチングしてもよい。
【０１００】
上記表示素子８０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、前記媒質Ａを封入することにより形成される。
【０１０１】
本実施の形態に用いられる上記媒質Ａは、電界を印加することにより、光学的異方性の程度が変化する媒質である。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、上記媒質Ａ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。なお、上記媒質Ａは、液体、気体、固体の何れであっても構わない。
【０１０２】
このように、本実施の形態にかかる表示素子８０は、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）が一定方向に整列した状態で、揃って回転することを利用した従来の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。
【０１０３】
なお、従来の液晶表示素子は、このように、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、本実施の形態にかかる表示素子８０は、上記したように、媒質Ａ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、本実施の形態にかかる表示素子８０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、本実施の形態にかかる表示素子８０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。
【０１０４】
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、本実施の形態にかかる表示素子８０によれば、上記媒質Ａ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。
【０１０５】
また、本実施の形態にかかる表示素子８０によれば、媒質Ａ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。
【０１０６】
本実施の形態において用いられる上記媒質Ａ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、電界印加により該光学的異方性が消失し、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。また、上記媒質Ａは、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光学的異方性の程度が変化するものであってもよい。典型的には、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）を発現する媒質である。
【０１０７】
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、電界無印加状態では、等方相であるため光学的に等方的であるが、電界印加状態では、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、上記媒質Ａ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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
また、カー効果を示す物質としては、例えば、ＰＬＺＴ（ジルコン酸鉛とチタン酸鉛との固溶体にランタンを添加した金属酸化物）や、下記構造式（１）〜（４）
【０１１０】
【化１】
2005227760.tif 000003
【０１１１】
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。
【０１１２】
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、ネマチック相ではなく、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。
【０１１３】
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）媒質層３の周辺に、図示しないヒータ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・２の少なくとも一方に、ヒータとしてシート状ヒータ（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８０の使用温度範囲下限よりも低い材料を用いてもよい。
【０１１４】
上記媒質Ａは、液晶性物質を含んでいることが望ましく、上記媒質Ａとして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。
【０１１５】
このために、上記表示素子８０は、上述したように、ヒータ等の加熱手段を用いて温度制御を行ってもよいし、前記特許文献２に記載されているように、媒質層３を、高分子材料等を用いて小区域に分割して用いてもよく、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、可視光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、あるいは、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、可視光波長（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。
【０１１６】
なお、上記媒質Ａ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、上記媒質Ａは、分子の配列が、可視光波長未満（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媒質Ａ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（５）
【０１１７】
【化２】
2005227760.tif 000004
【０１１８】
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。
【０１１９】
ＢＡＢＨ８は、１３６．７℃以上、１６１℃以下の温度範囲では、格子定数が約６ｎｍと光学波長より１桁以上も小さく、可視光波長未満のスケールの、キュービック対称性（立方晶の対称性）を有する秩序構造からなるキュービック相（立方晶相）を示す。このように、ＢＡＢＨ８は、上記温度範囲において、可視光波長未満のスケールの秩序構造を有し、電界無印加時に光学的等方性（巨視的に見て等方であればよい）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。
【０１２０】
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、櫛形電極４・５間に電界（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、電界無印加状態では等方的であり、電界印加により光学的異方性が発現する。
【０１２１】
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８０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、その大きさが電界（電圧）印加によって変化する。また、櫛形電極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、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を上記媒質Ａ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からなる媒質層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。
【０１２２】
また、上記媒質Ａとしては、液晶分子が可視光波長未満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。
【０１２３】
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、前記非特許文献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。
【０１２４】
また、上記媒質Ａ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媒質Ａ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。
【０１２５】
以下に、上記媒質Ａ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。
【０１２６】
〔スメクチックＤ相（ＳｍＤ）〕
スメクチックＤ相（ＳｍＤ）は、上記媒質Ａ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、その格子定数が可視光波長未満である。このため、スメクチックＤ相は、光学的には等方性を示す。
【０１２７】
スメクチックＤ相を示す液晶性物質としては、例えば、前記非特許文献３もしくは非特許文献８に記載の下記一般式（６）・（７）
【０１２８】
【化３】
2005227760.tif 000005
【０１２９】
で表されるＡＮＢＣ１６等が挙げられる。なお、上記一般式（６）・（７）において、ｍは任意の整数、具体的には、一般式（６）においてはｍ＝１６、一般式（７）においてはｍ＝１５を示し、Ｘは−ＮＯ２基を示す。
【０１３０】
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。スメクチックＤ相は、複数の分子がジャングルジム（登録商標）のような三次元的格子を形成しており、その格子定数は、数十ｎｍ以下であり、可視光波長未満である。すなわち、スメクチックＤ相は、キュービック対称性を有しており、可視光波長未満の配向秩序（秩序構造）を有している。なお、本実施形態に示したＡＮＢＣ１６の格子定数は約６ｎｍ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。しかしながら、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くため、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、電界印加時と電界無印加時とで光学的異方性の程度が変化するので、本実施の形態にかかる表示素子８０の媒質Ａとして適用することができる。
