CN105143971A - 光学装置和具有它的显示装置 - Google Patents

Abstract

光学装置(100)具有第一基板(10)和第二基板(20)以及设置在它们之间的光学层(30)。第一基板具有能够被提供相互不同的电位的第一电极(11)和第二电极(12)。光学层(30)包括：介质(31P)；和取向方向根据施加于光学层的电场的方向而变化的形状各向异性颗粒(32)。介质是液晶材料，在不对光学层施加电场时，形状各向异性颗粒与基板面大致垂直地取向。

Description

光学装置和具有它的显示装置

技术领域

本发明涉及光学装置，特别涉及具备含有形状各向异性颗粒的光学层的光学装置。此外，本发明涉及具备这样的光学装置的显示装置。

背景技术

在控制入射光的透射率(或反射率)的光学装置中，要求高的对比度比和高的光利用率。

作为通过电压的施加来控制光的透射率的光学装置，已知有液晶面板。液晶面板具有一对基板和设置在该基板间的液晶层。在液晶面板中，根据施加于液晶层的电压的大小，液晶层中的液晶分子的取向发生变化，由此，入射至液晶面板的光的透射率发生变化。液晶面板能够得到非常高的对比度比，因此在显示装置中被广泛使用。

但是，液晶面板多为使用偏光板的方式，因此在显示中使用的光的一半以上被偏光板吸收。因此光利用率低。于是，近年来，不需要偏光板的光学装置的开发不断发展。

在非专利文献1中，提出了不需要偏光板的显示单元。在非专利文献1中公开的显示单元具有下述结构：在一对电极间夹持有主流体(介质)和分散在该介质中的聚合物(树脂涂层)片。通过在一对电极间施加电场，聚合物片的取向方向发生变化，由此显示单元的光学特性(光反射率)变化。在非专利文献1中，作为介质的具体例子，公开了碳酸丙烯酯、端环氧基聚二甲基硅氧烷(DMS-E09)。

此外，在专利文献1中，公开了具有包含聚合物片的悬浊液层的光学装置。该光学装置能够通过对悬浊液层施加电场而使聚合物片旋转，由此使悬浊液层的光学特性变化。

上述非专利文献1的显示单元、专利文献1的光学装置不需要偏光板，因此与液晶面板相比，能够提高的光利用率。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第6665042号说明书

非专利文献

非专利文献1：G.P.Cox，及其他5名，“ModelingtheEffectsofMicroencapsulationontheElectro-OpticBehaviorofPolymerCholestericLiquidCrystalFlakes”，LLEReview，UNIVERSITYOFROCHESTERLABORATORYFORLASERENERGETICS，January-March2009，volume118，p.86-99。

发明内容

发明要解决的技术问题

现在，作为液晶面板的驱动方式采用有源矩阵驱动。有源矩阵驱动的液晶面板中，对各像素设置有薄膜晶体管(TFT)。对某个像素的写入通过扫描该像素并使TFT导通来进行，之后，在该像素下一次被扫描之前使TFT截止。因此，在直到下一次写入的期间，通过保持对液晶层的施加电压(即由像素电容保持电荷)，维持液晶层中的液晶分子的取向状态。

非专利文献1中提出的显示单元不易进行有源矩阵驱动。例如，在将碳酸丙烯酯、DMS-E09用作介质时，它们的电阻率与一般的液晶材料的电阻率相比低几个数量级(一般的液晶材料的电阻率为1×10¹³Ω·cm左右，而碳酸丙烯酯的电阻率为约1×10⁴Ω·cm，DMS-E09的电阻率为约1.1×10⁷Ω·cm)，因此在对像素写入后的TFT截止的状态中，由于经由介质的截止泄漏使得电压的保持率大幅下降。因此，本来应在垂直方向上取向的聚合物片由于自重而向水平方向(与基板面平行的方向)倾斜。结果，像素的亮度发生变化，因此难以进行有源矩阵驱动。

此外，在无电压施加状态中，不能够维持聚合物片垂直取向的状态，聚合物片由于自重而朝向水平方向。因此，非专利文献1的显示单元不具有所谓的记忆性，难以实现低电力消耗化。并且，当显示单元倾斜时，聚合物片由于自重而在单元内移动，沉降至显示单元的底边侧。

另一方面，在专利文献1中，记载了作为悬浊液层的介质使用向列液晶材料的实施例(实施例6)。在该实施例中，在分别具有透明电极的一对基板各个上形成有取向膜(聚酰亚胺涂层)。在悬浊液层中没有产生电场时，聚合物片与基板面平行地取向。此外，在悬浊液层中产生纵电场时，聚合物片与基板面垂直地取向。

专利文献1的上述实施例中，考虑到要抑制经由介质的截止泄漏引起的电压保持率的下降。但是，在该实施例中，实际上，聚合物片贴附在极性强的取向膜的表面，因此即使在悬浊液层产生纵电场，取向膜附近的聚合物片也不会从取向膜剥离。由此，大部分的聚合物片保持与基板面平行地取向。因此，在电场施加时和无电场施加时，不能够使光透射率的差变得充分大，不能够实现足够高的对比度比。此外，在专利文献1的光学装置中，通过电场的施加，使聚合物片从与基板面平行的状态变化为垂直的状态(或从垂直状态变化为平行状态)，与此相反的变化通过热分散和重力进行。因此，也存在不能够得到充分的响应速度，难以在显示装置中使用的问题。

本发明鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种能够进行有源矩阵驱动，低电力消耗性优异，能够实现高的光利用率和高的对比度比的光学装置，以及具备该光学装置的显示装置。

用于解决问题的技术手段

本发明的实施方式的光学装置包括：相互相对地设置的第一基板和第二基板；设置在上述第一基板与上述第二基板之间的光学层，上述第一基板具有能够被提供相互不同的电位的第一电极和第二电极，上述光学层包括：介质；和分散在上述介质中的具有形状各向异性的形状各向异性颗粒，上述形状各向异性颗粒的取向方向根据施加于上述光学层的电场的方向而变化，上述介质是液晶材料，在不对上述光学层施加电场时，上述形状各向异性颗粒与基板面大致垂直地取向。

在某个实施方式中，上述第一基板和上述第二基板的至少一方具有设置于上述光学层侧的垂直取向膜。

在某个实施方式中，由上述第一电极与上述第二电极在上述光学层产生横电场时，上述形状各向异性颗粒与基板面大致平行地取向。

在某个实施方式中，上述液晶材料具有正的介电各向异性。

在某个实施方式中，上述液晶材料具有负的介电各向异性。

在某个实施方式中，上述第二基板具有与上述第一电极和上述第二电极相对的第三电极。

在某个实施方式中，由上述第三电极与上述第一电极和上述第二电极在上述光学层产生纵电场时，上述形状各向异性颗粒与基板面大致垂直地取向。

在某个实施方式中，上述第二基板不具有与上述第一电极和上述第二电极相对的电极。

在某个实施方式中，上述第一基板是具有薄膜晶体管的有源矩阵基板。

在某个实施方式中，上述第一基板还具有与上述薄膜晶体管电连接的栅极配线和源极配线，从上述源极配线供给到上述薄膜晶体管的电压的极性按规定的周期被反转。

在某个实施方式中，上述第一基板是具有薄膜晶体管的有源矩阵基板，还具有与上述薄膜晶体管电连接的栅极配线和源极配线，从上述源极配线供给到上述薄膜晶体管的电压的极性按规定的周期被反转，供给到上述第三电极的电压的极性按上述规定的周期被反转。

在某个实施方式中，上述薄膜晶体管包含氧化物半导体层。

在某个实施方式中，上述氧化物半导体层由In-Ga-Zn-O类半导体形成。

本发明的实施方式的显示装置包括具有上述结构的光学装置。

在某个实施方式中，具有上述结构的光学装置能够使用从外部入射的光以反射模式进行显示。

在某个实施方式中，上述形状各向异性颗粒具有光反射性，上述第一基板和上述第二基板中的位于背面侧的基板具有吸收光的光吸收层。

发明效果

根据本发明的实施方式，能够提供能够进行有源矩阵驱动、低电力消耗性优异、能够实现高的光利用率和高的对比度比的光学装置和具有该光学装置的显示装置。

附图说明

图1是示意性表示本发明的实施方式的显示装置110的截面图。

图2是示意性表示显示装置110的第一电极11和第二电极12的平面图。

图3是表示显示装置110的等效电路的图。

图4(a)是示意性表示对光学层30施加了横电场时的显示装置110的图，图4(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31a的取向方向的图。