【０１３１】
〔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、前記非特許文献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。
【０１３２】
液晶マイクロエマルションの具体例としては、例えば、前記非特許文献４に記載されている、ネマチ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７および図８に示すような模式図で表される構造を有している。
【０１３３】
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。すなわち、上記の混合系（液晶マイクロエマルション）は可視光波長未満の配向秩序（秩序構造）を有する。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。
【０１３４】
そして、この混合系からなる媒質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、電界無印加時には光学的に等方性を示し、電界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８０の媒質Ａとして適用することができる。
【０１３５】
〔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。本実施の形態においては、上記リオトロピック液晶として、特定の相を有するリオトロピック液晶を適用することができる。ここで、上記特定の相とは、電界印加時と電界無印加時とで、光学的異方性の程度が変化する相であり、例えば、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９に、リオトロピック液晶相の分類図を示す。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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、可視光波長未満であるため、光学的異方性を示さず、等方的に見える。すなわち、球状ミセルは、可視光波長未満の秩序構造（配向秩序）を有する。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光学的異方性を発現する。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８０の媒質Ａ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、棒状ミセル相等を媒質Ａとして使用しても、同様の効果を得ることができる。
【０１３８】
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、逆ミセル相を媒質Ａ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。
【０１３９】
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９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、可視光波長未満の秩序（配向秩序、秩序構造）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界（電圧）を印加すると、配向秩序（秩序構造）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８０の媒質Ａとして適用することができる。
【０１４０】
〔液晶微粒子分散系〕
また、媒質Ａ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媒質Ａ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、つまり、電界印加時と電界無印加時とで光学的異方性の程度が変化する相を示す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。
【０１４１】
〔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、可視光波長未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているので透明な物質であり、電界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（光学的異方性の程度が変化する）。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８０の媒質Ａ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、上記媒質Ａとして適用することができる。
【０１４２】
〔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、前記非特許文献６・７参照）。コレステリックブルー相は、可視光波長未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているのでほぼ透明な物質であり、電界印加によって配向秩序の程度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くために格子が歪み、光学的異方性を発現する（光学的異方性の程度が変化する）。
【０１４３】
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４８．２ｍｏｌ％、「５ＣＢ」（４−シアノ−４’−ペンチルビフェニル、ネマチック液晶）を４７．４ｍｏｌ％、「ＺＬＩ−４５７２」（商品名、メルク社製カイラルドーパント）を４．４ｍｏｌ％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。
【０１４４】
〔スメクチックブルー相〕
スメクチックブルー（ＢＰＳｍ）相は、コレ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、前記非特許文献７、および非特許文献１０等参照）、可視光波長未満の秩序（秩序構造、配向秩序）を有しているのでほぼ透明な物質であり、電界印加によって配向秩序の程度が変化して光学的異方性が発現する（光学的異方性の程度が変化する）。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くために格子が歪み、光学的異方性を発現する。
【０１４５】
なお、スメクチックブルー相を示す物質としては、例えば、上記非特許文献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、前記非特許文献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くことにより格子が歪み、同物質は光学的異方性を発現する。よって、同物質は、本実施の形態にかかる表示素子８０の媒質Ａとして使用することができる。
【０１４６】
以上のように、本実施の形態にかかる表示素子８０において媒質Ａ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、上記媒質Ａ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。
【０１４７】
また、上記媒質Ａは、液晶性物質に限らず、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。従って、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。
【０１４８】
以下、本実施の形態では、上記媒質Ａとして、前記構造式（１）で示されるペンチルシアノビフェニル（５ＣＢ）を使用するものとするが、上記媒質Ａとしては、これに限定されるものではなく、上記５ＣＢに代えて、上述した各種物質を適用することができる。
【０１４９】
本実施の形態によれば、上記櫛形電極４・５としてＩＴＯを使用し、線幅５μｍ、電極間距離５μｍ、媒質層３の層厚（すなわち基板１・２間の距離）を１０μｍとし、媒質Ａとして５ＣＢを使用し、外部加温装置（加熱手段）により上記５ＣＢをネマチック等方相の相転移直上近傍の温度（相転移温度よりも僅かに高い温度、例えば＋０．１Ｋ）に保ち、電界（電圧）印加を行うことにより、透過率を変化させることができた。なお、上記５ＣＢは、３３．３℃未満の温度でネマチック相、それ以上の温度で等方相を示す。
【０１５０】
本実施の形態において、基板１・２におけるそれぞれの対向面上には、ラビング処理が施された図示しない誘電体薄膜（配向膜）が必要に応じて形成されていてもよい。上記一対の基板１・２のうち少なくとも一方の基板の内側に上記誘電体薄膜が形成されていることで、上記配向の秩序（秩序構造、配向秩序）の度合いを向上させることができ、より大きな電気光学効果、例えばより大きなカー効果を得ることができる。
【０１５１】
上記誘電性薄膜としては、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、上記配向効果を得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、上記誘電体薄膜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、上記誘電性薄膜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、上記誘電性薄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８０を提供することができる。
【０１５２】
上記誘電体薄膜は、上記一対の基板１・２のうち少なくとも一方の基板の内側、例えば、上記基板１上に、上記櫛形電極４・５を覆うように形成すればよく、その膜厚は特に限定されない。また、上記基板１上に設けられた誘電性薄膜と、基板２上に設けられた誘電性薄膜とは、例えば、上記櫛形電極４・５の櫛歯部分４ａ・５ａに沿って互いに逆方向にラビング処理が施される。
【０１５３】
次に、本実施の形態にかかる表示素子８０における表示原理、すなわち、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子の表示原理について、図３（ａ）および図３（ｂ）ないし図６（ａ）〜図６（ｈ）並びに図２４を参照して以下に説明する。
【０１５４】
なお、図３（ａ）および図３（ｂ）ないし図６（ａ）〜図６（ｈ）においては、本実施の形態にかかる表示素子８０の基本構成として、一対の基板１・２のうち一方の基板１に、該基板１に略平行な電界（横向きの電界）を媒質層３に印加するための櫛形電極４・５が設けられている最も簡素な構成を有する表示素子Ｈの要部断面図を用いて、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子に共通する表示原理について説明するものとする。また、以下の説明では、主に、本実施の形態にかかる上記表示素子８０および表示素子Ｈ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。
【０１５５】
図３（ａ）は、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子における電界（電圧）無印加状態（ＯＦＦ状態）の要部の概略構成を模式的に示す断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す表示素子における電界（電圧）印加状態（ＯＮ状態）の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。また、図４（ａ）は電界（電圧）無印加状態（ＯＦＦ状態）における、図３（ａ）・（ｂ）に示す表示素子の媒質を模式的に示す断面図であり、図４（ｂ）は電界（電圧）印加状態（ＯＮ状態）における、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子の媒質を模式的に示す断面図である。さらに、図５は、図３（ａ）および図３（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る。また、図６（ａ）〜図６（ｈ）は、電界の印加による光学的異方性の程度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、電界（電圧）無印加時（ＯＦＦ状態）および電界（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６（ａ）〜図６（ｈ）は、順に、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子の電界無印加時（ＯＦＦ状態）の断面図、該表示素子の電界印加時（ＯＮ状態）の断面図、従来のＴＮ(Twisted Nematic)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（Vertical Alignment）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（In Plane Switching）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を示す。
【０１５６】
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（光学的異方性）は、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両櫛形電極４・５の対向方向、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両櫛形電極４・５の対向方向に垂直な方向、基板面に垂直な方向（基板法線方向）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）
【０１５７】
【数１】
2005227760.tif 000006
【０１５８】
（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）
【０１５９】
【数２】
2005227760.tif 000007
【０１６０】
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。
【０１６１】
まず、電界の印加による光学的異方性の程度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、前記したように、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子として表示素子Ｈを、また、従来の液晶表示素子として、ＴＮ方式、ＶＡ方式、ＩＰＳ方式の表示素子を、例に挙げて説明する。
【０１６２】
図６（ｃ）および図６（ｄ）に示すように、従来のＴＮ方式の液晶表示素子は、対向配置された一対の基板１０１・１０２間に液晶層１０５が挟持され、上記両基板１０１・１０２上にそれぞれ透明電極１０３・１０４（電極）が設けられている構成を有し、電界無印加時には、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、電界印加時には、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、電界無印加時には、図６（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、電界印加時には、図６（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、電界無印加時と電界印加時とで、屈折率楕円体１０５ａ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１０５ａ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。
【０１６３】
従来のＶＡ方式の液晶表示素子は、図６（ｅ）および図６（ｆ）に示すように、対向配置された一対の基板２０１・２０２間に液晶層２０５が挟持され、上記両基板２０１・２０２上にそれぞれ透明電極（電極）２０３・２０４が備えられている構成を有し、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、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、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６（ｅ）に示すように、電界無印加時には、その主軸方向（長軸方向）が基板面法線方向を向き、図６（ｆ）に示すように、電界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、その長軸方向が変化する（屈折率楕円体２０５ａ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２０５ａの形状および大きさは、ほぼ変わらない。
【０１６４】
また、従来のＩＰＳ方式の液晶表示素子は、図６（ｇ）および図６（ｈ）に示すように、同一の基板３０１上に、１対の電極３０２・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・３０３により電界（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、電界無印加時と電界印加時とで、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６（ｇ）に示す電界無印加時と図６（ｈ）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、その主軸方向が変化する（屈折率楕円体３０５ａが回転する）。
【０１６５】
このように、従来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、電界印加時と電界無印加時とで、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（透過率の変調）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。
【０１６６】
これに対し、本実施の形態にかかる表示素子８０も含め、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子は、図６（ａ）および図６（ｂ）に、表示素子Ｈを例に挙げて示すように、電界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、可視光波長以上のスケールでの配向秩序度≒０（ほぼゼロ））であり、電界を印加することによって異方性（ｎｘ＞ｎｙ、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３ａ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３ａ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３ａ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３ａ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３ａ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）。
【０１６７】
すなわち、本実施の形態にかかる表示素子８０も含め、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子では、電界無印加時に分子（分子８；図４（ａ）および図４（ｂ）参照）は、あらゆる方向を向いている。但し、これらの分子８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６（ａ）に示すように、屈折率楕円体３ａの形状が球状となる。ところが、図６（ｂ）に示すように電界印加時には、個々の分子８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。このように、本実施の形態にかかる表示素子８０も含め、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子は、表示素子Ｈを例に挙げて図示したように、電界無印加時には屈折率楕円体３ａ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３ａの形に異方性（下界面（すなわち、図６（ｂ）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６（ｂ）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８０では、電界印加によって屈折率楕円体３ａの形状、大きさが変化する。ここで、上記ｎｘ，ｎｙ，ｎｚは、それぞれ、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両櫛形電極４・５の対向方向の主屈折率、基板面に平行な方向（基板面内方向）でかつ両櫛形電極４・５の対向方向に垂直な方向の主屈折率、基板面に垂直な方向（基板法線方向）の主屈折率を表している。