图5(a)是示意性表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置110的图，图5(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31a的取向方向的图。

图6(a)是表示刚使施加于光学层30的电场从横电场变化为纵电场时的光学层30的状况的图，图6(b)是表示此后经过足够时间后的光学层30的状况的图。

图7(a)是表示在对光学层30施加了纵电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32的取向状态的图，图7(b)是表示对光学层30施加了横电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32的取向状态的图。

图8(a)是示意性表示试制的显示面板100’的图，图8(b)是对在显示面板100’没有被施加电压的光学层30从基板面法线方向观察时的光学显微镜照片。

图9是表示显示装置110的电路结构的另一例子的图。

图10(a)是示意性表示对光学层30施加了横电场时的显示装置110的图，图10(b)是示意性表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置110的图。

图11是示意性表示本发明的实施方式的显示装置210的截面图。

图12(a)是示意性表示对光学层30施加了横电场时的显示装置210的图，图12(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向方向的图。

图13(a)是示意性表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置210的图，图13(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向方向的图。

图14(a)和(b)是表示对光学层30施加了纵电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向状态的图。

图15(a)和(b)表示对光学层30施加了横电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向状态。

图16是示意性表示本发明的实施方式的显示装置210A的截面图。

图17是示意性表示本发明的实施方式的显示装置310(的整体)的平面图。

图18是示意性表示显示装置310的与1个像素对应的区域的平面图。

图19是图18的A―A’截面图。

图20是仅表示图18所示的显示装置310的构成要素中的第一电极11和第二电极12的平面图。

图21是仅表示图18所示的显示装置310的构成要素中的遮光层61的平面图。

图22是表示图18所示的显示装置310的构成要素中的第一电极11、第二电极12和遮光层61以外的部分的平面图。

图23是表示显示装置310的另一结构的图，是图18的A―A’截面图。

图24是表示显示装置310的又一结构的图，是图18的A―A’截面图。

图25(a)是表示作为第一电极11和第二电极12使用梳齿状电极时不能够施加横电场的区域的图，图25(b)是表示作为第一电极11和第二电极12使用涡旋状电极时的不能够施加横电场的区域的图。

图26是表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置310的图。

图27表示对显示装置310的光学层30施加纵电场时的、栅极信号、第一源极信号、第二源极信号、共用电压的信号波形的图。

图28是表示对光学层30施加了横电场时的显示装置310的图。

图29是表示对显示装置310的光学层30施加横电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

图30是表示对显示装置310的光学层30施加纵电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

图31是表示对显示装置310的光学层30施加横电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

图32是表示对显示装置310的光学层30施加纵电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

图33是表示对显示装置310的光学层30施加横电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

图34是示意性表示本发明的实施方式的显示装置410的与1个像素对应的区域的平面图。

图35是仅表示图34所示的显示装置410的构成要素中的第一电极11和第二电极12的平面图。

图36是仅表示图34所示的显示装置410的构成要素中的遮光层61的平面图。

图37是表示图34所示的显示装置410的构成要素中的第一电极11、第二电极12和遮光层61以外的部分的平面图。

图38是示意性表示本发明的实施方式的显示装置510的与1个像素对应的区域的平面图。

图39是图38的B―B’截面图。

图40是仅表示图38所示的显示装置510的构成要素中的第一电极11的平面图。

图41是仅表示图38所示的显示装置510的构成要素中的第二电极12和连接电极12’的平面图。

图42是仅表示图38所示的构成要素中的遮光层61的平面图。

图43是表示图38所示的构成要素中的第一电极11、第二电极12、连接电极12’和遮光层61以外的部分的平面图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。另外，本发明并不限定于以下的实施方式。

(实施方式1)

图1中表示本实施方式的显示装置110。图1是示意性表示显示装置110的截面图。

显示装置110是能够使用从外部入射的光(周围光)以反射模式进行显示的反射型显示装置。显示装置110如图1所示，具有显示面板(光学装置)100，具有矩阵状排列的多个像素。

显示面板100包括以相互相对的方式设置的第一基板10和第二基板20，以及设置在第一基板10与第二基板20之间的光学层(显示介质层)30。以下，将第一基板10和第二基板20中的相对位于背面侧的第一基板10称为“背面侧基板”，将相对位于前面侧(即观察者侧)的第二基板20称为“前面侧基板”。

第一基板(背面侧基板)10具有能够得到相互不同的电位的第一电极11和第二电极12。第一电极11和第二电极12设置于多个像素的各个像素。第一电极11和第二电极12分别为具有多个分支部11a、12a的梳齿状电极。图2表示第一电极11和第二电极12的平面构造。

第一电极11如图2所示，具有干部11b和从干部11b延伸的多个分支部11a。第二电极12同样具有干部12b和从干部12b延伸的多个分支部12a。第一电极11和第二电极12以各自的多个分支部11a、12a隔着规定的间隙(以下称为“电极间距离”)g啮合的方式配置。

电极间距离g没有特别限制。电极间距离g例如为10μm。第一电极11的分支部11a的宽度w₁和第二电极12的分支部12a的宽度w₂也没有特别限制。第一电极11的分支部11a的宽度w₁和第二电极12的分支部12a的宽度w₂可以相同也可以不同。第一电极11的分支部11a的宽度w₁和第二电极12的分支部12a的宽度w₂例如为10μm。

此外，第一基板10是有源矩阵基板，具有设置于各像素的薄膜晶体管(TFT)和各种配线(与TFT电连接的栅极配线、源极配线等)(以此均不图示)。第一电极11和第二电极12与各自对应的TFT电连接，经由TFT供给与源极信号对应的电压。

第一基板10还具有吸收光的光吸收层14。光吸收层14的材料没有特别限制。作为光吸收层14的材料，例如能够使用在包含于液晶显示装置等的滤色片的黑矩阵的材料等中使用的颜料。或者，作为光吸收层14，能够使用二层构造的低反射铬膜(具有层叠铬层和氧化铬层的构造)。

第一基板10的构成要素(上述第一电极11、第二电极12和光吸收层14等)由具有绝缘性的基板(例如玻璃基板)10a支承。另外，图1(a)和(b)中，光吸收层14设置在基板10a的背面侧，但光吸收层14也可以设置在基板10a的光学层30侧。

第二基板(前面侧基板)20具有与第一电极11和第二电极12相对的第三电极21。第三电极21可以不形成隙缝或切口部，为所谓的整体电极。此外，第三电极21不需要在每个像素中电独立，可以是在所有像素中共用的、连续单一的导电膜(即共用电极)。第三电极21是所有像素共用的整体电极时，不需要利用光刻技术进行的图案化，因此能够减少制造成本。此外，在进行彩色显示时，第二基板20还具有滤色片(未图示)。

第二基板20的构成要素(上述第三电极21等)由具有绝缘性的基板(例如玻璃基板)20a支承。

第一电极11、第二电极12和第三电极21的各个由ITO(铟锡氧化物)、IZO(铟锌氧化物)等透明导电材料形成。对成为这些电极的导电膜的堆叠方法没有特别限制，能够使用溅射法、真空蒸镀法、等离子体CVD法等公知的各种方法。此外，为了形成作为梳齿状电极的第一电极11和第二电极12而对导电膜进行图案化的方法也没有特别限制，能够使用光刻等公知的图案化方法。第一电极11、第二电极12和第三电极21的厚度例如为100nm。

光学层(显示介质层)30包括：液状的介质31P；和分散在介质31P中且具有形状各向异性的颗粒(以下称为“形状各向异性颗粒”)32。上述第一基板10和第二基板20隔着以包围显示区域的方式形成的密封部(此处未图示)贴合，介质31P和形状各向异性颗粒32被封入由密封部包围的区域(即显示区域)内。光学层30的厚度(单元间隙)没有特别限制。光学层30的厚度例如为50μm～100μm。