【０１６８】
また、図２４は、本実施の形態にかかる表示素子８０における電界印加時の上記媒質Ａの一分子（分子８）の屈折率楕円体３ａ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３ａ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。
【０１６９】
本実施の形態かかる上記媒質Ａ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３ａ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。
【０１７０】
そこで、図２４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８の屈折率楕円体３ａ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３ａ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３ａ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、Δｎ＝ｎｅ−ｎｏで表される。
【０１７１】
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。
【０１７２】
また、上記電界印加時の屈折率楕円体３ａ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。
【０１７３】
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。
【０１７４】
このように、本実施の形態にかかる表示素子８０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Ａ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。
【０１７５】
なお、上記媒質層３に封入される媒質Ａ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Ａは、電界印加に伴い、分子８、または分子集合体（クラスタ）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８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Ａ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８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。
【０１７６】
本発明において、電界の印加により媒質Ａ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３ａ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３ａ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Ａ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３ａ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Ａ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３ａ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。
【０１７７】
本実施の形態にかかる表示素子８０並びに前記表示素子Ｈも含め、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子は、図４（ａ）に示すように、櫛形電極４・５に電界（電圧）を印加していない状態では、基板１・２間に封入される媒質Ａ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。
【０１７８】
一方、図４（ｂ）に示すように、櫛形電極４・５に電界（電圧）を印加すると、上記媒質Ａの各分子８が、その長軸方向が上記櫛形電極４・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、図５に示すように、櫛形電極４・５間の電圧に応じて表示素子８０の透過率を変調することができる。
【０１７９】
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８０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。
【０１８０】
例えば、非特許文献９および前記非特許文献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。
【０１８１】
カー定数Ｂｋ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。
【０１８２】
なお、上記櫛形電極４・５としてＩＴＯを使用し、該櫛形電極４・５の線幅５μｍ、電極間距離５μｍ、電極厚み３μｍ、基板間距離（基板１・２間の距離、すなわち媒質層３の層厚）を１０μｍとし、媒質Ａとして５ＣＢを使用した図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈにおいては、約１００Ｖ印加において、最大透過率を得ることができた。
【０１８３】
上記媒質層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、媒質Ａ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、下記関係式（４）
Ｐ（％）＝Ｓｉｎ２（２θ）      …（４）
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度の範囲内であれば、人間の目には、ほぼ最大輝度もしくは最大輝度に近い輝度を有していると感じられ、好適には３５度＜θ＜５５度の範囲内、最も好適には４５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。
【０１８４】
そこで、本実施の形態にかかる表示素子８０は、図２に示すように、両基板１・２にそれぞれ設けられた偏光板６・７は、互いの吸収軸６ａ・７ａ、つまり、偏光板吸収軸方向が直交するように形成されており、各偏光板６・７における吸収軸６ａ・７ａと櫛形電極４・５における櫛歯部分４ａ・５ａの電極伸長方向とが約４５度の角度をなすように形成することで、各偏光板６・７における吸収軸６ａ・７ａが、櫛形電極４・５の電界印加方向に対して約４５度の角度をなすように形成するものとし、比較のために、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈにおいても同様に設定することで、絶縁層２１の有無を除けば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの設定条件を、本実施の形態にかかる表示素子８０の設定条件と一致させて測定を行った。
【０１８５】
この結果、図１に示す表示素子８０においては、上記図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈに対して、基板１と櫛形電極４・５との間に、厚さ３．２μｍの絶縁層２１を設けたことで、最大透過率を得られる電圧が７１Ｖになり、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈよりも、より一層、駆動電圧を削減することができた。
【０１８６】
この原因を以下に考察する。
【０１８７】
前記したように、複屈折率Δｎ（Δｎ＝ｎ//−ｎ⊥）が印加電界の２乗に比例する現象（典型的にはカー効果）は、下記関係式（５）
Δｎ＝Ｃ・Ｅ２＝Ｃ・（Ｖ／ｄｓ）２      …（５）
で表される。なお、Ｅは印加電界（Ｖ／ｍ）、Ｖは印加電圧（Ｖ）、ｄｓは電極間距離（ｍ）、Ｃは定数（ｍ２／Ｖ２）であり、Ｃは典型的には、前記したようにλ・Ｂｋ（λは真空中での入射光の波長（ｍ）、Ｂｋはカー定数（ｍ／Ｖ２））で示される。
【０１８８】
また、前記したように、光源から、偏光板６を通って偏波面が電界方向に４５度傾いた直線偏光を上記媒質層３に入射させる場合、電界方向とそれに垂直な方向の偏光成分との間に生じる位相差δは、下記関係式（６）
δ＝２π・ｄｅｆｆ・Δｎ／λ      ・・・（６）
で表される。なお、ｄｅｆｆは、図３（ｂ）に示すように、電界印加により媒質層３において応答している領域の見掛け上の厚さ（実効厚み）を示す。
【０１８９】
このため、媒質層３を透過した光は上記関係式（６）に応じた楕円偏光となる。このため、その一部は偏光板７を透過できるようになり、楕円偏光の一部は、直線偏光となって偏光板７を透過する。このときの透過率（ＰＴ）は下記関係式（７）
ＰＴ＝ｓｉｎ２(δ／２)      ・・・（７）
で表される。
【０１９０】
よって、最大透過率は、上記関係式（６）および関係式（７）より、下記関係式（８）
ｄｅｆｆ・Δｎ＝λ／２      …（８）
を満足するときに与えられることが判る。
【０１９１】
ここで、図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの実効厚み（ｄｅｆｆ（０））を、ｄｅｆｆ（０）＝ωとし、基板間距離（基板１・２間の距離、すなわち媒質層３の層厚）を１μｍ〜１０μｍの範囲で変化させて調べると、最大透過率を得られる電圧は、基板間距離が１μｍのときが最大であり、基板間距離の増加と共に減少する傾向が見られた。そして、この減少傾向は、基板間距離が３μｍ程度で飽和することが判った。このことから、ωの値は約３μｍであると考えられる。言い換えると、櫛形電極４・５の表面から３μｍを超える領域は電極（櫛形電極４・５）から遠過ぎて、光学応答への寄与が小さいということである。但し、この値は電極間距離にも依存する。
【０１９２】