形状各向异性颗粒32具有光反射性。形状各向异性颗粒32例如为片状(薄片状)。

形状各向异性颗粒32根据施加于光学层30的电场的方向改变取向方向。即，由第一电极11和第二电极12、第三电极21在光学层30产生纵电场的情况下与由第一电极11和第二电极12在光学层30产生横电场的情况下，形状各向异性颗粒32的取向方向不同。形状各向异性颗粒32具有形状各向异性，因此当形状各向异性颗粒32的取向方向变化时，形状各向异性颗粒32向基板面(第一基板10的基板面)的投影面积也发生变化，随之光学层30的光学特性(此处是反射率)发生变化。本实施方式的显示装置110中，利用该现象进行显示。对于形状各向异性颗粒32的取向方向根据施加电场的方向发生变化的理由，在后面详细叙述。

本实施方式的显示装置110中，介质31P是液晶材料，包含液晶分子31a。此处，液晶材料具有正的介电各向异性。即，介质31P是所谓的正型的液晶材料，液晶分子31a的长轴方向的介电常数ε_//比短轴方向的介电常数ε⊥大。

第一基板10和第二基板20分别具有在光学层30侧设置的垂直取向膜15和25。垂直取向膜15和25如后面详细叙述的那样，具有使形状各向异性颗粒32与基板面(第一基板10或第二基板20的基板面)大致垂直地取向的取向限制力。此外，此处，垂直取向膜15和25也具有使介质(液晶材料)31P中含有的液晶分子31a与基板面(第一基板10或第二基板20的基板面)大致垂直地取向的取向限制力。另外，并非必须在第一基板10和第二基板20的两方设置垂直取向膜，可以仅在一方(例如仅在第一基板10)设置垂直取向膜。

以下，参照图3、图4和图5，更具体地说明形状各向异性颗粒32的取向方向根据施加电场的方向而变化的理由。图3是表示显示装置110的等效电路的图。图4(a)是示意性表示对光学层30施加了横电场时的显示装置110的图，图4(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31a的取向方向的图。图5(a)是示意性表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置110的图，图5(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31a的取向方向的图。

显示装置110如图3所示，还具有电源40、第一开关51、第二开关52、第三开关53和第四开关54。电源40是用于控制对光学层30施加的电场的一个电源。第一开关51、第二开关52、第三开关53和第四开关54切换第一电极11、第二电极12和第三电极13与电源40的电连接关系。另外，图3中所示的电阻R1表示对光学层30施加横电场时的显示面板100内的电阻，图3中所示的电阻R2表示对光学层30施加纵电场时的显示面板100内的电阻。

不对光学层30施加电场时，形状各向异性颗粒32由于垂直取向膜15和25的取向限制力，如图1所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致垂直的方式取向(即成为垂直取向状态)。此外，由于垂直取向膜15和25的取向限制力，液晶分子31a与基板面大致垂直地取向，这对于形状各向异性颗粒32成为垂直取向状态起辅助的作用。另外，在本申请的说明书中，“形状各向异性颗粒32与基板面大致垂直地取向”是指，形状各向异性颗粒32与基板面严格垂直取向的状态和以实质上显示同程度的光学特性的角度取向的状态，具体来说，是指形状各向异性颗粒32与基板面以75°以上的角度取向的状态。此外，如后所述，在对光学层30施加纵电场之后重置电压的情况下，由于相同理由，形状各向异性颗粒32成为垂直取向状态。

如图4(a)所示，当使第四开关54导通、第一开关51截止、第三开关53截止、第二开关52导通时，在电源40的一端连接第一电极11，在电源40的另一端连接第二电极12和第三电极21。因此，对第一电极11与第二电极12之间施加规定的电压(例如占空比50％、频率60Hz、Vpp＝70V(±35V)的交流电压)，在光学层30产生横电场。图4(a)和(b)中以箭头E表示电场的朝向。由图4(a)可知，电场的朝向E与第一基板10的基板面大致平行(与光学层30的厚度方向大致垂直)。

此时，形状各向异性颗粒32如图4(a)和(b)所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致平行的方式取向(即成为水平取向状态)。此外，液晶分子31a也与第一基板10的基板面大致平行地取向。在该状态中，入射的周围光L多由光学层30中的形状各向异性颗粒32反射。即，光学层30成为反射状态，在该状态中能够进行白显示。此外，通过施加比较低的电压，能够进行中间色调显示。另外，在第二基板20附近，可能存在保持与基板面大致垂直取向的形状各向异性颗粒32，但也能够不发生问题地进行白显示(或中间色调显示)。

另一方面，如图5(a)所示，当使第四开关54截止、第二开关52截止、第三开关53导通、第一开关51导通时，在电源40的一端连接第三电极21，在电源40的另一端连接第一电极11和第二电极12。因此，在第一电极11和第二电极12与第三电极21之间施加规定的电压(例如占空比50％、频率60Hz、70V的交流电压)，在光学层30产生纵电场。在图5(a)和(b)中由箭头E表示电场的朝向。从图5(a)可知，电场的朝向E与第一基板10的基板面大致垂直(与光学层30的厚度方向大致平行)。

此时，形状各向异性颗粒32如图5(a)和(b)所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致垂直的方式取向(即成为垂直取向状态)。此外，液晶分子31a也与第一基板10的基板面大致垂直地取向。在该状态中，入射的周围光L大多会透过光学层30。即，光学层30成为透明状态。透过光学层30的周围光被光吸收层14吸收，因此在该状态中能够进行黑显示。

上述的形状各向异性颗粒32的取向变化的起因是，电场和由其感应而产生的电双极子力矩的相互作用而导致产生的介电泳力(dieletrophoreticforce)。以下，参照图6(a)和(b)更具体地进行说明。图6(a)和(b)是表示对光学层30施加的电场刚从横电场变化为纵电场后和之后经由足够时间后的、光学层30的状况(电荷的分布和电力线)的图。

形状各向异性颗粒32的介电常数和介质31P的介电常数不同时，当向光学层30施加的电场的方向变化时，如图6(a)所示，在电力线中产生大幅的变形。因此，形状各向异性颗粒32如图6(b)所示，以能量最小的方式旋转。

一般地说，对分散于介质中的颗粒作用的介电泳力F_dep，在使颗粒的介电常数为ε_p、介质的介电常数为ε_m、颗粒的半径为a、电场的强度为E时，由下记式(1)表示。式(1)中的Re是取出实部的运算符。另外，在本实施方式中，介质31P是液晶材料，具有介电各向异性。即，液晶分子31a的长轴方向的介电常数ε_//与短轴方向的介电常数ε⊥不同，相当于ε_m＝ε_//-ε⊥＝Δε。

[数学式1]

$F_{dep}=2{\mathrm{\π\ϵ}}_m\·a^3\·\mathrm{Re}\·\left(\frac{{\mathrm{\ϵ}}_p-{\mathrm{\ϵ}}_m}{{\mathrm{\ϵ}}_p+2{\mathrm{\ϵ}}_m}\right)\·\▿\left|E\right|2...\left(1\right)$

此外，如以上说明的内容可知，在上述的介电泳力以外，由于垂直取向膜15和25的取向限制力和液晶分子31a的辅助作用，在形状各向异性颗粒32显现垂直取向状态，由此能够很好地进行形状各向异性颗粒32的垂直取向动作和水平取向动作的切换。

如上所述，本实施方式的显示装置110中，通过切换在光学层30产生纵电场的状态和在光学层30产生横电场的状态来进行显示。从前者的状态向后者的状态的变化，和从后者的状态向前者的状态的变化，均通过使施加电场的方向变化来进行，因此与专利文献3的光学装置不同，能够实现充分的响应速度。此外，显示装置110不需要偏光板，因此能够实现高的光利用率。

进而，在显示装置110中，作为介质31P使用液晶材料。液晶材料一般与专利文献1和2中例示的介质(碳酸丙烯酯等)相比电阻率高几个数量级，因此在显示装置110中，能够防止在向像素写入后的TFT截止的状态中，经由介质31P的截止泄漏的发生。因此，能够得到高电压保持率，很好地进行有源矩阵驱动。此外，泄漏电流较少，因此能够减少电力消耗。显示装置110的电力消耗P，在显示面板100的电容为C、向光学层30施加的电压为V、驱动频率为f、漏电流为I时，由下式(2)表示。

P＝C·V·f+I·V…(2)

式(2)的右边的第一项被称为像素电容项，第二项被称为漏电流项。即，电力消耗P能够分为像素电容成分和漏电流成分来考虑。介质31P的电阻率高时，漏电流I减少，因此由式(2)可知，能够减少电力消耗P。

此外，在显示装置110中，使用的取向膜为垂直取向膜15和25，即，通过使得在没有对光学层30施加电场时，存在使形状各向异性颗粒32与基板面大致垂直地取向的取向限制力，能够防止形状各向异性颗粒32保持水平状态地贴合于取向膜，因此在光学层30产生纵电场时，能够使大多数的形状各向异性颗粒32成为垂直取向状态。因此，能够实现高的对比度比。

进一步，在显示装置110中，即使在对光学层30施加电场后将电场去除(即重置电压)，形状各向异性颗粒32的取向状态也得以维持。即，显示装置110具有记忆性。

图7(a)中表示对光学层30施加纵电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32的取向状态。如图7(a)所示，即使重置电压，形状各向异性颗粒32也维持与基板面大致垂直地取向的状态。这是由于存在垂直取向膜15和25的取向限制力。另外，电压的重置能够通过使第一开关51、第二开关52、第三开关53和第四开关54的导通/截止状态像图7(a)所示那样切换而进行。当使第一开关51截止、第二开关52截止、第三开关53导通、第四开关54导通时，第一电极11、第二电极12和第三电极21相互导通，因此能够重置电压。

图7(b)中表示对光学层30施加横电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32的取向状态。如图7(b)所示，即使重置电压，形状各向异性颗粒32也能够维持与基板面大致平行地取向的状态。其理由在后面叙述。

这样，显示装置110具有记忆性，因此除了改写时以外几乎不需要供给电压。因此，能够达到进一步的低电力消耗化。

此外，在显示装置110中，利用垂直取向膜15和25的取向限制力，能够防止形状各向异性颗粒32由于自重(朝向水平方向)而沉降。

如上所述，本实施方式的显示面板(光学装置)100中，作为介质31P使用液晶材料，并且在第一基板10和第二基板20的光学层30侧设置有垂直取向膜15和25，由此，显示面板100能够进行有源矩阵驱动，低电力消耗性优异，能够实现高的光利用率和高的对比度比。

此外，像本实施方式这样，液晶材料为正型时，对光学层30施加电场时的形状各向异性颗粒32的动作与液晶分子31a的动作一致。例如，对光学层30施加的电场从横电场切换为纵电场时，形状各向异性分子32从水平取向状态向垂直取向状态变化，液晶分子31a也从水平取向状态向垂直取向状态变化。因此，能够增加确实地成为垂直取向状态的形状各向异性颗粒32的数量(存在概率)，因此能够实现更高的对比度比。

进一步，当液晶材料为正型时，不仅是在形状各向异性颗粒32为垂直取向的状态时，在形状各向异性颗粒32为水平取向的状态时也能够实现记忆性(参照图7(b))，因此能够实现电力消耗的进一步减少。

此外，像本实施方式这样，用于控制对光学层30施加的电场的电源40仅有一个时，能够减少部件成本。此外，在第一基板10上制作电源电路时，由于电源40仅有一个，能够使得电路规模变小，因此能够使边框区域较小。

形状各向异性颗粒32只要能够如上所述根据施加电场的方向来变化向基板面的投影面积，则其具体形状和材料没有特别限制。形状各向异性部材32可以是片状(薄片状)，也可以是圆柱状、椭圆球状等。从实现高的对比度比的观点出发，形状各向异性颗粒32优选是最大投影面积与最小投影面积的比为2:1以上的形状。

作为形状各向异性颗粒32的材料，能够使用金属材料、半导体材料、电介质材料和它们的复合材料。此外，形状各向异性颗粒32可以是电介质多层膜，也可以由胆甾醇(cholesteric)树脂材料形成。另外，在作为形状各向异性颗粒32的材料使用金属材料时，优选在形状各向异性颗粒32的表面形成有绝缘层(电介质层)。金属单体的介电常数是虚数，但通过在表面形成绝缘层(例如树脂层、金属氧化物层)，能够将由金属材料形成的形状各向异性颗粒32作为电介质处理。此外，通过在表面形成有绝缘层，能够有效地防止由金属材料形成的形状各向异性颗粒32彼此的接触导致的导通、物理上的相互作用导致的聚集等。作为这样的形状各向异性颗粒32，例如，能够使用表面被树脂材料(例如丙烯酸树脂)覆盖的铝片。光学层30的铝片含有量例如为3重量％。或者，能够使用在表面形成有SiO₂层的铝片、在表面形成有氧化铝层的铝片等。当然，作为金属材料也可以使用铝以外的金属材料。此外，形状各向异性颗粒32也可以被着色。

形状各向异性颗粒32的长度没有特别限制。典型地说，形状各向异性颗粒32的长度为数μm～数十μm程度(例如，在电极节距(pitch)p(参照图2)为10μm时为10μm，在电极节距p为4μm时为4μm)。此外，在本实施方式这样的反射型显示装置中，为了得到高反射率在水平取向状态中不能够由形状各向异性颗粒32完全覆盖基板面时，优选使形状各向异性颗粒32的长度为电极节距p以上。形状各向异性粒子32的厚度也没有特别限制。但是，形状各向异性颗粒32的厚度越小，能够使透明状态中的光学层30的透射率越高，因此形状各向异性颗粒32的厚度优选比电极间距离g小(例如4μm以下)，更优选为光波长以下(例如0.5μm以下)。

形状各向异性颗粒32的比重优选为11g/cm³以下，更优选为3g/cm³以下，进一步优选与介质31P相同程度的比重。这是因为，形状各向异性颗粒32的比重与介质31P的比重大幅不同时，会产生形状各向异性颗粒32沉降或浮游的问题。

作为介质31P即正型液晶材料，能够广泛地适用液晶显示装置用的液晶材料。例如，能够使用在侧链中导入了氟的氟类的液晶材料。氟类的液晶材料常用在无源矩阵驱动的液晶显示装置中，具有大介电各向异性和高电阻率。具体地说，例如，能够使用长轴方向的介电常数ε_//为24.7，短轴方向的介电常数ε⊥为4.3，电阻率ρ为6×10¹³Ω·cm的液晶材料。当然，液晶材料的介电常数和电阻率并不限定于此处举出的例子。从充分抵制经由介质31P的截止泄漏的发生的观点出发，液晶材料的电阻率优选为1×10^11～12Ω·cm以上。此外，液晶材料的介电各向异性Δε优选超过10(Δε>10)。

作为垂直取向膜15和25，能够优选使用VA(VerticalAlignment，重直取向)模式的液晶显示装置用的垂直取向膜(例如JSR社制造、日产化学社制造的聚酰亚胺类、聚酰胺酸类垂直取向膜)。为了使高介电常数的正型液晶材料为垂直取向，优选使用烷基、含氟基这样的疏水构造较多导入侧链的垂直取向膜。垂直取向膜15和25各自的厚度例如为100nm。当然并不限定于此。

这样，液晶显示装置用的垂直取向膜对形状各向异性颗粒32也显示取向限制力。以下，说明实际试制显示面板，对此进行检证而得的结果。图8(a)是示意性表示试制出的显示面板100’的图，图8(b)是对在显示面板100’没有施加电压的状态的光学层30从基板面法线方向观察时的光学显微镜照片。

图8(a)所示的显示面板100’，代替第一电极11和第二电极12(均为梳齿状电极)，第一基板10具有整体电极11’，这与图1等所示的显示面板100不同。试制出的显示面板100’中，光学层30的厚度(单元间隙)为50μm。此外，作为形状各向异性颗粒32，使用表面被树脂材料覆盖的圆盘状的铝片。该铝片的长度(直径)为约5μm，厚度为约0.1μm。此外，在显示面板100’的第一基板10没有设置光吸收层14，利用光学显微镜进行的观察，通过在第一基板10的背后配置光源101，对显示面板100’从前面侧(图8(a)中的方向D1)观察而进行。

在没有对光学层30施加电压的状态中，从图8(b)可知，多数的形状各向异性颗粒32与基板面大致垂直地取向。例如，在图8(b)中标注了附图标记的形状各向异性颗粒32向基板面的投影面的宽度(图8(b)中的尺寸S)为约0.75μm，因此该形状各向异性颗粒32与基板面所成的角θ为约81°(＝tan^-1(5/0.75))。

从提高反射率的观点出发，优选尽可能多的形状各向异性颗粒32与基板面大致垂直地取向。例如，优选在各像素内50％以上的形状各向异性颗粒32与基板面成80°以上的角度地取向。或者，优选在显示面中央部的150μm×150μm(即150μm四方)的区域中，80％以上的形状各向异性颗粒32与基板面成80°以上的角度地取向。另外，在图8(b)所示的例子中，在约100μm×100μm的区域中，90％以上的形状各向异性颗粒32与基板面成80°以上的角度地取向。