従って、櫛形電極４・５間に、該櫛形電極４・５の電極厚みも含めて３．５μｍの凹部９を形成した図１に示す表示素子８０の実効厚み（ｄｅｆｆ（１））は、ほぼｄｅｆｆ（１）＝２ωであると考えられる。すなわち、図１に示す表示素子８０は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈに対して、実効厚みが２倍に増加していると考えられる。
【０１９３】
よって、上記関係式（８）より、図１に示す表示素子８０における最大透過率を得るための複屈折Δｎは、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの半分でよいことになる。つまり、前記関係式（５）から、図１に示す表示素子８０は、電界Ｅおよび電圧Ｖが、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの１／√２倍で、最大透過率を得ることができることがわかる。
【０１９４】
このため、図１に示す表示素子８０によれば、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの駆動電圧１００Ｖを、１００Ｖ×（１／√２）≒７１Ｖというように削減することができたと考えられる。
【０１９５】
なお、ｄｅｆｆとは、実際の凹部９の深さではなく、実効的に応答している媒質層３の厚みを意味するパラメータであり、前記した条件の場合、実効的に応答している厚み（ω）が３μｍ程度であることから、上記凹部９としては、上記櫛形電極４・５（少なくとも櫛歯部分４ａ・５ａ）よりも下方に窪んでさえいれば特に限定されるものではなく、３μｍ以上であってもよいが、凹部９が３μｍ以上であっても、実効的に応答している厚みは３μｍとなる。
【０１９６】
さらに、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈにおいて、最も電界強度の強い領域は、図１０に斜線（二点鎖線にて示す領域）にて示すように、櫛形電極４（櫛歯部分４ａ）と櫛形電極５（櫛歯部分５ａ）との間の領域、つまり、櫛形電極４・５と基板１とで囲まれる領域（以下、最大電界領域３１と記す）である。
【０１９７】
基板１界面には媒質Ａを構成する分子（分子８）が吸着しているが、本実施の形態にかかる表示素子８０も含め、電界の印加による光学的異方性の程度の変化を利用して表示を行う表示素子は、理想的には、上記媒質Ａを構成する分子（分子８）が光学的等方状態を保った状態で基板１界面に吸着した状態が望ましい。
【０１９８】
しかしながら、電界強度が強い場合は吸着した分子が数分から数十分といった長い時間をかけて、電界方向に配向して光学的異方性を発現してしまう。また、一度特定の方位に吸着してしまった分子は、基板１界面との相互作用が強く、容易には光学的等方状態に戻らない。よって、電界強度が強い状態（例えば白）から、他の状態（中間調や黒）へ変化させたときに焼付け残像が発生してしまう。また、全体的に焼き付いた状態になれば、コントラストを低下させることにもなる。
【０１９９】
一度特定の方位に吸着してしまった分子（分子８）を元の光学的等方状態に戻すためには、表示素子の温度を上げて媒質Ａを物理的等方状態（液体）にする必要があり、容易ではない。また、このように媒質Ａを物理的等方状態（液体）にすることは、コスト上昇や消費電力の上昇に繋がるのみならず、例えば媒質Ａに、本実施の形態のように５ＣＢ等の液晶性物質を使用する場合、液晶相−等方相転移温度以上の温度で電界（電圧）印加を行うことにより透過率を変化させる液晶性物質等を使用した場合、液体状態中は表示できなくなる等の理由から、表示中に液体状態にはできない。
【０２００】
これに対し、本実施の形態にかかる表示素子８０によれば、上述した問題は生じない。本実施の形態にかかる表示素子８０によれば、前記したように当該表示素子８０の駆動電圧を下げる（電界強度を下げる）作用があるために、上述の残像発生を抑制する効果がある。加えて、本実施の形態にかかる表示素子８０は、図１１において斜線（二点鎖線にて示す領域）で示すように、最大電界領域３２が、基板１界面から離間した状態を実現している。このため、上述の残像問題を抑制することができたと考えられる。
【０２０１】
なお、このような効果は、媒質層３の代わりに液晶層を使用して該液晶層に横向きの電界を印加する従来の液晶表示装置の一種であるＩＰＳモードでは奏し得ない。
【０２０２】
図１２（ａ）〜図１２（ｃ）は、それぞれ、本発明（電極構造）をＩＰＳモードに適用した場合の液晶表示素子の要部の概略構成を示す断面図である。また、図１３は、図１２（ａ）〜図１２（ｃ）に示す液晶表示素子における基板のラビング方向を示す平面図である。
【０２０３】
図１２（ａ）は、図６（ｇ）および図６（ｈ）に示すＩＰＳモードを用いた液晶表示素子に本実施の形態にかかる表示素子８０における絶縁層２１と同様の絶縁層３０４を設けた場合における上記液晶表示素子の要部の概略構成を示す断面図であり、該液晶表示素子は、図１２（ａ）に示すように、同一の基板３０１上に、絶縁層３０４を介して、電極３０２・３０３が対向配置された構成を有し、上記基板３０１と対向配置された基板３０５との間に挟持された液晶層３０６に、上記電極３０２・３０３により電界（電圧）が印加されることで、図１２（ｂ）に示すように上記液晶層３０６における液晶分子３０７の配向方向を変化させ、電界無印加時と電界印加時とで、異なる表示状態を実現することができるようになっている。
【０２０４】
ＩＰＳモードを用いた液晶表示素子の場合、図１３に示すように、上記電極３０２・３０３が形成された基板３０１表面に予め塗布しておいた図示しない水平配向膜に、矢印にて示すように、基板３０１に対して斜め方向にラビング処理が施される。この場合、液晶分子３０７は、図１２（ｂ）に示すように、基板３０１の法線方向において、その長軸が、基板３０１に平行になるように配向することが理想であるが、上記絶縁層３０４が設けられていることで、図１２（ｃ）に示すように、電極３０２・３０３の側面３０２ａ・３０３ａ並びに基板３０１表面において上記電極３０２・３０３の影となる領域３０１ａ…が配向不良のため、理想的な配向をせず、黒表示時に光漏れが発生し、大きくコントラストを低下させてしまう。
【０２０５】
このような配向不良の原因としては、領域３０１ａの場合、電極３０２・３０３の凹凸により、ラビングされない（ラビングの布の毛があたらない）ことが挙げられる。また、電極３０２・３０３の側面３０２ａ・３０３ａの場合、該側面３０２ａ・３０３ａは、他の領域と異なる垂直配向膜（つまり、素子壁面に対して液晶分子３０７が立った状態）にすべきだが、部分的に配向膜を変更することは容易ではなく、水平配向膜をそのまま用いると配向不良になることが挙げられる。
【０２０６】
すなわち、本発明をＩＰＳモードに適用した場合は、コントラストの低下という問題が発生する一方、本実施の形態に記載の表示素子８０によれば、焼き付き残像およびコントラスト低下の抑制効果という、ＩＰＳモードにない効果を発揮することができる。
【０２０７】
しかも、本実施の形態にかかる表示素子８０は、液晶表示装置と異なり、光学的に等方性を示す媒質Ａを用いるために、基板１界面の配向処理を必要としない。これによって、コスト削減や、配向処理不良による良品率低下や表示不良（コントラスト低下や表示ざらつき感）が発生しないというメリットを有している。
【０２０８】
なお、本実施の形態では、本実施の形態にかかる表示素子８０として、主に、透過型の表示素子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、上記表示素子８０としては、反射型の表示素子としてもよい。
【０２０９】
図１４に、本実施の形態にかかる表示素子８０として、本発明を適用した、本実施の形態にかかる反射型の表示素子の概略構成の一例を示す。
【０２１０】
上記反射型の表示素子８０は、画素基板１１が、例えば、ガラス基板等からなる一方の基板１上に反射層４１を設けると共に、該反射層４１上に、必要に応じて絶縁層４２を介して、例えばＩＴＯ等の櫛形電極４・５が設けられている構成を有している。なお、その他の構成については、前記した通りである。上記絶縁層４２としては、アクリル系樹脂等の有機膜；窒化ケイ素、酸化ケイ素等の無機膜；を適用することができる。また、上記反射層４１としては、アルミニウムや銀の薄膜等を適用することができる。上記の構成においては、反射層４１がガラス基板等の透明基板からなる他方の基板２から入射してきた光を反射することができるため、反射型の表示素子として機能する。
【０２１１】
なお、本実施の形態にかかる表示素子８０を反射型の表示素子として使用する場合、上記櫛形電極４・５としては、透過型の表示素子として用いる場合のようにＩＴＯ等の透明電極材料以外にも、アルミニウム等の金属電極材料等、電極材料として従来公知の各種材料を用いることができる。また、櫛形電極４・５の線幅や電極間距離（電極間隔）等も特に限定されるものではなく、例えば、基板１と基板２との間のギャップ等に応じて任意に設定することができる。
【０２１２】
さらに、本実施の形態では、上記基板１・２として、ガラス基板を用いた場合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、基板１・２のうち、少なくとも一方が透明な基板であればよく、例えば従来公知の各種基板を使用することができる。
【０２１３】
なお、上記基板１・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、上記媒質Ａを基板間（媒質保持手段内）、つまり、内部に保持（挟持）することができるものであれば、媒質Ａ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。
【０２１４】
また、本実施の形態では、具体例として、媒質Ａとして電界無印加時に光学的には等方であり、電界印加により光学的異方性が発現する物質を使用した場合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、上記媒質Ａが電界印加により光学的異方性が消失し、光学的に等方性を示す物質であってもよいことは、前述した通りである。
【０２１５】
以下に、上記媒質Ａとして電界印加により光学的異方性が消失し、光学的に等方性を示す物質を用いた具体例を示す。
【０２１６】
本具体例においては、ガラス基板からなる透明な２枚の基板１・２のうち一方の基板１における基板２との対向面に、ＩＴＯからなる透明な櫛形電極４・５と、ポリイミドからなる配向膜とを形成すると共に、両基板１・２間に、媒質Ａとして、透明な誘電性物質である４’−ｎ−アルコキシ−３’−ニトロビフェニル−４−カルボン酸（ＡＮＢＣ−２２）を封入した。また、上記表示素子８０における媒質層３の厚みは、上記基板１・２の対向面に予めプラスチックビーズを散布しておくことにより、４μｍになるように調整した。
【０２１７】
なお、偏光板６・７は、前記したように、互いの吸収軸６ａ・７ａが直交するとともに、各偏光板６・７における吸収軸６ａ・７ａと櫛形電極４・５における櫛歯部分４ａ・５ａの電極伸長方向とが４５度の角度をなすように、それぞれ基板１・２の外側（対向面の反対側）に設けた。
【０２１８】
このようにして得られた表示素子８０を、外部加温装置（加熱手段）により、スメクチック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、電圧印加を行ったところ、透過率を変化させることができた。すなわち、電界無印加時に光学的異方性を示すスメクチック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。
【０２１９】
なお、上記具体例では、各偏光板６・７の吸収軸６ａ・７ａと櫛形電極４・５とがなす角度は４５度としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、４５度に限らず、０〜９０度のあらゆる角度で表示を行うことができた。なぜなら、明状態は電界無印加時で実現しており、配向処理方向（ラビング方向）と偏向板吸収軸方向の関係だけで達成できる。また、暗状態は電界印加による媒質Ａの光学的等方相への電界誘起相転移で実現しているために、各偏向板吸収軸が互いに直交してさえいればよく、櫛形電極方向との関係によらない。
【０２２０】
したがって、上記具体例では、上記配向処理は必ずしも必要ではなく、アモルファス配向状態（ランダム配向状態）でも表示を行うことができた。なお、両基板１・２の内側（対向面）には、ラビング処理を施したポリイミドからなる配向膜を形成した。ラビング方向はスメクチックＣ相において明状態となる方向が望ましく、典型的には偏向板吸収軸方向と４５度の角度をなしていることが望ましい。
【０２２１】
このように、本実施の形態にかかる表示素子８０に用いられる媒質Ａ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。
【０２２２】
また、上記媒質Ａは、正の誘電異方性を有するものであっても、負の誘電異方性を有するものであってもよい。また、本実施の形態にかかる表示素子８０は、必ずしも基板１・２に平行な電界を印加する必要はなく、例えば、基板１・２に対し、斜めの電界によっても駆動可能であり、基板１・２に対し、略平行（基板面内方向）な電界を印加しさえすればよい。なお、上記基板１・２に斜めの電界を印加する場合には、電極の形状、配置位置等を適宜変更すればよい。
【０２２３】
また、本実施の形態では、櫛形電極４・５を、凸状、具体的には、上記櫛形電極４・５と同じ櫛形状に形成された絶縁層２１上に積層することで、上記櫛形電極４・５間に凹部９が設けられた構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、上記基板１の表面に凹凸を形成することで、上記櫛形電極４・５間に凹部が形成されている構成としても構わない。
【０２２４】
〔実施の形態２〕
本発明の実施の他の形態について図１５および図１６に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態１との相違点について説明するものとし、前記実施の形態１で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０２２５】
前記実施の形態１では、櫛形電極４・５が、一対の基板１・２のうち一方の基板１上に、上記櫛形電極４・５と同じ櫛形状に形成（パターニング）された絶縁層２１を介して積層されている場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態では、櫛形電極４・５が、絶縁層２１を間に介して複数層積層された積層構造を有している場合を例に挙げて以下に説明するものとする。
【０２２６】
すなわち、本実施の形態にかかる表示素子８０は、一対の基板１・２のうち、一方の基板１上に、櫛形電極４・５と絶縁層２１とが交互に積層されてなる積層構造を有する電極部（電界印加手段）が設けられている構造を有している。
【０２２７】
図１５は、本実施の形態にかかる表示素子８０の要部の概略構成を示す断面図である。また、図１６は、本実施の形態にかかる他の表示素子８０の要部の概略構成を示す断面図である。
【０２２８】
図１５および図１６に示す表示素子８０は、櫛形電極４・５が、凸状、具体的には、上記櫛形電極４・５と同じ櫛形状に形成された絶縁層２１を間に介して複数積層された積層構造を有していることを除けば、前記実施の形態１に示す表示素子８０と同様の構成を有している。
【０２２９】
すなわち、図１５に示す表示素子８０における画素基板１１は、１層目の櫛形電極４・５（第１の電極）を４Ａ１・５Ａ１とし、以下、ｒ（ｒは任意の整数）層目の櫛形電極４・５（第ｒの電極）を４Ａｒ・５Ａｒとすると、基板１側から順に、基板１／櫛形電極４Ａ１・５Ａ１（第１の電極）／絶縁層２１（樹脂）／櫛形電極４Ａ２・５Ａ２（第２の電極）からなる積層構造を有している。
【０２３０】
一方、図１６に示す画素基板１１は、図１５同様、１層目の櫛形電極４・５（第１の電極）を４Ａ１・５Ａ１、以下、ｒ（ｒは任意の整数）層目の櫛形電極４・５（第ｒの電極）を４Ａｒ・５Ａｒとし、１層目の絶縁層２１（第１の絶縁層）を２１Ａ１、以下、ｒ（ｒは任意の整数）層目の絶縁層２１（第ｒの絶縁層）を２１Ａｒとすると、基板１側から順に、基板１／櫛形電極４Ａ１・５Ａ１（第１の電極）／絶縁層２１Ａ１（第１の絶縁層、樹脂）／櫛形電極４Ａ２・５Ａ２（第２の電極）／絶縁層２１Ａ２（第２の絶縁層、樹脂）／櫛形電極４Ａ３・５Ａ３（第３の電極）からなる積層構造を有している。
【０２３１】
このため、上記櫛形電極４Ａ２・５Ａ２，４Ａ３・５Ａ３は、上記絶縁層２１Ａ１，…，２１Ａｒにより、上記基板１とは離間して設けられた構成を有していると共に、これら櫛形電極４Ａ２・５Ａ２，４Ａ３・５Ａ３間に、これら櫛形電極４Ａ２・５Ａ２，４Ａ３・５Ａ３よりも下方（つまり基板１側）に窪んだ凹部が設けられている構成を有している。すなわち、上記表示素子８０は、櫛形電極４・５が、絶縁層２１を間に介して複数層積層されていると共に、少なくとも一対の櫛形電極４・５間に、該櫛形電極４・５よりも下方に窪んだ凹部が形成されている構成を有している。
【０２３２】
上記した積層構造もまた、例えば、スパッタリング、フォトリソグラフィー、エッチング等の従来公知の種々の手法により得ることができる。
【０２３３】
図１５および図１６に示す表示素子８０の実効厚みは、実施の形態１と同様に考察すれば、各々、図１５に示す表示素子８０の場合、ｄｅｆｆ（２）＝３ω、図１６に示す表示素子８０の場合、ｄｅｆｆ（３）＝５ωであり、それぞれ、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈの駆動電圧１００Ｖを、１００Ｖ×（１／√３）≒５８Ｖ、１００Ｖ×（１／√５）≒４５Ｖというように、１／√３倍もしくは１／√５倍の駆動電圧にまで電圧を削減することができるという効果を発揮することができる。この結果、図１５および図１６に示す表示素子８０において最大透過率が得られる電圧は各々、５８Ｖ、４５Ｖであり、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈを用いた場合（１００Ｖ）に対して大きな削減効果が得られた。
【０２３４】
なお、本実施の形態では、基板１上に、直接、櫛形電極４Ａ１・５Ａ１（第１の電極）が設けられた構成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、例えば、基板１上に、前記実施の形態１に示したように、絶縁層２１、つまり、第１の絶縁層となる絶縁層２１Ａ１（樹脂）が設けられ、該絶縁層２１Ａ１上に、櫛形電極４Ａ１・５Ａ１（第１の電極）が設けられた構成としてもよく、以下、この順に、櫛形電極４・５と絶縁層２１とが交互に積層された構成としてもよい。
【０２３５】
また、本実施の形態においても、上記基板１の表面に凹凸を形成することで、上記櫛形電極４Ａ１・５Ａ１（第１の電極）間に凹部が形成されている構成とすることもできる。
【０２３６】
さらに、本実施の形態に示す表示素子８０においても、櫛形電極４Ａ２，…，４Ａｒおよびこれら櫛形電極４Ａ２，…，４Ａｒに各々対向する櫛形電極５Ａ２，…，５Ａ２における最大電界領域は、基板１界面から離間した状態を実現しており、本実施の形態にかかる表示素子８０は何れも電圧削減効果を奏するため、本実施の形態にかかる表示素子８０もまた、前記実施の形態１同様、焼付け残像の発生を抑制する効果があり、コントラストの低下を抑制、防止することができる。
【０２３７】
〔実施の形態３〕
本発明の実施のさらに他の形態について図１７〜図１９に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態１および２との相違点について説明するものとし、前記実施の形態１および２で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０２３８】
図１７〜図１９は、各々、本実施の形態にかかる表示素子の要部の概略構成の一例を示す断面図である。
【０２３９】
前記実施の形態１・２では、櫛形電極４・５が、一対の基板１・２のうち一方の基板１上に、上記櫛形電極４・５と同じ櫛形状に形成（パターニング）された絶縁層２１を介して積層される場合を例に挙げて説明したが、本実施の形態では、櫛形電極４・５の厚みそのものを増すことで実効厚みを増加させ、駆動電圧の削減を行う場合について以下に説明するものとする。
【０２４０】
本実施の形態にかかる表示素子８０は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子において、櫛形電極４・５の基板法線方向の表面積、具体的には、櫛形電極４・５における互いの対向面の面積を、図３（ａ）および図３（ｂ）に示す表示素子Ｈよりも増加させた構成を有している。
【０２４１】
このような電極構造は、例えば、上記櫛形電極４・５を形成する際のスパッタ時間を長くしたり、めっきや導電ペースト、導電樹脂等を用いて上記櫛形電極４・５を形成したりすることで形成することができる。
【０２４２】
図１７に示す表示素子８０における電極構造は、櫛形電極４・５そのものの厚みを増加（厚膜化）させた構成であり、図１７に示す電極構造は、電極形成の際のスパッタ時間を長くすることで容易に形成することができる。
【０２４３】
また、図１８および図１９に示す表示素子８０における電極構造は、基板１上に、例えば前記した絶縁性材料からなる絶縁層５１・５２を、パターニングにより、凸状、例えば前記実施の形態１に示す櫛形電極４・５と同様の櫛形状に形成した後、該絶縁層５１・５２を、前記した電極材料で被覆することにより得ることができる。
【０２４４】