推测在这样无电压施加状态中形状各向异性颗粒32进行垂直取向是因为，垂直取向膜15和25的表面张力和液晶分子31a的宏观的取向变化相关联。

此外，作为垂直取向膜15和25，能够使用使正型液晶材料和负型液晶材料这两者垂直取向的材料，也能够使用仅使正型液晶材料和负型液晶材料中的一方垂直取向的材料。在本实施方式中，介质31P为正型液晶材料，作为垂直取向膜15和25使负型液晶材料垂直取向，但也可以使用不使正型液晶材料垂直取向的材料。即，垂直取向膜15和25只要使形状各向异性颗粒32与基板面大致垂直地取向即可。

根据本申请发明者的检证可知，参照图7(b)说明的记忆性(横电场施加后重置电压时的记忆性)，主要在组合作为正型液晶材料的介质31P和使负型液晶材料垂直取向但不使正型液晶材料垂直取向的垂直取向膜时得到。其理由如下。形状各向异性颗粒32为水平取向状态(图4(a)和(b)所示的状态)时，形状各向异性颗粒32和第一电极11、第二电极12成为带电状态，为了使该状态消除，仅是垂直取向膜对形状各向异性颗粒32直接作用的取向限制力并不足够，液晶分子31a垂直取向带来的辅助作用是必需的。在上述组合中，液晶分子31a进行垂直取向带来的辅助作用不存在，因此结果显现记忆性。

另外，在上述说明中，例示了作为有源矩阵基板的第一基板10配置在背面侧的结构，但第一基板10的配置并不限定于此。第一基板10也可以配置在前面侧。作为有源矩阵基板的第一基板10包含由具有遮光性的材料形成的构成要素，因此当采用第一基板10配置在背面侧的结构时，能够最大限度地利用形状各向异性颗粒32的反射效果。

此外，用于切换施加于光学层30的电场的方向的具体电路结构(开关和电源的个数、连接关系)并不限定于图3等例示的结构。例如，也可以采用图9所示的电路结构。

图3等所示的结构中，设置有4个开关(第一开关51、第二开关52、第三开关53和第四开关54)。与此不同，在图9所示的结构中，设置有第一开关51、第二开关52和第三开关53这3个开关。采用这样的结构，也能够切换施加于光学层30的电场的方向。

具体地说，在光学层30产生横电场时，如图10(a)所示，使第二开关52导通、第一开关51截止、第三开关53导通即可。由此，在电源40的一端连接第一电极11，在电源40的另一端连接第二电极12和第三电极21。因此，在第一电极11与第二电极12之间施加规定的电压，在光学层30产生横电场。

此外，在光学层30产生纵电场时，如图10(b)所示，使第二开关52截止、第三开关53导通、第一开关51导通即可。由此，在电源40的一端连接第一电极11和第二电极12，在电源40的另一端连接第三电极21。因此，在第一电极11和第二电极12与第三电极21之间施加规定的电压，在光学层30产生纵电场。

此外，在重置电压时，如图9所示，使第三开关53截止、第一开关51导通、第二开关52导通即可。由此，第一电极11、第二电极12和第三电极21相互导通，因此能够重置电压。

(实施方式2)

图11表示本实施方式的显示装置210。图11是示意性表示显示装置210的截面图。以下以本实施方式的显示装置210与实施方式1的显示装置110的不同点为中心进行说明。

实施方式1的显示装置110的显示面板100具有正型的液晶材料作为介质31P。与此不同，本实施方式的显示装置210的显示面板200使用所谓的负型的液晶材料作为介质31N。即，介质31N是具有负的介电各向异性的液晶材料，液晶分子31b的短轴方向的介电常数ε⊥比长轴方向的介电常数ε_//大。

此处，参照图12和图13说明与施加电场对应的形状各向异性颗粒32的取向方向的变化。图12(a)是示意性表示在光学层30施加了横电场时的显示装置210的图，图12(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向方向的图。此外，图13(a)是示意性表示在光学层30施加了纵电场时的显示装置210的图，图13(b)是表示此时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向方向的图。

没有对光学层30施加电场时，形状各向异性颗粒32如图11所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致垂直的方式取向。

如图12(a)所示，当使第四开关54导通、第一开关51截止、第三开关53截止、第二开关52导通时，在电源40的一端连接第一电极11，在电源40的他端连接第二电极12和第三电极21。因此，在第一电极11与第二电极12之间施加规定的电压(例如占空比50％、频率60Hz、Vpp＝70V的交流电压)，在光学层30施加横电场。

此时，形状各向异性颗粒32如图12(a)和(b)所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致平行的方式取向(即成为水平取向状态)。此外，液晶分子31b与第一基板10的基板面大致垂直地取向。在该状态中，入射的周围光L多被光学层30中的形状各向异性颗粒32反射。即，光学层30成为反射状态，在该状态中能够进行白显示。此外，通过施加比较低的电压，能够进行中间色调显示。

另一方面，如图13(a)所示，当使第四开关54截止、第二开关52截止、第三开关53导通、第一开关51导通时，在电源40的一端连接第三电极21，在电源40的另一端连接第一电极11和第二电极12。因此，在第一电极11和第二电极12与第三电极21之间施加规定的电压(例如占空比50％、频率60Hz、Vpp＝70V的交流电压)，在光学层30施加纵电场。

此时，形状各向异性颗粒32如图13(a)和(b)所示，以(其长度方向)与第一基板10的基板面大致垂直的方式取向(即成为垂直取向状态)。此外，液晶分子31a与第一基板10的基板面大致平行地取向。在该状态中，入射的周围光L多数透过光学层30。即，光学层30成为透明状态。透过光学层30的周围光被光吸收层14吸收，因此在该状态中能够进行黑显示。

如上所述，本实施方式的显示装置210中，通过切换在光学层30产生纵电场的状态和在光学层30产生横电场的状态来进行显示。从前者的状态向后者的状态的变化和从后者的状态向前者的状态的变化，均通过使施加电场的方向变化来进行，因此能够实现充分的响应速度。此外，显示装置210不需要偏光板，因此能够实现高的光利用率。

进而，在显示装置210中，作为介质31N使用液晶材料，因此能够防止在向像素写入后的TFT截止的状态中，经由介质31N发生截止泄漏。因此，能够得到高电压保持率，能够很好地进行有源矩阵驱动。此外，漏电流较少，因此能够减少电力消耗。

此外，在显示装置210中，使用的取向膜为垂直取向膜15和25，由此能够防止形状各向异性颗粒32保持水平状态地贴合于取向膜，因此在光学层30产生纵电场时，能够使多数的形状各向异性颗粒32成为垂直取向状态。因此能够实现高的对比度比。

进而显示装置210具有记忆性。

图14(a)和(b)中表示对光学层30施加纵电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向状态。如图14(a)和(b)所示，即使重置电压，形状各向异性颗粒32也维持与基板面大致垂直地取向的状态。这是由垂直取向膜15和25的取向限制力引起的。另外，电压的重置能够通过使第一开关51、第二开关52、第三开关53和第四开关54的导通/截止状态如图14(a)所示切换而进行。当第一开关51截止、第二开关52截止、第三开关53导通、第四开关54导通时，第一电极11、第二电极12和第三电极21相互导通，因此能够重置电压。

这样，显示装置110具有记忆性，因此能够达到进一步的低电力消耗化。

但是，在本实施方式的显示装置210中，在形状各向异性颗粒32垂直取向的状态中能够实现记忆性，但在形状各向异性颗粒32水平取向的状态中不能够实现记忆性。

在图15(a)和(b)中表示对光学层30施加了横电场后重置电压时的形状各向异性颗粒32和液晶分子31b的取向状态。如图15(a)和(b)所示，当重置电压时，形状各向异性颗粒32回到垂直取向状态。

如上所述，本实施方式的显示面板(光学装置)200中，作为介质31N使用液晶材料，并且在第一基板10和第二基板20的光学层30侧设置有垂直取向膜15和25，由此，显示面板200能够进行有源矩阵驱动，低电力消耗性优异，能够实现高的光利用率和高的对比度比。

另外，液晶材料为负型时，在形状各向异性颗粒32水平取向的状态中不能够实现记忆性(参照图15)。因此，从减少电力消耗的观点出发，优选如实施方式1的显示装置110那样使用正型的液晶材料作为介质31P。

另一方面，液晶材料为负型时，能够得到以下的优点。

像已经说明的那样，液晶材料为负型时，在光学层30施加横电场后重置电压时，形状各向异性颗粒32回到垂直取向状态。即，能够不对光学层30施加纵电场地使形状各向异性颗粒32从水平取向状态成为垂直取向状态。因此，如图16所示的显示装置210A那样能够省略第三电极21。

图16所示的显示装置210A省略了第三电极21(即第二基板20不具有与第一电极11和第二电极12相对的电极)，这一点与图11等所示的显示装置210不同。在显示装置210A中，能够通过切换对光学层30施加横电场和不施加横电场来进行显示。显示装置210A中，省略了在显示装置210设置的第三电极21，因此能够减少制造成本。

作为介质31N的负型液晶材料，能够广泛应用液晶显示装置用的液晶材料。例如，能够使用长轴方向的介电常数ε_//为3.7、短轴方向的介电常数ε⊥为7.8、电阻率ρ为1×10¹²Ω·cm的液晶材料。当然，液晶材料的介电常数和电阻率并不限定于此处所举的例子。从充分抑制经由介质31N的截止泄漏的发生的观点出发，液晶材料的电阻率优选为1×10^11～12Ω·cm以上。

(实施方式3)

参照图17～图22说明本实施方式的显示装置310。图17是示意性表示显示装置310整体的平面图。图18是示意性表示显示装置310的与1个像素对应的区域的平面图。图19是图18的A―A’截面图。图20是仅表示图18所示的构成要素中的第一电极11和第二电极12的平面图。图21是仅表示图18所示的构成要素中的遮光层61的平面图。图22是表示图18所示的构成要素中的第一电极11、第二电极12和遮光层61以外的部分的平面图。

如图17所示，显示装置310的显示面板300具有显示区域DR和位于显示区域DR的外侧的边框区域(非显示区域)FR。以包围显示区域DR的方式形成有密封部60。

此外，显示面板300具有在行方向上延伸的多个栅极配线71、72和在列方向上延伸的多个源极配线81、82。根据图17和图18可知，对各像素行设置有2个栅极配线71和72。以下将这2个栅极配线71和72中的一方71称为“第一栅极配线”，将另一方72称为“第二栅极配线”。此外，对各像素列设置有2个源极配线81和82。以下将这2个源极配线81和82中的一方81称为“第一源极配线”，将另一方82称为“第二源极配线”。

第一栅极配线71和第二栅极配线72在边框区域FR的附近从一个栅极配线分支出来。即，第一栅极配线71和第二栅极配线72相互电连接，供给相同栅极信号。与此不同，第一源极配线81和第二源极配线82不相互电连接，分别独立地供给源极信号。

此外，显示装置310在显示面板300之外还具有向显示面板300供给驱动信号的栅极驱动器91和源极驱动器92。第一栅极配线71和第二栅极配线72经由设置于边框区域FR的端子部78与栅极驱动器91连接。此外，第一源极配线81和第二源极配线82分别经由设置于边框区域FR的端子部88与源极驱动器92连接。另外，可以将栅极驱动器91和源极驱动器92制作在作为有源矩阵基板的第一基板10上(即与第一基板10形成为一体)。

如图22所示，在各像素设置有2个TFT(第一TFT和第二TFT)17A和17B。第一TFT17A和第二TFT17B各自具有栅极电极17g、源极电极17s、漏电极17d和半导体层17a。

第一TFT17A的栅极电极17g、源极电极17s和漏电极17d分别与第一栅极配线71、第一源极配线81和第一电极11电连接。此外，第二TFT17B的栅极电极17g、源极电极17s和漏电极17d分别与第二栅极配线72、第二源极配线82和第二电极12电连接。

第一电极11和第二电极12各自如图20所示具有多个的分支部11a和12a。但是，实施方式1的显示装置110的第一电极11和第二电极12各自为梳齿状电极(参照图2)，与此不同，本实施方式的第一电极11和第二电极12各自为具有旋涡形状的涡旋状电极。

此外，对各像素行设置有2个辅助电容配线(第一辅助电容配线和第二辅助电容配线)75和76。第一辅助电容配线75和第二辅助电容配线76各自对辅助电容相对电极73(此处是从第一辅助电容配线75和第二辅助电容配线76延伸设置的)供给辅助电容相对电压(Cs电压)。辅助电容相对电极73与辅助电容电极74一同构成辅助电容Cs。辅助电容电极74与第一TFT17A和第二TFT17B的漏电极17d电连接(此处是从漏电极17d延伸设置的)。

此处，说明第一基板10的基板10a上的层叠构造(参照图19)。

在基板10a上设置有栅极电极17g、栅极配线71和72、辅助电容配线75和76、辅助电容相对电极73。它们例如由钛层、铝层、钛层的层叠膜(Ti/Al/Ti:各层的厚度为100nm、300nm、30nm)形成。

以覆盖栅极电极17g等设置有栅极绝缘层62。栅极绝缘层62例如由厚度为400～1000nm的氮化硅(SiNx)膜形成。

在栅极绝缘层62上设置有半导体层17a、源极电极17s、漏电极17d、源极配线81和82、辅助电容电极74。作为半导体层17a的材料，能够使用公知的各种半导体材料，例如能够使用无定形硅、多晶硅、连续晶粒硅(CGS:ContinuousGrainSilicon)等。接触层(杂质添加半导体层)和本征半导体层的厚度例如分别为50nm、230nm。源极电极17s、漏电极17d、源极配线81和82、辅助电容电极74例如由铝层、钛层的层叠膜(Al/Ti:各层的厚度为200nm、30nm)形成。

以覆盖源极电极17s、漏电极17d等的方式设置有透明绝缘层63。透明绝缘层63例如由厚度为250nm的SiNx膜形成。

在透明绝缘层63上设置有遮光层61。遮光层61以与第一TFT17A和第二TFT17B等重叠的方式配置。遮光层61例如由厚度为100nm的钼(Mo)膜形成。

以覆盖遮光层61的方式设置有由感光性树脂形成的有机绝缘层64。有机绝缘层64的厚度例如为2.5μm。

在有机绝缘层64上设置有第一电极11和第二电极12。第一电极11和第二电极12例如由厚度为100nm的ITO膜形成。第一电极11的分支部11a的宽度w₁和第二电极12的分支部12a的宽度w₂例如为10μm。电极间距离g例如为10μm。另外，第一电极11和第二电极12的材料并非必须透明。

第一电极11和第二电极12在形成于透明绝缘层63和有机绝缘层64的接触孔CH中，与辅助电容电极74连接，经由辅助电容电极74与第一TFT17A和第二TFT17B的漏电极17d电连接。接触孔CH包括在透明绝缘层63形成的开口部63a，和在有机绝缘层64形成的开口部64a。在透明绝缘层63形成开口部63a时，将有机绝缘层64用作掩膜进行蚀刻，不需要为了在透明绝缘层63形成开口部63a而另外准备掩膜，能够减少掩膜个数。

以覆盖第一电极11和第二电极12的方式设置有垂直取向膜15。

图23中表示基板10a上的层叠构造的另一例子。如图23所示的构造中，通过蚀刻在透明绝缘层63形成开口部63a后，形成成为有机绝缘层64的感光性树脂膜。

另外，半导体层17a可以是由氧化物半导体形成的氧化物半导体层。氧化物半导体层包含例如In-Ga-Zn-O类的半导体。此处，In-Ga-Zn-O类半导体是In(铟)、Ga(镓)、Zn(锌)三元类氧化物，In、Ga和Zn的比例(组成比)没有特别限定，例如包括In:Ga:Zn＝2:2:1、In:Ga:Zn＝1:1:1、In:Ga:Zn＝1:1:2等。In-Ga-Zn-O类半导体可以是非晶的，也可以是晶质的。作为晶质的In-Ga-Zn-O类半导体，优选c轴与层面大致垂直取向。这样的In-Ga-Zn-O类半导体的结晶构造例如在日本特开2012-134475号公报中公开。为了进行参考，将日本特开2012-134475号公报的全部公开内容引入本说明书。具有In-Ga-Zn-O类半导体层的TFT具有高迁移率(与a-SiTFT相比超过20倍)和低漏电流(与a-SiTFT相比低于100分之1)。由此，作为半导体层17a使用由In-Ga-Zn-O类半导体形成的氧化物半导体层时，第一TFT17A和第二TFT17B的截止泄漏较少，因此能够实现更高的记忆性，能够达到电力消耗的进一步减少。