すなわち、図１８および図１９に示す表示素子８０における櫛形電極４は、各々、絶縁層５１と電極層５３とからなり、上記電極層５３が、上記櫛形電極４・５における少なくとも互いの対向面、つまり、上記絶縁層５１の少なくとも側面に設けられている構成を有している。より具体的には、図１８に示す表示素子８０は、上記電極層５３が、上記絶縁層５１の側面にのみ設けられている構成を有し、図１９に示す表示素子８０は、上記電極層５３が、上記絶縁層５１の表面全体を覆うように設けられている構成を有している。
【０２４５】
同様に、図１８および図１９に示す表示素子８０における櫛形電極５は、各々、絶縁層５２と電極層５４とからなり、上記電極層５４が、上記櫛形電極４・５における少なくとも互いの対向面、つまり、上記絶縁層５２の少なくとも側面（斜面であってもよい）に設けられている構成を有している。より具体的には、図１９に示す表示素子８０は、上記電極層５４が、上記絶縁層５２の側面（斜面であってもよい）にのみ設けられている構成を有し、図１８に示す表示素子８０は、上記電極層５４が、上記絶縁層５２の表面全体を覆うように設けられている構成を有している。
【０２４６】
本実施の形態では、図１７〜図１９の何れの表示素子においても、櫛形電極４・５の電極厚み、つまり、上記各櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さ（長さ）が２μｍになるように形成した。具体的には、図１７に示す表示素子８０においては、電極材料を、２μｍの厚さとなるように積層した。また、図１８に示す表示素子８０においては、１．７μｍの絶縁層５１・５２の表面全面を、０．３μｍの電極層５３・５４で被覆した。図１９に示す表示素子８０においては、絶縁層５１・５２を２μｍの厚みとなるように形成し、その後、上記絶縁層５１・５２の側面にのみ上記電極層５３・５４が形成されるように、めっきもしくはフォトリソグラフィー等の公知の手法を用いて、上記絶縁層５１・５２と同じ高さの電極層５３・５４を形成した。上記図１７〜図１９に示すそれぞれの構造において、最大透過率が得られる電圧は同じ（約７０Ｖ）であり、電圧削減効果は、絶縁層２１を３．２μｍの厚みで設けた前記実施の形態１とほぼ同じであった。
【０２４７】
これは、前記実施の形態１に示す構造では、櫛形電極４・５（電極層）が薄平板（０．３μｍ）であるため、基板法線方向の電界強度に着目すれば、櫛形電極４・５間の中心点（電極間中心点）からの電極からの距離が長くなるにしたがって電界強度は減少するが、本実施の形態によれば、電極厚みが増加しているため、電極間中心点からの法線方向の電界強度の減少割合が、少なくとも電極厚み程度には前記実施の形態１よりも小さくて済むためであると考えられる。
【０２４８】
言い換えると、前記実施の形態１に記載の表示素子８０では、櫛形電極４・５により媒質層３に平行な電界が印加される領域が殆ど無いのに対し、本実施の形態に記載の表示素子８０によれば、少なくとも電極厚み程度の領域は平行な電界が印加され、電界の低下はない。このため、本実施の形態では、上記電極部（電極構造）の高さを２μｍの高さにするだけで、前記実施の形態１と同じ効果が得られたものと考えられる。
【０２４９】
なお、図１７〜図１９に示す表示素子８０において、上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さは、０．５μｍ以上の高さにすれば、従来一般的に用いられてきたスパッタ法により形成された電極の典型的な厚み０．１μｍに対して、駆動電圧削減効果が顕著に確認できる。
【０２５０】
なお、上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さは、望ましくは１μｍ以上であり、この場合、１０％以上の電圧削減効果を得ることができた。
【０２５１】
上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さは、上記効果を得る上で、高ければ高いほど好ましく、基板１・２間のギャップの範囲内であれば、任意に設定することができるが、その上限は、媒質Ａ、すなわち、表示媒質の封入プロセスの観点から、基板１・２間のギャップより１μｍ以上低い値であることが望ましく、２μｍ以上低い値であることがより望ましい。上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さが高過ぎると、上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）と基板（本実施の形態においては基板２（すなわち、対向基板１２））との間の隙間が少なくなり過ぎ、表示媒質（媒質Ａ）を基板１・２間（つまり、画素基板１１・対向基板１２間）に封入するプロセス（典型的には真空封入プロセスや滴下封入プロセス）を困難にしてしまうおそれがある。典型的には、基板１・２間のギャップに、表示媒質を封入できない領域が残ってしまい、表示不良となるおそれがある。上記櫛形電極４・５（電極層５３・５４）と基板２（対向基板１２）との間の隙間は１μｍ以上あれば、表示媒質を基板１・２間のギャップ全域に注入することは可能であるが、注入に時間を要するため、信頼性・生産性の観点からは、上記隙間が２μｍ以上あることがより望ましい。注入に時間がかかり過ぎると、封入前の表示媒質が劣化する弊害が生じるおそれがある。但し、基板１・２を貼り合わせる前に、一方の基板に表示媒質を均一に塗布するプロセスを適用した場合は、前記問題を考慮する必要が無いため、櫛形電極４・５（電極層５３・５４）の基板法線方向の高さは、基板１・２間（画素基板１１・対向基板１２間）のギャップと同じ場合が最適値になる。
【０２５２】
なお、図１７〜図１９に示す表示素子８０においても、最も電界強度の強い領域は、図２０に斜線（二点鎖線にて示す領域）にて示すように、櫛形電極４（櫛歯部分４ａ）および櫛形電極５（櫛歯部分５ａ）における基板法線方向中心間の領域（以下、最大電界領域３３と記す）であり、該最大電界領域３２は、基板１界面から離間した状態を実現している。このため、本実施の形態にかかる表示素子８０においても、前記実施の形態１、２同様、焼付け残像の発生を抑制する効果があり、コントラストの低下を抑制、防止することができる。
【０２５３】
なお、図２０では、図１７に示す表示素子８０の電極構造を例に挙げて図示したが、上記した効果は、本実施の形態にて示す他のあらゆる構造において共通に有する。
【０２５４】
なお、本実施の形態において、図１８に示す表示素子８０と図１９に示す表示素子８０の構造の違いは、絶縁層５１・５２上面の電極層５３・５４の有無にあるが、図１９に示すように同一の絶縁層５１または絶縁層５２の左右（側面）に位置する電極層５３ａ・５３ｂ同士もしくは電極層５４ａ・５４ｂ同士が非導通である場合、つまり、同一の絶縁層５１または絶縁層５２を介して互いに対向して設けられた電極層５３ａ・５３ｂ同士もしくは電極層５４ａ・５４ｂ同士が非導通である場合、電極層５３ａ・５４ａは信号電極、電極層５３ｂ・５４ｂは対向電極というように使い分けることが可能になり、例えば、アクティブマトリクス駆動で必要になる補助容量を、樹脂層である上記絶縁層５１・５２により形成することが可能になる。
【０２５５】
〔実施の形態４〕
本発明の実施のさらに他の形態について図２１（ａ）および図２１（ｂ）に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態では、主に、前記実施の形態１〜３との相違点について説明するものとし、前記実施の形態１〜３で用いた構成要素と同一の機能を有する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
【０２５６】
図２１（ａ）は、図１に示す表示素子８０において櫛形電極４・５および絶縁層２１を透光性物質で形成した場合の透過光路を示す上記表示素子８０の要部断面図であり、図２１（ｂ）は、図１に示す表示素子８０において櫛形電極４・５および絶縁層２１を非透光性物質で形成した場合の透過光路を示す上記表示素子８０の要部断面図である。
【０２５７】
図２１（ｂ）に示すように、櫛形電極４・５および絶縁層２１、特に絶縁層２１を、非透光性物質で形成した場合、図２１（ａ）に示すように櫛形電極４・５および絶縁層２１を透光性物質で形成した場合と比較して透過光量が減少することが判る。
【０２５８】
図２１（ａ）および図２１（ｂ）から判るように、上記絶縁層２１を透光性物質（好適には透明材料）で形成すれば、図２１（ａ）および図２１（ｂ）に示す光路Ｌ１〜Ｌ４のうち、光路Ｌ４が透過し、さらに櫛形電極４・５を透光性物質（好適には透明電極材料）にすれば、光路Ｌ１が透過できるようになる。これにより、斜め視角の透過光が上記絶縁層２１や櫛形電極４・５で阻害されることによって斜め視角の透過光量が減少することがなく、例えば、上記表示素子８０を用いたテレビやコンピュータモニタ等の視野角を拡大することができる。
【０２５９】
なお、本実施の形態では、図１に示す表示素子において櫛形電極４・５および絶縁層２１を透光性物質で形成した場合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、前記実施の形態１〜３に示す各種表示素子８０において、一対の電極のうち少なくとも一方の電極および／または絶縁層を非透光性物質で形成することで、上記した効果を得ることができる。
【０２６０】
以上のように、本発明によれば、表示素子（表示素子８０）の駆動電圧を、１００Ｖ以下、例えば約７０Ｖ、好適には６０Ｖ以下、さらに好適には５０Ｖ以下にまで低減することができる。
【０２６１】
なお、上記実施の形態１〜４では、両櫛形電極４・５（信号電極と信号電極）に対して、従来とは異なる構造（実施の形態１〜４に記載の電極構造）を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一対の電極のうち、少なくとも何れか一方の電極に対して上記した従来とは異なる電極構造が適用されれば、駆動電圧削減効果が生じる。すなわち、本発明の本質は、実質的に電界が印加されている厚みを増強し、実効的に応答している媒質層３の厚み（実効厚み）を増加させることにあり、少なくとも一方の電極に、本発明の構造を適用すれば効果が発生し、両方の電極に本発明の構造を適用すれば効果が最大化される。
【０２６２】
また、本発明にかかる表示素子は、電界を印加する電極間に凹み部分が形成されている構成であってもよく、少なくとも電極の一部において、電極が絶縁層を介し積層されている構成であってもよく、少なくとも電極の一部において、電極が０．５μｍ以上の厚みを有する構成であってもよく、少なくとも電極の一部において、絶縁膜で形成された凸部を電極が覆っている構成であってもよく、少なくとも電極の一部において、絶縁膜で形成された凸部の斜面または側面に電極が形成されている構成であってもよい。
【０２６３】