另外，氧化物半导体层并不限定于In-Ga-Zn-O类半导体层。氧化物半导体层例如也可以包含Zn-O类半导体(ZnO)、In-Zn-O类半导体(IZO)、Zn-Ti-O类半导体(ZTO)、Cd-Ge-O类半导体、Cd-Pb-O类半导体、In-Sn-Zn-O类半导体(例如In₂O₃-SnO₂-ZnO)、In-Ga-Sn-O类半导体等。

在图24中表示基板10a上的层叠构造的又一例子。在图24所示的构造中，在源极电极17s、漏电极17d等与半导体层17a之间还设置有透明绝缘层(蚀刻阻挡膜)65。源极电极17s和漏电极17d在形成于该透明绝缘层65的接触孔中与半导体层17a的源极区域和漏极区域连接。当采用该构造时，能够保护半导体层17a不会由形成源极电极17s、漏电极17d等时的蚀刻而造成损伤，能够提高第一TFT17A和第二TFT17B的特性。该构造在半导体层17a为氧化物半导体层时效果很高。

此外，像本实施方式这样作为第一电极11和第二电极12使用涡旋状电极(参照图20)时，与使用梳齿状电极(参照图2)相比，具有能够进行更明亮的显示的优点。以下，参照图25(a)和(b)说明其理由。

在不仅考虑像素的第一电极11和第二电极12，也将与该像素邻接的像素的第一电极11和第二电极12包含在内进行考虑时，第一电极11和第二电极12为梳齿状电极时，如图25(a)所示，第一电极11彼此相对区域或第二电极12彼此相对的区域(图25(a)中的由虚线包围的区域)存在于与像素的4边中的大致1边对应的位置。这样的区域是不能够施加横电场的区域，因此成为显示的明亮度下降的主要原因。对此，当使第一电极11和第二电极12为涡旋状电极时，如图25(b)所示，第一电极11彼此相对的区域或第二电极12彼此相对的区域(图25(b)中的由虚线包围的区域)仅存在于与像素的四角对应的位置，因此能够进行更明亮的显示。

接着，参照图26～图29说明显示装置310的驱动方法的第一例。图26是表示对光学层30施加了纵电场时的显示装置310的图。图27是表示对光学层30施加纵电场时的、从第一栅极配线71和第二栅极配线72供给的栅极信号、从第一源极配线81供给的源极信号(第一源极信号)、从第二源极配线82供给的源极信号(第二源极信号)、施加于第三电极21的共用电压(Vcom)的信号波形的图。此外，图28是表示对光学层30施加了横电场时的显示装置310的图，图29是表示对光学层30施加横电场时的、栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

对光学层30施加纵电场时(即进行黑显示时)，在图27所示的例子中，栅极信号的低电平为-10V，高电平为+45V。此外，第一TFT17A和第二TFT17B为导通状态时(即栅极信号为高电平时)供给的第一源极信号和第二源极信号在第一帧和第二帧这两者中为+35V。共用电压在第一帧和第二帧这两者中为0V。另外，在进行中间色调显示时，使第一源极信号和第二源极信号在0V～+35V的范围内(除去0V和+35V)变化即可。

对光学层30施加横电场时(即进行白显示时)，在图29所示的例子中，栅极信号的低电平为-10V，高电平为+45V。此外，第一TFT17A为导通状态时供给的第一源极信号在第一帧和第二帧这两者中为+35V，第二TFT17B为导通状态时供给的第二源极信号在第一帧和第二帧这两者中为0V。共用电压在第一帧和第二帧这两者中为0V。另外，通过使第一源极信号在0V～+35V的范围内(除去0V和+35V)变化，能够者中间色调显示。此外，第一TFT17A和第二TFT17B为截止状态时(截止期间)的源极信号不影响第一电极11和第二电极12的电压，因此例如第二源极信号在图29所示的截止期间并非必须为+35V，例如可以是0V～+35V的范围内的任意的大小，为了进行低电压化也可以为0V。这在以后所示的例子中也是同样的。

另外，显示装置310具有记忆性，因此在规定期间进行图27和图29所示的驱动后，可以停止电压的供给。

接着，参照图30和图31说明驱动方法的第二例。图30是表示对光学层30施加纵电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。此外，图31是表示对光学层30施加横电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

对光学层30施加纵电场时(即进行黑显示时)，在图30所示的例子中，栅极信号的低电平为-45V，高电平为+45V。此外，第一TFT17A和第二TFT17B为导通状态时(即栅极信号为高电平时)供给的第一源极信号和第二源极信号在第一帧中为+35V，在第二帧中为-35V。共用电压在第一帧和第二帧这两者中为0V。另外，在进行中间色调显示时，使第一源极信号和第二源极信号在0V～±35V的范围内(除去0V和±35V)变化即可。

对光学层30施加横电场时(即进行白显示时)，在图31所示的例子中，栅极信号的低电平为-45V，高电平为+45V。此外，第一TFT17A为导通状态时供给的第一源极信号在第一帧中为+35V，在第二帧中为-35V。与此不同，第二TFT17B为导通状态时供给的第二源极信号在第一帧和第二帧这两者中为0V。此外，共用电压在第一帧和第二帧这两者中为0V。另外，通过使第一源极信号在0V～±35V的范围内(除去0V和±35V)变化，能够进行中间色调显示。

另外，显示装置310具有记忆性，因此在规定期间进行图30和图31所示的驱动后，可以停止电压的供给。

像第二例这样，从源极配线81和82供给到TFT17A和17B的电压(源极信号)的极性按规定的周期被反转，由此能够抑制作为介质31P的液晶材料的劣化。

接着，参照图32和图33说明驱动方法的第三例。图32表示对光学层30施加纵电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。此外，图33表示对光学层30施加横电场时的栅极信号、第一源极信号、第二源极信号和共用电压的信号波形的图。

对光学层30施加纵电场时(即进行黑显示时)，在图32所示的例子中，栅极信号的低电平为-45V，高电平为+10V。此外，第一TFT17A和第二TFT17B为导通状态时(即栅极信号为高电平时)供给的第一源极信号和第二源极信号在第一帧中为0V，在第二帧中为-35V。共用电压在第一帧中为-35V，在第二帧中为0V。另外，在进行中间色调显示时，使第一源极信号和第二源极信号在-35V～0V的范围内(除去-35V和0V)变化即可。

对光学层30施加横电场时(即进行白显示时)，在图33所示的例子中，栅极信号的低电平为-45V，高电平为+10V。此外，第一TFT17A为导通状态时供给的第一源极信号在第一帧为0V，在第二帧为-35V。与此不同，第二TFT17B为导通状态时供给的第二源极信号在第一帧中为-35V，在第二帧中为0V。此外，共用电压在第一帧中为-35V，在第二帧中为0V。另外，通过使第一源极信号和第二源极信号在-35V～0V的范围内(除去-35V和0V)变化，能够进行中间色调显示。

另外，显示装置310具有记忆性，因此在规定期间进行图32和图33所示的驱动后，可以停止电压的供给。

在第三例中，从源极配线81和82供给到TFT17A和17B的电压(源极信号)的极性按规定的周期被反转，并且供给第三电极13的电压(共用电压)的极性也按该规定的周期被反转。由此，能够保持源极信号的振幅较低地抑制作为介质31P的液晶材料的劣化。因此，能够实现进一步的低电力消耗化。

另外，本申请说明书中，“电压的极性反转”包括电压从零变化为正值(或负值)的情况，或从正值(或负值)变化为零的情况。

(实施方式4)

参照图34～图37说明本实施方式的显示装置410。图34是示意性表示显示装置410的与1个像素对应的区域的平面图。图35是仅表示图34所示的构成要素中的第一电极11和第二电极12的平面图。图36是仅表示图34所示的构成要素中的遮光层61的平面图。图37是表示图34所示的构成要素中的第一电极11、第二电极12和遮光层61以外的部分的平面图。