本発明にかかる表示素子は、以上のように、電界の印加により光学的異方性の程度が変化する媒質における実質的に電界が印加されている厚みを増強し、実効的に応答している媒質層の厚み（実効厚み）を増加させるものである。
【０２６４】
より具体的には、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、該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の程度が変化する媒質と、上記基板に略平行な電界を上記媒質に印加する少なくとも一対の電極とを備え、少なくとも一対の電極は、最大電界領域が、上記基板界面から離間した位置に形成されるように設けられている構成を有している。
【０２６５】
本発明の表示素子によれば、このように、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、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。このため、上記表示素子は、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利用することもできる。
【０２６６】
また、本発明の表示素子によれば、このように最大電界領域が上記基板界面から離間した位置に形成されることで、上記媒質の実効厚みを増加させることができ、従来よりも駆動電圧を低減させることができると共に、基板界面に吸着した分子が電界方向に配向して光学的異方性を発現し、焼付け残像が発生したり、この焼付け残像によりコントラストが低下することを抑制、防止することができる。
【０２６７】
このような表示素子としては、例えば、少なくとも一対の電極間に、上記電極よりも下方に窪んだ凹部が形成されている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、上記基板上に、凸状に形成された絶縁層を介して設けられている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、絶縁層を間に介して電極同士が複数積層された構造を有している構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、その基板法線方向の高さが、０．５μｍ以上となるように形成されている構成；少なくとも一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、凸状に形成された絶縁層の少なくとも一部を覆うように形成されている構成；上記電極は、凸状に形成された絶縁層の側面に設けられていると共に、上記絶縁層の側面に、上記電極とは非導通の電極をさらに備えている構成；のうち少なくとも１つの構成を有する表示素子が挙げられるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０２６８】
なお、本発明は上述した各実施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り、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施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】
【０２６９】
本発明の表示素子は、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、また、従来よりも駆動電圧を低減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。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】
【０２７０】
【図１】本発明の実施の一形態にかかる表示素子の要部の概略構成を示す断面図である。
【図２】上記表示素子における電極構造と偏光板吸収軸との関係を説明する図である。
【図３】（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における電界無印加状態の要部のを模式的に示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す表示素子における電界印加状態の要部の概略構成を模式的に示す断面図である。
【図４】（ａ）は電界無印加状態（ＯＦＦ状態）における、図３（ａ）・（ｂ）に示す表示素子の媒質を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は電界印加状態（ＯＮ状態）における、図３（ａ）・（ｂ）に示す表示素子の媒質を模式的に示す断面図である。
【図５】図３（ａ）・（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る。
【図６】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、電界無印加時および電界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界無印加時の断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示す表示素子の電界印加時の断面図であり、（ｃ）はＴＮ方式の液晶表示素子の電界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界印加時の断面図であり、（ｅ）はＶＡ方式の液晶表示素子の電界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界印加時の断面図であり、（ｇ）はＩＰＳ方式の液晶表示素子の電界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界印加時の断面図である。
【図７】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８】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９】リオトロピック液晶相の分類図である。
【図１０】図３（ａ）・（ｂ）に示す表示素子の最大電界領域を示す断面図である。
【図１１】図１に示す表示素子の最大電界領域を示す断面図である。
【図１２】（ａ）は、図６（ｇ）・（ｈ）に示すＩＰＳモードを用いた液晶表示素子に、図１に示す絶縁層と同様の絶縁層を設けた場合における上記液晶表示素子の要部の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す液晶表示素子における電界印加時の液晶分子の理想的な配向状態を模式的に示す上記液晶表示素子の要部の概略構成を示す断面図であり、（ｃ）は、（ａ）に示す液晶表示素子における配向不良の領域を示す上記液晶表示素子の要部の概略構成を示す断面図である。
【図１３】図１２（ａ）〜（ｃ）に示す表示素子における基板のラビング方向を示す平面図である。
【図１４】本発明の実施の一形態にかかる反射型の表示素子の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１５】本発明の実施の他の形態にかかる表示素子の要部の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１６】本発明の実施の他の形態にかかる表示素子の要部の概略構成の他の一例を示す断面図である。
【図１７】本発明の実施のさらに他の形態にかかる表示素子の要部の概略構成の一例を示す断面図である。
【図１８】本発明の実施のさらに他の形態にかかる表示素子の要部の概略構成の他の一例を示す断面図である。
【図１９】本発明の実施のさらに他の形態にかかる表示素子の要部の概略構成のさらに他の一例を示す断面図である。
【図２０】図１７に示す表示素子の最大電界領域を示す断面図である。
【図２１】（ａ）は、図１に示す表示素子において櫛形電極および絶縁層を透光性物質で形成した場合の透過光路を示す上記表示素子の要部断面図であり、（ｂ）は、図１に示す表示素子において櫛形電極および絶縁層を非透光性物質で形成した場合の透過光路を示す上記表示素子の要部断面図である。
【図２２】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２３】図２２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２４】図１に示す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】
【０２７１】
１                  基板
２                  基板
３                  媒質層
３ａ                屈折率楕円体
４                  櫛形電極（電極）
４ａ                櫛歯部分
４Ａ１，…，４Ａｒ    櫛形電極（電極）
５                  櫛形電極（電極）
５ａ                櫛歯部分
５Ａ１，…，５Ａｒ    櫛形電極（電極）
６                  偏光板
６ａ                吸収軸
７                  偏光板
７ａ                吸収軸
９                  凹部
１１                  画素基板
１２                  対向基板
２１                  絶縁層
２１Ａ１，…，２１Ａｒ  櫛形電極（電極）
３２                  最大電界領域
３３                  最大電界領域
４１                  反射層
４２                  絶縁層
５１                  絶縁層
５２                  絶縁層
５３                  電極層（電極）
５３ａ                電極層（電極）
５３ｂ                電極層（電極）
５４                  電極層（電極）
５４ａ                電極層（電極）
５４ｂ                電極層（電極）
６０    表示装置
８０    表示素子
Ｈ    表示素子
【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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【図２４】
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