显示装置410如图34和图37所示，对各像素行仅设置有一个栅极配线71，这一点与实施方式3的显示装置310不同。栅极配线71以横穿像素的中央的方式配置。随着栅极配线71的配置不同，显示装置410中，根据图37可知，第一TFT17A和第二TFT17B的配置也与实施方式3的显示装置310不同。进而，在显示装置410中，根据图35和图36可知，第一电极11和第二电极12的形状和遮光层61的配置也与实施方式3的显示装置310不同。

这样，栅极配线71可以对各像素行仅设置有1个。此时，与对各像素行设置2根栅极配线71、72的结构相比，能够使像素内配线所占的比例变小，因此能够确保辅助电容Cs的面积较大。此外，在对各像素行设置2个栅极配线71、72的结构中，由于2个栅极配线71、72间的线幅的偏差等，在栅极配线71、72间可能在信号的迟延程度上产生差异。与此不同，对各像素行仅设置一个栅极配线71的结构中，不会产生这样的问题。

此外，在对各像素行设置有2个栅极配线71、72的结构中，对于各像素行来说栅极配线71、72的端面(在长度方向延伸的端面)有4个(2边×2)，因此通过图案化而形成栅极配线71、72时的蚀刻量的偏差较大。与此不同，对各像素行仅设置有一个栅极配线71的结构中，各像素行中栅极配线71的端面有2个，因此上述蚀刻量的偏差较小。

此外，本实施方式的第一电极11和第二电极12如图35所示，在也包含相邻像素的第一电极11和第二电极12进行考虑时，第一电极11彼此相对的区域或第二电极12彼此相对的区域是仅存在于与像素的四角对应的位置的形状，因此与使用图20所示的涡旋状电极时同样，能够进行更明亮的显示。例如，在所有像素进行白显示时，能够使位于像素间的多个形状各向异性颗粒32水平取向，能够防止暗线的产生。

(实施方式5)

参照图38～图43，说明本实施方式的显示装置510。图38是示意性表示显示装置510的与1个像素对应的区域的平面图。图39是图38的B-B’截面图。图40是仅表示图38所示的构成要素中的第一电极11的平面图。图41是仅表示图38所示的构成要素中的第二电极12和连接电极12’的平面图。图42是仅表示图38所示的构成要素中的遮光层61的平面图。图43是表示图38所示的构成要素中的第一电极11、第二电极12、连接电极12’和遮光层61以外的部分的平面图。

实施方式1～4的显示装置110～410的显示面板中，第一电极11和第二电极12同等级设置。即，第一电极11和第二电极12使用相同的材料以相同的工序形成。

与此相对，本实施方式的显示装置510的显示面板500中，如图39所示，第一电极11和第二电极12不同等级地设置。即，第一电极11和第二电极12以不同的工序形成。具体地说，以覆盖第二电极12的方式设置电介质层(透明绝缘层)66，第一电极11隔着电介质层66设置在第二电极12上。电介质层66例如是厚度为200nm的SiNx膜。

第一电极(上层电极)11如图40所示具有多个分支部11a。与此相对，第二电极(下层电极)12是图41所示的所谓整体电极。

第一电极11经由连接电极12’与辅助电容电极74和第一TFT17A的漏电极17d电连接。连接电极12’由与第二电极12相同的导电膜(即以与第二电极12相同的工序)形成，在形成于透明绝缘层63和有机绝缘层64的接触孔CH中与辅助电容电极74连接。第一电极11在形成于电介质层66的接触孔CH’与连接电极12’连接。

如实施方式1～4的显示装置110～410那样第一电极11和第二电极12同等级设置的结构中，从基板面的法线方向看时，在像素内，第一电极11和第二电极12均不存在的区域比较多，在这样的区域中，在第一基板10与光学层30的边界付近难以施加纵电场。

与此相对，像本实施方式的显示装置510这样第一电极11作为上层电极设置，第二电极12作为下层电极设置的结构中，从基板面的法线方向看时，能够使像素内第一电极11和第二电极12均不存在的区域较少(第二电极12能够为整体电极)，因此能够在与基板面平行的面内均匀地施加纵电场，具有容易使形状各向异性颗粒32垂直取向的优点。

工业上的可利用性

根据本发明的实施方式，能够提供能进行有源矩阵驱动、低电力消耗性优异、能够实现高的光利用率和高的对比度比的光学装置。本发明的实施方式的光学装置优选用于显示装置用的显示面板。此外，本发明的实施方式的光学装置也能够用作显示面板以外的各种光学装置(光开关等)。

附图标记的说明

10第一基板

10a基板

11第一电极

11a第一电极的分支部

11b第一电极的干部

12第二电极

12a第二电极的分支部

12b第二电极的干部

12’连接电极

14光吸收层

15、25垂直取向膜

17A、17B薄膜晶体管(TFT)

17a半导体层

17d漏电极

17g栅极电极

17s源极电极

20第二基板

20a基板

21第三电极

30光学层(显示介质层)

31P、31N介质(液晶材料)

31a、31b液晶分子

32形状各向异性颗粒

40电源

51第一开关

52第二开关

53第三开关

54第四开关

60密封部

63、65透明绝缘层

64有机绝缘层

66电介质层

71、72栅极配线

73辅助电容相对电极

74辅助电容电极

75、76辅助电容配线

78、88端子部

81、82源极配线

91栅极驱动器

92源极驱动器

100、200、300、500显示面板(光学装置)

110、210、210A、310、410、510显示装置。

Claims (16)

1.一种光学装置，其包括：相互相对地设置的第一基板和第二基板；和设置在所述第一基板与所述第二基板之间的光学层，该光学装置的特征在于：

所述第一基板具有能够被提供相互不同的电位的第一电极和第二电极，

所述光学层包括：介质；和分散在所述介质中的具有形状各向异性的形状各向异性颗粒，

所述形状各向异性颗粒的取向方向根据施加于所述光学层的电场的方向而变化，

所述介质是液晶材料，

在不对所述光学层施加电场时，所述形状各向异性颗粒与基板面大致垂直地取向。

2.如权利要求1所述的光学装置，其特征在于：

所述第一基板和所述第二基板的至少一方具有设置于所述光学层侧的垂直取向膜。

3.如权利要求1或2所述的光学装置，其特征在于：

由所述第一电极与所述第二电极在所述光学层产生横电场时，所述形状各向异性颗粒与基板面大致平行地取向。

4.如权利要求1～3中任一项所述的光学装置，其特征在于：

所述液晶材料具有正的介电各向异性。

5.如权利要求1～3中任一项所述的光学装置，其特征在于：

所述液晶材料具有负的介电各向异性。

6.如权利要求1～5中任一项所述的光学装置，其特征在于：

所述第二基板具有与所述第一电极和所述第二电极相对的第三电极。

7.如权利要求6所述的光学装置，其特征在于：

由所述第三电极与所述第一电极和所述第二电极在所述光学层产生纵电场时，所述形状各向异性颗粒与基板面大致垂直地取向。

8.如权利要求5所述的光学装置，其特征在于：

所述第二基板不具有与所述第一电极和所述第二电极相对的电极。

9.如权利要求1～8中任一项所述的光学装置，其特征在于：

所述第一基板是具有薄膜晶体管的有源矩阵基板。

10.如权利要求9所述的光学装置，其特征在于：

所述第一基板还具有与所述薄膜晶体管电连接的栅极配线和源极配线，

从所述源极配线供给到所述薄膜晶体管的电压的极性按规定的周期被反转。

11.如权利要求6或7所述的光学装置，其特征在于：

所述第一基板是具有薄膜晶体管的有源矩阵基板，还具有与所述薄膜晶体管电连接的栅极配线和源极配线，

从所述源极配线供给到所述薄膜晶体管的电压的极性按规定的周期被反转，

供给到所述第三电极的电压的极性按所述规定的周期被反转。

12.如权利要求9～11中任一项所述的光学装置，其特征在于：

所述薄膜晶体管包含氧化物半导体层。

13.如权利要求12所述的光学装置，其特征在于：

所述氧化物半导体层由In-Ga-Zn-O类半导体形成。

14.一种显示装置，其特征在于：

具有权利要求1～13中任一项所述的光学装置。

15.如权利要求14所述的显示装置，其特征在于：

能够使用从外部入射的光以反射模式进行显示。

16.如权利要求15所述的显示装置，其特征在于：

所述形状各向异性颗粒具有光反射性，

所述第一基板和所述第二基板中的位于背面侧的基板具有吸收光的光吸收层。